平板型燃料电池的制作方法

本发明涉及一种平板型燃料电池，该平板型燃料电池具有在燃料极层和空气极层之间隔着固体电解质层层叠而成的燃料电池单体单元。

背景技术：

以往，作为燃料电池，例如已知有一种使用固体电解质(固体氧化物)的固体氧化物型燃料电池(以下也记作sofc)。

在该sofc中，例如使用在固体电解质层的一侧设有与燃料气体接触的燃料极层、并且在另一侧设有与氧化剂气体(例如空气)接触的空气极层的平板型的燃料电池单体单元。

在该燃料电池单体单元的燃料极层侧设有供燃料气体导入的流路即燃料气体室，在空气极层侧设有供氧化剂气体导入的流路即氧化剂气体室。并且，为了获得期望的电压，开发了一种隔着互连器等层叠多个燃料电池单体单元而成的燃料电池堆(即，由多层构成的燃料电池堆)。

此外，近年来，公开了一种将气体流路(燃料气体的流路)不同的层组合起来而使燃料电池单体单元的面内(单元面内)的温度分布均匀化的燃料电池堆(参照专利文献1)。

并且，也公开了一种通过针对燃料气体和氧化剂气体的各自的流路各层交替地改变流动的方向从而使单元面内的温度分布得到改善(均匀化)的技术(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002－141081号公报

专利文献2：日本特开昭62－080972号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

但是，在专利文献1所记载的技术中，存在单元面内的温度分布的改善(均匀化)不充分、且并没有改善燃料电池单体单元自身的发电效率这样的问题。

此外，在专利文献2所记载的技术中，通过利用燃料气体和氧化剂气体的气体流路的组合使单元面内的温度分布得到改善(均匀化)，从而能够增多在效率较佳的温度区域进行动作的单元区域，因此，存在发电效率、换言之是规定的电流条件的输出电压上升的倾向。

但是，根据本发明人等的研究能够知晓，在利用变更气体流动的方法来追求更高效率的情况下，如图13的(a)所示，即便使温度分布均匀化，输出电压也未必上升。也就是说，在温度分布δt小到一定程度的情况下，温度分布和输出电压之间没有相关关系。

其原因在于，一般认为例如在交叉流动的燃料电池单体单元中，即便在使单元面内的温度均匀化的情况下，也会产生燃料气体的气体浓度和氧化剂气体的气体浓度不同的区域，这会对输出电压产生影响。

也就是说，如图13的(b)所示，与燃料气体的浓度(例如氢浓度)和氧化剂气体的浓度(例如氧浓度)这两种气体的浓度较高、发电的反应较多(从而是发电量较多)的区域r1相独立地，会产生燃料气体的浓度较高但氧化剂气体的浓度较低、发电的反应较少(从而是发电量较少)的区域r2，因此，存在并不容易提高输出电压(即，发电能力)这样的问题。

本发明即是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够提高发电能力的平板型燃料电池。

用于解决问题的方案

(1)本发明的第1技术方案的平板型燃料电池的特征在于，包括：燃料电池单体单元，其是在燃料极层和空气极层之间隔着固体电解质层层叠而成的；燃料气体室，其配置在所述燃料极层侧；氧化剂气体室，其配置在所述空气极层侧；供燃料气体向所述燃料气体室流入的1个或多个燃料气体流入口和供所述燃料气体从所述燃料气体室流出的1个或多个燃料气体流出口；以及供氧化剂气体向所述氧化剂气体室流入的1个或多个氧化剂气体流入口和供所述氧化剂气体从所述氧化剂气体室流出的1个或多个氧化剂气体流出口，在从层叠方向观察时，连结所述燃料气体流入口的图心cfi和所述燃料气体流出口的图心cfo的第1直线与连结所述氧化剂气体流入口的图心cai和所述氧化剂气体流出口的图心cao的第2直线交叉，而且所述氧化剂气体流出口的图心cao与所述燃料气体流出口的图心cfo之间的距离大于所述氧化剂气体流出口的图心cao与所述燃料气体流入口的图心cfi之间的距离。

该第1技术方案的平板型燃料电池在从层叠方向观察时，连结燃料气体流入口的图心cfi和燃料气体流出口的图心cfo的第1直线与连结氧化剂气体流入口的图心cai和氧化剂气体流出口的图心cao的第2直线交叉。即，具有燃料气体的流路与氧化剂气体的流路交叉的、所谓的交叉流动的流路。

而且，在该交叉流动的平板型燃料电池中，例如像图5所例示的那样设定为，在从层叠方向观察时，氧化剂气体流出口的图心cao与燃料气体流出口的图心cfo之间的距离大于氧化剂气体流出口的图心cao与燃料气体流入口的图心cfi之间的距离。

通过这样设定氧化剂气体流出口的图心cao，以往技术那样的、燃料气体的浓度较高但氧化剂气体的浓度较低而不怎么进行反应(发电)的区域r2变少，燃料气体的浓度和氧化剂气体的浓度均较高的区域rh增多，因此，发挥输出电压(从而是发电性能)升高这样显著的效果。

此外，在该第1技术方案中，由于能够提高燃料电池单体单元自身的发电能力(发电效率)，因此，并不限于层叠多个燃料电池单体单元而成的燃料电池堆，具有也能够应用于使用1个燃料电池单体单元的一层燃料电池这样的效果。

并且，在例如燃料气体的浓度较高但氧化剂气体的浓度较低的区域中，燃料电池单体单元易于发生劣化，但在该第1技术方案中，由于这样的区域较少，因此能够抑制燃料电池单体单元的劣化，具有燃料电池的耐久性提高这样的优点。

在此，从层叠方向观察表示在层叠燃料极层、空气极层以及固体电解质层的方向(层叠方向)上观察的情况。此外，图心表示平面的重心，各流入口、各流出口的图心表示在平板型燃料电池展开的方向(平面方向：与层叠方向垂直的方向)上观察各流入口、各流出口的情况下的开口部分的重心。另外，各流入口(各流出口也相同)存在多个的情况下的重心表示将所有的流入口(或者所有的流出口)合在一起后的平面的重心。

(2)在本发明的第2技术方案的平板型燃料电池中，在从所述层叠方向观察时，所述燃料气体流出口的图心cfo配置在自基准线lf向边界线lfp侧距基准线lf的距离为0.1xp以下的位置或者自基准线lf向边界线lfm侧距基准线lf的距离为0.1xm以下的位置，所述氧化剂气体流入口的图心cai配置在自基准线la向边界线lap侧距基准线la的距离为0.5yp以下的位置或者自基准线la向边界线lam侧距基准线la的距离为0.1ym以下的位置，所述氧化剂气体流出口的图心cao配置在自所述基准线la向所述边界线lap侧距所述基准线la的距离为0.1yp以上且0.5yp以下的位置。

另外，lf、la、lfp、lfm、lap、lam、xp、xm、yp、ym的意思如下所述(在以下其他的技术方案等中也相同)。

lf：通过所述燃料气体流入口的图心cfi和所述燃料电池单体单元的图心g的、所述燃料电池单体单元上的直线的基准线

la：与所述基准线lf正交且通过所述图心g的、所述燃料电池单体单元上的直线的基准线

lfp：位于比所述基准线lf接近所述氧化剂气体流入口的图心cai的位置、与所述基准线lf平行且距离最远的、通过所述燃料电池单体单元上的直线的边界线

lfm：位于比所述基准线lf接近所述氧化剂气体流出口的图心cao的位置、与所述基准线lf平行且距离最远的、通过所述燃料电池单体单元上的直线的边界线

lap：位于比所述基准线la接近所述燃料气体流入口的图心cfi的位置、与所述基准线la平行且距离最远的、通过所述燃料电池单体单元上的直线的边界线

lam：位于比所述基准线la接近所述燃料气体流出口的图心cfo的位置、与所述基准线la平行且距离最远的、通过所述燃料电池单体单元上的直线的边界线

xp：所述基准线lf和所述边界线lfp之间的最短距离

xm：所述基准线lf和所述边界线lfm之间的最短距离

yp：所述基准线la和所述边界线lap之间的最短距离

ym：所述基准线la和所述边界线lam之间的最短距离

在该第2技术方案中，由于如上所述地配置燃料气体流出口的图心cfo、氧化剂气体流入口的图心cai、氧化剂气体流出口的图心cao(例如参照图7)，因此，根据后述的实验例也能够明确，具有平板型燃料电池的发电能力较高这样的效果。

(3)在本发明的第3技术方案的平板型燃料电池中，在从所述层叠方向观察时，所述氧化剂气体流入口的图心cai配置在自所述基准线la向所述边界线lap侧距所述基准线la的距离为0.3yp以上且0.5yp以下的位置，所述氧化剂气体流出口的图心cao配置在自所述基准线la向所述边界线lap侧距所述基准线la的距离为0.3yp以上且0.5yp以下的位置。

在该第3技术方案中，由于如上所述地配置氧化剂气体流入口的图心cai、氧化剂气体流出口的图心cao(例如参照图8)，因此，根据后述的实验例也能够明确，具有平板型燃料电池的发电能力更高这样的效果。

(4)在本发明的第4技术方案的平板型燃料电池中，在从所述层叠方向观察时，所述氧化剂气体流入口的图心cai配置在自所述基准线la向所述边界线lap侧距所述基准线la的距离为0.1yp以下的位置或者自所述基准线la向边界线lam侧距所述基准线la的距离为0.1ym以下的位置，所述氧化剂气体流出口的图心cao配置在自所述基准线la向所述边界线lap侧距所述基准线la的距离为0.1yp以上且0.5yp以下的位置。

在该第4技术方案中，由于如上所述地配置氧化剂气体流入口的图心cai、氧化剂气体流出口的图心cao(例如参照图9)，因此，根据后述的实验例也能够明确，具有平板型燃料电池的发电能力较高这样的效果。此外，在不怎么改变氧化剂气体流入口的图心cai的位置的情况下，改变氧化剂气体流出口的图心cao的位置，也能够提高发电能力。

(5)在本发明的第5技术方案的平板型燃料电池中，其特征在于，该平板型燃料电池是多个平板型燃料电池单元层叠而成的，该平板型燃料电池单元包括：燃料电池单体单元，其是层叠燃料极层、固体电解质层以及空气极层而成的；燃料气体室，其配置在所述燃料极层侧；氧化剂气体室，其配置在所述空气极层侧；供燃料气体向所述燃料气体室流入的1个或多个燃料气体流入口和供所述燃料气体从所述燃料气体室流出的1个或多个燃料气体流出口；以及供氧化剂气体向所述氧化剂气体室流入的1个或多个氧化剂气体流入口和供所述氧化剂气体从所述氧化剂气体室流出的1个或多个氧化剂气体流出口，其中，所述多个平板型燃料电池单元中的至少任一者是所述第1技术方案～第4技术方案中任一技术方案所述的平板型燃料电池。

该第5技术方案的平板型燃料电池是多个平板型燃料电池单元(例如发电单元)层叠而成的平板型燃料电池(例如燃料电池堆)，且包括上述的第1技术方案～第4技术方案中任一技术方案的平板型燃料电池，因此能够获得较高的输出电压。

另外，在燃料电池的平面形状(从层叠方向观察时的形状)为矩形的情况下，可以采用下述的结构。

一种平板型燃料电池，其特征在于，包括：矩形平板状的燃料电池单体单元，其具有第1主面和第2主面，向该第1主面供给燃料气体，向该第2主面供给氧化剂气体；燃料气体室，其配置在所述第1主面侧；氧化剂气体室，其配置在所述第2主面侧，并且该平板型燃料电池包括：在俯视时(与主面垂直地观察的情况)分别与所述燃料电池单体单元的相对的一对第1边(例如图5的第1边h1和第2边h2)相对应地配置的、用于使燃料气体向所述燃料气体室流入的1个或多个燃料气体流入口和用于使燃料气体从所述燃料气体室流出的1个或多个燃料气体流出口；以及分别与所述燃料电池单体单元的与所述第1边不同的、相对的一对第2边(例如图5的第3边h3和第4边h4)相对应地配置的、用于使氧化剂气体向所述氧化剂气体室流入的氧化剂气体流入口和用于使氧化剂气体从所述氧化剂气体室流出的氧化剂气体流出口，所述氧化剂气体流出口的图心cao与所述燃料气体流出口的图心cfo之间的距离大于所述氧化剂气体流出口的图心cao与所述燃料气体流入口的图心cfi之间的距离。

附图说明

图1是第1实施方式的燃料电池堆的立体图。

图2的(a)是将发电单元在层叠方向上剖切并示出的剖视图，图2的(b)是表示发电单元的燃料气体和氧化剂气体的流路的说明图。

图3是将发电单元分解地表示的立体图。

图4表示从燃料电池单体单元的中央侧观察到的各框架的内周面，图4的(a)是表示燃料极绝缘框架的第1面的说明图，图4的(b)是表示燃料极绝缘框架的第2面的说明图，图4的(c)是表示空气极绝缘框架的第3面的说明图，图4的(d)是表示空气极绝缘框架的第4面的说明图。

图5的(a)是表示第1实施方式的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图，图5的(b)是表示该发电单元的发电较多的区域的说明图。

图6的(a)是表示第2实施方式的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图，图6的(b)是表示该发电单元的发电较多的区域的说明图。

图7是表示第3实施方式的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图。

图8是表示第4实施方式的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图。

图9是表示第5实施方式的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图。

图10是表示第6实施方式的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图。

图11是表示实验模型2的发电单元的从层叠方向观察时的流路的说明图。

图12表示实验例2的实验结果，且是表示各流路的位置与输出电压的变化之间的关系的图表。

图13表示以往技术，图13的(a)是表示燃料电池的温度分布与输出电压之间的关系的图表，图13的(b)是表示发电单元的从层叠方向观察时的流路与发电较多或较少的区域之间的关系的图表。

具体实施方式

以下，作为应用了本发明的平板型燃料电池，举例说明固体氧化物型燃料电池。

[第1实施方式]

a)首先，说明该第1实施方式的平板型燃料电池的概略结构。

如图1所示，该第1实施方式的平板型燃料电池(以下有时也简称作“燃料电池”)1是通过接受燃料气体(例如氢)和氧化剂气体(例如空气，详细而言，空气中的氧)的供给来进行发电的装置。

另外，在附图中，氧化剂气体用“a”表示，燃料气体用“f”表示。此外，“in”表示导入气体，“out”表示排出气体。并且，为了便于说明，以各附图的方向为基准地标记“上”、“下”等方向，但并不限定实际的燃料电池堆的方向性。

该第1实施方式的燃料电池1是平板形状(长方体)的固体氧化物燃料电池，该燃料电池1是配置在图1的上下方向的两端的端板3、端板5和配置在端板3、端板5之间的层状(平板形状)的多个(例如20层)发电单元7层叠而成的燃料电池堆。

在端板3、端板5以及各发电单元7设有在层叠方向(图1的上下方向)上贯穿这些端板3、端板5以及各发电单元7的多个(例如8个)螺栓贯穿孔9。该螺栓贯穿孔9中的两个被用作氧化剂气体的气体流路，另外两个被用作燃料气体的气体流路。

而且，利用配置于各螺栓贯穿孔9的各螺栓11a、螺栓11b、螺栓11c、螺栓11d、螺栓11e、螺栓11f、螺栓11g、螺栓11h(统称作11)和与各螺栓11螺纹接合的各螺母13将端板3、端板5和各发电单元7固定为一体。

在该螺栓11中的指定的(4根)螺栓11b、螺栓11d、螺栓11f、螺栓11h上沿着轴线方向(图1的上下方向)形成有供氧化剂气体或燃料气体流动的内部流路15。另外，螺栓11b被用于燃料气体的导入，螺栓11d被用于氧化剂气体的导入，螺栓11f被用于燃料气体的排出，螺栓11h被用于氧化剂气体的排出。

b)接着，详细地说明发电单元7的结构。

如图2所示，发电单元7是在配置于层叠方向(图2的(a)的上下方向)的两侧的一对互连器21a、21b(统称作21)之间配置有后述的燃料电池单体单元(以下有时也简称作“单体单元”)17等的发电所需要的结构而成的。

详细而言，发电单元7是金属制的互连器21a、空气极绝缘框架23、金属制的分隔件25、金属制的燃料极框架27、燃料极绝缘框架29、金属制的互连器21b等层叠而成的。另外，在层叠的各构件21、构件23、构件24、构件27、构件29形成有供各螺栓11贯穿的各螺栓贯穿孔9。

此外，在分隔件25上接合有单体单元17，在空气极绝缘框架23的框内的流路(供氧化剂气体流动的空气流路：氧化剂气体室)31中配置有空气极集电体33，在燃料极框架27和燃料极绝缘框架29的框内的流路(供燃料气体流动的燃料流路：燃料气体室)35中配置有燃料极集电体37。

以下，进一步详细地说明各结构。

＜互连器21＞

如图3所示，互连器21由具有导电性的板材(例如sus430等不锈钢等的金属板)形成。该互连器21用于确保单体单元17之间的导通，且防止气体在单体单元17之间(从而是发电单元7之间)混合。

另外，互连器21在配置于邻接的发电单元7之间的情况下配置1个即可。此外，燃料电池1的上端和下端的互连器21被用作端板3、端板5(参照图1)。

＜空气极绝缘框架23＞

空气极绝缘框架23具有电绝缘性，在从层叠方向观察时(在沿图2的(a)的上下方向观察的情况下)，该空气极绝缘框架23是四边(长方形)框状的板材。空气极绝缘框架23例如使用由软质云母形成的云母框架。从层叠方向观察时，在该空气极绝缘框架23的中央部形成有构成氧化剂气体室31的长方形的开口部23a。

此外，在空气极绝缘框架23中的、相对的框部分(相当于长方形的对边的部分)形成有一对长孔即孔部41d、41h来作为氧化剂气体的流路。而且，像之后详细说明的那样，在一个孔部41d形成有与开口部23a相连通的流路即多个(例如4个)槽(氧化剂气体流入口ain用的槽)43d，在另一个孔部41h形成有与开口部23a相连通的流路即多个(例如4个)槽(氧化剂气体流出口aout用的槽)43h。

＜空气极集电体33＞

空气极集电体33是长条的具有导电性的构件(例如sus430等不锈钢的柱材)。该空气极集电体33在空气极绝缘框架23的开口部23a内沿着一对螺栓贯穿孔9(9d、9h)的配置方向、即沿着氧化剂气体的流路配置多个。另外，作为空气极集电体33，也可以使用在互连器21的氧化剂气体室31侧呈格子状配置有长方体形状的凸部的部件。

＜分隔件25＞

分隔件25是从层叠方向观察时呈四边(长方形)框状的具有导电性的板材(例如sus430等不锈钢等的金属板)。从层叠方向观察时，在该分隔件25的中央部形成有长方形的开口部25a，在沿着该开口部25a的边缘部(下表面侧)钎焊接合有单体单元17的外周缘部(上表面侧)。也就是说，单体单元17以将分隔件25的开口部25a封闭的方式接合。

＜燃料极框架27＞

燃料极框架27是从层叠方向观察时呈四边(长方形)框状的具有导电性的板材(例如sus430等不锈钢等的金属板)。从层叠方向观察时，在该燃料极框架27的中央部形成有构成燃料气体室35的长方形的开口部27a。

＜燃料极绝缘框架29＞

燃料极绝缘框架29与空气极绝缘框架23相同，是具有电绝缘性的、从层叠方向观察时呈四边(长方形)框状的板材，该燃料极绝缘框架29是由软质云母形成的云母框架。从层叠方向观察时，在该燃料极绝缘框架29的中央部形成有构成燃料气体室35的长方形的开口部29a。

此外，在燃料极绝缘框架29中的、相对的框部分(相当于长方形的对边的部分)形成有一对长孔即孔部45b、45f来作为燃料气体的流路。而且，像之后详细说明的那样，在一个孔部45b形成有与开口部29a相连通的流路即多个(例如6个)槽(燃料气体流入口fin用的槽)47b，在另一个孔部45f形成有与开口部29a相连通的流路即多个(例如6个)槽(燃料气体的流出口fout用的槽)47f。

＜燃料极集电体37＞

燃料极集电体37是如图2的(a)所示云母制的芯材即具有弹性(缓冲性)的间隔件51和金属制的导电板(例如镍制的平板形状的网或箔)53组合而成的公知的格子状的构件(例如参照日本特开2013－55042号公报所记载的集电构件19)。

＜燃料电池单体单元17＞

单体单元17是所谓的燃料极支承型的单体单元17，其是空气极层57和燃料极层59隔着固体电解质层55层叠为一体而成的。另外，单体单元17在从层叠方向观察时呈矩形(长方形)，向其第1主面侧(燃料极层59侧)供给燃料气体，向第2主面侧(空气极层57侧)供给氧化剂气体。

其中，作为构成固体电解质层55的材料，例如能够列举出氧化锆系、氧化铈系、钙钛矿系的电解质材料。在氧化锆系材料中，能够列举出氧化钇稳定化氧化锆(ysz)、氧化钪稳定化氧化锆(scsz)、以及氧化钙稳定化氧化锆(casz)，一般而言，使用氧化钇稳定化氧化锆(ysz)的例子较多。在氧化铈系材料中，使用所谓的稀土类元素添加氧化铈，在钙钛矿系材料中，使用含有镧元素的双钙钛矿型氧化物。

作为构成空气极层57的材料，可以使用钙钛矿系氧化物、各种贵金属以及贵金属和陶瓷的金属陶瓷等。

作为构成燃料极层59的材料，例如能够列举出ni和fe等金属与利用sc、y等稀土类元素中的至少1种稳定化了的氧化锆等的zro2系陶瓷、ceo系陶瓷等陶瓷的混合物。还可以使用ni等金属、或者ni和所述陶瓷的金属陶瓷、ni基合金。

c)接着，详细地说明该第1实施方式的主要部分即燃料气体和氧化剂气体的流路。

在该第1实施方式的燃料电池1中，如图3及图4的(a)、图4的(b)所示，具有作为所述槽47b的开口部29a侧的开口部分的、供燃料气体向燃料气体室35流入的多个(例如6个)燃料气体流入口fin，以及作为所述槽47f的开口部29a侧的开口部分的、供燃料气体从燃料气体室35流出的多个(例如6个)燃料气体流出口fout。

此外，如图3及图4的(c)、图4的(d)所示，具有作为所述槽41d的开口部23a侧的开口部分的、供氧化剂气体向氧化剂气体室31流入的多个(例如4个)氧化剂气体流入口ain，以及作为所述槽41h的开口部23a侧的开口部分的、供氧化剂气体从氧化剂气体室31流出的多个(例如4个)氧化剂气体流出口aout。另外，各流入口fin、ain、各流出口fout、aout分别可以是多个，也可以是1个。

此外，在该燃料电池1中，如图5的(a)所示，在从层叠方向观察时，连结燃料气体流入口fin的图心cfi和燃料气体流出口fout的图心cfo的第1直线l1与连结氧化剂气体流入口ain的图心cai和氧化剂气体流出口aout的图心cao的第2直线l2在单体单元17的图心g交叉。也就是说，燃料电池1的流路是燃料气体的流路与氧化剂气体的流路交叉的所谓的交叉流动(参照图2的(b))。

并且，被设定为，在从层叠方向观察时，氧化剂气体流出口aout的图心cao比燃料气体流出口fout的图心cfo更接近燃料气体流入口fin的图心cfi。以下将该条件称作“流路配置条件1”。

另外，在图5中，由外侧的线围成的长方形的第1框w1表示空气极绝缘框架23和燃料极绝缘框架29的内周(内周面所处的位置)，由内侧的线围成的长方形的第2框w2表示单体单元17的外周(以下相同)。此外，在图5中，lf、la、lfp、lfm、lap、lam、xp、xm、yp、ym的意思如上所述(以下相同)。

在此，参照图3～图5说明图心。

在以与层叠方向(图3、图4的上下方向)垂直的方向观察各流入口fin、ain或者各流出口fout、aout的情况(例如沿着空气极层57展开的平面方向观察的情况)下，图心表示其平面形状的重心。另外，在流入口fin、ain或者流出口fout、aout有多个的情况下，将使各流入口fin、ain或者各流出口fout、aout合在一起的平面图形(即，整体的平面图形)的重心设为图心。

具体而言，在与燃料极绝缘框架29的内周面垂直地观察燃料极绝缘框架29的内周面中的、设有燃料气体流入口fin的一侧的情况下，如所述图4的(a)所示，在内周面的1个面(矩形条状的第1面m1)上有6个燃料气体流入口fin，因此，将6个燃料气体流入口fin整体的平面图形的重心设为图心cfi。

在此，例如燃料气体流入口fin整体的图心cfi被设定在第1面m1的左右方向的中央。因而，在从层叠方向观察时，燃料气体流入口fin整体的图心cfi位于第1框w1的第1边h1的中点(参照图5的(a))。

同样，在与燃料极绝缘框架29的内周面垂直地观察燃料极绝缘框架29的内周面中的、设有燃料气体流出口fout的一侧的情况下，如所述图4的(b)所示，在与第1面m1相反的一侧的矩形条状的第2面m2有6个燃料气体流出口fout，因此，将6个燃料气体流出口fout整体的平面图形的重心设为图心cfo。

在此，例如各燃料气体流出口fout整体的图心cfo被设定在第2面m2的左右方向的中央。因而，在从层叠方向观察时，燃料气体流出口fout整体的图心cfo位于第1框w1的与第1边h1相对的第2边h2的中点(参照图5的(a))。

另一方面，在与空气极绝缘框架23的内周面垂直地观察空气极绝缘框架23的内周面中的、设有氧化剂气体流入口ain的一侧的情况下，如所述图4的(c)所示，在内周面的1个面(矩形条状的第3面m3)有4个氧化剂气体流入口ain，因此，将4个氧化剂气体流入口ain整体的平面图形的重心设为图心cai。

在此，例如各氧化剂气体流入口ain靠近该图的左侧配置，因此，氧化剂气体流入口ain整体的图心cai自第3面m3的左右方向的中央向左侧偏离。因而，在从层叠方向观察时，氧化剂气体流入口ain整体的图心cai自第1框w1的第3边h3的中点向第1边h1侧、换言之向燃料气体流入口fin的图心cfi侧偏离(参照图5的(a))。

同样，在与空气极绝缘框架23的内周面垂直地观察空气极绝缘框架23的内周面中的、设有氧化剂气体流出口aout的一侧的情况下，如所述图4的(d)所示，在与第3面m3相反的一侧的矩形条状的第4面m4有4个氧化剂气体流出口aout，因此，将4个氧化剂气体流出口aout整体的平面图形的重心设为图心cao。

在此，各氧化剂气体流出口aout靠近该图的右侧配置，因此，氧化剂气体流出口aout整体的图心cao自第4面m4的左右方向的中央向右侧偏离。因而，在从层叠方向观察时，氧化剂气体流出口aout整体的图心cao自第1框w1的第4边h4的中点向第1边h1侧、换言之向燃料气体流入口fin的图心cfi侧偏离(参照图5的(a))。

另外，图3～图5所示的各流入口fin、ain、各流出口fout、aout的位置表示优选的一例，只要满足上述的“(交叉流动的)流路配置条件1”的条件，就不限定于该例。

d)接着，简单地说明燃料电池1的制造方法。

[各构件的制造工序]

首先，冲切例如由sus430形成的板材，制作出互连器21、燃料极框架27、分隔件25、端板3、端板5。

此外，对于众所周知的由软质云母形成的云母片，利用冲孔加工、槽加工等制作出所述图3所示的框状的空气极绝缘框架23和燃料极绝缘框架29。

[燃料电池单体单元17的制造工序]

按照常规方法制造单体单元17。

具体而言，首先，为了形成燃料极层59，使用例如由40质量部～70质量部的氧化钇稳定化氧化锆(ysz)粉末、40质量部～70质量部的氧化镍粉末、粘合剂溶液构成的材料制作出燃料极糊剂。然后，使用该燃料极糊剂制作出燃料极坯片。

此外，为了制作固体电解质层55，使用例如由ysz粉末和粘合剂溶液构成的材料制作出固体电解质糊剂。然后，使用该固体电解质糊剂制作出固体电解质坯片。

接着，在燃料极坯片上层叠固体电解质坯片。然后，通过将该层叠体在1200℃～1500℃下加热1小时～10小时而形成烧结层叠体。

此外，为了形成空气极层57，使用例如由la1－xsrxco1－yfeyo3粉末和粘合剂溶液构成的材料制作出空气极糊剂。

接着，在所述烧结层叠体的固体电解质层55的表面印刷空气极糊剂。然后，以通过烧结而不变得致密的方式，将该印刷的空气极糊剂在900℃～1200℃下烧结1小时～5小时，形成空气极层57。

由此，完成单体单元17。另外，通过钎焊将分隔件25固定在单体单元17上。

[燃料电池1的制造工序]

接着，将上述的各构件如所述图1所示层叠期望的层数，在其层叠方向的两个端部层叠端板3、端板5，构成层叠体。

然后，向该层叠体的螺栓贯穿孔9中嵌入螺栓11，并且在各螺栓11上螺纹接合螺母13并拧紧，然后按压层叠体一体化地进行固定。

由此，完成该第1实施方式的燃料电池1。

e)说明该第1实施方式的效果。

该第1实施方式的燃料电池1具有燃料气体的流路与氧化剂气体的流路交叉的、所谓的交叉流动的流路。而且，在具有该交叉流动的流路的燃料电池1中被设定为，在从层叠方向观察时，氧化剂气体流出口aout的图心cao比燃料气体流出口fout的图心cfo更接近燃料气体流入口fin的图心cfi。即，以满足上述的“流路配置条件1”的方式设定燃料气体的流路和氧化剂气体的流路。

通过这样设定氧化剂气体流出口aout的图心cao，从而以往技术那样的、燃料气体的浓度较高但氧化剂气体的浓度较低而不怎么进行反应(发电)的区域变少，如图5的(b)所示，燃料气体的浓度和氧化剂气体的浓度均较高的区域rh变多。例如区域rh也成为单体单元17的一半程度，因此，发挥输出电压(从而是发电性能)升高这样显著的效果。

此外，在该第1实施方式中，由于能够提高单体单元17自身的发电能力(发电效率)，因此，并不限于层叠多个单体单元17而成的燃料电池堆，具有也能够应用于使用1个单体单元17的一层燃料电池1这样的效果。

并且，在例如燃料气体的浓度较高但氧化剂气体的浓度较低的区域中，单体单元17易于发生劣化，但在该第1实施方式中，由于这样的区域较少，因此能够抑制单体单元17的劣化，具有燃料电池1的耐久性上升这样的优点。

[第2实施方式]

接着，说明第2实施方式，但省略说明与第1实施方式相同的内容。另外，对与第1实施方式相同的结构标注相同的编号进行说明。

该第2实施方式的燃料电池1将氧化剂气体的流路和燃料气体的流路规定为满足所述第1实施方式的“流路配置条件1”。

详细而言，如图6的(a)所示，氧化剂气体流入口ain的图心cai设定在第1框w1的第3边h3的中点，氧化剂气体流出口aout的图心cao设定在比第1框w1的第4边h4的中点靠近燃料气体流入口fin的图心cfi侧的位置。由此，氧化剂气体的流动成为大致从图6的右侧朝向左斜上方的流动。

在该第2实施方式中，也以满足上述的“流路配置条件1”的方式设定燃料气体的流路和氧化剂气体的流路，因此如图6的(b)所示，燃料气体的浓度和氧化剂气体的浓度均较高的区域rh增多。

由此，发挥与所述第1实施方式相同的效果。

[第3实施方式]

接着，说明第3实施方式，但省略说明与第1实施方式相同的内容。另外，对与第1实施方式相同的结构标注相同的编号进行说明。

该第3实施方式的燃料电池1将氧化剂气体的流路和燃料气体的流路规定为，满足所述第1实施方式的“流路配置条件1”，并且满足下述的“流路配置条件2”。

详细而言，在该第3实施方式的燃料电池1中，如图7所示，在从层叠方向观察时，燃料气体流出口fout的图心cfo配置在自基准线lf向边界线lfp侧距基准线lf的距离为0.1xp以下的位置或者自基准线lf向边界线lfm侧距基准线lf的距离为0.1xm以下的位置，氧化剂气体流入口ain的图心cai配置在自基准线la向边界线lap侧距基准线la的距离为0.5yp以下的位置或者自基准线la向边界线lam侧距基准线la的距离为0.1ym以下的位置，氧化剂气体流出口43h的图心cao配置在自基准线la向边界线lap侧距基准线la的距离为0.1yp以上且0.5yp以下的位置(流路配置条件2)。

另外，在图7中，第3边h3的带状的斜线部分是可配置氧化剂气体流入口ain的图心cai的范围，第4边h4的带状的斜线部分是可配置氧化剂气体流出口aout的图心cao的范围。

采用这样的结构，在该第3实施方式中，发挥与所述第1实施方式相同的效果。此外，如后述的实验例1所示，通过满足“流路配置条件2”，从而发挥发电能力更高这样的效果。

[第4实施方式]

接着，说明第4实施方式，但省略说明与第1实施方式相同的内容。另外，对与第1实施方式相同的结构标注相同的编号进行说明。

该第4实施方式的燃料电池1将氧化剂气体的流路和燃料气体的流路规定为，满足所述第1实施方式的“流路配置条件1”，并且满足下述的“流路配置条件3”。

详细而言，在该第4实施方式的燃料电池1中，如图8所示，在从层叠方向观察时，氧化剂气体流入口ain的图心cai配置在自基准线la向边界线lap侧距基准线la的距离为0.3yp以上且0.5yp以下的位置，氧化剂气体流出口aout的图心cao配置在自基准线la向边界线lap侧距基准线la的距离为0.3yp以上且0.5yp以下的位置(流路配置条件3)。

另外，在图8中，第3边h3的带状的斜线部分是可配置氧化剂气体流入口ain的图心cai的范围，第4边h4的带状的斜线部分是可配置氧化剂气体流出口aout的图心cao的范围。

采用这样的结构，在该第4实施方式中，发挥与所述第1实施方式相同的效果。此外，如后述的实验例1所示，通过满足“流路配置条件3”，从而发挥发电能力更高这样的效果。

[第5实施方式]

接着，说明第5实施方式，但省略说明与第1实施方式相同的内容。另外，对与第1实施方式相同的结构标注相同的编号进行说明。

该第5实施方式的燃料电池1将氧化剂气体的流路和燃料气体的流路规定为，满足所述第1实施方式的“流路配置条件1”，并且满足下述的“流路配置条件4”。

详细而言，在该第5实施方式的燃料电池1中，如图9所示，在从层叠方向观察时，氧化剂气体流入口ain的图心cai配置在自基准线la向边界线lap侧距基准线la的距离为0.1yp以下的位置或者自基准线la向边界线lam侧距基准线la的距离为0.1ym以下的位置，氧化剂气体流出口aout的图心cao配置在自基准线la向边界线lap侧距基准线la的距离为0.1yp以上且0.5yp以下的位置(流路配置条件4)。

另外，在图9中，第3边h3的带状的斜线部分是可配置氧化剂气体流入口ain的图心cai的范围，第4边h4的带状的斜线部分是可配置氧化剂气体流出口aout的图心cao的范围。

采用这样的结构，该第5实施方式中，发挥与所述第1实施方式相同的效果。此外，如后述的实验例1所示，通过满足“流路配置条件4”，从而发挥发电能力较高这样的效果。

此外，具有这样的优点：在不怎么改变氧化剂气体流入口ain的图心cai的位置的情况下，改变氧化剂气体流出口aout的图心cao的位置，也能够提高发电能力。

[第6实施方式]

接着，说明第6实施方式，但省略说明与第1实施方式相同的内容。另外，对与第1实施方式相同的结构标注相同的编号进行说明。

该第6实施方式的燃料电池1如图10所示，单体单元17、空气极绝缘框架23、燃料极绝缘框架29等的平面形状是与所述第1实施方式相同的长方形，但燃料气体流入口fin的图心cfi和燃料气体流出口fout的图心cfo的位置在该图的上下方向上没有对齐，而是在该图的左右方向上较大程度地偏离。

例如使燃料气体流入口fin的图心cfi自第1边h1的中点向右侧偏离，使燃料气体流出口fout的图心cfo自第2边h2的中点向左侧偏离。

此外，将氧化剂气体流入口ain的图心cai作为第3边h3的中点，使氧化剂气体流出口aout的图心cao自第4边h4的中点向上方偏离。

在该结构的情况下，通过满足上述的“流路配置条件1”的条件，或者除了满足“流路配置条件1”以外，还满足“流路配置条件2”～“流路配置条件4”中的任一个条件，也发挥与所述各实施方式相同的效果。

[实验例]

接着，对为了确认本发明的效果而进行的实验例进行说明。

＜实验例1＞

在本实验例1中，为了进行计算机模拟，针对使用1块单体单元的1层发电单元的平板型的固体氧化物型燃料电池设定实验对象的模型(实验模型1)和基准的模型(基准模型：基准单元)。

然后，通过模拟，变更实验模型1的氧化剂气体流入口的图心cai和氧化剂气体流出口的图心cao的位置，求出各自的输出电压，并且求出基准模型的输出电压，求出实验模型1相对于基准模型的输出电压的变化量。以下详细地进行说明。

a)实验模型1的构造

实验模型1的基本构造与例如所述第1实施方式的1个发电单元相同。

详细而言，在实验模型1中，将发电单元、单体单元、燃料气体室、氧化剂气体室等各构件的平面形状(从层叠方向观察)设为正方形，各构件的尺寸设定为如下那样。此外，各构件的材质与所述第1实施方式相同。

俯视状态下的尺寸

燃料气体室和氧化剂气体室：12cm×12cm，单体单元：9cm×9cm

此外，例如图7的(a)所示，将燃料气体流入口的图心cfi的位置设为第1边h1的中点。考虑到制造偏差等，将燃料气体流出口的图心cfo设为xp、xm的10％以内的范围的任意位置。

另外，在基准模型中，燃料气体流入口的图心cfi、燃料气体流出口的图心cfo、氧化剂气体流入口的图心cai、氧化剂气体流出口的图心cao的位置设定在第1框w1的各边h1～h4的中点。

b)实验模型1和基准模型的运转条件

在燃料电池的规定的发电温度下，将燃料气体(例如氢、氮、水(水蒸气)的混合气体等)和氧化剂气体(例如空气(氧、氮的混合气体等))以恒定的流量供给规定时间，进行实验模型1和基准模型的运转。

而且，如下述表1～表3所示，将燃料气体流出口的图心cfo设为0、0.1xm、0.1xp，将氧化剂气体流入口的图心cai和氧化剂气体流出口的图心cao设为ym～yp的范围内的各数值，在上述的运转条件下进行模拟，求出实验模型1的各图心cfo、cai、cao变更时的相对于基准模型的输出电压的变化量。

其结果同样记在下述表1～表3。另外，在表1～表3中表示实验模型1相对于基准模型的输出电压的变化量dvolt[％]。

另外，在用xp表示的情况下，燃料气体流出口的图心cfo处于比lf靠lfp侧的位置，在用xm表示的情况下，燃料气体流出口的图心cfo处于比lf靠lfm侧的位置。此外，在位于lf上的情况下设为0。

在用yp表示的情况下，氧化剂气体流入口的图心cai、氧化剂气体流出口的图心cao位于比la靠lap侧的位置，在用ym表示的情况下，氧化剂气体流入口的图心cai、氧化剂气体流出口的图心cao位于比la靠lam侧的位置。此外，在位于la上的情况下设为0。

【表1】

【表2】

【表3】

根据该表1～表3能够明确知晓，在像所述图7那样将氧化剂气体流入口的图心cai设为0.1ym～0.5yp、且将氧化剂气体流出口的图心cao设为0.1yp～0.5yp的情况(参照各表的向右和向左倾斜的斜线部分)下，输出电压上升。

此外，像所述图8那样将氧化剂气体流入口的图心cai设为0.3p～0.5yp、且将氧化剂气体流出口的图心cao设为0.3yp～0.5yp的情况(参照各表的向右倾斜的斜线部分)下，输出电压进一步上升。

＜实验例2＞

在本实验例2中，对使用实验模型2来确认在所述实验例1中以燃料气体流入口的图心cfi的位置为基准地设定其他的燃料气体流出入口的图心cfo、氧化剂气体流入口的图心cai、氧化剂气体流出入口的图心cao的位置的依据的实验例(模拟)进行说明。

图11表示实验模型2的构造，在实验模型2中，将燃料气体流入口的图心cfi设定在第1边h1的中点，燃料气体流出口的图心cfo设定在第2边h2的中点，氧化剂气体流入口的图心cai设定在第3边h3的中点，氧化剂气体流出口的图心cao设定在第4边h4的中点。

而且，在该实验模型2中，如下述表4和图12所示，变更1个流路(图心)的位置(但是，剩余的3个流路的位置保持实验模型2中的位置)，求出在所述实验例1的运转条件下进行发电的情况下的输出电压。而且，对变更了该流路的情况下的输出电压和不变更流路的基准的实验模型2(该情况下的基准单元)之间的输出电压的情况进行比较。即，求出相对于基准单元而言变更了流路的实验模型2的输出电压的变化量。其结果同样表示在下述表4和图12。

另外，图12的横轴表示各边的各流路的位置(即，燃料气体流入口的图心cfi、燃料气体流出口的图心cfo、氧化剂气体流入口的图心cai、氧化剂气体流出口的图心cao)自中点的偏离量，且0表示处于中点的位置的情况。

【表4】

根据该表4和图12能够明确知晓，燃料气体流入口的图心cfi的位置相对于输出电压的灵敏度与其他的流路(即，燃料气体流出口的图心cfo、氧化剂气体流入口的图心cai、氧化剂气体流出口的图心cao)的位置相对于输出电压的灵敏度相比明显较大。还能够知晓，在燃料气体流入口的图心cfi的位置为0时、即存在于相对于燃料的流动方向的单元宽度的中央部(即，第1边h1的中点)时，输出电压变得极大。因而能够知晓，优选的是，以燃料气体流入口的图心cfi的位置为基准。

也就是说，在使燃料气体流入口的图心cfi自单元中心线(通过第1边h1的中点的线)偏离时，输出电压显著下降，因此，将燃料气体流入口的图心cfi固定在单元中心线上。

另外，对于燃料气体流出口的图心cfo，也是处于单元中心线(通过第2边h2的中点的线)时，输出电压最高，因此同样地进行固定(但是，设为考虑了制造偏差在内的范围)。

根据该实验例2能够明确，由于认为在燃料电池中从层叠方向观察时的氧浓度的分布非常重要，因此，在上述的各实施方式中，特别规定氧化剂气体流入口的图心cfi和氧化剂气体流入口的图心cao的位置等。

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于所述实施方式，能够采取各种形态。

(1)例如，本发明能够应用于例如将zro2系陶瓷等作为电解质的固体氧化物型燃料电池(sofc)、将高分子电解质膜作为电解质的固体高分子型燃料电池(pefc)、将li－na/k系碳酸盐作为电解质的熔融碳酸盐型燃料电池(mcfc)、将磷酸作为电解质的磷酸型燃料电池(pafc)等的燃料电池。

(2)此外，在本发明中，作为单体单元、发电单元、燃料电池堆等的平面形状，并不限于矩形(例如长方形、正方形)，可以采用多边形、弯曲的形状(例如圆形)等各种形状。

(3)并且，作为本发明的燃料电池，除了将板状的单体单元(发电单元)层叠而成的多层的燃料电池堆以外，还可以采用由1个板状的单体单元(发电单元)构成的1层的燃料电池。此外，也可以是仅在燃料电池堆的全部的发电单元中的1层或多层采用具有本发明的结构的发电单元。

附图标记说明

1、平板型燃料电池(燃料电池堆)；7、发电单元；17、燃料电池单体单元；31、氧化剂气体室(空气流路)；35、燃料气体室(燃料流路)；55、固体电解质层；59、燃料极；57、空气极层；fin、燃料气体流入口；fout、燃料气体流出口；ain、氧化剂气体流入口；aout、氧化剂气体流出口。