JP5188236B2 - ガス給排マニホールドおよび固体酸化物形燃料電池バンドル - Google Patents

Description

本発明は、ガス給排マニホールドおよび固体酸化物形燃料電池バンドルに関するものである。

固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」ということがある。）は、電解質として酸素イオン導電性を有する固体電解質を用いた燃料電池である。ＳＯＦＣの基本的な要素は、空気極、固体電解質、燃料極であり、これら３つの要素を順に積層したものが、通常、単セルと称されている。電極（空気極、燃料極）と固体電解質との間には、必要に応じて、中間層を介在させることもある。

単セルの構造を幾何学的な形状により分類すると、平面型と管状型とに大別することができる。この内、管状単セルとしては、管の内側から外側に向かって空気極／固体電解質／燃料極が接合され、管の内側に酸化剤ガス、管の外側に燃料ガスを流す形式と、管の内側から外側に向かって燃料極／固体電解質／空気極が接合され、管の内側に燃料ガス、管の外側に酸化剤ガスを流す形式とが知られている。

この種の管状単セルは、それ単体では実用性に乏しい。そのため、複数本の管状単セルを直列・並列に接続した単セル集合体、いわゆるバンドルとして実用に供される。

例えば、特許文献１には、複数本の管状単セルの両端部を一対の支持体により支持した固体酸化物形燃料電池バンドルが開示されている。この特許文献１のバンドルでは、一方の支持体の外側に、管状単セルから燃料ガスを排出される排出室を設け、排出室の管板と支持体とに囲まれて形成された空間に、単セルの軸方向と垂直な方向から酸化剤ガスを供給し、支持体とセルとの隙間を通じて酸化剤ガスを流す構造とされている。

特開２００３−１２３８２７号公報

しかしながら、従来技術では、酸化剤ガスをセルの軸方向と垂直な方向から供給するためガス給排構造が複雑になるといった問題があった。また、燃料ガスの排出される排出室と支持体との間に、酸化剤ガスが通る空間を設ける必要がある。そのため、電池が大型化するといった問題があった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、従来に比較して、ガス給排構造を簡略化することができ、電池の小型化を図ることが可能なガス給排マニホールドを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るガス給排マニホールドは、管内に第１ガスが供給され、管外表面に第２ガスが供給される複数本の固体酸化物形燃料電池管状単セルと、これら複数本の管状単セルの両端部を支持固定する一対の支持体とを有する固体酸化物形燃料電池バンドルの一方の支持体外側に配置されるものであって、上記管状単セルの片側端部が室内に配置され、管内から排出された第１ガスを室外に排出する排出口を有する排出室と、上記排出室内を貫通して設けられるとともに上記支持体側の排出室端面から突出する突出部を有しており、内部に導入された第２ガスを前記支持体を介して上記管状単セルの管外表面に供給する筒状体とを有することを要旨とする。

ここで、上記排出室は、当該排出室を構成する壁と前記支持体とにより区画されて形成されるものであることが好ましい。

また、上記突出部は、端部に向かって先細るようにテーパー加工されていると良い。

また、上記筒状体の筒径は略一定であると良い。この際、上記突出部の端部にネジ部を有していると良い。

また、上記筒状体は、上記排出室を構成する壁にネジ込みにより固定されていると良い。

また、上記突出部にガス噴出ノズルが延設されていると良い。

また、上記排出口内を通って上記筒状体が設けられていると良い。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池バンドルは、上述したガス給排マニホールドを備えていることを要旨とする。

ここで、上記固体酸化物形燃料電池バンドルは、上記ガス給排マニホールドの排出口から集電線が取り出されている、または、上記ガス吸排マニホールドを構成する壁に形成された孔部を通じて集電線が取り出されていると良い。

本発明に係るガス給排マニホールドによれば、上述した構成を有しているので、管状単セルの軸方向に対して略平行方向から第２ガスを供給することができる。また、第２ガスの供給と第１ガスの排出とを一つのマニホールドにより行うことができる。そのため、従来に比べ、ガス給排構造を簡略化することができる。また、排出室と支持体との間に空間を設ける必要がない。そのため、その分電池の小型化に寄与することができる。また、ガス給排構造の簡略化により、電池製造コストの低廉化にも寄与することができる。

その他にも、バンドル内部から第２ガスを供給することができるため、各セルにほぼ同一の条件で第２ガスを供給しやすい。また、第２ガスの流れと第１ガスとの流れを対向流にすることができるため、効率的にガス同士の熱交換を行うことができ、管状単セル、バンドルの温度分布を比較的均一にしやすく、電池の安定運転に寄与することができる。

ここで、上記排出室が、当該排出室を構成する壁と上記支持体とにより区画される場合には、排出室を構成する壁のうち、支持体側の壁を省略することができる。そのため、その分電池の小型化に寄与することができる。

また、上記突出部が、端部に向かって先細るようにテーパー加工されている場合には、支持体側に形成した接続孔の大きさを、テーパー途中の外形の大きさとし、この接続孔に突出部のテーパー部分を押しつけて第２ガスを供給することが可能になる。そのため、突出部と支持体との間のガスシール性を確保しやすくなる利点がある。

また、上記筒状体の筒径が略一定である場合には、筒状体の製造加工を簡略化することができる。そのため、当該マニホールドの低コスト化に寄与する。

この際、上記突出部の端部にネジ部を有する場合には、支持板に突出部の端部をネジ込んで固定することが可能となる。そのため、突出部と支持体との間のガスシール性をより確保しやすくなる利点がある。

また、上記筒状体が、上記排出室を構成する壁にネジ込みにより固定されている場合には、当該マニホールドを支持体に押しつけることが可能となり、排気室のガスシール性を高めることができる。とりわけ、筒状体の突出部がテーパー加工されているときには、筒状体のネジ込みによりテーパー部分の位置調整を行うことができ、突出部と支持体との間のガスシール性をより確保しやすくなる利点がある。

また、上記突出部にガス噴出ノズルが延設されている場合には、管状単セルの管外表面の隅々まで第２ガスを供給しやすくなる利点がある。

また、上記排出口内を通って上記筒状体が設けられている場合には、当該マニホールドから排気される第１ガスと当該マニホールドに導入される第２ガスとを筒状体を介して熱交換させやすくなる利点がある。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池バンドルは、上述したガス給排マニホールドを備えている。そのため、電池構造を簡略化することができる。また、電池を小型化することができる。

また、上記ガス給排マニホールドの排出口から集電線が取り出されている、または、上記支持体に形成された孔部を通じて集電線が取り出されている場合には、集電を行いやすい利点がある。

以下、本発明の一実施形態に係るガス給排マニホールド（以下、「本マニホールド」ということがある。）、本発明の一実施形態に係る固体酸化物形燃料電池バンドル（以下、「本バンドル」ということがある。）について詳細に説明する。

図１は、本マニホールドおよびこれを適用した本バンドルの断面を模式的に示した図である。図２は、ＳＯＦＣバンドルの側面を模式的に示した図であり、（ａ）は本マニホールド側、（ｂ）は本マニホールド側と反対側から見た図である。

図１、図２に示すように、ＳＯＦＣバンドル１０は、複数本の固体酸化物形燃料電池管状単セル（以下、「管状単セル」ということがある。）１２と、一対の支持体１４ａ、１４ｂとを有している。本マニホールド５０は、ＳＯＦＣバンドル１０が有する一対の支持体１４ａ、１４ｂのうち、一方の支持体１４ａの外側に配置される。本バンドル６０は、ＳＯＦＣバンドル１０が有する一対の支持体１４ａ、１４ｂのうち、一方の支持体１４ａの外側に本マニホールド５０を有している。

先ず、ＳＯＦＣバンドル１０の構成について説明する。図３は、管状単セルの一例を模式的に示した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は長手方向の断面図である。

図３に示すように、管状単セル１２は、第１電極管１２ａと、固体電解質層１２ｂと、第２電極層１２ｃとを有している。なお、この図３を除く他の図では、管状単セル１２は、その管内部が詰まった状態で図示されているが、これは単に便宜上のためである。また、図示はしないが、第１電極管１２ａと固体電解質層１２ｂとの間、固体電解質層１２ｂと第２電極層１２ｃとの間に、任意で中間層を介在させることもできる。

第１電極管１２ａは、第１電極材料より管状に形成された多孔質体である。第１電極管１２ａは、第１電極としての機能を有するとともに支持管としての機能も兼ね備えている。

第１電極管１２ａの管内には、第１ガスＦが供給される。第１電極管１２ａは、具体的には、燃料極材料より形成された燃料極管、または、空気極材料より形成された空気極管の何れか一方である。

したがって、第１電極管１２ａが燃料極管である場合には、第１ガスＦとして、水素、一酸化炭素、メタン、都市ガス（１３Ａ）などの燃料ガスが選択される。一方、第１電極管１２ａが空気極管である場合には、第１ガスＦとして、空気、酸素などの酸化剤ガスが選択される。

燃料極材料としては、例えば、Ｎｉ、ＮｉＯ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、これら元素を２種以上含有する合金などの触媒を用いることができる。好ましくは、Ｎｉ、ＮｉＯ、Ｃｏ、Ｃｕなどである。より好ましくは、他の金属と比べ安価であり、燃料ガスとの反応性が良いなどの観点から、Ｎｉ、ＮｉＯなどである。また、触媒と固体電解質との複合材料を用いることもできる。この場合、固体電解質としては、例えば、Ｙ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３などで安定化されたジルコニア（ＹＳＺ、ＳｃＳＺなど）、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３などの第二元素の酸化物を含むスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＣｅＳＺ、ＳｃＹＳＺなど、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３などの酸化物を含むＣｅＯ_２（ＳＤＣ、ＧＤＣなど）、ＬａＳｒＧａＭｇＯ_３（ＬＳＧＭ）などが挙げられる。触媒と固体電解質との混合比（重量％）は、８０：２０〜３０：７０の範囲が好ましい。より好ましくは、７０：３０〜４０：６０の範囲であると良い。

一方、空気極材料としては、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ_３、ＬａＣａＭｎＯ_３、ＬａＭｇＭｎＯ_３、ＬａＳｒＣｏＯ_３、ＬａＣａＣｏＯ_３、ＬａＳｒＦｅＯ_３、ＬａＳｒＣｏＦｅＯ_３、ＬａＳｒＮｉＯ_３、ＬａＮｉＦｅＯ_３、ＳｍＳｒＣｏＯ_３などの遷移金属ペロブスカイト型酸化物を用いることができる。また、遷移金属ペロブスカイト型酸化物と固体電解質との複合材料を用いることもできる。この場合、固体電解質としては、例えば、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ＳｃＣｅＳＺ、ＳｃＹＳＺ、ＳＤＣ、ＧＤＣ、ＬＳＧＭなどが挙げられる。遷移金属ペロブスカイト型酸化物と固体電解質との混合比（重量％）は、９０：１０〜５０：５０の範囲が好ましい。より好ましくは、９０：１０〜８０：２０の範囲であると良い。

第１電極管１２ａは、例えば、各種材料粉末を所定比率で混合し、これにメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレートなどの結合剤、炭素粉末などの気孔生成剤などを加えて水で練り、得られた塑性物を押し出し成形法などを用いて、所定の管径、管長さ、管厚みの管状成形体とし、これを組成に応じた最適な温度で焼成するなどして製造することができる。

固体電解質層１２ｂは、固体電解質材料より薄膜状に形成された緻密質体であり、第１電極管１２ａの外周面に沿って積層されている。固体電解質材料としては、例えば、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ＳｃＣｅＳＺ、ＳｃＹＳＺ、ＳＤＣ、ＧＤＣ、ＬＳＧＭなどが挙げられる。

固体電解質層１２ｂは、具体的には、図３に示すように、第１電極管１２ａの一端部側の外表面が露出するように第１電極管１２ａの外周に積層されている。

固体電解質層１２ｂは、第１電極管１２ａ（焼結体）またはその前駆体である管状成形体（未焼成体）の所定位置に固体電解質材料を含むスラリーを付着させた後、これを組成に応じた最適な温度で焼成するなどして製造することができる。なお、管状成形体に固体電解質材料を含むスラリーを付着させて焼成（共焼結法）した場合には、電池製造コストを抑制しやすくなる。

固体電解質材料を含むスラリーを付着させる方法としては、具体的には、例えば、焼成時に消失しうる物質（ポリマーなど）を用いて、第１電極管１２ａ等の端部を密栓したり、固体電解質層１２ｂを形成しない部位にマスクを施したりした後、固体電解質材料を含むスラリー中に第１電極管１２ａ等を浸漬して引き抜くディッピング法や、スプレー法、ハケ塗り法、ロールコート法などを用いて、第１電極管１２ａ等に固体電解質材料を含むスラリーを塗布する方法などを例示することができる。

この際、管状単セル１２の他端部側において、第１電極管１２ａの端面と固体電解質層１２ｂの端面とは、ともに一致していても良い。好ましくは、少なくとも第１電極管１２ａの端面が、固体電解質層１２ｂにより被覆されていると良い。第１電極管１２ａと第２電極層１２ｃとの絶縁性が高まり、短絡の危険性が小さくなるからである。

より好ましくは、上記効果を確実なものにするなどの観点から、図３（ｂ）に示すように、第１電極管１２ａの端面および第１電極管１２ａの内周面の一部が、固体電解質層１２ｂにより被覆されていると良い。

このような構造は、例えば、図３（ｂ）中の位置Ｓにポリマーなどを詰め、ディッピング法を適用するなどすれば得ることができる。

第２電極層１２ｃは、第２電極材料より薄膜状に形成された多孔質層であり、その表面に第２ガスＡが供給される。第２電極層１２ｃは、固体電解質層１２ｂの外周に積層されている。

第２電極層１２ｃは、具体的には、図３に示すように、固体電解質層１２ｂの一端部側の外表面が露出するように固体電解質層１２ｂの外周に積層されている。

第２電極層１２ｃは、第１電極管１２ａとは異なる電極種を構成する。つまり、第１電極管１２ａが燃料極管である場合、第２電極層１２ｃは、空気極材料より形成された空気極層とされる。一方、第１電極管１２ａが空気極管である場合、第２電極層１２ｃは、燃料極材料より形成された燃料極層とされる。

第２電極層１２ｃが空気極層である場合、この層には、第２ガスＡとして、空気、酸素などの酸化剤ガスが供給される。一方、第２電極層１２ｃが燃料極層である場合、この層には、第２ガスＡとして、水素、一酸化炭素、メタンなどの燃料ガスが供給される。

本発明では、電池製造が容易であるなどの観点から、第１電極管１２ａは燃料極管、第２電極層は、空気極層であることが好ましい。

ＳＯＦＣバンドル１０において、一対の支持体１４ａ、１４ｂは、各種の絶縁材料より板状に形成されている。上記絶縁材料としては、例えば、アルミナ、ジルコニアなどの絶縁セラミックス、ガラスセラミックスなどが挙げられる。なお、支持体１４ａ、１４ｂの厚みは、第１電極管１２ａの露出部の長さよりも薄く設定されている。

支持体１４ａ、１４ｂには、各管状単セル１２の配列に対応して、各管状単セル１２の端部を挿通可能な挿通孔（図示せず）が複数形成されている。

上記形状を有する支持体１４ａ、１４ｂは、例えば、板状の絶縁材料を打ち抜いてそれぞれの挿通孔を形成するなどして製造することができる。

ＳＯＦＣバンドル１０では、一対の支持体１４ａ、１４ｂが対向配置されている。そして、複数本の管状単セル１２は、各管状単セル１２同士の電気的な接続パターンを考慮して支持体１４ａ、１４ｂの挿通孔に両端部が挿通された状態で、支持体１４ａ、１４ｂにより支持固定されている。

支持体１４ａ、１４ｂの外側には、ガスシール部材１６ａ、１６ｂが積層されている。これにより、管状単セル１２から排出される第１ガスＦ、あるいは、管状単セル１２に供給される第１ガスＦと、支持体１４ａ、１４ｂ間に供給される第２ガスＡとの混合を防止することができる。なお、ガスシール部材１６ａ、１６ｂは、支持体１４ａ、１４ｂの内側に積層されていても良い。

ガスシール部材１６ａ、１６ｂの材料としては、例えば、ガラスシール、セラミックシール、マイカシートなどを例示することができる。

各管状単セル１２同士は、第１電極管１２ａの露出部同士、または、第２電極層１２ｃの外表面同士、あるいは、第１電極管１２ａの露出部と第２電極層１２ｃの外表面とがインターコネクタ１８を介して電気的に接続された構造を有している。

インターコネクタ１８は、ＬａＣｒＯ_３、ＬａＣｏＯ_３などの導電性セラミックス、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル系合金、金属箔などの金属材料などにより、所定の厚みを有する板状に形成されている。インターコネクタ１８には、各管状単セル１２の配列に対応して、各管状単セル１２を挿通可能な挿通孔（図示せず）が形成されている。

上記形状を有するインターコネクタ１８は、例えば、板状のインターコネクタ材料を打ち抜いて挿通孔を形成するなどして製造することができる。

図１、図２は、インターコネクタ１８を介して、４つの管状単セル１２が並列接続され、これが８つ直列接続された接続パターンを例示したものである。上記接続パターンでは、後述する接続孔２０の周囲を取り囲むようにして、複数本の管状単セル１２が配置されている。もっとも、ＳＯＦＣバンドル１０の接続パターンは、上記接続に限定されるものではない。例えば、各管状単セル１２を並列で接続する場合には、図４に示すように、インターコネクタ１８’ａ、１８’ｂを用いて、各管状単セル１２の一方端部側、他方端部側をそれぞれ電気的に接続すれば良い。なお、この場合には、インターコネクタ１８’ａ、１８’ｂを支持体１４ａ、１４ｂとして使用しても良い。

一対の支持体１４ａ、１４ｂのうち、一方の支持体１４ａには、接続孔２０が形成されている。この接続孔２０には、以下に説明する本マニホールド５０の筒状体５４が接続される。本マニホールド５０は、上述したＳＯＦＣバンドル１０に第２ガスＡを供給し、ＳＯＦＣバンドル１０の発電に供されて余った残余の第１ガスＦを排出するガス給排機能を有している。

図５は、図１に示した本マニホールドを拡大して模式的に示した図である。図５に示すように、本マニホールド５０は、排出室５２と、筒状体５４とを有している。

排出室５２の室内には、上述した支持体１４ａの外側に突出した管状単セル１２の端部が配置される。この排出室５２の室内には、管状単セル１２の管内から第１ガスＦが排出される。この第１ガスＦは、図１に示すように、上述した支持体１４ｂの外側に突出した管状単セル１２の端部を覆う第１ガス供給マニホールド２２から管状単セル１２の管内に供給され、発電に使用されずに余った残余の第１ガスＦである。

排出室５２は、管内から排出された第１ガスＦを室外に排出する排出口５２ａを有している。なお、排出口５２ａから室外に排出された第１ガスＦは、回収し、管状単セル１２の管内に再び供給しても良い。本マニホールド５０において、排出口５２ａの位置、大きさ、範囲、数等は、第１ガスＦを室外に排出可能であれば、特に限定されるものではない。

図６は、支持体１４ａと反対側の排出室端面を模式的に示した図である。図６（ａ）に示すように、例えば、排出口５２ａは、筒状体５４と離れて設けられていても良いし、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、筒状体５４を内側に含むように設けられていても良い。図６（ｂ）に示すように、筒状体５４の外径と同じ幅の隙間により排出口５２ａを形成した場合には、筒状体５４を左右に可変させることが可能になる。また、図６（ｃ）に示すように、筒状体５４の外周に排出口５２の周縁を配置した場合には、排出口５２の周縁に形成した爪部５２ｂ等の固定部材により、筒状体５４を固定すると良い。

なお、ＳＯＦＣバンドル１０の集電部２４（図２、後述の図１２、図１３参照）は、本マニホールド５０側に存在することが好ましい。この場合には、上述した排出口５２ａから、集電部２４に接続した集電線（不図示）を容易に取り出すことが可能になるからである。もっとも、排出口５２ａを利用しない場合には、本マニホールド５０を構成する壁に孔部（不図示）を形成し、この孔部から集電線を取り出すことも可能である。この場合、発電に供された第１ガスＦが漏れることが考えられるが、ガス漏れを防ぐにはガスシール部材によりシールすれば良いし、仮にガス漏れが生じても、発電後の第１ガスが漏れるだけであるため、発電にはあまり影響しない。他にも、支持体１４ａに孔部（不図示）を形成し、この孔部から集電線を取り出すことも可能である。

ここで、図５では、排出室５２は、支持体１４ａ側の排出室５２端面に開口部が形成されている。つまり、この場合、排出室５２は、排出室５２を構成する壁と支持体１４ａとにより区画され、室内空間が形成されている。

このような構成を採用した場合には、排出室５２を構成する壁のうち、支持体１４ａ側の壁を省略することができ、その分、電池の小型化に寄与することができる。また、ＳＯＦＣバンドル１０の支持体１４ａ表面に形成されるインタコネクタ１８や管状単セル１２の突出端等による凹凸形状に関わらず、本マニホールド５０をＳＯＦＣバンドル１０に接続することができるので、接続構造をより簡略化することができる。また、挿通、シール等の精度も比較的低くすることができる。

また上記の場合、支持体１４ａ側の排出室端面と支持体１４ａとの間には、ガラスシール、セラミックシール、マイカシートなどよりなるガスシール部材を設けても良い。この場合には、本マニホールド５０と支持体１４ａとの間のガスシール性を高めることができる。

なお、本マニホールド５０は、支持体１４ａを用いずに、排出室５２の室内空間が形成されていても構わない。

排出室５２の材料としては、例えば、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル系合金などを採用でき、具体的には、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０、インコネル６００、インコネル６２５などが挙げられる。

一方、筒状体５４は、その内部に第２ガスＡが導入されるもので、排出室５２内を貫通して設けられている。そのため、筒状体５４内の第２ガスＡと排出室５２内の第１ガスＦとが分離され、両者の混合が防止可能となる。

筒状体５４は、支持体１４ａ側の排出室５２端面から突出する突出部５４ａを有している。突出部５４ａは、支持体１４ａの接続孔２０に接続されるものである。筒状体５４内に導入された第２ガスＡを突出部５４ａを通じて支持体１４ａ、１４ｂの間に供給することで、管状単セル１２の第２電極層１２ｃ表面に第２ガスＡが供給される。

筒状体５４の形状は、略円筒状、略角筒状等、特に限定されるものではない。好ましくは、製造性などの観点から、略円筒状であると良い。図５では、筒状体５４は、筒径が略一定の直管状に形成されている例を示している。このように、筒径が略一定の直管状に形成されている場合には、筒状体５４の製造加工を簡略化することができるため、本マニホールド５０の低コスト化に寄与することができる。

筒状体５４の材料としては、例えば、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル系合金などを採用でき、具体的には、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０、インコネル６００、インコネル６２５などが挙げられる。

図７は、本マニホールドの第１変形例を模式的に示した図である。図７に示すように、本マニホールド５０は、筒状体５４の突出部５４ａが、端部に向かって先細るようにテーパー加工されたテーパー部５４ｂを有していても良い。

このようにテーパー部５４ｂを設けた場合には、支持体１４ａに形成する接続孔２０の外形の大きさを、テーパー途中の外形の大きさとすることで、この接続孔２０に突出部５４ａのテーパー部５４ｂを押しつけて第２ガスＡを供給することができる。そのため、突出部５４ａと支持体１４ａとの間のガスシール性を確保しやすくなる。

また、図７に示すように、本マニホールド５０は、筒状体５４の外表面に雄ネジ部５４ｃが形成されていても良い。この場合、支持体１４ａ側との反対側の排出室５２端面には、上記雄ネジ部５４ｃに嵌合する雌ネジ部が形成された貫通孔（不図示）が形成されている。これにより、筒状体５４を、排出室５２を構成する壁にネジ込みにより固定することが可能となる。

このようにネジ込みにより筒状体５４を固定した場合には、本マニホールド５０を支持体１４ａに押しつけることが可能となり、排気室５２のガスシール性を高めることができる。とりわけ、筒状体５４の突出部５４ａがテーパー加工されているときには、筒状体５４のネジ込みによりテーパー部５４ｂの位置調整を行うことが可能となり、突出部５４ａと支持体１４ａとの間のガスシール性をより確保しやすくなる。

図８は、本マニホールドの第２変形例を模式的に示した図である。図８に示すように、本マニホールド５０は、筒状体５４の突出部５４ａの端部に雄ネジ部５４ｄが形成されていても良い。

このように筒状体５４の突出部５４ａの端部に雄ネジ部５４ｄを形成した場合には、支持体１４ａに形成する接続孔２０に雌ネジ部を有するナット部材２１を設けることで、支持体１４ａに突出部５４ａの端部をネジ込んで固定することが可能となる。この場合には、突出部５４ａと支持体１４ａとの間のガスシール性をより確保しやすくなる。

図９は、本マニホールドの第３変形例を模式的に示した図である。図９に示すように、本マニホールド５０は、筒状体５４の突出部５４ａにガス噴出ノズル５４ｆが延設されていても良い。

ガス噴出ノズル５４ｆの長さやガス噴出孔の数、位置、大きさなどは特に限定されるものでない。

ガス噴出ノズル５４ｆが延設されている場合には、各管状単セル１２の管外表面の隅々まで第２ガスＡを供給しやすくなる。

図１０は、本マニホールドをＳＯＦＣバンドルに適用する場合の接続構造の一例を示した図である。

図１０に示すように、本マニホールド５０は、排出室５２の支持体１４ａ側の端面に、開口部５２ｃが形成されている。開口部５２ｃの周縁部には、ＳＯＦＣバンドル１０の支持体１４ａの周縁部が嵌合する溝部５２ｄが形成されている。

このような溝部５２ｄを有する開口部５２ｃが形成されている場合には、嵌合したＳＯＦＣバンドル１０の支持体１４ａの周縁部をネジなどの締結部材５３により締結して固定することができる。そのため、ガスシール部材１６ａが本マニホールド５０に食い込みやすくなり、ガスシール性を確保しやすくなる。

なお、図１０中では、第１ガス供給マニホールド２２も、本ガスマニホールド１０と同様の溝部付き開口部２２ａを有しており、第１ガス供給マニホールド２２側でもガスシール性を確保しやすい構造とされている。

また、第１ガス供給マニホールド２２内には、各管状単セル１２の端部手前側に、圧損材料２２ｂが配置されている。圧損材料２２ｂを配置した場合には、各管状単セル１２に均一に第１ガスＦを供給しやすくなる。

用いる圧損材料２２ｂとしては、例えば、Ｎｉフェルトなどの発泡金属、多孔質セラミックス、ガラスファイバー、セラミックファイバー、金属メッシュ、ジルコニアボール、アルミナボールなどを例示することができ、第１ガスＦの種類に応じて適宜選択することができる。

図１１は、複数の筒状体を有する本マニホールドおよびこれを適用した本バンドルの断面を模式的に示した図である。

図１１に示すように、本マニホールド５０は、複数の筒状体５４、排出口５２ａを有していても良い。この場合には、ＳＯＦＣバンドル１０を多数集積して集積度をあげたときに、筒状体５４が単数の場合に比べ、各管状単セル１２へ、第２ガスＡを供給しやすくなる。また、供給条件もほぼ同一にしやすくなる。また、排出口５２ａが単数である場合に比べ、第１ガスＡの排出を効率良く行うことが可能になる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

例えば、上記実施形態では、ＳＯＦＣバンドルの接続パターンとして、４つの管状単セル１２が並列接続され、これが８つ直列接続された接続パターンについて例示したが、ＳＯＦＣバンドル１０の接続パターンは、上記接続に限定されるものではない。

図１２は、インターコネクタ１８により、４つの管状単セル１２が並列接続され、これが１６個直列接続された接続パターンを示したものである。また、図１３は、４つの管状単セル１２が並列接続され、これが３２個直列接続された接続パターンを示したものである。このようにＳＯＦＣバンドル１０は、各種の接続パターンを採ることが可能である。

また例えば、上記実施形態では、接続孔２０を中心として略角形となるように各管状単セル１２を配列した場合について説明したが、これに限定されるものではない。図１４は、接続孔２０を中心に略円筒形となるように各管状単セル１２を配列した場合について例示したものである。

このような配列にした場合には、本マニホールド５０から供給される第２ガスＡを各管状単セル１２に均一に供給しやすくなる。集積度、集積性、直列・並列接続パターンのしやすさ等を考慮して、ＳＯＦＣバンドル１０中の各管状単セル１２を配列することができる。

本マニホールドおよびこれを適用した本バンドルの断面（切断位置は図２中の破線位置）を模式的に示した図である。 ＳＯＦＣバンドルの側面の一例を模式的に示した図であり、（ａ）は本マニホールド側、（ｂ）は本マニホールド側と反対側から見た図である。 管状単セルの一例を模式的に示した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は長手方向の断面図である。 管状単セルを並列接続したＳＯＦＣバンドルの側面の一例を模式的に示した図であり、（ａ）は本マニホールド側、（ｂ）は本マニホールド側と反対側から見た図である。 図１に示した本マニホールドを拡大して模式的に示した図である。 支持体と反対側の排出室端面を模式的に示した図である。 本マニホールドの第１変形例を模式的に示した図である。 本マニホールドの第２変形例を模式的に示した図である。 本マニホールドの第３変形例を模式的に示した図である。 本マニホールドをＳＯＦＣバンドルに適用する場合の接続構造の一例を示した図である。 複数の筒状体、排出口を有する本マニホールドおよびこれを適用した本バンドルの断面を模式的に示した図である。 ＳＯＦＣバンドルの接続パターンの変形例を示した図である。 ＳＯＦＣバンドルの接続パターンの他の変形例を示した図である。 接続孔を中心に略円筒形となるように各管状単セルを配列した場合について模式的に示した図である。

符号の説明

１０ ＳＯＦＣバンドル
１２ 管状単セル
１２ａ 第１電極管
１２ｂ 固体電解質層
１２ｃ 第２電極層
１４ａ 支持体
１４ｂ 支持体
１６ａ ガスシール部材
１６ｂ ガスシール部材
１８ インターコネクタ
１８’ａインターコネクタ
１８’ｂインターコネクタ
２０ 接続孔
２１ ナット部材
２２ 第１ガス供給マニホールド
２２ａ 溝部付き開口部
２２ｂ 圧損材料
２４ 集電部
５０ 本マニホールド
５２ 排出室
５２ａ 排出口
５２ｂ 爪部
５２ｃ 開口部
５２ｄ 溝部
５３ 締結部材
５４ 筒状体
５４ａ 突出部
５４ｂ テーパー部
５４ｃ 雄ネジ部
５４ｄ 雄ネジ部
５４ｆ ガス噴出ノズル
６０ 本バンドル
Ｆ 第１ガス
Ａ 第２ガス

Claims (10)

1. 管内に第１ガスが供給され、管外表面に第２ガスが供給される複数本の固体酸化物形燃料電池管状単セルと、これら複数本の管状単セルの両端部を支持固定する一対の支持体とを有する固体酸化物形燃料電池バンドルの一方の支持体外側に配置されるガス給排マニホールドであって、
   前記管状単セルの片側端部が室内に配置され、管内から排出された第１ガスを室外に排出する排出口を有する排出室と、
   前記排出室内を貫通して設けられるとともに前記支持体側の排出室端面から突出する突出部を有しており、内部に導入された第２ガスを前記支持体を介して前記管状単セルの管外表面に供給する筒状体と、
   を有することを特徴とするガス給排マニホールド。
2. 前記排出室は、当該排出室を構成する壁と前記支持体とにより区画されることを特徴とする請求項１に記載のガス給排マニホールド。
3. 前記突出部は、端部に向かって先細るようにテーパー加工されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス給排マニホールド。
4. 前記筒状体の筒径が略一定であることを特徴とする請求項１または２に記載のガス給排マニホールド。
5. 前記突出部の端部にネジ部を有することを特徴とする請求項４に記載のガス給排マニホールド。
6. 前記筒状体は、前記排出室を構成する壁に、ネジ込みにより固定されていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のガス給排マニホールド。
7. 前記突出部に、ガス噴出ノズルが延設されていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のガス給排マニホールド。
8. 前記排出口内を通って前記筒状体が設けられていることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載のガス給排マニホールド。
9. 請求項１から８の何れかに記載のガス給排マニホールドを備えた固体酸化物形燃料電池バンドル。
10. 前記ガス給排マニホールドの排出口から集電線が取り出される、または、前記ガス吸排マニホールドを構成する壁に形成された孔部を通じて集電線が取り出されることを特徴とする請求項９に記載の固体酸化物形燃料電池バンドル。

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