JP6359075B2 - Manifold - Google Patents

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Description

本発明は、マニホールドに関するものである。   The present invention relates to a manifold.

燃料電池スタックは、マニホールドと、複数の燃料電池セルとを備えている。マニホールドは、各燃料電池セルにガスを分配するように構成されている。具体的には、マニホールドは、底壁、側壁、及び上壁を有している。この底壁、側壁、及び上壁は、マニホールドの内部空間を画定している。   The fuel cell stack includes a manifold and a plurality of fuel cells. The manifold is configured to distribute gas to each fuel cell. Specifically, the manifold has a bottom wall, a side wall, and a top wall. The bottom wall, the side wall, and the top wall define an internal space of the manifold.

特開2015−76339号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-76339

燃料電池セルの破壊の原因となる燃料枯渇を抑制するため、各燃料電池に対するガス供給量の差を小さくすることが好ましい。これに対して、マニホールドの内部空間において局所的にガスの滞留部が生じると、その滞留部と対応する燃料電池セルに対するガス供給量が小さくなり、他の燃料電池セルに対するガス供給量との差が大きくなってしまう。そこで、本発明は、内部空間における局所的なガス滞留部の発生を抑制することのできるマニホールドを提供することを課題とする。   In order to suppress fuel depletion that causes destruction of the fuel cell, it is preferable to reduce the difference in the gas supply amount to each fuel cell. On the other hand, when a gas stagnant portion is generated locally in the internal space of the manifold, the gas supply amount to the fuel cell corresponding to the stagnant portion becomes small, and the difference from the gas supply amount to other fuel cell units. Will become bigger. Then, this invention makes it a subject to provide the manifold which can suppress generation | occurrence | production of the local gas retention part in internal space.

本発明のある側面に係るマニホールドは、複数の燃料電池セルにガスを分配するように構成されている。このマニホールドは、底壁と、側壁と、上壁と、を備えている。側壁は、底壁から上方に延びる。上壁は、各燃料電池が取り付けられるように構成されている。底壁、側壁、及び上壁は、マニホールドの内部空間を画定する。側壁及び上壁の少なくとも一方は、複数のガス導入口を有する。   A manifold according to an aspect of the present invention is configured to distribute gas to a plurality of fuel cells. The manifold includes a bottom wall, a side wall, and a top wall. The side wall extends upward from the bottom wall. The upper wall is configured to attach each fuel cell. The bottom wall, the side wall, and the top wall define an internal space of the manifold. At least one of the side wall and the upper wall has a plurality of gas inlets.

このマニホールドは、側壁が複数のガス導入口を有しているため、1つのガス導入口しか有していないマニホールドに比べて、内部空間における局所的なガス滞留部の発生を抑制することができる。なお、側壁が複数のガス導入口を有していてもよいし、上壁が複数のガス導入口を有していてもよい。   Since this manifold has a plurality of gas introduction ports on the side wall, it is possible to suppress the occurrence of a local gas retention portion in the internal space as compared with a manifold having only one gas introduction port. . Note that the side wall may have a plurality of gas inlets, and the upper wall may have a plurality of gas inlets.

好ましくは、側壁は、一対の第1側壁と、一対の第2側壁と、を有する。一対の第1側壁は、第1方向において互いに対向する。一対の第2側壁は、第1方向と直交する第2方向において互いに対向する。   Preferably, the side wall has a pair of first side walls and a pair of second side walls. The pair of first side walls oppose each other in the first direction. The pair of second side walls oppose each other in a second direction orthogonal to the first direction.

好ましくは、一対の第1側壁のうち一方の側壁は、複数の導入口を有する。   Preferably, one side wall of the pair of first side walls has a plurality of introduction ports.

好ましくは、第1側壁と第2側壁との第1境界部の内側面は、R形状である。この構成によれば、各燃料電池セルに対するガス供給量の差をさらに小さくすることができる。   Preferably, the inner side surface of the first boundary portion between the first side wall and the second side wall has an R shape. According to this configuration, the difference in the gas supply amount for each fuel cell can be further reduced.

好ましくは、底壁と第1側壁及び第2側壁との第2境界部の内側面は、R形状である。
この構成によれば、各燃料電池セルに対するガス供給量の差をさらに小さくすることができる。
Preferably, the inner side surface of the second boundary portion between the bottom wall and the first and second side walls has an R shape.
According to this configuration, the difference in the gas supply amount for each fuel cell can be further reduced.

好ましくは、マニホールドは、第1側壁及び第2側壁から外方に延びる第1フランジ部をさらに備えている。上壁は、第1フランジ部に固定される。   Preferably, the manifold further includes a first flange portion extending outward from the first side wall and the second side wall. The upper wall is fixed to the first flange portion.

好ましくは、第1側壁及び第2側壁と第1フランジ部との第3境界部の内側面は、R形状である。この構成によれば、各燃料電池セルに対するガス供給量の差をさらに小さくすることができる。   Preferably, the inner surface of the third boundary portion between the first side wall and the second side wall and the first flange portion has an R shape. According to this configuration, the difference in the gas supply amount for each fuel cell can be further reduced.

好ましくは、第3境界部と上壁との間に第1隙間部が形成される。この構成によれば、この第1隙間部を有さないマニホールドに比べて、この第1隙間部においてマニホールドが変形しやすくなる。このため、マニホールドに燃料電池セルを接合材によって固定している場合において、その第1接合材に生じる応力が低減するため、燃料電池スタックの信頼性が向上する。   Preferably, a first gap portion is formed between the third boundary portion and the upper wall. According to this configuration, the manifold is more easily deformed in the first gap portion than in the manifold not having the first gap portion. For this reason, when the fuel cell is fixed to the manifold with the bonding material, the stress generated in the first bonding material is reduced, so that the reliability of the fuel cell stack is improved.

好ましくは、上壁と第1側壁及び第2側壁との第4境界部の内側面は、R形状である。
この構成によれば、各燃料電池セルに対するガス供給量の差をさらに小さくすることができる。
Preferably, the inner side surface of the fourth boundary portion between the upper wall and the first and second side walls has an R shape.
According to this configuration, the difference in the gas supply amount for each fuel cell can be further reduced.

好ましくは、マニホールドは、第1側壁及び第2側壁の下端部から外方に延びる第2フランジ部をさらに備える。底壁は、第2フランジ部に固定される。   Preferably, the manifold further includes a second flange portion extending outward from the lower end portions of the first side wall and the second side wall. The bottom wall is fixed to the second flange portion.

好ましくは、第1側壁及び第2側壁と第2フランジ部との第5境界部の内側面は、R形状である。
この構成によれば、各燃料電池セルに対するガス供給量の差をさらに小さくすることができる。
Preferably, the inner surface of the fifth boundary portion between the first side wall and the second side wall and the second flange portion has an R shape.
According to this configuration, the difference in the gas supply amount for each fuel cell can be further reduced.

好ましくは、第5境界部と底壁との間に第2隙間部が形成される。   Preferably, a second gap portion is formed between the fifth boundary portion and the bottom wall.

好ましくは、マニホールドは、各導入口に取り付けられる複数の導入管をさらに備える。この構成によれば、振動などの外力がマニホールドに加わった際に生じる応力を各導入管に分散させることができる。なお、導入管の肉厚は、側壁及び底壁の肉厚よりも薄いことが好ましい。   Preferably, the manifold further includes a plurality of introduction pipes attached to each introduction port. According to this configuration, the stress generated when an external force such as vibration is applied to the manifold can be distributed to each introduction pipe. In addition, it is preferable that the thickness of the introduction pipe is thinner than the thickness of the side wall and the bottom wall.

本発明によれば、マニホールドの内部空間における局所的なガス滞留部の発生を抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of a local gas retention portion in the internal space of the manifold.

燃料電池スタックの斜視図。The perspective view of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの断面図。Sectional drawing of a fuel cell stack. 図2のIII−III線断面図。III-III sectional view taken on the line of FIG. 図2のIV−IV線断面図。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2. マニホールドの拡大断面図。The expanded sectional view of a manifold. マニホールドの拡大断面図。The expanded sectional view of a manifold. 図3のVII−VII線断面図。The VII-VII sectional view taken on the line of FIG. マニホールドの拡大断面図。The expanded sectional view of a manifold. 上壁の平面図。The top view of an upper wall. 燃料電池セルの斜視図。The perspective view of a fuel cell. 燃料電池スタックの拡大断面図。The expanded sectional view of a fuel cell stack. 燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of a fuel cell. 燃料電池スタックの拡大断面図。The expanded sectional view of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a fuel cell stack. 変形例に係るマニホールドの断面図。Sectional drawing of the manifold which concerns on a modification. 変形例に係るマニホールドの断面図。Sectional drawing of the manifold which concerns on a modification.

[燃料電池スタック]
以下、本発明に係るマニホールドを採用した燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1〜図3に示すように、燃料電池スタック100は、複数の燃料電池セル1と、マニホールド2と、を備えている。
[Fuel cell stack]
Hereinafter, embodiments of a fuel cell stack employing a manifold according to the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 3, the fuel cell stack 100 includes a plurality of fuel cells 1 and a manifold 2.

[マニホールド]
マニホールド2は、各燃料電池セル1にガスを分配するように構成されている。マニホールド2は、中空状であり、内部空間を有している。マニホールド2の内部空間には、第1導入管201及び第2導入管202を介して燃料ガスなどのガスが導入される。マニホールド2は、この内部空間と外部とを連通する複数の貫通孔27を有している。
[Manifold]
The manifold 2 is configured to distribute gas to each fuel cell 1. The manifold 2 is hollow and has an internal space. A gas such as fuel gas is introduced into the internal space of the manifold 2 via the first introduction pipe 201 and the second introduction pipe 202. The manifold 2 has a plurality of through holes 27 that allow the internal space to communicate with the outside.

マニホールド2は、各燃料電池セル1を支持している。マニホールド2は、マニホールド本体21と、上壁22とを備えている。マニホールド本体21と上壁22とは、互いに別部材であって接合されている。なお、マニホールド本体21と上壁22とは、一体的に形成されていてもよい。このマニホールド本体21と上壁22とによって、マニホールド2の内部空間を画定している。この内部空間は、例えば、直方体状である。   The manifold 2 supports each fuel cell 1. The manifold 2 includes a manifold body 21 and an upper wall 22. The manifold body 21 and the upper wall 22 are separate members and are joined to each other. The manifold body 21 and the upper wall 22 may be integrally formed. The manifold body 21 and the upper wall 22 define an internal space of the manifold 2. This internal space has a rectangular parallelepiped shape, for example.

マニホールド本体21は、直方体状であって、上面が開口した内部空間を有する。詳細には、マニホールド本体21は、底壁23と、一対の第1側壁24と、一対の第2側壁25と、を有している。また、マニホールド本体21は、第1フランジ部26を有していてもよい。   The manifold body 21 has a rectangular parallelepiped shape and has an internal space whose upper surface is open. Specifically, the manifold main body 21 has a bottom wall 23, a pair of first side walls 24, and a pair of second side walls 25. Further, the manifold body 21 may have a first flange portion 26.

底壁23は、平面視(x軸方向視)が矩形状である。各第1側壁24及び各第2側壁25は、底壁23の周縁部から上方に延びている。一対の第1側壁24は、マニホールド2の内部空間の奥行き方向(z軸方向)において、互いに対向するように配置されている。また、一対の第2側壁25は、マニホールド2の内部空間の幅方向(y軸方向)において、互いに対向するように配置されている。奥行き方向と幅方向とは、平面視(x軸方向視)において互いに直交する。なお、奥行き方向は本発明の第1方向の一例であり、幅方向は本発明の第2方向の一例である。   The bottom wall 23 has a rectangular shape in plan view (viewed in the x-axis direction). Each first side wall 24 and each second side wall 25 extend upward from the peripheral edge of the bottom wall 23. The pair of first side walls 24 are arranged to face each other in the depth direction (z-axis direction) of the internal space of the manifold 2. The pair of second side walls 25 are disposed so as to face each other in the width direction (y-axis direction) of the internal space of the manifold 2. The depth direction and the width direction are orthogonal to each other in plan view (viewed in the x-axis direction). The depth direction is an example of the first direction of the present invention, and the width direction is an example of the second direction of the present invention.

図4に示すように、一対の第1側壁24のうち一方の第1側壁24は、第1ガス導入口241及び第2ガス導入口242を有している。この第1ガス導入口241及び第2ガス導入口242から、マニホールド2の内部空間にガスが導入される。すなわち、マニホールド2の1つの内部空間に対して、2つのガス導入口241,242からガスを導入するように構成されている。   As shown in FIG. 4, one first side wall 24 of the pair of first side walls 24 has a first gas inlet 241 and a second gas inlet 242. Gas is introduced into the internal space of the manifold 2 from the first gas introduction port 241 and the second gas introduction port 242. That is, the gas is introduced from the two gas introduction ports 241 and 242 into one internal space of the manifold 2.

第1ガス導入口241及び第2ガス導入口242は、円形状に形成されている。第1ガス導入口241及び第2ガス導入口242は、互いに同じ面積とすることが好ましい。第1ガス導入口241及び第2ガス導入口242は、高さ方向(x軸方向)において、第1側壁24の中央部に形成されていることが好ましい。   The first gas inlet 241 and the second gas inlet 242 are formed in a circular shape. It is preferable that the first gas inlet 241 and the second gas inlet 242 have the same area. The first gas introduction port 241 and the second gas introduction port 242 are preferably formed at the center of the first side wall 24 in the height direction (x-axis direction).

また、第1ガス導入口241及び第2ガス導入口242は、幅方向(y軸方向)における第1側壁24の中心線に対して線対称となるように配置されていることが好ましい。第1ガス導入口241の中心と一方の第2側壁25との距離L1は、第2ガス導入口242の中心と他方の第2側壁25との距離L2と略等しくなるように各ガス導入口241,242が配置されていることが好ましい。また、第1ガス導入口241と第2ガス導入口242との距離L3は、距離L1又は距離L2よりも大きくなるように、各ガス導入口241,242が配置されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the 1st gas inlet 241 and the 2nd gas inlet 242 are arrange | positioned so that it may become line symmetrical with respect to the centerline of the 1st side wall 24 in the width direction (y-axis direction). Each gas inlet port has a distance L1 between the center of the first gas inlet port 241 and one of the second side walls 25 substantially equal to a distance L2 between the center of the second gas inlet port 242 and the other second side wall 25. 241 and 242 are preferably arranged. In addition, it is preferable that the gas inlets 241 and 242 are arranged such that the distance L3 between the first gas inlet 241 and the second gas inlet 242 is larger than the distance L1 or the distance L2.

この第1ガス導入口241及び第2ガス導入口242が形成された第1側壁24に、第1導入管201及び第2導入管202が取り付けられる。本実施形態では、図5に示すように、第1導入管201及び第2導入管202は、第1側壁24の外側面に当接されている。なお、図6に示すように、第1導入管201はガス導入口241に挿入され、第2導入管202は第2ガス導入口242に挿入されていてもよい。また、各導入管201,202は底壁23に対して平行に取り付けられていることが好ましいが、特にこれに限定されない。   The first introduction pipe 201 and the second introduction pipe 202 are attached to the first side wall 24 in which the first gas introduction port 241 and the second gas introduction port 242 are formed. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the first introduction pipe 201 and the second introduction pipe 202 are in contact with the outer surface of the first side wall 24. As shown in FIG. 6, the first introduction pipe 201 may be inserted into the gas introduction port 241 and the second introduction pipe 202 may be inserted into the second gas introduction port 242. Moreover, although it is preferable that each introduction pipe 201 and 202 is attached in parallel with respect to the bottom wall 23, it is not limited to this in particular.

第1ガス導入口241から導入されるガスの流速と、第2ガス導入口242から導入されるガスの流速とは、互いに同じとすることが好ましい。   It is preferable that the flow rate of the gas introduced from the first gas introduction port 241 and the flow rate of the gas introduced from the second gas introduction port 242 are the same.

第1フランジ部26は、各第1側壁24及び各第2側壁25の上端部から外方に延びている。第1フランジ部26は、環状である。   The first flange portion 26 extends outward from the upper end portions of the first side walls 24 and the second side walls 25. The first flange portion 26 is annular.

マニホールド本体21は、1つの部材によって構成されている。すなわち、底壁23と各第1側壁24と各第2側壁25と各第1フランジ部26とは、1つの部材によって構成されている。例えば、マニホールド本体21は、耐熱性を有するような金属あるいは絶縁性セラミックスによって形成される。より具体的には、マニホールド本体21は、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、Ni基合金、MgO(酸化マグネシウム)、Al(酸化アルミニウム)、MgAl(マグネシアアルミナスピネル)、MgO・SiO(ステアタイト)、及び2MgO・SiO(フォルステライト)よりなる群から選ばれる少なくとも1種から形成されている。 The manifold body 21 is composed of one member. That is, the bottom wall 23, each first side wall 24, each second side wall 25, and each first flange portion 26 are configured by one member. For example, the manifold body 21 is formed of a metal having heat resistance or insulating ceramics. More specifically, the manifold body 21 is made of ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, Ni-based alloy, MgO (magnesium oxide), Al 2 O 3 (aluminum oxide), MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel), It is formed of at least one selected from the group consisting of MgO · SiO 2 (steatite) and 2MgO · SiO 2 (forsterite).

図7に示すように、第1側壁24と、第2側壁25との第1境界部20aの内側面は、R形状である。この第1境界部20aの内側面の曲率半径は、3〜30mm程度とすることができる。なお、第1境界部20aの内側面とは、マニホールド2の内部空間を臨む面である。   As shown in FIG. 7, the inner side surface of the first boundary portion 20 a between the first side wall 24 and the second side wall 25 has an R shape. The curvature radius of the inner surface of the first boundary portion 20a can be about 3 to 30 mm. Note that the inner side surface of the first boundary portion 20 a is a surface facing the inner space of the manifold 2.

図4及び図8に示すように、底壁23と、第1側壁24及び第2側壁25との第2境界部20bの内側面は、R形状である。この第2境界部20bの内側面の曲率半径は、2〜20mm程度とすることができる。なお、第2境界部20bの内側面とは、マニホールド2の内部空間を臨む面である。   As shown in FIG.4 and FIG.8, the inner surface of the 2nd boundary part 20b of the bottom wall 23 and the 1st side wall 24 and the 2nd side wall 25 is R shape. The radius of curvature of the inner surface of the second boundary portion 20b can be about 2 to 20 mm. Note that the inner side surface of the second boundary portion 20 b is a surface facing the inner space of the manifold 2.

第1側壁24及び第2側壁25と、第1フランジ部26との第3境界部20cの内側面は、R形状である。この第3境界部20cの内側面の曲率半径は、1〜10mm程度とすることができる。なお、第3境界部20cの内側面とは、マニホールド2の内部空間を臨む面である。   The inner side surface of the third boundary portion 20c between the first side wall 24 and the second side wall 25 and the first flange portion 26 has an R shape. The curvature radius of the inner surface of the third boundary portion 20c can be about 1 to 10 mm. The inner side surface of the third boundary portion 20 c is a surface that faces the internal space of the manifold 2.

図8に示すように、マニホールド2の内部空間の高さ方向(x軸方向)において、第3境界部20cと上壁22との間に第1隙間部28が形成されている。すなわち、上壁22の下面と第1フランジ部26の上面とは接触している一方、上壁22の下面と第3境界部20cの内側面とは接触していない。第1隙間部28は、全周に亘って形成されている。   As shown in FIG. 8, a first gap portion 28 is formed between the third boundary portion 20 c and the upper wall 22 in the height direction (x-axis direction) of the internal space of the manifold 2. That is, the lower surface of the upper wall 22 and the upper surface of the first flange portion 26 are in contact with each other, while the lower surface of the upper wall 22 and the inner surface of the third boundary portion 20c are not in contact with each other. The first gap 28 is formed over the entire circumference.

図4に示すように、上壁22は、マニホールド本体21の上面を塞ぐように、マニホールド本体21上に配置されている。詳細には、上壁22は、第1フランジ部26に固定されている。マニホールド2の内部空間を密閉するため、上壁22が全周に亘ってマニホールド本体21と接合されている。例えば、上壁22とマニホールド本体21とは、結晶化ガラスによって接合されている。上壁22は、上述したマニホールド本体21の材料の少なくとも一種から形成することができる。   As shown in FIG. 4, the upper wall 22 is disposed on the manifold body 21 so as to close the upper surface of the manifold body 21. Specifically, the upper wall 22 is fixed to the first flange portion 26. In order to seal the internal space of the manifold 2, the upper wall 22 is joined to the manifold body 21 over the entire circumference. For example, the upper wall 22 and the manifold body 21 are joined by crystallized glass. The upper wall 22 can be formed from at least one of the materials of the manifold body 21 described above.

図9に示すように、上壁22は、各燃料電池セル1が取り付けられるように構成されている。詳細には、上壁22は、複数の貫通孔27を有している。各貫通孔27は、マニホールド2の幅方向(y軸方向)に延びている。また、各貫通孔27は、マニホールド2の奥行き方向(z軸方向)において、互いに間隔をあけて配置されている。   As shown in FIG. 9, the upper wall 22 is configured such that each fuel cell 1 is attached. Specifically, the upper wall 22 has a plurality of through holes 27. Each through hole 27 extends in the width direction (y-axis direction) of the manifold 2. Further, the through holes 27 are arranged at intervals in the depth direction (z-axis direction) of the manifold 2.

図7及び図8に示すように、マニホールド2の内部空間は、互いに直交する奥行きD、幅W、及び高さHを有している。奥行きDは、一対の第1側壁24間の距離である。本実施形態では、奥行きDは、ガスの導入方向(z軸方向)におけるマニホールド2の内部空間の寸法である。   As shown in FIGS. 7 and 8, the internal space of the manifold 2 has a depth D, a width W, and a height H that are orthogonal to each other. The depth D is a distance between the pair of first side walls 24. In the present embodiment, the depth D is the dimension of the internal space of the manifold 2 in the gas introduction direction (z-axis direction).

幅Wは、平面視(x軸方向視)において奥行きDと直交する方向におけるマニホールド2の内部空間の寸法である。すなわち、幅Wは、一対の第2側壁25間の距離である。また、高さHは、奥行きD及び幅Wと直交する方向における内部空間の寸法である。すなわち、高さHは、上壁22と底壁23との距離である。   The width W is a dimension of the internal space of the manifold 2 in a direction orthogonal to the depth D in plan view (viewed in the x-axis direction). That is, the width W is a distance between the pair of second side walls 25. The height H is the dimension of the internal space in the direction orthogonal to the depth D and the width W. That is, the height H is the distance between the upper wall 22 and the bottom wall 23.

内部空間の奥行きDは、50〜450mm程度とすることができる。また、内部空間の幅Wは、30〜200mm程度とすることができる。また、内部空間の高さHは5〜50mm程度とすることができる。   The depth D of the internal space can be about 50 to 450 mm. The width W of the internal space can be about 30 to 200 mm. The height H of the internal space can be about 5 to 50 mm.

[燃料電池セル]
図1から図3に示すように、各燃料電池セル1は、マニホールド2から上方に延びている。詳細には、各燃料電池セル1は、マニホールド2の上壁22から上方に延びている。燃料電池セル1の下端部101は、貫通孔27内に挿入されている。なお、燃料電池セル1の下端部101が貫通孔27内に挿入された状態において、燃料電池セル1の下端部101の外周面と貫通孔27の内壁面との間には隙間が形成されている。この隙間に第1接合材3が充填されていてもよい。
[Fuel battery cell]
As shown in FIGS. 1 to 3, each fuel cell 1 extends upward from the manifold 2. Specifically, each fuel cell 1 extends upward from the upper wall 22 of the manifold 2. The lower end portion 101 of the fuel cell 1 is inserted into the through hole 27. In the state where the lower end portion 101 of the fuel cell 1 is inserted into the through hole 27, a gap is formed between the outer peripheral surface of the lower end portion 101 of the fuel cell 1 and the inner wall surface of the through hole 27. Yes. The gap may be filled with the first bonding material 3.

各燃料電池セル1は、マニホールド2の内部空間の奥行き方向(z軸方向)に沿って、互いに間隔をあけて配置されている。また、各燃料電池セル1は、各主面が奥行き方向(z軸方向)を向くように配置されている。なお、各燃料電池セル1は、奥行き方向(z軸方向)に沿って等間隔に配置されていなくてもよい。また、本実施形態では各燃料電池セルが1列に配置されているが、複数列に配置されていてもよい。各燃料電池セル1は、第1集電部材4を介して互いに電気的に接続されている。第1集電部材4は、各燃料電池セル1の間に配置されており、隣り合う各燃料電池セル1を接続している。なお、第1集電部材4は、第2接合材5によって各燃料電池セル1に接合されている。第1集電部材4は、導電性を有する材料から形成されている。例えば、第1集電部材4は、酸化物セラミックスの焼成体又は金属などによって形成されている。   The fuel cells 1 are arranged at intervals from each other along the depth direction (z-axis direction) of the internal space of the manifold 2. Further, each fuel cell 1 is arranged such that each main surface faces the depth direction (z-axis direction). In addition, each fuel cell 1 does not need to be arrange | positioned at equal intervals along the depth direction (z-axis direction). Moreover, in this embodiment, although each fuel cell is arrange | positioned at 1 row, you may arrange | position at multiple rows. The fuel cells 1 are electrically connected to each other via the first current collecting member 4. The first current collecting member 4 is disposed between the fuel cells 1 and connects the adjacent fuel cells 1. The first current collecting member 4 is joined to each fuel cell 1 by a second joining material 5. The first current collecting member 4 is formed from a conductive material. For example, the first current collecting member 4 is formed of a sintered body of oxide ceramics or a metal.

図10に示すように、燃料電池セル1は、複数の発電素子部11と、支持基板12とを備えている。各発電素子部11は、支持基板12の両面に支持されている。なお、各発電素子部11は、支持基板12の片面のみに支持されていてもよい。各発電素子部11は、燃料電池セル1の長手方向(x軸方向)において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル1は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。   As shown in FIG. 10, the fuel cell 1 includes a plurality of power generation element portions 11 and a support substrate 12. Each power generating element portion 11 is supported on both surfaces of the support substrate 12. Each power generation element unit 11 may be supported only on one side of the support substrate 12. The respective power generation element portions 11 are arranged at intervals from each other in the longitudinal direction (x-axis direction) of the fuel cell 1. That is, the fuel cell 1 according to the present embodiment is a so-called horizontal stripe type fuel cell.

各発電素子部11は、電気的接続部17(図12参照)によって互いに電気的に接続されている。また、燃料電池セル1の上端部102側において、支持基板12の一方面に形成された発電素子部11と他方面に形成された発電素子部11とが第2集電部材6(図2参照)によって電気的に接続されている。なお、各発電素子部11は、直列に接続されている。   The power generating element portions 11 are electrically connected to each other by an electrical connection portion 17 (see FIG. 12). Further, on the upper end portion 102 side of the fuel cell 1, the power generation element portion 11 formed on one surface of the support substrate 12 and the power generation element portion 11 formed on the other surface are the second current collecting member 6 (see FIG. 2). ) Is electrically connected. Each power generating element unit 11 is connected in series.

図3に示すように、支持基板12は、支持基板12の長手方向(x軸方向)に延びる複数のガス流路121を内部に有している。ガス流路121は、マニホールド2の内部空間と連通している。各ガス流路121は、支持基板12の幅方向(y軸方向)において互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、各ガス流路121は、マニホールド2の幅方向(y軸方向)において互いに間隔をあけて配置される。   As shown in FIG. 3, the support substrate 12 has a plurality of gas flow passages 121 extending in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 12 inside. The gas flow path 121 communicates with the internal space of the manifold 2. The gas flow paths 121 are arranged at intervals from each other in the width direction (y-axis direction) of the support substrate 12. That is, the gas flow paths 121 are arranged at intervals from each other in the width direction (y-axis direction) of the manifold 2.

燃料電池セル1の各ガス流路121のうち、両端部に形成されたガス流路121は、マニホールド2の内部空間の幅方向の端部と対応するように配置されている。例えば、幅方向(y軸方向)の両端部に形成されたガス流路121の流路の下端面の中心と、第2側壁25の内壁面との距離L4は、0.5〜15mm程度である。また、図11に示すように、奥行き方向(z軸方向)におけるガス導入口241とガス流路121の流路の下端面の中心との距離L5は、1〜30mm程度である。   Among the gas flow paths 121 of the fuel battery cell 1, the gas flow paths 121 formed at both ends are disposed so as to correspond to the widthwise ends of the internal space of the manifold 2. For example, the distance L4 between the center of the lower end surface of the gas channel 121 formed at both ends in the width direction (y-axis direction) and the inner wall surface of the second side wall 25 is about 0.5 to 15 mm. is there. Moreover, as shown in FIG. 11, the distance L5 between the gas inlet 241 and the center of the lower end surface of the gas channel 121 in the depth direction (z-axis direction) is about 1 to 30 mm.

なお、距離L4は、第2側壁25からの距離が幅方向において最も近いガス流路121の中心と、第2側壁25の内壁面との幅方向における距離である。また、距離L5は、複数のガス流路121のうちガス導入口241に対して最も近いガス流路121の中心と、ガス導入口241が設けられた第1側壁24の内壁面との奥行き方向における距離である。また、各ガス流路121は、基本的にyz平面視で長方形を描くように配置されていることが好ましいが、多少位置がずれていてもよい。   The distance L4 is a distance in the width direction between the center of the gas flow path 121 that is closest in the width direction from the second side wall 25 and the inner wall surface of the second side wall 25. The distance L5 is a depth direction between the center of the gas flow path 121 closest to the gas introduction port 241 among the plurality of gas flow paths 121 and the inner wall surface of the first side wall 24 where the gas introduction port 241 is provided. The distance at. In addition, each gas flow path 121 is preferably arranged so as to basically draw a rectangle in a yz plan view, but may be slightly shifted in position.

支持基板12の長手方向(x軸方向)は、燃料電池セル1の長手方向と同じ方向である。各ガス流路121は、互いに実質的に平行に延びている。各ガス流路121は、支持基板12の長手方向の両端面において開口している。   The longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 12 is the same direction as the longitudinal direction of the fuel cell 1. Each gas channel 121 extends substantially parallel to each other. Each gas flow path 121 is open at both end faces in the longitudinal direction of the support substrate 12.

図12に示すように、支持基板12は、複数の第1凹部123を有している。各第1凹部123は、支持基板12の両面に形成されている。各第1凹部123は支持基板12の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。   As shown in FIG. 12, the support substrate 12 has a plurality of first recesses 123. Each first recess 123 is formed on both surfaces of the support substrate 12. The first recesses 123 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 12.

支持基板12は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板12は、例えば、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、支持基板12は、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、MgO(酸化マグネシウム)とMgAl(マグネシアアルミナスピネル)とから構成されてもよい。支持基板12の気孔率は、例えば、20〜60%程度である。 The support substrate 12 is made of a porous material that does not have electronic conductivity. The support substrate 12 can be made of, for example, CSZ (calcia stabilized zirconia). Alternatively, the support substrate 12 may be composed of NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), or composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria). Alternatively, MgO (magnesium oxide) and MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel) may be used. The porosity of the support substrate 12 is, for example, about 20 to 60%.

各発電素子部11は、燃料極13、電解質14、及び空気極15を有している。また、各発電素子部11は、反応防止膜16をさらに有している。燃料極13は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極13は、燃料極集電部131と燃料極活性部132とを有する。   Each power generation element unit 11 includes a fuel electrode 13, an electrolyte 14, and an air electrode 15. Each power generation element unit 11 further includes a reaction preventing film 16. The fuel electrode 13 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The fuel electrode 13 includes a fuel electrode current collector 131 and a fuel electrode active part 132.

燃料極集電部131は、第1凹部123内に配置されている。詳細には、燃料極集電部131は、第1凹部123内に充填されており、第1凹部123と同様の外形を有する。各燃料極集電部131は、第2凹部131a及び第3凹部131bを有している。燃料極活性部132は、第2凹部131a内に配置されている。詳細には、燃料極活性部132は、第2凹部131a内に充填されている。   The fuel electrode current collector 131 is disposed in the first recess 123. Specifically, the fuel electrode current collector 131 is filled in the first recess 123 and has the same outer shape as the first recess 123. Each fuel electrode current collector 131 has a second recess 131a and a third recess 131b. The anode active part 132 is disposed in the second recess 131a. Specifically, the fuel electrode active part 132 is filled in the second recess 131a.

燃料極集電部131は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、燃料極集電部131は、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とCSZ(カルシア安定化ジルコニア)とから構成されてもよい。燃料極集電部131の厚さ、並びに第1凹部123の深さは、50〜500μm程度である。 The fuel electrode current collector 131 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode current collector 131 may be composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). Also good. The thickness of the fuel electrode current collector 131 and the depth of the first recess 123 are about 50 to 500 μm.

燃料極活性部132は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、燃料極活性部132は、NiO(酸化ニッケル)とGDC(ガドリニウムドープセリア)とから構成されてもよい。燃料極活性部132の厚さは、5〜30μmである。   The fuel electrode active part 132 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode active part 132 may be composed of NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium-doped ceria). The thickness of the fuel electrode active part 132 is 5 to 30 μm.

電解質14は、燃料極13上を覆うように配置されている。詳細には、電解質14は、あるインターコネクタ171から他のインターコネクタ171まで長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル1の長手方向において、電解質14とインターコネクタ171とが交互に配置されている。   The electrolyte 14 is disposed so as to cover the fuel electrode 13. Specifically, the electrolyte 14 extends in the longitudinal direction from one interconnector 171 to another interconnector 171. That is, the electrolyte 14 and the interconnector 171 are alternately arranged in the longitudinal direction of the fuel cell 1.

電解質14は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質14は、例えば、YSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、電解質14は、LSGM(ランタンガレート)から構成されてもよい。電解質14の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。   The electrolyte 14 is a fired body made of a dense material that has ionic conductivity and no electronic conductivity. The electrolyte 14 can be composed of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Or the electrolyte 14 may be comprised from LSGM (lanthanum gallate). The thickness of the electrolyte 14 is, for example, about 3 to 50 μm.

反応防止膜16は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜16は、電解質14と空気極15との間に配置されている。反応防止膜16は、電解質14内のYSZと空気極15内のSrとが反応して電解質14と空気極15との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。   The reaction preventing film 16 is a fired body composed of a dense material. The reaction preventing film 16 is disposed between the electrolyte 14 and the air electrode 15. The reaction preventing film 16 suppresses occurrence of a phenomenon in which a reaction layer having a large electric resistance is formed at the interface between the electrolyte 14 and the air electrode 15 due to a reaction between YSZ in the electrolyte 14 and Sr in the air electrode 15. Is provided.

反応防止膜16は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成されている。反応防止膜16は、例えば、GDC=(Ce,Gd)O(ガドリニウムドープセリア)から構成され得る。反応防止膜16の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。 The reaction preventing film 16 is made of a material containing ceria containing a rare earth element. The reaction preventing film 16 can be made of, for example, GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium-doped ceria). The thickness of the reaction preventing film 16 is, for example, about 3 to 50 μm.

空気極15は、反応防止膜16上に配置されている。空気極15は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極15は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、空気極15は、LSF=(La,Sr)FeO(ランタンストロンチウムフェライト)、LNF=La(Ni,Fe)O(ランタンニッケルフェライト)、又は、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)等から構成されてもよい。空気極15は、LSCFから構成される第1層(内側層)とLSCから構成される第2層(外側層)との2層によって構成されてもよい。空気極15の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The air electrode 15 is disposed on the reaction preventing film 16. The air electrode 15 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The air electrode 15 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode 15 has LSF = (La, Sr) FeO 3 (lanthanum strontium ferrite), LNF = La (Ni, Fe) O 3 (lanthanum nickel ferrite), or LSC = (La, Sr) CoO 3 ( Lanthanum strontium cobaltite) or the like. The air electrode 15 may be composed of two layers of a first layer (inner layer) made of LSCF and a second layer (outer layer) made of LSC. The thickness of the air electrode 15 is, for example, 10 to 100 μm.

電気的接続部17は、隣り合う発電素子部11を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部17は、インターコネクタ171及び空気極集電部172を有する。インターコネクタ171は、第3凹部131b内に配置されている。詳細には、インターコネクタ171は、第3凹部131b内に埋設(充填)されている。インターコネクタ171は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ171は、例えば、LaCrO(ランタンクロマイト)から構成され得る。或いは、インターコネクタ171は、(Sr,La)TiO(ストロンチウムチタネート)から構成されてもよい。インターコネクタ171の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The electrical connection portion 17 is configured to electrically connect adjacent power generation element portions 11. The electrical connection unit 17 includes an interconnector 171 and an air electrode current collector 172. The interconnector 171 is disposed in the third recess 131b. Specifically, the interconnector 171 is embedded (filled) in the third recess 131b. The interconnector 171 is a fired body composed of a dense material having electronic conductivity. The interconnector 171 can be composed of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite). Alternatively, the interconnector 171 may be made of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 171 is, for example, 10 to 100 μm.

空気極集電部172は、インターコネクタ171と空気極15との間を延びるように配置される。例えば、図12の左側に配置された発電素子部11の空気極15と、インターコネクタ171とを電気的に接続するように、空気極集電部172が配置されている。空気極集電部172は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。   Air electrode current collector 172 is arranged to extend between interconnector 171 and air electrode 15. For example, the air electrode current collector 172 is disposed so as to electrically connect the air electrode 15 of the power generation element unit 11 disposed on the left side of FIG. 12 and the interconnector 171. The air electrode current collector 172 is a fired body made of a porous material having electronic conductivity.

空気極集電部172は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、空気極集電部172は、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)から構成されてもよい。或いは、空気極集電部172は、Ag(銀)、Ag−Pd(銀パラジウム合金)から構成されてもよい。空気極集電部172の厚さは、例えば、50〜500μm程度である。 The air electrode current collector 172 can be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode current collector 172 may be made of LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite). Or the air electrode current collection part 172 may be comprised from Ag (silver) and Ag-Pd (silver palladium alloy). The thickness of the air electrode current collector 172 is, for example, about 50 to 500 μm.

図13に示すように、燃料電池セル1の下端部101は、緻密膜18によって覆われている。詳細には、緻密膜18は、支持基板12を覆っている。緻密膜18は、空気極集電部172と支持基板12との間から近位側に向かって延びている。   As shown in FIG. 13, the lower end portion 101 of the fuel cell 1 is covered with a dense film 18. Specifically, the dense film 18 covers the support substrate 12. The dense film 18 extends from between the air electrode current collector 172 and the support substrate 12 toward the proximal side.

緻密膜18は、緻密膜18の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密膜18の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。このガスシール機能を発揮するため、この緻密膜18の気孔率は、例えば、10%以下である。また、緻密膜18は、絶縁性セラミックスで構成されている。   The dense membrane 18 exhibits a gas seal function that prevents mixing of the fuel gas flowing in the space inside the dense membrane 18 and the air flowing in the space outside the dense membrane 18. In order to exhibit this gas sealing function, the porosity of the dense film 18 is, for example, 10% or less. The dense film 18 is made of insulating ceramics.

具体的には、緻密膜18は、上述した電解質14と反応防止膜16とによって構成することができる。緻密膜18を構成する電解質14は、支持基板12を覆っており、インターコネクタ171から支持基板12の下端近傍まで延びている。また、緻密膜18を構成する反応防止膜16は、電解質14と空気極集電部172との間に配置されている。なお、緻密膜18は、電解質14のみで構成されていてもよいし、電解質14及び反応防止膜16以外の材料によって構成されていてもよい。   Specifically, the dense film 18 can be constituted by the electrolyte 14 and the reaction preventing film 16 described above. The electrolyte 14 constituting the dense film 18 covers the support substrate 12 and extends from the interconnector 171 to the vicinity of the lower end of the support substrate 12. Further, the reaction preventing film 16 constituting the dense film 18 is disposed between the electrolyte 14 and the air electrode current collector 172. The dense film 18 may be composed of only the electrolyte 14 or may be composed of a material other than the electrolyte 14 and the reaction preventing film 16.

[第1接合材]
第1接合材3は、燃料電池セル1をマニホールド2に固定する。詳細には、第1接合材3は、燃料電池セル1とマニホールド2の上壁22とを接合している。第1接合材3は、燃料電池セル1の下端部101とマニホールド2の上壁22とを接合している。また、第1接合材3は、緻密膜18と接触している。なお、燃料電池セル1がマニホールド2に固定された状態において、貫通孔27とガス流路121とが連通している。
[First bonding material]
The first bonding material 3 fixes the fuel cell 1 to the manifold 2. Specifically, the first bonding material 3 joins the fuel battery cell 1 and the upper wall 22 of the manifold 2. The first bonding material 3 joins the lower end portion 101 of the fuel cell 1 and the upper wall 22 of the manifold 2. The first bonding material 3 is in contact with the dense film 18. In the state where the fuel battery cell 1 is fixed to the manifold 2, the through hole 27 and the gas flow path 121 communicate with each other.

第1接合材3は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、SiO−B系、SiO−CaO系、又はSiO−MgO系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合(結晶化度)が60%以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が40%未満のガラスを指す。なお、第1接合材3の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第1接合材3は、SiO−MgO−B−Al系及びSiO−MgO−Al−ZnO系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。 The first bonding material 3 is, for example, crystallized glass. As the crystallized glass, for example, a SiO 2 —B 2 O 3 system, a SiO 2 —CaO system, or a SiO 2 —MgO system may be employed. In this specification, crystallized glass means that the ratio (crystallinity) of “volume occupied by crystal phase” to the total volume is 60% or more, and “volume occupied by amorphous phase and impurities relative to the total volume”. "Indicates a glass having a ratio of less than 40%. Note that amorphous glass, brazing material, ceramics, or the like may be employed as the material of the first bonding material 3. Specifically, the first bonding material 3 is at least one selected from the group consisting of SiO 2 —MgO—B 2 O 5 —Al 2 O 3 and SiO 2 —MgO—Al 2 O 3 —ZnO. .

[発電方法]
以上のように構成された燃料電池スタック100は、次のようにして発電する。マニホールド2を介して各燃料電池セル1のガス流路121内に燃料ガス(水素ガス等)を流すとともに、支持基板12の両面を酸素を含むガス(空気等)に曝すことにより、電解質14の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック100を外部の負荷に接続すると、空気極15において下記(1)式に示す電気化学反応が起こり、燃料極13において下記(2)式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
(1/2)・O+2e→O2− …(1)
+O2−→HO+2e …(2)
[Power generation method]
The fuel cell stack 100 configured as described above generates power as follows. By flowing a fuel gas (hydrogen gas or the like) through the manifold 2 into the gas flow path 121 of each fuel battery cell 1 and exposing both surfaces of the support substrate 12 to a gas (air or the like) containing oxygen, An electromotive force is generated by a difference in oxygen partial pressure generated between the two side surfaces. When this fuel cell stack 100 is connected to an external load, an electrochemical reaction shown in the following formula (1) occurs in the air electrode 15, an electrochemical reaction shown in the following formula (2) occurs in the fuel electrode 13, and a current flows. .
(1/2) · O 2 + 2e → O 2− (1)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e (2)

[製造方法]
次に、上述したように構成された燃料電池スタックの製造方法について説明する。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the fuel cell stack configured as described above will be described.

まず、マニホールド2と複数の燃料電池セル1とを準備する。そして、図14に示すように、第1集電部材4、及び第2接合材5によって、各燃料電池セル1を互いに接続し、セル集合体300を作製する。なお、この段階では第2接合材5は焼成されておらず、各燃料電池セル1は互いに仮止めの状態である。   First, a manifold 2 and a plurality of fuel cells 1 are prepared. Then, as shown in FIG. 14, each fuel cell 1 is connected to each other by the first current collecting member 4 and the second bonding material 5 to produce a cell assembly 300. At this stage, the second bonding material 5 is not fired, and the fuel cells 1 are temporarily fixed to each other.

次に、図15に示すように、セル集合体300の各燃料電池セル1の下端部101をマニホールド2の各貫通孔27に挿入する。なお、各燃料電池セル1が厚さ方向に沿って所定の間隔を保持するための治具を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 15, the lower end portion 101 of each fuel cell 1 of the cell assembly 300 is inserted into each through hole 27 of the manifold 2. In addition, you may use the jig | tool for each fuel battery cell 1 holding a predetermined space | interval along the thickness direction.

次に、図2に示すように、貫通孔27に挿入された燃料電池セル1とマニホールドの上壁22とを接合するように第1接合材3を塗布する。なお、第1接合材3は、燃料電池セル1の付け根に沿って塗布されている。また、第1接合材3は、燃料電池セル1の下端部101の外周面と貫通孔27の内壁面との隙間に充填されていてもよい。   Next, as shown in FIG. 2, the first bonding material 3 is applied so as to bond the fuel cell 1 inserted into the through hole 27 and the upper wall 22 of the manifold. The first bonding material 3 is applied along the root of the fuel cell 1. Further, the first bonding material 3 may be filled in a gap between the outer peripheral surface of the lower end portion 101 of the fuel cell 1 and the inner wall surface of the through hole 27.

次に、第1接合材3及び第2接合材5に対して熱処理が加えられる。この熱処理によって、第1接合材3及び第2接合材5が固化され、燃料電池スタック100が完成する。詳細には、第2接合材5は、熱処理を施されることによって焼成される。この結果、各燃料電池セル1と第1集電部材4とが固定される。また、第1接合材3は、熱処理を施されることによって、非晶質材料の温度が結晶化温度まで到達する。そして、結晶化温度下にて材料の内部で結晶相が生成されて、結晶化が進行していく。この結果、非晶質材料が固化・セラミックス化されて、結晶化ガラスとなる。これにより、結晶化ガラスで構成される第1接合材3が機能を発揮し、各燃料電池セル1の下端部101がマニホールド2の上壁22に固定される。   Next, heat treatment is applied to the first bonding material 3 and the second bonding material 5. By this heat treatment, the first bonding material 3 and the second bonding material 5 are solidified, and the fuel cell stack 100 is completed. Specifically, the second bonding material 5 is fired by being subjected to heat treatment. As a result, each fuel cell 1 and the first current collecting member 4 are fixed. Further, the first bonding material 3 is subjected to heat treatment, so that the temperature of the amorphous material reaches the crystallization temperature. Then, a crystal phase is generated inside the material at the crystallization temperature, and crystallization proceeds. As a result, the amorphous material is solidified and ceramicized to become crystallized glass. Thereby, the 1st joining material 3 comprised with crystallized glass exhibits a function, and the lower end part 101 of each fuel cell 1 is fixed to the upper wall 22 of the manifold 2. As shown in FIG.

[変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
[Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.

変形例1
上記実施形態では、燃料極集電部131が第2凹部131a及び第3凹部131bを有しているが、燃料極集電部131の構成はこれに限定されない。例えば、燃料極集電部131は第2凹部131a及び第3凹部131bなどの凹部を有していなくてもよい。この場合、燃料極活性部132は、燃料極集電部131上に形成されており、燃料極集電部131に埋設されていない。また、インターコネクタ171は、燃料極集電部131上に形成されており、燃料極集電部131に埋設されていない。
Modification 1
In the above embodiment, the fuel electrode current collector 131 has the second recess 131a and the third recess 131b, but the configuration of the fuel electrode current collector 131 is not limited to this. For example, the fuel electrode current collector 131 does not have to have recesses such as the second recess 131a and the third recess 131b. In this case, the anode active portion 132 is formed on the anode current collecting portion 131 and is not embedded in the anode current collecting portion 131. The interconnector 171 is formed on the fuel electrode current collector 131 and is not embedded in the fuel electrode current collector 131.

変形例2
上記実施形態では、燃料電池セル1は、複数の発電素子部11を有している横縞型であったが、燃料電池セル1は、長手方向に延びる一つの発電素子部を有するような縦縞型であってもよい。また、燃料電池セル1は、横縞円筒型であってもよい。
Modification 2
In the above embodiment, the fuel battery cell 1 is a horizontal stripe type having a plurality of power generation element portions 11. However, the fuel battery cell 1 is a vertical stripe type having a single power generation element portion extending in the longitudinal direction. It may be. Further, the fuel cell 1 may be a horizontal stripe cylindrical type.

変形例3
上記実施形態では、第1ガス導入口241及び第2ガス導入口242は円形状であったが、ガス導入口の形状は特にこれに限定されず、例えば、楕円形や矩形状であってもよい。また、第1ガス導入口241と第2ガス導入口242とは、互いに異なる面積であってもよい。
Modification 3
In the above embodiment, the first gas introduction port 241 and the second gas introduction port 242 are circular, but the shape of the gas introduction port is not particularly limited to this, and may be, for example, an ellipse or a rectangle. Good. Further, the first gas inlet 241 and the second gas inlet 242 may have different areas.

変形例4
上記実施形態では、2つのガス導入口241,242が形成されていたが、ガス導入口の数は特に限定されず、3つ以上であってもよい。また、上記実施形態では、第1ガス導入口241と第2ガス導入口242とは、同じ第1側壁24に形成されていたが、異なる側壁に形成されていてもよい。例えば、第1ガス導入口241は、一方の第1側壁24に形成され、第2ガス導入口242は、他方の第1側壁24に形成されてもよい。他にも、第1ガス導入口241は、第1側壁24に形成され、第2ガス導入口242は、第2側壁25に形成されていてもよい。他にも、各ガス導入口241,242が上壁22に形成されていてもよい。
Modification 4
In the above embodiment, the two gas inlets 241 and 242 are formed. However, the number of gas inlets is not particularly limited, and may be three or more. In the above embodiment, the first gas inlet 241 and the second gas inlet 242 are formed on the same first side wall 24, but may be formed on different side walls. For example, the first gas inlet 241 may be formed on one first side wall 24, and the second gas inlet 242 may be formed on the other first side wall 24. In addition, the first gas inlet 241 may be formed in the first side wall 24, and the second gas inlet 242 may be formed in the second side wall 25. In addition, the gas inlets 241 and 242 may be formed in the upper wall 22.

変形例5
上記実施形態では、マニホールド本体21の上面が開口しており、上壁22によってマニホールド本体21の上面が封鎖されているが、マニホールド2の構成はこれに限定されない。
Modification 5
In the above embodiment, the upper surface of the manifold body 21 is open and the upper surface of the manifold body 21 is sealed by the upper wall 22, but the configuration of the manifold 2 is not limited to this.

例えば、図16に示すように、マニホールド本体21は、下面が開口しており、底壁23によってマニホールド本体21の下面を封鎖するような構成であってもよい。この場合、マニホールド本体21は、上壁22と、一対の第1側壁24と、一対の第2側壁25と、を有している。また、マニホールド本体21は、第2フランジ部29を有していてもよい。第2フランジ部29は、第1側壁24及び第2側壁25の下端部から外方に延びている。   For example, as shown in FIG. 16, the manifold body 21 may have a configuration in which the lower surface is open and the bottom wall 23 seals the lower surface of the manifold body 21. In this case, the manifold body 21 has an upper wall 22, a pair of first side walls 24, and a pair of second side walls 25. The manifold body 21 may have a second flange portion 29. The second flange portion 29 extends outward from the lower end portions of the first side wall 24 and the second side wall 25.

上壁22と、第1側壁24及び第2側壁25との第4境界部20dの内側面は、R形状である。この第4境界部20dの内側面の曲率半径は、2〜20mm程度とすることができる。なお、第4境界部20dの内側面とは、マニホールド2の内部空間を臨む面である。   The inner surface of the fourth boundary portion 20d between the upper wall 22, the first side wall 24, and the second side wall 25 has an R shape. The radius of curvature of the inner surface of the fourth boundary portion 20d can be about 2 to 20 mm. The inner side surface of the fourth boundary portion 20d is a surface facing the internal space of the manifold 2.

第1側壁24及び第2側壁25と、第2フランジ部29との第5境界部20eの内側面は、R形状である。この第5境界部20eの内側面の曲率半径は、1〜10mm程度とすることができる。なお、第5境界部20eの内側面とは、マニホールド2の内部空間を臨む面である。   The inner side surface of the fifth boundary portion 20e between the first side wall 24 and the second side wall 25 and the second flange portion 29 has an R shape. The radius of curvature of the inner surface of the fifth boundary portion 20e can be about 1 to 10 mm. The inner side surface of the fifth boundary portion 20e is a surface that faces the internal space of the manifold 2.

図17に示すように、マニホールド2の内部空間の高さ方向(x軸方向)において、第5境界部20eと底壁23との間に第2隙間部30が形成されている。すなわち、底壁23の上面と第2フランジ部29の下面とは接触している一方、底壁23の上面と第5境界部20eの内側面とは接触していない。第2隙間部30は、全周に亘って形成されている。   As shown in FIG. 17, a second gap 30 is formed between the fifth boundary 20 e and the bottom wall 23 in the height direction (x-axis direction) of the internal space of the manifold 2. That is, while the upper surface of the bottom wall 23 and the lower surface of the second flange portion 29 are in contact, the upper surface of the bottom wall 23 and the inner surface of the fifth boundary portion 20e are not in contact. The second gap 30 is formed over the entire circumference.

図16に示すように、底壁23は、マニホールド本体21の下面を塞ぐように、マニホールド本体21上に配置されている。詳細には、底壁23は、第2フランジ部29に固定されている。マニホールド2の内部空間を密閉するため、底壁23が全周に亘ってマニホールド本体21と接合されている。例えば、底壁23とマニホールド本体21とは、結晶化ガラスによって接合されている。底壁23は、上述したマニホールド本体21の材料の少なくとも一種から形成することができる。   As shown in FIG. 16, the bottom wall 23 is disposed on the manifold body 21 so as to close the lower surface of the manifold body 21. Specifically, the bottom wall 23 is fixed to the second flange portion 29. In order to seal the internal space of the manifold 2, the bottom wall 23 is joined to the manifold body 21 over the entire circumference. For example, the bottom wall 23 and the manifold body 21 are joined by crystallized glass. The bottom wall 23 can be formed from at least one of the materials of the manifold body 21 described above.

変形例6
上記実施形態では、マニホールド2の内部空間は直方体状としたが、マニホールド2の内部空間の形状は特に限定されない。
Modification 6
In the above embodiment, the internal space of the manifold 2 has a rectangular parallelepiped shape, but the shape of the internal space of the manifold 2 is not particularly limited.

1 燃料電池セル
2 マニホールド
22 上壁
23 底壁
24 第1側壁
241 第1ガス導入口
242 第2ガス導入口
25 第2側壁
26 第1フランジ部
20a 第1境界部
20b 第2境界部
20c 第3境界部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Manifold 22 Upper wall 23 Bottom wall 24 1st side wall 241 1st gas introduction port 242 2nd gas introduction port 25 2nd side wall 26 1st flange part 20a 1st boundary part 20b 2nd boundary part 20c 3rd Boundary

Claims (12)

複数の燃料電池セルにガスを分配するマニホールドであって、
底壁と、
前記底壁から上方に延びる側壁と、
前記各燃料電池が取り付けられるように構成された上壁と、
を備え、
前記底壁、前記側壁、及び前記上壁は、前記マニホールドの内部空間を画定し、
前記側壁は、
第1方向において互いに対向する一対の第1側壁と、
前記第1方向と直交する第2方向において互いに対向する一対の第2側壁と、
を有し、
前記一対の第1側壁のうち一方の側壁は、複数のガス導入口を有する
マニホールド。
A manifold that distributes gas to a plurality of fuel cells,
The bottom wall,
A side wall extending upward from the bottom wall;
An upper wall configured to attach each of the fuel cells;
With
The bottom wall, the side wall, and the top wall define an interior space of the manifold;
The side wall
A pair of first side walls facing each other in the first direction;
A pair of second sidewalls facing each other in a second direction orthogonal to the first direction;
Have
One side wall of the pair of first side walls has a plurality of gas inlets .
Manifold.
前記第1側壁と前記第2側壁との第1境界部の内側面は、R形状である、
請求項に記載のマニホールド。
The inner side surface of the first boundary portion between the first side wall and the second side wall is R-shaped.
The manifold according to claim 1 .
前記底壁と前記第1側壁及び前記第2側壁との第2境界部の内側面は、R形状である、
請求項1または2に記載のマニホールド。
The inner surface of the second boundary portion between said bottom wall and said first sidewall and said second sidewall is a R configuration,
The manifold according to claim 1 or 2 .
前記第1側壁及び前記第2側壁の上端部から外方に延びる第1フランジ部をさらに備え、
前記上壁は、前記第1フランジ部に固定される、
請求項からのいずれかに記載のマニホールド。
A first flange portion extending outward from upper ends of the first side wall and the second side wall;
The upper wall is fixed to the first flange portion.
The manifold according to any one of claims 1 to 3 .
前記第1側壁及び前記第2側壁と前記第1フランジ部との第3境界部の内側面は、R形状である、
請求項に記載のマニホールド。
The inner side surface of the third boundary portion between the first side wall and the second side wall and the first flange portion has an R shape.
The manifold according to claim 4 .
前記第3境界部と前記上壁との間に第1隙間部が形成される、
請求項に記載のマニホールド。
A first gap is formed between the third boundary and the upper wall;
The manifold according to claim 5 .
前記上壁と前記第1側壁及び前記第2側壁との第4境界部の内側面は、R形状である、
請求項からのいずれかに記載のマニホールド。
Inner surface of the fourth boundary portion between the upper wall and the first sidewall and the second sidewall is a R configuration,
The manifold according to any one of claims 1 to 6 .
前記第1側壁及び前記第2側壁の下端部から外方に延びる第2フランジ部をさらに備え、
前記底壁は、前記第2フランジ部に固定される、
請求項からのいずれかに記載のマニホールド。
A second flange portion extending outwardly from a lower end portion of the first side wall and the second side wall;
The bottom wall is fixed to the second flange portion;
The manifold according to any one of claims 1 to 7 .
前記第1側壁及び前記第2側壁と前記第2フランジ部との第5境界部の内側面は、R形状である、
請求項に記載のマニホールド。
An inner surface of a fifth boundary portion between the first side wall and the second side wall and the second flange portion has an R shape.
The manifold according to claim 8 .
前記第5境界部と前記底壁との間に第2隙間部が形成される、
請求項に記載のマニホールド。
A second gap is formed between the fifth boundary and the bottom wall;
The manifold according to claim 9 .
前記各導入口に取り付けられる複数の導入管をさらに備える、
請求項1から10のいずれかに記載のマニホールド。
A plurality of introduction pipes attached to the introduction ports;
The manifold according to any one of claims 1 to 10 .
前記各導入口は、前記内部空間に連なる、請求項1から11のいずれかに記載のマニホールド。The manifold according to any one of claims 1 to 11, wherein each of the introduction ports is continuous with the internal space.
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