JP6446583B1 - マニホールド、及びセルスタック装置 - Google Patents
マニホールド、及びセルスタック装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6446583B1 JP6446583B1 JP2018095868A JP2018095868A JP6446583B1 JP 6446583 B1 JP6446583 B1 JP 6446583B1 JP 2018095868 A JP2018095868 A JP 2018095868A JP 2018095868 A JP2018095868 A JP 2018095868A JP 6446583 B1 JP6446583 B1 JP 6446583B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- manifold
- wall
- fuel cell
- bottom wall
- side walls
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課題】燃料電池セルへガスをスムーズに供給する。【解決手段】マニホールド2は、燃料電池セル1にガスを供給するように構成されている。このマニホールド2は、上壁22と、一対の第1側壁24と、一対の第2側壁25と、底壁23とを備えている。上壁22は、燃料電池セル1を支持するように構成されている。各第1側壁24及び各第2側壁25は、上壁22から下方に延びている。各第1側壁24は、燃料電池セル1の主面が向く第1方向において対向している。各第2側壁25は、燃料電池セル1の側面が向く第2方向において対向している。各第2側壁25は、下方に向かって互いに離れるように傾斜している。【選択図】図1
Description
本発明は、マニホールド、及びセルスタック装置に関するものである。
セルスタック装置は、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。
マニホールド内に導入されたガスは、スムーズに燃料電池セルへ送られることが好ましい。そこで、本発明の課題は、燃料電池セルへガスをスムーズに供給することができるマニホールドを提供することにある。
本発明の第1側面に係るマニホールドは、燃料電池セルにガスを供給するように構成されている。このマニホールドは、上壁と、一対の第1側壁と、一対の第2側壁と、底壁とを備えている。上壁は、燃料電池セルを支持するように構成されている。各第1側壁及び各第2側壁は、上壁から下方に延びている。各第1側壁は、燃料電池セルの主面が向く第1方向において対向している。各第2側壁は、燃料電池セルの側面が向く第2方向において対向している。各第2側壁は、下方に向かって互いに離れるように傾斜している。
従来、側壁と上壁との境界部において、ガスが滞留する領域が発生することがあった。これに対して、本発明に係るマニホールドによれば、各第2側壁が下方に向かって互いに離れるように傾斜している。すなわち、各第2側壁は、上方に向かって互いに近付くように傾斜している。このため、側壁と天板部との境界部分におけるガスの滞留領域の発生を抑制することができる。この結果、燃料電池セルへガスをスムーズに供給することができる。
好ましくは、第1側壁は、下方に向かって互いに離れるように傾斜している。
好ましくは、各第1側壁、各第2側壁、及び上壁は、1つの部材によって形成されている。
好ましくは、マニホールドは、各第1側壁及び各第2側壁の下端部から外方に延びるフランジ部をさらに備えている。そして、底壁は、フランジ部に接合される。
好ましくは、第2側壁と上壁との境界部の内側面は、湾曲面によって構成される。
好ましくは、マニホールドは、導入管をさらに備える。導入管は、上壁、第1側壁、第2側壁、及び底壁を有するマニホールド本体部へガスを供給するように構成される。導入管は、上方に延びる延在部を有する。導入管は、延在部の下端から100mm上方の点に対して、徐々に増加させながら荷重を水平方向に加えたときに、マニホールド本体部より先に変形する。
この構成によれば、セルスタック装置の運転中において導入管に荷重が掛かった場合に、マニホールド本体部が変形するよりも前に導入管が変形する。この導入管の変形によって、導入管からマニホールド本体部に伝達される荷重が吸収され、ひいては導入管に作用した荷重がマニホールド本体部へ与える影響を抑えることができる。この結果、マニホールド本体部の変形を抑制することができ、ひいてはマニホールド本体部と燃料電池セルとの接合部にクラックが生じることを抑制することができる。
好ましくは、導入管は、第1又は第2側壁から側方に延びる水平部をさらに有する。延在部は、水平部から上方に延びる。
好ましくは、マニホールドは、導入管をさらに備える。導入管は、上壁、第1側壁、第2側壁、及び底壁を有するマニホールド本体部へガスを供給するように構成される。導入管は、第1又は第2側壁から側方に延びる水平部、及び水平部から屈曲して延びる延在部を有する。延在部と水平部との境界部から100mm離れた点において、延在部に徐々に増加させながら荷重を水平方向に加えたときに、導入管はマニホールド本体部より先に変形する。
好ましくは、導入管は、延在部を含む導入管本体部と、導入管本体部とマニホールド本体部とを接合する接合部と、を有する。
好ましくは、マニホールド本体部は、箱状部材と、板状部材とを有する。マニホールド本体部は、上壁、第1側壁、第2側壁、及び底壁を有する。箱状部材は、上方または下方が開口する。板状部材は、開口を塞ぐ。箱状部材は、複数の平板部と、平板部を連結する角部と、有する。角部の厚さは、平板部の厚さよりも小さい。
この構成によれば、箱状部材において平板部の厚さよりも角部の厚さが小さい。このため、マニホールド本体部に接合材を用いて燃料電池セルが接合されたセルスタック装置の動作時に、高温になり温度分布が生じると、角部が優先的に変形する。すなわち、この角部が変形可能部として作用することができる。
好ましくは、マニホールドは、台座に配置される。マニホールドは、底壁に取り付けられ且つ台座に接する複数の突起部をさらに備える。突起部は、底壁を構成する材料と異なる材料で構成されている。
この構成によれば、接合材を用いてマニホールド本体部の上壁に燃料電池セルが接合されたセルスタック装置の動作時において、燃料電池セルがマニホールド本体部よりも高温になる場合に、底壁から台座に高温の熱を伝達する経路は、複数の突起部になる。複数の突起部と台座とが接触しているため、マニホールド本体部と台座との接触面積を低減できる。このため、マニホールド本体部から台座への熱損失を抑制できる。また、突起部及び底壁を構成する材料は異なるので、底壁に取り付ける突起部の自由度が高い。このため、仕様に応じて、マニホールド本体部から台座への熱損失を効果的に抑制できる位置に突起部を設けることができる。したがって、マニホールド本体部の温度低下を効果的に抑制できるため、燃料電池セルを接合する接合材に加えられる応力を抑制できる。よって、接合材におけるクラックを抑制できるので、セルスタック装置に用いたときに接合材から反応ガスが漏れ出すことを抑制することができる。
好ましくは、底壁において台座と対向する面の表面粗さRzは、0.01z以上である。この場合、底壁と台座との接触面積をより低減できるので、マニホールド本体部の温度低下をより抑制できる。このため、燃料電池セルを接合する接合材に加えられる応力をより抑制でき、接合材におけるクラックをより抑制できる。
好ましくは、底壁の下面の面積に対して、突起部と台座とが接触する面積の比(接触する面積/下面の面積)は、15%以下、より好ましくは10%以下である。この場合、底壁と台座との接触面積が小さいので、マニホールド本体部の温度低下をより抑制できる。このため、燃料電池セルを接合する接合材に加えられる応力をより抑制でき、接合材におけるクラックをより抑制できる。
好ましくは、突起部は、無機材料で構成される。マニホールド本体部を備えるセルスタック装置は高温で作動するとともに、突起部にはセルスタック装置全体の荷重がかかるが、無機材料では金属材料と比較して高温クリープ現象に対する耐性が高い。したがって、突起部の材料として、無機材料で構成されることが好ましい。
好ましくは、突起部は、底壁を構成する材料の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料で構成されている。これにより、台座と接触する突起部は、底壁よりも熱伝導率が小さいので、マニホールド本体部から台座への熱損失をより抑制できる。このため、マニホールド本体部の温度の低下をより抑制できるので、燃料電池セルを接合する接合材におけるクラックをより抑制できる。
好ましくは、突起部を構成する材料の熱伝導率は、好ましくは40W/m・K以下、より好ましくは20W/m・K以下である。この場合、マニホールド本体部から台座への熱伝導によるマニホールド本体部の温度低下をより抑制できる。このため、燃料電池セルをより安定的に支持できる。
好ましくは、突起部は、鉱物またはセラミックスで構成される。鉱物またはセラミックスで構成される突起部は、底壁に容易に取り付けることができる。
好ましくは、マニホールド本体部は、底壁の下面に形成されたコーティング膜を有する。そして、突起部は、コーティング膜を介して底壁に取り付けられている。コーティング膜により、突起部を底壁に容易に取り付けることができる。なお、突起部とコーティング膜とは同じ材料で形成してもよく、コーティング膜の一部を突起状に形成してもよい。
好ましくは、上壁は、クロムを含む材料で構成され、上壁の表面全体に形成されたコーティング膜をさらに有している。コーティング膜により、上壁を構成するクロムが揮発することを防止できる。
本発明の第2側面に係るセルスタック装置は、上記いずれかのマニホールドと、上壁から上方に延びる燃料電池セルと、を備えている。
本発明によれば、燃料電池セルへガスをスムーズに供給することができる。
[セルスタック装置]
以下、本発明に係るマニホールド及びセルスタック装置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、セルスタック装置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。
以下、本発明に係るマニホールド及びセルスタック装置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、セルスタック装置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。
[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、導入管201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。
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、導入管201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。
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、箱状部材21と、底壁23(板状部材の一例)と、導入管201とを備えている。箱状部材21と底壁23とは、互いに別部材であって接合されている。なお、箱状部材21と底壁23とは、一体的に形成されていてもよい。この箱状部材21と底壁23とによって、マニホールド2の内部空間を画定している。また、箱状部材21と底壁23とによって、マニホールド本体部20が構成される。
箱状部材21は、略直方体状であって、下面が開口した内部空間を有する。詳細には、箱状部材21は、錐台状である。箱状部材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、箱状部材21は、フランジ部26を有している。
底壁23は、平面視(x軸方向視)において、矩形状である。底壁23は、箱状部材21の下面を塞ぐように、箱状部材21に接合されている。
各第1側壁24は、上壁22の周縁部から下方に延びている。一対の第1側壁24は、各燃料電池セル1の主面が向く第1方向(z軸方向)において、互いに対向している。すなわち、各第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。
図4に示すように、各第1側壁24は、下方に向かって互いに離れるように傾斜している。すなわち、第1側壁24は、下方に向かって外方に広がるように傾斜している。特に限定されるものではないが、例えば、第1側壁24と、底壁23とがなす角度αは、90.1〜135°程度とすることができる。
図5に示すように、各第2側壁25は、上壁22の周縁部から下方に延びている。各第2側壁25は、燃料電池セル1の側面が向く第2方向(y軸方向)において、互いに対向している。すなわち、各第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。
各第2側壁25は、下方に向かって互いに離れるように傾斜している。すなわち、第2側壁25は、下方に向かって外方に広がるように傾斜している。特に限定されるものではないが、例えば、第2側壁25と、底壁23とがなす角度βは、90.1〜135°程度とすることができる。
以上のように第1側壁24及び第2側壁25が傾斜しているため、マニホールド2の内部空間を底壁23と平行な面(yz平面)で切断した断面積は、上方にいくにつれて小さくなる。また、マニホールド2の内部空間を、底壁23に垂直で第1方向(z軸方向)に延びる面(xz平面)で切断した断面は、台形状となっている。また、マニホールド2の内部空間を、底壁23に垂直で第2方向(y軸方向)に延びる面(xy平面)で切断した断面も、台形状となっている。
一対の第1側壁24のうち一方の第1側壁24は、ガス導入口241を有している。ガス導入口241は、奥行き方向(z軸方向)に開口している。このガス導入口241が形成された第1側壁24に、導入管201が取り付けられる。例えば、図4に示すように、導入管201は、第1側壁24の外側面に当接されている。そして、導入管201の流路とガス導入口241とが連通している。なお、導入管201は底壁23に対して平行に取り付けられていなくてもよい。ガス導入口241は、第1側壁24の幅方向(y軸方向)の中央に形成されていることが好ましい。このガス導入口241から、マニホールド2の内部空間にガスが導入される。
マニホールド2の内部空間に導入されるガスの流速は、ガス導入口241において、0.60〜45m/s程度とすることが好ましい。なお、この流速は、燃料電池セル1の発電時、0℃・1atm換算における流速である。流速は、マニホールド2内に導入される流量とガス導入口241の断面積とから算出することができる。
フランジ部26は、各第1側壁24及び各第2側壁25の下端部から外方に延びている。フランジ部26は、環状である。このフランジ部26に底壁23が接合されている。例えば、接合材又は溶接などによって、底壁23をフランジ部26に接合する。底壁23とフランジ部26との対向する各面同士を接合してもよいし、底壁23及びフランジ部26の側面同士を接合してもよい。
箱状部材21は、1つの部材によって構成されている。すなわち、上壁22と各第1側壁24と各第2側壁25と各フランジ部26とは、1つの部材によって構成されている。例えば、箱状部材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、箱状部材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、及びNi基合金、MgO(酸化マグネシウム)、Al2O3(酸化アルミニウム)、MgAl2O4(マグネシアアルミナスピネル)、MgO・SiO2(ステアタイト)、及び2MgO・SiO2(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。なお、底壁23も、上記の群から選ばれる少なくとも1種から形成されている。
図4及び図5に示すように、上壁22と、第1側壁24及び第2側壁25との第1境界部20aの内側面は、湾曲面によって構成されている。すなわち、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、2〜20mm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。
図6に示すように、第1側壁24と、第2側壁25との第2境界部20bの内側面は、湾曲面によって構成されている。すなわち、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、3〜30mm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。
図4及び図5に示すように、第1側壁24及び第2側壁25と、フランジ部26との第3境界部20cの内側面は、湾曲面によって構成されている。すなわち、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。
図7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と底壁23との間に隙間部28が形成されている。すなわち、底壁23の上面とフランジ部26の下面とは接触している一方、底壁23の上面と第3境界部20cの内側面とは接触していない。隙間部28は、全周に亘って形成されている。
図8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。
図6及び図7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、燃料電池セル1の配列方向(z軸方向)における内部空間の寸法である。すなわち、奥行きDは、一対の第1側壁24間の距離である。
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。
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。
[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に取り付けられている。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の下端部は、貫通孔27内に挿入されている。この際、燃料電池セル1の下端部は上壁22から下方に突出していてもよい。燃料電池セル1の長手方向(x軸方向)の長さは100〜300mm程度とすることができる。なお、燃料電池セル1の下端部が貫通孔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。
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に取り付けられている。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の下端部は、貫通孔27内に挿入されている。この際、燃料電池セル1の下端部は上壁22から下方に突出していてもよい。燃料電池セル1の長手方向(x軸方向)の長さは100〜300mm程度とすることができる。なお、燃料電池セル1の下端部が貫通孔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。
各燃料電池セル1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。なお、図1では各燃料電池セル1が1列に配置されているが、各燃料電池セル1は、複数列に配置されていてもよい。燃料電池セル1の枚数は、例えば、1列につき1〜50枚程度である。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。すなわち、燃料電池セル1の配列方向は、マニホールド2の奥行き方向に沿っている。
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。
図9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。
各発電素子部11は、電気的接続部17(図10参照)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。
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。各ガス流路121の面積は、0.1〜30mm2程度とすることができる。
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。
図10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。
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Y2O3(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MgAl2O4(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。
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。
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。
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Y2O3(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。
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。
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から次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。
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。
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。
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)O2(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。
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)O3(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)FeO3(ランタンストロンチウムフェライト)、LNF=La(Ni,Fe)O3(ランタンニッケルフェライト)、又は、LSC=(La,Sr)CoO3(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。
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、LaCrO3(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)TiO3(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。
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10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。
空気極集電部172は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O3(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)CoO3(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。
図11に示すように、燃料電池セル1の下端部は、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との間から下方に向かって延びている。
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。
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。
[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、燃料電池セル1の外周面と貫通孔27の内壁面との隙間をシールする機能も有している。なお、第1接合材3は、緻密膜18と接触している。
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、燃料電池セル1の外周面と貫通孔27の内壁面との隙間をシールする機能も有している。なお、第1接合材3は、緻密膜18と接触している。
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、SiO2−B2O3系、SiO2−CaO系、又はSiO2−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、SiO2−MgO−B2O5−Al2O3系及びSiO2−MgO−Al2O3−ZnO系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。
[発電方法]
以上のように構成されたセルスタック装置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。このセルスタック装置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)・O2+2e−→O2− …(1)
H2+O2−→H2O+2e− …(2)
以上のように構成されたセルスタック装置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。このセルスタック装置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)・O2+2e−→O2− …(1)
H2+O2−→H2O+2e− …(2)
[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。
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。
変形例1
上記実施形態では、ガス導入口241は、第1側壁24に形成されていたが、ガス導入口241の形成位置はこれに限定されない。例えば、ガス導入口は、上壁22に形成されていてもよい。この場合、導入管201は上壁22に取り付けられている。
上記実施形態では、ガス導入口241は、第1側壁24に形成されていたが、ガス導入口241の形成位置はこれに限定されない。例えば、ガス導入口は、上壁22に形成されていてもよい。この場合、導入管201は上壁22に取り付けられている。
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。
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。
変形例3
上記実施形態では、第1側壁24及び第2側壁25が傾斜していたが、第1側壁24が傾斜しておらず、第2側壁25のみが傾斜していてもよい。
上記実施形態では、第1側壁24及び第2側壁25が傾斜していたが、第1側壁24が傾斜しておらず、第2側壁25のみが傾斜していてもよい。
変形例4
上記実施形態では、上壁22,一対の第1側壁24,及び一対の第2側壁25によって箱状部材21が構成されていたが、これに限定されない。例えば、一対の第1側壁24、一対の第2側壁25、及び底壁23によって箱状部材を構成し、上壁22によって、その箱状部材の上面を塞いでいてもよい。すなわち、一対の第1側壁24、一対の第2側壁25、及び底壁23が一つの部材によって形成されていてもよい。
上記実施形態では、上壁22,一対の第1側壁24,及び一対の第2側壁25によって箱状部材21が構成されていたが、これに限定されない。例えば、一対の第1側壁24、一対の第2側壁25、及び底壁23によって箱状部材を構成し、上壁22によって、その箱状部材の上面を塞いでいてもよい。すなわち、一対の第1側壁24、一対の第2側壁25、及び底壁23が一つの部材によって形成されていてもよい。
変形例5
上記実施形態では、平面視において箱状部材21は矩形状であるが、箱状部材21の形状はこれに限定されない。例えば、図12に示すように、平面視における箱状部材21の形状は、トラック形状とすることができる。すなわち、第1側壁24は、外側に膨らむように湾曲していてもよい。例えば、第1側壁24は、平面視において円弧状に湾曲していてもよい。
上記実施形態では、平面視において箱状部材21は矩形状であるが、箱状部材21の形状はこれに限定されない。例えば、図12に示すように、平面視における箱状部材21の形状は、トラック形状とすることができる。すなわち、第1側壁24は、外側に膨らむように湾曲していてもよい。例えば、第1側壁24は、平面視において円弧状に湾曲していてもよい。
変形例6
導入管201は、以下のように構成することができる。図13に示すように、導入管201は、その内部を流れる燃料ガスなどをマニホールド本体部20の内部空間に導入するように構成されている。すなわち、導入管201の流路とガス導入口241とが連通している。導入管201は、マニホールド本体部20に取り付けられている。詳細には、導入管201の端部は、一方の第1側壁24に取り付けられている。なお、導入管201の反対側の端部は、例えば、改質器などに取り付けられている。
導入管201は、以下のように構成することができる。図13に示すように、導入管201は、その内部を流れる燃料ガスなどをマニホールド本体部20の内部空間に導入するように構成されている。すなわち、導入管201の流路とガス導入口241とが連通している。導入管201は、マニホールド本体部20に取り付けられている。詳細には、導入管201の端部は、一方の第1側壁24に取り付けられている。なお、導入管201の反対側の端部は、例えば、改質器などに取り付けられている。
導入管201は、導入管本体部201dと、接合部201cとを有している。導入管本体部201dの断面形状は、円形状である。導入管本体部201dの外径は、4〜15mm程度とすることができる。また、導入管本体部201dの肉厚は、0.5〜2mm程度とすることができる。導入管本体部201dの断面形状は、矩形状や楕円形状などであってもよい。
導入管201は、第1側壁24の外側面に接合されている。詳細には、導入管本体部201dが、接合部201cによって、第1側壁24の外側面に接合されている。なお、導入管本体部201dがガス導入口241に挿入されていてもよい。そして、導入管本体部201dの先端がマニホールド本体部20の内部空間に配置されていてもよい。
導入管本体部201dは、水平部201aと、延在部201bとを有している。水平部201aは、第1側壁24から側方に延びている。好ましくは、水平部201aは、底壁23と略平行に延びている。水平部201aの長さL1は、10〜50mm程度とすることができる。
延在部201bは、水平部201aから上方に延びている。詳細には、延在部201bは、水平部201aの端部から上方に延びている。延在部201bは、好ましくは、底壁23に対して略直交する方向(x軸方向)に延びている。
水平部201aと延在部201bとは1つの配管から構成されている。このため、水平部201aと延在部201bとは、外径、内径、及び材質などが同じである。水平部201aと延在部201bとがなす角度βは、80〜110度とすることができ、約90度とすることが好ましい。
接合部201cは、導入管本体部201dとマニホールド本体部20とを接合している。詳細には、接合部201cは、水平部201aとマニホールド本体部20とを接合している。この接合部201cは、例えば、接合材、又は溶接部によって構成される。接合部201cは、水平部201aと第1側壁24との境界部を覆うように環状に形成されている。
導入管201は、マニホールド本体部20が変形するよりも先に、変形するように構成されている。詳細には、延在部201bの下端から100mm上方の点に対して、荷重を徐々に増加させながら水平方向に加えると、導入管201はマニホールド本体部20よりも先に変形する。延在部201bに加えられる荷重速度は、例えば、1N/secとすることができる。なお、導入管201は、弾性変形してもよいし、塑性変形してもよい。さらには、導入管201は、破壊されてもよい。また、導入管201に荷重を掛ける際、マニホールド本体部20は動かないように固定されている。荷重を掛ける方向は、例えば、燃料電池セル1から離れる方向である。
具体的には、上述したように延在部201bに掛かる荷重を徐々に増加させたときに、マニホールド本体部20の上壁22の中央部が上方又は下方に0.1mm以上撓む前に、延在部201bの力点が荷重の掛かる方向に0.5mm以上動くように導入管201が変形する。例えば、水平部201aと延在部201bとの角度βが広がるように、水平部201aと延在部201bとの境界部が変形する。
導入管201は、水平部201aの一部又は全部において変形してもよいし、延在部201bの一部又は全部において変形してもよいし、水平部201aと延在部201bとの境界部において変形してもよいし、これらの組み合わせであってもよい。また、導入管201は、接合部201cにおいて変形してもよい。
導入管201の変形する部分は、自立する程度の剛性を有していることが好ましい。すなわち、導入管201は、外力を加えない限り変形しない程度の剛性を有していることが好ましい。例えば、導入管201の変形する部分におけるヤング率は40GPa以上である。これによって、導入管201の取り扱い性が向上する。
例えば、水平部201a及び延在部201bの肉厚、水平部201a及び延在部201bの外径、水平部201a及び延在部201bの材質、水平部201aの長さ、並びに側壁24、25の肉厚などの少なくともいずれかを調整することによって、導入管201をマニホールド本体部20よりも先に変形させることができる。
水平部201a及び延在部201b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、及びNi基合金よりなる群から選ばれる少なくとも1種によって形成されている。また、接合部201c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、結晶化ガラス、非晶質ガラス、ろう材、及びセラミックスよりなる群から選ばれる少なくとも1種によって形成されている。
変形例7
変形例6では、導入管本体部201dは、水平部201a及び延在部201bを有しているが、導入管本体部201dの構成はこれに限定されない。例えば、図14に示すように、導入管本体部201dは、マニホールド本体部20の上壁22から上方に延びていてもよい。すなわち、導入管本体部201dは、延在部201bを有する一方で、水平部を有していなくてもよい。そして、導入管本体部201dの先端面は、上壁22の上面に当接されていてもよい。または、導入管本体部201dは、上壁22に形成されたガス導入口221に挿入されていてもよい。この場合、延在部201bの下端から100mm上方の点とは、上壁22の上面から100mm上方の点を意味する。
変形例6では、導入管本体部201dは、水平部201a及び延在部201bを有しているが、導入管本体部201dの構成はこれに限定されない。例えば、図14に示すように、導入管本体部201dは、マニホールド本体部20の上壁22から上方に延びていてもよい。すなわち、導入管本体部201dは、延在部201bを有する一方で、水平部を有していなくてもよい。そして、導入管本体部201dの先端面は、上壁22の上面に当接されていてもよい。または、導入管本体部201dは、上壁22に形成されたガス導入口221に挿入されていてもよい。この場合、延在部201bの下端から100mm上方の点とは、上壁22の上面から100mm上方の点を意味する。
変形例8
変形例6では、延在部201bは水平部201aから屈曲して上方に延びているが、延在部201bが延びる方向はこれに限定されない。例えば、延在部201bは、下方や水平方向に延びていてもよい。荷重は、水平部201aと延在部201bとの境界部から100mm離れた点において、延在部201bに加えられる。
変形例6では、延在部201bは水平部201aから屈曲して上方に延びているが、延在部201bが延びる方向はこれに限定されない。例えば、延在部201bは、下方や水平方向に延びていてもよい。荷重は、水平部201aと延在部201bとの境界部から100mm離れた点において、延在部201bに加えられる。
図15に示すように、延在部201bが下方に延びる場合、延在部201bの上端から100mm下方の点において、延在部201bに荷重を徐々に増加させながら水平方向に加える。
また、図16に示すように、延在部201bが水平部201aと交差する水平方向に延びる場合、延在部201bの端部から100mm離れた点において、延在部201bに荷重を徐々に増加させながら水平方向に加える。
変形例9
図17に示すように、マニホールド本体部20の箱状部材21は、角部が他の部分よりも薄くなるように構成されていてもよい。詳細には、箱状部材21は、複数の平板部と、この平板部を連結する角部とを有している。平板部は、平坦な板状の部分である。なお、角部は、角を形成する部分、すなわち、角近傍である。複数の平板部は、上壁22の大部分を占める矩形状の平板部と、第1及び第2側壁24,25の大部分を占める4つの矩形状の平板部と、フランジ部26の大部分を占める環状の平板部とを有している。角部は、第1〜第3境界部20a〜20cである。このように、箱状部材21は、複数の平板部と、複数の角部とからなる。
図17に示すように、マニホールド本体部20の箱状部材21は、角部が他の部分よりも薄くなるように構成されていてもよい。詳細には、箱状部材21は、複数の平板部と、この平板部を連結する角部とを有している。平板部は、平坦な板状の部分である。なお、角部は、角を形成する部分、すなわち、角近傍である。複数の平板部は、上壁22の大部分を占める矩形状の平板部と、第1及び第2側壁24,25の大部分を占める4つの矩形状の平板部と、フランジ部26の大部分を占める環状の平板部とを有している。角部は、第1〜第3境界部20a〜20cである。このように、箱状部材21は、複数の平板部と、複数の角部とからなる。
なお、角部はR形状であるが、角部の形状は特に限定されない。角部は、複数の平面部が直交してなる直角であってもよく、複数の平面部の交差部分を平面状に湾曲している形状(C面取りされた形状)であってもよい。
角部の厚さT2は、平板部の厚さT1よりも小さい。このため、角部は、平面部よりも優先して変形する部位であり、変形可能部である。複数の平板部の厚さが異なる場合には、最小の厚さを厚さT1とする。箱状部材21は複数の角部を有し、複数の角部の厚さが異なる場合には、最小の厚さをT2とする。本変形例では、すべての角部の厚さT2が平板部の厚さT1よりも小さいが、複数の角部のうち少なくとも1つの角部が平板部の厚さよりも小さければよい。なお、厚さT1、T2は、板厚である。
角部の厚さT2は、平板部の厚さT1の70.0%以上99.5%以下であることが好ましく、75.0%以上98.0%以下であることがより好ましい。70.0%以上の場合、マニホールド本体部20の強度を向上でき、75.0%以上の場合、マニホールド本体部20の強度をより向上できる。99.5%以下の場合、変形しやすいので、第1接合材3の変形を抑制することで、第1接合材3におけるクラックを抑制でき、98.0%以下の場合、第1接合材3におけるクラックを効果的に抑制できる。また、70.0%以上の場合、加工時に箱状部材21の角部が破断することを防止できる。
平板部の厚さT1は、例えば、0.5mm以上4.0mm以下である。角部の厚さT2は、例えば、0.35mm以上3.9mm以下である。
板状部材を構成する上壁22の厚さは、特に限定されないが、箱状部材21の角部の厚さT1よりも小さくすることができる。
変形例10
図18に示すように、底壁23に複数の突起部29が取り付けられていてもよい。複数の突起部29は、底壁23の下面231に取り付けられている。このため、台座Bにマニホールド2を配置すると、複数の突起部29が台座Bに接する。複数の突起部29は、底壁23の下面231に、偏析せずに、分散している。このため、マニホールド2は、安定して台座Bに配置される。
図18に示すように、底壁23に複数の突起部29が取り付けられていてもよい。複数の突起部29は、底壁23の下面231に取り付けられている。このため、台座Bにマニホールド2を配置すると、複数の突起部29が台座Bに接する。複数の突起部29は、底壁23の下面231に、偏析せずに、分散している。このため、マニホールド2は、安定して台座Bに配置される。
突起部29を構成する材料は、底壁23を構成する材料と異なる材料で構成されていれば特に限定されないが、金属を除く材料で構成されていることが好ましく、無機材料で構成されていることがより好ましい。無機材料としては、セラミックスであることが好ましい。SOFCは高温で作動するが、金属材料は高温環境下で一定応力を連続的に与えられると高温クリープ変形が発生し、形状が変わってしまう恐れがある。マニホールド本体部20の底壁23に取り付けられて台座Bに接する突起部29には、セルスタック装置100全体の荷重がかかるため、高温クリープ変形が懸念される。一方、無機材料では金属材料と比較して高温クリープ現象に対する耐性が高いため、台座Bと接する突起部29として無機材料を用いることが好ましい。
また、突起部29は、底壁23を構成する材料の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料で構成されていることが好ましい。このような材料として、例えば、鉱物、セラミックス、ガラス、または繊維が挙げられる。鉱物としては、例えば、マイカ(雲母)、バーミキュライト、石英などが挙げられる。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、酸化鉄、酸化クロムなどが挙げられる。ガラスとしては、例えば、結晶化ガラスなどが挙げられる。結晶化ガラスとしては、例えば、SiO2−B2O3系、SiO2−CaO系、またはSiO2−MgO系が採用され得る。繊維としては、例えば、石英ウール、アルミナ、シリカアルミナなどが挙げられる。
突起部29を構成する材料の熱伝導率は、40W/m・K以下であることが好ましく、20W/m・K以下であることがより好ましい。底壁23から台座Bへの熱伝導を低減できるので、熱伝導率は低いほど好ましいが、容易に実現できる観点から、下限値は、例えば0.01W/m・Kである。
上記熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により750℃で測定される値である。
台座Bと対向する面の表面粗さRzは、0.01z以上であることが好ましく、0.05z以上であることがより好ましい。底壁23と台座Bとの接触面積を低減できるので、表面粗さRzは高いほど好ましいが、セルスタック装置100の高さを考慮すると、上限値は、例えば10zである。
上記「台座Bと対向する面」とは、本変形例では、底壁23の下面231と突起部29とで構成される面である。上記表面粗さRzは、JIS B0601に準拠して測定される値である。
底壁23の下面231の面積に対する、突起部29と台座Bとが接触する面積の比は、15%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましい。
突起部29は、下方に突出する凸形状である。突起部29は、例えば、下方(下面231から台座Bに)に向けて幅が小さい。突起部29は、部材として設けられる突起部と、粒子からなる突起部とを含む。突起部29と台座Bとの接触は、点接触であってもよい。また、突起部29が部材である場合には、例えば、平面視において矩形の片状であってもよく、繊維の切片であってもよい。
突起部29を底壁23の下面231に取り付ける工程では、例えば以下のように実施する。底壁23を構成する材料の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料で構成されている突起部29となる材料を準備する。突起部29となる材料として、例えば、結晶化ガラスなどのガラスとなる材料などを準備する。この材料を、底壁23の下面231に接するように配置して、焼き付ける。
変形例11
変形例8のように、突起部29を底壁23に取り付ける態様において、マニホールド本体部20は、コーティング膜291をさらに備えていてもよい。図19に示すように、コーティング膜291は、底壁23の下面231に形成されている。突起部29は、コーティング膜291を介して底壁23に取り付けられている。突起部29の少なくとも一部は、コーティング膜291から下方に突出している。なお、突起部29と同じ部材がコーティング膜291に埋設されていてもよい。
変形例8のように、突起部29を底壁23に取り付ける態様において、マニホールド本体部20は、コーティング膜291をさらに備えていてもよい。図19に示すように、コーティング膜291は、底壁23の下面231に形成されている。突起部29は、コーティング膜291を介して底壁23に取り付けられている。突起部29の少なくとも一部は、コーティング膜291から下方に突出している。なお、突起部29と同じ部材がコーティング膜291に埋設されていてもよい。
また、コーティング膜291は、露出する表面全体に形成されている。つまり、コーティング膜291が、外部に露出する。具体的には、コーティング膜291は、底壁23、第1及び第2側壁24,25、上壁22、及びフランジ部26の表面全体に形成されている。つまり、コーティング膜291は、底壁23、側壁32,33、上壁22及びフランジ部26の外側面及び内側面の全体に形成されている。外側面とは、マニホールド本体部20の外部を臨む面であり、内側面とは、マニホールド本体部20の内部空間を臨む面である。
詳細には、コーティング膜291は、底壁23の上面312、下面231及び側面の全体に形成されている。また、コーティング膜291は、側壁32,33の内側面及び外側面の全体に形成されている。また、上壁22の上面、下面、側面、及び挿入孔341を構成する内壁面の全体に形成されている。また、コーティング膜291は、フランジ部26の上面、下面及び側面の全体に形成されている。なお、マニホールド本体部20の各部材を被覆するコーティング膜は、同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。
コーティング膜291は、例えばガラス、セラミックスなどで構成されており、ガラスで構成されていることがより好ましい。ガラスとしては、例えば結晶化ガラスを用いることができる。この結晶化ガラスは、第1接合材3と同様の材料であってもよい。セラミックスとしては、アルミナ、シリカ、ペロブスカイト系材料、スピネル系材料などを用いることができる。コーティング膜291は、複数の層で構成されてもよい。
コーティング膜291の厚みは、例えば3〜200μmである。コーティング膜291の気孔率は、例えば0〜30%である。
なお、本変形例における「台座Bと対向する面」は、下面231に形成されたコーティング膜291と突起部29とで形成される面である。
また、突起部29は、コーティング膜291と同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。
本変形例では、例えば、コーティング膜291を形成し、その後に突起部29を形成する。
具体的には、まず、マニホールド本体部20の表面全体、つまり露出する面全体に、コーティング膜291となるペーストを形成する。ペーストは、例えばガラス粉末を含み、クロムは含まない。ペーストは、例えば、塗布、ディッピング法などによって形成される。
次に、底壁23の下面に形成されたペーストに、突起部29となる材料を付着して、この状態で焼成する。この工程では、焼成容器(セッター)に突起部となる材料を配置し、次いで、この材料上に底壁23の下面231を配置し、この状態で焼成してもよい。
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
25 第2側壁
26 フランジ部
2 マニホールド
22 上壁
23 底壁
24 第1側壁
25 第2側壁
26 フランジ部
Claims (14)
- 燃料電池セルにガスを供給するためのマニホールドであって、
前記燃料電池セルを支持するように構成された上壁と、
前記上壁から下方に延び、前記燃料電池セルの主面が向く第1方向において対向する一対の第1側壁と、
前記上壁から下方に延び、前記燃料電池セルの側面が向く第2方向において対向する一対の第2側壁と、
底壁と、
を備え、
前記各第2側壁は、当該マニホールドの内部空間の側面を画定し、下方に向かって互いに離れるように傾斜している、
マニホールド。
- 前記第1側壁は、下方に向かって互いに離れるように傾斜している、
請求項1に記載のマニホールド。
- 前記各第1側壁、前記各第2側壁、及び前記上壁は、1つの部材によって形成されている、
請求項1又は2に記載のマニホールド。
- 前記各第1側壁及び前記各第2側壁の下端部から外方に延びるフランジ部をさらに備え、
前記底壁は、前記フランジ部に接合される、
請求項3に記載のマニホールド。
- 前記第2側壁と前記上壁との境界部の内側面は、湾曲面によって構成される、
請求項1から4のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記上壁、前記第1側壁、前記第2側壁、及び前記底壁を有するマニホールド本体部へガスを供給するように構成される導入管をさらに備え、
前記導入管は、上方に延びる延在部を有し、
前記導入管は、前記延在部の下端から100mm上方の点に対して、徐々に増加させながら荷重を水平方向に加えたときに、前記マニホールド本体部より先に変形する、
請求項1から5のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記導入管は、前記第1又は第2側壁から側方に延びる水平部をさらに有し、
前記延在部は、前記水平部から上方に延びる、
請求項6に記載のマニホールド。
- 前記上壁、前記第1側壁、前記第2側壁、及び前記底壁を有するマニホールド本体部へガスを供給するように構成される導入管をさらに備え、
前記導入管は、前記第1又は第2側壁から側方に延びる水平部、及び前記水平部から屈曲して延びる延在部、を有し、
前記導入管は、前記延在部と前記水平部との境界部から100mm離れた点において、前記延在部に徐々に増加させながら荷重を水平方向に加えたときに、前記マニホールド本体部より先に変形する、
請求項1から5のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記導入管は、前記延在部を含む導入管本体部と、前記導入管本体部と前記マニホールド本体部とを接合する接合部と、を有する、
請求項6から8のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記上壁、前記第1側壁、前記第2側壁、及び前記底壁を有するマニホールド本体部は、
上方または下方が開口する箱状部材と、
前記開口を塞ぐ板状部材と、
を有し、
前記箱状部材は、
複数の平板部と、
前記平板部を連結する角部と、
を有し、
前記角部の厚さは、前記平板部の厚さよりも小さい、
請求項1から9のいずれかに記載のマニホールド。
- 当該マニホールドは、台座に配置され、
前記マニホールドは、前記底壁に取り付けられ且つ前記台座に接する複数の突起部をさらに備え、
前記突起部は、前記底壁を構成する材料と異なる材料で構成されている、
請求項1から10のいずれかに記載のマニホールド。
- 燃料電池セルにガスを供給するためのマニホールドであって、
前記燃料電池セルを支持するように構成された上壁と、
前記上壁から下方に延び、前記燃料電池セルの主面が向く第1方向において対向する一対の第1側壁と、
前記上壁から下方に延び、前記燃料電池セルの側面が向く第2方向において対向する一対の第2側壁と、
底壁と、
を備え、
前記各第2側壁は、下方に向かって互いに離れるように傾斜しており、
前記上壁、前記第1側壁、前記第2側壁、及び前記底壁を有するマニホールド本体部は、
上方または下方が開口する箱状部材と、
前記開口を塞ぐ板状部材と、
を有し、
前記箱状部材は、
複数の平板部と、
前記平板部を連結する角部と、
を有し、
前記角部の厚さは、前記平板部の厚さよりも小さい、
マニホールド。
- 燃料電池セルにガスを供給するためのマニホールドであって、
前記燃料電池セルを支持するように構成された上壁と、
前記上壁から下方に延び、前記燃料電池セルの主面が向く第1方向において対向する一対の第1側壁と、
前記上壁から下方に延び、前記燃料電池セルの側面が向く第2方向において対向する一対の第2側壁と、
底壁と、
を備え、
前記各第2側壁は、下方に向かって互いに離れるように傾斜しており、
当該マニホールドは、台座に配置され、
前記マニホールドは、前記底壁に取り付けられ且つ前記台座に接する複数の突起部をさらに備え、
前記突起部は、前記底壁を構成する材料と異なる材料で構成されている、
マニホールド。
- 請求項1から13のいずれかに記載のマニホールドと、
前記上壁から上方に延びる燃料電池セルと、
を備える、セルスタック装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017132878 | 2017-07-06 | ||
JP2017132878 | 2017-07-06 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6446583B1 true JP6446583B1 (ja) | 2018-12-26 |
JP2019016589A JP2019016589A (ja) | 2019-01-31 |
Family
ID=64899613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018095868A Expired - Fee Related JP6446583B1 (ja) | 2017-07-06 | 2018-05-18 | マニホールド、及びセルスタック装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6446583B1 (ja) |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5542568B2 (ja) * | 2009-12-24 | 2014-07-09 | 京セラ株式会社 | セルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置 |
JP5882136B2 (ja) * | 2012-05-30 | 2016-03-09 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池のスタック構造体 |
JP6082533B2 (ja) * | 2012-06-11 | 2017-02-15 | ダイニチ工業株式会社 | 改質器支持構造及び燃料電池モジュール |
JP6100577B2 (ja) * | 2013-03-28 | 2017-03-22 | 京セラ株式会社 | セルスタック装置および電気化学装置 |
JP6144813B2 (ja) * | 2015-11-12 | 2017-06-07 | 日本碍子株式会社 | マニホールド、及び燃料電池スタック |
JP6077094B1 (ja) * | 2015-12-24 | 2017-02-08 | 日本碍子株式会社 | マニホールド、及び燃料電池スタック |
JP6749051B2 (ja) * | 2016-05-23 | 2020-09-02 | 京セラ株式会社 | セルスタック装置、燃料電池モジュール及び燃料電池装置 |
-
2018
- 2018-05-18 JP JP2018095868A patent/JP6446583B1/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019016589A (ja) | 2019-01-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6178534B1 (ja) | 燃料電池スタック | |
JP6472559B2 (ja) | 端部集電部材、及びセルスタック装置 | |
JP6144813B2 (ja) | マニホールド、及び燃料電池スタック | |
JP6124984B1 (ja) | マニホールド、及び燃料電池スタック | |
JP6605162B1 (ja) | マニホールド、セルスタック装置、及び電気化学セル | |
JP6446583B1 (ja) | マニホールド、及びセルスタック装置 | |
JP6421226B2 (ja) | マニホールド | |
JP6588505B2 (ja) | マニホールド及びセルスタック装置 | |
JP6467002B2 (ja) | セルスタック装置 | |
JP6291622B1 (ja) | 燃料電池スタック | |
JP6527917B2 (ja) | セルスタック装置 | |
JP6159868B1 (ja) | 燃料電池スタック | |
JP6446582B2 (ja) | セルスタック装置 | |
JP6452766B1 (ja) | マニホールド、及びセルスタック装置 | |
JP6378742B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
JP6484376B1 (ja) | 電気化学装置 | |
JP6393849B1 (ja) | マニホールド及びセルスタック装置 | |
JP6480065B1 (ja) | マニホールド及びセルスタック装置 | |
JP6480064B1 (ja) | マニホールド及びセルスタック装置 | |
JP6611393B1 (ja) | セルスタック装置 | |
JP6324601B1 (ja) | マニホールド | |
JP6638039B1 (ja) | マニホールド、及びセルスタック装置 | |
JP6466902B2 (ja) | マニホールド、及び燃料電池スタック | |
JP6435035B1 (ja) | マニホールド及びセルスタック装置 | |
JP6348558B2 (ja) | マニホールド |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181002 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20181101 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181203 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6446583 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |