JPH0793145B2

JPH0793145B2 - 燃料電池用支持管

Info

Publication number: JPH0793145B2
Application number: JP63322157A
Authority: JP
Inventors: 英延三澤; 聡山田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-12-22
Filing date: 1988-12-22
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPH02170359A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、内筒と外筒とを支持部により一体構造とした
燃料電池用支持管に関するものである。

（従来の技術）従来、内筒と外筒からなり、その一端を封止した有底セ
ラミック２重管は、燃料電池用支持管等に使用されてい
る。

第５図は従来の燃料電池用支持管として使用される有底
セラミック２重管の一例を示す図である。第５図におい
て、21は空気等の酸化性ガスを導入するための内筒、21
aは内筒21の上部に設けたフランジ部、22はその外表面
に電極及び固体電解質層等を設けたジルコニア製の外
筒、23は内筒21を保持するとともに空気室26と排ガス室
27との区分を行う上部プレート、24は外筒22を保持する
とともに電池反応室28と燃料室29とを区分する燃料流入
孔30を有するプレート、25は外筒22の開口端を保持する
とともに、排ガス室27と電池反応室28とを区分するガス
流出孔31を有する保持プレートである。本例において
は、内筒21は外筒22とは別体であって、外筒22内に上部
プレート23とフランジ部21aの係合により保持されて挿
入されている。

この状態で、空気等の酸化性ガスを空気室26より内筒21
中を通して供給し、外筒22の有底部で反転して内筒21の
外表面と外筒22の内表面との間を戻り排ガス室27に流出
するようにする一方、底部プレート24の燃料流入孔30を
通してH₂やCH₄等の燃料ガスを外筒22の外表面にそって
流すことにより、ジルコニア製の固体電解室を通して酸
素イオンの流れが生じる。その結果、固体電解質の内側
の電極となる外筒22の空気極上の一部に設けたインター
コネクタと、固体電解質の外側のほぼ全面に設けた燃料
極との間に電流が流れ、電池として使用することができ
る。この燃料電池は1000℃程度の高温下で使用されるた
め、シール部なしで構成できる第５図に示す有底セラミ
ック２重管が好ましい態様といえる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述した構造の燃料電池用支持管におい
ては、内筒21と外筒22とがそれぞれ別体であり、内筒21
の保持は上部プレート23とフランジ部21aの係合により
達成されているのみであるため、外筒22内における内筒
21の位置決めが難しくなる問題があった。

また、位置決めの困難さに起因して、外筒22内における
内筒21の位置が変化するため、内筒21内を供給されてく
る空気等の酸化性ガスが有底部で反転して内筒21の外面
と外筒22の内面との間を上昇する際の流れがそれに応じ
て変化し、各セルの性能のバラツキ等の問題があった。

さらに、内筒21と外筒22とが別体であるため、例えば燃
料電池用支持管として上述した構造の有底セラミック２
重管を使用すると、装着時および使用中の振動等に対す
る機械的強度が十分には得られない問題があった。

さらにまた、例えば気相反応等でインターコネクタを外
筒の一部にのみ設ける際、インターコネクタを設けない
部分にマスキングを施さなければならず、その形成に手
間がかかる問題もあった。

本発明の目的は上述した課題を解消して、外筒内におけ
る内筒の正確な位置決めが可能で、十分な機械的強度を
有する燃料電池用支持管を提供しようとするものであ
る。

（課題を解決するための手段）本発明の燃料電池用支持管は、内筒と外筒とを支持部に
より一体構造とした２重管の一端において内筒および外
筒を封止部材により封じた構造の有底セラミック２重管
であって、内筒の開口端が外筒より突出し、さらに、前
記支持部を内筒内まで延長して、内筒と外筒との間に支
持部により画成した部屋に対応した部屋の内筒内に画成
するとともに、各対応する部屋毎に前記内筒の封止部材
に近接する位置にスリットまたは孔を形成した空気流通
部を有することを特徴とするものである。

（作用）上述した本発明の燃料電池用支持管の構造において、内
筒と外筒とを支持部により一体構造としているため、外
筒内における内筒の位置決めが確実にでき、外筒と内筒
との間の相対位置の変動に起因する性能のバラツキは皆
無になるとともに、十分な機械的強度を得ることができ
る。また、内筒の一方の開口端を外筒より突出させるこ
とにより、そのまま従来と同じ形式で燃料電池用支持管
として使用することができる。

また、本発明の燃料電池用支持管の製造法の構成におい
て、内筒、外筒および支持部を押出により一体で成形
し、内筒の他端部に空気流通部を形成するとともに、そ
の端部で内筒および外筒を封止部材により封じ、その後
乾燥させた後の乾燥体あるいは乾燥した乾燥体を焼成し
た焼成体の外筒および支持部の少なくとも一部を開口端
から所定長さ研削して所望の形状の燃料電池用支持管を
得ているため、所定の形状を有する本発明の燃料電池用
支持管を容易かつ精度よく得ることができる。

また、本発明において内筒の端部に設ける空気流通部
は、内筒端部の全面に設けてもよいし、スリットや孔に
より形成することもできる。ただし、スリットや孔によ
り空気流通部を形成する場合は、外筒と内筒との間に支
持部により画成される部屋毎にスリットまたは孔を内筒
に設ける必要がある。

なお、上述した構造の燃料電池用支持管において、支持
部を内筒内まで延長して、内筒と外筒との間に支持部に
より画成した部屋に対応した部屋の内筒内に画成すると
ともに、空気流通部として対応する各部屋毎にスリット
または孔を形成すると、例えばインターコネクタを形成
する際、インターコネクタを形成する部分に対応する部
屋のみに反応ガスを流して気相反応によりインターコネ
クタを形成することができ、マスキングの手間がなくな
る。

（実施例）第１図（ａ），（ｂ）は本発明の燃料電池用支持管の一
例の構造を示す縦断面図およびそのＡ−Ａ断面図であ
る。第１図（ａ），（ｂ）に示す例において、本発明の
燃料電池用支持管１は、好ましくは同じセラミックから
なる内筒２と外筒３とを支持部４−１〜４−３により互
いに連結して一体的に構成されている。また、有底セラ
ミック２重管１の一端である先端部５は内筒２および外
筒３が中実の封止部材６により封止されており、内筒２
の封止材６に近接する位置に空気流通孔７−１〜７−３
を設けている。この空気流通孔７−１〜７−３は、外筒
３、内筒２および支持部４−１〜４−３により画成され
る部屋８−１〜８−３に対応して内筒の端部に設けられ
ている。さらに、燃料電池用支持管１の他端の開口端
は、内筒２が外筒３および支持部４−１〜４−３より所
定長さだけ突出している。この場合、支持部４−１〜４
−３は内筒２とともに残ってもよい。

上述した第１図（ａ），（ｂ）に示す構造の本発明の燃
料電池用支持管を製造するには、まず所定のセラミック
材料例えばジルコニア粉末にバインダ等を加えた材料か
ら、所定の口金を使用して内筒、外筒および支持部から
なる一体構造のセラミック２重管を押出し成形する。次
に、内筒の封止部材と近接する面に、外筒、内筒および
支持部により画成される部屋に対応した数の空気流通孔
を内筒に設ける。このようにして得られた２重管の空気
流通孔を設けた端部に、例えば予め別に作製して準備し
た好ましくは同材質からなる封止部材を所定のスラリー
等を介して内筒、外筒および支持部と接合する。その後
成形体を乾燥して、乾燥体の外筒および支持部の少なく
とも一部、すなわち例えば外筒および支持部の全体また
は外筒と支持部の一部を、開口端から所定長さ研削す
る。最後に、研削後の乾燥体を焼成することにより、一
端を塞いだ一体構造の燃料電池用支持管を得る。なお、
焼成後の焼結体の端部に封止部材を接合する方法でも勿
論良いものである。

以下、第２図（ａ），（ｂ）、第３図（ａ），（ｂ）、
第４図（ａ），（ｂ）にそれぞれ本発明の燃料電池用支
持管のそれぞれ異なる具体例の構造を示す。各図におい
て、第１図（ａ），（ｂ）に示す部材と同一の部材には
同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２図（ａ），（ｂ）は空気流通孔７−１〜７−３の代
わりに内筒２を封止部材６に接する面から一定深さだけ
研削して空気流通部９を設けるとともに、先端部５を形
成する封止部材６の断面形状を四角形とした例を示して
いる。この例では、第１図（ａ），（ｂ）に示す空気流
通孔７−１〜７−３を形成するよりも簡単に、すなわち
研削すべき内筒２の直径とほぼ同じ直径のダイヤモンド
砥石による一回の研削により、空気流通部９を形成する
ことができる。

第３図（ａ），（ｂ）は支持部４−１および４−２を内
筒２内まで延長して、内筒２と外筒３との間に支持部４
−１と４−２により画成された部屋８−１および８−２
に対応した部屋11−１および11−２を、内筒２内に支持
部10−１および10−２により画成するとともに、空気流
通部として部屋８−１に対応する部屋11−１、部屋８−
２に対応する部屋11−２を区画する内筒２に空気流通孔
７−１と７−２を設けている。この例では、内筒２内に
画成された部屋11−２から反応ガスを供給して部屋８−
２内を戻すことにより、部屋８−２に対応した外筒３の
外表面に気相反応等によりインターコネクタを形成する
ことができる。同様に、内筒２内に画成された部屋11−
１から他の反応ガスを供給して部屋８−１内を戻せば、
部屋８−１に対応した外筒３の外表面に気相反応等によ
り固体電解質を形成することができる。

第４図（ａ），（ｂ）は第３図（ａ），（ｂ）と同様支
持部４−１〜４−３を内筒２内までそれぞれ延長して、
内筒２内に支持部10−１〜10−３により画成した部屋11
−１〜11−３を設けるとともに、内筒２に空気流通孔７
−１〜７−３を設けている。本例ではさらに、支持部４
−１〜４−3;10−１〜10−３の表面に所定のち密な層を
形成し得るスラリーを塗布して同時に焼成することによ
り、支持部４−１〜４−3;10−１〜10−３の表面を他の
部分に比べて密度を高くしている。本例では、支持部４
−１〜４−3;10−１〜10−３からのエアーリークを防止
することができる。

本発明は上述した実施例のみ限定されるものではなく、
幾多の変形、変更が可能である。例えば、上述した実施
例においては封止部材として種々の断面形状のものを示
したが、この形状に限定されるものではなく他の断面形
状でも良いことはいうまでもない。

また、上述した実施例では、外筒および支持部をすべて
研削して内筒の一方の開口端のみが外筒より突出した例
を示したが、支持部の全部または一部を残すことにより
熱交換フィンを形成し、内筒の突出部分の熱交換特性を
良好にすることができる。

さらに、上述した実施例では内筒の突出部には何も設け
ていないが、内筒の突出部の端部にフランジ部を設ける
こともでき、装置への固定を簡単にすることができる。

さらにまた、上述した実施例では支持部がすべて壁面で
構成されていたが、外筒と内筒とが点、線あるいは面で
接している場合は、その接触部を支持部と考えることが
できる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明の燃料電池用支
持管によれば、内筒と外筒とを支持部とともに押出成形
によって一体に製造し、内筒の一端部に空気流通部を設
けた後その端部を封じるとともに、研削により内筒の開
口端を外筒より突出させて燃料電池用支持管を得ている
ため、高い信頼性と十分な機械的強度を有する燃料電地
用支持管を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）、第２図（ａ），（ｂ）、第３図
（ａ），（ｂ）および第４図（ａ），（ｂ）はそれぞれ
本発明の燃料電池用支持管の一例の構造を示す縦断面図
およびそのＡ−Ａ断面図、第５図は従来の燃料電池用支持管として使用される有底
セラミック２重管の一例の構成を示す図である。１……燃料電池用支持管２……内筒、３……外筒４−１〜４−3;10−１〜10−３……支持部５……先端部、６……封止部材７−１〜７−３……空気流通孔８−１〜８−3;11−１〜11−３……部屋９……空気流通部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内筒と外筒とを支持部により一体構造とし
た２重管の一端において内筒および外筒を封止部材によ
り封じた構造の有底セラミック２重管であって、内筒の
開口端が外筒より突出し、さらに、前記支持部を内筒内
まで延長して、内筒と外筒との間に支持部により画成し
た部屋に対応した部屋を内筒内に画成するとともに、各
対応する部屋毎に前記内筒の封止部材に近接する位置に
スリットまたは孔を形成した空気流通部を有することを
特徴とする燃料電池用支持管。