WO2018198619A1 - セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置 - Google Patents

セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置 Download PDF

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supply pipe
manifold
cell stack
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一成 杉原
真 兒井
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京セラ株式会社
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • This disclosure relates to a cell stack device, a module, and a module housing device.
  • Patent Document 1 electric power can be obtained using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air).
  • a cell stack device in which a plurality of fuel cells which are one type of cells are arranged in a manifold.
  • Patent Document 2 Japanese Patent No. 5873949 (hereinafter referred to as Patent Document 2), the manifold is provided with an introduction pipe for introducing gas into the internal space, and one end portion of the introduction pipe is provided. It has been proposed to be inserted into a through-hole provided in the manifold, and the introduction pipe and the manifold are joined via a joint portion.
  • the cell stack device includes a cell stack in which a plurality of columnar cells each having a gas flow path are arranged in an upright state and are electrically connected to each other, and fixes the lower end of the cell and A manifold for supplying a gas to the gas flow path of the cell, and a gas supply pipe for supplying the gas to the manifold, the gas supply pipe having one end connected to a gas supply section; The other end is inserted into a first through-hole provided in the manifold and joined to the manifold via a first joint, and the gas supply in any cross section along the insertion direction of the gas supply pipe
  • the tube has a first protrusion that protrudes toward the inside of the gas supply tube at a position corresponding to the first joint.
  • the module of the present disclosure is obtained by storing the cell stack device in a storage container.
  • the module housing apparatus of the present disclosure is configured by housing a module and an auxiliary machine for operating the module in an outer case.
  • FIG. 2A is an enlarged vertical sectional view showing an example of a portion A in FIG. 1
  • FIG. 2B is a horizontal sectional view taken along line XX in FIG. 2A. It is horizontal sectional drawing which shows the other example of FIG. 2B. It is horizontal sectional drawing which shows the other example of FIG. 2B. It is horizontal sectional drawing which shows the other example of FIG. 2B. It is horizontal sectional drawing which shows the other example of FIG. 2B. It is sectional drawing of the enlarged vertical direction which shows the other example of the A section of FIG. It is sectional drawing of the enlarged vertical direction which shows the other example of the A section of FIG. It is an external appearance perspective view which shows the other example of the cell stack apparatus of this embodiment.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line YY in FIG. 8A is an enlarged vertical sectional view showing an example of a B portion in FIG. 7, and FIG. 8B is a horizontal sectional view taken along the line ZZ in FIG. 8A. It is sectional drawing of the horizontal direction which shows the other example of FIG. 8B. It is sectional drawing of the horizontal direction which shows the other example of FIG. 8B. It is sectional drawing of the horizontal direction which shows the other example of FIG. 8B.
  • FIG. 8 is an enlarged vertical sectional view showing another example of the B part in FIG. 7.
  • FIG. 8 is an enlarged vertical sectional view showing another example of the B part in FIG. 7. It is an external appearance perspective view which shows an example of the module of this embodiment. It is a perspective view which abbreviate
  • FIGS. 1-10 An example of a cell stack device, a module, and a module housing device according to the present disclosure will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is a side view showing an example of the cell stack device of this embodiment, and a part thereof is a partial sectional view for easy understanding.
  • 2A is an enlarged vertical sectional view showing an example of the A portion of FIG. 1
  • FIG. 2B is a horizontal sectional view taken along line XX of FIG. 2A.
  • the same numbers are assigned to the same members.
  • the cell stack apparatus 1 shown in FIG. 1 is arranged in a row in a state where cells 3 having gas flow paths (not shown) through which gas flows from one end to the other end are arranged in a row, and between adjacent cells 3. Are electrically connected in series via a conductive member (not shown). Further, the cell stack apparatus 1 shown in FIG. 1 includes one cell stack 5 in which the lower end of the cell 3 is fixed to the manifold 4 with an insulating adhesive (not shown) such as a glass seal material.
  • a reformer 6 as a gas supply unit for generating a gas to be supplied to the cell 3 is disposed above the cell stack 5.
  • the gas supply unit will be described as the reformer 6 unless otherwise specified.
  • an end conductive member 11 having a conductive portion 12 for collecting the electricity generated by the power generation of the cell stack 5 (cell 3) and drawing it out to the outside is disposed at the end of the cell stack 5. .
  • the cell stack apparatus 1 can include the reformer 6.
  • the cell 3 is a hollow plate type having a plurality of gas flow paths through which gas flows in the longitudinal direction, and an inner electrode layer, a solid electrolyte layer, and a surface of a support having the gas flow paths.
  • the solid oxide type cell 3 is formed by sequentially laminating the outer electrode layers.
  • the inner electrode layer is a fuel electrode layer and the outer electrode layer is an oxygen electrode layer.
  • a portion where the fuel electrode layer and the oxygen electrode layer face each other through the solid electrolyte layer functions as a power generation element portion. That is, electricity is generated by flowing an oxygen-containing gas such as air outside the oxygen electrode layer and flowing a fuel gas (hydrogen-containing gas) through a gas passage in the support body and heating it to a predetermined operating temperature. And the electric current produced
  • raw gas such as natural gas and kerosene supplied through the raw fuel supply pipe 10 is reformed to generate gas.
  • the reformer 6 can have a structure capable of performing steam reforming, which is an efficient reforming reaction, and reforms the vaporizer 7 for vaporizing water and the raw fuel into gas. And a reforming section 8 in which a reforming catalyst (not shown) is disposed.
  • the gas generated by the reformer 6 is supplied to the manifold 4 via the gas supply pipe 9 and supplied from the manifold 4 to the gas flow path provided inside the cell 3.
  • FIG. 1 the gas supply pipe 9 and the manifold 4 are shown in a sectional view, and the other parts are shown in a side view.
  • the gas supply pipe 9 has one end connected to the reformer 6 and the other end inserted into the first through hole 14 provided in the manifold 4 to be first joined to the manifold 4. It is joined via the part 17.
  • the gas supply pipe 9 has a first protrusion 19 that protrudes toward the inside of the gas supply pipe 9 at a position corresponding to the first joint portion 17. .
  • the thickness t1 of the gas supply pipe 9 in the first convex portion 19 is increased by the first convex portion 19 at a position corresponding to the first joint portion 17.
  • the cross-sectional area of the gas supply pipe 9 increases, and it is possible to suppress the occurrence of cracks or cracks due to fatigue failure or the like in the first joint portion 17 to which the gas supply pipe 9 is joined.
  • the gas supply pipe 9 and the manifold 4 can be firmly joined, and as a result, the joining reliability between the gas supply pipe 9 and the manifold 4 can be improved.
  • the thickness t1 of the gas supply pipe 9 in the first convex portion 19 is obtained by adding the thickest thickness t12 of the first convex portion 19 to the thickness t11 of the gas supply pipe 9 itself as shown in FIGS. 2A and 2B. Thickness.
  • the first convex portion 19 can be provided over the entire circumference of the inner surface of the gas supply pipe 9 from the viewpoint of increasing the cross-sectional area of the gas supply pipe 9. Thereby, it can suppress that the crack and crack by fatigue fracture etc. generate
  • 3A, 3B, and 3C are cross-sectional views in the horizontal direction showing another example of FIG. 2B.
  • 3A and 3B show an example in which the thickness of the gas supply pipe 9 in the first convex portion 19 is not uniform over the entire circumference.
  • the thin part and the thick part may be axisymmetric, and the thin part and the thick part may be biased as shown in FIG. 3B.
  • the gas supply pipe 9 in the first convex portion 19 is not uniform over the entire circumference, the gas supply pipe 9 is still thick, and cracks and cracks are generated in that portion. Can be suppressed.
  • the 1st convex part 19 does not necessarily need to be provided over the perimeter, and the 1st convex part 19 may be provided only in a part like FIG. 3C. As described above, even when the first convex portion 19 is provided only in part, it is possible to suppress the occurrence of cracks and cracks in the portion where the gas supply pipe 9 is thick.
  • the thickness of the gas supply pipe 9 is 0.5 mm to 1.0 mm, for example, and the thickness of the first protrusion 19 can be 0.1 mm to 0.5 mm, for example.
  • FIG. 4 and 5 are enlarged vertical sectional views showing another example of the A part in FIG.
  • the first bent portion 4 c extending toward the reformer 6 along the gas supply pipe 9 is provided on the outer peripheral portion of the first through hole 14 in the manifold 4.
  • the upper end of 4 c and the gas supply pipe 9 are joined via the first joint 17. Since the manifold 4 has the first bent portion 4 c, the manifold 4 and the gas supply pipe 9 are easily joined, and the gas supply pipe 9 is easily inserted into the first through hole 14.
  • the height H1 of the first bent portion 4c can be set to 2 mm to 5 mm, for example.
  • the thickness t3 of the upper end portion of the first bent portion 4c is thicker than the thickness t4 of the center portion of the first bent portion 4c and is smaller than the thickness t5 of the lower end portion of the first bent portion 4c. thin.
  • the 1st bending part 4c is a shape where the center part is dented with respect to the upper end part, and the lower end part is expanding. As a result, the cross-sectional area of the upper end portion of the first bent portion 4 c is increased, so that the upper end portion of the first bent portion 4 c and the gas supply pipe 9 are firmly bonded via the first bonding portion 17.
  • the thickness t4 of the central portion is the smallest among the thickness t3, the thickness t4, and the thickness t5.
  • the stress generated when the tube 9 is deformed or moves can be relaxed at the thin central portion. Thereby, the gas supply pipe 9 and the manifold 4 can be firmly joined.
  • the gap between the first bent portion 4c and the manifold 4 becomes an obtuse angle and becomes a gentle shape, so that the gas supply pipe 9 is deformed or moved.
  • the stress generated at the time can be relieved. As a result, it is possible to suppress the occurrence of cracks or cracks between the first bent portion 4 c and the manifold 4.
  • the thickness t3 can be 0.6 mm to 0.8 mm
  • the thickness t4 can be 0.5 mm to 0.6 mm
  • the thickness t5 can be 0.9 mm to 1.2 mm, for example.
  • FIG. 6A is an external perspective view showing another example of the cell stack device of the present embodiment
  • FIG. 6B is a plan view in which a part of the cell stack device shown in FIG. 6A is omitted.
  • 7 is a cross-sectional view of the gas supply pipe 9, the manifold 4 and the rectifying plate 16 in the cross-sectional view taken along the line YY of FIG. 6B, and the other side views are shown in side views.
  • the manifold 4 in the cell stack device 111 shown in FIGS. 6A, 6B, and 7 has a main body portion 4a having a space communicating with the gas flow path and a flange portion 4b protruding from the main body portion 4a. Gas is supplied to the cell 3 through the space of the main body 4a.
  • the other end of the gas supply pipe 9 is inserted into the first through hole 14 provided through the flange 4b from the first surface n1 side and joined to the manifold 4, and further provided through the main body 4a.
  • the second through hole 15 is inserted from the second surface n2 side and joined to the manifold 4.
  • the manifold 4 has a rectifying plate 16 that is separated from the other end of the gas supply pipe 9 and covers the other end.
  • the rectifying plate 16 is provided perpendicular to the outflow direction of the gas flowing out from the second through hole 15 in order to improve the flow distribution rate.
  • the rectifying plate 16 has an opening. The opening may be provided so that gas flows out toward the cell 3 at the end of the cell stack 5 away from the rectifying plate 16.
  • the first surface n1 and the second surface n2 are the first surface n1 on the side of the manifold 4 where the cell stack 5 is joined and mounted, and the surface opposite to the first surface is the second surface. Let n2.
  • FIG. 8A is an enlarged vertical sectional view showing an example of a portion B in FIG. 7, and FIG. 8B is a horizontal sectional view cut along line ZZ in FIG. 8A.
  • the other end of the gas supply pipe 9 and the manifold 4 are joined via the second joint 18.
  • the gas supply pipe 9 has a second protrusion 20 protruding toward the inside of the gas supply pipe 9 at a position corresponding to the second joint 18.
  • the cross-sectional area of the gas supply pipe 9 increases, and it is possible to suppress the occurrence of cracks and cracks due to fatigue failure or the like in the second joint portion 18 to which the gas supply pipe 9 is joined. Thereby, the gas supply pipe 9 and the manifold 4 can be firmly joined, and as a result, the joining reliability between the gas supply pipe 9 and the manifold 4 can be improved.
  • the thickness t2 of the gas supply pipe 9 in the second convex part 20 is obtained by adding the thickest thickness t22 of the second convex part 20 to the thickness t21 of the gas supply pipe 9 itself as shown in FIGS. 8A and 8B. Thickness.
  • the second convex portion 20 can be provided over the entire circumference of the inner surface of the gas supply pipe 9 from the viewpoint of increasing the cross-sectional area of the gas supply pipe 9. Thereby, it can suppress that the crack and crack by fatigue fracture etc. generate
  • 9A, 9B, and 9C are horizontal cross-sectional views showing other examples of FIG. 8B.
  • 9A and 9B show an example in which the thickness of the gas supply pipe 9 in the second convex portion 20 is not uniform over the entire circumference.
  • the thin part and the thick part may be axisymmetric, and the thin part and the thick part may be biased as shown in FIG. 9B.
  • the gas supply pipe 9 in the second convex portion 20 is not uniform over the entire circumference, the gas supply pipe 9 is still thick, and cracks and cracks are generated in that portion. Can be suppressed.
  • the 2nd convex part 20 does not necessarily need to be provided over the perimeter, and the 2nd convex part 20 may be provided only in a part like FIG. 9C. As described above, even when the second convex portion 20 is provided only in part, it is possible to suppress the occurrence of cracks and cracks in the portion where the gas supply pipe 9 is thick.
  • the thickness of the gas supply pipe 9 is, for example, 0.5 mm to 1.0 mm, and the thickness of the second protrusion 20 can be, for example, 0.1 mm to 0.5 mm.
  • a second bent portion 4 d extending toward the reformer 6 along the gas supply pipe 9 is provided on the outer peripheral portion of the second through hole 15 in the manifold 4, and the second bent portion The upper end of 4d and the gas supply pipe 9 are joined via the second joint 18. Since the manifold 4 has the second bent portion 4 d, the manifold 4 and the gas supply pipe 9 are easily joined, and the gas supply pipe 9 is easily inserted into the second through hole 15.
  • the height H2 of the second bent portion 4d can be set to 2 mm to 5 mm, for example.
  • the thickness t6 of the upper end portion of the second bent portion 4d is thicker than the thickness t7 of the center portion of the second bent portion 4d and is smaller than the thickness t8 of the lower end portion of the second bent portion 4d. thin.
  • the 2nd bending part 4d is a shape where the center part is dented with respect to the upper end part, and the lower end part has spread. Thereby, since the cross-sectional area of the upper end part of the second bent part 4d is increased, the upper end part of the second bent part 4d and the gas supply pipe 9 are firmly joined via the second joint part 18.
  • the thickness t7 of the central portion is the smallest among the thickness t6, the thickness t7, and the thickness t8, and the gas supply pipe 9 is deformed.
  • the stress generated when moving can be relaxed in the thin central portion.
  • the gas supply pipe 9 and the manifold 4 can be firmly joined.
  • the gap between the second bent portion 4d and the manifold 4 becomes an obtuse angle and becomes a gentle shape, so that the gas supply pipe 9 is deformed or moved.
  • the stress generated at the time can be relieved. As a result, the occurrence of cracks or breaks between the second bent portion 4d and the manifold 4 can be suppressed.
  • the thickness t6 can be set to 0.6 mm to 0.8 mm
  • the thickness t7 can be set to 0.5 mm to 0.6 mm
  • the thickness t8 can be set to 0.9 mm to 1.2 mm, for example.
  • the first through hole 14 is formed by penetrating the collar portion 4b by a processing method such as punching.
  • the second through hole 15 is formed by penetrating the main body 4a by a processing method such as punching.
  • the first joint 17 and the second joint 18 in which the gas supply pipe 9 and the manifold 4 are joined are provided by joining the outer surface of the manifold 4 and the gas supply pipe 9 using a metallurgical joining method.
  • the metallurgical joining method is a method of joining by fusion welding, pressure welding or brazing. Examples of fusion welding include laser welding, plasma arc welding, inert gas arc welding, mag welding, or gas welding. Examples of the pressure welding include ultrasonic welding, friction welding, and explosion welding.
  • the first bent portion 4 c and the second bent portion 4 d are provided.
  • a mold having the shape of the portion 4d it can be manufactured by a processing method such as press processing.
  • the first bent portion 4c and the second bent portion 4d are separately provided on the outer peripheral portions of the first through hole 14 and the second through hole 15, respectively, the first bent portion 4c and the second bent portion 4d
  • a member having a shape may be prepared, and the respective members may be joined to the outer peripheral portions of the first through hole 14 and the second through hole 15 by the metallurgical joining method described above.
  • FIG. 12 is an external perspective view showing an example of a fuel cell module that is a module in which the cell stack device 111 is stored in a storage container.
  • the cell stack shown in FIG. 6A is placed inside a rectangular parallelepiped storage container 22.
  • the device 111 is accommodated.
  • the reformer 6 for reforming raw fuel such as natural gas or kerosene to generate the fuel gas is disposed above the cell stack 5. .
  • the fuel gas generated by the reformer 6 is supplied to the manifold 4 through the gas supply pipe 9 and supplied to the gas passage provided inside the cell 3 through the manifold 4.
  • FIG. 12 shows a state where a part (front and rear surfaces) of the storage container 22 is removed and the cell stack device 111 and the reformer 6 housed inside are taken out rearward.
  • the cell stack device 111 can be slid and stored in the storage container 22.
  • the cell stack device 111 may include the reformer 6.
  • the module 30 of the present embodiment since the cell stack device 111 described above is stored in the storage container 22, the module 30 with improved durability can be obtained.
  • FIG. 13 is a perspective view showing an example of a fuel cell device which is a module storage device in which the module 30 shown in FIG. 12 and an auxiliary device for operating the cell stack device 111 are stored in an outer case. .
  • a part of the configuration is omitted.
  • the module storage device 40 shown in FIG. 13 divides the inside of an exterior case composed of a column 41 and an exterior plate 42 by a partition plate 43, and the upper side serves as a module storage chamber 44 that houses the module 30 described above.
  • the lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 45 for storing auxiliary equipment for operating the module 30.
  • auxiliary machines stored in the auxiliary machine storage chamber 45 are not shown.
  • the partition plate 43 is provided with an air circulation port 46 for allowing the air in the auxiliary machine storage chamber 45 to flow toward the module storage chamber 44, and a part of the exterior plate 42 constituting the module storage chamber 44, An exhaust port 47 for exhausting air in the module storage chamber 44 is provided.
  • the module storage device 40 with improved durability is configured by storing the module 30 with improved durability in the module storage chamber 44. it can.
  • the so-called vertical-striped cell is used for explanation, but a horizontal-striped cell or a so-called cylindrical cell in which a plurality of power generation element portions generally called a horizontal-striped type are provided on a support substrate is used. You can also.

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Abstract

内部にガス流路を有する柱状のセル３を複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタック５と、セル３の下端を固定するとともにセル３のガス流路にガスを供給するためのマニホールド４と、ガスをマニホールド４に供給するためのガス供給管９とを備え、該ガス供給管９は、一端がガス供給部６に接続されるとともに、他端がマニホールド４に設けられた第１貫通孔１４に挿入されてマニホールド４に第１接合部１７を介して接合されており、ガス供給管９の挿入方向に沿った任意の断面において、ガス供給管９は、第１接合部１７に対応する位置において、ガス供給管９の内側に向けて突出する第１凸部１９を有する。

Description

セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置
　本開示は、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置に関する。
　近年、次世代エネルギーとして、例えば、特許第５７６６１３２号公報（以下、特許文献１という。）には、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができるセルの１種である燃料電池セルがマニホールドに複数配列されてなるセルスタック装置が提案されている。
　また、例えば、特許第５８７３９４９号公報（以下、特許文献２という。）には、マニホールドには、その内部空間にガスを導入するための導入管が設けられており、該導入管の一端部が、マニホールドに設けられた貫通孔に挿入され、導入管とマニホールドとが接合部を介して接合されているものが提案されている。
　本開示のセルスタック装置は、内部にガス流路を有する柱状のセルを複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、前記セルの下端を固定するとともに前記セルの前記ガス流路にガスを供給するためのマニホールドと、前記ガスを前記マニホールドに供給するためのガス供給管とを備え、該ガス供給管は、一端がガス供給部に接続されるとともに、他端が前記マニホールドに設けられた第１貫通孔に挿入されて前記マニホールドに第１接合部を介して接合されており、前記ガス供給管の挿入方向に沿った任意の断面において、前記ガス供給管は、前記第１接合部に対応する位置において、前記ガス供給管の内側に向けて突出する第１凸部を有する。
　本開示のモジュールは、収納容器内に上記セルスタック装置を収納してなる。
　本開示のモジュール収容装置は、モジュールと、該モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなる。
本実施形態のセルスタック装置の一例を示す側面図および部分断面図である。 図２Ａは図１のＡ部の一例を示す拡大した垂直方向の断面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＸ－Ｘ線で切断した水平方向の断面図である。 図２Ｂの他の例を示す水平方向の断面図である。 図２Ｂの他の例を示す水平方向の断面図である。 図２Ｂの他の例を示す水平方向の断面図である。 図１のＡ部の他の例を示す拡大した垂直方向の断面図である。 図１のＡ部の他の例を示す拡大した垂直方向の断面図である。 本実施形態のセルスタック装置の他の例を示す外観斜視図である。 図６Ａで示したセルスタック装置の一部を省略した平面図である。 図６ＢのＹ－Ｙ断面図で一部は側面図である。 図８Ａは、図７のＢ部の一例を示す拡大した垂直方向の断面部であり、図８Ｂは、図８ＡのＺ－Ｚ線で切断した水平方向の断面図である。 図８Ｂの他の例を示す水平方向の断面図である。 図８Ｂの他の例を示す水平方向の断面図である。 図８Ｂの他の例を示す水平方向の断面図である。 図７のＢ部の他の例を示す拡大した垂直方向の断面図である。 図７のＢ部の他の例を示す拡大した垂直方向の断面図である。 本実施形態のモジュールの一例を示す外観斜視図である。 本実施形態のモジュール収納装置の一例を、一部を省略して示す斜視図である。
　図１～図１３を用いて、本開示のセルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置の一例について説明する。
　図１は本実施形態のセルスタック装置の一例を示す側面図であり、一部は分かりやすくするために部分断面図としている。また図２Ａは図１のＡ部の一例を示す拡大した垂直方向の断面図であり、図２Ｂは図２ＡのＸ－Ｘ線で切断した水平方向の断面図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。
　図１で示すセルスタック装置１は、内部をガスが一端から他端に流通するガス流路（図示せず）を有するセル３を立設させた状態で一列に配列し、隣接するセル３間が導電部材（図示せず）を介して電気的に直列に接続されている。さらに、図１で示すセルスタック装置１は、セル３の下端をガラスシール材等の絶縁性接着材（図示せず）でマニホールド４に固定してなるセルスタック５を１つ備えている。
　また、セルスタック５の上方には、セル３に供給するガスを生成するためのガス供給部としての改質器６が配置されている。なお、以降の説明において、特に断りのない限り、ガス供給部を改質器６として説明する。
　また、セルスタック５の端部には、セルスタック５（セル３）の発電により生じた電気を集電して外部に引き出すための、導電部１２を有する端部導電部材１１が配置されている。
　なお、セルスタック装置１を、改質器６を含むものとすることもできる。
　また、図１においては、セル３として、内部をガスが長手方向に流通するガス流路を複数有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、内側電極層、固体電解質層及び外側電極層を順に積層してなる固体酸化物形のセル３を例示している。なお、以降の説明において、特に断りのない限り、内側電極層を燃料極層とし、外側電極層を酸素極層として説明する。
　ここで、セル３は、燃料極層と酸素極層とが固体電解質層を介して対面している部分が発電の素子部として機能する。即ち、酸素極層の外側に空気等の酸素含有ガスを流し、且つ支持体内のガス通路に燃料ガス（水素含有ガス）を流し、所定の作動温度まで加熱することにより発電する。そして、かかる発電によって生成した電流は、上述した端部導電部材１１を介して集電される。
　また、図１に示す改質器６においては、原燃料供給管１０を介して供給される天然ガスや灯油等の原燃料を改質してガスを生成する。なお、改質器６は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とすることができ、水を気化させるための気化部７と、原燃料をガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部８とを備えている。そして、改質器６で生成されたガスは、ガス供給管９を介してマニホールド４に供給され、マニホールド４よりセル３の内部に設けられたガス流路に供給される。
　なお、図１においてガス供給管９およびマニホールド４は断面図で示し、それ以外は側面図で示している。
　また、本実施形態においては、ガス供給管９は、一端が改質器６に接続されるとともに、他端がマニホールド４に設けられた第１貫通孔１４に挿入されてマニホールド４に第１接合部１７を介して接合されている。
　ところで、セルスタック装置１において、燃料電池の発電時に発生する熱によりガス供給管９が変形したり動いたりする場合に、ガス供給管９の形状によっては、ガス供給管９とマニホールド４との第１接合部１７に疲労破壊等によるクラックや割れが発生するおそれがある。それゆえ、ガス供給管９とマニホールド４との接合を強固なものとするにあたり、改善の余地があった。
　そこで、本実施形態においては、図２Ａに示すように、ガス供給管９は、第１接合部１７に対応する位置において、ガス供給管９の内側に向けて突出する第１凸部１９を有する。それにより、ガス供給管９が変形したり動いたりしても、第１凸部１９により、第１接合部１７に対応する位置において、第１凸部１９におけるガス供給管９の厚みｔ１が肉厚になることで、ガス供給管９の断面積が増加し、このガス供給管９が接合する第１接合部１７に、疲労破壊等によるクラックや割れが発生することを抑制できる。それにより、ガス供給管９とマニホールド４とを強固に接合することができ、その結果、ガス供給管９とマニホールド４との接合信頼性を向上することができる。
　ここで、第１凸部１９におけるガス供給管９の厚みｔ１は、図２Ａ、図２Ｂに示すように、ガス供給管９そのものの厚みｔ１１に、第１凸部１９の最も厚い厚みｔ１２を加えた厚みである。
　図２Ｂに示すように、第１凸部１９は、ガス供給管９の断面積を増加させる観点から、ガス供給管９の内面の全周にわたって設けることができる。これにより、ガス供給管９が接合する第１接合部１７に、疲労破壊等によるクラックや割れが発生することを抑制できる。
　図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、図２Ｂの他の例を示す水平方向の断面図である。
　図３Ａ、図３Ｂには、第１凸部１９におけるガス供給管９の厚みが全周にわたって不均一である例を示している。
　図３Ａのように、厚みの薄い部分と厚みの厚い部分が線対称になっていてもよいし、また図３Ｂのように、厚みの薄い部分と厚みの厚い部分とが偏っていてもよい。このように、第１凸部１９におけるガス供給管９の厚みが全周にわたって不均一であっても、ガス供給管９が肉厚になることに変わりなく、その部分でもってクラックや割れが発生することを抑制できる。
　一方、第１凸部１９は必ずしも全周に渡って設けられている必要はなく、図３Ｃのように、第１凸部１９が一部のみに設けられていてもよい。このように、第１凸部１９が一部のみに設けられている場合であっても、ガス供給管９が肉厚になる部分でもってクラックや割れが発生することを抑制できる。
　ガス供給管９の厚みは例えば０．５ｍｍ～１．０ｍｍであり、第１凸部１９の厚みは例えば０．１ｍｍ～０．５ｍｍとすることができる。
　図４および図５は、図１のＡ部の他の例を示す拡大した垂直方向の断面図である。
　図４に示す例においては、マニホールド４における第１貫通孔１４の外周部に、ガス供給管９に沿って改質器６側に延びた第１折り曲げ部４ｃを有し、該第１折り曲げ部４ｃの上端部とガス供給管９とが第１接合部１７を介して接合されている。マニホールド４が第１折り曲げ部４ｃを有することで、マニホールド４とガス供給管９とが接合しやすくなり、また第１貫通孔１４にガス供給管９を挿入しやすくなる。なお、第１の折り曲げ部４ｃの高さＨ１は、例えば２ｍｍ～５ｍｍとすることができる。
　図５に示す例においては、第１折り曲げ部４ｃの上端部の厚みｔ３は、第１折り曲げ部４ｃの中央部の厚みｔ４よりも厚く、かつ第１折り曲げ部４ｃの下端部の厚みｔ５よりも薄い。言い換えれば、第１折り曲げ部４ｃは、上端部に対して中央部が凹み、下端部が広がっている形状である。これにより、第１折り曲げ部４ｃの上端部の断面積が大きくなるので、第１折り曲げ部４ｃの上端部とガス供給管９とが第１接合部１７を介して強固に接合される。さらに、第１折り曲げ部４ｃの上端部に対して中央部が凹んでいることで、中央部の厚みｔ４は、厚みｔ３、厚みｔ４、厚みｔ５の内で、いちばん厚みが薄いものとなり、ガス供給管９が変形したり動いたりした際に発生する応力を、この厚みの薄い中央部で緩和することができる。これにより、ガス供給管９とマニホールド４とを強固に接合することができる。またさらに、第１折り曲げ部４ｃの下端部が広がっていることにより、第１折り曲げ部４ｃとマニホールド４との間が鈍角となりなだらかな形状となるので、ガス供給管９が変形したり動いたりした際に発生する応力を緩和できる。その結果、第１折り曲げ部４ｃとマニホールド４との間にクラックや割れが発生することを抑制できる。
　第１折り曲げ部４ｃにおいて、厚みｔ３は例えば０．６ｍｍ～０．８ｍｍで、厚みｔ４は例えば０．５ｍｍ～０．６ｍｍで、厚みｔ５は例えば０．９ｍｍ～１．２ｍｍとすることができる。
　図６Ａは本実施形態のセルスタック装置の他の例を示す外観斜視図であり、図６Ｂは図６Ａで示したセルスタック装置の一部を省略した平面図である。また、図７は、図６ＢのＹ－Ｙ線断面図でガス供給管９、マニホールド４および整流板１６を断面図で示しており、それ以外は側面図で示している。
　図６Ａ、図６Ｂおよび図７で示すセルスタック装置１１１におけるマニホールド４は、ガス流路と連通している空間を有する本体部４ａと本体部４ａから突出した鍔部４ｂとを有しており、本体部４ａの空間を介して、セル３にガスを供給する。ガス供給管９の他端は、鍔部４ｂを貫通して設けられた第１貫通孔１４に第１面ｎ１側より挿入されてマニホールド４に接合され、さらに本体部４ａを貫通して設けられた第２貫通孔１５に第２面ｎ２側より挿入されてマニホールド４に接合されている。そして、マニホールド４は、ガス供給管９の他端と離間してかつ該他端を覆う整流板１６を有している。言い換えれば、整流板１６は、流配分率向上のため、第２貫通孔１５から流出するガスの流出方向に対し垂直に設けられている。また、整流板１６は開口部を有している。該開口部は、セルスタック５のうち整流板１６から離れた端部のセル３に向かってガスが流出するように設けられていてもよい。なお、第１面ｎ１および第２面ｎ２とは、マニホールド４において、セルスタック５が接合され搭載される側の面を第１面ｎ１とし、該第１面と反対側の面を第２面ｎ２とする。
　図８Ａは図７のＢ部の一例を示す拡大した垂直方向の断面図であり、図８Ｂは図８ＡのＺ－Ｚ線で切断した水平方向の断面図である。本実施形態においては、ガス供給管９の他端とマニホールド４とは第２接合部１８を介して接合されている。ここで、本実施形態においては、図８Ａに示すように、ガス供給管９は、第２接合部１８に対応する位置において、ガス供給管９の内側に向けて突出する第２凸部２０を有する。それにより、ガス供給管９が変形したり動いたりしても、第２凸部２０により、第２接合部１８に対応する位置において、第２凸部２０におけるガス供給管９の厚みｔ２が肉厚になることで、ガス供給管９の断面積が増加し、このガス供給管９が接合する第２接合部１８に疲労破壊等によるクラックや割れが発生することを抑制できる。それにより、ガス供給管９とマニホールド４とを強固に接合することができ、その結果、ガス供給管９とマニホールド４との接合信頼性を向上することができる。
　ここで、第２凸部２０におけるガス供給管９の厚みｔ２は、図８Ａ、図８Ｂに示すように、ガス供給管９そのものの厚みｔ２１に、第２凸部２０の最も厚い厚みｔ２２を加えた厚みである。
　図８Ｂに示すように、第２凸部２０は、ガス供給管９の断面積を増加させる観点から、ガス供給管９の内面の全周にわたって設けることができる。これにより、ガス供給管９が接合する第１接合部１７に、疲労破壊等によるクラックや割れが発生することを抑制できる。
　図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、図８Ｂの他の例を示す水平方向の断面図である。
　図９Ａ、図９Ｂには、第２凸部２０におけるガス供給管９の厚みが全周にわたって不均一である例を示している。
　図９Ａのように、厚みの薄い部分と厚みの厚い部分が線対称になっていてもよいし、また図９Ｂのように、厚みの薄い部分と厚みの厚い部分とが偏っていてもよい。このように、第２凸部２０におけるガス供給管９の厚みが全周にわたって不均一であっても、ガス供給管９が肉厚になることに変わりなく、その部分でもってクラックや割れが発生することを抑制できる。
　一方、第２凸部２０は必ずしも全周に渡って設けられている必要はなく、図９Ｃのように、第２凸部２０が一部のみに設けられていてもよい。このように、第２凸部２０が一部のみに設けられている場合であっても、ガス供給管９が肉厚になる部分でもってクラックや割れが発生することを抑制できる。
　ガス供給管９の厚みは例えば０．５ｍｍ～１．０ｍｍであり、第２凸部２０の厚みは例えば０．１ｍｍ～０．５ｍｍとすることができる。
　図１０および図１１は、図７のＢ部の他の例を示す拡大した垂直方向の断面図である。
　図１０に示す例においては、マニホールド４における第２貫通孔１５の外周部に、ガス供給管９に沿って改質器６側に延びた第２折り曲げ部４ｄを有し、該第２折り曲げ部４ｄの上端部とガス供給管９とが第２接合部１８を介して接合されている。マニホールド４が第２折り曲げ部４ｄを有することで、マニホールド４とガス供給管９とが接合しやすくなり、また第２貫通孔１５にガス供給管９を挿入しやすくなる。なお、第２の折り曲げ部４ｄの高さＨ２は、例えば２ｍｍ～５ｍｍとすることができる。
　図１１に示す例においては、第２折り曲げ部４ｄの上端部の厚みｔ６は、第２折り曲げ部４ｄの中央部の厚みｔ７よりも厚く、かつ第２折り曲げ部４ｄの下端部の厚みｔ８よりも薄い。言い換えれば、第２折り曲げ部４ｄは、上端部に対して中央部が凹み、下端部が広がっている形状である。これにより、第２折り曲げ部４ｄの上端部の断面積が大きくなるので、第２折り曲げ部４ｄの上端部とガス供給管９とが第２接合部１８を介して強固に接合される。さらに、上端部に対して中央部が凹んでいることで、中央部の厚みｔ７は、厚みｔ６、厚みｔ７、厚みｔ８の内で、いちばん厚みが薄いものとなり、ガス供給管９が変形したり動いたりした際に発生する応力を、この厚みの薄い中央部で緩和することができる。これにより、ガス供給管９とマニホールド４とを強固に接合することができる。またさらに、第２折り曲げ部４ｄの下端部が広がっていることにより、第２折り曲げ部４ｄとマニホールド４との間が鈍角となりなだらかな形状となるので、ガス供給管９が変形したり動いたりした際に発生する応力を緩和できる。その結果、第２折り曲げ部４ｄとマニホールド４との間にクラックや割れが発生することを抑制できる。
　第２折り曲げ部４ｄにおいて、厚みｔ６は例えば０．６ｍｍ～０．８ｍｍで、厚みｔ７は例えば０．５ｍｍ～０．６ｍｍで、厚みｔ８は例えば０．９ｍｍ～１．２ｍｍとすることができる。
　以上説明した本実施形態のマニホールド４の作製方法の一例について説明する。例えば図７に示すような、第１貫通孔１４が鍔部４ｂに形成され、第２貫通孔１５が本体部４ａに形成されているマニホールド４の作製方法について以下に詳述する。
　第１貫通孔１４は、パンチング加工等の加工法にて鍔部４ｂを貫通させて形成される。第２貫通孔１５も同様に、パンチング加工等の加工法にて本体部４ａを貫通させて形成される。
　ガス供給管９とマニホールド４とが接合された第１接合部１７および第２接合部１８は、冶金的接合法を用いてマニホールド４の外側表面とガス供給管９とを接合することにより設けることができる。冶金的接合法とは、融接、圧接又はろう接によって接合する方法である。融接の例としては、レーザー溶接、プラズマアーク溶接、イナートガスアーク溶接、マグ溶接又はガス溶接などが挙げられる。また、圧接の例としては、超音波溶接、摩擦溶接又は爆発溶接などが挙げられる。
　また、マニホールド４において、第１折り曲げ部４ｃ、第２折り曲げ部４ｄをそれぞれ第１貫通孔１４および第２貫通孔１５の外周部に一体的に設けるには、第１折り曲げ部４ｃ、第２折り曲げ部４ｄの形状の金型を用い、プレス加工等の加工法で作製することができる。また、第１折り曲げ部４ｃ、第２折り曲げ部４ｄをそれぞれ第１貫通孔１４および第２貫通孔１５の外周部に別体で設ける場合には、第１折り曲げ部４ｃ、第２折り曲げ部４ｄの形状の部材を準備し、第１貫通孔１４および第２貫通孔１５の外周部に、それぞれの部材を上記した冶金的接合法で接合すればよい。
　図１２は、セルスタック装置１１１を収納容器内に収納してなるモジュールである燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図であり、直方体状の収納容器２２の内部に、図６Ａに示したセルスタック装置１１１を収納して構成されている。
　なお、セル３にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器６をセルスタック５の上方に配置している。そして、改質器６で生成された燃料ガスは、ガス供給管９を介してマニホールド４に供給され、マニホールド４を介してセル３の内部に設けられたガス通路に供給される。
　なお、図１２においては、収納容器２２の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置１１１および改質器６を後方に取り出した状態を示している。図１２に示したモジュール３０においては、セルスタック装置１１１を、収納容器２２内にスライドして収納することが可能である。なお、セルスタック装置１１１は、改質器６を含むものとしても良い。
　さらに、本実施形態のモジュール３０では、上述したセルスタック装置１１１を収納容器２２内に収納してなることから、耐久性が向上したモジュール３０とすることができる。
　図１３は、外装ケース内に図１２で示したモジュール３０と、セルスタック装置１１１を動作させるための補機とを収納してなるモジュール収納装置である燃料電池装置の一例を示す斜視図である。なお、図１３においては一部構成を省略して示している。
　図１３に示すモジュール収納装置４０は、支柱４１と外装板４２とから構成される外装ケース内を仕切板４３により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール３０を収納するモジュール収納室４４とし、下方側をモジュール３０を動作させるための補機類を収納する補機収納室４５として構成されている。なお、補機収納室４５に収納する補機類は省略して示している。
　また、仕切板４３には、補機収納室４５の空気をモジュール収納室４４側に流すための空気流通口４６が設けられており、モジュール収納室４４を構成する外装板４２の一部に、モジュール収納室４４内の空気を排気するための排気口４７が設けられている。
　このようなモジュール収納装置４０においては、上述したように、耐久性が向上したモジュール３０をモジュール収納室４４に収納して構成されることにより、耐久性が向上したモジュール収納装置４０とすることができる。
　なお、例えば、上記形態ではいわゆる縦縞型と呼ばれるセルを用いて説明したが、一般に横縞型と呼ばれる複数の発電素子部を支持基板上に設けてなる横縞型のセル又はいわゆる円筒型のセルを用いることもできる。
１、１１１：セルスタック装置
３：セル
４：マニホールド
　４ａ：本体部
　４ｂ：鍔部
　４ｃ：第１折り曲げ部
　４ｄ：第２折り曲げ部
５：セルスタック
６：ガス供給部（改質器）
９：ガス供給管
１４：第１貫通孔
１５：第２貫通孔
１７：第１接合部
１８：第２接合部
１９：第１凸部
２０：第２凸部
３０：モジュール（燃料電池モジュール）
４０：モジュール収納装置（燃料電池装置）
ｔ１：第１凸部におけるガス供給管の厚み
　ｔ１１：ガス供給管そのものの厚み
　ｔ１２：第１凸部の最も厚い厚み
ｔ２：第２凸部におけるガス供給管の厚み
　ｔ２１：ガス供給管そのものの厚み
　ｔ２２：第２凸部の最も厚い厚み

Claims (12)

  1. 　内部にガス流路を有する柱状のセルを複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、
    前記セルの下端を固定するとともに前記セルの前記ガス流路にガスを供給するためのマニホールドと、
    前記ガスを前記マニホールドに供給するためのガス供給管とを備え、
    該ガス供給管は、一端がガス供給部に接続されるとともに、他端が前記マニホールドに設けられた第１貫通孔に挿入されて前記マニホールドに第１接合部を介して接合されており、
    　前記ガス供給管の挿入方向に沿った任意の断面において、
    　前記ガス供給管は、前記第１接合部に対応する位置において、前記ガス供給管の内側に向けて突出する第１凸部を有するセルスタック装置。
  2. 　前記第１凸部は、前記ガス供給管の内面の全周にわたって設けられている請求項１に記載のセルスタック装置。
  3. 　前記第１凸部における前記ガス供給管の厚みが全周にわたって不均一である請求項２に記載のセルスタック装置。
  4. 　前記マニホールドにおける前記第１貫通孔の外周部に、前記ガス供給管に沿ってガス供給部側に延びた第１折り曲げ部を有し、
    該第１折り曲げ部の上端部と前記ガス供給管とが前記第１接合部を介して接合されている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセルスタック装置。
  5. 　前記第１折り曲げ部の上端部の厚みは、前記第１折り曲げ部の中央部の厚みよりも厚く、かつ前記第１折り曲げ部の下端部の厚みよりも薄い請求項４に記載のセルスタック装置。
  6. 　前記マニホールドは、前記ガス流路と連通している空間を有する本体部と本体部から突出した鍔部とを有しており、
    該鍔部が前記第１貫通孔を有し、前記本体部は第２貫通孔を有しており、
    該第２貫通孔に前記ガス供給管の他端が挿入されて、該他端と前記マニホールドとが第２接合部を介して接合されており、
    　前記ガス供給管の挿入方向に沿った任意の断面において、
    　前記ガス供給管は、前記第２接合部に対応する位置において、前記ガス供給管の内側に向けて突出する第２凸部を有する請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のセルスタック装置。
  7. 　前記第２凸部は、前記ガス供給管の前記内面の全周にわたって設けられている請求項６に記載のセルスタック装置。
  8. 　前記第２凸部における前記ガス供給管の厚みが全周にわたって不均一である請求項７に記載のセルスタック装置。
  9. 　前記マニホールドにおける前記第２貫通孔の外周部に、前記ガス供給管に沿って前記ガス供給部側に延びた第２折り曲げ部を有し、
    該第２折り曲げ部の上端部と前記ガス供給管とが接合されている請求項６乃至請求項８のいずれかに記載のセルスタック装置。
  10. 　前記第２折り曲げ部の上端部の厚みは、前記第２折り曲げ部の中央部の厚みよりも厚く、かつ前記第２折り曲げ部の下端部の厚みよりも薄い請求項９に記載のセルスタック装置。
  11. 　収納容器内に請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のセルスタック装置を収納してなるモジュール。
  12. 　請求項１１に記載のモジュールと、該モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなるモジュール収容装置。
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