(57)【要約】【課題】反応ガスが漏れ出すことを抑制する。【解決手段】電気化学装置１は、台座Ｂと、複数の突起部１５０と、マニホールド１００と、電気化学セルと、を備えている。複数の突起部１５０は、台座Ｂ上に配置されている。マニホールド１００は、複数の突起部１５０上に配置され、突起部１５０と接触する。電気化学セルは、マニホールド１００から反応ガスが供給される。マニホールド１００は、底壁１１０と、側壁１２０と、上壁１３０と、を含む。側壁１２０は、底壁１１０から上方に延びる。上壁１３０は、側壁１２０の上端部を塞ぎ、かつ電気化学セル２００が接合される。突起部１５０は、底壁１１０を構成する材料と異なる材料で構成されている。突起部１５０は、底壁１１０と非接合である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台座と、
前記台座上に配置された複数の突起部と、
複数の前記突起部上に配置され、前記突起部と接触するマニホールドと、
前記マニホールドから反応ガスが供給される電気化学セルと、
を備え、
前記マニホールドは、
底壁と、
前記底壁から上方に延びる側壁と、
前記側壁の上端部を塞ぎ、かつ前記電気化学セルが接合される上壁と、
を含み、
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、
前記突起部は、前記底壁と非接合である、電気化学装置。
【請求項２】
前記底壁の下面の面積に対して、前記突起部と前記マニホールドとが接触する面積の比は、１５％以下である、請求項１に記載の電気化学装置。
【請求項３】
前記突起部は、無機材料で構成される、請求項１または２に記載の電気化学装置。
【請求項４】
前記突起部は、前記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、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気化学装置。
【請求項５】
前記突起部を構成する材料の熱伝導率は、４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気化学装置。
【請求項６】
前記突起部は、鉱物またはセラミックスで構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気化学装置。
【請求項７】
前記突起部は、前記台座と接合されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気化学装置。
【請求項８】
前記突起部は、前記台座と１つの部材で形成されている、請求項７に記載の電気化学装置。
【請求項９】
前記台座と前記突起部とで構成される面の表面粗さＲｚは、０．０１ｚ以上である、請求項７または８に記載の電気化学装置。
【請求項１０】
前記突起部は、前記台座と非接合である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気化学装置。
【請求項１１】
前記突起部の高さは、２．０μｍ以上１００００μｍ以下である、請求項１０に記載の電気化学装置。
【請求項１２】
前記マニホールドは、
上方または下方が開口する箱状のマニホールド本体と、
前記開口を塞ぐ板状部材と、
を含み、
前記マニホールド本体は、
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１〜１１のいずれか１項に記載の電気化学装置。
【請求項１３】
前記電気化学セルは、燃料電池セルである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電気化学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気化学装置の一種として、セルスタック装置と、セルスタック装置を載置する台座と、を備える燃料電池装置が知られている。このような燃料電池装置として、例えば、国際公開第２０１６／１５８６８４号（特許文献１）が挙げられる。
【０００３】
特許文献１の燃料電池装置は、セルスタック装置と、セルスタック装置を内部に収容する収容容器と、を備えている。セルスタック装置は、複数の燃料電池セルと、マニホールドと、接合材と、を備えている。各燃料電池セルは、接合材によって、マニホールドに固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１５８６８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のマニホールドを台座に載置し、動作させると、燃料電池セルの発熱により燃料電池セルに近い側のマニホールドの上壁は高温となる。一方で、台座は燃料電池セルよりも低温となるため、台座に直接接している底壁から台座への熱の伝熱が起こる。すなわち、マニホールドは、底壁からの熱損失があり低温化してしまう。そのため、燃料電池セルとマニホールドの間には温度差が生じ、両者の接合材となるシール材には熱応力が発生し、シール材にクラックが発生する場合がある。シール材にクラックが発生すると、クラックがマニホールドの内部空間とマニホールドの外部空間とを繋ぐ通路となり、内部空間に導入された燃料ガスが、内部空間から外部空間へと漏れ出してしまうおそれがある。そこで、本発明の課題は、反応ガスが漏れ出すことを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１側面に係る電気化学装置は、台座と、複数の突起部と、マニホールドと、電気化学セルと、を備えている。複数の突起部は、台座上に配置されている。マニホールドは、複数の突起部上に配置され、突起部と接触する。電気化学セルは、マニホールドから反応ガスが供給される。マニホールドは、底壁と、側壁と、上壁と、を含む。側壁は、底壁から上方に延びる。上壁は、側壁の上端部を塞ぎ、かつ電気化学セルが接合される。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。突起部は、底壁と非接合である。
【０００７】
この構成によれば、電気化学装置の動作時において、電気化学セルがマニホールド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。底壁と非接合の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、マニホールドから台座への熱損失を抑制できる。また、突起部は、底壁を構成する材料と異なり、かつ、底壁と非接合であるので、突起部の配置の自由度が高い。このため、仕様に応じて、マニホールド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、マニホールドの温度低下を効果的に抑制できるため、電気化学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、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。
【０００８】
底壁の下面の面積に対して、突起部とマニホールドとが接触する面積の比（接触する面積／下面の面積）は、好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下である。
【０００９】
この構成によれば、底壁と台座との接触面積が小さいので、マニホールドの温度低下をより抑制できる。このため、電気化学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。
【００１０】
好ましくは、突起部は、無機材料で構成される。
【００１１】
電気化学装置は高温で作動するとともに、突起部にはマニホールド及び電気化学セルの荷重がかかる。しかし、金属材料と比較して、高温クリープ現象に対する無機材料の耐性が高い。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。
【００１２】
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。
【００１３】
この構成によれば、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、マニホールドの温度の低下をより抑制できるので、電気化学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。
【００１４】
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。
【００１５】
この構成によれば、マニホールドから台座への熱伝導によるマニホールドの温度低下をより抑制できる。このため、電気化学セルをより安定的に支持できる。
【００１６】
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、高温クリープ現象に対する耐性が高い。
【００１７】
突起部は、台座と接合されていてもよい。この場合、突起部は、台座と１つの部材で形成されてもよい。これらの場合、好ましくは、台座と突起部とで構成される面の表面粗さＲｚは、０．０１ｚ以上である。この構成によれば、底壁と台座との接触面積をより低減できるので、マニホールドの温度低下をより抑制できる。このため、電気化学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。
【００１８】
また、突起部は、台座と非接合であってもよい。この場合、好ましくは、突起部の高さは、２．０μｍ以上１００００μｍ以下である。２．０μｍ以上であると、マニホールドから台座への熱損失をより抑制できる。１００００μｍ以下であると、電気化学装置の大型化を抑制できる。
【００１９】
好ましくは、マニホールドは、マニホールド本体と、板状部材と、を含む。マニホールド本体は、上方または下方が開口する箱状である。板状部材は、開口を塞ぐ。マニホールド本体は、複数の平板部と、平板部を連結する角部と、を有する。角部の厚さは、平板部の厚さよりも小さい。
【００２０】
箱状のマニホールド本体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、電気化学装置の動作時に、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。角部が歪みを吸収できるので、電気化学セルとマニホールドとの接合領域の変形を抑制できる。したがって、マニホールドと電気化学セルとを接合する接合材に、マニホールドの変形に起因したクラックを抑制することができる。
【００２１】
好ましくは、電気化学セルは、燃料電池セルである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、反応ガスが漏れ出すことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】燃料電池装置の斜視図。
【図２】燃料電池装置の断面図。
【図３】燃料電池装置の断面図。
【図４】マニホールドを構成する上壁の平面図。
【図５】燃料電池セルの斜視図。
【図６】燃料電池セルの断面図。
【図７】セルスタック装置の拡大断面図。
【図８】燃料電池装置の製造方法を示す断面図。
【図９】燃料電池装置の製造方法を示す断面図。
【図１０】実施の形態２に係る燃料電池装置の断面図。
【図１１】実施の形態２に係る燃料電池装置の断面図。
【図１２】実施の形態３に係る燃料電池装置の断面図である。
【図１３】比較例の燃料電池装置の断面図。
【図１４】変形例３に係る燃料電池装置の断面図。
【図１５】変形例４に係る燃料電池装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る電気化学装置の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。各図におけるｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向のそれぞれは、各燃料電池セル及び支持基板の長手方向、短手方向（幅方向）、及び厚さ方向に対応する。
【００２５】
（実施の形態１）
［燃料電池装置］
図１〜図３に示すように、燃料電池装置１（電気化学装置の一例）は、台座Ｂと、マニホールド１００と、突起部１５０と、複数の燃料電池セル２００（電気化学セルの一例）と、第１接合材３とを備えている。突起部１５０は、台座Ｂ上に配置されている。マニホールド１００は、突起部１５０上に配置されている。各燃料電池セル２００は、マニホールド１００によって支持されている。第１接合材３は、マニホールド１００と、各燃料電池セル２００とを接合する。
【００２６】
［台座］
図１〜３に示すように、台座Ｂは、マニホールド１００及び燃料電池セル２００を下方から支持する。台座Ｂは、例えば、平板状であり、絶縁性材料で構成される。
【００２７】
［マニホールド］
図１〜図３に示すように、マニホールド１００は、燃料電池セル２００に反応ガスを供給する。マニホールド１００は、中空状であり、内部空間を有している。図１に示すように、マニホールド１００の内部空間には、導入配管１０１を介して燃料ガスなどのガスが供給される。図２に示すように、マニホールド１００は、この内部空間と外部とを連通する複数の挿入孔１３１を有している。
【００２８】
マニホールド１００は、実質的に直方体状である。マニホールド１００は、図３に示すように、上方が開口する箱状のマニホールド本体と、開口を塞ぐ板状部材とを備えている。詳細には、マニホールド本体は、底壁１１０と、側壁１２０と、第１フランジ部１４０と、を備えている。マニホールド本体の開口を塞ぐ板状部材は、上壁１３０である。
【００２９】
底壁１１０、側壁１２０、及び第１フランジ部１４０は、一体成形されている。一体成形された底壁１１０、側壁１２０及び第１フランジ部１４０と、上壁１３０とは、互いに別部材であり、接合されている。
【００３０】
底壁１１０、側壁１２０、上壁１３０、及び第１フランジ部１４０は、例えば、耐熱性を有するような金属で構成されている。このような金属は、例えばクロム及び鉄を含む金属であり、具体的にはステンレス鋼などである。
【００３１】
底壁１１０は、平面視（ｘ軸方向視）が矩形状である。底壁１１０は、平面視において、長手方向（ｚ軸方向）と幅方向（ｙ軸方向）を有している。
【００３２】
底壁１１０は、上面１１１と、下面１１２とを有している。上面１１１は、鉛直方向上側の面であり、上壁１３０と対向する。下面１１２は、鉛直方向下側の面であり、台座Ｂと対向する。図３では、上面１１１及び下面１１２は、平坦な面である。
【００３３】
側壁１２０は、底壁１１０から上方に延びる。側壁１２０は、図１に示すように、一対の第１側壁１２１と、一対の第２側壁１２２とを有している。
【００３４】
一対の第１側壁１２１は、底壁１１０の対向する一対の縁部のそれぞれから上方に延びている。詳細には、各第１側壁１２１は、底壁１１０の縁部のうち、長手方向（ｚ軸方向）に延びる一対の縁部から上方に延びている。第１側壁１２１は、マニホールド１００の長手方向（ｚ軸方向）に延びている。すなわち、複数の燃料電池セル２００の並ぶ方向に延びている。一対の第１側壁１２１は、マニホールド１００の幅方向（ｙ軸方向）において、互いに対向している。
【００３５】
一対の第２側壁１２２は、底壁１１０の残りの対向する縁部から上方に延びている。詳細には、各第２側壁１２２は、底壁１１０の縁部のうち、幅方向（ｙ軸方向）に延びる一対の縁部から上方に延びている。また、各第２側壁１２２は、マニホールド１００の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。すなわち、各第２側壁１２２は、燃料電池セル２００の幅方向に延びている。各第２側壁１２２は、マニホールド１００の長手方向（ｚ軸方向）において、互いに対向している。一対の第２側壁１２２のうち、一方の第２側壁１２２に導入配管１０１が接続されている。このため、一方の第２側壁１２２は、導入配管１０１が接続されるための貫通孔を有している。
【００３６】
第１フランジ部１４０は、側壁１２０の上端部から外方に延びている。詳細には、第１フランジ部１４０は、各第１側壁１２１及び各第２側壁１２２の上端から外方に延びている。第１フランジ部１４０は、環状である。
【００３７】
第１側壁１２１と第２側壁１２２との第１境界部１０２は、Ｒ形状である。具体的には、第１側壁１２１と、第２側壁１２２との第１境界部１０２の内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第１境界部１０２の内側面及び外側面の曲率半径は、例えば３〜３０ｍｍである。４つの第１境界部１０２は、マニホールド１００の高さ方向に延びる。
【００３８】
図３に示すように、底壁１１０と側壁１２０との第２境界部１０３は、Ｒ形状である。具体的には、底壁１１０と、第１側壁１２１及び第２側壁１２２との第２境界部１０３の内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第２境界部１０３の内側面及び外側面の曲率半径は、例えば２〜２０ｍｍである。第２境界部１０３は、環状である。
【００３９】
側壁１２０と第１フランジ部１４０との第３境界部１０４は、Ｒ形状である。具体的には、第１側壁１２１及び第２側壁１２２と、第１フランジ部１４０との第３境界部１０４の内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第３境界部１０４の内側面及び外側面の曲率半径は、例えば１〜１０ｍｍである。第３境界部１０４は、環状である。
【００４０】
なお、本明細書における「Ｒ形状」とは、円弧状に湾曲している形状である。また、第１〜第３境界部１０２〜１０４の内側面とは、マニホールド１００の内部空間を臨む面である。第１〜第３境界部１０２〜１０４の外側面とは、マニホールド１００の外側を臨む面である。
【００４１】
上壁１３０は、側壁１２０の上端部を塞ぐように構成されている。具体的には、上壁１３０は、側壁１２０の上面を閉じる。上壁１３０の外周縁部は、第１フランジ部１４０上に配置されており、第１フランジ部１４０に接合されている。上壁１３０は、例えば、接合材、溶接などによって、第１フランジ部１４０に接合されている。
【００４２】
上壁１３０には、燃料電池セル２００が接合される。本実施の形態では、図４に示すように、上壁１３０は、複数の挿入孔１３１を有している。各挿入孔１３１には、各燃料電池セル２００の下端部が挿入される。各挿入孔１３１は、マニホールド１００の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。また、各挿入孔１３１は、マニホールド１００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。
【００４３】
図３に示すように、マニホールド１００の内部空間の高さ方向（ｘ軸方向）において、第３境界部１０４と上壁１３０との間に隙間部が形成されている。すなわち、上壁１３０の下面と第１フランジ部１４０の上面とは接触している一方、上壁１３０の下面と第３境界部１０４の内側面とは接触していない。隙間部は、全周に亘って形成されている。
【００４４】
［突起部］
複数の突起部１５０は、台座Ｂとマニホールド１００との間に配置されている。複数の突起部１５０は、マニホールド１００と接触している。詳細には、複数の突起部１５０は、底壁１１０の下面１１２と、台座Ｂの上面との間に配置されている。複数の突起部１５０は、台座Ｂ及び下面１１２に接触する。
【００４５】
複数の突起部１５０は、マニホールド１００と非接合である。詳細には、複数の突起部１５０は、底壁１１０と非接合である。
【００４６】
複数の突起部１５０は、台座Ｂと接合されていてもよく、非接合であってもよい。前者の場合、台座Ｂと複数の突起部１５０とは、１つの部材で形成されていてもよく、別部材で形成されていてもよい。後者の場合、台座Ｂと複数の突起部１５０とは、別部材であり、複数の突起部１５０は、台座Ｂ及びマニホールド１００と接合されていない。
【００４７】
突起部１５０を構成する材料は、底壁１１０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。無機材料は、例えば、珪素、アルミニウム、カルシウム及びマグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも１つの酸化物である。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１００の底壁１１０下に位置する突起部１５０には、マニホールド１００及び燃料電池セル２００を備えるセルスタック装置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。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、突起部１５０として無機材料を用いることが好ましい。
【００４８】
また、突起部１５０は、底壁１１０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。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。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。
【００４９】
突起部１５０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１１０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。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。
【００５０】
底壁１１０の下面１１２の面積に対する、突起部１５０とマニホールド１００（図３では下面１１２）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。
【００５１】
複数の突起部１５０と台座Ｂとが接合されている場合には、台座Ｂと突起部１５０とで構成される面の表面粗さ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１１０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、セルスタック装置の高さを考慮すると、上限値は、例えば１０ｚである。
【００５２】
上記「台座Ｂと突起部１５０とで構成される面」とは、台座Ｂの上面と突起部１５０とで構成される面であり、下面１１２と対向する面である。上記表面粗さＲｚは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に準拠して測定される値である。
【００５３】
複数の突起部１５０と台座Ｂとが接合されていない場合には、突起部１５０の高さは、２．０μｍ以上１００００μｍ以下であることが好ましく、５．０μｍ以上５０００μｍ以下であることがより好しい。突起部１５０の高さは、台座Ｂのセルスタック装置を載置する領域において、台座Ｂの上面に対して垂直に伸びる方向における最大の高さである。
【００５４】
突起部１５０は、台座Ｂから上方に突出する凸形状である。突起部１５０は、例えば、上方（台座Ｂから下面１１２）に向けて幅が大きい。突起部１５０は、脚部などの部材として設けられる部材と、粒子からなる部材とを含む。突起部１５０と台座Ｂとの接触、及び、突起部１５０とマニホールド１００との接触は、点接触であってもよい。また、突起部１５０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、繊維の切片、ブロック状などであってもよい。
【００５５】
なお、突起部１５０は、１つの材料で構成されていてもよく、複数層で構成されていてもよい。また、突起部１５０は、台座Ｂにおいてマニホールド１００が配置されない領域に形成されてもよい。
【００５６】
［燃料電池セル］
本実施の形態の燃料電池セル２００は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）である。図１〜図３に示すように、各燃料電池セル２００は、マニホールド１００から上方に延びている。詳細には、各燃料電池セル２００は、マニホールド１００の上壁１３０から上方に延びている。燃料電池セル２００の下端部２０１は、マニホールド１００の挿入孔１３１内に挿入されている。なお、燃料電池セル２００の下端部２０１が挿入孔１３１内に挿入された状態において、燃料電池セル２００の下端部２０１の外周面と挿入孔１３１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が充填されている。
【００５７】
各燃料電池セル２００は、マニホールド１００の長手方向（ｚ軸方向）に沿って、互いに間隔をあけて配置されている。図２に示すように、各燃料電池セル２００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２００の間に配置されており、隣り合う各燃料電池セル２００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２００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または金属などによって形成されている。
【００５８】
図５に示すように、燃料電池セル２００は、支持基板２１０と、複数の発電素子部２２０とを備えている。各発電素子部２２０は、支持基板２１０の両面に支持されている。なお、各発電素子部２２０は、支持基板２１０の片面のみに支持されていてもよい。各発電素子部２２０は、燃料電池セル２００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、本実施の形態に係る燃料電池セル２００は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。
【００５９】
各発電素子部２２０は、電気的接続部２６０（図６参照）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２００の上端部２０２側において、支持基板２１０の一方面に形成された発電素子部２２０と他方面に形成された発電素子部２２０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２２０は、直列に接続されている。
【００６０】
支持基板２１０は、燃料電池セル２００の長手方向に延びる複数のガス流路２１１を内部に有している。ガス流路２１１は、マニホールド１００の挿入孔１３１を介して、マニホールド１００の内部空間と連通している。
【００６１】
支持基板２１０の長手方向（ｘ軸方向）は、燃料電池セル２００の長手方向と同じ方向である。各ガス流路２１１は、互いに実質的に平行に延びている。各ガス流路２１１は、燃料電池セル２００の長手方向の両端部において開口している。
【００６２】
図６に示すように、支持基板２１０は、複数の第１凹部２１２を有している。各第１凹部２１２は、支持基板２１０の両面に形成されている。各第１凹部２１２は支持基板２１０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。
【００６３】
支持基板２１０は、絶縁性である。すなわち、支持基板２１０は、電子伝導性を有していない。支持基板２１０は、例えば、セラミックスで形成される。具体的には、支持基板２１０は、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成されてもよいし、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２１０は、多孔質である。支持基板２１０の気孔率は、例えば、２０〜６０％である。
【００６４】
各発電素子部２２０は、燃料極２３０、電解質２４０、及び空気極２５０を有している。また、各発電素子部２２０は、反応防止膜２２１をさらに有している。
【００６５】
燃料極２３０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２３０は、燃料極集電部２３１と、燃料極活性部２３２とを有する。燃料極集電部２３１は、第１凹部２１２内に配置されている。各燃料極集電部２３１は、第２凹部２３１ａ及び第３凹部２３１ｂを有している。燃料極活性部２３２は、第２凹部２３１ａ内に配置されている。
【００６６】
燃料極集電部２３１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、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２３１の厚さ、すなわち第１凹部２１２の深さは、５０〜５００μｍである。
【００６７】
燃料極活性部２３２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）とから構成されてもよいし、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２３２の厚さは、５〜３０μｍである。
【００６８】
電解質２４０は、燃料極２３０上を覆うように配置されている。詳細には、電解質２４０は、あるインターコネクタ２６１から他のインターコネクタ２６１まで燃料電池セル２００の長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル２００の長手方向において、電解質２４０とインターコネクタ２６１とが交互に配置されている。
【００６９】
電解質２４０は、イオン伝導性を有し、か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２４０は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成されてもよいし、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質２４０の厚さは、例えば、３〜５０μｍである。
【００７０】
反応防止膜２２１は、緻密な材料から構成される焼成体であり、平面視（ｚ軸方向視）において、燃料極活性部２３２と略同一の形状であり、燃料極活性部２３２と略同じ位置に配置されている。反応防止膜２２１は、電解質２４０内のＹＳＺと空気極２５０内のＳｒとが反応して電解質２４０と空気極２５０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２２１は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成される。反応防止膜２２１の厚さは、例えば、３〜５０μｍである。
【００７１】
空気極２５０は、反応防止膜２２１上に配置されている。空気極２５０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２５０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）から構成されてもよいし、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）、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。また、空気極２５０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２５０の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００７２】
電気的接続部２６０は、隣り合う発電素子部２２０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２６０は、インターコネクタ２６１及び空気極集電膜２６２を有する。インターコネクタ２６１は、第３凹部２３１ｂ内に配置されている。インターコネクタ２６１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２６１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成されてもよいし、（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２６１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００７３】
空気極集電膜２６２は、隣り合う発電素子部２２０のインターコネクタ２６１と空気極２５０との間を延びるように配置される。空気極集電膜２６２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。空気極集電膜２６２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）から構成されてもよいし、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し、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜２６２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍである。
【００７４】
図７に示すように、燃料電池セル２００の下端部２０１は、緻密膜２２２によって覆われている。詳細には、緻密膜２２２は、支持基板２１０を覆っている。緻密膜２２２は、下端部側に形成された発電素子部２２０と電気的に接続されている。詳細には、緻密膜２２２は、電気的接続部２６０と電気的に接続されている。緻密膜２２２は、空気極集電膜２６２と支持基板２１０との間から近位側に向かって延びている。
【００７５】
緻密膜２２２は、緻密膜２２２の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密膜２２２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２２２の気孔率は、例えば、１０％以下である。また、緻密膜２２２は、絶縁性セラミックスで構成されている。
【００７６】
具体的には、緻密膜２２２は、上述した電解質２４０と反応防止膜２２１とによって構成することができる。緻密膜２２２を構成する電解質２４０は、支持基板２１０を覆っており、インターコネクタ２６１から支持基板２１０の下端近傍まで延びている。また、緻密膜２２２を構成する反応防止膜２２１は、電解質２４０と空気極集電膜２６２との間に配置されている。なお、緻密膜２２２は、電解質２４０のみで構成されていてもよいし、電解質２４０及び反応防止膜２２１以外の材料によって構成されていてもよい。
【００７７】
［第１接合材］
第１接合材３は、燃料電池セル２００をマニホールド１００に固定する。詳細には、第１接合材３は、燃料電池セル２００の下端部２０１とマニホールド１００の上壁１３０とを接合している。また、第１接合材３は、緻密膜２２２と接触している。なお、燃料電池セル２００がマニホールド１００に固定された状態において、挿入孔１３１とガス流路２１１とが連通している。
【００７８】
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、またはＳｉＯ２−ＭｇＯ系が採用され得る。なお、第１接合材３の材料として、非晶質ガラス、ろう材、また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。
【００７９】
［製造方法］
続いて、本実施の形態の燃料電池装置１の製造方法について図１〜図９を参照して説明する。
【００８０】
まず、台座Ｂを準備する。
また、突起部１５０を準備する。この工程では、例えば、底壁１１０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１５０となる材料を準備する。
【００８１】
次に、台座Ｂ上に、突起部１５０を配置する。台座Ｂと突起部１５０とを接合してもよく、接合しなくてもよい。接合する場合には、例えば、突起部１５０の最下層を接着層とし、台座Ｂ上に接着層が接触するように突起部１５０を配置する。なお、台座Ｂ及び突起部１５０を準備する工程において、台座Ｂの上面から突起部１５０が突出するように、一体成形により、台座Ｂ及び突起部１５０を形成してもよい。
【００８２】
また、底壁１１０と、この底壁１１０から上方に延びる側壁１２０と、この側壁１２０の上端部を塞ぎ、挿入孔１３１を有する上壁１３０とを含むマニホールド本体を準備する。
【００８３】
また、複数の燃料電池セル２００を準備する。そして、図８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２００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２００は互いに仮止めの状態である。
【００８４】
次に、図９に示すように、セル集合体３００の各燃料電池セル２００の下端部２０１をマニホールド１００の各挿入孔１３１に挿入する。なお、各燃料電池セル２００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。
【００８５】
次に、図２及び図３に示すように、挿入孔１３１に挿入された燃料電池セル２００とマニホールドの上壁１３０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２００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２００の下端部２０１の外周面と挿入孔１３１の内壁面との隙間に充填されていてもよい。
【００８６】
次に、第１接合材３及び第２接合材５を熱処理する。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、セルスタック装置が完成する。詳細には、第２接合材５が焼成されることによって、各燃料電池セル２００と第１集電部材４とが固定される。また、第１接合材３が焼成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２００の下端部２０１がマニホールド１００の上壁１３０に固定される。
【００８７】
このように製造したマニホールド１００と燃料電池セル２００とを備えるセルスタック装置を、突起部１５０上に配置する。これにより、燃料電池装置１を製造することができる。
【００８８】
［動作］
本実施の形態の燃料電池装置１の動作について、図１〜図７を参照して説明する。燃料電池装置１は、例えば以下のように動作する。
【００８９】
マニホールド１００を介して各燃料電池セル２００のガス流路２１１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板２１０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２４０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。この燃料電池装置１を外部の負荷に接続すると、空気極２５０において下記の式１に示す電気化学反応が起こり、燃料極２３０において下記の式２に示す電気化学反応が起こる。
（１／２）Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−      ・・・（式１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−         ・・・（式２）
さらに、支持基板２１０のガス流路２１１を流れる燃料ガスのうち発電に使用されなかった余剰燃料ガスは、ガス流路２１１の他端側に位置する排出口から外部に排出される。そして、排出口から排出される余剰燃料ガスと、酸素を含むガスとを混合して、燃焼する。
【００９０】
［作用］
続いて、本実施の形態のマニホールド１００及び燃料電池装置１の作用について、図１３に示す比較例と比較して説明する。なお、図１３に示す比較例の燃料電池装置９は、本実施の形態の突起部１５０を備えていない。
【００９１】
比較例のセルスタック装置を台座Ｂに配置して、発電すると、燃料電池装置９の上部の温度が高くなる場合がある。また、余剰の反応ガスを燃焼させる場合には、燃焼時には、燃料電池装置９の上部の温度が高くなる。つまり、燃料電池装置９の動作時に、燃料電池セルがマニホールドよりも高温になる場合がある。この場合、マニホールド４０９から台座Ｂに向けての熱伝導により、マニホールド４０９の温度がさらに低下してしまう。その結果、燃料電池セル２００とマニホールド４０９との温度分布が大きくなり、マニホールド４０９と燃料電池セル２００とを接合している第１接合材３に応力が加えられる。その結果、第１接合材３にクラックが発生してしまう。
【００９２】
一方、本実施の形態では、図３に示すように、マニホールド１００の底壁１１０の下面１１２と台座Ｂとの間に、底壁１１０を構成する材料と異なる材料で構成される複数の突起部１５０を配置している。これにより、マニホールド１００から台座Ｂへの伝熱経路を突起部１５０に限定できるので、マニホールド１００の下面１１２と台座Ｂとの接触面積を低減できる。それに加えて、突起部１５０は、底壁１１０と異なる材料で形成されているので、突起部１５０の種々の形態を実施でき、突起部１５０の設置位置の制約が小さい。このため、燃料電池セル２００の加熱度合などを考慮して、マニホールド１００の底壁１１０からの熱損失を生じさせにくい位置に突起部１５０を設けることができる。このため、マニホールド１００から台座Ｂに向けての熱損失を効果的に低減できるので、マニホールド１００の底壁１１０の温度の低下を効果的に抑制できる。その結果、マニホールド１００の温度の低下を抑制できるので、燃料電池装置１の温度分布が小さくなる。したがって、マニホールド１００と燃料電池セル２００とを接合している第１接合材３に加えられる応力を抑制できる。第１接合材３の応力集中を緩和することによって、第１接合材３におけるクラックを抑制できる。よって、マニホールド１００を備える燃料電池装置１は、第１接合材３から反応ガスが漏れ出すことを抑制することができる。
【００９３】
また、突起部１５０が底壁１１０と非接合であるので、突起部と底壁とが接合された場合と比較して、底壁１１０との接触面積を低減することができる。それにより、マニホールド１００から台座Ｂへの熱損失を抑制できる。突起部１５０が粒子状であると、底壁１１０との接触が点接触となるので、熱損失を抑制する効果がさらに高い。
【００９４】
さらに、突起部１５０により、熱損失を低減できるので、燃料電池装置１の発電効率を向上できる。
【００９５】
特に、マニホールド１００の底壁１１０の下面１１２と台座Ｂとの間に、底壁１１０を構成する材料よりも熱伝導率の低い材料で構成される突起部１５０を配置することが好ましい。これにより、マニホールド１００から台座Ｂへの伝熱経路を低熱伝導材に限定できる。このため、マニホールド１００から台座Ｂに向けての熱損失をより低減できるので、マニホールド１００の底壁１１０の温度の低下を抑制できる。したがって、第１接合材３に加えられる応力を抑制できるので、第１接合材３におけるクラックを効果的に抑制できる。よって、燃料電池装置１は、第１接合材３から反応ガスが漏れ出すことを効果的に抑制することができる。
【００９６】
（実施の形態２）
図１０及び図１１に示す実施の形態２の燃料電池装置７は、基本的には実施の形態１の燃料電池装置１と同様の構成を備えているが、図１０及び図１１に示すようにコーティング膜１６０をさらに備えている点において異なる。
【００９７】
図１０に示すように、コーティング膜１６０は、底壁１１０の下面１１２に形成されている。突起部１５０は、コーティング膜１６０に接触している。
【００９８】
また、図１０及び図１１に示すように、コーティング膜１６０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１６０が、外部に露出する。具体的には、コーティング膜１６０は、底壁１１０、側壁１２０、上壁１３０及び第１フランジ部１４０の表面全体に形成されている。つまり、コーティング膜１６０は、底壁１１０、側壁１２０、上壁１３０及び第１フランジ部１４０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１００の外部を臨む面であり、内側面とは、マニホールド１００の内部空間を臨む面である。
【００９９】
詳細には、コーティング膜１６０は、底壁１１０の上面１１１、下面１１２及び側面の全体に形成されている。また、コーティング膜１６０は、側壁１２０の内側面及び外側面の全体に形成されている。また、上壁１３０の上面、下面、側面、及び挿入孔１３１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１６０は、第１フランジ部１４０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。
【０１００】
コーティング膜１６０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１６０は、複数の層で構成されてもよい。
【０１０１】
コーティング膜１６０の厚みは、例えば３〜２００μｍである。コーティング膜１６０の気孔率は、例えば０〜３０％である。
【０１０２】
また、突起部１５０は、コーティング膜１６０と同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。
【０１０３】
実施の形態２の燃料電池装置７の製造方法は、基本的には実施の形態１と同様であるが、マニホールドを製造する工程は、コーティング膜１６０を形成する工程をさらに含む点において異なる。
【０１０４】
具体的には、まず、実施の形態１と同様に、底壁１１０、側壁１２０及び上壁１３０を備えるマニホールド本体を準備する。次に、マニホールド本体の表面全体、つまり露出する面全体に、コーティング膜１６０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。その後、焼成することによって、実施の形態２のマニホールド１０７を製造できる。
【０１０５】
以上説明したように、実施の形態２の燃料電池装置７においては、コーティング膜１６０と台座Ｂとの間に突起部１５０が配置されている。マニホールド本体を構成する材料がクロムを含んでいる場合、コーティング膜１６０により、クロムが揮発することを防止できる。このため、燃料電池セル２００の発電素子部２２０及び第１接合材３にクロムが付着することを防止できる。したがって、燃料電池セル２００の発電素子部２２０及び第１接合材３の劣化を防止できる。
【０１０６】
このように、本発明の突起部は、実施の形態１のように底壁１１０の下面１１２に接触してもよく、実施の形態２のように下面１１２に形成されたコーティング膜１６０に接触してもよい。
【０１０７】
また、コーティング膜１６０は、底壁１１０、側壁１２０及び上壁１３０の全体に形成されてもよく、一部に形成されてもよい。
【０１０８】
（実施の形態３）
図１２に示す実施の形態３の燃料電池装置８は、基本的には実施の形態１の燃料電池装置１と同様の構成を備えているが、マニホールド１０８において側壁１２０及び上壁１３０が一体である点において異なる。実施の形態１のマニホールド１００においては、側壁１２０の上面が開口し、その上面を上壁１３０が塞いでいる。実施の形態３のマニホールド１０８においては、側壁１２０の下面が開口し、その下面を底壁１１０が塞いでいる。
【０１０９】
詳細には、マニホールド本体は、上壁１３０、側壁１２０、及び第２フランジ部１４１を有している。上壁１３０には、上述した複数の挿入孔１３１が形成されている。側壁１２０は、上壁１３０の周縁部から下方に延びている。第２フランジ部１４１は、側壁１２０の下端部から外方に延びている。
【０１１０】
上壁１３０、側壁１２０及び第２フランジ部１４１は、一体成形されている。一体成形された上壁１３０、側壁１２０及び第２フランジ部１４１と、底壁１１０とは、互いに別部材である。底壁１１０は、第２フランジ部１４１に接合されている。
【０１１１】
上壁１３０と側壁１２０との第４境界部１０５は、Ｒ形状である。具体的には、上壁１３０と、第１側壁１２１及び第２側壁１２２との第４境界部１０５の内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第４境界部１０５の内側面及び外側面の曲率半径は、例えば２〜２０ｍｍである。第４境界部１０５は、環状である。
【０１１２】
側壁１２０と、第２フランジ部１４１との第５境界部１０６は、Ｒ形状である。具体的には、第１側壁１２１及び第２側壁１２２と、第２フランジ部１４１との第５境界部１０６の内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第５境界部１０６の側面及び外側面の曲率半径は、例えば１〜１０ｍｍである。第５境界部１０６は、環状である。
【０１１３】
なお、第４境界部１０５及び第５境界部１０６の内側面とは、マニホールド１００の内部空間を臨む面である。第４境界部１０５及び第５境界部１０６の外側面とは、マニホールド１００の外側を臨む面である。
【０１１４】
実施の形態３の燃料電池装置８は、実施の形態１と同様の効果を有する。
【０１１５】
変形例１
上述した実施の形態１〜３の燃料電池装置は、支持基板２１０の１つの主面上に複数の発電素子部２２０が配置された横縞型を例に挙げて説明したが、本発明の燃料電池装置は、支持基板の１つの主面上に１つの発電素子が配置される縦縞型であってもよい。また、本実施の形態の燃料電池装置１は、円筒平板型の燃料電池セルを備えているが、本発明の燃料電池装置は、円筒型または平板型の燃料電池セルを備えていてもよい。さらに、本発明は、燃料電池装置に限定されるものではなく、ＳＯＥＣ（Solid Oxide Electrolysis Cell：固体酸化物形電解セル）などの電気化学セルを備える電気化学装置に適用可能である。
【０１１６】
変形例２
また、導入配管１０１は、マニホールド１００の側壁１２０に取り付けられているが、導入配管１０１の取り付け位置はこれに限定されない。例えば、導入配管１０１は、マニホールド１００の上壁１３０に取り付けられていてもよい。また、導入配管１０１は、マニホールド１００の底壁１１０に取り付けられていてもよい。この場合、台座Ｂは導入配管１０１と干渉しない形状にすればよい。
【０１１７】
変形例３
図１４に示すように、マニホールド本体において、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、マニホールド本体は、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。本変形例では、複数の平板部は、底壁１１０の大部分を占める矩形状の平板部と、第１側壁１２１及び第２側壁１２２の大部分を占める４つの矩形状の平板部と、第１フランジ部１４０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１０２〜１０４であるので、環状の隅角部を含む。このように、本実施の形態のマニホールド本体は、複数の平板部と、複数の角部とからなる。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。マニホールド本体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。なお、厚さＴ１、Ｔ２は、板厚である。
【０１２０】
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、マニホールドの強度を向上でき、７５．０％以上の場合、マニホールド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、加工時にマニホールドの角部が破断することを防止できる。
【０１２１】
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。
【０１２２】
なお、図１４のマニホールド本体は複数の角部を有しており、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、本発明のマニホールドはこれに限定されない。マニホールドが複数の角部を有する場合には、複数の角部の少なくとも１つの角部が平板部の厚さよりも小さい。この場合であっても、厚さの小さい角部が優先的に変形するので、同様の効果を有する。
【０１２３】
また、マニホールド１００が複数の角部を有する場合には、複数の角部の少なくとも１つの角部が平板部の厚さよりも小さければ、他の角部が平板部の厚さと同じであっても、大きくてもよい。マニホールド１００において、底壁１１０と側壁１２０との第２境界部１０３の厚さが平板部の厚さよりも小さいことが好ましい。この場合、側壁１２０と第１フランジ部１４０との第３境界部１０４の厚さは、平板部の厚さよりも大きくてもよい。
【０１２４】
本変形例の製造方法において、上方が開口する箱状のマニホールド本体を準備する工程では、例えば、角部となる部分が平板部となる部分よりも薄い板状の材料を準備して、箱状にプレス成形する。具体的には、例えば以下のように実施する。マニホールド本体となる平板状の材料を準備する。この材料において、角部となる部分の厚さを他の部分よりも薄くなるように加工する。加工された材料に対して、深絞り加工を行って、底壁１１０と側壁１２０と第１フランジ部１４０とからなるマニホールド本体を形成する。なお、上方が開口する箱状のマニホールド本体を準備する工程において、プレス加工により箱状に成型した後に、切削加工により、角部となる部分の厚さを他の部分よりも薄くしてもよい。
【０１２５】
変形例４
図１５に示すように、側壁１２０及び上壁１３０が一体であって、側壁１２０の下面が開口し、その下面を底壁１１０が塞いでいる構造の場合であっても、マニホールド本体において、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。
【０１２６】
具体的には、上壁１３０と側壁１２０との第４境界部１０５は、Ｒ形状であり、角部を構成する。すなわち、上壁１３０と側壁１２０との第４境界部１０５の厚さＴ２は、平板部の厚さＴ１よりも小さいことが好ましい。この場合、側壁１２０と第２フランジ部１４１との第５境界部１０６は、Ｒ形状であるが、平板部の厚さよりも小さくてもよく、大きくてもよい。
【０１２７】
変形例５
また、本変形例では、第１側壁１２１及び第２側壁１２２は底壁１１０から略垂直に上方に延びているが、本発明のマニホールドは、これに限定されない。例えば、第１側壁１２１及び第２側壁１２２の少なくとも一方は、上方に向かって外方に広がるように傾斜していてもよい。また、例えば、第１側壁１２１及び第２側壁１２２の少なくとも一方は、下方に向かって外方に広がるように傾斜していてもよい。
【０１２８】
なお、実施の形態１、２及び変形例３のように上方が開口するマニホールド本体の側壁１２０は、底壁１１０から上方に向かって広がるように傾斜していることが好ましい。実施の形態３及び変形例４のように下方が開口するマニホールド本体の側壁１２０は、上壁１３０から下方に向かって広がるように傾斜していることが好ましい。
【０１２９】
変形例６
本発明のマニホールド１００を構成する上壁１３０の材料は、金属材料に限定されない。例えば、上壁１３０の少なくとも一部は、無機材料で構成されてもよい。無機材料としては、酸化物材料が好ましい。上壁１３０は、単一の酸化物で構成されてもよいし、複数の酸化物で構成されてもよい。また、上壁１３０は、ガラス材料で構成されてもよい。
【０１３０】
以上のように本発明の実施の形態及び変形例について説明を行なったが、各実施の形態及び変形例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態及び変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態及び変形例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３１】
１，７，８            ：電気化学装置
１００，１０７，１０８：マニホールド
１１０                ：底壁
１５０                ：突起部
２００                ：燃料電池セル
Ｂ                    ：台座
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年12月27日(2018.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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