(57)【要約】【課題】マニホールドに電流が流れた場合であっても、他の電子機器などに悪影響を及ぼすことを防止する。【解決手段】燃料電池スタック１００は、マニホールド２と、燃料電池セル１と、を備えている。マニホールド２は、マニホールド本体２１、及び天板２２を有する。マニホールド本体２１は、上面が開口する内部空間を有する。天板２２は、マニホールド本体２１の上面を塞ぐ。また、天板２２は、接地されている。燃料電池セル１は、天板２２から延びている。【選択図】図２
2018081933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス供給源からの燃料ガスによって発電する燃料電池スタックであって、
上面が開口する内部空間を有するマニホールド本体、及び前記マニホールド本体の上面を塞ぐとともに接地された天板、を有するマニホールドと、
前記天板から延びる燃料電池セルと、
を備える、燃料電池スタック。
【請求項２】
前記天板から延びる接地線をさらに備える、
請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記天板と前記燃料ガス供給源とを電気的に絶縁する絶縁部材をさらに備える、
請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記マニホールドは、前記マニホールド本体に接続されて前記燃料ガスを前記マニホールド本体へ導入する導入管をさらに有し、
前記絶縁部材は、前記導入管に取り付けられる、
請求項３に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記絶縁部材は、前記燃料ガスを供給する供給管と前記導入管とを接続するコネクタである、
請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記絶縁部材は、前記天板と前記マニホールド本体との間に配置される、
請求項３に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記絶縁部材は、シート状である、
請求項６に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
燃料ガス供給源からの燃料ガスによって発電する燃料電池スタックであって、
下面が開口する内部空間を有するとともに接地されたマニホールド本体、及び前記マニホールド本体の下面を塞ぐ底板、を有するマニホールドと、
前記マニホールド本体から延びる燃料電池セルと、
を備える、燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルと、マニホールドとを備えている（特許文献１）。各燃料電池セルは、マニホールドに固定されている。マニホールドは、各燃料電池に燃料ガスを分配するように構成されている。マニホールドがマニホールド本体と天板とを有している場合、各燃料電池セルは、天板に支持されている。また、マニホールドがマニホールド本体と底板とを有している場合、各燃料電池セルは、マニホールド本体に支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６４０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、各燃料電池セルは、マニホールドに支持されている。各燃料電池セルとマニホールドとは絶縁されている。しかしながら、この燃料電池セルとマニホールドとの間の絶縁が不十分であると、燃料電池セルからの電流がマニホールドに流れるおそれがある。このようにマニホールドに電流が流れると、燃料電池スタックの近傍に配置された他の電子機器などに悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、マニホールドに電流が流れた場合であっても、他の電子機器などに悪影響を及ぼすことを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１側面に係る燃料電池スタックは、燃料ガス供給源からの燃料ガスによって発電するように構成されている。この燃料電池スタックは、マニホールドと、燃料電池セルと、を備えている。マニホールドは、マニホールド本体、及び天板を有する。マニホールド本体は、上面が開口する内部空間を有する。天板は、マニホールド本体の上面を塞ぐ。また、天板は、接地されている。燃料電池セルは、天板から延びている。
【０００７】
この構成によれば、燃料電池セルから天板に電流が流れた場合であっても、天板が接地されているため、電流は大地へと流れる。この結果、他の電子機器に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【０００８】
好ましくは、燃料電池スタックは、天板から延びる接地線をさらに備える。
【０００９】
好ましくは、燃料電池スタックは、天板と燃料ガス供給源とを電気的に絶縁する絶縁部材をさらに備える。この構成によれば、天板に流れた電流をより確実に大地へと流すことができる。
【００１０】
好ましくは、マニホールドは、導入管をさらに有する。導入管は、マニホールド本体に接続されており、燃料ガスをマニホールド本体へ導入する。絶縁部材は、例えば、導入管に取り付けることができる。この場合、絶縁部材は、例えば、燃料ガスを供給する供給管と導入管とを接続するコネクタとすることができる。
【００１１】
絶縁部材は、例えば、天板とマニホールド本体との間に配置されていてもよい。この場合、絶縁部材は、シート状とすることができる。
【００１２】
本発明の第２側面に係る燃料電池スタックは、燃料ガス供給源からの燃料ガスによって発電するように構成されている。この燃料電池スタックは、マニホールドと、燃料電池セルと、を備えている。マニホールドは、マニホールド本体と、底板とを有している。マニホールド本体は、下面が開口する内部空間を有している。マニホールド本体は、接地されている。底板は、マニホールド本体の下面を塞いでいる。燃料電池セルは、マニホールド本体から延びている。
【００１３】
この構成によれば、燃料電池セルからマニホールド本体に電流が流れた場合であっても、マニホールド本体が接地されているため、電流は大地へと流れる。この結果、他の電子機器に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【００１４】
好ましくは、燃料電池スタックは、マニホールド本体から延びる接地線をさらに備える。
【００１５】
好ましくは、燃料電池スタックは、マニホールド本体と燃料ガス供給源とを電気的に絶縁する絶縁部材をさらに備える。この構成によれば、マニホールド本体に流れた電流をより確実に大地へと流すことができる。
【００１６】
好ましくは、マニホールドは、導入管をさらに有する。導入管は、マニホールド本体に接続されており、燃料ガスをマニホールド本体へ導入する。絶縁部材は、例えば、導入管に取り付けることができる。この場合、絶縁部材は、例えば、燃料ガスを供給する供給管と導入管とを接続するコネクタとすることができる。
【００１７】
絶縁部材は、例えば、底板とマニホールド本体との間に配置されていてもよい。この場合、絶縁部材は、シート状とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、他の電子機器などに悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】燃料電池システムのブロック図。
【図２】燃料電池スタックの斜視図。
【図３】燃料電池スタックの断面図。
【図４】燃料電池スタックの断面図。
【図５】天板の平面図。
【図６】燃料電池セルの斜視図。
【図７】燃料電池セルの断面図。
【図８】燃料電池スタックの拡大断面図。
【図９】燃料電池スタックの製造方法を示す断面図。
【図１０】燃料電池スタックの製造方法を示す断面図。
【図１１】変形例に係る燃料電池スタックの断面図。
【図１２】変形例に係る燃料電池スタックの断面図。
【図１３】変形例に係る燃料電池システムのブロック図。
【図１４】変形例に係る燃料電池スタックの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［燃料電池システム］
以下、本発明に係る燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、燃料電池システム５００は、燃料電池スタック１００、燃料ガス供給源２００、供給管２０１、及び改質器２０２を備えている。
【００２１】
燃料ガス供給源２００は、燃料ガスを燃料電池スタック１００に供給する。燃料電池スタック１００は、燃料ガス及び酸素ガスによって発電するように構成されている。燃料電池スタック１００と燃料ガス供給源２００とは、供給管２０１によって接続されている。この供給管２０１を介して、燃料ガス供給源２００からの燃料ガスが燃料電池スタック１００へと供給される。なお、供給管２０１は、導電性を有する。例えば、供給管２０１は金属製である。燃料ガス供給源２００は、例えば都市ガスを燃料ガスとして燃料電池スタック１００に供給する。改質器２０２は、この都市ガスを改質して水素を生成する。
【００２２】
［燃料電池スタック］
燃料電池スタック１００は、燃料ガス供給源２００からの燃料ガスによって発電するように構成されている。図２〜図４に示すように、燃料電池スタック１００は、マニホールド２と、複数の燃料電池セル１と、絶縁部材３と、接地線４と、を備えている。
【００２３】
［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、燃料ガス供給源２００からの燃料ガスが、供給管２０１を介して供給される。
【００２４】
マニホールド２は、各燃料電池セル１を支持している。マニホールド２は、マニホールド本体２１と、天板２２と、導入管２３と、を備えている。マニホールド本体２１、天板２２、及び導入管２３は、互いに別部材であって接合されている。なお、マニホールド本体２１、天板２２、及び導入管２３は、一体的に形成されていてもよい。
【００２５】
マニホールド本体２１は、直方体状であって、上面が開口した内部空間を有する。詳細には、マニホールド本体２１は、底壁２１１と、側壁２１２と、フランジ部２１３とを有している。底壁２１１は、平面視（ｘ軸方向視）が矩形状である。側壁２１２は、底壁２１１の周縁部から上方に延びている。フランジ部２１３は、側壁２１２の上端部から外方に延びる部分である。フランジ部２１３は、環状である。
【００２６】
マニホールド本体２１は、１つの部材によって構成されている。すなわち、底壁２１１と側壁２１２とフランジ部２１３とは、１つの部材によって構成されている。マニホールド本体２１は、導電性を有する。例えば、マニホールド本体２１は、耐熱性を有するような金属によって形成される。より具体的には、マニホールド本体２１は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びＮｉ基合金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。
【００２７】
天板２２は、マニホールド本体２１の上面を塞ぐように、マニホールド本体２１上に配置されている。詳細には、天板２２は、フランジ部２１３上に配置されている。マニホールド２の内部空間を密閉するため、天板２２が全周に亘ってマニホールド本体２１と接合されている。例えば、天板２２とマニホールド本体２１とは、結晶化ガラスによって接合されている。天板２２は、導電性を有している。天板２２は、上記マニホールド本体２１と同様の材料によって形成することができる。
【００２８】
天板２２は、接地されている。詳細には、天板２２から接地線４が延びている。この接地線４は、接地点と天板２２とを接続している。このため、各燃料電池セル１から天板２２に電流が流れた場合、その電流は接地線４を介して大地へと流れる。
【００２９】
図５に示すように、天板２２は、複数の貫通孔２２１を有している。各貫通孔２２１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２２１は、マニホールド２の長手方向（ｚ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。
【００３０】
図２に示すように、導入管２３は、マニホールド本体２１に接続されている。導入管２３は、燃料ガスをマニホールド本体２１へ導入するように構成されている。導入管２３は、マニホールド本体２１の内部空間と連通している。導入管２３は、導電性を有している。導入管２３は、上記マニホールド本体２１と同様の材料によって形成することができる。
【００３１】
［絶縁部材］
図１及び図２に示すように、絶縁部材３は、天板２２と燃料ガス供給源２００との間に配置されている。詳細には、絶縁部材３は、導入管２３に取り付けられている。絶縁部材３は、コネクタとして構成されている。絶縁部材３は、コネクタとして、供給管２０１と導入管２３とを接続するように構成されている。この絶縁部材３が介在しているため、供給管２０１と導入管２３とは電気的に接続されていない。絶縁部材３は、例えば、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、ＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）または結晶化ガラスなどによって形成することができる。
【００３２】
［燃料電池セル］
図２から図４に示すように、各燃料電池セル１は、マニホールド２の天板２２に支持されている。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の天板２２から上方に延びている。燃料電池セル１の下端部１０１は、貫通孔２２１内に挿入されている。なお、燃料電池セル１の下端部１０１が貫通孔２２１内に挿入された状態において、燃料電池セル１の下端部１０１の外周面と貫通孔２２１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９１が充填されていてもよい。
【００３３】
各燃料電池セル１は、マニホールド２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。各燃料電池セル１は、第１集電部材９３を介して互いに電気的に接続されている。第１集電部材９３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９３は、第２接合材９２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９３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９３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。
【００３４】
図６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。
【００３５】
各発電素子部１１は、電気的接続部１７（図７参照）によって互いに電気的に接続されている。また、燃料電池セル１の上端部１０２側において、支持基板１２の一方面に形成された発電素子部１１と他方面に形成された発電素子部１１とが第２集電部材９４（図３参照）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、例えば、直列に接続されている。
【００３６】
支持基板１２は、燃料電池セル１の長手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の貫通孔２２１を介して、マニホールド２の内部空間と連通している。
【００３７】
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、燃料電池セル１の長手方向の両端部において開口している。
【００３８】
図７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。
【００３９】
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。
【００４０】
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なる焼成体である。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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
電解質１４は、燃料極１３上を覆うように配置されている。詳細には、電解質１４は、あるインターコネクタ１７１から他のインターコネクタ１７１まで長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル１の長手方向において、電解質１４とインターコネクタ１７１とが交互に配置されている。
【００４５】
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なる焼成体である。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。
【００４６】
反応防止膜１６は、緻密な材料からなる焼成体であり、平面視（ｚ軸方向視）において、燃料極活性部１３２と略同一の形状であり、燃料極活性部１３２と略同じ位置に配置されている。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、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。
【００４７】
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なる焼成体である。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からなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第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。
【００４８】
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及び空気極集電膜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なる焼成体である。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。
【００４９】
空気極集電膜１７２は、隣り合う発電素子部１１のインターコネクタ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７の左側に配置された発電素子部１１の空気極１５と、図７の右側に配置された発電素子部１１のインターコネクタ１７１とを電気的に接続するように、空気極集電膜１７２が配置されている。空気極集電膜１７２は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。
【００５０】
空気極集電膜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、空気極集電膜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、空気極集電膜１７２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜１７２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。
【００５１】
図８に示すように、燃料電池セル１の下端部１０１は、緻密膜１８によって覆われている。詳細には、緻密膜１８は、支持基板１２を覆っている。緻密膜１８は、下端部側に形成された発電素子部１１と電気的に接続されている。詳細には、緻密膜１８は、電気的接続部１７と電気的に接続されている。緻密膜１８は、空気極集電膜１７２と支持基板１２との間から下方に向かって延びている。
【００５２】
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。
【００５３】
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。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。反応防止膜１６は、電解質１４を覆っている。なお、緻密膜１８は、電解質１４のみによって構成してもよい。また、緻密膜１８は、その他の材料によって構成することもできる。なお、緻密膜１８は、電子伝導性を有さない材料とすることが好ましい。
【００５４】
［第1接合材］
第１接合材９１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９１は、燃料電池セル１とマニホールド２の天板２２とを接合している。第１接合材９１は、燃料電池セル１の下端部１０１とマニホールド２の天板２２とを接合している。また、第１接合材９１は、緻密膜１８と接触している。なお、燃料電池セル１がマニホールド２に固定された状態において、貫通孔２２１とガス流路１２１とが連通している。
【００５５】
第１接合材９１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９１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９１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。
【００５６】
［発電方法］
以上のように構成された燃料電池スタック１００は、次のようにして発電する。マニホールド２を介して各燃料電池セル１のガス流路１２１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板１２の両面を酸素を含むガス（空気等）に曝すことにより、電解質１４の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック１００を外部の負荷に接続すると、空気極１５において下記（１）式に示す電気化学反応が起こり、燃料極１３において下記（２）式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−      …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−          …（２）
【００５７】
［製造方法］
次に、上述したように構成された燃料電池スタックの製造方法について説明する。
【００５８】
まず、マニホールド２と複数の燃料電池セル１とを準備する。そして、図９に示すように、第１集電部材９３、及び第２接合材９２によって、各燃料電池セル１を互いに接続し、セル集合体３００を作製する。なお、この段階では第２接合材９２は焼成されておらず、各燃料電池セル１は互いに仮止めの状態である。
【００５９】
次に、図１０に示すように、セル集合体３００の各燃料電池セル１の下端部１０１をマニホールド２の各貫通孔２２１に挿入する。なお、各燃料電池セル１が厚さ方向に沿って所定の間隔を保持するための治具を用いてもよい。
【００６０】
次に、図３に示すように、貫通孔２２１に挿入された燃料電池セル１とマニホールドの天板２２とを接合するように第１接合材９１を塗布する。なお、第１接合材９１は、燃料電池セル１の付け根に沿って塗布されている。また、第１接合材９１は、燃料電池セル１の下端部１０１の外周面と貫通孔２２１の内壁面との隙間に充填されていてもよい。
【００６１】
次に、第１接合材９１及び第２接合材９２に対して熱処理が加えられる。この熱処理によって、第１接合材９１及び第２接合材９２が固化され、燃料電池スタック１００が完成する。詳細には、第２接合材９２は、熱処理を施されることによって焼成される。この結果、各燃料電池セル１と第１集電部材９３とが固定される。また、第１接合材９１は、熱処理を施されることによって、非晶質材料の温度が結晶化温度まで到達する。そして、結晶化温度下にて材料の内部で結晶相が生成されて、結晶化が進行していく。この結果、非晶質材料が固化・セラミックス化されて、結晶化ガラスとなる。これにより、結晶化ガラスで構成される第１接合材９１が機能を発揮し、各燃料電池セル１の下端部１０１がマニホールド２の天板２２に固定される。
【００６２】
以上のように構成された燃料電池スタック１００によれば、天板２２が接地されている。このため、各燃料電池セル１から天板２２に電流が流れた場合であっても、その電流を大地へ流すことができる。この結果、他の電子機器に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【００６３】
［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。
【００６４】
変形例１
上記実施形態では、天板２２は、接地線４を介して接地されていたが、マニホールド本体２１を介して接地されていてもよい。この場合、接地線４が天板２２からではなく、マニホールド本体２１から延びていることが好ましい。すなわち、天板２２は、マニホールド本体２１及び接地線４を介して接地されていてもよい。
【００６５】
変形例２
上記実施形態では、絶縁部材３は、導入管２３にコネクタとして取り付けられていたが、絶縁部材３の構成はこれに限定されない。例えば、絶縁部材３は、図１１に示すように、天板２２とマニホールド本体２１との間に配置されていてもよい。詳細には、絶縁部材３は、天板２２の外周部と、マニホールド本体２１のフランジ部２１３との間に配置されている。
【００６６】
絶縁部材３は、シート状である。また、絶縁部材３は環状であって、天板２２の外周部に沿って延びている。この絶縁部材３によって、天板２２とマニホールド本体２１とが絶縁されている。なお、燃料電池スタックは、複数の絶縁部材３を有していてもよい。例えば、上記実施形態のように導入管２３に取り付けられた絶縁部材３と、天板２２とマニホールド本体２１との間に配置された絶縁部材３とを備えていてもよい。
【００６７】
変形例３
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。
【００６８】
変形例４
上記実施形態では、マニホールド本体２１は上面が開口しており、その上面を天板２２が塞いでいるが、マニホールド２の構成はこれに限定されない。例えば、図１２に示すように、マニホールド本体２１は下面が開口しており、底板２４がマニホールド本体２１の下面を塞いでいてもよい。この場合、マニホールド本体２１に複数の貫通孔２２１が形成されており、この貫通孔２２１に燃料電池セル１の下端部１０１が挿入されている。
【００６９】
詳細には、マニホールド本体２１は、上壁２１４、側壁２１２、及びフランジ部２１３を有している。上壁２１４には、上述した複数の貫通孔２２１が形成されている。側壁２１２は、上壁２１４の周縁部から下方に延びている。フランジ部２１３は、側壁２１２の下端部から外方に延びている。底板２４は、このフランジ部２１３に接合されている。
【００７０】
この変形例３に係る燃料電池スタック１００において、マニホールド本体２１が接地されている。詳細には、図１３に示すように、マニホールド本体２１から接地線４が延びている。この接地線４は、マニホールド本体２１と接地点とを接続している。このため、各燃料電池セル１からマニホールド本体２１に電流が流れた場合、その電流は接地線４を介して大地へと流れる。
【００７１】
また、絶縁部材３は、マニホールド本体２１と燃料ガス供給源２００との間に配置されている。例えば、上記実施形態と同様に、絶縁性部材３は、導入管２３に取り付けられていてもよい。また、図１４に示すように、絶縁性部材３は、マニホールド本体２１と底板２４との間に配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１        ：燃料電池セル
２        ：マニホールド
２１      ：マニホールド本体
２２      ：天板
２３      ：導入管
３        ：絶縁部材
４        ：接地線
１００    ：燃料電池スタック
２００    ：燃料ガス供給源
２０１    ：供給管
【図１】
2018081933.tif 000003
【図２】
2018081933.tif 000004
【図３】
2018081933.tif 000005
【図４】
2018081933.tif 000006
【図５】
2018081933.tif 000007
【図６】
2018081933.tif 000008
【図７】
2018081933.tif 000009
【図８】
2018081933.tif 000010
【図９】
2018081933.tif 000011
【図１０】
2018081933.tif 000012
【図１１】
2018081933.tif 000013
【図１２】
2018081933.tif 000014
【図１３】
2018081933.tif 000015
【図１４】
2018081933.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月22日(2018.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス供給源からの燃料ガスによって発電する燃料電池スタックであって、
上面が開口する内部空間を有するマニホールド本体、及び前記マニホールド本体の上面を塞ぐとともに接地された導電性を有する天板、を有するマニホールドと、
前記天板から延び、互いに電気的に接続される複数の燃料電池セルと、
を備え、
前記天板は、複数の貫通孔を有し、
前記各燃料電池セルは、各貫通孔に挿入され、第１接合材によって前記天板に接合される、
燃料電池スタック。
【請求項２】
前記天板から延びる接地線をさらに備える、
請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記天板と前記燃料ガス供給源とを電気的に絶縁する絶縁部材をさらに備える、
請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記マニホールドは、前記マニホールド本体に接続されて前記燃料ガスを前記マニホールド本体へ導入する導入管をさらに有し、
前記絶縁部材は、前記導入管に取り付けられる、
請求項３に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記絶縁部材は、前記燃料ガスを供給する供給管と前記導入管とを接続するコネクタである、
請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記絶縁部材は、前記天板と前記マニホールド本体との間に配置される、
請求項３に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記絶縁部材は、シート状である、
請求項６に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
燃料ガス供給源からの燃料ガスによって発電する燃料電池スタックであって、
下面が開口する内部空間を有するとともに接地された導電性を有するマニホールド本体、及び前記マニホールド本体の下面を塞ぐ底板、を有するマニホールドと、
前記マニホールド本体から延び、互いに電気的に接続される複数の燃料電池セルと、
を備え、
前記マニホールド本体は、複数の貫通孔を有し、
前記各燃料電池セルは、各貫通孔に挿入され、第１接合材によって前記マニホールド本体に接合される、
燃料電池スタック。