(57)【要約】【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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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いる、
マニホールド。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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のいずれかマニホールド。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
請求項１から１１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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−７６３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【発明の効果】
【００２９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】燃料電池スタックの斜視図。
【図２】燃料電池スタックの断面図。
【図３】図２のIII−III線断面図。
【図４】図３のIV−IV線断面図。
【図５】図２のＶ−Ｖ線断面図。
【図６】図３のVI−VI線断面図。
【図７】マニホールドの拡大断面図。
【図８】上壁の平面図。
【図９】燃料電池セルの斜視図。
【図１０】燃料電池セルの断面図。
【図１１】燃料電池スタックの拡大断面図。
【図１２】変形例に係る箱状部材の図６に相当する断面図。
【図１３】変形例に係るマニホールドの拡大断面図。
【図１４】変形例に係るマニホールドの拡大断面図。
【図１５】変形例に係るマニホールドの拡大断面図。
【図１６】変形例に係るマニホールドの拡大断面図。
【図１７】変形例に係るマニホールドの拡大断面図。
【図１８】変形例に係るマニホールドの拡大断面図。
【図１９】変形例に係るマニホールドの拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
［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。
【００３２】
［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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
［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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
［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。
【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、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。
【００７９】
［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）
【００８０】
［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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【符号の説明】
【０１２９】
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
【図１】
2019016589.tif 000003
【図２】
2019016589.tif 000004
【図３】
2019016589.tif 000005
【図４】
2019016589.tif 000006
【図５】
2019016589.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019016589.tif 000009
【図８】
2019016589.tif 000010
【図９】
2019016589.tif 000011
【図１０】
2019016589.tif 000012
【図１１】
2019016589.tif 000013
【図１２】
2019016589.tif 000014
【図１３】
2019016589.tif 000015
【図１４】
2019016589.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2019016589.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月24日(2018.7.24)
【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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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１４】
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。