(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
引抜き中子型工具（１１）を用いて管型燃料電池を製造する方法であって、前記引抜き中子型工具（１１）は、
キャビティを形成する少なくとも１つの工具部分（１２ａ，１２ｂ）と、
前記キャビティ内で少なくとも２つの位置（Ａ，Ｂ）に位置決め可能な引抜き中子（１３）と、
を有し、前記引抜き中子（１３）と、前記キャビティを形成する少なくとも１つの工具部分（１２ａ，１２ｂ）との間に、中空室（１４，１４ａ）が形成可能であり、該中空室（１４，１４ａ）は、形成したい、一端でキャップ区分により閉鎖された管状体の形状に相当し、前記引抜き中子型工具（１１）は、キャップ区分状の中空室領域（１４ａ）に開口する少なくとも１つの供給路（１５）を有し、
前記方法は、
ａ）前記引抜き中子（１３）を第１の位置（Ａ）に位置決めして、セラミック及び／又はガラス状材料の成形用の第１の射出成形成分（１）を、前記供給路（１５）を通して前記引抜き中子型工具（１１）内に射出する工程と、
ｂ）前記引抜き中子（１３）を、該引抜き中子（１３）が前記第１の位置（Ａ）と比較して前記供給路（１５）から離れた第２の位置（Ｂ）に位置決めする工程と、
ｃ）前記第１の射出成形成分（１）とは異なる、セラミック及び／又はガラス状材料の成形用の第２の射出成形成分（２）であって、一端において閉鎖されていてガス密である第２の射出成形成分（２）を、前記供給路（１５）を通して前記引抜き中子型工具（１１）内に射出する工程と、
を有することを特徴とする、引抜き中子型工具（１１）を用いて管型燃料電池を製造する方法。
【請求項２】
前記工程ｃ）で前記第２の射出成形成分（２）を、前記第１の射出成形成分（１）からなる層を部分的に被覆する前記第２の射出成形成分（２）からなる層が形成されるように、前記供給路（１５）を通して前記引抜き中子型工具（１１）内に射出し、前記第２の射出成形成分（２）からなる層により、前記第１の射出成形成分（１）からなる層の、前記供給路（１５）とは反対側を部分的に被覆する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記供給路（１５）は、前記キャップ区分状の中空室領域（１４ａ）の中央の領域に開口する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記供給路（１５）は、内在する流動分割器（１６）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記流動分割器（１６）は、トーピードである、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記引抜き中子（１３）は、前記流動分割器（１６）に向かって延在する円錐形のフィードピン（１３ａ）を有し、該フィードピン（１３ａ）は、前記キャップ区分状の中空室領域（１４ａ）の中央の領域内へ延在する、請求項４又は５記載の方法。
【請求項７】
前記工程ａ）では、前記引抜き中子（１３）を前記流動分割器（１６）に接触させ、
前記工程ｃ）では、前記引抜き中子（１３）を前記流動分割器（１６）に接触させない、
請求項４から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記引抜き中子（１３）は、前記流動分割器（１６）に向かって延在する円錐形のフィードピン（１３ａ）を有し、
前記工程ａ）では、前記フィードピン（１３ａ）を前記流動分割器（１６）に接触させ、
前記工程ｃ）では、前記フィードピン（１３ａ）を前記流動分割器（１６）に接触させない、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記工程ｂ）で前記流動分割器（１６）を前記引抜き中子（１３）から離間移動させる、請求項４から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記引抜き中子（１３）は、前記流動分割器（１６）に向かって延在する円錐形のフィードピン（１３ａ）を有し、
前記工程ｂ）で前記流動分割器（１６）を前記フィードピン（１３ａ）から離間移動させる、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の射出成形成分（１）及び前記第２の射出成形成分（２）を、電気絶縁性及び／又はイオン絶縁性のセラミック及び／又はガラス状材料の成形のために設計する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の射出成形成分（１）を、多孔質のセラミック及び／又はガラス状材料の成形のために設計し、かつ
前記第２の射出成形成分（２）を、ガス密のセラミック及び／又はガラス状材料の成形のために設計する、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の射出成形成分（１）と前記第２の射出成形成分（２）とは、前記第１の射出成形成分（１）が前記第２の射出成形成分（２）とは異なり気孔形成材を含む点で互いに相違する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記工程ａ）の前に、前記引抜き中子（１３）上にか、又は前記工具部分（１２ａ，１２ｂ）のキャビティを形成する面の少なくとも１つの面上に、カソード、アノード及び前記カソードと前記アノードとの間に配置された電解質を有する少なくとも１つの電極‐電解質‐ユニットを形成するために設計されているサンドウィッチ状の機能層系（３）を配置する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記機能層系（３）を前記引抜き中子（１３）上にか、又は前記工具部分（１２ａ，１２ｂ）のキャビティを形成する面上に、前記カソードが、前記機能層系（３）の、前記引抜き中子（１３）あるいは前記キャビティを形成する面とは反対側に配置されているように配置する、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記方法はさらに、
前記第１の射出成形成分（１）及び前記第２の射出成形成分（２）を固化する工程ｄ）を有し、
前記固化は、熱処理を含み、
前記工程ｄ）で前記第１の射出成形成分（１）と前記第２の射出成形成分（２）とを一緒に焼結し、
前記機能層系（３）も、前記第１の射出成形成分（１）及び前記第２の射出成形成分（２）と一緒に焼結する、
請求項１４又は１５記載の方法。
【請求項１７】
前記熱処理は、１２００℃以下の温度で行う、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
管型燃料電池であって、
一方の管端部においてキャップ区分により閉鎖された管状支持体（１，２）と、
カソード、アノード及び前記カソードと前記アノードとの間に配置される電解質を有する少なくとも１つの電極‐電解質‐ユニット（３）と、
を備え、該電極‐電解質‐ユニット（３）は、前記管状支持体（１，２）の内面又は外面に被着されており、
前記管状支持体（１，２）は、前記電極‐電解質‐ユニット（３）に隣接する単数又は複数の区分（１）にガス透過性の気孔及び／又は開口を有し、且つ一端において閉鎖されていてガス密であり、
前記管状支持体（１，２）は、前記キャップ区分に、射出成形により製造され、互いに部分的に重なり合った少なくとも２つのセラミック及び／又はガラス状の層（１，２）を有する
ことを特徴とする、管型燃料電池。
【請求項１９】
前記キャップ区分において、外側の層（１）が多孔質に、内側の層（２）がガス密に、それぞれ形成されており、多孔質の層（１）は、前記管状支持体（１，２）の、前記電極‐電解質‐ユニット（３）に隣接する単数又は複数の区分も形成する、請求項１８記載の管型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管型燃料電池を製造する方法、管型燃料電池、燃料電池システム、引抜き中子型工具及びこれを備えるコージェネレーション設備あるいはこれを備える車両に関する。
【０００２】
従来技術
固体酸化物型燃料電池（英：ｓｏｌｉｄｅ  ｏｘｉｄｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ；ＳＯＦＣ）は、発電の他、場合によっては発熱のためにも役立ち、しばしば補助ユニット又はコージェネレーション設備（Ｋｒａｆｔ‐Ｗａｅｒｍｅ‐Ｋｏｐｐｌｕｎｇｓａｎｌａｇｅ；ＫＷＫ）において家庭用又は産業用のエネルギを提供するために発電所でかつ車載して発電するために使用される。固体酸化物型燃料電池は、従来、６００℃〜１０００℃の温度で運転されるので、高温型燃料電池とも呼ばれる。
【０００３】
固体酸化物型燃料電池は、管状又は平板状の支持体を有していることができる。本明細書で関心のある燃料電池は、管状支持体を有するものである。管状支持体を有する燃料電池は、その幾何学的な形状に基づいて平板状に形成された燃料電池とは区別すべきである。管状支持体を有する燃料電池は、管型燃料電池とも呼ばれる。管型燃料電池は、両端で開放されて形成され、燃焼ガス又は空気が管型燃料電池を通して導かれるようになっていても、一端で閉鎖されて形成され、燃焼ガス又は空気がランスを介して燃料電池内部に導入されるようになっていてもよい。
【０００４】
米国特許出願公開第２００８／０１６４６４１号明細書及び米国特許第６５５８５９７号明細書の両刊行物には、管型燃料電池を製造する方法が記載されている。
【０００５】
発明の概要
本発明の対象は、引抜き中子型工具を用いて管型燃料電池を製造する方法である。
【０００６】
引抜き中子型工具を用いて管型燃料電池を製造する方法において、引抜き中子型工具は、キャビティを形成する少なくとも１つの工具部分と、キャビティ内で少なくとも２つの位置に位置決め可能な引抜き中子とを有している。引抜き中子と、キャビティを形成する少なくとも１つの工具部分との間には、中空室が形成可能であり、中空室は、実質的に、形成したい、一端においてキャップ区分（又はドーム区分）により閉鎖された管状体の形状に相当している。さらに引抜き中子型工具は、キャップ区分状の中空室領域に開口する少なくとも１つの供給路を有している。
【０００７】
本発明に係る方法は、
ａ）引抜き中子を第１の位置に位置決めして、セラミック及び／又はガラス状材料の成形用の第１の射出成形成分を、供給路を通して引抜き中子型工具内に射出する工程と、
ｂ）引抜き中子を、引抜き中子が第１の位置と比較して供給路から離れた第２の位置に位置決めする工程と、
ｃ）第１の射出成形成分とは異なる、セラミック及び／又はガラス状材料の成形用の第２の射出成形成分を、（同じ）供給路を通して引抜き中子型工具内に射出する工程と、
を有している。
【０００８】
「管状（支持）体」とは、特に、実質的に中空の柱体と解することができ、原則、実質的に円い形状、例えば円形又は卵形（楕円形）の底面を有していても、多角形の底面を有していてもよい。特に管状（支持）体は、円形の底面を有している。その際、「実質的に中空の柱体」とは、特に、（支持）体が例えばキャップ区分及び後述する組立区分に基づいて理想的な中空の柱体から逸脱するものであってもよいことと解することができる。
【０００９】
セラミック及び／又はガラス状材料のうち、「セラミック材料」とは、特に、無機の、非金属の材料と解することができる。セラミック材料は、少なくとも部分的に結晶質であってもよい。
【００１０】
「ガラス状材料」とは、無機の、非金属の、無定形あるいは非晶質の材料と解することができる。
【００１１】
ここで、「非金属の」とは、特に、材料が金属の特性、特に金属結合に基づく金属の特性を有しないことと解することができる。それゆえ、「非金属の」なる概念は、材料が金属化合物、例えば金属酸化物及び／又は金属ケイ酸塩、例えばケイ酸マグネシウム、酸化ジルコニウム及び／又は酸化アルミニウムを包含し得ることを排除しない。
【００１２】
「セラミック及び／又はガラス状」なる概念は、特に、混合形態、例えば一部において結晶質であり、一部において無定形あるいはガラス状であり、例えばいわゆるガラス相を有する無機の、非金属の材料が包含されてもよいことと解することができる。
【００１３】
工程ｂ）で引抜き中子を供給路から離れた第２の位置に位置決めすることにより、好ましくは、既に第１の射出成形成分で満たされたキャップ状の中空室に隣接して、改めてキャップ区分状の中空室を形成可能であり、その後、このキャップ区分状の中空室内に工程ｃ）で第２の射出成形成分を射出可能である。
【００１４】
このことは、工程ｃ）で第２の射出成形成分を、第１の射出成形成分からなる層を部分的に被覆する第２の射出成形成分からなる層が形成されるように射出することを可能にする。
【００１５】
こうして、射出成形技術を使用するだけで、一端においてキャップ区分により閉鎖された管状支持体を有し、キャップ区分において２つのセラミック及び／又はガラス状の層が互いに部分的に重なり合った管型燃料電池を有利に製造することができる。
【００１６】
多孔質に焼結する射出成形成分と、ガス密に焼結する射出成形成分とを使用することにより、他方では、セラミック及び／又はガラス状材料からなる、一端においてキャップ区分により閉鎖されていて、キャップ区分では全体的に、互いに重なり合った層に基づいてガス密である一方、それ以外の区分では多孔質あるいはガス透過性であることが可能な、管型燃料電池用の管状支持体が提供可能である。管状支持体の多孔質の区分には、特に、燃料電池の、電気化学的に活性の電極‐電解質‐ユニットを設けることができる。その際、互いに重なり合った層に基づいてガス密のキャップ区分に基づき、多孔質の区分のみを通してガス、例えば空気又は燃焼ガスが、電極‐電解質‐ユニットに供給され、「電気化学的な短絡」を回避することができる。
【００１７】
その際、管状支持体は、支持機能を担う。これにより、好ましくは、電極‐電解質‐ユニット、特にその電解質をより薄く形成することが可能となる。こうして、例えば電解質は、それどころか約１５μｍの層厚しか有しないほど薄く形成することが可能となる。これにより、好ましくは、作動温度を少なくとも７５０℃まで下げ、燃料電池の出力性能を高め、かつ燃料電池の劣化傾向を大幅に軽減することができる。加えて、薄い構成とすることによって、材料コストを節減することもできる。加えて、作動温度の低下は、より低い温度安定性を有するより廉価な材料も使用できるようになるため、材料コストをさらに引き下げることができるという利点を有している。
【００１８】
供給路は、好ましくは、第１及び第２の射出成形成分を射出するために使用可能である。加えて、本発明に係る方法により、取出し工程の数及びサイクル時間を減らすことができる。こうして、好ましくは、製造を全体として簡略化し、スピードアップを図ることができる。
【００１９】
特に本発明に係る方法により、好ましくは、結合シームの形成を回避することができる。このことは、燃料電池の機械的な安定性に有利に働く。加えて、本発明に係る方法では、物体の事後的なコーティング及び場合によっては供給材料片の切断が省略可能である。
【００２０】
一態様の枠内で、供給路は、キャップ区分状の中空室領域の中央の領域、例えばキャップ区分状の中空室領域の頂点に開口する。この領域で中央から射出成形を開始することは、好ましくは、構成部品全体の、結合シームのない射出成形を可能にする。これは、特に、均質な環状のフローフロントが形成可能であるからである。こうして、好ましくは、セラミック及び／又はガラス状の物体に生じる欠陥箇所を回避することができる。加えて、中央から射出成形を開始することによって、好ましくは、後述する機能層系のよれ又はずれを回避することができる。
【００２１】
別の態様の枠内で、供給路は、内在する流動分割器、特にいわゆるトーピードを有する。
【００２２】
別の態様の枠内で、引抜き中子は、流動分割器に向かって延在する例えば円錐形のフィードピンを有する。この場合、特にフィードピンは、キャップ区分状の中空室領域の中央の領域内へ延在する。
【００２３】
別の態様の枠内で、工程ａ）では、引抜き中子、特に引抜き中子のフィードピンを流動分割器に接触させ、工程ｃ）では、引抜き中子、特に引抜き中子のフィードピンを流動分割器に接触させない。こうして、第２の射出成形成分からなる層は、第１の射出成形成分からなる層の、供給路とは反対側を部分的に被覆することができる。このことは、引抜き中子のフィードピンを工程ｂ）で引抜き中子をもって供給路、ひいては供給路の流動分割器から離間移動させることにより達成され得る。付加的に工程ｂ）で流動分割器を引抜き中子、特に引抜き中子のフィードピンから離間移動させてもよい。
【００２４】
別の態様の枠内では、第１の射出成形成分及び第２の射出成形成分を、電気絶縁性及び／又はイオン絶縁性のセラミック及び／又はガラス状材料の成形のために設計している。
【００２５】
別の態様の枠内では、第１の射出成形成分を、多孔質のセラミック及び／又はガラス状材料の成形のために設計し、かつ第２の射出成形成分を、ガス密のセラミック及び／又はガラス状材料の成形のために設計している。第１の射出成形成分は、例えば２０％以上の開気孔率、例えば２５％以上、３０％以上又は４０％以上、例えば約４０％の開気孔率を有するセラミック及び／又はガラス状材料の成形のために設計されていてもよい。気孔率は、例えば拡散測定あるいは貫流測定によって、例えばいわゆる拡散セル、例えばヴィッケ‐カレンバッハ（Ｗｉｃｋｅ‐Ｋａｌｌｅｎｂａｃｈ）の拡散セル、水銀ポロシメータ及び／又は光学顕微鏡若しくは走査電子顕微鏡を用いた測定法を介して測定可能である。
【００２６】
気孔は、３００μｍ以下、例えば２００μｍ以下、１００μｍ以下又は５０μｍ以下の平均気孔サイズを有していてもよい。特に気孔は、実質的に縦長の形状を有していてもよい。例えば気孔は、１００μｍ以上３００μｍ以下、特に１５０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲、例えば約２００μｍの平均長さを有し、かつ１μｍ以上７０μｍ以下、特に５μｍ以上３０μｍ以下、例えば約５μｍ以上１０μｍ以下の範囲又は約２０μｍの平均直径を有していてもよい。
【００２７】
気孔は、特に１μｍ以上２０μｍ以下、特に１μｍ以上１０μｍ以下の範囲、例えば約５μｍの通過分布を有する浸透性の気孔網をなしてもよい。このような気孔通過分布により、好ましくは自由なガス拡散、特にいわゆるクヌーセン効果（Ｋｎｕｄｓｅｎ−Ｅｆｆｅｋｔ）の発生なしの自由なガス拡散が可能となる。
【００２８】
第１及び第２の射出成形成分は、例えば、ケイ酸マグネシウム、特にフォルステライト、二酸化ジルコニウム、特にドープされた二酸化ジルコニウム、例えば酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）６．５質量％がドープされた二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化アルミニウム‐酸化ジルコニウム‐混合物、スピネル、例えばアルミン酸マグネシウム、酸化ジルコニウム‐ガラス‐混合物、酸化亜鉛及びこれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも１つのセラミック及び／又はガラス状材料の成形のために設計されていてもよい。
【００２９】
その際、第１の射出成形成分は、特に気孔形成材を含んでいてもよい。気孔形成材は、後続の工程、例えばバインダ除去工程及び／又は焼結工程において除去され、気孔を形成することができる。
【００３０】
その際、第２の射出成形成分は、特にガス密の材料を形成するために、特に気孔形成材を含んでいなくてよい。
【００３１】
別の態様の枠内で、第１の射出成形成分と第２の射出成形成分とは、実質的に、第１の射出成形成分が第２の射出成形成分とは異なり気孔形成材を含む点で（のみ）互いに相違している。
【００３２】
管状支持体に電極‐電解質‐ユニットを設けるために、工程ａ）の前に、引抜き中子上にか、又は工具部分のキャビティを形成する面の少なくとも１つの面上に、カソード、アノード及びカソードとアノードとの間に配置された電解質を有する少なくとも１つの電極‐電解質‐ユニットを形成するために設計されているサンドウィッチ状の機能層系を配置してもよい。特に機能層系は、多数の電極‐電解質‐ユニットの形成、例えば相互の電気的な接続及び例えば相互の電気絶縁性及び／又はイオン絶縁性の隔離のために設計されていてもよい。とりわけ、機能層系は、このために、カソード層と、アノード層と、カソード層とアノード層との間に配置される電解質層とを有していることができる。電極‐電解質‐ユニットをイオンに関して互いに切り離すことができるように、かつ／又は電気に関して互いに切り離すことができるように、かつ／又は互いに電気的に接続することができるように、機能層系は、電気的な絶縁領域及び／又は電気的な線路領域を有していてもよい。
【００３３】
好ましくは、工程ａ）で第１の射出成形成分を、機能層系が特に完全に第１の射出成形成分により被覆されるように射出する。
【００３４】
機能層系は、例えばシート、特にスリーブ状のシートの形態で引抜き中子上に配置してもよいが、例えばスクリーン印刷、特に曲面スクリーン印刷によって引抜き中子上に被着してもよい。特にこの場合、引抜き中子と機能層系との間に、引抜き中子に関して低い付着力を有する少なくとも１つの除去可能な層を設けてもよい。
【００３５】
工程ａ）での第１の射出成形成分の射出後、機能層系は、既に第１の射出成形成分と（仮）結合されてもよい。この（仮）結合は、機能層系が実質的に、工程ａ）の枠内あるいは引抜き中子型工具の第１の位置で占めていた位置から動かないようにして、引抜き中子を第２の位置に移動させることを可能にする。
【００３６】
これにより、第２の射出成形成分は、工程ｃ）で機能層系に部分的に、特に僅かにオーバラップするか、あるいは機能層系を部分的に、特に僅かに被覆するように、射出可能である。その際、例えば第２の射出成形成分は、機能層系の縁部区分、特に機能層系の電気化学的に不活性の縁部区分、例えば機能層系の電気的な絶縁領域及び／又は線路領域にオーバラップするか、あるいはこれを被覆することができる。オーバラップにより、好ましくは特に高いガス密封性が達成される。
【００３７】
別の態様の枠内では、機能層系を引抜き中子上にか、又は工具部分のキャビティを形成する面上に、カソード、特にカソード層が、機能層系の、引抜き中子あるいはキャビティを形成する面とは反対側に配置されているように配置する。
【００３８】
このように配置することで、カソードには多孔質の管状支持体を通して空気が供給可能となる。このとき、アノードと、カソードとアノードとを電気的に接続する電気的な線路とは、非酸化性あるいは還元性の燃焼ガス雰囲気（水素、メタン、・・・）下で運転可能である。このことは、還元性の雰囲気下では高温時にも高い化学的な安定性を有することが可能な卑金属及びその合金、例えばニッケル又はニッケル合金が、アノード材料及び／又は電気的な線路、特にアノードとカソードとを電気的に接続する電気的な線路のための材料として使用可能であるという利点を有している。このことは、さもなければ、特に酸化性の雰囲気下では、高価な貴金属、例えば白金によってのみ達成可能である。こうして、好ましくは材料コスト及び製造コストは、削減可能である。
【００３９】
別の態様の枠内で、本発明に係る方法はさらに、第１の射出成形成分及び第２の射出成形成分を固化する工程ｄ）を有している。
【００４０】
特に工程ｄ）は、熱処理、例えば１２００℃以下の温度での熱処理を含んでいてもよい。
【００４１】
この態様の特別な構成の枠内では、工程ｄ）で第１の射出成形成分と第２の射出成形成分とを一緒に焼結（共焼結）する。焼結中、緊密な結合が両射出成形成分間に形成可能である。その際、特に機能層系も、第１の射出成形成分及び第２の射出成形成分と一緒に焼結してもよい。
【００４２】
両射出成形成分は、特にその焼結特性に関して互いに調整可能である。その際、絶対的な収縮量は、射出成形成分の固体含有量を介して調節可能であって、射出成形成分における低いセラミック／ガラス含有量は、高いセラミック／ガラス含有量と比較すると、より大きな収縮に至り得る。これに対して択一的又は付加的に、温度に関する焼結率により記載することが可能な焼結速度論は、粒径を介して調節可能である。
【００４３】
工程ｄ）で、第１及び第２の射出成形成分を一緒に、例えば熱及び／又は溶媒によりバインダから解放（バインダ除去）してもよい。その際、特に、機能層系も、第１及び第２の射出成形成分と一緒に、バインダから解放（バインダ除去）してもよい。
【００４４】
特に工程ｄ）で、気孔形成材を第１の射出成形成分から除去してもよい。
【００４５】
方法の別の利点及び特徴に関しては、図面との関連での説明も参照されたい。
【００４６】
本発明の別の対象は、管型燃料電池である。
【００４７】
管型燃料電池は、特に本発明に係る方法により製造可能である。
【００４８】
特に管型燃料電池は、一方の管端部においてキャップ区分により閉鎖された管状支持体と、カソード、アノード及びカソードとアノードとの間に配置される電解質を有する少なくとも１つの電極‐電解質‐ユニットとを備えていてよい。この場合、電極‐電解質‐ユニットは、管状支持体の内面又は外面、特に内面に被着されており、管状支持体は、特に電極‐電解質‐ユニットに隣接する単数又は複数の区分にガス透過性の気孔及び／又は開口を有し、キャップ区分に、射出成形により製造され、互いに部分的に重なり合った少なくとも２つのセラミック及び／又はガラス状の層を有していてよい。
【００４９】
特にキャップ区分において、外側の層が多孔質に、内側の層がガス密に、それぞれ形成されていてよい。この場合、多孔質の層は、特に、管状支持体の、電極‐電解質‐ユニットに隣接する単数又は複数の区分を形成することができる。また、ガス密の層は、特に、機能層系に部分的に、特に僅かに、例えば機能層系の電気化学的に不活性の縁部区分、例えば機能層系の電気的な絶縁領域及び／又は線路領域にオーバラップするか、あるいはこれを被覆することができる。
【００５０】
本発明に係る管型燃料電池の別の技術的な特徴及び利点に関しては、本発明に係る方法及び図面との関連での説明も参照されたい。
【００５１】
さらに本発明は、少なくとも１つ、特に多数の本発明に係る燃料電池を有する燃料電池システムに関する。
【００５２】
さらに本発明は、引抜き中子型工具、特に本発明に係る方法で使用する引抜き中子型工具に関する。
【００５３】
さらに本発明は、少なくとも１つの本発明に係る燃料電池あるいは少なくとも１つの本発明に係る燃料電池システムを有する、例えば住宅、店舗、産業施設、発電所又は車両用のコージェネレーション設備、例えばマイクロコージェネレーション設備、及び／又は車両に関する。「（マイクロ）コージェネレーション設備」とは、特に、エネルギキャリアから電流と熱とを同時に発生する設備と解されることができる。
【００５４】
燃料電池システム、引抜き中子型工具、コージェネレーション設備及び車両の別の利点及び特徴に関しては、本発明に係る方法、本発明に係る燃料電池及び図面との関連での説明を参照されたい。
【００５５】
図面及び実施の形態
本発明の対象の別の利点及び有利な形態を図示し、以下に説明する。ただし、図面は、説明の用に供するものであって、本発明を何らかの形態に限定することを想定したものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る方法の一態様を説明する概略断面図である。
【図２】本発明に係る方法の一態様を説明する概略断面図である。
【図３】本発明に係る方法の一態様を説明する概略断面図である。
【図４】本発明に係る方法の一態様を説明する概略断面図である。
【００５７】
図１乃至図４は、本発明に係る引抜き中子型工具を用いた本発明に係る方法の一態様を説明する図である。
【００５８】
そのうち、図１は、引抜き中子型工具を示し、図２乃至図４は、それぞれ、追って詳述する方法の工程ａ）、ｂ）、ｃ）を示している。
【００５９】
図１は、１つのキャビティを形成する２つの工具部分１２ａ，１２ｂと、キャビティ内に位置決め可能な引抜き中子１３とを有する引抜き中子型工具を示している。引抜き中子１３は、図１及び図２では、第１の位置Ａに位置決めされ、図３及び図４では、第２の位置Ｂに位置決めされている。
【００６０】
図１は、引抜き中子１３と、キャビティを形成する工具部分１２ａ，１２ｂとの間に、中空室１４，１４ａが形成可能であることを示している。中空室１４，１４ａは、形成したい、一端においてキャップ区分により閉鎖された管状体の形状に相当する。図１、図３及び図４は、図１及び図２に示した第１の位置Ａで形成されている中空室１４，１４ａの形状が、特に図３に示した第２の位置Ｂで付加的に形成される中空室１４ａ′に基づいて、図４に示した形成したい、キャップ区分により閉鎖された管状体１，２の形状とは若干異なっていてよいことを示している。
【００６１】
さらに図１は、引抜き中子型工具が、キャップ区分状の中空室領域１４ａの中央の領域に開口した供給路（フィード）１５を有しており、この供給路１５内に、内在する流動分割器１６、特にいわゆるトーピードが設けられていることを示している。その際、引抜き中子１３は、流動分割器１６に向かって延在する円錐形のフィードピン１３ａを有している。フィードピン１３ａは、図１で見て、かつ図２に示した工程ａ）中、流動分割器１６に接触している。
【００６２】
図１は、工程ａ）の前に、サンドウィッチ状の機能層系３が引抜き中子１３上に配置された状態を示している。機能層系３は、カソード、アノード及びカソードとアノードとの間に配置された電解質を有する少なくとも１つの電極‐電解質‐ユニットを形成するために設計されている。その際、機能層系３は、スリーブ状のシートの形態でか、又はスクリーン印刷によって引抜き中子１３上に被着されている。
【００６３】
図２は、工程ａ）で引抜き中子１３を第１の位置Ａに位置決めした状態を示している。この状態で、セラミック及び／又はガラス状材料の成形用の第１の射出成形成分１を、供給路１５を通して引抜き中子型工具１１内に射出して、機能層系３が特に完全に第１の射出成形成分１によって被覆されるようにしている。このプロセスステップでは、特に、管全体が、中央の環状供給路を介して射出される多孔質に焼結する材料から形成可能である。
【００６４】
図３は、工程ｂ）で引抜き中子１３を所定の区間ｄの分だけ軸方向に動かし、供給路１５から離れた第２の位置Ｂに位置決めした状態を示している。この第２の位置Ｂで、フィードピン１３ａは、流動分割器１６にもはや接触していない。このとき、既に工程ａ）で第１の射出成形成分１で満たされたキャップ状の中空室１４ａに隣接して、改めてキャップ区分状の中空室１４ａ′が形成される。この中空室１４ａ′内には、工程ｃ）で、第２の射出成形成分２を射出することができる。このとき、第２の射出成形成分２は、部分的に機能層系３、特に機能層系３の区分ｄ′にオーバラップするか、あるいはこれを被覆することができる。これにより、「電気化学的な短絡」、特に意図しないガス漏れに基づく電気的化学的な短絡は、好ましくは回避可能である。
【００６５】
加えて図３は、本態様の枠内で、工程ｂ）で流動分割器１６も、引抜き中子１３、特に引抜き中子１３のフィードピン１３ａから離れるように位置決めあるいは移動されることを示している。
【００６６】
特に、図１及び図２に示した流動分割器１６と、図３及び図４に示した流動分割器１６とは、それぞれ異なる供給系の流動分割器であってもよい。例えば第１の供給系は、第１の射出成形成分１の射出のために設計され、第２の供給系は、第２の射出成形成分２の射出のために設計されていてもよい。この場合、両供給系は、特に、第１の供給系の流動分割器が第２の供給系の流動分割器よりもさらに引抜き中子１３、特に引抜き中子１３のフィードピン１３ａ寄りに延在する点で互いに相違している流動分割器１６を有している。引抜き中子型工具１１は、供給系間を例えばロータリ／スライドテーブル又は反転盤工具（Ｗｅｎｄｅｐｌａｔｔｅｎｗｅｒｋｚｅｕｇ）によって移動可能である。
【００６７】
図４は、工程ｃ）で、第１の射出成形成分１とは異なる、セラミック及び／又はガラス状材料の成形用の第２の射出成形成分２が、供給路１５を通して引抜き中子型工具１１、特に、工程ｂ）で新たに形成されたキャップ区分状の中空室１４ａ′内に射出されることを示している。このとき、工程ｃ）で、第２の射出成形成分２からなる層が形成される。この第２の射出成形成分２からなる層は、工程ａ）で形成された、第１の射出成形成分１からなる層の、供給路１５とは反対の側を部分的に被覆している。
【００６８】
その際、第１の射出成形成分１は、多孔質のセラミック及び／又はガラス状材料の成形のために設計され、第２の射出成形成分２は、ガス密のセラミック及び／又はガラス状材料の成形のために設計されている。その際、第１の射出成形成分１及び第２の射出成形成分２は、実質的に、第１の射出成形成分１が第２の射出成形成分２とは異なり気孔形成材を含んでいる点で（のみ）相違していてもよい。
【００６９】
引抜き中子型工具１１から成形体を取り出した後、供給路１５内で形成されたピンは、原則、支持体に残されてもよいが、ピンが組立時に障害となる場合は、ピンを後の固化工程ｄ）、特に焼結工程前に切り落としてもよい。すると、頂点には、多孔質に焼結する材料によって取り囲まれた密に焼結する材料からなる点状の領域が看取可能となる。多孔質に焼結する材料は、密に焼結する材料とは、色の外見や表面の光沢の点で相違している。
【００７０】
さらに図４は、こうして管型燃料電池が製造可能であることを示している。管型燃料電池は、管の一端においてキャップ区分により閉鎖された管状支持体１，２と、電極‐電解質‐ユニットを有する機能層系３とを有している。電極‐電解質‐ユニット３は、図示の形態の枠内では、電極‐電解質‐ユニット３に隣接する区分には、ガス透過性の気孔を有し、キャップ区分には、射出成形によって製造され、互いに重なり合った２つのセラミック及び／又はガラス状の層１，２を有する管状支持体１，２の内面にある。
【００７１】
さらに図４は、外側の層１が多孔質に、内側の層２がガス密に、それぞれ形成され、かつ多孔質の層１が、管状支持体１，２の、電極‐電解質‐ユニット３に隣接する区分も形成し得ることを示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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