(57)【要約】【課題】蓋部材のクリープ変形を抑制することのできるマニホールドを提供する。【解決手段】マニホールド２０は、マニホールド本体３と、支持部材４と、蓋部材５とを備えている。マニホールド本体３は、底壁３１、及び底壁３１の周縁から上方に延び対向する一対の第１側壁３２、を有する。支持部材４は、一対の載置部４１を有する。一対の載置部４１は、一対の第１側壁３２上に配置されて各第１側壁３２から互いに近付く方向に延びる。蓋部材５は、支持部材４上に配置されている。蓋部材５は、燃料電池セル１０の下端部が挿入される少なくとも１つの挿入孔を有する。一対の載置部４１は、燃料電池セル１０の幅方向の両端部１２２を載せるように構成される。【選択図】図４
2017098236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルにガスを分配するためのマニホールドであって、
底壁、及び前記底壁の周縁から上方に延び対向する一対の第１側壁、を有するマニホールド本体と、
前記一対の第１側壁上に配置されて前記各第１側壁から互いに近付く方向に延びる一対の載置部を有する支持部材と、
前記燃料電池セルの下端部が挿入される少なくとも１つの挿入孔を有し、前記支持部材上に配置される蓋部材と、
を備え、
前記一対の載置部は、前記燃料電池セルの幅方向の両端部を載せるように構成される、
マニホールド。
【請求項２】
燃料電池セルにガスを分配するためのマニホールドであって、
底壁、及び前記底壁の周縁から上方に延び対向する一対の第１側壁、を有するマニホールド本体と、
前記一対の第１側壁間を延びる一対の載置部を有する支持部材と、
前記燃料電池セルの下端部が挿入される少なくとも１つの挿入孔を有し、前記支持部材上に配置される蓋部材と、
を備え、
前記一対の載置部は、前記燃料電池セルの厚さ方向の両端部を載せるように構成される、
マニホールド。
【請求項３】
燃料電池セルにガスを分配するためのマニホールドであって、
底壁、及び前記底壁の周縁から上方に延び対向する一対の第１側壁、を有するマニホールド本体と、
前記一対の第１側壁上に配置されて前記各第１側壁から互いに近付く方向に延び、且つ前記一対の第１側壁間を延びる載置部を有する支持部材と、
前記燃料電池セルの下端部が挿入される少なくとも１つの挿入孔を有し、前記支持部材上に配置される蓋部材と、
を備え、
前記載置部は、前記燃料電池セルの幅方向の両端部、及び厚さ方向の両端部を載せるように構成される、
マニホールド。
【請求項４】
前記支持部材は、前記一対の載置部を連結する一対の連結部をさらに有し、中央に開口部を有する、
請求項１に記載のマニホールド。
【請求項５】
対向する前記第１側壁は外方に延びるフランジ部を有しており、
前記支持部材は、前記フランジ部上に配置され、前記フランジ部に接合される、
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】
前記蓋部材は、前記支持部材よりも薄い、
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】
前記マニホールド本体は、前記底壁の周縁から上方に延び対向する一対の第２側壁、をさらに有する、
請求項１から６のいずれかに記載のマニホールド。
【請求項８】
前記第１側壁と前記第２側壁との第１境界部の内側面及び外側面の少なくとも一方は、Ｒ形状である、
請求項７に記載のマニホールド。
【請求項９】
前記底壁と前記第１側壁及び第２側壁との第２境界部の内側面及び外側面の少なくとも一方は、Ｒ形状である、
請求項７又は８に記載のマニホールド。
【請求項１０】
請求項１から９に記載のマニホールドと、
前記挿入孔に挿入され、前記載置部上に載置される燃料電池セルと、
前記燃料電池セルが挿入された状態の挿入孔内に充填される接合材と、
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用いられるマニホールドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、マニホールドと、複数の燃料電池セルを備えている。マニホールドの蓋部材は、複数の挿入孔を有している。各燃料電池セルは、各挿入孔に挿入された状態で、接合材によってマニホールドの蓋部材に接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１４４１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した燃料電池スタックは、燃料電池セルの重みによって、マニホールドの蓋部材がクリープ変形してしまうおそれがある。そこで、本発明の課題は、蓋部材のクリープ変形を抑制することのできるマニホールドを提供する。
【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分配するように構成されている。このマニホールドは、マニホールド本体と、支持部材と、蓋部材とを備えている。マニホールド本体は、底壁、及び底壁の周縁から上方に延び対向する一対の第１側壁、を有する。支持部材は、一対の載置部を有する。一対の載置部は、一対の第１側壁上に配置されて各第１側壁から互いに近付く方向に延びる。蓋部材は、支持部材上に配置されている。蓋部材は、燃料電池セルの下端部が挿入される少なくとも１つの挿入孔を有する。一対の載置部は、燃料電池セルの幅方向の両端部を載せるように構成される。
【０００６】
この構成によれば、蓋部材によって燃料電池セルを支持するのではなく、支持部材によって燃料電池セルを支持している。したがって、蓋部材のクリープ変形を抑制することができる。
【０００７】
本発明の第２側面に係るマニホールドは、燃料電池セルにガスを分配するように構成されている。このマニホールドは、マニホールド本体と、支持部材と、蓋部材とを備えている。マニホールド本体は、底壁、及び底壁の周縁から上方に延び対向する一対の第１側壁、を有する。支持部材は、一対の載置部を有する。一対の載置部は、一対の第１側壁間を延びる。蓋部材は、燃料電池セルの下端部が挿入される少なくとも１つの挿入孔を有している。蓋部材は、支持部材上に配置される。一対の載置部は、燃料電池セルの厚さ方向の両端部を載せるように構成される。
【０００８】
この構成によれば、蓋部材によって燃料電池セルを支持するのではなく、支持部材によって燃料電池セルを支持している。したがって、蓋部材のクリープ変形を抑制することができる。
【０００９】
本発明の第３側面に係るマニホールドは、燃料電池セルにガスを分配するように構成されている。このマニホールドは、マニホールド本体と、支持部材と、蓋部材とを備えている。マニホールド本体は、底壁、及び底壁の周縁から上方に延び対向する一対の第１側壁、を有する。支持部材は、載置部を有する。載置部は、一対の第１側壁上に配置されて各第１側壁から互いに近付く方向に延び、且つ一対の第１側壁間を延びる。蓋部材は、燃料電池セルの下端部が挿入される少なくとも１つの挿入孔を有する。蓋部材は、支持部材上に配置される。載置部は、燃料電池セルの幅方向の両端部、及び厚さ方向の両端部を載せるように構成される。
【００１０】
好ましくは、支持部材は、一対の載置部を連結する一対の連結部をさらに有する。また、支持部材は、中央に開口部を有する。
【００１１】
好ましくは、対向する第１側壁は、外方に延びるフランジ部を有している。そして、支持部材は、フランジ部上に配置され、フランジ部に接合される。
【００１２】
蓋部材は、支持部材よりも薄くしてもよい。この構成によれば、蓋部材の挿入孔に燃料電池セルの下端部を挿入し、接合材によって蓋部材と燃料電池セルとを接合した際に次のような効果を奏する。蓋部材を薄くすることによって、蓋部材の熱容量を小さくすることができるため、接合材に掛かる応力を抑制することができる。
【００１３】
蓋部材の材質と支持部材の材質とは、互いに異なってもよい。
【００１４】
好ましくは、マニホールド本体は、底壁の周縁から上方に延び対向する一対の第２側壁をさらに有する。
【００１５】
好ましくは、第１側壁と第２側壁との第１境界部の内側面及び外側面の少なくとも一方は、Ｒ形状である。
【００１６】
好ましくは、底壁と第１側壁及び第２側壁との第２境界部の内側面及び外側面の少なくとも一方は、Ｒ形状である。
【００１７】
好ましくは、各第１側壁及び各第２側壁は、上方に向かって外方に広がるように傾斜する。
【００１８】
本発明の第４側面に係る燃料電池スタックは、上記いずれかのマニホールドと、燃料電池セルと、接合材とを備える。燃料電池セルは、挿入孔に挿入され、載置部上に載置される。接合材は、燃料電池セルが挿入された状態の挿入孔内に充填される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、蓋部材のクリープ変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】燃料電池スタックの斜視図。
【図２】燃料電池セルの斜視図。
【図３】燃料電池セルの拡大断面図。
【図４】燃料電池スタックの断面図。
【図５】マニホールドの拡大断面図。
【図６】図４のVI-VI線断面図。
【図７】支持部材の平面図。
【図８】蓋部材の平面図。
【図９】変形例に係る蓋部材の平面図。
【図１０】変形例に係る燃料電池スタックの断面図。
【図１１】変形例に係る燃料電池スタックの断面図。
【図１２】変形例に係る支持部材をマニホールドの内部空間側から見た図。
【図１３】変形例に係る支持部材をマニホールドの内部空間側から見た図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１に示すように、燃料電池スタック１００は、複数の燃料電池セル１０と、マニホールド２０と、を備えている。各燃料電池セル１０は、マニホールド２０によって支持されている。マニホールド２０は、各燃料電池セル１０にガスを分配する。
【００２３】
［燃料電池セル］
各燃料電池セル１０は、マニホールド２０から上方に延びている。燃料電池セル１０の長手方向（ｘ軸方向）は、上方に延びている。また、各燃料電池セル１０は、マニホールド２０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１０は、集電部材（図示省略）を介して互いに電気的に接続されている。集電部材は、導電性を有する材料から形成されている。例えば、集電部材は、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。
【００２４】
図２に示すように、燃料電池セル１０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１０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１０は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。各発電素子部１１は、電気的接続部１７（図３参照）によって互いに電気的に接続されている。
【００２５】
支持基板１２は、燃料電池セル１０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。なお、支持基板１２の長手方向（ｘ軸方向）は、燃料電池セル１０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１０の長手方向の両端部において開口している。各ガス流路１２１は、燃料電池セル１０の幅方向（ｙ軸方向）の両端部１２２に形成されていない。このガス流路１２１が形成されていない燃料電池セル１０の幅方向の両端部１２２は、後述する支持部材４の載置部４１上に載置されている。
【００２６】
図３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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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１０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。
【００３３】
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。
【００３４】
反応防止膜１６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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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３の左側に配置された発電素子部１１の空気極１５と、図３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構成される焼成体である。
【００３８】
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。
【００３９】
［マニホールド］
図１及び図４に示すように、マニホールド２０は、各燃料電池セル１０にガスを分配するように構成されている。マニホールド２０は、中空状であり、内部空間を有している。マニホールド２０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供給される。マニホールド２０は、各燃料電池セル１０を支持している。マニホールド２０は、マニホールド本体３と、支持部材４と、蓋部材５とを備えている。
【００４０】
マニホールド本体３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３は、底壁３１と、一対の第１側壁３２と、一対の第２側壁３３とを有している。底壁３１は、平面視（ｘ軸方向視）が矩形状である。なお、マニホールド本体３は、１つの部材によって構成されている。すなわち、底壁３１と、一対の第１側壁３２と、一対の第２側壁３３とは、１つの部材によって構成されている。例えば、マニホールド本体３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３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。
【００４１】
一対の第１側壁３２は、底壁３１の対向する縁部から上方に延びている。また、各第１側壁３２は、マニホールド２０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１０の並ぶ方向に延びている。一対の第１側壁３２は、互いに対向している。詳細には、一対の第１側壁３２は、マニホールド２０の幅方向（ｙ軸方向）において、互いに対向している。
【００４２】
第１側壁３２は、第１側壁本体部３２１と、第１フランジ部３２２と、を有している。第１側壁本体部３２１は、底壁３１から上方に延びる部分である。第１フランジ部３２２は、第１側壁本体部３２１の上端部から外方に延びる部分である。なお、第１側壁本体部３２１と第１フランジ部３２２とは一体的に延びている。
【００４３】
一対の第２側壁３３は、底壁３１の残りの対向する縁部から上方に延びている。また、各第２側壁３３は、マニホールド２０の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。すなわち、各第２側壁３３は、燃料電池セル１０の幅方向に延びている。各第２側壁３３は、互いに対向している。詳細には、一対の第２側壁３３は、マニホールド２０の長手方向（ｚ軸方向）において、互いに対向している。図５に示すように、第２側壁３３は、第１側壁３２と同様に、第２側壁本体部３３１と、第２フランジ部３３２とを有している。第２側壁本体部３３１は、第１側壁本体部３２１と連続しており、第２フランジ部３３２は、第１フランジ部３２２と連続している。
【００４４】
図４及び図５に示すように、第１側壁３２及び第２側壁３３は、上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３２及び第２側壁３３と、底壁３１とがなす角度αは、９０〜１１０°程度とすることができる。このように第１側壁３２及び第２側壁３３が傾斜しているため、マニホールド２０の内部空間を底壁３１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大きくなる。また、マニホールド２０の内部空間を、底壁３１に垂直で幅方向（ｙ軸方向）に延びる面（ｘｙ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２０の内部空間を、底壁３１に垂直で奥行方向（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。
【００４５】
図６に示すように、第１側壁３２と、第２側壁３３との第１境界部３０ａの内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第１境界部３０ａの内側面及び外側面の曲率半径は、３〜３０ｍｍ程度とすることができる。なお、第１境界部３０ａの内側面とは、マニホールド２０の内部空間を臨む面であり、第１境界部３０ａの外側面とは、マニホールド２０の外側を臨む面である。
【００４６】
図４及び図５に示すように、底壁３１と、第１側壁３２及び第２側壁３３との第２境界部３０ｂの内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第２境界部３０ｂ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２境界部３０ｂの内側面とは、マニホールド２０の内部空間を臨む面であり、第２境界部３０ｂの外側面とは、マニホールド２０の外部を臨む面である。
【００４７】
支持部材４は、マニホールド本体３上に配置されている。詳細には、支持部材４は、各第１側壁３２及び各第２側壁３３の第１フランジ部３２２及び第２フランジ部上に配置されている。図７に示すように、支持部材４は、一対の載置部４１と、一対の連結部４２とを有している。
【００４８】
各載置部４１は、マニホールド２０の長手方向（ｚ軸方向）に延びている。各載置部４１は、マニホールド２０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。また、各載置部４１は、各第１側壁３２から、互いに近付く方向に延びる。すなわち、各載置部４１は、各第１側壁３２から内方に延びている。
【００４９】
具体的には、図４に示すように、各載置部４１は、一部が第１フランジ部３２２上に配置されており、一部が第１フランジ部３２２から内側に突出している。この各載置部４１上に、燃料電池セル１０の幅方向の両端部１２２が載っている。すなわち、各載置部４１に、燃料電池セル１０の幅方向の両端部１２２の下端面が当接している。なお、各載置部４１は、第１フランジ部３２２と接合されている。例えば、溶接によって、各載置部４１は、第１フランジ部３２２に接合されている。
【００５０】
図７に示すように、各連結部４２は、マニホールド２０の幅方向に延びている。各連結部４２は、各載置部４１をその両端部で連結している。すなわち、支持部材４は、枠状であって、中央に開口部４３を有している。この開口部４３の幅W１は、燃料電池セル１０の幅W２（図４参照）よりも小さい。これによって、載置部４１が燃料電池セル１０を支持することができる。また、開口部４３の幅W１は、燃料電池セル１０の幅方向の両端部に位置する各ガス流路１２１の端と端との距離W３（図４参照）よりも大きい。これによって、載置部４１がガス流路１２１を塞ぐことを防止できる。
【００５１】
各連結部４２は、各第２フランジ上に配置されている。なお、各連結部４２は、各第２フランジから内側に突出していてもよいし、突出していなくてもよい。なお、各連結部４２は、第２フランジと接合されている。例えば、溶接によって、各連結部４２は、第２フランジに接合されている。なお、マニホールド２０の内部空間を密閉するため、支持部材４が全周に亘ってマニホールド本体３の第１フランジ部３２２及び第２フランジ部と接合されている。
【００５２】
例えば、支持部材４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、支持部材４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。
【００５３】
図１及び図４に示すように、蓋部材５は、支持部材４上に配置されている。マニホールド２０の内部空間を密閉するため、蓋部材５が全周に亘って支持部材４と接合されている。蓋部材５は、例えば、溶接によって支持部材４に接合されている。
【００５４】
図８に示すように、蓋部材５は、複数の挿入孔５１を有している。この各挿入孔５１には、燃料電池セル１０の下端部が挿入される。各挿入孔５１は、マニホールド２０の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。また、各挿入孔５１は、マニホールド２０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。
【００５５】
マニホールド２０の幅方向における各挿入孔５１の長さW４は、燃料電池セル１０の幅W２よりも大きい。また、マニホールド２０の幅方向における各挿入孔５１の長さW４は、開口部４３の幅W１よりも大きい。このため、平面視（ｘ軸方向視）において、各挿入孔５１の両端部から、一対の載置部４１が露出する。そして、各挿入孔５１に挿入された各燃料電池セル１０は、各挿入孔５１の両端部から露出する各載置部４１上に載置される。詳細には、各燃料電池セル１０の両端部１２２が各載置部４１上に載置される。
【００５６】
蓋部材５は、例えば、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、蓋部材５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。なお、支持部材４の材質と蓋部材５の材質とは、異なっていてもよい。
【００５７】
蓋部材５は、支持部材４よりも薄くすることができる。例えば、支持部材４を２．０〜６．０ｍｍ程度とし、蓋部材５を０．３〜２．０ｍｍ程度とすることができる。このように、支持部材４が２．０〜６．０ｍｍ程度であるため、複数の燃料電池セル１０を支持することができる。また、蓋部材５を０．３〜２．０ｍｍ程度とすることによって、蓋部材５の熱容量を小さくすることができるため、後述する接合材１０１に掛かる応力を抑制することができる。
【００５８】
以上のように構成されたマニホールド２０に、各燃料電池セル１０が支持されている。詳細には、各燃料電池セル１０の下端部が、蓋部材５の各挿入孔５１に挿入されている。そして、各燃料電池セル１０の幅方向の両端部１２２が、支持部材４の各載置部４１上に載っている。すなわち、各燃料電池セル１０の幅方向の両端部１２２の下端面が、支持部材４の各載置部４１上に当接している。そして、燃料電池セル１０が挿入された状態の挿入孔５１内には、接合材１０１が充填されている。なお、複数ある燃料電池セル１０のうち、一部の燃料電池セル１０が載置部４１から浮いており、当接していないこともあり得る。
【００５９】
接合材１０１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、接合材１０１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、接合材１０１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。
【００６０】
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２０を介して各燃料電池セル１０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）式に示す化学反応が起こり、燃料極１３において下記（２）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−      …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−          …（２）
【００６１】
［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。
【００６２】
変形例１
上記実施形態では、支持部材４とマニホールド本体３とがそれぞれ別部材によって構成されているが、支持部材４とマニホールド本体３とが一つの部材によって構成されていてもよい。
【００６３】
変形例２
上記実施形態では、支持部材４は、枠状であるが、特にこれに限定されない。例えば、支持部材４は、一対の連結部４２を有していなくてもよい。
【００６４】
上記実施形態では、蓋部材５は、複数の挿入孔５１を有しているが、蓋部材５の構造はこれに限定されない。例えば、図９に示すように、蓋部材５は、１つの挿入孔５１を有していてもよい。この１つの挿入孔５１内に、複数の燃料電池セル１０の下端部が挿入される。
【００６５】
変形例３
上記実施形態では、支持部材４は、一枚の板状の部材によって構成されているが、支持部材４の構成は特にこれに限定されない。例えば、図１０に示すように、支持部材４は、強度を向上させるために、複数枚の板状の部材によって構成されてもよい。
【００６６】
変形例４
上記実施形態では、支持部材４の各載置部４１は、燃料電池セル１０の幅方向の両端部を載せるように構成されているが、支持部材４の構成はこれに限定されない。例えば、図１１及び図１２に示すように、支持部材４の一対の載置部４１は、燃料電池セル１０の厚さ方向（ｚ軸方向）の両端部を載せるように構成されていてもよい。なお、本変形例では、支持部材４は、複数対の載置部４１を有している。
【００６７】
各載置部４１は、一対の第１側壁３２間を延びている。すなわち、各載置部４１は、マニホールド２０の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。各載置部４１は、マニホールド２０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。各載置部４１上に、隣り合う燃料電池セル１０の厚さ方向の端部が載置される。
【００６８】
各載置部４１は、一対の連結部４２によって連結されている。各連結部４２は、各載置部４１の端部同士を連結している。各連結部４２は、マニホールド２０の長手方向（ｚ軸方向）に延びている。各連結部４２は、第１フランジ部３２２上に配置されている。
【００６９】
各載置部４１間は、隙間が形成されている。詳細には、開口部４３が形成されている。この開口部４３は、燃料電池セル１０の各ガス流路１２１と対向している。すなわち、各載置部４１は、各ガス流路１２１と重ならないように配置されている。
【００７０】
変形例５
図１３に示すように、載置部４１は、燃料電池セル１０の幅方向（ｙ軸方向）の両端部、及び厚さ方向（ｚ軸方向）の両端部を載せるように構成されていてもよい。すなわち、各載置部４１は、燃料電池セル１０の下端面の周縁部を載せるように構成されていてもよい。載置部４１は、各第１側壁３２から互いに近付くように延びる第１部分４１１と、各第１側壁３２間を延びる部分４１２と、を有している。この第１部分４１１は、燃料電池セル１０の幅方向の両端部を載せており、第２部分４１２は、燃料電池セル１０の厚さ方向の両端部を載せている。
【００７１】
支持部材４は、開口部４３を有している。この開口部４３は、燃料電池セル１０の各ガス流路１２１と対向している。すなわち、載置部４１は、各ガス流路１２１と重ならないように配置されている。
【符号の説明】
【００７２】
１００    ：燃料電池スタック
１０１    ：接合材
１０      ：燃料電池セル
１２２    ：両端部
２０      ：マニホールド
３        ：マニホールド本体
３１      ：底壁
３２      ：第１側壁
４        ：支持部材
４１      ：載置部
４２      ：連結部
４３      ：開口部
５        ：蓋部材
５１      ：挿入孔
【図１】
2017098236.tif 000003
【図２】
2017098236.tif 000004
【図３】
2017098236.tif 000005
【図４】
2017098236.tif 000006
【図５】
2017098236.tif 000007
【図６】
2017098236.tif 000008
【図７】
2017098236.tif 000009
【図８】
2017098236.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2017098236.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2017098236.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月6日(2017.2.6)
【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分配するためのマニホールドであって、
底壁、及び前記底壁の周縁から上方に延び対向する一対の第１側壁、を有するマニホールド本体と、
前記一対の第１側壁上に配置されて前記各第１側壁から互いに近付く方向に延びる一対の載置部を有する枠状の支持部材と、
前記燃料電池セルの下端部が挿入される少なくとも１つの挿入孔を有し、前記支持部材上に配置される蓋部材と、
を備え、
前記一対の載置部は、前記燃料電池セルの幅方向の両端部を載せるように構成される、
マニホールド。
【請求項２】
燃料電池セルにガスを分配するためのマニホールドであって、
底壁、及び前記底壁の周縁から上方に延び対向する一対の第１側壁、を有するマニホールド本体と、
前記一対の第１側壁間を延びる一対の載置部を有する枠状の支持部材と、
前記燃料電池セルの下端部が挿入される少なくとも１つの挿入孔を有し、前記支持部材上に配置される蓋部材と、
を備え、
前記一対の載置部は、前記燃料電池セルの厚さ方向の両端部を載せるように構成される、
マニホールド。
【請求項３】
燃料電池セルにガスを分配するためのマニホールドであって、
底壁、及び前記底壁の周縁から上方に延び対向する一対の第１側壁、を有するマニホールド本体と、
前記一対の第１側壁上に配置されて前記各第１側壁から互いに近付く方向に延び、且つ前記一対の第１側壁間を延びる載置部を有する枠状の支持部材と、
前記燃料電池セルの下端部が挿入される少なくとも１つの挿入孔を有し、前記支持部材上に配置される蓋部材と、
を備え、
前記載置部は、前記燃料電池セルの幅方向の両端部、及び厚さ方向の両端部を載せるように構成される、
マニホールド。
【請求項４】
前記支持部材は、前記一対の載置部を連結する一対の連結部をさらに有し、中央に開口部を有する、
請求項１に記載のマニホールド。
【請求項５】
対向する前記第１側壁は外方に延びるフランジ部を有しており、
前記支持部材は、前記フランジ部上に配置され、前記フランジ部に接合される、
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】
前記蓋部材は、前記支持部材よりも薄い、
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】
前記マニホールド本体は、前記底壁の周縁から上方に延び対向する一対の第２側壁、をさらに有する、
請求項１から６のいずれかに記載のマニホールド。
【請求項８】
前記第１側壁と前記第２側壁との第１境界部の内側面及び外側面の少なくとも一方は、Ｒ形状である、
請求項７に記載のマニホールド。
【請求項９】
前記底壁と前記第１側壁及び第２側壁との第２境界部の内側面及び外側面の少なくとも一方は、Ｒ形状である、
請求項７又は８に記載のマニホールド。
【請求項１０】
請求項１から９に記載のマニホールドと、
前記挿入孔に挿入され、前記載置部上に載置される燃料電池セルと、
前記燃料電池セルが挿入された状態の挿入孔内に充填される接合材と、
を備える、燃料電池スタック。