(57)【要約】  簡単な製造手順が適用可能であり、かつ熱的および機械的に適合性がある燃料電池スタック。この燃料電池スタックは、燃料電池チューブを組合せてチューブサブアセンブリを形成することによって、構成部品の点数を低減するようになっている。チューブサブアセンブリは、燃料電池チューブに接続された端末取付具を備えている。端末取付具は、燃料電池チューブの全体にわたる燃料の一様な分布をもたらすために、少なくとも１つ、好ましくは、複数の通路を備えている。
2017538257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの燃料電池細長体を備える固体酸化物燃料電池スタックであって、各細長体は、複数の束を備えており、各束は、複数のチューブサブアセンブリを備えており、各チューブサブアセンブリは、燃料電池チューブを備えており、各燃料電池チューブは、該燃料電池チューブを通って長手方向に延在する少なくとも１つの通路を有しており、互いに隣接するチューブサブアセンブリは、実質的に互いに平行に離間して配置されており、各チューブサブアセンブリの少なくとも一端は、少なくとも１つの端末取付具を介して、隣接するチューブサブアセンブリの端に接続されている、固体酸化物燃料電池スタックにおいて、前記少なくとも１つの端末取付具は、少なくとも１つの通路を備えている、固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項２】
前記少なくとも１つの端末取付具は、複数の通路を備えている、請求項１に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項３】
前記少なくとも１つの端末取付具は、燃料入口または燃料出口を備えている、請求項１または２に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項４】
前記少なくとも１つの通路は、前記燃料入口または燃料出口から前記燃料電池チューブへの気密管路を形成している、請求項３に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項５】
前記少なくとも１つの通路は、ある長さを有しており、前記少なくとも１つの通路の断面積は、前記少なくとも１つの通路の前記長さの関数である、請求項３または４に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項６】
前記少なくとも１つの端末取付具の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、前記固体酸化物燃料電池チューブのＣＴＥに適合されている、先行する請求項のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。  
【請求項７】
前記少なくとも１つの端末取付具は、不浸透性のマグネシアアルミン酸マグネシウム（ＭＭＡ）セラミック材料から作製されている、先行する請求項のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項８】
各チューブサブアセンブリの一端は、第１の形式の端末取付具を備えており、各チューブサブアセンブリの対向端は、第２の形式の端末取付具を備えており、１つのチューブサブアセンブリの前記第１の形式の端末取付具および隣接するチューブサブアセンブリの前記第２の形式の端末取付具は、互いに隣接するチューブサブアセンブリの前記燃料電池チューブ間に管路をもたらすように接続されている、先行する請求項のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項９】
前記第１の形式の端末取付具は、前記隣接する第２の形式の端末取付具の第２の位置合せ特徴部と適合する第１の位置合せ特徴部を有しており、これによって、互いに隣接する前記第１の形式の端末取付具および第２の形式の端末取付具間の位置合せをもたらすようになっている、請求項８に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記第１の位置合せ特徴部は、前記第１の形式の端末取付具の前記燃料入口または前記燃料出口を形成する中心差込部であり、前記第２の位置合せ特徴部は、前記第２の形式の端末取付具の前記燃料入口または前記燃料出口を形成する中心位置決めソケットである、請求項９に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項１１】
前記中心差込部および前記中心位置決めソケットは、前記第１の形式の端末取付具と前記第２の形式の端末取付具との間に管路を形成するように接続されている、請求項１０に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項１２】
前記中心差込部は、前記中心位置決めソケットと共に気密接着部をもたらすためのガラスセラミックテープ成形密封ガスケットを有している、請求項１１に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項１３】
前記端末取付具は、実質的に互いに直交する第１および第２の密封面を備えており、前記第１および第２の密封面は、前記燃料電池チューブを支持する棚をもたらしている、先行する請求項のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項１４】
前記燃料電池チューブは、前記燃料電池チューブと前記端末取付具との間に気密接続部を形成するように前記棚に接続されている、請求項１３に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項１５】
前記第２の密封面の深さは、前記燃料電池チューブの厚みよりも大きく、１つのチューブサブアセンブリの前記燃料電池チューブと隣接するチューブサブアセンブリの前記端末取付具との間に隙間をもたらすようになっている、請求項１４に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項１６】
前記第１の密封面は、チューブ縁位置合せ差込部を有している、請求項１３または１５のいずれか１つに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項１７】
前記第２の密封面は、チューブ縁位置合せ差込部を有している、請求項１３〜１６のいずれか１つに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項１８】
前記第１の形式の端末取付具は、隣接する端末取付具を取り付けるためのおよび該端末取付具に当接するための上側取付面および下側当接面を有している、請求項８または請求項８に従属する請求項９〜１７のいずれか１つに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項１９】
前記第２の形式の端末取付具は、隣接する端末取付具に当接するためのおよび該端末取付具を取り付けるための上側当接面および下側取付面を有している、請求項８または請求項８に従属する請求項９〜１８のいずれか１つに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項２０】
前記第１の形式の端末取付具の前記上側取付面は、前記隣接する第２の形式の端末取付具の下側取付面に固定され、それらの間に接着ジョイントを形成するようになっている、請求項１８または１９に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項２１】
前記上側取付面および／または前記下側取付面は、互いに隣接する端末取付具間における前記接着ジョイントの厚みを制御するために接着制御パッドを備えている、請求項２０に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項２２】
前記接着ジョイントは、セラミックガラスペーストによって接着されている、請求項２０または２１に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項２３】
前記第１の端末取付具の前記下側当接面は、位置決めソケットを備えている、請求項１８に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項２４】
前記第２の形式の端末取付具の前記上側当接面は、位置決めピンを備えている、請求項１９に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項２５】
前記位置決めソケットは、円筒状であり、互いに隣接するチューブサブアセンブリ間の縦方向の運動を拘束するように、かつ互いに隣接するチューブサブアセンブリ間の長手方向の運動を可能にするように構成されている、請求項２３に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項２６】
前記位置決めピンは、円筒状である、請求項２４に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項２７】
少なくとも１つの燃料電池細長体を備える固体電気燃料電池スタックであって、各細長体は、複数の束を備えており、各束は、複数のチューブサブアセンブリを備えており、各チューブサブアセンブリは、燃料電池チューブを備えており、各燃料電池チューブは、該燃料電池チューブを通って長手方向に延在する少なくとも１つの通路を備えており、互いに隣接するチューブサブアセンブリは、実質的に互いに平行に離間して配置されており、各チューブサブアセンブリの少なくとも一端は、少なくとも１つの端末取付具によって、隣接するチューブサブアセンブリの端に接続されており、各束の最上チューブサブアセンブリの端および最下チューブサブアセンブリの端は、各々、燃料マニホールド端末取付具を備えている、固体酸化物燃料電池スタックにおいて、前記燃料マニホールド端末取付具は、少なくとも１つの通路を備えており、前記通路は、前記最上チューブサブアセンブリの前記端の前記燃料電池チューブを第１の主細長燃料パイプに接続し、各束の前記最下チューブサブアセンブリの前記端を第２の主細長体燃料パイプに接続するように構成されている、固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの通路は、ある長さを有しており、前記少なくとも１つの通路の断面積は、前記少なくとも１つの通路の長さの関数である、請求項２７に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項２９】
前記第１の主細長体燃料パイプは、入口送給パイプである、請求項２７または２８に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項３０】
前記第２の主細長体燃料パイプは、出口送給パイプである、請求項２７〜２９のいずれか１つに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項３１】
前記燃料マニホールド端末取付具の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、前記固体酸化物燃料電池チューブのＣＴＥに適合されている、請求項２７〜３０のいずれか１つに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項３２】
前記燃料マニホールド端末取付具は、不浸透性のマグネシアアルミン酸マグネシウム（ＭＭＡ）セラミック材料から作製されている、請求項２７〜３１のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項３３】
前記入口送給パイプおよび前記出口送給パイプは、緻密な不浸透性セラミックから作製されている、請求項２７〜３２のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項３４】
先行する請求項のいずれかに記載の固体酸化物燃料電池スタックと共に用いられる燃料マニホールド端末取付具であって、前記燃料マニホールド端末取付具は、少なくとも１つの通路を備えており、前記通路は、束の最上チューブサブアセンブリの端における燃料電池チューブを第１の主細長体燃料パイプに接続し、前記束の最下チューブサブアセンブリの端を第２の主細長体燃料パイプに接続するように構成されている、燃料マニホールド端末取付具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
簡単な製造手順が適用可能であり、かつ熱的および機械的に適合性がある燃料電池スタックの製造および組立のための構成要素および方法が開示される。
【背景技術】
【０００２】
現在、固体酸化物燃料電池の主な形式は、管状型固体酸化物燃料電池（Ｔ−ＳＯＦＣ）、平面型固体酸化物燃料電池（Ｐ−ＳＯＦＣ）、および一体型固体酸化物燃料電池（Ｍ−ＳＯＦＣ）である。
【０００３】
管状型固体酸化物燃料電池は、内側電極および外側電極を有する管状の固体酸化物電解質部材を備えている。典型的には、内側電極は、カソードであり、外側電極は、アノードである。酸化性ガスが管状の固体酸化物電解質部材の内側のカソードに供給され、燃料ガスが管状の固体酸化物電解質部材の外面のアノードに供給される。（これは、逆であってもよい）。管状の固体酸化物燃料電池は、単純な電池積層配置を可能にし、シールを実質的になくすことができる。しかし、この種の固体酸化物燃料電池の製造は、極めて複雑であり、大きな労働力を必要とし、かつ費用が掛かる。また、この種の固体酸化物燃料電池は、比較的大きな直径の管状電池を通る長い導電経路に起因し、比較的電力密度が小さくなる。
【０００４】
一体化固体酸化物燃料電池は、２つの形式を有している。第１の形式は、２つの主面に電極を有する平面状固体酸化物電解質部材を有している。第２の形式は、２つの主面に電極を有する波形固体酸化物電解質部材を有している。一体型固体酸化物燃料電池は、より簡単なテープ成形およびカレンダー圧延製造プロセスを適用可能であり、より高い電力密度を得る見込みがある。この種の固体酸化物燃料電池は、燃料電池層の全てをそれらの未焼結状態から一緒に焼結し、一体化させる必要がある。しかし、その結果として、深刻な収縮および亀裂の問題が生じることになる。この種の固体酸化物燃料電池は、マニホールドおよびシールを得るのが容易ではない。
【０００５】
平面型固体酸化物燃料電池も、テープ成形および圧延製造プロセスを適用可能である。現在、この燃料電池は、１５０〜２００μｍの厚みの自立した固体酸化物電解質部材を必要とし、これが性能を制限することになる。また、平面型固体酸化物燃料電池は、熱衝撃抵抗が制限される。
【０００６】
固体酸化物燃料電池は、活性燃料電池内における必要な電解質性能を達成するために、約７００℃から約１０００℃の運転温度を必要とする。
【０００７】
固体酸化物燃料電池スタックの運転温度は、原則的に、固体酸化物燃料電池スタック内において炭化水素燃料の蒸気改質を行なうために十分高くなっている。内部蒸気改質は、固体酸化物燃料電池スタックの電力バランスを簡素化し、運転効率を改良する。しかし、固体酸化物燃料電池スタック内における炭化水素燃料の改質は、多数の問題を有し、それらは、解消されていない。固体酸化物燃料電池スタック内における炭化水素燃料の内部改質は、蒸気改質反応の強力な吸熱性によって十分に行われず、その結果、脆弱な燃料電池に熱衝撃が生じることになる。固体酸化物燃料電池内のニッケルサーメットアノードによる内部改質は、炭素生成をもたらす傾向にある。
【０００８】
本発明は、簡単な製造手順が適用可能であり、かつ熱的および機械的に適合性がある新規の固体酸化物燃料電池スタックを提供することを意図している。
【０００９】
特許文献１は、複数のモジュールを備える固体酸化物燃料電池を開示している。これらのモジュールのいくつかは、中空部材を備えている。中空部材は、固体酸化物燃料電池が配置された２つの平行平面を有している。各モジュールの両端は、柔軟なベロー接続具によって、反応物質マニホールドに接続されている。
【００１０】
しかし、このような構成は、固体酸化物燃料電池スタックにおいて、固体酸化物燃料電池スタック内の機械的および熱的応力を最小限に抑えるのに十分な熱的および機械的適合性をもたらさない。
【００１１】
特許文献２は、複数のモジュールを備える固体酸化物燃料電池スタックを開示している。これらのモジュールは、反応物質の流れのための通路を有する細長の中空部材を備えている。これらのモジュールは、反応物質が蛇行式機構内においてモジュールを通って連続的に流れることを可能にするために、各モジュールの少なくとも一端が隣接するモジュールの端に接続されるように、構成されている。
【００１２】
しかし、この構成は、細長の中空部材の近くに蓄積される熱的および機械的応力を阻止するのに十分な熱的および機械的適合性をもたらさない。さらに、スタック内への取付け前に、接合部の漏れ、幾何学的な精度、およびモジュール間の反応物質の圧力降下に関して、モジュールを検査することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】欧州特許第０６６８６２２Ｂ１号明細書
【特許文献２】欧州特許第１４１９５４７Ｂ１号明細書
【発明の概要】
【００１４】
第１の態様によれば、少なくとも１つの燃料電池細長体を備える固体酸化物燃料電池スタックであって、各細長体は、複数の束を備えており、各束は、複数のチューブサブアセンブリを備えており、各チューブサブアセンブリは、燃料電池チューブを備えており、各燃料電池チューブは、該燃料電池チューブを通って長手方向に延在する少なくとも１つの通路を有しており、互いに隣接するチューブサブアセンブリは、実質的に互いに平行に離間して配置されており、各チューブサブアセンブリの少なくとも一端は、少なくとも１つの端末取付具を介して、隣接するチューブサブアセンブリの端に接続されている、固体酸化物燃料電池スタックにおいて、少なくとも１つの端末取付具は、少なくとも１つの通路を備えている、固体酸化物燃料電池スタックが提供される。
【００１５】
端末取付具内に複数の通路を設ける利点は、通路配置が、複数の通路を通って燃料電池チューブに向う燃料流れを制御するように適合されることにある。驚くことに、下から上に向う（すなわち、燃料電池チューブから燃料電池細長体に向う）燃料の流れの微小制御によって、脆弱な燃料電池チューブおよび他の構成部品への熱的および機械的応力が低減されることが見出されている。燃料電池チューブサブアセンブリの全体にわたる燃料流れの分布を制御することによって、チューブサブアセンブリ内の燃料サージおよび燃料流れの圧力差を防ぐことができる。
【００１６】
任意選択的に、少なくとも１つの端末取付具は、複数の通路を備えている。
【００１７】
任意選択的に、少なくとも１つの端末取付具は、燃料入口または燃料出口を備えている。
【００１８】
任意選択的に、少なくとも１つの通路は、燃料入口または燃料出口から燃料電池チューブへの気密管路を形成している。
【００１９】
任意選択的に、少なくとも１つの通路は、ある長さを有しており、少なくとも１つの通路の断面積は、少なくとも１つの通路の長さの関数である。
【００２０】
任意選択的に、少なくとも１つの端末取付具の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、固体酸化物燃料電池チューブのＣＴＥに適合されている。  
【００２１】
任意選択的に、少なくとも１つの端末取付具は、不浸透性のマグネシアアルミン酸マグネシウム（ＭＭＡ）セラミック材料から作製されている。
【００２２】
任意選択的に、各チューブサブアセンブリの一端は、第１の形式の端末取付具を備えており、各チューブサブアセンブリの対向端は、第２の形式の端末取付具を備えており、１つのチューブサブアセンブリの第１の形式の端末取付具および隣接するチューブサブアセンブリの第２の形式の端末取付具は、互いに隣接するチューブサブアセンブリの燃料電池チューブ間に管路をもたらすように接続されている。
【００２３】
任意選択的に、第１の形式の端末取付具は、隣接する第２の形式の端末取付具の第２の位置合せ特徴部と適合する第１の位置合せ特徴部を有しており、これによって、互いに隣接する第１の形式の端末取付具および第２の形式の端末取付具間の位置合せをもたらすようになっている。
【００２４】
任意選択的に、第１の位置合せ特徴部は、第１の形式の端末取付具の燃料入口または燃料出口を形成する中心差込部であり、第２の位置合せ特徴部は、第２の形式の端末取付具の燃料入口または燃料出口を形成する中心位置決めソケットである。
【００２５】
任意選択的に、中心差込部および中心位置決めソケットは、第１の形式の端末取付具と第２の形式の端末取付具との間に管路を形成するように接続されている。
【００２６】
任意選択的に、中心差込部は、中心位置決めソケットと共に気密接着部をもたらすためのガラスセラミックテープ成形密封ガスケットを有している。
【００２７】
任意選択的に、端末取付具は、実質的に互いに直交する第１および第２の密封面を備えており、第１および第２の密封面は、燃料電池チューブを支持する棚をもたらしている。
【００２８】
任意選択的に、燃料電池チューブは、燃料電池チューブと端末取付具との間に気密接続部を形成するように棚に接続されている。
【００２９】
任意選択的に、第２の密封面の深さは、燃料電池チューブの厚みよりも大きく、１つのチューブサブアセンブリの燃料電池チューブと隣接するチューブサブアセンブリの端末取付具との間に隙間をもたらすようになっている。
【００３０】
任意選択的に、第１の密封面は、チューブ縁位置合せ差込部を有している。  
【００３１】
任意選択的に、第２の密封面は、チューブ縁位置合せ差込部を有している。
【００３２】
任意選択的に、第１の形式の端末取付具は、隣接する端末取付具を取り付けるとともに該端末取付具に当接するための上側取付面および下側当接面を有している。
【００３３】
任意選択的に、第２の形式の端末取付具は、隣接する端末取付具に当接するるとともに該端末取付具を取り付けるための上側当接面および下側取付面を有している。
【００３４】
任意選択的に、第１の形式の端末取付具の上側取付面は、隣接する第２の形式の端末取付具の下側取付面に固定され、それらの間に接着ジョイントを形成するようになっている。  
【００３５】
任意選択的に、上側取付面および／または下側取付面は、互いに隣接する端末取付具間における接着ジョイントの厚みを制御するために接着制御パッドを備えている。
【００３６】
任意選択的に、接着ジョイントは、セラミックガラスペーストによって接着されている。
【００３７】
任意選択的に、第１の端末取付具の下側当接面は、位置決めソケットを備えている。
【００３８】
任意選択的に、第２の形式の端末取付具の上側当接面は、位置決めピンを備えている。
【００３９】
任意選択的に、位置決めソケットは、円筒状であり、互いに隣接するチューブサブアセンブリ間の縦方向の運動を拘束するように、かつ互いに隣接するチューブサブアセンブリ間の長手方向の運動を可能にするように構成されている。
【００４０】
任意選択的に、位置決めピンは、円筒状である。
【００４１】
第２の態様によれば、少なくとも１つの燃料電池細長体を備える固体電気燃料電池スタックであって、各細長体は、複数の束を備えており、各束は、複数のチューブサブアセンブリを備えており、各チューブサブアセンブリは、燃料電池チューブを備えており、各燃料電池チューブは、該燃料電池チューブを通って長手方向に延在する少なくとも１つの通路を備えており、互いに隣接するチューブサブアセンブリは、実質的に互いに平行に離間して配置されており、各チューブサブアセンブリの少なくとも一端は、少なくとも１つの端末取付具によって、隣接するチューブサブアセンブリの端に接続されており、各束の最上チューブサブアセンブリの端および最下チューブサブアセンブリの端は、各々、燃料マニホールド端末取付具を備えている、固体酸化物燃料電池スタックにおいて、燃料マニホールド端末取付具は、少なくとも１つの通路を備えており、該通路は、各束の最上チューブサブアセンブリの燃料電池チューブの端および最下チューブサブアセンブリの燃料電池チューブの端を、それぞれ、燃料電池細長体燃料パイプに接続するように構成されている、固体酸化物燃料電池スタックが提供される。
【００４２】
好ましくは、燃料マニホールド端末取付具は、複数の通路を備えている。燃料マニホールド端末取付具内に複数の通路を設けることによって、燃料電池チューブ内の個々の通路への燃料の流れを含む主燃料電池細長体燃料パイプからチューブサブアセンブリの燃料電池チューブへの燃料の流れを制御することができる。加えて、燃料マニホールド取付具内の複数の通路は、燃料電池細長体内の個々の燃料電池束の各々への燃料の流れを制御することになる。
【００４３】
好ましくは、少なくとも１つの通路は、ある長さを有しており、少なくとも１つの通路の断面積は、少なくとも１つの通路の長さの関数である。
【００４４】
任意選択的に、主細長体燃料パイプは、入口送給パイプである。
【００４５】
任意選択的に、主細長体燃料パイプは、出口送給パイプである。  
【００４６】
任意選択的に、燃料マニホールド端末取付具の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、固体酸化物燃料電池チューブのＣＴＥに適合されている。
【００４７】
任意選択的に、燃料マニホールド端末取付具は、不浸透性のマグネシアアルミン酸マグネシウム（ＭＭＡ）セラミック材料から作製されている。
【００４８】
任意選択的に、入口送給パイプおよび出口送給パイプは、緻密な不浸透性セラミックから作製されている。
【００４９】
第３の態様では、少なくとも１つの通路を備える燃料マニホールド端末取付具であって、該通路は、束の最上チューブサブアセンブリの端の燃料電池チューブを第１の主細長体燃料パイプに接続し、束の最下チューブサブアセンブリの端を第２の主細長体燃料パイプに接続するように構成されている。
【００５０】
以下、添付の図面に基づき、本発明の実施形態についてさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】固体酸化物燃料電池スタックを示す図である。
【図２】燃料電池チューブサブアセンブリを示す図である。
【図３】図２の燃料電池チューブサブアセンブリの端末取付具を通る燃料流路を形成するように端末取付具に接合された燃料電池チューブの断面図である。
【図４】第１の端末取付具を示す図である。
【図５】第１の端末取付具を示す図である。
【図６】第２の端末取付具を示す図である。
【図７】第２の端末取付具を示す図である。
【図８】第１および第２の端末取付具を示す図である。
【図９】チューブサブアセンブリの部分図である。
【図１０ａ】図１１，１２に示されているような代替的端末取付具を用いる互いに隣接するチューブサブアセンブリの接着ジョイントの断面図である。
【図１０ｂ】図８に示されているような端末取付具を用いる互いに隣接するチューブサブアセンブリの接着ジョイントを示す図である。
【図１０ｃ】図８に示されているような端末取付具を用いる互いに隣接するチューブサブアセンブリのための接着ジョイントの断面図である。
【図１０ｄ】図８に示されているような端末取付具を用いる互いに隣接するチューブサブアセンブリのための非接着ジョイントを示す図である。
【図１１】代替的な第１の端末取付具を示す２つの図である。
【図１２】代替的な端末取付具を示す２つの図である。
【図１３】束の断面図である。
【図１４】束の３Ｄ斜視図である。
【図１５】燃料マニホールド端末取付具を示す図である。
【図１６】燃料マニホールド端末取付具を示す図である。
【図１７】燃料マニホールド端末取付具を示す図である。
【図１８】細長体アセンブリを示す図である。
【図１９ａ】燃料マニホールド端末取付具を示す図である。
【図１９ｂ】燃料マニホールド端末取付具の断面図である。
【図２０ａ．２０ｂ】さらなる燃料マニホールド端末取付具を示す図である。
【図２１ａ．２１ｂ】代替的な燃料マニホールド端末取付具を示す図である。
【図２２ａ．２２ｂ．２２ｃ】細長体アセンブリの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
記載される実施形態において、同様の特徴部は、場合によっては１００の整数倍を加えていることもあるが、同様の番号によって示されている。例えば、種々の図において、３４，２３４，および３３４は、反応物質マニホールドを示すために用いられている。
【００５３】
固体酸化物燃料電池スタック１０は、少なくとも１つの燃料電池細長体１２を備えている。各細長体１２は、複数の束１４を備えており、これらの束１４は、図１に示されているように、実質的に互いに平行に配置されている。各束１４は、複数のチューブサブアセンブリ１６を備えている。各チューブサブアセンブリ１６は、複数の燃料電池が組み込まれた燃料電池チューブ１８を備えている。
【００５４】
図２は、端末取付具２２，２４に接続された燃料電池チューブ１８を備えるチューブサブアセンブリ１６を示している。図３は、端末取付具２２に接続された燃料電池チューブ１８を示している。燃料電池チューブ１８は、反応物質を流すために燃料電池チューブ１８を通って長手方向に延在する少なくとも１つの通路２０を有している。チューブ１８および端末取付具２２を通る流路は、矢印２８によって示されている。
【００５５】
燃料電池チューブは、多孔性マグネシアアルミン酸マグネシウム（ＭＭＡ）チューブから形成されており、個々の燃料電池の詳細を省いて示されている。１つの燃料電池チューブサブアセンブリ１６の燃料電池チューブ１８が隣接するチューブサブアセンブリ１６の燃料電池チューブ１８に接触しないように、互いに隣接するチューブサブアセンブリ１６は、実質的に互いに平行に離間して配置されている。互いに隣接するチューブサブアセンブリの燃料電池チューブ１８間の隙間によって、運転中、酸化剤が燃料電池チューブ間を流れることができる。
【００５６】
チューブサブアセンブリ１６は、端末取付具２２，２４を介して、隣接するチューブサブアセンブリに接続されている。チューブサブアセンブリ１６を作製するために燃料電池チューブと組み合わせて端末取付具を用いる利点は、多数あるが、その一例として、燃料電池細長体１２を組み立てるときに必要な部品点数の減少が挙げられる。すなわち、チューブサブアセンブリ１６は、単一部品と見なされる。スタックをモジュール式に組み立てることによって、複雑な燃料電池チューブの密封手順の必要性をなくすことができる。さらに、チューブサブアセンブリは、取付前に機械的および熱的適合性の検査を行なうことでき、これによって、個々のチューブサブアセンブリの取付後の不具合のおそれを減らすことができる。燃料電池チューブは、互いに向き合った端末取付具２２，２４間に配置され、燃料電池チューブは、接着剤を用いて端末取付具に封止され、これによって、密封ユニットが得られる。端末取付具は、燃料電池チューブと端末取付具との間に気密経路２８を形成する。
【００５７】
燃料電池束を作製するために、いくつかの形式の端末取付具が必要である。第１の形式の端末取付具２２が、図３、図４および図５に示されている。第２の形式の端末取付具２４が、図６および図７に示されている。第１および第２の形式の端末取付具は、図１０ａに示されているように互いに連結され、互いに隣接するチューブサブアセンブリの燃料電池チューブ間に管路を形成し、組み合された端末取付具（すなわち、第２の形式の端末取付具に連結された第１の形式の端末取付具）は、第１のチューブサブアセンブリの一端を隣接するチューブサブアセンブリの端に接続することになる。
【００５８】
最上チューブサブアセンブリおよび最下チューブサブアセンブリを終端させ、各束を燃料送給パイプおよび燃料排出パイプに接続するために、燃料マニホールド端末取付具が必要である。燃料マニホールド端末取付具については、以下にさらに詳細に説明する。
【００５９】
第１の形式の端末取付具２２および第２の形式の端末取付具２４は、互いに隣接するチューブサブアセンブリ１６間に気密通路をもたらし、反応物質がチューブサブアセンブリ１６を通って連続的に流れることを可能にするように、互いに接合される。互いに隣接するチューブサブアセンブリ１６の燃料電池チューブ１８は、互いに接触せず、その結果、機械的および熱的応力は、互いに隣接するチューブサブアセンブリ１６の燃料電池チューブ１８内において複合されない。代わって、熱的および機械的応力は、チューブサブアセンブリの端末取付具２２，２４を通って伝播される。端末取付具２２，２４は、熱的および機械的応力に耐えるように設計されており、燃料電池チューブ１８よりもはるかに破損されにくくなっている。従って、機械的および熱的応力は、束の燃料電池チューブ内に蓄積されないことになる。この構成によって、燃料電池細長体１２内の熱的および機械的が低減されることになる。
【００６０】
さらに、チューブサブアセンブリ１６の一部として端末取付具を用いることによって、チューブサブアセンブリ１６を、燃料電池細長体内における後続の封止プロセスを必要とすることなく、製造することが可能になる。チューブサブアセンブリを束内に取り付ける前に、接合部の漏れ、幾何学的精度、およびチューブサブアセンブリ間の圧力降下に関して、チューブサブアセンブリ１６を検査することができる。チューブサブアセンブリ１６の機械公差の改良によって、スタック全体における機械的および熱的応力がある程度低減されることになる。
【００６１】
束１４または細長体１２の製造と別にチューブサブアセンブリ１６を製造することによって、各チューブサブアセンブリの燃料電池チューブ１８内の欠陥を識別し、かつ対処する機会が得られる。何故なら、チューブサブアセンブリ１６をより複雑なスタック内に取り付ける前に漏れの試験を行なうことができるからである。
【００６２】
以下、図４〜図７を参照すると、第１の端末取付具２２および第２の端末取付具２４が示されている。第１および第２の端末取付具２２，２４は、燃料電池チューブ１８をこれらの端末取付具に取り付けるための第１の密封面３０，５０、および第２の密封面３２，５２を有している。第１の密封面および第２の密封面は、互いに対して実質的に直交している。第１の密封面３０，５０は、燃料電池チューブの端に近い表面が端末取付具に固着するための棚を画定している。第２の密封面３２，５２は、燃料電池チューブの端が固着する表面を画定している。第２の密封面と燃料電池チューブの端との間の接続によって、燃料電池チューブと端末取付具との間に気密通路が形成される。
【００６３】
第２の密封面３２，５２の高さは、燃料電池チューブ１８の高さよりも大きくなっている。この高さの差によって、１つのチューブサブアセンブリの燃料電池チューブと隣接するチューブサブアセンブリの端末取付具との間に隙間がもたらされ、図１３に示されているように、互いに隣接するチューブサブアセンブリ間に伝播するチューブサブアセンブリの構成部品の膨張または収縮によるどのような圧縮力も防ぐことが可能となる。
【００６４】
チューブサブアセンブリ１６の製造中の燃料電池チューブ１８の容易な位置合せを可能にするために、チューブ縁位置合せ差込部４０，６０が、第２の密封面３２，５２に配置されている。
【００６５】
チューブサブアセンブリ１６の製造中の燃料電池チューブ１８の容易な位置合せを可能にするために、チューブ縁位置合せ差込部４０，６０は、第１の密封面３０，５０に配置されていてもよい。
【００６６】
代替的に、チューブサブアセンブリ１６の製造中の燃料電池チューブ１８の位置合せを改良するために、第１および第２の密封面の両方が、チューブ位置合せ差込部４０，６０を備えていていてもよい。
【００６７】
端末取付具は、反応物質が１つのチューブサブアセンブリから隣接するチューブサブアセンブリに流れる気密通路をもたらすようになっている。端末取付具は、構造的支持柱３８，５８を備えており、これらの支持柱間の空間が、反応物質の流れのための通路をもたらすことになる。代替的な構成によって、端末取付具の構造的な支持柱が設けられてもよい。
【００６８】
支持柱３８，５８は、燃料を分配する複数の通路を形成することによって、燃料電池チューブ１８の全体にわたる反応物質の分布を改良する。柱３８，５８は、互いに隣接する２つの柱３８，５８間の開口が反応物質の通過のためのオリフィス３９，５９を有する通路をもたらすように、位置決めされている。通路およびオリフィス３９，５９の大きさおよび形状は、端末取付具内の反応物質の主流からの反応物質の所定の圧力降下が燃料電池チューブ１８にもたらされるように、構成されている。従って、燃料電池チューブ１８内の反応物質の流れ分布は、気密燃料経路内およびチューブサブアセンブリ１６および束１４内の柱３８，５８によって、制御可能である。燃料電池チューブレベルにおける反応物質の流れを制御することによって、燃料電池チューブ内の機械的および熱的応力は、端末取付具から燃料電池チューブへの大きな圧力降下を防ぐことによって低減されることになる。
【００６９】
細長体の全体にわたる製造公差の改良による利得を得るために、各モジュール要素は、互いに異なる構成要素の位置合せに関連する課題を組み合わせて低減させる特徴部を備えているとよい。例えば、第１の端末取付具および第２の端末取付具は、これらの２つの端末取付具間の位置合せの改良に寄与する互いに適合する位置合せ特徴部を有している。第１の端末取付具は、第２の端末取付具の位置合せ特徴部と適合する位置合せ特徴部を有しており、これらの位置合せ特徴部は、協働して第１の端末取付具と第２の端末取付具との間の位置合せをもたらすようになっている。
【００７０】
第１および第２の端末取付具間の位置合せを改良するために、図４〜図９に示されているような多くの可能性のある位置合せ特徴部を用いることができる。１つのこのような特徴部は、第１および第２の端末取付具の燃料入口通路または燃料出口通路を用いて、互いに位置決めし、かつ位置合せするようになっている。第１の端末取付具の位置合せ特徴部は、例えば、中心差込部３４である。中心差込部３４は、第１および第２の端末取付具２２，２４間に気密燃料通路のための接続部をもたらすものである。このような構成では、第２の端末取付具の位置合せ特徴部は、中心位置決めソケット６２である。中心位置決めソケット６２は、中心差込部３４と結合し、第１および第２の端末取付具２２，２４間に反応物質の流れのための気密通路を形成するように構成されている。これによって、端末取付具２４の下面６８が、隣接する端末取付具２２の上面４６に配置されたパッドに当接し、または代替的に該面４６に直接接触することになる。差込部３４は、必ずしも中心に配置されていなくてよい。しかし、中心に配置された差込部３４の追加的な利得は、チューブサブアセンブリ１６の製造中、中心差込部３４が、互いに隣接するチューブサブアセンブリ１６間の軸方向位置合せの画定を助長することにある。
【００７１】
これらの位置合せ特徴部を用いることによって、互いに隣接するチューブサブアセンブリ１６間に気密通路がもたらされる。中心差込部３４および中心位置決めソケット６２が位置合せされ、かつ封止され、これによって、第１のチューブサブアセンブリ２２と第２のチューブサブアセンブリ２４との間に気密通路を画定することになる。気密通路を実現するために、中心差込部３４は、中心位置決めソケット３４に対して気密接着部をもたらすために、図９に示されているようなガラスセラミックテープ成形密封ガスケット３５を有している。
【００７２】
チューブサブアセンブリを必要に応じて外部のハードウエアに取り付けるための手段をもたらすために、フック６１が各端末取付具に設けられていてもよい。
【００７３】
端末取付具は、反応物質２８の流れのための複数の通路をもたらすようになっている。
【００７４】
図１０ａおよび図１０ｃは、２つの燃料電池チューブサブアセンブリ間の接着結合部を示しており、１つのチューブの出口から上方の次のチューブへの燃料流れ経路２８を示している。接触パッドがセラミックガラスジョイント３７’の厚みを制御するようになっている。制御パッドは、細長体高さを制御する重要な機能を果たすものであり、従って、制御パッドの高さは、端末取付具の製造中に正確に形成されている。端末取付具の厚みを用いて細長体高さの全体を制御することによって、燃料電池チューブ厚みおよびチューブと端末取付具との接着厚みの重要性を低減させ、これによって、製造プロセスおよび製造要件を簡素化させることができる。
【００７５】
図１０ｃは、図４および図５に示されているような端末取付具２２と、図６および図７に示されているような端末取付具２４を用いる燃料電池チューブサブアセンブリ間の接着結合部の断面を示している。
【００７６】
図１０ａは、燃料電池チューブ１８および端末取付具２２，２４を通る反応物質または燃料の流路２８を示している。中心差込部３４が中心位置決めソケット６２に連結されており、端末取付具を通る主流路をもたらしている。気密セラミックガラスジョイント３７’が中心差込部３４および中心位置決めソケット６２を封止しており、これによって、端末取付具２２と端末取付具２４との接続部が確実に気密になっている。
【００７７】
図１０ｄは、チューブサブアセンブリ間の非接着端ジョイント３６の断面を示している。１つの端末取付具２４の位置決めピンが、隣接する端末取付具２２の位置決めソケット内に嵌入されている。
【００７８】
図１１は、反応物質の流れのためのいくつかの流路（すなわち、通路）２８をもたらす第２の形式の端末取付具２４を示している。これらの通路は、柱５８およびオリフィス５９によって形成されている。通路の数および通路の大きさおよび形状は、燃料電池チューブの燃料流れの所望の圧力によって決定されるようになっている。
【００７９】
図１２は、単一の細長の反応物質接続経路２９を有する第１の形式の端末取付具２２を示している。複数の通路を有する端末取付具が、単一の細長の反応物質流路（通路）を有する端末取付具に連結されてもよいことを理解されたい。このような組合せによっても、燃料電池チューブを通る反応物質の流れ分布を制御することができる。何故なら、複数の通路が、反応物質の流れの制御に寄与するからである。
【００８０】
以上、互いに隣接するチューブサブアセンブリ間の気密接続をもたらすために、互いに隣接する第１および第２の端末取付具がいかに連結されるかについて説明してきた。しかし、蛇行流路がチューブサブアセンブリの束の全体にわたって必要とされているので、もしあるチューブアブアセンブリの第１の端が第１の形式の端末取付具に接続されたなら、該チューブサブアセンブリの対向端は、第２の形式の端末取付具に接続される。好ましくは、第１の形式の端末取付具および第２の形式の端末取付具は、気密通路の周りにおいてのみ恒久的に接着されるようになっている。端末取付具の反対側の端部の連結は、接着されないことになる。これによって、束内の機械公差が確実に得られることになる。何故なら、チューブサブアセンブリの対向端は、拘束されているにすぎず、固定位置に接着されないからである。
【００８１】
図１３は、６つのチューブサブアセンブリ１６の束１４を示している。端末取付具の一部は、ジョイント３７’によって隣接する端末取付具に接着されており、他の部分は、非接着部６３によって連結されている。
【００８２】
第１の端末取付具２２は、隣接する端末取付具を取り付けるためにおよび該端末取付具に当接するために、それぞれ、上側取付面４６および下側当接面４４を有している。
【００８３】
第２の端末取付具２４は、隣接する端末取付具に当接するためにおよび該端末取付具を取り付けるために、それぞれ、上側当接面６６および下側取付面６８を有している。
【００８４】
第１および第２の形式の端末取付具の取付面４６，６８は、互いに隣接する端末取付具間の接着ジョイントの厚みを制御するために接着厚み制御パッド３６，５６を備えている。接着厚み制御パッドは、図４および図６にさらに分かりやすく示されている。
【００８５】
第１の端末取付具２２の上側取付面４６は、セラミックガラスペースト３７を用いてガラスセラミックジョイント３７’を形成し、第２の端末取付具２４の下側取付面６８に動かないように連結される。次いで、これらの端末取付具は、焼結され、２つの面を一緒に動かないように接着し、これによって、２つの取付面間に気密シールがもたらされることになる
【００８６】
熱的および機械的公差を改良するために、端末取付具の反対側は、図１０ｄに示されているように、特定位置において拘束され、非接着連結されている。
【００８７】
第２の端末取付具２４の上側当接面６６は、図８および図１１に示されているような位置決めピン６４を備えている。
【００８８】
第１の端末取付具の下側当接面４４は、図５に示されているような位置決めソケット４２を備えているか、または図１２に示されているような細長ソケット４２を備えている。
【００８９】
位置決めピン６４および位置決めソケット４２は、第１および第２の端末取付具２２，２４の非接着連結具６３に対して確動位置合せをもたらすことになる。第１および第２の端末取付具間の当接によって、燃料電池スタックの室温における開始から操作温度までの束の熱膨張への適応を助長するための非接着連結具６３が得られている。
【００９０】
位置決めピン６４は、円筒状である。円筒状の位置決めピン６４およびより大きい細長のソケット４２は、互いに隣接するチューブサブアセンブリ間の所定の程度の長手方向運動を可能にしながら、互いに隣接するチューブサブアセンブリ間の縦方向の拘束をもたらすことになる。互いに隣接する端末取付具間の特定方向における拘束をもたらす一方、他の方向における制限された運動を制限可能にするように構成された他の形状の位置決めピンおよび位置決めソケットも考えることができる。
【００９１】
前述したように、燃料電池スタック、細長体、および束をモジュール式に組み立てるために、いくつかの形式の端末取付具が必要である。例えば、束は、２つ、４つ、６つ、またはそれを超える数のサブアセンブリを備えることができる。奇数も考えられるが、この場合、燃料電池細長体の両側に燃料パイプが必要である。
【００９２】
図１４は、束アセンブリの斜視図を示している。最上チューブサブアセンブリ１６’’および最下チューブサブアセンブリ１６’は、図１８に示されているような束を主細長体送給パイプ４１０，４２０に接続するための手段を備えている。束は、最下チューブサブアセンブリ１６’から最上チューブサブアセンブリ１６’’に向かって、従って、束１４を通って反応物質を吸入および排出するための手段を有している。最下チューブサブアセンブリ１６’および最上チューブサブアセンブリ１６’’の終端の端末取付具は、主細長体燃料送給パイプ４１０，４１２に接続するための手段を有している。図１４は、６つのチューブサブアセンブリ、すなわち、最下チューブサブアセンブリ１６’、最上チューブサブアセンブリ１６’’および４つの内側チューブサブアセンブリ１６を有する束を示している。最下チューブサブアセンブリ１６’は、入口マニホールド端末取付具２６を介する反応物質の吸入のための手段を有しており、最上チューブサブアセンブリ１６’’は、出口マニホールド端末取付具２７を介する反応物質の排出のための手段を有している。
【００９３】
図１５〜図１８は、マニホールド端末取付具および細長体アセンブリをさらに詳細に示している。マニホールド端末取付具２６，２７は、反応物質マニホールド２３４，３３４を備えている。反応物質マニホールド２３４，３３４は、主細長体燃料パイプ４１０，４１２に対する気密燃料通路をもたらし、固体酸化物燃料電池スタックの熱的および機械的応力が低下するように、反応物質が束の最下チューブサブアセンブリ、内側チューブサブアセンブリ、および上側チューブサブアセンブリを通って流れることを可能にするものである。この構成は、逆に反応物質が最上チューブサブアセンブリから最下チューブサブアセンブリに流れるようになっていてもよい。
【００９４】
入口マニホールド端末取付具２６は、上側当接面２４６および下側当接面２４４を有している（図１５および図１６参照）。入口マニホールド端末取付具２６は、反応物質を最下チューブサブアセンブリの端末取付具から燃料電池チューブに流すための燃料気密通路を備えている。マニホールド端末取付具は、完成した端末取付具であり、通路は、気密通路を形成するために第１および第２の端末取付具の両方を必要とする前述の第１および第２の端末取付具と違って、気密通路を完成するために追加的な構成部品を必要としない。従って、入口マニホールド端末取付具は、取付面を有していない。何故なら、入口マニホールド端末取付具は、隣接するチューブサブアセンブリに接着される必要がないからである。代わって、入口マニホールド端末取付具は、上側当接面２４６および下側当接面２４４を備えている。下側当接面２４４は、位置決めソケット２４２を備えており、上側当接面２４６は、位置決めピン２６４を備えている。
【００９５】
入口マニホールド端末取付具の位置合せ特徴部２４２，２６４は、第１および第２の端末取付具の当接面の位置合せ特徴部と全く同じである。
【００９６】
位置決めピン２６４および位置決めソケット２４２は、同一束または隣接束のいずれかの隣接するチューブサブアセンブリに対する入口マニホールド端末取付具の非接触連結のための確動位置合せをもたらすことになる。入口マニホールド端末取付具と隣接するチューブサブアセンブリの第１および第２の端末取付具との間の当接は、燃料電池スタックの開始時の室温から操作温度までの束の熱膨張への適応を助長するために、非接着になっている。これは、細長体燃料パイプの近くにおいて特に重要である。何故なら、より大きい温度勾配が、細長体燃料パイプの近くに存在するからである。さらに、燃料圧による機械的応力が、細長体燃料パイプの領域またはその近くにおいて生じる機械的応力に加えられることになる。
【００９７】
位置決めピン２６４は、円筒状である。より大きい円筒状ソケット２４２に連結された円筒状の位置決めピン２６４は、互いに隣接するチューブサブアセンブリ間の制限された長手方向運動を可能にしながら、互いに隣接するチューブサブアセンブリ間の縦方向の拘束をもたらすことになる。１つの方向における互いに隣接するサブアセンブリ間の運動を拘束し、他の方向におけけるわずかな運動を可能にする他の形状の位置決めピンも考えられる。
【００９８】
同様に、出口マニホールド端末取付具は、図１７に示されているように、上側当接面３４６および下側当接面３４４を有している。出口マニホールド端末取付具は、反応物質が最上チューブサブアセンブリの終端から出口マニホールド端末取付具に流れるための気密通路を備えている。この通路は、前述の第１および第２の端末取付具と違って、完成させるために追加的な構成部品を必要としない。従って、出口マニホールド端末取付具は、このような取付面を有していない。何故なら、出口マニホールド端末取付具は、隣接するチューブサブアセンブリに接着される必要がないからである。代わって、出口マニホールド端末取付具は、上側当接面３４６および下側当接面３４４を備えている。下側当接面３４４は、位置決めソケット（図示せず）を備えており、上側当接面３４６は、位置決めピン３６４を備えている。
【００９９】
出口マニホールド端末取付具の位置合せ特徴部３４２，３６４は、例えば、図４および図６に示されている第１および第２の端末取付具の当接面の位置合せ特徴部と全く同じである、
【０１００】
位置決めピン３６４および位置決めソケットは、同一束または隣接束のいずれかの隣接するチューブサブアセンブリに対する出口マニホールド端末取付具の非接着連結のための確動位置合せをもたらすことになる。出口マニホールド端末取付具と隣接するチューブサブアセンブリの第１または第２の端末取付具との間の当接は、燃料電池スタックの開始時の室温から操作温度までの束の熱膨張の適応を助長するために、非接着になっている。これは、主細長体燃料パイプの近くにおいて特に重要である。何故なら、より大きい温度勾配が、細長体燃料パイプの近くに存在する可能性があるからである。さらに、燃料圧による機械的応力が、反応物質送給パイプ（すなわち、主細長体燃料パイプ）の領域またはその近くにおいて生じる機械的応力に加えられる可能性もある。
【０１０１】
位置決めピン３６４は、円筒状である。円筒状の位置決めピン３６４およびより大きい円筒状ソケット３４２は、互いに隣接するチューブサブアセンブリ間の制限された長手方向の運動を可能にしながら、互いに隣接するチューブサブアセンブリ間の縦方向の拘束をもたらすことになる。
【０１０２】
第１および第２の形式の端末取付具と同じように、入口および出口マニホールド端末取付具も、接着厚み制御パッド２３６、第１の密封面２３０，３３０、第２の密封面２３２，３３２、および複数の通路を形成する柱２３８，３３８の特徴部を有している。
【０１０３】
細長体内の束間の位置合せおよび主細長体送給パイプに対する束の位置合せの改良は、マニホールド端末取付具内の燃料パイプ位置合せ特徴部２３４，３３４によって達成される。図１８に示されているように、ソケット２３５，３３５およびフランジ２３３，３３３が、気密ジョイント４１４を介して、マニホールドを入口パイプ４１０および出口パイプ４１２に位置決めし、かつ接着している。気密ジョイント４１４は、テープ成形ガスケットおよびチューブサブアセンブリの焼結中にシールをもたらすセラミックガラスを用いて形成されている。
【０１０４】
入口マニホールド端末取付具内の燃料送給通路２７０は、燃料入口パイプ圧から所望の圧力降下をもたらすように寸法決めされている。
【０１０５】
図１９〜図２１は、異なる通路構成をもたらす異なる柱構成を有するマニホールド端末取付具の代替的実施形態を示している。これらの柱は、端末取付具の構造を支持するために用いられるが、吸入反応物質のための通路をもたらすように設計されている。図１９ａは、マニホールド端末取付具５２６，５２７のこのような１つの実施形態を示している。図１９ｂは、マニホールド端末取付具５２６，５２７の断面を示している。燃料パイプ５１０，５１２（ここに図示されていないが、図１８に４１０，４１２として示されている）は、マニホールド５３４が燃料パイプ５００の一部を形成するように、マニホールド端末取付具に接続可能である。マニホールド５３４は、気密ジョイントをもたらすためにセラミックガラスから形成されたテープ成形密封ガスケットを介して、燃料パイプ５００に接続されている。
【０１０６】
燃料コネクタ５０３は、マニホールド５３４における燃料のためのオリフィスをもたらすと共に燃料のための中間通路５０２をもたらすものである。中間通路５０２は、燃料パイプ５００における燃料圧から柱５３８間の通路の燃料圧への所望の圧力降下を達成するように構成されている。柱は、互いに離間しており、これによって、通路のための多数の開口５０４および通路のオリフィス５３９をもたらしている。通路は、燃料電池チューブの通路２０への燃料の圧力、従って、流れを制御することになる。開口５０４およびオリフィス５３９は、いずれもマニホールド端末取付具から燃料電池チューブへの必要な流れ分布を達成するように設計されている。
【０１０７】
図２０ａおよび図２０ｂは、代替的なマニホールド端末取付具６２６，６２７の構成を示している。この構成では、燃料パイプ部分６００は、燃料コネクタ６０３を介して、中間通路６０２に接続されている。これらの燃料コネクタは、燃料パイプから端末取付具への圧力効果、従って、燃料電池チューブ内の圧力降下を生じるように構成されている。中間通路６０２内の支持柱６０６は、端末取付具内の燃料流れの力学および燃料分布に寄与すると共に端末取付具内に構造的支持をもたらすものである。
【０１０８】
図２１ａおよび図２１ｂは、代替的なマニホールド端末取付具７２６，７２７の配置を示している。この実施形態では、燃料コネクタ７０３は、燃料パイプ部分７００を中間通路７０２に接続するように構成されてる。すなわち、燃料パイプは、通路７０５の開口７０４に直接接続されている。柱７３８は、燃料パイプまたは主細長体燃料パイプに対する通路の近接に依存して、通路７０５の長さを異ならせている。この構成は、各オリフィス７３９に所定の燃料圧力をもたらし、通路寸法は、各オリフィスにおける燃料圧力を制御するために変更されてもよい。この構成の利点は、一定の燃料圧が各オリフィス７３９にもたらされることである、
【０１０９】
細長体の全体にわたる機械的および熱的適合性を改良するために、膨張ギャップ４０２が互いに隣接する束間に設けられている。図２２ａは、細長体入口燃料送給マニホールドの断面を示している。膨張ギャップ４０２は、出口マニホールド端末取付具の上側当接面４４６と入口マニホールド端末取付具の下側当接面４４４との間の取外し可能なスペーサを用いることによって、マニホールド端末取付具４２６と他のマニホールド端末取付具４２７（図示せず）との間に得られている。スペーサは、束が焼結された後に取り外されるようになっている。互いに隣接する２つの束間の膨張ギャップは、機械的および熱的な応力が互いに隣接する束に伝播するのを阻止することによって、細長体のさらなる熱的および機械的な耐性をもたらすことになる。
【０１１０】
各束は、入口または出口マニホールド端末取付具を介して、主細長体燃料パイプに接続可能である。
【０１１１】
端末取付具は、燃料電池チューブの熱膨張係数（ＣＴＥ）に適合する端末取付具のＣＴＥを有する材料から製造されている。固体酸化物燃料電池は、活性燃料電池内の必要な電界質性能を達成するために約７００℃から約１０００℃の運転温度を必要とする。大きな温度変動が、構成部品の大きな膨張および収縮を生じさせることがあり、ＣＴＥの差が、スタック１０の機械的および熱的な完全性に対して最悪の結果をもたらすことがある。仮に正常な運転温度であっても、燃料電池スタックの全体にわたっておよびチューブサブアセンブリの全体にわたって、温度変動が生じる。従って、端末取付具のＣＴＥを燃料電チュチューブのＣＴＥに適合させることによって、チューブおよび端末取付具の熱変動によって生じる機械的応力が低減されることになる。
【０１１２】
端末取付具は、マグネシアアルミン酸マグネシウム（ＭＭＡ）セラミック材料のような不浸透性材料から作製される。不浸透性であり、燃料電池スタックの運転温度に耐えることができ、かつ燃料電池チューブのＣＴＥに適合する熱張係数を有するどのような材料であっても、端末取付具を作製するのに適している。さらに、不浸透性端末取付具は、より脆弱な燃料電池チューブと比較したとき、より大きい圧縮負荷に耐えることができる。
【０１１３】
端末取付具は、典型的には、射出成形プロセスによって作製される。射出成形は、幾何学的に正確な部品を形成するために正確に機械加工された金型を用いて部品を製造するために広く用いられている製造法である。代替的に、端末取付具は、加圧成形を用いて製造されてもよい。加圧成形法またはプレス加工法は、本発明の実施形態によって必要とされるような幾何学的に正確な部品を同様にもたらすものである。
【０１１４】
前述の実施形態のいずれかに関して述べた特徴は、異なる実施形態間において交換可能に適用されてもよいことは、当業者には明らかだろう。前述の実施形態は、本発明の種々の特徴を説明するための例である。
【０１１５】
本明細書の記載および請求項を通して、「備える（comprise）」および「含む（contain）」という語句およびそれらの変形は、「〜を含んでいるが、〜に制限されない」ことを意味し、他の部分、添加物、成分、完全体、またはステップを排除することを意図するものではない（かつ排除するものではない）。本明細書の記載および請求項を通して、単数形は、文脈が他のことを要求しない限り、複数形を含んでいる。特に、数が決まっていない物品が用いられている場合、本明細書は、文脈が他のことを要求しない限り、単数形のみならず、複数形も含むものと理解されたい。
【０１１６】
本発明の特定の態様、実施形態、または実施例に関連して記載されている特徴、完全体、特性、化合物、化学成分、または群は、矛盾しない限り、本明細書に記載されている任意の他の態様、実施形態、または実施例にも適用可能であることを理解されたい。（添付の請求項、要約書、および図面を含む）本明細書に開示されている全ての特徴、および／またはそのように開示されている任意の方法およびプロセスの全てのステップは、このような特徴および／またはステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組合せを除けば、どのように組み合されてもよい。本発明は、前述のどのような実施形態の詳細にも制限されるものではない。本発明は、（添付の請求項、要約書、および図面を含む）本明細書に開示されている任意の新規のものまたは任意の新規の組み合わせ、またはそのように開示されている任意の方法またはプロセスのステップの任意の新規のものまたは任意の新規の組合せにも拡張されるものである。
【０１１７】
読者の注意は、本出願に関連して本明細書と同時またはその前に出願され、本明細書と共に閲覧に供される全ての論文および文献に向けられることになるが、このような論文および文献の全ての内容は、参照することによって、ここに含まれるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２２ｃ】
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【国際調査報告】
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