(57)【要約】  熱的および機械的に適合性がある燃料電池スタックアセンブリが提供されている。燃料電池スタックは、燃料送給パイプおよび燃料排出パイプと、燃料電池チューブサブアセンブリの複数の束と、を備えている。これらの束は、１つの束から隣接する束に伝播する熱的および機械的応力を阻止するために、膨張ギャップによって互いに分離されている。
2017539055.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燃料電池スタックにおいて、各細長体は、
燃料送給パイプと、
燃料排出パイプと、
複数の束であって、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、前記チューブサブアセンブリは、互いに隣接するチューブサブアセンブリを接続する端末取付具によって、縦方向において互いに分離されており、前記端末取付具は、燃料のための通路を備えている、複数の束と、
を備えており、
各束の最下または最上のチューブサブアセンブリの一方は、前記束を前記燃料送給パイプに接続するマニホールド端末取付具を備えており、各束の最下または最上の前記チューブサブアセンブリの他方は、前記束を前記燃料排出パイプに接続するマニホールド端末取付具を備えており、
互いに隣接する束の互いに隣接するマニホールド端末取付具は、膨張ギャップによって互いに分離されていることを特徴とする、燃料電池スタック。
【請求項２】
前記マニホールド端末取付具は、前記燃料送給パイプの一部および前記燃料排出パイプの一部を介して、隣接する束のマニホールド端末取付具に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
互いに隣接する束間の前記膨張ギャップは、互いに隣接する束間に該束の熱膨張を吸収する隙間をもたらすように構成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記燃料送給パイプおよび前記燃料排出パイプは、燃料電池スタック内に拘束されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記束に接続された燃料送給パイプおよび燃料排出パイプの配置は、前記束内の前記チューブサブアセンブリの運動を拘束するように構成されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記端末取付具の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、前記燃料電池チューブのＣＴＥに適合されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記燃料送給パイプおよび前記燃料排出パイプのＣＴＥは、前記端末取付具のＣＴＥに適合されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記端末取付具は、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ことを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記燃料送給パイプおよび前記燃料排出パイプは、緻密な不浸透性セラミック材料から作製されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記端末取付具は、位置合せ特徴部を備えており、該位置合せ特徴部は、隣接する端末取付具に連結され、これによって、互いに隣接する端末取付具間の位置合せを容易にするように構成されている、先行する請求項のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項１１】
前記端末取付具は、前記燃料電池チューブを支持するための棚を備えており、前記棚は、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燃料電池チューブとの間に間隙をもたらすように構成されていることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
燃料電池スタックアセンブリが開示されている。詳細には、熱的および機械的に適合性がある燃料電池スタックアセンブリが開示されている。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックアセンブリの内には、高温で運転されねばならないものがある。高温電池アセンブリの一例として、固体酸化物燃料電池アセンブリが挙げられる。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。（この配置は、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、テープ成形およびカレンダー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アセンブリの運転温度は、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アセンブリ（または固体酸化物燃料電池スタック）のプラントの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】
本発明の実施形態は、始動時の低温から正常な運転温度に至るまでの間良好な熱的および機械的適合性を有する新規の燃料電池アセンブリ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、束内の熱的および機械的適合性しかもたらさず、互いに隣接する束を横切って蓄積される熱的および機械的応力を防ぐようになっていない。さらに、この構成は、スタックの全体にわたる燃料電池チューブの燃料分布の課題に対処していない。
【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燃料電池アセンブリであって、各細長体は、
燃料送給パイプと、
燃料排出パイプと、
複数の束であって、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、チューブサブアセンブリは、互いに隣接するチューブサブアセンブリを接続する端末取付具によって、縦方向において互いに分離されており、端末取付具は、燃料のための通路を備えている、複数の束と、
を備えている、燃料電池アセンブリにおいて、
各束の最下または最上チューブサブアセンブリの一方は、束を燃料送給パイプに接続するマニホールド端末取付具を備えており、各束の最下または最上チューブサブアセンブリの他方は、束を燃料排出パイプに接続するマニホールド端末取付具を備えており、
互いに隣接する束の互いに隣接するマニホールド端末取付具は、膨張ギャップによって互いに分離されている、
燃料電池アセンブリが提供されることになる。
【００１５】
膨張ギャップによって互いに分離されているマニホールド端末取付具のこの構成の利点は、各束内の熱的および機械的応力が各束から燃料送給パイプおよび燃料排出パイプに伝播し、束から隣接する束に伝播しないことにある。機械的負荷経路は、端末取付具と燃料入口パイプおよび燃料出口パイプとの組合せによって生じ、スタック内の機械的負荷は、各束の端末取付具に沿って（より脆弱な燃料電池チューブを通ることなく）伝播することになる。互いに隣接する束間の膨張ギャップは、互いに隣接する束間の機械的負荷を分離し、これによって、束内のどのような機械的応力も燃料入口パイプおよび燃料出口パイプの方に導かれることになる。さらに、互いに隣接する束間の膨張ギャップは、細長体構造への付加的な機械的負荷を生じることなく束の熱膨張を吸収することになる。
【００１６】
任意選択的に、マニホールド端末取付具は、燃料送給パイプの一部および燃料排出パイプの一部を介して、隣接する束のマニホールド端末取付具に接続されていてもよい。
【００１７】
燃料送給パイプおよび燃料排出パイプは、区分された部分から形成されており、燃料送給パイプの該部分の組合せおよび燃料排出パイプの該部分の組合せが、細長体燃料送給パイプおよび細長体燃料排出パイプを形成している。燃料排出パイプおよび燃料送給パイプは、典型的には、チューブサブアセンブリよりも強靭であり、これによって、燃料電池細長体内の熱的および機械的応力により耐えることができる。従って、このパイプ配置は、チューブサブアセンブリの端末取付具を通って燃料送給パイプおよび燃料排出パイプに向う機械的負荷経路を支持することになる。
【００１８】
任意選択的に、互いに隣接する束間の膨張ギャップは、互いに隣接する束間に該束の熱膨張を吸収する隙間をもたらすように構成されていてもよい。
【００１９】
互いに隣接する束間の膨張ギャップは、束を膨張および収縮させる燃料電池細長体内の温度差が細長体の構造の全体に悪影響を及ぼすことがない十分な隙間をもたらすようになっている。
【００２０】
任意選択的に、燃料送給パイプおよび燃料排出パイプは、燃料電池スタック内に拘束されていてもよい。
【００２１】
燃料送給パイプおよび燃料排出パイプをこのように拘束することによって、移送中のスタック完全性が改良されることになる。
【００２２】
任意選択的に、束に接続された燃料送給パイプおよび燃料排出パイプの配置は、束内のチューブサブアセンブリの運動を拘束するようになっていてもよい。
【００２３】
任意選択的に、端末取付具の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、燃料電池チューブのＣＴＥに適合されていてもよい。
【００２４】
燃料電池チューブのＣＴＥに対する端末取付具のＣＴＥの適合によって、端末取付具および燃料電池チューブの相対的な膨張および収縮が低減されることになる。
【００２５】
任意選択的に、燃料送給パイプおよび燃料排出パイプの熱膨張係数（ＣＴＥ）は、端末取付具のＣＴＥに適合されていてもよい。
【００２６】
これは、流入燃料温度と流出燃料温度とが異なる燃料電池スタックの始動中、特に重要である。
【００２７】
任意選択的に、第１の端末取付具および第２の端末取付具は、不浸透性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。
【００２８】
ＭＭＡセラミック材料は、構成部品に特に適している。何故なら、ＭＭＡは、射出成形のような周知の技術を用いて成形することができるからである。また、ＭＭＡセラミック材料は、燃料電池内に生じる高温に耐えることができる。
【００２９】
任意選択的に、燃料送給パイプおよび燃料排出パイプは、緻密な不浸透性セラミック材料から作製されていてもよい。
【００３０】
緻密な不浸透性セラミック材料は、燃料電池モジュールのセラミック材料よりも大きい機械的応力に耐えることができ、これによって、燃料送給パイプおよび燃料排出パイプは、細長体の全体にわたる機械的負荷に耐えることができる。
【００３１】
任意選択的に、端末取付具は、位置合せ特徴部を備えていてもよく、該位置合せ特徴部は、隣接する端末取付具に連結され、これによって、互いに隣接する端末取付具間の位置合せを容易にするように構成されている。
【００３２】
端末取付具に位置合せ特徴部を設けることによって、束および燃料電池細長体の組立を容易にすることができる。
【００３３】
任意選択的に、端末取付具は、燃料電池チューブを支持するための棚を備えていてもよく、該棚は、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燃料電池チューブとの間に間隙をもたらすように構成されている。
【００３４】
以下、添付の図面を参照して、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】
【００３５】
【図１】燃料電池スタックを示す図である。
【図２】チューブサブアセンブリを示す図である。
【図３】端末取付具を示す図である。
【図４】チューブサブアセンブリを通る燃料流路を示す図である。
【図５】燃料パイプが通る差込部を有する燃料電池束を示す図である。
【図６】マニホールド端末取付具を示す図である。
【図７】燃料電池細長体を示す図である。
【図８】主機械的負荷経路を示す燃料電池細長体の断面を示す図である。
【図９】互いに隣接する束間の膨張ギャップを示す燃料電池細長体の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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。
【００３７】
燃料電池スタックアセンブリは、少なくとも１つの燃料電池スタックの組立体である。
【００３８】
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を備えており、各細長体１２は、複数の束１４を備えている。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を備えており、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。図２は、チューブサブアセンブリ１６を示しており、図３は、端末取付具２２を示しており、図４は、チューブサブアセンブリを通る燃料流路を示している。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。
【００３９】
燃料電池チューブ１８は、多孔性のマグネシアアルミン酸マグネシウム（ＭＭＡ）チューブであり、簡単にするために、燃料電池を省いて示されている。チューブサブアセンブリは、燃料電池チューブ１８と、燃料電池チューブの各端における不浸透性ＭＭＡ端末取付具２２，２４とを備えている。図３は、ＭＭＡ端末取付具２２を示している。
【００４０】
チューブは、各チューブサブアセンブリが互いに向き合った端に端末取付具２２，２４を備えるように、端末取付具２２，２４に配置されている。燃料電池チューブは、Ｌ字状の端末取付具２２，２４によって支持されている。端末取付具は、燃料電池チューブ１８を該端末取付具に取り付けるための第１の密封面３０および第２の密封面３２を有している。第１の密封面および第２の密封面は、実質的に互いに直交しており、第１の密封面は、燃料電池チューブの端の近くの面を端末取付具に固着させるための棚３０を画定している。第２の密封面は、燃料電池チューブの端が固着する面を画定している。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１８と端末取付具２２，２４との間に気密流路２８が形成されることになる。燃料電池チューブおよび端末取付具は、セラミックガラスペーストまたは他の固定手段によって封止されるようになっている。
【００４１】
端末取付具は、ＭＭＡセラミック材料のような不浸透性材料から作製されている。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に適合する熱膨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、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。
【００４２】
端末取付具は、射出成形プロセスによって作製されている。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。
【００４３】
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に示されている。（第１の形式の端末取付具２２に連結された）第２の形式の端末取付具２４が、図４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４に示されているように一緒に連結され、連結された端末取付具は、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し、これによって、チューブサブアセンブリの束を通る蛇行流路を形成することになる。
【００４４】
互いに隣接するチューブサブアセンブリ１６は、束１４内において実質的に互いに平行に配置されており、これらのチューブサブアセンブリは、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、互いに離間している。
【００４５】
燃料電池チューブ１８間の間隙は、運転中に酸化剤がチューブ間を流れることを可能にするために形成されている。
【００４６】
互いに隣接するチューブ１８間の間隙は、チューブサブアセンブリ１６のエンドキャップ２２，２４が上下方向に互いに積層されたとき、それらのエンドキャップ２２，２４によって生じるようになっている。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を最小限に抑えることができることが挙げられる。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。
【００４７】
製造公差の複合を減らすために、位置合わせ特徴部６４，３４が各端末取付具に設けられている。
【００４８】
位置合せ特徴部は、位置合せピン６４を含んでいる。位置合せピン６４は、隣接するチューブサブアセンブリに対する１つのチューブサブアセンブリの端末取付具の非接着連結部６３に対する確動位置合せをもたらすものである。非接着連結部は、燃料電池細長体の熱的適合性を改良する。何故なら、熱膨張のわずか変動が非接着連結部によって吸収されるからである。非接着連結部は、燃料電池スタックの始動時の室温から運転温度までの束の熱膨張を吸収するのに役立つことになる。主細長体送給パイプの近くの熱耐性に適応することが、特に重要である。何故なら、主細長体送給パイプの近くに大きな温度勾配が生じるからである。さらに、主細長体送給パイプの領域またはその近くに生じる機械的な応力に燃料圧による機械的応力が加えられる。製造公差も、非接着連結部内において調整されることになる。
【００４９】
入口燃料パイプおよび出口燃料パイプは、熱応力を最小限に抑えるために、隣接する構成部品に適合されたＣＴＥを有する不浸透性セラミックＭＭＡ材料から作製されている。
【００５０】
各端末取付具は、接着ジョイント３７，６２および非接着連結部６３を備えている。気密ジョイント（接着ジョイント）は、ガラスセラミックテープ成形ガスケットを用いて形成されている。接着ジョイント３７，６２は、連結された端末取付具間に燃料のための流路をもたらすものであり、ガラスセラミック材料などを用いて気密シールを生成するようになっている。非接着連結部は、端末取付具の互いに向き合った面に位置し、位置決めピン６４または位置決めソケット６３を備えている。互いに隣接する端末取付具の位置決めピン６４および位置決めソケット６３は、互いに連結され、非接着連結部を形成するようになっている。
【００５１】
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ために、長孔６２と連結するように構成されている。互いに隣接するサブアセンブリ間の運動を一方向において拘束し、他の方向におけるわずかな運動を許容する他の形状の位置決めピンも考えられる。
【００５２】
端末取付具は、端末取付具の熱膨張係数（ＣＴＥ）が燃料電池チューブのＣＴＥに適合するような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。例えば、室温始動中に、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の不一致がスタック１０の機械的および熱的な完全性に対して悪影響を及ぼすことがある。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いくらかの温度変動が生じることが分かっている。従って、端末取付具のＣＴＥを燃料電池チューブの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。
【００５３】
前述したように、燃料電池スタック、細長体、または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、図５に示されている束は、２つ、４つ、６つ、またはそれを超える数のチューブサブアセンブリを備えることができる。
【００５４】
好ましい実施形態では、６つのチューブサブアセンブリが上下方向に積層され、束を形成するようになっている。
【００５５】
束内において、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、束をマニホールド端末取付具２６，２７を介して燃料入口パイプ１３３および燃料出口パイプ１３５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’’に向って、従って、束１４を通て反応物質を流入および流出させ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’’の終端のマニホールド端末取付具は、それぞれ、燃料入口パイプ部分１３３および燃料出口パイプ部分１３５に接続するための手段を有しており、これによって、燃料送給パイプおよび燃料排出パイプを形成するようになっている。
【００５６】
燃料入口パイプ部分１３３および燃料出口パイプ部分１３５は、パイプ部分を強化し、燃料流れを改良するために設けられた柱を備えている。束は、部分１３３，１３５を介して、主細長体燃料送給パイプおよび燃料排出パイプに接続されている。部分１３３，１３５は、ガラスセラミックテープ成形密封ガスケットを介して、燃料マニホールド端末取付具２６，２７に接続されている。これらの部分は、スリーブおよびフランジを備えている。スリーブは、マニホールド端末取付具２６，２７に対する部分１３３，１３５の位置合せを改良するための位置合せ特徴部を備えている。
【００５７】
マニホールド端末取付具は、図６に示されているように、該部分に接続されるソケットおよびフランジを備えている。ソケットおよびフランジは、束内の機械的および熱的応力を束の端末取付具から燃料パイプに伝播させる機械的経路をもたらすものである。束から燃料マニホールド端末取付具および燃料パイプへの機械的経路をもたらす利点は、機械的および熱的応力が、１つの束から隣接する束に伝播せずに、燃料パイプを通って伝播することにある。熱的および機械的応力の迂回によって、比較的脆弱な燃料電池チューブの耐久性を向上させ、燃料電池スタックのを延長されることができる。
【００５８】
燃料入口パイプおよび燃料出口パイプは、代替的構成に基いて、具体的には、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’の終端におけるマニホールド端末取付具が、それぞれ、燃料入口パイプ部分および燃料出口パイプ部分１３５に接続するための手段を有する構成に基づいて、配置されていてもよい。燃料入口パイプ部分、燃料出口パイプ部分、およびマニホールド端末取付具は、一緒に接続され、細長体燃料パイプを形成することになる。
【００５９】
図６は、入口マニホールド端末取付具２６の断面斜視図である。同様の設計特徴部が出口マニホールド端末取付具２７（図示せず）に設けられていてもよい。燃料コネクタ１０３は、燃料パイプ部分１３３，１３５のいずれかを燃料流路１０２に接続するように、または燃料パイプを開口１０４に直接接続するように、構成されている。燃料コネクタは、前述したようなソケット１５８およびフランジ１５９、および燃料パイプ部分の位置合せ特徴部１５２が嵌入される長孔１５２を備えている。柱（またはウエブ）１３８は、燃料コネクタ、従って、主入口燃料パイプの近くの通路に依存する長さを有する種々の通路１０５をもたらすものである。この構成は、各燃料電池通路１３９への一定の燃料流れをもたらすように設計されている。入口マニホールド端末取付具内の燃料送給オリフィス１０４は、入口燃料パイプから流路１０２内への所望の圧力降下を達成するように個別に寸法決めされており、これによって、オリフィス１０４に関連する必要な流れ分布が達成されることになる。
【００６０】
マニホールド端末取付具は、束の全体にわたる燃料流れ分布を改良すると共に、前述したような細長体内の束の熱的および機械的適合性を改良する特徴部（ウエブおよび通路１３８，１３９、開口１０４，１０５，および内部燃料プレナム１０２）を備えている。
【００６１】
図７は、１２個の束１４を備える細長体アセンブリを示している。１２個の束１４は、主細長体燃料パイプを形成する複数の燃料入口パイプ部分１３３および複数の燃料出口パイプ部分１３５に接続されている。（部分１３３によって形成された）流入燃料パイプおよび（部分１３５によって形成された）流出燃料パイプは、主細長体燃料排出口１３６および主細長体燃料送給口１３４に接続されている。マニホールド端末取付具は、入口燃料パイプ部分１３３および燃料出口パイプ部分１３５を介して互いに接続されている。マニホールド端末取付具は、反応物質を該端末取付具からチューブサブサブアセンブリの第１の端に流すための気密流路をもたらすようになっている。
【００６２】
この構成は、設計を簡素化させる。燃料は、主細長体送給燃料パイプを通って束に供給され、主細長体排出燃料パイプを介して束から流出することになる。
【００６３】
燃料入口パイプおよび燃料出口パイプは、細長体内のチューブサブアセンブリの運動を低減させるように拘束されている。しかし、束内の非接着ジョイントが、互いに隣接するチューブサブアセンブリ間の一部の水平運動を可能にし、製造公差を吸収するようになっている。
【００６４】
互いに隣接する端末取付具間の非接着連結部１４２および接着ジョイント１４４の組合せは、束および細長体内にさらなる機械的および熱的適合性をもたらすことになる。非接着連結部１４２が互いに隣接するチューブサブアセンブリ間の水平方向および／または長手方向の相対運動を可能にする一方、接着ジョイント１４４がチューブサブアセンブリおよび燃料電池チューブの全体を通して燃料のための気密流路を維持するようになっている。
【００６５】
反応物質マニホールドは、燃料パイプ部分に接続するための少なくとも１つのフランジおよび少なくとも１つのソケットを有している。フランジおよびソケットは、図８に示されているように、互いに隣接する束が一緒に積層されたとき、膨張ギャップ１４０が互いに隣接する２つの束間に存在するように、配置されている。
【００６６】
膨張ギャップ１４０は、互いに隣接する束間に隙間をもたらすものである。すなわち、膨張ギャップ１４０は、入口パイプ、出口パイプ、およびチューブサブアセンブリ内の燃料電池チューブ、および束間の温度差に起因する熱膨張変動を吸収するのに必要な隙間をもたらすものである。
【００６７】
図８は、細長体アセンブリおよびマニホールド端末取付具２６の断面を示し、細長体内における機械的応力伝播の好ましい機械的負荷経路１５０を示している。機械的応力が燃料電池チューブ内に蓄積されて１つの束から隣接する束に伝播するのを防ぐ構成をもたらすために、マニホールド端末取付具は、膨張ギャップ１４０によって互いに分離されている。
【００６８】
膨張ギャップ１４０は、束が一緒に積層されるときに入口マニホールドと出口マニホールドとの間に配置される取外し可能なスペーサを用いて形成されている。スペーサ（および端末取付具間を固定している全ての接着ジョイント）が焼結された後、マニホールド端末取付具間のスペーサは、１つの束内の機械的負荷が隣接する束に向かって、従って、束の全細長体の全体にわたって伝播するのを防ぐギャップを残して、取り除かれるようになっている。
【００６９】
機械的的負荷経路１５０が、図８に矢印によって示されている。各束内の機械的応力は、より脆弱な燃料電池チューブを通らずに端末取付具を通って伝播する。何故なら、間隙２３が、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が互いに接触するのを防ぐからである。マニホールド端末取付具２６，２７は、チューブサブアセンブリ１６および燃料電池チューブ１８から燃料パイプ１３３，１３４に向かう機械的負荷経路をもたらすことになる。セラミックの燃料パイプ１３３，１３４は、燃料電池チューブよりも強靭であり、劣化または損傷することなく、追加的な機械的応力を吸収することができる。マニホールド端末取付具２６，２７は、気密ジョイントを介して燃料パイプに接続されている。
【００７０】
図９は、燃料電池細長体内における熱的適合性がいかに達成されるかを示している。互いに隣接する束１４間の膨張ギャップ１４０は、燃料流入と燃料流出との間の温度差および束内の燃料チューブ間の温度差に起因する熱膨張変動を吸収する隙間をもたらしている。
【００７１】
いくつかの実施例では、端末取付具は、隣接する端末取付具に連結されるように構成された位置合せ特徴部を備えている。位置合せ特徴部は、熱的および機械的応力を吸収しながら、互いに隣接する端末取付具間の位置合せを容易にするものである。位置合せ特徴部は、互いに隣接する端末取付具間の製造公差を吸収しながら、互いに隣接する端末取付具間の位置合せをさらに容易にするものである。
【００７２】
前述した実施形態のいずれかに関して前述した特徴部が種々の実施形態間において交換可能に適用可能であることは、当業者にとって明らかである。前述の実施形態は、本発明の種々の特徴を示す例である。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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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【国際調査報告】
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