JP2007053043A - Manifold structure of fuel cell and method of manufacturing same - Google Patents

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創 荒井
Satoshi Sugita
敏 杉田
Masayasu Arakawa
正泰 荒川
Shinko Ogusu
真弘 小楠
Noriyoshi Kaneda
教良 金田
Shinji Saito
慎二 斎藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manifold structure of a fuel cell capable of stably holding the seal performance in a manifold part for supplying/exhausting gas to/from a cell stack of the fuel cell and preventing gas leak, and to provide a method of manufacturing the manifold structure. <P>SOLUTION: A manifold body 40 of each of manifolds M1, M2 for supplying/exhausting fuel gas to/from an inter connector 12 is constituted by stacking a manifold member 44 constituting a metallic gas passage forming member and a manifold connector 45 constituting an insulating material gas passage forming member. A joining part of the manifold member 44 and the manifold connector 45 is joined with brazing filler metal 46. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池のマニホールド構造およびその製造方法に関し、特に平板型の固体酸化物からなる電解質層を備えた平板型固体酸化物形燃料電池のセルスタックにガスを給排気するマニホールド構造およびその製造方法に関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell manifold structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a manifold structure for supplying and exhausting gas to and from a cell stack of a flat plate type solid oxide fuel cell having an electrolyte layer made of a flat plate type solid oxide. It relates to a manufacturing method.

平板型の固体酸化物形燃料電池（SOFC:Solid Oxide Fuel Cell）は、平板型の固体酸化物からなる電解質層と、この電解質層の表裏面にそれぞれ形成した空気極および燃料極とで平板型の単セルを形成し、前記燃料極と空気極に燃料ガスと酸化剤ガスをそれぞれ給排気する通路を有するセパレータ（以下、インターコネクタという）と前記単セルとを交互に複数個積層して電気的に直列に接続することにより燃料電池スタック（以下、セルスタックという）を形成し、前記ガスの給排気のための通路（以下、マニホールドという）からインターコネクタを介して前記各単セルの各極に燃料ガスと酸化剤ガスを供給することにより発電を行なうようにした燃料電池である。この固体酸化物形燃料電池は、他の燃料電池に比べて発電効率が高く、また作動温度が高い（７００°〜１０００℃）ため高温の熱を利用することができるという利点を有している。   A flat-type solid oxide fuel cell (SOFC) is composed of an electrolyte layer composed of a flat-plate type solid oxide, and an air electrode and a fuel electrode formed on the front and back surfaces of the electrolyte layer, respectively. A plurality of separators (hereinafter referred to as interconnectors) having passages for supplying and discharging fuel gas and oxidant gas to and from the fuel electrode and air electrode, respectively, and a plurality of the single cells are alternately stacked. By connecting them in series, a fuel cell stack (hereinafter referred to as a cell stack) is formed, and each electrode of each single cell is connected via an interconnector from a passage (hereinafter referred to as a manifold) for supplying and exhausting the gas. In this fuel cell, power is generated by supplying fuel gas and oxidant gas to the fuel cell. This solid oxide fuel cell has advantages in that power generation efficiency is higher than that of other fuel cells and that the operating temperature is high (700 ° C to 1000 ° C), so that high-temperature heat can be used. .

固体酸化物形燃料電池の出力電圧を高めるためには、各セル間の密着度を高めて接続部分での電力の伝達損失を低減する必要がある。また、各単セルに対して燃料ガスと酸化剤ガスの給排気を行なうためのマニホールドもガス漏れしないようにする必要がある。また、マニホールドは、高温において強い酸化性ガス（酸化剤側ガス）もしくは強い還元性ガス（燃料側ガス）に晒されても変性したり劣化しないこと、さらには加工性や経済性に優れた材料で構成されていることが要求される。   In order to increase the output voltage of the solid oxide fuel cell, it is necessary to increase the adhesion between the cells and reduce the power transmission loss at the connection portion. Further, it is necessary to prevent gas leakage from the manifold for supplying and exhausting the fuel gas and the oxidant gas to each single cell. In addition, the manifold does not denature or deteriorate even when exposed to strong oxidizing gas (oxidant side gas) or strong reducing gas (fuel side gas) at high temperatures, and it has excellent workability and economic efficiency. It is required to consist of

このような観点からインターコネクタと同様に、マニホールドを金属製のガス通路形成部材によって製作することが望ましいが、実際には全てのマニホールド構成部材を金属製のガス通路形成部材で製作するとセルがマニホールドを介して短絡し、発電ができなくなる。そこで、絶縁材製のガス通路形成部材をマニホールド構成部材の中に設けることにより、セル間の短絡を防止する方法が採られている。   From this point of view, as with the interconnector, it is desirable that the manifold be made of a metal gas passage forming member. However, in practice, if all the manifold components are made of a metal gas passage forming member, the cell becomes a manifold. It becomes a short circuit through and power generation becomes impossible. Therefore, a method of preventing a short circuit between the cells by providing a gas passage forming member made of an insulating material in the manifold constituent member is employed.

例えば、マニホールドをガスの共通通路であるマニホールド本体と、各インターコネクタとマニホールド本体を接続するパイプとで構成し、パイプに金属製のパイプを用いる場合において、マニホールド本体を金属製のガス通路形成部材を構成するマニホールド部材と絶縁材製のガス通路形成部材を構成するマニホールドコネクタの２部材で構成し、これらを交互に複数段積層することによりセル間の短絡を防止している。   For example, when the manifold is composed of a manifold body that is a common gas passage, and pipes that connect each interconnector and the manifold body, and a metal pipe is used as the pipe, the manifold body is made of a metal gas passage forming member. And a manifold connector constituting a gas passage forming member made of an insulating material, and a plurality of these layers are alternately stacked to prevent a short circuit between cells.

この場合、マニホールドを全て絶縁材料で製作するとセルの短絡の問題は解消されるが、絶縁材料の場合は十分な加工性と高温における強度をもつ材料が知られていないので、現状では金属材料からなるマニホールド部材と絶縁材料からなるマニホールドコネクタを交互に重ねて構成することが最適な構造とされている。マニホールド部材としては、通常耐食性ステンレスを代表とする金属材料が用いられている。一方、マニホールドコネクタとしては、通常セラミックスが用いられる。   In this case, if the manifold is entirely made of an insulating material, the cell short circuit problem is solved. However, in the case of an insulating material, a material having sufficient workability and strength at a high temperature is not known. The optimum structure is that the manifold members and the manifold connectors made of an insulating material are alternately stacked. As the manifold member, a metal material typically represented by corrosion-resistant stainless steel is used. On the other hand, ceramics are usually used as the manifold connector.

また、マニホールド本体をセルスタックから離間させてこれらを接続する金属製のパイプを長く形成すると、マニホールド全体を燃料電池の運転温度より低い温度環境下に置くことは可能であり、この場合にはプラスチック材料などの加工性のよい絶縁材料でマニホールド部材を製作することも可能である。しかし、パイプを長くするとそれだけ燃料電池の占有面積が大きくなるため、スペース効率が悪く、またセルに供給するガスの温度が低くなるため発電特性が悪化するという問題が生じ実際的ではない。   In addition, if the manifold body is separated from the cell stack and the metal pipe connecting them is formed long, the entire manifold can be placed in a temperature environment lower than the operating temperature of the fuel cell. It is also possible to manufacture the manifold member with an insulating material having good workability such as a material. However, the longer the pipe, the larger the area occupied by the fuel cell, so that the space efficiency is poor, and the temperature of the gas supplied to the cell is lowered, resulting in a problem that power generation characteristics deteriorate, which is not practical.

また、金属製のマニホールド部材と絶縁材料からなるマニホールドコネクタを交互に複数段積層してマニホールド本体を形成したマニホールドにおいては、一般に金属で構成されるマニホールド部材とセラミックス等の絶縁体で構成されるマニホールドコネクタの熱膨張係数が異なるため、この熱膨張係数差によるガス漏れを防止するためにシール材を用いてマニホールド部材とマニホールドコネクタとの接合部をシールしている。シール材としては、ほう珪酸ガラスやバリウム珪酸ガラスなどのガラス材料や、ガラスウールとガラス材料の混合物、アルミナ接着剤とガラス材料の混合物等が用いられている（例えば、特許文献１参照）。   In a manifold in which a manifold body is formed by alternately stacking a plurality of metal manifold members and manifold connectors made of an insulating material to form a manifold body, a manifold member generally made of metal and an insulator such as ceramics. Since the connectors have different coefficients of thermal expansion, the joint between the manifold member and the manifold connector is sealed using a sealing material in order to prevent gas leakage due to the difference in coefficient of thermal expansion. As the sealing material, a glass material such as borosilicate glass or barium silicate glass, a mixture of glass wool and glass material, a mixture of alumina adhesive and glass material, or the like is used (for example, see Patent Document 1).

特開２００５−０１９２６８号公報JP 2005-019268 A

しかしながら、上記した従来のマニホールド構造においては、シール材としてほう珪酸ガラスやバリウム珪酸ガラスなどのガラス材料や、ガラスウールとガラス材料の混合物、アルミナ接着剤とガラス材料の混合物等を用いているため、金属部材と絶縁部材を完全には密着させることが困難であり、その隙間からガスが漏れ信頼性の高いマニホールド構造を得ることができないという問題があった。また、ガラス材料は、融解と固化を繰り返すことにより劣化したり成分が昇華するため、信頼性が低いという問題もある。   However, in the above-described conventional manifold structure, a glass material such as borosilicate glass or barium silicate glass, a mixture of glass wool and glass material, a mixture of alumina adhesive and glass material, or the like is used as a sealing material. There is a problem that it is difficult to completely adhere the metal member and the insulating member, and gas cannot leak from the gap to obtain a highly reliable manifold structure. In addition, the glass material has a problem of low reliability because it deteriorates or the components sublimate by repeated melting and solidification.

本発明は、上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料電池のセルスタックにガスを給排気するためのマニホールド部を構成する金属製のガス通路形成部材と絶縁材製のガス通路形成部材との接合部からのガス漏れを防止し、高いシール性能を安定に維持できるようにした燃料電池のマニホールド構造およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to form a metal gas passage constituting a manifold portion for supplying and exhausting gas to and from a cell stack of a fuel cell. It is an object of the present invention to provide a fuel cell manifold structure and a method for manufacturing the same, which can prevent gas leakage from a joint portion between a member and a gas passage forming member made of an insulating material and can stably maintain high sealing performance.

上記目的を達成するために本発明は、単セルとインターコネクタとを交互に複数個積層して形成したセルスタックと、このセルスタックの各インターコネクタに燃料ガスと酸化剤ガスをそれぞれ給排気する複数のマニホールドとを備え、前記燃料ガスと酸化剤ガスの供給により発電を行なう燃料電池において、前記マニホールドを、金属製のガス通路形成部材と、この金属製ガス通路形成部材の途中に設けられ各セル間が前記金属製ガス通路形成部材を介して電気的に短絡するのを防止する絶縁材製ガス通路形成部材とで構成し、前記金属製ガス通路形成部材と前記絶縁材製ガス通路形成部材をロウ材によって接合したものである。   To achieve the above object, the present invention provides a cell stack formed by alternately stacking a plurality of single cells and interconnectors, and supplying and exhausting fuel gas and oxidant gas to each interconnector of the cell stack. In a fuel cell comprising a plurality of manifolds and generating power by supplying the fuel gas and oxidant gas, the manifold is provided in the middle of the metal gas passage forming member and the metal gas passage forming member. An insulating material gas passage forming member that prevents an electrical short circuit between cells via the metallic gas passage forming member, and the metallic gas passage forming member and the insulating material gas passage forming member Are joined by brazing material.

また、本発明は、前記マニホールドを、マニホールド本体と、このマニホールド本体と各インターコネクタとを接続する金属製ガス通路形成部材を構成する複数本の金属製パイプとで構成し、前記マニホールド本体を、金属製ガス通路形成部材を構成する複数のマニホールド部材と、絶縁材製ガス通路形成部材を構成する複数のマニホールドコネクタとで構成し、前記マニホールド部材と前記マニホールドコネクタを交互に積層し、その接合部をロウ材によって接合したものである。   In the present invention, the manifold is composed of a manifold main body and a plurality of metal pipes constituting a metal gas passage forming member that connects the manifold main body and each interconnector, and the manifold main body includes: A plurality of manifold members constituting a metal gas passage forming member and a plurality of manifold connectors constituting an insulating gas passage forming member, wherein the manifold members and the manifold connectors are alternately stacked, and the joint portion Are joined by brazing material.

また、本発明は、前記マニホールドを、金属製ガス通路形成部材を構成するマニホールド本体と、一端が前記各インターコネクタにそれぞれ接続された金属製ガス通路形成部材を構成する複数本の金属製パイプと、各金属製パイプの他端と前記マニホールド本体との間にそれぞれ介在された絶縁材製ガス通路形成部材を構成する絶縁部材とで構成し、前記絶縁部材と前記マニホールド本体と前記金属製パイプとの接合部をロウ材によってそれぞれ接合したものである。   In the present invention, the manifold includes a manifold body constituting a metal gas passage forming member, and a plurality of metal pipes constituting a metal gas passage forming member having one end connected to each interconnector. An insulating member constituting an insulating gas passage forming member interposed between the other end of each metal pipe and the manifold body, and the insulating member, the manifold body, and the metal pipe Are joined by brazing material.

また、本発明は、前記マニホールドを、金属製ガス通路形成部材を構成するマニホールド本体と、一端が前記各インターコネクタにそれぞれ接続され、他端が前記マニホールド本体にそれぞれ接続された金属製ガス通路形成部材を構成する複数本の金属製パイプと、各金属製パイプの一端と前記各インターコネクタとの間にそれぞれ介在された絶縁材製ガス通路形成部材を構成する複数の絶縁部材とで構成し、前記絶縁部材と前記インターコネクタと前記金属製パイプとの接合部をロウ材によってそれぞれ接合したものである。   Further, the present invention provides the manifold main body constituting the metal gas passage forming member, and the metal gas passage formation in which one end is connected to each interconnector and the other end is connected to the manifold main body. A plurality of metal pipes constituting the member, and a plurality of insulating members constituting an insulating material gas passage forming member interposed between one end of each metal pipe and each interconnector, Joining portions of the insulating member, the interconnector, and the metal pipe are joined by brazing material.

また、本発明は、前記マニホールドを、金属製ガス通路形成部材を構成するマニホールド本体と、このマニホールド本体と各インターコネクタとを接続する複数本のパイプとで構成し、前記パイプを金属製ガス通路形成部材を構成するパイプ部材と、このパイプ部材の中間部に介在された絶縁材製ガス通路形成部材を構成する絶縁パイプとで構成し、前記パイプ部材と前記絶縁パイプの接合部をロウ材によって接合したものである。   In the present invention, the manifold includes a manifold main body constituting a metal gas passage forming member, and a plurality of pipes connecting the manifold main body and each interconnector, and the pipe is formed of a metal gas passage. A pipe member constituting the forming member, and an insulating pipe constituting an insulating gas passage forming member interposed in an intermediate portion of the pipe member, and a joining portion of the pipe member and the insulating pipe is made of a brazing material It is joined.

また、本発明は、金属製ガス通路形成部材を構成する部材が耐熱合金で、絶縁材製ガス通路形成部材を構成する部材が前記金属製ガス通路形成部材を構成する部材と熱膨張係数の差が小さいセラミックスからなるものである。   Further, the present invention is characterized in that a member constituting the metal gas passage forming member is a heat-resistant alloy, and a member constituting the insulating gas passage forming member is a difference in thermal expansion coefficient from the member constituting the metal gas passage forming member. Is made of small ceramics.

また、本発明は、前記セラミックスがアルミナ、ジルコニア、カルシア、マグネシア、シリカを主成分とするセラミックスおよびこれらを任意に複合してなる複合セラミックスの中のいずれか１つからなるものである。   In the present invention, the ceramic comprises any one of ceramics mainly composed of alumina, zirconia, calcia, magnesia, and silica, and composite ceramics obtained by arbitrarily combining these.

また、本発明は、前記ロウ材の主成分が銀ロウ、ニッケルロウ、金ロウ、パラジウムロウのうちのいずれか１つからなるものである。   In the present invention, the main component of the brazing material is any one of silver brazing, nickel brazing, gold brazing, and palladium brazing.

また、本発明は、前記ロウ材を用いるロウ付けの接合部に、セラミックスと反応する活性金属が存在するものである。   Further, according to the present invention, an active metal that reacts with ceramics is present in a brazed joint using the brazing material.

また、本発明は、金属製ガス通路形成部材を構成する部材と絶縁材製ガス通路形成部材を構成する部材とのロウ材による接合工程を、セラミックスと反応する活性金属を数％含んだロウ材を用いて行うものである。   In addition, the present invention provides a brazing material containing a few percent of an active metal that reacts with ceramics in a joining process using a brazing material between a member constituting a metal gas passage forming member and a member constituting an insulating gas passage forming member. This is done using

また、本発明は、金属製ガス通路形成部材を構成する部材と絶縁材製ガス通路形成部材を構成する部材とのロウ材による接合工程において、ロウ材による接合前の接合予定部に予め活性金属をコーティングしてからロウ材による接合を行うものである。   Further, according to the present invention, in the joining process using the brazing material between the member constituting the metal gas passage forming member and the member constituting the insulating gas passage forming member, the active metal is previously applied to the joining portion before joining with the brazing material. After the coating, the bonding with the brazing material is performed.

さらに、本発明は、金属製ガス通路形成部材を構成する部材と絶縁材製ガス通路形成部材を構成する部材とのロウ材による接合工程を、真空中、水素または不活性ガスの雰囲気中で行うようにしたものである。   Further, according to the present invention, the joining process using the brazing material between the member constituting the metal gas passage forming member and the member constituting the insulating gas passage forming member is performed in a vacuum or in an atmosphere of hydrogen or an inert gas. It is what I did.

本発明においては、金属製ガス通路形成部材と絶縁材製ガス通路形成部材の接合部をロウ付けという原子レベルの相互拡散を利用して接合しているので気密性が高く、高いシール性能を安定した状態で維持することができ、ガス漏れを防止することができる。また、ロウ材はガラス材料に比べて熱による劣化が少なく長期信頼性に優れている。   In the present invention, the joining part of the metal gas passage forming member and the insulating gas passage forming member is joined by utilizing the atomic level mutual diffusion called brazing, so the airtightness is high and the high sealing performance is stable. The gas leakage can be prevented. Also, the brazing material is less deteriorated by heat than the glass material and has excellent long-term reliability.

また、本発明においては、ロウ材としてセラミックスと反応する活性金属を数％含んだ銀ロウ、ニッケルロウ、金ロウ、パラジウムロウのうちのいずれか１つを用いているので、耐熱合金からなる金属製ガス通路形成部材とセラミックスからなる絶縁材製ガス通路形成部材を良好に接合することができる。   In the present invention, any one of silver brazing, nickel brazing, gold brazing and palladium brazing containing several percent of an active metal that reacts with ceramics is used as a brazing material. It is possible to satisfactorily join the gas channel forming member and the insulating gas channel forming member made of ceramics.

また、本発明において、ロウ材を用いるロウ付けの接合部にセラミックスと反応する活性金属を存在させる方法としては、ロウ材自体にセラミックスと反応する活性金属を含ませる方法と、接合予定部に予め活性金属をコーティングしておく方法と、活性金属を含んだロウ材を使用する方法と接合予定部に活性金属をコーティングする方法を併用する方法とがある。   In the present invention, the active metal that reacts with the ceramic is present in the brazed joint using the brazing material. The brazing material itself includes an active metal that reacts with the ceramic, There are a method in which an active metal is coated, a method in which a brazing material containing the active metal is used, and a method in which a method in which an active metal is coated on a joint portion to be bonded is used.

さらに、本発明においては、ロウ材による金属製ガス通路形成部材と絶縁材製ガス通路形成部材の接合工程を真空中、水素または不活性ガスの雰囲気中で行うようにしているので、ロウ材の酸化による劣化を防止することができる。   Furthermore, in the present invention, the joining process of the metal gas passage forming member and the insulating gas passage forming member using the brazing material is performed in a vacuum or in an atmosphere of hydrogen or an inert gas. Deterioration due to oxidation can be prevented.

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る燃料電池のマニホールド構造の一実施の形態を示す断面図、図２は燃料極支持型固体酸化物形燃料電池セルの側面図、図３はセルスタックとマニホールドの概略構成を示す図、図４は燃料ガスの流れを示すセルスタックとマニホールドの断面図、図５は酸化剤ガスの流れを示すセルスタックとマニホールドの断面図、図６はセルスタックとマニホールドの分解斜視図、図７〜図１０は本発明の他の実施の形態を示す図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a fuel cell manifold structure according to the present invention, FIG. 2 is a side view of a fuel electrode-supported solid oxide fuel cell, and FIG. 3 is a schematic configuration of a cell stack and a manifold. 4 is a sectional view of the cell stack and the manifold showing the flow of the fuel gas, FIG. 5 is a sectional view of the cell stack and the manifold showing the flow of the oxidizing gas, and FIG. 6 is an exploded perspective view of the cell stack and the manifold. 7 to 10 are diagrams showing another embodiment of the present invention.

図１〜図６において、全体を符号１で示す平板型固体酸化物形燃料電池は、セルスタック２と、このセルスタック２の周囲に配設され各単セル３（以下、セルともいう）に対して燃料ガス、酸化剤ガスの給排気を行う４つのマニホールドＭ１〜Ｍ４と、セルスタック２を加圧する加圧機構４を備えている。   In FIG. 1 to FIG. 6, a flat solid oxide fuel cell generally indicated by reference numeral 1 is provided in a cell stack 2 and each single cell 3 (hereinafter also referred to as a cell) disposed around the cell stack 2. In contrast, four manifolds M1 to M4 that supply and exhaust fuel gas and oxidant gas and a pressurizing mechanism 4 that pressurizes the cell stack 2 are provided.

図１において、セルスタック２は、単セル３とインターコネクタ１２を交互に必要な段数積層することにより形成されており、断熱プレート１３上に押え板１４を介して設置されている。   In FIG. 1, the cell stack 2 is formed by alternately stacking the required number of single cells 3 and interconnectors 12, and is installed on a heat insulating plate 13 via a pressing plate 14.

前記各マニホールドＭ１〜Ｍ４は、断熱プレート１３上に押え板１５を介して設置された後述するマニホールド本体４０と、このマニホールド本体４０とセルスタック２の各インターコネクタ１２をそれぞれ接続する複数本のパイプ３７（３７ａ，３７ｂ）または３８（３８ａ，３８ｂ）とで構成されている。また、マニホールドＭ１（図１、図３、図４、図６）は、セルスタック２に対して燃料ガスを供給する燃料ガス供給マニホールドを構成し、マニホールドＭ２はセルスタック２から燃料ガスの排気ガスを排気する排気マニホールドを構成し、マニホールドＭ３（図５、図６）はセルスタック２に対して酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給マニホールドを構成し、マニホールドＭ４はセルスタック２から酸化剤ガスの排気ガスを排気する排気マニホールドを構成している。なお、マニホールドＭ１〜Ｍ４は、セルスタック２の周りに略９０°の間隔をおいて配設されている。   Each of the manifolds M1 to M4 includes a manifold main body 40 (described later) installed on the heat insulating plate 13 via a pressing plate 15, and a plurality of pipes respectively connecting the manifold main body 40 and each interconnector 12 of the cell stack 2. 37 (37a, 37b) or 38 (38a, 38b). The manifold M1 (FIGS. 1, 3, 4, and 6) constitutes a fuel gas supply manifold that supplies fuel gas to the cell stack 2, and the manifold M2 exhausts fuel gas from the cell stack 2. The manifold M3 (FIGS. 5 and 6) constitutes an oxidant gas supply manifold that supplies oxidant gas to the cell stack 2, and the manifold M4 is oxidant gas from the cell stack 2. The exhaust manifold is configured to exhaust the exhaust gas. The manifolds M <b> 1 to M <b> 4 are disposed around the cell stack 2 with an interval of approximately 90 °.

前記セルスタック２を加圧する加圧機構４は、セルスタック２上に押え板１６を介して設置された加圧手段としての圧縮ばね７と、この圧縮ばね７上に設置されたプレート１７と、このプレート１７と前記断熱プレート１３および押え板１４を貫通する４本の連結ロッド１８と、これらのロッド１８の両端部にそれぞれ螺着されたナット１９等で構成されている。   The pressurizing mechanism 4 that pressurizes the cell stack 2 includes a compression spring 7 as a pressurizing unit installed on the cell stack 2 via a presser plate 16, a plate 17 installed on the compression spring 7, The plate 17 is composed of four connecting rods 18 penetrating the heat insulating plate 13 and the holding plate 14, and nuts 19 and the like screwed to both ends of the rods 18, respectively.

加圧機構４によりセルスタック２に加えられる荷重は、各連結ロッド１８に螺合しているナット１９を締め付けるかまたは弛めて圧縮ばね７の弾発力を変えることによって自由に調整することができる。圧縮ばね７としては、耐熱、耐食性に優れた窒化珪素を主成分とするセラミックス製のばねが用いられる。これにより、圧縮ばね７を燃料電池１の動作温度と同じ高温度環境下におくことができる。以下、平板型固体酸化物形燃料電池１の各部の構成等を図２〜図６に基づいて詳述する。   The load applied to the cell stack 2 by the pressurizing mechanism 4 can be freely adjusted by tightening or loosening the nut 19 screwed to each connecting rod 18 to change the elastic force of the compression spring 7. it can. As the compression spring 7, a ceramic spring mainly composed of silicon nitride having excellent heat resistance and corrosion resistance is used. Thereby, the compression spring 7 can be placed under the same high temperature environment as the operating temperature of the fuel cell 1. Hereinafter, the structure of each part of the flat type solid oxide fuel cell 1 will be described in detail with reference to FIGS.

図２および図３において、固体酸化物形燃料電池１の単セル３は、平板形の燃料極基板（以下、燃料極という）２５と、この燃料極２５の上に積層形成された平板型固体酸化物からなる電解質層２６および空気極２７とからなり、これによって燃料極支持型のセルを構成している。   2 and 3, a single cell 3 of a solid oxide fuel cell 1 includes a flat plate fuel electrode substrate (hereinafter referred to as a fuel electrode) 25 and a flat plate solid layer formed on the fuel electrode 25. It is composed of an oxide layer 26 made of oxide and an air electrode 27, thereby constituting a fuel electrode support type cell.

単セル３の構成材料としては、一般に開発が行われているすべての材料系に対して適用することができる。例えば、電解質層２６の材料としては、Ｓｃ2Ｏ3およびＡｌ2Ｏ3を添加した安定化ＺｒＯ2 （ＳＡＳＺ）やイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのジルコニア系材料を、燃料極２５の材料としては、これらジルコニア系材料と酸化ニッケルとの混合サーメットを、それぞれ用いることができる。 The constituent material of the single cell 3 can be applied to all material systems that are generally developed. For example, as the material of the electrolyte layer 26, a zirconia-based material such as stabilized ZrO 2 (SASZ) or yttria stabilized zirconia (YSZ) added with Sc 2 O 3 and Al 2 O 3 is used as the material of the fuel electrode 25. Can use mixed cermets of these zirconia-based materials and nickel oxide, respectively.

空気極２７の材料にはランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）などの一般的な空気極材料を用いることができるが、本発明では合金製のインターコネクタ１２を用いている観点から、燃料電池１の動作温度は８００℃以下とすることが好ましいので、低温での特性がより優れているランタンニッケルフェライト（ＬＮＦ）やランタンストロンチウムコバルタイト（ＬＳＣｏ）などの材料を用いることが好ましい。   As the material of the air electrode 27, a general air electrode material such as lanthanum strontium manganite (LSM) can be used. In the present invention, the operation of the fuel cell 1 is performed from the viewpoint of using the alloy interconnector 12. Since the temperature is preferably 800 ° C. or lower, it is preferable to use a material such as lanthanum nickel ferrite (LNF) or lanthanum strontium cobaltite (LSCo), which has better properties at low temperatures.

単セル３の厚みはおよそ１ｍｍ程度である。セル３の面積は必要とされる出力に応じて決められるが、およそ１０〜１０００ｃｍ2 程度である。この場合、セル３の８００℃から１０００℃までの平均熱膨張係数は１０〜１１×１０-6／Ｋ程度である。 The thickness of the single cell 3 is about 1 mm. The area of the cell 3 is determined according to the required output, but is about 10 to 1000 cm 2 . In this case, the average thermal expansion coefficient of the cell 3 from 800 ° C. to 1000 ° C. is about 10 to 11 × 10 −6 / K.

セル３の各電極２５，２７とインターコネクタ１２との電気的な接続は、インターコネクタ１２のそれぞれの表面の平坦性を確保することが困難なことから、変形可能な集電材２８，２９（図３の楕円内参照：図６には２８のみ図示）を介して行うことが好ましい。   The electrical connection between the electrodes 25 and 27 of the cell 3 and the interconnector 12 is difficult to ensure the flatness of the respective surfaces of the interconnector 12, so that the deformable current collectors 28 and 29 (see FIG. 3 reference: within the ellipse: only 28 is shown in FIG.

燃料極２５側の集電材２８としては、銀の多孔体や発泡体、メッシュの他に、ニッケルの多孔体や発泡体、メッシュ等も用いることができる。ただし、ニッケルには炭化水素燃料の分解反応に対する触媒効果があるので、用いる際には注意が必要である。   As the current collector 28 on the fuel electrode 25 side, in addition to a silver porous body, foam, and mesh, a nickel porous body, foam, mesh, and the like can also be used. However, since nickel has a catalytic effect on the decomposition reaction of hydrocarbon fuel, it must be used with care.

空気極２７側の集電材２９としては、金、銀、白金などの貴金属の多孔体や発泡体、メッシュなどを用いることができる。しかし、耐酸化性と経済性のバランスから銀を多孔体や発泡体、メッシュなどの変形できる形状で用いることが好ましい。また、この集電材２９とセル３との接合をより強固にするために空気極２７側には空気極材料と同一の材料のペースト剤などを配置して焼結するとよい。インターコネクタ１２側にも銀ペーストや銀ロウなどの接続剤を用いることにより良好な接続を得ることができる。   As the current collector 29 on the air electrode 27 side, a porous body, foam, mesh, or the like of a noble metal such as gold, silver, or platinum can be used. However, it is preferable to use silver in a deformable shape such as a porous body, a foam, or a mesh from the balance between oxidation resistance and economy. Further, in order to further strengthen the bonding between the current collector 29 and the cell 3, it is preferable to dispose and paste a paste agent or the like of the same material as the air electrode material on the air electrode 27 side. Good connection can also be obtained by using a connecting agent such as silver paste or silver brazing on the interconnector 12 side.

図３〜図６において、インターコネクタ１２は、円板状に形成されて上面中央に形成した凹陥部３１内に単セル３、燃料極集電材２８および空気極集電材２９を収納し、これらを電気的に直列に接続するとともに、単セル３への燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を可能にしている。単セル３は、燃料極２５を下にし、集電材２８，２９によってサンドイッチされた状態で凹陥部３１に収納されている。   3 to 6, the interconnector 12 houses the single cell 3, the fuel electrode current collector 28, and the air electrode current collector 29 in a recess 31 formed in a disc shape and formed in the center of the upper surface. In addition to being electrically connected in series, the fuel cell and the oxidant gas can be supplied to the single cell 3. The single cell 3 is accommodated in the recessed portion 31 with the fuel electrode 25 facing downward and sandwiched between the current collectors 28 and 29.

インターコネクタ１２の内部には、燃料ガス用のガス供給通路３４ａとガス排気通路３４ｂが形成されており、その一端が前記凹陥部３１にそれぞれ開口し、他端がインターコネクタ１２の外周面にそれぞれ開口し、給気パイプ３７ａと排気パイプ３７ｂの一端がそれぞれ接続されている。そして、給気パイプ３７ａと排気パイプ３７ｂの他端は、マニホールドＭ１，Ｍ２のマニホールド本体４０にそれぞれ接続されている。   Inside the interconnector 12, a gas supply passage 34a and a gas exhaust passage 34b for fuel gas are formed, one end of which opens into the recessed portion 31, and the other end on the outer peripheral surface of the interconnector 12, respectively. One end of each of the supply pipe 37a and the exhaust pipe 37b is connected. The other ends of the air supply pipe 37a and the exhaust pipe 37b are connected to the manifold bodies 40 of the manifolds M1 and M2.

また、インターコネクタ１２の下面側には、円板状の凸部３２が一体に突設されており、この凸部３２の内部には酸化剤ガス用のガス給気通路３５ａとガス排気通路３５ｂ（図５）が形成されている。これらのガス給気通路３５ａ、ガス排気通路３５ｂの一端は凸部３２の下面中央にそれぞれ開口し、他端は凸部３２の外周面にそれぞれ開口し、給気パイプ３８ａと排気パイプ３８ｂの一端がそれぞれ接続されている。給気パイプ３８ａと排気パイプ３８ｂの他端は、マニホールドＭ３，Ｍ４のマニホールド本体４０にそれぞれ接続されている。   Further, a disk-like convex portion 32 is integrally projected on the lower surface side of the interconnector 12, and a gas supply passage 35a for oxidizing gas and a gas exhaust passage 35b are provided inside the convex portion 32. (FIG. 5) is formed. One end of each of the gas supply passage 35a and the gas exhaust passage 35b is opened at the center of the lower surface of the convex portion 32, and the other end is opened at the outer peripheral surface of the convex portion 32. One end of each of the supply pipe 38a and the exhaust pipe 38b. Are connected to each other. The other ends of the air supply pipe 38a and the exhaust pipe 38b are connected to the manifold bodies 40 of the manifolds M3 and M4, respectively.

図１において、前記加圧機構４の押え板１６は、最上段の単セル３に対して酸化剤ガスを供給する必要がある。このため、押え板１６にも酸化剤ガス用のガス給気通路とガス排気通路（いずれも図示せず）が形成されており、またこれらの通路には給気パイプ３８ａと排気パイプ３７ｂ（図示せず）がそれぞれ接続されている。   In FIG. 1, the pressing plate 16 of the pressurizing mechanism 4 needs to supply an oxidant gas to the uppermost unit cell 3. For this reason, a gas supply passage and a gas exhaust passage (both not shown) for the oxidant gas are also formed in the holding plate 16, and an air supply pipe 38a and an exhaust pipe 37b (see FIG. Are not connected).

このようなインターコネクタ１２は、単セル３と交互に複数段積層されて加圧機構４により加圧されることにより、凸部３２が空気極集電材２９を下段側の単セル３の空気極２７に押し付けている。なお、給気パイプ３７ａ，３８ａ、排気パイプ３７ｂ，３８ｂを総称して呼ぶときは単にパイプ３７、パイプ３８という。   Such an interconnector 12 is stacked in a plurality of stages alternately with the single cells 3 and is pressurized by the pressurizing mechanism 4, so that the convex portions 32 serve as the air electrode current collector 29 and the air electrodes of the lower single cell 3. 27. Note that when the air supply pipes 37a and 38a and the exhaust pipes 37b and 38b are collectively referred to, they are simply referred to as the pipe 37 and the pipe 38.

単セル３のスタック化は、インターコネクタ１２の凹陥部３１内に単セル３と集電材２８，２９を収納してシールしたものをスタックに必要な段数積層することにより行う。そして、加圧機構４によってセルスタック２に所定の荷重をかけることにより、セル３間の良好な電気的接続を得ることができる。すなわち、セル３とインターコネクタ１２を積層してセルスタック２を製作する際には、インターコネクタセル１２−燃料極集電材２８−単セル３−空気極集電材２９−インターコネクタセル１２の順に順次積層することによりセルスタック２を製作する。そして、このようなセルスタック２を加圧機構４によって加圧し、所定の荷重を加える。加圧機構４によってセルスタック２を加圧すると、各インターコネクタ１２の凸部３２と押え板１６は空気極集電材２９を各単セル３の空気極２７に押し付け、燃料極２５が燃料極集電材２８をインターコネクタ１２の凹陥部３１の底面に押し付ける。このため、積層されている全ての単セル３の燃料極２５と燃料極集電材２８、および空気極２７と空気極集電材２９がそれぞれ密着して電気的に直列に接続され、これにより発電時に高い電圧が得られる。   The single cells 3 are stacked by stacking a single cell 3 and current collectors 28 and 29 that are sealed in the recessed portion 31 of the interconnector 12 and stacking the required number of stages in the stack. A good electrical connection between the cells 3 can be obtained by applying a predetermined load to the cell stack 2 by the pressurizing mechanism 4. That is, when the cell stack 2 is manufactured by stacking the cell 3 and the interconnector 12, the interconnector cell 12, the fuel electrode current collector 28, the single cell 3, the air electrode current collector 29, and the interconnector cell 12 are sequentially provided. The cell stack 2 is manufactured by stacking. And such a cell stack 2 is pressurized by the pressurization mechanism 4, and a predetermined load is applied. When the cell stack 2 is pressurized by the pressurizing mechanism 4, the convex portions 32 and the presser plates 16 of each interconnector 12 press the air electrode current collector 29 against the air electrode 27 of each single cell 3, and the fuel electrode 25 collects the fuel electrode. The electric material 28 is pressed against the bottom surface of the recessed portion 31 of the interconnector 12. Therefore, the fuel electrode 25 and the fuel electrode current collector 28 and the air electrode 27 and the air electrode current collector 29 of all the stacked single cells 3 are in close contact with each other and electrically connected in series. High voltage can be obtained.

インターコネクタ１２および押え板１６の材料としては、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレス材料をはじめとする各種耐熱金属材料を用いることができる。特に、フェライト系ステンレス鋼でＡｌを１％以上含むものが熱的性質の適合性の観点からもっとも好ましい。その中でも、Ａｌを１％以上〜１０％未満含むようなフェライト系ステンレス鋼が機械的性質も良好で好ましい。この場合もＡｌが３％以上含まれるほうがより好ましい。このような金属には、例えば日新製鋼製ＮＣＡ−１（Ｆｅ：１８％、Ｃｒ：３％、Ａｌ）などの鋼種がある。ただし、電気的な接続を行うため耐熱金属の表面にできる酸化被膜の電気抵抗がなるべく小さいことが好ましい。   As a material of the interconnector 12 and the presser plate 16, various heat-resistant metal materials including a ferritic stainless material such as SUS430 can be used. In particular, ferritic stainless steel containing 1% or more of Al is most preferable from the viewpoint of suitability of thermal properties. Among them, ferritic stainless steel containing Al in an amount of 1% or more and less than 10% is preferable because it has good mechanical properties. Also in this case, it is more preferable that Al is contained by 3% or more. Such metals include, for example, Nisshin Steel NCA-1 (Fe: 18%, Cr: 3%, Al). However, it is preferable that the electrical resistance of the oxide film formed on the surface of the refractory metal is as small as possible for electrical connection.

代表的な耐熱金属材料の線熱膨張係数は１１〜１６×１０-6／Ｋ程度であり、セル３の熱膨張係数と比べて一般に大きい。したがって、セル３とインターコネクタ１２（押え板１６も同様）とをガスシールする際にはこの熱膨張係数の違いを吸収できるような方法でシールすることが望ましい。このため、例えば単セル３をインターコネクタ１２の凹陥部３１内に配置し、セル３の外縁部とインターコネクタ１２とをシール材４１（図３参照：図６には図示せず）によってガスシールする。このようなシール材４１によるガスシールは、ほう珪酸ガラスなどの燃料電池１の動作温度よりも軟化点の低いガラス材料を用いることにより実現できる。 A typical refractory metal material has a linear thermal expansion coefficient of about 11 to 16 × 10 −6 / K, which is generally larger than the thermal expansion coefficient of the cell 3. Accordingly, when gas-sealing the cell 3 and the interconnector 12 (same for the pressing plate 16), it is desirable to seal by a method that can absorb this difference in thermal expansion coefficient. For this reason, for example, the single cell 3 is disposed in the recessed portion 31 of the interconnector 12, and the outer edge of the cell 3 and the interconnector 12 are sealed with a sealing material 41 (see FIG. 3; not shown in FIG. 6). To do. Such gas sealing by the sealing material 41 can be realized by using a glass material having a softening point lower than the operating temperature of the fuel cell 1 such as borosilicate glass.

前記各マニホールドＭ１〜Ｍ４は略同一構造であり、前述したマニホールド本体４０と、このマニホールド本体４０と前記各インターコネクタ１２を接続する複数本のパイプ３７，３８とで構成されている。   Each of the manifolds M1 to M4 has substantially the same structure, and includes the above-described manifold body 40 and a plurality of pipes 37 and 38 that connect the manifold body 40 and the interconnectors 12.

また、マニホールド本体４０は、セル３間のリーク電流の発生を防止するために金属製のマニホールド部材４４と、絶縁材料で製作されたマニホールドコネクタ４５を交互に複数個積み重ねることにより形成されており、さらにガス漏れを防止し高いシール性能を確保するためにマニホールド部材４４とマニホールドコネクタ４５の接合部をロウ材４６（図４、図５、図６）によって接合し、両部材間の隙間をシールしている。また、各マニホールド部材４４には、前記パイプ３７または３８の一端がそれぞれ接続されており、その接合部が同じくロウ材４６によって接合されている。ここで、パイプ３７，３８とマニホールド部材４４とは金属製ガス通路形成部材（部品）を構成し、マニホールドコネクタ４５は絶縁材製ガス通路形成部材（部品）を構成している。なお、本実施の形態においては、マニホールドＭ１〜Ｍ４の数を各１つとしているが、必要とする燃料ガスおよび酸化剤ガスの量が多いときおよび構造上の制約がある場合には１つ以上適当な数を設けることができる。   The manifold body 40 is formed by alternately stacking a plurality of metal manifold members 44 and manifold connectors 45 made of an insulating material in order to prevent leakage current between the cells 3. Further, in order to prevent gas leakage and ensure high sealing performance, the joint portion of the manifold member 44 and the manifold connector 45 is joined by a brazing material 46 (FIGS. 4, 5, and 6), and the gap between the members is sealed. ing. Further, one end of the pipe 37 or 38 is connected to each manifold member 44, and the joint is joined by the brazing material 46. Here, the pipes 37 and 38 and the manifold member 44 constitute a metal gas passage forming member (part), and the manifold connector 45 constitutes an insulating material gas passage forming member (part). In the present embodiment, the number of manifolds M1 to M4 is one, but one or more when the amount of required fuel gas and oxidant gas is large and there are structural restrictions. Any suitable number can be provided.

各マニホールドＭ１〜Ｍ４のマニホールド本体４０を金属製のマニホールド部材４４と、絶縁材料からなるマニホールドコネクタ４５を交互に積層して構築する理由は、上記した通りセル３どうしがマニホールドＭ１〜Ｍ４を介してそれぞれ短絡するのを防止するためである。   The reason why the manifold body 40 of each manifold M1 to M4 is constructed by alternately stacking the metal manifold members 44 and the manifold connectors 45 made of an insulating material is that the cells 3 are connected via the manifolds M1 to M4 as described above. This is to prevent short-circuiting.

前記マニホールド部材４４は、図４〜図６に示すように中空の円筒状に形成されており、前記パイプ３７またはパイプ３８の一端が接続されている。マニホールド部材４４の材料としては、高温において酸化剤ガス（強い酸化性）や燃料ガス（還元性）に晒されても変成したり劣化しない材料であることが要求される。このため、例えば耐熱ステンレス、インコネル、ハステロイなどの耐熱性金属が用いられる。   The manifold member 44 is formed in a hollow cylindrical shape as shown in FIGS. 4 to 6, and one end of the pipe 37 or the pipe 38 is connected thereto. The material of the manifold member 44 is required to be a material that does not change or deteriorate even when exposed to an oxidant gas (strong oxidizing property) or a fuel gas (reducing property) at a high temperature. For this reason, for example, a heat resistant metal such as heat resistant stainless steel, Inconel, Hastelloy or the like is used.

また、セルスタック２とマニホールド部材４４を接続するパイプ３７，３８もＳＵＳ３１０Ｓなどの耐熱ステンレスやインコネル、ハステロイなどの耐熱金属製パイプが用いられる。また、パイプ３７，３８にはマニホールド部材４４と同様に電気伝導性がない方が好ましいため、表面にＡｌ2Ｏ3の被膜をつくるＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ耐熱合金などを使用することができる。燃料に炭化水素系の燃料を用いてセル３まで直接に導入する場合には、特に、表面にＡｌ2Ｏ3の被膜をつくる耐熱合金を用いるほうが炭化水素燃料をセル３に安定に供給できるため好ましい。 The pipes 37 and 38 that connect the cell stack 2 and the manifold member 44 are also made of heat-resistant stainless steel such as SUS310S, or heat-resistant metal pipes such as Inconel or Hastelloy. Further, since it is preferable that the pipes 37 and 38 have no electrical conductivity like the manifold member 44, an Fe—Cr—Al heat-resistant alloy or the like that forms a coating of Al 2 O 3 on the surface can be used. When the fuel is introduced directly into the cell 3 using a hydrocarbon-based fuel, the use of a heat-resistant alloy that forms a coating of Al 2 O 3 on the surface enables the hydrocarbon fuel to be supplied to the cell 3 more stably. preferable.

パイプ３７，３８は、それぞれ直径が１〜５ｍｍ、できれば２〜３ｍｍ程度の細いものであり、互いの位置を変えることができるように変形することができるようになっている。パイプ３７，３８としては、変形の容易さの観点からは細ければ細いほうが好ましいが、単セル３に供給しなければならない燃料ガスおよび酸化剤ガスは単セル３の電極面積が１０ｃｍ2 以上ある場合には１００ｍｌ／ｍｉｎ以上の流量が必要となるため、最低でも１ｍｍ以上の直径は必要である。現実的なセル３の大きさとしてはおおよそ１００ｃｍ2 〜４００ｃｍ2 程度となるため、必要とされる流量は１０００ｍｌ／ｍｉｎ程度となる。この場合には外径１．５８７ｍｍ（１／１６インチ）または３．１７５ｍｍ（１／８インチ）のパイプを用いることができる。これ以上大きな面積の単セル３を用いる場合には、パイプ３７，３８の直径を大きくするよりもパイプ３７，３８の本数を増やすほうが好ましい。 Each of the pipes 37 and 38 is a thin one having a diameter of 1 to 5 mm, preferably about 2 to 3 mm, and can be deformed so that the mutual position can be changed. The pipes 37 and 38 are preferably thin if they are thin from the viewpoint of ease of deformation, but the fuel gas and oxidant gas that must be supplied to the single cell 3 have an electrode area of 10 cm 2 or more. In some cases, since a flow rate of 100 ml / min or more is required, a diameter of 1 mm or more is required at least. Since the approximate 100cm 2 ~400cm 2 about as the size of the realistic cell 3, the flow rate required is about 1000 ml / min. In this case, a pipe having an outer diameter of 1.587 mm (1/16 inch) or 3.175 mm (1/8 inch) can be used. When the unit cell 3 having a larger area is used, it is preferable to increase the number of pipes 37 and 38 than to increase the diameter of the pipes 37 and 38.

マニホールドコネクタ４５の材質としては、マニホールド部材４４と熱膨張係数の差が小さいセラミックスやマイカ（雲母）が用いられる。現実的には、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3），ジルコニア（ＺｒＯ2 ）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ2 、石英）を主成分とするセラミックスや複合セラミックスなどが用いられる。ただし、ジルコニアなどの酸素イオン導電体は、電解質としての機能により燃料を消費する可能性があるので、燃料極側のマニホールドコネクタとして用いるのは好適ではない。また、混合物の代表物としてはマセライトと呼ばれるマシーナブルセラミックスがある。特に、マニホールド部材４４が耐熱ステンレスの場合は、マグネシアが好適であり、またマグネシアとアルミナ等他のセラミックスをマトリックスとした複合材料も好適である。一方、マニホールド部材４４がチタンまたはコバールの場合は、アルミナが好適である。 As a material of the manifold connector 45, ceramics or mica (mica) having a small difference in thermal expansion coefficient from the manifold member 44 is used. Actually, ceramics or composite ceramics mainly composed of alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), calcia (CaO), magnesia (MgO), and silica (SiO 2 , quartz) are used. However, oxygen ion conductors such as zirconia are not suitable for use as a manifold connector on the fuel electrode side because they may consume fuel due to their function as electrolytes. A typical example of the mixture is a machinable ceramic called macerite. In particular, when the manifold member 44 is made of heat-resistant stainless steel, magnesia is preferable, and a composite material in which other ceramics such as magnesia and alumina are used as a matrix is also preferable. On the other hand, when the manifold member 44 is titanium or kovar, alumina is suitable.

ロウ材４６としては、セラミックスと反応する活性金属（チタン、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウムなど）を数％含んだ銀ロウ、ニッケルロウ、金ロウ、パラジウムロウが好適である。ロウ材４６の適正な溶融温度としては、銀ロウの場合は８００〜９００℃、ニッケルロウの場合は１０００〜１２００℃、金ロウの場合は９００〜１１００℃、パラジウムロウの場合は８００〜１２００℃が好適である。なお、ロウ材４６についても、高温において強い酸化性ガス（酸化剤ガス）もしくは強い還元性ガス（燃料ガス）に晒されても変成したり劣化しない材料であることが好ましい。   As the brazing material 46, silver brazing, nickel brazing, gold brazing, and palladium brazing containing several percent of active metals (titanium, zirconium, niobium, hafnium, etc.) that react with ceramics are suitable. The appropriate melting temperature of the brazing material 46 is 800 to 900 ° C. for silver brazing, 1000 to 1200 ° C. for nickel brazing, 900 to 1100 ° C. for gold brazing, and 800 to 1200 ° C. for palladium brazing. Is preferred. The brazing material 46 is also preferably a material that does not change or deteriorate even when exposed to a strong oxidizing gas (oxidant gas) or a strong reducing gas (fuel gas) at high temperatures.

ロウ材４６によるマニホールド部材４４とマニホールドコネクタ４５との接合に際しては、ロウ材４６をマニホールド部材４４またはマニホールドコネクタ４５に塗布し、酸化を防止するために真空中（１×１０-3ｔｏｒｒ以上）、水素の雰囲気中または不活性ガス（Ｎ2 ，Ａｒなど）の雰囲気中でロウ付けすることが好ましい。 When joining the manifold member 44 and the manifold connector 45 with the brazing material 46, the brazing material 46 is applied to the manifold member 44 or the manifold connector 45, and in vacuum (1 × 10 −3 torr or more) to prevent oxidation, Brazing is preferably performed in a hydrogen atmosphere or an inert gas (N 2 , Ar, etc.) atmosphere.

また、特にろう付けに際して活性金属を含まないロウ材によってロウ付けする場合、マニホールド部材４４とマニホールドコネクタ４５との接合予定部に予め活性金属をスパッタリングなどの方法によってコーティングしておくことが好ましい。この場合においても活性金属を含むロウ材を用いた場合と同様な効果が得られる。   In particular, when brazing with a brazing material that does not contain an active metal during brazing, it is preferable that the active metal is coated in advance on the portion to be joined between the manifold member 44 and the manifold connector 45 by a method such as sputtering. In this case, the same effect as that obtained when a brazing material containing an active metal is used can be obtained.

また、ロウ付けに際しては、接合予定部に予め活性金属をコーティングしておき、活性金属を含んだロウ材を用いてロウ付けしてもよい。   Further, when brazing, an active metal may be coated in advance on the portion to be joined, and brazing may be performed using a brazing material containing the active metal.

このような構造からなる燃料電池１において、空気極２７と燃料極２５は、電解質層２６を介して隔離されており、空気極２７には酸化剤ガスが供給され、燃料極２５には燃料である水素と一酸化炭素がそれぞれ供給されている。すなわち、酸化剤ガスは、図５に示すように給気用のマニホールドＭ３のマニホールド本体４０、給気パイプ３８ａおよびガス給気通路３５ａを通って各インターコネクタ１２の凹陥部３１内に上方から供給されると、単セル３の空気極２７に接触する。電解質層２６と空気極２７の界面では、電極反応に寄与する三層界面が形成されており、下記（１）式に示す空気極反応により酸化剤ガス中の酸素と電子が反応して酸素イオンに変わる。そして、この酸素イオンは、電解質層２６の内部を移動して燃料極２５に到達する。なお、未反応の酸化剤ガスはガス排気通路３５ｂ、排気パイプ３８ｂおよび排気用マニホールドＭ４のマニホールド本体４０を通って外部に排出される。   In the fuel cell 1 having such a structure, the air electrode 27 and the fuel electrode 25 are isolated via the electrolyte layer 26, an oxidant gas is supplied to the air electrode 27, and fuel is supplied to the fuel electrode 25. Some hydrogen and carbon monoxide are supplied. That is, as shown in FIG. 5, the oxidant gas is supplied from above into the recessed portion 31 of each interconnector 12 through the manifold body 40 of the supply manifold M3, the supply pipe 38a, and the gas supply passage 35a. Then, it contacts the air electrode 27 of the single cell 3. At the interface between the electrolyte layer 26 and the air electrode 27, a three-layer interface that contributes to the electrode reaction is formed. Oxygen ions react with oxygen in the oxidant gas by the air electrode reaction shown in the following formula (1). Changes to. The oxygen ions move inside the electrolyte layer 26 and reach the fuel electrode 25. The unreacted oxidant gas is discharged to the outside through the gas exhaust passage 35b, the exhaust pipe 38b, and the manifold body 40 of the exhaust manifold M4.

（空気極反応）
1/2Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｏ2- ・・・（１） (Air electrode reaction)
1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (1)

一方、給気用のマニホールドＭ１に供給された燃料ガスは、図３、図４および図６に示すようにマニホールド本体４０、給気パイプ３７ａ、ガス給気通路３４ａを通って各インターコネクタ１２の凹陥部３１内に供給されると、単セル３の燃料極２５に接触する。燃料極２５では、Ｎｉ−ＹＳＺサーメット、Ｐｔ等から形成された燃料極２５の働きで、空気極２７から電解質層２６の内部を通って移動してきた酸素イオンが下記（２）式および（３）式に示す反応により燃料極２５に供給された水素および一酸化炭素と反応し、水蒸気または二酸化炭素と電子が生成される。そして、生成物のガスおよび未反応の燃料ガスは、ガス排気通路３４ｂ、排気パイプ３７ｂおよび排気用マニホールドＭ２のマニホールド本体４０を通って外部に排気される。   On the other hand, the fuel gas supplied to the air supply manifold M1 passes through the manifold body 40, the air supply pipe 37a, and the gas air supply passage 34a as shown in FIGS. When supplied into the recessed portion 31, it comes into contact with the fuel electrode 25 of the single cell 3. In the fuel electrode 25, oxygen ions that have moved from the air electrode 27 through the inside of the electrolyte layer 26 by the action of the fuel electrode 25 formed of Ni-YSZ cermet, Pt, and the like are expressed by the following equations (2) and (3). It reacts with hydrogen and carbon monoxide supplied to the fuel electrode 25 by the reaction shown in the formula, and water vapor or carbon dioxide and electrons are generated. The product gas and the unreacted fuel gas are exhausted to the outside through the gas exhaust passage 34b, the exhaust pipe 37b, and the manifold body 40 of the exhaust manifold M2.

（燃料極反応）
Ｈ2 ＋Ｏ2- →Ｈ2Ｏ＋２ｅ- ・・・（２）
ＣＯ＋Ｏ2- →ＣＯ2＋２ｅ- ・・・（３） (Fuel electrode reaction)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e − (2)
CO + O 2− → CO 2 + 2e − (3)

燃料極２５で生成した電子は、外部回路を移動して空気極２７に到達する。空気極２７に到達した電子は、前記（１）式で示した空気極反応により酸素と反応する。この電子が外部回路を移動する過程で電気エネルギーを出力として取り出すことができる。   Electrons generated at the fuel electrode 25 travel through an external circuit and reach the air electrode 27. The electrons that have reached the air electrode 27 react with oxygen by the air electrode reaction shown in the formula (1). Electric energy can be taken out as an output in the process in which the electrons move through the external circuit.

以上のように本発明においては単セル３とインターコネクタ１２を交互に積層し、各セル３の燃料極２５に燃料ガスを供給し、空気極２７に酸化剤ガスを供給することにより、図４および図５に示したようなガス供給系と電気的接続が実現され、これにより接続損失の少ない高出力な固体酸化物形燃料電池１を実現できる。   As described above, in the present invention, the single cells 3 and the interconnectors 12 are alternately stacked, the fuel gas is supplied to the fuel electrode 25 of each cell 3, and the oxidant gas is supplied to the air electrode 27. And electrical connection with a gas supply system as shown in FIG. 5 is realized, whereby a high output solid oxide fuel cell 1 with low connection loss can be realized.

また、本発明においては各マニホールドＭ１〜Ｍ４のマニホールド本体４０を構成する金属製のマニホールド部材４４と絶縁材料からなるマニホールドコネクタ４５をロウ材４６によって接合したので、熱的に安定で信頼性の高いマニホールド本体４０を構築することができる。すなわち、ロウ材４６による接合は、ガラス材料と異なり原子レベルの相互拡散を用いた接合であるため、気密性が高く、燃料電池１の作動時にマニホールド部材４４とマニホールドコネクタ４５が膨張してもその接合部に隙間が生じ難く、燃料ガスや酸化剤ガスの漏洩を確実に防止することができる。また、ロウ材４６は熱による劣化が少なく、長期間にわって安定しているため、特に作動温度が高い固体酸化物形燃料電池１のマニホールドＭ１〜Ｍ４にシール材として用いて好適である。   Further, in the present invention, the metal manifold member 44 constituting the manifold body 40 of each of the manifolds M1 to M4 and the manifold connector 45 made of an insulating material are joined by the brazing material 46, so that it is thermally stable and highly reliable. A manifold body 40 can be constructed. That is, unlike the glass material, the joining by the brazing material 46 is a joining using atomic level interdiffusion. Therefore, even if the manifold member 44 and the manifold connector 45 expand when the fuel cell 1 is operated, the airtightness is high. It is difficult for a gap to be formed at the joint, and the leakage of the fuel gas and the oxidant gas can be reliably prevented. In addition, the brazing material 46 is less deteriorated by heat and is stable for a long period of time, and is therefore suitable as a sealing material for the manifolds M1 to M4 of the solid oxide fuel cell 1 having a particularly high operating temperature.

また、図７に示すようにセルスタック２の加圧機構４と同様な加圧機構５０を用いてマニホールドＭ１（Ｍ２〜Ｍ４も同様）のマニホールド本体４０に所定の荷重を加えると、マニホールド部材４４とマニホールドコネクタ４５との密着度が高くなり、シール性能をより一層向上させることができる。   As shown in FIG. 7, when a predetermined load is applied to the manifold body 40 of the manifold M1 (the same applies to M2 to M4) using the pressurizing mechanism 50 similar to the pressurizing mechanism 4 of the cell stack 2, the manifold member 44 is applied. And the manifold connector 45 are more closely attached, and the sealing performance can be further improved.

図８（ａ）、（ｂ）は本発明に係るマニホールド構造の他の実施の形態を示す要部の斜視図および断面図である。
同図において、セルスタックの各インターコネクタに燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給または排気するマニホールドＭは、一本の筒体からなり金属製のガス通路形成部材を構成するマニホールド本体６０と、このマニホールド本体６０と各インターコネクタとを接続する、同じく金属製のガス通路形成部材を構成する細い複数本のパイプ３７（３８）と、前記マニホールド本体６０と各パイプ３７との接続部にそれぞれ介在された絶縁材製ガス通路形成部材を構成する絶縁部材６１とで構築されている。絶縁部材６１は、マニホールド本体６０の周面に形成した嵌合孔に嵌め込まれ、ロウ材４６によって接合されている。パイプ３７の一端部は、絶縁部材６１の中央に形成した挿通孔よりマニホールド本体６０内に挿入され、同じくロウ材４６によって絶縁部材６１に接合されている。 FIGS. 8A and 8B are a perspective view and a cross-sectional view of a main part showing another embodiment of the manifold structure according to the present invention.
In the figure, a manifold M that supplies or exhausts fuel gas or oxidant gas to each interconnector of a cell stack includes a manifold main body 60 that is formed of a single cylinder and forms a metal gas passage forming member, and the manifold. A plurality of thin pipes 37 (38), which also constitute a metal gas passage forming member, connecting the main body 60 and each interconnector, and interposed between the manifold main body 60 and each pipe 37, respectively. It is constructed with an insulating member 61 that constitutes an insulating material gas passage forming member. The insulating member 61 is fitted into a fitting hole formed in the peripheral surface of the manifold body 60 and joined by a brazing material 46. One end of the pipe 37 is inserted into the manifold body 60 through an insertion hole formed in the center of the insulating member 61, and is joined to the insulating member 61 by the brazing material 46.

このようなマニホールド構造においても、パイプ３７とマニホールド本体６０を絶縁部材６１によって電気的に絶縁しているので、上記した実施の形態と同様にマニホールドＭによるセル間の短絡を防止することができる。   Also in such a manifold structure, since the pipe 37 and the manifold body 60 are electrically insulated by the insulating member 61, a short circuit between cells by the manifold M can be prevented as in the above-described embodiment.

また、図８に示す実施の形態の変形例として、絶縁部材６１をマニホールド本体６０とパイプ３７（３８）との接合部に介在させる代わりに、各インターコネクタ１２とパイプ３７（３８）との接合部に絶縁部材６１を介在させ、インターコネクタ１２とパイプ３７（３８）と絶縁部材６１との接合部をロウ材によってそれぞれ接合しても同様にマニホールドＭによるセル間の短絡を防止することができる。   Further, as a modification of the embodiment shown in FIG. 8, instead of interposing the insulating member 61 at the joint between the manifold body 60 and the pipe 37 (38), each interconnector 12 and the pipe 37 (38) are joined. Even if the insulating member 61 is interposed in the portion, and the joint portion between the interconnector 12, the pipe 37 (38) and the insulating member 61 is joined by the brazing material, the short circuit between the cells due to the manifold M can be similarly prevented. .

図９（ａ）、（ｂ）は本発明に係るマニホールド構造の他の実施の形態を示す要部の斜視図および断面図である。
この実施の形態は、セルスタックの各インターコネクタに燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給または排気するマニホールドＭを、一本の筒体からなり金属製のガス通路形成部材を構成するマニホールド本体６０と、このマニホールド本体６０と各インターコネクタとを接続する複数本のパイプ３７（３８）とで構築している。前記パイプ３７は金属製のガス通路形成部材を構成するパイプ部材７０と、このパイプ部材７０の中間部に介在された絶縁材製のガス通路形成部材を構成する絶縁パイプ７１とからなり、パイプ部材７０と絶縁パイプ７１の接合部をロウ材４６によって接合している。なお、マニホールド本体６０とパイプ部材７０の接合部もロウ材４６によって接合されている。 9 (a) and 9 (b) are a perspective view and a cross-sectional view of a main part showing another embodiment of the manifold structure according to the present invention.
In this embodiment, a manifold body 60 that supplies or exhausts fuel gas or oxidant gas to each interconnector of the cell stack, a manifold main body 60 that is formed of a single cylinder and constitutes a metal gas passage forming member, The manifold main body 60 and a plurality of pipes 37 (38) for connecting each interconnector are constructed. The pipe 37 includes a pipe member 70 constituting a metal gas passage forming member and an insulating pipe 71 constituting an insulating gas passage forming member interposed in an intermediate portion of the pipe member 70. 70 and the insulating pipe 71 are joined together by a brazing material 46. The joint portion between the manifold body 60 and the pipe member 70 is also joined by the brazing material 46.

このような構造からなるマニホールド構造においても、パイプ部材７０の中間部を絶縁パイプ７１によって電気的に絶縁しているので、上記した実施の形態と同様な効果が得られる。   Even in the manifold structure having such a structure, since the intermediate portion of the pipe member 70 is electrically insulated by the insulating pipe 71, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.

図９においては、絶縁パイプ７１の内径をパイプ部材７０の外径より大きく形成し、２本のパイプ部材７０の端部外周面に絶縁パイプ７１を嵌合してロウ付けするようにした例を示したが、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように絶縁パイプ７１の外径をパイプ部材７０の内径より小さく形成し、２本のパイプ部材７０の端部内周面に絶縁パイプ７１を嵌挿してロウ付けするようにしてもよい。   In FIG. 9, an example in which the inner diameter of the insulating pipe 71 is formed larger than the outer diameter of the pipe member 70, and the insulating pipe 71 is fitted and brazed to the outer peripheral surfaces of the ends of the two pipe members 70. As shown in FIGS. 10A and 10B, the outer diameter of the insulating pipe 71 is made smaller than the inner diameter of the pipe member 70, and the insulating pipe 71 is provided on the inner peripheral surfaces of the end portions of the two pipe members 70. It may be inserted and brazed.

本発明は燃料極支持型の単セル３を用いたが、十分な強度を有する平板型固体電解質板の表裏面に燃料極、空気極をそれぞれ配置した電解質支持型の単セルに対しても適用することができる。この場合、システム側の要求として排気ガスを回収する必要がなければ、特に単セル３とインターコネクタ１２をシールする必要はない。また、燃料極支持型であってもマニホールドを燃料ガス供給用と酸化剤ガス供給用のマニホールドＭ１，Ｍ３のみとし、排気ガス用のマニホールドＭ２，Ｍ４を省略することが可能である。特に、酸化剤ガスは空気または酸素が用いられるため、回収してその熱を利用する場合以外は回収する意味が少ない。   The present invention uses the fuel electrode-supported unit cell 3, but is also applicable to an electrolyte-supported unit cell in which a fuel electrode and an air electrode are respectively arranged on the front and back surfaces of a flat solid electrolyte plate having sufficient strength. can do. In this case, it is not particularly necessary to seal the single cell 3 and the interconnector 12 unless the exhaust gas needs to be recovered as a request on the system side. Further, even in the fuel electrode support type, it is possible to use only the manifolds M1 and M3 for supplying the fuel gas and the oxidant gas and omit the manifolds M2 and M4 for the exhaust gas. In particular, since oxidant gas is air or oxygen, there is little meaning to recover except when recovering and utilizing the heat.

燃料ガスの排気ガスを回収するマニホールドＭ２がない場合、未反応燃料ガスが燃料電池１の雰囲気中に垂れ流しとなり、５００〜１０００℃という運転条件下では燃えてしまい燃料の利用率が低下する。また、燃料極反応により反応生成物として水または二酸化炭素が生成され、この生成物を速やかにセル近傍から除去しないと、燃料の消費が進まなくなり、これからも燃料の利用率が低下する。したがって、効率の高い燃料電池を目指す上ではマニホールドＭ２を備えていることが望ましい。しかし、システム構成を簡素化するために未反応燃料ガスを燃やすようにした場合は、マニホールドＭ２を省略することが可能である。   When there is no manifold M2 for recovering the exhaust gas of the fuel gas, the unreacted fuel gas flows down into the atmosphere of the fuel cell 1 and burns under the operating condition of 500 to 1000 ° C., so that the fuel utilization rate decreases. Further, water or carbon dioxide is generated as a reaction product by the fuel electrode reaction, and unless this product is promptly removed from the vicinity of the cell, fuel consumption does not progress, and the fuel utilization rate will continue to decrease. Therefore, it is desirable to provide the manifold M2 in order to achieve a highly efficient fuel cell. However, when unreacted fuel gas is burned in order to simplify the system configuration, the manifold M2 can be omitted.

本発明に係る燃料電池のマニホールド構造の一実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the manifold structure of the fuel cell which concerns on this invention. 燃料極支持型固体酸化物形燃料電池セルの側面図である。It is a side view of a fuel electrode support type solid oxide fuel cell. セルスタックとマニホールドの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a cell stack and a manifold. 燃料ガスの流れを示すセルスタックとマニホールドの断面図である。It is sectional drawing of the cell stack and manifold which show the flow of fuel gas. 酸化剤ガスの流れを示すセルスタックとマニホールドの断面図である。It is sectional drawing of the cell stack and manifold which show the flow of oxidant gas. セルスタックとマニホールドの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a cell stack and a manifold. 本発明の他の実施の形態を示す要部の正面図である。It is a front view of the principal part which shows other embodiment of this invention. （ａ）（ｂ）は本発明に係るマニホールド構造の他の実施の形態を示す要部の斜視図および断面図である。(A) (b) is the perspective view and sectional drawing of the principal part which show other embodiment of the manifold structure which concerns on this invention. （ａ）、（ｂ）は本発明に係るマニホールド構造の他の実施の形態を示す要部の斜視図および断面図である。(A), (b) is the perspective view and sectional drawing of the principal part which show other embodiment of the manifold structure which concerns on this invention. （ａ）、（ｂ）は本発明に係るマニホールド構造のさらに他の実施の形態を示す要部の斜視図および断面図である。(A), (b) is the perspective view and sectional drawing of the principal part which show other embodiment of the manifold structure which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…固体酸化物形燃料電池、２…セルスタック、３…単セル、４…加圧機構、７…圧縮ばね、１２…インターコネクタ、２５…燃料極、２６…電解質層、２７…空気極、２８，２９…集電材、３４ａ、３５ａ…ガス給気通路、３４ｂ，３５ｂ…ガス排気通路、３７ａ，３８ａ…給気パイプ、３７ｂ，３８ｂ…排気パイプ、４０…マニホールド本体、４４…マニホールド部材、４５…マニホールドコネクタ、４１…シール材、４６…ロウ材、６０…マニホールド本体、６１…絶縁部材、７０…パイプ部材、７１…絶縁パイプ、Ｍ，Ｍ１〜Ｍ４…マニホールド。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid oxide fuel cell, 2 ... Cell stack, 3 ... Single cell, 4 ... Pressurization mechanism, 7 ... Compression spring, 12 ... Interconnector, 25 ... Fuel electrode, 26 ... Electrolyte layer, 27 ... Air electrode, 28, 29 ... current collector, 34a, 35a ... gas supply passage, 34b, 35b ... gas exhaust passage, 37a, 38a ... supply pipe, 37b, 38b ... exhaust pipe, 40 ... manifold body, 44 ... manifold member, 45 ... manifold connector, 41 ... sealing material, 46 ... brazing material, 60 ... manifold body, 61 ... insulating member, 70 ... pipe member, 71 ... insulating pipe, M, M1-M4 ... manifold.

Claims (12)

単セルとインターコネクタとを交互に複数個積層して形成したセルスタックと、このセルスタックの各インターコネクタに燃料ガスと酸化剤ガスをそれぞれ給排気する複数のマニホールドとを備え、前記燃料ガスと酸化剤ガスの供給により発電を行なう燃料電池において、
前記マニホールドを、金属製のガス通路形成部材と、この金属製ガス通路形成部材の途中に設けられ各セル間が前記金属製ガス通路形成部材を介して電気的に短絡するのを防止する絶縁材製ガス通路形成部材とで構成し、前記金属製ガス通路形成部材と前記絶縁材製ガス通路形成部材をロウ材によって接合したことを特徴とする燃料電池のマニホールド構造。 A cell stack formed by alternately laminating a plurality of single cells and interconnectors, and a plurality of manifolds for supplying and exhausting fuel gas and oxidant gas to each interconnector of the cell stack, In a fuel cell that generates power by supplying oxidant gas,
Insulating material for preventing the manifold from being electrically short-circuited between the cells by means of the metal gas passage forming member and the manifold being provided in the middle of the metal gas passage forming member. A fuel cell manifold structure comprising: a gas passage forming member, wherein the metal gas passage forming member and the insulating gas passage forming member are joined together by a brazing material. 請求項１記載の燃料電池のマニホールド構造において、
前記マニホールドを、マニホールド本体と、このマニホールド本体と各インターコネクタとを接続する金属製ガス通路形成部材を構成する複数本の金属製パイプとで構成し、
前記マニホールド本体を、金属製ガス通路形成部材を構成する複数のマニホールド部材と、絶縁材製ガス通路形成部材を構成する複数のマニホールドコネクタとで構成し、
前記マニホールド部材と前記マニホールドコネクタを交互に積層し、その接合部をロウ材によって接合したことを特徴とする燃料電池のマニホールド構造。 The fuel cell manifold structure according to claim 1,
The manifold is composed of a manifold main body and a plurality of metal pipes constituting a metal gas passage forming member that connects the manifold main body and each interconnector.
The manifold body is composed of a plurality of manifold members constituting a metal gas passage forming member and a plurality of manifold connectors constituting an insulating gas passage forming member,
A manifold structure of a fuel cell, wherein the manifold member and the manifold connector are alternately laminated, and a joint portion thereof is joined with a brazing material. 請求項１記載の燃料電池のマニホールド構造において、
前記マニホールドを、金属製ガス通路形成部材を構成するマニホールド本体と、一端が前記各インターコネクタにそれぞれ接続された金属製ガス通路形成部材を構成する複数本の金属製パイプと、各金属製パイプの他端と前記マニホールド本体との間にそれぞれ介在された絶縁材製ガス通路形成部材を構成する絶縁部材とで構成し、
前記絶縁部材と前記マニホールド本体と前記金属製パイプとの接合部をロウ材によってそれぞれ接合したことを特徴とする燃料電池のマニホールド構造。 The fuel cell manifold structure according to claim 1,
The manifold includes a manifold main body constituting a metal gas passage forming member, a plurality of metal pipes constituting one end of the metal gas passage forming member connected to each interconnector, and each metal pipe An insulating member constituting an insulating material gas passage forming member interposed between the other end and the manifold body,
A fuel cell manifold structure characterized in that joints of the insulating member, the manifold main body, and the metal pipe are joined by a brazing material. 請求項１記載の燃料電池のマニホールド構造において、
前記マニホールドを、金属製ガス通路形成部材を構成するマニホールド本体と、一端が前記各インターコネクタにそれぞれ接続され、他端が前記マニホールド本体にそれぞれ接続された金属製ガス通路形成部材を構成する複数本の金属製パイプと、各金属製パイプの一端と前記各インターコネクタとの間にそれぞれ介在された絶縁材製ガス通路形成部材を構成する複数の絶縁部材とで構成し、
前記絶縁部材と前記インターコネクタと前記金属製パイプとの接合部をロウ材によってそれぞれ接合したことを特徴とする燃料電池のマニホールド構造。 The fuel cell manifold structure according to claim 1,
The manifold includes a manifold main body constituting a metal gas passage forming member and a plurality of metal gas passage forming members having one end connected to each interconnector and the other end connected to the manifold main body. And a plurality of insulating members constituting an insulating gas passage forming member interposed between one end of each metal pipe and each interconnector,
A fuel cell manifold structure characterized in that joint portions of the insulating member, the interconnector, and the metal pipe are joined by a brazing material. 請求項１記載の燃料電池のマニホールド構造において、
前記マニホールドを、金属製ガス通路形成部材を構成するマニホールド本体と、このマニホールド本体と各インターコネクタとを接続する複数本のパイプとで構成し、
前記パイプを金属製ガス通路形成部材を構成するパイプ部材と、このパイプ部材の中間部に介在された絶縁材製ガス通路形成部材を構成する絶縁パイプとで構成し、前記パイプ部材と前記絶縁パイプの接合部をロウ材によって接合したことを特徴とする燃料電池のマニホールド構造。 The fuel cell manifold structure according to claim 1,
The manifold is composed of a manifold main body constituting a metal gas passage forming member, and a plurality of pipes connecting the manifold main body and each interconnector,
The pipe is constituted by a pipe member constituting a metal gas passage forming member and an insulating pipe constituting an insulating gas passage forming member interposed in an intermediate portion of the pipe member, and the pipe member and the insulating pipe A fuel cell manifold structure characterized in that the joint portion of the fuel cell is joined with a brazing material. 請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の燃料電池のマニホールド構造において、
金属製ガス通路形成部材が耐熱合金で、絶縁材製ガス通路形成部材が前記マニホールド部材と熱膨張係数の差が小さいセラミックスであることを特徴とする燃料電池のマニホールド構造。 In the manifold structure of the fuel cell according to any one of claims 1 to 5,
A fuel cell manifold structure, wherein the metal gas passage forming member is a heat-resistant alloy, and the insulating gas passage forming member is ceramic having a small difference in thermal expansion coefficient from the manifold member. 請求項６記載の燃料電池のマニホールド構造において、
前記セラミックスがアルミナ、ジルコニア、カルシア、マグネシア、シリカを主成分とするセラミックスおよびこれらを任意に複合してなる複合セラミックスの中のいずれか１つであることを特徴とする燃料電池のマニホールド構造。 The fuel cell manifold structure according to claim 6,
A fuel cell manifold structure, wherein the ceramic is one of ceramics mainly composed of alumina, zirconia, calcia, magnesia, and silica, and composite ceramics obtained by arbitrarily combining these. 請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の燃料電池のマニホールド構造において、
前記ロウ材の主成分が銀ロウ、ニッケルロウ、金ロウ、パラジウムロウのうちのいずれか１つであることを特徴とする燃料電池のマニホールド構造。 In the manifold structure of the fuel cell according to any one of claims 1 to 7,
A fuel cell manifold structure, wherein a main component of the brazing material is any one of silver brazing, nickel brazing, gold brazing, and palladium brazing. 請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の燃料電池のマニホールド構造において、
前記ロウ材を用いるロウ付けの接合部に、セラミックスと反応する活性金属が存在することを特徴とする燃料電池のマニホールド構造。 In the manifold structure of the fuel cell according to any one of claims 1 to 7,
A manifold structure for a fuel cell, wherein an active metal that reacts with ceramics is present in a brazed joint using the brazing material. 請求項１〜９のうちのいずれか１つに記載の燃料電池のマニホールド構造の製造方法であって、
金属製ガス通路形成部材を構成する部材と絶縁材製ガス通路形成部材を構成する部材とのロウ材による接合工程を、セラミックスと反応する活性金属を数％含んだロウ材を用いて行うことを特徴とする燃料電池のマニホールド構造の製造方法。 A method for manufacturing a manifold structure for a fuel cell according to any one of claims 1 to 9,
The joining process using the brazing material between the member constituting the metal gas passage forming member and the member constituting the insulating gas passage forming member is performed using a brazing material containing several percent of active metal that reacts with ceramics. A manufacturing method of a manifold structure of a fuel cell, which is characterized. 請求項１〜９のうちのいずれか１つに記載の燃料電池のマニホールド構造の製造方法であって、
金属製ガス通路形成部材を構成する部材と絶縁材製ガス通路形成部材を構成する部材とのロウ材による接合工程において、ロウ材による接合前の接合予定部に予め活性金属をコーティングしてからロウ材による接合を行うことを特徴とする燃料電池のマニホールド構造の製造方法。 A method for manufacturing a manifold structure for a fuel cell according to any one of claims 1 to 9,
In the joining step of the member constituting the metal gas passage forming member and the member constituting the insulating gas passage forming member with the brazing material, the active metal is coated in advance on the planned joining portion before joining with the brazing material, and then the brazing material is joined. A manufacturing method of a manifold structure of a fuel cell, characterized by performing joining by a material. 請求項１０または１１記載の燃料電池のマニホールド構造の製造方法において、
金属製ガス通路形成部材を構成する部材と絶縁材製ガス通路形成部材を構成する部材とのロウ材による接合工程を、真空中、水素または不活性ガスの雰囲気中で行うことを特徴とする燃料電池のマニホールド構造の製造方法。
The method for manufacturing a fuel cell manifold structure according to claim 10 or 11,
A fuel characterized in that a joining step using a brazing material between a member constituting a metal gas passage forming member and a member constituting an insulating gas passage forming member is performed in a vacuum or in an atmosphere of hydrogen or an inert gas. Manufacturing method of battery manifold structure.
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