(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024129553
(43)【公開日】2024-09-27
(54)【発明の名称】電気化学装置
(51)【国際特許分類】
H01M 8/2465 20160101AFI20240919BHJP
C25B 9/60 20210101ALI20240919BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20240919BHJP
【ＦＩ】
H01M8/2465
C25B9/60
H01M8/12 101
H01M8/12 102C
H01M8/12 102B
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023038847
(22)【出願日】2023-03-13
(71)【出願人】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000202
【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー
(72)【発明者】
【氏名】志知 晋一郎
(72)【発明者】
【氏名】吉岡 邦彦
【テーマコード（参考）】
4K021
5H126
【Ｆターム（参考）】
4K021CA01
5H126AA22
5H126BB06
5H126CC02
5H126GG02
5H126JJ03
(57)【要約】
【課題】電気化学セルの損傷を抑制可能な電気化学装置を提供する。
【解決手段】燃料電池装置１は、ｘ軸方向に延びるガス流路１２１が形成された燃料電池セル１０と、燃料電池セル１０の第１端部１０ａを支持する第１支持部２１と、燃料電池セル１０の第２端部１０ｂを支持する第２支持部２３とを備える。第１支持部２１は、第１支持板３０と、第１支持板３０から第２支持部２３側に突出する第１キャップ部４０とを有する。第１キャップ部４０は、第１端部１０ａが挿入される第１挿入凹部４１ａが形成された第１挿入部４１と、ガス流路１２１に連なる第１連通孔４２ａが形成された第１可撓部４２とを含む。
【選択図】図５
【解決手段】燃料電池装置１は、ｘ軸方向に延びるガス流路１２１が形成された燃料電池セル１０と、燃料電池セル１０の第１端部１０ａを支持する第１支持部２１と、燃料電池セル１０の第２端部１０ｂを支持する第２支持部２３とを備える。第１支持部２１は、第１支持板３０と、第１支持板３０から第２支持部２３側に突出する第１キャップ部４０とを有する。第１キャップ部４０は、第１端部１０ａが挿入される第１挿入凹部４１ａが形成された第１挿入部４１と、ガス流路１２１に連なる第１連通孔４２ａが形成された第１可撓部４２とを含む。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定方向に延びるガス流路が内部に形成された電気化学セルと、
前記所定方向における前記電気化学セルの第１端部を支持する第１支持部と、
前記所定方向における前記電気化学セルの第２端部を支持する第２支持部と、
を備え、
前記第１支持部は、第１支持板と、前記第１支持板から前記第２支持部側に突出する第１キャップ部とを有し、
前記第１キャップ部は、前記第１端部が挿入される第１挿入凹部が形成された第１挿入部と、前記第１支持板と前記第１挿入部とに連結され、前記ガス流路に連なる第１連通孔が形成された第１可撓部とを含む、
電気化学装置。
前記所定方向における前記電気化学セルの第１端部を支持する第１支持部と、
前記所定方向における前記電気化学セルの第２端部を支持する第２支持部と、
を備え、
前記第１支持部は、第１支持板と、前記第１支持板から前記第２支持部側に突出する第１キャップ部とを有し、
前記第１キャップ部は、前記第１端部が挿入される第１挿入凹部が形成された第１挿入部と、前記第１支持板と前記第１挿入部とに連結され、前記ガス流路に連なる第１連通孔が形成された第１可撓部とを含む、
電気化学装置。
【請求項2】
前記第１挿入部と前記第１端部の隙間には接合材が配置されている、
請求項１に記載の電気化学装置。
請求項１に記載の電気化学装置。
【請求項3】
前記接合材は、前記第１挿入凹部の内周面と前記第１端部の外周面の間に介挿されている、
請求項２に記載の電気化学装置。
請求項２に記載の電気化学装置。
【請求項4】
前記所定方向における前記電気化学セルの全長に対する、前記所定方向における前記第１挿入凹部の深さの比は、０．０２以上０．０５以下である、
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学装置。
【請求項5】
前記所定方向における前記電気化学セルの全長に対する、前記所定方向における前記第１連通孔の長さの比は、０．０５以上０．２０以下である、
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学装置。
【請求項6】
前記第２支持部は、第２支持板と、前記第２支持板から前記第１支持部側に突出する第２キャップ部とを有し、
前記第２キャップ部は、前記第２端部が挿入される第２挿入凹部が形成された第２挿入部と、前記第２支持板と前記第２挿入部とに連結され、前記ガス流路に連なる第２連通孔が形成された第２可撓部とを含む、
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学装置。
前記第２キャップ部は、前記第２端部が挿入される第２挿入凹部が形成された第２挿入部と、前記第２支持板と前記第２挿入部とに連結され、前記ガス流路に連なる第２連通孔が形成された第２可撓部とを含む、
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学装置。
【請求項7】
前記電気化学セルは、セラミックス製であり、
前記第１支持部及び前記第２支持部は、それぞれ金属製である、
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学装置。
前記第１支持部及び前記第２支持部は、それぞれ金属製である、
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気化学装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
電気化学装置は、マニホールドと、複数の電気化学セル（電解セル、燃料電池など）とを備える（例えば、特許文献１参照）。各電気化学セルは、板状に形成されており、各電気化学セルの一端部は、マニホールドの支持板に形成された挿入孔に挿入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１１－０７１１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、電気化学装置が運搬中に揺れると、電気化学セルが撓むように振動することによって、電気化学セルが挿入孔付近で損傷しやすい。
【0005】
本発明の課題は、電気化学セルの損傷を抑制可能な電気化学装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第１側面に係る電気化学装置は、所定方向に延びるガス流路が形成された電気化学セルと、所定方向における電気化学セルの第１端部を支持する第１支持部と、所定方向における電気化学セルの第２端部を支持する第２支持部とを備える。第１支持部は、第１支持板と、第１支持板から第２支持部側に突出する第１キャップ部とを有する。第１キャップ部は、第１端部が挿入される第１挿入凹部が形成された第１挿入部と、第１支持板と第１挿入部とに連結され、ガス流路に連なる第１連通孔が形成された第１可撓部とを含む。
【0007】
本発明の第２側面に係る電気化学装置は、上記第１側面に係り、第１挿入部と第１端部の隙間には接合材が配置されている。
【0008】
本発明の第３側面に係る電気化学装置は、上記第２側面に係り、接合材は、第１挿入凹部の内周面と第１端部の外周面の間に介挿されている。
【0009】
本発明の第４側面に係る電気化学装置は、上記第１乃至第３側面のいずれかに係り、所定方向における電気化学セルの全長に対する、所定方向における第１挿入凹部の深さの比は、０．０２以上０．０５以下である。
【0010】
本発明の第５側面に係る電気化学装置は、上記第１乃至第４側面のいずれかに係り、所定方向における電気化学セルの全長に対する、所定方向における第１連通孔の長さの比は、０．０５以上０．２０以下である。
【0011】
本発明の第６側面に係る電気化学装置は、上記第１乃至第５側面のいずれかに係り、第２支持部は、第２支持板と、第２支持板から第１支持部側に突出する第２キャップ部とを有する。第２キャップ部は、第２端部が挿入される第２挿入凹部が形成された第２挿入部と、第２支持板と第２挿入部とに連結され、ガス流路に連なる第２連通孔が形成された第２可撓部とを含む。
【0012】
本発明の第７側面に係る電気化学装置は、上記第１乃至第６側面のいずれかに係り、電気化学セルは、セラミックス製であり、第１支持部及び第２支持部は、それぞれ金属製である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、電気化学セルの損傷を抑制可能な電気化学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】実施形態に係る燃料電池装置の斜視図。
【図2】実施形態に係る燃料電池セルの斜視図。
【図3】実施形態に係る燃料電池セルの断面図。
【図4】実施形態に係る第１支持部の斜視図。
【図5】実施形態に係る第１支持部の断面図。
【図6】実施形態に係る第２支持部の斜視図。
【図7】実施形態に係る第２支持部の断面図。
【図8】変形例１に係る第１支持部の断面図。
【図9】変形例１に係る第１支持部の断面図。
【図10】変形例２に係る第１支持部の断面図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
［燃料電池装置１］
図１は、実施形態に係る燃料電池装置１（電気化学装置の一例）の透視斜視図である。図１に示すように、燃料電池装置１は、複数の燃料電池セル１０（電気化学セルの一例）及び筐体２０を備える。
図１は、実施形態に係る燃料電池装置１（電気化学装置の一例）の透視斜視図である。図１に示すように、燃料電池装置１は、複数の燃料電池セル１０（電気化学セルの一例）及び筐体２０を備える。
【0016】
［燃料電池セル１０］
図１に示すように、複数の燃料電池セル１０は、筐体２０内に収容される。複数の燃料電池セル１０は、筐体２０内に固定される。複数の燃料電池セル１０は、ｚ軸方向に配列されている。ｚ軸方向は、燃料電池セル１０の配列方向である。燃料電池セル１０どうしは、図示しない集電部材によって電気的に接続されている。
図１に示すように、複数の燃料電池セル１０は、筐体２０内に収容される。複数の燃料電池セル１０は、筐体２０内に固定される。複数の燃料電池セル１０は、ｚ軸方向に配列されている。ｚ軸方向は、燃料電池セル１０の配列方向である。燃料電池セル１０どうしは、図示しない集電部材によって電気的に接続されている。
【0017】
図２は、実施形態に係る燃料電池セル１０の斜視図である。本実施形態に係る燃料電池セル１０は、セラミックス製の固体酸化物形燃料電池セル（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。燃料電池セル１０は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。
【0018】
燃料電池セル１０は、ｘ軸方向に延びる板状に形成される。ｘ軸方向は、燃料電池セル１０の長手方向である。ｘ軸方向は、ｚ軸方向に垂直な方向である。ｘ軸方向は、本発明に係る「所定方向」の一例である。ｘ軸方向における燃料電池セル１０の全長Ｌは特に限られないが、例えば１００ｍｍ以上３００ｍｍ以下とすることができる。全長Ｌは、燃料電池セル１０の第１端面Ｅ１と第２端面Ｅ２のｘ軸方向における距離である。
【0019】
燃料電池セル１０は、第１端部１０ａ及び第２端部１０ｂを有する。第１端部１０ａは、ｘ軸方向における燃料電池セル１０の一端部である。第１端部１０ａは、第１端面Ｅ１を含む。第２端部１０ｂは、ｘ軸方向における燃料電池セル１０の他端部である。第２端部１０ｂは、第２端面Ｅ２を含む。
【0020】
燃料電池セル１０は、複数の発電素子部１１及び基板１２を有する。
【0021】
発電素子部１１は、基板１２の両面に配置されている。ただし、発電素子部１１は、基板１２の片面のみに支持されていてもよい。発電素子部１１どうしは、ｘ軸方向において互いに間隔をあけて配置されている。
【0022】
基板１２は、支持板１２ａ及び緻密膜１２ｂを有する。
【0023】
支持板１２ａは、板状に形成されている。支持板１２ａは、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持板１２ａは、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、Ｙ２Ｏ３（イットリア）及びこれらのうち少なくとも２つを含む複合材料から構成され得る。或いは、支持板１２ａは、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持板１２ａの気孔率は、２０％以上６０％以下とすることができる。
【0024】
支持板１２ａは、ｘ軸方向に延びる複数のガス流路１２１を内部に有している。各ガス流路１２１は、ｘ軸方向における支持板１２ａの両端面に開口している。各ガス流路１２１の両端は、後述する供給空間Ｓ１及び排出空間Ｓ２（図１参照）に連通している。各ガス流路１２１は、ｙ軸方向において互いに間隔をあけて配置されている。ｙ軸方向は、燃料電池セル１０の短手方向である。ｙ軸方向は、ｘ軸方向及びｚ軸方向に垂直な方向である。
【0025】
緻密膜１２ｂは、支持板１２ａの表面のうち発電素子部１１が配置されていない領域を覆っている。緻密膜１２ｂは、緻密膜１２ｂの内側の空間を流れる燃料ガスと緻密膜１２ｂの外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を有する。緻密膜１２ｂの気孔率は、１０％以下であることが好ましい。
【0026】
緻密膜１２ｂは、絶縁性セラミックスによって構成される。絶縁性セラミックスとしては、後述する電解質１４の構成材料を用いることができる。緻密膜１２ｂは、電解質１４と一体的に形成されていてもよい。
【0027】
図３は、燃料電池セル１０の断面図である。発電素子部１１は、燃料極１３、電解質１４、空気極１５、反応防止膜１６及び電気的接続部１７を有する。
【0028】
燃料極１３は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極１３は、燃料極集電部１３１と燃料極活性部１３２とを有する。
【0029】
燃料極集電部１３１は、支持板１２ａに形成された第１凹部１２３内に配置される。燃料極集電部１３１には、第２凹部１３１ａ及び第３凹部１３１ｂが形成されている。燃料極活性部１３２は、第２凹部１３１ａ内に配置される。
【0030】
燃料極集電部１３１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部１３１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部１３１の厚さ（すなわち、第１凹部１２３の深さ）は、５０μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。
【0031】
燃料極活性部１３２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部１３２は、ＮｉＯとＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部１３２の厚さは、５μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。
【0032】
電解質１４は、燃料極１３を覆うように配置される。電解質１４は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質１４は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）から構成され得る。或いは、電解質１４は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質１４の厚さは、３μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。
【0033】
空気極１５は、後述する反応防止膜１６上に配置される。空気極１５は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極１５は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極１５は、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。空気極１５の厚さは、１０μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
【0034】
反応防止膜１６は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜１６は、電解質１４と空気極１５との間に配置される。反応防止膜１６は、電解質１４内のＹＳＺと空気極１５内のＳｒとが反応して電解質１４と空気極１５との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。
【0035】
反応防止膜１６は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成されている。反応防止膜１６は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜１６の厚さは、３μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。
【0036】
電気的接続部１７は、隣接する２つの発電素子部１１どうしを電気的に接続する。電気的接続部１７は、インターコネクタ１７１及び空気極集電部１７２を有する。
【0037】
インターコネクタ１７１は、燃料極集電部１３１の第３凹部１３１ｂ内に配置される。インターコネクタ１７１は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ１７１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、インターコネクタ１７１は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ１７１の厚さは、１０μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
【0038】
空気極集電部１７２は、インターコネクタ１７１と空気極１５の間を延びるように配置される。空気極集電部１７２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極集電部１７２は、例えば、ＬＳＣＦから構成され得る。或いは、空気極集電部１７２は、ＬＳＣから構成されてもよい。或いは、空気極集電部１７２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ－Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電部１７２の厚さは、５０μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。
【0039】
［筐体２０］
図１に示すように、筐体２０は、複数の燃料電池セル１０を収容する。筐体２０は、第１支持部２１、第１外板２２、第２支持部２３、第２外板２４及び側板２５を有する。
図１に示すように、筐体２０は、複数の燃料電池セル１０を収容する。筐体２０は、第１支持部２１、第１外板２２、第２支持部２３、第２外板２４及び側板２５を有する。
【0040】
第１支持部２１は、各燃料電池セル１０の第１端部１０ａを支持する。第１支持部２１は、全体として板状に形成されている。第１外板２２は、第１支持部２１と対向する。第１外板２２は、全体として板状に形成されている。第１支持部２１及び第１外板２２それぞれの外周は、気密かつ液密に側板２５と接続される。これによって、第１支持部２１と第１外板２２の間に、燃料ガスが供給される供給空間Ｓ１が形成される。
【0041】
第２支持部２３は、各燃料電池セル１０の第２端部１０ｂを支持する。第２支持部２３は、全体として板状に形成されている。第２外板２４は、第２支持部２３と対向する。第２外板２４は、全体として板状に形成されている。第２支持部２３及び第２外板２４それぞれの外周は、気密かつ液密に側板２５と接続される。これによって、第２支持部２３と第２外板２４の間に、各燃料電池セル１０において消費されなかった残燃料ガスが排出される排出空間Ｓ２が形成される。
【0042】
側板２５は、複数の燃料電池セル１０を取り囲むように配置される。側板２５は、全体として筒状に形成される。側板２５は、気密かつ液密に第１支持部２１、第１外板２２、第２支持部２３及び第２外板２４それぞれの外周と接続される。これによって、上述した供給空間Ｓ１及び排出空間Ｓ２に加えて、第１支持部２１と第２支持部２３の間に、酸素を含む酸化剤ガス（例えば、空気）が流通する流通空間Ｓ３が形成される。
【0043】
側板２５は、燃料ガス供給口２５ａ、残燃料ガス排出口２５ｂ、酸化剤ガス供給口２５ｃ及び酸化剤ガス排出口２５ｄを有する。燃料ガス供給口２５ａは、燃料ガスを供給するための開口部であり、供給空間Ｓ１に繋がっている。残燃料ガス排出口２５ｂは、残燃料ガスを排出するための開口部であり、排出空間Ｓ２に繋がっている。酸化剤ガス供給口２５ｃは、酸化剤ガスを供給するための開口部であり、流通空間Ｓ３に繋がっている。酸化剤ガス排出口２５ｄは、各燃料電池セル１０において消費されなかった酸化剤ガスを排出するための開口部であり、流通空間Ｓ３に繋がっている。
【0044】
［第１支持部２１］
図４は、第１支持部２１の斜視図である。第１支持部２１は、第１支持板３０及び複数の第１キャップ部４０を有する。本実施形態において、第１支持板３０と第１キャップ部４０は別々の部材である。
図４は、第１支持部２１の斜視図である。第１支持部２１は、第１支持板３０及び複数の第１キャップ部４０を有する。本実施形態において、第１支持板３０と第１キャップ部４０は別々の部材である。
【0045】
第１支持板３０は、板状に形成されている。第１支持板３０は、第１主面Ｔ１及び複数の第１貫通孔３１を有する。第１主面Ｔ１は、流通空間Ｓ３（図１参照）に面する。複数の第１貫通孔３１は、ｚ軸方向に配列されている。各第１貫通孔３１は、第１支持板３０をｘ軸方向に貫通する。第１貫通孔３１には、第１キャップ部４０が取り付けられている。
【0046】
複数の第１キャップ部４０それぞれは、幅広の筒状に形成されている。複数の第１キャップ部４０は、ｚ軸方向に配列されている。第１キャップ部４０は、ｘ軸方向において第１支持板３０の第１主面Ｔ１から突出している。第１キャップ部４０は、第１支持板３０から第２支持部２３（図１参照）側に突出する。
【0047】
第１キャップ部４０は、燃料電池セル１０に対して個別に設けられる。第１キャップ部４０は、燃料電池セル１０の第１端部１０ａを支持する。第１キャップ部４０は、第１支持板３０の第１貫通孔３１に取り付けられる。本実施形態では、第１キャップ部４０の一部が第１貫通孔３１に挿入されており、第１キャップ部４０の残りの部分が第１支持板３０から突出している。
【0048】
第１支持板３０及び第１キャップ部４０は、金属製である。金属材料としては、例えば、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、ニッケル基合金などを用いることができる。
【0049】
【0050】
図５に示すように、第１キャップ部４０は、第１挿入部４１及び第１可撓部４２を有する。
【0051】
第１挿入部４１は、第１外面Ｔ２及び第１挿入凹部４１ａを有する。第１外面Ｔ２は、第１挿入部４１の表面のうち第２支持部２３（図１参照）と対向する領域である。第１挿入凹部４１ａは、第１外面Ｔ２に形成される有底凹部である。第１挿入凹部４１ａは、ｘ軸方向に延びる。第１挿入凹部４１ａには、燃料電池セル１０の第１端部１０ａが挿入される。第１挿入凹部４１ａは、第１底面Ｔ３を有する。第１底面Ｔ３には、燃料電池セル１０の第１端面Ｅ１が当接する。このように、燃料電池セル１０の第１端部１０ａは、第１挿入凹部４１ａに挿入されることによって支持されている。
【0052】
第１挿入部４１と燃料電池セル１０の第１端部１０ａとの隙間には、第１接合材５０が配置されている。具体的には、第１接合材５０は、第１挿入凹部４１ａの内周面と燃料電池セル１０の第１端部１０ａの外周面の間に介挿されている。第１接合材５０は、供給空間Ｓ１内の燃料ガスと流通空間Ｓ３内の酸化剤ガスとの混合を防止するガスシール機能を有する。
【0053】
第１接合材５０は、例えば、結晶化ガラスによって構成することができる。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２－ＣａＯ系、又はＳｉＯ２－ＭｇＯ系が採用され得る。本明細書において、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスを意味する。なお、第１接合材５０は、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックスなどによって構成することもできる。具体的には、第１接合材５０は、ＳｉＯ２－ＭｇＯ－Ｂ２Ｏ５－Ａｌ２Ｏ３系及びＳｉＯ２－ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＺｎＯ系よりなる群から選ばれる少なくとも一種によって構成することができる。
【0054】
第１可撓部４２は、第１支持板３０と第１挿入部４１とに連結される。図５に示すように、第１可撓部４２のうち供給空間Ｓ１側の端部は第１支持板３０の第１貫通孔３１に挿入されており、第１可撓部４２のうち残りの部分は第１支持板３０の第１主面Ｔ１から突出している。
【0055】
第１可撓部４２は、第１内面Ｔ４及び第１連通孔４２ａを有する。第１内面Ｔ４は、第１外面Ｔ２の反対側に設けられる。第１連通孔４２ａは、第１内面Ｔ４から第１底面Ｔ３まで第１可撓部４２を貫通する孔である。第１連通孔４２ａは、ｘ軸方向に延びる。第１連通孔４２ａは、第１挿入凹部４１ａに挿入された燃料電池セル１０の各ガス流路１２１と供給空間Ｓ１とに連なる。
【0056】
ここで、燃料電池装置１が運搬中に揺れると、ｘ軸方向における燃料電池セル１０の中央部分が撓むようにｚ軸方向に振動する。このとき、第１可撓部４２は、燃料電池セル１０の振動に合わせるようにｚ軸方向に撓む。これによって、第１可撓部４２から燃料電池セル１０への反発力を和らげることができるため、燃料電池セル１０の第１端部１０ａに損傷（割れ、クラックなど）が生じることを抑制できる。
【0057】
ｘ軸方向における燃料電池セル１０の全長Ｌ（図２参照）に対する、ｘ軸方向における第１挿入凹部４１ａの深さＡ１の比（Ａ１／Ｌ）は、０．０２以上０．０５以下であることが好ましい。比（Ａ１／Ｌ）を０．０２以上とすることによって、振動による撓みが燃料電池セル１０に発生した状態においても第１挿入凹部４１ａによる十分な固定力を発揮できるため、燃料電池セル１０が割れることを抑制できる。比（Ａ１／Ｌ）を０．０５以下とすることによって、セラミック製の燃料電池セル１０と金属製の第１キャップ部４０とのＣＴＥ（熱膨張係数）差に起因して昇温時にクラックが第１接合材５０に生じることを抑制できる。
【0058】
ｘ軸方向における燃料電池セル１０の全長Ｌ（図２参照）に対する、ｘ軸方向における第１連通孔４２ａの長さＡ２の比（Ａ２／Ｌ）は、０．０５以上０．２０以下であることが好ましい。比（Ａ２／Ｌ）を０．０５以上とすることによって、第１キャップ部４０から燃料電池セル１０への反発力を低減できるため、振動によって燃料電池セル１０が割れることを抑制できる。比（Ａ２／Ｌ）を０．２０以下とすることによって、燃料電池セル１０が隣接する他の燃料電池セル１０と接触することを抑制できる。
【0059】
ｚ軸方向における第１可撓部４２の厚みＣ１は、断面二次モーメントＩ（厚みＣ１を変数に含む。）とヤング率Ｅとの積ＩＥが小さくなるよう設定することが好ましい。
【0060】
ここで、次の表１は、第１キャップ部４０における比（Ａ１／Ｌ）及び比（Ａ２／Ｌ）についての上記効果を実際に検証した結果である。表１では、割れ又はクラックが発生しなかった場合を「〇」と評価し、割れ又はクラックが発生した場合を「×」と評価した。
【0061】
なお、燃料電池セル１０の全長Ｌを２００ｍｍに統一し、ｚ軸方向における燃料電池セル１０どうしの間隔を５ｍｍに統一した。また、第２キャップ部７０は、第１キャップ部４０と同じ構成とした。
【0062】
【表1】
【0063】
表１に示すように、比（Ａ１／Ｌ）を０．０２以上とすることによって、燃料電池セル１０が振動によって割れることを抑制できた。また、比（Ａ１／Ｌ）を０．０５以下とすることによって、昇温時において第１接合材５０にクラックが生じることを抑制できた。また、比（Ａ２／Ｌ）を０．０５以上とすることによって、燃料電池セル１０が振動によって割れることを抑制できた。また、比（Ａ２／Ｌ）を０．２０以下とすることによって、燃料電池セル１０どうしの接触による割れを抑制できた。
【0064】
［第２支持部２３］
図６は、第２支持部２３の斜視図である。第２支持部２３は、第２支持板６０及び複数の第２キャップ部７０を有する。
図６は、第２支持部２３の斜視図である。第２支持部２３は、第２支持板６０及び複数の第２キャップ部７０を有する。
【0065】
第２支持板６０は、板状に形成されている。第２支持板６０は、第２主面Ｕ１及び複数の第２貫通孔６１を有する。第２主面Ｕ１は、流通空間Ｓ３（図１参照）に面する。複数の第２貫通孔６１は、ｚ軸方向に配列されている。各第２貫通孔６１は、第２支持板６０をｘ軸方向に貫通する。第２貫通孔６１には、第２キャップ部７０が取り付けられている。
【0066】
複数の第２キャップ部７０それぞれは、幅広の筒状に形成されている。複数の第２キャップ部７０は、ｚ軸方向に配列されている。第２キャップ部７０は、ｘ軸方向において第２支持板６０の第２主面Ｕ１から突出している。第２キャップ部７０は、第２支持板６０から第２支持部２３（図１参照）側に突出する。
【0067】
第２キャップ部７０は、燃料電池セル１０に対して個別に設けられる。第２キャップ部７０は、燃料電池セル１０の第２端部１０ｂを支持する。第２キャップ部７０は、第２支持板６０の第２貫通孔６１に取り付けられる。本実施形態では、第２キャップ部７０の一部が第２貫通孔６１に挿入されており、第２キャップ部７０の残りの部分が第２支持板６０から突出している。
【0068】
第２支持板６０及び第２キャップ部７０それぞれは、金属製である。金属材料としては、例えば、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、ニッケル基合金などを用いることができる。
【0069】
【0070】
図７に示すように、第２キャップ部７０は、第２挿入部７１及び第２可撓部７２を有する。
【0071】
第２挿入部７１は、第２外面Ｕ２及び第２挿入凹部７１ａを有する。第２外面Ｕ２は、第２挿入部７１の表面のうち第１支持部２１（図１参照）と対向する領域である。第２挿入凹部７１ａは、第２外面Ｕ２に形成される有底凹部である。第２挿入凹部７１ａは、ｘ軸方向に延びる。第２挿入凹部７１ａには、燃料電池セル１０の第２端部１０ｂが挿入される。第２挿入凹部７１ａは、第２底面Ｕ３を有する。第２底面Ｕ３には、燃料電池セル１０の第２端面Ｅ１が当接する。このように、燃料電池セル１０の第２端部１０ｂは、第２挿入凹部７１ａに挿入されることによって支持されている。
【0072】
第２挿入部７１と燃料電池セル１０の第２端部１０ｂとの隙間には、第２接合材８０が配置されている。具体的には、第２接合材８０は、第２挿入凹部７１ａの内周面と燃料電池セル１０の第２端部１０ｂの外周面の間に介挿されている。第２接合材８０は、排出空間Ｓ２内の残燃料ガスと流通空間Ｓ３内の酸化剤ガスとの混合を防止するガスシール機能を有する。
【0073】
第２接合材８０は、例えば、結晶化ガラス、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックスなどによって構成することができる。
【0074】
第２可撓部７２は、第２支持板６０と第２挿入部７１とに連結される。図７に示すように、第２可撓部７２のうち排出空間Ｓ２側の端部は第２支持板６０の第２貫通孔６１に挿入されており、第２可撓部７２のうち残りの部分は第２支持板６０の第２主面Ｕ１から突出している。
【0075】
第２可撓部７２は、第２内面Ｕ４及び第２連通孔７２ａを有する。第２内面Ｕ４は、第２外面Ｕ２の反対側に設けられる。第２連通孔７２ａは、第２内面Ｕ４から第２底面Ｕ３まで第２可撓部７２を貫通する孔である。第２連通孔７２ａは、ｘ軸方向に延びる。第２連通孔７２ａは、第２挿入凹部７１ａに挿入された燃料電池セル１０の各ガス流路１２１と排出空間Ｓ２とに連なる。
【0076】
ここで、燃料電池装置１が運搬中に揺れると、ｘ軸方向における燃料電池セル１０の中央部分が撓むようにｚ軸方向に振動する。このとき、第２可撓部７２は、燃料電池セル１０の振動に合わせるようにｚ軸方向に撓む。これによって、第２可撓部７２から燃料電池セル１０への反発力を和らげることができるため、燃料電池セル１０の第２端部１０ｂに損傷（割れ、クラックなど）が生じることを抑制できる。
【0077】
ｘ軸方向における燃料電池セル１０の全長Ｌ（図２参照）に対する、ｘ軸方向における第２挿入凹部７１ａの深さＢ１の比（Ｂ１／Ｌ）は、０．０２以上０．０５以下であることが好ましい。比（Ｂ１／Ｌ）を０．０２以上とすることによって、振動による撓みが燃料電池セル１０に発生した状態においても第２挿入凹部７１ａによる十分な固定力を発揮できるため、燃料電池セル１０が割れることを抑制できる。比（Ｂ１／Ｌ）を０．０５以下とすることによって、セラミック製の燃料電池セル１０と金属製の第２キャップ部７０とのＣＴＥ差に起因して昇温時にクラックが第２接合材８０に生じることを抑制できる。
【0078】
ｘ軸方向における燃料電池セル１０の全長Ｌ（図２参照）に対する、ｘ軸方向における第２連通孔７２ａの長さＢ２の比（Ｂ２／Ｌ）は、０．０５以上０．２０以下であることが好ましい。比（Ｂ２／Ｌ）を０．０５以上とすることによって、第２キャップ部７０から燃料電池セル１０への反発力を低減できるため、振動によって燃料電池セル１０が割れることを抑制できる。比（Ｂ２／Ｌ）を０．２０以下とすることによって、燃料電池セル１０が隣接する他の燃料電池セル１０と接触することを抑制できる。
【0079】
ｚ軸方向における第２可撓部７２の厚みＣ２は、断面二次モーメントＩ（厚みＣ２を変数に含む。）とヤング率Ｅとの積ＩＥが小さくなるよう設定することが好ましい。
【0080】
（実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【0081】
［変形例１］
上記実施形態において、第１支持板３０と第１キャップ部４０は別々の部材であり、第１キャップ部４０の一部が第１支持板３０の第１貫通孔３１に挿入されることとしたが、これに限られない。
上記実施形態において、第１支持板３０と第１キャップ部４０は別々の部材であり、第１キャップ部４０の一部が第１支持板３０の第１貫通孔３１に挿入されることとしたが、これに限られない。
【0082】
例えば、図８に示すように、第１キャップ部４０は、第１支持板３０の第１主面Ｔ１上に配置されていてもよい。この場合、第１主面Ｔ１の平面視において、第１キャップ部４０は、第１貫通孔３１の回りを取り囲むように配置される。
【0083】
また、図９に示すように、第１キャップ部４０は、第１支持板３０と一体的に形成された部材であってもよい。
【0084】
同様に、上記実施形態において、第２支持板６０と第２キャップ部７０は別々の部材であり、第２キャップ部７０の一部が第２支持板６０の第２貫通孔６１に挿入されることとしたが、これに限られない。
【0085】
［変形例２］
上記実施形態では、第１挿入凹部４１ａの内周面と燃料電池セル１０の第１端部１０ａの外周面との間に第１接合材５０が介挿されることとしたが、これに限られない。
上記実施形態では、第１挿入凹部４１ａの内周面と燃料電池セル１０の第１端部１０ａの外周面との間に第１接合材５０が介挿されることとしたが、これに限られない。
【0086】
例えば、図１０に示すように、第１接合材５０は、第１挿入部４１の第１外面Ｔ２上に配置されていてもよい。この場合、第１接合材５０は、第１挿入凹部４１ａの内周面と燃料電池セル１０の第１端部１０ａの外周面との間に介挿されていなくてもよい。
【0087】
また、第１挿入凹部４１ａの内周面と燃料電池セル１０の第１端部１０ａの外周面との間に第１接合材５０が介挿されている場合、第１接合材５０は、第１挿入凹部４１ａの第１底面Ｔ３と燃料電池セル１０の第１端面Ｅ１との間にも介挿されていてもよい。
【0088】
また、第１挿入凹部４１ａの内周面と燃料電池セル１０の第１端部１０ａの外周面との間に隙間が形成されない場合、第１接合材５０は不要である。
【0089】
同様に、第２挿入凹部７１ａの内周面と燃料電池セル１０の第２端部１０ｂの外周面の間に第２接合材８０が介挿されることとしたが、これに限られない。
【0090】
［変形例３］
上記実施形態では、電気化学セルの一例として横縞型の燃料電池セル１０について説明したが、これに限られない。
上記実施形態では、電気化学セルの一例として横縞型の燃料電池セル１０について説明したが、これに限られない。
【0091】
電気化学セルは、支持基板の１つの主面上に１つの発電素子が配置される縦縞型の燃料電池セルや、円筒状の支持管の内面上又は外面上に１つの発電素子が配置される円筒型の燃料電池セルであってもよい。
【0092】
また、電気化学セルは、燃料電池セルに限られない。電気化学セルは、電気エネルギーを化学エネルギーに変えるため全体的な酸化還元反応から起電力が生じるように一対の電極が配置された素子と、化学エネルギーを電気エネルギーに変えるための素子との総称である。従って、電気化学セルには、酸化物イオン或いはプロトンをキャリアとする燃料電池セルのほか、ＳＯＥＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ Ｃｅｌｌ：固体酸化物形電解セル）などの電解セルも含まれる。
【0093】
従って、本発明に係る電気化学装置は、燃料電池装置に限られず、電解装置などであってもよい。
【符号の説明】
【0094】
１…燃料電池装置、１０…燃料電池セル、１０ａ…第１端部、１０ｂ…第２端部、２０…筐体、２１…第１支持部、２２…第１外板、２３…第２支持部、２４…第２外板、２５…側板、３０…第１支持板、４０…第１キャップ部、４１…第１挿入部、４１ａ…第１挿入凹部、４２…第１可撓部、４２ａ…第１連通孔、５０…第１接合材
６０…第２支持板、７０…第２キャップ部、７１…第２挿入部、７１ａ…第２挿入凹部、７２…第２可撓部、７２ａ…第２連通孔、８０…第２接合材、Ｓ１…供給空間、Ｓ２…排出空間、Ｓ３…流通空間
６０…第２支持板、７０…第２キャップ部、７１…第２挿入部、７１ａ…第２挿入凹部、７２…第２可撓部、７２ａ…第２連通孔、８０…第２接合材、Ｓ１…供給空間、Ｓ２…排出空間、Ｓ３…流通空間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】