[发明专利]固体氧化物型燃料电池模块及燃料电池装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体氧化物型燃料电池模块，尤其涉及向所收容的多个燃料电池单电池供给燃料及氧化剂气体而进行发电的固体氧化物型燃料电池模块及具备该固体氧化物型燃料电池模块的固体氧化物型燃料电池装置的制造方法。

背景技术

固体氧化物型燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：以下也称为“SOFC”)是将氧化物离子导电性固体电解质用作电解质，在其两侧安装电极，在一侧供给燃料气体，在另一侧供给氧化剂气体(空气、氧气等)，并在较高的温度下进行动作的燃料电池。

在固体氧化物型燃料电池装置，尤其是收容有燃料电池单电池的燃料电池模块中，内置有用于向燃料电池单电池供给燃料的燃料流路、用于供给空气等的氧化剂气体的氧化剂气体流路等。通常，这些流路由多个构成部件构成，通过接合各构成部件而形成流路。另外，由于固体氧化物型燃料电池通常以600～1000℃的高温进行动作，因此需要将各构成部件接合为可承受这种高温。此外，构成燃料流路、氧化剂气体流路等的各构成部件的接合部必须确保气密性。

因此，在燃料电池模块内，构成部件间的要求气密性的接合部一直采用由螺栓等机械固定构成部件后，通过将膏状玻璃注入接合部来确保气密性等的方法。

另外，在日本国专利第3894860号(专利文献1)、日本国特开平6-215782号(专利文献2)记载的燃料电池中，记载有通过陶瓷粘接剂来粘接燃料电池模块内的构成部件的接合部。

专利文献1：日本国专利第3894860号公报

专利文献2：日本国特开平6-215782号公报

但是，在由螺栓等机械固定构成部件后，通过将膏状玻璃注入接合部来确保气密性时，1个位置的接合需要2个工序，由于制造工序增多，因此存在制造成本增大的问题。

此外，如果利用螺栓固定燃料电池模块内的构成部件，则在被置于高温时，从螺栓蒸发铬成分，其使燃料电池单电池发生铬中毒，存在单电池劣化的问题。另外，如果为了确保接合部的气密性而通过玻璃进行密封，则在被置于高温时，从玻璃蒸发硼，由于附着于单电池而还产生使燃料电池单电池劣化的问题。

另一方面，根据日本国专利第3894860号、日本国特开平6-215782号所记载的使用陶瓷粘接剂的粘接，则可以避免上述那样的燃料电池单电池的劣化。但是，在陶瓷粘接剂的现有接合中存在如下问题，无法在固定构成部件彼此的同时，进行构成部件间的切实的密封。

即，由于陶瓷粘接剂涂布后在固化时水等的溶剂蒸发，从而体积收缩，因此如果无法良好地控制该收缩，则在固化后的陶瓷粘接剂层中产生伴随收缩的剥离或过度的裂纹。在陶瓷粘接剂层中产生上述剥离或裂纹时，即使能够在构成部件间得到足够的粘接强度，也无法确保其接合部的足够的气密性。为了弥补该气密性的缺乏，还提出了用玻璃涂覆在粘接后的陶瓷粘接剂层上(日本国专利第3894860号，段落0029)。但是，由于用玻璃涂覆陶瓷粘接剂层时，在制造工序增加的同时，产生从玻璃蒸发硼的问题，因此使用陶瓷粘接剂没有什么优点。

另外，陶瓷粘接剂层中的裂纹容易在使所附着的陶瓷粘接剂急剧干燥时产生。因而，如果使所附着的陶瓷粘接剂以常温自然干燥，则也能避免产生裂纹。但是，使陶瓷粘接剂自然干燥时，接合部得到足够的粘接强度之前需要极长的时间，在此期间无法转入下一个制造工序。通常，由于在固体氧化物型燃料电池装置的组装中需要非常多的制造工序，因此利用陶瓷粘接剂的粘接在工业上完全无法供于实用。尽管对于固体氧化物型燃料电池装置的组装，在专利文献中记载有使用陶瓷粘接剂，但是可以认为尚未实用化是因为上述理由。

而且，本申请发明人发现了如下新的技术课题，在使用陶瓷粘接剂而组装固体氧化物型燃料电池装置时，即使陶瓷粘接剂充分固化至可承受实用强度的程度，且气密性也能够确保可承受实用的程度，在最初运行燃料电池装置而置于高温时粘接部分的气密性也会受损。也就是说，即使在所附着的陶瓷粘接剂固化而得到足够的气密性、粘接强度的状态下，在固化的陶瓷粘接剂层的内部也残留有少量的水分或其它蒸发性溶剂。尤其在该残留的水分、溶剂的量集中较多地残留在内部的状态下，在燃料电池装置最初运行时，固化的陶瓷粘接剂层处于如下状态，在极快的时间内被急剧加热至远比干燥、固化时的温度高的温度，因此，残留的水分、溶剂急剧地发生体积膨胀及蒸发，此时，在已经固化的陶瓷粘接剂层的表层部分上以切开强度较弱的部分的方式进行作用从而产生新的裂纹。本申请发明人查明了这种实际使用时发生的气密性丧失的原因。