JP6377177B2 - 気密高温誘電体導管アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、気密高温誘電体導管アセンブリに関する。

関連特許出願の相互参照
本願は、その全体が本願明細書において参照により援用されている、２０１４年６月４日に出願された米国仮特許出願第６２／００７，６４５号（特許文献１）に関連するとともにこの仮出願に対する優先権を主張する。

燃料電池は、燃料に蓄えられているエネルギーを高い効率で電気エネルギーに変換することのできる電気化学装置である。高温燃料電池は、固体酸化物燃料電池と溶融炭酸塩燃料電池とを含む。これらの燃料電池は、水素燃料および／または炭化水素燃料を用いて稼働することができる。入力として電気エネルギーを用いて水または他の酸化されている燃料を還元して酸化されていない燃料にすることができるように逆動作をも可能にする固体酸化物可逆燃料電池など、種々のクラスの燃料電池がある。

固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）などの高温燃料電池システムでは、酸化フローが燃料電池のカソード側を通され、燃料フローが燃料電池のアノード側を通される。酸化フローは通例空気であり、燃料フローは、通例、炭化水素燃料源を改質することによって生成される水素リッチガスである。燃料電池は、７５０℃〜９５０℃の間の典型的温度で稼働し、負に帯電している酸素イオンのカソードフローストリームからアノードフローストリームへの移送を可能にし、イオンは、自由水素と、もしくは炭化水素分子内の水素と結合して水蒸気を形成し、かつ／または一酸化炭素と結合して二酸化炭素を形成する。負に帯電したイオンからの過剰な電子は、アノードおよびカソード間に完成された電気回路を通して燃料電池のカソード側に戻され、回路を通る電流をもたらす。

燃料電池スタックは、燃料および空気のために内部または外部にマニホルドを有する。内部にマニホルドを有するスタックでは、燃料および空気はスタックの中に包含されるライザを用いて各電池に分配される。換言すれば、ガスは、各燃料電池の電解質層などの支持層や各電池のガスセパレータの開口部または穴を通って流れる。外部にマニホルドを有するスタックでは、スタックは燃料および空気の流入側および流出側で開放していて、燃料および空気はスタックのハードウェアから独立して導入され、集められる。例えば、流入および流出燃料および空気は、スタックと、スタックが中に置かれているマニホルドハウジングとの間で別々の導管内を流れる。

燃料電池スタックは、しばしば、平面形の要素、管、または他の形状寸法の形の多様な電池から構築される。燃料および空気は電気化学的に活性の表面に供給されなければならず、この表面は大きいことがある。燃料電池スタックの１つのコンポーネントは、スタック内の個々の電池を分離するいわゆるガスフローセパレータ（平面形スタックではガスフローセパレータプレートと称される）である。ガスフローセパレータプレートは、スタック内の１つの電池の燃料電極（すなわち、アノード）へ流れる水素または炭化水素燃料などの燃料をスタック内の隣接する電池の空気電極（すなわち、カソード）へ流れる空気などの酸化剤から分離する。しばしば、ガスフローセパレータプレートは、１つの電池の燃料電極を隣接する電池の空気電極に電気的に接続する相互接続部としても用いられる。この場合、相互接続部として機能するガスフローセパレータプレートは、導電性材料から作られるかまたは導電性材料を含む。

米国仮特許出願第６２／００７，６４５号 米国特許出願第１２／４５８，１７１号 米国特許出願第１１／２７６，７１７号

種々の実施形態は、第１の端部および第２の端部を含む内側誘電体管と、内側誘電体管の第１の端部に結合された第１のリップを含む第１の金属管と、第１の金属管の第１のリップに結合された第１の誘電体リングと、内側誘電体管の第２の端部に結合された第２のリップを含む第２の金属管と、第２の金属管の第２のリップに結合された第２の誘電体リングと、第１の端部および第２の端部を有するとともに、内側誘電体管、第１の誘電体リングおよび第２の誘電体リングに結合された外側誘電体管と、を備える導管アセンブリを提供する。

本願に組み込まれ、本願明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の例を示し、前に示した一般的な説明および後で示される詳細な説明とともに、本発明の特徴を説明する役目を果たす。

ＳＯＦＣスタックの側横断面図を示す。 従来技術の燃料電池アセンブリの３次元切り欠き図を示す。 或る実施形態の誘電体導管アセンブリの分解図である。 図３Ａのアセンブリの組み立て図である。 金属管が金属ベローズと結合されている、或る実施形態の誘電体導管アセンブリの側横断面図である。 アセンブリのクローズアップである。 金属管が金属ベローズである、或る実施形態の誘電体導管アセンブリの側横断面図である。 アセンブリのクローズアップである。 金属管が金属ベローズである、或る代替の実施形態の誘電体導管アセンブリの側横断面図である。 アセンブリのクローズアップである。 金属管がパイプティーと結合されている、或る実施形態の誘電体導管アセンブリを示す。 或る実施形態の誘電体導管アセンブリの分解図を示す。 図７Ａのアセンブリの組み立て図である。 金属管が金属ベローズと結合されている、或る実施形態の誘電体導管アセンブリの側横断面図である。 アセンブリのクローズアップである。 同じくアセンブリのクローズアップである。 開示される方法の或る実施形態を示すフローチャートである。

添付図面を参照しながら、種々の実施形態を詳細に記述する。可能ならば、同じかまたは似ている部分を指すために図全体において同じ参照番号を使用する。特定の例および実施例への言及は、説明を目的としていて、本発明または特許請求の範囲を限定することを意図していない。

種々の実施形態は、例えば空気のためのマニホルドを外部に有し、燃料のためのマニホルドを内部に有する燃料電池スタックの燃料導管に組み込まれるなどして燃料電池システムに組み込まれ得る気密誘電体導管アセンブリを提供する。実施形態の誘電体導管アセンブリは、燃料電池システムの高温領域または燃料電池システムの断熱ホットボックス内（例えば、１０００℃、１２５０℃、またはそれ以上に及ぶ温度の）に生じる高温および温度サイクリングに漏れやその他の故障なしに耐えることができる。例えば、いくつかの実施形態では、誘電体導管アセンブリは、燃料電池システム内の密封ガス配送管路の部分であることができ、熱膨張に起因するストレスの変化を補償するコンポーネントを含むことができる。

種々の実施形態の導管アセンブリは、種々のコンポーネントの熱膨張率の差と、燃料電池システムにおいて高温で生じ得る不均一な膨張および関連するストレスとを補償することができる。さらに、実施形態の導管アセンブリは、２４℃〜１０００℃の間でのサイクリングなど、燃料電池システムの加熱および冷却から生じる膨張および収縮のサイクリングに耐えることができる。

種々の実施形態において、実施形態の誘電体導管アセンブリは、燃料導管または燃料電池スタックの部分を電気的に絶縁するように働くこともできる。例えば、誘電体導管アセンブリは、燃料電池スタックまたはコラムを燃料配送配管の残りの部分から電気的に絶縁することによってスタックにおいて金属の燃料マニホルドプレートを使用することを可能にすることができる。金属のマニホルドプレートは、スタックまたはコラムの中での連続的な導電率を有利に提供し、これにより、後で記述するように、抵抗接続の劣化の可能性を小さくする。

図１は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）スタックを示す。各ＳＯＦＣ１は、カソード電極３（例えば、ＬＳＭまたは他の導電性ペロブスカイト）、固体酸化物電解質５（例えば、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、またはドープされたセリア）、およびアノード電極７（例えば、ニッケル安定化ジルコニアなどのサーメットおよび／またはドープされたセリアサーメット）を含む。

カソード電極３、電解質５、およびアノード電極７のために種々の材料が使用され得る。例えば、アノード電極は、ニッケル含有相およびセラミック相を含むサーメットを含み得る。ニッケル含有相は、還元された状態のニッケルから完全に成ることができる。この相は、酸化された状態にあるときには、酸化ニッケルを形成することができる。従って、アノード電極は、好ましくは、酸化ニッケルをニッケルに還元するために稼働前に還元雰囲気中で焼き鈍しされる。ニッケル含有相は、ニッケルに加え、他の金属および／またはニッケル合金を含むことがある。セラミック相は、イットリアおよび／もしくはスカンジア安定化ジルコニアなどの安定化ジルコニア、ならびに／または、ガドリニア、イットリアおよび／もしくはサマリアドープセリアなどのドープされたセリアを含み得る。

電解質は、スカンジア安定化ジルコニア（ＳＳＺ）またはイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などの安定化ジルコニアを含み得る。あるいは、電解質は、ドープされたセリアなどの他のイオン伝導性材料を含み得る。

カソード電極は、ランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）などの導電性ペロブスカイト材料などの導電性材料を含み得る。ＬＳＣｏなどの他の導電性ペロブスカイト、またはＰｔなどの金属も使用され得る。カソード電極も、アノード電極と同様にセラミック相を含み得る。電極および電解質は、各々、前述した材料のうちの１つ以上の材料の１つ以上のサブレイヤを含み得る。

燃料電池スタックは、しばしば、平面形の要素、管、または他の形状寸法の形の多様なＳＯＦＣ１から構築される。図１の燃料電池スタックは垂直に向けられているけれども、燃料電池スタックは水平にまたは他の任意の方向に向けられ得る。燃料および空気を電気化学的に活性な表面に供給することができ、表面は大きいことがある。

ガスフローセパレータ９（平面形スタックの部分であるときにはガスフローセパレータプレートと称される）は、リブ１０の間にガス流路またはチャネル８を包含し、スタック内の個々の電池同士を分離する。ガスフローセパレータプレートは、スタック内の１つの電池の燃料電極（すなわち、アノード７）へ流れる炭化水素燃料などの燃料を、スタック内の隣接する電池の空気電極（すなわち、カソード３）へ流れる空気などの酸化剤から分離する。スタックのいずれの端部にも、端部電極へ空気または燃料をそれぞれ供給するために空気エンドプレートまたは燃料エンドプレート（図示せず）があり得る。

しばしば、ガスフローセパレータプレート９は、１つの電池のアノードまたは燃料電極７を隣接する電池のカソードまたは空気電極３に電気的に接続する相互接続部としても用いられる。この場合、相互接続部として機能するガスフローセパレータプレートは、導電性材料から作られるかまたは導電性材料を包含する。図１は、下側のＳＯＦＣ１が２つの相互接続部９の間に置かれていることを示す。

相互接続部は金属合金（例えば、クロム−鉄合金）または導電性セラミック材料などの導電性材料から作られるかまたは導電性材料を包含することができ、導電性材料は任意に電池内の固体酸化物電解質のものと同様の熱膨張率を有する（例えば、０〜１０％の差）。ニッケルコンタクト層などの導電性コンタクト層がアノード電極と相互接続部との間に設けられ得る。他の１つの任意の導電性コンタクト層がカソード電極と相互接続部との間に設けられ得る。

燃料電池スタック内の複数の燃料電池は、共通の燃料流入路および排出路またはライザを共有することができる。燃料電池スタックは、スタックの電力調整装置および電力（すなわち、電気）出力部に接続されたスタックの両端に２つのエンドプレートを包含する別個の電気的エンティティを含み得る。従って、いくつかの構成では、そのような別個の電気的エンティティから出力される電力は、他のスタックとは別に制御され得る。他の実施形態では、複数のスタックが同じエンドプレートを共有することができる。この場合、スタックは共同して１つの別個の電気的エンティティ（例えば、スタックのコラム）を含むことができる。

燃料電池スタックは、発電のためのより大きな燃料電池システムの部分であり得る。燃料電池スタックを、そのようなシステムの中の高温ゾーンに置くことができる。正常稼働中、この高温ゾーンは、約６００℃またはそれ以上（例えば、６００〜１０００℃、７５０〜９５０℃など）の高温で稼働することができる。

図２は、その全体が本願明細書において参照により援用されている、２００９年７月２日に出願された米国特許出願第１２／４５８，１７１号（特許文献２）に記載されているものなどの従来技術の燃料電池システムの例を示し、このシステムでは固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック１４はベース上に置かれている。各スタック１４は、燃料電池１および相互接続部９の集合を含み得る。楔形セラミックサイドバッフル２２０（例えば、不均一な厚さと、水平方向にほぼ三角形の横断面形状とを有する）が、隣り合う燃料電池スタック１４（または燃料電池スタックのコラム）の間に置かれている。バッフル２２０は、カソードフィードがスタック１４の縦に沿った側の周りを迂回するのではなくて各スタック１４を通るように、外部にマニホルドを有するカソードフィード（例えば、空気）をカソード流路へ向けて隣り合うスタック間のスペースを埋めるのに役立つ。バッフル２２０は、各バッフル２２０の中央に位置するぴったり嵌まるボア２２４を通るタイロッド２２２によって定位置に保持される。好ましくは、バッフル２２０は、非導電性であって、適切なセラミック材料から単一の部材として作られる。図２は、スタックコラム内のスタック間の燃料配送マニホルド２０４、ならびにマニホルドに連結されている燃料流入および排出導管９２、９４をも示す。燃料配送マニホルド２０４は、金属板から作られたボックス、およびボックスの内部の燃料配送スペースを含む。

この従来技術のシステムではＳＯＦＣスタックは圧縮荷重を維持する。圧縮荷重は、上側圧力板２３０、タイロッド２２２、下側圧力板９０および下側圧力板９０の下に置かれた圧縮ばねアセンブリによって維持される。圧縮ばねアセンブリは、荷重を、下側圧力板９０に直接加えるとともにタイロッド２２２を介して上側圧力板２３０に加える。

１つの代替の実施形態では、ベース２３９がシステムの唯一のゼロ基準面であるので、荷重はベース２３９を通して伝えられる。所要の荷重をベース２３９から引き出すために、ペニトレイションもしくはフィードスルーがベース２３９に通される。

図３Ａは、導管９２、９４の一部分を含み得る、或る実施形態の誘電体導管アセンブリの分解図を示す。アセンブリ３００は、誘電体管３０２を含むことができる。誘電体管３０２は、稼働条件下で（例えば、６００〜１２００℃）電気絶縁性であるように誘電特性を有するセラミック材料から作られ得る。例えば、誘電体管３０２は、燃料電池システムの稼働温度で高い絶縁耐力を有するアルミナまたは他のセラミック材料を含むことができる。種々の実施形態において、誘電体管３０２は、９０％を超えるアルミナ（例えば、９４％〜９９．８％アルミナ、９７％〜９９．８％アルミナなど）などの高純度アルミナを含み得る。代わりの実施形態では、誘電体管３０２は、窒化ケイ素、ケイ素酸窒化物、もしくはケイ素アルミニウム酸窒化物（ＳｉＡｌＯＮ）ベースのセラミックまたはジルコニア強化アルミナ（「ＺＴＡ」）を含むことができる。

誘電体管３０２は、両端部で金属管３０６と結合され得る。各金属管３０６は、誘電体管３０２と結合される端部にフランジまたはリップ３１６を有する「シルクハット」形状を有することができる。

種々の実施形態において、各金属管３０６は、燃料電池システムの稼働温度に耐えることのできる、ガス配送装置を通って流れるガスとの極めて小さな反応性を有する金属合金から作られ得る。例えば、金属管３０６は、ＳＳ４４６（例えば、重量で２３〜３０％Ｃｒ、＜１．５％Ｍｎ、＜０．７５％Ｓｉ、＜０．５％Ｎｉ、０．１〜０．２５％Ｎ、＜０．１２％Ｃ、＜０．０４％Ｐ、＜０．０３％Ｓ、残部Ｆｅ）、３２１ステンレス（例えば、＜０．０８％Ｃ、１７〜１９％Ｃｒ、９〜１２％Ｎｉ、＜２％Ｍｎ、＜１％Ｓｉ、０．３〜０．７％Ｔｉ、＜０．０４５％Ｐ、＜０．０３％Ｓ、残部Ｆｅ）、もしくはＡ２８６スチール（例えば、２４〜２７％Ｎｉ、１３〜１６％Ｃｒ、１．９〜２．３５％Ｔｉ、＜２％Ｍｎ、１〜１．５％Ｍｏ、＜１％Ｃｏ、０．１〜０．５％Ｖ、＜０．３５％Ａｌ、０．００３〜０．０１％Ｂ、＜１％Ｓｉ、＜０．０８％Ｃ、＜０．０２５％Ｐ、＜０．０２５％Ｓ、残部Ｆｅ）などのステンレススチール、またはＮｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｗ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｏ、もしくはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などの高温合金を含み得る。例えば、代表的な合金は、６００（１４〜１７％Ｃｒ、６〜１０％Ｆｅ、１〜１．７％Ａｌ、＜１％Ｍｎ、＜０．５％Ｃｕ、＜０．５％Ｓｉ、＜０．１％Ｃ、＜０．０１５Ｓ、残部Ｎｉ）、６０１（２１〜２５％Ｃｒ、５８〜６３％Ｎｉ、＜１％Ｍｎ、＜１％Ｃｕ、＜０．５％Ｓｉ、＜０．１５％Ｃ、＜０．０１５Ｓ、残部Ｆｅ）、６２５（２０〜２３％Ｃｒ、＜５％Ｆｅ、８〜１０％Ｍｏ、３．１５〜４．１５Ｎｂ、＜０．０１５Ｐ、＜０．４％Ａｌ、＜０．５％Ｍｎ、＜０．４％Ｔｉ、＜０．５％Ｓｉ、＜０．１％Ｃ、＜０．０１５Ｓ、残部Ｎｉ）、または６２５ＬＣＦ（２０〜２３％Ｃｒ、＜５％Ｆｅ、８〜１０％Ｍｏ、３．１５〜４．１５Ｎｂ、＜０．０１５Ｐ、＜０．４％Ａｌ、＜０．５％Ｍｎ、＜０．４％Ｔｉ、＜０．１５％Ｓｉ、＜０．０３％Ｃ、＜０．０１５Ｓ、＜１％Ｃｏ、＜０．０２％Ｎ、残部Ｎｉ）合金などのＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）６００シリーズの合金、または２３０（例えば、重量で、２２％Ｃｒ、１４％Ｗ、０．５％Ｍｎ、２％Ｍｏ、＜５％Ｃｏ、０．１％Ｃ、０．３％Ａｌ、＜０．０１５％Ｂ、０．４％Ｓｉ、０．０２％Ｌａ、＜３％Ｆｅ、残部Ｎｉ）、５５６（例えば、重量で、２２％Ｃｒ、２．５％Ｗ、１％Ｍｎ、３％Ｍｏ、１８％Ｃｏ、０．１％Ｃ、０．２％Ａｌ、０．６％Ｔａ、０．４％Ｓｉ、０．０２％Ｌａ、０．０２％Ｚｒ、０．２％Ｎ、２０％Ｎｉ、残部Ｆｅ）、または６１７（例えば、重量で、２２％Ｃｒ、０．３％Ｔｉ、９％Ｍｏ、１２．５％Ｃｏ、０．０７％Ｃ、１．２％Ａｌ、１％Ｆｅ、残部Ｎｉ）合金などのＨａｙｎｅｓ（登録商標）２００、５００、または６００シリーズの合金を含む。

誘電体アセンブリ３００は、各金属管３０６のリップ３１６と結合される誘電体リング３０４をさらに含むことができる。誘電体リング３０４は、誘電体管３０２の材料と同様のセラミック材料を含み得る。種々の実施形態において、誘電体リング３０４および誘電体管３０２を、同じかまたは似ている熱膨張率（「ＣＴＥ」）を有するように釣り合わせることができる。例えば、誘電体リング３０４および誘電体管３０２は同じ材料を含み得る。あるいは、誘電体リング３０４および誘電体管３０２は異なる材料を含み得るけれども、依然として極めてよく釣り合う熱膨張率を有する。種々の実施形態において、誘電体リング３０４および誘電体管３０２のＣＴＥ値には１０^-2以下（例えば、１０^-6〜１０^-8のウィンドウ）の可変性があり得る。

代替の実施形態において、誘電体リング３０４および誘電体管３０２は、異なるＣＴＥ値を有するように意図的に不釣り合いにされ得る。誘電体アセンブリ３００において、誘電体リング３０４は、コンポーネントが膨張するときにストレスを保持することができる。誘電体リング、誘電体管３０２、または他のコンポーネントがどれくらい釣り合わされるか釣り合わされないかにより、多いあるいは少ないストレスが誘電体リング３０４に向けられ得る。

誘電体リング３０４、誘電体管３０２、および金属管３０６は、高温ろう付け合金３０８でろう付けにより一緒に結合され得る。ろう付け合金３０８は、ＡＷＳにより定められているＢｎｉ−２（例えば、８２．４％Ｎｉ、７％Ｃｒ、３％Ｆｅ、３．１％Ｂ、４．５％Ｓｉ）、Ｂｎｉ−４（例えば、９３．２％Ｎｉ、１．５％Ｆｅ、１．８％Ｂ、３．５％Ｓｉ）、Ｂｎｉ−５（例えば、７０．９％Ｎｉ、１９％Ｃｒ、１０．１％Ｓｉ）、Ｂｎｉ−８（例えば、６５．５％Ｎｉ、２３％Ｍｎ、４．５％Ｃｕ、７％Ｓｉ）、およびＢｎｉ−９（例えば、８１．４％Ｎｉ、１５％Ｃｒ、３．６％Ｂ）などのニッケルベースの合金を含み得る。例えば、ろう付け合金３０８は、各金属管３０６のリップ３１６と誘電体管３０２との間に存在し得る。ろう付け合金３０８は、リップ３１６と誘電体リング３０４との間にも存在し得る。代替の実施形態では、誘電体リング３０４、誘電体管３０２、および金属管３０６の間の接合個所は、溶接によって連結され得る。

図３Ｂは、組み立て後の誘電体アセンブリ３００を示す。各金属管３０６のリップ３１６は、誘電体管３０２の向かい合う端部と、ろう付け合金（図示せず）を用いるなどして、結合され得る。各誘電体リング３０４は、金属管３０６のうちの１つの周りを巡ることができる。各誘電体リング３０４は、各リップ３１６の一方の側が誘電体管３０２と結合され、各リップ３１６の他方の側が誘電体リング３０４と結合されるように、金属管３０６のリップ３１６と結合され得る。各誘電体リング３０４は、リップ３１６が誘電体リング３０４と誘電体管３０２とを分離してリング３０４と誘電体管３０２とが互いに接触するのを妨げるように、金属管３０６の上を伸びてリップ３１６の裏側に接触することができる。代替の実施形態では、誘電体リング３０４は、フランジまたはリップ３１６が、例えば図５Ａに示されているように、金属管３０６の周囲から内方に伸びているような場合、金属管３０６の外側ではなくて金属管３０６の内側に存在し得る。

種々の実施形態において、金属管３０６は、ろう付け、溶接、または機械的シールによって形成される金属の接合個所を用いるなどして、他の燃料電池システム部分と結合され得る。例えば、金属管３０６は、ガス配送管、燃料電池スタックもしくはコラム（スタックの１つ以上の燃料マニホルドプレート２０４の燃料入口など）、および／または燃料電池ホットボックスと結合され得る。種々の実施形態のアセンブリは、燃料電池スタック１４間で燃料配送マニホルド２０４に連結されている燃料流入および排出導管９２、９４の部分であり得る（位置に関しては図２を参照されたい）。

図４は、金属管３０６がろう付けまたは溶接接合個所などの接合個所４０４を用いてベローズ４０２に結合されている、或る実施形態のアセンブリ４００を示す。ベローズ４０２は、燃料電池コンポーネント間の熱膨張率の差を補償する役割を果たすことができる。例えば、ベローズ４０２は、その全体が本願明細書において参照により援用されている、２００６年３月１０日に出願された米国特許出願第１１／２７６，７１７号（特許文献３）に記載されているプレートなどの燃料マニホルドプレートなどの燃料電池スタックまたはコラムのコンポーネントに作用するストレスを最小にする役割を果たすことができる。

種々の実施形態において、ベローズ４０２は、ガス配送導管９２、９４の他のコンポーネントおよび他の燃料電池コンポーネントに優先して軸方向および／または半径方向に変形することによって燃料電池スタックまたはコラムに作用するストレスを最小にすることができる。このように、ベローズ４０２は、過度のストレス下でひびが入り壊れることがあるセラミックコンポーネントなどの他のコンポーネントにストレスを伝えるのではなくてストレスを吸収することができる。

種々の実施形態において、金属管３０６およびベローズ４０２は、同じかまたは似ているＣＴＥを有するように釣り合わされ得る。例えば、金属管３０６およびベローズ４０２は、同じ材料、またはよく釣り合った熱膨張率である異なる材料を含むことができる。

代替の実施形態では、金属管３０６を、ベローズ４０２が誘電体管３０２と直接結合され得るように、ベローズ４０２と結合されるのではなく、ベローズ自体を含むことができるか、または完全にベローズ自体から作ることができる。図５Ａおよび図５Ｂに示されているように、実施形態のアセンブリ５００は、ベローズ４０２の周囲から内方へ伸びるフランジまたはリップ５０２を有するベローズ４０２を含むことができる。リップ５０２の一方の側は、ろう付けまたは溶接などにより、誘電体管３０２と結合され得る。誘電体リング３０４は、図５Ａに示されているように、ベローズ４０２内の内側中空スペースの内部に置かれるなどして、リップ５０２の他方の側と結合され得る。

代替の実施形態では、ベローズ４０２は外方へ伸びるフランジまたはリップ５２２を有することができる。図５Ｃおよび図５Ｄは、外方へ伸びるリップ５２２を有するベローズ４０２を伴う、実施形態のアセンブリ５２０を示す。ベローズ４０２のリップ５２２は、誘電体リング３０４が図３Ｂの金属管３０６を有するアセンブリと同様にベローズ４０２の外側に置かれる（すなわち、ベローズの外周を囲む）などして、ろう付けまたは溶接などにより誘電体管３０２および誘電体リング３０４に結合され得る。

前の実施形態は誘電体管３０２の両端部に同様の構造を有する対称的なアセンブリを示しているけれども、さらなる実施形態のアセンブリは、異なるコンポーネントまたは別様に向けられた類似コンポーネントなどの異なる構造を連結することができる。例えば、図６に示されているように、実施形態のアセンブリ６００は、１つの金属管３０６に連結された第１のパイプティー６０２および他の金属管３０６に連結された第２のパイプティー６０４を含むことができる。第１のパイプティー６０２および第２のパイプティー６０４は、異なる方向に向けられ得る。例えば、第１のパイプティー６０２は燃料導管９２、９４内に燃料を供給する（またはそこから燃料を出す）ことができ、第２のパイプティー６０４は燃料電池スタック内のマニホルドプレートに対して燃料を送り込む（またはそこから燃料を出す）ことができる。

代替の実施形態では、パイプティーまたは他のコンポーネントは、図５Ａおよび図５Ｃにおいてベローズが誘電体管３０２および誘電体リング３０４に結合されたのと同様のやり方で、誘電体管３０２および誘電体リング３０４に直接結合され得る。

図７Ａは、実施形態の誘電体導管アセンブリ７００の分解図を示し、導管９２、９４の一部分を含み得る。アセンブリ７００は、内側誘電体管７０２を含み得る。内側誘電体管７０２を、稼働条件下（例えば、６００〜１２００℃）で電気絶縁性であるように、誘電特性を有するセラミック材料から作ることができる。いくつかの実施形態では、内側誘電体管は、図３Ａと関連して誘電体管３０２に関して前に示された材料から作られる。内側誘電体管７０２は、ジルコニア強化アルミナまたは窒化ケイ素を含むセラミックから作られ得る。

いくつかの実施形態では、誘電体管の外面は部分的に金属化される。例えば、一実施形態では、図７Ａ、図８Ａおよび図８Ｂに示されているように、内側誘電体管の外面は管の両端部において金属ストライプ７１２を含み、外面７２０はストライプ７１２の間で金属を欠いている。金属ストライプ７１２は、図３Ａと関連して前に記述した高温ろう付け合金３０８と同じかまたは似ている材料から構成され得る。あるいは、金属ストライプ７１２は、図３Ａと関連して前に記述した金属管３０６と同じかまたは似ている材料から構成され得る。内側誘電体管７０２の端部は、同様に金属化され得る。

内側誘電体管７０２は、両端部で金属管７０６と結合され得る。各金属管７０６は、内側誘電体管７０２と結合される端部にフランジまたはリップ７１６を有する「シルクハット」形状を有することができる。リップ７１６は、どちらの金属管の周囲からも外方へ伸びることができる。

種々の実施形態において、各金属管７０６は、ガス配送装置を通って流れるガスとの極めて小さな反応性を有し、燃料電池システムの稼働温度に耐えることのできる金属合金から作られ得る。各金属管を、図３Ａと関連して金属管３０６について前に記載したどの材料からも作ることができる。例えば、各金属管７０６を、ステンレススチールまたはニッケルクロム合金から作ることができる。

誘電体アセンブリ７００は、各金属管７０６のリップ７１６と結合される誘電体リング７０４をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、各誘電体リング７０４は、誘電体リング７０４が結合される金属管７０６の外側に置かれる。誘電体リング７０４は、内側誘電体管７０２の材料と同じかまたは似ているセラミック材料を含むことができる。誘電体リング７０４を、ジルコニア強化アルミナまたは窒化ケイ素を含むセラミックから作ることができる。種々の実施形態において、誘電体リング７０４および内側誘電体管７０２を、同じかまたは似ているＣＴＥを有するように釣り合わせることができる。例えば、誘電体リング７０４および内側誘電体管７０２は同じ材料を含むことができる。代わりに、誘電体リング７０４および内側誘電体管７０２は、異なる材料を含み得るけれども、依然として極めてよく釣り合う熱膨張率を有することができる。種々の実施形態において、誘電体リング７０４および内側誘電体管７０２のＣＴＥ値には１０^-2あるいはそれ以下の（例えば、１０^-6〜１０^-8のウィンドウ）可変性があり得る。

代替の実施形態では、誘電体リング７０４および内側誘電体管７０２は、異なるＣＴＥ値を有するように意図的に不釣り合いにされ得る。誘電体アセンブリ７００において、誘電体リング７０４は、コンポーネントが膨張するときにストレスを保持することができる。誘電体リング７０４、内側誘電体管７０２、または他のコンポーネントがどれくらい釣り合わされるか釣り合わされないかにより、多いあるいは少ないストレスが誘電体リング７０４に向けられ得る。

誘電体リング７０４、内側誘電体管７０２、および金属管７０６は、高温ろう付け合金７０８でろう付けすることにより互いに結合され得る。ろう付け合金７０８は、図３Ａと関連して前に示したろう付け合金３０８と同じかまたは似ている材料を含み得る。ろう付け合金７０８は、各金属管７０６のリップ７１６の１つの表面と誘電体管７０２との間に存在し得る。ろう付け合金７０８は、リップ７１６の反対側の表面と誘電体リング７０４との間にも存在し得る。代替の実施形態では、誘電体リング７０４、内側誘電体管７０２、および金属管７０６の間の接合個所は溶接によって連結され得る。

いくつかの実施形態では、各誘電体リング７０４の外面は金属化される。例えば、一実施形態では、各誘電体リング７０４の外面は金属ストライプ７１４を含む。金属ストライプ７１４は、図３Ａと関連して前に記載した高温ろう付け合金３０８と同じかまたは似ている材料から構成され得る。代わりに、金属ストライプ７１４は、図３Ａと関連して前に記載した金属管３０６と同じかまたは似ている材料から構成され得る。各誘電体リング７０４の、対応する金属管７０６のリップ７１６に面する表面は、同様に金属化され得る。

いくつかの実施形態では、導管アセンブリ７００は、内側誘電体管７０２および２つの誘電体リング７０４に結合される外側誘電体管７１０を含む。外側誘電体管７１０は、内側誘電体管７０２の材料と同じかまたは似ているセラミック材料を含むことができる。外側誘電体管７１０を、ジルコニア強化アルミナまたは窒化ケイ素を含むセラミックから作ることができる。種々の実施形態において、外側誘電体管７１０、誘電体リング７０４、および内側誘電体管７０２を、同じかまたは似ているＣＴＥを有するように釣り合わせることができる。例えば、外側誘電体管７１０、誘電体リング７０４、および内側誘電体管７０２は、同じ材料を含み得る。代わりに、外側誘電体管７１０、誘電体リング７０４、および内側誘電体管７０２は、異なる材料を含み得るけれども、依然として極めてよく釣り合う熱膨張率を有する。種々の実施形態において、外側誘電体管７１０、誘電体リング７０４、および内側誘電体管７０２のＣＴＥ値には１０^-2以下の（例えば、１０^-6〜１０^-8のウィンドウ）可変性があり得る。

代替の実施形態では、外側誘電体管７１０、誘電体リング７０４、および内側誘電体管７０２は、異なるＣＴＥ値を有するように意図的に不釣り合いにされ得る。誘電体アセンブリ７００において、外側誘電体管７１０は、コンポーネントが膨張するときにストレスを保持することができる。外側誘電体管７１０、誘電体リング７０４、内側誘電体管７０２、または他のコンポーネントがどれくらい釣り合わされるか釣り合わされないかにより、多いあるいは少ないストレスが外側誘電体管７１０に向けられ得る。

いくつかの実施形態では、外側誘電体管７１０の内面は金属化される。例えば、一実施形態では、図８Ａおよび図８Ｂに示されているように、外側誘電体管７１０の内面は管７１０の両端の金属ストライプ７１８を含み、内面７２２はストライプ７１８の間では金属を欠いている。金属ストライプ７１８は、図３Ａと関連して前に記述した高温ろう付け合金３０８と同じかまたは似ている材料から構成され得る。代わりに、金属ストライプ７１８は、図３Ａと関連して前に記述した金属管３０６と同じかまたは似ている材料から構成され得る。

図７Ｂおよび図８Ａ〜８Ｃは、組み立て後の誘電体アセンブリ７００を示す。いくつかの実施形態では、内側誘電体管７０２、金属管７０６および誘電体リング７０４は、各金属管７０６が外側誘電体管７１０の端部を貫通して伸びるように、外側誘電体管７１０の内側に位置する。各金属管７０６のリップ７１６は内側誘電体管７０２の両端と結合され得る。例えば、内側誘電体管７０２の端部が金属化されている場合、内側誘電体管７０２の金属化されている端部は対応する金属管７０６のリップ７１６にろう付けされ得る。各誘電体リング７０４は、金属管７０６の１つの周りを巡ることができる。各誘電体リング７０４は、各リップ７１６の一方の側が内側誘電体管７０２と結合され、各リップ７１６の他方の側が誘電体リング７０４と結合されるように、金属管７０６のリップ７１６に結合され得る。各誘電体リング７０４は、リップ７１６が誘電体リング７０４と内側誘電体管７０２とを分離してリング７０４と内側誘電体管７０２とが互いに接触するのを妨げるように、金属管７０６の上に伸びてリップ７１６の裏側に接触することができる。代替の実施形態では、例えば図５Ａと関連して前に記述したように、フランジまたはリップ７１６が金属管７０６の周囲から内方に伸びた場合などには、誘電体リング７０４は金属管７０６の外側ではなくて金属管７０６の内側に存在することができる。

一実施形態では、外側誘電体管７１０の各金属化部分は、内側誘電体管７０２の外面の金属化部分および誘電体リング７０４の金属化外面に隣接して位置する。例えば、外側誘電体管の各金属ストライプ７１８は、内側誘電体管７０２上の金属化ストライプ７１２および隣接する誘電体リング７０４の金属化外面７１４に隣接して位置することができる。いくつかの実施形態では、外側誘電体管７１０は、ろう付け接合個所によって内側誘電体管７０２および誘電体リング７０４に結合される。ろう付け接合個所を、外側誘電体管７１０の内面上の金属化部分を内側誘電体管７０２の外面上の金属化部分および誘電体リング７０４の金属化外面にろう付けすることによって作ることができる。ろう付け接合個所は、図３Ａ〜３Ｂと関連して前に記述したどのろう付け合金を用いても作ることができる。ろう付け接合個所は、ニッケルベースのろう付け合金を含むことができる。

いくつかの実施形態では、各金属管７０６は金属ベローズである。例えば、各金属管７０６は、図５Ａ〜５Ｄと関連して前に記述した金属ベローズであり得る。他の実施形態では、各金属管７０６は、金属ベローズに連結される。各金属管７０６は、図４Ａおよび図４Ｂと関連して前に記述したようにベローズに連結され得る。

いくつかの実施形態では、金属ベローズは、図４Ａ〜５Ｄと関連して前に記述したように形成される。他の実施形態では、図８Ａ〜８Ｃに示されているように、金属ベローズ８００は、その第２の端部８１４より広い第１の端部８１２を有する第１の中空体８０２、および第１の中空体８０２に結合され、その第２の端部８１８より広い第１の端部８１６を有する第２の中空体８０４から形成される。第１の中空体および第２の中空体は、図３Ａと関連して金属管３０６について前に示したどの材料からも作られ得る。

第１の中空体８０２は、ろう付け接合個所８０６によって第２の中空体に結合され得る。一実施形態では、第１の中空体８０２の第１の端部８１２は第２の中空体８０４の第１の端部８１６に連結され、その連結はろう付け接合個所８０６であり得る。第１の中空体８０２の第２の端部８１４は、金属管７０６のうちの１つに結合され得る。第１の中空体８０２の第２の端部８１４の金属管７０６との連結はろう付け接合個所であり得る。

いくつかの実施形態では、金属ベローズ８００は、第１の端部８２０および第２の端部８２２を有する第３の中空体８０８をさらに含む。第１の端部８２０は、第２の端部８２２より広くあり得る。一実施形態では、第３の中空体８０８の第２の端部８２２は、第２の中空体８０４の第２の端部８１８にろう付け接合個所８１０によって結合される。

いくつかの実施形態では、第１の中空体８０２の第１の端部８１２および第２の中空体８０４の第１の端部８１６はそれぞれリップ８３０を形成する。いくつかの実施形態では、第１の中空体８０２の第２の端部８１４は円筒状部分を含む。いくつかの実施形態では、第２の中空体８０４の第２の端部８１８は円筒状部分８２４を含む。第３の中空体８０８も円筒状部分を有することができる。いくつかの実施形態では、円筒状部分８２４は、金属管７０６のルーメンと実質的に同じ寸法（例えば、２０％以下の違いがある）の中空円筒状内部を有する。いくつかの実施形態では、金属管７０６および第１の中空部分８０２は単一のモノリシックな部品を形成する。

いくつかの実施形態では、第１の中空部分８０２および第２の中空部分８０４は傾斜側壁８２６を含む。例えば、１つまたは複数の傾斜側壁８２６は、図８Ｃに示されているように、１つまたは複数の側壁に連続的曲線を含み得る。他の実施形態では、第１の中空部分８０２および第２の中空部分８０４は、段のある側壁８２８を含む。いくつかの実施形態では、第３の中空部分８０８は段のある側壁８２８をさらに含む。例えば、図８Ｃに示されているように、段のある１つまたは複数の側壁８２８は、それぞれの複数の平らなまたは別様に曲がったあるいは傾斜した第２の部分によって分離される複数の曲がったあるいは傾斜した第１の部分を含み得る。

さらなる実施形態では、第２の中空部分８０４および第３の中空部分８０８の複数の繰り返すペアが、図８Ａに示されているように、前に記述したのと同じやり方で直列に接合されて、金属ベローズ８００を形成する。

種々の実施形態において、ベローズ８００は、ガス配送導管９２、９４の他のコンポーネントおよび他の燃料電池コンポーネントに優先して軸方向および／または半径方向に変形することによって、燃料電池スタックまたはコラムに作用するストレスを最小にすることができる。このように、ベローズ８００は、過度のストレス下で割れが入ったり、壊れたりすることのあるセラミックコンポーネントなどの他のコンポーネントにストレスを伝えるのではなくてストレスを吸収することができる。

種々の実施形態において、金属管７０６およびベローズ８００を、同じかまたは似ているＣＴＥを有するように釣り合わせることができる。例えば、金属管７０６およびベローズ８００は、同じ材料、または極めてよく釣り合う熱膨張率である異なる材料を含むことができる。

種々の実施形態において、金属管７０６は、ろう付け、溶接、または機械的シールにより形成される金属の接合個所を用いるなどして他の燃料電池システム部品と結合され得る。例えば、金属管７０６は、ガス配送配管、燃料電池スタックまたはコラム（スタックの１つ以上の燃料マニホルドプレート２０４の燃料入口など）および／または燃料電池ホットボックスと結合され得る。種々の実施形態のアセンブリ７００は、燃料電池スタック１４の間の燃料配送マニホルド２０４に連結される燃料流入および排出導管９２、９４の部分であり得る（位置に関しては図２を参照されたい）。導管アセンブリ７００を、パイプを含む、追加の導管の構成要素の任意の追加の組み合わせと組み合わせることができる。例えば、導管アセンブリは、図６と関連して前に記述したように、パイプティーを金属管７０６のうちの１つ以上に連結することによってパイプティーと組み合わされ得る。

前の実施形態は内側誘電体管７０２の両端部に似ている構造を有する対称的なアセンブリを示していたけれども、さらなる実施形態のアセンブリは、例えば図６と関連して前に記述したように、異なるコンポーネントまたは別様に向けられた同じかまたは類似のコンポーネントなどの異なる構造を連結することができる。代替の実施形態では、図５Ａおよび図５Ｃにおいてベローズが誘電体管３０２および誘電体リング３０４と結合されたのと同様に、パイプティーまたは他のコンポーネントが内側誘電体管７０２、誘電体リング７０４、および外側誘電体管７１０と直接結合され得る。

図９は、燃料電池システムの導管アセンブリを製造する方法９００を示す。方法９００は、内側誘電体管７０２の第１の端部を第１の金属管の第１のリップの第１の表面にろう付けまたは溶接することを含み得る（ステップ９０２）。いくつかの実施形態では、内側誘電体管は、図３Ａ〜７Ｂと関連して前に記述したように、第１の金属管にろう付けまたは溶接される。

方法９００は、第１の誘電体リングを第１のリップの第２の表面にろう付けまたは溶接することを含むことができる（ステップ９０４）。第１の誘電体リングの第１のリップの第２の表面へのろう付けまたは溶接は、図３Ａ〜７Ｂと関連して前に明らかにしたように成し遂げられ得る。

方法９００は、内側誘電体管の第２の端部を第２の金属管の第２のリップの第１の表面にろう付けまたは溶接することを含むことができる（ステップ９０６）。内側誘電体管の第２の端部の、第２の金属管の第２のリップの第１の表面へのろう付けまたは溶接は、図３Ａ〜７Ｂと関連して前に示したように成し遂げることができる。

方法９００は、第２の誘電体リングを第２のリップの第２の表面にろう付けまたは溶接することをさらに含むことができる（ステップ９０８）。第２の誘電体リングを第２のリップの第２の表面にろう付けまたは溶接することは、図３Ａ〜７Ｂと関連して前に記述したように実行され得る。

方法９００は、導管アセンブリを形成するために外側誘電体管を内側誘電体管、第１の誘電体リングおよび第２の誘電体リングにろう付けまたは溶接することをさらに含むことができる（ステップ９１０）。いくつかの実施形態では、外側誘電体管を内側誘電体管、第１の誘電体リングおよび第２の誘電体リングにろう付けまたは溶接することは、図７Ａ〜７Ｂと関連して前に明らかにしたように成し遂げられる。

方法９００は、導管アセンブリを燃料電池システムに挿入することをさらに含むことができる（ステップ９１２）。導管アセンブリを燃料電池システムに挿入することは、図２および図８Ａ〜８Ｃと関連して前に記述したように成し遂げられ得る。追加の実施形態では、導管アセンブリを燃料電池システムに挿入することは、図２および図８Ａ〜８Ｃと関連して前に明らかにしたように、導管アセンブリを燃料電池スタックの燃料マニホルドに取り付けることを含む。いくつかの実施形態では、内側誘電体管、第１および第２の誘電体リングおよび外側誘電体管は、各々、セラミックを含む。

方法（９００）のいくつかの実施形態は、第１の金属管および第２の金属管のうちの少なくとも１つを金属ベローズにろう付けまたは溶接することをさらに含む。第１の金属管および第２の金属管のうちの少なくとも１つを、図３Ａ〜８Ｃと関連して前に明らかにしたように、金属ベローズにろう付けまたは溶接することができる。いくつかの実施形態では、金属ベローズは、第１の端部および第２の端部を有し、第１の端部が第２の端部より広い第１の中空体と、第１の中空体に結合され、第１の端部および第２の端部を有し、第１の端部が第２の端部より広い第２の中空体とを含み、第１の金属管および第２の金属管のうちの少なくとも１つを金属ベローズにろう付けまたは溶接することは、第１の金属管および第２の金属管のうちの少なくとも１つを第１の中空体の第２の端部にろう付けまたは溶接することを含む。これは、図８Ａ〜８Ｃと関連して前に明らかにしたように成し遂げられ得る。いくつかの実施形態は、図８Ａ〜８Ｂと関連して前に記述したように、第１の中空体を第２の中空体に結合させるために第１の中空体の第１の端部を第２の中空体の第１の端部にろう付けまたは溶接することをさらに含む。

開示される態様についての前の記述は、当業者が本発明を製造あるいは使用することを可能にするために提供されている。これらの態様に対する種々の改変は当業者にとっては難なく明らかであろうし、ここで明らかにされた包括的原理は、本発明の範囲から逸脱することなく他の態様に適用され得る。従って、本発明は、本願明細書で示された態様に限定されるべく意図されてはいなくて、本願明細書で開示された原理および新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲を与えられるべきである。

Claims (20)

1. 燃料電池システムのための導管アセンブリであって、
   第１の端部および第２の端部を含む内側誘電体管と、
   前記内側誘電体管の第１の端部に結合された第１のリップを含む第１の金属管と、
   前記第１の金属管の第１のリップに結合された第１の誘電体リングと、
   前記内側誘電体管の第２の端部に結合された第２のリップを含む第２の金属管と、
   前記第２の金属管の第２のリップに結合された第２の誘電体リングと、
   第１の端部および第２の端部を有するとともに、前記内側誘電体管、前記第１の誘電体リングおよび前記第２の誘電体リングに結合された外側誘電体管と、
   を備える導管アセンブリ。
2. 請求項１記載の導管アセンブリにおいて、
   前記外側誘電体管の内面は、部分的に金属化される導管アセンブリ。
3. 請求項２記載の導管アセンブリにおいて、
   前記外側誘電体管の内面は前記第１の端部に第１の金属ストライプを含むとともに前記第２の端部に第２の金属ストライプを含み、前記ストライプ間で前記内面は金属を欠き、 前記内側誘電体管の外面は、部分的に金属化され、
   前記内側誘電体管の外面は前記第１の端部に第１の金属ストライプを含むとともに前記第２の端部に第２の金属ストライプを含み、前記ストライプ間で前記外面は金属を欠き、
   前記第１および第２の誘電体リングの外面は、金属化され、
   前記内側誘電体管、前記第１および第２の金属管ならびに前記第１および第２の誘電体リングは、前記第１の金属管が前記外側誘電体管の第１の端部を貫通するとともに、前記第２の金属管が前記外側誘電体管の第２の端部を貫通するように、前記外側誘電体管の内側に配置され、
   前記外側誘電体管の第１の金属ストライプは前記内側誘電体管上の第１のストライプおよび前記第１の誘電体リングの金属化された外面に隣接し、前記外側誘電体管の第２の金属ストライプは前記内側誘電体管上の第２のストライプおよび前記第２の誘電体リングの金属化された外面に隣接し、
   前記内側誘電体管および前記第１の誘電体リングはろう付け接合個所によって前記第１のリップに結合され、前記内側誘電体管および前記第２の誘電体リングはろう付け接合個所によって前記第２のリップに結合され、前記外側誘電体管はろう付け接合個所によって前記内側誘電体管、前記第１および第２の誘電体リングに結合される導管アセンブリ。
4. 請求項１記載の導管アセンブリにおいて、
   前記内側誘電体管、前記第１および第２の誘電体リングならびに前記外側誘電体管は、各々、ジルコニア強化アルミナまたは窒化ケイ素を含み、
   （ｉ）前記内側誘電体管、前記第１および第２の誘電体リングならびに前記外側誘電体管は、１０ ^-2 以下の違いのある熱膨張率を有するか、あるいは
   （ｉｉ）前記内側誘電体管、前記第１および第２の誘電体リングならびに前記外側誘電体管は、１０ ^-2 より大きい違いのある熱膨張率を有する導管アセンブリ。
5. 請求項１記載の導管アセンブリにおいて、
   前記第１の誘電体リングは前記第１の金属管の外側に置かれ、前記第２の誘電体リングは前記第２の金属管の外側に置かれ、
   前記第１のリップは前記第１の金属管の周囲から外方に伸び、前記第２のリップは前記第２の金属管の周囲から外方に伸びる導管アセンブリ。
6. 請求項１記載の導管アセンブリにおいて、
   前記第１および第２の金属管は、ステンレススチールまたはニッケルクロム合金を含む導管アセンブリ。
7. 請求項１記載の導管アセンブリにおいて、
   前記第１および第２の金属管は、金属ベローズである導管アセンブリ。
8. 請求項１記載の導管アセンブリにおいて、
   前記内側誘電体管および前記第１の誘電体リングはろう付け接合個所によって前記第１のリップに結合され、前記内側誘電体管および前記第２の誘電体リングはろう付け接合個所によって前記第２のリップに結合され、前記外側誘電体管はろう付け接合個所によって前記内側誘電体管、前記第１および第２の誘電体リングに結合され、
   前記ろう付け接合個所は、ニッケルベースのろう付け合金を含む導管アセンブリ。
9. 請求項１記載の導管アセンブリにおいて、
   前記導管アセンブリは、燃料電池スタックの燃料導管に組み込まれる導管アセンブリ。
10. 請求項１記載の導管アセンブリにおいて、
    前記第１のリップは、前記内側誘電体管の第１の端部に結合された第１の表面および前記第１の表面の反対側で、前記第１の誘電体リングに結合された第２の表面を含み、
    前記第２のリップは、前記内側誘電体管の第２の端部に結合された第３の表面および前記第３の表面の反対側で、前記第２の誘電体リングに結合された第４の表面を含む導管アセンブリ。
11. 燃料電池システムであって、
    燃料マニホルドを含む燃料電池スタックと、
    前記燃料マニホルドに流体的に結合された請求項１記載の燃料電池システムのための導管アセンブリと、
    を備える燃料電池システム。
12. 燃料電池システムのための導管アセンブリであって、
    第１の端部および第２の端部を含む内側誘電体管と、
    前記内側誘電体管の第１の端部に結合された第１のリップを含む第１の金属管と、
    前記第１の金属管の第１のリップに結合された第１の誘電体リングと、
    前記内側誘電体管の第２の端部に結合された第２のリップを含む第２の金属管と、
    前記第２の金属管の第２のリップに結合された第２の誘電体リングと、
    第１の端部および第２の端部を有するとともに、前記内側誘電体管、前記第１の誘電体リングおよび前記第２の誘電体リングに結合された外側誘電体管と、を備え、
    前記第１および第２の金属管のうちの少なくとも１つは金属ベローズに結合され、前記金属ベローズは、第１の端部および第２の端部を有し、前記第１の端部が前記第２の端部より広い第１の中空体と、前記第１の中空体に結合され、第１の端部および第２の端部を有し、前記第１の端部が前記第２の端部より広い第２の中空体とを含む導管アセンブリ。
13. 請求項１２記載の導管アセンブリにおいて、
    前記第１の中空体は、ろう付け接合個所によって前記第２の中空体に結合されるか、あるいは
    前記第１および第２の金属管のうちの少なくとも１つは前記第１の中空体の第２の端部に結合され、前記第１の中空体の第１の端部は前記第２の中空体の第１の端部に結合される導管アセンブリ。
14. 請求項１２記載の導管アセンブリにおいて、
    前記金属ベローズは第１の端部および第２の端部を有する第３の中空体をさらに含み、前記第１の端部は前記第２の端部より広く、前記第３の中空体の第２の端部はろう付け接合個所によって前記第２の中空体の第２の端部に結合される導管アセンブリ。
15. 請求項１２記載の導管アセンブリにおいて、
    前記第１および第２の中空体の第１の端部は、各々、リップを含むか、あるいは
    前記第１および第２の中空体の第２の端部は、円筒状部分を含む導管アセンブリ。
16. 請求項１２記載の導管アセンブリにおいて、
    前記第１および第２の中空体は、傾斜側壁を含むか、あるいは
    前記第１および第２の中空体は、段のある側壁を含む導管アセンブリ。
17. 燃料電池システムのための導管アセンブリを製造する方法であって、
    内側誘電体管の第１の端部を第１の金属管の第１のリップの第１の表面にろう付けまたは溶接するステップと、
    第１の誘電体リングを前記第１のリップの第２の表面にろう付けまたは溶接するステップと、
    前記内側誘電体管の第２の端部を第２の金属管の第２のリップの第１の表面にろう付けまたは溶接するステップと、
    第２の誘電体リングを前記第２のリップの第２の表面にろう付けまたは溶接するステップと、
    前記導管アセンブリを形成するために外側誘電体管を前記内側誘電体管、前記第１の誘電体リングおよび前記第２の誘電体リングにろう付けまたは溶接するステップと、
    前記導管アセンブリを前記燃料電池システムに挿入するステップと、
    を含む方法。
18. 請求項１７記載の方法において、
    前記導管アセンブリを前記燃料電池システムに挿入するステップは、前記導管アセンブリを燃料電池スタックの燃料マニホルドに取り付けることを含み、前記内側誘電体管、前記第１および第２の誘電体リングならびに前記外側誘電体管は、各々、セラミックを含む方法。
19. 請求項１７記載の方法において、
    前記第１および第２の金属管のうちの少なくとも１つを金属ベローズにろう付けまたは溶接するステップをさらに含む方法。
20. 請求項１９記載の方法において、
    前記金属ベローズは、第１の端部および第２の端部を有し、前記第１の端部が前記第２の端部より広い第１の中空体と、前記第１の中空体に結合され、第１の端部および第２の端部を有し、前記第１の端部が前記第２の端部より広い第２の中空体とを含み、前記第１および第２の金属管のうちの少なくとも１つを金属ベローズにろう付けまたは溶接するステップは、前記第１および第２の金属管のうちの少なくとも１つを前記第１の中空体の第２の端部にろう付けまたは溶接することを含み、
    前記第１の中空体を前記第２の中空体に結合させるために前記第１の中空体の第１の端部を前記第２の中空体の第１の端部にろう付けまたは溶接するステップをさらに含む方法。

Images