JP6736280B2 - Screen printing apparatus, screen printing apparatus control method, screen printing method, fuel cell stack manufacturing method, and fuel cell cartridge manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、スクリーン印刷装置、スクリーン印刷装置の制御方法、スクリーン印刷方法、燃料電池セルスタックの製造方法及び燃料電池カートリッジの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a screen printing apparatus, a screen printing apparatus control method, a screen printing method, a fuel cell stack manufacturing method, and a fuel cell cartridge manufacturing method.
燃料ガスと酸素とを化学反応させることにより発電する燃料電池が知られている。このうち、固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell、以下「SOFC」という。)は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられた運転される燃料電池である。SOFCで用いられる燃料ガスは、例えば、水素(H2)及び一酸化炭素(CO)、メタン(CH4)などの炭化水素系ガスからなる都市ガス、天然ガスのほか、石油、メタノール、石炭などの炭素質原料からガス化設備によって製造されたガスである。 2. Description of the Related Art There is known a fuel cell that generates electric power by chemically reacting a fuel gas and oxygen. Among them, a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as “SOFC”) is an operated fuel cell using ceramics such as zirconia ceramics as an electrolyte. The fuel gas used in the SOFC is, for example, city gas or natural gas composed of hydrogen (H 2 ) and hydrocarbon-based gas such as carbon monoxide (CO), methane (CH 4 ), petroleum, methanol, coal, etc. It is a gas produced by the gasification equipment from the carbonaceous raw material.
SOFCには、複数の円筒形セルスタックを備えるタイプがあり、円筒形セルスタックは、円筒形状の基体管と、基体管の外周面に複数形成された燃料電池セルと、隣り合う燃料電池セル間に形成されたインターコネクタとを有する。燃料電池セルは、燃料極と固体電解質と空気極とが積層して形成される。 There is a type of SOFC that includes a plurality of cylindrical cell stacks. The cylindrical cell stack includes a cylindrical base tube, a plurality of fuel cells formed on the outer peripheral surface of the base tube, and a space between adjacent fuel cells. And an interconnector formed on the. The fuel cell is formed by stacking a fuel electrode, a solid electrolyte, and an air electrode.
基体管は、長尺のセラミックス製であり、基体管を製造する際、まず、セラミックス材料の組成と粉体サイズを調整し、セラミックス材料と溶剤からスラリーを生成する。そして、スラリーが押出成形されることによって、軟体状の基体管が形成される。そして、基体管を運搬可能な硬さとするため、軟体状の基体管が乾燥される。乾燥した基体管に対して燃料極、固体電解質及びインターコネクタがスクリーン印刷によって成膜され、その後、成膜された基体管が一体焼成される。また、燃料極等が一体焼成された基体管に対して、ジェットディスペンサーによって空気極が成膜され、その後、空気極が成膜された基体管が焼成される。これにより、燃料電池セル及びインターコネクタが基体管の表面に形成された円筒形セルスタックが形成される。
以降で記載する基体管は、円筒型固体電解質燃料電池の支持体としての成形体である場合、支持する成形体に燃料極、固体電解質及びインターコネクタがスクリーン印刷によって成膜された成形体である場合、さらには、その後、空気極が成膜された成形体である場合を全て含むものである。
The base tube is made of a long ceramic, and when manufacturing the base tube, first, the composition and powder size of the ceramic material are adjusted, and a slurry is generated from the ceramic material and the solvent. Then, the slurry is extruded to form a soft base tube. Then, in order to make the substrate pipe hard enough to be transported, the flexible substrate pipe is dried. A film of the fuel electrode, the solid electrolyte and the interconnector is formed on the dried base tube by screen printing, and then the formed base tube is integrally fired. Further, an air electrode is formed into a film by a jet dispenser on the base tube on which the fuel electrode and the like are integrally fired, and then the base tube on which the air electrode is formed is fired. As a result, a cylindrical cell stack in which the fuel cells and the interconnector are formed on the surface of the base tube is formed.
The substrate tube described below is a molded product as a support for a cylindrical solid oxide fuel cell, in which the fuel electrode, the solid electrolyte and the interconnector are formed by screen printing on the supporting molded product. In this case, the case further includes all cases where the air electrode is a molded body having a film formed thereafter.
下記の特許文献1には、円筒型の基体管に対して、燃料極、電解質及び空気極となるスラリーをスクリーン印刷する際、スクリーンメッシュと基体管の間に発生する隙間を回避するための技術が開示されている。具体的には、スキージを支持するスキージホルダと基体管の内部とに、それぞれ磁性が異なる磁石を収容している。 Patent Document 1 below discloses a technique for avoiding a gap generated between a screen mesh and a base pipe when screen-printing a slurry that forms a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode on a cylindrical base pipe. Is disclosed. Specifically, magnets having different magnetism are housed inside the squeegee holder that supports the squeegee and inside the base tube.
図13及び図14に示すように、円筒長尺形状の基体管10の表面に対して、長手軸方向に延びたスクリーンマスク6とスキージ2でスラリー16をスクリーン印刷する場合、基体管10の中空部分の内部に棒状の中子棒15を挿入し、基体管10の両方の端部からそれぞれ突出している中子棒15を受けローラ7に載置する。そして、基体管10の表面にスラリー16を印刷するとき、スキージホルダ3に支持されたスキージ2を基体管に押し付ける(印圧する)と、図14に示すように、印圧をかけた方向へ基体管10の中央部分が撓む。その結果、スキージ2と基体管10の間に隙間が生じ、基体管10の表面にスラリー16を均一、均質に成膜(印刷)できない。
As shown in FIGS. 13 and 14, when the
また、特許文献1に記載された方法において、スキージと基体管の間に生じる隙間を均一にするには、スキージホルダと基体管の内部の両方の適切な位置に磁石を設置する必要があるが、長手方向にわたって磁石を適切に配置することは困難である。さらに、磁石が有する磁力の強さに応じて、隙間の大小が変化するため、実施に当たっては磁力の調整が困難な永久磁石を用いると隙間を均一にしづらいという問題がある。 In addition, in the method described in Patent Document 1, in order to make the gap generated between the squeegee and the base tube uniform, it is necessary to install magnets at appropriate positions both inside the squeegee holder and the base tube. It is difficult to properly arrange the magnets in the longitudinal direction. Further, since the size of the gap changes depending on the strength of the magnetic force of the magnet, it is difficult to make the gap uniform when using a permanent magnet whose magnetic force is difficult to adjust.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、スキージと成形体の間に形成される隙間を調整することが可能なスクリーン印刷装置、スクリーン印刷装置の制御方法、スクリーン印刷方法、燃料電池セルスタックの製造方法及び燃料電池カートリッジの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a screen printing apparatus capable of adjusting a gap formed between a squeegee and a molded body, a screen printing apparatus control method, and a screen printing method. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fuel cell stack and a method for manufacturing a fuel cell cartridge.
上記課題を解決するために、本発明のスクリーン印刷装置、スクリーン印刷装置の制御方法、スクリーン印刷方法、燃料電池セルスタックの製造方法及び燃料電池カートリッジの製造方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るスクリーン印刷装置は、長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、前記長手方向に配置され、前記スキージを支持し、前記スキージを前記成形体側に移動させる複数のスキージ支持部と、前記スキージ支持部を支持しつつ鉛直上下方向へ移動させる位置調整部と、前記スキージ支持部に設置され、前記スキージによる前記成形体に対する押圧力を検出する検出部と、前記押圧力に基づいて前記位置調整部による前記スキージ支持部の移動量を制御する制御部とを備える。
In order to solve the above problems, the screen printing apparatus, the method for controlling the screen printing apparatus, the screen printing method, the method for manufacturing a fuel cell stack, and the method for manufacturing a fuel cell cartridge according to the present invention employ the following means.
That is, the screen printing apparatus according to the present invention is placed on the vertically upper side of a cylindrical molded body whose longitudinal direction is installed horizontally, and is brought into contact with a screen portion that allows slurry to pass through and a top surface of the screen portion. Squeegees extending in the longitudinal direction, a plurality of squeegee support portions arranged in the longitudinal direction, supporting the squeegee and moving the squeegee to the molded body side, and a vertical vertical direction while supporting the squeegee support portions. A position adjusting section for moving the squeegee supporting section, a detecting section installed in the squeegee supporting section for detecting a pressing force of the squeegee against the molded body, and a moving amount of the squeegee supporting section by the position adjusting section based on the pressing force. And a control unit for controlling.
この構成によれば、スキージによる成形体に対する押圧力に基づいて、位置調整部は、スキージ支持部の移動量を制御する。そして、スキージ支持部は、スキージの長手方向に複数配置され、各スキージ支持部に検出部が設置され、それぞれが検出された押圧力に基づいて位置調整部によって移動する。したがって、成形体の長手方向の各位置における撓み量に応じて、スキージ支持部の移動量を変化させることができるため、スキージと成形体の間の隙間を調整することができる。 According to this configuration, the position adjustment unit controls the movement amount of the squeegee support unit based on the pressing force of the squeegee against the molded body. A plurality of squeegee support parts are arranged in the longitudinal direction of the squeegee, a detection part is installed in each squeegee support part, and each is moved by the position adjustment part based on the detected pressing force. Therefore, the amount of movement of the squeegee support can be changed according to the amount of bending of the molded body at each position in the longitudinal direction, so that the gap between the squeegee and the molded body can be adjusted.
上記発明において、前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置され、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記成形体の両端部側を押圧する抑え部とを更に備えてもよい。 In the above invention, a receiving portion that rotatably supports both end portions in the longitudinal direction of the molded body from a vertically lower side, and both end portions of the molded body that are installed farther from the center of the molded body than the receiving portion. It is also possible to further include a holding portion that rotatably supports the side from above in the vertical direction and presses both end sides of the molded body.
この構成によれば、成形体が載置される受け部よりも成形体の端部側に設置される抑え部が、成形体を上方から支持し、かつ、成形体の端部を押圧することから、成形体は、中間部分にて上方に凸状に湾曲する。これにより、成形体が、成形体の上方からスキージによって押圧されたとき、成形体を上方に湾曲させない場合に比べて、スキージと成形体の間の隙間を低減することができる。 According to this configuration, the restraining portion installed on the end portion side of the molded body with respect to the receiving portion on which the molded body is placed supports the molded body from above and presses the end portion of the molded body. Therefore, the molded body is curved in a convex shape upward at the intermediate portion. Accordingly, when the molded body is pressed by the squeegee from above the molded body, the gap between the squeegee and the molded body can be reduced as compared with the case where the molded body is not curved upward.
上記発明において、前記成形体の円筒中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、前記受け部よりも前記中子棒の中央より遠い位置に設置され、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記中子棒の両端部側を押圧する抑え部とを更に備えてもよい。 In the above invention, a receptacle that rotatably supports both longitudinal direction end portions of a rod-shaped core rod that is inserted in the cylindrical hollow portion of the molded body in the longitudinal direction and that projects from the end portion of the molded body. Part, and the receiving part is installed at a position farther from the center of the core rod than the receiving part, rotatably supports both end sides of the core rod from vertically above, and supports both end sides of the core rod. You may further provide the pressing part to press.
この構成によれば、中子棒が載置される受け部よりも中子棒の端部側に設置される抑え部が、中子棒を上方から支持し、かつ、中子棒の端部を押圧することから、中子棒は、中間部分にて上方に凸状に湾曲する。これにより、成形体が、成形体の上方からスキージによって押圧されたとき、成形体を上方に湾曲させない場合に比べて、スキージと成形体の間の隙間を低減することができる。 According to this configuration, the restraining portion installed on the end side of the core rod with respect to the receiving portion on which the core rod is placed supports the core rod from above, and the end portion of the core rod is also supported. By pressing, the core rod bends upward in the middle portion. Accordingly, when the molded body is pressed by the squeegee from above the molded body, the gap between the squeegee and the molded body can be reduced as compared with the case where the molded body is not curved upward.
本発明に係るスクリーン印刷装置は、長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、前記長手方向に配置され、前記スキージを支持し、前記スキージを前記成形体側に移動させるスキージ支持部と、前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下側から回転可能に支持する受け部と、前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置され、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記成形体の両端部側を押圧する抑え部とを備える。 The screen printing apparatus according to the present invention is mounted on a vertically upper side of a cylindrical molded body having a longitudinal direction horizontally installed, and a screen portion that allows slurry to pass through, and the longitudinal portion that is abutted on an upper surface of the screen portion. A squeegee extending in a direction, arranged in the longitudinal direction, supporting the squeegee and moving the squeegee to the molded body side, and both longitudinal end portions of the molded body from the vertical lower side. A receiving portion that rotatably supports, and a receiving portion that is installed farther from the center of the molded body than the receiving portion, rotatably supports both end sides of the molded body from vertically above, and both ends of the molded body. And a pressing unit that presses the unit side.
本発明に係るスクリーン印刷装置は、長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、前記長手方向に配置され、前記スキージを支持し、前記スキージを前記成形体側に移動させるスキージ支持部と、前記成形体の円筒中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、前記受け部よりも前記中子棒の中央より遠い位置に設置され、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記中子棒の両端部側を押圧する抑え部とを備える。 The screen printing apparatus according to the present invention is mounted on a vertically upper side of a cylindrical molded body having a longitudinal direction horizontally installed, and a screen portion that allows slurry to pass through, and the longitudinal portion that is abutted on an upper surface of the screen portion. A squeegee extending in a direction, arranged in the longitudinal direction, supporting the squeegee and moving the squeegee to the molded body side, and a squeegee inserted in the cylindrical hollow portion of the molded body in the longitudinal direction, A receiving portion that rotatably supports both ends in the longitudinal direction of a rod-shaped core rod provided so as to project from the end portion of the molded body, and is installed at a position farther from the center of the core rod than the receiving portion. And both ends of the core rod are rotatably supported from above in the vertical direction, and pressing portions are pressed against both ends of the core rod.
上記発明において、前記中子棒は、前記受け部の間において、少なくとも一部に中空部分が長手方向に配置されてもよい。
この構成によれば、中実部分と中空部分の断面2次モーメントの違いによって、中子棒の撓み形状や撓み量を調整できる。
In the above invention, in the core rod, a hollow portion may be arranged in at least a part in the longitudinal direction between the receiving portions.
According to this configuration, the bending shape and the bending amount of the core rod can be adjusted by the difference in the second moment of area between the solid portion and the hollow portion.
本発明に係るスクリーン印刷装置の制御方法は、長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、前記長手方向に配置され、前記スキージを支持し、前記スキージを前記成形体側に移動させる複数のスキージ支持部と、前記スキージ支持部を支持しつつ鉛直上下方向へ移動させる位置調整部とを備えるスクリーン印刷装置の制御方法であって、前記スキージ支持部において、前記スキージによる前記成形体に対する押圧力を検出するステップと、前記押圧力に基づいて前記押圧力が所定の値で規定された範囲になるように前記位置調整部による前記スキージ支持部の移動量を制御するステップとを有する。 The control method of the screen printing apparatus according to the present invention is mounted on the vertical upper side of a cylindrical molded body whose longitudinal direction is set horizontally, and a screen portion for passing slurry, and abutting on the upper surface of the screen portion. Squeegees extending in the longitudinal direction, a plurality of squeegee support portions arranged in the longitudinal direction, which support the squeegee and move the squeegee to the molded body side, and vertical vertices while supporting the squeegee support portions. A method of controlling a screen printing apparatus, comprising: a position adjusting unit that moves in a direction, in the squeegee supporting unit, a step of detecting a pressing force of the squeegee against the molded body, and the pressing force based on the pressing force. Controlling the amount of movement of the squeegee support portion by the position adjusting portion so that is within a range defined by a predetermined value.
本発明に係るスクリーン印刷方法は、長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、前記長手方向に配置され、前記スキージを支持し、前記スキージを前記成形体側に移動させるスキージ支持部と、前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置される抑え部とを備えるスクリーン印刷方法であって、前記抑え部が、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持するステップと、前記抑え部が、前記成形体の両端部側を押圧して前記成形体を鉛直上方向に凸状な湾曲形状とするステップとを有する。 A screen printing method according to the present invention, the longitudinal direction is placed on the vertical upper side of a cylindrical molded body installed horizontally, the screen portion for passing the slurry, and the longitudinal length abutted on the upper surface of the screen portion. A squeegee extending in a direction, a squeegee support portion that is disposed in the longitudinal direction, supports the squeegee, and moves the squeegee toward the molded body, and rotates both end sides in the longitudinal direction of the molded body from vertically below. A screen printing method, comprising: a receiving part that supports the receiving part, and a holding part installed at a position farther from the center of the molded body than the receiving part, wherein the holding part is provided on both end sides of the molded body. The method includes a step of rotatably supporting the molded body from above in the vertical direction, and a step of pressing the both end sides of the molded body to make the molded body into a curved shape that is convex upward in the vertical direction.
本発明に係るスクリーン印刷方法は、長手方向が水平に設置された円筒状の成形体の鉛直上側に載置され、スラリーを通過させるスクリーン部と、前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、前記長手方向に配置され、前記スキージを支持し、前記スキージを前記成形体側に移動させるスキージ支持部と、前記成形体の中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置される抑え部とを備えるスクリーン印刷方法であって、前記抑え部が、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持するステップと、前記抑え部が、前記中子棒の両端部側を押圧して前記成形体を鉛直上方向に凸状な湾曲形状とするステップとを有する。 A screen printing method according to the present invention, the longitudinal direction is placed on the vertical upper side of a cylindrical molded body installed horizontally, the screen portion for passing the slurry, and the longitudinal length abutted on the upper surface of the screen portion. A squeegee that extends in the direction, a squeegee support portion that is disposed in the longitudinal direction, supports the squeegee, and moves the squeegee to the molded body side, and the squeegee is inserted in the hollow portion of the molded body in the longitudinal direction to form the squeegee. A receiving portion that rotatably supports both ends in the longitudinal direction of the rod-shaped core rod provided so as to project from the end portion of the body, and is installed at a position farther from the center of the molded body than the receiving portion. A screen printing method comprising a holding portion, wherein the holding portion rotatably supports both end portions of the core rod from above in a vertical direction, and the holding portion includes both end portions of the core rod. Pressing the side to make the molded body a convex curved shape in a vertically upward direction.
本発明に係る燃料電池セルスタックの製造方法は、上記のスクリーン印刷装置の制御方法、又は、上記のスクリーン印刷方法を用いて前記成形体を成膜し、前記成形体の表面に燃料電池セル及びインターコネクタが形成された燃料電池セルスタックを製造するステップを有する。 A method for manufacturing a fuel cell stack according to the present invention is a method for controlling the screen printing device described above, or a film is formed on the molded body by using the screen printing method described above, and a fuel cell is formed on the surface of the molded body. The method includes manufacturing a fuel cell stack having an interconnector formed therein.
本発明に係る燃料電池カートリッジの製造方法は、上記のスクリーン印刷装置の制御方法、又は、上記のスクリーン印刷方法を用いて前記成形体を成膜し、前記成形体の表面に燃料電池セル及びインターコネクタが形成された燃料電池セルスタックを製造するステップと、前記燃料電池セルスタックを備える燃料電池カートリッジを製造するステップとを有する。 A method of manufacturing a fuel cell cartridge according to the present invention is a method of controlling the screen printing apparatus described above, or a film of the molded body is formed by using the screen printing method described above, and a fuel cell and an interface are formed on the surface of the molded body. The method includes the steps of manufacturing a fuel cell stack having a connector formed therein, and manufacturing a fuel cell cartridge including the fuel cell stack.
本発明によれば、スキージと成形体の間に形成される隙間を調整することができ、隙間を一定にすることで、成形体の長手方向にわたってスラリーを均一に成膜できる。 According to the present invention, the gap formed between the squeegee and the molded body can be adjusted, and by keeping the gap constant, the slurry can be uniformly deposited in the longitudinal direction of the molded body.
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
まず、本発明の第1実施形態に係る燃料電池の基体管の製造に用いられるスクリーン印刷装置11の構成について説明する。スクリーン印刷装置11は、燃料電池用基体管の製造装置に適用される。
なお、本実施形態に係るスクリーン印刷装置11の印刷対象となる長尺の基体管(成形体)10は、後述する固体酸化物形燃料電池(以下「SOFC」という。)の円筒形セルスタックとなる。基体管10は、セラミックス製である。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, the configuration of the
The long substrate tube (molded body) 10 to be printed by the
スクリーン印刷装置11は、図1及び図2に示すように、スキージ2と、スキージホルダ3と、位置調整部4と、感圧センサ5と、スクリーンマスク6と、受けローラ7と、制御部8と、などを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
スキージ2は、例えばゴム製の長尺状板材であり、基体管10において燃料電池セルが形成される領域の一端から他端までの長さに対応する長さを有する。スキージ2は、基体管10の鉛直上側で長手方向が基体管10に対して平行に配置される。スキージ2は、基体管10の撓み形状に沿って湾曲できる。なお、図1において基体管10及びスキージ2の長手方向は、紙面の左右方向となる。
The
スキージ2は、下端面がスクリーンマスク6に当接可能であり、上部がスキージホルダ3に固定される。スキージ2は、スキージホルダ3と共に長手方向に垂直に鉛直上下方向に移動する。
The lower end surface of the
スキージ2は、スクリーンマスク6に当接したとき、スクリーンマスク6上に置かれたスラリー16を広げて、スクリーンマスク6のメッシュ部6aからスラリー16を通過させる。
When the
スキージホルダ3は、板状のスキージ2を挟み込んで固定する。スキージホルダ3は、長手方向に複数に分割されており、複数の分割スキージホルダ3Aから構成される。分割スキージホルダ3Aは、長手方向に垂直に鉛直上下方向に移動可能である。
The
各分割スキージホルダ3Aは、スキージ2が基体管10の撓みに沿って鉛直上下方向に湾曲できるように、後述の図3、図4に示すようにホルダ軸23周りに回動可能な構成を有する。すなわち、基体管10の傾斜に対応して、分割スキージホルダ3Aがホルダ軸23周りに回動して傾斜する。ホルダ軸23は、スキージ2の板面2Aに対して垂直方向(図1の紙面前後方向)に設けられる。
Each of the divided
位置調整部4は、図示しないスクリーン印刷装置11の支持枠に配設され、分割スキージホルダ3Aごとに基体管10の長手方向に沿って設置されており、各分割スキージホルダ3Aの位置を調整する。具体的には、位置調整部4は、分割スキージホルダ3Aを下方の基体管10側に近づけたり、分割スキージホルダ3Aを基体管10から遠ざけたりする。これにより、基体管10が鉛直上下方向へ撓んでいる場合でも、基体管10に対するスキージ2の相対位置を揃えて、均一にすることができる。
The
感圧センサ5は、スキージ2が基体管10に押し付けられたときの分割スキージホルダ3Aにおける接触圧力を検出する。
The
スクリーンマスク6は、スラリー16が通過するメッシュ部6aと、スラリー16が通過しないマスク部6bと、メッシュ部6a及びマスク部6bを支持する枠部6cを有する。スクリーンマスク6は、スキージ2と共に基体管10の撓みに沿って湾曲できる。
The
中子棒15は、横断面形状が円形状であり、基体管10よりも長い長尺棒である。中子棒15は、基体管10の中空部分の内部に長手方向へ挿入されて、基体管10の端部から突出している。中子棒15は、酸化などによって表面性状が変化しないもの、また、基体管10へ挿入する際に塑性変形を生じない強度を持つものが好ましく、例えば金属製であり、SUS304などが好ましい。また、中子棒15の外径は、基体管10の中空部分の内径の0.7倍〜0.9倍である。中子棒15は、基体管10の中空部分で、基体管10の内面との隙間が設けられるため、基体管10への挿入が容易になる。中子棒15は、スクリーンマスク6の移動速度と基体管10の周速が合うように回転させられる。
The
受けローラ7は、中子棒15の長手方向端部付近に設置される。受けローラ7は、中子棒15が長手方向軸線回りに回転するように、中子棒15を下方から支持する。
The receiving
制御部8は、感圧センサ5で検出された圧力に基づいて、位置調整部4を駆動させる。感圧センサ5で検出された圧力が所定の第1閾値よりも低い場合は、位置調整部4を基体管10側に近づける方向に移動させて、分割スキージホルダ3Aを下方の基体管10側に近づける。一方、感圧センサ5で検出された圧力が所定の第2閾値よりも高い場合は、位置調整部4を基体管10から離れる方向に移動させて、分割スキージホルダ3Aを基体管10から遠ざける。第2閾値は、第1閾値よりも高い値である。感圧センサ5で検出された圧力が第1閾値と第2閾値の間にあるときは、位置調整部4における移動は行なわれない。
The
以下、スキージホルダ3、位置調整部4及び感圧センサ5について詳細に説明する。
各分割スキージホルダ3Aは、図3及び図4に示すように、第1接続部21と、固定部22などからなる。また、位置調整部4は、ボールねじ機構31と、第2接続部32と、ガイド部33と、固定枠34などからなる。
Hereinafter, the
As shown in FIGS. 3 and 4, each split
位置調整部4の第2接続部32は、上端面でボールねじ機構31のボールねじ35と接続される。ボールねじ35は、第2接続部32に対し回転可能であり、第2接続部32は水平状態に保たれてボールねじ35と接続されている。ボールねじ35は、固定枠34に設けられたねじ穴36と螺合する。ボールねじ35が駆動されて回転することによって、ボールねじ35に接続された第2接続部32が鉛直上下方向に移動する。第2接続部32の上端面にはガイド部33も設けられ、固定枠34に設けられた貫通孔34Aに沿ってスライドする。これにより、第2接続部32の上端面が、水平状態を維持したまま鉛直上下方向のみへ移動できる。また、位置調整部4のボールねじ35が駆動することによって、分割スキージホルダ3Aの位置が変化する。
The second connecting
位置調整部4の第2接続部32と、分割スキージホルダ3Aの第1接続部21は、ホルダ軸23によって回動可能な状態で接続される。第1接続部21には、ホルダ軸23の周りにベアリング24が設けられており、ホルダ軸23は、第2接続部32で固定されている。また、ホルダ軸23の軸線は、長手方向に延びるスキージ2の板面2Aに対して垂直方向(図3の紙面前後方向)である。これにより、第1接続部21は、第2接続部32に対して回動可能であり、位置調整部4を水平方向に対し傾斜させ、位置調整部4において長手方向の一端部側の高さと他端部側の高さを変えることができる。
The second connecting
第1接続部21は、上部が前面に張り出した張出部21Aを有し、張出部21Aの下方に固定部22が設けられる。固定部22は、ガイド部25によって第1接続部21に接続されている。固定部22は、張出部21Aに設けられた貫通孔に沿って上下方向にスライド可能である。
The first connecting
張出部21Aと固定部22の間には、感圧センサ5が設けられる。張出部21Aと固定部22の距離が変化して感圧センサ5に係る圧力が変化することで、感圧センサ5が検出する圧力が変わる。固定部22は、スキージ2の板面2Aを挟持しており、スキージ2は固定部22の下面から基体管10の表面に向かって突出している。
The
なお、上述した実施形態では、位置調整部4における上下方向の駆動は、ボールねじ35を用いた場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。
例えば、図5及び図6に示すように、固定枠34にエアシリンダ41が設けられる。また、エアシリンダロッド42は、第2接続部32の上面と接続されている。エアシリンダ41がエアシリンダロッド42を駆動することによって、第2接続部32を鉛直上下方向に移動させてもよい。その他の構成要素については、上述した例と同一であるため説明を省略する。
In addition, in the above-described embodiment, the case where the
For example, as shown in FIGS. 5 and 6, the fixed
本実施形態に係るスクリーン印刷装置11の動作について説明する。
まず、中子棒15を受けローラ7上に載置し、中子棒15の一端部又は両端部をカップリング14で把持する。そして、スクリーンマスク6上にスラリー16を置いた状態で、スクリーンマスク6を基体管10上に近づける。なお、基体管10をスクリーンマスク6に近づけてもよい。そして、カップリング14を回転駆動するモータ13によって、スクリーンマスク6の印刷時の移動速度と基体管10の周速が合うように、中子棒15を長手方向の軸線周りに回転させる。
The operation of the
First, the
そして、スクリーンマスク6と基体管10が近づいた後、スキージ2をスクリーンマスク6上に当接させてから、基体管10を回転させる。このとき、感圧センサ5が検出した圧力に基づいて、各分割スキージホルダ3Aに設けられた位置調整部4の位置を調整する。
After the
なお、感圧センサ5が検出する圧力を用いて、事前にスラリーのスクリーン印刷確認試験が行なわれている。その結果、成膜された膜厚と膜厚分布が所定基準範囲になるような、感圧センサ5で検出された圧力の下限となる第1閾値と、圧力の上限となる第2閾値が確認されている。また、第1閾値と第2閾値の間の圧力で、各分割スキージホルダ3Aの相互間の圧力差が大きくなり過ぎないような許容圧力差範囲が確認されていると更に好ましい。
A screen-printing confirmation test of the slurry is performed in advance using the pressure detected by the pressure-
全ての位置調整部4で、感圧センサ5において検出された圧力が、第1閾値と第2閾値の間にあるように、位置調整部4の位置が変更される。またさらに、前述の許容圧力差範囲となるように、位置調整部4の位置が変更されると更に好ましい。
In all the
図2に示すように、スキージ2をスクリーンマスク6上に当接させることによって、基体管10の中間部分が下方に撓む場合、基体管10の両端に近い位置調整部4は、基体管10へ近づける移動量が少なく、基体管10の中間部分に配置されている位置調整部4は、基体管10へ近づける移動量が多くなる。
As shown in FIG. 2, when the
以上、本実施形態によれば、長手方向に配置した各分割スキージホルダ3Aの位置調整部4によって、スキージ2と基体管10の間に形成される隙間を調整することができ、感圧センサ5が検出する圧力を所定の値で規定される範囲内にすることで、基体管10の長手方向にわたってスラリー16を均一に成膜できる。
As described above, according to the present embodiment, the gap formed between the
なお、上述した実施形態では、基体管10に中子棒15が挿入される場合について説明したが、本発明は、この例に限定されない。すなわち、中子棒15を用いずに、受けローラ7の上に基体管10を直接載置してもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
[第2実施形態]
本実施形態に係るスクリーン印刷装置12は、図7に示すように、第1実施形態に係るスクリーン印刷装置11と同様に、スキージ2と、スキージホルダ3と、スクリーンマスク6と、受けローラ7などを備える。
本実施形態では、スキージホルダ3は、例えば、長手方向に複数に分割せずに1本で構成される。
[Second Embodiment]
As shown in FIG. 7, the
In the present embodiment, for example, the
スクリーン印刷装置12は、図7に示すように、抑えローラ9を更に備える。抑えローラ9は、受けローラ7よりも中子棒15の長手方向の両端部側に設置される。抑えローラ9は、中子棒15が長手方向軸線回りに回転可能なように、中子棒15を鉛直上方から支持する。
As shown in FIG. 7, the
抑えローラ9は、中子棒15の両端部側の上面が、基体管10及び中子棒15が水平な状態にあるときの中子棒15の上面よりも下方に位置するように、中子棒15の上方から下方へ移動して固定される。中子棒15の両端部側において抑えローラ9がこの位置に固定されることにより、中子棒15と基体管10は、長手方向中間部分が上方に凸状に湾曲した状態となる。このとき、中子棒15には、両端部側の受けローラ7の支持位置を中心にした回転力が作用し、両端部側の受けローラ7の間で中子棒15には曲げモーメントが発生している。
The
そして、基体管10が上方に湾曲した状態になる位置で、抑えローラ9の位置が固定されたまま、中子棒15と共に基体管10を長手方向軸線周りに回転させる。中子棒15及び基体管10の回転駆動は、中子棒15の一端部又は両端部にカップリング14を介して設けられたモータ13による。そして、スクリーンマスク6上にスラリー16を置いた状態で、スクリーンマスク6を基体管10上に近づけ、スキージ2をスクリーンマスク6上に当接させる。
Then, at the position where the
これにより、スキージ2側からの当接する圧力によって基体管10が下方に押されたときに発生する曲げモーメントは、中子棒15と基体管10の長手方向中間部分が上方に凸状に湾曲した状態で発生している曲げモーメントとは逆方向となる。すなわち、中子棒15は、両端部側の受けローラ7の支持位置で回転力が打ち消しあう状況、すなわち、中子棒15において曲げモーメントが発生しない状況になるので、スキージ2がスクリーンマスク6を介して基体管10に当接した状態で、基体管10が下方に押されたとき、中子棒15と基体管10は長手方向に水平な状態に近づくようになる。このため、スクリーン印刷工程で、基体管10を上方に凸状に湾曲させない場合に比べて、スキージ2と基体管10の間の基体管10の長手方向中央付近に発生する隙間を低減することができる。したがって、スキージ2と基体管10との当接状態の長手方向の均一化を図ることができ、基体管10の長手方向にわたってスラリー16を均一に成膜できる。
Accordingly, the bending moment generated when the
ここで、中子棒15の両端部側での抑えローラ9の固定位置は、中子棒15と基体管10が長手方向中間部分において上方に凸状に湾曲した量(図7の湾曲量:H)、又は、中子棒15に発生する曲げモーメント(M)の値で管理することができる。なお、スキージ2側からの当接する圧力によって基体管10が下方に押される状況に対応して、事前の試験で基体管10の長手方向にわたってスラリー16を均一に成膜できるような凸状の湾曲量(H)やモーメント(M)などの条件を把握しておくことで、適正に管理ができる。
Here, the fixing position of the
中子棒15の自重による長手方向の中央付近の鉛直下方向への変形を抑制しておくことで、抑えローラ9の押し込みを軽減することができ、中子棒15に発生する曲げモーメントを小さくできる。中子棒15は、一端部から他端部にかけて中実でもよいし、中空でもよい。中子棒15が中空であれば、中子棒15の自重による長手方向の中央付近の鉛直下方向への変形を小さくすることができる。スキージ2がスクリーンマスク6を介して基体管10に当接した状態で、基体管10が下方に押されたとき、中子棒15と基体管10を長手方向に水平な状態に近づけるための抑えローラ9の押し込み量を小さくすることができる。よって、押し込み量の最大量に対して余裕が出るため、抑えローラ9の押し込み量の調整範囲を広くでき、調整し易くなる。また、スキージ2の当接有無状態の違いによる中子棒15と基体管10の変形差が小さいので、仮に基体管10の長手方向に特性の分布があっても、複雑な3次元変形を伴わずに中子棒15に小さな曲げモーメントを印加するだけで、長手方向に均一な状態となるように調整可能となる。これにより、スキージ2と基体管10の間に生じる隙間を低減することができる。
By suppressing the vertical downward deformation of the vicinity of the center in the longitudinal direction due to the own weight of the
また、中子棒15は、端部側を中実とし、中間部分を中空としてもよい。中実部材は断面2次モーメントが大きいため、端部側を中実にすることで、中空の場合に比べて、受けローラ7と抑えローラ9による荷重の印加に対して、変形や破損することなく耐えることができる。また、端部側は中間部分に比べて、自重変形が小さい領域であるため、中実部材としても中子棒15の長手方向の中央付近の鉛直下方向への撓み量には影響が小さい。
Further, the
中子棒15において、中実部分と中空部分を組み合わせる場合において、中空部材の長さを変更することで、中子棒15の長手方向の中央付近の鉛直下方向への撓み形状や中央の撓み量を調整することができる。
In the
例えば、図8に示すように、抑えローラ9で所定の押し込みを行った際に、二つの受けローラ7の内側間の長さL0全てを中空部材とした場合、中子棒15全体を凸状湾曲にすることができ、それに伴い、基体管10の長手方向全体を凸状湾曲にできるとともに、全体が中実の中子棒よりも断面2次モーメントが小さいので凸状の湾曲形状を大きくすることができる。すなわち、必要な凸状の湾曲形状を得るための抑えローラ9での押し込みを少なくできる。よって、押し込み量の最大量に対して余裕が出るため、抑えローラ9の押し込み量の調整範囲を広くでき、調整し易くなる。図8では、中央付近で湾曲量H0となり、端部付近で湾曲量H1となるとしている。
For example, as shown in FIG. 8, when the length L 0 between the inner sides of the two receiving
また、図9に示すように、抑えローラ9で所定の押し込みを行った際に、二つの受けローラ7の内側間の長さL0のうち中間部分のL0’を中空部材とし、端部側それぞれL1’/2(=(L0−L0’)/2)の長さの領域を中実部分としてもよい。この場合、断面2次モーメントが小さい中空部材が中間部分に配置されることから、長手方向の中央部分において、図8に示した例に比べて、凸状の湾曲形状を大きくすることができる。すなわち、中央付近の湾曲量H0’を比較的大きくし、端部付近の湾曲量H1’を比較的小さくできる。
In addition, as shown in FIG. 9, when a predetermined pressing is performed by the
反対に、図10に示すように、二つの受けローラ7の内側間の長さL0のうち中間部分のL1’’を中実部材とし、端部側それぞれL0’’/2(=(L0−L1’’)/2)の長さの領域を中空部分としてもよい。この場合、断面2次モーメントが大きい中空部材が中間部分に配置されることから、長手方向の中央部分において、図8に示した例に比べて、凸状の湾曲形状を小さくすることができる。すなわち、中央付近の湾曲量H0’’を比較的小さくできる。
On the contrary, as shown in FIG. 10, L 1 ″ in the middle portion of the length L 0 between the inner sides of the two receiving
すなわち、中子棒15の中央付近において、中空部分と中実部分のいずれかを配置したり、中空部分と中実部分の長さを設定することで、長手方向の中央部分において凸状の湾曲形状を調整することが可能となる。このため、スキージ2側からの当接する圧力による基体管10が下方に押される状況に対応して、中子棒15の長手方向の中央部分の凸状の湾曲形状を調整することが可能となる。このため、スキージ2と基体管10の間の基体管10の長手方向の中央付近に発生する隙間を低減することができる。したがって、スキージ2と基体管10との当接状態の長手方向の均一化を図ることができ、基体管10の長手方向にわたってスラリー16を均一に成膜できる。
That is, by arranging either the hollow portion or the solid portion in the vicinity of the center of the
なお、本実施形態は、図11及び図12に示すように、第1実施形態と同様に、スキージホルダ3が、複数の分割スキージホルダ3Aから構成されてよい。事前の確認試験で、中子棒15は、中空部分又は中実部分が各種設定され、適切に長手方向の中央付近の凸状の湾曲形状を持つように中子棒15が選定されている。この場合、スキージ2をスクリーンマスク6上に当接させるとき、基体管10の中間部分が、凸状の湾曲形状を調整した状態で鉛直上方に撓んでいることから、基体管10の中間部分に配置されている位置調整部4の移動量は第1実施形態よりも少なくなるので、位置調整部4による成膜膜厚の変動影響が小さくなり、膜厚の管理が容易になる。
Note that in the present embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, the
このとき、分割スキージホルダ3Aは、ホルダ軸23(図4参照)周りに回動し、スキージ2が基体管10の撓みに沿って湾曲する。
At this time, the
なお、上述した実施形態では、基体管10に中子棒15が挿入される場合について説明したが、本発明は、この例に限定されない。すなわち、中子棒15を用いずに、受けローラ7の上に基体管10を直接載置し、抑えローラ9が基体管10を鉛直上方から支持してもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
以下、本実施形態に係るSOFCの一例について説明する。
以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて各構成要素の位置関係を特定するが、鉛直方向に対して必ずしもこの限りである必要はない。例えば、紙面における上方向が鉛直方向における下方向に対応してもよい。また、紙面における上下方向が鉛直方向に直行する水平方向に対応してもよい。
Hereinafter, an example of the SOFC according to the present embodiment will be described.
In the following, for convenience of description, the positional relationship between the respective constituent elements is specified using the expressions “upper” and “lower” with reference to the paper surface, but this need not always be the case with respect to the vertical direction. For example, the upward direction on the paper surface may correspond to the downward direction on the vertical direction. Further, the vertical direction on the paper surface may correspond to the horizontal direction perpendicular to the vertical direction.
(円筒形セルスタックの構造)
まず、図15を参照して本実施形態に係る円筒形セルスタックについて説明する。ここで、図15は、本実施形態に係るセルスタックの一態様を示すものである。セルスタック101は、円筒形状の基体管103と、基体管103の外周面に複数形成された燃料電池セル105と、隣り合う燃料電池セル105の間に形成されたインターコネクタ107とを有する。燃料電池セル105は、燃料極109と固体電解質111と空気極113とが積層して形成されている。また、セルスタック101は、基体管103の外周面に形成された複数の燃料電池セル105の内、基体管103の軸方向において最も端に形成された燃料電池セル105の空気極113に、インターコネクタ107を介して電気的に接続されたリード膜115を有する。
(Structure of cylindrical cell stack)
First, the cylindrical cell stack according to this embodiment will be described with reference to FIG. Here, FIG. 15 shows one mode of the cell stack according to the present embodiment. The
(セルスタックの各構成要素の材料と機能の説明)
基体管103は、多孔質材料からなり、例えば、CaO安定化ZrO2(CSZ)、又はY2O3安定化ZrO2(YSZ)、又はMgAl2O4とされる。この基体管103は、燃料電池セル105とインターコネクタ107とリード膜115とを支持するとともに、基体管103の内周面に供給される燃料ガスを基体管103の細孔を介して基体管103の外周面に形成される燃料極109に拡散させるものである。
(Explanation of materials and functions of each component of the cell stack)
The
燃料極109は、Niとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ni/YSZが用いられる。この場合、燃料極109は、燃料極109の成分であるNiが燃料ガスに対して触媒作用を有する。この触媒作用は、基体管103を介して供給された燃料ガス、例えば、メタン(CH4)と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素(H2)と一酸化炭素(CO)に改質するものである。また、燃料極109は、改質により得られる水素(H2)及び一酸化炭素(CO)と、固体電解質111を介して供給される酸素イオン(O2−)とを固体電解質111との界面付近において電気化学的に反応させて水(H2O)及び二酸化炭素(CO2)を生成するものである。なお、燃料電池セル105は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。
The
固体電解質111は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを有するYSZが主として用いられる。この固体電解質111は、空気極で生成される酸素イオン(O2−)を燃料極に移動させるものである。
The
空気極113は、例えば、LaSrMnO3系酸化物、又はLaCoO3系酸化物で構成される。この空気極113は、固体電解質111との界面付近において、供給される空気等の酸化性ガス中の酸素を解離させて酸素イオン(O2−)を生成するものである。
The
インターコネクタ107は、SrTiO3系などのM1−xLxTiO3(Mはアルカリ土類金属元素、Lはランタノイド元素)で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成され、燃料ガスと酸化性ガスとが混合しないように緻密な膜となっている。また、インターコネクタ107は、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した電気導電性を有する。このインターコネクタ107は、隣り合う燃料電池セル105において、一方の燃料電池セル105の空気極113と他方の燃料電池セル105の燃料極109とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル105同士を直列に接続するものである。リード膜115は、電子伝導性を有すること、及びセルスタック101を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ni/YSZ等のNiとジルコニア系電解質材料との複合材で構成されている。このリード膜115は、インターコネクタにより直列に接続される複数の燃料電池セル105で発電された直流電力をセルスタック101の端部付近まで導出すものである。
The
(SOFCモジュールの構造と各要素の機能の説明)
次に、図16と図17とを参照して本実施形態に係るSOFCモジュール及びSOFCカートリッジについて説明する。ここで、図16は、本実施形態に係るSOFCモジュールの一態様を示すものである。また、図17は、本実施形態に係るSOFCカートリッジの一態様の断面図を示すものである。
(Description of SOFC module structure and function of each element)
Next, the SOFC module and the SOFC cartridge according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 16 and 17. Here, FIG. 16 shows one mode of the SOFC module according to the present embodiment. In addition, FIG. 17 is a cross-sectional view of one aspect of the SOFC cartridge according to the present embodiment.
SOFCモジュール201は、図16に示すように、例えば、複数のSOFCカートリッジ203と、これら複数のSOFCカートリッジ203を収納する圧力容器205とを有する。また、SOFCモジュール201は、燃料ガス供給管207と複数の燃料ガス供給枝管207aとを有する。またSOFCモジュール201は、燃料ガス排出管209と複数の燃料ガス排出枝管209aとを有する。また、SOFCモジュール201は、酸化性ガス供給管(不図示)と酸化性ガス供給枝管(不図示)とを有する。また、SOFCモジュール201は、酸化性ガス排出管(不図示)と複数の酸化性ガス排出枝管(不図示)とを有する。
As shown in FIG. 16, the
燃料ガス供給管207は、図示しない圧力容器205の外部に設けられ、SOFCモジュール201の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の燃料ガスを供給する燃料ガス供給部に接続されるとともに、複数の燃料ガス供給枝管207aに接続されている。この燃料ガス供給管207は、上述の燃料ガス供給部から供給される所定流量の燃料ガスを、複数の燃料ガス供給枝管207aに分岐して導くものである。また、燃料ガス供給枝管207aは、燃料ガス供給管207に接続されるとともに、複数のSOFCカートリッジ203に接続されている。この燃料ガス供給枝管207aは、燃料ガス供給管207から供給される燃料ガスを複数のSOFCカートリッジ203に略均等の流量で導き、複数のSOFCカートリッジ203の発電性能を略均一化させるものである。
The fuel
燃料ガス排出枝管209aは、複数のSOFCカートリッジ203に接続されるとともに、燃料ガス排出管209に接続されている。この燃料ガス排出枝管209aは、SOFCカートリッジ203から排出される排燃料ガスを燃料ガス排出管209に導くものである。また、燃料ガス排出管209は、複数の燃料ガス排出枝管209aに接続されるとともに、一部が圧力容器205の外部に配置されている。この燃料ガス排出管209は、燃料ガス排出枝管209aから略均等の流量で導出される排燃料ガスを圧力容器205の外部に導くものである。
The fuel gas
圧力容器205は、内部の圧力が0.1MPa〜約1MPa、内部の温度が大気温度〜約550℃で運用されるので、耐力性と酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性を保有する材質が利用される。例えばSUS304などのステンレス系材が好適である。
Since the
ここで、本実施形態においては、複数のSOFCカートリッジ203が集合化されて圧力容器205に収納される態様について説明しているが、これに限られず例えば、SOFCカートリッジ203が集合化されずに圧力容器205内に収納される態様とすることもできる。
Here, in the present embodiment, a mode has been described in which a plurality of
(SOFCカートリッジの構造と各要素の機能の説明)
SOFCカートリッジ203は、図17に示す通り、複数のセルスタック101と、発電室215と、燃料ガス供給室217と、燃料ガス排出室219と、酸化性ガス供給室221と、酸化性ガス排出室223とを有する。また、SOFCカートリッジ203は、上部管板225aと、下部管板225bと、上部断熱体227aと、下部断熱体227bとを有する。なお、本実施形態においては、SOFCカートリッジ203は、燃料ガス供給室217と燃料ガス排出室219と酸化性ガス供給室221と酸化性ガス排出室223とが図17のように配置されることで、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック101の内側と外側とを対向して流れる構造となっているが、必ずしもこの必要はなく、例えば、セルスタックの内側と外側とを平行して流れる、又は酸化性ガスがセルスタックの長手方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。
(Description of SOFC cartridge structure and function of each element)
As shown in FIG. 17, the
発電室215は、上部断熱体227aと下部断熱体227bとの間に形成された領域である。この発電室215は、セルスタック101の燃料電池セル105が配置され、燃料ガスと酸化性ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。また、この発電室215のセルスタック101長手方向の中央部付近での温度は、SOFCモジュール201の定常運転時に、およそ700℃〜1000℃の高温雰囲気となる。
The
燃料ガス供給室217は、SOFCカートリッジ203の上部ケーシング229aと上部管板225aとに囲まれた領域である。また、燃料ガス供給室217は、上部ケーシング229aに備えられた燃料ガス供給孔231aによって、燃料ガス供給枝管207aと連通されている。また、燃料ガス供給室217には、セルスタック101の一方の端部が、セルスタック101の基体管103の内部が燃料ガス排出室219に対して開放して配置されている。この燃料ガス供給室217は、燃料ガス供給枝管207aから燃料ガス供給孔231aを介して供給される燃料ガスを、複数のセルスタック101の基体管103の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック101の発電性能を略均一化させるものである。
The fuel
燃料ガス排出室219は、SOFCカートリッジ203の下部ケーシング229bと下部管板225bとに囲まれた領域である。また、燃料ガス排出室219は、下部ケーシング229bに備えられた燃料ガス排出孔231bによって、燃料ガス排出枝管209aと連通されている。また、燃料ガス排出室219には、セルスタック101の他方の端部が、セルスタック101の基体管103の内部が燃料ガス排出室219に対して開放して配置されている。この燃料ガス排出室219は、複数のセルスタック101の基体管103の内部を通過して燃料ガス排出室219に供給される排燃料ガスを集約して、燃料ガス排出孔231bを介して燃料ガス排出枝管209aに導くものである。
The fuel
SOFCモジュール201の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の酸化性ガスを酸化性ガス供給枝管へと分岐して、複数のSOFCカートリッジ203へ供給する。酸化性ガス供給室221は、SOFCカートリッジ203の下部ケーシング229bと下部管板225bと下部断熱体227bとに囲まれた領域である。また、酸化性ガス供給室221は、下部ケーシング229bに備えられた酸化性ガス供給孔233aによって、図示しない酸化性ガス供給枝管と連通されている。この酸化性ガス供給室221は、図示しない酸化性ガス供給枝管から酸化性ガス供給孔233aを介して供給される所定流量の酸化性ガスを、後述する酸化性ガス供給隙間235aを介して発電室215に導くものである。
Corresponding to the power generation amount of the
酸化性ガス排出室223は、SOFCカートリッジ203の上部ケーシング229aと上部管板225aと上部断熱体227aとに囲まれた領域である。また、酸化性ガス排出室223は、上部ケーシング229aに備えられた酸化性ガス排出孔233bによって、図示しない酸化性ガス排出枝管と連通されている。この酸化性ガス排出室223は、発電室215から、後述する酸化性ガス排出隙間235bを介して酸化性ガス排出室223に供給される排酸化性ガスを、酸化性ガス排出孔233bを介して図示しない第3酸化性ガス排出枝管に導くものである。
The oxidizing
上部管板225aは、上部ケーシング229aの天板と上部断熱体227aとの間に、上部管板225aと上部ケーシング229aの天板と上部断熱体227aとが略平行になるように、上部ケーシング229aの側板に固定されている。また上部管板225aは、SOFCカートリッジ203に備えられるセルスタック101の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック101が夫々挿入されている。この上部管板225aは、複数のセルスタック101の一方の端部をシール部材及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持するとともに、燃料ガス供給室217と酸化性ガス排出室223とを隔離するものである。
The
下部管板225bは、下部ケーシング229bの底板と下部断熱体227bとの間に、下部管板225bと下部ケーシング229bの底板と下部断熱体227bとが略平行になるように下部ケーシング229bの側板に固定されている。また下部管板225bは、SOFCカートリッジ203に備えられるセルスタック101の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック101が夫々挿入されている。この下部管板225bは、複数のセルスタック101の他方の端部をシール部材及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持するとともに、燃料ガス排出室219と酸化性ガス供給室221とを隔離するものである。
The
上部断熱体227aは、上部ケーシング229aの下端部に、上部断熱体227aと上部ケーシング229aの天板と上部管板225aとが略平行になるように配置され、上部ケーシング229aの側板に固定されている。また、上部断熱体227aには、SOFCカートリッジ203に備えられるセルスタック101の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック101の外径よりも大きく設定されている。上部断熱体227aは、この孔の内面と、上部断熱体227aに挿通されたセルスタック101の外面との間に形成された酸化性ガス排出隙間235bを有する。
The
この上部断熱体227aは、発電室215と酸化性ガス排出室223とを仕切るものであり、上部管板225aの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。上部管板225a等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、上部管板225a等が発電室215内の高温に晒されて上部管板225a等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、上部断熱体227aは、発電室215を通過して高温に晒された排酸化性ガスを、酸化性ガス排出隙間235bを通過させて酸化性ガス排出室223に導くものである。
The upper
本実施形態によれば、上述したSOFCカートリッジ203の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック101の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、排酸化性ガスは、基体管103の内部を通って発電室215に供給される燃料ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部管板225a等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて酸化性ガス排出室223に供給される。また、燃料ガスは、発電室215から排出される排酸化性ガスとの熱交換により昇温され、発電室215に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温された燃料ガスを発電室215に供給することができる。
According to the present embodiment, the structure of the
下部断熱体227bは、下部ケーシング229bの上端部に、下部断熱体227bと下部ケーシング229bの底板と下部管板225bとが略平行になるように配置され、上部ケーシング229aの側板に固定されている。また、下部断熱体227bには、SOFCカートリッジ203に備えられるセルスタック101の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック101の外径よりも大きく設定されている。下部断熱体227bは、この孔の内面と、下部断熱体227bに挿通されたセルスタック101の外面との間に形成された酸化性ガス供給隙間235aを有する。
The
この下部断熱体227bは、発電室215と酸化性ガス供給室221とを仕切るものであり、下部管板225bの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。下部管板225b等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、下部管板225b等が高温に晒されて下部管板225b等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、下部断熱体227bは、酸化性ガス供給室221に供給される酸化性ガスを、酸化性ガス供給隙間235aを通過させて発電室215に導くものである。
The
本実施形態によれば、上述したSOFCカートリッジ203の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック101の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、基体管103の内部を通って発電室215を通過した排燃料ガスは、発電室215に供給される酸化性ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る下部管板225b等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて燃料ガス排出室219に供給される。また、酸化性ガスは排燃料ガスとの熱交換により昇温され、発電室215に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に必要な温度に昇温された酸化性ガスを発電室215に供給することができる。
According to the present embodiment, the structure of the
発電室215で発電された直流電力は、複数の燃料電池セル105に設けたNi/YSZ等からなるリード膜115によりセルスタック101の端部付近まで導出した後に、SOFCカートリッジ203の集電棒(不図示)に集電板(不図示)を介して集電して、各SOFCカートリッジ203の外部へと取り出される。前記集電棒によってSOFCカートリッジ203の外部に導出された電力は、各SOFCカートリッジ203の発電電力を所定の直列数及び並列数へと相互に接続され、SOFCモジュール201の外部へと導出されて、図示しないインバータなどにより所定の交流電力へと変換されて、電力負荷へと供給される。
The DC power generated in the
2 :スキージ
3 :スキージホルダ
3A :分割スキージホルダ
4 :位置調整部
5 :感圧センサ
6 :スクリーンマスク
7 :受けローラ
8 :制御部
9 :抑えローラ
10 :基体管(成形体)
11 :スクリーン印刷装置
12 :スクリーン印刷装置
15 :中子棒
16 :スラリー
2: Squeegee 3:
11: Screen printing device 12: Screen printing device 15: Core bar 16: Slurry
Claims (13)
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持する複数のスキージ支持部と、
前記スキージ支持部を支持しつつ鉛直上下方向へ移動させる位置調整部と、
前記スキージ支持部に設置され、前記スキージによる前記成形体に対する押圧力を検出する検出部と、
前記押圧力に基づいて前記位置調整部による前記スキージ支持部の移動量を制御する制御部と、
前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置され、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記成形体の両端部側を押圧する抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置。 A screen part, which is placed on the vertical upper side of a cylindrical molded body whose longitudinal direction is horizontally installed, and which allows the slurry to pass therethrough,
A squeegee extending in the longitudinal direction that is in contact with the upper surface of the screen portion;
A plurality of squeegee support portions arranged in the longitudinal direction and supporting the squeegee,
A position adjusting part that moves the squeegee supporting part in the vertical up and down direction while supporting it;
A detection unit that is installed on the squeegee support unit and detects a pressing force of the squeegee on the molded body,
A control unit that controls the amount of movement of the squeegee support unit by the position adjustment unit based on the pressing force;
A receiving portion that rotatably supports both ends of the molded body in the longitudinal direction from below in a vertical direction,
Installed at a position farther from the center of the molded body than the receiving portion, rotatably supporting both end sides of the molded body from vertically above, and a pressing portion that presses both end sides of the molded body,
A screen printing apparatus including.
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持する複数のスキージ支持部と、
前記スキージ支持部を支持しつつ鉛直上下方向へ移動させる位置調整部と、
前記スキージ支持部に設置され、前記スキージによる前記成形体に対する押圧力を検出する検出部と、
前記押圧力に基づいて前記位置調整部による前記スキージ支持部の移動量を制御する制御部と、
前記成形体の円筒中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記中子棒の中央より遠い位置に設置され、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記中子棒の両端部側を押圧する抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置。 A screen part, which is placed on the vertical upper side of a cylindrical molded body whose longitudinal direction is horizontally installed, and which allows the slurry to pass therethrough,
A squeegee extending in the longitudinal direction that is in contact with the upper surface of the screen portion;
A plurality of squeegee support portions arranged in the longitudinal direction and supporting the squeegee,
A position adjusting part that moves the squeegee support part in the vertical up and down direction while supporting the squeegee support part;
A detection unit that is installed on the squeegee support unit and detects a pressing force of the squeegee on the molded body,
A control unit that controls the amount of movement of the squeegee support unit by the position adjustment unit based on the pressing force;
A receiving portion that rotatably supports both longitudinal direction end portions of a rod-shaped core rod that is inserted in the cylindrical hollow portion of the molded body in the longitudinal direction and that is provided so as to project from the end portion of the molded body,
Installed at a position farther from the center of the core rod than the receiving portion, rotatably supporting both end sides of the core rod from vertically above and pressing both end sides of the core rod. Department,
A screen printing apparatus including.
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持するスキージ支持部と、
前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下側から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置され、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記成形体の両端部側を押圧する抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置。 A screen part, which is placed on the vertical upper side of a cylindrical molded body whose longitudinal direction is horizontally installed, and which allows the slurry to pass therethrough,
A squeegee extending in the longitudinal direction that is in contact with the upper surface of the screen portion;
A squeegee support portion arranged in the longitudinal direction and supporting the squeegee,
A receiving portion that rotatably supports both ends of the molded body in the longitudinal direction from the vertically lower side,
Installed at a position farther from the center of the molded body than the receiving portion, rotatably supporting both end sides of the molded body from vertically above, and a pressing portion that presses both end sides of the molded body,
A screen printing apparatus including.
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持するスキージ支持部と、
前記成形体の円筒中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記中子棒の中央より遠い位置に設置され、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記中子棒の両端部側を押圧する抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置。 A screen part, which is placed on the vertical upper side of a cylindrical molded body whose longitudinal direction is horizontally installed, and which allows the slurry to pass therethrough,
A squeegee extending in the longitudinal direction that is in contact with the upper surface of the screen portion;
A squeegee support portion arranged in the longitudinal direction and supporting the squeegee,
A receiving portion that rotatably supports both longitudinal direction end portions of a rod-shaped core rod that is inserted in the cylindrical hollow portion of the molded body in the longitudinal direction and that is provided so as to project from the end portion of the molded body,
Installed at a position farther from the center of the core rod than the receiving portion, rotatably supporting both end sides of the core rod from vertically above and pressing both end sides of the core rod. Department,
A screen printing apparatus including.
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持する複数のスキージ支持部と、
前記スキージ支持部を支持しつつ鉛直上下方向へ移動させる位置調整部と、
前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置され、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記成形体の両端部側を押圧する抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置の制御方法であって、
前記スキージ支持部において、前記スキージによる前記成形体に対する押圧力を検出するステップと、
前記押圧力に基づいて前記押圧力が所定の値で規定された範囲になるように前記位置調整部による前記スキージ支持部の移動量を制御するステップと、
を有するスクリーン印刷装置の制御方法。 A screen part, which is placed on the vertical upper side of a cylindrical molded body whose longitudinal direction is horizontally installed, and which allows the slurry to pass therethrough,
A squeegee extending in the longitudinal direction that is in contact with the upper surface of the screen portion;
A plurality of squeegee support portions arranged in the longitudinal direction and supporting the squeegee,
A position adjusting part that moves the squeegee support part in the vertical up and down direction while supporting the squeegee support part;
A receiving portion that rotatably supports both ends of the molded body in the longitudinal direction from below in a vertical direction,
Installed at a position farther from the center of the molded body than the receiving portion, rotatably supporting both end sides of the molded body from vertically above, and a pressing portion that presses both end sides of the molded body,
A method for controlling a screen printing device comprising:
In the squeegee support, detecting the pressing force of the squeegee against the molded body,
Controlling the amount of movement of the squeegee support portion by the position adjusting portion so that the pressing force falls within a range defined by a predetermined value based on the pressing force;
And a method for controlling a screen printing apparatus having the same.
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持する複数のスキージ支持部と、
前記スキージ支持部を支持しつつ鉛直上下方向へ移動させる位置調整部と、
前記成形体の円筒中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記中子棒の中央より遠い位置に設置され、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持し、かつ、前記中子棒の両端部側を押圧する抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置の制御方法であって、
前記スキージ支持部において、前記スキージによる前記成形体に対する押圧力を検出するステップと、
前記押圧力に基づいて前記押圧力が所定の値で規定された範囲になるように前記位置調整部による前記スキージ支持部の移動量を制御するステップと、
を有するスクリーン印刷装置の制御方法。 A screen part, which is placed on the vertical upper side of a cylindrical molded body whose longitudinal direction is horizontally installed, and which allows the slurry to pass therethrough,
A squeegee extending in the longitudinal direction that is in contact with the upper surface of the screen portion;
A plurality of squeegee support portions arranged in the longitudinal direction and supporting the squeegee,
A position adjusting part that moves the squeegee support part in the vertical up and down direction while supporting the squeegee support part;
A receiving portion that rotatably supports both longitudinal direction end portions of a rod-shaped core rod that is inserted in the cylindrical hollow portion of the molded body in the longitudinal direction and that is provided so as to project from the end portion of the molded body,
Installed at a position farther from the center of the core rod than the receiving portion, rotatably supporting both end sides of the core rod from vertically above and pressing both end sides of the core rod. Department,
A method for controlling a screen printing device comprising:
In the squeegee support, detecting the pressing force of the squeegee against the molded body,
Controlling the amount of movement of the squeegee support portion by the position adjusting portion so that the pressing force falls within a range defined by a predetermined value based on the pressing force;
And a method for controlling a screen printing apparatus having the same.
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持するスキージ支持部と、
前記成形体の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置される抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置を用いたスクリーン印刷方法であって、
前記抑え部が、前記成形体の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持するステップと、
前記抑え部が、前記成形体の両端部側を押圧して前記成形体を鉛直上方向に凸状な湾曲形状とするステップと、
を有するスクリーン印刷方法。 A screen part, which is placed on the vertical upper side of a cylindrical molded body whose longitudinal direction is horizontally installed, and which allows the slurry to pass therethrough,
A squeegee extending in the longitudinal direction that is in contact with the upper surface of the screen portion;
A squeegee support portion arranged in the longitudinal direction and supporting the squeegee,
A receiving portion that rotatably supports both ends of the molded body in the longitudinal direction from below in a vertical direction,
A restraining portion installed at a position farther from the center of the molded body than the receiving portion,
A screen printing method using a screen printing device comprising:
A step in which the restraining portion rotatably supports both ends of the molded body from above in the vertical direction;
A step in which the suppressing portion presses both end sides of the molded body to make the molded body a convex curved shape in a vertically upward direction;
A screen printing method having a.
前記スクリーン部の上面に当接される前記長手方向に延在するスキージと、
前記長手方向に配置され、前記スキージを支持するスキージ支持部と、
前記成形体の中空部分に長手方向に挿入されて前記成形体の端部から突出して設けられる棒状の中子棒の長手方向の両端部側を鉛直下方から回転可能に支持する受け部と、
前記受け部よりも前記成形体の中央より遠い位置に設置される抑え部と、
を備えるスクリーン印刷装置を用いたスクリーン印刷方法であって、
前記抑え部が、前記中子棒の両端部側を鉛直上方から回転可能に支持するステップと、
前記抑え部が、前記中子棒の両端部側を押圧して前記成形体を鉛直上方向に凸状な湾曲形状とするステップと、
を有するスクリーン印刷方法。 A screen part, which is placed on the vertical upper side of a cylindrical molded body whose longitudinal direction is horizontally installed, and which allows the slurry to pass therethrough,
A squeegee extending in the longitudinal direction that is in contact with the upper surface of the screen portion;
A squeegee support portion arranged in the longitudinal direction and supporting the squeegee,
A receiving portion that rotatably supports both end portions in the longitudinal direction of the rod-shaped core rod that is inserted in the hollow portion of the molded body in the longitudinal direction and that is provided so as to project from the end portion of the molded body,
A restraining portion installed at a position farther from the center of the molded body than the receiving portion,
A screen printing method using a screen printing device comprising:
A step in which the restraining portion rotatably supports both end sides of the core rod from vertically above;
A step in which the pressing portion presses both end sides of the core rod to make the molded body a convex curved shape in a vertically upward direction;
A screen printing method having a.
前記燃料電池セルスタックを備える燃料電池カートリッジを製造するステップと、
を有する燃料電池カートリッジの製造方法。
A film forming process is performed on the molded body by using the method for controlling the screen printing apparatus according to any one of claims 7 to 9 or the screen printing method according to claim 10 or 11 , Manufacturing a fuel cell stack in which fuel cells and interconnects are formed on the surface of the molded body;
Manufacturing a fuel cell cartridge comprising the fuel cell stack;
And a method for manufacturing a fuel cell cartridge having the same.
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