特許 6982852 固体酸化物燃料電池用モジュール化平面連結装置及びそれを含む固体酸化物燃料電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6982852

(24)【登録日】2021年11月25日

(45)【発行日】2021年12月17日

(54)【発明の名称】固体酸化物燃料電池用モジュール化平面連結装置及びそれを含む固体酸化物燃料電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0273 20160101AFI20211206BHJP

   H01M 8/021 20160101ALI20211206BHJP

   H01M 8/026 20160101ALI20211206BHJP

   H01M 8/0276 20160101ALI20211206BHJP

   H01M 8/0282 20160101ALI20211206BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20211206BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/0273

   H01M8/021

   H01M8/026

   H01M8/0276

   H01M8/0282

   H01M8/12 101

   H01M8/12 102A

【請求項の数】16

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-170754(P2017-170754)

(22)【出願日】2017年9月6日

(65)【公開番号】特開2018-107109(P2018-107109A)

(43)【公開日】2018年7月5日

【審査請求日】2020年4月23日

(31)【優先権主張番号】15/387,833

(32)【優先日】2016年12月22日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513197703

【氏名又は名称】國立臺北科技大學

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】王 錫福

(72)【発明者】

【氏名】盧 錫全

【審査官】 菊地 リチャード平八郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０３５７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２１５９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−００３５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０８１８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５４４４５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００−８／０２９７

Ｈ０１Ｍ ８／０８−８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上と下のモジュール化平面連結装置（２）と、
前記上と下のモジュール化平面連結装置（２）の間に挟まれている平面セルユニット（３）と、
第１の上補助シール部材と、
第１の下補助シール部材と、により構成されており、
前記モジュール化平面連結装置（２）は、平面連結本体（２１）と一対の上遮蔽板（５）と一対の下遮蔽板（４）とにより構成されており、
前記平面連結本体（２１）は、上主面（２５）と下主面（２４）とを含み、
前記上主面（２５）は、
右辺縁領域（２５１）と、
縦方向（Ａ）において前記右辺縁領域（２５１）の反対側に配置されている左辺縁領域（２５２）と、
前記右辺縁領域（２５１）及び前記左辺縁領域（２５２）の間に配置されている上主領域（２５３）と、
前記右辺縁領域（２５１）及び前記上主領域（２５３）の間に配置されていると共に、横方向（Ｂ）に互いに離間している前境界壁表面（２５４２）及び後境界壁表面（２５４３）とが構成されるように、前記上主面（２５）から下方且つ内部へ凹む第１の注入凹部区域（２５４１）が形成されている、酸素含有流体用の第１の注入領域（２５４）と、
前記左辺縁領域（２５２）及び前記上主領域（２５３）の間に配置されていると共に、前記横方向（Ｂ）に互いに離間している前境界壁表面（２５５２）及び後境界壁表面（２５５３）とが構成されるように、前記上主面（２５）から下方且つ内部へ凹む第１の排出凹部区域（２５５１）が形成されている、酸素含有流体用の第１の排出領域（２５５）と、
前記上主面（２５）の前記上主領域（２５３）に形成されていると共に、前記第１の注入領域（２５４）を通過して複数の第１の注入口（２５６１）で終端し、且つ、前記第１の排出領域（２５５）を更に通過して複数の第１の排出口（２５６２）で終端している複数の溝付き流路（２５６）と、を含み、
前記下主面（２４）は、
前辺縁領域（２４１）と、
前記横方向（Ｂ）において前記前辺縁領域（２４１）の反対側に配置されている後辺縁領域（２４２）と、
前記前辺縁領域（２４１）及び前記後辺縁領域（２４２）の間に配置されている下主領域（２４３）と、
前記前辺縁領域（２４１）及び前記下主領域（２４３）の間に配置されていると共に、前記縦方向（Ａ）に互いに離間している右境界壁表面（２４４２）及び左境界壁表面（２４４３）とが構成されるように、前記下主面（２４）から上方且つ内部へ凹む第２の注入凹部区域（２４４１）が形成されている、燃料流体用の第２の注入領域（２４４）と、
前記後辺縁領域（２４２）及び前記下主領域（２４３）の間に配置されていると共に、前記縦方向（Ａ）に互いに離間している右境界壁表面（２４５２）及び左境界壁表面（２４５３）とが構成されるように、前記下主面（２４）から上方且つ内部へ凹む第２の排出凹部区域（２４５１）が形成されている、燃料流体用の第２の排出領域（２４５）と、
前記下主面（２４）の前記下主領域（２４３）に形成されていると共に、前記第２の注入領域（２４４）を通過して複数の第２の注入口（２４６１）で終端し、且つ、前記第２の排出領域（２４５）を更に通過して複数の第２の排出口（２４６２）で終端している複数の溝付き流路（２４６）と、を含み、
前記一対の上遮蔽板（５）は、前記第１の注入領域（２５４）の前記前境界壁表面（２５４２）と前記後境界壁表面（２５４３）との間、及び、前記第１の排出領域（２５５）の前記前境界壁表面（２５５２）と前記後境界壁表面（２５５３）との間にそれぞれフィットするように構成されており、
前記一対の下遮蔽板（４）は、前記第２の注入領域（２４４）の前記右境界壁表面（２４４２）と前記左境界壁表面（２４４３）との間、及び、前記第２の排出領域（２４５）の前記右境界壁表面（２４５２）と前記左境界壁表面（２４５３）との間にそれぞれフィットするように構成されており、
前記平面セルユニット（３）は、平面セル部材（３１）と陽極部材（３８）と陰極部材（３９）とを含み、
前記平面セル部材（３１）は、
前記上のモジュール化平面連結装置（２）の前記下主面（２４）の前記下主領域（２４３）と前記下のモジュール化平面連結装置（２）の前記上主面（２５）の前記上主領域（２５３）との間に介在している平面セル本体（３３）と、
前記平面セル本体（３３）の周縁を囲みながら支持するように配置されているセル本体支持フレーム（３２）と、を含み、
前記セル本体支持フレーム（３２）は、
前記横方向（Ｂ）において互いに反対側にあると共に、それぞれ前記上のモジュール化平面連結装置（２）の前記下主面（２４）の前記第２の注入領域（２４４）と前記第２の排出領域（２４５）と対になる上前支持領域（３２１）と上後支持領域（３２２）、及び、
前記縦方向（Ａ）において互いに反対側にあると共に、それぞれ前記下のモジュール化平面連結装置（２）の前記上主面（２５）の前記第１の注入領域（２５４）と前記第１の排出領域（２５５）と対になる下右支持領域（３２３）と下左支持領域（３２４）、を有し、
前記陽極部材（３８）は、
前記下主領域（２４３）の下に重なるように、前記平面セル本体（３３）と前記上のモジュール化平面連結装置（２）の前記下主面（２４）の前記下主領域（２４３）との間に挟まれている陽極ウエブ（３４）と、
前記陽極ウエブ（３４）の周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に、前記横方向（Ｂ）において互いに反対側にある前陽極フレーム領域（３６１）と後陽極フレーム領域（３６２）とを有し、前記前陽極フレーム領域（３６１）と前記後陽極フレーム領域（３６２）とがそれぞれ前記上のモジュール化平面連結装置（２）の前記下主面（２４）の前記第２の注入領域（２４４）と前記第２の排出領域（２４５）と対になる陽極フレーム（３６）と、を含み、
前記陰極部材（３９）は、
前記上主領域（２５３）の上に重なるように、前記平面セル本体（３３）と前記下のモジュール化平面連結装置（２）の前記上主面（２５）の前記上主領域（２５３）との間に挟まれている陰極ウエブ（３５）と、
前記陰極ウエブ（３５）の周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に、前記縦方向（Ａ）において互いに反対側にある右陰極フレーム領域（３７１）と左陰極フレーム領域（３７２）とを有し、前記右陰極フレーム領域（３７１）と前記左陰極フレーム領域（３７２）とがそれぞれ前記下のモジュール化平面連結装置（２）の前記上主面（２５）の前記第１の注入領域（２５４）と前記第１の排出領域（２５５）と対になる陰極フレーム（３７）と、を含み、
前記第１の上補助シール部材は、前記陽極フレーム（３６）の前記前陽極フレーム領域（３６１）と前記後陽極フレーム領域（３６２）とのうちの一方と、前記上のモジュール化平面連結装置（２）の前記下主面（２４）における前記第２の注入領域（２４４）と前記第２の排出領域（２４５）とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成しており、
前記第１の下補助シール部材は、前記陰極フレーム（３７）の前記右陰極フレーム領域（３７１）と前記左陰極フレーム領域（３７２）とのうちの一方と、前記下のモジュール化平面連結装置（２）の前記上主面（２５）における前記第１の注入領域（２５４）と前記第１の排出領域（２５５）とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成していることを特徴とする固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項2】

前記右辺縁領域（２５１）は、前記第１の注入口（２５６１）と流体連通するように、前記上主面（２５）から前記下主面（２４）まで延伸する第１の導入スロット（２５１１）を有することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項3】

前記左辺縁領域（２５２）は、前記第１の排出口（２５６２）と流体連通するように、前記上主面（２５）から前記下主面（２４）まで延伸する第１の流出スロット（２５２２）を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項4】

前記前辺縁領域（２４１）は、前記第２の注入口（２４６１）と流体連通するように、前記下主面（２４）から前記上主面（２５）まで延伸する第２の導入スロット（２４１１）を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項5】

前記後辺縁領域（２４２）は、前記第２の排出口（２４６２）と流体連通するように、前記下主面（２４）から前記上主面（２５）まで延伸する第２の流出スロット（２４２１）を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項6】

前記上遮蔽板（５）は、前記右辺縁領域（２５１）及び前記左辺縁領域（２５２）と面一になっていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項7】

前記下遮蔽板（４）は、前記前辺縁領域（２４１）及び前記後辺縁領域（２４２）と面一になっていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項8】

前記上主面（２５）の前記上主領域（２５３）には、上突起（２５８）のアレイを形成するように、前記上主面（２５）の前記上主領域（２５３）における前記溝付き流路（２４６）を横断する複数の補助流路（２５７）が更に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項9】

前記下主面（２４）の前記下主領域（２４３）には、下突起（２４８）のアレイを形成するように、前記下主面（２４）の前記下主領域（２４３）における前記溝付き流路（２４６）を横断する複数の補助流路（２４７）が更に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項10】

前記下主面（２４）の、前記下主領域（２４３）と前記第２の注入領域（２４４）との間の連接箇所における前記溝付き流路（２４６）の横断面は、前記下主面（２４）の、前記下主領域（２４３）と前記第２の排出領域（２４５）との間の連接箇所における前記溝付き流路（２４６）の横断面より大きいことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項11】

前記平面連結本体（２１）と前記上遮蔽板（５）と前記下遮蔽板（４）とは、ステンレス鋼材により作られていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項12】

前記陽極フレーム（３６）の前記前陽極フレーム領域（３６１）と前記後陽極フレーム領域（３６２）とのうちの他方と、前記上のモジュール化平面連結装置（２）の前記下主面（２４）における前記第２の注入領域（２４４）と前記第２の排出領域（２４５）とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している第２の上補助シール部材と、
前記陰極フレーム（３７）の前記右陰極フレーム領域（３７１）と前記左陰極フレーム領域（３７２）とのうちの他方と、前記下のモジュール化平面連結装置（２）の前記上主面（２５）における前記第１の注入領域（２５４）と前記第１の排出領域（２５５）とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している第２の下補助シール部材と、を更に含むことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項13】

前記第１の上補助シール部材は、前記陽極フレーム（３６）と一体的に形成されており、前記第１の下補助シール部材は、前記陰極フレーム（３７）と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項14】

前記第２の上補助シール部材は、前記陽極フレーム（３６）と一体的に形成されており、前記第２の下補助シール部材は、前記陰極フレーム（３７）と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項15】

前記第１の上補助シール部材は、ガラスセラミック、雲母、はんだ合金、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成され、前記第１の下補助シール部材は、ガラスセラミック、雲母、はんだ合金、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成されることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【請求項16】

前記第２の上補助シール部材は、ガラスセラミック、雲母、はんだ合金、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成され、前記第２の下補助シール部材は、ガラスセラミック、雲母、はんだ合金、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成されることを特徴とする請求項１４に記載の固体酸化物燃料電池（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はモジュール化平面連結装置に関し、特に固体酸化物燃料電池用モジュール化平面連結装置に関する。また、本開示はモジュール化平面連結装置を含む固体酸化物燃料電池に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、正電荷を帯びる水素イオンと、酸素または他の酸化剤との化学反応によって、燃料からの化学エネルギーを電気に転換する装置である。燃料電池は、燃料と、酸素または空気とを連続的に供給できる限り、連続的に電力を生産することができる。特に、例えばＥＰ３０１００７６(Ａ１)に開示されている平面固体酸化物燃料電池は、耐久安定性と低製造コストという利点を有し、且つ、複数の平面固体酸化物燃料電池をスタックして電気的に直列に接続することにより高電圧を生じることができるので、様々な用途においてより一般的である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】欧州特許出願公開第ＥＰ３０１００７６(Ａ１)号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の平面固体酸化物燃料電池のスタックにおいては、平面固体酸化物燃料電池の積層に使うシール材料の変形が流体燃料の流動に影響を与えること、及び／またはシール材料が流体燃料と接触して、シール材料が流体の燃料と反応し、または、シール材料が流体燃料に溶出することにより、その出力効率と安定性に悪影響を及ぼすことがある。また、出力密度、燃料利用率及び出力効率を向上する固体酸化物燃料電池を提供することが、当技術分野で望ましい。

【0005】

従って、本開示の目的は、従来の平面固体酸化物燃料電池の欠点を克服し、出力密度、燃料利用率及び出力効率を向上する固体酸化物燃料電池を提供することである

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第1の態様は、それぞれが、陽極ウエブと、陰極ウエブと、前記陽極ウエブ及び前記陰極ウエブの間に挟まれている平面セル本体と、を含む一対の平面セルユニット３の間に挟まれるモジュール化平面連結装置を提供する。前記モジュール化平面連結装置は、平面連結本体と一対の上遮蔽板と一対の下遮蔽板とにより構成されている。

【0007】

前記平面連結本体は、上主面と下主面とを含む。

【0008】

前記上主面は、右辺縁領域と、左辺縁領域と、上主領域と、酸素含有流体用の第１の注入領域と、酸素含有流体用の第１の排出領域と、複数の溝付き流路とを含む。前記左辺縁領域は、縦方向において前記右辺縁領域の反対側に配置されている。前記上主領域は、上方の前記平面セルユニットの前記陰極ウエブの下に重なるように、前記右辺縁領域及び前記左辺縁領域の間に配置されている。前記第１の注入領域は、前記右辺縁領域及び前記上主領域の間に配置されていると共に、横方向に互いに離間している前境界壁表面及び後境界壁表面とが構成されるように、前記上主面から下方且つ内部へ凹む第１の注入凹部区域が形成されている。前記第１の排出領域は、前記左辺縁領域及び前記上主領域の間に配置されていると共に、前記横方向に互いに離間している前境界壁表面及び後境界壁表面とが構成されるように、前記上主面から下方且つ内部へ凹む第１の排出凹部区域が形成されている。前記溝付き流路は、前記上主面の前記上主領域に形成されていると共に、前記第１の注入領域を通過して複数の第１の注入口で終端し、且つ、前記第１の排出領域を更に通過して複数の第１の排出口で終端している。

【0009】

前記下主面は、前辺縁領域と、後辺縁領域と、下主領域と、燃料流体用の第２の注入領域と、燃料流体用の第２の排出領域と、複数の溝付き流路２４６と、を含む。前記後辺縁領域は、前記横方向において前記前辺縁領域の反対側に配置されている。前記下主領域は、下方の前記平面セルユニットの前記陽極ウエブの上に重なるように前記前辺縁領域及び前記後辺縁領域の間に配置されている。前記第２の注入領域は、前記前辺縁領域及び前記下主領域の間に配置されていると共に、前記縦方向に互いに離間している右境界壁表面及び左境界壁表面とが構成されるように、前記下主面から上方且つ内部へ凹む第２の注入凹部区域が形成されている。前記第２の排出領域は、前記後辺縁領域及び前記下主領域の間に配置されていると共に、前記縦方向に互いに離間している右境界壁表面及び左境界壁表面とが構成されるように、前記下主面から上方且つ内部へ凹む第２の排出凹部区域が形成されている。前記溝付き流路は、前記下主面の前記下主領域に形成されていると共に、前記第２の注入領域を通過して複数の第２の注入口で終端し、且つ、前記第２の排出領域を更に通過して複数の第２の排出口で終端している。

【0010】

前記一対の上遮蔽板は、前記第１の注入領域の前記前境界壁表面と前記後境界壁表面との間、及び、前記第１の排出領域の前記前境界壁表面と前記後境界壁表面との間にそれぞれフィットするように構成されている。

【0011】

前記一対の下遮蔽板は、前記第２の注入領域の前記右境界壁表面と前記左境界壁表面との間、及び、前記第２の排出領域の前記右境界壁表面と前記左境界壁表面との間にそれぞれフィットするように構成されている。

【0012】

本開示の第２の態様は、上と下のモジュール化平面連結装置と、平面セルユニットと、第１の上補助シール部材と、第１の下補助シール部材と、により構成されている固体酸化物燃料電池を提供する。

【0013】

各前記上と下のモジュール化平面連結装置は、上記のモジュール化平面連結装置である。

【0014】

前記平面セルユニットは、前記上と下のモジュール化平面連結装置２の間に挟まれ、且つ、平面セル部材と陽極部材と陰極部材とを含む。

【0015】

前記平面セル部材は、平面セル本体とセル本体支持フレームとを含む。前記平面セル本体は、前記上のモジュール化平面連結装置の前記下主面の前記下主領域と前記下のモジュール化平面連結装置の前記上主面の前記上主領域との間に介在している。前記セル本体支持フレームは、前記平面セル本体の周縁を囲みながら支持するように配置され、且つ、上前支持領域と上後支持領域と下右支持領域と下左支持領域とを有する。前記上前支持領域と前記上後支持領域とは、前記横方向において互いに反対側にあると共に、それぞれ前記上のモジュール化平面連結装置の前記下主面の前記第２の注入領域と前記第２の排出領域と対になる。前記下右支持領域と下左支持領域とは、前記縦方向において互いに反対側にあると共に、それぞれ前記下のモジュール化平面連結装置の前記上主面の前記第１の注入領域と前記第１の排出領域と対になる。

【0016】

前記陽極部材は、陽極ウエブと、陽極フレームと、を含む。前記陽極ウエブは、前記平面セル本体と前記上のモジュール化平面連結装置の前記下主面の前記下主領域との間に挟まれている。前記陽極フレームは、前記陽極ウエブ（３４）の周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に、前記横方向において互いに反対側にある前陽極フレーム領域と後陽極フレーム領域とを有し、前記前陽極フレーム領域と前記後陽極フレーム領域とがそれぞれ前記上のモジュール化平面連結装置の前記下主面の前記第２の注入領域と前記第２の排出領域と対になる。

【0017】

前記陰極部材は、陰極ウエブと陰極フレームとを含む。前記陰極ウエブは、前記平面セル本体と前記下のモジュール化平面連結装置の前記上主面の前記上主領域との間に挟まれている。前記陰極フレームは、前記陰極ウエブの周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に、前記縦方向において互いに反対側にある右陰極フレーム領域と左陰極フレーム領域とを有し、前記右陰極フレーム領域と前記左陰極フレーム領域とがそれぞれ前記下のモジュール化平面連結装置の前記上主面の前記第１の注入領域と前記第１の排出領域と対になる。

【0018】

前記第１の上補助シール部材は、前記陽極フレームの前記前陽極フレーム領域と前記後陽極フレーム領域とのうちの一方と、前記上のモジュール化平面連結装置の前記下主面における前記第２の注入領域と前記第２の排出領域とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している。

【0019】

前記第１の下補助シール部材は、前記陰極フレームの前記右陰極フレーム領域と前記左陰極フレーム領域とのうちの一方と、前記下のモジュール化平面連結装置の前記上主面における前記第１の注入領域と前記第１の排出領域とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している。

【図面の簡単な説明】

【0020】

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、以下の実施形態の詳細に説明することにより明白になる。

【図1】本開示によるモジュール化平面連結装置の実施形態の斜視分解図である。

【図2】一対の平面セルユニットの間に挟まれるモジュール化平面連結装置の実施形態の斜視分解図である。

【図3】本開示による固体酸化物燃料電池の実施形態の斜視図である。

【図4】固体酸化物燃料電池の実施形態の斜視分解図である。

【図5】図３の線Ｖ−Ｖに沿った固体酸化物燃料電池の実施形態の概略断面図である。

【図6】図３の線ＶＩ−ＶＩに沿った固体酸化物燃料電池の実施形態の概略断面図である。

【図7】固体酸化物燃料電池の実施形態の概略上面図である。

【図8】固体酸化物燃料電池の実施形態の概略底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本開示をより詳細に説明する前に、適切と考えられる場合において、符号又は符号の末尾部分は、同様の特性を有し得る対応の又は類似の要素を示すために各図面間で繰り返し用いられることに留意されたい。

【0022】

図１、図２、図７及び図８を参照すると、本開示に示すモジュール化平面連結装置２の実施形態は、一対の平面セルユニット３の間に挟まれて示されている。平面セルユニット３のそれぞれは、陽極ウエブ３４と、陰極ウエブ３５と、陽極ウエブ３４及び陰極ウエブ３５の間に挟まれている平面セル本体３３とを含む。

【0023】

モジュール化平面連結装置２は、平面連結本体２１と、一対の上遮蔽板５と、一対の下遮蔽板４とを含むことが示されている。平面連結本体２１と上遮蔽板５と下遮蔽板４は、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３１、ＳＵＳ４４１、Ｃｒｏｆｅｒ（登録商標）２２等のステンレス鋼材からなる。本実施形態において、平面連結本体２１と上遮蔽板５と下遮蔽板４とは個別に形成されている。また、これらは、一体構成として形成されることもできる。

【0024】

平面連結本体２１は、上主面２５と下主面２４とを含む。

【0025】

上主面２５は、右辺縁領域２５１と、左辺縁領域２５２と、上主領域２５３と、酸素含有流体用の第１の注入領域２５４と、酸素含有流体用の第１の排出領域２５５と、複数の溝付き流路２５６とを含む。左辺縁領域２５２は、縦方向（Ａ）において右辺縁領域２５１の反対側に配置されている。上主領域２５３は、右辺縁領域２５１及び左辺縁領域２５２の間に配置され、且つ、上方の平面セルユニット３の陰極ウエブ３５の下に重なるように構成されている。第１の注入領域２５４は、右辺縁領域２５１及び上主領域２５３の間に配置されていると共に、横方向（Ｂ）に互いに離間している前境界壁表面２５４２及び後境界壁表面２５４３とが構成されるように、上主面２５から下方且つ内部へ凹む第１の注入凹部区域２５４１が形成されている。第１の排出領域２５５は、左辺縁領域２５２及び上主領域２５３の間に配置されていると共に、横方向（Ｂ）に互いに離間している前境界壁表面２５５２及び後境界壁表面２５５３とが構成されるように、上主面２５から下方且つ内部へ凹む第１の排出凹部区域２５５１が形成されている。溝付き流路２５６は、上主面２５の上主領域２５３に形成されていると共に、第１の注入領域２５４を通過して複数の第１の注入口２５６１で終端し、且つ、第１の排出領域２５５を更に通過して複数の第１の排出口２５６２で終端している。上主面２５の上主領域２５３には、上突起２５８のアレイを形成するように、上主面２５の上主領域２５３における溝付き流路２４６を横断する複数の補助流路２５７が更に形成されている。更に、右辺縁領域２５１は、第１の注入口２５６１と流体連通するように、上主面２５から下主面２４まで延伸する第１の導入スロット２５１１を有する。左辺縁領域２５２は、第１の排出口２５６２と流体連通するように、上主面２５から下主面２４まで延伸する第１の流出スロット２５２２を有する。

【0026】

下主面２４は、前辺縁領域２４１と、後辺縁領域２４２と、下主領域２４３と、燃料流体用の第２の注入領域２４４と、燃料流体用の第２の排出領域２４５と、複数の溝付き流路２４６とを含む。後辺縁領域２４２は、横方向（Ｂ）において前辺縁領域２４１の反対側に配置されている。下主領域２４３は、下方の平面セルユニット３の陽極ウエブ３４の上に重なるように前辺縁領域２４１及び後辺縁領域２４２の間に配置されている。第２の注入領域２４４は、前辺縁領域２４１及び下主領域２４３の間に配置されていると共に、縦方向（Ａ）に互いに離間している右境界壁表面２４４２及び左境界壁表面２４４３とが構成されるように、下主面２４から上方且つ内部へ凹む第２の注入凹部区域２４４１が形成されている。第２の排出領域２４５は、後辺縁領域２４２及び下主領域２４３の間に配置されていると共に、縦方向（Ａ）に互いに離間している右境界壁表面２４５２及び左境界壁表面２４５３とが構成されるように、下主面２４から上方且つ内部へ凹む第２の排出凹部区域２４５１が形成されている。複数の溝付き流路２４６は、下主面２４の下主領域２４３に形成されていると共に、第２の注入領域２４４を通過して複数の第２の注入口２４６１で終端し、且つ、第２の排出領域２４５を更に通過して複数の第２の排出口２４６２で終端している。特定の実施形態において、下主面２４の、下主領域２４３と第２の注入領域２４４との間の連接箇所における溝付き流路２４６の横断面は、下主面２４の、下主領域２４３と第２の排出領域２４５との間の連接箇所における溝付き流路２４６の横断面より大きい。下主面２４の下主領域２４３には、下突起２４８のアレイを形成するように、下主面２４の下主領域２４３における溝付き流路２４６を横断する複数の補助流路２４７が更に形成されている。更に、前辺縁領域２４１は、第２の注入口２４６１と流体連通するように、下主面２４から上主面２５まで延伸する第２の導入スロット２４１１を有する。後辺縁領域２４２は、第２の排出口２４６２と流体連通するように、下主面２４から上主面２５まで延伸する第２の流出スロット２４２１を有する。

【0027】

上遮蔽板５は、着脱可能に、且つ、第１の注入領域２５４の前境界壁表面２５４２と後境界壁表面２５４３との間、及び、第１の排出領域２５５の前境界壁表面２５５２と後境界壁表面２５５３との間にそれぞれフィットするように構成されている。上遮蔽板５は、上主面２５の右辺縁領域２５１及び左辺縁領域２５２と面一になっている。

【0028】

下遮蔽板４は、着脱可能に、且つ、第２の注入領域２４４の右境界壁表面２４４２と左境界壁表面２４４３との間、及び、第２の排出領域２４５の右境界壁表面２４５２と左境界壁表面２４５３との間にそれぞれフィットするように構成されている。下遮蔽板４は、下主面２４の前辺縁領域２４１及び後辺縁領域２４２と面一になっている。

【0029】

図３〜図６を参照して、本開示の固体酸化物燃料電池1の実施形態は、上と下のモジュール化平面連結装置２と、上と下のモジュール化平面連結装置２の間に挟まれている平面セルユニット３と、第１の上補助シール部材と、第１の下補助シール部材とを含む。

【0030】

各上と下のモジュール化平面連結装置２は、上記のモジュール化平面連結装置２である。

【0031】

平面セルユニット３は、平面セル部材３１と陽極部材３８と陰極部材３９とを含む。平面セル部材３１は、平面セル本体３３とセル本体支持フレーム３２とを含む。陽極部材３８は、陽極ウエブ３４と陽極フレーム３６とを含む。陰極部材３９は、陰極ウエブ３５と陰極フレーム３７とを含む。

【0032】

平面セル本体３３は、上のモジュール化平面連結装置２の下主面２４の下主領域２４３と下のモジュール化平面連結装置２の上主面２５の上主領域２５３との間に介在している。セル本体支持フレーム３２は、平面セル本体３３の周縁を囲みながら支持するように配置され、且つ、上前支持領域３２１と、上後支持領域３２２と、下右支持領域３２３と、下左支持領域３２４とを有する。上前支持領域３２１と上後支持領域３２２とは、横方向（Ｂ）において互いに反対側にあると共に、それぞれ上のモジュール化平面連結装置２の下主面２４の第２の注入領域２４４と第２の排出領域２４５と対になる。下右支持領域３２３と下左支持領域３２４とは、縦方向（Ａ）において互いに反対側にあると共に、それぞれ下のモジュール化平面連結装置２の上主面２５の第１の注入領域２５４と第１の排出領域２５５と対になる。

【0033】

陽極ウエブ３４は、平面セル本体３３と上のモジュール化平面連結装置２の下主面２４の下主領域２４３との間に挟まれている。陽極フレーム３６は、陽極ウエブ３４の周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に、横方向（Ｂ）において互いに反対側にある前陽極フレーム領域３６１と後陽極フレーム領域３６２とを有し、前陽極フレーム領域３６１と後陽極フレーム領域３６２とがそれぞれ上のモジュール化平面連結装置２の下主面２４の第２の注入領域２４４と第２の排出領域２４５と対になる。

【0034】

陰極ウエブ３５は、平面セル本体３３と下のモジュール化平面連結装置２の上主面２５の上主領域２５３との間に挟まれている。陰極フレーム３７は、陰極ウエブ３５の周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に、縦方向（Ａ）において互いに反対側にある右陰極フレーム領域３７１と左陰極フレーム領域３７２とを有し、右陰極フレーム領域３７１と左陰極フレーム領域３７２とがそれぞれ下のモジュール化平面連結装置２の上主面２５の第１の注入領域２５４と第１の排出領域２５５と対になる。

【0035】

第１の上補助シール部材は、陽極フレーム３６の前陽極フレーム領域３６１と後陽極フレーム領域３６２とのうちの一方と、上のモジュール化平面連結装置２の下主面２４における第２の注入領域２４４と第２の排出領域２４５とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している。固体酸化物燃料電池１は、陽極フレーム３６の前陽極フレーム領域３６１と後陽極フレーム領域３６２とのうちの他方と、上のモジュール化平面連結装置２の下主面２４における第２の注入領域２４４と第２の排出領域２４５とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している第２の上補助シール部材を更に含む。更に、固体酸化物燃料電池１は、第１の上主要シール部材と第２の上主要シール部材とを含む。第１の上主要シール部材は、陽極フレーム３６の右陽極フレーム領域３６３と左陽極フレーム領域３６４とのうちの一方と、上のモジュール化平面連結装置２の下主面２４における下主領域２４３の右部分と左部分とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している。第２の上主要シール部材は、陽極フレーム３６の右陽極フレーム領域３６３と左陽極フレーム領域３６４とのうちの他方と、上のモジュール化平面連結装置２の下主面２４における下主領域２４３の右部分と左部分とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している。第１の上補助シール部材と第２の上補助シール部材と第１の上主要シール部材と第２の上主要シール部材とは、ガラスセラミック、雲母、はんだ合金、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から別々に構成される。この実施形態において、第１の上補助シール部材と第２の上補助シール部材と第１の上主要シール部材と第２の上主要シール部材とは、陽極フレーム３６と一体的に形成されている。言い換えれば、この実施形態における陽極フレーム３６は、ガラスセラミック、雲母、はんだ合金、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成され、且つ、その上面は、第１の上補助シール部材と第２の上補助シール部材と第１の上主要シール部材と第２の上主要シール部材との組み合わせとして使用される。

【0036】

第１の下補助シール部材は、陰極フレーム３７の右陰極フレーム領域３７１と左陰極フレーム領域３７２とのうちの一方と、下のモジュール化平面連結装置２の上主面２５における第１の注入領域２５４と第１の排出領域２５５とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している。固体酸化物燃料電池１は、陰極フレーム３７の右陰極フレーム領域３７１と左陰極フレーム領域３７２とのうちの他方と、下のモジュール化平面連結装置２の上主面２５における第１の注入領域２５４と第１の排出領域２５５とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している第２の下補助シール部材を更に含む。更に、固体酸化物燃料電池１は、第１の下主要シール部材と第２の下主要シール部材とを含む。第１の下主要シール部材は、陰極フレーム３７の前陰極フレーム領域３７３と後陰極フレーム領域３７４とのうちの一方と、下のモジュール化平面連結装置２の上主面２５における上主領域２５３の前部分と後部分とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している。第２の下主要シール部材は、陰極フレーム３７の前陰極フレーム領域３７３と後陰極フレーム領域３７４とのうちの他方と、下のモジュール化平面連結装置２の上主面２５における上主領域２５３の前部分と後部分とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している。第１の下補助シール部材と第２の下補助シール部材と第１の下主要シール部材と第２の下主要シール部材とは、ガラスセラミック、雲母、はんだ合金、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から別々に構成される。この実施形態において、第１の下補助シール部材と第２の下補助シール部材と第１の下主要シール部材と第２の下主要シール部材とは、陰極フレーム３７と一体的に形成されている。言い換えれば、この実施形態における陰極フレーム３７は、ガラスセラミック、雲母、はんだ合金、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成され、且つ、その下面は、第１の下補助シール部材と第２の下補助シール部材と第１の下主要シール部材と第２の下主要シール部材との組み合わせとして使用される。

【0037】

上記のように、本開示のモジュール化平面連結装置２において、上遮蔽板５は、第１の注入領域２５４の前境界壁表面２５４２と後境界壁表面２５４３との間、及び、第１の排出領域２５５の前境界壁表面２５５２と後境界壁表面２５５３との間にそれぞれフィットするように構成されている。従って、第１の注入領域２５４及び第１の排出領域２５５にある溝付き流路２５６の一部分は、上遮蔽板５によって陰極フレーム３７の左陰極領域３７１と右陰極領域３７２から隔離されている。その結果、陰極フレーム３７の前陰極フレーム領域３７３と後陰極フレーム領域３７４とは、モジュール化平面連結装置２の上主面２５の上主領域２５３における前後の部分に密封され、且つ、陰極フレーム３７の右陰極フレーム領域３７１と左陰極フレーム領域３７２ともまた、上遮蔽板５に密封され、これにより、陰極フレーム３７とモジュール化平面連結装置２の上主面２５との間の密封効果を強化でき、そして、先行技術の前述の欠点を回避することができる。

【0038】

同様に、上記のように、下遮蔽板４は、第２の注入領域２４４の右境界壁表面２４４２と左境界壁表面２４４３との間、及び、第２の排出領域２４５の右境界壁表面２４５２と左境界壁表面２４５３との間にそれぞれフィットするように構成されている。従って、第２の注入領域２４４及び第２の排出領域２４５にある溝付き流路２４６の一部分は、下遮蔽板４によって陽極フレーム３６の前陽極フレーム領域３６１の後陽極フレーム領域３６２から隔離されている。その結果、陽極フレーム３６の右陽極フレーム領域３６３と左陽極フレーム領域３６４とは、モジュール化平面連結装置２の下主面２４の下主領域２４３における左右の部分に密封され、且つ、陽極フレーム３６の前陽極フレーム領域３６１と後陽極フレーム領域３６２ともまた、下遮蔽板４に密封され、これにより、陽極フレーム３６とモジュール化平面連結装置２の下主面２４との間の密封効果を強化できる。

【0039】

以下、本開示の実施例について説明する。これらの実施例は、例示的かつ説明的なものであり、且つ、本開示を限定するものと解釈されるべきではないことを理解されたい。

【0040】

実施例１：
モジュール化平面連結装置２の上述した実施形態は、固体酸化物燃料電池に使用する。このモジュール化平面連結装置２において、下主面２４の、下主領域２４３と第２の注入領域２４４との間の連接箇所における溝付き流路２４６の横断面は、約２２．１ｍｍ^２であり、且つ、下主面２４の、下主領域２４３と第２の排出領域２４５との間の連接箇所における溝付き流路２４６の横断面は、約１３．２６ｍｍ^２である。水素と窒素の混合ガス（３％の水蒸気を含む）は、第２の注入口２４６１を経由して溝付き流路２４６に導入され、第２の排出口２４６２を経由して溝付き流路２４６から流出される。乾燥空気は、第１の注入口２５６１を経由して溝付き流路２５６に導入され、第１の排出口２５６２を経由して溝付き流路２５６から流出される。固体酸化物燃料電池を１００時間運転させた。電子負荷（引張負荷電流：３４．２Ａ、動作電圧：０．６〜０．７Ｖ）を用いて、固体酸化物燃料電池の最大出力密度（６５０℃）、燃料利用率及び出力効率（６２０℃）を測定した。その結果を表１に示す。

【0041】

実施例２：
下主面２４の、下主領域２４３と第２の注入領域２４４との間の連接箇所における溝付き流路２４６の横断面、及び、下主面２４の、下主領域２４３と第２の排出領域２４５との間の連接箇所における溝付き流路２４６の横断面の両方とも、約２２．１ｍｍ^２である点を除いて、実施例１での手順を繰り返す。最大出力密度（６５０℃）、燃料利用率、出力効率（６２０℃）の結果を表１に示す。

【0042】

【表1】

表１に示すように、下主面２４の、下主領域２４３と第２の注入領域２４４との間の連接箇所における溝付き流路２４６の横断面が、下主面２４の、下主領域２４３と第２の排出領域２４５との間の連接箇所における溝付き流路２４６の横断面より大きい時に、固体酸化物燃料電池の最大出力密度、燃料利用率および電力効率は更に向上できる。

【0043】

上記においては、説明のため、本発明の全体的な理解を促すべく多くの具体的な詳細が示された。しかしながら、当業者であれば、一またはそれ以上の他の実施形態が具体的な詳細を示さなくとも実施され得ることが明らかである。また、本明細書における「一つの実施形態」「一実施形態」を示す説明において、序数などの表示を伴う説明は全て、特定の態様、構造、特徴を有する本発明の具体的な実施に含まれ得るものであることと理解されたい。更に、本説明において、時には複数の変化例が一つの実施形態、図面、またはこれらの説明に組み込まれているが、これは本説明を合理化させるためのもので、また、本発明の多面性が理解されることを目的としたものである。

【0044】

以上、本発明の好ましい実施形態及び変化例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】