特開 2024-114668 特に高温固体酸化物形の電解セルまたは燃料電池のためのガス分配組立体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024114668

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】特に高温固体酸化物形の電解セルまたは燃料電池のためのガス分配組立体

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2483 20160101AFI20240816BHJP

   H01M 8/2465 20160101ALI20240816BHJP

   H01M 8/247 20160101ALI20240816BHJP

   H01M 8/2404 20160101ALI20240816BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20240816BHJP

【ＦＩ】

H01M8/2483

H01M8/2465

H01M8/247

H01M8/2404

H01M8/12 101

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024018748

(22)【出願日】2024-02-09

(31)【優先権主張番号】2301265

(32)【優先日】2023-02-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(71)【出願人】

【識別番号】502124444

【氏名又は名称】コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】カール・ヴーリエ

(72)【発明者】

【氏名】ステファーヌ・ディ・イオリオ

(72)【発明者】

【氏名】アメリー・メッス

(72)【発明者】

【氏名】ティボー・モネ

【テーマコード（参考）】

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H126AA27

5H126BB06

5H126GG12

(57)【要約】

【課題】従来技術の欠点を少なくとも部分的に改善すること。
【解決手段】ガス分配組立体が、互いに平行な第１のプレート（２０）および第２のプレート（１２）を備え、第１のプレート（２０）は、ガス連通オリフィス（２１、２２、２３、２４）を備える。封止境界面デバイス（４０）が、連通オリフィス（２１、２２、２３、２４）の周りに配置されるシール（４１、４２、４３、４４）と、第１のプレート（２０）および第２のプレート（１２）の間の連結面に配置される支柱（５０）と、を含む。支柱（５０）およびシール（４１、４２、４３、４４）は、互いに垂直でありかつ連結面に垂直である２つの対称面を有する封止境界面を形成し、第１のプレート（２０）および第２のプレート（１２）の圧力下での連結前のシール（４１、４２、４３、４４）の厚さは、支柱（５０）の厚さよりも大きい。高温固体酸化物形の電解槽または燃料電池のための使用。
【選択図】図１Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス分配組立体であって、
－ 第１のプレート（２０；５１０ａ）および第２のプレート（１２；５２０ａ）であって、前記第１のプレート（２０；５１０ａ）が、前記第２のプレート（１２）の対応する連通オリフィス（１２１、１２２、１２３、１２４）に面して位置決めされるガス入口またはガス出口のための少なくとも１つの連通オリフィス（２１、２２、２３、２４；５２１）を備え、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートが、互いに平行に延在する、第１のプレート（２０；５１０ａ）および第２のプレート（１２；５２０ａ）と、
－ 前記第１のプレートおよび前記第２のプレートと平行な連結面（（ｘ，ｙ））において前記第１のプレート（２０）および前記第２のプレート（１２）を圧力下で連結するための締付けデバイス（３０）と、
－ 前記連結面（（ｘ，ｙ））において前記第１のプレート（２０；５１０ａ）の前記少なくとも１つの連通オリフィス（２１、２２、２３、２４；５２１）の周りに配置される少なくとも１つのシール（４１、４２、４３、４４；５４１）を含む封止境界面デバイス（４０；５４０）と、
を備え、
前記封止境界面デバイス（４０；５４０）が、前記連結面（（ｘ，ｙ））において前記第１のプレート（２０；５１０ａ）および前記第２のプレート（１２；５２０ａ）の間に配置される支柱（５０；１５０；２５０；３５０；４５０；５５０）を備え、前記支柱（５０；１５０；２５０；３５０；４５０；５５０）および前記シール（４１、４２、４３、４４；５４１）が、互いに垂直でありかつ前記連結面（（ｘ，ｙ））に垂直である２つの対称面（（ｘ，ｚ）、（ｙ，ｚ））を有する封止境界面を形成し、前記第１のプレート（２０；５１０ａ）および前記第２のプレート（１２；５２０ａ）の圧力下での連結前の前記シール（４１、４２、４３、４４；５４１）の厚さが、前記支柱（５０；１５０；２５０；３５０；４５０；５５０）の厚さよりも厳密に大きいことを特徴とする、ガス分配組立体。

【請求項2】

前記連結面（（ｘ，ｙ））において前記支柱（５０；１５０；２５０；３５０；４５０；５５０）によって形成される表面積が、前記連結面（（ｘ，ｙ））において前記シール（４１、４２、４３、４４；５４１）によって形成される表面積よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載のガス分配組立体。

【請求項3】

前記支柱（５０；１５０；２５０；３５０；４５０；５５０）を形成する材料の剛性が、前記シール（４１、４２、４３、４４；５４１）を形成する材料の剛性よりも大きいことを特徴とする、請求項１または２に記載のガス分配組立体。

【請求項4】

前記支柱（５０；１５０；３５０；４５０；５５０）が、前記シール（４１、４２、４３、４４；５４１）の周辺に延在するフレーム（５１、５２、５３、５４；１５１、１５２、１５３、１５４；３５１、３５２、３５３、３５４；４５１、４５２、４５３、４５４；５５０）を形成する少なくとも１つの部分を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のガス分配組立体。

【請求項5】

前記封止境界面デバイス（４０）が、いくつかのシール（４１、４２、４３、４４）を含み、前記支柱（５０；１５０；２５０）が、前記シール（４１、４２、４３、４４）から等距離の所に配置される支持部分（５５；１５５；２５０）を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のガス分配組立体。

【請求項6】

前記支柱（５０；１５０；３５０；４５０）が、前記いくつかのシール（４１、４２、４３、４４）のそれぞれの周辺に延在するフレーム（５１、５２、５３、５４；１５１、１５２、１５３、１５４；３５１、３５２、３５３、３５４；４５１、４５２、４５３、４５４）を形成するいくつかの部分を含むことを特徴とする、請求項５に記載のガス分配組立体。

【請求項7】

前記支柱（５０；３５０；４５０）が、フレーム（５１、５２、５３、５４；３５１、３５２、３５３、３５４；４５１、４５２、４５３、４５４）を形成する前記部分を含む一体形平面構造から形成されることを特徴とする、請求項６に記載のガス分配組立体。

【請求項8】

前記連結面（（ｘ，ｙ））においてシール（４１、４２、４３、４４；５４１）の周辺に延在するフレーム（５１、５２、５３、５４；１５１、１５２、１５３、１５４；３５１、３５２、３５３、３５４；４５１、４５２、４５３、４５４；５５０）を形成する各部分によって形成される開口部の寸法が、前記連結面（（ｘ，ｙ））における前記シール（４１、４２、４３、４４；５４１）の寸法よりも厳密に大きいことを特徴とする、請求項４から７のいずれか一項に記載のガス分配組立体。

【請求項9】

フレーム（３５１、３５２、３５３、３５４）を形成する各部分が、前記シール（４１、４２、４３、４４）に向かって延在しかつ前記シール（４１、４２、４３、４４）に接触する１つまたは複数の突出フィンガ（３６０）を備えることを特徴とする、請求項８に記載のガス分配組立体。

【請求項10】

前記シール（４１、４２、４３、４４；５４１）が、前記連結面（（ｘ，ｙ））において延在しかつフレーム（４５１、４５２、４５３、４５４；５５０）を形成する前記部分との接触ゾーン内に位置する少なくとも１つの突出物（４６０；５６０）を含み、フレーム（４５１、４５２、４５３、４５４；５５０）を形成する前記部分の前記接触ゾーンが、前記連結面（（ｘ，ｙ））において、前記接触ゾーンの外側のフレーム（４５１、４５２、４５３、４５４；５５０）を形成する前記部分の幅に対して減少した幅を有することを特徴とする、請求項８または９に記載のガス分配組立体。

【請求項11】

前記シール（４１、４２、４３、４４；５４１）が、雲母、粘土、または滑石などの鉱物ベースの材料で作られることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のガス分配組立体。

【請求項12】

前記支柱（５０；１５０；２５０；３５０；４５０；５５０）が、雲母、粘土、または滑石などの鉱物ベースの材料で作られることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のガス分配組立体。

【請求項13】

前記第１のプレート（２０；５１０ａ）および前記第２のプレート（１２；５２０ａ）の圧力下での連結の前に、前記シール（４１、４２、４３、４４；５４１）の厚さが、０．３ｍｍから１ｍｍの間、好ましくは０．５ｍｍから１ｍｍの間であることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のガス分配組立体。

【請求項14】

前記第１のプレート（２０；５１０ａ）および前記第２のプレート（１２；５２０ａ）の圧力下での連結の前に、前記シール（４１、４２、４３、４４；５４１）の前記厚さが、実質的に１ｍｍに等しく、前記支柱（５０；１５０；２５０；３５０；４５０；５５０）の厚さが、実質的に０．８ｍｍに等しいことを特徴とする、請求項１３に記載のガス分配組立体。

【請求項15】

前記第１のプレート（２０）が、ガス分配プレートであり、前記第２のプレート（１２）が、高温において動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタック（１０）のエンドプレートであることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載のガス分配組立体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特に高温固体酸化物形の電解セルまたは燃料電池のためのガス分配組立体に関する。

【0002】

本発明は、高温電解（ＨＴＥ：ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ）および高温水蒸気電解（ＨＴＳＥ：ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔｅａｍ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ）の全般的分野に関する。

【0003】

より詳細には、本発明は、一般に頭文字ＳＯＥＣを使用して表される、高温固体酸化物形電解セル（ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｅｒ ｃｅｌｌ）の分野に関する。

【0004】

本発明はまた、一般に頭文字ＳＯＦＣを使用して表される、高温固体酸化物形燃料電池（ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｏｌｉｄ ｏｘｉｄｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）の分野に関する。

【0005】

したがって、より一般的には、本発明は、高温において動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタックの分野に関する。

【0006】

より詳細には、本発明は、ガス分配プレートなどの第１のプレートと、高温において動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタックのエンドプレートなどの第２のプレートと、ガス分配のための第１のプレートと第２のプレートとの間の封止を確実にするための封止境界面デバイスと、を備える、ガス分配組立体に関する。

【0007】

詳細には、本発明は、マニホルドとしても知られているガス分配プレートに取り付けられるＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタックの封止を確実にするための封止境界面デバイスに関する。ガス分配プレートまたはマニホルドは、知られた態様で、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタックの陽極回路および陰極回路のためのガスの送出および回収を可能にする。

【背景技術】

【0008】

ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタックは、製造／調整ベンチ上であっても最終的に産業システムに組み込まれても、固定された設備のガス供給回路に接続されなければならない。

【0009】

スタックの組込み、取付け、および取外しを単純化するために、溶接型の解決策を除いて、容易に取外し可能な機械的境界面を介してそのような接続を行うことが知られている。その場合、固定された設備のガス分配デバイスとＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタックとの間の封止を実現することが必要である。

【0010】

そのような封止を行うことは、手間がかかる。シールは、（６００℃から１０００℃程度の）高温に耐えなければならず、さらに、固定された設備のガス分配デバイスとＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタックとの間の電気的絶縁を提供しなければならない。

【0011】

例えば、ガス供給回路間の封止を確実にするために、外部の機械的締付けシステムを介して圧縮される、鉱物由来の材料（粘土、滑石、雲母、セラミック、ガラスセラミック）で構成されたシールを使用することが知られている。例えば、圧密されたバーミキュライト粉末から形成された平坦な圧縮シールが、ガス分配プレートまたはマニホルドのガス入口またはガス出口のための連通オリフィスの周りに使用される。

【0012】

これらのシールは、それらの封止機能に加えて、間にシールが取り付けられる機械的境界面間の電気的絶縁機能を提供する。

【0013】

しかし、そのようなシールは、材料の高密度化および対向する境界面への付着により十分な封止を得るために、かなりの圧縮力の印加を必要とする。１ＭＰａ程度または数十ＭＰａ程度の締付け応力が、封止を確実にすることを可能にするシール圧縮比を実現するために必要とされる。

【0014】

逆に、シールの過度の潰れは、シールの断裂をもたらす可能性があり、それにより、シールの封止機能が損なわれる可能性がある。

【0015】

さらに、高温における数ＭＰａの締付け応力は、スタックのエンドプレートにかかる曲げ荷重を生じさせる可能性があり、この曲げは、場合により、これらのエンドプレートの塑性変形、スタックの塑性変形、および／またはガス分配プレートの塑性変形をもたらす。特に調整ベンチにおいて、ガス分配プレート上でのスタックの取付けおよび取外しが何度も行われる場合、ガス分配プレートまたはマニホルドの平坦性が、経時的に劣化し得る。劣化のリスクは、スタックの基部の幅が増大するとさらに高まる。

【0016】

調整ベンチの中央に設置されるガス分配プレートまたはマニホルドは、交換するのが難しい構成要素である。変形したマニホルドプレート上でのスタックの調整は、封止の問題を引き起こすことに加えて、スタックのエンドプレートにおける実質的な変形をますますもたらすことになる。

【0017】

より一般的には、そのような変形は、他のプレートへのガス入口またはガス出口のためにプレートのうちの１つの連通オリフィスの周りにシールを含む封止境界面デバイスとともに締付けデバイスにより圧力下で連結される平行なプレートを有するガス分配組立体において認められ得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0018】

【特許文献1】仏国特許第３０７５４８１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

本発明の目的は、上述の欠点を少なくとも部分的に改善することである。

【課題を解決するための手段】

【0020】

この目的のために、本発明は、
－ 第１のプレートおよび第２のプレートであって、第１のプレートが、第２のプレートの対応する連通オリフィスに面して位置決めされるガス入口またはガス出口のための少なくとも１つの連通オリフィスを備え、前述の第１のプレートおよび第２のプレートが、互いに平行に延在する、第１のプレートおよび第２のプレートと、
－ 前述の第１のプレートおよび第２のプレートに平行な連結面において前述の第１のプレートおよび第２のプレートを圧力下で連結するための締付けデバイスと、
－ 前述の連結面において前述の第１のプレートの前述の少なくとも１つの連通オリフィスの周りに配置される少なくとも１つのシールを含む、封止境界面デバイスと、
を備える、ガス分配組立体に関する。

【0021】

本発明によれば、封止境界面デバイスは、前述の連結面において第１のプレートおよび第２のプレートの間に配置される支柱を備え、前述の支柱およびシールは、互いに垂直でありかつ前述の連結面に垂直である２つの対称面を有する封止境界面を形成し、前述の第１のプレートおよび第２のプレートの圧力下での連結前のシールの厚さは、前述の支柱の厚さよりも厳密に大きい。

【0022】

したがって、支柱は、ガス分配組立体の第１のプレートおよび第２のプレートの圧力下での連結中のシールの潰れを制限することを可能にし、したがって、シールを押し潰す第１のプレートおよび／または第２のプレートの移動を制限することを可能にする。連結面における封止境界面の対称配置、および、支柱によるシールの潰れの制限は、圧力下での連結中のガス分配組立体の第１のプレートおよび第２のプレートの屈曲のリスクを低下させることを可能にする。

【0023】

したがって、第１のプレートおよび第２のプレートの変形は制限され、それらの平坦性は長期間保たれ得る。

【0024】

したがって、スタックおよび封止境界面デバイスの様々な要素の機械的圧縮中、ガス分配組立体のプレートの屈曲のリスクは低下される。

【0025】

ガス分配組立体は、別々にまたは組み合わせて採用される以下の特徴のうちの１つまたは複数をさらに含み得る。

【0026】

有利には、前述の連結面において支柱によって形成される表面積は、前述の連結面においてシールによって形成される表面積よりも大きい。

【0027】

シールによって形成される表面積よりも大きい、支柱によって形成される連結面における支持表面積は、シールを圧縮するのに必要とされる値よりも大きな締付け応力下でさえもシールの過度の潰れを回避することを可能にする。

【0028】

１つの実施形態では、支柱を形成する材料の剛性は、シールを形成する材料の剛性よりも大きい。

【0029】

したがって、支柱は、封止境界面におけるシールよりも強固な機械的支持を提供して、第１のプレートおよび第２のプレートの圧力下での連結中にそれらの移動を制限することを可能にする。連結面におけるそのような支持は、第１のプレートおよび第２のプレートの曲げモーメントを（幾何学的に）制限することを可能にする。

【0030】

１つの有利な実施形態では、支柱は、シールの周辺において延在するフレームを形成する少なくとも１つの部分を含む。フレームを形成するこの部分は、シールと組み合わせられて、強化された封止を連通オリフィスの周りに提供する。

【0031】

１つの好ましい実施形態では、封止境界面デバイスがいくつかのシールを含む場合、前述の支柱は、前述のシールから等距離の所に配置される支持部分を含む。

【0032】

したがって、支柱の支持部分は、封止境界面における様々なシールから可能な限り最短距離の所に設置される。したがって、第１のプレートおよび／または第２のプレートに印加される曲げモーメントは、圧力下でのそれらの連結中に減少される。

【0033】

実際には、前述の支柱は、前述のいくつかのシールのそれぞれの周辺において延在するフレームを形成するいくつかの部分を含む。

【0034】

有利には、前述の支柱は、フレームを形成する前述の部分を含む一体形平面構造から形成される。

【0035】

一体形平面構造は、第１のプレートおよび第２のプレートの連結面における支柱およびシールの位置決めを促進することを可能にする。連結面における一体形平面構造の表面積および一体形平面構造を形成する材料の剛性を変化させることにより、シールに求められる潰れ比に従って支柱の堅さを制御することが可能である。

【0036】

実際には、連結面においてシールの周辺に延在するフレームを形成する各部分によって形成される開口部の寸法は、前述の連結面における前述のシールの寸法よりも厳密に大きい。

【0037】

したがって、シールと支柱のフレームを形成する部分との間に間隙が形成されて、シールの潰れ中の連結面におけるシールの自由膨張を可能にする。

【0038】

１つの特定の実施形態では、フレームを形成する各部分は、前述のシールに向かって延在しかつ前述のシールと接触する１つまたは複数の突出フィンガを備える。

【0039】

突出フィンガは、支柱においてシールのためのホルダを提供して、第１のプレートおよび第２のプレートの間での封止境界面デバイスの位置決めを促進することを可能にする。

【0040】

別の特定の実施形態では、前述のシールは、連結面において延在しかつフレームを形成する部分との接触ゾーンに位置する少なくとも１つの突出物を含み、フレームを形成する部分の前述の接触ゾーンは、連結面において、前述の接触ゾーンの外側のフレームを形成する部分の幅に対して減少した幅を有する。

【0041】

突出物は、支柱におけるシールのためのホルダを提供して、第１のプレートおよび第２のプレートの間での封止境界面デバイスの位置決めを促進することを可能にする。

【0042】

連結面におけるシールの膨張中、減少した幅の、フレームを形成する部分の接触ゾーンは、変形するかさらには破損して、フレームを形成する部分に対接している突出物においてシールの潰れが減少するのを防ぐことができる。

【0043】

シールは、雲母、粘土、または滑石などの鉱物ベースの材料で作られることが好ましい。

【0044】

同様に、前述の支柱は、雲母、粘土、または滑石などの鉱物ベースの材料で作られる。

【0045】

したがって、封止境界面は、高温（６００℃から１０００℃の間）において密接連結を作り出すと同時に第１のプレートおよび第２のプレートの間の電気的絶縁機能を提供するのにうまく適合している。

【0046】

実際には、前述の第１のプレートおよび第２のプレートの圧力下での連結の前に、シールの厚さは、０．３ｍｍから１ｍｍの間、好ましくは０．５ｍｍから１ｍｍの間である。

【0047】

１つの特定の限定的ではない実施形態では、前述の第１のプレートおよび第２のプレートの圧力下での連結の前に、シールの厚さは、実質的に１ｍｍに等しく、前述の支柱の厚さは、実質的に０．８ｍｍに等しい。

【0048】

上記のガス分配組立体において、前述の第１のプレートは、ガス分配プレートであってもよく、前述の第２のプレートは、高温において動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタックのエンドプレートであってもよい。

【0049】

本発明のさらなる特異性および利点は、以下に記載された説明においてより明らかになるであろう。

【0050】

添付の図面は、限定的ではない例を目的とするものである。

【図面の簡単な説明】

【0051】

【図1A】本発明を実施するように適合されたガス分配組立体を正面ブロック図(front view block diagram)に従って表す図である。

【図1B】本発明の第１の実施形態によるガス分配組立体を分解斜視ブロック図(exploded perspective block diagram)に従って表す図である。

【図2】図１のガス分配組立体の第１のプレートに関連する封止境界面デバイスを概略上面図に従って表す図である。

【図3】図２の封止境界面デバイスの概略上面図である。

【図4】図２の左上隅部の拡大された細部の斜視図である。

【図5】図３の封止境界面デバイスの寸法の比を示す図である。

【図6A】従来技術によるガス分配組立体の変形を示す図である。

【図6B】本発明の１つの実施形態の例によるガス分配組立体の変形を示す図である。

【図7】従来技術および本発明の１つの実施形態の例によるガス分配組立体の封止境界面の潰れ比曲線を概略的に表す図である。

【図8】第２の実施形態による封止境界面デバイスの概略上面図である。

【図9】第３の実施形態による封止境界面デバイスの概略上面図である。

【図10】第４の実施形態による封止境界面デバイスの概略断面図である。

【図11】図１０の封止境界面デバイスの拡大された細部Ａの斜視図である。

【図12】第５の実施形態による封止境界面デバイスの概略断面図である。

【図13】図１２の封止境界面デバイスの拡大された細部Ｂの斜視図である。

【図14】図１２の封止境界面デバイスの拡大された細部Ｃの斜視図である。

【図15】本発明の第２の実施形態によるガス分配組立体を分解斜視ブロック図に従って表す図である。

【図16】図１５の封止境界面デバイスの概略上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0052】

図にわたって、同一の参照記号は、同一のまたは同等の要素を示し得る。さらに、図における様々な部品は、図をより読みやすくするために、必ずしも一定の縮尺におけるものではない。

【0053】

まず、図１Ａおよび図１Ｂを参照しながら、本発明の第１の実施形態によるガス分配組立体の例を説明する。

【0054】

この第１の実施形態では、ガス分配組立体は、ガス入口およびガス出口のためのガス分配プレートとともに高温において動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタックの高温密接連結のために使用される。以下の説明において、ガス分配プレートは、一般にマニホルドと呼ばれることもある。

【0055】

ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタック１０が、図１Ａに非常に概略的に示されている。

【0056】

知られた態様において、そのようなスタック１０は、陰極、陽極、および陰極と陽極との間に挿入された電解質からそれぞれが形成された複数の電気化学セルと、隣接する２つの電気化学セルの間にそれぞれが配置されたいくつかの中間インターコネクタと、を含む。この電気化学セルおよび中間インターコネクタの組立体は、「スタック」と呼ばれることもある。

【0057】

スタック１０は、上部エンドプレート１１および下部エンドプレート１２を含み、それらの間に電気化学セルおよび中間インターコネクタが挟持される。

【0058】

そのようなスタックは、例えば特許文献１で知られており、本明細書においてより詳細に説明される必要はない。

【0059】

スタック１０は、高温において動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタック１０におけるガス入口およびガス出口のためのガス分配プレート２０と連結されるように用意される。

【0060】

ガス分配プレートまたはマニホルド２０は、ここでは下部エンドプレート１２であるスタックのエンドプレートに面して位置決めされるガス入口またはガス出口のための少なくとも１つの連通オリフィスを備える。

【0061】

この実施形態では、マニホルド２０は、ガス入口およびガス出口のための例えば４つのマニホルド管２５、２６（図１Ａでは２つが見られる）を含み、各マニホルド管は、図１Ｂに示されるようにマニホルド２０の表面２０ａにおいて開口している連通オリフィス２１、２２、２３、２４を含む。

【0062】

図１Ａおよび図１Ｂの実施形態では、マニホルド２０は、実質的に矩形または正方形の表面２０ａを有し、マニホルド２０の各連通オリフィス２１、２２、２３、２４は、マニホルド２０の表面２０ａの辺のうちの１つとそれぞれ平行に延在する。マニホルド２０の各連通オリフィス２１、２２、２３、２４は、ガス入口およびガス出口のためのスタック１０とマニホルド２０との間の流体連結を可能にするために、スタック１０の下部エンドプレート１２の対応する連通オリフィス１２１、１２２、１２３、１２４に面して位置決めされるように意図されている。

【0063】

マニホルド２０によって形成される第１のプレートとスタック１０の下部エンドプレート１２によって形成される第２のプレートとの間のこの流体連結の実施は、マニホルド２０と下部エンドプレート１２とを互いに平行に圧力下で連結するために、締付けデバイス３０を必要とする。

【0064】

図１Ａに示されるように、締付けデバイスは、マニホルド２０をその中心において支持するように意図されたホルダ３１と、スタック１０の上部エンドプレート１１に接触する力分配プレート３３に関連付けられた支持ロッド３２と、を含み得る。マニホルド２０およびスタック１０の加圧は、支持ロッド３２における力の印加によって行われ、スタック１０およびマニホルド２０は、締付けデバイス３０の力分配プレート３３とホルダ３１との間で締め付けられる。

【0065】

あるいは、締付けデバイスは、ナットと協働しかつマニホルド２０およびスタック１０の固定オリフィスを通って延在する、ねじ山付き締付けロッドを含み得る。そのような締付けデバイスの例は、例えば特許文献１で説明されており、本明細書においてより詳細に説明される必要はない。

【0066】

マニホルド２０と下部エンドプレート１２との間に延在する連結面における封止を確実にするために、図１Ｂに見られるように、封止境界面デバイス４０が設けられる。

【0067】

ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタック１０を実装するこの用途では、封止境界面デバイスは、高温封止、すなわち少なくとも６００℃～１０００℃に耐える封止を提供しなければならない。

【0068】

そのような封止境界面デバイス４０が、図２および図３により詳細に示される。

【0069】

封止境界面デバイス４０は、連結面においてマニホルド２０の各連通オリフィス２１、２２、２３、２４の周りに配置される少なくとも１つまたは複数のシールを含む。

【0070】

図１から図３に示された実施形態では、封止境界面デバイス４０は、マニホルド２０の各連通オリフィス２１、２２、２３、２４の周りにそれぞれ配置される４つのシール４１、４２、４３、４４を備える。

【0071】

例示として、この実施形態では、マニホルド２０の各連通オリフィス２１、２２、２３、２４は、細長いスロット形状の開口部から形成されており、各シール４１、４２、４３、４４は、マニホルド２０の各連通オリフィス２１、２２、２３、２４の周辺に延在するように適合された長楕円形または矩形の形状を有する。

【0072】

各シール４１、４２、４３、４４は、例えば、平面シールである。そのようなシール４１、４２、４３、４４は、鉱物材料で作られた粉末を圧縮／圧延することにより、プレート形態で作製される。

【0073】

各シール４１、４２、４３、４４は、高温固体酸化物形燃料電池の動作制約に適合した電気的絶縁特性を有する材料で作られる。

【0074】

したがって、各シール４１、４２、４３、４４は、雲母、粘土、または滑石などの鉱物ベースの材料で作られ得る。典型的には、シール４１、４２、４３、４４は、雲母で作られ得る。

【0075】

シール４１、４２、４３、４４の厚さは、０．３ｍｍから１ｍｍの間であり、好ましくは０．５ｍｍから１ｍｍの間である。これらの厚さの値の範囲は、高温電解用途において使用可能な例えば雲母または滑石などの鉱物ベースの材料によく適している。０．５ｍｍを下回ると、例えばマニホルドの表面２０ａまたはスタック１０の下部エンドプレート１２の平坦性の欠陥を受けてシールを十分に圧縮できないリスクが存在し、したがって、必要とされる封止を得られないリスクが存在する。

【0076】

図２に戻ると、シール４１、４２、４３、４４の厚さは、マニホルド２０の表面２０ａが延在する平面（ｘ，ｙ）に垂直な方向ｚにおいて測定される。

【0077】

さらに、この厚さは、圧縮応力を印加する前のシール４１、４２、４３、４４の厚さによって定義される。

【0078】

したがって、シール４１、４２、４３、４４の厚さは、マニホルド２０とスタック１０との締付け取付けの前、すなわちマニホルド２０の表面２０ａとスタック１０の下部エンドプレート１２との圧力下での連結の前に与えられる。

【0079】

バーミキュライトタイプの圧縮シールは、マニホルド２０とスタック１０との連結のための十分な封止を得ることを可能にするために、高圧縮を必要とする。封止を確実にすることを可能にするシール圧縮比を実現するために、数ＭＰａまたは数十ＭＰａに等しい圧縮応力が必要である。

【0080】

特にマニホルド２０の表面２０ａおよびスタック１０の下部エンドプレート１２においてこれらの高圧縮応力によって誘発される変形を制限するために、封止境界面デバイス４０は、マニホルド２０とスタック１０の下部エンドプレート１２との間に延在する連結面に配置されるように意図された支柱５０を備える。

【0081】

圧力下での連結前のシール４１、４２、４３、４４の厚さは、支柱５０の厚さよりも厳密に大きい。

【0082】

したがって、支柱５０は、シール４１、４２、４３、４４の厚さ未満の厚さを有し、それにより、マニホルド２０上でのスタック１０の締付けがシール４１、４２、４３、４４を最初に圧縮することが可能になる。この圧縮の開始は、スタック１０の下部エンドプレート１２がシール４１、４２、４３、４４および支柱５０の両方にぶつかって止まるまで、シール４１、４２、４３、４４の潰れを誘発する。したがって、支柱は、潰れ制限機能を有して、シール４１、４２、４３、４４を押し潰す下部エンドプレート１２の移動を制限する。

【0083】

さらに、図３に示されるように、支柱５０およびシール４１、４２、４３、４４は、互いに垂直でありかつ図３において平面（（ｘ，ｙ））によって画定される連結面に垂直である２つの対称面を有する封止境界面を形成する。

【0084】

この実施形態の例では、封止境界面デバイス４０は、封止が行われる連結面（（ｘ，ｙ））にどちらも垂直な対称面（ｘ，ｚ）および対称面（ｙ，ｚ）を有する。

【0085】

したがって、支柱５０は、連結面（（ｘ，ｙ））において対称的にシール４１、４２、４３、４４の潰れおよび下部エンドプレート１２の移動を制限することを可能にする。

【0086】

したがって、支柱５０は、シール４１、４２、４３、４４を圧縮するプレートに印加される曲げモーメントを連結面において対称的に減少させることを可能にする。マニホルド２０およびスタック１０に印加される応力および変形、特に下部エンドプレート１２に印加される応力および変形が減少される。

【0087】

スタックおよび封止境界面デバイス４０の様々な要素の機械的圧縮中に可能な限り最良の封止を確実にするために、スタック１０の下部エンドプレート１２および上部エンドプレート１１ならびにマニホルド２０の屈曲のリスクが低下される。

【0088】

シール４１、４２、４３、４４および支柱２０の厚さの選択は、シールが１ミリメートル程度の厚さを有するときにシール４１、４２、４３、４４と支柱５０との間の厚さの差が１０分のいくらか、例えば１０分の１から１０分の３の間であるように決定される。

【0089】

したがって、限定的ではない例として、マニホルド２０とスタック１０との圧力下での連結の前に、シール４１、４２、４３、４４が実質的に１ｍｍに等しい厚さを有する場合、支柱５０の厚さは、実質的に０．８ｍｍに等しい。

【0090】

シール４１、４２、４３、４４と支柱５０との間の０．２ｍｍの厚さの差は、シール４１、４２、４３、４４の潰れ比が２０％程度であって、いかなる場合でも２５％を超えないように確実にすることを可能にする。

【0091】

当然ながら、厚さの値、および支柱５０とシール４１、４２、４３、４４との間の厚さの差は、シール４１、４２、４３、４４に対して求められる最大潰れ比に従って選択され得る。

【0092】

典型的には、平面シールの場合、圧力下での連結前のその初期寸法の１０％から２５％の間の最大潰れ比が好ましい。

【0093】

したがって、シール４１、４２、４３、４４の潰れ比を制御して、封止に悪影響を与え得るシールの断裂を防ぐことが可能である。

【0094】

ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタック１０を実装する用途において、支柱５０もまた、雲母、粘土、または滑石などの鉱物ベースの材料で作られることが好ましい。

【0095】

したがって、封止境界面デバイス４０は、高温によく適応しかつ適切な電気的絶縁を提供する封止境界面を提供することを可能にする。

【0096】

支柱５０の材料は、シール４１、４２、４３、４４の材料に類似するかまたは同一であってもよい。

【0097】

高温において動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタックの密接連結に有用な入手可能な材料の中でも、同じ材料の様々な導入によって得られる様々な等級のバーミキュライトが存在する。バーミキュライトの等級は、１から１０までの比に応じて異なり得る値を有する剛性を有する。

【0098】

物体の（ニュートン毎メートル、すなわちＮ／ｍにおける）剛性は、この物体の弾性変形に対する耐性を特徴付けることに留意されたい。剛性が大きいほど、所与の力に対するこの物体の所与のたわみを得るために印加されるべき力は大きくなる。

【0099】

したがって、同じ圧縮応力に対して、１つのバーミキュライト等級の潰れ比が、別のバーミキュライト等級の場合よりも１０倍大きいことがある。

【0100】

これらの鉱物材料の剛性の測定およびそれらの比較は、一軸圧縮強さを判定するための方法を画定するＩＳＯ規格１７８９２－７：２０１７によって規定されているように、圧縮試験方法によって実施され得る。

【0101】

支柱５０を形成する材料の剛性は、シール４１、４２、４３、４４を形成する材料の剛性を上回り得ることが好ましい。

【0102】

したがって、支柱５０を形成する材料の剛性は、スタック１０とマニホルド２０との圧力下での連結のための潰れ制限機能を高めることを可能にする。シール４１、４２、４３、４４の剛性よりも大きい剛性を有する支柱５０は、封止境界面デバイス４０において剛体機械的支持を提供し、それが、マニホルド２０とスタック１０の下部エンドプレート１２との相対運動を阻止して、シール４１、４２、４３、４４の圧縮を事実上制限し、連結面（ｘ，ｙ）における対向するプレートの曲げモーメントを減少させることを可能にする支持を提供する。

【0103】

したがって、ガス分配組立体を締め付けるために印加される圧縮力に応じて特定の変形範囲内でシール４１、４２、４３、４４を押し潰すことが可能である。

【0104】

同様に、連結面において支柱５０によって形成される表面積は、この連結面（ｘ，ｙ）においてシール４１、４２、４３、４４によって形成される表面積よりも大きくてもよい。

【0105】

図３における平面（ｘ，ｙ）に対応する連結面において形成される領域は、支柱５０およびシール４１、４２、４３、４４の両方に対して、支柱５０またはシール４１、４２、４３、４４の様々な部分の表面の平面（ｘ，ｙ）における累積的な表面に対応する。

【0106】

連結面（ｘ，ｙ）においてシール４１、４２、４３、４４によって形成される表面と比較して大きな、支柱５０によって形成される表面は、必要とされる値（例えば、数ＭＰａ）を大きく上回る圧縮応力下でさえもシール４１、４２、４３、４４が過度の潰れのリスクを伴わずに求められる潰れ比まで押し潰されることを確実にすることを可能にする。

【0107】

支柱５０およびシール４１、４２、４３、４４の材料が同一でありかつ同じ剛性を有する場合、連結面（ｘ，ｙ）におけるシール４１、４２、４３、４４のための表面積を上回る支柱５０のための表面積が、支柱５０がシール４１、４２、４３、４４に対する潰れ制限機能を提供することを可能にする。

【0108】

さらに、支柱５０の材料がシール４１、４２、４３、４４を形成する材料の剛性を上回る剛性を有する場合、支柱によって提供されるシール４１、４２、４３、４４の潰れ制限機能は、さらに改善される。

【0109】

図１から図３に示された実施形態では、支柱５０は、シール４１、４２、４３、４４の周辺にそれぞれ延在するフレーム５１、５２、５３、５４を形成する部分を含む一体形平面構造から形成される。

【0110】

一体形平面構造は、フレーム５１、５２、５３、５４を形成する部分を含む一体形プレートから形成されるか、または図３に示されるように、穴５０’をさらに含むプレートから形成され得る。穴５０’は、連結面（ｘ，ｙ）において支柱５０によって形成される支持表面を制限する一方で封止境界面デバイス４０に良好な堅さを与えることを可能にする。

【0111】

限定的ではない態様において、これらの穴５０’は、ここでは全部で４つであり、連結面（ｘ，ｙ）において９０°の分布に従って配置される。

【0112】

穴５０’の形状は、様々であってもよく、かつ、ガス分配組立体の様々な部品の幾何形状に応じて適合されてもよい。穴５０’は、支柱５０によって形成される表面積がシール４１、４２、４３、４４によって形成される表面積を上回ることを保持することを可能にすることが好ましい。

【0113】

穴５０’の形状はまた、支柱５０の一体形平面構造の中心に中央支持部分５５を保持することを可能にし得る。

【0114】

ここで、限定的ではない態様において、中央支持部分５５は、十字形状を有する。

【0115】

中央支持部分５５は、封止境界面デバイス４０においてシール４１、４２、４３、４４から等距離の所に配置される。これは、圧力下での連結のためにスタック１０の下部エンドプレート１２およびマニホルド２０において生じる曲げモーメントをさらに制限することを可能にする。

【0116】

支柱５０におけるそのような中央支持部分５５は、連通オリフィス２１、２２、２３、３４に関連付けられたシール４１、４２、４３、４４がマニホルド２０の周辺に配置されるときに、いっそう有用である。

【0117】

マニホルド２０の表面２０ａが大きいほど、変形のリスクが高くなる。同様に、シール４１、４２、４３、４４間の距離が大きいほど、屈曲および変形のリスクが高くなる。

【0118】

図３に示されるような支柱５０の一体形平面構造は、ここでは全部で２つであるオリフィス５６をさらに備えて、位置決めピン（図示せず）の挿入を可能にする。これらの位置決めピンは、マニホルド２０の表面２０ａに作製された皿穴内に取り付けられ、また、スタック１０、封止境界面デバイス４０、およびマニホルド２０の圧力下での連結前のそれらの正確なセンタリングおよび相対的位置決めを確実にするために支柱５０のオリフィス５６およびスタック１０の下部エンドプレート１２に挿入されるように適合されている。

【0119】

フレーム５１、５２、５３、５４を形成する部分は、各シール４１、４２、４３、４４を締め付けてマニホルド２０の各連通オリフィス２１、２２、２３、２４の周りに追加の封止を提供することを可能にする。

【0120】

フレームＣ２を形成する部分におけるシールＪ１の取付けが、図４および図５により詳細に示されている。シールＪ１は、任意のシール４１、４２、４３、４４であってもよく、フレームＣ２を形成する部分は、シール４１、４２、４３、４４の周辺に延在するフレーム５１、５２、５３、５４を形成する部分に対応する。

【0121】

原則として、連結面（ｘ，ｙ）においてシールＪ１の周辺に延在するフレームＣ２を形成する部分によって形成される開口部の寸法は、この連結面（ｘ，ｙ）におけるシールＪ１の寸法よりも厳密に大きい。

【0122】

上記のように、フレームＣ２を形成する部分は、シールＪ１の厚さＥ１未満の厚さＥ２を有し、これにより、圧縮力の印加中に最初にシールＪ１を圧縮することが可能になる。

【0123】

幾何形状に関して、シールＪ１の幅Ｌ１は、フレームＣ２を形成する部分において形成された開口部の幅Ｌ２未満でなければならない。

【0124】

同様に、シールＪ１の長さは、フレームＣ２を形成する部分において形成された開口部の長さ未満でなければならない。

【0125】

したがって、シールＪ１とフレームＣ２を形成する部分との間には間隙が存在して、シールＪ１の潰れ中の連結面（ｘ，ｙ）におけるシールＪ１の自由な径方向膨張を可能にする。

【0126】

間隙は、シールＪ１とフレームＣ２を形成する部分との間でシールＪ１の全周に存在することが好ましい。

【0127】

したがって、シールＪ１の封止機能は、シールＪ１の最小潰れ比を得ることを支柱が妨げなくなり次第提供され得る。

【0128】

シールＪ１の厚さＥ１がフレームＣ２を形成する部分の厚さＥ２よりも厳密に大きいと、印加される圧縮力が十分である場合、シールＪ１の潰れ比は、厚さＥ１とＥ２との差に直接結び付くことになる。

【0129】

シールＪ１は、支柱のフレームＣ２を形成する部分にぶつかって止まるまで、フレームＣ２を形成する部分によって形成された開口部内で自由に押し潰されかつ変形され得る。

【0130】

封止境界面デバイス４０に支柱５０を含むまたは含まない上記のガス分配組立体の比較された挙動が、図６Ａ、図６Ｂ、および図７に概略的に示されている。

【0131】

したがって、マニホルド２０上のスタック１０の締付け連結のために圧縮力Ｆが印加されるときに、支柱の存在（図６Ｂの状況）は、支柱を伴わない封止境界面（図６Ａの状況）と比較して、様々な部品の、特にスタック１０の下部エンドプレート１２の、屈曲および座屈を制限することを可能にする。

【0132】

実際、この構成での数ＭＰａおよび高温におけるマニホルド２０上のスタック１０の圧縮力および締付け力は、マニホルド２０上に位置決めされたスタック１０を変形させ得る、スタック１０のエンドプレートまたはマニホルド２０への曲げ荷重をもたらし得る。

【0133】

支柱５０を含むかつ含まない封止境界面デバイス４０の挙動はまた、単独のシールＪ１または各シールＪ１の周りにフレームＣ２を形成する部分を備える支柱と連結されたシールＪ１に印加された（ニュートンにおける）力の関数として潰れ比曲線を（潰れ％として）概略的に表している図７に示される。

【0134】

したがって、単独のシールＪ１の潰れ比は、例えば５０００Ｎの圧縮力に対しては２５％に達し得ることが観察される。

【0135】

他方では、シールＪ１が各シールＪ１の周りにフレームＣ２を形成する部分を備える支柱に関連付けられている場合、潰れ比は、圧縮力がおおよそ２０００Ｎを超えない圧縮開始時には、単独のシールＪ１の潰れ比に類似する。次いで、シールＪ１の潰れ比は、２０００Ｎから５０００Ｎの間の圧縮力に対しては２５％からおおよそ１２％まで減少する。

【0136】

図７に見られるように、フレームＣ２を形成する部分を備える支柱と連結されたシールＪ１の潰れは、次いで、フレームＣ２を形成する部分を備える支柱単独と同じ潰れ勾配を辿る。

【0137】

したがって、支柱５０は、封止境界面デバイス４０におけるシール４１、４２、４３、４４の潰れ比を制御して、特に支柱５０が連結面（ｘ，ｙ）の中心における圧縮力を吸収するときにスタック１０における曲げ応力を減少させることを可能にする。

【0138】

したがって、シール４１、４２、４３、４４の最大潰れ比は支柱５０の表面および／または剛性を変化させることによって制御され得るので、一体形平面構造から形成された支柱５０を有することが有利である。

【0139】

支柱５０の厚さがシール４１、４２、４３、４４の厚さ未満であると、シール４１、４２、４３、４４を、連結面における封止を確実にするのに十分な所与の値まで、支柱５０の存在によって妨げられることなく押し潰すことが可能である。

【0140】

限定的ではない例として、シール４１、４２、４３、４４の累積的な表面と同一の表面を有しかつシール４１、４２、４３、４４の材料の剛性より４倍大きい剛性のバーミキュライトなどの材料から形成された支柱５０が使用され得る。

【0141】

あるいは、支柱５０およびシール４１、４２、４３、４４に対して同じ材料が選択されてもよい。その場合、支柱５０とシール４１、４２、４３、４４との間の唯一の違いは、シール４１、４２、４３、４４の厚さＥ１と支柱５０の厚さＥ２とにある。支柱５０は、Ｅ２＝０．９ｘＥ１であるような寸法とされ得る。

【0142】

当然ながら、本発明は、上記の実施形態の例に限定されるものではない。

【0143】

具体的には、上記の支柱５０は、一体形平面構造から形成され、そのことが、連結面（ｘ，ｙ）における封止境界面デバイス４０の位置決めを促進することを可能にする。

【0144】

しかし、図１から図３を参照して説明された実施形態では、マニホルド２０の表面２０ａまたはスタック１０の下部エンドプレート１２の平坦性の欠陥は、連結面（ｘ，ｙ）における点支持を局所的にもたらして、シール４１、４２、４３、４４の潰れ比を制限し得る。この影響は、シール４１、４２、４３、４４が互いに離れている場合に特に増幅され得る。

【0145】

この欠点を改善するために、封止境界面デバイスの支柱は、いくつかの部品で形成され得る。

【0146】

図８に示されるように、支柱１５０は、シール４１、４２、４３、４４の周辺にそれぞれ配置されるフレーム１５１、１５２、１５３、１５４を形成するいくつかの部分を含む。

【0147】

この実施形態では、フレーム１５１、１５２、１５３、１５４を形成する各部分は、各シール４１、４２、４３、４４を取り囲むように適合された矩形のフレーム部分と、フレーム１５１、１５２、１５３、１５４を形成する部分を取り扱うための、特にマニホルド２０の表面２０ａ上におけるシール４１、４２、４３、４４の周りでのそれらの取付けのための、舌部１５１’、１５２’、１５３’、１５４’と、を備える。

【0148】

この実施形態の例では、支柱１５０は、シール４１、４２、４３、４４から等距離の所に配置される中央支持部分１５５をさらに含む。

【0149】

中央支持部分１５５は、マニホルド２０の表面２０ａの中心に配置され、かつ、連結面ｘ，ｙに配置される４本腕十字(four-armed cross)から形成される。

【0150】

図８に示される中央支持部分１５５は、ここでは全部で２つであるオリフィス１５６をさらに含んで、位置決めピン（図示せず）の挿入を可能にする。これらの位置決めピンは、マニホルド２０の表面２０ａに作製された皿穴内に取り付けられ、また、圧力下での連結のためのスタック１０、中央支持部分１５５、およびマニホルド２０の正確なセンタリングおよび相対的位置決めを確実にするために支柱１５０の中央支持部分１５５のオリフィス１５６およびスタック１０の下部エンドプレート１２に挿入されるように適合されている。

【0151】

中央支持部分１５５は、圧力下での連結のために、スタック１０の下部エンドプレート１２およびマニホルド２０において生じる曲げモーメントを制限することを可能にする。

【0152】

したがって、図８では、支柱１５０は、フレーム１５１、１５２、１５３、１５４を形成する４つの部分、および中央支持部分１５５で構成されている。支柱１５０は、シール４１、４２、４３、４４の特徴に応じて、使用可能な材料、剛性、および連結面（ｘ，ｙ）における表面積の観点から、図１から図５に関連して上記されたものと同様の特徴を有する。

【0153】

フレーム１５１、１５２、１５３、１５４を形成する部分および中央支持部分１５５の厚さＥ２は、同一であり、支柱１５０を形成する様々な部分の厚さＥ２は、厳密にシール４１、４２、４３、４４の厚さＥ１未満である。

【0154】

この実施形態では、フレーム１５１、１５２、１５３、１５４を形成する部分および中央支持部分１５５は、スタック１０およびマニホルド２０において生じる曲げモーメントを制限することを可能にする。

【0155】

さらに、フレーム１５１、１５２、１５３、１５４を形成する部分が、小さな断面を有するフレーム、例えばシール４１、４２、４３、４４の断面に実質的に等しいかまたは類似した断面を有するフレームから形成されている場合、フレーム１５１、１５２、１５３、１５４を形成する部分は、マニホルド２０の各連通オリフィス２１、２２、２３、２４の周りの各シール４１、４２、４３、４４によって形成される封止バリアを補足する第２の封止バリアを提供するのに十分にそれらの部分を圧縮することを可能にする圧縮応力にさらされ得る。

【0156】

図９に示された別の実施形態では、封止境界面デバイス４０がいくつかのシール４１、４２、４３、４４を含む場合、支柱は、シール４１、４２、４３、４４から等距離の所に配置される唯一の支持部分２５０を含み得る。

【0157】

図９に示された実施形態では、支持部分２５０は、マニホルド２０およびスタック１０の連結面（ｘ，ｙ）の中心に配置される支持ブロックを形成する。限定的ではない例として、支持部分２５０は、ワッシャ形支持部分２５０であってもよい。

【0158】

したがって、ワッシャ形支持部分２５０から形成された支柱は、シール４１、４２、４３、４４の特徴に応じて、使用可能な材料、剛性、および連結面（ｘ，ｙ）における表面積の観点から、図１から図５に関連して上記されたものと同様の特徴を有する。

【0159】

ワッシャ形支持部分２５０の厚さＥ２は、厳密にシール４１、４２、４３、４４の厚さＥ１未満である。

【0160】

したがって、ワッシャ形支持部分２５０は、潰れ制限機能を提供して、ワッシャに基づいて支持が確立されるとマニホルド２０の表面２０ａに向かうスタックの下部エンドプレート１２の移動を制限する。支持部分２５０がシール４１、４２、４３、４４から等距離の所にあると、支持部分２５０とシール４１、４２、４３、４４との間の連結面における各支持点間の距離は最短である。したがって、スタック１０の下部エンドプレート１２において生じる曲げモーメントは、相応に減少する。

【0161】

当然ながら、支持部分２５０のためのワッシャ形状は、例示するものであって、円盤または四辺形の形状に置き換えられてもよい。

【0162】

次に、図１から図５を参照して上記されたような一体形平面構造から形成された支柱３５０、４５０内におけるシール４１、４２、４３、４４の有利な取付け例を、図１０から図１４を参照して説明する。

【0163】

図１０から図１４に示された支柱３５０、４５０は、図１から図５を参照して説明されたものに類似しており、かつ、図１から図５を参照して上記されたものと実質的に同じ形状および特徴を有する。

【0164】

一体形平面構造を有する支柱３５０、４５０は、連結面（ｘ，ｙ）における封止境界面デバイス４０の位置決めを促進することを可能にする。支柱３５０、４５０内にシール４１、４２、４３、４４をさらに取り付けることにより、各オリフィス２１、２２、２３、２４の周りにシール４１、４２、４３、４４を取り付けるための動作が単純化され得る。

【0165】

図１０および図１１に示されるように、支柱３５０は、各シール４１、４２、４３、４４の周りにフレーム３５１、３５２、３５３、３５４を形成するいくつかの部分を含む。

【0166】

１つまたは複数の突出フィンガ３６０を作り出すために、フレーム３５１、３５２、３５３、３５４を形成する部分において支柱３５０の切欠きが設けられる。

【0167】

したがって、フレーム３５１、３５２、３５３、３５４を形成する各部分は、シール４１、４２、４３、４４に向かって延在してこのシール４１、４２、４３、４４と接触している１つまたは複数の突出フィンガ３６０を備える。

【0168】

図１０および図１１に示された実施形態では、フレーム３５１、３５２、３５３、３５４を形成する各部分は、シール４１、４２、４３、４４の長さ方向の各側に対で分布されかつ２つ一組で互いに向かい合って配置された４つのフィンガ３６０を含む。したがって、フィンガ３６０は、フレーム３５１、３５２、３５３、３５４を形成する部分の内側にシール４１、４２、４３、４４を保持する、４つの保持サポートまたはピンを形成する。

【0169】

フィンガ３６０は、シール４１、４２、４３、４４の点支持を提供し、かつ、マニホルド２０の表面２０ａ上での支柱３５０およびシール４１、４２、４３、４４の位置決めを促進することが好ましい。

【0170】

さらに、シール４１、４２、４３、４４に当たるフィンガ３６０によって形成される単純な機械的支持に加えて、グルーまたは接着剤のスポットが点支持ゾーンに追加されてもよい。

【0171】

さらなる実施形態では、保持要素は、シール４１、４２、４３、４４の側に形成され得る。

【0172】

図１２、図１３、および図１４に示されるように、支柱４５０は、各シール４１、４２、４３、４４の周りにフレーム４５１、４５２、４５３、４５４を形成するいくつかの部分を含む。

【0173】

各シール４１、４２、４３、４４は、連結面（ｘ，ｙ）において延在しかつシールを取り囲むフレーム４５１、４５２、４５３、４５４を形成する部分との接触ゾーン内に位置する少なくとも１つの突出物４６０を含む。

【0174】

図１２から図１４に示された実施形態では、各シール４１、４２、４３、４４は、シール４１、４２、４３、４４の周りに対称的に配置された８つの突出物４６０を含む。

【0175】

この実施形態では、また、限定的ではない例として、各シール４１、４２、４３、４４は、シール４１、４２、４３、４４の長さ方向の各側に対で分布されかつ２つ一組で互いに向かい合って配置された６つの突出物４６０と、シール４１、４２、４３、４４の両端に配置された２つの突出物４６０と、を含む。

【0176】

当然ながら、シール４１、４２、４３、４４の周りの突出物４６０の数およびそれらの分布は、単なる例であり、シール４１、４２、４３、４４の形状および寸法に応じて異なってもよい。

【0177】

突出物４６０は、シールを取り囲むフレーム４５１、４５２、４５３、４５４を形成する部分において各シール４１、４２、４３、４４の保持サポートを形成するように適合されている。

【0178】

スタック１０とマニホルド２０との圧力下での連結中のシールの潰れのためのシール４１、４２、４３、４４の膨張を確実にするために、フレーム４５１、４５２、４５３、４５４を形成する部分は、シール４１、４２、４３、４４の膨張を妨害することがなく、またシール４１、４２、４３、４４の部分的な潰れを局所的に誘発することがないように機械加工される。

【0179】

実際には、フレーム４５１、４５２、４５３、４５４を形成する部分と突出物４６０との接触ゾーンは、連結面（ｘ，ｙ）において、接触ゾーンの外側のフレーム４５１、４５２、４５３、４５４を形成する部分の幅に対して減少した幅を有する。

【0180】

手順の１つの態様は、フレーム４５１、４５２、４５３、４５４を形成する部分の機械加工の形で、各突出物４６０に対向する脆化ゾーンを作り出し、フレーム４５１、４５２、４５３、４５４を形成する部分の減少した幅のストリップの後ろに自由空間を残すことである。

【0181】

図１２から図１４に示された実施形態では、フレーム４５１、４５２、４５３、４５４を形成する各部分は、フレーム４５１、４５２、４５３、４５４を形成する部分とシール４１、４２、４３、４４の突出物４６０との各接触ゾーンの機械加工された対向する凹部４７０を含む。

【0182】

シール４１、４２、４３、４４の圧縮およびその膨張は、連結面（ｘ，ｙ）において径方向力を作り出して、接触ゾーンにおいて応力を生じさせ、したがって、接触ゾーンは、変形するかまたは壊れることが可能である。凹部４７０により接触ゾーンに置かれた自由空間は、フレーム４５１、４５２、４５３、４５４を形成する部分の減少した幅のストリップが、シール４１、４２、４３、４４における局所的な追加の厚さを生じさせることなしに、その変形中またはその断裂後に離されることを可能にする。

【0183】

より一般的には、上記の本発明は、２つの平行なフランジの間に挿入される任意のタイプの平面シール幾何形状のために実施され得る。封止境界面デバイスの形状は、連結面において実装されるプレートの形状に応じて、非常に多様であってもよい。

【0184】

標準的なＰＮ６型フランジのための実装の例が、図１５および図１６に示されている。

【0185】

高温電解（ＨＴＥ）用途では、この型のフランジ５１０、５２０が、例えばバーミキュライトで作られた平面シール５４１を備える。

【0186】

各フランジ５１０、５２０は、ガス入口またはガス出口のための連通オリフィスが開口しているエンドプレート５１０ａ、５２０ａを含む。エンドプレート５１０ａ、５２０ａは、互いに平行であり、かつ、２つのフランジ５１０、５２０の締付けデバイス（図示せず）による圧力下での連結のための連結面をそれらの間に画定する。

【0187】

したがって、平面シール５４１が、この連結面において第１のフランジ５１０のエンドプレート５１０ａの連通オリフィス５２１の周りに配置される。

【0188】

この実施形態では、連通オリフィス５２１は、円形であり、平面シール５４１は、ワッシャから形成される。

【0189】

封止境界面デバイス５４０は、平面シール５４１に加えて、フランジ５１０、５２０の２つのエンドプレート５１０ａと５２０との間に連結面を配置する支柱５５０を備える。

【0190】

図１６に見られるように、支柱５５０および平面シール５４１は、互いに垂直でありかつ連結面に垂直である２つの対称面を有する封止境界面を形成する。

【0191】

他の実施形態に対して上記したように、２つのフランジ５１０、５２０の圧力下での連結前のシール５４１の厚さは、支柱５５０の厚さよりも厳密に大きい。

【0192】

図１５から図１６に示された実施形態では、支柱５５０は、平面シール５４１の周りにワッシャから形成され、したがって、平面シール５４１の周辺においてそれぞれ延在するフレーム部分を形成する。

【0193】

したがって、ワッシャ形状で構成される支柱５５０は、平面シール５４１の特徴に応じて、使用可能な材料、剛性、および連結面（ｘ，ｙ）における表面積の観点から、図１から図５に関して上記されたものと類似の特徴を有する。

【0194】

この実施形態では、ワッシャ形の支柱５５０は、平面シール５４１に関して潰れ制限機能を有する。

【0195】

潰れ制限機能は、フランジ５１０、５２０の圧力下での取付け中に締付けトルクを制御する必要性を回避する。支柱５５０は、フランジ５１０、５２０の取付けの封止を妨げることになる平面シール５４１の過度に高い潰れ比に達するのを回避する。

【0196】

図１０から図１４を参照して上記したように、支柱５５０は、ワッシャ形の支柱によって形成されたフレームの内側の所定の位置に平面シール５４１を保持するための手段を含むことができ、これが、特に２つのフランジの２つのエンドプレート５１０ａ、５２０間の連結面が鉛直面にあるときに、２つのフランジ５１０、５２０間での平面シール５４１の取付けおよびその位置決めを促進する。したがって、平面シール５４１のセンタリングが促進される。

【0197】

図１５および図１６に示された実施形態では、平面シール５４１は、連結面において延在しかつ平面シール５４１を取り囲む支柱５５０のフレームを形成する部分との接触ゾーン内に位置する突出物５６０を含む。

【0198】

例として、平面シール５４１は、平面シール５４１の周りに対称的に、また例えばワッシャ形の平面シール５４１の２つの直交する直径に沿って配置された４つの突出物５６０を含む。

【0199】

当然ながら、シール５４１の周りの突出物５６０の数およびそれらの分布は、平面シール５４１の形状および寸法に応じて異なってもよい。

【0200】

図１２から図１４を参照して説明したように、突出物５６０は、支柱５５０においてシール５４１、４２、４３、４４の保持サポートを形成するように適合されている。２つのフランジ５１０、５２０の圧力下での連結中に平面シール５４１の潰れ中の平面シール５４１の膨張を確実にするために、支柱５５０は、平面シール５４１の突出物５６０との支柱５５０の各接触ゾーンの機械加工された対向する凹部５７０を含む。この保持構成の特徴および利点は、図１２から図１４を参照して説明されたものと同様である。

【0201】

あるいは、ワッシャ形の支柱５５０によって形成されたフレームの内側の所定の位置に平面シール５４１を保持するための手段は、平面シール５４１に向かって延在して平面シール５４１に接触する、支柱５５０上の突出フィンガ（図示せず）によって形成されてもよい。そのような保持構成は、図１０および図１１の実施形態を参照して説明されたものと同等の特徴および利点を有する。

【0202】

これらの保持手段により、支柱５５０と連結される平面シール５４１の位置決めおよびセンタリングは、連結面において促進される。支柱５５０はまた、良好な電気的絶縁を確実にすること、および平面シール５４１の周りに第２の封止バリアを提供することを可能にする。

【0203】

当然ながら、本発明は、上記の実施形態の例に限定されるものではない。

【0204】

具体的には、封止境界面デバイスは、任意の高温および低圧用途に適用可能であり得る。封止境界面デバイスは、２つの平行なフランジまたはプレートの間に挿入される様々な平面シール幾何形状を実装する任意のタイプのガス分配組立体を備えることができる。

【符号の説明】

【0205】

１０ ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタック
１１ 上部エンドプレート
１２ 下部エンドプレート
２０ マニホルド
２０ａ 表面
２１ 連通オリフィス
２２ 連通オリフィス
２３ 連通オリフィス
２４ 連通オリフィス
２５ マニホルド管
２６ マニホルド管
３０ 締付けデバイス
３１ ホルダ
３２ 支持ロッド
３３ 力分配プレート
４０ 封止境界面デバイス
４１ シール
４２ シール
４３ シール
４４ シール
５０ 支柱
５０’ 穴
５１ フレーム
５２ フレーム
５３ フレーム
５４ フレーム
５５ 中央支持部分
５６ オリフィス
１２１ 連通オリフィス
１２２ 連通オリフィス
１２３ 連通オリフィス
１２４ 連通オリフィス
１５０ 支柱
１５１ フレーム
１５１’ 舌部
１５２ フレーム
１５２’ 舌部
１５３ フレーム
１５３’ 舌部
１５４ フレーム
１５４’ 舌部
１５５ 中央支持部分
１５６ オリフィス
２５０ 支持部分
３５０ 支柱
３５１ フレーム
３５２ フレーム
３５３ フレーム
３５４ フレーム
３６０ 突出フィンガ
４５０ 支柱
４５１ フレーム
４５２ フレーム
４５３ フレーム
４５４ フレーム
４６０ 突出物
４７０ 凹部
５１０ フランジ、第１のフランジ
５１０ａ エンドプレート
５２０ フランジ
５２０ａ エンドプレート
５２１ 連通オリフィス
５４０ 封止境界面デバイス
５４１ 平面シール
５５０ 支柱
５６０ 突出物
５７０ 凹部
Ｃ２ フレーム
Ｅ１ 厚さ
Ｅ２ 厚さ
Ｆ 圧縮力
Ｊ１ シール
Ｌ１ 幅
Ｌ２ 幅

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【外国語明細書】