(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルからなる燃料電池スタック又は電解質セルスタックのための圧縮アッセンブリであって、該セルスタックは、
・  それぞれがシール領域及び電気化学的活性領域を有する、複数のスタックされたセル
・  底部プレート
・  頂部プレート
・  少なくとも一つの弾性プレート
・  中央開口部を有する少なくとも一つの枠部
・  該セルのガスインレット側と流体的に連通している少なくとも一つのガスインレットチャンネル
・  該セルのガスアウトレット側と流体的に連通している少なくとも一つのガスアウトレットチャンネル
を含み、
少なくとも一つの圧縮チャンバーが、前記各プレートのうちの二つによって両側部において閉じられた前記枠部の開口部によって形成されるように、
−  前記頂部プレートと前記弾性プレートとの間
−  前記底部プレートと前記弾性プレートとの間
−  前記弾性プレートが前記スタック内に複数配置されているとき、二つの前記弾性プレートの間
のうちの少なくとも一つの間を気密に接続して前記少なくとも一つの枠部が配置され、
前記圧縮チャンバーが、前記ガスインレットチャンネルから前記圧縮チャンバーまで接続された圧チャンネルによってインレットガスと流体的に連通しており、
ここで、前記圧縮チャンバーの断面積が、前記セルの電気化学的活性領域に実質的に相当する、上記の圧縮アッセンブリ。
【請求項２】
前記セルスタックが、固体酸化物形燃料電池スタック又は固体酸化物形電解質セルスタックである、請求項１に記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
【請求項３】
前記インレットガスがカソードガスである、請求項１又は２に記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
【請求項４】
前記インレットガスがアノードガスである、請求項１又は２に記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
【請求項５】
前記圧縮アッセンブリが、該圧縮アッセンブリの各側部に実質的に同数配置されたセルを有する該スタックの中央に配置される、請求項１〜４のいずれか一つに記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
【請求項６】
前記圧縮アッセンブリが、該圧縮アッセンブリの一方の側に配置されたセルと、他方の側に配置されたセルとでは数が異なるセルを有するスタック内に配置される、請求項１〜４のいずれか一つに記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
【請求項７】
第一の圧縮アッセンブリが前記スタックの頂部に配置され、第一の圧縮チャンバーが前記頂部プレート及び第一の弾性プレートによって両側が閉じられた第一の枠部の開口部によって形成され、そして第二の圧縮アッセンブリが前記スタックの底部に配置され、第二の圧縮チャンバーが前記底部プレート及び第二の弾性プレートによって両側が閉じられた第二の枠部の開口部によって形成される、請求項１〜４のいずれか一つに記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
【請求項８】
第一の圧縮アッセンブリが前記スタックの頂部に配置され、第一の圧縮チャンバーが前記頂部プレート及び第一の弾性プレートによって両側が閉じられた第一の枠部の開口部によって形成され、そして第二の圧縮アッセンブリが前記スタックの底部に配置され、第二の圧縮チャンバーが前記底部プレート及び第二の弾性プレートによって両側が閉じられた第二の枠部の開口部によって形成され、そして一つ又はより多くの更なる圧縮アッセンブリが、更なる弾性プレートによって両側を閉じられた一つ又はより多くの更なる枠部の開口部によって形成された圧縮チャンバーを有する前記スタック内部に配置される、請求項１〜４のいずれか一つに記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
【請求項９】
前記ガスアウトレットチャンネルにおける圧力と比較した前記圧縮チャンバーにおける過圧が、２０〜１０００ミリバールである、請求項１〜８のいずれか一つに記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
【請求項１０】
前記ガスアウトレットチャンネルにおける圧力と比較した前記圧縮チャンバーにおける過圧が、６０〜３００ミリバールである、請求項１〜８のいずれか一つに記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載の圧縮アッセンブリを含む、固体酸化物形燃料電池スタック又は固体酸化物形電解質セルスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタック又は電解質セルスタックの圧縮に関し、より詳細には、燃料電池スタック又は電解質セルスタックのための、特に固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック又は固体酸化物形電解質セル（ＳＯＥＣ）スタックのためのガス圧縮アッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
以下において、本発明をＳＯＦＣスタックに関連させて説明する。しかしながら、本発明の圧縮アッセンブリは、その他の種類の燃料電池、例えば高分子電解質形燃料電池（ＰＥＭ）又は直接形メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）のためにも使用できる。更に、本発明はまた、固体酸化物形電解質セルスタックのような電解質セルのためにも使用できる。
【０００３】
電気化学反応及び燃料電池又は電解質セルの機能は本発明の本質ではないため、これらは詳細には説明しないが、当業者には周知であると考えられるので、簡略化のために、前述したように本発明はＳＯＥＣ及びその他の種類の燃料電池のためにも使用できるが、本発明についての以下の説明はＳＯＦＣだけに言及するものである。
【０００４】
平面的な型のＳＯＦＣスタックは、複数の平坦なプレートの固体酸化物形燃料電池の積み重ねである。ＳＯＦＣによって発生する電圧を高めるために、複数のセルユニットがそれぞれの上にスタックされてスタックが形成され、そしてインターコネクトによって一緒に連結される。スタックは、二つの平坦なエンドプレートの間に挿入される。固体酸化物形燃料電池は、スタックの側部からのガス漏れを防ぐため典型的にはガラス又はその他の脆性の材料であるガスシールによって、それら燃料電池の縁部でシールされる。従って、各燃料電池は、シール領域に分割され、これは、最小化すること、及び可能な限り大きな燃料電池領域の部分であるべき電気化学活性領域とすることを目的としている。というのは、セルの効率が、全セル領域に対するこの活性領域の寸法に依存するからである。
【０００５】
インターコネクトは、隣接するセルユニットのアノード（燃料）側及びカソード（空気／酸素）側を分けるためのガス障壁として機能し、そして同時に、該インターコネクトは、隣接するセルの間、すなわち、余剰電子を有する一つのセルのアノードと、還元プロセスに必要な電子を必要とする隣のセルのカソードとの間の電流伝導を可能にする。インターコネクトとその隣り合う電極との間の電気伝導は、インターコネクトの面積全体にわたる複数の接触点を介して可能となる。それらの接触点は、インターコネクトの両側上の突起部として形成することができる。
【０００６】
燃料電池スタックの効率はまた、これらの接触点のそれぞれにおける良好な接触にも依存しており、それ故、適当な圧縮力を燃料電池スタックに付与することが極めて重要である。この圧縮力は、電気接触を確実にするため、十分にかつ燃料電池の電気化学活性領域全体にわたって均一に分配されるものでなければならないが、電解質、電極、インターコネクトを損傷したり、あるいは燃料電池にわたるガス流を妨げたりするほど大きくてはならない。
【０００７】
運転の間、ＳＯＦＣスタックは、約１０００℃までの高温にさらされる場合があり、これはＳＯＦＣスタック中に温度勾配を生じさせるため、そのＳＯＦＣスタックの異なる構成要素の異なる熱膨張を生じさせる。最大膨張を経るＳＯＦＣスタックのセクションは運転条件に依存し、そして例えば、スタックの中央に位置するか、又はスタックの境界部、例えば隅部に位置する場合がある。結果として生じる熱膨張は、ＳＯＦＣスタック中の異なる層の間の電気接触を減少させ得る。熱膨張はまた、異なる層の間のガスシール部を亀裂させて漏れを起こす場合もあり、これはＳＯＦＣスタックの機能を劣化させて出力の低下を招く。
【０００８】
燃料電池スタックの圧縮のこの問題を解決するために、機械ばねを使用することは周知である。米国特許第７００１６８５号明細書（特許文献１）では、スタックの全面に圧縮を提供し、そして電気列に配置された二つのスタックの高さの差を吸収するためにばねが使用されている。しかしながら、機械ばねは、時間が経つにつれて、特に、上昇された温度にさらされるとばね材料がクリープを起こすため圧縮力が変化し、そして、圧縮程度（ｃｏｍｒｅｓｓｉｏｎ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）の作用に応じても圧縮力は変化するという欠点を有する。
【０００９】
機械ばねに関する問題を解決するために、スタックを圧縮するのにガス圧を使用することが提案されている。これは、米国特許出願公開第２００８００９０１４０号明細書（特許文献２）に記載されており、そこでは、動的エンドプレートがガス圧によってスタックの縁部に向かって押される。ガス圧を利用する解決法はまた、米国特許第５４１９９８０号明細書（特許文献３）、米国特許出願公開第２００８０１６６５９８号明細書（特許文献４）、同第２００５０１３６３１６号明細書（特許文献５）及び国際公開第２００８０２６７１５号パンフレット（特許文献６）にも開示されている。
【００１０】
しかしながら、スタックのエンドプレートに圧縮力を提供するために機械ばね又はガス圧のいずれかが使用される場合、運転条件の影響を受けるため、燃料電池スタックの異なるセクションが個別にかつ他のセクションからそれぞれ独立して膨張するのが許容されないという更なる欠点がある。上述の参考文献のいくつかは、複雑な解決法ではなく、ガス圧チャンバーを各セルの間に導入することによってこの問題を解決しようと努めている。
【００１１】
より簡単な解決法が欧州特許第１８７９２５１号明細書（特許文献７）に記載されており、その際、セルスタックのシール領域及び活性領域には、スタックの縁部にだけ付与される、独立した圧縮力が提供される。更に、図３に示されているように、機械ばねのクリープの問題は、圧縮空気の使用によってセルの活性領域を圧縮し、それによりセルの異なる区分は別々に膨張できるが、均一な圧縮力によって依然として圧縮されることによって解決しようと試みられている。更には、図４又は図５に示されているように、機械ばねのある範囲又は圧縮空気源のいずれかが使用されており、その解決法は、簡略性、効率、費用及び信頼性について向上の余地を残している。
【００１２】
従って、燃料電池スタックの圧縮の問題について現在知られている解決法に拘わらず、それらの全部が固有の問題のいくつかを有している。
−  より多くの構成部材が圧縮システムに含まれていればいるほど、製造費が益々高価になり、そして材料費が益々高くなる。更に、構成部材の数が増加するのに伴って一般に機能不全の危険性が増大する。
−  スタックを圧縮するための機械ばねへの依存が費用を増大させ、そして特に熱にさらされると機械ばねはクリープする傾向があり、それ故、経時的にばねの特性が変化する。−  スタックを圧縮するための外部圧縮空気源の使用は、そのような外部空気源及び管接続を必要とし、それらはシステムの複雑さを増大させ、そして費用及び運転損失を増大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第７００１６８５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８００９０１４０号明細書
【特許文献３】米国特許第５４１９９８０号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００８０１６６５９８号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５０１３６３１６号明細書
【特許文献６】国際公開第２００８０２６７１５号パンフレット
【特許文献７】欧州特許第１８７９２５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、燃料電池スタックのための新しい圧縮アッセンブリを提供することによって前述の問題を解決することである。
【００１５】
より詳細には、本発明の目的は、燃料電池スタックを圧縮するための機械ばね及び余分な外部ガス圧源の必要性を排除する、圧縮ケーシングアッセンブリーを提供することである。
【００１６】
本発明の更なる目的は、燃料電池スタックのシール領域と電気化学活性領域との間で差異を設けた圧縮力を可能にする、圧縮アッセンブリを提供することである。
【００１７】
本発明の更に別の目的は、簡単かつ費用対効果の高い方法で燃料電池の異なる区分の不均一な膨張を可能にする一方で、燃料電池スタックの電気化学活性領域にわたって均一に分配された圧縮力を依然として維持する圧縮アッセンブリを提供することである。
【００１８】
本発明の更なる目的は、反応物ガス流、反応物ガス圧、温度及び電気負荷のような、即時の運転条件に自動的に調整する圧縮アッセンブリを提供することである。
【００１９】
本発明の更なる目的は、スタックの組み立ての間に少ない組み立て工程及び少ないスタック構成要素しか必要としない圧縮アッセンブリを提供することである。
【００２０】
本発明の更なる目的は、圧縮媒体の経時的な劣化を伴わない圧縮アッセンブリを提供することである。
【００２１】
これら及びその他の目的は、以下に説明するように本発明によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
従って、特に固体酸化物形燃料電池のための圧縮アッセンブリが提供されるが、前述したようにこれはその他の公知の燃料電池型に対する圧縮アッセンブリも潜在的に提供される。以下では、燃料電池スタックは、主に、酸化ガス及び燃料ガスが供給されると電気及び熱を発生する黒色ボックスと見なされる。燃料電池スタックの機能及び内部構成要素は公知技術と考えられ、本発明の主題ではない。
【００２３】
本発明による圧縮アッセンブリは、スタック内の燃料電池の電気化学活性領域に主として関連する。燃料電池のシール領域は、その活性領域よりも大きな圧力を必要とするため、本発明では、機械ばね又は可撓性の圧縮マットのような、当該技術分野で適当ないずれかによって圧縮されるものと仮定される。燃料電池のシール領域は、燃料電池の縁部に沿って及び内部マニホールドチムニーの周囲に主として配置される。燃料電池が、ガスインレット及びガスアウトレットのための一つ又はそれ以上の側部マニホールドを有する場合、これらの縁部はシールされないが、シール点又は接触点を設けることができる。
【００２４】
シール領域の圧縮を、電気化学活性領域の圧縮から分けるために、燃料電池スタックには開口部を有する枠部が施用され、その際、該枠部がシール領域を実質的に覆い、そしてその開口部は活性領域を実質的に覆う。”実質的に”とは、枠部が、シール領域と全く同じ寸法である必要がなく、更には比較的高い圧縮力を及ぼす枠部が実用上の理由のため、電気化学活性領域のいくつかの部分を覆うように選択できるものと理解される。
【００２５】
枠部は、燃料電池の組み立てられたスタックの頂部上に配置される平坦なエンドプレート上に置かれる。そのエンドプレートは、いくつかの実施形態では鋼板であり、弾性であるため、その断面領域の異なる部分（ｓｅｃｔｉｏｎｓ）を変形させる。枠部の頂部上は頂部プレートであり、そしてそのエンドプレートと枠部との間ばかりでなく該枠部と該頂部プレートとの間にシール部が設けられ、それにより気密な圧縮チャンバーが形成され、これは、スタック中の燃料電池の電気化学活性領域と実質的に同じ断面積を有する。
【００２６】
その圧縮チャンバーには一つ又は複数のガス圧チャンネルが設けられる。（複数の）圧チャンネルは、該圧縮チャンバーをガスインレットチャンネル又はマニホールドのいずれか一方に接続させ、ガスインレットは、カソードガスインレット又はアノードガスインレットのいずれかであることができる。燃料電池スタックが内部マニホールド化されている場合、（複数の）圧チャンネルは、一つ又は複数のインレットマニホールドチムニーに接続させることができる。燃料電池スタックが側部マニホールド化されている場合、（複数の）圧チャンネルは、インレットガスマニホールドに接続させることができるか、又はいくつかの場合、圧チャンネルは、枠部のインレットからの別の管によって好ましいインレットガスに接続させることができ、そしてインレットガス管のいずれかの位置に接続させることができる。
【００２７】
運転において、インレットガスは、圧縮チャンバー並びに燃料電池スタックに誘導されることになる。（複数の）インレットだけが存在しているが、圧縮チャンバーからのアウトレットが存在していないことにより、インレットガスの圧力にさらされることになる。燃料電池において、カソードガス又はアノードガスのいずれかであるインレットガスは、電気化学活性領域にわたって分配され、そしてアウトレットを介して排出される。電気化学活性領域の経路によって、インレットとアウトレットとの間で圧力降下が起こる。従って、圧縮チャンバーの（複数の）インレットがスタックのガスインレット側に圧チャンネルを介して接続されるため、活性領域にわたる圧力降下によって、ガスアウトレットチャンネルにおける圧力に比較して、圧縮チャンバー内が、活性領域にわたる圧力降下と同じ程度の過圧になるという結果を生ずる。用途分野に依存して、スタック自体は低内部ガス圧又は高内部ガス圧にさらされ、同様に外側周囲の低圧又は高圧にさらされる可能性がある。
【００２８】
活性領域にわたるガスの流れの圧力降下によるスタックにおける大きい内部圧は、スタックされたセルを、互いを離間させるように押す傾向があり、これは電気接触を低減させることになって、ひいては層間剥離さえも招き得る。また、異なる熱膨張に起因してスタック内部に熱的に誘導された機械的応力がこれらの問題を引き起こす。しかし、本発明によれば、燃料電池スタック中の上昇した内部圧又は熱的に誘導された機械的応力は、圧縮チャンバー中で上昇する圧力によって生じる上昇する圧縮力によって平衡化されることになる。
【００２９】
従って，圧縮チャンバーを、最大圧を有するカソード又はアノードであるインレットガスに接続させるのが有利であることができるが、別の考えによって圧縮チャンバーをカソードインレットガス又はアノードインレットガスのいずれに接続するのが好ましいかを決定できるため、本発明は両方に適している。
【００３０】
上述の実施形態において、当該分野で知られているように、スタックの底部は底部プレート上に置かれる。別の実施形態においては、上記で述べた実施形態と同様に、圧縮アッセンブリを燃料電池スタックの底部に施用することができ、枠部を弾性プレートと底部プレートとの間に設けることができる。
【００３１】
更なる実施形態において、前述の圧縮アッセンブリは、燃料電池スタックの頂部及び底部の両方に施用することができ、その場合、燃料電池スタックの独立した局部的区分の膨張の許容量が更に増大され得るが、セルの電気化学活性領域全体にわたって均一に分配される圧縮力は維持される。
【００３２】
本発明の更に別の実施形態においては、圧縮アッセンブリは、圧縮アッセンブリの各側部に位置する一つ又は複数の燃料電池に、燃料電池スタック内のいずれの位置でも適用することができる。この実施形態では、枠部は一つの弾性プレート、及び頂部プレート又は底部プレートのいずれかに気密に接続されてなく、代わりに、二つの弾性中間プレート（以降、単に弾性プレートと呼ぶ）に気密に接続されている。従って、この実施形態では、圧縮チャンバーは、弾性プレートによってその両側を閉じられた枠部の開口部によって形成される。圧縮アッセンブリは、いずれの側にも実質的に同じ数のセルを有するスタックの中央部に配置させることができるか、又は一方の側が他方の側よりも多い数のセルを有するいずれかの適当な箇所に配置させることができる。更にこの実施形態は、一つより多くの圧縮アッセンブリをスタック内に含めることができ、そしてすでに前述した実施形態と組み合わせる、すなわち、スタックが、本発明の一つ又はより多くの圧縮アッセンブリをスタック内に有する場合と組み合わせて、スタックの頂部、底部又は頂部と底部の両方上の圧縮アッセンブリとすることができる。
【００３３】
本発明の特徴
１．  複数のセルからなる燃料電池スタック又は電解質セルスタックのための圧縮アッセンブリであって、該セルスタックは、
・  それぞれがシール領域及び電気化学的活性領域を有する、複数のスタックされたセル
・  底部プレート
・  頂部プレート
・  少なくとも一つの弾性プレート
・  中央開口部を有する少なくとも一つの枠部
・  該セルのガスインレット側と流体的に連通している少なくとも一つのガスインレットチャンネル
・  該セルのガスアウトレット側と流体的に連通している少なくとも一つのガスアウトレットチャンネル
を含み、
少なくとも一つの圧縮チャンバーが、前記プレートによって両側部において閉じられた前記枠部の開口部によって形成されるように、
−  前記頂部プレートと前記弾性プレートとの間
−  前記底部プレートと前記弾性プレートとの間
−  前記スタック内にアッセンブリされた前記弾性プレート二つの間
のうちの少なくとも一つの間を気密に接続して前記少なくとも一つの枠部が配置され、
前記圧縮チャンバーが、前記ガスインレットチャンネルから前記圧縮チャンバーまで接続された圧チャンネルによって前記インレットガスと流体的に連通しており、
ここで、前記圧縮チャンバーの断面積が、前記セルの電気化学的活性領域に実質的に相当する、上記の圧縮アッセンブリ。
２．  前記セルスタックが、固体酸化物形燃料電池スタック又は固体酸化物形電解質セルスタックである、上記の１に記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
３．  前記インレットガスがカソードガスである、上記の１又は２に記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
４．  前記インレットガスがアノードガスである、上記の１又は２に記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
５．  前記圧縮アッセンブリが、該圧縮アッセンブリの各側部に実質的に同数配置されたセルを有する該スタックの中央に配置される、上記の１〜４のいずれか一つに記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
６．  前記圧縮アッセンブリが、該圧縮アッセンブリの一方の側に配置されたセルと、他方の側に配置されたセルとでは数が異なるセルを有するスタック内に配置される、上記の１〜４のいずれか一つに記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
７．  第一の圧縮アッセンブリが前記スタックの頂部に配置され、第一の圧縮チャンバーが前記頂部プレート及び第一の弾性プレートによって両側を閉じられた第一の枠部の開口部によって形成され、そして第二の圧縮アッセンブリが前記スタックの底部に配置され、第二の圧縮チャンバーが前記底部プレート及び第二の弾性プレートによって両側が閉じられた第二の枠部の開口部によって形成される、上記の１〜４のいずれか一つに記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
８．  第一の圧縮アッセンブリが前記スタックの頂部に配置され、第一の圧縮チャンバーが前記頂部プレート及び第一の弾性プレートによって両側を閉じられた第一の枠部の開口部によって形成され、そして第二の圧縮アッセンブリが前記スタックの底部に配置され、第二の圧縮チャンバーが前記底部プレート及び第二の弾性プレートによって両側が閉じられた第二の枠部の開口部によって形成され、そして一つ又はより多くの更なる圧縮アッセンブリが、更なる弾性プレートによって両側を閉じられた一つ又はより多くの更なる枠部の開口部によって形成された圧縮チャンバーを有する前記スタック内部に配置される、上記の１〜４のいずれか一つに記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
９．  前記ガスアウトレットチャンネルにおける圧力と比較した前記圧縮チャンバーにおける過圧が、２０〜１０００ミリバール、好ましくは４０〜５００ミリバール、特に好ましくは６０〜３００ミリバールである、上記の１〜８のいずれか一つに記載のセルスタックのための圧縮アッセンブリ。
１０．  請求項１〜９のいずれか一つに記載の圧縮アッセンブリを含む、固体酸化物形燃料電池スタック又は固体酸化物形電解質セルスタック。
【００３４】
本発明は、本発明の実施形態の例を示す添付の図面によって更に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の圧縮アッセンブリの切断端面図を示す。
【符号の説明】
【００３６】
１００：  固体酸化物形燃料電池スタック
１０１：  弾性プレート（頂部）
１０２：  中央開口部を有する枠部（頂部）
１０３：  圧縮チャンバー
１０４：  頂部プレート
１０５：  底部プレート
１０６：  圧チャンネル
１０７：  カソードガス内部インレットチムニー
１０８：  カソードガス内部アウトレットチムニー
１０９：  固体酸化物形燃料電池
１１０：  インターコネクト
【００３７】
本発明の一実施形態が図１に示されている。この実施形態は、インターコネクトによって分離され、そしてスタックされた多数の固体酸化物形燃料電池を含む固体酸化物形燃料電池スタックに接続された、本発明の圧縮アッセンブリを示している。スタック構成要素の間にはシール部が設けられているが、図示されていない。
【００３８】
本発明は、圧縮アッセンブリも、燃料電池の種類及びそれらの相対的配置も考慮しないこの実施形態に限定されるものではない。すでに上記で述べたように、本発明による圧縮アッセンブリは、燃料電池スタックの頂部、底部、頂部及び底部の両方に、そして燃料電池スタック内で組み合わせて施用することができ、そして、燃料電池スタックは、異なる種類の燃料電池を含むことができ、更に、内部又は外部のガスマニホールドの異なる組み合わせを有することができる。
【００３９】
図１を参照すると、固体酸化物形燃料電池スタック（１００）は、多数の固体酸化物形燃料電池（１０９）を含んでいる。その燃料電池は、電解質、カソード及びアノードを含む。この場合、燃料電池の細部は特に重要ではないため、シール領域、及び電気化学活性領域を有するユニットとして扱われる。燃料電池は、間にインターコネクト（１１０）を伴って互いの頂部上にスタックされている。空気のような酸化カソードガス流は、燃料電池のカソード側を通過させる必要があり、そして適当な種類の燃料ガスであるアノードガスは、燃料電池のアノード側を通過させる必要がある。インターコネクトは、二つのガス流を分離し、そしてセルの間に電気接触を提供する。
【００４０】
燃料電池スタックは、剛性の底部プレート（１０５）と頂部プレート（１０４）との間で圧縮される。弾性プレート（１０１）及び枠部（１０２）が、燃料電池スタックと頂部プレートとの合間の燃料電池スタックの頂部に配置される。その枠部は、燃料電池の電気化学活性領域に実質的に相当する断面積を有する中央開口部を有し、このことは、燃料電池スタックを覆う枠部の一部が燃料電池のシール領域に実質的に対応することを意味している。
【００４１】
底部プレート、燃料電池、インターコネクト、弾性プレート、枠部及び頂部プレートは、ガラスシール材料又はその他の適当な材料で全部一緒にシールされる。かくして、弾性プレート、開口部内側の枠部及び頂部プレートの間に気密の空洞が形成される。いくつかの用途において、シール材料を用いなくても許容可能な気密性を達成することさえできる。前述から、この気密の空洞の断面積が、燃料電池の電気化学活性領域に実質的に対応することが理解される。この気密の空洞内部の圧力が、周囲圧力より高い場合、弾性プレートは、電気化学活性領域上の燃料電池の頂部を押すことになり、それにより、枠部が、当該技術の圧縮手段（図示されない）で公知の手段によってシール領域を押すことになる。このように、気密の空洞が圧縮チャンバー（１０３）を形成する。
【００４２】
燃料電池の電気化学活性領域に十分な圧縮力を提供するのに必要な圧縮チャンバー内の過圧は、外部圧力源によって提供することができる。しかしながら、驚くべきことに、インレットカソードガスによって提供された圧力が、燃料電池スタックの燃料電池層の間の接触を維持するのに十分な圧縮力を発生させることが実験によって示された。従って、余分の外部設備の代わりに燃料電池に圧縮ガスを供給するのに、カソードインレットガスへの接続だけが必要である。図１に示されている実施形態において、少なくとも一つの圧チャンネル（１０６）は、圧縮チャンバーとカソードガスインレットチャンネルとの間を流体的に連絡させる。圧縮チャンバーがアウトレットを有さないため、カソードガスアウトレットチャンネル内の圧力と比較した圧縮チャンバー内の過圧は、カソードガスインレット（１０７）からカソードガスアウトレット（１０８）までの燃料電池のカソード側にわたる圧力損失に等しいことになる。
【実施例】
【００４３】
本発明による実験が、いくつかの固体酸化物形燃料電池スタックに対して実施された。スタックは上述したように設計され、これはエンドプレート中の穴から枠部に入るカソードガスを備える（該穴は、カソードガスインレット側に向かって配置された）。スタックは１０個の燃料電池を含んでいた。マノメーターを、その枠部の開口部に接続させることによって、その枠部内の圧力を測定することが可能となった。
【００４４】
試験は、以下の操作条件下で遂行された。
カソード流量：  ９６０Ｎｌ／ｈ、空気
スタック温度：  ７６０℃
【００４５】
空気の９６０Ｎｌ／ｈのカソード流量は、結果として、カソードガスアウトレットチャンネル内の圧力と比較して、８３〜８９ミリバールという過圧を枠部内にもたらし、これは、電気化学活性領域に及ぼされる７６．５Ｎ〜８２Ｎという力に相当していた。
【００４６】
試験の間、接触の問題は観察されなかった。
【００４７】
すでに述べたように、圧縮アッセンブリはまた、燃料電池スタックの底部、あるいは、頂部と底部の両方、あるいはスタック内部に設けることもできる。さらに、カソードガスの代わりにアノードガスを圧縮媒体として使用することができる。圧縮チャンバーインレットは、圧縮チャンバー内で十分な圧力が維持される限り、別の方法で設計することができる。
【図１】
0005727453.tif 000002