(57)【要約】  燃料電池スタックは上部圧縮板に接触し且つその下にあり、そして下部圧縮板に接触し且つその上にある。上部圧縮板及び下部圧縮板は平ら且つ硬質である。上部圧縮装置は上部圧縮板の上にあり、ここで上部圧縮装置は上部圧縮板上に下向きの垂直力を加え、上部圧縮板は燃料電池スタックに下向きの垂直力を加える。任意的な下部圧縮装置は下部圧縮板の下にあり、ここで下部圧縮装置は下部圧縮板上に上向きの垂直力を加え、下部圧縮板は燃料電池スタックに上向きの垂直力を加える。【選択図】  図１
2021501436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部圧縮板と接触し且つその下にあり、そして下部圧縮板と接触し且つその上にある燃料電池スタックであって、ここで上部圧縮板及び下部圧縮板は平ら且つ硬質である燃料電池スタック；
上部圧縮板の上の上部装置であって、ここで上部装置は上部圧縮板上に下向きの垂直力を加え、上部圧縮板は燃料電池スタック上に下向きの垂直力を加える上部装置；ならびに
任意的な下部圧縮板の下の下部装置であって、ここで下部装置は下部圧縮板上に上向きの垂直力を加え、下部圧縮板は燃料電池スタック上に上向きの垂直力を加える下部装置
を含む系。
【請求項２】
上部圧縮板及び下部圧縮板が燃料電池スタック上に一定の圧縮を加える請求項１に記載の系。
【請求項３】
上部装置が燃料電池スタック内の状態に無関係に燃料電池スタック上に下向きの垂直力を加える請求項１に記載の系。
【請求項４】
任意的な下部装置が燃料電池スタック内の状態に無関係に燃料電池スタック上に上向きの垂直力を加える請求項１に記載の系。
【請求項５】
上部装置により加えられる下向きの垂直力が約２ｐｓｉないし約１，５００ｐｓｉの範囲内のＳＯＦＣスタック圧を生む請求項１に記載の系。
【請求項６】
下部装置により加えられる上向きの垂直力が約２ｐｓｉないし約１，５００ｐｓｉの範囲内のＳＯＦＣスタック圧を生む請求項１に記載の系。
【請求項７】
上部圧縮板により加えられる下向きの垂直力が燃料電池スタック上に均一に配分される請求項１に記載の系。
【請求項８】
下部圧縮板により加えられる上向きの垂直力が燃料電池スタック上に均一に配分される請求項１に記載の系。
【請求項９】
燃料電池スタックの作動温度が５００℃から約９００℃までの範囲である請求項１に記載の系。
【請求項１０】
上部装置が上部圧力配分板に接続され、それは上部圧縮板上に圧力を均一に配分する請求項１に記載の系。
【請求項１１】
任意的な下部装置が任意的な下部圧力配分板に接続され、それは下部圧縮板上に圧力を均一に配分する請求項１に記載の系。
【請求項１２】
系が上部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴を介して延び且つ下部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴を介して延びる少なくとも１つの位置合わせ棒を含み、ここで位置合わせ棒は燃料電池スタック上に垂直圧縮力を加えない請求項１に記載の系。
【請求項１３】
位置合わせ棒がねじなし（ｕｎｔｈｒｅａｄｅｄ）である請求項１２に記載の系。
【請求項１４】
上部装置が上部圧縮棒であり、下部装置が下部圧縮棒である請求項１に記載の系。
【請求項１５】
圧縮棒がステンレススチールで作られている請求項１４に記載の系。
【請求項１６】
上部圧縮棒及び任意的な下部圧縮棒が空気圧又は油圧ピストンに接続している請求項１４に記載の系。
【請求項１７】
上部圧縮棒及び任意的な下部圧縮棒が非金属性である請求項１４に記載の系。
【請求項１８】
上部圧縮棒及び任意的な下部圧縮棒がセラミックである請求項１４に記載の系。
【請求項１９】
上部装置が上部圧縮ケーブルであり、下部装置が下部圧縮ケーブルである請求項１に記載の系。
【請求項２０】
上部圧縮ケーブル及び下部圧縮ケーブルがステンレススチールである請求項１９に記載の系。
【請求項２１】
上部圧縮ケーブルが上部滑車系に接続している請求項１９に記載の系。
【請求項２２】
下部圧縮ケーブルが下部滑車系に接続している請求項１９に記載の系。
【請求項２３】
上部圧縮ケーブル及び下部圧縮ケーブルの両方が上部圧縮ケーブル及び下部圧縮ケーブルの両方を同時に引くことができる滑車系に接続している請求項１９に記載の系。
【請求項２４】
上部圧縮板に接触し且つその下にあり、そして下部圧縮板に接触し且つその上にある燃料電池スタックであって、ここで上部圧縮板及び下部圧縮板は平ら且つ硬質である燃料電池スタック；
上部圧縮板に接触し且つその上にある上部圧縮棒であって、ここで上部圧縮棒は上部圧縮板上に下向きの垂直力を加え、上部圧縮板は燃料電池スタック上に下向きの垂直力を加える上部圧縮棒；
下部圧縮板に接触し且つその下にある下部圧縮棒であって、ここで下部圧縮棒は下部圧縮板上に上向きの垂直力を加え、下部圧縮板は燃料電池スタック上に上向きの垂直力を加える下部圧縮棒；ならびに
上部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴を介して延び且つ下部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴を介して延びる少なくとも１つの位置合わせ棒であって、ここで位置合わせ棒は燃料電池スタック上に垂直圧縮力を加えない少なくとも１つの位置合わせ棒
を含み、ここで燃料電池スタック、上部圧縮板及び下部圧縮板は断熱区画内に包まれ、上部圧縮棒及び下部圧縮棒は断熱区画外に延びている系。
【請求項２５】
上部圧縮棒及び下部圧縮棒により及ぼされる力が断熱区画外で加えられる請求項２４に記載の系。
【請求項２６】
上部圧縮板に接触し且つその下にあり、そして下部圧縮板に接触し且つその上にある燃料電池スタックであって、ここで上部圧縮板及び下部圧縮板は平ら且つ硬質である燃料電池スタック；
上部圧縮板の上に接触している上部圧縮ケーブルであって、ここで上部圧縮ケーブルは上部圧縮板上に下向きの垂直力を加え、上部圧縮板は燃料電池スタック上に下向きの垂直力を加える上部圧縮ケーブル；
下部圧縮板の下に接触している任意的な下部圧縮ケーブルであって、ここで下部圧縮ケーブルは下部圧縮板上に上向きの垂直力を加え、下部圧縮板は燃料電池スタック上に上向きの垂直力を加える下部圧縮ケーブル；ならびに
上部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴を介して延び且つ下部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴を介して延びる少なくとも１つの位置合わせ棒であって、ここで位置合わせ棒は燃料電池スタック上に垂直圧縮力を加えない少なくとも１つの位置合わせ棒
を含み、ここで燃料電池スタック、上部圧縮板、下部圧縮板、上部圧縮ケーブルの一部及び下部圧縮ケーブルの一部は断熱区画内に包まれ、且つここで上部圧縮ケーブル及び下部圧縮ケーブルは断熱区画外に延びており、上部圧縮ケーブルと下部圧縮ケーブルの両方を同時に引くことができる断熱区画外の滑車系に接続している系。
【発明の詳細な説明】
【関連出願へのクロスリファレンス】
【０００１】
本出願は、「固体酸化物形燃料電池スタックの圧縮方法」（“Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｎｇ  ａ  Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｓｔａｃｋ”）という表題の２０１７年９月１９日に出願された米国特許仮出願第６２／５６０，３６６号明細書及び２０１８年９月１９日に出願された米国特許出願第１６／１３５，５４６号明細書の利益及びそれらへの優先権を主張するＰＣＴ国際出願であり、それらの記載事項全体は引用することにより本明細書の内容となる。
【連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載】
【０００２】
なし
【技術分野】
【０００３】
発明の分野
本発明は固体酸化物形燃料電池スタックの圧縮方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
発明の背景
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタックは、電気が発生するのを妨げるか又は低下させ得る種々の妨害に供され得る。これらの妨害の１つは電池の亀裂形成（ｃｒａｃｋｉｎｇ）であり、それは通常ＳＯＦＣ電池の強度を超えるＳＯＦＣ系内におけるスタック圧の結果である。起こり得る別の妨害は、圧縮シールを介する気体の漏れである。
【０００５】
ばねのような簡単な機械に基づく通常のＳＯＦＣスタック設計において、圧力は、ＳＯＦＣ始動及び作動の間に、ばね力とばね変位（ｓｐｒｉｎｇ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）の間の線形相関の故に、温度を原因とする（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｃａｕｓｅｄ）膨張又は収縮と共に上昇又は低下するであろう。ある時点に電池にかかる応力は電池の強度を超え、電池の亀裂形成及びかくしてスタック不良（ｆａｉｌｕｒｅ）を生ずる場合がある。他方、圧力低下は圧縮シールを介する気体の漏れを引き起こす場合がある。温度変化の故の膨張及び収縮を処理することができ、ＳＯＦＣ作動の間に一定の圧力を保持することができるＳＯＦＣスタック設計が必要である。
【発明の概要】
【０００６】
開示の簡単なまとめ
上部圧縮板に接触し且つその下にあり、下部圧縮板に接触し且つその上にある燃料電池スタックであって、ここで上部圧縮板及び下部圧縮板は平ら且つ硬質である燃料電池スタック。上部圧縮板の上に上部圧縮装置があり、ここで上部圧縮装置は上部圧縮板上に下向きの垂直力を加え、上部圧縮板は燃料電池スタック上に下向きの垂直力を加える。下部圧縮板の下に任意的な下部圧縮装置があり、ここで下部圧縮装置は下部圧縮板上に上向きの垂直力を加え、下部圧縮板は燃料電池スタック上に上向きの垂直力を加える。
【０００７】
燃料電池スタックは上部圧縮板に接触し且つその下にあり、下部圧縮板に接触し且つその上にあり、ここで上部圧縮板及び下部圧縮板は平ら且つ硬質である。この燃料電池スタックにおいて、上部圧縮棒（ｔｏｐ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｒｏｄ）が上部圧縮板に接触し且つその上にあり、ここで上部圧縮棒は上部圧縮板上に下向きの垂直力を加え、上部圧縮板は燃料電池スタック上に下向きの垂直力を加える。さらに、この燃料電池スタックにおいて、下部圧縮棒が下部圧縮板に接触し且つその下にあり、ここで下部圧縮棒は下部圧縮板上に上向きの垂直力を加え、下部圧縮板は燃料電池スタック上に上向きの垂直力を加える。この燃料電池スタックに、上部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴を介して延び且つ下部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴を介して延びる少なくとも１つの位置合わせ棒もあり、ここで位置合わせ棒は燃料電池スタック上に垂直圧縮力を加えない。さらにこの燃料電池スタックにおいて、上部圧縮板及び下部圧縮板は断熱（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ）区画内に包まれ、上部圧縮棒及び下部圧縮棒は断熱区画外に延びている。
【０００８】
上部圧縮板に接触し且つその下にあり、下部圧縮板に接触し且つその上にある燃料電池スタックであって、ここで上部圧縮板及び下部圧縮板は平ら且つ硬質である燃料電池スタック。この燃料電池スタックにおいて、上部圧縮ケーブルが上部圧縮板に接触し且つその上にあり、ここで上部圧縮ケーブルは上部圧縮板上に下向きの垂直力を加え、上部圧縮板は燃料電池スタック上に下向きの垂直力を加える。さらにこの燃料電池スタックにおいて、下部圧縮ケーブルが下部圧縮板に接触し且つその下にあり、ここで下部圧縮ケーブルは下部圧縮板上に上向きの垂直力を加え、下部圧縮板は燃料電池スタック上に上向きの垂直力を加える。この燃料電池スタックに、上部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴を介して延び且つ下部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴を介して延びる少なくとも１つの位置合わせ棒もあり、ここで位置合わせ棒は燃料電池スタック上に垂直圧縮力を加えない。さらにこの燃料電池スタックにおいて、燃料電池スタック、上部圧縮板、下部圧縮板、上部圧縮ケーブルの一部及び下部圧縮ケーブルの一部は断熱区画内に包まれている。さらに上部圧縮ケーブル及び下部圧縮ケーブルは断熱区画外に延び、上部圧縮ケーブル及び下部圧縮ケーブルの両方を同時に引くことができる断熱区画外の滑車系に接続している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図面の簡単な記述
下記の記述を参照し、付随する図面と結び付けて理解することにより、本発明及びその利益のより完全な理解が得られる場合があり、図面において：
【図１】図１はＳＯＦＣスタック設計の正面断面図を表す。
【図２】図２はＳＯＦＣスタック設計の俯瞰断面図（ｏｖｅｒｈｅａｄ  ｓｅｃｔｉｏｎａｌ  ｖｉｅｗ）を表す。
【図３】図３はＳＯＦＣスタック設計の俯瞰断面図を表す。
【図４】図４は圧縮棒を有するＳＯＦＣスタック設計を表す。
【図５】図５は圧縮ケーブルを有するＳＯＦＣスタック設計を表す。
【図６】図６は枠内のＳＯＦＣスタック設計を表す。
【図７】図７は通常の方法により圧縮されるＳＯＦＣスタック対新規なＳＯＦＣスタック圧縮法の態様の間の電気化学的性能の比較を表す。
【００１０】
詳細な記述
ここで本発明の好ましい配置の詳細な記述に移るが、本発明の特徴及び概念は他の配置において示される場合があることならびに本発明の範囲は記載されるか又は例示される態様に制限されないことが理解されるべきである。本発明の範囲は続く請求項の範囲のみにより制限されることが意図されている。
【００１１】
本発明のある態様の以下の例を示す。それぞれの例は本発明の説明、本発明の多くの態様の１つとして示され、以下の例は本発明の範囲を制限又は限定すると理解されてはならない。
【００１２】
図１はＳＯＦＣスタック設計の１つの態様の正面断面図である。図１に示される通り、ＳＯＦＣスタック設計は燃料電池スタック（２）を含むことができ、それは上部圧縮板（４）に接触し且つその下にあり、そして下部圧縮板（６）に接触し且つその上にある。上部圧縮板及び下部圧縮板は平ら且つ硬質である。上部圧縮板の上に上部装置（８）があり、ここで上部装置は上部圧縮板上に下向きの垂直力を加え、上部圧縮板は燃料電池スタック上に下向きの垂直力を加える。任意的な下部装置（１０）は下部圧縮板に接触し且つその下にあり、ここで下部装置は下部圧縮板上に上向きの垂直力を加え、下部圧縮板は燃料電池スタック上に上向きの垂直力を加える。任意的な下部圧縮装置が用いられない態様において、下部圧縮板は固体の不動の基礎上に静止しており、燃料電池スタックの唯一の圧縮は上部圧縮板からもたらされるであろうことが構想されている。１つの態様において、位置合わせ棒（１２）は上部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴（示されていない）を介して延び且つ下部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴を介して延びることができ、ここで位置合わせ装置は燃料電池スタック上に垂直圧縮力を加えない。
【００１３】
この構成は積み重ね方向における寸法的変化にかかわらず一定の燃料電池スタック上の圧力を可能にするであろうことが構想されている。
【００１４】
１つの態様において、上部装置は上部圧縮棒であり、下部装置は下部圧縮棒である。別の態様において、上部装置は上部圧縮ケーブルであり、下部装置は下部圧縮ケーブルである。
【００１５】
図２はＳＯＦＣスタック設計の俯瞰断面図を表す。この俯瞰図において、上部圧縮板（４）中に８個の位置合わせ穴（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ及び１４ｈ）がある。位置合わせ棒のための穴の数は１から１０００までの範囲であることができ、燃料電池スタック（２）の寸法により影響され得る。位置合わせ穴に関する種々の配置は燃料電池スタックの寸法に依存し得る。いくつかの態様において、上部圧縮板及び下部圧縮板が上部圧縮装置及びＳＯＦＣスタックに対して垂直に動かないことを保証するのに１個の穴が十分であると構想することができる。他の態様において、２個の位置合わせ穴或いは３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、２５又は３０個の位置合わせ穴さえ必要であることが構想されている。
【００１６】
図２のこの態様に表されている通り、位置合わせ穴は燃料電池スタックの左側及び右側上に置かれる。上部圧縮板及び下部圧縮板の正しい位置合わせを保証するのに必要な既知の配置で位置合わせ穴を置き得ることが構想されている。さらに圧縮板のいずれか又は両方とＳＯＦＣスタックの正しい位置合わせを保証するのに必要な既知の配置で位置合わせ穴を置くことができる。
【００１７】
圧縮板とＳＯＦＣスタックの正しい位置合わせを保証する１つの方法は、位置合わせ穴が燃料電池スタックと接触してそれが動くのを妨げる位置に位置合わせ穴を有することである；この可能性を図３に示す。この態様において、燃料電池スタック（２）及び下部圧縮板（６）の俯瞰図（ｔｏｐ  ｄｏｗｎ  ｖｉｅｗ）を示し、その図において位置合わせ穴（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄ）は燃料電池スタックのすぐ隣にある。この態様において、位置合わせ穴中に置かれるいずれの位置合わせ棒も燃料電池スタックと接触して動くのを妨げるであろう。別の態様において、位置合わせ穴を燃料電池スタックから離し（ｓｐａｃｅｄ  ａｗａｙ）、それらが燃料電池スタックと接していないことも可能である。
【００１８】
図４は、上部装置及び下部装置がそれぞれ上部圧縮棒及び下部圧縮棒であるＳＯＦＣスタック設計の１つの態様の正面断面図である。図４に示される通り、ＳＯＦＣスタック設計は燃料電池スタック（１０２）を含むことができ、それは上部圧縮板（１０４）に接触し且つその下にあり、そして下部圧縮板（１０６）と接触し且つその上にある。上部圧縮板及び下部圧縮板は平ら且つ硬質である。上部圧縮棒（１０８）は上部圧縮板の上にあり、ここで上部圧縮棒は上部圧縮板上に下向きの垂直力を加え、上部圧縮板は燃料電池スタック上に下向きの垂直力を加える。任意的な下部圧縮棒（１１０）は下部圧縮板に接触し且つその下にあり、ここで下部圧縮棒は下部圧縮板上に上向きの垂直力を加え、下部圧縮板は燃料電池スタック上に上向きの垂直力を加える。任意的な下部圧縮棒が用いられない態様において、下部圧縮板は固体の不動の基礎上に静止しており、燃料電池スタックの唯一の圧縮は上部圧縮板からもたらされるであろうことが構想されている。１つの態様において、位置合わせ棒（１１２）は上部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴（示されていない）を介して延び且つ下部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴を介して延びることができ、ここで位置合わせ棒は燃料電池スタック上に垂直圧縮力を加えない。
【００１９】
図５は、上部装置及び下部装置がそれぞれ上部圧縮ケーブル及び下部圧縮ケーブルであるＳＯＦＣスタック設計の１つの態様の正面断面図である。図５に示される通り、ＳＯＦＣスタック設計は燃料電池スタック（２０２）を含むことができ、それは上部圧縮板（２０４）に接触し且つその下にあり、そして下部圧縮板（２０６）と接触し且つその上にある。上部圧縮板及び下部圧縮板は平ら且つ硬質である。上部圧縮ケーブル（２１０）は上部圧縮板の上にあり、燃料電池スタックの下に延び、ここで上部圧縮ケーブルは上部圧縮板上に下向きの垂直力を加え、上部圧縮板は燃料電池スタック上に下向きの垂直力を加える。任意的な下部圧縮ケーブル（２０８）は下部圧縮板に接触し且つその下にあり、燃料電池スタックの上に延び、ここで下部圧縮ケーブルは下部圧縮板上に上向きの垂直力を加え、下部圧縮板は燃料電池スタック上に上向きの垂直力を加える。任意的な下部圧縮ケーブルが用いられない態様において、下部圧縮板は固体の不動の基礎上に静止しており、燃料電池スタックの唯一の圧縮は上部圧縮板からもたらされるであろうことが構想されている。任意的な下部圧縮ケーブルが用いられない別の態様において、下部圧縮板が下部圧縮棒に接続し、燃料電池スタック上に上向きの垂直力を加え得ることが構想されている。少なくとも１つの位置合わせ棒（２１２）が上部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴（示されていない）を介して延び且つ下部圧縮板中の少なくとも１つの位置合わせ穴を介して延び、ここで位置合わせ棒は燃料電池スタック上に垂直圧縮力を加えない。
【００２０】
示されていない１つの態様において、上部圧縮ケーブル及び下部圧縮棒を有するＳＯＦＣスタック設計を用いることができる。あるいはまた、上部圧縮棒及び下部圧縮ケーブルを有するＳＯＦＣスタック設計を用いることができる。
【００２１】
上部装置として上部圧縮ケーブル及び／又は下部装置として下部圧縮ケーブルを有するＳＯＦＣスタック設計を用いる場合、上部圧縮ケーブル及び／又は下部圧縮ケーブルはステンレススチールから作られていることができる。いくつかの態様において、２、３、４つ又はもっと多くの上部圧縮ケーブル及び／又は下部圧縮ケーブルさえあることができる。いくつかの態様において、上部圧縮ケーブルを上部滑車系に接続し、上部圧縮ケーブル上の張力を増し、それにより燃料電池スタック上に下向きの垂直力を与えることができる。他の態様において、下部圧縮ケーブルを下部滑車系に接続し、下部圧縮ケーブル上の張力を増し、それにより燃料電池スタック上に上向きの垂直力を与えることができる。さらに別の態様において、上部圧縮ケーブル及び下部圧縮ケーブルの両方を、上部圧縮ケーブルと下部圧縮ケーブルの両方を同時に引くことができる１つの滑車系に接続することができる。
【００２２】
図６は、枠内に上部圧縮棒を有する新規なＳＯＦＣスタック圧縮系を表す。この態様において、任意的な下部圧縮棒は除かれる。断熱構造（３２０）が枠内に置かれ、それは中に置かれた少なくとも１つの加熱部品を有する場合がある。図６において、２つの加熱部品（３１８ａ及び３１８ｂ）が断熱構造内に置かれていることが表されている。現在示されていない他の態様において、加熱部品はＳＯＦＣスタック設計中に必要でない場合がある。図６の態様において、下部圧縮板（３０６）は断熱構造上に静止している。燃料電池スタック（３０２）は下部圧縮板と上部圧縮板（３０４）の間で圧縮される。上部圧縮板及び下部圧縮板を位置合わせする２つの位置合わせ棒（３１２ａ及び３１２ｂ）が示されている。上部圧縮棒（３０８）は、上部圧縮板（３０４）上に圧力を及ぼすことができるスペーサー（３２４）と接触している配分板（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｐｌａｔｅ）（３２２）に接続している。上部圧縮装置又は下部圧縮装置として用いられ得る装置には、空気圧及び油圧シリンダーが含まれる（３２６）。
【００２３】
図６に示される通り、上部圧縮装置は断熱構造外に置かれ、上部圧縮装置が作動の間に燃料電池スタックが必要とする極端な温度に供されないことを保証している。上部圧縮装置及び任意的な下部圧縮装置のためのこの圧力は、燃料電池スタックのための妥当な（ｐｒｏｐｅｒ）密閉（ｓｅａｌ）が保持されること及び燃料電池のスタックの強度を超えないことを保証するように調節されることが構想されている。熱膨張／収縮又は種々の形態の劣化が燃料電池スタック寸法を変化させる場合があるので、上部圧縮装置又は任意的な下部圧縮装置のための圧力は時間とともに変化しないであろうことも構想されている。
【００２４】
別の態様において、上部圧縮ケーブル及び／又は下部圧縮ケーブルを用い、図６に類似して新規なＳＯＦＣスタック圧縮法を実施することができる。この態様において、滑車は断熱構造の内側又は外側にあることができる。
【００２５】
いくつかの態様において、燃料電池スタックを破壊せずに燃料電池スタックを密閉するのに必要な圧力の量は約２ｐｓｉから１，５００ｐｓｉまでの範囲であろうことが構想されている。この圧力は燃料電池スタックについて測定される圧力であり、シールのような個々のスタック部品は積み重ねの方向で圧力を伝達するための面積の減少の故に、もっと高い有効圧力を有する場合がある。他の態様において、圧力は約８０ｐｓｉから１，０００ｐｓｉまで又は５ｐｓｉから２００ｐｓｉまで又は２ｐｓｉから１５ｐｓｉまでの範囲であることができる。
【００２６】
１つの態様において、上部圧縮棒及び任意的な下部圧縮棒からの圧力の均一な配分を保証するために、上部圧力配分板及び任意的な下部圧力配分板が用いられる。圧力配分板を加えることにより圧縮板のたわみ（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を最小にすることは、上部圧縮板と下部圧縮板の間でＳＯＦＣスタックにより均一に圧力を及ぼす。上部圧縮板及び下部圧縮板は断熱箱内の極端な圧力及び温度に部分的に不活性である材料で作られ得ることが構想されているが、これらの材料は多くの場合にたわみ及びクリープに供される。上部圧縮板及び下部圧縮板を作ることができる材料にはセラミックス、チタン、インコネル合金、ステンレススチール及びＳＯＦＣスタック作動温度より高い軟化温度を有する他の材料が含まれる。この態様において、上部圧力配分板及び任意的な下部圧力配分板は上部圧縮板及び下部圧縮板と同じ材料で作られていることができる。
【００２７】
１つの態様において、圧縮棒は上部及び下部圧縮板と同じ材料で作られている。
【００２８】
別の任意的な方法において、ＳＯＦＣスタックの最遠端におけるたわみを最小にするのを助けるために、上部圧力配分板と上部圧縮板の間にスペーサーを置くことができ、ならびに任意的な下部圧力配分板と下部圧縮板の間にスペーサーが置かれる。ＳＯＦＣスタック圧の一次伝達（ｐｒｉｍａｒｙ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）はシールにおいて起こり、圧縮の間の最大のたわみはＳＯＦＣスタックの最遠端に見出される。
【００２９】
１つの態様において、ＳＯＦＣｓのための電解質材料は通常既知のいずれの電解質材料であることもできる。電解質材料の１つの例にはドープトジルコニア電解質材料、ドープトセリア材料又はドープトランタンガレート材料が含まれ得る。ドープトジルコニア電解質材料のためのドーパントの例には：ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3及びＹｂ2Ｏ3が含まれ得る。１つの態様において、電解質材料はイットリア安定化ジルコニア、（ＺｒＯ2）0.92（Ｙ2Ｏ3）0.08である。
【００３０】
１つの態様において、ＳＯＦＣｓのためのアノード材料は通常既知のいずれのアノード材料であることもできる。アノード材料の例にはＮｉＯ、イットリア安定化ジルコニア、ガドリニウムドープトセリア、ＣｕＯ、ＣｏＯ及びＦｅＯの混合物が含まれ得る。１つの態様において、アノード材料は５０重量％のＮｉＯと５０重量％のイットリア安定化ジルコニアの混合物である。
【００３１】
１つの態様において、ＳＯＦＣのためのカソード材料は通常既知のいずれのカソード材料であることもできる。カソード材料の１つの例は一般式ＡＢＯ3を有するペロブスカイト型酸化物であることができ、式中、ＡカチオンはＬａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｐｂなどであることができ、ＢカチオンはＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒなどであることができる。カソード材料の他の例はランタンストロンチウムコバルトフェライト、ランタンストロンチウムマンガナイト、イットリア安定化ジルコニア又はガドリニウムドープトセリアの混合物であることができる。カソード材料の例には：Ｐｒ0.5Ｓｒ0.5ＦｅＯ3-δ；Ｓｒ0.9Ｃｅ0.1Ｆｅ0.8Ｎｉ0.2Ｏ3-δ；Ｓｒ0.8Ｃｅ0.1Ｆｅ0.7Ｃｏ0.3Ｏ3-δ；ＬａＮｉ0.6Ｆｅ0.4Ｏ3-δ；Ｐｒ0.8Ｓｒ0.2Ｃｏ0.2Ｆｅ0.8Ｏ3-δ；Ｐｒ0.7Ｓｒ0.3Ｃｏ0.2Ｍｎ0.8Ｏ3-δ；Ｐｒ0.8Ｓｒ0.2ＦｅＯ3-δ；Ｐｒ0.6Ｓｒ0.4Ｃｏ0.8Ｆｅ0.2Ｏ3-δ；Ｐｒ0.4Ｓｒ0.6Ｃｏ0.8Ｆｅ0.2Ｏ3-δ；Ｐｒ0.7Ｓｒ0.3Ｃｏ0.9Ｃｕ0.1Ｏ3-δ；Ｂａ0.5Ｓｒ0.5Ｃｏ0.8Ｆｅ0.2Ｏ3-δ；Ｓｍ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3-δ；及びＬａＮｉ0.6Ｆｅ0.4Ｏ3-δが含まれる。１つの態様において、カソード材料はガドリニウムドープトセリア（Ｃｅ0.9Ｇｄ0.1Ｏ2）とランタンストロンチウムコバルトフェライト（Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｃｏ0.2Ｆｅ0.8Ｏ3）の混合物又はガドリニウムドープトセリア（Ｃｅ0.9Ｇｄ0.1Ｏ2）とサマリウムストロンチウムコバルタイト（Ｓｍ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3）の混合物である。
【実施例１】
【００３２】
この実施例で、２つの異なる固体酸化物形燃料電池ショートスタック（ｓｈｏｒｔ  ｓｔａｃｋｓ）を作製した。各ＳＯＦＣスタックは２つの燃料電池を含んだ。第一の固体酸化物形燃料電池スタック及び第二の固体酸化物形燃料電池スタックの両方の各燃料電池は５０重量％Ｎｉ−５０重量％（ＺｒＯ2）0.92（Ｙ2Ｏ3）0.08を含むアノード、５０重量％Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｃｏ0.2Ｆｅ0.8Ｏ3−５０重量％Ｃｅ0.9Ｇｄ0.1Ｏ2を含むカソード、（ＺｒＯ2）0.92（Ｙ2Ｏ3）0.08を含む電解質を有した。第一の固体酸化物形燃料電池ショートスタック及び第二の固体酸化物形燃料電池ショートスタックの両方を７００℃において水素燃料上で２００ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で作動させた。しかしながら第１の固体酸化物形燃料電池スタックはそれに及ぼされる３０ｐｓｉの一定の圧力を有し、一方、第二の固体酸化物形燃料電池スタックは室温において３０ｐｓｉの有効圧力を達成するために端における６個のスチールボルトを用いて一緒に保持された。図７に示される通り、第一の固体酸化物形燃料電池スタックは０．８Ｖより高い平均電池電圧を１０００時間を超えて持続できたが、第二の固体酸化物形燃料電池スタックは高い劣化速度を示し、その作動電圧を５０時間未満の間、持続できるのみであった。
【００３３】
締めくくりに、いずれの参照文献の議論も、特に本出願の優先日後の公開日（ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ  ｄａｔｅ）を有する場合があるいずれの参照文献の議論も、それが本発明に先行する技術であることの承認ではないことに注目しなければならない。同時に、下記のあらゆる請求項は本明細書においてこの詳細な記載又は明細書中に本発明の追加の態様として挿入される。
【００３４】
本明細書に記載される系及び方法を詳細に記述してきたが、種々の変更、置き換え及び改変が、以下の請求項により定義される本発明の精神及び範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解されるべきである。当業者は好ましい態様を研究し、正確に本明細書に記載されている通りではない本発明の実施のための他の方法を同定することができる場合がある。本発明の変形及び同等事項が請求項の範囲内であり、一方、説明、要旨及び図面は本発明の範囲を制限するために用いられるべきではないことは発明者等の意図である。本発明は特に下記の請求項及びそれらの同等事項と同じくらい広範囲であるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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