(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位セル、
単位セルの両面に配置されて積層されるインターコネクタ（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）、および
前記インターコネクタのエッジにおいて前記単位セルの側面を支持するウィンドウフレーム（ｗｉｎｄｏｗ−ｆｒａｍｅ）を含み、
前記ウィンドウフレームは、
第１ウィンドウフレーム、および
前記第１ウィンドウフレームより面積が大きい第２ウィンドウフレームを含み、
前記第２ウィンドウフレームは、
前記単位セルが積層される方向に一定の間隔ごとに周期的に配置され、
前記第２ウィンドウフレームは、前記第１ウィンドウフレームの全エッジから外側方向に一定の比率で延長形成される、
燃料電池スタック構造。
【請求項２】
前記第２ウィンドウフレームは、
前記単位セルがｎ個（ｎは、２以上の全ての自然数）積層されるごとに配置される、請求項１に記載の燃料電池スタック構造。
【請求項３】
前記第２ウィンドウフレームの厚さは、
前記第１ウィンドウフレームの厚さより厚いかまたは同一である、請求項１または２に記載の燃料電池スタック構造。
【請求項４】
前記第１ウィンドウフレームおよび前記第２ウィンドウフレームは、
互いに同じ形態で提供される、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池スタック構造。
【請求項５】
前記インターコネクタは、
前記第１ウィンドウフレームの面積と同一であり、前記第２ウィンドウフレームの面積より小さい、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池スタック構造。
【請求項６】
前記ウィンドウフレームは、
前記インターコネクタと同じ形態で提供される、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料電池スタック構造。
【請求項７】
前記インターコネクタおよび前記ウィンドウフレームは、
三角形、四角形、五角形、六角形、八角形、楕円形および円形のうち一つ以上の形態で提供される、請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料電池スタック構造。
【請求項８】
前記燃料電池スタック構造は、
前記単位セル、前記インターコネクタおよび前記ウィンドウフレームの間に位置するシーリング材をさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料電池スタック構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は２０１７年７月２６日に韓国特許庁に出願された韓国特許出願第１０−２０１７−００９４７０９号に基づいた優先権の利益を主張し、該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明は、燃料電池スタック構造に関し、より詳しくは、単位セルが積層された燃料電池スタック構造において、第１ウィンドウフレームより面積が大きい第２ウィンドウフレームは単位セルが積層される方向に一定の間隔ごとに周期的に配置されることによって、熱の移動が促進されて燃料電池スタック構造の温度偏差を緩和させ、温度分布を均一にする燃料電池スタック構造に関する。
【背景技術】
【０００３】
最近、石油や石炭のような既存のエネルギー資源が枯渇するにつれて、これらを代替可能な代替エネルギーに対する関心が高まっている。このような代替エネルギの一つとして単位セルが注目されており、特に高効率であり、公害物質を排出せず、且つ、燃料が豊富であるという長所により活発に研究が行われている。一般に、単位セルは電解質の両面に各々空気極および燃料極を形成し、燃料極はアノード、そして空気極はカソードで構成され、燃料極に燃料を供給すれば、燃料が酸化されて電子が外部回路を介して放出され、空気極に酸素を供給すれば、外部回路から電子を受けて酸素イオンに還元される。還元された酸素イオンは電解質を介して燃料極に移動して、酸化された燃料と反応して水を生成する。このような単位セルのうち、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質として安定化ジルコニアを用いて約６００℃〜１０００℃程度の高温で作動する単位セルであって、他の溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）などの様々な形態の単位セルの中で最も効率が高く、公害が少なく、電解質の損失がないだけでなく、電解質の補充を必要としないという色々な長所を有している。このような固体酸化物形燃料電池の端電池を連結して高容量化させたものをスタックという。
【０００４】
一方、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）はその形態に応じて円筒型と平板型に区分され、長期安定性やシステム技術の側面では円筒型が進歩した状態にあるが、出力密度が相対的に高い平板型をより好む傾向である。
【０００５】
このような平板型固体酸化物形燃料電池を積層したスタックの場合、単位セルが駆動されるにつれて発熱が起こり、このような発熱によりスタック内部に温度偏差が発生して次第に激しくなれば、固体酸化物形燃料電池の作動環境に悪影響を及ぼしてスタックに含まれた構成要素の損傷が加速化され、固体酸化物形燃料電池の耐久性が低下して効率的な発電を行うことができなくなる。そこで、従来の燃料電池スタック構造は、燃料電池スタック構造内にある上下セパレータの間に放熱体を配置することによって、スタックの高温部と低温部の温度偏差を減少させ、温度分布を均一化できるようにした。
【０００６】
しかし、このような従来の燃料電池スタック構造の場合、スタック内に冷却効果を出せる放熱体がさらに構成されることによってスタックの厚さが厚くなるという問題を有し、特に同じ高さの他の燃料電池スタック構造に比べて電流密度が落ちるという問題を有していた。
【０００７】
また、従来の燃料電池スタック構造は、スタック内に構成できる放熱体が制限されており、燃料電池スタック構造の温度分布を均一化するのに限界があるという問題を有していた。
【０００８】
そこで、本発明者は、上述した従来の燃料電池スタック構造が有する問題を解消するために、単位セルが積層された燃料電池スタック構造において、第１ウィンドウフレームより面積が大きい第２ウィンドウフレームは単位セルが積層される方向に一定の間隔ごとに周期的に配置されることによって、熱の移動が促進されて燃料電池スタック構造の温度偏差を緩和させ、温度分布を均一にする燃料電池スタック構造を開発するに至った。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一実施例による本発明の目的は、単位セルが積層された燃料電池スタック構造において、第１ウィンドウフレームより面積が大きい第２ウィンドウフレームは単位セルが積層される方向に一定の間隔ごとに周期的に配置され、スタック内に放熱体がさらに構成されないことによって、スタックの厚さと電流密度をそのまま維持できる燃料電池スタック構造を提供することにある。
【００１０】
また、一実施例による本発明の目的は、燃料電池スタック構造の熱の移動を促進させて燃料電池スタック構造の温度分布を効果的に均一化できる燃料電池スタック構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る燃料電池スタック構造は、複数の単位セル、単位セルの両面に配置されて積層されるインターコネクタ（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）、および前記インターコネクタのエッジにおいて前記単位セルの側面を支持するウィンドウフレーム（ｗｉｎｄｏｗ−ｆｒａｍｅ）を含み、前記ウィンドウフレームは、第１ウィンドウフレームおよび前記第１ウィンドウフレームより面積が大きい第２ウィンドウフレームを含み、前記第２ウィンドウフレームは、前記単位セルが積層される方向に一定の間隔ごとに周期的に配置されることを特徴とする。
【００１２】
一つの実施例によれば、前記第２ウィンドウフレームは、前記単位セルがｎ個（ｎは、２以上の全ての自然数）積層されるごとに配置されることを特徴とする。
【００１３】
一つの実施例によれば、前記第２ウィンドウフレームの厚さは、前記第１ウィンドウフレームの厚さより厚いかまたは同一であることを特徴とする。
【００１４】
一つの実施例によれば、前記第２ウィンドウフレームは、前記第１ウィンドウフレームの各エッジから外側方向に一定の比率で延長形成されることを特徴とする。
【００１５】
一つの実施例によれば、前記第１ウィンドウフレームおよび前記第２ウィンドウフレームは、互いに同じ形態で提供されることを特徴とする。
【００１６】
一つの実施例によれば、前記インターコネクタは、前記第１ウィンドウフレームの面積と同一であり、前記第２ウィンドウフレームの面積より小さいことを特徴とする。
【００１７】
一つの実施例によれば、前記ウィンドウフレームは、前記インターコネクタと同じ形態で提供されることを特徴とする。
【００１８】
一つの実施例によれば、前記インターコネクタおよび前記ウィンドウフレームは、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形、楕円形および円形のうち一つ以上の形態で提供されることを特徴とする。
【００１９】
一つの実施例によれば、前記燃料電池スタック構造は、前記単位セル、前記インターコネクタおよび前記ウィンドウフレームの間に位置するシーリング材をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一側面によれば、単位セルが積層された燃料電池スタック構造において、第１ウィンドウフレームより面積が大きい第２ウィンドウフレームは単位セルが積層される方向に一定の間隔ごとに周期的に配置され、スタック内に放熱体がさらに構成されないことによって、スタックの厚さと電流密度がそのまま維持されるようにするという利点がある。
【００２１】
また、燃料電池スタック構造の熱の移動を促進させて温度分布を効果的に均一化できるようにするという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例による燃料電池スタック構造１００を示す分解斜視図である。
【図２】一実施例による燃料電池スタック構造１００を側面から見た様子を概略的に示す図である。
【図３】単位セル１０が発熱するにつれて燃料電池スタック構造１００に熱が伝達される方法を示す図である。
【図４】一実施例による燃料電池スタック構造１００の熱の移動方向を示す図である。
【図５】本発明の製造例による燃料電池スタック構造の面内温度分布と比較例の燃料電池スタック構造の面内温度分布を比較して示す図である。
【図６】本発明の製造例による燃料電池スタック構造の温度分布と比較例の燃料電池スタック構造の温度分布を比較して示す図である。
【図７】本発明の製造例による燃料電池スタック構造の平均温度と比較例の燃料電池スタック構造の平均温度を測定して示す図である。
【図８】本発明の製造例による燃料電池スタック構造と比較例の燃料電池スタック構造の電流量、有効面積、電流密度および初期電圧を測定して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を添付図面を参照して詳細に説明すれば以下のとおりである。ここで、繰り返される説明、本発明の要旨を不要に濁す恐れのある公知機能および構成に関する詳細な説明は省略することにする。本発明の実施例は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。よって、図面での要素の形状および大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
【００２４】
明細書の全体にわたって、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反する記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいことを意味する。
【００２５】
以下では本発明の理解を助けるために好ましい実施例を提示する。但し、下記の実施例は本発明をより容易に理解するために提供されるものに過ぎず、下記の実施例によって本発明の内容が限定されるものではない。
【００２６】
＜燃料電池スタック構造＞
図１は本発明の一実施例による燃料電池スタック構造１００を示す分解斜視図であり、図２は一実施例による燃料電池スタック構造１００を側面から見た様子を概略的に示す図であり、図３は一実施例による単位セル１０が発熱するにつれて燃料電池スタック構造１００に熱が伝達される方法を示す図であり、図４は燃料電池スタック構造１００の熱の移動方向を示す図である。
【００２７】
本発明の一実施例による燃料電池スタック構造１００は単位セル１０、インターコネクタ２０、ウィンドウフレーム３０およびシーリング材４０を含んで構成され、ウィンドウフレーム３０は第１ウィンドウフレーム３１および第２ウィンドウフレーム３２を含んで構成されることができる。
【００２８】
先ず、燃料電池スタック構造１００に構成された単位セル１０は、一つ以上からなって積層されることができ、インターコネクタ２０、第１ウィンドウフレーム３１、第２ウィンドウフレーム３２およびシーリング材４０より小さい面積を有した形態で提供されることができる。
【００２９】
すなわち、インターコネクタ２０、第１ウィンドウフレーム３１、第２ウィンドウフレーム３２およびシーリング材４０は単位セル１０の各エッジから外側方向に一定の比率で延長形成され、単位セル１０は面積が最も小さく提供される。
【００３０】
この時、単位セル１０は燃料極、空気極および電解質で構成され、電解質の両側に燃料極と空気極が配置されており、燃料極は負極（ａｎｏｄｅ）、空気極は正極（ｃａｔｈｏｄｅ）で構成される。
【００３１】
燃料極および空気極に燃料と空気を各々供給すれば、電解質の負極側では電解質を通して移動した酸素イオンが水素燃料と反応して水を生成しつつ電子を放出する反面、正極側では空気から形成された酸素イオンが酸素イオン濃度に応じて負極側に移動することができる。
【００３２】
そして、電解質に酸素イオンが持続的に供給され、酸素イオンが正極から負極に移動し、全体的な電荷が平衡をなすと、燃料の酸化反応を通じて有用な電力を生産することができる。
【００３３】
このように単位セル１０は燃料の酸化反応を通じて駆動しつつ有用な電力を生産し、この時、単位セル１０は発熱が起こって燃料電池スタック構造１００内に熱を伝達する。
【００３４】
図３を参照すれば、単位セル１０は駆動しつつ発熱反応が起こり、この時に発生した熱は燃料電池スタック構造１００の構成要素であるインターコネクタ２０とウィンドウフレーム３０に伝達され、インターコネクタ２０とウィンドウフレーム３０は単位セル１０から伝達された熱を再び単位セル１０に送る。
【００３５】
すなわち、燃料電池スタック構造１００の単位セル１０、インターコネクタ２０およびウィンドウフレーム３０は互いに熱のやり取りをすることができる。
【００３６】
単位セル１０は発熱しつつ四方に熱を伝達し、この時、単位セル１０の両面に配置されたインターコネクタ２０に熱が伝達されと共に、単位セル１０の側面に配置されたウィンドウフレーム３０に熱が伝達される。
【００３７】
単位セル１０から伝達された熱はインターコネクタ２０の内部に伝達され、インターコネクタ２０の内部に伝達された熱により、インターコネクタ２０は発熱反応が起こり、熱が再び外部に放出される。
【００３８】
同様に、単位セル１０から伝達された熱はウィンドウフレーム３０に伝達され、ウィンドウフレーム３０の内部に伝達された熱により、ウィンドウフレーム３０は発熱反応が起こり、熱が再び外部に放出される。
【００３９】
次に、インターコネクタ２０は単位セル１０の両面に配置されて複数の単位セル１０を互いに電気的に連結させることができ、単位セル１０の面積より大きい面積を有した形態に形成されて単位セル１０が積層される方向に積層されることができる。
【００４０】
インターコネクタ２０は、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形、楕円形および円形のような様々な形態のうち一つ以上の形態で提供され、燃料電池スタック構造１００に構成される一つ以上のインターコネクタ２０は、互いに同じ形態と大きさで提供されてもよく、単位セル１０の形態と類似した形態で提供されてもよい。
【００４１】
また、インターコネクタ２０は、ウィンドウフレーム３０と同じ形態で提供されてもよく、第１ウィンドウフレーム３１の面積と同じく提供され、第２ウィンドウフレーム３２の面積よりは小さく提供されてもよい。
【００４２】
すなわち、インターコネクタ２０は単位セル１０の各エッジから外側方向に一定の比率で延長形成され、この時、延長形成されたインターコネクタ２０は、第１ウィンドウフレーム３１と同じ大きさを有し、第２ウィンドウフレーム３２よりは小さい大きさを有してもよい。
【００４３】
インターコネクタ２０は、金属、セラミックおよびガラスのうち一つ以上の素材を用いて形成され、複数の突起と溝が含まれた形態で提供されることができる。
【００４４】
図２を参照すれば、単位セル１０の両面に配置されたインターコネクタ２０は複数の凹凸が含まれた構造として突起と溝が繰り返される形態で構成され、この時、インターコネクタ２０の突起部分は単位セル１０の両面に接触して一つ以上の単位セル１０を互いに電気的に連結させることができる。
【００４５】
例えば、インターコネクタ２０は１３％以上のクロムを含有するフェライトステンレス鋼の金属材料から構成されて四角形の形態で提供され、インターコネクタ２０の上側および下側には四角形の単位セル１０が位置することができる。
【００４６】
次に、ウィンドウフレーム３０は単位セル１０の側面に配置されて単位セル１０の位置を固定させ、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形、楕円形および円形のような様々な形態のうち一つ以上の形態で提供され、単位セル１０およびインターコネクタ２０と同じ形態で提供されてもよく、この時、ウィンドウフレーム３０は金属、セラミック、シリコーンおよびガラスのうち一つ以上の素材を含んで形成されることができる。
【００４７】
ウィンドウフレーム３０は、第１ウィンドウフレーム３１および第２ウィンドウフレーム３２を含んで構成され、第２ウィンドウフレーム３２は第１ウィンドウフレーム３１より面積が大きく提供され、形態は互いに同じく提供されることができる。
【００４８】
すなわち、第１ウィンドウフレーム３１はインターコネクタ２０と同じ大きさで構成され、第２ウィンドウフレーム３２は第１ウィンドウフレーム３１の各エッジから外側方向に一定の比率で延長形成され、この時、単位セル１０、インターコネクタ２０、第１ウィンドウフレーム３１および第２ウィンドウフレーム３２は全く同じ中心を基準に配置されることができる。
【００４９】
図４を参照すれば、第１ウィンドウフレーム３１は、インターコネクタ２０のエッジに位置してインターコネクタ２０のエッジの線上にマッチする大きさに構成されている反面、第２ウィンドウフレーム３２は、インターコネクタ２０のエッジに位置してインターコネクタ２０のエッジの線を越える大きさに構成されることができる。
【００５０】
第１ウィンドウフレーム３１と第２ウィンドウフレーム３２は互いに異なる大きさを有し且つ単位セル１０の側面に構成されており、この時、第２ウィンドウフレーム３２は、第１ウィンドウフレーム３１より面積が大きく、単位セル１０が積層される方向に周期的に一定の間隔ごとに配置されることができる。
【００５１】
すなわち、第２ウィンドウフレーム３２は燃料電池スタック構造１００において単位セル１０がｎ個積層されるごとに配置され、この時、ｎは２以上の自然数を示す。
【００５２】
例えば、ｎが２の場合、２個の単位セル１０が積層されるごとに第２ウィンドウフレーム３２が配置され、より詳しく説明すれば、最も下にあるインターコネクタ２０上に単位セル１０が配置され、単位セル１０の側面には第１ウィンドウフレーム３１が構成され、その上には再びインターコネクタ２０が構成される。
【００５３】
次に、インターコネクタ２０上には再び単位セル１０が配置され、単位セル１０の側面には第２ウィンドウフレーム３２が構成され、その上には再びインターコネクタ２０が構成され、その上には再び単位セル１０および第１ウィンドウフレーム３１が配置される。
【００５４】
すなわち、第１ウィンドウフレーム３１および第２ウィンドウフレーム３２は単位セル１０が積層される方向に配置され、この時、第１ウィンドウフレーム３１および第２ウィンドウフレーム３２が配置される順を見てみると、１（第１ウィンドウフレーム）、２（第２ウィンドウフレーム）、１、２、１、２...の順に配置される。
【００５５】
また他の例を挙げれば、ｎが５の場合、５個の単位セル１０が積層されるごとに第２ウィンドウフレーム３２が配置され、より詳しく説明すれば、最も下にあるインターコネクタ２０上に単位セル１０が配置され、単位セル１０の側面には第１ウィンドウフレーム３１が配置され、その上には再びインターコネクタ２０が配置される。
【００５６】
ここで、４個の単位セル１０が積層されるまでには第１ウィンドウフレーム３１が単位セル１０の側面に配置され、５個の単位セル１０が積層される時には第２ウィンドウフレーム３２が単位セル１０の側面に配置される。
【００５７】
すなわち、第１ウィンドウフレーム３１および第２ウィンドウフレーム３２は単位セル１０が積層される方向に配置され、この時、第１ウィンドウフレーム３１および第２ウィンドウフレーム３２が配置される順を見てみると、１（第１ウィンドウフレーム）、１、１、１、２（第２ウィンドウフレーム）、１、１、１、１、２...の順に配置される。
【００５８】
このように周期的に配置された第２ウィンドウフレーム３２は熱が効果的に移動することができるように燃料電池スタック構造１００内に空間を確保し熱の移動を促進させることによって、単位セル１０が駆動されるにつれて発生する燃料電池スタック構造１００の温度偏差が緩和され、温度分布は均一になることができる。
【００５９】
また、第１ウィンドウフレーム３１は１．５ｍｍ〜５ｍｍの厚さに形成されて積層され、第２ウィンドウフレーム３２は２ｍｍ〜５ｍｍの厚さに形成されて積層されることができ、第２ウィンドウフレーム３２の厚さは第１ウィンドウフレーム３１の厚さより厚いかまたは同一であってもよく、この時、第２ウィンドウフレーム３２が２ｍｍ〜５ｍｍの範囲内で厚くなるほど、熱の移動が促進されて燃料電池スタック構造１００の温度偏差が緩和され、温度分布は均一になることができる。
【００６０】
例えば、第１ウィンドウフレーム３１が１．５ｍｍ、第２ウィンドウフレーム３２が２ｍｍに形成されている場合、熱の移動が促進されて燃料電池スタック構造１００の温度偏差が１３℃に測定されたとすれば、第１ウィンドウフレーム３１が１．５ｍｍ、第２ウィンドウフレーム３２が４ｍｍに形成されている場合には、熱の移動がさらに促進されることによって、燃料電池スタック構造１００の温度偏差が３℃も減少して１０℃に測定される。
【００６１】
このように、第２ウィンドウフレーム３２の厚さが厚くなることにより燃料電池スタック構造１００内に空間が確保され、それによって熱の移動がさらに促進されて燃料電池スタック構造１００の温度偏差がさらに減少し、温度分布がさらに均一になることができる。
【００６２】
したがって、燃料電池スタック構造１００内にある単位セル１０、インターコネクタ２０、第１ウィンドウフレーム３１、第２ウィンドウフレーム３２、シーリング材４０、スペーサおよび集電体の劣化を防止して耐久性を向上させることができ、燃料電池スタック構造１００の性能が低下しないように防止することができる。
【００６３】
より詳しく説明すれば、単位セル１０が駆動されるにつれて発生する熱は燃料電池スタック構造１００の中心部から外郭部に移動し、燃料電池スタック構造１００の中心部は単位セル１０が駆動されるにつれて発生する熱が集中して温度が高い部分であり、外郭部は中心部に比べて相対的に熱がそれほど集中せず温度が低い部分である。
【００６４】
周期的に配置された第２ウィンドウフレーム３２は熱が効果的に移動することができるように燃料電池スタック構造１００内に空間を確保し熱の移動を促進させることによって、温度が高い中心部の熱が温度が低い外郭部に移動して燃料電池スタック構造１００の温度偏差を緩和させ、温度分布を均一にし、燃料電池スタック構造１００の劣化を防止して耐久性を向上させることができる。
【００６５】
また、周期的に配置された第２ウィンドウフレーム３２の厚さが厚くなるほど、燃料電池スタック構造１００内に空間がさらに確保されて温度が高い中心部の熱が温度が低い外郭部にさらに効果的に移動することによって、燃料電池スタック構造１００の温度偏差が緩和され、燃料電池スタック構造１００の劣化を防止することができる。
【００６６】
次に、シーリング材４０は、単位セル１０、インターコネクタ２０、第１ウィンドウフレーム３１および第２ウィンドウフレーム３２の間に配置されて燃料電池スタック構造１００の各構成要素を固定させることができ、ゴム、シリコーン、高分子物質、金属、セラミックおよびガラスのうち一つ以上の素材を用いて構成されることができる。
【００６７】
シーリング材４０はインターコネクタ２０、第１ウィンドウフレーム３１および第２ウィンドウフレーム３２と同じ形態で提供されてもよく、シーリング材４０の大きさは単位セル１０、インターコネクタ２０、第１ウィンドウフレーム３１および第２ウィンドウフレーム３２の大きさに応じて各々異なるように構成されてもよい。
【００６８】
シーリング材４０はインターコネクタ２０と第１ウィンドウフレーム３１との間、単位セル１０と第１ウィンドウフレーム３１との間、インターコネクタ２０と第２ウィンドウフレーム３２との間、そして単位セル１０と第２ウィンドウフレーム３２との間に配置されることができる。
【００６９】
この時、シーリング材４０は、燃料電池スタック構造１００の各構成要素である単位セル１０、インターコネクタ２０、第１ウィンドウフレーム３１および第２ウィンドウフレーム３２に応じて互いに異なる大きさに構成されて配置されることができる。
【００７０】
また、シーリング材４０は、燃料電池スタック構造１００内に単位セル１０、インターコネクタ２０、第１ウィンドウフレーム３１および第２ウィンドウフレーム３２の位置を固定させる役割をする。
【００７１】
次に、燃料電池スタック構造１００は、スペーサ（図示せず）および集電体（図示せず）をさらに含んで構成されることができる。
【００７２】
スペーサは単位セル１０、インターコネクタ２０およびウィンドウフレーム３０の間に位置して一定の間隔を維持させ、この時、スペーサはマイカ、セラミック、シリコーンおよびゴムのうち一つ以上を含んで形成されることができる。
【００７３】
集電体は、単位セル１０の空気極および燃料極の外側面に全て位置するか、または空気極および燃料極の外側面のうち１ヶ所だけに位置して、単位セル１０が駆動されるにつれて発生する電気を集めることができ、この時、集電体は、ランタンコバルト酸化物（ＬａＣｏＯ３）、ランタンストロンチウムコバルト酸化物（ＬＳＣ）、ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物（ＬＳＣＦ）、ランタンストロンチウムマンガン酸化物（ＬＳＭ）およびランタンストロンチウム鉄酸化物（ＬＳＦ）のうち一つ以上の物質を含んで構成されることができる。
【００７４】
＜製造例＞
４０個の単位セルが積層された４０ｃｅｌｌスタック構造において、５個の単位セルが積層された５ｃｅｌｌごとに第２ウィンドウフレームを配置させた。第１ウィンドウフレームおよび第２ウィンドウフレームの厚さは５〜１０ｍｍの範囲で、大きさは１５０〜２００ｍｍの範囲で形成され、この時、第２ウィンドウフレームはインターコネクタおよび第１ウィンドウフレームの大きさより５ｍｍ以上大きく形成された。
【００７５】
＜比較例＞
単位セルが積層されたスタック構造であり、ウィンドウフレームはただ一つの大きさだけで提供され、第２ウィンドウフレームを含まないことを除いては製造例と同様に構成した。
【００７６】
＜実験例１＞
燃料電池スタック構造の面内分布の測定
図５を参照すれば、図５（ａ）は第２ウィンドウフレーム３２が含まれていない比較例の燃料電池スタック構造を５ｃｅｌｌを基準にして面内温度分布を測定したものであり、図５（ｂ）は製造例の燃料電池スタック構造を４０ｃｅｌｌを基準にして面内温度分布を測定したものである。
【００７７】
比較例は、５ｃｅｌｌを基準にして面内温度分布を測定して、最高温度が６７３℃、最低温度が６３４℃、温度偏差が約４０℃に測定され、製造例は、４０ｃｅｌｌを基準にして面内温度分布を測定して、最高温度が６８４℃、最低温度が６６２℃、温度偏差が２０℃に測定された。
【００７８】
すなわち、製造例は単位セルがさらに多く積層された４０ｃｅｌｌを基準にして面内温度分布を測定したにもかかわらず、５ｃｅｌｌを基準にして測定した比較例より面内温度分布が均一に測定されることが分かる。
【００７９】
＜実験例２＞
燃料電池スタック構造の温度分布の測定
図６を参照すれば、図６（ａ）は、４０個の単位セルが積層された４０ｃｅｌｌスタック構造であって、第２ウィンドウフレームを含まない比較例の温度分布を測定したものであり、図６（ｂ）は、４０個の単位セルが積層された４０ｃｅｌｌスタック構造であって、５個の単位セルが積層された５ｃｅｌｌごとに第２ウィンドウフレームが配置された製造例の温度分布を測定したものである。
【００８０】
比較例の燃料電池スタック構造は駆動温度６５０℃で中心部と外郭部の温度偏差が大きく発生しており、中心部は外郭部に比べて相対的に温度が高くて７２０℃程度の温度が測定され、外郭部は７０１℃程度の温度が測定されて、温度偏差が約２０℃に測定された。
【００８１】
その反面、製造例の燃料電池スタック構造は駆動温度６５０℃で中心部と外郭部の温度偏差が減少しており、温度が最も高い中心部の温度は７０３℃に測定され、温度が最も低い外郭部の温度は約６９０℃程度に測定されて、温度偏差が約１０℃に測定された。
【００８２】
すなわち、製造例の温度偏差が比較例の温度偏差より緩和されたことが分かる。
【００８３】
図７を参照すれば、図７（ａ）は第２ウィンドウフレーム３２が含まれていない比較例の平均温度を測定したものであり、図７（ｂ）は製造例の平均温度を測定したものである。
【００８４】
比較例は、最も高い温度が約７２０℃であり、最も低い温度が約７００℃であって、温度偏差が約２０℃に測定され、製造例は、最も高い温度が約７００℃であり、最も低い温度が約６９０℃であって、温度偏差が約１０℃に測定された。
【００８５】
すなわち、製造例の平均温度偏差と比較例の平均温度偏差を比較した時、製造例の平均温度偏差がさらに緩和されたことが分かり、全体的な平均温度も製造例が低く測定されることが分かる。
【００８６】
図８を参照すれば、図８（ａ）は第２ウィンドウフレーム３２が含まれていない比較例の電流量（ｃｕｒｒｅｎｔ）、有効面積（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ａｒｅａ）、電流密度（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ）および初期電圧（ｖｏｌｔａｇｅ）を測定したものであり、図８（ｂ）は製造例の電流量、有効面積、電流密度および初期電圧を測定したものである。
【００８７】
比較例の電流量は４０．５Ａ、電流密度は９０．２５ｃｍ２、電流密度は４４８．７５ｍＡ／ｃｍ２、初期電圧は０．７６４Ｖに測定され、製造例の電流量は４０．５Ａ、電流密度は９０．２５ｃｍ２、電流密度は４４８．７５ｍＡ／ｃｍ２、初期電圧は０．７６４Ｖに測定された。
【００８８】
すなわち、製造例は第２ウィンドウフレーム３２を周期的に配置したにもかかわらず、第２ウィンドウフレーム３２が含まれていない比較例の電流量、有効面積、電流密度および初期電圧の値と同じであることが分かり、製造例は電流量、有効面積、電流密度および初期電圧はそのまま維持しつつ温度偏差が緩和され、温度分布が均一になったことが分かる。
【００８９】
以上では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当業界で通常の知識を有した者であれば、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更できることを理解することができるであろう。
【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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【図８】
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