(57)【要約】  本発明は、改善された金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット、燃料電池スタック、燃料電池スタックアセンブリ、および、製造の方法に関する。
2020532046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1であって、
a)  第1および第2の互いに反対側の表面65a、65bを画定する金属基板65であって、少なくとも1つの固体酸化物燃料電池79が、前記金属基板65の前記第2の表面65bの上に配設されている、金属基板65と、
b)  金属スペーサー30であって、第1および第2の互いに反対側の表面31、32を画定し、前記金属スペーサー30は、
(i)  外周部33、
(ii)  燃料入口部ポート34a、34bを画定する少なくとも1つの燃料入口部内周部33a、33b、
(iii)  カットアウト40a、40bを画定する少なくとも1つのカットアウト内周部39、および、
(iv)  燃料出口部ポート34c、34dを画定する少なくとも1つの燃料出口部内周部33c、33d
を含み、
前記金属基板65の前記第1の表面65aは、前記金属スペーサー30の前記第2の表面32に取り付けられている、金属スペーサー30と、
c)  第1および第2の互いに反対側の表面21、22を画定する金属相互接続プレート20であって、前記金属相互接続プレート20の前記第2の表面22は、前記金属スペーサー30の前記第1の表面31に密封して取り付けられている、金属相互接続プレート20と
を含み、
燃料入口部ポートボリューム35aが、前記金属基板65の前記第1の表面65aと、前記金属スペーサー30のそれぞれの少なくとも1つの燃料入口部内周部33a、33bと、前記金属相互接続プレート20の前記第2の表面22との間に画定されており、
カットアウトボリューム35bが、前記金属基板65の前記第1の表面65aと、前記金属スペーサー30の前記少なくとも1つのカットアウト内周部39と、前記金属相互接続プレート20の前記第2の表面22との間に画定されており、
燃料出口部ポートボリューム35cが、前記金属基板65の前記第1の表面65aと、前記金属スペーサー30のそれぞれの少なくとも1つの燃料出口部内周部33c、33dと、前記金属相互接続プレート20の前記第2の表面22との間に画定されており、
前記金属相互接続プレート20は、複数のブリッジ部分を含み、前記複数のブリッジ部分は、前記少なくとも1つの燃料入口部ポートボリューム35aから、前記少なくとも1つのカットアウトボリューム35bへ、前記少なくとも1つの燃料出口部ポートボリューム35cへ、流体流路140を画定している、金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1。
【請求項２】
流体流路140が、前記ブリッジ部分を介して、前記少なくとも1つの燃料入口部ポート34a、34bから、前記少なくとも1つのカットアウト内周部39へ、前記少なくとも1つの燃料出口部ポート34c、34dへ画定されている、請求項1に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1。
【請求項３】
隣接するボリューム同士の間に複数のブリッジ部分が存在している、請求項1または2に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1。
【請求項４】
それぞれの金属スペーサー燃料入口部ポート34a、34b、および、それぞれの金属スペーサー燃料出口部ポート34c、34dは、燃料ダクト領域44a、複数の燃料スロート領域44b、および、対応する複数の燃料分配チャネル領域44cを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1。
【請求項５】
前記ブリッジ部分は、前記金属相互接続プレート20の前記第2の表面22から離れるように、前記金属相互接続プレート20の前記第1の表面21から外向きに延在している、請求項1から4のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1。
【請求項６】
前記ブリッジ部分は、細長いディンプル120、121を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1。
【請求項７】
前記ブリッジ部分は、前記金属スペーサー30の前記第1の表面31と前記金属相互接続プレート20の前記第2の表面22との間のボリュームを画定している、請求項1から6のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1。
【請求項８】
前記金属スペーサー30は、少なくとも2つの燃料入口部ポート34a、34bを画定する少なくとも2つの燃料入口部内周部33a、33bを含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1。
【請求項９】
前記金属スペーサー30は、少なくとも2つのカットアウト40a、40bを画定する少なくとも2つのカットアウト内周部39a、39bを含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1。
【請求項１０】
前記金属スペーサーは、少なくとも2つの燃料出口部ポート34c、34dを画定する少なくとも2つの燃料出口部内周部33c、33dを含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1。
【請求項１１】
前記金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1は、金属支持式の固体酸化物燃料電池スタック層である、請求項1に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1。
【請求項１２】
請求項1から11のいずれか一項に記載の複数の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1を含む、固体酸化物燃料電池スタック。
【請求項１３】
ベースプレートと、端部プレートと、請求項12に記載の固体酸化物燃料電池スタックと、前記ベースプレートおよび前記端部プレートに取り付けられているスカートとを含む、固体酸化物燃料電池スタックアセンブリであって、前記固体酸化物燃料電池スタックアセンブリは、前記スカートと、前記ベースプレートと、前記端部プレートとの間のボリュームを画定し、前記ボリュームの中に前記燃料電池スタックが収容されている、固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項１４】
金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1の組み立ての方法であって、前記金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1は、
a)  第1および第2の互いに反対側の表面65a、65bを画定する金属基板65であって、少なくとも1つの固体酸化物燃料電池79が、前記金属基板65の前記第2の表面65bの上に配設されている、金属基板65と、
b)  金属スペーサー30であって、第1および第2の互いに反対側の表面31、32を画定し、前記金属スペーサー30は、
(i)  外周部33、
(ii)  燃料入口部ポート34a、34bを画定する少なくとも1つの燃料入口部内周部33a、33b、
(iii)  カットアウト40a、40bを画定する少なくとも1つのカットアウト内周部39、および、
(iv)  燃料出口部ポート34c、34dを画定する少なくとも1つの燃料出口部内周部33c、33dを含む、金属スペーサー30と、
c)  第1および第2の互いに反対側の表面21、22を画定する金属相互接続プレート20と
を含み、
前記組み立ての方法は、
(i)  前記金属基板65の前記第1の表面65aを前記金属スペーサー30の前記第2の表面32に取り付けるステップと、
(ii)  前記金属相互接続プレート20の前記第2の表面22を前記金属スペーサー30の前記第1の表面31に密封して取り付けるステップと
を含み、
燃料入口部ポートボリューム35aが、前記金属基板65の前記第1の表面65aと、前記金属スペーサー30のそれぞれの少なくとも1つの燃料入口部内周部33a、33bと、前記金属相互接続プレート20の前記第2の表面22との間に画定されており、
カットアウトボリューム35bが、前記金属基板65の前記第1の表面65aと、前記金属スペーサー30の前記少なくとも1つのカットアウト内周部39と、前記金属相互接続プレート20の前記第2の表面22との間に画定されており、
燃料出口部ポートボリューム35cが、前記金属基板65の前記第1の表面65aと、前記金属スペーサー30のそれぞれの少なくとも1つの燃料出口部内周部33c、33dと、前記金属相互接続プレート20の前記第2の表面22との間に画定されており、
前記金属相互接続プレート20は、複数のブリッジ部分を含み、前記複数のブリッジ部分は、前記少なくとも1つの燃料入口部ポートボリューム35aから、前記少なくとも1つのカットアウトボリューム35bへ、前記少なくとも1つの燃料出口部ポートボリューム35cへ、流体流路140を画定している、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善された金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット、燃料電池スタック、燃料電池スタックアセンブリ、および製造の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、燃料電池スタック、燃料電池スタックアセンブリ、および熱交換器システム、配置、および方法の教示は、当業者によく知られており、それは、とりわけ、国際公開第02/35628号、国際公開第03/07582号、国際公開第2004/089848号、国際公開第2005/078843号、国際公開第2006/079800号、国際公開第2006/106334号、国際公開第2007/085863号、国際公開第2007/110587号、国際公開第2008/001119号、国際公開第2008/003976号、国際公開第2008/015461号、国際公開第2008/053213号、国際公開第2008/104760号、国際公開第2008/132493号、国際公開第2009/090419号、国際公開第2010/020797号、国際公開第2010/061190号、国際公開第2015/004419号、国際公開第2015/136295号、国際公開第2016/124929号、国際公開第2016/124928号、国際公開第2016/128721号、および国際公開第2016/083780号を含む。本明細書で参照されているすべての刊行物およびそれらの参照文献は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれている。本明細書で使用されている用語の定義は、必要に応じて上記の刊行物の中に見出され得る。
【０００３】
燃料電池スタック、燃料電池スタックアセンブリ、燃料電池ユニット(燃料電池スタック層を含む)、ならびに、燃料電池スタックユニットおよび燃料電池スタック層の中の燃料電池の配置が、よく知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第02/35628号
【特許文献２】国際公開第03/07582号
【特許文献３】国際公開第2004/089848号
【特許文献４】国際公開第2005/078843号
【特許文献５】国際公開第2006/079800号
【特許文献６】国際公開第2006/106334号
【特許文献７】国際公開第2007/085863号
【特許文献８】国際公開第2007/110587号
【特許文献９】国際公開第2008/001119号
【特許文献１０】国際公開第2008/003976号
【特許文献１１】国際公開第2008/015461号
【特許文献１２】国際公開第2008/053213号
【特許文献１３】国際公開第2008/104760号
【特許文献１４】国際公開第2008/132493号
【特許文献１５】国際公開第2009/090419号
【特許文献１６】国際公開第2010/020797号
【特許文献１７】国際公開第2010/061190号
【特許文献１８】国際公開第2015/004419号
【特許文献１９】国際公開第2015/136295号
【特許文献２０】国際公開第2016/124929号
【特許文献２１】国際公開第2016/124928号
【特許文献２２】国際公開第2016/128721号
【特許文献２３】国際公開第2016/083780号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、先行技術を改善することを目的とする。本発明は、個々の燃料電池ユニット(燃料電池スタック層)の中の燃料分配および燃料フローを改善することを目的とする。とりわけ、本発明は、燃料電池ユニットの中の燃料速度を改善すること、燃料滞留時間を低減させること、燃料分配を改善すること、および、燃料電池ユニットを横切る燃料圧力降下を低減させることのうちの1つまたは複数を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第1の態様によれば、金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニットであって、金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニットは、
a)  第1および第2の互いに反対側の表面を画定する金属基板であって、少なくとも1つの固体酸化物燃料電池が、前記金属基板の前記第2の表面の上に配設されている、金属基板と、
b)  金属スペーサーであって、第1および第2の互いに反対側の表面を画定し、前記金属スペーサーは、
(i)  外周部、
(ii)  燃料入口部ポートを画定する少なくとも1つの燃料入口部内周部、
(iii)  カットアウトを画定する少なくとも1つのカットアウト内周部、および、
(iv)  燃料出口部ポートを画定する少なくとも1つの燃料出口部内周部
を含み、
前記金属基板の前記第1の表面は、前記金属スペーサーの前記第2の表面に取り付けられている、金属スペーサーと、
c)  第1および第2の互いに反対側の表面を画定する金属相互接続プレートであって、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面は、前記金属スペーサーの前記第1の表面に密封して取り付けられている、金属相互接続プレートと
を含み、
燃料入口部ポートボリュームが、前記金属基板の前記第1の表面と、前記金属スペーサーのそれぞれの少なくとも1つの燃料入口部内周部と、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面との間に画定されており、
カットアウトボリュームが、前記金属基板の前記第1の表面と、前記金属スペーサーの前記少なくとも1つのカットアウト内周部と、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面との間に画定されており、
燃料出口部ポートボリュームが、前記金属基板の前記第1の表面と、前記金属スペーサーのそれぞれの少なくとも1つの燃料出口部内周部と、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面との間に画定されており、
前記金属相互接続プレートは、複数のブリッジ部分を含み、前記複数のブリッジ部分は、前記少なくとも1つの燃料入口部ポートボリュームから、前記少なくとも1つのカットアウトボリュームへ、前記少なくとも1つの燃料出口部ポートボリュームへ、流体流路を画定している、金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニットが提供される。
【０００７】
したがって、燃料入口部ポートを画定する複数の燃料入口部内周部を含む実施形態では、複数の燃料入口部ポートボリュームが存在している。
【０００８】
したがって、カットアウトを画定する複数のカットアウト内周部を含む実施形態では、複数のカットアウトボリュームが存在している。
【０００９】
したがって、燃料出口部ポートを画定する複数の出口部ポート内周部を含む実施形態では、複数の燃料出口部ポートボリュームが存在している。
【００１０】
したがって、金属スペーサーの中に画定されているそれぞれの燃料入口部ポート、それぞれのカットアウト、およびそれぞれの燃料出口部ポートは、互いから分離されており、すなわち、互いから分割されている。したがって、内周部は、互いの間に金属スペーサーの中にディバイダーを画定している。また、それらは、互いから仕切られており、非連続的になっているものとして説明され得る。好ましくは、流体フロー通路は、燃料入口部ポート、カットアウト、および燃料出口部ポートのうちのいずれかの間で、金属基板の中には画定されていない。
【００１１】
好ましくは、金属スペーサーは、概して平坦になっており、すなわち、概して平面的になっている。好ましくは、金属基板は、概して平坦になっており、すなわち、概して平面的になっている。
【００１２】
ブリッジ部分は、隣接するボリューム同士の間に、たとえば、(a)燃料入口部ポートボリュームと隣接するカットアウトボリュームとの間に、(b)隣接するカットアウトボリューム同士の間に、および、(c)カットアウトボリュームと燃料出口部ポートボリュームとの間に、流体フローブリッジまたはチャネル(すなわち、流体流路)を画定するように作用する。したがって、流体流路は、ブリッジ部分を介して、少なくとも1つの燃料入口部ポートから、少なくとも1つのカットアウトへ、少なくとも1つの燃料出口部ポートへ画定されている。
【００１３】
好ましくは、隣接するボリューム同士の間に複数のブリッジ部分が存在している。好ましくは、隣接するボリューム同士の間に、より具体的には、燃料入口部ポートから燃料出口部ポートへの方向に隣接するボリューム同士の間に、少なくとも3つのブリッジ部分が存在しており、より好ましくは、少なくとも4つのブリッジ部分が存在している。好ましくは、燃料入口部ポートボリュームとカットアウトボリュームとの間に、より好ましくは、それぞれの間に、複数のブリッジ部分が存在している。好ましくは、カットアウトボリュームと燃料出口部ポートボリュームとの間に、より好ましくは、それぞれの間に、複数のブリッジ部分が存在している。好ましくは、隣接するカットアウトボリューム同士の間に、より好ましくは、それぞれの間に、複数のブリッジ部分が存在している。より好ましくは、燃料入口部ポートボリュームから燃料出口部ポートボリュームへの経路において隣接するカットアウト同士の間に、より具体的には、燃料入口部ポートから燃料出口部ポートへの方向に隣接するカットアウト同士の間に、または、直接的なもしくは最短の経路において、複数のブリッジ部分が存在している。
【００１４】
金属スペーサーの中の燃料入口部内周部とともに、金属相互接続プレートの中にブリッジ部分を提供することは、複雑な燃料入口部ポートおよび出口部ポートを提供することを可能にし、それは、少なくとも1つの燃料入口部ポートから少なくとも1つのカットアウトへ、および、少なくとも1つのカットアウトから少なくとも1つの燃料出口部ポートへ、管理された流体フロー分配を提供することが可能である。これは、たとえば、燃料電池ユニットの中のより均一な燃料の分配を可能にすることができ、したがって、燃料電池ユニット動作を最適化することを助ける。
【００１５】
好ましくは、ブリッジ部分は、金属相互接続プレートの第2の表面から離れるように、金属相互接続プレートの第1の表面から外向きに延在している。より好ましくは、ブリッジ部分は、金属相互接続プレートの第1の表面からの突出部を含む。より好ましくは、ブリッジ部分は、金属相互接続プレートの第2の表面の中の窪み、および、金属相互接続プレートの第1の表面からの対応する突出部を含む。より好ましくは、ブリッジ部分は、ディンプルを含む。より好ましくは、ブリッジ部分は、細長いディンプルを含む。したがって、ブリッジ部分は、たとえば、菱形の形状を有することが可能である。他の形状が当業者には容易に明らかになろう。
【００１６】
好ましくは、ブリッジ部分は、金属スペーサーの第1の表面と金属相互接続プレートの第2の表面との間のボリュームを画定している。
【００１７】
好ましくは、金属相互接続プレートは、燃料入口部ポートボリュームとカットアウトボリュームとの間に流体フローチャネルを画定する少なくとも1つの燃料入口部ブリッジ部分と、カットアウトボリュームと燃料出口部ポートボリュームとの間に流体フローチャネルを画定する少なくとも1つの燃料出口部ブリッジ部分とを含む。複数のカットアウトを含む実施形態では、好ましくは、金属相互接続プレートは、隣接するカットアウト同士の間に流体フローチャネルを画定する少なくとも1つのカットアウトブリッジ部分を含む。
【００１８】
好ましくは、金属スペーサーは、少なくとも2つの燃料入口部ポートを画定する少なくとも2つの燃料入口部内周部を含む。好ましくは、金属スペーサーは、少なくとも2つのカットアウトを画定する少なくとも2つのカットアウト内周部を含む。好ましくは、金属スペーサーは、少なくとも2つの燃料出口部ポートを画定する少なくとも2つの燃料出口部内周部を含む。
【００１９】
好ましくは、それぞれの金属スペーサー燃料ポート(それぞれの燃料入口部ポートおよびそれぞれの燃料出口部ポート)は、燃料ダクト領域と、複数の燃料スロート領域と、対応する複数の燃料分配チャネル領域(すなわち、それぞれの燃料スロート領域が、燃料分配チャネル領域につながっている)とを含む。好ましくは、金属スペーサー燃料ポートの燃料ダクト領域は、金属基板および金属相互接続プレートの燃料ポートと位置合わせされている。
【００２０】
また、複数の燃料スロート領域および燃料分配チャネル領域を提供することは、閉塞に起因する燃料欠乏のリスクを低減させる。
【００２１】
好ましくは、それぞれの燃料分配チャネル領域と隣接するカットアウトとの間に、少なくとも1つのブリッジ部分が存在している。
【００２２】
CFD(数値流体力学)分析は、(たとえば、図16B(先行技術)および図16C(本発明)を比較されたい)、燃料電池ユニットの中の(とりわけ、少なくとも1つのカットアウトボリュームを横切る)燃料速度が、本設計においては、先行技術製品と比較したときに、より一定のままであり、燃料電池の角部にある燃料不足領域がより少なく、燃料が前記セルを横切ってより均一な様式で推進され、それが燃料電池の中で起こる化学反応を改善することを示している。
【００２３】
また、CFD分析は、正規化された燃料滞留時間が、先行技術デバイスと比較して減少されるということを示している(たとえば、図17A(先行技術)および図17B(本発明)を比較されたい)。これは、燃料電池における化学反応に必要とされる水素の濃度がより低いことを意味している。言い換えれば、化学反応が燃料電池において起こるために必要とされる燃料がより少なく、したがって、本発明は、先行技術デバイスよりも効率的である。
【００２４】
また、CFD分析は、先行技術デバイスと比較して、燃料電池のアクティブ領域を横切る改善されたフロー分配を示している。また、CFD分析は、入口部ポートと出口部ポートとの間の圧力降下が、先行技術デバイスと比較して、本発明では少なくなる(すなわち、改善される)ということを示している。セルを横切る圧力降下を最小化することは、スタックに沿って圧縮を維持するために有益である。
【００２５】
複数の燃料スロートは、燃料ダクト領域からの流体フローを制限する(すなわち、制御する)ように寸法決めされている。好ましくは、それぞれの燃料分配チャネル領域は、その対応する燃料スロートよりも幅広くなっている(すなわち、その対応する燃料スロートよりも大きい断面を有している)。好ましくは、燃料スロートは、流体フロー軸線を画定し、流体フロー軸線に対して垂直の燃料スロートの幅(断面)は、流体フロー軸線に対して垂直の対応する燃料分配チャネルの幅(断面)よりも小さくなっている。
【００２６】
好ましくは、それぞれの燃料スロート領域は、燃料ダクト領域と対応する燃料分配チャネル領域との間で一定の幅「W」を有している。使用時に、これは、燃料が高いスピードで(すなわち、高い速度で)燃料ダクト領域から対応する燃料分配チャネル領域へ移送されることを可能にし、これは、燃料欠乏のリスクを低減させる。
【００２７】
特定の実施形態では、すべての燃料スロート領域は、同じ幅を有している。
【００２８】
好ましくは、それぞれの燃料分配チャネル領域は、所定の幅を有しており、この幅は、燃料スロート領域の近位の(燃料スロート領域に最も近い)燃料分配チャネルから、隣接するカットアウト内周部の近位の燃料分配チャネルの端部へ増加している。好ましくは、それぞれの燃料分配チャネル領域は、前記燃料分配チャネル領域の幅になっている湾曲した形状を有している。より好ましくは、これは、増加しており、燃料スロート領域の幅「W」から始まり、距離(da、db、dc)に等しい幅で終了しており、(da<db<dc)になっている。
【００２９】
好ましくは、それぞれのカットアウト内周部(および、それによって画定されたそれぞれのカットアウト)は、複数の角部領域を有している。燃料電池の角部領域への燃料フローは、困難であることが知られており、それらの角部領域への燃料フローを最適化することが非常に望ましい。好ましくは、複数の燃料スロートと対応する燃料分配チャネル領域とを含む金属スペーサー燃料ポートによって、角部領域(または、角部)に最も近い(すなわち、角部領域に隣接しているか、または、角部領域に近位の)燃料分配チャネル領域は、他の燃料分配チャネル領域の幅よりも小さい最終的な幅(隣接するカットアウト内周部の最も近くまたは近位のポイントにおける幅)を有している。より好ましくは、複数の燃料分配チャネル領域が、以下の順序で、すなわち、
角部領域(すなわち、角部)に最も近い燃料分配チャネル領域から
角部領域(すなわち、角部)から最も遠い燃料分配チャネル領域へ
配置された状態で、それぞれの燃料分配チャネル領域は、先行する燃料分配チャネル領域の幅よりも大きい最終的な幅を有している。
【００３０】
好ましくは、隣接するカットアウト内周部に隣接する燃料分配チャネル領域の縁部における幅(または、距離)dは、セルの中心に近いエリアにおいて、より大きく(すなわち、より長く)なっており、セルの中間領域に沿って均一に燃料を推進し、前記中央領域における燃料不足の問題が存在していた以前の設計の燃料分配を改善する。
【００３１】
好ましくは、それぞれの燃料スロート領域は、長さ(「L」)を有している。より好ましくは、本発明(下記)の燃料電池スタックおよび燃料電池スタックアセンブリにおいて、燃料スロート領域44bは、1つの固体酸化物燃料電池ユニットの相互接続体とそれに続く固体酸化物燃料電池ユニットの基板層との間に位置付けされている圧縮ガスケットのサイズに関係付けられる。より好ましくは、ガスケットは、相互接続体のポートを取り囲むトロイド形状を含む。燃料スロート領域の長さ「L」は、好ましくは、圧縮ガスケットの外部半径から内部半径を引いた値と一致している(対応している、関係付けられている)。そのような配置は、圧力降下を低減させるかまたは最小化することを支援することが可能である。
【００３２】
好ましくは、本発明の製品の中で使用される燃料は、炭化水素燃料である。適切な炭化水素燃料は、脱硫炭化水素燃料、リフォメート、または、アノードオフガス(すなわち、燃料電池ユニットの燃料出口部側からのアノード側排気ガス)と混合されたリフォメートを含む。同様に、使用される燃料は、燃料電池ユニットからのスタートアップガスまたはシャットダウンガスであることが可能であり、より具体的には、スタートアップアノードオフガスまたはシャットダウンアノードオフガス(すなわち、燃料電池ユニットの燃料出口部側からのアノード側排気ガス)であることが可能である。
【００３３】
「〜の上に配設されている」および「〜に取り付けられている」という用語は、本明細書で相互交換可能に使用されている。
【００３４】
好ましくは、金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニットは、燃料電池スタック層であり、より好ましくは、金属支持式の固体酸化物燃料電池スタック層である。したがって、複数の燃料電池ユニットが、固体酸化物燃料電池スタックを形成するために組み立てられ得る。
【００３５】
好ましくは、金属基板では(または、金属スペーサーが少なくとも1つの金属スペーサープレートを含む実施形態では)、それぞれの金属基板プレート(「燃料電池プレート」とも称される)は、少なくとも1つの多孔性の領域を含む。好ましくは、少なくとも1つの多孔性の領域が、非多孔性の領域によって取り囲まれている。より好ましくは、それぞれの金属基板またはそれぞれの金属基板プレートは、1つの多孔性の領域を含む。より好ましくは、それぞれの多孔性の領域は、非多孔性の領域によって取り囲まれている。より好ましくは、前記またはそれぞれの多孔性の領域は、穿孔された領域である。好ましくは、それは、(すなわち、第1の表面と第2の表面との間に)第1の表面から第2の表面へ延在する複数の穿孔部を含む(すなわち、それによって画定されている)。より好ましくは、穿孔部は、レーザードリル加工された穿孔部である。好ましくは、金属スペーサーまたはそれぞれの金属基板プレートの少なくとも1つの非多孔性の領域は、金属スペーサーに取り付けられている。好ましくは、それぞれの少なくとも1つのカットアウト内周部は、全体に前記金属基板が重なっている。
【００３６】
好ましくは、少なくとも1つの多孔性の領域は、金属基板の対応するカットアウト内周部と一致しており(すなわち、それへ延在しているか、または、それに重なり合っている)、すなわち、カットアウト内周部の境界部へ延在している。これは、金属基板プレートが単一の多孔性の領域を含む実施形態において、とりわけ好適である。
【００３７】
好ましくは、金属基板プレートの上に配設されているそれぞれの固体酸化物燃料電池は、金属基板プレートの多孔性の領域の上に堆積された(結合された)アノード層と、アノード層の上に堆積された(結合された)電解質層と、電解質層の上に堆積されたカソード層とを含む。好ましくは、電解質層は、アノードの上に延在し、アノードを取り囲む金属基板プレートの穿孔されていない領域に密封して取り付けられている。
【００３８】
特定の実施形態では、金属基板は、単一のコンポーネントとして提供される。他の実施形態では、金属基板は、複数の個別のコンポーネントとして提供される。
【００３９】
特定の実施形態では、金属基板は、少なくとも1つの金属基板プレート(より好ましくは、少なくとも2つの金属基板プレート)と、少なくとも2つのブランキングプレートとを含み、それぞれの金属基板プレートは、第1および第2の互いに反対側の表面を画定し、それぞれのブランキングプレートは、第1および第2の互いに反対側の表面を画定し、少なくとも1つの固体酸化物燃料電池が、それぞれの金属基板プレートの前記第2の表面の上に配設されており、それぞれの金属基板プレートの前記第1の表面、および、それぞれのブランキングプレートの前記第1の表面は、前記金属スペーサーの前記第2の表面に取り付けられており、前記金属スペーサーのそれぞれの少なくとも1つのカットアウト内周部は、全体に金属基板プレートが重なっている。
【００４０】
したがって、金属スペーサーに取り付けられている複数の金属基板プレートは、金属スペーサーに取り付けられている金属基板(「基板層」または「金属基板層」とも称される)を一緒に画定している。したがって、それぞれの燃料電池ユニットは、金属基板と、金属スペーサーと、金属相互接続プレートとを含む。
【００４１】
金属基板プレートは、好ましくは、ブランキングプレート同士の間に、および、ブランキングプレートと同じ平面の上に配設されている。ブランキングプレートは、好ましくは、概して長方形の形状のものである。好ましくは、それぞれのブランキングプレートは、燃料ポートを画定する、すなわち、少なくとも1つの燃料ポートを画定する少なくとも1つの内周部を含む。より好ましくは、それぞれのブランキングプレートは、2つの燃料ポートを画定している。
【００４２】
好ましくは、金属基板プレートおよびブランキングプレートは、互いに接触しておらず、すなわち、互いに当接していない。したがって、好ましくは、ブランキングプレート(たとえば、第1のブランキングプレートなど)は、隣接する金属基板プレート(たとえば、第1の金属基板プレートなど)に当接または接触していない。したがって、好ましくは、隣接する金属基板プレート同士は、互いに当接または接触していない。したがって、好ましくは、第2のブランキングプレートは、隣接する第2の金属基板プレートに当接または接触していない。
【００４３】
ブランキングプレートおよび金属基板プレートを金属スペーサーに取り付けられた状態にすることによって、ならびに、それらを互いに当接または接触した状態にはしないことによって、これは、「トレランスギャップ」がそれらの間に画定されることを可能にし、また、製造プロセスの間のコンポーネントの位置決めの可変性を可能にする。これは、製造プロセスの観点から重要な技術的な利点を提供し、たとえば、製造プロセススピードの増加、コストの低減、燃料電池ユニットの信頼性の増加、および/または、燃料電池ユニットの寿命の増加を支援することが可能である。
【００４４】
好ましくは、ブランキングプレートは、金属ブランキングプレートである。より好ましくは、ブランキングプレートは、金属基板プレートと同じ金属から作製されている。好ましくは、ブランキングプレートは、金属基板プレートに等しい厚さのものである。
【００４５】
好ましくは、金属スペーサーは、燃料ポートをそれぞれ画定する少なくとも2つの内周部を含む。より好ましくは、それぞれの金属スペーサーは、第1の端部において2つの燃料ポートを画定し(好ましくは、燃料入口部端部において、すなわち、少なくとも2つの燃料入口部ポートを画定する)、また、第2の端部において2つの燃料ポートを画定する(好ましくは、排気燃料出口部端部において、すなわち、少なくとも2つの燃料出口部ポートを画定する)。カットアウトを画定するカットアウト内周部は、第1のセットの内周部であると考えられ得、燃料ポートを画定する内周部は、第2のセットの内周部であると考えられ得る。
【００４６】
それぞれの金属基板プレートは、カットアウト内周部に全体的に重なり合って、すなわち、カットアウトの上および上方に取り付けられている。したがって、それぞれの金属基板プレートは、カットアウトをカバーしている。それぞれの金属基板プレートは、カットアウトを画定する少なくとも1つの内周部と金属スペーサーの外周部との間で、金属スペーサーに取り付けられている。
【００４７】
好ましくは、金属基板は(または、少なくとも2つのブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレートは)、溶接によって、より好ましくは、ライン溶接によって、金属スペーサーに取り付けられている。
【００４８】
好ましくは、それぞれの金属基板プレートは、カットアウトを画定する少なくとも1つのカットアウト内周部と金属スペーサーの外周部との間で、金属スペーサーに取り付けられている。より好ましくは、それぞれの金属基板プレートは、カットアウトを画定するカットアウト内周部と金属スペーサーの外周部との間で、金属スペーサーに取り付けられている。
【００４９】
好ましくは、金属相互接続プレートは、溶接によって金属スペーサーに密封して取り付けられている。
【００５０】
好ましくは、金属相互接続プレートは、(a)金属スペーサーの外周部と(b)金属スペーサーの少なくとも1つのカットアウト内周部との間に配設されているラインに沿って、金属スペーサーに密封して取り付けられている。好ましくは、ラインは、金属スペーサーの外周部の近位にある。より好ましくは、ラインは、金属スペーサーの外周部に隣接している。より好ましくは、ラインは、金属スペーサーの外周部の10mm以内にあり、より好ましくは、5mm以内にあり、より好ましくは、4mm以内にあり、より好ましくは、3mm以内にあり、より好ましくは、2mm以内にある。
【００５１】
より好ましくは、金属基板(または、少なくとも2つのブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレート)を金属スペーサーに取り付ける溶接、ならびに、金属相互接続プレートを金属スペーサーに密封して取り付ける溶接は、重なり合っていない。
【００５２】
好ましくは、それぞれの金属基板プレートの第1の表面、および、それぞれのブランキングプレートの第1の表面は、金属スペーサーの第2の表面の上に配設されており、それに取り付けられている。
【００５３】
好ましくは、金属相互接続プレートの第2の表面は、金属スペーサーの第1の表面の上に配設されており、それに密封して取り付けられている。
【００５４】
好ましくは、合計で2つのブランキングプレートが存在している。
【００５５】
好ましくは、金属相互接続プレートは、第2の表面から離れるように第1の表面から外向きに延在する複数のディンプルを含む。好ましくは、金属相互接続プレートは、第2の表面から離れるように第1の表面から外向きに延在する複数のディンプルと、第1の表面から離れるように第2の表面から外向きに延在する複数のディンプルとを含む。好ましくは、ディンプルは、交互になっている。したがって、好ましくは、ディンプルは、金属相互接続プレートの第1の表面から離れるように延在することと、金属相互接続プレートの第2の表面から離れるように延在することとの間で交互になっている。
【００５６】
好ましくは、燃料電池ユニットは、少なくとも1つの組み合わせられた金属基板プレートを含み、それぞれの組み合わせられた金属基板プレートは、(組み合わせられた)ブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレートを含む。したがって、ベースプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレートは、組み合わせられた金属基板プレートが金属スペーサーに取り付けられる前に、単一のコンポーネント(組み合わせられた金属基板プレート)を形成するように互いに取り付けられるか、または、最初から単一のコンポーネントとして一体的に形成されている。より好ましくは、燃料電池ユニットは、2つの組み合わせられた金属基板プレートを含む。より好ましくは、燃料電池ユニットは、組み合わせられた金属基板プレート、少なくとも1つの金属基板プレート、およびブランキングプレートを含む。代替的に、燃料電池ユニットは、2つの組み合わせられた金属基板プレート、および、少なくとも1つの金属基板プレートを含む。
【００５７】
少なくとも1つの組み合わせられた金属基板プレートを含む実施形態では、組み合わせられた金属基板プレートは、好ましくは、隣接する金属基板プレートまたは組み合わせられた金属基板プレートに当接または接触していない。
【００５８】
ブランキングプレート同士の間に2x1直列(線形)配置で金属基板プレートを提供することと同様に、他の配置および数の金属基板プレートも提供され得る。たとえば、金属基板プレートは、ブランキングプレート同士の間に1x2(並列)配置で提供され得る。代替的に、金属基板プレートは、2x2、3x2、または4x2配置で提供され得、同じブランキングプレートが、さまざまな配置とともに使用され得る。同様に、燃料電池ユニットは、同じブランキングプレートを使用して、2x3、3x3、または4x3配置で、金属基板プレートとともに提供され得る。他の配置も容易に明らかになろう。
【００５９】
複数の金属基板プレートの使用は、金属基板プレートをモジュール様式で組み合わせて、求められる所定の範囲の燃料電池ユニットサイズ、および、所定の範囲のパワー出力を取得することを可能にし、それは、たとえば、より大きい燃料電池ユニットサイズ、ひいては、より大きいパワー出力を含む。また、金属スペーサーへの金属基板プレートの取り付けは、燃料電池ユニットの中で燃料電池が曲がる可能性を低減させることが可能であり、したがって、燃料電池が曲がった場合に起こり得る電気伝導性の低減およびガスシーリングの低減のリスクを減少させる。また、金属基板プレートの使用は、所与の金属基板プレートが製造され、複数の異なる燃料電池ユニット製品の中で使用され得るということを意味している。したがって、たとえば、それは、2つのみの金属基板プレートを収容した燃料電池ユニットの中で使用され得る。代替的に、それは、4個、6個、8個、9個、10個、または12個の金属基板プレートを有するものなどのより大きい燃料電池ユニットの中で使用され得る。これは、コストを低減させるように、ならびに、金属基板プレート(および、その少なくとも1つの燃料電池)の製造のスピード、品質、および信頼性を増加させるように作用することが可能である。
【００６０】
さまざまな実施形態では、2つのブランキングプレートが提供され、(金属スペーサーに取り付けられているときに)1つが金属基板のいずれかの端部にある状態で配置されており、すなわち、一方が金属基板の第1の端部にあり、他方が金属基板の第2の端部にある状態で配置されている。他の実施形態では、ブランキングプレートは、第1および第2の部分へ、すなわち、第1のブランキングプレート部分および第2のブランキングプレート部分へと区分され得る。したがって、第1のブランキングプレートは、第1のブランキングプレート部分および第2のブランキングプレート部分を含むことが可能である。同様に、第2のブランキングプレートは、第1のブランキングプレート部分および第2のブランキングプレート部分を含むことが可能であり、それぞれのブランキングプレート部分が、金属スペーサーに取り付けられている。
【００６１】
燃料電池ユニットは、内部燃料マニホールディング(manifolding)を有している。複数の燃料電池ユニットがスタックとして組み立てられるときに、オープンマニホールド形の(open manifolded)酸化剤(空気)フロー通路が、(a)第1の燃料電池ユニットの金属相互接続プレートの第1の表面と、(b)隣接する第2の燃料電池ユニットの金属基板(または、少なくとも2つのブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレート)の第2の表面との間に画定される。好ましくは、金属相互接続プレートは、第2の表面から離れるように第1の表面から外向きに延在する複数のディンプルを含む。好ましくは、第1の燃料電池ユニットのディンプルは、隣接する第2の燃料電池ユニットの少なくとも1つの固体酸化物燃料電池のカソード層に当接し、電流コレクターとして作用する。
【００６２】
上記の任意選択的な特徴および好適な特徴は、下記に詳述されている本発明の他の態様に等しく適用可能である。
【００６３】
また、本発明にしたがって、本発明による複数の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニットを含む固体酸化物燃料電池スタックも提供される。
【００６４】
好ましくは、固体酸化物燃料電池ユニットは、圧縮ガスケットによって互いから分離されている。
【００６５】
また、本発明にしたがって固体酸化物燃料電池スタックアセンブリも提供され、固体酸化物燃料電池スタックアセンブリは、ベースプレートと、端部プレートと、ベースプレートと端部プレートとの間に位置決めされている本発明による固体酸化物燃料電池スタックと、ベースプレートおよび端部プレートに取り付けられているスカートとを含み、固体酸化物燃料電池スタックアセンブリは、スカートと、ベースプレートと、端部プレートとの間のボリュームを画定し、ボリュームの中に燃料電池スタックが収容されている、固体酸化物燃料電池スタックアセンブリである。
【００６６】
また、本発明にしたがって、金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニットの組み立ての方法も提供され、金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニットは、
a)  第1および第2の互いに反対側の表面を画定する金属基板であって、少なくとも1つの固体酸化物燃料電池が、前記金属基板の前記第2の表面の上に配設されている、金属基板と、
b)  金属スペーサーであって、第1および第2の互いに反対側の表面を画定し、前記金属スペーサーは、
(i)  外周部、
(ii)  燃料入口部ポートを画定する少なくとも1つの燃料入口部内周部、
(iii)  カットアウトを画定する少なくとも1つのカットアウト内周部、および、
(iv)  燃料出口部ポートを画定する少なくとも1つの燃料出口部内周部を含む、金属スペーサーと、
c)  第1および第2の互いに反対側の表面を画定する金属相互接続プレートと
を含み、
前記組み立ての方法は、
(i)  前記金属基板の前記第1の表面を前記金属スペーサーの前記第2の表面に取り付けるステップと、
(ii)  前記金属相互接続プレートの前記第2の表面を前記金属スペーサーの前記第1の表面に密封して取り付けるステップと
を含み、
燃料入口部ポートボリュームが、前記金属基板の前記第1の表面と、前記金属スペーサーのそれぞれの少なくとも1つの燃料入口部内周部と、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面との間に画定されており、
カットアウトボリュームが、前記金属基板の前記第1の表面と、前記金属スペーサーのそれぞれの少なくとも1つのカットアウト内周部と、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面との間に画定されており、
燃料出口部ポートボリュームが、前記金属基板の前記第1の表面と、前記金属スペーサーのそれぞれの少なくとも1つの燃料出口部内周部と、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面との間に画定されており、
前記金属相互接続プレートは、複数のブリッジ部分を含み、前記複数のブリッジ部分は、前記少なくとも1つの燃料入口部ポートボリュームから、前記少なくとも1つのカットアウトボリュームへ、前記少なくとも1つの燃料出口部ポートボリュームへ、流体流路を画定している、方法である。
【００６７】
金属基板が少なくとも2つのブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレート(好ましくは、複数の金属基板プレート)を含む実施形態では、好ましくは、ステップ(i)は、金属スペーサーを少なくとも2つのブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレートにクランプするステップと、金属スペーサーを少なくとも2つのブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレートに取り付けるステップとを含む。
【００６８】
好ましくは、ステップ(ii)は、金属相互接続プレートを金属スペーサーにクランプするステップと、金属相互接続プレートを金属スペーサーに取り付けるステップとを含む。
【００６９】
好ましくは、ステップ(i)およびステップ(ii)のうちの少なくとも1つは、溶接によって取り付けるステップを含む。より好ましくは、両方のステップ(i)および(ii)は、溶接によって取り付けるステップを含む。
【００７０】
好ましくは、少なくとも1つの金属基板プレートおよび複数のブランキングプレートは、金属スペーサーと位置合わせされており、また、金属相互接続プレートと位置合わせされている。
【００７１】
好ましくは、位置付け手段(位置決め手段とも称される)が、組み立てプロセスの間にさまざまなコンポーネントを位置付けするために使用される。適切な位置付け手段は、データム縁部、固定式ダウエル、およびスプリング荷重式ダウエルを含む。他の位置付け手段も、当業者に容易に明らかになろう。
【００７２】
好ましくは、固体酸化物燃料電池ユニットは、金属基板(または、少なくとも1つの金属基板プレートおよびブランキングプレート)を金属スペーサーに取り付けることによって組み立てられ、金属基板(または、少なくとも1つの金属基板プレート)が、金属スペーサーの中の少なくとも1つのカットアウトの上方に取り付けられるようになっている。金属基板(または、少なくとも2つのブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレート)および金属スペーサーは、好ましくは、第1のクランピングプレートを使用して一緒にクランプされる。好ましくは、金属基板(または、少なくとも2つのブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレート)は、ベースプレートの上に位置決めされ、金属スペーサープレートが、その上に位置決めされる。好ましくは、第1のクランピングプレートは、金属スペーサーの上方に位置決めされる。より好ましくは、クランピング手段は、ベースプレートと第1のクランピングプレートとの間に、金属基板(または、少なくとも2つのブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレート)および金属スペーサーをクランプする。より好ましくは、第1のクランピングプレートは、溶接スロットを画定しており、溶接スロットを通して、金属基板(または、少なくとも2つのブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレート)が、金属スペーサーに溶接される。
【００７３】
好ましくは、金属相互接続プレートは、溶接によって金属スペーサーに取り付けられる。好ましくは、金属相互接続プレートは、金属基板がすでに取り付けられている(または、少なくとも1つの金属基板プレートおよびブランキングプレートがすでに取り付けられている)金属スペーサーの上方に設置される。好ましくは、第2のクランピングプレートは、金属相互接続プレートの上方に位置決めされる。より好ましくは、クランピング手段は、ベースプレートと第2のクランピングプレートとの間に、金属基板(または、少なくとも2つのブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレート)、金属スペーサー、および金属相互接続プレートをクランプする。好ましくは、第2のクランピング手段は、開口部を画定している。より好ましくは、金属相互接続プレートは、開口部を通して金属基板に溶接される。好ましくは、溶接は、金属基板および金属相互接続プレートの外周部と、金属スペーサーの内周部との間にある。より好ましくは、溶接は、金属相互接続プレートを通って延在しており、金属基板を通って延在しており、また、金属基板(または、少なくとも2つのブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレート)まで通って延在している。
【００７４】
金属スペーサーに取り付けられている少なくとも2つのブランキングプレートおよび少なくとも1つの金属基板プレートは、金属基板を一緒に画定している。
【００７５】
好ましくは、金属基板(または、少なくとも2つのブランキングプレート、少なくとも1つの金属基板プレート)、金属スペーサー、および金属相互接続プレートは、データム縁部によって、組み立ての間に位置合わせされる。
【００７６】
当業者への本発明の実施可能な開示が本明細書で提供される。ここで、本発明の実施形態が詳細に参照され、その1つまたは複数の例が下記に記述されている。それぞれの例は、本発明の説明として提供されており、本発明の限定として提供されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施形態1の燃料電池ユニットコンポーネントの分解斜視図である。
【図２】アセンブリベースプレートの上に位置付けされている金属基板コンポーネントの上面図である。
【図３】図2の金属基板コンポーネントの上に位置決めされている金属スペーサーの上面図である。
【図４】溶接目的のために図3の金属スペーサーの上に位置決めされている第1のクランピングプレートの上面図である。
【図５】溶接および第1のクランピング手段の除去の後の図3の金属スペーサーの上面図である。
【図６】図5の金属スペーサーの上に位置決めされている金属相互接続プレートの上面図である。
【図７】溶接目的のために図6の金属相互接続プレートの上に位置決めされている第2のクランピングプレートの上面図である。
【図８】溶接および第2のクランピング手段の除去、ならびに、アセンブリベースプレートからの除去の後の図6の金属相互接続プレートの上面図である。
【図９】金属基板プレートを通る断面を示す図である。
【図１０】実施形態2の燃料電池ユニットの分解斜視図である。
【図１１】実施形態4の燃料電池ユニットの分解斜視図である。
【図１２】実施形態5の燃料電池ユニットの燃料電池ユニットのコンポーネントパーツの上面図である。
【図１３】金属スペーサーの一部の上面図である。
【図１４】金属相互接続プレートの一部の上面図である。
【図１５】燃料フローの図示を伴う実施形態1の燃料電池ユニットの分解斜視図である。
【図１６Ａ】先行技術デバイスの中の燃料速度を示すCFDイメージである。
【図１６Ｂ】先行技術デバイスの中の燃料速度を示すCFDイメージである(陰影は、燃料中間平面速度をm.s^-1で示している)。
【図１６Ｃ】本発明によるデバイスの中の燃料速度を示すCFDイメージである(陰影は、燃料中間平面速度をm.s^-1で示している)。
【図１７Ａ】先行技術デバイスの中の正規化された燃料滞留時間(燃料の年齢(age of fuel))を示すCFDイメージである。
【図１７Ｂ】本発明によるデバイスの中の正規化された燃料滞留時間(燃料の年齢)を示すCFDイメージである。
【発明を実施するための形態】
【００７８】
本明細書で使用されている参照記号のリストが、具体的な実施形態の終わりに与えられている。本明細書および図面の中の参照符号の繰り返しの使用は、同じまたは同様の特徴またはエレメントを表すことが意図されている。
【００７９】
添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、さまざまな修正例および変形例が本発明において作製され得るということが当業者には明らかであろう。たとえば、1つの実施形態の一部として説明されている特徴が別の実施形態で使用されて、さらに他の実施形態を生み出すことが可能である。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の中に入るものとして、そのような修正例および変形例をカバーすることが意図されている。
【００８０】
本発明の他の目的、特徴、および態様が、本明細書の残りの部分に開示されている。本議論は、単なる例示的な実施形態の説明に過ぎず、本発明のより広範な態様を限定するものとして意図されているわけではなく、そのより広範な態様は、例示的な構成で具現化されるということが当業者によって理解されるべきである。
【００８１】
実施形態1
金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1の製作が、図に図示されている。金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1は、固体酸化物燃料電池スタック層として使用するためのものである。
【００８２】
この実施形態では、金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1は、金属基板65(「基板層」または「金属基板層」とも称される)と、金属スペーサー30と、金属相互接続プレート20とを含むように製作されている。
【００８３】
金属基板プレート70aおよび70bは、第1の表面71と第2の表面72との間に延在するレーザードリル加工された穿孔部78aによって画定された多孔性の領域78をそれぞれ含む。燃料電池79は、金属基板プレート70aおよび70bの第2の表面72の上の多孔性の領域78の上に堆積されており、また、金属基板プレート70a、70bの多孔性の領域78の上に堆積された(結合された)アノード層と、アノード層の上に堆積された(結合された)電解質層と、電解質層の上に堆積されたカソード層とを含む。多孔性の領域78は、非多孔性の領域78bによって取り囲まれている。
【００８４】
図2に示されているように、アセンブリベースプレート80は、固定式ダウエル83a、83b、83c、83d、83e、83f、83g、およびスプリング荷重式ダウエル84a、84b、84c、84d、84e、84f、84gを含む。また、アセンブリベースプレート80は、データム縁部81を画定している(データム縁部81を含む)。
【００８５】
金属基板プレート70aおよび70b、ならびに、ブランキングプレート50aおよび50bは、アセンブリベースプレート80の上に位置合わせされており、アライメントが、固定式ダウエル83a、83b、83c、83d、83e、83f、83g、スプリング荷重式ダウエル84a、84b、84c、84d、84e、84f、84g、およびデータム縁部81によって実現される。
【００８６】
ブランキングプレート50aの第2の表面52は、アセンブリベースプレート80の上に配設されている(すなわち、接触している/当接している)。ブランキングプレート50aの第2の縁部58は、固定式ダウエル83gによってデータム縁部81の上に位置合わせされており、ブランキングプレート50aの第1の縁部57は、固定式ダウエル83aおよびスプリング荷重式ダウエル84aに位置合わせされている。ブランキングプレート50aの湾曲した縁部55は、スプリング荷重式ダウエル84gによって位置合わせされている。
【００８７】
ブランキングプレート50bの第2の表面52は、アセンブリベースプレート80の上に配設されている(すなわち、接触している/当接している)。ブランキングプレート50bの第2の縁部58は、固定式ダウエル83cによってデータム縁部81の上に位置合わせされており、ブランキングプレート50bの第1の縁部57は、固定式ダウエル83bおよびスプリング荷重式ダウエル84dに位置合わせされている。ブランキングプレート50bの湾曲した縁部55は、スプリング荷重式ダウエル84eと位置合わせされている。
【００８８】
金属基板プレート70aの第2の表面72は、アセンブリベースプレート80の上に配設されている(すなわち、接触している/当接している)。
【００８９】
金属基板プレート70aおよび70bは、ブランキングプレート50aと50bとの間でアセンブリベースプレート80の上に位置決めされている。金属基板プレート70aの第2の短い側部75は、固定式ダウエル83fおよび83eによってデータム縁部81の上に位置合わせされている。金属基板プレート70aの第1の短い側部74は、スプリング荷重式ダウエル84bによって位置合わせされている。
【００９０】
金属基板プレート70bの第2の短い側部75は、固定式ダウエル83dおよびスプリング荷重式ダウエル84fによってデータム縁部81の上に位置合わせされている。金属基板プレート70bの第1の短い側部74は、スプリング荷重式ダウエル84cによって位置合わせされている。
【００９１】
金属基板プレート70aの長い外側側部76は、ブランキングプレート50aの内側縁部59に対して平行に位置合わせされており、金属基板プレート70aとブランキングプレート50aとの間にトレランスギャップ82aを画定している。
【００９２】
金属基板プレート70bの長い外側側部76は、ブランキングプレート50bの内側縁部59に対して平行に位置合わせされており、金属基板プレート70bとブランキングプレート50bとの間にトレランスギャップ82bを画定している。
【００９３】
トレランスギャップ82cは、金属基板プレート70aの長い内側側部77と金属基板プレート70bの長い内側側部77との間に画定されている。
【００９４】
図3に示されているように、金属スペーサー30は、次いで、ブランキングプレート50a、金属基板プレート70a、金属基板プレート70b、およびブランキングプレート50bの上に設置されている。
【００９５】
金属スペーサー30の第2の表面32は、ブランキングプレート50aの第1の表面51、金属基板プレート70aの第1の表面71、金属基板プレート70bの第1の表面71、および、ブランキングプレート50bの第1の表面51の上に配設されている(すなわち、接触している/当接している)。
【００９６】
金属スペーサー30は、固定式ダウエル83e、スプリング荷重式ダウエル84a、84d、84e、84f、および84g、ならびにデータム縁部81によって、ブランキングプレート50a、金属基板プレート70a、金属基板プレート70b、およびブランキングプレート50bと位置合わせされている。
【００９７】
金属スペーサー30の第2の細長い縁部38は、固定式ダウエル83eおよびスプリング荷重式ダウエル84fを使用して、データム縁部81、ブランキングプレート50aおよび50bの第2の縁部58、ならびに、金属基板プレート70aおよび70bの第2の短い側部75と位置合わせされている。金属スペーサー30の第1の細長い縁部37は、スプリング荷重式ダウエル84aおよび84dを使用して、ブランキングプレート50aおよび50bの第1の縁部57、ならびに、金属基板プレート70aおよび70bの第1の短い側部74と位置合わせされている。
【００９８】
ブランキングプレート50a、金属基板プレート70a、金属基板プレート70b、およびブランキングプレート50bの外周部は、金属スペーサー30の外周部33を越えては延在していない。
【００９９】
金属スペーサー30は、カットアウト内周部39aおよび39bを含み、それぞれの内周部が、それぞれのカットアウト40aおよび40b、ならびに、それらの間のクロス部材41を画定した状態になっている。金属基板プレート70aおよび70bは、金属スペーサー30のカットアウト内周部39aおよび39bに完全に重なり合っており、すなわち、金属基板プレート70aおよび70bは、カットアウト40aおよび40bを完全にカバーしている。
【０１００】
また、金属スペーサー30は、燃料ポート34a、34b、34cおよび34dを画定する複数の燃料入口部内周部33a、33b、および燃料出口部内周部33c、33dを含む。それぞれの燃料ポートは、複数の領域(燃料ダクト領域44a、燃料スロート領域44b、および燃料分配チャネル領域44c)を含む。
【０１０１】
図4に示されているように、第1のクランピングプレート90が、次いで、金属スペーサー30の上に設置されており、すなわち、金属スペーサー30の第1の表面31に接触/当接している。
【０１０２】
第1のクランピングプレート90は、オリフィス92aおよび92bを画定している。スプリング荷重式ダウエル84hは、オリフィス92aを通って突き出ており、固定式ダウエル83eは、オリフィス92bを通って突き出ており、第1のクランピングプレート90が金属スペーサー30と位置合わせされる(したがって、ブランキングプレート50a、金属基板プレート70a、金属基板プレート70b、およびブランキングプレート50bとも位置合わせされる)ことを可能にする。
【０１０３】
クランピング手段(図示せず)が、第1のクランピングプレート90およびアセンブリベースプレート80をクランプし、すなわち、金属スペーサー30、ブランキングプレート50a、金属基板プレート70a、金属基板プレート70b、およびブランキングプレート50bをクランプする。
【０１０４】
また、第1のクランピングプレートは、溶接スロット91a、91b、および91cを画定している。
【０１０５】
金属スペーサー30とブランキングプレート50aとの間のライン溶接シーム100a、金属スペーサー30と金属基板プレート70aとの間のライン溶接シーム100bおよび100c、金属スペーサー30と金属基板プレート70bとの間のライン溶接シーム100dおよび100e、ならびに、金属スペーサー30とブランキングプレート50bとの間のライン溶接シーム100fを作り出すために、溶接手段(図示せず)が使用される。
【０１０６】
金属基板プレート70a、70bの非多孔性の領域78bが、金属スペーサー30に取り付けられている。
【０１０７】
金属スペーサー30に取り付けられているブランキングプレート50a、金属基板プレート70a、金属基板プレート70b、およびブランキングプレート50bは、金属基板65を形成/画定しており、すなわち、金属スペーサー30に取り付けられた金属基板65を形成/画定している。
【０１０８】
第1のクランピングプレート90は、次いで、図5に示されているように除去される(固定式ダウエル83e、ならびに、スプリング荷重式ダウエル84a、84d、および84fは示されていない)。
【０１０９】
図6に示されているように、金属相互接続プレート20が、次いで、金属スペーサー30の上に設置される。
【０１１０】
金属相互接続プレート20の第2の表面22は、金属スペーサー30の第1の表面31の上に配設されている(すなわち、接触/当接している)。
【０１１１】
金属相互接続プレート20は、固定式ダウエル83e、スプリング荷重式ダウエル84a、84d、および84f、ならびにデータム縁部81によって、金属スペーサー30と位置合わせされている(したがって、ブランキングプレート50a、金属基板プレート70a、金属基板プレート70b、およびブランキングプレート50bとも位置合わせされている)。スプリング荷重式ダウエル84aおよび84dは、金属相互接続プレート20の第1の縁部27に当接している。金属相互接続プレート20の第2の縁部28は、データム縁部81、固定式ダウエル83e、およびスプリング荷重式ダウエル84fに当接している。
【０１１２】
金属相互接続プレート20は、複数のディンプル110および細長いブリッジディンプル120、121を含み、それらは、第1の表面21から外向きに延在しており、すなわち、第2の表面22から離れるように、ならびに、金属スペーサー30および金属スペーサー30に取り付けられた金属基板65から離れるように延在している。
【０１１３】
ディンプル110は、金属基板プレート70a、70bの燃料電池79の場所に対応する領域を含む複数の領域の中に形成されており、複数の燃料電池ユニット1をスタックした状態で含む燃料電池スタック配置において、第1の燃料電池ユニット1のディンプル110が、それがともにスタックされる隣接する燃料電池ユニット1の燃料電池79に接触するようになっている。したがって、ディンプル110は、燃料電池79の外側(カソード)表面との電気的な接続を形成し、電流が、金属相互接続プレート20の第1の表面21から、隣接する燃料電池ユニット1の隣接する燃料電池/燃料電池79のカソード層へ流れる。
【０１１４】
より詳細に後で説明されるように、細長いブリッジディンプル120、121は、最終的な燃料電池ユニット1の別個のゾーン/エリア/ボリューム同士の間の流体フローブリッジとして作用する。
【０１１５】
図7に示されているように、第2のクランピングプレート95が、次いで、金属相互接続プレート20の上に設置され、すなわち、金属相互接続プレート20の第1の表面21に接触/当接している。
【０１１６】
第2のクランピングプレート95は、オリフィス98aおよび98bを画定している。スプリング荷重式ダウエル84hは、オリフィス98aを通って突き出ており、固定式ダウエル83eは、オリフィス98bを通って突き出ており、第2のクランピングプレート95が金属相互接続プレート20と位置合わせされる(したがって、金属スペーサー30、ブランキングプレート50a、金属基板プレート70a、金属基板プレート70b、およびブランキングプレート50bとも位置合わせされる)ことを可能にする。
【０１１７】
第2のクランピングプレート95は、内側周囲部96を含み、内側周囲部96は、開口部96aを画定している。
【０１１８】
クランピング手段(図示せず)が、第2のクランピングプレート95およびアセンブリベースプレート80をクランプし、すなわち、金属相互接続プレート20、金属スペーサー30、ブランキングプレート50a、金属基板プレート70a、金属基板プレート70b、およびブランキングプレート50bをクランプする。
【０１１９】
溶接手段(図示せず)が、金属相互接続プレート20、金属スペーサー30と、ブランキングプレート50a、金属基板プレート70a、金属基板プレート70b、およびブランキングプレート50bとの間に、連続的な周囲部溶接シーム101を作り出すために使用される。
【０１２０】
第2のクランピングプレート95は、次いで、除去され、完成した金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1が、アセンブリベースプレート80から除去される。
【０１２１】
完成した金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1において、燃料ダクト130は、燃料ポート24、燃料ポート34a〜dの燃料ダクト領域44aによって画定されており、それらはすべて互いと位置合わせされている。燃料ダクト130は、金属相互接続プレート20の第1の表面21とブランキングプレート50a、50bの第2の表面52との間に延在している。
【０１２２】
燃料電池ユニット1の第1の端部2において(たとえば、図3を参照)、第1のボリューム(燃料入口部ポートボリューム35a)が、ブランキングプレート50aの第1の表面51と、金属スペーサー30の燃料入口部内周部33a、33bと、金属相互接続プレート20の第2の表面22との間に画定されている。
【０１２３】
第2のボリューム(カットアウトボリューム35b)が、金属基板プレート70aの第1の表面71と、金属スペーサー30のカットアウト内周部39aと、金属相互接続プレート20の第2の表面22との間に画定されている。
【０１２４】
第3のボリューム(カットアウトボリューム35b)が、金属基板プレート70bの第1の表面71と、金属スペーサー30のカットアウト内周部39bと、金属相互接続プレート20の第2の表面22との間に画定されている。
【０１２５】
燃料電池ユニット1の第2の端部3において、第4のボリューム(燃料出口部ポートボリューム35c)が、ブランキングプレート50bの第1の表面51と、金属スペーサー30の燃料出口部内周部33cおよび33dと、金属相互接続プレート20の第2の表面22との間に画定されている。
【０１２６】
燃料電池ユニット1の第1の端部2において、細長いディンプル120は、第1のボリュームと第2のボリュームとの間の流体フロー通路を画定するように作用しており、すなわち、第1のボリュームと第2のボリュームとの間の流体フローブリッジとして作用する。流体フローブリッジは、細長いディンプル120と金属スペーサー30との間のボリュームである。
【０１２７】
細長いディンプル121は、第2のボリュームと第3のボリュームとの間の(すなわち、隣接するカットアウトボリューム35b同士の間の)流体フロー通路を画定するように作用する。流体フローブリッジは、細長いディンプル121と金属スペーサー30との間のボリュームである。
【０１２８】
燃料電池ユニット1の第2の端部3において、細長いディンプル120は、第3のボリュームと第4のボリュームとの間の流体フロー通路を画定するように作用し、すなわち、第1のボリュームと第2のボリュームとの間の流体フローブリッジとして作用する。流体フローブリッジは、細長いディンプル120と金属スペーサー30との間のボリュームである。
【０１２９】
したがって、流体流路は、(燃料入口部ポートボリューム35a、カットアウトボリューム35b、燃料出口部ポートボリューム35c、および流体フローブリッジを使用して、)
(1)  燃料ポート34a、34bの燃料ダクト領域44aから、
(2)  燃料ポート34a、34bの燃料スロート領域44bへ、
(3)  燃料ポート34a、34bの燃料分配チャネル領域44cへ、
(4)  燃料電池ユニット1の第1の端部2における細長いディンプル120へ、
(5)  金属基板プレート70aの第1の表面71、金属スペーサー30のカットアウト内周部39a、および、金属相互接続プレート20の第2の表面22の間に画定されている第2のボリュームへ、
(6)  細長いディンプル121へ、
(7)  金属基板プレート70bの第1の表面71、金属スペーサー30のカットアウト内周部39b、および、金属相互接続プレート20の第2の表面22の間に画定されている第3のボリュームへ、
(8)  燃料ポート34c、34dの燃料分配チャネル領域44cへ、
(9)  燃料ポート34c、34dの燃料スロート領域44bへ、
(10)  燃料ポート34c、34dの燃料ダクト領域44aへ
画定されている。
【０１３０】
したがって、流体流路140(すなわち、燃料流路)は、第1の端部2における燃料ダクト130から第2の端部3における燃料ダクト130へ燃料電池ユニット1の中に画定されている。
【０１３１】
流体流路140は、図15に図示されている。
【０１３２】
図13および図14から分かるように、金属相互接続プレート20は、1つの細長いブリッジディンプル120aを含み、細長いブリッジディンプル120aは、1つの燃料分配チャネル44c1からカットアウト40aへ燃料を移送する。同様に、金属相互接続プレート20は、2つの細長いブリッジディンプル120bを含み、細長いブリッジディンプル120bは、1つの燃料分配チャネル44c2からカットアウト40aへ燃料を移送する。さらに、金属相互接続プレート20は、3つの細長いブリッジディンプル120cを含み、細長いブリッジディンプル120cは、1つの燃料分配チャネル44c3からカットアウト40aへ燃料を移送する。
【０１３３】
細長いブリッジディンプルの幅ra、rb、およびrb1は、一定のままである。しかし、細長いブリッジディンプルの幅rc、rc1、およびrc2(細長いブリッジディンプル120cの長方形断面形状の最も短い側部の長さ)は、細長いブリッジディンプル120cが燃料電池ユニットの中心に近づくにつれて増加する。言い換えれば、rc2>rc1>rcであり、細長いブリッジディンプル120cの内側に囲まれているフローエリアが、燃料電池の中間に近づくほど徐々に大きくなるようになっており、燃料が燃料電池の中心に均一に推進され、燃料電池の前記中心における燃料欠乏を回避する。
【０１３４】
また、図14は、交互のディンプル110および122を図示しており、ディンプルは、金属相互接続プレートの第1の表面から離れるように延在することと、金属相互接続プレートの第2の表面から離れるように延在することとの間で交互になっている。誤解を避けるために明記すると、細長いディンプル120、120a、120b、120c、および121は、交互になっておらず、その代わりに、すべてが、金属相互接続プレート20の第1の表面21から延在し、第2の表面22から離れるように延在している。
【０１３５】
図13は、金属スペーサー30の燃料ポート34a、34b、34c、および34dの配置を図示している。燃料スロート領域44bは、燃料ポート34aから対応する燃料分配チャネル領域44c(燃料分配チャネル領域44c1、44c2、44c3)への間で一定の幅「W」を含み、燃料は、そのような燃料ポート34aから対応する燃料分配チャネル領域へ高いスピードで移送され、燃料欠乏のリスクを低減させる。
【０１３６】
加えて、燃料分配チャネル領域44c(44c1、44c2、44c3)は、湾曲した形状を含み、前記燃料分配チャネル領域44cの幅が徐々に増加しており、燃料スロート領域44bの幅「W」から始まり、距離(da、db、dc)に等しい幅で終了しており、ここで、(da<db<dc)になっている。
【０１３７】
燃料分配チャネル領域44cの縁部における距離d(da、db、dc)は、燃料電池ユニット1の中心の近くのエリアにおいて、より長くなっており、燃料電池ユニット1の中間領域に沿って均一に燃料を推進し、燃料分配を改善する。
【０１３８】
燃料電池スタックアセンブリにおいて、燃料スロート領域44bの長さ「L」は、圧縮ガスケットのサイズに関係付けられており、圧縮ガスケットは、1つの固体酸化物燃料電池ユニット1の金属相互接続プレート20とそれに続く固体酸化物燃料電池ユニット1の基板層65との間に位置付けされており、ガスケットは、相互接続体の1つのポートを取り囲むトロイド形状を含む。燃料スロート領域44bの長さ「L」は、圧力降下を最小化するために、圧縮ガスケットの外部半径から内部半径を引いた値と一致している。
【０１３９】
追加的なディンプル122が、ディンプル110と細長いブリッジディンプル120との間に、そのような側部の細長いブリッジディンプル120と並んで位置付けされている。加えて、追加的なディンプル122は、ディンプル110と細長いブリッジディンプル121との間に位置付けされている。ディンプル122は、相互接続体20と金属基板65との間のクリアランスを維持し、追加的なディンプル122が位置付けされているそのようなエリアにおける燃料閉塞を回避する。
【０１４０】
細長いブリッジディンプル120cは、長方形断面形状のその最も短い側部に沿ってくさび形状を含み、そのようなくさび形状は、燃料分配チャネル領域44c3を細長いブリッジディンプル120cに接続する側部に位置付けされている。燃料電池スタックアセンブリにおいて、くさび形状は、金属相互接続プレート20と次の燃料電池ユニット1との間のクリアランスを維持し、2つの隣接する固体酸化物燃料電池ユニット1同士の間の短絡のリスクを低減させる。
【０１４１】
図16A、図16B、および図16Cは、先行技術デバイスと比較したときの、本発明(図16C)によって実現される燃料速度の大幅な改善を示している。とりわけ、ポートエリアの周りの燃料速度の大幅な増加がある。燃料速度は、本発明(図16C)ではより一定のままであり、燃料電池ユニット1の角部にある燃料不足領域がより少なく、燃料が燃料電池ユニット1を横切って均一に推進され、それが燃料電池の中で起こる化学反応を改善する。
【０１４２】
図17Aおよび図17BならびにTable 1(表1)は、本発明において、正規化された燃料滞留時間が先行技術と比較して減少されるということを示しており、それは、化学反応に必要とされる水素の濃度がより低いことを意味している。言い換えれば、化学反応が起こるために必要とされる燃料がより少なく、したがって、本発明の効率が先行技術と比較して改善される。
【０１４３】
【表１】
2020532046.tif 000003
【０１４４】
Table 2(表2)は、燃料電池ユニット1アクティブエリアにおけるフロー均一性を図示している。より高い係数は、アクティブ領域を横切る、より良好なフロー分配を示しており、燃料が、本出願におけるセルを横切って、より良好に分配されるようになっている。
【０１４５】
【表２】
2020532046.tif 000004
【０１４６】
Table 3(表3)は、動作ポイントにおける圧力降下を図示している。より良好な燃料の分配に起因して、入口部ポートと出口部ポートとの間の圧力降下は、先行技術と比較して、本発明において減少した。セルを横切る圧力降下を最小化することは、スタックに沿って圧縮を維持するために有益である。
【０１４７】
【表３】
2020532046.tif 000005
【０１４８】
さまざまなコンポーネントに関して適切な材料は、以下を含む(Table 4(表4))。
【０１４９】
【表４】
2020532046.tif 000006
【０１５０】
実施形態2
図10に示されているように、実施形態2は、以下のことを除いて、実施形態1の通りである。金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1において、
(i)  ブランキングプレート50aおよび金属基板プレート70aは、組み合わせられた金属基板プレート170aとして形成されており、
(ii)  ブランキングプレート50bおよび金属基板プレート70bは、組み合わせられた金属基板プレート170bとして形成されている。
【０１５１】
製作および動作は、その他の点において、実施形態1のものと同一である。
【０１５２】
実施形態3
国際公開第2015/136295によれば、燃料電池スタックアセンブリは、複数の燃料電池ユニット1を使用して形成されている。より詳細には、燃料電池ユニット1のスタックは、金属ベースプレート(フェライト系ステンレス鋼3CR12)の上に組み立てられており、Thermiculite 866ガスケットが、隣接する燃料電池ユニット1からベースプレートを電気的に絶縁した状態になっており、および、パワーテイクオフが、Thermiculite 866ガスケットと隣接する燃料電池ユニット1との間に位置付けされる状態になっている。Thermiculite 866ガスケットは、隣接する燃料電池ユニット1の第1の端部2同士の間に、および、隣接する燃料電池ユニットの第2の端部3同士の間に位置付けされている。パワーテイクオフが、次いで、(すなわち、露出された)燃料電池ユニット1の上に位置決めされており、Thermiculite 866ガスケットが、次いで、パワーテイクオフの上に設置されており、金属端部プレート(フェライト系ステンレス鋼3CR12)が、Thermiculiteガスケットの上に設置されている。次いで、ベースプレートおよび端部プレートと、ベースプレートおよび端部プレートに取り付けられているスカートとの間に、圧縮手段によって圧縮力がかけられて、それらの間に所定のボリュームを画定し、その中に燃料電池スタックおよびその燃料電池ユニットが収容される。
【０１５３】
実施形態4
図11に示されているように、実施形態4は、以下のことを除いて、実施形態1の通りである。固体酸化物燃料電池ユニット1において、
(i)  ブランキングプレート50a、金属基板プレート70a、金属基板プレート70b、およびブランキングプレート50bは、単一の組み合わせられた金属基板プレート180(金属基板)として形成されている。
(ii)  金属スペーサー30は、単一のカットアウトを画定する単一のカットアウト内周部39aを有している。
【０１５４】
製作および動作は、その他の点において、実施形態1のものと同一である。
【０１５５】
実施形態5
図12に示されているように、燃料電池ユニット1は、実施形態1の通りに製作されている。この実施形態では、合計で6つの金属基板プレート70、および、6つの対応するカットアウト40が存在している。
【０１５６】
実施形態6
この実施形態は、金属基板プレート180が、単一の多孔性の領域78を含み、単一の燃料電池79が、金属基板プレート180の第2の表面72の上に提供され、多孔性の領域および燃料電池が、単一のカットアウト内周部39aの周囲部へ延在していることを除いて、実施形態4の通りである。
【０１５７】
燃料電池ユニット1を製造するときには、第1の溶接ステップ(そこでは、金属基板65/70コンポーネントが、金属スペーサー30に溶接される)は必要でない。その代わりに、3つの層を通る周囲部の周りの単一の溶接が実施される。
【０１５８】
さまざまな修正例、適合例、および代替的な実施形態が、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者に容易に明らかになろう。参照記号は、単に特許請求の範囲の理解を容易にするためにその中に組み込まれているに過ぎず、特許請求の範囲を限定しない。
【符号の説明】
【０１５９】
1  固体酸化物燃料電池ユニット
2  第1の端部
3  第2の端部
20  金属相互接続プレート
21  (金属相互接続プレート20の)第1の表面
22  (金属相互接続プレート20の)第2の表面
23  (金属相互接続プレート20の)外周部
24  (金属相互接続プレート20の)燃料ポート
27  (金属相互接続プレート20の)第1の縁部
28  (金属相互接続プレート20の)第2の縁部
30  金属スペーサー
31  (金属スペーサー30の)第1の表面
32  (金属スペーサー30の)第2の表面
33  (金属スペーサー30の)外周部
33a  燃料入口部内周部
33b  燃料入口部内周部
33c  燃料出口部内周部
33d  燃料出口部内周部
34a  燃料ポート
34b  燃料ポート
34c  燃料ポート
34d  燃料ポート
35a  燃料入口部ポートボリューム
35b  カットアウトボリューム
35c  燃料出口部ポートボリューム
37  (金属スペーサー30の)第1の細長い縁部
38  (金属スペーサー30の)第2の細長い縁部
39a  カットアウト内周部
39b  カットアウト内周部
40  カットアウト
40a  カットアウト
40b  カットアウト
41  クロス部材
44a  燃料ダクト領域
44a1  燃料ダクト領域
44a2  燃料ダクト領域
44a3  燃料ダクト領域
44b  燃料スロート領域
44c  燃料分配チャネル領域
44c1  燃料分配チャネル領域
44c2  燃料分配チャネル領域
44c3  燃料分配チャネル領域
50a  ブランキングプレート
50b  ブランキングプレート
51  (ブランキングプレートの)第1の表面
52  (ブランキングプレートの)第2の表面
54  (ブランキングプレートの)燃料ポート
55  (ブランキングプレートの)湾曲した縁部
57  (ブランキングプレートの)第1の縁部
58  (ブランキングプレートの)第2の縁部
59  (ブランキングプレートの)内側縁部
65  金属基板
65a  金属基板第1の表面
65b  金属基板第2の表面
70  金属基板
70a  金属基板プレート
70b  金属基板プレート
71  (金属基板プレートの)第1の表面
72  (金属基板プレートの)第2の表面
74  (金属基板プレートの)第1の短い側部
75  (金属基板プレートの)第2の短い側部
76  (金属基板プレートの)長い外側側部
77  (金属基板プレートの)長い内側側部
78  (金属基板プレートの)多孔性の領域
78a  穿孔部
78b  (金属基板プレートの)非多孔性の領域
79  固体酸化物燃料電池
80  アセンブリベースプレート
81  データム縁部
82a  トレランスギャップ
82b  トレランスギャップ
82c  トレランスギャップ
83a  固定式ダウエル
83b  固定式ダウエル
83c  固定式ダウエル
83d  固定式ダウエル
83e  固定式ダウエル
83f  固定式ダウエル
83g  固定式ダウエル
84a  スプリング荷重式ダウエル
84b  スプリング荷重式ダウエル
84c  スプリング荷重式ダウエル
84d  スプリング荷重式ダウエル
84e  スプリング荷重式ダウエル
84f  スプリング荷重式ダウエル
84g  スプリング荷重式ダウエル
84h  スプリング荷重式ダウエル
90  第1のクランピングプレート
91a  溶接スロット
91b  溶接スロット
91c  溶接スロット
92a  オリフィス
92b  オリフィス
95  第2のクランピングプレート
96  内側周囲部
96a  開口部
98a  オリフィス
98b  オリフィス
100a  ライン溶接シーム
100b  ライン溶接シーム
100c  ライン溶接シーム
100d  ライン溶接シーム
100e  ライン溶接シーム
100f  ライン溶接シーム
101  周囲部溶接シーム
110  ディンプル
120  細長いブリッジディンプル
120a  細長いブリッジディンプル
120b  細長いブリッジディンプル
120c  細長いブリッジディンプル
121  細長いブリッジディンプル
122  ディンプル
130  燃料ダクト
140  流体流路
170a  組み合わせられた金属基板プレート
170b  組み合わせられた金属基板プレート
180  組み合わせられた金属基板プレート
da  距離
db  距離
dc  距離
rc1  幅
rc2  幅
rc3  幅
L  (燃料スロート領域44bの)長さ
W  (燃料スロート領域44bの)幅
【図１】
2020532046.tif 000007
【図２】
2020532046.tif 000008
【図３】
2020532046.tif 000009
【図４】
2020532046.tif 000010
【図５】
2020532046.tif 000011
【図６】
2020532046.tif 000012
【図７】
2020532046.tif 000013
【図８】
2020532046.tif 000014
【図９】
2020532046.tif 000015
【図１０】
2020532046.tif 000016
【図１１】
2020532046.tif 000017
【図１２】
2020532046.tif 000018
【図１３】
2020532046.tif 000019
【図１４】
2020532046.tif 000020
【図１５】
2020532046.tif 000021
【図１６Ａ】
2020532046.tif 000022
【図１６Ｂ】
2020532046.tif 000023
【図１６Ｃ】
2020532046.tif 000024
【図１７Ａ】
2020532046.tif 000025
【図１７Ｂ】
2020532046.tif 000026
【国際調査報告】
2020532046.tif 000027
2020532046.tif 000028
2020532046.tif 000029