DE102021112993A1

DE102021112993A1 - Elektrochemischer Reaktionszellenstapel

Info

Publication number: DE102021112993A1
Application number: DE102021112993.1A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Morikawa; Nobuyuki Hotta
Original assignee: Morimura SOFC Technology Co Ltd
Current assignee: Morimura SOFC Technology Co Ltd
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2022-01-20
Also published as: JP7237043B2; JP2022017724A

Abstract

[Aufgabe]Eine Verformung eines Endstücks aufgrund einer Abstoßungskraft eines Druckdichtungselements wird verhindert.[Lösungsmittel]Ein elektrochemischer Reaktionszellenstapel umfasst einen elektrochemischen Reaktionsblock, ein Paar Endstücke und ein Druckdichtungselement, das zwischen Rahmenelementen derjenigen elektrochemischen Reaktionseinheiten angeordnet ist, die in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind. An mindestens einem der beiden Endstücke sind ein flacher Abschnitt, der sich von der ersten Richtung aus gesehen mit dem Druckdichtungselement überlappt und entlang einer Flächenrichtung senkrecht zur ersten Richtung verläuft, und ein konvexer Abschnitt, der sich entlang der Flächenrichtung erstreckt und aus dem flachen Abschnitt in die erste Richtung herausragt, ausgebildet.

Description

[Technisches Gebiet]
Die durch die vorliegende Beschreibung offenbarte Technik bezieht sich auf einen elektrochemischen Reaktionszellenstapel.
[Technischer Hintergrund]
Festoxidbrennstoffzellen (nachstehend als „SOFCs“ bezeichnet) mit Elektrolytschichten, die festes Oxid enthalten, sind als eine Art der Brennstoffzelle bekannt, die unter Nutzung der elektrochemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff Strom erzeugt. Eine Einzelzelle einer Brennstoffzelle (nachstehend einfach als „Einzelzelle“ bezeichnet), bei der es sich um ein Konstruktionselement der SOFC handelt, ist mit einer Elektrolytschicht sowie einer Kathode und einer Anode versehen, die sich in einer vorgegebenen Richtung (nachstehend als „erste Richtung“ bezeichnet) entlang der Elektrolytschicht gegenüberliegen.
SOFCs werden in der Regel in Form von Brennstoffzellenstapeln mit Stromerzeugungsblöcken eingesetzt, bei denen mehrere Stromerzeugungseinheiten in der ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind. Jede Stromerzeugungseinheit ist z. B. mit einer Einzelzelle und Rahmenelementen versehen. Jedes Rahmenelement weist eine Durchgangsbohrung auf, um eine Luftkammer, die der Kathode zugewandt ist, und eine Brennstoffkammer, die der Anode zugewandt ist, auszubilden. Ein Druckdichtungselement ist zwischen den Rahmenelementen von in der ersten Richtung zueinander benachbarten Stromerzeugungseinheiten angeordnet. Der Brennstoffzellenstapel ist ferner mit einem Paar Endstücken versehen. Die beiden Endstücke befinden sich auf beiden Seiten des Stromerzeugungsblocks in der ersten Richtung und sind derart angeordnet, dass sie sich zumindest teilweise mit den Rahmenelementen von der ersten Richtung aus gesehen überlappen (siehe z. B. Patentdokument 1).
[Dokument zum Stand der Technik]
[Patentdokument]
[Patentdokument 1]
JP 2019-053926 A
[Zusammenfassung der Erfindung]
[Zu lösende Aufgabe der Erfindung]
Bei den Endstücken des oben erwähnten Brennstoffzellenstapels handelt es sich um einfache plattenförmige Bauelemente, die eine geringe Steifigkeit haben. Die Endstücke können sich daher aufgrund einer Abstoßungskraft des Druckdichtungselements leicht verformen. Somit besteht die Gefahr, dass sich z. B. die Leistung des Brennstoffzellenstapels verschlechtert.
Dieses Problem tritt auch bei Elektrolysezellenstapeln mit mehreren Elektrolysezelleneinheiten auf, bei denen es sich um Konstruktionselemente einer Festoxidelektrolysezelle (nachstehend als „SOECs“ bezeichnet) handelt, die unter Nutzung der Elektrolysereaktion von Wasser Wasserstoff erzeugt. In der vorliegenden Beschreibung werden die Einzelzelle einer Brennstoffzelle und die elektrolytische Einzelzelle zusammenfassend als elektrochemische Reaktionseinzelzelle bezeichnet, die Stromerzeugungseinheit einer Brennstoffzelle und die Elektrolysezelleneinheit werden zusammenfassend als elektrochemische Reaktionseinheit bezeichnet, und der Brennstoffzellenstapel und der Elektrolysezellenstapel werden zusammenfassend als elektrochemischer Reaktionszellenstapel bezeichnet. Dieses Problem tritt nicht nur bei SOFCs und SOECs auf, sondern auch bei anderen Typen von elektrochemischen Reaktionszellenstapeln.
Die vorliegende Beschreibung offenbart eine Technik, die die oben erwähnte Aufgabe lösen kann.
[Mittel zum Lösen der Aufgabe]
Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik kann z. B. in den folgenden Formen ausgeführt werden.
(1) Der in der vorliegenden Beschreibung offenbarte elektrochemische Reaktionszellenstapel ist versehen mit

- einem elektrochemischen Reaktionsblock, bestehend aus mehreren elektrochemischen Reaktionseinheiten, die in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind und jeweils umfassen:
- - eine Einzelzelle mit einer Elektrolytschicht sowie einer Kathode und einer Anode, die sich in der ersten Richtung entlang der Elektrolytschicht gegenüberliegen; und
- - Rahmenelemente, die Rahmendurchgangsbohrungen aufweisen, um eine Luftkammer, die der Kathode zugewandt ist, und eine Brennstoffkammer, die der Anode zugewandt ist, zu bilden,
- einem Paar Endstücke, die sich jeweils auf beiden Seiten des elektrochemischen Reaktionsblocks in der ersten Richtung befinden und derart angeordnet sind, dass sie sich zumindest teilweise mit den Rahmenelementen von der ersten Richtung aus gesehen überlappen, und
- einem Druckdichtungselement, das zwischen den Rahmenelementen derjenigen elektrochemischen Reaktionseinheiten angeordnet ist, die in der ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind, wobei an mindestens einem der beiden Endstücke
- ein flacher Abschnitt, der sich von der ersten Richtung aus gesehen mit dem Druckdichtungselement überlappt und entlang einer Flächenrichtung senkrecht zur ersten Richtung verläuft, und
- ein konvexer Abschnitt, der sich entlang der Flächenrichtung erstreckt und aus dem flachen Abschnitt in die erste Richtung herausragt, ausgebildet sind.

Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der das Endstück keinen konvexen Abschnitt aufweist, eine Verformung des Endstücks, die aufgrund einer Abstoßungskraft des Druckdichtungselements entsteht, verhindert werden, da durch den konvexen Abschnitt die Steifigkeit des Endstücks verbessert wird.
(2) Der oben erwähnte elektrochemische Reaktionszellenstapel kann auch derart ausgebildet sein, dass mehrere konvexe Abschnitte in mindestens einem Querschnitt parallel zur ersten Richtung des Endstücks ausgebildet sind. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel wird die Steifigkeit des Endstücks im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der nur ein konvexer Abschnitt im Querschnitt des Endstücks ausgebildet ist, weiter verbessert, so dass eine Verformung des Endstücks, die aufgrund einer Abstoßungskraft des Druckdichtungselements entsteht, effektiver verhindert werden kann.
(3) Der oben erwähnte elektrochemische Reaktionszellenstapel kann auch derart ausgebildet sein, dass das Endstück eine Enddurchgangsbohrung von der ersten Richtung aus gesehen aufweist, wobei der konvexe Abschnitt sowohl am äußeren als auch am inneren Umfang des Endstücks ausgebildet ist. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel wird die Steifigkeit des Endstücks weiter verbessert, so dass eine Verformung des Endstücks, die aufgrund einer Abstoßungskraft des Druckdichtungselements entsteht, effektiver verhindert werden kann.
(4) Der oben erwähnte elektrochemische Reaktionszellenstapel kann auch derart ausgebildet sein, dass der konvexe Abschnitt um den gesamten Umfang des Endstücks ausgebildet ist. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel wird die Steifigkeit des Endstücks im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der ein Teil des konvexen Abschnitts fehlt, weiter verbessert, so dass eine Verformung des Endstücks, die aufgrund einer Abstoßungskraft des Druckdichtungselements entsteht, effektiver verhindert werden kann.
(5) Der oben erwähnte elektrochemische Reaktionszellenstapel kann auch derart ausgebildet sein, dass am Endstück ferner ein erhabener Abschnitt ausgebildet ist, der in mindestens einem Querschnitt parallel zur ersten Richtung des Endstücks die flachen Abschnitte miteinander verbindet und in der ersten Richtung erhaben ist. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel ist am Endstück zusätzlich zum konvexen Abschnitt ein erhabener Abschnitt ausgebildet, so dass die Steifigkeit des Endstücks weiter verbessert wird und eine Verformung des Endstücks, die aufgrund einer Abstoßungskraft des Druckdichtungselements entsteht, effektiver verhindert werden kann.
(6) Der oben erwähnte elektrochemische Reaktionszellenstapel kann auch derart ausgebildet sein, dass die Anstiegslänge des konvexen Abschnitts, der aus dem flachen Abschnitt herausragt, größer als die Dicke des flachen Abschnitts ist. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel wird die Steifigkeit der Endstücke im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der die Anstiegslänge des konvexen Abschnitts, der aus dem flachen Abschnitt herausragt, kleiner oder gleich der Dicke des flachen Abschnitts ist, weiter verbessert, so dass eine Verformung der Endstücke, die aufgrund einer Abstoßungskraft des Druckdichtungselements entsteht, effektiver verhindert werden kann.
(7) Der oben erwähnte elektrochemische Reaktionszellenstapel kann auch derart ausgebildet sein, dass von der ersten Richtung aus gesehen mindestens einer der konvexen Abschnitte an einer Position angeordnet ist, die sich mit dem Druckdichtungselement überlappt. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann die Dichtungsfähigkeit des Druckdichtungselements im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der der konvexe Abschnitt an einer Position angeordnet ist, an der er sich nicht mit dem Druckdichtungselement überlappt, verbessert werden.
(8) Der oben erwähnte elektrochemische Reaktionszellenstapel kann auch derart ausgebildet sein, dass eine Passivierungsschicht auf der Oberfläche des Endstücks ausgebildet ist. Gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel ist die Passivierungsschicht ausgebildet, wodurch die vorliegende Erfindung besonders nützlich ist, wenn es sich um einen elektrochemischen Reaktionszellenstapel mit einem Endstück handelt, bei dem es schwierig ist, die Wanddicke zu erhöhen.
(9) Der oben erwähnte elektrochemische Reaktionszellenstapel kann auch derart ausgebildet sein, dass der konvexe Abschnitt und der flache Abschnitt entlang einer Radiusfase miteinander verbunden sind, wobei der Radius der Innenfläche der Radiusfase größer als die Dicke des flachen Abschnitts ist. Gemäß dem elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann eine Beschädigung o. ä., die durch eine Spannungskonzentration an einem Grenzabschnitt zwischen dem konvexen Abschnitt und dem flachen Abschnitt verursacht wird, im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der der Radius einer Radiusfase zwischen dem konvexen Abschnitt und dem flachen Abschnitt kleiner oder gleich der Dicke des flachen Abschnitts ist, verhindert werden.
(10) Der oben erwähnte elektrochemische Reaktionszellenstapel kann auch derart ausgebildet sein, dass der konvexe Abschnitt und der flache Abschnitt dieselbe Dicke aufweisen.
Außerdem kann die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik in verschiedenen Formen ausgeführt werden, z. B. in Form einer elektrochemischen Reaktionseinzelzelle (Einzelzelle der Brennstoffzelle oder elektrolytische Einzelzelle), einer elektrochemischen Reaktionseinheit mit elektrochemischen Reaktionseinzelzellen (Stromerzeugungseinheit der Brennstoffzelle oder Elektrolysezelleneinheit), eines elektrochemischen Reaktionszellstapels mit mehreren elektrochemischen Reaktionseinheiten (Brennstoffzellenstapel oder Elektrolysezellenstapel), eines Verfahrens zu deren Herstellung u. a.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Darstellung, die die äußere Ansicht eines Brennstoffzellenstapels 100 in einer vorliegenden Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position II-II in 1 zeigt.
3 ist ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position III-III in 1 zeigt.
4 ist ein Schaubild, das eine YZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position IV-IV in 1 zeigt.
5 ist ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion von zwei nebeneinander angeordneten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 2 zeigt.
6 ist ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion der zwei nebeneinander angeordneten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 3 zeigt.
7 ist ein Schaubild, das eine YZ-Querschnittskonstruktion der zwei nebeneinander angeordneten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 4 zeigt.

[Ausführungsform der Erfindung]
A. Ausführungsform:
A-1. Konstruktion:
(Konstruktion des Brennstoffzellenstapels 100)
1 ist eine perspektivische Darstellung, die die äußere Ansicht eines Brennstoffzellenstapels 100 in einer vorliegenden Ausführungsform zeigt. 2 ist ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position II-II in 1 zeigt. 3 ist ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position III-III in 1 zeigt. 4 ist ein Schaubild, das eine YZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position IV-IV in 1 zeigt. Jede Figur zeigt zueinander orthogonale XYZ-Achsen zur Identifizierung der Richtungen. Zum einfachen Verständnis wird in der vorliegenden Beschreibung die positive Z-Achsenrichtung als „Aufwärtsrichtung“ und die negative Z-Achsenrichtung als „Abwärtsrichtung“ bezeichnet. Der Brennstoffzellenstapel 100 kann jedoch in der Praxis neben dieser Ausrichtung auch in einer anderen Ausrichtung installiert werden. Entsprechendes gilt für 5 ff.
Der Brennstoffzellenstapel 100 ist mit mehreren (in der vorliegenden Ausführungsform sieben) Stromerzeugungseinheiten 102 der Brennstoffzelle (nachstehend einfach als „Stromerzeugungseinheiten“ bezeichnet), einem Endseparator 210, einer obersten Platte 220, einer untersten Platte 189, einem Paar Anschlussplatten 410, 420, einem Isolierelement 200 und einem Paar Endplatten 104, 106 versehen. Die sieben Stromerzeugungseinheiten 102 sind in einer vorgegebenen Ausrichtung (in Auf- und Abwärtsrichtung in der vorliegenden Ausführungsform) nebeneinander angeordnet. Eine der paarweise angeordneten Anschlussplatten 410, 420 (nachstehend als „obere Anschlussplatte 410“ bezeichnet) ist auf der Oberseite einer Baugruppe, die aus den sieben Stromerzeugungseinheiten 102 besteht (nachstehend als „Stromerzeugungsblock 103“ bezeichnet), angeordnet. Die andere der paarweise angeordneten Anschlussplatten 410, 420 (nachstehend als „untere Anschlussplatte 420“ bezeichnet) ist auf der Unterseite des Stromerzeugungsblocks 103 angeordnet. Der Endseparator 210 ist oberhalb der oberen Anschlussplatte 410 und die unterste Platte 189 ist unterhalb der unteren Anschlussplatte 420 angeordnet. Das Isolierelement 200 ist oberhalb des Endseparators 210 angeordnet. Eine der paarweise angeordneten Endplatten 104, 106 (nachstehend als „obere Endplatte 104“ bezeichnet) ist auf der Oberseite des Isolierelements 200 angeordnet. Die andere der paarweise angeordneten Endplatten 104, 106 (nachstehend als „untere Endplatte 106“ bezeichnet) ist auf der Unterseite der untersten Platte 189 angeordnet. Die Endplatten 104, 106 sind derart angeordnet, dass sie den Stromerzeugungsblock 103, den Endseparator 210, die unterste Platte 189, das Paar Anschlussplatten 410, 420 und das Isolierelement 200 von oben und unten einklemmen. Die oben erwähnte Ausrichtung (Auf- und Abwärtsrichtung) entspricht der ersten Richtung in den Patentansprüchen.
Wie in 1 und 4 gezeigt, sind in der Nähe von vier Kanten am Außenumfang der jeweiligen Schichten, die den Brennstoffzellenstapel 100 bilden (Stromerzeugungsblock 103; Endseparator 210; unterste Platte 189; Paar Anschlussplatten 410, 420; Isolierelement 200), um die Z-Achsenrichtung Bohrungen gebildet, die jede Schicht in Auf- und Abwärtsrichtung durchdringen. In der Nähe von vier Kanten am Außenumfang der oberen Endplatte 104 um die Z-Achsenrichtung sind Bohrungen (Gewindebohrungen) gebildet. In der Nähe von vier Kanten am Außenumfang der unteren Endplatte 106 um die Z-Achsenrichtung sind Bohrungen (Gewindebohrungen) gebildet. Die Bohrungen, die in den jeweiligen Schichten gebildet sind und einander entsprechen, sind in Auf- und Abwärtsrichtung miteinander verbunden, um eine Bolzenbohrung 109 auszubilden, die sich in Auf- und Abwärtsrichtung erstreckt. In der folgenden Erläuterung sind auch die Bohrungen, die zum Ausbilden der Bolzenbohrung 109 an den jeweiligen Schichten des Brennstoffzellenstapels 100 gebildet sind, ggf. als Bolzenbohrung 109 bezeichnet.
In jede Bolzenbohrung 109 wird ein Bolzen 22 eingeführt. Das obere Ende jedes Bolzens 22 wird entlang der Bohrung der oberen Endplatte 104 in die Gewindebohrung der Mutter 24 geschraubt. Das untere Ende jedes Bolzens 22 wird entlang der Bohrung der unteren Endplatte 106 in die Gewindebohrung der Mutter 24 geschraubt. Mit den so ausgebildeten Bolzen 22 und den Muttern 24 werden die jeweiligen Schichten des Brennstoffzellenstapels 100 einteilig miteinander verschraubt.
Des Weiteren sind, wie in 1 bis 3 gezeigt, im Randbereich der jeweiligen Schichten, die den Brennstoffzellenstapel 100 bilden (jede Stromerzeugungseinheit 102; untere Anschlussplatte 420, unterste Platte 189; untere Endplatte 106), um die Z-Achsenrichtung vier Bohrungen ausgebildet, die die jeweiligen Schichten in Auf- und Abwärtsrichtung durchdringen. Die Bohrungen, die an den jeweiligen Schichten gebildet sind und einander entsprechen, sind in Auf- und Abwärtsrichtung miteinander verbunden, um eine Verbindungsbohrung 108 auszubilden, die sich in Auf- und Abwärtsrichtung von der obersten Stromerzeugungseinheit 102 zur unteren Endplatte 106 hin erstreckt. In der folgenden Erläuterung werden auch die Bohrungen, die zum Ausbilden der Verbindungsbohrung 108 an den jeweiligen Schichten des Brennstoffzellenstapels 100 gebildet sind, ggf. als Verbindungsbohrung 108 bezeichnet.
Wie in 1 und 2 gezeigt, fungiert eine Verbindungsbohrung 108, die sich in der Nähe einer Seite (Seite auf der positiven X-Achsenrichtungsseite von zwei parallel zur Y-Achse verlaufenden Seiten), die ein Bestandteil des Außenumfangs des Brennstoffzellenstapels 100 um die Z-Achsenrichtung ist, befindet, als Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas, bei dem es sich um einen Gasströmungskanal handelt, der ein Oxidationsgas OG von außerhalb des Brennstoffzellenstapels 100 leitet, um dieses Oxidationsgas OG in eine später erwähnte Luftkammer 166 jeder Stromerzeugungseinheit 102 einzuleiten. Eine Verbindungsbohrung 108, die sich in der Nähe einer der besagten Seite entgegengesetzten Seite (Seite auf der negativen X-Achsenrichtungsseite von zwei parallel zur Y-Achse verlaufenden Seiten) befindet, fungiert als Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas, bei dem es sich um einen Gasströmungskanal handelt, der ein Oxidationsabgas OOG, das von der Luftkammer 166 jeder Stromerzeugungseinheit 102 abgeleitet wurde, zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 100 hin ableitet. Als Oxidationsgas OG wird z. B. Luft verwendet.
Wie in 1 und 3 gezeigt, fungiert ferner eine andere Verbindungsbohrung 108, die sich von den Seiten, die den Außenumfang des Brennstoffzellenstapels 100 um die Z-Achsenrichtung bilden, in der Nähe einer Seite, die der oben erwähnten, als Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas fungierenden Verbindungsbohrung 108 am nächsten liegt, befindet, als Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas, bei dem es sich um einen Gasströmungskanal handelt, der ein Brenngas FG von außerhalb des Brennstoffzellenstapels 100 leitet, um dieses Brenngas FG in eine später erwähnte Brennstoffkammer 176 jeder Stromerzeugungseinheit 102 einzuleiten. Eine andere Verbindungsbohrung 108, die sich in der Nähe einer Seite, die der oben erwähnten, als Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas fungierenden Verbindungsbohrung 108 am nächsten liegt, befindet, fungiert als Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas, bei dem es sich um einen Gasströmungskanal handelt, der ein Brennabgas FOG, das von der Brennstoffkammer 176 jeder Stromerzeugungseinheit 102 abgeleitet wurde, zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 100 hin ableitet. Als Brenngas FG wird z. B. ein aus Stadtgas reformiertes wasserstoffreiches Gas verwendet.
Wie in 2 und 3 gezeigt, ist der Brennstoffzellenstapel 100 mit vier Gasdurchgangselementen 27 versehen. Jedes Gasdurchgangselement 27 weist einen hohlrohrförmigen Hauptkörper 28 und einen hohlrohrförmigen Zweigabschnitt 29 auf, der von einer Seitenfläche des Hauptkörpers 28 abzweigt. Die Bohrung des Zweigabschnitts 29 ist mit der Bohrung des Hauptkörpers 28 verbunden. Eine Gasleitung (nicht dargestellt) wird mit dem Zweigabschnitt 29 jedes Gasdurchgangselements 27 verbunden. Wie in 2 gezeigt, ist die Bohrung des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselements 27, das am Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas angeordnet ist, mit dem Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas verbunden. Die Bohrung des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselements 27, das am Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas angeordnet ist, ist mit dem Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas verbunden. Wie in 3 gezeigt, ist ferner die Bohrung des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselements 27, das am Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas angeordnet ist, mit dem Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas verbunden. Die Bohrung des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselements 27, das am Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas angeordnet ist, ist mit dem Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas verbunden. Außerdem befindet sich eine Isolierfolie 26 zwischen jedem Gasdurchgangselement 27 und der Oberfläche der unteren Endplatte 106.
(Konstruktion der Endplatten 104, 106)
Die paarweise angeordneten Endplatten 104, 106 sind plattenförmige Bauelemente, deren Außenform von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist, und bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. rostfreiem Stahl. In den Mittelbereichen der paarweise angeordneten Endplatten 104, 106 sind jeweils in Z-Achsenrichtung durchgehende Bohrungen 32, 34 gebildet. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen umschließen die inneren Umfangslinien der Bohrungen 32, 34, die die jeweiligen Endplatten 104, 106 aufweisen, mindestens einen Teil der jeweiligen, später erwähnten Einzelzellen 110. Die Presskraft in Z-Achsenrichtung, die durch die Verschraubung mit den jeweiligen Bolzen 22 und Muttern 24 erzeugt wird, wirkt hauptsächlich auf den Randbereich jeder Stromerzeugungseinheit 102 (Abschnitt auf der Außenumfangsseite von jeder später erwähnten Einzelzelle 110). Die Endplatten 104, 106 entsprechen dem Paar Endstücke in den Patentansprüchen. Die konkrete Konstruktion der Endplatten 104, 106 wird später erläutert.
(Konstruktion der Anschlussplatten 410, 420)
Die paarweise angeordneten Anschlussplatten 410, 420 sind plattenförmige Bauelemente, deren Außenform von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist, und bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. rostfreiem Stahl. Im Mittelbereich der oberen Anschlussplatte 410 ist eine in Z-Achsenrichtung durchgehende Bohrung 412 gebildet. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen umschließt die innere Umfangslinie der Bohrung 412, die die obere Anschlussplatte 410 aufweist, die jeweilige, später erwähnte Einzelzelle 110. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen steht ein Ende auf einer Seite (positive X-Achsenrichtungsseite) jeder der paarweise angeordneten Anschlussplatten 410, 420 seitlich aus dem Stromerzeugungsblock 103 hervor. In der vorliegenden Ausführungsform fungiert der hervorstehende Teil der oberen Anschlussplatte 410 als positiver Ausgangsanschluss des Brennstoffzellenstapels 100, und der hervorstehende Teil der unteren Anschlussplatte 420 fungiert als negativer Ausgangsanschluss des Brennstoffzellenstapels 100.
(Konstruktion der obersten Platte 220)
Die oberste Platte 220 ist ein plattenförmiges Bauelement, dessen Außenform von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist, und besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. rostfreiem Stahl. Die oberste Platte 220 ist oberhalb des Stromerzeugungsblocks 103 angeordnet und elektrisch mit einem Interkonnektor 190 verbunden, der sich am oberen Ende des Stromerzeugungsblocks 103 befindet. In der vorliegenden Ausführungsform sind die oberste Platte 220 und der Interkonnektor 190 entlang eines Verbindungselements, das dieselbe Struktur aufweist wie ein unten erwähnter anodenseitiger Stromkollektor 144, elektrisch verbunden. Die oberste Platte 220 ist ein plattenförmiges Bauelement, dessen Außenform von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist, und besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. rostfreiem Stahl.
(Konstruktion des Endseparators 210)
Der Endseparator 210 ist ein rahmenförmiges Bauelement, das im Mittelbereich eine in Auf- und Abwärtsrichtung durchgehende, im Wesentlichen rechteckige Durchgangsbohrung 211 aufweist, und besteht z. B. aus Metall. Die Dicke des Endseparators 210 ist relativ klein, z. B. etwa zwischen 0,05 mm und 0,2 mm. Ein Abschnitt des Endseparators 210, der die Durchgangsbohrung 211 umgibt (nachstehend als „Umfangsbereich der Durchgangsbohrung“ bezeichnet), ist z. B. durch Schweißen mit der oberen Fläche des Randbereichs der obersten Platte 220 verbunden. Der Endseparator 210 trennt einen Außenraum des Brennstoffzellenstapels 100 und einen Raum zwischen der obersten Platte 220 und dem Stromerzeugungsblock 103 voneinander ab.
Der Endseparator 210 ist mit einem inneren Abschnitt 216, der den Umfangsbereich der Durchgangsbohrung (Abschnitt, der die Durchgangsbohrung 211 umgibt) des Endseparators 210 einschließt, einem äußeren Abschnitt 217, der sich auf der Außenumfangsseite des inneren Abschnitts 216 befindet, und einem Verbindungsabschnitt 218 versehen, der den inneren Abschnitt 216 mit dem äußeren Abschnitt 217 verbindet. In der vorliegenden Ausführungsform weisen der innere Abschnitt 216 und der äußere Abschnitt 217 eine Form einer im Wesentlichen flachen Platte auf, die sich im Wesentlichen orthogonal zu der Z-Achsenrichtung erstreckt. Des Weiteren ist der Verbindungsabschnitt 218 so gekrümmt, dass er sowohl in Bezug auf den inneren Abschnitt 216 als auch auf den äußeren Abschnitt 217 nach unten ragt. Die Unterseite des Verbindungsabschnitts 218 (Seite, die dem Stromerzeugungsblock 103 zugewandt ist) ist konvex und die Oberseite des Verbindungsabschnitts 218 (Seite, die der oberen Endplatte 104 zugewandt ist) konkav ausgebildet. Der Verbindungsabschnitt 218 weist also einen Abschnitt auf, dessen Position in Z-Achsenrichtung sich von dem inneren Abschnitt 216 und dem äußeren Abschnitt 217 unterscheidet.
(Konstruktion der untersten Platte 189)
Die unterste Platte 189 ist ein plattenförmiges Bauelement, dessen Außenform von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist, und besteht z. B. aus einem isolierenden Material. Der Randbereich der untersten Platte 189 ist zwischen der unteren Anschlussplatte 420 und der unteren Endplatte 106 eingeklemmt, wodurch die Dichtung der jeweiligen Manifolds 161, 162, 171, 172 und die Isolation zwischen der unteren Anschlussplatte 420 und der unteren Endplatte 106 sichergestellt werden.
(Konstruktion des Isolierelements 200)
Das Isolierelement 200 ist ein rahmenförmiges Bauelement, das im Mittelbereich eine in Auf- und Abwärtsrichtung durchgehende, im Wesentlichen rechteckige Durchgangsbohrung aufweist, und besteht z. B. aus einem isolierenden Material. Das Isolierelement 200 ist zwischen der oberen Endplatte 104 und dem Endseparator 210 eingeklemmt, wodurch die Dichtung der jeweiligen Manifolds 161, 162, 171, 172 und die Isolation zwischen der oberen Endplatte 104 und dem Endseparator 210 sichergestellt werden. Die konkrete Konstruktion des Isolierelements 200 wird später erläutert.
(Konstruktion der Stromerzeugungseinheit 102)
5 ist ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion von zwei nebeneinander angeordneten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 2 zeigt. 6 ist ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion der zwei nebeneinander angeordneten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 3 zeigt. 7 ist ein Schaubild, das eine YZ-Querschnittskonstruktion der zwei nebeneinander angeordneten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 4 zeigt.
Wie in 5 bis 7 gezeigt, ist jede Stromerzeugungseinheit 102 mit einer Einzelzelle 110 der Brennstoffzelle (nachstehend als „Einzelzelle“ bezeichnet), einem Separator 120 für eine Einzelzelle, einem kathodenseitigen Rahmen 130, einem anodenseitigen Rahmen 140, anodenseitigen Stromkollektoren 144, einem Paar Interkonnektoren 190, die die oberste und die unterste Schicht der Stromerzeugungseinheit 102 bilden, und einem Paar Separatoren 180 für ICs versehen. In den Randbereichen des Separators 120 für eine Einzelzelle, des kathodenseitigen Rahmens 130, des anodenseitigen Rahmens 140 und der Separatoren 180 für ICs sind um die Z-Achsenrichtung Bohrungen, die die jeweiligen Verbindungsbohrungen 108 bilden, die als die jeweiligen Manifolds 161, 162, 171, 172 fungieren, und Bohrungen ausgebildet, die die jeweiligen Bolzenbohrungen 109 bilden.
Die Einzelzelle 110 ist mit einer Elektrolytschicht 112, einer Kathode 114, die auf einer Seite (oberhalb) der Elektrolytschicht 112 in Z-Achsenrichtung angeordnet ist, einer Anode 116, die auf der anderen Seite (unterhalb) der Elektrolytschicht 112 in Z-Achsenrichtung angeordnet ist, und einer Reaktionsschutzschicht 118 versehen, die zwischen der Elektrolytschicht 112 und der Kathode 114 angeordnet ist. Außerdem handelt es sich bei der Einzelzelle 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform um eine anodengestützte Einzelzelle, bei der die Anode 116 die weiteren Schichten, die die Einzelzelle 110 bilden (Elektrolytschicht 112; Kathode 114; Reaktionsschutzschicht 118), stützt.
Die Elektrolytschicht 112 ist ein plattenförmiges Bauelement, das von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist, und derart ausgebildet ist, dass sie ein festes Oxid (z. B.: YSZ (Yttriumoxidstabilisiertes Zirkoniumoxid)) enthält. D.h., die Einzelzelle 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC), die ein festes Oxid als Elektrolyt verwendet. Die Kathode 114 ist ein plattenförmiges Bauelement, das von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist und kleiner ist als die Elektrolytschicht 112. Sie ist derart ausgebildet, dass sie z. B. ein Oxid des Perowskit-Typs (z. B.: LSCF (Lanthan-Strontium-Kobalt-Eisenoxid)) enthält. Die Anode 116 ist ein plattenförmiges Bauelement, das von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist und im Wesentlichen genauso groß ist wie die Elektrolytschicht 112. Sie besteht z. B. aus Ni (Nickel), einem Cermet aus Ni und Keramikpartikeln, oder einer Legierung auf Ni-Basis o. Ä. Die Reaktionsschutzschicht 118 ist ein plattenförmiges Bauelement, das von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist und im Wesentlichen genauso groß ist wie die Kathode 114. Sie ist derart ausgebildet, dass sie z. B. GDC (Gadolinium-dotiertes Ceroxid) und YSZ enthält. Die Reaktionsschutzschicht 118 hat die Funktion, zu verhindern, dass ein Element (z. B.: Sr), das aus der Kathode 114 diffundiert, mit einem Element (z. B.: Zr), das in der Elektrolytschicht 112 enthalten ist, reagiert und eine hochohmige Substanz (z. B.: SrZrO₃) erzeugt wird.
Der Separator 120 für eine Einzelzelle ist ein rahmenförmiges Bauelement, das im Mittelbereich eine in Auf- und Abwärtsrichtung durchgehende, im Wesentlichen rechteckige Durchgangsbohrung 121 aufweist, und besteht z. B. aus Metall. Die Dicke des Separators 120 für eine Einzelzelle ist relativ klein, z. B. etwa zwischen 0,05 mm und 0,2 mm. Ein Bereich des Separators 120 für eine Einzelzelle, der die Durchgangsbohrung 121 umgibt (nachstehend als „Umfangsbereich der Durchgangsbohrung“ bezeichnet), liegt der oberen Fläche des Randbereichs der Einzelzelle 110 (Elektrolytschicht 112) gegenüber. Der Separator 120 für eine Einzelzelle ist mit der Einzelzelle 110 (Elektrolytschicht 112) entlang eines Verbindungsteils 124 aus einem Lötmaterial (z. B.: Ag-Lot) verbunden, das am gegenüberliegenden Abschnitt angeordnet ist. Der Separator 120 für eine Einzelzelle trennt die Luftkammer 166, die der Kathode 114 zugewandt ist, und die Brennstoffkammer 176, die der Anode 116 zugewandt ist, voneinander ab, um zu verhindern, dass Gas von einer Elektrodenseite zur anderen im Randbereich der Einzelzelle 110 austritt (cross leak).
Der Separator 120 für eine Einzelzelle ist mit einem inneren Abschnitt 126, der den Umfangsbereich der Durchgangsbohrung (Abschnitt, der die Durchgangsbohrung 121 umgibt) des Separators 120 für eine Einzelzelle einschließt, einem äußeren Abschnitt 127, der sich auf der Außenumfangsseite des inneren Abschnitts 126 befindet, und einem Verbindungsabschnitt 128 versehen, der den inneren Abschnitt 126 mit dem äußeren Abschnitt 127 verbindet. In der vorliegenden Ausführungsform weisen der innere Abschnitt 126 und der äußere Abschnitt 127 eine Form einer im Wesentlichen flachen Platte auf, die sich im Wesentlichen orthogonal zu der Z-Achsenrichtung erstreckt. Des Weiteren ist der Verbindungsabschnitt 128 so gekrümmt, dass er sowohl in Bezug auf den inneren Abschnitt 126 als auch auf den äußeren Abschnitt 127 nach unten ragt. Die Unterseite des Verbindungsabschnitts 128 (Seite, die der Brennstoffkammer 176 zugewandt ist) ist konvex und die Oberseite des Verbindungsabschnitts 128 (Seite, die der Luftkammer 166 zugewandt ist) konkav ausgebildet. Der Verbindungsabschnitt 128 weist also einen Abschnitt auf, dessen Position in Z-Achsenrichtung sich von dem inneren Abschnitt 126 und dem äußeren Abschnitt 127 unterscheidet.
Im Bereich der Durchgangsbohrung 121 des Separators 120 für eine Einzelzelle ist eine Glasdichtung 125 angeordnet, die Glas enthält. Die Glasdichtung 125 befindet sich auf der der Luftkammer 166 zugewandten Seite in Bezug auf das Verbindungsteil 124 und ist derart ausgebildet, dass sie sowohl mit der Oberfläche des Umfangsbereichs der Durchgangsbohrung des Separators 120 für eine Einzelzelle als auch mit der Oberfläche der Einzelzelle 110 (Elektrolytschicht 112 in der vorliegenden Ausführungsform) in Kontakt steht. Durch die Glasdichtung 125 wird effektiv verhindert, dass Gas von einer Elektrodenseite zur anderen im Randbereich der Einzelzelle 110 austritt (cross leak).
Jeder Interkonnektor 190 ist ein elektrisch leitfähiges Bauelement mit einem Plattenteil 150 in Form einer im Wesentlichen rechteckigen flachen Platte und mehreren im Wesentlichen säulenförmigen kathodenseitigen Stromkollektoren 134, die vom Plattenteil 150 zur Seite der Kathode 114 hin herausragen, und besteht aus Metall (z. B. rostfreiem Stahl auf Ferritbasis). In der vorliegenden Ausführungsform ist auf einer Oberfläche des Interkonnektors 190 (Oberfläche, die der Luftkammer 166 zugewandt ist) eine elektrisch leitfähige Überzugsschicht 194 ausgebildet, die z. B. aus einem Oxid mit Spinellstruktur besteht. Nachstehend wird der durch die Überzugsschicht 194 abgedeckte Interkonnektor 190 einfach als Interkonnektor 190 bezeichnet. Bei jeder Stromerzeugungseinheit 102 ist der obere Interkonnektor 190 (Plattenteil 150 des Interkonnektors 190) oberhalb der Einzelzelle 110 entlang der Luftkammer 166 angeordnet. Der obere Interkonnektor 190 (jeder kathodenseitige Stromkollektor 134 des oberen Interkonnektors 190) ist entlang eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmaterials 196, das z. B. aus einem Oxid mit Spinellstruktur besteht, mit der Kathode 114 der Einzelzelle 110 verbunden und dadurch elektrisch mit der Kathode 114 der Einzelzelle 110 verbunden. Bei jeder Stromerzeugungseinheit 102 ist der untere Interkonnektor 190 unterhalb der Einzelzelle 110 entlang der Brennstoffkammer 176 angeordnet und entlang der später erwähnten anodenseitigen Stromkollektoren 144 elektrisch mit der Anode 116 der Einzelzelle 110 verbunden. Der Interkonnektor 190 gewährleistet die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Stromerzeugungseinheiten 102 und verhindert, dass sich die Reaktionsgase zwischen den Stromerzeugungseinheiten 102 vermischen. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Interkonnektor 190 durch zwei voneinander angeordnete Stromerzeugungseinheiten 102 gemeinsam genutzt, wenn die zwei Stromerzeugungseinheiten 102 nebeneinander angeordnet sind. D.h., beim oberen Interkonnektor 190 für eine Stromerzeugungseinheit 102 handelt es sich um dasselbe Bauelement wie beim unteren Interkonnektor 190 für eine an die Oberseite dieser Stromerzeugungseinheit 102 angrenzende andere Stromerzeugungseinheit 102. Da der Brennstoffzellenstapel 100 mit der unteren Anschlussplatte 420 und der untersten Platte 189 versehen ist, weist ferner die unterste Stromerzeugungseinheit 102 des Brennstoffzellenstapels 100 keinen unteren Interkonnektor 190 auf (siehe 2 bis 4).
Jeder Separator 180 für ICs ist ein rahmenförmiges Bauelement, das im Mittelbereich eine in Auf- und Abwärtsrichtung durchgehende, im Wesentlichen rechteckige Durchgangsbohrung 181 aufweist, und besteht z. B. aus Metall. Die Dicke des Separators 180 für ICs ist relativ klein, z. B. etwa zwischen 0,05 mm und 0,2 mm. Ein Abschnitt des Separators 180 für ICs, der die Durchgangsbohrung 181 umgibt (nachstehend als „Umfangsbereich der Durchgangsbohrung“ bezeichnet), ist z. B. durch Schweißen mit der oberen Fläche des Randbereichs des Plattenteils 150 des Interkonnektors 190 verbunden. Von den paarweise angeordneten Separatoren 180 für ICs, die in einer Stromerzeugungseinheit 102 enthalten sind, trennt der obere Separator 180 für ICs die Luftkammer 166 der Stromerzeugungseinheit 102 und die Brennstoffkammer 176 einer an die Oberseite der Stromerzeugungseinheit 102 angrenzenden anderen Stromerzeugungseinheit 102 voneinander ab. Von den paarweise angeordneten Separatoren 180 für ICs, die in einer Stromerzeugungseinheit 102 enthalten sind, trennt ferner der untere Separator 180 für ICs die Brennstoffkammer 176 der Stromerzeugungseinheit 102 und die Luftkammer 166 einer an die Unterseite der Stromerzeugungseinheit 102 angrenzenden anderen Stromerzeugungseinheit 102 voneinander ab. Auf diese Weise wird durch die Separatoren 180 für ICs der Austritt von Gas zwischen den Stromerzeugungseinheiten 102 im Randbereich der Stromerzeugungseinheiten 102 verhindert. Der Separator 180 für ICs, der mit dem oberen Interkonnektor 190 der obersten Stromerzeugungseinheit 102 im Brennstoffzellenstapel 100 verbunden ist, ist elektrisch mit der oberen Anschlussplatte 410 verbunden.
Die Separatoren 180 für ICs sind jeweils mit einem inneren Abschnitt 186, der den Umfangsbereich der Durchgangsbohrung (Abschnitt, der die Durchgangsbohrung 181 umgibt) des Separators für ICs einschließt, einem äußeren Abschnitt 187, der sich auf der Außenumfangsseite des inneren Abschnitts 186 befindet, und einem Verbindungsabschnitt 188 versehen, der den inneren Abschnitt 186 mit dem äußeren Abschnitt 187 verbindet. In der vorliegenden Ausführungsform weisen der innere Abschnitt 186 und der äußere Abschnitt 187 eine Form einer im Wesentlichen flachen Platte auf, die sich im Wesentlichen orthogonal zu der Z-Achsenrichtung erstreckt. Des Weiteren ist der Verbindungsabschnitt 188 so gekrümmt, dass er sowohl in Bezug auf den inneren Abschnitt 186 als auch auf den äußeren Abschnitt 187 nach unten ragt. Die Unterseite (Seite, die der Luftkammer 166 zugewandt ist) des Verbindungsabschnitts 188 ist konvex und die Oberseite (Seite, die der Brennstoffkammer 176 zugewandt ist) des Verbindungsabschnitts 188 konkav ausgebildet. Der Verbindungsabschnitt 188 weist also einen Abschnitt auf, dessen Position in Z-Achsenrichtung sich von dem inneren Abschnitt 186 und dem äußeren Abschnitt 187 unterscheidet.
Wie in 5 bis 7 gezeigt, ist der kathodenseitige Rahmen 130 ein rahmenförmiges Bauelement, das im Mittelbereich eine in Z-Achsenrichtung durchgehende, im Wesentlichen rechteckige Bohrung 131 aufweist, und besteht z. B. aus einem Isolator, wie z. B. Glimmer o. A. Die Bohrung 131 des kathodenseitigen Rahmens 130 bildet die Luftkammer 166, die der Kathode 114 zugewandt ist. Der kathodenseitige Rahmen 130 steht mit der oberen Fläche des Randbereichs des Separators 120 für eine Einzelzelle und der unteren Fläche des Randbereichs des oberen Separators 180 für ICs in Kontakt und fungiert als Dichtungselement, um die Gasabdichtungsfähigkeit zwischen den beiden Separatoren (d.h. die Gasabdichtungsfähigkeit der Luftkammer 166) zu gewährleisten. Des Weiteren werden die in der Stromerzeugungseinheit 102 enthaltenen, paarweise angeordneten Separatoren 180 für ICs (d.h. zwischen den paarweise angeordneten Interkonnektoren 190) durch den kathodenseitigen Rahmen 130 elektrisch voneinander isoliert. Am kathodenseitigen Rahmen 130 sind ferner ein Verbindungskanal 132 zum Einleiten von Oxidationsgas und ein Verbindungskanal 133 zum Ableiten von Oxidationsgas ausgebildet, wobei der erstere den Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas mit der Luftkammer 166 verbindet und der letztere die Luftkammer 166 mit dem Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas verbindet. Der kathodenseitige Rahmen 130 entspricht dem Druckdichtungselement in den Patentansprüchen.
Wie in 5 bis 7 gezeigt, ist der anodenseitige Rahmen 140 ein rahmenförmiges Bauelement, das im Mittelbereich eine in Z-Achsenrichtung durchgehende, im Wesentlichen rechteckige Bohrung 141 aufweist, und besteht z. B. aus Metall. Die Bohrung 141 des anodenseitigen Rahmens 140 bildet die Brennstoffkammer 176, die der Anode 116 zugewandt ist. Der anodenseitige Rahmen 140 steht mit der unteren Fläche des Randbereichs des Separators 120 für eine Einzelzelle und mit der oberen Fläche des Randbereichs des unteren Separators 180 für ICs in Kontakt. Des Weiteren sind am anodenseitigen Rahmen 140 ein Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas und ein Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas ausgebildet, wobei der erstere den Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas mit der Brennstoffkammer 176 verbindet und der letztere die Brennstoffkammer 176 mit dem Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas verbindet.
Wie in 5 bis 7 gezeigt, sind die anodenseitigen Stromkollektoren 144 in der Brennstoffkammer 176 angeordnet. Jeder anodenseitige Stromkollektor 144 ist mit einem dem Interkonnektor zugewandten Abschnitt 146, einem der Elektrode zugewandten Abschnitt 145 und einem Verknüpfungsabschnitt 147, der den der Elektrode zugewandten Abschnitt 145 mit dem dem Interkonnektor zugewandten Abschnitt 146 verknüpft, versehen und besteht z. B. aus Nickel, einer Nickellegierung, rostfreiem Stahl o. A. Der der Elektrode zugewandte Abschnitt 145 steht in Kontakt mit der unteren Fläche der Anode 116, und der dem Interkonnektor zugewandte Abschnitt 146 steht in Kontakt mit der oberen Fläche des Interkonnektors 190 (Plattenteil 150 des Interkonnektors 190). Allerdings ist, wie oben erwähnt, die unterste Stromerzeugungseinheit 102 des Brennstoffzellenstapels 100 nicht mit dem unteren Interkonnektor 190 versehen, so dass der dem Interkonnektor zugewandte Abschnitt 146 des anodenseitigen Stromkollektors 144 dieser Stromerzeugungseinheit 102 in Kontakt mit der unteren Anschlussplatte 420 steht. Der anodenseitige Stromkollektor 144 ist so ausgebildet, dass er die Anode 116 elektrisch mit dem Interkonnektor 190 (oder der untersten Platte 189) verbindet. Außerdem ist ein Abstandshalter 149, der z. B. aus Glimmer besteht, zwischen dem der Elektrode zugewandten Abschnitt 145 und dem dem Interkonnektor zugewandten Abschnitt 146 des anodenseitigen Stromkollektors 144 angeordnet. Daher folgt der anodenseitige Stromkollektor 144 einer Verformung der Stromerzeugungseinheit 102, die aufgrund von Temperaturzyklen bzw. Schwankungen im Reaktionsgasdruck auftritt, wodurch die elektrische Verbindung zwischen der Anode 116 und dem Interkonnektor 190 (oder der unteren Anschlussplatte 420) entlang des anodenseitigen Stromkollektors 144 effektiv aufrechterhalten wird.
A-2. Betrieb des Brennstoffzellenstapels 100:

Wird das Oxidationsgas OG, wie in 2 und 5 gezeigt, durch eine Gasleitung (nicht dargestellt), die mit dem Zweigabschnitt 29 des Gasdurchgangselements 27 am Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas verbunden ist, hindurch zugeführt, wird das Oxidationsgas OG durch die Bohrungen des Zweigabschnitts 29 und des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselements 27 hindurch in den Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas eingeleitet und vom Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas durch den Verbindungskanal 132 zum Einleiten von Oxidationsgas jeder Stromerzeugungseinheit 102 hindurch in die Luftkammer 166 eingeleitet. Wird ferner das Brenngas FG, wie in 3 und 6 gezeigt, durch eine Gasleitung (nicht dargestellt), die mit dem Zweigabschnitt 29 des Gasdurchgangselements 27 am Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas verbunden ist, hindurch zugeführt, wird das Brenngas FG durch die Bohrungen des Zweigabschnitts 29 und des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselements 27 hindurch in den Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas eingeleitet und vom Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas durch den Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas jeder Stromerzeugungseinheit 102 in die Brennstoffkammer 176 eingeleitet.

Wenn das Oxidationsgas OG in die Luftkammer 166 jeder Stromerzeugungseinheit 102 und das Brenngas FG in die Brennstoffkammer 176 eingeleitet wird, erfolgt in der Einzelzelle 110 eine Stromerzeugung mittels der elektrochemischen Reaktion zwischen dem Oxidationsgas OG und dem Brenngas FG. Diese Stromerzeugungsreaktion ist eine exotherme Reaktion. Bei jeder Stromerzeugungseinheit 102 ist die Kathode 114 der Einzelzelle 110 elektrisch mit dem oberen Interkonnektor 190 verbunden, und die Anode 116 ist entlang der anodenseitigen Stromkollektoren 144 elektrisch mit dem unteren Interkonnektor 190 (oder der untersten Platte 189) verbunden. D.h., die im Brennstoffzellenstapel 100 enthaltenen Stromerzeugungseinheiten 102 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Der obere Interkonnektor 190 und der Separator 180 für ICs der obersten Stromerzeugungseinheit 102 sind elektrisch mit der oberen Anschlussplatte 410 verbunden, und die untere Anschlussplatte 420 ist elektrisch mit den anodenseitigen Stromkollektoren 144 der untersten Stromerzeugungseinheit 102 verbunden. Daher wird die in jeder Stromerzeugungseinheit 102 erzeugte elektrische Energie aus den Anschlussplatten 410, 420 entnommen, die als Ausgangsanschlüsse des Brennstoffzellenstapels 100 fungieren. Da die SOFC bei einer relativ hohen Temperatur (z. B.: 700 °C bis 1000 °C) Strom erzeugt, kann außerdem der Brennstoffzellenstapel 100 nach dem Aktivieren erhitzt werden, indem ein Heizgerät (nicht dargestellt) verwendet wird, bis ein Zustand erreicht wird, bei dem die hohe Temperatur beibehalten werden kann, die durch die bei der Stromerzeugung erzeugte Wärme entsteht.
Wie in 2 und 5 gezeigt, wird das Oxidationsabgas OOG, das von der Luftkammer 166 jeder Stromerzeugungseinheit 102 durch den Verbindungskanal 133 zum Ableiten von Oxidationsgas hindurch in den Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas abgeleitet wurde, durch die Bohrungen des Hauptkörpers 28 und des Zweigabschnitts 29 des Gasdurchgangselements 27 am Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas und durch die mit dem Zweigabschnitt 29 verbundene Gasleitung (nicht dargestellt) hindurch zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 100 hin abgeleitet. Wie ferner in 3 und 6 gezeigt, wird das Brennabgas FOG, das von der Brennstoffkammer 176 jeder Stromerzeugungseinheit 102 durch den Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas hindurch in den Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas abgeleitet wurde, durch die Bohrungen des Hauptkörpers 28 und des Zweigabschnitts 29 des Gasdurchgangselements 27 am Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas und durch die mit dem Zweigabschnitt 29 verbundene Gasleitung (nicht dargestellt) hindurch zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 100 hin abgeleitet.
Beim Brennstoffzellenstapel 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der Verbindungskanal 132 zum Einleiten von Oxidationsgas, der mit dem Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas verbunden ist, und der Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas, der mit dem Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas verbunden ist, von der Z-Achsenrichtung aus gesehen derart angeordnet, dass sie einer Seite der Einzelzelle (in derselben Richtung) zugewandt sind. Der Verbindungskanal 133 zum Ableiten von Oxidationsgas, der mit dem Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas verbunden ist, und der Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas, der mit dem Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas verbunden ist, sind derart angeordnet, dass sie einer anderen Seite der Einzelzelle zugewandt sind, die entlang des Mittelpunkts der Einzelzelle 110 (in derselben Richtung) einer Seite der Einzelzelle gegenüberliegt. D.h., bei der Stromerzeugungseinheit 102 (Brennstoffzellenstapel 100) gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um eine SOFC des Counter-Flow-Typs, bei der die Hauptströmungsrichtung des Oxidationsgases OG in der Luftkammer 166 (von der positiven X-Achsenrichtung zur negativen X-Achsenrichtung) und die Hauptströmungsrichtung des Brenngases FG in der Brennstoffkammer 176 (von der negativen X-Achsenrichtung zur positiven X-Achsenrichtung) im Wesentlichen in entgegengesetzten Richtungen (gegenläufigen Richtungen) verlaufen.
A-3. Detaillierte Konstruktion der Endplatten 104, 106:

Es folgt eine Erläuterung der detaillierten Konstruktion der Endplatten 104, 106.

(Konstruktion der oberen Endplatte 104)
Wie in 2 bis 4 gezeigt, umfasst die obere Endplatte 104 einen flachen Abschnitt 310, einen konvexen Abschnitt 320 und einen erhabenen Abschnitt 330. Der flache Abschnitt 310 überlappt sich mit dem anodenseitigen Rahmen 140 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen und verläuft entlang einer Flächenrichtung senkrecht zur Z-Achsenrichtung (Richtung parallel zur XY-Ebene). Der flache Abschnitt 310 ist ein zur Flächenrichtung paralleler, ebener Abschnitt mit einem vorgegebenen Bereich (z. B. einem Bereich, der mindestens zwei Bolzenbohrungen 109 miteinander verbindet, in die Befestigungselemente (Bolzen 22) eingeführt werden). Konkret weist der flache Abschnitt 310 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen insgesamt eine rechteckige Rahmenform auf. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen befindet sich der gesamte innere Umfang des flachen Abschnitts 310 (Konturlinie der Bohrung 32) auf der Innenumfangsseite der Konturlinie der Bohrung 141 des anodenseitigen Rahmens 140. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen befindet sich der gesamte äußere Umfang des flachen Abschnitts 310 an der gleichen Position wie der äußere Umfang des anodenseitigen Rahmens 140 oder auf der Außenumfangsseite des äußeren Umfangs. Das heißt, von der Z-Achsenrichtung aus gesehen überlappt sich die Außenumfangsseite des flachen Abschnitts 310 mit dem anodenseitigen Rahmen 140, und die Innenumfangsseite des flachen Abschnitts 310 steht auf der Innenseite des anodenseitigen Rahmens 140 hervor. Außerdem ist jede Bohrung, die die oben erwähnte Bolzenbohrung 109 bildet, im Randbereich des flachen Abschnitts 310 um die Z-Achsenrichtung ausgebildet. Die Bohrung 32 entspricht der Enddurchgangsbohrung in den Patentansprüchen, der anodenseitige Rahmen 140 entspricht dem Rahmenelement in den Patentansprüchen und die Bohrung 141 entspricht der Rahmendurchgangsbohrung in den Patentansprüchen.
Der konvexe Abschnitt 320 erstreckt sich entlang der Flächenrichtung und ragt aus dem flachen Abschnitt 310 in Z-Achsenrichtung heraus. Beim konvexen Abschnitt 320 handelt es sich um eine Rippe, die eine vorgegebene Länge hat (z. B. eine Länge, die größer ist als die Dicke des konvexen Abschnitts 320) und sich parallel zur Flächenrichtung (konvexer Abschnitt 320) erstreckt. Die Anstiegslänge (Länge in Z-Achsenrichtung) des konvexen Abschnitts 320, der aus dem flachen Abschnitt 310 herausragt, ist größer als die Dicke des flachen Abschnitts 310, wobei z. B. diese Länge bevorzugt mindestens das 30-fache der Dicke des flachen Abschnitts 310 und ferner bevorzugt mindestens das 50-fache beträgt. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der konvexe Abschnitt 320 z. B. im Randbereich eines Bereichs (flacher Abschnitt 310) ausgebildet ist, der mindestens zwei Bolzenbohrungen 109 miteinander verbindet, in die Befestigungselemente (Bolzen 22) eingeführt werden.
Konkret umfasst der konvexe Abschnitt 320 einen äußeren konvexen Abschnitt 322 und einen inneren konvexen Abschnitt 324. Der äußere konvexe Abschnitt 322 ragt aus dem äußeren Umfang des flachen Abschnitts 310 auf die Oberseite (positive Z-Achsenrichtungsseite, die dem Stromerzeugungsblock 103 abgewandt ist) heraus. Der äußere konvexe Abschnitt 322 ist um den gesamten äußeren Umfang des flachen Abschnitts 310 ausgebildet. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen ist der äußere konvexe Abschnitt 322 an einer Position angeordnet, die sich mit dem kathodenseitigen Rahmen 130 überlappt. Der innere konvexe Abschnitt 324 ragt aus dem inneren Umfang des flachen Abschnitts 310 auf die Oberseite (positive Z-Achsenrichtungsseite, die dem Stromerzeugungsblock 103 abgewandt ist) heraus. Der innere konvexe Abschnitt 324 ist um den gesamten inneren Umfang des flachen Abschnitts 310 ausgebildet. Das heißt, mehrere konvexe Abschnitte 320 (äußerer konvexer Abschnitt 322, innerer konvexer Abschnitt 324) sind in mindestens einem Querschnitt parallel zur Z-Achsenrichtung der oberen Endplatte 104 ausgebildet (siehe 2 bis 4).
Beim erhabenen Abschnitt 330 handelt es sich um einen Abschnitt, der in mindestens einem Querschnitt parallel zur Z-Achsenrichtung der oberen Endplatte 104 die flachen Abschnitte 310 miteinander verbindet und in Z-Achsenrichtung erhaben ist. Das heißt, der erhabene Abschnitt 330 ist an einer Position ausgebildet, die vom Randbereich der oberen Endplatte 104 entfernt ist, und weist einen Abschnitt (erhabenes vorderes Ende) auf, dessen Position in Z-Achsenrichtung sich vom flachen Abschnitt 310 unterscheidet. Der erhabene Abschnitt 330 hat eine vorgegebene Länge (z. B. eine Länge, die größer ist als die Dicke des konvexen Abschnitts 320) und erstreckt sich parallel zur Flächenrichtung (konvexer Abschnitt 320). Es ist vorteilhaft, wenn sich der erhabene Abschnitt 330 z. B. zwischen zwei Bolzenbohrungen 109, in die Befestigungselemente (Bolzen 22) eingeführt werden, befindet und sich entlang der Ausrichtung der beiden Bolzenbohrungen 109 erstreckt (siehe 1).
Konkret ist der erhabene Abschnitt 330 zwischen dem äußeren konvexen Abschnitt 322 und dem inneren konvexen Abschnitt 324 der oberen Endplatte 104 angeordnet. Jeder erhabene Abschnitt 330 umfasst ein Paar Seitenwände 332, die sich parallel zum konvexen Abschnitt 320 erstrecken, eine Verbindungswand 334, die die oberen Enden der paarweise angeordneten Seitenwände 332 miteinander verbindet, und Abdichtungswände 336, die die beiden Enden in Längsrichtung des erhabenen Abschnitts 330 abdichten. Jede Seitenwand 332 verläuft im Wesentlichen senkrecht zum flachen Abschnitt 310, die Verbindungswand 334 verläuft im Wesentlichen parallel zum flachen Abschnitt 310, und jede Abdichtungswand 336 ist von der Verbindungswand 334 in Richtung des flachen Abschnitts 310 geneigt (siehe 1).
(Konstruktion der unteren Endplatte 106)
Wie in 2 bis 4 gezeigt, umfasst die untere Endplatte 106 einen flachen Abschnitt 510 und einen konvexen Abschnitt 520. Der flache Abschnitt 510 überlappt sich mit dem anodenseitigen Rahmen 140 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen und verläuft entlang einer Flächenrichtung senkrecht zur Z-Achsenrichtung (Richtung parallel zur XY-Ebene). Der flache Abschnitt 510 ist ein zur Flächenrichtung paralleler, ebener Abschnitt mit einem vorgegebenen Bereich (z. B. einem Bereich, der mindestens zwei Bolzenbohrungen 109 miteinander verbindet, in die Befestigungselemente (Bolzen 22) eingeführt werden). Konkret weist der flache Abschnitt 510 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen insgesamt eine rechteckige Rahmenform auf. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen befindet sich der gesamte innere Umfang des flachen Abschnitts 510 (Konturlinie der Bohrung 34) auf der Innenumfangsseite der Konturlinie der Bohrung 141 des anodenseitigen Rahmens 140. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen befindet sich der gesamte äußere Umfang des flachen Abschnitts 510 an der gleichen Position wie der äußere Umfang des anodenseitigen Rahmens 140 oder auf der Außenumfangsseite des äußeren Umfangs. Das heißt, von der Z-Achsenrichtung aus gesehen überlappt sich die Außenumfangsseite des flachen Abschnitts 510 mit dem anodenseitigen Rahmen 140, und die Innenumfangsseite des flachen Abschnitts 510 steht auf der Innenseite des anodenseitigen Rahmens 140 hervor. Außerdem ist jede Bohrung, die die oben erwähnte Bolzenbohrung 109 bildet, im Randbereich des flachen Abschnitts 510 um die Z-Achsenrichtung ausgebildet. Die Bohrung 34 entspricht der Enddurchgangsbohrung in den Patentansprüchen.
Der konvexe Abschnitt 520 erstreckt sich entlang der Flächenrichtung und ragt aus dem flachen Abschnitt 510 in Z-Achsenrichtung heraus. Beim konvexen Abschnitt 520 handelt es sich um eine Rippe, die eine vorgegebene Länge hat (z. B. eine Länge, die größer ist als die Dicke des konvexen Abschnitts 520) und sich parallel zur Flächenrichtung (konvexer Abschnitt 520) erstreckt. Die Anstiegslänge (Länge in Z-Achsenrichtung) des konvexen Abschnitts 520, der aus dem flachen Abschnitt 510 herausragt, ist größer als die Dicke des flachen Abschnitts 510, wobei z. B. diese Länge bevorzugt mindestens das 30-fache der Dicke des flachen Abschnitts 510 und ferner bevorzugt mindestens das 50-fache beträgt. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der konvexe Abschnitt 520 z. B. im Randbereich eines Bereichs (flacher Abschnitt 510) ausgebildet ist, der mindestens zwei Bolzenbohrungen 109 miteinander verbindet, in die Befestigungselemente (Bolzen 22) eingeführt werden.
Konkret umfasst der konvexe Abschnitt 520 einen äußeren konvexen Abschnitt 522 und einen inneren konvexen Abschnitt 524. Der äußere konvexe Abschnitt 522 ragt aus dem äußeren Umfang des flachen Abschnitts 510 auf die Unterseite (negative Z-Achsenrichtungsseite, die dem Stromerzeugungsblock 103 abgewandt ist) heraus. Der äußere konvexe Abschnitt 522 ist um den gesamten äußeren Umfang des flachen Abschnitts 510 ausgebildet. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen ist der äußere konvexe Abschnitt 522 an einer Position angeordnet, die sich mit dem anodenseitigen Rahmen 140 überlappt. Der innere konvexe Abschnitt 524 ragt aus dem inneren Umfang des flachen Abschnitts 510 auf die Unterseite (negative Z-Achsenrichtungsseite, die dem Stromerzeugungsblock 103 abgewandt ist) heraus. Der innere konvexe Abschnitt 524 ist um den gesamten inneren Umfang des flachen Abschnitts 510 ausgebildet. Das heißt, mehrere konvexe Abschnitte 520 (äußerer konvexer Abschnitt 522, innerer konvexer Abschnitt 524) sind in mindestens einem Querschnitt parallel zur Z-Achsenrichtung der unteren Endplatte 106 ausgebildet (siehe 2 bis 4).
In der obigen Ausführungsform ist eine Passivierungsschicht (z. B. eine Aluminiumoxidschicht) auf den jeweiligen Oberflächen der Endplatten 104, 106 ausgebildet. Des Weiteren sind der konvexe Abschnitt 320, 520 und der flache Abschnitt 310, 510 entlang einer Radiusfase miteinander verbunden, wobei der Radius der Innenfläche der Radiusfase größer als die Dicke des flachen Abschnitts 310, 510 ist. Die Endplatten 104 und 106 werden ferner jeweils durch Pressen (Biegen) eines plattenförmigen Bauelements ausgebildet. Daher weisen die flachen Abschnitte 310, 510, die konvexen Abschnitte 320, 520 und der erhabene Abschnitt 330 dieselbe Dicke auf. Die Dicke der Endplatten 104, 106 beträgt z. B. etwa zwischen 0,5 mm und 3 mm.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die vorderen Enden der jeweiligen konvexen Abschnitte 320, 520 in Flächenrichtung gebogen. Dadurch wird die Steifigkeit der jeweiligen Endplatten 104, 106 weiter verbessert. Außerdem sind die vorderen Enden der jeweiligen äußeren konvexen Abschnitte 322, 522 zur Außenumfangsseite hin gebogen und ragen von der Z-Achsenrichtung aus gesehen aus dem Stromerzeugungsblock 103 nach außen heraus. Durch diese Konstruktion kann verhindert werden, dass der Stromerzeugungsblock 103 bei seitlicher Anordnung des Brennstoffzellenstapels 100 an die Bodenfläche stößt.
A-4. Detaillierte Konstruktion des Isolierelements 200:

Es folgt eine Erläuterung der detaillierten Konstruktion des Isolierelements 200. Wie in 2 bis 4 gezeigt, umfasst das Isolierelement 200 einen ersten Isolator 201 und zweite Isolatoren 202. Der erste Isolator 201 und die zweiten Isolatoren 202 sind z. B. aus einer Glimmerfolie, einer Vermiculitfolie, einer Keramikfaserfolie, einer keramischen Presspulverfolie, einer Glasfolie, einem GlasKeramik-Verbundmittel u. a. ausgebildet. Der erste Isolator 201 und die zweiten Isolatoren 202 weisen jeweils von der Z-Achsenrichtung aus gesehen insgesamt eine rechteckige Rahmenform auf.

(Konstruktion des ersten Isolators 201)
Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen erstreckt sich der gesamte innere Umfang des ersten Isolators 201 bis hin zur Innenumfangsseite des äußeren Abschnitts 217 des Endseparators 210. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen befindet sich der gesamte äußere Umfang des ersten Isolators 201 an der gleichen Position wie der äußere Umfang des anodenseitigen Rahmens 140 oder auf der Außenumfangsseite des äußeren Umfangs. Das heißt, von der Z-Achsenrichtung aus gesehen überlappt sich die Außenumfangsseite des ersten Isolators 201 mit dem anodenseitigen Rahmen 140, und die Innenumfangsseite des ersten Isolators 201 steht auf der Innenseite des anodenseitigen Rahmens 140 hervor. Der erste Isolator 201 deckt die gesamte untere Fläche der oberen Endplatte 104 ab.
Der erste Isolator 201 und der Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 sind in Z-Achsenrichtung voneinander entfernt. Bei der Entfernung handelt es sich hier um einen Abstand zwischen dem ersten Isolator 201 und dem Boden (dem tiefsten Punkt der inneren Umfangsfläche) der konkaven Form des Verbindungsabschnitts 218. Des Weiteren ist die Entfernung zwischen dem ersten Isolator 201 und dem Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 größer als die Länge in Z-Achsenrichtung des kathodenseitigen Rahmens 130. Der kathodenseitige Rahmen 130 entspricht dem Dichtungselement in den Patentansprüchen. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Entfernung zwischen dem ersten Isolator 201 und dem Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 größer oder gleich 0,5 mm ist. Außerdem ist die Entfernung zwischen der oberen Endplatte 104 und dem Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 größer als der Abstand zwischen dem inneren Abschnitt 216 und dem äußeren Abschnitt 217 des Endseparators 210.
(Konstruktion der zweiten Isolatoren 202)
Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen befindet sich der gesamte innere Umfang der zweiten Isolatoren 202 an der gleichen Position wie der innere Umfang des anodenseitigen Rahmens 140 oder auf der Innenumfangsseite des inneren Umfangs desselben und auf der Außenumfangsseite des inneren Umfangs des ersten Isolators 201. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen befindet sich der gesamte äußere Umfang der zweiten Isolatoren 202 an der gleichen Position wie der äußere Umfang des anodenseitigen Rahmens 140 oder auf der Außenumfangsseite des äußeren Umfangs desselben. Das heißt, nur der erste Isolator 201, der der oberen Endplatte 104 am nächsten liegt, erstreckt sich bis hin zur Innenumfangsseite des äußeren Abschnitts 217 des Endseparators 210. Dadurch, dass der erste Isolator 201, der sich zwischen dem Endseparator 210 und der oberen Endplatte 104 befindet, vom Endseparator 210 entfernt angeordnet ist, wird also eine freie Verschiebung des Endseparators 210 sichergestellt, ohne dass unnötig viele Isolierelemente verwendet werden.
A-5. Vorteile der vorliegenden Ausführungsform:
(Steifigkeit der Endplatten 104, 106)
Wie oben erläutert, wird beim Brennstoffzellenstapel 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform jede Endplatte 104, 106 durch eine dünne Platte von 3 mm oder weniger ausgebildet. Daher kann das Gesamtgewicht des Brennstoffzellenstapels 100 im Vergleich zu einer herkömmlichen Konstruktion mit dicken Endstücken verringert werden. Da die Wärmekapazität des gesamten Brennstoffzellenstapels 100 reduziert werden kann, kann außerdem eine Betriebsverzögerung beim Starten und Stoppen des Brennstoffzellenstapels 100, die durch eine Ansprechverzögerung der Temperaturregelung des Brennstoffzellenstapels 100 verursacht wird, verhindert werden. Bei dieser Konstruktion mit dünnen Endstücken haben die Endstücke jedoch eine geringe Steifigkeit, so dass sie sich aufgrund einer Abstoßungskraft eines Druckdichtungselements wie des kathodenseitigen Rahmens 130 u. a. leicht verformen können.
Im Gegensatz dazu sind an den Endplatten 104, 106 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die konvexen Abschnitte 320, 520 ausgebildet. Der konvexe Abschnitt 320 erstreckt sich entlang der Flächenrichtung und ragt aus dem flachen Abschnitt 310 in Z-Achsenrichtung heraus. Daher wird die Steifigkeit der Endplatten 104, 106 verbessert, während das Gewicht und die Wärmekapazität der Endplatten 104, 106 reduziert werden. Folglich kann eine Verformung der Endplatten 104, 106, die aufgrund einer Abstoßungskraft des kathodenseitigen Rahmens 130 u. a. entsteht, verhindert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere konvexe Abschnitte 320, 520 (äußere konvexe Abschnitte 322, 522, innere konvexe Abschnitte 324, 524) in mindestens einem Querschnitt parallel zur Z-Achsenrichtung der jeweiligen Endplatte 104, 106 ausgebildet (siehe 2 bis 4). Dadurch wird die Steifigkeit der Endplatten 104, 106 im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der jeweils nur ein konvexer Abschnitt in demselben Querschnitt ausgebildet ist, weiter verbessert, so dass eine Verformung der Endplatten 104, 106, die aufgrund einer Abstoßungskraft des Druckdichtungselements (kathodenseitiger Rahmen 130 u. a.) entsteht, effektiver verhindert werden kann.
In dieser Ausführungsform sind die konvexen Abschnitte 320, 520 sowohl am äußeren als auch am inneren Umfang der jeweiligen Endplatten 104, 106 ausgebildet. Dadurch wird die Steifigkeit der Endplatten 104, 106 im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der die konvexen Abschnitte 320, 520 entweder am äußeren oder am inneren Umfang der jeweiligen Endplatten 104, 106 ausgebildet sind, weiter verbessert, so dass eine Verformung der Endplatten 104, 106, die aufgrund einer Abstoßungskraft des Druckdichtungselements entsteht, effektiver verhindert werden kann.
Die konvexen Abschnitte 320, 520 sind um den gesamten Umfang der jeweiligen Endplatten 104, 106 ausgebildet. Dadurch wird die Steifigkeit der Endplatten 104, 106 im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der die konvexen Abschnitte 320, 520 nur an einem Teil des äußeren Umfangs der Endplatten 104, 106 ausgebildet sind, weiter verbessert, so dass eine Verformung der Endplatten 104, 106, die aufgrund einer Abstoßungskraft des Druckdichtungselements entsteht, effektiver verhindert werden kann.
An der oberen Endplatte 104 ist der erhabene Abschnitt 330 ausgebildet. Beim erhabenen Abschnitt 330 handelt es sich um einen Abschnitt, der in mindestens einem Querschnitt parallel zur Z-Achsenrichtung der oberen Endplatte 104 die flachen Abschnitte 310 miteinander verbindet und in Z-Achsenrichtung erhaben ist. Dadurch wird die Steifigkeit der oberen Endplatte 104 weiter verbessert, so dass eine Verformung der oberen Endplatte 104, die aufgrund einer Abstoßungskraft des Druckdichtungselements entsteht, effektiver verhindert werden kann.
Die Anstiegslänge (Länge in Z-Achsenrichtung) des konvexen Abschnitts 320, 520, der aus dem flachen Abschnitt 310, 510 herausragt, ist größer als die Dicke des flachen Abschnitts 310, 510. Dadurch wird die Steifigkeit der Endplatten 104, 106 im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der die Anstiegslänge kleiner oder gleich der Dicke der flachen Abschnitte 310, 510 ist, weiter verbessert, so dass eine Verformung der Endplatten 104, 106, die aufgrund einer Abstoßungskraft des Druckdichtungselements entsteht, effektiver verhindert werden kann.
Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen ist der äußere konvexe Abschnitt 322, 522 an einer Position angeordnet, die sich mit dem kathodenseitigen Rahmen 130 überlappt. Dadurch kann die Dichtungsfähigkeit des kathodenseitigen Rahmens 130 im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der jeder konvexe Abschnitt 320, 520 an einer Position angeordnet ist, an der er sich nicht mit dem kathodenseitigen Rahmen 130 überlappt, verbessert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Passivierungsschicht (z. B. eine Aluminiumoxidschicht) auf den jeweiligen Oberflächen der Endplatten 104, 106 ausgebildet. Wenn ein Bauelement, auf dem die Passivierungsschicht ausgebildet ist, für die Endplatten 104, 106 verwendet wird, ist es schwierig, die Dicke der Endplatten 104, 106 zu erhöhen. Die Bildung der konvexen Abschnitte 320, 520 u. a. an den Endplatten 104, 106 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch besonders nützlich, da dadurch die Steifigkeit der Endplatten 104, 106 verbessert werden kann.
Der konvexe Abschnitt 320, 520 und der flache Abschnitt 310, 510 sind entlang einer Radiusfase miteinander verbunden, wobei der Radius der Innenfläche der Radiusfase größer als die Dicke des flachen Abschnitts 310, 510 ist. Dadurch kann eine Beschädigung o. ä., die durch eine Spannungskonzentration an einem Grenzabschnitt zwischen dem konvexen Abschnitt 320, 520 und dem flachen Abschnitt 310, 510 verursacht wird, im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der der Radius der Radiusfase zwischen dem konvexen Abschnitt 320, 520 und dem flachen Abschnitt 310, 510 kleiner oder gleich der Dicke des flachen Abschnitts 310, 510 ist, verhindert werden.
(Verhindern eines Kurzschlusses zwischen der oberen Endplatte 104 und dem Endseparator 210)
In der vorliegenden Ausführungsform ist eine größere Breite der oberen Endplatte 104 in Flächenrichtung sichergestellt, um die Steifigkeit der oberen Endplatte 104 zu verbessern. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen steht die Innenumfangsseite der oberen Endplatte 104 (flacher Abschnitt 310) auf der Innenseite des anodenseitigen Rahmens 140 hervor. Daher kann der Endseparator 210, der sich aufgrund einer Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen den Bauteilen verändert, leicht in Kontakt mit der oberen Endplatte 104 kommen und einen Kurzschluss verursachen. Im Gegensatz dazu ist in der vorliegenden Ausführungsform der erste Isolator 201 zwischen der oberen Endplatte 104 und dem Endseparator 210 angeordnet. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen erstreckt sich der gesamte innere Umfang des ersten Isolators 201 bis hin zur Innenumfangsseite des äußeren Abschnitts 217 des Endseparators 210. Dadurch kann ein Kurzschluss zwischen der oberen Endplatte 104 und dem Endseparator 210 verhindert werden, auch wenn sich der Endseparator 210 aufgrund einer Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen den Bauteilen verändert.
Der erste Isolator 201 und der Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 sind in Z-Achsenrichtung voneinander entfernt. Dadurch kann im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der der Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 in Kontakt mit dem ersten Isolator 201 steht, verhindert werden, dass die Verschiebung des Endseparators 210 aufgrund des Vorhandenseins des ersten Isolators 201 eingeschränkt wird. Es ist vorteilhaft, wenn die Entfernung zwischen dem ersten Isolator 201 und dem Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 größer oder gleich 0,5 mm ist. Dadurch kann im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der die Entfernung zwischen dem Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 und dem ersten Isolator 201 kleiner als 0,5 mm ist, verhindert werden, dass die Verschiebung des Endseparators 210 aufgrund des Vorhandenseins des ersten Isolators 201 eingeschränkt wird. Die Entfernung zwischen dem ersten Isolator 201 und dem Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 ist größer als die Länge in Z-Achsenrichtung des kathodenseitigen Rahmens 130. Dadurch kann im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der die Entfernung zwischen dem Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 und dem ersten Isolator 201 kleiner oder gleich der Länge des kathodenseitigen Rahmens 130 in Auf- und Abwärtsrichtung ist, verhindert werden, dass die Verschiebung des Endseparators 210 aufgrund des Vorhandenseins des ersten Isolators 201 eingeschränkt wird. Es ist auch eine Konstruktion möglich, bei der die Entfernung zwischen dem Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 und dem ersten Isolator 201 größer oder gleich 0,5 mm ist, oder eine Konstruktion, bei der die Entfernung größer oder gleich der Länge des kathodenseitigen Rahmens 130 in Auf- und Abwärtsrichtung ist.
Die Entfernung zwischen der oberen Endplatte 104 und dem Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 ist größer als der Abstand zwischen dem inneren Abschnitt 216 und dem äußeren Abschnitt 217 des Endseparators 210. Dadurch kann im Vergleich zu einer Konstruktion, bei der die Entfernung zwischen dem Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 und dem ersten Isolator 201 kleiner oder gleich dem Abstand zwischen dem inneren Abschnitt 216 und dem äußeren Abschnitt 217 des Endseparators 210 ist, verhindert werden, dass die Verschiebung des Endseparators 210 aufgrund des Vorhandenseins des ersten Isolators 201 eingeschränkt wird.
B. Alternative Beispiele:

Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik ist nicht auf die oben erwähnte Ausführungsform beschränkt, sondern kann in vielfacher Form modifiziert werden, solange nicht vom Rahmen des Grundgedankens der Erfindung abgewichen wird. Z. B. sind auch die folgenden Varianten möglich.

Die Konstruktionen des Brennstoffzellenstapels 100 und der jeweiligen Bestandteile des Brennstoffzellenstapels 100 in der oben erwähnten Ausführungsform dienen lediglich als Beispiele und können vielfältig modifiziert werden. In der oben erwähnten Ausführungsform weisen z. B. der Separator 120 für eine Einzelzelle und der Separator 180 für ICs die Verbindungsabschnitte 128, 188 auf. Der Separator 120 für eine Einzelzelle und der Separator 180 für ICs müssen jedoch nicht die Verbindungsabschnitte 128, 188 aufweisen.
In der oben erwähnten Ausführungsform sind die Bohrungen 32, 34 an dem Paar Endplatten 104, 106 ausgebildet. Was mindestens eine der paarweise angeordneten Endplatten 104, 106 betrifft, ist es jedoch auch möglich, dass keine Bohrungen 32, 34 ausgebildet sind. Die Konturlinien der Bohrungen 32, 34 der jeweiligen Endplatten 104, 106 müssen sich nicht auf der Innenumfangsseite der Konturlinie der Bohrung 141 des anodenseitigen Rahmens 140 befinden. Des Weiteren kann mindestens eine der paarweise angeordneten Endplatten 104, 106 eine dicke Platte mit einer Dicke von mehr als 3 mm sein. Des Weiteren kann mindestens eine der paarweise angeordneten Endplatten 104, 106 insgesamt eine flache Plattenform aufweisen, ohne dass konvexe Abschnitte 320, 520 u. a. vorgesehen sind. Obwohl in der obigen Ausführungsform das Paar Anschlussplatten 410, 420 vorgesehen ist, ist auch eine Konstruktion möglich, bei der das Paar Anschlussplatten 410, 420 nicht vorgesehen ist, sondern das Paar Endplatten 104, 106 als Anschlussplatten fungiert. In diesem Fall kann der Endseparator ein Separator 180 für ICs sein, der sich am oberen Ende des Stromerzeugungsblocks 103 in Z-Achsenrichtung befindet.
In der obigen Ausführungsform ragt der konvexe Abschnitt 320, 520 aus dem flachen Abschnitt 310, 510 in Z-Achsenrichtung heraus. Der konvexe Abschnitt 320, 520 kann jedoch in Bezug auf eine Richtung senkrecht zum flachen Abschnitt 310, 510 geneigt sein. Es ist vorteilhaft, wenn der Neigungswinkel des konvexen Abschnitts 320, 520 zum flachen Abschnitt 310, 510 größer oder gleich 70° ist. Obwohl die jeweiligen konvexen Abschnitte 320, 520 um den gesamten Umfang der jeweiligen Endplatten 104, 106 ausgebildet sind, können sie auch nur an einem Teil des gesamten Umfangs der jeweiligen Endplatten 104, 106 ausgebildet sein. Die konvexen Abschnitte 320, 520 können auch nur an einem der äußeren und inneren Umfänge der jeweiligen Endplatten 104, 106 ausgebildet sein. Die Anstiegslänge (Länge in Z-Achsenrichtung) des konvexen Abschnitts 320, 520, der aus dem flachen Abschnitt 310, 510 herausragt, kann kleiner oder gleich der Dicke des flachen Abschnitts 310, 510 sein.
Es ist auch eine Konstruktion möglich, bei der die obere Endplatte 104 keinen erhabenen Abschnitt 330 umfasst. Es ist ebenfalls eine Konstruktion möglich, bei der die untere Endplatte 106 einen erhabenen Abschnitt umfasst. Es ist auch eine Konstruktion möglich, bei der jeder konvexe Abschnitt 320, 520 an einer Position angeordnet ist, an der er sich nicht mit dem kathodenseitigen Rahmen 130 überlappt.
In der obigen Ausführungsform ist es auch möglich, dass auf der Oberfläche der Endplatten 104, 106 keine Passivierungsschicht ausgebildet ist. Es ist auch eine Konstruktion möglich, bei der der Radius der Radiusfase zwischen dem konvexen Abschnitt 320, 520 und dem flachen Abschnitt 310, 510 kleiner oder gleich der Dicke des flachen Abschnitts 310, 510 ist.
In der obigen Ausführungsform ist es auch möglich, dass der erste Isolator 201 und der Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 miteinander in Kontakt stehen. Es ist auch möglich, dass die Entfernung zwischen dem Verbindungsabschnitt 218 des Endseparators 210 und dem ersten Isolator 201 kleiner oder gleich dem Abstand zwischen dem inneren Abschnitt 216 und dem äußeren Abschnitt 217 des Endseparators 210 ist. In der obigen Ausführungsform ist auch eine Konstruktion möglich, bei der kein zweiter Isolator 202 vorgesehen ist, eine Konstruktion, bei der nur ein zweiter Isolator 202 vorgesehen ist, oder eine Konstruktion, bei der mindestens drei zweite Isolatoren 202 vorgesehen sind.
In der oben erwähnten Ausführungsform umfasst der Interkonnektor 190 die elektrisch leitende Überzugsschicht 194. Der Interkonnektor 190 muss jedoch nicht die Überzugsschicht 194 umfassen. In der oben erwähnten Ausführungsform weist ferner die Einzelzelle 110 die Reaktionsschutzschicht 118 auf. Die Einzelzelle 110 muss jedoch nicht die Reaktionsschutzschicht 118 aufweisen. Des Weiteren dient die Anzahl der Einzelzellen 110 (Anzahl der Stromerzeugungseinheiten 102) im Brennstoffzellenstapel 100 in der oben erwähnten Ausführungsform lediglich als Beispiel. Die Anzahl der Einzelzellen 110 kann je nach der für den Brennstoffzellenstapel 100 erforderlichen Ausgangsspannung u. a. festgelegt werden. Die Materialien für die jeweiligen Bauelemente in der oben erwähnten Ausführungsform dienen ebenfalls lediglich als Beispiele. Die jeweiligen Bauelemente können auch aus anderen Materialien bestehen.
Der Brennstoffzellenstapel 100 gemäß der oben erwähnten Ausführungsform ist eine SOFC des Counter-Flow-Typs. Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik ist jedoch in gleicher Weise auf eine SOFC des Co-Flow-Typs anwendbar. Außerdem sind bei der SOFC des Co-Flow-Typs der Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas und der Verbindungskanal 132 zum Einleiten von Oxidationsgas von der Z-Achsenrichtung aus gesehen derart angeordnet, dass sie einer Seite der Einzelzelle 110 zugewandt sind, während der Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas und der Verbindungskanal 133 zum Ableiten von Oxidationsgas derart angeordnet sind, dass sie einer anderen Seite zugewandt sind, die der einen Seite der Einzelzelle 110 entlang des Mittelpunkts der Einzelzelle 110 gegenüberliegt. Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik ist auch in gleicher Weise auf eine SOFC des Cross-Flow-Typs anwendbar.
Des Weiteren bezieht sich die oben erwähnte Ausführungsform auf einen Brennstoffzellenstapel 100, der mittels der elektrochemischen Reaktion zwischen dem im Brenngas enthaltenen Wasserstoff und dem im Oxidationsgas enthaltenen Sauerstoff Strom erzeugt. Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik ist jedoch in gleicher Weise auf einen Elektrolysezellenstapel anwendbar, der mit mehreren elektrolytischen Einzelzellen versehen ist, bei denen es sich um Konstruktionselemente einer Festoxidelektrolysezelle (SOEC) handelt, die unter Nutzung der Elektrolysereaktion von Wasser Wasserstoff erzeugt. Der Grundaufbau des Elektrolysezellenstapels ist bereits bekannt, wie z. B. in JP 2016-081813 A gezeigt, und ist ungefähr wie folgt ausgebildet. Und zwar kann die Konstruktion des Elektrolysezellenstapels dadurch erhalten werden, dass
die „Erzeugungseinheit“ in der Konstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 gemäß der oben erwähnten Ausführungsform als „Elektrolysezelleneinheit“ gelesen,
die „Einzelzelle“ als „elektrolytische Einzelzelle“ gelesen,
der „Manifold zum Einleiten von Oxidationsgas“ als „Manifold zum Ableiten von Luft“ gelesen,
der „Manifold zum Ableiten von Oxidationsgas“ als „Manifold zum Einleiten von Luft“ gelesen,
der „Manifold zum Einleiten von Brenngas“ als „Manifold zum Ableiten von Wasserstoff“ gelesen,
der „Manifold zum Ableiten von Brenngas“ als „Manifold zum Einleiten von Wasserdampf“ gelesen,
der „Verbindungskanal zum Einleiten von Oxidationsgas“ als „Verbindungskanal zum Ableiten von Luft“ gelesen,
der „Verbindungskanal zum Ableiten von Oxidationsgas“ als „Verbindungskanal zum Einleiten von Luft“ gelesen,
der „Verbindungskanal zum Einleiten von Brenngas“ als „Verbindungskanal zum Ableiten von Wasserstoff“ gelesen und
der „Verbindungskanal zum Ableiten von Brenngas“ als „Verbindungskanal zum Einleiten von Wasserdampf“ gelesen wird.
Während des Betriebs des Elektrolysezellenstapels wird eine Spannung an den Elektrolysezellenstapel angelegt, so dass die Kathode 114 positiv (Anode) und die Anode (Wasserstoff-Elektrode) 116 negativ (Kathode) ist. Des Weiteren wird Wasserdampf als Rohgas durch das Gasdurchgangselement 27 hindurch in den Manifold zum Einleiten von Wasserdampf geleitet. Im zugeführten Wasserdampf kann Wasserstoffgas enthalten sein. Der in den Manifold zum Einleiten von Wasserdampf eingeleitete Wasserdampf wird vom Manifold zum Einleiten von Wasserdampf durch den Verbindungskanal zum Einleiten von Wasserdampf jeder Elektrolysezelleneinheit hindurch in die Brennstoffkammer 176 eingeleitet und für die Elektrolysereaktion von Wasser in jeder elektrolytischen Einzelzelle zur Verfügung gestellt. Das in der Brennstoffkammer 176 durch die Elektrolysereaktion von Wasser in jeder elektrolytischen Einzelzelle erzeugte Wasserstoffgas wird zusammen mit dem überschüssigen Wasserdampf durch den Verbindungskanal zum Ableiten von Wasserstoff hindurch in den Manifold zum Ableiten von Wasserstoff abgeleitet und vom Manifold zum Ableiten von Wasserstoff durch das Gasdurchgangselement 27 hindurch aus dem Elektrolysezellenstapel entnommen.
Während des Betriebs des Elektrolysezellenstapels wird das Innere des Elektrolysezellenstapels je nach Bedarf mit Luft versorgt, um die Temperatur des Elektrolysezellenstapels u. a. zu steuern. In diesem Fall wird die durch das Gasdurchgangselement 27 hindurch in den Manifold zum Einleiten von Luft eingeleitete Luft vom Manifold zum Einleiten von Luft durch den Verbindungskanal zum Einleiten von Luft jeder Elektrolysezelleneinheit hindurch in die Luftkammer 166 eingeleitet. Die in die Luftkammer 166 eingeleitete Luft wird zusammen mit dem in der Kathode 114 erzeugten Sauerstoff durch den Verbindungskanal zum Ableiten von Luft hindurch in den Manifold zum Ableiten von Luft abgeleitet und vom Manifold zum Ableiten von Luft durch das Gasdurchgangselement 27 hindurch zur Außenseite des Elektrolysezellenstapels hin abgeleitet.
Der Elektrolysezellenstapel mit dieser Konstruktion weist auch die gleiche Wirkung wie der Brennstoffzellenstapel 100 in der oben erwähnten Ausführungsform auf, indem er die gleiche Konstruktion wie der Brennstoffzellenstapel 100 in der oben erwähnten Ausführungsform verwendet.
Obwohl die oben erwähnte Ausführungsform am Beispiel von Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) erläutert wurde, ist die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik auch auf andere Arten von Brennstoffzellen (oder Elektrolysezellen) anwendbar, wie z. B. Schmelzkarbonatbrennstoffzellen (MCFCs) .
Bezugszeichenliste

22: Bolzen
24: Mutter
26: Isolierfolie
27: Gasdurchgangselement
28: Hauptkörper
29: Zweigabschnitt
32, 34, 131, 141, 412: Bohrungen
100: Brennstoffzellenstapel
102: Stromerzeugungseinheit
103: Stromerzeugungsblock
104: obere Endplatte
106: untere Endplatte
108: Verbindungsbohrung
109: Bolzenbohrung
110: Einzelzelle
112: Elektrolytschicht
114: Kathode
116: Anode
118: Reaktionsschutzschicht
120: Separator für eine Einzelzelle
121, 181, 211: Durchgangsbohrungen
124: Verbindungsteil
125: Glasdichtung
126, 186, 216: innere Abschnitte
127, 187, 217: äußere Abschnitte
128, 188, 218: Verbindungsabschnitte
130: kathodenseitiger Rahmen
132: Verbindungskanal zum Einleiten von Oxidationsgas
133: Verbindungskanal zum Ableiten von Oxidationsgas
134: kathodenseitiger Stromkollektor
140: anodenseitiger Rahmen
142: Verbindungskanal zum Einleiten von Brenngas
143: Verbindungskanal zum Ableiten von Brenngas
144: anodenseitiger Stromkollektor
145: der Elektrode zugewandter Abschnitt
146: dem Interkonnektor zugewandter Abschnitt
147: Verknüpfungsabschnitt
149: Abstandshalter
150: Plattenteil
161: Manifold zum Einleiten von Oxidationsgas
162: Manifold zum Ableiten von Oxidationsgas
166: Luftkammer
171: Manifold zum Einleiten von Brenngas
172: Manifold zum Ableiten von Brenngas
176: Brennstoffkammer
180: Separator für ICs
189: unterste Platte
190: Interkonnektor
194: Überzugsschicht
196: elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial
200: Isolierelement
201: erster Isolator
202: zweite Isolatoren
210: Endseparator
220: oberste Platte
310, 510: flache Abschnitte
320, 520: konvexe Abschnitte
322, 522: äußere konvexe Abschnitte
324, 524: innere konvexe Abschnitte
330: erhabener Abschnitt
332: Seitenwand
334: Verbindungswand
336: Abdichtungswand
410: obere Anschlussplatte
420: untere Anschlussplatte
FG: Brenngas
FOG: Brennabgas
HO: Bohrung
OG: Oxidationsgas
OOG: Oxidationsabgas

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2019053926 A [0004]
JP 2016081813 A [0090]

Claims

Elektrochemischer Reaktionszellenstapel mit - einem elektrochemischen Reaktionsblock, bestehend aus mehreren elektrochemischen Reaktionseinheiten, die in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind und jeweils umfassen: - eine Einzelzelle mit einer Elektrolytschicht sowie einer Kathode und einer Anode, die sich in der ersten Richtung entlang der Elektrolytschicht gegenüberliegen; und - Rahmenelemente, die Rahmendurchgangsbohrungen aufweisen, um eine Luftkammer, die der Kathode zugewandt ist, und eine Brennstoffkammer, die der Anode zugewandt ist, zu bilden, - einem Paar Endstücke, die sich jeweils auf beiden Seiten des elektrochemischen Reaktionsblocks in der ersten Richtung befinden und derart angeordnet sind, dass sie sich zumindest teilweise mit den Rahmenelementen von der ersten Richtung aus gesehen überlappen, und - einem Druckdichtungselement, das zwischen den Rahmenelementen derjenigen elektrochemischen Reaktionseinheiten angeordnet ist, die in der ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem der beiden Endstücke Folgendes ausgebildet sind: - ein flacher Abschnitt, der sich von der ersten Richtung aus gesehen mit dem Druckdichtungselement überlappt und entlang einer Flächenrichtung senkrecht zur ersten Richtung verläuft; und - ein konvexer Abschnitt, der sich entlang der Flächenrichtung erstreckt und aus dem flachen Abschnitt in die erste Richtung herausragt.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere konvexe Abschnitte in mindestens einem Querschnitt parallel zur ersten Richtung des Endstücks ausgebildet sind.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Endstück eine Enddurchgangsbohrung von der ersten Richtung aus gesehen aufweist, wobei der konvexe Abschnitt sowohl am äußeren als auch am inneren Umfang des Endstücks ausgebildet ist.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der konvexe Abschnitt um den gesamten Umfang des Endstücks ausgebildet ist.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Endstück ferner ein erhabener Abschnitt ausgebildet ist, der in mindestens einem Querschnitt parallel zur ersten Richtung des Endstücks die flachen Abschnitte miteinander verbindet und in der ersten Richtung erhaben ist.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstiegslänge des konvexen Abschnitts, der aus dem flachen Abschnitt herausragt, größer als die Dicke des flachen Abschnitts ist.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Richtung aus gesehen mindestens einer der konvexen Abschnitte an einer Position angeordnet ist, die sich mit dem Druckdichtungselement überlappt.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Passivierungsschicht auf der Oberfläche des Endstücks ausgebildet ist.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der konvexe Abschnitt und der flache Abschnitt entlang einer Radiusfase miteinander verbunden sind, wobei der Radius der Innenfläche der Radiusfase größer als die Dicke des flachen Abschnitts ist.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der konvexe Abschnitt und der flache Abschnitt dieselbe Dicke aufweisen.