JP2018107109A - 固体酸化物燃料電池用モジュール化平面連結装置及びそれを含む固体酸化物燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体酸化物燃料電池のモジュール化平面連結装置(2)は、平面連結本体(21)と一対の上遮蔽板(5)と一対の下遮蔽板(4)とを含む。上遮蔽板(5)は、平面連結本体(21)の第1の注入領域(254)の前境界壁表面(2542)と後境界壁表面(2543)との間、及び、平面連結本体(21)の第1の排出領域(255)の前境界壁表面(2552)と後境界壁表面(2553)との間にそれぞれフィットするように構成されている。下遮蔽板(4)についても同様な構造を持つように構成する。
【選択図】図1
Description
モジュール化平面連結装置2の上述した実施形態は、固体酸化物燃料電池に使用する。このモジュール化平面連結装置2において、下主面24の、下主領域243と第2の注入領域244との間の連接箇所における溝付き流路246の横断面は、約22.1mm2であり、且つ、下主面24の、下主領域243と第2の排出領域245との間の連接箇所における溝付き流路246の横断面は、約13.26mm2である。水素と窒素の混合ガス(3%の水蒸気を含む)は、第2の注入口2461を経由して溝付き流路246に導入され、第2の排出口2462を経由して溝付き流路246から流出される。乾燥空気は、第1の注入口2561を経由して溝付き流路256に導入され、第1の排出口2562を経由して溝付き流路256から流出される。固体酸化物燃料電池を100時間運転させた。電子負荷(引張負荷電流:34.2A、動作電圧:0.6〜0.7V)を用いて、固体酸化物燃料電池の最大出力密度(650℃)、燃料利用率及び出力効率(620℃)を測定した。その結果を表1に示す。
下主面24の、下主領域243と第2の注入領域244との間の連接箇所における溝付き流路246の横断面、及び、下主面24の、下主領域243と第2の排出領域245との間の連接箇所における溝付き流路246の横断面の両方とも、約22.1mm2である点を除いて、実施例1での手順を繰り返す。最大出力密度(650℃)、燃料利用率、出力効率(620℃)の結果を表1に示す。
Claims (17)
- それぞれが、陽極ウエブ(34)と、陰極ウエブ(35)と、前記陽極ウエブ(34)及び前記陰極ウエブ(35)の間に挟まれている平面セル本体(33)と、を含む一対の平面セルユニット(3)の間に挟まれるモジュール化平面連結装置(2)であって、
平面連結本体(21)と一対の上遮蔽板(5)と一対の下遮蔽板(4)とにより構成されており、
前記平面連結本体(21)は、上主面(25)と下主面(24)とを含み、
前記上主面(25)は、
右辺縁領域(251)と、
縦方向(A)において前記右辺縁領域(251)の反対側に配置されている左辺縁領域(252)と、
上方の前記平面セルユニット(3)の前記陰極ウエブ(35)の下に重なるように、前記右辺縁領域(251)及び前記左辺縁領域(252)の間に配置されている上主領域(253)と、
前記右辺縁領域(251)及び前記上主領域(253)の間に配置されていると共に、横方向(B)に互いに離間している前境界壁表面(2542)及び後境界壁表面(2543)とが構成されるように、前記上主面(25)から下方且つ内部へ凹む第1の注入凹部区域(2541)が形成されている、酸素含有流体用の第1の注入領域(254)と、
前記左辺縁領域(252)及び前記上主領域(253)の間に配置されていると共に、前記横方向(B)に互いに離間している前境界壁表面(2552)及び後境界壁表面(2553)とが構成されるように、前記上主面(25)から下方且つ内部へ凹む第1の排出凹部区域(2551)が形成されている、酸素含有流体用の第1の排出領域(255)と、
前記上主面(25)の前記上主領域(253)に形成されていると共に、前記第1の注入領域(254)を通過して複数の第1の注入口(2561)で終端し、且つ、前記第1の排出領域(255)を更に通過して複数の第1の排出口(2562)で終端している複数の溝付き流路(256)と、を含み、
前記下主面(24)は、
前辺縁領域(241)と、
前記横方向(B)において前記前辺縁領域(241)の反対側に配置されている後辺縁領域(242)と、
下方の前記平面セルユニット(3)の前記陽極ウエブ(34)の上に重なるように前記前辺縁領域(241)及び前記後辺縁領域(242)の間に配置されている下主領域(243)と、
前記前辺縁領域(241)及び前記下主領域(243)の間に配置されていると共に、前記縦方向(A)に互いに離間している右境界壁表面(2442)及び左境界壁表面(2443)とが構成されるように、前記下主面(24)から上方且つ内部へ凹む第2の注入凹部区域(2441)が形成されている、燃料流体用の第2の注入領域(244)と、
前記後辺縁領域(242)及び前記下主領域(243)の間に配置されていると共に、前記縦方向(A)に互いに離間している右境界壁表面(2452)及び左境界壁表面(2453)とが構成されるように、前記下主面(24)から上方且つ内部へ凹む第2の排出凹部区域(2451)が形成されている、燃料流体用の第2の排出領域(245)と、
前記下主面(24)の前記下主領域(243)に形成されていると共に、前記第2の注入領域(244)を通過して複数の第2の注入口(2461)で終端し、且つ、前記第2の排出領域(245)を更に通過して複数の第2の排出口(2462)で終端している複数の溝付き流路(246と)、を含み、
前記一対の上遮蔽板(5)は、前記第1の注入領域(254)の前記前境界壁表面(2542)と前記後境界壁表面(2543)との間、及び、前記第1の排出領域(255)の前記前境界壁表面(2552)と前記後境界壁表面(2553)との間にそれぞれフィットするように構成されており、
前記一対の下遮蔽板(4)は、前記第2の注入領域(244)の前記右境界壁表面(2442)と前記左境界壁表面(2443)との間、及び、前記第2の排出領域(245)の前記右境界壁表面(2452)と前記左境界壁表面(2453)との間にそれぞれフィットするように構成されていることを特徴とするモジュール化平面連結装置(2)。 - 前記右辺縁領域(251)は、前記第1の注入口(2561)と流体連通するように、前記上主面(25)から前記下主面(24)まで延伸する第1の導入スロット(2511)を有することを特徴とする請求項1に記載のモジュール化平面連結装置(2)。
- 前記左辺縁領域(252)は、前記第1の排出口(2562)と流体連通するように、前記上主面(25)から前記下主面(24)まで延伸する第1の流出スロット(2522)を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のモジュール化平面連結装置(2)。
- 前記前辺縁領域(241)は、前記第2の注入口(2461)と流体連通するように、前記下主面(24)から前記上主面(25)まで延伸する第2の導入スロット(2411)を有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のモジュール化平面連結装置(2)。
- 前記後辺縁領域(242)は、前記第2の排出口(2462)と流体連通するように、前記下主面(24)から前記上主面(25)まで延伸する第2の流出スロット(2421)を有することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のモジュール化平面連結装置(2)。
- 前記上遮蔽板(5)は、前記右辺縁領域(251)及び前記左辺縁領域(252)と面一になっていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のモジュール化平面連結装置(2)。
- 前記下遮蔽板(4)は、前記前辺縁領域(241)及び前記後辺縁領域(242)と面一になっていることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のモジュール化平面連結装置(2)。
- 前記上主面(25)の前記上主領域(253)には、上突起(258)のアレイを形成するように、前記上主面(25)の前記上主領域(253)における前記溝付き流路(246)を横断する複数の補助流路(257)が更に形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載のモジュール化平面連結装置(2)。
- 前記下主面(24)の前記下主領域(243)には、下突起(248)のアレイを形成するように、前記下主面(24)の前記下主領域(243)における前記溝付き流路(246)を横断する複数の補助流路(247)が更に形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のモジュール化平面連結装置(2)。
- 前記下主面(24)の、前記下主領域(243)と前記第2の注入領域(244)との間の連接箇所における前記溝付き流路(246)の横断面は、前記下主面(24)の、前記下主領域(243)と前記第2の排出領域(245)との間の連接箇所における前記溝付き流路(246)の横断面より大きいことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載のモジュール化平面連結装置(2)。
- 前記平面連結本体(21)と前記上遮蔽板(5)と前記下遮蔽板(4)とは、ステンレス鋼材により作られていることを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載のモジュール化平面連結装置(2)。
- それぞれが請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載のモジュール化平面連結装置(2)である上と下のモジュール化平面連結装置(2)と、
前記上と下のモジュール化平面連結装置(2)の間に挟まれている平面セルユニット(3)と、
第1の上補助シール部材と、
第1の下補助シール部材と、により構成されており、
前記平面セルユニット(3)は、平面セル部材(31)と陽極部材(38)と陰極部材(39)とを含み、
前記平面セル部材(31)は、
前記上のモジュール化平面連結装置(2)の前記下主面(24)の前記下主領域(243)と前記下のモジュール化平面連結装置(2)の前記上主面(25)の前記上主領域(253)との間に介在している平面セル本体(33)と、
前記平面セル本体(33)の周縁を囲みながら支持するように配置されているセル本体支持フレーム(32)と、を含み、
前記セル本体支持フレーム(32)は、
前記横方向(B)において互いに反対側にあると共に、それぞれ前記上のモジュール化平面連結装置(2)の前記下主面(24)の前記第2の注入領域(244)と前記第2の排出領域(245)と対になる上前支持領域(321)と上後支持領域(322)、及び、
前記縦方向(A)において互いに反対側にあると共に、それぞれ前記下のモジュール化平面連結装置(2)の前記上主面(25)の前記第1の注入領域(254)と前記第1の排出領域(255)と対になる下右支持領域(323)と下左支持領域(324)、を有し、
前記陽極部材(38)は、
前記平面セル本体(33)と前記上のモジュール化平面連結装置(2)の前記下主面(24)の前記下主領域(243)との間に挟まれている陽極ウエブ(34)と、
前記陽極ウエブ(34)の周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に、前記横方向(B)において互いに反対側にある前陽極フレーム領域(361)と後陽極フレーム領域(362)とを有し、前記前陽極フレーム領域(361)と前記後陽極フレーム領域(362)とがそれぞれ前記上のモジュール化平面連結装置(2)の前記下主面(24)の前記第2の注入領域(244)と前記第2の排出領域(245)と対になる陽極フレーム(36)と、を含み、
前記陰極部材(39)は、
前記平面セル本体(33)と前記下のモジュール化平面連結装置(2)の前記上主面(25)の前記上主領域(253)との間に挟まれている陰極ウエブ(35)と、
前記陰極ウエブ(35)の周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に、前記縦方向(A)において互いに反対側にある右陰極フレーム領域(371)と左陰極フレーム領域(372)とを有し、前記右陰極フレーム領域(371)と前記左陰極フレーム領域(372)とがそれぞれ前記下のモジュール化平面連結装置(2)の前記上主面(25)の前記第1の注入領域(254)と前記第1の排出領域(255)と対になる陰極フレーム(37)と、を含み、
前記第1の上補助シール部材は、前記陽極フレーム(36)の前記前陽極フレーム領域(361)と前記後陽極フレーム領域(362)とのうちの一方と、前記上のモジュール化平面連結装置(2)の前記下主面(24)における前記第2の注入領域(244)と前記第2の排出領域(245)とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成しており、
前記第1の下補助シール部材は、前記陰極フレーム(37)の前記右陰極フレーム領域(371)と前記左陰極フレーム領域(372)とのうちの一方と、前記下のモジュール化平面連結装置(2)の前記上主面(25)における前記第1の注入領域(254)と前記第1の排出領域(255)とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成していることを特徴とする固体酸化物燃料電池(1)。 - 前記陽極フレーム(36)の前記前陽極フレーム領域(361)と前記後陽極フレーム領域(362)とのうちの他方と、前記上のモジュール化平面連結装置(2)の前記下主面(24)における前記第2の注入領域(244)と前記第2の排出領域(245)とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している第2の上補助シール部材と、
前記陰極フレーム(37)の前記右陰極フレーム領域(371)と前記左陰極フレーム領域(372)とのうちの他方と、前記下のモジュール化平面連結装置(2)の前記上主面(25)における前記第1の注入領域(254)と前記第1の排出領域(255)とのうちの対応する一方との間に配置されて、それらの間に流体密封シールを形成している第2の下補助シール部材と、を更に含むことを特徴とする請求項12に記載の固体酸化物燃料電池(1)。 - 前記第1の上補助シール部材は、前記陽極フレーム(36)と一体的に形成されており、前記第1の下補助シール部材は、前記陰極フレーム(37)と一体的に形成されていることを特徴とする請求項12又は請求項13に記載の固体酸化物燃料電池(1)。
- 前記第2の上補助シール部材は、前記陽極フレーム(36)と一体的に形成されており、前記第2の下補助シール部材は、前記陰極フレーム(37)と一体的に形成されていることを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の固体酸化物燃料電池(1)。
- 前記第1の上補助シール部材は、ガラスセラミック、雲母、はんだ合金、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成され、前記第1の下補助シール部材は、ガラスセラミック、雲母、はんだ合金、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成されることを特徴とする請求項14又は請求項15に記載の固体酸化物燃料電池(1)。
- 前記第2の上補助シール部材は、ガラスセラミック、雲母、はんだ合金、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成され、前記第2の下補助シール部材は、ガラスセラミック、雲母、はんだ合金、及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成されることを特徴とする請求項15又は請求項16に記載の固体酸化物燃料電池(1)。
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