JP3845124B2 - 固体酸化物燃料電池スタック - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、固体酸化物燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
現時点において、固体酸化物燃料電池の主要な変形例は、管状の固体酸化物燃料電池(T−SOFC)、平坦な固体酸化物燃料電池(P−SOFC)、及び、モノリシック固体酸化物燃料電池(M−SOFC)である。
【0003】
管状の固体酸化物燃料電池は、内側及び外側の電極を有する管状の固体酸化物電解質部材を備えている。一般に、内側電極はカソードであり、外側電極はアノードである。酸化剤ガスが、管状の固体酸化物電解質部材の内側のカソードに供給され、燃料ガスが、管状の固体酸化物電解質部材の外側面のアノードに供給される。管状の固体酸化物燃料電池は、簡単な電池の積み重ね構造を可能とし、シールを大幅に省いている。しかしながら、このタイプの固体酸化物燃料電池の製造は、極めて複雑で、労力を要し、経費がかかる。また、このタイプの固体酸化物燃料電池は、比較的直径が大きい管状の電池を通る長い電流導電路のために、比較的小さい電力密度を有している。
【0004】
モノリシック固体酸化物燃料電池は、2つの変形例を有している。第1の変形例は、その2つの主要な表面に電極を有する平坦な固体酸化物電解質部材を備えている。第2の変形例は、その2つの主要な表面に電極を有する波形の固体酸化物電解質部材を備えている。このモノリシック固体酸化物燃料電池は、より簡単なテープキャスティング(テープ成形)及びカレンダロール加工のプロセスを施すことができ、高い電流密度を約束する。このタイプの固体酸化物燃料電池は、その生の状態から、モノリス状の総ての燃料電池層を共に焼結することを必要とする。しかしながら、これは、収縮及び亀裂(クラック)の発生という深刻な問題を生ずる。このタイプの固体酸化物燃料電池は、集合(マニホールドの形成)及びシールを行うのが容易ではない。
【0005】
平坦な固体酸化物燃料電池も、テープキャスティング及びカレンダー加工のプロセスを施すことができる。そのようなプロセスは、現在では、150−200ミクロンの厚い自立型の固体酸化物電解質部材を必要とし、これにより、性能が制限される。平坦な固体酸化物燃料電池はまた、その耐熱衝撃性に制限がある。
【0006】
固体酸化物燃料電池は、内部電気抵抗を低く維持するために、1,000°C前後の作動温度すなわち運転温度を必要とする。
【0007】
固体酸化物燃料電池スタックの作動温度は、原理的には、固体酸化物燃料電池スタックの内部で炭化水素燃料を水蒸気改質触媒を行うのには十分に高い。内部水蒸気改質触媒は、固体酸化物燃料電池のパワーシステムすなわち出力系統のバランスを簡単にし、作動効率すなわち運転効率を改善する筈である。しかしながら、固体酸化物燃料電池スタックの中における炭化水素燃料の改質操作は、解決されていない多くの問題を抱えてる。固体酸化物燃料電池スタックにおける炭化水素燃料の完全な内部改質操作は、水蒸気改質反応の強い吸熱性によって、阻害さ、その結果、繊細な燃料電池の熱衝撃が生じる。固体酸化物燃料電池のニッケルサーメットアノードにおける内部改質は、炭素の形成を促進する傾向を有する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、簡単な製造操作に適すると共に、比較的簡単に集合及びシールすることのできる新規な固体酸化物燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、少なくとも1つの第1のモジュール、及び、少なくとも1つの第2のモジュールを備える固体酸化物燃料電池スタックを提供し、
各々の第1のモジュールは、複数の第1の通路を形成する第1の分配手段を有し、上記第1の通路は、上記第1の分配手段に対して長手方向に第1の反応物質を供給するようになされており、
この固体酸化物燃料電池スタックは、上記第1の分配手段の一側部に担持されるように配列された少なくとも1つの電解質/電極アセンブリを更に備え、該電解質/電極アセンブリ及び上記第1の分配手段は、複数の第2の通路をその間に形成し、上記第2の通路は、上記第1の分配手段に対して長手方向に伸長して、第1の反応物質を分配すると共に第1の使用済反応物質を除去するようになされており、
各々の電解質/電極アセンブリは、複数の第1の電極、複数の固体酸化物電解質部材、及び、複数の第2の電極を有しており、
各々の固体酸化物電解質部材は、第1の電極の対応するものと第2の電極の対応するものとの間に設けられ、これら対応する第1の電極及び第2の電極に接触して燃料電池を形成しており、
また、この固体酸化物燃料電池スタックは、1つの燃料電池の第1の電極を隣接する燃料電池の第2の電極に接続するための少なくとも1つのインターコネクタを備え、
上記電解質/電極アセンブリの第1の電極は、上記第1の分配手段の方を向いており、
各々の第2のモジュールは、複数の第3の通路を形成する第2の分配手段を有しており、上記第3の通路は、上記第2の分配手段に対して長手方向に第2の反応物質を供給するようになされており、
少なくとも1つの第1のモジュールは、少なくとも1つの第2のモジュールに近接して設けられ、これにより、上記少なくとも1つの電解質/電極アセンブリ及び第2の分配手段は、複数の第4の通路をその間に形成し、これら第4の通路は、上記第2の分配手段に対して長手方向に伸長して、第2の反応物質を分配すると共に、第2の使用済反応物質を除去するようになされており、
各々の電解質/電極アセンブリに設けられた上記第2の電極は、上記第2の分配手段の方を向いており、
本固体酸化物燃料電池スタックは更に、第1の反応物質を上記第1の通路へ供給するための手段と、
第2の反応物質を上記第3の通路へ供給するための手段とを備えている。
【0010】
各々の第1のモジュールは、上記第1の分配手段の両側に担持されるようになされた、2つの電解質/電極アセンブリを備えるのが好ましい。
【0011】
上記第1の分配手段又は上記第2の分配手段は、複数の平行な第1の通路又は複数の平行な第3の通路をそれぞれ形成し、上記第1の分配手段の上記平行な第1の通路の軸線、あるいは、上記第1の分配手段の上記平行な第3の通路の軸線は、1つの平面にあるのが好ましい。
【0012】
第1の分配手段又は第2の分配手段は、第1及び第2の波形プレートによって形成することができ、第1の波形プレートの谷部は、第2の波形プレートの山部に接合されて、第1の通路又は第3の通路をそれぞれ形成し、前記波形プレートの少なくとも一方は、該波形プレートを貫通し、上記第1の通路又は第3の通路から対応する電極に反応物質を供給する開口を有している。
【0013】
第1の分配手段又は第2の分配手段は、複数の平行な管によって形成され、第1の通路又は第3の通路をそれぞれ形成し、上記管は、間隔部材によって互いに接続され、上記管は、これら管を貫通し、上記第1の通路又は第3の通路からそれぞれの電極へ反応物質を供給するための開口を有するのが好ましい。
【0014】
上記開口は、上記第1の分配手段、あるいは、上記第2の分配手段の通路の両端部の間の中央にあるのが好ましい。
【0015】
上記第1の分配手段又は上記第2の分配手段は、上記第1の通路又は第3の通路をそれぞれ形成するように、複数の平行な管によって形成することができ、これら管は、間隔部材によって相互に接続される。
【0016】
上記第1の分配手段又は上記第2の分配手段は、セラミック材料から形成されるのが好ましい。
【0017】
各々の第1のモジュールは、第1の分配手段の周囲で横方向に伸長する多孔質のサポート構造を備え、該多孔質のサポート構造は、第1の分配手段の横方向に隔置された箇所において、上記第1の分配手段に接触し、これにより、第1の分配手段と多孔質のサポート構造との間に複数の第2の通路を形成し、上記多孔質のサポート構造は、少なくとも1つの電解質/電極アセンブリを担持し、上記第1の電極は、上記多孔質のサポート構造に設けられると共に該多孔質のサポート構造に接触するのが好ましい。
【0018】
第1の電極は、多孔質のサポート構造の実質的に平行な表面に設けられ、多孔質のサポート構造の各々の平行な表面に設けられる第1の電極は、隣接する燃料電池の第2の電極に対して電気的に直列に接続することができる。
【0019】
上記多孔質のサポート構造の2つの平行な表面に設けられる燃料電池は、電気的に並列に接続することができる。
【0020】
上記第1の電極、上記固体電解質部材、及び、上記第2の電極は、上記第1の分配手段の横方向すなわち該第1の分配手段を横断する方向に伸長し、隣接する第1の電極は、上記第1の分配手段の長手方向に隔置されるのが好ましい。
【0021】
上記第1の電極、上記固体電解質部材、及び、上記第2の電極は、上記第1の分配手段の長手方向に伸長し、隣接する第1の電極は、上記第1の分配手段の横方向に隔置されるのが好ましい。
【0022】
上記第1の電極は、アノードとすることができ、また、上記第2の電極は、カソードとすることができる。
【0023】
本固体酸化物燃料電池スタックは、複数の第1のモジュール及び複数の第2のモジュールを備え、これら第1及び第2のモジュールは、交互に設けられる。
【0024】
固体酸化物燃料電池スタックは、複数の第1のモジュール及び複数の第2のモジュールを備え、各々の第1のモジュールは、2つの第2のモジュールと交互に設けられるのが好ましい。
【0025】
上記第1及び第2の分配手段は、上記第1及び第2の通路が直交して伸長するように配列されるのが好ましい。
【0026】
各々の第1のモジュールは、第1の反応物質を第1の通路の両端部に供給するための手段を備えるのが好ましい。
【0027】
各々の第2のモジュールは、第2の反応物質を第3の通路の両端部に供給するための手段を備えることができる。
【0028】
各々の第1のモジュールの第1の通路の両端部には、二次の対の第1の反応物質マニホールドから燃料が供給され、上記二次の第1の反応物質マニホールドは、上記第1の通路の両端部に接続されるのが好ましい。
【0029】
各々の二次の第1の反応物質マニホールドは、一次の第1の反応物質マニホールドに接続されるのが好ましい。
【0030】
各々の二次の第1の反応物質マニホールドは、追従部分によって、上記一次の第1の反応物質マニホールドに接続されるのが好ましい。
【0031】
上記追従接続部は、管状のベローズ部分又は環状部を有するパイプを備えるのが好ましい。
【0032】
第1のモジュールの両端部は、該第1のモジュールの長手方向の運動を許容する追従シールに設けられるのが好ましい。
【0033】
上記追従シールは共に、複数のシール部分を有し、各々のシール部分の少なくとも1つの縁部は、1又はそれ以上の第1のモジュールの両端部に嵌合するような形状を有するのが好ましい。
【0034】
各々の追従シールのシール部分は、それぞれの運動可能なフレームに設けられるのが好ましい。
【0035】
上記追従シールは、上記第1のモジュールの端部と上記シール部分との間に、グランド型のシールを有するのが好ましい。
【0036】
第1の反応物質は、水素を含む気体であり、また、第2の反応物質は、酸素を含む気体であるのが好ましい。
【0037】
図面を参照して、以下に本発明の実施例を詳細に説明する。
【0038】
【実施例】
本発明の固体酸化物燃料電池スタック10が、図1乃至図3に示されている。この固体酸化物燃料電池スタック10は、固体酸化物燃料電池22のアレーすなわち列を収容するコア領域12を備えている。コア領域12は、燃料供給マニホールド14と、酸化剤供給マニホールド16と、使用済燃料収集マニホールド18と、使用済酸化剤収集マニホールド20とによって包囲されている。
【0039】
固体酸化物燃料電池22は、図4、図5、図6、図7及び図8に示すように、1又はそれ以上の第1のモジュール24に担持されており、該第1のモジュールは、固体酸化物燃料電池スタック10のコア領域が構成される基本ユニットの1つを形成している。コア領域12はまた、1又はそれ以上の第2のモジュール26を備えており、該第2のモジュールは、固体酸化物燃料電池スタック10のコア領域の他の基本ユニットである。
【0040】
第1のモジュール24は各々、第1の反応物質分配部材28を備えており、該反応物質分配部材は、この第1の分配部材の長手方向に第1の反応物質を供給するための、複数の平行な第1の通路30を形成している。第1の通路30の軸線は、共通の平面にある。第1の反応物質分配部材28は、2つの波形のセラミックプレート32、34から形成されるのが好ましく、この際に、各プレート32、34の波形は平行に配列され、一方のプレート32の谷部は、他方のプレート34の山部に接合される。第1の通路の直径は、2mm程度である。第1のサポート構造36が、第1の分配部材28を包囲して第1の分配部材28と交差する方向に伸長し、プレート32の山部及びプレート34の谷部に接触して、新しい第1の反応物質を分配すると共に固体酸化物燃料電池22から第1の使用済反応物質を除去するための、複数の平行な第2の通路38を形成している。第2の通路38は、実際には、固体酸化物燃料電池スタック10のチャンバである、アノード又はカソードである。波形のセラミックプレート32、34は、第1の通路30の両端部のほぼ中央に開口55を有しており、これにより、第1の反応物質を第1の通路30から第2の通路38の中へ流し、第1の反応物質を固体酸化物燃料電池のチャンバであるアノード又はカソードへ供給することを許容している。
【0041】
多孔質の基板36が、直列に接続された複数の固体酸化物燃料電池22をその2つの平行な平坦面上に担持している。
【0042】
各々の固体酸化物燃料電池22は、図8に示すように、多孔質の基板36に接触して該基板によって担持されている第1の電極40であるアノード又はカソードと、第1の電極40に接触している固体酸化物電解質部材42と、固体酸化物電解質部材42の反対側の面に接触している第2の電極44であるカソード又はアノードとを備えている。1つの固体酸化物燃料電池22の第1の電極40は、インターコネクタすなわち相互接続部48によって、隣接する固体酸化物燃料電池22の第2の電極に電気的に接続されている。隣接する第1の電極40は、絶縁体50によって分離されており、隣接する第2の電極44は、絶縁体52によって分離されている。絶縁体52を省き、絶縁体50を電解質部材42の延長部として形成することができるようにするのが好ましい。インターコネクタ48の下の電極40の隣接する領域に障壁層を設け、インターコネクタ48が燃料ガスによって侵されないようにするのが好ましい。インターコネクタ48は、ステンレス鋼、ニッケルクロム合金の如き他の金属合金、酸化物コーティングあるいはドープされたランタンクロム酸化物及び密封フィルムで被覆されたステンレス鋼であるのが好ましい。障壁層は、密度の高いイットリア安定化されたジルコニアであるのが好ましい。
【0043】
第2のモジュール26は各々、図6に示すように、第2の反応物質分配部材54を備えており、該第2の反応物質分配部材は、この第2の分配部材54の長手方向に第2の反応物質を供給するための、複数の平行な第3の通路56を形成している。第3の通路56の軸線は、共通の平面にある。第2の反応物質分配部材54は、波形の2つのセラミックプレート58、60から形成されるのが好ましく、その際に、プレート58、60の波形は平行に配列され、一方のプレート58の谷部は、他方のプレート60の山部に接合される。第3の通路56の直径も、2mm程度である。第2の分配部材54は、第1のモジュール24の第2の電極44に近接しており、第1のモジュール24の第2の電極44は、プレート58の山部に接触しており、隣接する第1のモジュール24の第2の電極は、プレート60の谷部に接触し、新しい第2の反応物質を分配すると共に固体酸化物燃料電池22から第2の使用済反応物質を除去するための、複数の平行な第4の通路62を形成している。これら第4の通路は、実際には、固体酸化物燃料電池スタック10のチャンバであるカソード又はアノードである。波形のセラミックプレート58、60は、第3の通路56の両端部のほぼ中央にある開口64を有しており、これにより、第2の反応物質を第3の通路56から第4の通路62の中へ流し、第2の反応物質を固体酸化物燃料電池のチャンバであるカソード又はアノードへ供給することを許容している。
【0044】
従って、図6から、第1のモジュール24及び第2のモジュール26は、固体酸化物燃料電池スタック10のコア領域12において、交互に積み重ねられていることが分かる。第1及び第2のモジュール24、26は、第1及び第2の通路30、38が第3及び第4の通路56、62に対して直交して配列されるように、積み重ねられるのが好ましいが、上記通路を互いに平行に配列することが可能である。
【0045】
図1乃至図3を参照すると、第1の反応物質分配部材28の中の各々の第1の通路30の両端部には、第1の反応物質すなわち燃料が供給される。第1の通路30の両端部には、対応する燃料供給マニホールド14から燃料が供給される。各々の第1の通路38の両端部は、第1の使用済反応物質すなわち使用済燃料を使用済燃料収集マニホールド18の中へ排出する。第2の通路38の両端部は、使用済燃料をそれぞれの別個の使用済燃料収集マニホールド18の中へ排出する。使用済燃料収集マニホールド18は、燃料供給マニホールド14とコア領域12との間に位置している。従って、第1の分配部材28の両端部は、コア領域12へ伸長する途中で、使用済燃料収集マニホールド18を通過する。同様に、第2の反応物質分配部材54の中の各々の第3の通路56の両端部には、酸化剤である第2の反応物質が供給される。第3の通路56の両端部には、それぞれの別個の酸化剤供給マニホールド16から酸化剤が供給される。各々の第4の通路62の両端部は、使用済酸化剤である第2の使用済反応物質を使用済酸化剤収集マニホールド20の中へ排出する。第4の通路62の両端部は、使用済酸化剤をそれぞれ別個の使用済酸化剤収集マニホールド20の中へ排出する。使用済酸化剤収集マニホールド20は、酸化剤供給マニホールド16とコア領域12との間に位置している。従って、第2の分配部材54の両端部は、コア領域12へ伸長する途中で、使用済酸化剤収集マニホールド20を通過する。この配列すなわち構造は、熱い使用済反応物質の顕熱を新しい反応物質の供給源へ戻すことを可能とする。
【0046】
燃料供給マニホールド14には、燃料供給源(図示せず)からパイプ64を介して燃料が供給される。燃料供給源は、水素の供給源又は炭化水素燃料の供給源とすることができる。供給される燃料が水素である場合には、燃料供給源は、水素貯蔵からの水素とすることができ、あるいは、炭化水素燃料を水素及び他の生成ガスに改質するリフォーマとすることができる。燃料供給源は、この例のように炭化水素燃料であるのが好ましく、燃料供給パイプ64は、炭化水素燃料をメタン、水素、及び、炭素酸化物に低温水蒸気改質するのに適した触媒68を保有するプレリフォーマ66を収容するのが好ましい。プレリフォーマ66は、炭化水素燃料の約5乃至20%をメタン、水素及び炭素酸化物に断熱的に水蒸気改質する。プレリフォーマ66はまた、炭化水素燃料の中の硫黄基準の不純物、塩素基準の不純物、及び、他の不純物を除去あるいはトラップする(溜める)ガード手段を備えることもできる。プレリフォーマ66は、固体酸化物燃料電池スタック10に取り外し可能に取り付けられている。塩素を除去するためのガード手段は、活性アルミナを含んでいる。硫黄を除去するためのガード手段は、酸化亜鉛を含んでいる。プレリフォーマ66は、例えば、モリブデン酸ニッケル又はモリブデン酸コバルトの如き水素化脱硫触媒、例えば、活性の高いニッケル触媒の如き低温水蒸気改質触媒、並びに、白金、ロジウム又は他の貴金属、あるいは、貴金属の混合物の如き低温における始動すなわち立ち上がりを促進する部分酸化触媒を収容している。
【0047】
また、ダクト70が、プレリフォーマ66の上流側で、パイプ64によって使用済燃料収集マニホールド18に接続されており、これにより、生成水蒸気等を含む使用済燃料/アノードガスの流れの一部(約3分の2)が循環され、炭化水素燃料の水蒸気改質を促進する。炭化水素燃料で駆動されるジェットポンプ72又は他のインジェクタが設けられ、使用済燃料/アノードガスの流れを循環させている。
【0048】
また、第1の分配部材28の第1の通路30は、適宜な触媒で被覆されるか、あるいは、残りの炭化水素燃料を水素及び他の生成ガスに水蒸気改質するための適宜な触媒74を収容する。燃料の温度は、燃料電池22から第1の分配管28を通る熱伝達によって、第1の通路30の中で約700乃至800°Cまで上昇する。
【0049】
使用済燃料/アノードガスの残りの部分(約3分の1)は、使用済酸化剤収集マニホールド20を通過し、該使用済酸化剤収集マニホールドにおいて、使用済酸化剤の中で燃焼し、固体酸化物燃料電池22に供給される酸化剤を更に加熱する。
【0050】
燃料駆動型のジェットポンプ72の中へ空気を供給するための空気供給管76が設けられ、プレリフォーマ66の中の炭化水素燃料を部分酸化改質することにより、固体酸化物燃料電池スタック10を始動させる。管すなわちパイプ76は、ジェットポンプ72の中への空気の流量を制御するための弁78を有している。水素又はメタノールが、管76を介して供給される空気の中へ供給される。管76は、管76を介して供給される空気の中への水素又はメタノールの添加を制御する弁80又は他の手段を有している。メタノールは、メタノールで空気をバブリングする(空気の中へメタノールを吹き込む)ことにより、あるいは、メタノールの微細なスプレイ(噴霧)を空気の中へ吹き込むことにより、空気に添加することができる。
【0051】
酸化剤供給マニホールド16には、酸化剤供給源(図示せず)から管82を介して酸化剤が供給される。酸化剤供給源は、酸素の供給源又は空気の供給源とすることができる。
【0052】
第1及び第2の分配部材28、54は、最初に個々の波形のセラミックプレートを形成することにより製造される。各々の波形のセラミックプレートは、セラミックプレートをカレンダー加工又はテープ鋳造することにより形成される。次に、セラミックプレートを鋳型の中でプレス加工し、波形のセラミックプレートを形成する。2つの波形のセラミックプレートは、生の状態で、一緒に熱間プレス加工されるか、あるいは、一緒に圧延され、生の分配部材が形成される。完成した分配部材の開口を形成するために、生の分配部材の両端部の中央部にスロットを切刻する。次に、総ての有機物を焼失させた後に、生の分配部材を焼結し、完成された分配部材28又は54を形成する(図7のA参照)。第1及び第2の分配部材28、54は、完全に又は部分的に安定化されたジルコニア(酸化ジルコン)、アルミナ(酸化アルミニウム)、炭化ケイ素、又は、他の適宜なセラミック材料から製造される。
【0053】
第1の分配部材28は、図7のBに示すように、多孔質の基板36によって包囲されている。図7のBに示す多孔質の基板36は、例えば、ポリウレタンの如き適宜な有機物フォーム(有機物の発泡体)を、部分的に又は完全に安定化されたジルコニア、アルミナ、又は、他の適宜なセラミックを含むスラリの中に浸すことにより、製造することができる。セラミックのスラリで含浸された有機物フォームは、その真の最終形状に近くなるように適宜なフォーマの周囲に巻かれる前に、所望の厚みまでプレス加工又は圧延加工される。多孔質の基板は乾燥され、有機物フォームは、焼結の前に焼失される。次に、第1の分配部材28を多孔質の基板に押し込み、図7のCに示すような未接合構造を形成する。また、第1の生の分配部材の周囲に巻かれる前に、セラミックのスラリによって含浸された有機物フォームを所望の厚みまでプレス加工又は圧延加工する。2つを共に焼結し、接合された構造を形成する。多孔質の基板36は、適正な形状に成形されたセラミックペーパ又はファイバーボードから、あるいは、カレンダー加工又は押し出し成形され且つ細孔形成要素を有するセラミックテープから製造されるのが好ましい。細孔形成要素は、焼成時に燃えてなくなり多孔質の構造を残す炭素の固体から成る小さな粒子である。セラミックテープは、焼成の前に、第1の分配部材28又は適宜なフォーマの周囲に巻かれる。別の選択肢は、細孔を形成する有機物固体粒子を含むセラミックペーストを用いて、多孔質の基板を押し出すことである。続いて、押し出されたセラミックペーストを焼成する。多孔質のセラミック、例えばジルコニアの障壁層を例えば、プラズマ溶射によってそのうえに堆積させ、これにより、化学的な相互作用を防止することができる。
【0054】
図7のEに示すように、固体酸化物燃料電池の電解質部材42、及び、電極40、44は、スクリーン印刷法、転写印刷法、電気泳動堆積法、熱スプレ法又は蒸着法によって、多孔質の基板36の2つの平行な平坦面上に堆積される。スクリーン印刷プロセスにおいては、最初に(第1の工程として)、電極40を多孔質の基板36上に堆積させるが、電極40がアノードである場合には、一般に、有機物のビヒクルの中に存在する部分的にイットリア安定化されたジルコニア及び酸化ニッケルの粉末から成るスクリーン印刷プロセス用のインクを用いる。次に(第2の工程として)、有機物のビヒクルの中に存在するイットリア安定化されたジルコニアから成るスクリーン印刷プロセス用のインクを用いて、電解質部材42を第1の電極40の上に堆積させる。更に(第3の工程として))、一般に有機物のビヒクルの中に存在するドープされた亜クロム酸ランタンから成るスクリーン印刷プロセス用のインクを用いて、インターコネクタ48を第1の電極40の露出面上に堆積させる。最後に(最後の工程として))、電極44を電解質部材42及びインターコネクタ48の上に堆積させるが、電極44がカソードである場合には、一般に、有機物のビヒクルの中に存在するドープされた亜マンガン酸ランタンから成るスクリーン印刷プロセス用のインクを用いる。各々の堆積工程の間に、各層は室温で乾燥され且つ加熱され、有機物のビヒクルとして使用された残留溶媒を除去する。電極40及び電解質部材42は一緒に、1400−1450°Cで1時間一緒に焼結される。インターコネクタ48は、その堆積の後に、インターコネクタ48を横断するレーザ光線又は電子ビームのラスター走査を用いて焼結され、1,300°C乃至2,000°Cの局部的な温度を発生する。電極44は、1,000°C乃至1,400°Cで1時間焼結される。
【0055】
多孔質の基板36の湾曲した縁部は、図7のEに示すように、適宜なガラス/セラミックのスラリのシール材84によってシールされ、上記シール材は、毛細管作用によって、多孔質の基板36の微細な細孔を充填する。上記シール材は、乾燥され且つ焼結され、永続的なシールを形成する。上記縁部のシールは、電解質部材42、並びに、多孔質の基板36の平坦面上の電極40、44と共に、第1の分配部材28の周囲に気体密の境界部を形成する。
【0056】
多孔質の基板36の各々の面には、複数の燃料電池22が設けられており、これら燃料電池は、電気的に直列に接続されている。個々の燃料電池は、燃料の流れの方向を横断する方向に配列され、これにより、それぞれの電池に対する燃料濃度の変動は、多数の電池の配列全体に対する燃料濃度の変化に対して僅かである。これは、高いD.C.電圧(直流電圧)の発生、及び、高い電池利用効率(燃料電池のピッチを十分に小さくした場合)を可能とし、更に、相互接続材料に対する要件を少なくする。
【0057】
図9乃至図14は、固体酸化物燃料電池スタック10に使用されるシールを示している。シール86は、使用済燃料マニホールド18と固体酸化物電解質部材42の端部との間、及び、電極40と電極44との間に設けられている。シール88は、燃料供給マニホールド14と使用済燃料収集マニホールド18との間に設けられており、シール90は、使用済酸化剤収集マニホールド20と酸化剤供給マニホールド16との間に設けられている。上記シールは、分配部材が貫通できるように穴が空けられた多孔質のセラミックプレートである。これらプレートの細孔は、分配手段に設けられた時に、セラミックスラリでシールされ、上記シールは焼結される。
【0058】
図4及び図10に示されているのは、第1の分配部材28の端部に設けられるターミナルリング、第2の分配部材54の縁部に設けられるシール、及び、モジュール間接続部91である。各々のモジュールの一端部に設けられるターミナルリングは、アノード電極の延長部であり、また、その他端部に設けられるターミナルリングは、カソード電極の延長部である。
【0059】
作動の際には、炭化水素燃料は、パイプすなわち管64を介して、固体酸化物燃料電池スタック10に供給され、また、空気又は酸素は、パイプ80を介して、固体酸化物燃料電池スタック10に供給される。炭化水素燃料は、ガス化石炭、天然ガス、プロパン、ナフサ又は他の軽質炭化水素とすることができる。ケロシン(石油)、ジーゼル油及び重油の如きより重質の炭化水素燃料も、二段階式の間接改質装置において使用することができ、その理由は、プレリフォーマに設けられる高活性低温の水蒸気改質触媒が、より重いすなわち重質の炭化水素成分を、メタン、水素及び炭素酸化物に分解するからである。固体酸化物燃料電池スタック10の中へ入った炭化水素燃料は、使用済燃料/アノードガスと混合され、ジェットポンプ72を通過して使用済燃料収集マニホールド18からパイプ70を介してジェットポンプ72の下流側のパイプ64の中へ使用済燃料/アノードガスを引き込む炭化水素燃料の作用により、水蒸気及び顕熱が与えられる。炭化水素燃料及び循環される使用済燃料/アノードガスの混合物は、断熱式の触媒プレリフォーマ66の中へ流れ、該プレリフォーマの中では、炭化水素燃料の一部が、メタン、水素及び二酸化炭素に水蒸気改質される。循環される使用済燃料/アノードガスの顕熱は、炭化水素燃料を予熱するために使用される。上記予備改質(プレリフォーム)作用は、メタン及び低分子量の炭化水素に関しては、吸熱反応であるが、ケロシンの如きより高い分子量の炭化水素に関しては、発熱反応であり、その理由は、発熱式のメタン化反応は、吸熱式の改質反応よりも優勢であるからでる。プレリフォーマ66においては、低温改質触媒68が用いられ、これにより、炭化水素燃料を周囲温度で固体酸化物燃料電池10に供給することを可能とする。ジェットポンプ72においては、炭化水素燃料が、循環する熱い(一般には、500乃至700°C)使用済燃料/アノードガスと混合し、プレリフォーマの触媒の温度に適合する約400乃至600°Cの温度の混合ガスを形成する。プレリフォーマ66は、炭化水素燃料の約5乃至20%を改質する。プレリフォーマの触媒68は、プレリフォーマ66へ循環される使用済燃料/アノードガス中の比較的高い二酸化炭素のレベルを許容する。プレリフォーマは、炭化水素燃料中の硫黄、塩素及び他の汚染物を処理して除去するためのガード手段を含むのが好ましい。これは、特に効力を失い易い低温改質触媒を保護するために必要である。従って、断熱式のプレリフォーマ66は、硫黄及び塩素を含む不純物を炭化水素燃料から除去し、エタン、及び、より分子量の大きい炭化水素燃料をメタン、水素及び炭素酸化物に転化し、水素及び炭素酸化物へのある程度のメタンの予備改質を達成し、燃料電池スタックをコールド状態(温度の低い状態)から起動させるための手段を提供する。プレリフォーマの触媒68は、そのガード手段と共に、汚染が臨界レベルに到達する度に、定期的に交換される。
【0060】
部分的に改質された炭化水素燃料は、プレリフォーマ66から、燃料供給マニホールド14を介して、第1の分配部材28へ供給される。炭化水素燃料は、第1の通路30を通過して、水蒸気改質触媒74を保有する第1の分配部材28に入り、その炭化水素燃料は、上記触媒74によって、水素及び炭素酸化物に水蒸気改質される。第1の分配部材28の第1の通路30における水蒸気改質プロセスの吸熱加熱の要件は、固体酸化物燃料電池22から第1の分配部材28を介して廃熱を伝達することにより、満足される。炭化水素燃料を完全に改質するためには、固体酸化物燃料電池22からの熱伝達によって、第1の分配部材28の第1の通路30の中のガス温度を700乃至800°Cまで上昇させる必要がある。
【0061】
二段式の間接改質は、周囲温度の炭化水素燃料のガスを固体酸化物燃料電池スタックに供給することを可能とする。プレリフォーマは、第1の分配部材の中の高温水蒸気改質触媒、及び、燃料電池のアノードに害を与えることのある炭化水素燃料ガス中の不純物を捕捉する。アノード電極の表面における水蒸気改質を防止することにより、微妙な厚みのフィルム電極部材及び電極アセンブリの熱衝撃が阻止され、また、電極チャンバにおける炭素の形成、並びに、これに伴う直列に接続された燃料電池の短絡が阻止される。分子量がより高い炭化水素の改質は、炭素を形成する傾向が小さい低温プレリフォーマにおいて行われる。従って、このプレリフォーマは、第1の反応物質分配部材の通路における第2の改質段階に対して、清浄な合成ガスを与える。
【0062】
固体酸化物燃料電池10をコールド状態から起動させ、また、低パワーすなわち低出力運転を容易にするために、プレリフォーマ66を用いて部分的な酸化改質を行う。プレリフォーマの触媒68には、上流側の領域69が設けられており、この上流側の領域は、炭化水素燃料の部分酸化改質及び水蒸気改質触媒に適した触媒を保持している。この触媒は、周囲条件からの部分酸化反応の立ち上がり(light−off)を容易にする、例えば、白金又はロジウムの如き貴金属を含むことができる。最初に、メタノール蒸気を含む周囲温度の空気の流れが、パイプ76及びジェットポンプ72を介して、プレリフォーマ66に供給される。同時に、空気が、パイプ82を介して、第1の分配部材54の第3の通路56へ供給される。プレリフォーマ66の領域69に貴金属の触媒がある場合には、メタノールに対する部分酸化改質反応が室温で起こる。メタノール蒸気の発熱式の部分酸化によって放出される熱により、プレリフォーマ66のウォームアップが開始する。プレリフォーマ66の領域69の温度が、約500°Cの温度に達した時に、炭化水素燃料がパイプ64に供給される。例えば、メタンに関する部分酸化改質反応により、メタノールよりも大きな熱放出速度が生ずる。次に、パイプ76を介するメタノールの供給が停止される。
【0063】
固体酸化物燃料電池スタック10のウォームアップのプロセスの早い段階の間には、燃料電池における炭化水素燃料の転化は、殆ど又は全く起こらない。燃料電池の温度は極めて低い。従って、使用済燃料収集マニホールド18から使用済空気収集マニホールド20へ流れる使用済燃料/アノードガスは、実質的に、水素、二酸化炭素及び窒素の混合物である。使用済燃料/アノードガスの中の水素は、使用済空気収集ヘッダ20の中で燃焼し、その結果、第3の通路56を通って第2の分配部材54へ流れる空気流を加熱する。従って、起動の間に、炭化水素燃料の全発熱量が使用され、固体酸化物燃料電池スタック10を暖める(ウォームアップする)。また、燃料電池は、スタックのウォームアップを助けるために、短絡することができる。部分酸化起動操作の利点は、アノードに形成された酸化ニッケルが還元されてニッケルになり、また、第1の分配部材28の第1の通路30の中の水蒸気改質触媒が、部分酸化改質により生成した水素によって再活性化されることである。
【0064】
固体酸化物燃料電池スタックが起動すると、使用済燃料収集マニホールド18の中の使用済燃料/アノードガスの一部が、ジェットポンプ72によって、プレリフォーマ66へ再循環される。燃料電池における燃料転化速度が増加するに連れて、生成水が、使用済燃料/アノードガスの割合を増大する。従って、スタックが加熱し、水蒸気を含む使用済燃料/アノードガスが熱くなるに連れて、パイプ76を通る起動空気の供給が減少し、水蒸気改質が、全体的な改質プロセスの大きな割合を占めることを許容する。部分酸化と水蒸気改質との間の中間段階において、改質反応は名目的に以下の式で表される。
【0065】
CH4 + (1−y/2)O2 + yH2O = CO2 + (2+y)H2
上式において、yは、改質されたメタン1モル当たりの反応した水蒸気の変動するモル数である。このオートサーマル(autothermal)改質反応は、以下の式で表される。
【0066】
H25 = −318.7 + 241.8y kJ/モル CH4
この反応は、y<1.318で吸熱反応であり、y>1.318で発熱反応である。
【0067】
パイプ76を介する空気の供給が弁78によって遮断される時点は、スタックのサイズ、及び、ウォームアップの後の運転出力レベルに依存する。パイプ76を介する起動空気の供給の遮断が早過ぎる場合、又は、運転出力レベルが低過ぎる場合、あるいはその両方の場合には、スタックからの熱損失に見合うべき十分な廃熱が生じない。従って、スタックの確実な運転温度を維持することは不可能となる。また、循環する使用済燃料/アノードガスは、水蒸気改質の吸熱要件に見合うに十分な熱を保有せず、運転温度を更に低下させる。反対に、スタックの内部損失が、水蒸気改質の熱損失及び吸熱の全熱要件を満たすに不十分である時の低出力運転条件においては、熱の不足を補うに十分な空気を供給することにより、例えば、0<y<2(1−y/2=モルO2/モルCH4)のオートサーマル改質モードでスタックを運転することによって、スタックの温度を維持することができる。
【0068】
図7のDには、第1の分配部材28の第1の通路30が、固体酸化物燃料電池スタック10に酸化剤を供給するために使用される、ある変形例を示している。この場合には、多孔質のサポート構造36にある電極40は、カソードであり、また、電解質部材42の反対側の面にある電極44は、アノードである。第2の分配部材54の第3の通路56は、固体酸化物燃料電池スタック10に燃料を供給するために使用される。この場合には、電極40及び44は、第1の分配部材28に対して長手方向に且つ第2の分配部材54に対して直交する方向に伸長する。
【0069】
図15は、酸化剤供給源が、空気ブロア又はコンプレッサ100である固体酸化物燃料電池スタックを示しており、上記空気ブロア又はコンプレッサは、使用済酸化剤収集マニホールド20の使用済酸化剤の中の使用済燃料の燃焼により生ずる熱い排気ガスにより、往復動型又はターボ型のガスエキスパンダ102によって駆動される。
【0070】
図16は、使用済酸化剤収集マニホールド20から使用済酸化剤の一部を取り出し、その使用済酸化剤を酸化剤供給マニホールド16へ循環するためのダクト104が設けられている、固体酸化物燃料電池スタック10を示している。使用済酸化剤の流れを酸化剤供給マニホールドの中へ誘導するジェットポンプ106が設けられており、該ジェットポンプは、パイプ82を介して酸化剤供給マニホールドの中へ供給される酸化剤の圧力によって、駆動される。この場合においては、使用済燃料/アノードガスは、外部燃焼器108の中の使用済酸化剤の中で燃焼する。燃焼器108からの熱いガスは、空気ブロア又はコンプレッサ110を駆動する往復動型又はターボ型のエキスパンダ112を駆動するために使用される。エアコンプレッサ110は、酸化剤供給マニホールド16に空気を供給する。排気ガスはまた、外部熱交換器(図示せず)の酸化剤供給マニホールド16へ供給される空気を予熱するために使用することもできる。
【0071】
図17は、複合型の固体酸化物燃料電池及びガスタービンプラント120を示している。ガスタービンは、シャフト126を介してタービン124によって駆動されるコンプレッサ122を備えている。使用済燃料収集マニホールド18からの使用済燃料/アノードガス、及び、使用済酸化剤収集マニホールド20からの使用済酸化剤が、外部燃焼器128へ供給される。使用済燃料は、燃焼器128の中の使用済酸化剤の中で燃焼し、タービン124を駆動する熱いガスを発生する。コンプレッサ122は、酸化剤供給マニホールド16へ空気を供給し、タービン124は、シャフト132を介して、第2のコンプレッサ130も駆動する。第2のコンプレッサ130は、燃料供給マニホールド14へ炭化水素燃料を供給する。タービン124はまた、シャフト136を介して、オルタネータすなわち交流発電機も駆動する。
【0072】
図18には、複合型の水素及び電力コジェネレーション装置が示されており、この装置においては、固体酸化物燃料電池スタック10に供給された過剰燃料が、プレリフォーマ66及びリフォーマ74の二段階の間接改質装置の中で水蒸気改質され、これにより、固体酸化物燃料電池スタック10から廃熱を吸収し、発熱量の高い合成ガスの副生物を発生する。過剰の合成ガスは、水性ガス転化及び水素除去サブ装置138へ通され、該装置においては、一酸化炭素及び水が水素に転化され、また、二酸化炭素を主とした酸性ガスが除去される。水素は、パイプ148を介して、水性ガス転化及び水素除去サブ装置138を去り、また、酸性ガスは、パイプ146を介して、サブ装置138を去る。蒸気発生器142が、水性ガス転化及び水素除去サブ装置138に設けられており、この蒸気発生器142には、パイプ140を介して水が供給され、該蒸気発生器は、過剰燃料を改質するために必要な追加の水蒸気を、パイプ144を介して、プレリフォーマ66へ供給する。蒸気発生器144は、水性ガス転化反応にとって好ましい低温まで、合成ガスを冷却する。予冷却された水蒸気は、ジェットポンプ72へ供給される。
【0073】
本発明の別の固体酸化物燃料電池スタック210が、図19、図20及び図21に示されている。この固体酸化物燃料電池スタック210は、固体酸化物燃料電池222の列すなわちアレーを収容するコア領域212を備えている。コア領域212は、一次燃料供給マニホールド214と、酸化剤供給マニホールド216と、使用済燃料収集マニホールド218と、使用済酸化剤収集マニホールド220とによって、包囲されている。
【0074】
固体酸化物燃料電池222は、図22乃至図26に示すように、1又はそれ以上の第1のモジュール224に担持されており、該モジュールは、固体酸化物燃料電池スタック210のコア領域212が形成される一方の基本ユニットを構成している。コア領域212はまた、1又はそれ以上の第2のモジュール226を備えており、これらモジュールは、固体酸化物燃料電池スタック210のコア領域212が形成される他方の基本ユニットである。
【0075】
各々の第1のモジュール224は、図22乃至図26により明瞭に示すように、第1の反応物質分配部材228を備えており、該第1の反応物質分配部材は、第1の反応物質を第1の反応物質分配部材228の長手方向に供給するための複数の平行な通路230を形成している。第1の通路の軸線は、共通の平面にある。第1の反応物質分配部材228は、粘性のあるセラミック生地を適宜な形状のダイス型を通して押し出すことにより、セラミック材料から形成するのが最も好ましく、上記ダイス型は、一体型のセラミックの間隔部材234すなわちウエブによって互いに隔置された平行な管状のセラミック部材232を形成し、次に、第1の反応物質分配部材を乾燥させて焼結する。第1の通路230の直径は、最大10mmであるが、これよりも大きな直径の通路を製造することができる。第1の反応物質分配部材228は、その幅が100mmあるいはそれ以上、例えば、150mmであり、その長さが1mあるいはそれ以上のものとして製造することができる。多孔質のサポート構造336は、第1の反応物質分配部材228を包囲すると共に該第1の反応物質分配部材228と交差する方向に伸長して、管状のセラミック部材232に接触するが、間隔部材234から隔置され、これにより、新しい第1の反応物質を分配すると共に固体酸化物燃料電池222から第1の使用済反応物質を除去するための、複数の平行な第2の通路238を形成する。第2の通路238は、実際には、固体酸化物燃料電池スタック210のチャンバである、アノード又はカソードである。管状のセラミック部材232は、第1の通路230の両端部の間のほぼ中央に開口255を有しており、これにより、第1の反応物質を第1の通路230から第2の通路238へ流し、固体酸化物燃料電池222のチャンバであるアノード又はカソードへ第1の反応物質を供給することが可能となる。
【0076】
多孔質のサポート構造236は、直列に接続された複数の固体酸化物燃料電池222をその2つの平行な平坦面上に担持している。各々の固体酸化物燃料電池222は、多孔質のサポート構造236に接触して該サポート構造によって支持された第1の電極(アノード又はカソード)240と、該第1の電極240に接触する固体酸化物電解質部材242と、該固体酸化物電解質部材242に接触する第2の電極(カソード又はアノード)244とを備えている。1つの固体酸化物燃料電池222の第1の電極240は、インターコネクタ248によって、隣接する固体酸化物燃料電池222の第2の電極244に電気的に接続されている。隣接する第1の電極240は、絶縁体すなわち固体酸化物電解質部材242によって、分離されている。各々の固体酸化物電解質部材242の厚みは、約1乃至50ミクロンであり、第1及び第2の電極の厚みは、25乃至250ミクロンである。多孔質のサポート構造の厚みは、約100乃至1,000ミクロンである。
【0077】
各々の第2のモジュール226は、図19、図20及び図21に示すように、第2の反応物質分配部材254を備えており、該第2の反応物質分配部材は、第2の反応物質をこの第2の反応物質分配部材254の長手方向に供給するための、複数の平行な第3の通路256を形成している。第3の通路256の軸線は、共通の平面にある。第2の反応物質分配部材254も、粘性のあるセラミック生地を適宜な形状のダイス型を通して押し出すことにより、セラミックから製造されるのが好ましく、上記ダイス型は、一体型のセラミックの間隔部材又はウエブによって隔置された平行で管状のセラミック部材を形成し、次に、第2の反応物質分配部材は乾燥されて焼結される。第3の通路256の直径は最大10mmであるが、他の直径を有する第3の通路を形成することもできる。第2の反応物質分配部材254は、その幅が100mmあるいはそれ以上、例えば、150mmで、その長さが1mmあるいはそれ以上のものとして製造することができる。第2の反応物質分配部材254は、第1のモジュール224の第2の電極244に近接しており、1つの第1のモジュール224の第2の電極244は、管状のセラミック部材に接触しているが、上記間隔部材から隔置され、第2の新しい反応物質を分配すると共に固体酸化物燃料電池222から第2の使用済反応物質を除去するための複数の平行な第4の通路262を形成している。第4の通路238は、実際には、固体酸化物燃料電池スタック210のチャンバであるカソード又はアノードである。第2の反応物質分配部材254の管状のセラミック部材は、第3の通路256の両端部のほぼ中央に開口を有しておらず、その代わりに、第2の反応物質は、第3の通路256の全長を流れ、次に、その方向を反転して第4の通路262の中へ流れ、これにより、固体酸化物燃料電池222のチャンバであるカソード又はアノードへ第2の反応物質を供給する。
【0078】
従って、図19、図20及び図21から、第1のモジュール224は、固体酸化物燃料電池スタック210のコア領域212において、2つの第2のモジュール226と交互に積み重ねられていることが分かる。従って、例えば、10の第1のモジュール224と、22の第2のモジュール226が設けられる。第1及び第2のモジュール224、226は、第1及び第2の通路230、238が第3及び第4の通路256、262に対して直交して配列されるように、積み重ねられている。また、隣接する一対の第1のモジュール224の間の2つの第2のモジュール226は、固体酸化物燃料電池スタック210を横断する経路のほぼ半分にわたってだけ伸長しており、また、2つの第2のモジュール226の第3の通路256の軸線は、ほぼ同じ平面にあることが分かる。また、第2のモジュール226の内方端260の間にはデバイダすなわち仕切り板258が設けられ、それぞれの第2のモジュール226の第2の反応物質分配部材254の外側面上に、第2の反応物質を戻している。固体酸化物燃料電池スタック210を横断する経路の半分だけ伸長する第2の反応物質分配部材254を用いることは、図1乃至図6に示す第2の反応物質分配部材に比較して、幾つかの利点を有する。固体酸化物燃料電池スタック210の両側から第2の反応物質分配部材254を導くことにより、固体酸化物燃料電池スタック210のケーシングの中で、総ての第1のモジュール224を最初にユニットとして積み重ねることが可能となる。次に、第2のモジュール226が、隣接する第1のモジュール224の対の間のスタック210の両側とは関係無く、固体酸化物燃料電池スタック210の中へ導入される。第2の反応物質分配部材254は、一端部だけで保持されており、これにより、第2の反応物質分配部材254は、自由に熱膨張/収縮を行うことができ、従って、第2の反応物質分配部材254の応力が低減する。
【0079】
第1の反応物質分配部材228の中の各々の第1の通路230の各々の両端部には、第1の反応物質すなわち燃料が供給されることが分かる。第1の通路230の両端部には、それぞれ別個の第2の燃料供給マニホールド215から燃料が供給される。各々の第2の通路238の両端部は、第1の使用済反応物質を使用済燃料収集マニホールド218へ排出する。使用済燃料収集マニホールド218は、一次燃料供給マニホールド214とコア領域212との間に設けられている。二次燃料供給マニホールド215は、使用済燃料収集マニホールド218の中に設けられている。第1の反応物質分配部材228は、平行な管状のセラミック部材232を残すようにそれぞれの端部が切り取られた間隔部材234を有しており、これら間隔部材は、二次燃料供給マニホールド215に穿孔された円形の穴から成る対応する列すなわちアレーの中に容易に位置することができる。第1の反応物質分配部材228の端部で間隔部材234を除去することにより、その構造の応力が低減する。各々の二次燃料供給マニホールド215には、2つの一次燃料供給マニホールド214A、214Bの一方から燃料が供給される。従って、各々の第1の反応物質分配部材228の一端部にある二次燃料供給マニホールド215には、一方の一次燃料供給マニホールド214Aから燃料が供給され、また、各々の第1の反応物質分配部材228の他端部にある二次燃料供給マニホールド215には、他方の一次燃料供給マニホールド214Bから燃料が供給される。二次燃料供給マニホールド215は、温度差による膨張/収縮を許容する接続部によって、一次燃料供給マニホールド214A、214Bに接続されている。すなわち、各々の二次燃料供給マニホールド215は、追従部分219を有するパイプ217を備えている。パイプ217の追従部分219は、管状のベローズであるのが好ましいが、環状のパイプ又は他の適宜な接続部を用いることができる。二次燃料供給マニホールド215は、ジルコニア、アルミン酸マグネシウム、及び、第1の反応物質分配部材228の熱膨張係数と同様な熱膨張係数を有する適宜なセラミック、あるいは、第1の反応物質分配部材228の熱膨張係数に合致する熱膨張係数を有するフェライト鋼又はマルテンサイト鋼から形成される。一次燃料供給マニホールド214A、214Bと二次燃料供給マニホールド215との間の追従接続部は、各々の第1のモジュール224を独立して取り付け、これにより、各々の第1のモジュール224、これらに隣接する第1のモジュール224、並びに、固体酸化物燃料電池スタック210のケーシングの間の温度差による膨張/収縮が、第1のモジュール224又はその構成部品に過剰な負荷を与えないようにするために設けられている。パイプ217の端部は、一次燃料供給マニホールド214A、214Bの隔壁223の開口221に嵌合する。パイプ217の端部は、接合されたシール、あるいは、Oリングシール又はガスケットを有するか又は有しない一時的な乾式シールによって、隔壁223にシールされる。パイプ217の端部は、スナップリング、ネジ及びナット、又は他の適宜な手段によって、隔壁223に固定される。
【0080】
第2の反応物質分配部材254の中の各々の第3の通路256の一端部259だけに、2つの酸化剤供給マニホールド216A、216Bの一方から、第1の反応物質すなわち酸化剤が供給される。各々の第3の通路256の他端部260は開放されており、これにより、酸化剤は、第3の通路256から出て第2の反応物質分配部材254へ戻り、第4の通路262を通って使用済酸化剤収集マニホールド220へ流れる。第2の反応物質分配部材254の端部259は、コア領域212へ伸長する途中で、使用済酸化剤収集マニホールド220A、220Bを通過する。これにより、使用済反応物質から新しい反応物質供給源へ顕熱を回収することができる。酸化剤供給マニホールド216は、2つのプレート231、233を備えており、第1のプレート231は、調和する開口235のパターンに接合された第2の反応物質分配部材254を有しており、第2の反応物質分配部材254の端部の間隔部材は、穴235の中に嵌合する平行な管状のセラミック部材だけを残すように取り除かれている。第2のプレート233は、第2の反応物質分配部材254に接続される酸化剤分配ギャラリー(通路)237のパターンを有している。上記ギャラリー237には、その周囲のより大きな通路239から酸化剤が供給される。また、使用済酸化剤収集マニホールド220には、使用済酸化剤の中の使用済燃料を燃やすための廃ガス燃焼触媒241が設けられている。使用済燃料の燃焼を促進するために、一連の燃料散布管243が、固体酸化物燃料電池スタック210の両側にある使用済燃料収集マニホールド218の間に伸長し、使用済燃料を使用済酸化剤収集マニホールド220へ搬送する。燃料散布管243には、使用済酸化剤収集マニホールド220を横断して隔置された開口のパターンが設けられており、これにより、酸化剤との混合を均一にすると共に、使用済燃料の流れに背圧を与えている。燃料散布管243は、金属又はセラミックである。使用済酸化剤の中の使用済燃料の燃焼により生ずる排気ガスは、排気ガス燃焼触媒241から、第1のプレート231の一連の開口245、並びに、第2のプレート233の相互接続開口247を介して、排気ガス収集マニホールド249の中へ排出され、そこから、ダクト251を通って大気へ排出される。
【0081】
上記構成は、固体酸化物燃料電池スタック210のコア領域212のシール数を極めて少なくすると共に、対称的な流路の分布を形成し、これにより、第2の反応物質分配部材254を通過する酸化剤と使用済燃料との間に向流の関係を確立し、また、固体酸化物燃料電池スタック210に対称的な温度分布をもたらす。
【0082】
固体酸化物燃料電池スタック210のシール要素の減少は、組み立て手順を簡単にする。第2の反応物質分配部材254は、セラミック基材のセメント(接合剤)を用いて直接接合することにより、酸化剤供給マニホールドに接続されるか、あるいは、第2の反応物質分配部材254の端部が金属化され、酸化剤供給マニホールド216にろう付けされる。変更されたガスの流路は、図1乃至図6の斜交状の半対称に比較して、4分の1対称の温度分布をもたらす。これは、固体酸化物燃料電池スタック210の中の熱的な膨張/収縮の不釣り合いにより生ずるバランスした構造的な小さな荷重をもたらす。廃ガス燃焼触媒241における向流の構成は、より効率的な熱伝達及び一次元的な温度プロフィル(温度分布)をもたらす。
【0083】
また、2つの酸化剤制限プレート253も設けられており、これら酸化剤制限プレートは、廃ガス燃焼触媒241に対する使用済酸化剤の流れを制御し、これにより、燃料電池222を横断する酸化剤の流れに背圧を与え、従って、酸化剤は均一に分布し、よって、固体酸化物燃料電池スタック210のコア212の中へ循環する排気ガスはまったく存在しないことになる。酸化剤制限プレート253は、繊維状のパッキングすなわち充填物、又は、多孔板、あるいは、適宜な多孔質構造から形成される。
【0084】
固体酸化物燃料電池スタック210に使用されるシール286は、第1のモジュール224に作用する横方向及び長手方向の荷重を共に極力小さくし、また、第4の通路256から使用済燃料収集マニホールド218の中への酸化剤の漏洩を減少させるように、配列されている。上記荷重は、追従シールを用い、第1のモジュール224が、上記シールを通って長手方向に動き、温度変化により、過度に拘束されることなく膨張/収縮できるようにすることによって、極めて小さくされる。好ましいシール286は、グランドタイプ(グランドパッキン型)のシールすなわちグランドシールである。そのようなシール286は、使用済燃料収集マニホールド218と第1のモジュール224の端部との間に設けられている。グランドシールは、圧縮されたファイバー紙のグランドシールであって、このグランドシールは、ファイバー紙の空隙を閉じるために導入された充填材料を有している。充填材料は、加熱時に固化して上記空隙を充填する液体/溶液として導入される。結合されたシールを形成しようとするものではない。グランドシールは、保守すなわちメンテナンスのために固体酸化物燃料電池スタック210を容易に取り外すことができるように、乾式の一時的(非永続的)なものであるのが好ましい。第1のモジュール224の端部は、上記グランドシールと協働する金属の端部ピース213を有しており、これら金属の端部ピースは、ターミナルリング又は端部シールとすることができる。充填材が金属の端部ピース213に接着するのを防止するために、非接着性のバリアが、金属の端部ピース213に設けられている。グランドシールは、第1のモジュール224の端部の金属の端部ピース213の周囲に設けられている。シール286は、図示のように、完全な壁部を形成するような一列のシール部分287を備えるのが好ましく、これらシール部分287は、セラミックであって電気絶縁性を有し、第1のモジュール224の間に嵌合するような適宜な形状を有している。2つの隣接する第1のモジュール224の間に設けられたシール部分287は、それぞれの長手方向の両縁部が、各々の第1のモジュール224の各端部の周囲の半分に嵌合するような、形状を有している。1つの第1のモジュール224に隣接して設けられるシール部分287は、それぞれの長手方向の縁部の一方が、第1のモジュール224の各々の端部の周囲の半分に嵌合するような、形状を有している。一列のシール部分287は、金属のフレーム288によって、それぞれの端部の周囲を一緒に保持されている。部分287及び第1のモジュール224を金属フレーム288の中へ取り付ける取付具が、グランドシールを圧縮した状態に保持する。金属フレーム288を取り除くと、第1のモジュール224を取り除いて、固体酸化物燃料電池スタック210の保守及び整備を行うことができる。金属フレーム288は、剛性のあるストラットによって隔置され、これにより、第1のモジュール224及び金属フレーム288は独立したユニットになる。第1のモジュール224及び金属フレーム288から成る1又はそれ以上のユニットが、スタック210に組み込まれる。シール286は、使用済酸化剤収集マニホールド220、排気ガス収集マニホールド249、又は、廃ガス燃焼触媒241に接続された介在通路を有する複数のシールを備えることができる。スタックにおける圧力降下は、使用済燃料マニホールド218からシール通路へ、また、第4の通路256からシール通路へ、更に、シール通路から使用済酸化剤マニホールド220へ漏洩が起こるように、設定されている。
【0085】
プレリフォーマ226は、ボルト及びナットの接続部265、267によって、隔壁223に対して取り外し可能に固定されており、シール269は、プレリフォーマのケーシング271と隔壁223との間に設けられている。従って、プレリフォーマ266及び隔壁223は一緒になって、一次燃料マニホールド214A、214Bを形成する。
【0086】
スタック210は、図1乃至図6に示すスタックと同様な態様で作動する。
【0087】
本固体酸化物燃料電池スタックを単に水素燃料と共に使用することも可能であろう。そのような状況においては、使用済水素の循環は必要ではなく、プレリフォーマ、及び、水素分配部材における改質は必要とされない。
【0088】
第1及び第2の反応物質分配部材の各々は、ほぼ卵ケースの形状になるように2つの直交する平面において波形形状になされた2つのセラミックプレートを用い、一方のプレートの山部を他方のプレートの谷部に接合することにより、形成することも可能であろう。別の実施例として、スペーサによって隔置された平行な複数の管状のセラミック部材から、第1及び第2の反応物質分配部材を形成することも可能であろう。
【0089】
固体酸化物燃料電池スタックの作動温度すなわち運転温度を低下させることのできる材料であれば、第1及び第2の反応物質分配部材を金属材料から形成することも可能であろう。
【0090】
固体酸化物燃料電池スタック10のコア領域12は、燃料電池22を担持する同一の第1のモジュール24から構成される。これらの第1のモジュール24は、構造的には独立しており、隣接する第1のモジュール24上で微妙に支持されている厚いフィルム燃料電池の間に交叉型のカップリングを必要としない、スタック用のサポートをもたらす。この構成は、起動時及び運転時の間のスタックの前後の全体的な温度差を大幅に許容する。スタック10のコア領域12のデカップリングすなわち減結合が、出力定格の可変性を可能とする。第1及び第2のモジュール24、26は、テープカレンダリング技術及びスクリーン印刷技術の如き低コストセラミック製造技術によって、製造することができる。隣接する酸化剤及び燃料ガスの流れは全く存在せず、燃料通路及び酸化剤通路の間にシールは必要とされない。運転の間の固体酸化物燃料電池スタック10の中の熱回収は極めて高く、外部の燃料改質及び反応物質の予熱を必要とせず、従って、単にプラントのバランスだけを必要とする。スタックは、燃料電池のアノード表面においてではなく、燃料分配部材の燃料供給管の中における間接型の内部水蒸気改質を用いる。これにより、ニッケルサーメットのアノードに比較して、コーキング(カーボン付着)の発生が少ない改質触媒を用いることを可能とし、これにより、過剰な水蒸気、及び、アノードガスを循環させる必要性を減少させる。また、水蒸気改質の高い吸熱要件による熱衝撃効果も緩和する。発熱式の部分酸化改質を用いてスタックを起動する。起動の間の部分酸化改質により生じた水素は、アノードのニッケル/イットリア安定化されたジルコニアサーメット、及び、燃料分配部材の中の蒸気改質触媒を再活性化する。プレリフォーマの使用は、燃料を周囲温度の固体酸化物燃料電池スタックに供給することを可能とすると共に、燃料からの不純物の除去を可能とし、これにより、高温の触媒及び燃料電池のアノード電極の寿命を延ばす。
【0091】
第1の反応物質分配部材は、この第1の反応物質分配部材の対向する2つの表面に担持された電解質/電極から成る2つのアセンブリ用の構造的なサポートを提供する。第1の反応物質分配部材の一方の表面にだけ電解質/電極から成る単一のアセンブリを設けることも可能である。
【0092】
第1及び第2の反応物質分配部材が、実質的に平坦であること、すなわち、内部通路の軸線が1つの平面にあり、電解質/電極から成るアセンブリが平坦であって且つ第1及び第2の反応物質分配部材の間に配列され、これにより、第1の反応物質分配部材、第2の反応物質分配部材、及び、電解質/電極から成るアセンブリが、互いに実質的に平行に配列されることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体酸化物燃料電池スタックの概略的な断面図である。
【図2】図1の矢印B−Bの方向に見た断面図である。
【図3】図1の矢印A−Aの方向に見た断面図である。
【図4】図1、図2及び図3に示す固体酸化物燃料電池スタックの一部を形成するモジュールの斜視図である。
【図5】図4に示すモジュールの断面図である。
【図6】固体酸化物燃料電池スタックを組み立てる手順を順に示す斜視図である。
【図7】モジュールの断面図であって、A、B、C及びEは、図4に示すモジュールの断面を示し、Dは、別の実施例のモジュールの断面を示している。
【図8】図7のD及びEの一部を拡大して示す断面図である。
【図9】固体酸化物燃料電池スタックのコア領域の断面図であって、シールを示している。
【図10】図9に直交する方向のコア領域の断面図であって、シール及びインターコネクタ(相互接続部)を示している。
【図11】図10の矢印CーCの方向に見た断面図である。
【図12】図10の矢印D−Dの方向に見た断面図である。
【図13】図9に直交する方向のコア領域の断面図であって、シール及びインターコネクタを示している。
【図14】図13の矢印E−Eの方向に見た断面図である。
【図15】電源系統に設けられた本発明の固体酸化物燃料電池スタックを示している。
【図16】別の電源系統に設けられた本発明の固体酸化物燃料電池スタックを示している。
【図17】複合型の固体酸化物燃料電池スタック及びガスタービンサイクル電源系統に設けられた本発明の固体酸化物燃料電池スタックを示している。
【図18】固体酸化物燃料電池スタック複合型の水素及び電力コジェネレーション装置に設けられた本発明の固体酸化物燃料電池スタックを示している。
【図19】本発明の別の固体酸化物燃料電池スタックの断面図である。
【図20】図19の矢印F−Fの方向に見た断面図である。
【図21】図19の矢印G−Gの方向に見た断面図である。
【図22】図19、図20及び図21に示す固体酸化物燃料電池スタックの一部を形成する第1のモジュールの平面図である。
【図23】図22の矢印Hの方向に見た図である。
【図24】図22の矢印Iの方向に見た図である。
【図25】図24の矢印J−Jの方向に見た断面図である。
【図26】図22の矢印K−Kの方向に見た拡大断面図である。
【符号の説明】
10 固体酸化物燃料電池スタック
12 コア領域
14 燃料供給マニホールド
16 酸化剤供給マニホールド
18 使用済燃料収集マニホールド
20 使用済酸化剤収集マニホールド
22 燃料電池
24 第1のモジュール
26 第2のモジュール
28 第1の分配部材
30 内部通路
36 多孔質のサポート構造
38 第2の通路
40 アノード電極(第1の電極)
42 固体酸化物電解質部材
44 カソード電極(第2の電極)
48 インターコネクタ(相互接続部)
54 第2の分配部材
56 内部通路
58、60 波形プレート(セラミックプレート)
66 プレリフォーマ
72 ジェットポンプ
74 触媒
Claims (30)
- 固体酸化物燃料電池スタックであって、少くとも1つの第1モジュールと少くとも1つの第2モジュールとを備えており、
各第1モジュールは中空の第1分配部材と、多孔質サポート構造と、少くとも1つの電解質/電極アセンブリを備え、
各第2モジュールは中空の第2分配部材を備え、
各中空の第1分配部材は、燃料を第1分配部材を通して長手方向に供給するための、長手方向に延びる複数の第1通路を平行して内部に形成しており、
第1通路の軸線は1平面に配置され、
多孔質サポート構造が第1分配部材を囲んでおり、
多孔質サポート構造は平行する2つの平坦面を有しており、
少くとも1つの電解質/電極アセンブリが多孔質サポート構造の平坦面の1つに担持されるように配置されており、
電解質/電極アセンブリは第1分配部材の1側面上に1平面に、かつ長手方向に延びる第1通路の軸線を含む平面に平行に配置されており、
多孔質サポート構造と第1分配部材とが長手方向に延びる複数の平行な第2通路をその間に形成しており、
多孔質サポート構造は第1分配部材の横方向にスペースを置いた位置で第1分配部材と接触して、第1分配部材と多孔質サポート構造の間に複数の第2通路を形成しており、
第2通路は第1分配部材の長手方向に延びている、燃料分配と消費燃料の取り出しのためのものであり、
第2通路は固体酸化物燃料電池のアノードチャンバを形成しており、
第1通路と第2通路は第1分配部材に設けた開口により相互に連絡されており、
各電解質/電極アセンブリは複数のアノード電極と複数の固体酸化物電解質部材と複数のカソード電極を備え、
各固体酸化物電解質部材はアノード電極のそれぞれの1つとカソード電極のそれぞれの1つとの間に置かれてこれらと接触して燃料電池を形成しており、
1つの燃料電池のアノード電極とこれに隣接する燃料電池のカソード電極とを電気的に接続する少くとも1つのインタコネクタを備え、
各電解質/電極アセンブリのアノード電極は多孔質サポート構造上に配置され、
各中空の第2分配部材は酸化剤を第2分配部材を通して長手方向に供給するための長手方向に延びる複数の第3通路を平行して内部に形成しており、
第3通路の軸線は1平面に配置され、
少くとも1つの第1モジュールが少くとも1つの第2モジュールに近接して配置されて少くとも1つの電解質/電極アセンブリと第2分配部材がその間に平行して長手方向に延びる複数の第4通路を形成するようになされており、
第2分配部材を通して長手方向に延びる第4通路は酸化剤の分配及び消費酸化剤の取り出しのためのものであり、
第4通路は固体酸化物燃料電池のカソードチャンバを形成しており、
第3通路と第4通路は第2分配部材に設けた開口により相互に連絡されており、
各電解質/電極アセンブリのカソード電極が第2分配部材に面しており、
燃料を第1通路に供給する手段と、
酸化剤を第3通路に供給する手段と
を備えた固体酸化物燃料電池スタック。 - 固体酸化物燃料電池スタックであって、
少くとも1つの第1モジュールと少くとも1つの第2モジュールとを備えており、
各第1モジュールは中空の第1分配部材と、多孔質サポート構造と少くとも1つの電解質/電極アセンブリを備え、
各第2モジュールは中空の第2分配部材を備え、
各中空の第1分配部材は、酸化剤を第1分配部材を通して長手方向に供給するための、長手方向に延びる複数の平行する第1通路を内部に形成しており、
第1通路の軸線は1平面に配置されており、
多孔質サポート構造が第1分配部材を囲んでおり、
多孔質サポート構造は平行する2つの平坦面を有しており、
少くとも1つの電解質/電極アセンブリが多孔質サポート構造の平坦面の1つに担持されるように配置されており、
電解質/電極アセンブリは第1分配部材の1側面上に1平面に、かつ長手方向に延びる第1通路の軸線を含む平面に平行に配置されており、
多孔質サポート構造と第1分配部材とが長手方向に延びる複数の平行な第2通路をその間に形成しており、
多孔質サポート構造は第1分配部材の横方向にスペースを置いた位置で第1分配部材と接触して第1分配部材と多孔質サポート構造との間に複数の第2通路を形成しており、
第2通路は第1分配部材の長手方向に延びている、酸化剤の分配と消費酸化剤の取り出しのためのものであり、
第2通路は固体酸化物燃料電池のカソードチャンバを形成しており、
第1通路と第2通路は第1分配部材に設けた開口により相互に連絡されており、
各電解質/電極アセンブリは複数のアノード電極と複数の固体酸化物電解質部材と複数のカソード電極を備え、
各固体酸化物電解質部材はアノード電極のそれぞれの1つとカソード電極のそれぞれの1つの間に置かれて接触して燃料電池を形成しており、
1つの燃料電池のアノード電極とこれに隣接する燃料電池のカソード電極とを電気的に接続する少くとも1つのインタコネクタを備え、
各電解質/電極アセンブリ上のカソード電極は多孔質サポート構造上に配置され、
各中空の第2分配部材は燃料を第2分配部材を通して長手方向に供給するための内部に
平行して長手方向に延びる複数の第3通路を形成しており、
第3通路の軸線は1平面に配置されており、
少くとも1つの第1モジュールが少くとも1つの第2モジュールに近接して配置されて、少くとも1つの電解質/電極アセンブリと第2分配部材とがその間に平行して長手方向に延びる複数の第4通路を形成するように形成されており、
第2分配部材の長手方向に延びる第4通路は燃料の分配と消費燃料の取り出しのためのものであり、
第4通路は固体酸化物燃料電池のアノードチャンバを形成しており、
第3通路と第4通路は第2分配部材に設けた開口により相互に連絡されており、
各電解質/電極アセンブリのアノード電極が第2分配部材に面しており、
酸化剤を第1通路に供給する手段と、
燃料を第3通路に供給する手段と
を備えた固体酸化物燃料電池スタック。 - 各第1モジュールにおいて、
2つの電解質/電極アセンブリが多孔質サポート構造に担持されるように配置されており、
第1の電解質/電極アセンブリが多孔質サポート構造の平坦面の第1面に担持されており、
第2の電解質/電極アセンブリが多孔質サポート構造の平坦面の第2面に担持されている
請求項1又は2に記載の固体酸化物燃料電池スタック。 - 第1分配部材が複数の平行な第1通路を形成し、第1分配部材の平行な第1通路の軸線が1つの平面にある請求項1又は2に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 第1分配部材が第1及び第2の波形プレートによって形成され、これら第1及び第2の波形プレートは山部及び谷部を有しており、第1の波形プレートの谷部が第2の波形プレートの山部に接合されて第1通路を形成し、波形プレートの少くとも一方は第1通路と第2通路を相互連絡する波形プレートを貫通する開口を有する請求項1又は2に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 第1分配部材が第1通路を形成する複数の平行な管によって形成され、これらの管が間隔部材によって相互に接続され、また管が第1通路と第2通路とを相互連絡する管を貫通する開口を有する請求項1又は2に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 開口が第1分配部材の通路の両端部の間の中央に位置する請求項5又は6記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 第1分配部材が第1通路を形成する複数の平行な管によって形成され、管が間隔部材によって相互接続されている請求項1又は2記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 第1分配部材がセラミック材料から形成されている請求項1又は2記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- アノード電極が多孔質サポート構造の平行な表面に設けられ、多孔質サポート構造の各平行な表面上のアノード電極が隣接する燃料電池のカソード電極と電気的に直列に接続されている請求項1記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 多孔質サポート構造の平坦面の第1面上の燃料電池が多孔質サポート構造の平坦面の第2面上の燃料電池と電気的に並列に接続されている請求項10記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- アノード電極、固体電解質部材、及びカソード電極が第1分配部材の横方向に並び、隣接するアノード電極が第1分配部材の長手方向に隔置されている請求項1記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- アノード電極、固体電解質部材、及びカソード電極が第1分配部材の長手方向に並び、隣接するアノード電極が第1分配部材の横方向に隔置されている請求項2記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 固体酸化物燃料電池スタックが複数の第1モジュールと複数の第2モジュールとを備え、これら第1及び第2モジュールが交互に設けられている請求項1又は2記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 固体酸化物燃料電池スタックが複数の第1モジュールと複数の第2モジュールを備え、
各第2モジュールが2つの第1モジュールと交互に設けられ、
第1モジュールが、2つの第1モジュールの第1通路の軸線が同じ平面上にあるように配置されている請求項1又は2記載の固体酸化物燃料電池スタック。 - 第1分配部材中の第1通路の軸線を含む平面が、第2分配部材中の第3通路の軸線を含む平面と平行であるように配置されており、第2分配部材中の第3通路の軸線が、第1分配部材中の第1通路の軸線と垂直の方向に延びている請求項1又は2記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 第1通路は第1分配部材の対向端に端部を有しており、各第1モジュールは燃料を第1通路の両端部に供給する手段を有する請求項1記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 第3通路が第2分配部材の対向端に端部を有しており、各第2モジュールは酸化剤を第3通路の両端部に供給する手段を有する請求項1記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 各第1分配部材の第1通路の端部に対の二次燃料マニホールドの1つから燃料が供給され、二次燃料マニホールドは第1通路の対向端に接続されている請求項17記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 二次燃料マニホールドは一次燃料マニホールドから燃料が供給される請求項19記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 各二次燃料マニホールドが追従接続部によって一次燃料マニホールドに接続されている請求項20記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 追従接続部が管状のベローズ部分を有するパイプである請求項21記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 第1モジュールの対向端が第1モジュールが長手方向に動くのを許容する追従シール中に位置しており、追縦シールは各フレーム中に位置しており、第1モジュールの第2通路の端部は使用燃料を使用燃料収集マニホールドに送るよう配置されており、追従シールは使用燃料収集マニホールドと第4通路の間に配置されている請求項1又は2記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 追従シールの両方が複数のシール部分を有しており、各シール部分が少くとも1つの縁部において1又はそれ以上の第1モジュールの対向端部の周囲に嵌合するような形状を有する請求項23記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 各追従シールのシール部分が対応する着脱可能なフレームに設けられている請求項24記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 追従シールが第1モジュールの端部とシール部分との間にグランド型シールを含む請求項23記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 燃料の供給源が水素含有ガスの供給源であり酸化剤の供給源が酸素含有ガスの供給源である請求項1又は2記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 第2分配部材が第1及び第2の波形プレートによって形成され、これら第1及び第2の波形プレートが山部及び谷部を有しており、第1の波形プレートの谷部が第2の波形プレートの山部に接合されて第3通路を形成し、波形プレートの少くとも一方が波形プレートを貫通して第3通路と第4通路を相互連絡する開口を有している請求項1又は2記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 第2分配部材が複数の隔置された平行な管によって形成されて第3通路を形成し、これら管が間隔部材によって相互に接続されている請求項1又は2記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 第2分配部材が複数の平行な第3通路を形成し、第2分配部材の平行な第3通路の軸線が1つの平面にある請求項1又は2記載の固体酸化物燃料電池スタック。
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