JP4335672B2 - 固体酸化物燃料電池スタック - Google Patents
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Description
固体酸化物燃料電池の主要な変形例は、管状固体酸化物燃料電池(T−SOFC)、平面状固体酸化物燃料電池(P−SOFC)及び一体構造の固体酸化物燃料電池(M−SOFC)である。
一体構造の固体酸化物燃料電池は、2つの変形例を有する。第一の変形例は、その2つの主要面に電極を有する平面状固体酸化物電解質部材を備えている。第二の変形例は、その2つの主要面に電極を有する波形固体酸化物電解質部材を備えている。
従って、本発明は、上述した問題点を軽減し、好ましくは解決する新規な固体酸化物燃料スタックを提供しようとするものである。
好ましくは、中空部材の各々は複数の通路を有するようにする。
好ましくは、該少なくとも1つのモジュールは、該モジュールの平坦面の双方に複数の燃料電池を有するようにする。
モジュールの少なくとも1つは熱交換器を備えることができる。
モジュールの少なくとも1つは燃料改質器を備えることができる。該少なくとも1つのモジュールは、中空部材を通る少なくとも1つの通路内に配置された触媒を有することができる。該触媒は、中空部材を通る少なくとも1つの通路の面に配置することができる。
モジュールの各々は、スペーサによって隣接するモジュールに接続することができる。該スペーサは、セラミック製座金又は金属製座金を備えることができる。
これと代替的に、隣接するモジュールの中心線はモジュールのヘリカルな配置を形成し得るよう異なる平面内に配置することができる。隣接するモジュールの中心線は垂直に配置することができる。隣接するモジュールの中心線は、45°、52°又は60°の角度にて配置することができる。
好ましくは、アノード電極は、細長い中空部材の平坦面上に配置されるものとする。
本発明による固体酸化物燃料電池スタック10は、図1から図5に示されている。該固体酸化物燃料電池スタック10は、ケーシング13内に配置された複数のモジュール12を備えている。モジュール12の各々は、1つの細長い中空部材14を備えている。中空部材14は、完全に又は部分的に安定化したジルコニア、アルミナ、炭化ケイ素、マグネシアで被覆したマグネシアアルミン酸塩又はその他の適宜なセラミック系材料にて製造される。中空部材14の各々は、その上に固体酸化物燃料電池20が配置される2つの平行な面16、18を有している。中空部材14は、多孔質であり、燃料が固体酸化物燃料電池20まで流れるのを許容する。
導電体31が軸部50を貫通して伸びて1つのモジュール12における固体酸化物燃料電池20と関係した相互接続具30を隣接するモジュール12における固体酸化物燃料電池20と関係した相互接続具30と相互接続する。
コネクタ42は、軸部72と、軸部72の一端におけるフランジ74、76とを備える実質的にT字形部材70を備えている。部材70の軸部72がモジュール12の端部34、36の間に配置されるように部材70が配置されている。フランジ74、76は、軸部72に隣接して最大の厚さを有し且つ、軸部72から厚さが減少しテーパー付き面を形成する。該テーパー付き面は、任意の適宜な角度、好ましくは30°から60°の範囲、例えば45°の角度とすることができる。モジュール12の端部34、36はまた、任意の適宜な角度にてテーパーが付けられており、フランジ74、76に当接する面を備えている。1つ又は2つ以上の開口78がフランジ74、76のテーパー付き面の間で部材70を貫通して伸びている。この配置は、接合材料がせん断応力を支持することができるならば、部材70及び細長い中空部材14が異なる熱膨張率を有することを許容する。
導電体31は、軸部72を貫通して伸びて1つのモジュール12における固体酸化物燃料電池20と関係した相互接続具30を隣接するモジュール12における固体酸化物燃料電池20と関係した相互接続具30と相互接続する。
図7に示したように、1つの代替的な固体酸化物燃料電池スタック110は図1に示した固体酸化物燃料電池スタック10と実質的に同一である。固体酸化物燃料電池スタック110は、複数のモジュール112を備えている。モジュール112の各々は、細長い中空部材114を備えている。中空部材114は、完全に又は部分的に安定化したジルコニア、アルミナ、炭化ケイ素又はその他の適宜なセラミック系材料で製造される。中空部材114の各々は、2つの平行な面116、118を有している。中空部材114は、多孔質であり、燃料が固体酸化物燃料電池まで流れるのを許容する。
本発明は、モジュールの細長い中空部材の面上に配置された固体酸化物燃料電池のアノード電極に関して説明したが、固体酸化物燃料電池のカソード電極をモジュールの細長い中空部材の面上に配置することも等しく可能である。
Claims (24)
- 各々のモジュールが細長い中空部材を有する複数のモジュールを備え、中空部材の各々が、反応剤が流れるため中空部材を貫通して長手方向に伸びる少なくとも1つの通路を有し、中空部材の各々が、2つの平行な平坦面を有し、モジュールの少なくとも1つが、複数の固体酸化物燃料電池を有し、固体酸化物燃料電池が、少なくとも1つのモジュールの平坦面の少なくとも1つに配置され、隣接するモジュールの面が、実質的に平行に且つ隔てて配置された固体酸化物燃料電池スタックにおいて、モジュールの各々の少なくとも一端が隣接するモジュールの一端に接続され、反応剤がモジュールを通って連続的に流れるのを許容することを特徴とする、固体酸化物燃料電池スタック。
- 反応剤を供給するマニホルドと、反応剤を除去するマニホルドとを備え、モジュールの各々が、第一の端部及び第二の端部を有し、モジュールの第一のものの第一の端部がモジュールの第一のものに反応剤を供給し得るようマニホルドに接続され、モジュールの第二のものの第二の端部が反応剤をモジュールの第二のものから除去し得るようにマニホルドに接続され、モジュールの第一のものの第二の端部が隣接するモジュールの第一の端部に接続され、モジュールの第二のものの第一の端部が隣接するモジュールの第二の端部に接続される、請求項1に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- モジュールの第一のものの第二の端部が、モジュールの第二のものの第一の端部に接続される、請求項2に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 中空部材の各々が複数の通路を有する、請求項1、2又は3に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 少なくとも1つの中空部材が、中空部材の他のものと異なる長さを有する、請求項1から4の何れかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 該少なくとも1つのモジュールが、該モジュールの平坦面の双方に複数の燃料電池を有する、請求項1から5の何れかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- モジュールの各々が複数の固体酸化物燃料電池を有する、請求項1から6の何れかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- モジュールの少なくとも1つが熱交換器を備える、請求項1から7の何れかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- モジュールの少なくとも1つが燃料改質器を備える、請求項1から7の何れかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 少なくとも1つのモジュールが、中空部材を通る少なくとも1つの通路内に、前記燃料改質器として機能する触媒を有する、請求項9に記載の固体酸化
物燃料電池スタック。 - 該触媒が、中空部材を通る少なくとも1つの通路の面に配置される、請求項10に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 1つの部材が中空部材を通る少なくとも1つの通路内に配置され、該部材が、中空部材と共に通路を通るヘリカル流路を画成する配置及び形態とされる、請求項1から11の何れかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 該部材がワイヤのコイルである、請求項12に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 燃料改質器として機能する触媒が前記1つの部材に配置される、請求項12又は13に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- モジュールの各々が端部キャップ又はスペーサにより隣接するモジュールに接続される、請求項1から14の何れかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 隣接するモジュールの中心線が、モジュールの波状の配置を形成し得るよう実質的に同一平面内に配置される、請求項1から15の何れかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 隣接するモジュールの中心線がモジュールのヘリカルな配置を形成し得るよう異なる平面内に配置される、請求項1から15の何れかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 隣接するモジュールの中心線が、45°、60°、72°又は90°の角度にて配置される、請求項17に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 少なくとも1つの減衰部材が隣接するモジュールの間に配置され、該減衰部材が、弾性的な波形部材、又は弾性的なC字形部材である、請求項1から18の何れかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 該減衰部材が金属である、請求項19に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 該減衰部材が電気絶縁性被覆を有する、請求項20に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の各々が、アノード電極と、カソード電極と、固体酸化物電解質とを備える、請求項1から21の何れかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- アノード電極が、細長い中空部材の平坦面上に配置される、請求項22に記載の固体酸化物燃料電池スタック。
- 少なくとも1つの細長い中空部材の少なくとも1つの通路がその長さの全体に亙って異なる断面積を有する、請求項1から23の何れかに記載の固体酸化物燃料電池スタック。
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