JP5501605B2 - 優先的に電気化学セルシステムのための超塑性シールシステム - Google Patents

Description

本発明は全体的に任意の種類の２つの部材間、優先的に異なった熱膨張係数を有する２つの部材間に挿入されることを目的とされたシールに関する。

本発明はより具体的に、しかし専用的でなく、電気化学セルシステム、優先的に高温電解質タイプのシステムの分野に適用される。そのシステムはＨＴＥとしても参照され、および／または燃料電池タイプ、優先的にＳＯＦＣセル（固体電解質型燃料電池）と称されるような高温で作動するシステムである。

水素を生成するための高温水蒸気電解槽は公知である。この目的のために、その電解槽は複数の積層された電気化学セルを具備し、それぞれのセルには多孔質アノードと多孔質カソードとが設けられ、電解質がそのアノードとカソードとの間に配置されている。さらに、それぞれの電気化学セルは、個々にアノードおよびカソードに接続された関連したアノード結合部とカソード結合部とを備え、それぞれ電解質と密接に接触している。

水蒸気が供給された電解層の多孔質カソードにおいて、水蒸気分子解離が発生する。イオンは全体的にセラミクスで形成された固体電解質を介して、適切な電圧の印加を利用して移動し、電極で再結合する。

水素と酸素との再結合を防止するために、電解質とカソード結合部との間の接続、および電解質とアノード結合部との間の接続をシールすることが考えられ、それは気体のリークが電解質の外側に到達して混合気体が形成されることを防止することによって可能とされる。

この観点において、ほぼ同様のデザインが高温で作動する燃料電池に見られ、その電池は電解層の原理と逆の原理に従って作動することを与えられている。

独国特許出願公開第２１ ３５ ６９５号明細書 国際公開第０３／０３２４２０号パンフレット 国際公開第２００５／１０６９９９号パンフレット

上述の密着性を提供するために、複数の制約が遵守されなければならず、特にシールの挿入およびパッキングのためには小さい力が負荷され、破損しやすいセラミック電解質の損傷／破断を回避しなければならない。しかしながら、同じことが、接触面の樹脂加工が所望の密着性を確実にすることを要求するならば、この小さい力の要求は金属溶液とは互換性がなく、全体的に、この作業は大きな力を必要とする。さらに、金属シールはこの方法において大きい力によって塑性的に変形し、シールの構成材料のクリープによって、要求された工程を通じて時々確実な密着性を得ることができない。

これらの欠点を少なくとも部分的に修正するために、本発明は第１の部材と第２の部材との間に挿入されることを目的としたシールに関し、該シールは離間方向に沿って離間されて個々に前記第１の部材と前記第２の部材とを密着した様式で接触させることを目的とした２つの接触部を具備し、該接触部は所定の温度条件を含んだ所定の応力条件の下で超塑性特性を示す第１の合金で形成され、前記接触部は該接触部の間に似配置されたサポートによって支持され、前記所定の温度条件の下で前記離間方向において前記接触部よりも大きい機械的圧縮抵抗を示すように形成されている

本発明は全体的に、使用される具体的な手段の結合とともに得られることが可能な密着性のレベルと、その密着性のレベルを達成するために要求される力のレベルの小ささとの間に、非常に満足の行く解決策を提案する優位性を提供する。

そのようなデザインを伴って、シールされる２つの部材間のシールのパッキングは所定の応力条件の下で接触部に応力を負荷することによって有利に実施されてもよく、特にその接触部を構成している第１の合金の超塑性特性から利得を得るために、所定の温度および変形／圧縮率の条件の下で実施されてもよい。そのような場合、この温度において圧縮抵抗がより優れたサポートは、パッキングの間接触部の沈下を防止し、これによってシールされる部材とサポートとの間の圧縮に有利に働き、離間方向においてわずかに変形されるのみである。接触部はこの場合、シールのパッキングの間、部分的に非常に大きな割合で変形されてもよく、特に離間方向においてシールされることを目的とされた２つの部材の間に圧力を負荷することを目的とされてもよい。所望の大きな変形は密着性を増大させるのに有利に働き、それは、後者が表面欠陥を修正し、効果的に欠陥を調整することを可能にしており、本件の密着性が要求される２つの部材の面粗さ／凹凸を充填するためである。

言い換えると、本発明は接触部の大きい変形による密着性の増大を得ることを可能にしており、有利に超塑性特性による小さい力を有利に条件としている。この理由としては、本件の部材はシールのパッキングの間に小さい力を条件とされているのみであり、接触部が所定の応力条件の下で応力負荷されるように実行されるためである。特に、いずれかの部材がセラミクスのような容易に破壊されるような材料で形成されていても、損傷／破断の危険性が著しく制限されるようなその所定の温度条件および所定の圧縮率条件の下で応力負荷されるためである。

そのようなものとして、シールのパッキングの間に双方の部材に誘導される力のレベルは、従来の金属シールの溶解を伴ったほぼ同様の密着性のレベルを得るために要求される力よりも２０倍低くなっていることが観測されている。

さらに、高温且つ応力負荷された状態の下で維持され、シール温度がその後第１の金属の超塑性状態に対して所定の温度条件まで降下されたとき、得られる密着性は特にシールサポートによって提供された高い機械的抵抗によって、特に低い応力レベルのクリープの欠如によって、保持される。

目安として、合金の伸びの許容量が所定の条件下において２００％に到達し、潜在的に２０００％以上のオーダーの数値に到達する場合、合金が超塑性特性を示していると考えられることが観測されている。所定の条件は上述の温度に関係した条件を含み、その温度は一般的に本件の合金の融点の半分よりも高いか融点の半分に等しい。それらは１０−３〜１０−５ｓ−１の低い変形／圧縮率を含み、例えば、従来の方法の間に標準的な材料に負荷される応力に対して低い応力を負荷し、エンボス、鍛造を利用して成形している。さらに目安として、これらの合金の特性の１つは全体的に微細結晶流を有し、超塑性変形の間に安定に残存する合金である。

いくつかの超塑性合金は接触部のためと考えられてもよく、その合金は鉄、５０〜５５％の割合のニッケル、１７〜２１％の割合のクロム、４．７５〜５．２５％の割合のニオブ、２．８〜３．３％の割合のモリブデン、および０．６５〜１．１５％の割合のチタンを含んだ合金であり、優先的に９５０℃付近で超塑性特性を示す。その合金はインコネル７１８ＳＰＦ（登録商標）として参照される一群であり、この定義を満たす。

いずれにせよ、他の超塑性合金はチタンおよび／またはアルミニウムベースのような合金が考えられてもよく、５００℃〜１０００℃の温度または温度範囲において超塑性特性を示す。

シールサポートは優先的に金属であり、例えばインコネル７１８（登録商標）として参照される合金のような第２の合金で形成されている。しかしながら、後者の合金は超塑性特性を示さず、第１の合金のように高温において弾性特性および高い機械的抵抗特性を示す。しかしながら、上述のように、第１の合金の超塑性状態に関する所定の温度条件において、第２の合金は第１の合金よりも大きい機械的圧縮抵抗を示し、これはシールのパッキングの間の接触部の沈み込みを防止するためであり、これによって接触部の超塑性の圧縮を有利に行うためである。目安として、接触部の離間方向におけるサポートの圧縮抵抗は、接触部の圧縮抵抗よりも大きく、所定の温度条件の下で吹かされる応力モードに関わりが無いと考えられる。この特性は特にシールのための選択された応力／圧縮力モードが、接触部のための所定の圧縮率条件を得ることを可能とする場合に検証される。

その所定の超塑性条件の下で、弾性の限界は接触部に関するほうが第２の合金におけるサポートに関するよりも約１０倍低いと考えられる。

シールは２つの接触部の間の相対移動を形成する手段を具備し、その移動方向は２つの接触部の間の離間方向と直交した径方向である。第一に、シールは、これが必要でない場合でさえ、離間方向が軸方向と一致するように製造されることを、このことは暗示している。特に、接触部の離間方向はシールの径方向と代替的に一致することが可能であり、それは本発明の範囲から逸脱しない。

したがって、上述した第１の場合において、シールの若干の柔軟性は径方向において優先的に提供され、離間方向または軸方向において高い剛性の必要性に抵抗して、密着性を維持することを要求される。様々な技術的解決策がそのような目的を達成するために考えられ、そのいくつかは以下に記載されている。

一般的なルールとして、径方向に沿った接触部間の相対移動の形成は、同じ方向における双方の部材の任意の相対移動と同時に生じることが可能であり、例えば異なった熱膨張に起因しがちである。それにもかかわらず、本発明は異なった熱膨張係数を示すシールのいずれかの端部において配置された双方の部材に適用されるだけでないことが観測されており、特に電気化学セルシステムの分野に関して適用される。

本発明の第１の好適な実施形態によれば、２つの接触部は接触部を接続している中間部を伴って一体で形成されており、表面シール構造を連帯して形成している。

そのような場合、表面シール構造の中間部（１８）は横断面形状がＣ形状、２つのＣを組み合わせた形状もしくはΣ形状または径方向における容易な変形を可能にする他の任意の形状を有すると考えられる。結果的に、柔軟な中間部は２つの接触部を具備し、径方向に沿ってその２つの接触部間の相対移動を可能にする上述の手段の全体または一部を形成している。

優先的に、サポートは前記表面構造内に配置され、前記２つの接触部に隣接し且つ接触している。そのような場合、サポートは表面構造の２つの接触部と個々に２つの非スライド式機械的接続を表していると考えられる。これらの接続は密着している必要はなく、単なる支持、または溶接接合のような剛体接続であってもよい。

また、優先的に、サポートは横断面において垂直に先細となったＣ字状に形成され、そのＣ字状の２つの端部は個々に接触部と接触している。

そのような形態を伴って、２つの部材の異なった熱膨張の事象において、２つの接触部は径方向において互いに対して移動され、その移動は表面構造、より具体的には中間部の変形／偏差を利用している。同時に、接触部とそれに関連した部材との間、または接触部と表面構造の内部に配置されたサポートとの間には移動は発生せず、密着性は完全に維持され、特に２つの接触部の間のサポートによって提供された軸方向の剛性を利用している。それぞれの接触部とサポートとの間の非スライド式接続は必要ではなく、それにも係わらずその目的は、そのサポートが常に接触部に密着を維持するための十分な力を負荷し、径方向に沿って２つの部材が相対移動する場合でも、これによって密着性が必要とされる場所の部材の接触部のスライドを防止していることを確実にしているということが観測される。

本発明の第２の実施形態によれば、その２つの接触部は２つの対向した側面部によって互いに接続され、連帯してぞれぞれの接触部とともに表面シール構造を形成している。優先的に、その表面シール構造は全体的に長方形または正方形の横断面形状を備えている。

そのような場合、そのサポートは表面構造内に配置され、２つの接触部に隣接し且つ接触している。優先的に、表面構造の２つの接触部と個々に２つのスライド式機械的接続を表すようにされている。

また、優先的に、サポートはほぼチューブ形状であり、その対向した端面は個々に前記２つの接触部に接触している。

最終的に、それぞれの側面部は、その端部において双方の接触部に個々に２つの密接な且つ柔軟な機械的接続を介して組みつけられている。

そのような形態を伴って、２つの部材の異なった熱膨張の事象において、２つの接触部は径方向において互いに対して移動され、その移動は表面構造の変形／偏差を利用しており、より具体的には上述の機械的接続の変形および関連した側面部の傾斜を利用している。言い換えると、定常状態の下で形成された表面構造の正方形または長方形の横断面は、平行四辺形タイプの横断面へとわずかに変形する。この平行四辺形への変形は、いずれかの接触部の関連したサポートの端部に沿ったスライド、それと同時に接触部と関連した部材との間では移動が発生しないことによって形成される。結果的に、特に２つの接触部の間のサポートによって提供された軸方向の剛性によって、密着性は完全に維持されている。

このように、第２の実施形態に関して、径方向に沿った２つの接触部間の相対移動を可能とする手段は、シールの構成部材間のスライドの原理に基づいており、表面構造の変形と同時に発生している。

優先的に採用された好適な実施形態に関わりなく、シールはほぼ環状形状を示している。

本発明は、第１の部材と第２の部材との間に挿入された少なくとも１つの上述のシールを具備した任意のアセンブリにも関する。そのアセンブリは、例えば電気化学セルシステムの一部を形成している。優先的に、第１の部材と第２の部材とは個々に異なった熱膨張係数を示した材料で形成されている。例えば、第１の部材は金属で形成され、第２の部材はセラミックで形成されており、従来どおり、高温で作動するタイプの電解層および／または燃料電池の電気化学セルシステムのための場合である。

この観点において、本発明は少なくとも１つの上述のシールを具備した電気化学セルにも関する。優先的に、そのシステムはアノード、カソード、およびアノードとカソードとの間に配置された電解質が設けられた少なくとも１つの電気化学セルを具備し、アノード結合部およびカソード結合部は電気化学セルに関連付けられて、アノードおよびカソードに個々に接続されている。そのシステムは、少なくとも１つの、上述のシールを具備し、シールは電解質とアノード結合部との間、および／または電解質とカソード結合部との間に配置されている。優先的に、２つの分離したシールが上述の位置に個々に設けられている。

上述のように、システムは高温電解槽または例えばＳＯＦＣタイプのような高温で作動する燃料電池である。

最後に、本発明は所定の温度条件の下で作動温度において作動する電気化学セルシステムの、第１の部材と第２の部材との間に挿入されることを目的とされた上述のシールを適合するための方法にも関し、その方法は以下のステップを含んでいる。
−第１の部材と第２の部材との間にシールを取り付けるステップ。
−温度を上昇させてシールを所定の温度条件にしたがってパッキング温度にするステップ。
−パッキング温度で温度を維持し、電気化学セルシステムに圧力を負荷してシールの接触部の圧縮状態を得るステップ。
−温度を降下させてシールをシステム作動温度にし、その間も電気化学セルシステムに負荷された圧力を維持するステップ。

当然に、電気化学セルシステムに負荷された圧力は、接触部の圧力が所定の変形／圧縮条件となり、これによってその接触部を形成している第１の合金の超塑性特性から利得を得ることが可能となるように適用されている。

優先的に、パッキング温度は９５０℃付近に設定され、より一般的には選択される材料に依存して５００℃〜１０００℃に設定されている。作動温度は８００℃付近に設定され、より一般的には６００℃〜８００℃に設定され、パッキング温度よりも常に低くされている。

本発明の他の利点および特徴は、非限定的な以下の記載によって詳細に表現されている。

記載は添付図に参照符号を付している。

本発明による２つのシールを介した接続を備えたいずれかの端部において協働している、高温電解槽の電気化学セルの概略の断面を示した図である。 図１に記載された２つのシールのうちの１つの詳細な断面を示した図であり、応力無負荷状態の本発明の第１の好適な実施形態の形状のシールである。 本発明の好適な実施形態による、図２に示されたシール取り付け方法のいくつかの連続的なステップを概略的に示した図である。 本発明の好適な実施形態による、図２に示されたシール取り付け方法のいくつかの連続的なステップを概略的に示した図である。 図１に示された２つのシールのうちの１つの詳細な断面を示した図であり、応力無負荷状態の本発明の第２の好適な実施形態の形状のシールを示した図である。 本発明の好適な実施形態による、図４に示されたシール取り付け方法の連続的ないくつかのステップを図式的に示した図である。 本発明の好適な実施形態による、図４に示されたシール取り付け方法の連続的ないくつかのステップを図式的に示した図である。

まず図１を参照すると、優先的に平面図で表された高温電解装置の電気化学セル１が概略的に見られている。

その一般的なデザインは公知であり、すなわち、そのセルは多孔質アノード２、多孔質カソード４、およびアノードとカソードとの間に接するように配置された電解質６を具備している。これらの部品は優先的に円形であり、軸８に対応した積み重ね方向に積み重ねられている。

このセル６はアノードに対して圧縮された関連したアノード結合部２´を備え、それらの間に流体が循環することが可能なアノードチャンバまたはアノードコンパートメント２´´を形成している。それに類似して、カソードに対して圧縮され、それらの間に流体が循環することが可能なカソードチャンバまたはカソードカソードコンパートメント４´´を形成したカソード結合部４´が設けられている。

慣習的に、結合部２´および４´は金属製であり、一方で固体電解質はセラミックで形成されている。

コンパートメント２´´と４´´との密着を確実にするために、シール１０が電解質６とアノード結合部２´との間に設けられ、それに並んで別のシール１０が、同一または類似のデザインで、電解質６とカソード結合部４´との間に設けられている。これらのシールは軸８に関して優先的に環状であり、積み重ねの周囲に配置されて、より具体的にはアノードとカソードとに関して径方向における外側である。

本発明の特異性はそのシール１０のデザインにあり、２つの好適な実施形態を通して以下に記載されている。

まず本発明の第１の好適な実施形態を表した図２を参照すると、シール１０は一体型の表面構造１４を表示し、その端部において、２つの接触部１６がそれぞれに配置されている。これら２つの接触部１６は電解質６の底面およびアノード結合部２´の頂面とそれぞれ外接しており、優先的に面タイプの密接な接触であり、それらの面は軸８と直交してより優先的に平坦且つ環状である。

接触部１６は軸方向８に一致した離間方向に沿って互いに離間されており、矢印２０によって概略的に表され且つ軸８と直交して軸８を切る半径方向において柔軟性を示す中間部１８によって互いに接続されている。この柔軟性を確実にするために、この中間部１８は図２に示されたような２つのＣを組み合わせた形状の横断面を備えているが、そのような柔軟性を提供する他の形状が、本発明の範囲を逸脱することなく想定されてもよい。

この一体型の表面構造１４は所定の応力条件の下で超塑性特性を示す第１の合金で形成されており、すなわち、所定の温度条件および所定の変形／圧縮率の条件において超塑性特性を示す。優先的に、その合金は、鉄、５０〜５５％の割合のニッケル、１７〜２１％の割合のクロム、４．７５〜５．２５％の割合のニオブ、２．８〜３．３％の割合のモリブデン、および０．６５〜１．１５％の割合のチタンを含んだ合金から成り、優先的に９５０℃付近で超塑性特性を示す。そのような合金はインコネル７１８ＳＰＦ（登録商標）として参照される一群に属している。

シール１０はシールサポート２２によって完成され、シールサポートは構造１４内に配置され、２つの接触部１６に隣接して接触している。そのサポートは垂直に先細となったＣ字状の横断面を示し、この場合、その方向は軸８の方向である。Ｃの２つの端部２２ａは２つの接触部１６に対向した内面と接触している。

シールサポート２２の形状が上述のように異なっていてもよい一方で、シールサポートは、高温すなわち５００℃を超える温度においてさえも、軸方向において合成を提供するように選択されている。一般的な規則として、第１の合金の超塑性状態に関連した所定の温度条件の下で、したがって優先的に９５０℃付近において、そのサポート２２は軸８に沿って、接触部１６よりもより大きな機械的な対圧縮特性を提供することを予想されており、それはその沈み込みを防止するためであり、それに関連した部材２および６の方向において同じく圧縮するためであり、以下に記載されたような密着性を構築するためである。

優先的に、そのサポートは第２の合金で形成されており、そのような合金は優先的にインコネル７１８（登録商標）として参照されており、第１の合金の所定の超塑性応力条件の下で形成され、その弾性限は同じ部分に関するよりもサポートに関して約１０倍高い。

優先的に、サポート２２の端部２２ａは、接触部１６に関連した非スライド式機械的接触を優先的にそれぞれ備えている。その機構は剛体接続または単なるサポートから成り、いずれにしても軸８を中心として環状に延在している。

電解質６と結合部２´との間にシール１０を密着させる方法は、第１にそれら２つの部材間に冷間で配置されることによって開始され、それは図２に示されている。シール１０と部材２´または６との間に、わずかな動きがこの段階で存在していてもよい。その後、圧縮機能を備えた炉内に配置されたアセンブリは所定の温度まで上昇され、９５０℃のパッキング温度に到達する。その温度は第１の合金の超塑性範囲に関する所定の温度条件に関連した範囲である。一旦炉内がこのパッキング温度に到達すると、特に半径方向において互いに自由な熱膨張に支配されているアセンブリの様々な要素は、このパッキング温度に維持され、その間炉の圧縮機によってまたは当業者に周知の他の手段によって負荷されている圧縮力に支配されている。

軸８に沿ったこの圧縮力は電気化学セルシステムに負荷され、所定の変形／圧縮条件の下で接触部１６に応力が発生し、すなわち、低い割合でこのことによってその接触部を形成する第１の合金の超塑性特性から利益を得ることを可能にしている。パッキング温度におけるこの加圧ステップは図３中の矢印２７によって概略的に示されており、接触部１６の所望のレベルの変形が達成されるまで実施され、そのレベルは要求される密着レベルに一致している。一方で、このステップの間、軸８に沿った高い機械抵抗によって、サポート２２は非常に小さい範囲で圧縮されるだけであり、したがって、その端部において支持された接触部１６の圧縮に有利に働いている。

目安として、シールに隣接して環状の線に沿って負荷された圧縮力は３Ｎ／ｍｍのオーダーであり、１０−３〜１０−５ｓ−１の接触部１６の圧縮率を得るように調節されている。

その後、炉の温度は電気化学セルシステムの作動温度、すなわち、ほぼ８００℃まで下げられる。その間、先のステップの間に負荷されたのと同じ圧縮力を維持する。このことはこの場合は必要ないが、本発明の範囲から逸脱しない。

この温度降下の間、２つの部材２´、６の半径方向２０における異なった熱膨張が観測され、軸方向におけるその異なった熱膨張は無視できる程度に残存している。

より具体的には、図３ｂにおいて明確化を目的として、自発的に誇張されて図式化されているように、結合部２´は電解質６よりも軸８に向かって縮むようにされており、それは矢印２９によって図式化されている。これは、結果的に２つの接触部１６を互いに半径方向において移動させ、その移動は表面構造１４の中間部１８の変形／偏差によって許可されている。この中間部１８の曲率は、図３ｂに示されているように、扁平となる傾向がある。同時に、接触部１６とそれに関連した部材２´、６との間、または接触部１６とサポート２２との間には移動が発生せず、密着性は完全に維持され、それは特にサポート２２によって剛的に提供された軸によるものである。優先的に、異なった熱膨張の間、接触部１６とサポート２２との間にはスライドは観測されず、スライドは予測されるが、それは本発明の範囲から逸脱しない。

一旦作動温度に到達すると、シール１０は図３ｂに示されたような変形された位置で固定され、加圧され続ける。電気化学セルシステムはその後作動可能とされる。

本発明の第２の好適な実施形態を表した図４を参照すると、シール１０は、２つの接触部１６が個々に配置された端部において表面構造１４を表示している。これらの２つの接触部１６は、それぞれ電解質６の底面および結合部２´の頂面と外接しており、優先的に面タイプの密接な接触であり、それらの面は軸８と直交してより優先的に平坦且つ環状である。

接触部１６は軸８の方向に一致した離間方向に沿って互いから離間されており、２つの側面部１１８によって互いに接続されている。それらの側面部は一方が内部で他方が外部にあり、それぞれが軸８を中心とした環状である。これらの側面部１１８は軸方向、すなわち軸８に沿った方向に延在し、径方向の端部で２つの接触部１６に個々の端部において固定されている。その結果、図４に示されたような表面構造１４の応力無負荷状態において、その表面構造は長方形または正方形の全体的な形状の横断面を示す。接触部１６の径方向端部と側面部１１８の軸方向端部との間に形成された機械的接続は、優先的に密着して且つ柔軟であり、例えば溶接タイプのようである。

さらに、外部側面部は接触部１６に対してほぼ径方向外側にオフセットしており、その一方で内部側面部はその接触部に対してほぼ径方向内側にオフセットしている。これは、“平行四辺形”と称される表面構造１４の変形を可能にし、これによって径方向２０において柔軟であり、上述のように、アノード結合部２´と電解質６との間の径方向の任意の相対移動に追従している。

表面構造１４の接触部１６は上述の第１の超塑性合金で形成されており、その一方で側面部は超塑性材料に溶接適合性のある任意の金属で形成されてもよい。最も単純な解決策は、接触部１６と同じ超塑性合金を使用することである。

シール１０はシールサポート２２によって完成され、そのサポートは表面構造１４内において、２つの接触部１６隣接し且つ接触して初期的に配置されている。サポートは例えば軸８を伴ったリングなどのチューブ状の形状を優先的に示しており、正方形または長方形の横断面を備え、平坦で且つ軸８に直交した軸端部２２ａ、２２ｂの２つの対向した面２２ａ、２２ｂを含んでいる。それは表面構造の変形／偏差を利用しており、より具体的には、上述の機械的接続の変形および関連した側面部の傾斜を利用している。言い換えると、表面構造の正方形または長方形の横断面は、定常状態の下で形成されており、平行四辺形タイプの横断面にわずかに変化する。この平行四辺形の変形はいずれかの接触部が、関連したサポートの端部に沿ってスライドし、それと同時に、接触部１６とそれに関連した部材２´、６との間で移動が発生しないことによって可能とされている。結果的に、密着性は完全に維持され、特に、２つの接触部間のサポートによって提供された軸方向の剛性によるものである。

一方で、サポート２２の形状は上述のものと異なっていてもよく、この場合も高温において、すなわち５００℃を超えても軸８の方向において合成が示されるように選択されている。一般的な規則として、第１の合金の長塑性状態に関する所定の温度条件の下、したがって優先的に９５０℃付近において、サポート２２は接触部１６の機械的圧縮抵抗よりも大きい機械的圧縮抵抗を示すことを想定されてり、それはその沈み込みを防止するためであり、特に部材２、６に関連した同じ方向で圧縮するためである。

優先的に、サポート２２は上述の第２の合金で形成されている。

このシールを密着するための方法は、上述の方法と似ている。特に部材２´、６間のシールの配置し、パッキング温度まで温度を上昇し、矢印２７によって図５ａに図式化されたように加圧してパッキング温度で結合させ、要求された密着性を得るために接触部１６に低応力レベルの下で変形を与え、その一方で圧力を維持する間且つ電気化学セルシステムが作動する前に作動温度に炉内温度を下げるステップを連続的に含んでいる。

この場合、温度降下ステップの間にシール１０の挙動において差異があり、径方向２０において２つの部材２´、６の異なった熱膨張が観測される間、結合部２´は矢印２９で図式化されたように電解質６よりも軸８に向かって反応する。このことは、径方向２０において接触部１６が相対的に移動することになり、その移動は上述の機械的接続の変形、および側面部１１８に関連した傾斜を利用している。より具体的には、応力無負荷状態で形成された構造１１８、１１８、１６、１６の正方形または長方形の横断面が、平行四辺形タイプの横断面にわずかに変形される。この平行四辺形への変形はいずれかの接触部１６がサポートの軸端部２２ａの関連した面２２ｂに沿ってスライドすることにより可能とされている。結果的に、接触部１６と関連した部材２´、６との間の移動は、有利に発生しない。このように、密着性は完全に維持され、特に２つの接触部１６の間のサポート２２によって、且つシールの構成要素間のスライドを利用して軸方向の剛性が提供されることによるものである。

当然に、様々な改良が当業者によって上述の本発明に行われてもよく、非限定的な実施例を示したのみである。

１ 電気化学セル
２ 多孔アノード
２´ アノード結合部
２´´ アノードチャンバ
４ 多孔カソード
４´ カソード結合部
４´´ カソードチャンバ
６ 電解質
１０ シール
１４ 表面構造
１６ 接触部
１８ 中間部
２２ サポート

Claims (23)

1. 第１の部材と第２の部材との間に挿入されることを目的としたシール（１０）であって、
   該シールは離間方向に沿って離間されて個々に前記第１の部材と前記第２の部材とを密着した様式で接触させることを目的とした２つの接触部（１６）を具備し、
   該接触部（１６）は所定の温度条件を含んだ所定の応力条件の下で超塑性特性を示す第１の合金で形成され、前記接触部（１６）は該接触部の間に配置されたサポート（２２）によって支持され、前記所定の温度条件の下で前記離間方向において前記接触部（１６）よりも大きい機械的圧縮抵抗を示すように形成されており、
   前記離間方向と直交した方向（２０）に沿って前記２つの接触部（１６）間の相対移動を可能にする手段を含んでいることを特徴とするシール。
2. 前記２つの接触部（１６）は該接触部を接続している中間部（１８）を伴って一体で表面シール構造（１４）を形成していることを特徴とする、請求項１に記載のシール。
3. 前記表面シール構造の中間部（１８）は横断面形状がＣ形状、２つのＣを組み合わせた形状またはΣ形状であることを特徴とする、請求項２に記載のシール。
4. 前記サポート（２２）は前記表面シール構造（１４）内に配置され、前記２つの接触部（１６）に隣接し且つ接触していることを特徴とする、請求項２または３に記載のシール。
5. 前記サポート（２２）は、前記表面シール構造（１４）の前記２つの接触部（１６）と個々に２つの非スライド式機械的接続を表していることを特徴とする、請求項４に記載のシール。
6. 前記サポート（２２）は横断面において垂直に先細となったＣ字状に形成され、そのＣ字状（２２）の２つの端部は個々に前記接触部と接触していることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一項に記載のシール。
7. 前記２つの接触部（１６）は２つの対向した側面部（１１８）によって互いに接続され、連帯してぞれぞれの前記接触部（１６）とともに表面シール構造（１４）を形成していることを特徴とする、請求項１に記載のシール。
8. 前記表面シール構造（１４）は全体的に長方形または正方形の横断面形状を備えていることを特徴とする、請求項７に記載のシール。
9. 前記サポート（２２）は前記表面構造（１４）内に配置され、前記２つの接触部（１６）に隣接し且つ接触していることを特徴とする、請求項７または８に記載のシール。
10. 前記サポート（２２）は前記表面構造（１４）の前記２つの接触部（１６）と個々に２つのスライド式機械的接続を表していることを特徴とする、請求項９に記載のシール。
11. 前記サポート（２２）はほぼチューブ形状であり、その対向した端面（２２ｂ、２２ｂ）は個々に前記２つの接触部（１６）に接触していることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のシール。
12. それぞれの前記側面部（１１８）は、その端部において双方の前記接触部（１６）に個々に２つの密接な且つ柔軟な機械的接続を介して組みつけられていることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか一項に記載のシール。
13. 前記第１の合金は、鉄、５０〜５５％の割合のニッケル、１７〜２１％の割合のクロム、４．７５〜５．２５％の割合のニオブ、２．８〜３．３％の割合のモリブデン、および０．６５〜１．１５％の割合のチタンを含んだ合金であり、該合金は９５０℃で超塑性特性を示すことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のシール。
14. 前記サポート（２２）は第２の合金で形成された金属であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のシール。
15. ほぼ環状に形成されていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のシール。
16. 少なくとも１つの、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のシール（１０）が、第１の部材（２´）と第２の部材（６）との間に挿入されていることを特徴とするアセンブリ。
17. 前記第１の部材（２´）と前記第２の部材（６）とは個々に異なった熱膨張係数を示した材料で形成されていることを特徴とする、請求項１６に記載のアセンブリ。
18. 前記第１の部材は金属で形成され、前記第２の部材はセラミックで形成されていることを特徴とする、請求項１７に記載のアセンブリ。
19. 少なくとも１つの、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のシール（１０）を具備したことを特徴とする電気化学セルシステム（１）。
20. アノード（２）、カソード（４）、および前記アノードとカソードとの間に配置された電解質（６）が設けられた少なくとも１つの電気化学セル（１）を具備し、アノード結合部（２´）およびカソード結合部（４´）は前記電気化学セル（１）に関連付けられて、前記アノードおよび前記カソードに個々に接続されたシステムであって、
    該システムは、少なくとも１つの、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のシール（１０）を具備し、該シールは前記電解質（６）とアノード結合部（２´）との間、および／または前記電解質（６）とカソード結合部（４´）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記システムは高温電解槽または高温で作動する燃料電池であることを特徴とする、請求項２０に記載のシステム。
22. 所定の温度条件の下で作動温度において作動する電気化学セルシステムの、第１の部材と第２の部材との間に挿入されることを目的とされた請求項１〜１５のいずれか一項に記載のシールを適合するための方法であって、該方法は、
    −前記第１の部材と第２の部材との間にシールを取り付けるステップと、
    −温度を上昇させて前記シールを前記所定の温度条件にしたがってパッキング温度にするステップと、
    −前記パッキング温度で温度を維持し、前記電気化学セルシステムに圧力を負荷して前記シールの接触部の圧縮状態を得るステップと、
    −温度を降下させて前記シールを前記システム作動温度にし、その間も前記電気化学セルシステムに負荷された圧力を維持するステップと、
    を含んでいることを特徴とする方法。
23. 前記パッキング温度は９５０℃に設定されており、前記作動温度は８００℃に設定されていることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。

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