JP6851378B2 - 高温ｓｏｅｃ／ｓｏｆｃスタックを締め付ける独立型のシステム - Google Patents

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Description

本発明は、水の高温電気分解（ＨＴＥ）、特に高温蒸気電気分解（ＨＴＳＥ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）の電気分解、または二酸化炭素（ＣＯ２）による水の高温共電解（ＨＴＥ）の一般的な分野に関する。
より正確には、本発明は、高温固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）の分野に関する。
より正確には、本発明は、高温固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の分野に関する。
従って、より一般的には、本発明は、高温で動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックの分野に関する。
より正確には、本発明は、高温で作動するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣタイプの固体酸化物スタックのための内蔵型クランプシステム、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣタイプの固体酸化物スタック及びこのスタック用のクランプシステムを含むアセンブリ、並びにこのようなスタックの関連する製造方法に関する。
ＳＯＥＣ型高温固体電解質電解槽の枠組みにおいて、目的は、単一の電気化学装置内で電流を使用して水蒸気（Ｈ２０）を二水素（Ｈ２）及び二酸素（Ｏ２）に変換すること、及び／又は二酸化炭素（ＣＯ２）を一酸化炭素（ＣＯ）と二酸素（Ｏ２）に変換することである。ＳＯＦＣ型の高温固体酸化物型燃料電池の枠組において、典型的には空気中、及び天然ガス、すなわちメタン（ＣＨ４）中の二水素（Ｈ２）及び二酸素（Ｏ２）からなる供給物を用いて、電流及び熱を生成するために逆動作が使用される。簡単にするために、以下の説明を、ＳＯＥＣ型高温固体電解質電解槽、電解水の動作に適用する。しかし、この操作は、二酸化炭素（ＣＯ２）の電気分解、あるいは水と二酸化炭素（ＣＯ２）の高温共電解（ＨＴＥ）にも適用できる。さらに、この操作は、ＳＯＦＣ型の高温固体酸化物型燃料電池の場合に置き換えることができる。
水の電気分解を達成するためには、高温で、典型的には６００〜１０００℃の間で行われるのが有利である。何故ならば、水蒸気を電気分解することは液体水よりも有利であり、反応に必要なエネルギーの一部は、電気よりも安価な熱によって加えられ得るからである。
水の高温電気分解（ＨＴＥ）を達成するために、ＳＯＥＣタイプの高温固体酸化物電解槽は、固体酸化物電解セルを含む基本パターンのスタック、又は互いに重ね合わされた３つのアノード／電解質／カソード層からなる電気化学セル、及び、所謂バイポーラプレート又は相互接続プレートと呼ばれる金属合金製の相互接続プレートで構成される。各電気化学セルは、２つの相互接続プレートの間で圧搾される。高温ＳＯＥＣ型の固体酸化物電解槽は、次に、電気化学セル及び相互接続の交互のスタックである。ＳＯＦＣ型の高温固体酸化物型燃料電池は、同じ種類の基本パターンのスタックから構成される。この高温技術は可逆性であるため、同じスタックが電解モードで機能し、水と電気から水素と酸素を生成し、又は燃料電池モードで水素と酸素から発電することができる。
各電気化学セルは、典型的には、電解質が中央のイオン伝導層から形成されたセラミック製の多層アセンブリである電解質／電極アセンブリに対応し、この層は、固体で、緻密で漏れがなく、電極を形成する２つの多孔質の層の間で圧搾される。追加の層は存在する可能性があるが、１つ又は複数の前述の層を改善するためだけに有用である。
相互接続部、電気及び流体デバイスは、セルの一方の面とカソードとの間、及び次のセルの他方の面とアノードとの間の電気的接触を保証しながら、基本パターンのスタック内の基本パターンを有する各電気化学セル間に電気的接続を形成し、セルの各々の製造を組み合わせる流体接続を形成する電子伝導体である。従って、相互接続部は、電流を流入及び流出させ、分配及び／又は収集のために気体循環区画を区切る機能を果たす。
より正確に言えば、相互接続部の主な機能は、各セルに近接して電流を流し、気体を循環させ（すなわち、注入蒸気、ＨＴＥ電気分解のための抽出水素及び酸素、ＳＯＦＣセルのための水素注入及び抽出水を含む空気及び燃料）、隣接する２つのセル、すなわちセルのアノード側とカソード側のガス循環区画であるアノード区画とカソード区画とを分離する。
特に、高温ＳＯＥＣ型固体酸化物電解槽の場合、カソード区画は、電気化学反応によって生成された水蒸気及び水素を含み、アノード区画は、存在する場合には排ガスを含み、電気化学反応によっても生成される酸素を含む。高温型のＳＯＦＣ固体酸化物型燃料電池の場合、アノード区画は燃料を含み、カソード区画は酸化剤を含む。
高温水蒸気電解（ＨＴＳＥ）は、カソード室に水蒸気（Ｈ２Ｏ）を注入することによって行われる。セルに印加された電流の影響下で、水蒸気の形態の水分子は、水素電極（カソード）と電解質との間の界面で解離する：この解離は、二水素（Ｈ２）ガスと酸素（Ｏ２−）イオンを生成する。二水素（Ｈ２）を回収し、水素区画外に排気する。酸素イオン（Ｏ２−）は、電解質を通って移動し、電解質と酸素電極（アノード）との間の界面で酸素（Ｏ２）に再結合する。空気等の排ガスがアノードで循環して、アノードでガス状に発生した酸素を集めることができる。
固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、空気（酸素）をセルのカソード区画に注入し、水素をアノード区画に注入することによって機能するように作られている。空気中の酸素は、Ｏ２−イオンに解離する。これらのイオンは、電解質中をカソードからアノードに移動し、水素を酸化して水を生成し、同時に電気を発生させる。水蒸気は、ＳＯＦＣセル及びＳＯＥＣ電気分解の二水素（Ｈ２）区画に位置する。極性のみが反転する。
図１は、高温ＳＯＥＣ型固体酸化物電解槽の動作原理を示す概略図である。そのような電解槽の機能は、以下の電気化学反応に従って水蒸気を水素と酸素に変換することである：２Ｈ２Ｏ→２Ｈ２＋Ｏ２
この反応は、電解槽セル内で電気化学的に起こる。図１に概略的に示すように、各基本電解セル１は、固体電解質３の各側に配置されたカソード２及びアノード４から形成される。２つの電極（カソード及びアノード）２、４は、多孔質材料からなる電子及び／又はイオン伝導体であり、電解質３は、気密性であり、電子絶縁体及びイオン伝導体である。特に、電解質３は、アニオン伝導体であることができ、より正確にはＯ２−イオンのアニオン伝導体であり、電解槽は、プロトン性電解槽（Ｈ＋）とは対照的にアニオン性電解槽と呼ばれる。
電気化学反応は、各電子伝導体とイオン伝導体との間の界面で起こる。
カソード２での半反応は、以下の通りである：
２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→２Ｈ２＋２Ｏ２-
アノード４における半反応は、以下の通りである：
２Ｏ２−→Ｏ２＋４ｅ−
２つの電極２、４の間に挿入された電解質３は、アノード４とカソード２との間に加えられる電位差によって生じる電場の影響下でのＯ２−イオンの移動位置である。
図１の括弧内に示されているように、カソード入口の水蒸気は、水素Ｈ２を伴い、出口で生成され回収された水素は、水蒸気を伴い得る。同様に、破線で示すように、空気等の排ガスを入口に注入して、発生した酸素を排出することができる。排ガスの注入の別の機能は、温度調節器として働くことである。
基本的な電解槽または電気分解反応器は、カソード２、電解質３、アノード４、並びに電気的、液圧的及び熱的機能を実行する２つの相互接続部を備えた、上記の基本セルから構成される。
いくつかの基本的な電解セルを相互に積み重ね、それらを相互接続部で分離することによって、生成される水素及び酸素の流れを増加させることができることが知られている。アセンブリは、電源と電解槽（電解リアクタ）へのガス供給をサポートする２つの端部相互接続プレートの間に配置される。
高温ＳＯＥＣ型固体酸化物電解槽は、一般に、互いに積層たされた複数の電解槽セルを備え、各基本要素セルは、電解質、カソード及びアノードからなり、電解質は、アノードとカソードとの間に挿入されている。
上述したように、１つ又は複数の電極と接触している流体及び電気相互接続デバイスは、通常、電流を取り込み及び収集し、１つ又は複数のガス循環区画を区切る機能を果たす。
このように、いわゆるカソード区画の機能は、電流と水蒸気の分配と、接触しているカソードでの水素の回収である。
従って、所謂アノード区画の機能は、電流の分配と、おそらく排ガスを使用して、接触しているアノードで生成される酸素の回収である。
図２は、従来技術による高温ＳＯＥＣ型固体酸化物電解槽の基本パターンの分解図を示す。この電解槽は、相互接続部５と交互に積み重ねられたＳＯＥＣ（固体酸化物）タイプの複数の基本電解セルＣ１、Ｃ２を備える。各セルＣ１、Ｃ２は、カソード２．１、２．２及びアノード（セルＣ２のアノード４．２のみが示されている）から構成され、その間に電解質が存在する（セルＣ２の電解質３．２のみが示されている）。
相互接続部５は、相互接続部５と隣接するカソード２．１との間、及び相互接続部５と隣接するアノード４．２との間の体積によって画定される、カソード５０及びアノード５１の区画を分離する金属合金部品である。それはまた、セルにガスを分配する。カソード区画５０内の各基本パターンに水蒸気が注入される。カソード２．１、２．２で発生した水素と残留水蒸気は、セルＣ１、Ｃ２から下流側のカソード区画５０において、水蒸気がセルから解離した後に収集される。アノード４．２で生成された酸素は、セルＣ１、Ｃ２から下流でアノード区画５１において、水蒸気がセルから解離した後に収集される。相互接続部５は、隣り合う電極と直接的に接触することによって、換言すればアノード４．２とカソード２．１との間で、セルＣ１とセルＣ２との間に電流を流す。
高温ＳＯＥＣ固体酸化物電解槽の動作条件は、ＳＯＦＣ（固体酸化物型燃料電池）の動作条件と非常に類似しているので、同じ技術条件が適用可能である。
従って、高温で動作するこのようなＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックの正しい動作は、以下に述べる点を満たす場合にのみ可能である。
第１に、２つの連続した相互接続部の間の電気絶縁が必要であり、さもなければ、電気化学セルが短絡され、セルと相互接続との間に良好な電気的接触及び十分に大きな接触面積が必要である。セルと相互接続部との間には、可能な限り低い純抵抗が必要である。これは、互いに向かい合う材料及びスタックの締め付けの程度に依存する。
さらに、アノード及びカソードの区画は気密性がなければならず、そうでなければ、生成されるガスが再結合し、効率が低下し、さらに重要なことに、スタックに損傷を与えるホットスポットが生じる。ここでもまた、この漏れ気密性は、シールのデザインと使用される材料に依存するが、スタックの締め付けの程度にも依存する。
最後に、入口及び生成物回収点でガスの良好な分布を有することが不可欠であり、そうでなければ、効率の損失、基本パターン内の圧力及び温度の非均一性、又は電気化学セルに対する許容できない損傷がある。
さらに、別の重要な制約は、水素酸化反応が非常に発熱性であるＳＯＦＣ（固体酸化物燃料電池）、又は、動作電位に依存して全体反応が発熱性、吸熱性又は全体的に等温性（自熱運転）であり得る高温ＳＯＥＣ（固体酸化物電解槽）の熱動作条件を最適に管理する必要があることである。
選択された動作点は、電気化学セルの温度条件を固定する。
高温で行われる電気分解のための入力分子、すなわちＨ２Ｏ及び／又はＣＯ２の解離に必要なエネルギーΔＨは、電気及び／又は熱によって提供され得る。次に、取り込まれた熱エネルギーＱは、各セルの端子における電圧Ｕと電流強度Ｉの関数として、以下の式によって定義される：
Ｑ＝ΔＨｘ（ｌ／２Ｆ）−Ｕ×Ｉ
ここで、Ｆは、ファラデー定数を示す。
従って、上述したように、スタックの３つの異なる熱条件に対応する高温ＳＯＥＣ（固体酸化物電解槽）について３つの動作条件が規定される。
−自己熱モード：印加される電圧Ｕｉｍｐは、ΔＨ／２Ｆに等しい。解離反応によって消費される熱は、電解槽内の異なる電気抵抗によって完全に補償される。電解槽は、特別な温度管理を必要とせず、その温度は安定している。
−吸熱モード：印加電圧ＵｉｍｐがΔＨ／２Ｆ未満である。電解槽は、その中の電気的損失よりも多くの熱を消費する。この動作モードは、スタック内で大きな温度変動を引き起こす可能性がある。
−発熱モード：印加電圧ＵｉｍｐがΔＨ／２Ｆより大きい。電解槽は、ジュール効果による電気的損失よりも熱を消費する。この動作モードはまた、スタック内で大きな温度変動を引き起こす。
ただし、水素下でのＳＯＦＣ（固体酸化物型燃料電池）の運転は、常に発熱性である。
ただし、天然ガス、特にメタン（ＣＨ４）が供給されているＳＯＦＣ（固体酸化物型燃料電池）については注意が必要であることに留意すべきである。Ｈ２電極のニッケル−ジルコニアサーメットによって触媒される内部改質反応、すなわちＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯは、強吸熱性であり、スタック内の水素酸化反応は、強発熱性である。従って、セルモードは、吸熱性又は発熱性のいずれかであり、従ってスタック内に大きな温度変動も引き起こす可能性がある。
従って、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣタイプのスタックでは多くの機能が実行され、それらは互いに結合されていることが分かる。特に、スタックの締め付けの程度は、いくつかの機能の性能に影響を及ぼすが、この締め付けの程度の制御は、スタックの温度管理に依存する可能性がある。構成要素のセット内の種々の膨張による動作温度の上昇は、気密性の喪失、ひいては漏れ気密性の喪失及び乏しい電気接触、又は締め付けの程度の増加を引き起こし、それがあまりに強すぎると電気化学セルに損傷を与える可能性がある。
さらに、温度サイクルは、オン／オフタイプのサイクルの間、周囲温度と約８００℃の温度との間でスタック内において起こることがあり、この熱過渡の間に気密性の程度が大きく変化してはならない。そうでなければ、漏れ気密性が低下し、熱機械的なサイクルを損なう可能性もある。
これらのニーズを満たし、これらの欠点を克服するための解決策が従来技術において既に想定されている。古典的には、最も頻繁に使用される解決法は、一組の弾性ワッシャ又はばねに関連するネジ／ナット型システムを低温領域に配置して、あらゆる変形を弾性的に補償し、力を実質的に一定に保つことからなる。
しかしながら、以下に説明するように、低温領域へのこの伝達にはいくつかの欠点がある。第１に、典型的には８００℃程度の動作温度と、弾性を維持するのに必要なワッシャのクランプ領域との間の温度勾配を維持するために、従って典型的には２０から３００℃程度の低温に維持するために、高温領域の外側でロッドを締め付けることにより、長い伝達が必要である。さらに、高温領域の外側にあるこの伝達長は、特に格納容器内の圧力下での動作の枠組みにおいて、問題となり得る。これは、これらのクランプ柱の通過をかなり複雑にする結果となる。なぜなら、例えば鞴（ベローズ）によって圧力及び典型的には８００℃である高温の下で容器の外側の締め付け力の伝達を管理し、又は、典型的には２０から３００℃まで冷却される圧力下の容器内で力を維持し、非常に高い圧力下での容積をもたらすようにすることが必要であるからである。
本発明の目的は、上述したニーズ及び従来技術による実施形態の欠点を少なくとも部分的に改善することである。
本発明は、特に、高温ＳＯＥＣ（電解スタック）またはＳＯＦＣ（燃料電池）の特定の設計の実施を目的とし、より具体的には、スタックの製造中に力を加えることを可能にし、高温での作動中を含めて、この力を一定に保つ、そのようなスタックのための内蔵型クランプシステムを設計することを目的とする。
従って、本発明の側面の１つの目的は、
−上部クランププレート及び下部クランププレートであって、それらの間にＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックが締め付けられ、各プレートが、少なくとも１つのクランプオリフィスを備える、上部クランププレート及び下部クランププレートと、
−互いに前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートの組立を可能にする、前記上部クランププレートのクランプオリフィス及び前記下部クランププレートのクランプオリフィスを通って延長する少なくとも１つのクランプロッドと、
−互いに前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートを組み立てるための前記少なくとも１つのクランプロッドと協働するように設計される前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートの各クランプオリフィスにあるクランプ手段と、
−前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックと前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートの少なくとも１つとの間に配置されるように設計された少なくとも１つの電気絶縁プレートと、
を備えることを特徴とする、高温で動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック用の内蔵型クランプシステムである。
有利なことに、本発明によるクランプシステムは、システム内でスタックの迅速な設置を可能にし、種々の構成要素の異なる膨張にもかかわらず、動作中、特に約８００℃の高温での動作中にその気密性を管理する必要なく、スタックを始動させることができるため、「プラグアンドプレイ」（ＰｎＰ）タイプである。
本発明によるクランプシステムはまた、単独で、または技術的に可能な任意の組み合わせで、以下の特徴の１つ又は複数を含むことができる。
前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートは、好ましくは、特にＡＩＳＩ３１０タイプのオーステナイト耐火鋼製である。
さらに、前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートの各々の厚さはそれぞれ、２０〜３０ｍｍ、特に２５ｍｍ程度であり得る。
前記少なくとも１つのクランプロッドは、ねじ込まれている。さらに、前記クランプ手段は、前記クランプオリフィスを介して挿入される前記少なくとも１つのクランプロッドと協働するように設計される、前記上部クランププレート又は前記下部クランププレートの何れかの各クランプオリフィスにある少なくとも１つの第２のクランプナットを備え得る。前記クランプ手段はまた、前記クランプオリフィスを介して挿入される前記少なくとも１つのクランプロッドと協働するように設計される少なくとも１つのクランプワッシャに関連する、前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートのうちの他方の各クランプオリフィスにある少なくとも１つの第１のクランプナットを備え得る。前記少なくとも１つのクランプワッシャは、前記少なくとも１つの第１のクランプナットと前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートのうちの他方との間に特に位置し得る。
さらに、前記少なくとも１つのクランプロッド並びに前記少なくとも１つの第１のクランプナット及び第２のクランプナットは、好ましくは、ニッケルベースの超合金、特にインコネル６２５タイプの超合金で作られる。このようにして、弾性挙動を保証することが可能であり、従って温度を考慮してもクリープまたは緩和を回避することができる。
さらに、前記少なくとも１つのクランプワッシャは、好ましくは、耐火性オーステナイト鋼、特にＡＩＳＩ３１０タイプで作られる。クランプワッシャの厚さは、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック内に存在する電気化学セルの数の関数として有利に調整することができる。
前記少なくとも１つのクランプロッドは、有利には、好ましくは１６ｍｍ以上の直径を有する円筒形である。
さらに、前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートの各々は、少なくとも２つのクランプオリフィス、特に４つのクランプオリフィスを備える。前記クランプシステムは、次いで、
−互いに前記上部プレート及び前記下部プレートの組立を可能にするための少なくとも２つのクランプロッド、特に４つのクランプロッドであって、それらの各々が、前記上部クランププレートのクランプオリフィスを通して、及び、前記下部クランププレートの対応するクランプオリフィスを通して延びるクランプロッドと、
−互いに前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートを組み立てるための前記少なくとも２つのクランプロッドと協働するように設計された前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートの各クランプオリフィスにあるクランプ手段と、
を備える。
前記少なくとも２つのクランプロッドは、ねじ込まれており、前記クランプ手段は、前記クランプオリフィスを通して挿入される前記クランプロッドと協働するように設計された、前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートの１つの各クランプオリフィスに第２のクランプナットを備え、前記クランプオリフィスを通して挿入される前記クランプロッドと協働するように設計された、前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートのうちの他方の各クランプオリフィスにクランプワッシャに関連する第１のクランプナットを備え、前記クランプワッシャは、前記第１のクランプナットと前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートのうちの他方との間に特に位置する。
さらに、前記少なくとも１つの電気絶縁プレートは、好ましくは、マイカで作られる。この電気絶縁プレートは、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックと上部及び下部クランププレート、特に上部クランププレートとの間の電気絶縁パッキングとして働く。このプレートが存在せず、クランプシステムが金属製であることが望ましいため、スタックの上部と下部の間でグローバルな短絡が発生する。
さらに、一変形例によれば、前記クランプ手段は、前記少なくとも１つの第２のクランプナットに加えて、前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートのうちの１つの各クランプオリフィスにおいて、前記少なくとも１つのクランプロッドと前記少なくとも１つ第２のクランプナットとの間で組立の協働を可能にするように設計される、少なくとも１つの絶縁ワッシャ、及び、前記クランプオリフィスを介して挿入される前記少なくとも１つのクランプロッドが通過する少なくとも１つの絶縁チューブを備え、前記少なくとも１つの絶縁チューブは、特に前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートのうちの１つと前記少なくとも１つの絶縁ワッシャとの間に位置し、前記少なくとも１つの絶縁ワッシャは、特に前記少なくとも１つの絶縁チューブと前記少なくとも１つの第２のクランプナットとの間に位置する。
さらに、本発明の一実施形態によれば、前記クランプシステムは、前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックと前記上部クランププレートとの間、及び、前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックと前記下部クランププレートとの間に位置するように設計される２つの電気絶縁プレート（１９）を備え得る。
その他の側面による本発明の他の目的は、
−高温で動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックと、
−上記のようなＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック用のクランプシステムと、
を備えることを特徴とするアセンブリである。
前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックは、
−各々がカソード、アノード、及び、前記カソードと前記アノードとの間に挿入される電解質で構成される複数の電気化学セルと、
−隣接する２つの電気化学セル間に各々が形成される複数の中間の相互接続部と、
−上部ターミナルプレート及び下部ターミナルプレートであって、それらの間に前記複数の電気化学セル及び前記複数の中間の相互接続部が締め付けられる、上部ターミナルプレート及び下部ターミナルプレートと、
を備え得る。
前記上部ターミナルプレート及び前記下部ターミナルプレートの各々は、有利には、前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートのうちの１つに接触する、又は、前記クランプシステムの電気絶縁プレートに接触する。
中間の各相互接続部の厚さは、小さいことが好ましく、特に１ｍｍ以下であることが好ましい。
さらに、前記上部ターミナルプレート及び前記下部ターミナルプレートの厚さは、それぞれ５から１５ｍｍ、特に１０ｍｍ程度であり得る。
生成されたガスの前記入口／出口用の少なくとも１つの金属チューブ、特に少なくとも２つ、具体的には４つの入口／出口管は、前記生成されたガスを運ぶために各下部ターミナルプレートを通過する。
さらに、絶縁パッキングを形成する層は、各電気化学セルの周囲、及び、隣接する中間の各相互接続部の間に配置され得る。
この絶縁パッキングは、各電気化学セルを中心にし、中間の相互接続部間を電気的に絶縁するのに役立つ。それは、マイカ製であることが好ましい。また、それは、シール、特にガラスで作られたシールのための支持体を提供することができる。
前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックはまた、前記上部ターミナルプレートと、前記電気化学セル及び前記中間の相互接続部で構成される前記アセンブリとの間に第１の接触層を備え、特に、前記電気化学セルの各水素電極と、中間の各相互接続部又は前記上部ターミナルプレートとの間に複数の第１の接触層を備え、前記下部ターミナルプレートと、前記電気化学セル及び前記中間の相互接続部で構成される前記アセンブリとの間に第２の接触層を備え、特に、前記電気化学セルの各酸素電極と、中間の各相互接続部又は前記下部ターミナルプレートとの間に複数の第２の接触層を備え得る。
第１及び第２の接触層は、中間の相互接続と電気化学セルとの間の電流の通過を有利に改善することができる。
さらに、前記第１の接触層及び前記第２の接触層の一方は、特にランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）タイプのセラミック酸化物層を含み、前記第１の接触層及び前記第２の接触層の他方は、ニッケル製の層を含み、特にニッケル格子によって形成される層を含み得る。
前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックはまた、少なくとも前記上部ターミナルプレート、前記下部ターミナルプレート、前記中間の相互接続部及び前記上部クランプ手段に形成されたガイドオリフィスを通って延び、その製造中に前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックを圧縮して案内するように構成された、少なくとも２つのガイド柱を備え得る。
本発明の他の側面の他の目的は、上記のようなクランプシステムを使用することを特徴とする、高温で動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックの製造方法であって、前記方法が、クランプシステムを介したＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックの外部の締め付けによる前記製造段階を含む、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックの製造方法である。
前記方法はまた、前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックと前記上部クランププレート及び前記下部クランププレートとの間に配置された前記少なくとも１つの電気絶縁プレートを用いて、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックを、前記クランプシステムの前記上部クランププレートと前記下部クランププレートとの間に配置するために、外部の締め付けによる前記製造段階の前の段階を含み得る。
特に温度が約２０℃から８００℃を超える温度に上昇した場合に、外部の締め付けによる前記製造工程は、有利には、前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックの圧縮工程を含む。
外部の締め付けによって前記製造工程中に加えられる圧縮は、外部荷重、特に重力荷重、すなわち、質量を用いて又はラムを用いて加えることによって行われ得る。
さらに、外部の締め付けによる前記製造工程中に加えられる圧縮は、２から２．５ｋｇ／（電気化学セルのｃｍ２）に等しい分布重量である。
前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ固体酸化物スタックの圧縮段階中に特に約２０℃の温度まで冷却した後、前記少なくとも１つのねじロッド、前記少なくとも１つの第２のクランプナット、前記少なくとも１つの第１のクランプナット及び前記少なくとも１つのクランプワッシャは、前記クランプシステム上に設置され得、前記少なくとも１つのクランプナット及び前記１つの第２のクランプナットは、追加の締め付けなしに接触される。
さらに、前記クランプシステム上における前記少なくとも１つのねじクランプロッド、前記少なくとも１つの第２のクランプナット、前記少なくとも１つの第１のクランプナット及び前記少なくとも１つのクランプワッシャの配置後に、前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックの圧縮は、特に、締め付けによって予め加えられた力が既存の取り付けられたクランプ手段に伝達されるように外部負荷を取り除くことによって中断され得る。
クランプ手段は、有利には、外部荷重が取り除かれた後にスタックを圧縮状態に保つことができる。
本発明によるクランプシステム、アセンブリ及び製造方法は、詳細な説明で述べた特性のうちのいずれか１つを単独で、又は他の特性と技術的に可能な組み合わせで含むことができる。
本発明は、本発明の非限定的な例示的実施形態の以下の詳細な説明、及び添付図面の概略的な図面及び部分的な図の考察を読むことにより、より理解されるであろう。
高温固体酸化物電解槽（ＳＯＥＣ）の動作原理を示す概略図である。 従来技術による相互接続を含む高温固体電解質電解槽（ＳＯＥＣ）の一部の概略分解図である。 高温ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックと、このスタックのための本発明によるクランプシステムとを含むアセンブリの一例を表す部分斜視透視図である。 本発明による高温ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックと、このスタックのためのクランプシステムとを含むアセンブリの変形実施形態を示す部分斜視分解図である。 本発明による高温ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックと、このスタックのためのクランプシステムとを含むアセンブリの変形実施形態を示す部分斜視分解図である。 本発明による高温ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックと、このスタックのためのクランプシステムとを含むアセンブリの変形実施形態を示す部分斜視分解図である。 本発明による高温ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタックと、このスタックのためのクランプシステムとを含むアセンブリの変形実施形態を示す部分斜視分解図である。
これらの図において、同一の参照符号は、同一または類似の要素を示すことができる。
さらに、図をより容易に理解できるようにするために、図面に示された異なる部分は、必ずしも全てが同じ縮尺であるとは限らない。
図１及び図２は、従来技術の状態及び本発明の技術的状況を扱う部分において既に説明した。これらの図１及び図２において、水蒸気Ｈ２Ｏの供給、二水素Ｈ２、酸素Ｏ２、空気及び電流の分配及び回収を示す記号及び矢印は、明瞭性及び正確性の理由から示されており、表示されているデバイスの動作を示すためのものである。
所定の電気化学セルの全ての構成要素（アノード／電解質／カソード）は、好ましくはセラミックであることにも留意されたい。さらに、高温ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型のスタックの動作温度は、典型的には６００から１０００℃の間である。
さらに、本明細書で使用される用語「上方」及び「下方」は、それらの使用形態においてＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型のスタック及び／又は本発明によるクランプシステムの通常の向きの意味で理解されるべきである。
図３を参照すると、本発明によるこのスタック１１のための高温ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック１１及び内蔵型クランピングシステム１０を含むアセンブリ３０の一例が部分斜視透視図で示されている。
本発明によれば、クランプシステム１０は、第１に、上部クランププレート１２と下部クランププレート１３とを含み、その間にＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型の固体酸化物スタックが締め付けられる。
各上部クランププレート１２及び下部クランププレート１３は、複数のクランプオリフィス１４を備える。
さらに、クランプシステム１０は、４つのクランプロッド１５を備え、各々は、上部クランププレート１２のクランプオリフィス１４を通って、及び下部クランププレート１３の対応するクランプオリフィス１４を通って延び、互いに上部クランププレート１２と下部クランププレート１３の組立を可能にする。
有利なことに、クランプロッド１５は、ねじ込まれており、１６ｍｍ以上の直径を有する円筒形状を有する。
さらに、クランプシステム１０はまた、上部クランププレート１２及び下部クランプ プレート１３のアセンブリを共に可能にするためのクランプロッド１５と協働する上部クランププレート１２及び下部クランププレート１３の各クランプオリフィス１４にクランプ手段１６、１７、１８を備える。
図３のこの例では、これらクランプ手段は、下部クランププレート１４の各クランプオリフィス１４において、クランプオリフィス１４を通って挿入された対応するクランプロッド１５と協働する第２のクランプナット１８を備える。さらに、クランプ手段は、上部クランププレート１２の各クランプオリフィス１４において、クランプオリフィス１４を通って挿入された対応するクランプロッド１５と協働する、クランプワッシャ１７に関連する第１のクランプナット１６を備える。この図３から分かるように、クランプワッシャ１７は、第１のクランプナット１６と上部クランププレート１２との間に配置されている。
有利なことに、上部クランププレート１２と下部クランププレート１３は、ＡＩＳＩ３１０型オーステナイト耐火鋼製である。それぞれの厚さは、２５ｍｍ程度である。
さらに、クランプロッド１５並びに第１のクランプナット１６及び第２のクランプナット１８は、インコネル６２５型のニッケルベースの超合金で製造するのが有利である。このようにして、弾性挙動を保証することが可能であり、従って、予想される温度にもかかわらずクリープまたは緩和を回避することができる。
クランプワッシャ１７は、ＡＩＳＩ３１０型オーステナイト系耐火鋼製である。クランプワッシャ１７の厚さは、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック１１内に存在する電気化学セル３１の数の関数として調整することができる。有利なことに、本発明は、インコネル６２５型ニッケルベースの超合金製のクランプロッド１５とＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック１１との間の膨張差を、下部２１及び上部１３のクランププレート並びにＡＩＳＩ３１０型オーステナイト系耐火鋼製のクランプワッシャ１７の大きさ膨張によって補償することができる。
さらに、図３のこの例では、本発明によるクランプシステムは、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック１１と上部クランププレート１２との間の電気絶縁プレート１８も備える。
この電気絶縁プレート１９は、有利にはマイカで作られている。この電気絶縁プレート１９は、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック１１と上部クランププレートとの間の電気絶縁性パッキングとして作用する。このプレートが存在せず、クランプシステム１０が好ましくは金属製であるので、スタック１１の上部と下部との間の全体的な短絡を引き起こす。
さらに、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック１１は、第１に、カソード、アノード、カソードとアノードとの間に挿入された電解質からなる複数の電気化学セル３１と、各々が２つの隣接する電気化学セル３１の間に配置された複数の相互接続部３２とを備える。
さらに、スタック１１は、複数の電気化学セル３１と複数の中間の相互接続部３２との間に締め付けられる上部ターミナルプレート３３及び下部ターミナルプレート３４も備える。
図３のこの例では、上部ターミナルプレート３３は、クランプシステム１０の電気絶縁プレート１９と接触し、下部ターミナルプレート３４は、クランプシステム１０の下部クランププレート１３と接触している。
中間の相互接続部３２の厚さが、好ましくは小さく、特に１ｍｍ以下であることが好ましいことに留意すべきである。
さらに、上部ターミナルプレート３３及び下部ターミナルプレート３４の厚さは、それぞれ１０ｍｍ程度である。
さらに、発生するガスを運ぶために、４本の金属製の入口／出口管３５が各下部ターミナルプレート３４を貫通する。
さらに、絶縁パッキング３６を形成する層が、各電気化学セル３１の周り及び隣接する各々の中間の相互接続部３２の間に配置される。この絶縁パッキング３６は、各電気化学セル３１の中心を合わせ、中間の相互接続部３２間を電気的に絶縁するのに役立つ。それは、マイカ製であることが好ましい。また、それは、特にガラス製のシールに対する支持体を提供することができる。
図示されているように、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック１１は、上部ターミナルプレート３３と電気化学セル３１及び中間の相互接続部３２によって形成されたアセンブリとの間の第１の接触層３７と、下部ターミナルプレート３４と、電気化学セル３１及び中間の相互接続部３２によって形成されたアセンブリとの間の第２の接触層３８を備える。より正確には、図示されていないが、スタック１１は、電気化学セル３１の各Ｈ２電極と各中間コネクタ３２又は上部ターミナルプレート３３との間に第１の接触層３７を含み、電気化学セル３１の各Ｏ２電極と各中間コネクタ３２又は下部ターミナルプレート３４との間に第２の接触層３８を備える。
第１の接触層３７及び第２の接触層３８は、中間の相互接続部３２と電気化学セル３１との間の電流の通過を有利に改善することができる。
図３のこの例では、第１の接触層３７は、ニッケル格子で形成され、第２の接触層３８は、ランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）型セラミック酸化物層である。
さらに、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック１１は、上部ターミナルプレート３３、下部ターミナルプレート３４、中間の相互接続部３２、絶縁パッキング３６及び上部クランププレート１２に形成されたガイドオリフィス４０を通って延びる２つのガイド柱３９も備える。これらのガイド柱３９は、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック１１を、製造中の圧縮によって圧縮して案内するように有利に構成されている。
さらに、スタック１１に使用される鋼材のセットは、主としてガラスシール、セル３１及び相互接続部３２の間の膨張係数を適合させるフェライト系の鋼、特にＣｒｏｆｅｒ、ＡＩＳＩ４４１及び／又はＡＩＳＩ４３０タイプのものである。
また、上述の様々な材料について、２０〜８００℃の間で使用される膨張係数αの平均次数は、案内のために注意する価値がある。すなわち、
−フェライト鋼：α＝１２×１０−６、
−ニッケル及びインコネル６２５格子：α＝１６×１０−６、
−ＡＩＳＩ３１０型オーステナイト鋼：α＝１８×１０−６、及び
−ランタンストロンチウムマンガナイト（ＬＳＭ）：α＝１２×１０−６。
スタック１１の各構成要素の厚さに応じて、ＡＩＳＩ３１０鋼製のクランプワッシャ１７の厚さは、各構成要素の積（α×厚さ）の合計に対応する、クランプナット１６及び１８の間に配置された部品のすべての膨張が、ねじ込みクランプロッド１５の膨張と等しいか又はそれより僅かに大きいことを保証するように選択される。これにより、温度変化に関係なく初期クランプが維持され、温度が２０℃から８００℃に上昇するにつれてさらにわずかな締め付けが行われる。従って、本発明によるアセンブリ３０の電気的接触及び漏れ気密性の決定的な試験結果のために、ＡＩＳＩ３１０で作られたクランプワッシャ１７は、２５個の電気化学セル３１に対して約１０ｍｍの厚さである。
従って、本発明によれば、スタック１１の締め付けを管理し、低温領域への伝達なしにその温度を保持することができる。クランプシステム１０の構成要素の材料及び厚さの選択は、スタック１１の各構成要素の異なる膨張にもかかわらず、温度にかかわらずこのクランプ力を保持することができる。さらに、クランプシステム１０のサイジングにより、すべての歪みが弾性を保ち、可能な温度サイクルを保証することが可能になる。さらに、クランプシステム１０は、それが設置されている設備の残りの部分における電気的短絡からスタック１１を保護することができる。
より具体的には、本発明は、有利には、２０〜９００℃の全温度範囲にわたって動作し、２０〜９００℃の全温度範囲にわたって製造中に適用される初期クランプを維持することができる内蔵型クランプシステム１０を得ることができる。本発明は、有利には、オーステナイト耐火鋼によるニッケルベースの超合金とフェライト鋼との間の膨張差の補償に基づくことができる。低温領域への伝達を使用せず、温度勾配を維持しないでコンパクトなスタックサイズを保証する。さらに、本発明は、１つの製造設備から得られたスタック１１を、それらの動作のために別の製造設備に移動させることを可能にする。従って、本発明は、スタック１１の使用とは無関係にスタック１１を製造するために使用することができる。さらに、本発明によるクランプシステム１０は可撓性であるので、スタック１１内の電気化学セル３１の数は、オーステナイト耐火鋼クランプワッシャ１７の厚さを調整することによって適合させることができる。最後に、本発明によるクランプシステム１０は、複数のスタック１１を同時に設置する場合に、スタック１１の電気絶縁を管理することを可能にする。
さらに、スタック１１のための必要な電気設備、または幾つかのスタック１１の組合せによっても、外部の締め付けとスタック１１との間の電気絶縁のための異なる構成が考えられる。
従って、図４から図７は、部分斜視透視図であり、それぞれは、本発明によるこのスタック１１のための高温ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック１１、及び締め付け漏れの絶縁を有するクランプシステム１０を備えるアセンブリ３０の変形実施形態をそれぞれ示す。
より正確には、これらの図４から図７に見られるように、クランプ手段１６、１７、１８、２０、２１は、クランプロッド１５と対応する第２のクランプナット１８との間の組立の協働を可能にするために、第２のクランプナット１８が位置する上部クランププレート１２又は下部クランププレート１３の各クランプオリフィス１４において、クランプオリフィス１４を介して挿入される、対応するネジ締めクランプロッド１５が通過する絶縁ワッシャ２０と絶縁チューブ２１とを備えている。絶縁チューブ２１は、上部クランププレート１２又は下部クランププレート１３と絶縁ワッシャ２０との間に配置され、絶縁ワッシャ２０は、絶縁チューブ２１と第２のクランプナット１８との間に配置される。
換言すれば、図４から図７のクランプシステム１０は、クランププレート１２、１３とねじロッド１５との間の種々の電位を可能にするように、４つの絶縁ワッシャ２０及び４つの絶縁チューブ２１の追加を可能にする。
このように、本発明によって想定される様々な非限定的な構成を以下に詳細に説明する。明らかに、安全上の理由から、クランプシステム１０及びスタック１１を含むアセンブリ３０が設置される設備は、グラウンドに接続される。
図３を参照して上述した構成では、生成されるガスのための４つの入口／出口管３５、上部クランププレート１２及び下部クランププレート１３、下部ターミナルプレート３、４つのクランプロッド１５、クランプワッシャ１７及び第１のクランプナット１６及び第２のクランプナット１８がグラウンドに接続される。スタック１１の残りの部分のみがこの電位に接続されていないので、上部クランププレート１２と上部ターミナルプレート３３との間に電気絶縁プレート１９が必要となる。
図４の構成では、図３の構成とは異なり、このプレートと第２のクランプナット１８との間の下部クランププレート１３に絶縁ワッシャ２０及び絶縁チューブ２１が設けられている。従って、この構成は、上部クランププレート１２及びクランプシステム１０に対して異なる電位を必要とすることによって、図３の構成を変更することからなる。生成されたガスのための４つの入口／出口管３５、下部ターミナルプレート３４及び下部クランププレート１３は、次にグラウンドに接続される。クランプロッド１５、クランプワッシャ１７、クランプナット１６、１８及び上部クランププレート１２は、グラウンドとは異なる電位に接続することができ、スタック１１の電位とは異なることができる。
図５の構成では、図４とは異なり、絶縁チューブ２１、絶縁ワッシャ２０、クランプワッシャ１７並びにクランプナット１６及び１８の位置が逆転している。従って、この構成は、上部クランププレート１２の別の電位を必要とすることからなる。発生したガス用の４つのガ入口／出口管３５、下部ターミナルプレート３４、下部クランププレート１３、クランプロッド１５、クランプワッシャ１７及びナット１６、１９は、グラウンドに接続されている。上部クランププレート１２は、グラウンドとは異なる電位に接続され、スタック１１の電位とは異なる。
図６の構成では、図５とは異なり、下部クランププレート１３と下部ターミナルプレート３４との間に電気絶縁プレート１９が挿入されている。
図７の構成では、図４とは異なり、下部クランププレート１３と下部ターミナルプレート３４との間に電気絶縁プレート１９が挿入されている。
従って、図６及び図７のこれらの構成は、スタック１１をクランプシステム１０から完全に隔離することを望むものである。従って、スタック１１と上部クランププレート１２及び下部クランププレート１３との間に電気絶縁プレート１９がある。４つの製造されたガス入口／出口管３５も設備の残りの部分から絶縁されている場合、スタック１１は「浮動」と言われ、換言すれば設備のグラウンドに接続されていない。図６及び図７のこれらの構成では、絶縁ワッシャ２０及び絶縁チューブ２１により、２つのクランププレート１２及び１３が異なる電位になることが可能になる。
これらの全ての可能な構成は、独立しているか電気的に接続されていない複数のスタックを重ねることも可能にする。さらに、いくつかの構成は、例えば図５の第１のナット１６を介してクランプロッド１５のナットに電力供給を可能にする。図４の構成はまた、この第１のスタック１１の第２のナット１８を介して第１のスタック１１の上部に配置された第２のスタック１１への電力供給を可能にする。
ここで、本発明によるクランプシステム１０を使用して、高温で動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック１１を製造する方法の一例を説明する。
この方法によれば、クランプシステム１０によってスタック１１を締め付けることによる製造前の予備ステップは、スタック１１と１つ又は２つの追加の上部１２及び１３のクランププレートとの間にある絶縁プレート１９を用いて、スタック１１をクランプシステム１０の上部クランププレート１２とクランププレート１３との間の所定の位置に配置することからなる。
従って、本発明に係る内蔵型クランプシステム１０の幾つかの部分は、実際の製造の前に、スタック１１の組立時に配置されるべきである。以下に説明するように、本発明は、クランプシステム１０、すなわちクランプロッド１５、第１及び第２のクランプナット１６、１８、並びにクランプワッシャ１７の外部結合による製造時に、特に重力であるか、ラムによる、圧縮によって印加される力を維持することを目的とする。
次に、スタック１１を締め付けることによる製造ステップは、スタック１１の圧縮ステップを含む。より正確には、クランプによるこの製造工程の間に適用される締め付けは、好ましくは重力タイプまたはラムを用いた外部荷重によって達成される。
この圧縮の間、好ましくはセラミック製の２つのガイド柱３９がスタック１１の圧縮を案内する。クランプによる製造工程中に適用される締め付けは、例えば、２〜２．５ｋｇ／（ｃｍ２／電気化学セル）に等しい分布重量である。このクランプは、接触層３７及び３８並びにシールを変形させ、その後、良好な電気接触及び良好なシールを保証する。
締め付け中、好ましくは重力によって調整（温度）した後、ねじ込みクランプロッド１５、第１のクランプナット１６及び第２のクランプナット１８、並びにクランプワッシャ１７をクランプシステム１０の所定位置に入れる。ナット１６及び１８は、追加の締め付けを行うことなく簡単に接触させることができる。
このようにして、スタック１１の圧縮による締め付けが停止され、除去される。その結果、２００ｋｇ以下のこの同じ力が、直径約１６ｍｍの４つのクランプロッド１５の弾性伸びを無視して、クランプシステム１０のリンク機構に伝達される。
次いで、得られたスタック１１を、例えば、このスタック１１のために選択されたモードに応じて、水素、合成ガス及び／又は電気を生成するために、製造設備から機能設備に移すことができる。従って、本発明によるクランプシステム１０が「プラグアンドプレイ」タイプのものであるように、４つの金属製のガス入口／出口管３５と電流源とをプラグインして機能設備上で動作させることが必要である。
明らかに、本発明は、今説明した例示的な実施形態に限定されない。当業者が様々な修正を本発明に加えることができる。
１ 基本電解セル
２ カソード
２．１ カソード
２．２ カソード
３ 電解質
３．２ 電解質
４ アノード
４．２ アノード
５ 相互接続部
１０ クランプシステム
１１ 高温ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック
１２ 上部クランププレート
１３ 下部クランププレート
１４ クランプオリフィス
１５ クランプロッド
１６ クランプナット
１７ クランプワッシャ
１８ クランプナット
１９ 電気絶縁プレート
２０ 絶縁ワッシャ
２１ 絶縁チューブ
３０ アセンブリ
３１ 電気化学セル
３２ 相互接続部
３３ 上部ターミナルプレート
３４ 下部ターミナルプレート
３５ 入口／出口管
３６ 絶縁パッキング
３７ 第１の接触層
３８ 第２の接触層
３９ ガイド柱
４０ ガイドオリフィス
５０ カソード区画
５１ アノード区画

Claims (16)

  1. −高温で動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）であって、
    −各々がカソード、アノード、及び、前記カソードと前記アノードとの間に挿入される電解質で構成される複数の電気化学セル（３１）と、
    −隣接する２つの電気化学セル（３１）間に各々が形成される複数の中間の相互接続部（３２）と、
    −上部ターミナルプレート（３３）及び下部ターミナルプレート（３４）であって、それらの間に前記複数の電気化学セル（３１）及び前記複数の中間の相互接続部（３２）が締め付けられる、上部ターミナルプレート（３３）及び下部ターミナルプレート（３４）と、
    を備える、高温で動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）と、
    −高温で動作する前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）用のクランプシステム（１０）であって、
    −上部クランププレート（１２）及び下部クランププレート（１３）であって、それらの間に前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）が締め付けられ、各プレートが、少なくとも１つのクランプオリフィス（１４）を備え、前記上部ターミナルプレート（３３）及び前記下部ターミナルプレート（３４）の各々が、前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）の一方に接触し、又は、前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）と前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）の少なくとも１つとの間に位置する前記クランプシステム（１０）の少なくとも１つの電気絶縁プレート（１９）に接触する、上部クランププレート（１２）及び下部クランププレート（１３）と、
    −互いに前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）の組立を可能にする、前記上部クランププレート（１２）のクランプオリフィス（１４）及び前記下部クランププレート（１３）の対応するクランプオリフィス（１４）を通って延長する少なくとも１つのクランプロッド（１５）と、
    −互いに前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）を組み立てるための前記少なくとも１つのクランプロッド（１５）と協働するように設計される前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）の各クランプオリフィス（１４）にあるクランプ手段（１６、１７、１８、２０、２１）であって、前記クランプ手段（１６、１７、１８、２０、２１）が、前記クランプオリフィス（１４）を通して挿入される前記少なくとも１つのクランプロッド（１５）と協働するように設計される、前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）のうちの一方の各クランプオリフィス（１４）にある少なくとも１つのクランプワッシャ（１７）に関連する少なくとも１つの第１のクランプナット（１６）を備える、クランプ手段（１６、１７、１８、２０、２１）と、
    を備える、高温で動作する前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）用の独立型のクランプシステム（１０）と、
    を備え、
    前記少なくとも１つのクランプロッド（１５）及び前記少なくとも１つの第１のクランプナット（１６）が、ニッケルベースの超合金で作られており、
    前記少なくとも１つのクランプワッシャ（１７）が、耐火性オーステナイト鋼で作られるおり、前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）が、オーステナイト耐火鋼製である、アセンブリ（３０）。
  2. 前記少なくともクランプロッド（１５）と前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）との間の膨張の差が、前記下部クランププレート（１２）及び前記上部クランププレート（１３）並びに前記少なくともクランプワッシャ（１７）の膨張によって補償される、請求項１に記載のアセンブリ。
  3. 前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）の各々の厚さが、２０〜３０ｍｍであることを特徴とする、請求項１又は２記載のアセンブリ。
  4. 前記少なくとも１つのクランプロッド（１５）が、ねじ込まれており、
    前記クランプ手段（１６、１７、１８、２０、２１）が、
    前記クランプオリフィス（１４）を介して挿入される前記少なくとも１つのクランプロッド（１５）と協働するように設計される、前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）のうちの１つの各クランプオリフィス（１４）にある少なくとも１つの第２のクランプナット（１８）を備え、及び、
    前記クランプオリフィス（１４）を介して挿入される前記少なくとも１つのクランプロッド（１５）と協働するように設計される、前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）のうちの他方の各クランプオリフィス（１４）にある少なくとも１つのクランプワッシャ（１７）に関連する前記少なくとも１つの第１のクランプナット（１６）を備え、
    前記少なくとも１つのクランプワッシャ（１７）が、前記少なくとも１つの第１のクランプナット（１６）と前記上部クランププレート（１２）の間、又は、少なくとも１つの第２のクランプナット（１８）と前記下部クランププレート（１３）との間に位置する、請求項１から３の何れか一項に記載のアセンブリ。
  5. 前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）の各々が、少なくとも２つのクランプオリフィス（１４）を備え、
    それが、
    −互いに前記上部プレート（１２）及び前記下部プレート（１３）の組立を可能にする、少なくとも２つのクランプロッド（１５）であって、それらの各々が、前記上部クランププレート（１２）のクランプオリフィス（１４）を通して、及び、前記下部クランププレート（１３）の対応するクランプオリフィス（１４）を通して延びるクランプロッド（１５）と、
    −互いに前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）を組み立てるための前記少なくとも２つのクランプロッド（１５）と協働するように設計された前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）の各クランプオリフィス（１４）にあるクランプ手段（１６、１７、１８、２０、２１）と、
    を備え、
    前記少なくとも２つのクランプロッド（１５）が、ねじ込まれており、前記クランプ手段（１６、１７、１８、２０、２１）が、前記クランプオリフィス（１４）を通して挿入される前記クランプロッド（１５）と協働するように設計された、前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）の１つの各クランプオリフィス（１４）にある第２のクランプナット（１８）を備え、及び、前記クランプオリフィス（１４）を通して挿入される前記クランプロッド（１５）と協働するように設計された、前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）のうちの他方の各クランプオリフィス（１４）にあるクランプワッシャ（１７）に関連する第１のクランプナット（１６）を備え、前記クランプワッシャ（１７）が、前記第１のクランプナット（１６）と前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）のうちの他方との間に位置することを特徴とする、請求項１から４の何れか一項に記載のアセンブリ。
  6. 前記少なくとも１つの電気絶縁プレート（１９）がマイカで作られることを特徴とする、請求項１から５の何れか一項に記載のアセンブリ。
  7. 前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）がまた、前記上部ターミナルプレート（３３）と、前記電気化学セル（３１）及び前記中間の相互接続部（３２）で構成される前記アセンブリとの間に第１の接触層（３７）を備え、及び、前記下部ターミナルプレート（３４）と、前記電気化学セル（３１）及び前記中間の相互接続部（３２）で構成される前記アセンブリとの間に第２の接触層（３８）を備えることを特徴とする、請求項１から６の何れか一項に記載のアセンブリ。
  8. 前記第１の接触層（３７）及び前記第２の接触層（３８）の一方が、ランタンストロンチウムマンガナイトタイプのセラミック酸化物層を含み、前記第１の接触層（３７）及び前記第２の接触層（３８）の他方が、ニッケル製の層を含み、ニッケル格子によって形成される層を含む、請求項７に記載のアセンブリ。
  9. 前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）が、少なくとも前記上部ターミナルプレート（３３）、前記下部ターミナルプレート（３４）、前記中間の相互接続部（３２）及び前記上部クランプ手段（１２）に形成されたガイドオリフィス（４０）を通って延び、その製造中に前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）を圧縮して案内するように構成された、少なくとも２つのガイド柱（３９）を備える、請求項１から８の何れか一項に記載のアセンブリ。
  10. 請求項１から９の何れか一項に記載のアセンブリ（３０）のクランプシステム（１０）を使用することを特徴とする、請求項１から９の何れか一項に記載のアセンブリ（３０）の高温で動作するＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）の製造方法であって、前記方法が、クランプシステム（１０）を介して前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）の外部の締め付けによる前記製造段階を含む、ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）の製造方法。
  11. 外部の締め付けによる前記製造段階の前に、前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）と前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）との間に配置された前記少なくとも１つの電気絶縁プレート（１９）を用いて、前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）を、前記クランプシステム（１０）の前記上部クランププレート（１２）と前記下部クランププレート（１３）との間に配置する段階を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記温度が２０℃から８００℃を超える温度に上昇した場合に、外部の締め付けによる前記製造工程が、前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）の圧縮工程を含むことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の方法。
  13. 締め付けによって前記製造工程中に加えられる圧縮が、重力タイプの外部荷重またはラムを使用して達成されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
  14. 外部の締め付けによって前記製造工程中に加えられる圧縮が、２から２．５ｋｇ／（電気化学セルのｃｍ２）に等しい分布重量であることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。
  15. 前記クランプシステム（１０）の前記少なくとも１つのクランプロッド（１５）が、ねじ込まれており、前記クランプ手段（１６、１７、１８、２０、２１）が、前記クランプオリフィス（１４）を通して挿入される前記少なくとも１つのクランプロッド（１５）と協働するように設計された、前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）の一方の各クランプオリフィス（１４）にある少なくとも１つの第２のクランプナット（１８）を備え、前記クランプオリフィス（１４）を通して挿入された前記少なくとも１つのクランプロッド（１５）と協働するように設計された、前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）の他方の各クランプオリフィス（１４）にある少なくとも１つのクランプワッシャ（１７）と関連する少なくとも１つの第１のクランプナット（１６）を備え、前記少なくとも１つのクランプワッシャ（１７）が、前記少なくとも１つの第１のクランプナット（１６）と前記上部クランププレート（１２）及び前記下部クランププレート（１３）の他方との間に位置し、
    前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ固体酸化物スタック（１１）の圧縮段階中に２０℃の温度まで冷却した後、前記少なくとも１つのねじロッド（１５）、前記少なくとも１つの第２のクランプナット（１８）、前記少なくとも１つの第１のクランプナット（１６）及び前記少なくとも１つのクランプワッシャ（１７）が、前記クランプシステム（１０）上に設置され、前記少なくとも１つの第１のクランプナット（１６）及び１つの第２のクランプナット（１８）が、追加の締め付けなしに前記クランプシステムに配されることを特徴とする、請求項１２から１４の何れか一項に記載の方法。
  16. 前記クランプシステム（１０）上における前記少なくとも１つのねじクランプロッド（１５）、前記少なくとも１つの第２のクランプナット（１８）、前記少なくとも１つの第１のクランプナット（１６）及び前記少なくとも１つのクランプワッシャ（１７）の配置後に、前記ＳＯＥＣ／ＳＯＦＣ型固体酸化物スタック（１１）の圧縮が、外部の締め付けによって予め加えられた力が前記クランプ手段（１６、１７、１８）に伝達されるように前記外部負荷を取り除くことによって中断されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
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