JP7267256B2 - 固体酸化物燃料電池ユニット - Google Patents
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Description
a) 第1および第2の互いに反対側の表面を画定する金属基板であって、少なくとも1つの固体酸化物燃料電池が、前記金属基板の前記第2の表面の上に配設されている、金属基板と、
b) 金属スペーサーであって、第1および第2の互いに反対側の表面を画定し、前記金属スペーサーは、
(i) 外周部、
(ii) 燃料入口部ポートを画定する少なくとも1つの燃料入口部内周部、
(iii) カットアウトを画定する少なくとも1つのカットアウト内周部、および、
(iv) 燃料出口部ポートを画定する少なくとも1つの燃料出口部内周部
を含み、
前記金属基板の前記第1の表面は、前記金属スペーサーの前記第2の表面に取り付けられている、金属スペーサーと、
c) 第1および第2の互いに反対側の表面を画定する金属相互接続プレートであって、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面は、前記金属スペーサーの前記第1の表面に密封して取り付けられている、金属相互接続プレートと
を含み、
燃料入口部ポートボリュームが、前記金属基板の前記第1の表面と、前記金属スペーサーのそれぞれの少なくとも1つの燃料入口部内周部と、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面との間に画定されており、
カットアウトボリュームが、前記金属基板の前記第1の表面と、前記金属スペーサーの前記少なくとも1つのカットアウト内周部と、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面との間に画定されており、
燃料出口部ポートボリュームが、前記金属基板の前記第1の表面と、前記金属スペーサーのそれぞれの少なくとも1つの燃料出口部内周部と、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面との間に画定されており、
前記金属相互接続プレートは、複数のブリッジ部分を含み、前記複数のブリッジ部分は、前記少なくとも1つの燃料入口部ポートボリュームから、前記少なくとも1つのカットアウトボリュームへ、前記少なくとも1つの燃料出口部ポートボリュームへ、流体流路を画定している、金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニットが提供される。
角部領域(すなわち、角部)に最も近い燃料分配チャネル領域から
角部領域(すなわち、角部)から最も遠い燃料分配チャネル領域へ
配置された状態で、それぞれの燃料分配チャネル領域は、先行する燃料分配チャネル領域の幅よりも大きい最終的な幅を有している。
a) 第1および第2の互いに反対側の表面を画定する金属基板であって、少なくとも1つの固体酸化物燃料電池が、前記金属基板の前記第2の表面の上に配設されている、金属基板と、
b) 金属スペーサーであって、第1および第2の互いに反対側の表面を画定し、前記金属スペーサーは、
(i) 外周部、
(ii) 燃料入口部ポートを画定する少なくとも1つの燃料入口部内周部、
(iii) カットアウトを画定する少なくとも1つのカットアウト内周部、および、
(iv) 燃料出口部ポートを画定する少なくとも1つの燃料出口部内周部を含む、金属スペーサーと、
c) 第1および第2の互いに反対側の表面を画定する金属相互接続プレートと
を含み、
前記組み立ての方法は、
(i) 前記金属基板の前記第1の表面を前記金属スペーサーの前記第2の表面に取り付けるステップと、
(ii) 前記金属相互接続プレートの前記第2の表面を前記金属スペーサーの前記第1の表面に密封して取り付けるステップと
を含み、
燃料入口部ポートボリュームが、前記金属基板の前記第1の表面と、前記金属スペーサーのそれぞれの少なくとも1つの燃料入口部内周部と、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面との間に画定されており、
カットアウトボリュームが、前記金属基板の前記第1の表面と、前記金属スペーサーのそれぞれの少なくとも1つのカットアウト内周部と、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面との間に画定されており、
燃料出口部ポートボリュームが、前記金属基板の前記第1の表面と、前記金属スペーサーのそれぞれの少なくとも1つの燃料出口部内周部と、前記金属相互接続プレートの前記第2の表面との間に画定されており、
前記金属相互接続プレートは、複数のブリッジ部分を含み、前記複数のブリッジ部分は、前記少なくとも1つの燃料入口部ポートボリュームから、前記少なくとも1つのカットアウトボリュームへ、前記少なくとも1つの燃料出口部ポートボリュームへ、流体流路を画定している、方法である。
金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1の製作が、図に図示されている。金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1は、固体酸化物燃料電池スタック層として使用するためのものである。
(1) 燃料ポート34a、34bの燃料ダクト領域44aから、
(2) 燃料ポート34a、34bの燃料スロート領域44bへ、
(3) 燃料ポート34a、34bの燃料分配チャネル領域44cへ、
(4) 燃料電池ユニット1の第1の端部2における細長いディンプル120へ、
(5) 金属基板プレート70aの第1の表面71、金属スペーサー30のカットアウト内周部39a、および、金属相互接続プレート20の第2の表面22の間に画定されている第2のボリュームへ、
(6) 細長いディンプル121へ、
(7) 金属基板プレート70bの第1の表面71、金属スペーサー30のカットアウト内周部39b、および、金属相互接続プレート20の第2の表面22の間に画定されている第3のボリュームへ、
(8) 燃料ポート34c、34dの燃料分配チャネル領域44cへ、
(9) 燃料ポート34c、34dの燃料スロート領域44bへ、
(10) 燃料ポート34c、34dの燃料ダクト領域44aへ
画定されている。
図10に示されているように、実施形態2は、以下のことを除いて、実施形態1の通りである。金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット1において、
(i) ブランキングプレート50aおよび金属基板プレート70aは、組み合わせられた金属基板プレート170aとして形成されており、
(ii) ブランキングプレート50bおよび金属基板プレート70bは、組み合わせられた金属基板プレート170bとして形成されている。
国際公開第2015/136295によれば、燃料電池スタックアセンブリは、複数の燃料電池ユニット1を使用して形成されている。より詳細には、燃料電池ユニット1のスタックは、金属ベースプレート(フェライト系ステンレス鋼3CR12)の上に組み立てられており、Thermiculite 866ガスケットが、隣接する燃料電池ユニット1からベースプレートを電気的に絶縁した状態になっており、および、パワーテイクオフが、Thermiculite 866ガスケットと隣接する燃料電池ユニット1との間に位置付けされる状態になっている。Thermiculite 866ガスケットは、隣接する燃料電池ユニット1の第1の端部2同士の間に、および、隣接する燃料電池ユニットの第2の端部3同士の間に位置付けされている。パワーテイクオフが、次いで、(すなわち、露出された)燃料電池ユニット1の上に位置決めされており、Thermiculite 866ガスケットが、次いで、パワーテイクオフの上に設置されており、金属端部プレート(フェライト系ステンレス鋼3CR12)が、Thermiculiteガスケットの上に設置されている。次いで、ベースプレートおよび端部プレートと、ベースプレートおよび端部プレートに取り付けられているスカートとの間に、圧縮手段によって圧縮力がかけられて、それらの間に所定のボリュームを画定し、その中に燃料電池スタックおよびその燃料電池ユニットが収容される。
図11に示されているように、実施形態4は、以下のことを除いて、実施形態1の通りである。固体酸化物燃料電池ユニット1において、
(i) ブランキングプレート50a、金属基板プレート70a、金属基板プレート70b、およびブランキングプレート50bは、単一の組み合わせられた金属基板プレート180(金属基板)として形成されている。
(ii) 金属スペーサー30は、単一のカットアウトを画定する単一のカットアウト内周部39aを有している。
図12に示されているように、燃料電池ユニット1は、実施形態1の通りに製作されている。この実施形態では、合計で6つの金属基板プレート70、および、6つの対応するカットアウト40が存在している。
この実施形態は、金属基板プレート180が、単一の多孔性の領域78を含み、単一の燃料電池79が、金属基板プレート180の第2の表面72の上に提供され、多孔性の領域および燃料電池が、単一のカットアウト内周部39aの周囲部へ延在していることを除いて、実施形態4の通りである。
2 第1の端部
3 第2の端部
20 金属相互接続プレート
21 (金属相互接続プレート20の)第1の表面
22 (金属相互接続プレート20の)第2の表面
23 (金属相互接続プレート20の)外周部
24 (金属相互接続プレート20の)燃料ポート
27 (金属相互接続プレート20の)第1の縁部
28 (金属相互接続プレート20の)第2の縁部
30 金属スペーサー
31 (金属スペーサー30の)第1の表面
32 (金属スペーサー30の)第2の表面
33 (金属スペーサー30の)外周部
33a 燃料入口部内周部
33b 燃料入口部内周部
33c 燃料出口部内周部
33d 燃料出口部内周部
34a 燃料ポート
34b 燃料ポート
34c 燃料ポート
34d 燃料ポート
35a 燃料入口部ポートボリューム
35b カットアウトボリューム
35c 燃料出口部ポートボリューム
37 (金属スペーサー30の)第1の細長い縁部
38 (金属スペーサー30の)第2の細長い縁部
39a カットアウト内周部
39b カットアウト内周部
40 カットアウト
40a カットアウト
40b カットアウト
41 クロス部材
44a 燃料ダクト領域
44a1 燃料ダクト領域
44a2 燃料ダクト領域
44a3 燃料ダクト領域
44b 燃料スロート領域
44c 燃料分配チャネル領域
44c1 燃料分配チャネル領域
44c2 燃料分配チャネル領域
44c3 燃料分配チャネル領域
50a ブランキングプレート
50b ブランキングプレート
51 (ブランキングプレートの)第1の表面
52 (ブランキングプレートの)第2の表面
54 (ブランキングプレートの)燃料ポート
55 (ブランキングプレートの)湾曲した縁部
57 (ブランキングプレートの)第1の縁部
58 (ブランキングプレートの)第2の縁部
59 (ブランキングプレートの)内側縁部
65 金属基板
65a 金属基板第1の表面
65b 金属基板第2の表面
70 金属基板
70a 金属基板プレート
70b 金属基板プレート
71 (金属基板プレートの)第1の表面
72 (金属基板プレートの)第2の表面
74 (金属基板プレートの)第1の短い側部
75 (金属基板プレートの)第2の短い側部
76 (金属基板プレートの)長い外側側部
77 (金属基板プレートの)長い内側側部
78 (金属基板プレートの)多孔性の領域
78a 穿孔部
78b (金属基板プレートの)非多孔性の領域
79 固体酸化物燃料電池
80 アセンブリベースプレート
81 データム縁部
82a トレランスギャップ
82b トレランスギャップ
82c トレランスギャップ
83a 固定式ダウエル
83b 固定式ダウエル
83c 固定式ダウエル
83d 固定式ダウエル
83e 固定式ダウエル
83f 固定式ダウエル
83g 固定式ダウエル
84a スプリング荷重式ダウエル
84b スプリング荷重式ダウエル
84c スプリング荷重式ダウエル
84d スプリング荷重式ダウエル
84e スプリング荷重式ダウエル
84f スプリング荷重式ダウエル
84g スプリング荷重式ダウエル
84h スプリング荷重式ダウエル
90 第1のクランピングプレート
91a 溶接スロット
91b 溶接スロット
91c 溶接スロット
92a オリフィス
92b オリフィス
95 第2のクランピングプレート
96 内側周囲部
96a 開口部
98a オリフィス
98b オリフィス
100a ライン溶接シーム
100b ライン溶接シーム
100c ライン溶接シーム
100d ライン溶接シーム
100e ライン溶接シーム
100f ライン溶接シーム
101 周囲部溶接シーム
110 ディンプル
120 細長いブリッジディンプル
120a 細長いブリッジディンプル
120b 細長いブリッジディンプル
120c 細長いブリッジディンプル
121 細長いブリッジディンプル
122 ディンプル
130 燃料ダクト
140 流体流路
170a 組み合わせられた金属基板プレート
170b 組み合わせられた金属基板プレート
180 組み合わせられた金属基板プレート
da 距離
db 距離
dc 距離
rc1 幅
rc2 幅
rc3 幅
L (燃料スロート領域44bの)長さ
W (燃料スロート領域44bの)幅
Claims (18)
- 金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)であって、
a) 第1および第2の互いに反対側の表面(65a、65b)を画定する金属基板(65)であって、少なくとも1つの固体酸化物燃料電池(79)が、前記金属基板(65)の第2の表面(65b)の上に配設されている、金属基板(65)と、
b) 金属スペーサー(30)であって、第1および第2の互いに反対側の表面(31、32)を画定し、前記金属スペーサー(30)は、
(i) 外周部(33)、
(ii) 燃料入口部ポート(34a、34b)を画定する少なくとも1つの燃料入口部内周部(33a、33b)、
(iii) カットアウト(40a、40b)を画定する少なくとも1つのカットアウト内周部(39)、および、
(iv) 燃料出口部ポート(34c、34d)を画定する少なくとも1つの燃料出口部内周部(33c、33d)
を含み、
前記金属基板(65)の第1の表面(65a)は、前記金属スペーサー(30)の第2の表面(32)に取り付けられている、金属スペーサー(30)と、
c) 第1および第2の互いに反対側の表面(21、22)を画定する金属相互接続プレート(20)であって、前記金属相互接続プレート(20)の第2の表面(22)は、前記金属スペーサー(30)の第1の表面(31)に密封して取り付けられている、金属相互接続プレート(20)と
を含み、
燃料入口部ポートボリューム(35a)が、前記金属基板(65)の前記第1の表面(65a)と、前記金属スペーサー(30)のそれぞれの少なくとも1つの燃料入口部内周部(33a、33b)と、前記金属相互接続プレート(20)の前記第2の表面(22)との間に画定されており、
カットアウトボリューム(35b)が、前記金属基板(65)の前記第1の表面(65a)と、前記金属スペーサー(30)の前記少なくとも1つのカットアウト内周部(39)と、前記金属相互接続プレート(20)の前記第2の表面(22)との間に画定されており、
燃料出口部ポートボリューム(35c)が、前記金属基板(65)の前記第1の表面(65a)と、前記金属スペーサー(30)のそれぞれの少なくとも1つの燃料出口部内周部(33c、33d)と、前記金属相互接続プレート(20)の前記第2の表面(22)との間に画定されており、
前記金属相互接続プレート(20)は、3つの前記ボリューム(35a, 35b, 35c)の隣接するボリューム同士の間に流体フローブリッジとして機能する複数のブリッジ部分を含み、前記複数のブリッジ部分の少なくとも一つは、前記少なくとも1つの燃料入口部ポートボリューム(35a)から、前記少なくとも1つのカットアウトボリューム(35b)へ流体流路(140)を画定しており、前記複数のブリッジ部分の少なくとも他の一つは、前記少なくとも1つのカットアウトボリューム(35b)から前記少なくとも1つの燃料出口部ポートボリューム(35c)へ、流体流路(140)を画定している、金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。 - 隣接するボリューム同士の間に複数のブリッジ部分が存在している、請求項1に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。
- それぞれの金属スペーサー燃料入口部ポート(34a、34b)、および、それぞれの金属スペーサー燃料出口部ポート(34c、34d)は、燃料ダクト領域(44a)、複数の燃料スロート領域(44b)、および、対応する複数の燃料分配チャネル領域(44c)を含む、請求項1または2に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。
- 各燃料スロート領域(44b)は、それぞれの燃料分配チャネル領域(44c)につながり、各燃料分配チャネル領域(44c)と前記カットアウトボリューム(35b)との間に少なくとも1つのブリッジ部分(120)が存在する、請求項3に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。
- 各ブリッジ部分(120)は幅(r)を有し、前記ブリッジ部分(120)が前記燃料電池ユニットの中心に近づくにつれて、前記ブリッジ部分(120)の幅は増加して、前記ブリッジ部分(120)で囲まれているフローエリアは、燃料電池の中間に近づくにつれて徐々に大きくなる、請求項4に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。
- 各燃料分配チャネル領域は、それぞれの前記燃料スロート領域の近位から隣接するカットアウト内周部の近位の前記燃料分配チャネルの端部の近位まで増加する幅(d)を有する、請求項4又は5に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。
- 隣接するカットアウト内周部に隣接する前記燃料分配チャネル領域の縁部の幅(d)は、前記電池の側縁より近い前記燃料分配チャネル領域より前記電池の中心に近い領域の前記燃料分配チャネル領域が大きい、請求項5又は6に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。
- 前記ブリッジ部分は、前記金属相互接続プレート(20)の前記第2の表面(22)から離れるように、前記金属相互接続プレート(20)の前記第1の表面(21)から外向きに延在している、請求項1から7のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。
- 前記ブリッジ部分は、細長いディンプル(120、121)を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。
- 前記ブリッジ部分は、前記金属スペーサー(30)の前記第1の表面(31)と前記金属相互接続プレート(20)の前記第2の表面(22)との間のボリュームを画定している、請求項1から9のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。
- 前記金属スペーサー(30)は、少なくとも2つの燃料入口部ポート(34a、34b)を画定する少なくとも2つの燃料入口部内周部(33a、33b)を含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。
- 前記金属スペーサー(30)は、少なくとも2つのカットアウト(40a、40b)を画定する少なくとも2つのカットアウト内周部(39a、39b)を含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。
- 前記金属スペーサーは、少なくとも2つの燃料出口部ポート(34c、34d)を画定する少なくとも2つの燃料出口部内周部(33c、33d)を含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。
- 前記金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)は、金属支持式の固体酸化物燃料電池スタック層である、請求項1に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)。
- 請求項1から14のいずれか一項に記載の複数の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)を含む、固体酸化物燃料電池スタック。
- ベースプレートと、端部プレートと、請求項15に記載の固体酸化物燃料電池スタックと、前記ベースプレートおよび前記端部プレートに取り付けられているスカートとを含む、固体酸化物燃料電池スタックアセンブリであって、前記固体酸化物燃料電池スタックアセンブリは、前記スカートと、前記ベースプレートと、前記端部プレートとの間のボリュームを画定し、前記ボリュームの中に前記燃料電池スタックが収容されている、固体酸化物燃料電池スタックアセンブリ。
- 金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)の組み立ての方法であって、前記金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)は、
a) 第1および第2の互いに反対側の表面(65a、65b)を画定する金属基板(65)であって、少なくとも1つの固体酸化物燃料電池(79)が、前記金属基板(65)の前記第2の表面(65b)の上に配設されている、金属基板(65)と、
b) 金属スペーサー(30)であって、第1および第2の互いに反対側の表面(31、32)を画定し、前記金属スペーサー(30)は、
(i) 外周部(33)、
(ii) 燃料入口部ポート(34a、34b)を画定する少なくとも1つの燃料入口部内周部(33a、33b)、
(iii) カットアウト(40a、40b)を画定する少なくとも1つのカットアウト内周部(39)、および、
(iv) 燃料出口部ポート(34c、34d)を画定する少なくとも1つの燃料出口部内周部(33c、33d)を含む、金属スペーサー(30)と、
c) 第1および第2の互いに反対側の表面(21、22)を画定する金属相互接続プレート(20)と
を含み、
前記組み立ての方法は、
(i) 前記金属基板(65)の第1の表面(65a)を前記金属スペーサー(30)の前記第2の表面(32)に取り付けるステップと、
(ii) 前記金属相互接続プレート(20)の第2の表面(22)を前記金属スペーサー(30)の前記第1の表面(31)に密封して取り付けるステップと
を含み、
燃料入口部ポートボリューム(35a)が、前記金属基板(65)の前記第1の表面(65a)と、前記金属スペーサー(30)のそれぞれの少なくとも1つの燃料入口部内周部(33a、33b)と、前記金属相互接続プレート(20)の前記第2の表面(22)との間に画定されており、
カットアウトボリューム(35b)が、前記金属基板(65)の前記第1の表面(65a)と、前記金属スペーサー(30)の前記少なくとも1つのカットアウト内周部(39)と、前記金属相互接続プレート(20)の前記第2の表面(22)との間に画定されており、
燃料出口部ポートボリューム(35c)が、前記金属基板(65)の前記第1の表面(65a)と、前記金属スペーサー(30)のそれぞれの少なくとも1つの燃料出口部内周部(33c、33d)と、前記金属相互接続プレート(20)の前記第2の表面(22)との間に画定されており、
前記金属相互接続プレート(20)は、3つの前記ボリューム(35a, 35b, 35c)の隣接するボリューム同士の間に流体フローブリッジとして機能する複数のブリッジ部分を含み、前記複数のブリッジ部分の少なくとも一つは、前記少なくとも1つの燃料入口部ポートボリューム(35a)から、前記少なくとも1つのカットアウトボリューム(35b)へ流体流路(140)を画定しており、前記複数のブリッジ部分の少なくとも他の一つは、前記少なくとも1つのカットアウトボリューム(35b)から前記少なくとも1つの燃料出口部ポートボリューム(35c)へ、流体流路(140)を画定している、方法。 - 前記金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)は、請求項2から14のいずれか一項に記載の金属支持式の固体酸化物燃料電池ユニット(1)である、請求項17に記載の方法。
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