KR102603909B1 - 연료 전지 멀티 셀 층/용접 공정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개선된 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛, 연료 전지 스택, 연료 전지 스택 어셈블리 및 제조 방법에 관한 것이다.

Description

연료 전지 멀티 셀 층/용접 공정
본 발명은 개선된 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛, 연료 전지 스택, 연료 전지 스택 어셈블리 및 제조 방법에 관한 것이다.
연료 전지, 연료 전지 스택, 연료 전지 스택 어셈블리 및 열 교환기 시스템의 교시, 배열 및 방법은 당업자에게 공지되어 있으며, 특히 WO02/35628, WO03/07582, WO2004/089848, WO2005/078843, WO2006/079800, WO2006/106334, WO2007/085863, WO2007/110587, WO2008/001119, WO2008/003976, WO2008/015461, WO2008/053213, WO2008/104760, WO2008/132493, WO2009/090419, WO2010/020797, WO2010/061190, WO2015/004419, WO2015/136295, WO2016/124929, WO2016/124928, WO2016/128721 및 WO2016/083780을 포함한다. 본원에서 참조된 모든 간행물 및 그 참고 문헌은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다. 본원에 사용된 용어의 정의는 상기 공보에서 필요에 따라 찾을 수 있다.
연료 전지 스택, 연료 전지 스택 어셈블리, 연료 전지 스택 층을 포함하는 연료 전지 유닛), 및 연료 전지 스택 유닛 및 연료 전지 스택 층 내의 연료 전지의 배열은 잘 알려져 있다.
연료 전지 유닛의 원하는 전력 출력이 증가함에 따라, 연료 전지 유닛 및 연료 전지 내의 연료 전지의 크기를 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 연료 전지 유닛(예를 들어, 연료 전지 스택 층)의 크기를 증가시키면 기계적 불안정성이 초래될 수 있다. 연료 전지 스택 유닛의 이동, 특히 굴곡은 연료 전지 스택 유닛 내의 연료 전지(들)에 기계적 손상을 초래할 수 있고 효율/전력 출력 및 작동 수명을 감소시킬 수 있다. 이러한 이동/굴곡은 또한 연료 전지 유닛/연료 전지 스택 층 주위의 가스 시일을 감소시키고, 특히 개별 연료 전지 유닛(들)과 이들이 전기 회로를 형성하는 구성 요소 사이의 전기 전도성을 감소시킬 수 있다.
이러한 문제점은 연료 전지 스택 층 형태의 복수의 연료 전지 유닛을 포함하는 연료 전지 스택 조립체에서 증가된다. 연료 전지 스택 층의 수를 증가시키거나 개별 연료 전지 스택 층의 크기를 증가시킴으로써 연료 전지 스택 어셈블리의 전력 출력을 증가시키는 것이 바람직한 경우, 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제는 기밀 밀봉을 유지하고 연료 전지 스택 층과 인접한 구성 요소 사이에서 허용 가능한 전기 저항을 달성하기 위해 스택 전체에 균일한 압축을 유지하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명은 종래 기술을 개선하고자 한다.
본문 내에 포함되어 있음.
본 발명의 제1 측에 따르면,
a) 복수의 금속 기판 플레이트 및 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트, 각각의 금속 기판 플레이트는 제 1 및 제 2 대향 표면을 정의하고, 각각의 블랭킹 플레이트는 제 1 및 제 2 대향 표면을 정의하고, 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지가 각각의 금속 기판 플레이트의 상기 제 2 표면 상에 배치됨;
b) 금속 스페이서, 제 1 및 제 2 대향 표면을 정의하고, 상기 금속 스페이서(30)는 외부 주변부 및 복수의 컷 아웃 내부 주변부를 포함하고, 각각의 컷 아웃 내부 주변부는 컷 아웃을 정의하고, 각각의 금속 기판 플레이트의 상기 제 1 표면 및 각각의 블랭킹 플레이트의 상기 제 1 표면은 상기 금속 스페이서의 상기 제 2 표면에 부착되고, 상기 금속 스페이서의 각각의 컷 아웃 내부 주변부는 금속 기판 플레이트에 의해 완전히 중첩됨; 및
c) 제 1 및 제 2 대향 표면을 정의하는 금속 인터커넥트 플레이트, 상기 금속 인터커넥트 플레이트의 상기 제2 표면은 상기 금속 스페이서의 상기 제1 표면에 밀봉식으로 부착됨;
을 포함하는, 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛이 제공된다.
"배치된" 및 "부착된"이라는 용어는 본원에서 상호 교환적으로 사용된다.
바람직하게는, 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛은 연료 전지 스택 층, 더욱 바람직하게는 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 스택 층이다. 따라서, 복수의 연료 전지 유닛이 고체 산화물 연료 전지 스택을 형성하도록 조립될 수 있다.
바람직하게는, 각각의 금속 기판 플레이트("연료 전지 플레이트"라고도 함)는 하나 이상의 다공성 영역을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 각각의 금속 기판 플레이트는 하나의 다공성 영역을 포함한다. 보다 바람직하게는, 각각의 금속 기판 영역은 비 다공성 영역으로 둘러싸인 다공성 영역을 포함한다. 바람직하게는, 제 1 표면으로부터 제 2 표면까지(즉, 제 1 표면과 제 2 표면 사이에) 연장되는 복수의 천공을 포함한다(즉, 이에 의해 정의됨). 더욱 바람직하게는, 천공은 레이저 드릴된 천공이다. 바람직하게는, 각 금속 기판 플레이트의 비 다공성 영역은 금속 스페이서에 부착된다.
바람직하게는, 하나 이상의 다공성 영역은 금속 기판의 대응하는 컷 아웃 내부 주변부와 일치(즉, 확장 또는 겹침)하고, 즉 컷 아웃 내부 주변부의 경계까지 연장된다. 이는 금속 기판 플레이트가 단일 다공성 영역을 포함하는 실시 예에서 특히 바람직하다.
바람직하게는, 금속 기판 플레이트 상에 배치된 각각의 고체 산화물 연료 전지는 금속 기판 플레이트의 다공성 영역 위에 증착(본딩)된 애노드 층, 애노드 층 위에 증착(본딩)된 전해질 층, 및 전해질 층 위에 증착된 캐소드 층을 포함한다. 보다 바람직하게는, 전해질 층은 애노드 위로 연장되어 애노드를 둘러싸는 금속 기판 플레이트의 비 다공성 영역에 밀봉적으로 부착된다.
금속 스페이서에 부착된 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트 및 복수의 금속 기판 플레이트는 함께 금속 스페이서에 부착된 금속 기판("기판 층" 또는 "금속 기판 층"이라고도 함)을 정의한다. 따라서, 각각의 연료 전지 유닛은 금속 기판, 금속 스페이서 및 금속 인터커넥트 플레이트를 포함한다.
금속 기판 플레이트는 바람직하게 블랭킹 플레이트와 동일한 평면 사이에 배치된다. 블랭킹 플레이트는 바람직하게는 일반적으로 직사각형 형상이다. 바람직하게는, 각각의 블랭킹 플레이트는 연료 포트를 정의하는, 즉 적어도 하나의 연료 포트를 정의하는 적어도 하나의 내부 주변부("연료 포트 내부 주변부")를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 각각의 블랭킹 플레이트는 2 개의 연료 포트를 정의한다.
바람직하게는, 금속 기판 플레이트와 블랭킹 플레이트는 서로 접촉하지 않으며, 즉 서로 인접하지 않는다. 따라서, 바람직하게는 블랭킹 플레이트(예를 들어, 제 1 블랭킹 플레이트)는 인접한 금속 기판 플레이트(예를 들어, 제 1 금속 기판 플레이트)와 인접하거나 접촉하지 않는다. 따라서, 바람직하게는 인접한 금속 기판 플레이트는 서로 인접하거나 접촉하지 않는다. 따라서, 바람직하게는 제 2 블랭킹 플레이트는 인접한 제 2 금속 기판 플레이트와 접하거나 접촉하지 않는다.
블랭킹 플레이트 및 금속 기판 플레이트가 금속 스페이서에 부착되고 서로 인접하거나 접촉하지 않도록함으로써, 이것은 그들 사이에 "공차 갭(tolerance gap)"이 정의될 수 있게 하고, 제조 공정 동안 부품들의 위치 결정에 있어서 가변성을 허용한다. 이는 제조 공정 측면에서 상당한 기술적 이점을 제공하며 예를 들어 증가된 제조 공정 속도, 비용 감소, 연료 전지 유닛의 신뢰성 증가 및/또는 연료 전지 유닛의 수명 증가를 지원한다.
바람직하게는, 블랭킹 플레이트는 금속 블랭킹 플레이트이다. 더욱 바람직하게는, 블랭킹 플레이트는 금속 기판 플레이트와 동일한 금속으로 만들어진다. 바람직하게는, 블랭킹 플레이트는 금속 기판 플레이트와 동일한 두께이다.
바람직하게는, 금속 스페이서는 각각 연료 포트를 정의하는 적어도 2 개의 내부 주변부를 포함한다. 보다 바람직하게는, 각각의 금속 스페이서는 제 1 단부(바람직하게는 연료 유입 단부)에서 2 개의 연료 포트 및 제 2 단부(바람직하게는 배기 연료 유출 단부)에서 2 개의 연료 포트를 정의한다. 컷 아웃을 정의하는 내부 주변부는 제 1 세트의 내부 주변부로 간주될 수 있고, 연료 포트를 정의하는 내부 주변부는 제 2 세트의 내부 주변부로 간주될 수 있다.
각각의 금속 기판 플레이트는 컷 아웃, 즉 컷 아웃을 정의하는 내부 주변부를 완전히 중첩하여 부착된다. 따라서, 각각의 금속 기판 플레이트는 컷 아웃을 덮는다. 각각의 금속 기판 플레이트는 컷 아웃을 정의하는 적어도 하나의 컷 아웃 내부 주변부와 금속 스페이서의 외부 주변부 사이에서 금속 스페이서에 부착된다. 보다 바람직하게는, 각 금속 기판 플레이트는 컷 아웃을 정의하는 컷 아웃 내부 주변부(즉, 상기 컷 아웃 내부 주변부 중 하나)와 금속 스페이서의 외부 주변부 사이에서 금속 스페이서에 부착된다.
바람직하게는, 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트 및 복수의 금속 기판 플레이트는 용접에 의해 금속 스페이서에 부착된다. 보다 바람직하게는, 라인 용접에 의해 금속 스페이서에 부착된다.
바람직하게는, 각 금속 기판 플레이트는 컷 아웃을 정의하는 적어도 하나의 컷 아웃 내부 주변부와 금속 스페이서의 외부 주변부 사이에서 금속 스페이서에 부착된다. 보다 바람직하게는, 각 금속 기판 플레이트는 컷 아웃을 정의하는 컷 아웃 내부 주변부(즉, 상기 컷 아웃 내부 주변부 중 하나)와 금속 스페이서의 외부 주변부 사이에서 금속 스페이서에 부착된다.
바람직하게는, 금속 인터커넥트 플레이트는 용접에 의해 금속 스페이서에 밀봉 부착된다.
바람직하게는, 금속 인터커넥트 플레이트는(a) 금속 스페이서의 외부 주변부와(b) 금속 스페이서의 복수의 컷 아웃 내부 주변부 사이에 배치된 라인을 따라 금속 스페이서에 밀봉식으로 부착된다. 바람직하게는, 라인은 금속 스페이서의 외부 주변부에 근접한다. 보다 바람직하게는, 라인은 금속 스페이서의 외부 주변부에 인접한다. 보다 바람직하게는, 라인은 금속 스페이서의 외부 주변부의 10mm 이내, 보다 바람직하게는 5mm 이내, 더욱 바람직하게는 4mm 이내, 더욱 바람직하게는 3mm 이내, 더욱 바람직하게는 2mm 이내이다.
보다 바람직하게는, 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트 및 복수의 금속 기판을 금속 스페이서에 부착시키는 용접부 및 금속 인터커넥트 플레이트를 금속 스페이서에 밀봉 식으로 부착하는 용접부는 중첩되지 않는다.
바람직하게는, 각각의 금속 기판 플레이트의 제 1 표면 및 각각의 블랭킹 플레이트의 제 1 표면은 금속 스페이서의 제 2 표면 상에 배치되어 부착된다.
바람직하게는, 금속 인터커넥트 플레이트의 제 2 표면은 금속 스페이서의 제 1 표면 상에 배치되고 밀봉되어 부착된다.
바람직하게는, 총 2 개의 블랭킹 플레이트가 존재한다.
바람직하게는, 금속 인터커넥트 플레이트는 제 1 표면으로부터 바깥쪽으로 연장되고 제 2 표면으로부터 멀어지는 복수의 딤플을 포함한다.
바람직하게는, 금속 인터커넥트 플레이트는 다음을 포함한다 :
제 1 표면으로부터 바깥쪽으로 연장되고 제 2 표면으로부터 멀어지는 복수의 딤플들; 및
제 2 표면으로부터 바깥쪽으로 연장되고 제 1 표면으로부터 멀어지는 상기 복수의 딤플들.
보다 바람직하게는, 딤플이 교대된다.
특정 실시 양태에서, 연료 전지 유닛은 하나 이상의 조합된 금속 기판 플레이트를 포함하고, 각각의 조합된 금속 기판 플레이트는 (결합된) 블랭킹 플레이트 및 하나 이상의 금속 기판 플레이트를 포함한다. 따라서, 베이스 플레이트와 적어도 하나의 금속 기판 플레이트는 서로 결합되어 단일 구성 요소(결합된 금속 기판 플레이트)를 형성하거나, 결합된 금속 기판 플레이트가 금속 스페이서에 부착되기 전에 처음부터 단일 구성 요소로서 일체로 형성된다. 보다 바람직하게는, 연료 전지 유닛은 2 개의 조합된 금속 기판 플레이트를 포함한다. 보다 바람직하게는, 연료 전지 유닛은 조합된 금속 기판 플레이트, 하나 이상의 금속 기판 플레이트 및 블랭킹 플레이트를 포함한다. 대안적으로, 연료 전지 유닛은 2 개의 조합된 금속 기판 플레이트 및 하나 이상의 금속 기판 플레이트를 포함한다.
하나 이상의 조합된 금속 기판 플레이트를 포함하는 실시 예에서, 조합된 금속 기판 플레이트는 바람직하게는 인접한 금속 기판 플레이트 또는 결합된 금속 기판 플레이트와 접하거나 접촉하지 않는다
블랭킹 플레이트 사이에 2x1 시리즈(선형) 배열로 금속 기판 플레이트를 제공할뿐만 아니라, 다른 배열 및 다수의 금속 기판 플레이트가 제공될 수 있다. 예를 들어, 금속 기판 플레이트는 블랭킹 플레이트 사이에 1x2(병렬) 배열로 제공될 수 있다. 대안적으로, 금속 기판 플레이트는 2x2, 3x2 또는 4x2 배열로 제공될 수 있고 동일한 블랭킹 플레이트가 다양한 배열로 사용될 수 있다. 유사하게, 연료 전지 유닛에는 동일한 블랭킹 플레이트를 사용하여 2x3, 3x3 또는 4x3 배열로 금속 기판 플레이트가 제공될 수있다. 블랭킹 플레이트의 치수는 적절하다. 다른 배열도 쉽게 알 수 있다.
복수의 금속 기판 플레이트의 사용은 금속 기판 플레이트가 모듈 방식으로 결합되어 원하는 연료 전지 유닛 크기 및 출력 범위, 예를 들어 더 큰 연료 전지 유닛 크기 및 더 큰 전력 출력을 얻을 수 있게 한다. 금속 스페이서에 금속 기판 플레이트의 부착은 또한 연료 전지 유닛 내에서 연료 전지가 구부러질 가능성을 감소시킬 수 있고, 따라서 연료 전지가 구부러질 때 발생할 수 있는 전기 전도성 및 가스 밀봉의 위험을 감소시킨다. 금속 기판 플레이트의 사용은 또한 주어진 금속 기판 플레이트가 다수의 상이한 연료 전지 유닛 제품에서 제조되고 사용될 수 있음을 의미한다. 따라서, 예를 들어 단지 2 개의 금속 기판 플레이트를 포함하는 연료 전지 유닛에 사용될 수 있다. 대안적으로, 이는 4, 6, 8, 9, 10 또는 12 개의 금속 기판 플레이트를 갖는 것과 같은 더 큰 연료 전지 유닛에 사용될 수 있다. 이는 금속 기판 플레이트(및 그 연료 전지)의 제조 비용, 속도, 품질 및 신뢰성을 증가시키는 작용을 할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 하나는 금속 기판의 한쪽 단부, 즉 하나는 금속 기판의 제 1 단부에, 다른 하나는 금속 기판의 제 2 단부에 배열된(금속 스페이서에 부착한 경우) 2 개의 블랭킹 플레이트가 제공된다. 다른 실시 예에서, 블랭킹 플레이트는 제 1 및 제 2 부분, 즉 제 1 블랭킹 플레이트 부분 및 제 2 블랭킹 플레이트 부분으로 분할될 수 있다. 따라서, 제 1 블랭킹 플레이트는 제 1 블랭킹 플레이트 부분 및 제 2 블랭킹 플레이트 부분을 포함할 수 있다. 유사하게, 제 2 블랭킹 플레이트는 제 1 블랭킹 플레이트 부분 및 제 2 블랭킹 플레이트 부분을 포함할 수 있고, 각각의 블랭킹 플레이트 부분은 금속 스페이서에 부착된다.
연료 전지 유닛에는 내부 연료 매니 폴드가 있다. 복수의 연료 전지 유닛이 스택으로 조립될 때, (a) 제 1 연료 전지 유닛의 금속 인터커넥트 플레이트의 제 1 표면, 및(b) 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트 및 인접한 제 2 연료 전지 유닛의 복수의 금속 기판 플레이트의 제 2 표면 사이에 개방형 매니 폴드 산화제(공기) 흐름 통로가 정의된다. 바람직하게는, 금속 인터커넥트 플레이트는 제 1 표면으로부터 바깥쪽으로 연장되고 제 2 표면으로부터 멀어지는 복수의 딤플을 포함한다. 바람직하게는, 제 1 연료 전지 유닛의 인터커넥트 플레이트의 외향 연장 딤플은 인접한 제 2 연료 전지 유닛의 연료 전지의 캐소드 층에 접하고 전류 컬렉터로서 작용한다.
상기 선택적 및 바람직한 특징은 이하에서 상세히 설명되는 본 발명의 다른 측면에 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따라 또한 본 발명에 따른 복수의 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛을 포함하는 고체 산화물 연료 전지 스택이 제공된다.
또한, 본 발명에 따라 베이스 플레이트, 단부 플레이트, 제9항에 따른 고체 산화물 연료 전지 스택, 및 상기 베이스 플레이트 및 상기 단부 플레이트에 부착되는 스커트를 포함하고 상기 연료 전지 스택 내에 포함된 상기 단부 플레이트, 상기 베이스 플레이트 및 상기 스커트 사이의 체적을 정의하는, 고체 산화물 연로 전지 스택 어셈블리가 제공된다.
또한, 본 발명에 따라, 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛의 조립 방법에 있어서,
a) 복수의 금속 기판 플레이트 및 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트, 상기 금속 기판 플레이트는 제1 및 제2 대향 표면을 정의하고 상기 블랭킹 플레이트는 제1 및 제2 대향 표면을 정의하고, 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지가 각각의 금속 기판 플레이트의 상기 제 2 표면 상에 배치됨;
b) 금속 스페이서, 제1 및 제2 대향 표면을 정의하고, 상기 금속 스페이서는 외부 주변부 및 복수의 컷 아웃 내부 주변부를 포함하고, 각각의 컷 아웃 내부 주변부는 컷 아웃을 정의함; 및
c) 제 1 및 제 2 대향 표면을 정의하는 금속 인터커넥트 플레이트;
를 포함하고,
상기 조립 방법은:
(i) 각각의 금속 기판 플레이트의 상기 제 1 표면 및 각각의 블랭킹 플레이트의 상기 제 1 표면을 상기 금속 스페이서의 상기 제 2 표면에 부착하는 단계, 상기 금속 스페이서의 각 컷 아웃 내부 주변부는 금속 기판 플레이트에 의해 완전히 중첩됨; 및
(ii) 상기 금속 인터커넥트 플레이트의 상기 제 2 표면을 상기 금속 스페이서의 상기 제 1 표면에 밀봉적으로 부착하는 단계;
를 포함하는, 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛의 조립 방법이 제공된다.
바람직하게는, 단계 (i)는 금속 스페이서를 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트 및 복수의 금속 기판 플레이트에 클램핑하고 금속 스페이서를 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트 및 복수의 금속 기판 플레이트에 부착하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 단계 (ii)는 금속 인터커넥트 플레이트를 금속 스페이서에 클램핑하고 금속 인터커넥트 플레이트를 금속 스페이서에 부착하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 단계 (i) 및 단계 (ii) 중 적어도 하나는 용접에 의한 부착을 포함한다. 보다 바람직하게는, 단계 (i) 및 (ii) 모두 용접에 의한 부착을 포함한다.
바람직하게는, 복수의 금속 기판 플레이트 및 복수의 블랭킹 플레이트는 금속 스페이서와 정렬되고 금속 인터커넥트 플레이트와 정렬된다.
바람직하게는, 위치 결정 수단(위치 결정 수단이라고도 함)은 조립 공정 동안 다양한 구성 요소를 위치시키는 데 사용된다. 적합한 위치 수단은 데이텀 엣지, 고정 다월 및 스프링 다월을 포함한다. 다른 위치 수단은 당업자에게 명백할 것이다.
바람직하게는, 고체 산화물 연료 전지 유닛은 금속 기판 플레이트 및 블랭킹 플레이트를 금속 스페이서에 부착함으로써 각각의 금속 기판 플레이트가 금속 스페이서의 컷 아웃 위에 부착되도록 조립된다. 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트 및 복수의 금속 기판 플레이트 및 금속 스페이서는 바람직하게는 제 1 클램핑 플레이트를 사용하여 함께 클램핑된다. 바람직하게는, 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트 및 복수의 금속 기판 플레이트는 베이스 플레이트 상에 위치되고, 금속 스페이서 플레이트는 그 위에 위치된다. 바람직하게는, 제 1 클램핑 플레이트는 금속 스페이서 위에 위치된다. 더욱 바람직하게는, 클램핑 수단은 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트 및 복수의 금속 기판 플레이트 및베이스 플레이트와 제 1 클램핑 플레이트 사이의 금속 스페이서를 클램핑한다. 보다 바람직하게는, 제 1 클램핑 플레이트는 블랭킹 플레이트 및 금속 기판 플레이트가 금속 스페이서에 용접되는 용접 슬롯을 정의한다.
바람직하게는, 금속 인터커넥트 플레이트는 용접에 의해 금속 스페이서에 부착된다. 바람직하게는, 금속 인터커넥트 플레이트는 금속 기판 플레이트 및 블랭킹 플레이트가 이미 부착된 금속 스페이서 위에 배치된다. 바람직하게는, 제 2 클램핑 플레이트는 금속 인터커넥트 플레이트 위에 위치된다. 더욱 바람직하게는, 클램핑 수단은베이스 플레이트와 제 2 클램핑 플레이트 사이에서 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트 및 복수의 금속 기판 플레이트, 금속 스페이서 및 금속 인터커넥트 플레이트를 클램핑한다. 바람직하게는, 제 2 클램핑 플레이트는 개구를 정의한다. 보다 바람직하게는, 금속 인터커넥트 플레이트는 개구를 통해 금속 기판에 용접된다. 바람직하게는, 용접은 금속 기판의 외부 주변부와 금속 인터커넥트 플레이트와 금속 스페이서의 내부 주변부 사이에 있다. 보다 바람직하게는, 용접은 금속 인터커넥트 플레이트, 금속 기판을 통해 그리고 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트 및 복수의 금속 기판 플레이트를 통해 연장된다.
금속 스페이서에 부착된 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트 및 복수의 금속 기판 플레이트는 함께 금속 기판을 정의한다.
바람직하게는, 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트, 복수의 금속 기판 플레이트, 금속 스페이서 및 금속 인터커넥트 플레이트는 데이텀 엣지에 의해 조립 동안 정렬된다.
본문 내에 포함되어 있음.
당업자에게 본 발명의 가능한 개시가 여기에 제공된다. 이하, 하나 이상의 예가 제시된 본 발명의 실시 예를 상세히 참조할 것이다. 각 예는 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니라 본 발명을 설명하기 위해 제공된다.
도면들의:
도 1은 실시 예 1의 연료 전지 유닛 구성 요소의 분해 사시도를 도시한다.
도 2는 어셈블리 베이스 플레이트에 있는 금속 기판 구성 요소의 평면도이다.
도 3은 도 2의 금속 기판 구성 요소의 상부에 위치된 금속 스페이서의 평면도를 도시한다.
도 4는 용접 목적으로 도 3의 금속 스페이서의 상부에 위치된 제 1 클램핑 플레이트의 평면도를 도시한다.
도 5는 제 1 클램핑 수단의 용접 및 제거 후 도 3의 금속 스페이서의 평면도를 도시한다.
도 6은 도 5의 금속 스페이서의 상부에 위치한 금속 인터커넥트 플레이트의 평면도를 도시한다.
도 7은 용접 목적으로 도 6의 금속 인터커넥트 플레이트의 상부에 위치된 제 2 클램핑 플레이트의 평면도를 도시한다.
도 8은 제 2 클램핑 수단의 용접 및 제거 및 조립 베이스 플레이트로부터의 제거 후의 도 6의 금속 인터커넥트 플레이트의 평면도를 도시한다.
도 9는 금속 기판 플레이트를 통한 단면을 도시한다.
도 10은 실시 예 2의 연료 전지 유닛 구성 요소의 분해 사시도를 도시한다.
도 11은 실시 예 4의 연료 전지 유닛의 구성 부품을 도시한다
본 명세서에서 사용된 참조 부호의 목록은 특정 실시 예의 끝에 제공된다. 본 명세서 및 도면에서 참조 부호의 반복 사용은 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내는 것으로 의도된다.
첨부된 청구 범위의 범주를 벗어나지 않고 본 발명에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시 예의 일부로서 설명된 특징은 다른 실시 예에서 사용되어 또 다른 실시 예를 생성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구 범위 및 그 등가물의 범주 내에 있는 그러한 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 측면은 본 명세서의 나머지 부분에 개시되어 있다. 본 논의는 단지 예시적인 실시 예에 대한 설명이며, 본 발명의 더 넓은 양태를 제한하는 것으로 의도되지 않으며, 보다 넓은 양태는 예시적인 구성으로 구현되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예 1
금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)의 제조가 도면에 도시되어 있다. 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)은 고체 산화물 연료 전지 스택 층으로서 사용하기 위한 것이다.
이 실시 예에서, 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)은 금속 기판(65)(“기판 층” 또는 “금속 기판 층”으로도 지칭됨), 금속 스페이서(30), 및 금속 인터커넥트 플레이트(20)를 포함하여 제조된다.
금속 기판 플레이트(70a 및 70b)는 각각 제 1 표면(71)과 제 2 표면(72) 사이에서 연장되는 레이저 드릴된 천공(78a)에 의해 정의된 다공성 영역(78)을 포함한다. 연료 전지(79)는 금속 기판 플레이트(70a 및 70b)의 제 2 표면(72)상의 다공성 영역(78) 위에 증착되며, 금속 기판 플레이트(70a, 70b)의 다공성 영역(78) 위에 증착(본딩)된 애노드 층, 애노드 층 위에 증착(본딩)된 전해질 층, 및 전해질 층 위에 증착 된 캐소드 층을 포함한다.
도 2에 도시 된 바와 같이, 어셈블리 베이스 플레이트(80)는 고정 다월(83a, 83b, 83c, 83d, 83e, 83f, 83g) 및 스프링 장착 다월(84a, 84b, 84c, 84d, 84e, 84f, 84g)을 포함한다. 어셈블리 베이스 플레이트(80)는 또한 데이텀 엣지(81)를 정의(포함)한다.
금속 기판 플레이트(70a 및 70b), 및 블랭킹 플레이트(50a 및 50b)는 어셈블리 베이스 플레이트(80) 상에 정렬되며, 고정 맞춤 다월(83a, 83b, 83c, 83d, 83e, 83f, 83g), 스프링 장착 다월(84a, 84b, 84c, 84d, 84e, 84f, 84g) 및 데이텀 엣지(81)에 의해 정렬이 달성된다.
블랭킹 플레이트(50a)의 제 2 표면(52)은 어셈블리 베이스 플레이트(80) 상에 배치(즉, 접촉/접합)된다. 블랭킹 플레이트(50a)의 제 2 엣지(58)는 고정 다월(83g)에 의해 데이텀 엣지(81) 상에 정렬되고, 블랭킹 플레이트(50a)의 제 1 엣지(57)는 고정 다월(83a) 및 스프링 장착 다월(84a)에 정렬된다. 블랭킹 플레이트(50a)의 만곡된 엣지(55)는 스프링 장착 다월(84g)에 의해 정렬된다.
블랭킹 플레이트(50b)의 제 2 표면(52)은 어셈블리 베이스 플레이트(80) 상에 배치(즉, 접촉/접합)된다. 블랭킹 플레이트(50b)의 제 2 엣지(58)는 고정 다월(83c)에 의해 데이텀 엣지(81) 상에 정렬되고, 블랭킹 플레이트(50b)의 제 1 엣지(57)는 고정 다월(83b) 및 스프링 장착 다월(84d)에 정렬된다. 블랭킹 플레이트(50b)의 만곡된 엣지(55)는 스프링 장착 다월(84e)과 정렬된다.
금속 기판 플레이트(70a)의 제 2 표면(72)은 어셈블리 베이스 플레이트(80) 상에 배치(접촉/접합)된다.
금속 기판 플레이트(70a 및 70b)는 블랭킹 플레이트(50a 및 50b) 사이의 어셈블리 베이스 플레이트(80) 상에 위치된다. 금속 기판 플레이트(70a)의 제 2 단측(75)은 고정 다월(83f, 83e)에 의해 데이텀 엣지(81) 상에 정렬된다. 금속 기판 플레이트(70a)의 제 1 단측(74)은 스프링 장착 다월(84b)에 의해 정렬된다.
금속 기판 플레이트(70b)의 제 2 단측(75)은 고정 다월(83d) 및 스프링 장착 다월(84f)에 의해 데이텀 엣지(81) 상에 정렬된다. 금속 기판 플레이트(70b)의 제 1 단측(74)은 스프링 장착 다월(84c)에 의해 정렬된다.
금속 기판 플레이트(70a)의 외부 장측(76)은 블랭킹 플레이트(50a)의 내부 엣지(59)에 평행하게 정렬되어, 금속 기판 플레이트(70a)와 블랭킹 플레이트(50a) 사이의 공차 갭(82a)을 정의한다.
금속 기판 플레이트(70b)의 외부 장측(76)은 블랭킹 플레이트(50b)의 내부 엣지(59)에 평행하게 정렬되어 금속 기판 플레이트(70b)와 블랭킹 플레이트(50b) 사이의 공차 갭(82b)을 정의한다.
공차 갭(82c)은 금속 기판 플레이트(70a)의 내부 장측(77)과 금속 기판 플레이트(70b)의 내부 장측(77) 사이에 정의된다.
도 3에 도시 된 바와 같이, 금속 스페이서(30)는 블랭킹 플레이트(50a), 금속 기판 플레이트(70a), 금속 기판 플레이트(70b) 및 블랭킹 플레이트(50b)의 상부에 배치된다.
금속 스페이서(30)의 제 2 표면(32)은 블랭킹 플레이트(50a)의 제 1 표면(51), 금속 기판 플레이트(70a)의 제 1 표면(71), 금속 기판 플레이트(70b)의 제 1 표면(71) 및 블랭킹 플레이트(50b)의 제 1 표면(51) 상에 배치(접촉/접합)된다.
금속 스페이서(30)는 고정 다월(83e), 스프링 장착 다월(84a, 84d, 84e, 84f 및 84g) 및 데이텀 엣지(81)에 의해 블랭킹 플레이트(50a), 금속 기판 플레이트(70a), 금속 기판 플레이트(70b) 및 블랭킹 플레이트(50b)와 정렬된다.
금속 스페이서(30)의 제 2 긴 엣지(38)는 블랭킹 플레이트(50a 및 50b)의 데이텀 엣지(81) 및 제 2 엣지(58) 및 고정 다월(83e) 및 스프링 장착 다월(84f)을 사용하여 금속 기판 플레이트(70a 및 70b)의 제 2 단측(75)과 정렬된다. 금속 스페이서(30)의 제 1 연장 엣지(37)는 스프링 장착 다월(84a, 84d)을 사용하여 블랭킹 플레이트(50a 및 50b)의 제 1 엣지(57) 및 금속 기판 플레이트(70a 및 70b)의 제 1 단측(74)과 정렬된다.
블랭킹 플레이트(50a), 금속 기판 플레이트(70a), 금속 기판 플레이트(70b) 및 블랭킹 플레이트(50b)의 외부 주변부는 금속 스페이서(30)의 외부 주변부(33)를 넘어 연장되지 않는다.
금속 스페이서(30)는 컷 아웃 내부 주변부(39a 및 39b)를 포함하고, 각각의 내부 주변부는 각각의 컷 아웃(40a 및 40b)을 정의하고, 그들 사이의 크로스 부재(41)를 포함한다. 금속 기판 플레이트(70a 및 70b)는 금속 스페이서(30)의 내부 주변부(39a 및 39b)와 완전히 중첩되며, 즉 금속 기판 플레이트(70a 및 70b)는 컷 아웃(40a 및 40b)을 완전히 덮는다.
금속 스페이서(30)는 또한 연료 포트(34a, 34b, 34c 및 34d)를 정의하는 복수의 연료 유입 내부 주변부(33a, 33b) 및 연료 유출 내부 주변부(33c, 33d)를 포함한다. 각각의 연료 포트는 다수의 영역-연료 덕트 영역(44a), 연료 스로트 영역(44b) 및 연료 분배기 채널 영역(44c)을 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 클램핑 플레이트(90)는 금속 스페이서(30)의 상부, 즉 금속 스페이서(30)의 제 1 표면(31)에 접촉/접합된다.
제 1 클램핑 플레이트(90)는 오리피스(92a 및 92b)를 정의한다. 스프링 장착 다월(84h)은 오리피스(92a)를 통해 돌출하고, 고정 다월(83e)은 오리피스(92b)를 통해 돌출되어, 제 1 클램핑 플레이트(90)가 금속 스페이서(30)(따라서 또한 블랭킹 플레이트(50a), 금속 기판 플레이트(70a), 금속 기판 플레이트(70b) 및 블랭킹 플레이트(50b))와 정렬될 수 있게 한다.
클램핑 수단(미도시)은 제 1 클램핑 플레이트(90) 및 어셈블리 베이스 플레이트(80), 즉 클램핑 금속 스페이서(30), 블랭킹 플레이트(50a), 금속 기판 플레이트(70a), 금속 기판 플레이트(70b) 및 블랭킹 플레이트(50b)를 클램핑한다.
제 1 클램핑 플레이트는 또한 용접 슬롯(91a, 91b 및 91c)을 정의한다.
용접 수단(미도시)은 금속 스페이서(30)와 블랭킹 플레이트(50a) 사이의 라인 용접 이음부(100a), 금속 스페이서(30)와 금속 기판 플레이트(70a) 사이의 라인 용접 이음부(100b 및 100c), 금속 스페이서(30)와 금속 기판 플레이트(70b) 사이의 라인 용접 이음부(100d 및 100e), 금속 스페이서(30)와 블랭킹 플레이트(50b) 사이의 라인 용접 이음부(100f)를 생성하는데 사용된다.
금속 기판 플레이트(70a, 70b)의 비 다공성 영역(78b)은 금속 스페이서(30)에 부착된다.
금속 스페이서(30)에 부착 된 블랭킹 플레이트(50a), 금속 기판 플레이트(70a), 금속 기판 플레이트(70b) 및 블랭킹 플레이트(50b)는 금속 기판(65), 즉 금속 스페이서(30)에 부착된 금속 기판(65)을 형성/정의한다.
그 후, 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 클램핑 플레이트(90)가 제거된다(고정 다월(83e) 및 스프링 장착 다월(84a, 84d 및 84f는 도시되지 않음)).
도 6에 도시된 바와 같이, 금속 인터커넥트 플레이트(20)는 금속 스페이서(30)의 상부에 배치된다.
금속 인터커넥트 플레이트(20)의 제 2 표면(22)은 금속 스페이서(30)의 제 1 표면(31) 상에 배치(즉, 접촉/접합)된다.
금속 인터커넥트 플레이트(20)는 고정 다월(83e), 스프링 장착 다월(84a, 84d, 84f) 및 데이텀 엣지(81)에 의해 금속 스페이서(30)(따라서 블랭킹 플레이트(50a), 금속 기판 플레이트(70a), 금속 기판 플레이트(70b) 및 블랭킹 플레이트(50b))와 정렬된다. 스프링 장착 다월(84a 및 84d)은 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 제 1 엣지(27)에 인접한다. 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 제 2 엣지(28)는 데이텀 엣지(81), 고정 다월(83e) 및 스프링 장착 다월(84f)에 인접한다.
금속 인터커넥트 플레이트(20)는 복수의 딤플(110) 및 제 1 표면(21)으로부터 외측으로 연장되는, 즉 제 2 표면(22)으로부터 멀어지고 금속 스페이서(30) 및 금속 스페이서(30)에 부착된 금속 기판(65)으로부터 멀어지는 연장 브릿지 딤플(120, 121)을 포함한다.
딤플(110)은 금속 기판 플레이트(70a, 70b)의 연료 셀(79)의 위치에 대응하는 영역을 포함하는 다수의 영역에 형성되어, 스택 내에 복수의 연료 전지 유닛(1)을 포함하는 연료 전지 스택 배열에서 딤플(110) 제 1 연료 전지 유닛(1)의 제 1 연료 전지 유닛(1)은 적층 된 인접 연료 전지 유닛(1)의 연료 전지(79)와 접촉한다. 따라서, 딤플(110)은 연료 전지(79)의 외부(캐소드) 표면과 전기 연결을 형성하고, 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 제 1 표면(21)으로부터 인접한 연료 전지 유닛(1)의 인접한 연료 전지/연료 전지들(79)의 캐소드 층으로 전류가 흐르고있다.
이후에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 연장 브릿지 딤플(120, 121)은 최종 연료 전지 유닛(1)의 개별 구역/영역/체적 사이의 유체 흐름 브릿지로서 작용한다.
도 7에 도시 된 바와 같이, 제 2 클램핑 플레이트(95)는 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 상부, 즉 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 제 1 표면(21)에 접촉/접합된다.
제 2 클램핑 플레이트(95)는 오리피스(98a 및 98b)를 정의한다. 스프링 장착 다월(84h)은 오리피스(98a)를 통해 돌출되고, 고정된 다월(83e)은 오리피스(98b)를 통해 돌출되어, 제 2 클램핑 플레이트(95)가 금속 인터커넥트 플레이트(20)(따라서 또한 금속 스페이서(30), 블랭킹 플레이트(50a), 금속 기판 플레이트(70a), 금속 기판 플레이트(70b) 및 블랭킹 플레이트(50b))와 정렬될 수 있게 한다.
제 2 클램핑 플레이트(95)는 개구(96a)를 정의하는 내부 주변부(96)를 포함한다.
클램핑 수단(미도시)은 제 2 클램핑 플레이트(95) 및 어셈블리 베이스 플레이트(80), 즉 금속 인터커넥트 플레이트(20), 금속 스페이서(30), 블랭킹 플레이트(50a), 금속 기판 플레이트(70a), 금속 기판 플레이트(70b) 및 블랭킹 플레이트(50b)를 클램핑한다.
용접 수단(미도시)은 금속 인터커넥트 플레이트(20), 금속 스페이서(30) 및 블랭킹 플레이트(50a), 금속 기판 플레이트(70a), 금속 기판 플레이트(70b) 및 블랭킹 플레이트(50b) 사이에 연속적인 주변부 용접 이음부(101)를 생성하는데 사용된다.
이어서 제 2 클램핑 플레이트(95)가 제거되고, 완성된 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)이 어셈블리 베이스 플레이트(80)로부터 제거된다.
완성된 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)에서, 연료 덕트(130)는 연료 포트(24), 연료 포트(34a-d)의 연료 덕트 영역(44a)에 의해 정의되며, 이들 모두는 서로 정렬된다. 연료 덕트(130)는 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 제 1 표면(21)과 블랭킹 플레이트(50a, 50b)의 제 2 표면(52) 사이에서 연장된다.
연료 전지 유닛(1)의 제 1 단부(2)에서(예를 들어, 도 3 참조), 제 1 체적(연료 유입 포트 체적(35a))은 블랭킹 플레이트(50a)의 제 1 표면(51), 금속 스페이서(30)의 연료 유입 내부 주변부(33a, 33b) 및 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 제 2 표면(22) 사이에 정의된다.
제 2 체적(컷-아웃 체적(35b))은 금속 기판 플레이트(70a)의 제 1 표면(71), 금속 스페이서(30)의 컷-아웃 내부 주변부(39a) 및 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 제 2 표면(22) 사이에 정의된다.
제 3 체적(컷-아웃 체적(35b))은 금속 기판 플레이트(70b)의 제 1 표면(71), 금속 스페이서(30)의 컷-아웃 내부 주변부(39b) 및 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 제 2 표면(22) 사이에 정의된다.
연료 전지 유닛(1)의 제 2 단부(3)에서, 제 4 체적(연료 유출 포트 체적(35c))은 블랭킹 플레이트(50b)의 제 1 표면(51), 금속 스페이서(30)의 연료 유출 내부 주변부(33c 및 33d)와 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 제 2 표면(22) 사이에 정의된다.
연료 전지 유닛(1)의 제 1 단부(2)에서, 연장 딤플(120)은 제 1 및 제 2 체적 사이의 유체 유동 통로를 정의하도록 작용한다. 즉, 제 1 및 제 2 체적 사이의 유체 유동 브릿지로서 작용한다. 유체 흐름 브릿지는 연장 딤플(120)과 금속 스페이서(30) 사이의 체적이다.
연장 딤플(121)은 제 2 및 제 3 체적 사이(즉, 인접한 컷 아웃 체적(35b) 사이)의 유체 유동 통로를 정의하도록 작용한다. 유체 흐름 브릿지는 연장 딤플(121)과 금속 스페이서(30) 사이의 체적이다.
연료 전지 유닛(1)의 제 2 단부(3)에서, 연장 딤플(120)은 제 3 및 제 4 체적 사이의 유체 유동 통로를 정의하도록 작용하고, 즉 제 1 및 제 2 체적 사이의 유체 유동 브릿지로서 작용한다. 유체 흐름 브릿지는 연장 딤플(120)과 금속 스페이서(30) 사이의 체적이다.
따라서, 유체 유동 경로는(연료 유입 포트 체적(35a), 컷-아웃 체적(35b), 연료 유출 포트 체적(35c) 및 유체 유동 브릿지를 사용하여) 다음과 같이 정의된다:
(1) 연료 포트(34a, 34b)의 연료 덕트 영역(44a), 로
(2) 연료 포트(34a, 34b)의 연료 스로트 영역(44b), 로
(3) 연료 포트(34a, 34b)의 연료 분배기 채널 영역(44c), 로
(4) 연료 전지 유닛(1)의 제 1 단부(2)에서 연장 딤플(120), 로
(5) 금속 기판 플레이트(70a)의 제 1 표면(71), 금속 스페이서(30)의 컷 아웃 내부 주변부(39a) 및 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 제 2 표면(22) 사이에 정의된 제 2 부피, 로
(6) 연장 딤플(121), 로
(7) 금속 기판 플레이트(70b)의 제 1 표면(71), 금속 스페이서(30)의 컷 아웃 내부 주변부(39b) 및 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 제 2 표면(22) 사이에 정의된 제 3 부피, 로
(8) 연료 포트(34c, 34d)의 연료 분배기 채널 영역(44c), 로
(9) 연료 포트(34c, 34d)의 연료 스 로트 영역(44b), 로
(10) 연료 포트(34c, 34d)의 연료 덕트 영역(44a).
따라서, 유체 유로(즉, 연료 유로)는 연료 전지 유닛(1) 내에 제 1 단부(2)의 연료 덕트(130)로부터 제 2 단부(3)의 연료 덕트(130)로 정의된다.
다양한 구성 요소에 적합한 재료는 다음을 포함한다:
금속 인터커넥트 플레이트(20)
페라이트 계 스테인리스 강, 441 등급
금속 스페이서(30)
페라이트 계 스테인리스 강, 441 등급
블랭킹 플레이트(50a, 50b)
Crofer 22 APU (VDM Metals GmbH)
금속 기판 플레이트(70a, 70b)
Crofer 22 APU (VDM Metals GmbH)
실시예 2
도 10에 도시된 바와 같이, 실시 예 2는 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)을 제외하고는 실시 예 1에 따른 것이다:
(i) 블랭킹 플레이트(50a) 및 금속 기판 플레이트(70a)는 결합된 금속 기판 플레이트(170a)로서 형성되고,
(ii) 블랭킹 플레이트(50b) 및 금속 기판 플레이트(70b)는 결합된 금속 기판 플레이트(170b)로서 형성된다.
제조 및 작동은 실시 예 1의 것과 동일하다.
실시예 3
WO2015/136295에 따르면, 연료 전지 스택 조립체는 복수의 연료 전지 유닛(1)을 사용하여 형성된다. 보다 상세하게는, 연료 전지 유닛(1)의 스택은 인접한 연료 전지 유닛(1)으로부터 베이스 플레이트(페라이트 계 스테인리스 강 3CR12)를 전기적으로 절연하는 테르미큘(Thermiculite) 866 개스킷과, Thermiculite 866 개스킷과 인접한 연료 전지 유닛(1) 사이에 위치한 동력 인출 장치(PTO)와 함께 금속 베이스 플레이트 위에 조립된다. 그 후 동력 인출 장치가 상부(즉, 노출된) 연료 전지 유닛(1) 상에 위치하고, 테르미큘 라이트(Termiculite) 866 개스킷이 동력 인출 장치의 상부에 배치되고, 금속 단부 플레이트(페라이트 계 스테인리스 강 3CR12)는 테르미큘 라이트 가스켓 상에 배치된다. 이어서, 압축력은 베이스 플레이트와 엔드 플레이트 사이의 압축 수단, 및 베이스 플레이트와 엔드 플레이트에 부착된 스커트가 연료 전지 스택과 그 연료 전지 유닛을 포함하는 이들 사이의 체적을 정의하기 위한 스커트에 의해 가해진다.
실시예 4
도 11에 도시된 바와 같이, 연료 전지 유닛(1)은 실시 예 1에 따라 제조된다. 이 실시 예에서, 총 6 개의 금속 기판 플레이트(70) 및 6 개의 대응하는 컷 아웃(40)이 존재한다.
첨부된 청구 범위의 범주를 벗어나지 않고 다양한 수정, 개조 및 대안적인 실시 예가 당업자에게 명백할 것이다. 참조 부호는 이해를 돕기 위해서만 청구 범위에 포함되며, 청구 범위의 범위를 제한하지 않는다.
참조 부호:
1 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛
2 제1 단부
3 제2 단부
20 금속 인터커넥트 플레이트
21 (금속 인터커넥트 플레이트(20)의) 제1 표면
22 (금속 인터커넥트 플레이트(20)의) 제2 표면
23 (금속 인터커넥트 플레이트(20)의) 외부 주변부
24 (금속 인터커넥트 플레이트(20)의) 연료 포트
27 (금속 인터커넥트 플레이트(20)의) 제1 엣지
28 (금속 인터커넥트 플레이트(20)의) 제2 엣지
30 금속 스페이서
31 (금속 스페이서(30)의) 제1 표면
32 (금속 스페이서(30)의) 제2 표면
33 (금속 스페이서(30)의) 외부 주변부
33a 연료 유입 내부 주변부
33b 연료 유입 내부 주변부
33c 연료 유출 내부 주변부
33d 연료 유출 내부 주변부
34a 연료 포트
34b 연료 포트
34c 연료 포트
34d 연료 포트
35a 연료 유입 포트 체적
35b 컷-아웃 체적
35c 연료 유출 포트 체적
37 (금속 스페이서(30)의) 제1 연장 엣지
38 (금속 스페이서(30)의) 제2 연장 엣지
39a 컷-아웃 내부 주변부
39b 컷-아웃 내부 주변부
40 컷-아웃
40a 컷-아웃
40b 컷-아웃
41 크로스 부재
44a 연료 덕트 영역
44b 연료 스로트 영역
44c 연료 분배기 채널 영역
50a 블랭킹 플레이트
50b 블랭킹 플레이트
51 (블랭킹 플레이트의) 제1 표면
52 (블랭킹 플레이트의) 제2 표면
54 (블랭킹 플레이트의) 연료 포트
55 (블랭킹 플레이트의) 만곡된 엣지
57 (블랭킹 플레이트의) 제1 엣지
58 (블랭킹 플레이트의) 제2 엣지
59 (블랭킹 플레이트의) 내부 엣지
65 금속 기판
70 금속 기판 플레이트
70a 금속 기판 플레이트
70b 금속 기판 플레이트
71 (금속 기판 플레이트의) 제1 표면
72 (금속 기판 플레이트의) 제2 표면
74 (금속 기판 플레이트의) 제1 단측
75 (금속 기판 플레이트의) 제2 단측
76 (금속 기판 플레이트의) 외부 장측
77 (금속 기판 플레이트의) 내부 장측
78 (금속 기판 플레이트의) 다공성 영역
78a 천공
78b (금속 기판 플레이트의) 비-다공성 영역
79 고체 산화물 연료 전지
80 어셈블리 베이스 플레이트
81 데이텀 엣지
82a 공차 갭
82b 공차 갭
82c 공차 갭
83a 고정 다월
83b 고정 다월
83c 고정 다월
83d 고정 다월
83e 고정 다월
83f 고정 다월
83g 고정 다월
84a 스프링 장착 다월
84b 스프링 장착 다월
84c 스프링 장착 다월
84d 스프링 장착 다월
84e 스프링 장착 다월
84f 스프링 장착 다월
84g 스프링 장착 다월
84h 스프링 장착 다월
90 제1 클램핑 플레이트
91a 용접 슬롯
91b 용접 슬롯
91c 용접 슬롯
92a 오리피스
92b 오리피스
95 제2 클램핑 플레이트
96 내부 주변부
96 개구
98a 오리피스
98b 오리피스
100a 라인 용접 이음부
100b 라인 용접 이음부
100c 라인 용접 이음부
100d 라인 용접 이음부
100e 라인 용접 이음부
100f 라인 용접 이음부
101 주변부 용접 이음부
110 딤플
120 연장 브릿지 딤플
121 연장 브릿지 딤플
130 연료 덕트
170a 조합된 금속 기판 플레이트
170b 조합된 금속 기판 플레이트

Claims (15)

  1. 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)에 있어서:
    a) 복수의 금속 기판 플레이트(70a, 70b) 및 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트(50a, 50b), 각각의 금속 기판 플레이트(70a, 70b)는 제 1 및 제 2 대향 표면(71, 72)을 정의하고, 각각의 블랭킹 플레이트(50a, 50b)는 제 1 및 제 2 대향 표면(51, 52)을 정의하고, 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지(79)가 각각의 금속 기판 플레이트(70a, 70b)의 상기 제 2 표면(72) 상에 배치됨;
    b) 금속 스페이서(30), 제 1 및 제 2 대향 표면(31, 32)을 정의하고, 상기 금속 스페이서(30)는 외부 주변부(33) 및 복수의 컷 아웃 내부 주변부(39a, 39b)를 포함하고, 각각의 컷 아웃 내부 주변부(39a, 39b)는 컷 아웃(40)을 정의하고, 각각의 금속 기판 플레이트(70a, 70b)의 상기 제 1 표면(71) 및 각각의 블랭킹 플레이트(50a, 50b)의 상기 제 1 표면(51)은 상기 금속 스페이서(30)의 상기 제 2 표면(32)에 부착되고, 상기 금속 스페이서(30)의 각각의 컷 아웃 내부 주변부(39a, 39b)는 금속 기판 플레이트(70a, 70b)에 의해 완전히 중첩됨; 및
    c) 제 1 및 제 2 대향 표면(21, 22)을 정의하는 금속 인터커넥트 플레이트(20), 상기 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 상기 제2 표면(22)은 상기 금속 스페이서(30)의 상기 제1 표면(31)에 밀봉식으로 부착됨;
    을 포함하는, 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)은 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 스택 층인,
    금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 금속 기판 플레이트(70a, 70b)는 컷 아웃 내부 주변부(39a, 39b)와 상기 외부 주변부(33) 사이에서 상기 금속 스페이서(30)에 부착되는,
    금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1).
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 금속 기판 플레이트(70a, 70b)는 비 다공성 영역(78b)으로 둘러싸인 비 다공성 영역(78)을 포함하고, 각각의 금속 기판 플레이트(70a, 70b)의 상기 비 다공성 영역(78b)은 상기 금속 스페이서(30)에 부착되는,
    금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속 인터커넥트 플레이트(20)는 상기 금속 스페이서(30)의 상기 외부 주변부(33)와 상기 금속 스페이서(30)의 상기 복수의 컷 아웃 내부 주변부(39a, 39b) 사이에서 상기 금속 스페이서(30)의 상기 제1 표면(31)에 밀봉식으로 부착되는,
    금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    각각의 금속 기판 플레이트(70a, 70b)는 용접에 의해 상기 금속 스페이서(30)에 부착되는,
    금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트(50a, 50b) 및 상기 복수의 금속 기판 플레이트(70a, 70b)는 상기 금속 스페이서(30)에 부착되는,
    금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    하나 이상의 결합된 금속 기판 플레이트(170a, 170b)를 포함하고, 각각의 결합된 금속 기판 플레이트(170a, 170b)는 블랭킹 플레이트(50a, 50b) 및 적어도 하나의 금속 기판 플레이트(70a, 70b)를 포함하는,
    금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1).
  9. 제1항 또는 제2항에 따른 복수의 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)을 포함하는,
    고체 산화물 연료 전지 스택.
  10. 고체 산화물 연로 전지 스택 어셈블리에 있어서,
    베이스 플레이트, 단부 플레이트, 제9항에 따른 고체 산화물 연료 전지 스택, 및 상기 베이스 플레이트 및 상기 단부 플레이트에 부착되는 스커트를 포함하고 상기 연료 전지 스택 내에 포함된 상기 단부 플레이트, 상기 베이스 플레이트 및 상기 스커트 사이의 체적을 정의하는,
    고체 산화물 연로 전지 스택 어셈블리.
  11. 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)의 조립 방법에 있어서, 상기 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)은:
    a) 복수의 금속 기판 플레이트(70a, 70b) 및 적어도 2 개의 블랭킹 플레이트(50a, 50b), 상기 금속 기판 플레이트(70a, 70b)는 제1 및 제2 대향 표면(71, 72)을 정의하고 상기 블랭킹 플레이트(50a, 50b)는 제1 및 제2 대향 표면(51, 52)을 정의하고, 적어도 하나의 고체 산화물 연료 전지(79)가 각각의 금속 기판 플레이트(70a, 70b)의 상기 제 2 표면(72) 상에 배치됨;
    b) 금속 스페이서(30), 제1 및 제2 대향 표면(31, 32)을 정의하고, 상기 금속 스페이서(30)는 외부 주변부(33) 및 복수의 컷 아웃 내부 주변부(39a, 39b)를 포함하고, 각각의 컷 아웃 내부 주변부(39a, 39b)는 컷 아웃(40)을 정의함; 및
    c) 제 1 및 제 2 대향 표면(21, 22)을 정의하는 금속 인터커넥트 플레이트(20);
    를 포함하고,
    상기 조립 방법은:
    (i) 각각의 금속 기판 플레이트(70a, 70b)의 상기 제 1 표면(71) 및 각각의 블랭킹 플레이트(50a, 50b)의 상기 제 1 표면(51)을 상기 금속 스페이서(30)의 상기 제 2 표면(32)에 부착하는 단계, 상기 금속 스페이서(30)의 각 컷 아웃 내부 주변부(39a, 39b)는 금속 기판 플레이트(70a, 70b)에 의해 완전히 중첩됨; 및
    (ii) 상기 금속 인터커넥트 플레이트(20)의 상기 제 2 표면(22)을 상기 금속 스페이서(30)의 상기 제 1 표면(31)에 밀봉적으로 부착하는 단계;
    를 포함하는, 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)의 조립 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    단계 (i)는 상기 금속 스페이서(30)를 상기 적어도 2개의 블랭킹 플레이트(50a, 50b) 및 상기 복수의 금속 기판 플레이트(70a, 70b)에 클램핑하고, 상기 금속 스페이서(30)를 상기 적어도 2개의 블랭킹 플레이트(50a, 50b) 및 상기 복수의 금속 기판 플레이트(70a, 70b)에 부착하는 단계를 포함하는,
    금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)의 조립 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    단계 (ii)는 상기 금속 인터커넥트 플레이트(20)를 상기 금속 스페이서(30)에 클램핑하고 상기 금속 인터커넥트 플레이트(20)를 상기 금속 스페이서(30)에 부착하는 단계를 포함하는,
    금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)의 조립 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    단계 (i) 및 단계 (ii) 중 적어도 하나는 용접에 의한 부착을 포함하는,
    금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)의 조립 방법.
  15. 제11항, 제12항 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 금속 기판 플레이트(70a, 70b) 및 상기 복수의 블랭킹 플레이트(50a, 50b)는 상기 금속 스페이서(30)와 정렬되고 상기 금속 인터커넥트 플레이트(20)와 정렬되는,
    금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛(1)의 조립 방법.
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