TW201921792A - 燃料胞元多胞元層及焊接製程 - Google Patents

燃料胞元多胞元層及焊接製程

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Abstract

本發明係有關一經改良的金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元、燃料胞元堆疊、燃料胞元堆疊總成、及製造方法。

Description

燃料胞元多胞元層及焊接製程
本發明係有關一經改良的金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元、燃料胞元堆疊、燃料胞元堆疊總成、及製造方法。
發明背景 燃料胞元、燃料胞元堆疊、燃料胞元堆疊總成、及熱交換系統、配置及方法之教示係為一般熟習該技藝者所熟知，並特別包括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及WO2016/083780。本文參照的所有公告及其參考文件係整體以參考方式併入本文。用語的定義可依需要詳見上述公告。
燃料胞元堆疊、燃料胞元堆疊總成、燃料胞元單元(包括燃料胞元堆疊層)、及一燃料胞元堆疊單元內之燃料胞元的配置以及燃料胞元堆疊層係為人熟知。
隨著燃料胞元單元的所欲功率輸出增加，係需要增大燃料胞元單元、及其內的一或多個燃料胞元之尺寸。然而，增大燃料胞元單元(例如燃料胞元堆疊層)的尺寸會導致機械不穩定。燃料胞元堆疊單元的運動、特別是撓屈會導致其內的燃料胞元之機械性損害以及減低的效率/功率輸出與操作壽命。此運動/撓屈亦會降低燃料胞元單元/燃料胞元堆疊層周圍之氣體密封，並降低電導率(electrical conductivity)、特別是在個別燃料胞元單元以及用以與其形成電路的組件之間尤然。
在包含燃料胞元堆疊層形式的複數個燃料胞元單元之燃料胞元堆疊總成中，這些問題係加重。若欲藉由增加燃料胞元堆疊層數、或藉由增大個別燃料胞元堆疊層的尺寸來提高一燃料胞元堆疊總成的功率輸出，則會遭遇問題。這些問題可包括維持遍及堆疊全體的平均壓縮，以保持一氣密性密封以及達成燃料胞元堆疊層與相鄰組件之間的一可接受的電阻。
本發明企圖改良先前技藝。
發明概要 根據本發明的第一態樣，提供一金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元，其包含： a)複數個金屬基材板及至少二個遮沒板，各金屬基材板界定第一及第二相對表面，且各遮沒板界定第一及第二相對表面，其中至少一固體氧化物燃料胞元置設於各金屬基材板的該第二表面上； b)一金屬間隔件，其界定第一及第二相對表面，該金屬間隔件包含一外部周邊及複數個切口內部周邊，各切口內部周邊界定一切口，其中各金屬基材板的該第一表面及各遮沒板的該第一表面附接至該金屬間隔件的該第二表面，該金屬間隔件的各切口內部周邊被一金屬基材板整體地重疊；及 c)一金屬互連板，其界定第一及第二相對表面，該金屬互連板的該第二表面密封性附接至該金屬間隔件的該第一表面。
「置設於~上」及「附接至」用語在本文可互換使用。
較佳地，金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元係為一燃料胞元堆疊層，更佳地，一金屬支撐固體氧化物燃料胞元堆疊層。因此，複數個燃料胞元單元可作組裝以形成一固體氧化物燃料胞元堆疊。
較佳地，各金屬基材板(亦稱為「燃料胞元板」)係包含至少一多孔區。較佳地，至少一多孔區被一非多孔區包圍。更佳地，各金屬基材板包含一多孔區。更佳地，各金屬基材區包含一被一非多孔區包圍之多孔區。更佳地，該或各多孔區為一穿孔區。較佳地，其包含(亦即被界定)從第一表面延伸至第二表面(亦即第一表面與第二表面之間)的複數個穿孔。更佳地，穿孔係為雷射鑽製的穿孔。較佳地，各金屬基材板的非多孔區附接至金屬間隔件。
較佳地，至少一多孔區係重合於(亦即延伸至或重疊於)金屬基材的對應切口內部周邊，亦即延伸至切口內部周邊的邊界。這在金屬基材板包含單一多孔區之實施例中係為特佳。
較佳地，被置設於一金屬基材板上之各固體氧化物燃料胞元係包含一陽極層，其(結合至)沉積於金屬基材板的一多孔區上方；一電解質層，其(結合至)沉積於陽極層上方；及一陰極層，其沉積於電解質層上方。更佳地，電解質層延伸於陽極上方以密封性附接至包圍陽極之金屬基材板的非多孔區。
被附接到金屬間隔件之複數個金屬基材板及至少二個遮沒板係一起界定一被附接至金屬間隔件之金屬基材(亦稱為「基材層」或「金屬基材層」)。因此，各燃料胞元單元包含一金屬基材、一金屬間隔件、及一金屬互連板。
金屬基材板較佳置設於與遮沒板相同的平面之間及其上。遮沒板較佳概呈矩形形狀。較佳地，各遮沒板包含至少一內部周邊(「燃料埠內部周邊」)，其用以界定一燃料埠，亦即界定至少一燃料埠。更佳地，各遮沒板界定二個燃料埠。
較佳地，金屬基材板及遮沒板並不彼此接觸，亦即並不彼此抵靠。因此，較佳地，一遮沒板(諸如一第一遮沒板)並不抵靠或接觸一相鄰的金屬基材板(諸如一第一金屬基材板)。因此，較佳地，相鄰的金屬基材板並不彼此抵靠或接觸。因此，較佳地，一第二遮沒板並不抵靠或接觸一相鄰的第二金屬基材板。
藉由使遮沒板及金屬基材板附接至金屬間隔件、且不使其彼此抵靠或接觸，這係容許一「公差間隙」被界定於其間，並容許製程期間之組件定位的可變異性(variability)。這就製程而論係提供一顯著技術優點，並可例如幫助加快製程速度、降低成本、增高燃料胞元單元的可靠度、及/或增長燃料胞元單元的壽命。
較佳地，遮沒板係為金屬遮沒板。更佳地，遮沒板係由與金屬基材板相同的金屬製成。較佳地，遮沒板具有與金屬基材板相等的厚度。
較佳地，金屬間隔件包含至少二個內部周邊，其各界定一燃料埠。更佳地，各金屬間隔件界定位於一第一端(較佳地，一燃料入口端)之二個燃料埠，及位於一第二端(較佳地，一排放燃料出口端)之二個燃料埠。用以界定切口之內部周邊係可視為一第一組的內部周邊，而用以界定燃料埠之內部周邊可視為一第二組的內部周邊。
各金屬基材板係被附接成整體地重疊於一用以界定一切口之內部周邊，亦即一切口上及其上方。因此，各金屬基材板係覆蓋一切口。各金屬基材板在至少一用以界定一切口之切口內部周邊以及金屬間隔件的外部周邊之間被附接至金屬間隔件。更佳地，各金屬基材板係在一用以界定一切口之切口內部周邊(亦即該等切口內部周邊的一者)以及金屬間隔件的外部周邊之間被附接至金屬間隔件。
較佳地，至少二個遮沒板及複數個金屬基材板藉由焊接被附接至金屬間隔件。更佳地，其藉由線焊接被附接至金屬間隔件。
較佳地，各金屬基材板在至少一用以界定一切口之切口內部周邊以及金屬間隔件的外部周邊之間被附接至金屬間隔件。更佳地，各金屬基材板在一用以界定一切口之切口內部周邊(亦即該等切口內部周邊的一者)以及金屬間隔件的外部周邊之間被附接至金屬間隔件。
較佳地，金屬互連板藉由焊接被密封性附接至金屬間隔件。
較佳地，金屬互連板沿著一條被置設於(a)金屬間隔件的外部周邊、及(b)金屬間隔件的複數個切口內部周邊之間的線被密封性附接至金屬間隔件。較佳地，該線係近鄰於金屬間隔件的外部周邊。更佳地，該線係相鄰於金屬間隔件的外部周邊。更佳地，該線係位於金屬間隔件的外部周邊之10mm內，更佳5mm內，更佳4mm內，更佳3mm內，更佳2mm內。
更佳地，用以將至少二個遮沒板及複數個金屬基材附接至金屬間隔計之焊接、及用以將金屬互連板密封性附接至金屬間隔件之焊接並未重疊。
較佳地，各金屬基材板的第一表面及各遮沒板的第一表面係附接至且置設於金屬間隔件的第二表面上。
較佳地，金屬互連板的第二表面係密封性附接至且置設於金屬間隔件的第一表面上。
較佳地，具有總共二個遮沒板。
較佳地，金屬互連板包含複數個凹陷，其從第一表面往外延伸、遠離於第二表面。
較佳地，金屬互連板包含： 複數個凹陷，其從第一表面往外延伸、遠離於第二表面，及 複數個凹陷，其延伸遠離於第一表面、從第二表面往外。
更佳地，凹陷係交替。
在特定實施例中，燃料胞元單元係包含至少一經組合的金屬基材板，各經組合的金屬基材板包含一(經組合的)遮沒板及至少一金屬基材板。因此，一基板及至少一金屬基材板係附接到彼此以形成單一組件(一經組合的金屬基材板)，或在經組合的金屬基材板被附接至金屬間隔件之前，從開始即一體性形成為單一組件。更佳地，燃料胞元單元包含二個經組合的金屬基材板。更佳地，燃料胞元單元包含一經組合的金屬基材板，至少一金屬基材板，及一遮沒板。替代地，燃料胞元單元包含二個經組合的金屬基材板，及至少一金屬基材板。
在包含至少一經組合的金屬基材板之實施例中，一經組合的金屬基材板較佳並不抵靠或接觸一相鄰的金屬基材板或經組合的金屬基材板。
如同將金屬基材板設置於遮沒板之間的一2x1序列(線性)配置中，亦可提供其他配置及數目的金屬基材板。例如，金屬基材板可設置於遮沒板之間的一1x2(平行)配置中。替代地，金屬基材板可設置於一2x2、3x2或4x2配置中，且相同的遮沒板可與不同配置作配合使用。類似地，燃料胞元單元可設有採用相同遮沒板之2x3、3x3或4x3配置中的金屬基材板。遮沒板係依適當般設定維度。將易於得知其他配置。
利用複數個金屬基材板係容許金屬基材板以一模組化方式組合，以依意欲般獲得一範圍的燃料胞元單元尺寸及一範圍的功率輸出，例如包括一較大的燃料胞元單元尺寸及因此較大的功率輸出。藉由金屬基材板附接至金屬間隔件亦可降低燃料胞元單元內之燃料胞元彎折的可能性，因此減低萬一燃料胞元彎折則可能發生之電導率降低及氣體密封降低的危險。利用金屬基材板亦意味著一給定的金屬基材板可被製造及使用在一數目的不同燃料胞元單元產品中。因此，例如，其可使用在一只含有二個金屬基材板的燃料胞元單元中。替代地，其可使用在一較大的燃料胞元單元中，諸如具有4、6、8、9、10或12個金屬基材板者。這可用來降低成本並增高金屬基材板(及其燃料胞元)的製造之速度、品質及可靠度。
在不同實施例中，提供二個遮沒板，其配置(當附接至金屬間隔件時)成一者位於金屬基材的任一端，亦即一者位於金屬基材的一第一端，而另一者位於金屬基材的一第二端。在其他實施例中，遮沒板可分割成第一及第二部分，亦即一第一遮沒板部分及一第二遮沒板部分。因此，一第一遮沒板可包含一第一遮沒板部分及一第二遮沒板部分。類似地，一第二遮沒板可包含一第一遮沒板部分及一第二遮沒板部分，各遮沒板部分附接至金屬間隔件。
燃料胞元單元具有內部燃料歧管件。當複數個燃料胞元單元組裝至一堆疊中時，一開放歧管式氧化劑(空氣)流通道係被界定於(a)一第一燃料胞元單元之金屬互連板的第一表面21、及(b)一相鄰的第二燃料胞元單元之複數個金屬基材板及至少二個遮沒板的第二表面之間。較佳地，金屬互連板包含複數個凹陷，其從第一表面往外延伸、遠離於第二表面。較佳地，一第一燃料胞元單元的互連板之往外延伸的凹陷係抵靠一相鄰的第二燃料胞元單元之燃料胞元的陰極層並作為一電流收集器。
上述選用性及較佳的特徵同樣適用於下文詳述的本發明之其他態樣。
根據本發明亦提供一固體氧化物燃料胞元堆疊，其包含根據本發明的複數個金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元。
根據本發明亦提供一固體氧化物燃料胞元堆疊總成，其包含：一基板，一端板，根據本發明的一固體氧化物燃料胞元堆疊，及一裙，其附接至基板及端板且界定裙、基板及端板之間的一容積，其內含有燃料胞元堆疊。
根據本發明亦提供一金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元之組裝方法，該金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元包含： a)複數個金屬基材板及至少二個遮沒板，各金屬基材板界定第一及第二相對表面，且各遮沒板界定第一及第二相對表面，其中至少一固體氧化物燃料胞元置設於各金屬基材板的第二表面上； b)一金屬間隔件，其界定第一及第二相對表面，該金屬間隔件包含一外部周邊及複數個切口內部周邊，各切口內部周邊界定一切口；及 c)一金屬互連板，其界定第一及第二相對表面； 該組裝方法包含下列步驟： (i)將各金屬基材板的第一表面及各遮沒板的第一表面附接至金屬間隔件的第二表面，其中金屬間隔件的各切口內部周邊被一金屬基材板整體地重疊；及 (ii)將金屬互連板的該第二表面密封性附接至該金屬間隔件的第一表面。
較佳地，步驟(i)包含將金屬間隔件鉗夾到至少二個遮沒板及複數個金屬基材板以及將金屬間隔件附接到至少二個遮沒板及複數個金屬基材板。
較佳地，步驟(ii)包含將金屬互連板鉗夾到金屬間隔件以及將金屬互連板附接到金屬間隔件。
較佳地，步驟(i)及步驟(ii)的至少一者係包含藉由焊接作附接。更佳地，步驟(i)及步驟(ii)皆包含藉由焊接作附接。
較佳地，複數個金屬基材板及複數個遮沒板係對準於金屬間隔件且對準於金屬互連板。
較佳地，利用定位(locating)部件(亦稱為定位化(positioning)部件)在組裝製程期間定位不同組件。適當的定位部件包括基準邊緣、固定式合釘及簧式合釘。一般熟習該技藝者將易於得知其他定位部件。
較佳地，固體氧化物燃料胞元單元係藉由將金屬基材板及遮沒板附接至金屬間隔件俾使各金屬基材板附接於金屬間隔件中的切口上方而作組裝。至少二個遮沒板及複數個金屬基材板及金屬間隔件較佳利用一第一鉗夾板被鉗夾在一起。較佳地，至少二個遮沒板及複數個金屬基材板被定位於一基板上，且金屬間隔件板被定位於其上方。較佳地，一第一鉗夾板被定位於金屬間隔件上方。更佳地，鉗夾部件將至少二個遮沒板及複數個金屬基材板及金屬間隔件鉗夾於基板及第一鉗夾板之間。更佳地，第一鉗夾板界定焊接槽，遮沒板及金屬基材板經過其被焊接至金屬間隔件。
較佳地，金屬互連板藉由焊接被附接至金屬間隔件。較佳地，金屬互連板係放置在已供金屬基材板及遮沒板作附接之金屬間隔件上方。較佳地，一第二鉗夾板被定位於金屬互連板上方。更佳地，鉗夾部件將至少二個遮沒板及複數個金屬基材板、金屬間隔件、及金屬互連板鉗夾在基板與第二鉗夾板之間。較佳地，第二鉗夾板係界定一開口。更佳地，金屬互連板經過開口被焊接至金屬基材。較佳地，焊接係位於金屬互連板及金屬基材的外部周邊、及金屬間隔件的內部周邊之間。更佳地，焊接係延伸經過金屬互連板、金屬基材、且經過來到至少二個遮沒板及複數個金屬基材板。
至少二個遮沒板及被附接到金屬間隔件的複數個金屬基材板係一起界定一金屬基材。
較佳地，至少二個遮沒板、複數個金屬基材板、金屬間隔件、及金屬互連板係在組裝期間藉由一基準邊緣作對準。
本文對於一般熟習該技藝者提供本發明的致能性揭示。現將詳細參照本發明的實施例，下文提出其一或多個範例。藉由說明本發明而非限制本發明提供各範例。
在特定實施例的結尾提供本文所使用的代號清單。本說明書與圖中若重覆使用代號係意圖代表相同或類似的特徵或元件。
一般熟習該技藝者將瞭解：可在本發明中作不同修改及變異而不脫離申請專利範圍的範疇。例如，被描述成一實施例的部份之特徵係可使用於另一實施例衍生另一個進一步的實施例。因此，本發明意圖涵蓋可落入附帶的申請專利範圍與其均等物的範疇內之修改及變異。
本發明的其他目的、特徵及態樣係在說明書的其餘部分被揭露。一般熟習該技藝者將瞭解：本討論僅描述示範性實施例，而無意限制本發明的較寬廣態樣，較寬廣態樣係以示範性構造實施。
實施例1 圖中係繪示一金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元1的製造。金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元1係用來作為一固體氧化物燃料胞元堆疊層。
在此實施例中，金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元1係製成為包含一金屬基材65 (亦稱為「基材層」或「金屬基材層」)、一金屬間隔件30、及一金屬互連板20。
金屬基材板70a及70b各包含一多孔區78，多孔區78由延伸於第一表面71與第二表面72之間的雷射鑽製穿孔78a所界定。燃料胞元79在金屬基材板70a及70b的第二表面72上沉積於多孔區78上方，並包含一陽極層，其(結合至)沉積於金屬基材板70a、70b的多孔區78上方，一電解質層，其(結合至)沉積於陽極層上方，及一陰極層，其沉積於電解質層上方。多孔區78被非多孔區78b包圍。
如圖2所示，總成基板80包含固定式合釘83a、83b、83c、83d、83e、83f、83g，及彈簧負載式合釘84a、84b、84c、84d、84e、84f、84g。總成基板80亦界定(包含)一基準邊緣81。
金屬基材板70a及70b、及遮沒板50a及50b係對準於總成基板80上，並藉由固定式合釘83a、83b、83c、83d、83e、83f、83g、彈簧負載式合釘84a、84b、84c、84d、84e、84f、84g及基準邊緣81達成對準。
遮沒板50a的第二表面52係置設(亦即接觸/抵靠)於總成基板80上。遮沒板50a的第二邊緣58藉由固定式合釘83g對準於基準邊緣81上，且遮沒板50a的第一邊緣57對準至固定式合釘83a及彈簧負載式合釘84a。遮沒板50a的彎曲邊緣55係由彈簧負載式合釘84g對準。
遮沒板50b的第二表面52係置設(亦即接觸/抵靠)於總成基板80上。遮沒板50b的第二邊緣58藉由固定式合釘83c對準於基準邊緣81上，且遮沒板50b的第一邊緣57對準至固定式合釘83b及彈簧負載式合釘84d。遮沒板50b的彎曲邊緣55對準於彈簧負載式合釘84e。
金屬基材板70a的第二表面72置設(亦即接觸/抵靠)於總成基板80上。
金屬基材板70a及70b在遮沒板50a及50b之間被定位於總成基板80上。金屬基材板70a的第二短側75藉由固定式合釘83f及83e對準於基準邊緣81上。金屬基材板70a的第一短側74藉由彈簧負載式合釘84b對準。
金屬基材板70b的第二短側75藉由固定式合釘83d及彈簧負載式合釘84f對準於基準邊緣81上。金屬基材板70b的第一短側74藉由彈簧負載式合釘84c對準。
金屬基材板70a的外長側76係對準平行於遮沒板50a的內邊緣59，而界定金屬基材板70a與遮沒板50a之間的一公差間隙82a。
金屬基材板70b的外長側76係對準平行於遮沒板50b的內邊緣59，而界定金屬基材板70b與遮沒板50b之間的一公差間隙82b。
公差間隙82c係被界定於金屬基材板70a的內長側77與金屬基材板70b的內長側77之間。
如圖3所示，金屬間隔件30隨後放置於遮沒板50a、金屬基材板70a、金屬基材板70b及遮沒板50b頂上。
金屬間隔件30的第二表面32係置設(亦即接觸/抵靠)於遮沒板50a的第一表面51、金屬基材板70a的第一表面71、金屬基材板70b的第一表面71、及遮沒板50b的第一表面51上。
金屬間隔件30藉由固定式合釘83e、彈簧負載式合釘84a、84d、84e、84f及84g及基準邊緣81而對準於遮沒板50a、金屬基材板70a、金屬基材板70b及遮沒板50b。
金屬間隔件30的第二長形邊緣38利用固定式合釘83e及彈簧負載式合釘84f而對準於遮沒板50a及50b的第二邊緣58及基準邊緣81及金屬基材板70a及70b的第二短側75。金屬間隔件30的第一長形邊緣37利用彈簧負載式合釘84a及84d而對準於遮沒板50a及50b的第一邊緣57及金屬基材板70a及70b的第一短側74。
遮沒板50a、金屬基材板70a、金屬基材板70b及遮沒板50b的外部周邊並未延伸超過金屬間隔件30的外部周邊33。
金屬間隔件30包含切口內部周邊39a及39b，其中各內部周邊界定一各別的切口40a及40b，及其間的一交叉構件41。金屬基材板70a及70b整體地重疊金屬間隔件30的內部周邊39a及39b，亦即金屬基材板70a及70b整體地覆蓋切口40a及40b。
金屬間隔件30亦包含複數個燃料入口內部周邊33a、33b，及用以界定燃料埠34a、34b、34c及34d之燃料出口內部周邊33c、33d。各燃料埠包含一數目的區—燃料導管區44a，燃料喉區44b，及燃料分配器通路區44c。
如圖4所示，第一鉗夾板90隨後放置在金屬間隔件30頂上，亦即接觸/抵靠金屬間隔件30的第一表面31。
第一鉗夾板90係界定孔口92a及92b。彈簧負載式合釘84h突起經過孔口92a，且固定式合釘83e突起經過孔口92b，而容許第一鉗夾板90對準於金屬間隔件30 (因此亦對準於遮沒板50a、金屬基材板70a、金屬基材板70b及遮沒板50b)。
鉗夾部件(未顯示)係鉗夾第一鉗夾板90及總成基板80，亦即鉗夾金屬間隔件30、遮沒板50a、金屬基材板70a、金屬基材板70b及遮沒板50b。
第一鉗夾板亦界定焊接槽91a、91b及91c。
焊接部件(未顯示)係用來生成金屬間隔件30與遮沒板50a之間的線焊接接縫100a，金屬間隔件30與金屬基材板70a之間的線焊接接縫100b及100c，金屬間隔件30與金屬基材板70b之間的線焊接接縫100d及100e，及金屬間隔件30與遮沒板50b之間的線焊接接縫100f。
金屬基材板70a、70b的非多孔區78b係附接至金屬間隔件30。
被附接至金屬間隔件30之遮沒板50a、金屬基材板70a、金屬基材板70b、及遮沒板50b係形成/界定一金屬基材65，亦即一金屬基材65附接至金屬間隔件30。
第一鉗夾板90隨後被移除，如圖5所示(未顯示固定式合釘83e及彈簧負載式合釘84a、84d及84f)。
如圖6所示，金屬互連板20隨後被放置在金屬間隔件30頂上。
金屬互連板20的第二表面22置設(亦即接觸/抵靠)於金屬間隔件30的第一表面31上。
金屬互連板20藉由固定式合釘83e、彈簧負載式合釘84a、84d及84f、及基準邊緣81而對準於金屬間隔件30(因此亦對準於遮沒板50a、金屬基材板70a、金屬基材板70b及遮沒板50b)。彈簧負載式合釘84a及84d係抵靠金屬互連板20的第一邊緣27。金屬互連板20的第二邊緣28抵靠基準邊緣81、固定式合釘83e、及彈簧負載式合釘84f。
金屬互連板20包含複數個凹陷110及長形橋凹陷120、121，其從第一表面21往外延伸、亦即遠離於第二表面22且遠離於金屬間隔件30及被附接至金屬間隔件30之金屬基材65。
凹陷110係形成於一數目的區中，包括對應於金屬基材板70a、70b的燃料胞元79的區位之區，俾在一個於一堆疊中包含複數個燃料胞元單元1之燃料胞元堆疊配置中，令一第一燃料胞元單元1的凹陷110接觸到與其作堆疊之一相鄰燃料胞元單元1之燃料胞元79。因此，凹陷110係形成與燃料胞元79的外(陰極)表面之一電性連接，其中電流從金屬互連板20的第一表面21流到相鄰燃料胞元單元的陰極層/相鄰燃料胞元1之多個燃料胞元79。
如稍後更詳細描述，長形橋凹陷120、121係作為最後燃料胞元單元1之分離的區/區域/容積之間的流體流橋。
如圖7所示，第二鉗夾板95隨後被放置在金屬互連板20頂上，亦即接觸/抵靠金屬互連板20的第一表面21。
第二鉗夾板95係界定孔口98a及98b。彈簧負載式合釘84h突起經過孔口98a，且固定式合釘83e突起經過孔口98b，而容許第二鉗夾板95對準於金屬互連板20(因此亦對準於金屬間隔件30、遮沒板50a、金屬基材板70a、金屬基材板70b及遮沒板50b)。
第二鉗夾板95包含內周邊96，內周邊96界定開口96a。
鉗夾部件(未顯示)係鉗夾第二鉗夾板95及總成基板80，亦即鉗夾金屬互連板20、金屬間隔件30、遮沒板50a、金屬基材板70a、金屬基材板70b及遮沒板50b。
焊接部件(未顯示)係用來生成金屬互連板20、金屬間隔件30、及遮沒板50a、金屬基材板70a、金屬基材板70b、及遮沒板50b之間的一連續周邊焊接接縫101。
第二鉗夾板95隨後被移除，且完成的金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元1從總成基板80被移除。
在完成的金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元1中，燃料導管130係由燃料埠24、燃料埠34a-d的燃料導管區44a界定，其皆對準於彼此。燃料導管130延伸於金屬互連板20的第一表面21與遮沒板50a、50b的第二表面52之間。
在燃料胞元單元1的第一端2(例如見圖3)，第一容積(燃料入口埠容積35a)係被界定於遮沒板50a的第一表面51、金屬間隔件30的燃料入口內部周邊33a、33b、及金屬互連板20的第二表面22之間。
一第二容積(一切口容積35b)係被界定於金屬基材板70a的第一表面71、金屬間隔件30的切口內部周邊39a、及金屬互連板20的第二表面22之間。
一第三容積(一切口容積35b)係被界定於金屬基材板70b的第一表面71、金屬間隔件30的切口內部周邊39b、及金屬互連板20的第二表面22之間。
在燃料胞元單元1的第二端3，第四容積(燃料出口埠容積35c)係被界定於遮沒板50b的第一表面51、金屬間隔件30的燃料出口內部周邊33c及33d、及金屬互連板20的第二表面22之間。
在燃料胞元單元1的第一端2，長形凹陷120用來界定第一及第二容積之間的一流體流通道，亦即用來作為第一及第二容積之間的流體流橋。流體流橋係為長形凹陷120及金屬間隔件30之間的容積。
長形凹陷121用來界定第二及第三容積之間(亦即相鄰切口容積35b之間)的一流體流通道。流體流橋係為長形凹陷121及金屬間隔件30之間的容積。
在燃料胞元單元1的第二端3，長形凹陷120用來界定第三及第四容積之間的一流體流通道，亦即用來作為第一及第二容積之間的流體流橋。流體流橋係為長形凹陷120及金屬間隔件30之間的容積。
因此，一流體流路徑係從下列各物被界定(利用燃料入口埠容積35a、切口容積35b、燃料出口埠容積35c、及流體流橋)： (1)燃料埠34a、34b的燃料導管區44a，到 (2)燃料埠34a、34b的燃料喉區44b，到 (3)燃料埠34a、34b的燃料分配器通路區44c，到 (4)在燃料胞元單元1的第一端2處之長形凹陷120，到 (5)在金屬基材板70a的第一表面71、金屬間隔件30的切口內部周邊39a、及金屬互連板20的第二表面22之間所界定的第二容積，到 (6)長形凹陷121，到 (7)在金屬基材板70b的第一表面71、金屬間隔件30的切口內部周邊39b、及金屬互連板20的第二表面22之間所界定的第三容積，到 (8)燃料埠34c、34d的燃料分配器通路區44c，到 (9)燃料埠34c、34d的燃料喉區44b，到 (10)燃料埠34c、34d的燃料導管區44a。
因此，一流體流路徑(亦即一燃料流路徑)係被界定於燃料胞元單元1內，從第一端2處的燃料導管130到第二端3處的燃料導管130。
用於不同組件的適當材料係包括： 表1
實施例2 如圖10所示，實施例2如同實施例1，差異為在金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元1中： (i)遮沒板50a及金屬基材板70a形成為一經組合的金屬基材板170a，及 (ii)遮沒板50b及金屬基材板70b形成為一經組合的金屬基材板170b。
製造及操作在其他方面與實施例1者相同。
實施例3 如同WO2015/136295，利用複數個燃料胞元單元1形成一燃料胞元堆疊總成。更詳細地，燃料胞元單元1的一堆疊係組裝在一金屬基板(肥粒鐵不鏽鋼3CR12)頂上，其中一Thermiculite 866墊片使基板與相鄰燃料胞元單元1呈電性絕緣，及一功率分導(power take off)位居Thermiculite 866墊片與相鄰燃料胞元單元1之間。Thermiculite 866墊片係位居相鄰燃料胞元單元1的第一端2之間，及相鄰燃料胞元單元的第二端3之間。一功率分導隨後被定位(亦即曝露)於燃料胞元單元1頂上，一Thermiculite 866墊片隨後放置在功率分導頂上，且一金屬端板(肥粒鐵不鏽鋼3CR12)放置在Thermiculite 866墊片上。隨後由壓縮部件將壓縮力施加在基板與端板之間，且一裙附接至基板及端板以界定其間的一容積，其內含有燃料胞元堆疊及其燃料胞元單元。
實施例4 如圖11所示，一燃料胞元單元1如實施例1般製造。在此實施例中，具有總共六個金屬基材板70、及六個對應的切口40。
不同的修改、調適及替代性實施例將由一般熟習該技藝者易於得知，而不脫離附帶的申請專利範圍之範疇。代號僅供易於瞭解而被併入申請專利範圍中，而不限制申請專利範圍的範疇。
1‧‧‧金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元
2‧‧‧第一端
3‧‧‧第二端
20‧‧‧金屬互連板
21‧‧‧(金屬互連板20的)第一表面
22‧‧‧(金屬互連板20的)第二表面
23‧‧‧(金屬互連板20的)外部周邊
24‧‧‧(金屬互連板20的)燃料埠
27‧‧‧(金屬互連板20的)第一邊緣
28‧‧‧(金屬互連板20的)第二邊緣
30‧‧‧金屬間隔件
31‧‧‧(金屬間隔件30的)第一表面
32‧‧‧(金屬間隔件30的)第二表面
33‧‧‧(金屬間隔件30的)外部周邊
33a~33d‧‧‧燃料入口內部周邊
34a~34d‧‧‧燃料埠
35a‧‧‧燃料入口埠容積
35b‧‧‧切口容積
35c‧‧‧燃料出口埠容積
37‧‧‧(金屬間隔件30的)第一長形邊緣
38‧‧‧(金屬間隔件30的)第二長形邊緣
39a~39b‧‧‧切口內部周邊
40、40a~40b‧‧‧切口
41‧‧‧交叉構件
44a‧‧‧燃料導管區
44b‧‧‧燃料喉區
44c‧‧‧燃料分配器通路區
50a~50b‧‧‧遮沒板
51‧‧‧(遮沒板的)第一表面
52‧‧‧(遮沒板的)第二表面
54‧‧‧(遮沒板的)燃料埠
55‧‧‧(遮沒板的)彎曲邊緣
57‧‧‧(遮沒板的)第一邊緣
58‧‧‧(遮沒板的)第二邊緣
59‧‧‧(遮沒板的)內邊緣
65‧‧‧金屬基材
70、70a~70b‧‧‧金屬基材板
71‧‧‧(金屬基材板的)第一表面
72‧‧‧(金屬基材板的)第二表面
74‧‧‧(金屬基材板的)第一短側
75‧‧‧(金屬基材板的)第二短側
76‧‧‧(金屬基材板的)外長側
77‧‧‧(金屬基材板的)內長側
78‧‧‧(金屬基材板的)多孔區
78a‧‧‧穿孔
78b‧‧‧(金屬基材板的)非多孔區
79‧‧‧固體氧化物燃料胞元
80‧‧‧總成基板
81‧‧‧基準邊緣
82a~82c‧‧‧公差間隙
83a~83g‧‧‧固定式合釘
84a~84h‧‧‧彈簧負載式合釘
90‧‧‧第一鉗夾板
91a~91c‧‧‧焊接槽
92a~92b、98a~98b‧‧‧孔口
95‧‧‧第二鉗夾板
96‧‧‧內周邊
96a‧‧‧開口
100a~100f‧‧‧線焊接接縫
101‧‧‧周邊焊接接縫
110‧‧‧凹陷
120、121‧‧‧長形橋凹陷
130‧‧‧燃料導管
170a~170b‧‧‧經組合的金屬基材板
圖中 圖1顯示實施例1的燃料胞元單元組件之分解立體圖； 圖2顯示位居一總成基板上之金屬基材組件的俯視圖； 圖3顯示被定位於圖2的金屬基材組件頂上之一金屬間隔件的俯視圖； 圖4顯示供焊接目的用之被定位於圖3的金屬間隔件頂上之一第一鉗夾板的俯視圖； 圖5顯示圖3的金屬間隔件之俯視圖，處於第一鉗夾部件焊接及移除之後； 圖6顯示被定位於圖5的金屬間隔件頂上之一金屬互連板的俯視圖； 圖7顯示供焊接目的用之被定位於圖6的金屬互連板頂上之一第二鉗夾板的俯視圖； 圖8顯示圖6的金屬互連板之俯視圖，處於第二鉗夾部件焊接與移除以及從總成基板移除之後； 圖9顯示經過一金屬基材板的橫剖面； 圖10顯示實施例2的燃料胞元單元組件之分解立體圖； 圖11顯示實施例4的燃料胞元單元之組件部份。

Claims (15)

  1. 一種金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元，其包含： a)複數個金屬基材板及至少二個遮沒板，各金屬基材板界定第一及第二相對表面，且各遮沒板界定第一及第二相對表面，其中至少一固體氧化物燃料胞元置設於各金屬基材板的該第二表面上； b)一金屬間隔件，其界定第一及第二相對表面，該金屬間隔件包含一外部周邊及複數個切口內部周邊，各切口內部周邊界定一切口，其中各金屬基材板的該第一表面及各遮沒板的該第一表面係附接至該金屬間隔件的該第二表面，該金屬間隔件的各切口內部周邊被一金屬基材板整體地重疊；及 c)一金屬互連板，其界定第一及第二相對表面，該金屬互連板的該第二表面係密封性地附接至該金屬間隔件的該第一表面。
  2. 如請求項1之金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元，其中該金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元係為一金屬支撐固體氧化物燃料胞元堆疊層。
  3. 如請求項1或2之金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元，其中各金屬基材板在一切口內部周邊及該外部周邊之間被附接至該金屬間隔件。
  4. 如請求項3之金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元，其中各金屬基材板包含一被一非多孔區包圍之多孔區，且各金屬基材板的該非多孔區係附接至該金屬間隔件。
  5. 如請求項1至4中任一項之金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元，其中該金屬互連板在該金屬間隔件的該外部周邊及該金屬間隔件的該等複數個切口內部周邊之間被密封性地附接至該金屬間隔件的該第一面。
  6. 如請求項1至5中任一項之金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元，其中各金屬基材板藉由焊接被附接至該金屬間隔件。
  7. 如請求項1至6中任一項之金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元，其中該等至少二個遮沒板及該等複數個金屬基材板係附接至該金屬間隔件。
  8. 如請求項1至7中任一項之金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元，其包含至少一個經組合的金屬基材板，各經組合的金屬基材板包含一遮沒板及至少一金屬基材板。
  9. 一種固體氧化物燃料胞元堆疊，其包含複數個如請求項1至8中任一項之金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元。
  10. 一種固體氧化物燃料胞元堆疊總成，其包含：一基板，一端板，一如請求項9之固體氧化物燃料胞元堆疊，及一裙，其附接至該基板及該端板且界定該裙、該基板及該端板之間的一容積，其內含有該燃料胞元堆疊。
  11. 一種金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元之組裝方法，該金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元包含： a)複數個金屬基材板及至少二個遮沒板，各金屬基材板界定第一及第二相對表面，且各遮沒板界定第一及第二相對表面，其中至少一固體氧化物燃料胞元置設於各金屬基材板的該第二表面上； b)一金屬間隔件，其界定第一及第二相對表面，該金屬間隔件包含一外部周邊及複數個切口內部周邊，各切口內部周邊界定一切口；及 c)一金屬互連板，其界定第一及第二相對表面； 該組裝方法包含下列步驟： (i)將各金屬基材板的該第一表面及各遮沒板的該第一表面附接至該金屬間隔件的該第二表面，其中該金屬間隔件的各切口內部周邊被一金屬基材板整體地重疊；及 (ii)將該金屬互連板的該第二表面密封性附接至該金屬間隔件的該第一表面。
  12. 如請求項11之金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元的組裝方法，其中該步驟(i)包含將該金屬間隔件鉗夾到該等至少二個遮沒板及該等複數個金屬基材板，以及將該金屬間隔件附接到該等至少二個遮沒板及該等複數個金屬基材板。
  13. 如請求項11或12之金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元的組裝方法，其中該步驟(ii)包含將該金屬互連板鉗夾到該金屬間隔件，以及將該金屬互連板附接到該金屬間隔件。
  14. 如請求項12或13之金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元的組裝方法，其中該等步驟(i)及步驟(ii)的至少一者包含藉由焊接作附接。
  15. 如請求項11至14中任一項之金屬支撐固體氧化物燃料胞元單元的組裝方法，其中該等複數個金屬基材板及該等複數個遮沒板係對準於該金屬間隔件且對準於該金屬互連板。
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