JP2017512357A - セルシステムに関する組立方法及び配置 - Google Patents

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Abstract

本発明の目的は、燃料電池システム内又は電解セルシステム内の固体酸化物型セルの組立配置である。当該組立配置は、４つの角（１２０）を有する少なくとも１つのセルスタック構成物（１０３）に少なくとも配置されるセルと、各少なくとも４つの角を有するスタック構成物（１０３）の少なくとも１つの実質的に平らな取付側面（１２１）とを含み、前記側面は、前記少なくとも４つの角を有するスタック構成物の少なくとも２つのコーナー（１２０ａ，１２０ｂ）間に、少なくとも１つの幾何学的に偏差している取付表面構造（１２２）と、それ以外に、実質的に平らな側面（１２１）とを含む。当該組立配置は、各スタック構成物（１０３）の幾何学的に偏差している取付表面構造（１２２）に対して搭載されて当該組立配置における少なくとも１つのセルスタック構成物を取り付ける、セルシステム内の空気流を制限するための少なくとも１つの流量制限構造（１２４）と、流量制限構造（１２４）及びスタック構成物（１０３）の取り付けに対して配置される電気絶縁体と、を更に含む。

Description

世界のエネルギーの大部分は、石油、石炭、天然ガス又は原子力によって生産される。これらの生産方法は全て、例えば、環境に対する利用可能性及び適合性を懸念する限り、特有の問題を抱えている。環境を懸念すると、特に石油及び石炭は、燃焼されるときに汚染の原因となる。原子力が抱える問題とは、少なくとも使用済み燃料の貯蔵である。
特に環境問題のため、より環境に優しく、例えば、上記のエネルギー源よりも効率の良い新たなエネルギー源が開発されてきた。例えばバイオガスなど燃料のエネルギーを環境にやさしいプロセスにおける化学反応を介して直接電気に変換する燃料電池、中で電気を燃料に変換する電解槽は、将来のエネルギー変換装置として有望である。
太陽光発電及び風力発電などの再生可能なエネルギーの生産方法は、それらの電気生産が環境影響によって制限されるため、季節生産変動の問題に直面している。過剰生産の場合、水電解を介する水素生産が、将来のエネルギー貯蔵の選択肢の１つであると示唆されている。更に、電解セルがまた、再生可能なバイオガス貯蔵から高品質のメタンガスを生産するように利用され得る。
本発明は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック又は固体酸化物型電解セル（ＳＯＥＣ）スタック内の入力反応物分配を配置することに関する。電気を生産するために、燃料電池は、アノード電極上に入力反応物燃料ガスを、そして、カソード電極上にガス状態の酸化剤（酸素）を発生させて、反応させる。電解反応は、燃料電池とは反対で、つまり、電気が燃料及び酸素を生産するように使用される。ＳＯＦＣスタック及びＳＯＥＣスタックは、積み重ねられたセル素子及びセパレータ、つまり、フローフィールドプレート（ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｐｌａｔｅ）を挟持して含み、各セル素子は、電解質、アノード側及びカソード側を挟持することによって構成される。反応物は、フローフィールドプレートによって多孔性電極に案内される。
図１に示すように、燃料電池は、アノード側１００と、カソード側１０２と、それらの間の電解質材料１０４とを含む。固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）において、酸素１０６は、カソード側１０２に供給され、カソードから電子を受けることによって負の酸素イオンに還元される。負の酸素イオンは、電解質材料１０４を通ってアノード側１００に移動し、そこで、電子、水及び一般的な二酸化炭素（ＣＯ２）を生産する燃料１０８と反応する。アノード１００及びカソード１０２は、外部電気回路１１１を介して接続され、外部電気回路１１１は、システム外に熱と一緒に電気エネルギーを取り出す燃料電池のための負荷１１０を含む。メタン、一酸化炭素及び水素燃料の場合の燃料電池反応を以下に示す。
［数１］
アノード：ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ＝ＣＯ＋３Ｈ２
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ＝ＣＯ２＋Ｈ２
Ｈ２＋Ｏ２−＝Ｈ２Ｏ＋２ｅ−

カソード：Ｏ２＋４ｅ−＝２Ｏ２−

正味の反応（Ｎｅｔ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ）：ＣＨ４＋２Ｏ２＝ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ
ＣＯ＋１／２Ｏ２＝ＣＯ２
Ｈ２＋１／２Ｏ２＝Ｈ２Ｏ
電解運転モード（固体酸化物型電解セル（ＳＯＥＣ））中、反応は、逆転、つまり、電源１１０からの電気エネルギーと共に熱がセルに供給され、該セルでは、水及びしばしば二酸化炭素が酸素イオンを形成するアノード側で還元され、該酸素イオンは電解質材料を通ってカソード側へと移動し、該カソード側では、酸素イオンの酸化反応が起こる。ＳＯＦＣモード及びＳＯＥＣモード両方で、同じ固体電解質セルを使用することは可能である。そのような場合、かつ、本明細書の文脈において、電極は、一般的に、燃料電池動作モードに基づいてアノード及びカソードと名付けられる一方で、純粋なＳＯＥＣ用途において、酸素電極はアノードと名付けられてよく、反応物電極はカソードと名付けられてよい。
固体酸化物型電解セルは、高温電解反応が起こることが可能な温度で動作し、前記温度は、一般に、５００〜１０００℃であるが、１０００℃を超える温度でさえも有益である。これらの動作温度は、ＳＯＦＣの反応条件と同様である。正味のセル反応（ｎｅｔ ｃｅｌｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ）は、水素及び酸素ガスを生成する。水１モルに対する反応は、以下の通りであり、水の還元はアノードで起こる。
[数２]
アノード：Ｈ２Ｏ＋２ｅ− → ２Ｈ２＋Ｏ２−
カソード：Ｏ２− → １／２Ｏ２＋２ｅ−
正味の反応：Ｈ２Ｏ → Ｈ２＋１／２Ｏ２
固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック及び固体酸化物型電解セル（ＳＯＥＣ）スタックにおいて、各セル内の内部のアノードガスに対してカソードガスの流れる方向は、隣接するセル間のガスの流れる方向と同様に、スタックの異なるセル層を介して組み合わせられる。更に、カソードガス又はアノードガス若しくはその両方は、排出前に、１つ以上のセルを通過することができ、１次セルを通った後で、かつ、２次セルを通る前に、複数のガス流が分離され得るか、あるいは、混合され得る。これらの組み合せは、電流密度を高め、かつ、セル及びスタック全体にわたって熱勾配を最小化するのに役立つ。
ＳＯＦＣは、通常の動作において、約０ ８Ｖの電圧を送る。出力される全電圧を高めるために、燃料電池は、通常、積み重ねて組立てられ、その中で、燃料電池は、フローフィールドプレート、つまり、インターコネクタプレート、バイポーラプレート、セパレータを介して電気的に接続される。所望のレベルの電圧は、必要なセルの数を決定する。
バイポーラプレートは、隣接するセルユニットのアノード側及びカソード側を分離し、同時に、アノードとカソードとの間の電子伝導を可能にする。インターコネクタプレート又はバイポーラプレートは、通常、インターコネクタプレートの一方の側における燃料ガスと他方の側における酸化剤ガスとの通路のために、複数の流路（ｃｈａｎｎｅｌ）と共に備えられる。燃料ガスの流れる方向は、セルユニットの燃料流入部から燃料流出部への実質的な方向として定義される。同様に、酸化剤ガス、カソードガスの流れる方向は、セルユニットのカソード流入部からカソード流出部への実質的な方向として定義される。
従来、セルは、完全に重複して互いの上部に積み重ねられ、例えば、スタックの一方の側における全ての燃料及び酸化剤の流入口と、反対側における全ての燃料及び酸化剤の流出口とを有する並行流を有するスタックをもたらす。
動作中の構造の温度に影響を及ぼす一特徴は、セル内に供給される燃料の水蒸気改質（ｓｔｅａｍ ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）である。水蒸気改質は、吸熱性反応であり、かつ、セルの燃料流入口縁部を冷却する。
電気化学的プロセスの発熱性に起因して、流出ガスは、流入温度よりも高い温度で排出する。吸熱性反応及び発熱性反応がＳＯＦＣスタック内で組み合わせられるとき、スタック全体に著しい温度勾配が生成される。大きな熱勾配はスタック内に熱応力を誘発し、該熱応力は非常に望ましくないものであり、電流密度及び電気抵抗において差異を引き起こす。それ故、許容不可能な応力を十分に防ぐように熱勾配を減少させ、かつ、均質な電流密度プロファイルを介して電気効率を最大化する、というＳＯＦＣスタックの熱管理の課題が存在する。
従来技術の燃料電池又は電解セルは、電解質素子への不均一なガス分配に起因した熱勾配を被る。これはデューティ比の低いセルを生じさせ、不均一な熱的及び動作的な負荷に起因した熱応力はまた、セルを劣化させる。
燃料電池システム内の単一の最も大きなエネルギー消費装置は、送風機又は空気圧縮機であり、これは、燃料電池スタックのカソードコンパートメントに空気を供給するように使用される。空気供給装置の電力消費は、該装置が空気を圧縮しなればならない圧力レベルに比例する。また、固体酸化物型電解システムにおいて、電解スタックの熱バランスを制御するため、かつ、アノードコンパートメントにおける定義された酸素分圧をうまく維持するために、空気は一般的にアノードに供給される。燃料電池及び電解システムの主な圧力損失源のうちの１つは、スタックそのものである。
供給及び排出コンパートメントに開口される空気流路を有するスタック設計に関連した問題は、主要空気流が空気流路を介して案内されなければならず、かつ、その縁部からスタックを通らないようにすることである。一般的に、スタックは、流量制限配置（ｆｌｏｗ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）でその縁部から圧縮されなければならない。圧縮は、スタック縁部と流量制限構造との間で大きな間隙が形成されないことを保証するのに十分高くなければならない。一方で、その温度が室温からその動作温度である一般的に５００〜１０００℃へと循環するときに、全ての方向において、スタックが自由に膨張及び収縮することができるように、圧縮は十分低くなくてはならない。圧縮が低すぎると、スタックを介した空気流は、あまり知られておらず、かつ、例えば、局所で装置の過熱をもたらす可能性がある。圧縮が高すぎると、スタック構造は熱膨張で自由に動くことができず、これが、装置の機械不良を生じさせてしまう可能性がある。
発明の目的は、圧力損失を最小化させ、かつ、セル構成を幾何学的により効率的にするために、燃料電池スタック及び電界セルスタックの強化された組立体を実現することである。これは、燃料電池システム内又は電解セルシステム内の固体酸化物型セルの組立配置（ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）によって実現される。組立配置は、４つの角を有する少なくとも１つのセルスタック構成物（ｆｏｕｒ ａｎｇｌｅｄ ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｃｅｌｌ ｓｔａｃｋ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）に少なくとも配置されるセルと、各少なくとも４つの角を有するスタック構成物の少なくとも１つの実質的に平らな取付側面とを含み、前記側面は、少なくとも４つの角を有するスタック構成物の少なくとも２つのコーナー間に、少なくとも１つの幾何学的に偏差している取付表面構造（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ ｄｅｖｉａｔｉｎｇ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と、それ以外に、実質的に平らな側面とを含み、組立配置は、各スタック構成物の幾何学的に偏差している取付表面構造に対して搭載されて組立配置における少なくとも１つのセルスタック構成物を取り付ける、セルシステム内の空気流を制限するための流量制限構造と、スタック構成物及び流量制限構造の取り付けに対して配置される電気絶縁体とを更に含む。
本発明の焦点はまた、燃料電池システム内又は電解セルシステム内における固体酸化物型セルの組立方法である。当該方法において、セルは、４つの角を有する少なくとも１つのセルスタック構成物に少なくとも配置され、セルシステム内の空気流は、流量制限構造によって制限され、該流量制限構造は、各スタック構成物の実質的に平らな側面における幾何学的に偏差している取付表面構造に対して搭載されて、組立配置における少なくとも１つのセルスタック構成物を取り付け、スタック構成物及び流量制限構造の取り付けは、電気的に絶縁される。
本発明は、組立体を完成させることに基づき、該組立体では、各少なくとも４つの角を有するセルスタック構成物の少なくとも１つの実質的に平らな取付側面は、少なくとも４つの角を有するスタック構成物の少なくとも２つのコーナー間に、少なくとも１つの幾何学的に偏差している取付表面構造と、それ以外に、実質的に平らな側面とを含み、さらに、本発明は、各スタック構成物の幾何学的に偏差している取付表面構造に対して搭載される、セルシステム内の空気流を制限するための流量制限構造に基づく。
発明の利点は、圧力損失を最小化することができ、かつ、材料が節約されるように空気がスタック内部でマニホールドされる（ｍａｎｉｆｏｌｄｅｄ）という解決手段と比較すると、スタック設置面積（ｓｔａｃｋ ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）を縮小させることができるという点である。
単一燃料電池構造を示す図である。 燃料電池スタックのためのフローフィールドプレートの配置を示す図である。 本発明に従ったセルスタック構成物を示す図である。 本発明に従ったセルスタック構成物及び流量制限構造を示す図である。 １つのセルスタックの例示的な組立配置を示す図である。 いくつかのセルスタックの例示的な組立配置を示す図である。 本発明に従った一例示的な実施形態を示す図である。 本発明に従った別の例示的な実施形態を示す図である。
本発明によると、燃料電池又は電解スタックは、少なくとも２つの単一反復構造を含む。単一反復構造は、少なくとも２つのフローフィールドプレート間に配置される、アノード電極側、間にある電解質及びカソード電極側を含む少なくとも１つの電気化学的な活性電解質素子構造であって、他方は、電解質素子構造のアノード電極側に還元剤を分配し、他方は、電解質素子のカソード電極側に酸化剤を分配する、少なくとも１つの電気化学的な活性電解質構造と、意図された筐体においてガス雰囲気を封止する少なくとも１つの封止手段とを含む。
互いに比較した電解質素子における燃料及び酸素リッチガス流の方向は、両ガス流が本質的に同じ方向に流れる、いわゆる並行流配置（ｃｏ−ｆｌｏｗ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）に、ガス流方向が互いに本質的に１８０度異なる、いわゆる向流配置（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｆｌｏｗ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）に、ガス流方向が互いに本質的に９０度異なる、いわゆる直交流配置（ｃｒｏｓｓ−ｆｌｏｗ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）に、あるいは、上記のフロー配置構造の２つ又は３つの組み合わせに配置され得る。
以下では、本発明を主に固体酸化物型燃料電池技術に関連して説明する。固体酸化物型電解スタックは、電気が、技術水準で記載されるように燃料電池反応に対して逆反応を有する燃料を生成するように使用されるように固体酸化物型燃料電池スタックとは異なる。
図２は、燃料電池スタックのフローフィールドプレート１２１を示す。完全な燃料電池スタックは、図示した方法で互いに連続して配置されるいくつかのプレート１２１を含む。本実施形態におけるプレートは、矩形及び対称的である。電解質素子構造１０４は、アノード電極とカソード電極との間に電解質層を含み、概略的にプレートの中央において、プレート１２１間に配置される。電解質素子構造１０４は、任意の適切な電解質素子構造でよく、それ故、本明細書中では、更に詳細には説明しない。フローフィールドプレート１２１及び電解質素子構造１０４は、ガスケット構造１３８で封止され、ガスケット構造１３８は、例えばセラミック材料などの圧縮性材料で作られることが好ましい。本発明に従ったガスケット構造１３８は、セルがスタック構成物に組立てられるとき、圧縮される。２つの対向するフローフィールドプレート１２１と、その間の電解質素子構造１０４及びガスケット構造１３８とは、単一反復構造を形成する。
図２の燃料電池スタック配置は、流量分配領域１２０と、流出口領域１３１とに開口する流量制限オリフィス１３５、１３６を含む。手段１４２は、燃料電池側１４６から流量分配領域１２０へと燃料供給流を案内するために使用され得る。ガスケット構造１３８は、流量制限オリフィス１３５、１３６上で圧縮される。流量制限オリフィス１３５、１３６は、流路に追加的な圧力シンクを形成することによって、燃料電池電極の活性領域全体への均質な燃料流分配を確実にする。ガスケット構造１３８はまた、燃料電池の各反復構造のために均質な流量分配特性を確実にする燃料電池の反復構造間に、同様の圧力損失状態を形成する。燃料電池スタックにおける均一な流量分配はまた、燃料電池スタックのための均一な熱分配状態、つまり、スタック内のセル間における同様の熱勾配を確実にする。従って、燃料電池スタックのデューティ比は向上し、燃料電池スタックの寿命は延びる。
ガスケット構造１３８の目的は、酸化剤及び燃料が電気化学的な活性領域内部で燃料電池反応なしに直接混合されないこと、燃料及び酸化剤が電気化学セルから漏れないこと、近接する電気化学セルが互いに電気接触しないこと、及び酸化剤及び燃料が所望のフローフィールドプレート平面１２１に供給されることを更に確実にすることである。フローフィールドプレート１２１は、平面的な薄いプレートであり、これは金属合金、セラミック材料、サーメット材料、あるいは、燃料電池内に存在する化学的、熱的及び機械的な応力に耐えることができる他の材料から作られる。酸素リッチガスは、任意のガス又はガス混合物でよく、これは測定可能な量の酸素を含む。
フローフィールドプレート１２１の起状表面（ｃｏｎｔｏｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ）を形成するための好ましい製造方法は、スタンピング、押圧などの塑性変形を用いる方法であり、材料の形状を変えるが、材料を追加又は除去しない方法か、あるいは、溶接などにより材料を追加するか、あるいは、エッチングなどにより材料を除去する方法である。フローフィールド材料が脆い場合には、押出、鋳造、印刷、成形等の他の製造方法が利用され得る。ガスのためのオリフィスは、通常、同一の製造工程で作られ得る。
各フローフィールドプレート１２１は、スタック組立構造において同様に作られるので、１種類のプレートのみが所望の量の反復電解質素子構造１０４を有する燃料電池スタックを生成するように必要となる。これは構造を簡略化し、燃料電池の製造を容易にする。
燃料電池システムにおける単一の最も大きなエネルギー消費装置は、燃料電池スタックのカソードコンパートメントに空気を供給するように使用される送風機又は空気圧縮機である。空気供給装置の電力消費は、空気を圧縮しなければならない圧力に比例する。また、固体酸化物型電解システムにおいて、電解スタックの熱バランスを制御し、かつ、アノードコンパートメントにおける正確に規定された酸素分圧を維持するために、空気は一般的にアノードに供給される。燃料電池及び電解システムにおける主な圧力損失源のうちの１つは、スタックそのものである。装置の空気側が周囲環境に対して開流路を有するように、装置を設計することが有益である。この構成において、空気の供給及び排出チャンバは、圧力損失が最小化されるように、スタック装置から個々に設計され得る。そのような設計はまた、材料が節約されるようにスタック内部で空気がマニホールドされる解決手段と比較すると、スタック設置面積が縮小され得るように、システムに対するコスト削減を可能にする。更に、次いで、燃料分配流路がスタックに対する空気流を制限しないので、燃料電池スタックへの均一な流量分配を確実にするために、燃料電池側１４６における燃料分配流路の配置は、空気の流入口側及び流出口側に対応して好ましくは９０°で配置される。本発明に従った実施形態において、燃料分配流路はまた、上記で示したように異なって置くことができる。
本発明は、スタック設計特徴に基づき、該スタック設計特徴では、スタック縁部は少なくとも１つの幾何学的な構造を有し、該構造には流量制限構造が搭載される。流量制限構造は、スタックが温度と共に自由に拡張及び収縮することを可能にするように、十分ゆるく（ｌｏｏｓｅ）てよい。一方で、流量制限構造１２４が、窪んだ構造１２２（図３）の内部に配置されるか、あるいは、スタック縁部の押出表面１２２（図８）に取り付けられる窪んだ構造を有するので、空気は、決して流量制限構造１２４を自由に迂回することができない。電気絶縁体は、流量制限構造及びスタックの取り付けに対して配置される。
図３は、本発明に従ったセルスタック構成物１０３を示す。セルスタック構成物は、例えば、燃料電池システム内又は電解セルシステム内の固体酸化物型セルの組立配置で利用され得る。本発明に従った組立配置は、４つの角１２０を有するセルスタック構成物１０３に配置されるのが好ましいセルと、４つの角を有するスタック構成物１０３における少なくとも１つの実質的に平らな取付側面１２１とを含む。前記側面は、４つの角を有するスタック構成物１０３の少なくとも２つのコーナー１２０ａ、１２０ｂの間に、少なくとも１つの幾何学的に偏差している取付表面構造１２２と、それ以外に、実質的に平らな側面１２１とを含む。図３の実施例において、幾何学的に偏差している取付表面構造１２２は、スタック構成物１０３の実質的に平らな取付側面１２１に押し込んでいる。図４において、セルスタック構成物１０３の押込取付表面構造（ｉｎｔｒｕｄｉｎｇ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）１２２に対して搭載される、セルシステム内の空気流を制限するための本発明に従った例示的な流量制限構造１２４と、図３のセルスタック構成物１０３とを示す。好ましくは、流量制限構造１２４の少なくとも表面１２６は、電気的に絶縁している。そうでなければ、電気絶縁体はまた、例えば流量制限構造１２４とスタック構成物１０３との間の別の絶縁体によって、かつ／あるいは、スタック構成物の表面上の絶縁体によって、配置され得る。
図３及び図４の実施例において、スタック構成物１０３における押込取付表面１２２は、４つの角を有するスタック構成物の少なくとも２つのコーナー１２０ａ、１２０ｂの間の中央に実質的に置くことが好ましく、押込取付表面１２２は、実質的に矩形形状を構成する。それ故、流量制限構造１２４はまた、図３及び図４の実施例において、実質的に矩形形状を構成する。
図５は、１つのセルスタック構成物１０３の例示的な組立配置を示し、幾何学的に偏差する取付表面構造１２２は、スタック構成物１０３の実質的に平らな取付側面１２１から押し出ている。セル内の空気流を制限するための流量制限構造１２４は、スタック構成物の押出取付表面構造（ｅｘｔｒｕｄｉｎｇ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）１２２間に搭載され、流量制限構造１２４の他の縁部は、図５の組立配置における側面構造１３０の押出取付表面構造１２２間に取り付けられる。
図６は、いくつかのセルスタック構成物１０３の例示的な組立配置を示し、セルスタック構成物１０３は、各セルスタック構成物１０３の２つの対向する側面１２１に幾何学的に偏差する取付表面構造１２２を含む。セルシステム内の空気流を制限するための流量制限構造１２４は、押込取付表面構造１２２に対して搭載され、各セルスタック構成物１０３を別のセルスタック構成物に取り付ける。好ましくは、端に置かれたセルスタック構成物１０３（図示しない）は、側面構造の押込取付構造又は押出取付構造によって、組立配置における側面構造１３０（図５）に取り付けられる。
図７は、本発明に従った一例示的な実施形態を示し、その実施形態では、流量制限構造１２４は押圧力棒１３２のための少なくとも１つの引き込み（ｌｅａｄ−ｉｎ）を含む。流量制限構造１２４は、取付構造１３４を含み、スタック構成物１０３間に流量制限構造１２４全体を形成するように制限構造１２４の部分を取り付ける。つまり、流量制限構造１２４は、本発明に従った実施形態の少なくとも２つの部分にあってよい。
図８は、本発明に従った別の例示的な実施形態を示し、その実施形態では、組立配置は少なくとも３つのセルスタック構成物１０３を組立てるように配置され、少なくとも３つのセルスタック構成物１０３は、少なくとも１つの幾何学的な押出取付表面構造１２２を各セルスタック構成物１０３の２つの対向する側面に含む。セルシステム内の空気流を制限するための流量制限構造１２４及び１３８は、円形の組立配置を形成するために押出取付表面構造１２２間に搭載されて各セルスタック構成物１０３を別のセルスタック構成物に取り付ける。図８に示すように、表面構造１２２に取り付けられる流量制限構造部分１２４は、例えば、取付プレート１３８を流量制限構造の一部として利用する少なくとも２つの部分にあってよい。
例示的な図７及び図８において、実施形態に応じた送入又は排出のための燃料パイプ１３６も示される。
従って、発明の好ましい実施形態に適用して発明の基本的な新規の特徴を図示及び説明し、指摘してきたが、理解されるべきことは、本発明の詳細及び形式におけるさまざまな省略及び置換並びに変更が、発明の精神から逸脱することなく当業者によって行われるであろうということである。例えば、実質的に同様の結果を成し遂げる、それらの要素の全ての組み合わせが、本発明の範囲内にあることが、明示的に意図されている。一つの記載した実施形態から別の実施形態への要素の置換もまた、完全に意図及び熟慮されている。図面は必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、それらは本質的に概念的なものであることも、理解されるべきである。従って、本発明は、本明細書に添付の特許請求の範囲によって示されるようにのみ限定されることが意図されている。

Claims (12)

  1. 燃料電池システム内又は電解セルシステム内の固体酸化物型セルの組立配置であって、当該組立配置は、
    ４つの角を有する少なくとも１つのセルスタック構成物に少なくとも配置される前記のセルと、
    各少なくとも４つの角を有するスタック構成物の少なくとも１つの実質的に平らな取付側面と、
    を含み、
    前記の側面は、前記少なくとも４つの角を有するスタック構成物の少なくとも２つのコーナー間に、少なくとも１つの幾何学的に偏差している取付表面構造と、それ以外に、実質的に平らな側面とを含み、
    当該組立配置は、
    各スタック構成物の前記幾何学的に偏差している取付表面構造に対して搭載されて当該組立配置における少なくとも１つのセルスタック構成物を取り付ける、前記のセルシステム内の空気流を制限するための少なくとも１つの流量制限構造と、
    前記流量制限構造及び前記のスタック構成物の取り付けに対して配置される電気絶縁体と、を更に含む、
    組立配置。
  2. 当該組立配置は、各セルスタック構成物の２つの対向する側面において少なくとも１つの幾何学的に偏差している取付表面構造を含む少なくとも２つのセルスタック構成物と、前記幾何学的に偏差している取付表面構造に対して搭載されて各セルスタック構成物を別のセルスタック構成物に取り付け、かつ、各端に置かれたセルスタック構成物を当該組立配置における側面構造にも取り付ける、前記のセルシステム内の空気流を制限するための前記流量制限構造と、を組立てるように配置される、請求項１に記載の組立配置。
  3. 当該組立配置は、各セルスタック構成物の２つの対向する側面において少なくとも１つの幾何学的に偏差している取付表面構造を含む少なくとも３つのセルスタック構成物と、円形の組立配置を形成するために前記幾何学的に偏差している取付表面構造に対して搭載されて各セルスタック構成物を別のセルスタック構成物に取り付ける、前記のセルシステム内の空気流を制限するための流量制限構造と、を組立てるように配置される、請求項１に記載の組立配置。
  4. 前記幾何学的に偏差している取付表面構造は、少なくとも１つの実質的に平らな取付側面に押し込んでいる、請求項１に記載の組立配置。
  5. 前記幾何学的に偏差している取付表面構造は、少なくとも１つの実質的に平らな取付側面から押し出ている、請求項１に記載の組立配置。
  6. 前記流量制限構造は、押圧力棒のための少なくとも１つの引き込みを含む、請求項１に記載の組立配置。
  7. 燃料電池システム内又は電解セルシステム内の固体酸化物型セルの組立方法であって、当該方法において、
    前記のセルは、４つの角を有する少なくとも１つのセルスタック構成物に少なくとも配置され、
    前記のセルシステム内の空気流は、流量制限構造によって制限され、該流量制限構造は、各スタック構成物の実質的に平らな側面における幾何学的に偏差している取付表面構造に対して搭載されて組立配置における少なくとも１つのセルスタック構成物を取り付け、
    前記流量制限構造及び前記のスタック構成物の取り付けは、電気的に絶縁される、
    組立方法。
  8. 当該方法において、少なくとも２つのセルスタック構成物は、各セルスタック構成物の２つの対向する側面における前記幾何学的に偏差している取付表面構造に対して前記流量制限構造を搭載して、各セルスタック構成物を別のセルスタック構成物に取り付け、かつ、各端に置かれたセルスタック構成物を前記セルスタック構成物の組立体における側面構造にも取り付けることによって、組立てられる、請求項７に規制の組立方法。
  9. 当該方法において、少なくとも３つのセルスタック構成物は、流量制限構造によって組立てられ、該流量制限構造は、前記セルスタック構成物の円形の組立体を形成するために各セルスタック構成物の２つの対向する側面における前記幾何学的に偏差している取付表面に対して搭載されて各セルスタック構成物を別のセルスタック構成物に取り付ける、請求項７に規制の組立方法。
  10. 前記幾何学的に偏差している取付表面構造は、前記少なくとも１つの実質的に平らな取付側面に押し込んでいる、請求項７に記載の組立方法。
  11. 前記幾何学的に偏差している取付表面構造は、前記少なくとも１つの実質的に平らな取付側面から押し出ている、請求項７に記載の組立方法。
  12. 当該方法において、少なくとも１つの押圧力棒は、前記流量制限構造を貫通する、請求項７に記載の組立方法。
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