JP2023515400A - インターコネクタとスペーサとを一体化して含むｓｏｃスタック - Google Patents

インターコネクタとスペーサとを一体化して含むｓｏｃスタック Download PDF

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Abstract

固体酸化物セルスタックは、一体化されたインターコネクタ及びスペーサを有し、この一体化されたインターコネクタ及びスペーサは、プレートインターコネクタの余剰の部分を１８０°折り曲げて、少なくともこの折り曲げによってインターコネクタに接続されたスペーサ部分をインターコネクタの上面に形成することによって形成される。

Description

本発明は、一体化されたインターコネクタとスペーサ、特に一つのコンポーネント、すなわち折り畳まれた板金から作製された一体化されたインターコネクタとスペーサを含む、固体酸化物セル（ＳＯＣ）スタック、特に固体酸化物電解セル（ＳＯＥＣ）または固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）スタックに関する。
６００℃と１０００℃との間、好ましくは６００℃と８５０℃との間の作動温度を有するＳＯＣスタックでは、複数のセルユニットを組み立ててスタックを形成し、インターコネクタにより互いに連結する。インターコネクタは、隣接するセルユニットのアノード及びカソード側を分離するためにガスバリアとして働き、そして同時にこれらは、隣接するセル、すなわち一つのセルのアノードと隣のセルのカソードとの間の電流の伝導を可能にする。更には、インターコネクタには通常、インターコネクタの両側においてプロセスガスの通過のための複数の流路が設けられる。ＳＯＣスタックの性能を最適化するためには、有利な値の範囲は、最小化するべき関連する不利な値の他の範囲に許容できない結果をもたらすことなく、最大化するべきである。これらの値のうちの一部は次のものである：
Figure 2023515400000002
上記の値の殆ど全ては相互に関係があり、これは、一つの値を変更することは、他の値に影響を及ぼすことを意味している。セル内でのプロセスガス流の特性と上記の値との間の幾つかの関係をここに記載する：
プロセスガス利用：
インターコネクタ上の流路は、スタック内での各セルへのプロセスガスの等しい量を求めるために設計されるべきであり、すなわちスタックを通るフロー「ショートカット」はあるべきではない。
寄生損失：
ＳＯＣスタック及びそれのセルユニット内でのプロセスガス流路の設計は、ブロワーへの寄生損失を低減する、単位体積当たりの低い圧力損失を達成することを求めるべきである。
電気効率：
インターコネクタは、隣接するセルのアノード層とカソード層との間で電流を案内する。それ故、内部抵抗を減少させるために、インターコネクタの電気伝導性接点（以下単に「接点」と称する）は、電極（アノード及びカソード）への良好な電気的接触を確立するように設計されるべきであり、そして接点は、どこにも離れているべきではなく、というのも、その場合は、電流は、電極のより長い距離を通って流れることになり、より高い内部抵抗が生まれるからである。
寿命：
ＳＯＣスタックの寿命は最大化されることが望ましい、すなわち、ＳＯＦＣモードでは、これは、できるだけ多くの電気を生成するために使用できること、及びＳＯＥＣモードでは、電解生成物（例えば、Ｈ２及び／またはＣＯ）の量は最大化されることが望ましい。スタック寿命は、一連の要因、例えば、インターコネクタ及びスペーサの選択、インターコネクタの両プロセスガス側上での流れの分配、材料上の均一に分布した保護コーティング、作動条件（温度、電流密度、電圧など）、セル設計及び材料、及び多くの他の要因に依存する。
コスト：
インターコネクタ（及びスペーサ）のコスト寄与は、希少な材料の不使用、インターコネクタ及びスペーサの製造時間の短縮、部品点数の最小化、及び材料損失（製造プロセスの間に廃棄される材料の量）の最小化によって低減することができる。
寸法：
燃料スタックの全体的な寸法は、インターコネクタ設計が、有効セル領域の高い利用率を保証する時に縮小される。プロセスガス流速の低いデッドエリアは減少するべきであり、そしてシーリング表面用の不活性ゾーンは最小化するべきである。
製造時間：
インターコネクタ及びスペーサ自体の製造時間は最短化するべきであり、そしてインターコネクタ設計もまた、スタック全体の高速な組み立てに寄与するべきである。一般的に、全ての部品に関してのインターコネクタ設計は不要であり、というのも、製造時間が増加するからである。
欠陥率
インターコネクタ及びスペーサの製造方法及び材料は、低いインターコネクタ欠陥率（例えば、インターコネクタガスバリア中の望ましくない穴、不均一な材料厚または特性）を可能にするべきである。更に、組み立てられたセルスタックの欠陥率は、インターコネクタ設計が、組み立てるべき全部品点数を減らし及びシール表面の長さ及び数を減らす時に、減少することができる。
部品点数：
既に述べたようにエラー及び組み立て時間を最小化する他、部品点数の減少はコストを低下させる。
アノード及びカソードガス流がＳＯＣスタック内でどのように分配されるかは、これらの二つのプロセスガスのそれぞれのための共通のマニホルドを備えることによる。これらのマニホルドは、内部マニホルドまたは外部マニホルドのいずれかであることができる。マニホルドは、ＳＯＣスタック中の個々の層へ、各々の層への流路によってプロセスガスを供給する。これらの流路は、通常はＳＯＣスタック中に含まれる反復する要素の一つの層、すなわちスペーサまたはインターコネクタ中に配置される。
板金で作られたインターコネクタ及びスペーサは、通常は、ＳＯＣスタック中で一緒にシールされるシート材料の二つの別個の部分から作られる。これは、インターコネクタ及びスペーサ間のシーリングを必要とする他、製造中の個別の部品の取り扱いも必要とする。更に、これらの二つの別個のシート状ピースは大概は同じ外寸を有するために、スペーサシートの中心材料の殆どが除去される場合（例えば打ち抜かれる場合）には、多くの材料が廃棄される。
ＵＳ６４９２０５３（特許文献１）は、インターコネクタ及びスペーサを含む燃料電池スタックを開示している。インターコネクタ及びスペーサの両方とも、酸素／燃料の流れのために入口及び出口マニホルドを備える。これらの入口及び出口マニホルドは、アノード及びカソードに沿った酸素／燃料の分配のためにそれの表面上に溝／通路を有する。しかし、インターコネクタ及びスペーサの溝／通路は、互いに整列しておらず、それ故、それらの幾何学的形状は、複数の入口ポイントを達成するために組み合わせることができない。また、これらの溝／通路は、インターコネクタ及びスペーサの両方の表面上にあるため、複数の入口ポイントの形成は実現可能ではない。
ＵＳ２０１０２９７５３５（特許文献２）は、流路を備えた燃料電池のバイポーラプレートを開示している。そのフロープレートは、燃料電池の有効領域間に流体を均一に分配するための複数の流路を有する。この文献は、第二の層及びそれの中の類似の流路を開示していない。
ＵＳ２００５０１６７２９（特許文献３）は、熱伝導性インターコネクタプレート中に担持されているセラミック製燃料電池（複数可）を開示しており、複数のプレートが、スタックを呼ばれる伝導性ヒーターを形成する。複数のスタックの接続は、燃料電池のステッキを形成する。複数のステッキをそれらの端部同士で接続することにより、燃料電池のストリングが形成される。このストリングの長さは、千フィート以上であることができ、地下の資源層、例えば油層に入り込むような長さに作られる。プレヒーターが、前記ストリングを７００℃を超える作動温度にし、次いで燃料電池が、燃料電池に燃料及び酸化剤を供給し及び排ガスを惑星表面に運ぶ複数の導管を介して前記温度を維持する。前記複数の導管を延長しそして排ガスと酸化剤／燃料との間の熱交換体として働くようにするために、ストリングと惑星表面との間にマニホルドを使用できる。
上記の既知技術のいずれも、上記の問題に対する簡単で効果的でかつ確実な方策を提供しない。
ＵＳ６４９２０５３ ＵＳ２０１０２９７５３５ ＵＳ２００５０１６７２９
それ故、上記の考察に関連して、頑健、簡単、低廉で及び製造及び取り扱いが簡単な、ＳＯＣスタックのための多流路インターコネクタ及びスペーサソリューションに対する要望がある。
これらの及び他の課題は、以下に記載の発明によって達成される。
本発明は、板金の形の（インターコネクタ及びスペーサの機能を兼ね合わせる）単一の部品を、スペーサ部分を、ＩＣシートから板金の一つの面上に折り畳むことによって製造するものである。折り畳み（または折り曲げ）は、質量保存的なプロセスであり、それ故、廃棄物が生じない。本発明の場合のように薄いシート材料を折り畳む時は、折り畳み半径は、シート厚に依存し、非常に小さな折り畳み半径を得ることができる。
インターコネクタ板金からスペーサを折り畳むことによって、幾つかの問題が解消される：
－スタック中のシーリング領域が減少し、それ故、インターコネクタ－スペーサアセンブリ当たりのシーリング層を節約しつつ、漏れが生じる虞のある場所が少なくなる。
－製造の際に取り扱うべき部品が減少する。
－スペーサが、インターコネクタと同じ板金から製造されるため、インターコネクタ及びスペーサの厚さが同じであり、それにより、スタックアセンブリにおける公差の問題が減少する。
－スペーサが別個の板金から製造される場合には、インターコネクタの周辺部に通常位置するシーリング領域よりも材料使用量が多くなる。それ故、この折り畳み方策は材料の節約となる、というのも、折り畳まれた部分がインターコネクタ周辺部に含まれており、そしてスペーサの「内側」がインターコネクタに使用されるためである。
－インターコネクタ及びスペーサが同一の材料であること、並びにシーリング材料が無いことは、同一の熱膨張係数を与える。
－スペーサが、インターコネクタの一部であるため、別個のスペーサ部分のアライメントは排除される。
－折り畳みプロセスは低廉であり、工業的なスケールにすることが可能である。
該一体化されたインターコネクタ及びスペーサを製造するためには、インターコネクタの幾何学的形状は、次いでインターコネクタの上面に対して折り畳まれるスペーサを含むように拡大される。折り畳みプロセスは簡単かつ頑強であり、複数の工業で使用される（例えば金属缶）。
スペーサの厚さは、インターコネクタの厚さと同じである。これは、スタックを組み立てる時の公差を減少させる。これと同じ公差は、他のプロセスでは達成できず、すなわち、インターコネクタとスペーサとの間のシールのエッチングは省かれる。インターコネクタとスペーサが一つの部品となるため、これは、部品の取り扱いを節約する。スペーサは、通常はインターコネクタの周辺部に配置されるため、中央部は、標準的な方策を用いて切り抜き、廃棄される。スペーサがインターコネクタの一部である場合には、スペーサの内側は廃棄されず、材料廃棄量を低減させる。
請求項１に記載の発明は、スタックされた複数のセルユニットを含む固体酸化物セルスタックである。セルユニットのそれぞれは、アノード、カソード及び電解質を備えるセル層と、インターコネクタ層とを含む。これらの層は、一つのインターコネクタ層が、セルスタック内において、一つのセル層を隣接するセル層から隔離するように、交互にスタックされる。このインターコネクタ層は、従来技術において知られるような別個のスペーサを備えるのではなく、厚さＴの一片のプレートから製造される一体化されたインターコネクタ及びスペーサを含む。このスペーサは、インターコネクタの縁のうちの少なくとも一部を、インターコネクタの縁のうちの少なくとも一部を覆うスペーサを供するように、回数Ｎで１８０°折り曲げることによって形成される。折り曲げは、（ある程度の反り返りも含み得る）この折り曲げ製造プロセスにとって固有でかつ通常の公差を持って１８０°であると理解されたい。また、折り曲げ前の折り曲げるべきプレート片は、最終の一体化されたインターコネクタ及びスペーサよりも大きな寸法を有し、この際、余剰の領域が折り曲げられるべきであり、そして折り曲げの後にスペーサを形成するものと理解されたい。折り曲げの後、スペーサ及びインターコネクタは、プレートの厚さＴの（１＋Ｎ）倍以下の厚さを持って、一体化されたインターコネクタ及びスペーサの少なくとも一部の縁を一緒に形成する。厚さは、プレートの厚さＴの（１＋Ｎ）倍以下の正確な厚さを僅かに超えるかまたは僅かに下回り、それ故、請求項の範囲内である寸法を招き得る材料及び製造公差に依存するものと理解されたい。しかし、該折り曲げプロセスが、通常の固体酸化物セルスタックから知られるよりも高い精度も供し得ることは本発明の一部である、なぜならば、スペーサとインターコネクタとの間のガスケットが省略されるためであり、また折り曲げプロセスの後に、一体化されたインターコネクタ及びスペーサの厚さを精密な公差まで平らにする精密なプレス加工を行い得るからである。該一体化されたインターコネクタ及びスペーサによるセル間の接触は、折り曲げられた縁と、一体化されたインターコネクタ及びスペーサの表面全体の接触点との両方によって保証されると理解されたい。これらの接触点は、折り曲げ部と同じ側のインターコネクタ上に供される接触実現要素によって供し得る。この接触実現要素は、プレス加工された接触点または任意の他の既知技術によって、ネットの形であることができる。
本発明の一つの特定の態様では、インターコネクタの縁のうちの少なくとも一部が、一度だけ１８０°折り曲げられ、プレートの厚さＴの二倍以下の厚さを持つインターコネクタ及びスペーサを供する。
折り曲げられた時、該一体化されたインターコネクタ及びスペーサは、マニホルドのための少なくとも一つの流れ分配器、すなわち、外部マニホルドと称される、インターコネクタの縁の一部からの及び内部マニホルドと称される、インターコネクタ内側に配置された流路からのスタックへのプロセスガスの流入及び流出のための少なくとも一つの流れ分配器を形成し得る。折り曲げられるべき縁を形成してよく、そしてこれらは、プロセスガスをスタック中に流すことを可能にする隙間を有してよく、そして流れの経路は、流れ分配器を形成する縁の形状によって配向され得る。これらの縁は、例えば、プロセスの流れ及び案内を可能とするように適合されたピン形、楔形または任意の他の形状として形成することができる。これは、当技術分野で既知のように内部マニホルド及び外部マニホルドの両方のために使用し得る。
また、スペーサは、少なくとも部分的に、隣接液密縁部によって形成してもよい。液密縁部は、外部マニホルドへのまたは内部マニホルド周りの液密シールを形成するために適合させ得る。折り畳み自体の他、スペーサは、スペーサの縁または表面の少なくとも一部で、拡散接合（二つの固形の金属表面の原子が経時的にそれら自体を拡散させる方法）、溶接または他の適当な接続技術によってインターコネクタに更に接続することができる。
本発明の一つの態様では、折り曲げは、折り曲げ線の少なくとも一部におけるインターコネクタの一方の面、他方の面または両面上の溝によって、容易化及び案内される。溝は、プロセス流の流動場を形成するために、インターコネクタの少なくとも一方の面上に存在し得る。前記の溝は、例えばエッチングによって形成し得る。
本発明の特定の態様の一つでは、該スタックは、先に述べたような作動温度を有する固体酸化物電解セルスタックである。本発明の更に別の態様の一つでは、該スタックは、固体酸化物燃料電池スタックである。該一体化されたインターコネクタ及びスペーサを製造するために使用される板金は、オーステナイト鋼、フェライト鋼、または該スタックに最適な任意の合金であることができる。
本発明の一つの態様では、上記の固体酸化物セルスタックは、厚さＴを有し及びインターコネクタ層よりも面積が広い一片のプレートを提供することを含むステップによって製造される。該プレートの縁のうちの少なくとも一部は、スペーサを形成するために、回数Ｎで１８０°折り曲げられる。スペーサ及びインターコネクタは、この一片のプレートから、プレートの厚さＴの（１＋Ｎ）倍以下の厚さを持って、該一体化されたインターコネクタ及びスペーサの少なくとも一部の縁を一緒に形成する。
具体的な態様の一つでは、前記プレートは一回だけ折り曲げられ、それ故、スペーサ及びインターコネクタは、プレートの厚さＴの二倍以下の厚さを有する一体化されたインターコネクタ及びスペーサの少なくとも一部の縁を一緒に形成する。更なるステップは、該一体化されたインターコネクタ及びスペーサの厚さのキャリブレーションを含んでよく、これは、プレート自体の（二重）公差よりも一層更に公差を最小化することができる。これは、該一体化されたインターコネクタ及びスペーサを、Ｔの（１＋Ｎ）倍未満に設定された所定の停止値までプレス加工することによって行われる。プレス力は、該一体化されたインターコネクタ及びスペーサの塑性変形（材料を、例えば、それの降伏強さを超える圧縮応力に付し、そしてそれを例えば圧縮させた時に生じる永久歪み）力よりも大きい値に設定される。
本発明の特徴
１．スタックされた複数のセルユニットを含み、各セルユニットは、セル層及びインターコネクタ層を含み、この際、一つのインターコネクタ層は、セルスタック内において、一つのセル層を隣接するセル層から隔離している、固体酸化物セルスタックであって、前記インターコネクタ層が、厚さＴの一片のプレートから製造された一体化されたインターコネクタ及びスペーサを含んでおり、前記スペーサは、回数Ｎで１８０°折り曲げられたインターコネクタの縁のうちの少なくとも一部によって形成されており、その結果、前記スペーサ及びインターコネクタが、プレートの厚さＴの（１＋Ｎ）倍以下の厚さを持って、一体化されたインターコネクタ及びスペーサの少なくとも一部の縁を一緒に形成するように、インターコネクタの縁のうちの少なくとも一部を覆うスペーサを供している、前記固体酸化物セルスタック。
２．インターコネクタの縁のうちの前記少なくとも一部は、前記スペーサ及びインターコネクタが、プレートの厚さＴの２倍以下の厚さを持って、前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサの少なくとも一部の縁を一緒に形成するように、一度だけ１８０°折り曲げられてインターコネクタの縁のうちの少なくとも一部を覆うスペーサを供している、前記特徴１に記載の固体酸化物セルスタック。
３．前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、更に、マニホルドのための少なくとも一つの流れ分配器を形成している、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
４．前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、更に、外部マニホルドのために適合された少なくとも一つの流れ分配器を形成している、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
５．前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、更に、内部マニホルドのために適合された少なくとも一つの流れ分配器を形成している、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
６．前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、ピンによって少なくとも部分的に形成されている、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
７．前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、プロセス流体の流れのためのフローガイドである楔形として形成されたピンによって少なくとも部分的に形成されている、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
８．前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、隣接液密縁部によって少なくとも部分的に形成されている、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
９．前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、外部マニホルドに対する液密シールを形成するように適合された隣接液密縁部によって少なくとも部分的に形成されている、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
１０．前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、内部マニホルド周りの液密シールを形成するように適合された隣接液密縁部によって少なくとも部分的に形成されている、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
１１．前記スペーサが、折り曲げられた部分によってインターコネクタに接続されているだけでなく、インターコネクタに面したスペーサの少なくとも一つの更に別の縁または表面でも接続されている、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
１２．前記スペーサが、インターコネクタに面したスペーサの表面のうちの少なくとも一部で拡散接合によって接続されている、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
１３．前記スペーサが、インターコネクタに面したスペーサ表面のうちの少なくとの一部で溶接によってインターコネクタに接続している、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
１４．インターコネクタが、前記の１８０°の折り曲げを容易化及び案内するように適合された溝をそれの少なくとも一つの面上に有する、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
１５．インターコネクタが、プロセス流体のための流動場を形成するように適合された溝をそれの少なくとも一つの面上に有する、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
１６．インターコネクタが、プロセス流体のための流動場を形成するようにそれの少なくとも一つの面上にエッチングによって形成された溝を有する、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
１７．固体酸化物電解セルスタックである、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
１８．スタックされた複数のセルユニットを含み、各々のセルユニットが、セル層及びインターコネクタ層を含み、一つのインターコネクタ層が、セルスタック内において、一つのセル層を隣接するセル層から隔離しており、かつ前記インターコネクタ層が、一片のプレートから製造された一体化されたインターコネクタ及びスペーサを含む、前記特徴のうちのいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、次のステップ：
・厚さＴを有しかつインターコネクタ層の面積よりも大きな面積を有する一片のプレートを用意するステップ、
・前記プレートの縁のうちの少なくとも一部を、前記スペーサ及びインターコネクタが、プレートの厚さＴの（１＋Ｎ）倍以下の厚さを持って、前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサの少なくとも一部の縁を一緒に形成するように、回数Ｎで１８０°折り曲げて前記スペーサを形成するステップ、
を含む、前記方法。
１９．前記スペーサ及びインターコネクタが、プレートの厚さＴの二倍以下の厚さを持って、前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサの少なくとも一部の縁を一緒に形成するように、前記プレートの縁のうちの前記少なくとも一部が一回だけ折り曲げられる、前記特徴１８に記載の方法。
２０．前記特徴１８または１９に記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、更に次のステップ：
・前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサの縁の均一な厚さを確立するために、塑性変形力よりも大きな力で、所定の停止値まで前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサに対しキャリブレーションプレス加工を行うステップ、
を含む前記方法。
２１．前記特徴１８～２０のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、更に次のステップ：
・前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサの縁の均一な厚さを確立するために、塑性変形力よりも大きな力で、所定の停止値まで前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサに対しキャリブレーションプレス加工を行い、前記均一な厚さは、厚さＴの（１＋Ｎ）倍未満である、ステップ、
を含む前記方法。
２２．前記特徴１８～２１のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、更に次の先行ステップ：
・前記１８０°の折り曲げを容易化及び案内するために適合された溝を前記プレートの少なくとも一つの面上に供するステップ、
を含む、前記方法。
２３．前記特徴２２に記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、前記溝がエッチングによって形成される、前記方法。
２４．前記特徴１８～２３のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、更に次のステップ：
・折り曲げの前または後に、前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサの少なくとも一面をエッチングして、プロセス流体のための流動場を形成するステップ、
を含む、前記方法。
２５．前記特徴１８～２４のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、インターコネクタに面するスペーサの表面のうちの少なくとも一部で、前記スペーサを前記インターコネクタに拡散接合するステップを更に含む、前記方法。
２６．前記特徴１８～２５のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、インターコネクタに面するスペーサの表面のうちの少なくとも一部で、前記スペーサを前記インターコネクタに溶接するステップを更に含む、前記方法。
本発明を、本発明の態様の例を示す添付の図面によって更に説明する。
図１は、折り畳む前の、一体化されたインターコネクタ及びスペーサの等角投影上面図を示す。 図２は、図１の一体化されたインターコネクタ及びスペーサであるが、今やインターコネクタの上面に折り畳まれたインターコネクタのスペーサ（余剰）部分を有する、等角投影上面図を示す。 図３は、図２の一体化されたインターコネクタ及びスペーサの等角投影底面図を示す。 図４は、図２の一体化されたインターコネクタ及びスペーサの中央部の拡大された等角投影上面図を示す。
１．一体化されたインターコネクタとスペーサ
２．スペーサ
３．外部マニホルド用に適合された流れ分配器
４．内部マニホルド用に適合された流れ分配器
５．ピン
６．隣接液密縁部
図１は、固体酸化物セルスタック（図示せず）のための一体化されたインターコネクタとスペーサ０１を示す。図１は、スペーサ０２を形成するように適合された余剰の材料を有する板金の一つのフラットピースとしてのインターコネクタを示すが、折り返す前であるので、スペーサはまだ形成されていない。六つの辺を有する一体化されたインターコネクタとスペーサのこの形状は、一例として選択しただけである。図に見られるように、スペーサの一部はピン０５の形であり、これについては、以下により詳しく説明する。
図２では、図１に示すインターコネクタの余剰材料が、今や、インターコネクタの上面側に１８０°折り畳まれて、インターコネクタの三つの縁の周りに並びにインターコネクタ中の二つの貫通穴の周りにスペーサを形成している。これらの三つの縁の周りに沿って並びにインターコネクタの中央の貫通穴の周りに、スペーサピンの間にプロセスガスが流れることを可能とするように、スペーサがピンとして形成されている。それ故、これらの三つの縁に沿っては、ピン形状のスペーサは、外部マニホルド０３用に適合された流れ分配器を形成し；他方で、インターコネクタの中央貫通穴の周りには、ピン形状のスペーサは、内部マニホルド０４用に適合された流れ分配器を形成する。マニホルド用に適合されたこれらのスペーサは、生成物ガス流を制御し、これを、インターコネクタへ、インターコネクタに沿って及びインターコネクタから案内するために様々な形状で形成してよい。図２の一つのスペーサは、隣接液密縁部０６を持って形成され、この隣接液密縁部０６は、折り畳まれた時に、インターコネクタの周辺部の貫通穴周りに縁部を形成し、それにより、スタック内部への生成物ガス流路として役立つ。図３は、図２に示すのと同じ折り曲げられた一体化されたインターコネクタとスペーサを、インターコネクタの反対（底面）側から見ただけのものである。
インターコネクタの中央貫通穴周りの内部マニホルド用に適合された流れ分配器として働く折り曲げられたピンは、図４により詳しく示されている。（図示しない）一つの態様では、折り曲げられたピンの案内及び公差は、板金の一つの面、他方の面または両面の折り曲げセクション中の溝によって高め得ることを理解されたい。また、折り曲げられたスペーサは任意の他の形状を有することができ、そして例えばホールエッジ形または楔形などのピン以外の形状であることができる。

Claims (26)

  1. スタックされた複数のセルユニットを含み、各セルユニットは、セル層及びインターコネクタ層を含み、この際、一つのインターコネクタ層は、セルスタック内において、一つのセル層を隣接するセル層から隔離している、固体酸化物セルスタックであって、前記インターコネクタ層が、厚さＴの一片のプレートから製造された一体化されたインターコネクタ及びスペーサを含んでおり、前記スペーサは、回数Ｎで１８０°折り曲げられたインターコネクタの縁のうちの少なくとも一部によって形成されており、その結果、前記スペーサ及びインターコネクタが、プレートの厚さＴの（１＋Ｎ）倍以下の厚さを持って、一体化されたインターコネクタ及びスペーサの少なくとも一部の縁を一緒に形成するように、インターコネクタの縁のうちの少なくとも一部を覆うスペーサを供している、前記固体酸化物セルスタック。
  2. インターコネクタの縁のうちの前記少なくとも一部は、前記スペーサ及びインターコネクタが、プレートの厚さＴの２倍以下の厚さを持って、前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサの少なくとも一部の縁を一緒に形成するように、一度だけ１８０°折り曲げられてインターコネクタの縁のうちの少なくとも一部を覆うスペーサを供している、請求項１に記載の固体酸化物セルスタック。
  3. 前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、更に、マニホルドのための少なくとも一つの流れ分配器を形成している、請求項１または２に記載の固体酸化物セルスタック。
  4. 前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、更に、外部マニホルドのために適合された少なくとも一つの流れ分配器を形成している、請求項１～３のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  5. 前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、更に、内部マニホルドのために適合された少なくとも一つの流れ分配器を形成している、請求項１～４のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  6. 前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、ピンによって少なくとも部分的に形成されている、請求項１～５のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  7. 前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、プロセス流体の流れのためのフローガイドである楔形として形成されたピンによって少なくとも部分的に形成されている、請求項１～６のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  8. 前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、隣接液密縁部によって少なくとも部分的に形成されている、請求項１～７のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  9. 前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、外部マニホルドに対する液密シールを形成するように適合された隣接液密縁部によって少なくとも部分的に形成されている、請求項１～８のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  10. 前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサのうちのスペーサが、内部マニホルド周りの液密シールを形成するように適合された隣接液密縁部によって少なくとも部分的に形成されている、請求項１～９のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  11. 前記スペーサが、折り曲げられた部分によってインターコネクタに接続されているだけでなく、インターコネクタに面したスペーサの少なくとも一つの更に別の縁または表面でも接続されている、請求項１～１０のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  12. 前記スペーサが、インターコネクタに面したスペーサの表面のうちの少なくとも一部で拡散接合によって接続されている、請求項１～１１のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  13. 前記スペーサが、インターコネクタに面したスペーサの表面のうちの少なくとの一部で溶接によってインターコネクタに接続している、請求項１～１２のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  14. インターコネクタが、前記の１８０°の折り曲げを容易化及び案内するように適合された溝をそれの少なくとも一つの面上に有する、請求項１～１３のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  15. インターコネクタが、プロセス流体のための流動場を形成するように適合された溝をそれの少なくとも一つの面上に有する、請求項１～１４のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  16. インターコネクタが、プロセス流体のための流動場を形成するようにそれの少なくとも一つの面上にエッチングによって形成された溝を有する、請求項１～１５のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  17. 固体酸化物電解セルスタックである、請求項１～１６のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタック。
  18. スタックされた複数のセルユニットを含み、各々のセルユニットが、セル層及びインターコネクタ層を含み、一つのインターコネクタ層が、セルスタック内において、一つのセル層を隣接するセル層から隔離しており、かつ前記インターコネクタ層が、一片のプレートから製造された一体化されたインターコネクタ及びスペーサを含む、請求項１～１７のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、次のステップ：
    ・厚さＴを有しかつインターコネクタ層の面積よりも大きな面積を有する一片のプレートを用意するステップ、
    ・前記プレートの縁のうちの少なくとも一部を、前記スペーサ及びインターコネクタが、プレートの厚さＴの（１＋Ｎ）倍以下の厚さを持って、前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサの少なくとも一部の縁を一緒に形成するように、回数Ｎで１８０°折り曲げて前記スペーサを形成するステップ、
    を含む、前記方法。
  19. 前記スペーサ及びインターコネクタが、プレートの厚さＴの二倍以下の厚さを持って、前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサの少なくとも一部の縁を一緒に形成するように、前記プレートの縁のうちの前記少なくとも一部が一回だけ折り曲げられる、請求項１８に記載の方法。
  20. 請求項１８または１９に記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、更に次のステップ：
    ・前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサの縁の均一な厚さを確立するために、塑性変形力よりも大きな力で、所定の停止値まで前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサに対しキャリブレーションプレス加工を行うステップ、
    を含む前記方法。
  21. 請求項１８～２０のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、更に次のステップ：
    ・前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサの縁の均一な厚さを確立するために、塑性変形力よりも大きな力で、所定の停止値まで前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサに対しキャリブレーションプレス加工を行い、前記均一な厚さは、厚さＴの（１＋Ｎ）倍未満である、ステップ、
    を含む前記方法。
  22. 請求項１８～２１のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、更に次の先行ステップ：
    ・前記１８０°の折り曲げを容易化及び案内するために適合された溝を前記プレートの少なくとも一つの面上に供するステップ、
    を含む、前記方法。
  23. 請求項２２に記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、前記溝がエッチングによって形成される、前記方法。
  24. 請求項１８～２３のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、更に次のステップ：
    ・折り曲げの前または後に、前記一体化されたインターコネクタ及びスペーサの少なくとも一面をエッチングして、プロセス流体のための流動場を形成するステップ、
    を含む、前記方法。
  25. 請求項１８～２４のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、インターコネクタに面するスペーサの表面のうちの少なくとも一部で、前記スペーサを前記インターコネクタに拡散接合するステップを更に含む、前記方法。
  26. 請求項１８～２５のいずれか一つに記載の固体酸化物セルスタックを製造する方法であって、インターコネクタに面するスペーサの表面のうちの少なくとも一部で、前記スペーサを前記インターコネクタに溶接するステップを更に含む、前記方法。
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