1.上と下のモジュール化平面連結装置(2)と, 前記上と下のモジュール化平面連結装置(2)の間に挟まれている平面セルユニット(3)と, 第1の上補助シール部材と, 第1の下補助シール部材と,により構成されており, 前記モジュール化平面連結装置(2)は,平面連結本体(21)と一対の上遮蔽板(5)と一対の下遮蔽板(4)とにより構成されており, 前記平面連結本体(21)は,上主面(25)と下主面(24)とを含み, 前記上主面(25)は, 右辺縁領域(251)と, 縦方向(A)において前記右辺縁領域(251)の反対側に配置されている左辺縁領域(252)と, 前記右辺縁領域(251)及び前記左辺縁領域(252)の間に配置されている上主領域(253)と, 前記右辺縁領域(251)及び前記上主領域(253)の間に配置されていると共に,横方向(B)に互いに離間している前境界壁表面(2542)及び後境界壁表面(2543)とが構成されるように,前記上主面(25)から下方且つ内部へ凹む第1の注入凹部区域(2541)が形成されている,酸素含有流体用の第1の注入領域(254)と, 前記左辺縁領域(252)及び前記上主領域(253)の間に配置されていると共に,前記横方向(B)に互いに離間している前境界壁表面(2552)及び後境界壁表面(2553)とが構成されるように,前記上主面(25)から下方且つ内部へ凹む第1の排出凹部区域(2551)が形成されている,酸素含有流体用の第1の排出領域(255)と, 前記上主面(25)の前記上主領域(253)に形成されていると共に,前記第1の注入領域(254)を通過して複数の第1の注入口(2561)で終端し,且つ,前記第1の排出領域(255)を更に通過して複数の第1の排出口(2562)で終端している複数の溝付き流路(256)と,を含み, 前記下主面(24)は, 前辺縁領域(241)と, 前記横方向(B)において前記前辺縁領域(241)の反対側に配置されている後辺縁領域(242)と, 前記前辺縁領域(241)及び前記後辺縁領域(242)の間に配置されている下主領域(243)と, 前記前辺縁領域(241)及び前記下主領域(243)の間に配置されていると共に,前記縦方向(A)に互いに離間している右境界壁表面(2442)及び左境界壁表面(2443)とが構成されるように,前記下主面(24)から上方且つ内部へ凹む第2の注入凹部区域(2441)が形成されている,燃料流体用の第2の注入領域(244)と, 前記後辺縁領域(242)及び前記下主領域(243)の間に配置されていると共に,前記縦方向(A)に互いに離間している右境界壁表面(2452)及び左境界壁表面(2453)とが構成されるように,前記下主面(24)から上方且つ内部へ凹む第2の排出凹部区域(2451)が形成されている,燃料流体用の第2の排出領域(245)と, 前記下主面(24)の前記下主領域(243)に形成されていると共に,前記第2の注入領域(244)を通過して複数の第2の注入口(2461)で終端し,且つ,前記第2の排出領域(245)を更に通過して複数の第2の排出口(2462)で終端している複数の溝付き流路(246)と,を含み, 前記一対の上遮蔽板(5)は,前記第1の注入領域(254)の前記前境界壁表面(2542)と前記後境界壁表面(2543)との間,及び,前記第1の排出領域(255)の前記前境界壁表面(2552)と前記後境界壁表面(2553)との間にそれぞれフィットするように構成されており, 前記一対の下遮蔽板(4)は,前記第2の注入領域(244)の前記右境界壁表面(2442)と前記左境界壁表面(2443)との間,及び,前記第2の排出領域(245)の前記右境界壁表面(2452)と前記左境界壁表面(2453)との間にそれぞれフィットするように構成されており, 前記平面セルユニット(3)は,平面セル部材(31)と陽極部材(38)と陰極部材(39)とを含み, 前記平面セル部材(31)は, 前記上のモジュール化平面連結装置(2)の前記下主面(24)の前記下主領域(243)と前記下のモジュール化平面連結装置(2)の前記上主面(25)の前記上主領域(253)との間に介在している平面セル本体(33)と, 前記平面セル本体(33)の周縁を囲みながら支持するように配置されているセル本体支持フレーム(32)と,を含み, 前記セル本体支持フレーム(32)は, 前記横方向(B)において互いに反対側にあると共に,それぞれ前記上のモジュール化平面連結装置(2)の前記下主面(24)の前記第2の注入領域(244)と前記第2の排出領域(245)と対になる上前支持領域(321)と上後支持領域(322),及び, 前記縦方向(A)において互いに反対側にあると共に,それぞれ前記下のモジュール化平面連結装置(2)の前記上主面(25)の前記第1の注入領域(254)と前記第1の排出領域(255)と対になる下右支持領域(323)と下左支持領域(324),を有し, 前記陽極部材(38)は, 前記下主領域(243)の下に重なるように,前記平面セル本体(33)と前記上のモジュール化平面連結装置(2)の前記下主面(24)の前記下主領域(243)との間に挟まれている陽極ウエブ(34)と, 前記陽極ウエブ(34)の周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に,前記横方向(B)において互いに反対側にある前陽極フレーム領域(361)と後陽極フレーム領域(362)とを有し,前記前陽極フレーム領域(361)と前記後陽極フレーム領域(362)とがそれぞれ前記上のモジュール化平面連結装置(2)の前記下主面(24)の前記第2の注入領域(244)と前記第2の排出領域(245)と対になる陽極フレーム(36)と,を含み, 前記陰極部材(39)は, 前記上主領域(253)の上に重なるように,前記平面セル本体(33)と前記下のモジュール化平面連結装置(2)の前記上主面(25)の前記上主領域(253)との間に挟まれている陰極ウエブ(35)と, 前記陰極ウエブ(35)の周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に,前記縦方向(A)において互いに反対側にある右陰極フレーム領域(371)と左陰極フレーム領域(372)とを有し,前記右陰極フレーム領域(371)と前記左陰極フレーム領域(372)とがそれぞれ前記下のモジュール化平面連結装置(2)の前記上主面(25)の前記第1の注入領域(254)と前記第1の排出領域(255)と対になる陰極フレーム(37)と,を含み, 前記第1の上補助シール部材は,前記陽極フレーム(36)の前記前陽極フレーム領域(361)と前記後陽極フレーム領域(362)とのうちの一方と,前記上のモジュール化平面連結装置(2)の前記下主面(24)における前記第2の注入領域(244)と前記第2の排出領域(245)とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成しており, 前記第1の下補助シール部材は,前記陰極フレーム(37)の前記右陰極フレーム領域(371)と前記左陰極フレーム領域(372)とのうちの一方と,前記下のモジュール化平面連結装置(2)の前記上主面(25)における前記第1の注入領域(254)と前記第1の排出領域(255)とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成していることを特徴とする固体酸化物燃料電池(1)。

2.前記右辺縁領域(251)は,前記第1の注入口(2561)と流体連通するように,前記上主面(25)から前記下主面(24)まで延伸する第1の導入スロット(2511)を有することを特徴とする請求項1に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

3.前記左辺縁領域(252)は,前記第1の排出口(2562)と流体連通するように,前記上主面(25)から前記下主面(24)まで延伸する第1の流出スロット(2522)を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

4.前記前辺縁領域(241)は,前記第2の注入口(2461)と流体連通するように,前記下主面(24)から前記上主面(25)まで延伸する第2の導入スロット(2411)を有することを特徴とする請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

5.前記後辺縁領域(242)は,前記第2の排出口(2462)と流体連通するように,前記下主面(24)から前記上主面(25)まで延伸する第2の流出スロット(2421)を有することを特徴とする請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

6.前記上遮蔽板(5)は,前記右辺縁領域(251)及び前記左辺縁領域(252)と面一になっていることを特徴とする請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

7.前記下遮蔽板(4)は,前記前辺縁領域(241)及び前記後辺縁領域(242)と面一になっていることを特徴とする請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

8.前記上主面(25)の前記上主領域(253)には,上突起(258)のアレイを形成するように,前記上主面(25)の前記上主領域(253)における前記溝付き流路(246)を横断する複数の補助流路(257)が更に形成されていることを特徴とする請求項1~請求項7のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

9.前記下主面(24)の前記下主領域(243)には,下突起(248)のアレイを形成するように,前記下主面(24)の前記下主領域(243)における前記溝付き流路(246)を横断する複数の補助流路(247)が更に形成されていることを特徴とする請求項1~請求項8のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

10.前記下主面(24)の,前記下主領域(243)と前記第2の注入領域(244)との間の連接箇所における前記溝付き流路(246)の横断面は,前記下主面(24)の,前記下主領域(243)と前記第2の排出領域(245)との間の連接箇所における前記溝付き流路(246)の横断面より大きいことを特徴とする請求項1~請求項9のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

11.前記平面連結本体(21)と前記上遮蔽板(5)と前記下遮蔽板(4)とは,ステンレス鋼材により作られていることを特徴とする請求項1~請求項10のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

12.前記陽極フレーム(36)の前記前陽極フレーム領域(361)と前記後陽極フレーム領域(362)とのうちの他方と,前記上のモジュール化平面連結装置(2)の前記下主面(24)における前記第2の注入領域(244)と前記第2の排出領域(245)とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成している第2の上補助シール部材と, 前記陰極フレーム(37)の前記右陰極フレーム領域(371)と前記左陰極フレーム領域(372)とのうちの他方と,前記下のモジュール化平面連結装置(2)の前記上主面(25)における前記第1の注入領域(254)と前記第1の排出領域(255)とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成している第2の下補助シール部材と,を更に含むことを特徴とする請求項1~請求項11のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

13.前記第1の上補助シール部材は,前記陽極フレーム(36)と一体的に形成されており,前記第1の下補助シール部材は,前記陰極フレーム(37)と一体的に形成されていることを特徴とする請求項1~請求項12のいずれか一項に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

14.前記第2の上補助シール部材は,前記陽極フレーム(36)と一体的に形成されており,前記第2の下補助シール部材は,前記陰極フレーム(37)と一体的に形成されていることを特徴とする請求項12に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

15.前記第1の上補助シール部材は,ガラスセラミック,雲母,はんだ合金,及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成され,前記第1の下補助シール部材は,ガラスセラミック,雲母,はんだ合金,及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成されることを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

16.前記第2の上補助シール部材は,ガラスセラミック,雲母,はんだ合金,及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成され,前記第2の下補助シール部材は,ガラスセラミック,雲母,はんだ合金,及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成されることを特徴とする請求項14に記載の固体酸化物燃料電池(1)。

【0001】 本開示はモジュール化平面連結装置に関し,特に固体酸化物燃料電池用モジュール化平面連結装置に関する。また,本開示はモジュール化平面連結装置を含む固体酸化物燃料電池に関する。

【0002】 燃料電池は,正電荷を帯びる水素イオンと,酸素または他の酸化剤との化学反応によって,燃料からの化学エネルギーを電気に転換する装置である。燃料電池は,燃料と,酸素または空気とを連続的に供給できる限り,連続的に電力を生産することができる。特に,例えばEP3010076(A1)に開示されている平面固体酸化物燃料電池は,耐久安定性と低製造コストという利点を有し,且つ,複数の平面固体酸化物燃料電池をスタックして電気的に直列に接続することにより高電圧を生じることができるので,様々な用途においてより一般的である。

【0003】 欧州特許出願公開第EP3010076(A1)号明細書

【0004】 しかしながら,従来の平面固体酸化物燃料電池のスタックにおいては,平面固体酸化物燃料電池の積層に使うシール材料の変形が流体燃料の流動に影響を与えること,及び/またはシール材料が流体燃料と接触して,シール材料が流体の燃料と反応し,または,シール材料が流体燃料に溶出することにより,その出力効率と安定性に悪影響を及ぼすことがある。また,出力密度,燃料利用率及び出力効率を向上する固体酸化物燃料電池を提供することが,当技術分野で望ましい。

【0005】 従って,本開示の目的は,従来の平面固体酸化物燃料電池の欠点を克服し,出力密度,燃料利用率及び出力効率を向上する固体酸化物燃料電池を提供することである

【0006】 本開示の第1の態様は,それぞれが,陽極ウエブと,陰極ウエブと,前記陽極ウエブ及び前記陰極ウエブの間に挟まれている平面セル本体と,を含む一対の平面セルユニット3の間に挟まれるモジュール化平面連結装置を提供する。前記モジュール化平面連結装置は,平面連結本体と一対の上遮蔽板と一対の下遮蔽板とにより構成されている。

【0007】 前記平面連結本体は,上主面と下主面とを含む。

【0008】 前記上主面は,右辺縁領域と,左辺縁領域と,上主領域と,酸素含有流体用の第1の注入領域と,酸素含有流体用の第1の排出領域と,複数の溝付き流路とを含む。前記左辺縁領域は,縦方向において前記右辺縁領域の反対側に配置されている。前記上主領域は,上方の前記平面セルユニットの前記陰極ウエブの下に重なるように,前記右辺縁領域及び前記左辺縁領域の間に配置されている。前記第1の注入領域は,前記右辺縁領域及び前記上主領域の間に配置されていると共に,横方向に互いに離間している前境界壁表面及び後境界壁表面とが構成されるように,前記上主面から下方且つ内部へ凹む第1の注入凹部区域が形成されている。前記第1の排出領域は,前記左辺縁領域及び前記上主領域の間に配置されていると共に,前記横方向に互いに離間している前境界壁表面及び後境界壁表面とが構成されるように,前記上主面から下方且つ内部へ凹む第1の排出凹部区域が形成されている。前記溝付き流路は,前記上主面の前記上主領域に形成されていると共に,前記第1の注入領域を通過して複数の第1の注入口で終端し,且つ,前記第1の排出領域を更に通過して複数の第1の排出口で終端している。

【0009】 前記下主面は,前辺縁領域と,後辺縁領域と,下主領域と,燃料流体用の第2の注入領域と,燃料流体用の第2の排出領域と,複数の溝付き流路246と,を含む。前記後辺縁領域は,前記横方向において前記前辺縁領域の反対側に配置されている。前記下主領域は,下方の前記平面セルユニットの前記陽極ウエブの上に重なるように前記前辺縁領域及び前記後辺縁領域の間に配置されている。前記第2の注入領域は,前記前辺縁領域及び前記下主領域の間に配置されていると共に,前記縦方向に互いに離間している右境界壁表面及び左境界壁表面とが構成されるように,前記下主面から上方且つ内部へ凹む第2の注入凹部区域が形成されている。前記第2の排出領域は,前記後辺縁領域及び前記下主領域の間に配置されていると共に,前記縦方向に互いに離間している右境界壁表面及び左境界壁表面とが構成されるように,前記下主面から上方且つ内部へ凹む第2の排出凹部区域が形成されている。前記溝付き流路は,前記下主面の前記下主領域に形成されていると共に,前記第2の注入領域を通過して複数の第2の注入口で終端し,且つ,前記第2の排出領域を更に通過して複数の第2の排出口で終端している。

【0010】 前記一対の上遮蔽板は,前記第1の注入領域の前記前境界壁表面と前記後境界壁表面との間,及び,前記第1の排出領域の前記前境界壁表面と前記後境界壁表面との間にそれぞれフィットするように構成されている。

【0011】 前記一対の下遮蔽板は,前記第2の注入領域の前記右境界壁表面と前記左境界壁表面との間,及び,前記第2の排出領域の前記右境界壁表面と前記左境界壁表面との間にそれぞれフィットするように構成されている。

【0012】 本開示の第2の態様は,上と下のモジュール化平面連結装置と,平面セルユニットと,第1の上補助シール部材と,第1の下補助シール部材と,により構成されている固体酸化物燃料電池を提供する。

【0013】 各前記上と下のモジュール化平面連結装置は,上記のモジュール化平面連結装置である。

【0014】 前記平面セルユニットは,前記上と下のモジュール化平面連結装置2の間に挟まれ,且つ,平面セル部材と陽極部材と陰極部材とを含む。

【0015】 前記平面セル部材は,平面セル本体とセル本体支持フレームとを含む。前記平面セル本体は,前記上のモジュール化平面連結装置の前記下主面の前記下主領域と前記下のモジュール化平面連結装置の前記上主面の前記上主領域との間に介在している。前記セル本体支持フレームは,前記平面セル本体の周縁を囲みながら支持するように配置され,且つ,上前支持領域と上後支持領域と下右支持領域と下左支持領域とを有する。前記上前支持領域と前記上後支持領域とは,前記横方向において互いに反対側にあると共に,それぞれ前記上のモジュール化平面連結装置の前記下主面の前記第2の注入領域と前記第2の排出領域と対になる。前記下右支持領域と下左支持領域とは,前記縦方向において互いに反対側にあると共に,それぞれ前記下のモジュール化平面連結装置の前記上主面の前記第1の注入領域と前記第1の排出領域と対になる。

【0016】 前記陽極部材は,陽極ウエブと,陽極フレームと,を含む。前記陽極ウエブは,前記平面セル本体と前記上のモジュール化平面連結装置の前記下主面の前記下主領域との間に挟まれている。前記陽極フレームは,前記陽極ウエブ(34)の周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に,前記横方向において互いに反対側にある前陽極フレーム領域と後陽極フレーム領域とを有し,前記前陽極フレーム領域と前記後陽極フレーム領域とがそれぞれ前記上のモジュール化平面連結装置の前記下主面の前記第2の注入領域と前記第2の排出領域と対になる。

【0017】 前記陰極部材は,陰極ウエブと陰極フレームとを含む。前記陰極ウエブは,前記平面セル本体と前記下のモジュール化平面連結装置の前記上主面の前記上主領域との間に挟まれている。前記陰極フレームは,前記陰極ウエブの周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に,前記縦方向において互いに反対側にある右陰極フレーム領域と左陰極フレーム領域とを有し,前記右陰極フレーム領域と前記左陰極フレーム領域とがそれぞれ前記下のモジュール化平面連結装置の前記上主面の前記第1の注入領域と前記第1の排出領域と対になる。

【0018】 前記第1の上補助シール部材は,前記陽極フレームの前記前陽極フレーム領域と前記後陽極フレーム領域とのうちの一方と,前記上のモジュール化平面連結装置の前記下主面における前記第2の注入領域と前記第2の排出領域とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成している。

【0019】 前記第1の下補助シール部材は,前記陰極フレームの前記右陰極フレーム領域と前記左陰極フレーム領域とのうちの一方と,前記下のモジュール化平面連結装置の前記上主面における前記第1の注入領域と前記第1の排出領域とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成している。

【0020】 本発明の他の特徴および利点は,添付の図面を参照して,以下の実施形態の詳細に説明することにより明白になる。 本開示によるモジュール化平面連結装置の実施形態の斜視分解図である。 一対の平面セルユニットの間に挟まれるモジュール化平面連結装置の実施形態の斜視分解図である。 本開示による固体酸化物燃料電池の実施形態の斜視図である。 固体酸化物燃料電池の実施形態の斜視分解図である。 図3の線V-Vに沿った固体酸化物燃料電池の実施形態の概略断面図である。 図3の線VI-VIに沿った固体酸化物燃料電池の実施形態の概略断面図である。 固体酸化物燃料電池の実施形態の概略上面図である。 固体酸化物燃料電池の実施形態の概略底面図である。

【0021】 本開示をより詳細に説明する前に,適切と考えられる場合において,符号又は符号の末尾部分は,同様の特性を有し得る対応の又は類似の要素を示すために各図面間で繰り返し用いられることに留意されたい。

【0022】 図1,図2,図7及び図8を参照すると,本開示に示すモジュール化平面連結装置2の実施形態は,一対の平面セルユニット3の間に挟まれて示されている。平面セルユニット3のそれぞれは,陽極ウエブ34と,陰極ウエブ35と,陽極ウエブ34及び陰極ウエブ35の間に挟まれている平面セル本体33とを含む。

【0023】 モジュール化平面連結装置2は,平面連結本体21と,一対の上遮蔽板5と,一対の下遮蔽板4とを含むことが示されている。平面連結本体21と上遮蔽板5と下遮蔽板4は,SUS430,SUS431,SUS441,Crofer(登録商標)22等のステンレス鋼材からなる。本実施形態において,平面連結本体21と上遮蔽板5と下遮蔽板4とは個別に形成されている。また,これらは,一体構成として形成されることもできる。

【0024】 平面連結本体21は,上主面25と下主面24とを含む。

【0025】 上主面25は,右辺縁領域251と,左辺縁領域252と,上主領域253と,酸素含有流体用の第1の注入領域254と,酸素含有流体用の第1の排出領域255と,複数の溝付き流路256とを含む。左辺縁領域252は,縦方向(A)において右辺縁領域251の反対側に配置されている。上主領域253は,右辺縁領域251及び左辺縁領域252の間に配置され,且つ,上方の平面セルユニット3の陰極ウエブ35の下に重なるように構成されている。第1の注入領域254は,右辺縁領域251及び上主領域253の間に配置されていると共に,横方向(B)に互いに離間している前境界壁表面2542及び後境界壁表面2543とが構成されるように,上主面25から下方且つ内部へ凹む第1の注入凹部区域2541が形成されている。第1の排出領域255は,左辺縁領域252及び上主領域253の間に配置されていると共に,横方向(B)に互いに離間している前境界壁表面2552及び後境界壁表面2553とが構成されるように,上主面25から下方且つ内部へ凹む第1の排出凹部区域2551が形成されている。溝付き流路256は,上主面25の上主領域253に形成されていると共に,第1の注入領域254を通過して複数の第1の注入口2561で終端し,且つ,第1の排出領域255を更に通過して複数の第1の排出口2562で終端している。上主面25の上主領域253には,上突起258のアレイを形成するように,上主面25の上主領域253における溝付き流路246を横断する複数の補助流路257が更に形成されている。更に,右辺縁領域251は,第1の注入口2561と流体連通するように,上主面25から下主面24まで延伸する第1の導入スロット2511を有する。左辺縁領域252は,第1の排出口2562と流体連通するように,上主面25から下主面24まで延伸する第1の流出スロット2522を有する。

【0026】 下主面24は,前辺縁領域241と,後辺縁領域242と,下主領域243と,燃料流体用の第2の注入領域244と,燃料流体用の第2の排出領域245と,複数の溝付き流路246とを含む。後辺縁領域242は,横方向(B)において前辺縁領域241の反対側に配置されている。下主領域243は,下方の平面セルユニット3の陽極ウエブ34の上に重なるように前辺縁領域241及び後辺縁領域242の間に配置されている。第2の注入領域244は,前辺縁領域241及び下主領域243の間に配置されていると共に,縦方向(A)に互いに離間している右境界壁表面2442及び左境界壁表面2443とが構成されるように,下主面24から上方且つ内部へ凹む第2の注入凹部区域2441が形成されている。第2の排出領域245は,後辺縁領域242及び下主領域243の間に配置されていると共に,縦方向(A)に互いに離間している右境界壁表面2452及び左境界壁表面2453とが構成されるように,下主面24から上方且つ内部へ凹む第2の排出凹部区域2451が形成されている。複数の溝付き流路246は,下主面24の下主領域243に形成されていると共に,第2の注入領域244を通過して複数の第2の注入口2461で終端し,且つ,第2の排出領域245を更に通過して複数の第2の排出口2462で終端している。特定の実施形態において,下主面24の,下主領域243と第2の注入領域244との間の連接箇所における溝付き流路246の横断面は,下主面24の,下主領域243と第2の排出領域245との間の連接箇所における溝付き流路246の横断面より大きい。下主面24の下主領域243には,下突起248のアレイを形成するように,下主面24の下主領域243における溝付き流路246を横断する複数の補助流路247が更に形成されている。更に,前辺縁領域241は,第2の注入口2461と流体連通するように,下主面24から上主面25まで延伸する第2の導入スロット2411を有する。後辺縁領域242は,第2の排出口2462と流体連通するように,下主面24から上主面25まで延伸する第2の流出スロット2421を有する。

【0027】 上遮蔽板5は,着脱可能に,且つ,第1の注入領域254の前境界壁表面2542と後境界壁表面2543との間,及び,第1の排出領域255の前境界壁表面2552と後境界壁表面2553との間にそれぞれフィットするように構成されている。上遮蔽板5は,上主面25の右辺縁領域251及び左辺縁領域252と面一になっている。

【0028】 下遮蔽板4は,着脱可能に,且つ,第2の注入領域244の右境界壁表面2442と左境界壁表面2443との間,及び,第2の排出領域245の右境界壁表面2452と左境界壁表面2453との間にそれぞれフィットするように構成されている。下遮蔽板4は,下主面24の前辺縁領域241及び後辺縁領域242と面一になっている。

【0029】 図3~図6を参照して,本開示の固体酸化物燃料電池1の実施形態は,上と下のモジュール化平面連結装置2と,上と下のモジュール化平面連結装置2の間に挟まれている平面セルユニット3と,第1の上補助シール部材と,第1の下補助シール部材とを含む。

【0030】 各上と下のモジュール化平面連結装置2は,上記のモジュール化平面連結装置2である。

【0031】 平面セルユニット3は,平面セル部材31と陽極部材38と陰極部材39とを含む。平面セル部材31は,平面セル本体33とセル本体支持フレーム32とを含む。陽極部材38は,陽極ウエブ34と陽極フレーム36とを含む。陰極部材39は,陰極ウエブ35と陰極フレーム37とを含む。

【0032】 平面セル本体33は,上のモジュール化平面連結装置2の下主面24の下主領域243と下のモジュール化平面連結装置2の上主面25の上主領域253との間に介在している。セル本体支持フレーム32は,平面セル本体33の周縁を囲みながら支持するように配置され,且つ,上前支持領域321と,上後支持領域322と,下右支持領域323と,下左支持領域324とを有する。上前支持領域321と上後支持領域322とは,横方向(B)において互いに反対側にあると共に,それぞれ上のモジュール化平面連結装置2の下主面24の第2の注入領域244と第2の排出領域245と対になる。下右支持領域323と下左支持領域324とは,縦方向(A)において互いに反対側にあると共に,それぞれ下のモジュール化平面連結装置2の上主面25の第1の注入領域254と第1の排出領域255と対になる。

【0033】 陽極ウエブ34は,平面セル本体33と上のモジュール化平面連結装置2の下主面24の下主領域243との間に挟まれている。陽極フレーム36は,陽極ウエブ34の周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に,横方向(B)において互いに反対側にある前陽極フレーム領域361と後陽極フレーム領域362とを有し,前陽極フレーム領域361と後陽極フレーム領域362とがそれぞれ上のモジュール化平面連結装置2の下主面24の第2の注入領域244と第2の排出領域245と対になる。

【0034】 陰極ウエブ35は,平面セル本体33と下のモジュール化平面連結装置2の上主面25の上主領域253との間に挟まれている。陰極フレーム37は,陰極ウエブ35の周縁を囲みながら支持するように配置されていると共に,縦方向(A)において互いに反対側にある右陰極フレーム領域371と左陰極フレーム領域372とを有し,右陰極フレーム領域371と左陰極フレーム領域372とがそれぞれ下のモジュール化平面連結装置2の上主面25の第1の注入領域254と第1の排出領域255と対になる。

【0035】 第1の上補助シール部材は,陽極フレーム36の前陽極フレーム領域361と後陽極フレーム領域362とのうちの一方と,上のモジュール化平面連結装置2の下主面24における第2の注入領域244と第2の排出領域245とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成している。固体酸化物燃料電池1は,陽極フレーム36の前陽極フレーム領域361と後陽極フレーム領域362とのうちの他方と,上のモジュール化平面連結装置2の下主面24における第2の注入領域244と第2の排出領域245とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成している第2の上補助シール部材を更に含む。更に,固体酸化物燃料電池1は,第1の上主要シール部材と第2の上主要シール部材とを含む。第1の上主要シール部材は,陽極フレーム36の右陽極フレーム領域363と左陽極フレーム領域364とのうちの一方と,上のモジュール化平面連結装置2の下主面24における下主領域243の右部分と左部分とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成している。第2の上主要シール部材は,陽極フレーム36の右陽極フレーム領域363と左陽極フレーム領域364とのうちの他方と,上のモジュール化平面連結装置2の下主面24における下主領域243の右部分と左部分とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成している。第1の上補助シール部材と第2の上補助シール部材と第1の上主要シール部材と第2の上主要シール部材とは,ガラスセラミック,雲母,はんだ合金,及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から別々に構成される。この実施形態において,第1の上補助シール部材と第2の上補助シール部材と第1の上主要シール部材と第2の上主要シール部材とは,陽極フレーム36と一体的に形成されている。言い換えれば,この実施形態における陽極フレーム36は,ガラスセラミック,雲母,はんだ合金,及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成され,且つ,その上面は,第1の上補助シール部材と第2の上補助シール部材と第1の上主要シール部材と第2の上主要シール部材との組み合わせとして使用される。

【0036】 第1の下補助シール部材は,陰極フレーム37の右陰極フレーム領域371と左陰極フレーム領域372とのうちの一方と,下のモジュール化平面連結装置2の上主面25における第1の注入領域254と第1の排出領域255とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成している。固体酸化物燃料電池1は,陰極フレーム37の右陰極フレーム領域371と左陰極フレーム領域372とのうちの他方と,下のモジュール化平面連結装置2の上主面25における第1の注入領域254と第1の排出領域255とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成している第2の下補助シール部材を更に含む。更に,固体酸化物燃料電池1は,第1の下主要シール部材と第2の下主要シール部材とを含む。第1の下主要シール部材は,陰極フレーム37の前陰極フレーム領域373と後陰極フレーム領域374とのうちの一方と,下のモジュール化平面連結装置2の上主面25における上主領域253の前部分と後部分とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成している。第2の下主要シール部材は,陰極フレーム37の前陰極フレーム領域373と後陰極フレーム領域374とのうちの他方と,下のモジュール化平面連結装置2の上主面25における上主領域253の前部分と後部分とのうちの対応する一方との間に配置されて,それらの間に流体密封シールを形成している。第1の下補助シール部材と第2の下補助シール部材と第1の下主要シール部材と第2の下主要シール部材とは,ガラスセラミック,雲母,はんだ合金,及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から別々に構成される。この実施形態において,第1の下補助シール部材と第2の下補助シール部材と第1の下主要シール部材と第2の下主要シール部材とは,陰極フレーム37と一体的に形成されている。言い換えれば,この実施形態における陰極フレーム37は,ガラスセラミック,雲母,はんだ合金,及びこれらの組み合わせからなる群より選ばれた材料から構成され,且つ,その下面は,第1の下補助シール部材と第2の下補助シール部材と第1の下主要シール部材と第2の下主要シール部材との組み合わせとして使用される。

【0037】 上記のように,本開示のモジュール化平面連結装置2において,上遮蔽板5は,第1の注入領域254の前境界壁表面2542と後境界壁表面2543との間,及び,第1の排出領域255の前境界壁表面2552と後境界壁表面2553との間にそれぞれフィットするように構成されている。従って,第1の注入領域254及び第1の排出領域255にある溝付き流路256の一部分は,上遮蔽板5によって陰極フレーム37の左陰極領域371と右陰極領域372から隔離されている。その結果,陰極フレーム37の前陰極フレーム領域373と後陰極フレーム領域374とは,モジュール化平面連結装置2の上主面25の上主領域253における前後の部分に密封され,且つ,陰極フレーム37の右陰極フレーム領域371と左陰極フレーム領域372ともまた,上遮蔽板5に密封され,これにより,陰極フレーム37とモジュール化平面連結装置2の上主面25との間の密封効果を強化でき,そして,先行技術の前述の欠点を回避することができる。

【0038】 同様に,上記のように,下遮蔽板4は,第2の注入領域244の右境界壁表面2442と左境界壁表面2443との間,及び,第2の排出領域245の右境界壁表面2452と左境界壁表面2453との間にそれぞれフィットするように構成されている。従って,第2の注入領域244及び第2の排出領域245にある溝付き流路246の一部分は,下遮蔽板4によって陽極フレーム36の前陽極フレーム領域361の後陽極フレーム領域362から隔離されている。その結果,陽極フレーム36の右陽極フレーム領域363と左陽極フレーム領域364とは,モジュール化平面連結装置2の下主面24の下主領域243における左右の部分に密封され,且つ,陽極フレーム36の前陽極フレーム領域361と後陽極フレーム領域362ともまた,下遮蔽板4に密封され,これにより,陽極フレーム36とモジュール化平面連結装置2の下主面24との間の密封効果を強化できる。

【0039】 以下,本開示の実施例について説明する。これらの実施例は,例示的かつ説明的なものであり,且つ,本開示を限定するものと解釈されるべきではないことを理解されたい。

【0040】 実施例1: モジュール化平面連結装置2の上述した実施形態は,固体酸化物燃料電池に使用する。このモジュール化平面連結装置2において,下主面24の,下主領域243と第2の注入領域244との間の連接箇所における溝付き流路246の横断面は,約22.1mm2であり,且つ,下主面24の,下主領域243と第2の排出領域245との間の連接箇所における溝付き流路246の横断面は,約13.26mm2である。水素と窒素の混合ガス(3%の水蒸気を含む)は,第2の注入口2461を経由して溝付き流路246に導入され,第2の排出口2462を経由して溝付き流路246から流出される。乾燥空気は,第1の注入口2561を経由して溝付き流路256に導入され,第1の排出口2562を経由して溝付き流路256から流出される。固体酸化物燃料電池を100時間運転させた。電子負荷(引張負荷電流:34.2A,動作電圧:0.6~0.7V)を用いて,固体酸化物燃料電池の最大出力密度(650℃),燃料利用率及び出力効率(620℃)を測定した。その結果を表1に示す。

【0041】 実施例2: 下主面24の,下主領域243と第2の注入領域244との間の連接箇所における溝付き流路246の横断面,及び,下主面24の,下主領域243と第2の排出領域245との間の連接箇所における溝付き流路246の横断面の両方とも,約22.1mm2である点を除いて,実施例1での手順を繰り返す。最大出力密度(650℃),燃料利用率,出力効率(620℃)の結果を表1に示す。

【0042】 表1に示すように,下主面24の,下主領域243と第2の注入領域244との間の連接箇所における溝付き流路246の横断面が,下主面24の,下主領域243と第2の排出領域245との間の連接箇所における溝付き流路246の横断面より大きい時に,固体酸化物燃料電池の最大出力密度,燃料利用率および電力効率は更に向上できる。

【0043】 上記においては,説明のため,本発明の全体的な理解を促すべく多くの具体的な詳細が示された。しかしながら,当業者であれば,一またはそれ以上の他の実施形態が具体的な詳細を示さなくとも実施され得ることが明らかである。また,本明細書における「一つの実施形態」「一実施形態」を示す説明において,序数などの表示を伴う説明は全て,特定の態様,構造,特徴を有する本発明の具体的な実施に含まれ得るものであることと理解されたい。更に,本説明において,時には複数の変化例が一つの実施形態,図面,またはこれらの説明に組み込まれているが,これは本説明を合理化させるためのもので,また,本発明の多面性が理解されることを目的としたものである。

【0044】 以上,本発明の好ましい実施形態及び変化例を説明したが,本発明はこれらに限定されるものではなく,最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として,全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。