公開了用于制造和組裝燃料電池組的部件和方法，該燃料電池組適用于簡單的制造程序，并且具有熱和機(jī)械上的順應(yīng)性。

目前固體氧化物燃料電池的主要變型是管狀固體氧化物燃料電池(t-sofc)、平面固體氧化物燃料電池(p-sofc)以及整體式固體氧化物燃料電池(m-sofc)。

管狀固體氧化物燃料電池包括具有內(nèi)電極和外電極的管狀固體氧化物電解質(zhì)構(gòu)件。通常內(nèi)電極是陰極，且外電極是陽極。氧化劑氣體被供給到管狀固體氧化物電解質(zhì)構(gòu)件的內(nèi)部的陰極，并且燃料氣體供給到管狀固體氧化物電解質(zhì)構(gòu)件的外表面上的陽極。(這也可能是相反的。)管狀固體氧化物燃料電池允許簡單的電池組疊布置并且大體上沒有密封件。然而，這種類型的固體氧化物燃料電池的制造是非常復(fù)雜的、人力密集的和昂貴的。此外，這種類型的固體氧化物燃料電池由于通過相對大直徑的管狀電池的長電流傳導(dǎo)路徑而具有相對低的功率密度。

整體式固體氧化物燃料電池具有兩種變型。第一變型具有平面固體氧化物電解質(zhì)構(gòu)件，該平面固體氧化物電解質(zhì)構(gòu)件在其兩個主要表面上具有電極。第二變型具有波紋狀固體氧化物電解質(zhì)構(gòu)件，該波紋狀固體氧化物電解質(zhì)構(gòu)件在其兩個主要表面上具有電極。整體式固體氧化物燃料電池適用于更簡單的流延成型和軋光滾軋(calendarrolling)制造工藝，并且保證更高的功率密度。這種類型的固體氧化物燃料電池需要從其坯體狀態(tài)(greenstates)將整體中的所有燃料電池層共燒結(jié)。然而，這導(dǎo)致嚴(yán)重的收縮和開裂問題。這種類型的固體氧化物燃料電池不容易擴(kuò)展和密封。

平面固體氧化物燃料電池也適用于流延成型和滾軋制造工藝。目前，它需要限制性能的厚度為150μm-200μm的自支撐固體氧化物電解質(zhì)構(gòu)件。平面固體氧化物燃料電池也具有有限的耐熱沖擊性。

固體氧化物燃料電池需要約700℃至約1000℃的運(yùn)行溫度以在活性燃料電池內(nèi)實(shí)現(xiàn)所需的電解質(zhì)性能。

固體氧化物燃料電池組的運(yùn)行溫度原則上足夠高，用于固體氧化物燃料電池組內(nèi)部的烴燃料的蒸汽重整。內(nèi)部蒸汽重整將簡化固體氧化物燃料電池功率組的平衡并提高運(yùn)行效率。然而，固體氧化物燃料電池組內(nèi)的烴燃料的重整有許多尚未解決的問題。固體氧化物燃料電池組中的烴燃料的全部內(nèi)部重整被蒸汽重整反應(yīng)的強(qiáng)烈吸熱性質(zhì)以及精密燃料電池的相應(yīng)熱沖擊所排除。固體氧化物燃料電池中鎳金屬陶瓷陽極的內(nèi)部重整傾向于催化碳的形成。

本發(fā)明尋求提供一種新穎的固體氧化物燃料電池組，該固體氧化物燃料電池組適用于簡單的制造程序并且具有熱和機(jī)械上的順應(yīng)性。

背景

ep0668622b1公開了一種固體氧化物燃料電池，該固體氧化物燃料電池包括多個模塊。這些模塊中的一些包括中空構(gòu)件，該中空構(gòu)件具有兩個平行的平坦表面，固體氧化物燃料電池布置在在該兩個平行的平坦平面上。每個模塊的相對端部通過柔順應(yīng)性波紋管連接部連接到反應(yīng)物歧管。

然而，這種布置在固體氧化物燃料電池組中不能提供足夠的熱和機(jī)械順應(yīng)性而使固體氧化物燃料電池組中的機(jī)械和熱應(yīng)力最小化。

ep1419547b1公開了一種固體氧化物燃料電池組，該固體氧化物燃料電池組包括多個模塊。模塊包括長形中空構(gòu)件，中空構(gòu)件具有用于反應(yīng)物流動的通道。模塊被布置成使得每個模塊的至少一個端部連接到相鄰模塊的端部，以允許反應(yīng)物以蛇形類型布置順序地流動穿過模塊。

然而，該布置不能提供足夠的熱和機(jī)械順應(yīng)性，以防止在長形中空構(gòu)件附近產(chǎn)生的熱和機(jī)械應(yīng)力。此外，在安裝到堆疊之前，檢查模塊的接合泄漏、幾何精度以及橫跨模塊的反應(yīng)物壓降是困難的。

簡要概述

根據(jù)第一方面，提供了一種固體氧化物燃料電池組，該固體氧化物燃料電池組包括至少一個燃料電池條，每個條包括多個束，每個束包括多個管子組件，每個管子組件包括燃料電池管，每個燃料電池管具有縱向延伸穿過燃料電池管的至少一個通路，相鄰的管子組件大體上平行且間隔布置，每個管子組件的至少一個端部經(jīng)由至少一個端部配件連接到相鄰的管子組件的一個端部，其中，該至少一個端部配件包括至少一個通道。

在端部配件內(nèi)提供多個通道的好處是，通道幾何形狀可以適于控制穿過多個通道并進(jìn)入燃料電池管中的燃料流。令人驚奇的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以自下而上的方式(即，從燃料電池管上至燃料電池條)的燃料流的微控制降低了對易碎燃料電池管和其它部件的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。控制整個燃料電池管子組件中的燃料流的分布防止燃料流在管子組件內(nèi)的燃料浪涌(fuelsurges)和壓力差。

可選地，該至少一個端部配件包括多個通道。

可選地，該至少一個端部配件包括燃料入口或燃料出口。

可選地，該至少一個通道形成從燃料入口或燃料出口到燃料電池管的氣密導(dǎo)管。

可選地，該至少一個通道具有長度，且其中，該至少一個通道的橫截面面積是該至少一個通道的長度的函數(shù)。

可選地，該至少一個端部配件的熱膨脹系數(shù)(cte)與固體氧化物燃料電池管的cte相匹配。

可選地，該至少一個端部配件由防滲的氧化鎂鋁酸鎂(magnesiamagnesiumaluminate)(mma)陶瓷材料制成。

可選地，每個管子組件的一個端部包括第一類型的端部配件，每個管子組件的相對端部包括第二類型的端部配件，且其中，一個管子組件的第一類型的端部配件和相鄰的管子組件的第二類型端部配件被連接以提供在相鄰的管子組件的燃料電池管之間的導(dǎo)管。

可選地，第一類型的端部配件具有與毗鄰的第二類型的端部配件的第二對準(zhǔn)特征相兼容的第一對準(zhǔn)特征，從而提供在相鄰的第一類型的端部配件和第二類型的端部配件之間的對準(zhǔn)。

可選地，第一對準(zhǔn)特征是形成第一類型的端部配件的燃料入口或燃料出口的中心插頭，并且第二對準(zhǔn)特征是形成第二類型的端部配件的燃料入口或燃料出口的中心定位插座。

可選地，中心插頭和中心定位插座連接以形成在第一類型的端部配件和第二類型的端部配件之間的導(dǎo)管。

可選地，中心插頭具有玻璃陶瓷流延成型密封墊圈，以提供與中心定位插座的氣密結(jié)合。

可選地，該端部配件包括大體上垂直的第一密封面和第二密封面，其中，第一密封面和第二密封面提供用于支撐燃料電池管的壁架。

可選地，燃料電池管連接到該壁架以形成在燃料電池管和端部配件之間的氣密連接。

可選地，第二密封面的深度大于燃料電池管的厚度，從而提供在一個管子組件的燃料電池管和相鄰的管子組件的端部配件之間的間隙。

可選地，第一密封面具有管邊緣對準(zhǔn)插頭。

可選地，第二密封面具有管邊緣對準(zhǔn)插頭。

可選地，第一類型的端部配件具有上安裝表面和下鄰接表面，用于安裝和鄰接相鄰的端部配件。

可選地，第二類型的端部配件具有上鄰接表面和下安裝表面，用于鄰接和安裝相鄰的端部配件。

可選地，其中，第一類型的端部配件的上安裝表面固定到相鄰的第二類型的端部配件的下安裝表面，以在其間形成結(jié)合的接合部。

可選地，上安裝表面和/或下安裝表面設(shè)置有結(jié)合控制墊，以控制相鄰的端部配件之間的結(jié)合的接合部的厚度。

可選地，結(jié)合的接合部用陶瓷玻璃漿結(jié)合。

可選地，第一端部配件的下鄰接表面設(shè)置有定位插座。

可選地，第二類型的端部配件的上鄰接表面設(shè)置有定位銷。

可選地，定位插座是圓柱形的并且適于約束相鄰的管子組件之間的橫向運(yùn)動并且允許相鄰的管子組件之間的縱向運(yùn)動。

可選地，定位銷是圓柱形的。

根據(jù)第二方面，提供了一種固體氧化物燃料電池組，該固體氧化物燃料電池組包括至少一個燃料電池條，每個條包括多個束，每個束包括多個管子組件，每個管子組件包括燃料電池管，每個燃料電池管具有縱向延伸穿過燃料電池管的至少一個通路，相鄰的管子組件大體上平行且間隔布置，每個管子組件的至少一個端部經(jīng)由至少一個端部配件連接到相鄰的管子組件的一個端部，每個束的最上管子組件的端部和最下管子組件的端部各自設(shè)置有燃料歧管端部配件，其中，燃料歧管端部配件包括至少一個通道，該通道將每個束的最上管子組件的燃料電池管的端部和最下管子組件的燃料電池管的端部連接到相應(yīng)的燃料電池條燃料管道。

優(yōu)選地，燃料歧管端部配件包括多個通道。通過在燃料歧管端部配件內(nèi)設(shè)置多個通道，從主燃料電池條燃料管到管子組件的燃料電池管的燃料流(包括到燃料電池管內(nèi)的單獨(dú)的通道的燃料流)可以被控制。此外，燃料歧管端部配件內(nèi)的多個通道控制到燃料電池條內(nèi)的單獨(dú)的燃料電池束中的每一個的燃料流。

可選地，其中，該至少一個通道具有長度，且其中，該至少一個通道的橫截面面積是該至少一個通道的長度的函數(shù)。

可選地，主條燃料管道是進(jìn)料管道。

可選地，主條狀燃料管道是出料管道。

可選地，燃料歧管端部配件的熱膨脹系數(shù)(cte)與固體氧化物燃料電池管的cte相匹配。

可選地，該燃料歧管端部配件由防滲的氧化鎂鋁酸鎂(mma)陶瓷材料制成。

可選地，進(jìn)料管道和出料管道由致密的防滲的陶瓷材料制成。

根據(jù)第三方面，提供了一種燃料歧管端部配件，該燃料歧管端部配件包括至少一個通道，該通道配置用于將束的最上管子組件的端部的燃料電池管連接到第一主條燃料管道，并將束的最下管子組件的端部的燃料電池管連接到第二主條燃料管道。

附圖簡述

將參考附圖在下文中進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施方案，在附圖中：

圖1示出了固體氧化物燃料電池組；

圖2示出了燃料電池管子組件；

圖3示出了與端部配件毗鄰的燃料電池管的截面圖，該燃料電池管形成穿過圖2的燃料電池管子組件的端部配件的燃料流動通道；

圖4示出了第一端部配件；

圖5示出了第一端部配件；

圖6示出了第二端部配件；

圖7示出了第二端部配件；

圖8示出了第一端部配件和第二端部配件的視圖；

圖9示出了管子組件的局部視圖；

圖10a示出了使用如圖11和圖12所示的替代的端部配件的相鄰的管子組件的結(jié)合的接合部的截面圖；

圖10b示出了使用如圖8所示的端部配件的相鄰的管子組件的結(jié)合的接合部；

圖10c示出了使用如圖8所示的端部配件的相鄰的管子組件的結(jié)合的接合部的截面圖；

圖10d示出了使用如圖8所示的端部配件的相鄰的管子組件的非結(jié)合的接合部；

圖11示出了替代的第一端部配件的兩個視圖；

圖12示出了替代的端部配件的兩個視圖；

圖13示出了束的截面圖；

圖14示出了束的3d透視圖；

圖15示出了燃料歧管端部配件；

圖16示出了燃料歧管端部配件；

圖17示出了燃料歧管端部配件；

圖18示出了條組件；

圖19a示出燃料歧管端部配件；

圖19b是通過燃料歧管端部配件的截面圖；

圖20a和圖20b示出了另外的燃料歧管端部配件；

圖21a和圖21b示出了替代的燃料歧管端部配件；

圖22a、圖22b以及圖22c示出了穿過條組件的區(qū)段。

詳細(xì)描述

在所描述的實(shí)施方案中，已經(jīng)用類似的數(shù)字標(biāo)識了類似的特征，盡管在一些情況下具有整數(shù)倍100的增量。例如，在不同的圖中，34、234以及334已經(jīng)用于指示反應(yīng)物歧管。

固體氧化物燃料電池組10包括至少一個燃料電池條12，每個條12包括多個束14，并且束14大體上上彼此平行地布置，如圖1所示。每個束14包括多個管子組件16，并且每個管子組件16包括并入多個燃料電池的燃料電池管18。

圖2示出了管子組件16，管子組件16包括連接到端部配件22、24的燃料電池管18。圖3示出了連接到端部配件22的燃料電池管18。燃料電池管18具有縱向延伸穿過燃料電池管18用于反應(yīng)物的流動的至少一個通路20，穿過管18和端部配件22的流動路徑由箭頭28示出。

燃料電池管由多孔氧化鎂鋁酸鎂(mma)管形成，并且在沒有各個燃料電池的細(xì)節(jié)的情況下被示出。相鄰的管子組件16布置成大體上彼此平行并間隔開，使得一個燃料電池管子組件16的燃料電池管18不接觸相鄰的管子組件16的燃料電池管18。相鄰的管子組件的燃料電池管18之間的間隔允許氧化劑在操作期間在燃料電池管之間流動。

管子組件16經(jīng)由端部配件22、24連接到相鄰的管子組件。使用端部配件與燃料電池管組合以制造管子組件16的好處是眾多的，并且包括減少在構(gòu)建燃料電池條12時所需的部分的數(shù)量。因此，管子組件16被認(rèn)為是單個部分。以模塊化方式構(gòu)建組不需要復(fù)雜的燃料電池管密封程序。此外，可以在安裝之前對管子組件進(jìn)行機(jī)械和熱順應(yīng)性的測試，從而降低安裝后各個管子組件的故障風(fēng)險。燃料電池管布置在相對的端部配件22、24之間，并且燃料電池管使用結(jié)合件密封到端部配件以產(chǎn)生密封單元，端部配件形成在燃料電池管和端部配件之間的氣密路徑28。

需要數(shù)種類型的端部配件來生產(chǎn)燃料電池束。圖3、圖4以及圖5中示出了第一類型的端部配件22。圖6和圖7中示出了第二類型的端部配件24。如圖10a所示，第一類型和第二類型的端部配件聯(lián)接在一起，以在相鄰的管子組件的燃料電池管之間形成導(dǎo)管，并且完整的端部配件(即，與第二類型的端部配件聯(lián)接的第一類型的端部配件)將第一管子組件的一個端部與相鄰的管子組件的端部連接。

需要燃料歧管端部配件來終止最上管子組件和最下管子組件，并將每個管束連接到燃料進(jìn)料管道和燃料出口管道。下面更詳細(xì)地描述燃料歧管端部配件。

第一類型的端部配件22和第二類型的端部配件24毗鄰以提供在相鄰的管子組件16之間的氣密通道，并允許反應(yīng)物依次流動穿過管子組件16。相鄰的管子組件16的燃料電池管18彼此不接觸，因此機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力不會在相鄰的管子組件16的燃料電池管18內(nèi)復(fù)合。相反，熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力通過管子組件的端部配件22、24傳播。端部配件22、24被設(shè)計成承受熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，并且端部配件遠(yuǎn)不如燃料電池管18精密。因此，在束的燃料電池管中不產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。在這種布置中，燃料電池條12中的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力減小。

此外，使用端部配件作為管子組件16的一部分使得能夠制造管子組件16，而不需要燃料電池條內(nèi)的后續(xù)密封過程。在將管子組件安裝在束內(nèi)之前，可以檢查管子組件16的接合部泄漏、幾何精度以及通過管子組件的壓降。由于改進(jìn)了管子組件16中的制造公差，部分地減小了整個組中的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。

制造管子組件16與制造束14或條12的分離提供了識別和解決每個管子組件的燃料電池管18內(nèi)的缺陷的機(jī)會，這是由于可以在安裝到更復(fù)雜的組中之前測試管子組件16的泄漏。

現(xiàn)在參考圖4至圖7，第一端部配件22和第二端部配件24被示出為具有用于將燃料電池管18安裝到端部配件上的第一密封面30、50和第二密封面32、52。第一密封面和第二密封面大體上相對于彼此垂直，并且第一密封面30、50界定靠近燃料電池管的端部的表面的壁架，以附著到端部配件。第二密封面32、52界定表面，燃料電池管的端部附著到該表面。第二密封面和燃料電池管的端部之間的連接部形成在燃料電池管和端部配件之間的氣密通道。

第二密封面32、52的高度大于燃料電池管18的高度。高度差提供了一個管子組件的燃料電池管與相鄰管子組件的端部配件之間的間隙，并且防止由于在相鄰的管子組件之間傳播的管子組件的部件的膨脹或收縮導(dǎo)致的任何壓縮力，如圖13所示。

管邊緣對準(zhǔn)插頭40、60位于第二密封面32、52上，以便在管子組件16的制造期間容易地對準(zhǔn)燃料電池管18。

管邊緣對準(zhǔn)插頭40、60還可以位于第一密封面30、50上，以便在管子組件16的制造期間容易地對準(zhǔn)燃料電池管18。

替代地，第一密封面和第二密封面都可以設(shè)置有管對準(zhǔn)插頭40、60，以在管子組件16的制造期間改進(jìn)燃料電池管18的對準(zhǔn)。

端部配件提供氣密通道，用于反應(yīng)物從一個管子組件流動到相鄰的管子組件。端部配件設(shè)置有結(jié)構(gòu)支撐柱38、58，支撐柱之間的空間提供用于反應(yīng)物流動的通道。替代的布置還可以提供端部配件的結(jié)構(gòu)支撐。

支撐柱38、58通過形成分布燃料的多個通道來改進(jìn)貫穿燃料電池管18的反應(yīng)物分布。柱38、58定位成使得兩個相鄰柱38、58之間的孔提供具有用于反應(yīng)物通過的口39、59的通道。通道和口39、59的尺寸和形狀適于使得來自端部配件中的反應(yīng)物主流的反應(yīng)物的預(yù)定壓降被遞送到燃料電池管18。燃料電池管18內(nèi)的反應(yīng)物的流動分布因此可以由氣密燃料路徑以及管子組件16和束14內(nèi)的柱38、58來控制。通過控制反應(yīng)物在燃料電池管水平面的流動，通過防止從端部配件到燃料電池管的大的壓降來減小燃料電池管中的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。

為了從改進(jìn)整個條上的制造公差中受益，每個模塊化部件可以包括組合地減少與對準(zhǔn)不同部件相關(guān)聯(lián)的問題的特征。例如，第一端部配件和第二端部配件具有兼容的對準(zhǔn)特征，該兼容的對準(zhǔn)特征有助于改進(jìn)兩個端部配件之間的對準(zhǔn)。第一端部配件具有與第二端部配件的對準(zhǔn)特征兼容的對準(zhǔn)特征，并且與該對準(zhǔn)特征一起提供第一端部配件和第二端部配件之間的對準(zhǔn)。

如圖4至9所示，可以使用許多可能的對準(zhǔn)特征來改進(jìn)第一端部配件和第二端部配件之間的對準(zhǔn)。一個這樣的特征使用第一端部配件和第二端部配件的燃料入口或出口通道來彼此定位和對準(zhǔn)。例如，第一端部配件的對準(zhǔn)特征是中心插頭34，為第一端部配件22和第二端部配件24之間的氣密燃料通道提供連接。在這樣的布置中，第二端部配件的對準(zhǔn)特征是中心定位插座62，其適于與中心插頭34結(jié)合，以形成用于反應(yīng)物在第一端部配件22和第二端部配件24之間的流動的氣密通道。因此，端部配件24的下表面68鄰接位于相鄰端部配件22的上表面46上的墊或替代地直接位于表面46上。插頭34不需要位于中心位置；然而，插頭34位于中心的另外的好處是在管子組件16的制造期間，中心插頭34有助于界定相鄰的管子組件16之間的軸向?qū)?zhǔn)。

對準(zhǔn)特征用于在相鄰的管子組件16之間提供氣密通道。中心插頭34和中心定位插座62被對齊并密封以界定第一端部配件22和第二端部配件24之間的氣密通道。為了實(shí)現(xiàn)氣密通道，中心插頭34具有如圖9所示的玻璃陶瓷流延成型密封墊圈35，以提供與中心定位插座34的氣密結(jié)合。

鉤61可以設(shè)置在每個端部配件上，以提供用于根據(jù)需要將管子組件附接到外部硬件的裝置。

端部配件為反應(yīng)物28的流動提供多個通道。

圖10a和圖10c示出了兩個燃料電池管子組件之間的結(jié)合的接合部，并且示出了從一個管的出口到上面的下一個管中的全流路徑28。接觸墊控制陶瓷玻璃接合部37’的厚度?？刂茐|執(zhí)行控制條的高度的重要功能，因此在端部配件的制造期間精確地形成控制墊的高度。使用端部配件厚度來控制總的條高度降低了燃料電池管厚度和管對端部配件結(jié)合厚度的重要性，從而簡化了制造工藝和要求。

圖10c示出了使用如圖4和圖5所示的端部配件22和如圖6和圖7所示的端部配件24通過燃料電池管子組件之間的結(jié)合的接合部的截面。

圖10a示出了通過燃料電池管18和端部配件22、24的反應(yīng)物或燃料的流動路徑28。中心插頭34與中心定位插座62聯(lián)接以提供通過端部配件的主流動路徑。氣密陶瓷玻璃接合部37’密封中心插頭34和中心定位插座62，以確保端部配件22和端部配件24之間的連接是氣密的。

圖10d示出了通過管子組件之間的非結(jié)合的端部接合部36的截面。一個端部配件24的定位銷塞入相鄰的端部配件22的定位插座中。

圖11示出了為反應(yīng)物流動提供數(shù)個流動路徑(即，通道)28的第二類型的端部配件24。通道由柱58和口59形成。通道的數(shù)量以及通道的尺寸和形狀取決于燃料電池管中燃料流的期望壓力。

圖12示出了具有單個長形反應(yīng)物連接路徑29的第一類型的端部配件22。應(yīng)理解，具有多個通道的端部配件可以聯(lián)接到具有單個長形反應(yīng)物流動路徑(通道)的端部配件。這樣的組合仍然能夠控制反應(yīng)物通過燃料電池管的流動分布，這是由于多個通道有助于控制反應(yīng)物的流動。

以上已經(jīng)描述了相鄰的第一端部配件和第二端部配件如何聯(lián)接以在相鄰的管子組件之間提供氣密連接。然而，由于整個管子組件的束需要蛇形流動路徑，如果管子組件的第一端部連接到第一類型的端部配件，則管子組件的相對的端部連接到第二類型的端部配件。優(yōu)選地，第一類型的端部配件和第二類型的端部配件僅在氣密通道周圍永久地結(jié)合。該替代端部配件聯(lián)接部是非結(jié)合的。這確保了在束內(nèi)提供機(jī)械公差，這是由于管子組件的相對的端部僅僅被約束并且不以固定位置結(jié)合。

圖13示出了六個管子組件16的束14。一些端部配件與相鄰的端部派件是結(jié)合的37’，而另外的端部配件是非結(jié)合的63。

第一端部配件22具有上安裝表面46和下鄰接表面44，用于分別安裝和鄰接相鄰的端部配件。

第二端部配件24具有上鄰接表面66和下安裝表面68，用于分別鄰接和安裝相鄰的端部配件。

第一類型和第二類型的端部配件的安裝表面46、68設(shè)置有結(jié)合厚度控制墊36、56，以控制相鄰的端部配件之間的結(jié)合的接合部的厚度。在圖4和圖6中更容易識別結(jié)合厚度控制墊。

第一端部配件22的上安裝表面46使用陶瓷玻璃漿37被不能移動地結(jié)合到第二端部配件24的下安裝表面68，以形成玻璃陶瓷接合部37’。然后將端部配件燒結(jié)以將表面不可逆地?zé)Y(jié)在一起并且提供在兩個安裝表面之間的氣密密封。

為了改進(jìn)熱和機(jī)械公差，替代的端部配件被約束在特定的位置中并且如圖10d所示是非結(jié)合的。

第二端部配件24的上鄰接表面66設(shè)置有如圖8和圖11所示的定位銷64。

第一端部配件的下鄰接表面44設(shè)置有如圖5所示的定位插座42或如圖12所示的長形插座42。

定位銷64和定位插座42為第二端部配件24和第一端部配件22的非結(jié)合聯(lián)接部63提供精確對準(zhǔn)。第一端部配件和第二端部配件之間的鄰接部是非結(jié)合的聯(lián)接部63，以幫助調(diào)節(jié)束從室溫起動至燃料電池組的運(yùn)行溫度的熱膨脹。

定位銷64是圓柱形的。圓柱形定位銷64和更大的長形插座42在相鄰的管子組件之間提供緯向限制，同時允許相鄰管子組件之間的預(yù)定程度的縱向運(yùn)動。還設(shè)想了定位銷和定位插座的其它形狀，這適于在相鄰的端部配件之間在特定方向上提供限制，同時允許在另一個方向上有限的移動。

如上所述，為了以模塊化的方式建立燃料電池組、帶以及束，需要數(shù)種類型的端部配件。例如，束可以包括兩個、四個、六個或更多個管子組件。然而，也可以想到奇數(shù)，但這將需要在燃料電池條兩側(cè)上的燃料管道。

圖14示出了束組件的透視圖。如圖18所示，最上管子組件16”和最下管子組件16’設(shè)置有用于將束連接到主條進(jìn)料管道410和412的裝置，如圖18所示。束具有用于從最下管子組件16’到最上管子組件16”的反應(yīng)物入口和反應(yīng)物出口并且因此通過束14的裝置。在最下管子組件16’和最上管子組件16”的終端上的端部配件具有用于連接到主條燃料進(jìn)料管道410和412的裝置。圖14示出了具有六個管子組件，最下管子組件16’、最上管子組件16”以及四個內(nèi)管子組件16的束。最下管子組件16’具有用于經(jīng)由入口歧管端部配件26的反應(yīng)物入口的裝置，且最上管子組件16”具有用于經(jīng)由出口歧管端部配件27的反應(yīng)物出口的裝置。

圖15至18更詳細(xì)地示出了歧管端部配件和條組件。歧管端部配件26、27包括反應(yīng)物歧管234、334，以向主條燃料管道410、412提供氣密燃料通道，從而允許反應(yīng)物流動穿過束的最下管子組件、內(nèi)管子組件，并流動穿過最上管子組件，使得固體氧化物燃料電池組中的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力減小。該布置還可以顛倒，使得反應(yīng)物流動經(jīng)過最上管子組件到最下管子組件。

入口歧管端部配件26具有上鄰接表面246和下鄰接表面244(見圖15和圖16)。入口歧管端部配件26提供用于反應(yīng)物從端部配件流到最下管子組件的燃料電池管的氣密通道。歧管端部配件是完整的端部配件，并且該通道不需要后續(xù)部件使其完整，這不同于上述的第一端部配件和第二端部配件，其需要第一端部配件和第二端部配件以形成氣密通道。因此，入口歧管端部配件不具有安裝表面，這是由于其不需要接合到相鄰的管子組件。代替地，入口歧管端部配件設(shè)置有上鄰接表面246和下鄰接表面244；下鄰接表面244設(shè)置有定位插座242，并且上鄰接表面246設(shè)置有定位銷264。

入口歧管端部配件的對準(zhǔn)特征242、264與第一端部配件和第二端部配件的鄰接表面的對準(zhǔn)特征大致相同。

定位銷264和定位插座242提供了正向?qū)?zhǔn)，用于將入口歧管端部配件從相同的束或從相鄰的束非結(jié)合地聯(lián)接至相鄰的管子組件。入口歧管端部配件和相鄰管子組件的第一端部配件和第二端部配件之間的鄰接部是非結(jié)合的，以幫助調(diào)節(jié)束從室溫起動至燃料電池組的運(yùn)行溫度的熱膨脹。由于條燃料管道附近存在較大的溫度梯度，因此在條燃料管道附近尤為重要。此外，由于燃料壓力引起的機(jī)械應(yīng)力有助于在條燃料管道區(qū)域附近或在條燃料管道區(qū)域中經(jīng)受的附加的機(jī)械應(yīng)力。

定位銷264是圓柱形的。與更大的圓柱形插座242聯(lián)接的圓柱形定位銷264提供在相鄰的管子組件之間的緯向限制，同時允許相鄰的管子組件之間的有限的縱向運(yùn)動。還設(shè)想其它形狀的定位銷，其中相鄰的子組件之間的運(yùn)動在一個方向上被約束并允許在另一個方向上的少量運(yùn)動。

類似地，出口歧管端部配件具有上鄰接表面346和下鄰接表面344，如圖17所示。出口歧管端部配件提供氣密通道，用于反應(yīng)物從最上管子組件的終端流到出口歧管端部配件。與上述的第一端部配件和第二端部配件不同，該通道不需要后續(xù)部件使其完整。因此，出口歧管端部配件不具有安裝表面，這是由于它不需要接合到相鄰的管子組件。代替地，出口歧管端部配件設(shè)置有上鄰接表面346和下鄰接表面344；下鄰接表面344設(shè)置有定位插座(未示出)，并且上鄰接表面346設(shè)置有定位銷364。

出口歧管端部配件的對準(zhǔn)特征342、364與第一端部配件和第二端部配件的鄰接表面的對準(zhǔn)特征大致相同，例如，如在圖4和圖6中示出的。

定位銷364和定位插座提供了正向?qū)?zhǔn)，用于將出口歧管端部配件從相同的束或從相鄰的束非結(jié)合地聯(lián)接至相鄰的管子組件。出口歧管端部配件和相鄰管子組件的第一端部配件和第二端部配件之間的鄰接部是非結(jié)合的，以幫助調(diào)節(jié)束從室溫起動至燃料電池組的運(yùn)行溫度的熱膨脹。由于主條進(jìn)料管道附近可能經(jīng)歷較大的溫度梯度，因此在主條進(jìn)料管道附近尤為重要。此外，由于燃料壓力引起的機(jī)械應(yīng)力也可能導(dǎo)致在反應(yīng)物進(jìn)料管道(即，主條燃料管道)的區(qū)域附近或在反應(yīng)物進(jìn)料管道的區(qū)域中經(jīng)歷附加的機(jī)械應(yīng)力。

定位銷364是圓柱形的。圓柱形定位銷364和更大的圓柱形插座342提供在相鄰的管子組件之間的緯向限制，同時允許相鄰的管子組件之間的有限的縱向運(yùn)動。

與第一類型和第二類型的端部配件一樣，入口和出口歧管端部配件還具有結(jié)合厚度控制墊236、第一密封面230、330和第二密封面232、332以及形成多個通道的柱238、338的特征。

通過歧管端部配件內(nèi)的燃料管道定位特征234、334，實(shí)現(xiàn)條內(nèi)的束之間的改進(jìn)的對準(zhǔn)以及束到主條進(jìn)料管道的對準(zhǔn)。插座235、335和凸緣233、333經(jīng)由氣密接合部414將歧管定位并結(jié)合到入口管道410和出口管道412，如圖18所示。氣密接合部414使用流延成型墊圈和陶瓷玻璃形成，用于在管子組件的燒結(jié)期間產(chǎn)生密封。

入口歧管端部配件內(nèi)的燃料進(jìn)料通道270的尺寸被設(shè)定成從燃料入口管道壓力實(shí)現(xiàn)期望的壓降。

圖19至21示出了具有提供不同通道布置的不同支柱布置的歧管端部配件的替代實(shí)施方案。柱用于支撐端部配件的結(jié)構(gòu)，但還被設(shè)計成為入口反應(yīng)物提供通道。圖19a示出了歧管端部配件526、527的一個這樣的實(shí)施方案。圖19b示出了通過歧管端部配件526、527的區(qū)段。燃料管道510、512(未示出，但如圖18、410、412所示)可連接到歧管端部配件，使得歧管534形成燃料管道500的一部分。歧管534經(jīng)由由陶瓷玻璃形成的流延成型密封墊圈連接到燃料管道500，以提供氣密接合部。

燃料連接器503在歧管534處提供用于燃料流動的口，并為燃料提供中間通道502。中間通道502配置為實(shí)現(xiàn)從燃料管道500中的燃料壓力到柱538之間的通道的期望的壓降。柱被間隔開，提供用于通道的多個孔504和通道的口539。這些通道提供對壓力的控制，并且因此提供對流動到燃料電池管的通道20中的燃料的控制?？?04和口539均被設(shè)計成實(shí)現(xiàn)從歧管端部配件到燃料電池管的所需流動分布。

圖20a和20b示出了替代的歧管端部配件布置626、627。在這種布置中，燃料管道部600經(jīng)由燃料連接器603連接到中間通道602。這些燃料連接器適于引起從燃料管道到端部配件以及因此在燃料電池管內(nèi)的壓降。中間通道602內(nèi)的支撐柱606有助于端部配件中的燃料流動力學(xué)和燃料分布，同時還在端部配件內(nèi)提供結(jié)構(gòu)支撐。

圖21a和21b示出了替代的歧管端部配件布置726、727。在該實(shí)施方案中，燃料連接器703被布置成將燃料管道部700連接到中間通道702，或者將燃料管道直接連接到通道705的孔704。柱738根據(jù)通道與燃料管道或主條燃料管道的接近度而提供不同的通道705長度。這種布置在每個口739處提供預(yù)定的燃料壓力，并且可以改變通道尺寸來控制每個口處的燃料壓力。這種布置的優(yōu)點(diǎn)是可以在每個口739處設(shè)置恒定的燃料壓力。

為了改進(jìn)整個條的機(jī)械和熱順應(yīng)性，在相鄰的束之間提供了膨脹間隙402。圖22a示出通過條入口燃料進(jìn)料歧管的截面。通過使用出口歧管端部配件的上鄰接表面446和入口歧管端部配件的下鄰接表面444之間的可移除間隔件，在歧管端部配件426和另一個歧管端部配件427(未示出)之間實(shí)現(xiàn)膨脹間隙402。在束被燒結(jié)之后，間隔件被移除，并且兩個相鄰的束之間的膨脹間隙通過防止機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力傳播到相鄰的束而提供條的額外的熱和機(jī)械公差。

每個束經(jīng)由入口或出口歧管端部配件可連接到主條燃料管道。

端部配件由具有熱膨脹系數(shù)(cte)的材料制造，端部配件的熱膨脹系數(shù)與燃料電池管的cte相匹配。固體氧化物燃料電池需要約700℃至約1000℃的運(yùn)行溫度以在活性燃料電池內(nèi)實(shí)現(xiàn)所需的電解質(zhì)性能。大的溫度變化可以導(dǎo)致部件的大的膨脹和收縮，并且cte的不匹配可能對組10的機(jī)械和熱完整性造成災(zāi)難性的后果。即使在正常運(yùn)行溫度下，也可以在整個燃料電池組和整個管子組件中發(fā)現(xiàn)溫度變化。因此，通過將端部配件的cte與燃料電池管的cte相匹配，減少由管和端部配件的熱變化引起的機(jī)械應(yīng)力。

端部配件由防滲的材料制成，例如，氧化鎂鋁酸鎂(mma)陶瓷材料。能夠承受燃料電池組的運(yùn)行溫度并具有與燃料電池管的cte相匹配的熱膨脹系數(shù)的任何不能滲透材料都適用于生產(chǎn)端部配件。此外，與更精密的燃料電池管相比，防滲的端部配件能夠承受更大的壓縮載荷。

端部配件通常通過注射成型工藝生產(chǎn)。注射成型是廣泛使用的制造工藝，用于使用精密加工的模具來生產(chǎn)零件以形成幾何精確的零件。替代地，端部配件可以使用壓制成型生產(chǎn)。按照本發(fā)明的實(shí)施方案的壓制成型或壓制工藝提供類似的幾何精確的零件。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，關(guān)于上述任何實(shí)施方案描述的特征可以在不同實(shí)施方案之間可互換地應(yīng)用。上述實(shí)施方案是本發(fā)明的各種示出特征的示例。

貫穿本說明書的描述和權(quán)利要求，詞語“包括(comprise)”和“包含(contain)”以及其變體是指“包括但不限于”，并且它們并不意圖(并且沒有)排除其它部分、添加物、部件、整體或步驟。貫穿本說明書的描述和權(quán)利要求，單數(shù)涵蓋復(fù)數(shù)，除非上下文另有要求。特別地，在使用不定冠詞的情況下，本說明書應(yīng)理解為考慮復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文另有要求。

結(jié)合本發(fā)明的特定方面、實(shí)施方案或示例描述的特征、整體、特性、化合物、化學(xué)部分或組應(yīng)被理解為可適用于本文描述的任何其他方面、實(shí)施方案或示例，除非與其不相容。在本說明書(包括任何隨附的權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的所有特征和/或如此公開的任何方法或工藝的所有步驟可以以任何組合方式被組合，除了其中這類特征和/或步驟中的至少某些是相互地排他的組合之外。本發(fā)明不限于任何前述的實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。本發(fā)明擴(kuò)展至在本說明書(包括任何隨附的權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的特征中的任何新穎的特征或任何新穎的組合，或擴(kuò)展至如此公開的任何方法或工藝的步驟中的任何新穎的步驟或任何新穎的組合。

閱讀者的注意力被指向與本申請有關(guān)的與本說明書同時被提交的或在本說明書之前被提交的并且隨本說明書向公眾公開的所有的論文和文獻(xiàn)，并且所有的這類論文和文獻(xiàn)的內(nèi)容通過引用并入本文。