燃料電池的制作方法
【專利說明】燃料電池
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的相互參照
[0002]本國(guó)際申請(qǐng)基于2013年3月29日向日本特許廳提出申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2013 — 72922號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，將日本專利申請(qǐng)第2013 — 72922號(hào)的全部?jī)?nèi)容引用到本國(guó)際申請(qǐng)中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0004]以往，作為燃料電池，已知有一種使用固體電解質(zhì)(固體氧化物)的固體氧化物燃料電池(以下也簡(jiǎn)稱為S0FC)。
[0005]在該SOFC中，作為發(fā)電單元，例如使用了在固體電解質(zhì)膜的一側(cè)設(shè)有與燃料氣體接觸的燃料電極，并且在另一側(cè)設(shè)有與氧化劑氣體(空氣)接觸的氧化劑電極(空氣電極)的燃料電池單元(發(fā)電單元)。而且，為了得到期望的電壓，開發(fā)出一種借助互連器層疊有多個(gè)發(fā)電單元的燃料電池。
[0006]對(duì)于此類燃料電池，通常存在這樣的問題:層疊發(fā)電單元的方向(層疊方向)的中心側(cè)的發(fā)電單元的溫度高于端部側(cè)的發(fā)電單元的溫度。
[0007]因此，提出了一種向燃料電池的層疊方向的中心側(cè)的一側(cè)面供給冷氣并且將進(jìn)行了熱交換而得到的熱氣供給到燃料電池的層疊方向的端部的技術(shù)(參照專利文獻(xiàn)I)。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開2005 - 5074號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問題
[0012]所述以往技術(shù)是從一側(cè)面供給冷氣的技術(shù)，因此無法充分冷卻位于燃料電池的層疊方向的中心側(cè)的發(fā)電單元。并且，以往技術(shù)無法充分提高燃料氣體的利用率。
[0013]本發(fā)明的一技術(shù)方案在于提供一種對(duì)發(fā)電單元的冷卻效果較高且燃料氣體的利用率較高的燃料電池。
_4] 用于解決問題的方案
[0015]本發(fā)明的第I技術(shù)方案的燃料電池包括:層疊的多個(gè)發(fā)電單元；換熱部，其設(shè)在相鄰的兩個(gè)所述發(fā)電單元之間；燃料氣體供給路徑，其用于向所述發(fā)電單元供給燃料氣體；以及氧化劑氣體供給路徑，其用于向所述發(fā)電單元供給氧化劑氣體。所述燃料氣體供給路徑是包括串聯(lián)連接的第I路徑、第2路徑和第3路徑的路徑，該第I路徑在所述換熱部?jī)?nèi)通過，該第2路徑在所述多個(gè)發(fā)電單元中的一部分發(fā)電單元內(nèi)并列地通過，該第3路徑在所述多個(gè)發(fā)電單元中的除所述一部分發(fā)電單元以外的多個(gè)發(fā)電單元內(nèi)并列地通過。在沿所述層疊的方向進(jìn)行觀察時(shí)，在所述第2路徑中，各發(fā)電單元的所述燃料氣體的入口位置為沿著所述發(fā)電單元的一邊的兩處、即第I位置PA和第2位置PB，并且所述燃料氣體的出口位置為靠與所述一邊相對(duì)的邊所處的那一側(cè)的一處、即第3位置PC。在沿所述層疊的方向進(jìn)行觀察時(shí)，在所述第3路徑中，各發(fā)電單元的所述燃料氣體的入口位置為與所述第3位置PC重疊的位置，并且所述燃料氣體的出口位置為處在所述第I位置PA與第2位置PB之間的位置。
[0016]本發(fā)明的第2技術(shù)方案的燃料電池包括:層疊的多個(gè)發(fā)電單元；換熱部，其設(shè)在相鄰的兩個(gè)所述發(fā)電單元之間和所述多個(gè)發(fā)電單元中的位于所述層疊的方向上的端部的發(fā)電單元的外側(cè)中的至少一方；燃料氣體供給路徑，其用于向所述發(fā)電單元供給燃料氣體；以及氧化劑氣體供給路徑，其用于向所述發(fā)電單元供給氧化劑氣體。所述燃料氣體供給路徑是包括串聯(lián)連接的第I路徑、第2路徑和第3路徑的路徑，該第I路徑在所述換熱部?jī)?nèi)通過，該第2路徑在所述多個(gè)發(fā)電單元中的一部分發(fā)電單元內(nèi)并列地通過，該第3路徑在所述多個(gè)發(fā)電單元中的除所述一部分發(fā)電單元以外的多個(gè)發(fā)電單元內(nèi)并列地通過。在沿所述層疊的方向進(jìn)行觀察時(shí)，在所述第2路徑中，各發(fā)電單元的所述燃料氣體的入口位置為沿著所述發(fā)電單元的一邊的兩處、即第I位置PA和第2位置PB，并且所述燃料氣體的出口位置為靠與所述一邊相對(duì)的邊所處的那一側(cè)的一處、即第3位置PC。在沿所述層疊的方向進(jìn)行觀察時(shí)，在所述第3路徑中，各發(fā)電單元的所述燃料氣體的入口位置為與所述第3位置PC重疊的位置，并且所述燃料氣體的出口位置為處在所述第I位置PA與第2位置PB之間的位置。
[0017]本發(fā)明的第I技術(shù)方案的燃料電池包括設(shè)在兩個(gè)發(fā)電單元之間的換熱部，通過使燃料氣體在該換熱部?jī)?nèi)流動(dòng)，能夠有效地冷卻發(fā)電單元。
[0018]本發(fā)明的第2技術(shù)方案的燃料電池包括設(shè)在相鄰的兩個(gè)發(fā)電單元之間和多個(gè)發(fā)電單元中的位于層疊方向上的端部的發(fā)電單元的外側(cè)中的至少一方的換熱部，通過使燃料氣體在該換熱部?jī)?nèi)流動(dòng)，能夠有效地冷卻發(fā)電單元。其中，換熱部設(shè)在“相鄰的兩個(gè)發(fā)電單元之間”、“發(fā)電單元的層疊方向上的上端的外側(cè)”以及“發(fā)電單元的層疊方向上的下端的外偵Γ中的至少一處?；蛘?，換熱部既可以設(shè)在所述3處中的任意兩處，也可以設(shè)在所述3處的各處。
[0019]另外，在本發(fā)明的第I技術(shù)方案和第2技術(shù)方案的燃料電池中，燃料氣體供給路徑包括串聯(lián)連接的第I路徑、第2路徑和第3路徑，在該第2路徑內(nèi)燃料氣體并列地流動(dòng)，在該第3路徑內(nèi)燃料氣體并列地流動(dòng)，因此燃料利用率較高。
[0020]另外，在本發(fā)明的第I技術(shù)方案和第2技術(shù)方案的燃料電池中，在第2路徑和第3路徑中，各發(fā)電單元的燃料氣體的入口位置和出口位置如所述那樣配置，從而能夠使燃料氣體在發(fā)電單元內(nèi)均勻地流動(dòng)，使發(fā)電單元均勻地發(fā)電。
[0021]特別是，在沿層疊方向進(jìn)行觀察時(shí)，第I位置PA與第3位置PC之間的距離同第2位置PB與第3位置PC之間的距離大致相等。在該情況下，燃料氣體在發(fā)電單元內(nèi)的流動(dòng)更加均勻。
[0022]在本發(fā)明的第I技術(shù)方案和第2技術(shù)方案的燃料電池中，例如，可以是，使燃料氣體供給路徑包括連接口和多個(gè)燃料氣體通路，該多個(gè)燃料氣體通路在燃料電池內(nèi)沿層疊方向延伸，該連接口自燃料氣體通路連接到多個(gè)發(fā)電單元中的至少一部分發(fā)電單元的內(nèi)部或所述換熱部，所述入口和所述出口為所述連接口的一部分。在該情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)管道共用化，能夠抑制零部件個(gè)數(shù)。
[0023]而且，在本發(fā)明的第I技術(shù)方案和第2技術(shù)方案的燃料電池中，例如，可以是，該燃料電池包括多個(gè)螺栓，該多個(gè)螺栓沿層疊的方向貫穿燃料電池，并將換熱部和多個(gè)發(fā)電單元固定起來，多個(gè)燃料氣體通路為形成在多個(gè)螺栓的內(nèi)部的空洞。在該情況下，螺栓的內(nèi)部具有燃料氣體通路，因此能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池整體小型化。
【附圖說明】
[0024]圖1是表示第I實(shí)施方式的燃料電池I的結(jié)構(gòu)的剖視圖，是表示燃料氣體的流動(dòng)的圖。
[0025]圖2是表示第I實(shí)施方式的燃料電池I的結(jié)構(gòu)的剖視圖，是表示空氣的流動(dòng)的圖。
[0026]圖3是表示第I實(shí)施方式的燃料電池I的結(jié)構(gòu)的俯視圖，是表示燃料氣體的流動(dòng)的圖。
[0027]圖4是表示第I實(shí)施方式的燃料電池I的結(jié)構(gòu)的俯視圖，是表示空氣的流動(dòng)的圖。
[0028]圖5是發(fā)電單元3沿著圖3和圖4中的V — V截面的剖視圖。
[0029]圖6是表示發(fā)電單元3D和換熱部7的結(jié)構(gòu)的分解圖。
[0030]圖7是表示換熱部7內(nèi)的燃料氣體的流動(dòng)的俯視圖。
[0031]圖8是表示換熱部7內(nèi)的空氣的流動(dòng)的俯視圖。
[0032]圖9是表示第2實(shí)施方式的燃料電池I的結(jié)構(gòu)的剖視圖，是表示燃料氣體的流動(dòng)的圖。
[0033]圖10是表示第2實(shí)施方式的燃料電池I的結(jié)構(gòu)的剖視圖，是表示空氣的流動(dòng)的圖。
[0034]圖11是表示第2實(shí)施方式的燃料電池I的結(jié)構(gòu)的俯視圖，是表示燃料氣體的流動(dòng)的圖。
[0035]圖12是表示第2實(shí)施方式的燃料電池I的結(jié)構(gòu)的俯視圖，是表示空氣的流動(dòng)的圖。
[0036]圖13是表示第3實(shí)施方式的燃料電池I的結(jié)構(gòu)的剖視圖，是表示燃料氣體的流動(dòng)的圖。
[0037]圖14是表示第3實(shí)施方式的燃料電池I的結(jié)構(gòu)的剖視圖，是表示空氣的流動(dòng)的圖。
[0038]圖15是表示第4實(shí)施方式的燃料電池I的結(jié)構(gòu)的剖視圖，是表示燃料氣體的流動(dòng)的圖。
[0039]圖16是表示第4實(shí)施方式的燃料電池I的結(jié)構(gòu)的剖視圖，是表示空氣的流動(dòng)的圖。
[0040]附圖標(biāo)iP,說曰月
[0041]1、燃料電池;1A、1B、邊;3、3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、3H、發(fā)電單元;7、換熱部；8、9、端板；11?18、孔；19、螺母；21?28、螺栓；31?38、氣體通路；41、燃料氣體流路；43、51、53、57、63、69、入口 ；45、47、55、57、59、65、71、出口 ；49、發(fā)電單元內(nèi)燃料氣體流路；61、空氣流路；67、發(fā)電單元內(nèi)空氣流路；101、固體電解質(zhì)體；103、燃料電極；105、空氣電極；107、單元主體；109、111、互連器；113、119、氣體密封部；115、分隔件；117、燃料電極框架；121、燃料電極側(cè)集電體；123、空氣電極側(cè)集電體;125、129、135、139、142、151、151A、151B、157、157A、157B、157C、孔；127、133、137、141、開口部；131、143、153、154、159、160、161、連通槽；145、空氣電極側(cè)構(gòu)件；147、燃料電極側(cè)構(gòu)件；149、155、凹部；163、165、181、發(fā)熱器；167、殼體；169、燃燒催化劑；171、空間；173、排氣管；174、175、1