燃料电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种从一端侧向另一端侧导入以氢为主的改性气体和氧化剂气体的固体氧化物燃料电池，尤其涉及具备层叠型电池堆的固体氧化物燃料电池(SOFC)，其中还特别涉及电池堆的温度稳定化技术。
【背景技术】
[0002]在图1中图示了燃料电池之一例。该燃料电池101是平板型固体氧化物燃料电池，其利用城市燃气等燃料气体、水和作为氧化剂的空气来发电。燃料电池101包括蒸发器102、空气预热器103、改性器104、燃烧器105、电池堆106等。
[0003]蒸发器102对水进行加热来产生水蒸气。所产生的水蒸气与已进行了脱硫等处理的燃料气体混合后被送往改性器104。燃料气体与水蒸气的混合气体在改性器104中重整为以氢为主的高温改性气体后，被供往电池堆106。
[0004]空气在空气预热器103中被加热后供往电池堆106。在稳定运转时，通过供给高温改性气体和空气，电池堆106保持在700°C?900°C范围内的规定的运转温度域。
[0005]电池堆106包括使多个薄板状单电池层叠起来而成的电池层叠体。在电池堆106中，在高温运转温度下改性气体通过各单电池的阳极侧、空气通过各单电池的阴极侧的期间，在各单电池中发生化学反应，从而产生电动势。通过从各单电池中提取该电动势来发电。
[0006]例如专利文献I中公开了这样的电池层叠体。
[0007]从电池堆106排出的已变质的高温改性气体和空气被送往燃烧器105。在燃烧器105中，这些改性气体和空气被混合并燃烧，从而对改性器104进行加热。在燃烧器105中生成的排气被送往空气预热器103，并通过热交换来对空气进行加热之后被排出。
[0008]产生电动势的化学反应为放热反应，因此如果开始发电，则各单电池放热。从而，在稳定运转时，将电池堆106保持在运转温度域，因此进行使向电池堆106导入的空气的温度降低的冷却控制。
[0009]具体而言，迂回空气预热器103的分路路径108与通过空气预热器103向电池堆106导入高温空气的氧化剂气体导入路径107并联，一边经由分路路径108由流量控制阀109控制流量一边将冷却后的空气混合到已由空气预热器103加热后的空气中，由此调整向电池堆106导入的空气的温度。
[0010]例如专利文献2中公开了进行与之类似的控制的发电系统。
[0011]专利文献1:日本公开专利公报特开2011 — 065909号公报
[0012]专利文献2:日本公开专利公报特开2009 - 238623号公报
【发明内容】
[0013]一发明所要解决的技术问题一
[0014]图2中示例性示出电池堆的构造。电池堆110设置在支承台111上并且向上方延伸。电池层叠体112的周围被从上方罩下来的筒状盖体113覆盖。
[0015]改性气体和空气从电池层叠体112的下部被导入，并且以整体上均匀地遍布的方式分配至各单电池。已分配到各单电池中的改性气体和空气互相发生化学反应而变质，从而成为阳极排气和阴极排气。
[0016]通过规定的路径回收阳极排气，通过电池层叠体112与盖体113之间的间隙回收阴极排气。所回收的阳极排气和阴极排气从电池堆110的下部被导出后送往燃烧器，从而被用作燃烧燃料。
[0017]电池堆中存在在电池层叠体的上下部分容易产生温度差这样的特有问题。
[0018]S卩，在层叠型电池堆的情况下，空气是从电池堆的下部被导入的，因此空气从电池堆的下侧开始依次将单电池冷却，随着上升，空气的温度升高。除此之外，各单电池放热，进而该热气也一起上升，因此电池层叠体的上侧的温度比下侧的温度容易升高，难以进行冷却。
[0019]如果大幅度地降低欲对电池层叠体的上侧进行冷却而导入的空气的温度，则电池层叠体的下侧被过于冷却，从而导致反而增加上下温度差这样的情况。
[0020]于是，本发明的目的在于:提供一种包括能够将整个电池层叠体均衡地冷却的层叠型电池堆的燃料电池。
[0021]一用以解决技术问题的技术方案一
[0022]所公开的燃料电池是固体氧化物燃料电池。该燃料电池包括:电池堆，其由形成有阳电极和阴电极的固体电解质构成；改性气体导入路径，其向所述电池堆导入以氢为主的改性气体；氧化剂气体导入路径，其向所述电池堆导入氧化剂气体；以及冷却气体导入路径，其向所述氧化剂气体导入路径导入使所述氧化剂气体的温度降低的冷却气体。
[0023]在所述电池堆的周围设置有吸收热的吸热部。并且，所述冷却气体导入路径经由所述吸热部与所述氧化剂气体导入路径连接。
[0024]根据该燃料电池，在电池堆的周围设置有吸收热的吸热部，冷却气体经由该吸热部而与氧化剂气体汇合。
[0025]因此，在对电池堆进行冷却时，如果在电池堆的高温部位布置吸热部，则能够利用冷却气体的吸热来对高温部位进行冷却，所以能够将整个电池堆均衡地冷却。
[0026]具体而言，所述电池堆的周围被沿所述电池堆延伸的筒状盖体覆盖。
[0027]这样一来，沿电池堆形成稳定的氧化剂气体的气体流，所以能够容易地控制电池堆整体温度。
[0028]进一步具体而言，所述电池堆的下端被支承台支承，并且所述电池堆沿铅垂方向朝上延伸。导入改性气体和氧化剂气体的导入部设置在所述电池堆的下端部，所述吸热部设置在所述电池堆的上部的周围。
[0029]在该情况下，因导入部设置在电池堆的下端部而容易冷却电池堆的下侧，相对于此，因单电池的放热及热气的上升等而使得电池堆的上侧尤其容易变成高温。因此，在电池堆中容易产生温度差，然而由于吸热部设置在电池堆的上部的周围，因此利用冷却气体的吸热，能够有效地冷却电池堆的上部。由此，能够将整个电池堆均衡地冷却。
[0030]当所述电池堆的上部由上部最上方部分和位于所述上部最上方部分的下方的上部中间部分构成时，优选所述吸热部设置在所述上部中间部分处，而不是设置在所述上部最上方部分处。
[0031]通过这样构成，能够抑制上部最上方部分和下部的温度差随时间扩大，下文中对详细内容进行说明。
[0032]进一步具体而言，所述吸热部由金属管构成，所述金属管布置在所述电池堆的周围的空间中。
[0033]这样一来，冷却气体能够通过金属管吸收电池堆所释放出来的辐射热，因此能够有效地吸热。
[0034]所述金属管优选以螺旋状布置在所述电池堆的周围。
[0035]这样一来，能够使作用于冷却气体的吸热的传热面设置在较长且较宽的范围内，从而能够更有效地吸收辐射热。
[0036]而且，优选所述金属管的入口侧离所述导入部的距离大于所述金属管的出口侧离所述导入部的距离。
[0037]这样一来，冷却气体从高温侧开始流动较长的距离，因此能够更加有效地吸收辐射热。
[0038]一发明的效果一
[0039]根据本发明的燃料电池，能够将整个电池堆均衡地冷却，从而能够高效且稳定地发电。
【附图说明】
[0040]图1是表示现有燃料电池的构造的简要示意图。
[0041]图2是表示现有层叠型电池堆的简要示意图。
[0042]图3是表示实施方式的燃料电池的构造的简要示意图。
[0043]图4是电池堆的简要立