燃料电池的制作方法
【专利说明】燃料电池
[0001]相关申请的相互参照
[0002]本国际申请基于2013年3月29日向日本特许厅提出申请的日本专利申请第2013 — 72922号主张优先权，将日本专利申请第2013 — 72922号的全部内容引用到本国际申请中。
技术领域
[0003]本发明涉及燃料电池。
【背景技术】
[0004]以往，作为燃料电池，已知有一种使用固体电解质(固体氧化物)的固体氧化物燃料电池(以下也简称为S0FC)。
[0005]在该SOFC中，作为发电单元，例如使用了在固体电解质膜的一侧设有与燃料气体接触的燃料电极，并且在另一侧设有与氧化剂气体(空气)接触的氧化剂电极(空气电极)的燃料电池单元(发电单元)。而且，为了得到期望的电压，开发出一种借助互连器层叠有多个发电单元的燃料电池。
[0006]对于此类燃料电池，通常存在这样的问题:层叠发电单元的方向(层叠方向)的中心侧的发电单元的温度高于端部侧的发电单元的温度。
[0007]因此，提出了一种向燃料电池的层叠方向的中心侧的一侧面供给冷气并且将进行了热交换而得到的热气供给到燃料电池的层叠方向的端部的技术(参照专利文献I)。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2005 - 5074号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的问题
[0012]所述以往技术是从一侧面供给冷气的技术，因此无法充分冷却位于燃料电池的层叠方向的中心侧的发电单元。并且，以往技术无法充分提高燃料气体的利用率。
[0013]本发明的一技术方案在于提供一种对发电单元的冷却效果较高且燃料气体的利用率较高的燃料电池。
_4] 用于解决问题的方案
[0015]本发明的第I技术方案的燃料电池包括:层叠的多个发电单元；换热部，其设在相邻的两个所述发电单元之间；燃料气体供给路径，其用于向所述发电单元供给燃料气体；以及氧化剂气体供给路径，其用于向所述发电单元供给氧化剂气体。所述燃料气体供给路径是包括串联连接的第I路径、第2路径和第3路径的路径，该第I路径在所述换热部内通过，该第2路径在所述多个发电单元中的一部分发电单元内并列地通过，该第3路径在所述多个发电单元中的除所述一部分发电单元以外的多个发电单元内并列地通过。在沿所述层叠的方向进行观察时，在所述第2路径中，各发电单元的所述燃料气体的入口位置为沿着所述发电单元的一边的两处、即第I位置PA和第2位置PB，并且所述燃料气体的出口位置为靠与所述一边相对的边所处的那一侧的一处、即第3位置PC。在沿所述层叠的方向进行观察时，在所述第3路径中，各发电单元的所述燃料气体的入口位置为与所述第3位置PC重叠的位置，并且所述燃料气体的出口位置为处在所述第I位置PA与第2位置PB之间的位置。
[0016]本发明的第2技术方案的燃料电池包括:层叠的多个发电单元；换热部，其设在相邻的两个所述发电单元之间和所述多个发电单元中的位于所述层叠的方向上的端部的发电单元的外侧中的至少一方；燃料气体供给路径，其用于向所述发电单元供给燃料气体；以及氧化剂气体供给路径，其用于向所述发电单元供给氧化剂气体。所述燃料气体供给路径是包括串联连接的第I路径、第2路径和第3路径的路径，该第I路径在所述换热部内通过，该第2路径在所述多个发电单元中的一部分发电单元内并列地通过，该第3路径在所述多个发电单元中的除所述一部分发电单元以外的多个发电单元内并列地通过。在沿所述层叠的方向进行观察时，在所述第2路径中，各发电单元的所述燃料气体的入口位置为沿着所述发电单元的一边的两处、即第I位置PA和第2位置PB，并且所述燃料气体的出口位置为靠与所述一边相对的边所处的那一侧的一处、即第3位置PC。在沿所述层叠的方向进行观察时，在所述第3路径中，各发电单元的所述燃料气体的入口位置为与所述第3位置PC重叠的位置，并且所述燃料气体的出口位置为处在所述第I位置PA与第2位置PB之间的位置。
[0017]本发明的第I技术方案的燃料电池包括设在两个发电单元之间的换热部，通过使燃料气体在该换热部内流动，能够有效地冷却发电单元。
[0018]本发明的第2技术方案的燃料电池包括设在相邻的两个发电单元之间和多个发电单元中的位于层叠方向上的端部的发电单元的外侧中的至少一方的换热部，通过使燃料气体在该换热部内流动，能够有效地冷却发电单元。其中，换热部设在“相邻的两个发电单元之间”、“发电单元的层叠方向上的上端的外侧”以及“发电单元的层叠方向上的下端的外侦Γ中的至少一处。或者，换热部既可以设在所述3处中的任意两处，也可以设在所述3处的各处。
[0019]另外，在本发明的第I技术方案和第2技术方案的燃料电池中，燃料气体供给路径包括串联连接的第I路径、第2路径和第3路径，在该第2路径内燃料气体并列地流动，在该第3路径内燃料气体并列地流动，因此燃料利用率较高。
[0020]另外，在本发明的第I技术方案和第2技术方案的燃料电池中，在第2路径和第3路径中，各发电单元的燃料气体的入口位置和出口位置如所述那样配置，从而能够使燃料气体在发电单元内均匀地流动，使发电单元均匀地发电。
[0021]特别是，在沿层叠方向进行观察时，第I位置PA与第3位置PC之间的距离同第2位置PB与第3位置PC之间的距离大致相等。在该情况下，燃料气体在发电单元内的流动更加均匀。
[0022]在本发明的第I技术方案和第2技术方案的燃料电池中，例如，可以是，使燃料气体供给路径包括连接口和多个燃料气体通路，该多个燃料气体通路在燃料电池内沿层叠方向延伸，该连接口自燃料气体通路连接到多个发电单元中的至少一部分发电单元的内部或所述换热部，所述入口和所述出口为所述连接口的一部分。在该情况下，能够实现管道共用化，能够抑制零部件个数。
[0023]而且，在本发明的第I技术方案和第2技术方案的燃料电池中，例如，可以是，该燃料电池包括多个螺栓，该多个螺栓沿层叠的方向贯穿燃料电池，并将换热部和多个发电单元固定起来，多个燃料气体通路为形成在多个螺栓的内部的空洞。在该情况下，螺栓的内部具有燃料气体通路，因此能够实现燃料电池整体小型化。
【附图说明】
[0024]图1是表示第I实施方式的燃料电池I的结构的剖视图，是表示燃料气体的流动的图。
[0025]图2是表示第I实施方式的燃料电池I的结构的剖视图，是表示空气的流动的图。
[0026]图3是表示第I实施方式的燃料电池I的结构的俯视图，是表示燃料气体的流动的图。
[0027]图4是表示第I实施方式的燃料电池I的结构的俯视图，是表示空气的流动的图。
[0028]图5是发电单元3沿着图3和图4中的V — V截面的剖视图。
[0029]图6是表示发电单元3D和换热部7的结构的分解图。
[0030]图7是表示换热部7内的燃料气体的流动的俯视图。
[0031]图8是表示换热部7内的空气的流动的俯视图。
[0032]图9是表示第2实施方式的燃料电池I的结构的剖视图，是表示燃料气体的流动的图。
[0033]图10是表示第2实施方式的燃料电池I的结构的剖视图，是表示空气的流动的图。
[0034]图11是表示第2实施方式的燃料电池I的结构的俯视图，是表示燃料气体的流动的图。
[0035]图12是表示第2实施方式的燃料电池I的结构的俯视图，是表示空气的流动的图。
[0036]图13是表示第3实施方式的燃料电池I的结构的剖视图，是表示燃料气体的流动的图。
[0037]图14是表示第3实施方式的燃料电池I的结构的剖视图，是表示空气的流动的图。
[0038]图15是表示第4实施方式的燃料电池I的结构的剖视图，是表示燃料气体的流动的图。
[0039]图16是表示第4实施方式的燃料电池I的结构的剖视图，是表示空气的流动的图。
[0040]附图标iP,说曰月
[0041]1、燃料电池;1A、1B、边;3、3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、3H、发电单元;7、换热部；8、9、端板；11?18、孔；19、螺母；21?28、螺栓；31?38、气体通路；41、燃料气体流路；43、51、53、57、63、69、入口 ；45、47、55、57、59、65、71、出口 ；49、发电单元内燃料气体流路；61、空气流路；67、发电单元内空气流路；101、固体电解质体；103、燃料电极；105、空气电极；107、单元主体；109、111、互连器；113、119、气体密封部；115、分隔件；117、燃料电极框架；121、燃料电极侧集电体；123、空气电极侧集电体;125、129、135、139、142、151、151A、151B、157、157A、157B、157C、孔；127、133、137、141、开口部；131、143、153、154、159、160、161、连通槽；145、空气电极侧构件；147、燃料电极侧构件；149、155、凹部；163、165、181、发热器；167、壳体；169、燃烧催化剂；171、空间；173、排气管；174、175、1