[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括设置在外壳中的燃料电池组、换热器、重整器以及载荷施加机构。

背景技术

典型地讲，固体氧化物燃料电池(SOFC)采用由诸如稳定氧化锆的离子导电固体氧化物制成的电解质。该电解质插设在阳极与阴极之间，以形成电解质电极组件(单元电池)。该电解质电极组件插设在隔板(双极板)之间。在使用中，将预定数量的单元电池和隔板堆叠在一起，以形成燃料电池组。

在该燃料电池中，向阴极供应含氧气体或空气。含氧气体中的氧在阴极与电解质之间的界面处电离，并且氧离子(O^2-)通过电解质朝向阳极运动。向阳极供应诸如含氢气体或CO的燃料气体。氧离子与含氢气体中的氢起反应以生成水，或者与CO起反应以生成CO₂。反应中释放出的电子通过外部电路流向阴极，以产生DC电能。

例如，日本特开平6-24137号公报提出采用一种燃料电池，在该燃料电池中，向相应电池施加的电池紧固表面压力可以均匀地设定为适当值，以便实现燃料电池的高性能和长寿命。在传统技术中，如图13所示，燃料电池包括分开布置在电池容器2中的多个(例如三个)小堆(small stack)1。

每个小堆1都包括电池组1a和设置在电池组1a的相对两侧上的电池紧固板1b。四个紧固螺栓1c插入上下两个电池紧固板1b中。紧固螺母1e通过紧固弹簧1d装配至相应的紧固螺栓1c，以形成小堆1。而且，利用三个小堆支撑板3来支撑小堆1。将四个支撑螺栓4插入小堆支撑板3。将支撑螺母5装配至支撑螺栓4的相对两端。

然而，在传统技术中，因为将四个紧固螺栓1c设置在每个小堆1的电池组1a的两侧上，所以小堆1在与小堆1的堆叠方向垂直的方向上的宽度较大。

而且，为了支撑三个小堆1，设置了小堆支撑板3和四个支撑螺栓4，整个燃料电池组所需的空间相当大。因此，容纳燃料电池组的电池容器2的尺寸很大。因此，没有有效地利用燃料电池组所用的空间，并且热容量较大。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种可以简化并缩小系统整体尺寸，并且减小热容量的燃料电池系统。

根据本发明，一种燃料电池系统包括：燃料电池组、换热器、重整器、载荷施加机构以及外壳。所述燃料电池组通过沿堆叠方向堆叠多个燃料电池而形成。每个所述燃料电池都包括电解质电极组件和夹持所述电解质电极组件的隔板。所述电解质电极组件包括阳极、阴极、以及插设在所述阳极与所述阴极之间的电解质。所述燃料电池组包括燃料气体供应通路，该燃料气体供应通路沿所述堆叠方向延伸，用于向所述阳极供应燃料气体。所述换热器设置在所述燃料电池组的一侧上，用于加热待向所述燃料电池组供应的含氧气体。所述重整器设置在所述燃料电池组的所述一侧上，用于对燃料进行重整以生成燃料气体。所述载荷施加机构设置在所述燃料电池组的另一侧上，用于沿所述堆叠方向向所述燃料电池组施加紧固载荷。所述外壳容纳所述燃料电池组、所述换热器、所述重整器以及所述载荷施加机构。

所述载荷施加机构包括第一紧固单元和第二紧固单元，所述第一紧固单元用于沿堆叠方向向所述燃料电池组的所述燃料气体供应通路的预定密封区域施加紧固载荷，而所述第二紧固单元用于沿堆叠方向向所述电解质电极组件施加载荷。所述第二紧固单元施加的载荷小于所述第一紧固单元施加的载荷。

而且优选的是，所述载荷施加机构包括热障，该热障用于屏蔽从所述燃料电池组的一侧传递来的热。而且优选的是，所述热障插设在所述燃料电池组的另一侧与所述载荷施加机构之间，并且包括由所述外壳支撑的板部件。

而且优选的是，所述第一紧固单元通过设置在所述燃料电池组的一侧上的端板沿所述堆叠方向保持载荷。

优选的是，所述第一紧固单元包括：第一螺栓，该第一螺栓拧入设置在所述燃料电池组的一侧上的所述端板中；和第一板部件，该第一板部件与所述第一螺栓接合，用于沿堆叠方向将载荷施加至所述燃料电池组的预定密封区域，而所述第二紧固单元包括：第二螺栓，该第二螺栓拧入所述端板中；第二板部件，该第二板部件与所述第二螺栓接合；以及弹簧部件，该弹簧部件插设在所述第二板部件与所述燃料电池组之间，用于沿堆叠方向将载荷施加至所述电解质电极组件。

根据本发明，所述换热器和所述重整器设置在所述燃料电池组的一侧上，所述载荷施加机构设置在所述燃料电池组的另一侧上。因此，所述载荷施加机构没有暴露于热排气或热空气。利用简单的结构，适当地改进了所述载荷施加机构的耐久性。