[发明专利]燃料电池

说明书

相关申请的交叉引用

该国际申请要求在日本专利局在2011年11月2日提交的日本专利申请特愿2011-241384的优先权，并且其全部公开内容在此通过引用而并入本文。

技术领域

本发明涉及一种具有燃料电池组的燃料电池诸如固体氧化物燃料电池，该燃料电池组包括在发电电池的厚度方向上被堆叠的板状发电电池，每一个板状发电电池具有电解质层、阴极和阳极。

背景技术

传统上，作为燃料电池已知使用固体电解质(固体氧化物)的固体氧化物燃料电池(在下文中，也被称作SOFC)。

在SOFC中，燃料电池单体(发电电池)被用作发电单元。在燃料电池单体中，例如，与燃料气体接触的阳极被设置在固体电解质层一侧上，并且与氧化剂气体(空气)接触的氧化剂电极(阴极)被设置在固体电解质层的另一侧上。此外，为了获得期望电压，已经研制了包括经由互连器堆叠的多个发电电池的堆叠体(燃料电池组)。

通常，在这种类型的燃料电池组中，靠近燃料电池组的中部的发电电池，具有比在燃料电池组的在堆叠发电电池的方向(堆叠方向)上的端部处的发电电池高的温度。存在燃料电池组的堆叠方向上的温度分布不均匀的问题。

因此，近年来，如在专利文献1中所述，为了均衡燃料电池组的在堆叠方向上的温度分布并且增加发电效率，已经提出一项技术，其中冷却空气被供应到燃料电池组的中心部分的一侧(垂直于堆叠方向的方向的一侧)，并且经过热交换的热气体被供应到燃料电池组的堆叠方向上的端部。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：日本未审定专利申请公报特开2005-005074

发明内容

本发明所要解决的问题

然而，因为上述现有技术被构造为向燃料电池组的一侧施加冷却空气，所以存在如下问题：在被暴露于冷却空气的一侧上温度降低，但是燃料电池组的堆叠方向上的温度不能被均衡。

另外，在以上现有技术中，除供应冷却空气之外，热气体被供应到燃料电池组的堆叠方向上的端部，以增加在堆叠方向上的端侧处的温度。然而，存在如下问题：使燃料电池组的温度易于增加的中心部分冷却是不可能的。

在本发明的一个方面，期望提供一种燃料电池，其中在燃料电池组的堆叠方向上的中心中的温度有效地降低，并且燃料电池组的堆叠方向上的温度被均衡，从而允许增加发电效率。

解决问题的手段

(1)根据本发明的第一方面的燃料电池包括燃料电池组，在所述燃料电池组中，多个平板状发电电池在所述发电电池的厚度方向上被堆叠。所述多个平板状发电电池中的每一个平板状发电电池包括电解质层以及阴极和阳极，所述阴极和所述阳极被设置成将所述电解质层夹在所述阴极和所述阳极之间，并且所述多个平板状发电电池中的每一个平板状发电电池使用氧化剂气体和燃料气体产生电力。该燃料电池进一步包括热交换器，所述热交换器在所述堆叠方向上被设置在两个相邻发电电池之间且与所述发电电池接触。热交换器包括传送从外部供应的所述氧化剂气体或所述燃料气体的第一流动路径。该燃料电池进一步包括第二流动路径。所述第二流动路径连接到所述热交换器中的所述第一流动路径的出口侧，并且所述第二流动路径连接到每一个所述发电电池的所述阴极侧或所述阳极侧。所述第二流动路径将已经经过所述第一流动路径的所述氧化剂气体或所述燃料气体供应到在所述热交换器的所述堆叠方向上的两侧上的每一个所述发电电池的所述阴极侧或所述阳极侧。

在根据第一方面的发明中，热交换器被设置在构成燃料电池组的发电电池的堆叠方向上的中途处。热交换器包括传送从外部供应的氧化剂气体或者燃料气体的第一流动路径。另外，向被在堆叠方向上布置(即，相对于热交换器布置在堆叠方向上的外侧中)的发电电池供应被从第一流动路径排出的氧化剂气体或者燃料气体的第二流动路径连接到第一流动路径的出口侧。

相应地，在根据第一方面的发明中，当比燃料电池组的中心部分(即，与热交换器相邻的发电电池)冷的气体(氧化剂气体或者燃料气体)被从外部供应到热交换器中的第一流动路径时，由于与相邻发电电池进行热交换，气体的温度升高，并且相邻发电电池的温度降低。温度已经通过热交换而升高的气体被供应到位于堆叠方向上(即，位于外侧(端侧)上)的发电电池。因此，由于该气体，在气体被供应到的发电电池中温度升高。结果，因为燃料电池组的堆叠方向上的中心的温度降低，并且端侧的温度升高，所以在堆叠方向上的温度被均衡。