固體氧化物燃料電池制造技術

公開了一種燃料電池單元，包括：空氣電極側氣體密封部分、隔板、燃料電極框架以及燃料電極側氣體密封單元，以上所有均被設置在一對內部連接器（即，上部內部連接器以及下部內部連接器）之間。所述氣體密封單元包括：第一氣體流徑，該第一氣體流徑沿堆疊方向穿透所述燃料電池單元并且組成一部分氣體流徑；以及第二氣體流徑，該第二氣體流徑沿所述氣體密封部分的平面方向延伸。在所述氣體密封部分中，第一氣體流徑和第二氣體流徑彼此不連通，并且將第一氣體流徑連接到第二氣體流徑的第三氣體流徑被設置在堆疊于所述氣體密封部分的至少一個厚度方向側上的構件上。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及固體氧化物燃料電池，該固體氧化物燃料電池包括燃料電極、氧化劑電極和固體氧化物。
技術介紹
作為燃料電池，已熟知使用固體電解質(固體氧化物)的固體氧化物燃料電池(下文中也稱為S0FC)。在SOFC中，用作電力產生單元的是發電單元(燃料電池單元)，其中，例如在固體氧化物層的一側中設置與燃料氣體接觸的燃料電極，并且在固體氧化物層的另一側中設置與氧化劑氣體(大氣)接觸的氧化劑電極(空氣電極)。此外，為了獲得期望電壓，已研制出堆疊·(燃料電池堆)，在該堆疊中多個燃料電池單元通過內部連接器堆疊分層。將上述燃料電池堆構造成使得從與燃料電池單元的堆疊方向垂直的橫向方向供應用于發電的燃料氣體或空氣。然后，燃料氣體或空氣沿燃料電極和空氣電極的表面流動。其后，從橫向方向排出已使用的燃料氣體或空氣。此外，傳統上，為了將燃料氣體或空氣引入燃料電池單元的內部(與燃料電極和空氣電極接觸的內部空間)，在組成燃料電池單元的金屬框架或內部連接器中設置氣體引入孔(或氣體排出孔)和與該氣體引入孔連通的氣體流徑(參見專利文獻I至3)。在上述傳統技術中，平板式堆疊型的燃料電池堆需要包括氣體流徑(第一氣體流徑)，該氣體流徑沿燃料電池堆的堆疊方向穿透燃料電池單元，以向每個燃料電池單元供應空氣或燃料氣體；以及流徑(第二氣體流徑)，該流徑沿燃料電池單元的平面方向(即，垂直于堆疊方向)延伸，以將來自第一空氣流徑的相應的氣體供應到每個燃料電池單元的平板式電極(燃料電極和空氣電極)。通常，第二氣體流徑形成在內部連接器或保持燃料電池單元的金屬框架上?，F有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本未審專利申請公開特開2009-93835專利文獻2 :日本未審專利申請公開特開11-26007專利文獻3 :日本未審專利申請公開特開2004-31929
技術實現思路
本專利技術將解決的問題然而，在平板式電極的整個電極平面上均勻供應氣體的情況下，如果第二氣體流徑具有簡單構造，則氣體就不在電極平面內均勻流動，因此降低空氣或燃料氣體的利用率。因而，形成具有復雜幾何形狀的第二氣體流徑是必要的。然而，當具有復雜幾何形狀的流徑(第二氣體流徑)由例如金屬框架形成時，可考慮使用堆疊金屬框架的方法或蝕刻金屬框架的方法。然而，為了不降低燃料電池堆的強度，使金屬框架的厚度增加一個與流徑的厚度對應的厚度是必要的。此外，當在內部連接器中形成流徑(復雜流徑，諸如第二氣體流徑)時，上述相同問題也存在。因此，發生如下問題其中由于燃料電池堆的厚度增大，所以當發電時，燃料電池堆的中央部分和端部部分(外周側)或沿燃料電池堆的堆疊方向的兩端部分之間的溫度差變得更大；因此，操作控制變得效率低，并且在一些情況下，趨向發生故障。此外，由于熱容量隨著燃料電池堆的重量增大而增大，所以也存在諸如延遲的預熱時間或成本增加的問題。 此外，在堆疊金屬框架等以形成流徑的情況下，需要銅焊步驟。在執行蝕刻工藝的情況下，需要蝕刻工藝。因此，在任一上述情況下，都存在工作步驟變得復雜，導致成本增加的問題?？紤]到上述問題作出本專利技術。本專利技術的目標是提供一種固體氧化物燃料電池，通過該固體氧化物燃料電池能夠降低燃料電池堆的厚度，并且能夠簡化制造步驟。解決問題的手段(I)在本專利技術的第一方面，固體氧化物燃料電池包括燃料電池堆，該燃料電池堆由在該燃料電池堆中通過內部連接器堆疊起來的板狀發電單元組成。每個板狀發電單元均被一隔板分為設置有空氣電極的一側和設置有燃料電極的一側。空氣電極將與氧化劑氣體接觸。燃料電極將與燃料氣體接觸。固體氧化物燃料電池包括分別用于使氧化劑氣體和燃料氣體沿堆疊的方向流動的堆疊分層氣體流徑。在該固體氧化物燃料電池中，在設置空氣電極的那一側和設置燃料電極的那一側中的至少一側上，內部連接器和隔板之間布置和堆疊了板狀氣體密封部件。該氣體密封部件包括第一氣體流徑，該第一氣體流徑沿堆疊的方向穿透該氣體密封部件，以組成一部分堆疊分層的氣體流徑；以及第二氣體流徑，該第二氣體流徑沿氣體密封部件的平面方向延伸。此外，在該氣體密封部件中，第一氣體流徑和第二氣體流徑彼此不連通。此外，在氣體密封部件沿該氣體密封部件的厚度方向的兩側中的至少一側上堆疊的構件中形成第三氣體流徑，第一氣體流徑通過該第三氣體流徑與第二氣體流徑連通。在本專利技術中，沿燃料電池堆的堆疊方向穿透氣體密封部件的第一氣體流徑和沿發電單元的平面方向(平面的方向)延伸的第二氣體流徑形成在氣體密封部件中，該氣體密封部件布置在內部連接器和隔板之間。然而，在氣體密封部件中，第一氣體流徑和第二氣體流徑彼此不連通。同時，在諸如將被堆疊在氣體密封部件的厚度方向上的內部連接器等構件中，形成具有簡單構造的第三氣體流徑，并且第一氣體流徑通過該第三氣體流徑與第二氣體流徑連通。也就是說，使第一氣體流徑通過而與第二氣體流徑連通的第三氣體流徑不在氣體密封部件中形成，而是在鄰近氣體密封部件的另一構件中形成。通過該構造，能夠省去使用傳統上必需的、設置在空氣電極所設置的那一側的金屬框架(例如，用以形成流徑的若干層形成的金屬框架)。此外，由于不需要在內部連接器中形成復雜流徑，諸如傳統第二氣體流徑，所以能夠將內部連接器的厚度做得更薄。因此，由于燃料電池的厚度能夠更薄，所以當發電時，能夠實現在燃料電池堆的中央部分和端部部分(外周側)或在燃料電池的沿堆疊方向的兩個端部的均勻溫度分布。此夕卜，能夠縮短 從開始運行燃料電池到溫度達到額定溫度的時間段。此外，能夠減少在金屬框架或內部連接器中形成復雜流徑所需要的工作步驟或加工成本。同樣地，能夠省略傳統金屬框架的銅焊步驟等。傳統上，為了形成復雜流徑而同時確保燃料電池的強度，具有形成復雜流徑的厚金屬框架或厚內部連接器是必要的。然而，在本專利技術中，由于第一氣體流徑和第二氣體流徑在氣體密封部件中形成，所以即使內部連接器等是薄的，也能夠確保燃料電池的足夠強度。(2)在本專利技術的第二方面，可將氣體密封部件布置成與隔板接觸。換句話說，代替連接至隔板的傳統金屬框架，能夠布置上述氣體密封部件。(3)在本專利技術的第三方面，從氣體密封部件的厚度方向觀察該氣體密封部件，形成在氣體密封部件中的第二氣體流徑可關于第一氣體流徑左右對稱地設置。這使得能夠使氣體例如在設有燃料電極的一側中的流徑中或在氧化劑氣體側中的流徑中更均勻地流動。(4)在本專利技術的第四方面，第三氣體流徑可在分支點A處從第一氣體流徑分支，并且在第一氣體流徑中的分支點A的下游側上的壓降指數(ΛPAl)可比在第三氣體流徑中的分支點A的下游側上的壓降指數(ΛΡΑ3)小。也就是說，如下文將進行解釋的圖10中所示，上述構造使得能夠以如下優選方式供應氣體氣體從第一氣體流徑中的分支點A達到終端側中的流徑(即，流動至分支點A的下游側中的另外的第三氣體流徑)。其中，通過下列公式(I)定義壓降指數。壓降指數=(流徑長度/流徑的截面的等同圓直徑)X (流速)2.... (I)此時，流速通過流量/ (1000 X 60 X流徑的截面面積)表達。因而，能夠通過下列公式(2)表達壓降指數。壓降指數=(流徑長度/流徑的截面的等同圓直徑 )X (流量/(1000X60X 流徑的截面面積)2···· (2)這里，能夠通過使用λ和Y作為系數，經下文已知的范寧公式(3)獲得壓降指數。下文的管道指本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：藤堂佑介，小松大祐，奧山康生，上松秀樹，石川浩也，
申請(專利權)人：日本特殊陶業株式會社，
類型：
國別省市：