CN100527504C - 燃料电池*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃料电池***。该燃料电池***(10)包括燃料电池组(12)。该燃料电池组(12)包括沿堆叠方向堆叠在一起的多个燃料电池(11)以及设置在燃料电池(11)的沿堆叠方向的相对端部处的端板(70a，70b)。在燃料电池组(12)的一侧上设置流体单元(19)。该流体单元(19)包括用于加热待供应到所述燃料电池组(12)的含氧气体的热交换器(14)以及用于重整燃料以产生燃料气体的重整器(16)。

Description

燃料电池***

技术领域

本发明涉及一种燃料电池***，该燃料电池***包括燃料电池组、热交换器、重整器、以及容纳上述燃料电池组、热交换器和重整器的壳体。

背景技术

通常，固体氧化物燃料电池(SOFC)采用诸如稳定氧化锆的离子导电型固体氧化物的电解质。该电解质插设在阳极和阴极之间以形成电解质电极组件(单元电池)。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，将含氧气体或空气供应至阴极。含氧气体中的氧在阴极与电解质之间的界面处被电离，并且氧离子(O^2-)通过电解质朝向阳极运动。将诸如含氢气体或CO的燃料气体供应至阳极。氧离子与含氢气体中的氢反应而生成水，或者与CO反应而生成CO₂。反应中释放的电子通过外部电路流动至阴极，从而产生DC电能。

作为这种类型的燃料电池，例如在日本特开平10-92457号公报(下文称为“传统技术1”)中公开了一种一体式的、节省空间的小型燃料电池发电设备，该发电设备的热辐射损失较小。如图18所示，根据传统技术1的燃料电池发电设备包括燃料预热装置1、重整器2、燃料电池3、催化燃烧室4、以及容纳燃料预热装置1、重整器2、燃料电池3和催化燃烧室4的压力容器(未示出)。

重整器2堆叠在燃料电池3上。燃料预热装置1和催化燃烧室4设置在燃料电池3周围。燃料电池3和重整器2夹在上下紧固板5a、5b之间。紧固板5a、5b之间的构件受到压缩，并且通过多个连接杆6而被紧固在一起，从而向燃料电池3和重整器2施加预定的表面压力。

在传统技术1中，燃料预热装置1和重整器2通过燃料气体管7a和重整气体管7b连接。燃料预热装置1和燃料电池3通过重整气体管7c连接。另外，燃料电池3和催化燃烧室4通过阳极排气管7d和阴极排气管7e连接。催化燃烧室4和重整器2通过燃烧气体管7f连接。

如上所述，在传统技术1中，设置了包括燃料气体管7a在内的多个管。因此，由于管的热辐射而使热效率降低。另外，虽然燃料电池3和重整器2平行设置，但燃料预热装置1和催化燃烧室4设置在燃料电池3的两侧。因此，燃料电池发电设备的整体尺寸较大。

在日本特开2003-229164号公报(下文称为“传统技术2”)中，公开了一种固体氧化物燃料电池***。所提出的固体氧化物燃料电池***试图减小尺寸，并且尽可能地降低热损失。如图19所示，传统技术2的固体氧化物燃料电池***包括垂直布置在热绝缘容器4a中的固体氧化物燃料电池(SOFC)组1a、一体式催化燃烧热交换器2a以及预重整器3a。

一体式催化燃烧热交换器2a包括设置在预重整器3a上的第一热交换器2b、设置在第一热交换器2b上的催化燃烧层2c、设置在催化燃烧层2c上的第二热交换器2d。

燃料沿着燃料供应管线5c流动，并将重整后的燃料气体供应至SOFC组1a。作为含氧气体的空气沿着空气供应管线6a流动，并供应至SOFC组1a。废燃料从SOFC组1a通过废燃料管线7g排出。从SOFC组1a排出的废空气通过废空气管线8供应至废燃料管线7g中的中间点。

在该结构中，来自SOFC组1a的废燃料和废空气通过废燃料管线7g和废空气管线8供应至催化燃烧层2c。然后，在催化燃烧层2c处燃烧的燃烧气体从第一热交换器2b流向预重整器3a，并用作加热预重整器3a的热源。

燃料通过燃料供应管线5c流向预重整器3a以产生重整气体。在第一热交换器2b处进行重整气体与燃烧气体之间的热交换。然后，在第二热交换器2d处进行重整气体与废空气之间的热交换。之后，将重整气体供应至SOFC组1a。

然而，在传统技术2中，利用燃烧气体(燃烧后的废燃料和燃烧后的废空气)作为用于加热预重整器3a的热源。因此，预重整器3a容易损坏。燃烧气体具有相当高的温度并包含水蒸汽。因此，燃烧气体容易使预重整器3a氧化而降低其耐久性。为此，预重整器3a由昂贵且不经济的高度抗氧化材料制成。

发明内容

本发明的总体目的在于提供一种燃料电池***并减小该燃料电池***的整体尺寸，在该燃料电池***中，燃料电池组和流体单元可有利地安装在较小空间中。

另外，本发明的主要目的在于提供一种燃料电池***并利用经济的结构改进重整器的耐久性，在该燃料电池***中，有效地利用来自燃料电池组的废热。

根据本发明，设置了燃料电池组、热交换器、重整器和壳体。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将该电解质电极组件夹在中间的隔板。所述电解质电极组件包括阳极、阴极和插设在所述阳极和阴极之间的电解质。所述热交换器加热待供应到所述燃料电池组的含氧气体。所述重整器重整燃料以产生燃料气体。所述壳体容纳所述燃料电池组、所述热交换器和所述重整器。在所述壳体中，在所述燃料电池组的一侧上设置至少包括所述热交换器和所述重整器的流体单元。

优选的是，所述流体单元关于所述燃料电池组的中心轴线对称设置。另外优选的是，在所述流体单元中，所述重整器设置在所述热交换器内。

优选的是，在所述燃料电池组的另一侧上设置载荷施加机构，用于沿堆叠方向向所述燃料电池施加紧固载荷。另外优选的是，所述载荷施加机构关于所述燃料电池组的中心轴线对称设置。

从所述燃料电池组排出的废气与含氧气体之间的热交换在所述热交换器处进行，并且在热交换之后，含氧气体加热所述重整器，然后供应至所述燃料电池组。

另外优选的是，设置含氧气体通道件。该含氧气体通道件形成用于允许在热交换之后从所述热交换器排出的含氧气体围绕所述重整器流动的通道。另外优选的是，设置一管件，该管件用于允许在热交换之后从所述热交换器排出的含氧气体流入所述重整器。

另外优选的是，设置废气通道件。该废气通道件形成用于允许从所述热交换器排出的废气在热交换之后围绕所述重整器流动的通道。

另外优选的是，所述燃料电池组包括沿着堆叠方向延伸并用于将燃料气体供应至所述阳极的燃料气体供应单元以及沿着堆叠方向延伸并用于将含氧气体供应至所述阴极的含氧气体供应单元，并且所述燃料气体供应单元延伸穿过所述隔板的中心并设置在该含氧气体供应单元内。另外优选的是，所述含氧气体供应单元和所述燃料气体供应单元设置在所述燃料电池组的大致中央。

在本发明中，因为至少包括所述热交换器和所述重整器的流体单元设置在所述燃料电池组的一侧上，所以所述热交换器和所述重整器彼此相邻。从而，所述燃料电池组和所述流体单元可设置在所述壳体中的较小空间内。因此，降低了所述燃料电池***的整体尺寸。另外，因为有效减少了管的数量和管的长度，所以降低了热损失，从而有效地进行发电。

另外在本发明中，通过在所述热交换器处与废气进行热交换而被加热的含氧气体用作加热所述重整器的热源。因此，有效地利用了来自所述燃料电池组的废热。所述重整器不暴露于热的废气，从而提高了该重整器的耐久性。因此，利用简单经济的结构顺利地进行期望的重整反应。

结合附图，从以下描述将更加清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点，附图中以说明性示例示出了本发明的优选实施例。

附图说明

图1是表示根据本发明第一实施例的燃料电池***的局部剖视图；

图2是示意性地表示燃料电池***的燃料电池组的立体图；

图3是表示燃料电池组的燃料电池的分解立体图；

图4是表示燃料电池中的气体流动的局部分解立体图；

图5是表示隔板的一个表面的视图；

图6是表示隔板的另一个表面的视图；

图7是表示形成在隔板上的第一突起和第二突起的立体图；

图8是表示燃料电池组的剖视图；

图9是示意性表示燃料电池的操作的剖视图；

图10是示意性表示固定至隔板的通道件的视图；

图11是表示燃料电池组的端板的正视图；

图12是表示燃料电池***的载荷施加机构的局部分解立体图；

图13是表示根据本发明第二实施例的燃料电池***的燃料电池的分解立体图；

图14是表示通过堆叠多个燃料电池而形成的燃料电池组的剖视图；

图15是示意性地表示燃料电池的操作的剖视图；

图16是表示根据本发明第三实施例的燃料电池***的局部剖视图；

图17是表示根据本发明第四实施例的燃料电池***的局部剖视图；

图18是表示根据传统技术1的燃料电池发电设备的立体图；以及

图19是示意性地表示根据传统技术2的固体氧化物燃料电池***的视图。

具体实施方式

图1是表示根据本发明第一实施例的燃料电池***10的局部剖视图。图2是示意性地表示燃料电池***10的燃料电池组12的立体图。燃料电池组12通过沿着箭头A所示的方向堆叠多个燃料电池11而形成。

燃料电池***10用在各种应用中，包括固定应用和移动应用。例如，燃料电池***10安装在车辆上。如图1所示，燃料电池***10包括燃料电池组12、热交换器14、重整器16以及壳体18。在含氧气体供应至燃料电池组12之前，热交换器14加热该含氧气体。重整器16重整燃料以产生燃料气体。燃料电池组12、热交换器14和重整器16布置在壳体18中。

在壳体18中，在燃料电池组12的一侧上布置至少包括热交换器14和重整器16的流体单元19，并且在燃料电池组12的另一侧上布置用于沿着箭头A所示的堆叠方向向燃料电池11施加紧固载荷的载荷施加机构21。流体单元19和载荷施加机构21关于燃料电池组12的中心轴线对称地设置。

燃料电池11是固体氧化物燃料电池(SOFC)。如图3和图4所示，燃料电池11包括电解质电极组件26。每个电解质电极组件26都包括阴极22、阳极24和插设在阴极22与阳极24之间的电解质(电解质板)20。例如，电解质20由诸如稳定氧化锆的离子导电型固体氧化物制成。电解质电极组件26具有圆盘形状。至少在电解质电极组件26的内周边缘(隔板28的中心部分)处设置阻挡层(未示出)，用于防止含氧气体进入。

在一对隔板28之间插设多个(例如八个)电解质电极组件26以形成燃料电池11。这八个电解质电极组件26与穿过隔板28的中心延伸的燃料气体供应通路(燃料气体供应单元)30同心。

例如，在图3中，每个隔板28包括例如不锈钢或碳板制成的金属板。隔板28具有第一小直径端部32。燃料气体供应通路30延伸穿过第一小直径端部32的中心。第一小直径端部32通过多个第一桥接部34与均具有相对较大直径的圆盘36成一体。第一桥接部34从第一小直径端部32以等角(间隔)径向向外延伸。圆盘36和电解质电极组件26具有大致相同的尺寸。如图3、图5和图6所示，相邻的圆盘36通过狭缝38彼此分开。

每个圆盘36在其接触阳极24的表面36a上具有第一突起48(见图5)。第一突起48形成用于沿着阳极24的电极表面供应燃料气体的燃料气体通道46。每个圆盘36在其接触阴极22的表面36b上都具有第二突起52(见图6)。第二突起52形成用于沿着阴极22的电极表面供应含氧气体的含氧气体通道50。如图7所示，第一突起48和第二突起52彼此远离地突出。

第一突起48是环形突起，第二突起52是山形突起。第二突起(山形突起)52被第一突起(环形突起)48环绕。第二突起52在形成与第一突起48对应的凹部53的表面上形成。因此，第二突起52设置在凹部53中。

如图8和图9所示，设有多个第一突起48和第二突起52，第一突起48的高度H1小于第二突起52的高度H2(H1<H2)。因此，含氧气体通道50的容积大于燃料气体通道46的容积。

或者，第一突起48可以是山形突起，并且第二突起52可以是环形突起。在这种结构中，环形突起的高度优选大于山形突起的高度。

如图3至图6所示，在各圆盘36中设置燃料气体入口54。燃料气体通过燃料气体入口54流入燃料气体通道46。燃料气体入口54的位置确定成使燃料气体可均匀分布。例如，燃料气体入口54设在圆盘36的中心。

通道件56通过铜焊或激光焊接在面向阴极22的表面上而固定至隔板28。如图3和图10所示，通道件56包括第二小直径端部58。燃料气体供应通路30穿过第二小直径端部58的中心延伸。八个第二桥接部60从第二小直径端部58沿径向延伸。各个第二桥接部60从第一桥接部34到圆盘36的燃料气体入口54固定至隔板28。

在通道件56的第二小直径端部58上形成多个狭缝62。狭缝62沿径向形成在接合到隔板28的第二小直径端部58的表面上。狭缝62连接到燃料气体供应通路30。另外，狭缝62连接到形成在第二小直径端部58的外周区域中的凹部64。凹部64防止铜焊材料流动，并实现燃料气体的均匀流动。燃料气体供应通道66形成在第一与第二桥接部34、60之间。燃料气体供应通道66通过狭缝62和凹部64连接到燃料气体通道46。

如图8和图9所示，含氧气体通道50连接到含氧气体供应单元67。含氧气体通过电解质电极组件26的内周边缘与圆盘36的内周边缘之间的空间沿箭头B所示的方向供应。含氧气体供应单元67由相应的圆盘36与第一桥接部34的内侧之间的空间形成，并且沿堆叠方向延伸。

如图8所示，在隔板28之间设置用于密封燃料气体供应通路30的绝缘密封件69。例如，绝缘密封件69由云母材料或陶瓷材料制成。废气通道68沿堆叠方向穿过燃料电池11延伸到各圆盘36外侧。

如图1和图2所示，燃料电池组12包括堆叠在一起的多个燃料电池11，以及沿堆叠方向设置在相对端的端板70a、70b。端板70a大致具有圆盘形状。在端板70a的外周区域中形成环形部分72。环形部分72从端板70a轴向突出。在环形部分72周围形成槽74。在环形部分72的中心设置柱形突起76。柱形突起76和环形部分72沿相同方向从端板70a突出。在突起76的中心形成孔78。

在端板70a中，沿着突起76周围的假想圆交替地形成孔80和螺纹孔82。孔80和螺纹孔82彼此隔开预定间隔(角度)。如图11所示，孔80和螺纹孔82设置在与第一和第二桥接部34、60之间形成的含氧气体供应单元67的各个空间对应的位置处。如图1所示，端板70b的直径大于端板70a的直径。端板70b是导电薄板。

壳体18包括容纳载荷施加机构21的第一壳体单元86a和容纳燃料电池组12的第二壳体单元86b。端板70b和绝缘件夹在第一壳体单元86a与第二壳体单元86b之间。该绝缘件设置在第二壳体单元86b一侧。在第一壳体单元86a与第二壳体单元86b之间的接合部分通过螺栓88和螺母90紧固。

流体单元19的环形壁板92的一端接合到第二壳体单元86b，顶板94固定至壁板92的另一端。流体单元19关于燃料电池组12的中心轴线对称设置。具体地说，大致柱形的重整器16在大致环形的热交换器14内同轴地设置。热交换器14和重整器16固定至壁板96，壁板96固定至端板70a周围的槽74。在端板70a与壁板96之间形成腔室98。

燃料气体供应管100和重整气体供应管102连接到重整器16。燃料气体供应管100从顶板94延伸到外侧。重整气体供应管102***端板70a的孔78中，并连接到燃料气体供应通路30。

空气供应管104和废气管106连接到顶板94。在壳体18中设置有从空气供应管104通过热交换器14延伸到腔室98的通道108、以及从燃料电池组12的废气通道68通过热交换器14延伸到废气管106的通道110。

载荷施加机构21包括第一紧固单元112a和第二紧固单元112b，第一紧固单元112a用于向燃料气体供应通路30周围(附近)的区域施加第一紧固载荷T1，第二紧固单元112b用于向电解质电极组件26施加第二紧固载荷T2。第二紧固载荷T2小于第一紧固载荷T1(T1>T2)。

如图1、图2和图12所示，第一紧固单元112a包括拧入沿着端板70a的一个对角线设置的螺纹孔82中的较短的第一紧固螺栓114a。第一紧固螺栓114a沿着燃料电池11的堆叠方向延伸，并与第一压板116a接合。第一压板116a是窄板，并与隔板28的中央位置接合以覆盖燃料气体供应通路30。第一紧固螺栓114a设置在隔板28中的含氧气体供应单元67内。

第二紧固单元112b包括拧入沿着端板70a的另一个对角线设置的螺纹孔82中的较长的第二紧固螺栓114b。第二紧固螺栓114b的端部延伸穿过具有曲线型外部的第二压板116b。螺母117装配到第二紧固螺栓114b的端部。第二紧固螺栓114b设置在隔板28中的含氧气体供应单元67内。与第一压板116a相比，第二压板116b沿堆叠方向的厚度较小。

在第二压板116b的各个圆形部分中，在与燃料电池11的圆盘36上的电解质电极组件26相对应的位置处设置有弹簧118和弹簧座119。例如，弹簧118是陶瓷弹簧。

下面将描述燃料电池***10的操作。

如图3所示，在组装燃料电池***10时，首先，将隔板28接合到通道件56的面向阴极22的表面上。因此，在隔板28与通道件56之间形成与燃料气体供应通路30相连接的燃料气体供应通道66。燃料气体供应通道66通过燃料气体入口54连接到燃料气体通道46(见图8)。在各个隔板28上、围绕燃料气体供应通路30设置环形绝缘密封件69。

以这种方式制造隔板28。在隔板28之间插设八个电解质电极组件26以形成燃料电池11。如图3和图4所示，电解质电极组件26插设在一个隔板28的表面36a与另一隔板28的表面36b之间。圆盘36的燃料气体入口54位于各阳极24的中心。

多个燃料电池11沿箭头A所示的方向堆叠，端板70a、70b设在沿堆叠方向的相对端处。如图1和图12所示，第一紧固单元112a的第一压板116a设置在燃料电池11的中心。

在这种状态下，将较短的第一紧固螺栓114a朝着端板70a***并且穿过第一压板116a和端板70b。第一紧固螺栓114a的末端被拧入并装配到沿着端板70a的一个对角线形成的螺纹孔82内。这样，在燃料电池组12中，向燃料气体供应通路30附近的区域施加了第一紧固载荷T1。

然后，将弹簧118和弹簧座119与在电解质电极组件26的相应位置处的圆盘36沿轴向对准。第二紧固单元112b的第二压板116b与设置在弹簧118的一端的弹簧座119接合。

将较长的第二紧固螺栓114b朝着端板70a***并且穿过第二压板116b和端板70b。第二紧固螺栓114b的末端被拧入并装配到沿着端板70a的另一个对角线形成的螺纹孔82内。将螺母117装配到第二紧固螺栓114b的头部。因此，通过调节螺母117与第二紧固螺栓114b之间的螺纹接合状态，借助相应弹簧118的弹力向电解质电极组件26施加第二紧固载荷T2。

燃料电池组12的端板70b夹在壳体18的第一壳体单元86a与第二壳体单元86b之间。第一壳体单元86a和第二壳体单元86b通过螺栓88和螺母90而被固定在一起。流体单元19安装在第二壳体86b中。流体单元19的壁板96安装在端板70a周围的槽74上。因此，在端板70a与壁板96之间形成腔室98。

如图1所示，在燃料电池***10中，从燃料气体供应管100供应燃料(甲烷、乙烷、丙烷等)和水(在需要时)，并从空气供应管104供应含氧气体(下文称为“空气”)。

燃料在经过重整器16时被重整以产生燃料气体(含氢气体)。燃料气体供应至燃料电池组12的燃料气体供应通路30。燃料气体沿箭头A所示的堆叠方向流动，通过各个燃料电池11中的隔板28的狭缝62流入燃料气体供应通道66(见图8)。

燃料气体沿着在第一和第二桥接部34、60之间的燃料气体供应通道66流动，并从圆盘36的燃料气体入口54流入燃料气体通道46。燃料气体入口54在与电解质电极组件26的阳极24的中心区域对应的位置处形成。因此，燃料气体从燃料气体入口54供应至阳极24的大致中心位置，并且从阳极24的中心区域沿着燃料气体通道46向外流动(见图9)。

如图1所示，空气从空气供应管104流过热交换器14的通道108，并临时流入腔室98。空气流过连接到腔室98的孔80，并供应至大致设置在燃料电池11中心的含氧气体供应单元67。这时，在热交换器14中，如下文所述，因为排放到废气通道68的废气流过通道110，所以在废气与尚未供应到燃料电池11的空气之间进行热交换。因此，空气被预先加热到期望的燃料电池工作温度。

供应至含氧气体供应单元67的含氧气体沿箭头B所示的方向流入电解质电极组件26的内周边缘与圆盘36的内周边缘之间的空间，并流向含氧气体通道50。如图9所示，在含氧气体通道50中，空气从内周边缘(隔板28的中心区域)流向外周边缘(隔板28的外区域)，即，从电解质电极组件26的阴极22的外周区域的一端流向另一端。

因此，在电解质电极组件26中，燃料气体从阳极24的中心区域流向外周区域，空气在阴极22的电极表面上沿箭头B所示的一个方向流动(见图9)。这时，氧离子穿过电解质20流向阳极24，以通过电化学反应产生电。

排放至相应的电解质电极组件26的外侧的废气沿堆叠方向流过废气通道68。当废气流过热交换器14的通道110时，在废气与空气之间进行热交换。随后，废气被排入废气管106中。

在第一实施例中，包括热交换器14和重整器16的流体单元19一起设置在燃料电池组12的一侧上(见图1)。热交换器14和重整器16彼此相邻。因此，燃料电池组12和流体单元19容纳在壳体18中的较小空间内。从而容易减小燃料电池***10的整体尺寸。

另外，热交换器14通过壁板96直接连接到端板70a。因此，有效地减少了燃料电池***10中管的数量和管的长度。降低了热损失并有效地进行发电。

在第一实施例中，流体单元19关于燃料电池组12的中心轴线对称设置。因此，在流体单元19和燃料电池组12的周向上没有温度分布。即，在流体单元19和燃料电池组12的周向上实现了均匀的温度。因此，可以防止燃料电池11被热应力损坏，从而容易改进燃料电池11的耐久性。在该结构中，重整器16设置在热交换器14内。因此，改进了重整器16的热绝缘性能。可以利用来自燃料电池11的废热(废气)，从而提高热效率。

另外，在燃料电池组12的另一侧上设置载荷施加机构21。载荷施加机构21与流体单元19隔开，并且燃料电池组12插设在载荷施加机构21与流体单元19之间。因此，载荷施加机构21不暴露于高温。从而，载荷施加机构21可稳定地向燃料电池组12施加载荷。载荷施加机构21的耐久性得到提高。载荷施加机构21关于燃料电池组12的中心轴线对称设置。因此，载荷均匀施加到燃料电池组12，从而改进了可靠性。

另外，在第一实施例中，在热交换器14处进行从燃料电池组12排放的废气与空气(在反应消耗前的含氧气体)之间的热交换。因此，通过热交换而被加热的热空气流过腔室98。当热空气加热腔室98附近的重整器16之后，将该空气供应至燃料电池组12。

也就是说，使用在热交换器14处与废气进行热交换而被加热的空气作为加热重整器16的热源。因此，有效地利用了来自燃料电池组12的废热。重整器16不暴露于热的废气，从而改进了重整器16的耐久性。

因此，在燃料电池***10中，利用简单经济的结构顺利地进行期望的重整反应。另外，重整器16可正常地长期运行。

另外，热交换器14和重整器16设置在燃料电池组12附近，重整器16设置在热交换器14内。因此，抑制了热辐射，从而更加容易提高热效率。

另外，在燃料电池组12中，燃料气体供应通路30设置在含氧气体供应单元67内。因此，抑制了燃料气体供应通路30的腐蚀等。改进了燃料气体供应通路30的耐久性，并抑制了燃料气体的泄漏。

另外，燃料气体供应通路30和含氧气体供应单元67设置在燃料电池组12的大致中心部分。加热的空气和燃料气体供应至燃料电池组12的中心部分。因此，在各个燃料电池11中，热从中心部分向***部分传递，从而有效地利用了热。因此，热效率得到了提高。

图13是表示根据本发明第二实施例的燃料电池***的燃料电池120的分解立体图。图14是表示通过堆叠多个燃料电池120而形成的燃料电池组122的剖视图。图15是示意性地表示燃料电池120的操作的剖视图。与根据第一实施例的燃料电池11相同的构成元件标有相同的附图标记，并将省略对其的描述。而且在第三和第四实施例中，与根据第一实施例的燃料电池11相同的构成元件标有相同的附图标记，并将省略对其的描述。

通道件124固定至燃料电池120的各个隔板28上，并位于面向阳极24的表面上。通道件124包括固定到隔板28的第一桥接部34的第二桥接部126。在第一桥接部34和第二桥接部126之间形成燃料气体供应通道66。第二桥接部126终止在与电解质电极组件26的阳极24的大致中心区域相对应的位置。在第二桥接部126的端部形成多个燃料气体入口128。燃料气体入口128通向阳极24。在隔板28的圆盘36上没有形成第一实施例中的燃料气体入口54。

在第二实施例中，向燃料气体供应通路30供应的燃料气体沿着在各隔板28与通道件124之间形成的燃料气体供应通道66流动。然后，燃料气体从形成在通道件124端部处的燃料气体入口128供应到阳极24。

因此，燃料气体更加适当和均匀地从阳极24的中心区域供应至外部区域，从而提高了发电效率。另外，因为不需要在隔板28的圆盘36中设置燃料气体入口，所以隔板28的结构简化，并容易降低生产成本。

图16是表示根据本发明第三实施例的燃料电池***130的局部剖视图。

在燃料电池***130中，在热交换器14内设置重整器16，并且沿箭头B所示的方向延伸的分隔壁132连接到重整器16的外周部分和热交换器14的内周部分。分隔壁132由大致环形的板状件制成。

在端板70a处设置第一通道件(含氧气体通道件)134。第一通道件134与突起76同轴地突出。第一通道件134和突起76沿着箭头A所示的相同方向突出。第一通道件134具有环形形状，并且第一通道件134的端部位于分隔壁132的附近。通过设置第一通道件134，在壳体18中形成第一通道136。在热交换之后，空气从热交换器14排出，并且流过重整器16周围的第一通道136。第一通道136连接到通道108和孔80。

与第一通道件134相对地设置第二通道件(废气通道件)138，使得分隔壁132插设在第一通道件134与第二通道件138之间。第二通道件138为带有底部的筒形形状。燃料气体供应管100连接到第二通道件138底部的中央区域，废气管106连接到第二通道件138底部的边缘区域。通过设置第二通道件138，在壳体18中形成第二通道139。在热交换之后，废气从热交换器14排出，并围绕重整器16流过第二通道139。第二通道139连接到通道110和废气管106。

在第三实施例中，供应到空气供应管104的空气流过热交换器14的通道108。然后，空气供应到第一通道136。在该结构中，从燃料电池组12排出的废气流入热交换器14的通道110，并在空气与废气之间进行热交换。

从而，热交换之后的热空气流过第一通道136。热空气围绕重整器16流动，用于适当加热重整器16。因此，可实现与第一实施例的情况相同的优点。例如，有效地利用了来自燃料电池组12的废热，并有利地改进了重整器16的耐久性。

在热交换器14处进行热交换之后，废气流过由第二通道件138形成的第二通道139，并在围绕重整器16的端部流动。然后，废气从废气管106排出。在热交换器14处进行热交换之后的废气可再次用作加热重整器16的热源。从而可更加有效地利用废热。

图17是表示根据本发明第四实施例的燃料电池***140的局部剖视图。

在燃料电池***140中，在端板70a处设置分隔壁142。分隔壁142与突起76同轴并覆盖孔80。分隔壁142具有环形形状，并且分隔壁142的端部接触重整器16，用以将通道108与孔80分开。

在重整器16中设置弯曲的管件144。管件144的一端从分隔壁142向外延伸，并连接到热交换器14的通道108。管件144的另一端位于分隔壁142内，并通向孔80。

在第四实施例中，从空气供应管104供应至热交换器14的通道108的空气通过与流过热交换器14的通道110的废气进行热交换而被加热。热空气流入管件144的设置在腔室98处的一端。

管件144设置在重整器16内。热空气流过管件144，用于从内侧加热重整器16。在空气加热重整器16之后，空气流出管件144的另一端，并通过孔80供应到燃料电池组12中。

在第四实施例中，在空气通过与从燃料电池组12排出的废气的热交换而被加热之后，热空气通过管件144而在重整器16内流动。因此，可获得与第一至第三实施例的情况相同的优点。例如，重整器16被适当加热，并且有效地利用废热。

在第四实施例中，按照与第三实施例相同的方式，可以设置用于在热交换之后将废气供应至重整器16周围区域的第二通道件(未示出)，以便用于从重整器16的两侧，即外侧和内侧加热重整器16。

上文参照优选实施例具体示出并描述了本发明，但是应理解到，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可对其进行变型和修改。

Claims (11)

1.一种燃料电池***，该燃料电池***包括：

燃料电池组(12)，该燃料电池组通过沿堆叠方向堆叠多个燃料电池(11)而形成，所述燃料电池(11)均包括电解质电极组件(26)和隔板(28)，所述电解质电极组件(26)夹在隔板(28)之间，所述电解质电极组件(26)包括阳极(24)、阴极(22)和插设在所述阳极(24)和所述阴极(22)之间的电解质(20)；

热交换器(14)，该热交换器用于加热待供应到所述燃料电池组(12)的含氧气体；

重整器(16)，该重整器用于重整燃料以产生燃料气体；以及

壳体(18)，该壳体容纳所述燃料电池组(12)、所述热交换器(14)和所述重整器(16)，

其中在所述壳体(18)中，在所述燃料电池组(12)的一侧上设置至少包括所述热交换器(14)和所述重整器(16)的流体单元(19)。

2.根据权利要求1所述的燃料电池***，其中，所述流体单元(19)关于所述燃料电池组(12)的中心轴线对称设置。

3.根据权利要求1所述的燃料电池***，其中，在所述流体单元(19)中，所述重整器(16)设置在所述热交换器(14)内。

4.根据权利要求1所述的燃料电池***，其中，在所述热交换器(14)处进行所述含氧气体与从所述燃料电池组(12)排出的废气之间的热交换，并且

在热交换之后，所述含氧气体加热所述重整器(16)，并随后供应至所述燃料电池组(12)。

5.根据权利要求4所述的燃料电池***，其中，所述热交换器(14)和所述重整器(16)邻近所述燃料电池组(12)设置。

6.根据权利要求4所述的燃料电池***，其中，该燃料电池***还包括含氧气体通道件(134)，该含氧气体通道件形成用于允许在热交换之后从所述热交换器(14)排出的含氧气体围绕所述重整器(16)流动的通道。

7.根据权利要求4所述的燃料电池***，其中，该燃料电池***还包括管件(144)，该管件用于允许在热交换之后从所述热交换器(14)排出的含氧气体流入所述重整器(16)。

8.根据权利要求4所述的燃料电池***，其中，该燃料电池***还包括废气通道件(138)，该废气通道件形成用于允许在热交换之后从所述热交换器(14)排出的废气围绕所述重整器(16)流动的通道。

9.根据权利要求4所述的燃料电池***，其中，所述燃料电池组(12)包括沿着堆叠方向延伸并用于将燃料气体供应至所述阳极(24)的燃料气体供应单元、以及沿着堆叠方向延伸并用于将含氧气体供应至所述阴极(22)的含氧气体供应单元(67)，并且

所述燃料气体供应单元延伸穿过所述隔板(28)的中心并设置在所述含氧气体供应单元(67)内。

10.根据权利要求1所述的燃料电池***，其中，在所述燃料电池组(12)的另一侧上设置载荷施加机构(21)，用于沿堆叠方向向所述燃料电池(11)施加紧固载荷。

11.根据权利要求10所述的燃料电池***，其中，所述载荷施加机构(21)关于所述燃料电池组(12)的中心轴线对称设置。

Images