CN105814727B - 燃料电池堆和燃料电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个技术方案的燃料电池堆具有多个歧管，该多个歧管在层叠方向上贯穿多个燃料电池单元，使燃料气体和氧化剂气体流通。作为所述歧管，具有冷气体用的歧管、热气体用的歧管以及热交换后气体用的歧管，该冷气体用的歧管从外部向所述燃料电池堆内导入所述燃料气体或所述氧化剂气体，该热气体用的歧管从所述燃料电池单元排出所述燃料气体或所述氧化剂气体，该热交换后气体用的歧管使在热交换部处进行了热交换而得到的热交换后气体流通。并且，所述冷气体用的歧管全部与所述热气体用的歧管相邻，所述热气体用的歧管不与其他的所述热气体用的歧管相邻。

Description

燃料电池堆和燃料电池模块
技术领域
本国际申请基于2013年12月11日向日本特许厅申请的日本特许申请第2013－256388号主张优选权，通过参照将日本特许申请第2013－256388号的全部内容引用于本国际申请。
本发明涉及将多个燃料电池单元层叠而成的燃料电池堆和包括该燃料电池堆的燃料电池模块，该燃料电池单元具备具有燃料极层和空气极层的电解质层。
背景技术
以往，作为燃料电池，公知有一种采用固体电解质(固体氧化物)的固体氧化物燃料电池(以下也称作“SOFC”)。
作为SOFC，例如公知有将许多个具有单元电池的燃料电池单元层叠而形成燃料电池堆的结构，该单元电池在板状的固体电解质层(固体氧化物层)的一个面具有燃料极层，并且在另一个面具有空气极层。
在该SOFC中，通过向燃料极层供给燃料气体，并且向空气极层供给空气，借助固体电解质层使燃料和空气中的氧发生化学反应而产生电力。
此外，对于上述的SOFC而言，公开了一种通过将燃料气体的流路做成串行流动结构来提升燃料利用率的方法(参照专利文献1)。燃料气体的流路的串行流动结构是使燃料气体流到燃料电池堆中的预定的燃料电池单元、并且使从该燃料电池单元排出来的燃料气体与所述预定的燃料电池单元并列地流到其他的燃料电池单元的结构。
并且，近年来提出了这样的技术：以在层叠方向上贯穿燃料电池堆的方式设置多个歧管，通过该歧管向各燃料电池单元供给燃料气体、空气，从各燃料电池单元排出反应后的燃料气体、空气(参照专利文献2、3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001－256993号公报
专利文献2：国际公开第2008/153073号公报
专利文献3：国际公开第2010/038869号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在上述的以往技术中存在下述那样的问题，寻求对其的改善。
也就是说，在专利文献2、3所述的技术中，利用以在层叠方向上贯穿燃料电池堆的方式形成的多个歧管使温度不同的气体通过，但由于通过的气体的温度从低温到高温各不相同，因此，存在各燃料电池单元的各歧管周围的温度不同这样的问题。
具体地讲，在各歧管中例如有从外部导入的温度较低的燃料气体、空气通过，或者有在燃料电池堆内热交换而温度上升了的燃料气体、空气通过，或者有在各燃料电池单元发生反应而成为更高温度的燃料气体、空气通过，因此，各歧管的周围的温度大不相同。
而且，在像这样各歧管的周围的温度不同时，产生各燃料电池单元的平面方向上的面内温度分布，存在发电稳定性、耐久性下降这样的问题。
详细地讲，在燃料电池单元中存在面内温度分布时，在单元面内会产生电阻分布，从而产生单元面内的电流分布、电压分布。其结果，在单元面内产生电流的横向流动(即，面方向上的流动)，存在无法获得稳定且较高的输出这样的问题。
特别是，在是供给温度较低的冷气体的歧管的情况下，使单元面内的温度下降较大程度，面内电阻也增加，因此，上述问题变得更加显著。
此外，根据燃料电池单元的面内温度分布，在局部产生温度过高的部分时，也存在金属构件劣化这样的问题。
在本发明的一个技术方案中，优选提供一种能够使燃料电池单元的平面方向上的温度均匀化的燃料电池堆和燃料电池模块。
用于解决问题的方案
(1)本发明的第1技术方案的燃料电池堆是层叠多个包括电解质层、燃料极层以及空气极层的燃料电池单元而成的，该燃料极层设置在所述电解质层的一个面且与燃料气体接触，该空气极层设置在所述电解质层的另一个面且与氧化剂气体接触，其中，所述燃料电池堆具有这样的结构：向进行所述层叠的层叠方向上的一部分所述燃料电池单元供给所述燃料气体和所述氧化剂气体中的至少一者，并且向所述层叠方向上的、除了所述一部分所述燃料电池单元之外的所述燃料电池单元供给从所述一部分所述燃料电池单元排出来的所述燃料气体和所述氧化剂气体中的至少一者，在所述燃料电池堆中具有多个歧管，该多个歧管在所述层叠方向上贯穿多个所述燃料电池单元，供所述燃料气体和所述氧化剂气体中的至少一者流通，并且作为所述歧管，具有冷气体用的歧管、热气体用的歧管以及热交换后气体用的歧管，该冷气体用的歧管用于从外部向所述燃料电池堆内导入所述燃料气体或所述氧化剂气体，该热气体用的歧管用于从所述燃料电池单元排出所述燃料气体或所述氧化剂气体，该热交换后气体用的歧管在至少供所述燃料气体和所述氧化剂气体中的一者导入的热交换部处进行了热交换而得到的热交换后气体流通，并且在从层叠方向观察所述燃料电池堆的情况下，所述冷气体用的歧管全部与所述热气体用的歧管相邻，并且所述热气体用的歧管不与其他的所述热气体用的歧管相邻。
在第1技术方案的燃料电池堆中，作为使燃料气体、氧化剂气体在层叠方向上流动的歧管，具有从外部向燃料电池堆内导入燃料气体或氧化剂气体的冷气体用的歧管和从燃料电池单元排出燃料气体或氧化剂气体的热气体用的歧管，并且具有使在热交换部处进行了热交换而得到的热交换后气体流通的热交换后气体用的歧管。而且，在从燃料电池堆的层叠方向观察这些歧管的情况下(即，在俯视的情况下)，冷气体用的歧管全部与热气体用的歧管相邻，并且热气体用的歧管不与其他的热气体用的歧管相邻。
也就是说，在第1技术方案的燃料电池堆中，温度较低的冷气体用的歧管全部与温度比冷气体高的热气体用的歧管相邻，而且，该温度较高的热气体用的歧管不与温度比冷气体高的其他的热气体用的歧管相邻，因此，能够减小燃料电池单元的平面方向(即，在俯视时是燃料电池单元的展开方向)上的温度差。即，能够使燃料电池单元(也就是燃料电池堆)的平面方向上的温度均匀化。
由此，能够减小燃料电池单元的面内温度分布，因此，单元面内的电阻分布较小，因而，单元面内的电流分布、电压分布也能够减小。其结果，能够抑制电流在单元面内的横向流动，因此，起到能够获得稳定且较高的输出这样显著的效果。
此外，在第1技术方案的燃料电池堆中，由于热气体用的歧管彼此不相邻，因此，从这一点考虑，燃料电池单元的面内温度分布也较小，不易在局部产生温度过高的部分，因此，具有也能够抑制金属构件的劣化这样的优点。
在此，热交换后气体是指进行热交换后的气体、即具有在热交换部处进行热交换之前的气体(冷气体)和应用于发电反应之后(例如刚刚从燃料电池单元排出之后)的气体(热气体)之间的温度的气体。
此外，冷气体是从燃料电池堆外部导入的气体，表示温度比热交换后气体的温度、发电温度(即，进行发电的燃料电池单元内的温度)低的气体。
另外，在热交换部处燃料气体、氧化剂气体与周围的结构(例如燃料电池单元)进行热交换时，该燃料气体和氧化剂气体通常不被用于发电。
此外，歧管是在层叠方向上贯穿多个燃料电池单元而使燃料气体或氧化剂气体流通的燃料电池堆的内部气体流路，该歧管通过分支通路(例如连通槽)与各燃料电池单元的燃料气体的流路或者氧化剂气体的流路相连通。
具体地讲，燃料气体用或氧化剂气体用的歧管是用于使燃料气体或氧化剂气体在燃料电池堆的层叠方向上流动，并且向燃料电池单元供给燃料气体或氧化剂气体、或者从燃料电池单元排出燃料气体或氧化剂气体的流路。并且，热交换后气体用的歧管是用于向燃料电池单元供给在热交换部进行了热交换的、至少是氧化剂气体的热交换后气体的歧管。
另外，燃料电池堆也可以仅层叠燃料电池单元而构成，但也可以层叠其他的结构、例如燃料气体的改质器等辅助器等而构成。
此外，热交换部既可以配置在燃料电池堆的内部，也可以配置在燃料电池堆的外部。
(2)本发明的第2技术方案的燃料电池堆也可以是，所述热交换部设置在所述燃料电池堆的内部，在所述热交换部和与其相邻的所述燃料电池单元之间进行热交换。
在第2技术方案的燃料电池堆中，例示了热交换部的优选的位置。由此，能够在与热交换部周围的燃料电池单元等之间高效地进行热交换。
(3)本发明的第3技术方案的燃料电池堆也可以是，在从层叠方向观察所述燃料电池堆的情况下，所述热交换后气体用的歧管和所述冷气体用的歧管中的至少一者与所述热气体用的歧管相邻。
在第3技术方案的燃料电池堆中，在俯视燃料电池堆时，热交换后气体用的歧管和冷气体用的歧管中的至少一者与热气体用的歧管相邻。
也就是说，由于比温度最高的热气体用的歧管温度低的热交换后气体用的歧管、冷气体用的歧管与该热气体用的歧管相邻，因此，能够使燃料电池单元的平面方向上的温度均匀化。
(4)本发明的第4技术方案的燃料电池堆也可以是，在从层叠方向观察所述燃料电池堆的情况下，所述冷气体用的歧管和所述热交换后气体用的歧管中的至少一者与所述热气体用的歧管的两侧相邻。
在第4技术方案的燃料电池堆中，由于冷气体用的歧管、热交换后气体用的歧管与热气体用的歧管的两侧相邻，因此，能够进一步使燃料电池单元的平面方向上的温度均匀化。
另外，各歧管也可以在俯视时排成一列。在此，排成一列不仅包含直线地排列的情况，也包含在中途弯曲而排成一列的情况。
(5)本发明的第5技术方案的燃料电池堆也可以是，在从层叠方向观察所述燃料电池堆的情况下，所述氧化剂气体的所述冷气体用的歧管与所述氧化剂气体的所述热气体用的歧管相邻。
通常，成为热气体的氧化剂气体的温度高于其他的气体(例如冷气体、热交换后气体)的温度，而且，与燃料气体相比，氧化剂气体被大量地供给。在第5技术方案的燃料电池堆中，氧化剂气体的冷气体用的歧管与氧化剂气体的热气体用的歧管相邻，从而能够有效地冷却氧化剂气体的热气体用的歧管周围。由此，能够使燃料电池单元的平面方向上的温度更加均匀化。
(6)本发明的第6技术方案的燃料电池堆也可以是，在从层叠方向观察所述燃料电池堆的情况下，所述热气体用的歧管与所述氧化剂气体的所述冷气体用的歧管的两侧相邻。
在第6技术方案的燃料电池堆中，热气体用的歧管与同燃料气体相比通常被大量供给的氧化剂气体的冷气体用的歧管的两侧相邻。
因而，能够有效地维持冷气体用的歧管的周围温度，因此，能够使燃料电池单元的平面方向上的温度更加均匀化。
另外，各歧管也可以在俯视时排成一列。
(7)本发明的第7技术方案的燃料电池模块包括所述第1～5技术方案中的任一项所述的燃料电池堆。
第7技术方案的燃料电池模块表示包括上述燃料电池堆的燃料电池模块。
在此，燃料电池模块是除了包括燃料电池堆之外，还包括用于发电的、例如绝热容器和收容在绝热容器内的燃烧器等的结构。
另外，作为燃料电池堆，可以采用具有在层叠方向上贯穿多个燃料电池单元的贯穿孔、并且将该贯穿孔全部用作燃料气体或氧化剂气体的歧管的结构。
在这种情况下，由于将全部贯穿孔用作供燃料气体、氧化剂气体流通的歧管，因此，具有能够进一步使燃料电池单元的平面方向上的温度均匀化这样的优点。
此外，作为歧管，可以采用在层叠方向上贯穿燃料电池堆的贯穿孔。
在这种情况下，由于歧管中的燃料气体和氧化剂气体被供给到燃料电池堆的层叠方向的两端为止，因此，具有也能够使燃料电池堆的层叠方向上的温度均匀化这样的优点。
附图说明
图1是表示包含实施例1的燃料电池堆的燃料电池***的概略结构图。
图2A是将实施例1的燃料电池堆在层叠方向上剖开并示意地表示氧化剂气体的流路的说明图，图2B是将实施例1的燃料电池堆同样地剖开，并示意地表示燃料气体的流路的说明图。
图3A是实施例1的燃料电池堆的俯视图，图3B是其主视图。
图4是将实施例1的燃料电池堆沿着燃料气体的歧管在层叠方向上剖开，并示意地表示燃料电池堆和燃料气体的流路的说明图。
图5是将实施例1的燃料电池堆沿着空气的歧管在层叠方向上剖开，并示意地表示燃料电池堆和氧化剂气体的流路的说明图。
图6是将实施例1的燃料电池单元沿着厚度方向且是氧化剂气体的流动方向剖开并表示的说明图。
图7是将实施例1的燃料电池堆分解，并表示燃料电池堆的局部以及燃料气体和氧化剂气体的流动的立体图。
图8是表示实施例1的氧化剂气体用热交换部的俯视图。
图9是表示实施例1的燃料气体用热交换部的俯视图。
图10是将实施例1的燃料电池堆在层叠方向上剖开，重叠且示意地表示作为冷气体、热交换后气体、热气体的燃料气体的流动的说明图。
图11是针对实施例1的燃料电池堆，重叠并示意地表示作为冷气体、热交换后气体、热气体的燃料气体的平面方向上的流动的俯视图。
图12是将实施例1的燃料电池堆在层叠方向上剖开，重叠并示意地表示作为冷气体、热交换后气体、热气体的氧化剂气体的流动的说明图。
图13是针对实施例1的燃料电池堆，重叠并示意地表示作为冷气体、热交换后气体、热气体的氧化剂气体的平面方向上的流动的俯视图。
图14A是在俯视实施例1的燃料电池堆时表示燃料气体的歧管的温度状态的说明图，图14B是在该俯视时表示氧化剂气体的歧管的温度状态的说明图，图14C是在该俯视时表示燃料气体和氧化剂气体的歧管的温度状态的说明图。
图15是将实施例2的燃料电池堆分解，并表示燃料电池堆的局部以及燃料气体和氧化剂气体的流动的立体图。
图16是针对实施例2的燃料电池堆，重叠并示意地表示燃料气体的平面方向上的流动的俯视图。
图17A是在俯视实施例2的燃料电池堆时，表示燃料气体的歧管的温度状态的说明图，图17B是在该俯视时表示氧化剂气体的歧管的温度状态的说明图，图17C在该俯视时表示燃料气体和氧化剂气体的歧管的温度状态的说明图。
图18是将实施例3的燃料电池堆分解，并表示燃料电池堆的局部以及燃料气体和氧化剂气体的流动的立体图。
图19是针对实施例3的燃料电池堆，重叠并示意地表示燃料气体的平面方向上的流动的俯视图。
图20A是在俯视实施例3的燃料电池堆时表示燃料气体的歧管的温度状态的说明图，图20B是在该俯视时表示氧化剂气体的歧管的温度状态的说明图，图20C是在该俯视时表示燃料气体和氧化剂气体的歧管的温度状态的说明图。
图21A是将实施例4的燃料电池堆在层叠方向上剖开，并示意地表示氧化剂气体的流路的说明图，图21B是将实施例4的燃料电池堆同样地剖开，并示意地表示燃料气体的流路的说明图。
附图标记说明
3、111、121、131、燃料电池堆；9、燃料电池模块；13、燃料电池单元；15、15a、15b、133、热交换部；41a、41b、41c、41d、41e、41f、41g、41h、内部气体流路(歧管)；51、固体电解质层；52、燃料极层；53、空气极层。
具体实施方式
接着，作为用于实施本发明的方式的例子(实施例)，说明固体氧化物形燃料电池堆和固体氧化物形燃料电池模块的实施例。
实施例1
a)首先，说明包含本实施例1的固体氧化物形燃料电池堆等的固体氧化物形燃料电池***。另外，以下省略“固体氧化物形”。
如图1所示，燃料电池***1具备在绝热容器7内收容有燃料电池堆3和燃烧器5的燃料电池模块9，向燃料电池堆3供给燃料气体(例如氢：F)和氧化剂气体(例如空气(详细地讲是空气中的氧)：O)来进行发电。另外，以下将图1中的上方和下方设为燃料电池堆3的上方和下方进行说明。
该燃料电池***1包括从绝热容器7外向燃料电池堆3供给燃料气体的路径11a和供给氧化剂气体的路径11b，并且包括向用于加热燃料电池堆3的燃烧器5供给燃料气体和空气的混合气(Mix)的路径11c。
另外，从燃料电池堆3排出来的经发电使用之后的燃料气体、氧化剂气体既可以在绝热容器7内燃烧之后排出到绝热容器7外，也可以直接排出到绝热容器7外。
此外，在本实施例1中，如图2A－图2B所示，燃料气体的流路和氧化剂气体的流路在燃料电池堆3的内部、即在燃料电池单元13(参照图3A－图3B)的层叠方向(图2A－图2B中的上下方向)上大不相同，对此后面进行详细说明。
也就是说，氧化剂气体从外部被导入到燃料电池堆3的内部时，通过了燃料电池堆3内(在此，例如是燃料电池堆3的中央部分)的热交换部15之后被导入到比热交换部15靠上侧的氧化剂气体侧的第1端部块17和比热交换部15靠下侧的氧化剂气体侧的第2端部块19，之后进行合流并被排出到外部。
另外，在此，燃料电池堆3的中央部分是被在燃料电池堆3的层叠方向上配置的燃料电池单元13夹着的区域，是指燃料电池堆3的层叠方向上的除燃料电池堆3的两端部附近之外的部分(例如除两端的燃料电池单元13之外的部分)。
另一方面，燃料气体从外部被导入到燃料电池堆3的内部时，通过了燃料电池堆3内(在此，例如是燃料电池堆3的中央部分)的热交换部15之后被导入到比热交换部15靠上侧的燃料气体侧的第1端部块21和比热交换部15靠下侧的燃料气体侧的第2端部块23，之后进行合流并被导入到燃料气体侧的第3端部块25而排出到外部。
以下，说明各结构。
如图3A－3B所示，燃料电池堆3包括在厚度方向上层叠有多个作为板状的发电单元的燃料电池单元13而成的燃料电池堆主体26、在层叠方向(图3B的上下方向)上贯穿燃料电池堆主体26的8处螺栓用贯穿孔27a～27h(总称为27)、贯穿***到螺栓用贯穿孔27中的8根螺栓29a～29h(总称为29)、以及螺纹结合于螺栓29的螺母31。
此外，如图3B所示，在燃料电池堆3的层叠方向上的中央部分，作为热交换部15设有用于预热燃料气体的板状的燃料气体用热交换部15a和用于预热氧化剂气体的板状的氧化剂气体用热交换部15b，在燃料电池堆3的层叠方向的两侧设有兼作集电体的一对端板33a、33b。
在此，热交换部15配置在燃料电池堆3的层叠方向上的中央部分，但并不限定于此。热交换部15除了配置在燃料电池堆3的层叠方向上的中央部分之外，例如也可以配置在燃料电池堆3的层叠方向上的端部。
并且，在燃料电池堆3中存在多层燃料电池单元13(例如19层：19CELLS)，但在此，为了易于理解发明的内容，简单地举例说明8层的燃料电池堆3。
另外，各层燃料电池单元13从上方开始依次设为比热交换部15靠上层侧的13A、13B、13C、13D和比热交换部15靠下层侧的13E、13F、13G、13H。也就是说，就氧化剂气体的流路(参照图2A)而言，第1端部块17相当于13A～13D，第2端部块19相当于13E～13H。另一方面，就燃料气体的流路(参照图2B)而言，第1端部块21相当于13A～13D，第2端部块23相当于13E，第3端部块25对应于13F～13H。
此外，螺栓29以在层叠方向上贯穿燃料电池堆3的方式配置，并且在其两端螺纹结合有螺母31，利用该螺栓29和螺母31之间的螺纹结合，将燃料电池堆主体26在层叠方向上紧固并固定为一体。在此，列举了螺母31螺纹结合于螺栓29的两端的结构的例子，但也可以是在螺栓29的一端设置头部、在另一端螺纹结合螺母31的结构。
另外，在本实施例1中，像之后详细说明的那样，构成为从第1螺栓29a的下侧导入燃料气体(F(IN))，从第6螺栓29f的下侧排出反应后的燃料气体(F(OUT))，从第3螺栓29c的上侧导入氧化剂气体(O(IN))，从第4螺栓29d的下侧排出反应后的氧化剂气体(O(OUT))。
另外，对于螺栓用贯穿孔27、螺栓29而言，从图3A的左上部起顺时针地标有第1～第8的编号(其他相当的结构也是同样的)。
b)接着，详细地说明螺栓29的结构。
在螺栓29的内部以沿轴线方向延伸的方式设有作为歧管的空心的内部气体流路41a～41h(总称为41)(参照图4、图5)，构成为燃料气体或者氧化剂气体向这些内部气体流路41流动。
另外，如图4所示，第1～第8螺栓29a～29h中的第1、第2、第5、第6、第7螺栓29a、29b、29e、29f、29g的各内部气体流路41a、41b、41e、41f、41g被用作燃料气体的流路(图4中涂黑的箭头所示)。另一方面，如图5所示，第3、第4、第8螺栓29c、29d、29h的各内部气体流路41c、41d、41h被用作氧化剂气体的流路(图5中空心的箭头所示)。
以下，详细地说明各气体流路的结构。
＜燃料气体的流路＞
如图4所示，在第1螺栓29a上设有燃料气体用的内部气体流路41a。由于该内部气体流路41a通过开口部42a与外部(即，燃料电池堆3的下方)连通，因此，能够从外部向内部气体流路41a中供给燃料气体。
在该第1螺栓29a上以与内部气体流路41a连通的方式设有沿径向延伸的贯穿孔即出口用横孔43a。另外，构成为出口用横孔43a和燃料气体用热交换部15a相连通。
在第5、第7螺栓29e、29g(图4中用1根螺栓表示)上设有燃料气体用的内部气体流路41e、41g，该内部气体流路41e、41g的上方和下方被封闭。
在该第5螺栓29e、第7螺栓29g上以与内部气体流路41e、41g连通的方式设有沿径向延伸的贯穿孔即入口用横孔43e、43g和多个出口用横孔45e、45g。另外，构成为燃料气体用热交换部15a和入口用横孔43e、43g相连通，各出口用横孔45e、45g和第1～第5燃料电池单元13A～13E的各燃料流路47A～47E(总称为47)分别连通。
在第2螺栓29b上设有燃料气体用的内部气体流路41b，该内部气体流路41b的上方和下方被封闭。
在该第2螺栓29b上以与内部气体流路41b连通的方式设有沿径向延伸的贯穿孔、即多个入口用横孔43b和多个出口用横孔45b。另外，构成为第1～第5燃料电池单元13A～13E的各燃料流路47A～47E和各入口用横孔43b分别连通，各出口用横孔45b和第6～第8燃料电池单元13F～13H的各燃料流路47F～47H分别连通。
在第6螺栓29f上设有燃料气体用的内部气体流路41f。由于该内部气体流路41f通过开口部42f与外部(即，燃料电池堆3的下方)连通，因此，能够从内部气体流路41f向外部排出反应后的燃料气体。
在该第6螺栓29f上以与内部气体流路41f连通的方式设有沿径向延伸的贯穿孔即多个入口用横孔43f。另外，构成为第6～第8燃料电池单元13F～13H的各燃料流路47F～47H和各入口用横孔43f分别连通。
＜氧化剂气体的流路＞
如图5所示，在第3螺栓29c上设有氧化剂气体用的内部气体流路41c。由于该内部气体流路41c通过开口部42c与外部(即，燃料电池堆3的上方)连通，因此，能够从外部向内部气体流路41c中供给氧化剂气体。
在该第3螺栓29c上以与内部气体流路41c连通的方式设有沿径向延伸的贯穿孔即出口用横孔43c。另外，构成为出口用横孔43c和氧化剂气体用热交换部15b相连通。
在第8螺栓29h上设有氧化剂气体用的内部气体流路41h，该内部气体流路41h的上方和下方被封闭。
在该第8螺栓29h上以与内部气体流路41h连通的方式设有沿径向延伸的贯穿孔即入口用横孔43h和多个出口用横孔45h。另外，构成为氧化剂气体用热交换部15b和入口用横孔43h相连通，各出口用横孔45h和第1～第8燃料电池单元13A～13H的各空气流路49A～49H(总称为49)分别连通。
在第4螺栓29d上设有氧化剂气体用的内部气体流路41d。由于该内部气体流路41d通过开口部42d与外部(即，燃料电池堆3的下方)连通，因此，能够从内部气体流路41d向外部排出反应后的氧化剂气体。
在该第4螺栓29d上以与内部气体流路41d连通的方式设有沿径向延伸的贯穿孔即多个入口用横孔43d。另外，构成为第1～第8燃料电池单元13A～13H的各空气流路49A～49H和各入口用横孔43d分别连通。
c)接着，说明燃料电池单元13的结构。
如图6所示，燃料电池单元13是所谓的燃料极支承膜形类型的板状单元。
该燃料电池单元13包括薄膜的固体电解质层51和分别形成在固体电解质层51两侧的燃料极层(正极：AN)52和薄膜的空气极层(负极：CA)53。以下，将固体电解质层51、燃料极层52以及空气极层53合称为单元电池54。另外，在单元电池54的空气极层53侧存在空气流路49，在燃料极层52侧存在燃料流路47。
燃料电池单元13包括：上下一对互连器57a、57b；空气极层53侧的板形状的气体密封部58；框形状的隔板59，其与单元电池54的外边缘部的上表面接合而将空气流路49和燃料流路47之间阻断；燃料极框架60，其配置在燃料极层52侧的板形状；以及燃料极层52侧的气体密封部61，这些构件层叠并构成为一体。
在燃料电池单元13内的、燃料极层52和互连器57b之间配置有燃料极侧集电体62，在互连器57a的表面(图6下方)一体地形成有空气极侧集电体63。
另外，在俯视时，在燃料电池单元13的四边框状的外周部分形成有可供各螺栓29贯穿的螺栓用贯穿孔27。
作为固体电解质层51的材料，可以使用YSZ、ScSZ、SDC、GDC、钙钛矿类氧化物等材料。此外，作为燃料极层52的材料，可以使用Ni以及Ni和陶瓷的金属陶瓷，作为空气极层53的材料，可以使用钙钛矿类氧化物等。
如图7所示，互连器57a、57b是由铁氧体类不锈钢形成的板材，在其外边缘部设有分别与螺栓用贯穿孔27相对应的8个孔55、56。
气体密封部58由云母或者蛭石形成，是在中心具有正方形的开口部65的框状的板材，在其外边缘部设有与螺栓用贯穿孔27相对应的8个孔66。
孔66中的第4孔66d、第8孔66h成为沿着边延伸的长孔。该第4孔66d、第8孔66h和开口部65利用以梳齿状延伸的连通槽67、68相连通。该连通槽67、68不是在厚度方向上贯穿气体密封部58的孔，而是挖掘气体密封部58的一个表面而形成的槽，其能够利用激光、冲压加工而形成。
隔板59是由铁氧体类不锈钢形成的框状的板材，在其中央具有正方形的开口部69，为了封闭该开口部69，将单元电池54接合于隔板59。隔板59也在其外边缘部具有与螺栓用贯穿孔27相对应的8个孔71。
燃料极框架60是在其中心具有开口部73的、由铁氧体类不锈钢形成的框状的板材。燃料极框架60也在其外边缘部具有与螺栓用贯穿孔27相对应的8个孔75。
气体密封部61由云母或者蛭石形成，是在中心具有正方形的开口部77的框状的板材，在其外边缘部设有与螺栓用贯穿孔27相对应的8个孔79。
孔79中的第2孔79b和开口部77利用沿着边延伸并且以梳齿状延伸的连通槽81相连通。第5孔79e和开口部77利用沿着边延伸并且以梳齿状延伸的连通槽82相连通，第7孔79g和开口部77利用同样的连通槽83相连通。该连通槽81～83不是在厚度方向上贯穿气体密封部61的孔，而是挖掘气体密封部61的一个表面而形成的槽，其能够利用激光、冲压加工而形成。
另外，在燃料电池单元13A、13B、13C、13D、13E中，第2孔79b、第5孔79e、第7孔79g和开口部77利用各连通槽81～83相连通。
此外，如图7的下方所示，在第6～第8燃料电池单元13F～13H中，气体密封部61的孔79中的第2孔79b、第6孔79f和开口部77利用沿着边延伸并且以梳齿状延伸的连通槽84、85相连通。
d)接着，简单地说明燃料气体用热交换部15a和氧化剂气体用热交换部15b的结构。
如图7和图8所示，氧化剂气体用热交换部15b是与燃料电池单元13D相邻的板状构件，在燃料电池单元13D这一侧的面的中心具有正方形的凹部91。
此外，在氧化剂气体用热交换部15b的外边缘部设有与螺栓用贯穿孔27相对应的8个孔93。孔93中的第3孔93c、第8孔93h和凹部91分别利用连通槽95c、95h相连通。
另外，凹部91和连通槽95c、95h不是在厚度方向上贯穿氧化剂气体用热交换部15b，而是通过挖掘燃料电池单元13D这一侧的面的表面而形成的。
如图7和图9所示，燃料气体用热交换部15a是在一个面与氧化剂气体用热交换部15b接触、在另一个面与燃料电池单元13E接触的板状构件，在氧化剂气体用热交换部15b这一侧的面的中心具有正方形的凹部101。
此外，在燃料气体用热交换部15a的外边缘部设有与螺栓用贯穿孔27相对应的8个孔103。孔103中的第1孔103a、第5孔103e、第7孔103g和凹部101分别利用连通槽105a、105e、105g相连通。
另外，凹部101和连通槽105a、105e、105g不是在厚度方向上贯穿燃料气体用热交换部15a，而是通过挖掘燃料气体用热交换部15a的表面而形成的。
通过层叠燃料气体用热交换部15a、氧化剂气体用热交换部15b以及构成上述各燃料电池单元13的构件，并向各螺栓用贯穿孔27中贯穿***各螺栓29，利用螺母31紧固，从而能够制造上述结构的燃料电池堆3。
e)接着，更详细地说明燃料气体和氧化剂气体的流动。
＜燃料气体的流动＞
所述图4、图10以及图11表示燃料气体的流动。在图10和图11中，用实线的箭头表示冷气体(即，从外部导入的燃料气体)的流动，用虚线的箭头表示热交换后气体(即，进行热交换而温度上升了的燃料气体)的流动，用单点划线的箭头表示热气体(即，因发电反应而温度进一步上升了的燃料气体)的流动。
首先，如图4所示，比燃料电池堆3内的温度低的(例如约400℃左右的)燃料气体(冷气体)从燃料电池堆3的外部经由第1螺栓29a的位于燃料电池堆3下方的开口部42a被导入到内部气体流路41a。
其次，如图10和图11所示，导入到内部气体流路41a中的燃料气体从内部气体流路41a被供给到燃料气体用热交换部15a，因与相邻的构件(例如第5燃料电池单元13E)之间的热交换而被加热(预热)。另外，该作为冷气体的燃料气体因所述加热而温度上升，成为与从外部导入时相比高温的(例如约600℃左右的)热交换后气体。
接着，成为热交换后气体的燃料气体从燃料气体用热交换部15a被供给到第5螺栓29e的内部气体流路41e和第7螺栓29g的内部气体流路41g。
接着，该燃料气体从第5螺栓29e的内部气体流路41e和第7螺栓29g的内部气体流路41g被供给到第1～第5燃料电池单元13A～13E的各燃料流路47A～47E。也就是说，被供给到第1端部块21、第2端部块23(参照图2B)。
接着，该燃料气体从第1～第5燃料电池单元13A～13E的各燃料流路47A～47E被排出到第2螺栓29b的内部气体流路41b。另外，作为热交换后气体的燃料气体由于第1～第5燃料电池单元13A～13E的发电反应而温度上升，从而成为与热交换时相比高温的(例如约700℃左右的)热气体。
接着，成为热气体的燃料气体从第2螺栓29b的内部气体流路41b被供给到第6～第8燃料电池单元13F～13H的各燃料流路47F～47H。也就是说，被供给到第3端部块25(参照图2B)。
接着，该燃料气体从第6～第8燃料电池单元13F～13H的各燃料流路47F～47H被排出到第6螺栓29f的内部气体流路41f。
之后，如图4所示，燃料气体从第6螺栓29f的内部气体流路41f经由燃料电池堆3下方的开口部42f被排出到外部。
＜氧化剂气体的流动＞
所述图5、图12以及图13表示氧化剂气体的流动。在图12和图13中，用实线的箭头表示冷气体(即，从外部导入的氧化剂气体)的流动，用虚线的箭头表示热交换后气体(即，进行热交换而温度上升了的氧化剂气体)的流动，用单点划线的箭头表示热气体(即，因发电反应而温度进一步上升了的氧化剂气体)的流动。
首先，如图5所示，比燃料电池堆3内的温度低的(例如约400℃左右的)氧化剂气体(冷气体)从燃料电池堆3的外部经由第3螺栓29c的位于燃料电池堆3上方的开口部42c被导入到内部气体流路41c。
其次，如图12和图13所示，导入到内部气体流路41c的氧化剂气体从内部气体流路41c被供给到氧化剂气体用热交换部15b，因与相邻的构件(例如第4燃料电池单元13D)之间的热交换而被加热(预热)。另外，该作为冷气体的氧化剂气体因所述加热而温度上升，从而成为与从外部导入时相比高温的(例如约500℃左右的)热交换后气体。
接着，成为热交换后气体的氧化剂气体从氧化剂气体用热交换部15b被供给到第8螺栓29h的内部气体流路41h。
接着，该氧化剂气体从第8螺栓29h的内部气体流路41h被供给到第1～第8燃料电池单元13A～13H的各空气流路49A～49H。
接着，该氧化剂气体从第1～第8燃料电池单元13A～13H的各空气流路49A～49H被排出到第4螺栓29d的内部气体流路41d。另外，作为热交换后气体的氧化剂气体由于第1～第8燃料电池单元13A～13H的发电反应而温度上升，从而成为与热交换时相比高温的(例如约600℃左右的)热气体。
接着，如图5所示，成为热气体的氧化剂气体从第4螺栓29d的内部气体流路41d经由燃料电池堆3下方的开口部42d被排出到外部。
f)接着，说明由于所述燃料气体和氧化剂气体的流动而产生的平面方向上的温度分布。
利用上述的燃料气体和氧化剂气体的流动，在燃料电池堆3中，在平面方向(即，板状的燃料电池单元13的展开方向：与层叠方向垂直的方向)上产生温度分布。
具体地讲，在从层叠方向(图10、图12的上下方向)观察燃料电池堆3的情况下，利用燃料气体和氧化剂气体的层叠方向上的流路(歧管)在燃料电池堆3中产生了其平面方向上的温度分布。
详细地讲，像图14A中表示燃料气体(AN)侧那样，从外部导入了作为冷气体的燃料气体的第1螺栓29a的第1内部气体流路41a周围的温度较低。
接着，该作为冷气体的燃料气体进行了热交换而得到的燃料气体(即，作为热交换后气体的燃料气体)所通过的第5螺栓29e的第5内部气体流路41e和第7螺栓29g的第7内部气体流路41g的周围的温度，高于作为冷气体的燃料气体所通过的第1螺栓29a的第1内部气体流路41a的周围的温度。
接着，该作为热交换后气体的燃料气体通过发电反应被加热而得到的燃料气体(即，作为热气体的燃料气体)所通过的第2螺栓29b的第2内部气体流路41b周围的温度，高于作为热交换后气体的燃料气体所通过的第5螺栓29e的第5内部气体流路41e和第7螺栓29g的第7内部气体流路41g的周围的温度。
接着，该作为热气体的燃料气体再次通过发电反应被加热而得到的燃料气体(即，作为温度进一步上升了的热气体的燃料气体)所通过的第6螺栓29f的第6内部气体流路41f的周围的温度最高。
同样，像图14B中表示氧化剂气体(CA)侧那样，从外部导入了作为冷气体的氧化剂气体的第3螺栓29c的第3内部气体流路41c的周围的温度较低。
接着，该作为冷气体的氧化剂气体进行了热交换而得到的氧化剂气体(即，作为热交换后气体的氧化剂气体)所通过的第8螺栓29h的第8内部气体流路41h的周围的温度，高于作为冷气体的氧化剂气体所通过的第3螺栓29c的第3内部气体流路41c的周围的温度。
接着，该作为热交换后气体的氧化剂气体通过发电反应被加热而得到的氧化剂气体(即，作为热气体的氧化剂气体)所通过的第4螺栓29d的第4内部气体流路41d的周围的温度，高于作为热交换后气体的氧化剂气体所通过的第8螺栓29h的第8内部气体流路41h的温度。
因而，如图14C所示，导入了冷气体的第1内部气体流路41a、第3内部气体流路41c(也就是第1螺栓用贯穿孔27a、第3螺栓用贯穿孔27c)的周围的温度最低，与其相比，热交换后气体所通过的第5内部气体流路41e、第7内部气体流路41g、第8内部气体流路41h(也就是第5、第7、第8螺栓用贯穿孔27e、27g、27h)的周围的温度较高，热气体所通过的第2内部气体流路41b、第4内部气体流路41d、第6内部气体流路41f(也就是第2螺栓用贯穿孔27b、第4螺栓用贯穿孔27d、第6螺栓用贯穿孔27f)的周围的温度最高。
g)接着，说明本实施例1的效果。
·在本实施例1中，作为使燃料气体、氧化剂气体在层叠方向上流通的内部气体流路(以下也称作“歧管”)41a～41h，具有用于从外部将燃料气体或氧化剂气体导入到燃料电池堆3内的冷气体用的歧管41a、41c和用于从各燃料电池单元13A～13H排出燃料气体或氧化剂气体的热气体用的歧管41b、41d、41f。
而且，在从燃料电池堆3的层叠方向观察这些歧管41a～41h的情况(即，俯视的情况)下，构成为冷气体用的歧管41a、41c全部与热气体用的歧管41b、41d、41f相邻，并且该热气体用的歧管41b、41d、41f不与其他的热气体用的歧管41b、41d、41f相邻。
也就是说，在本实施例1中，温度较低的全部的冷气体用的歧管41a、41c与温度比冷气体高的热气体用的歧管41b、41d、41f相邻，而且，该温度较高的热气体用的歧管41b、41d、41f不与其他温度较高的热气体用的歧管41b、41d、41f相邻。即，热气体用的歧管41b、41d、41f彼此不相邻。因而，能够减小燃料电池堆3的平面方向上的温度差、也就是使燃料电池单元13的平面方向上的温度均匀化。
由此，能够减小燃料电池单元13的面内温度分布，因此，单元面内的电阻分布较小，因而，单元面内的电流分布、电压分布也能够减小。其结果，能够抑制电流在单元面内的横向流动，因此，起到可获得稳定且较高的输出这样显著的效果。
此外，由于热气体用的歧管41b、41d、41f彼此不相邻，因此，燃料电池单元13的面内温度分布较小，不易在局部产生温度过高的部分，因此，具有也能够抑制金属构件劣化这样的优点。
·此外，在本实施例1中，包括供在燃料电池堆3的内部进行了热交换的燃料气体或氧化剂气体流动的热交换后气体用的歧管41e、41g、41h，在俯视时，热交换后气体用的歧管41e、41g、41h和冷气体用的歧管41a、41c中的至少一者与热气体用的歧管41b、41d、41f相邻。
也就是说，由于比温度最高的热气体用的歧管41b、41d、41f温度低的热交换后气体用的歧管41e、41g、41h和冷气体用的歧管41a、41c与该热气体用的歧管41b、41d、41f相邻，因此，能够使燃料电池单元13的平面方向上的温度均匀化。
·并且，在本实施例1中，在俯视时，各歧管41a～41h虽然在中途弯曲但是配置成一列，冷气体用的歧管41a、41c和热交换后气体用的歧管41e、41g、41h与热气体用的歧管41b、41d、41f的两侧相邻，因此，能够进一步使燃料电池单元13的平面方向上的温度均匀化。
·而且，在本实施例1中，在俯视时，各歧管41a～41h排成一列，并且热气体用的歧管41b、41d与流量最多的氧化剂气体的冷气体用的歧管41c的两侧相邻。
因而，能够有效地维持冷气体用的歧管的周围温度，因此，能够使燃料电池单元的平面方向上的温度更加均匀化。
·此外，在本实施例1中，由于流量最多的氧化剂气体的冷气体用的歧管41c与温度最高的氧化剂气体的热气体用的歧管41d相邻，因此，能够有效地冷却氧化剂气体的热气体用的歧管41d的周围。由此，能够进一步使燃料电池单元的平面方向上的温度均匀化。
另外，氧化剂气体的流量通常是燃料气体的流量的2倍～5倍。
实施例2
接着，说明实施例2，省略对与所述实施例1同样内容的说明。
另外，对与实施例1同样的结构，使用相同的附图标记进行说明。
在本实施例2的燃料电池堆中，不使用实施例1那样的燃料气体用热交换部，而是利用不同的两个歧管从外部向燃料电池堆导入燃料气体，从各歧管向各燃料电池单元分配该燃料气体。
a)首先，说明本实施例2的燃料电池堆的结构。
如图15所示，在本实施例2的燃料电池堆111中，与所述实施例1同样，互连器57a、气体密封部58、接合了单元电池54的隔板59、燃料极框架60、气体密封部61、互连器57b、氧化剂气体用热交换部15b等层叠起来。
在本实施例2中，如图15和图16所示，首先，从外部向第5螺栓29e的第5内部气体流路41e和第7螺栓29g的第7内部气体流路41g导入燃料气体。
其次，该燃料气体从第5螺栓29e的第5内部气体流路41e和第7螺栓29g的第7内部气体流路41g被供给到第1～第5燃料电池单元13A～13E。
接着，燃料气体从第1～第5燃料电池单元13A～13E作为热气体被供给到第2螺栓29b的第2内部气体流路41b。
接着，燃料气体从第2螺栓29b的第2内部气体流路41b被供给到第6～第8燃料电池单元13F～13H，之后被排出到外部。
另外，第1螺栓29a不被用作气体的流路。
此外，由于氧化剂气体的流动与所述实施例1同样，因此，省略其说明。
b)其次，说明由于燃料气体和氧化剂气体的流动而产生的平面方向上的温度分布。
在本实施例2中，在从层叠方向(图15的上下方向)观察燃料电池堆111的情况下，利用燃料气体和氧化剂气体的层叠方向上的流路(即，歧管)在燃料电池堆111中也产生了其平面方向上的温度分布。
详细地讲，像图17A中表示燃料气体(AN)侧那样，从外部被导入了作为冷气体的燃料气体的第5螺栓29e的第5内部气体流路41e和第7螺栓29g的第7内部气体流路41g的周围的温度较低。
接着，该作为冷气体的燃料气体由于发电反应被加热而得到的燃料气体(即，作为热气体的燃料气体)所通过的第2螺栓29b的第2内部气体流路41b的周围的温度，高于作为冷气体的燃料气体所通过的第5螺栓29e的第5内部气体流路41e和第7螺栓29g的第7内部气体流路41g的周围的温度。
接着，导入了该作为热气体的燃料气体再次由于发电反应被加热而得到的燃料气体(即，作为温度进一步上升了的热气体的燃料气体)的第6螺栓29f的第6内部气体流路41f的周围的温度最高。
同样，像图17B中表示氧化剂气体(CA)侧那样，氧化剂气体侧与实施例1是同样的，导入了冷气体的第3螺栓29c的第3内部气体流路41c的周围的温度较低，与其相比，热交换后气体所通过的第8螺栓29h的第8内部气体流路41h的周围的温度较高，热气体所通过的第4螺栓29d的第4内部气体流路41d的周围的温度最高。
因而，如图17C所示，导入了冷气体的第3内部气体流路41c、第5内部气体流路41e、第7内部气体流路41g(也就是第3螺栓用贯穿孔27c、第5螺栓用贯穿孔27e、第7螺栓用贯穿孔27g)的周围的温度最低，与其相比，热交换后气体所通过的第8内部气体流路41h(也就是第8螺栓用贯穿孔27h)的周围的温度较高，热气体所通过的第2内部气体流路41b、第4内部气体流路41d、第6内部气体流路41f(也就是第2螺栓用贯穿孔27b、第4螺栓用贯穿孔27d、第6螺栓用贯穿孔27f)的周围的温度最高。
另外，不是气体流路的第1螺栓用贯穿孔27a的内部、周围的温度与其周围的结构物的温度大致相同。
因而，利用上述的结构，在本实施例2中，起到与所述实施例1同样的效果，并且由于不使用燃料气体用热交换部，因此，具有能够简化流路等的结构这样的优点。
实施例3
接着，说明实施例3，省略对与所述实施例1、2同样内容的说明。
另外，对与实施例1同样的结构，使用相同的附图标记进行说明。
本实施例3的燃料电池堆是基本上与实施例2同样的结构，但利用1根歧管从外部向燃料电池堆中导入燃料气体这一点有所不同。
a)首先，说明本实施例3的燃料电池堆的结构。
如图18所示，在本实施例3的燃料电池堆121中，与所述实施例1同样，互连器57a、气体密封部58、接合了单元电池54的隔板59、燃料极框架60、气体密封部61、互连器57b、氧化剂气体用热交换部15b等层叠起来。
在本实施例3中，如图18和图19所示，首先，从外部仅向第7螺栓29g的第7内部气体流路41g中导入燃料气体。另外，也可以仅向第5螺栓29e的第5内部气体流路41e中导入燃料气体。
其次，该燃料气体从第7螺栓29g的第7内部气体流路41g被供给到第1～第5燃料电池单元13A～13E。
接着，燃料气体从第1～第5燃料电池单元13A～13E作为热气体被供给到第2螺栓29b的第2内部气体流路41b。
接着，燃料气体从第2螺栓29b的第2内部气体流路41b被供给到第6～第8燃料电池单元13F～13H，之后被排出到外部。
另外，第1螺栓29a、第5螺栓29e不被用作气体的流路。
此外，由于氧化剂气体的流动与所述实施例1是同样的，因此，省略其说明。
b)接着，说明由于燃料气体和氧化剂气体的流动而产生的平面方向上的温度分布。
在本实施例3中，在从层叠方向(图18的上下方向)观察燃料电池堆121的情况下，利用燃料气体和氧化剂气体的层叠方向上的流路(即，歧管)在燃料电池堆121中也产生了其平面方向上的温度分布。
详细地讲，像图20A中表示燃料气体(AN)侧那样，从外部导入了作为冷气体的燃料气体的第7螺栓29g的第7内部气体流路41g的周围的温度较低。
接着，该作为冷气体的燃料气体由于发电反应被加热而得到的燃料气体(即，作为热气体的燃料气体)所通过的第2螺栓29b的第2内部气体流路41b的周围的温度，高于作为冷气体的燃料气体所通过的第7螺栓29g的第7内部气体流路41g的周围的温度。
接着，导入了该作为热气体的燃料气体再次由于发电反应被加热而得到的燃料气体(即，作为温度进一步上升了的热气体的燃料气体)的第6螺栓29f的第6内部气体流路41f的周围的温度最高。
同样，像图20B中表示氧化剂气体(CA)侧那样，氧化剂气体侧与实施例1是同样的，导入了冷气体的第3螺栓29c的第3内部气体流路41c的周围的温度较低，与其相比，热交换后气体所通过的第8螺栓29h的第8内部气体流路41h的周围的温度较高，热气体所通过的第4螺栓29d的第4内部气体流路41d的周围的温度最高。
因而，如图20C所示，导入了冷气体的第3内部气体流路41c、第7内部气体流路41g(也就是第3螺栓用贯穿孔27c、第7螺栓用贯穿孔27g)周围的温度最低，与其相比，热交换后气体所通过的第8内部气体流路41h(也就是第8螺栓用贯穿孔27h)的周围的温度较高，热气体所通过的第2内部气体流路41b、第4内部气体流路41d、第6内部气体流路41f(也就是第2螺栓用贯穿孔27b、第4螺栓用贯穿孔27d、第6螺栓用贯穿孔27f)周围的温度最高。
另外，不是气体流路的第1螺栓用贯穿孔27a、第5螺栓用贯穿孔27e的内部、周围的温度与其周围的结构物的温度大致相同。
因而，利用上述的结构，在本实施例3中起到与所述实施例2同样的效果，并且具有能够进一步简化流路等的结构这样的优点。
实施例4
接着，说明实施例4，省略对与所述实施例1同样内容的说明。
另外，对与实施例1同样的结构，使用相同的附图标记进行说明。
本实施例4的燃料电池堆是基本上与实施例1同样的结构，但热交换部配置在燃料电池堆的外侧这一点有所不同。
a)首先，说明本实施例4的燃料电池堆的结构。
如图21A－21B中示意地所示，在燃料电池堆131的下部配置有热交换部133。该热交换部133包括用于进行氧化剂气体的热交换的氧化剂气体用热交换部135和用于进行燃料气体的热交换的燃料气体用热交换部137。
其中，在氧化剂气体用热交换部135中，从外部导入的低温的氧化剂气体所通过的氧化剂气体用第2室141和发电后的氧化剂气体(即，比低温的氧化剂气体温度高的氧化剂气体)所流经的氧化剂气体用第1室139相邻接地配置。
此外，在燃料气体用热交换部137中，从外部导入的低温的燃料气体所通过的燃料气体用第1室143和发电后的燃料气体(即，比低温的燃料气体温度高的燃料气体)所流经的燃料气体用第2室145相邻接地配置。
b)接着，说明燃料电池堆131中的气体的流动。
另外，供氧化剂气体、燃料气体流动的歧管的俯视时的配置与所述实施例1的图14A－14C所示的配置是同样的。
＜氧化剂气体的流路＞
如图21A所示，氧化剂气体从外部经由燃料电池堆131内被导入到氧化剂气体用第2室141。之后被导入到燃料电池堆131的各燃料电池单元13的各空气流路(未图示)。而且，发电后的氧化剂气体在从各空气流路被导入到氧化剂气体用第1室139之后被排出到外部。
此时，例如，氧化剂气体用第1室139内的氧化剂气体和氧化剂气体用第2室141内的氧化剂气体进行热交换，氧化剂气体用第2室141内的氧化剂气体的温度上升。
＜燃料气体的流路＞
如图21B所示，燃料气体从外部被导入到燃料气体用第1室143，之后被导入到燃料电池堆131的各燃料电池单元13的各燃料流路(未图示)。而且，发电后的燃料气体在从各燃料流路被导入到燃料气体用第2室145之后被排出到外部。
此时，例如，燃料气体用第1室143内的燃料气体和燃料气体用第2室145内的燃料气体进行热交换，燃料气体用第1室143内的燃料气体的温度上升。
在本实施例4中，利用上述的结构起到与所述实施例1同样的效果。另外，俯视时的各歧管的温度分布与所述实施例1是同样的(参照图14A－14C)。
[权利要求书的结构和实施例的结构之间的关系]
权利要求书的歧管例如在实施例1中相当于使燃料气体、氧化剂气体在层叠方向上流动的内部气体流路。
另外，本发明不受所述实施例任何限定，可在不脱离本发明的范围内以各种各样的方式进行实施是不言而喻的。
(1)例如，在所述各实施例中，将燃料气体的流路设为串行流动结构(即，在暂且向某一燃料电池单元供给了燃料气体之后，将从该燃料电池单元排出来的燃料气体供给到其他的燃料电池单元的结构)，但也可以将氧化剂气体的流路也设为串行流动结构(即，在暂且向某一燃料电池单元供给了氧化剂气体之后，将从该燃料电池单元排出来的氧化剂气体供给到其他的燃料电池单元的结构)。
(2)在所述实施例1中，设有燃料气体用热交换部和氧化剂气体用热交换部，但也可以构成为至少采用氧化剂气体用热交换部。也就是说，燃料气体也可以不在热交换部处进行热交换就经由歧管供给到各燃料电池单元。
(3)作为沿燃料电池堆的层叠方向供给燃料气体、氧化剂气体的歧管的结构，也可以将在螺栓的轴线方向上形成的内部气体流路形成到燃料电池堆的层叠方向的两端为止。
此外，也可以在螺栓和螺栓用贯穿孔之间设置能够供气体流通的充分的空间(例如筒状的空间)，通过该空间在内部气体流路和各燃料电池单元之间进行燃料气体、氧化剂气体的流通(供给、排出)。
并且，螺栓也可以使用实心的螺栓，在螺栓和螺栓用贯穿孔之间设置能够供气体流通的充分的空间(例如筒状的空间)，通过该空间在外部和各燃料电池单元之间进行燃料气体、氧化剂气体的流通(供给、排出)。
另外，例如通过在螺栓的轴线方向上的端部的、螺栓的外周面设置沿着轴线方向延伸的槽等，能够实现使气体在外部和空间之间流通。
并且，燃料电池的类型只要是燃料电池堆为高温(例如在运行时为150℃以上且1000℃以下)的类型(固体氧化物形、磷酸形、熔融碳酸盐形)就有效果，并不限定于固体氧化物形燃料电池(SOFC)。

Claims (7)

1.一种燃料电池堆，其是层叠多个包括电解质层、燃料极层以及空气极层的燃料电池单元而成的，该燃料极层设置在所述电解质层的一个面且与燃料气体接触，该空气极层设置在所述电解质层的另一个面且与氧化剂气体接触，该燃料电池堆的特征在于，
所述燃料电池堆具有这样的结构：向进行所述层叠的层叠方向上的一部分所述燃料电池单元供给所述燃料气体和所述氧化剂气体中的至少一者，并且向所述层叠方向上的、除了所述一部分所述燃料电池单元之外的所述燃料电池单元供给从所述一部分所述燃料电池单元排出来的所述燃料气体和所述氧化剂气体中的至少一者，
在所述燃料电池堆中具有多个歧管，该多个歧管在所述层叠方向上贯穿多个所述燃料电池单元，供所述燃料气体和所述氧化剂气体中的至少一者流通，
并且作为所述歧管，具有冷气体用的歧管、热气体用的歧管以及热交换后气体用的歧管，该冷气体用的歧管用于从外部向所述燃料电池堆内导入所述燃料气体或所述氧化剂气体，该热气体用的歧管用于从所述燃料电池单元排出所述燃料气体或所述氧化剂气体，该热交换后气体用的歧管供在至少供所述燃料气体和所述氧化剂气体中的一者导入的热交换部处进行了热交换而得到的热交换后气体流通，
并且，在从层叠方向观察所述燃料电池堆的情况下，所述冷气体用的歧管全部与所述热气体用的歧管相邻，并且所述热气体用的歧管不与其他的所述热气体用的歧管相邻。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，
所述热交换部设置在所述燃料电池堆的内部，在所述热交换部和与其相邻的所述燃料电池单元之间进行热交换。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池堆，其特征在于，
在从层叠方向观察所述燃料电池堆的情况下，所述热交换后气体用的歧管与所述热气体用的歧管相邻。
4.根据权利要求3所述的燃料电池堆，其特征在于，
在从层叠方向观察所述燃料电池堆的情况下，所述冷气体用的歧管和所述热交换后气体用的歧管中的至少一者与所述热气体用的歧管的两侧相邻。
5.根据权利要求1或2所述的燃料电池堆，其特征在于，
在从层叠方向观察所述燃料电池堆的情况下，所述氧化剂气体的所述冷气体用的歧管与所述氧化剂气体的所述热气体用的歧管相邻。
6.根据权利要求1或2所述的燃料电池堆，其特征在于，
在从层叠方向观察所述燃料电池堆的情况下，所述热气体用的歧管与所述氧化剂气体的所述冷气体用的歧管的两侧相邻。
7.一种燃料电池模块，其特征在于，
该燃料电池模块包括所述权利要求1～6中任一项所述的燃料电池堆。
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