固体氧化物燃料电池制造技术

公开了一种燃料电池单元，包括：空气电极侧气体密封部分、隔板、燃料电极框架以及燃料电极侧气体密封单元，以上所有均被设置在一对内部连接器（即，上部内部连接器以及下部内部连接器）之间。所述气体密封单元包括：第一气体流径，该第一气体流径沿堆叠方向穿透所述燃料电池单元并且组成一部分气体流径；以及第二气体流径，该第二气体流径沿所述气体密封部分的平面方向延伸。在所述气体密封部分中，第一气体流径和第二气体流径彼此不连通，并且将第一气体流径连接到第二气体流径的第三气体流径被设置在堆叠于所述气体密封部分的至少一个厚度方向侧上的构件上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及固体氧化物燃料电池，该固体氧化物燃料电池包括燃料电极、氧化剂电极和固体氧化物。
技术介绍
作为燃料电池，已熟知使用固体电解质(固体氧化物)的固体氧化物燃料电池(下文中也称为S0FC)。在SOFC中，用作电力产生单元的是发电单元(燃料电池单元)，其中，例如在固体氧化物层的一侧中设置与燃料气体接触的燃料电极，并且在固体氧化物层的另一侧中设置与氧化剂气体(大气)接触的氧化剂电极(空气电极)。此外，为了获得期望电压，已研制出堆叠·(燃料电池堆)，在该堆叠中多个燃料电池单元通过内部连接器堆叠分层。将上述燃料电池堆构造成使得从与燃料电池单元的堆叠方向垂直的横向方向供应用于发电的燃料气体或空气。然后，燃料气体或空气沿燃料电极和空气电极的表面流动。其后，从横向方向排出已使用的燃料气体或空气。此外，传统上，为了将燃料气体或空气引入燃料电池单元的内部(与燃料电极和空气电极接触的内部空间)，在组成燃料电池单元的金属框架或内部连接器中设置气体引入孔(或气体排出孔)和与该气体引入孔连通的气体流径(参见专利文献I至3)。在上述传统技术中，平板式堆叠型的燃料电池堆需要包括气体流径(第一气体流径)，该气体流径沿燃料电池堆的堆叠方向穿透燃料电池单元，以向每个燃料电池单元供应空气或燃料气体；以及流径(第二气体流径)，该流径沿燃料电池单元的平面方向(即，垂直于堆叠方向)延伸，以将来自第一空气流径的相应的气体供应到每个燃料电池单元的平板式电极(燃料电极和空气电极)。通常，第二气体流径形成在内部连接器或保持燃料电池单元的金属框架上。现有技术文献专利文献专利文献I :日本未审专利申请公开特开2009-93835专利文献2 :日本未审专利申请公开特开11-26007专利文献3 :日本未审专利申请公开特开2004-31929
技术实现思路
本专利技术将解决的问题然而，在平板式电极的整个电极平面上均匀供应气体的情况下，如果第二气体流径具有简单构造，则气体就不在电极平面内均匀流动，因此降低空气或燃料气体的利用率。因而，形成具有复杂几何形状的第二气体流径是必要的。然而，当具有复杂几何形状的流径(第二气体流径)由例如金属框架形成时，可考虑使用堆叠金属框架的方法或蚀刻金属框架的方法。然而，为了不降低燃料电池堆的强度，使金属框架的厚度增加一个与流径的厚度对应的厚度是必要的。此外，当在内部连接器中形成流径(复杂流径，诸如第二气体流径)时，上述相同问题也存在。因此，发生如下问题其中由于燃料电池堆的厚度增大，所以当发电时，燃料电池堆的中央部分和端部部分(外周侧)或沿燃料电池堆的堆叠方向的两端部分之间的温度差变得更大；因此，操作控制变得效率低，并且在一些情况下，趋向发生故障。此外，由于热容量随着燃料电池堆的重量增大而增大，所以也存在诸如延迟的预热时间或成本增加的问题。 此外，在堆叠金属框架等以形成流径的情况下，需要铜焊步骤。在执行蚀刻工艺的情况下，需要蚀刻工艺。因此，在任一上述情况下，都存在工作步骤变得复杂，导致成本增加的问题。考虑到上述问题作出本专利技术。本专利技术的目标是提供一种固体氧化物燃料电池，通过该固体氧化物燃料电池能够降低燃料电池堆的厚度，并且能够简化制造步骤。解决问题的手段(I)在本专利技术的第一方面，固体氧化物燃料电池包括燃料电池堆，该燃料电池堆由在该燃料电池堆中通过内部连接器堆叠起来的板状发电单元组成。每个板状发电单元均被一隔板分为设置有空气电极的一侧和设置有燃料电极的一侧。空气电极将与氧化剂气体接触。燃料电极将与燃料气体接触。固体氧化物燃料电池包括分别用于使氧化剂气体和燃料气体沿堆叠的方向流动的堆叠分层气体流径。在该固体氧化物燃料电池中，在设置空气电极的那一侧和设置燃料电极的那一侧中的至少一侧上，内部连接器和隔板之间布置和堆叠了板状气体密封部件。该气体密封部件包括第一气体流径，该第一气体流径沿堆叠的方向穿透该气体密封部件，以组成一部分堆叠分层的气体流径；以及第二气体流径，该第二气体流径沿气体密封部件的平面方向延伸。此外，在该气体密封部件中，第一气体流径和第二气体流径彼此不连通。此外，在气体密封部件沿该气体密封部件的厚度方向的两侧中的至少一侧上堆叠的构件中形成第三气体流径，第一气体流径通过该第三气体流径与第二气体流径连通。在本专利技术中，沿燃料电池堆的堆叠方向穿透气体密封部件的第一气体流径和沿发电单元的平面方向(平面的方向)延伸的第二气体流径形成在气体密封部件中，该气体密封部件布置在内部连接器和隔板之间。然而，在气体密封部件中，第一气体流径和第二气体流径彼此不连通。同时，在诸如将被堆叠在气体密封部件的厚度方向上的内部连接器等构件中，形成具有简单构造的第三气体流径，并且第一气体流径通过该第三气体流径与第二气体流径连通。也就是说，使第一气体流径通过而与第二气体流径连通的第三气体流径不在气体密封部件中形成，而是在邻近气体密封部件的另一构件中形成。通过该构造，能够省去使用传统上必需的、设置在空气电极所设置的那一侧的金属框架(例如，用以形成流径的若干层形成的金属框架)。此外，由于不需要在内部连接器中形成复杂流径，诸如传统第二气体流径，所以能够将内部连接器的厚度做得更薄。因此，由于燃料电池的厚度能够更薄，所以当发电时，能够实现在燃料电池堆的中央部分和端部部分(外周侧)或在燃料电池的沿堆叠方向的两个端部的均匀温度分布。此夕卜，能够缩短 从开始运行燃料电池到温度达到额定温度的时间段。此外，能够减少在金属框架或内部连接器中形成复杂流径所需要的工作步骤或加工成本。同样地，能够省略传统金属框架的铜焊步骤等。传统上，为了形成复杂流径而同时确保燃料电池的强度，具有形成复杂流径的厚金属框架或厚内部连接器是必要的。然而，在本专利技术中，由于第一气体流径和第二气体流径在气体密封部件中形成，所以即使内部连接器等是薄的，也能够确保燃料电池的足够强度。(2)在本专利技术的第二方面，可将气体密封部件布置成与隔板接触。换句话说，代替连接至隔板的传统金属框架，能够布置上述气体密封部件。(3)在本专利技术的第三方面，从气体密封部件的厚度方向观察该气体密封部件，形成在气体密封部件中的第二气体流径可关于第一气体流径左右对称地设置。这使得能够使气体例如在设有燃料电极的一侧中的流径中或在氧化剂气体侧中的流径中更均匀地流动。(4)在本专利技术的第四方面，第三气体流径可在分支点A处从第一气体流径分支，并且在第一气体流径中的分支点A的下游侧上的压降指数(ΛPAl)可比在第三气体流径中的分支点A的下游侧上的压降指数(ΛΡΑ3)小。也就是说，如下文将进行解释的图10中所示，上述构造使得能够以如下优选方式供应气体气体从第一气体流径中的分支点A达到终端侧中的流径(即，流动至分支点A的下游侧中的另外的第三气体流径)。其中，通过下列公式(I)定义压降指数。压降指数=(流径长度/流径的截面的等同圆直径)X (流速)2.... (I)此时，流速通过流量/ (1000 X 60 X流径的截面面积)表达。因而，能够通过下列公式(2)表达压降指数。压降指数=(流径长度/流径的截面的等同圆直径 )X (流量/(1000X60X 流径的截面面积)2···· (2)这里，能够通过使用λ和Y作为系数，经下文已知的范宁公式(3)获得压降指数。下文的管道指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤堂佑介，小松大祐，奥山康生，上松秀树，石川浩也，
申请(专利权)人：日本特殊陶业株式会社，
类型：
国别省市：