燃料電池和燃料電池組的制作方法

專利名稱：燃料電池和燃料電池組的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過堆疊電解質電極組件和隔板而形成的燃料電 池。該電解質電極組件包括陽極、陰極和插設在陽極與陰極之間的電解 質。另外，本發明涉及一種通過堆疊多個燃料電池形成的燃料電池組。
背景技術：
通常，具有無密封件(無密封)結構的固體氧化物燃料電池(SOFC) 采用由諸如穩定氧化鋯的離子導電固體氧化物構成的電解質。電解質插 設在陽極和陰極之間以形成電解質電極組件。電解質電極組件插設在隔 板(雙極板)之間。在使用中，將預定數量的電解質電極組件和隔板堆 疊在一起以形成燃料電池組。
燃料電池的工作溫度較高，大約為8ocrc。因此，在將其中含有未
消耗的反應氣體的反應后的燃料氣體(下文也稱為廢氣)排到燃料電池 組周圍的區域并與含氧氣體混合以引起燃燒時，燃料電池組的溫度局部 變高。在這些情況下，燃料電池的耐用性降低，并且燃料電池組不能穩 定地工作。另外，由于燃燒后的排氣的溫度高于工作溫度，所以在發電 反應之前供應到燃料電池組的含氧氣體與排氣之間的溫差變得過大。因 此，在燃料電池組內產生明顯不均勻的溫度分布，從而不合期望地降低 了發電性能。
在這方面，公知一種如日本特幵專利公報No.2005-85520所公開的 固體氧化物燃料電池。如圖23所示，該燃料電池通過堆疊發電電池1、 燃料電極集電器2、空氣電極集電器3以及隔板4a、 4b而形成。發電電 池1包括燃料電極層lb、空氣電極層lc和插設在燃料電極層lb與空氣 電極層lc之間的固體電解質層la。燃料電極集電器2設置在燃料電極層 lb的外側，空氣電極集電器3設置在空氣電極層lc的外側。 隔板4a包括燃料氣體通道5，燃料氣體通道5用于從面向燃料電極 集電器2的隔板4a的表面的大致中心部分供應燃料氣體。隔板4b具有 含氧氣體通道6，含氧氣體通道6用于從面向空氣電極集電器3的隔板 4b供應含氧氣體。
雖然未示出，但一環形金屬蓋覆蓋了圓形多孔金屬體的外周部，其 中在該蓋的整個側部上設有大量的排氣孔7。
在該結構中，氣體從燃料電極集電器2的外周部僅通過排氣孔7排 出。從而，燃料氣體擴散到多孔金屬體中并且未從燃料電極集電器2的 整個外周部逸出。根據該公開，抑制了在發電期間沒有使用并從外周部 排出的燃料氣體的量，從而可以防止空氣朝向燃料電極反向擴散。
然而，在以上傳統技術中，隔板4a堆疊在燃料電極集電器2上，借 此從排氣孔7排出的排氣在隔板4a附近燃燒，從而排氣的溫度變得非常 高。因而，在供應含氧氣體的入口附近的區域與排出排氣的出口附近的 區域之間的溫差變大。因此，在隔板4a中產生明顯不均勻的溫度分布， 從而不合期望地降低了發電性能。

發明內容
為了處理并解決上述問題，本發明的目的在于提供結構簡單的燃料 電池和燃料電池組，其中可以可靠地防止排氣溫度的過度升高，防止燃 料電池組中不均勻的溫度分布，并且有效地防止對電解質電極組件和隔 板的損壞，從而提高發電性能。
本發明涉及一種通過堆疊電解質電極組件和隔板而形成的燃料電 池。該電解質電極組件包括陽極、陰極和插設在所述陽極和陰極之間的 電解質。在所述隔板的一個表面上形成用于沿著所述陽極的表面供應燃 料氣體的燃料氣體通道，并且在所述隔板的另一個表面上形成用于沿著 所述陰極的表面供應含氧氣體的含氧氣體通道。在所述隔板的一個表面 或另一個表面上設置燃料氣體供應通道。該燃料氣體供應通道連接到用 作燃料氣體在消耗之前的通路并沿堆疊方向延伸的燃料氣體供應單元， 并連接到用于將燃料氣體供應到所述燃料氣體通道的燃料氣體入口。含
氧氣體供應單元用作含氧氣體在消耗之前的通路并沿堆疊方向延伸，從 而將含氧氣體供應到所述含氧氣體通道。
所述燃料氣體通道具有位于與所述電解質電極組件的外周部對應的 位置處的終點，其中所述燃料氣體通道的該終點連接到燃料氣體排放通 道，該燃料氣體排放通道使在所述電解質電極組件中消耗的燃料氣體從 與該電解質電極組件的外周向外隔開的位置逸出到所述含氧氣體供應單 元。
優選的是，所述燃料氣體通道包括設置在所述隔板的一個表面上的 通道單元，其中該通道單元從所述燃料氣體入口連接到所述燃料氣體排 放通道。
優選的是，所述燃料氣體排放通道由一通孔形成，該通孔延伸穿過 所述隔板，并且在該隔板的另一表面上設置排放槽。該排放槽連接到所 述通孔，從所述電解質電極組件向外延伸，并朝向所述含氧氣體供應單 元開口。
另外優選的是，所述燃料氣體排放通道由設置在所述隔板的一個表 面上的排放槽形成，該排放槽連接到所述燃料氣體通道的終點和所述含 氧氣體供應單元。在所述隔板的一個表面上設置蓋部件以覆蓋所述排放 槽。
另外優選的是，在所述隔板的一個表面上設置與所述陽極的外周部 緊密接觸的環形突起。在該結構中，可以防止排氣(包含消耗的燃料氣 體和消耗的含氧氣體)進入所述陽極的外周部，借此可以防止所述陽極 由于氧化而劣化。
另外優選的是，所述通道單元由槽、多個突起或布置成與所述陽極 緊密接觸的可變形彈性通道部件形成。
另外優選的是，所述含氧氣體通道由設置在所述隔板的另一表面上 并布置成與所述陰極緊密接觸的可變形彈性通道部件形成。在該結構中， 所述陰極布置成適當與所述隔板緊密接觸，從而可提高從燃料電池集電 的性能。
另外優選的是，布置所述彈性通道部件的區域小于所述陽極的發電
區域。在該結構中，即使排氣環流至所述電解質電極組件的陽極，在所 述陰極的與所述陽極的外周邊緣相對的外周邊緣中也不存在發電區域。 從而可防止集電損失，借此可提高從燃料電池集電的性能。
另外優選的是，所述彈性通道部件是導電網狀部件或氈部件。在這 種情況下，簡化了結構并且降低了成本。
另外優選的是，所述含氧氣體通道由設置在所述隔板的另一表面上 的多個突起形成。在該結構中，沿堆疊方向的載荷通過所述突起有效地 傳遞，借此可提高從燃料電池集電的性能。
另外優選的是，所述突起由在所述隔板的一個表面上通過蝕刻形成 的多個固體部分限定。從而，所述突起的形狀和位置可容易地進行任意 改變，借此可提高從燃料電池集電的性能。
優選的是，所述燃料電池還包括排氣通道，該排氣通道用于將反應 氣體在所述電解質電極組件中的反應消耗之后作為排氣沿所述電解質電 極組件和所述隔板的堆疊方向排放。另外，所述燃料氣體供應單元相對 于所述含氧氣體供應單元氣密地設置，其中所述燃料氣體供應通道連接 所述燃料氣體通道和所述燃料氣體供應單元，并且沿著所述隔板的表面 布置從而與沿堆疊方向延伸的含氧氣體供應單元相交。在該結構中，燃 料氣體在消耗之前被排氣的熱預先加熱。從而可提高熱效率。
另外優選的是，所述排氣通道設置在所述隔板周圍。在該結構中， 在燃料電池周圍提供絕熱，借此提高熱效率。
優選的是，所述燃料氣體供應單元氣密地設置在所述隔板的中心部 分，并且所述含氧氣體供應單元設置在所述隔板的內部區域。在該結構 中，含氧氣體從所述隔板的內部區域向外流動。因此，排氣適當地排放
到所述隔板的外側。另外優選的是，所述燃料氣體入口設置在所述電解 質電極組件的中心。
優選的是，所述燃料電池還包括排氣通道，該排氣通道用于將反應 期間在所述電解質電極組件中消耗的反應氣體作為排氣沿所述電解質電 極組件和所述隔板的堆疊方向排放。另外，設置有含氧氣體供應單元， 該含氧氣體供應單元用作含氧氣體在消耗之前的通路，以將含氧氣體沿
堆疊方向供應到含氧氣體通道。所述燃料氣體供應單元和所述含氧氣體 供應單元氣密地設置在所述排氣通道內，其中所述燃料氣體供應通道連 接所述燃料氣體通道和所述燃料氣體供應單元，并且沿著所述隔板的表 面布置從而與沿堆疊方向延伸的排氣通道相交，并且其中所述含氧氣體 供應通道連接所述含氧氣體通道和所述含氧氣體供應單元，并且沿著所 述隔板的表面布置從而與所述排氣通道相交。
另外優選的是，所述燃料氣體通道形成燃料氣體壓力腔室，使得在 燃料氣體供應到所述燃料氣體通道時擠壓所述陽極，并且所述含氧氣體 通道形成含氧氣體壓力腔室，使得在含氧氣體供應到所述含氧氣體通道 時擠壓所述陰極。
另外優選的是，多個電解質電極組件圍繞所述隔板的中心同心布置。 從而，所述燃料電池的結構緊湊，借此可避免其上的熱變形的影響。
另外，本發明涉及一種通過堆疊多個燃料電池而形成的燃料電池組， 每個燃料電池通過堆疊電解質電極組件和隔板而形成。該電解質電極組 件包括陽極、陰極和插設在所述陽極和陰極之間的電解質。在所述隔板 的一個表面上形成用于沿著所述陽極的表面供應燃料氣體的燃料氣體通 道，并且在所述隔板的另一個表面上形成用于沿著所述陰極的表面供應 含氧氣體的含氧氣體通道。
在所述隔板的一個表面或另一個表面上設置燃料氣體供應通道。該 燃料氣體供應通道連接到用作燃料氣體在消耗之前的通路并沿堆疊方向 延伸的燃料氣體供應單元，并連接到用于將燃料氣體供應到所述燃料氣 體通道的燃料氣體入口 。用作含氧氣體在消耗之前的通路的含氧氣體供 應單元沿堆疊方向延伸，從而將含氧氣體供應到所述含氧氣體通道。
所述燃料氣體通道具有布置在與所述電解質電極組件的外周部對應 的位置處的終點，其中所述燃料氣體通道的該終點連接到燃料氣體排放 通道，該燃料氣體排放通道使在所述電解質電極組件中消耗的燃料氣體 從與該電解質電極組件的外周向外隔開的位置逸出到所述含氧氣體供應 單元。
在燃料氣體供應到所述陽極以進行發電反應之后，當燃料氣體從所
述陽極作為排氣排放時，排氣中包含未消耗的氣體。包含這種未消耗氣 體的排氣稱為廢氣。
根據本發明，當燃料氣體在所述電解質電極組件中被消耗之后，廢 氣從與所述電解質電極組件的外周向外隔開的位置逸出。從而，可以減 小在排放排氣的區域與供應含氧氣體的區域之間的溫差。
另外，由于廢氣逸出到所述含氧氣體供應單元，通過廢氣與所述含 氧氣體供應單元內的含氧氣體的反應產生燃燒，借此廢氣被沖淡。從而， 供應到所述含氧氣體供應單元的含氧氣體在其即將被供應到所述電解質 電極組件之前被加熱。因此，有利地提高了熱效率。因此，可以防止排 氣溫度的過度升高，并防止隔板局部受熱，從而保持所述隔板或所述燃 料電池組內的均勻溫度分布。


圖1是表示根據本發明第一實施方式的燃料電池系統的局部剖視
圖2是示意性表示燃料電池系統的燃料電池組的立體圖3是表示燃料電池組的燃料電池的分解立體圖4是表示燃料電池中的氣體流動的局部分解立體圖5是表示隔板的一個表面的局部放大圖6是表示隔板的另一個表面的視圖7是示意性表示燃料電池的操作的剖視圖8是表示隔板的局部放大圖9是表示根據本發明第二實施方式的燃料電池的分解立體圖IO是表示燃料電池的隔板的前視圖11是示意性表示燃料電池的操作的剖視圖12是表示根據本發明第三實施方式的燃料電池的分解立體圖13是表示隔板的一個表面的局部放大圖14是示意性表示燃料電池的操作的剖視圖15是表示根據本發明第四實施方式的燃料電池的分解立體圖16是示意性表示燃料電池的操作的剖視圖17是表示根據本發明第五實施方式的燃料電池的分解立體圖18是示意性表示燃料電池的操作的剖視圖19是示意性表示根據本發明第六實施方式的通過堆疊燃料電池 而形成的燃料電池組的立體圖20是表示燃料電池的分解立體圖； 圖21是表示隔板的前視圖22是表示沿圖21中的線XXII-XXII剖取的表示燃料電池的剖視 圖；并且
圖23是表示在日本特開專利公報No.2005-85520中公開的燃料電池 的視圖。
具體實施例方式
圖1是表示根據本發明第一實施方式包括燃料電池11的燃料電池系 統10的局部剖視圖。圖2是示意性表示通過沿箭頭A所示方向堆疊多個 燃料電池11而形成的燃料電池組12的立體圖。
燃料電池系統IO用在各種應用中，包括固定應用和移動應用。例如， 燃料電池系統10可安裝在車輛上。如圖1所示，燃料電池系統10包括 燃料電池組12、熱交換器14、重整器16、以及殼體18。在含氧氣體供 應至燃料電池組12之前，熱交換器14加熱該含氧氣體。重整器16重整 燃料以產生燃料氣體。燃料電池組12、熱交換器14和重整器16布置在 殼體18中。
在殼體18中，在燃料電池組12的一側上布置至少包括熱交換器14 和重整器16的流體單元19，并且在燃料電池組12的另一側上布置用于 沿著箭頭A所示的堆疊方向對燃料電池11施加緊固載荷的載荷施加機構 21。流體單元19和載荷施加機構21關于燃料電池組12的中心軸線對稱 地設置。
燃料電池ll是固體氧化物燃料電池(SOFC)。如圖3和圖4所示， 燃料電池11包括電解質電極組件26。每個電解質電極組件26包括陰極
22、陽極24和插設在陰極22與陽極24之間的電解質(電解質板)20。 例如，電解質20由諸如穩定氧化鋯的離子導電固體氧化物制成。電解質 電極組件26具有圓盤形狀。至少在電解質電極組件26的外周邊緣上設 置阻擋層(未示出)，用于防止含氧氣體和燃料氣體進出。
在一對隔板28之間插設多個(例如八個)電解質電極組件26以形 成燃料電池11。這八個電解質電極組件26與穿過隔板28的中心延伸的 燃料氣體供應通路30同心。
例如在圖3中，每個隔板28包括由例如不銹合金制成的單個金屬板 或碳板。隔板28具有第一小直徑端部(反應氣體供應單元)32。燃料氣 體供應通路30穿過第一小直徑端部32的中心延伸。第一小直徑端部32 通過多個第一橋34與圓盤36 —體形成。第一橋34從第一小直徑端部32 以等角度(間隔)徑向向外延伸。
圓盤36和電解質電極組件26具有大致相同的尺寸。在圓盤36的中 心或者在含氧氣體流動方向上偏離圓盤36中心的上游位置形成用于供應 燃料氣體的燃料氣體入口38。
每個圓盤36在其接觸陽極24的表面36a上包括燃料氣體通道46， 以沿著陽極24的表面供應燃料氣體。如圖5所示，燃料氣體通道46包 括在圓盤36上圍繞燃料氣體入口 38同心形成的多個環形槽(通道單元) 48a至48f。直徑最小的環形槽48a通過直槽50連接到燃料氣體入口 38。 環形槽的直徑從環形槽48a到環形槽48f向外變大。環形槽48a至48f通 過沿箭頭B所示方向交替布置在前側和后側上的連接槽52連接在一起。
直徑最大的環形槽48f在其沿箭頭B所示方向的后端(隔板28的內 部)處連接到排放孔(通孔)54a、 54b。如下所述，燃料氣體入口38借 助于環形槽48a至48f通過排放孔54a、54b連接到燃料氣體排放通道61 。 在各個圓盤的外周區域中設置環形突起56。環形突起56與電解質電 極組件26的陽極24的外周部緊密接觸。
如圖6和圖7所示，每個圓盤36具有與陰極22接觸的大致平坦的 表面36b。燃料氣體供應通道58從第一小直徑端部32延伸到第一橋34。 燃料氣體供應通道58將燃料氣體供應通路30連接到燃料氣體入口 38。
例如，燃料氣體供應通道58可通過蝕刻形成。
板狀延伸部57a、 57b與第一橋34—體形成。板狀延伸部57a、 57b 從相應圓盤36的內端朝向隔板28的中心延伸。在板狀延伸部57a、 57b 中形成排放槽59a、 59b。排放槽59a、 59b從圓盤36的表面36b連接到 排放孔54a、 54b。排放槽59a、 59b通過板狀延伸部57a、 57b的側部朝 向含氧氣體供應單元74開口 (見圖8)，如下所述。
排放孔54a、 54b和排放槽59a、 59b共同形成燃料氣體排放通道61 。 燃料氣體排放通道61的端部與電解質電極組件26的外周面之間的距離H 是預定的，從而可適當地避免隔板28和電解質電極組件26不受由廢氣 和含氧氣體的混合物形成的燃燒氣體的影響。
如圖3所示，通道部件60例如通過釬焊或激光焊而固定在隔板28 面向陰極32的表面上。通道部件60具有平面形狀，并包括第二小直徑 端部62。燃料氣體供應通路30穿過第二小直徑端部62的中心延伸。八 個第二橋64從第二小直徑端部62徑向延伸。在各個第二橋64的中部在 與各個圓盤36—的板狀延伸部57a、57b相對應的位置處設置較寬部分66a、 66b。各個第二橋64固定至隔板28，從第一橋34延伸到圓盤36的表面 36b，并覆蓋燃料氣體入口38 (見圖7)。較寬部分66a、 66b固定到各個 圓盤36的板狀延伸部57a、 57b。
在圓盤36的表面36b上設置可變形彈性通道部件，例如導電網狀部 件72。導電網狀部件72形成用于沿著陰極22的表面供應含氧氣體的含 氧氣體通道70，并且導電網狀部件72保持與陰極22緊密接觸。還可以 使用例如氈部件來代替網狀部件72。
例如，網狀部件72可由不銹鋼盤條(SUS材料)制成并具有圓盤形 狀。網狀部件72的厚度確定為使得在向網狀部件72施加沿堆疊方向(箭 頭A所示方向)的載荷時，網狀部件72可以彈性變形。網狀部件72與 圓盤36的表面36b直接接觸，并且具有用作設置通道部件60的空間的 切口 72a、 721 。
如圖7所示，布置有網狀部件72的區域小于陽極24的發電區域。 形成在網狀部件72中的含氧氣體通道70連接到含氧氣體供應單元74。
含氧氣體經過電解質電極組件26的內周邊緣與圓盤36的內周邊緣之間 的空間沿箭頭B所示的方向供應。含氧氣體供應單元74在各個圓盤36 和第一橋34中沿箭頭A所示的堆疊方向延伸。
在隔板28之間設置用于密封燃料氣體供應通路30的絕緣密封件76。 例如，絕緣密封件76可由云母材料或陶瓷材料制成。用于燃料電池11 的排氣通道78形成在圓盤36的外側。
如圖1和圖2所示，燃料電池組12包括沿堆疊方向設置在燃料電池 11的相對端部處的端板80a、 80b。端板80a大致具有圓盤形狀。環形部 分82從端板80a的外周端突出，在環形部分82周圍形成槽84。在環形 部分82的中心形成柱形突起86。柱形突起86沿著與環形部分82相同的 方向突出。在突起86中形成臺階孔88。
端板80a在突起86周圍的同一虛圓內形成有孔90和螺紋孔92。孔 90和螺紋孔92交替布置在與形成在第一橋34和第二橋64之間的含氧氣 體供應單元74的相應空間對應的位置處，同時彼此隔開預定角度(間隔)。 端板80b的直徑大于端板80a的直徑。另外，端板80a是導電薄板。
殼體18包括容納載荷施加機構21的第一殼體單元96a和容納燃料 電池組12的第二殼體單元96b。端板80b和一絕緣部件夾在第一殼體單 元96a與第二殼體單元96b之間。該絕緣部件設置在第二殼體單元96b 一側。在第一殼體單元96a與第二殼體單元96b之間的接合部分通過螺 栓98和螺母100緊固。端板80b起到氣體屏障的作用，其防止了來自流 體單元19的熱排氣或熱空氣進入載荷施加機構21。
環形壁板102的一端接合到第二殼體單元96b，頂板104固定至壁 板102的另一端。流體單元19關于燃料電池組12的中心軸線對稱設置。 特別的是，大致柱形的重整器16在大致環形的熱交換器14內同軸設置。
壁板106固定至端板80a周圍的槽84，從而形成通道部件108。熱 交換器14和重整器16直接連接到通道部件108。在通道部件108中形成 腔室108a，其中腔室108a臨時填充有由熱交換器14加熱的空氣。孔90 形成開口 ，用于將臨時填充腔室108a的空氣供應到燃料電池組12。
燃料氣體供應管110和重整氣體供應管112連接到重整器16。燃料
氣體供應管110從頂板104延伸到外部。重整氣體供應管112插入端板 80a的臺階孔88中，并連接到燃料氣體供應通路30。
空氣供應管114和排氣管116連接到頂板104。在殼體18中設置有 從空氣供應管H4延伸并通過熱交換器14向通道部件108直接開口的通 道118，以及從燃料電池組12的排氣通道78經過熱交換器14延伸到排 氣管116的另一通道120。
載荷施加機構21包括第一緊固單元122a和第二緊固單元122b，第 一緊固單元122a用于向燃料氣體供應通路30周圍(或附近)的區域施 加第一緊固載荷T1，第二緊固單元122b用于向電解質電極組件26施加 第二緊固載荷T2。第二緊固載荷T2小于第一緊固載荷T1 (T1>T2)。
第一緊固單元122a包括擰入沿著端板80a的一個對角線形成的螺紋 孔92中的較短的第一緊固螺栓124a。第一緊固螺栓124a沿著燃料電池 ll的堆疊方向延伸，并與第一壓板126a接合。第一緊固螺栓124a還設 置在穿過隔板28延伸的含氧氣體供應單元74中。第一壓板126a由窄板 形成，并與隔板28的中心位置接合以覆蓋燃料氣體供應通路30。
第二緊固單元122b包括擰入沿著端板80a的另一個對角線形成的螺 紋孔92中的較長的第二緊固螺栓124b。第二緊固螺栓124b的端部延伸 穿過具有彎曲外部的第二壓板126b。螺母127裝配到第二緊固螺栓124b 的端部。第二緊固螺栓124b還設置在穿過隔板28延伸的含氧氣體供應 單元74中。在第二壓板126b的相應的圓形部分中，在與燃料電池ll的 圓盤36上的電解質電極組件26對應的位置處設置彈簧128和彈簧座129。 彈簧128例如是陶瓷彈簧。
下面將描述燃料電池系統10的操作。
如圖3所示，在組裝燃料電池系統10時，首先，將通道部件60接 合到隔板28的面向陰極22的表面上。因此，在隔板28與通道部件60 之間形成與燃料氣體供應通路30相連接的燃料氣體供應通道58。燃料氣 體供應通道58通過燃料氣體入口 38連接到燃料氣體通道46 (見圖7)。
各個第二橋64的較寬部分66a、 66b固定到圓盤36的板狀延伸部 57a、 57b。從而，在隔板28與通道部件60之間通過將排放孔54a、 54b
和排放槽59a、59b連接在一起而形成燃料氣體排放通道6K見圖5和8)。 在各個隔板28上在燃料氣體供應通路30的周圍設置環形絕緣密封件76。
按以下方式制造隔板28。具體地說，在一對隔板28之間插設八個 電解質電極組件26以形成燃料電池11。如圖3和圖4所示，電解質電極 組件26插設在一個隔板28的表面36a與另一隔板28的表面36b之間。 燃料氣體入口 38定位在各陽極24的大致中心位置。在隔板28的表面36b 與電解質電極組件26之間設置網狀部件72。網狀部件72的兩個切口 72a、 72b設置在與通道部件60相對應的位置。
沿箭頭A所示的方向堆疊多個燃料電池11，端板80a、 80b設在沿 堆疊方向的相對端部處。如圖1和圖2所示，通過載荷施加機構21向燃 料電池11施加沿箭頭A所示方向的期望的緊固載荷。
燃料電池組12的端板80b夾在殼體18的第一殼體單元96a與第二 殼體單元96b之間。第一殼體單元96a和第二殼體單元96b通過螺栓98 和螺母100固定在一起。流體單元19安裝在第二殼體單元96b中。流體 單元19的壁板106附接于端板80a周圍的槽84。因此，在端板80a與壁 板106之間形成通道部件108。
如圖1所示，在燃料電池系統10中，從燃料氣體供應管110供應燃 料(甲垸、乙垸、丙垸等)，在需要時供應水，并從空氣供應管114供應 含氧氣體(下文簡稱為"空氣")。
燃料在經過重整器16時被重整從而產生燃料氣體(含氫氣體)。燃 料氣體供應至燃料電池組12的燃料氣體供應通路30。燃料氣體沿箭頭A 所示的堆疊方向運動，通過各個燃料電池11的隔板28流入燃料氣體供 應通道58 (見圖7)。
燃料氣體沿著在第一和第二橋34、 64之間的燃料氣體供應通道58 流動，并流入圓盤36的燃料氣體入口 38。從而將燃料氣體供應至各個圓 盤36上的燃料氣體通道46。燃料氣體入口 38形成在與電解質電極組件 26的陽極24的大致中心位置對應的位置處。因此，燃料氣體從燃料氣體 入口 38供應至陽極24的大致中心區域，并且從陽極24的中心區域沿著 燃料氣體通道46向外流動。
具體地說，如圖5所示，燃料氣體通道46包括多個環形槽48a至48f。 首先，燃料氣體通過連接到燃料氣體入口 38的直槽50供應至環形槽48a。 在燃料氣體流動通過環形槽48a之后，燃料氣體臨時通過連接槽52向外 流動，然后供應至環形槽48a外側的環形槽48b。從而，燃料氣體于是沿 著環形槽48b流動。
另外，通過連接槽52供應到環形槽48b外側的環形槽48c的燃料氣 體通過連接槽52沿著其它環形槽48d至48f流動，直到燃料氣體到達排 放孔54a、 54b。因此，燃料氣體從陽極24的大致中心區域向外供應。在 消耗之后，燃料氣體通過排放孔54a、 54b排放。
如圖8所示，通過排放孔54a、54b排放的消耗的燃料氣體朝表面36b 運動，并流入排放槽59a、 59b。從而，消耗的燃料氣體在箭頭C所示的 方向上(即，在與箭頭B所示方向相反的方向上)沿著燃料氣體排放通 道61流動。然后，消耗的燃料氣體從燃料氣體排放通道61的端部排放 到含氧氣體供應單元74。
如圖1所示，空氣從空氣供應管114流動通過熱交換器14的通道 118，并臨時流入腔室108a。空氣流動通過連接到腔室108a的孔90，并 供應至大致設置在燃料電池11的中心的含氧氣體供應單元74。這時，在 熱交換器14中，如稍后所述，因為排放到排氣通道78的排氣流動通過 通道120，所以在空氣供應到燃料電池11之前在空氣與排氣之間進行熱 交換。因此，空氣被預先加熱到期望的燃料電池工作溫度。
供應至含氧氣體供應單元74的空氣沿箭頭B所示的方向流入電解質 電極組件26的內周邊緣與圓盤36的內周邊緣之間的空間，然后流向由 網狀部件72形成的含氧氣體通道70。如圖7所示，在含氧氣體通道70 中，含氧氣體從內周邊緣(隔板28的中心區域)流向外周邊緣(隔板28 的外區域)，更具體地說，從電解質電極組件26的陰極22的外周區域的 一端流向另一端。
因此，在電解質電極組件26中，燃料氣體從陽極24的中心區域流 向外周區域，空氣沿著陰極22的電極表面在箭頭B所示的一個方向上流 動。這時，氧離子通過電解質20流向陽極24，以在其間的電化學反應作
用下發電。
作為排氣排放至相應的電解質電極組件26的外側的空氣沿堆疊方 向流動通過排氣通道78。當排氣流動通過熱交換器14的通道120時，在 排氣與空氣之間進行熱交換。然后將排氣排至排氣管116中(見圖l)。
在第一實施方式中，如圖5所示，燃料氣體通道46具有位于燃料氣 體入口 38并向電解質電極組件26的中心位置開口的起點。另外，燃料 氣體通道46具有位于與電解質電極組件26的外周邊緣對應的位置處的 終點。在該終點處，燃料氣體通道46連接到排放孔54a、 54b，從而將在 電解質電極組件26中消耗的燃料氣體從燃料氣體通道46排放。
從排放孔54a、 54b排放的廢氣流入包括排放槽59a、 59b的燃料氣 體排放通道61。廢氣在燃料氣體排放通道61中沿箭頭C所示的方向運 動，并且廢氣在與隔板28和電解質電極組件26的外周部向外隔幵預定 距離H的位置處逸出(排放)到含氧氣體供應單元74。
因此，廢氣和反應后的含氧氣體混合在一起的區域(反應區域)與 電解質電極組件26和隔板28的外周部明顯隔開。從而，防止了電解質 電極組件26和隔板28與形成為廢氣和空氣的混合物的燃燒氣體直接接 觸。
因此，在隔板28和電解質電極組件26中，可以降低在燃料氣體入 口 38附近的區域與環形突起56附近的區域之間的溫差，從而可提高隔 板28的耐用性。另外，可以防止電解質電極組件26的氧化，特別是陽 極24的氧化。所以，可以防止電解質電極組件26的性能受損或劣化。
在第一實施方式中，廢氣通過燃料氣體排放通道61逸出到含氧氣體 供應單元74。因此，由于廢氣與來自含氧氣體供應單元74的含氧氣體之 間的反應而產生燃燒，借此燃料氣體被沖淡。結果，可以防止燃燒氣體 在隔板28周圍的局部燃燒，從而防止隔板28的局部加熱。另外，可以 實現隔板28上的詢勻溫度分布。
因此，供應到含氧氣體供應單元74的含氧氣體在即將供應到電解質 電極組件26之前被加熱，借此可收集來自廢氣中未消耗的燃料氣體的廢 熱。從而有效地提高了熱效率。
在第一實施方式中，如圖3和圖7所示，在各個圓盤36的表面36a 上設置環形突起56。環形突起56與陽極24的外周部緊密接觸。因此， 排氣不會進入陽極24的外周部。從而，可以利用無密封件(無密封)結 構可靠地防止陽極24由于氧化而劣化。
電解質電極組件26的陰極22與網狀部件72接觸。在這種狀態下， 向燃料電池11的構件施加沿箭頭A所示的堆疊方向的載荷。由于網狀部 件72可變形，因此網狀部件72保持與陰極22緊密接觸。
在該結構中，可通過網狀部件72的彈性變形適當地吸收在制造電解 質電極組件26或隔板28時產生的尺寸誤差或變形。從而在第一實施方 式中，防止了在堆疊燃料電池ll的構件時可能產生的損壞。由于燃料電 池11的構件在許多位置彼此接觸，所以可以提高在從燃料電池11集電 時的性能。
另外，在第一實施方式中，燃料氣體供應通路30氣密地設置在含氧 氣體供應單元74內，而且沿著隔板表面設置燃料氣體供應通道58。因此， 燃料氣體在消耗之前被已經在熱交換器14中通過熱交換加熱的熱含氧氣 體加熱。從而可提高熱效率。
另外，排氣通道78設置在隔板28的周圍。排氣通道78用于防止來 自隔板28的熱輻射。另外，燃料氣體入口 38大致設置在圓盤36的中心， 或者設置在沿含氧氣體流動方向偏離圓盤36的中心的上游位置。因此， 從燃料氣體入口 38供應的燃料氣體從陽極24的中心徑向擴散。從而發 生順利且均勻的反應，借此可提高燃料利用率。
另外，網狀部件72占據的區域比陽極24的發電區域小(見圖6)。 因此，即使排氣從電解質電極組件26的外側環流至陽極24，沿著陰極 22的與陽極24的外周邊緣相對的外周邊緣也不存在發電區域。這樣，環 流的燃料消耗不會明顯增加，并且可容易地收集較大的電動勢。因此提 高了集電性能，并可實現有利的燃料利用率。另外，本發明可以僅通過 使用網狀部件72作為彈性通道部件而容易地實施。這樣，本發明的結構 既簡單又節省成本。
具體地說，即使在使用強度較小的具有薄電解質20和薄陰極22的
電解質電極組件26 (即，所謂的支撐膜式MEA)時，由網狀部件72施 加到電解質20和陰極22的應力也是適度的，從而有利地減少了對電解 質電極組件26的損壞。
另夕卜，八個電解質電極組件26圍繞隔板28的中心同心布置。因此， 由于燃料電池U的整體尺寸較小，所以可避免熱變形的影響。
在第一實施方式中，燃料氣體通道46包括多個彼此同心布置的環形 槽48a至48f，其中連接槽52在相應的對角位置連接環形槽48a至48f。 然而，本發明在這方面不受限制。可以釆用各種其它的形狀。例如，所 述槽可以具有螺旋形狀。
圖9是表示根據本發明第二實施方式的燃料電池140的分解立體圖。 與根據第一實施方式的燃料電池11相同的構成元件標有相同的附圖標 記，并將省略對這些特征的詳細描述。而且在后述的第三實施方式中， 與根據第一實施方式的燃料電池11相同的構成元件也標有相同的附圖標 記，并將省略對這些特征的詳細描述。
燃料電池140具有隔板142，其中在隔板142的面對陰極22的表面 上形成含氧氣體通道144。含氧氣體通道144由形成在各個圓盤36的表 面36b上的多個突起148形成(見圖10和11)。
突起146是例如通過在表面36b上蝕刻形成的固體部分。突起146 的截面形狀可采用各種形狀，例如矩形、圓形或三角形。這些突起146 的位置或密度可根據含氧氣體等的流動狀態和/或流體情況進行任意改 變。
在第二實施方式中，沿堆疊方向的載荷通過圓盤36的突起146有效 傳遞。因此，燃料電池140可利用較小載荷堆疊在一起，從而減小電解 質電極組件26'和隔板142的變形。
圓盤36的表面36b上的突起146通過蝕刻等形成為固體部分。因此， 這些突起146的形狀、位置和密度可根據含氧氣體的流動狀態和/或流體 情況容易地進行任意改變，借此可實現燃料氣體的期望流動。另外，由 于突起146形成為固體部分，所以突起146不能變形，從而載荷可靠地 通過突起146傳遞，因此通過突起146有效地集電。
圖12是表示根據本發明第三實施方式的燃料電池160的分解立體圖。
燃料電池160具有隔板162，其中在隔板162的面對陽極24的表面 上形成燃料氣體排放通道164。如圖12和13所示，含氧氣體排放通道 164形成在各個圓盤36的表面36a上。燃料氣體排放通道164包括排 放槽166a、 166b，它們連接到燃料氣體通道46;以及蓋部件168，其設 置在表面36a上從而關閉排放槽166a、 166b。
設置排放槽166a、 166b來替代排放孔54a、 54b (在第三實施方式中 不需要)，排放槽166a、 166b位于沿著板狀延伸部57a、57b與排放孔54a、 54b對應的位置，并且朝向含氧氣體供應單元74開口。每個排放槽166a、 166b包括臺階(未示出)，其中蓋部件168設置在該臺階上。從而，蓋部 件168的表面和環形突起56的表面都布置在同一平面中。
在第三實施方式中，如圖14所示，燃料氣體流動通過燃料氣體通道 46，并供應至電解質電極組件26的陽極24。在燃料氣體已經在反應期間 消耗之后，燃料氣體流入在陽極24外周端附近的排放槽166a、 166b，并 且在箭頭C所示的方向上沿著燃料氣體排放通道164排放(見圖13)。
因此，燃料氣體在已經消耗之后在與電解質電極組件26的外周部向 外隔開預定距離H的位置處逸出至含氧氣體供應單元74中。從而可獲得 與第一和第二實施方式相同的優點。例如，可防止隔板162或電解質電 極組件26損壞或劣化。另外，含氧氣體在消耗之前被適當加熱。
在第一至第三實施方式中，用作含氧氣體的空氣從隔板28、 142、 162的中心向外供應。然而，本發明在這方面不受限制。可選的是，空氣 可從隔板28、 142、 162的外側向內供應。這時，燃料氣體在消耗之后逸 出至設在外側上的含氧氣體供應單元(未示出)中。
圖15是表示根據本發明第四實施方式的燃料電池180的分解立體圖。
燃料電池180包括隔板182，其中在隔板182的面對陽極24的表面 上形成燃料氣體通道46。燃料氣體通道46由設置在各個圓盤36的表面 36a上的多個突起186形成(見圖15和16)。突起186是例如通過蝕刻
形成在表面36a上的固體部分。
圖17是表示根據本發明第五實施方式的燃料電池190的分解立體圖。
燃料電池190具有隔板192，其中在隔板192的圓盤36的表面36a 上設置諸如導電網狀部件196的可變形彈性通道部件。導電網狀部件196 形成燃料氣體通道46，燃料氣體通過燃料氣體通道46沿著陽極24的表 面供應，其中導電網狀部件196與陽極24緊密接觸(見圖17和18)。
圖19是示意性表示根據本發明第六實施方式的燃料電池組202的立 體圖，燃料電池組202通過沿箭頭A所示的方向堆疊燃料電池200而形 成。
如圖20所示，燃料電池200通過在一對隔板204之間夾設電解質電 極組件26而形成。每個隔板204包括第一板206、第二板208和第三板 210。例如，第一至第三板206、 208、 210是例如由不銹合金形成的金屬 板。第一板206和第三板210例如通過釬焊而接合到第二板208的兩個 表面上。
如圖20和21所示，第一板206具有第一小直徑端部212a和第二小 直徑端部212b。用于沿箭頭A所示的堆疊方向供應燃料氣體的燃料氣體 供應通路30延伸穿過第一小直徑端部212a。用于沿堆疊方向供應含氧氣 體的含氧氣體供應單元74延伸穿過第二小直徑端部212b。第一小直徑端 部212a和第二小直徑端部212b通過窄橋214a、 214b與直徑相對較大的 第一圓盤216 —體形成。電解質電極組件26的第一圓盤216和陽極24 的尺寸大致相同。
在第一圓盤216的與陽極24接觸的表面上，在其鄰近外周區域的中 心區域中形成大量的第一突起220。在第一圓盤216的外周區域上設置大 致環形的突起222。
第一突起220與電解質電極組件26的陽極24接觸，從而在第一突 起220與陽極24之間形成用于將燃料氣體供應到陽極24的燃料氣體通 道46。第一突起220和大致環形突起222共同形成集電器。
燃料氣體入口 38設置在第一圓盤216的中心，用于朝向陽極24的
大致中心區域供應燃料氣體。在第一圓盤216的大致環形突起222中形 成多個排放孔(通孔)224。第一突起220可由設置在與大致環形突起222 的表面位于同一平面中的表面中的多個凹部形成。
如圖20所示，第三板210包括第三小直徑端部228。用于沿箭頭A 所示的方向供應含氧氣體的含氧氣體供應單元74延伸穿過第三小直徑端 部228。第三小直徑端部228通過窄橋230與直徑相對較大的第二圓盤 232 —體形成。
如圖22所示，在第二圓盤232的與電解質電極組件26的陰極22接 觸的整個表面上形成多個第二突起234。第二突起234與電解質電極組件 26的陰極22接觸，從而在第二突起234與陰極22之間形成用于將含氧 氣體供應到陰極22的含氧氣體通道70。第二突起234起到集電器的作用。 含氧氣體入口 236設置在第二圓盤232的中心，用于朝向陰極22的大致 中心區域供應含氧氣體。
如圖20所示，第二板208包括第四小直徑端部238和第五小直徑端 部240。燃料氣體供應通路30延伸穿過第四小直徑端部238，含氧氣體 供應單元74延伸穿過第五小直徑端部240。第四和第五小直徑端部238、 240分別通過窄橋242、 244與直徑相對較大的第三圓盤246 —體形成。 第一至第三圓盤216、 232、 246的直徑相同。
在橋214a、 242之間形成燃料氣體供應通道58。在橋214b、 244之 間形成連接到排放孔224并朝向含氧氣體供應單元74開口的排放槽250 (見圖22)。排放孔224和排放槽250形成燃料氣體排放通道。在橋230、 244之間形成含氧氣體供應通道252。含氧氣體供應通道252連接到含氧 氣體入口 236。
在第三圓盤246面對第一板206的表面中設置分隔件254。分隔件 254相對于第三圓盤246的中心同軸布置。分隔件254由大致環形突起形 成，其中燃料氣體供應通道58被分隔件254分為第一和第二燃料氣體通 道單元58a、 58b。在第三圓盤246的表面上在分隔件254內側設置多個 第三突起256。
如圖22所示，第一板206通過釬焊接合到第二板208,從而形成燃
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料氣體供應通道58，燃料氣體供應通道58連接到燃料氣體供應通路30 以及與排放孔224相連的排放槽250。
當燃料氣體供應到第一燃料氣體通道單元58a時，第一圓盤216在 壓力下與陽極24接觸。具體地說，第一燃料氣體通道單元58a形成第一 燃料氣體壓力腔室258a。在第一燃料氣體壓力腔室258a周圍設置第二燃 料氣體通道單元58b。當燃料氣體供應到第二燃料氣體通道單元58b時， 第一圓盤216在壓力下擠壓陽極24。具體地說，第二燃料氣體通道單元 58b形成第二燃料氣體壓力腔室258b。
第二板208通過釬焊接合到第三板210，從而形成含氧氣體供應通 道252，含氧氣體供應通道252在第二板208與第三板210之間連接到含 氧氣體供應單元74以及含氧氣體入口 236。當含氧氣體供應到含氧氣體 供應通道252時，第二圓盤232在壓力下與陰極22接觸。具體地說，含 氧氣體供應通道252形成含氧氣體壓力腔室260。如圖20所示，在隔板 204之間圍繞燃料氣體供應通路30和含氧氣體供應單元74插設絕緣密封 件76a、 76b。
如圖19所示，燃料電池組202包括沿堆疊方向設置在燃料電池200 的相對端部處的端板270a、 270b。端板270a或端板270b與緊固螺栓272 電絕緣。第一管274和第二管276延伸穿過端板270a。第一管274連接 到燃料電池200的燃料氣體供應通路30，第二管276連接到燃料電池200 的含氧氣體供應單元74。
在燃料電池組202中，燃料氣體供應到與端板270a相連的第一管 274，并且燃料氣體從第一管274流入燃料氣體供應通路30。含氧氣體(下 文簡稱為空氣)供應到與端板270a相連的第二管276，空氣從第二管276 流至含氧氣體供應單元74。
如圖22所示，在燃料氣體流入燃料氣體供應通路30之后，燃料氣 體沿箭頭A所示的堆疊方向流動，并供應到各個燃料電池200的隔板204 中的燃料氣體供應通道58。燃料氣體沿著燃料氣體供應通道58流動，然 后流入第一燃料氣體通道單元58a。燃料氣體入口 38形成在第一燃料氣 體通道單元58a的中心。燃料氣體流入燃料氣體入口 38并流向燃料氣體
通道46。
在空氣流入含氧氣體供應單元74之后，含氧氣體流動通過隔板204 中的含氧氣體供應通道252，并供應到含氧氣體壓力腔室260。空氣大致 在第二圓盤232的中心流入含氧氣體入口 236。
在各個電解質電極組件26中，含氧氣體入口 236設置在與陰極22 的中心位置相對應的位置。因此，如圖22所示，來自含氧氣體入口236 的空氣供應到含氧氣體通道70，并從陰極22的中心區域朝向陰極22的 外周區域流動。
從而，在各個電解質電極組件26中，燃料氣體從陽極24的中心區 域供應到陽極24的外周區域，而空氣從陰極22的中心區域供應到陰極 22的外周區域，從而發電。在燃料氣體和空氣已經由于發電而消耗之后， 燃料氣體和空氣作為排氣排入排氣通道78中。
在第六實施方式中，燃料氣體通道46具有位于燃料氣體入口 38處 并在電解質電極組件26的中心開口的起點，另外，燃料氣體通道46具 有定位在大致環形突起222處、位于與電解質電極組件26的外周區域對 應的位置處的終點。燃料氣體通道46的終點連接到排放孔224，從而將 在電解質電極組件26中消耗的燃料氣體從燃料氣體通道46排放。
排放至排放孔224中的廢氣流入在橋214b、 244之間形成的排放槽 250。廢氣沿箭頭B所示的方向通過排放槽250運動。廢氣從與隔板204 和電解質電極組件26的外周部向外隔開預定距離的位置逸出到含氧氣體 供應單元74。
因此，廢氣和反應后的含氧氣體混合在一起的區域(反應區域)與 電解質電極組件26和隔板204的外周明顯向外隔開。從而，可獲得與第 一至第五實施方式相同的優點。例如，電解質電極組件26和隔板204周 圍的區域沒有被燃燒氣體的局部燃燒局部加熱，從而在整個隔板204中 保持均勻溫度分布。
權利要求
1、一種通過堆疊電解質電極組件(26)和隔板(28)而形成的燃料電池(11)，其中所述電解質電極組件(26)包括陽極(24)、陰極(22)和插設在所述陽極(24)和所述陰極(22)之間的電解質(20)，所述燃料電池包括燃料氣體通道(46)，該燃料氣體通道用于沿著所述陽極(24)的表面供應燃料氣體，并形成在所述隔板(28)的一個表面上；含氧氣體通道(70)，該含氧氣體通道用于沿著所述陰極(22)的表面供應含氧氣體，并形成在所述隔板(28)的另一個表面上；在所述隔板(28)的一個表面或另一個表面上設置的燃料氣體供應通道(58)，所述燃料氣體供應通道(58)連接到用作燃料氣體在消耗之前的通路并沿堆疊方向延伸的燃料氣體供應單元(32)，并且還連接到用于將燃料氣體供應到所述燃料氣體通道(46)中的燃料氣體入口(38)；含氧氣體供應單元(74)，該含氧氣體供應單元用作含氧氣體在消耗之前的通路并沿堆疊方向延伸，用于將含氧氣體供應到所述含氧氣體通道(70)，其中所述燃料氣體通道(46)具有位于與所述電解質電極組件(26)的外周部對應的位置處的終點，所述燃料氣體通道(46)的該終點連接到燃料氣體排放通道(61)，該燃料氣體排放通道用于使在所述電解質電極組件(26)中消耗的燃料氣體從與該電解質電極組件(26)的外周向外隔開的位置逸出到所述含氧氣體供應單元(74)。
2、 根據權利要求1所述的燃料電池，其中，所述燃料氣體通道(46) 包括設置在所述隔板(28)的所述一個表面上的通道單元(48a)，該通 道單元(48a)從所述燃料氣體入口 (38)連接到所述燃料氣體排放通道(61)。
3、 根據權利要求1或2所述的燃料電池，其中，所述燃料氣體排放 通道(61)包括延伸穿過所述隔板(28)的通孔(54a)，以及設置在所 述隔板(28)的另一表面上的排放槽(59a)，所述排放槽(59a)連接到 所述通孔(54)，從所述電解質電極組件(26)向外延伸，并朝向所述含 氧氣體供應單元(74)開口。
4、 根據權利要求1或2所述的燃料電池，其中，所述燃料氣體排放 通道(61)包括排放槽(166a)，該排放槽設置在所述隔板(162)的 所述一個表面上并連接到所述燃料氣體通道(46)的終點和所述含氧氣 體供應單元(74);以及蓋部件(168)，該蓋部件設置在所述隔板(162) 的所述一個表面上并覆蓋所述排放槽(166a)。
5、 根據權利要求1所述的燃料電池，該燃料電池還包括設置在所述 隔板(28)的所述一個表面上并與所述陽極(24)的外周部緊密接觸的 環形突起(56)。
6、 根據權利要求2所述的燃料電池，其中，所述通道單元包括槽 (48a)。
7、 根據權利要求2所述的燃料電池，其中，所述通道單元包括多個 突起(186)。
8、 根據權利要求2所述的燃料電池，其中，所述通道單元包括與所 述陽極(24)緊密接觸的可變形彈性通道部件(196)。
9、 根據權利要求1所述的燃料電池，其中，所述含氧氣體通道(70) 包括設置在所述隔板(28)的另一表面上并與所述陰極(22)緊密接觸 的可變形彈性通道部件(72)。
10、 根據權利要求9所述的燃料電池，其中，布置所述彈性通道部 件(72)的區域小于所述陽極(24)的發電區域。
11、 根據權利要求10所述的燃料電池，其中，所述彈性通道部件(72) 包括導電網狀部件或氈部件。
12、 根據權利要求1所述的燃料電池，其中，所述含氧氣體通道(70) 包括設置在所述隔板(142)的另一表面上的多個突起(146)。
13、 根據權利要求12所述的燃料電池，其中，所述突起(146)包 括在所述隔板(142)的一個表面上通過蝕刻形成的多個固體部分。
14、 根據權利要求1所述的燃料電池，該燃料電池還包括 排氣通道(78),該排氣通道用于將反應氣體在所述電解質電極組件 (26)中的反應消耗之后作為排氣沿所述電解質電極組件(26)和所述 隔板(28)的堆疊方向排放，其中所述燃料氣體供應單元(32)氣密地設置在所述含氧氣體供應 單元(74)內，并且所述燃料氣體供應通道(58)連接所述燃料氣體通道(46)和所述 燃料氣體供應單元(32)，并且沿著所述隔板的表面布置從而與沿堆疊方 向延伸的所述含氧氣體供應單元(74)相交。
15、 根據權利要求14所述的燃料電池，其中，所述排氣通道(78) 設置在所述隔板(28)周圍。
16、 根據權利要求14所述的燃料電池，其中，所述燃料氣體供應單 元(32)氣密地設置在所述隔板(28)的中心部分，并且所述含氧氣體 供應單元(74)設置在所述隔板(28)的內部區域。
17、 根據權利要求14所述的燃料電池，其中，所述燃料氣體入口(38) 設置在所述電解質電極組件(26)的中心部分。
18、 根據權利要求1所述的燃料電池，該燃料電池還包括 排氣通道(78)，該排氣通道用于將反應氣體在所述電解質電極組件(26)中的反應消耗之后作為排氣沿所述電解質電極組件(26)和所述 隔板(204)的堆疊方向排放；以及含氧氣體供應單元(240)，該含氧氣體供應單元用作含氧氣體在消 耗之前的通路，以將含氧氣體沿堆疊方向供應到所述含氧氣體通道(70)，其中所述燃料氣體供應單元(238)和所述含氧氣體供應單元(240) 氣密地設置在所述排氣通道(78)內，其中所述燃料氣體供應通道(58)連接所述燃料氣體通道(46)和 所述燃料氣體供應單元(238)，并且沿著隔板的表面布置從而與沿堆疊 方向延伸的所述排氣通道(78)相交，并且其中所述含氧氣體供應通道(252)連接所述含氧氣體通道(70)和 所述含氧氣體供應單元(240)，并且沿著所述隔板的表面布置從而與所 述排氣通道(78)相交。
19、 根據權利要求18所述的燃料電池，其中，所述燃料氣體通道(46)形成燃料^體壓力腔室(258a)，使得在燃料氣體供應到所述燃料氣體通 道(46)時擠壓所述陽極(24)，并且所述含氧氣體通道(70)形成含氧氣體壓力腔室(260)，使得在含 氧氣體供應到所述含氧氣體通道(70)時擠壓所述陰極(22)。
20、 根據權利要求1所述的燃料電池，其中，所述電解質電極組件 (26)包括圍繞所述隔板(28)的中心同心布置的多個電解質電極組件。
21、 一種通過堆疊多個燃料電池(11)而形成的燃料電池組，所述 燃料電池(11)均通過堆疊電解質電極組件(26)和隔板(28)而形成， 所述電解質電極組件(26)包括陽極(24)、陰極(22)和插設在所述陽 極(24)和所述陰極(22)之間的電解質(20)，每個所述燃料電池包括燃料氣體通道(46)，該燃料氣體通道用于沿著所述陽極(24)的表 面供應燃料氣體，并形成在所述隔板(28)的一個表面上；含氧氣體通道(70)，該含氧氣體通道用于沿著所述陰極(22)的表 面供應含氧氣體，并形成在所述隔板(28)的另一個表面上；在所述隔板(28)的一個表面或另一個表面上設置的燃料氣體供應 通道(58)，所述燃料氣體供應通道(58)連接到用作燃料氣體在消耗之 前的通路并沿堆疊方向延伸的燃料氣體供應單元(32)，并且還連接到用 于將燃料氣體供應到所述燃料氣體通道(46)中的燃料氣體入口 (38);含氧氣體供應單元(74)，該含氧氣體供應單元用作含氧氣體在消耗 之前的通路并沿堆疊方向延伸，用于將含氧氣體供應到所述含氧氣體通 道(70)，其中所述燃料氣體通道(46)具有位于與所述電解質電極組件(26) 的外周部對應的位置處的終點，所述燃料氣體通道(46)的該終點連接 到燃料氣體排放通道(61)，該燃料氣體排放通道用于使在所述電解質電 極組件(26)中消耗的燃料氣體從與所述電解質電極組件(26)的外周 向外隔開的位置逸出到所述含氧氣體供應單元(74)。
全文摘要
燃料電池(11)包括具有圓盤(36)的隔板(28)。在圓盤(36)的一個表面(36a)上設置用于將燃料氣體供應到陽極(24)的燃料氣體通道(46)，在圓盤(36)的另一個表面(36b)上設置用于將空氣供應到陰極(22)的含氧氣體通道(70)。燃料氣體通道(46)具有位于所述陽極(24)的外周端的終點。燃料氣體排放通道(61)連接到燃料氣體通道(46)的終點，從而使消耗的燃料氣體從與電解質電極組件(26)的外周向外隔開的位置逸出到含氧氣體供應單元(74)。
文檔編號H01M8/04GK101351919SQ200680049820
公開日2009年1月21日 申請日期2006年12月11日 優先權日2005年12月28日
發明者團功司 申請人:本田技研工業株式會社