[發明專利]燃料電池系統

無效

• 申請號: 200580044432.1
• 申請日: 2005-12-22
• 公開（公告）號: CN101107741A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 角田正;本間弘樹;小川哲矢
• 申請（專利權）人: 本田技研工業株式會社
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/04;H01M8/06;H01M8/24
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 黨曉林

技術領域

本發明涉及一種燃料電池系統，該燃料電池系統包括設置在殼體中的燃料電池組、熱交換器和重整器。

背景技術

通常，固體氧化物燃料電池(SOFC)采用諸如穩定氧化鋯的離子導電型固體氧化物的電解質。電解質插設在陽極和陰極之間以形成電解質電極組件(單元電池)。電解質電極組件插設在隔板(雙極板)之間。在使用中，將預定數量的單元電池和隔板堆疊在一起以形成燃料電池組。

在燃料電池中，將含氧氣體或空氣供應至陰極。含氧氣體中的氧在陰極與電解質之間的界面處被電離，并且氧離子(O^2-)通過電解質朝陽極運動。將諸如含氫氣體或CO的燃料氣體供應至陽極。在陽極處，氧離子與含氫氣體中的氫反應而生成水，或者與CO反應而生成CO₂。反應中釋放的電子通過外部電路流向陰極，從而產生DC電能。

例如，日本專利特開平5-47409號公報中公開的固體氧化物燃料電池已為人們所知。如圖17所示，在傳統燃料電池中，在殼體1中布置多個電池組2。電池組2通過緊固螺栓3和盤形彈簧4緊固在一起。

燃料氣體供應管5a、含氧氣體供應管6a和含氧氣體排放管6b連接到電池組2。燃料氣體供應管5a、含氧氣體供應管6a和含氧氣體排放管6b穿過殼體1延伸至外部。燃料氣體排放管5b安裝在殼體1上。燃料氣體排放管5b通向殼體1的內部。

各個電池組2均通過沿堆疊方向垂直堆疊多個單元電池7而形成。在電池組2的沿堆疊方向的相對端部處設置端板8a、8b。燃料氣體供應管5a、含氧氣體供應管6a和含氧氣體排放管6b連接到端板8a。端板8b設置在殼體1的底表面上。

在傳統技術中，燃料氣體和含氧氣體從燃料氣體供應管5a和含氧氣體供應管6a通過端板8a供應至相應的電池組2中。這時，因為燃料氣體和含氧氣體的溫度低于電池組2的溫度，所以在端板8a的反應氣體入口附近的溫度不期望地有所降低。

燃料氣體供應管5a和含氧氣體供應管6a連接到各個端板8a。通過燃料氣體供應管5a和含氧氣體供應管6a容易產生來自于端板8a的熱輻射。因此熱效率不佳。另外，在端板8a連接燃料氣體供應管5a和含氧氣體供應管6a的區域中，溫度與其它區域相比較低。因此，溫度根據端板8a的區域而顯著變化，可能在端板8a中產生不期望的變形。

另外，燃料氣體供應管5a、含氧氣體供應管6a和含氧氣體排放管6b在殼體1中均需要專用的空間。因此，殼體1的尺寸相當大。殼體1的表面積大，從而熱效率低。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種具有緊湊結構的燃料電池系統，在該燃料電池系統中，可以有效地防止來自于端板的熱輻射，同時實現均勻的溫度。

根據本發明，一種燃料電池系統包括燃料電池組、熱交換器、重整器和殼體。所述燃料電池組包括沿堆疊方向堆疊在一起的多個燃料電池，以及設置在所述燃料電池的沿堆疊方向的相對端部處的端板。所述燃料電池均包括電解質電極組件和夾持該電解質電極組件的隔板。所述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。所述熱交換器加熱待供應到所述燃料電池組的含氧氣體。所述重整器重整燃料以產生燃料氣體。所述殼體容納所述燃料電池組、所述熱交換器和所述重整器。

在一個所述端板處形成腔室單元，并且由所述熱交換器加熱的含氧氣體或者在所述電解質電極組件的反應中消耗之后排放的廢氣臨時充入所述腔室單元。所述熱交換器和所述重整器直接連接到所述腔室單元。

另外，優選的是所述腔室單元具有用于將臨時處于該腔室單元中的含氧氣體供應至所述燃料電池組的開口。還優選的是，所述腔室單元具有直接通向所述腔室單元的開口，用于將臨時處于該腔室單元中的廢氣供應至所述熱交換器。

優選的是，所述熱交換器和所述重整器設置在所述燃料電池組的一側上。另外，優選的是，所述重整器設在所述熱交換器內，并且所述熱交換器和所述重整器關于所述燃料電池組的中心軸線對稱設置。

根據本發明，加熱后的含氧氣體或者在所述電解質電極組件的反應中消耗之后排放的熱廢氣臨時充入在一個所述端板處形成的所述腔室單元。因此，整個所述端板中的溫度變得均勻。在該端板中不會發生熱變形，并且有效地減少了整個燃料電池組中的熱變形。因為減少了來自所述端板的熱輻射，所以可以在所述燃料電池組中保持均勻的工作溫度。另外，因為含氧氣體或廢氣臨時充入所述腔室單元，所以含氧氣體或廢氣的流速不會變化，從而在各個所述燃料電池中均勻地進行發電。