燃料电池的制作方法
燃料电池的制作方法
【专利摘要】燃料电池被构造成具有：第一块，其具有第一数目的电池单元；第一燃料供给流路，其用于将燃料气体供给到第一块；集合流路，其用于收集已经经过第一块的燃料气体；第二块，其具有第二数目的电池单元，第二数目小于第一数目；第二燃料供给流路，其用于将已经被收集到集合流路中的燃料气体供给到第二块；以及排出流路，其用于将已经经过第二块的燃料气体排出，该燃料电池被构造成使得沿着燃料气体的流动方向顺序地配置第一燃料供给流路、第一块、集合流路、第二燃料供给流路、第二块和排出流路，其中，能够节流燃料气体的节流部设置在位于集合流路的下游且位于第二燃料供给流路的上游的位置，该节流部的流路直径小于第一燃料气体主干流路的流路直径、第二燃料气体主干流路的流路直径、第一分支流路的流路直径、第二分支流路的流路直径、集合流路的流路直径和排出流路的流路直径。
【专利说明】燃料电池【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种具有燃料电池单元的燃料电池。
【背景技术】
[0002]已知的燃料电池包括使用固体电解质(固体氧化物)的固体氧化物燃料电池(在下文中，可以被称为“燃料电池”)。作为发电单元的该燃料电池例如使用将阳极和阴极分别设置在固体电解质层的一侧和另一侧的燃料电池单元。为了获得期望的电力，串联配置多个燃料电池单元，由此形成燃料电池。将用于发电的燃料气体和氧化剂气体分别沿着阳极和阴极的表面流动，并且将已经用于发电的燃料气体和氧化剂气体从燃料电池排出。
[0003]公开了一种通过将燃料电池分成燃料电池单元数目不同的两个块(block)而使得总燃料利用率提高来改善发电效率的方法(参照专利文献I和专利文献2)。顺序地将燃料气体供给到燃料电池单元的数目大的块(上游部)，然后供给到燃料电池单元的数目小的块(下游部)。在下游部中使用未在上游部用于发电的燃料气体，由此提高了总燃料利用率。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开第2001-256993号公报
[0007]专利文献2:国际公开第TO/2008/153073号
[0008]专利文献3:日本特开第2004-207006号公报
【发明内容】
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[0009]发明要解决的问题
[0010]由于上述方法使得在上游部中的燃料电池单元的数目大，所以在上游部中的燃料电池单元的燃料分配可能不均衡。
[0011]为了实现燃料电池单元的均匀燃料分配，公开了如下的技术:在该技术中，抑制气体流量的排出孔设置在燃料电池的排出侧的端部处(参照专利文献3)。
[0012]然而，如果抑制气体流量的排出孔设置在被分成两个块的燃料电池中，则燃料气体的压力损失可能会增大。结果，燃料气体的泄漏可能增加，使得发电效率可能降低。
[0013]有鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种燃料分配均匀且燃料利用率提高的燃料电池。
[0014]用于解决问题的方案
[0015]根据本发明的一个方案的燃料电池包括:第一块，其具有第一数目的电池单元；第一燃料供给流路，其具有第一燃料气体主干流路和从第一燃料气体主干流路分支出的第一分支流路，并且第一燃料供给流路适于将燃料气体并行地供给到第一块的电池单元；集合流路，其用于收集已经经过第一块的电池单元的燃料气体；第二块，其具有第二数目的电池单元，第二数目小于第一数目；第二燃料供给流路，其具有第二燃料气体主干流路，并且第二燃料供给流路适于将已经经过第一块的电池单元且已经被收集到集合流路中的燃料气体并行地供给到第二块的电池单元；以及排出流路，其用于将已经经过第二块的电池单元的燃料气体从第二块排出到外部；并且，该燃料电池被构造为沿着燃料气体的流动方向从上游侧起顺序地配置第一燃料供给流路、第一块、集合流路、第二燃料供给流路、第二块和排出流路，其中，能够节流燃料气体的节流部设置在位于集合流路的下游且位于第二燃料供给流路的上游的位置处，并且节流部的流路直径小于第一燃料气体主干流路的流路直径、第二燃料气体主干流路的流路直径、第一分支流路的流路直径、第二分支流路的流路直径、集合流路的流路直径和排出流路的流路直径。
[0016]由于第一块的电池单元的数目大于第二块的电池单元的数目，使得在第二块中消耗在第一块中未用于发电的燃料气体，由此能够有效地利用燃料气体。结果，能够以高于通常的燃料利用率的燃料利用率维持特性，使得能够提高发电效率。
[0017]此外，由于节流部的流路直径小于第一燃料气体主干流路的流路直径、第二燃料气体主干流路的流路直径、第一分支流路的流路直径、第二分支流路的流路直径、集合流路的流路直径和排出流路的流路直径，由此节流燃料气体，所以在第一块内的燃料气体的流动变得均匀，使得到第一块的电池单元的燃料气体的分配变得均匀。通过燃料气体的流动顺序为第一燃料供给流路(第一燃料气体主干流路和第一分支流路)、第一块、集合流路、节流部、第二燃料供给流路(第二燃料气体主干流路和第二分支流路)以及第二块，使得能够减少燃料电池内的燃料气体的压力损失。
[0018]也就是，在本发明的燃料电池中，燃料电池单元的堆叠体被划分成两个块(第一块和第二块)。首先将燃料气体或氧化剂气体供给到燃料电池单元数目大的块(第一块(上游部))；随后，将在上游部中未用于发电的燃料气体或氧化剂气体供给到燃料电池单元数目小的块(第二块(下游部))。
[0019]此外，在本发明的燃料电池中，节流部介于上游部和下游部之间。
[0020]由于上游部的燃料电池单 元的数目大于下游部的燃料电池单元的数目，所以可以使得上游部容易地运转在高燃料利用率的状态下。由于上游部与下游部在电池单元数目上不同，所以上游部和下游部在燃料利用率方面不同，并且上游部的燃料利用率很可能变大。
[0021]因而，通过设置节流部(压损体)，具有高燃料利用率的上游部中的燃料分配能够变得均匀，而不会导致在燃料气体流路中压力损失的增加。结果，能够提高发电效率。此外，通过设置节流部，能够延长气体的余热线路。
[0022]同时，燃料电池可以具有如下结构:其中，上游部布置在节流部和下游部之间。也就是，上游部布置在中央，节流部和下游部布置在上游部的周围。在这种情况下，燃料电池的上游部(中央部)通过接收来自周围的燃料电池单元(包括节流部和下游部)的焦耳热而很可能具有高温。相比之下，由于热辐射导致上游部(中央部)周围的燃料电池单元(包括节流部和下游部)的温度降低。此外，当低温的燃料气体被引入上游部时，由于接收上游部的焦耳热导致节流部和下游部的燃料气体的温度上升。
[0023]也就是，通过在燃料电池的中央处布置温度不易上升的上游部，并且在上游部的周围设置节流部和下游部，在燃料电池单元之中的温度分布可以接近均匀分布。结果，能够提高发电效率。
[0024]优选地，满足关系式N2/ (N1+N2)≤0.58，其中，NI是第一数目，N2是第二数目。通过规定“N2/ (N1+N2)≤ 0.58”，使得第一块和第二块中的每一方均能够运转在比本来的燃料利用率低的燃料利用率的状态下，使得能够产生高输出。例如，在“N2/(N1+N2)>0.58”的情况下，如果整个燃料电池中的燃料利用率(总燃料利用率)为80%，则在第二块中的燃料利用率变成70%以上。在这种情况下，在第二块中的燃料利用率和总燃料利用率之间的差小，使得得不到特性优越性。
[0025]优选地，满足关系式N2/ (N1+N2)≥0.13，其中，NI是第一数目，N2是第二数目。通过规定“N2/ (N1+N2)≥0.13”，使得第一块和第二块中的每一方均能够运转在比本来的燃料利用率低的燃料利用率的状态下，使得能够产生高输出。例如，在“N2/(N1+N2)〈0.13”的情况下，如果整个燃料电池中的燃料利用率(总燃料利用率)为80%，则第二块中的燃料利用率变成70%以上。在这种情况下，在第二块中的燃料利用率和总燃料利用率之间的差小，使得得不到特性优越性。
[0026]优选地，第一块布置在第二块和节流部之间并且第一块与第二块和节流部热传导地接触。通过接收来自周围部分的焦耳热，固体氧化物燃料电池的中间部很可能具有高温。相比之下，堆叠体的两个相反端部的温度很可能比中间部的温度低。此外，当低温气体被引入第一块时，由于接收第一块的焦耳热使得第二块和节流部的气体温度上升。因此，通过在堆叠体的中央部处设置温度不易上升的第一块，并且在第一块的周围设置第二块和节流部，使得堆叠体的温度分布可以接近均匀分布。
[0027]电池单元可以均采用平板状的形式，并且第一块和第二块中的每一方均可以为沿着电池单元厚度方向堆叠的电池单元的堆叠体。通过采用堆叠结构，可以使得燃料电池变得紧凑。
[0028]在这种情况下，优选地，节流部具有与电池单元的平面形状外形对应的外形，并且节流部与电池单元沿着堆叠方向堆叠在一起。由于燃料电池可以具有包含节流部的堆叠结构，使得燃料电池单元可以变得紧凑。
[0029]燃料电池还可以包括:第一氧化剂供给流路，其具有第一氧化剂气体主干流路和从第一氧化剂气体主干流路分支出的第三分支流路，并且第一氧化剂供给流路适于将氧化剂气体并行地供给到第一块的电池单元和第二块的电池单元；以及氧化剂气体排出流路，其用于将已经经过第一块的电池单元和第二块的电池单元的氧化剂气体从第一块和第二块排出到外部。可以将氧化剂气体并行地供给到电池单元。借助于此，减少了压力损失，由此便于氧化剂气体的供给。例如，在以大流量供给氧化剂气体的情况下，压力损失增大了，潜在地导致用于供给氧化剂气体的电力消耗的增加(例如，空气泵的电力消耗增加)。即使在这种情况下，通过并行供给氧化剂气体，压力损失减小了，由此能够降低电力消耗。
[0030]燃料电池还可以包括:第一氧化剂供给流路，其具有第一氧化剂气体主干流路和从第一氧化剂气体主干流路分支出的第三分支流路，并且第一氧化剂供给流路适于将氧化剂气体并行地供给到第一块的电池单元；第二集合流路，其用于收集已经经过第一块的电池单元的氧化剂气体；第二氧化剂供给流路，其具有第二氧化剂气体主干流路和从第二氧化剂气体主干流路分支出的第四分支流路，并且第二氧化剂供给流路适于将已经经过第一块的电池单元且已经被收集到第二集合流路的氧化剂气体并行地供给到第二块的电池单元；以及第二排出流路，其用于将已经经过第二块的电池单元的氧化剂气体从第二块排出到外部；沿着氧化剂气体的流动方向从上游侧起顺序地配置第一氧化剂供给流路、第一块、第二集合流路、第二氧化剂供给流路、第二块和第二排出流路；其中，能够节流氧化剂气体的节流部可以设置在位于第二集合流路的下游且位于第二氧化剂供给流路的上游的位置处，并且节流部的流路直径小于第一氧化剂气体主干流路的流路直径、第二氧化剂气体主干流路的流路直径、第三分支流路的流路直径、第四分支流路的流路直径、集合流路的流路直径和第二排出流路的流路直径。
[0031]由于第一块的电池单元的数目大于第二块的电池单元的数目，在第二块中消耗未在第一块中消耗的氧化剂气体，由此可以有效地利用氧化剂气体。此外，由于第二节流部的流路直径小于第一氧化剂气体主干流路的流路直径、第二氧化剂气体主干流路的流路直径、第三分支流路的流路直径、第四分支流路的流路直径、第二集合流路的流路直径和第二排出流路的流路直径，由此节流氧化剂气体，使得在第一块内的氧化剂气体的流动变得均匀，使得到第一块的电池单元的氧化剂气体的分布变得均匀。通过使得氧化剂气体流过的顺序为第一氧化剂供给流路(第一氧化剂气体主干流路和第三分支流路)、第一块、第二集合流路、第二节流部、第二氧化剂供给流路(第二氧化剂气体主干流路和第三分支流路)和第二块，能够减少燃料电池内的氧化剂气体的压力损失。
[0032]此处，除了燃料气体之外，还节流氧化剂气体。可以增加与燃料气体的限制对应的限制(可以增加与氧化剂气体的限制一样的燃料气体的限制)。由于增加了供给到第一块的电池单元的空气的流量，增强了冷却效果。由于已经从第一块抽取热的空气被供到温度很可能会降低的堆叠体两相反端部(节流部和第二块)，所以可以使得温度分布接近均匀分布。
[0033]发明的效果
[0034]本发明能够提供一种燃料分配均匀且燃料利用率提高的燃料电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是示出根据本发明的第一实施方式的燃料电池10的立体图。
[0036]图2是示出燃料电池单元40的侧视图。
[0037]图3是示出燃料电池单元40的立体图。
[0038]图4是示出燃料电池10的内部的示意图。
[0039]图5A是示出节流部13的一示例的示意性截面图。
[0040]图5B是示出节流部13的另一示例的示意性截面图。
[0041]图5C是示出节流部13的又一示例的示意性截面图。
[0042]图是示出节流部13的再一示例的示意性截面图。
[0043]图6A是示出节流部13的一示例的示意性平面图。
[0044]图6B是示出节流部13的另一示例的示意性平面图。
[0045]图6C是示出节流部13的又一示例的示意性平面图。
[0046]图6D是示出节流部13的再一示例的示意性平面图。
[0047]图7是示出根据第一实施方式的变型例的燃料电池IOa的内部的示意图。
[0048]图8是示出根据第二实施方式的燃料电池IOb的内部的示意图。
[0049]图9是示出根据第二实施方式的变型例的燃料电池IOc的内部的示意图。
[0050]图10是示出根据第三实施方式的燃料电池IOd的内部的示意图。
[0051]图11是示出根据第四实施方式的燃料电池IOe的内部的示意图。[0052]图12是示出根据第五实施方式的燃料电池70的内部的示意图。
[0053]图13是示出根据比较例I的燃料电池IOx的内部的示意图。
[0054]图14是示出根据比较例2的燃料电池IOy的内部的示意图。
[0055]图15是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0056]图16是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0057]图17是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0058]图18是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0059]图19是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0060]图20是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0061]图21是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0062]图22是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
【具体实施方式】 [0063]接下来将参照【专利附图】
【附图说明】应用本发明的实施方式。本发明不限于以下实施方式，而可以在不背离本发明的技术范围的情况下采用各种形式具体化。
[0064](第一实施方式)
[0065]图1是示出根据本发明的第一实施方式的固体氧化物燃料电池10的立体图。固体氧化物燃料电池10是使用被供给到该固体氧化物燃料电池10的燃料气体(例如，氢气)和氧化剂气体(例如，空气(更具体地是，包含在空气中的氧气))来发电的装置，并且该固体氧化物燃料电池10具有第一块11、第二块12和节流部13。
[0066]顺序地堆叠第一块11、第二块12和节流部13，利用螺栓21、22 (22a至22d)和23(23a和23b)以及螺母35将第一块11、第二块12和节流部13固定在一起。因而，第一块
11、第二块12以及节流部13分别具有与螺栓21、22 (22a至22d)和23 (23a和23b)对应的通孔 31、32 (32a 至 32d)和 33 (33a 和 33b)。
[0067]在第一块11和第二块12中分别堆叠第一数目NI的燃料电池单元40和第二数目N2的燃料电池单元40，并且第一数目NI的燃料电池单元40和第二数目N2的燃料电池单元40串联地电连接。第二数目N2小于第一数目NI。第二块12利用未在第一块11中使用的燃料气体等来提高总燃料利用率等。
[0068]节流部13的流路直径小于稍后将说明的燃料气体流路24a和24c(第一燃料气体主干流路和第二燃料气体主干流路)的流路直径、燃料气体出口 27a和27c (第一分支流路和第二分支流路)的流路直径、燃料气体入口 26b和燃料气体流路24b (集合流路)的流路直径、以及燃料气体入口 26d和燃料气体流路24d (排出流路)的流路直径，并且该节流部13能够节流燃料气体(参照图4)。
[0069]也就是，节流部13的流路的有效截面积小于以下的任意一方:
[0070]?燃料气体流路24a和24c (第一燃料气体主干流路和第二燃料气体主干流路)的流路的截面积；
[0071].燃料气体出口 27a和27c (第一分支流路和第二分支流路)的流路的截面积；
[0072].燃料气体入口 26b和燃料气体流路24b (集合流路)的流路的截面积；以及
[0073].燃料气体入口 26d和燃料气体流路24d (排出流路)的流路的截面积。[0074]在这点上，通常，在某一燃料电池单元40中设置多个燃料气体出口 27a或27c或者设置多个燃料气体入口 26b或26d。在这种情况下，在燃料电池单元40中的多个流路(燃料气体出口 27a或27c或者燃料气体入口 26b或26d)的截面积的总和是燃料电池单元40的全体流路的截面积。
[0075]节流部13的流路的有效截面积是考虑到燃料气体出口 27b的流路的截面积和燃料气体入口 26c的流路的截面积的节流部13的流路的截面积，燃料气体通过燃料气体出口27b流到节流部13中，燃料气体通过燃料气体入口 26c从节流部13流出。将在稍后详细说明节流部13的结构。
[0076]图2和图3分别是燃料电池单元40的侧视图和立体图。如图2所示，燃料电池单元40是所谓的阳极支撑膜型(anode-support-membrane-type)燃料电池单元且具有互连器41和45、集电体42、框架部43以及单元主体44。
[0077]互连器41和45由上下一对导电的(例如，金属)板组成，用于确保燃料电池单元40之间的导电性且使得气体流路彼此分隔。在两个燃料电池单元40之间仅布置单个互连器(互连器的共用)。
[0078]集电体42确保了单元主体44 (阴极55)和互连器41之间的导电性并且由诸如SUS (不锈钢)的金属材料形成。
[0079]框架部43具有开口 46。气密地维持开口 46的内部并且该开口 46的内部被分成氧化剂气体流路47和燃料气体流路48。框架部43具有阴极框架51、绝缘框架52、分隔体(其外周部)53和阳极框架54。阴极框架51是布置在朝向氧化剂气体流路47的一侧的金属框架。绝缘框架52是用于使得互连器41和45彼此电绝缘的陶瓷框架。分隔体45是金属框架，单元主体44接合到该分隔体45并且该分隔体45使得氧化剂气体流路47和燃料气体流路48彼此分隔。阳极框架54是布置在朝向燃料气体流路48的一侧的金属框架。
[0080]框架部43具有分别与螺栓21、22 (22a至22d)和23 (23a和23b)对应的通孔31,32 (32a 至 32d)和 33 (33a 和 33b)。
[0081]单元主体44是阴极55、固体电解质56和阳极57的堆叠体。阴极55和阳极57分别布置在固体电解质56上的朝向氧化剂气体流路47的一侧和朝向燃料气体流路48的一侦U。可以使用钙钛矿型氧化物、贵金属以及贵金属和陶瓷的金属陶瓷形成阴极55。可以使用YSZ、Sc、SZ、SDC、⑶C、钙钛矿型氧化物等材料形成固体电解质56。可以使用Ni以及Ni和陶瓷的金属陶瓷形成阳极57。
[0082]如图3所示，在阴极框架51中，通过缺口 61来空间地连接通孔33 (33a和33b)和开口 46，由此使得氧化剂气体在通孔33 (33a和33b)和开口 46之间流动。在阳极框架54中，通过缺口 62来空间地连接通孔32 (32a至33d)和开口 46，由此使得燃料气体在通孔32 (32a至33d)和开口 46之间流动。
[0083]图4是示出固体氧化物燃料电池10的截面的示意图。如图4所示，分别经由通过螺栓22 (22a至22d)延伸的燃料气体流路24 (24a至24d)的燃料气体入口 26 (26b至26d)和燃料气体出口 27 (27a至27c)使得，从通孔32 (32a至33d)流入阳极框架54的开口 46 (燃料气体流路48)中的燃料气体从开口 46流出而流入通孔32 (32a至33d)中。分别经由通过螺栓23 (23a和23b)延伸的氧化剂气体流路25 (25a和25b)的氧化剂气体入口 28 (28b)和氧化剂气体出口 29 (29a)使得，从通孔33 (33a和33b)流入阴极框架51的开口 46 (氧化剂气体流路47)中的氧化剂气体从开口 46流出而流入通孔33 (33a和33b)中。
[0084]在第一块11和第二块12中，阴极框架51和阳极框架54可以彼此相同。相反,在第一块11和第二块12中，阴极框架51和阳极框架54可以彼此不同。也就是，燃料气体入口 26 (26b至26d)、燃料气体出口 27 (27a至27c)、氧化剂气体入口 28 (28a、28b)和氧化剂气体出口 29 (29a、29b)的配置与缺口 61和62的配置对应。通过采用这种配置，能够进一步确保开口 46内的气密性。
[0085]如图4所示，在本实施方式中，燃料气体顺序流过第一块11、节流部13和第二块
12。氧化剂气体被并行地供给到第一块11、节流部13和第二块12。
[0086]也就是，以与第一块11、第二块12和节流部13对应的方式配置燃料气体入口 26(26b至26d)、燃料气体出口 27 (27a至27c)、氧化剂气体入口 28 (28a和28b)和氧化剂气体出口 29 (29a和29b)。结果，可以规定燃料气体和氧化剂气体流过第一块11、第二块12和节流部13的顺序。
[0087]螺栓21是用于加压和固定第一块11、第二块12和节流部13的堆叠体的构件。
[0088]螺栓22 (22a至22d)是允许燃料气体流过的构件并且具有分别流过燃料气体的燃料气体流路24 (24a至24d)。螺栓23 (23a和23b)是使得氧化剂气体流过的构件并且具有分别流过氧化剂气体的氧化剂气体流路25 (25a和25b)。燃料气体流路24和氧化剂气体流路25是分别设置在螺栓22和23中的中空的孔。
[0089]螺栓22 (22a至22d)具有连接到燃料气体流路24 (24a至24d)的燃料气体入口26 (26b至26d)和燃料气体出口 27 (27a至27c)。燃料气体入口 26 (26b至26d)和燃料气体出口 27 (27a至27c)使得燃料气体通过它们流入和流出燃料气体流路24 (24a至24d)。螺栓23 (23a和23b)具有连接到氧化剂气体流路25 (25a和25b)的氧化剂气体入口 28 (28a和28b)和氧化剂气体流路29 (29a和29b)。氧化剂气体入口 28 (28a和28b)和氧化剂气体出口 29 (29a和29b)使得氧化剂气体流入和流出氧化剂气体流路25 (25a和25b)。燃料气体入口 26、燃料气体出口 27、氧化剂气体入口 28和氧化剂气体出口 29是形成在螺栓22和23的侧壁中的通孔，用于与燃料气体流路24和氧化剂气体流路25分别建立连通。
[0090]螺栓22a具有燃料气体流路24a和燃料气体出口 27a。燃料气体从外部流入燃料气体流路24a并且从燃料气体出口 27a (和缺口 62)并行地流出到第一块11的燃料电池单元40。燃料气体流路24a和燃料气体出口 27a分别用作第一燃料气体主干流路和第一分支流路。
[0091]螺栓22b具有燃料气体流路24b、燃料气体入口 26b和燃料气体出口 27b。燃料气体通过燃料气体入口 26b (和缺口 62)从第一块11的燃料电池单元40并行地流入燃料气体流路24b并且从燃料气体出口 27b (和缺口 62)流出到节流部13。燃料气体入口 26b和燃料气体流路24b共同地用作用于收集经过第一块11的燃料电池单元40的燃料气体的集合流路。
[0092]螺栓22c具有燃料气体流路24c、燃料气体入口 26c和燃料气体出口 27c。燃料气体通过燃料气体入口 26c (和缺口 62)从节流部13流入燃料气体流路24c中并且从燃料气体出口 27c (和缺口 62)并行地流出到第二块12的燃料电池单元40。燃料气体流路24c和燃料气体出口 27c分别用作第二燃料气体主干流路和第二分支流路。
[0093]螺栓22d具有燃料气体流路24d和燃料气体入口 26d。燃料气体通过燃料气体入口 26d (和缺口 61)从第二块12的燃料电池单元40流入燃料气体流路24d并且流出到外部。燃料气体入口 26d和燃料气体流路24d共同地用作用于将经过第二块12的燃料电池单元40的燃料气体排出到外部的排出流路。
[0094]螺栓23a具有氧化剂气体流路25a和氧化剂气体出口 29a。氧化剂气体从外部流入氧化剂气体流路25a并且从氧化剂气体出口 29a (和缺口 61)并行地流出到第一块11和第二块12的燃料电池单元40。氧化剂气体流路25a和氧化剂气体出口 29a分别用作第一氧化剂气体主干流路和从第一氧化剂气体主干流路分支出第三分支流路。
[0095]螺栓23b具有氧化剂气体流路25b和氧化剂气体入口 28b。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28b (和缺口 61)从第一块11和第二块12的燃料电池单元40并行地流入燃料气体流路24d并且流出到外部。氧化剂气体流路25b和氧化剂气体入口 28b共同地用作用于将经过第一块11和第二块12的燃料电池单元40的氧化剂气体排出到外部的氧化剂气体排出流路。
[0096]图5A至图是示出节流部13的示例截面的示意性截面图。图6A至图6D是示出与图5A至图对应的节流部13的示例平面的示意性平面图。在图5A和图6A中，节流部13的流路的截面积在节流部13的入口侧(朝向燃料气体出口 27b的一侧)大而在出口侧(朝向燃料气体入口 26c的一侧)小。在图5B和图6B中，节流部13的流路的截面积在节流部13的入口侧(朝向燃料气体出口 27b的一侧)小且在出口侧(朝向燃料气体入口 26c的一侦D大。在图5C和图6C中，节流部13的流路的截面积在节流部13的入口侧(朝向燃料气体出口 27b的一侧)和出口侧(朝向燃料气体入口 26c的一侧)小而在入口侧和出口侧之间的中间区域大。在图和图6D中，节流部13的流路的截面积在节流部13的入口侧(朝向燃料气体出口 27b的一侧)和出口侧(朝向燃料气体入口 26c的一侧)大而在入口侧和出口侧之间的中间区域小。
[0097]如图5A至图和图6A至图6D所示，节流部13的流路的截面积在入口侧(朝向燃料气体出口 27b的一侧)和出口侧(朝向燃料气体入口 26c的一侧)之间的至少某处减小。采用这种方式，无论流路的截面积小的位置在哪，都可以将该位置用作节流部13 ;具体地，截面积小的位置可以仅在入口侧，仅在出口侧，在入口侧和出口侧两者或者在中间区域中。
[0098]接下来，回来参照图4，将说明在本实施方式中的燃料气体的流动。在本实施方式中，燃料气体以(I)至(6)的如下顺序流动:
[0099](I)燃料气体流路24a (第一燃料气体主干流路)和燃料气体出口 27a (第一分支流路)；
[0100](2)第一块 11;
[0101](3)燃料气体入口 26b和燃料气体流路24b (集合流路)；
[0102](4)燃料气体出口 27b、节流部13和燃料气体入口 26d ；
[0103](5)燃料气体流路24c (第二燃料气体主干流路)和燃料气体出口 27c (第二分支流路)；以及
[0104](6)燃料气体入口 26d和燃料气体流路24d (排出流路)。
[0105]由于第一块11的燃料电池单元40的数目NI比第二块12的燃料电池单元40的数目N2大，所以在第二块12中消耗未在第一块11中消耗的燃料气体，由此能够有效地利用燃料气体。
[0106]此外，节流部13的流路直径小于燃料气体流路24a和24c (第一燃料气体主干流路和第二燃料气体主干流路)的流路直径、燃料气体出口 27a和27c (第一分支流路和第二分支流路)的流路直径、燃料气体入口 26b和燃料气体流路24b (集合流路)的流路直径、以及燃料气体入口 26d和燃料气体流路24d (排出流路)的流路直径，由此对燃料气体进行节流。结果，在第一块11内的燃料气体的流动变得均匀，使得燃料气体到第一块11的燃料电池单元40的分配变得均匀。
[0107]此外，燃料气体流过的顺序为第一块11、节流部13和第二块12，由此能够减少固体氧化物燃料电池10内的燃料气体的压力损失。
[0108]与将在稍后说明的比较例I (不具有节流部13的固体氧化物燃料电池IOx)和比较例2 (燃料气体流过的顺序为第一块11、第二块12和节流部13的固体氧化物燃料电池IOy)相比，能够确保良好的燃料利用率和均匀的燃料分配。
[0109](变型例I)
[0110]将说明第一实施方式的变型例I。图7是与图4对应并且示出了根据第一实施方式的变型例I的固体氧化物燃料电池IOa的示意图。固体氧化物燃料电池IOa具有第一块11、第二块12、节流部13以及螺栓22 (22e、22b和22d)和23 (23a和23c)。也就是，固体氧化物燃料电池IOa具有代替螺栓22a和22c的螺栓22e以及代替螺栓23b的螺栓23c。
[0111]螺栓22e具有燃料气体流路24e和24f、燃料气体入口 26f以及燃料气体入口 26e和27f。燃料气体从外部流入燃料气体流路24e并且从燃料气体出口 27e (和缺口 62)流出到第一块11。燃料气体通过`燃料气体入口 26f (和缺口 62)从节流部13流入燃料气体流路24f并且从燃料气体出口 27f (和缺口 62)流出到第二块12。采用这种方式，通过燃料气体的流入方向的变化，螺栓22e使得燃料气体从外部到第一块11的流入以及使得燃料气体从节流部13到第二块12的流入和流出成为可能。结果，能够减少螺栓22的数目。
[0112]螺栓23c具有氧化剂气体流路25c和氧化剂气体入口 28c。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28c (和缺口 61)从第一块11和第二块12流入氧化剂气体流路25c并且流出到外部。以此应对氧化剂气体的流出方向的变化。
[0113]采用这种方式，即使使用螺栓22e来代替螺栓22a和22c，与第一实施方式同样地，能够确保良好的燃料利用率和均匀的燃料分配。
[0114](燃料利用率和发电效率的定义)
[0115]将说明燃料利用率和发电效率的定义。燃料利用率Uf[%]是用于发电的燃料的量Al与供给的燃料的量AO的百分比并且可以由如下的公式(I)来定义。
[0116]Uf=Al/A0X100 …公式(I)
[0117]Al:用于发电的燃料的量
[0118]A0:供给的燃料的量
[0119]发电效率R[%]是发出的电力P与通过供给的燃料所拥有的燃烧能量E的百分比并且可以由如下的公式(2)定义。
[0120]R=P/EX100 …公式(2)
[0121]P:单位时间从供给的燃料发出的电力(输出)(W)[0122]E:单位时间供给的燃料所拥有的燃烧能量(W)
[0123]当燃料利用率Uf降低时，与用于发电所需的燃料量相比，要供给的燃料量大，使得便于维持燃料电池的性能(输出)。然而，由于未被用于发电而被排出的燃料增加，因此发电效率R降低。
[0124](第二实施方式)
[0125]将说明第二实施方式。图8是与图4对应并且示出了根据第二实施方式的固体氧化物燃料电池IOb的示意图。固体氧化物燃料电池IOb具有第一块11、第二块12、节流部13和14、以及螺栓22 (22e、22b、22d)和23 (23d至23g)。也就是，与前述变型例相比，本实施方式具有附加的节流部14以及代替螺栓23c和23b的螺栓23d至23g。
[0126]节流部14的流路直径小于氧化剂气体流路25d和25f (第一氧化剂气体主干流路和第二氧化剂气体主干流路)的流路直径、氧化剂气体出口 29d和29f (第一分支流路和第二分支流路)的流路直径、氧化剂气体入口 28e和氧化剂气体流路25e (集合流路)的流路直径、以及氧化剂气体入口 28g和氧化剂气体流路25g (排出流路)的流路直径，并且该节流部14能够节流氧化剂气体。
[0127]也就是，节流部14的流路的有效截面积小于以下任意一方:
[0128].氧化剂气体流路25d和25f (第一氧化剂气体主干流路和第二氧化剂气体主干流路)的流路的截面积；
[0129].氧化剂气体出口 29d和29f (第一分支流路和第二分支流路)的流路的截面积；
[0130].氧化剂气体入口 28e和氧化剂气体流路25e (集合流路)的流路的截面积；以及
[0131].氧化剂气体入口 28g和氧化剂气体流路25g (排出流路)的流路的截面积。
[0132]在这点上，通常，设置多个氧化剂气体出口 29d或29f以及多个氧化剂气体入口28e或28g ;因而，出口的截面积的总和入口的截面积的总和分别是出口的流路的截面积和入口的流路的截面积。
[0133]节流部14的流路的有效截面积是考虑到氧化剂气体出口 29e的流路的截面积和氧化剂气体入口 28f的流路的截面积的节流部14的流路的截面积，通过该氧化剂气体出口29e氧化剂气体流入节流部14,通过该氧化剂气体入口 28f氧化剂气体从节流部14流出。
[0134]螺栓23d具有氧化剂气体流路25d和氧化剂气体出口 29d。氧化剂气体从外部流入氧化剂气体流路25d并且从氧化剂气体出口 29d (和缺口 61)流出到第一块11。氧化剂气体流路25d和氧化剂气体出口 29d分别用作第一氧化剂气体主干流路和从第一氧化剂气体主干流路分支出的第一分支流路。
[0135]螺栓23e具有氧化剂气体流路25e、氧化剂气体入口 28e和氧化剂气体出口 29e。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28e (和缺口 62)从第一块11流入氧化剂气体流路25e中并且从氧化剂气体出口 29e (和缺口 61)流出到节流部14。氧化剂气体入口 28e和氧化剂气体流路25e共同地用作用于收集已经经过第一块11的燃料电池单元40的氧化剂气体的集合流路。
[0136]螺栓23f具有氧化剂气体流路25f、氧化剂气体入口 28f和氧化剂气体出口 29f。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28f (和缺口 61)从节流部13流入氧化剂气体流路25f中并且从氧化剂气体出口 29f (和缺口 61)流出到第二块12。氧化剂气体流路25f和氧化剂气体出口 29f分别用作第二氧化剂气体主干流路和从第二氧化剂气体主干流路分支出的第二分支流路。
[0137]螺栓23g具有氧化剂气体流路25g和氧化剂气体入口 28g。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28g (和缺口 61)从第二块12流入氧化剂气体流路25g中并且流出到外部。氧化剂气体入口 28g和氧化剂气体流路25g共同地用作用于将已经经过第二块12的燃料电池单元40的氧化剂气体排出到外部的排出流路。
[0138]在本实施方式中，氧化剂气体以(I)至(6)的如下顺序流动:
[0139](I)氧化剂气体流路25d (第一氧化剂气体主干流路)和氧化剂气体出口 29d (第一分支流路);
[0140](2)第一块 11;
[0141](3)氧化剂气体入口 28e和氧化剂气体流路25e (集合流路)；
[0142](4)氧化剂气体出口 29e、节流部14、氧化剂气体入口 28f ；
[0143](5)氧化剂气体流路25f (第二氧化剂气体主干流路)和氧化剂气体出口 29f (第二分支流路)；以及
[0144](6)氧化剂气体入口 28g和氧化剂气体流路25g (排出流路)。
[0145]节流部14的流路直径小于氧化剂气体流路25d和25f (第一氧化剂气体主干流路和第二氧化剂气体主干流路)的流路直径、氧化剂气体出口 29d和29f (第一分支流路和第二分支流路)的流路直径、氧化剂气体入口 26b和氧化剂气体流路24b (集合流路)的流路直径、以及氧化剂气体入口 26d和氧化剂气体流路24d (排出流路)的流路直径，由此该节流部14节流氧化剂气体。结果,在第一块11内的氧化剂气体的流动变得均勻，使得氧化剂气体到第一块11的燃料电池单元40的分配变得均匀。
[0146]此外，氧化剂气体流过的顺序为第一块11、节流部14和第二块12，由此能够减少在固体氧化物燃料电池10内的氧化剂气体的压力损失。
[0147](变型例2)
[0148]将说明第二实施方式的变型例2。图9是与图7对应并且示出了根据第二实施方式的变型例2的固体氧化物燃料电池IOc的示意图。固体氧化物燃料电池IOc具有第一块11、第二块12、节流部13和14以及螺栓22 (22e、22b和22d)和23 (23d、23h和23f)。也就是，固体氧化物燃料电池IOc具有螺栓22h以代替螺栓23e和23g。
[0149]螺栓23h具有氧化剂气体流路25h和251、氧化剂气体入口 28h和28i以及氧化剂气体出口 29h。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28h (和缺口 62)从第一块11流入氧化剂气体流路25h中并且从氧化剂气体出口 29h (和缺口 61)流出到节流部14。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28i (和缺口 62)从第二块12流入氧化剂气体流路25i中并且流出到外部。
[0150]采用这种方式，通过氧化剂气体流入方向的变化，螺栓23h使得氧化剂气体从第一块11到节流部14中的流入和从节流部14的流出成为可能，并且使得氧化剂气体从第二块12到外部的流入、流出成为可能。结果，能够减少螺栓23的数目。
[0151]采用这种方式，即使使用螺栓23h来代替螺栓23e和23g，与第二实施方式同样地，能够确保良好的燃料利用率和均匀的燃料分配。
[0152](第三实施方式)
[0153]将说明第三实施方式。图10是与图4对应并且示出了根据第三实施方式的固体氧化物燃料电池IOd的示意图。固体氧化物燃料电池IOd具有第一块11、第二块12、节流部13和14以及螺栓22 (22k至22η)和23 (23k至23η)。与第二实施方式同样地，燃料气体流过的顺序为第一块11、节流部13和第二块12。此外，氧化剂气体流过的顺序为第一块11、节流部14和第二块12。结果，与第二实施方式同样地，能够确保良好的燃料利用率和均匀的燃料分配。
[0154]在固体氧化物燃料电池IOd中，第一块11布置在第二块12和节流部13之间。结果，固体氧化物燃料电池IOd的温度分布能够接近均匀分布。
[0155]固体氧化物燃料电池IOd的中央部通过接收来自周围部分的焦耳热而可能具有高温。相比之下，由于热辐射导致固体氧化物燃料电池IOd的外周部的温度可能低于中央部的温度。此外，当低温气体被引入第一块11中，由于接收第一块11的焦耳热导致第二块12和节流部13中的气体温度上升。因此，通过温度不易上升的第一块11在固体氧化物燃料电池IOd的中央的配置以及第二块12和节流部13夹着第一块11的配置，使得固体氧化物燃料电池IOd的温度分布能够接近均匀分布。
[0156](第四实施方式)
[0157]将说明第四实施方式。图11是与图4对应并且示出了根据第四实施方式的固体氧化物燃料电池IOe的示意图。固体氧化物燃料电池IOe具有第一块11、第二块12、节流部13和14以及螺栓22 (22ο至22r)和23 (23ο至23r)。
[0158]在固体氧化物燃料电池IOe中，第一块11布置在第二块12和节流部13之间。结果，固体氧化物燃料电池IOe的温度分布能够接近均匀分布。第二块12和节流部13之间的位置关系与第三实施方式的位置关系颠倒。采用这种方式，第二块12和节流部13之间的位置关系可以竖直地颠倒。
[0159](第五实施方式)
[0160]将说明第五实施方式。图12是示出根据第五实施方式的固体氧化物燃料电池70的示意图。固体氧化物燃料电池70具有代替平板状的筒状并且具有第一块71、第二块72和节流部73。第一块71和第二块72中的每一方均具有多个筒状燃料电池单元S。在第二块72中的燃料电池单元S的数目N2小于在第一块71中的燃料电池单元S的数目NI。节流部73由流路85至87组成并且节流部73的流路直径小于流路81至84的流路直径、88和89的流路直径，并且该节流部73节流燃料气体。
[0161]燃料气体流过的顺序为流路81和82、第一块71、流路83和84、节流部73 (流路85至87)、流路88、第二块72和流路89。
[0162]省略对氧化剂气体流路的说明。与第一实施方式同样地，可以将氧化剂气体并行地供给到第一块71和第二块72。此外，与第二实施方式同样地，可以设置用于氧化剂气体的节流部以按照如下顺序供给氧化剂气体:第一块71、用于氧化剂气体的节流部和第二块72。
[0163]采用这种方式，即使当使用筒状燃料电池单元S以代替平板状燃料电池单元时，与第一实施方式和第二实施方式同样地，能够确保良好的燃料利用率和均匀的燃料分配。
[0164]筒状包含扁平的筒状。即使当使用扁平的筒状燃料电池单元S时，与第一实施方式和第二实施方式类似地，能够确保良好的燃料利用率和均匀的燃料分配。
[0165]在以上实施方式中，流路(燃料气体流路24 (24a至24d)和燃料气体流路25 (25a和25b))分别沿着螺栓22 (22a至22d)和23 (23a和23b)的中心轴形成在螺栓22 (22a至22d)和23 (23a和23b)中。也就是，使用形成有中空部(流路)的中空的螺栓。流路和螺栓之间的关系不限于此。代替中空的螺栓，可以使用未形成有中空部(流路)的固体螺栓，使得流路布置在螺栓的外部。例如，可以分别在通孔31和32与螺栓22和23之间形成流路(螺栓布置在流路内)。此外，流路可以与螺栓22和23分开布置。
[0166](比较例I)
[0167]图13是示出根据比较例I的固体氧化物燃料电池IOx的示意图。固体氧化物燃料电池IOx具有第一块11、第二块12以及螺栓22 (22s至22u)和23 (23s和23t)。也就是，固体氧化物燃料电池IOx不具有节流部13，并且燃料气体流过的顺序为第一块11和第二块 12。
[0168]由于比较例I不具有节流部13，具有高利用率的第一块11的气体分配不是均匀的，导致发电效率的恶化。
[0169](比较例2)
[0170]图14是示出根据比较例2的固体氧化物燃料电池IOy的示意图。固体氧化物燃料电池IOy具有第一块11、第二块12、节流部13以及螺栓22 (22a和22v至22x)和23 (23s和23t)。在比较例2中，燃料气体流过的顺序为第一块11、第二块12和节流部13。
[0171]由于节流部13的存在，使得在第一块11和第二块12两者中的压力上升。在比较例2中，由于节流部13布置在第二块12的下游，特别地，在第二块12中的压力上升(压力损失)可能变得过大。其原因在下面说明。
[0172]为了将燃料气体均匀地分配到第一块11和第二块12的每一方(第一块11和第二块12的燃料电池单元40)中(以满足分配性)，在第一块11和第二块12的每一方中的压力必须增大到一定程度。然而，为了满足第一块11中的分配性，如果第一块11中的压力经由节流部13而增大，则第二块12中的压力可能会增大到满足第二块12的分配性所需的水平以上。这是由于以下原因:在第二块12中的燃料电池单元40的数目(层数)N2小于在第一块11中的燃料电池单元40的数目(层数)NI。采用这种方式，存在以下可能性:在第二块12中的压力上升(压力损失)变得过大。
[0173]在第二块12内压力增加过大导致整个固体氧化物燃料电池10内的压力损失增力口。结果，燃料气体的泄漏增加，潜在地导致发电效率恶化。
[0174](示例)
[0175]接下来将说明燃料利用率与第一块11和第二块12的燃料电池单元40的数目NI和N2的组合之间的关系。
[0176]图15至图19是示出基于电流为65A状态下总燃料利用率为80%的情况下根据第一块11和第二块12的层数(燃料电池单元40的数目NI和N2)的组合计算的利用率的图表。图15至图19分别与总数目为30、20、19、18和10 (Nl+N2=30、20、19、18和10)的情况
相对应。
[0177]该图表示出了数目NI以及第一块11和第二块12的燃料利用率Yl和Y2。该图表还示出了数目NI和N2的可允许的范围的下限BLl至BL5和上限BHl和BH5。
[0178]在第一块11中的燃料利用率为70%以下的情况下，通过第一块11和第二块12的层数NI和N2分别规定下限BLl至BL5。在第一块11的燃料利用率为70%以上的情况下，第一块11的燃料利用率接近总燃料利用率(80%)，使得未获得关于燃料利用率特性的优越性。
[0179]下限BLl至BL5处的层数NI和N2如下。
[0180]图 15:N1=26, N2=4, Yl=69.3%, Υ2=34.8%
[0181]图 16:Ν1=17, Ν2=3, Υ1=68.0%, Υ2=37.5%
[0182]图 17:Ν1=16, Ν2=3, Υ1=67.4%, Υ2=38.7%
[0183]图 18:Ν1=15, Ν2=3, Υ1=66.7%, Υ2=40.0%
[0184]图 19:Ν1=8, Ν2=2, Υ1=64.0%, Υ2=44.4%
[0185]此时，“Ν2/(Ν1+Ν2)=0.133,0.150,0.158,0.167 和 0.200 ； ” 因而，可理解为 “Ν2/(Ν1+Ν2)”的下限可以是0.13。
[0186]在第二块12中的燃料利用率为70%以下的情况下，通过第一块11和第二块12的层数NI和Ν2分别规定上限BHl至ΒΗ5。在第二块11的燃料利用率为70%以上的情况下，第二块11的燃料利用率接近总燃料利用率(80%)，使得未获得关于燃料利用率特性的优越性。
[0187]上限BHl至ΒΗ5处的层数NI和Ν2如下。
[0188]图 15:Ν1=13, Ν2=17, Yl=34.7%, Υ2=69.4%
[0189]图 16:Ν1=9, Ν2=11, Υ1=36.0%, Υ2=68.8%
[0190]图 17:Ν1=8, Ν2=11, Υ1=33.7%, Υ2=69.8%
[0191]图 18:Ν1=8, Ν2=10, Υ1=35.6%, Υ2=69.0%
[0192]图 19:Ν1=5, Ν2=5, Υ1=40.0%, Υ2=66.7%
[0193]此时，“Ν2/(Ν1+Ν2)=0.567,0.550,0.579,0.556 和 0.500 ； ” 因而，可理解为 “Ν2/(Ν1+Ν2)”的上限可以是0.58。
[0194]图20至图22是示出在20层堆叠体中分别基于总燃料利用率为75%、80%和85%的情况下根据第一块11和第二块12的层数(燃料电池单元40的数目NI和Ν2)的组合计算的利用率的图表。
[0195]在下限BL6至BL8处的层数NI和Ν2如下。
[0196]图 20:Ν1=17, Ν2=3, Yl=63.8%, Υ2=31.0%
[0197]图 21:Ν1=17, Ν2=3, Υ1=68.0%, Υ2=37.5%
[0198]图 22:Ν1=17, Ν2=3, Υ1=72.3%, Υ2=45.9%
[0199]此时，“Ν2/(Ν1+Ν2) =0.150,0.150,0.150 ； ” 因而，“Ν2/ (Ν1+Ν2)” 的下限可以是0.150。
[0200]在上限ΒΗ6至ΒΗ8处的层数NI和Ν2如下。
[0201]图 20:Ν1=9, N2=ll, Yl=33.8%, Υ2=62.3%
[0202]图 21:Ν1=9, Ν2=11, Υ1=36.0%, Υ2=68.8%
[0203]图 22:Ν1=9, Ν2=11, Υ1=36.0%, Υ2=66.8%
[0204]此时，“Ν2/(Ν1+Ν2) =0.55、0.55、0.55 ; ” 因而，“Ν2/ (Ν1+Ν2) “的上限可以是0.55。
[0205](燃料电池的制造方法)
[0206]例如，能够以如下方法制造燃料电池10。[0207]( I)燃料电池单元40的制造
[0208]例如，通过钎焊等将框架部43安装到单元主体44。如图2所示，安装框架部43的单元主体44被夹持在互连器41和45之间用于它们的堆叠，制成燃料电池单元40。采用这种方式，制造了多个燃料电池单元40。
[0209](2)节流部13和14的制造
[0210]制造具有图5A至图和图6A至图6D示出的结构中的任意一种结构的节流部13和14。例如，将云母等的电绝缘板加工成预定形状、制成绝缘框架。此外，例如，SUS的板材被冲切成预定形状，制成互连器。制成的绝缘框架和互连器结合并堆叠在一起，制成节流部13 或 14。
[0211](3)第一块11和第二块12与节流部13或14的堆叠和固定
[0212]结合和堆叠多个制成的燃料电池单元40，制成第一块11和第二块12。此外，节流部13和节流部14中的至少一方与第一块11和第二块13相堆叠。
[0213]接下来，借助于螺栓21至23和螺母35将处于堆叠状态下的第一块11、第二块12与节流部13和节流部14中的至少一个一起固定,制成图1等中示出的固体氧化物燃料电池10。
[0214]可以将一对未示出的端板(集电板)布置成固体氧化物燃料电池10的顶层和底层。在这种情况下，可以借助于螺栓21至23和螺母35将处于堆叠状态下的该对端板、第一块
11、第二块12以及节流部13和14 一起固定。
[0215](其它实施方式)
[0216]本发明不限于以上实施方式，而可以以扩展或变型的方式实现，并且这种扩展或变型的实施方式被包含在本发明的技术范围内。
[0217]附图标记的说明
[0218]10:固体氧化物燃料电池
[0219]11:第一块
[0220]12:第二块
[0221]13、14:节流部
[0222]21 ?23:螺栓
[0223]24:燃料气体流路
[0224]25:氧化剂气体流路
[0225]26:燃料气体入口
[0226]27:燃料气体出口
[0227]28:氧化剂气体入口
[0228]29:氧化剂气体出口
[0229]31、32:通孔
[0230]33:通孔
[0231]35:螺母
[0232]40:燃料电池单元
[0233]41、45:互连器
[0234]42:集电体[0235]43:框架部
[0236]44:单元主体
[0237]45:分隔体
[0238]46:开口
[0239]47:氧化剂气体流路
[0240]48:燃料气体流路
[0241]51:阴极框架
[0242]52:绝缘框架
[0243]54:阳极框架
[0244]55:阴极
[0245]56:固体电解质
[0246]57:阳极
[0247]61、62:缺口
【权利要求】
1.一种燃料电池，其包括: 第一块，所述第一块具有第一数目的电池单元； 第一燃料供给流路，所述第一燃料供给流路具有第一燃料气体主干流路和从所述第一燃料气体主干流路分支出的第一分支流路，并且所述第一燃料供给流路适于将燃料气体并行地供给到所述第一块的电池单元； 集合流路，所述集合流路用于收集已经经过所述第一块的各电池单元的燃料气体； 第二块，所述第二块具有第二数目的电池单元，所述第二数目小于所述第一数目； 第二燃料供给流路，所述第二燃料供给流路具有第二燃料气体主干流路和从所述第二燃料气体主干流路分支出的第二分支流路，并且所述第二燃料供给流路适于将已经经过所述第一块的各电池单元且已经被收集到所述集合流路中的燃料气体并行地供给到所述第二块的各电池单元；以及 排出流路，所述排出流路用于将已经经过所述第二块的各电池单元的燃料气体从所述第二块排出到外部； 沿着所述燃料气体的流动方向从上游侧起顺序地配置所述第一燃料供给流路、所述第一块、所述集合流路、所述第二燃料供给流路、所述第二块和所述排出流路； 所述燃料电池的特征在于，能够节流所述燃料气体的节流部设置在位于所述集合流路的下游且位于所述第二燃 料供给流路的上游的位置处，并且所述节流部的流路直径小于所述第一燃料气体主干流路的流路直径、所述第二燃料气体主干流路的流路直径、所述第一分支流路的流路直径、所述第二分支流路的流路直径、所述集合流路的流路直径和所述排出流路的流路直径。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，满足关系式N2/(N1+N2≤ 0.58，其中，NI是所述第一数目，N2是所述第二数目。
3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，满足关系式N2/(N1+N2)≥0.13，其中，NI是所述第一数目，N2是所述第二数目。
4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一块布置在所述第二块和所述节流部之间，并且所述第一块与所述第二块和所述节流部热传导地接触。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于， 所述电池单元均采用平板状的形式，并且 所述第一块和所述第二块中的每一方均是沿着电池单元的厚度方向堆叠的电池单元的堆叠体。
6.根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于， 所述节流部具有与所述电池单元的平面形状外形对应的外形，并且所述节流部与所述电池单元沿着堆叠方向堆叠在一起。
7.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括: 第一氧化剂供给流路，所述第一氧化剂供给流路具有第一氧化剂气体主干流路和从所述第一氧化剂气体主干流路分支出的第三分支流路，并且所述第一氧化剂供给流路适于将氧化剂气体并行地供给到所述第一块的电池单元和所述第二块的电池单元；以及 氧化剂气体排出流路，所述氧化剂气体排出流路用于将已经经过所述第一块的各电池单元和所述第二块的各电池单元的氧化剂气体从所述第一块和所述第二块排出到外部。
8.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括: 第一氧化剂供给流路，所述第一氧化剂供给流路具有第一氧化剂气体主干流路和从所述第一氧化剂气体主干流路分支出的第三分支流路，并且所述第一氧化剂供给流路适于将氧化剂气体并行地供给到所述第一块的各电池单元； 第二集合流路，所述第二集合流路用于收集已经经过所述第一块的各电池单元的氧化剂气体； 第二氧化剂供给流路，所述第二氧化剂供给流路具有第二氧化剂气体主干流路和从所述第二氧化剂气体主干流路分支出的第四分支流路，并且所述第二氧化剂供给流路适于将已经经过所述第一块的各电池单元且已经被收集到所述第二集合流路的氧化剂气体并行地供给到所述第二块的电池单元；以及 第二排出流路，其用于将已经经过所述第二块的各电池单元的氧化剂气体从所述第二块排出到外部； 沿着所述氧化剂气体的流动方向从上游侧起顺序地配置所述第一氧化剂供给流路、所述第一块、所述第二集合流路、所述第二氧化剂供给流路、所述第二块和所述第二排出流路； 其中，能够节流所述氧化剂气体的第二节流部设置在位于所述第二集合流路的下游且位于所述第二氧化剂供给流路的上游的位置处，并且所述第二节流部的流路直径小于所述第一氧化剂气体主干流路的流路直径、所述第二氧化剂气体主干流路的流路直径、所述第三分支流路的流路直径、所述第四分支流路的流路直径、所述第二集合流路的流路直径和所述第二排出流路的流路·直径。
【文档编号】H01M8/12GK103828113SQ201280044995
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月14日 优先权日:2011年9月16日
【发明者】藤堂佑介, 伊藤洋介, 柴田昌宏 申请人:日本特殊陶业株式会社
【专利摘要】燃料电池被构造成具有：第一块，其具有第一数目的电池单元；第一燃料供给流路，其用于将燃料气体供给到第一块；集合流路，其用于收集已经经过第一块的燃料气体；第二块，其具有第二数目的电池单元，第二数目小于第一数目；第二燃料供给流路，其用于将已经被收集到集合流路中的燃料气体供给到第二块；以及排出流路，其用于将已经经过第二块的燃料气体排出，该燃料电池被构造成使得沿着燃料气体的流动方向顺序地配置第一燃料供给流路、第一块、集合流路、第二燃料供给流路、第二块和排出流路，其中，能够节流燃料气体的节流部设置在位于集合流路的下游且位于第二燃料供给流路的上游的位置，该节流部的流路直径小于第一燃料气体主干流路的流路直径、第二燃料气体主干流路的流路直径、第一分支流路的流路直径、第二分支流路的流路直径、集合流路的流路直径和排出流路的流路直径。
【专利说明】燃料电池【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种具有燃料电池单元的燃料电池。
【背景技术】
[0002]已知的燃料电池包括使用固体电解质(固体氧化物)的固体氧化物燃料电池(在下文中，可以被称为“燃料电池”)。作为发电单元的该燃料电池例如使用将阳极和阴极分别设置在固体电解质层的一侧和另一侧的燃料电池单元。为了获得期望的电力，串联配置多个燃料电池单元，由此形成燃料电池。将用于发电的燃料气体和氧化剂气体分别沿着阳极和阴极的表面流动，并且将已经用于发电的燃料气体和氧化剂气体从燃料电池排出。
[0003]公开了一种通过将燃料电池分成燃料电池单元数目不同的两个块(block)而使得总燃料利用率提高来改善发电效率的方法(参照专利文献I和专利文献2)。顺序地将燃料气体供给到燃料电池单元的数目大的块(上游部)，然后供给到燃料电池单元的数目小的块(下游部)。在下游部中使用未在上游部用于发电的燃料气体，由此提高了总燃料利用率。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开第2001-256993号公报
[0007]专利文献2:国际公开第TO/2008/153073号
[0008]专利文献3:日本特开第2004-207006号公报
【发明内容】
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[0009]发明要解决的问题
[0010]由于上述方法使得在上游部中的燃料电池单元的数目大，所以在上游部中的燃料电池单元的燃料分配可能不均衡。
[0011]为了实现燃料电池单元的均匀燃料分配，公开了如下的技术:在该技术中，抑制气体流量的排出孔设置在燃料电池的排出侧的端部处(参照专利文献3)。
[0012]然而，如果抑制气体流量的排出孔设置在被分成两个块的燃料电池中，则燃料气体的压力损失可能会增大。结果，燃料气体的泄漏可能增加，使得发电效率可能降低。
[0013]有鉴于以上问题，本发明的目的在于提供一种燃料分配均匀且燃料利用率提高的燃料电池。
[0014]用于解决问题的方案
[0015]根据本发明的一个方案的燃料电池包括:第一块，其具有第一数目的电池单元；第一燃料供给流路，其具有第一燃料气体主干流路和从第一燃料气体主干流路分支出的第一分支流路，并且第一燃料供给流路适于将燃料气体并行地供给到第一块的电池单元；集合流路，其用于收集已经经过第一块的电池单元的燃料气体；第二块，其具有第二数目的电池单元，第二数目小于第一数目；第二燃料供给流路，其具有第二燃料气体主干流路，并且第二燃料供给流路适于将已经经过第一块的电池单元且已经被收集到集合流路中的燃料气体并行地供给到第二块的电池单元；以及排出流路，其用于将已经经过第二块的电池单元的燃料气体从第二块排出到外部；并且，该燃料电池被构造为沿着燃料气体的流动方向从上游侧起顺序地配置第一燃料供给流路、第一块、集合流路、第二燃料供给流路、第二块和排出流路，其中，能够节流燃料气体的节流部设置在位于集合流路的下游且位于第二燃料供给流路的上游的位置处，并且节流部的流路直径小于第一燃料气体主干流路的流路直径、第二燃料气体主干流路的流路直径、第一分支流路的流路直径、第二分支流路的流路直径、集合流路的流路直径和排出流路的流路直径。
[0016]由于第一块的电池单元的数目大于第二块的电池单元的数目，使得在第二块中消耗在第一块中未用于发电的燃料气体，由此能够有效地利用燃料气体。结果，能够以高于通常的燃料利用率的燃料利用率维持特性，使得能够提高发电效率。
[0017]此外，由于节流部的流路直径小于第一燃料气体主干流路的流路直径、第二燃料气体主干流路的流路直径、第一分支流路的流路直径、第二分支流路的流路直径、集合流路的流路直径和排出流路的流路直径，由此节流燃料气体，所以在第一块内的燃料气体的流动变得均匀，使得到第一块的电池单元的燃料气体的分配变得均匀。通过燃料气体的流动顺序为第一燃料供给流路(第一燃料气体主干流路和第一分支流路)、第一块、集合流路、节流部、第二燃料供给流路(第二燃料气体主干流路和第二分支流路)以及第二块，使得能够减少燃料电池内的燃料气体的压力损失。
[0018]也就是，在本发明的燃料电池中，燃料电池单元的堆叠体被划分成两个块(第一块和第二块)。首先将燃料气体或氧化剂气体供给到燃料电池单元数目大的块(第一块(上游部))；随后，将在上游部中未用于发电的燃料气体或氧化剂气体供给到燃料电池单元数目小的块(第二块(下游部))。
[0019]此外，在本发明的燃料电池中，节流部介于上游部和下游部之间。
[0020]由于上游部的燃料电池单 元的数目大于下游部的燃料电池单元的数目，所以可以使得上游部容易地运转在高燃料利用率的状态下。由于上游部与下游部在电池单元数目上不同，所以上游部和下游部在燃料利用率方面不同，并且上游部的燃料利用率很可能变大。
[0021]因而，通过设置节流部(压损体)，具有高燃料利用率的上游部中的燃料分配能够变得均匀，而不会导致在燃料气体流路中压力损失的增加。结果，能够提高发电效率。此外，通过设置节流部，能够延长气体的余热线路。
[0022]同时，燃料电池可以具有如下结构:其中，上游部布置在节流部和下游部之间。也就是，上游部布置在中央，节流部和下游部布置在上游部的周围。在这种情况下，燃料电池的上游部(中央部)通过接收来自周围的燃料电池单元(包括节流部和下游部)的焦耳热而很可能具有高温。相比之下，由于热辐射导致上游部(中央部)周围的燃料电池单元(包括节流部和下游部)的温度降低。此外，当低温的燃料气体被引入上游部时，由于接收上游部的焦耳热导致节流部和下游部的燃料气体的温度上升。
[0023]也就是，通过在燃料电池的中央处布置温度不易上升的上游部，并且在上游部的周围设置节流部和下游部，在燃料电池单元之中的温度分布可以接近均匀分布。结果，能够提高发电效率。
[0024]优选地，满足关系式N2/ (N1+N2)≤0.58，其中，NI是第一数目，N2是第二数目。通过规定“N2/ (N1+N2)≤ 0.58”，使得第一块和第二块中的每一方均能够运转在比本来的燃料利用率低的燃料利用率的状态下，使得能够产生高输出。例如，在“N2/(N1+N2)>0.58”的情况下，如果整个燃料电池中的燃料利用率(总燃料利用率)为80%，则在第二块中的燃料利用率变成70%以上。在这种情况下，在第二块中的燃料利用率和总燃料利用率之间的差小，使得得不到特性优越性。
[0025]优选地，满足关系式N2/ (N1+N2)≥0.13，其中，NI是第一数目，N2是第二数目。通过规定“N2/ (N1+N2)≥0.13”，使得第一块和第二块中的每一方均能够运转在比本来的燃料利用率低的燃料利用率的状态下，使得能够产生高输出。例如，在“N2/(N1+N2)〈0.13”的情况下，如果整个燃料电池中的燃料利用率(总燃料利用率)为80%，则第二块中的燃料利用率变成70%以上。在这种情况下，在第二块中的燃料利用率和总燃料利用率之间的差小，使得得不到特性优越性。
[0026]优选地，第一块布置在第二块和节流部之间并且第一块与第二块和节流部热传导地接触。通过接收来自周围部分的焦耳热，固体氧化物燃料电池的中间部很可能具有高温。相比之下，堆叠体的两个相反端部的温度很可能比中间部的温度低。此外，当低温气体被引入第一块时，由于接收第一块的焦耳热使得第二块和节流部的气体温度上升。因此，通过在堆叠体的中央部处设置温度不易上升的第一块，并且在第一块的周围设置第二块和节流部，使得堆叠体的温度分布可以接近均匀分布。
[0027]电池单元可以均采用平板状的形式，并且第一块和第二块中的每一方均可以为沿着电池单元厚度方向堆叠的电池单元的堆叠体。通过采用堆叠结构，可以使得燃料电池变得紧凑。
[0028]在这种情况下，优选地，节流部具有与电池单元的平面形状外形对应的外形，并且节流部与电池单元沿着堆叠方向堆叠在一起。由于燃料电池可以具有包含节流部的堆叠结构，使得燃料电池单元可以变得紧凑。
[0029]燃料电池还可以包括:第一氧化剂供给流路，其具有第一氧化剂气体主干流路和从第一氧化剂气体主干流路分支出的第三分支流路，并且第一氧化剂供给流路适于将氧化剂气体并行地供给到第一块的电池单元和第二块的电池单元；以及氧化剂气体排出流路，其用于将已经经过第一块的电池单元和第二块的电池单元的氧化剂气体从第一块和第二块排出到外部。可以将氧化剂气体并行地供给到电池单元。借助于此，减少了压力损失，由此便于氧化剂气体的供给。例如，在以大流量供给氧化剂气体的情况下，压力损失增大了，潜在地导致用于供给氧化剂气体的电力消耗的增加(例如，空气泵的电力消耗增加)。即使在这种情况下，通过并行供给氧化剂气体，压力损失减小了，由此能够降低电力消耗。
[0030]燃料电池还可以包括:第一氧化剂供给流路，其具有第一氧化剂气体主干流路和从第一氧化剂气体主干流路分支出的第三分支流路，并且第一氧化剂供给流路适于将氧化剂气体并行地供给到第一块的电池单元；第二集合流路，其用于收集已经经过第一块的电池单元的氧化剂气体；第二氧化剂供给流路，其具有第二氧化剂气体主干流路和从第二氧化剂气体主干流路分支出的第四分支流路，并且第二氧化剂供给流路适于将已经经过第一块的电池单元且已经被收集到第二集合流路的氧化剂气体并行地供给到第二块的电池单元；以及第二排出流路，其用于将已经经过第二块的电池单元的氧化剂气体从第二块排出到外部；沿着氧化剂气体的流动方向从上游侧起顺序地配置第一氧化剂供给流路、第一块、第二集合流路、第二氧化剂供给流路、第二块和第二排出流路；其中，能够节流氧化剂气体的节流部可以设置在位于第二集合流路的下游且位于第二氧化剂供给流路的上游的位置处，并且节流部的流路直径小于第一氧化剂气体主干流路的流路直径、第二氧化剂气体主干流路的流路直径、第三分支流路的流路直径、第四分支流路的流路直径、集合流路的流路直径和第二排出流路的流路直径。
[0031]由于第一块的电池单元的数目大于第二块的电池单元的数目，在第二块中消耗未在第一块中消耗的氧化剂气体，由此可以有效地利用氧化剂气体。此外，由于第二节流部的流路直径小于第一氧化剂气体主干流路的流路直径、第二氧化剂气体主干流路的流路直径、第三分支流路的流路直径、第四分支流路的流路直径、第二集合流路的流路直径和第二排出流路的流路直径，由此节流氧化剂气体，使得在第一块内的氧化剂气体的流动变得均匀，使得到第一块的电池单元的氧化剂气体的分布变得均匀。通过使得氧化剂气体流过的顺序为第一氧化剂供给流路(第一氧化剂气体主干流路和第三分支流路)、第一块、第二集合流路、第二节流部、第二氧化剂供给流路(第二氧化剂气体主干流路和第三分支流路)和第二块，能够减少燃料电池内的氧化剂气体的压力损失。
[0032]此处，除了燃料气体之外，还节流氧化剂气体。可以增加与燃料气体的限制对应的限制(可以增加与氧化剂气体的限制一样的燃料气体的限制)。由于增加了供给到第一块的电池单元的空气的流量，增强了冷却效果。由于已经从第一块抽取热的空气被供到温度很可能会降低的堆叠体两相反端部(节流部和第二块)，所以可以使得温度分布接近均匀分布。
[0033]发明的效果
[0034]本发明能够提供一种燃料分配均匀且燃料利用率提高的燃料电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是示出根据本发明的第一实施方式的燃料电池10的立体图。
[0036]图2是示出燃料电池单元40的侧视图。
[0037]图3是示出燃料电池单元40的立体图。
[0038]图4是示出燃料电池10的内部的示意图。
[0039]图5A是示出节流部13的一示例的示意性截面图。
[0040]图5B是示出节流部13的另一示例的示意性截面图。
[0041]图5C是示出节流部13的又一示例的示意性截面图。
[0042]图是示出节流部13的再一示例的示意性截面图。
[0043]图6A是示出节流部13的一示例的示意性平面图。
[0044]图6B是示出节流部13的另一示例的示意性平面图。
[0045]图6C是示出节流部13的又一示例的示意性平面图。
[0046]图6D是示出节流部13的再一示例的示意性平面图。
[0047]图7是示出根据第一实施方式的变型例的燃料电池IOa的内部的示意图。
[0048]图8是示出根据第二实施方式的燃料电池IOb的内部的示意图。
[0049]图9是示出根据第二实施方式的变型例的燃料电池IOc的内部的示意图。
[0050]图10是示出根据第三实施方式的燃料电池IOd的内部的示意图。
[0051]图11是示出根据第四实施方式的燃料电池IOe的内部的示意图。[0052]图12是示出根据第五实施方式的燃料电池70的内部的示意图。
[0053]图13是示出根据比较例I的燃料电池IOx的内部的示意图。
[0054]图14是示出根据比较例2的燃料电池IOy的内部的示意图。
[0055]图15是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0056]图16是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0057]图17是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0058]图18是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0059]图19是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0060]图20是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0061]图21是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
[0062]图22是示出燃料电池的层数与燃料利用率之间的关系的图表。
【具体实施方式】 [0063]接下来将参照【专利附图】
【附图说明】应用本发明的实施方式。本发明不限于以下实施方式，而可以在不背离本发明的技术范围的情况下采用各种形式具体化。
[0064](第一实施方式)
[0065]图1是示出根据本发明的第一实施方式的固体氧化物燃料电池10的立体图。固体氧化物燃料电池10是使用被供给到该固体氧化物燃料电池10的燃料气体(例如，氢气)和氧化剂气体(例如，空气(更具体地是，包含在空气中的氧气))来发电的装置，并且该固体氧化物燃料电池10具有第一块11、第二块12和节流部13。
[0066]顺序地堆叠第一块11、第二块12和节流部13，利用螺栓21、22 (22a至22d)和23(23a和23b)以及螺母35将第一块11、第二块12和节流部13固定在一起。因而，第一块
11、第二块12以及节流部13分别具有与螺栓21、22 (22a至22d)和23 (23a和23b)对应的通孔 31、32 (32a 至 32d)和 33 (33a 和 33b)。
[0067]在第一块11和第二块12中分别堆叠第一数目NI的燃料电池单元40和第二数目N2的燃料电池单元40，并且第一数目NI的燃料电池单元40和第二数目N2的燃料电池单元40串联地电连接。第二数目N2小于第一数目NI。第二块12利用未在第一块11中使用的燃料气体等来提高总燃料利用率等。
[0068]节流部13的流路直径小于稍后将说明的燃料气体流路24a和24c(第一燃料气体主干流路和第二燃料气体主干流路)的流路直径、燃料气体出口 27a和27c (第一分支流路和第二分支流路)的流路直径、燃料气体入口 26b和燃料气体流路24b (集合流路)的流路直径、以及燃料气体入口 26d和燃料气体流路24d (排出流路)的流路直径，并且该节流部13能够节流燃料气体(参照图4)。
[0069]也就是，节流部13的流路的有效截面积小于以下的任意一方:
[0070]?燃料气体流路24a和24c (第一燃料气体主干流路和第二燃料气体主干流路)的流路的截面积；
[0071].燃料气体出口 27a和27c (第一分支流路和第二分支流路)的流路的截面积；
[0072].燃料气体入口 26b和燃料气体流路24b (集合流路)的流路的截面积；以及
[0073].燃料气体入口 26d和燃料气体流路24d (排出流路)的流路的截面积。[0074]在这点上，通常，在某一燃料电池单元40中设置多个燃料气体出口 27a或27c或者设置多个燃料气体入口 26b或26d。在这种情况下，在燃料电池单元40中的多个流路(燃料气体出口 27a或27c或者燃料气体入口 26b或26d)的截面积的总和是燃料电池单元40的全体流路的截面积。
[0075]节流部13的流路的有效截面积是考虑到燃料气体出口 27b的流路的截面积和燃料气体入口 26c的流路的截面积的节流部13的流路的截面积，燃料气体通过燃料气体出口27b流到节流部13中，燃料气体通过燃料气体入口 26c从节流部13流出。将在稍后详细说明节流部13的结构。
[0076]图2和图3分别是燃料电池单元40的侧视图和立体图。如图2所示，燃料电池单元40是所谓的阳极支撑膜型(anode-support-membrane-type)燃料电池单元且具有互连器41和45、集电体42、框架部43以及单元主体44。
[0077]互连器41和45由上下一对导电的(例如，金属)板组成，用于确保燃料电池单元40之间的导电性且使得气体流路彼此分隔。在两个燃料电池单元40之间仅布置单个互连器(互连器的共用)。
[0078]集电体42确保了单元主体44 (阴极55)和互连器41之间的导电性并且由诸如SUS (不锈钢)的金属材料形成。
[0079]框架部43具有开口 46。气密地维持开口 46的内部并且该开口 46的内部被分成氧化剂气体流路47和燃料气体流路48。框架部43具有阴极框架51、绝缘框架52、分隔体(其外周部)53和阳极框架54。阴极框架51是布置在朝向氧化剂气体流路47的一侧的金属框架。绝缘框架52是用于使得互连器41和45彼此电绝缘的陶瓷框架。分隔体45是金属框架，单元主体44接合到该分隔体45并且该分隔体45使得氧化剂气体流路47和燃料气体流路48彼此分隔。阳极框架54是布置在朝向燃料气体流路48的一侧的金属框架。
[0080]框架部43具有分别与螺栓21、22 (22a至22d)和23 (23a和23b)对应的通孔31,32 (32a 至 32d)和 33 (33a 和 33b)。
[0081]单元主体44是阴极55、固体电解质56和阳极57的堆叠体。阴极55和阳极57分别布置在固体电解质56上的朝向氧化剂气体流路47的一侧和朝向燃料气体流路48的一侦U。可以使用钙钛矿型氧化物、贵金属以及贵金属和陶瓷的金属陶瓷形成阴极55。可以使用YSZ、Sc、SZ、SDC、⑶C、钙钛矿型氧化物等材料形成固体电解质56。可以使用Ni以及Ni和陶瓷的金属陶瓷形成阳极57。
[0082]如图3所示，在阴极框架51中，通过缺口 61来空间地连接通孔33 (33a和33b)和开口 46，由此使得氧化剂气体在通孔33 (33a和33b)和开口 46之间流动。在阳极框架54中，通过缺口 62来空间地连接通孔32 (32a至33d)和开口 46，由此使得燃料气体在通孔32 (32a至33d)和开口 46之间流动。
[0083]图4是示出固体氧化物燃料电池10的截面的示意图。如图4所示，分别经由通过螺栓22 (22a至22d)延伸的燃料气体流路24 (24a至24d)的燃料气体入口 26 (26b至26d)和燃料气体出口 27 (27a至27c)使得，从通孔32 (32a至33d)流入阳极框架54的开口 46 (燃料气体流路48)中的燃料气体从开口 46流出而流入通孔32 (32a至33d)中。分别经由通过螺栓23 (23a和23b)延伸的氧化剂气体流路25 (25a和25b)的氧化剂气体入口 28 (28b)和氧化剂气体出口 29 (29a)使得，从通孔33 (33a和33b)流入阴极框架51的开口 46 (氧化剂气体流路47)中的氧化剂气体从开口 46流出而流入通孔33 (33a和33b)中。
[0084]在第一块11和第二块12中，阴极框架51和阳极框架54可以彼此相同。相反,在第一块11和第二块12中，阴极框架51和阳极框架54可以彼此不同。也就是，燃料气体入口 26 (26b至26d)、燃料气体出口 27 (27a至27c)、氧化剂气体入口 28 (28a、28b)和氧化剂气体出口 29 (29a、29b)的配置与缺口 61和62的配置对应。通过采用这种配置，能够进一步确保开口 46内的气密性。
[0085]如图4所示，在本实施方式中，燃料气体顺序流过第一块11、节流部13和第二块
12。氧化剂气体被并行地供给到第一块11、节流部13和第二块12。
[0086]也就是，以与第一块11、第二块12和节流部13对应的方式配置燃料气体入口 26(26b至26d)、燃料气体出口 27 (27a至27c)、氧化剂气体入口 28 (28a和28b)和氧化剂气体出口 29 (29a和29b)。结果，可以规定燃料气体和氧化剂气体流过第一块11、第二块12和节流部13的顺序。
[0087]螺栓21是用于加压和固定第一块11、第二块12和节流部13的堆叠体的构件。
[0088]螺栓22 (22a至22d)是允许燃料气体流过的构件并且具有分别流过燃料气体的燃料气体流路24 (24a至24d)。螺栓23 (23a和23b)是使得氧化剂气体流过的构件并且具有分别流过氧化剂气体的氧化剂气体流路25 (25a和25b)。燃料气体流路24和氧化剂气体流路25是分别设置在螺栓22和23中的中空的孔。
[0089]螺栓22 (22a至22d)具有连接到燃料气体流路24 (24a至24d)的燃料气体入口26 (26b至26d)和燃料气体出口 27 (27a至27c)。燃料气体入口 26 (26b至26d)和燃料气体出口 27 (27a至27c)使得燃料气体通过它们流入和流出燃料气体流路24 (24a至24d)。螺栓23 (23a和23b)具有连接到氧化剂气体流路25 (25a和25b)的氧化剂气体入口 28 (28a和28b)和氧化剂气体流路29 (29a和29b)。氧化剂气体入口 28 (28a和28b)和氧化剂气体出口 29 (29a和29b)使得氧化剂气体流入和流出氧化剂气体流路25 (25a和25b)。燃料气体入口 26、燃料气体出口 27、氧化剂气体入口 28和氧化剂气体出口 29是形成在螺栓22和23的侧壁中的通孔，用于与燃料气体流路24和氧化剂气体流路25分别建立连通。
[0090]螺栓22a具有燃料气体流路24a和燃料气体出口 27a。燃料气体从外部流入燃料气体流路24a并且从燃料气体出口 27a (和缺口 62)并行地流出到第一块11的燃料电池单元40。燃料气体流路24a和燃料气体出口 27a分别用作第一燃料气体主干流路和第一分支流路。
[0091]螺栓22b具有燃料气体流路24b、燃料气体入口 26b和燃料气体出口 27b。燃料气体通过燃料气体入口 26b (和缺口 62)从第一块11的燃料电池单元40并行地流入燃料气体流路24b并且从燃料气体出口 27b (和缺口 62)流出到节流部13。燃料气体入口 26b和燃料气体流路24b共同地用作用于收集经过第一块11的燃料电池单元40的燃料气体的集合流路。
[0092]螺栓22c具有燃料气体流路24c、燃料气体入口 26c和燃料气体出口 27c。燃料气体通过燃料气体入口 26c (和缺口 62)从节流部13流入燃料气体流路24c中并且从燃料气体出口 27c (和缺口 62)并行地流出到第二块12的燃料电池单元40。燃料气体流路24c和燃料气体出口 27c分别用作第二燃料气体主干流路和第二分支流路。
[0093]螺栓22d具有燃料气体流路24d和燃料气体入口 26d。燃料气体通过燃料气体入口 26d (和缺口 61)从第二块12的燃料电池单元40流入燃料气体流路24d并且流出到外部。燃料气体入口 26d和燃料气体流路24d共同地用作用于将经过第二块12的燃料电池单元40的燃料气体排出到外部的排出流路。
[0094]螺栓23a具有氧化剂气体流路25a和氧化剂气体出口 29a。氧化剂气体从外部流入氧化剂气体流路25a并且从氧化剂气体出口 29a (和缺口 61)并行地流出到第一块11和第二块12的燃料电池单元40。氧化剂气体流路25a和氧化剂气体出口 29a分别用作第一氧化剂气体主干流路和从第一氧化剂气体主干流路分支出第三分支流路。
[0095]螺栓23b具有氧化剂气体流路25b和氧化剂气体入口 28b。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28b (和缺口 61)从第一块11和第二块12的燃料电池单元40并行地流入燃料气体流路24d并且流出到外部。氧化剂气体流路25b和氧化剂气体入口 28b共同地用作用于将经过第一块11和第二块12的燃料电池单元40的氧化剂气体排出到外部的氧化剂气体排出流路。
[0096]图5A至图是示出节流部13的示例截面的示意性截面图。图6A至图6D是示出与图5A至图对应的节流部13的示例平面的示意性平面图。在图5A和图6A中，节流部13的流路的截面积在节流部13的入口侧(朝向燃料气体出口 27b的一侧)大而在出口侧(朝向燃料气体入口 26c的一侧)小。在图5B和图6B中，节流部13的流路的截面积在节流部13的入口侧(朝向燃料气体出口 27b的一侧)小且在出口侧(朝向燃料气体入口 26c的一侦D大。在图5C和图6C中，节流部13的流路的截面积在节流部13的入口侧(朝向燃料气体出口 27b的一侧)和出口侧(朝向燃料气体入口 26c的一侧)小而在入口侧和出口侧之间的中间区域大。在图和图6D中，节流部13的流路的截面积在节流部13的入口侧(朝向燃料气体出口 27b的一侧)和出口侧(朝向燃料气体入口 26c的一侧)大而在入口侧和出口侧之间的中间区域小。
[0097]如图5A至图和图6A至图6D所示，节流部13的流路的截面积在入口侧(朝向燃料气体出口 27b的一侧)和出口侧(朝向燃料气体入口 26c的一侧)之间的至少某处减小。采用这种方式，无论流路的截面积小的位置在哪，都可以将该位置用作节流部13 ;具体地，截面积小的位置可以仅在入口侧，仅在出口侧，在入口侧和出口侧两者或者在中间区域中。
[0098]接下来，回来参照图4，将说明在本实施方式中的燃料气体的流动。在本实施方式中，燃料气体以(I)至(6)的如下顺序流动:
[0099](I)燃料气体流路24a (第一燃料气体主干流路)和燃料气体出口 27a (第一分支流路)；
[0100](2)第一块 11;
[0101](3)燃料气体入口 26b和燃料气体流路24b (集合流路)；
[0102](4)燃料气体出口 27b、节流部13和燃料气体入口 26d ；
[0103](5)燃料气体流路24c (第二燃料气体主干流路)和燃料气体出口 27c (第二分支流路)；以及
[0104](6)燃料气体入口 26d和燃料气体流路24d (排出流路)。
[0105]由于第一块11的燃料电池单元40的数目NI比第二块12的燃料电池单元40的数目N2大，所以在第二块12中消耗未在第一块11中消耗的燃料气体，由此能够有效地利用燃料气体。
[0106]此外，节流部13的流路直径小于燃料气体流路24a和24c (第一燃料气体主干流路和第二燃料气体主干流路)的流路直径、燃料气体出口 27a和27c (第一分支流路和第二分支流路)的流路直径、燃料气体入口 26b和燃料气体流路24b (集合流路)的流路直径、以及燃料气体入口 26d和燃料气体流路24d (排出流路)的流路直径，由此对燃料气体进行节流。结果，在第一块11内的燃料气体的流动变得均匀，使得燃料气体到第一块11的燃料电池单元40的分配变得均匀。
[0107]此外，燃料气体流过的顺序为第一块11、节流部13和第二块12，由此能够减少固体氧化物燃料电池10内的燃料气体的压力损失。
[0108]与将在稍后说明的比较例I (不具有节流部13的固体氧化物燃料电池IOx)和比较例2 (燃料气体流过的顺序为第一块11、第二块12和节流部13的固体氧化物燃料电池IOy)相比，能够确保良好的燃料利用率和均匀的燃料分配。
[0109](变型例I)
[0110]将说明第一实施方式的变型例I。图7是与图4对应并且示出了根据第一实施方式的变型例I的固体氧化物燃料电池IOa的示意图。固体氧化物燃料电池IOa具有第一块11、第二块12、节流部13以及螺栓22 (22e、22b和22d)和23 (23a和23c)。也就是，固体氧化物燃料电池IOa具有代替螺栓22a和22c的螺栓22e以及代替螺栓23b的螺栓23c。
[0111]螺栓22e具有燃料气体流路24e和24f、燃料气体入口 26f以及燃料气体入口 26e和27f。燃料气体从外部流入燃料气体流路24e并且从燃料气体出口 27e (和缺口 62)流出到第一块11。燃料气体通过`燃料气体入口 26f (和缺口 62)从节流部13流入燃料气体流路24f并且从燃料气体出口 27f (和缺口 62)流出到第二块12。采用这种方式，通过燃料气体的流入方向的变化，螺栓22e使得燃料气体从外部到第一块11的流入以及使得燃料气体从节流部13到第二块12的流入和流出成为可能。结果，能够减少螺栓22的数目。
[0112]螺栓23c具有氧化剂气体流路25c和氧化剂气体入口 28c。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28c (和缺口 61)从第一块11和第二块12流入氧化剂气体流路25c并且流出到外部。以此应对氧化剂气体的流出方向的变化。
[0113]采用这种方式，即使使用螺栓22e来代替螺栓22a和22c，与第一实施方式同样地，能够确保良好的燃料利用率和均匀的燃料分配。
[0114](燃料利用率和发电效率的定义)
[0115]将说明燃料利用率和发电效率的定义。燃料利用率Uf[%]是用于发电的燃料的量Al与供给的燃料的量AO的百分比并且可以由如下的公式(I)来定义。
[0116]Uf=Al/A0X100 …公式(I)
[0117]Al:用于发电的燃料的量
[0118]A0:供给的燃料的量
[0119]发电效率R[%]是发出的电力P与通过供给的燃料所拥有的燃烧能量E的百分比并且可以由如下的公式(2)定义。
[0120]R=P/EX100 …公式(2)
[0121]P:单位时间从供给的燃料发出的电力(输出)(W)[0122]E:单位时间供给的燃料所拥有的燃烧能量(W)
[0123]当燃料利用率Uf降低时，与用于发电所需的燃料量相比，要供给的燃料量大，使得便于维持燃料电池的性能(输出)。然而，由于未被用于发电而被排出的燃料增加，因此发电效率R降低。
[0124](第二实施方式)
[0125]将说明第二实施方式。图8是与图4对应并且示出了根据第二实施方式的固体氧化物燃料电池IOb的示意图。固体氧化物燃料电池IOb具有第一块11、第二块12、节流部13和14、以及螺栓22 (22e、22b、22d)和23 (23d至23g)。也就是，与前述变型例相比，本实施方式具有附加的节流部14以及代替螺栓23c和23b的螺栓23d至23g。
[0126]节流部14的流路直径小于氧化剂气体流路25d和25f (第一氧化剂气体主干流路和第二氧化剂气体主干流路)的流路直径、氧化剂气体出口 29d和29f (第一分支流路和第二分支流路)的流路直径、氧化剂气体入口 28e和氧化剂气体流路25e (集合流路)的流路直径、以及氧化剂气体入口 28g和氧化剂气体流路25g (排出流路)的流路直径，并且该节流部14能够节流氧化剂气体。
[0127]也就是，节流部14的流路的有效截面积小于以下任意一方:
[0128].氧化剂气体流路25d和25f (第一氧化剂气体主干流路和第二氧化剂气体主干流路)的流路的截面积；
[0129].氧化剂气体出口 29d和29f (第一分支流路和第二分支流路)的流路的截面积；
[0130].氧化剂气体入口 28e和氧化剂气体流路25e (集合流路)的流路的截面积；以及
[0131].氧化剂气体入口 28g和氧化剂气体流路25g (排出流路)的流路的截面积。
[0132]在这点上，通常，设置多个氧化剂气体出口 29d或29f以及多个氧化剂气体入口28e或28g ;因而，出口的截面积的总和入口的截面积的总和分别是出口的流路的截面积和入口的流路的截面积。
[0133]节流部14的流路的有效截面积是考虑到氧化剂气体出口 29e的流路的截面积和氧化剂气体入口 28f的流路的截面积的节流部14的流路的截面积，通过该氧化剂气体出口29e氧化剂气体流入节流部14,通过该氧化剂气体入口 28f氧化剂气体从节流部14流出。
[0134]螺栓23d具有氧化剂气体流路25d和氧化剂气体出口 29d。氧化剂气体从外部流入氧化剂气体流路25d并且从氧化剂气体出口 29d (和缺口 61)流出到第一块11。氧化剂气体流路25d和氧化剂气体出口 29d分别用作第一氧化剂气体主干流路和从第一氧化剂气体主干流路分支出的第一分支流路。
[0135]螺栓23e具有氧化剂气体流路25e、氧化剂气体入口 28e和氧化剂气体出口 29e。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28e (和缺口 62)从第一块11流入氧化剂气体流路25e中并且从氧化剂气体出口 29e (和缺口 61)流出到节流部14。氧化剂气体入口 28e和氧化剂气体流路25e共同地用作用于收集已经经过第一块11的燃料电池单元40的氧化剂气体的集合流路。
[0136]螺栓23f具有氧化剂气体流路25f、氧化剂气体入口 28f和氧化剂气体出口 29f。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28f (和缺口 61)从节流部13流入氧化剂气体流路25f中并且从氧化剂气体出口 29f (和缺口 61)流出到第二块12。氧化剂气体流路25f和氧化剂气体出口 29f分别用作第二氧化剂气体主干流路和从第二氧化剂气体主干流路分支出的第二分支流路。
[0137]螺栓23g具有氧化剂气体流路25g和氧化剂气体入口 28g。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28g (和缺口 61)从第二块12流入氧化剂气体流路25g中并且流出到外部。氧化剂气体入口 28g和氧化剂气体流路25g共同地用作用于将已经经过第二块12的燃料电池单元40的氧化剂气体排出到外部的排出流路。
[0138]在本实施方式中，氧化剂气体以(I)至(6)的如下顺序流动:
[0139](I)氧化剂气体流路25d (第一氧化剂气体主干流路)和氧化剂气体出口 29d (第一分支流路);
[0140](2)第一块 11;
[0141](3)氧化剂气体入口 28e和氧化剂气体流路25e (集合流路)；
[0142](4)氧化剂气体出口 29e、节流部14、氧化剂气体入口 28f ；
[0143](5)氧化剂气体流路25f (第二氧化剂气体主干流路)和氧化剂气体出口 29f (第二分支流路)；以及
[0144](6)氧化剂气体入口 28g和氧化剂气体流路25g (排出流路)。
[0145]节流部14的流路直径小于氧化剂气体流路25d和25f (第一氧化剂气体主干流路和第二氧化剂气体主干流路)的流路直径、氧化剂气体出口 29d和29f (第一分支流路和第二分支流路)的流路直径、氧化剂气体入口 26b和氧化剂气体流路24b (集合流路)的流路直径、以及氧化剂气体入口 26d和氧化剂气体流路24d (排出流路)的流路直径，由此该节流部14节流氧化剂气体。结果,在第一块11内的氧化剂气体的流动变得均勻，使得氧化剂气体到第一块11的燃料电池单元40的分配变得均匀。
[0146]此外，氧化剂气体流过的顺序为第一块11、节流部14和第二块12，由此能够减少在固体氧化物燃料电池10内的氧化剂气体的压力损失。
[0147](变型例2)
[0148]将说明第二实施方式的变型例2。图9是与图7对应并且示出了根据第二实施方式的变型例2的固体氧化物燃料电池IOc的示意图。固体氧化物燃料电池IOc具有第一块11、第二块12、节流部13和14以及螺栓22 (22e、22b和22d)和23 (23d、23h和23f)。也就是，固体氧化物燃料电池IOc具有螺栓22h以代替螺栓23e和23g。
[0149]螺栓23h具有氧化剂气体流路25h和251、氧化剂气体入口 28h和28i以及氧化剂气体出口 29h。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28h (和缺口 62)从第一块11流入氧化剂气体流路25h中并且从氧化剂气体出口 29h (和缺口 61)流出到节流部14。氧化剂气体通过氧化剂气体入口 28i (和缺口 62)从第二块12流入氧化剂气体流路25i中并且流出到外部。
[0150]采用这种方式，通过氧化剂气体流入方向的变化，螺栓23h使得氧化剂气体从第一块11到节流部14中的流入和从节流部14的流出成为可能，并且使得氧化剂气体从第二块12到外部的流入、流出成为可能。结果，能够减少螺栓23的数目。
[0151]采用这种方式，即使使用螺栓23h来代替螺栓23e和23g，与第二实施方式同样地，能够确保良好的燃料利用率和均匀的燃料分配。
[0152](第三实施方式)
[0153]将说明第三实施方式。图10是与图4对应并且示出了根据第三实施方式的固体氧化物燃料电池IOd的示意图。固体氧化物燃料电池IOd具有第一块11、第二块12、节流部13和14以及螺栓22 (22k至22η)和23 (23k至23η)。与第二实施方式同样地，燃料气体流过的顺序为第一块11、节流部13和第二块12。此外，氧化剂气体流过的顺序为第一块11、节流部14和第二块12。结果，与第二实施方式同样地，能够确保良好的燃料利用率和均匀的燃料分配。
[0154]在固体氧化物燃料电池IOd中，第一块11布置在第二块12和节流部13之间。结果，固体氧化物燃料电池IOd的温度分布能够接近均匀分布。
[0155]固体氧化物燃料电池IOd的中央部通过接收来自周围部分的焦耳热而可能具有高温。相比之下，由于热辐射导致固体氧化物燃料电池IOd的外周部的温度可能低于中央部的温度。此外，当低温气体被引入第一块11中，由于接收第一块11的焦耳热导致第二块12和节流部13中的气体温度上升。因此，通过温度不易上升的第一块11在固体氧化物燃料电池IOd的中央的配置以及第二块12和节流部13夹着第一块11的配置，使得固体氧化物燃料电池IOd的温度分布能够接近均匀分布。
[0156](第四实施方式)
[0157]将说明第四实施方式。图11是与图4对应并且示出了根据第四实施方式的固体氧化物燃料电池IOe的示意图。固体氧化物燃料电池IOe具有第一块11、第二块12、节流部13和14以及螺栓22 (22ο至22r)和23 (23ο至23r)。
[0158]在固体氧化物燃料电池IOe中，第一块11布置在第二块12和节流部13之间。结果，固体氧化物燃料电池IOe的温度分布能够接近均匀分布。第二块12和节流部13之间的位置关系与第三实施方式的位置关系颠倒。采用这种方式，第二块12和节流部13之间的位置关系可以竖直地颠倒。
[0159](第五实施方式)
[0160]将说明第五实施方式。图12是示出根据第五实施方式的固体氧化物燃料电池70的示意图。固体氧化物燃料电池70具有代替平板状的筒状并且具有第一块71、第二块72和节流部73。第一块71和第二块72中的每一方均具有多个筒状燃料电池单元S。在第二块72中的燃料电池单元S的数目N2小于在第一块71中的燃料电池单元S的数目NI。节流部73由流路85至87组成并且节流部73的流路直径小于流路81至84的流路直径、88和89的流路直径，并且该节流部73节流燃料气体。
[0161]燃料气体流过的顺序为流路81和82、第一块71、流路83和84、节流部73 (流路85至87)、流路88、第二块72和流路89。
[0162]省略对氧化剂气体流路的说明。与第一实施方式同样地，可以将氧化剂气体并行地供给到第一块71和第二块72。此外，与第二实施方式同样地，可以设置用于氧化剂气体的节流部以按照如下顺序供给氧化剂气体:第一块71、用于氧化剂气体的节流部和第二块72。
[0163]采用这种方式，即使当使用筒状燃料电池单元S以代替平板状燃料电池单元时，与第一实施方式和第二实施方式同样地，能够确保良好的燃料利用率和均匀的燃料分配。
[0164]筒状包含扁平的筒状。即使当使用扁平的筒状燃料电池单元S时，与第一实施方式和第二实施方式类似地，能够确保良好的燃料利用率和均匀的燃料分配。
[0165]在以上实施方式中，流路(燃料气体流路24 (24a至24d)和燃料气体流路25 (25a和25b))分别沿着螺栓22 (22a至22d)和23 (23a和23b)的中心轴形成在螺栓22 (22a至22d)和23 (23a和23b)中。也就是，使用形成有中空部(流路)的中空的螺栓。流路和螺栓之间的关系不限于此。代替中空的螺栓，可以使用未形成有中空部(流路)的固体螺栓，使得流路布置在螺栓的外部。例如，可以分别在通孔31和32与螺栓22和23之间形成流路(螺栓布置在流路内)。此外，流路可以与螺栓22和23分开布置。
[0166](比较例I)
[0167]图13是示出根据比较例I的固体氧化物燃料电池IOx的示意图。固体氧化物燃料电池IOx具有第一块11、第二块12以及螺栓22 (22s至22u)和23 (23s和23t)。也就是，固体氧化物燃料电池IOx不具有节流部13，并且燃料气体流过的顺序为第一块11和第二块 12。
[0168]由于比较例I不具有节流部13，具有高利用率的第一块11的气体分配不是均匀的，导致发电效率的恶化。
[0169](比较例2)
[0170]图14是示出根据比较例2的固体氧化物燃料电池IOy的示意图。固体氧化物燃料电池IOy具有第一块11、第二块12、节流部13以及螺栓22 (22a和22v至22x)和23 (23s和23t)。在比较例2中，燃料气体流过的顺序为第一块11、第二块12和节流部13。
[0171]由于节流部13的存在，使得在第一块11和第二块12两者中的压力上升。在比较例2中，由于节流部13布置在第二块12的下游，特别地，在第二块12中的压力上升(压力损失)可能变得过大。其原因在下面说明。
[0172]为了将燃料气体均匀地分配到第一块11和第二块12的每一方(第一块11和第二块12的燃料电池单元40)中(以满足分配性)，在第一块11和第二块12的每一方中的压力必须增大到一定程度。然而，为了满足第一块11中的分配性，如果第一块11中的压力经由节流部13而增大，则第二块12中的压力可能会增大到满足第二块12的分配性所需的水平以上。这是由于以下原因:在第二块12中的燃料电池单元40的数目(层数)N2小于在第一块11中的燃料电池单元40的数目(层数)NI。采用这种方式，存在以下可能性:在第二块12中的压力上升(压力损失)变得过大。
[0173]在第二块12内压力增加过大导致整个固体氧化物燃料电池10内的压力损失增力口。结果，燃料气体的泄漏增加，潜在地导致发电效率恶化。
[0174](示例)
[0175]接下来将说明燃料利用率与第一块11和第二块12的燃料电池单元40的数目NI和N2的组合之间的关系。
[0176]图15至图19是示出基于电流为65A状态下总燃料利用率为80%的情况下根据第一块11和第二块12的层数(燃料电池单元40的数目NI和N2)的组合计算的利用率的图表。图15至图19分别与总数目为30、20、19、18和10 (Nl+N2=30、20、19、18和10)的情况
相对应。
[0177]该图表示出了数目NI以及第一块11和第二块12的燃料利用率Yl和Y2。该图表还示出了数目NI和N2的可允许的范围的下限BLl至BL5和上限BHl和BH5。
[0178]在第一块11中的燃料利用率为70%以下的情况下，通过第一块11和第二块12的层数NI和N2分别规定下限BLl至BL5。在第一块11的燃料利用率为70%以上的情况下，第一块11的燃料利用率接近总燃料利用率(80%)，使得未获得关于燃料利用率特性的优越性。
[0179]下限BLl至BL5处的层数NI和N2如下。
[0180]图 15:N1=26, N2=4, Yl=69.3%, Υ2=34.8%
[0181]图 16:Ν1=17, Ν2=3, Υ1=68.0%, Υ2=37.5%
[0182]图 17:Ν1=16, Ν2=3, Υ1=67.4%, Υ2=38.7%
[0183]图 18:Ν1=15, Ν2=3, Υ1=66.7%, Υ2=40.0%
[0184]图 19:Ν1=8, Ν2=2, Υ1=64.0%, Υ2=44.4%
[0185]此时，“Ν2/(Ν1+Ν2)=0.133,0.150,0.158,0.167 和 0.200 ； ” 因而，可理解为 “Ν2/(Ν1+Ν2)”的下限可以是0.13。
[0186]在第二块12中的燃料利用率为70%以下的情况下，通过第一块11和第二块12的层数NI和Ν2分别规定上限BHl至ΒΗ5。在第二块11的燃料利用率为70%以上的情况下，第二块11的燃料利用率接近总燃料利用率(80%)，使得未获得关于燃料利用率特性的优越性。
[0187]上限BHl至ΒΗ5处的层数NI和Ν2如下。
[0188]图 15:Ν1=13, Ν2=17, Yl=34.7%, Υ2=69.4%
[0189]图 16:Ν1=9, Ν2=11, Υ1=36.0%, Υ2=68.8%
[0190]图 17:Ν1=8, Ν2=11, Υ1=33.7%, Υ2=69.8%
[0191]图 18:Ν1=8, Ν2=10, Υ1=35.6%, Υ2=69.0%
[0192]图 19:Ν1=5, Ν2=5, Υ1=40.0%, Υ2=66.7%
[0193]此时，“Ν2/(Ν1+Ν2)=0.567,0.550,0.579,0.556 和 0.500 ； ” 因而，可理解为 “Ν2/(Ν1+Ν2)”的上限可以是0.58。
[0194]图20至图22是示出在20层堆叠体中分别基于总燃料利用率为75%、80%和85%的情况下根据第一块11和第二块12的层数(燃料电池单元40的数目NI和Ν2)的组合计算的利用率的图表。
[0195]在下限BL6至BL8处的层数NI和Ν2如下。
[0196]图 20:Ν1=17, Ν2=3, Yl=63.8%, Υ2=31.0%
[0197]图 21:Ν1=17, Ν2=3, Υ1=68.0%, Υ2=37.5%
[0198]图 22:Ν1=17, Ν2=3, Υ1=72.3%, Υ2=45.9%
[0199]此时，“Ν2/(Ν1+Ν2) =0.150,0.150,0.150 ； ” 因而，“Ν2/ (Ν1+Ν2)” 的下限可以是0.150。
[0200]在上限ΒΗ6至ΒΗ8处的层数NI和Ν2如下。
[0201]图 20:Ν1=9, N2=ll, Yl=33.8%, Υ2=62.3%
[0202]图 21:Ν1=9, Ν2=11, Υ1=36.0%, Υ2=68.8%
[0203]图 22:Ν1=9, Ν2=11, Υ1=36.0%, Υ2=66.8%
[0204]此时，“Ν2/(Ν1+Ν2) =0.55、0.55、0.55 ; ” 因而，“Ν2/ (Ν1+Ν2) “的上限可以是0.55。
[0205](燃料电池的制造方法)
[0206]例如，能够以如下方法制造燃料电池10。[0207]( I)燃料电池单元40的制造
[0208]例如，通过钎焊等将框架部43安装到单元主体44。如图2所示，安装框架部43的单元主体44被夹持在互连器41和45之间用于它们的堆叠，制成燃料电池单元40。采用这种方式，制造了多个燃料电池单元40。
[0209](2)节流部13和14的制造
[0210]制造具有图5A至图和图6A至图6D示出的结构中的任意一种结构的节流部13和14。例如，将云母等的电绝缘板加工成预定形状、制成绝缘框架。此外，例如，SUS的板材被冲切成预定形状，制成互连器。制成的绝缘框架和互连器结合并堆叠在一起，制成节流部13 或 14。
[0211](3)第一块11和第二块12与节流部13或14的堆叠和固定
[0212]结合和堆叠多个制成的燃料电池单元40，制成第一块11和第二块12。此外，节流部13和节流部14中的至少一方与第一块11和第二块13相堆叠。
[0213]接下来，借助于螺栓21至23和螺母35将处于堆叠状态下的第一块11、第二块12与节流部13和节流部14中的至少一个一起固定,制成图1等中示出的固体氧化物燃料电池10。
[0214]可以将一对未示出的端板(集电板)布置成固体氧化物燃料电池10的顶层和底层。在这种情况下，可以借助于螺栓21至23和螺母35将处于堆叠状态下的该对端板、第一块
11、第二块12以及节流部13和14 一起固定。
[0215](其它实施方式)
[0216]本发明不限于以上实施方式，而可以以扩展或变型的方式实现，并且这种扩展或变型的实施方式被包含在本发明的技术范围内。
[0217]附图标记的说明
[0218]10:固体氧化物燃料电池
[0219]11:第一块
[0220]12:第二块
[0221]13、14:节流部
[0222]21 ?23:螺栓
[0223]24:燃料气体流路
[0224]25:氧化剂气体流路
[0225]26:燃料气体入口
[0226]27:燃料气体出口
[0227]28:氧化剂气体入口
[0228]29:氧化剂气体出口
[0229]31、32:通孔
[0230]33:通孔
[0231]35:螺母
[0232]40:燃料电池单元
[0233]41、45:互连器
[0234]42:集电体[0235]43:框架部
[0236]44:单元主体
[0237]45:分隔体
[0238]46:开口
[0239]47:氧化剂气体流路
[0240]48:燃料气体流路
[0241]51:阴极框架
[0242]52:绝缘框架
[0243]54:阳极框架
[0244]55:阴极
[0245]56:固体电解质
[0246]57:阳极
[0247]61、62:缺口
【权利要求】
1.一种燃料电池，其包括: 第一块，所述第一块具有第一数目的电池单元； 第一燃料供给流路，所述第一燃料供给流路具有第一燃料气体主干流路和从所述第一燃料气体主干流路分支出的第一分支流路，并且所述第一燃料供给流路适于将燃料气体并行地供给到所述第一块的电池单元； 集合流路，所述集合流路用于收集已经经过所述第一块的各电池单元的燃料气体； 第二块，所述第二块具有第二数目的电池单元，所述第二数目小于所述第一数目； 第二燃料供给流路，所述第二燃料供给流路具有第二燃料气体主干流路和从所述第二燃料气体主干流路分支出的第二分支流路，并且所述第二燃料供给流路适于将已经经过所述第一块的各电池单元且已经被收集到所述集合流路中的燃料气体并行地供给到所述第二块的各电池单元；以及 排出流路，所述排出流路用于将已经经过所述第二块的各电池单元的燃料气体从所述第二块排出到外部； 沿着所述燃料气体的流动方向从上游侧起顺序地配置所述第一燃料供给流路、所述第一块、所述集合流路、所述第二燃料供给流路、所述第二块和所述排出流路； 所述燃料电池的特征在于，能够节流所述燃料气体的节流部设置在位于所述集合流路的下游且位于所述第二燃 料供给流路的上游的位置处，并且所述节流部的流路直径小于所述第一燃料气体主干流路的流路直径、所述第二燃料气体主干流路的流路直径、所述第一分支流路的流路直径、所述第二分支流路的流路直径、所述集合流路的流路直径和所述排出流路的流路直径。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，满足关系式N2/(N1+N2≤ 0.58，其中，NI是所述第一数目，N2是所述第二数目。
3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，满足关系式N2/(N1+N2)≥0.13，其中，NI是所述第一数目，N2是所述第二数目。
4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一块布置在所述第二块和所述节流部之间，并且所述第一块与所述第二块和所述节流部热传导地接触。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于， 所述电池单元均采用平板状的形式，并且 所述第一块和所述第二块中的每一方均是沿着电池单元的厚度方向堆叠的电池单元的堆叠体。
6.根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于， 所述节流部具有与所述电池单元的平面形状外形对应的外形，并且所述节流部与所述电池单元沿着堆叠方向堆叠在一起。
7.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括: 第一氧化剂供给流路，所述第一氧化剂供给流路具有第一氧化剂气体主干流路和从所述第一氧化剂气体主干流路分支出的第三分支流路，并且所述第一氧化剂供给流路适于将氧化剂气体并行地供给到所述第一块的电池单元和所述第二块的电池单元；以及 氧化剂气体排出流路，所述氧化剂气体排出流路用于将已经经过所述第一块的各电池单元和所述第二块的各电池单元的氧化剂气体从所述第一块和所述第二块排出到外部。
8.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池还包括: 第一氧化剂供给流路，所述第一氧化剂供给流路具有第一氧化剂气体主干流路和从所述第一氧化剂气体主干流路分支出的第三分支流路，并且所述第一氧化剂供给流路适于将氧化剂气体并行地供给到所述第一块的各电池单元； 第二集合流路，所述第二集合流路用于收集已经经过所述第一块的各电池单元的氧化剂气体； 第二氧化剂供给流路，所述第二氧化剂供给流路具有第二氧化剂气体主干流路和从所述第二氧化剂气体主干流路分支出的第四分支流路，并且所述第二氧化剂供给流路适于将已经经过所述第一块的各电池单元且已经被收集到所述第二集合流路的氧化剂气体并行地供给到所述第二块的电池单元；以及 第二排出流路，其用于将已经经过所述第二块的各电池单元的氧化剂气体从所述第二块排出到外部； 沿着所述氧化剂气体的流动方向从上游侧起顺序地配置所述第一氧化剂供给流路、所述第一块、所述第二集合流路、所述第二氧化剂供给流路、所述第二块和所述第二排出流路； 其中，能够节流所述氧化剂气体的第二节流部设置在位于所述第二集合流路的下游且位于所述第二氧化剂供给流路的上游的位置处，并且所述第二节流部的流路直径小于所述第一氧化剂气体主干流路的流路直径、所述第二氧化剂气体主干流路的流路直径、所述第三分支流路的流路直径、所述第四分支流路的流路直径、所述第二集合流路的流路直径和所述第二排出流路的流路·直径。
【文档编号】H01M8/12GK103828113SQ201280044995
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月14日 优先权日:2011年9月16日
【发明者】藤堂佑介, 伊藤洋介, 柴田昌宏 申请人:日本特殊陶业株式会社
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