专利名称：燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池，该燃料电池具有布置在隔板之间的多个电解质电极组件。每个电解质电极组件包括阳极、阴极以及布置在该阳极和阴极之间的电解质。
背景技术：
通常，固体氧化物燃料电池(SOFC)使用离子导电固体氧化物(例如稳定氧化锆)电解质。该电解质布置在阳极和阴极之间，从而形成电解质电极组件。该电解质电极组件布置在隔板(双极板)之间，且电解质电极组件和隔板组成用于发电的燃料电池单元。将预定数量的燃料电池堆叠在一起，从而形成燃料电池组。
在燃料电池中，含氧气体或空气被供给到阴极。含氧气体中的氧在阴极和电解质之间的交界面处离子化，且氧离子(O2-)通过电解质而朝着阳极运动。燃料气体(例如含氢气体或CO)供给阳极。氧离子与含氢气体中的氢反应以便产生H2O，或者与CO反应以便产生CO2。在反应中释放的电子通过外部电路流向阴极，从而产生直流(DC)电流。
通常，固体氧化物燃料电池在800℃至1000℃范围内的高温下工作。固体氧化物燃料电池利用高温废热来进行内部重整，以便产生燃料气体，并通过使燃气轮机旋转而产生电力。固体氧化物燃料电池的吸引人之处在于它与其它种类的燃料电池相比具有最高的发电效率，且除了与燃气轮机组合使用之外，它在车辆中的潜在用途也日益受到关注。
稳定氧化锆具有较低的离子导电性。因此，由稳定氧化锆形成的电解质隔膜必须很薄，从而使得氧离子平滑穿过电解质隔膜，以便提高发电性能。不过，为了保持足够的机械强度，稳定氧化锆的电解质隔膜不能太薄。因此，很难在固体氧化物燃料电池中使用稳定氧化锆隔膜来产生较大电力。
为了解决该问题，日本专利公报特开No.6-310164(现有技术1)公开了一种固体氧化物燃料电池系统。在该固体氧化物燃料电池系统中，各自具有较小表面面积的多个单元电池(unit cell)布置在各金属隔板上，且燃料气体供给孔和含氧气体供给孔形成于各单元电池的中心。现有技术1提供了具有改进可靠性的燃料电池系统，其中，在隔板上的电池的总表面面积较大，且基底不会破裂。
在现有技术1中，电池布置在薄隔板之间，且隔板和电池交替堆叠以便形成燃料电池组。因此，隔板的刚性较低。因为与电池厚度相对应的较大空间形成于隔板的外周区域之间，隔板的外周区域可能变形，因此可能发生气体泄漏。因此，不能保持所需的发电性能。
而且，日本专利公报特开No.4-26068(现有技术2)公开了另一种燃料电池系统。如图17中所示，在该燃料电池系统中，单元电池1布置在一对隔板2之间，各隔板2包括一对金属薄板3、4。板3、4与布置在板3、4之间的缘板5连接在一起。缘板5遮蔽在板3、4之间的外周区域。气体通道7形成于板3、4之间的内部区域6中。板4具有较小通孔8，用于向阳极供给燃料气体或者向阴极供给含氧气体。
在该燃料电池系统中，较小孔8形成于隔板2的板4上。具有平坦表面的板4与单元电池1接触，且在板4和单元电池1之间没有任何空隙。因此，在隔板1和单元电池1之间的压力均匀。即，压力均匀施加给单元电池1的整个表面。
不过，在现有技术2中，间隙9形成于隔板2的外周区域之间。因此，当燃料电池组例如通过螺栓而紧固时，压力不能均匀施加在隔板2的整个表面上。因此，燃料电池组可能会不希望地变形。因此，压力不能施加在单元电池1的整个表面上。当单元电池1损坏时，可能由于密封失效而发生气体泄漏。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种燃料电池，该燃料电池包括多个电解质电极组件，并具有紧凑和简单的结构，其中，含氧气体可靠地供给燃料电池，且压力均匀施加在电极表面上。
根据本发明，用于夹住电解质电极组件的各隔板包括堆叠在一起的第一板和第二板。
用于向电解质电极组件的阳极供给燃料气体的燃料气体通道以及用于向电解质电极组件的阴极供给含氧气体的含氧气体通道形成于第一和第二板之间。
第一隆起形成于第一板上，第二隆起形成于第二板上。该第一隆起和第二隆起彼此离开地凸出，以便在第一隆起和第二隆起之间形成含氧气体通道。第一板包括在第一隆起相对侧上的第一外部凸起和第一内部凸起。第二板包括在第二隆起相对侧上的第二外部凸起和第二内部凸起。第一外部凸起和第一内部凸起与第一隆起相反地凸出，且第二外部凸起和第二内部凸起与第二隆起相反地凸出，这样，第一外部凸起和第二外部凸起彼此接触，且第一内部凸起和第二内部凸起彼此接触。在含氧气体通道空间周围，第一外部凸起和第二外部凸起彼此接触，且第一内部凸起和第二内部凸起彼此接触。因此，燃料电池在含氧气体通道空间周围的刚性良好。当隔板沿燃料电池的堆叠方向被紧固时，压力均匀施加在电极表面上，且含氧气体通道的空间不会变形。因此能够均匀地将含氧气体供给各电解质电极组件，并使燃料电池获得所需的发电性能。而且，有效提高了在第一板和第二板之间的密封特性。
第一隆起与第一板形成一体，并环绕第一板的弯曲外部延伸。第二隆起与第二板形成一体，并环绕第二板的弯曲外部延伸。第一外部凸起和第一内部凸起与第一板形成一体。第二外部凸起和第二内部凸起与第二板形成一体。因此，第一板和第二板的刚性如所希望地得以提高，且能够减小用于形成第一板和第二板的步骤数目。
形成于其中一块隔板的第一板上的第一隆起与形成于另一隔板的第二板上的第二隆起接触，以便在隔板之间形成端部封闭的废气通道。
含氧气体通道和废气通道只通过第一隔板和第二隔板而形成。因此，燃料电池的制造简单。因为含氧气体通道和废气通道并不需要专用管道等，因此燃料电池的部件数目较小。而且，因为在第一隔板的第一隆起和第二隔板的第二隆起之间形成空隙，因此第一隆起和第二隆起的高度可以较小。当在压力下形成第一板和第二板时，用于各第一隆起、第二隆起、第一和第二外部凸起以及第一和第二内部凸起的拉伸量较少。因此，第一板和第二板能够形成为具有很高的精度。
而且，用于密封含氧气体通道的密封件形成于其中一块隔板的第一板上形成的第一隆起和在另一隔板的第二板上形成的第二隆起之间。因此，压力均匀施加在密封件上。通过该简单的结构，能够进行可靠密封。
电解质电极组件沿环绕隔板中心的至少一个圆来布置。因此，含氧气体供给各电解质电极组件，并均匀地进行发电，且有效减小了燃料电池的尺寸。
通过下面的说明并结合附图，可以更清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点，附图中，通过示例实例表示了本发明的优选实施例。
图1是示意表示通过堆叠多个本发明第一实施例的燃料电池而形成的燃料电池组的立体图；图2是表示燃料电池组的一部分的剖视图；图3是示意表示包括燃料电池组的燃气轮机的视图；图4是燃料电池的分解立体图；图5是表示燃料电池的一部分以及燃料电池的工作的立体图；图6是表示燃料电池组的局部省略的剖视图；图7是表示燃料电池的隔板的分解立体图；图8是表示燃料电池的一部分的放大立体图；图9是表示隔板的一个板的正视图；图10是表示隔板的另一板的正视图；图11是表示燃料电池的工作的视图；图12是表示燃料电池的一部分的放大立体图，其中，第一和第二外部凸起以及第一和第二内部凸起的位置改变；
图13是示意表示本发明第二实施例的燃气轮机的剖视图，该燃气轮机包括相对较小燃料电池组；图14是表示该燃气轮机的正视图；图15是示意表示本发明第三实施例的燃气轮机的剖视图，该燃气轮机包括相对较大燃料电池组；图16是表示该燃气轮机的正视图；以及图17是表示普通燃料电池(现有技术2)的分解立体图。
具体实施例方式
图1是示意表示通过堆叠多个本发明第一实施例的燃料电池10而形成的燃料电池组12的立体图；而图2是表示燃料电池组12的一部分的剖视图。
燃料电池10是用于固定和移动设备的固体氧化物燃料电池(SOFC)。例如，燃料电池10安装在车辆上。在图3中所示的第一实施例中，燃料电池组12用于燃气轮机14中。在图3中，燃料电池组12的形状与图1和2中所示的不同，不过，结构基本相同。
燃料电池组12布置在燃气轮机12的壳体16中。燃烧器18布置在燃料电池组12的中心。燃料电池组12将废气朝向燃烧器18排入腔室20内，该废气是燃料气体和含氧气体在反应后的混合气体。腔室20沿废气流动方向(如箭头X所示)而变窄。热交换器22在沿流动方向前端处布置成在外部环绕腔室20。而且，涡轮(动力涡轮)24布置在腔室20的前端。压缩机(compressor)26和发电机28与涡轮24同轴连接。燃气轮机14整体具有轴对称结构。
涡轮24的排放通道30与热交换器22的第一通道32连接。压缩机26的供给通道34与热交换器22的第二通道36连接。空气通过与第二通道36连接的热空气入口通道38而供给燃料电池组12的外周表面。
如图1所示，燃料电池组12通过沿由箭头A表示的堆叠方向堆叠多个燃料电池10而形成。各燃料电池10为具有弯曲外部的盘形。凸缘40a、40b分别在沿堆叠方向的相对端处布置在最外部燃料电池10的外侧。燃料电池10和凸缘40a、40b通过多个(例如8个)紧固螺栓42而紧固在一起。在燃料电池组12的中心形成圆形燃料气体供给孔44。燃料气体供给孔44具有在凸缘40a处的底部，且沿由箭头A所示的方向延伸(见图2)。
多个(例如4个)排放通道46环绕燃料气体供给孔44而形成。各排放通道46具有在凸缘40b处的底部，并沿由箭头A表示的方向从凸缘40b伸出。凸缘40a、40b分别通过布置在凸缘40a、40b和端板97a、97b之间的绝缘体板98a、98b而与端板97a、97b绝缘。输出端子48a、48b分别从端板97a、97b伸出。
如图4和5所示，燃料电池10包括电解质电极组件56。各电解质电极组件56包括阴极52、阳极54和布置在阴极52和阳极54之间的电解质(电解质板)50。电解质50由离子导电固体氧化物例如稳定氧化锆而形成。电解质电极组件56有相对较小的圆形盘形状。
多个(例如16个)电解质电极组件56布置在一对隔板58之间，以便形成燃料电池10。电解质电极组件56沿内圆P1和外圆P2来布置，该内圆P1和外圆P2与形成于隔板58中心处的燃料气体供给孔44同心。内圆P1经过8个内部电解质电极组件56的中心，而外圆P2经过8个外部电解质电极组件56的中心(见图4)。
各隔板58包括堆叠在一起的多个(例如两个)板60、62。各板60、62例如由不锈合金形成，弯曲外部部分60a、62a分别形成在板60、62上(见图7和8)。
如图6、7和9所示，肋63a环绕板(第一板)60的中心布置，以便形成燃料气体供给孔44和4个排放通道46。板60具有环绕各排放通道46的4个内部隆起64a。内部隆起64a朝着板(第二板)62凸出。板60具有环绕燃料气体供给孔44的凸起65a。凸起65a沿与内部隆起64a相反的方向离开板62凸出。
外部隆起66a环绕板60上的燃料气体供给孔44而径向向外形成。燃料气体通道67形成于内部隆起64a和外部隆起66a内部。燃料气体通道67通过燃料气体分配通道67a而与燃料气体供给孔44连接。各燃料气体分配通道67a沿由箭头B表示的方向(即垂直于堆叠方向)沿隔板58表面在排放通道之间延伸，用于连接燃料气体供给孔44和燃料气体供给通道67。
外部隆起66a包括多个第一壁68a和第二壁70a，各第一壁68a和第二壁70a分别径向向外延伸预定距离。第一壁68a和第二壁70a交替形成。如图9所示，各第一壁68a延伸至内圆P1，该内圆P1是经过8个内部电解质电极组件56的中心的虚拟线。各第二壁70a延伸至外圆P2，该外圆P2是经过8个外部电解质电极组件56的中心的虚拟线。8个内部电解质电极组件56沿内圆P1布置，而8个外部电解质电极组件56沿外圆P2布置。
在第一壁68a的各端部和在第二壁70a的各端部处形成三个含氧气体入口78。含氧气体入口78形成为穿过板60。板60具有第一凸台80，该第一凸台80朝着沿内圆P1和外圆P2布置的电解质电极组件56凸出，并与它们接触。
如图6、8和9所示，第一弯曲周向隆起(第一隆起)83a沿弯曲外部60a而形成于板60上。第一周向隆起83a的形状与弯曲外部60a相同，并离开板62凸出。外部凸起(第一外部凸起)85a和内部凸起(第一内部凸起)87a以预定间隔布置在第一周向隆起83a的相对侧，以便彼此相对。
如图6、7和10所示，对着肋63a的肋63b环绕板62的中心布置。板62具有朝着板60凸出的4个内部隆起64b以及离开板60凸出的凸起65b。当板60、62连接在一起时，穿过凸起65a、65b(该凸起65a、65b彼此离开地凸出)延伸的空间形成燃料气体供给孔44。
朝着板60的外部隆起66a凸出的外部隆起66b形成于板62上。内部隆起64a与内部隆起64b接触，外部隆起66a与外部隆起66b接触，以便在板60和板62之间形成燃料气体通道67。燃料气体通道67通过燃料气体分配通道67a而与燃料气体供给孔44连接。外部隆起66b包括多个第一壁68b和第二壁70b，各第一壁68b和第二壁70b分别径向向外延伸预定距离。第一壁68b和第二壁70b交替形成。
而且，板62具有第二凸台86，该第二凸台86朝着沿内圆P1和外圆P2布置的电解质电极组件56凸出并与它们接触。与第一凸台80相比，第二凸台86的尺寸较小(高度和直径)。燃料气体入口88形成为穿过板62。燃料气体入口88与燃料气体通道67连接。
用于沿内圆P1定位8个电解质电极组件56以及沿外圆P2定位8个电解质电极组件56的凸起81布置在板62上。对于各电解质电极组件56都形成至少三个凸起81。在第一实施例中，例如形成三个凸起81用于定位一个电解质电极组件56。当电解质电极组件56定位在凸起81内部时，在凸起81和电解质电极组件56之间有一定间隙。凸起81的高度大于第二凸台86的高度(见图6)。
如图6、8和10所示，第二周向隆起(第二隆起)83b沿弯曲外部62a形成于板62上。第二周向隆起83b的形状与弯曲外部62a相同，并离开板60凸出。外部凸起(第二外部凸起)85b和内部凸起(第二内部凸起)87b以预定间隔布置在第二周向隆起83b的相对侧，以便彼此相对。
燃料气体通道67由在板60和板62之间的内部隆起64a、64b和外部隆起66a、66b包围。含氧气体通道82形成于在板60和板62之间的外部隆起66a、66b的外部(见图11)。含氧气体通道82与形成于板60上的含氧气体入口78连接。
如图6所示，隔板58具有绝缘体密封件90，用于密封燃料气体供给孔44。绝缘体密封件90通过将陶瓷板布置在或将陶瓷热喷射在板60的凸起65a或板62的凸起65b上而形成。板60的第一周向隆起83a以及板62的第二周向隆起83b彼此离开地凸出，并在第一周向隆起83a和第二周向隆起83b之间形成作为含氧气体通道82的一部分的空间。由陶瓷等形成的绝缘体密封件92通过夹在第一周向隆起83a和第二周向隆起83b之间或通过热喷射而布置在第一周向隆起83a上或第二周向隆起83b上。
如图5和6所示，电解质电极组件56布置在其中一块隔板58的板60和另一隔板58的板62之间。具体地说，在电解质电极组件56外部的板60和板62具有朝着电解质电极组件56凸出的第一凸台80和第二凸台86，用于夹住电解质电极组件56。
如图11所示，通过燃料气体入口88而与燃料气体通道67连接的燃料气体流动通道94形成于电解质电极组件56和隔板58的板62之间。而且，通过含氧气体入口78而与含氧气体通道82连接的含氧气体流动通道96形成于电解质电极组件56和在相对侧上的另一隔板58的板60之间。燃料气体流动通道94的开口尺寸取决于第二凸台86的高度。含氧气体流动通道96的开口尺寸取决于第一凸台80的高度。燃料气体的流速小于含氧气体的流速。因此，第二凸台86的尺寸小于第一凸台80的尺寸。
如图6所示，燃料气体通道67与穿过隔板58的凸起65a、65b延伸的燃料气体供给孔44相连。含氧气体通道82和燃料气体通道67形成于隔板58内的相同区域上。含氧气体通道82通过在隔板58的板60、62的第一和第二周向隆起83a、83b之间的空间而通向外部。
沿堆叠方向堆叠的各隔板58具有第一凸台80和第二凸台86，用于夹住电解质电极组件56。第一凸台80和第二凸台86起到集电器的作用。板60的外部隆起66a与板62的外部隆起66b接触，且板60的内部隆起64a与板62的内部隆起64b接触，用于沿箭头A所示方向连续连接燃料电池10。
如图1和2所示，燃料电池10沿箭头A所示方向进行堆叠。端板97a、97b在相对端堆叠在最外侧燃料电池10上。绝缘体板98a、98b分别堆叠在端板97a、97b的外侧，而凸缘40a、40b分别堆叠在绝缘体板98a、98b的外侧。凸缘40a、40b在与板60、62的弯曲外部60a、62a的向内曲线相对应的位置处具有孔100a、100b。紧固螺栓42插入该孔100a、100b中。各紧固螺栓42拧入螺母104中，用于以合适的力将燃料电池10紧固在一起。
下面将介绍燃料电池组12的工作。
在装配燃料电池10时，板60和板62连接在一起，以便形成隔板58。具体地说，如图6所示，板60的外部隆起66a和内部隆起64a通过钎焊而与板62的外部隆起66b和内部隆起64b连接，且环形绝缘体密封件90例如通过热喷射而环绕燃料气体供给孔44布置在板60或板62上。而且，曲线形的绝缘体密封件92例如通过热喷射而布置在板60的第一周向隆起83a上或板62的第二周向隆起83b上。
这样形成的隔板58具有在板60和板62之间的相同区域上的燃料气体通道67和含氧气体通道82。燃料气体通道67通过燃料气体分配通道67a而与燃料气体供给孔44连接，而在弯曲外部60a和弯曲外部62a之间的含氧气体通道82通向外部。
这样，电解质电极组件56布置在一对隔板58之间。如图4和5所示，16个电解质电极组件56布置在其中一块隔板58的板60和另一隔板58的板62之间。8个电解质电极组件56沿内圆P1布置，且8个电解质电极组件56沿外圆P2布置。
设置有三个凸起81，用于定位各电解质电极组件56。电解质电极组件56布置在三个凸起81的内侧。板60的第一凸台80以及板62的第二凸台86朝着凸起81内部的电解质电极组件56凸出并与它接触。
如图11所示，含氧气体流动通道96形成于电解质电极组件56的阴极52和板60之间。含氧气体流动通道96通过含氧气体入口78而与含氧气体通道82连接。燃料气体流动通道94形成于电解质电极组件56的阳极54和板62之间。燃料气体流动通道94通过燃料气体入口88而与燃料气体通道67连接。废气通道106形成于隔板58之间，用于将废气(燃料气体和含氧气体在反应后的混合气体)导向排放通道46。
如上述装配的多个燃料电池10沿箭头A所示方向进行堆叠，以便形成燃料电池组12(见图1和2)。
燃料气体例如含氢气体供给凸缘40b的燃料气体供给孔44，且含氧气体例如空气在压力下从燃料电池10的外部供给。供给燃料气体供给孔44的燃料气体沿箭头A所示的堆叠方向而流动，并供给形成于燃料电池10的各隔板58中的燃料气体分配通道67a(见图6)。
如图5所示，燃料气体沿外部隆起66a、66b的第一壁68a、68b和第二壁70a、70b而流过燃料气体通道67。燃料气体通过形成于第一壁68a、68b和第二壁70a、70b端部(即在与电解质电极组件56的阳极54的中心区域相对应的位置)的燃料气体入口88而流入燃料气体流动通道94中。供给到燃料气体流动通道94的燃料气体从阳极54的中心区域向外流动(见图11)。
含氧气体从外部供给各燃料电池10。含氧气体供给形成于各隔板58中并在板60和板62之间的含氧气体通道82。供给含氧气体通道82的含氧气体从含氧气体入口78流入含氧气体流动通道96，并从电解质电极组件56的阴极的中心区域向外流动(见图5和图11)。
因此，在各电解质电极组件56中，燃料气体供给阳极54的中心区域，并从阳极54的中心区域向外流动。同样，含氧气体供给阴极52的中心区域，并从该阴极52的中心区域向外流动。氧离子通过电解质50而从阴极52通向阳极54，以便通过电化学反应来发电。
电解质电极组件56夹在第一凸台80和第二凸台86之间。因此，第一凸台80和第二凸台86作为集电器。燃料电池10沿箭头A所示的堆叠方向串联电连接。电流可以从输出端子48a、48b输出。即使某些电解质电极组件56发生供电故障，燃料电池组12也可以通过其它电解质电极组件56来供电。因此，能够可靠地进行发电。
在燃料气体和含氧气体反应之后，废气通过在隔板58之间的废气通道106而从电解质电极组件56的中心区域向外运动，并流向隔板58的中心。废气流入形成于隔板58的中心附近的4个排放通道46(作为废气歧管)内，并从排放通道46向外排出。
在第一实施例中，具有相对较小直径的多个(例如16个)圆形电解质电极组件56布置在一对隔板58之间。因此，电解质电极组件56能够很薄，且电阻极化减小。而且，温度分布较小，并防止了由于热应力产生的损害。因此，燃料电池10的发电性能得到有效提高。
而且，8个内部电解质电极组件56沿内圆P1布置，且8个外部电解质电极组件56沿外圆P2布置。内圆P1和外圆P2与位于隔板58中心的燃料气体供给孔44同心。8个外部电解质电极组件56布置成与8个内部电解质电极组件56并不径向对齐。换言之，内部电解质电极组件56和外部电解质电极组件56分别沿内圆P1和外圆P2而交替布置。
电解质电极组件56可以紧密地布置在隔板58之间。因此，整个燃料电池10可以做得紧凑，同时保持所需的发电性能。
在第一实施例中，如图6所示，第一周向隆起83a形成于隔板58的板60的弯曲外部60a上，且第二周向隆起83b形成于隔板58的板62的弯曲外部62a上。第一周向隆起83a和第二周向隆起83b彼此离开地凸出，以便在第一周向隆起83a和第二周向隆起83b之间形成空间，作为含氧气体通道82。板60包括在第一周向隆起83a的相对侧上的外部凸起85a和内部凸起87a。板62包括在第二周向隆起83b的相对侧上的外部凸起85b和内部凸起87b。
外部凸起85a和外部凸起85b彼此接触，内部凸起87a和内部凸起87b彼此接触。因此，第一周向隆起83a和第二周向隆起83b的刚性良好。
因此，当燃料电池10沿由箭头A所示的方向堆叠，且隔板58通过螺栓42而沿燃料电池10的堆叠方向紧固时，如图1所示，压力均匀施加在隔板58的表面上，并保持第一周向隆起83a和第二周向隆起83b之间的空间形状。
因为在第一周向隆起83a和第二周向隆起83b之间的空间(作为含氧气体通道82的一部分)不会变形，因此可以均匀地将含氧气体供给各电解质电极组件56，并获得所需的燃料电池10的发电性能。而且，因为第一周向隆起83a和第二周向隆起83b并不变形，因此有效提高了隔板58的密封特性。
因为第一周向隆起83a和第二周向隆起83b分别环绕整个弯曲外部60a、62a而形成。因此，不会发生含氧气体泄漏。有效提高了板60、62的刚性。因此，可靠地保持了板60、62的密封特性。
形成于其中一块隔板58上的第一周向隆起83a与形成于相邻隔板58上的第二周向隆起83b接触，以便形成与排放通道46连接的废气通道106。废气通道106的端部(外周区域)由第一周向隆起83a和第二周向隆起83b封闭。含氧气体通道82和废气通道106只通过隔板58的板60、62而形成。因此，燃料电池10的制造简单。由于含氧气体通道82和废气通道106并不需要专用管道等，因此燃料电池10的部件数目较少，且用于形成板60、62的步骤数目可以减少。
而且，因为在第一周向隆起83a和第二周向隆起83b之间形成空间，因此，第一周向隆起83a和第二周向隆起83b的高度可以较小。换言之，当在压力下形成板60、62时，各第一周向隆起83a、第二周向隆起83b、外部凸起85a、85b和内部凸起87a、87b的拉伸量都较小。因此，板60、62可以形成为具有很高的精度。
因为外部凸起85a、85b和内部凸起87a、87b例如通过钎焊连接，因此这些部件可以电连接，以便形成电路。
在第一实施例中，外部凸起85a、85b和内部凸起87a、87b分别布置在第一和第二周向隆起83a、83b的相对侧上，以便彼此相对。不过，外部凸起85a、85b和内部凸起87a、87b也可以采用其它结构。例如，在图12中所示的燃料电池10a中，外部凸起85a、85b和内部凸起87a、87b以之字形布置在第一和第二周向隆起83a、83b的相对侧。
下面简要介绍用于图3所示的燃气轮机14中的燃料电池组12的操作。
如图3所示，当燃气轮机14开始工作时，燃烧器18提供能量以便使涡轮24旋转，并向压缩机26和发电机28提供能量。压缩机26用于引导外部空气进入供给通道34。空气被增压并加热至预定温度(例如200℃)，并供给到热交换器22的第二通道36。
作为燃料气体和含氧气体在反应后的混合气体的热废气供给到热交换器22的第一通道32，用于加热供给热交换器22的第二通道36的空气。加热的空气流过热空气供给通道38，并从外部供给燃料电池组12的燃料电池10。这样，通过燃料电池10来进行发电，且通过燃料气体和含氧气体的反应而产生的废气排入壳体16中的腔室20内。
这时，从燃料电池(固体氧化物燃料电池)10中排放的废气的温度较高，在800℃至1000℃的范围内。废气使涡轮24旋转，用于通过发电机28来发电。废气供给热交换器22，用于加热外部空气。因此，并不需要使用燃烧器18来使涡轮24旋转。
在800℃至1000℃范围内的热废气可以用于使供给燃料电池组12的燃料进行内部重整。因此，各种燃料例如天然气、丁烷和汽油可以用于内部重整。
图13是示意表示本发明的第二实施例的燃气轮机120的剖视图，该燃气轮机包括相对较小燃料电池组12a；图14是表示燃气轮机120的正视图。与第一实施例的燃气轮机14相同的结构元件以相同附图标记表示，并省略对它们的说明。同样，在后面所述的第三实施例中，与第一实施例的燃气轮机14相同的结构元件以相同附图标记表示，并省略对它们的说明。
在燃气轮机120的壳体122中，8个燃料电池组12a以45°间隔环绕燃烧器18布置。各燃料电池组12a由盖124覆盖，且热空气供给通道126形成于盖124内。
如上所述，在燃气轮机120的壳体122中，8个燃料电池组12a以45°间隔环绕燃烧器18布置。因此，产生较大电动势，同时燃气轮机120的总长度较短。
图15是示意表示本发明第三实施例的燃气轮机130的剖视图，该燃气轮机130包括相对较大的燃料电池组12b，图16是表示燃气轮机130的正视图。
在燃气轮机130中，4个燃料电池组12b以90°间隔沿壳体132的第一圆布置，而4个燃料电池组12b以90°间隔沿壳体132的第二圆布置。第一圆沿由箭头X表示的壳体132轴向与第二圆间开预定距离。沿第一圆布置的4个燃料电池组12b的方向与沿第二圆布置的燃料电池组12b偏离45°。因此，燃料电池组12b不会彼此接触。各燃料电池组12b由盖134来覆盖，且热空气供给通道136形成于盖134的内部。
在燃气轮机130中，4个燃料电池组12b以90°间隔沿第一圆布置，而另外4个燃料电池组12b以90°间隔沿第二圆布置。沿第一圆的燃料电池组12b的方向与沿第二圆布置的燃料电池组12b偏离45°。因此，较大数目(8个)的、具有相对较大尺寸的燃料电池组12b可以布置在燃气轮机130中，用于提高发电效率。燃气轮机130的外周尺寸不会很大，从而燃气轮机130很紧凑。
在第一至第三实施例中，燃料电池组12、12a、12b用在燃气轮机14、120和130中。不过，燃料电池组12、12a、12b能够使用在其它设备中。例如，燃料电池组12、12a、12b可以安装在车辆上。
根据本发明的燃料电池，第一外部凸起和第二外部凸起彼此接触，且第一内部凸起和第二内部凸起环绕含氧气体通道的空间而彼此接触。因此，燃料电池在含氧气体通道空间周围的刚性良好。当隔板沿燃料电池的堆叠方向紧固时，压力均匀施加在电极表面上，且含氧气体通道的空间不会变形。可以均匀地将含氧气体施加在各电解质电极组件上，并获得所需的燃料电池的发电性能。而且，有效提高了在第一板和第二板之间的密封特性。
尽管已经参考优选实施例具体表示和介绍了本发明，但是本领域技术人员应当知道，在不脱离由附加权利要求确定的本发明精神和范围的情况下，可以对它们进行变化和改变。
权利要求
1.一种燃料电池，包括一对隔板(58)和布置在所述隔板(58)之间的电解质电极组件(56)，所述各电解质电极组件(56)包括阳极(54)、阴极(52)和布置在所述阳极(54)和所述阴极(52)之间的电解质(50)，其中各所述隔板(58)包括堆叠在一起的第一板(60)和第二板(62)；用于向所述阳极(54)供给燃料气体的燃料气体通道(67)以及用于向所述阴极(52)供给含氧气体的含氧气体通道(82)形成于所述第一和第二板(60、62)之间；第一隆起(83a)形成于所述第一板(60)上，第二隆起(83b)形成于所述第二板(62)上，所述第一隆起(83a)和所述第二隆起(83b)彼此离开地凸出，以便在所述第一隆起(83a)和所述第二隆起(83b)之间形成所述含氧气体通道(82)；所述第一板(60)包括在所述第一隆起(83a)相对侧上的第一外部凸起(85a)和第一内部凸起(87a)；所述第二板(62)包括在所述第二隆起(83b)相对侧上的第二外部凸起(85b)和第二内部凸起(87b)；所述第一外部凸起(85a)和所述第一内部凸起(87a)与所述第一隆起(83a)相反地凸出，且所述第二内部凸起(85b)和所述第二外部凸起(87b)与所述第二隆起(83b)相反地凸出，这样，所述第一外部凸起(85a)和所述第二外部凸起(85b)彼此接触，且所述第一内部凸起(87a)和所述第二内部凸起(87b)彼此接触。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于所述第一隆起(83a)与所述第一板(60)形成一体，并环绕所述第一板(60)的弯曲外部(60a)延伸；所述第二隆起(83b)与所述第二板(62)形成一体，并环绕所述第二板(62)的弯曲外部(62a)延伸；所述第一外部凸起(85a)和所述第一内部凸起(87a)与所述第一板(60)形成一体；以及所述第二外部凸起(85b)和所述第二内部凸起(87b)与所述第二板(62)形成一体。
3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于形成于其中一块所述隔板(58)的所述第一板(60)上的所述第一隆起(83a)与形成于另一所述隔板(58)的所述第二板(62)上的所述第二隆起(83b)接触，以便在所述隔板(58)之间形成端部封闭的废气通道(106)。
4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于用于密封所述含氧气体通道(82)的密封件(92)形成在其中一块所述隔板(58)的所述第一板(60)上形成的所述第一隆起(83a)和在另一所述隔板(58)的所述第二板(62)上形成的所述第二隆起(83b)之间。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于所述电解质电极组件(56)沿与所述隔板(58)中心轴线同心的至少一个圆来布置。
全文摘要
用于夹住多个电解质电极组件(56)的各隔板(58)包括一对板(60、62)。燃料气体通道(67)和含氧气体通道(82)形成于板(60、62)之间。第一和第二周向隆起(83a、83b)成一体形成于板(60、62)的弯曲外部上，以便彼此离开地凸出。而且，外部凸起(85a、85b)和内部凸起(87a、87b)成一体形成于第一和第二周向隆起(83a、83b)的相对侧上，以便彼此相对地凸出。
文档编号H01M8/24GK1679193SQ0382051
公开日2005年10月5日 申请日期2003年8月27日 优先权日2002年8月28日
发明者角田正 申请人:本田技研工业株式会社