專利名稱：燃料電池模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池模塊。
背景技術：
燃料電池一般通過使用氫和氧作為燃料來產生電能。燃料電池是環(huán)境友好的，且能夠實現(xiàn)高能量效率，使得燃料電池作為未來的能量供給源被廣泛地研究和開發(fā)。一般地，燃料電池具有通過將多個單體電池堆疊而構造的燃料電池組，因此產生大量的電力。日本專利申請公開N0.2007-59377 (JP-A-2007-59377)描述了一種改質器集成類型燃料電池，在該燃料電池中改質器布置在燃料電池組的上部部分上。在此技術中，氧化劑氣體在反應劑氣體分配構件內流動，因此被供給到每個單體電池的下端。相比之下，根據(jù)在JP-A-2007-59377中描述的技術，在堆疊了多個單體電池的燃料電池組內，散熱量在位于燃料電池組在電池堆疊的方向上的中心部分處的單體電池和位于燃料電池組在堆疊方向上的端部處的單體電池之間變化。因此，可能出現(xiàn)燃料電池組在堆疊方向上的溫度差異，即在中心部分內溫度相對高、而在端部內溫度相對低。如果在燃料電池組內出現(xiàn)這樣的溫度差異，則發(fā)電效率可能下降。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種能夠降低燃料電池組內的溫度差異的燃料電池模塊。燃料電池模塊的第一方面在外殼中包括:燃料電池組，所述燃料電池組通過堆疊多個單體電池而形成，所述單體電池使用氧化劑氣體和燃料氣體發(fā)電；以及氧化劑氣體分配構件，所述氧化劑氣體分配構件被布置在所述燃料電池組的在所述單體電池的堆疊方向上延伸的側表面處，所述氧化劑氣體分配構件在從所述單體電池中的每個單體電池的一端向另一端的方向上延伸，并且，在通過所述氧化劑氣體分配構件在所述單體電池的從所述一端向所述另一端的方向上供給用于所述單體電池的發(fā)電的所述氧化劑氣體之后，所述氧化劑氣體分配構件將所述氧化劑氣體供給到每個單體電池的所述另一端。氧化劑氣體分配構件包括熱交換抑制部，與所述單體電池和所述燃料電池組中的其它部分中的所述氧化劑氣體之間的熱交換相比，所述熱交換抑制部抑制所述單體電池和在所述燃料電池組的在所述單體電池的堆疊方向上的端部中的至少一個端部中的所述氧化劑氣體之間的熱交換。根據(jù)以上所述的方面，可以抑制被布置在燃料電池組的在單體電池的堆疊方向上的端部中的至少一個端部處的單體電池的熱量被傳遞到氧化劑氣體。由于此效果，變得可降低燃料電池組內在單體電池的堆疊方向上的溫度差異。在以上所述的方面中，熱交換抑制部可包括高流阻部，所述高流阻部在所述氧化劑氣體分配構件的在所述單體電池的堆疊方向上的端部中的至少一個端部中比在所述氧化劑氣體分配構件中的其它部分中具有更高的流阻。在以上所述的方面中，高流阻部可以是所述氧化劑氣體分配構件的一部分，所述氧化劑氣體分配構件的所述一部分的橫截面面積小于其它部分的橫截面面積。
在以上所述的方面中，高流阻部可以是所述氧化劑氣體分配構件的一部分，閉塞構件被插入到所述氧化劑氣體分配構件的所述一部分中。在以上所述的方面中，高流阻部可形成在所述氧化劑氣體分配構件的在所述單體電池的堆疊方向上的端部中的至少一個端部中。在以上所述的方面中，熱交換抑制部可具有絕熱構件，所述絕熱構件被布置在所述氧化劑氣體分配構件的內壁表面或外壁表面上。在以上所述的方面中，絕熱構件可被布置在所述氧化劑氣體分配構件的在所述單體電池的堆疊方向上的端部中的至少一個端部中。在以上所述的方面中，燃料電池模塊可進一步包括改質器，所述改質器被布置在每個單體電池的所述一端處，并且所述改質器具有使改質水蒸發(fā)的蒸發(fā)部。所述蒸發(fā)部可以形成在所述改質器的在所述單體電池的堆疊方向上的端部中的一個端部處。所述熱交換抑制部可以被至少布置在所述氧化劑氣體分配構件的設置有所述蒸發(fā)部的一側上。根據(jù)此方面，可抑制被布置在燃料電池組的設置有蒸發(fā)部的端部處的燃料電池的熱量被傳遞到氧化劑氣體。由于此效果，變得可以降低燃料電池組內在單體電池的堆疊方向上的溫度差異。在以上所述的方面中，燃料電池模塊可進一步包括燃燒部，所述燃燒部被布置在所述單體電池的所述一端和所述改質器之間，并且所述燃燒部使用在所述單體電池的發(fā)電中剩下未使用的氧化劑廢氣來燃燒在所述單體電池的發(fā)電中剩下未使用的燃料廢氣。根據(jù)以上所述的方面，變得可以提供一種可降低燃料電池組內的溫度差異的燃料電池模塊。


本發(fā)明的特征、優(yōu)點和技術和工業(yè)重要性將參考附圖在對本發(fā)明的示例實施例的如下詳細描述中進行描述，其中相同的附圖標號表示相同的元件，并且其中:圖1是單體電池的部分透視圖，該部分透視圖包括單體電池的橫截面；圖2A是透視圖，在該透視圖中示出燃料電池組的一部分，以便圖示燃料電池組；圖2B是圖2A中示出的集電器的俯視圖；圖3A是從一側觀察的透視圖，用于描述改質器、歧管和端子，燃料電池組被固定到所述歧管；圖3B是從另一側觀察的透視圖，用于描述改質器、歧管和端子，燃料電池組被固定到所述歧管；圖4是用于描述改質器的細節(jié)的透視圖；圖5是用于描述根據(jù)第一實施例的燃料電池模塊的總體結構的截面視圖；圖6A是氧化劑氣體分配構件和改質器的抽取出來的透視圖；圖6B是氧化劑氣體分配構件的透視圖；圖7A和圖7B是氧化劑氣體分配構件的截面視圖；圖8A是根據(jù)第一實施例的第一改型的氧化劑氣體分配構件的透視圖；圖8B是根據(jù)第一實施例的第二改型的氧化劑氣體分配構件的透視圖；圖SC是根據(jù)第一實施例的第三改型的氧化劑氣體分配構件的透視圖9A是根據(jù)第二實施例的氧化劑氣體分配構件的透視圖；圖9B是氧化劑氣體分配構件的熱交換抑制部和所述氧化劑氣體分配構件的鄰近熱交換抑制部的一部分的、從上端打開部分側觀察的截面視圖；圖9C是配備有閉塞構件的氧化劑氣體分配構件的熱交換抑制部和所述氧化劑氣體分配構件的鄰近熱交換抑制部的一部分的、從上端打開部分側觀察的截面視圖；圖1OA是根據(jù)第二實施例的第一改型的氧化劑氣體分配構件的透視圖；圖1OB是根據(jù)第二實施例的第二改型的氧化劑氣體分配構件的透視圖；并且圖11是用于描述根據(jù)第三實施例的燃料電池模塊的總體構造的截面視圖。
具體實施例方式下面將描述本發(fā)明的實施例。首先，將描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的燃料電池模塊。圖1是單體電池10的部分透視圖，該部分透視圖包括單體電池10的橫截面視圖。如在圖1中所示，所述單體電池10整體上具有扁平的柱形形狀。在具有透氣性的導電支承件11內，形成有多個燃料氣體通路12，所述燃料氣體通路12在單體電池10的軸線的方向上延伸通過單體電池10。燃料電極13、固體電解質14和氧電極15以此次序被堆疊在所述導電支承件11的外周的兩個側表面中的一個側表面上。在與氧電極15相對的另一個側表面上，設置有互連器17，結合層16位于所述互連器17下方。P型半導體層18設置在所述互連器17的頂部上。包含氫的燃料氣體被供給到所述燃料氣體通路12，使得氫被供給到所述燃料電極13。另一方面，含有氧的氧化劑氣體被供給到單體電池10的周圍。通過在氧電極15和燃料電極13處發(fā)生的如下電極反應而發(fā)電。發(fā)電反應在例如600°C至1000°C的溫度下發(fā)生。氧電極:l/202+2e_ — 02_ (固體電解質)；燃料電極:02_ (固體電解質)+H2 — H20+2e_所述氧電極15的材料具有耐氧化性，且是多孔的，使得氣態(tài)氧將到達所述氧電極15和所述固體電解質14之間的界面。所述固體電解質14具有使氧離子O2-從氧電極15遷移到燃料電極13的功能。所述固體電解質14由傳導氧離子的氧化物構成。此外，所述固體電解質14在氧化性氣氛中是穩(wěn)定的，并且在還原性氣氛中也是穩(wěn)定的，且固體電解質14由緊湊的材料構成，以便將燃料氣體和氧化劑氣體物理上分離。所述燃料電極13由在還原性氣氛中穩(wěn)定的且對于氫具有親和力的多孔材料形成。設置了互連器17，以便將單體電池10相互串聯(lián)電連接，且所述互連器17由緊湊的材料構成，以將燃料氣體和含氧氣體物理上分離。例如，所述氧電極15由對于電子和正離子兩者高度傳導的鈷酸鑭基的鈣鈦礦型的復合氧化物等形成。固體電解質14例如由對于離子高度傳導的含有Y2O3的氧化鋯(ZrO2)(YSZ)等形成。燃料電極13例如由對于電子是高度傳導的Ni與含有Y2O3的ZrO2 (YSZ)的混合物形成?；ミB器17例如由LaCrO3與堿土氧化物的固溶物形成。對于這些材料，使用熱膨脹系數(shù)相互類似的材料。圖2A是透視圖，在該透視圖中燃料電池組20的一部分被示出，以便圖示燃料電池組20。在燃料電池組20中，多個單體電池10被堆疊成一排。在此情況中，單體電池10被堆疊成使得單體電池10的氧電極15側面向相鄰的單體電池10的互連器17側。
集電器30被布置在單體電池10之間。集電器30將相鄰的單體電池10串聯(lián)地電連接。圖2B是示出了集電器30的一個示例的俯視圖。集電器30包括如下部件作為基本部件:第一集電器片31，第一集電器片31接觸兩個相鄰的單體電池10中的一個單體電池10的氧電極15 ;第二集電器片32，第二集電器片32從所述單體電池10中的所述一個單體電池10對角地延伸到所述兩個相鄰的單體電池10中的另一個單體電池10 ;第三集電器片33，第三集電器片33接觸所述單體電池10中的所述另一個單體電池10的互連器17 ;和第四集電器片34，第四集電器片34從所述單體電池10中的所述另一個單體電池10對角地延伸到所述單體電池10中的所述一個單體電池10。第二集電器片32的兩個相對端中的一端連接到第一集電器片31，且第二集電器片32的另一端連接到第三集電器片33。第四集電器片34的兩個相對端中的一端連接到第三集電器片33，且第四集電器片34的另一端連接到第一集電器片31。多個這樣的基本部件在單體電池10的軸向方向上相互鏈接，以形成集電器30。第二集電器片32和第四集電器片34每個具有彎曲部(在第一實施例中為兩個彎曲部)。由于彎曲部，第二集電器片32和第四集電器片34執(zhí)行作為彈簧的功能。由于彈簧結構，集電器30具有緊密附接到單體電池10的特性和跟隨單體電池10的變形的特性。此夕卜，由于彈簧結構，在第一集電器片31和第三集電器片33之間形成了空間，集電器30具有通風特性。圖3A和圖3B是用于描述改質器40、歧管50和端子的透視圖，其中燃料電池組20固定到歧管50。兩個燃料電池組20被布置在歧管50上，且改質器40被布置在燃料電池組20上方。兩個燃料電池組20并排布置，使得兩個燃料電池組20的單體電池10的堆疊方向大體上相互平行。順便提及的是，固定到歧管50的燃料電池組20的數(shù)量不被限制。改質器40在兩個燃料電池組20中的一個燃料電池組的上方、在單體電池10的堆疊方向上延伸，并且在另一個燃料電池組20上方、在單體電池10的堆疊方向上延伸，且兩個延伸的端部被互連，以形成大體上U形形狀。如在圖3B中所示，改質器40的出口開口和歧管50的入口開口通過燃料氣體管路60互連。如在圖3A中所示，第一端子70在單體電池10的堆疊方向上布置在兩個燃料電池組20中的一個燃料電池組20的正端部上。第二端子71在單體電池10的堆疊方向上布置在另一個燃料電池組20的負端部上。如在圖3B中所示，所述一個燃料電池組20的負端部和所述另一個燃料電池組20的正端部通過第三端子72串聯(lián)地電連接。當負載被電連接到第一端子70和第二端子71時，負載可被供給由燃料電池組20發(fā)出的電力。圖4是用于描述改質器40的細節(jié)的透視圖。改質器40具有如下結構，其中輸入口構件41、蒸發(fā)部42、加熱部43和改質部44以此次序從入口開口側被連接起來。輸入口構件41被供給烴基燃料和改質水。在此使用的烴基燃料例如可以是煤氣(城市燃氣)。在第一實施例中，輸入口構件41具有雙管結構。改質水被引入到輸入口構件41的內管，且烴基燃料被弓I入到內管和外管之間的空間。蒸發(fā)部42是如下的空間，在該空間中，通過利用將在下文中描述的燃料廢氣的燃燒熱來蒸發(fā)改質水。在第一實施例中，輸入口構件41的內管延伸到蒸發(fā)部42。被引入到輸入口構件41的改質水從輸入口構件41的內管的遠端流出，且在蒸發(fā)部42內蒸發(fā)。此后，改質水(蒸汽)流入到加熱部43中。被引入到輸入口構件41的烴基燃料流入到蒸發(fā)部42中，然后流入到加熱部43中。加熱部43是如下的空間，在該空間中，改質水和烴基燃料被燃料廢氣的燃燒熱加熱。例如，陶瓷球被封閉在加熱部43內。改質部44是如下的空間，在該空間中進行改質水和烴基燃料的蒸汽改質反應。例如，陶瓷球被封閉在改質部44內，諸如N1、Ru、Rh、Pt等的改質催化劑被涂布到上述陶瓷球。圖5是用于描述根據(jù)第一實施例的燃料電池模塊200的總體構造的截面視圖。燃料電池模塊200布置在外殼80中，所述外殼80具有雙壁，該雙壁形成流動通道，氧化劑氣體在該流動通道中流動。布置在歧管50的下部部分中的下絕熱構件81和布置在單體電池10的堆疊方向上的側絕熱構件82限定了空間，在所述空間中容納了在圖3A和圖3B中示出的燃料電池組20、改質器40、歧管50等。順便提及的是，在第一實施例中，第一內絕熱構件83布置在將在下文中描述的氧化劑氣體分配構件100和單體電池10之間。此外，第二內絕熱構件84布置在單體電池10和側絕熱構件82之間。在第一實施例中，改質器40側處的單體電池10被定義為在上方，且在歧管50側處的單體電池10被定義為在下方。外殼80的氧化劑氣體入口開口設置在外殼80的底表面處。氧化劑氣體進入氧化劑氣體盒，即外殼80的底部部分，且流過形成在外殼80處的側流動通道，然后在燃料電池組20上方流動。此后，氧化劑氣體向下流入布置在兩個燃料電池組20之間的氧化劑氣體分配構件100，然后從燃料電池組20的下端被供給到燃料電池組20。如在上文中參考圖3A和圖3B所述，燃料氣體從歧管50被供給到單體電池10的燃料氣體通路12中。因此，在每個單體電池10中進行發(fā)電。在單體電池10內還未被用于發(fā)電的燃料氣體(燃料廢氣)和在單體電池10內還未被用于發(fā)電的氧化劑氣體(氧化劑廢氣)在單體電池10的上端處匯合。因為燃料廢氣含有還未被用于發(fā)電的可燃物例如氫等，所以燃料廢氣可通過利用氧化劑廢氣內含有的氧被燃燒。在第一實施例中，在單體電池10的上端和改質器40之間的部分被稱為燃燒部90。在燃燒部90處產生的燃燒熱量被用于改質器40內的改質反應。由于燃燒熱，改質器40內的改質反應被加速。在燃燒部90內燃燒之后，燃料廢氣和氧化劑廢氣(下文中稱為“燃燒廢氣”)流入到燃燒廢氣分配通道內。燃燒廢氣分配通道包括:第一燃燒廢氣分配通道85，第一燃燒廢氣分配通道85形成在氧化劑氣體分配構件100和改質器40之間；和第二燃燒廢氣分配通道86，第二燃燒廢氣分配通道86形成在側絕熱構件82和改質器40之間。已通過第一燃燒廢氣分配通道85的燃燒廢氣被供給到上燃燒廢氣通道87，上燃燒廢氣通道87形成在外殼80的內壁的上表面和改質器40的上表面之間。此后，燃燒廢氣向下流過側燃燒廢氣通道88，側燃燒廢氣通道88形成在側絕熱構件82和外殼80之間。已通過第二燃燒廢氣分配通道86的燃燒廢氣流到側燃燒廢氣通道88內，且向下流過此側燃燒廢氣通道88。在流過側燃燒廢氣通道88之后，燃燒廢氣流入到形成在下絕熱構件81和氧化劑氣體盒之間的廢氣盒內。此后，廢氣從燃料電池模塊200排出。圖6A是氧化劑氣體分配構件100和改質器40的抽取出來的透視圖。在第一實施例中，氧化劑氣體分配構件100布置在外殼80中，以便被夾在位于兩個燃料電池組20中的一個燃料電池組20上方的改質器40的一部分和位于兩個燃料電池組20中的另一個燃料電池組20上方的改質器40的一部分之間。氧化劑氣體分配構件100的上端部分從改質器40向上突出，且連接到流動通道，所述流動通道用于將氧化劑氣體供給到外殼80的上部部分。氧化劑氣體分配構件100的下端延伸到單體電池10的附近。圖6B是氧化劑氣體分配構件100的透視圖。氧化劑氣體分配構件100具有扁平的盒形，且具有中空的空間。所述中空的空間用作流動通道，氧化劑氣體流過所述流動通道。在下文中，所述中空空間被稱為氧化劑氣體分配通道。氧化劑氣體分配構件100的上端部分具有開口部分，氧化劑氣體通過所述開口部分流入氧化劑氣體分配構件100中。在第一實施例中，在氧化劑氣體分配構件100的上端部分處的開口部分在氧化劑氣體分配構件100的整個上端部分上方延伸。氧化劑氣體分配構件100的面向兩個燃料電池組20的側壁的下端部分具有多個氧化劑氣體出口開口 101，所述多個氧化劑氣體出口開口 101沿單體電池10的堆疊方向以預定間隔形成。從氧化劑氣體出口開口 101排出的氧化劑氣體被供給到每個單體電池10的下端部分。特別地，氧化劑氣體分配構件100的氧化劑氣體通道是如下的流動通道，該流動通道將氧化劑氣體沿改質器40、燃燒部90和單體電池10的一端(上端)以此次序供給到單體電池10的另一端(下端)，然后氧化劑氣體被供給到每個單體電池10的下端。氧化劑氣體分配構件100設置有熱交換抑制部110。與其它單體電池10和氧化劑氣體之間的熱交換相比，熱交換抑制部110抑制了在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體和在燃料電池組20的在單體電池10的堆疊方向上的至少一個端部(在下文中稱為“單體電池端部”)中的單體電池10之間的熱交換。在第一實施例中，熱交換抑制部110抑制了布置在設置有蒸發(fā)部42的一側處的單體電池端部和在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體之間的熱交換。熱交換抑制部110設置在預定區(qū)域上，該預定區(qū)域從在蒸發(fā)部42側處的單體電池10的上端延伸到下端，且也在單體電池10的堆疊方向上延伸。圖7A是在單體電池10的豎直方向上(在其軸線方向上)截取的氧化劑氣體分配構件100的截面視圖。在第一實施例中，熱交換抑制部110設置有作為絕熱構件起作用的絕熱片111。絕熱片111布置為在單體電池10的堆疊方向上、在氧化劑氣體分配構件100的內壁表面上延伸，即，在單體電池10的堆疊方向上、從內壁表面的一端向另一端延伸。絕熱片111抑制了布置在設置有蒸發(fā)部42的端部處的單體電池端部和在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體之間的熱交換。順便提及的是，如在圖7B中所示，絕熱片111也可布置在氧化劑氣體分配構件100的外壁表面上。在此使用的絕熱片111例如可以是陶瓷片，該陶瓷片的熱導率低于金屬的熱導率?？捎米鹘^熱片111的材料的陶瓷的示例包括Zr02、Si3N4、Si02、Al2O3 等。一般地，燃料電池組20的單體電池端部的溫度傾向于低于其它單體電池10的溫度。這是因為單體電池端部10的散熱高于其它單體電池10的散熱。然而，在此燃料電池模塊200內，絕熱片111抑制了熱量從單體電池端部向在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體的傳遞。由于此效應，可降低燃料電池組20內在單體電池10的堆疊方向上的溫
度差異。此外，蒸發(fā)部42的溫度在改質器40中變得特別地低，這是由于改質水的蒸發(fā)潛熱的效果和所供應的改質水或城市燃氣的溫度的效果，所述溫度大致上等于室溫。在根據(jù)第一實施例的燃料電池模塊200內，當布置在蒸發(fā)部42側處的絕熱片111布置為面向蒸發(fā)部42、而不面向單體電池10時，從在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體向蒸發(fā)部42的熱傳遞被抑制。由于此效果，供給到每個單體電池10的下端的氧化劑氣體的溫度下降被抑制。結果，對應于絕熱片111的單體電池10的下端的溫度可升高。此外，因為絕熱片111布置為面向蒸發(fā)部42、而不面向單體電池10，所以不防止單體電池10的上端的熱量被傳遞到在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體。因此，可降低對應于絕熱片111的單體電池10的上端的溫度。由于此效果，變得可降低對應于絕熱片111的單體電池10中的每個單體電池中在上下方向上的溫度差異。此外，因為從在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體到蒸發(fā)部42的熱傳遞被抑制，所以可降低在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體在單體電池10的堆疊方向上的溫度差異。這抑制了在供給到單體電池10的氧化劑氣體內在單體電池10的堆疊方向上的溫度分布的發(fā)生，可降低在燃料電池組20內在單體電池10的堆疊方向上的溫度差
巳作為第一實施例的第一改型，熱交換抑制部110可設置在與蒸發(fā)部42相對的單體電池端部上。相對的單體電池端部也傾向于具有低溫。然而，在此情況中，在蒸發(fā)部42側上的熱交換抑制部110可制成為大于相對側上的熱交換抑制部。圖8A是根據(jù)第一實施例的第一改型的氧化劑氣體分配構件100的透視圖。在此情況中，與蒸發(fā)部42側相對的單體電池端部和在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體之間的熱交換可被抑制。熱交換抑制部110的形狀不特別地受到限制。圖SB是根據(jù)第一實施例的第二改型的氧化劑氣體分配構件100的透視圖。在蒸發(fā)部42側處的熱交換抑制部110具有三角形形狀。另一方面，與蒸發(fā)部42相對的熱交換抑制部110具有矩形形狀。在此情況中，在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體與蒸發(fā)部42以及燃料電池組20的單體電池端部兩者之間的熱交換可被抑制。作為第一實施例的第三改型，可在氧化劑氣體分配構件100和熱交換抑制部110的上端之間設置一段預定距離。圖8C是根據(jù)第一實施例的第三改型的氧化劑氣體分配構件100的透視圖。在此情況中，在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體與蒸發(fā)部42以及燃料電池組20的單體電池端部兩者之間的熱交換可被抑制。隨后，將描述根據(jù)第二實施例的燃料電池模塊。所述燃料電池模塊配備有氧化劑氣體分配構件IOOa作為氧化劑氣體分配構件100的替代。圖9A是氧化劑氣體分配構件IOOa的透視圖。氧化劑氣體分配構件IOOa與氧化劑氣體分配構件100的不同之處在于:氧化劑氣體分配構件IOOa配備有熱交換抑制部IlOa作為熱交換抑制部110的替代。圖9B是從上端開口部分觀察的氧化劑氣體分配構件IOOa的熱交換抑制部IlOa的附近的截面視圖。熱交換抑制部IlOa用作高流阻部，該高流阻部比單體電池端部處的其它部分具有更高的流阻。具體而言，熱交換抑制部IlOa與熱交換抑制部110的不同之處在于:氧化劑氣體分配通道設置有封閉的部分作為布置絕熱片111的替代。氧化劑氣體分配通道被封閉的部分作為高流阻部起作用。例如，氧化劑氣體分配通道被封閉的部分可通過將氧化劑氣體分配構件IOOa的面向燃料電池組20的側壁通過壓制而變得扁平來形成。替代地，如在圖9C中所示，氧化劑氣體分配通道被封閉的部分也可通過將閉塞構件112設置在氧化劑氣體分配構件IOOa的中空空間內來提供。順便提及的是，也可采取如下構造，在該構造中氧化劑氣體在熱交換抑制部IlOa內流動,只要熱交換抑制部IlOa在其單體電池端部的流阻高于在其其它部分內的流阻。例如，通過由與絕熱片111的多孔材料不同的多孔材料形成熱交換抑制部IlOa的閉塞構件112，可實現(xiàn)如下構造，在該構造中氧化劑氣體在熱交換抑制部IlOa內流動，而不削弱作為高流阻部的功能。根據(jù)依照此實施例的燃料電池模塊200a，因為熱交換抑制部IlOa配備有高流阻部，所以可抑制蒸發(fā)部42和燃料電池組20的兩個端部中的至少一個端部中的單體電池端部兩者與在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體之間的熱交換。由于此效果，可降低燃料電池組20內在單體電池10的堆疊方向上的溫度差異。此外，在布置在蒸發(fā)部42側處的熱交換抑制部IlOa被布置為面向蒸發(fā)部42、而不面向單體電池10的情況中，熱交換抑制部IlOa抑制了從在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體到蒸發(fā)部42的熱傳遞。由于此效果，抑制了供給到每個單體電池10的下端的氧化劑氣體的溫度下降，使得每個單體電池10的下端的溫度可升高。此外，因為熱交換抑制部IlOa被布置為面向蒸發(fā)部42、而不面向單體電池10，所以不防止從單體電池10的上端到在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體的熱傳遞，使得可降低對應于熱交換抑制部IlOa的單體電池10的上端的溫度。由于此效果，可降低對應于熱交換抑制部IlOa的單體電池10中在上下方向上的溫度差異。此外，高流阻部減小了氧化劑氣體分配通道的通道橫截面面積。由于此效果，可進一步使得在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體內在單體電池10的堆疊方向上的溫度分布均勻化。結果，可進一步抑制在燃料電池組20內在單體電池10的堆疊方向上的溫度分布的發(fā)生。順便提及的是，熱交換抑制部IlOa可設置在與蒸發(fā)部42側相對的單體電池端部處。圖1OA是根據(jù)第二實施例的第一改型的氧化劑氣體分配構件IOOa的透視圖。在此情況中，可抑制在蒸發(fā)部42、蒸發(fā)部42側的一組單體電池端部以及與蒸發(fā)部42相對的一組單體電池端部中的每個與氧化劑氣體分配通道中流動的氧化劑氣體之間的熱交換。熱交換抑制部IlOa的形狀不特別地受到限制。此外，閉塞構件112在氧化劑氣體分配構件IOOa內的位置不特別地受到限制。圖1OB是根據(jù)第二實施例的第二改型的氧化劑氣體分配構件IOOa的透視圖。閉塞構件112被布置在氧化劑氣體分配構件IOOa的上端部分的蒸發(fā)部42側處，以及在氧化劑氣體分配構件IOOa的上端部分的與蒸發(fā)部42側相對的一側處。在此情況中，氧化劑氣體不移動的區(qū)域形成在閉塞構件112下方。在閉塞構件112下方的氧化劑氣體不流動的區(qū)域是熱交換抑制部110a。結果，可抑制在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體與蒸發(fā)部42、蒸發(fā)部42側的一組單體電池端部以及與蒸發(fā)部42相對的單體電池端部的熱交換。隨后，將描述根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的燃料電池模塊200b。圖11是用于描述燃料電池模塊200b的總體構造的截面視圖。燃料電池模塊200b與圖5中所示的燃料電池模塊200的不同之處在于:燃料電池模塊200b具有一個燃料電池組20，且燃料電池模塊200b具有改質器40b作為改質器40的替代，且燃料電池模塊200b不具有第二內絕熱構件84。改質器40b的構造對應于在圖4中示出的改質器40的相應地位于兩個燃料電池組20上方的兩個部分中的僅僅一個部分。在根據(jù)此實施例的燃料電池模塊200b中，氧化劑氣體分配構件100的絕熱片111抑制了在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體與蒸發(fā)部42和在蒸發(fā)部42側處的單體電池端部兩者之間的熱交換。由于此效果，可降低燃料電池組20內在單體電池10的堆疊方向上的溫度差異。此外，在布置在蒸發(fā)部42側處的絕熱片111被布置為面向蒸發(fā)部42、而不面向單體電池10的情況中，抑制了從在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體向蒸發(fā)部42的熱傳遞。由于此效果，抑制了被供給到對應于絕熱片111的單體電池10中的每個單體電池10的下端的氧化劑氣體的溫度下降。結果，可升高單體電池10的下端的溫度。此外，因為絕熱片111布置為面向蒸發(fā)部42、而不面向單體電池10，所以不防止單體電池10的上端的熱量被傳遞到在氧化劑氣體分配通道內流動的氧化劑氣體。因此，可降低對應于絕熱片111的單體電池10的上端的溫度。由于此效果，變得可降低對應于絕熱片111的單體電池中的每個單體電池中在上下方向上的溫度差異。順便提及的是，在燃料電池組20中，為兩個氧化劑氣體分配構件100中的一個氧化劑氣體分配構件提供絕熱片111是足夠的。然而，可為兩個氧化劑氣體分配構件100提供絕熱片111，這是因為在此構造中，在單體電池10的堆疊方向上的溫度差異可形成為更小。此外，氧化劑氣體分配構件100中的每個氧化劑氣體分配構件可以是根據(jù)第一實施例的第一改型至第三改型中的任一個改型的氧化劑氣體分配構件100。此外，氧化劑氣體分配構件100中的每個氧化劑氣體分配構件可以是根據(jù)第二實施例或根據(jù)第二實施例的第一改型和第二改型中的任一個改型的氧化劑氣體分配構件100a。雖然本發(fā)明已參考其示例實施例被描述，但應理解的是本發(fā)明不限于所述的實施例或構造。相反，本發(fā)明意圖覆蓋各種改型及等價布置。另外，雖然所披露的本發(fā)明的各種元件以各種示例的組合和構造示出，但是包括更多元件、更少元件或僅僅單個元件的其它組合和構造也在所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種燃料電池模塊，所述燃料電池模塊在外殼中包括: 燃料電池組，所述燃料電池組通過堆疊多個單體電池而形成，所述單體電池使用氧化劑氣體和燃料氣體發(fā)電，以及 氧化劑氣體分配構件，所述氧化劑氣體分配構件被布置在所述燃料電池組的在所述單體電池的堆疊方向上延伸的側表面處，所述氧化劑氣體分配構件在從所述單體電池中的每個單體電池的一端向另一端的方向上延伸，并且，在通過所述氧化劑氣體分配構件在所述單體電池的從所述一端向所述另一端的方向上供給用于所述單體電池的發(fā)電的所述氧化劑氣體之后，所述氧化劑氣體分配構件將所述氧化劑氣體供給到每個單體電池的所述另一端，所述燃料電池模塊的特征在于: 所述氧化劑氣體分配構件包括熱交換抑制部，與所述單體電池和所述燃料電池組中的其它部分中的所述氧化劑氣體之間的熱交換相比，所述熱交換抑制部抑制所述單體電池和在所述燃料電池組的在所述單體電池的堆疊方向上的端部中的至少一個端部中的所述氧化劑氣體之間的熱交換。
2.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池模塊，其中，所述熱交換抑制部包括高流阻部，所述高流阻部在所述氧化劑氣體分配構件的在所述單體電池的堆疊方向上的端部中的至少一個端部中比在所述氧化劑氣 體分配構件中的其它部分中具有更高的流阻。
3.根據(jù)權利要求2所述的燃料電池模塊，其中，所述高流阻部是所述氧化劑氣體分配構件的一部分，所述氧化劑氣體分配構件的所述一部分的橫截面面積小于其它部分的橫截面面積。
4.根據(jù)權利要求2所述的燃料電池模塊，其中，所述高流阻部是所述氧化劑氣體分配構件的一部分，閉塞構件被插入到所述氧化劑氣體分配構件的所述一部分中。
5.根據(jù)權利要求2至4中的任一項所述的燃料電池模塊，其中，所述高流阻部形成在所述氧化劑氣體分配構件的在所述單體電池的堆疊方向上的端部中的至少一個端部中。
6.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池模塊，其中，所述熱交換抑制部具有絕熱構件，所述絕熱構件被布置在所述氧化劑氣體分配構件的內壁表面或外壁表面上。
7.根據(jù)權利要求6所述的燃料電池模塊，其中，所述絕熱構件被布置在所述氧化劑氣體分配構件的在所述單體電池的堆疊方向上的端部中的至少一個端部中。
8.根據(jù)權利要求1至7中的任一項所述的燃料電池模塊，進一步包括改質器，所述改質器被布置在每個單體電池的所述一端處，并且所述改質器具有使改質水蒸發(fā)的蒸發(fā)部， 其中，所述蒸發(fā)部形成在所述改質器的在所述單體電池的堆疊方向上的端部中的一個端部處，并且 其中，所述熱交換抑制部被至少布置在所述氧化劑氣體分配構件的設置有所述蒸發(fā)部的一側上。
9.根據(jù)權利要求8所述的燃料電池模塊，進一步包括燃燒部，所述燃燒部被布置在所述單體電池的所述一端和所述改質器之間，并且所述燃燒部使用在所述單體電池的發(fā)電中剩下未使用的氧化劑廢氣來燃燒在所述單體電池的發(fā)電中剩下未使用的燃料廢氣。
10.一種燃料電池模塊，包括: 夕卜殼; 燃料電池組，所述燃料電池組通過堆疊多個單體電池而形成在所述外殼中，所述單體電池使用氧化劑氣體和燃料氣體發(fā)電；以及 氧化劑氣體分配構件，所述氧化劑氣體分配構件形成在所述外殼中，并且被布置在所述燃料電池組的在所述單體電池的堆疊方向上延伸的側表面處，所述氧化劑氣體分配構件在從所述單體電池中的每個單體電池的一端向另一端的方向上延伸，并且，在通過所述氧化劑氣體分配構件在所述單體電池的從所述一端向所述另一端的方向上供給用于所述單體電池的發(fā)電的氧化劑氣體之后，所述氧化劑氣體分配構件將所述氧化劑氣體供給到每個單體電池的所述另一端； 其中，所述 氧化劑氣體分配構件包括熱交換抑制部，與所述單體電池和所述燃料電池組中的其它部分中的所述氧化劑氣體之間的熱交換相比，所述熱交換抑制部抑制所述單體電池和在所述燃料電池組的在所述單體電池的堆疊方向上的端部中的至少一個端部中的所述氧化劑氣體之間的熱交換。
全文摘要
燃料電池模塊(200)在外殼中包括燃料電池組(20)，所述燃料電池組通過堆疊多個單體電池(10)而形成；以及氧化劑氣體分配構件，所述氧化劑氣體分配構件被布置在燃料電池組的在堆疊方向上延伸的側表面處，所述氧化劑氣體分配構件在從單體電池中的每個單體電池的一端向另一端的方向上延伸，并且所述氧化劑氣體分配構件沿氧化劑氣體分配構件從所述一端向所述另一端供給氧化劑氣體，以將氧化劑氣體供給到每個單體電池的所述另一端。所述氧化劑氣體分配構件包括熱交換抑制部，與所述燃料電池組中的其它部分中的其熱交換相比，所述熱交換抑制部抑制單體電池和燃料電池組的在堆疊方向上的端部中的至少一個端部中的氧化劑氣體之間的熱交換。
文檔編號H01M8/04GK103081198SQ201080057168
公開日2013年5月1日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權日2009年12月15日
發(fā)明者伊澤康浩, 鹽川諭, 小野孝, 中村光博 申請人:豐田自動車株式會社, 京瓷株式會社