[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括设置在壳体中的燃料电池组、热交换器和重整器。

背景技术

通常，固体氧化物燃料电池(SOFC)采用诸如稳定氧化锆的离子导电型固体氧化物的电解质。电解质插设在阳极和阴极之间以形成电解质电极组件(单元电池)。电解质电极组件插设在隔板(双极板)之间。在使用中，将预定数量的单元电池和隔板堆叠在一起以形成燃料电池组。

在燃料电池中，将含氧气体或空气供应至阴极。含氧气体中的氧在阴极与电解质之间的界面处被电离，并且氧离子(O^2-)通过电解质朝阳极运动。将诸如含氢气体或CO的燃料气体供应至阳极。在阳极处，氧离子与含氢气体中的氢反应而生成水，或者与CO反应而生成CO₂。反应中释放的电子通过外部电路流向阴极，从而产生DC电能。

例如，日本专利特开平5-47409号公报中公开的固体氧化物燃料电池已为人们所知。如图17所示，在传统燃料电池中，在壳体1中布置多个电池组2。电池组2通过紧固螺栓3和盘形弹簧4紧固在一起。

燃料气体供应管5a、含氧气体供应管6a和含氧气体排放管6b连接到电池组2。燃料气体供应管5a、含氧气体供应管6a和含氧气体排放管6b穿过壳体1延伸至外部。燃料气体排放管5b安装在壳体1上。燃料气体排放管5b通向壳体1的内部。

各个电池组2均通过沿堆叠方向垂直堆叠多个单元电池7而形成。在电池组2的沿堆叠方向的相对端部处设置端板8a、8b。燃料气体供应管5a、含氧气体供应管6a和含氧气体排放管6b连接到端板8a。端板8b设置在壳体1的底表面上。

在传统技术中，燃料气体和含氧气体从燃料气体供应管5a和含氧气体供应管6a通过端板8a供应至相应的电池组2中。这时，因为燃料气体和含氧气体的温度低于电池组2的温度，所以在端板8a的反应气体入口附近的温度不期望地有所降低。

燃料气体供应管5a和含氧气体供应管6a连接到各个端板8a。通过燃料气体供应管5a和含氧气体供应管6a容易产生来自于端板8a的热辐射。因此热效率不佳。另外，在端板8a连接燃料气体供应管5a和含氧气体供应管6a的区域中，温度与其它区域相比较低。因此，温度根据端板8a的区域而显著变化，可能在端板8a中产生不期望的变形。

另外，燃料气体供应管5a、含氧气体供应管6a和含氧气体排放管6b在壳体1中均需要专用的空间。因此，壳体1的尺寸相当大。壳体1的表面积大，从而热效率低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有紧凑结构的燃料电池系统，在该燃料电池系统中，可以有效地防止来自于端板的热辐射，同时实现均匀的温度。

根据本发明，一种燃料电池系统包括燃料电池组、热交换器、重整器和壳体。所述燃料电池组包括沿堆叠方向堆叠在一起的多个燃料电池，以及设置在所述燃料电池的沿堆叠方向的相对端部处的端板。所述燃料电池均包括电解质电极组件和夹持该电解质电极组件的隔板。所述电解质电极组件包括阳极、阴极和插设在所述阳极和阴极之间的电解质。所述热交换器加热待供应到所述燃料电池组的含氧气体。所述重整器重整燃料以产生燃料气体。所述壳体容纳所述燃料电池组、所述热交换器和所述重整器。

在一个所述端板处形成腔室单元，并且由所述热交换器加热的含氧气体或者在所述电解质电极组件的反应中消耗之后排放的废气临时充入所述腔室单元。所述热交换器和所述重整器直接连接到所述腔室单元。

另外，优选的是所述腔室单元具有用于将临时处于该腔室单元中的含氧气体供应至所述燃料电池组的开口。还优选的是，所述腔室单元具有直接通向所述腔室单元的开口，用于将临时处于该腔室单元中的废气供应至所述热交换器。

优选的是，所述热交换器和所述重整器设置在所述燃料电池组的一侧上。另外，优选的是，所述重整器设在所述热交换器内，并且所述热交换器和所述重整器关于所述燃料电池组的中心轴线对称设置。

根据本发明，加热后的含氧气体或者在所述电解质电极组件的反应中消耗之后排放的热废气临时充入在一个所述端板处形成的所述腔室单元。因此，整个所述端板中的温度变得均匀。在该端板中不会发生热变形，并且有效地减少了整个燃料电池组中的热变形。因为减少了来自所述端板的热辐射，所以可以在所述燃料电池组中保持均匀的工作温度。另外，因为含氧气体或废气临时充入所述腔室单元，所以含氧气体或废气的流速不会变化，从而在各个所述燃料电池中均匀地进行发电。