CN101517805A - 燃料电池单元组及燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在排列多个燃料电池单元而成的燃料电池单元组中，通过均匀化燃料电池单元的排列方向的温度分布，能够提高发电效率的燃料电池单元组。排列多个在支撑基板(8)上依次层叠燃料侧电极层(5)、固体电解质层(6)及空气侧电极层(4)而成的燃料电池单元(2)，电串联连接而成的燃料电池单元组(1)中，使在燃料电池单元(2)的排列方向上的中央部配置的多个燃料电池单元(2)间的间隔比在燃料电池单元(2)的排列方向上的端部侧配置的多个燃料电池单元(2)间的间隔宽。由此，能够使燃料电池单元组(1)的温度分布更接近均匀。

Description

燃料电池单元组及燃料电池
技术领域
本发明涉及排列多个燃料电池单元而成的燃料电池单元组、及收容燃料电池单元组而成的燃料电池。
背景技术
近年来，作为下一代能源，提出了将燃料电池单元组收容于收容容器内的燃料电池，该燃料电池单元组将能够使用燃料气体和空气(含氧气体)而得到电力的燃料电池单元排列多个，并将其电串联连接。
作为在该燃料电池中使用于发电的燃料气体使用氢气，使氢气与燃料电池单元的燃料侧电极层接触，且使含氧气体与燃料电池单元的空气侧电极层接触，产生规定的电极反应，由此进行发电。
在此，提出了多种排列多个燃料电池单元而成的燃料电池单元组(例如，参照特开2003-308857号公报)。
图7A及图7B中示出了这样的燃料电池单元组的一例的示意图。图7A是概略表示以往的燃料电池单元组51的侧面图，图7B是以往的燃料电池单元组51的局部放大俯视图。还有，图7B的左侧示出了图7A的部分VII的放大俯视图，图7B的右侧示出了图7A的部分VIII的放大俯视图。在图7A及图7B中示出的燃料电池单元组51中，排列多个燃料电池单元而列出，并且，将相邻的燃料电池单元间的间隔配置为均匀。
在此，构成燃料电池单元组的燃料电池单元伴随发电而产生热量。还有，通过该燃料电池单元的发电产生的热量从与相邻的燃料电池单元的间隙等发散。
然而，在排列多个(尤其多的个数)燃料电池单元而成的燃料电池单元组中，燃料电池单元在发电时通过燃料电池单元自身的焦耳热或反应热来发散热能，但尤其在排列方向上的中央部配置的多个燃料电池单元中，在燃料电池单元的两侧配置有多个燃料电池单元，因此，热能难以发散，具有成为高温的倾向。
另一方面，在燃料电池单元的排列方向上的端部配置的多个燃料电池单元中，相邻配置的燃料电池单元少或没有，热能容易发散。由此，配置于燃料电池单元的排列方向上的端部的燃料电池单元具有温度降低的倾向。
因此，燃料电池单元的排列方向上的中央部的温度变高，燃料电池单元的排列方向上的端部侧的温度变低，因此，作为燃料电池单元组，燃料电池单元的排列方向上的温度分布变得不均匀(山形)，发电效率可能降低。
发明内容
从而，本发明的目的在于提供能够使燃料电池单元的排列方向上的温度分布均匀化(接近均匀)，并且，能够抑制发电效率的降低的燃料电池单元组、及收容其而成的燃料电池。
本发明的燃料电池单元组，其排列并电串联连接多个燃料电池单元，所述燃料电池单元是在支撑基板上依次层叠燃料侧电极层、固体电解质层及空气侧电极层而成，所述燃料电池单元组的特征在于，在所述燃料电池单元的排列方向上的中央部配置的多个燃料电池单元间的间隔比在所述燃料电池单元的排列方向上的端部配置的多个燃料电池单元间的间隔宽。
根据这样的燃料电池单元组可知，在燃料电池单元的排列方向上的中央部(以下，有时简称为中央部)配置的多个燃料电池单元间的间隔比在燃料电池单元的排列方向上的端部(以下，有时简称为端部)配置的多个燃料电池单元间的间隔宽，因此，能够使燃料电池单元组的排列方向上的温度分布均匀化(接近均匀)。
即，通常排列多个燃料电池单元而成的燃料电池单元组中，燃料电池单元在发电时，利用燃料电池单元自身的焦耳热或反应热发散热能，但在中央部配置的燃料电池单元在其两方向上配置有多个燃料电池单元，因此，难以发散热能，成为高温。
另一方面，在燃料电池单元的排列方向上的端部配置的燃料电池单元中，相邻而配置的燃料电池单元少或没有，容易发散热能，因此，具有温度降低的倾向。
伴随于此，燃料电池单元组的中央部的温度高，燃料电池单元组的端部侧的温度低地温度分布不均匀，有时发电效率降低。
因此，在本发明的燃料电池单元组中，通过将在燃料电池单元的排列方向上的中央部配置的多个燃料电池单元间的间隔设为比在燃料电池单元的排列方向上的端部配置的多个燃料电池单元间的间隔宽，在中央部配置的多个燃料电池单元容易发散热能，从而能够降低在中央部配置的多个燃料电池单元的温度。进而，在燃料电池单元的排列方向上的端部配置的多个燃料电池单元中，所述燃料电池单元间的间隔比在中央部配置的多个燃料电池单元间的间隔窄，因此，难以发散热能，能够抑制温度降低(或温度上升)。由此，能够使燃料电池单元组的温度分布均匀化(接近均匀)，能够抑制燃料电池单元组的发电效率降低。
另外，优选在本发明的燃料电池单元组中，在所述端部配置的多个所述燃料电池单元中，所述燃料电池单元以如下方式配置，即：朝向所述燃料电池单元的排列方向上的端部，相邻的所述燃料电池单元间的间隔逐渐变窄。
根据这样的燃料电池单元组可知，在端部配置的多个燃料电池单元中，就燃料电池单元来说，以朝向燃料电池单元的排列方向上的端部，相邻的燃料电池单元间的间隔逐渐变窄的方式配置燃料电池单元，因此，能够更均匀化(接近均匀)燃料电池单元组的温度分布，能够抑制燃料电池单元组的发电效率降低。
另外，在端部配置的多个燃料电池单元中，朝向燃料电池单元的排列方向上的端部，相邻的燃料电池单元间的间隔从中央部朝向端部逐渐变窄地配置燃料电池单元，因此，例如，能够抑制由于相邻的燃料电池单元间的间隔急剧地变宽(或变窄)，而导致过大的应力施加在端部配置的多个燃料电池单元的情况，能够提高燃料电池单元组的可靠性。
另外，优选在本发明的燃料电池单元组中，在所述燃料电池单元的排列方向上的中央部配置的多个所述燃料电池单元的厚度比在所述燃料电池单元的排列方向上的端部侧配置的多个所述燃料电池单元的厚度薄。
根据这样的本发明的燃料电池单元组可知，在排列多个燃料电池单元，构成燃料电池单元组时，除了形成为相同的大小(排列方向上的厚度相同)的燃料电池单元之外，也可以使用厚度不同的燃料电池单元。
在这种情况下，通过将相邻的燃料电池单元的中央部和中央部的距离(例如，燃料气体通路间的距离)设为恒定，并且，将在燃料电池单元的排列方向上的中央部配置的燃料电池单元的厚度设为比在排列方向上的端部配置的燃料电池单元的厚度薄，能够将在中央部配置的多个燃料电池单元间的间隔设为比在端部配置的多个燃料电池单元间的间隔宽。由此，能够均匀化(接近均匀)燃料电池单元组的排列方向上的温度分布。
另外，优选在本发明的燃料电池单元组中，所述燃料电池单元为中空平板型燃料电池单元，并且，竖立配置于用于向所述燃料电池单元供给燃料气体的歧管。
根据这样的燃料电池单元组可知，燃料电池单元为中空平板型燃料电池单元，并且，竖立设置于用于向燃料电池单元供给燃料气体的歧管而配置，因此，能够容易地制作改变相邻的燃料电池单元间的间隔，配置有燃料电池单元的燃料电池单元组，并且，能够向燃料电池单元供给燃料气体。
另外，通过将燃料电池单元形成为中空平板型，电阻小，能够显示高的发电性能，并且，能够容易地制作将相邻的燃料电池单元的间隔形成为不同的配置的燃料电池单元组。
本发明的燃料电池，其特征在于，包括：上述中任一项所述的燃料电池单元组；含氧气体供给机构，其用于向所述燃料电池单元供给含氧气体；收容容器，其在内部收容所述燃料电池单元组及所述含氧气体供给机构，沿所述燃料电池单元的排列方向从所述燃料电池单元组的侧面侧供给含氧气体，并且，该含氧气体在所述燃料电池单元间流通。
根据这样的燃料电池可知，在收容容器内收容燃料电池单元组、和用于向燃料电池单元供给含氧气体的含氧气体供给机构，沿燃料电池单元的排列方向从燃料电池单元组的侧面侧供给含氧气体，使所述供给的含氧气体在燃料电池单元间流通，因此，能够利用在燃料电池单元间流通的含氧气体，降低燃料电池单元的温度。
在这种情况下，在排列多个燃料电池单元而成的燃料电池单元组中，在燃料电池单元的排列方向上的中央部配置的多个燃料电池单元间的间隔宽，因此，流过在中央部配置的多个燃料电池单元间的含氧气体的流量变多，能够增大在中央部配置的多个燃料电池单元的冷却效果。
另一方面，在燃料电池单元的排列方向的端部配置的多个燃料电池单元组中，相邻的燃料电池单元间的间隔比在中央部配置的多个燃料电池单元间的间隔窄，因此，流过在端部配置的多个燃料电池单元间的含氧气体的流量比流过在中央部配置的燃料电池单元间的流量少，在端部侧配置的多个燃料电池单元的冷却效果比在中央部配置的多个燃料电池单元的冷却效果小。
由此，能够更均匀化(接近均匀)燃料电池单元组的温度分布，并能够抑制燃料电池单元组的发电效率降低，能够形成为提高了发电效率的燃料电池。
另外，优选在本发明的燃料电池中，所述燃料电池单元经由集电部件电串联连接，并且，所述集电部件为能够使所述含氧气体流通的形状。
根据这样的燃料电池可知，燃料电池单元经由集电部件电串联连接，因此，能够有效良好地将利用燃料电池单元发电的电集电。
另外，集电部件为能够使含氧气体流通的形状，因此，能够使沿燃料电池单元的排列方向从燃料电池单元组的侧面侧供给的含氧气体在相邻的燃料电池单元间流通，还能够均匀化(接近均匀)燃料电池单元组的温度分布，因此，能够形成为提高了发电效率的燃料电池。
另外，优选在本发明的燃料电池中，所述含氧气体供给机构配置为使所述含氧气体在所述含氧气体供给机构的内部沿所述燃料电池单元从上方向下方流动。
根据这样的燃料电池可知，使含氧气体在含氧气体供给机构的内部沿燃料电池单元从上方向下方流动的方式配置含氧气体供给机构，因此，能够均匀化(接近均匀)燃料电池单元的上下方向上的温度分布。
在此，在构成燃料电池单元组的燃料电池单元中，具有在燃料电池单元的上部温度变高，在燃料电池单元的下部温度变低的倾向。
因此，通过使含氧气体在含氧气体供给机构的内部沿燃料电池单元从上方向下方流动，能够随着在燃料电池单元中从上方朝向下方流动而暖化含氧气体。
还有，通过使暖化的含氧气体朝向燃料电池单元的下部流动，能够提高燃料电池单元的下部的温度。
由此，能够均匀化燃料电池单元的上下方向上的温度分布，因此，能够提高燃料电池单元的发电效率，能够形成为提高了发电效率的燃料电池。
另外，优选在本发明的燃料电池中，在所述燃料电池单元组的上方配置有用于产生向所述燃料电池单元供给的燃料气体的改性器。
根据这样的燃料电池可知，在燃料电池单元组的上方配置有用于产生向燃料电池单元供给的燃料气体的改性器，因此，改性器通过燃料电池单元组的热量变得温暖。
在此，本发明的燃料电池单元组能够均匀化(接近均匀)燃料电池单元的排列方向上的温度分布，因此，能够效率更良好地提高改性器的温度。由此，能够有效地进行改性器中的改性反应。从而，能够形成为提高了发电效率的燃料电池。
在本发明的燃料电池单元组中，在排列方向上的中央部配置的多个燃料电池单元间的间隔比在燃料电池单元的排列方向上的端部侧配置的多个燃料电池单元间的间隔宽，因此，能够均匀化燃料电池单元组的燃料电池单元的排列方向上的温度分布，能够抑制发电效率的降低。
附图说明
本发明的目的、特色、及优点通过下述详细的说明和附图，变得更明确。
图1及图1B表示具有本发明的一实施方式的燃料电池单元组的燃料电池单元组装置，图1A是概略表示燃料电池单元组装置的侧面图，图1B是图1A的燃料电池单元组装置的局部放大俯视图。
图2A及图2B表示具有本发明的另一实施方式的燃料电池单元组的燃料电池单元组装置，图2A是概略表示燃料电池单元组装置的侧面图，图2B是图2A的燃料电池单元组装置的局部放大俯视图。
图3A及图3B表示具有本发明的又另一实施方式的燃料电池单元组的燃料电池单元组装置，图3A是概略表示燃料电池单元组装置的侧面图，图3B是图3A的燃料电池单元组装置的局部放大俯视图。
图4是表示本发明的燃料电池的一例的外观立体图。
图5是图4所示的燃料电池的从截断剖面线X-X观察的剖面图。
图6是表示用于电连接本发明的燃料电池单元的集电部件的一例的立体图。
图7A及图7B表示具有以往的燃料电池单元组的燃料电池单元组装置的一例，图7A是概略表示燃料电池单元组装置的侧面图，图7B是图7A的燃料电池单元组装置的局部放大俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的适合的实施方式。
图1A及图1B表示具有燃料电池单元组1的燃料电池单元组装置10，图1A是概略表示燃料电池单元组装置10的侧面图，图1B是图1A的燃料电池单元组装置10的局部放大俯视图。还有，图1B的左侧表示图1A的部分I的放大俯视图，图1B的右侧表示图1A的部分II的放大俯视图。另外，关于相同的部件，标注相同的符号，以下相同。进而，在图1B中，用虚线表示的箭头表示含氧气体的流动方向。
在此，本发明的燃料电池单元组装置10包括：燃料电池单元组1、和歧管(manifold)12。本发明的燃料电池单元组1中电串联连接多个燃料电池单元2。各燃料电池单元2在支撑基板8上层叠有燃料侧电极层5、固体电解质层6及空气侧电极层4。燃料电池单元组1以将燃料电池单元2排列成一列的状态固定于歧管12。而且，在相邻的燃料电池单元2之间插入安装有集电部件3a，并且，在燃料电池单元2的排列方向的两侧的相邻的燃料电池单元2之间插入安装有端部集电部件3b。燃料电池单元组装置10具备：合金制保持部件13，其以从燃料电池单元2的排列方向的两侧经由端部集电部件3b夹持燃料电池单元组1的方式，竖立设置于向燃料电池单元2供给燃料气体的歧管12并固定。
还有，燃料电池单元2及保持部件13的一端(下端部)例如通过耐热性优越的玻璃密封材料(未图示)埋设接合于歧管12。
在本实施方式中，燃料电池单元2形成为中空平板状，在具有一对对置的平坦面的柱状导电性支撑基板8的一方的平坦面上层叠有燃料侧电极层5、固体电解质层6及空气侧电极层4，在另一方的平坦面上设置有中继馈线(interconnector)7。另外，在导电性支撑基板8的内部设置有用于使反应气体(燃料气体)流通的燃料气体流路9。在本发明中，将这样的形状称为中空平板型。
另外，在中继馈线7的外表面(上表面)还可以设置P型半导体11。通过将集电部件3a经由P型半导体11与中继馈线7连接，两者的接触形成为欧姆性接触，减少电位降低，能够有效地避免集电性能的降低。还有，关于构成燃料电池单元2的各部件，在后详述。
另外，将导电性支撑基板8同时作为燃料侧电极层5，在其表面依次层叠固体电解质层6及空气侧电极层4，构成燃料电池单元2也可。
在此，本发明的燃料电池单元组1，其特征在于，在燃料电池单元2的排列方向上的中央部配置的多个燃料电池单元2间的间隔比在燃料电池单元2的排列方向上的端部配置的多个燃料电池单元2间的间隔宽。
还有，在本发明中，在燃料电池单元2的排列方向上的中央部(以下，有时简称为中央部)配置的多个燃料电池单元2是指在多个燃料电池单元2的排列方向上的中央部和其附近配置的燃料电池单元，可以根据燃料电池单元2的排列方向上的长度、或燃料电池单元2的大小等，适当地设定相应的燃料电池单元的数量。
另外，就相反配置在燃料电池单元2的排列方向上的端部的多个燃料电池单元2来说，可以根据燃料电池单元2的排列方向上的长度、或燃料电池单元2的大小等，适当地设定相应的燃料电池单元的数量。
因此，具体来说，可以将以燃料电池单元2的排列方向上的中央部为中心，配置于排列方向上的长度的1/3左右的区域的燃料电池单元2作为在中央部配置的多个燃料电池单元2，另外，可以将在燃料电池单元2的排列方向的端部到中央部之间的、排列方向上的长度的1/3左右的区域上配置的燃料电池单元2作为在端部配置的多个燃料电池单元2。还有，在中央部配置的多个燃料电池单元2、和在端部配置的多个燃料电池单元2之间也可以配置不属于两者的燃料电池单元2。
还有，排列多个燃料电池单元而成的燃料电池单元组伴随燃料电池单元的发电而产生热量。
在此，燃料电池单元在发电时通过燃料电池单元自身的焦耳热或反应热，发散热能，但在中央部配置的燃料电池单元2、和在端部配置的燃料电池单元2之间产生该热能的发散上的差异。
即，在中央部配置的燃料电池单元的两侧配置有多个燃料电池单元2，因此，难以发散该热能，在端部配置的燃料电池单元2的一方向上，相邻配置的燃料电池单元少，或没有，因此，容易发散热能。
从而，在排列多个燃料电池单元而构成的燃料电池单元组中，产生燃料电池单元的排列方向上的温度分布(中央部成为高温，端部侧成为低温)，由此，可能导致燃料电池单元组的发电性能的降低。
在本发明的燃料电池单元组1中，从图1A及图1B明确可知，将配置于燃料电池单元2的排列方向上的中央部的多个燃料电池单元2间的间隔设为比配置于燃料电池单元2的排列方向上的端部的多个燃料电池单元2间的间隔宽，由此配置于中央部的燃料电池单元2变得更容易发散热能，从而能够降低燃料电池单元组1的中央部的温度。
另一方面，在配置于端部的多个燃料电池单元2中，相邻的燃料电池单元2间的间隔比配置于中央部的多个燃料电池单元2间的间隔窄，因此，比中央部难以发散热能，抑制燃料电池单元组1的端部侧的温度降低或端部侧的温度上升。
因此，本发明的燃料电池单元组1能够形成为比以往的燃料电池单元组平缓的温度分布，进而，通过调节相邻的燃料电池单元2间的间隔，能够使燃料电池单元组1的温度分布接近均匀。
从而，本发明的燃料电池单元组1能够形成为提高了发电性能的燃料电池单元组1。
另外，配置于端部的多个燃料电池单元2间的间隔比配置于中央部的多个燃料电池单元2间的间隔窄即可，在配置于中央部或端部的多个燃料电池单元2中，也可以将相邻的燃料电池单元2间的间隔形成为恒定，另外，在配置于端部的多个燃料电池单元2中，将相邻的燃料电池单元2间的间隔构成为朝向端部逐渐变宽也可。
还有，关于构成本发明的燃料电池单元组1的其他部件，以下进行说明。
作为支撑基板8，为了使燃料气体透过至燃料侧电极层5，需要具有气体透过性，进而，为了经由中继馈线7集电，需要具有导电性。从而，作为支撑基板8，需要将满足所述要求的材料作为材质来采用，例如，可以使用导电性陶瓷或金属陶瓷等。
集电部件3a及端部集电部件3b可以由具有弹性的金属或合金构成的部件或金属纤维或合金纤维构成的毡上施加需要的表面处理的部件构成。还有，本发明中的集电部件3a为了电连接间隔不同的燃料电池单元2，更优选形成为具有弹性的合金构成的部件。由此，能够电连接燃料电池单元2。还有，例如，也可以根据燃料电池单元2的间隔，改变配置集电部件3a的大小。还有，关于集电部件3a的形状在后叙述。
空气侧电极层4只要是通常使用的空气侧电极层，就不特别限定，例如，可以由所谓的ABO3型钙钛矿型氧化物构成的导电性陶瓷形成。空气侧电极层4需要具有气体透过性，开气孔率为20％以上，尤其优选在30～50％的范围内。
燃料侧电极层5可以使用通常公知的燃料侧电极层，可以由多孔质的导电性陶瓷、例如，固溶有稀土类元素的ZrO2(称为稳定化氧化锆)和Ni及/或NiO形成。
固体电解质层6需要具有作为进行电极间的电子的桥接的电解质的功能的同时，为了防止燃料气体和含氧气体的泄露，需要具有气体阻隔性，由固溶有3～15摩尔％的稀土类元素的ZrO2形成。还有，只要具有上述特性，也可以使用其他材料等来形成。
中继馈线7可以由导电性陶瓷形成，但由于与燃料气体(氢气)及含氧气体(空气等)接触，因此，需要具有耐还原性及耐氧化性，因此，适合使用镧铬铁矿型氧化物(LaCrO3系氧化物)。中继馈线7为了防止在支撑基板8形成的燃料气体流路9通过的燃料气体及在支撑基板8的外侧流动的含氧气体的泄露，需要致密，优选具有93％以上，尤其优选具有95％以上的相对密度。
支撑基板8例如可以形成为中空平板型的支撑基板。作为那样的支撑基板8，是在竖立方向上细长延伸的板状片，具有平坦的两面和半圆形状的两侧面。在支撑基板8形成有沿竖立设置方向贯通内部的多个(在图1B中为6个)燃料气体通路9。燃料电池单元2分别例如通过耐热性优越的玻璃密封材料12接合于供给燃料气体的歧管12的上壁(顶板)，燃料电池单元2的燃料气体通路9与燃料气体室(未图示)连通。
顺便要说的是，通过与燃料侧电极层5及固体电解质层6的至少一方的同时烧成来制造支撑基板8的情况下，优选形成由铁族金属成分和特定稀土类氧化物构成的支撑基板8。另外，导电性支撑基板8为了具备期望的气体透过性，适合开气孔率为30％以上，尤其适合35～50％的范围，还有，其导电率优选300S/cm以上，尤其优选440S/cm以上。
进而，作为P型半导体11，可以例示由过渡金属钙钛矿型氧化物构成的层。具体来说，可以使用电子传导性比构成中继馈线7的镧铬铁矿系钙钛矿型氧化物(LaCrO3系氧化物)大的物质、例如，在B部位存在Mn、Fe、Co等的LaMnO3系氧化物、LaFeO3系氧化物、LaCoO3系氧化物等至少一种构成的P型半导体陶瓷。这样的P型半导体层6的厚度通常优选30～100μm的范围。
还有，在图1A及图1B中，示出构成燃料电池单元组1的燃料电池单元2为中空平板型燃料电池单元，并且，使用相同厚度(在排列方向上的厚度相同)的燃料电池单元2构成的例子。由此，通过改变间隔，配置燃料电池单元2，能够容易地制作燃料电池单元2的间隔变化的燃料电池单元组1。还有，在改变燃料电池单元的间隔，配置燃料电池单元时，例如，也可以改变厚度(排列方向上的厚度)。
另外，将配置于中央部的相邻的燃料电池单元间的间隔设为比配置于端部侧的相邻的燃料电池单元间的间隔宽的情况下，可以根据燃料电池单元的形状或燃料电池单元的数量等，适当地设定其间隔。例如，可以将中央部的燃料电池单元间的间隔设为3mm，将端部侧的燃料电池单元间的间隔设为2mm。还有，在此，燃料电池单元间的间隔可以作为相邻的燃料电池单元的表面间。
图2A及图2B中示出了燃料电池单元2在配置于端部的多个燃料电池单元中，以相邻的燃料电池单元2间的间隔朝向燃料电池单元2的排列方向上的端部逐渐变窄的方式配置的燃料电池单元组装置14的例子。还有，图2A是概略表示燃料电池单元组装置14的侧面图，图2B是图2A的燃料电池单元组装置14的局部放大俯视图。还有，图2B的左侧表示图2A的部分III的放大俯视图，图2B的右侧表示图2A的部分IV的放大俯视图。
在这样的燃料电池单元组15中，在配置于端部的多个燃料电池单元2中配置为相邻的燃料电池单元2间的间隔从燃料电池单元2的排列方向上的中央部朝向端部逐渐变窄，因此，能够使燃料电池单元组15的温度分布更接近均匀。
在此，在配置于端部的多个燃料电池单元中，相邻的燃料电池单元2间的间隔朝向排列方向上的端部逐渐变窄地配置的燃料电池单元，因此，例如，例如，通过使相邻的燃料电池单元2间的间隔急剧变宽(或变窄)，能够抑制过大的应力施加于燃料电池单元2或集电部件3a，能够提高燃料电池单元组装置14的可靠性。
进而，在配置多个燃料电池单元2而成的燃料电池单元组中，可以将燃料电池单元2配置为从燃料电池单元2的排列方向上的中央部朝向端部，相邻的燃料电池单元2的间隔逐渐变窄。
在图2中示出了那样的燃料电池单元组装置14，由此，能够使燃料电池单元组15的温度分布更接近均匀。
图3A及图3B中示出了将配置于中央部的多个燃料电池单元2的厚度设为比配置于端部的多个燃料电池单元2的厚度(排列方向上的厚度)薄的燃料电池单元组装置16的例子。还有，图3A是概略表示燃料电池单元组装置16的侧面图，图3B是图3A的燃料电池单元组装置16的局部放大俯视图。还有，图3B的左侧表示图3A的部分V的放大俯视图，图3B的右侧表示图3A的部分Vi的放大俯视图。
在这样的燃料电池单元组17中，将相邻的燃料电池单元的间隔(例如，在俯视的情况下为燃料电池单元2的中央部间的距离)设为规定的距离，并且，将配置于中央部的多个燃料电池单元2的厚度设为比配置于端部的多个燃料电池单元2的厚度薄，由此能够将配置于中央部的多个燃料电池单元中的相邻的燃料电池单元2间的间隔设为比配置于端部的多个燃料电池单元中的相邻的燃料电池单元2间的间隔宽。
具体来说，例如，将相邻的燃料电池单元2间的距离(燃料电池单元2的中央部和与其相邻的燃料电池单元2的中央部的距离)设为5mm，将配置于中央部的多个燃料电池单元2的厚度设为2mm，将配置于端部的多个燃料电池单元2的厚度设为3mm，由此能够将配置于中央部的多个燃料电池单元2间的间隔设为比配置于端部的多个燃料电池单元2间的间隔宽。还有，可以根据燃料电池单元的大小或燃料电池单元组的大小等，适当地设定相邻的燃料电池单元2的距离或燃料电池单元2的厚度，例如，在端部中的多个燃料电池单元中，可以在比配置于中央部的多个燃料电池单元2的厚度薄的范围内适当地变更燃料电池单元2的厚度。
由此，配置于中央部的多个燃料电池单元2更容易发散热能，从而能够降低燃料电池单元组17的中央部的温度，能够使燃料电池单元组17的温度分布接近均匀。
还有，通过在收容容器内收容如上所述的燃料电池单元组、和用于向燃料电池单元2供给含氧气体(通常为空气)的含氧气体供给机构，能够形成为本发明的燃料电池。
图4是表示本发明的燃料电池的一例的外观立体图。燃料电池18在长方体状收容容器19的内部收容有如上所述的燃料电池单元组、和用于向燃料电池单元2供给含氧气体的含氧气体供给机构20。还有，作为燃料电池单元组，示出了使用了图1A及图1B所示的燃料电池单元组1的例子。
另外，为了得到在燃料电池单元2使用的氢气，在燃料电池单元组1的上部配置用于将天然气或灯油等燃料改性，生成氢气的改性器21。还有，在图4中，燃料电池单元组装置10示出为包括改性器6的结构
另外，在图4中，示出了卸下收容容器19的一部分(前表面及后表面)，从后方取出收容于内部的燃料电池单元组装置10的状态。在此，在图4所示的燃料电池18中，能够将燃料电池单元组装置10滑动地收容于收容容器19内。
图5是图4所示的燃料电池18的从截断剖面线X-X观察的剖面图。构成燃料电池18的收容容器19为具有内壁22和外壁23的双重结构，利用外壁23形成收容容器19的外框，并且，利用内壁22形成收入燃料电池单元组(燃料电池单元组装置10)的发电室24。还有，内壁22和外壁23之间形成为向燃料电池单元2导入反应气体的流路，例如，导入燃料电池单元2的含氧气体等流过。
在此，在内壁22具备作为含氧气体供给机构的含氧气体导入部件20，其从内壁22的上表面延伸至燃料电池单元组1的侧面侧，对应于燃料电池单元组1的排列方向上的宽度，与由内壁22和外壁23形成的流路连通，用于向燃料电池单元2导入含氧气体。另外，在含氧气体导入部件20的下端侧(燃料电池单元2的下端侧)设置有用于向燃料电池单元2导入含氧气体的吹出口25。
还有，在图5中，含氧气体导入部件20利用相互空开规定间隔而排列设置的一对板部件形成含氧气体导入流路，在下端侧与底部件接合而形成。另外，在图5中，含氧气体导入部件20配置为位于在收容容器19的内部排列设置的两个燃料电池单元组1(燃料电池单元组装置10)之间。还有，根据收容的燃料电池单元组1的数量，例如从燃料电池单元组1的两侧面夹入含氧气体导入部件20而配置也可。
另外，在含氧气体导入部件20的内部中，从收容容器19的上表面侧插入有具有测温部27的温度传感器26(例如，热电偶等)。由此，能够测定燃料电池单元组1(燃料电池单元2)的温度。另外，在收容容器19内适当地配置有绝热部件28。还有，温度传感器26配置有多个也可，在那种情况下，优选配置于燃料电池单元组的中央部、和端部侧。
还有，在燃料电池单元组1中，从歧管12向燃料电池单元2供给燃料气体，并且，向燃料电池单元2供给含氧气体，使用这些，进行发电。
在图5中，利用含氧气体导入部件20沿燃料电池单元2的排列方向，从燃料电池单元组1的侧面侧供给含氧气体，并且，使含氧气体在燃料电池单元2之间流通。
即，从燃料电池单元组1的侧方供给含氧气体，使其在燃料电池单元2之间流通，由此通过燃料电池单元2和含氧气体进行热交换，从而能够降低燃料电池单元2的温度。
在此，在供给含氧气体时，优选从燃料电池单元2(燃料电池单元组1)的侧面方向的特定的部位向燃料电池单元组1全体供给含氧气体。
还有，在收容于图5所示的收容容器19的燃料电池单元组1(参照图4)中，在燃料电池单元2的排列方向上的中央部的多个燃料电池单元2间的间隔宽，因此，流过在中央部配置的多个燃料电池单元2间的含氧气体的流量变多，从而能够增大在中央部配置的多个燃料电池单元2的冷却效果(热交换)。
另一方面，在燃料电池单元2的排列方向上的端部配置的多个燃料电池单元2中，相邻的燃料电池单元2间的间隔窄，因此，配置于端部的多个燃料电池单元2间流过的含氧气体的流量比在中央部配置的多个燃料电池单元2间流过的含氧气体的流量少，对中央部的燃料电池单元2的冷却效果变小。
因此，进一步降低在燃料电池单元2的排列方向上的中央部配置的多个燃料电池单元2的温度，能够使燃料电池单元组1的温度分布更接近均匀，能够抑制燃料电池单元组1的发电效率降低。
另外，在图5所示的含氧气体导入部件20中配置为含氧气体沿燃料电池单元2从上方朝向下方流过含氧气体导入部件20的内部。
进而，在图5中，在燃料电池单元组1的上方配置有用于向燃料电池单元2(歧管12)供给燃料气体(改性气体)的改性器21。
在此，在燃料电池单元2的上端侧使未反应的燃料气体燃烧，加热改性器21的结构的燃料电池中，构成燃料电池单元组1的燃料电池单元2中，具有温度在燃料电池单元2的上部高，温度在燃料电池单元2的下部低的倾向。
因此，通过使含氧气体沿燃料电池单元2从上方朝向下方流过含氧气体导入部件20的内部，随着从上方朝向下方流过燃料电池单元2而暖化含氧气体。
还有，暖化的含氧气体从在含氧气体导入部件20的下端侧设置的吹出口25朝向燃料电池单元20的下部供给，由此能够提高燃料电池单元20的下部的温度。
由此，能够均匀化燃料电池单元20的上下方向(竖立设置方向)上的温度分布，因此，能够提高燃料电池单元20的发电效率。
而且，燃料电池单元组1的热量向改性器21传递，加热改性器21的底面。由此，改性器21能够有效地利用燃料电池单元组1的热量，进展改性反应。
还有，本发明的燃料电池18能够使燃料电池单元2的排列方向上的温度分布接近均匀，因此，能够更均匀地加热改性器21的温度。从而，能够有效地进行改性器21中的改性反应，能够形成为进一步提高发电效率的燃料电池18。
图6中示出了在燃料电池单元组1中设置于相邻的燃料电池单元2之间的集电部件3a的一例。
集电部件3a作为基本要件具备：与相邻的一方的燃料电池单元2的平坦面抵接的第一导电体片30；从相邻的一方的燃料电池单元2的端部向相邻的另一方的燃料电池单元2的另一方的端部倾斜而延伸的第二导电体片31；与另一方的燃料电池单元2的平坦面抵接的第三导电体片32；从另一方的燃料电池单元2的一方的端部向一方的燃料电池单元2的另一方端部倾斜而延伸的第四导电体片33。第一～第四导电体片按该顺序依次连结端部之间，进而按该顺序重复，并连结导电体片，由此形成沿轴向延伸的一系列的集电部件3a。
通过使用这样的集电部件3a，能够效率良好地将由燃料电池单元2发电的电集电，并且，能够使沿燃料电池单元2的排列方向从燃料电池单元组1的侧面侧供给的含氧气体容易地在集电部件3a的间隙中流通，在燃料电池单元2之间流通，能够与燃料电池单元2进行热交换。还有，关于端部集电部件3b，也形成为相同的形状。
从而，能够使燃料电池单元组1的温度分布接近均匀，因此，能够抑制燃料电池单元组1的发电效率降低。即，能够形成为提高了发电效率的燃料电池。
以上，详细地说明了本发明，但本发明不限定于上述实施方式，可以在不脱离本发明的宗旨的范围内，进行各种变更、改进等。
例如，在本发明的燃料电池单元组的说明中，使用燃料电池单元为中空平板型的燃料电池单元来进行了说明，但也可以使用平板型或圆筒型燃料电池单元。在那种情况下，就燃料电池单元的间隔来说，可以通过改变构成燃料电池单元的氧侧电极层、或燃料侧电极层、隔板等的尺寸，改变燃料电池单元的间隔。
本发明可以在不脱离其精神或主要的特征的情况下，以其他各种方式来实施。从而，所述实施方式相对于所有方面来说仅不过为例示，本发明的范围示出在专利请求的范围中，丝毫不受限于说明书正文。进而，属于专利请求的范围的变形或变更均包括在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种燃料电池单元组，其排列并电串联连接多个燃料电池单元，所述燃料电池单元是在支撑基板上依次层叠燃料侧电极层、固体电解质层及空气侧电极层而成，所述燃料电池单元组的特征在于，
在所述燃料电池单元的排列方向上的中央部配置的多个燃料电池单元间的间隔比在所述燃料电池单元的排列方向上的端部配置的多个燃料电池单元间的间隔宽。
2.根据权利要求1所述的燃料电池单元组，其特征在于，
在所述端部配置的多个所述燃料电池单元中，所述燃料电池单元以如下方式配置，即：朝向所述燃料电池单元的排列方向上的端部，相邻的所述燃料电池单元间的间隔逐渐变窄。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池单元组，其特征在于，
在所述燃料电池单元的排列方向上的中央部配置的多个所述燃料电池单元的厚度比在所述燃料电池单元的排列方向上的端部配置的多个所述燃料电池单元的厚度薄。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池单元组，其特征在于，
所述燃料电池单元为中空平板型的燃料电池单元，并且，竖立配置于用于向所述燃料电池单元供给燃料气体的歧管。
5.一种燃料电池，其特征在于，包括：
权利要求1～4中任一项所述的燃料电池单元组；
含氧气体供给机构，其用于向所述燃料电池单元供给含氧气体；
收容容器，其在内部收容所述燃料电池单元组及所述含氧气体供给机构，
沿所述燃料电池单元的排列方向从所述燃料电池单元组的侧面侧供给含氧气体，并且该含氧气体在所述燃料电池单元间流通。
6.根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，
所述燃料电池单元经由集电部件而电串联连接，并且，所述集电部件为能够使所述含氧气体流通的形状。
7.根据权利要求5或6所述的燃料电池，其特征在于，
所述含氧气体供给机构配置为使所述含氧气体在所述含氧气体供给机构的内部沿所述燃料电池单元从上方向下方流动。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的燃料电池，其特征在于，
在所述燃料电池单元组的上方配置有用于产生向所述燃料电池单元供给的燃料气体的改性器。
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