CN112602220A - 分流器、电池堆装置以及电化学单电池 - Google Patents

分流器、电池堆装置以及电化学单电池 Download PDF

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CN112602220A CN201980021344.1A CN201980021344A CN112602220A CN 112602220 A CN112602220 A CN 112602220A CN 201980021344 A CN201980021344 A CN 201980021344A CN 112602220 A CN112602220 A CN 112602220A
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田中裕己
新海正幸
菅博史
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Abstract

分流器(2)具备第一分流器主体(2a)及第二分流器主体(2b)。第一分流器主体(2a)具有与第一气体流路(43)连通的第一气体室(20a)。第二分流器主体(2b)具有与第二气体流路(44)连通的第二气体室(20b)。第二分流器主体(2b)配置于第一分流器主体(2a)内。

Description

分流器、电池堆装置以及电化学单电池
技术领域
本发明涉及分流器、电池堆装置以及电化学单电池。
背景技术
电池堆装置具备电化学单电池及分流器。专利文献1中公开的电池堆装置中，分流器对作为电化学单电池的一例的燃料电池单电池的基端部进行支承。分流器具有气体供给室及气体回收室。详细而言，分流器具有分流器主体及隔板，该分流器主体具有内部空间。隔板从分流器主体的底板向顶板延伸，将分流器主体的内部空间分隔为气体供给室及气体回收室。应予说明，气体供给室向燃料电池单电池供给气体，气体回收室对从燃料电池单电池排出的气体进行回收。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第6030260号公报
发明内容
电池堆装置在运转时变为高温，因此，隔板有时会发生热膨胀。隔板与分流器的顶板抵接，因此，因隔板发生热膨胀有可能挤压顶板而使其变形。如果顶板发生变形，则产生如下问题：在支承于顶板的电化学单电池的基端部、将电化学单电池与顶板接合的接合件等产生裂纹。因此，优选抑制顶板变形。因而，本发明的课题在于，提供能够抑制顶板变形的分流器及电池堆装置。
本发明的第一方面所涉及的分流器为用于向电化学单电池供给气体的分流器。电化学单电池具有第一及第二气体流路。第一及第二气体流路从电化学单电池的基端部向末端部延伸、且在电化学单电池的末端部彼此连通。分流器具备第一分流器主体及第二分流器主体。第一分流器主体具有与第一气体流路连通的第一气体室。第二分流器主体具有与第二气体流路连通的第二气体室。第二分流器主体配置于第一分流器主体内。
根据该结构，在第一分流器主体内配置第二分流器主体而划分为第一气体室及第二气体室，并非如现有的分流器那样利用隔板将分流器主体分隔为气体供给室及气体回收室。这样，本申请的第一方面所涉及的分流器不具有隔板，因此，能够防止因隔板膨胀导致的顶板变形。应予说明，可以将第一气体室设为气体供给室、且将第二气体室设为气体回收室，也可以将第一气体室设为气体回收室、且将第二气体室设为气体供给室。
优选地，第一分流器具有第一顶板、第一底板以及第一侧板。第一顶板包括用于使第一气体流路和第一气体室连通的第一贯通孔。第二分流器具有第二顶板、第二底板以及第二侧板。第二顶板包括用于使第二气体流路和第二气体室连通的第二贯通孔。
优选地，第二顶板由第一顶板的一部分构成。根据该结构，只要将由第二侧板和第二底板构成的箱体安装于第一顶板，就能够划分为第一气体室和第二气体室。因此，能够容易地制作具有第一气体室及第二气体室的分流器。
优选地，第一底板和第二底板彼此隔开间隔。根据该结构，作为分流器的底板的第一底板仅在第一气体室内露出，在第二气体室内并未露出，因此，能够抑制第一底板产生温度分布。与此相对，如以往那样利用隔板而划分为气体供给室和气体回收室的分流器中，底板在气体供给室内和气体回收室内均露出。由于气体的温度在气体供给室内和气体回收室内不同，因此，在气体供给室内和气体回收室内均露出的底板产生温度分布。
优选地，第一侧板和第二侧板彼此隔开间隔。
优选地，分流器构成为向多个电化学单电池供给气体。第一分流器主体及第二分流器主体在电化学单电池的排列方向上延伸。第二分流器主体在第一分流器主体内配置成靠近分流器的宽度方向上的一个端部侧。
优选地，分流器构成为向多个电化学单电池供给气体。第一分流器主体及第二分流器主体在电化学单电池的排列方向上延伸。第二分流器主体在第一分流器主体内配置于分流器的宽度方向上的中央部。
优选地，分流器还具备第二气体管及第二气体密封部。第二气体管贯穿第一分流器主体、且安装于第二分流器主体。第二气体密封部将第一分流器主体与第二气体管之间的间隙密封。第二气体密封部配置于第一分流器主体的外侧面上。
本发明的第二方面所涉及的电池堆装置具备电化学单电池以及上述任一分流器。分流器对电化学单电池的基端部进行支承。电化学单电池具有至少1个第一气体流路以及至少1个第二气体流路。第一气体流路与第一气体室连通。第一气体流路从电化学单电池的基端部向末端部延伸。第二气体流路与第二气体室连通。第二气体流路从电化学单电池的基端部向末端部延伸。第一气体流路和第二气体流路在电化学单电池的末端部彼此连通。
本发明的第三方面所涉及的电化学单电池为具有末端部及基端部的电化学单电池。该电化学单电池具备：支承基板；至少1个发电元件部；多个第一气体流路；以及至少1个第二气体流路。发电元件部配置于支承基板上。第一气体流路在支承基板内从基端部向末端部延伸。第一气体流路配置于该电化学单电池的宽度方向上的两个端部。第二气体流路在支承基板内从基端部向末端部延伸。第二气体流路在末端部与第一气体流路连通。第二气体流路配置于该电化学单电池的宽度方向上的中央部。
优选地，多个第一气体流路的流路截面积的合计值大于至少1个第二气体流路的流路截面积的合计值。
优选地，各第一气体流路的流路截面积大于各第二气体流路的流路截面积。
优选地，第一气体流路的数量比第二气体流路的数量多。
优选地，多个第一气体流路的流路截面积的合计值小于至少1个第二气体流路的流路截面积的合计值。
优选地，各第一气体流路的流路截面积小于各第二气体流路的流路截面积。
优选地，第一气体流路的数量比第二气体流路的数量少。
优选地，相邻的第一气体流路与第二气体流路之间的间距大于相邻的第一气体流路之间的间距。
发明效果
根据本发明，能提供能够抑制顶板变形的分流器及电池堆装置。
附图说明
图1是电池堆装置的立体图。
图2是分流器的截面图。
图3是分流器的截面图。
图4是分流器的俯视图。
图5是电池堆装置的截面图。
图6是燃料电池单电池的立体图。
图7是燃料电池单电池的截面图。
图8是变形例所涉及的电池堆装置的截面图。
图9是变形例所涉及的电池堆装置的截面图。
图10是变形例所涉及的电池堆装置的截面图。
图11是变形例所涉及的电池堆装置的截面图。
图12是变形例所涉及的分流器的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的分流器及电池堆装置的实施方式进行说明。应予说明，本实施方式中，作为电化学单电池的一例，利用燃料电池单电池、更具体而言为固体氧化物型燃料电池单电池(SOFC)进行说明。图1是表示电池堆装置的立体图，图2是分流器的截面图。应予说明，图1及图2中省略了若干燃料电池单电池的记载。
[电池堆装置]
如图1所示，电池堆装置100具备分流器2以及多个燃料电池单电池10。
[分流器]
分流器2构成为：向燃料电池单电池10供给气体。另外，分流器2构成为：对从燃料电池单电池10排出的气体进行回收。
如图2及图3所示，分流器2具有第一分流器主体2a及第二分流器主体2b。第一分流器主体2a具有第一气体室20a。本实施方式中，第一气体室20a将从气体供给源(省略图示)供给的燃料气体向燃料电池单电池10供给。第一气体室20a与后述的燃料电池单电池10的气体去路43连通。第一气体室20a是：第一分流器主体2a的内部空间中的、除了第二分流器2b占据的空间以外的空间。
第一分流器主体2a沿燃料电池单电池10的排列方向(z轴方向)延伸。即，第一气体室20a沿燃料电池单电池10的排列方向延伸。分流器2在燃料电池单电池10的排列方向上具有第一端部201及第二端部202。应予说明，图2中的中心线C表示排列方向上的分流器2的中心。
详细而言，第一分流器主体2a具有第一顶板21a、第一底板22a以及第一侧板23a。由第一顶板21a、第一底板22a以及第一侧板23a区划出第一气体室20a。第一分流器主体2a为长方体状。
例如，第一底板22a和第一侧板23a由1个部件构成。第一顶板21a与第一侧板23a的上端部接合。应予说明，也可以形成为：第一顶板21a和第一侧板23a由1个部件构成，第一底板22a与第一侧板23a的下端部接合。
第一侧板23a具有一对第一侧板部231a和一对第一连结部232a。各第一侧板部231a沿燃料电池单电池10的排列方向(z轴方向)延伸。各第一连结部232a沿燃料电池单电池10的宽度方向(y轴方向)延伸。各第一连结部232a将一对第一侧板部231a的端部彼此连结。
如图4所示，第一顶板21a具有多个第一贯通孔211a。各第一贯通孔211a使得第一气体室20a和气体去路43连通。各第一贯通孔211a在分流器2的长度方向(z轴方向)上隔开间隔地排列。各第一贯通孔211a的排列方向(z轴方向)的含义与燃料电池单电池10的排列方向相同。
各第一贯通孔211a沿分流器2的宽度方向(y轴方向)延伸。应予说明，各第一贯通孔211a与后述的各第二贯通孔211b一体地形成。
如图2及图3所示，第二分流器主体2b具有第二气体室20b。本实施方式中，第二气体室20b对从燃料电池单电池10排出的燃料气体进行回收。第二气体室20b与后述的燃料电池单电池10的气体返回路44连通。
第二分流器主体2b沿燃料电池单电池10的排列方向(z轴方向)延伸。即，第二气体室20b沿燃料电池单电池10的排列方向延伸。
第二分流器主体2b配置于第一分流器主体2a内。第二分流器主体2b在第一分流器主体2a内配置成靠近分流器2的宽度方向(y轴方向)上的一个端部。本实施方式中，第二分流器主体2b在第一分流器主体2a内配置成靠近图3的右侧。
第二分流器主体2b具有第二顶板21b、第二底板22b以及第二侧板23b。由第二顶板21b、第二底板22b以及第二侧板23b区划出第二气体室20b。第二分流器主体2b为长方体状。
例如，第二底板22b和第二侧板23b由1个部件构成。第二顶板21b与第二侧板23b的上端部接合。应予说明，也可以形成为：第二顶板21b和第二侧板23b由1个部件构成，第二底板22b与第二侧板23b的下端部接合。
第二侧板23b具有一对第二侧板部231b和一对第二连结部232b。各第二侧板部231b沿燃料电池单电池10的排列方向(z轴方向)延伸。各第二连结部232b沿燃料电池单电池10的宽度方向(y轴方向)延伸。各第二连结部232b将一对第二侧板部231b彼此连结。
第二底板22b与第一底板22a隔开间隔地配置。因此，第一底板22a与第二底板22b之间的空间为第一气体室20a的一部分。另外，第二侧板23b与第一侧板23a隔开间隔地配置。因此，第一侧板23a与第二侧板23b之间的空间为第一气体室20a的一部分。
第二顶板21b由第一顶板21a的一部分构成。即，第一顶板21a的一部分作为第二分流器主体2b的第二顶板21b而发挥作用。详细而言，包括第二分流器主体2b的第二底板22b及第二侧板23b的箱体安装于第一顶板21a。
如图4所示，第二顶板21b具有多个第二贯通孔211b。各第二贯通孔211b使得第二气体室20b和气体返回路44连结。各第二贯通孔211b在分流器2的长度方向(z轴方向)上隔开间隔地排列。各第二贯通孔211b的排列方向(z轴方向)的含义与燃料电池单电池10的排列方向相同。
各第二贯通孔211b沿分流器2的宽度方向(y轴方向)延伸。各第二贯通孔211b与第二气体室20b连通。应予说明，如上所述，各第二贯通孔211b与各第一贯通孔211a一体地形成。
如图5所示，第一及第二顶板21a、21b对各燃料电池单电池10的基端部101进行支承。详细而言，接合件103将第一及第二顶板21a、21b和燃料电池单电池10的基端部101接合。接合件103沿燃料电池单电池10的基端部101的周围而形成为环状。应予说明，第一及第二顶板21a、21b可以像本实施方式这样直接对燃料电池单电池10进行支承，也可以与燃料电池单电池10之间隔着其他部件而间接地对燃料电池单电池10进行支承。
[第一气体管]
如图2所示，第一气体管12构成为向第一气体室20a供给气体。第一气体管12与第一气体室20a连通。详细而言，第一气体管12在燃料电池单电池10的排列方向(z轴方向)上在比分流器2的中心C更靠第一端部201侧的位置与第一气体室20a连通。
第一气体管12安装于第一分流器主体2a。详细而言，第一气体管12例如安装于第一连结部232a。应予说明，第一气体管12从第一连结部232a沿着燃料电池单电池10的排列方向而供给气体。即，基于第一气体管12的气体供给方向沿着燃料电池单电池10的排列方向。
[第二气体管]
第二气体管13构成为从第二气体室20b回收气体。第二气体管13与第二气体室20b连通。第二气体管13在燃料电池单电池10的排列方向上在比分流器2的中心C更靠第二端部202侧的位置与第二气体室20b连通。
第二气体管13安装于第二分流器主体2b。详细而言，第二气体管13例如安装于第二连结部232b。应予说明，供第二气体管13安装的第二连结部232b配置于供第一气体管12安装的第一连结部232a的相反侧。
第二气体管13贯穿第一分流器主体2a。详细而言，第二气体管13以贯穿第一分流器主体2a的第一侧板23a的方式延伸。应予说明，第二气体管13以贯穿第一分流器主体2a的第一侧板23a中的第一连结部232a的方式延伸。
第二气体管13从第二连结部232b沿着燃料电池单电池10的排列方向而回收气体。即，基于第二气体管13的气体回收方向沿着燃料电池单电池10的排列方向。
第一气体管12沿着第二气体管13的气体回收方向而供给气体。即，基于第一气体管12的气体供给方向实质上与基于第二气体管13的气体回收方向相同。
[燃料电池单电池]
如图5所示，燃料电池单电池10自分流器2开始向上方延伸。详细而言，燃料电池单电池10的基端部101安装于分流器2。本实施方式中，燃料电池单电池10的基端部101是指下端部，燃料电池单电池10的末端部102是指上端部。
如图1所示，各燃料电池单电池10以主面彼此对置的方式排列。另外，各燃料电池单电池10沿着分流器2的长度方向(z轴方向)隔开间隔地排列。即，燃料电池单电池10的排列方向沿着分流器2的长度方向。应予说明，各燃料电池单电池10也可以不沿着分流器2的长度方向而等间隔地配置。
如图5及图6所示，燃料电池单电池10具有支承基板4、多个发电元件部5以及连通部件3。各发电元件部5支承于支承基板4的第一主面45及第二主面46。应予说明，在第一主面45形成的发电元件部5的数量和在第二主面46形成的发电元件部5的数量可以彼此相同，也可以互不相同。另外，各发电元件部5的大小可以互不相同。
[支承基板]
支承基板4自分流器2开始沿上下方向延伸。详细而言，支承基板4自分流器2开始向上方延伸。支承基板4为扁平状、且具有基端部41及末端部42。基端部41及末端部42是支承基板4的长度方向(x轴方向)上的两个端部。本实施方式中，支承基板4的基端部41是指下端部，支承基板4的末端部42是指上端部。
支承基板4的基端部41安装于分流器2。例如，支承基板4的基端部41借助接合件103等而安装于分流器2的第一及第二顶板21a、21b。详细而言，支承基板4的基端部41插入于在第一及第二顶板21a、21b形成的第一及第二贯通孔211a、211b。应予说明，支承基板4的基端部41也可以不插入于第一及第二贯通孔211a、211b。
支承基板4具有多个气体去路43(第一气体流路的一例)和多个气体返回路44(第二气体流路的一例)。气体去路43在支承基板4内沿上下方向延伸。即，气体去路43沿支承基板4的长度方向(x轴方向)延伸。气体去路43贯穿支承基板4。各气体去路43在支承基板4的宽度方向(y轴方向)上彼此隔开间隔地配置。应予说明，优选各气体去路43等间隔地配置。支承基板4的宽度方向(y轴方向)上的尺寸可以比长度方向(x轴方向)上的尺寸大。
如图5所示，相邻的气体去路43的间距p1例如为1mm～5mm左右。该相邻的气体去路43的间距p1是气体去路43的中心间的距离。例如，气体去路43的间距p1可以设为在基端部41、中央部、以及末端部42处分别测定所得的间距的平均值。
气体去路43从燃料电池单电池10的基端部101向末端部102延伸。在燃料电池单电池10安装于分流器2的状态下，气体去路43在基端部101侧与第一分流器主体2a的第一气体室20a连通。
气体返回路44在支承基板4内沿上下方向延伸。即，气体返回路44在支承基板4的长度方向(x轴方向)上延伸。气体返回路44实质上与气体去路43平行地延伸。
气体返回路44贯穿支承基板4。各气体返回路44在支承基板4的宽度方向(y轴方向)上彼此隔开间隔地配置。应予说明，优选各气体返回路44等间隔地配置。
相邻的气体返回路44的间距p2例如为1mm～5mm左右。该相邻的气体返回路44的间距p2是气体返回路44的中心间的距离。例如，气体返回路44的间距p2可以设为在基端部41、中央部、以及末端部42处分别测定所得的间距的平均值。应予说明，优选各气体返回路44间的间距p2与各气体去路43间的间距p1实质上相等。
气体返回路44从燃料电池单电池10的基端部101向末端部102延伸。在燃料电池单电池10安装于分流器2的状态下，气体返回路44在基端部101侧与第二分流器主体2b的第二气体室20b连通。
相邻的气体去路43与气体返回路44之间的间距p0例如为1mm～10mm左右。该相邻的气体去路43与气体返回路44之间的间距p0是气体去路43的中心与气体返回路44的中心之间的距离。例如，可以在支承基板4的基端部41处对间距p0进行测定。
相邻的气体去路43与气体返回路44之间的间距p0大于相邻的气体去路43的间距p1。另外，相邻的气体去路43与气体返回路44之间的间距p0大于相邻的气体返回路44的间距p2。
气体去路43和气体返回路44在燃料电池单电池10的末端部102侧彼此连通。详细而言，气体去路43和气体返回路44借助连通部件3的连通流路30而连通。
气体去路43及气体返回路44构成为：气体去路43内的气体的压力损失小于气体返回路44内的气体的压力损失。应予说明，如本实施方式这样气体去路43及气体返回路44分别具有多条的情况下，气体去路43及气体返回路44构成为：各气体去路43内的气体的压力损失的平均值小于各气体返回路44内的气体的压力损失的平均值。
例如，可以将各气体去路43的流路截面积设为大于各气体返回路44的流路截面积。应予说明，在气体去路43的数量和气体返回路44的数量不同的情况下，可以将各气体去路43的流路截面积的合计值设为大于各气体返回路44的流路截面积的合计值。
虽未特别限定，不过，各气体返回路44的流路截面积的合计值可以设为各气体去路43的流路截面积的合计值的20％～95％左右。应予说明，气体去路43的流路截面积例如可以设为0.5mm2～20mm2左右。另外，气体返回路44的流路截面积例如可以设为0.1mm2～15mm2左右。
气体去路43的流路截面积是指：利用与气体去路43延伸的方向(x轴方向)正交的面(yz平面)进行剖切所得的剖切面中的气体去路43的流路截面积。另外，气体去路43的流路截面积可以设为基端部41侧的任意部位的流路截面积、中央部的任意部位的流路截面积、以及末端部42侧的任意部位的流路截面积的平均值。
另外，气体返回路44的流路截面积是指：利用与气体返回路44延伸的方向(x轴方向)正交的面(yz平面)进行剖切所得的剖切面中的气体返回路44的流路截面积。另外，气体返回路44的流路截面积可以设为基端部41侧的任意部位的流路截面积、中央部的任意部位的流路截面积、以及末端部42侧的任意部位的流路截面积的平均值。
如图6所示，支承基板4具有第一主面45及第二主面46。第一主面45和第二主面46彼此朝向相反方向。第一主面45及第二主面46对各发电元件部5进行支承。第一主面45及第二主面46朝向支承基板4的厚度方向(z轴方向)。另外，支承基板4的各侧面47朝向支承基板4的宽度方向(y轴方向)。各侧面47可以弯曲。如图1所示，各支承基板4配置成第一主面45和第二主面46对置。
如图6所示，支承基板4对发电元件部5进行支承。支承基板4由不具有电子传导性的多孔质的材料构成。支承基板4例如由CSZ(氧化钙稳定氧化锆)构成。或者，支承基板4可以由NiO(氧化镍)和YSZ(8YSZ)(三氧化二钇稳定氧化锆)构成，也可以由NiO(氧化镍)和Y2O3(三氧化二钇)构成，还可以由MgO(氧化镁)和MgAl2O4(镁铝尖晶石)构成。支承基板4的气孔率例如为20％～60％左右。例如通过阿基米德法或观察微结构而测定该气孔率。
支承基板4由致密层48覆盖。致密层48构成为：抑制从气体去路43及气体返回路44扩散到支承基板4内的气体向外部排出。本实施方式中，致密层48将支承基板4的第一主面45、第二主面46以及各侧面47覆盖。应予说明，本实施方式中，致密层48构成为包括后述的电解质7以及互连器91。致密层48比支承基板4致密。例如，致密层48的气孔率为0～7％左右。
[发电元件部]
多个发电元件部5支承于支承基板4的第一主面45及第二主面46。各发电元件部5在支承基板4的长度方向(x轴方向)上排列。详细而言，各发电元件部5在支承基板4上从基端部41朝向末端部42彼此隔开间隔地配置。即，各发电元件部5沿支承基板4的长度方向(x轴方向)隔开间隔地配置。应予说明，各发电元件部5借助后述的电连接部9而彼此串联连接。
发电元件部5在支承基板4的宽度方向(y轴方向)上延伸。发电元件部5在支承基板4的宽度方向上划分为第一部分51和第二部分52。应予说明，第一部分51和第二部分52之间没有严格的边界。例如，在燃料电池单电池10安装于分流器2的状态下，在支承基板4的长度方向上观察(x轴方向观察)时，可以将相对于第一气体室20a和第二气体室20b的边界重叠的部分设为第一部分51与第二部分52的边界部。
在支承基板4的厚度方向上观察(z轴方向观察)时，气体去路43与发电元件部5的第一部分51重叠。另外，在支承基板4的厚度方向上观察(z轴方向观察)时，气体返回路44与发电元件部5的第二部分52重叠。应予说明，多个气体去路43中的一部分气体去路43可以不与第一部分51重叠。同样地，多个气体返回路44中的一部分气体返回路44可以不与第二部分52重叠。
图7是沿着气体去路43剖切的燃料电池单电池10的截面图。应予说明，沿着气体返回路44剖切的燃料电池单电池10的截面图除了气体返回路44的流路截面积不同以外，其余与图7相同。
发电元件部5具有燃料极6、电解质7以及空气极8。另外，发电元件部5还具有防止反应膜11。燃料极6是由具有电子传导性的多孔质的材料构成的烧成体。燃料极6具有燃料极集电部61及燃料极活性部62。
燃料极集电部61配置于凹部49内。凹部49形成于支承基板4。详细而言，燃料极集电部61填充至凹部49内，具有与凹部49同样的外形。各燃料极集电部61具有第一凹部611及第二凹部612。燃料极活性部62配置于第一凹部611内。详细而言，燃料极活性部62填充至第一凹部611内。
燃料极集电部61例如可以由NiO(氧化镍)和YSZ(8YSZ)(三氧化二钇稳定氧化锆)构成。或者，燃料极集电部61可以由NiO(氧化镍)和Y2O3(三氧化二钇)构成，也可以由NiO(氧化镍)和CSZ(氧化钙稳定氧化锆)构成。燃料极集电部61的厚度、以及凹部49的深度为50μm～500μm左右。
燃料极活性部62例如可以由NiO(氧化镍)和YSZ(8YSZ)(三氧化二钇稳定氧化锆)构成。或者，燃料极活性部62可以由NiO(氧化镍)和GDC(钆掺杂氧化铈)构成。燃料极活性部62的厚度为5μm～30μm。
电解质7配置成覆盖于燃料极6上。详细而言，电解质7在长度方向上从一个互连器91延伸至另一个互连器91。即，在支承基板4的长度方向(x轴方向)上，电解质7和互连器91交替地配置。另外，电解质7将支承基板4的第一主面45、第二主面46以及各侧面47覆盖。
电解质7比支承基板4致密。例如电解质7的气孔率为0～7％左右。电解质7是由具有离子传导性且不具有电子传导性的致密材料构成的烧成体。电解质7例如可以由YSZ(8YSZ)(三氧化二钇稳定氧化锆)构成。或者，可以由LSGM(镓酸镧)构成。电解质7的厚度例如为3μm～50μm左右。
防止反应膜11是由致密材料构成的烧成体。俯视观察时，防止反应膜11为与燃料极活性部62大致相同的形状。防止反应膜11隔着电解质7而配置于与燃料极活性部62对应的位置。设置防止反应膜11的目的在于，抑制电解质7内的YSZ与空气极8内的Sr发生反应而在电解质7与空气极8的界面形成电阻较大的反应层的现象的发生。防止反应膜11例如可以由GDC＝(Ce，Gd)O2(钆掺杂氧化铈)构成。防止反应膜11的厚度例如为3μm～50μm左右。
空气极8配置于防止反应膜11上。空气极8是由具有电子传导性的多孔质材料构成的烧成体。空气极8例如可以由LSCF＝(La，Sr)(Co，Fe)O3(镧锶钴铁酸盐)构成。或者，可以由LSF＝(La，Sr)FeO3(镧锶铁酸盐)、LNF＝La(Ni，Fe)O3(镧镍铁酸盐)、LSC＝(La，Sr)CoO3(镧锶钴酸盐)等构成。另外，空气极8可以构成为包括第一层(内侧层)和第二层(外侧层)这2层，该第一层由LSCF构成，该第二层由LSC构成。空气极8的厚度例如为10μm～100μm。
[电连接部]
电连接部9构成为使得相邻的发电元件部5电连接。电连接部9具有互连器91及空气极集电膜92。互连器91配置于第二凹部612内。详细而言，互连器91埋设(填充)于第二凹部612内。互连器91是由具有电子传导性的致密材料构成的烧成体。互连器91比支承基板4致密。例如互连器91的气孔率为0～7％左右。互连器91例如可以由LaCrO3(铬酸镧)构成。或者，可以由(Sr，La)TiO3(钛酸锶)构成。互连器91的厚度例如为10μm～100μm。
空气极集电膜92配置成在相邻的发电元件部5的互连器91与空气极8之间延伸。例如配置空气极集电膜92的目的在于，使得图7的配置于左侧的发电元件部5的空气极8与图7的配置于右侧的发电元件部5的互连器91电连接。空气极集电膜92是由具有电子传导性的多孔质材料构成的烧成体。
空气极集电膜92例如可以由LSCF＝(La，Sr)(Co，Fe)O3(镧锶钴铁酸盐)构成。或者，可以由LSC＝(La，Sr)CoO3(镧锶钴酸盐)构成。或者，可以由Ag(银)、Ag－Pd(银钯合金)构成。空气极集电膜92的厚度例如为50μm～500μm左右。
[连通部件]
如图5所示，连通部件3安装于支承基板4的末端部42。并且，连通部件3具有使得气体去路43和气体返回路44连通的连通流路30。详细而言，连通流路30将各气体去路43和各气体返回路44连通。连通流路30由从各气体去路43延伸至各气体返回路44的空间构成。优选连通部件3与支承基板4接合。另外，优选连通部件3与支承基板4一体地形成。连通流路30的数量比气体去路43的数量少。本实施方式中，仅借助一条连通流路30而使得多个气体去路43和多个气体返回路44连通。
连通部件3例如为多孔质。另外，连通部件3具有构成其外侧面的致密层31。比连通部件3的主体致密地形成致密层31。例如致密层31的气孔率为0～7％左右。该致密层31可以由与连通部件3相同的材料、上述电解质7中使用的材料、结晶玻璃等形成。
[发电方法]
关于以上述方式构成的电池堆装置100，向第一分流器主体2a的第一气体室20a供给氢气等燃料气体，并且，使得燃料电池单电池10暴露于空气等含氧气体中。于是，在空气极8引起下述(1)式所示的化学反应，在燃料极6引起下述(2)式所示的化学反应，由此使得电流流通。
(1/2)·O2+2e－→O2－…(1)
H2+O2－→H2O+2e－…(2)
详细而言，从第一气体管12供给至第一气体室20a的燃料气体在各燃料电池单电池10的气体去路43内流动，在各发电元件部5的燃料极6引起上述(2)式所示的化学反应。各燃料极6中未反应的燃料气体离开气体去路43并经由连通部件3的连通流路30而向气体返回路44供给。并且，向气体返回路44供给的燃料气体在燃料极6再次引起上述(2)式所示的化学反应。将流经气体返回路44的过程中在燃料极6未反应的燃料气体向第二分流器主体2b的第二气体室20b回收。然后，第二气体管13从第二气体室20b回收气体。
[变形例]
以上对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于这些实施方式，只要不脱离本发明的主旨就可以进行各种变更。
变形例1
上述实施方式中，气体去路43相当于本发明的第一气体流路，气体返回路44相当于本发明的第二气体流路，但并不限定于此。例如，如图8所示，可以形成为：气体去路43相当于本发明的第二气体流路，气体返回路44相当于本发明的第一气体流路。即，气体去路43与第二气体室20b连通，气体返回路44与第一气体室20a连通。在这种情况下，从第二气体管13向第二气体室20b供给燃料气体。然后，第二气体室20b将燃料气体向燃料电池单电池10供给。第一气体室20a对从燃料电池单电池10排出的未反应的燃料气体进行回收。然后，经由第一气体管12而从第一气体室20a排出燃料气体。
变形例2
上述实施方式中，第二分流器主体2b在第一分流器主体2a内配置成靠近分流器2的宽度方向上的一个端部侧，但并不限定于此。例如，如图9所示，第二分流器主体2b在第一分流器主体2a内可以配置于分流器2的宽度方向上的中央部。应予说明，第二分流器主体2b无需配置成在分流器2的宽度方向上使得第二分流器主体2b的中心和第一分流器主体2a的中心完全一致，第二分流器主体2b的中心可以偏离第一分流器主体2a的中心。
第一分流器主体2a具有一对第一气体室20a。一对第一气体室20a在第一分流器主体2内配置于分流器2的宽度方向(y轴方向)上的两个端部。并且，第二气体室20b在分流器2的宽度方向上配置于一对第一气体室20a之间。应予说明，一对第一气体室20a可以连通，也可以不连通。本变形例2中，一对第一气体室20a借助第一底板22a与第二底板22b之间的空间而连通。
另外，燃料电池单电池10中，与第一气体室20a连通的多个第一气体流路(本变形例2中为气体去路43)配置于燃料电池单电池10的宽度方向(y轴方向)上的两个端部。并且，与第二气体室20b连通的第二气体流路(本变形例2中为气体返回路44)配置于燃料电池单电池10的宽度方向上的中央部。
该变形例2中，第一气体流路为气体去路43，第二气体流路为气体返回路44。因此，第一气体室20a将从燃料气体供给源供给的燃料气体向燃料电池单电池10供给。另外，第二气体室20b对从燃料电池单电池10排出的未反应的燃料气体进行回收。
多个气体去路43的流路截面积的合计值可以设为大于多个气体返回路44的流路截面积的合计值。在这种情况下，例如可以将各气体去路43的流路截面积设为大于所述各气体返回路44的流路截面积，也可以将气体流路43的数量设为比气体返回路44的数量多。
应予说明，多个气体去路43的流路截面积的合计值可以小于多个气体返回路44的流路截面积的合计值。在这种情况下，例如可以将各气体去路43的流路截面积设为小于各气体返回路44的流路截面积，也可以将气体流路43的数量设为比气体返回路44的数量少。
该变形例2中，与上述实施方式相同，相邻的气体去路43与气体返回路44之间的间距大于相邻的气体去路43的间距。另外，相邻的气体去路43与气体返回路44之间的间距大于相邻的气体返回路44的间距。
应予说明，本变形例2中，如图10所示，可以形成为：从燃料气体供给源向第二气体室20b供给燃料气体，在第一气体室20a中对从燃料电池单电池10排出的未反应的燃料气体进行回收。在这种情况下，与第一气体室20a连通的第一气体流路为气体返回路44，与第二气体室20b连通的第二气体流路为气体去路43。
变形例3
上述实施方式中，气体去路43和气体返回路44借助连通部件3所具有的连通流路30而连通，但并不限定于该结构。例如，如图11所示，支承基板4可以在内部具有连通流路30。在这种情况下，电池堆装置100可以不具备连通部件3。借助在该支承基板4内形成的连通流路30而使得气体去路43和气体返回路44连通。
变形例4
上述实施方式中，支承基板4具有多个气体去路43，不过，也可以仅具有1个气体去路43。同样地，支承基板4具有多个气体返回路44，不过，也可以仅具有1个气体返回路44。
变形例5
如图12所示，分流器2可以具有气体密封部24。气体密封部24将第一侧板23a与第二气体管13之间的间隙密闭。详细而言，气体密封部24将第一侧板23a的贯通孔的内壁面与第二气体管13的外周面之间的间隙密闭。第二气体密封部24沿着第二气体管13的外周面而形成为环状。
第二气体密封部24配置于第一分流器主体2a的外侧面上。详细而言，第二气体密封部24配置于第一侧板23a的外侧面上。该气体密封部24例如可以由玻璃、陶瓷或钎焊料等构成。除此以外，气体密封部24可以由焊接部构成。
变形例6
上述实施方式中，配置成：分流器2的第一及第二顶板21a、21b朝向上方、且第一及第二底板22a、22b朝向下方，不过，分流器2的配置并不限定于此。例如，也可以配置成：分流器2的第一及第二顶板21a、21b朝向下方、且第一及第二底板22a、22b朝向上方。在这种情况下，燃料电池单电池10自第一及第二顶板231开始向下方延伸。
变形例7
上述实施方式的燃料电池单电池10是：各发电元件部5在支承基板4的长度方向(x轴方向)上排列的、所谓的横条纹型的燃料电池单电池，不过，燃料电池单电池10的结构并不限定于此。例如，燃料电池单电池10可以是：在支承基板4的第一主面45支承有1个发电元件部5的、所谓的纵条纹型的燃料电池单电池。这种情况下，可以在支承基板4的第二主面46支承一个发电元件部5，也可以不支承发电元件部5。
变形例8
上述实施方式中，将电化学单电池用作固体氧化物型燃料电池单电池(SOFC)，但并不限定于此。例如，还可以将电化学单电池用作固体氧化物型电解单电池(SOEC)。
附图标记说明
2 分流器
2a 第一分流器主体
20a 第一气体室
21a 第一顶板
211a 第一贯通孔
22a 第一底板
23a 第一侧板
2b 第二分流器主体
20b 第二气体室
21b 第二顶板
211b 第二贯通孔
22b 第二底板
23b 第二侧板
10 燃料电池单电池
43 第一气体流路
44 第二气体流路

Claims (17)

1.一种分流器，其用于向电化学单电池供给气体，该电化学单电池具有从基端部向末端部延伸、且在所述末端部彼此连通的第一气体流路及第二气体流路，
所述分流器的特征在于，具备：
第一分流器主体，该第一分流器主体具有与所述第一气体流路连通的第一气体室；以及
第二分流器主体，该第二分流器主体具有与所述第二气体流路连通的第二气体室，并配置于所述第一分流器主体内。
2.根据权利要求1所述的分流器，其特征在于，
所述第一分流器具有第一顶板、第一底板以及第一侧板，该第一顶板包括用于使所述第一气体流路和所述第一气体室连通的第一贯通孔，
所述第二分流器具有第二顶板、第二底板以及第二侧板，该第二顶板包括用于使所述第二气体流路和所述第二气体室连通的第二贯通孔。
3.根据权利要求2所述的分流器，其特征在于，
所述第二顶板由所述第一顶板的一部分构成。
4.根据权利要求2或3所述的分流器，其特征在于，
所述第一底板和所述第二底板彼此隔开间隔。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的分流器，其特征在于，
所述第一侧板和所述第二侧板彼此隔开间隔。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的分流器，其特征在于，
所述分流器构成为向多个电化学单电池供给气体，
所述第一分流器主体及所述第二分流器主体在所述电化学单电池的排列方向上延伸，
所述第二分流器主体在所述第一分流器主体内配置成靠近所述分流器的宽度方向上的一个端部侧。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的分流器，其特征在于，
所述分流器构成为向多个电化学单电池供给气体，
所述第一分流器主体及所述第二分流器主体在所述电化学单电池的排列方向上延伸，
所述第二分流器主体在所述第一分流器主体内配置于所述分流器的宽度方向上的中央部。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的分流器，其特征在于，
所述分流器还具备：
第二气体管，该第二气体管贯穿所述第一分流器主体、且安装于所述第二分流器主体；以及
第二气体密封部，该第二气体密封部将所述第一分流器主体与所述第二气体管之间的间隙密封，
所述第二气体密封部配置于所述第一分流器主体的外侧面上。
9.一种电池堆装置，其特征在于，
所述电池堆装置具备：电化学单电池；以及对所述电化学单电池的基端部进行支承的权利要求1至8中任一项所述的分流器，
所述电化学单电池具有：
至少1个第一气体流路，该至少1个第一气体流路与所述第一气体室连通、且从所述电化学单电池的基端部向末端部延伸；以及
至少1个第二气体流路，该至少1个第二气体流路与所述第二气体室连通，从所述电化学单电池的基端部向末端部延伸、且在所述电化学单电池的末端部与所述第一气体流路连通。
10.一种电化学单电池，其具有末端部及基端部，
所述电化学单电池的特征在于，具备：
支承基板；
至少1个发电元件部，该至少1个发电元件部配置于所述支承基板上；
多个第一气体流路，该多个第一气体流路在所述支承基板内从所述基端部向所述末端部延伸，并配置于该电化学单电池的宽度方向上的两个端部；以及
至少1个第二气体流路，该至少1个第二气体流路在所述支承基板内从所述基端部向所述末端部延伸，在所述末端部与所述第一气体流路连通、且配置于该电化学单电池的宽度方向上的中央部。
11.根据权利要求10所述的电化学单电池，其特征在于，
所述多个第一气体流路的流路截面积的合计值大于所述至少1个第二气体流路的流路截面积的合计值。
12.根据权利要求11所述的电化学单电池，其特征在于，
各所述第一气体流路的流路截面积大于各所述第二气体流路的流路截面积。
13.根据权利要求11或12所述的电化学单电池，其特征在于，
所述第一气体流路的数量比所述第二气体流路的数量多。
14.根据权利要求10所述的电化学单电池，其特征在于，
所述多个第一气体流路的流路截面积的合计值小于所述至少1个第二气体流路的流路截面积的合计值。
15.根据权利要求14所述的电化学单电池，其特征在于，
各所述第一气体流路的流路截面积小于各所述第二气体流路的流路截面积。
16.根据权利要求14或15所述的电化学单电池，其特征在于，
所述第一气体流路的数量比所述第二气体流路的数量少。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的电化学单电池，其特征在于，
相邻的所述第一气体流路与所述第二气体流路之间的间距大于相邻的所述第一气体流路之间的间距。
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