CN101990720B

CN101990720B - 燃料电池组

Info

Publication number: CN101990720B
Application number: CN2010800013478A
Authority: CN
Inventors: 松本敏宏; 长尾善辉; 日下部弘树; 川畑德彦; 新井健二
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: US20110091786A1; EP2333890A1; JP4621815B2; CN101990720A; JPWO2010106753A1; WO2010106753A1; EP2333890A4; US8076017B2; EP2333890B1

Abstract

本发明的燃料电池组包括：单元层叠体，其层叠了由膜电极接合体、以及夹持所述膜电极接合体的分离器构成的单电池；一对集电板，其夹持所述单元层叠体并且由集电板A和集电板B构成；一对端板，其夹持所述单元层叠体和所述集电板并且由端板A和端板B构成；以及弹性部件，其配置在所述端板A和所述集电板A之间，所述端板A的与所述集电板A相对的面具有凹凸形状，所述端板A的凹部保持所述弹性部件，所述凹部的底面具有第二凸部和第二凹部。

Description

燃料电池组

技术领域

本发明涉及燃料电池组。

背景技术

燃料电池组具有层叠了燃料电池单元(单电池)的结构。单电池由具有高分子电解质膜和夹持高分子电解质膜的一对催化电极的膜电极接合体(membrane electrode assembly，以下也称为“MEA”)、以及夹持膜电极接合体的一对分离器构成。

高分子电解质膜由具有高分子离子交换膜等的电解质构成，所述高分子离子交换膜为具有磺酸基的氟化树脂类离子交换膜或者碳氢树脂类离子交换膜等。

催化电极由位于高分子电解质膜侧的、促进催化电极内的氧化还原反应的催化层和位于催化层外侧的、具有通气性以及导电性的气体扩散层构成。另外，气体扩散层由位于催化层侧的、用于提高与催化层的接触性的碳涂层和用于使从外部供给的气体扩散而提供给催化层的气体扩散基材层构成。燃料极的催化层例如包含铂或铂和钌的合金等，空气极的催化层例如包含铂或铂和钴的合金等。

分离器是用于使对燃料极供给的燃料气体和对空气极供给的氧化气体不混合的导电性部件。

通过层叠这样的单电池，能够将燃料电池组串联地电连接。燃料电池组还具有夹持单元层叠体的端板(end plate)(例如，参照专利文献1和专利文献2)。另外，也存在以下的情况，即：为了对单元层叠体施加均匀的负荷，在单元层叠体和端板之间配置弹簧模块(spring module)(参照专利文献3和专利文献4)，或者在单元层叠体和端板之间配置弹性部件(例如，参照专利文献5和专利文献6)。

图1是专利文献6记载的燃料电池组1的剖面图。如图1所示，专利文献6记载的燃料电池组1具有：单元层叠体12、夹持单元层叠体12的压板(pressure plate)2和压板8、以及端板20。在端板20和压板2之间配置弹性部件19。

对压板的与单元层叠体12相对的面施加了导电处理，压板的与单元层叠体12相对的面以外的部分是绝缘体。另外，弹性部件19由端板20的凹部9和压板2的凹部7保持。

通过对具有这样的结构的燃料电池组的各个单电池分别供给燃料气体(含有氢)、以及氧化气体(含有氧)，能够持续地获得电能。以下，说明通过对单电池供给燃料气体和氧化气体而产生的化学反应。

对燃料极供给了的氢分子通过燃料极的催化层被分为氢离子和电子。氢离子通过被加湿的高分子电解质膜而移动到空气极侧。另一方面，电子通过外部电路而移动到供给氧化气体的空气极。此时，能够将通过外部电路的电子利用为电能。在空气极催化层中，通过高分子电解质膜而移动来的氢离子、通过外部电路而移动来的电子以及供给到空气极的氧发生反应，生成水。另外，通过上述的化学反应，产生热。

这样，通过对燃料电池供给燃料气体和氧化气体，能够同时获得电能和热能。由此，燃料电池组被利用为要求发电和热水供应的家庭用联产系统(cogeneration system)(例如，参照专利文献7)。在家庭用联产系统中，利用在分离器上设置的流路流动的制冷剂，依次回收发电中产生的热。被回收的热进而贮存在储热水罐等中，并根据需要，被利用为热能。

另外，已知以下的技术，即：为了在运转时容易进行燃料电池组的温度调节，在端板的与单元层叠体相对的面上设置凹凸形状(例如，参照专利文献8)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-123114号公报

专利文献2：日本特开平8-203553号公报

专利文献3：日本特开2004-288618号公报

专利文献4：美国专利申请公开第2005/0277012号说明书

专利文献5：日本特开2007-257865号公报

专利文献6：日本特开2006-179220号公报

专利文献7：日本特开2008-293996号公报

专利文献8：美国专利申请公开第2008/0090122号说明书

但是，在发电中产生的热除了通过制冷剂来回收以外，有时从单元层叠体传导到端板。存在以下的问题，即：由于传导到端板的热从端板向外部释放，所以无法将其作为热能回收，无法高效率地回收发电中产生的热。

例如，在图1所示的专利文献6的燃料电池组1中，发电中产生的单元层叠体12的热传递给压板8，并从压板8向外部释放。另外，发电中产生的单元层叠体12的热通过压板2和弹性部件19移动到端板20，并从端板20向外部释放。

发明内容

本发明的目的在于，提供减少从单元层叠体传导到端板并向外部释放的热量，从而能够高效率地回收发电中产生的热的燃料电池组。

本发明人发现通过减少端板与集电板之间的接触面积，并且减少端板与弹性部件之间的接触面积，能够抑制热的释放，并通过进一步的研究而完成了本发明。也就是说，本发明涉及如下所示的燃料电池组。

[1]燃料电池组，包括：单元层叠体，其层叠了由膜电极接合体、以及夹持所述膜电极接合体的分离器构成的单电池；一对集电板，其夹持所述单元层叠体并且由集电板A和集电板B构成；一对端板，其夹持所述单元层叠体和所述集电板并且由端板A和端板B构成；以及弹性部件，其配置在所述端板A和所述集电板A之间，所述端板A的与所述集电板A相对的面具有凹凸形状，所述端板A的凹部保持所述弹性部件，所述凹部的底面具有第二凸部和第二凹部。

[2]如[1]所述的燃料电池组，所述弹性部件与所述第二凸部的顶面接触。

[3]如[1]或[2]所述的燃料电池组，所述集电板A具有保持所述弹性部件的凹部，所述集电板A的凹部的底面具有第三凸部和第三凹部，所述弹性部件与所述第三凸部的顶面接触。

[4]如[1]～[3]的任一项所述的燃料电池组，所述弹性部件是螺旋弹簧。

[5]如[1]～[4]的任一项所述的燃料电池组，所述端板B的与所述集电板B相对的面具有凹凸形状。

[6]如[5]所述的燃料电池组，还包括：弹性部件，其配置在所述端板B和所述集电板B之间，所述端板B的凹部保持所述弹性部件，所述凹部的底面具有第二凸部和第二凹部。

[7]如[5]所述的燃料电池组，在所述端板B和所述集电板B之间不具有弹性部件，所述端板B的与所述集电板B相对的面是与所述集电板B的接触面，所述端板B的凸部的顶面与所述集电板B接触。

[8]如[7]所述的燃料电池组，与所述集电板B接触的所述端板B的凸部的顶面的面积的合计为，所述端板B与所述集电板B相对的区域的面积的10％～30％。

[9]如[7]或[8]所述的燃料电池组，所述端板B的与所述集电板B相对的面的凸部包含所述端板B的与所述集电板B相对的面上形成的肋，所述肋形成格子状。

[10]如[1]～[9]的任一项所述的燃料电池组，所述端板由树脂构成。

在本发明的燃料电池组中，由于端板与集电板之间的接触面积较小，所以从集电板向端板传导的热量较小。另外，在本发明中，由于端板与弹性部件之间的接触面积较小，所以从集电板通过弹性部件向端板传导的热量较小，通过端板向外部释放的热量较小。因此，能够高效率地回收发电时产生的热，并能够提供热回收效率较高的燃料电池组。

另外，根据本发明的燃料电池组，即使在利用环状带保持了燃料电池组时，端板也不容易变形。因此，在本发明的燃料电池组中，能够对单元层叠体施加均匀的负荷，单电池间的接触电阻较低。因此，本发明的燃料电池组的发电效率较高。

附图说明

图1是以往的燃料电池组的剖面图。

图2是本发明的燃料电池组的端板、弹性部件和集电板的剖面图。

图3是实施方式1的燃料电池组的立体图。

图4是实施方式1的燃料电池组的剖面图。

图5是实施方式1的端板的从集电板相对面侧所见的立体图、以及保持凹部的放大正视图。

图6是实施方式1的端板的从环状带相对面侧所见的立体图。

图7是实施方式1的端板的剖面图。

图8是实施方式1的集电板的从端板相对面侧所见的立体图、以及保持凹部的放大正视图。

图9是实施方式2的燃料电池组的剖面图。

图10是实施方式2的端板的从集电板相对面侧所见的立体图。

图11是实施方式2的端板和集电板的剖面图。

图12是实施方式2的端板的从环状带相对面侧所见的立体图。

图13是实施方式2的端板的从接地面侧所见的立体图。

图14是实施方式3的端板的从集电板相对面侧所见的立体图。

图15是凸起区域的放大俯视图。

图16是凸起的剖面图。

图17是燃料电池组的部分放大剖面图。

标号的说明

100、200 燃料电池组

101 单元层叠体

102 集电板与端板相对的区域

103、203 集电板

105、205、305 端板

107 弹性部件

108 由单元层叠体、集电板和端板构成的层叠体

109 环状带

111 氧化气体供给口

113 制冷剂供给口

115 燃料气体供给口

117 燃料气体排出口

119 制冷剂排出口

121 氧化气体排出口

131、231 端板的集电板相对面的凸部

133、233 端板的集电板相对面的凹部

141、241 端板的环状带相对面的凸部

143、243 端板的环状带相对面的凹部

151 端板的接地面侧的侧面的凸部

135 第二凸部

137 第二凹部

153 集电板的凹部

155 第三凸部

157 第三凹部

306 凸起区域

307 凸起

具体实施方式

本发明的燃料电池组包括：1)单元层叠体；2)一对集电板，其夹持单元层叠体；3)一对端板，其夹持单元层叠体和集电板；以及4)弹性部件，其配置在端板和集电板之间。以下，说明各个构成部件。

1)单元层叠体

单元层叠体是指，由膜电极接合体(membrane electrode assembly；以下，也称为“MEA”)、以及夹持所述膜电极接合体的分离器构成的单电池的层叠体。

MEA包括：高分子电解质膜、以及夹持高分子电解质膜并由燃料极和空气极构成的一对催化电极。优选的是，催化电极分别具有与高分子电解质膜相接的催化层和层叠在催化层上的气体扩散层。

高分子电解质膜是在湿润状态下具有选择性输送质子的功能的高分子膜。高分子电解质膜的材料只要是选择性地使氢离子移动的材料即可，并无特别限定。作为这样的材料的例子包括氟素类的高分子电解质膜或碳氢类的高分子电解质膜等。作为氟素类的高分子电解质膜的具体的例子包括：杜邦公司的Nafion膜、旭硝子公司的Flemion膜、旭化成株式会社的Aciplex膜或Japan Gore-Tex公司的GORE-SELECT膜等。

催化层是含有促进氢或氧的氧化还原反应的催化剂的层。只要催化层是具有导电性且具有促进氢及氧的氧化还原反应的催化作用的层，并不特别限定。空气极侧的催化层例如包含铂、铂和钴的合金或铂和钴和镍的合金等作为催化剂。燃料极侧的催化层包含铂或铂和钌的合金等作为催化剂。

例如，在承载这些催化剂的乙炔黑、科琴黑或炭黑(vulcan)等的碳微粒子中，混合具有质子导电性的电解质和具有憎水性的PTFE等树脂，并将其涂敷在高分子电解质膜上，由此形成催化层。

气体扩散层为具有导电性的多孔质层。气体扩散层的材料只要是具有导电性且反应气体能够扩散的材料即可，并无特别限定。气体扩散层也可以由使从分离器侧供给的气体向催化层扩散的气体扩散基材层和提高气体扩散基材层与催化层之间的接触性的碳涂层构成。

分离器是在与燃料极相接的面上具有燃料气体流路、而在与空气极相接的面上具有氧化气体流路的导电性的板。作为分离器材料的例子，包含碳或金属等。分离器的具有气体流路的面上包括凹部和凸部，凹部形成气体流路。

分离器具有：用于供给制冷剂的制冷剂入口歧管、以及用于排出制冷剂的制冷剂出口歧管。另外，分离器具有用于供给/排出燃料气体的歧管和用于供给/排出氧化气体的歧管。进而，分离器也可以具有橡胶状的密封单元，该密封单元防止制冷剂、氧化气体或燃料气体等漏出。

2)一对集电板

一对集电板由集电板A和集电板B构成，并且是在层叠方向上夹持单元层叠体的导电性部件。集电板具有获得从单元层叠体产生的直流电流的功能。集电板还具有功率获得部。燃料电池组的功率通过功率获得部获得。作为集电板的材料的例子，包括不锈钢或铜等的金属材料或碳素材料等。另外，集电板也可以是镀金的不锈钢或铜等的金属板。

3)一对端板

一对端板由端板A和端板B构成，并在单元层叠体的层叠方向上夹持单元层叠体和一对集电板。另外，端板构成燃料电池组的层叠方向的两端部。具体而言，端板A构成集电板A侧的燃料电池组的端部，端板B构成集电板B侧的燃料电池组的端部。因此，端板A具有与集电板A相对的面，端板B具有与集电板B相对的面。

端板具有：燃料气体供给口，其向燃料电池组供给燃料气体；燃料气体排出口，其从燃料电池组排出燃料气体；氧化气体供给口，其向燃料电池组供给氧化气体；氧化气体排出口，其从燃料电池组排出氧化气体；制冷剂供给口，其向燃料电池组供给制冷剂；以及制冷剂排出口，其从燃料电池组排出制冷剂。

端板的材料优选是热传导性较低的树脂。这是因为，若端板由热传导性较低的材料构成，则能够减少从集电板传导到端板的热量，并减少向外部释放的热量。作为这样的材料的例子，包含聚苯硫醚等的热塑性树脂或酚醛树脂等的热固性树脂等。

在本发明中，至少端板A的与集电板A相对的面(以下，也称为“集电板相对面”)具有凹凸形状。也就是说，在本发明中，端板A的集电板相对面具有凸部和凹部。这里，凸部是指，包含端板的集电板相对面上形成的肋(rib)等，凹部是指，由凸部规定的区域。在端板A的集电板相对面具有的多个凹部中，包含保持后述的弹性部件的凹部。

另一方面，端板B的形状并不特别限定，但优选的是，端板B的集电板相对面也具有凹凸形状。

4)弹性部件

本发明的燃料电池组至少在端板A和集电板A之间具有弹性部件。弹性部件是至少配置在端板A和集电板A之间，并对单元层叠体施加均匀的负荷的部件。在端板A和集电板A之间配置的弹性部件之数既可以是一个，也可以是多个。作为弹性部件的例子，包括螺旋弹簧(coil spring)。另一方面，在端板B和集电板B之间，既可以配置弹性部件(参照实施方式1)，也可以不配置弹性部件(参照实施方式2)。

本发明的燃料电池组的特征在于，端板A的集电板相对面的凹部和凸部的形状。以下，使用附图，说明端板A的集电板相对面的凹部和凸部的形状。

图2表示本发明的燃料电池组中的端板A、集电板A和弹性部件的剖面图。如图2所示，在端板105A和集电板103A之间配置两个以上的弹性部件107，所以端板105A和集电板103A不直接接触。

在端板105A的集电板相对面上设置多个凸部131和凹部133。凹部133保持弹性部件107。以下，将保持弹性部件107的凹部133也称为“保持凹部133”。

保持凹部133的形状根据弹性部件107的形状而适当地选择。例如，如图2所示，在弹性部件107是螺旋弹簧时，优选的是，使保持凹部133的形状与螺旋弹簧的形状(例如，圆柱状)匹配。

另外，如图2所示，优选的是，在集电板103A的与端板105A相对的面上设置凹部153。

本发明的特征在于，端板105A的保持凹部133的底面还具有凹凸形状。也就是说，保持凹部133的底面具有第二凸部135和第二凹部137。第二凸部135的高度低于凸部(肋)131的高度。第二凸部135的顶面与弹性部件107接触。另一方面，弹性部件107的一部分也配置在第二凹部137上。第二凹部137的底面不与弹性部件107接触，所以弹性部件107的一部分不与保持凹部133的底面接触。由此，弹性部件107与端板105A之间的接触面积减少。

另外，在本发明中，优选的是，弹性部件107与集电板103A之间的接触面积也较小。为了减少弹性部件107与集电板103A之间的接触面积，如图2所示，在集电板103A上形成用于保持弹性部件107的凹部153(以下，也称为“保持凹部153”)，并在保持凹部153的底面形成凹凸形状即可。也就是说，保持凹部153的底面也可以具有第三凸部155和第三凹部157。第三凸部155的顶面与弹性部件107接触。另一方面，弹性部件107的一部分也配置在第三凹部157上。第三凹部157的底面不与弹性部件107接触，所以弹性部件107的一部分不与保持凹部153的底面接触。由此，弹性部件与集电板之间的接触面积减少。

这样，在端板A和集电板A之间配置弹性部件，由此，端板A与集电板A不直接接触。因此，在端板A和集电板A之间的空气发挥作为隔热材料的功能，从集电板A向端板A传导的热量减少，从燃料电池组向外部释放的热量减少。

另外，在本发明中，减小“弹性部件与端板A之间的接触面积”，由此，从集电板A通过弹性部件向端板A传导的热量减少，从燃料电池组向外部释放的热量减少。

这样，在本发明的燃料电池组中，向外部释放的热量较少，所以能够高效率地回收因燃料电池的发电而产生的热。

在这样构成的燃料电池组中，优选对单元层叠体施加负荷。对单元层叠体施加负荷的方法并不特别限定，例如，对由单元层叠体、集电板和端板构成的层叠体(以下，也简称为“层叠体”)施加负荷，并通过具有刚性的环状带包卷并保持受到负荷的状态的层叠体即可。另外，例如，也可以对由单元层叠体、集电板和端板构成的层叠体施加负荷，并通过连接杆固定受到负荷的状态的层叠体。通过对单元层叠体施加负荷，能够降低单元内以及单元间的接触电阻，并提高燃料电池组的输出。

另外，本发明也具有以下特征，即：由环状带保持燃料电池组时的端板的形状。具体而言，优选的是，在由环状带保持燃料电池组时，端板的与环状带相对的面(以下，也称为“环状带相对面”)具有凹凸形状，并且其为凸曲面(参照图6和图7)。

以下，将由环状带保持燃料电池组时的端板的形状分为a)端板的环状带相对面、以及b)端板的集电板相对面而进行说明。

a)关于端板的环状带相对面的形状

在由环状带保持燃料电池组时，如上所述，端板的环状带相对面具有凹凸形状(参照图6)。也就是说，端板的环状带相对面具有凸部和凹部。这里，凸部是指，包含端板的环状带相对面上形成的肋等，凹部是指，由凸部规定的区域。

端板的环状带相对面的凸部的顶面与环状带接触。另一方面，端板的环状带相对面的凹部不与环状带接触。这样，环状带仅与端板的环状带相对面的凸部的顶面接触而不与凹部接触，所以环状带与端板之间的接触面积较少。

这样，通过减小环状带与端板之间的接触面积，从端板向环状带传导的热量减少。由此，从燃料电池组向外部释放的热量减少，能够高效率地回收因燃料电池的发电而产生的热。

另外，在本发明中，优选的是，在端板的环状带相对面上形成的肋沿环状带的包卷方向设置(参照图6)。环状带相对面的肋(凸部)沿环状带的包卷方向设置，由此，能够进一步提高端板的包卷方向上的强度，在由环状带保持电池组时，能够防止端板的变形。若端板变形，则无法对单元层叠体施加均匀的负荷，而单元内以及单元间的接触面积增加，从而发电效率下降。端板的环状带相对面当然也可以具有沿环状带的包卷方向的肋以外的肋。

另外，优选的是，端板的环状带相对面是具有顶线(参照图6的线Y)和底线(参照图6的线Z)的凸曲面。这里，“底线”是指，端板的环状带相对面的边缘中的、与顶线平行的边缘。顶线和底线与环状带的包卷方向垂直。另外，环状带相对面(凸曲面)由包含顶线的中央区域(参照图6的105c)、以及夹持中央区域且包含底线的端部区域(参照图6的105e)构成。中央区域和端部区域都是曲面，但优选的是，中央区域的曲率半径和端部区域的曲率半径不同。具体而言，优选的是，中央区域的曲率半径(参照图7的α)大于端部区域的曲率半径(参照图7的β)。

这样，通过使端板的环状带相对面为凸曲面，能够对单元层叠体施加均匀的负荷。对单元层叠体施加均匀的负荷，由此，单元内以及单元间的接触电阻减少。另外，通过使中央区域的曲率半径大于端部区域的曲率半径，能够分散施加给端板的环状带的应力。因此，若使中央区域的曲率半径大于端部区域的曲率半径，则即使使端板的厚度较薄，端板变形的可能性也较少。

另外，在本发明中，优选的是，端部区域内的和环状带接触的区域的面积与端部区域的面积的比例(以下，也简称为“端部区域的接触面积的比例”)较高(参照图6)。通过提高端部区域的接触面积的比例，能够分散环状带对端板的应力，进一步提高防止端板的变形的效果。

更具体而言，优选的是，端部区域的接触面积的比例比中央区域内的和环状带接触的区域的面积与中央区域的面积的比例(以下，也简称为“中央区域的接触面积的比例”)大。另外，具体而言，端部区域的接触面积的比例优选为50％～100％。

b)关于端板的集电板相对面的形状

优选的是，在由环状带保持燃料电池组时，在端板的集电板相对面上形成的肋沿环状带的包卷方向设置(参照图5)。集电板相对面的肋(凸部)沿环状带的包卷方向设置，由此，能够进一步提高端板的包卷方向上的强度。当然，端板的集电板相对面也可以具有沿环状带的包卷方向的肋以外的肋。

另外，在由环状带保持层叠体时，优选的是，端板的不由环状带覆盖的侧面中的接地面侧的侧面(参照图13的205s)具有凹凸形状(参照图13的151)。从燃料电池组的环状带露出的侧面也可以为接地面。若接地面具有凹凸形状，则能够抑制热从接地面流出。

这样，根据本发明的燃料电池组，即使在利用环状带保持了燃料电池组时，端板也不容易变形。因此，在本发明的燃料电池组中，能够对单元层叠体施加均匀的负荷，单元内以及单元间的接触电阻降低。因此，能够获得较高的发电效率。

以下，参照附图说明本发明的燃料电池组的实施方式。

(实施方式1)

在实施方式1中，说明在端板A和集电板A之间具有两个以上的弹性部件，并且在端板B和集电板B之间也具有两个以上的弹性部件的燃料电池组。

图3是实施方式1的燃料电池组100的立体图。如图3所示，燃料电池组100具有：单元层叠体101、一对集电板(103A和103B)、弹性部件107(未图示)、一对端板(105A和105B)、以及环状带109。燃料电池组100具有：氧化气体供给口111、制冷剂供给口113、燃料气体供给口115、燃料气体排出口117、制冷剂排出口119、以及氧化气体排出口121。

图4是燃料电池组100的点划线A处的剖面图。如图4所示，通过一对集电板(103A和103B)夹持单元层叠体101，通过一对端板(105A和105B)夹持单元层叠体101和一对集电板。另外，燃料电池组100在端板105A和集电板103A之间具有多个弹性部件107，并在端板105B和集电板103B之间具有多个弹性部件107。因此，端板105A与集电板103A不直接接触，端板105B与集电板103B不直接接触。

环状带109通过包卷由单元层叠体101、一对集电板和一对端板构成的层叠体108来进行保持。以下，详细地说明端板105A的形状。端板105B的形状与端板105A相同，所以省略说明。

图5A是端板105A的从集电板相对面侧所见的立体图。如图5A所示，端板105A的集电板相对面具有凸部131。凸部131包含肋，并规定凹部。在通过凸部131规定的凹部中，包含保持弹性部件107的保持凹部133。

另外，图5A中的箭头X表示环状带的包卷方向。如图5A所示，端板105A的集电板相对面具有沿环状带的包卷方向X的肋131L。

图5B是保持凹部133的正视图。如图5B所示，保持凹部133的底面具有第二凸部135和第二凹部137。第二凸部135的高度低于端板105A的凸部131的高度。

这样，保持凹部133具有第二凸部135和第二凹部137，由此，弹性部件107不与保持凹部133的底面的一部分接触，弹性部件107与端板105A之间的接触面积减少(参照图2)。

图6是端板105A的从环状带相对面侧所见的立体图。图6中的箭头X表示环状带的包卷方向。如图6所示，端板105A的环状带相对面的中央区域105c具有凸部141和凹部143。另外，在凸部141中，包含沿环状带的包卷方向X的肋(凸部)141L。凸部141的顶面与环状带接触。另一方面，凹部143不与环状带接触。这样，与环状带接触的端板的面积较小，所以从端板传导到环状带的热较少，向外部释放的热量较少。

另外，端板105A的环状带相对面是具有与环状带的包卷方向X垂直的顶线Y和底线Z的凸曲面。凸曲面由包含顶线的中央区域105c和包含底线Z的端部区域105e构成。端部区域105e夹持中央区域105c。

另外，如上所述，中央区域105c具有不与环状带接触的凹部143，但端部区域105e不具有凹部。因此，端部区域105e的接触面积的比例大于中央区域105c的接触面积的比例。

图7是图6所示的端板105A的点划线AA处的剖面图。另外，在图7中，省去凹部133。如图7所示，凸曲面由包含顶线Y的中央区域105c和包含底线Z的端部区域105e构成。如图7所示，中央区域105c的曲率半径α大于端部区域105e的曲率半径β。

这样，通过使端板105的环状带相对面为凸曲面，能够对单元层叠体施加均匀的负荷。

另外，通过增大端部区域105e的接触面积的比例，能够因降低环状带109造成的对端板105A的应力的集中。另外，通过使中央区域105c的曲率半径大于端部区域105e的曲率半径，能够降低对端板105A的应力的集中，能够使端板105A的厚度变薄。

接着，说明集电板103A的形状。集电板103B的形状与集电板103A相同，所以省略说明。

图8A是集电板103A的从其与端板105A相对的面侧所见的立体图。如图8A所示，集电板103A具有保持弹性部件107的保持凹部153。

图8B是集电板103A的保持凹部153的正视图。如图8B所示，保持凹部153的底面具有第三凸部155和第三凹部157。

这样，集电板103A的保持凹部153具有第三凸部155和第三凹部157，由此，弹性部件107与集电板103A之间的接触面积减少(参照图2)。

这样，根据本实施方式，端板与集电板不直接接触。另外，根据本实施方式，弹性部件与端板之间的接触面积、以及弹性部件与集电板之间的接触面积都小。因此，根据本实施方式，从集电板传导到端板而向外部释放的热量较少。因此，能够高效率地回收发电时产生的热。

另外，根据本实施方式，即使在利用环状带保持了燃料电池组时，端板也不容易变形。因此，能够对单元层叠体施加均匀的负荷，能够获得较高的发电效率。

(实施方式2)

在实施方式1中，说明了在端板B和集电板B之间也具有弹性部件的燃料电池组。在实施方式2中，说明在端板B和集电板B之间不具有弹性部件的燃料电池组。

图9是实施方式2的燃料电池组200的剖面图。如图9所示，燃料电池组200在端板105A和集电板103A之间具有弹性部件107，但在端板205B和集电板203B之间不具有弹性部件107。因此，端板205B的集电板相对面是与集电板203B的接触面。另外，在本实施方式中，集电板203B与集电板103A不同，不具有凹部。

除了端板205B以及集电板203B的形状不同之外，实施方式2的燃料电池组200与实施方式1的燃料电池组100相同。对与实施方式1的燃料电池组100相同的结构要素附加相同的标号，并省略说明。

图10是端板205B的从集电板相对面侧所见的立体图。另外，图10中的箭头X表示环状带的包卷方向。如图10所示，端板205B的集电板相对面具有凸部231和凹部233。凸部231包含肋，并规定凹部233。

在端板205B的集电板相对面上，肋231形成格子状。由于肋形成格子状，即使端板的集电板相对面具有凹凸形状，也能够保持端板的强度。

另外，端板205B的集电板相对面具有沿环状带的包卷方向X的肋231L。另外，沿环状带的包卷方向X的肋231L一直连续到端板205B与集电板203B相对的区域102的两端。

图11表示端板205B与集电板203B接触的情形。如图11所示，端板205B的集电板相对面的凸部231的顶面与集电板203B接触。另一方面，端板205B的集电板相对面的凹部233不与集电板203B接触。

优选的是，与集电板203B接触的端板205B的凸部231顶面的面积的合计(端板205B与集电板203B之间的接触面积)为端板205B与集电板203B相对的区域102(参照图10)的面积的10～30％。在凸部231的顶面的面积的合计为端板205B与集电板203B相对的区域102的面积的10％以下时，有可能凸部231无法承受来自集电板203B的压力而无法维持端板205B的形状。另一方面，在凸部131的顶面的面积的合计为端板205B与集电板203B相对的区域102的面积的30％以上时，从集电板203B向端板205B传导的热量增加，有可能无法高效率地回收发电时的热。

这样，通过减小集电板203B与端板205B之间的接触面积，即使在集电板203B与端板205B直接接触时，从集电板203B向端板205B传导的热量也减少。由此，从燃料电池组向外部释放的热量减少。

图12是端板205B的从环状带相对面侧所见的立体图。图12中的箭头X表示环状带的包卷方向。如图12所示，端板205B的环状带相对面是具有与环状带的包卷方向X垂直的顶线Y和底线Z的凸曲面。凸曲面由包含顶线的中央区域205c和包含底线Z的端部区域205e构成。端部区域205e夹持中央区域205c。

端板205B的环状带相对面具有凸部241和凹部243。在端板205B的环状带相对面上，凸部241包含肋，肋241在中央区域205c内形成格子状。另外，端板205B的环状带相对面具有沿环状带的包卷方向X的肋(凸部)241L。凸部241的顶面与环状带接触。另一方面，凹部243不与环状带接触。

另外，在端部区域205e中，不与环状带接触的凹部243的面积较小，而在中央区域205c中，该面积较大。因此，端部区域205e的接触面积的比例大于中央区域205c的接触面积。

图13是端板205B的从接地面205s侧所见的立体图。如图13所示，端板205B的接地面205s具有凸部151。能够通过凸部151减小端板205B的接地面205s与地面之间的接触面积，所以能够进一步减少向外部释放的热量。

这样，本实施方式的燃料电池组在端板B和集电板B之间不具有弹性部件，所以部件数较少。因此，根据本实施方式，除了实施方式1的效果以外，还提供组装容易的燃料电池组。

(实施方式3)

在实施方式3中，说明在实施方式2的燃料电池组200的端板205B的集电板相对面的中央处设置了包含凸起的区域的形态。本实施方式的燃料电池组与实施方式2的燃料电池组200相同，在端板B和集电板B之间不具有弹性部件。

除了端板B在集电板相对面的中央处具有包含凸起的区域以外，实施方式3的燃料电池组300与实施方式2的燃料电池组200相同。因此，在实施方式3中，省略端板B以外的说明。

图14是实施方式3的端板305B的从其与集电板相对的面侧所见的立体图。如图14所示，端板305B在其中央处具有包含从凸部231突出的凸起的区域306(以下，也称为“凸起区域306”)。这里，“凸起”是指，在端板305B的凸部231的顶面上形成的凸起。

图15是凸起区域306的放大俯视图。如图15所示，凸起区域306具有凸起307。凸起的高度优选是0.05～0.15mm。凸起区域306既可以如图15A所示具有多个凸起307，也可以如图15B所示具有一个凸起307。如图15B所示，在凸起区域306仅具有一个凸起307时，凸起区域306内的凸部231本身形成为高于凸起区域306以外的凸部231。凸起区域306优选具有长轴和短轴。另外，凸起区域306的短轴优选沿环状带的包卷方向X设置。

图16A是图15A所示的凸起区域306的点划线AA处的剖面图。如图16A所示，优选的是，凸起区域306的中央的凸起307高于凸起区域306的端部的凸起307。图16B是图15B所示的凸起区域306的点划线AA处的剖面图。如图16B所示，优选的是，在凸起区域306仅具有一个凸起时，凸起307是凸曲状，并且凸起307的高度在凸起区域306的中央处最高。这样，优选的是，凸起区域306的中央部分的凸起307高于凸起区域306的周围部分的凸起307。

以下，参照图17A和图17B，说明凸起区域306的效果。图17A所示的燃料电池组的端板205B不具有凸起区域306，图17B所示的燃料电池组的端板305B具有凸起区域306。

如图17A所示，在通过环状带109保持单元层叠体101、集电板203B和端板205B时，有时端板变形，从而在端板205B和集电板203B之间产生间隙G。在这样的情况下，不具有凸起区域306的端板205B无法对集电板203B的中央部分传递负荷，从而无法对单元层叠体101施加均匀的负荷。

另一方面，如本实施方式所示，在端板305B具有凸起区域306时，即使在端板305B变形了时，也能够通过凸起区域306的凸起307，对集电板203B的中央部分传递负荷。因此，即使在端板变形了时，也能够对单元层叠体101施加均匀的负荷。

另外，如图17所示，因端板的变形而产生的间隙G在集电板的中央部分附近最大。因此，如上所述，通过在端板305的集电板相对面的中央处设置凸起区域306，使凸起区域306的中央部分的凸起307高于凸起区域306的周围部分的凸起307(参照图16)，从而在端板变形了时，与集电板203B抵接的凸起区域306变得更平坦，能够对单元层叠体施加均匀的负荷。

另外，因端板的变形而产生的间隙G通常具有长轴和短轴，短轴沿环状带的包卷方向设置。因此，如上所述，通过构成为凸起区域306的短轴沿环状带的包卷方向X设置(参照图15)，从而在端板变形了时，与集电板203B相接的面变得更平坦，能够对单元层叠体施加均匀的负荷。

这样，根据本实施方式，即使在端板变形了时，也能够对单元层叠体施加均匀的负荷。

本申请主张基于2009年3月17日提交的特愿第2009-064152号的日本专利申请的优先权。该申请说明书中所记载的内容全部被本申请引用。

工业实用性

在本发明的燃料电池组中，由于向外部释放的热量较少，所以作为用于家庭用联产系统的燃料电池组极为有用。

Claims

1.燃料电池组，包括：

单元层叠体，其层叠了由膜电极接合体、以及夹持所述膜电极接合体的分离器构成的单电池；

一对集电板，其夹持所述单元层叠体并且由集电板A和集电板B构成；

一对端板，其夹持所述单元层叠体和所述集电板并且由端板A和端板B构成；以及

弹性部件，其配置在所述端板A和所述集电板A之间，

所述端板A的与所述集电板A相对的面具有凹凸形状，

所述端板A的凹部保持所述弹性部件，所述凹部的底面具有第二凸部和第二凹部，

所述弹性部件与所述第二凸部的顶面接触。

2.一种燃料电池组，包括：

弹性部件，其配置在所述端板A和所述集电板A之间，

所述端板A的与所述集电板A相对的面具有凹凸形状，

所述集电板A具有保持所述弹性部件的凹部，

所述集电板A的凹部的底面具有第三凸部和第三凹部，

所述弹性部件与所述第三凸部的顶面接触。

3.如权利要求1或2所述的燃料电池组，

所述弹性部件是螺旋弹簧。

4.如权利要求1或2所述的燃料电池组，

所述端板B的与所述集电板B相对的面具有凹凸形状。

5.如权利要求4所述的燃料电池组，还包括：

弹性部件，其配置在所述端板B和所述集电板B之间，

所述端板B的凹部保持所述弹性部件，所述凹部的底面具有第二凸部和第二凹部。

6.如权利要求4所述的燃料电池组，

在所述端板B和所述集电板B之间不具有弹性部件，

所述端板B的与所述集电板B相对的面是与所述集电板B的接触面，所述端板B的凸部的顶面与所述集电板B接触。

7.如权利要求6所述的燃料电池组，

与所述集电板B接触的所述端板B的凸部的顶面的面积的合计为，所述端板B与所述集电板B相对的区域的面积的10％～30％。

8.如权利要求6所述的燃料电池组，

所述端板B的与所述集电板B相对的面的凸部包含所述端板B的与所述集电板B相对的面上形成的肋，

所述肋形成格子状。

9.如权利要求1或2所述的燃料电池组，还包括：

环状带，其通过包卷所述单元层叠体、所述一对集电板、以及所述一对端板来进行保持，

所述端板的与所述环状带相对的面具有凹凸形状，

所述端板的与所述环状带相对的面的凸部的顶面，与所述环状带接触。

10.如权利要求9所述的燃料电池组，

所述端板的与所述集电板相对的面具有凹凸形状，

所述端板的与所述集电板相对的面的凸部包含所述端板的与所述集电板相对的面上形成的肋，

所述肋沿所述环状带的包卷方向设置。

11.如权利要求9所述的燃料电池组，

所述端板的与所述环状带相对的面的凸部包含所述端板的与所述环状带相对的面上形成的肋，

所述肋沿所述环状带的包卷方向设置。

12.如权利要求9所述的燃料电池组，

所述端板的与所述环状带相对的面是具有与所述环状带的包卷方向垂直的顶线和底线的凸曲面，

所述凸曲面由包含所述顶线的中央区域、以及夹持所述中央区域且包含所述底线的端部区域构成，

所述中央区域的曲率半径大于所述端部区域的曲率半径。

13.如权利要求12所述的燃料电池组，

所述端部区域内的和所述环状带接触的区域的面积与所述端部区域的面积的比例大于所述中央区域内的和所述环状带接触的区域的面积与所述中央区域的面积的比例。

14.如权利要求1或2所述的燃料电池组，

所述端板由树脂构成。