CN102005595A

CN102005595A - 燃料电池组

Info

Publication number: CN102005595A
Application number: CN2010102713594A
Authority: CN
Inventors: 小林纪久; 内藤秀晴
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2030-09-01
Also published as: CN102005595B; JP5054079B2; JP2011054375A

Abstract

本发明的燃料电池组能够以简单的结构良好地削弱由于端板变形而在歧管产生的应力，从而能够尽可能地阻止所述歧管的损伤。在构成电池组(10)的第一端板(18a)上装有供给歧管部件(50)和排出歧管部件(52)。供给歧管部件(50)包括与第一端板(18a)的一对冷却介质供给连通孔(30a、30a)连通的一对歧管(54a、54a)、连结一对所述歧管(54a、54a)彼此并具有伸缩性的配管部件(56a)。排出歧管部件(52)包括与第一端板(18a)的一对冷却介质排出连通孔(30b、30b)连通的一对歧管(54b、54b)和连结一对所述歧管(54b、54b)彼此并具有伸缩性的配管部件(56b)。

Description

燃料电池组

技术领域

本发明涉及一种燃料电池组，该燃料电池组具备层叠体，该层叠体是在电解质的两侧设有一对电极的电解质-电极结构体与隔板层叠而成的、并且形成有在层叠方向上延伸且使相同的供给流体或者排出流体流通的多个流体连通孔，在所述层叠的层叠方向两端设有端板。

背景技术

例如，固体高分子型燃料电池在由高分子离子交换膜构成的电解质膜的两侧具备将分别配设有阳极侧电极以及阴极侧电极的电解质膜-电极结构体(MEA)通过一对隔板夹持的电池(cell)单元。这种燃料电池通常通过层叠规定数量的电池单元作为燃料电池组使用。

对于这种燃料电池组，多为在内部具备：用于在电池单元的层叠方向上贯通地流动燃料气体的燃料气体供给连通孔(流体连通孔)以及燃料气体排出连通孔(流体连通孔)、用于流动氧化剂气体的氧化剂气体供给连通孔(流体连通孔)以及氧化剂气体排出连通孔(流体连通孔)、用于流动冷却介质的冷却介质供给连通孔(流体连通孔)以及冷却介质排出连通孔(流体连通孔)的所谓内部歧管(manifold)型燃料电池组。

上述燃料电池组，在层叠方向两端配设有端板，并且在至少一端的所述端板上设有歧管，该歧管连通各流体连通孔用于通过配管部件进行燃料气体、氧化剂气体或者冷却介质的流体的供给与排出。

例如，如图10所示，对于专利文献1所公开的燃料电池的歧管，通过层叠MEA和隔板而形成电池(cell)，并通过层叠多个所述电池(cell)而构成模块1。而且，通过层叠模块1而构成模块群2，并且在所述模块群2的层叠方向两端配置有端板3。

在模块群2上贯通形成有用于使冷却介质、燃料气体或者氧化剂气体的流体在层叠方向上流通的流体连通孔4，并且，在端板3上通过螺栓6安装有歧管部件5。在歧管部件5上设有与流体连通孔4连通的配管部件7。

在歧管部件5上，法兰8的刚性的大小被设定为所述法兰8能够追随在电池组封装时在电池组的一端的端板3所产生的弹性翘曲变形而变形的程度。由此，即使在电池组封装时在端板3产生翘曲，也能够确保法兰部8和所述端板3的连接部的密封性。

专利文献1：日本特开2002-343410号公报

但是，在燃料电池组中，由于在电池组内部供给相同的流体和/或从所述电池组内部排出相同的流体，所以形成有多个流体连通孔4。此时，如果使用与多个流体连通孔4连通的歧管部件5，则导致所述歧管部件5在端板3的面内对应于各个流体连通孔4的配置位置被构成为较大的尺寸。

因此，会出现如下问题，即，如果在电池组连结时在端板3发生弹性变形，则歧管部件5容易追随所述端板3产生较大的变形，从而在所述歧管5部件产生高应力。尤其是，歧管部件5大多由树脂材料形成，从而出现所述歧管部件5由于被施加的高应力而容易损伤的问题。

发明内容

本发明是为了解决此问题而作出的，其目的在于提供一种能够以简单的结构良好地削弱由于端板变形而在歧管产生的应力、并能够尽可能地阻止所述歧管的损伤的燃料电池组。

本发明涉及一种燃料电池组，其包括具备层叠体，该层叠体为在电解质的两侧设有一对电极的电解质-电极结构体与隔板层叠而成的，并且形成有在层叠方向上延伸且使相同的供给流体或者排出流体流通的多个流体连通孔，在所述层叠体的层叠方向两端设有端板。

在该燃料电池中，在至少一端的所述端板上设有与各流体连通孔连通的多个歧管，并且多个所述歧管由具有伸缩性的配管部件连结。

另外，在该燃料电池组中，在所述端板的相互对置的两边部设有所述歧管，并且一对所述歧管通过所述配管部件彼此连结。

而且，在该燃料电池组中，所述端板为长方形，且作为所述歧管的每一对冷却介质供给歧管以及冷却介质排出歧管沿所述端板的长度方向排列配置。

根据本发明，与各流体连通孔连通的多个歧管通过具有伸缩性的配管部件连结。因此，端板发生弹性变形时配管部件本身伸缩，从而能够阻止在歧管产生高的应力。

由此，能够以简单的结构良好地削弱由于端板变形而在歧管产生的应力，从而能够尽可能地阻止所述歧管的损伤。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的燃料电池组的示意性立体说明图。

图2是构成所述燃料电池组的燃料电池的立体分解说明图。

图3是构成所述燃料电池组的供给歧管部件以及排出歧管部件的动作说明图。

图4是本发明的第二实施方式的燃料电池组的示意性立体说明图。

图5是构成所述燃料电池组的供给歧管部件以及排出歧管部件的动作说明图。

图6是本发明的第三实施方式的燃料电池组的示意性说明图。

图7是构成所述燃料电池组的供给歧管部件以及排出歧管部件的动作说明图。

图8是本发明的第四实施方式的燃料电池组的示意性说明图。

图9是构成所述燃料电池组的供给歧管部件以及排出歧管部件的动作说明图。

图10是专利文献1的燃料电池的歧管的说明图。

附图标记说明

10、70、80、90 燃料电池组 12 燃料电池

18a、18b 端板 20 电解质膜-电极结构体

22、24、92 隔板 26a 氧化剂气体供给连通孔

26b 氧化剂气体排出连通孔 28a 燃料气体供给连通孔

28b 燃料气体排出连通孔 30a 冷却介质供给连通孔

30b 冷却介质排出连通孔 32 氧化剂气体流路

33a、33b、35a、35b、38a、38b 连通路

36 冷却介质流道 42 固体高分子电解质膜

44 阴极侧电极 46 阳极侧电极

50、72、82、92 供给歧管部件

52、74、84、94 排出歧管部件

54a、54b 歧管

56a、56b、76a、76b、86a、86b、102a、102b 配管部件

96a、96b 圆筒部 98a、98b 阶梯式孔部

100a、100b 密封件

具体实施方式

如图1所示，本发明的第一实施方式的燃料电池组10包括燃料电池12，多个所述燃料电池12沿水平方向(箭头A方向)层叠而构成层叠体。

在燃料电池12的层叠方向的一端(层叠体的一端)层叠有第一终端板14a、第一绝缘板16a以及第一端板18a，而在层叠方向另外一端(层叠体的另外一端)层叠有第二终端板14b、第二绝缘板16b以及第二端板18b。

被构成为长方形的第一端板18a以及第二端板18b由在箭头A方向上延伸的多个连杆19一体地紧固保持。需要说明的是，燃料电池组10也可以由作为端部板体包含第一端板18a以及第二端板18b的箱状壳体(未图示)一体地保持。

如图2所示，对于燃料电池12，电解质膜-电极结构体20被第一以及第二隔板22、24夹持。第一以及第二隔板22、24，除碳隔板外，例如还可以由钢板、不锈钢板、铝板或者镀敷处理钢板等金属隔板构成。

在燃料电池12的箭头C方向(图2中、重力方向)的上端边缘部，在层叠方向的箭头A方向上相互连通且用于供给氧化剂气体例如含氧气体的氧化剂气体供给连通孔(流体连通孔)26a、以及用于供给燃料气体例如含氧气体的燃料气体供给连通孔(流体连通孔)28a排列设置在箭头B方向(水平方向)上。

在燃料电池12的箭头C方向的下端边缘部，在箭头A方向相互连通且用于排出氧化剂气体的氧化剂气体排出连通孔(流体连通孔)26b、以及用于排出燃料气体的燃料气体排出连通孔(流体连通孔)28b排列设置在箭头B方向上。

在燃料电池12的箭头B方向的两端边缘部，用于供给冷却介质的一对冷却介质供给连通孔(流体连通孔)30a、以及用于排出所述冷却介质的一对冷却介质排出连通孔(流体连通孔)30b例如分别设置在上下方向上。

在朝向第一隔板22的电解质膜-电极结构体20的面22a上，设有与氧化剂气体供给连通孔26a和氧化剂气体排出通孔26b连通的氧化剂气体流路32。氧化剂气体供给连通孔26a和氧化剂气体流路32通过连通路33a连通，并且，氧化剂气体排出通孔26b与所述氧化剂气体流路32通过连通路33b连通。

在朝向第二隔板24的电解质膜-电极结构体20的面24a上，设有与燃料气体供给连通孔28a和燃料气体排出连通孔28b连通的燃料气体流路34。燃料气体连通孔28a和燃料气体流路34通过连通路35a连通，并且，燃料气体排出连通孔28b和所述燃料气体流路34通过连通路35b连通。

在相互邻接的构成燃料电池12的第一隔板22的面22b与第二隔板24的面24b之间设有连通冷却介质供给连通孔30a和冷却介质排出连通孔30b的冷却介质流路36。各个冷却介质供给连通孔30a和冷却介质流路36通过连通路38a连通，并且，各冷却介质排出连通孔30b和所述冷却介质流路36通过连通路38b连通。

在第一隔板22的面22a、22b上一体地或者分体地设有第一密封件40a，并且，在第二隔板24的面24a、24b上一体地或者分体地设有第二密封件40b。

电解质膜-电极结构体20例如包括在全氟磺酸的薄膜上浸渗水分的固体高分子电解质膜42、夹持所述固体高分子电解质膜42的阴极侧电极44以及阳极侧电极46。

阴极侧电极44以及阳极侧电极46具有由碳隔板等构成的气体扩散层、表面担载有白金合金的多孔质碳粒子在所述气体扩散层的表面均匀地涂布而形成的电极催化层。电极催化层形成于固体高分子电解质膜42的两面。

如图1所示，在第一端板18a的外表面侧，在上部侧安装有供给歧管部件50，并且，在下部侧安装有排出歧管部件52。

供给歧管部件50包括：与第一端板18a的一对冷却介质供给连通孔30a、30a连通的一对歧管54a、54a、以及连结一对所述歧管54a、54a彼此并具有伸缩性的配管部件56a。歧管54a、54a具有沿第一端板18a的长度方向(箭头C方向)长的长方体形状，并一体成型或者螺纹紧固于第一端板18a。需要说明的是，以下说明的各歧管也是相同的。

歧管54a、54a由PPS(聚苯硫醚)等树脂材料构成，而配管部件56a具有圆筒形状，为了确保其伸缩性，其由橡胶、PP(聚丙烯)等树脂材料构成。配管部件56a相对于歧管54a、54a例如通过一体成型而被一体化，或者通过带件(band)等连结部件连结。在一侧的歧管54a上一体地设置有冷却介质供给管58a。

排出歧管部件52包括与第一端板18a的一对冷却介质排出连通孔30b、30b连通的一对歧管54b、54b和连结一对所述歧管54b、54b彼此并具有伸缩性的配管部件56b。歧管54b、54b具有沿着第一端板18a的长度方向长的长方体形状，并且沿着所述长度方向，排列配置歧管54a和所述歧管54b。

歧管54b、54b与上述的歧管54a、54a相同地，由PPS(聚苯硫醚)等树脂材料构成，配管部件56b与上述配管部件相同地，为确保伸缩性由橡胶、PP(聚丙烯)等树脂材料构成。在一侧的歧管54b上一体地设置有冷却介质排出管58b。

虽未图示，但是在第二端板18b上，与氧化剂气体供给连通孔26a、氧化剂气体流路32、燃料气体供给连通孔28a以及燃料气体排出连通孔28b对应分别设有歧管。

以下，说明如此构成的燃料电池组10的动作。

首先，在第二端板18b，向氧化剂气体供给连通孔26a供给含氧气体等氧化剂气体，并且，向燃料气体供给连通孔28a供给含氢气体等燃料气体。

而且，如图1所示，在第一端板18a，从供给歧管部件50的冷却介质供给管58a向冷却介质供给连通孔30a、30a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。

为此，如图2所示，氧化剂气体从氧化剂气体供给连通孔26a导入第一隔板22的氧化剂气体流路32。该氧化剂气体沿着氧化剂气体流路32向箭头C方向(重力方向)移动，供给于电解质膜-电极结构体20的阴极侧电极44。

另外，燃料气体从燃料气体供给连通孔28a被导入第二隔板24的燃料气体流路34。该燃料气体沿着燃料气体流路34向重力方向(箭头C方向)移动，供给于电解质膜-电极结构体20的阳极侧电极46。

因此，在电解质膜-电极结构体20中，供给于阴极侧电极44的氧化剂气体和供给至阳极侧电极46的燃料在电极催化层内通过化学反应被消耗，从而进行发电。

然后，供给于电解质模-电极结构体20的阴极侧电极44而被消耗的氧化剂气体，沿着氧化剂气体排出连通孔26b向箭头A方向排出。供给于电解质模-电极结构体20的阳极侧电极46而被消耗的燃料气体沿着燃料气体排出连通孔28b向箭头A方向排出。

另外，供给于两个冷却介质供给连通孔30a、30a的冷却介质被导入在第一隔板22和第二隔板24之间形成的冷却介质流路36。该冷却介质向箭头C方向移动而冷却电解质模-电极结构体20后，从两个冷却介质排出连通孔30b、30b经过排出歧管部件52的冷却介质排出管58b向外部排出。

这种情况下，对于燃料电池组10，第一端板18a以及第二端板18b通过多个连杆19相互在层叠方向上被紧固保持为一体为此，第一端板18a如图3所示容易产生弯曲状的弹性变形。

此时，在第一实施方式中，供给歧管部件50通过具有伸缩性的配管部件56a连结一对歧管54a、54a彼此，而排出歧管部件52通过具有伸缩性的配管部件56b、56b连结一对歧管54b、54b彼此。

因此，在第一端板18a发生弹性变形时，配管部件56a、56b本身伸缩，歧管54a、54a以及歧管54b、54b能够追随所述第一端板18a(参照图3中的双点划线)。由此，能够可靠地防止在供给歧管部件50以及排出歧管部件52上由于第一端板18a的弹性变形而产生高应力。

为此，能够良好地削弱因第一端板18a的变形而在供给歧管部件50以及排出歧管部件52产生的应力。因此，可获得通过简单的结构尽可能地阻止供给歧管部件50以及排出歧管部件52的损伤的效果。

图4是本发明的第二实施方式的燃料电池组70的示意性立体说明图。需要说明的是，对于与第一实施方式的燃料电池组10相同的构成要素赋予相同的参照符号，并省略其详细说明。另外，在以下说明的第三以及第四实施方式中也是同样，并省略其详细说明。

构成燃料电池组70的第一端板18a上，供给歧管部件72以及排出岐管部件74沿着所述第一端板18的长度方向排列配置。

供给岐管部件72包括一对岐管54a、54a和连结一对所述岐管54a、54a彼此并具有伸缩性的配管部件76a。排出岐管部件74同样包括一对岐管54b、54b和连结一对所述岐管54b、54b彼此并具有伸缩性的配管部件76b。如图4以及图5所示，配管部件76a、76b在第一端板18a侧具有弯曲的大致为“く”字形状。

在如此构成的第二实施方式中，如图5所示，第一端板18a因层叠负荷容易发生弹性变形，而朝向中央外方弯曲。此时，由于配管部件76a、76b在第一端板18a侧具有弯曲的大致“く”字形状，因此所述配管部件76a、76b能够弯曲变形，以成为大致直线状。

由此，能够阻止在岐管54a、54a以及岐管54b、54b产生高应力。为此，可以获得能够尽可能地阻止供给岐管部件72以及排出岐管部件74的损伤等与上述第一实施方式相同的效果。

图6是本发明的第三实施方式的燃料电池组80的示意性立体说明图。

构成燃料电池组80的第一端板18a上，供给岐管部件82和排出岐管部件84沿着所述第一端板18a的长度方向排列配置。

供给岐管部件82包括一对岐管54a、54a和将一对所述岐管54a、54a彼此连结并具有伸缩性的配管部件86a。排出岐管部件84同样包括一对岐管54b、54b和将一对所述岐管54b、54b彼此连结并具有伸缩性的配管部件86b。配管部件86a、86b由弯曲状的软管构成，由橡胶或者树脂材料形成。

在如此构成的第三实施例中，如图7所示，在第一端板18a发生弹性变形时，通过弯曲状的配管部件86a、86b本身伸缩，能够阻止在供给岐管部件82以及排出岐管部件84产生高应力。

因此，在第二实施方式中，能够以简单的结构尽可能地阻止供给歧管部件82以及排出歧管部件84的损伤等，从而获得与上述第一以及第二实施方式相同的效果。

图8是本发明第四实施方式的燃料电池组90的示意性立体说明图。

构成燃料电池组90的第一端板18a上，供给岐管部件92和排出歧管部件94沿着所述第一端板18a的长度方向排列配置。

供给歧管部件92具有一对歧管54a、54a、从一对所述歧管54a、54a相互对置的侧面鼓出形成的圆筒部96a、96a、隔着密封件(O形密封圈)100a、100a沿轴向可滑动地插入阶梯式孔部98a、98a的配管部件102a，所述阶梯式孔部98a、98a形成在一对所述圆筒部96a、96a中。需要说明的是，也可以通过隔着密封件将配管部件(未图示)外嵌在圆筒部96a、96a的外周。

排出歧管部件94同样具有一对歧管54b、54b、从一对所述歧管54b、54b相互对置的侧面鼓出形成的圆筒部96b、96b、隔着密封件100b、100b进退自由地嵌合到阶梯式孔部98b、98b的配管部件102b。

如此构成的第四实施方式中，在第一端板18a发生弹性变形时，配管部件102a、102b能够在被密封件100a、100b密封的状态下在圆筒部96a、96b的内周面滑动，歧管54a、54b上不会被附加高应力。

由此，在第四实施方式中，能够以简单的结构尽可能地阻止供给歧管部件92以及排出歧管部件94的损伤等，从而获得与上述第一至第三实施方式相同的效果。

Claims

1.一种燃料电池组，其具备层叠体，该层叠体为在电解质的两侧设有一对电极的电解质-电极结构体与隔板层叠而成的，并且形成有在层叠方向上延伸且使相同的供给流体或者排出流体流通的多个流体连通孔，在所述层叠体的层叠方向两端设有端板，

所述燃料电池组的特征在于，

在至少一端的所述端板上设有与各流体连通孔连通的多个歧管，并且多个所述歧管由具有伸缩性的配管部件连结。

2.如权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于，

在所述端板的相互对置的两边部设有所述歧管，并且一对所述歧管通过所述配管部件彼此连结。

3.如权利要求1或2所述的燃料电池组，其特征在于，

所述端板为长方形，且作为所述歧管的每一对冷却介质供给歧管以及冷却介质排出歧管沿所述端板的长度方向排列配置。