CN102832396A - 燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池。燃料电池(10)在第一隔板(14)与第二隔板(16)之间夹持电解质膜-电极结构体(18)。电解质膜-电极结构体(18)具备树脂框构件(42)，并且在所述树脂框构件(42)上设有与燃料气体入口连通孔(22a)相邻的入口缓冲部(56)。入口缓冲部(56)具有与燃料气体入口连通孔(22a)相邻的第一缓冲区域(56a)和与燃料气体流路(32)相邻的第二缓冲区域(56b)，并且所述第一缓冲区域(56a)的层叠方向的开口尺寸设定得比所述第二缓冲区域(56b)的层叠方向的开口尺寸大。

Description

燃料电池
技术领域
本发明涉及一种燃料电池，其通过隔板夹持在电解质膜的两侧设有一对电极的电解质膜-电极结构体，并形成有沿着所述电解质膜-电极结构体的一方的电极面供给一方的反应气体的第一反应气体流路、和沿着所述电解质膜-电极结构体的另一方的电极面供给另一方的反应气体的第二反应气体流路。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池具备通过隔板夹持电解质膜-电极结构体(MEA)而成的发电电池(单体电池)，该电解质膜-电极结构体(MEA)在由高分子离子交换膜构成的固体高分子电解质膜的两侧分别配设有阳极侧电极及阴极侧电极。在这种燃料电池中，在作为车载用而使用时，通常，层叠几十～几百的单体电池而构成燃料电池组。
在上述的燃料电池中，为了向层叠的各发电电池的阳极侧电极及阴极侧电极分别供给作为反应气体的燃料气体及氧化剂气体，而构成所谓内部岐管的情况较多。该内部岐管具备沿着发电电池的层叠方向贯通设置的反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔，所述反应气体入口连通孔及所述反应气体出口连通孔分别与沿着电极面供给反应气体的反应气体流路的入口侧及出口侧连通。
这种情况下，反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔的开口面积比较小。因此，为了使反应气体流路中的反应气体的流动顺畅地进行，在反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔的附近，需要使所述反应气体分散的缓冲部。
例如图18所示，日本特开平11-283637号公报(以下称为现有技术1)所公开的燃料电池具备板状的主体部1。在主体部1的两端部的两侧形成有作为氢气、氧气及冷却水的供给通路的第一贯通孔2a、第二贯通孔3a及第三贯通孔4a、作为氢气、氧气及冷却水的排出通路的第一贯通孔2b、第二贯通孔3b及第三贯通孔4b。
在主体部1的中央侧形成有与第一贯通孔2a和第一贯通孔2b连通而使氢气流通的氢气流路5。在主体部1的与氢气接触的一侧设有从第一贯通孔2a向氢气流路5引导氢气的翅片状的引导部6和从所述氢气流路5向第一贯通孔2b引导所述氢气的翅片状的引导部7。
在上述的现有技术1中，为了引导氢气，而分别使用翅片状的引导部6、7。然而，与氢气流路5的宽度尺寸(箭头X方向)相比，第一贯通孔2a、2b的开口直径相当小。因此，无法经由引导部6、7而沿着氢气流路5的宽度方向均匀地供给氢气。
发明内容
本发明用于解决这种问题，其目的在于提供一种能够从反应气体连通孔经由缓冲部向反应气体流路整体均匀且可靠地供给反应气体，且以简单的结构就能够保持良好的发电性能的燃料电池。
本发明涉及一种燃料电池，其通过隔板夹持在电解质膜两侧设有一对电极的电解质膜-电极结构体，并形成有沿着所述电解质膜-电极结构体的一方的电极面供给一方的反应气体的第一反应气体流路、沿着所述电解质膜-电极结构体的另一方的电极面供给另一方的反应气体的第二反应气体流路。
在该燃料电池中，设有使一方的反应气体沿着层叠方向流动的第一反应气体连通孔及使另一方的反应气体沿着所述层叠方向流动的第二反应气体连通孔，并且，至少在所述电解质膜-电极结构体的一方的面上设有将所述第一反应气体连通孔和所述第一反应气体流路连通的缓冲部。
缓冲部具有与第一反应气体连通孔相邻的第一缓冲区域、与第一反应气体流路相邻的第二缓冲区域。并且，第一缓冲区域的层叠方向的开口尺寸设定得比第二缓冲区域的层叠方向的开口尺寸大。
根据本发明，与第一反应气体连通孔相邻的第一缓冲区域的层叠方向的开口尺寸设定得比与第一反应气体流路相邻的第二缓冲区域的层叠方向的开口尺寸大。因此，能够良好地提高第一缓冲区域中的反应气体的气体分配性。
因此，例如从第一反应气体入口连通孔(第一反应气体连通孔)向第一入口缓冲部(缓冲部)供给的一方的反应气体在第一缓冲区域被均匀地分配之后，沿着第二缓冲区域流动而向第一反应气体流路供给。
由此，能够从第一反应气体连通孔经由缓冲部向第一反应气体流路整体均匀且可靠地供给反应气体，能够以简单的结构保持良好的发电性能。
根据与附图协同配合的如下的优选的实施方式例的说明，上述的目的及其他的目的、特征及优点更加清楚。
附图说明
图1是构成本发明的第一实施方式的燃料电池的电池单元的分解简要立体图。
图2是所述电池单元的图1中的II-II线剖视图。
图3是构成所述电池单元的电解质膜-电极结构体的主视说明图。
图4是在所述电解质膜-电极结构体上设置的树脂框构件的图3中的IV-IV线剖视图。
图5是所述树脂框构件的图1中的V-V线剖视图。
图6是具有其他的结构的入口缓冲部的剖视说明图。
图7是构成本发明的第二实施方式的燃料电池的电池单元的分解简要立体图。
图8是所述电池单元的图7中的VIII-VIII线剖视图。
图9是构成所述电池单元的电解质膜-电极结构体的主视说明图。
图10是构成本发明的第三实施方式的燃料电池的电池单元的分解简要立体图。
图11是构成所述电池单元的电解质膜-电极结构体的主视说明图。
图12是在所述电解质膜-电极结构体上设置的树脂框构件的图11中的XII-XII线剖视图。
图13是构成本发明的第四实施方式的燃料电池的电池单元的分解简要立体图。
图14是构成所述电池单元的电解质膜-电极结构体的一方的面的说明图。
图15是所述电解质膜-电极结构体的另一方的面的说明图。
图16是在构成所述电解质膜-电极结构体的树脂框构件上设置的入口缓冲部的说明图。
图17是所述树脂框构件的图16中的XVII-XVII线剖视图。
图18是现有技术1所公开的燃料电池的说明图。
具体实施方式
如图1及图2所示，本发明的第一实施方式的燃料电池10通过将多个电池单元(发电电池)12沿着水平方向(箭头A方向)或重力方向(箭头C方向)层叠而构成，例如，作为车载用燃料电池组来使用。
电池单元12在第一隔板14与第二隔板16之间夹持电解质膜-电极结构体(MEA)18。在电池单元12的长边方向(箭头C方向)的上端缘部设有沿着箭头A方向彼此连通的用于供给氧化剂气体(一方的反应气体)例如含氧气体(空气等)的氧化剂气体入口连通孔(第一反应气体连通孔)20a、及用于供给燃料气体(另一方的反应气体)例如含氢气体(氢气等)的燃料气体入口连通孔(第二反应气体连通孔)22a。
在电池单元12的长边方向(箭头C方向)的下端缘部设有沿着箭头A方向彼此连通的用于排出燃料气体的燃料气体出口连通孔(第二反应气体连通孔)22b、及用于排出氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔(第一反应气体连通孔)20b。
在电池单元12的短边方向(箭头B方向)的一端缘部设有沿着箭头A方向彼此连通的用于供给冷却介质的冷却介质入口连通孔24a，在所述电池单元12的短边方向的另一端缘部设有用于排出所述冷却介质的冷却介质出口连通孔24b。
第一隔板14及第二隔板16例如由钢板、不锈钢板、铝板、镀敷处理钢板、或对该金属表面实施了防蚀用的表面处理的金属板构成。第一隔板14及第二隔板16通过将金属制薄板冲压加工成波形形状而具有截面凹凸形状。需要说明的是，第一隔板14及第二隔板16可以取代金属隔板而使用碳隔板等。
在第一隔板14的朝向电解质膜-电极结构体18的面14a上形成有将氧化剂气体入口连通孔20a与氧化剂气体出口连通孔20b连通的氧化剂气体流路(第一反应气体流路)26。氧化剂气体流路26具有沿着箭头C方向延伸的多个波状流路槽。在第一隔板14的面14b上形成有将冷却介质入口连通孔24a与冷却介质出口连通孔24b连通的冷却介质流路28的一部分。冷却介质流路28通过氧化剂气体流路26的背面形状与后述的燃料气体流路(第二反应气体流路)32的背面形状重合而构成。
在第二隔板16的朝向电解质膜-电极结构体18的面16a上形成有将燃料气体入口连通孔22a与燃料气体出口连通孔22b连通的燃料气体流路32。燃料气体流路32具有沿着箭头C方向延伸的多个波状流路槽。在第二隔板16的面16b上形成有将冷却介质入口连通孔24a与冷却介质出口连通孔24b连通的冷却介质流路28的一部分。
在第一隔板14的两个面14a、14b及第二隔板16的两个面16a、16b上，可以根据需要而设置密封构件(未图示)。
如图2所示，电解质膜-电极结构体18具备：水浸渍于全氟磺酸的薄膜而得到的固体高分子电解质膜36；对所述固体高分子电解质膜36进行夹持的阴极侧电极38及阳极侧电极40。阴极侧电极38及阳极侧电极40具有由碳素纸等构成的气体扩散层(未图示)和将在表面担载有铂合金的多孔质碳粒子同样地涂敷于所述气体扩散层的表面而形成的电极催化剂层(未图示)。电极催化剂层形成在固体高分子电解质膜36的两面上。
固体高分子电解质膜36的表面积设定成与阴极侧电极38及阳极侧电极40的表面积相等或大于阴极侧电极38及阳极侧电极40的表面积。在固体高分子电解质膜36的外周端缘部例如通过注射模塑成形等而一体成形有树脂制的树脂框构件(框部)42。作为树脂材料，例如，除了通用塑料之外，还可以采用工程塑料或超级工程塑料等。
如图1及图3所示，电解质膜-电极结构体18在树脂框构件42上形成有氧化剂气体入口连通孔20a、燃料气体入口连通孔22a、冷却介质入口连通孔24a、氧化剂气体出口连通孔20b、燃料气体出口连通孔22b及冷却介质出口连通孔24b。
如图3所示，在树脂框构件42的设置阴极侧电极38的面(一方的面)42a上设有一端与氧化剂气体入口连通孔20a连通的多个入口侧连结槽44a和一端与氧化剂气体出口连通孔20b连通的多个出口侧连结槽44b。入口侧连结槽44a的另一端与入口缓冲部46连通，而出口侧连结槽44b的另一端与出口缓冲部48连通。
入口缓冲部46将氧化剂气体入口连通孔20a和氧化剂气体流路26连通，并且出口缓冲部48将所述氧化剂气体流路26和氧化剂气体出口连通孔20b连通。
入口缓冲部46具有大致三角形形状，且具有与氧化剂气体入口连通孔20a相邻的第一缓冲区域46a和与氧化剂气体流路26相邻的第二缓冲区域46b。第一缓冲区域46a与氧化剂气体入口连通孔20a的内侧端面平行，并且在入口侧连结槽44a的排列方向上长条地形成。
如图4所示，第一缓冲区域46a的距面42a的在层叠方向(箭头A方向)上的深度(开口尺寸)D1设定成大于第二缓冲区域46b的在所述层叠方向上的深度(开口尺寸)D2，即，设定成深槽(D1＞D2)。在第一缓冲区域46a设有压花部50，并且在第二缓冲区域46b设有将所述第一缓冲区域46a和氧化剂气体流路26连续地相连的多个引导部52。如图3所示，各引导部52具有薄板状，彼此平行且沿着氧化剂气体流路26的宽度方向(箭头B方向)大致均等地排列。
出口缓冲部48具有大致三角形形状，且具有与氧化剂气体出口连通孔20b相邻的第一缓冲区域48a和与氧化剂气体流路26相邻的第二缓冲区域48b。第一缓冲区域48a与氧化剂气体出口连通孔20b的内侧端面平行，并在出口侧连结槽44b的排列方向上长条地形成。
第一缓冲区域48a设定成比第二缓冲区域48b的槽深。在第一缓冲区域48a设有压花部50，并且在第二缓冲区域48b设有将所述第一缓冲区域48a和氧化剂气体流路26连续地相连的多个引导部52。
如图1所示，在树脂框构件42的设置阳极侧电极40的面(另一方的面)42b上设有一端与燃料气体入口连通孔22a连通的多个入口侧连结槽54a和一端与燃料气体出口连通孔22b连通的多个出口侧连结槽54b。入口侧连结槽54a的另一端与入口缓冲部56连通，而出口侧连结槽54b的另一端与出口缓冲部58连通。
入口缓冲部56将燃料气体入口连通孔22a和燃料气体流路32连通，并且出口缓冲部58将所述燃料气体流路32和燃料气体出口连通孔22b连通。
入口缓冲部56具有大致三角形形状，且具有与燃料气体入口连通孔22a相邻的第一缓冲区域(第三缓冲区域)56a和与燃料气体流路32相邻的第二缓冲区域(第四缓冲区域)56b。第一缓冲区域56a与燃料气体入口连通孔22a的内侧端面平行，并且在入口侧连结槽54a的排列方向上长条地形成。
如图5所示，第一缓冲区域56a的距面42b的在层叠方向(箭头A方向)上的深度(开口尺寸)D3设定成大于第二缓冲区域56b的在所述层叠方向上的深度(开口尺寸)D4，即，设定成深槽(D3＞D4)。在第一缓冲区域56a设有压花部60，并且在第二缓冲区域56b设有将所述第一缓冲区域56a和燃料气体流路32连续地相连的多个引导部62。如图1所示，各引导部62具有薄板状，彼此平行且沿着燃料气体流路32的宽度方向(箭头B方向)大致均等地排列。
出口缓冲部58具有大致三角形形状，且具有与燃料气体出口连通孔22b相邻的第一缓冲区域58a和与燃料气体流路32相邻的第二缓冲区域58b。第一缓冲区域58a与燃料气体出口连通孔22b的内侧端面平行，并且在出口侧连结槽54b的排列方向上长条地形成。
第一缓冲区域58a设定成比第二缓冲区域58b的槽深。在第一缓冲区域58a设有压花部60，并且在第二缓冲区域58b设有将所述第一缓冲区域58a和燃料气体流路32连续地相连的多个引导部62。
在树脂框构件42的两方的面42a、42b上，例如通过注射模塑成形而一体成形有密封构件64。作为密封构件64，例如使用EPDM、NBR、氟橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、苯乙烯橡胶、氯丁二烯或丙烯酸橡胶等的密封材料、缓冲材料或填充材料。
如图3所示，密封构件64在面42a侧，使氧化剂气体入口连通孔20a及氧化剂气体出口连通孔20b与氧化剂气体流路26连通而进行围绕。密封构件64在面42a侧，分别围绕燃料气体入口连通孔22a、燃料气体出口连通孔22b、冷却介质入口连通孔24a及冷却介质出口连通孔24b。
如图1所示，密封构件64在面42b侧，使燃料气体入口连通孔22a及燃料气体出口连通孔22b与燃料气体流路32连通而进行围绕。密封构件64在面42b侧，分别围绕氧化剂气体入口连通孔20a、氧化剂气体出口连通孔20b、冷却介质入口连通孔24a及冷却介质出口连通孔24b。
以下，说明该燃料电池10的动作。
首先，如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔20a供给含氧气体等氧化剂气体，并向燃料气体入口连通孔22a供给含氢气体等燃料气体。此外，向冷却介质入口连通孔24a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。
因此，如图3所示，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔20a通过入口侧连结槽44a而被导入到入口缓冲部46，该入口侧连结槽44a形成在构成电解质膜-电极结构体18的树脂框构件42上。进而，氧化剂气体从入口缓冲部46向第一隔板14的氧化剂气体流路26供给(参照图1)。该氧化剂气体沿着氧化剂气体流路26向箭头C方向(重力方向)移动，向电解质膜-电极结构体18的阴极侧电极38供给。
另一方面，如图1所示，燃料气体从燃料气体入口连通孔22a通过入口侧连结槽54a而被导入到入口缓冲部56，该入口侧连结槽54a形成在构成电解质膜-电极结构体18的树脂框构件42上。进而，燃料气体从入口缓冲部56沿着第二隔板16的燃料气体流路32向重力方向(箭头C方向)移动，向电解质膜-电极结构体18的阳极侧电极40供给。
因此，在电解质膜-电极结构体18中，向阴极侧电极38供给的氧化剂气体和向阳极侧电极40供给的燃料气体在电极催化剂层内通过电气化学反应被消耗而进行发电。
接下来，向电解质膜-电极结构体18的阴极侧电极38供给而被消耗的氧化剂气体从出口缓冲部48通过出口侧连结槽44b向氧化剂气体出口连通孔20b排出(参照图3)。另外，如图1所示，向电解质膜-电极结构体18的阳极侧电极40供给而被消耗的燃料气体从出口缓冲部58通过出口侧连结槽54b向燃料气体出口连通孔22b排出。
另一方面，如图1所示，向冷却介质入口连通孔24a供给的冷却介质被导入到在第一隔板14与第二隔板16之间形成的冷却介质流路28之后，沿着箭头B方向流通。该冷却介质将电解质膜-电极结构体18冷却之后，向冷却介质出口连通孔24b排出。
这种情况下，在第一实施方式中，如图3所示，在树脂框构件42的面42a上设有与氧化剂气体入口连通孔20a相邻的入口缓冲部46。入口缓冲部46具有与氧化剂气体入口连通孔20a相邻的第一缓冲区域46a和与氧化剂气体流路26相邻的第二缓冲区域46b，并且所述第一缓冲区域46a的层叠方向的深度D1设定成大于所述第二缓冲区域46b的所述层叠方向的深度D2，即，设定成深槽(参照图4)。
因此，从氧化剂气体入口连通孔20a向入口缓冲部46供给的氧化剂气体在从第一缓冲区域46a到第二缓冲区域46b均匀地分配之后，向氧化剂气体流路26供给。
并且，在第二缓冲区域46b设有将第一缓冲区域46a和氧化剂气体流路26连续地相连的多个引导部52。因此，氧化剂气体在第二缓冲区域46b的流动性提高。
由此，氧化剂气体在从第一缓冲区域46a向第二缓冲区域46b均等地分配供给之后，相对于氧化剂气体流路26的宽度方向(箭头B方向)整体均匀且可靠地供给。
另一方面，在树脂框构件42的面42a设有与氧化剂气体出口连通孔20b相邻的出口缓冲部48。出口缓冲部48具有与氧化剂气体出口连通孔20b相邻的第一缓冲区域48a和与氧化剂气体流路26相邻的第二缓冲区域48b，并且所述第一缓冲区域48a设定得比所述第二缓冲区域48b的槽深。
因此，氧化剂气体从氧化剂气体流路26通过第二缓冲区域48b向第一缓冲区域48a顺畅且均匀地流动之后，通过所述第一缓冲区域48a而向氧化剂气体出口连通孔20b排出。因此，在氧化剂气体流路26中，在发电区域整个区域上能够使氧化剂气体的分配均匀化。
另外，如图1及图5所示，在树脂框构件42的面42b上设有与燃料气体入口连通孔22a相邻的入口缓冲部56。入口缓冲部56具有与燃料气体入口连通孔22a相邻的第一缓冲区域56a和与燃料气体流路32相邻的第二缓冲区域56b，并且所述第一缓冲区域56a的层叠方向的深度D3设定成大于所述第二缓冲区域56b的所述层叠方向的深度D4，即，设定为深槽(参照图5)。
因此，从燃料气体入口连通孔22a向入口缓冲部56供给的燃料气体在从第一缓冲区域56a到第二缓冲区域56b均匀地分配之后，向燃料气体流路32供给。
此外，在第二缓冲区域56b设有将第一缓冲区域56a和燃料气体流路32连续地相连的多个引导部62。因此，燃料气体在第二缓冲区域56b的流动性提高。
由此，燃料气体在从第一缓冲区域56a向第二缓冲区域56b均等地分配供给之后，相对于燃料气体流路32的宽度方向(箭头B方向)整体均匀且可靠地供给。
另一方面，在树脂框构件42的面42b上设有与燃料气体出口连通孔22b相邻的出口缓冲部58。出口缓冲部58具有与燃料气体出口连通孔22b相邻的第一缓冲区域58a和与燃料气体流路32相邻的第二缓冲区域58b，并且所述第一缓冲区域58a设定得比所述第二缓冲区域58b的槽深。
因此，燃料气体从燃料气体流路32通过第二缓冲区域58b向第一缓冲区域58a顺畅且均匀地流动之后，通过所述第一缓冲区域58a而向燃料气体出口连通孔22b排出。因此，在燃料气体流路32中，在发电区域整个区域上能够使燃料气体的分配均匀化。
由此，能够向形成在第一隔板14上的氧化剂气体流路26整体及形成在第二隔板16上的燃料气体流路32整体均匀且可靠地供给氧化剂气体及燃料气体。因此，燃料电池10能够以简单的结构保持良好的发电性能。
此外，在第一实施方式中，在树脂框构件42的面42a上形成有氧化剂气体用的入口缓冲部46及出口缓冲部48，而在面42b上形成有燃料气体用的入口缓冲部56及出口缓冲部58。
此时，由于使用树脂框构件42，因此在表背(面42a、42b)能够分别形成为不同的形状。即，入口缓冲部46及出口缓冲部48的形状、与入口缓冲部56及出口缓冲部58的形状互不干涉，能够分别独立且容易地设定成所希望的形状。因此，可以分别将直线状的引导部形状、压花形状等根据需要进行组合而形成在面42a、42b上。
需要说明的是，在树脂框构件42上既可以仅设置氧化剂气体用的入口缓冲部46及出口缓冲部48，而且也可以仅设置燃料气体用的入口缓冲部56及出口缓冲部58。在以下说明的第二实施方式中也同样。
需要说明的是，在第一实施方式中，构成入口缓冲部46的第一缓冲区域46a及第二缓冲区域46b仅设置于树脂框构件42，但并未限定于此。即，第一缓冲区域46a及第二缓冲区域46b只要实质上设置在树脂框构件42与第一隔板14之间即可。例如图6所示，在树脂框构件42侧设有缓冲区域部46a1，并且在第一隔板14侧设有朝向离开所述缓冲区域部46a1的方向构成凹部的缓冲区域部46a2。
缓冲区域部46a1与缓冲区域部46a2一起构成第一缓冲区域46a，能得到作为层叠方向的开口尺寸的深度D1。缓冲区域部46a1能够设定成与第二缓冲区域46b的深度D2相同的深度，所述缓冲区域部46a1与所述第二缓冲区域46b能够构成为同一平面状态。
另外，与上述的入口缓冲部46同样，出口缓冲部48可以在树脂框构件42与第一隔板14之间，增大层叠方向的开口尺寸而设置第一缓冲区域48a，减小所述层叠方向的开口尺寸而设置第二缓冲区域48b。
此外，在入口缓冲部56及出口缓冲部58中，也可以与上述同样地构成。另外，在以下说明的第二实施方式以后的实施方式中也同样。
图7是构成本发明的第二实施方式的燃料电池70的电池单元72的分解简要立体图。需要说明的是，对与第一实施方式的燃料电池10相同的构成要素标注同一参照标号，并省略其详细说明。
电池单元72在第一隔板14与第二隔板16之间夹持电解质膜-电极结构体(MEA)74。如图7及图8所示，电解质膜-电极结构体74具备固体高分子电解质膜76、对所述固体高分子电解质膜76进行夹持的阴极侧电极78及阳极侧电极80。
阴极侧电极78及阳极侧电极80具有由碳素纸等构成的气体扩散层78a及80a、将表面担载有铂合金的多孔质碳粒子同样地涂敷于所述气体扩散层78a及80a的表面而形成的电极催化剂层78b及80b。电极催化剂层78b及80b形成在固体高分子电解质膜76的两面上。
如图8所示，在构成阴极侧电极78的气体扩散层78a上形成有入口缓冲部82和出口缓冲部84。入口缓冲部82具有与氧化剂气体入口连通孔20a相邻的第一缓冲区域82a和与氧化剂气体流路26相邻的第二缓冲区域82b，并且所述第一缓冲区域82a的层叠方向的深度设定成大于所述第二缓冲区域82b的所述层叠方向的深度，即，设定为深槽(参照图8)。
第一缓冲区域82a构成空间部，但根据需要也可以设置压花部。在第二缓冲区域82b设有将第一缓冲区域82a和氧化剂气体流路26连续地相连的多个引导部86。
如图9所示，出口缓冲部84具有与氧化剂气体出口连通孔20b相邻的第一缓冲区域84a和与氧化剂气体流路26相邻的第二缓冲区域84b，并且所述第一缓冲区域84a设定成比所述第二缓冲区域84b的槽深。在第二缓冲区域84b设有将第一缓冲区域84a和氧化剂气体流路26连续地相连的多个引导部86。
如图7所示，在构成阳极侧电极80的气体扩散层80a上形成有入口缓冲部88和出口缓冲部90。入口缓冲部88具有与燃料气体入口连通孔22a相邻的第一缓冲区域88a和与燃料气体流路32相邻的第二缓冲区域88b，并且所述第一缓冲区域88a的层叠方向的深度设定成大于所述第二缓冲区域88b的所述层叠方向的深度，即，设定成深槽。在第二缓冲区域88b设有将第一缓冲区域88a和燃料气体流路32连续地相连的多个引导部92。
出口缓冲部90具有与燃料气体出口连通孔22b相邻的第一缓冲区域90a和与燃料气体流路32相邻的第二缓冲区域90b，并且所述第一缓冲区域90a设定得比所述第二缓冲区域90b的槽深。在第二缓冲区域90b设有将第一缓冲区域90a和燃料气体流路32连续地相连的多个引导部92。
在第一隔板14的两方的面14a、14b上，例如通过注射模塑成形而一体成形有第一密封构件94。在第二隔板16的两方的面16a、16b上，例如，通过注射模塑成形而一体成形有第二密封构件96。第一密封构件94及第二密封构件96与第一实施方式中使用的密封构件64同样地构成。
在该第二实施方式中，在气体扩散层78a形成有氧化剂气体用的入口缓冲部82及出口缓冲部84，并且在气体扩散层80a形成有燃料气体用的入口缓冲部88及出口缓冲部90。
因此，能够向氧化剂气体流路26整体及燃料气体流路32整体均匀且可靠地供给氧化剂气体及燃料气体，燃料电池70通过简单的结构，就能够得到保持良好的发电性能等与上述的第一实施方式同样的效果。
图10是构成本发明的第三实施方式的燃料电池100的电池单元102的分解简要立体图。需要说明的是，对于与第一实施方式的燃料电池10相同的结构要素，标注同一参照标号，并省略其详细说明。
电池单元102在第一隔板14与第二隔板16之间夹持电解质膜-电极结构体(MEA)104。如图11所示，构成电解质膜-电极结构体104的树脂框构件42在面42a侧形成有入口缓冲部106及出口缓冲部108。
入口缓冲部106具有与氧化剂气体入口连通孔20a相邻的第一缓冲区域106a和与氧化剂气体流路26相邻的第二缓冲区域106b。第一缓冲区域106a的层叠方向的深度D1设定成大于第二缓冲区域106b的所述层叠方向的深度D2，即，设定成深槽(参照图12)。在第二缓冲区域106b设有压花部110。
出口缓冲部108具有与氧化剂气体出口连通孔20b相邻的第一缓冲区域108a和与氧化剂气体流路26相邻的第二缓冲区域108b。第一缓冲区域108a设定得比第二缓冲区域108b的槽深，并且在所述第二缓冲区域108b设有压花部110。
如图10所示，构成电解质膜-电极结构体104的树脂框构件42在面42b侧形成有入口缓冲部112及出口缓冲部114。入口缓冲部112具有与燃料气体入口连通孔22a相邻的第一缓冲区域112a和与燃料气体流路32相邻的第二缓冲区域112b。第一缓冲区域112a设定得比第二缓冲区域112b的槽深，并且在所述第二缓冲区域112b设有压花部116。
出口缓冲部114具有与燃料气体出口连通孔22b相邻的第一缓冲区域114a和与燃料气体流路32相邻的第二缓冲区域114b。第一缓冲区域114a设定得比第二缓冲区域114b的槽深，并且在所述第二缓冲区域114b设有压花部116。
在该第三实施方式中，如图11所示，入口缓冲部106具有深槽的第一缓冲区域106a和浅槽的第二缓冲区域106b，并且在所述第一缓冲区域106a及所述第二缓冲区域106b设有压花部50及110。
因此，从氧化剂气体入口连通孔20a向入口缓冲部106供给的氧化剂气体在从第一缓冲区域106a到第二缓冲区域106b被良好地扩散(分散)之后，向氧化剂气体流路26供给。
由此，能得到氧化剂气体在从第一缓冲区域106a向第二缓冲区域106b扩散供给之后，相对于氧化剂气体流路26的宽度方向(箭头B方向)整体可靠地供给这样的效果。尤其是设定为入口缓冲部106需要分散性的形状时有效。
需要说明的是，在出口缓冲部108中也能得到同样的效果。而且，在燃料气体流路32中也同样地设有入口缓冲部112及出口缓冲部114，能够良好地分散供给燃料气体。
图13是构成本发明的第四实施方式的燃料电池120的电池单元122的分解简要立体图。需要说明的是，对于与第一实施方式的燃料电池10相同的结构要素，标注同一参照标号，并省略其详细说明。
电池单元122通过在第一隔板124与第二隔板126之间夹持电解质膜-电极结构体128而构成。在电池单元122的长边方向(箭头B方向)的一端缘部设有氧化剂气体入口连通孔20a及燃料气体出口连通孔22b。在电池单元122的长边方向的另一端缘部设有燃料气体入口连通孔22a及氧化剂气体出口连通孔20b。
在电池单元122的短边方向(箭头C方向)的两端缘部，在氧化剂气体入口连通孔20a侧的一方设有一对冷却介质入口连通孔24a。在电池单元122的短边方向的两端缘部，在燃料气体入口连通孔22a侧的另一方设有一对冷却介质出口连通孔24b。
在第一隔板124的朝向电解质膜-电极结构体128的面124a上形成有氧化剂气体流路26，并且在所述第一隔板124的面124b上形成有冷却介质流路28的一部分。在第二隔板126的朝向电解质膜-电极结构体128的面126a上形成有燃料气体流路32，并且在所述第二隔板126的面126b上形成有冷却介质流路28的一部分。
在第二隔板126上，在燃料气体入口连通孔22a的附近形成有多个供给孔部130a，并且在燃料气体出口连通孔22b的附近形成有多个排出孔部130b。供给孔部130a在面126b侧与燃料气体入口连通孔22a连结，且在面126a侧与燃料气体流路32连结。排出孔部130b同样地在面126b侧与燃料气体出口连通孔22b连结，且在面126a侧与燃料气体流路32连结。
在第一隔板124的面124a、124b上一体成形有围绕该第一隔板124的外周端缘部的第一密封构件132。在第二隔板126的面126a、126b上一体成形有围绕该第二隔板126的外周端缘部的第二密封构件134。
电解质膜-电极结构体128具备树脂框构件136。如图13～图15所示，树脂框构件136在长度方向(箭头B方向)两端部具有朝向氧化剂气体入口连通孔20a及氧化剂气体出口连通孔20b鼓出的鼓出部136a、136b、和朝向燃料气体入口连通孔22a及燃料气体出口连通孔22b鼓出的鼓出部136c、136d。
鼓出部136a、136b的端面与氧化剂气体入口连通孔20a的内侧壁面及氧化剂气体出口连通孔20b的内侧壁面平行。鼓出部136c、136d的端面与燃料气体入口连通孔22a的内侧壁面及燃料气体出口连通孔22b的内侧壁面平行。
如图14所示，在树脂框构件136的设置阴极侧电极38的面128a上设有入口缓冲部138和出口缓冲部140。入口缓冲部138具有与氧化剂气体入口连通孔20a相邻的第一缓冲区域138a和与氧化剂气体流路26相邻的第二缓冲区域138b。
第一缓冲区域138a设定得比第二缓冲区域138b的槽深。第一缓冲区域138a与氧化剂气体入口连通孔20a的内侧端面平行，且设有压花部141a。
在第二缓冲区域138b设有将第一缓冲区域138a和氧化剂气体流路26连续地相连的多个引导部142。各引导部142从第一缓冲区域138a朝着氧化剂气体流路26而向下方倾斜，并且彼此等间隔地分离且彼此平行地延伸。
如图16所示，引导部142具有接近氧化剂气体流路26而终止的端部142a，并设定出相邻的所述端部142a间的中央位置O1。在从该中央位置O1向引导部142相对于氧化剂气体流路26的流动方向(箭头B方向)倾斜的一侧(箭头C1方向)偏离了距离S1的端部间位置上，设有防止挠曲用的突出部144。突出部144具有圆柱形状，设定成与引导部142相同的高度(参照图17)。突出部144的端面与引导部142的端面配置在同一直线上(参照图16)。
如图14所示，出口缓冲部140具有与氧化剂气体出口连通孔20b相邻的第一缓冲区域140a和与氧化剂气体流路26相邻的第二缓冲区域140b。第一缓冲区域140a设定得比第二缓冲区域140b的槽深。第一缓冲区域140a与氧化剂气体出口连通孔20b的内侧端面平行，且设有压花部141b。
在第二缓冲区域140b设有将第一缓冲区域140a和氧化剂气体流路26连续地相连的多个引导部142。各引导部142从第一缓冲区域140a朝着氧化剂气体流路26而向上方倾斜，并且彼此等间隔地分离且彼此平行地延伸。在引导部142的端部142a之间设有突出部144。
如图15所示，在树脂框构件136的设置阳极侧电极40的面128b上设有入口缓冲部146和出口缓冲部148。入口缓冲部146具有与燃料气体入口连通孔22a相邻的第一缓冲区域146a和与燃料气体流路32相邻的第二缓冲区域146b。
第一缓冲区域146a设定得比第二缓冲区域146b的槽深。第一缓冲区域146a与燃料气体入口连通孔22a的内侧端面平行，并设有压花部150a。
在第二缓冲区域146b设有将第一缓冲区域146a和燃料气体流路32连续地相连的多个引导部152。各引导部152从第一缓冲区域146a朝着燃料气体流路32而向下方倾斜，并且彼此等间隔地分离且彼此平行地延伸。在引导部152的端部152a之间设有突出部154。
出口缓冲部148具有与燃料气体出口连通孔22b相邻的第一缓冲区域148a和与燃料气体流路32相邻的第二缓冲区域148b。第一缓冲区域148a设定得比第二缓冲区域148b的槽深。第一缓冲区域148a与燃料气体出口连通孔22b的内侧端面平行，并设有压花部150b。
在第二缓冲区域148b设有将第一缓冲区域148a和燃料气体流路32连续地相连的多个引导部152。各引导部152从第一缓冲区域148a朝着燃料气体流路32而向上方倾斜，并且彼此等间隔地分离且彼此平行地延伸。在引导部152的端部152a之间设有突出部154。
如图16所示，引导部152具有接近燃料气体流路32而终止的端部152a，并设定出相邻的所述端部152a间的中央位置O2。在从该中央位置O2向引导部152相对于燃料气体流路32的流动方向(箭头B方向)倾斜的一侧(箭头C2方向)偏离了距离S2的端部间位置上，设有防止挠曲用的突出部154。突出部154具有圆柱形状，设定成与引导部152相同的高度(参照图17)。突出部154的端面与引导部152的端面配置在同一直线上。
在该第四实施方式中，能得到与上述的第一～第三实施方式同样的效果。此外，氧化剂气体侧的引导部142与燃料气体侧的引导部152的个数不同，各个端部142a、152a的位置错开。因而，在树脂框构件136上存在比较宽的薄壁部位，因此通过设置突出部144、154，能够抑制在所述树脂框构件136上产生挠曲的情况。

Claims (8)

1.一种燃料电池，其通过隔板(14、16)夹持在电解质膜(36)两侧设有一对电极(38、40)的电解质膜-电极结构体(18)，并形成有沿着所述电解质膜-电极结构体(18)的一方的电极面供给一方的反应气体的第一反应气体流路(26)、沿着所述电解质膜-电极结构体(18)的另一方的电极面供给另一方的反应气体的第二反应气体流路(32)，所述燃料电池的特征在于，
设有使所述一方的反应气体沿着层叠方向流动的第一反应气体连通孔(20a)及使所述另一方的反应气体沿着所述层叠方向流动的第二反应气体连通孔(22a)，并且，
至少在所述电解质膜-电极结构体(18)的一方的面上设有将所述第一反应气体连通孔(20a)和所述第一反应气体流路(26)连通的缓冲部(46)，
所述缓冲部(46)具有与所述第一反应气体连通孔(20a)相邻的第一缓冲区域(46a)、与所述第一反应气体流路(26)相邻的第二缓冲区域(46b)，
所述第一缓冲区域(46a)的所述层叠方向的开口尺寸设定得比所述第二缓冲区域(46b)的所述层叠方向的开口尺寸大。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
在所述电极(38、40)的外周一体地设有树脂框构件(42)，并且，
在所述树脂框构件(42)上形成有所述缓冲部(46)。
3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
所述电极(78)设有气体扩散层(78a)，并且，
在所述气体扩散层(78a)上形成有所述缓冲部(82)。
4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
在所述第二缓冲区域(46b)设有将所述第一缓冲区域(46a)和所述第一反应气体流路(26)连续地相连的多个引导部(52)。
5.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，
所述引导部(142)具有接近所述第一反应气体流路(26)而终止的端部(142a)，在从相邻的所述端部(142a)间的中央位置向所述引导部(142)相对于所述第一反应气体流路(26)的流动方向倾斜的一侧偏离的端部间位置上设有突出部(144)。
6.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
在所述电解质膜-电极结构体(18)的另一方的面上设有将所述第二反应气体连通孔(22a)和所述第二反应气体流路(32)连通的另一缓冲部(56)，
所述另一缓冲部(56)具有与所述第二反应气体连通孔(22a)相邻的第三缓冲区域(56a)、与所述第二反应气体流路(32)相邻的第四缓冲区域(56b)，
所述第三缓冲区域(56a)的所述层叠方向的开口尺寸设定得比所述第四缓冲区域(56b)的所述层叠方向的开口尺寸大。
7.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，
在所述第四缓冲区域(56b)设有将所述第三缓冲区域(56a)和所述第二反应气体流路(32)连续地相连的多个引导部(62)。
8.根据权利要求7所述的燃料电池，其特征在于，
所述引导部(152)具有接近所述第二反应气体流路(32)而终止的端部(152a)，在从相邻的所述端部(152a)间的中央位置向所述引导部(152)相对于所述第二反应气体流路(32)的流动方向倾斜的一侧偏离的端部间位置上设有突出部(154)。
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