CN103178285A - 燃料电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池组(10)，该燃料电池组(10)在将多个发电单元(12)层叠而成的层叠体(14)的一方的端部配设接线板(16b)、绝缘构件(18b)及端板(20b)。在绝缘构件(18b)的凹部(68)收容隔热构件(70)及接线板(16b)。隔热构件(70)通过将构成发电单元(12)的第一金属隔板(24)的外周部呈框状地切断的金属板(24P)和将构成发电单元(12)的第二金属隔板(26)的外周部呈框状地切断的金属板(26P)交替层叠而成。

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，且在所述层叠体的层叠方向两侧配设有接线板、绝缘构件及端板，其中，所述层叠体通过将发电单元层叠而成，该发电单元具有在电解质的两侧配设有电极的电解质-电极结构体和隔板。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜构成的固体高分子电解质膜。该燃料电池构成通过隔板(双极板)夹持电解质膜-电极结构体(MEA)的发电单元，该电解质膜-电极结构体(MEA)在固体高分子电解质膜的两侧分别配设具有电极催化剂(电极催化剂层)及多孔质碳(气体扩散层)的阳极电极和阴极电极。将发电单元层叠规定的数目而成的燃料电池组例如作为车载用燃料电池组来使用。
在这种燃料电池组中，存在因向外部散热而比其他的发电单元更易于引发温度降低的发电单元。例如，配置在层叠方向端部的发电单元(以下，也称为端部单元)经由与该发电单元相邻的接线板、端板等的散热多，上述的温度降低变得明显。
为此，例如已知有在日本特开2009-277521号公报(以下，称为现有技术)中公开的燃料电池组。如图6所示，该燃料电池组由如下部分构成：多个单单元的层叠体1；在所述层叠体1的两端配设的一对集电板2a、2c；在所述集电板2a、2c的外侧配设的一对端板3a、3c；以向所述集电板2a、2c之间施加按压力的方式设置的多个弹性体4；以覆盖所述弹性体4的周围的方式配置的隔热件5。
然而，在上述的现有技术中，虽然使用了隔热件5，但容易从集电板2a、2c及端板3a、3c的外周部产生散热。由此，特别是无法充分地对构成层叠体1的端部单元进行保温，例如因发生结露而造成发电性能下降。
发明内容
本发明用于解决这种问题，其目的在于提供一种通过简单的结构就能够可靠地阻止端部单元的温度降低且能够维持良好的发电性能的燃料电池组。
本发明涉及一种燃料电池组，其具备层叠体，且在所述层叠体的层叠方向两侧配设接线板、绝缘构件及端板，所述层叠体是具有在电解质的两侧配设电极的电解质-电极结构体和隔板的发电单元层叠而成的。
在该燃料电池组中，至少一方的绝缘构件设有将层叠体侧的端部开口而成的凹部，并且在所述凹部中收容隔热构件及接线板。
并且，在本发明中，至少一方的绝缘构件设有将层叠体侧的端部开口而成的凹部，在所述凹部中收容隔热构件及接线板，并且，隔热构件至少具备各自的材质不同的第一隔热构件和第二隔热构件，所述第一隔热构件和所述第二隔热构件交替层叠。
根据本发明，由于在绝缘构件的凹部收容隔热构件及接线板，所以能够良好地抑制从所述隔热构件及所述接线板的外周部的散热。因此，通过简单的结构就能够可靠地阻止在层叠体的端部配置的端部单元的温度降低，能够维持良好的发电性能。而且，隔热构件上无需设置密封功能，能够简化结构而容易实现低成本化。
上述的目的、特征及优点通过参照附图进行说明的以下的实施方式的说明而容易理解。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的燃料电池组的局部分解简要立体图。
图2是所述燃料电池组的图1中的II-II线剖视图。
图3是构成所述燃料电池组的发电单元的分解立体说明图。
图4是本发明的第二实施方式的燃料电池组的局部分解简要立体图。
图5是所述燃料电池组的图4中的V-V线剖视图。
图6是现有技术中公开的燃料电池组的说明图。
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组10具备将多个发电单元12在水平方向(箭头A方向)上层叠而成的层叠体14。在层叠体14的层叠方向(箭头A方向)一端，接线板16a、绝缘板(绝缘构件)18a及端板20a朝向外方依次配设(参照图1)。在层叠体14的层叠方向另一端，接线板16b、绝缘构件18b及端板20b朝向外方依次配设(参照图1及图2)。
燃料电池组10例如通过包括构成为长方形的端板20a、20b来作为端部板的箱状壳体(未图示)一体地保持，或者通过沿箭头A方向延伸的多个拉杆(未图示)一体地紧固保持。
如图2及图3所示，发电单元12具备电解质膜-电极结构体22和夹持所述电解质膜-电极结构体22的第一金属隔板24及第二金属隔板26。第一金属隔板24及第二金属隔板26例如通过将钢板、不锈钢钢板、铝板、镀敷处理钢板、或者在其金属表面实施了防蚀用的表面处理的具有导电性的金属薄板冲压成形为波形而构成，但例如也可以使用碳隔板。
电解质膜-电极结构体22具备例如在全氟磺酸的薄膜中浸渍水的固体高分子电解质膜28和夹持所述固体高分子电解质膜28的阳极电极30及阴极电极32。固体高分子电解质膜28具有比阳极电极30及阴极电极32大的表面积(平面尺寸)。
需要说明的是，电解质膜-电极结构体22也可以构成阳极电极30和阴极电极32设定成相互不同的表面积(平面尺寸)的阶梯式MEA。
阳极电极30及阴极电极32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一样地涂敷于所述气体扩散层的表面上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28的两面。
在发电单元12的箭头B方向(图3中的水平方向)的一端缘部，沿箭头C方向(铅垂方向)排列而设置有在层叠方向即箭头A方向上相互连通的用于供给氧化剂气体例如含氧气体的氧化剂气体入口连通孔34a、用于供给冷却介质的冷却介质入口连通孔36a及用于排出燃料气体例如含氢气体的燃料气体出口连通孔38b。
在发电单元12的箭头B方向的另一端缘部，沿箭头C方向排列而设置有在箭头A方向上相互连通的用于供给燃料气体的燃料气体入口连通孔38a、用于排出冷却介质的冷却介质出口连通孔36b及用于排出氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔34b。
在第一金属隔板24的面向电解质膜-电极结构体22的面24a上例如形成有沿箭头B方向延伸的燃料气体流路40。燃料气体流路40与燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b连通。
在第二金属隔板26的面向电解质膜-电极结构体22的面26a上例如设有沿箭头B方向延伸的氧化剂气体流路42。氧化剂气体流路42与氧化剂气体入口连通孔34a和氧化剂气体出口连通孔34b连通。
在彼此相邻的第一金属隔板24的面24b和第二金属隔板26的面26b之间形成有与冷却介质入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b连通的冷却介质流路44。冷却介质流路44通过燃料气体流路40的背面形状与氧化剂气体流路42的背面形状重合而形成。
如图2及图3所示，在第一金属隔板24的面24a、24b上，环绕该第一金属隔板24的外周端部而将第一密封构件48一体化。在第二金属隔板26的面26a、26b上，环绕该第二金属隔板26的外周端部而将第二密封构件50一体化。
第一密封构件48及第二密封构件50例如使用EPDM、NBR、氟橡胶、硅酮橡胶、氟硅酮橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、苯乙烯橡胶、氯丁橡胶或丙烯酸橡胶等密封材料、缓冲材料、或者填密材料等具有弹性的密封构件。
如图1所示，在接线板16a、16b的大致中央设有向层叠方向外方延伸的端子部58a、58b。端子部58a、58b插入到绝缘性筒体60中，并贯通绝缘板18a及绝缘构件18b的孔部62a、62b、以及端板20a、20b的孔部64a、64b而向所述端板20a、20b的外部突出。
绝缘板18a及绝缘构件18b由绝缘性材料例如聚碳酸酯(PC)、酚醛树脂等形成。绝缘板18a在中央部一体设有矩形形状的槽部66a，并且在该槽部66a的大致中央连通有孔部62a。在槽部66a中收容接线板16a，所述接线板16a的端子部58a夹装绝缘性筒体60而插入到孔部62a中。
绝缘构件18b构成为壁厚比绝缘板18a厚，并且一体地具有将层叠体14侧的端部开口而成的凹部68。在构成凹部68的底面68a的大致中央连通有孔部62b。在凹部68中收容隔热构件70及接线板16b，所述接线板16b的端子部58b夹装绝缘性筒体60而插入到孔部62b中。
接线板16b与凹部68的底面68a抵接而配置，但没有限定于此，也可以使隔热构件70与所述底面68a抵接，并使所述接线板16b和该隔热构件70的与底面68a相反的面抵接。此时，在隔热构件70的中央形成供端子部58b夹装绝缘性筒体60而插入的孔部。
隔热构件70通过将构成发电单元12(层叠体14)的第一金属隔板24的外周部呈框状地切断的波板状的金属板24P和将构成发电单元12(层叠体14)的第二金属隔板26的外周部呈框状地切断的波板状的金属板26P交替地例如层叠两组而形成。在隔热构件70中，通过使金属板24P、26P抵接而在它们之间形成隔热用空间。需要说明的是，在发电单元12由三种不同的隔板构成的情况下，可以将三张隔板交替层叠。
具体来说，对于金属板24P，将第一金属隔板24的外周部沿着第一密封构件48的内周切断即可，该金属板24P的外周尺寸设定成与绝缘构件18b的凹部68的内周尺寸相同。对于金属板26P，将第二金属隔板26的外周部沿着第二密封构件50的内周切断即可，该金属板26P的外周尺寸设定成与绝缘构件18b的凹部68的内周尺寸相同。
需要说明的是，隔热构件70可以将金属板24P、26P构成为一组或三组以上，还可以将单一的金属板24P层叠多张或者将单一的金属板26P层叠多张。并且，也可以不采用发电单元用的金属隔板而采用端部专用的波板状的金属隔板。
另外，隔热构件70只要是保持空孔且具有通电性的构件即可，也可以由具有导电性的发泡金属、蜂窝形状金属(蜂窝构件)或多孔质碳(例如碳素纸)中的任一个构成。隔热构件70可以是一张，或者也可以是层叠多张。
如图2所示，在层叠体14的绝缘构件18b侧的层叠方向端部配置的第二金属隔板26中，第二密封构件50与所述绝缘构件18b的框缘状的端面抵接。通过第二密封构件50和绝缘构件18b而具有用于对层叠体14的燃料气体、氧化剂气体及冷却介质进行密封的密封功能。
以下对该燃料电池组10的动作进行说明。
首先，如图1所示，向端板20a的氧化剂气体入口连通孔34a供给含氧气体等氧化剂气体。向端板20a的燃料气体入口连通孔38a供给含氢气体等燃料气体，另一方面，向所述端板20a的冷却介质入口连通孔36a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。
如图3所示，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔34a向第二金属隔板26的氧化剂气体流路42导入，并沿箭头B方向移动而向电解质膜-电极结构体22的阴极电极32供给。
另一方面，燃料气体从燃料气体入口连通孔38a向第一金属隔板24的燃料气体流路40导入。燃料气体沿着燃料气体流路40向箭头B方向移动而向电解质膜-电极结构体22的阳极电极30供给。
因此，在各电解质膜-电极结构体22中，向阴极电极32供给的氧化剂气体和向阳极电极30供给的燃料气体在电极催化剂层内因电化学反应而被消耗，从而进行发电。
接着，向阴极电极32供给而被消耗了的氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔34b向箭头A方向排出。同样，向阳极电极30供给而被消耗的燃料气体沿着燃料气体出口连通孔38b向箭头A方向排出。
另外，向冷却介质入口连通孔36a供给的冷却介质导入到第一金属隔板24和第二金属隔板26之间的冷却介质流路44后，在箭头B方向上流通。该冷却介质在冷却了电解质膜-电极结构体22之后从冷却介质出口连通孔36b排出。
这种情况下，在第一实施方式中，如图2所示，在绝缘构件18b中形成有凹部68，并且在所述凹部68中收容有隔热构件70及接线板16b。因而，能够良好地抑制从隔热构件70及接线板16b的外周部的散热。因此，通过简单的结构就能够可靠地阻止配置在层叠体14的端部的发电单元12的温度降低，维持良好的发电性能。
并且，隔热构件70通过将第一金属隔板24的外周部呈框状地切断的金属板24P和将第二金属隔板26的外周部呈框状地切断的金属板26P交替配设而构成。而且，在层叠体14的层叠方向一端配置的第二金属隔板26中，第二密封构件50与绝缘构件18b的端面抵接。
由此，通过第二密封构件50和绝缘构件18b就可具有期望的密封功能，而无需在隔热构件70上设置密封结构。因此，能够简化结构而容易实现低成本化，所以具有经济性。
需要说明的是，在第一实施方式中，隔热构件70既可以应用于燃料电池组10的层叠方向一端，也可以应用于层叠方向两端。另外，在以下所说明的第二实施方式中也同样。
图4及图5表示本发明的第二实施方式的燃料电池组80。需要说明的是，对于与第一实施方式的燃料电池组10相同的结构要素标注相同的参照符号而省略其详细的说明。
燃料电池组80具备隔热构件82来代替上述的隔热构件70。隔热构件82至少具备各自的材质不同的第一隔热构件84和第二隔热构件86，所述第一隔热构件84和所述第二隔热构件86交替层叠。
第一隔热构件84例如由金属板构成，可以使用上述的金属板24P、26P中的至少任一个。第二隔热构件86只要是具有隔热性和导电性的构件即可，例如可以使用作为导电性无机材料的碳板。并且，只要是具有导电性的平板状无机材料即可，也不限定于碳板。第二隔热构件86设定成比第一隔热构件84小的外形尺寸(参照图5)。
在该第二实施方式中，在绝缘构件18b的凹部68中配置有隔热构件82。隔热构件82具备各自的材质不同的第一隔热构件84和第二隔热构件86，并且所述第一隔热构件84和所述第二隔热构件86交替层叠。
因而，在作为异种构件的第一隔热构件84和第二隔热构件86的接触面上引发界面热阻力，使隔热性良好地提高。因此，即使第一隔热构件84及第二隔热构件86构成为薄壁形状，也能够确保期望的通电性及期望的隔热性。由此，通过简单且紧凑的结构就能够获得可靠地阻止配置在层叠体14的端部的发电单元12的温度降低、维持良好的发电性能等与上述的第一实施方式同样的效果。
需要说明的是，第一隔热构件84和第二隔热构件86若各自的材质不同则能够实现各种组合。另外，第一隔热构件84及第二隔热构件86的层叠数目及层叠的组合可以任意设定。并且，第二隔热构件86也可以不采用平板状而采用波板状。

Claims (7)

1.一种燃料电池组(10)，其具备层叠体(14)，且在所述层叠体(14)的层叠方向两侧配设有接线板(16a、16b)、绝缘构件(18a、18b)及端板(20a、20b)，其中，所述层叠体(14)通过将发电单元(12)层叠而成，该发电单元(12)具有隔板(24)和在电解质(28)的两侧配设有电极(30、32)的电解质-电极结构体(22)，所述燃料电池组(10)的特征在于，
至少一方的所述绝缘构件(18b)设有将所述层叠体(14)侧的端部开口而成的凹部(68)，并且，
在所述凹部(68)中收容隔热构件(70、82)及所述接线板(16b)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于，
所述隔板(24)通过将金属薄板成形为波形而构成，
所述隔热构件(70)具备将构成所述层叠体(14)的所述隔板(24)的外周部呈框状地切断而成的金属板(24P)。
3.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于，
所述隔热构件(70)具备具有导电性的发泡金属、蜂窝构件或多孔质碳中的任一个。
4.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于，
所述隔热构件(82)至少具备各自的材质不同的第一隔热构件(84)和第二隔热构件(86)，
所述第一隔热构件(84)和所述第二隔热构件(86)交替层叠。
5.根据权利要求1所述的燃料电池组，其特征在于，
所述接线板(16b)与所述凹部(68)内的底面(68a)抵接而配设。
6.一种燃料电池组(80)，其具备层叠体(14)，且在所述层叠体(14)的层叠方向两侧配设有接线板(16a、16b)、绝缘构件(18a、18b)及端板(20a、20b)，其中，所述层叠体(14)通过将发电单元(12)层叠而成，该发电单元(12)具有隔板(24)和在电解质(28)的两侧配设有电极(30、32)的电解质-电极结构体(22)，所述燃料电池组(80)的特征在于，
至少一方的所述绝缘构件(18b)设有将所述层叠体(14)侧的端部开口而成的凹部(68)，在所述凹部(68)中收容隔热构件(82)及所述接线板(16b)，并且，
所述隔热构件(82)至少具备各自的材质不同的第一隔热构件(84)和第二隔热构件(86)，
所述第一隔热构件(84)和所述第二隔热构件(86)交替层叠。
7.根据权利要求6所述的燃料电池组，其特征在于，
所述第一隔热构件(84)由金属板构成，并且，
所述第二隔热构件(86)由碳板构成。
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Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Xiao Lingang

Inventor after: Nishiyama Tadashi

Inventor after: Mizusaki Kimiharu

Inventor after: Terada Eri

Inventor after: Kuwayama Takashi

Inventor after: Ohta Hiroaki

Inventor before: Xiao Lingang

Inventor before: Nishiyama Tadashi

Inventor before: Mizusaki Kimiharu

Inventor before: Terada Eri

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: KOBAYASHI TSUYOSHI NISHIYAMA TADASHI MIZUSAKI KIMIHARU TERADA ERI TO: KOBAYASHI TSUYOSHI NISHIYAMA TADASHI MIZUSAKI KIMIHARU TERADA ERI TAKASHI KUWAYAMA HIROAKI OHTA

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