CN103367777B - 燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池,其通过简单且经济的结构就能够使反应气体沿着反应气体流路顺畅且均匀地流通。燃料电池(10)具备发电单元(12),并且在构成所述发电单元(12)的第一电解质膜-电极结构体(16a)的外周部设有第一树脂框构件(58)。在第一树脂框构件(58)的一方的面上设有与第一氧化剂气体流路(26)连结的入口缓冲部(62a)及出口缓冲部(62b)。在第一树脂框构件(58)的另一方的面上设有与第一燃料气体流路(34)连结且与所述入口缓冲部(62a)及所述出口缓冲部(62b)独立地形成的入口缓冲部(68a)及出口缓冲部(68b)。

Description

燃料电池
技术领域
本发明涉及一种燃料电池,其层叠有隔板和在电解质膜的两侧设有一对电极的电解质膜-电极结构体,并且在所述隔板上设有沿着电极面供给反应气体的反应气体流路和使所述反应气体在所述电解质膜-电极结构体与所述隔板的层叠方向上流通的反应气体连通孔,另一方面,所述电解质膜-电极结构体在外周部设有树脂框构件。
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(单位电池),该电解质膜-电极结构体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电极及阴极电极。在燃料电池中,通常层叠几十~几百的发电电池,例如作为车载用燃料电池组来使用。
在燃料电池中,由于向层叠的各发电电池的阳极电极及阴极电极分别供给作为反应气体的燃料气体及氧化剂气体,所以多数情况下构成所谓的内部歧管。
内部歧管具备沿发电电池的层叠方向贯通而设置的反应气体入口连通孔(燃料气体入口连通孔、氧化剂气体入口连通孔)及反应气体出口连通孔(燃料气体出口连通孔、氧化剂气体出口连通孔)。反应气体入口连通孔与沿着电极面供给反应气体的反应气体流路(燃料气体流路、氧化剂气体流路)的入口侧连通,另一方面,反应气体出口连通孔与所述反应气体流路的出口侧连通。
这种情况下,在反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔中,开口宽度尺寸设定为与反应气体流路的流路宽度尺寸相比非常小的尺寸。因此,为了使反应气体流路中的反应气体的流动均匀且顺畅地进行,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有将所述反应气体良好地分配的缓冲部。
因此,例如,在专利文献1所公开的燃料电池中,如图17所示,在阴极侧金属隔板1的一方的面1a上形成有与氧化剂气体入口连通孔2a和氧化剂气体出口连通孔2b连通的氧化剂气体流路3。在阴极侧金属隔板1的另一方的面1b上形成有作为氧化剂气体流路3的背面形状的冷却介质流路4。
在阴极侧金属隔板1上,设有从中间高度部5a、5b向氧化剂气体流路3侧突出而构成连续引导流路6a、6b的线状引导突起部7a、7b和从所述中间高度部5a、5b向冷却介质流路4侧突出而构成压花流路的压花部8a、8b。
由此,使用波板形状的阴极侧金属隔板1,能够提高氧化剂气体流路3侧的生成水的排出性,并且确保冷却介质流路4侧的冷却介质的分配性(日语:配流性)。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2010-282868号公报
【发明的概要】
【发明要解决的问题】
然而,在上述的阴极侧金属隔板1中,若在面1a上形成线状引导突起部7a、7b,则在相反侧的面1b上形成作为所述线状引导突起部7a、7b的背面形状的线状槽部。因此,存在若要使在金属隔板的一方的面侧流通的流体的流动顺畅,则无法使在另一方的面侧流通的流体顺畅地流通的问题。
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且经济的结构能够使各反应气体沿着各反应气体流路顺畅且均匀地流通的燃料电池。
【用于解决问题的手段】
本发明涉及一种燃料电池,其层叠有隔板和在电解质膜的两侧设有一对电极的电解质膜-电极结构体,并且在所述隔板上设有沿着电极面供给反应气体的反应气体流路、使所述反应气体在所述电解质膜-电极结构体与所述隔板的层叠方向上流通的反应气体连通孔,另一方面,所述电解质膜-电极结构体在外周部设有树脂框构件。
在该燃料电池中,在树脂框构件的一方的面上形成有位于发电区域外而与一方的反应气体流路连结的第一缓冲部,在所述树脂框构件的另一方的面上形成有位于发电区域外而与另一方的反应气体流路连结且与所述第一缓冲部独立地构成的第二缓冲部。
另外,在该燃料电池中,在隔板的角部设有作为反应气体连通孔的氧化剂气体入口连通孔、燃料气体入口连通孔、氧化剂气体出口连通孔及燃料气体出口连通孔,并且,作为第一缓冲部的氧化剂气体侧缓冲部具有从作为反应气体流路的氧化剂气体流路朝向所述氧化剂气体入口连通孔延伸的多条阴极侧入口引导流路、从所述氧化剂气体流路朝向所述氧化剂气体出口连通孔延伸的多条阴极侧出口引导流路。
另一方面,优选作为第二缓冲部的燃料气体侧缓冲部具有从作为反应气体流路的燃料气体流路朝向燃料气体入口连通孔延伸的多条阳极侧入口引导流路、从所述燃料气体流路朝向燃料气体出口连通孔延伸的多条阳极侧出口引导流路。
并且,在该燃料电池中,在阴极侧入口引导流路与氧化剂气体入口连通孔之间、阴极侧出口引导流路与氧化剂气体出口连通孔之间、阳极侧入口引导流路与燃料气体入口连通孔之间以及所述阳极侧出口引导流路与所述燃料气体出口连通孔之间分别设有压花部。
另外,在该燃料电池中,优选树脂框构件具有配置在比反应气体连通孔靠内侧的位置的外形形状。
并且,在该燃料电池中,优选第一缓冲部面对的隔板的面形成为平面状,另一方面,第二缓冲部面对的隔板的面形成为平面状。
另外,在该燃料电池中,在彼此相邻的一对隔板之间形成有使冷却介质在电极面方向上流通的冷却介质流路,并且,仅在一方的所述隔板上设有位于发电区域外而将所述冷却介质流路与冷却介质连通孔连通的缓冲部。
【发明效果】
根据本发明,在电解质膜-电极结构体的外周部设有树脂框构件。并且,在树脂框构件的一方的得面上形成有与一方的反应气体流路连结的第一缓冲部,且在另一方的面上形成有与另一方的反应气体流路连结且与所述第一缓冲部独立地构成的第二缓冲部。
因此,在树脂框构件的两面能够独立地形成分别具有期望的形状的第一缓冲部和第二缓冲部。因此,能够在第一反应气体流路及第二反应气体流路中分别使反应气体顺畅地流通。由此,通过简单且经济的结构就能够使各反应气体沿着各反应气体流路顺畅且均匀地流通。
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发电单元的主要部分分解立体说明图。
图2是所述发电单元的图1中的II-II线剖视说明图。
图3是所述发电单元的图1中的III-III线剖视说明图。
图4是所述发电单元的图1中的IV-IV线剖视说明图。
图5是所述发电单元的图1中的V-V线剖视说明图。
图6是构成所述发电单元的第一金属隔板的主视说明图。
图7是构成所述发电单元的第二金属隔板的一方的面的说明图。
图8是所述第二金属隔板的另一方的面的说明图。
图9是构成所述发电单元的第三金属隔板的一方的面的说明图。
图10是所述第三金属隔板的另一方的面的说明图。
图11是构成所述发电单元的第一电解质膜-电极结构体的一方的面的说明图。
图12是所述第一电解质膜-电极结构体的另一方的面的说明图。
图13是构成所述发电单元的第二电解质膜-电极结构体的一方的面的说明图。
图14是所述第二电解质膜-电极结构体的另一方的面的说明图。
图15是构成本发明的第二实施方式的燃料电池的发电单元的主要部分分解立体说明图。
图16是所述发电单元的图15中的XVI-XVI线剖视说明图。
图17是构成专利文献1所公开的燃料电池的阴极侧金属隔板的主视说明图。
【符号说明】
10、120…燃料电池             12、122…发电单元
14、18、20、124…金属隔板
16a、16b…电解质膜-电极结构体
22a…氧化剂气体入口连通孔      22b…氧化剂气体出口连通孔
24a…燃料气体入口连通孔        24b…燃料气体出口连通孔
25a…冷却介质入口连通孔        25b…冷却介质出口连通孔
26、38…氧化剂气体流路         30a、40a…入口连结槽
30b、40b…出口连结槽           32…冷却介质流路
34、42…燃料气体流路
35a、35b、39a、39b、43a、43b…平面部
36a、44a…供给孔部             36b、44b…排出孔部
46、48、50…密封构件           52…固体高分子电解质膜
54…阴极电极                   56…阳极电极
58、60…树脂框构件
58a、58b、58c、58d、60a、60b、60c、60d…突出部
62a、68a、74a、80a…入口缓冲部
62b、68b、74b、80b…出口缓冲部
64a、64b、70a、70b、76a、76b、82a、82b…凸部
66a、72a、78a、84a…入口引导流路
66b、72b、78b、84b…出口引导流路
67a、67b、73a、73b、79a、79b、85a、85b…压花部
86a、88a、98a、100a…入口连结流路
86b、88b、98b、100b…出口连结流路
90a、90b、92a、92b、94a、94b、96a、96b、102a、104a、106a、108a…流路部
具体实施方式
如图1~图5所示,本发明的第一实施方式的燃料电池10具备发电单元12,多个所述发电单元12沿着水平方向(箭头A方向)或铅垂方向(箭头C方向)相互层叠。发电单元12设有第一金属隔板14、第一电解质膜-电极结构体16a、第二金属隔板18、第二电解质膜-电极结构体16b及第三金属隔板20。
第一金属隔板14、第二金属隔板18及第三金属隔板20例如由钢板、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腐蚀用的表面处理的横长形状的金属板构成。第一金属隔板14、第二金属隔板18及第三金属隔板20在俯视下具有矩形形状,并且通过将金属制薄板冲压加工成波形形状而成形为截面凹凸形状。
如图1所示,在发电单元12的长边方向(箭头B方向)的一端缘部,具体而言,在第一金属隔板14、第二金属隔板18及第三金属隔板20的长边方向的一端缘部设有沿箭头A方向相互连通而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22a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24b。
在发电单元12的长边方向(箭头B方向)的另一端缘部设有沿箭头A方向相互连通而用于供给燃料气体的燃料气体入口连通孔24a及用于排出氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔22b。
在发电单元12的短边方向(箭头C方向)的两端缘部,且在氧化剂气体入口连通孔22a侧的一方设有沿箭头A方向相互连通而用于供给冷却介质的一对冷却介质入口连通孔25a。在发电单元12的短边方向的两端缘部,且在燃料气体入口连通孔24a侧的另一方设有用于排出冷却介质的一对冷却介质出口连通孔25b。
如图6所示,在第一金属隔板14的朝向第一电解质膜-电极结构体16a的面14a上,形成有与氧化剂气体入口连通孔22a和氧化剂气体出口连通孔22b连通的第一氧化剂气体流路26。
第一氧化剂气体流路26具有在箭头B方向上延伸的多个波状流路槽部(也可以是直线状流路槽部)26a,并且在所述第一氧化剂气体流路26的入口附近及出口附近分别设有多个入口压花部28a及出口压花部28b。
在入口压花部28a与氧化剂气体入口连通孔22a之间形成有构成桥部的多条入口连结槽30a,另一方面,在出口压花部28b与氧化剂气体出口连通孔22b之间形成有构成桥部的多条出口连结槽30b。
如图1所示,在第一金属隔板14的面14b上形成有将一对冷却介质入口连通孔25a和一对冷却介质出口连通孔25b连通的冷却介质流路32。冷却介质流路32通过第一氧化剂气体流路26的背面形状和后述的第二燃料气体流路42的背面形状重叠而形成。
如图7所示,在第二金属隔板18的朝向第一电解质膜-电极结构体16a的面18a上,形成有将燃料气体入口连通孔24a和燃料气体出口连通孔24b连通的第一燃料气体流路34。第一燃料气体流路34具有在箭头B方向上延伸的多个波状流路槽部(也可以是直线状流路槽部)34a。
在第一燃料气体流路34的上游侧及下游侧,设有后述的入口缓冲部68a与出口缓冲部68b面对的平面部35a、35b。在燃料气体入口连通孔24a的附近形成有多个供给孔部36a,并且在燃料气体出口连通孔24b的附近形成有多个排出孔部36b。
如图8所示,在第二金属隔板18的朝向第二电解质膜-电极结构体16b的面18b上,形成有将氧化剂气体入口连通孔22a和氧化剂气体出口连通孔22b连通的第二氧化剂气体流路38。第二氧化剂气体流路38具有在箭头B方向上延伸的多个波状流路槽部(也可以是直线状流路槽部)38a。
在第二氧化剂气体流路38的上游侧及下游侧,设有后述的入口缓冲部74a与出口缓冲部74b面对的平面部39a、39b。在氧化剂气体入口连通孔22a的附近形成有多条入口连结槽40a,另一方面,在氧化剂气体出口连通孔22b的附近形成有多条出口连结槽40b。
如图9所示,在第三金属隔板20的朝向第二电解质膜-电极结构体16b的面20a上,形成有与燃料气体入口连通孔24a和燃料气体出口连通孔24b连通的第二燃料气体流路42。第二燃料气体流路42具有在箭头B方向上延伸的多个波状流路槽部(也可以是直线状流路槽部)42a。
在第二燃料气体流路42的上游侧及下游侧,设有后述的入口缓冲部80a与出口缓冲部80b面对的平面部43a、43b。在燃料气体入口连通孔24a的附近形成有多个供给孔部44a,并且在燃料气体出口连通孔24b的附近形成有多个排出孔部44b。
如图3所示,供给孔部44a配置在比第二金属隔板18的供给孔部36a靠内侧(燃料气体流路侧)的位置,另一方面,如图4所示,排出孔部44b配置在比所述第二金属隔板18的排出孔部36b靠内侧(燃料气体流路侧)的位置。
如图10所示,在第三金属隔板20的面20b上形成有作为第二燃料气体流路42的背面形状的冷却介质流路32的一部分。在第三金属隔板20的面20b上,通过层叠与所述第三金属隔板20相邻的第一金属隔板14的面14b而一体地设有冷却介质流路32。
如图1所示,在第一金属隔板14的面14a、14b上,围绕该第一金属隔板14的外周端缘部而一体成形有第一密封构件46。在第二金属隔板18的面18a、18b上,围绕该第二金属隔板18的外周端缘部而一体成形有第二密封构件48,并且在第三金属隔板20的面20a、20b上,围绕该第三金属隔板20的外周端缘部而一体成形有第三密封构件50。
作为第一密封构件46、第二密封构件48及第三密封构件50,例如可以使用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密封材料、缓冲材料、或填密材料等具有弹性的密封材料。
如图6所示,第一密封构件46在第一金属隔板14的面14a上具有将氧化剂气体入口连通孔22a及氧化剂气体出口连通孔22b和第一氧化剂气体流路26连通的第一凸状密封部46a。如图1所示,第一密封构件46在第一金属隔板14的面14b上具有将冷却介质入口连通孔25a及冷却介质出口连通孔25b和冷却介质流路32的外周连通的第二凸状密封部46b。
如图7所示,第二密封构件48在第二金属隔板18的面18a上具有围绕供给孔部36a及排出孔部36b和第一燃料气体流路34而将它们连通的第一凸状密封部48a。
如图8所示,第二密封构件48在面18b上具有将氧化剂气体入口连通孔22a及氧化剂气体出口连通孔22b和第二氧化剂气体流路38的外周连通的第二凸状密封部48b。
如图9所示,第三密封构件50在第三金属隔板20的面20a上具有围绕供给孔部44a及排出孔部44b和第二燃料气体流路42而将它们连通的第一凸状密封部50a。
如图10所示,第三密封构件50在第三金属隔板20的面20b上具有将冷却介质入口连通孔25a及冷却介质出口连通孔25b和冷却介质流路32的外周连通的第二凸状密封部50b。
如图2所示,第一电解质膜-电极结构体16a及第二电解质膜-电极结构体16b例如具备在全氟磺酸的薄膜中浸渍水而成的固体高分子电解质膜52和夹持所述固体高分子电解质膜52的阴极电极54及阳极电极56。构成阴极电极54具有比阳极电极56及固体高分子电解质膜52的表面积(平面尺寸)小的表面积(平面尺寸)的阶梯型MEA。需要说明的是,阴极电极54、阳极电极56及固体高分子电解质膜52也可以设定为相同的表面积,另外,所述阳极电极56也可以具有比所述阴极电极54及所述固体高分子电解质膜52的表面积小的表面积。
阴极电极54及阳极电极56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52的两个面上。
第一电解质膜-电极结构体16a在阴极电极54的终端部外方的位置且固体高分子电解质膜52的外周缘部例如通过注射模塑成形等一体成形有第一树脂框构件58。第二电解质膜-电极结构体16b在阴极电极54的终端部外方的位置且固体高分子电解质膜52的外周缘部例如通过注射模塑成形等一体成形有第二树脂框构件60。作为构成第一树脂框构件58及第二树脂框构件60的树脂材料,例如在通用塑料之外还可以采用工程塑料及超级工程塑料等。
如图11及图12所示,第一树脂框构件58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22a及氧化剂气体出口连通孔22b鼓出的突出部58a、58b和朝向燃料气体入口连通孔24a及燃料气体出口连通孔24b鼓出的突出部58c、58d。
如图11所示,在第一树脂框构件58的阴极电极54侧的面上,设有位于氧化剂气体入口连通孔22a与第一氧化剂气体流路26的入口侧之间的作为第一缓冲部的入口缓冲部(氧化剂气体侧缓冲部)62a,并且设有位于氧化剂气体出口连通孔22b与所述第一氧化剂气体流路26的出口侧之间的出口缓冲部(氧化剂气体侧缓冲部)62b。
入口缓冲部62a具有与第一树脂框构件58一体成形的多条线状凸部64a,在所述凸部64a之间形成有阴极侧入口引导流路66a。出口缓冲部62b具有与第一树脂框构件58一体成形的多条线状凸部64b,在所述凸部64b之间形成有阴极侧出口引导流路66b。在入口缓冲部62a及出口缓冲部62b上分别与氧化剂气体入口连通孔22a及氧化剂气体出口连通孔22b接近而形成有压花部67a、67b。
需要说明的是,入口缓冲部62a及出口缓冲部62b的形状没有限定于上述的结构。只要能够在氧化剂气体入口连通孔22a与第一氧化剂气体流路26之间以及氧化剂气体出口连通孔22b与所述第一氧化剂气体流路26之间,使氧化剂气体向所述第一氧化剂气体流路26均匀地流通的形状即可,可以是任意形状。
另外,线状凸部64a、64b和压花部67a、67b的形状也可以进行各种变更,并且例如也可以在所述线状凸部64a之间配置所述压花部67a。需要说明的是,以下说明的入口缓冲部68a及出口缓冲部68b也同样。
如图12所示,在第一树脂框构件58的阳极电极56侧的面上,设有位于燃料气体入口连通孔24a与第一燃料气体流路34之间的作为第二缓冲部的入口缓冲部(燃料气体侧缓冲部)68a,并且设有位于燃料气体出口连通孔24b与所述第一燃料气体流路34之间的出口缓冲部(燃料气体侧缓冲部)68b。
入口缓冲部68a具有多条线状凸部70a,并且在所述凸部70a之间形成有阳极侧入口引导流路72a。出口缓冲部68b具有多条线状凸部70b,并且在所述凸部70b之间形成有阳极侧出口引导流路72b。在入口缓冲部68a及出口缓冲部68b上与燃料气体入口连通孔24a及燃料气体出口连通孔24b接近而分别形成有压花部73a、73b。
如图13及图14所示,在第二电解质膜-电极结构体16b上设置的第二树脂框构件60具有分别朝向氧化剂气体入口连通孔22a、氧化剂气体出口连通孔22b、燃料气体入口连通孔24a及燃料气体出口连通孔24b鼓出的突出部60a、60b、60c及60d。
如图13所示,在第二树脂框构件60的阴极电极54侧的面上,设有位于氧化剂气体入口连通孔22a与第二氧化剂气体流路38之间的作为第一缓冲部的入口缓冲部(氧化剂气体侧缓冲部)74a,并且形成有位于氧化剂气体出口连通孔22b与所述第二氧化剂气体流路38之间的出口缓冲部(氧化剂气体侧缓冲部)74b。
入口缓冲部74a具有多条线状凸部76a,在所述凸部76a之间形成有阴极侧入口引导流路78a。出口缓冲部74b具有多条线状凸部76b,在所述凸部76b之间形成有阴极侧出口引导流路78b。在入口缓冲部74a及出口缓冲部74b上分别与氧化剂气体入口连通孔22a及氧化剂气体出口连通孔22b接近而形成有压花部79a、79b。
需要说明的是,入口缓冲部74a及出口缓冲部74b的形状没有限定于上述的结构。只要能够在氧化剂气体入口连通孔22a与第二氧化剂气体流路38之间以及氧化剂气体出口连通孔22b与所述第二氧化剂气体流路38之间,使氧化剂气体向所述第二氧化剂气体流路38均匀地流通的形状即可,可以是任意形状。
另外,线状凸部76a、76b和压花部79a、79b的形状也可以进行各种变更,并且例如还可以在所述线状凸部76a之间配置所述压花部79a。需要说明的是,以下说明的入口缓冲部80a及出口缓冲部80b也同样。
如图14所示,在第二树脂框构件60的阳极电极56侧的面上,设有位于燃料气体入口连通孔24a与第二燃料气体流路42之间的作为第二缓冲部的入口缓冲部(燃料气体侧缓冲部)80a,并且设有位于燃料气体出口连通孔24b与所述第二燃料气体流路42之间的出口缓冲部(燃料气体侧缓冲部)80b。
入口缓冲部80a具有多条线状凸部82a,在所述凸部82a之间形成有阳极侧入口引导流路84a。出口缓冲部80b具有多条线状凸部82b,在所述凸部82b之间设有阳极侧出口引导流路84b。在入口缓冲部80a及出口缓冲部80b上,分别与燃料气体入口连通孔24a及燃料气体出口连通孔24b接近而形成有压花部85a、85b。
如图3所示,燃料气体入口连通孔24a和第一燃料气体流路34经由入口连结流路86a及入口缓冲部68a连结,并且所述燃料气体入口连通孔24a和第二燃料气体流路42经由入口连结流路88a及入口缓冲部80a连结。
入口连结流路86a设置在燃料气体入口连通孔24a和入口缓冲部68a之间。入口连结流路86a具备:形成在彼此相邻的第二金属隔板18与第三金属隔板20之间,一端与燃料气体入口连通孔24a连通的第一流路部90a;形成在所述第二金属隔板18上,与所述第一流路部90a的另一端侧连通的供给孔部36a;形成在所述第二金属隔板18与第一树脂框构件58的突出部58c之间,一端与所述供给孔部36a连通,且另一端与入口缓冲部68a连通的第二流路部92a。
入口连结流路88a同样地具备:形成在彼此相邻的第三金属隔板20和与其相邻的第一金属隔板14之间,一端侧与燃料气体入口连通孔24a连通的第一流路部94a;形成在所述第三金属隔板20上,与所述第一流路部94a的另一端侧连通的供给孔部44a;形成在所述第三金属隔板20与第二树脂框构件60的突出部60c之间,一端与所述供给孔部44a连通且另一端侧与入口缓冲部80a连通的第二流路部96a。
如图4所示,燃料气体出口连通孔24b和出口缓冲部68b经由出口连结流路86b连结,并且所述燃料气体出口连通孔24b和出口缓冲部80b经由出口连结流路88b连结。出口连结流路86b具备形成在第二金属隔板18与第三金属隔板20之间的第一流路部90b、形成在所述第二金属隔板18上的排出孔部36b、形成在所述第二金属隔板18与第一树脂框构件58的突出部58d之间的第二流路部92b。
出口连结流路88b具备形成在第三金属隔板20和与其相邻的第一金属隔板14之间的第一流路部94b、形成在所述第三金属隔板20上的排出孔部44b、形成在所述第三金属隔板20与第二树脂框构件60的突出部60d之间的第二流路部96b。
如图5所示,氧化剂气体入口连通孔22a和入口缓冲部62a经由入口连结流路98a连结,并且所述氧化剂气体入口连通孔22a和入口缓冲部74a经由入口连结流路100a连结。
入口连结流路98a具备:形成在第一金属隔板14与第二金属隔板18之间,一端与氧化剂气体入口连通孔22a连通的第一流路部102a;形成在所述第一金属隔板14与第一树脂框构件58的突出部58a之间,一端侧与所述第一流路部102a连通且另一端侧与入口缓冲部62a连通的第二流路部104a。
入口连结流路100a具备:形成在第二金属隔板18与第三金属隔板20之间,一端侧与氧化剂气体入口连通孔22a连通的第一流路部106a;形成在所述第二金属隔板18与第二树脂框构件60的突出部60a之间,一端侧与所述第一流路部106a连通且另一端侧与入口缓冲部74a连通的第二流路部108a。
需要说明的是,在氧化剂气体出口连通孔22b与出口缓冲部62b、74b之间同样形成有出口连结流路98b、100b,但省略其详细说明。
通过将发电单元12彼此相互层叠,从而在构成一方的发电单元12的第一金属隔板14和构成另一方的发电单元12的第三金属隔板20之间形成冷却介质流路32。
以下对这样构成的燃料电池10的动作进行说明。
首先,如图1所示,向氧化剂气体入口连通孔22a供给含氧气体等氧化剂气体,并且向燃料气体入口连通孔24a供给含氢气体等燃料气体。并且,向冷却介质入口连通孔25a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。
因此,如图5所示,氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔22a向入口连结流路98a、100a导入。导入到入口连结流路98a的氧化剂气体通过入口缓冲部62a向第一金属隔板14的第一氧化剂气体流路26供给。导入到入口连结流路100a的氧化剂气体通过入口缓冲部74a向第二金属隔板18的第二氧化剂气体流路38导入。
如图1、图6及图8所示,氧化剂气体沿着第一氧化剂气体流路26在箭头B方向(水平方向)上移动,向第一电解质膜-电极结构体16a的阴极电极54供给,并且沿着第二氧化剂气体流路38在箭头B方向上移动,向第二电解质膜-电极结构体16b的阴极电极54供给。
另一方面,如图3所示,燃料气体从燃料气体入口连通孔24a向入口连结流路86a、88a导入。在入口连结流路86a中,燃料气体从第一流路部90a通过供给孔部36a送往第二流路部92a之后,向入口缓冲部68a供给。燃料气体通过入口缓冲部68a向第二金属隔板18的第一燃料气体流路34供给。
在入口连结流路88a中,燃料气体从第一流路部94a通过供给孔部44a送往第二流路部96a之后,向入口缓冲部80a供给。燃料气体通过入口缓冲部80a向第三金属隔板20的第二燃料气体流路42供给。
如图1、图7及图9所示,燃料气体沿着第一燃料气体流路34在箭头B方向上移动,向第一电解质膜-电极结构体16a的阳极电极56供给,并且沿着第二燃料气体流路42在箭头B方向上移动,向第二电解质膜-电极结构体16b的阳极电极56供给。
因此,在第一电解质膜-电极结构体16a及第二电解质膜-电极结构体16b中,向各阴极电极54供给的氧化剂气体和向各阳极电极56供给的燃料气体在电极催化剂层内因电化学反应被消耗,从而进行发电。
接着,向第一电解质膜-电极结构体16a及第二电解质膜-电极结构体16b的各阴极电极54供给而被消耗了的氧化剂气体从出口缓冲部62b、74b通过出口连结流路向氧化剂气体出口连通孔22b排出。
如图4所示,向第一电解质膜-电极结构体16a及第二电解质膜-电极结构体16b的阳极电极56供给而被消耗了的燃料气体从出口缓冲部68b、80b向出口连结流路86b、88b导入。在出口连结流路86b中,燃料气体从第二流路部92b通过排出孔部36b送往第一流路部90b之后,向燃料气体出口连通孔24b排出。
在出口连结流路88b中,燃料气体从第二流路部96b通过排出孔部44b送往第一流路部94b之后,向燃料气体出口连通孔24b排出。
另一方面,如图1所示,向左右一对冷却介质入口连通孔25a供给的冷却介质向冷却介质流路32导入。冷却介质从各冷却介质入口连通孔25a向冷却介质流路32供给,暂时沿着箭头C方向内方流动之后,在箭头B方向上移动而将第一电解质膜-电极结构体16a及第二电解质膜-电极结构体16b冷却。该冷却介质向箭头C方向外方移动之后,向一对冷却介质出口连通孔25b排出。
这种情况下,在第一实施方式中,例如,在第一电解质膜-电极结构体16a的外周部设有第一树脂框构件58。并且,如图11所示,在第一树脂框构件58的一个面上,设有位于氧化剂气体入口连通孔22a与第一氧化剂气体流路26的入口侧之间的入口缓冲部62a,并且设有位于氧化剂气体出口连通孔22b与所述第一氧化剂气体流路26的出口侧之间的出口缓冲部62b。
并且,如图12所示,在第一树脂框构件58的另一个面上,设有位于燃料气体入口连通孔24a与第一燃料气体流路34之间的入口缓冲部68a,并且设有位于燃料气体出口连通孔24b与所述第一燃料气体流路34之间的出口缓冲部68b。
因此,在第一树脂框构件58的两个面上,能够独立地形成分别具有期望的形状的入口缓冲部62a及出口缓冲部62b和入口缓冲部68a及出口缓冲部68b。因此,能够在第一氧化剂气体流路26及第一燃料气体流路34中分别使氧化剂气体及燃料气体顺畅地流通。
由此,在第一实施方式中,通过简单且经济的结构就能够获得可以使氧化剂气体沿着第一氧化剂气体流路26顺畅且均匀地流通,并且使燃料气体沿着第一燃料气体流路34顺畅且均匀地流通这样的效果。
在第二电解质膜-电极结构体16b中,也能够获得与上述的第一电解质膜-电极结构体16a同样的效果。
如图15及图16所示,本发明的第二实施方式的燃料电池120通过将多个发电单元122层叠而构成。
发电单元122通过在第一金属隔板14与第二金属隔板124之间夹持电解质膜-电极结构体16而构成。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相同的参照符号并省略其详细的说明。
第二金属隔板124在电解质膜-电极结构体16侧的面124a上设有燃料气体流路34,并且在另一方的面124b上构成冷却介质流路32的一部分。电解质膜-电极结构体16与第一实施方式的第一电解质膜-电极结构体16a或第二电解质膜-电极结构体16b同样地构成。
在这样构成的第二实施方式中,具备设有第一树脂框构件58的电解质膜-电极结构体16,能够获得与上述的第一实施方式同样的效果。

Claims (5)

1.一种燃料电池,其层叠有隔板和在电解质膜的两侧设有一对电极的电解质膜-电极结构体,并且在所述隔板上设有沿着电极面供给反应气体的反应气体流路、使所述反应气体在所述电解质膜-电极结构体与所述隔板的层叠方向上流通的反应气体连通孔,另一方面,所述电解质膜-电极结构体在所述电解质膜的外周端的外侧设有树脂框构件,所述燃料电池的特征在于,
在所述树脂框构件的一方的面上形成有位于发电区域外而与一方的所述反应气体流路连结的第一缓冲部,并且在所述树脂框构件的另一方的面上形成有位于发电区域外而与另一方的所述反应气体流路连结且与所述第一缓冲部独立地构成的第二缓冲部,
所述树脂框构件具有配置在比所述反应气体连通孔靠内侧的位置的外形形状。
2.根据权利要求1所述的燃料电池,其特征在于,
在所述隔板的角部设有作为所述反应气体连通孔的氧化剂气体入口连通孔、燃料气体入口连通孔、氧化剂气体出口连通孔及燃料气体出口连通孔,并且作为所述第一缓冲部的氧化剂气体侧缓冲部具有从作为所述反应气体流路的氧化剂气体流路朝向所述氧化剂气体入口连通孔延伸的多条阴极侧入口引导流路、从所述氧化剂气体流路朝向所述氧化剂气体出口连通孔延伸的多条阴极侧出口引导流路,另一方面,作为所述第二缓冲部的燃料气体侧缓冲部具有从作为所述反应气体流路的燃料气体流路朝向所述燃料气体入口连通孔延伸的多条阳极侧入口引导流路、从所述燃料气体流路朝向所述燃料气体出口连通孔延伸的多条阳极侧出口引导流路。
3.根据权利要求2所述的燃料电池,其特征在于,
在所述阴极侧入口引导流路与所述氧化剂气体入口连通孔之间、所述阴极侧出口引导流路与所述氧化剂气体出口连通孔之间、所述阳极侧入口引导流路与所述燃料气体入口连通孔之间以及所述阳极侧出口引导流路与所述燃料气体出口连通孔之间分别设有压花部。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的燃料电池,其特征在于,
所述第一缓冲部面对的所述隔板的面形成为平面状,另一方面,所述第二缓冲部面对的所述隔板的面形成为平面状。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的燃料电池,其特征在于,
在彼此相邻的一对所述隔板之间形成有使冷却介质在所述电极面方向上流通的冷却介质流路,并且仅在一方的所述隔板上设有位于发电区域外而将所述冷却介质流路与冷却介质连通孔连通的缓冲部。
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