CN104205450A - 燃料电池 - Google Patents

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Abstract

通过做成燃料电池(FC)，大幅度提高了框体(1)和隔膜(3)之间的密封性，该燃料电池(FC)包括在外周部具有框体(1)的膜电极接合体(2)和配置在框体(1)和膜电极接合体(2)的两面侧的隔膜(3)，在框体(1)和隔膜(3)的相对部分相对地形成突条部(3R)和供突条部(3R)的顶部进入的槽部(1G)，并且做成使突条部(3R)的顶部没入到注入到槽部(1G)中的粘接剂(10)的状态来粘接槽部(1G)和突条部(3R)。

Description

燃料电池
技术领域
本发明涉及固体高分子型燃料电池(PEFC)等燃料电池的改良。
背景技术
作为这种燃料电池，例如存在专利文献1所述的燃料电池。专利文献1所述的燃料电池包括在外周部与绝缘构件一体化的膜电极接合体和在其与膜电极接合体之间形成气体流路的隔膜。该燃料电池成为利用粘接构件将绝缘构件和隔膜互相的平坦部相互间接合而成的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2010－123377号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在上述那样的以往的燃料电池中，虽然能够在绝缘构件和隔膜之间确保恒定的密封性，但是由于是由两者的平坦部相互间接合而成的结构，因此，存在密封性并不一定充分这样的问题点，而存在解决这样的问题点的课题。
本发明即是着眼于上述以往的课题而完成的，其目的在于，提供一种燃料电池，其包括在外周部具有框体的膜电极接合体和隔膜，其中，能够提高框体和隔膜之间的密封性。
用于解决问题的方案
本发明的燃料电池包括在外周部具有框体的膜电极接合体和配置在框体和膜电极接合体的两面侧的隔膜。而且，燃料电池做成这样的结构：在框体和隔膜的相对部分相对地形成突条部和供突条部的顶部进入的槽部，并且做成使突条部的顶部没入到注入到槽部中的粘接剂的状态来粘接槽部和突条部，该燃料电池具有上述结构而作为用于解决以往的课题的手段。
发明的效果
采用本发明，在包括在外周部具有框体的膜电极接合体和隔膜的燃料电池中，能够大幅度提高框体和隔膜之间的密封性。
附图说明
图1是说明本发明的燃料电池的一实施方式的剖视图。
图2是图1所示的燃料电池的分解状态的俯视图。
图3是说明层叠图1所示的燃料电池而成的燃料电池组的分解立体图(A)和组装后的立体图(B)。
图4是说明本发明的燃料电池的另一实施方式的剖视图。
具体实施方式
图1～图3是说明本发明的燃料电池和燃料电池组的一实施方式的图。图1和图2所示的燃料电池FC包括在外周部具有框体1的膜电极接合体2和配置在框体1和膜电极接合体2的两面侧的隔膜3、3。另外，图1是基于图2中的A－A线的剖视图。
膜电极接合体2一般被称作MEA(Membrane Electrode Assembly)，例如具有利用阴极层(空气极层)和阳极层(燃料极层)夹持由固体高分子构成的电解质层而成的结构。阴极层和阳极层虽省略图示，但为层叠催化剂层、适量的气体扩散层而成的结构。
框体1为树脂制，其利用注射成形等一体成形在膜电极接合体2的外周部，在图示例中以膜电极接合体2为中央地呈矩形形状。框体1在其两端部分别排列有各三个歧管孔(未图示)，从各歧管孔组到膜电极接合体2的区域成为反应用气体的流通区域。
各隔膜3作为更优选的实施方式为不锈钢制，呈与框体1和膜电极接合体2相对应的矩形形状。各隔膜3的与膜电极接合体2对应的中央部分在短边方向的截面中形成为波形形状。该波形形状像图示那样在长边方向上连续。
由此，对于各隔膜3的与膜电极接合体2相对应的中央部分，波形的凸部分接触于膜电极接合体2，并且在波形的凹部分分别形成阴极气体(空气)和阳极气体(氢气)的气体流路。此外，如图2所示，各隔膜3在其两端部具有与框体1的各歧管孔相连通的歧管孔H1～H6。
图2的左侧所示的一侧的歧管孔H1～H3为阴极气体供给用(H1)、冷却液供给用(H2)以及阳极气体排出用(H3)，它们在层叠方向上互相连通而形成各自的流路。此外，图2的右侧所示的另一侧的歧管孔H4～H6为阳极气体供给用(H4)、冷却液排出用(H5)以及阴极气体排出用(H6)，它们在层叠方向上互相连通而形成各自的流路。另外，它们的供给和排出的位置关系能够适当地选择。
并且，燃料电池FC在框体1和各隔膜3的缘部相互之间、歧管孔H1～H6的周围设有气体密封件。此外，在将多块燃料电池FC层叠了的状态下，在燃料电池FC相互间、即邻接的隔膜3相互之间也设有气体密封件。在本实施方式中是使冷却液在邻接的隔膜3之间流通的构造。
上述的气体密封件在各个层之间将阴极气体、阳极气体以及冷却液各自的流通区域气密地分离，并且为了使预定的流体在该层之间流动而在歧管孔H1～H6的周缘部的适当的部位设置开口。
将多块具有上述结构的燃料电池FC层叠而构成图3所示的燃料电池组FS。燃料电池组FS如图3的(A)所示，在燃料电池FC的层叠体S的层叠方向的一端部(在图3中是右侧端部)隔着集电板4A和隔离件5设有端板6A。此外，在层叠方向的另一端部也隔着集电板4B设有端板6B。并且，在燃料电池组FS的层叠体S的成为燃料电池FC的长边侧的两个面(在图3中是上下表面)设有组装板7A、7B，并且在成为燃料电池FC的短边侧的两个面设有加强板8A、8B。
而且，燃料电池组FS利用螺栓B将各组装板7A、7B和加强板8A、8B连结于两端板6A、6B。这样，燃料电池组FS成为图3的(B)所示的壳体一体型结构，在层叠体S的层叠方向上约束·加压层叠体S而对各个燃料电池FC施加预定的接触表面压力，良好地维持气体密封性、导电性等。
在此，本发明的燃料电池FC成为这样的结构：像前述那样包括隔膜3、3和具有框体1的膜电极接合体2，在框体1和隔膜3的相对部分相对地形成突条部和供突条部的顶部进入的槽部，并且向槽部注入粘接剂而将槽部和突条部粘接起来。该密封结构沿着设于前述的框体1和各隔膜3的缘部相互之间的气体密封件设置。
在本实施方式的燃料电池FC中，如图1所示，在框体1和隔膜3的相对部分，在框体1中形成有槽部1G，并且在隔膜3中形成有突条部3R。此外，在图示例中，在隔膜3中形成有朝内(在图1中是朝下)的凹部3A，在该凹部3A的底部中央形成有突条部3R。框体1的槽部1G和隔膜3的凹部3A是大致相等的宽度尺寸。
框体1的槽部1G能够在注射成形该框体1时同时设置。此外，隔膜3的突条部3R、凹部3A能够在利用冲压加工等成形该隔膜3时同时设置。
而且，燃料电池FC向框体1的槽部1G中注入粘接剂10，并且使隔膜3的突条部3R的顶部没入到粘接剂10中，在以上状态下，粘接槽部1G和突条部3R，接合框体1和隔膜3。此时，对于燃料电池FC，在框体1和隔膜3之间，在突条部3R的至少靠膜电极接合体2的一侧形成有利用粘接剂10气密地分隔出的空间11。在图示例中，在突条部3R的两侧形成有空间11、11。
由于具有上述结构的燃料电池FC和燃料电池组FS做成使突条部3A的顶部没入到注入到槽部1G中的粘接剂10的状态而将槽部1G和突条部3R粘接，因此，与在两者的平坦部处将两者粘接的密封构造相比，两者的界面变复杂。由此，燃料电池FC能够大幅度提高框体1和隔膜3之间的密封性。
此外，在上述燃料电池FC中，由于在框体1和隔膜3之间，在突条部3R的靠膜电极接合体2的一侧形成有利用粘接剂10气密地分隔出的空间11，因此，能够进一步提高密封性。也就是说，对于燃料电池FC，在反应用气体从图1中箭头所示的发电区域(膜电极接合体2的区域)进入到框体1和隔膜3之间时，该反应用气体流入到内侧的空间11。由此，气体压力会作用于粘接剂10的表面，起到利用该气体压力对粘接剂10加压的、所谓的自密封功能，完全阻止反应用气体从粘接剂10漏出到外侧。
并且，在上述燃料电池FC中，只要在槽部1G中设有粘接剂10即可，因此，粘接剂10的注入作业非常容易，而且，不用担心粘接剂10流出到其他的部分，因此，也能够使用粘性较低的粘接剂10。由此，也能够谋求提高生产率、低成本化等。
图4所示的燃料电池FC是这样的结构：在框体1中形成突条部1R，并且在隔膜3中形成槽部3G，做成使突条部1R的顶部没入到注入到槽部3G中的粘接剂10的状态而将槽部3G和突条部1R粘接。此外，在突条部1R的两侧形成有利用粘接剂10气密地分隔出的空间11。
在上述燃料电池FC中，也与之前的实施方式同样，与在两者的平坦部处将两者粘接的密封构造相比，两者的界面变复杂，能够大幅度提高框体1和隔膜3之间的密封性。
另外，本发明的燃料电池的结构并不仅限定于上述各实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内适当地变更各结构的细节。此外，在图1和图4所示的各实施方式中，例示了在框体和一个隔膜中相对地设置突条部和槽部的结构，但理所当然，也能够在框体和另一个隔膜之间设置同等的结构。
附图标记说明
FC、燃料电池；FS、燃料电池组；1、框体；1G、槽部；1R、突条部；2、膜电极接合体；3、隔膜；3R、突条部；3G、槽部；10、粘接剂；11、空间。

Claims (5)

1.一种燃料电池，其特征在于，
该燃料电池包括：
膜电极接合体，其在外周部具有框体；
隔膜，其配置在框体和膜电极接合体的两面侧，
在框体和隔膜的相对部分相对地形成突条部和供突条部的顶部进入的槽部，并且做成使突条部的顶部没入到注入到槽部中的粘接剂的状态来粘接槽部和突条部。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
在框体和隔膜之间，在突条部的至少靠膜电极接合体的一侧形成有利用粘接剂气密地分隔出的空间。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其特征在于，
在框体中形成有槽部，并且在隔膜中形成有突条部。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其特征在于，
在框体中形成有突条部，并且在隔膜中形成有槽部。
5.一种燃料电池组，其特征在于，
该燃料电池组是层叠多块权利要求1～4中任一项所述的燃料电池而成的。
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