CN105556721B - 燃料电池堆 - Google Patents

Abstract

燃料电池堆(10)具备第1发电组件(12a)以及第2发电组件(12b)。第1发电组件(12a)的波状的第1燃料气体流路(34)、和第2发电组件(12b)的波状的第1燃料气体流路(34(rev.))被设定为彼此不同的相位。并且，第1燃料气体流路(34、34(rev.))的端部构成从波形的振幅的幅度的中央部在波长方向上直线状延伸的直线流路槽。

Description

燃料电池堆

技术领域

本发明涉及燃料电池堆，其具备层叠电解质膜/电极结构体和隔板的第1发电组件以及第2发电组件，层叠所述第1发电组件和所述第2发电组件，并在它们之间形成冷却介质流路。

背景技术

例如，固体高分子型燃料电池具备电解质膜/电极结构体(MEA)，其分别在由高分子离子交换膜构成的固体高分子电解质膜的一侧配设阳极电极，在所述固体高分子电解质膜的另一侧配设阴极电极。电解质膜/电极结构体通过被隔板夹持而构成发电电池单元(单位电池单元)。燃料电池通常层叠数十～数百的发电电池单元，例如作为车载用燃料电池堆使用。

在燃料电池中，有作为隔板采用薄板波形状的金属隔板的情况。在金属隔板中，在与阳极电极对置的面内，形成使燃料气体沿着所述阳极电极的电极面波状地流通的多个波状燃料气体流路。在与金属隔板的阴极电极对置的面内，形成使氧化剂气体沿着所述阴极电极的电极面波状地流通的多个波状氧化剂气体流路。

作为这种燃料电池，例如已知在特开2009-301996号公报公开的燃料电池堆。该燃料电池堆将第1发电组件和第2发电组件交替层叠，在它们之间形成冷却介质流路。各发电组件用金属隔板将阳极电极和阴极电极设于电解质的两侧的电解质/电极结构体夹持。并且在金属隔板设置对阳极电极提供燃料气体的波形状的燃料气体流路、和对阴极电极提供氧化剂气体的波形状的氧化剂气体流路。

在第1发电组件中，燃料气体流路和氧化剂气体流路将波形状的流路的相位设定为彼此相同的相位。另一方面，在第2发电组件中，燃料气体流路和氧化剂气体流路将波形状的流路的相位设定为彼此相同的相位且与第1发电组件不同的相位。

另外，例如在专利第3599280号公报所公开的燃料电池中，在金属隔板的与阳极电极对置的面内形成使燃料气体沿着所述阳极电极的电极面波状地流通的多个波状燃料气体流路。在金属隔板的与阴极电极对置的面内形成使氧化剂气体沿着所述阴极电极的电极面波状地流通的多个波状氧化剂气体流路。

并且在相邻的燃料电池间，各个波状反应气体流路(燃料气体流路以及氧化剂气体流路)的相位不同。由此，构成一方的燃料电池的金属隔板的波状反应气体流路的背面形状、和构成另一方的燃料电池的金属隔板的波状反应气体流路的背面形状重叠而形成冷却介质流路。

发明内容

然而在上述的特开2009-301996号公报中，例如构成第1发电组件的第1燃料气体流路、和构成第2发电组件的第2燃料气体流路被设定为彼此不同的相位(相反相位)。由此，与在燃料电池堆形成于层叠方向上的燃料气体连通孔(燃料气体入口连通孔或燃料气体出口连通孔)相邻而终结的第1燃料气体流路的端部、和第2燃料气体流路的端部在层叠方向上相互错开。

例如如图29所示那样，将第1燃料气体流路1a和第2燃料气体流路1b设定为相互相反相位。燃料气体入口连通孔2在层叠方向上贯通，从所述燃料气体入口连通孔2向第1燃料气体流路1a和第2燃料气体流路1b分别提供燃料气体3a和3b。

这时，第1燃料气体流路1a的端部和第2燃料气体流路1b的端部在层叠方向上不同的位置终结，即，分别从燃料气体入口连通孔2起具有不同状态(距离、姿态)地终结。因此，在第1燃料气体流路1a和第2燃料气体流路1b中，在燃料气体的流量分布和压力损失中产生差异，发电性能有可能会不同。

本发明为了解决这种问题而提出，目的在于，提供能以简单的构成尽可能地抑制气体流量分布和压力损失的偏差、能使发电性能良好地提升的燃料电池堆。

另外，本发明关于将分别具有不同相位的流路的2个种类的燃料电池层叠的燃料电池堆而提出，目的在于，提供以简单的构成抑制对金属隔板局部赋予大的荷重、能使发电性能良好地提升的燃料电池堆。

本发明所涉及的燃料电池堆层叠第1发电组件以及第2发电组件而构成。第1发电组件以及第2发电组件分别层叠了在电解质膜的两侧设置阳极电极以及阴极电极的电解质膜/电极结构体、和金属隔板。在第1发电组件以及第2发电组件形成使燃料气体沿着阳极电极的电极面波状地流通的多个波状燃料气体流路、和使氧化剂气体沿着阴极电极的电极面波状地流通的多个波状氧化剂气体流路。

第1发电组件的波状燃料气体流路和波状氧化剂气体流路夹着所述电解质膜/电极结构体被设定在彼此相同的相位。另一方面，第2发电组件的波状燃料气体流路和波状氧化剂气体流路夹着所述电解质膜/电极结构体被设定为彼此相同的相位且与第1发电组件不同的相位。通过将第1发电组件以及第2发电组件层叠，在它们之间，彼此不同相位的所述波状燃料气体流路的背面形状和所述波状氧化剂气体流路的背面形状重叠，而形成使冷却介质流通的冷却介质流路。

并且，波状燃料气体流路的至少一方的端部以及波状氧化剂气体流路的至少一方的端部在波形的振幅的幅度的中央部终结。

另外，在本发明所涉及的燃料电池堆中，由背面形状形成冷却介质流路的第1发电组件的波状燃料气体流路、和由背面形状形成所述冷却介质流路的第2发电组件的波状氧化剂气体流路的构成各自的流路入口端部或流路出口端部的流路端彼此相互从层叠方向观察时被设定在相同位置。

根据本发明，波状燃料气体流路的至少一方的端部在波形的振幅的幅度的中央部终结。由此，第1发电组件的波状燃料气体流路和第2发电组件的波状燃料气体流路即使被设定为彼此不同相位(相反相位)，各自的一方的端部彼此也在层叠方向上重合。因此，第1发电组件的波状燃料气体流路和第2发电组件的波状燃料气体流路能尽可能地抑制燃料气体流量分布和压力损失的偏差。

同样地，波状氧化剂气体流路的至少一方的端部在波形的振幅的幅度的中央部终结。由此，即使第1发电组件的波状氧化剂气体流路和第2发电组件的波状氧化剂气体流路被设定为彼此不同相位(相反相位)，各自的一方的端部彼此也在层叠方向上重合。因此，第1发电组件的波状氧化剂气体流路和第2发电组件的波状氧化剂气体流路能尽可能地抑制氧化剂气体流量分布和压力损失的偏差。

由此，能以简单的构成尽可能地抑制气体流量分布和压力损失的偏差，能使发电性能良好地提升。

另外，根据本发明，第1发电组件的波状燃料气体流路的流路端部、和第2发电组件的波状氧化剂气体流路的流路端部的构成各自的流路入口端部或流路出口端部的流路端彼此相互从层叠方向观察时被设定在相同位置。由此，在构成冷却介质流路的各流路端部的背面，相互在层叠方向上分开。因此，例如在对燃料电池堆在层叠方向上赋予荷重时，金属隔板间的间隙收缩而缓和所述荷重，能可靠地抑制发生过大的表面压力。由此，能以简单的构成抑制对金属隔板局部赋予大的荷重，能使发电性能良好地提升。

并且，第1发电组件的波状燃料气体流路和第2发电组件的波状燃料气体流路能尽可能地抑制燃料气体流量分布和压力损失的偏差。同样地，第1发电组件的波状氧化剂气体流路和第2发电组件的波状氧化剂气体流路能尽可能地抑制氧化剂气体流量分布和压力损失的偏差。由此，能以简单的构成尽可能地抑制气体流量分布和压力损失的偏差，能使发电性能良好地提升。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式所涉及的燃料电池堆的主要部分分解立体说明图。

图2是构成所述燃料电池堆的第1发电组件的主要部分分解立体说明图。

图3是所述燃料电池堆的图2中III-III线截面说明图。

图4是构成所述第1发电组件的第1金属隔板的一方的面的说明图。

图5是所述第1金属隔板的主要部分放大说明图。

图6是构成所述第1发电组件的第2金属隔板的一方的面的说明图。

图7是所述第2金属隔板的另一方的面的说明图。

图8是构成所述第1发电组件的第1电解质膜/电极结构体的主视说明图。

图9是构成所述第1发电组件的第2电解质膜/电极结构体的主视说明图。

图10是构成所述燃料电池堆的第2发电组件的主要部分分解立体说明图。

图11是构成所述燃料电池堆的第2发电组件的第1金属隔板的一方的面的说明图。

图12是构成所述第2发电组件的第2金属隔板的一方的面的说明图。

图13是所述第2金属隔板的另一方的面的说明图。

图14是相位不同的第1氧化剂气体流路的说明图。

图15是构成本发明的第2实施方式所涉及的燃料电池堆的第1金属隔板的主视说明图。

图16是构成本发明的第3的实施方式所涉及的燃料电池堆的第1金属隔板的主视说明图。

图17是构成本发明的第4实施方式所涉及的燃料电池堆的第1金属隔板的主视说明图。

图18是构成本发明的第5实施方式所涉及的燃料电池堆的第1发电组件的主要部分分解立体说明图。

图19是构成所述燃料电池堆的第2发电组件的主要部分分解立体说明图。

图20是所述燃料电池堆的图18中XX-XX线截面说明图。

图21是构成所述燃料电池堆的第2发电组件的第1金属隔板的主视说明图。

图22是构成所述第1发电组件的第2金属隔板的主视说明图。

图23是构成所述第2发电组件的第2金属隔板的主视说明图。

图24是构成所述第1发电组件的第1金属隔板的主要部分放大说明图。

图25是端部形状不同的第1氧化剂气体流路的说明图。

图26是本发明的第6实施方式所涉及的燃料电池堆的主要部分分解立体说明图。

图27是所述燃料电池堆的图26中XXVII-XXVII线截面说明图。

图28是所述燃料电池堆的图26中XXVIII-XXVIII线截面说明图。

图29是一般将第1燃料气体流路和第2燃料气体流路设置在相反相位时的说明图。

具体实施方式

如图1所示那样，本发明的第1实施方式所涉及的燃料电池堆10将第1发电组件12a和第2发电组件12b沿着水平方向(箭头A方向)交替层叠而构成。燃料电池堆10例如搭载于燃料电池电动汽车(未图示)。

如图2以及图3所示那样，第1发电组件12a设置第1金属隔板14、第1电解质膜/电极结构体(MEA)16a、第2金属隔板18、第2电解质膜/电极结构体(MEA)16b以及第3金属隔板20。另外，第1发电组件12a可以由3片的MEA和4片的金属隔板构成，或者也可以用一对金属隔板夹持1片的MEA而构成。另外，在以下说明的第2发电组件12b中也同样。

第1金属隔板14、第2金属隔板18以及第3金属隔板20例如由钢板、不锈钢板、铝板或镀处理钢板等金属板构成。第1金属隔板14、第2金属隔板18以及第3金属隔板20的平面具有矩形状，并通过将金属制薄板压制加工成波形状而成形为截面凹凸形状。另外，作为隔板，能取代第1金属隔板14、第2金属隔板18以及第3金属隔板20而使用碳隔板。

如图2所示那样，在第1金属隔板14、第2金属隔板18以及第3金属隔板20的长边方向(箭头B方向)的一端缘部，设置氧化剂气体入口连通孔22a以及燃料气体出口连通孔24b。氧化剂气体入口连通孔22a在箭头A方向上相互连通，来提供氧化剂气体，例如含氧气体。燃料气体出口连通孔24b在箭头A方向上相互连通，将燃料气体、例如含氢气体排出。

在第1金属隔板14、第2金属隔板18以及第3金属隔板20的长边方向(箭头B方向)的另一端缘部，在箭头A方向上相互连通地设置燃料气体入口连通孔24a以及氧化剂气体出口连通孔22b。燃料气体入口连通孔24a提供燃料气体，另一方面，氧化剂气体出口连通孔22b排出氧化剂气体。

在第1金属隔板14、第2金属隔板18以及第3金属隔板20的短边方向(箭头C方向)的两端缘部，接近于氧化剂气体入口连通孔22a侧在上下设置一对冷却介质入口连通孔25a。一对冷却介质入口连通孔25a在箭头A方向上相互连通来提供冷却介质。在第1金属隔板14、第2金属隔板18以及第3金属隔板20的短边方向(箭头C方向)的两端缘部，接近于燃料气体入口连通孔24a侧在上下设置排出冷却介质的一对冷却介质出口连通孔25b。

如图4所示那样，在第1金属隔板14的朝向第1电解质膜/电极结构体16a的面14a，形成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1氧化剂气体流路26。

第1氧化剂气体流路26具有向面14a侧突出并在箭头B方向上延伸的多个波状凸部(平面形状为波状凸状部，包含正弦波形状或Z字形状)26a，在所述波状凸部26a间形成向面14b侧突出的多条波状流路槽部26b。各波状凸部26a的至少一方的端部、在第1实施方式中为双方的端部构成直线凸部26ae。

如图4所示那样，各波状凸部26a具有左右非对称形状。在波状凸部26a中，从下侧山部中央o起向右侧(箭头BR方向)设置4个下侧山部，另一方面从下侧山部中央o起向左侧(箭头BL方向)设置4个下侧山部。另外，在以下说明的各流路中也同样构成。

如图5所示那样，直线凸部26ae具有一定的间距地沿着波状凸部26a的波形的振幅的幅度h的中央部26am在波长方向(箭头B方向)上直线状延伸。在相邻的直线凸部26ae间构成波状流路槽部26b的端部，设置从波形的振幅的幅度的中央部在波长方向上直线状延伸的直线流路槽26bs。

如图4所示那样，在第1氧化剂气体流路26的入口近旁以及出口近旁分别设置平坦部28a以及28b。在平坦部28a与氧化剂气体入口连通孔22a之间形成构成桥部的多条入口连结槽30a。在平坦部28b与氧化剂气体出口连通孔22b之间形成构成桥部的多条出口连结槽30b。

如图2所示那样，在第1金属隔板14的面14b，形成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是第1氧化剂气体流路26的背面形状和后述的第2燃料气体流路42的背面形状重叠而形成的。

如图6所示那样，在第2金属隔板18的朝向第1电解质膜/电极结构体16a的面18a，形成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1燃料气体流路34。第1燃料气体流路34是向面18a侧突出并在箭头B方向上延伸的多个波状凸部(平面形状为波状凸状部，包含正弦波形状或Z字形状)34a。在波状凸部34a间形成多条波状流路槽部34b。各波状凸部34a的流路入口端部或流路出口端部的至少一方的端部、第1实施方式为双方的端部构成直线凸部34ae。

直线凸部34ae具有一定的间距地从波状凸部34a的波形的振幅的幅度的中央部在波长方向(箭头B方向)上直线状延伸。在相邻的直线凸部34ae间构成波状流路槽部34b的端部，设置从波形的振幅的幅度的中央部在波长方向上直线状延伸的直线流路槽34bs。

在燃料气体入口连通孔24a的近旁形成多个提供连结通路36a，并在燃料气体出口连通孔24b的近旁形成多个排出连结通路36b。多个提供连结通路36a被盖构件37a覆盖，另一方面，多个排出连结通路36b被盖构件37b覆盖。在第1燃料气体流路34的入口近旁以及出口近旁分别设置平坦部39a以及39b。

如图7所示那样，在第2金属隔板18的朝向第2电解质膜/电极结构体16b的面18b，形成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2氧化剂气体流路38。

第2氧化剂气体流路38具有向面18b侧突出并在箭头B方向上延伸的多个波状凸部(平面形状为波状凸状部，包含正弦波形状或Z字形状)38a。在波状凸部38a间形成多条波状流路槽部38b。各波状凸部38a的流路入口端部或流路出口端部的至少一方的端部、第1实施方式中为双方的端部构成直线凸部38ae。

直线凸部38ae具有一定的间距地从波状凸部38a的波形的振幅的幅度的中央部在波长方向(箭头B方向)上直线状延伸。在相邻的直线凸部38ae间构成波状流路槽部38b的端部，设置从波形的振幅的幅度的中央部在波长方向上直线状延伸的直线流路槽38bs。

在第2氧化剂气体流路38的入口近旁以及出口近旁分别设置平坦部39c以及39d。平坦部39c和39d是平坦部39b和39a的背面形状。在平坦部39c与氧化剂气体入口连通孔22a之间形成多条入口连结槽40a。在平坦部39d与氧化剂气体出口连通孔22b之间形成多条出口连结槽40b。

如图2所示那样，第3金属隔板20的朝向第2电解质膜/电极结构体16b的面20a，形成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2燃料气体流路42。第2燃料气体流路42具有向面20a侧突出并在箭头B方向上延伸的多个波状凸部(平面形状为波状凸状部，包含正弦波形状或Z字形状)42a。在波状凸部42a间形成多条波状流路槽部42b。各波状凸部42a的流路入口端部或流路出口端部的至少一方的端部、第1实施方式中为双方的端部构成直线凸部42ae。

直线凸部42ae具有一定的间距地从波状凸部42a的波形的振幅的幅度的中央部在波长方向(箭头B方向)上直线状延伸。在相邻的直线凸部42ae间构成波状流路槽部42b的端部，设置从波形的振幅的幅度的中央部在波长方向上直线状延伸的直线流路槽42bs。

在燃料气体入口连通孔24a的近旁形成多个提供连结通路44a，并且在燃料气体出口连通孔24b的近旁形成多个排出连结通路44b。多个提供连结通路44a被盖构件45a覆盖，另一方面，多个排出连结通路44b被盖构件45b覆盖。在第2燃料气体流路42的入口近旁以及出口近旁分别设置平坦部47a以及47b。

在第3金属隔板20的面20b，形成第2燃料气体流路42的背面形状即冷却介质流路32的一部分。在第3金属隔板20的面20b，通过层叠与所述第3金属隔板20相邻的第1金属隔板14的面14b，来一体设置冷却介质流路32。

在冷却介质流路32的入口近旁以及出口近旁分别设置平坦部47c以及47d。平坦部47d和47c是平坦部47a和47b的背面形状。

在第1发电组件12a中，第1氧化剂气体流路26、第1燃料气体流路34、第2氧化剂气体流路38以及第2燃料气体流路42的波形状沿着层叠方向被设定为彼此相同的相位。各波形状的各自的波的间距、振幅也设定为相同。

在第1金属隔板14的面14a、14b，围绕该第1金属隔板14的外周端缘部一体成形第1密封构件46。在第2金属隔板18的面18a、18b，围绕该第2金属隔板18的外周端缘部一体成形第2密封构件48。在第3金属隔板20的面20a、20b，围绕该第3金属隔板20的外周端缘部一体成形第3密封构件50。

作为第1密封构件46、第2密封构件48以及第3密封构件50，例如能使用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、或包装材料等有弹性的密封材料。

第1密封构件46具有沿着第1金属隔板14的面方向有平面状的平面密封部(密封底座)46f。如图2以及图4所示那样，在第1密封构件46的平面密封部46f一体设置凸状密封部46t。

第2密封构件48具有沿着第2金属隔板18的面方向有平面状的平面密封部(密封底座)48f。如图2以及图6所示那样，在第2密封构件48的平面密封部48f一体设置凸状密封部48t。

第3密封构件50具有沿着第3金属隔板20的面方向有平面状的平面密封部(密封底座)50f。在第3密封构件50的平面密封部50f一体设置凸状密封部50t。

如图3所示那样，第1电解质膜/电极结构体16a以及第2电解质膜/电极结构体16b例如具备在全氟磺酸的薄膜浸透水的固体高分子电解质膜52。固体高分子电解质膜52被阴极电极54以及阳极电极56夹持。

阴极电极54构成具有小于阳极电极56以及固体高分子电解质膜52的平面尺寸的平面尺寸的所谓高低差型MEA。另外，阴极电极54、阳极电极56以及固体高分子电解质膜52也可以设定为同一平面尺寸。另外，阳极电极56也可以具有小于阴极电极54以及固体高分子电解质膜52的平面尺寸的平面尺寸。

阴极电极54以及阳极电极56具有：由碳纸等构成的气体扩散层(未图示)；和在表面担载铂合金的多孔质碳粒子形成于所述气体扩散层的表面的电极触媒层(未图示)。电极触媒层例如形成在固体高分子电解质膜52的两面。

如图2以及图3所示那样，第1电解质膜/电极结构体16a位于阴极电极54的终结部外侧，在固体高分子电解质膜52的外周缘部，第1树脂框构件58被一体化。如图3所示那样，固体高分子电解质膜52的外周缘部和第1树脂框构件58例如通过使粘结剂(树脂)浸透的浸透部位59而一体化。

第1树脂框构件58的面58a和阳极电极56(实质为气体扩散层)的表面被设定在大致同一平面位置。但由于浸透部位59而有在第1树脂框构件58与阳极电极56的界面发生高低差的情况。另外，第1树脂框构件58也可以通过注塑成形而一体成形在固体高分子电解质膜52的外周缘部。

第2电解质膜/电极结构体16b同样地位于阴极电极54的终结部外侧，在固体高分子电解质膜52的外周缘部将第2树脂框构件60一体化。如图3所示那样，固体高分子电解质膜52的外周缘部和第2树脂框构件60例如通过使粘结剂(树脂)浸透的浸透部位61而一体化。另外，第2树脂框构件60也可以通过注塑成形而一体成形在固体高分子电解质膜52的外周缘部。

作为构成第1树脂框构件58以及第2树脂框构件60的树脂材料，例如除了具有电绝缘性的通用塑料以外，还采用工程塑料或超级工程塑料等。第1树脂框构件58以及第2树脂框构件60例如可以由薄膜等构成。

如图2所示那样，在第1树脂框构件58的阴极电极54侧的面58b，位于氧化剂气体入口连通孔22a与第1氧化剂气体流路26的入口侧之间(位于发电区域的外侧)地设置入口缓冲部62a。位于氧化剂气体出口连通孔22b与第1氧化剂气体流路26的出口侧之间(位于发电区域的外侧)地设置出口缓冲部62b。在此，所谓发电区域，是指夹着固体高分子电解质膜在两极设置电极触媒层的区域。

入口缓冲部62a具有多条线状入口流路63a和多个浮凸部64a。出口缓冲部62b具有多条线状出口流路63b和多个浮凸部64b。各线状入口流路63a形成在线状凸状部63at间，另一方面，各线状出口流路63b形成在线状凸状部63bt间。另外，入口缓冲部62a以及出口缓冲部62b也可以仅由线状流路或浮凸构成。

如图8所示那样，在第1树脂框构件58的阳极电极56侧的面58a，位于燃料气体入口连通孔24a与第1燃料气体流路34之间(位于发电区域的外侧)地设置入口缓冲部68a。位于燃料气体出口连通孔24b与第1燃料气体流路34之间(位于发电区域的外侧)地设置出口缓冲部68b。

入口缓冲部68a具有多条线状入口流路70a和多个浮凸部72a。出口缓冲部68b具有多条线状出口流路70b和多个浮凸部72b。各线状入口流路70a形成在线状凸状部70at间，另一方面，各线状出口流路70b形成在线状凸状部70bt间。

在第2树脂框构件60的阴极电极54侧的面60a，如图2所示那样，位于氧化剂气体入口连通孔22a与第2氧化剂气体流路38之间(位于发电区域的外侧)地设置入口缓冲部74a。位于氧化剂气体出口连通孔22b与第2氧化剂气体流路38之间(位于发电区域的外侧)地形成出口缓冲部74b。

入口缓冲部74a具有多条线状入口流路76a和多个浮凸部78a。出口缓冲部74b具有多条线状出口流路76b和多个浮凸部78b。各线状入口流路76a形成在线状凸状部76at间，另一方面，各线状出口流路76b形成在线状凸状部76bt间。

在第2树脂框构件60的阳极电极56侧的面60b，如图9所示那样，位于燃料气体入口连通孔24a与第2燃料气体流路42之间(位于发电区域的外侧)地设置入口缓冲部80a。位于燃料气体出口连通孔24b与第2燃料气体流路42之间(位于发电区域的外侧)地设置出口缓冲部80b。

入口缓冲部80a具有多条线状入口流路82a和多个浮凸部84a。出口缓冲部80b具有多条线状出口流路82b和多个浮凸部84b。各线状入口流路82a形成在线状凸状部82at间，另一方面，各线状出口流路82b形成在线状凸状部82bt间。

如图1以及图10所示那样，第2发电组件12b设置有第1金属隔板90、第1电解质膜/电极结构体16a、第2金属隔板92、第2电解质膜/电极结构体16b以及第3金属隔板94。另外，对与第1发电组件12a同一构成要素标注同一参考标号，省略其详细的说明。

如图11所示那样，在第1金属隔板90的朝向第1电解质膜/电极结构体16a的面90a，形成第1氧化剂气体流路26(rev.)。第1发电组件12a的第1氧化剂气体流路26和第2发电组件12b的第1氧化剂气体流路26(rev.)被设定为彼此不同相位(相反相位)，并且波的间距、振幅被设定为相同。第1氧化剂气体流路26的直线流路槽26bs(参考图4)、和第1氧化剂气体流路26(rev.)的直线流路槽26bs(参考图11)沿着层叠方向在同一位置重合。直线流路槽26bs延伸到相对于层叠方向而与第1树脂框构件58以及第2树脂框构件60对置的位置而配置。

如图12所示那样，在第2金属隔板92的朝向第1电解质膜/电极结构体16a的面92a，形成第1燃料气体流路34(rev.)。第1发电组件12a的第1燃料气体流路34和第2发电组件12b的第1燃料气体流路34(rev.)被设定为彼此不同相位(相反相位)，并且波的间距、振幅被设定为相同。第1燃料气体流路34的直线流路槽34bs(参考图6)、和第1燃料气体流路34(rev.)的直线流路槽34bs(参考图12)沿着层叠方向在同一位置重合。直线流路槽34bs延伸到相对于层叠方向而与第1树脂框构件58以及第2树脂框构件60对置的位置而配置。

如图13所示那样，在第2金属隔板92的朝向第2电解质膜/电极结构体16b的面92b，形成第2氧化剂气体流路38(rev.)。第1发电组件12a的第2氧化剂气体流路38和第2发电组件12b的第2氧化剂气体流路38(rev.)被设定为彼此不同的相位(相反相位)，并且波的间距、振幅被设定为相同。第2氧化剂气体流路38的直线流路槽38bs(参考图7)、和第2氧化剂气体流路38(rev.)的直线流路槽38bs(参考图13)沿着层叠方向在同一位置重合。直线流路槽38bs延伸到相对于层叠方向而与第1树脂框构件58以及第2树脂框构件60对置的位置而配置。

如图10所示那样，在第3金属隔板94的朝向第2电解质膜/电极结构体16b的面94a，形成第2燃料气体流路42(rev.)。第1发电组件12a的第2燃料气体流路42和第2发电组件12b的第2燃料气体流路42(rev.)被设定为彼此不同的相位(相反相位)，并且波的间距、振幅被设定为相同。第2燃料气体流路42的直线流路槽42bs(参考图2)、和第2燃料气体流路42(rev.)的直线流路槽42bs(参考图10)沿着层叠方向在同一位置重合。直线流路槽42bs延伸到相对于层叠方向而与第1树脂框构件58以及第2树脂框构件60对置的位置而配置。

在构成第1发电组件12a的第3金属隔板20的面20b、与构成第2发电组件12b的第1金属隔板90的面90b之间，形成在箭头B方向上延伸的冷却介质流路32。

以下说明该燃料电池堆10的动作。另外，对第1发电组件12a详细进行说明，省略第2发电组件12b的说明。

首先如图2所示那样，对氧化剂气体入口连通孔22a提供含氧气体等氧化剂气体，并对燃料气体入口连通孔24a提供含氢气体等燃料气体。进而，对一对冷却介质入口连通孔25a提供纯水或乙二醇、油剂等冷却介质。

由此，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔22a通过入口缓冲部62a而提供给第1金属隔板14的第1氧化剂气体流路26。氧化剂气体的一部分从氧化剂气体入口连通孔22a通过入口缓冲部74a而导入到第2金属隔板18的第2氧化剂气体流路38。

如图2以及图4所示那样，氧化剂气体沿着第1氧化剂气体流路26在箭头B方向(水平方向)上移动，提供给第1电解质膜/电极结构体16a的阴极电极54。残余的氧化剂气体如图2以及图7所示那样，沿着第2氧化剂气体流路38在箭头B方向上移动，提供给第2电解质膜/电极结构体16b的阴极电极54。

另一方面，燃料气体如图2所示那样，从燃料气体入口连通孔24a通过第2金属隔板18的提供连结通路36a而提供给入口缓冲部68a(参考图8)。燃料气体通过入口缓冲部68a而提供给第2金属隔板18的第1燃料气体流路34(参考图6)。

燃料气的一部分从燃料气体入口连通孔24a通过第3金属隔板20的提供连结通路44a而提供给入口缓冲部80a(参考图9)。燃料气体通过入口缓冲部80a而提供给第3金属隔板20的第2燃料气体流路42(参考图2)。

燃料气体如图2以及图6所示那样，沿着第1燃料气体流路34在箭头B方向上移动，提供给第1电解质膜/电极结构体16a的阳极电极56。残余的燃料气体沿着第2燃料气体流路42在箭头B方向上移动，提供给第2电解质膜/电极结构体16b的阳极电极56。

因此，在第1电解质膜/电极结构体16a以及第2电解质膜/电极结构体16b中，提供给各阴极电极54的氧化剂气体、和提供给各阳极电极56的燃料气体在电极触媒层内通过电化学反应而被消耗，来进行发电。

接下来，提供给第1电解质膜/电极结构体16a以及第2电解质膜/电极结构体16b的各阴极电极54而消耗的氧化剂气体从出口缓冲部62b、74b被排出到氧化剂气体出口连通孔22b。

提供给第1电解质膜/电极结构体16a以及第2电解质膜/电极结构体16b的阳极电极56而被消耗的燃料气体被导入到出口缓冲部68b、80b。燃料气体通过排出连结通路36b、44b被排出到燃料气体出口连通孔24b。

另一方面，提供到一对冷却介质入口连通孔25a的冷却介质如图2所示那样，被导入到冷却介质流路32。冷却介质从各冷却介质入口连通孔25a提供到冷却介质流路32，暂且沿着箭头C方向内方流动后，就在箭头B方向上移动来冷却第1电解质膜/电极结构体16a以及第2电解质膜/电极结构体16b。该冷却介质在向箭头C方向外侧移动后，被排出到一对冷却介质出口连通孔25b。

另外，在第2发电组件12b中，和上述的第1发电组件12a同样，由第1以及第2电解质膜/电极结构体16a、16b进行发电。

在该情况下，在第1实施方式中，图4和图11所示那样，第1发电组件12a的第1氧化剂气体流路26、和第2发电组件12b的第1氧化剂气体流路26(rev.)被设定为彼此不同相位(相反相位)。

并且，在构成第1氧化剂气体流路26的多个波状流路槽部26b的两端部，构成从波形的振幅的幅度的中央部在波长方向上直线状延伸的直线流路槽26bs(参考图4)。另一方面，在构成第1氧化剂气体流路26(rev.)的多个波状流路槽部26b的两端部，构成从波形的振幅的幅度的中央部在波长方向上直线状延伸的直线流路槽26bs(参考图11)。

为此，如图14所示那样，即使是相互相位不同的第1氧化剂气体流路26、26(rev.)，各自的入口侧端部即直线流路槽26bs也沿着层叠方向重合。因此，各直线流路槽26bs相对于第1树脂框构件58的入口缓冲部62a在同一位置终结配置。由此，能从氧化剂气体入口连通孔22a经由各个入口缓冲部62a对第1氧化剂气体流路26、26(rev.)以同一条件良好地提供氧化剂气体。

由此，第1发电组件12a的第1氧化剂气体流路26、和第2发电组件12b的第1氧化剂气体流路26(rev.)能尽可能地抑制氧化剂气体流量分布和压力损失的偏差。

另外，在第1发电组件12a的第2氧化剂气体流路38、和第2发电组件12b的第2氧化剂气体流路38(rev.)中，能得到和上述的第1氧化剂气体流路26、26(rev.)同样的效果。

接下来，如图6和图12所示那样，第1发电组件12a的第1燃料气体流路34、和第2发电组件12b的第1燃料气体流路34(rev.)被设定为彼此不同相位(相反相位)。

并且，在构成第1燃料气体流路34的多个波状流路槽部34b的两端部，构成从波形的振幅的幅度的中央部在波长方向上直线状延伸的直线流路槽34bs(参考图6)。另一方面，在构成第1燃料气体流路34(rev.)的多个波状流路槽部34b的两端部，构成从波形的振幅的幅度的中央部在波长方向上直线状延伸的直线流路槽34bs(参考图12)。

因此，即使是相互相位不同的第1燃料气体流路34、34(rev.)，各个入口侧端部即直线流路槽34bs也沿着层叠方向重合。由此，各直线流路槽34bs相对于第1树脂框构件58的入口缓冲部68a在同一位置终结配置。由此，能从燃料气体入口连通孔24a经由各个入口缓冲部68a对第1燃料气体流路34、34(rev.)以同一条件良好地提供燃料气体。

因此，第1发电组件12a的第1燃料气体流路34、和第2发电组件12b的第1燃料气体流路34(rev.)能尽可能地抑制燃料气体流量分布和压力损失的偏差。

另外，在第1发电组件12a的第2燃料气体流路42、和第2发电组件12b的第2燃料气体流路42(rev.)中，能得到和上述的第1燃料气体流路34、34(rev.)同样的效果。

进一步，另外，在第1实施方式中，在波状流路的相位不同的第1发电组件12a和第2发电组件12b中，能使第1树脂框构件58以及第2树脂框构件60公共化。在图29所示的第1燃料气体流路1a和第2燃料气体流路1b中，端部位置不同，需要与各个端部位置对应的2个种类的树脂框构件。

与此相对，在第1实施方式，即使波形状的相位不同，各个端部也在同一位置终结配置。由此，不需要在第1发电组件12a和第2发电组件12b分别准备专用的树脂框构件。由此能节省地构成燃料电池堆10整体，并良好地削减部件件数。

图15是构成本发明的第2实施方式所涉及的燃料电池堆的第1金属隔板100的主视说明图。另外，对与构成第1实施方式所涉及的燃料电池堆10的第1金属隔板14同样的构成要素标注同一参考标号，省略其详细的说明。另外，在以下说明的第3以后的实施方式也同样地省略其详细的说明。

在第2实施方式中，仅对设于第1金属隔板100的第1氧化剂气体流路102(与第1实施方式的第1氧化剂气体流路26对应)进行说明，在其他各流路(氧化剂气体流路、燃料气体流路以及冷却介质流路)则同样地构成。在以下的第3以后的实施方式中也同样。

第1氧化剂气体流路102具有左右对称形状。在波状凸部26a，从上侧山部中央o1起向右侧(箭头BR方向)设置4个下侧山部，另一方面，从上侧山部中央o1起向左侧(箭头BL方向)设置4个下侧山部。

在该情况下，在第2实施方式中，包含第1氧化剂气体流路102的各流路具有左右对称形状。由此，如图1所示那样，使第1发电组件12a转动180度(将上下翻转)就能作为第2发电组件12b共用。因此，简化了燃料电池堆整体的构成并节省。

图16是构成本发明的第3的实施方式所涉及的燃料电池堆的第1金属隔板110的主视说明图。在第1金属隔板110设置第1氧化剂气体流路112。

第1氧化剂气体流路112具有左右对称形状。在波状凸部26a中，从下侧山部中央o2起向右侧(箭头BR方向)设置3个下侧山部，另一方面，从下侧山部中央o2起向左侧(箭头BL方向)设置3个下侧山部。

如此，在第3的实施方式中，和上述的第2实施方式同样地构成，能得到和该第2实施方式同样的效果。

图17是构成本发明的第4实施方式所涉及的燃料电池堆的第1金属隔板120的主视说明图。在第1金属隔板120设置第1氧化剂气体流路122。

第1氧化剂气体流路122具有左右对称形状。在波状凸部26a中，从下侧山部中央o3起向右侧(箭头BR方向)以及左侧(箭头BL方向)分别设置3个下侧山部。波状凸部26a的端部26aa在波形的振幅的幅度的中央部终结，未设直线凸部26ae。

在如此构成的第4实施方式中，能得到和上述的第1～第3的实施方式同样的效果。

图18是构成本发明的第5实施方式所涉及的燃料电池堆130的第1发电组件132a的主要部分分解立体说明图。图19是构成燃料电池堆130的第2发电组件132b的主要部分分解立体说明图。另外，对与第1实施方式所涉及的燃料电池堆10同一构成要素标注同一参考标号，省略其详细的说明。

如图18以及图20所示那样，第1发电组件132a设置有第1金属隔板134、第1电解质膜/电极结构体16a、第2金属隔板136、第2电解质膜/电极结构体16b以及第3金属隔板138。如图19以及图20所示那样，第2发电组件132b设置有第1金属隔板140、第1电解质膜/电极结构体16a、第2金属隔板142、第2电解质膜/电极结构体16b以及第3金属隔板144。

如图20所示那样，在构成第1发电组件132a的第3金属隔板138的面138b、与构成第2发电组件132b的第1金属隔板140的面140b之间，形成在箭头B方向上延伸的冷却介质流路32。如图19所示那样，冷却介质流路32具有流路入口端部以及流路出口端部即流路端部32a。

如图20所示那样，构成第3金属隔板138的第2燃料气体流路42的直线凸部42ae、和构成第1金属隔板140的第1氧化剂气体流路26(rev.)的直线流路槽26bs相互在层叠方向上对置并被设定在相同位置。第2燃料气体流路42的直线流路槽42bs和、第1氧化剂气体流路26(rev.)的直线凸部26ae相互在层叠方向上对置，并被设定在相同位置。

第3金属隔板138和第1金属隔板140对应于第2燃料气体流路42的流路端部和第1氧化剂气体流路26(rev.)的流路端部而形成间隙，相互分开。该间隙构成冷却介质流路32的流路端部32a。

在该情况下，在第5实施方式中，如图18～图21所示那样，第1发电组件132a的第2燃料气体流路42、和第2发电组件132b的第1氧化剂气体流路26(rev.)被设定为彼此不同相位(相反相位)。这时，第2燃料气体流路42的直线凸部42ae、和第1氧化剂气体流路26(rev.)的直线流路槽26bs相互在层叠方向上对置，被设定在相同位置。

由此，第3金属隔板138和第1金属隔板140对应于第2燃料气体流路42的流路端部和第1氧化剂气体流路26(rev.)的流路端部而形成间隙，相互分开。该间隙构成冷却介质流路32的流路端部32a。

因此，例如在对燃料电池堆130赋予层叠方向的荷重时，第3金属隔板138以及第1金属隔板140间的间隙收缩而缓和所述荷重，能可靠地抑制产生过大的表面压力。特别在第1树脂框构件58以及第2树脂框构件60的厚度中发生偏差时，能通过第3金属隔板138与第1金属隔板140的间隙可靠地吸收所述偏差。

由此，能以简单的构成抑制对第1发电组件132a以及第2发电组件132b局部赋予大的荷重的情况，能使发电性能良好地提升。

并且，第1发电组件132a的第1燃料气体流路34、和第2发电组件132b的第1燃料气体流路34(rev.)被设定为彼此不同相位(相反相位)。并且，在构成第1燃料气体流路34的多个波状流路槽部34b的两端部，构成从波形的振幅的幅度的中央部在波长方向上直线状延伸的直线流路槽34bs(参考图22)。另一方面，在构成第1燃料气体流路34(rev.)的多个波状流路槽部34b的两端部，构成从波形的振幅的幅度的中央部向波长方向直线状延伸的直线流路槽34bs(参考图23)。

为此，即使是相互相位不同的第1燃料气体流路34、34(rev.)，各个入口侧端部即直线流路槽34bs也沿着层叠方向重合。由此，各直线流路槽34bs相对于第1树脂框构件58的入口缓冲部68a而终结配置在同一位置。因此，能从燃料气体入口连通孔24a经由各个入口缓冲部68a对第1燃料气体流路34、34(rev.)以同一条件良好地提供燃料气体。

由此，第1发电组件132a的第1燃料气体流路34、和第2发电组件132b的第1燃料气体流路34(rev.)能尽可能地抑制燃料气体流量分布和压力损失的偏差。

另外，第2燃料气体流路42、42(rev.)、第1氧化剂气体流路26、26(rev.)以及第2氧化剂气体流路38、38(rev.)具有和上述的第1燃料气体流路34、34(rev.)同样的关系。由此能得到同样的效果。

另外，在第5实施方式中，例如如图24所示那样，在第1氧化剂气体流路26的各波状凸部26a的端部，设置沿着中央部26am在波长方向(箭头B方向)上直线状延伸的直线凸部26ae，但并不限定于此。只要由背面形状构成冷却介质流路的燃料气体流路和氧化剂气体流路的流路入口端部或流路出口端部彼此从层叠方向观察位于相同位置，就不特别限定形状。

也可以如图25所示那样，设置在相对于波长方向(箭头B方向)向而下方(或上方)倾斜的方向上延伸的直线凸部26ae1。这时，直线流路槽26bs也倾斜。进而，还能设置弯曲的凸部26ar以及弯曲的弯曲流路槽26br。

图26是本发明的第6实施方式所涉及的燃料电池堆160的主要部分分解立体说明图。另外，对和第1实施方式所涉及的燃料电池堆10同一构成要素标注同一参考标号，省略其详细的说明。

如图26～图28所示那样，燃料电池堆160沿着水平方向(箭头A方向)交替层叠第1发电组件162a和第2发电组件162b而构成。

第1发电组件162a设置有第1金属隔板164、电解质膜/电极结构体(MEA)16以及第2金属隔板166。在第1金属隔板164的两侧设置氧化剂气体流路26和冷却介质流路32。在第2金属隔板166的两侧设置燃料气体流路34和冷却介质流路32。

第2发电组件162b设置有第1金属隔板168、电解质膜/电极结构体(MEA)16以及第2金属隔板170。在第1金属隔板168的两侧设置氧化剂气体流路26(rev.)和冷却介质流路32(rev.)。在第2金属隔板170的两侧设置燃料气体流路34(rev.)和冷却介质流路32。

如图28所示那样，构成第2金属隔板166的燃料气体流路34的直线凸部34ae、和构成第1金属隔板168的氧化剂气体流路26(rev.)的直线流路槽26bs相互在层叠方向上对置，并被设定在相同位置。燃料气体流路34的直线流路槽34bs、和氧化剂气体流路26(rev.)的直线凸部26ae相互在层叠方向上对置，并被设定在相同位置。

第2金属隔板166和第1金属隔板168对应于燃料气体流路34的流路端部和氧化剂气体流路26(rev.)的流路端部而形成间隙，相互分开。该间隙构成冷却介质流路32的流路端部32a。

在该第6实施方式中，能以简单的构成抑制在第1发电组件162a以及第2发电组件162b局部赋予大的荷重。由此能得到使发电性能良好地提升等和上述的第5实施方式同样的效果。

Claims (3)

1.一种燃料电池堆，具备：

第1发电组件以及第2发电组件，其层叠了在阳极电极以及阴极电极之间设置电解质膜的电解质膜/电极结构体和金属隔板，分别形成使燃料气体沿着所述阳极电极的电极面波状地流通的多个波状燃料气体流路、和使氧化剂气体沿着所述阴极电极的电极面波状地流通的多个波状氧化剂气体流路，

所述第1发电组件的所述波状燃料气体流路和所述波状氧化剂气体流路夹着所述电解质膜/电极结构体被设定为彼此相同的相位，

另一方面，所述第2发电组件的所述波状燃料气体流路和所述波状氧化剂气体流路夹着所述电解质膜/电极结构体被设定为彼此相同的相位且与所述第1发电组件不同的相位，

通过将所述第1发电组件以及所述第2发电组件层叠，在它们之间，彼此不同相位的所述波状燃料气体流路的背面形状和所述波状氧化剂气体流路的背面形状重叠，从而形成使冷却介质流通的冷却介质流路，

所述燃料电池堆的特征在于，

所述第1发电组件的所述波状燃料气体流路的两个端部和所述第2发电组件的所述波状燃料气体流路的两个端部彼此在层叠方向上重合，

所述第1发电组件的所述波状氧化剂气体流路的两个端部和所述第2发电组件的所述波状氧化剂气体流路的两个端部彼此在层叠方向上重合，

所述波状燃料气体流路的两个端部以及所述波状氧化剂气体流路的两个端部在波形的振幅的幅度的中央部终结。

2.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，

所述波状燃料气体流路的两个端部以及所述波状氧化剂气体流路的两个端部构成从波形的振幅的幅度的中央部在波长方向上直线状延伸的直线流路槽。

3.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，

所述燃料电池堆形成：使所述燃料气体在所述第1发电组件和所述第2发电组件的层叠方向上流通的燃料气体连通孔；使氧化剂气体在所述层叠方向上流通的氧化剂气体连通孔；和使所述冷却介质在所述层叠方向上流通的冷却介质连通孔，

所述电解质膜/电极结构体在外周部将树脂框构件一体化，

并且在所述树脂框构件设置：

将所述氧化剂气体连通孔和所述波状氧化剂气体流路连通的多个线状流路；和

将所述燃料气体连通孔和所述波状燃料气体流路连通的多个线状流路。