CN105591121B - 燃料电池用分隔件、燃料电池单电池及燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池用分隔件、燃料电池单电池及燃料电池，抑制燃料电池用分隔件的歧管部分的变形而防止密封性的下降。燃料电池用分隔件(10)具备：发电部(10B)，设置在以板状构成的分隔件的面的中央区域；多个歧管(11A、11B、12A、12B)，设置在比发电部(10B)靠外周的区域；及加强部(14A)，以从在多个歧管(11A、11B、12A、12B)之间形成的歧管梁部(15)向在发电部(10B)与歧管(11A、11B、12A、12B)之间形成的间隙区域(13)延伸的方式设置。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池用分隔件、燃料电池单电池及燃料电池。
背景技术
以往，提出了具备在电解质膜的两面设置电极用的催化剂层而形成的膜电极接合体(MEA：Membrane-Electrode Assembly)和夹持该MEA的分隔件的燃料电池，且被实用化。在包括上述燃料电池的燃料电池系统中，向构成燃料电池的MEA的一方的电极(阳极电极)供给燃料气体并向另一方的电极(阴极电极)供给氧化气体而产生电化学反应，由此进行发电。目前，采用的是将具有单一的MEA的燃料电池单电池层叠多个而构成层叠体(电池组)来产生大的电力的技术。
构成燃料电池的分隔件是具有设置在与MEA相对的面上的气体流路和用于使反应气体(燃料气体或氧化气体)从外部向气体流路流通的歧管的板状的构件，具有将层叠的燃料电池单电池彼此分隔而防止由于在相邻的单电池间阳极电极与阴极电极接触而发生的短路的功能和使相邻的单电池彼此导通的功能。目前，提出了在设于分隔件的中央区域的发电部与设于分隔件的靠外周的区域的歧管之间的区域设有多个凸部的技术(例如，参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-018883号公报
发明内容
在分隔件中，与发电部相比，歧管部分(尤其是形成歧管的歧管梁部)的强度低，因此在层叠单电池时，分隔件的歧管部分沿层叠方向变形，存在密封性下降的问题。关于这一点，在采用专利文献1记载的技术时，虽然存在能够加强发电部与歧管之间的区域的可能性，但是无法抑制歧管梁部的变形，密封性下降的问题依然存在。
本发明鉴于上述的情况而作出，目的在于抑制燃料电池用分隔件的歧管部分的变形而防止密封性的下降。
为了实现所述目的，本发明的燃料电池用分隔件具备：发电部，设置在以板状构成的分隔件的面的中央区域；多个歧管，设置在比发电部靠外周的区域；及加强部，以从在多个歧管之间形成的歧管梁部向在发电部与歧管之间形成的间隙区域延伸的方式设置。
当采用上述结构时，以从在多个歧管间形成的歧管梁部向在发电部与歧管之间形成的间隙区域延伸的方式设置加强部，因此能够抑制歧管部分沿层叠方向变形的情况，能够防止密封性的下降。
在本发明的燃料电池用分隔件中，可以采用以向形成冷却水流路的面突出的方式形成的突出部作为加强部。在上述情况下，可以采用具有从冷却水入口侧歧管向冷却水流路引导冷却水及/或从冷却水流路向冷却水出口侧歧管引导冷却水的平面形状的突出部。
当采用上述的结构时，能够使加强部(以向形成冷却水流路的面突出的方式形成的突出部)也作为从冷却水入口侧歧管向冷却水流路引导冷却水及/或从冷却水流路向冷却水出口侧歧管引导冷却水的冷却水引导部起作用。
本发明的燃料电池用分隔件可以为以与膜电极接合体的阳极侧相对的方式配置的冲压型分隔件，在与膜电极接合体接触的区域未设置凹部。
当采用上述的结构时，能够抑制配置在阳极侧的冲压型分隔件的歧管梁部沿层叠方向变形的情况。而且，在冲压型分隔件中，由于在与膜电极接合体接触的区域未设置凹部，因此能够提前防止与分隔件接触的膜电极接合体陷入凹部而破损的事态的发生。
本发明的燃料电池用分隔件可以为以与膜电极接合体的阴极侧相对的方式配置的平坦型分隔件。
当采用上述的结构时，能够抑制配置在阴极侧的平坦型分隔件的歧管梁部沿层叠方向变形的情况。
而且，本发明的燃料电池单电池具备所述的燃料电池用分隔件。
而且，本发明的燃料电池是层叠多个所述的燃料电池单电池而构成的燃料电池。
发明效果
根据本发明，能够抑制燃料电池用分隔件的歧管部分的变形而防止密封性的下降。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的燃料电池的概略结构的侧视图。
图2是表示构成本发明的实施方式的燃料电池单电池的阳极侧分隔件的燃料气体流路侧的面的图。
图3是表示构成本发明的实施方式的燃料电池单电池的阳极侧分隔件的冷却水流路侧的面的图。
图4是图3的IV部分的放大图。
图5是构成本发明的实施方式的燃料电池单电池的阴极侧分隔件的俯视图。
图6(A)是表示以往的分隔件的歧管梁部附近区域的放大俯视图，(B)是(A)的B-B部分的剖视图。
具体实施方式
以下，参照各图，说明本发明的实施方式。需要说明的是，附图的上下左右等的位置关系只要没有特别说明，就基于附图所示的位置关系。而且，附图的尺寸比率没有限定为图示的比率。而且，以下的实施方式是用于说明本发明的示例，没有将本发明仅限定为该实施方式。而且，本发明只要不脱离其主旨，就能够进行各种变形。
首先，使用图1，说明本发明的实施方式的燃料电池1的结构。
本实施方式的燃料电池1具备将多个燃料电池单电池2依次层叠而构成的单电池层叠体3。单电池层叠体3的两端由一对端板4夹持，在以将这些端板4彼此连结的方式配置有由张力板5构成的限制构件的状态下被施加向层叠方向的载荷而紧固。
由这样的燃料电池单电池2等构成的燃料电池1可以利用作为例如燃料电池车辆(FCHV；Fuel Cell Hybrid Vehicle)的车载发电系统，但并不局限于此，也可以用作为搭载于各种移动体(例如船舶或飞机等)或机器人等这样的能够移动自如的结构上的发电系统以及固定的燃料电池。
燃料电池单电池2由未图示的膜电极接合体(MEA)、夹持MEA的一对分隔件(后文详述的阳极侧分隔件10及阴极侧分隔件20)、配置在一对分隔件间的密封构件、配置在燃料电池单电池2之间的填料等构成。MEA及一对分隔件形成为大致矩形的板状。MEA以其外形比一对分隔件的外形小的方式形成。
MEA包括由高分子材料的离子交换膜构成的高分子电解质膜(以下，有时称为“电解质膜”)、从两面夹持电解质膜的一对电极(阳极侧扩散电极及阴极侧扩散电极)。电解质膜形成得比各电极大。各电极例如通过热压法接合于该电解质膜。构成MEA的各电极由载持有其表面附着的铂等催化剂的例如多孔的碳原料(扩散层)构成。向一方的电极(阳极)供给氢气等燃料气体，向另一方的电极(阴极)供给空气等氧化气体，通过这两种反应气体在MEA内产生电化学反应而在燃料电池单电池2中产生电动势。
密封构件在一对分隔件之间形成于MEA的周缘部，经由密封构件粘结MEA或一对分隔件等。作为密封构件，可以使用例如通过与相邻的构件的化学的结合而粘结的粘结剂等。填料对燃料电池单电池2之间进行密封，抑制氧化气体或氢气等的泄漏。作为填料的材料，可以使用通过与相邻的构件的物理性的紧贴而将流体密闭的弹性体、通过与相邻的构件的化学性的结合而进行粘结的粘结剂等。
接下来，使用图2～图5，说明构成本发明的实施方式的燃料电池单电池2的一对分隔件(阳极侧分隔件10及阴极侧分隔件20)。
阳极侧分隔件10(图2～图4)及阴极侧分隔件20(图5)由气体不透过性的导电性材料构成。作为导电性材料，例如除了碳或具有导电性的硬质树脂之外，还可列举铝或不锈钢等金属。本实施方式的分隔件10、20的基材由板状的金属形成，在该基材的各电极侧的面上形成有耐蚀性优异的膜(例如通过镀金形成的皮膜)。
阳极侧分隔件10以与MEA的阳极侧相对的方式配置。阳极侧分隔件10是在其两面上通过冲压而形成了多个槽状的流路的所谓冲压型分隔件。具体而言，在阳极侧分隔件10的与MEA相对的面(内侧的面)的中央区域10A形成有图2所示那样的燃料气体流路11，在其背面(外侧的面)的中央区域10B形成有图3所示的冷却水流路12。阳极侧分隔件10的中央区域10A、10B是作为发电部起作用的区域。需要说明的是，MEA具有比阳极侧分隔件10的中央区域10A(发电部)稍大的面积。在本实施方式中，如图2所示，在阳极侧分隔件10的与MEA接触的区域(比发电部10A稍大的区域)10C未设置凹部。
在阳极侧分隔件10的比中央区域10A、10B(发电部)靠外周的区域，如图2及图3所示，设有多个歧管(燃料气体入口侧歧管11A、燃料气体出口侧歧管11B、冷却水入口侧歧管12A、冷却水出口侧歧管12B)。本实施方式中的歧管11A、11B、12A、12B为俯视大致矩形形状的孔。从外部供给的燃料气体经由燃料气体入口侧歧管11A向燃料气体流路11(图2)导入，在流通了燃料气体流路11之后经由燃料气体出口侧歧管11B向外部排出。另一方面，从外部供给的冷却水经由冷却水入口侧歧管12A向冷却水流路12(图3)导入，在流通了冷却水流路12之后经由冷却水出口侧歧管12B向外部排出。
在阳极侧分隔件10的中央区域10A、10B(发电部)与多个歧管11A、11B、12A、12B之间形成的间隙区域13，设有多个以向形成有冷却水流路12的面(图3)突出的方式形成的突出部14。突出部14的几个(特定突出部14A)如图4所示，以从间隙区域13向在多个歧管11A、11B、12A、12B之间形成的歧管梁部15延伸的方式形成，作为抑制歧管部分的变形的加强部起作用。
以往，如图6(A)所示，仅在形成于阳极侧分隔件10的发电部与歧管之间的间隙区域13设有突出部(加强部)140，因此当经由填料30而层叠燃料电池单电池2时，如图6(B)的虚线所示，存在歧管梁部15变形这样的问题。相对于此，在本实施方式中，特定突出部14A(加强部)如图4所示以从间隙区域13向歧管梁部15的中央部延伸的方式形成，因此能够抑制单电池层叠时的歧管梁部15的变形。
而且，如图3及图4所示，本实施方式的突出部14具有对冷却水进行引导的结构。具体而言，突出部14以与阳极侧分隔件10的长度方向构成规定的角度的倾斜状态配置，以从图3中处于纸面左上的冷却水入口侧歧管12A向与之相比处于稍靠纸面右下的冷却水流路12引导冷却水，而且从冷却水流路12向与之相比处于稍靠纸面右下的冷却水出口侧歧管12B引导冷却水。如图4所示，特定突出部14A具有以上述角度倾斜的部分与沿着歧管梁部15的延伸方向延伸的部分结合的平面形状。
图5所示的阴极侧分隔件20以与MEA的阴极侧相对的方式配置。阴极侧分隔件20是MEA侧的表面由没有槽的大致平坦的平板形成的所谓平坦型分隔件。需要说明的是，平坦型分隔件不仅包括对其表面未实施冲压加工的情况，也包括与冲压型分隔件相比轻度地实施了冲压加工的情况。而且，轻度地实施冲压加工是指对于比冲压型分隔件窄的区域实施冲压加工的情况、较浅地实施冲压加工的情况、冲压加工的个数少的情况等。
在阴极侧分隔件20的比中央区域21(发电部)靠外周的区域，如图5所示，设有多个歧管22。而且，在阴极侧分隔件20的中央区域21(发电部)的缘部附近设有多个俯视圆形形状的凸部21A。凸部21A作为抑制阴极侧分隔件20的变形(挠曲或起伏)的加强部起作用。凸部21A的形状或大小可考虑阴极侧分隔件20的大小和气体的配流性而选择各种结构。
在以上说明的实施方式的阳极侧分隔件10中，以从在多个歧管之间形成的歧管梁部15向在发电部与歧管之间形成的间隙区域13延伸的方式设置特定突出部14A(加强部)。因此，能够抑制歧管梁部15沿层叠方向发生变形的情况，能够防止密封性的下降。
而且，在以上说明的实施方式的阳极侧分隔件10中，能够使特定突出部14A(加强部)或其他的突出部14也作为从冷却水入口侧歧管12A向冷却水流路12引导冷却水及从冷却水流路12向冷却水出口侧歧管12B引导冷却水的冷却水引导部起作用。
而且，在以上说明的实施方式的阳极侧分隔件10中，在与MEA接触的区域10C(图2)未设置凹部，因此能够将与阳极侧分隔件10接触的MEA向凹部陷入而破损这样的事态的发生防患于未然。
需要说明的是，在本实施方式中，示出了设有从阳极侧分隔件10的歧管梁部15向间隙区域13延伸的加强部14A(特定突出部)的例子，但是也可以如图5的虚线所示，设置从阴极侧分隔件20的歧管梁部25向间隙区域23延伸的加强部24。这样的话，能够抑制阴极侧分隔件20的歧管梁部25沿层叠方向发生变形的情况。
本发明没有限定为以上的实施方式，对于该实施方式，本领域技术人员适当施加设计变更的情况只要具备本发明的特征，就包含于本发明的范围。即，所述实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等没有限定为例示的情况，能够适当变更。而且，所述实施方式具备的各要素只要在技术上可能就可以组合，将它们组合后的结构只要包含本发明的特征，就包含于本发明的范围。
标号说明
1…燃料电池
2…燃料电池单电池
10…阳极侧分隔件(冲压型分隔件)
10A、10B…中央区域(发电部)
10C…与膜电极接合体接触的区域
11A、11B、12A、12B…歧管
12…冷却水流路
13…间隙区域
14…特定突出部(加强部)
15…歧管梁部
20…阴极侧分隔件(平坦型分隔件)
21…中央区域(发电部)
22…歧管
23…间隙区域
24…加强部
25…歧管梁部
Claims (5)
1.一种燃料电池用分隔件，具备：
发电部，设置在以板状构成的所述分隔件的面的中央区域；
多个冷却水入口侧歧管，沿着所述分隔件的面的长度方向两端部中的一端部设置；
多个冷却水出口侧歧管，沿着所述分隔件的面的长度方向两端部中的另一端部设置；及
突出部，在所述发电部与所述冷却水入口侧歧管之间以及所述发电部与所述冷却水出口侧歧管之间形成的间隙区域，以向形成冷却水流路的面突出的方式形成，
在俯视观察所述分隔件时，所述多个冷却水入口侧歧管以及所述多个冷却水出口侧歧管分别设置于在所述分隔件的宽度方向上相互错位的位置上，
所述突出部倾斜地设置以从所述多个冷却水入口侧歧管向所述多个冷却水出口侧歧管引导冷却水，并且在所述间隙区域沿着所述分隔件的宽度方向并排设有多个，
并排设置的多个所述突出部中的、与在所述冷却水入口侧歧管之间或所述冷却水出口侧歧管之间形成的歧管梁部对应的位置处的突出部，以从所述间隙区域向所述歧管梁部延伸的方式设置。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用分隔件，其中，
所述分隔件是以与膜电极接合体的阳极侧相对的方式配置的冲压型分隔件，在与所述膜电极接合体接触的区域未设置凹部。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用分隔件，其中，
所述分隔件是以与膜电极接合体的阴极侧相对的方式配置的平坦型分隔件。
4.一种燃料电池单电池，具备权利要求1～3中任一项所述的燃料电池用分隔件。
5.一种燃料电池，层叠多个权利要求4所述的燃料电池单电池而构成。
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