CN105637689B - 燃料电池用分隔件和燃料电池 - Google Patents
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Abstract
阳极侧分隔件(120)通过利用冲压成型而形成多个凹凸条，从而在与MEGA(110)的发电区域(112)相对的分隔件中央区域(121)交替排列地配备第一槽(202)和第二槽(204)。在形成有第一槽(202)和第二槽(204)的分隔件中央区域(121)的上缘延伸的端部第一槽(202t)，在燃料气体供给孔侧的分隔件中央区域(121)的角部配备槽深度浅的下沉角凹处(202tb)，该下沉角凹处(202tb)将在端部第一槽(202t)的下方延伸的第二槽(204)和外缘部(123)连通。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池用分隔件和燃料电池。
背景技术
燃料电池被设为层叠有多个作为发电单位的燃料电池单体而成的堆叠构造，各个燃料电池单体利用相向的分隔件夹持膜电极接合体。近年来，例如在国际公开公报WO2012/160607号中提出了如下方法：在与膜电极接合体的发电区域相对的分隔件中央区域中，通过冲压成型的多根的凹凸条或设置多个凸部来在分隔件的表背面形成燃料气体的气体流路、冷却水流路。
发明内容
在上述的专利文献中提出的冷却水流路通过凸部、凹槽底部的高低来改变冷却水的流向而使冷却水通过，所以能够提高冷却水的扩散性、分配性。另外，在冷却水一边改变其流向一边在凸部、凹槽底部的具有高低的部位通过时，有可能在冷却水的水流中产生淤水。若是在燃料电池的运用开始后，则冷却水流路已经遍及有冷却水，流路被冷却水充满，所以即使冷却水的水流产生淤水，也不存在特别的障碍。然而，因为在燃料电池组装时在冷却水流路残存有空气，所以结果被指出会产生如下那样的新的问题。
在燃料电池的组装完成最初的冷却水供给时，冷却水以混有空气的状态一边改变其流向一边通过。因而，根据冷却水的流动的淤水的状况，有可能空气不被冷却水推出而残留于流路，这样的空气有时上升到分隔件中央区域的铅垂方向的上端而产生空气积留。这样产生的空气积留有可能通过燃料电池的运用开始后的冷却水供给而被推出，但如果保持残留在分隔件中央区域的上端的状态，则空气积留处的冷却无法进展。在上述的专利文献中，完全没有想到有可能产生空气积留这样的状况，结果就要求避免在分隔件中央区域的上端侧的空气积留。除此之外，也要求能够实现具备冷却水流路的凹槽的分隔件、燃料电池的制造成本的降低等。
为了解决上述的问题的至少一部分，本发明能够以以下方式实施。
在第一实施方式中，提供一种燃料电池用分隔件。第一实施方式的燃料电池用分隔件组装于膜电极接合体，具有第一面和形成第一面的背面的第二面，其中，具备：中央区域，与所述膜电极接合体的可发电区域相对；外缘部，从所述中央区域向周围缘部延伸；第一面侧凹槽部，形成于所述第一面的所述中央区域，包含多个槽；第二面侧凹槽部，形成于所述第二面的所述中央区域，包含多个槽；以及空气排出部，设置在所述第一面侧凹槽部的所述中央区域的上端侧，用于将所述中央区域和所述外缘部连通，将所述第二面侧凹槽部的槽内的空气与所述冷却水一起从所述中央区域向所述外缘部排出。该空气排出部形成于如下部位：因通过所述第二面侧凹槽部的冷却水的流向改变，而所述第二面侧凹槽部的所述槽内的空气在所述中央区域的上端侧可能会积留的部位。根据第一实施方式的燃料电池用分隔件，即使第二面侧凹槽部的槽内的空气在分隔件中央区域的上端侧积留，利用设置于可能会产生该空气积留的部位的空气排出部，也能够将空气向外缘部排出，能够避免在分隔件中央区域的上端侧的空气积留。
也可以是，在第一实施方式的燃料电池用分隔件中，进而，在所述中央区域的水平方向的一侧的所述外缘部具有冷却水供给侧歧管，所述燃料电池用分隔件具备冷却水导入部，所述冷却水导入部将从所述冷却水供给侧歧管供给的冷却水改变冷却水的流向而向所述第二面侧凹槽部的各个所述槽内扩散导入，所述空气排出部形成于位于所述中央区域的上端侧且所述冷却水导入部侧的中央区域角部。在冷却水导入部，冷却水改变其流向而通过，所以在该冷却水导入部的上方侧可能会产生空气积留，但根据第一实施方式的燃料电池用分隔件，能够利用位于分隔件中央区域角部的空气排出部进一步避免该空气积留。
也可以是，在第一实施方式的燃料电池用分隔件中，进而，在所述外缘部，在所述冷却水供给侧歧管的上方侧具有向所述第一面侧凹槽部的槽内供给燃料气体的燃料气体供给侧歧管。在燃料气体供给侧歧管侧，燃料气体保持未消耗的状态被始终向第一面侧凹槽部的槽内供给，所以在具有第一实施方式的燃料电池用分隔件的燃料电池的实施方式中，可促进为了发电而进行的电化学反应，由该电化学反应实现的发热活跃化。根据第一实施方式的燃料电池用分隔件，通过避免在作为冷却水导入部的上方侧的分隔件中央区域角部处的空气积留，能够对接近该分隔件中央区域角部的燃料气体供给侧歧管侧进行充分冷却。
也可以是，在第一实施方式的燃料电池用分隔件中，通过利用对所述中央区域的冲压成型而形成多个凹凸条，所述第一面侧凹槽部的槽和所述第二面侧凹槽部的槽在所述中央区域交替排列于所述第一面和第二面，所述空气排出部是使位于所述中央区域的上端的所述第一面侧凹槽部的底部壁凹陷而成的底部壁凹部。于是，针对作为空气排出部的底部壁凹部，也能够利用针对分隔件中央区域的冲压成型而同时形成第一面侧凹槽部和第二面侧凹槽部，所以能够减少制造成本。
也可以是，在第一实施方式的燃料电池用分隔件中，所述冷却水导入部沿所述第一面侧凹槽部所延伸的路径散布地具备浅槽部，所述浅槽部是相对于所述第二面侧凹槽部在所述第一面和第二面交替排列的所述第一面侧凹槽部的槽的深度局部较浅的槽部。于是，通过第一面侧凹槽部的浅槽部而冷却水在相邻的第二面侧凹槽部之间通过，从而冷却水的朝向改变，冷却水导入部能够将冷却水扩散导入各个第二面侧凹槽部的槽内。而且，针对第一面侧凹槽部的浅槽部，也能够利用针对分隔件中央区域的冲压成型而同时形成第一面侧凹槽部和第二面侧凹槽部，所以能够减少制造成本。
在第二实施方式中，提供一种燃料电池。第二实施方式的燃料电池层叠有多个由第一分隔件和第二分隔件夹持膜电极接合体的燃料电池单体，所述燃料电池单体分别具备上述第一实施方式中的燃料电池用分隔件的任一个作为所述第一分隔件，在相邻地层叠的所述燃料电池单体中，一个所述燃料电池单体的所述第一分隔件所具有的所述第一面侧凹槽部的底部壁与其他的所述燃料电池单体的所述第二分隔件接触。
根据第二实施方式的燃料电池，能够利用夹持膜电极接合体的第一分隔件在各个燃料电池单体中避免在分隔件中央区域的上端侧处的空气积留，所以能够抑制因存在空气积留而引起的冷却不良。另外，根据第二实施方式的燃料电池，只要将具有空气排出部的第一分隔件在现有的燃料电池单体中进行置换即可，所以能够减少其制造成本，另外还能够容易消除或抑制因存在空气积留而引起的冷却不良。此外，在第二实施方式的燃料电池中，能够使第一分隔件的分隔件中央区域中的第一面侧凹槽部为向膜电极接合体供给的气体的流路。另外，通过使相邻地层叠的一方的燃料电池单体的第一分隔件所具有的第一面侧凹槽部的底部壁与另一方的燃料电池单体的第二分隔件接触，能够对第二面侧凹槽部进行封闭，并将该封闭了的第二面侧凹槽部设为供冷却水通过的冷却水流路。
此外，本发明能够以各种实施方式实现，例如能够以燃料电池的制造方法、燃料电池单体的方式实现。
附图说明
图1是示出作为本发明的实施方式的燃料电池10的结构的概略立体图。
图2是将单元电池100的结构分解地示出的概略立体图。
图3是示出阳极侧分隔件120的结构的概略俯视图。
图4是将图3所示的转换区域A所包含的冷却水供给孔周边区域B的流路槽的形成状况放大而示出的概略立体图。
图5从冷却面侧俯视图3所示的转换区域A所包含的燃料气体供给孔周边区域D的流路槽的形成状况并将其放大示出的说明图。
图6是示意性示出阳极侧分隔件120中的冷却面侧的冷却水的流动的情形的说明图。
图7是从冷却面侧俯视图5所示的燃料气体供给孔122IN侧的分隔件中央区域121的角部DC的流路槽的形成状况并进而将其放大示出的说明图。
图8是从冷却面侧观察分隔件中央区域121的角部DC的流路槽的形成状况并将其放大示出的概略立体图。
图9是沿着图3的C部放大部位中的9-9线的燃料电池10的概略截面。
图10是从冷却面侧俯视对比例的阳极侧分隔件120H中的分隔件中央区域121的角部DC的流路槽的形成状况并进而将其放大示出的说明图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示出作为本发明的实施方式的燃料电池10的结构的概略立体图。燃料电池10具有在Z方向(以下，也称作“层叠方向”)上层叠多个作为燃料电池单体的单元电池100、且由一对端板170F、170E夹持而成的堆叠构造。燃料电池10中，在前端侧的端板170F与单元电池100之间隔着前端侧的绝缘板165F地具有前端侧的接线板160F。燃料电池10在后端侧的端板170E与单元电池100之间也同样隔着后端侧的绝缘板165E地具有后端侧的接线板160E。单元电池100、接线板160F、160E、绝缘板165F、165E以及端板170F、170E分别具有具备大致矩形状的外形的板构造，配置成长边沿x方向(水平方向)且短边沿y方向(垂直方向、铅垂方向)。
前端侧的端板170F、绝缘板165F以及接线板160F具有燃料气体供给孔172IN以及燃料气体排出孔172OT、多个氧化剂气体供给孔174IN以及氧化剂气体排出孔174OT、多个冷却水供给孔176IN以及冷却水排出孔176OT。这些供给排出孔分别与设置于各单元电池100的对应位置的各个孔(未图示)连结，构成与各个孔分别对应的气体或冷却水的供给排出歧管。另一方面，在后端侧的端板170E、绝缘板165E以及接线板160E未设置有这些供给排出孔。这是因为，燃料电池是在将反应气体(燃料气体、氧化剂气体)以及冷却水从前端侧的端板170F经由供给歧管对各个单元电池100进行供给的同时，将来自各个单元电池100的排出气体以及排出水从前端侧的端板170F经由排出歧管向外部排出的类型的燃料电池。不过，不限于此，例如可以设为从前端侧的端板170F供给反应气体以及冷却水，而从后端侧的端板170E将排出气体以及排出水向外部排出的类型等各种类型。
多个氧化剂气体供给孔174IN在前端侧的端板170F的下端的外缘部沿x方向(长边方向)配置，多个氧化剂气体排出孔174OT在上端的外缘部沿x方向配置。燃料气体供给孔172IN配置于前端侧的端板170F的右端的外缘部的y方向(短边方向)的上端部，燃料气体排出孔172OT配置于左端的外缘部的y方向的下端部。多个冷却水供给孔176IN在燃料气体供给孔172IN的下侧沿y方向排列配置，多个冷却水排出孔176OT在燃料气体排出孔172OT的上侧沿y方向排列配置。并且，冷却水供给孔176IN的队列的上侧的两个冷却水供给孔176IN以与冷却水排出孔176OT的队列的下侧的两个冷却水排出孔176OT相向的方式分布，冷却水供给孔176IN的一部分和冷却水排出孔176OT的一部分隔着分隔件中央区域121在y方向(上下方向)上重叠。
前端侧的接线板160F以及后端侧的接线板160E是各单元电池100的发电电力的集电板，将从未图示的端子收集到的电力向外部输出。
图2是将单元电池100的结构分解地示出的概略立体图。如图示那样，单元电池100具备膜电极气体扩散层接合体(MEGA：Membrane Electrode&Gas Diffusion LayerAssembly)110、以夹持MEGA110的两面的方式配置的阳极侧分隔件120、阴极侧分隔件130、粘接密封件140以及气体流路部件150。
MEGA110包括在电解质膜的两面形成有一对催化剂电极层的膜电极接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)，是以谋求气体扩散透过的气体扩散层(Gas DiffusionLayer/GDL)夹持该MEA而构成的发电体。此外，也有时将MEGA称作MEA。
阳极侧分隔件120以及阴极侧分隔件130由具有气体隔断性以及电子传导性的部件构成，例如由压缩碳颗粒而形成为不透气的致密材质碳等碳制部件、冲压成型而成的不锈钢、钛钢等金属部件形成。在本实施方式中，阳极侧分隔件120通过对不锈钢进行冲压成型而制作得到。
阳极侧分隔件120在MEGA110侧的面具备多个槽状的燃料气体流路，在相反侧的面具备多个槽状的冷却水流路，该两流路在分隔件表背面交替排列。关于这些流路，后面将进行叙述。作为上述的构成歧管的供给排出孔，该阳极侧分隔件120具备燃料气体供给孔122IN及燃料气体排出孔122OT、多个氧化剂气体供给孔124IN及氧化剂气体排出孔124OT、多个冷却水供给孔126IN及冷却水排出孔126OT。同样地，阴极侧分隔件130具备燃料气体供给孔132IN及燃料气体排出孔132OT、多个氧化剂气体供给孔134IN及氧化剂气体排出孔134OT、多个冷却水供给孔136IN及冷却水排出孔136OT。另外，粘接密封件140也同样地，与阳极侧分隔件120的供给排出孔对应地具备燃料气体供给孔142IN及燃料气体排出孔142OT、多个氧化剂气体供给孔144IN及氧化剂气体排出孔144OT、多个冷却水供给孔146IN及冷却水排出孔146OT。
粘接密封件140由具有密封性和绝缘性的树脂或橡胶等形成，在其中央具有与MEGA110的矩形形状相适应的发电区域窗141。该发电区域窗141的周缘被设为高低差形状，在该高低差部组装MEGA110。这样安装于发电区域窗141的MEGA110在粘接密封件140的高低差部与粘接密封件140重叠，将在发电区域窗141暴露的区域定义为从后述的阳极侧分隔件120接受燃料气体的供给、且能够至少在一部分通过电化学反应而发电的可发电区域(以下，称作“发电区域”。)112。粘接密封件140在组装有MEGA110的发电区域窗141的周围区域具备已述的供给排出孔，在将MEGA110组装于发电区域窗141的状态下，包括各供给排出孔周围在内对阳极侧分隔件120和阴极侧分隔件130进行密封。即，粘接密封件140除了通过高低差部在该发电区域112的外侧区域对MEGA110进行密封，还在MEGA110的矩形形状外周面处在阳极侧分隔件120与阴极侧分隔件130之间进行密封。此外，阳极侧和阴极侧的两分隔件为了在单元电池100被层叠了时以分隔件彼此的接合面确保燃料气体、氧化剂气体、冷却水各自的供给排出孔的密封性，如后述的图3所示那样具备燃料气体用密封件300、氧化剂用密封件301、以及冷却水用密封件302。
气体流路部件150在隔着粘接密封件140的基础上位于MEGA110与阴极侧分隔件130之间，形成从氧化剂气体供给孔134IN到氧化剂气体排出孔134OT的范围的氧化剂气体的流路。并且，该气体流路部件150以使该部件上下端重叠于氧化剂气体供给孔134IN的上端和氧化剂气体排出孔134OT的下端的方式延伸。因此，气体流路部件150从部件下端导入从阴极侧分隔件130的氧化剂气体供给孔134IN供给的氧化剂气体，使该导入的氧化剂气体沿MEGA110的面方向(XY平面方向)流动。然后，气体流路部件150将剩余的氧化剂气体从部件上端向氧化剂气体排出孔134OT排出。作为这样的气体流路部件150，可使用金属多孔体(例如膨胀合金)等具有气体扩散性和导电性的多孔质的材料。另外，该气体流路部件150在图2中的上下端具备不透气的薄片状的密封片材151，使该片材接合于MEGA110的上下端区域。
阴极侧分隔件130包括已述的供给排出孔的形成区域在内被设为大致平板状，在图2中的气体流路部件150的上下端附近，使腿131向图2中的纸面里侧突出。该腿131在将单元电池100层叠了时与相邻的单元电池100的阳极侧分隔件120中的后述得外缘部123接触。关于该情形，后面将进行叙述。
图3是示出阳极侧分隔件120的结构的概略俯视图。该图3示出从与阳极侧分隔件120邻接的另一单元电池100相对的面(以下，也称作“冷却面”)侧观察而得到的状态。将与该冷却面相反的与MEGA110相对的面也称作“气体面”。阳极侧分隔件120通过对不锈钢等进行冲压成型而形成，如图2所示，隔着粘接密封件140和气体流路部件150地与阴极侧分隔件130一起夹持MEGA110。该阳极侧分隔件120在与MEGA110的已述的发电区域112相对的分隔件中央区域121以交替排列方式具备后述的多个第一槽202和第二槽204，在从分隔件中央区域121向外侧延伸而围着该中央区域的平板状的外缘部123具备燃料气体供给孔122IN及燃料气体排出孔122OT、多个氧化剂气体供给孔124IN及氧化剂气体排出孔124OT、多个冷却水供给孔126IN及冷却水排出孔126OT，来作为已述的反应气体以及冷却水的供给排出孔。在这些供给排出孔中，燃料气体供给孔122IN和燃料气体排出孔122OT由燃料气体用密封件300单独密封，多个氧化剂气体供给孔124IN和多个氧化剂气体排出孔124OT通过氧化剂用密封件301按孔的队列进行密封。另外，冷却水用密封件302围着包含多个冷却水供给孔126IN、冷却水排出孔126OT以及冷却面侧的分隔件中央区域121在内的冷却水流通区域，对该冷却水流通区域进行密封。这样的供给排出孔密封也针对阴极侧分隔件130进行。
第一槽202是在阳极侧分隔件120的已述的气体面侧(第一面)且是图3中纸面里侧的面侧凹陷的凹槽，在该气体面上延伸。第二槽204是在阳极侧分隔件120的已述的冷却面侧(第二面)且是在图3中纸面近前侧的面侧凹陷的凹槽，在该冷却面上延伸。并且，该第一槽202和第二槽204形成为通过将与两个槽形状的凹凸形状相适应的型模对分隔件中央区域121进行冲压按压的冲压成型而得到的多个凹凸条，在分隔件中央区域121中在阳极侧分隔件120的表背面(第一面和第二面)交替排列。即，阳极侧分隔件120被设为在图3中的纵剖视下该第一槽202和第二槽204交替反复排列而成的截面凸凹形状(截面波形形状)。
在气体面侧凹陷的第一槽202构成向暴露于粘接密封件140的发电区域窗141的MEGA110供给燃料气体的燃料气体流路槽(以下，也称作“燃料气体流路槽202”)。此外，多个第一槽202构成第一面侧凹槽部。另外，在冷却面侧凹陷的第二槽204构成分隔燃料气体流路槽202的肋，并且阳极侧分隔件120与后述的阴极侧分隔件130接触，由此构成供冷却水通过的冷却水流路槽(以下，也称作“冷却水流路槽204”)。此外，多个第二槽204构成第二面侧凹槽部。并且，由多个燃料气体流路槽202构成的燃料气体流路200从燃料气体供给孔122IN朝向燃料气体排出孔122OT呈螺旋状形成于图3中的纸面里侧的已述的气体面侧。本实施方式的单元电池100使螺旋状的燃料气体流路200中位于图3所示的分隔件中央区域121的上下端侧的燃料气体流路槽202在外缘部123侧沿分隔件中央区域121的左右方向、即图3中的x方向延伸。通过这样做，从而在分隔件中央区域121与MEGA110的发电区域112相对的情况下，在该发电区域112的周缘也能够从在外缘部123侧沿着分隔件中央区域121的左右方向延伸的燃料气体流路槽202供给燃料气体。此外，如图3的C部放大所示那样，为了与位于分隔件中央区域121的内侧的第一槽202相区别，将位于分隔件中央区域121的上下端侧并在外缘部123的侧沿分隔件中央区域121的左右方向延伸的第一槽202称作端部第一槽202t。
燃料气体流路槽202采用螺旋状的槽路径，因此在图3所示的作为分隔件中央区域121的左右的水平端侧区域的转换区域A，将槽路径朝向从x方向改变为y方向，或者相反地从y方向改变为x方向，并且在燃料气体供给孔122IN和燃料气体排出孔122OT的附近将槽路径朝向倾斜地改变。并且，第一槽202在包含该转换区域A在内的沿着x方向延伸的直线流路区域，在冷却面侧作为分隔冷却水流路槽204的肋而发挥作用。燃料气体流路槽202在沿着x方向的直线流路区域虽然可以说作为分隔冷却水流路槽204的肋而发挥作用，但并不阻碍冷却水在第二槽204中朝向冷却水排出孔126OT侧流动。但是，在槽路径朝向发生变换的转换区域A，燃料气体流路槽202成为壁，而有可能阻碍冷却水从冷却水供给孔126IN朝向冷却水排出孔126OT流动。于是，通过使该区域的燃料气体流路槽202为以下所说明的构造，防止了该情况。
图4是将图3所示的转换区域A所包含的冷却水供给孔周边区域B中的流路槽的形成状况放大而示出的概略立体图。在图4中，纸面近前侧为冷却面侧，纸面里侧为气体面侧。在沿着y方向形成的燃料气体流路槽202散布地形成有浅槽部208。浅槽部208是深度比其他部分(以下，也称作“深槽部206”)深度浅的部分。在此，燃料气体流路槽202的深度是指从与阳极侧分隔件120的气体面的MEGA110接触的部分的位置到燃料气体流路槽202的底部为止的距离。因此，燃料气体流路槽202的深度在深槽部206的位置深，在浅槽部208的位置浅，虽然深槽部206和浅槽部208沿着图3的转换区域A中的燃料气体流路槽202的槽路径交替地排列，但均不与MEGA110接触。因而，燃料气体流路槽202在图3的转换区域A也使燃料气体沿着该流路槽路径通过。在该情况下，深槽部206的深度设为与除了转换区域A以外的流路槽路径(燃料气体流路200：参照图3)中的燃料气体流路槽202相同。
另外，在层叠有多个单元电池100的燃料电池10(参照图1、2)中，阳极侧分隔件120使各深槽部206的底部壁202s的外周面、图4的图示中的顶棚(日文：天井)面与邻接的单元电池100的阴极侧分隔件130的表面接触，在浅槽部208的位置不与阴极侧分隔件130接触。因此，在阳极侧分隔件120的浅槽部208的位置的冷却面侧，在与阴极侧分隔件130的表面之间，形成多个将隔着浅槽部208相邻的2个冷却水流路槽204连通的连通流路槽205。该连通流路槽205从冷却水供给孔126IN侧延伸并与沿着y方向延伸的冷却水流路槽204交叉。根据该构造，冷却水不仅能够沿着冷却水流路槽204在y方向上流动，也经由连通流路槽205沿着x方向流动。即，连通流路槽205容许相邻的冷却水流路槽204间的冷却水的通过，所以会产生相邻的冷却水流路槽204之间的冷却水流通。由此，在转换区域A，在沿着x方向延伸的冷却水流路槽204流动的冷却水不被沿着y方向延伸的燃料气体流路槽202隔断其流动，而是沿着冷却水流路槽204、或在相邻的冷却水流路槽204之间流动。在图4所示的冷却水供给孔周边区域B中沿着y方向延伸的冷却水流路槽204最终会如图3所示那样沿着x方向延伸，在该沿x方向延伸的范围内，冷却水沿槽路径流动。
另外，虽然省略图示，但在图3所示的转换区域A的沿着x方向的燃料气体流路槽202也同样地散布形成有浅槽部208。由此，在与沿着y方向延伸的燃料气体流路槽202平行的冷却水流路槽204内流动的冷却水不会被沿着x方向延伸的燃料气体流路槽202隔断其流动。除此之外，不仅是沿着x方向和y方向的燃料气体流路槽202，对在转换区域A中槽路径朝向变化为相对于x方向和y方向倾斜的燃料气体流路槽202也同样地散布形成有浅槽部208。由此，在与槽路径朝向相对于x方向和y方向倾斜地延伸的燃料气体流路槽202平行的冷却水流路槽204流动的冷却水不会被在冷却水流路槽204的两旁倾斜地延伸的燃料气体流路槽202隔断其流动。因此，阳极侧分隔件120能够使从冷却水供给孔126IN供给的冷却水不被沿着x方向和y方向中的任一方向的燃料气体流路槽202隔断地朝向冷却水排出孔126OT流动。即，在冷却水流路槽204流动的冷却水与在燃料气体流路槽202流动的冷却水的合流的结果，冷却水一边改变其流向，一边不仅在冷却水供给孔周边区域B而也在转换区域A的整个区域流动。
阳极侧分隔件120在图3的转换区域A中，在燃料气体流路槽202上沿着其槽路径交替地排列地具备深槽部206和浅槽部208。另一方面，阳极侧分隔件120将螺旋状的槽路径中的直线路径、即图3中的x方向上包含气体面侧的端部第一槽202t在内的其他燃料气体流路槽202和冷却水侧的冷却水流路槽204设为单纯的凹槽形状。
另外，如图4所示，阳极侧分隔件120具备引导凸部127和供给孔间凸部128。引导凸部127在冷却水供给孔126IN与分隔件中央区域121(参照图3)之间相对于分隔件中央区域121倾斜地向冷却面侧突出，具有平面状的顶面。供给孔间凸部128以从引导凸部127向供给孔间延伸的形状向冷却面侧突出，具有平面状的顶面。该引导凸部127和供给孔间凸部128以其顶面的高度与深槽部206的底部壁202s相同的方式向冷却面侧突出。因而，通过阳极侧分隔件120与后述的阴极侧分隔件130接触，从而引导凸部127和供给孔间凸部128使其顶面与阴极侧分隔件130紧贴而在两分隔件之间形成冷却水流通区域，对来自冷却水供给孔126IN的冷却水进行引导，与此同时，发挥向冷却水流路槽204和连通流路槽205导入冷却水的整流作用。
图5是从冷却面侧俯视图3所示的转换区域A所包含的燃料气体供给孔周边区域D的流路槽的形成状况并将其放大示出的说明图。在该图5中也是，纸面近前侧为冷却面侧，纸面里侧为气体面侧。
如图5所示，在与燃料气体供给孔122IN相连的燃料气体入口侧区域，在分隔件中央区域121(参照图3)中燃料气体流路槽202由水平(x方向)地延伸的内部流路部210、连结流路部220以及导入流路部230构成。导入流路部230是与燃料气体供给孔122IN相连的流路区域，连结流路部220是将从燃料气体供给孔122IN经由导入流路部230流过来的燃料气体交付给内部流路部210的各气体流路的流路区域，如图所示，是在沿着x方向延伸后倾斜、再次沿着x方向延伸的流路区域。即，该连结流路部220由以与属于内部流路部210的由燃料气体流路槽202构成的燃料气体流路部分200a相连的方式沿x方向延伸的第一连结流路部分200b、与第一连结流路部分200b相连的倾斜的第二连结流路部分200c、与第二连结流路部分200c相连并沿着x方向延伸的第3连结流路部分200d、以及将第3连结流路部分200d和导入流路部230连结的分界流路槽202e构成。
第一连结流路部分200b与燃料气体流路部分200a的多个燃料气体流路槽202a相连，由沿着x方向延伸的多个第一连结流路槽202b构成。第二连结流路部分200c由从第一连结流路槽202b沿向重力方向倾斜的方向朝向下方延伸的多个第二连结流路槽202c(以下，也称作倾斜气体流路槽部202c)构成。该第二连结流路槽202c优选沿着相对于重力方向倾斜的方向(例如斜下方)向下方延伸，但也可以沿着重力方向延伸。第3连结流路部分200d与分界流路槽202e和第二连结流路槽202c相连，由在x方向上延伸的多个第3连结流路槽202d构成。分界流路槽202e由在第3连结流路部分200d与导入流路部230的分界沿着y方向延伸的槽构成。此外，构成连结流路部220的各连结流路槽202b、202c、202d与图4所示的燃料气体流路槽同样，以沿着各个槽路径交替地散布的方式具备深槽部206和浅槽部208，在相邻的冷却水流路槽204之间构成在冷却面侧使冷却水流动的与图4的连通流路槽205相当的连通流路槽。
导入流路部230由与分界流路槽202e相连的第一导入流路部分230A和与第一导入流路部分230A以及燃料气体供给孔122IN相连的第二导入流路部分230B构成。这些导入流路部分230A、230B形成于密封板129与阳极侧分隔件120之间，所述密封板129配置于与阳极侧分隔件120的气体面之间。第一导入流路部分230A与分界流路槽202e相连，由构成大致梳齿状流路的多个第一导入流路槽232A构成。另外，第二导入流路部分230B由形成于密封板129的大致梳齿状的凸部234B形成，构成大致梳齿状流路。
此外，虽然省略图示和说明，燃料气体流路200中与燃料气体排出孔122OT相连的出口侧区域也与上述的入口侧区域同样地，由与燃料气体排出孔122OT相连的导入流路部、以及导入流路部与内部流路部之间的连结流路部构成。
冷却水流路槽204形成于上述的燃料气体流路部分200a～202d之间，在第二连结流路槽202c的形成区域，在槽路径方向上，在外观上形成有封闭的冷却水流路槽204。然而，如图4所说明那样，在相邻的冷却水流路槽204之间，由各个燃料气体流路槽202中的深槽部206和浅槽部208形成有许多容许冷却水的通过的连通流路槽205，所以通过相邻的冷却水流路槽204之间的冷却水流通，从而冷却水也进入在槽路径方向上封锁的冷却水流路槽204，并沿着该冷却水流路槽流动。
本实施方式的阳极侧分隔件120在图3所示的分隔件中央区域121的左右两端的转换区域A具有图4～图5所说明的槽形态，所以在从冷却水供给孔126IN到冷却水排出孔126OT的范围，以如下方式使冷却水通过。图6是示意性地示出阳极侧分隔件120的冷却面侧的冷却水的流动的情形的说明图。如图所示，从冷却水供给孔126IN的各供给孔供给的冷却水经由连通流路槽205进入供给孔侧的转换区域A的冷却水流路槽204。此时的冷却水的流动接受引导凸部127和供给孔间凸部128(参照图4)处的整流，所以成为从位于阳极侧分隔件120的图中的右方下端侧的冷却水供给孔126IN朝向大致斜上方的水流。
在转换区域A，容许相邻的冷却水流路槽204之间的冷却水通过的连通流路槽205(参照图4)已形成完毕，所以作为整体的冷却水的流动在转换区域A中转变为朝向冷却水排出孔126OT侧的水平方向。即，阳极侧分隔件120产生由作为深槽部206和浅槽部208的散布配置的结果的连通流路槽205引起的上述的冷却水的流动。除此之外，阳极侧分隔件120在从冷却水供给孔126IN向在分隔件中央区域121(参照图3)的上下方沿水平延伸的各个冷却水流路槽204导入冷却水时，在燃料气体供给孔122IN侧的转换区域A，通过引导凸部127、供给孔间凸部128、以及散布配置于燃料气体流路槽202的深槽部206和浅槽部208改变从外缘部123的冷却水供给孔126IN供给的冷却水的流向，而将该冷却水扩散导入各个冷却水流路槽204的槽内。在该情况下，在分隔件中央区域121的燃料气体供给孔122IN侧的角部、即在分隔件中央区域121的上端侧且冷却水供给孔126IN侧的分隔件中央区域角部的周边，产生朝向分隔件中央区域121的上端侧的冷却水的流动。
对于与冷却水供给孔126IN侧的转换区域A相接的燃料气体流路200，构成该流路的各个燃料气体流路槽202沿着图中的水平方向(x方向)延伸。因而，在转换区域A转变为水平方向的冷却水沿着燃料气体流路槽202在水平方向上流动。并且，在冷却水排出孔126OT侧的转换区域A，作为整体的冷却水的流动方向因已述的连通流路槽205而成为从水平方向朝向各个冷却水排出孔126OT的方向，阳极侧分隔件120一边由引导凸部127和供给孔间凸部128(参照图4)对冷却水进行整流，一边将冷却水从冷却水流路槽204的槽内向燃料气体排出孔122OT引导。
接着，对分隔件中央区域121的燃料气体供给孔122IN侧的角部的流路结构进行详细叙述。图7是从冷却面侧俯视图5所示的燃料气体供给孔122IN侧的分隔件中央区域121的角部DC的流路槽的形成状况并进而将其放大示出的说明图，图8是从冷却面侧观察分隔件中央区域121的角部DC的流路槽的形成状况并将其放大示出的概略立体图。
如图所示，阳极侧分隔件120在分隔件中央区域121的上端沿着水平方向(x方向)延伸的端部第一槽202t具有下沉角凹处202tb。该下沉角凹处202tb与设置于燃料气体流路槽202的浅槽部208同样，深度比端部第一槽202t中的其他部分深度浅。在图7中，针对深度浅的浅槽部208和下沉角凹处202tb以剖面线示出了其位置。并且，下沉角凹处202tb与浅槽部208同样地，不与MEGA110接触，所以气体面侧的端部第一槽202t使燃料气体沿着该流路槽路径在x方向上通过。另外，阳极侧分隔件120使该下沉角凹处202tb的外周面、图8的图示中的顶棚面与浅槽部208同样地不与阴极侧分隔件130接触。因而，该下沉角凹处202tb将在图7中端部第一槽202t的下方沿着x方向延伸的冷却水流路槽204和比端部第一槽202t靠上方的外缘部123连通。由此，流入到端部第一槽202t的下方的冷却水流路槽204的冷却水能够经由下沉角凹处202tb通过而到达分隔件中央区域121的外缘的外缘部123侧。
接着，对燃料电池10中的单元电池100的层叠的情形进行说明。图9是沿着图3的C部放大部位的9-9线的燃料电池10的概略截面。如图所示，燃料电池10通过将多个单元电池100层叠而构成，单元电池100由阳极侧分隔件120和阴极侧分隔件130夹持MEGA110。此外，在该图9中，MEGA110以由阳极侧气体扩散层110A和阴极侧气体扩散层110C夹持MEA110D的形式示出，该MEA110D通过在电解质膜的两膜面接合有催化剂电极层而成。并且，各个单元电池100中，使阳极侧分隔件120向分隔件中央区域121的外侧延伸地配备的外缘部123(参照图2～图3)在MEGA110的发电区域112(参照图2～图3)的周缘与MEGA110接合。另外，各个单元电池100中，使已形成第一槽202和第二槽204的分隔件中央区域121与MEGA110的发电区域112相对地接合。由此，端部第一槽202t和其他部位的第一槽202的凹槽开口端被MEGA110封闭，作为如已述那样延伸的燃料气体流路槽202而发挥作用。
相邻地层叠的单元电池100中，一方的单元电池100的阳极侧分隔件120所具有的第一槽202的底部壁202s与另一方的单元电池100的阴极侧分隔件130接触。由此，第二槽204的凹槽开口端被封闭，第二槽204作为如已述那样延伸的冷却水流路槽204而发挥作用。另外，相邻地层叠的单元电池100中，一方的单元电池100的阴极侧分隔件130所具有的腿131与另一方的单元电池100的阳极侧分隔件120的外缘部123接触。由此，腿131在阳极侧分隔件120的外缘部123作为各个单元电池100的支柱而发挥作用。除此之外，相邻地层叠的单元电池100中，将冷却水用密封件302和围着氧化剂气体排出孔124OT的氧化剂用密封件301在分隔件上端侧夹持于一方的单元电池100的阳极侧分隔件120与另一方的单元电池100的阴极侧分隔件130之间，所述冷却水用密封件302围着包括燃料气体供给孔122IN和冷却水流路槽204所开口的一侧的冷却面侧的分隔件中央区域121和燃料气体排出孔122OT的冷却水流通区域(参照图3)。此外，在分隔件下端侧，冷却水用密封件302和围着氧化剂气体供给孔124IN的氧化剂用密封件301由一方的单元电池100的阳极侧分隔件120和另一方的单元电池100的阴极侧分隔件130夹持，在分隔件左右两端，冷却水用密封件302和围着燃料气体供给孔122IN的燃料气体用密封件300和围着燃料气体排出孔122OT的燃料气体用密封件300由一方的单元电池100的阳极侧分隔件120和另一方的单元电池100的阴极侧分隔件130夹持。像这样层叠有单元电池100的燃料电池10利用未图示的紧固轴等在单元电池层叠方向上被紧固。
本实施方式的燃料电池10在图9所示的层叠和堆叠化、以及紧固完成的时刻，接受从各个单元电池100中的阳极侧分隔件120的冷却水流路槽204的空气排出处理。即，在阳极侧分隔件120中，从冷却水供给孔126IN供给冷却水。这样供给的冷却水在分隔件中央区域121中到达了占据冷却水供给孔126IN侧的转换区域A后，通过利用该区域中的连通流路槽205使冷却水在相邻的冷却水流路槽204之间通过，从而冷却水从冷却水供给孔126IN扩散地进入各个冷却水流路槽204。由此，冷却水遍及到燃料气体供给孔122IN侧的转换区域A的整个区域，所以根据本实施方式的燃料电池10，能够以高效率冷却伴随发电运转而供给的燃料气体保持未消耗的状态最初到达而发电反应容易变得活跃的燃料气体供给孔122IN的周边区域。
假设此时在槽内残留有空气，则这样进入冷却水流路槽204的冷却水在沿槽路径在冷却水流路槽204流动的期间，推动槽内的空气流动。并且，该转换区域A中的冷却水的流动如在图6中所说明那样，从朝向来自冷却水供给孔126IN的流向即斜上方的朝向变换为朝向冷却水排出孔126OT侧的水平方向。在冷却水在转换区域A中的冷却水流路槽204和连通流路槽205流动时，即使遇到这些槽内的空气，也借助冷却水的流动推动地流动，但如已述那样冷却水一边改变其流向一边通过，所以冷却水的水流有可能产生淤水。因而，若在冷却水流路槽204残留有空气，则根据冷却水的流动的淤水的状况，有可能空气未被冷却水推出而保持残留于冷却水流路槽204的状态。并且，在燃料气体供给孔122IN侧的转换区域A中，如图4、图8所示，具有在上下方向(y方向)延伸的冷却水流路槽204、与之相连的连通流路槽205，所以槽内的空气有可能向端部第一槽202t侧上升。图10是从冷却面侧俯视对比例的阳极侧分隔件120H中的分隔件中央区域121的角部DC的流路槽的形成状况并进而将其放大示出的说明图。
图示的对比例的阳极侧分隔件120H中，将分隔件中央区域121的上端的端部第一槽202t设为不具备下沉角凹处202tb的单纯的凹槽形状。于是，假定在该端部第一槽202t的下方延伸的冷却水流路槽204通过与阴极侧分隔件130接触而成为封锁状态，所以上升到端部第一槽202t侧的槽内的空气在端部第一槽202t被阻碍进一步的上升，在端部第一槽202t的端部侧形成空气积留。并且，该空气积留会覆盖燃料气体保持未消耗的状态最初到达而发电反应容易变得活跃的燃料气体供给孔122IN的周边区域。
与此相对，本实施方式的阳极侧分隔件120中，如图7、图8所示，在端部第一槽202t具有下沉角凹处202tb。该下沉角凹处202tb将在端部第一槽202t的下方沿着x方向延伸的冷却水流路槽204和比端部第一槽202t靠上方的外缘部123连通，所以上升到端部第一槽202t侧的槽内的空气与上升到端部第一槽202t侧的冷却水一起穿过下沉角凹处202tb，而被从分隔件中央区域121向其外缘的外缘部123排出。因而，根据本实施方式的燃料电池10，能够在包括燃料气体供给孔122IN的周边的分隔件中央区域121的整个区域成为不残留空气的状态，所以能够以高的冷却效率冷却各个单元电池100。此外，这样被排出到外缘部123的空气在外缘部123与阴极侧分隔件130之间(参照图9)经过，被从冷却水排出孔126OT向单元电池外运出。
本实施方式的燃料电池10中，在燃料气体保持未消耗的状态最初到达而发电反应容易变得活跃的燃料气体供给孔122IN的周边区域避免冷却水流路槽204的空气积留，所以能够谋求冷却效果的维持或提高。
根据本实施方式的阳极侧分隔件120，在端部第一槽202t的比燃料气体供给孔122IN侧靠端部的位置形成底面壁下沉的下沉角凹处202tb即可，所以能够使空气积留避免的结构简略化，并且能够简便地避免空气积留。而且，对端部第一槽202t的下沉角凹处202tb的形成通过包括端部第一槽202t在内的其他第二槽204和燃料气体流路槽202的冲压成型来实现，所以能够减少分隔件制造成本。该下沉角凹处202tb的槽深度比端部第一槽202t的其他槽路径部位的槽深度浅，所以使用精密磨石设备对一律的槽形状的端部第一槽202t的成型所使用的冲压雄型模的凸条顶部进行磨削就足够了。从这一点来看，根据本实施方式的阳极侧分隔件120，也能够减少分隔件制造成本，另外还能够采用冲压雄型模的凸条顶部磨削这样的简便的方法消除或抑制空气积留的避免。而且，通过现有的冲压雄型模的凸条顶部磨削即可，所以能够有效利用现有设备，并且能够通过降低型模成本来进一步减少分隔件制造成本。
在本实施方式的阳极侧分隔件120中，为了在转换区域A中一边改变冷却水的流向一边向冷却水流路槽204扩散导入冷却水，在燃料气体流路槽202的槽路径散布形成深槽部206和浅槽部208。该浅槽部208只要设为槽深度比深槽部206的槽深度浅即可，如已述的下沉角凹处202tb同样，通过冲压成型形成。因而，从这一点来看，根据本实施方式的阳极侧分隔件120，也能够减少分隔件制造成本。
本实施方式的燃料电池10中，使用带来可避免在分隔件中央区域121的角部DC(参照图5)的下沉角凹处202tb的空气积留的阳极侧分隔件120。因而，根据本实施方式的燃料电池10，不会招致该发电运转中的冷却不足，所以能够谋求电池性能的维持或提高。
在本实施方式的燃料电池10中，只要将在分隔件中央区域121的上端延伸的端部第一槽202t具有下沉角凹处202tb的阳极侧分隔件120在现有的单元电池100中进行置换即可。因而，根据本实施方式的燃料电池10，能够谋求电池制造成本的减少，另外还能够容易消除或抑制因产生空气积留而可能发生的冷却不足等不良情况。
在本实施方式的燃料电池10中，在各个单元电池100中，在分隔件中央区域121的燃料气体供给孔122IN侧的角部DC只不过具有一个下沉角凹处202tb。因而，冷却水不会不经意地经由下沉角凹处202tb从分隔件中央区域121向其外缘的外缘部123流出，所以不会招致分隔件中央区域121的冷却不足。
本发明不限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，与发明内容部分所记载的各实施方式中的技术特征对应的实施方式的技术特征能够为了解决上述的问题的一部分或全部、或实现上述的效果的一部分或全部而适当地替换、组合。另外，若该技术特征在本说明书中不是作为必需的特征而被说明的话，能够适当删除。
在上述的实施方式的阳极侧分隔件120中，在分隔件中央区域121的角部DC(参照图5)，在端部第一槽202t设置了下沉角凹处202tb，但只要可能会因燃料气体流路槽202和/或冷却水流路槽204的槽路径而在其他部位产生空气积留，则也可以在该部位设置下沉角凹处202tb。可能会产生该空气积留的部位除了使用计算机的模拟以外，也可以通过使用单元电池100本身的实验方法来确定。除此之外，也可以在冷却水排出孔126OT侧的分隔件中央区域121的角部设置与燃料气体供给孔122IN侧同样的下沉角凹处202tb。也可以在分隔件中央区域121的上端延伸的端部第一槽202t的多个部位设置下沉角凹处202tb。
在本实施方式中，如图6所示，设置成了使冷却水从阳极侧分隔件120的图中的右方侧的冷却水供给孔126IN朝向隔着分隔件中央区域121相对的冷却水排出孔126OT流动的结构，但相反，也可以将图6的冷却水排出孔126OT设为冷却水供给孔126IN，将图6的冷却水供给孔126IN设为冷却水排出孔126OT。在这样的情况下，在图6中的左端侧的分隔件中央区域121的角部将下沉角凹处202tb设置于端部第一槽202t即可，也可以将下沉角凹处202tb还设置于右侧的角部。
在本实施方式中，通过冲压成型形成了燃料气体流路槽202和冷却水流路槽204，但也可以通过切削等而在分隔件表背面配备燃料气体流路槽202和冷却水流路槽204。
Claims (6)
1.一种燃料电池用分隔件，组装于膜电极接合体，具有第一面和形成第一面的背面的第二面，其中，具备：
中央区域，与所述膜电极接合体的可发电区域相对；
外缘部，从所述中央区域向周围缘部延伸；
第一面侧凹槽部，形成于所述第一面的所述中央区域，包含多个槽；
第二面侧凹槽部，形成于所述第二面的所述中央区域，包含多个槽；以及
空气排出部，设置在所述第一面侧凹槽部的所述中央区域的上端侧，用于将所述中央区域和所述外缘部连通，将所述第二面侧凹槽部的槽内的空气与冷却水一起从所述中央区域向所述外缘部排出，
所述空气排出部形成于如下部位：因通过所述第二面侧凹槽部的冷却水的流向改变，而所述第二面侧凹槽部的所述槽内的空气在所述中央区域的上端侧可能会积留的部位。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用分隔件，其中，
进而，在所述中央区域的水平方向的一侧的所述外缘部具有冷却水供给侧歧管，
所述燃料电池用分隔件具备冷却水导入部，所述冷却水导入部将从所述冷却水供给侧歧管供给的冷却水改变冷却水的流向而向所述第二面侧凹槽部的各个所述槽内扩散导入，
所述空气排出部形成于位于所述中央区域的上端侧且所述冷却水导入部侧的中央区域角部。
3.根据权利要求2所述的燃料电池用分隔件，其中，
进而，在所述外缘部，在所述冷却水供给侧歧管的上方侧具有向所述第一面侧凹槽部的槽内供给燃料气体的燃料气体供给侧歧管。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池用分隔件，其中，
通过利用对所述中央区域的冲压成型而形成多个凹凸条，所述第一面侧凹槽部的槽和所述第二面侧凹槽部的槽在所述中央区域交替排列于所述第一面和第二面，
所述空气排出部是使位于所述中央区域的上端的所述第一面侧凹槽部的底部壁凹陷而成的底部壁凹部。
5.根据权利要求4所述的燃料电池用分隔件，其中，
所述冷却水导入部沿所述第一面侧凹槽部所延伸的路径散布地具备浅槽部，所述浅槽部是相对于所述第二面侧凹槽部在所述第一面和第二面交替排列的所述第一面侧凹槽部的槽的深度局部较浅的槽部。
6.一种燃料电池，层叠有多个由第一分隔件和第二分隔件夹持膜电极接合体的燃料电池单体，其中，
所述燃料电池单体分别具备权利要求1至5中任一项所述的燃料电池用分隔件作为所述第一分隔件，
在相邻地层叠的所述燃料电池单体中，一个所述燃料电池单体的所述第一分隔件所具有的所述第一面侧凹槽部的底部壁与其他的所述燃料电池单体的所述第二分隔件接触。
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