CN107546400A - 燃料电池单电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池单电池，通过设置节流部来抑制压缩力向层叠有多个的燃料电池单电池的相邻的两个隔板的接触部的过度集中。燃料电池单电池在多条阴极气体流路和多条阳极气体流路中的至少一条气体流路设置有使燃料电池单电池的层叠方向上的流路的高度减小并且使流路截面积减小的节流部，在沿着层叠方向投影观察时，多条阴极气体流路和多条阳极气体流路具有互不相同的二维形状，存在有阴极气体流路与阳极气体流路交叉的交叉位置，并且节流部设置在交叉位置以外的位置。

Description

燃料电池单电池
技术领域
本发明涉及燃料电池单电池。
背景技术
通常，燃料电池具有层叠多个单电池而成的燃料电池组。各单电池具备具有发电区域的膜电极气体扩散层接合体和夹持膜电极气体扩散层接合体的两片隔板。膜电极气体扩散层接合体通过利用两片电极催化剂层夹持一片电解质膜，并利用两片气体扩散层将其夹持而形成。发电区域是与两个电极催化剂层重叠的区域一致的区域。在隔板的一个面上形成有用于向膜电极气体扩散层接合体供给反应气体的多条反应气体流路。具体而言，在两片隔板中的阳极侧隔板的一个面上形成有多条燃料气体流路(阳极气体流路)，在阴极侧隔板的一个面上形成有多条氧化剂气体流路(阴极气体流路)。燃料电池组通常以相邻的单电池的阳极侧隔板与阴极侧隔板相接的状态层叠。
在专利文献1中记载有一种燃料电池，在该燃料电池中，为了将阳极气体和阴极气体高效地向膜电极气体扩散层接合体供给，而在阳极气体流路和阴极气体流路的双方设有节流部。该节流部通过减小气体流路的高度而形成。两个单电池的相邻的隔板彼此成为虽然在气体流路的凸部的外壁处相互接触，但在气体流路的高度小的节流部处隔板彼此不接触的构造。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/105956号
发明内容
发明要解决的课题
对于阴极气体流路和阳极气体流路，有时，根据各自希望的特性而合适的二维形状不同。例如，在阴极气体流路中，能够容易进行通过燃料电池反应而生成的液水的排出的流路形状是优选的。另一方面，在阳极气体流路中，能够提高阳极气体(例如氢)的利用效率的流路形状是优选的。而且，有时，根据气体歧管孔的配置，优选的流路形状也各不相同。这样，在阴极气体流路及阳极气体流路具有互不相同的二维形状的情况下，与专利文献1那样的气体流路的二维形状相同的情况相比，相邻的两个燃料电池单电池的阴极侧隔板与阳极侧隔板的接触部可能会减少。因此，存在如下问题：根据节流部的位置，相邻的两个燃料电池单电池的阴极侧隔板与阳极侧隔板相互接触的接触部可能会减少，压缩力可能会过度集中于其他的部分。
用于解决课题的方案
本发明为了解决上述的课题的至少一部分而完成，可以作为以下的方式实现。
(1)根据本发明的一方式，提供一种燃料电池单电池。该燃料电池单电池用于构成以相邻的燃料电池单电池的阴极侧隔板与阳极侧隔板相接的状态层叠有多个燃料电池单电池的燃料电池组，具备：膜电极气体扩散层接合体；阴极侧隔板，是在所述膜电极气体扩散层接合体的阴极侧的表面形成多条阴极气体流路和该多条阴极气体流路之间的非流路部的冲压成形板；及阳极侧隔板，是在所述膜电极气体扩散层接合体的阳极侧的表面形成多条阳极气体流路和该多条阳极气体流路之间的非流路部的冲压成形板。在所述多条阴极气体流路和所述多条阳极气体流路中的至少一条气体流路设置有节流部，该节流部使所述燃料电池单电池的层叠方向上的流路的高度减小并且使流路截面积减小，在沿着所述层叠方向投影观察时，所述多条阴极气体流路和所述多条阳极气体流路具有互不相同的二维形状，存在有所述阴极气体流路与所述阳极气体流路交叉的交叉位置，并且所述节流部设置在所述交叉位置以外的位置。
根据该方式的燃料电池单电池，由于气体流路的节流部设置在阳极气体流路与阴极气体流路交叉的交叉位置以外的位置，因此能够防止由于在交叉位置设置节流部而导致两个隔板间的接触部减少从而压缩力过度集中于其他的部分。
(2)在上述方式的燃料电池单电池中，可以是，所述多条阴极气体流路和所述多条阳极气体流路中的任一方具有多条气体流路相互呈直线状地平行延伸的笔直流路部，另一方具有多条气体流路以相互维持间隔的状态蜿蜒或弯折的弯曲流路部。根据该方式的燃料电池单电池，由于气体流路的节流部设置在笔直流路部与弯曲流路部交叉的交叉位置以外的位置，因此能够防止由于在交叉位置设置节流部而导致两个隔板间的接触部减少从而压缩力过度集中于其他的部分。
(3)在上述方式的燃料电池单电池中，可以是，所述笔直流路部设置于所述阴极侧隔板，所述弯曲流路部设置于所述阳极侧隔板。根据该方式的燃料电池单电池，由于在阴极侧隔板设置有笔直流路部，因此能够提高从阴极气体流路排出液水的效率。此外，由于在阳极侧隔板设置有弯曲流路部，因此能够使阳极气体流路的流路长度增大而提高阳极气体的利用效率。
(4)在上述方式的燃料电池单电池中，可以是，在所述多条阴极气体流路和所述多条阳极气体流路中的至少一方中，在相邻地并行的两条气体流路分别设置有所述节流部，在所述两条气体流路设置的所述节流部在与所述并行的方向垂直的方向上配置于彼此不相邻的位置。根据该方式的燃料电池单电池，由于在相邻的两条气体流路中流动的气体在各个节流部的前后通过与非流路部相接的气体扩散层而扩散，因此能够提高气体的利用效率。
(5)在上述方式的燃料电池单电池中，可以是，所述节流部设置在所述至少一条气体流路的出口以外的位置。根据该方式的燃料电池单电池，能够抑制气体流路的出口被液水堵塞而气体难以流入该气体流路的现象的发生。
本发明也能够以上述方式以外的各种方式实现。例如，能够以燃料电池组、燃料电池系统、燃料电池车辆等方式实现。
附图说明
图1是表示第一实施方式的燃料电池系统的概略结构的说明图。
图2是第一实施方式的阴极侧隔板的概略平面图。
图3是阴极气体流路的剖视图。
图4是阳极侧隔板的概略平面图。
图5是说明将阴极气体流路和阳极气体流路沿着层叠方向投影观察的状况的概略图。
图6是彼此相邻的单电池的阴极侧隔板及阳极侧隔板的剖视图。
图7是说明阴极气体在阴极气体流路中流动的状况的概略图。
图8是第二实施方式的阴极侧隔板的概略平面图。
图9是第二实施方式的阴极气体流路的剖视图。
具体实施方式
·第一实施方式：
图1是表示本发明的第一实施方式的燃料电池系统10的概略结构的说明图。燃料电池系统10具备燃料电池组100。在燃料电池组100中，端板110、绝缘板120、集电板130、多个燃料电池单电池(以后简称为“单电池”)140、集电板130、绝缘板120及端板110依次层叠。需要说明的是，单电池140的层叠方向Z为与铅垂方向Y垂直的水平方向。而且，与铅垂方向Y及层叠方向Z垂直的图中的里外方向是水平方向X。
从贮存有高压氢的氢罐150经由截流阀151、调节器152、配管153向燃料电池组100供给作为阳极气体的氢。在燃料电池组100中未被利用的阳极气体经由排出配管163向燃料电池组100的外部排出。需要说明的是，燃料电池系统10也可以具有使阳极废气向配管153侧再循环的再循环机构。而且，经由空气泵160及配管161向燃料电池组100供给作为阴极气体的空气。在燃料电池组100中未被利用的阴极气体经由排出配管154向燃料电池组100的外部排出。需要说明的是，阳极气体及阴极气体也称为反应气体。
为了对燃料电池组100进行冷却，经由水泵171及配管172向燃料电池组100供给由散热器170冷却后的冷却介质。从燃料电池组100排出的冷却介质经由配管173向散热器170循环。作为冷却介质，可使用例如水或乙二醇等不冻液。
单电池140具备膜电极接合体30、两片气体扩散层20、树脂框架构件60、一对隔板即阳极侧隔板50和阴极侧隔板40。膜电极接合体30通过在电解质膜的两个面分别配置阳极电极催化剂层31和阴极电极催化剂层32而构成。在膜电极接合体30的两侧分别层叠气体扩散层20。膜电极接合体30和两片气体扩散层20构成膜电极气体扩散层接合体(以下，称为“MEGA”)21。以包围MEGA21的外周的方式配置树脂框架构件60。MEGA21和树脂框架构件60沿着层叠方向Z由阳极侧隔板50和阴极侧隔板40夹持。
在两片隔板40、50形成有凹凸面，气体流路42、52通过使凹凸面的凸部46、56与气体扩散层20接触而形成。凹凸面的凹部供气体流动，与气体扩散层20接触的凸部46、56几乎没有气体流动，因此将这样的凸部46、56称为“非流路部”。阳极侧隔板50在MEGA21的阳极侧的表面形成有多条筋状的阳极气体流路52，在其相反侧形成有多条筋状的冷却介质流路54。气体扩散层20与阳极侧隔板50的阳极侧的表面中的多条阳极气体流路52之间的非流路部56接触。阴极侧隔板40在其阴极侧的表面形成有多条筋状的阴极气体流路42。气体扩散层20也与阴极侧隔板40的阴极侧的表面中的多条阴极气体流路42之间的非流路部46接触。
图2是第一实施方式的从MEGA21侧观察到的阴极侧隔板40的概略平面图。需要说明的是，在图2中，为了表示凹凸而附有阴影。阴极侧隔板40及阳极侧隔板50由具有气体隔断性及电子传导性的构件构成，可以采用不锈钢、钛等的金属板。阴极侧隔板40及阳极侧隔板50是对金属板进行冲压成形而得到的冲压成形板。
在阴极侧隔板40的水平方向X的一端缘部，沿着铅垂方向Y从上向下依次配置有阳极气体入口歧管孔62、冷却介质出口歧管孔84和阴极气体入口歧管孔72。相对于此，在另一端缘部，沿着铅垂方向Y从上向下依次排列配置有阴极气体出口歧管孔74、冷却介质入口歧管孔82和阳极气体出口歧管孔64。阳极气体入口歧管孔62及阳极气体出口歧管孔64、阴极气体入口歧管孔72及阴极气体出口歧管孔74、冷却介质入口歧管孔82及冷却介质出口歧管孔84以隔着阴极侧隔板40的中央部分而彼此对向的方式配置。在两片隔板40、50夹着MEGA21而层叠的状态下，阴极气体入口歧管孔72、阴极气体流路42及阴极气体出口歧管孔74相互连通，构成阴极气体流路面200。
在图2中，以将阳极气体用的歧管孔62、64、冷却介质用的歧管孔82、84及阴极气体流路面200分别包围的方式在阴极侧隔板40配置有密封构件80。为了便于图示，密封构件80带有剖面线。密封构件80具有与MEGA21和树脂框架构件60的组合体的表面抵接而将阴极侧隔板40与所述组合体之间密封的功能。具体而言，在密封构件80中，将歧管孔62、64分别包围的部分用于抑制阳极气体的泄漏，将歧管孔82、84分别包围的部分用于抑制冷却介质的泄漏，将阴极气体流路面200包围的部分用于抑制阴极气体的泄漏。密封构件80通过注射成形或冲压成形等而形成，作为密封构件80的材料，可以使用橡胶、热塑性弹性体等。而且，密封构件80通过利用粘结剂粘贴于隔板而固定。
在图2中，虚线所示的发电区域G1是在将MEGA21(图1)沿着层叠方向Z投影观察时，阳极电极催化剂层31与阴极电极催化剂层32相互重叠的区域(两者的逻辑与的区域)。在典型的例子中，阴极电极催化剂层32比阳极电极催化剂层31小，因此发电区域G1与阴极电极催化剂层32的区域一致。在发电区域G1的阴极侧，发生式(1)的反应。
(1/2)O2+2H++2e-→H2O…(1)
从阴极侧隔板40的阴极气体入口歧管孔72供给的阴极气体如图2的箭头所示那样向阴极气体流路42分配，通过气体扩散层20(图1)而到达阴极电极催化剂层32，从而被利用于上述的反应。然后，未利用于反应的阴极气体由阴极气体出口歧管孔74汇集并向燃料电池组100(图1)的外部排出。
在阴极气体流路42中，流路沿着阴极侧隔板40的长度方向相互呈直线状地平行延伸的笔直流路部ST位于发电区域G1内。在笔直流路部ST中，后述的节流部43以外的部分的各阴极气体流路42的宽度和流路截面积是恒定的。相邻的阴极气体流路42之间的部分46是线Z方向上突出的部分，相当于图1所示的非流路部46。需要说明的是，当将笔直流路部ST设置于阴极侧隔板40时，能够提高将因燃料电池反应而生成的液水排出的效率。笔直流路部ST优选以将发电区域G1的长度方向(X方向)的两端之间呈一条直线状地贯通的方式形成。这样的话，能够更容易地进行液水的排出。
多个阴极气体流路42在两个阴极气体用的歧管孔72、74之间的路径整体中以多个阴极气体流路42的整体不会合体，而是至少分离成几个流路的状态形成。但是，也可以如图2的例子那样，一部分的阴极气体流路42(尤其是笔直流路部ST的一部分的阴极气体流路)与其他的阴极气体流路42合流而与气体歧管孔72(或74)连通。这样，若以多个阴极气体流路42分离成几个流路的状态形成两个气体歧管孔72、74之间的路径整体，则能够抑制液水大幅生长的现象，因此能够更高效地排出液水。需要说明的是，也可以是各个阴极气体流路42完全不合流，全部的阴极气体流路42分别在两个气体歧管孔72、74之间的路径整体中与其他的阴极气体流路42分离。这样的话，能够更容易地排出液水。
在阴极气体流路42设有使层叠方向Z上的流路的高度减小并且使流路截面积减小的节流部43。在此，阴极气体流路42的Y方向的宽度及Z方向的高度优选分别处于0.2～1mm的范围内，节流部43的流路截面积优选处于不是节流部43的部分的流路截面积的10％～80％的范围内。而且，节流部43的流路截面积的圆等价半径优选处于100～600μm的范围内。这样的话，能够抑制在节流部43处因液水的表面张力而导致液水难以流动的作用，因此能够容易地排出液水。
在图2中，节流部43针对多条阴极气体流路42中的各条阴极气体流路42设置有多个，但也可以将节流部43针对多条阴极气体流路42中的各条阴极气体流路42仅设置一个，还可以仅在一条阴极气体流路42设置一个节流部43。而且，节流部43优选设置在阴极气体流路42的出口以外的位置。这样的话，能够抑制阴极气体流路42的出口被液水堵塞而阴极气体难以流入该阴极气体流路42的现象的发生。
图3是阴极气体流路42的剖视图。图3(a)是图2所示的节流部43的3a-3a剖视图，图3(b)是图2所示的不是节流部43的部分的阴极气体流路42的3b-3b剖视图。节流部43的流路截面积S43比不是节流部43的部分的阴极气体流路42的流路截面积S42小。在图3(a)的例子中，节流部43的层叠方向Z上的流路的高度Hs形成得比不是节流部43的部分的阴极气体流路42的层叠方向Z上的流路的高度Hb小。节流部43的层叠方向Z上的外壁的高度Ds形成得比不是节流部43的部分的阴极气体流路42的层叠方向Z上的外壁的高度Db小。而且，节流部43的铅垂方向Y上的宽度Ls形成得比不是节流部43的部分的阴极气体流路42的铅垂方向Y上的宽度Lb小。但是，若缩小阴极气体流路42的宽度Lb，则非流路部46的宽度L46变大，因此阴极气体难以向与阴极气体的非流路部46相接的气体扩散层20扩散。因此，为了避免妨碍这样的阴极气体的扩散，优选不使节流部43的宽度Ls过小，例如使其处于不是节流部43的部分的阴极气体流路42的宽度Lb的30％～90％的范围内。
图3(c)是图2所示的节流部43的3c-3c剖视图。节流部43的水平方向X上的两侧的斜面α分别与层叠方向Z所成的角度θ优选处于10°～80°的范围内。这样的话，在发电区域G1(图2)生成的生成水不会附着于斜面α，容易与未发生反应的阴极气体一起向阴极气体流路42外排出。
图4是从与MEGA21相反一侧观察到的阳极侧隔板50的概略平面图。在层叠有多个单电池140(图1)的状态下，在图4的表面中，冷却介质入口歧管孔82、冷却介质流路54及冷却介质出口歧管孔84相互连通而构成冷却介质流路面210。在图4的背面中，阳极气体入口歧管孔62、阳极气体流路52及阳极气体出口歧管孔64相互连通而构成阳极气体流路面220。阳极气体流路52在图4中形成于向Z方向突出的部分的背侧。实线的箭头表示冷却介质的流动，虚线的箭头表示阳极气体的流动。密封构件81具有在层叠有多个单电池140(图1)时与相邻的其他的单电池140的阴极侧隔板40的表面抵接而将两个单电池140之间密封的功能。密封构件81以将各反应气体歧管孔62、64、72、74及冷却介质流路面210分别包围的方式配置。
在图4中，虚线表示的发电区域G1是MEGA21(图1)的阳极电极催化剂层31与阴极电极催化剂层32重叠的区域，与图2所示的发电区域G1相同。在发电区域G1的阳极侧，发生式(2)的反应。
H2→2H++2e-…(2)
从阳极侧隔板50的阳极气体入口歧管孔62供给的阳极气体如图4的虚线箭头所示那样向阳极气体流路52分配，通过气体扩散层20(图1)而到达阳极电极催化剂层31，从而被利用于上述的反应。然后，未利用于反应的阳极气体由阳极气体出口歧管孔64汇集，并向燃料电池组100(图1)的外部排出。而且，从阳极侧隔板50的冷却介质入口歧管孔82供给的冷却介质如图4的实线箭头所示那样在冷却介质流路54中流动，由冷却介质出口歧管孔84汇集并向燃料电池组100(图1)的外部排出。
在图4中，阳极气体流路52具有多条阳极气体流路52以相互维持间隔的状态蜿蜒的弯曲流路部WA。需要说明的是，作为弯曲流路部WA，也可以取代阳极气体流路52蜿蜒的形状而采用阳极气体流路52弯折的形状(交替地形成有直线状流路部和弯折部的形状)。当将弯曲流路部WA设置于阳极侧隔板50时，会使阳极气体流路52的流路长度增大，因此能够提高阳极气体的利用效率。
需要说明的是，作为弯曲流路部WA的形状，如图4的例子所示，在关于各个阳极气体流路52而设想与发电区域G1的长度方向(X方向)平行的直线状的中心轴CX时，优选设为沿着该中心轴CX前进的曲线波状(例如正弦波状或交替的半圆弧状)的流路形状。若设为这样的曲线波状的流路形状，则能够在发电区域G1内形成多条阳极气体流路52，并且延长各自的流路长度。而且，阳极气体流路52的弯曲流路部WA优选以各个阳极气体流路52在发电区域G1的长度方向(X方向)的两端之间不会相互合流而是维持分别分离的状态的方式形成。而且，具有曲线波状的流路形状的各个阳极气体流路52的直线状的中心轴CX优选在发电区域G1内不会弯折，而是维持与发电区域G1的长度方向(X方向)平行的状态。根据这些结构，能够进一步提高阳极气体的利用效率。
图5是说明将阴极气体流路42和阳极气体流路52沿着层叠方向Z投影而观察的状况的概略图。需要说明的是，为了便于图示，向Z方向突出的部分带有剖面线。阴极气体流路42形成在向Z方向突出的部分之间，因此不带有剖面线。阳极气体流路52形成在向Z方向突出的部分的背侧，因此带有剖面线。在图5的位置P处，阴极气体流路42与阳极气体流路52不交叉，在位置C处，阴极气体流路42与阳极气体流路52交叉。节流部43设置在阴极气体流路42与阳极气体流路52交叉的交叉位置C以外的位置P。其理由将在后文叙述。
图6是在多个单电池140(图1)层叠的状态下彼此相邻的单电池140的阴极侧隔板40及阳极侧隔板50的剖视图。图6(a)是图5所示的6a-6a截面的说明图，图6(b)是图5所示的6b-6b截面的说明图。在图6(a)中，在位置P处，阴极气体流路42与阳极气体流路52不交叉，在阴极气体流路42设有节流部43。另一方面，如图6(b)所示，在阴极气体流路42与阳极气体流路52交叉的交叉位置C处，在阴极气体流路42未设置节流部43，阴极侧隔板40与阳极侧隔板50接触而构成相互支撑的支撑部Sp。若假设如图6(c)所示那样在交叉位置C设置节流部43，则会在图6(b)中为支撑部Sp的位置出现间隙W，因此隔板40、50之间的支撑部Sp(接触部)减少，压缩力可能会过度集中于少数支撑部Sp。另一方面，如图6(a)所示，在阴极气体流路42与阳极气体流路52未交叉的位置P，无论是否设置节流部43而隔板彼此都不接触，因此不会产生这样的问题。考虑到这些点，节流部43优选设置在阴极气体流路42与阳极气体流路52的交叉位置以外的位置。
需要说明的是，在图6(a)中，在层叠方向Z上，阴极气体流路42处于与冷却介质流路54重叠的位置，且以从阳极气体流路52偏离的状态配置。由于节流部43的外壁的高度Ds比不是节流部43的部分的阴极气体流路42的外壁的高度Db小，因此能够减小冷却介质的压力损失。
图7是说明相同流量(相对流量3)的阴极气体在相邻的两条阴极气体流路42t、42p中流动的状况的概略图。在图7中，示出了阴极气体流路42的笔直流路部ST(图2)的一部分。为了便于图示，彼此相邻的两条阴极气体流路42之间的非流路部46带有剖面线。在两条阴极气体流路42t、42p分别设置有两个节流部43m、43n(43x、43y)。这四个节流部43m、43n、43x、43y优选在与两条阴极气体流路42t、42p并行的方向(直线方向)垂直的方向上配置于彼此不相邻的位置。其理由将在后文叙述。
在图7中，第一阴极气体流路42t的节流部43m、43n使流路截面积减小，因此各节流部43m、43n的上游侧的阴极气体的压力增大。另一方面，在第二阴极气体流路42p中，在与各节流部43m、43n相邻的位置M、N未设置节流部，因此位置M、N的上游侧的阴极气体的压力比各节流部43m、43n的上游侧的阴极气体的压力小，产生差压。同样，在第一阴极气体流路42t中，在与第二阴极气体流路42p的各节流部43x、43y相邻的位置A、B的上游侧也产生差压。即，在各节流部43m、43n、43x、43y的上游侧的阴极气体流路与相邻的阴极气体流路之间产生压力差。其结果是，阴极气体能够从更高压侧的阴极气体流路通过与非流路部46相接的气体扩散层20(图3)而向更低压侧的阴极气体流路移动。
如图7所示，假定，在总相对流量为6的阴极气体向两条阴极气体流路42t、42p流动时，相对流量为1的阴极气体在具有差压的流路中移动。需要说明的是，随着阴极气体流入阴极气体流路，会在发电区域中发生反应而导致流量减少，但为了便于说明，在图7中不考虑反应引起的流量减少。当相对流量为3的阴极气体向阴极气体流路42t、42p的入口分别流入时，通过在节流部43m的上游侧产生差压，向第一阴极气体流路42t流入的相对流量为3的阴极气体中的相对流量为1的阴极气体向第二阴极气体流路42p移动。这样一来，在阴极气体流路42p的位置M流动的阴极气体的相对流量成为4。当该相对流量为4的阴极气体到达节流部43x的上游侧时，通过差压而导致其中相对流量为1的阴极气体再次向第一阴极气体流路42t移动。这样，在不相邻的节流部43m、43x各自的上游侧，产生阴极气体流路间的阴极气体的移动。同样，在不相邻的节流部43n、43y各自的上游侧也产生阴极气体流路间的阴极气体的移动。这样，通过将节流部43m、43n、43x、43y在与两条阴极气体流路42t、42p并行的方向垂直的方向上配置于彼此不相邻的位置，会在两条阴极气体流路42t、42p之间产生阴极气体的移动。这样的话，每当阴极气体移动时，阴极气体都会向与非流路部46相接的气体扩散层20(图3)更多地扩散，因此能够提高阴极气体的利用效率。而且，在非流路部46的下方，阴极气体也充分地扩散，因此能够减少阴极气体流路42t、42p和非流路部46中的发电的不均匀。
需要说明的是，使更多的阴极气体向与非流路部46相接的气体扩散层20扩散的效果在多条阴极气体流路42中的一条阴极气体流路设有一个节流部43的情况下也能够得到。但是，优选的是如图7的例子那样在相邻的阴极气体流路42t、42p分别设置一个以上的节流部43。而且，更优选的是在各阴极气体流路42t、42p设置相同数量的节流部43。特别优选的方式是在各个阴极气体流路42t、42p以相同的间距Pt分别设置多个节流部43，并将相邻的阴极气体流路42t、42p中的节流部43配置在相互各错开间距Pt的1/2的位置的方式。在这些优选的方式中，根据上述的理由，能够进一步提高阴极气体的利用效率。
需要说明的是，在图7中，虽然说明了阴极气体流路42的笔直流路部ST中的节流部43的位置关系，但多个阴极气体流路42也可以具有一边蜿蜒或弯折一边并行的弯曲流路的形状。在这种情况下，在相邻的阴极气体流路42分别设置的节流部43也在与并行的方向垂直的方向上设置于彼此不相邻的位置。这种情况下的并行的方向是通过流路的中心的中心线的切线的方向。
如以上所说明，在第一实施方式中，由于阴极气体流路42的节流部43设置在阴极气体流路42与阳极气体流路52交叉的交叉位置C以外的位置，因此能够防止由于在交叉位置C设置节流部43而导致两个隔板40、50之间的支撑部Sp(接触部)减少从而压缩力过度集中于其他的部分。
·第二实施方式：
图8是第二实施方式的从MEGA21侧观察到的阴极侧隔板40a的概略平面图。与图2所示的第一实施方式的差异仅在于节流部43a的形状，其他的结构与第一实施方式相同。
图9是第二实施方式的阴极气体流路42的剖视图。图9(a)是图8所示的节流部43a的9a-9a剖视图，图9(b)是图8所示的不是节流部43a的部分的阴极气体流路42的9b-9b剖视图。节流部43a的流路截面积S43a比不是节流部43a的部分的阴极气体流路42的流路截面积S42小。节流部43a的层叠方向Z上的流路的高度Hs比不是节流部43a的部分的阴极气体流路42的层叠方向Z上的流路的高度Hb小。节流部43a的层叠方向Z上的外壁的高度Ds比不是节流部43a的部分的阴极气体流路42的层叠方向Z上的外壁的高度Db小。而且，节流部43a的铅垂方向Y上的宽度Lsa与不是节流部43a的部分的阴极气体流路42的铅垂方向Y上的宽度Lb相同。在该第二实施方式的形状中，处于节流部43a的两侧的非流路部46a的宽度L46a比图3(a)所示的第一实施方式的非流路部46的宽度L46小，因此阴极气体向与非流路部46a相接的气体扩散层20的扩散距离比第一实施方式短，阴极气体更容易扩散。若考虑这一点，则作为节流部43的形状，优选采用不改变流路的宽度而减小了高度(流路的深度)的形状。
·变形例：
需要说明的是，本发明并不局限于上述的实施例或实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种形态实施，例如也可以进行如下的变形。
·变形例1：
在以上的实施方式中，节流部43仅设置于阴极气体流路42，但也可以取代于此而在阳极气体流路52设置节流部43。或者，也可以在阴极气体流路42和阳极气体流路52的双方设置节流部43。不过，在这些情况下，优选的是，全部的节流部43在沿着层叠方向Z投影观察时设置于阴极气体流路42与阳极气体流路52的交叉位置以外的位置。而且，在以上的实施方式中，节流部43配置在笔直流路部ST的入口和出口以外的位置，但也可以将节流部43设置在其他的位置。例如，也可以将节流部43交替地设置在笔直流路部ST的相邻的两条气体流路的入口和出口。
·变形例2：
在以上的实施方式中，说明了多条阳极气体流路52具有以相互维持间隔的状态蜿蜒或弯折的弯曲流路部WA，多条阴极气体流路42具有沿着隔板的长度方向平行地呈直线状延伸的笔直流路部ST的情况，但本发明也可以适用于通常多条阴极气体流路和多条阳极气体流路具有互不相同的二维形状的结构。例如，也可以是多条阳极气体流路具有笔直流路部且多条阴极气体流路具有弯曲流路部。而且，在另一例子中，也可以形成为多条阴极气体流路和多条阳极气体流路分别具有笔直流路部且各自的笔直流路部的行进方向彼此相交的形状。在又一例子中，也可以是多条阴极气体流路和多条阳极气体流路分别具有弯曲流路部，且在沿着单电池的层叠方向投影观察时，分别具有存在阴极气体流路与阳极气体流路交叉的交叉位置的二维形状。
本发明并不局限于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构实现。例如，与发明内容一栏记载的各方式中的技术特征对应的实施方式中的技术特征能够为了解决上述课题的一部分或全部或者为了实现上述效果的一部分或全部而适当进行更换或组合。而且，只要该技术特征在本说明书没有作为必要技术特征来说明，就能够适当删除。
标号说明
10…燃料电池系统
20…气体扩散层
21…膜电极气体扩散层接合体(MEGA)
30…膜电极接合体
31…阳极电极催化剂层
32…阴极电极催化剂层
40、40a…阴极侧隔板
42、42p、42t…阴极气体流路
43、43a…节流部
43m、43n、43x、43y…节流部
46、46a、56…非流路部
50…阳极侧隔板
52…阳极气体流路
54…冷却介质流路
60…树脂框架构件
62…阳极气体入口歧管孔
64…阳极气体出口歧管孔
72…阴极气体入口歧管孔
74…阴极气体出口歧管孔
80…密封构件
81…密封构件
82…冷却介质入口歧管孔
84…冷却介质出口歧管孔
100…燃料电池组
110…端板
120…绝缘板
130…集电板
140…燃料电池单电池(单电池)
150…氢罐
151…截流阀
152…调节器
153…配管
154…排出配管
160…空气泵
161…配管
163…排出配管
170…散热器
171…水泵
172…配管
173…配管
200…阴极气体流路面
210…冷却介质流路面
220…阳极气体流路面
G1…发电区域
S42…流路截面积
S43、S43a…流路截面积
ST…笔直流路部
Sp…支撑部
WA…弯曲流路部
α…斜面

Claims (5)

1.一种燃料电池单电池，用于构成以相邻的燃料电池单电池的阴极侧隔板与阳极侧隔板相接的状态层叠有多个燃料电池单电池的燃料电池组，其中，具备：
膜电极气体扩散层接合体；
阴极侧隔板，是在所述膜电极气体扩散层接合体的阴极侧的表面形成多条阴极气体流路和该多条阴极气体流路之间的非流路部的冲压成形板；及
阳极侧隔板，是在所述膜电极气体扩散层接合体的阳极侧的表面形成多条阳极气体流路和该多条阳极气体流路之间的非流路部的冲压成形板，
在所述多条阴极气体流路和所述多条阳极气体流路中的至少一条气体流路设置有节流部，该节流部使所述燃料电池单电池的层叠方向上的流路的高度减小并且使流路截面积减小，
在沿着所述层叠方向投影观察时，所述多条阴极气体流路和所述多条阳极气体流路具有互不相同的二维形状，存在所述阴极气体流路与所述阳极气体流路交叉的交叉位置，并且所述节流部设置在所述交叉位置以外的位置。
2.根据权利要求1所述的燃料电池单电池，其中，
所述多条阴极气体流路和所述多条阳极气体流路中的任一方具有多条气体流路相互呈直线状地平行延伸的笔直流路部，另一方具有多条气体流路以相互维持间隔的状态蜿蜒或弯折的弯曲流路部。
3.根据权利要求2所述的燃料电池单电池，其中，
所述笔直流路部设置于所述阴极侧隔板，
所述弯曲流路部设置于所述阳极侧隔板。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池单电池，其中，
在所述多条阴极气体流路和所述多条阳极气体流路中的至少一方中，在相邻地并行的两条气体流路分别设置有所述节流部，在所述两条气体流路设置的所述节流部在与所述并行的方向垂直的方向上配置于彼此不相邻的位置。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池单电池，其中，
所述节流部设置在所述至少一条气体流路的出口以外的位置。
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