CN108370044A - 燃料电池堆的密封构造及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池堆的密封构造，在将具有膜电极接合体和夹持膜电极接合体的一对隔板的燃料电池单电池层积多个而构成的燃料电池堆中，具有：内周密封部件，其将在隔板的周缘部分向一对隔板的至少对置面侧突出的内周肋间闭塞；外周密封部件，其将在内周肋的外周侧向一对隔板的至少对置面侧突出的外周肋间闭塞。内周密封部件和外周密封部件在内周密封部件与外周密封部件之间形成第一闭合空间。外周密封部件具有使第一闭合空间和外部连通的切口部。

Description

燃料电池堆的密封构造及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池堆的密封构造及其制造方法。
背景技术
目前，作为将燃料电池单电池层积多个而构成的燃料电池，提案有多个燃料电池单电池之间的周边部通过遍及周向注塑成型的树脂一体接合的构成(参照专利文献1)。
另外，作为将燃料电池单电池层积多个而构成的燃料电池，提案有在多个燃料电池单电池之间的周边部具备规定的绝缘结构体的构成(参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开2006－092924号公报
专利文献2：国际公开第2014/174944号
然而，就上述专利文献1记载的燃料电池而言，在通过注塑成型填充成型树脂时，成型树脂与第一密封部件一体接合，因此，第一密封部件可能损伤。
另外，就上述专利文献2记载的燃料电池而言，为了可靠地配置上述规定的绝缘结构体而需要规定以上的间隔，缩短燃料电池单电池的间隔极为困难。
发明内容
本发明是鉴于这样的现有技术具有的课题而设立的。而且，本发明的目的在于提供一种即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也可实现由密封部件实现的适当的密封的燃料电池堆的密封构造及其制造方法。
本发明者们为了实现上述目的而进行了深入研究。其结果，发现通过在配设于规定位置的内周密封部件与外周密封部件之间形成第一闭合空间，在外周密封部件形成使第一闭合空间和外部连通的切口部，可实现上述目的，由此完成本发明。
即，本发明提供一种燃料电池堆的密封构造，在将具有膜电极接合体和夹持膜电极接合体的一对隔板的燃料电池单电池层积多个而构成的燃料电池堆中，具有内周密封部件和外周密封部件。一对隔板中的至少一方的隔板在隔板的周缘部分具有向一对隔板的至少对置面侧突出的内周肋。一对隔板中的至少一方的隔板在内周肋的外周侧具有向一对隔板的至少对置面侧突出的外周肋。内周密封部件将构成燃料电池单电池的一对隔板的内周肋间闭塞。外周密封部件配置在内周密封部件的外周侧，且将一对隔板的外周肋间闭塞。在内周密封部件与外周密封部件之间形成第一闭合空间。外周密封部件具有使第一闭合空间和外部连通的切口部。
另外，本发明提供一种燃料电池堆的密封构造的制造方法，制造上述本发明的燃料电池堆的密封构造，其中，包括下述工序(1)～(3)。
在工序(1)中，在由一对隔板夹持膜电极接合体时，以形成将一对隔板的内周肋间闭塞的内周密封部件的方式在一对隔板的至少一方的内周肋涂敷形成内周密封部件的内周密封部件材料，制作层积结构体。
在工序(1)之后执行的工序(2)中，在层积结构体的侧面配置用于形成切口部的切口部形成部件。
在工序(2)之后执行的工序(3)中，将层积结构体配设于模具，填充形成外周密封部件的外周密封部件材料，以形成配置于内周密封部件的外周侧且将一对隔板的外周肋间闭塞的外周密封部件、第一闭合空间以及切口部。
根据本发明，在配设于规定位置的内周密封部件与外周密封部件之间形成第一闭合空间，在外周密封部件形成使第一闭合空间和外部连通的切口部，因此，能够抑制配置外周密封部件时的内周密封部件的损伤。其结果，即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也能够提供可实现由密封部件实现的适当的密封的燃料电池堆的密封构造及其制造方法。
附图说明
图1是说明本发明第一实施方式的燃料电池堆的立体图；
图2是说明本发明第一实施方式的燃料电池堆的分解状态的立体图；
图3是表示本发明第一实施方式的燃料电池模块的立体图；
图4是沿着图3所示的燃料电池模块的IV－IV线的示意性剖视图；
图5是沿着图3所示的燃料电池模块的V－V线的示意性剖视图；
图6是沿着图3所示的燃料电池模块的VI－VI线的示意性剖视图；
图7是表示燃料电池堆的密封构造的一些例子的示意性剖视图；
图8是表示外周肋的形状的变形例的示意性剖视图；
图9是沿着图3所示的燃料电池模块的IV－IV线的示意性剖视图；
图10(A)是表示本发明第二实施方式的燃料电池模块的立体图，图10(B)是图10(A)所示的燃料电池模块的被B线包围的部分的放大图；
图11是表示本发明第三实施方式的燃料电池模块的立体图；
图12(A)是表示本发明第四实施方式的燃料电池模块的立体图，图12(B)是图12(A)所示的燃料电池模块的被B线包围的部分的放大图；
图13(A)是表示夹具插入前的层积结构体的示意性剖视图，图13(B)是表示夹具插入后的层积结构体的示意性剖视图；
图14(A)是表示将切口部形成部件的一例插入到层积结构体之前的状态的剖视图，图14(B)是表示将切口部形成部件的一例插入到层积结构体后的状态的剖视图；
图15(A)是表示将切口部形成部件的另一例插入到层积结构体之前的状态的主要部分的立体图，图15(B)是表示将切口部形成部件的另一例插入到层积结构体后的状态的主要部分的立体图；
图16(A)是表示将切口部形成部件的再一例插入到层积结构体之前的状态的主要部分的立体图，图16(B)是表示将切口部形成部件的再一例插入到层积结构体后的状态的主要部分的立体图。
标记说明
1：膜电极接合体
2：隔板
2′：端部隔板
2a：外周端
2b：对置面
3：内周密封部件
3a：外周端
4：外周密封部件
4A：内侧外周密封部件
4B：外侧外周密封部件
4a：内周端
5A、5B：切口部形成部件
6：第四密封部件
7：第二内周密封部件
8：第二外周密封部件
9：第三内周密封部件
10：第三外周密封部件
10A：第三内侧外周密封部件
10a：内周端
11：电解质膜
12：电极
13：框架
13a：外周端
21：外周肋
21a：突出面
21b：外侧侧面
22：内周肋
22a：突出面
23：测定用端子
30：夹具
56A、56B：端板
57A、57B：联接板
57s：缝隙
58A、58B：加强板
FS：燃料电池堆
C：燃料电池单电池
M、M2～M4：燃料电池模块
P：密封板
LP：层积结构体
H1～H6：歧管孔
Pag：阳极气体流路
Pcg：阴极气体流路
Pa：冷却介质流路
D、d、dN：间隔
E：外部
N：窄路
n：切口部
CS：第一闭合空间
CS2：第二闭合空间
CS3：第三闭合空间
具体实施方式
以下，对本发明的燃料电池堆的密封构造及其制造方法进行详细说明。此外，没有特别限定，作为燃料电池以固体高分子型燃料电池(PEFC)为例进行说明。
(第一实施方式)
首先，参照附图对本发明第一实施方式的燃料电池堆及燃料电池模块进行详细说明。此外，为了便于说明，在如下实施方式中引用的附图的尺寸比例有所夸大，有时与实际比例不同。
图1是说明本发明第一实施方式的燃料电池堆的立体图。另外，图2是说明本发明第一实施方式的燃料电池堆的分解状态的立体图。而且，图3是表示本发明第一实施方式的燃料电池模块的立体图。另外，图4是沿着图3所示的燃料电池模块的IV－IV线的示意性剖视图。而且，图5是沿着图3所示的燃料电池模块的V－V线的示意性剖视图。而且，图6是沿着图3所示的燃料电池模块的VI－VI线的示意性剖视图。
如图1及图2所示，本实施方式的燃料电池堆FS具备将燃料电池单电池C层积多个而一体化的多个燃料电池模块M、和夹装于燃料电池模块M彼此之间的密封板P。图示例的燃料电池单电池C及密封板P均具有大致相同的纵横尺寸的矩形板状的形状。此外，在图2中表示2个燃料电池模块M和1个密封板P，但实际上将其以上数量的燃料电池模块M及密封板P层积。
另外，燃料电池堆FS将端板56A、56B分别配置在燃料电池模块M的层积方向的两端部，在燃料电池单电池C的长边侧的两面(在图1及图2中为上下表面)设有联接板57A、57B，并且，在短边侧的两面设有加强板58A、58B。各联接板57A、57B及加强板58A、58B通过未图示的螺栓连结于两端板56A、56B。
这样，燃料电池堆FS成为图1所示的壳体一体型结构，在层积方向上对各燃料电池模块M及密封板P进行拘束·加压而对各个燃料电池单电池C施加规定的接触面压，良好地维持气密性或导电性等。另外，各燃料电池模块M在燃料电池模块M的长边侧的一面(在图1及图2中为下表面)具有后文中详述的切口部(未图示。)。与此相对，在图1及图2中下侧的一联接板57B具有切口部露出的缝隙57s。
而且，如图3所示，本实施方式的燃料电池模块M具有将燃料电池单电池C层积多个的结构。另外，燃料电池模块M在上表面具有密封板P，在侧面具有后文中详述的具有切口部n的外周密封部件4(4B)。
此外，在图3中，作为燃料电池模块M表示了将20个燃料电池单电池C进行了层积的构成。另一方面，在图4及图5中，方便起见，作为燃料电池模块M表示了将5个燃料电池单电池C进行了层积的构成。在此，层积的燃料电池单电池C的数量没有特别限定。例如，在将燃料电池单电池C层积多个而串联连接的情况下，根据要求的性能能够适当设定层积的燃料电池单电池C的数量。
密封板P或构成燃料电池单电池C的隔板2在短边侧的两端部各具有3个歧管孔H1～H3、H4～H6。例如，歧管孔H3、H4分别作为阳极气体的供给用、排出用发挥作用，歧管孔H6、H1分别作为阴极气体的供给用、排出用发挥作用，歧管孔H2、H5作为水等冷却介质的供给用、排出用发挥作用。
此外，燃料电池模块M在下表面也具有同样的密封板P(参照图4及图5。)。另外，这些密封板P通过第四密封部件6与隔板2接合(参照图4及图5。)。而且，没有特别限定，但作为密封板，例如可应用不锈钢等金属制板。
在后文中详述的外周密封部件4(4B)在切口部n具有框状形状的切口部形成部件5A。此外，切口部形成部件5A只要为在隔板2之间可确保电气绝缘的部件即可，没有特别限定。作为这种切口部形成部件5A，例如可应用树脂制部件。另外，切口部形成部件5A在后文中详述的外周密封部件材料或外侧外周密封部件材料基于注塑成型的填充时，优选应用可维持形状的部件。切口部形成部件5A既可应用与外周密封部件材料或外侧外周密封部件材料同系的材料或相同材料的部件，也可应用与外周密封部件材料或外侧外周密封部件材料不同种材料的部件。
另外，如图4～图6所示，燃料电池单电池C具有膜电极接合体1和夹持膜电极接合体1的一对隔板(2、2)。而且，将多个燃料电池单电池C层积而形成燃料电池堆。而且，各隔板2形成阳极气体流路Pag、阴极气体流路Pac以及冷却介质流路Pc。此外，作为隔板2，例如可应用不锈钢等金属制板。
而且，在这种燃料电池堆中，燃料电池堆的密封构造具备内周密封部件(3、3)和外周密封部件4(4A、4B)。
另外，一对隔板(2、2)中的至少一隔板2在隔板2的周缘部分具有向一对隔板(2、2)的至少对置面2b侧突出的内周肋22。而且，一对隔板(2、2)中的至少一隔板2在内周肋22的外周侧具有向一对隔板(2、2)的至少对置面2b侧突出的外周肋21。具有内周肋的隔板和具有外周肋的隔板可以相同，也可以不同。在图示例中，一对隔板(2、2)的双方具有在隔板2的周缘部分向一对隔板(2、2)的对置面2b侧突出的内周肋(22、22)、和在内周肋(22、22)的外周侧向一对隔板(2、2)的对置面2b侧突出的外周肋(21、21)。
另外，内周密封部件3将构成燃料电池单电池C的一对隔板(2、2)的内周肋(22、22)间闭塞。而且，外周密封部件4配置于内周密封部件3的外周侧，且将一对隔板(2、2)的外周肋(21、21)间闭塞。此外，在图示例中，内周密封部件3配设于内周肋22的突出面22a与框架13之间。由此，内周密封部件3的对位容易，并且，密封性提高。另外，从降低向内周密封部件3输入的外力，确保密封性的观点来看，优选框架13的外周端13a和外周密封部件4(4A)分开配设。
由此，燃料电池堆的密封构造在内周密封部件(3、3)与外周密封部件4(4A、4B)之间形成第一闭合空间CS。此外，外周密封部件4(4A、4B)具有使第一闭合空间CS和外部E连通的切口部n。另外，第一闭合空间CS沿着隔板2的周向(在图4及图5中为与纸面垂直的方向，在图6中为箭头标记W所示的方向)连通。此外，在图示例中，外周密封部件具有1个切口部，但根据所要求的性能，也可以具有多个切口部。
膜电极接合体1具有电解质膜11、和作为阳极、阴极发挥作用的电极(12、12)，还具有框架13。此外，这种膜电极接合体1例如能够通过以将电极12接合于树脂制框架13安装于周围整体的由高分子构成的电解质膜11的一面的状态配设，将电极12接合于电解质膜11的另一面的状态配设而形成。另外，未作图示，作为膜电极接合体，也可使用未将框架安装于电解质膜的膜电极接合体或将框架安装于电解质膜的周围的一部分的膜电极接合体。
此外，未作图示，但作为电极，例如可应用由配设于电解质膜侧的催化剂层和配设于电解质膜的相反侧的气体扩散层构成的电极。在此，作为催化剂层，例如可应用包含担载有铂等催化剂成分的碳颗粒的催化剂层。另外，作为气体扩散层，例如可应用由碳纸等多孔质体构成的气体扩散层。
而且，外周肋(21、21)具有一对隔板(2、2)的间隔比一对隔板(2、2)的外周端(2a、2a)的间隔D小的部位。这种间隔小的部位的间隔d满足d小于D的关系。
另外，外周肋(21、21)具有一对隔板(2、2)的间隔一定的突出面(21a、21a)。而且，外周肋(21、21)具有一对隔板(2、2)的间隔比一对隔板(2、2)的外周端(2a、2a)的间隔D小的窄路N。这种窄路N的间隔dN满足dN小于D的关系。
而且，外周密封部件4(4A)的内周端4a配设于窄路N。
另外，没有特别限定，但从提高密封性的观点来看，优选外周密封部件4(4A、4B)及内周密封部件3中的任一方或双方具有粘接功能。
而且，没有特别限定，但从提高密封性的观点来看，优选外周密封部件4(4A、4B)及内周密封部件3中的任一方或双方由填充剂构成。
另外，没有特别限定，但作为填充剂，从提高密封性的观点来看，作为优选例，可列举由树脂材料构成的填充剂。
此外，在图4及图5中，通过形成于一对隔板(2、2)双方的外周肋(21、21)，使得后文中详述的外周密封部件4(4A)的形状为T型。
在此，上述的外周肋或内周肋例如能够通过如下方式而形成，即，通过冲压加工在隔板的对置面的相反侧的面上设置凹陷，优选设置底面平坦的凹陷。
另外，外周密封部件4具有内侧外周密封部件4A和外侧外周密封部件4B。而且，内侧外周密封部件4A一体配设于窄路N及比窄路N靠外侧的位置。另外，外侧外周密封部件4B配设于比内侧外周密封部件4A靠外侧的位置。此外，在燃料电池模块M的侧面将外侧外周密封部件4B一体化。
而且，作为内侧外周密封部件4A，从提高密封性的观点来看，可列举热固化性树脂作为优选例，作为外侧外周密封部件4B，从提高密封性的观点来看，可列举热塑性树脂作为优选例。但不限于此。例如，未作图示，外周密封部件可以为内侧外周密封部件和外侧外周密封部件由相同材料构成且一体化的外周密封部件。此外，作为内周密封部件或第四密封部件，可列举热固化性树脂作为优选例，但不限于此，也可应用热塑性树脂。
在本实施方式中，在配设于规定位置的内周密封部件与外周密封部件之间形成第一闭合区间，在外周密封部件形成使第一闭合区间和外部连通的切口部，因此，能够抑制配置外周密封部件时的内周密封部件的损伤。其结果，即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也能够提供可实现由密封部件实现的适当的密封的燃料电池堆的密封构造。
即，由于在比外周密封部件4(4A、4B)靠内侧配设有内周密封部件(3、3)，可确保发电部位的密封。另外，由于以在与配设于内周肋(22、22)的内周密封部件(3、3)之间设有第一闭合空间CS的状态配设有设于外周肋(21、21)的外周密封部件4(4A、4B)，故而内周密封部件(3、3)难以受到损伤，可维持发电部位的密封。
而且，使设于内周密封部件(3、3)与外周密封部件4(4A、4B)之间的第一闭合空间CS与外部E连通。因此，如后详述，例如在通过注塑成型填充外周密封部件材料时，也可通过来自切口部n的排气与外周密封部件材料的注塑压力一同控制外周密封部件材料的填充。
其结果，内周密封部件难以受到损伤，可维持发电部位的密封。
另外，如上述，由于还具有下述(1)的构成，故而即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也可实现由发电部位的密封部件实现的更加适当的密封。
(1)外周肋形成一对隔板的间隔比一对隔板的外周端的间隔小的部位。
即，通过外周肋(21、21)，如后详述，例如在通过注塑成型填充外周密封部件材料时，外周密封部件材料难以进一步流入内部。因此，能够可靠地将外周密封部件4(4A、4B)配设于规定位置，能够可靠地形成规定的第一闭合空间CS。其结果，内周密封部件难以受到损伤，可维持发电部位的密封。
另外，如上述，由于还具有下述(2)的结构，即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也可实现由发电部位的密封部件实现的更加适当的密封。
(2)外周肋具有一对隔板的间隔一定的突出面，且形成一对隔板的间隔比一对隔板的外周端的间隔小的窄路。
即，由于设有上述的外周肋(21、21)，因此，如后详述，例如在通过注塑成型填充外周密封部件材料时，通过受到外周密封部件材料的注塑压力的外周肋(21、21)的外侧侧面(21b、21b)，能够将外周密封部件4配设于希望的位置。另外，通过由外周肋(21、21)形成的窄路N，外周密封部件材料难以进一步流入内部，能够将外周密封部件4配设于希望的位置。其结果，内周密封部件难以受到损伤，可维持发电部位的密封。
而且，如上述，由于还具有下述(3)的结构，即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也可实现由发电部位的密封部件实现的更加适当的密封、和一对隔板之间的适当的电气绝缘。
(3)外周密封部件的内周端配设于窄路。
即，由于设有上述的外周肋(21、21)，因此，如后详述，例如在通过注塑成型填充外周密封部件材料时，通过受到外周密封部件材料的注塑压力的外周肋(21、21)的外侧侧面(21b、21b)，能够将外周密封部件4配设于希望的位置。另外，通过由外周肋(21、21)形成的窄路N，外周密封部件材料难以进一步流入内部，能够将外周密封部件4配设于希望的位置。其结果，内周密封部件难以受到损伤，可维持发电部位的密封。
而且，通过使外周密封部件4的内周端4a配设于窄路N，可维持外周肋(21、21)的间隔，故而可实现一对隔板(2、2)之间的适当的电气绝缘。
另外，如上述，由于还具有下述(4)的结构，即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也可实现由发电部位的密封部件实现的更加适当的密封。
(4)外周密封部件及内周密封部件中的任一方或双方具有粘接功能。
即，外周密封部件4(4A、4B)或内周密封部件3能够以粘接的状态维持一对隔板的间隔。其结果，内周密封部件难以受到损伤，可维持发电部位的密封。
另外，如上述，由于还具有下述(5)的结构，即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也可实现由发电部位的密封部件实现的更加适当的密封。
(5)外周密封部件及内周密封部件中的任一方或双方由填充剂构成。
即，能够将由填充剂构成的外周密封部件4(4A、4B)或内周密封部件3填充于一对隔板中的除了第一闭合空间等以外的部分进行密封。其结果，可维持发电部位的密封。
另外，如上述，由于还具有下述(6)的结构，即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也可实现由发电部位的密封部件实现的更加适当的密封。
(6)填充剂由树脂材料构成。
即，能够将由树脂材料构成的外周密封部件4(4A、4B)或内周密封部件3填充于一对隔板的除第一闭合空间等以外的部分进行密封。其结果，可维持发电部位的密封。另外，可实现一对隔板之间的适当的电气绝缘。
另外，如上述，由于还具有下述(7)～(9)的结构，即使在燃料电池的单电池的隔板间隔小的情况下，也可实现由发电部位的密封部件实现的更加适当的密封、和一对隔板间的适当的电气绝缘。
(7)外周密封部件具有内侧外周密封部件和外侧外周密封部件。
(8)内侧外周密封部件一体配设于窄路及比窄路靠外侧的位置。
(9)外侧外周密封部件配设于比内侧外周密封部件靠外侧的位置。
即，通过对内侧外周密封部件4A及外侧外周密封部件4B各自进行功能划分，即使在燃料电池单电池C的间隔小的情况下，也能够实现由发电部位的密封部件实现的更加适当的密封、和一对隔板(2、2)间的适当的电气绝缘。
而且，内侧外周密封部件4A的主要功能为下述(i)～(iii)。
(i)形成规定的第一闭合空间CS，实现适当的密封。
(ii)使内端部4a位于窄路N，实现一对隔板(2、2)之间的适当的电气绝缘。
(iii)在通过注塑成型填充形成外侧外周密封部件4B的外侧外周密封部件材料时，使外侧外周密封部件材料难以流入内部。
另外，外侧外周密封部件4B的主要功能为下述(iv)及(v)。
(iv)配设于一对隔板(2、2)之间，实现适当的密封。
(v)在隔板2的比外周端2a靠外侧进行一体化，保护燃料电池模块M的侧面免受来自外部的冲击等。
而且，如上述，由于还具有下述(10)的结构，即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也可实现由发电部位的密封部件实现的更加适当的密封。
(10)外周密封部件在切口部具有切口部形成部件。
即，例如在形成切口部n后去除切口部形成部件5A的情况下，将不需要的负荷施加于燃料电池模块M的侧面，内周密封部件3可能受到损伤。因此，即使在形成切口部n后，通过形成具有切口部形成部件5A的结构，内周密封部件3也难以受到损伤，也可维持发电部位的密封。另外，作为切口部形成部件5A，在应用由与外周密封部件材料或外侧外周密封部件材料同系的材料或相同材料构成的部件的情况下，与所填充的熔融状态的外周密封部件材料或外侧外周密封部件材料接触的部位因热发生部分熔化而熔敷，因此，气密性或耐久性高。
另外，如上述，由于还具有下述(11)及(12)的结构，即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也可实现由发电部位的密封部件实现的更加适当的密封。
(11)内侧外周密封部件包含热固化性树脂。
(12)外侧外周密封部件包含热塑性树脂。
即，如后详述，使用内侧外周密封部件材料形成层积结构体后，在通过注塑成型填充外侧外周密封部件材料时，形成第一闭合空间CS的内侧外周密封部件4A难以受到热导致的损伤。其结果，内周密封部件难以受到损伤，可维持发电部位的密封。
而且，如上述，由于还具有下述(13)的结构，即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也可实现由发电部位的密封部件实现的更加适当的密封。
(13)膜电极接合体具有通过内周肋进行保持的框架。
即，通过将内周密封部件3配设于内周肋22的突出面22a与框架13之间，内周密封部件的对位容易，并且，能够提高密封性。
在此，使用附图对燃料电池堆的密封构造的一些例子进行说明。图7是表示燃料电池堆的密封构造的一些例子的示意性剖视图。此外，对与上述中说明的燃料电池堆的密封构造同等的构造标注相同的标记并省略说明。
如图7(A)所示，通过形成于一对隔板(2、2)的双方的外周肋(21、21)，外周密封部件4(4A)的形状成为T型。而且，外周肋21在其外侧侧面21b受到通过注塑成型填充形成外侧外周密封部件的外侧外周密封部件材料时的注塑压力，同时能够使其分散。因此，能够抑制乃至防止材料向第一闭合空间CS的流入。
另外，外周肋21具有由其突出面21a形成的窄路N，因此，能够抑制乃至防止材料向第一闭合空间CS的流入。
而且，外周肋21具有由其突出面21a形成的窄路N，将外周密封部件4(4A)的内周端4a配设于该窄路N，因此，一对隔板(2、2)之间的电气绝缘更加适当。
另外，如图7(B)所示，还具有下述(14)的结构，虽然未详细图示，但与图5同样，优选还具有(15)及(16)的结构。由此，即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也不仅可以实现由发电部位的密封部件实现的适当的密封，还可以实现由冷却介质流路的密封部件实现的适当的密封。
(14)具备将燃料电池单电池的周缘部分彼此之间闭塞的第二内周密封部件、和配置于第二内周密封部件的外周侧且将燃料电池单电池的周缘部分彼此之间闭塞的第二外周密封部件。
(15)在第二内周密封部件与第二外周密封部件之间形成第二闭合空间。
(16)第二外周密封部件具有使第二闭合空间和外部连通的切口部。
即，在内周密封部件3与外周密封部件4之间形成第一闭合区间CS，在外周密封部件4上形成使第一闭合区间CS和未图示的外部连通的切口部，而且，在第二内周密封部件7与第二外周密封部件8之间形成第二闭合区间CS2，在第二外周密封部件8上形成使第二闭合区间CS2和未图示的外部连通的切口部。因此，在配置外周密封部件4或第二外周密封部件8时，能够分别抑制内周密封部件3或第二内周密封部件7的损伤。
其结果，即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也能够提供一种可实现由密封部件实现的更加适当的密封的燃料电池堆的密封构造。
此外，作为第二内周密封部件7，也可以应用内周密封部件3。另外，作为第二外周密封部件8，也可以应用外周密封部件4。但也可以另行准备第二内周密封部件7或第二外周密封部件8。
而且，如图7(C)所示，还具有下述(17)及(18)的结构，虽然未详细图示，但与图5同样，还具有(19)及(20)的结构，从而即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也不仅可以实现由发电部位的密封部件实现的适当的密封，还可以实现由密封板的冷却介质流路的密封部件实现的适当的密封。
(17)燃料电池堆构造将燃料电池模块层积多个而构成，上述燃料电池模块将燃料电池单电池层积多个而构成，其中，上述燃料电池堆构造具备配置于燃料电池模块之间的密封板、第三内周密封部件以及第三外周密封部件。
(18)第三内周密封部件将各燃料电池模块的端部隔板及密封板的周缘部分彼此之间闭塞，第三外周密封部件配置于第三内周密封部件的外周侧，且将各燃料电池模块的端部隔板及密封板的周缘部分彼此之间闭塞。
(19)在第三内周密封部件与第三外周密封部件之间形成第三闭合空间。
(20)第三外周密封部件具有使第三闭合空间和外部连通的切口部。
即，在燃料电池模块中，在其端部具有端部隔板2′，图示例的密封板P由隔板(2、2)形成。而且，在内周密封部件3与外周密封部件4之间形成第一闭合区间CS，在外周密封部件4上形成使第一闭合区间CS和未图示的外部连通的切口部，而且，在第三内周密封部件9与第三外周密封部件10(10A)之间形成第三闭合区间CS3，在第三外周密封部件上形成使第三闭合区间CS3和未图示的外部连通的切口部。因此，在配置外周密封部件4或第三外周密封部件10(10A)时，能够分别抑制内周密封部件3或第三内周密封部件9的损伤。
其结果，即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也能够提供一种可实现由密封部件实现的更加适当的密封的燃料电池堆的密封构造。
此外，作为第三内周密封部件9，也可以应用内周密封部件3。另外，作为第三外周密封部件10，也可以应用外周密封部件4。但也可以另行准备第三内周密封部件9或第三外周密封部件10。此外，也可以将图7(B)及(C)所示的结构进行组合。另外，在第三外周密封部件10(10A)中，基于与外周密封部件同样的理由，优选内周端10a配设于窄路N。
另外，参照附图对外周肋的形状的一些变形例进行详细说明。图8是表示外周肋的形状的变形例的示意性剖视图。图8(A)表示形成于一对隔板(2、2)的双方的外周肋(21、21)且由此形成的如后详述的外周密封部件4(4A)的形状为H型的外周肋。而且，图8(B)表示形成于一对隔板(2、2)的一方的外周肋(21、21)且由此形成的如后详述的外周密封部件4(4A)的形状为F型的外周肋。另外，图8(C)表示形成于一对隔板(2、2)的双方的外周肋21且由此形成的如后详述的外周密封部件4(4A)的形状为Y型的外周肋。而且，图8(D)表示形成于一对隔板(2、2)的一方的外周肋21且由此形成的如后详述的外周密封部件4(4A)的形状为L型的外周肋。另外，图8(E)表示形成于一对隔板(2、2)的双方的外周肋(21、21)且由此形成的如后详述的外周密封部件4(4A)的形状为U型的外周肋。而且，图8(F)表示形成于一对隔板(2、2)的双方的外周肋(21、21)且由此形成的如后详述的外周密封部件4(4A)的形状为反向型的外周肋。
图8所示的外周肋21在其外侧侧面21b受到通过注塑成型填充外周密封部件材料时的注塑压力，同时能够使其分散。因此，能够抑制乃至防止材料向第一闭合空间CS的流入。另外，图8所示的外周肋21具有由其突出面21a形成的窄路N，因此，能够抑制乃至防止材料向第一闭合空间CS的流入。而且，图8所示的外周肋21具有由其突出面21a形成的窄路N，外周密封部件4(4A)的内周端4a位于该窄路N，因此，一对隔板(2、2)之间的电气绝缘更加适当。
另一方面，本发明者们对即使在燃料电池单电池的间隔小的情况下，也可实现由密封部件实现的适当的密封的燃料电池堆的密封构造进行研究发现，可得到完全不同的效果。
具体而言，发现例如为了使内周密封部件难以受到损伤，如果以在与内周密封部件之间形成沿着隔板的周向连通的闭合空间的方式只配设外周密封部件，则会产生新的应解决的课题。
即，得到如下技术见解：在利用不具有将闭合空间和外部连通的切口部的、具有密封构造的燃料电池进行发电的情况下，在发电部位产生的水蒸气透过框架或内周密封部件，在闭合空间内发生液化，可能发生隔板的短路或框架的水解等的性能降低。
没有特别限定，也可以说，其它的本发明的燃料电池是基于这样的技术见解而创建的。而且，发现通过构成为在配设于规定位置的内周密封部件与外周密封部件之间形成第一闭合空间，外周密封部件具有使第一闭合空间和外部连通的切口部成的结构，能够实现上述目的，由此完成其他的本发明。
即，如图9所示，通过形成与上述的实施方式同样的结构，能够将透过以图中箭头X表示的框架或内周密封部件的水分、或其在闭合空间内发生液化而成的水滴经由以虚线表示的切口部n(一并参照图5)排出到外部，能够抑制乃至防止隔板的短路或框架的水解等的性能降低。
另外，本发明或其它的本发明作为次要效果，也可以利用将闭合空间和外部连通的切口部，进行燃料电池的单电池的气密检查或水密检查等。
(第二实施方式)
接下来，参照附图对本发明第二实施方式的燃料电池模块进行详细说明。此外，对与在上述的实施方式中说明的燃料电池模块同等的燃料电池模块标注相同的标记并省略说明。
图10(A)是表示本发明第二实施方式的燃料电池模块的立体图，图10(B)是被图10(A)所示的燃料电池模块的B线包围的部分的放大图。如图10所示，本实施方式的燃料电池模块M2中与上述的第一实施方式的燃料电池模块的不同之处在于，切口部形成部件5A被外周密封部件4(4B)覆盖。
在本实施方式中，除了在上述的第一实施方式中得到的效果之外，由于将切口部形成部件与外周密封部件一体化，因此，气密性或耐久性更高。
(第三实施方式)
接下来，参照附图对本发明第三实施方式的燃料电池模块进行详细说明。此外，对与在上述实施方式中说明的燃料电池模块同等的燃料电池模块标注相同的标记并省略说明。
图11是表示本发明第三实施方式的燃料电池模块的立体图。如图11所示，本实施方式的燃料电池模块M3中与上述第一实施方式的燃料电池模块的不同之处在于，外周密封部件4(4B)在切口部n具有一对板状形状的切口部形成部件5B，隔板具有沿着其平面方向延伸的突起状的测定用端子23，测定用端子23在切口部n露出。
在本实施方式中，除了在上述的第一实施方式中得到的效果之外，由于使测定用端子在切口部露出，因此，例如能够进行燃料电池单电池的电压检查。
(第四实施方式)
接下来，参照附图对本发明第四实施方式的燃料电池模块进行详细说明。此外，对与在上述实施方式中说明的燃料电池模块同等的燃料电池模块标注相同的标记并省略说明。
图12(A)是表示本发明第四实施方式的燃料电池模块的立体图，图12(B)是图12(A)所示的燃料电池模块的被B线包围的部分的放大图。如图12所示，本实施方式的燃料电池模块M4中与上述第三实施方式的燃料电池模块的不同之处在于，切口部形成部件5B被外周密封部件4(4B)覆盖。
在本实施方式中，除了在上述第三实施方式中得到的效果之外，由于将切口部形成部件与外周密封部件一体化，因此，气密性或耐久性较高。
在此，通过举例对上述各实施方式的燃料电池堆或模块的密封构造的制造方法进行详细说明。通过这种制造方法，能够以高的生产性制作希望的燃料电池堆或模块的密封构造。此外，本发明的燃料电池堆或模块的密封构造显然不限于通过这种制造方法得到的密封构造。
上述实施方式的燃料电池堆或模块的密封构造的制造方法的一例包括下述工序(1)～(3)。
在工序(1)中，在利用一对隔板夹持膜电极接合体时，以形成将一对隔板的内周肋间闭塞的内周密封部件的方式将形成内周密封部件的内周密封部件材料涂敷于一对隔板中的至少一方，制作层积结构体。
此外，在工序(1)中，例如作为内周密封部件材料，优选具有粘接功能，优选为所填充的材料，优选为树脂材料。具体而言，优选应用热固化性粘接剂。另外，在该工序中，例如在涂敷内周密封部件材料时，能够使用分配器或辊进行涂敷。
在工序(1)之后实施的工序(2)中，在层积结构体的侧面配置用于形成切口部的切口部形成部件。
此外，在工序(2)中使用的切口部形成部件只要为可防止乃至抑制材料向切口部或测定用端子间的流入的部件即可，没有特别限定。作为切口部形成部件，例如可应用树脂制框状形状或一对板状形状的部件。另外，切口部形成部件可根据设置于燃料电池模块的侧面的切口部的位置或数量进行适当配置。
在工序(2)之后实施的工序(3)中，首先，将层积结构体配设于模具。而且，以形成配置于内周密封部件的外周侧且将一对隔板的外周肋间闭塞的外周密封部件、上述第一闭合空间以及上述切口部的方式通过注塑成型填充形成外周密封部件的外周密封部件材料。
此外，在工序(3)中，例如作为外周密封部件材料，优选具有粘接功能，优选为所填充的材料，优选为树脂材料。具体而言，优选应用熔融状态的热塑性树脂。
另外，没有特别限定，但热塑性树脂根据JIS K7199，例如优选使用温度为200℃、剪切速度为1000/s的溶融粘度为80Pa·s以上且100Pa·s以下的聚丙烯等低粘度的热塑性树脂。而且，优选将这种低粘度的热塑性树脂以例如施加于内周密封部件的压力为60MPa以上且70MPa以下的低压力进行填充。
另外，在该工序中，例如在通过注塑成型填充外周密封部件材料时，能够通过外周密封部件材料的注塑压力控制外周密封部件材料的填充。但不限于此。例如在通过注塑成型填充外周密封部件材料时，也可以通过来自切口部的排气与外周密封部件材料的注塑压力一同控制外周密封部件材料的填充。
另外，在燃料电池堆的密封构造具有规定的结构的情况下，在工序(1)～(3)中，优选进行如下操作。通过这种制造方法，能够以高的生产性制作希望的燃料电池堆的密封构造。
在工序(1)中，设置以形成第一闭合空间和切口部的一部分的方式进行了对位的形成切口部的未涂敷部，将形成外周密封部件的一部分即内侧外周密封部件的内侧外周密封部件材料进一步涂敷于一对隔板中的至少一方的从一对隔板的窄路至比窄路靠外侧的位置。此外，在该工序(1)中，例如作为内周密封部件材料或内侧外周密封部件材料，优选应用热固化性粘接剂。另外，在该工序(1)中，例如在涂敷内周密封部件材料或内侧外周密封部件材料时，能够使用分配器或辊进行涂敷。
在工序(2)中，将切口部形成部件配置于层积结构体的侧面的未涂敷部。此外，在该工序(2)中使用的切口部形成部件只要为可防止乃至抑制材料向切口部或测定用端子间流入的部件即可，没有特别限定。作为切口部形成部件，例如可应用树脂制框状形状或一对板状形状的部件。另外，切口部形成部件可根据设置于燃料电池模块的侧面的切口部的位置或数量进行适当配置。
在工序(3)中，填充形成外周密封部件的一部分即外侧外周密封部件的外侧外周密封部件材料，以形成配设于比内侧外周密封部件靠外侧的位置的外侧外周密封部件和切口部的其它部分。此外，在该工序(3)中，例如作为外侧外周密封部件材料，优选应用上述那样的熔融状态的热塑性树脂。但因为先前配设有内侧外周密封部件，故而与上述的工序(3)相比，热塑性树脂的溶融粘度或注塑压力的自由度高。在该工序(3)中，例如在通过注塑成型填充外侧外周密封部件材料时，能够通过外侧外周密封部件材料的注塑压力控制外侧外周密封部件材料的填充。例如，可将注塑压力设为60MPa以上且140MPa以下。
在此，上述规定的结构为下述(i)～(vi)。
(i)外周肋具有一对隔板的间隔一定的突出面，且形成一对隔板的间隔比一对隔板的外周端的间隔小的窄路。
(ii)外周密封部件的内周端配设于窄路。
(iii)外周密封部件具有内侧外周密封部件和外侧外周密封部件。
(iv)内侧外周密封部件一体配设于窄路及比窄路靠外侧的位置。
(v)外侧外周密封部件配设于比内侧外周密封部件靠外侧的位置。
(vi)外周密封部件在切口部具有切口部形成部件。
参照附图对上述工序(2)的详情进行详细说明。此外，对与在上述的实施方式中说明的工序同等的工序标注相同的标记并省略说明。
图13(A)是表示夹具插入前的层积结构体的示意性剖视图，图13(B)是表示夹具插入后的层积结构体的示意性剖视图。在工序(2)中，在配置切口部形成部件之前，在如图13(A)所示的层积结构体LP那样隔板(2、2)发生变形的情况下，通过将夹具30如箭头Y表示那样地插入，能够如图13(B)所示地使隔板(2、2)的间隔为规定尺寸。由此，能够容易将切口部形成部件配置于层积结构体的侧面。
图14(A)是表示将切口部形成部件的一例插入到层积结构体之前的状态的剖视图，图14(B)是表示将切口部形成部件的一例插入到层积结构体后的状态的剖视图。在工序(2)中，将切口部形成部件5A配置于层积结构体LP的侧面的成为切口部n的第二内侧树脂材料的未涂敷部。由此，能够形成希望的切口部。
另外，图15(A)是表示将切口部形成部件的另一例插入到层积结构体之前的状态的主要部分的立体图，图15(B)是表示将切口部形成部件的另一例插入到层积结构体后的状态的主要部分的立体图。而且，图16(A)是表示将切口部形成部件的再一例插入到层积结构体之前的状态的主要部分的立体图，图16(B)是表示将切口部形成部件的再一例插入到层积结构体后的状态的主要部分的立体图。此外，在图15及图16中表示将3个燃料电池单电池层积而成的层积结构体作为层积结构体。
在工序(2)中，在将切口部形成部件配置于层积结构体的侧面的情况下，如图15(B)所示，将切口部形成部件5A插入到与内侧外周密封部件4A接触的位置。另外，同样地，如图16(B)所示，将切口部形成部件5B插入到与内侧外周密封部件4A接触的位置。由此，能够防止乃至抑制树脂向切口部或测定用端子间的流入。
如上所述，通过一些实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限于此，在本发明的主旨的范围内可进行各种变形。

Claims (19)

1.一种燃料电池堆的密封构造，其特征在于，所述燃料电池堆将燃料电池单电池层积多个而构成，所述燃料电池单电池具有膜电极接合体和夹持所述膜电极接合体的一对隔板，其中，
一对隔板中的至少一方的隔板在所述隔板的周缘部分具有向所述一对隔板的至少对置面侧突出的内周肋，
所述一对隔板中的至少一方的隔板在所述内周肋的外周侧具有向所述一对隔板的至少对置面侧突出的外周肋，
所述燃料电池堆的密封构造具备：内周密封部件，其将构成所述燃料电池单电池的所述一对隔板的内周肋间闭塞；外周密封部件，其配置在所述内周密封部件的外周侧，且将所述一对隔板的外周肋间闭塞，
在所述内周密封部件与所述外周密封部件之间形成第一闭合空间，并且，
所述外周密封部件具有使所述第一闭合空间和外部连通的切口部。
2.如权利要求1所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，
所述外周肋形成有所述一对隔板的间隔比所述一对隔板的外周端的间隔小的部位。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，
所述外周肋具有所述一对隔板的间隔一定的突出面，且形成有所述一对隔板的间隔比所述一对隔板的外周端的间隔小的窄路。
4.如权利要求3所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，
所述外周密封部件的内周端配设于所述窄路。
5.如权利要求1～4中任一项所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，
所述外周密封部件和/或所述内周密封部件具有粘接功能。
6.如权利要求1～5中任一项所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，
所述外周密封部件和/或所述内周密封部件由填充剂构成。
7.如权利要求6所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，
所述填充剂由树脂材料构成。
8.如权利要求4所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，
所述外周密封部件具有内侧外周密封部件和外侧外周密封部件，
所述内侧外周密封部件一体配设于所述窄路及比所述窄路靠外侧的位置，
所述外侧外周密封部件配设于比所述内侧外周密封部件靠外侧的位置。
9.如权利要求1～8中任一项所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，
所述外周密封部件在所述切口部具有切口部形成部件。
10.如权利要求8所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，
所述内侧外周密封部件包含热固化性树脂，
所述外侧外周密封部件包含热塑性树脂。
11.如权利要求1所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，
所述膜电极接合体具有框架，
所述框架通过所述内周肋进行保持。
12.如权利要求1所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，具备：
第二内周密封部件，其将所述燃料电池单电池的周缘部分彼此之间闭塞；
第二外周密封部件，其配置于所述第二内周密封部件的外周侧，且将所述燃料电池单电池的周缘部分彼此之间闭塞，
在所述第二内周密封部件与所述第二外周密封部件之间形成第二闭合空间，并且，
所述第二外周密封部件具有使所述第二闭合空间和所述外部连通的切口部。
13.如权利要求1所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，
所述燃料电池堆将燃料电池模块层积多个而构成，所述燃料电池模块将所述燃料电池单电池层积多个而构成。
14.如权利要求13所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，具备：
密封板，其配置于所述燃料电池模块之间；
第三内周密封部件，其将所述各燃料电池模块的端部隔板及密封板的周缘部分彼此之间闭塞；
第三外周密封部件，其配置于所述第三内周密封部件的外周侧，且将所述各燃料电池模块的所述端部隔板及所述密封板的周缘部分彼此之间闭塞，
在所述第三内周密封部件与所述第三外周密封部件之间形成第三闭合空间，并且，
所述第三外周密封部件具有使所述第三闭合空间和所述外部连通的切口部。
15.如权利要求9所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，
所述切口部形成部件被所述外周密封部件覆盖。
16.如权利要求1所述的燃料电池堆的密封构造，其特征在于，
所述一对隔板中的至少一方的隔板具有沿着所述隔板的平面方向延伸的突起状的测定用端子，
所述测定用端子在所述切口部露出。
17.一种燃料电池堆的密封构造的制造方法，所述燃料电池堆将燃料电池单电池层积多个而构成，所述燃料电池单电池具有膜电极接合体和夹持所述膜电极接合体的一对隔板，
一对隔板中的至少一方的隔板在所述隔板的周缘部分具有向所述一对隔板的至少对置面侧突出的内周肋，
所述一对隔板中的至少一方的隔板在所述内周肋的外周侧具有向所述一对隔板的至少对置面侧突出的外周肋，
所述燃料电池堆的密封构造具备：内周密封部件，其将构成所述燃料电池单电池的所述一对隔板的内周肋间闭塞；外周密封部件，其配置于所述内周密封部件的外周侧，且将所述一对隔板的外周肋间闭塞，
在所述内周密封部件与所述外周密封部件之间形成第一闭合空间，并且，所述外周密封部件具有使所述第一闭合空间和外部连通的切口部，所述燃料电池堆的密封构造的制造方法的特征在于，包括：
工序(1)，在由所述一对隔板夹持所述膜电极接合体时，以形成将所述一对隔板的内周肋之间闭塞的所述内周密封部件的方式在所述一对隔板的至少一方的内周肋涂敷形成所述内周密封部件的内周密封部件材料，制作层积结构体；
工序(2)，在所述工序(1)之后执行，在所述层积结构体的侧面配置用于形成所述切口部的切口部形成部件；
工序(3)，在所述工序(2)之后执行，将所述层积结构体配设于模具，填充形成所述外周密封部件的外周密封部件材料，以形成配置于所述内周密封部件的外周侧且将所述一对隔板的外周肋之间闭塞的外周密封部件、所述第一闭合空间以及所述切口部。
18.如权利要求17所述的燃料电池堆的密封构造的制造方法，其特征在于，
所述外周肋具有所述一对隔板的间隔一定的突出面，且形成所述一对隔板的间隔比所述一对隔板的外周端的间隔小的窄路，
所述外周密封部件的内周端配设于所述窄路，
所述外周密封部件具有内侧外周密封部件和外侧外周密封部件，
所述内侧外周密封部件一体配设于所述窄路及比所述窄路靠外侧的位置，
所述外侧外周密封部件配设于比所述内侧外周密封部件靠外侧的位置，
所述外周密封部件在所述切口部具有切口部形成部件，
在所述燃料电池堆的密封构造的制造方法中，在所述工序(1)中，设置以形成所述第一闭合空间和所述切口部的一部分的方式进行了对位的形成所述切口部的未涂敷部，将形成所述外周密封部件的一部分即所述内侧外周密封部件的内侧外周密封部件材料进一步涂敷在所述一对隔板中的至少一方的从所述一对隔板的窄路至比窄路靠外侧的位置，
在所述工序(2)中，将所述切口部形成部件配置于所述层积结构体的侧面的所述未涂敷部，
在所述工序(3)中，填充形成所述外周密封部件的一部分即所述外侧外周密封部件的外侧外周密封部件材料，以形成配设于比所述内侧外周密封部件靠外侧的位置的所述外侧外周密封部件和所述切口部的其它部分。
19.如权利要求18所述的燃料电池堆的密封构造的制造方法，其特征在于，
所述内侧外周密封部件材料为热固化性粘接剂，
所述外侧外周密封部件材料为熔融状态的热塑性树脂。
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