CN109616681A - 燃料电池用隔离部件和电芯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池用隔离部件和电芯。构成电芯(12)的第一金属隔离部件(30)具有：氧化剂气体入口连通孔(34a)，其在隔离部件厚度方向上贯通形成；连通孔压制肋部(53)，其环绕氧化剂气体入口连通孔(34a)的外周；和多个通道(86)，其从连通孔压制肋部(53)的侧壁突出，并且在隔离部件厚度方向上鼓出形成。多个通道(86)的与连通孔压制肋部(53)连接的根部的截面形状彼此相同。根据本发明，能够以简单且经济的结构来实现施加于包围连通孔的压制肋密封件的表面压力的均匀化。

Description

燃料电池用隔离部件和电芯
技术领域
本发明涉及一种具有包围流体连通孔的压制肋密封件的燃料电池用隔离部件和电芯。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池具有膜电极组件(MEA)，该膜电极组件(MEA)为在由高分子离子交换膜构成的电解质膜的一个面上配设有阳极电极，在另一个面上配设有阴极电极的膜电极组件。膜电极组件通过被隔离部件(双极板)夹持而构成电芯(单体燃料电池)。具有将电芯层叠规定数量而成的层叠体的燃料电池堆例如被装入燃料电池车辆(燃料电池电动汽车等)。
在燃料电池堆中，有时使用金属隔离部件作为隔离部件。此时，为了防止氧化剂气体和燃料气体、即反应气体、冷却介质的泄漏，而在金属隔离部件上设置有密封部件。
密封部件使用氟类或硅酮等弹性橡胶密封件，而存在成本高涨的问题。因此，例如，如下述的美国发明专利特许第7718293号的说明书所公开的那样，采用在金属隔离部件上形成凸形状的压制肋密封件来代替弹性橡胶密封件的结构。
发明内容
为了分别单独地供给和排出反应气体和冷却介质，而在电芯的层叠体上设置有沿层叠方向贯通金属隔离部件的连通孔，金属隔离部件中的各连通孔由压制肋密封件单独地被包围。为了使反应气体在发电区域与连通孔之间流通，而在金属隔离部件上设置有连通压制肋密封件的内侧与外侧的连接流路(桥部)。施加于压制肋密封件的表面压力(压制肋密封件的顶端处的接触压力)受到连接于压制肋密封件的连接流路的截面形状的影响。希望抑制施加于压制肋密封件的表面压力的差异。
本发明的目的在于，提供一种燃料电池用隔离部件和电芯，能够以简单且经济的结构来实现施加于包围连通孔的压制肋密封件的表面压力的均匀化。
为了达成上述目的，本发明的燃料电池用隔离部件形成有流体流路、流体连通孔和密封用的压制肋密封件，且层叠于膜电极组件，并在层叠方向上被施加压缩载荷，其中，所述流体流路使为氧化剂气体、燃料气体或制冷剂的流体向沿着电极面的方向流通；所述流体连通孔与所述流体流路连通，并且在隔离部件厚度方向上贯通而形成；密封用的所述压制肋密封件环绕所述流体连通孔的外周，并且向所述隔离部件厚度方向突出，所述燃料电池用隔离部件具有多个通道，所述多个通道从所述压制肋密封件的侧壁突出，并且在所述隔离部件厚度方向上鼓出而形成，所述多个通道的与所述压制肋密封件连接的根部的截面形状彼此相同。
优选所述多个通道各自的截面形状为梯形，且彼此的底边长度、上边长度和高度相同。
优选所述多个通道具有从所述压制肋密封件的内周侧壁突出的多个内侧通道和从所述压制肋密封件的外周侧壁突出的多个外侧通道，所述多个内侧通道和所述多个外侧通道彼此交错地连接于所述压制肋密封件。
优选所述多个通道具有从所述压制肋密封件的内周侧壁突出的内侧通道和从所述压制肋密封件的外周侧壁突出的外侧通道，所述内侧通道和所述外侧通道的与所述压制肋密封件连接的根部的截面形状彼此相同。
优选具有与该燃料电池用隔离部件相邻的其他燃料电池用隔离部件，该燃料电池用隔离部件的所述多个通道与设置于所述其他燃料电池用隔离部件的多个通道的截面形状相同。
本发明的电芯具有上述任一种燃料电池用隔离部件和层叠于所述燃料电池用隔离部件的膜电极组件。
根据本发明的燃料电池用隔离部件和电芯，与包围流体连通孔的压制肋密封件连接的多个通道的与压制肋密封件连接的根部的截面形状彼此相同。据此，能够抑制通道所连接的部位处压制肋密封件的刚性的差异。因此，能够以简单且经济的结构来实现施加于包围流体连通孔的压制肋密封件的表面压力(密封表面压力)的均匀化。另外，能够容易地确保由压制肋密封件带来的所期望的密封性。
根据参照附图所要说明的以下实施方式的说明，可以容易地理解上述目的、特征和优点。
附图说明
图1是燃料电池堆的立体说明图。
图2是燃料电池堆的局部分解概略立体图。
图3是燃料电池堆的沿图2中的III-III线的剖视图。
图4是构成燃料电池堆的电芯的分解立体说明图。
图5是从第一金属隔离部件侧观察接合隔离部件的正面说明图。
图6是包围第一金属隔离部件中的氧化剂气体入口连通孔的压制肋密封件的主要部分说明图。
图7是沿着图6中的VII-VII线的剖视图。
图8A是沿着图7中的VIIIA-VIIIA线的剖视图。图8B是沿着图7中的VIIIB-VIIIB线的剖视图。
图9是从第二金属隔离部件侧观察接合隔离部件的正面说明图。
具体实施方式
以下，列举优选的实施方式，边参照附图边对本发明所涉及的燃料电池用隔离部件和电芯进行说明。
如图1和图2所示，燃料电池堆10具有层叠体14，该层叠体14是多个电芯(燃料电池)12沿水平方向(箭头A方向)或重力方向(箭头C方向)层叠而成的层叠体。燃料电池堆10例如搭载于未图示的燃料电池电动汽车等燃料电池车辆。
在层叠体14的层叠方向(箭头A方向)上的一端，朝向外方依次配设有接线板16a、绝缘体18a和端板20a(参照图2)。在层叠体14的层叠方向上的另一端，朝向外方依次配设有接线板16b、绝缘体18b和端板20b。
如图1所示，端板20a、20b具有横长(也可以是纵长)的长方形状，并且在各边之间配置有连接杆24。各连接杆24的两端经由螺栓26固定于端板20a、20b的内表面，该各连接杆24对多个层叠的电芯12施加层叠方向(箭头A方向)上的紧固载荷。另外，在燃料电池堆10中，也可以构成为具有将端板20a、20b作为端板的箱体，在箱体内收装层叠体14。
如图3和图4所示，电芯12的带树脂膜MEA28被第一金属隔离部件30和第二金属隔离部件32夹持。第一金属隔离部件30和第二金属隔离部件32例如通过将钢板、不锈钢板、铝板、镀膜处理钢板或者对这些金属板的金属表面实施防腐蚀用表面处理的金属薄板的截面压力成型为波形而构成。第一金属隔离部件30和第二金属隔离部件32通过对外周进行焊接、钎焊、咬口(Calking)等而接合为一体，来构成接合隔离部件33。
在电芯12的长边方向、即箭头B方向(图4中，水平方向)上的一端缘部设置有氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a和燃料气体出口连通孔38b，该氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a和燃料气体出口连通孔38b在箭头A方向上彼此连通。氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a和燃料气体出口连通孔38b在箭头C方向上排列设置。氧化剂气体入口连通孔34a供给氧化剂气体，例如含氧气体。冷却介质入口连通孔36a供给冷却介质，燃料气体出口连通孔38b排出燃料气体，例如含氢气体。
在电芯12的箭头B方向上的另一端缘部，在箭头C方向上排列设置有燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b和氧化剂气体出口连通孔34b，该燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b和氧化剂气体出口连通孔34b在箭头A方向上彼此连通。燃料气体入口连通孔38a供给燃料气体，冷却介质出口连通孔36b排出冷却介质，并且氧化剂气体出口连通孔34b排出氧化剂气体。氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b和燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b的配置并不限定于本实施方式。根据所要求的规格适当设定即可。
如图3所示，在外周具有框形状的树脂膜46的带树脂膜MEA28具有膜电极组件28a和设置于膜电极组件28a的外周部的树脂膜46。膜电极组件28a具有电解质膜40、阳极电极42和阴极电极44，该阳极电极42和阴极电极44夹持电解质膜40。
电解质膜40例如为固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。固体高分子电解质膜例如为含有水分的全氟磺酸的薄膜。电解质膜40被阳极电极42和阴极电极44夹持。电解质膜40除了使用氟类电解质以外，还可以使用HC(烃)类电解质。电解质膜40具有比阳极电极42和阴极电极44小的平面尺寸(外形尺寸)。
在阳极电极42的外周缘部与阴极电极44的外周缘部之间夹持有具有框形状的树脂膜46。树脂膜46的内周端面与电解质膜40的外周端面接近、重叠或抵接。如图4所示，在树脂膜46的箭头B方向上的一端缘部设置有氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a和燃料气体出口连通孔38b。在树脂膜46的箭头B方向上的另一端缘部设置有燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b和氧化剂气体出口连通孔34b。
树脂膜46例如由PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚二苯基甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP(聚乙烯基苯乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)、有机硅树脂、氟树脂、或者m-PPE(改性聚苯醚树脂)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或者改性聚烯烃构成。另外，也可以不使用树脂膜46而使电解质膜40向外方突出。另外，也可以在向外方突出的电解质膜40的两侧设置框形状的膜。
如图4所示，在第一金属隔离部件30的面向带树脂膜MEA28的面30a(以下，称为“表面30a”)上例如设置有沿箭头B方向延伸的氧化剂气体流路48。如图5所示，氧化剂气体流路48以能够使流体流过的方式与氧化剂气体入口连通孔34a及氧化剂气体出口连通孔34b连通。氧化剂气体流路48在沿箭头B方向延伸的多个凸部48a之间具有直线状流路槽48b。也可以代替多个直线状流路槽48b而设置多个波状流路槽。
在第一金属隔离部件30的表面30a上，在氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体流路48之间设置有入口缓冲部50A，该入口缓冲部50A具有多个由沿箭头C方向排列的多个压制凸起部50a构成的压制凸起列。另外，在第一金属隔离部件30的表面30a上，在氧化剂气体出口连通孔34b与氧化剂气体流路48之间设置有出口缓冲部50B，该出口缓冲部50B具有多个由多个压制凸起部50b构成的压制凸起列。
另外，在第一金属隔离部件30的与氧化剂气体流路48相反一侧的面30b上，在入口缓冲部50A的上述压制凸起列之间设置有由沿箭头C方向排列的多个压制凸起部67a构成的压制凸起列，并且，在出口缓冲部50B的上述压制凸起列之间设置有由沿箭头C方向排列的多个压制凸起部67b构成的压制凸起列。压制凸起部67a、67b构成制冷剂面侧的缓冲部。
在第一金属隔离部件30的表面30a上，通过压力成型而向带树脂膜MEA28鼓出成型有第一密封线(金属压制肋密封件)51。第一密封线51具有内侧压制肋部51a、外侧压制肋部52和多个连通孔压制肋部(压制肋密封件)53。如图3所示，树脂材料56a通过印刷或涂布等固定在第一密封线51的凸部顶端面。树脂材料56a例如使用聚酯纤维。树脂材料56a也可以设置在树脂膜46侧。树脂材料56a不是必不可少的，也可以不使用。
如图5所示，内侧压制肋部51a从第一金属隔离部件30的表面30a向带树脂膜MEA28(图4)突出，并且包围氧化剂气体流路48、入口缓冲部50A和出口缓冲部50B。外侧压制肋部52从第一金属隔离部件30的表面30a向带树脂膜MEA28(图4)突出，并且环绕该表面30a的外周缘部。
多个连通孔压制肋部53从第一金属隔离部件30的表面30a向带树脂膜MEA28(图4)突出，并且分别单独地环绕氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b的周围。
连通孔压制肋部53在俯视时形成为波形状。另外，连通孔压制肋部53的各边也可以在俯视时形成为直线状。
如图6和图7所示，连通孔压制肋部53a具有内周侧壁53s1、外周侧壁53s2和顶部53t，其中，内周侧壁53s1和外周侧壁53s2从第一金属隔离部件30的基板部30p立起；顶部53t连接内周侧壁53s1和外周侧壁53s2。连通孔压制肋部53a的内周侧壁53s1和外周侧壁53s2相对于隔离部件厚度方向倾斜。因此，连通孔压制肋部53a的沿着隔离部件厚度方向的截面形状形成为梯形。优选内周侧壁53s1与外周侧壁53s2的倾斜角度相同。另外，连通孔压制肋部53a的内周侧壁53s1和外周侧壁53s2也可以与隔离部件厚度方向平行。即，连通孔压制肋部53a的沿着隔离部件厚度方向的截面形状也可以形成为矩形形状。
如图5所示，在第一金属隔离部件30上设置有将连通孔压制肋部53a、53b的内侧(连通孔34a、34b侧)和外侧(氧化剂气体流路48侧)连通的桥部(连接流路)80、82，其中，连通孔压制肋部53a、53b分别包围氧化剂气体入口连通孔34a和氧化剂气体出口连通孔34b。
在包围氧化剂气体入口连通孔34a的形状(环状)的连通孔压制肋部53a中的位于氧化剂气体流路48与氧化剂气体入口连通孔34a之间的部位设置有桥部80。另一方面，在包围氧化剂气体出口连通孔34b的形状(环状)的连通孔压制肋部53b中的位于氧化剂气体流路48与氧化剂气体出口连通孔34b之间的部位设置桥部82。
连通孔压制肋部53a和连通孔压制肋部53b具有相同的结构。另外，氧化剂气体入口连通孔34a侧的桥部80与氧化剂气体出口连通孔34b侧的桥部82具有相同的结构。因此，以下，代表性地对连通孔压制肋部53a和桥部80的结构进行详细说明，对于连通孔压制肋部53b和桥部82的结构，省略详细的说明。
如图6和图7所示，桥部80具有多个通道86，该多个通道86从连通孔压制肋部53a的侧壁突出(延伸出)并且在隔离部件厚度方向上通过压力成型而鼓出形成。具体而言，多个通道86具有：多个内侧通道86A，其从连通孔压制肋部53a的内周侧壁53s1向氧化剂气体入口连通孔34a突出；和多个外侧通道86B，其从连通孔压制肋部53a的外周侧壁53s2向氧化剂气体流路48(图5)突出。
多个内侧通道86A和多个外侧通道86B从连通孔压制肋部53a彼此向与隔离部件面方向(与层叠方向垂直的方向)相反的方向突出。多个内侧通道86A沿着连通孔压制肋部53a的延伸方向彼此隔开间隔配置。各内侧通道86A的与连通孔压制肋部53a连接的一侧的相反一侧的端部在氧化剂气体入口连通孔34a处开口。
多个外侧通道86B沿着连通孔压制肋部53a的延伸方向彼此隔开间隔配置。在外侧通道86B的与连通孔压制肋部53a的连接部位的相反一侧的端部设置有贯通外侧通道86B的内侧和外侧的开口部86c。
在本实施方式中，多个内侧通道86A和多个外侧通道86B沿着连通孔压制肋部53a交错地(犬牙交错状)配置。另外，多个内侧通道86A和多个外侧通道86B也可以隔着连通孔压制肋部53a而彼此相向配置。
如图7所示，在第一金属隔离部件30上设置有凹部53e，该凹部53e为凸形状的连通孔压制肋部53a的背面形状。凹部53e构成连通孔压制肋部53a的内部空间53f。第一金属隔离部件30的凹部53e与凹部63e相向，该凹部63e为第二金属隔离部件32的连通孔压制肋部63的背面形状。因此，第一金属隔离部件30的连通孔压制肋部53a的内部空间53f与第二金属隔离部件32的连通孔压制肋部63的内部空间63f连通。
另外，在图7中，示出了作为燃料电池堆10被组装的状态(对层叠体14施加层叠方向的紧固载荷、由该紧固载荷产生的表面压力作用于连通孔压制肋部53a、63c的状态)的第一金属隔离部件30和第二金属隔离部件32的截面。连通孔压制肋部53、63的顶部53t、63t的形状可以是在组装前的状态(未施加上述紧固载荷的状态)下向连通孔压制肋部53、63的突出方向鼓出的弯曲形状，但是，在燃料电池堆10的组装状态下，成为如图7所示的平坦状。
连通孔压制肋部53a的内部空间53f与内侧通道86A的内部空间86a经由形成于连通孔压制肋部53a的内周侧壁53s1的贯通孔84a连通。因此，内侧通道86A将氧化剂气体入口连通孔34a与连通孔压制肋部53a的内部空间53f连通。
连通孔压制肋部53a的内部空间53f和外侧通道86B的内部空间86b经由形成于连通孔压制肋部53a的外周侧壁53s2的贯通孔84b连通。因此，外侧通道86B将连通孔压制肋部53a的内部空间53f和氧化剂气体流路48(参照图5)连通。
在图6中，多个通道86的至少与连通孔压制肋部53a连接的根部的截面形状(与通道86的延伸方向垂直的方向上的截面形状)彼此相同。具体而言，多个内侧通道86A的根部的截面形状彼此相同。另外，多个外侧通道86B的根部的截面形状彼此相同。再者，多个内侧通道86A和多个外侧通道86B的根部的截面形状彼此相同。在此，对于多个通道86，截面形状“相同”不是指要求严格意义上的相同，而是只要与连通孔压制肋部53a的表面压力均匀的程度大致相同即可，再者，公差范围内的截面形状的误差被容许为“相同”(后述的其他的通道87、88、89、91、93、94、95也同样)。多个通道86彼此的宽度(通道86在与从连通孔压制肋部53a突出的方向正交的方向上的尺寸)相同。
如图8A和图8B所示，各通道86的截面形状为成朝向凸形状的顶端侧顶端变细形状的梯形。具体而言，通道86的两侧的侧壁86s相对于隔离部件厚度方向(箭头A方向)倾斜。截面为梯形的多个通道86在根部的截面形状中，彼此的底边长度、上边长度以及高度分别相同。另外，截面为梯形的多个内侧通道86A的根部处的底边长度W1a、上边长度W1b以及高度h1(图8A)与截面为梯形的多个外侧通道86B的根部处的底边长度W2a、上边长度W2b以及高度h2(图8B)相同。
另外，多个通道86的截面形状不限于梯形，例如也可以是矩形、圆弧状等。多个通道86的根部以外(比根部靠顶端侧的部位)的截面形状可以彼此相同，也可以不同。
如图5所示，桥部82具有从包围氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔压制肋部53b突出的多个通道87。该多个通道87与氧化剂气体入口连通孔34a侧的上述多个通道86具有相同的结构。
如图9所示，在第2金属隔离部件32上，与设置于第1金属隔离部件30的多个通道86相向而设置有从包围氧化剂气体入口连通孔34a的连通孔压制肋部63c向隔离部件面方向突出的多个通道94(还参照图7)。如图8A和图8B所示，多个通道94在与设置于第一金属隔离部件30的多个通道86相反的方向上向带树脂膜MEA28(图4)通过压力成型而鼓出成型，并且，与多个通道86同样，截面形状形成为梯形。
如图7～图9所示，设置于第二金属隔离部件32的多个通道94具有多个内侧通道94A和多个外侧通道94B，该多个内侧通道94A与设置于第一金属隔离部件30的内侧通道86A相向，该多个外侧通道94B与设置于第一金属隔离部件30的多个外侧通道86B(图5)相向。多个通道94的至少与连通孔压制肋部63c连接的根部的截面形状彼此相同。
另外，如图9所示，在第2金属隔离部件32上，与设置于第1金属隔离部件30的氧化剂气体出口连通孔34b侧的多个通道87(图5)相向而设置有从连通孔压制肋部63d向隔离部件面方向突出的多个通道95。设置于氧化剂气体出口连通孔34b侧的多个通道95与设置于氧化剂气体入口连通孔34a侧的多个通道94具有相同的结构。因此，多个通道95具有多个内侧通道95A和多个外侧通道95B。
如图4所示，在第二金属隔离部件32的朝向带树脂膜MEA28的面32a(以下称为“表面32a”)上例如形成有沿箭头B方向延伸的燃料气体流路58。如图9所示，燃料气体流路58以能够使流体流过的方式与燃料气体入口连通孔38a及燃料气体出口连通孔38b连通。燃料气体流路58在沿箭头B方向延伸的多个凸部58a之间具有直线状流路槽58b。也可以代替多个直线状流路槽58b而设置多个波状流路槽。
在第二金属隔离部件32的表面32a上，在燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58之间设置有入口缓冲部60A，该入口缓冲部60A具有多个由沿箭头C方向排列的多个压制凸起部60a构成的压制凸起列。另外，在第二金属隔离部件32的表面32a上，在燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58之间设置有出口缓冲部60B，该出口缓冲部60B具有多个由多个压制凸起部60b构成的压制凸起列。
另外，在第二金属隔离部件32的与燃料气体流路58相反的一侧的面32b上，在入口缓冲部60A的上述压制凸起列之间设置有由沿箭头C方向排列的多个压制凸起部69a构成的压制凸起列，并且在出口缓冲部60B的上述压制凸起列之间设置有由沿箭头C方向排列的多个压制凸起部69b构成的压制凸起列。压制凸起部69a、69b构成制冷剂面侧的缓冲部。
在第二金属隔离部件32的表面32a上，通过压力成型而向带树脂膜MEA28鼓出成型有第二密封线61。第二密封线61具有内侧压制肋部61a、外侧压制肋部62和多个连通孔压制肋部(压制肋密封件)63。内侧压制肋部61a从第二金属隔离部件32的表面32a向带树脂膜MEA28突出，并且包围燃料气体流路58、入口缓冲部60A和出口缓冲部60B。外侧压制肋部62从第二金属隔离部件32的表面32a突出，并且环绕该表面32a的外周缘部。
如图3所示，树脂材料56b通过印刷或涂布等固定在第二密封线61的凸部顶端面。树脂材料56b例如使用聚酯纤维。树脂材料56b也可以设置在树脂膜46侧。树脂材料56b不是必不可少的，也可以不使用。
如图9所示，多个连通孔压制肋部63从第二金属隔离部件32的表面32a突出，并且，分别单独地环绕氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b的周围。连通孔压制肋部63a、63b与设置于第一金属隔离部件30的连通孔压制肋部53a、53b(图5)具有相同的结构。
在第二金属隔离部件32上设置有桥部(连接流路)90、92，该桥部90、92将分别单独地包围燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b的连通孔压制肋部63a、63b的内侧(连通孔38a、38b侧)和外侧(燃料气体流路58侧)连通。
在包围燃料气体入口连通孔38a的形状(环状)的连通孔压制肋部63a中的、位于燃料气体流路58与燃料气体入口连通孔38a之间的部位设置有桥部90。在包围燃料气体出口连通孔38b的形状(环状)的连通孔压制肋部63b中的、位于燃料气体流路58与燃料气体出口连通孔38b之间的部位设置有桥部92。
设置于第二金属隔离部件32的这些桥部90、92与设置于第一金属隔离部件30的上述桥部80、82(图5)具有相同的结构。即，桥部90具有从连通孔压制肋部63a的侧壁突出的多个通道91，多个通道91的至少与连通孔压制肋部63a连接的根部的截面形状彼此相同。多个通道91具有：多个内侧通道91A，其从连通孔压制肋部63a的内周侧壁向燃料气体入口连通孔38a突出；和多个外侧通道91B，其从连通孔压制肋部63a的外周侧壁向燃料气体流路58突出。
桥部92具有从连通孔压制肋部63b的侧壁突出的多个通道93，多个通道93的至少与连通孔压制肋部63b连接的根部的截面形状彼此相同。多个通道93具有：多个内侧通道93A，其从连通孔压制肋部63b的内周侧壁向燃料气体出口连通孔38b突出；和多个外侧通道93B，其从连通孔压制肋部63b的外周侧壁向燃料气体流路58突出。
如图5所示，在第一金属隔离部件30上，与设置于第二金属隔离部件32的多个通道91(桥部90)(图9)相向而设置有多个通道88，该多个通道88从包围燃料气体入口连通孔38a的连通孔压制肋部53c向隔离部件面方向突出。多个通道88与上述的多个通道94(图7～图9)具有相同的结构，其至少与连通孔压制肋部53c连接的根部的截面形状彼此相同。
另外，在第一金属隔离部件30上，与设置于第二金属隔离部件32的多个通道93(桥部92)相向而设置有多个通道89，该多个通道89从包围燃料气体出口连通孔38b的连通孔压制肋部53d向隔离部件面方向突出。多个通道89与上述的多个通道94(图7～图9)具有相同的结构，其至少与连通孔压制肋部53d连接的根部的截面形状彼此相同。
如图3和图4所示，在彼此接合的第一金属隔离部件30的面30b与第二金属隔离部件32的面32b之间形成有冷却介质流路66，该冷却介质流路66以能够使流体流过的方式与冷却介质入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b连通。冷却介质流路66通过形成有氧化剂气体流路48的第一金属隔离部件30的背面形状与形成有燃料气体流路58的第二金属隔离部件32的背面形状互相重叠而形成。第一金属隔离部件30和第二金属隔离部件32通过对外周和连通孔的周围进行焊接而接合。也可以代替焊接而通过钎焊而接合。
如图2所示，接线板16a、16b由具有导电性的材料构成，例如由铜、铝或不锈钢等金属构成。在接线板16a、16b的大致中央设置有向层叠方向外方延伸的端子部68a、68b。
绝缘体18a、18b由绝缘性材料、例如聚碳酸酯(PC)、酚醛树脂等形成。在绝缘体18a、18b的中央部形成有向层叠体14开口的凹部76a、76b，在凹部76a、76b的底面设置孔部72a、72b。
在绝缘体18a和端板20a的箭头B方向上的一端缘部设置有氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a和燃料气体出口连通孔38b。在绝缘体18a和端板20a的箭头B方向上的另一端缘部设置有燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b和氧化剂气体出口连通孔34b。
如图2和图3所示，在绝缘体18a的凹部76a内收装有接线板16a，另一方面，在绝缘体18b的凹部76b内收装有接线板16b。
如图1所示，在端板20a、20b的各边之间配置有连接杆24。各连接杆24的两端通过螺栓26固定于端板20a、20b的内表面，各连接杆24向层叠体14施加层叠方向上的紧固载荷，由此来组装燃料电池堆10。
以下对这样构成的燃料电池堆10的动作进行说明。
首先，如图1所示，含氧气体等氧化剂气体、例如空气被供给到端板20a的氧化剂气体入口连通孔34a。含氢气体等燃料气体供给到端板20a的燃料气体入口连通孔38a。纯水、乙二醇、油等冷却介质被供给到端板20a的冷却介质入口连通孔36a。
如图4所示，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔34a经由桥部80(参照图5)被导入到第一金属隔离部件30的氧化剂气体流路48。此时，如图7所示，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔34a暂时流入第一金属隔离部件30的面30b侧(第一金属隔离部件30与第二金属隔离部件32之间)，经由多个通道86内和连通孔压制肋部53a的内部空间53f，从开口部86c向第一金属隔离部件30的表面30a侧流出。然后，如图4所示，氧化剂气体沿着氧化剂气体流路48向箭头B方向移动，被供给到膜电极组件28a的阴极电极44。
另一方面，燃料气体从燃料气体入口连通孔38a经由桥部90(参照图9)被导入到第二金属隔离部件32的燃料气体流路58。燃料气体沿着燃料气体流路58向箭头B方向移动，被供给到膜电极组件28a的阳极电极42。
因此，在各膜电极组件28a中，被供给到阴极电极44的氧化剂气体和被供给到阳极电极42的燃料气体在第二电极催化剂层44a和第一电极催化剂层42a内通过电化学反应而消耗，来进行发电。
接着，被供给到阴极电极44而消耗的氧化剂气体从氧化剂气体流路48经由桥部82向氧化剂气体出口连通孔34b流动，沿着氧化剂气体出口连通孔34b向箭头A方向排出。同样地，被供给到阳极电极42而消耗的燃料气体从燃料气体流路58经由桥部92流向燃料气体出口连通孔38b，并沿着燃料气体出口连通孔38b向箭头A方向排出。
另外，被供给到冷却介质入口连通孔36a的冷却介质被导入到形成于第一金属隔离部件30与第二金属隔离部件32之间的冷却介质流路66之后，向箭头B方向流通。该冷却介质在对膜电极组件28a进行冷却之后，从冷却介质出口连通孔36b排出。
在这种情况下，具有本实施方式所涉及的第一金属隔离部件30和第二金属隔离部件32的电芯12(燃料电池堆10)实现以下效果。
在第一金属隔离部件30中，与包围氧化剂气体入口连通孔34a的连通孔压制肋部53a连接的多个通道86中，与连通孔压制肋部53a连接的根部的截面形状彼此相同。与包围氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔压制肋部53b连接的多个通道87中，与连通孔压制肋部53b连接的根部的截面形状彼此相同。与包围燃料气体入口连通孔38a的连通孔压制肋部53c连接的多个通道88中，与连通孔压制肋部53c连接的根部的截面形状彼此相同。与包围燃料气体出口连通孔38b的连通孔压制肋部53d连接的多个通道89中，与连通孔压制肋部53d连接的根部的截面形状彼此相同。
据此，能够抑制通道86、87、88、89所连接的部位处的连通孔压制肋部53a～53d的刚性的差异。因此，能够以简单且经济的结构实现施加于连通孔压制肋部53a～53d的表面压力(密封面压力)的均匀化，并且，能够容易地确保由连通孔压制肋部53a～53d带来的所期望的密封性。因此，能够抑制表面压力的局部上升，并能够抑制因过载荷而导致的密封部件的损伤、带树脂膜MEA28的损伤。
对于具有连通孔压制肋部63a～63d和多个通道91、93、94、95的第二金属隔离部件32也能够得到与上述同样的效果。以下，代表性地说明设置于第一金属隔离部件30的多个通道86的效果，但对于其他的多个通道87、88、89、91、93、94、95也能够得到同样的效果。
设置于第一金属隔离部件30的多个通道86各自的截面形状为梯形，且彼此的底边长度、上边长度和高度相同。通过该结构，能够容易地实现截面形状相同的多个通道86。
多个通道86具有：多个内侧通道86A，其从连通孔压制肋部53a的内周侧壁53s1突出；和多个外侧通道86B，其从连通孔压制肋部53a的外周侧壁53s2突出，多个内侧通道86A和多个外侧通道86B相对于连通孔压制肋部53a而彼此交错地连接。通过该结构，能够将从氧化剂气体入口连通孔34a导入的氧化剂气体向氧化剂气体流路48良好地分配，并且，由于在内侧和外侧，通道86的位置偏移，因此，能够实现施加于连通孔压制肋部53a的表面压力的进一步的均匀化。
另外，在内侧通道86A与外侧通道86B中，与连通孔压制肋部53a连接的根部的截面形状彼此相同，因此，能够实现施加于连通孔压制肋部53a的表面压力的进一步的均匀化。
本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更。

Claims (7)

1.一种燃料电池用隔离部件，其形成有流体流路、流体连通孔和密封用的压制肋密封件，且层叠于膜电极组件，并在层叠方向上被施加压缩载荷，其中，所述流体流路使为氧化剂气体、燃料气体或制冷剂的流体向沿着电极面的方向流通；所述流体连通孔与所述流体流路连通，并且在隔离部件厚度方向上贯通而形成；密封用的所述压制肋密封件环绕所述流体连通孔的外周，并且向所述隔离部件厚度方向突出，其特征在于，
具有多个通道，所述多个通道从所述压制肋密封件的侧壁突出，并且在所述隔离部件厚度方向上鼓出而形成，
所述多个通道的与所述压制肋密封件连接的根部的截面形状彼此相同。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用隔离部件，其特征在于，
所述多个通道各自的截面形状为梯形，且彼此的底边长度、上边长度和高度相同。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池用隔离部件，其特征在于，
所述多个通道具有从所述压制肋密封件的内周侧壁突出的多个内侧通道和从所述压制肋密封件的外周侧壁突出的多个外侧通道，
所述多个内侧通道和所述多个外侧通道彼此交错地连接于所述压制肋密封件。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池用隔离部件，其特征在于，
所述多个通道具有从所述压制肋密封件的内周侧壁突出的内侧通道和从所述压制肋密封件的外周侧壁突出的外侧通道，
所述内侧通道和所述外侧通道的与所述压制肋密封件连接的根部的截面形状彼此相同。
5.根据权利要求1或2所述的燃料电池用隔离部件，其特征在于，
具有与该燃料电池用隔离部件相邻的其他燃料电池用隔离部件，
该燃料电池用隔离部件的所述多个通道与设置于所述其他燃料电池用隔离部件的多个通道的截面形状相同。
6.根据权利要求1或2所述的燃料电池用隔离部件，其特征在于，
所述多个通道的宽度彼此相同。
7.一种电芯，其具有燃料电池用隔离部件和膜电极组件，其中，所述燃料电池用隔离部件形成有流体流路、流体连通孔和密封用的压制肋密封件，且层叠于膜电极组件，并在层叠方向上被施加压缩载荷，其中，所述流体流路使为氧化剂气体、燃料气体或制冷剂的流体向沿着电极面的方向流通；所述流体连通孔与所述流体流路连通，并且在隔离部件厚度方向上贯通而形成；密封用的所述压制肋密封件环绕所述流体连通孔的外周，并且向所述隔离部件厚度方向突出，所述膜电极组件层叠于所述燃料电池用隔离部件，其特征在于，
所述燃料电池用隔离部件具有多个通道，所述多个通道从所述压制肋密封件的侧壁突出，并且在所述隔离部件厚度方向上鼓出形成，
所述多个通道的与所述压制肋密封件连接的根部的截面形状彼此相同。
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