CN109755607B - 凸起密封结构 - Google Patents

Abstract

本公开涉及凸起密封结构，该凸起密封结构具备：防止流体泄漏的外周侧凸起部(54)、即凸起密封件；以及相对于外周侧凸起部(54)交叉的第一阻止旁通凸状部(84)、即交叉要素部。第一阻止旁通凸状部(84)具有：从底板部(30s)立起的立起起点、即根基部(84r)；以及从底板部(30s)立起的侧壁(84s)。根基部(84r)的与外周侧凸起部(54)的连接部位(102)的曲率半径(R1)比侧壁(84s)的与外周侧凸起部(54)的连接部位(104)的曲率半径(r1)大。

Description

凸起密封结构

技术领域

本发明涉及在燃料电池用金属隔板设置的凸起密封结构。

背景技术

一般来说，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜形成的固体高分子电解质膜。燃料电池具备电解质膜-电极结构体(MEA)，该电解质膜-电极结构体(MEA)在固体高分子电解质膜的一方表面配设了阳极电极，在所述固体高分子电解质膜的另一方表面配设了阴极电极。利用隔板(双极性板)夹持MEA来构成发电单电池(单位燃料电池)。将发电单电池层叠规定的层数，由此例如作为车载用燃料电池堆来使用。

发电单电池中，存在使用金属隔板作为隔板的情况。沿着阳极电极形成了供作为一方反应气体的燃料气体流动的燃料气体流路的阳极侧金属隔板配置在MEA的一方表面侧，沿着阴极电极形成了供作为另一方反应气体的氧化剂气体流动的氧化剂气体流路的阴极侧金属隔板配置在MEA的另一方表面侧。

然而，日本专利第5239091号公报中公开了，为了降低制造成本，通过冲压成型在金属隔板形成凸形状的凸起密封件(界限壁7)作为密封部。另外，日本专利第5239091号公报中，为了防止在设置于金属隔板的反应气体流路的流路宽度方向端部处的反应气体旁通，设置与凸起密封件交叉的阻止旁通凸状部(限制构件10)。

发明内容

发明所要解决的问题

本发明是与上述的以往技术关连做出的，目的在于，在设置了相对于凸起密封件交叉的交叉要素部(阻止旁通凸状部等)的凸起密封结构中，谋求凸起密封件顶部的表面压力分布的均匀化。

为了实现所述的目的，本发明的凸起密封结构具备：在燃料电池用金属隔板向隔板厚度方向突出而形成、且防止流体泄漏的凸起密封件；以及相对于所述凸起密封件交叉的交叉要素部，在该凸起密封结构中，所述交叉要素部具有：从所述燃料电池用金属隔板的底板部立起的立起起点、即根基部；以及从所述底板部立起的侧壁，所述根基部的与所述凸起密封件的连接部位的曲率半径比所述侧壁的与所述凸起密封件的连接部位的曲率半径大。

优选为，所述交叉要素部是防止所述流体旁通的阻止旁通凸状部、或者将内侧空间与所述凸起密封件连通的通道(tunnel)。

优选为，在从所述隔板厚度方向观察的俯视下，所述交叉要素部相对于所述凸起密封件以90°的角度交叉。

优选为，所述交叉要素部的顶部高度比所述凸起密封件的顶部高度低。

优选为，所述凸起密封件的截面形状为梯形。

优选为，所述交叉要素部的截面形状为梯形。

根据本发明的凸起密封结构，交叉要素部的根基部的与凸起密封件的连接部位的曲率半径比交叉要素部的侧壁的与凸起密封件的连接部位的曲率半径大。由此，能够相对于公差等尺寸偏差而言降低凸起密封件顶部的表面压力(密封面压力)的敏感度。由此，实现凸起密封件顶部的表面压力分布的均匀化(抑制表面压力的变动)。

参照附图所作的对以下的实施方式进行的说明，容易理解所述目的、特征以及优点。

附图说明

图1是具备本发明的实施方式所涉及的凸起密封结构的发电单电池的分解立体图。

图2是沿着图1以及图4中的II-II线的发电单电池的剖视图。

图3是从第一金属隔板侧观察到的发电单电池的俯视图。

图4是第一金属隔板的主要部分放大俯视图。

图5是本发明的实施方式所涉及的凸起密封结构的立体剖视图。

图6是沿着图5中的VI-VI线的剖视图。

图7是在第一金属隔板设置的连通孔凸起部的放大俯视图。

图8是从第二金属隔板侧观察到的发电单电池的俯视图。

图9是第二金属隔板的主要部分放大俯视图。

图10是示出变更了交叉要素部的根基部的连接部位的曲率半径的情况下的凸起密封件的压缩载荷特性的图。

具体实施方式

以下，关于本发明所涉及的凸起密封结构例举优选的实施方式，参照附图进行说明。

图1所示的构成单位燃料电池的发电单电池12具备：带树脂膜的MEA 28；在带树脂膜的MEA 28的一方表面侧(箭头符号A1方向侧)配置的第一金属隔板30；在带树脂膜的MEA28的另一方表面侧(箭头符号A2方向侧)配置的第二金属隔板32。多个发电单电池12例如在箭头符号A方向(水平方向)或者箭头符号C方向(重力方向)层叠，并且被施加层叠方向的紧固载荷(压缩载荷)，来构成燃料电池堆10。燃料电池堆10例如作为车载用燃料电池堆被搭载于燃料电池电动汽车(未图示)。

第一金属隔板30以及第二金属隔板32例如是将钢板、不锈钢板、铝板、镀处理钢板、或者在其金属表面实施了用于防腐蚀的表面处理而成的金属薄板的截面冲压成型为波形来构成的。彼此相邻的发电单电池中的一方发电单电池的第一金属隔板30与另一方发电单电池的第二金属隔板32，通过对外周进行焊接、钎焊、铆接等而接合为一体，构成接合隔板33。

在发电单电池12的长边方向、即水平方向的一端缘部(箭头符号B1方向侧的缘部)，以在层叠方向(箭头符号A方向)相同连通孔相互连通的方式设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b在铅垂方向(箭头符号C方向)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、例如水。燃料气体出口连通孔38b排出燃料气体、例如含氢气体。

在发电单电池12的长边方向、即水平方向的另一端缘部(箭头符号B2方向侧的缘部)，以在层叠方向相同连通孔相互连通的方式设置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b在铅垂方向排列设置。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。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和氧化剂气体出口连通孔34b以及燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b的配置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2所示，带树脂膜的MEA 28具备电解质膜-电极结构体28a(以下记载为“MEA28a”)、在MEA 28a的外周部设置的框形状的树脂膜46。

MEA 28a具有电解质膜40、夹持电解质膜40的阳极电极42以及阴极电极44。电解质膜40例如是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是含有水份的全氟磺酸的薄膜。电解质膜40被阳极电极42以及阴极电极44夹持。电解质膜40除了能够使用氟系电解质之外，还能够使用HC(碳化氢)系电解质。

阴极电极44具有与电解质膜40的一方表面接合的第一电极催化剂层44a、以及与第一电极催化剂层44a层叠的第一气体扩散层44b。阳极电极42具有与电解质膜40的另一方表面接合的第二电极催化剂层42a、以及与第二电极催化剂层42a层叠的第二气体扩散层42b。

第一电极催化剂层44a以及第二电极催化剂层42a形成于电解质膜40的两面。第一电极催化剂层44a例如是将表面承载了白金合金的多孔质碳粒子和离子导电性高分子粘合剂一起均匀地涂布在第一气体扩散层44b的表面而形成的。第二电极催化剂层42a例如是将表面承载了白金合金的多孔质碳粒子和离子导电性高分子粘合剂一起均匀地涂布在第二气体扩散层42b的表面而形成的。第一气体扩散层44b以及第二气体扩散层42b是由碳纸或者碳布等形成的。

如图1所示，在树脂膜46的箭头符号B1方向侧的缘部设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。在树脂膜46的箭头符号B2方向侧的缘部设置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。

如图2所示，树脂膜46具有厚度不同的两个框状片46a、46b。具体来讲，树脂膜46具有内周部与MEA 28a的外周部接合的第一框状片46a、以及与第一框状片46a接合的第二框状片46b。第一框状片46a与第二框状片46b利用由接合剂形成的接合层46c来在厚度方向相互接合。第二框状片46b与第一框状片46a的外周部接合。

第一框状片46a以及第二框状片46b是由树脂材料构成的。作为第一框状片46a以及第二框状片46b的结构材料，例如可以举出PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP(液晶聚合物)、PVDF(聚偏氟乙烯)、硅树脂、氟树脂、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)或者改性聚烯烃等。

树脂膜46的内周部46n(第一框状片46a的内周部)配置在阳极电极42的外周部与阴极电极44的外周部之间。具体来说，树脂膜46的内周部46n被夹持在电解质膜40的外周部与阳极电极42的外周部之间。树脂膜46的内周部46n与电解质膜40的外周部经由接合层46c被接合。此外也可以是，树脂膜46的内周部46n被夹持在电解质膜40与阴极电极44之间。

此外也可以是，不使用树脂膜46，而使电解质膜40向外方突出。另外，在向外方突出的电解质膜40的两侧设置框形状的膜。

如图3所示，在第一金属隔板30的朝向带树脂膜的MEA 28的面30a(以下称为“表面30a”)，例如设置有在箭头符号B方向延伸的氧化剂气体流路48。氧化剂气体流路48与氧化剂气体入口连通孔34a以及氧化剂气体出口连通孔34b可流通流体地连通。氧化剂气体流路48具有在箭头符号B方向延伸的多个流路形成突起48a间形成的多个流路槽48b。从而，在氧化剂气体流路48中，多个流路形成突起48a与多个流路槽48b在流路宽度方向(箭头符号C方向)交替地配置。在本实施方式中，流路形成突起48a以及流路槽48b的平面形状是波形状，但不限于此，流路形成突起48a以及流路槽48b的平面形状也可以是平直(straight)形状。

流路形成突起48a的宽度方向(箭头符号C方向)两侧的侧壁相对于隔板厚度方向倾斜，流路形成突起48a的横截面形状为梯形。此外也可以是，流路形成突起48a的宽度方向两侧的侧壁与隔板厚度方向平行，流路形成突起48a的横截面形状为矩形。以下，多个流路形成突起48a中的位于流路宽度方向的两端位置的流路形成突起称为“端部流路形成突起48a1”。端部流路形成突起48a1配置在相比于第一气体扩散层44b的外端44be靠内侧的位置。

在第一金属隔板30的表面30a中，在氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体流路48之间设置入口缓冲部50A，该入口缓冲部50A具有多个由在箭头符号C方向排列的多个压花(emboss)部50a形成的压花列。另外，在第一金属隔板30的表面30a中，在氧化剂气体出口连通孔34b与氧化剂气体流路48之间设置出口缓冲部50B，该出口缓冲部50B具有多个由多个压花部50b形成的压花列。

此外，在第一金属隔板30的与氧化剂气体流路48相反一侧的面30b，在入口缓冲部50A的所述压花列间设置由向面30b侧突出且在箭头符号C方向排列的多个压花部67a形成的压花列，并且在出口缓冲部50B的所述压花列间设置由向面30b侧突出且在箭头符号C方向排列的多个压花部67b形成的压花列(参照图1)。压花部67a、67b构成制冷剂面侧的缓冲部。

在第一金属隔板30的表面30a，通过冲压成型，朝向带树脂膜的MEA28(图1)鼓出成形第一密封线52。虽未详细图示，但也可以是通过印刷或者涂布等将树脂件固定在第一密封线52的凸部前端面。此外，也可以没有该树脂件。

第一密封线52具有：将多个连通孔(氧化剂气体入口连通孔34a等)独立地包围的多个凸起密封件53(以下称为“连通孔凸起部53”)；以及将氧化剂气体流路48、入口缓冲部50A和出口缓冲部50B包围的凸起密封件54(以下称为“外周侧凸起部54”)。关于连通孔凸起部53以及外周侧凸起部54，从第一金属隔板30的厚度方向观察到的平面形状为波形状。此外，连通孔凸起部53以及外周侧凸起部54的平面形状也可以具有平直形状。

多个连通孔凸起部53从第一金属隔板30的表面30a朝向MEA 28突出，并且分别独立地围绕在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以及冷却介质出口连通孔36b的周围。以下，将多个连通孔凸起部53中的包围氧化剂气体入口连通孔34a的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部53a”，将包围氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部53b”。

在第一金属隔板30设置将连通孔凸起部53a、53b的内侧(连通孔34a、34b侧)与外侧(氧化剂气体流路48侧)连通的桥部80、82。在包围氧化剂气体入口连通孔34a的连通孔凸起部53a的靠氧化剂气体流路48侧的边部设置桥部80。在包围氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔凸起部53b的靠氧化剂气体流路48侧的边部设置桥部82。

桥部80、82在连通孔凸起部53a、53b的内侧以及外侧分别具有多条通道80t、82t(与凸起密封件交叉的交叉要素部)。通过冲压成型，从第一金属隔板30的表面30a朝向带树脂膜的MEA 28(参照图2)侧突出成形通道80t、82t。

如图4所示，在氧化剂气体流路48的流路宽度方向两端部(端部流路形成突起48a1)与外周侧凸起部54之间设置防止氧化剂气体旁通的第一阻止旁通凸状部84(与凸起密封件交叉的交叉要素部)。本实施方式中，氧化剂气体流路48的流路宽度方向为沿着长方形状的第一金属隔板30的短边的方向(箭头符号C方向)。朝向带树脂膜的MEA 28(参照图2)侧突出成形第一阻止旁通凸状部84。各第一阻止旁通凸状部84的一端与外周侧凸起部54相连，另一端与端部流路形成突起48a1相连。第一阻止旁通凸状部84相对于外周侧凸起部54交叉。在本实施方式中，在从隔板厚度方向观察的俯视下，第一阻止旁通凸状部84相对于外周侧凸起部54以大致90°的角度交叉。在从隔板厚度方向观察的俯视下，外周侧凸起部54具有波形状部分。交叉要素部、即第一阻止旁通凸状部84与外周侧凸起部54的波形状部分的弯曲部连结。具体来说，第一阻止旁通凸状部84与外周侧凸起部54的波形状部分中的朝向第一金属隔板30的外缘部成为凸状的弯曲部连结。

在端部流路形成突起48a1的延伸方向(箭头符号B方向)隔着间隔地排列有多个第一阻止旁通凸状部84。在彼此相邻的第一阻止旁通凸状部84之间设置有支承MEA 28a的外周部的中间凸状部89。中间凸状部89朝向带树脂膜的MEA 28突出。在彼此相邻的第一阻止旁通凸状部84之间，逐个间隔地配置有多个中间凸状部89。

如图5所示，外周侧凸起部54的截面形状为朝向凸形状的前端侧成为前端变细形状的大致梯形。具体来讲，外周侧凸起部54的两侧的侧壁54s相对于隔板厚度方向(箭头符号A方向)倾斜。外周侧凸起部54的突出端部、即顶部54t的形状为：在没有被施加紧固载荷的状态(组装前的状态)下，是向外周侧凸起部54的突出方向鼓出的弯曲形状；但在被施加了紧固载荷的燃料电池堆10的组装状态下，成为平坦状。此外也可以是，外周侧凸起部54的宽度方向两侧的侧壁54s与隔板厚度方向平行，外周侧凸起部54的横截面形状为矩形。

第一阻止旁通凸状部84具有从底板部30s立起的立起起点、即根基部84r。侧壁84s从底板部30s立起，构成根基部84r至顶部84t。第一阻止旁通凸状部84的宽度方向(箭头符号B方向)两侧的侧壁84s相对于隔板厚度方向倾斜，第一阻止旁通凸状部84的横截面形状为大致梯形。此外也可以是，第一阻止旁通凸状部84的宽度方向两侧的侧壁84s与隔板厚度方向平行，第一阻止旁通凸状部84的横截面形状为矩形。第一阻止旁通凸状部84从第一金属隔板30的底板部30s突出的突出高度(顶部84t的高度)比外周侧凸起部54从底板部30s突出的突出高度(顶部54t的高度)低。

第一阻止旁通凸状部84的根基部84r的与外周侧凸起部54的连接部位102(与外周侧凸起部54的根基部54r的连接部位)呈弧状地弯曲。连接部位102是第一阻止旁通凸状部84与外周侧凸起部54的根基部84r、54r彼此相连的部位。第一阻止旁通凸状部84的侧壁84s的与外周侧凸起部54(外周侧凸起部54的侧壁54s)的连接部位104呈弧状地弯曲。连接部位104是在根基部84r与顶部84t之间处、第一阻止旁通凸状部84与外周侧凸起部54的侧壁84s、54s彼此相连的部位。

如图6所示，根基部54r、84r彼此的连接部位102的曲率半径R1比侧壁54s、84s彼此的连接部位104的曲率半径r1大(R1>r1)。侧壁54s、84s彼此的连接部位104的曲率半径r1随着趋近于根基部54r、84r彼此的连接部位102而变大。根基部54r、84r彼此的连接部位102不限于包含单一的曲率半径的弯曲(圆弧)，也可以是包含多个曲率半径的弯曲形状。连接部位104也可以具有曲率半径r1大致为零的部位。

如图7所示，构成桥部80的多个通道80t具有：从连通孔凸起部53a的内侧的侧壁53s朝向氧化剂气体入口连通孔34a突出的多个内侧通道80t1；以及从连通孔凸起部53a的外侧的侧壁53s朝向氧化剂气体流路48(图3)突出的多个外侧通道80t2。作为各通道80t的里侧凹形状的内部空间与作为连通孔凸起部53a的里侧形状的内部空间连通。各通道80t相对于连通孔凸起部53a交叉。在本实施方式中，各通道80t与连通孔凸起部53a以大致90°的角度交叉。

多个内侧通道80t1沿着连通孔凸起部53a的延伸方向互相隔着间隔地配置。各内侧通道80t1的与同连通孔凸起部53a连接侧相反一侧的端部对氧化剂气体入口连通孔34a开口。

多个外侧通道80t2沿着连通孔凸起部53a的延伸方向互相隔着间隔地配置。在外侧通道80t2的与同连通孔凸起部53a的连接部位相反一侧的端部设置将外侧通道80t2的内外贯穿的开口部83。

多个内侧通道80t1与多个外侧通道80t2沿着连通孔凸起部53a相互错开(锯齿状)地配置。此外也可以是，多个内侧通道80t1与多个外侧通道80t2隔着连通孔凸起部53a互相对置地配置。

连通孔凸起部53a的截面形状为朝向凸形状的前端侧成为前端变细形状的大致梯形。具体来讲，连通孔凸起部53a的两侧的侧壁53s相对于隔板厚度方向倾斜。连通孔凸起部53a的突出端部、即顶部53t的形状为：在没有被施加紧固载荷的状态(组装前的状态)下，是向连通孔凸起部53a的突出方向鼓出的弯曲形状；但在被施加了紧固载荷的燃料电池堆10的组装状态下，成为平坦状。此外也可以是，连通孔凸起部53a的侧壁53s与隔板厚度方向平行，连通孔凸起部53a的横截面形状为矩形。

通道80t具有从底板部30s立起的立起起点、即根基部80tr。通道80t的侧壁80ts从底板部30s立起，构成根基部80tr至顶部80tt。各通道80t的截面形状为朝向凸形状的前端侧成为前端变细形状的大致梯形。具体来讲，通道80t的两侧的侧壁80ts相对于隔板厚度方向倾斜。也可以是，通道80t的侧壁80ts与隔板厚度方向平行，通道80t的横截面形状为矩形。通道80t从第一金属隔板30的底板部30s突出的突出高度(顶部80tt的高度)比连通孔凸起部53a从底板部30s突出的突出高度(顶部53t的高度)低。

通道80t的根基部80tr的与连通孔凸起部53a的连接部位106(与连通孔凸起部53a的根基部53r的连接部位)呈弧状地弯曲。通道80t的侧壁80ts的与连通孔凸起部53a(连通孔凸起部53a的侧壁53s)的连接部位108呈弧状地弯曲。

连通孔凸起部53a与通道80t的根基部53r、80tr彼此的连接部位106的曲率半径R2比侧壁53s、80ts彼此的连接部位108的曲率半径r2大(R2>r2)。侧壁53s、80ts彼此的连接部位108的曲率半径r2随着趋近于根基部53r、80tr彼此的连接部位106而变大。连通孔凸起部53a与通道80t的根基部53r、80tr彼此的连接部位106不限于包含单一的曲率半径的弯曲(圆弧)，也可以是包含多个曲率半径的弯曲形状。连接部位108也可以具有曲率半径r2大致为零的部位。内侧通道80t1与连通孔凸起部53a的连接部位同外侧通道80t2与连通孔凸起部53a的连接部位同样地构成。

此外，构成第一金属隔板30中的另一方桥部82的多个通道82t也与上述的构成一方桥部80的多个通道80t同样地构成。

如图8所示，在第二金属隔板32的朝向带树脂膜的MEA 28(图1)的面32a(以下称为“表面32a”)例如形成有在箭头符号B方向延伸的燃料气体流路58。

燃料气体流路58与燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b可流通流体地连通。燃料气体流路58具有在箭头符号B方向延伸的多个流路形成突起58a间形成的多个流路槽58b。从而，燃料气体流路58中，多个流路形成突起58a与多个流路槽58b在流路宽度方向(箭头符号C方向)交替地配置。在本实施方式中，流路形成突起58a以及流路槽58b的平面形状是波形状，但不限于此，流路形成突起58a以及流路槽58b的平面形状也可以是平直形状。以下，多个流路形成突起58a中的位于流路宽度方向的两端位置的流路形成突起称为“端部流路形成突起58a1”。端部流路形成突起58a1配置在相比于第二气体扩散层42b的外端42be靠内侧的位置。

在第二金属隔板32的表面32a中，在燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58之间设置入口缓冲部60A，该入口缓冲部60A具有多个由在箭头符号C方向排列的多个压花部60a形成的压花列。另外，在第二金属隔板32的表面32a中，在燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58之间设置出口缓冲部60B，该出口缓冲部60B具有多个由多个压花部60b形成的压花列。

此外，在第二金属隔板32的与燃料气体流路58相反一侧的面32b，在入口缓冲部60A的所述压花列间设置由向面32b侧突出且在箭头符号C方向排列的多个压花部69a形成的压花列，并且在出口缓冲部60B的所述压花列间设置由向面32b侧突出且在箭头符号C方向排列的多个压花部69b形成的压花列。压花部69a、69b构成制冷剂面侧的缓冲部。

在第二金属隔板32的表面32a，通过冲压成型，朝向带树脂膜的MEA 28鼓出成形第二密封线62。虽未详细图示，通过印刷或者涂布等将树脂件固定在第二密封线62的凸部前端面。此外，也可以没有该树脂件。

如图8所示，第二密封线62具有：将多个连通孔(连通孔38a等)独立地包围的多个凸起密封件63(以下称为“连通孔凸起部63”)；以及将燃料气体流路58、入口缓冲部60A和出口缓冲部60B包围的凸起密封件64(以下称为“外周侧凸起部64”)。

多个连通孔凸起部63从第二金属隔板32的表面32a突出，并且分别独立地围绕在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以及冷却介质出口连通孔36b的周围。以下，将多个连通孔凸起部63中的包围燃料气体入口连通孔38a的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部63a”，将包围燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部63b”。

在第二金属隔板32设置将分别包围燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部63a、63b的内侧(连通孔38a、38b侧)与外侧(燃料气体流路58侧)连通的桥部90、92。在包围燃料气体入口连通孔38a的连通孔凸起部63a的靠燃料气体流路58侧的边部设置桥部90。在包围燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部63b的靠燃料气体流路58侧的边部隔着间隔地设置桥部92。

桥部90、92在连通孔凸起部63a、63b的内侧以及外侧分别具有多条通道90t、92t。通过冲压成型，从第二金属隔板32的表面32a朝向带树脂膜的MEA28(参照图2)侧突出成形通道90t、92t。

在燃料气体流路58的流路宽度方向两端部(端部流路形成突起58a1)与外周侧凸起部64之间设置防止燃料气体旁通的第二阻止旁通凸状部94。本实施方式中，燃料气体流路58的流路宽度方向为沿着长方形状的第二金属隔板32的短边的方向(箭头符号C方向)。朝向带树脂膜的MEA 28(参照图2)侧突出成形第二阻止旁通凸状部94。

在流路槽58b的延伸方向(箭头符号B方向)隔着间隔地配置有多个第二阻止旁通凸状部94。

各第二阻止旁通凸状部94从外周侧凸起部64延伸出，在燃料气体流路58的流路宽度方向延伸。各第二阻止旁通凸状部94的一端与外周侧凸起部64相连。多个第二阻止旁通凸状部94具有另一端与端部流路形成突起58a1相连的第二阻止旁通凸状部以及另一端与端部流路形成突起58a1不相连(与端部流路形成突起58a1分离)的第二阻止旁通凸状部，这两方第二阻止旁通凸状部交替地配置。

此外也可以是，与第一阻止旁通凸状部84(图3)同样地，多个第二阻止旁通凸状部94全部与端部流路形成突起58a1相连。

在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94之间设置有支承MEA 28a的外周部的中间凸状部98。中间凸状部98朝向带树脂膜的MEA 28突出。在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94之间，逐个间隔地配置有多个中间凸状部98。

外周侧凸起部64的截面形状与第一金属隔板30的外周侧凸起部54同样地，朝向凸形状的前端侧成为前端变细形状的大致梯形。也可以是，外周侧凸起部64的横截面形状为矩形。

第二阻止旁通凸状部94具有从底板部32s立起的立起起点、即根基部94r。第二阻止旁通凸状部94的侧壁94s从底板部32s立起，构成根基部94r至顶部94t。第二阻止旁通凸状部94的横截面形状与第一阻止旁通凸状部84同样地是大致梯形。也可以是，第二阻止旁通凸状部94的横截面形状为矩形。第二阻止旁通凸状部94从第二金属隔板32的底板部32s突出的突出高度(顶部94t的高度)比外周侧凸起部64从底板部32s突出的突出高度(顶部64t的高度)低。

第二阻止旁通凸状部94的根基部94r的与外周侧凸起部64的连接部位110(与外周侧凸起部64的根基部64r的连接部位)呈弧状地弯曲。连接部位110是外周侧凸起部64与第二阻止旁通凸状部94的根基部64r、94r彼此相连的部位。第二阻止旁通凸状部94的侧壁94s的与外周侧凸起部64(侧壁64s)的连接部位112呈弧状地弯曲。连接部位112是在根基部94r与顶部94t之间处，外周侧凸起部64与第二阻止旁通凸状部94的侧壁64s、94s彼此相连的部位。在从隔板厚度方向观察的俯视下，外周侧凸起部64具有波形状部分。交叉要素部、即第二阻止旁通凸状部94与外周侧凸起部64的波形状部分的弯曲部连结。具体来说，第二阻止旁通凸状部94与外周侧凸起部64的波形状部分中的朝向第二金属隔板32的外缘部成为凸状的弯曲部连结。

根基部64r、94r彼此的连接部位110的曲率半径R3比侧壁64s、94s彼此的连接部位112的曲率半径r3大(R3>r3)。侧壁64s、94s彼此的连接部位112的曲率半径r3随着趋近于根基部64r、94r彼此的连接部位110而变大。根基部64r、94r彼此的连接部位110不限于包含单一的曲率半径的弯曲(圆弧)，也可以是包含多个曲率半径的弯曲形状。也可以是，连接部位112具有曲率半径r3大致为零的部分。

在图8中，第二金属隔板32的构成一方桥部90的多个通道90t以及构成另一方桥部92的多个通道92t，与第一金属隔板30的构成桥部80的多个通道80t同样地构成。从而，多个通道90t的与连通孔凸起部63a的连接部位、以及多个通道92t的与连通孔凸起部63b的连接部位，与第一金属隔板30中的多个通道80t的与连通孔凸起部53a的连接部位同样地构成。

如图1所示，在互相接合的第一金属隔板30的面30b与第二金属隔板32的面32b之间，形成与冷却介质入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b可流通流体地连通的冷却介质流路66。形成了氧化剂气体流路48的第一金属隔板30的背面形状与形成了燃料气体流路58的第二金属隔板32的背面形状重合来形成冷却介质流路66。

这样构成的发电单电池12以如下方式进行动作。

首先，如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔34a供给含氧气体等氧化剂气体、例如空气。向燃料气体入口连通孔38a供给含氢气体等燃料气体。向冷却介质入口连通孔36a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。

如图3所示，从氧化剂气体入口连通孔34a向第一金属隔板30的氧化剂气体流路48导入氧化剂气体。而且，氧化剂气体沿着氧化剂气体流路48在箭头符号B方向移动，被供给至MEA 28a的阴极电极44(参照图2)。

另一方面，如图8所示，从燃料气体入口连通孔38a向第二金属隔板32的燃料气体流路58导入燃料气体。燃料气体沿着燃料气体流路58在箭头符号B方向移动，被供给至MEA28a的阳极电极42(参照图2)。

从而，各MEA 28a中，向阴极电极44供给的氧化剂气体与向阳极电极42供给的燃料气体在第一电极催化剂层44a以及第二电极催化剂层42a内通过电化学反应被消耗，来进行发电。

接着，如图1所示，向阴极电极44供给并被消耗的氧化剂气体从氧化剂气体流路48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向箭头符号A方向排出。同样地，向阳极电极42供给并被消耗的燃料气体从燃料气体流路58向燃料气体出口连通孔38b流动，沿着燃料气体出口连通孔38b向箭头符号A方向排出。

另外，向冷却介质入口连通孔36a供给的冷却介质被导入到在第一金属隔板30与第二金属隔板32之间形成的冷却介质流路66之后，向箭头符号B方向流通。该冷却介质将MEA 28a冷却之后，从冷却介质出口连通孔36b被排出。

该情况下，具备本实施方式所涉及的凸起密封结构的发电单电池12产生以下的效果。

以下，代表性地，结合由在第一金属隔板30设置的外周侧凸起部54以及第一阻止旁通凸状部84形成的凸起密封结构来说明本实施方式的效果，但由连通孔凸起部53与通道80t(或者通道82t)形成的凸起密封结构、在第二金属隔板32设置的同样的凸起密封结构，也能产生同样的效果。

在第一金属隔板30设置的凸起密封结构中，作为交叉要素部的第一阻止旁通凸状部84的根基部84r的与外周侧凸起部54的连接部位102的曲率半径R1比第一阻止旁通凸状部84的侧壁84s的与外周侧凸起部54的连接部位104的曲率半径r1大。由此，能够相对于公差等的尺寸偏差，降低外周侧凸起部54的顶部54t的表面压力(密封面压力)的敏感度。由此，实现外周侧凸起部54的顶部54t的表面压力分布的均匀化(抑制表面压力的变动)。

当将凸起密封件与交叉要素部的根基部彼此的连接部位的曲率半径设定得大时，如图10所示，能够使压缩载荷特性平稳。因此，能够相对于公差等的尺寸偏差，降低密封面压力(线压力)的敏感度。通过使压缩载荷特性平稳，能实现减少相对于尺寸变化的密封面压力的偏差，扩大密封成功的范围。

另一方面，当将凸起密封件与交叉要素部的根基部彼此的连接部位的曲率半径设定得小时，能够提升凸起密封件的弹性区域的上限(弹性限度)。因此，易于耐受在没有尺寸变化的状态下发生大的冲击时等的载荷。

本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种改变。

Claims (7)

1.一种凸起密封结构，具备：在燃料电池用金属隔板向隔板厚度方向突出而形成、且防止流体泄漏的凸起密封件；以及相对于所述凸起密封件交叉的交叉要素部，该凸起密封结构的特征在于，

所述交叉要素部具有：从所述燃料电池用金属隔板的底板部立起的立起起点、即根基部；以及从所述底板部立起的侧壁，

所述根基部的与所述凸起密封件的连接部位的曲率半径比所述侧壁的与所述凸起密封件的连接部位的曲率半径大，

所述凸起密封件的截面形状为梯形，所述交叉要素部的截面形状为梯形。

2.根据权利要求1所述的凸起密封结构，其特征在于，

所述交叉要素部是防止所述流体旁通的阻止旁通凸状部、或者将内侧空间与所述凸起密封件连通的通道。

3.根据权利要求1或者2所述的凸起密封结构，其特征在于，

在从所述隔板厚度方向观察的俯视下，所述交叉要素部相对于所述凸起密封件以90°的角度交叉。

4.根据权利要求1或者2所述的凸起密封结构，其特征在于，

所述交叉要素部的顶部高度比所述凸起密封件的顶部高度低。

5.根据权利要求1或者2所述的凸起密封结构，其特征在于，

在从所述隔板厚度方向观察的俯视下，所述凸起密封件具有波形状部分，

所述交叉要素部与所述波形状部分的弯曲部连结。

6.根据权利要求5所述的凸起密封结构，其特征在于，

所述交叉要素部与所述波形状部分中的朝向所述燃料电池用金属隔板的外缘部成为凸状的弯曲部连结。

7.根据权利要求1或者2所述的凸起密封结构，其特征在于，

所述侧壁的与所述凸起密封件的所述连接部位的所述曲率半径随着趋近于所述根基部的与所述凸起密封件的所述连接部位而变大。

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