CN109802156A - 燃料电池用金属隔板以及燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及燃料电池用金属隔板以及燃料电池。关于第一金属隔板(30)，在一方表面形成氧化剂气体流路(48)和内侧凸起部(51a)即凸起密封件，在另一方表面形成用于制冷剂流动的制冷剂流路(66)，并且在隔板厚度方向贯穿形成制冷剂入口连通孔(36a)以及制冷剂出口连通孔(36b)。利用构成内侧凸起部(51a)的背侧的凹部(51b)形成供制冷剂流通的凸起内流路(65)。在凸起内流路(65)的一部分设置流路截面积比其它部位小的狭窄部位(65a)。

Description

燃料电池用金属隔板以及燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池用金属隔板以及燃料电池。
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)夹持电解质膜-电极结构体来构成发电单电池(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。
关于发电单电池，例如存在日本特开2004-193110号公报那样使用金属隔板作为隔板的情况。日本特开2004-193110号公报中，两个金属隔板板互相接合而构成一个接合隔板。该情况下，在两个金属隔板板间沿着隔板面方向形成供冷却介质流通的制冷剂流路。在金属隔板贯穿形成有与制冷剂流路连通的制冷剂入口连通孔以及制冷剂出口连通孔。美国专利第7718293号说明书中公开了，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作为密封部。
专利文献1：日本特开2004-193110号公报
专利文献2：美国专利第7718293号
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在金属隔板的一方表面设置反应气体流路以及凸起密封件且在另一方表面设置制冷剂流路的情况下，凸形状的凸起密封件的背侧(凹形状)成为流路，制冷剂在该流路流动。因此，制冷剂经由该流路从制冷剂入口连通孔朝向制冷剂出口连通孔旁通。由此，在制冷剂流路流动的制冷剂流量减少，冷却效率降低。
本发明是考虑这样的问题而做出的，目的在于，提供能够减少通过凸起密封件的背侧流路从制冷剂入口连通孔向制冷剂出口连通孔旁通的制冷剂的旁通量的燃料电池用金属隔板以及燃料电池。
用于解决问题的方案
为了实现所上述目的，本发明为燃料电池用金属隔板，在一方表面形成用于作为燃料气体或者氧化剂气体的反应气体流动的反应气体流路、用于包围所述反应气体流路来防止反应气体泄漏的凸形状的凸起密封件，在另一方表面形成用于制冷剂流动的制冷剂流路，在隔板厚度方向贯穿形成与所述制冷剂流路连通的制冷剂入口连通孔以及与所述制冷剂流路连通的制冷剂出口连通孔，利用构成所述凸起密封件的凸形状的背侧的凹部来形成供所述制冷剂流通的凸起内流路，其中，所述凸起内流路将所述制冷剂入口连通孔与所述制冷剂出口连通孔连通，并且在所述凸起内流路的一部分设置流路截面积比其它部位小的狭窄部位。
优选为，通过将填充件填充于所述凸起内流路的一部分，来构成所述狭窄部位。
优选为，所述填充件的截面积相对于所述凸起内流路的截面积的比率为70％以下。
优选为，所述凸起密封件具有在所述反应气体流路的流路宽度方向中的所述燃料电池用金属隔板的两端部处沿着所述反应气体流路的流路方向延伸的一对延伸部，所述狭窄部位分别设置于所述一对延伸部的背侧。
优选为，所述凸起内流路与在所述隔板厚度方向贯穿形成的排气用连通孔连通。
优选为，所述凸起内流路与在所述隔板厚度方向贯穿形成的制冷剂泄放用连通孔连通。
另外，本发明为燃料电池，具备电解质膜-电极结构体、在所述电解质膜-电极结构体的两侧配置的燃料电池用金属隔板，关于所述燃料电池用金属隔板，在一方表面形成用于作为燃料气体或者氧化剂气体的反应气体流动的反应气体流路、用于包围所述反应气体流路来防止反应气体泄漏的凸形状的凸起密封件，在另一方表面形成用于制冷剂流动的制冷剂流路，在隔板厚度方向贯穿形成与所述制冷剂流路连通的制冷剂入口连通孔以及与所述制冷剂流路连通的制冷剂出口连通孔，利用构成所述凸起密封件的凸形状的背侧的凹部来形成供所述制冷剂流通的凸起内流路，其中，所述凸起内流路将所述制冷剂入口连通孔与所述制冷剂出口连通孔连通，并且在所述凸起内流路的一部分设置流路截面积比其它部位小的狭窄部位。
发明的效果
根据本发明的燃料电池用金属隔板以及燃料电池，在凸起内流路的一部分设置狭窄部位，因此能够减少从制冷剂入口连通孔向制冷剂出口连通孔旁通的制冷剂的旁通量。由此，使向制冷剂流路流动的制冷剂流量增加，能够有效地冷却发热部。另外，由于冷却效率提高，因此，可以实现冷却系统的小型化。
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是燃料电池堆的立体说明图。
图2是构成燃料电池堆的发电单电池的分解立体说明图。
图3是沿着图2中的III-III线的发电单电池的剖视图。
图4是从第一金属隔板板侧观察接合隔板的正面说明图。
图5是从第二金属隔板板侧观察接合隔板的正面说明图。
图6是接合隔板的排气用连通孔及其周边的结构说明图。
图7是沿着图6中的VII-VII线的剖视图。
图8是接合隔板的制冷剂泄放用连通孔及其周边的结构说明图。
具体实施方式
以下，关于本发明所涉及的燃料电池用金属隔板以及燃料电池例举优选的实施方式，参照附图进行说明。
如图1所示，燃料电池堆10具备层叠体14，该层叠体14是多个构成单位燃料电池的发电单电池12在水平方向(箭头符号A方向)层叠而成的。燃料电池堆10例如搭载于未图示的燃料电池电动汽车等的燃料电池车辆。
在层叠体14的层叠方向(箭头符号A方向)一端朝向外方依次配设端子板(terminal plate)16a、绝缘体18a以及端板(end plate)20a。在层叠体14的层叠方向另一端朝向外方依次配设端子板16b、绝缘体18b以及端板20b。在端板20a、20b的各边之间配置连结杆24。在由具有导电性的材料构成的端子板16a、16b的大致中央设置向层叠方向外方延伸的端子部68a、68b。
端板20a、20b具有横长(也可以是纵长)的长方形状，在各边之间配置连结杆24。各连结杆24的两端经由螺栓26固定于端板20a、20b的内表面，对多个层叠的发电单电池12施加层叠方向(箭头符号A方向)的紧固载荷。此外也可以是，燃料电池堆10构成为，具备将端板20a、20b设为端板的筐体，在筐体内收容层叠体14。
如图2所示，发电单电池12具备带树脂膜的MEA 28、在带树脂膜的MEA 28的一方表面侧配置的第一金属隔板30、在带树脂膜的MEA 28的另一方表面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12中的一方的发电单电池12的第一金属隔板30与另一方的发电单电池12的第二金属隔板32一体地接合，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方向侧的一端缘部)，以在层叠方向(箭头符号A方向)相同连通孔互相连通的方式设置氧化剂气体入口连通孔34a、制冷剂入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。氧化剂气体入口连通孔34a、制冷剂入口连通孔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。制冷剂入口连通孔36a供给制冷剂、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的长边方向另一端缘部(箭头符号B2方向的另一端缘部)，以在层叠方向相同连通孔互相连通的方式设置燃料气体入口连通孔38a、制冷剂出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。燃料气体入口连通孔38a、制冷剂出口连通孔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。制冷剂出口连通孔36b排出制冷剂。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3所示，带树脂膜的MEA 28具备电解质膜-电极结构体28a以及在电解质膜-电极结构体28a的外周部设置的框形状的树脂膜46。电解质膜-电极结构体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。
树脂膜46的内周端面与电解质膜40的外周端面靠近、重叠或者抵接。如图2所示，在树脂膜46的箭头符号B1方向侧的端缘部设置氧化剂气体入口连通孔34a、制冷剂入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。在树脂膜46的箭头符号B2方向的端缘部设置燃料气体入口连通孔38a、制冷剂出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。
树脂膜46例如是由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、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)或改性聚烯烃构成。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4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在箭头符号B方向延伸的多条凸部48a之间具有直线状流路槽48b。也可以是，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具有多个由在表面30a侧突出且在箭头符号C方向排列的多个压花部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具有多个由在表面30a侧突出且在箭头符号C方向排列的多个压花部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有在面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有在面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。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MEA 28(图2)鼓出成形包含第一密封线51(密封用凸起)的第一凸起部72A。如图3所示，通过印刷或者涂布等将树脂件56固定在第一密封线51的凸部前端面。树脂件56例如使用聚酯纤维。树脂件56也可以设置在树脂膜46侧。树脂件56并不是不可缺少的，也可以没有。
如图4所示，第一密封线51具有：将氧化剂气体流路48、入口缓冲部50A以及出口缓冲部50B包围的凸起密封件51a(以下称为“内侧凸起部51a”)；与内侧凸起部51a相比设置于外侧且沿着第一金属隔板30的外周延伸的凸起密封件52(以下称为“外侧凸起部52”)；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”)。
内侧凸起部51a具有在氧化剂气体流路48的流路宽度方向(箭头符号C方向)中的第一金属隔板30的两端部处沿着氧化剂气体流路48的流路方向(箭头符号B方向)延伸的一对延伸部51a1、51a2。具体来说，一方的延伸部51a1在第一金属隔板30的铅垂方向上端部处，沿着大致长方形的第一金属隔板30的长边方向延伸。另一方的延伸部51a2在第一金属隔板30的铅垂方向下端部处，沿着大致长方形的第一金属隔板30的长边方向延伸。
外侧凸起部52从第一金属隔板30的表面30a朝向带树脂膜的MEA 28突出，并且围绕该表面30a的外周缘部。
多个连通孔凸起部53从第一金属隔板30的表面30a朝向带树脂膜的MEA28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、制冷剂入口连通孔36a以及制冷剂出口连通孔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设置有将连通孔凸起部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。
连通孔凸起部53a与连通孔凸起部53b同样地构成。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同样地构成。因此，以下，代表性地，详细说明连通孔凸起部53a以及桥部80的结构，省略关于连通孔凸起部53b以及桥部82的结构的详细说明。
桥部80具有在连通孔凸起部53a的内周侧互相隔着间隔地设置的多个内侧桥部80A、在连通孔凸起部53a的外周侧互相隔着间隔地设置的多个外侧桥部80B。内侧桥部80A具有从连通孔凸起部53a朝向氧化剂气体入口连通孔34a突出且对氧化剂气体入口连通孔34a开口的内侧通道86A。外侧桥部80B具有从连通孔凸起部53a朝向氧化剂气体流路48突出且在前端部形成有孔部83的外侧通道86B。通过冲压成型，朝向带树脂膜的MEA 28突出成形内侧通道86A以及外侧通道86B。内侧通道86A以及外侧通道86B的内部空间(背侧的凹形状)与连通孔凸起部53a的内部空间(背侧的凹形状)连通，能够供氧化剂气体流通。
本实施方式中，多个内侧桥部80A与多个外侧桥部80B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，多个内侧桥部80A与多个外侧桥部80B隔着连通孔凸起部53a互相对置地配置。
如图5所示，在第二金属隔板32的朝向带树脂膜的MEA 28的面32a(以下称为“表面32a”)例如形成在箭头符号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在箭头符号B方向延伸的多条凸部58a之间具有直线状流路槽58b。也可以是，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具有多个由在表面32a侧突出且在箭头符号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具有多个由在表面32a侧突出且在箭头符号C方向排列的多个压花部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在面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在面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鼓出成形包含第二密封线61(密封用凸起)的第二凸起部72B。
如图3所示，通过印刷或者涂布等将树脂件56固定在第二密封线61的凸部前端面。树脂件56例如使用聚酯纤维。树脂件56也可以设置在树脂膜46侧。树脂件56并不是不可缺少的，也可以没有。
如图5所示，第二密封线61具有：将燃料气体流路58、入口缓冲部60A以及出口缓冲部60B包围的凸起密封件61a(以下称为“内侧凸起部61a”)；与内侧凸起部61a相比设置于外侧且沿着第二金属隔板32的外周延伸的凸起密封件62(以下称为“外侧凸起部62”)；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”)。
内侧凸起部61a具有在燃料气体流路58的流路宽度方向(箭头符号C方向)中的第二金属隔板32的两端部处沿着燃料气体流路58的流路方向(箭头符号B方向)延伸的一对延伸部61a1、61a2。具体来说，一方的延伸部61a1在第二金属隔板32的铅垂方向上端部处，沿着大致长方形的第二金属隔板32的长边方向延伸。另一方的延伸部61a2在第二金属隔板32的铅垂方向下端部处，沿着大致长方形的第二金属隔板32的长边方向延伸。
外侧凸起部62从第二金属隔板32的表面32a突出并且围绕该表面32a的外周缘部。
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、制冷剂入口连通孔36a以及制冷剂出口连通孔36b的周围。
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侧的边部设置桥部92。
在第二金属隔板32设置的这些桥部90、92与在第一金属隔板30设置的上述桥部80、82(图4)同样地构成。连通孔凸起部63a、63b与上述连通孔凸起部53a、53b(图4)同样地构成以及配置。
如图2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，形成与制冷剂入口连通孔36a和制冷剂出口连通孔36b可流通流体地连通的制冷剂流路66。在一方表面侧形成了氧化剂气体流路48的第一金属隔板30的另一方表面即背面形状与在一方表面侧形成了燃料气体流路58的第二金属隔板32的另一方表面即背面形状相互重合来形成制冷剂流路66。
如图3所示，利用构成在第一金属隔板30设置的凸形状的内侧凸起部51a的背侧的凹部51b、构成在第二金属隔板32设置的凸形状的内侧凸起部61a的背侧的凹部61b，形成供制冷剂流通的凸起内流路65。在凸起内流路65中，制冷剂从制冷剂入口连通孔36a朝向制冷剂出口连通孔36b(参照图2等)流动。在凸起内流路65的一部分设置流路截面积比其它部位小的狭窄部位65a。在凸起内流路65中的沿着制冷剂流路66延伸的部分设置狭窄部位65a。通过将填充件64填充于凸起内流路65的一部分来构成狭窄部位65a。填充件64沿着凸起内流路65延伸。
本实施方式中，将填充件64填充于构成第一金属隔板30的内侧凸起部51a的背侧的凹部51b。填充件64与第二金属隔板32分离。即，填充件64不接触与凹部51b对置的凹部61b。优选为，填充件64的截面积相对于凸起内流路65的截面积的比率为70％以下。该比率是没有对接合隔板33施加紧固载荷的状态下的比率。优选为，填充件64的截面积相对于凸起内流路65的截面积的比率为40％以上。填充件64越过第一金属隔板30与第二金属隔板32的界限面，一部分也进入第二金属隔板32的凹部61b内。
此外也可以是，代替上述的结构，将填充件64填充于构成第二金属隔板32的内侧凸起部61a的背侧的凹部61b。该情况下，优选为，填充件64越过第一金属隔板30与第二金属隔板32的界限面，一部分也进入第一金属隔板30的凹部51b内。也可以是，以形成狭窄部位65a的方式将填充件64填充于凹部51b与凹部61b双方。
如图4所示，形成狭窄部位65a的填充件64分别设置于构成内侧凸起部51a的一对延伸部51a1、51a2的背侧(图5所示的一对延伸部61a1、61a2的背侧)。狭窄部位65a设置于延伸部51a1、51a2在延伸方向的至少一部分。本实施方式中，填充件64设置于延伸部51a1、51a2在延伸方向的大致中央部(接合隔板33的长方向中央部)。此外，也可以是，填充件64在延伸部51a1、51a2的延伸方向遍及某种程度的长度地设置。也可以是，填充件64设置于延伸部51a1、51a2在延伸方向的大致中央部以外的部位(延伸部51a1、51a2的长方向的端部等)。也可以是，填充件64仅设置于延伸部51a1、51a2中的任一方。
如图4以及图5所示，利用激光焊线33a～33e将构成接合隔板33的第一金属隔板30和第二金属隔板32互相接合。包围氧化剂气体入口连通孔34a以及桥部80来形成激光焊线33a。包围燃料气体出口连通孔38b以及桥部92来形成激光焊线33b。
包围燃料气体入口连通孔38a以及桥部90来形成激光焊线33c。包围氧化剂气体出口连通孔34b以及桥部82来形成激光焊线33d。包围氧化剂气体流路48、燃料气体流路58、制冷剂流路66、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、制冷剂入口连通孔36a、制冷剂出口连通孔36b、后述的排气用连通孔94以及制冷剂泄放用连通孔98，并且围绕接合隔板33的外周部来形成激光焊线33e。也可以是，代替激光焊接等焊接，而利用钎焊来接合第一金属隔板30与第二金属隔板32。
如图2所示，第一金属隔板30、第二金属隔板32以及带树脂膜的MEA 28(树脂膜46)，在隔板厚度方向(层叠方向)贯穿形成有排气用连通孔94以及制冷剂泄放用连通孔98。排气用连通孔94是用于抽排制冷剂中的空气的孔，设置于发电单电池12在水平方向的一方端侧(箭头符号B1方向侧)的上方角部。制冷剂泄放用连通孔98设置于发电单电池12在水平方向的一方端侧(箭头符号B1方向侧)的下方角部。此外，也可以是，排气用连通孔94以及制冷剂泄放用连通孔98，一方设置于发电单电池12在水平方向的一方端侧，另一方设置于发电单电池12在水平方向的另一方端侧。
如图4以及图5所示，排气用连通孔94设置在相比于内侧凸起部51a、61a的最上部而言靠上方的位置。排气用连通孔94设置在相比于上下方向排列的多个连通孔34a、36a、38b中配置于最上方的连通孔34a而言靠上方的位置。在本实施方式中，排气用连通孔94为圆形。排气用连通孔94也可以形成为楕圆形或者多边形。
如图4所示，在第一金属隔板30的表面30a，通过冲压成型，朝向树脂膜46(图2)鼓出成形包围排气用连通孔94的连通孔凸起密封件96a。如图5所示，在第二金属隔板32的表面32a，通过冲压成型，朝向树脂膜46(图2)鼓出成形包围排气用连通孔94的连通孔凸起密封件96b。连通孔凸起密封件96a、96b的平面形状为圆形。
如图6以及图7所示，排气用连通孔94经由第一连结流路100与制冷剂流路66连通。第一连结流路100是由构成第一凸起部72A以及第二凸起部72B的突出形状的背侧的凹部形成的空间，使排气用连通孔94与内侧凸起部51a、61a的内部空间(背侧的凹部)连通。从而，排气用连通孔94经由第一连结流路100与凸起内流路65连通。
具体来说，第一凸起部72A以及第二凸起部72B具有上侧连结用凸起102a、102b，上侧连结用凸起102a、102b的内部具有第一连结流路100。上侧连结用凸起102a、102b的一端与内侧凸起部51a、61a的最上部连接，上侧连结用凸起102a、102b的另一端与连通孔凸起密封件96a、96b的外周侧壁96s1连接。
如图7所示，在第一金属隔板30以及第二金属隔板32分别设置从连通孔凸起密封件96a、96b的内周侧壁96s2朝向排气用连通孔94突出的通道104a、104b。制冷剂流路66与排气用连通孔94经由内侧凸起部51a、61a的内部空间、上侧连结用凸起102a、102b的内部空间(第一连结流路100)、连通孔凸起密封件96a、96b的内部空间以及通道104a、104b的内部空间来连通。此外，也可以是，仅设置上侧连结用凸起102a、102b中的任一方。也可以是，仅设置通道104a、104b中的任一方。
为了防止反应气体流路的流路宽度方向端部处的反应气体的旁通(箭头符号B方向的旁通)，也可以设置通过冲压成型而朝向树脂膜46突出成形并且从内侧凸起部51a、61a分别朝向氧化剂气体流路48以及燃料气体流路58突出的阻止旁通凸状部。也可以是，在反应气体流路的流路长度方向(箭头符号B方向)隔着间隔地设置多个阻止旁通凸状部。该情况下，阻止旁通凸状部的背侧形状即凹部，构成使制冷剂流路66与排气用连通孔94连通的流路的一部分。
在连通孔凸起密封件96a、96b的内周侧壁96s2以及外周侧壁96s1分别设置贯通孔106。通道104a、104b的与同连通孔凸起密封件96a、96b连接侧相反一侧的端部对排气用连通孔94开口。此外，只要在内周侧壁96s2设置贯通孔106，则也可以不设置通道104a、104b。
上侧连结用凸起102a、102b的内部空间即第一连结流路100经由在连通孔凸起密封件96a、96b的外周侧壁96s1设置的贯通孔106来与连通孔凸起密封件96a、96b的内部空间连通。
上侧连结用凸起102a、102b以及通道104a、104b的突出高度分别比连通孔凸起密封件96a、96b的突出高度低(后述的下侧连结用凸起110a、110b以及通道112a、112b也同样)。优选为，上侧连结用凸起102a、102b设置于隔着连通孔凸起密封件96a、96b与通道104a、104b相对的位置，但是只要与通道104a、104b连通，则也可以是不与通道104a、104b相对。
如图7所示，利用设置于第一金属隔板30的上侧连结用凸起102a的背侧形状、设置于第二金属隔板32的上侧连结用凸起102b的背侧形状，来形成第一连结流路100。
如图4以及图5所示，制冷剂泄放用连通孔98设置在相比于内侧凸起部51a、61a的最下部而言靠下方的位置。制冷剂泄放用连通孔98设置在相比于上下方向排列的多个连通孔34a、36a、38b中靠最下方配置的连通孔38b而言靠下方的位置。制冷剂泄放用连通孔98为圆形。制冷剂泄放用连通孔98也可以是形成为楕圆形(不限于几何学上严密的楕圆形，也包含近似的形状)、长圆形或者多边形。
如图4所示，在第一金属隔板30的表面30a，通过冲压成型，朝向树脂膜46(图2)鼓出成形包围制冷剂泄放用连通孔98的连通孔凸起密封件99a。如图5所示，在第二金属隔板32的表面32a，通过冲压成型，朝向树脂膜46(图2)鼓出成形包围制冷剂泄放用连通孔98的连通孔凸起密封件99b。连通孔凸起密封件99a、99b的平面形状为圆形。连通孔凸起密封件99a、99b与上述的连通孔凸起密封件96a、96b同样地构成。
如图8所示，制冷剂泄放用连通孔98经由第二连结流路108与制冷剂流路66连通。第二连结流路108是由构成第一凸起部72A以及第二凸起部72B的突出形状的背侧的凹部形成的空间，使制冷剂泄放用连通孔98与内侧凸起部51a、61a的内部空间(背侧的凹部51b、61b)连通。从而，制冷剂泄放用连通孔98经由第二连结流路108与凸起内流路65连通。
具体来说，第一凸起部72A以及第二凸起部72B具有下侧连结用凸起110a、110b，下侧连结用凸起110a、110b的内部具有第二连结流路108。也可以是，仅设置下侧连结用凸起110a、110b中的任一方。
利用设置于第一金属隔板30的下侧连结用凸起110a的背侧形状、设置于第二金属隔板32的下侧连结用凸起110b的背侧形状，来形成第二连结流路108。
下侧连结用凸起110a、110b的一端与内侧凸起部51a、61a的最下部连接，下侧连结用凸起110a、110b的另一端与连通孔凸起密封件99a、99b的外周侧壁99s1连接。内侧凸起部51a、61a的最下部设置于在上下方向排列的多个连通孔34a、36a、38b中的位于最下方位置的连通孔38b的正下方位置。
在第一金属隔板30以及第二金属隔板32分别设置从连通孔凸起密封件99a、99b的内周侧壁99s2朝向制冷剂泄放用连通孔98突出的通道112a、112b。制冷剂流路66与制冷剂泄放用连通孔98经由内侧凸起部51a、61a的内部空间、下侧连结用凸起110a、110b的内部空间(第二连结流路108)、连通孔凸起密封件99a、99b的内部空间以及通道112a、112b的内部空间来连通。此外，只要在连通孔凸起密封件99a、99b的内周侧壁99s2设置贯通孔，则也可以不设置通道112a、112b。
这样构成的燃料电池堆10如以下那样进行动作。
首先，如图1所示，向端板20a的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。向端板20a的燃料气体入口连通孔38a供给含氢气体等燃料气体。向端板20a的制冷剂入口连通孔36a供给纯水、乙二醇、油等制冷剂。
如图2所示，从氧化剂气体入口连通孔34a经由桥部80(图4)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，如图1所示，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，被供给到电解质膜-电极结构体28a的阴极电极44。
另一方面，从燃料气体入口连通孔38a经由桥部90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，并被供给到电解质膜-电极结构体28a的阳极电极42。
从而，各电解质膜-电极结构体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，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经由桥部82(图4)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经由桥部92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在箭头符号A方向被排出。
另外，供给到制冷剂入口连通孔36a的制冷剂被导入到在第一金属隔板30与第二金属隔板32之间形成的制冷剂流路66之后，在箭头符号B方向流通。该制冷剂将电解质膜-电极结构体28a冷却之后，从制冷剂出口连通孔36b被排出。
该情况下，本实施方式产生以下的效果。
根据上述那样构成的第一以及第二金属隔板30、32，在利用凸起密封件51a、61a的背侧形状形成的凸起内流路65的一部分设置狭窄部位65a，因此能够减少从制冷剂入口连通孔36a向制冷剂出口连通孔36b旁通的制冷剂(绕过制冷剂流路66的制冷剂)的旁通量。由此，使在制冷剂流路66流动的制冷剂流量增加，能够有效地冷却发热部。另外，由于冷却效率提高，因此可以实现冷却系统的小型化。
通过将填充件64填充于凸起内流路65的一部分来构成狭窄部位65a。根据该结构，能够容易地在凸起内流路65设置狭窄部位65a。
内侧凸起部51a(内侧凸起部61a)具有在反应气体流路的流路宽度方向中的第一金属隔板30(第二金属隔板32)的两端部处沿着反应气体流路的流路方向延伸的一对延伸部51a1、51a2(一对延伸部61a1、61a2)。而且，形成狭窄部位65a的填充件64分别设置于一对延伸部的背侧。根据该结构，能够进一步有效地减少从制冷剂入口连通孔36a向制冷剂出口连通孔36b旁通的制冷剂的旁通量。
凸起内流路65与在隔板厚度方向贯穿形成的排气用连通孔94连通。根据该结构，能够将凸起内流路65活用为排气用的流路。
凸起内流路65与在隔板厚度方向贯穿形成的制冷剂泄放用连通孔98连通。根据该结构，能够将凸起内流路65活用为制冷剂泄放用的流路。
填充件64的截面积相对于没有对接合隔板33施加紧固载荷的状态下的凸起内流路65的截面积的比率设置为，施加紧固载荷的状态下狭窄部位65a不会堵塞凸起内流路65。在填充件64的截面积相对于没有对接合隔板33施加紧固载荷的状态下的凸起内流路65的截面积的比率为70％以下的情况下，即使施加紧固载荷，狭窄部位65a也不会堵塞凸起内流路65，因此空气以及制冷剂能够没有障碍地通过凸起内流路65的狭窄部位65a。因此，凸起内流路65能够良好地发挥作为排气用的流路的功能以及作为制冷剂泄放用的流路的功能。
当所述比率为40％以上时，能够有效地减少从制冷剂入口连通孔36a向制冷剂出口连通孔36b旁通的制冷剂的旁通量。从而，优选为所述比率为40％～70％。
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，能够进行各种改变。

Claims (9)

1.一种燃料电池用金属隔板，在一方表面形成用于作为燃料气体或者氧化剂气体的反应气体流动的反应气体流路、用于包围所述反应气体流路来防止反应气体泄漏的凸形状的凸起密封件(51a)，在另一方表面形成用于制冷剂流动的制冷剂流路(66)，在隔板厚度方向贯穿形成与所述制冷剂流路(66)连通的制冷剂入口连通孔(36a)以及与所述制冷剂流路(66)连通的制冷剂出口连通孔(36b)，利用构成所述凸起密封件(51a)的凸形状的背侧的凹部来形成供所述制冷剂流通的凸起内流路(65)，该燃料电池用金属隔板的特征在于，
所述凸起内流路(65)将所述制冷剂入口连通孔(36a)与所述制冷剂出口连通孔(36b)连通，并且在所述凸起内流路(65)的一部分设置流路截面积比其它部位小的狭窄部位(65a)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
通过将填充件填充于所述凸起内流路(65)的一部分，来构成所述狭窄部位(65a)。
3.根据权利要求2所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
所述填充件的截面积相对于所述凸起内流路(65)的截面积的比率为70％以下。
4.根据权利要求1或者2所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
所述凸起密封件(51a)具有在所述反应气体流路的流路宽度方向中的所述燃料电池用金属隔板的两端部处沿着所述反应气体流路的流路方向延伸的一对延伸部(51a1、51a2)，
所述狭窄部位(65a)分别设置于所述一对延伸部的背侧。
5.根据权利要求1或者2所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
所述凸起内流路(65)与在所述隔板厚度方向贯穿形成的排气用连通孔(94)连通。
6.根据权利要求1或者2所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
所述凸起内流路(65)与在所述隔板厚度方向贯穿形成的制冷剂泄放用连通孔(98)连通。
7.根据权利要求1或者2所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
在所述制冷剂入口连通孔(36a)与所述制冷剂出口连通孔(36b)之间设置所述制冷剂流路(66)，
在所述凸起内流路(65)中的沿着所述制冷剂流路(66)延伸的部分设置所述狭窄部位(65a)。
8.根据权利要求2所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
所述燃料电池用隔板具有互相接合的第一金属隔板(30)和第二金属隔板(32)，
所述填充件(64)被填充于在所述第一金属隔板(30)设置的所述凹部(51b)，所述填充件(64)与所述第二金属隔板分离。
9.一种燃料电池，其具备电解质膜-电极结构体、在所述电解质膜-电极结构体的两侧配置的燃料电池用金属隔板，关于所述燃料电池用金属隔板，在一方表面形成用于作为燃料气体或者氧化剂气体的反应气体流动的反应气体流路、用于包围所述反应气体流路来防止反应气体泄漏的凸形状的凸起密封件(51a)，在另一方表面形成用于制冷剂流动的制冷剂流路(66)，在隔板厚度方向贯穿形成与所述制冷剂流路(66)连通的制冷剂入口连通孔(36a)以及与所述制冷剂流路(66)连通的制冷剂出口连通孔(36b)，利用构成所述凸起密封件(51a)的凸形状的背侧的凹部(51b)来形成供所述制冷剂流通的凸起内流路(65)，该燃料电池的特征在于，
所述凸起内流路(65)将所述制冷剂入口连通孔(36a)与所述制冷剂出口连通孔(36b)连通，并且在所述凸起内流路(65)的一部分设置流路截面积比其它部位小的狭窄部位(65a)。
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