CN110197913A - 发电单电池 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及发电单电池。在发电单电池(12)中形成将燃料气体入口连通孔(38a)与燃料气体流路(58)连结的第二入口连结流路槽(60a)以及将燃料气体出口连通孔(38b)与燃料气体流路(58)连结的第二出口连结流路槽(60b)。第二入口连结流路槽(60a)的流路在从燃料气体入口连通孔(38a)至燃料气体流路(58)之间分支多次。第二出口连结流路槽(60b)的流路在燃料气体流路(58)至燃料气体出口连通孔(38b)之间合流多次。第二出口连结流路槽(60b)的合流次数比第二入口连结流路槽(60a)的分支次数多。

Description

发电单电池
技术领域
本发明涉及一种发电单电池。
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)是在固体高分子电解质膜的一方的面配设阳极电极并且在所述固体高分子电解质膜的另一方的面配设阴极电极而成的。
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。
在燃料电池堆中，在MEA与一方的隔板之间，作为一方的反应气体流路而形成燃料气体流路，在MEA与另一方的隔板之间，作为另一方的反应气体流路而形成氧化剂气体流路。另外，在燃料电池堆中，沿着层叠方向形成：向燃料气体流路供给燃料气体的燃料气体入口连通孔；排出燃料气体的燃料气体出口连通孔；向氧化剂气体流路供给氧化剂气体的氧化剂气体入口连通孔；以及排出氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔。在燃料气体流路与燃料气体入口连通孔之间以及燃料气体流路与燃料气体出口连通孔之间，分别形成入口连结流路和出口连结流路。同样地，在氧化剂气体流路与氧化剂气体入口连通孔之间以及氧化剂气体流路与氧化剂气体出口连通孔之间，分别形成入口连结流路和出口连结流路(例如，参照日本特开2009-76294号公报)。
发明内容
然而，当在发电单电池内产生的生成水滞留于反应气体流路的出口侧时，存在以下担忧：反应气体的分配性能发生变化，无法遍及反应气体流路的整个面地均匀地分配反应气体。由此，存在导致发电性能下降的问题。
本发明是考虑这样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够提高反应气体流路的出口侧的生成水的排水性的发电单电池。
为了实现上述的目的，本发明是一种发电单电池，在隔板厚度方向层叠电解质膜-电极结构体和隔板，从所述隔板的一端向另一端沿着发电面形成供反应气体流通的反应气体流路，在所述隔板的厚度方向贯通形成向所述反应气体流路供给所述反应气体的反应气体入口连通孔以及供通过了所述反应气体流路的所述反应气体流通的反应气体出口连通孔，形成将所述反应气体入口连通孔与所述反应气体流路连结的入口连结流路槽以及将所述反应气体出口连通孔与所述反应气体流路连结的出口连结流路槽，在所述发电单电池中，所述入口连结流路槽的流路在从所述反应气体入口连通孔至所述反应气体流路之间分支多次，所述出口连结流路槽的流路在从所述反应气体流路至所述反应气体出口连通孔之间合流多次，所述出口连结流路槽的合流次数比所述入口连结流路槽的分支次数多。
优选的是，在所述隔板的、所述反应气体流路的流路宽度方向的中央部设置一个所述反应气体入口连通孔，在所述隔板的、所述反应气体流路的所述流路宽度方向的两端部设置两个所述反应气体出口连通孔。
优选的是，所述反应气体流路、所述入口连结流路槽以及所述出口连结流路槽是供燃料气体流通的流路。
优选的是，所述出口连结流路槽具有多个第一流路组成部分和多个第二流路组成部分，所述多个第一流路组成部分被沿着所述反应气体流路的流路宽度方向隔开间隔地设置的多个凸部相互分隔开，所述多个第二流路组成部分被设置于比所述多个凸部靠所述反应气体出口连通孔侧的中间突起相互分隔开，其中，所述多个第二流路组成部分的条数比所述第一流路组成部分的条数少。
优选的是，所述中间突起是与所述多个凸部相分离地设置的。
优选的是，所述中间突起在相对于所述多个凸部的延伸方向交叉的方向延伸。
优选的是，所述多个凸部中的至少一个凸部具有与其它凸部不同的长度。
根据本发明的发电单电池，出口连结流路槽的合流次数比入口连结流路槽的分支次数多。因此，反应气体流过出口连结流路槽时的压力损失增加，由此能够适当地确保反应气体流路的入口侧与出口侧之间的压力差。从而，能够提高反应气体流路的出口侧的生成水的排水性。
根据参照附图来说明的以下实施方式的说明，可以容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是具备本发明的实施方式涉及的发电单电池的燃料电池堆的立体图。
图2是发电单电池的分解立体图。
图3是从氧化剂气体流路侧观察的第一金属隔板的结构说明图。
图4是从燃料气体流路侧观察的第二金属隔板的结构说明图。
图5是第二入口连结流路部的放大说明图。
图6是第二出口连结流路部的放大说明图。
具体实施方式
以下，关于本发明涉及的发电单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是多个发电单电池12在水平方向(箭头符号A方向)或者重力方向(箭头符号C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(电力取出板)16a、绝缘件18a以及端板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、绝缘件18b以及端板20b。一方的绝缘件18a配置于层叠体14与一方的端板20a之间。另一方的绝缘件18b配置于层叠体14与另一方的端板20b之间。绝缘件18a、18b由绝缘性材料、例如聚碳酸脂(PC)、酚醛树脂等形成。
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连结杆24。各连结杆24的两端固定于端板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，在该筐体内收容层叠体14。
在发电单电池12中，如图2所示，带树脂膜的MEA 28被第一金属隔板30以及第二金属隔板32夹持。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。第一金属隔板30与第二金属隔板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。
带树脂膜的MEA 28具备电解质膜-电极结构体28a(以下称为“MEA 28a”)以及与MEA 28a的外周部接合并且包围该外周部的树脂框构件46。MEA 28a具有电解质膜40、设置于电解质膜40的一方的面的阳极电极(第一电极)42以及设置于电解质膜40的另一方的面的阴极电极(第二电极)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分的全氟磺酸的薄膜。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除能够使用氟系电解质以外，还能够使用HC(碳化氢)系电解质。
虽未详细图示，但是阳极电极42具有与电解质膜40的一方的面接合的第一电极催化剂层以及层叠于该第一电极催化剂层的第一气体扩散层。阴极电极44具有与电解质膜40的另一方的面接合的第二电极催化剂层以及层叠于该第二电极催化剂层的第二气体扩散层。
在作为发电单电池12的长边方向的箭头符号B方向(图2中为水平方向)的一个端缘部，以在层叠方向延伸的方式设置氧化剂气体入口连通孔34a、多个冷却介质入口连通孔36a以及多个(例如，如本实施方式那样为两个)燃料气体出口连通孔38b(反应气体出口连通孔)。氧化剂气体入口连通孔34a、多个冷却介质入口连通孔36a以及多个燃料气体出口连通孔38b分别在层叠方向贯通层叠体14、绝缘件18a以及端板20a(也可以贯通端子板16a)。
这些连通孔在上下方向(箭头符号C方向)排列设置。燃料气体出口连通孔38b排出作为一方的反应气体的燃料气体、例如含氢气体。氧化剂气体入口连通孔34a供给作为另一方的反应气体的氧化剂气体、例如含氧气体。冷却介质入口连通孔36a供给冷却介质。
氧化剂气体入口连通孔34a配置于在上下方向分离地配置的两个冷却介质入口连通孔36a之间。多个燃料气体出口连通孔38b具有上侧燃料气体出口连通孔38b1和下侧燃料气体出口连通孔38b2。上侧燃料气体出口连通孔38b1配置于上侧的冷却介质入口连通孔36a的上方。下侧燃料气体出口连通孔38b2配置于下侧的冷却介质入口连通孔36a的下方。
在发电单电池12的箭头符号B方向的另一个端缘部，以在层叠方向相同连通孔连通的方式设置燃料气体入口连通孔38a、多个冷却介质出口连通孔36b以及多个(例如，如本实施方式那样为两个)氧化剂气体出口连通孔34b(反应气体出口连通孔)。燃料气体入口连通孔38a、多个冷却介质出口连通孔36b以及多个氧化剂气体出口连通孔34b分别在层叠方向贯通层叠体14、绝缘件18a以及端板20a(也可以贯通端子板16a)。
这些连通孔在上下方向(箭头符号C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、多个氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a以及多个燃料气体出口连通孔38b的配置不限定于本实施方式。只要根据要求的规格来适当设定即可。
燃料气体入口连通孔38a配置于在上下方向分离地配置的两个冷却介质出口连通孔36b之间。多个氧化剂气体出口连通孔34b具有上侧氧化剂气体出口连通孔34b1和下侧氧化剂气体出口连通孔34b2。上侧氧化剂气体出口连通孔34b1配置于上侧的冷却介质出口连通孔36b的上方。下侧氧化剂气体出口连通孔34b2配置于下侧的冷却介质出口连通孔36b的下方。
此外，连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b的开口形状不限于六边形，也可以是其它多边形(四边形、五边形等)、圆形、椭圆形、长椭圆形等。
在燃料电池堆10中，在第一金属隔板30和第二金属隔板32设置用于排出在燃料电池堆10运转时(发电时)在燃料电池堆10内的阴极侧产生的生成水的第一泄放口72以及用于排出在阳极侧产生的生成水的第二泄放口82。第一泄放口72在层叠方向(箭头符号A方向)贯通形成，并且经由未图示的连结通路来与氧化剂气体出口连通孔34b连通。第二泄放口82在层叠方向(箭头符号A方向)贯通形成，并且经由未图示的连结通路来与燃料气体出口连通孔38b连通。在第一泄放口72的外周设置用于防止生成水泄漏的凸起密封件72a。在第二泄放口82的外周设置用于防止生成水泄漏的凸起密封件82a。
如图1所示，氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体入口连通孔38a分别与设置于端板20a的入口35a、37a、39a连通。另外，氧化剂气体出口连通孔34b、冷却介质出口连通孔36b以及燃料气体出口连通孔38b分别与设置于端板20a的出口35b、37b、39b连通。
如图2所示，在树脂框构件46的箭头符号B方向的一个端缘部，设置氧化剂气体入口连通孔34a、多个冷却介质入口连通孔36a以及多个燃料气体出口连通孔38b。在树脂框构件46的箭头符号B方向的另一个端缘部，设置燃料气体入口连通孔38a、多个冷却介质出口连通孔36b以及多个氧化剂气体出口连通孔34b。
也可以不使用树脂框构件46，而是使电解质膜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3所示，在第一金属隔板30的朝向带树脂膜的MEA 28的表面30a，设置在一个方向、例如箭头符号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具有形成于在箭头符号B方向延伸的多条波状突起48a之间的多个波状流路槽48b。从而，在氧化剂气体流路48中，多个波状突起48a与多个波状流路槽48b在流路宽度方向(箭头符号C方向)交替地配置。此外，在氧化剂气体流路48中，也可以在多个直线状突起之间形成多个直线状流路槽来代替上述的结构。
氧化剂气体入口连通孔34a是设置于第一金属隔板30的长边方向的一个端部(箭头符号B1方向侧的端部)、并且构成在箭头符号C方向排列的五个连通孔的中央的连通孔。从而，一个氧化剂气体入口连通孔34a设置在第一金属隔板30的、氧化剂气体流路48的流路宽度方向(箭头符号C方向)的中央部。另一方面，两个氧化剂气体出口连通孔34b是设置于第一金属隔板30的长边方向的另一个端部(箭头符号B2方向侧的端部)、并且构成在箭头符号C方向排列的五个连通孔的两端的连通孔。从而，两个氧化剂气体出口连通孔34b设置在第一金属隔板30的、氧化剂气体流路48的流路宽度方向的两端部。
在第一金属隔板30的表面30a设置使氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体流路48连通的第一入口连结流路部50A。在本实施方式中第一入口连结流路部50A具有多个第一入口连结流路槽50a。各第一入口连结流路槽50a与多个波状流路槽48b相连。在第一金属隔板30的表面30a，与氧化剂气体流路48的氧化剂气体入口连通孔34a侧相邻地形成有从第一金属隔板30的底板部30s朝向带树脂膜的MEA 28隆起的第一入口侧隆起部51a。多个第一入口连结流路槽50a设置于第一入口侧隆起部51a。从底板部30s至第一入口侧隆起部51a的高度比从底板部30s至后述的内侧凸起部52b的高度低。
另外，在第一金属隔板30的表面30a设置使氧化剂气体流路48与两个氧化剂气体出口连通孔34b连通的第一出口连结流路部50B。在本实施方式中第一出口连结流路部50B具有多个第一出口连结流路槽50b。各第一出口连结流路槽50b与多个波状流路槽48b相连。在第一金属隔板30的表面30a，与氧化剂气体流路48的箭头符号B2方向侧相邻地形成有从第一金属隔板30的底板部30s朝向带树脂膜的MEA 28隆起的第一出口侧隆起部51b。多个第一出口连结流路槽50b设置于第一出口侧隆起部51b。从底板部30s至第一出口侧隆起部51b的高度比从底板部30s至内侧凸起部52b的高度低。
各第一入口连结流路槽50a的流路在从氧化剂气体入口连通孔34a至氧化剂气体流路48之间分支多次(在本实施方式中为两次)。具体来说，各第一入口连结流路槽50a在从氧化剂气体入口连通孔34a至氧化剂气体流路48之间，在第一分支部84和第二分支部86这两处分支。即，在各第一入口连结流路槽50a中，一条流路组成部分50a1在第一分支部84分支为两条流路组成部分50a2。而且，各流路组成部分50a2在第二分支部86进一步分支为两条流路组成部分50a3。此外，各第一入口连结流路槽50a的分支次数不限于两次，也可以是其它次数。
各第一出口连结流路槽50b的流路在从氧化剂气体流路48至氧化剂气体出口连通孔34b之间合流多次(在本实施方式中为两次)。具体来说，各第一出口连结流路槽50b在从氧化剂气体流路48至氧化剂气体出口连通孔34b之间，在第一合流部88和第二合流部90这两处合流。即，在各第一出口连结流路槽50b中，面临氧化剂气体流路48的四条流路组成部分50b1中的彼此相邻的流路组成部分50b1在第一合流部88分别合流而汇集为两条流路组成部分50b2。而且，两条流路组成部分50b2在第二合流部90合流而汇集为一条流路组成部分50b3。此外，各第一出口连结流路槽50b的合流次数不限于两次，也可以是其它次数。
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来一体地鼓出成形多个金属凸起密封件。也可以设置由弹性材料形成的凸状弹性密封件来代替该金属凸起密封件。多个金属凸起密封件具有外侧凸起部52a、内侧凸起部52b以及多个连通孔凸起部52c。外侧凸起部52a围绕表面30a的外周缘部。内侧凸起部52b将氧化剂气体流路48、氧化剂气体入口连通孔34a以及氧化剂气体出口连通孔34b的外周包围并且使它们连通。
多个连通孔凸起部52c将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分别包围。此外，外侧凸起部52a只要根据需要来设置即可，也能够不要外侧凸起部52a。
如图4所示，在第二金属隔板32的朝向带树脂膜的MEA 28的表面32a，形成有在一个方向、例如箭头符号B方向延伸的燃料气体流路58。燃料气体流路58使燃料气体在与氧化剂气体流路48中的氧化剂气体流动的方向相反的方向(箭头符号B1方向)流动。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具有形成于在箭头符号B方向延伸的多个波状突起58a之间的多个波状流路槽58b。从而，在燃料气体流路58中，多个波状突起58a与多个波状流路槽58b在流路宽度方向(箭头符号C方向)交替地配置。此外，在燃料气体流路58中，也可以在多个直线状突起之间形成多个直线状流路槽来代替上述的结构。
燃料气体入口连通孔38a是设置于第二金属隔板32的长边方向的一个端部(箭头符号B2方向侧的端部)、并且构成在箭头符号C方向排列的五个连通孔的中央的连通孔。从而，一个燃料气体入口连通孔38a设置在第二金属隔板32的、燃料气体流路58的流路宽度方向(箭头符号C方向)的中央部。另一方面，两个燃料气体出口连通孔38b是设置于第二金属隔板32的长边方向的另一个端部(箭头符号B1方向侧的端部)、并且构成在箭头符号C方向排列的五个连通孔的两端的连通孔。从而，两个燃料气体出口连通孔38b设置在第二金属隔板32的、燃料气体流路58的流路宽度方向的两端部。
在第二金属隔板32的表面32a设置使燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58连通的第二入口连结流路部60A。在本实施方式中第二入口连结流路部60A具有多个第二入口连结流路槽60a。各第二入口连结流路槽60a与多个波状流路槽58b相连。在第二金属隔板32的表面32a，与燃料气体流路58的箭头符号B2方向侧相邻地形成有从第二金属隔板32的底板部32s朝向带树脂膜的MEA 28隆起的第二入口侧隆起部61a。多个第二入口连结流路槽60a设置于第二入口侧隆起部61a。从底板部32s至第二入口侧隆起部61a的高度比从底板部32s至后述的内侧凸起部62b的高度低。
另外，在第二金属隔板32的表面32a设置使燃料气体流路58与燃料气体出口连通孔38b连通的第二出口连结流路部60B。在本实施方式中第二出口连结流路部60B具有多个第二出口连结流路槽60b。各第二出口连结流路槽60b与多个波状流路槽58b相连。在第二金属隔板32的表面32a，与燃料气体流路58的箭头符号B1方向侧相邻地形成有从第二金属隔板32的底板部32s朝向带树脂膜的MEA 28隆起的第二出口侧隆起部61b。多个第二出口连结流路槽60b设置于第二出口侧隆起部61b。从底板部32s至第二出口侧隆起部61b的高度比从底板部32s至内侧凸起部62b的高度低。
如图5所示，各第二入口连结流路槽60a的流路在从燃料气体入口连通孔38a至燃料气体流路58之间分支多次(在本实施方式中为两次)。具体来说，各第二入口连结流路槽60a在从燃料气体入口连通孔38a至燃料气体流路58之间，在第一分支部92和第二分支部94这两处分支。即，在各第二入口连结流路槽60a，一条第一流路组成部分60a1在第一分支部92将中间突起93夹在中间地分支为两条第二流路组成部分60a2。而且，两条第二流路组成部分60a2在第二分支部94分支为五条第三流路组成部分60a3。
在第一分支部92与第二分支部94之间，设置有遍及整周地被流路包围的岛状的中间突起93。中间突起93朝向带树脂膜的MEA 28突出由此来将两条第二流路组成部分60a2之间分隔开。五条第三流路组成部分60a3被朝向带树脂膜的MEA 28突出的多个凸部95分隔开。多个凸部95是沿着燃料气体流路58的流路宽度方向(箭头符号C方向)相互隔开间隔地设置的。多个凸部95中的至少一个凸部95具有与其它凸部95不同的长度。多个凸部95与中间突起93相向，从而阶段性地长度变长。此外，多个凸部95也可以全部具有彼此相同的长度。多个凸部95相对于中间突起93非连续地(分离地)设置。从而，在多个凸部95与中间突起93之间形成流路(第二入口连结流路槽60a的一部分)。中间突起93在相对于凸部95的延伸方向交叉(倾斜)的方向延伸。
如图6所示，各第二出口连结流路槽60b的流路在从燃料气体流路58至燃料气体出口连通孔38b之间合流多次(在本实施方式中为三次)。第二出口连结流路槽60b的合流次数比第二入口连结流路槽60a的分支次数多。具体来说，各第二出口连结流路槽60b在从燃料气体流路58至燃料气体出口连通孔38b之间，在第一合流部96、第二合流部98以及第三合流部100这三处合流。
各第二出口连结流路槽60b具有两个由面临燃料气体流路58的五条第一流路组成部分60b1形成的组60g，在各组60g中，五条第一流路组成部分60b1在第一合流部96合流而汇集为两条第二流路组成部分60b2。另外，在各组60g中，两条第二流路组成部分60b2在第二合流部98合流而合流为一条第三流路组成部分60b3。而且，一方的组和另一方的组的两条第三流路组成部分60b3在第三合流部100合流，汇集为与燃料气体出口连通孔38b连通的一条第四流路组成部分60b4。
五条第一流路组成部分60b1被朝向带树脂膜的MEA 28突出的多个凸部99分隔开。多个凸部99是沿着燃料气体流路58的流路宽度方向(箭头符号C方向)相互隔开间隔地设置的。多个凸部99中的至少一个凸部99具有与其它凸部99不同的长度。多个凸部99与中间突起97相向，从而阶段性地长度变长。此外，多个凸部99也可以全部具有彼此相同的长度。
在第一合流部96与第二合流部98之间，设置有遍及整周地被流路包围的岛状的中间突起97。中间突起97朝向带树脂膜的MEA 28突出由此来将两条第二流路组成部分60b2之间分隔开。中间突起97相对于多个凸部99非连续地(分离地)设置。从而，在多个凸部99与中间突起97之间形成流路(第二出口连结流路槽60b的一部分)。中间突起97在相对于凸部99的延伸方向交叉(倾斜)的方向延伸。各第二出口连结流路槽60b中的两条第三流路组成部分60b3被朝向带树脂膜的MEA 28突出的突起101分隔开。第三合流部100设置于突起101的下游侧，将两条第三流路组成部分60b3汇集为一条第四流路组成部分60b4。在燃料气体流路58的流路宽度方向(箭头符号C方向)突起101的长度比中间突起97长。突起101与波状突起58a相连。
此外，各第二出口连结流路槽60b的合流次数不限于三次，只要比第二入口连结流路槽60a的分支次数多，那么也可以是其它次数。
如图4所示，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来鼓出成形多个金属凸起密封件。也可以设置由弹性材料形成的凸状弹性密封件来代替该金属凸起密封件。多个金属凸起密封件具有外侧凸起部62a、内侧凸起部62b以及多个连通孔凸起部62c。外侧凸起部62a围绕表面32a的外周缘部。内侧凸起部62b比外侧凸起部62a靠内侧，将燃料气体流路58、燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b的外周包围并且使它们连通。
多个连通孔凸起部62c将氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、冷却介质入口连通孔36a以及冷却介质出口连通孔36b分别包围。此外，外侧凸起部62a只要根据需要来设置即可，也能够不要外侧凸起部62a。
如图2所示，在通过焊接或者钎焊来相互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及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的背面形状相互重合来形成冷却介质流路66。冷却介质流路66使冷却介质在与氧化剂气体流路48中的氧化剂气体流动的方向相同的方向(箭头符号B方向)流动。
以下说明这样构成的燃料电池堆10的动作。
首先，如图1所示，向端板20a的氧化剂气体入口连通孔34a(入口35a)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(入口39a)供给含氢气体等燃料气体。向端板20a的冷却介质入口连通孔36a(入口37a)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。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MEA28a的阴极电极44。
另一方面，如图4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，被供给到MEA28a的阳极电极42。
从而，在各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二电极催化剂层以及第一电极催化剂层内因电化学反应被消耗，来进行发电。
接着，如图2所示，供给到阴极电极44并且被消耗的氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔34b在箭头符号A方向被排出。同样地，供给到阳极电极42并且被消耗的燃料气体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，供给到冷却介质入口连通孔36a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，在箭头符号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。
在该情况下，本实施方式所涉及的发电单电池12起到以下效果。
根据发电单电池12，第二出口连结流路槽60b的合流次数比第二入口连结流路槽60a的分支次数多。因此，燃料气体在第二出口连结流路槽60b流动时的压力损失会增加，由此能够适当地确保燃料气体流路58的入口侧与出口侧之间的压力差。从而，能够提高燃料气体流路58的出口侧的生成水的排水性。即，能够良好地将生成水经由第二出口连结流路槽60b向燃料气体出口连通孔38b排出。
在第二金属隔板32的、燃料气体流路58的流路宽度方向的中央部设置一个燃料气体入口连通孔38a。另外，在第二金属隔板32的、燃料气体流路58的流路宽度方向的两端部设置两个燃料气体出口连通孔38b。根据该结构，在第二出口连结流路槽60b，能够将从流入端至流出端的流路长度设定得短，因此实现了改善燃料气体流路58的流路宽度方向的流量分配特性(流路宽度方向的流量的均匀化)。
第二入口连结流路槽60a和第二出口连结流路槽60b是燃料气体用的流路槽。在燃料电池堆10运转时，特别是在对阳极仅供给氢气(纯氢)作为燃料气体的情况下，大部分氢气被阳极的电化学反应所消耗，因此在以往构造中，有时在燃料气体流路58的出口侧流量减少而压力差容易不足，生成水的排水性不充分。与之相对，本实施方式中，关于燃料气体流动的第二入口连结流路槽60a和第二出口连结流路槽60b，使第二出口连结流路槽60b的合流次数比第二入口连结流路槽60a的分支次数多，因此能够有效地提高在以往构造中压力差容易不足的燃料气体流路58的出口侧的生成水的排水性。
此外也可以是，在发电单电池12中，与第二入口连结流路槽60a及第二出口连结流路槽60b同样地，第一出口连结流路槽50b的合流次数比第一入口连结流路槽50a的分支次数多。由此，能够提高氧化剂气体流路48的出口侧的生成水的排水性。
在本实施方式中，构成在两个金属隔板之间夹持电解质膜-电极结构体而成的单电池单元，采用了在各单电池单元间形成冷却介质流路的所谓各单电池冷却构造。与此相对，例如，也可以构成如下的单电池单元：具备三个以上的金属隔板和两个以上的电解质膜-电极结构体，将金属隔板与电解质膜-电极结构体交替地层叠。此时，构成在各单电池单元间形成冷却介质流路的所谓间隔减少冷却构造。
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 (8)

1.一种发电单电池(12)，在隔板厚度方向层叠电解质膜-电极结构体(28a)和隔板(30、32)，从所述隔板(30、32)的一端向另一端沿着发电面形成供反应气体流通的反应气体流路(48、58)，在所述隔板(30、32)的厚度方向贯通形成向所述反应气体流路(48、58)供给所述反应气体的反应气体入口连通孔(34a、38a)以及供通过了所述反应气体流路(48、58)的所述反应气体流通的反应气体出口连通孔(34b、38b)，形成将所述反应气体入口连通孔(34a、38a)与所述反应气体流路(48、58)连结的入口连结流路槽(50a、60a)以及将所述反应气体出口连通孔(34b、38b)与所述反应气体流路(48、58)连结的出口连结流路槽(50b、60b)，所述发电单电池(12)的特征在于，
所述入口连结流路槽(50a、60a)的流路在从所述反应气体入口连通孔(34a、38a)至所述反应气体流路(48、58)之间分支多次，
所述出口连结流路槽(50b、60b)的流路在从所述反应气体流路(48、58)至所述反应气体出口连通孔(34b、38b)之间合流多次，
所述出口连结流路槽(50b、60b)的合流次数比所述入口连结流路槽(50a、60a)的分支次数多。
2.根据权利要求1所述的发电单电池(12)，其特征在于，
在所述隔板(30、32)的、所述反应气体流路(48、58)的流路宽度方向的中央部设置一个所述反应气体入口连通孔(34a、38a)，
在所述隔板(30、32)的、所述反应气体流路(48、58)的所述流路宽度方向的两端部设置两个所述反应气体出口连通孔(34b、38b)。
3.根据权利要求1或2所述的发电单电池(12)，其特征在于，
所述反应气体流路(48、58)、所述入口连结流路槽(50a、60a)以及所述出口连结流路槽(50b、60b)是供燃料气体流通的流路。
4.根据权利要求1或2所述的发电单电池(12)，其特征在于，
所述出口连结流路槽(50b、60b)具有多个第一流路组成部分和多个第二流路组成部分，所述多个第一流路组成部分被沿着所述反应气体流路(48、58)的流路宽度方向隔开间隔地设置的多个凸部相互分隔开，所述多个第二流路组成部分被设置于比所述多个凸部靠所述反应气体出口连通孔(34b、38b)侧的中间突起相互分隔开，其中，所述多个第二流路组成部分的条数比所述第一流路组成部分的条数少。
5.根据权利要求4所述的发电单电池(12)，其特征在于，
所述中间突起是与所述多个凸部相分离地设置的。
6.根据权利要求4所述的发电单电池(12)，其特征在于，
所述中间突起在相对于所述多个凸部的延伸方向交叉的方向延伸。
7.根据权利要求4所述的发电单电池(12)，其特征在于，
所述多个凸部中的至少一个凸部具有与其它凸部不同的长度。
8.根据权利要求4所述的发电单电池(12)，其特征在于，
所述中间突起在相对于所述多个凸部的延伸方向倾斜的方向延伸。
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