CN113451597A - 隔板以及隔板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及隔板以及隔板的制造方法。隔板(10)分别层叠于电解质膜‑电极结构体(16)的两面来构成燃料电池(12)。该隔板具备：呈面状地延伸的基部(48)；以及与基部(48)相连并且从该基部向层叠方向突出密封的凸起部(50)。在俯视观察时，凸起部(50)包括直线状地延伸的直线部(60)以及与直线部(60)相连并且相对于直线部(60)而弯曲的曲部(62)。隔板(10)中，从基部(48)至曲部(62)的顶部(62a)为止的高度(Hc)设定为低于从基部(48)至直线部(60)的顶部(60a)为止的高度(Hs)。

Description

隔板以及隔板的制造方法
技术领域
本发明涉及应用于燃料电池的隔板以及隔板的制造方法。
背景技术
燃料电池构成为，具有将阳极电极、电解质膜、阴极电极层叠而成的电解质膜-电极结构体(MEA)，并且由作为双极性板的一对隔板夹持MEA。为了防止反应气体(燃料气体、氧化剂气体)泄漏、仅使规定的反应气体在反应气体流路与反应气体连通孔之间流通，一对隔板在层叠状态下与MEA或者其它的隔板之间形成密封。
例如，在专利文献1公开了为了在反应气体连通孔的周围形成密封，使凸起密封件(凸起部)从隔板面突出的隔板。该凸起部在隔板的层叠状态下被在层叠方向相向的构件(MEA、其它的隔板)按压，由此产生表面压力的顶部发生弹性变形而形成密封。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2018/0114994号说明书
发明内容
发明所要解决的问题
然而，如专利文献1所公开那样，在延伸方向上具有曲部的凸起部与直线状地延伸的直线部(曲率接近零的部分)相比，曲率大的曲部难以发生弹性变形。因此，凸起部中，与直线部相比曲部的表面压力增高，表面压力发生偏差。当在这样密封状态下凸起部的表面压力发生偏差时，凸起部的密封性能下降。
本发明是与如上所述具有凸起部的隔板的技术相关连而完成的，目的在于提供通过简单的结构来改善具有直线部和曲部的凸起部的表面压力偏差的隔板以及隔板的制造方法。
用于解决问题的方案
为了实现所述目的，本发明的第一方式是一种隔板，其分别层叠于电解质膜-电极结构体的两面来构成燃料电池，该电解质膜-电极结构体在电解质膜的两面设置电极，在所述隔板中，具备：呈面状地延伸的基部；以及与所述基部相连并且从该基部向层叠方向突出来形成密封的凸起部，在俯视观察时，所述凸起部包括直线状地延伸的直线部以及与所述直线部相连并且相对于所述直线部而弯曲的曲部，从所述基部至所述曲部的顶部为止的高度低于从所述基部至所述直线部的顶部为止的高度。
另外，为了实现所述目的，本发明的第二方式是一种隔板，其分别层叠于电解质膜-电极结构体的两面来构成燃料电池，该电解质膜-电极结构体在电解质膜的两面设置电极，在所述隔板中，具备：呈面状地延伸的基部；以及与所述基部相连并且从该基部向层叠方向突出来形成密封的凸起部，在俯视观察时，所述凸起部包括至少两个曲部，曲率大的曲部的高度低于曲率小的曲部的高度。
此外，为了实现所述目的，本发明的第三方式是一种隔板的制造方法，该隔板分别层叠于电解质膜-电极结构体的两面来构成燃料电池，该电解质膜-电极结构体在电解质膜的两面设置电极，在所述隔板的制造方法中，该隔板具备：呈面状地延伸的基部；以及与所述基部相连并且从该基部向层叠方向突出来形成密封的凸起部，在俯视观察时，所述凸起部包括直线状地延伸的直线部以及与所述直线部相连并且相对于所述直线部而弯曲的曲部，在制造时，以从所述基部至所述曲部的顶部为止的高度低于从所述基部至所述直线部的顶部为止的高度的方式，形成所述凸起部。
发明的效果
上述的隔板以及隔板的制造方法能够通过简单的结构来改善具有直线部和曲部的凸起部的表面压力的偏差。
参照附图来说明以下的实施方式，从而能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是本发明的一实施方式涉及的燃料电池的分解立体图。
图2A是将第一隔板的氧化剂气体出口连通孔放大的平面图。图2B沿着图2A的IIB-IIB线观察连通孔凸起的侧视图。
图3A是示出连通孔凸起的直线部的密封前与密封状态的剖视图。图3B是示出连通孔凸起的曲部的密封前与密封状态的剖视图。
图4A是示出隔板的制造方法的冲压工序的说明图。图4B是示出隔板的制造方法的压缩工序的说明图。
图5A是示出第一变形例涉及的隔板的制造方法的冲压工序的说明图。图5B是示出第一变形例涉及的隔板的制造方法的压缩工序的说明图。
图6A是示出第二变形例涉及的隔板的制造方法的冲压工序的说明图。图6B是示出第二变形例涉及的隔板的制造方法的压缩工序的说明图。
图7A是示出直线部与曲部的高度不同的连通孔凸起的高度-表面压力特性的曲线图。图7B是示出直线部与曲部的高度固定的连通孔凸起的高度-表面压力特性的曲线图。
图8是举例说明连通孔凸起的沿着延伸方向的位置与施加于连通孔凸起的表面压力的曲线图。
具体实施方式
以下，关于本发明例举优选的实施方式，参照附图进行详细说明。
如图1所示，本发明的一实施方式涉及的隔板10适用于基于燃料气体(阳极气体)与氧化剂气体(阴极气体)的反应来进行发电的燃料电池12。燃料电池12构成发电单电池单体，在箭头符号A方向层叠多个发电单电池单体，由此形成未图示的燃料电池堆。例如，燃料电池堆被搭载于燃料电池汽车(未图示)，作为电机等车载装置的电源被使用。
在带框的电解质膜-电极结构体14(以下，称为带框的MEA 14)的两面分别层叠一对隔板10来构成燃料电池12。带框的MEA 14具备：电解质膜-电极结构体16(以下，称为MEA16)；以及树脂框构件18，其被固定于MEA 16的外周的整周。另外，燃料电池12可以应用不具备树脂框构件18的MEA 16，来代替带框的MEA 14。
如图1所示，MEA 16具备：电解质膜20(阳离子交换膜)；层叠于电解质膜20的一方面的阳极电极22；以及层叠于电解质膜20的另一方面的阴极电极24。
电解质膜20例如由含有水分的全氟磺酸的薄膜形成。而且，电解质膜20除了能够使用氟系电解质以外，还能够使用HC(烃)类电解质。
阳极电极22以及阴极电极24具有：在电解质膜20的两面配置的未图示的电极催化剂层；以及在电极催化剂层的外侧(与电解质膜20的相反侧)配置的未图示的气体扩散层。例如，气体扩散层由碳纸等构成。另外，电极催化剂层是在气体扩散层的表面均匀地涂布表面承载有白金合金的多孔质碳粒子而形成的。
带框的MEA 14的树脂框构件18与电解质膜20的外周面部接合。作为构成树脂框构件18的树脂材料，例如，能够举出具有电绝缘性的通用塑料、工程塑料、超级工程塑料等。树脂框构件18也可以由膜等构成。
与MEA 16接合的树脂框构件18(带框的MEA 14)形成为与长方形的隔板10大致相同的平面尺寸。在该树脂框构件18的长边方向(箭头符号B方向)的两端部，与隔板10的多个连通孔36同样地，设置多个连通孔36。
一对隔板10(11A、11B)例如是将钢板、不锈钢板、铝板、钛板、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的金属板进行冲压成型而使截面形成凹凸等而构成的。各隔板10的厚度没有特别地限定，例如优选设定为50μm～500μm的范围。
各隔板10形成使反应气体(燃料气体或者氧化剂气体)沿着带框的MEA14的面方向流通的反应气体流路26。以下，将层叠于带框的MEA 14的一方面的隔板10称为第一隔板11A，将层叠于带树脂框的MEA 14的另一方面的隔板10称为第二隔板11B。一方的燃料电池12的第一隔板11A与另一方的燃料电池12的第二隔板11B伴着燃料电池12的层叠而相互接触。因此，在多个燃料电池12层叠时，第一以及第二隔板11A、11B的外周彼此通过焊接等被接合来构成一体的接合隔板，并层叠于带框的MEA 14。
第一隔板11A在与带框的MEA 14的阳极电极22相向的面11Aa具备使燃料气体流动的燃料气体流路28(反应气体流路26的一方)。由在第一隔板11A的箭头符号B方向(水平方向)延伸的多个突条部29之间形成的直线状流路槽(或者波状流路槽)构成燃料气体流路28。
第二隔板11B在与带框的MEA 14的阴极电极24相向的面11Ba具备使氧化剂气体流动的氧化剂气体流路30(反应气体流路26)(在图1中，为了方便，在阴极电极24上图示了氧化剂气体的流通方向)。由在第二隔板11B的箭头符号B方向(水平方向)延伸的多个突条部31之间形成的直线状流路槽(或者波状流路槽)来构成氧化剂气体流路30。
另外，在第一隔板11A与第二隔板11B接触配合的面11Ab、11Bb的之间形成使制冷剂(例如水)流通的制冷剂流路32。第一隔板11A的燃料气体流路28的背面形状与第二隔板11B的氧化剂气体流路30的背面形状重合由此形成制冷剂流路32。
而且，燃料电池12(第一隔板11A、第二隔板11B以及树脂框构件18)具备使流体在层叠方向(箭头符号A方向)流通的多个连通孔36。燃料气体连通孔38(燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b)使氢气等燃料气体流通。氧化剂气体连通孔40(氧化剂气体入口连通孔40a、氧化剂气体出口连通孔40b)使空气等氧化剂气体流通。制冷剂连通孔42(制冷剂入口连通孔42a、制冷剂出口连通孔42b)使水等制冷剂流通。
更具体来讲，在燃料电池12的长边方向的一端部(箭头符号B2侧的端部)设置一个燃料气体入口连通孔38a、两个氧化剂气体出口连通孔40b以及两个制冷剂出口连通孔42b，来作为连通孔36。一个燃料气体入口连通孔38a、两个氧化剂气体出口连通孔40b以及两个制冷剂出口连通孔42b在箭头符号A方向分别贯通第一隔板11A、第二隔板11B以及树脂框构件18。
燃料气体入口连通孔38a形成在沿上下方向(箭头符号C方向)排列的五个连通孔36的正中。燃料气体入口连通孔38a与第一隔板11A的燃料气体流路28连通，使燃料气体流入燃料气体流路28。
两个制冷剂入口连通孔42b形成于如下位置：在燃料气体入口连通孔38a的上下与之相邻而将该燃料气体入口连通孔38a夹在中间。各制冷剂出口连通孔42b与第一以及第二隔板11A、11B之间的制冷剂流路32连通，使制冷剂从制冷剂流路32流出。
两个氧化剂气体出口连通孔40b配置于比上侧的制冷剂出口连通孔42b靠上侧位置以及比下侧的制冷剂出口连通孔42b靠下侧位置，将燃料气体入口连通孔38a以及两个制冷剂出口连通孔42b夹在中间。各氧化剂气体出口连通孔40b与第二隔板11B的氧化剂气体流路30连通，使氧化剂气体从氧化剂气体流路30流出。
在燃料电池12的长边方向的另一端部(箭头符号B1侧的端部)设置两个燃料气体出口连通孔38b、一个氧化剂气体入口连通孔40a以及两个制冷剂入口连通孔42a，来作为连通孔36。两个燃料气体出口连通孔38b、一个氧化剂气体入口连通孔40a以及两个制冷剂入口连通孔42a在箭头符号A方向分别贯通第一隔板11A、第二隔板11B以及树脂框构件18。
氧化剂气体入口连通孔40a形成在沿上下方向(箭头符号C方向)排列的五个连通孔36的正中。氧化剂气体入口连通孔40a与第二隔板11B的氧化剂气体流路30连通，使氧化剂气体流入氧化剂气体流路30。
两个制冷剂入口连通孔42a在氧化剂气体入口连通孔40a的上下与之相邻，将氧化剂气体入口连通孔40a夹在中间。各制冷剂入口连通孔42a与第一以及第二隔板11A、11B之间的制冷剂流路32连通，使制冷剂流入制冷剂流路32。
两个燃料气体出口连通孔38b配置于比上侧的制冷剂入口连通孔42a靠上侧位置以及比下侧的制冷剂入口连通孔42a靠下侧位置，将氧化剂气体入口连通孔40a以及两个制冷剂入口连通孔42a夹在中间。各燃料气体出口连通孔38b与第一隔板11A的燃料气体流路28连通，使燃料气体从燃料气体流路28流出。
各连通孔36(燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、氧化剂气体入口连通孔40a、氧化剂气体出口连通孔40b、制冷剂入口连通孔42a、制冷剂出口连通孔42b)在俯视观察时形成为多边形，例如大致六边形。而且，各连通孔36的形状没有特别限定，例如，可以形成为三边形、四边形等。另外，连通孔36的位置、数量也根据燃料电池12所要求的规格适当地设定即可。还有也可以是，燃料电池12(第一隔板11A、第二隔板11B以及树脂框构件18)具备用于将发电时产生的生成水排出的未图示的泄放口孔、制冷剂的排气孔、制冷剂的泄放口孔等，作为其它的连通孔36。
并且，如图1以及图2A所示，本实施方式涉及的隔板10相对于沿着呈面状地延伸并构成反应气体流路26的基部48(隔板主体)而具备多个与MEA 16相向的在箭头符号A方向突出的凸起部50。而且，图2A是为了示出凸起部50而代表性地将第一隔板11A的箭头符号B2侧和上侧的氧化剂气体出口连通孔40b放大的平面图。
各凸起部50相对于基部48一体地连续。也可以是，在各凸起部50的顶部设置未图示的橡胶密封件等。在多个燃料电池12层叠状态(构成燃料电池堆的状态)下，各凸起部50隔着树脂框构件18来与相反侧的隔板10的各凸起部50相向并且在层叠方向被按压由此形成密封。
详细来讲，第一隔板11A具备从面11Aa朝向树脂框构件18突出的第一凸起部50a，来作为凸起部50。第一凸起部50a具有：围绕在第一隔板11A的外缘附近的第一外侧凸起52a；以及在该第一外侧凸起52a的内侧将燃料气体流路28、燃料气体连通孔38以及氧化剂气体连通孔40包围的第一内侧凸起54a。另外，第一凸起部50a具有将多个连通孔36(燃料气体连通孔38、氧化剂气体连通孔40、制冷剂连通孔42)分别包围的第一连通孔凸起56a。
第二隔板11B具备从面11Ba朝向树脂框构件18突出的第二凸起部50b，来作为凸起部50。第二凸起部50b具有：围绕在第二隔板11B的外缘附近的第二外侧凸起52b；以及在该第二外侧凸起52b的内侧将氧化剂气体流路30、燃料气体连通孔38以及氧化剂气体连通孔40包围的第二内侧凸起54b。另外，第二凸起部50b具有将多个连通孔36(燃料气体连通孔38、氧化剂气体连通孔40、制冷剂连通孔42)分别包围的第二连通孔凸起56b。
在多个连通孔凸起56(第一连通孔凸起56a、第二连通孔凸起56b)的各自连接设置有在箭头符号B方向短延伸的多个桥部58。具体来讲，多个桥部58具有：在各连通孔36与各连通孔凸起56之间设置的多个(在图2A中为三个)内桥部58a；以及在各连通孔凸起56的外侧设置的多个(图2A中为两个)外桥部58b。各内桥部58a使流体在相邻的各连通孔36与连通孔凸起56之间流通。
另一方面，在各外桥部58b中，根据隔板10的种类以及连通孔36，在箭头符号B方向的突出端部设置未图示的开口。即，第一隔板11A在与燃料气体连通孔38对应的各外桥部58b具备开口，另一方面，在与氧化剂气体连通孔40对应的各外桥部58b不具备开口。由此，第一隔板11A使燃料气体经由桥部58在燃料气体流路28与燃料气体连通孔38之间流通。另一方面，第二隔板11B在与氧化剂气体连通孔40对应的各外桥部58b具备开口，另一方面，在与燃料气体连通孔38对应的各外桥部58b不具备开口。由此，第二隔板11B使氧化剂气体在氧化剂气体流路30与氧化剂气体连通孔40之间流通。
另外，在夹在制冷剂流路32与制冷剂连通孔42之间的内侧凸起54(第一内侧凸起54a、第二内侧凸起54b)的内侧也连接设置有各桥部58(以下，称为制冷剂桥部58c，参照图1)。即，在第一隔板11A与第二隔板11B层叠状态下，制冷剂流路32与制冷剂连通孔42之间成为由内桥部58a、外桥部58b、制冷剂桥部58c连通的状态。
各凸起部50相对于基部48而言的高度设定为高于各桥部58相对于基部48而言的高度。在将隔板10层叠来构成燃料电池12、燃料电池堆的状态下，各凸起部50隔着树脂框构件18从两侧的隔板10在层叠方向施加载荷由此发生弹性变形。
另外，在俯视观察时，本实施方式涉及的各连通孔凸起56(凸起部50)形成为比各连通孔36大一圈的大致六边形。也就是说，各连通孔凸起56具有：直线部60，其直线状地延伸来构成大致六边形状的边部；以及曲部62，其与直线部60连接并相对于直线部60而弯曲由此构成大致六边形的角部。而且，直线部60不限定于曲率为零，也可以具有稍微的曲率。另外，曲部62在本实施方式中弯曲形成为圆角状(日文：R状)(圆角)，但也可以弯曲形成为直角状(日文：L状)。
而且，隔板10(第一隔板11A、第二隔板11B)中，在带框的MEA 14层叠前的状态下，直线部60的高度Hs与曲部62的高度Hc相互不同。具体来讲，直线部60以及曲部62在剖视观察时(参照图2B)具有分别形成为圆弧状的顶部60a、62a。而且，从基部48至曲部62的顶部62a为止的高度Hc设定为低于从基部48至直线部60的顶部60a为止的高度Hs。
另外，如图3A以及图3B所示，直线部60的根基部分的间隔D1与曲部62的根基部分的间隔D2被设定为相同的尺寸。而且，直线部60的根基部分的间隔D1与曲部62的根基部分的间隔D2可以不满足D1＝D2的关系，例如也可以为D1<D2。还有，构成直线部60的部分的隔板10的壁厚与构成曲部62的部分的隔板10的壁厚形成为相同的厚度。
在将隔板10层叠而形成密封的密封状态下，第一隔板11A的连通孔凸起56与第二隔板11B的连通孔凸起56夹着树脂框构件18而相互相向配置，通过树脂框构件18而相互按压配合。由此，第一隔板11A的连通孔凸起56以及第二隔板11B的连通孔凸起56中，直线部60的顶部60a以及曲部62的顶部62a的各自发生弹性变形而变形为平坦状。这时，曲部62的顶部62a与直线部60的顶部60a相比弹性模量大而难以弹性变形。但是，如图3B所示的密封前的曲部62的高度Hc原本就低于图3A所示的密封前的直线部60的高度Hs，因此能够以减少的弹性变形量来使树脂框构件18与直线部60支承的树脂框构件18位于相同的高度。由此，连通孔凸起56能够使在图3A所示的密封状态下从树脂框构件18施加于弹性变形了的直线部60的表面压力与在图3B所示的密封状态下从树脂框构件18施加于弹性变形了的曲部62的表面压力大致相同。
另外，沿着如图2B所示的连通孔凸起56的延伸方向的侧视观察时，直线部60的顶部60a与曲部62的顶部62a相互连续地构成连通孔凸起56的棱线。该连通孔凸起56的棱线沿着连通孔凸起56的延伸方向平滑地变化。
具体来讲，直线部60的棱线以具有平坦部分(即，高度Hs保持固定)的方式延伸。另一方面，曲部62的棱线(高度Hc)在中央位置(与连通孔36的角部最接近的部位)最低，从该中央位置朝向延伸方向两侧的直线部60而逐渐增加。另外在图2B中，处于曲部62的中央位置的谷部63形成为圆弧状，但谷部63也可以构成具有平坦部分。
可以基于施加于连通孔凸起56的延伸方向的表面压力、曲部62的曲率，来适当设计曲部62的高度Hc(中央位置的高度)相对于直线部60的高度Hs而言的比例。例如，曲部62的高度Hc相对于直线部60的高度Hs而言的比例优选被设定为70％～95％程度的范围。另外，曲部62的高度Hc设定为高于从基部48到桥部58的顶部(未图示)为止的高度。
而且，使曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs的构造优选为，设置于连通孔凸起56中与外侧凸起52相邻位置(附近位置)。处于外侧凸起52的附近位置的连通孔凸起56难以弹性变形，与内侧(反应气体流路26侧)相比，有表面压力的偏差容易增大的倾向。因此，使曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs，由此能够遍及连通孔凸起56的延伸方向整体来促进表面压力的均匀化。
还有，在凸起部50具有多个曲部62的情况下，隔板10也可以是曲部62的高度Hc相互不同的结构。也就是说，如图2B所示，连通孔凸起56设定成表面压力大的一方的曲部62(例如，第一曲部64)的高度Hc1低于表面压力小的一方的曲部62(例如，第二曲部65)的高度Hc2。施加于多个曲部62的表面压力，能够使用通过模拟而估计出的凸起部50的高度为固定的情况下的表面压力(或者实际地测量出的表面压力)。
另外，可以根据在俯视观察时的曲部62的曲率来调整多个曲部62的高度。例如，凸起部50优选设定为，曲率大的曲部62(第一曲部)的高度低于曲率小的曲部62(第二曲部)的高度。与曲率小的曲部62相比，曲率大的曲部62的弹性模量大而难以弹性变形，因此通过改变相互的高度，由此能够使相互的表面压力更均匀。
而且，在图2B中，说明在连通孔凸起56中使曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs的构造。但是，该构造如果是具有直线部60和曲部62的凸起部50即可，不限定于连通孔凸起56。例如也可以是，在外侧凸起52(第一外侧凸起52a、第二外侧凸起52b)、内侧凸起54(第一内侧凸起54a、第二内侧凸起54b)中使曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs的构造。
然后，说明具有上述的凸起部50的隔板10(第一隔板11A、第二隔板11B)的制造方法。如图4A以及图4B所示，在制造隔板10中，依次执行：冲压工序，为了设置隔板10的凹凸而进行冲压加工；以及压缩工序，在冲压工序后调整凸起部50的高度。
冲压工序中，使用具有可动型72和固定型74的冲压装置70，对作为隔板10的基材的平板(第一工件W1：在图4A中图示了冲压状态的第一工件W1)进行冲压加工。在连通孔凸起56(凸起部50)的成形预定部位处，可动型72和固定型74形成与直线部60以及曲部62对应的冲压空间71。具体来讲，在直线部60的成形预定部位处，固定型74具有突出得大的凸部74a，可动型72具有与凸部74a对应而形成得深的凹部72a。另一方面，在曲部62的成形预定部位处，固定型74具有比凸部74a低的凸部74b，可动型72具有比凹部72a浅的凹部72b。
因而，在可动型72与固定型74之间被冲压装置70冲压而成的第二工件W2的连通孔凸起56的成形预定部位为，在直线部60的成形预定部位处具有冲压高度Hps的凸形状W2a，在曲部62中具有冲压高度Hpc的凸形状W2b。该情况下，冲压高度Hps比最终的直线部60的高度Hs稍微高，同样地冲压高度Hpc比最终的曲部62的高度Hc稍微高。
压缩工序中，使用具有固定台82以及按压板84(按压体)的压缩装置80，该固定台82用于配置第二工件W2，该按压板84相对于固定台82而进退。而且，按压板84的对第二工件W2按压的按压面在连通孔凸起56(凸起部50)的成形预定部位处，与直线部60以及曲部62对应地形成平坦的多台阶状。即，按压板84中，与直线部60的成形预定部位的按压面84a相比，曲部62的成形预定部位的按压面84b进一步朝向固定台82突出。
以上的压缩装置80使按压板84相对于在固定台82固定的第二工件W2而前进，按压第二工件W2的凸形状W2a、W2b，来调整隔板10的凸起部50的高度。即，隔板10的制造方法中，在压缩工序后，完成具有曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs的连通孔凸起56的隔板10。
而且，隔板10的制造方法不限定于上述，能够采用各种的制造方法来设定凸起部50的直线部60以及曲部62高度。例如，隔板10的制造方法中，也可以仅实施冲压工序，在一个工序中直接获得直线部60的高度Hs与曲部62的高度Hc不同的凸起部50。以下，参照图5A～图6B说明隔板10的其他制造方法。
如图5A以及图5B所示的第一变形例涉及的隔板10的制造方法中，关于冲压工序使用与图4A相同的冲压装置70来加工第一工件W1。另一方面，在压缩工序中，使用具有无台阶的按压面86a的按压板86，来对隔板10的连通孔凸起56(凸起部50)的高度进行调整。
这样，即使在按压面86a无台阶，也能够通过适当地设定按压板86对第二工件W2的按压时间，由此在使按压板86后退时，使连通孔凸起56的突出形状弹性地复原。也就是说，隔板10的制造方法中，在压缩工序中即使按压面86a使用平坦状的按压板86，也能够形成曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs的连通孔凸起56。
另外，如图6A以及图6B所示的第二变形例涉及的隔板10的制造方法中，在冲压工序中，在直线部60的成形预定部位与曲部62的成形预定部位，形成相同的冲压高度Hp的凸形状W2a、W2b。即，可动型76中，直线部60的成形预定部位的凹部76a与曲部62的成形预定部位的凹部76b为相同形状，另一方面，固定型78中，直线部60的成形预定部位的凸部78a与曲部62的成形预定部位的凸部78b为相同形状。
由此，冲压工序后的第二工件W2的连通孔凸起56的成形预定部位具有相同的冲压高度Hp的凸形状W2a、W2b。关于该第二工件W2，在压缩工序中，以曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs的方式来进行高度调整。具体来讲，使用与图4B所述压缩装置80同样的固定台82和按压板84，按压第二工件W2的凸形状W2a、W2b。这时，压缩装置80以适当的按压时间进行按压，使得成形出曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs的连通孔凸起56。由此，即使第二变形例涉及的隔板10的制造方法，也能够获得与图4A以及图4B的制造方法同样的隔板10。
本实施方式涉及的隔板10基本如以上构成，下面说明其作用和效果。
如图1所示，构成燃料电池堆的多个燃料电池12的隔板10在层叠方向(箭头符号A方向)施加载荷。即，凸起部50与树脂框构件18接触，并且通过夹着树脂框构件18的一对隔板10(第一隔板11A、第二隔板11B)相互地按压而凸起部50弹性变形来形成密封(也参照图3A以及图3B)。
由此，第一隔板11A的各连通孔凸起56中的包围燃料气体连通孔38的各连通孔凸起56，经由各内桥部58a以及具有开口的各外桥部58b来使燃料气体流路28与燃料气体连通孔38连通。另外，第一隔板11A中的包围氧化剂气体连通孔40以及制冷剂连通孔42的各连通孔凸起56，使氧化剂气体流路30与氧化剂气体连通孔40之间、制冷剂流路32与制冷剂连通孔42之间不连通。
第二隔板11B的各连通孔凸起56中的包围氧化剂气体连通孔40的各连通孔凸起56，经由各内桥部58a以及具有开口的各外桥部58b来使氧化剂气体流路30与氧化剂气体连通孔40连通。另外，第二隔板11B中的包围燃料气体连通孔38以及制冷剂连通孔42的各连通孔凸起56，使燃料气体流路28与燃料气体连通孔38之间、制冷剂流路32与制冷剂连通孔42之间不连通。
而且，燃料电池堆(各燃料电池12)从该燃料电池堆的外部供给燃料气体、氧化剂气体以及制冷剂。在各燃料电池12中，燃料气体经由燃料气体入口连通孔38a在层叠方向(箭头符号A方向)流通，使燃料气体流入燃料气体流路28。燃料气体沿着燃料气体流路28在箭头符号B方向移动，被供给到MEA 16的阳极电极22。另外，在各燃料电池12中，氧化剂气体经由氧化剂气体入口连通孔40a在层叠方向(箭头符号A方向)流通，使氧化剂气体流入氧化剂气体流路30。氧化剂气体沿着氧化剂气体流路30在箭头符号B方向移动，被供给到MEA 16的阴极电极24。
而且，MEA 16通过被供给到阳极电极22的燃料气体与被供给到阴极电极24的氧化剂气体的电化学反应来进行发电。在燃料气体流路28流通的燃料气体向燃料气体出口连通孔38b流出，经由燃料气体出口连通孔38b在层叠方向(箭头符号A方向)流通并被排出到燃料电池堆的外部。另一方面，在氧化剂气体流路30流通的氧化剂气体向氧化剂气体出口连通孔40b流出，经由氧化剂气体出口连通孔40b在箭头符号A方向流通并被排出到燃料电池堆的外部。
还有，在各燃料电池12中，制冷剂经由制冷剂入口连通孔42a在层叠方向(箭头符号A方向)流通，使制冷剂流入制冷剂流路32。制冷剂沿着制冷剂流路32在箭头符号B方向移动，调整带框的MEA 14的温度。在制冷剂流路32流通的制冷剂向制冷剂出口连通孔42b流出，经由制冷剂出口连通孔42b在箭头符号A方向流通并被排出到燃料电池堆的外部。
这里，如图2B所示，在制造隔板10时，以曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs的方式来形成连通孔凸起56。由此，隔板10能够改善在密封状态下施加于各连通孔凸起56的表面压力的偏差。
这里，参照图7A以及图7B，说明连通孔凸起56的高度-表面压力特性。图7A以及图7B是示出在将横轴作为连通孔凸起56的高度，将纵轴作为施加于连通孔凸起56的表面压力的情况下，直线部60的高度-表面压力特性与曲部62的高度-表面压力特性为不同的变化率的情形。也就是说，曲部62的高度-表面压力特性中，伴着按压而连通孔凸起56的高度降低，随之表面压力大幅上升，与之相对，直线部60的高度-表面压力特性中，伴着按压而连通孔凸起56的高度降低，随之表面压力小幅上升。即，曲部62的弹性常数大于直线部60的弹性常数。
因而，如图7B所示，在表面压力为零附近(没有施加载荷的、制造时的状态下)，在直线部60的高度Hs与曲部62的高度Hc相同的情况下，当在密封状态下施加了载荷的、弹性变形为高度位置P时，表面压力的偏差增大。
与之相对，如图7A所示，本实施方式涉及的隔板10在表面压力为零附近(没有施加载荷的、制造时的状态下)，曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs。因此，连通孔凸起56在密封状态下施加了载荷的、弹性变形为高度位置P时，能够减小表面压力偏差。
另外，如图8的曲线图所示，直线部60与曲部62的高度相同的、以往的连通孔凸起为，沿着直线部60与曲部62交替重复的延伸方向，表面压力的偏差大。而且，图8中的曲线图中，横轴为沿着连通孔凸起56的延伸方向的位置，纵轴为通过仿真来估计施加于连通孔凸起56的表面压力而得的情形。
与此相对，本实施方式涉及的连通孔凸起56具有高度不同的直线部60与曲部62(曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs)，由此沿着延伸方向表面压力的偏差小。这样，由于表面压力的偏差小，因此能够使连通孔凸起56与带框的MEA 14之间的密封性能更稳定。
而且，本发明不限定于上述的实施方式，能够遵循发明的主旨进行各种改变。例如，隔板10中，在剖视观察时，凸起部50(直线部60、曲部62)的顶部不仅可以形成为圆弧状，还可以在剖视观察时形成为梯形等。即使如这样呈梯形，凸起部50也能够通过使曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs由此得到与上述同样的效果。
以下记载了根据上述的实施方式能够掌握的技术的思想和效果。
本发明的第一方式是一种隔板，其分别层叠于电解质膜-电极结构体16的两面来构成燃料电池12，该电解质膜-电极结构体16在电解质膜20的两面设置电极(阳极电极22、阴极电极24)，在所述隔板10中，具备：呈面状地延伸的基部48；以及与所述基部48相连并且从该基部48向层叠方向突出来形成密封的凸起部50，在俯视观察时，凸起部50包括直线状地延伸的直线部60以与所述直线部60相连并相对于直线部60而弯曲的曲部62，从基部48至曲部62的顶部62a为止的高度Hc低于从基部48至直线部60的顶部60a为止的高度Hs。
根据上述，隔板10能够通过曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs这样的简单的结构来改善具有直线部60和曲部62的凸起部50的表面压力偏差。即，由于在密封状态下曲部62的表面压力容易高于直线部60的表面压力，因此凸起部50形成为曲部62的高度低于直线部60的高度，由此能够减小密封状态下的表面压力的偏差而实现表面压力的均匀化。因而，隔板10能够使凸起部50的密封性能更稳定。
另外，从基部48至曲部62的顶部62a为止的高度Hc为，从该曲部62的延伸方向中央位置朝向延伸方向两侧的直线部60而逐渐增加。由此，凸起部50能够在密封状态下沿着延伸方向从相向的构件受到稳定的表面压力，能够进一步抑制直线部60与曲部62的表面压力的偏差。
另外，该隔板10具备使流体在层叠方向流通的连通孔36，凸起部50包括在连通孔36的外侧以包围该连通孔36的方式设置的连通孔凸起56，连通孔凸起56具有直线部60和曲部62。利用该连通孔凸起56，隔板10能够使连通孔36的周围良好地密封。
另外，连通孔36在俯视观察时形成为多边形，连通孔凸起56在与连通孔36的边部相邻的位置具有直线部60，另一方面，在与连通孔36的角部相邻的位置具有曲部62。由此，连通孔凸起56在密封状态下能够沿着多边形的连通孔36的周方向抑制表面压力的偏差。
另外，凸起部50在连通孔凸起56的外侧且隔板10的外周部包括外侧凸起52，使曲部62的高度Hc低于直线部60的高度Hs的构造在连通孔凸起56中设置于与外侧凸起52相邻的位置。由此，连通孔凸起56能够改善与外侧凸起52相邻的位置的表面压力的偏差。
另外，凸起部50具有多个曲部62，第一曲部64的从基部48至顶部62a为止的高度Hc1与第二曲部65的从基部48至顶部62a为止的高度Hc2相互不同。由此，隔板10能够使多个曲部62中的密封状态下表面压力高的部位的曲部62的高度更低，能够进一步抑制表面压力的偏差。
另外，本发明的第二方式是一种隔板，其分别层叠于电解质膜-电极结构体16的两面来构成燃料电池12，该电解质膜-电极结构体16在电解质膜20的两面设置电极(阳极电极22、阴极电极24)，在所述隔板10中，具备：呈面状地延伸的基部48；以及与基部48相连并且从该基部48向层叠方向突出来形成密封的凸起部50，在俯视观察时，凸起部50包括至少两个曲部62，曲率大的曲部62的高度低于曲率小的曲部62的高度。由此，在具有曲率不同的多个曲部的凸起部50的密封状态下，隔板10能够改善各曲部62(曲率大的曲部62、曲率小的曲部62)之间的表面压力的偏差。
另外，本发明的第三方式是一种隔板的制造方法，该隔板10分别层叠于电解质膜-电极结构体16的两面来构成燃料电池12，该电解质膜-电极结构体16在电解质膜20的两面设置电极(阳极电极22、阴极电极24)，在所述隔板的制造方法中，该隔板10具备：呈面状地延伸的基部48；以及与基部48相连并且从该基部48向层叠方向突出来形成密封的凸起部50，在俯视观察时，凸起部50包括直线状地延伸的直线部60以及与直线部60相连并相对于直线部60而弯曲的曲部62，在制造时，以使从基部48至曲部62的顶部62a为止的高度Hc低于从基部48至直线部60的顶部60a为止的高度的方式，来形成凸起部50。这样，隔板10的制造方法中，形成具有高度不同的直线部60和曲部62的凸起部50，由此能够改善在密封状态下沿着凸起部50的延伸方向的表面压力的偏差。
另外，包括：冲压工序，用可动型72、76和固定型74、78冲压第一工件W1，在凸起部50的成形预定部位形成具有凸形状W2a、W2b的第二工件W2；以及压缩工序，用按压体(按压板84、86)按压第二工件W2来调整凸起部50的高度。由此，隔板10的制造方法能够更精度良好地调整凸起部50的直线部60的高度Hs以及曲部62的高度Hc。
另外，冲压工序中，形成为使曲部62的成形预定部位的凸形状W2b的冲压高度Hpc低于直线部60的成形预定部位的凸形状W2a的冲压高度Hps。在这样冲压工序中使高度不同，由此隔板10的制造方法能够容易地调整凸起部50的直线部60以及曲部62的高度。
另外，冲压工序中，使直线部60的成形预定部位的凸形状W2a与曲部62的成形预定部位的凸形状W2b形成为相同的高度，压缩工序中，利用具有台阶状的按压面84a、84b的按压体(按压板84)，以使曲部62的高度低于直线部60的高度的方式进行按压。在这样压缩工序中使高度不同，隔板10的制造方法也能够良好地形成直线部60的高度Hs与曲部62的高度Hc不同的凸起部50。

Claims (11)

1.一种隔板，其分别层叠于电解质膜-电极结构体(16)的两面来构成燃料电池(12)，该电解质膜-电极结构体(16)在电解质膜(20)的两面设置电极(22、24)，在所述隔板(10)中，
具备：呈面状地延伸的基部(48)；以及与所述基部相连并且从该基部向层叠方向突出来形成密封的凸起部(50)
在俯视观察时，所述凸起部包括直线状地延伸的直线部(60)以及与所述直线部相连并且相对于所述直线部而弯曲的曲部(62)，
从所述基部至所述曲部的顶部(62a)为止的高度(Hc)低于从所述基部至所述直线部的顶部(60a)为止的高度(Hs)。
2.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于，
从所述基部至所述曲部的顶部为止的高度为，从该曲部的延伸方向中央位置朝向延伸方向两侧的所述直线部而逐渐增加。
3.根据权利要求1或2所述的隔板，其特征在于，
该隔板具备使流体在所述层叠方向流通的连通孔(36)，
所述凸起部包括以在所述连通孔的外侧包围该连通孔的方式设置的连通孔凸起(56)，
所述连通孔凸起具有所述直线部以及所述曲部。
4.根据权利要求3所述的隔板，其特征在于，
所述连通孔在俯视观察时形成为多边形，
所述连通孔凸起在与所述连通孔的边部相邻的位置具有所述直线部，另一方面，在与所述连通孔的角部相邻的位置具有所述曲部。
5.根据权利要求3所述的隔板，其特征在于，
所述凸起部在所述连通孔凸起的外侧且所述隔板的外周部包括外侧凸起(52)，
使所述曲部的高度低于所述直线部的高度的构造设置于所述连通孔凸起中与所述外侧凸起相邻的位置。
6.根据权利要求1所述的隔板，其特征在于，
所述凸起部具有多个所述曲部，
多个所述曲部中，第一曲部的从所述基部至所述顶部为止的高度(Hc1)与第二曲部的从所述基部至所述顶部为止的高度(Hc2)相互不同。
7.一种隔板，其分别层叠于电解质膜-电极结构体(16)的两面来构成燃料电池(12)，该电解质膜-电极结构体(16)在电解质膜(20)的两面设置电极(22、24)，在所述隔板(10)中，
具备：呈面状地延伸的基部(48)；以及与所述基部相连并且从该基部向层叠方向突出来形成密封的凸起部(50)；
在俯视观察时，所述凸起部包括至少两个曲部(62)，
曲率大的曲部的高度低于曲率小的曲部的高度。
8.一种隔板的制造方法，该隔板(10)分别层叠于电解质膜-电极结构体(16)的两面来构成燃料电池(12)，该电解质膜-电极结构体(16)在电解质膜(20)的两面设置电极(22、24)，在所述隔板的制造方法中，
该隔板具备：呈面状地延伸的基部(48)；以及与所述基部相连并且从该基部向层叠方向突出来形成密封的凸起部(50)；
在俯视观察时，所述凸起部包括直线状地延伸的直线部(60)以及与所述直线部相连并且相对于所述直线部而弯曲的曲部(62)，
在制造时，以使从所述基部至所述曲部的顶部(62a)为止的高度(Hc)低于从所述基部至所述直线部的顶部(60a)为止的高度的方式，来形成所述凸起部。
9.根据权利要求8所述的隔板的制造方法，其特征在于，包括：
冲压工序，用可动型(72、76)和固定型(74、78)冲压第一工件(W1)，形成在所述凸起部的成形预定部位具有凸形状(W2a、W2b)的第二工件(W2)；以及
压缩工序，用按压体(84、86)按压所述第二工件，来调整所述凸起部的高度。
10.根据权利要求9所述的隔板的制造方法，其特征在于，
所述冲压工序中，使所述曲部的成形预定部位的凸形状(W2b)的冲压高度(Hpc)形成为低于所述直线部的成形预定部位的凸形状(W2a)的冲压高度(Hps)。
11.根据权利要求9所述的隔板的制造方法，其特征在于，
所述冲压工序中，使所述直线部的成形预定部位的凸形状(W2a)与所述曲部的成形预定部位的凸形状(W2b)形成为相同的高度，
所述压缩工序中，用具有台阶状的按压面(84a、84b)的所述按压体，以使所述曲部的高度低于所述直线部的高度的方式进行按压。
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