CN114902458A - 燃料电池用隔板 - Google Patents

Abstract

燃料电池用隔板(20)具有：多个突条(31、41)，构成为相互隔开间隔地并列延伸，并且抵接于发电部；和气体流路部(32、42)，构成为在相互相邻的两个突条之间沿着突条延伸并且反应气体在气体流路部(32、42)流动。在气体流路部设置有多个肋(50)，朝向发电部突出并且沿着气体流路部的延伸方向延伸。在肋的下游侧端部设置有渐变部(52)，渐变部(52)随着朝向下游侧与发电部渐渐地分离。

Description

燃料电池用隔板

技术领域

本公开涉及燃料电池用隔板。

背景技术

以往，固体高分子形燃料电池具备电池堆，该电池堆通过多个单电池层积而成(例如，参照专利文献1)。各单电池具备：发电部，具有膜电极接合体；和一对金属制的隔板，夹持发电部。在各隔板交替地形成有多个凸部以及凹部。

在构成单电池的各隔板与发电部之间形成有气体流路，该气体流路由凸部以及凹部划定，反应气体在气体流路流通。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-204659号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在燃料电池中，气体流路内的反应气体到达发电部从而进行发电，因此，优选的是，气体流路内的发电部附近的反应气体的流量多。因此，期望使气体流路内的反应气体在发电部附近的流速增加。

但是，气体流路内的反应气体的流速在发电部附近的区域比凸部的突出方向的中央的区域变小。因此，在燃料电池的发电性能提高，还有改善的余地。

本公开的目的在于提供能够使发电部附近的反应气体的流速增加的燃料电池用隔板。

用于解决课题的方案

为了达成上述目的的燃料电池用隔板，构成为抵接于燃料电池的发电部，所述燃料电池用隔板具有：多个突条，多个所述突条构成为相互隔开间隔地并列延伸并且抵接于所述发电部；和气体流路部，所述气体流路部构成为在相互相邻的两个所述突条之间沿着所述突条延伸并且反应气体在所述气体流路部流动，在将在所述气体流路部流动的所述反应气体的流动方向的下游侧作为下游侧时，在所述气体流路部设置有至少一个肋，该肋朝向所述发电部突出并且沿着所述气体流路部的延伸方向延伸，在所述肋的下游侧端部设置有渐变部，该渐变部随着朝向下游侧与所述发电部渐渐地分离。

根据该构成，气体流路部中设置有肋的部分的流路截面积比其他部分的流路截面积减少。在此，由于肋的渐变部随着朝向下游侧与发电部渐渐地分离，所以气体流路部中的设置有渐变部的部分的流路截面积越朝向下游侧越渐渐地增大。并且，这样的流路截面积的增大从发电部侧渐渐地发生。

综上所述，反应气体在气体流路部中的设置有肋的部分，从而其流速增加。并且，流速增加的反应气体在肋的渐变部通过时，容易朝向流路截面积增大的一侧、即发电部流动。因此，能够使发电部附近的反应气体的流速增加。

在上述燃料电池用隔板中，优选的是，所述至少一个肋包括在所述突条地排列方向上相互隔开间隔的并列设置的多个肋。

根据该构成，通过调整相互相邻的两个肋彼此的间隔，从而能够实现抑制基于设置肋引起的反应气体的压力损失的增加和发电部附近的反应气体的流速的增加双方。

在上述燃料电池用隔板中，优选的是，所述多个肋包括在所述排列方向上相互相邻的两个肋，该相邻的两个肋的所述渐变部在所述延伸方向上设置于同一位置。

根据该构成，通过相互相邻的两个肋之间的反应气体通过各渐变部容易朝向发电部流动，并且容易向突条的排列方向的两侧流动。由此，能够在发电部附近的更广的范围使反应气体的流速增加。

在上述燃料电池用隔板中，优选的是，所述肋的突端面与所述突条的各自的顶面位于同一平面上。

根据该构成，肋的突端面与各突条的顶面一起抵接于发电部。因此，与肋没有与发电部抵接的情况相比，气体流路部中的设置有肋的部分与没有设置的部分之间的流路截面积的变化率变大，它们之间的反应气体的压力差变大。由此，反应气体更容易朝向发电部流动。因此，能够使发电部附近的反应气体的流速进一步增加。

在上述燃料电池用隔板中，优选的是，所述肋的整个突端面在所述突条的突出方向上位于所述突条的各自的顶面与所述气体流路部的底部之间。

根据该构成，肋没有抵接于发电部，因此能够抑制发电部被肋封闭。因此，能够抑制燃料电池的发电性能下降。

在上述燃料电池用隔板中，优选的是，在所述渐变部的下游侧与所述渐变部相邻地设置有宽幅部，该宽幅部的流路截面积比所述气体流路部中设置有所述渐变部的部分的流路截面积大。

根据该构成，在气体流路部中的渐变部的下游侧相邻地设置有流路截面积比设置有渐变部的部分大、即反应气体的压力损失变小的区域。因此，能够更加确实地得到上述第一个的燃料电池用隔板的作用效果。

发明效果

根据本公开，能够使发电部附近的反应气体的流速增加。

附图说明

图1是关于燃料电池用隔板的一实施方式的、具有该隔板的单电池为中心的燃料电池堆的剖视图。

图2是该实施方式的燃料电池用隔板的立体图。

图3是该实施方式的燃料电池用隔板的剖视图。

图4是第1变形例的燃料电池用隔板的立体图。

图5是第2变形例的燃料电池用隔板的剖视图。

图6是第3变形例的燃料电池用隔板的立体图。

图7是第4变形例的燃料电池用隔板的立体图。

具体实施方式

以下，参照图1～图3，对燃料电池用隔板的一实施方式进行说明。

在各图中，为了便于说明，有时将构成的一部分放大或者简化。另外，关于各部分的尺寸比率，有时与实际不同。

如图1所示，本实施方式的燃料电池用隔板(以下称为隔板20)使用于固体高分子形燃料电池的电池堆100。另外，隔板20是后述的第1隔板30以及第2隔板40的总称。

电池堆100具有将多个单电池10层积而成的结构。各单电池10具备：阳极侧的第1隔板30；阴极侧的第2隔板40；和发电部11，被这些隔板30，40夹持。

发电部11通过膜电极接合体12和夹持膜电极接合体12的阳极侧气体扩散层15及阴极侧气体扩散层16构成。阳极侧气体扩散层15设置于膜电极接合体12与第1隔板30之间。阴极侧气体扩散层16设置于膜电极接合体12与第2隔板40之间。阳极侧气体扩散层15以及阴极侧气体扩散层16均通过碳纤维形成。

膜电极接合体12具备：电解质膜13，由在湿润状态下具有良好的质子传导性的固体高分子材料构成；和一对电极催化剂层14，夹持电解质膜13。为了促进燃料电池中的反应气体的电化学反应，在各电极催化剂层14载持有例如铂等催化剂。

第1隔板30例如通过一边对包括黑鉛等炭原料和作为聚丙烯等粘合剂的树脂材料的复合材料进行加热一边对该复合材料进行冲压成形而形成。第1隔板30具有：多个突条31，构成为相互隔开间隔地并列延伸并且抵接于发电部11；和气体流路部32，构成为在相互相邻的两个突条31之间沿着突条31延伸并且反应气体在气体流路部32流动。各突条31与阳极侧气体扩散层15抵接。另外，突条31以及气体流路部32在与图1的纸面正交的方向延伸。

第2隔板40例如通过一边对包括黑鉛等炭原料和聚丙烯等树脂材料的复合材料进行加热一边对该复合材料进行冲压成形而形成。第2隔板40具有：多个突条41，构成为相互隔开间隔地并列延伸并且抵接于发电部11；和气体流路部42，构成为在相互相邻的两个突条41之间沿着突条41延伸并且反应气体在气体流路部42流动。各突条41与阴极侧气体扩散层16抵接。另外，突条41以及气体流路部42在与图1的纸面正交的方向延伸。

在由第1隔板30的气体流路部32和阳极侧气体扩散层15划定的部分形成作为反应气体的燃料气体流通的燃料气体流路。在由第2隔板40的气体流路部42和阴极侧气体扩散层16划定的部分形成有作为反应气体的氧化气体流通的氧化气体流路。在本实施方式中，在燃料气体流路流通的燃料气体是氢，在氧化气体流路流通的氧化气体是空气。

第1隔板30中的气体流路部32的底部的背面和与该第1隔板30相邻的第2隔板40中的气体流路部42的底部的背面通过激光焊接等相互接合。在由第1隔板30的突条31的背面和第2隔板40中的突条41的背面划定的部分形成有冷却水流通的冷却水流路。

如图2所示，在本实施方式中，在第1隔板30的气体流路部32设置有呈板状的多个肋50。另外，虽然省略了图示，但是在第2隔板40的气体流路部42设置有呈板状的多个肋50。本实施方式的第1隔板30和第2隔板40具有相同的构成，因此以下对第1隔板30的肋50进行说明，省略对第2隔板40的肋50的说明。

以下，将突条31的排列方向简称为排列方向。另外，将气体流路部32的延伸方向简称为延伸方向。另外，在本实施方式中，排列方向与延伸方向正交。另外，在气体流路部32流动的反应气体的流动方向的上游侧简称为上游侧，将该流动方向的下游侧简称为下游侧。

如图2以及图3所示，肋50从气体流路部32的底部朝向发电部11突出，并且沿着延伸方向延伸。肋50具有：延伸部51，与发电部11抵接并延伸；和渐变部52，与延伸部51的下游端相连。渐变部52设置于肋50的下游侧端部。

如图3所示，延伸部51的突端面51a与各突条31的顶面31a位于同一平面上。也就是说，延伸部51在整个延伸方向上抵接于发电部11。更具体地讲，第1隔板30中的肋50的延伸部51在整个延伸方向上抵接于阳极侧气体扩散层15。另外，第2隔板40中的肋50的延伸部51在整个延伸方向上抵接于阴极侧气体扩散层16。

渐变部52以随着朝向下游侧从发电部11渐渐分离的方式倾斜。换句话讲，渐变部52以越往下游侧从气体流路部32的底部突出的突出量越变小的方式倾斜。本实施方式的渐变部52在从排列方向观察时呈三角形状。

优选的是，气体流路部32的底部相对于渐变部52的倾角例如为15度至45度之间。本实施方式的渐变部52的倾角为15度。

如图2所示，在本实施方式的气体流路部32设置有一对肋50，一对肋50在排列方向上相互隔开间隔地并列。各肋50设置于从相邻的突条31在排列方向上分离的位置。也就是说，在各肋50和与该肋50相邻的突条31之间设置有间隙。另外，虽然省略了图示，但是在气体流路部32在延伸方向上相互隔开间隔地设置有多对肋50。

相互相邻的两个渐变部52在延伸方向上设置于同一位置。在本实施方式中，由于各肋50形成为相同的形状，所以相互相邻的两个肋50的整体在延伸方向上设置于同一位置。

在渐变部52的下游侧与渐变部52相邻地设置有宽幅部32a，宽幅部32a的流路截面积比气体流路部32中的设置有渐变部52的部分的流路截面积大。本实施方式的宽幅部32a由气体流路部32中的没有设置肋50的部分构成。

对本实施方式的作用进行说明。

气体流路部32中的设置肋50的部分的流路截面积比其他部分的流路截面积减少。在此，由于肋50的渐变部52随着朝向下游侧与发电部11渐渐地分离，所以气体流路部32中的设置渐变部52的部分的流路截面积越朝向下游侧越渐渐地增大。并且，这样的流路截面积的增大从发电部11侧渐渐地发生。

综上所述，反应气体通过气体流路部32中的设置肋50的部分、即一对肋50彼此之间的部分、以及肋50与突条31之间的部分，从而其流速增加。并且，流速增加的反应气体在通过肋50的渐变部52时，容易朝向流路截面积增大的一侧、即发电部11流动。

如在图3中由箭头所示，上述的反应气体朝向发电部11流动方向与渐变部52的斜边大致正交。因此，例如，渐变部52的倾角为15度的情况与倾角为45度的情况相比，倾角为15度的情况时，反应气体在上游侧更加容易到达发电部11。

对本实施方式的效果进行说明。

(1)在气体流路部32设置有肋50，肋50朝向发电部11突出，并且沿着气体流路部32的延伸方向延伸。在肋50的下游侧端部设置有渐变部52，渐变部52随着朝向下游侧从发电部11渐渐地分离。

根据这样的构成，由于得到上述的作用，所以能够使发电部11附近的反应气体的流速增加。

(2)多个肋50在突条31的排列方向上相互隔开间隔地并列设置。

根据这样的构成，通过调整相互相邻的两个肋50彼此的间隔，从而能够实现抑制因设置肋50而引起的反应气体的压力损失的增加、和发电部11附近的反应气体的流速的增加双方。

(3)相互相邻的两个肋50的渐变部52在延伸方向设置于同一位置。

根据这样的构成，在相互相邻的两个肋50之间通过的反应气体通过各渐变部52而容易朝向发电部11流动，并且向排列方向的两侧流动。由此，能够在发电部11附近的更广的范围使反应气体的流速增加。

(4)肋50的突端面51a与各突条31的顶面31a位于同一平面上。

根据这样的构成，延伸部51的突端面51a与各突条31的顶面31a一起抵接于发电部11。因此，与肋50没有抵接于发电部11的情况相比，气体流路部32中的设置肋50的部分与没有设置的部分之间的流路截面积的变化率变大，它们之间的反应气体的压力差变大。由此，反应气体更容易朝向发电部11流动。因此，能够使发电部11附近的反应气体的流速进一步增加。

(5)在渐变部52的下游侧与渐变部52相邻地设置有宽幅部32a，宽幅部32a的流路截面积比气体流路部32中的设置渐变部52的部分的流路截面积大。

根据这样的构成，在气体流路部32中的渐变部52的下游侧相邻地设置有流路截面积比设置渐变部52的部分的流路截面积大、即反应气体的压力损失变小的区域。因此，能够确实地得到上述效果(1)。

<变形例>

本实施方式可以变更为如下的方式并实施。本实施方式以及以下的变形例可以在技术不矛盾的范围相互结合来实施。

另外，在以下的图4～图7分别示出的第1变形例～第4变形例中，关于与上述实施方式相同的构成，附上相同的符号，关于相对应的构成，分别附上加上了“100”、“200”、“300”、以及“400”的符号，来省略重复的说明。

·如图4所示，可以省略宽幅部32a，在延伸方向上相邻地设置两对肋50。在本变形例中，上游侧的肋50的渐变部52和下游侧的肋50的延伸部51在延伸方向上相连地设置。

·如图5所示，延伸部251的整个突端面251a可以在突条31的突出方向(图5的上方向)上位于各突条31的顶面31a与气体流路部32的底部之间。也就是说，在肋50与发电部11之间设置有遍及气体流路部32的整个延伸方向地设置有间隙G。根据这样的构成，由于肋50没有抵接于发电部11，所以能够通过肋50来抑制发电部11被封闭。因此，能够抑制燃料电池的发电性能下降。

·可以仅使肋50的延伸方向上的一部分抵接于发电部11。

·相互相邻的两个肋50的渐变部52可以设置于在延伸方向上相互不同的位置。在这种情况下，如图6所示，可以采用肋50和肋350，肋350具有延伸部351，延伸部351在延伸方向上的长度比该肋50的延伸部51在延伸方向上的长度短，并且将各延伸部51，351的上游缘在延伸方向设置于同一位置。

·在气体流路部32可以设置单个肋50。即使在该情况下，由于在肋50和与该肋50相邻的突条31之间流路截面积变窄，能够得到上述的效果(1)。

·可以在气体流路部32在排列方向上相互隔开间隔地并列设置三个以上的肋50。

·如图7所示，肋450除了设置于下游侧端部的渐变部452，还可以具有设置于上游侧端部的渐变部453。渐变部453以随着朝向上游侧与发电部11渐渐地分离的方式倾斜。也就是说，渐变部453以随着朝向上游侧从气体流路部32的底部的突出量变小的方式倾斜。在本变形例中，两对肋450在延伸方向上相邻地设置。也就是说，上游侧的肋450的渐变部452和下游侧的肋450的渐变部453在延伸方向相连地设置。根据这样的构成，在已通过上游侧的肋450的渐变部452彼此之间的反应气体朝向发电部11流动时，反应气体的一部分沿着下游侧的肋450的渐变部453流动。因此，反应气体容易朝向发电部11流动。

·渐变部52的相对于气体流路部32的底部倾角可以适当变更。

·渐变部52可以由多个台阶构成，在从排列方向观察时呈台阶状。即使在该情况下，渐变部52也随着朝向下游侧从发电部11渐渐地分离，因此能够得到上述的效果(1)。

·在本实施方式中，采用了在第1隔板30和第2隔板40双方设置肋50，但是可以仅在第1隔板30设置肋50，也可以仅在第2隔板40设置肋50。

·隔板20可以是例如由不锈钢等的金属材料构成。

附图标记说明

G…间隙

10…单电池

11…发电部

12…膜电极接合体

13…电解质膜

14…电极催化剂层

15…阳极侧气体扩散层

16…阴极侧气体扩散层

20…隔板

30，130，230，330，430…第1隔板

31…突条

31a…顶面

32…气体流路部

32a…宽幅部

40…第2隔板

41…突条

42…气体流路部

50，250，350，450…肋

51，251，351，451…延伸部

51a，251a…突端面

52，252，352，452…渐变部

100…电池堆

453…渐变部

Claims (6)

1.一种燃料电池用隔板，构成为抵接于燃料电池的发电部，所述燃料电池用隔板具有：

多个突条，多个所述突条构成为相互隔开间隔地并列延伸并且抵接于所述发电部；和气体流路部，所述气体流路部构成为在相互相邻的两个所述突条之间沿着所述突条延伸并且反应气体在所述气体流路部流动，

在将在所述气体流路部流动的所述反应气体的流动方向的下游侧作为下游侧时，

在所述气体流路部设置有至少一个肋，该肋朝向所述发电部突出并且沿着所述气体流路部的延伸方向延伸，

在所述肋的下游侧端部设置有渐变部，该渐变部随着朝向下游侧与所述发电部渐渐地分离。

2.根据权利要求1所述的燃料电池用隔板，其中，

所述至少一个肋包括在所述突条的排列方向上相互隔开间隔的并列设置的多个肋。

3.根据权利要求2所述的燃料电池用隔板，其中，

所述多个肋包括在所述排列方向上相互相邻的两个肋，该相邻的两个肋的所述渐变部在所述延伸方向上设置于同一位置。

4.根据权利要求1～权利要求3中的任意一项所述的燃料电池用隔板，其中，

所述肋的突端面与所述突条的各自的顶面位于同一平面上。

5.根据权利要求1～权利要求3中任意一项所述的燃料电池用隔板，其中，

所述肋的整个突端面在所述突条的突出方向上位于所述突条的各自的顶面与所述气体流路部的底部之间。

6.根据权利要求1～权利要求5中的任意一项所述的燃料电池用隔板，其中，

在所述渐变部的下游侧与所述渐变部相邻地设置有宽幅部，该宽幅部的流路截面积比所述气体流路部中设置有所述渐变部的部分的流路截面积大。

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