CN115280562A - 燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料电池，能够不依赖于气体歧管的机械强度而确保密封件的气体密封性，实现气体密封性的降低防止及成本的降低。燃料电池具备：燃料电池层叠体；一对端板，从两端紧固并保持燃料电池层叠体；以及多个气体歧管，隔着密封件固定于燃料电池层叠体及端板，用于向燃料电池层叠体的各个燃料气体流通通路及氧化剂气体流通通路供给燃料及氧化剂，该燃料电池具有气体歧管固定带，该气体歧管固定带具备：压板，与气体歧管的背面接触而设置；压板连结部，将在相邻的气体歧管的背面设置的压板彼此连接；以及带紧固部，将一连串的压板与压板连结部的两端连接并紧固。

Description

燃料电池

技术领域

本发明的实施方式涉及燃料电池。

背景技术

燃料电池是向层叠多个单位电池而构成的燃料电池层叠体供给氢等燃料和空气等氧化剂而进行电化学反应，由此将燃料所具有的化学能直接变换为电能并向外部取出的发电装置。燃料电池层叠体的单位电池具备分别在电解质的两侧配置的阳极电极及阴极电极、以及这些电极间的隔膜。

在隔膜上形成有与阳极电极及阴极电极相接的燃料气体流通通路及氧化剂气体流通通路。另外，在燃料电池层叠体的两端设置有一对端板，通过端板从单位电池的层叠方向将燃料电池层叠体紧固，从而保持燃料电池层叠体。

进而，在燃料电池中，为了向隔膜的燃料气体流通通路及氧化剂气体流通通路供给燃料及氧化剂而设置气体歧管。将气体歧管安装于燃料电池层叠体的外部的方式被称为外部歧管方式。在外部歧管方式的燃料电池中，气体歧管被固定于端板。

在端板上固定气体歧管的情况下，在燃料电池层叠体与气体歧管之间及端板与气体歧管之间夹入有具有弹性的密封件。在燃料电池中，通过设置这样的密封件，防止燃料电池层叠体的内部及气体歧管的内部的气体向燃料电池层叠体及气体歧管的外部泄漏。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5086581号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在燃料电池中，有时在燃料电池的运转过程中气体或冷却水在燃料电池内流动，从而气体歧管的中央附近膨胀等，气体歧管向远离燃料电池层叠体的方向变形。在该情况下，气体歧管变形，从而担心密封件从燃料电池层叠体、端板及气体歧管中的任一个剥离而密封件的气体密封性降低。

近年来，燃料电池的大容量化不断进展，伴随于此，燃料电池有大型化的倾向。因此，气体歧管的变形量也变大，密封件容易从气体歧管等剥离。其结果，难以确保密封件的气体密封性。

为了防止密封件的气体密封性降低，需要抑制气体歧管的变形，重要的是气体歧管具有足够的机械强度。因此，考虑

(1)气体歧管由不易弹性变形的材质构成、

(2)使气体歧管为厚板的结构物、

(3)采用在气体歧管的背面设置有肋的结构、等对策。

但是，若要对气体歧管赋予足够的机械强度，则在上述的(1)、(2)中，气体歧管本身变得昂贵，在(3)中存在制造成本增大的问题，导致成本的高涨。因此，在以往的燃料电池中，期望防止由密封件引起的气体密封性的降低，同时降低成本。特别是在燃料电池大容量化的近年，成本也容易增大，因此成本降低化成为当务之急。

本发明的目的在于提供一种燃料电池，能够在不依赖于气体歧管的机械强度的情况下确保密封件的气体密封性，实现气体密封性的降低防止及成本的降低。

用于解决技术问题的手段

实施方式的燃料电池具备：燃料电池层叠体，层叠多个单位电池而构成，所述单位电池由在电解质的两侧配置的阳极电极及阴极电极、以及隔膜构成，该隔膜与所述阳极电极及所述阴极电极分别相接而配置，且具有燃料气体流通通路及氧化剂气体流通通路；一对端板，从两端紧固并保持所述燃料电池层叠体；以及多个气体歧管，经由密封件而固定于所述燃料电池层叠体及所述端板，用于向所述燃料电池层叠体各自的所述燃料气体流通通路及所述氧化剂气体流通通路供给燃料及氧化剂，所述燃料电池具有气体歧管固定带，该气体歧管固定带具备：压板，与所述气体歧管的背面接触而设置；压板连结部，将在相邻的所述气体歧管的背面设置的所述压板彼此连接；以及带紧固部，将一连串的所述压板与所述压板连结部的两端连接并紧固。

附图说明

图1是第一实施方式的立体图。

图2A是第一实施方式的侧视图。

图2B是第一实施方式的A-A剖视图。

图3是第一实施方式的分解立体图。

图4是第一实施方式的主要部分放大分解立体图。

图5A是第一实施方式的气体歧管固定带紧固前的状态的侧视图。

图5B是第一实施方式的气体歧管固定带紧固前的状态的B-B剖视图。

图6是第二实施方式的立体图。

图7A是第二实施方式的侧视图。

图7B是第二实施方式的C-C剖视图。

图8是第三实施方式的立体图。

图9A是第三实施方式的侧视图。

图9B是第三实施方式的E-E剖视图。

图10是第四实施方式的立体图。

图11是设置有钢带的燃料电池的立体图。

图12A是设置有钢带的燃料电池的侧视图。

图12B是设置有钢带的燃料电池的F-F剖视图。

图13是燃料电池层叠体的局部剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式的燃料电池进行说明。

(第一实施方式)

图1是表示第一实施方式的燃料电池的结构的立体图，图2A是侧视图，图2B是图2A的A-A剖视图，图3是分解立体图。如这些图所示，燃料电池层叠体1利用多个拉杆3将一对端板2紧固而以层叠状态被固定。图13是燃料电池层叠体1的局部剖视图。如图13所示，燃料电池层叠体1通过将单位电池11层叠多个而构成，该单位电池11由配置于电解质110的两侧的阳极电极111及阴极电极112、隔膜12构成，该隔膜12与阳极电极111及阴极电极112分别相接而配置，且具有燃料气体流通通路F121及氧化剂气体流通通路F122。燃料气体流通通路F121及氧化剂气体流通通路F122例如延伸方向相互正交，燃料气体流通通路F121在图13中沿与纸面正交的方向延伸，氧化剂气体流通通路F122形成为在图13中在沿着纸面的方向上延伸。

在燃料电池层叠体1和端板2的各侧面，隔着密封件4而安装有树脂制的气体歧管5。气体歧管5通过将通过气体歧管5的两端的孔的气体歧管固定螺栓6拧入端板2的螺纹孔中而被固定于端板2及燃料电池层叠体1。气体歧管5用于向燃料电池层叠体1各自的燃料气体流通通路及氧化剂气体流通通路供给燃料及氧化剂。

在气体歧管5的中央附近，以卷绕于4面的气体歧管5的外部的方式设置有气体歧管固定带7。如图4中也示出那样，气体歧管固定带7具备压板7a、压板连结部7b和带紧固部7c。

压板7a是钢材的板状的部件，是具有即使在紧固气体歧管固定带7的状态下也不大幅变形的程度的机械强度(刚性)的部件，与气体歧管5的接触面被加工为平滑，与气体歧管5之间的摩擦阻力小。压板7a由与压板连结部7b相比厚且刚性高的部件构成。

压板连结部7b是预先实施了弯曲加工的钢材的薄板状的部件，以与压板7a接触的方式设置，在紧固气体歧管固定带7时以将压板7a向气体歧管5的方向压紧的状态设置。压板连结部7b具有在利用带紧固部7c紧固时能够变形的程度的刚性，由与压板7a相比薄且刚性低的部件构成。另外，在图4中，图示了用于将压板7a与压板连结部7b固定的压板和连结部的固定螺钉7d。

在一连串的压板7a和压板连结部7b的两端设置有带紧固部7c。带紧固部7c是与压板连结部7b的两端连接的2个部件，采用如下结构：通过使用螺栓7e和螺母7f向彼此的距离变近的方向紧固，从而各个压板7a相对于气体歧管5被压紧。在紧固部的螺栓与带紧固部7c之间插入有由碟形弹簧或螺旋弹簧或橡胶等弹性体构成的紧固部弹性体7g。

若将气体歧管固定带7紧固，则密封件4被压缩而变形，气体歧管5向燃料电池层叠体1的方向移动，根据其移动量，压板7a相对于气体歧管5相对地移动，但即使压板7a移动，压板连结部7b也为不与气体歧管5接触的形状。在本实施方式中，通过使压板7a的长度比与气体歧管5的接触面的长度长，从而即使压板7a移动，压板连结部7b也为不与气体歧管5接触的形状。另外，如图3所示，在气体歧管5设置有气体歧管的配管连接部8。

(作用和效果)

图2B是表示在第一实施方式中将气体歧管固定带7紧固后的状态的剖视图。如图2B所示，气体歧管5与燃料电池层叠体1之间的密封件4，与图5B所示的紧固气体歧管固定带7之前的状态相比薄而被压溃，气体歧管5也是在图2B的状态下更接近燃料电池层叠体1。

此时，由于压板连结部7b是薄板状的部件，因此处于与压板7a的角部的接触位置压板连结部7b的弯曲部的弯曲角度发生变化，从而各个压板7a保持与气体歧管5的背面接触的状态。但是，由于压板连结部7b的长度几乎不变化，因此压板7a相对于气体歧管5移动。

在图2B中，剖视图的左右的压板7a，当从图5B向图2B的状态变化时，同时向上方向滑动。带紧固部7c也向靠近中央的位置滑动。但是，即使压板7a滑动，也由于紧固气体歧管固定带7的紧固力，而产生经由压板连结部7b和压板7a将气体歧管5向燃料电池层叠体1的方向压紧的力。而且，由于压板7a与气体歧管5的接触面的摩擦阻力较少，因此气体歧管5不会相对于与密封件4的接触面在水平方向上移动，而对密封面施加均匀的压缩载荷而确保密封性。

为了进行比较，图11、图12A、图12B中示出了在以往的燃料电池中设置了钢带11的燃料电池。这样，在气体歧管的外周直接设置薄板的钢带11并利用钢带紧固部11a紧固的情况下，若通过紧固而密封件被压溃，则钢带11在气体歧管之上滑动而移动，与气体歧管的角部接触的钢带的弯曲部也移动而被拉伸，重新在与歧管的角部接触的部分形成新的弯曲部。

但是，如果钢带11的厚度没有足够薄，则伴随着钢带11的移动，气体歧管被钢带11的弯曲部拉伸而相对于与密封件的接触面在水平方向上移动，或者不对密封面施加均匀的压缩载荷。另外，在钢带11的厚度较薄的情况下，由于拉伸强度低，因此无法施加足够的紧固力，或者在拉伸应力大的状态下使用因此睡眠变形变大，紧固力随着时间经过而容易降低。

与此相对，在第一实施方式中，能够得到如上所述的作用及效果。

(第二实施方式)

图6、图7A、图7B示出了第二实施方式的燃料电池的结构。在上述的第一实施方式中，如图4的主要部分放大分解立体图所示，气体歧管固定带7的压板连结部7b由整体相连的1张钢材的薄板状的部件构成。与此相对，在第二实施方式中，如图6、图7A、图7B所示，气体歧管固定带7的压板连结部7b是将2个相邻的压板7a连结的部件，由合计4张钢材的薄板状的部件构成。其他结构与第一实施方式相同。关于作用及效果，也与第一实施方式相同。

(第三实施方式)

图8、图9A、图9B中示出了第三实施方式的燃料电池的结构。如图8、图9A、图9B所示，在第三实施方式的各气体歧管5中，在与气体歧管固定带7的压板7a接触的部分设置有凸部5a。凸部5a设置有多个，在图8、图9A、图9B所示的例子中，在各气体歧管5上隔开间隔地分别设置有3个。这些凸部5a使密封部附近(图3所示的密封件4所在的部分)向压板7a侧凸出，使与压板7a的接触电阻降低。其他结构与第一实施方式相同。

作用及效果也与第一实施方式相同，但由于气体歧管5与压板7a的接触阻力降低，因此气体歧管5难以相对于与密封件4的接触面在水平方向上移动，或密封面的面压难以变得不均匀，更容易确保密封性。

(第四实施方式)

图10中示出了第四实施方式的燃料电池的结构。在第一实施方式中，将气体歧管5的两端部通过气体歧管固定螺栓6固定于端板2，但如图10所示，在第四实施方式中为如下结构：气体歧管5的两端的部分也是用气体歧管固定带7固定。因此，成为使用合计3根气体歧管固定带7的结构。其他结构与第一实施方式相同。作用及效果也与第一实施方式相同。

(其他实施方式)

以上说明的实施方式是作为本发明的实施方式的一例而提示的，并不意图限定发明的范围。本发明的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形例包含在发明的范围或主旨中，同样包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。

例如，也可以通过在压板7a的气体歧管5的接触面的单侧或两侧涂布润滑材料、或粘贴摩擦阻力低的部件来降低摩擦系数。

另外，例如，压板连结部7b即使不是薄板的钢材，只要是使相邻的压板7a的相对角度变化从而保持各个压板7a与气体歧管5的背面接触的状态的结构即可，也可以是用在两端具有钩部的部件将钩部卡挂在压板7a的两端部来使用，从而压板连结部7b与压板7a的连接角度可变。

进而，气体歧管固定带7可以与其他固定方法组合，如果是1个部位以上，则可以使用于任何部位。

[附图标记说明]

1……燃料电池层叠体、2……端板、3……拉杆、4……密封件、5……气体歧管、5a……凸部、6……气体歧管固定螺栓、7……气体歧管固定带、7a……压板、7b……压板连结部、7c……带紧固部、7d……压板连结部的固定螺钉、7e……连结部螺栓、7f……连结部螺母、7g……连结部弹性体、8……气体歧管的配管连接部、11……单位电池、12……隔膜、110……电解质、111……阳极电极、112……阴极电极、F121……燃料气体流通通路、F122……氧化剂气体流通通路。

Claims (5)

1.一种燃料电池，具备：

燃料电池层叠体，层叠多个单位电池而构成，所述单位电池由在电解质的两侧配置的阳极电极及阴极电极、以及隔膜构成，该隔膜与所述阳极电极及所述阴极电极分别相接而配置，且具有燃料气体流通通路及氧化剂气体流通通路；

一对端板，从两端紧固并保持所述燃料电池层叠体；以及

多个气体歧管，隔着密封件而固定于所述燃料电池层叠体及所述端板，用于向所述燃料电池层叠体的各个所述燃料气体流通通路及所述氧化剂气体流通通路供给燃料及氧化剂，

所述燃料电池的特征在于，具有气体歧管固定带，该气体歧管固定带具备：

压板，与所述气体歧管的背面接触而设置；

压板连结部，将在相邻的所述气体歧管的背面设置的所述压板彼此连接；以及

带紧固部，将一连串的所述压板与所述压板连结部的两端连接并紧固。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，

所述压板连结部由在所述带紧固部进行紧固时能够变形的薄板状的部件构成，

所述压板由与所述压板连结部相比厚且刚性高的板状的部件构成。

3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，

所述压板是比该压板所接触的所述气体歧管的背面长、且所述压板连结部不与所述气体歧管接触的结构。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池，其特征在于，

具备摩擦阻力降低单元，该摩擦阻力降低单元用于降低所述气体歧管的背面与所述压板之间的摩擦阻力。

5.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，

所述摩擦阻力降低单元是以降低所述气体歧管的背面与所述压板之间的接触面积的方式设置于所述气体歧管的背面的凸部。

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