CN1871732A - 燃料电池用隔板和固体高分子型燃料电池 - Google Patents

燃料电池用隔板和固体高分子型燃料电池 Download PDF

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Abstract

注射模塑成形到包含切口部(23e)的区域内的弹性材料的一部分填充到切口部(23e)内，通过弹性材料的回弹力，在切口部(23e)中对板部件(23b)进行夹持。此外由于通过填充到切口部(23e)内的弹性材料，板部件(23b)和衬垫(24b)的结合部分增加，因而衬垫(24b)牢固地在板部件(23b)表面上一体化，能够防止衬垫(24b)从板部件(23b)上脱离。因而将板部件(23b)可靠地固定在隔板本体(25)上。

Description

燃料电池用隔板和固体高分子型燃料电池
技术领域
本发明涉及一种燃料电池用隔板以及使用该燃料电池用隔板的固体高分子型燃料电池。
背景技术
一般来说，单格燃料电池由具有电解质膜和设置在该电解质膜两侧的电极膜(燃料极和空气极)的发电元件、形成了用于将燃料气体(氢)和氧化气体(氧、通常是空气)供应到上述电极膜的流体流路的隔板构成。固体高分子型燃料电池是将上述单格燃料电池叠置多层而形成燃料电池组。
图11是示出将发电元件300夹持在隔板200A和200B之间的现有单格燃料电池100的剖视图。通常在这种单格电池100中，由于电压低，因而将其叠置多层而作为燃料电池组使用。
发电元件300包括：面对燃料气体供给用隔板200A而设置的燃料极300A、面对氧化气体供给用隔板200B而设置的空气极300B、由燃料极300A和空气极300B夹持的电解质膜300C。
图12是示出现有隔板200的平面视图。
隔板200在隔板本体205的表面中央设置有形成了多个凹槽的气体流路201。而且，在隔板本体205表面的气体流路两侧上，形成沿叠置方向贯通隔板本体205的歧管202。气体通过该歧管202而供给到气体流路201内。
在气体流路201和歧管202之间，形成有连通气体流路201的凹槽和歧管202的连接通路203。
连接通路203由对气体流路201和歧管202之间进行连接的槽部203a、覆盖所述槽部203a的开口部的板部件203b形成为隧道状。
在隔板本体205的表面上，设置有包围气体流路201而防止气体从气体流路201向外部泄漏的、由弹性材料构成的衬垫204a。
而且在包含对槽部203a进行覆盖的板部件203b的表面在内的歧管202的周缘部上，设置有由弹性材料构成的衬垫204b。因而防止从歧管202供给到连接通路203的气体泄漏到叠置在隔板200上的其它隔板200或位于这些隔板之间的发电元件300。
如上所述，由于由板部件203b对槽部203a进行覆盖，并在板部件203b表面上设置了衬垫204b，因而，通过该衬垫204b针对从叠置在衬垫(ガスケツト)上面的其它隔板200所接收的压缩力的弹性回弹力，将板部件203b推压在槽部203a上，能够对连接通路进行密封。
此时当为了将板部件203b固定在槽部203a上面的隔板200的规定位置上而使用粘结剂时，则担心产生粘结剂溢出到槽部203a内，粘结不良等质量问题。因此一直以来，通过采用非粘结方式而将板部件203b装配在槽部203a上面，在包含该板部件203b的表面在内的歧管202的整个周缘部上连续一体地形成由弹性材料构成的衬垫204a、204b，将板部件203b固定在槽部上面的隔板200的规定位置上的燃料电池隔板是公知的(参考专利文献1)。
专利文献1：特开2002-50364号公报。
但是，在这种现有隔板中，将板部件203b向隔板本体204上的固定仅由形成在隔板200和板部件203b表面上的衬垫204b进行。一旦如此，例如在衬垫204b壁厚薄时，在单格燃料电池或燃料电池组组装时，则出现板部件203b的固定位置产生偏移的情况、板部件203b脱落情况等板部件203b的固定不完全的情况。
此外，在对曾经叠置的隔板200进行分解的场合下，存在形成在板部件203b表面上的衬垫204b固定接合在相对侧的隔板上，板部件203b脱离而该部分中的衬垫204b断裂的问题。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术问题，提供一种燃料电池用隔板和固体高分子型燃料电池，其能够可靠地进行板部件向隔板本体上的固定，而且在隔板分解时不用担心衬垫断裂。
为了实现上述目的，本发明的燃料电池用隔板是一种对具有电解质膜和电极膜的发电元件进行夹持的燃料电池用隔板，其特征在于，包括：
形成有气体流路、沿单格燃料电池的叠置方向贯穿的歧管、对上述气体流路和上述歧管进行连接的槽部的隔板本体；
覆盖上述槽部的开口部的板部件；和
形成于包围上述歧管的上述隔板本体以及上述板部件的表面区域，且防止气体从上述歧管泄漏到外部并由弹性材料构成的衬垫；
其中，在上述板部件上设置有切口部或通孔，
在将衬垫一体形成于上述板部件表面的包含上述切口部或上述通孔的区域时，弹性材料的一部分被填充到上述切口部或上述通孔内，从而提高了上述板部件向上述槽部的上述开口部的规定位置固定的固定力。
为了实现上述目的，本发明的燃料电池用隔板是一种对具有电解质膜和电极膜的发电元件进行夹持的燃料电池用隔板，其特征在于，包括：
形成有气体流路、沿单格燃料电池的叠置方向贯穿的歧管、对上述气体流路和上述歧管进行连接的槽部的隔板本体；
覆盖上述槽部的开口部的板部件；和
形成于包围上述歧管的上述隔板本体以及上述板部件的表面区域，且防止气体从上述歧管泄漏到外部并由弹性材料构成的衬垫；
其中，在上述板部件上设置有切口部或通孔，
在上述隔板本体上突出地形成有导向突起，
该导向突起的前端插入被设置于上述板部件的上述切口部或通孔内，
在将衬垫一体形成于上述板部件表面的包含上述切口部或上述通孔的区域时，弹性材料的一部分被填充到上述切口部或上述通孔和上述导向突起之间，从而提高了上述板部件向上述槽部的上述开口部的规定位置固定的固定力。
根据本发明的优选实施例，在上述隔板本体的与设置于上述板部件的上述切口部或通孔相对应的位置上，设置有凹部；在将衬垫一体形成于上述板部件表面的包含上述切口部或上述通孔的区域时，弹性材料的一部分也被填充到上述凹部内，从而提高了上述板部件向上述槽部的上述开口部的规定位置固定的固定力。
为了实现上述目的，本发明的燃料电池用隔板是一种对具有电解质膜和电极膜的发电元件进行夹持的燃料电池用隔板，其特征在于，包括：
形成有气体流路、沿单格燃料电池的叠置方向贯穿的歧管、对上述气体流路和上述歧管进行连接的槽部的隔板本体；
覆盖上述槽部的开口部的板部件；和
形成于包围上述歧管的上述隔板本体以及上述板部件的表面区域，且防止气体从上述歧管泄漏到外部并由弹性材料构成的衬垫；
其中，在上述板部件上设置有切口部或通孔；
在上述隔板本体的与设置于上述板部件的上述切口部或通孔相对应的位置上，设置有凹部；
通过使构成形成于上述板部件表面上的衬垫的弹性材料的一部分从上述切口部或通孔突出到该板部件的背面而形成有凸部，
上述凸部被嵌合到设置于上述隔板本体的上述凹部内，从而使得上述板部件固定于上述隔板本体中上述槽部的上述开口部的规定位置。
根据本发明的优选实施例，形成于上述隔板本体的表面的衬垫和形成于上述板部件表面的衬垫是分开形成的。
为了实现上述发明目的，本发明的固体高分子型燃料电池使用上述燃料电池用隔板。
发明效果
如上所述，根据本发明的燃料电池用隔板和固体高分子型燃料电池，能够可靠地将板部件固定在隔板本体上。而且根据本发明，能够提供一种不用担心在隔板分解时衬垫断裂的燃料电池用隔板和固体高分子型燃料电池。
附图说明
图1是示出根据第1实施例的隔板的平面视图；
图2是沿图1A中A-A箭头的剖视图；
图3是根据第1实施例的隔板的局部放大视图；
图4是根据第2实施例的隔板的局部放大视图；
图5是示出根据第2实施例的隔板的变形示例的局部放大视图；
图6是根据第3实施例的隔板的局部放大视图；
图7是示出根据第4实施例的隔板的平面视图；
图8是根据第4实施例的隔板的局部放大视图；
图9是示出根据第4实施例的隔板的板部件的平面视图；
图10是示出根据第4实施例的隔板的变形示例的局部放大视图；
图11是示出现有单格燃料电池的剖视图；
图12是示出现有隔板200的平面视图。
符号说明：
20：燃料电池隔板...21：气体流路...22：歧管...23：连接通路...23a：槽部...23b：板部件...23e：切口部...23f：导向突起...23g：通孔...23h：凹部...23i：通孔...23j：凹部...24a、24b、24c：衬垫...24d：凸部...25：隔板本体
具体实施方式
下文将参考附图对本发明的优选实施例进行详细地介绍。但是本实施例所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要不是特别地进行了特定的记载，则本发明的范围并不局限于此。
(第1实施例)
图1是示出根据本发明第1实施例的燃料电池用隔板(下文简称为“隔板”)的平面视图。
图1A是示出将板部件23b安装在槽部23a上，在隔板本体25和板部件23b的表面上形成了衬垫24a、24b的隔板20的视图。如图1A所示，隔板20将具有多个凹槽的气体流路21设置在板状隔板本体25的表面中央。而且，在隔板本体25的气体流路21的两端上，形成有沿叠置方向贯通隔板本体25的歧管22。因而通过将隔板20叠置，形成在各个隔板本体25上的歧管22形成贯通单格燃料电池的流路，因而，在燃料电池组中形成了歧管。此外在本实施例中，歧管22夹持着气体流路21而形成在6个位置上，在相对于气体流路21位于对角线上的2个位置的歧管中，对气体流路21进行气体的供给和排出。其它歧管对构成其它单格燃料电池并叠置在隔板20上的其它隔板供给气体。
在气体流路21和歧管2之间，形成有对形成气体流路21的凹槽和歧管22进行连通的连接通路23。
连接通路23由对气体流路21和歧管22之间进行连接的槽部23a、对该槽部23a的开口部进行覆盖的板部件23b形成隧道状。
图1B是示出在上述隔板中将板部件23b从槽部23a上拆卸下、敞开连接通路23的状态的视图。
图2是沿图A1中A-A箭头的剖视图。
如图2所示，在隔板本体25上形成了构成气体流路的槽部23a，同时在隔板本体25上形成了收置板部件23b的收置凹部23c，以使板部件23b的表面与隔板本体25的表面形成为同一个面。因而，槽部23a形成在收置凹部23c的底面上。板部件23b非粘结地嵌入在收置凹部23c内。
隔板20可以使用SUS、铝板和钛板等金属板、FRP、CFRF等复合树脂材料、锻烧碳(焼成カ一ボン)、PET、PEN、PI、PAI、PPS、PEEK等耐热性树脂、导电性树脂等。
而且板部件23b只要是能够承受后述衬垫的一体成形的材料就行，对其并没有特殊限定，最好使用与隔板20相同的材料、PEEK、PI等耐热树脂。
在隔板本体25的表面上，设置有包围气体流路21而防止气体从气体流路21向外部泄漏的、由弹性材料构成的衬垫24a。
作为衬垫24a的材质，如果是通常使用的弹性材料，则对此并没有特殊限制，例如最好使用氟(化)橡胶、EPDM、硅酮橡胶等。
衬垫24a虽然也可以将预成型件粘附在隔板本体25的规定位置上，但是此时使用了粘结剂。因而最好由将弹性材料注射模塑成形在隔板本体25的规定位置上，将衬垫24a一体形成在隔板本体25表面上。
而且在包围歧管22的开口部的、板部件23b的表面和隔板本体25的表面上设置有衬垫24b。此外在本实施例的隔板中，衬垫24a和衬垫24b由弹性材料的注射模塑成形同时一体成形。
图3是示出包含板部件23b、形成在板部件23b表面上的衬垫24b的、隔板本体25的歧管22附近结构的局部放大视图。图3A是示出衬垫成形后状态的视图，图3B是示出衬垫成形前状态的视图。
根据第1实施例的隔板如图3B所示，在板部件23b长度方向的两端部且在宽度方向的中央部上，形成在叠置方向上进行切削后的切口部23c。
此时，图3C是示出将板部件23b拆卸下后的状态的视图，在隔板本体25上形成有对板部件23b进行收置的收置凹部23c，在收置凹部23c的底面上形成有槽部23a。
而且如图3A所示，在将板部件23b嵌入在收置凹部23c内的状态下，在包含隔板本体25和板部件23b的表面的切口部23e在内的区域内，通过以包围歧管22的方式对弹性材料进行注射模塑成形，一体地形成了衬垫25b。如此，弹性材料的一部分流出至板部件23b和隔板本体25之间，从而将板部件23b固定在隔板25的规定位置上。
图3D是沿图3A中A-A箭头的剖视图。
如图3D所示，注射模塑成形到包含切口部23e的区域内的弹性材料的一部分被填充到切口部23e内，通过由切口部23e中的弹性材料回弹力对板部件23b进行夹持，使得板部件23b被固定。此外，由于由填充到切口部23e内的弹性材料而使得板部件23b和衬垫24b的结合部分增加，所以衬垫24b在板部件23b表面上牢固地一体化，能够防止衬垫24b从板部件23b上脱离。因而能够可靠地将板部件23b固定在隔板本体25上。
此外，在根据第1实施例的隔板上，代替切口部23e，也可以设置通孔。此时由于由填充到通孔内的弹性材料使得板部件23b和衬垫24b的结合部分增加，所以衬垫24b在板部件23b表面上牢固地一体化，能够防止衬垫24b从板部件23b上脱离。
(第2实施例)
图4和5是示出根据第2实施例的隔板的视图。
图4和5是示出包含板部件23b和形成在板部件23b表面上的衬垫24b的、隔板本体25的歧管22附近结构的局部放大视图。图4A和5A是示出衬垫成形后状态的视图，图4B和5B是示出衬垫成形前的状态的视图，图4C和5C是示出将板部件23b拆卸下后的状态的视图。
如图4B所示，根据第2实施例的隔板在板部件23b上形成了切口部23e。而且在对板部件23b进行收置的收置凹部23c处突出地形成了导向突起23f，其前端将插入切口部23e内。
该导向突起23f形成在收置凹部23c的与切口部23e对应的位置上，以夹持着形成在板部件23b两端上的切口部23e。
因而能够轻易地进行板部件23b在隔板本体25上的定位。
图4D是沿图4A中B-B箭头的剖视图。
如图4D所示，通过将注射模塑成形到包含切口部23e的区域内的弹性材料的一部分填充到导向突起23f外侧的切口部23e内，对板部件23b进行固定。
图5是根据第2实施例的隔板的变形示例。
如图5B所示，在板部件23b上形成了通孔23g。而且，在形成在隔板本体25上且对板部件23b进行收置的收置凹部23c处，突出地形成了导向突起23f，其前端将插入通孔23g内。
该导向突起23f保持若干间隙地插入形成在板部件23b两端侧的通孔23g中。
图5D是沿图5A中C-C箭头的剖视图。
如图5D所示，通过将注射模塑成形到包含通孔23g的区域内的弹性材料的一部分填充到导向突起23f外周面和通孔23g内周面之间的间隙内，对板部件23b进行固定。
其它结构与上述第1实施例的形式相同，所以省略了对其的介绍。
(第3实施例)
图6是示出根据本发明的第3实施例的隔板的视图。
图6是示出包含板部件23b和形成在板部件23b表面上的衬垫24b的、隔板本体25的歧管22附近结构的局部放大视图。图6A是示出衬垫成形后的状态的视图，图6B是示出衬垫成形前的状态的视图，图6C是示出将板部件23b拆卸下后的状态的视图。
如图6B所示，根据第3实施例的隔板在板部件23b上形成了通孔23g。
而且如图6C和6D所示，在形成在隔板本体25上且对板部件23b进行收置的收置凹部23c处，在与通孔23g对应的位置上设置了凹部23h。在本实施例中，凹部23h是与通孔23g同心且直径比通孔23g的直径大的有底圆孔。
图6D是沿图6A中D-D箭头的剖视图。
如图6D所示，在包围歧管22的、隔板本体25和板部件23b的表面的包含通孔23g在内的区域内，注射模塑成形弹性材料，由填充到通孔23g和凹部23h内的弹性材料，使得衬垫24b被固定在隔板本体25上。
此外如图6D所示，由于凹部23h形成得直径比通孔23g的直径大，由填充到凹部23h内的弹性材料将衬垫24b更牢固地固定在板部件23b的表面上，增加了板部件23b和衬垫24b的结合力。因而，能够防止衬垫24b从板部件23b上脱离。
此外在根据第3实施例的隔板中，也可以代替通孔23g，设置与上述第1实施例相同的切口部23e。此时，通过在对板部件23b进行收置的收置凹部23c内，在与切口部对应的位置上设置凹部23h，能够获得与上述相同的效果。
其它结构与上述第1实施例的隔板相同，因此省略了对其的介绍。
(第4实施例)
图7是示出根据第4实施例的隔板的视图。
根据第4实施例的隔板与上述其它实施例相同，在包围气体流路21的隔板本体25表面区域上设置了衬垫24a。而且在歧管22的开口部的外周部分上，由设置在板部件23b表面之外部分上的衬垫24b以及与该衬垫24b分体(分开)设置在板部件23b表面上的衬垫24c，设置了包围歧管22的衬垫。
第4实施例的隔板由注射模塑成形将衬垫24a以及板部件23b表面之外的衬垫24b同时一体成形在隔板本体25表面上。
而且在板部件23b的表面上另外形成了衬垫24c。此时在衬垫24b和衬垫24c之间虽然产生间隙，但是通过使该间隙位置适当构成得与气体流路21的凹槽之外的部分一致(对应)，能够根据希望地防止气体泄漏。
而且由于衬垫24b和衬垫24c分体形成，不用担心在一体形成衬垫时弹性材料的一部分侵入形成在隔板本体25和板部件23b之间的间隙内而产生溢料。因而能够防止由侵入的弹性材料造成板部件23b脱离，产生气体泄漏。
图8是沿图7中E-E箭头的剖视图。此外，图9A是根据本实施例的板部件23b的平面视图。而且图9B是示出衬垫24b形成在板部件23b表面上的状态的平面视图。
在本实施例中，如图8和9A所示，在板部件23b表面的中央部分上设置了沿叠置方向贯通的通孔23i。而且如图9B所示，在板部件23b表面的包含通孔23i在内的区域内，形成了衬垫24c。
而且在板部件23b的背面，要从通孔23i突出的凸部24d与衬垫24c一体地形成。
将凸部24d预先成形在衬垫24c背面上后，能够将要形成在板部件23b表面上的衬垫24c贴附在板部件23b的规定位置上，但是此时要使用粘结剂。因而最好将板部件23b固定在模型内，将弹性材料注射模塑成形到包含通孔23i的区域内，将衬垫24c与凸部24d一体地形成。
在形成在隔板本体25上的、收置板部件23b的收置凹部23c内，在与形成在板部件23b上的通孔23i对应的位置上，设置了凹部23i。
因而，通过将板部件23b嵌入收置凹部23c内以使得在板部件23b背面上突出的凸部24d嵌合在凹部23j内，能够可靠地将板部件23b固定在隔板本体25的规定位置上。
因而在单格燃料电池或燃料电池组组装时，能够防止板部件23b的固定位置产生偏移的情形、板部件23b脱离的情形等。
此外，在对叠置后的隔板进行分解时，不用担心形成在板部件23b表面上的衬垫24c固定接合在相对侧隔板上，板部件23c脱离而该部分的衬垫24c断裂的问题。
图10示出根据第4实施例的隔板的变形示例。
如图10所示，在板部件23b长度方向两端附近，在2个位置上设置了通孔23i。而且要从通孔23i突出的凸部24d与衬垫24c一体地形成。
根据该变形示例，板部件23b由突出形成在板部件23b长度方向两端附近的2个凸部24d固定在隔板本体25的规定位置上。因而，板部件23b的固定变得更加可靠，在电池组组装时，能够完全地防止板部件23b的位置偏移和脱落。
其它结构与上述第1实施例的隔板相同，因此省略了对其的介绍。
可将具有电解质膜和设置在该电解质膜两侧的电极膜(燃料极和空气极)的发电元件夹持在根据上述各实施例的隔板20之间，构成单格燃料电池，此外，将所述单格燃料电池叠置多层，能够获得燃料电池组。
这种燃料电池组在组装时，能够防止板部件23b从规定的安装位置偏移或脱落。而且在该电池组的分解时，不用担心产生板部件23b从隔板本体25的安装位置脱离，衬垫断裂的问题。

Claims (6)

1.一种燃料电池用隔板，它是对具有电解质膜和电极膜的发电元件进行夹持的燃料电池用隔板，其特征在于，包括：
形成有气体流路、沿单格燃料电池的叠置方向贯穿的歧管、对上述气体流路和上述歧管进行连接的槽部的隔板本体；
覆盖上述槽部的开口部的板部件；和
形成于包围上述歧管的上述隔板本体以及上述板部件的表面区域，且防止气体从上述歧管泄漏到外部的、由弹性材料构成的衬垫；
其中，在上述板部件上设置有切口部或通孔，
在将衬垫一体形成于上述板部件表面的包含上述切口部或上述通孔的区域时，弹性材料的一部分被填充到上述切口部或上述通孔内，从而提高了上述板部件向上述槽部的上述开口部的规定位置固定的固定力。
2.一种燃料电池用隔板，它是对具有电解质膜和电极膜的发电元件进行夹持的燃料电池用隔板，其特征在于，包括：
形成有气体流路、沿单格燃料电池的叠置方向贯穿的歧管、对上述气体流路和上述歧管进行连接的槽部的隔板本体；
覆盖上述槽部的开口部的板部件；和
形成于包围上述歧管的上述隔板本体以及上述板部件的表面区域，且防止气体从上述歧管泄漏到外部并由弹性材料构成的衬垫；
其中，在上述板部件上设置有切口部或通孔，
在上述隔板本体上突出地形成有导向突起，
该导向突起的前端插入被设置于上述板部件的上述切口部或通孔内，
在将衬垫一体形成于上述板部件表面的包含上述切口部或上述通孔的区域时，弹性材料的一部分被填充到上述切口部或上述通孔和上述导向突起之间，从而提高了上述板部件向上述槽部的上述开口部的规定位置固定的固定力。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池用隔板，其特征在于：
在上述隔板本体的与设置于上述板部件的上述切口部或通孔相对应的位置上，设置有凹部；
在将衬垫一体形成于上述板部件表面的包含上述切口部或上述通孔的区域时，弹性材料的一部分也被填充到上述凹部内，从而提高了上述板部件向上述槽部的上述开口部的规定位置固定的固定力。
4.一种燃料电池用隔板，它是对具有电解质膜和电极膜的发电元件进行夹持的燃料电池用隔板，其特征在于，包括：
形成有气体流路、沿单格燃料电池的叠置方向贯穿的歧管、对上述气体流路和上述歧管进行连接的槽部的隔板本体；
覆盖上述槽部的开口部的板部件；和
形成于包围上述歧管的上述隔板本体以及上述板部件的表面区域，且防止气体从上述歧管泄漏到外部并由弹性材料构成的衬垫；
其中，在上述板部件上设置有切口部或通孔；
在上述隔板本体的与设置于上述板部件的上述切口部或通孔相对应的位置上，设置有凹部；
通过使构成形成于上述板部件表面上的衬垫的弹性材料的一部分从上述切口部或通孔突出到该板部件的背面而形成有凸部，
上述凸部被嵌合到设置于上述隔板本体的上述凹部内，从而使得上述板部件固定于上述隔板本体中上述槽部的上述开口部的规定位置。
5.如权利要求4所述的燃料电池用隔板，其特征在于：形成于上述隔板本体的表面的衬垫和形成于上述板部件表面的衬垫是分开形成的。
6.一种固体高分子型燃料电池，其特征在于：包括权利要求1～5之一所述的燃料电池用隔板。
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