專利名稱：燃料電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池組，該燃料電池組具備層疊體，該層疊體是在電解質(zhì)的 兩側(cè)設(shè)有一對電極的電解質(zhì)-電極結(jié)構(gòu)體與隔板層疊而成的、并且形成有在層疊方向上延 伸且使相同的供給流體或者排出流體流通的多個流體連通孔，在所述層疊的層疊方向兩端 設(shè)有端板。
背景技術(shù)：
例如，固體高分子型燃料電池在由高分子離子交換膜構(gòu)成的電解質(zhì)膜的兩側(cè)具備 將分別配設(shè)有陽極側(cè)電極以及陰極側(cè)電極的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(MEA)通過一對隔板夾 持的電池(cell)單元。這種燃料電池通常通過層疊規(guī)定數(shù)量的電池單元作為燃料電池組 使用。對于這種燃料電池組，多為在內(nèi)部具備用于在電池單元的層疊方向上貫通地流 動燃料氣體的燃料氣體供給連通孔(流體連通孔)以及燃料氣體排出連通孔(流體連通 孔)、用于流動氧化劑氣體的氧化劑氣體供給連通孔(流體連通孔)以及氧化劑氣體排出連 通孔(流體連通孔)、用于流動冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)供給連通孔(流體連通孔)以及冷卻介 質(zhì)排出連通孔(流體連通孔)的所謂內(nèi)部歧管(manifold)型燃料電池組。上述燃料電池組，在層疊方向兩端配設(shè)有端板，并且在至少一端的所述端板上設(shè) 有歧管，該歧管連通各流體連通孔用于通過配管部件進行燃料氣體、氧化劑氣體或者冷卻 介質(zhì)的流體的供給與排出。例如，如圖10所示，對于專利文獻1所公開的燃料電池的歧管，通過層疊MEA和隔 板而形成電池(cell)，并通過層疊多個所述電池(cell)而構(gòu)成模塊1。而且，通過層疊模 塊1而構(gòu)成模塊群2，并且在所述模塊群2的層疊方向兩端配置有端板3。在模塊群2上貫通形成有用于使冷卻介質(zhì)、燃料氣體或者氧化劑氣體的流體在層 疊方向上流通的流體連通孔4，并且，在端板3上通過螺栓6安裝有歧管部件5。在歧管部 件5上設(shè)有與流體連通孔4連通的配管部件7。在歧管部件5上，法蘭8的剛性的大小被設(shè)定為所述法蘭8能夠追隨在電池組封 裝時在電池組的一端的端板3所產(chǎn)生的彈性翹曲變形而變形的程度。由此，即使在電池組 封裝時在端板3產(chǎn)生翹曲，也能夠確保法蘭部8和所述端板3的連接部的密封性。專利文獻1 日本特開2002-343410號公報但是，在燃料電池組中，由于在電池組內(nèi)部供給相同的流體和/或從所述電池組 內(nèi)部排出相同的流體，所以形成有多個流體連通孔4。此時，如果使用與多個流體連通孔4 連通的歧管部件5，則導(dǎo)致所述歧管部件5在端板3的面內(nèi)對應(yīng)于各個流體連通孔4的配置 位置被構(gòu)成為較大的尺寸。因此，會出現(xiàn)如下問題，S卩，如果在電池組連結(jié)時在端板3發(fā)生彈性變形，則歧管 部件5容易追隨所述端板3產(chǎn)生較大的變形，從而在所述歧管5部件產(chǎn)生高應(yīng)力。尤其是， 歧管部件5大多由樹脂材料形成，從而出現(xiàn)所述歧管部件5由于被施加的高應(yīng)力而容易損傷的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決此問題而作出的，其目的在于提供一種能夠以簡單的結(jié)構(gòu)良好 地削弱由于端板變形而在歧管產(chǎn)生的應(yīng)力、并能夠盡可能地阻止所述歧管的損傷的燃料電 池組。本發(fā)明涉及一種燃料電池組，其包括具備層疊體，該層疊體為在電解質(zhì)的兩側(cè)設(shè) 有一對電極的電解質(zhì)_電極結(jié)構(gòu)體與隔板層疊而成的，并且形成有在層疊方向上延伸且使 相同的供給流體或者排出流體流通的多個流體連通孔，在所述層疊體的層疊方向兩端設(shè)有 端板。在該燃料電池中，在至少一端的所述端板上設(shè)有與各流體連通孔連通的多個歧 管，并且多個所述歧管由具有伸縮性的配管部件連結(jié)。另外，在該燃料電池組中，在所述端板的相互對置的兩邊部設(shè)有所述歧管，并且一 對所述歧管通過所述配管部件彼此連結(jié)。而且，在該燃料電池組中，所述端板為長方形，且作為所述歧管的每一對冷卻介質(zhì) 供給歧管以及冷卻介質(zhì)排出歧管沿所述端板的長度方向排列配置。根據(jù)本發(fā)明，與各流體連通孔連通的多個歧管通過具有伸縮性的配管部件連結(jié)。 因此，端板發(fā)生彈性變形時配管部件本身伸縮，從而能夠阻止在歧管產(chǎn)生高的應(yīng)力。由此，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)良好地削弱由于端板變形而在歧管產(chǎn)生的應(yīng)力，從而能 夠盡可能地阻止所述歧管的損傷。


圖1是本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池組的示意性立體說明圖。
圖2是構(gòu)成所述燃料電池組的燃料電池的立體分解說明圖。
圖3是構(gòu)成所述燃料電池組的供給歧管部件以及排出歧管部件的動作說明圖<
圖4是本發(fā)明的第二實施方式的燃料電池組的示意性立體說明圖。
圖5是構(gòu)成所述燃料電池組的供給歧管部件以及排出歧管部件的動作說明圖<
圖6是本發(fā)明的第三實施方式的燃料電池組的示意性說明圖。
圖7是構(gòu)成所述燃料電池組的供給歧管部件以及排出歧管部件的動作說明圖<
圖8是本發(fā)明的第四實施方式的燃料電池組的示意性說明圖。
圖9是構(gòu)成所述燃料電池組的供給歧管部件以及排出歧管部件的動作說明圖<
圖10是專利文獻1的燃料電池的歧管的說明圖。
附圖標記說明
10、70、80、90燃料電池組 12燃料電池
20電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體 26a氧化劑氣體供給連通孔 28a燃料氣體供給連通孔 30a冷卻介質(zhì)供給連通孔 32氧化劑氣體流路
18a、18b 端板
22、24、92 隔板
26b氧化劑氣體排出連通孔
28b燃料氣體排出連通孔
30b冷卻介質(zhì)排出連通孔
33a、33b、35a、35b、38a、38b 連通路36冷卻介質(zhì)流道42固體高分子電解質(zhì)膜44陰極側(cè)電極46陽極側(cè)電極50、72、82、92供給歧管部件52、74、84、94排出歧管部件54a、54b 歧管56a、56b、76a、76b、86a、86b、102a、102b 配管部件96a,96b圓筒部98a、98b階梯式孔部IOOaUOOb 密封件
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池組10包括燃料電池12，多個所述 燃料電池12沿水平方向(箭頭A方向)層疊而構(gòu)成層疊體。在燃料電池12的層疊方向的一端(層疊體的一端)層疊有第一終端板14a、第一 絕緣板16a以及第一端板18a，而在層疊方向另外一端(層疊體的另外一端)層疊有第二終 端板14b、第二絕緣板16b以及第二端板18b。被構(gòu)成為長方形的第一端板18a以及第二端板18b由在箭頭A方向上延伸的多個 連桿19 一體地緊固保持。需要說明的是，燃料電池組10也可以由作為端部板體包含第一 端板18a以及第二端板18b的箱狀殼體(未圖示)一體地保持。如圖2所示，對于燃料電池12，電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體20被第一以及第二隔板22、 24夾持。第一以及第二隔板22、24，除碳隔板外，例如還可以由鋼板、不銹鋼板、鋁板或者鍍 敷處理鋼板等金屬隔板構(gòu)成。在燃料電池12的箭頭C方向(圖2中、重力方向)的上端邊緣部，在層疊方向的 箭頭A方向上相互連通且用于供給氧化劑氣體例如含氧氣體的氧化劑氣體供給連通孔(流 體連通孔)26a、以及用于供給燃料氣體例如含氧氣體的燃料氣體供給連通孔(流體連通 孔)28a排列設(shè)置在箭頭B方向(水平方向)上。在燃料電池12的箭頭C方向的下端邊緣部，在箭頭A方向相互連通且用于排出氧 化劑氣體的氧化劑氣體排出連通孔(流體連通孔)26b、以及用于排出燃料氣體的燃料氣體 排出連通孔(流體連通孔)28b排列設(shè)置在箭頭B方向上。在燃料電池12的箭頭B方向的兩端邊緣部，用于供給冷卻介質(zhì)的一對冷卻介質(zhì)供 給連通孔(流體連通孔)30a、以及用于排出所述冷卻介質(zhì)的一對冷卻介質(zhì)排出連通孔(流 體連通孔)30b例如分別設(shè)置在上下方向上。在朝向第一隔板22的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體20的面22a上，設(shè)有與氧化劑氣體 供給連通孔26a和氧化劑氣體排出通孔26b連通的氧化劑氣體流路32。氧化劑氣體供給連 通孔26a和氧化劑氣體流路32通過連通路33a連通，并且，氧化劑氣體排出通孔26b與所 述氧化劑氣體流路32通過連通路33b連通。在朝向第二隔板24的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體20的面24a上，設(shè)有與燃料氣體供 給連通孔28a和燃料氣體排出連通孔28b連通的燃料氣體流路34。燃料氣體連通孔28a和 燃料氣體流路34通過連通路35a連通，并且，燃料氣體排出連通孔28b和所述燃料氣體流路34通過連通路35b連通。在相互鄰接的構(gòu)成燃料電池12的第一隔板22的面22b與第二隔板24的面24b 之間設(shè)有連通冷卻介質(zhì)供給連通孔30a和冷卻介質(zhì)排出連通孔30b的冷卻介質(zhì)流路36。各 個冷卻介質(zhì)供給連通孔30a和冷卻介質(zhì)流路36通過連通路38a連通，并且，各冷卻介質(zhì)排 出連通孔30b和所述冷卻介質(zhì)流路36通過連通路38b連通。在第一隔板22的面22a、22b上一體地或者分體地設(shè)有第一密封件40a，并且，在第 二隔板24的面24a、24b上一體地或者分體地設(shè)有第二密封件40b。電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體20例如包括在全氟磺酸的薄膜上浸滲水分的固體高分子 電解質(zhì)膜42、夾持所述固體高分子電解質(zhì)膜42的陰極側(cè)電極44以及陽極側(cè)電極46。陰極側(cè)電極44以及陽極側(cè)電極46具有由碳隔板等構(gòu)成的氣體擴散層、表面擔載 有白金合金的多孔質(zhì)碳粒子在所述氣體擴散層的表面均勻地涂布而形成的電極催化層。電 極催化層形成于固體高分子電解質(zhì)膜42的兩面。如圖1所示，在第一端板18a的外表面?zhèn)龋谏喜總?cè)安裝有供給歧管部件50，并且， 在下部側(cè)安裝有排出歧管部件52。供給歧管部件50包括與第一端板18a的一對冷卻介質(zhì)供給連通孔30a、30a連通 的一對歧管54a、54a、以及連結(jié)一對所述歧管54a、54a彼此并具有伸縮性的配管部件56a。 歧管54a、54a具有沿第一端板18a的長度方向(箭頭C方向)長的長方體形狀，并一體成 型或者螺紋緊固于第一端板18a。需要說明的是，以下說明的各歧管也是相同的。歧管54a、54a由PPS (聚苯硫醚)等樹脂材料構(gòu)成，而配管部件56a具有圓筒形 狀，為了確保其伸縮性，其由橡膠、PP(聚丙烯)等樹脂材料構(gòu)成。配管部件56a相對于歧 管54a、54a例如通過一體成型而被一體化，或者通過帶件(band)等連結(jié)部件連結(jié)。在一側(cè) 的歧管54a上一體地設(shè)置有冷卻介質(zhì)供給管58a。排出歧管部件52包括與第一端板18a的一對冷卻介質(zhì)排出連通孔30b、30b連通 的一對歧管54b、54b和連結(jié)一對所述歧管54b、54b彼此并具有伸縮性的配管部件56b。歧 管54b、54b具有沿著第一端板18a的長度方向長的長方體形狀，并且沿著所述長度方向，排 列配置歧管54a和所述歧管54b。歧管54b、54b與上述的歧管54a、54a相同地，由PPS (聚苯硫醚)等樹脂材料構(gòu)成， 配管部件56b與上述配管部件相同地，為確保伸縮性由橡膠、PP (聚丙烯)等樹脂材料構(gòu)成。 在一側(cè)的歧管54b上一體地設(shè)置有冷卻介質(zhì)排出管58b。雖未圖示，但是在第二端板18b上，與氧化劑氣體供給連通孔26a、氧化劑氣體流 路32、燃料氣體供給連通孔28a以及燃料氣體排出連通孔28b對應(yīng)分別設(shè)有歧管。以下，說明如此構(gòu)成的燃料電池組10的動作。首先，在第二端板18b，向氧化劑氣體供給連通孔26a供給含氧氣體等氧化劑氣 體，并且，向燃料氣體供給連通孔28a供給含氫氣體等燃料氣體。而且，如圖1所示，在第一端板18a，從供給歧管部件50的冷卻介質(zhì)供給管58a向 冷卻介質(zhì)供給連通孔30a、30a供給純水、乙二醇、油等冷卻介質(zhì)。為此，如圖2所示，氧化劑氣體從氧化劑氣體供給連通孔26a導(dǎo)入第一隔板22的 氧化劑氣體流路32。該氧化劑氣體沿著氧化劑氣體流路32向箭頭C方向(重力方向)移 動，供給于電解質(zhì)膜_電極結(jié)構(gòu)體20的陰極側(cè)電極44。
另外，燃料氣體從燃料氣體供給連通孔28a被導(dǎo)入第二隔板24的燃料氣體流路 34。該燃料氣體沿著燃料氣體流路34向重力方向(箭頭C方向)移動，供給于電解質(zhì)膜-電 極結(jié)構(gòu)體20的陽極側(cè)電極46。因此，在電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體20中，供給于陰極側(cè)電極44的氧化劑氣體和供給 至陽極側(cè)電極46的燃料在電極催化層內(nèi)通過化學(xué)反應(yīng)被消耗，從而進行發(fā)電。然后，供給于電解質(zhì)模-電極結(jié)構(gòu)體20的陰極側(cè)電極44而被消耗的氧化劑氣體， 沿著氧化劑氣體排出連通孔26b向箭頭A方向排出。供給于電解質(zhì)模-電極結(jié)構(gòu)體20的 陽極側(cè)電極46而被消耗的燃料氣體沿著燃料氣體排出連通孔28b向箭頭A方向排出。另外，供給于兩個冷卻介質(zhì)供給連通孔30a、30a的冷卻介質(zhì)被導(dǎo)入在第一隔板22 和第二隔板24之間形成的冷卻介質(zhì)流路36。該冷卻介質(zhì)向箭頭C方向移動而冷卻電解質(zhì) 模_電極結(jié)構(gòu)體20后，從兩個冷卻介質(zhì)排出連通孔30b、30b經(jīng)過排出歧管部件52的冷卻 介質(zhì)排出管58b向外部排出。這種情況下，對于燃料電池組10，第一端板18a以及第二端板18b通過多個連桿 19相互在層疊方向上被緊固保持為一體為此，第一端板18a如圖3所示容易產(chǎn)生彎曲狀的 彈性變形。此時，在第一實施方式中，供給歧管部件50通過具有伸縮性的配管部件56a連結(jié) 一對歧管54a、54a彼此，而排出歧管部件52通過具有伸縮性的配管部件56b、56b連結(jié)一對 歧管54b、54b彼此。因此，在第一端板18a發(fā)生彈性變形時，配管部件56a、56b本身伸縮，歧管54a、54a 以及歧管54b、54b能夠追隨所述第一端板18a(參照圖3中的雙點劃線)。由此，能夠可靠 地防止在供給歧管部件50以及排出歧管部件52上由于第一端板18a的彈性變形而產(chǎn)生高 應(yīng)力。為此，能夠良好地削弱因第一端板18a的變形而在供給歧管部件50以及排出歧管 部件52產(chǎn)生的應(yīng)力。因此，可獲得通過簡單的結(jié)構(gòu)盡可能地阻止供給歧管部件50以及排 出歧管部件52的損傷的效果。圖4是本發(fā)明的第二實施方式的燃料電池組70的示意性立體說明圖。需要說明 的是，對于與第一實施方式的燃料電池組10相同的構(gòu)成要素賦予相同的參照符號，并省略 其詳細說明。另外，在以下說明的第三以及第四實施方式中也是同樣，并省略其詳細說明。構(gòu)成燃料電池組70的第一端板18a上，供給歧管部件72以及排出岐管部件74沿 著所述第一端板18的長度方向排列配置。供給岐管部件72包括一對岐管54a、54a和連結(jié)一對所述岐管54a、54a彼此并具 有伸縮性的配管部件76a。排出岐管部件74同樣包括一對岐管54b、54b和連結(jié)一對所述 岐管54b、54b彼此并具有伸縮性的配管部件76b。如圖4以及圖5所示，配管部件76a、76b 在第一端板18a側(cè)具有彎曲的大致為“ < ”字形狀。在如此構(gòu)成的第二實施方式中，如圖5所示，第一端板18a因?qū)盈B負荷容易發(fā)生彈 性變形，而朝向中央外方彎曲。此時，由于配管部件76a、76b在第一端板18a側(cè)具有彎曲的 大致“ <，，字形狀，因此所述配管部件76a、76b能夠彎曲變形，以成為大致直線狀。由此，能夠阻止在岐管54a、54a以及岐管54b、54b產(chǎn)生高應(yīng)力。為此，可以獲得能 夠盡可能地阻止供給岐管部件72以及排出岐管部件74的損傷等與上述第一實施方式相同的效果。圖6是本發(fā)明的第三實施方式的燃料電池組80的示意性立體說明圖。構(gòu)成燃料電池組80的第一端板18a上，供給岐管部件82和排出岐管部件84沿著 所述第一端板18a的長度方向排列配置。供給岐管部件82包括一對岐管54a、54a和將一對所述岐管54a、54a彼此連結(jié)并 具有伸縮性的配管部件86a。排出岐管部件84同樣包括一對岐管54b、54b和將一對所述岐 管54b、54b彼此連結(jié)并具有伸縮性的配管部件86b。配管部件86a、86b由彎曲狀的軟管構(gòu) 成，由橡膠或者樹脂材料形成。在如此構(gòu)成的第三實施例中，如圖7所示，在第一端板18a發(fā)生彈性變形時，通過 彎曲狀的配管部件86a、86b本身伸縮，能夠阻止在供給岐管部件82以及排出岐管部件84 產(chǎn)生高應(yīng)力。因此，在第二實施方式中，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)盡可能地阻止供給歧管部件82以及 排出歧管部件84的損傷等，從而獲得與上述第一以及第二實施方式相同的效果。圖8是本發(fā)明第四實施方式的燃料電池組90的示意性立體說明圖。構(gòu)成燃料電池組90的第一端板18a上，供給岐管部件92和排出歧管部件94沿著 所述第一端板18a的長度方向排列配置。供給歧管部件92具有一對歧管54a、54a、從一對所述歧管54a、54a相互對置的側(cè) 面鼓出形成的圓筒部96a、96a、隔著密封件(0形密封圈)100a、100a沿軸向可滑動地插入階 梯式孔部98a、98a的配管部件102a，所述階梯式孔部98a、98a形成在一對所述圓筒部96a、 96a中。需要說明的是，也可以通過隔著密封件將配管部件(未圖示)外嵌在圓筒部96a、 96a的外周。排出歧管部件94同樣具有一對歧管54b、54b、從一對所述歧管54b、54b相互對置 的側(cè)面鼓出形成的圓筒部96b、96b、隔著密封件IOObUOOb進退自由地嵌合到階梯式孔部 98b,98b的配管部件102b。如此構(gòu)成的第四實施方式中，在第一端板18a發(fā)生彈性變形時，配管部件102a、 102b能夠在被密封件IOOaUOOb密封的狀態(tài)下在圓筒部96a、96b的內(nèi)周面滑動，歧管54a、 54b上不會被附加高應(yīng)力。由此，在第四實施方式中，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)盡可能地阻止供給歧管部件92以及 排出歧管部件94的損傷等，從而獲得與上述第一至第三實施方式相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池組，其具備層疊體，該層疊體為在電解質(zhì)的兩側(cè)設(shè)有一對電極的電解 質(zhì)-電極結(jié)構(gòu)體與隔板層疊而成的，并且形成有在層疊方向上延伸且使相同的供給流體或 者排出流體流通的多個流體連通孔，在所述層疊體的層疊方向兩端設(shè)有端板，所述燃料電池組的特征在于，在至少一端的所述端板上設(shè)有與各流體連通孔連通的多個歧管，并且多個所述歧管由 具有伸縮性的配管部件連結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池組，其特征在于，在所述端板的相互對置的兩邊部設(shè)有所述歧管，并且一對所述歧管通過所述配管部件 彼此連結(jié)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池組，其特征在于，所述端板為長方形，且作為所述歧管的每一對冷卻介質(zhì)供給歧管以及冷卻介質(zhì)排出歧 管沿所述端板的長度方向排列配置。
全文摘要
本發(fā)明的燃料電池組能夠以簡單的結(jié)構(gòu)良好地削弱由于端板變形而在歧管產(chǎn)生的應(yīng)力，從而能夠盡可能地阻止所述歧管的損傷。在構(gòu)成電池組(10)的第一端板(18a)上裝有供給歧管部件(50)和排出歧管部件(52)。供給歧管部件(50)包括與第一端板(18a)的一對冷卻介質(zhì)供給連通孔(30a、30a)連通的一對歧管(54a、54a)、連結(jié)一對所述歧管(54a、54a)彼此并具有伸縮性的配管部件(56a)。排出歧管部件(52)包括與第一端板(18a)的一對冷卻介質(zhì)排出連通孔(30b、30b)連通的一對歧管(54b、54b)和連結(jié)一對所述歧管(54b、54b)彼此并具有伸縮性的配管部件(56b)。
文檔編號H01M8/04GK102005595SQ201010271359
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者內(nèi)藤秀晴, 小林紀久 申請人:本田技研工業(yè)株式會社