燃料電池堆的制作方法
【專利摘要】一種燃料電池(10)包括：電池單元(A1)，其彼此層疊且每個電池單元包括膜電極接合體(30)和在膜電極接合體(30)的兩側(cè)限定氣體通道的兩個隔離體(40、41)；冷卻流體通道(S1)，其用于使冷卻流體流動且設(shè)置在電池單元(A1)的相鄰的每兩個電池單元(A1)的隔離體(40、41)之間；和位移吸收體(B1-B5)，其設(shè)置于冷卻流體通道(S1)。位移吸收體(B1-B5)包括：彈性突起(50)，其設(shè)置成陣列且被構(gòu)造成彈性地吸收電池單元(A1)的層疊方向上的位移；和防止流動漫延突起(55、55A、55B)，其設(shè)置成陣列且被構(gòu)造成防止冷卻流體流出活性區(qū)域(a)。
【專利說明】燃料電池堆

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括膜電極接合體的燃料電池堆，其通過利用彼此隔離流動的兩種發(fā)電用氣體的反應(yīng)來發(fā)電。

【背景技術(shù)】
[0002]在這種燃料電池堆的現(xiàn)有技術(shù)中，存在具有名稱為“燃料電池系統(tǒng)”的專利文獻(xiàn)I所披露的構(gòu)造的技術(shù)。
[0003]專利文獻(xiàn)I披露的燃料電池系統(tǒng)包括:燃料電池，其分別具有電解質(zhì)、接合于電解質(zhì)一側(cè)的第一催化劑層、接合于電解質(zhì)另一側(cè)的第二催化劑層、接合于第一催化劑層的與電解質(zhì)所在側(cè)相反的一側(cè)的第一電極、接合于第二催化劑層的與電解質(zhì)所在側(cè)相反的一側(cè)的第二電極以及接合于第一電極的隔離體；第一反應(yīng)氣體供給單元，其被構(gòu)造成向第一電極供給第一反應(yīng)氣體；第二反應(yīng)氣體供給單元，其被構(gòu)造成向第二電極供給第二反應(yīng)氣體；和控制單元，其被構(gòu)造成控制燃料電池系統(tǒng)的運行。第一電極具有兩層通道結(jié)構(gòu)，該兩層通道結(jié)構(gòu)包括電解質(zhì)側(cè)氣體供給通道和隔離體側(cè)氣體供給通道，電解質(zhì)側(cè)氣體供給通道布置于燃料電池的層疊方向上的電解質(zhì)側(cè)，隔離體側(cè)氣體供給通道布置于層疊方向上的隔離體側(cè)。
[0004]在上述現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)中，示出了如下構(gòu)造:冷卻劑通道部形成于層疊的燃料電池之間且冷卻劑通道部包括用于向第一電極施加壓縮彈性負(fù)載的彈性體(預(yù)加載板)。
[0005]上述預(yù)加載板用于分散由于諸如MEA、氫電極、氧電極和冷卻劑通道部等燃料電池的構(gòu)造部分中的形狀誤差導(dǎo)致局部產(chǎn)生的負(fù)載，從而該負(fù)載能夠均勻地施加于該構(gòu)成部分。
[0006]引用列表
[0007]專利列表
[0008]專利文獻(xiàn)1:特開2005-158670號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了提高冷卻效率，優(yōu)選足量的冷卻劑(冷卻流體)流過每個燃料電池的用于發(fā)電區(qū)域(活性區(qū)域)的部分。然而，冷卻劑的一部分通常流出發(fā)電區(qū)域且因此難以進(jìn)行充分冷卻。
[0010]上述預(yù)加載板具有如下問題:該預(yù)加載板不能阻止冷卻劑流出活性區(qū)域且不能提高發(fā)電效率。
[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池堆，其吸收電池單元在層疊方向上的位移且能夠通過防止冷卻流體流出活性區(qū)域而提高發(fā)電效率。
[0012]根據(jù)一些實施方式的燃料電池堆包括:多個電池單元，其彼此層疊且每個所述電池單元均包括膜電極接合體和在所述膜電極接合體的兩側(cè)限定氣體通道的兩個隔離體；冷卻流體通道，其用于使冷卻流體流動且所述冷卻流體通道設(shè)置在所述多個電池單元的相鄰的每兩個所述電池單元的所述隔離體之間；和位移吸收體，其設(shè)置于所述冷卻流體通道中。所述位移吸收體包括:多個彈性突起，其設(shè)置成陣列且被構(gòu)造成彈性地吸收所述電池單元的層疊方向上的位移，和多個防止流動漫延突起，其設(shè)置成陣列且被構(gòu)造成防止所述冷卻流體流出活性區(qū)域。
[0013]在上述構(gòu)造中，位移吸收體彈性地吸收電池單元的層疊方向上的位移且形成于位移吸收體的防止流動漫延突起防止冷卻流體流出到面對膜電極接合體的活性區(qū)域以外的部分，由此提高冷卻效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池堆的外觀的立體圖。
[0015]圖2是以分解狀態(tài)示出的本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池堆的立體圖。
[0016]圖3是形成本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池堆的一部分的、一個示例的電池單元的平面圖。
[0017]圖4是示出圖3的圓I中的部分的細(xì)節(jié)的局部放大圖。
[0018]圖5是沿著圖4所示的I1-1I線的部分的截面圖。
[0019]圖6是沿著圖4所示的II1-1II線的部分的截面圖。
[0020]圖7是沿著圖4所示的IV-1V線的部分的截面圖。
[0021]圖8是沿著圖4所示的V-V線的部分的截面圖。
[0022]圖9是形成本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池堆的一部分的第一示例的位移吸收體的局部立體圖。
[0023]圖10是形成本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池堆的部分的第二示例的位移吸收體的局部立體圖。
[0024]圖11是沿著圖10所示的V1-VI線的部分的放大截面圖。
[0025]圖12是示出第三示例的位移吸收體的部分的立體圖，該位移吸收體形成本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池堆的一部分。
[0026]圖13是與沿著圖4所示的I1-1I線的部分對應(yīng)的部分的截面圖。
[0027]圖14A是示意性示出第三示例的隔離體側(cè)配合部形成于位移吸收體的形成位置的示例的平面圖。
[0028]圖14B是示意性示出圖14A的隔離體側(cè)配合部的形成位置的另一個示例的平面圖。
[0029]圖15A是本發(fā)明的第二實施方式的燃料電池堆的局部截面圖。
[0030]圖15B是用于說明彼此相鄰的隔離體和冷卻流體通道的立體圖。
[0031]圖15C是示出冷卻流體的取決于存在和不存在防止流動漫延突起的流量比的圖。
[0032]圖16A是用于說明第四示例的位移吸收體的立體圖，該位移吸收體形成圖15A所示的燃料電池堆的一部分。
[0033]圖16B是圖16A中的位移吸收體的側(cè)視圖。
[0034]圖17是本發(fā)明的第三實施方式的燃料電池堆的局部截面圖。
[0035]圖18A是用于說明第五示例的位移吸收體的立體圖，該位移吸收體形成圖17所示的燃料電池堆的一部分。
[0036]圖18B是圖18A所示的位移吸收體的側(cè)視圖。

【具體實施方式】
[0037]以下參照附圖描述了本發(fā)明的實施方式。圖1是本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池堆的外觀的立體圖，圖2是以分解狀態(tài)示出的燃料電池堆的立體圖，圖3是形成燃料電池堆的一部分的、第一示例的電池單元的平面圖。
[0038]本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池堆10例如是被構(gòu)造成安裝于車輛的聚合物電解質(zhì)燃料電池堆。
[0039]圖1和圖2所示的燃料電池堆10被構(gòu)造成使得集電體13、14、多個電池單元(燃料電池)A1和多個第一示例的位移吸收體BI被層疊于成對的端板11、12之間且利用緊固板15、16和增強板17、17通過如下方式被緊固在一起:通過用端板11、12使電池單元Al彼此壓接。注意，附圖標(biāo)記18表示螺栓，附圖標(biāo)記19表示間隔件。
[0040]在每個電池單元Al中，成對的隔離體40、41布置成使得發(fā)電用氣體流動的氣體通道被分別限定于電池框架42的兩側(cè)。
[0041]“發(fā)電用氣體”是含氫氣體和含氧氣體。
[0042]電池框架42由樹脂制成。在該實施方式中，電池框架42在沿電池單元Al的層疊方向X觀察的前視圖中具有水平矩形形狀，且在基板42a的形成為具有大致均勻厚度的中央部設(shè)置有膜電極接合體30 (參見圖2)。
[0043]膜電極接合體30還被稱為MEA且具有如下結(jié)構(gòu):由固體聚合物制成的電解質(zhì)膜例如被保持于陽極電極和陰極電極(未示出這些部分)之間。面對膜電極接合體30的區(qū)域是活性區(qū)域(發(fā)電區(qū)域)(參見圖4)。
[0044]在上述膜電極接合體30中，流過氣體通道中的一個氣體通道的含氫氣體流動且碰撞陽極且流過氣體通道中的另一個的含氧氣體流動并碰撞陰極，從而產(chǎn)生電力。
[0045]如圖3所示，用于供給和排放含氫氣體和含氧氣體的歧管部H分別形成于每個電池單元Al的兩側(cè)。
[0046]—側(cè)的歧管部H包括歧管孔Hl至H3。歧管孔Hl至H3用于供給含氧氣體(Hl)、供給冷卻流體(H2)以及供給含氫氣體(H3)，且歧管孔Hl至H3均形成沿圖2所示的層疊方向X延伸的通道。
[0047]另一側(cè)的歧管部H包括歧管孔H4至H6。歧管孔H4至H6用于排放含氫氣體(H4)、排放冷卻流體(H5)以及排放含氧氣體(H6)，且歧管孔H4至H6均形成沿圖2所示的層疊方向X延伸的通道。用于供給的孔以及用于排放的孔的位置關(guān)系可部分或全部相反。
[0048]圖4是示出圖3中的圓I中的部分的細(xì)節(jié)的局部放大圖。圖5是沿著圖4所示的I1-1I線的部分的截面圖，圖6是沿著圖4所示的II1-1II線的部分的截面圖，圖7是沿著圖4所示的IV-1V線的部分的截面圖，圖8是沿著圖4所示的V-V線的部分的截面圖。此夕卜，圖9是形成燃料電池堆的一部分的、第一示例的位移吸收體的局部立體圖。
[0049]與上述實施方式中描述的部分等同的部分被賦予相同的附圖標(biāo)記且省略對其的描述。
[0050]每個隔離體40、41通過壓制不銹鋼等制成的金屬板形成，且形成為具有與上述電池框架42相同的形狀和尺寸。
[0051]用于防止冷卻流體流出面對膜電極接合體30的活性區(qū)域的防止流動漫延部Cl、C2形成于隔離體40、41中的隔離體41的兩側(cè)部(其中一個側(cè)部未示出)。
[0052]該實施方式所示的防止流動漫延部C1、C2在發(fā)電用氣體的流動方向Y上以預(yù)定間隔形成為突出到之后描述的冷卻流體通道Si中。
[0053]每個防止流動漫延部Cl形成為在平面圖中具有大致三角輪廓且從位移吸收體BI的側(cè)周緣51d(見圖5)到活性區(qū)域a具有LI的長度(見圖8)。每個防止流動漫延部Cl布置于冷卻流體通道SI的流動開始端(圖4中的下端)。
[0054]此外，每個防止流動漫延部Cl的傾斜片41e的基端41e’ (見圖4)位于流動方向Y上的末端41e”的上游。這使得流過冷卻流體通道SI的冷卻流體靠近活性區(qū)域a流動。
[0055]每個防止流動漫延部C2形成為在平面圖中具有如下輪廓且被形成為從上述側(cè)周緣51d到靠近活性區(qū)域a的部分具有L2的長度(見圖5):該輪廓具有大致長孔形狀。每個防止流動漫延部C2被布置成面對之后將詳細(xì)描述的位移吸收體BI的平坦片55c的相應(yīng)一個平坦片。
[0056]在如上構(gòu)造的電池單元Al中，含氫氣體或含氧氣體從電池框架42的一個端部流向另一個端部，或者從另一個端部流向一個端部。換句話說，發(fā)電用氣體沿流動方向Y流動。
[0057]上述電池框架42和兩個隔離體40、41在其周緣經(jīng)受密封從而以液密的方式接合在一起且由此形成電池單元Al。
[0058]在一個層疊于另一個的電池單元Al、Al之間，各個電池單元Al、Al的隔離體40、41以氣密和液密的方式接合，以在兩隔離體之間形成用于冷卻流體流動的冷卻流體通道
SI(見圖5-圖8)。
[0059]此外，電池框架42的歧管部H和隔離體40、41的歧管部H彼此連通，且由此形成沿電池單元Al的層疊方向X延伸的氣體流動端口和冷卻流體流動端口(未示出)。
[0060]該實施方式示出的第一示例的位移吸收體BI被插入在彼此相鄰的電池單元Al、Al之間限定的冷卻流體通道SI。
[0061]位移吸收體BI被構(gòu)造成彈性吸收電池單元Al的沿電池單元Al的層疊方向X的位移，且多個彈性突起50形成且排列于基板51的一側(cè)的表面(圖中的上側(cè))。
[0062]此外，如圖9所示,形成了多個防止流動漫延突起55并且該多個防止流動漫延突起55沿著基板51的與冷卻流體的流動方向Y平行的周緣51C排列。
[0063]彈性突起50沿冷卻流體流過上述冷卻通道SI的流動方向Y延伸且沿流動方向Y和與流動方向Y垂直的方向Z以預(yù)定間隔配置。
[0064]彈性突起50與由可導(dǎo)電金屬板形成的基板51 —體形成。彈性突起50相對于與冷卻流體流過冷卻流體通道SI的流動方向Y平行的平面以相同的方向傾斜，且形成為具有相同形狀和尺寸的板狀體。
[0065]每個彈性突起50通過以如下方式從基板51切出并向上彎曲而一體形成:彈性突起50在沿流動方向Y看的視圖中具有縱向矩形形狀，且在沿與流動方向Y垂直的方向Z看的視圖中具有平緩的S形。
[0066]防止流動漫延突起55被設(shè)置成防止冷卻流體流出到除面對膜電極接合體30的活性區(qū)域(發(fā)電區(qū)域)以外的部分。形成防止流動漫延突起55，并且防止流動漫延突起55以如下方式沿著基板51的周緣51c排列:多個防止流動漫延突起55沿流動方向Y以預(yù)定間隔排列在上述冷卻流體通道SI的兩側(cè)的每側(cè)。
[0067]防止流動漫延突起55與上述基板51—體形成。防止流動漫延突起55相對于與流動方向Y平行的平面以相同的方向傾斜，且被形成為具有相同形狀和尺寸的板狀體。
[0068]具體地,每個防止流動漫延突起55通過一體地包括如下部件形成:連接于上述基板51的平坦片(中央平坦片)55c、自平坦片55c延伸同時朝向一側(cè)(圖9的上側(cè))傾斜的上游片55a以及自平坦片55c延伸同時朝向另一側(cè)(圖9的下側(cè))傾斜的下游片55b。
[0069]注意，上游片55a和下游片55b可在上游和下游方向上相反地形成。
[0070]更具體地，在平坦片55c連接于基板51的肋51a的情況下，上游片55a被切出且朝向基板51的一側(cè)向上彎曲，且下游片55b被切出且朝向基板51的另一側(cè)向下彎曲。注意，平坦片55c設(shè)置于與上述基板51相同的平面。
[0071]換句話說，每個防止流動漫延突起55在沿流動方向Y看的視圖中具有水平矩形形狀，且被設(shè)定成平緩傾斜的姿態(tài)，其中每個防止流動漫延突起55在沿垂直于流動方向Y的方向Z看的視圖中相對于流動方向Y形成預(yù)定的迎角(angle of attack)。
[0072]上述彈性突起50和防止流動漫延突起55可通過彎曲如下部分而被形成為具有較精細(xì)結(jié)構(gòu):通過諸如沖壓等切割處理和諸如蝕刻等涉及移除材料的處理來修剪的部分。
[0073]如圖4所示，上述位移吸收體BI以如下方式布置于冷卻流體通道S1:基板51以彈性突起50的上周緣50a以及防止流動漫延突起55的上游片55a與隔離體41接觸的方式與隔離體40接觸。
[0074]此外，如圖5和7所示，每個防止流動漫延部C2均與防止流動漫延突起55中的相應(yīng)一個防止流動漫延突起的平坦片55c接觸。這減小了發(fā)電用氣體流動并碰撞防止流動漫延突起55時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩(angular moment)的影響和類似影響。
[0075]根據(jù)上述第一實施方式的燃料電池堆10可獲得如下效果。
[0076]能夠通過防止冷卻流體漫延出活性區(qū)域而提高冷卻效率，并由此提高發(fā)電效率。
[0077]能夠利用形成為凸部的防止流動漫延部C2來向下保持防止流動漫延突起55,并由此能夠減小或防止由于防止流動漫延突起55產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩的影響以及類似影響導(dǎo)致的位移。
[0078]接著，參照圖10和圖11描述第二示例的位移吸收體。圖10是第二示例的位移吸收體的局部立體圖。圖11是沿著圖10所示的V1-VI線的部分的放大截面圖。與上述實施方式中的部分相同的部分被賦予相同的附圖標(biāo)記，且省略對其的描述。
[0079]在第二示例的位移吸收體B2中，只有彈性突起50與上述由可導(dǎo)電金屬板制成的基板51 —體形成。換句話說，位移吸收體B2沒有設(shè)置上述防止流動漫延突起。
[0080]用于對齊位移吸收體B2的對齊部52形成于上述基板51的一個側(cè)片51b中。該示例的對齊部52形成為圓形孔，但是可形成為任意公知形狀。
[0081]同時，被構(gòu)造成與形成為圓形孔的對齊部52接合且還作為防止流動漫延部的圓筒形配合部53(見圖11)在面對對齊部52的位置形成于隔離體40。
[0082]換句話說，可通過使隔離體40的配合部53和對齊部52彼此接合來使隔離體40和位移吸收體B2彼此容易地對齊。
[0083]接著，參照圖12-圖14B描述第三示例的位移吸收體。圖12是第三示例的位移吸收體的局部立體圖，且圖13是與沿著圖4所示的I1-1I線的部分對應(yīng)的部分的截面圖。此夕卜，圖14A是示意性示出第三示例的隔離體側(cè)配合部形成于位移吸收體的形成位置的示例的平面圖，圖14B是示意性示出隔離體側(cè)配合部的形成位置的另一示例的平面圖。
[0084]與圖1-圖11中描述的部分相同的部分被賦予相同的附圖標(biāo)記，且省略對其的描述。
[0085]第三示例的位移吸收體B3具有類似于上述位移吸收體BI的構(gòu)造，但是不同之處在于防止流動漫延突起55A設(shè)置有用于使位移吸收體B3相對于隔離體40 (41)對齊的位移吸收體側(cè)配合部55e。
[0086]位移吸收體側(cè)配合部55e設(shè)置于防止流動漫延突起55A且由此設(shè)置于活性區(qū)域a的外側(cè)。
[0087]每個位移吸收體側(cè)配合部55e形成為從防止流動漫延突起55A的平坦片(中央平坦片)55c的外緣向其中間部延伸的槽形。
[0088]同時，在隔離體41的與平坦片55c面對并接觸的防止流動漫延部C2中，與位移吸收體側(cè)配合部55e接合的具有帶底的圓筒形隔離體側(cè)配合部41f (見圖13)形成為朝向基板51突出。
[0089]在該實施方式中，位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)60由隔離體側(cè)配合部41f和位移吸收體側(cè)配合部55e形成。
[0090]具體地，可通過隔離體側(cè)配合部41f和位移吸收體側(cè)配合部55e彼此接合來使隔離體41 (40)和位移吸收體B3彼此對齊。
[0091]在該實施方式中，位移吸收體側(cè)配合部55e以及位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)60形成為兩個或更多個防止流動漫延突起55A、55A。
[0092]位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)60被設(shè)置于排列的多個防止流動漫延突起55A、55A中的一些防止流動漫延突起55A、55A，該一些防止流動漫延突起55A、55A包括在流動方向Y上的上游側(cè)端部位置和下游側(cè)端部位置的防止流動漫延突起55A、55A。
[0093]具體地，位移吸收體側(cè)配合部55e以及位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)60設(shè)置于、一個周緣51c的位于流動方向Y的上游側(cè)端位置的由(a)表示的防止流動漫延突起55A以及另一個周緣51c的位于流動方向Y的下游側(cè)端位置的由(b)表示的防止流動漫延突起55A,該一個周緣51c和該另一個周緣51c是基板51的與流動方向Y平行的兩個周緣。
[0094]此外，如圖14B所示，位移吸收體側(cè)配合部55e以及位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)60設(shè)置于、一個周緣51c的位于流動方向Y的上游側(cè)端位置的由(c)表示的防止流動漫延突起55A以及一個周緣51c的位于流動方向Y的下游側(cè)端位置的由(b)表示的防止流動漫延突起55A，該一個周緣51c是基板51的與流動方向Y平行的兩個周緣中的一個周緣。
[0095]由此可更確定地進(jìn)行位移吸收體的對齊。
[0096]圖15A是本發(fā)明的第二實施方式的燃料電池堆的局部截面圖，圖15B是用于說明冷卻流體通道和彼此相鄰的隔離體的立體圖，圖15C是示出冷卻流體的取決于存在和不存在防止流動漫延突起的流量比的圖。圖16A是用于說明形成圖15A所示的燃料電池堆的一部分的第四示例的位移吸收體的立體圖，且圖16B是該位移吸收體的側(cè)視圖。
[0097]與上述實施方式描述的部分相同的部分被賦予相同的附圖標(biāo)記，且省略對其的描述。
[0098]該實施方式中的隔離體40、41由不銹鋼制成，且通過壓制形成為具有彼此對稱的形狀。
[0099]隔離體40、41均以如下方式形成:與膜電極接合體30對應(yīng)的部分具有波形。由此用于陽極氣體(含氫氣體)和陰極氣體(含氧氣體:空氣)的氣體通道S1、S2通過使用波形的凹部形成于隔離體40、41和膜電極接合體30之間。圖15A中，垂直于紙面的方向是氣體的流動方向。
[0100]在兩個隔離體40、41中，從膜電極接合體30的外周部到電池框架42的端部的部分是平坦部40a、41a。由于隔離體40、41的對應(yīng)于膜電極接合體30的部分具有波形，因此平坦部40a、41a與氣體通道S2側(cè)的波形凸部的頂部在相同的平面。
[0101]因此，在隔離體40、41中，平坦部40a、41a與電池框架42和膜電極接合體30面接觸，且將電池框架42和膜電極接合體30保持隔離體40、41之間。
[0102]隔離體40、41在平坦部40a、41a的中間區(qū)域具有向內(nèi)側(cè)開口的槽部40b、41b。將電池框架42氣密地保持于其間的氣密件(gas seal)60、60分別布置于槽部40b、41b。
[0103]此外，在彼此相鄰的各個電池單元Al的隔離體40、41中，密封構(gòu)件61、61布置于槽部40b、41b的外側(cè)，密封構(gòu)件61、61以液密的方式密封槽部40b、41b之間的空間。
[0104]此外，由于隔離體40、41具有彼此對稱的形狀，因此平坦部40a、41a之間的間隔大于在層疊的電池單元Al之間形成的冷卻流體通道SI中的、與膜電極接合體30對應(yīng)的波形部分的間隔。
[0105]換句話說，在冷卻流體通道SI中，沿作為垂直于紙面的方向的流動方向Y延伸的端部(邊緣部)的間隔大。因此，有利于冷卻流體在平坦部40a、41a之間的空間中的流動。在這方面，燃料電池堆10設(shè)置有在冷卻流體通道SI的端部包括防止流動漫延突起55的位移吸收體B4。
[0106]如圖16A和16B所示，第四示例的位移吸收體B4由可導(dǎo)電金屬板形成，且具有如下結(jié)構(gòu):多個彈性突起50以陣列方式配置于基板51的一個表面。
[0107]具體地,該實施方式中的彈性突起50被排列成形成突起列Cl至C4,該突起列均通過將多個彈性突起50設(shè)置成沿著流動方向Y延伸的陣列形成。
[0108]形成突起列Cl的彈性突起50相對于與冷卻流體流過冷卻流體通道SI的流動方向Y平行的平面以相同的方向傾斜，且形成為具有形同形狀和尺寸的板狀體。
[0109]具體地，這些彈性突起50以如下方式排列:在每個彈性突起50中形成銳角的板面部面朝流動方向Y的下游側(cè)。
[0110]形成突起列C2的彈性突起50相對于與冷卻流體的流動方向Y平行的平面以與突起列Cl的傾斜方向相反的方向傾斜，且形成為具有相同形狀和尺寸的板狀體。
[0111]換句話說，形成突起列C2的彈性突起50以如下方式排列:在每個彈性突起50中形成銳角的板面部面朝流動方向Y的上游側(cè)。
[0112]在該實施方式中，奇數(shù)列C1、C3的彈性突起50均以如下方式傾斜:在彈性突起中形成銳角的板面部面朝流動方向Y的下游側(cè)，偶數(shù)列C2、C4的彈性突起50均以如下方式傾斜:在彈性突起中形成銳角的板面部面朝流動方向Y的上游側(cè)。
[0113]此外，上述防止流動漫延突起55在位移吸收體B4的沿流動方向Y延伸的端部(沿豎向延伸的端部)中以預(yù)定間隔與位移吸收體B4 —體形成。
[0114]位移吸收體B4介于被包含于彼此相鄰的相應(yīng)電池單元Al、Al的隔離體40、41之間，且防止流動漫延突起55存在于隔離體40、41的平坦部40a、41a之間。在這種情況下，位移吸收體B4以如下方式布置于冷卻流體通道SI中:基板51布置于與電池單元Al的活性區(qū)域(發(fā)電區(qū)域)對應(yīng)的部分-即布置于膜電極接合體30，且防止流動漫延突起55布置于平坦部40a、41a_即布置于與電池單元Al的活性區(qū)域(發(fā)電區(qū)域)的外側(cè)的區(qū)域相對應(yīng)的部分。
[0115]在具有上述構(gòu)造的燃料電池堆10中，陽極氣體和陰極氣體被供給到每個電池單元Al以通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電能進(jìn)行發(fā)電。此外，冷卻流體流過彼此相鄰的電池單元AUAl之間的冷卻流體通道SI以冷卻電池單元Al。
[0116]此時，在燃料電池堆10中，與位移吸收體B4 —體的防止流動漫延突起55阻止了冷卻流體在平坦部40a、41a之間的部分-即在與每個電池單元Al的活性區(qū)域(發(fā)電區(qū)域)外側(cè)的區(qū)域?qū)?yīng)的部分的流動。因此，足量的冷卻流體流過與電池單元Al的發(fā)電區(qū)域?qū)?yīng)的部分。由此可以提高燃料電池堆10的冷卻效率。
[0117]可根據(jù)如上構(gòu)造的燃料電池堆獲得如下效果。
[0118]如圖15C所示，在冷卻流體通道SI中，觀察冷卻流體流過除非反應(yīng)表明以外(除發(fā)電區(qū)域以外)的部分的流量比(圖15C中的縱軸)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與不設(shè)置防止流動漫延突起55的情況(由圖15C中的附圖標(biāo)記BTN表示)相比，在設(shè)置防止流動漫延突起55的情況(由圖15C中的附圖標(biāo)記BTA表示)下，流量比變小。換句話說，發(fā)現(xiàn)在冷卻流體通道SI中，增加了冷卻流體流過與電池單元Al的發(fā)電區(qū)域?qū)?yīng)的部分的流量比，且由此提高了冷卻效率。
[0119]如上述，位移吸收體B4可促進(jìn)冷卻，并且此外位移吸收體B4可吸收由于電池單元Al內(nèi)部的熱膨脹、膜電極接合體30的膨脹等導(dǎo)致的隔離體40、41的位移。位移吸收體B4在基板51包括多個彈性突起50。此外，位移吸收體B4的防止流動漫延突起55具有懸臂結(jié)構(gòu)，且防止流動漫延突起55還具有彈簧功能。因此，可在廣泛范圍內(nèi)獲得隔離體40、41的位移吸收功能。
[0120]每個電池單元Al包括具有彼此對稱形狀且具有與電池框架42和膜電極接合體30面接觸的平坦部40a、41a的隔離體40、41。因此，可使電池單元Al薄。此外，可防止當(dāng)電池單元Al變薄時冷卻流體的流動漫延(邊緣流動)變得顯著，由此可提高冷卻效率。
[0121]防止流動漫延突起55阻止了冷卻流體在與電池單元Al的發(fā)電區(qū)域外側(cè)的區(qū)域?qū)?yīng)的部分的流動，且由此提高了冷卻效率。此外，防止流動漫延突起55可吸收由于電池單元Al內(nèi)部的熱膨脹、膜電極接合體30的膨脹等導(dǎo)致的隔離體40、41的位移。
[0122]由于防止流動漫延突起55與位移吸收體B4 —體，因此與防止流動漫延突起55對應(yīng)的隔離部分不是必需的，且能夠減小部件的數(shù)量和燃料電池堆10的制造成本。
[0123]除了上述的位移吸收功能和冷卻促進(jìn)功能之外，位移吸收體B4還可確保各種功能，其包括將電池單元Al彼此電連接的連接件功能和以簡單的結(jié)構(gòu)充分吸收層疊方向上的位移的功能。此外，由于彈性突起50和防止流動漫延突起55可一體形成，因此位移吸收體B4的制造成本低。
[0124]此外，在位移吸收體B4中，彈性突起50具有簡單的結(jié)構(gòu)。因此，能夠以小節(jié)距形成彈簧功能部50且能夠減小其彈簧剛性。當(dāng)彈簧剛性小時，彈簧特性使得相對于位移的負(fù)載變化小。由于表面壓力的變化小，因此即使當(dāng)存在操作期間的壓縮方向上的移位或者由于老化導(dǎo)致的永久設(shè)定時，部件的電接觸阻抗也穩(wěn)定。
[0125]接著，參照圖17、18A和18B描述第五示例的位移吸收體B5。圖17是本發(fā)明的第三實施方式的燃料電池堆的局部截面圖。圖18A是用于說明形成圖17所示的燃料電池堆的一部分的第五示例的位移吸收體的立體圖，且圖18B是該位移吸收體的側(cè)視圖。
[0126]與上述實施方式的部分相同的部分被賦予相同的實施方式，且省略對其的描述。
[0127]如圖18A和18B所示，第五示例的位移吸收體B5由可導(dǎo)電金屬板形成，且具有如下結(jié)構(gòu):多個彈性突起54以陣列方式配置于基板51的一個表面。
[0128]具體地，在該實施方式中，彈性突起54排列以形成突起列C1-C4，每個突起列通過將彈性突起54設(shè)置成沿流動方向Y延伸的列而形成。
[0129]每個突起列C1-C4通過交替配置朝向與流動方向Y正交的正交方向Z2傾斜的彈性突起54和朝向與正交方向Z2相反的正交方向Zl傾斜的彈性突起54來形成。
[0130]具體地，每個突起列C1-C4通過在流動方向Y上交替配置、形成銳角的板面部面朝垂直方向Zl的彈性突起54和形成銳角的板面部面朝垂直方向Z2的彈性突起54來形成。
[0131]防止流動漫延突起55B在位移吸收體B5的沿流動方向Y延伸的端部(在豎向上延伸的端部)、以預(yù)定間隔與位移吸收體B5 —體形成。
[0132]防止流動漫延突起55B與形成在基板51的一側(cè)部的階梯部51a—體形成。防止流動漫延突起55B相對于與流動方向Y平行的平面朝向相同的方向傾斜，且被形成為具有相同形狀和尺寸的板狀體。
[0133]具體地，每個防止流動漫延突起55B通過一體包括連接于基板51的平坦片55c和在朝向一側(cè)傾斜的同時從平坦片55c延伸的上游片55a形成。
[0134]換句話說，在平坦片55c連接于基板51的情況下，上游片55a被切出并朝向基板51的一側(cè)向上彎曲。
[0135]根據(jù)使用上述位移吸收體B5的燃料電池堆可獲得如下效果。
[0136]如上述實施方式，足量的冷卻流體流過與電池單元Al的發(fā)電區(qū)域(活性區(qū)域)對應(yīng)的部分，且由此能夠提高冷卻效率。
[0137]此外，除了改善冷卻以外，還能夠吸收由于電池單元Al內(nèi)部的熱膨脹、膜電極接合體30的膨脹等導(dǎo)致的隔離體40、41的位移。
[0138]將一個電池單元Al保持于其間的成對的位移吸收體B5、B5可在彈性突起54和防止流動漫延突起55B的配置方面不同。這改變了冷卻流體在電池單元Al的兩側(cè)的流動狀態(tài)，且因此能夠從兩側(cè)提高冷卻效率。
[0139]此外，相對于燃料電池堆10整體，通過彈性突起54和防止流動漫延突起55B設(shè)置的支撐點被分布成位于多個位置。這能夠有助于進(jìn)一步提高位移吸收功能。
[0140]本發(fā)明不限于上述實施方式，且可進(jìn)行如下修改的實施方式。
[0141]在上述實施方式中，給出了防止流動漫延部形成于兩個隔離體中的一者的示例的描述。然而，防止流動漫延部可形成于兩個隔離體這兩者。在這種情況下，可進(jìn)一步減小冷卻流體的流動漫延。
[0142]在上述實施方式中，給出了位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)形成于排列的多個防止流動漫延突起中的在流動方向Y上的上游側(cè)端位置和下游側(cè)端位置的每個防止流動漫延突起的示例的描述。然而，自然地，位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)可設(shè)置于三個或更多個防止流動漫延突起。
[0143]日本專利申請2012-058690號(2012年3月15日遞交)、日本專利申請2012-071146號(2012年3月27日遞交)和日本專利申請2012-251803號(2012年11月16日遞交)的所有內(nèi)容通過引用包含于此。
[0144]盡管以上參照實施方式和示例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此，且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，可進(jìn)行各種不同變型和改進(jìn)。
[0145]附圖標(biāo)記列表
[0146]10燃料電池堆
[0147]30膜電極接合體
[0148]40,41 隔離體
[0149]40a、41a 平坦部
[0150]41f 隔離體側(cè)配合部
[0151]42電池框架
[0152]50彈性突起
[0153]51基板
[0154]52對齊部
[0155]55b 上游片
[0156]55b下游片
[0157]55c平坦片(中央平坦片)
[0158]55e 位移吸收體側(cè)配合部
[0159]55、55a、55b防止流動漫延突起
[0160]60位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)
[0161]Al電池單元
[0162]B1-B5 位移吸收體
[0163]C1、C2 防止流動漫延部
[0164]SI 冷卻流體通道
[0165]a 活性區(qū)域
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池堆，其包括: 多個電池單元，其彼此層疊且每個所述電池單元均包括膜電極接合體和在所述膜電極接合體的兩側(cè)限定氣體通道的兩個隔離體； 冷卻流體通道，其用于使冷卻流體流動且所述冷卻流體通道設(shè)置在所述多個電池單元的相鄰的每兩個所述電池單元的所述隔離體之間；和 位移吸收體，其設(shè)置于所述冷卻流體通道中，其中所述位移吸收體包括: 多個彈性突起，其設(shè)置成陣列且被構(gòu)造成彈性地吸收所述電池單元的層疊方向上的位移，和 多個防止流動漫延突起，其設(shè)置成陣列且被構(gòu)造成防止所述冷卻流體流出活性區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于，所述彈性突起設(shè)置于所述位移吸收體的基板的表面，且 每個所述防止流動漫延突起包括固定于所述基板的平坦片和從所述平坦片延伸的上游片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池堆，其特征在于，所述膜電極接合體安裝于電池框架，且 所述兩個隔離體中的每個隔離體包括平坦部，所述平坦部與所述電池框架和所述膜電極接合體面接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的燃料電池堆，其特征在于，所述兩個隔離體中的至少一個隔離體包括防止流動漫延部，所述防止流動漫延部被構(gòu)造成防止所述冷卻流體流出所述活性區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的燃料電池堆，其特征在于，所述兩個隔離體中的每個隔離體包括防止流動漫延部，所述防止流動漫延部被構(gòu)造成防止所述冷卻流體流出所述活性區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的燃料電池堆，其特征在于，所述防止流動漫延部與所述位移吸收體接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中任意一項所述的燃料電池堆，其特征在于，每個所述防止流動漫延部是突出到所述冷卻流體通道中的凸部。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任意一項所述的燃料電池堆，其特征在于，所述位移吸收體包括用于將所述位移吸收體與所述防止流動漫延部對齊的對齊部。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-8中任意一項所述的燃料電池堆，其特征在于，所述防止流動漫延部與所述防止流動漫延突起接觸，從而防止由于所述冷卻流體碰撞所述防止流動漫延突起導(dǎo)致的所述防止流動漫延突起的位移。
10.根據(jù)權(quán)利要求4-9中任意一項所述的燃料電池堆，所述燃料電池堆進(jìn)一步包括位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)，所述位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)用于使所述位移吸收體相對于所述隔離體對齊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池堆，其特征在于，所述位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述活性區(qū)域的外側(cè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的燃料電池堆，其特征在于，所述位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)包括隔離體側(cè)配合部和位移吸收體側(cè)配合部，所述隔離體側(cè)配合部和所述位移吸收體側(cè)配合部彼此接合以將所述隔離體和所述位移吸收體對齊。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任意一項所述的燃料電池堆，其特征在于，所述防止流動漫延突起沿著形成所述彈性突起的所述基板的側(cè)緣形成并且排列，所述側(cè)緣與所述冷卻流體的流動方向平行， 所述防止流動漫延突起分別包括:中央平坦片，其連接于所述基板；上游片，其在朝向一側(cè)傾斜的同時從所述中央平坦片延伸；以及下游片，所述下游片在朝向另一側(cè)傾斜的同時從所述平坦片延伸，且 所述中央平坦片、所述上游片和所述下游片彼此一體形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任意一項所述的燃料電池堆，其特征在于，所述位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)設(shè)置成多個，且所述防止流動漫延突起中的兩個或更多個所述防止流動漫延突起包括所述位移吸收體對齊結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池堆，其特征在于，所述防止流動漫延突起中的兩個或更多個所述防止流動漫延突起包括排列的所述防止流動漫延突起的位于所述冷卻流體的流動方向的上游側(cè)端和下游側(cè)端的防止流動漫延突起。
【文檔編號】H01M8/02GK104170135SQ201380013980
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月15日
【發(fā)明者】入月桂太, 福山陽介 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社