燃料電池堆的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃料電池堆。燃料電池堆(10)具備層疊有多個(gè)發(fā)電單元(12)而成的層疊體(14)。在層疊體(14)的一端層疊接線板(16a)、絕緣構(gòu)件(18a)以及端板(20a)。在層疊體(14)的另一端層疊接線板(16b)、絕緣構(gòu)件(18b)以及端板(20b)。在絕緣構(gòu)件(18a)與端板(20a)之間形成有沿著該端板(20a)的板面方向使冷卻介質(zhì)流通的冷卻介質(zhì)通路(66)。
【專利說(shuō)明】燃料電池堆

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料電池堆，該燃料電池堆具備發(fā)電單元，該發(fā)電單元具有在電解質(zhì)的兩側(cè)配置電極的電解質(zhì)/電極構(gòu)造體和隔板，在層疊多個(gè)所述發(fā)電單元而成的層疊體的層疊方向兩側(cè)配置有接線板、絕緣構(gòu)件以及端板。

【背景技術(shù)】
[0002]例如，固體高分子型燃料電池采用由高分子離子交換膜構(gòu)成的固體高分子電解質(zhì)膜。該燃料電池具備電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體(MEA)，該電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體(MEA)在固體高分子電解質(zhì)膜的兩側(cè)分別配置具有電極催化劑(電極催化劑層)以及多孔質(zhì)碳(氣體擴(kuò)散層)的陽(yáng)電極與陰電極。電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體通過由隔板(雙極板)夾持來(lái)設(shè)置發(fā)電單元。
[0003]通常，具備層疊有規(guī)定數(shù)量的發(fā)電單元的層疊體，并且在所述層疊體的層疊方向兩側(cè)配置接線板、絕緣板以及端板，從而構(gòu)成燃料電池堆。該燃料電池堆例如用作搭載于燃料電池電動(dòng)車的車載用燃料電池堆。
[0004]對(duì)于燃料電池堆而言，存在有因向外部的放熱而容易引起溫度比其他發(fā)電單元低的發(fā)電單元。例如，配置在層疊方向端部的發(fā)電單元(以下，也稱作端部發(fā)電單元)從與該發(fā)電單元鄰接的接線板、端板等逸散的熱量較多，上述的溫度降低變得顯著。
[0005]對(duì)此，例如，已知有日本特開2001-068141號(hào)公報(bào)所公開的燃料電池。如圖11所示，該燃料電池具備層疊有多個(gè)單體單元I的層疊體2。在層疊體2的層疊方向兩端設(shè)有一對(duì)集電板3a、3b，在所述集電板3a、3b的外側(cè)設(shè)有電絕緣用的一對(duì)絕緣板4a、4b。
[0006]在絕緣板4a、4b的外側(cè)配置有歧管板5a、5b,通過所述歧管板5a、5b向燃料電池整體賦予緊固力。
[0007]在各單體單元I上，沿著電極面方向形成有冷卻水流路6，并且所述冷卻水流路6的入口以及出口與冷卻水供給歧管7a以及導(dǎo)水歧管7b連通。
[0008]在歧管板5a上形成有冷卻水入口 8a與冷卻水出口 8b。冷卻水入口 8a與冷卻水供給歧管7a連通，該冷卻水供給歧管7a在層疊方向上連通，另一方面，冷卻水出口 Sb經(jīng)由在上下方向上折回地形成在歧管板5b上的冷卻水流路9而與導(dǎo)水歧管7b連通。
[0009]然而，在上述的日本特開2001-068141號(hào)公報(bào)中，尤其是在歧管板5b上形成有在上下方向上折回的冷卻水流路9，所述歧管板5b的厚度(層疊方向的尺寸)變得相當(dāng)大。因此，作為燃料電池整體在層疊方向上容易長(zhǎng)條化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)所述燃料電池的小型化，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明用于解決此類問題，其目的在于提供一種燃料電池堆，其以簡(jiǎn)單且緊湊的結(jié)構(gòu)，能夠良好地對(duì)端部發(fā)電單元進(jìn)行保溫，從而能夠維持所希望的發(fā)電性能。
[0011]本發(fā)明所涉及的燃料電池堆具備發(fā)電單元，該發(fā)電單元具有在電解質(zhì)的兩側(cè)配置電極而成的電解質(zhì)/電極構(gòu)造體和隔板。在層疊多個(gè)發(fā)電單元的層疊體的層疊方向兩側(cè)配置有接線板、絕緣構(gòu)件以及端板。
[0012]在燃料電池堆中，設(shè)有使冷卻介質(zhì)沿著電極面方向流通的冷卻介質(zhì)流路和與所述冷卻介質(zhì)流路連通且使所述冷卻介質(zhì)在層疊方向上流通的冷卻介質(zhì)連通孔。而且，在絕緣構(gòu)件與端板之間形成有使冷卻介質(zhì)沿著該端板的板面方向流通的冷卻介質(zhì)通路。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，在絕緣構(gòu)件與端板之間形成有冷卻介質(zhì)通路。因此，冷卻介質(zhì)通路的結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)可靠地阻止配置在層疊體端部的端部發(fā)電單元的溫度降低，從而能夠維持良好的發(fā)電性能。并且，在燃料電池堆的端部不需要專用的保溫用板等，所述燃料電池堆的結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，并且能夠容易地實(shí)現(xiàn)小型化。
[0014]上述的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)由參照附圖而說(shuō)明的以下的實(shí)施方式的說(shuō)明予以明確。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的燃料電池堆的分解概要立體圖。
[0016]圖2是所述燃料電池堆的圖1中的I1-1I線剖視圖。
[0017]圖3是構(gòu)成所述燃料電池堆的發(fā)電單元的分解立體說(shuō)明圖。
[0018]圖4是構(gòu)成所述燃料電池堆的一方的絕緣構(gòu)件與蓋構(gòu)件的分解立體說(shuō)明圖。
[0019]圖5是構(gòu)成所述燃料電池堆的另一方的絕緣構(gòu)件與蓋構(gòu)件的分解立體說(shuō)明圖。
[0020]圖6是所述另一方的絕緣構(gòu)件側(cè)的圖1中的V1-VI線剖視圖。
[0021]圖7是構(gòu)成本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的燃料電池堆的絕緣構(gòu)件與蓋構(gòu)件的分解立體說(shuō)明圖。
[0022]圖8是本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的燃料電池堆的分解概要立體圖。
[0023]圖9是所述燃料電池堆的、圖8中的IX-1X線剖視圖。
[0024]圖10是構(gòu)成所述燃料電池堆的蓋構(gòu)件的主視說(shuō)明圖。
[0025]圖11是日本特開2001-068141號(hào)公報(bào)所公開的燃料電池的概要說(shuō)明圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1所示，本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的燃料電池堆10具備多個(gè)發(fā)電單元12在水平方向(箭頭A方向)、或者垂直方向(箭頭C方向)上層疊而成的層疊體14。
[0027]在層疊體14的層疊方向(箭頭A方向)一端，接線板16a、絕緣構(gòu)件18a、蓋構(gòu)件70(見后述)以及端板20a朝向外側(cè)依次配置。在層疊體14的層疊方向另一端，接線板16b、絕緣構(gòu)件18b、蓋構(gòu)件80 (在后面進(jìn)行說(shuō)明)以及端板20b朝向外側(cè)依次配置(參照?qǐng)D1以及圖2)。
[0028]燃料電池堆10例如由包括作為端板的長(zhǎng)方形的端板20a、20b在內(nèi)的箱狀外殼(未圖示)一體保持。需要說(shuō)明的是，燃料電池堆10也可以由例如沿著箭頭A方向延伸的多個(gè)貫穿螺栓(未圖示)一體地緊固保持。
[0029]如圖2以及圖3所示，發(fā)電單元12設(shè)有第一金屬隔板22、第一電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體(電解質(zhì)/電極構(gòu)造體)(MEA) 24a、第二金屬隔板26、第二電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體(MEA) 24b以及第三金屬隔板28。第一金屬隔板22、第二金屬隔板26以及第三金屬隔板28例如是鋼板、不銹鋼板、鋁板、電鍍處理鋼板等的縱長(zhǎng)形狀的金屬板，但也可以使用碳隔板。需要說(shuō)明的是，發(fā)電單元也可以是將一個(gè)MEA夾持兩個(gè)隔板之間而成。
[0030]如圖2所示，第一電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24a以及第二電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24b例如具備向全氟磺酸的薄膜浸入水而成的固體高分子電解質(zhì)膜30。固體高分子電解質(zhì)膜30由陽(yáng)電極32以及陰電極34夾持。陽(yáng)電極32是具有比陰電極34小的平面尺寸的階梯差MEA，但與之相反，也可以具有比所述陰電極34大的平面尺寸。
[0031]陽(yáng)電極32以及陰電極34具有由碳紙等構(gòu)成的氣體擴(kuò)散層(未圖示)和將在表面擔(dān)載有鉬合金的多孔質(zhì)碳粒子均勻地涂敷于所述氣體擴(kuò)散層的表面而形成的電極催化劑層(未圖示)。電極催化劑層形成于固體高分子電解質(zhì)膜30的兩面。
[0032]如圖3所示，在發(fā)電單元12的長(zhǎng)邊方向(箭頭C方向)的上端緣部，以沿層疊方向、即箭頭A方向彼此連通的方式設(shè)有氧化劑氣體入口連通孔36a以及燃料氣體入口連通孔38a。氧化劑氣體入口連通孔36a供給氧化劑氣體、例如含氧氣體。燃料氣體入口連通孔38a供給燃料氣體、例如含氫氣體。
[0033]在發(fā)電單元12的長(zhǎng)邊方向(箭頭C方向)的下端緣部，以沿箭頭A方向彼此連通的方式設(shè)有排出燃料氣體的燃料氣體出口連通孔38b以及排出氧化劑氣體的氧化劑氣體出口連通孔36b。在發(fā)電單元12的短邊方向(箭頭B方向)的兩端緣部上方，以沿箭頭A方向彼此連通的方式設(shè)有供給冷卻介質(zhì)的一對(duì)冷卻介質(zhì)入口連通孔40a。在發(fā)電單元12的短邊方向的兩端緣部下方，以沿箭頭A方向彼此連通的方式設(shè)有排出冷卻介質(zhì)的一對(duì)冷卻介質(zhì)出口連通孔40b。需要說(shuō)明的是，也可以調(diào)換燃料氣體入口連通孔38a與燃料氣體出口連通孔38b。
[0034]在第一金屬隔板22的朝向第一電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24a的面22a上形成有將燃料氣體入口連通孔38a與燃料氣體出口連通孔38b連通的第一燃料氣體流路42。
[0035]燃料氣體入口連通孔38a與第一燃料氣體流路42經(jīng)由多個(gè)入口連結(jié)流路43a連通，另一方面，燃料氣體出口連通孔38b與所述第一燃料氣體流路42經(jīng)由多個(gè)出口連結(jié)流路43b連通。入口連結(jié)流路43a以及出口連結(jié)流路43b由蓋體45a以及蓋體45b覆蓋。在第一金屬隔板22的面22b上形成有將一對(duì)冷卻介質(zhì)入口連通孔40a與一對(duì)冷卻介質(zhì)出口連通孔40b連通的冷卻介質(zhì)流路44的一部分。
[0036]在第二金屬隔板26的朝向第一電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24a的面26a上形成有將氧化劑氣體入口連通孔36a與氧化劑氣體出口連通孔36b連通的第一氧化劑氣體流路46。
[0037]在第二金屬隔板26的朝向第二電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24b的面26b上形成有將燃料氣體入口連通孔38a與燃料氣體出口連通孔38b連通的第二燃料氣體流路48。燃料氣體入口連通孔38a與第二燃料氣體流路48經(jīng)由多個(gè)入口連結(jié)流路47a連通，另一方面，燃料氣體出口連通孔38b與所述第二燃料氣體流路48經(jīng)由多個(gè)出口連結(jié)流路47b連通。入口連結(jié)流路47a以及出口連結(jié)流路47b由蓋體49a以及蓋體49b覆蓋。
[0038]在第三金屬隔板28的朝向第二電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24b的面28a上形成有將氧化劑氣體入口連通孔36a與氧化劑氣體出口連通孔36b連通的第二氧化劑氣體流路50。在第三金屬隔板28的面28b上形成有冷卻介質(zhì)流路44的一部分。
[0039]在第一金屬隔板22的面22a、22b上圍繞該第一金屬隔板22的外周端緣部而一體成形有第一密封構(gòu)件52。在第二金屬隔板26的面26a、26b上圍繞該第二金屬隔板26的外周端緣部而一體成形有第二密封構(gòu)件54。在第三金屬隔板28的面28a、28b上圍繞該第三金屬隔板28的外周端緣部而一體成形有第三密封構(gòu)件56。
[0040]第一密封構(gòu)件52、第二密封構(gòu)件54以及第三密封構(gòu)件56例如使用EPDM、NBR、氟橡膠、硅酮橡膠、氟硅酮橡膠、丁基橡膠、天然橡膠、苯乙烯橡膠、氯丁橡膠或者丙烯酸類橡膠等密封材料、緩沖材料、或填充材料等具有彈性的密封構(gòu)件。
[0041]如圖1所示，在從接線板16a、16b的面內(nèi)中央分離的位置(也可以是面內(nèi)中央)處設(shè)有向?qū)盈B方向外側(cè)延伸的端子部58a、58b。端子部58a、58b優(yōu)選設(shè)定在比冷卻介質(zhì)流路44的冷卻介質(zhì)入口連通孔40a更靠近冷卻介質(zhì)出口連通孔40b的位置。
[0042]絕緣構(gòu)件18a、18b由絕緣性材料例如聚碳酸酯(PC)、苯樹脂等形成。在絕緣構(gòu)件18a的與接線板16a對(duì)置的面的中央部設(shè)有矩形的凹部60a，并且孔部62a與該凹部60a連通。接線板16a的端子部58a經(jīng)由絕緣構(gòu)件18a的孔部62a、后述的蓋構(gòu)件70的孔部以及端板20a的孔部64a而向外部露出。
[0043]在絕緣構(gòu)件18b的與接線板16b對(duì)置的面的中央部設(shè)有矩形的凹部60b，并且孔部62b與該凹部60b連通。接線板16b的端子部58b從孔部62b經(jīng)由后述的蓋構(gòu)件80的孔部以及端板20b的孔部64b而向外部露出。
[0044]在端板20a上形成有氧化劑氣體入口連通孔36a、氧化劑氣體出口連通孔36b、燃料氣體入口連通孔38a以及燃料氣體出口連通孔38b。在端板20b上形成有一對(duì)冷卻介質(zhì)入口連通孔40a以及一對(duì)冷卻介質(zhì)出口連通孔40b。
[0045]如圖4所示，在絕緣構(gòu)件18a上形成有氧化劑氣體入口連通孔36a、氧化劑氣體出口連通孔36b、燃料氣體入口連通孔38a、燃料氣體出口連通孔38b。在絕緣構(gòu)件18a上形成有一個(gè)冷卻介質(zhì)入口連通孔40a、以及配置在冷卻介質(zhì)入口連通孔40a的對(duì)角位置的一個(gè)冷卻介質(zhì)出口連通孔40b。
[0046]在絕緣構(gòu)件18a的與端板20a側(cè)對(duì)置的面18af上形成有與彼此設(shè)置在對(duì)角位置的一個(gè)冷卻介質(zhì)入口連通孔40a與一個(gè)冷卻介質(zhì)出口連通孔40b連通的多條冷卻介質(zhì)通路槽66a。冷卻介質(zhì)通路槽66a將冷卻介質(zhì)入口連通孔40a設(shè)為入口側(cè)，將冷卻介質(zhì)出口連通孔40b設(shè)為出口側(cè)，且設(shè)定在與各發(fā)電單元12的冷卻介質(zhì)流路44的入口側(cè)以及出口側(cè)相同的冷卻介質(zhì)流動(dòng)方向上。具體來(lái)說(shuō)，冷卻介質(zhì)通路槽66a設(shè)定為從冷卻介質(zhì)入口連通孔40a朝向冷卻介質(zhì)出口連通孔40b沿著大體箭頭C方向(沿著長(zhǎng)邊的方向)流通的、即在水平方向上蜿蜒的迂回流路槽形狀。
[0047]在絕緣構(gòu)件18a的面18af上圍繞氧化劑氣體入口連通孔36a、氧化劑氣體出口連通孔36b、燃料氣體入口連通孔38a以及燃料氣體出口連通孔38b而分別設(shè)有密封構(gòu)件68a。在面18af上圍繞冷卻介質(zhì)入口連通孔40a、冷卻介質(zhì)出口連通孔40b以及冷卻介質(zhì)通路槽66a而設(shè)有密封構(gòu)件68b。在面18af上圍繞孔部62a而設(shè)有密封構(gòu)件68c。
[0048]在絕緣構(gòu)件18a上以與面18af抵接的方式層疊蓋構(gòu)件70，由此覆蓋冷卻介質(zhì)通路槽66a而形成冷卻介質(zhì)通路66。蓋構(gòu)件70與絕緣構(gòu)件18a相同地為板狀的絕緣性材料。蓋構(gòu)件70與絕緣構(gòu)件18a的孔部62a同軸配置，鼓出形成用于向端板20a的孔部64a嵌合的圓筒狀的端子用柱環(huán)72。需要說(shuō)明的是，端子用柱環(huán)72也可以是與蓋構(gòu)件70獨(dú)立的構(gòu)件，且固定于所述蓋構(gòu)件70。蓋構(gòu)件70也可以是平板狀絕緣構(gòu)件。
[0049]在蓋構(gòu)件70上鼓出成形有大致三角形的氧化劑氣體用柱環(huán)74a以及74b，該氧化劑氣體用柱環(huán)74a以及74b用于插入端板20a的氧化劑氣體入口連通孔36a以及氧化劑氣體出口連通孔36b。在蓋構(gòu)件70上鼓出成形有大致三角形的燃料氣體用柱環(huán)76a以及76b,該大致三角形的燃料氣體用柱環(huán)76a以及76b用于插入端板20a的燃料氣體入口連通孔38a以及燃料氣體出口連通孔38b。需要說(shuō)明的是，氧化劑氣體用柱環(huán)74a以及74b與燃料氣體用柱環(huán)76a以及76b優(yōu)選為與蓋構(gòu)件70獨(dú)立的構(gòu)件。
[0050]如圖5所示，在絕緣構(gòu)件18b上形成有一對(duì)冷卻介質(zhì)入口連通孔40a以及一對(duì)冷卻介質(zhì)出口連通孔40b。在絕緣構(gòu)件18b的端板20b側(cè)的面18bf上，與一個(gè)冷卻介質(zhì)入口連通孔40a和配置在冷卻介質(zhì)入口連通孔40a的對(duì)角位置的一個(gè)冷卻介質(zhì)出口連通孔40b相連地形成有多條冷卻介質(zhì)通路槽78a。與冷卻介質(zhì)通路槽78a相連的冷卻介質(zhì)入口連通孔40a和與冷卻介質(zhì)通路槽66a相連的冷卻介質(zhì)入口連通孔40a是不同的連通孔。同樣，與冷卻介質(zhì)通路槽78a相連的冷卻介質(zhì)出口連通孔40b和與冷卻介質(zhì)通路槽66a相連的冷卻介質(zhì)出口連通孔40b是不同的連通孔。
[0051]冷卻介質(zhì)通路槽78a將冷卻介質(zhì)入口連通孔40a設(shè)為入口側(cè)，將冷卻介質(zhì)出口連通孔40b設(shè)為出口側(cè)，且設(shè)定在與各發(fā)電單元12的冷卻介質(zhì)流路44的入口側(cè)以及出口側(cè)相同的冷卻介質(zhì)流動(dòng)方向上。具體來(lái)說(shuō)，冷卻介質(zhì)通路槽78a設(shè)定為從冷卻介質(zhì)入口連通孔40a朝向冷卻介質(zhì)出口連通孔40b而大體沿箭頭C方向(沿著長(zhǎng)邊的方向)流通的、即在水平方向上蜿蜒的迂回流路槽形狀。蓋構(gòu)件80通過與面18bf重疊而覆蓋冷卻介質(zhì)通路槽78a，從而形成冷卻介質(zhì)通路78。
[0052]蓋構(gòu)件80具有大致平板狀，與絕緣構(gòu)件18b相同地，為絕緣性材料。在蓋構(gòu)件80上，鼓出形成向端板20b的孔部64b插入的圓形狀的端子用柱環(huán)82。需要說(shuō)明的是，端子用柱環(huán)82也可以是與蓋構(gòu)件80獨(dú)立的構(gòu)件，且固定于所述蓋構(gòu)件80。
[0053]在蓋構(gòu)件80上,插入于端板20b的一對(duì)冷卻介質(zhì)入口連通孔40a的大致長(zhǎng)圓形狀的一對(duì)冷卻介質(zhì)用柱環(huán)84a與插入于一對(duì)冷卻介質(zhì)出口連通孔40b的大致長(zhǎng)圓形狀的一對(duì)冷卻介質(zhì)用柱環(huán)84b嵌合并鼓出形成。需要說(shuō)明的是，一對(duì)冷卻介質(zhì)用柱環(huán)84a以及一對(duì)冷卻介質(zhì)用柱環(huán)84b優(yōu)選為與蓋構(gòu)件80獨(dú)立的構(gòu)件。
[0054]在各冷卻介質(zhì)用柱環(huán)84a上設(shè)有與層疊體14的冷卻介質(zhì)入口連通孔40a連通的冷卻介質(zhì)供給用孔部86a。在各冷卻介質(zhì)用柱環(huán)84b上設(shè)有與層疊體14的冷卻介質(zhì)出口連通孔40b連通的冷卻介質(zhì)排出用孔部86b。
[0055]在絕緣構(gòu)件18b的面18bf上圍繞冷卻介質(zhì)入口連通孔40a、冷卻介質(zhì)出口連通孔40b以及冷卻介質(zhì)通路78而設(shè)有密封構(gòu)件88a。在面18bf上圍繞孔部62b而設(shè)有密封構(gòu)件 88b ο
[0056]如圖1以及圖2所示，在絕緣構(gòu)件18b的凹部60b收容有導(dǎo)電性隔熱構(gòu)件90以及接線板16b。隔熱構(gòu)件90例如具備各自材質(zhì)不同的至少第一隔熱構(gòu)件92與第二隔熱構(gòu)件94，所述第一隔熱構(gòu)件92與所述第二隔熱構(gòu)件94交替層疊。第一隔熱構(gòu)件92例如由金屬板構(gòu)成，另一方面，第二隔熱構(gòu)件94例如為碳板。
[0057]需要說(shuō)明的是，隔熱構(gòu)件90也可以例如交替層疊例如2組(或3組)波板狀的兩種金屬板。另外，隔熱構(gòu)件90只要是保持空穴且具有電氣導(dǎo)電性的構(gòu)件即可，也可以是具有電氣導(dǎo)電性的發(fā)泡金屬、蜂巢形狀金屬(蜂巢構(gòu)件)、或者多孔質(zhì)碳(例如碳紙)中的任一者。隔熱構(gòu)件90可以是一個(gè)，或者也可以是重疊多個(gè)。
[0058]如圖2所示，向端板20b的冷卻介質(zhì)入口連通孔40a插入蓋構(gòu)件80的冷卻介質(zhì)用柱環(huán)84a，在所述冷卻介質(zhì)用柱環(huán)84a的孔部86a，柱環(huán)構(gòu)件96夾著密封構(gòu)件97進(jìn)行安裝。在柱環(huán)構(gòu)件96上連結(jié)有冷卻介質(zhì)歧管98。需要說(shuō)明的是，在插入于冷卻介質(zhì)出口連通孔40b的冷卻介質(zhì)用柱環(huán)84b上，同樣地,柱環(huán)構(gòu)件96夾著密封構(gòu)件97進(jìn)行固定。冷卻介質(zhì)用柱環(huán)84a、84b根據(jù)需要來(lái)設(shè)置即可。
[0059]如圖6所示，向端板20b的孔部64b插入蓋構(gòu)件80的端子用柱環(huán)82，在所述端子用柱環(huán)82上，筒構(gòu)件99夾著密封構(gòu)件97進(jìn)行嵌合。筒構(gòu)件99圍繞端子部58b的外周，并且前端部比所述端子部58b的前端向外側(cè)突出。需要說(shuō)明的是，在將絕緣構(gòu)件18b的外周切口而將端子部58b與接線板16b的外周端部連接的情況下，也可以不設(shè)置孔部62b。
[0060]以下，對(duì)該燃料電池堆10的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
[0061]首先，如圖1所示，將含氧氣體等氧化劑氣體向端板20a的氧化劑氣體入口連通孔36a供給。將含氫氣體等燃料氣體向端板20a的燃料氣體入口連通孔38a供給。另一方面，將純水、乙二醇、油等冷卻介質(zhì)向端板20b的一對(duì)冷卻介質(zhì)入口連通孔40a供給。
[0062]如圖3所示，氧化劑氣體從氧化劑氣體入口連通孔36a導(dǎo)入第二金屬隔板26的第一氧化劑氣體流路46以及第三金屬隔板28的第二氧化劑氣體流路50。氧化劑氣體朝向箭頭C方向移動(dòng)而向第一電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24a以及第二電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24b的各陰電極34供給。
[0063]另一方面，燃料氣體從燃料氣體入口連通孔38a導(dǎo)入第一金屬隔板22的第一燃料氣體流路42以及第二金屬隔板26的第二燃料氣體流路48。燃料氣體沿著第一燃料氣體流路42以及第二燃料氣體流路48而向箭頭C方向移動(dòng)，并向第一電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24a以及第二電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24b的各陽(yáng)電極32供給。
[0064]因此，在第一電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24a以及第二電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24b中，向各陰電極34供給的氧化劑氣體與向各陽(yáng)電極32供給的燃料氣體在電極催化劑層內(nèi)通過電化學(xué)反應(yīng)被消耗，從而進(jìn)行發(fā)電。
[0065]接著，向陰電極34供給被消耗的氧化劑氣體沿著氧化劑氣體出口連通孔36b而向箭頭A方向排出。同樣，向陽(yáng)電極32供給被消耗的燃料氣體沿著燃料氣體出口連通孔38b而向箭頭A方向排出。
[0066]另外，如圖3所示，向各冷卻介質(zhì)入口連通孔40a供給的冷卻介質(zhì)在導(dǎo)入彼此鄰接的第一金屬隔板22與第三金屬隔板28之間的冷卻介質(zhì)流路44之后，首先以彼此接近的方式向箭頭B方向流通。冷卻介質(zhì)沿著箭頭C方向(隔板長(zhǎng)邊方向)流通而在冷卻第一電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24a以及第二電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體24b之后，以彼此分離的方式沿著箭頭B方向流通而從各冷卻介質(zhì)出口連通孔40b排出。
[0067]在該情況下，在第一實(shí)施方式中，例如，如圖2以及圖5所示，在絕緣構(gòu)件18b與端板20b之間形成有冷卻介質(zhì)通路78。具體來(lái)說(shuō)，在形成于絕緣構(gòu)件18b的面ISbf的多條冷卻介質(zhì)通路槽78a和與所述面18bf重合的薄壁狀的蓋構(gòu)件80之間形成有冷卻介質(zhì)通路78。
[0068]因此，冷卻介質(zhì)通路78的結(jié)構(gòu)得以有效地簡(jiǎn)化。因此，如圖2所示，能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使維持為恒定的溫度的冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)通路78中流通，由此能夠可靠地阻止配置在層疊體14端部的端部發(fā)電單元12end的溫度降低，從而能夠維持良好的發(fā)電性能。并且，在燃料電池堆10的端部不再需要專用的保溫用板等。由此，燃料電池堆10的結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，并且能夠容易地實(shí)現(xiàn)小型化。
[0069]此外，在絕緣構(gòu)件18b與端板20b之間夾裝有作為絕緣構(gòu)件的蓋構(gòu)件80。因此，能夠阻止在冷卻介質(zhì)通路78中流通的冷卻介質(zhì)與端板20b接觸,防止作為金屬制端板的所述端板20b的腐蝕,從而能夠抑制液結(jié)。
[0070]此外，在第一實(shí)施方式中，如圖6所示，向蓋構(gòu)件80插入接線板16b的端子部58b，并且設(shè)有貫穿端板20b的孔部64b的端子用柱環(huán)82。由此，蓋構(gòu)件80能夠使端子部58b防水以及絕緣并且將其外部引導(dǎo)。
[0071]另外，在第一實(shí)施方式中，如圖2所示，在蓋構(gòu)件80處設(shè)有用于向端板20b的冷卻介質(zhì)入口連通孔40a插入的冷卻介質(zhì)用柱環(huán)84a。因此,能夠由冷卻介質(zhì)歧管98的柱環(huán)構(gòu)件96與冷卻介質(zhì)用柱環(huán)84a進(jìn)行密封，防水功能良好地提高。
[0072]需要說(shuō)明的是，在絕緣構(gòu)件18a上設(shè)有蓋構(gòu)件70 (參照?qǐng)D4)。因此，在絕緣構(gòu)件18a側(cè)也獲得與上述的絕緣構(gòu)件18b側(cè)相同的效果。
[0073]圖7是構(gòu)成本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的燃料電池堆的絕緣構(gòu)件100與蓋構(gòu)件80的分解立體說(shuō)明圖。需要說(shuō)明的是，絕緣構(gòu)件100代替第一實(shí)施方式的絕緣構(gòu)件18b而使用，另一絕緣構(gòu)件18a采用與后述的絕緣構(gòu)件100相同的結(jié)構(gòu)。
[0074]在絕緣構(gòu)件100中，在與蓋構(gòu)件80對(duì)置的面10f上形成有構(gòu)成冷卻介質(zhì)通路102的冷卻介質(zhì)通路槽102a。冷卻介質(zhì)通路槽102a具有從一對(duì)冷卻介質(zhì)入口連通孔40a沿著彼此接近的方向(箭頭B方向)延伸的部位、沿著箭頭C方向延伸的部位、沿著彼此朝向冷卻介質(zhì)出口連通孔40b而分離的方向(箭頭B方向)延伸的部位，冷卻介質(zhì)如圖示的箭頭那樣流通。
[0075]在冷卻介質(zhì)通路槽102a的上部以及下部，也可以在水平方向的槽與垂直方向的槽混合的部位處設(shè)置例如壓紋104a、104b。通過使蓋構(gòu)件80與絕緣構(gòu)件100重合，在蓋構(gòu)件80與絕緣構(gòu)件100之間形成有冷卻介質(zhì)通路102。
[0076]冷卻介質(zhì)通路102構(gòu)成為與各發(fā)電單元12的冷卻介質(zhì)流路44大致相同的流動(dòng)方向。因此，與燃料電池堆內(nèi)的各冷卻介質(zhì)流路44相同的流動(dòng)在冷卻介質(zhì)通路102中也同樣進(jìn)行。由此，冷卻介質(zhì)整體的流動(dòng)順暢且良好地進(jìn)行。
[0077]圖8是本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的燃料電池堆110的分解概要立體圖。需要說(shuō)明的是，對(duì)與第一實(shí)施方式所涉及的燃料電池堆10相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，并省略其詳細(xì)的說(shuō)明。
[0078]燃料電池堆110具備多個(gè)發(fā)電單元112在水平方向(箭頭A方向)、或者垂直方向(箭頭C方向)上層疊而成的層疊體114。在層疊體114的層疊方向(箭頭A方向)一端，接線板16a、絕緣構(gòu)件118a、蓋構(gòu)件122(在后面進(jìn)行說(shuō)明)以及端板20a朝向外側(cè)依次配置。在層疊體114的層疊方向另一端，接線板16b、絕緣構(gòu)件118b、蓋構(gòu)件124(見后述)以及端板20b朝向外側(cè)依次配置(參照?qǐng)D8以及圖9)。
[0079]各發(fā)電單元112在箭頭C方向上部側(cè)的兩端緣部處在沿上下方向較長(zhǎng)的長(zhǎng)方形的長(zhǎng)邊方向的中間部位設(shè)置肋部120a，由此冷卻介質(zhì)入口連通孔40al、40a2被分割形成。各發(fā)電單元112在箭頭C方向下部側(cè)的兩端緣部處在上下方向較長(zhǎng)的長(zhǎng)方形的長(zhǎng)邊方向的中間部位設(shè)置肋部120b，由此冷卻介質(zhì)出口連通孔40bl、40b2被分割形成。
[0080]絕緣構(gòu)件118a中，與設(shè)有凹部60a的面相反的面(與端板20a對(duì)置的面)構(gòu)成平坦面，不設(shè)置冷卻介質(zhì)通路槽。在絕緣構(gòu)件118a與端板20a之間配置有蓋構(gòu)件122，另一方面，在絕緣構(gòu)件118b與端板20b之間配置有蓋構(gòu)件124。
[0081]如圖8以及圖10所示，蓋構(gòu)件122具有供端子部58a插入的孔部126a。在蓋構(gòu)件122的與絕緣構(gòu)件118a對(duì)置的面122s上形成有與彼此設(shè)置在對(duì)角位置的一方的冷卻介質(zhì)入口連通孔40al和一方的冷卻介質(zhì)出口連通孔40bl連通的多條冷卻介質(zhì)通路槽128a。在面122s上同樣形成有與彼此設(shè)置在對(duì)角位置的一方的冷卻介質(zhì)入口連通孔40a2和一方的冷卻介質(zhì)出口連通孔40b2連通的多條冷卻介質(zhì)通路槽128b。
[0082]冷卻介質(zhì)通路槽128a、128b分別形成以沿著端板20a的板面方向朝向箭頭B方向折回的方式蜿蜒的迂回流路槽。通過將蓋構(gòu)件122與絕緣構(gòu)件118a抵接，由此在其之間形成有冷卻介質(zhì)通路128。在蓋構(gòu)件122與絕緣構(gòu)件118a之間夾裝有密封構(gòu)件130a、130b。
[0083]如圖8所示，蓋構(gòu)件124具有供端子部58b插入的孔部126b。在蓋構(gòu)件124的與絕緣構(gòu)件118b對(duì)置的面124s上形成有與彼此設(shè)置在對(duì)角位置的一方的冷卻介質(zhì)入口連通孔40al和一方的冷卻介質(zhì)出口連通孔40bl連通的多條冷卻介質(zhì)通路槽132a。在面124s上同樣形成有與彼此設(shè)置在對(duì)角位置的一方的冷卻介質(zhì)入口連通孔40a2和一方的冷卻介質(zhì)出口連通孔40b2連通的多條冷卻介質(zhì)通路槽132b。
[0084]冷卻介質(zhì)通路槽132a、132b分別形成以沿著端板20b的板面方向而朝向箭頭B方向折回的方式蜿蜒的迂回流路槽。通過將蓋構(gòu)件124與絕緣構(gòu)件118b抵接，由此形成冷卻介質(zhì)通路132。在蓋構(gòu)件124與絕緣構(gòu)件118b之間夾裝有密封構(gòu)件130a、130b。如圖9所示，在蓋構(gòu)件124與端板20b之間夾裝有冷卻介質(zhì)用密封構(gòu)件134，并且在所述端板20b上，冷卻介質(zhì)歧管98夾著密封構(gòu)件136進(jìn)行固定。
[0085]在該第三實(shí)施方式中，獲得與上述的第一實(shí)施方式相同的效果。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池堆，其特征在于， 該燃料電池堆具備發(fā)電單元，該發(fā)電單元具有在電解質(zhì)的兩側(cè)配置電極而成的電解質(zhì)/電極構(gòu)造體與隔板，在層疊多個(gè)所述發(fā)電單元而成的層疊體的層疊方向兩側(cè)配置接線板、絕緣構(gòu)件以及端板，并且設(shè)有沿著電極面方向使冷卻介質(zhì)流通的冷卻介質(zhì)流路和與所述冷卻介質(zhì)流路連通且使所述冷卻介質(zhì)沿著層疊方向流通的冷卻介質(zhì)連通孔， 在所述絕緣構(gòu)件與所述端板之間形成有沿著該端板的板面方向使所述冷卻介質(zhì)流通的冷卻介質(zhì)通路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于， 在所述絕緣構(gòu)件與所述端板之間配置有蓋構(gòu)件，并且， 在所述絕緣構(gòu)件的朝向所述蓋構(gòu)件的面或者所述蓋構(gòu)件的朝向所述絕緣構(gòu)件的面上形成多個(gè)冷卻介質(zhì)通路槽，由此在所述絕緣構(gòu)件與所述蓋構(gòu)件之間形成所述冷卻介質(zhì)通路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池堆，其特征在于， 在所述蓋構(gòu)件上設(shè)有貫穿所述端板的端子用柱環(huán)，并且， 在所述端子用柱環(huán)上設(shè)有用于供從所述接線板向所述層疊方向突出的端子構(gòu)件插入的端子用孔部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池堆，其特征在于， 在所述蓋構(gòu)件上設(shè)有貫穿所述端板的冷卻介質(zhì)用柱環(huán)，并且， 在所述冷卻介質(zhì)用柱環(huán)上設(shè)有與所述冷卻介質(zhì)連通孔連通的冷卻介質(zhì)用孔部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池堆，其特征在于， 在所述蓋構(gòu)件上設(shè)有貫穿所述端板的冷卻介質(zhì)用柱環(huán)，并且， 在所述冷卻介質(zhì)用柱環(huán)上設(shè)有與所述冷卻介質(zhì)連通孔連通的冷卻介質(zhì)用孔部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于， 所述冷卻介質(zhì)通路具有與所述冷卻介質(zhì)流路的冷卻介質(zhì)流動(dòng)方向相同的冷卻介質(zhì)流動(dòng)方向。
【文檔編號(hào)】H01M8/24GK104518229SQ201410498358
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】小林剛, 水崎君春, 鈴木征治, 西山忠志, 南云健司, 石田堅(jiān)太郎, 池田佑太 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社