燃料電池堆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固體高分子型燃料電池(PEFC)等燃料電池，特別是，涉及一種具有在層疊的單元電池彼此之間形成有冷卻液流路的構(gòu)造的燃料電池堆。
【背景技術(shù)】
[0002]以往以來(lái)，作為上述這樣的燃料電池堆，例如有在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載的燃料電池。專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載的燃料電池是將多層燃料電池單元層疊而成的。燃料電池單元在MEA(膜電極接合體)的兩側(cè)具有氫極和氧極，氫極具有截面凹凸形狀，氧極包含同樣的截面凹凸形狀的排水層，在氫極和氧極的外側(cè)具有平板狀隔板，在該平板狀隔板與各極之間形成氫流路和氧流路。另外，燃料電池在氧極側(cè)具有制冷劑流路部。
[0003]制冷劑流路部包括兩張平板狀隔板、和夾在兩張平板狀隔板之間的預(yù)壓板，將兩平板狀隔板之間設(shè)為冷卻水的流路。預(yù)壓板成為截面波浪形狀，能夠沿厚度方向(電池堆層疊方向)彈性變形，將因燃料電池的各結(jié)構(gòu)部件的形狀誤差而局部產(chǎn)生的負(fù)荷分散，向各結(jié)構(gòu)部件施加均勻的負(fù)荷。
_4] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)_5] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本國(guó)特許第4432518號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

_7] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0008]然而，在上述現(xiàn)有的燃料電池堆中，在冷卻水的流路內(nèi)配置有預(yù)壓板，因此，流路的壓力損失較大，另一方面，預(yù)壓板的規(guī)定的彈簧特性是不可或缺的，因此，存在難以在維持預(yù)壓板的彈簧特性的同時(shí)降低流路的壓力損失這樣的問(wèn)題，如何解決這樣的問(wèn)題點(diǎn)，成為了以往以來(lái)的課題。
[0009]本發(fā)明即是鑒于上述現(xiàn)有的狀況而做成的，其目的在于提供一種具有在層疊的單元電池彼此之間形成冷卻液流路、并且在該冷卻液流路上配置有位移吸收構(gòu)件的構(gòu)造的燃料電池堆，該燃料電池堆能夠在維持位移吸收構(gòu)件的彈簧特性的同時(shí)降低冷卻液流路的壓力損失。
_0] 用于解決問(wèn)題的方案
[0011]本發(fā)明的燃料電池堆是通過(guò)將單元電池多層層疊而構(gòu)成的，該單元電池通過(guò)利用一對(duì)隔板將膜電極接合體夾持而成，在相鄰的單元電池彼此之間形成使冷卻液流通的冷卻液流路，并且包括有位移吸收構(gòu)件，該位移吸收構(gòu)件配置在該冷卻液流路內(nèi)并用于吸收單元電池之間的位移。而且，燃料電池堆設(shè)為如下結(jié)構(gòu):位移吸收構(gòu)件包括有流路阻力降低部件，該流路阻力降低部件用于降低冷卻液流路中的冷卻液的流路阻力，將上述結(jié)構(gòu)作為解決現(xiàn)有問(wèn)題的方法。
_2] 發(fā)明的效果
[0013]采用本發(fā)明的燃料電池堆，該燃料電池堆具有在層疊的單元電池彼此之間形成冷卻液流路、并且在該冷卻液流路配置有位移吸收構(gòu)件的構(gòu)造，該燃料電池堆能夠在維持位移吸收構(gòu)件的彈簧特性的同時(shí)降低冷卻液流路的壓力損失。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1的(A)是說(shuō)明本發(fā)明的燃料電池堆的一實(shí)施方式的分解立體圖，圖1的(B)是組裝后的立體圖。
[0015]圖2的(A)是說(shuō)明構(gòu)成圖1所示的燃料電池堆的單元電池的分解狀態(tài)的俯視圖，圖2的(B)是組裝后的俯視圖。
[0016]圖3是基于圖2的(B)中的A — A線(xiàn)的剖視圖。
[0017]圖4的㈧是說(shuō)明位移吸收構(gòu)件的立體圖，圖4的⑶是彈簧功能部附近的剖視圖。
[0018]圖5的㈧?圖5的(E)分別是說(shuō)明彈簧功能部的另一實(shí)施方式的冷卻液流通方向的主視圖。
[0019]圖6的(A)是說(shuō)明彈簧功能部的又一實(shí)施方式的切割并豎起前的立體圖，圖6的(B)是切割并豎起后的立體圖，圖6的(C)是切割并豎起后的剖視圖。
[0020]圖7是說(shuō)明位移吸收構(gòu)件的再一實(shí)施方式的冷卻液流通方向的主視圖。
[0021]圖8是說(shuō)明位移吸收構(gòu)件的再一實(shí)施方式的俯視圖。
[0022]圖9的⑷是說(shuō)明位移吸收構(gòu)件的再一實(shí)施方式的剖視圖，圖9的⑶是立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]第I實(shí)施方式
[0024]以下根據(jù)【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的燃料電池堆的一實(shí)施方式。該實(shí)施方式的燃料電池堆是將固體高分子電解質(zhì)型的單元電池多層層疊而成的，例如，用作電動(dòng)汽車(chē)等車(chē)輛的電源。
[0025]在圖1的㈧所示的燃料電池堆FS中，將形成矩形板狀的單元電池C多層層疊而構(gòu)成層疊體S，對(duì)于該層疊體S而言，在層疊方向上的一端部(圖1中的右側(cè)端部)隔著集電板54A和隔件55設(shè)有端板56A，并且在另一端部隔著集電板54B設(shè)有端板56B。另外，在燃料電池堆FS中，對(duì)于層疊體S而言，在成為單元電池C的長(zhǎng)邊側(cè)的兩表面(圖1中的上表面和下表面)設(shè)有緊固板57A、57B，并且在成為短邊側(cè)的兩表面設(shè)有加強(qiáng)板58A、58B。
[0026]上述的燃料電池堆FS利用螺栓B將各緊固板57A、57B和加強(qiáng)板58A、58B與兩端板56A、56B連結(jié)。由此，燃料電池堆FS成為圖1的(B)所示的外殼一體型構(gòu)造，并沿其層疊方向?qū)盈B體A約束.加壓而對(duì)每個(gè)單元電池C施加規(guī)定的接觸面壓力，從而良好地維持氣封性、導(dǎo)電性等。
[0027]如圖2所示，單元電池C包括:周?chē)哂锌蚣?1的膜電極接合體I ;以及在與框架51和膜電極接合體I之間形成陰極和陽(yáng)極的氣體流路(GC、GA)的一對(duì)隔板2、2。而且，單元電池C成為使兩氣體流路(GC、GA)中的氣體的流動(dòng)方向互相朝向相反方向的構(gòu)造。另夕卜，陰極氣體為含氧氣體(空氣)，陽(yáng)極氣體為含氫氣體。
[0028]膜電極接合體I 一般被稱(chēng)為MEA(Membrane Electrode Assembly)，如圖3所示，具有利用陰極電極層12和陽(yáng)極電極層13夾持包含固體高分子的電解質(zhì)層11而成的構(gòu)造。對(duì)于兩電極層12、13省略了詳細(xì)的圖示，但它們分別具有與電解質(zhì)層11相接觸的電極催化劑層、和配置于電極催化劑層的外側(cè)的氣體擴(kuò)散層。
[0029]框架51設(shè)為中央配置有膜電極接合體I的狀態(tài)，并通過(guò)樹(shù)脂成形(例如注射成形)與上述膜電極接合體I 一體化。另外，框架51在短邊兩側(cè)分別排列有三個(gè)歧管孔Hl?H3、H4?H6，自各歧管孔組至膜電極接合體I的區(qū)域成為整流用的擴(kuò)散部D?？蚣?1和兩隔板2、2均為具有大致相同的長(zhǎng)寬尺寸的長(zhǎng)方形狀。
[0030]而且，如圖2所示，框架51在擴(kuò)散部D的兩表面縱橫排列有多個(gè)圓形狀的突部52。這些突部52在膜電極接合體I因時(shí)間變化等而在單元電池C上產(chǎn)生厚度方向上的位移時(shí)，通過(guò)與隔板2、2接觸來(lái)維持反應(yīng)用氣體的流通空間。
[0031]各隔板2為正面和背面的形狀對(duì)調(diào)的金屬制的板構(gòu)件，例如為不銹鋼制的，能夠通過(guò)沖壓加工成形為適當(dāng)形狀。圖示例的隔板2的至少與膜電極接合體I相對(duì)應(yīng)的中央部分形成為截面凹凸形狀。
[0032]如圖2所示，各隔板2沿長(zhǎng)邊方向連續(xù)地具有截面凹凸形狀，而且，如圖3中截面所示那樣，使膜電極接合體I與波形凸部接觸，并且，利用波形凹部，在各隔板2與膜電極接合體I之間形成陰極側(cè)的氣體流路GC和陽(yáng)極側(cè)的氣體流路GA。另外，各隔板2在兩端部具有與框架51的各歧管孔Hl?H6相同的歧管孔Hl?H6。
[0033]在上述的框架51和兩隔板2、2中，圖2中左側(cè)所示的各歧管孔Hl?H3從上側(cè)開(kāi)始為陽(yáng)極氣體供給用(Hl)、冷卻液排出用(H2)以及陰極氣體排出用(H3)，在層疊方向上互相連通并形成各自的流路。另外，圖2中右側(cè)所示的各歧管孔H4?H6從上側(cè)開(kāi)始為陰極氣體供給用(H4)、冷卻液供給用(H5)以及陽(yáng)極氣體排出用(H6)，在層疊方向上互相連通并形成各自的流路。
[0034]而且，如圖2所示，單元電池C在框架51與各隔板2的緣部彼此之間、歧管孔Hl?H6的周?chē)O(shè)有氣封SL0在使單元電池C多層層疊的狀態(tài)下，在單元電池C彼此即相鄰的隔板2彼此之間也設(shè)有氣封SL。該氣封SL將各層之間氣密地分離，并且為了在陰極氣體、陽(yáng)極氣體以及冷卻液各自的流通區(qū)域僅流動(dòng)相應(yīng)的流體，而在相對(duì)應(yīng)的歧管孔Hl?H6的周緣部設(shè)置開(kāi)口，或者是在其周緣部不配置開(kāi)口的構(gòu)造。
[0035]如圖3所示，將上述單元電