专利名称：设有气体集流腔的燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池，特别涉及一种使重量轻、成本低的设有经改良了的气体集流腔的燃料电池。燃料电池，是把对天然气或甲烷气等碳化氢系燃料进行改性后得到的氢和作为氧化剂的空气供给燃料电池本体，通过磷酸液等的电介质进行电气化学反应而产生电能。把具有上述发电功能的多个单电池叠层起来，构成电池叠层体(电池组)。
图1是表示现有的燃料电池的电池组结构的分解立体图。即，燃料电池本体的单电池1是这样构成的在保持着电解质的基板2层的一侧面，配设着燃料极3，氢气朝图中箭头A方向被供给到该燃料极3，在另一侧面配设着空气极4，空气朝着图中箭头B方向被供给到空气极4。把分别带沟槽的电极基材5、6叠置在燃料极3和空气极4上，把隔板7叠置在上述带沟槽电极基材5、6中的任一方上。而且，每叠置多个该单电池1后再叠置冷却板8，构成了一个分组9，将多个分组9叠置起来，构成电池组10。
在上述电池组10的最上部和最下部，分别安装压板11，电池组10与上下压板11用系杆12紧固，构成整体的电池叠层体13。
在上述这样构成的电池叠层体13的4个侧面，如图2所示，分别在对峙的位置安装着一对燃料气体集流腔15a、15b和一对空气集流腔16a、16b，使燃料气体和空气朝相互垂直相交的方向流动。在上述电池叠层体13和各集流腔15a、15b、16a、16b的相接面上，设有密封垫片18，以防止因空气或燃料气体泄漏而引起的发电效率降低等问题。
现有技术采用的气体集流腔，其全体是用金属构成的，由于燃料电池在200℃左右的高温下运转，所以金属制气体集流腔的散热大，造成能量损失。为此，在金属制气体集流腔的外面配设着保温材料(图中未示)。
把燃料和空气分别供给到上述气体集流腔15a、16b时，浸在构成电池组10的单电池1的基板层2和带沟槽电极基材5、6内的一部分磷酸，扩散到燃料气体和空气流中，以磷酸蒸气的状态排出到电池组外(即气体集流腔内)。
但是，由于气体集流腔的温度比电池组温度低，所以排出到气体集流腔内的一部分磷酸蒸气冷凝、附着在气体集流腔的内壁上。这样，当含有磷酸的燃料气体和空气与金属制气体集流腔的内表面直接接触时，在高温状态下，金属制的气体集流腔被严重腐蚀，很快产生孔洞。
为了解决该问题，美国专利第4950563号揭示了一种保护集流腔不受磷酸腐蚀的方法，该方法是在集流腔的内表面涂敷氟系树脂。
但是，在气体集流腔内表面涂敷氟系树脂的方法，存在以下问题，不能完全防止气体集流腔被磷酸腐蚀。
即，把氟系树脂涂敷在气体集流腔内表面的方法中，存在着磷酸从气孔侵入的问题。另外，在涂敷方法中，由于树脂涂敷的线膨张系数是气体集流腔的10倍左右，所以，由起动停止或负荷变动等引起的温度反复变化，产生树脂涂敷的密接不良，涂敷层有剥落的问题。
另外，由于涂敷是比较薄的涂膜，所以，磷酸容易浸透，从而腐蚀母材，缺乏可靠性。为了提高涂敷的可靠性，就要增加涂膜的厚度，必须进行多次反复加热、涂敷、冷却工序，这样增加了加工时间和加工工作量。另外，涂敷的处理工序成为气体集流腔制作工序的一部分，阻碍工序的缩短。
除了上述问题外，由于现有的气体集流腔是金属制，所以非常重，其安装结构和支承结构不得不做得很坚固，另外，也需要大的紧固力，有成本提高的问题。
另外，在对气体集流腔进行维修保养时，每次都要剥离保温材料，然后取下配设在电池叠层体4个侧面的重的气体集流腔，有维修困难，要化费长时间的缺点。
本发明的第1目的是提供一种备有重量轻、成本低的气体集流腔的燃料电池。
第2目的是提供一种备有结构简单、维修容易的气体集流腔的燃料电池。
第3目的是提供一种能减少从电池叠层体角落部的气体泄漏的燃料电池。
第4目的是提供一种减少电池叠层体设置面积的、设有集流腔的燃料电池。为了实现上述目的，本申请第1发明的燃料电池，它是在电池叠层体的侧面，配设着气体集流腔的，其特征在于，上述气体集流腔由与电池叠层体侧面对峙地配设着的板状绝热性结构物和配设在电池叠层体角落部的角部构件构成。
根据具有上述结构的第1发明，与用金属构成气体集流腔的现有型相比，其重量大大减轻。由于可实现轻量化，因而其组装、分解作业容易。另外，通过把形成为槽状的角部构件配设在角部，可将气体集流腔保持成稳定的形状，可使气体均匀地流向电池叠层体。本申请第2发明，是如第1发明记载的气体集流腔，其特征在于，上述绝热性结构物，具有与电池叠层体对峙的、内面侧薄片构件和外面侧绝热构件。
根据具有上述结构的第2发明，构成气体集流腔的板状绝热性结构物由薄片构件和绝热构件构成，由于薄片构件由均匀的耐热、耐磷酸性树脂片构成，所以，可切实封住磷酸，成本也可降低。
本申请第3发明，是如第2发明记载的气体集流腔，其特征在于，上述绝热性结构物，在上述薄片构件和绝热构件的双方上，设有气体出入口用的法兰孔，上述薄片构件设有筒状套筒。
根据具有上述结构的第3发明，由于内表面侧的薄片构件与筒状的套筒成为一体，所以结构简单，由于可切实地封住磷酸，所以可防止磷酸泄漏。
本申请第4发明，是如第1发明记载的气体集流腔，其特征在于，还设有配置在上述绝热性结构部与上述角部构件之间的第1密封材料以及配置在上述角部构件与上述电池叠层体之间的第2密封材料。
根据具有上述结构的第4发明，可切实防止绝热性结构物与角部构件之间的气体泄漏，并且可切实防止角部构件与电池叠层体之间的气体泄漏。
本申请第5发明，是如第1发明记载的气体集流腔，其特征在于，设置在上述角部构件与电池叠层体之间的上述第2密封材料，是额缘状，预先密接在角部构件上。
根据具有上述结构的第5发明，可切实防止角部构件与电池叠层体之间的气体泄漏，并且密封材料的安装容易。
本申请第6发明，是如第1发明记载的气体集流腔中，其特征在于，紧固电池叠层体的上下压板大于电池叠层体，在其角部，形成用于组装上述角部构件的缺口部，在该缺口部，通过缓冲构件配置着上述角部构件。
根据具有上述结构的第6发明，可容易地进行气体集流腔的组装，并且防止磷酸腐蚀，可切实密封。另外，由于在形成于上下压板角部的缺口部，配置与缺口相同形状的缓冲构件，可吸收角部构件与电池本体构件的热膨张差，并可以密封气体。
本申请第7发明，是如第1发明记载的气体集流腔，其特征在于，上述上下压板的从电池叠层体突出的周围部分，实施了耐磷酸处理。
根据具有上述结构的第7发明，可防止电池叠层体的磷酸及磷酸蒸气腐蚀。
本申请第8发明，是如第1发明记载的气体集流腔，其特征在于，上述上下压板的从电池叠层体突出的周围部分所实施的耐磷酸处理是氟树脂涂敷。
根据具有上述结构的第8发明，可切实防止电池叠层体的磷酸及磷酸蒸气腐蚀。
本申请第9发明，是如第1发明记载的气体集流腔，其特征在于，上述上下压板的从电池叠层体突出的周围部分所实施的耐磷酸处理是氟树脂薄膜的衬里。
根据具有上述结构的第9发明，可切实防止电池叠层体的磷酸及磷酸蒸气腐蚀。
本申请第10发明，是如第1发明记载的气体集流腔，其特征在于，上述上下压板的从电池叠层体突出的周围部分所实施的耐磷酸处理是氟橡胶片的衬里。
根据具有上述结构的第10发明，可切实防止电池叠层体的磷酸及磷酸蒸气腐蚀。
本申请第11发明，是如第1发明记载的气体集注腔，其特征在于，在上述绝热性结构物、上述角部构件和上述电池叠层体之间形成空间地用紧固构件将它们紧固。
根据具有上述结构的第11发明，在绝热性结构物、角部构件和上述电池叠层体之间形成空间，可容易且迅速地将它们紧固。
本申请第12发明，是如第1发明记载的气体集流腔，其特征在于，在绝热结构物、角部构件和电池叠层体之间形成空间地紧固它们的紧固构件，在4个角部的绝热性结构间，通过盘形弹簧用双头螺栓连接紧固角形结构体，该角形结构体从背部抱入与电池叠层体的4个侧面对应的4个绝热性结构物。
根据具有上述结构的第12发明，在绝热性结构物、角部构件和电池叠层体之间构成空间，可容易地将它们紧固。
本申请第13发明，是如第1发明记载的气体集流腔，其特征在于，在绝热性结构物、角部构件和电池叠层体之间形成空间地紧固它们的紧固构件，用U形臂的肘式夹具代替盘形弹簧和双头螺栓，将电池叠层体侧面对应的4个绝热性结构物紧固。
根据具有上述结构的第13发明，在绝热性结构物、角部构件和电池叠层体之间构成空间，可容易且迅速地将它们紧固。
本申请第14发明，是如第1发明记载的气体集流腔，其特征在于，在绝热性结构物、角部构件和电池叠层体之间形成空间地紧固它们的紧固构件，是用不锈钢制薄带和弹簧箍将电池叠层体侧面对应的4个绝热性结构物周围紧固。
根据具有上述结构的第14发明，在绝热性结构物、角部构件和电池叠层体之间构成空间，可容易且迅速地将它们紧固。
本申请第15发明，是如第1发明记载的气体集流腔，其特征在于，在上述绝热性结构物的上下面中心及与其对峙的上下压板的中心，设有中心紧固结构体。
根据具有上述结构的第15发明，在绝热性结构物、角部构件和电池叠层体之间构成空间，可均匀地紧固绝热性结构物的上下部。
本申请第16发明，是如第1发明记载的气体集流腔，其特征在于，在下部压板的4个角部，设有绝热性结构物的上下位置定位用支持件和可调节绝热性结构物上下移动的调节螺栓。
根据具有上述结构的第16发明，安装绝热性结构物时的定位简单，提高作业性。
本申请第17发明，是如第2发明记载的气体集流腔，其特征在于，上述绝热构件是将绝热材料插入绝热保持框内而形成的。
根据具有上述结构的第17发明，绝热材料的保持不仅容易，而且整体机械强度增加，可均匀地紧固叠层体侧面，大幅度提高密封性。
本申请第18发明，是如第17发明记载的气体集流腔，其特征在于，薄片构件是平板状，大于上述绝热材料保持框。
根据具有上述结构的第18发明，可用简单的结构得到绝缘性，提高作业性。
本申请第19发明，是在第17发明记载的气体集流腔中，其特征在于，上述薄片构件加工成与上述绝热保持框形状吻合的箱形。
根据具有上述结构的第19发明，由于预先将耐热、耐磷酸性薄片加工成与绝热材料保持框形状吻合的箱状，所以，可在与气体集流腔不同的工序制作薄片构件，可缩短工序。
本申请第20发明，是如第2发明记载的气体集流腔，其特征在于，上述薄片构件是采用PTFE(四氟化乙烯)树脂片、PFA(四氟化乙烯·全氟烷氧基乙烯共聚合体)树脂片及FEP(四氟化乙烯·六丙烯共聚合体)树脂片中的至少一种以上树脂片构成的。
根据具有上述结构的第20发明，可形成磷酸透过少、耐热性和机械强度高的薄片构件。
本申请第21发明，是如第2发明记载的气体集流腔，其特征在于，薄片构件的厚度至少在0.1mm以上、1mm以下。
根据具有上述结构的第21发明，可形成磷酸透过量少、机械强度高和具有电绝缘性的薄片构件。
本申请第22发明，是如第2发明记载的气体集流腔，其特征在于，薄片构件是松松地安装在上述绝热构件上。
根据具有上述结构的第22发明，因为由耐热、耐磷酸性薄片构成的薄片构件，不固定在绝热材料保持框的与电池叠层体对峙的内表面上，而是松松地安装着，所以，可吸收绝热保持框与薄片构件的热膨张差。
本申请第23发明，是如第2发明记载的气体集流腔，其特征在于，薄片构件至少由一片以上的树脂片构成。
根据具有上述结构的第23发明，可切实减少磷酸的透过量，万一在一片薄片上产生气孔而透过磷酸，也可以由其它的薄片封住磷酸，可大幅度提高可靠性。另外，由于采用若干片树脂片，在薄片间形成空气层，可发挥很好的绝热效果。
本申请第24发明，是如第2发明记载的气体集流腔，其特征在于，上述角部构件，由金属或FRP构成，其内侧用由PTFE(四氟化乙烯)树脂片、PFA(四氟化乙烯·全氟烷氧基乙烯共聚合体)树脂片或FEP(四氟化乙烯·六丙烯共聚合体)树脂片中的任一种构成的敷设树脂片敷设。
根据具有上述结构的第24发明，由于构成气体集流腔侧部的角部构件，是金属制或FRP制，可提高角部构件的机械强度，所以，可将气体集流腔保持成完全的形状，可使气体均匀地流向电池叠层体。另外，由于用内敷设片内敷设角部构件，因而能防止磷酸引起角部构件腐蚀，可防止角部构件的机械强度恶化。
本发明第25发明，是如第24发明记载的气体集流腔，其特征在于，配置在插入电池叠层体内的冷却板的引出管取出侧的角部构件，是沿电池叠层体的角部左右分割成2部分的结构。
根据具有上述结构的第25发明，在设置电池叠层体的冷却板引出管取出侧的角部构件时，引出管不会成为障碍，不仅设置容易，而且在修理时不必卸下与引出管连接着的配管就可以卸下角部构件。
本申请第26发明，是如第13发明记载的气体集流腔，其特征在于，上述角部构件之中的、配置在插入电池叠层体内的冷却板的引出管取出侧的角部构件，设有与上述引出管位置吻合的贯通孔，在上述内敷设片上的对应位置，设有直径比上述贯通孔小的孔，在上述引出管周围配置着软性密封材料。
根据具有上述结构的第26发明，由于在角部构件预定位置所设的贯通孔与引出管之间，配置着软性密封材料，所以，当气体集流腔被强力紧固时，该软性密封材料从贯通孔中挤出，这样，可将贯通孔与引出管之间密封住。
本申请第27发明，是如第14发明记载的气体集流腔中，其特征在于，配置在上述引出管周围的软性密封材料是圆板状海绵橡胶，在该圆板状海绵橡胶的中央，设有直径小于引出管的孔，在该圆板侧面的厚度方向中央，沿着圆周切入有缝隙，上述内敷设片夹入该缝隙内。
根据具有上述结构的第27发明，可借助海绵橡胶的弹性，切实将贯通孔与引出管之间密封住。
本申请第28发明，是如第13发明记载的气体集流腔，其特征在于，上述角部构件之中的、配置在插入电池叠层体内的冷却板的引出管取出侧的角部构件，设有与上述引出管位置吻合的贯通孔，并且，在上述内敷设片上的对应位置，设有引出管插入用的套筒。
根据具有上述结构的第28发明，可切实防止从角部构件的引出管用贯通孔的气体泄漏。
本申请第29发明，是如第15发明记载的气体集流腔，其特征在于，上述角部构件之中的、配置在插入电池叠层体内的冷却板的引出管取出侧的角部构件，设有与上述引出管位置吻合的贯通孔，并且，在上述内敷设片上的对应位置也设有贯通孔，在该部分，为了引出管的插入而进行了扩口加工。
根据具有上述结构的第29发明，可切实防止从角部构件的引出管用贯通孔的气体泄漏。
本申请第30发明，是如第15发明记载的气体集流腔，其特征在于，设在上述内敷设片上的引出管插入用套筒与引出管之间，在角部构件组装后，在把密封材料设置在引出管外周后，从外侧用带子卷绕而密封。
根据具有上述结构的第30发明，可切实防止从角部构件的引出管用贯通孔的气体泄漏。
本申请第31发明，是如第1发明记载的气体集流腔，其特征在于，在上述角部构件上，在电池本体侧设有密封槽，在外侧设有突出部。
根据具有上述结构的第31发明，可将角部构件与电池本体之间切实密封住，另外，由于在外侧设有突出部，可防止绝热性结构物的错动。
本申请第32发明，是如第17发明记载的气体集流腔，其特征在于，构成上述绝热构件的绝热材料，在25℃时热传导率为0.08(W/m·K)以下。
根据具有上述结构的第32发明，由于采用热传导率小的绝热材料，因而可切实阻断电池产生的热，所以可提高绝热效率。
本申请第33发明，是如第17发明记载的气体集流腔，其特征在于，构成上述绝热构件的绝热材料，其密度为0.2g/cm3以下。
根据具有上述结构的第33发明，由于采用密度小的绝热材料，所以可切实减轻气体集流腔的重量。
本申请第34发明，是如第17发明记载的气体集流腔，其特征在于，构成上述绝热构件的绝热材料，在200kg/m2的压缩荷载下，压缩率为10％以下。
根据具有上述结构的第34发明，由于采用压缩率小的绝热材料，所以，即使燃料气体或氧化剂气体的压力有一些变化，压缩率的变化也少，能保持大致一定的热传导率，能得到切实的绝热效果。
本申请第35发明，是如第17发明记载的气体集流腔，其特征在于，构成上述绝热构件的绝热材料，由至少一种以上的材料性质、强度不同的若干绝热材料层构成。
根据具有上述结构的第35发明，由于用若干绝热材料层构成绝热材料，可发挥各绝热材料的特性，所以，可得到绝热性和机械强度良好平衡的绝热材料。
本申请第36发明，是如第35发明记载的气体集流腔，其特征在于，构成上述绝热构件的绝热材料，其内侧(电池本体侧)是耐热性高的绝热材料，外侧是机械强度高的绝热材料。
根据具有上述结构的第36发明，可构成绝热性好、机械强度高的绝热构件。
本申请第37发明，是如第35发明记载的气体集流腔，其特征在于，构成上述绝热构件的绝热材料，内侧(电池本体侧)是由耐热性高的纤维状物质构成的低密度绝热材料，外侧是机械强度高的低密度的含有气泡结构的绝热材料。
根据具有上述结构的第37发明，不仅绝热性好、机械强度高，而且也可实现轻量化。
本申请第38发明，是如第37发明记载的气体集流腔，其特征在于，构成上述绝热构件的绝热材料的厚度在100mm以下。
根据具有上述结构的第38发明，由于绝热材料的厚度薄，与现有的气体集流腔相比，可以实现小型化。
本申请第39发明，是如第17发明记载的气体集流腔，其特征在于，构成上述绝热构件的绝热材料，具有蜂窝状结构，在蜂窝内充填着绝热材料。
根据具有上述结构的第39发明，可切实提高绝热材料的强度，所以，可提供具有长期可靠性的绝热材料。
本申请第40发明，是如第17发明记载的气体集流腔，其特征在于，构成上述绝热构件的绝热材料，其两面用第1加强材料加强，并且用第2加强材料复盖其上。
根据具有上述结构的第40发明，可采用平板条、六角形金属网、冲孔金属等第1加强材料提高机械强度。另外，用玻璃布等第2加强材料复盖其上，这样，可防止因加强材料的棱面使薄片构件产生龟裂，可防止因局部应力集中引起的破坏，可提高长期可靠性的绝热构件。
本申请第41发明，是第17发明记载的气体集流腔，其特征在于，上述绝热材料保持框上，设有用于保持上述紧固构件的保持构件。
根据具有上述结构的第41发明，借助设在绝热材料保持框上的保持构件，可防止紧固构件错动，可保持长期间稳定的紧固力。图1是表示现有燃料电池的电池组结构之一例的分解立体图。
图2是表示把气体集流腔安装在现有电池叠层体上的状态之一例的立体图。
图3是表示本发明的气体集流腔整体结构的立体图。
图4是表示图3所示的气体集流腔的密封结构的断面图。
图5是表示本发明的气体集流腔的绝热材料结构物结构的立体图。
图6A是表示配设在本发明的气体集流腔上下的压板结构的立体图。
图6B是上述压板的要部放大图。
图6C是表示本发明的气体集流腔的磷酸密封材料的立体图。
图7是表示配设在图6A和图6B所示压板缺口部的密封材料结构的立体图。
图8是表示本发明的气体集流腔的组装结构的断面图。
图9是表示采用盘形弹簧的紧固结构的横断面图。
图10是表示采用有U形臂肘式夹具的紧固结构的横断面图。
图11是表示采用弹簧箍的紧固结构的立体图。
图12是表示中心紧固结构体和设在下部压板上的绝热性结构物的定位结构的立体图。
图13A是表示将绝热材料插入绝热保持框内的绝热构件结构的立体图。
图13B是表示卸下挖空板、插入绝热材料的绝热构件结构的立体图。
图14是图13A和图13B所示绝热构件的断面图。
图15A和图15B表示本发明的气体集流腔的结构要素、即绝热构件的一结构例，图15A是横断面图，图15B是正视图。
图16A和图16B表示本发明的气体集流腔的结构要素、即绝热构件的另一结构例，图16A是横断面图，图16B是纵断面图。
图17A是表示薄平板状薄片构件的安装状态的立体图。
图17B是成形为与绝热性保持框形状吻合的箱状的薄片构件的立体图。
图18是表示各种树脂片的磷酸透过量的图。
图19是表示研究树脂片厚度与磷酸透过量关系的实验装置结构的概略图。
图20是表示树脂片厚度与磷酸透过量关系的图。
图21A和图21B是表示薄片构件安装在绝热构件上状态的图。
图22A和图22B是表示角部构件及其内敷设片结构的立体图，图22A是表示冷却板的引出管的非引出侧角部构件的立体图，图22B是表示冷却板的引出管的引出侧角部构件的立体图。
图22C和图22E是表示分割成左右结构的角部构件的立体图。
图22D和图22F是表示分割成左右结构的角部构件的横断面图。
图22G是第2密封材料的外观图。
图23A和图23B表示气体集流腔的冷却板的引出管取出侧角部构件的密封状态，图23A是横断面图，图23B是纵断面图。
图23C和图23D是表示软性密封材料、即圆盘状海绵橡胶安装状态的立体图。
图24A是表示角部构件的内敷设片结构的立体图。
图24B是管用套筒部分的放大图。
图24C是管用套筒部分的断面图。
图24D是表示扩口加工后的内敷设片的图。
图25A和图25B表示气体集流腔的冷却板的引出管取出侧角部由收缩而密封的状态，图25A是横断面图，图25B是纵断面图。
图26是表示角部构件另一结构的立体图。下面，参照附图具体说明本发明的实施例。与图1和图2所示现有例中相同的构件，注以相同标记，其说明从略。
先说明本实施例的结构、尤其是气体集流腔的整体结构。
本实施例中，如图3的立体图和图4的断面图所示，由板状绝热性结构物22和断面形状大致呈W字形的杆状角部构件23构成气体集流腔。绝热性结构物22配设在与电池叠层体10的4个侧面对峙的位置。角部构件23配设在电池叠层体10的各个角部。
上述绝热性结构物22，是将配设在外侧面的板状绝热构件21和复盖该绝热构件21的内面(电池本体侧)及侧面的有耐热、耐磷酸性薄片构件20形成一体而构成的。
关于构成气体集流腔的绝热性结构物22、绝热构件21、薄片构件20和角部构件23，将在下面详细说明。
下面，说明气体集流腔的法兰部结构。即，构成气体集流腔的绝热性结构物22，如上所述，由与电池叠层体对峙的内面侧薄片构件20和外面侧板状绝热构件21构成(见图3、图4)。如图5所示，在绝热构件21上，设有气体出入口用的法兰孔24。
在上述薄片构件20上形成的、与法兰孔吻合的位置、形成朝外方突出的套筒25，该套筒25是用与薄片构件20相同的耐热、耐磷酸性薄片构成的。形成在薄片构件20上的套筒25，贯穿形成在外面侧绝热构件21上的法兰孔24，这样构成气体集流腔的法兰部，通过该法兰部与外部配管(图中未示)连接。上述套筒25融接接合至薄片构件20上。
这样，内面侧薄片构件20和套筒25构成一体，其结构简单，并且，由于法兰部也由用耐热、耐磷酸性薄片做成的套筒构成，所以，能切实阻挡磷酸，防止磷酸向外泄漏。
下面，说明气体集流腔的气体密封结构。本实施例的气体集流腔中，如下所述地保持气体集流腔内的气密性。即，如图4所示，在构成气体集流腔的绝热性结构物22与由后述角部槽钢23a、23b和内敷设片39a、39b构成的角部构件23之间，配设着具有耐热、耐磷酸性的第1密封材料26，在角部构件23与电池叠层体10之间，配设着具有耐热、耐磷酸性和绝缘性的第2密封材料27。
根据本实施例，在绝热性结构物22与角部构件23之间配设着第1密封材料26，这样，由于绝热性结构物22和角部构件23可切离，因而组装和维修作业都容易。
借助具有耐热、耐磷酸性的密封材料，可切实防止绝热性结构物22与角部构件23之间的气体泄漏。
由于将第2密封材料27配设在角部构件23与电池叠层体10之间，角部构件23与电池叠层体10可切离，因而组装和维修作业都容易。
另外，可切实防止燃料气体或氧化剂气体从电池叠层体10的角部泄漏。由于第2密封材料27除了具有耐热、耐磷酸性的作用外，还具有绝缘功能，所以，可使气体集流腔与电池叠层体10电气绝缘。
下面，说明气体集流腔的上下压板结构。即，图6A表示上下压板11的磷酸处理部29(用双点划线包围的斜线部)。磷酸处理部29是从电池叠层体的外尺寸一直实施到数10mm内部。图6B表示缺口部28的放大图。用于本实施例气体集流腔的上下压板11上、在各角部形成上述角部构件组装用的缺口部28。
在上下压板11的靠电池本体侧，为了防止磷酸腐蚀，如图6C所示地安装着磷酸密封材料29b。该磷酸密封材料29b的材料性质，是与构成上述薄片构件20的耐热、耐磷酸性薄片同样的材料性质。
如图6A所示，上下压板11的从电池叠层体突出的周围部分和从叠层体平面向内侧搭接的部分，实施了耐磷酸处理。该耐磷酸处理部29b是氟树脂涂敷、氟树脂薄膜的衬里、氟橡胶片的衬里等。
氟树脂涂敷，是在上下压板的从电池叠层体突出的周围和搭接部分上，进行氟树脂的静电涂敷或氟树脂散布后，加热到氟树脂的融点以上地进行涂敷的。用该方法，即使比较复杂的形状也能切实涂敷。这样，通过在从电池叠层体突出的周围部分涂敷耐磷酸性好的氟树脂，可防止电池叠层体的由磷酸和磷酸蒸气引起的腐蚀。
氟树脂薄膜的衬里，是与上下压板的从电池叠层体突出的周围部分相吻合地进行加工。与形状相吻合地加工的方法，是与形状相吻合地弯折或切断薄膜，将该薄膜加热融接。
这样，通过用耐磷酸性好的氟树脂薄膜进行衬里，可防止电池叠层体的因磷酸和磷酸蒸气引起的腐蚀。
由于是采用薄膜，可均匀地象涂敷那样，不必担心气孔，耐磷性好。
氟橡胶片的衬里，与氟树脂薄膜衬里同样地，是与上下压板的从电池叠层体突出的周围部分的形状相吻合地进行加工。与形状相吻合地加工的方法，是将切断了的薄片用粘接剂粘接。这样，通过用耐磷酸性好的氟橡胶片衬里，可防止电池叠层体的因磷酸和磷酸蒸气引起的腐蚀。
上述角部构件组装用的缺口部28上，配置着图7所示的缓冲材料30。该缓冲材料30形成与缺口部28同样的形状，其材料是由如氟橡胶那样的耐热性弹性体构成。
如图8所示，上下压板11比电池面积大，在各个角落部所形成的缺口部28上，通过缓冲件30配设着角部构材料23。如上所述，角部构件23与电池叠层体10之间，用第2密封材料27密封住。
角部构件23的外面侧，构成与上下压板11的外面侧同一平面。绝热性结构物22与角部构件23之间、以及绝热性结构物22与上下压板11之间，用上述第1密封材料26密封住。
这样，根据本实施例，由于配置在上下压板11角部的缺口28处的缓冲材料30是用耐热性弹性体构成，所以，不仅密封了缺口部28与角部构件23之间，而且能吸收电池叠层体10与角部构件23的因材料性质不同引起的热膨张差。
另外，如上所述，本实施例的气体集流腔是由绝热性结构物22和角部构件23构成的，但在组装该气体集流腔时，把角部构件23直立设置在上下压板11角部的缺口部28上，把绝热性结构物22安装在其外侧，这样可容易且高精度地构成气体集流腔。
下面，说明气体集流腔的紧固结构。即，本实施例的气体集流腔，是在绝热性结构物、角部构件和电池叠层体之间将它们紧固以构成空间的。
图9所示的紧固结构，在与电池叠层体的侧面对应的4个绝热性结构物之间用螺栓连接，用盘形弹簧紧固。
设置着电池叠层体10和角部构件23和绝热性结构物22。在绝热性结构物22上，设置着从背部抱入绝热性结构物的角形结构体53。
在角形结构体53的一端，设有紧固用盘形弹簧54，在角形结构体53的另一端设有贯通孔，该贯通孔用于用螺栓固定紧固盘形弹簧的双头螺栓55。4个绝热性结构物之间用双头螺栓55连接，通过紧固盘形弹簧54，在绝热性结构物、角部构件和电池叠层体之间构成空间，并可容易且均匀地将它们紧固。
该紧固机构在电池叠层高度方向均等地设有数个。
图10所示的紧固结构，是用带U形臂的肘式夹具把与电池叠层体侧面对应的4个绝热性结构物之间紧固。
设置着电池叠层体10和角部构件23和绝热性结构物22。在绝热性结构物22上，设置着从背部抱入绝热性结构物的角形结构体53。
角形结构体53的一端，设有带U形臂的肘式夹具56，在角形结构体53的另一端设有钩57，该钩57用于钩住带U形臂肘式夹具的U形臂，用带U形臂肘式夹具的U形臂连接4个绝热性结构之间，通过把带U形臂肘式夹具的夹子往牵引侧拉倒，在绝热性结构物、角部构件和电池叠层体之间构成空间，可容易且迅速地将它们紧固。
对于密封材料的蠕变等引起的松弛，为了保持一定的紧固力，在带U形臂肘式夹具56上设有弹簧58。
该紧固机构在电池叠层高度方向均等地设有数个。
图11所示的紧固结构，是在电池叠层体的4个侧面，设置角部构件23和绝热性结构物22，再在其周围，用不锈钢薄板带31a和弹簧箍31b紧固。
绝热性结构物22上，设有用于保持上述弹性箍31b的保持构件即挡块31c。这样，可防止弹簧箍31b的错位，可均匀地将整个气体集流腔紧固。
根据本实施例，可用简单的结构均匀且迅速地将整个气体集流腔紧固。
图12所示的紧固结构，是在上述紧固构件构成的紧固机构上，在绝热性结构物的上下面中心和与其对峙的上下压板上，增加了中心紧固机构体。
在绝热性结构物22的上下面中心，安装着固定用槽钢59，在对峙的上下压板11的上下中心，安装着紧固座60，固定用槽钢59和紧固座60用绝缘螺栓61通过绝缘垫圈(图中未示)紧固。
根据该实施例，可用简单的结构在绝热性结构物、角部构件和电池叠层体之间构成空间，可均匀地将它们紧固。另外，在安装绝热性结构物时可用作临时固定用构件，可提高作业性。
在下压板11的4个角部，设有绝热性结构物22定位用支承件62和可上下移动绝热性结构物22的调节螺栓63。
根据本实施例，可容易地进行绝热性结构物22的上下定位，可防止绝热性结构物与密封材料及上下压板的位置错动，从而可提高密封的可靠性。
下面，说明绝热性结构物。即，如上所述，构成气体集流腔的绝热性结构物22，由板状绝热构件21和薄片构件20构成。
下面，分别详细说明绝热构件21和薄片构件20。
构成本实施例之气体集流腔的板状绝热构件21，如图13A所示，是把绝热材料33插入额缘状的绝热件保持框34内而构成的。为了增加其强度，在外面侧安装着带状板34a，使其经得住燃料气体或氧化剂气体的内压。
在绝热材料保持框34的靠电池本体侧，不安装带状板34a，不特别增强。绝热材料33，是在卸下绝热材料保持框34的一边(图13A中是上边)后插入框内而构成的。
如图13B所示，在绝热构件21的外侧面，用螺栓34d紧固而把挖空板34b安装在绝热材料保持框34c上。绝热材料保持框34c的靠电池本体侧，成额缘状，绝热材料33是在卸下挖空板34b后插入框内而构成的。
这样，根据本实施例的绝热构件21，不仅容易地插入和保持绝热材料，而且可增加绝热材料21的整体强度，其形状也可统一，所以，可均匀地安装在电池叠层体侧面，并可均匀地紧固。
用于本实施例绝热构件21的绝热材料33，最好采用在25℃时热传导率至少为0.08(W/m·K)以下的塑料、陶瓷、橡胶、木材等金属以外的材料。即，热传导率小、绝热效果好的材料。最好采用长期劣化少、稍耐磷酸的材料。
这是因为，在25℃时如果热传导率为0.08(W/m·K)以上，则绝热材料的厚度加厚，与现有的气体集流腔相比，不能实现小型化。
这样，通过采用在25℃时热传导率为0.08(W/m·K)以下的绝热材料，可切实绝热，可消除散热产生的能量损失，所以，可提高包含利用排热的电池的发电效率。
绝热材料33的密度至少在0.2g/cm3以下，最好采用纤维状、发泡体、粉末体等的絮凝体。
这是因为，如果绝热材料33的密度在0.2g/cm3以上时，绝热构件21重量大，不能用人工组装气体集流腔，需要用起重机等机械，作业性差。尤其是在现场进行调节或修理时，能用人工装卸这一点是很重要的，因此，绝热材料33的密度应该至少在0.2g/cm3以下。
绝热材料33的强度，最好在200kg/m2的压缩荷载下，其压缩率为10％以下。这是因为，在200kg/m2的压缩荷载下，如果其压缩率为10％以上，则在实际流入气体时，绝热材料产生大变形或破坏，难以向电池供给适当的配流。另外，绝热材料压缩后，热传导率加大，得不到预定的绝热效果。结果，散热引起的能量损失增大，使包含利用排热的电池的发电效率降低。
构成本实施例气体集流腔的绝热构件21中采用的绝热材料33，至少由一种以上材料性质、强度不同的一层或若干层绝热材料层构成。
即，如图14所示，插入绝热材料保持框34内的绝热材料33，由2种绝热材料构成，可将它们重叠为层状使用。例如，配置在电池本体侧、即内侧的第1绝热材料33a，是能经受200℃电池叠层体的气体温度的耐热性高的绝热材料。另一方面，配置在外侧的第2绝热材料33b，是机械强度高的绝热材料。
如果仅采用耐热性高的绝热材料33a，由于通常它们是由纤维状无机物质构成，所以，虽然能满足耐热性，但机械强度差。这样，在实际气体流动时内压上升，由于机械强度小而产生大的变形。为了防止变形，必须加大绝热材料的厚度，这是不现实的。
如果仅采用机械强度高的绝热材料33b，由于通常耐热性能差，所以，内面侧被高温气体作用而热恶化，会使长期的可靠性差。
另外，耐热性高的第1绝热材料33a和机械强度高的第2绝热材料33b，最好均为热传导率小的绝热材料。
因此，如本实施例这样，通过适当地组合耐热性高的绝热材料33a和机械强度高的绝热材料33b，可得到耐热性和机械强度均好的绝热材料。
另外，在材料性质、强度不同的若干绝热材料层的层间，最好放入厚度为数十微米的铝箔。这样可更增加绝热效果。
这些配置在电池本体侧、即内侧的耐热性高的第1绝热材料，最好是由石棉、玻璃棉等耐热性高的纤维状物质构成的绝热材料。它们不仅耐热性高，而且密度低，可实现轻量化。
配置在外侧的机械强度高的第2绝热材料，最好是酚醛发泡体等机械强度高的含有气泡结构的绝热材料。
这样，由于机械强度高、绝热效果好，密度低，因而可实现轻量化。
绝热材料33的厚度，至少应在100mm以下。这是因为，如果在100mm以上，虽然绝热性能好，但相应地占用空间增大，整个电池外壳大，导致设置面积增加。另外，与绝热材料的厚度成正比地、使成本和重量也增加。
如图15A、图15B所示，绝热材料也可以是蜂窝状结构物46，在蜂窝内充填纤维状、发泡体、粉末体等绝热材料。
这样，由于把绝热材料做成蜂窝状结构物，可切实提高绝热材料的机械强度，所以，可减小绝热材料保持框34的加强用带状板34a的面积，或者可以不要加强用带状板，可使绝热构件21轻量化。
如图16A、16B所示，绝热材料33，也可在其两面或一面用平板条、六角形金属网、冲孔金属制品等的加强材料47加强，再用玻璃棉48复盖其上。
这样，通过用平板条、六角形金属网、冲孔金属制品等的加强材料47加强绝缘材料，可增加绝热材料的强度，通过用玻璃棉48复盖其上，使处理容易，可顺利地插入绝热材料保持框34。另外，由于在绝热材料33与玻璃棉48之间形成空气层，所以更可提高绝热效果，实际流过气体时也不变形，可均匀地流过气体。
下面，说明构成气体集流腔的绝热性结构物22的结构要素、即薄片构件20。
构成本实施例之气体集流腔的薄片构件20a，如图17A所示，是薄平板状，比绝热材料保持框大。在该薄平板状薄片构件上接合着法兰用套筒25部分，在绝热材料保持框34的全周或一部分上，粘贴着两面胶带(图中未示)，在其上面粘贴着薄片构件20a。粘贴着薄片构件20a的绝热材料保持框34，配置在与电池叠层体侧面对峙的位置上(图13B中也示出)。
薄片构件20a的大小最好至少比绝热材料保持框大20mm以上。如果大20mm以上则可保持对电池叠层体的绝缘性。
根据本实施例，可用简单的结构得到绝缘性，能显著地提高作业性。
构成本实施例另一气体集流腔的薄片构件20b，如图17B所示，加工成形为与绝热材料保持框34的形状吻合的箱状。成形的方法有多种，最简单的方法是，分别接合四角和法兰用套筒25部分，成形为预定形状。
薄片构件20b的四角的接合部35，是在该接合部将耐热、耐磷酸薄片相互折合，用脉冲加热器等加热融接接合的。
法兰用套筒25也可用圆形或半圆形脉冲加热器同样地接合。
作为其它的方法，也可以用吹塑成形。该方法是，预先准备好绝热材料保持框形状的金属模具，把耐热、耐磷酸性薄片置于其上，加热到薄片的溶融温度附近，从薄片上面吹空气，将薄片形成为绝热材料保持框的形状。但是，该方法的缺点是，加热需要大的炉子，角部的薄片厚度变薄。
把这样加工成形为箱状的薄片构件20b从电池本体侧嵌入绝热构件21，使二者一体化，由此得到绝热性结构物22(见图5)。
根据本实施例，由于可以预先将耐热、耐磷酸性薄片加工成形为与绝热材料保持框34的形状相吻合的箱状，所以，可缩短工期，组装作业也容易。另外，绝热构件21的靠电池本体侧被薄片构件20b完全复盖住，所以，可防止磷酸向外部泄漏。
本实施例的薄片构件20，应采用磷酸透过性少的材料，这样可减薄厚度而且经济。本发明人选择适合于构成薄片构件20的耐磷酸性树脂片，对PFA(四氟化乙烯·全氟烷氧基乙烯共聚合)树脂片、PTFE(四氟化乙烯)树脂片及FEP(四氟化乙烯·六氟化丙烯共聚合)树脂片，进行了其磷酸透过性探讨。
结果，如图18所示，最好用磷酸透过性低的PFA树脂片或FEP树脂片，作为构成薄片构件20的耐热、耐磷酸薄片。
另外，如图18所示，PFA树脂片和FEP树脂片在透过性方面虽然相同，但是，在耐热温度和机械强度方面，PFA树脂片更好一些。所以，最好采用PFA树脂片。另外，PTFE树脂片虽然透过性比PFA树脂片差，但也可以用该树脂片构成薄片构件20。
构成薄片构件20的耐磷酸性树脂片的厚度，关系到与该薄片构件相接的绝热材料的劣化和磷酸向外部的泄漏而腐蚀周边机器，所以其厚度的决定是很重要的。本发明人对在200℃时耐磷酸树脂片的厚度与磷酸透过量的关系作了实验。
本实验是采用图19所示装置进行的。即，把构成薄片构件20的耐磷酸性树脂片和磷酸吸收材料36叠合，用测定盒37将其夹持住，把磷酸放入该测定盒37的靠薄片构件20一侧，再将全体放入密闭容器38内、密闭后在干燥器中加热至200℃。加热15000小时后，取出磷酸吸收材料36，分析在吸收材料表面反应的磷酸量，求出透过磷酸量。
本实验中，采用PFA树脂片作为构成薄片构件20的耐磷酸性树脂片，使其厚度在0.025～1.5mm范围内变化。另外，磷酸浓度采用95％，采用厚度为1mm的软钢作为磷酸吸收材料。预先确认该磷酸吸收材料可吸收近100％的透过磷酸量。
图20表示本实验结果。即，实验表明，与构成薄片构件20的耐磷酸性树脂片的厚度增加成反比地，使磷酸透过量减少。尤其是当耐磷酸性树脂片的厚度为0.10mm以下时，磷酸透过量急剧增多，厚度在1mm以上时，磷酸透量量没有显著的差别。
但是，耐热、耐磷酸性树脂片的厚度在1mm以上时，由于薄片构件整体重量增加，所以，不容易固定在配设于外面侧的绝热构件21上，材料费也大致与重量成正比地增高，所以成本提高。另外，加热融接树脂片时，如果厚度在1mm以上，则热传导差，在片的厚度方向产生温度分布，不容易将整体均匀熔融。即，靠近热源的部分，树脂片开始分解，远离热源的部分不熔融，使片的融接不完全，接合部分的机械强度低，容易破损，有气体从该部分泄漏的问题。
树脂片对于燃料电池的一个重要功能、即电池本体与构成气体集流腔的绝热构件22间的电绝缘性，与薄片的厚度成正比地增高。例如，在燃料电池情况下，如果需要至少10倍于额定电压的绝缘破坏压时，则为2千伏。使用PFA树脂片作为耐磷酸性树脂片时，厚度1mm时绝缘破坏压为2万伏，所以薄片的厚度至少要在0.1mm以上。
因此，把复盖绝热构件21的薄片构件20的厚度取在0.1～1mm时，可提供耐磷酸浸透性好、电绝缘性也好、可靠性高的气体集流腔。
把薄片构件20安装在绝热构件21上时，如图21A、图21B所示，不是密接固定在绝热构件21上，而是将薄片构件21做得稍大一些，松松地安装在绝热构件20上，这样可充分吸收两者的热膨张之差。即，把预先形成与绝热构件21同样形状的薄片构件20，从电池本体侧复盖绝热构件21地安装。这样，形成绝热性结构物22，与角部构件23一起安装在电池本体侧面，由此构成气体集流腔。
由于薄片构件20往绝热构件21上的安装是松松地安装，所以，可适应于因起动、停止或负荷变动时的温度变化而产生的薄片的热膨张。另外，由于仅复盖绝热构件21，所以，薄片构件20的装卸容易。由于可在别的工序制作薄片构件20，所以可缩短工期。
构成本实施例之气体集流腔的内面侧薄片构件20，可采用至少一片以上、即若干片。采用若干片薄片构件20时，可切实减低磷酸透过量，并且，即使在一片薄片构件上产生气孔或龟裂等，也可由其它薄片构件防止磷酸浸透，因而能提高可靠性。
采用若干片薄片构件时，在薄片构件之间形成空气层，该空气层也具有绝热效果，从而可减少配设在外侧的绝热构件的厚度。
下面，说明构成气体集流腔的角部构件23。
构成本实施例之气体集流腔的角部构件23，是金属制或FRP制，如图22A、图22B所示，其内侧(电池本体侧)内敷设着内敷设片39a。
即，图22A表示配设在冷却板的引出管非引出侧的部角槽钢23a。在金属制或FRP制的角部槽钢23a的内侧，安装着内敷设片39a。
图22B表示配设在冷却板的引出管引出侧的角部槽钢23b，在金属制或FRP制的角部槽钢23b上，在管的取出位置设有若干个贯通孔51。在该角部槽钢23b的内侧，同样地配设着内敷设片39b，在该内敷设片39b上的管取出位置，开有小于上述贯通孔的小孔52。
这些内敷设片39a、39b是由PFA、PTFE、FEP树脂片等耐热、耐磷酸性树脂片构成的。而且，是预先把与角部槽钢23a、23b的内侧形状相吻合地弯折成的构件松松地安装在角部槽钢23a、23b内侧而构成的。
图22C、图22D所示角部构件的结构是，配置在插入电池叠层体内的冷却板的引出管取出侧的角部构件是沿着电池叠层体的角部左右分割成两个的。
先把管取出位置上开设着贯通孔的内敷设片(图中未示)，使引出管穿过地配置在电池叠层体的角部，在贯通孔与引出管之间填满密封材料进行密封。接着，把引出管取出部分加工成半管状的左右分割结构的角部构件23c，从左右夹住管，用连接螺栓64把分割为左右的角部构件23c连接起来。
图22E、图22F所示的角部构件23d，同样地，把内敷设片(图中未示)使引出管穿过地配置在电池叠层体的角部，把挖去了引出管取出部分的左右分割的角部构件23d，从左右夹住管，用L型钢65连接。
根据本实施例，设置角部构件时，引出管不成为障碍，可方便地设置。另外，由于做成2分割结构，所以重量也减半，能显著地提高作业性。
在修理时，不必卸下与引出管连接着的配管，可卸下角部构件，可大幅度缩短修理时间。
图22G所示的第2密封材料27是额缘状，预先密接在角部构件上。由于形状是额缘状，形状单纯，所以容易密封，气体泄漏少。另外，最好是额缘状的无接缝的密封材料。由于是预先把密封材料密接在角部构件上，所以密封材料的安装容易。
密接在角部构件上的方法是，例如，在角部构件的内敷设片上，呈额缘状地粘贴双面胶带，把密封材料压在其上，使其密接。
由于以密接状态把角部构件设置在4个角部的角部上，所以作业性好。
图23A、图23B表示配设在冷却板的引出管引出侧的角部槽钢23b部分的结构。
即，如图23A所示，在角部槽钢23b上，在引出管50的取出位置设有贯通孔51，在内敷层39b上同样的管取出位置，也开设着比贯通孔51小的贯通孔52。插入这些贯通孔51、52的引出管50的周围，配置着软性密封材料40。该软性密封材料40是发泡性橡胶密封材料。
这样，把软性密封材料40配置在引出管50的周围，接着配置内敷设片39b、角部槽钢23b，最后安装绝热性结构物22，用弹簧箍紧固其周围。这样，内敷设层39b、角部槽钢23b被压紧固定在电池本体侧。
由配置在引出管周边的软性密封材料40，把压紧在电池本体侧的内敷设片39b、角部槽钢23b的贯通孔和引出管之间的间隙密封住。
采用发泡性橡胶密封材料作为软性密封材料40时，因电池的升温，发泡性橡胶密封材料发生反应，因产生气体而发泡，可将角部槽钢23b的贯通孔与引出管之间的间隙密封住。通过加硫，可增加橡胶密封材料的强度，密封性也更好。
图23D所示的软性密封材料的结构是，在氟系圆盘状海绵橡胶66的中央，设有比引出管小的孔，在圆盘侧面的厚度方向中央，沿圆周切入缝隙。
把圆盘状海绵橡胶66插入到引出管50的预定位置，再使引出管50穿过内敷设片39b，把内敷设片39b挟入圆盘状海绵橡胶66的沿圆周切入的缝隙内。
根据本实施例，利用海绵橡胶的弹性，把引出管50与圆盘状海绵橡胶66之间密封住，把圆盘状海绵橡胶66与内敷设片39之间密封住，可防止气体从电池叠层体的角部泄漏。
图23C所示的圆盘状海绵橡胶66的内径，比管50直径大，大的程度相当于为了安装连接用管接头50a而变粗的部分。为此在密封部位置预先卷绕氟系发泡橡胶67。
根据本实施例，由于不必为了使管接头通过而切开海绵橡胶，所以，利用海绵橡胶的弹性和氟系发泡橡胶67，可防止气体从引出管50与圆盘状海绵橡胶66间的密封部泄漏。
根据本实施例，可用比较简单的结构，将角部槽钢23b的贯通孔51与引出管50间的间隙密封住。
下面，说明将角部构件23b的贯通孔51与引出管50之间间隙切实密封住的另一方法。
图24A、图24B表示配置在冷却板的引出管取出侧角部的角部构件23b的内敷设片39c。即，在管的取出位置设置贯通孔，在该部分接合着管用套简41。该管用套筒的融接接合是采用圆形或半圆形脉冲加热器进行的。
下面，参照图24D说明把实施了管用扩口加工的内敷设片39c安装在引出管50上的方法。即，在角部构件23b上，在管取出位置设有贯通孔51，在内敷设片39c上也同样地在管的取出位置实施了扩口加工。然后把引出管50穿过扩口加工部68，把密封材料42配置在引出管50的外周，压紧角部构件23b进行密封。
在内敷设片39c的管取出位置进行扩口加工的方法是，在内敷设片39c的管取出位置，开设比管小的孔，插入圆锥形凸模，从上面放置切有圆锥状切口的凹模，加热该凹凸模。通过慢慢加热，使内敷设片39c的孔附近的片伸展，可实现扩口加工。
根据本实施例，不采用片间的融接等机构，可作成扩口部分，角部构件23b与贯通孔51与引出管50间的间隙可得到高可靠性的密封。
下面，参照图25A、图25B，说明把设有管用套筒41的内敷片39c安装在引出管50上的方法。即，在角部构件23b上，在管取出位置设有贯通孔51，在内敷设片39C上也同样地在管取出位置接合着管用套筒41。把引出管50插入管用套筒41，把密封材料42配置在引出管50的外周，把该部分用带43绕紧进行密封。
根据本实施例，由于可将角部构件23b的贯通孔51与引出管50间的间隙切实密封，所以，可大幅度减少气体从电池叠层体的角落部泄漏。
图26表示角部构件的变形例。图26中，未示出内敷设片。即，在角部构件23的靠电池本体侧，形成断面为凹形的密封槽44，在角部构件23的与外侧绝热性结构物22的接合部上，设有向外方突出的突出部45。
通过这样的结构，由于安装在电池叠层体10与角部构件23之间的第2密封材料27，由角部构件23的密封槽44导引，所以可防止该第2密封材料27的错位，可切实将电池叠层体10与角部构件23之间密封住。
由于形成在角部构件23外侧的突出部45，在用弹簧箍紧固绝热性结构物22时，起挡块作用，可防止绝热性结构物22的移动，所以可均匀地紧固绝热性结构物22。
下面，说明本发明之气体集流腔的具体例子。与电池叠层体对峙的内面侧密封构件，是采用PFA树脂片(厚度0.5mm)，预先形成与绝热构件同样形状的箱状。成形的方法是用脉冲加热器溶融接合四角和配管法兰用套筒。
外面侧的绝热构件(有配管用孔)，采用厚度为75mm的石棉，用平板条加强平面，用玻璃棉复盖其上面后，插入绝热材料保持框内。该石棉绝热材料的热传导率是0.044W/mK，密度是0.15g/cm3，在00kg/m2压缩荷载下的压缩率为2％以下。
接着，把成形为箱状的薄片构件复盖绝热构件地嵌入，形成绝热性结构物。
在构成该绝热性结构物的薄片构件和角部构件相接的部分，用双面胶带安装由氟系橡胶构成的额缘状耐热、耐磷酸性密封材料(第1密封材料)。
在下压板上，电池已经叠置，在下压板的角部的缺口部，配置与缺口部相同形状的缓冲材料(氟橡胶)后，把铁制角部构件直立设置在四个角的角部，同样地配置上压板。
在管的取出侧的角部构件上，在管的取出位置设有贯通孔，在内敷设片(厚度0.5mm，PFA树脂片)上，也同样地在管的取出位置开有比角部构件的贯通孔小的孔。在对峙的引出管周围，配置着软质密封材料(发泡性氟橡胶)。在角部构件的密封槽内，嵌入着耐热、耐磷酸性、绝缘性密封材料即O环(用氟树脂带或软性氟树脂片复盖氟橡胶的环)。
接着使绝热性结构物与角部构件接合。即，把绝热性结构物的最下部放在下压板上所安装的固定位置用的挡块上，左右由设在角部构件上的突出部进行定位。在绝热性结构物的定位结束后，用弹簧箍将周围紧固。
由于本实施例的气体集流腔可实现轻量化，所以，其安装作业可全部用人工进行，组装时间也比已往减少30％。
由于气体集流腔的构成构件，是耐热、耐磷酸性薄片、价廉的绝热材料、铁制的绝热材料保持框和铁制的角部构件，所以，可大幅度减低成本，大约是已往的气体集流腔和保温材料总计金额的1/2。
另外，由于不用设置相当于已往保温材料的部分，所以，包含气体集流腔的电池本体的设置面积也能减少约20％。
在用实际的升温、流经气体的情况，采用这样组装起来的本发明气体集流腔的燃料电池，在200℃下进行了1000小时的连续运转。
结果，与已往相比，气体泄漏在1.10以下，绝热效果也比已往的用绝热材料复盖铁制气体集流腔的方式更好。
尤其是完全消除了已往泄漏量多的角部的气体泄漏。这是由于在角部安装了一层内敷设片，所以可防止气体从角部泄漏。
另外，角部的气体泄漏，仅仅是在4个角中冷却板的管取出侧角部有泄漏。但是，本实施例中，该角也在引出管周围配置了软性密封材料，用角部构件和内敷设片压紧密封。另外，由于采用发泡性橡胶密封材料，因电池的升温引起发泡性橡胶密封材料反应，产生气体而发泡，可更加密封角部构件的贯通孔与引出管的间隙。另外，通过加硫，可增加橡胶密封材料的强度，由此能更切实保证密封性，避免泄漏。
具有上述结构的本实施例气体集流腔，具有以下作用效果。即，构成气体集流腔的绝热性结构物22的主要构件即薄片构件20，由于采用无气孔的均匀薄片，所以，切实地封住从电池排出的气体中的磷酸，防止磷酸向外泄漏。
另外，绝热性结构物22的主要构件即绝热构件21，防止在200℃高温下运转的电池的散热，同时，保持薄片构件20并成一体化，成为气体集流腔的壁面部的绝热性结构物22。
角部构件23的作用是，构成气体集流腔的侧面部，把由薄片构件20和绝热构件21构成的绝热性结构物22保持成稳定的形状，使气体均匀地流向电池叠层体。根据本实施例，由于不使用已往那样的重金属制气体集流腔和高价的氟系树脂涂敷，所以能实现气体集流腔的轻量化和低成本化。
如上所述，根据本发明，可提供重量轻、成本低的气体集流腔。另外，可提供结构简单、容易维修的气体集流腔。可提供减少电池叠层体角部的气体泄漏、减少电池叠层体设置面积的气体集流腔。
权利要求
1.燃料电池，它是在电池叠层体的侧面，配设着气体集流腔的，其特征在于，上述气体集流腔由与电池叠层体侧面对峙地配设着的板状绝热性结构物和配设在电池叠层体角部的角部构件构成。
2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，上述绝热性结构物，具有与电池叠层体对峙的、内面侧薄片构件和外面侧绝热构件。
3.如权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，上述薄片构件和上述绝热构件，具有气体出入口用的法兰孔，上述薄片构件具有筒状套筒。
4.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还设有配置在上述绝热性结构物与上述角部构件之间的第1密封材料以及配置在上述角部构件与上述电池叠层体之间的第2密封材料。
5.如权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，上述第2密封材料是预先密接在上述角部构件上的额缘形状构件。
6.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还设有紧固上述电池叠层体的上压板和下压板，该上下压板的平面尺寸大于电池叠层体的平面尺寸，在上下压板的角部，形成用于组装上述角部构件的缺口部，在该缺口部，通过缓冲构件配置着上述角部构件。
7.如权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，上述上下压板的从电池叠层体突出的周围部分是经过耐磷酸处理的。
8.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，在上述绝热性结构物、上述角部构件和上述电池叠层体之间形成空间，并且，还设有用于紧固上述绝热性结构物和角部构件的紧固构件。
9.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，上述紧固构件设有若干个从背部抱入绝热性结构物的角形结构体和通过盘形弹簧与该若干个角形结构体的端部连接并紧固的双头螺栓。
10.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，上述紧固构件设有若干个从背部抱入上述绝热性结构物的角形结构体和将该若干个角形结构体的端部间紧固的附带U形臂的肘式夹具。
11.如权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，上述紧固构件设有把对应于电池叠层体侧面的4个绝热性结构物周围紧固起来的不锈钢薄板带和弹簧箍。
12.如权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，还设有设在上述绝热性结构物的上下面中心和与其对峙的上下压板上的紧固结构体。
13.如权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，还设有设在上述下部压板的4个角上的、绝热性结构物上下定位用的支承件和可调节上述绝热性结构物上下移动的调节螺栓。
14.如权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，上述绝热构件是将绝热材料插入绝热保持框内而形成的。
15.如权利要求14所述的燃料电池，其特征在于，上述薄片构件是平板状，大于上述绝热材料保持框。
16.如权利要求14所述的燃料电池，其特征在于，上述薄片构件加工成与上述绝热保持框形状吻合的箱形。
17.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，上述角部构件的内侧敷设着树脂片。
18.如权利要求17所述的燃料电池，其特征在于，上述角部构件之中的、配置在插入电池叠层体内的冷却板的引出管的取出侧的角部构件，是沿电池叠层体的角部左右分割的结构。
19.如权利要求17所述的燃料电池，其特征在于，上述角部构件之中的、配置在插入电池叠层体内的冷却板的引出管的取出侧的角部构件，具有与上述引出管位置吻合的贯通孔，在该角部构件的上述内敷设片的对应位置，开设有比角部构件贯通孔直径小的孔，在上述引出管周围配置着软性密封材料。
20.如权利要求19所述的燃料电池，其特征在于，上述软性密封材料是圆板状海绵橡胶，在该圆板状海绵橡胶的中央，开有直径小于引出管的孔，在该圆板状海绵橡胶的圆板侧面的厚度方向中央，切入有圆周状的缝隙，上述内敷设片夹入该缝隙内。
21.如权利要求19所述的燃料电池，其特征在于，上述角部构件之中的、配置在插入电池叠层体内的冷却板的引出管的取出侧的角部构件，设有与上述引出管位置吻合的贯通孔，在上述内敷设片的对应位置，设有引出管插入用的套筒。
22.如权利要求19所述的燃料电池，其特征在于，上述内敷设片设有与引出管位置吻合的贯通孔，该贯通孔的部分经过扩口加工。
23.如权利要求19所述的燃料电池，其特征在于，设在上述内敷设片上的引出管插入用套筒与引出管之间，用带子卷绕而密封。
24.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，在上述角部构件的靠电池本体侧，设有密封槽，在上述角部构件的外侧，设有突出部。
25.如权利要求14所述的燃料电池，其特征在于，上述绝热构件由至少一种以上的材料性质、耐热温度强度不同的若干绝热材料层构成。
26.如权利要求14所述的燃料电池，其特征在于，上述绝热构件具有蜂窝状结构体，在该蜂窝状结构体内充填着绝热材料。
27.如权利要求14所述的燃料电池，其特征在于，构成上述绝热构件的绝热材料，其两面用第1加强材料加强，并且第2加强材料复盖其上。
28.如权利要求14所述的燃料电池，其特征在于，上述绝热材料保持框具有用于保持上述紧固构件的保持构件。
全文摘要
本发明提供一种配设在电池叠层体侧面的气体集流腔,它是将板状绝热构件和薄片构件做成一体的。上述绝热构件配设在电池叠层体的外侧面;上述薄片构件具有耐热、耐磷酸性,覆盖着绝热构件的内表面和侧面。
文档编号H01M8/02GK1278367SQ98810619
公开日2000年12月27日 申请日期1998年10月28日 优先权日1997年10月28日
发明者居安巨太郎, 牛肠义次, 森山义博, 狩野昭雄, 田中和久 申请人:东芝株式会社