燃料电池用的分隔件及集电板、燃料电池及燃料电池组的制作方法_2

文档序号:9845729阅读:来源:国知局
及冷却水的歧管。
[0030]如图所示,燃料电池100具备阳极侧分隔件120、阴极侧分隔件130、密封构件一体型MEA(Membrane Electrode Assembly:膜电极接合体)140。密封构件一体型MEA140在MEA的外周,与MEA —体地形成框状的密封构件。MEA通过在电解质膜一侧的面上依次层叠阳极、阳极侧扩散层,在另一侧的面上依次层叠阴极、阴极侧扩散层而构成。当利用阳极侧分隔件120和阴极侧分隔件130夹持密封构件一体型MEA140时,通过密封构件将燃料电池100的周缘部密封。在本实施方式中,作为MEA,例示了将电解质膜、催化剂电极、气体扩散层接合而成的结构,但没有限定于此,也可以为不具备气体扩散层的结构,也可以分体地构成气体扩散层。而且,虽然例示了一体地形成有MEA和密封构件的结构,但是没有限定于此,也可以将MEA与密封构件作为分体构成。
[0031]阳极侧分隔件120及阴极侧分隔件130是钛制的薄板钢板,在由上述的供排孔包围的区域通过冲压加工而形成有供反应气体、冷却水流通的流路。具体而言,在阳极侧分隔件120的与阴极侧分隔件130接触的面(在图2中图示的面)上形成有冷却水流路,在与密封构件一体型MEA140接触的面上形成有燃料气体流路(未图示)。在阴极侧分隔件130的与阳极侧分隔件120接触的面(未图示)上形成有冷却水流路,在与密封构件一体型MEA140接触的面上形成有氧化剂气体流路(未图示)。在本实施方式中,作为各分隔件,例示了形成流路的结构,但也可以不形成流路,经由作为分体构件构成的流路构件来构成燃料电池、燃料电池组。在本实施方式中,形成有流路的区域相当于权利要求的流体流通区域。
[0032]而且,阳极侧分隔件120及阴极侧分隔件130只要通过具有气体隔断性及电子传导性的构件构成即可,构成材料没有限定为本实施方式。例如,可以通过压缩碳粒子而成为不透过气体的致密质碳等碳制构件、不锈钢、招、上述的合金等金属构件形成。需要说明的是,上述的各板暴露于冷却水,因此优选使用耐蚀性高的金属。
[0033]A2.阳极侧分隔件的结构:
[0034]图3是俯视表示阳极侧分隔件的说明图。在图3中,示出了阳极侧分隔件120的形成有冷却水流路(未图示)的面(以下,也称为冷却面)。阳极侧分隔件120具备钛制的分隔件主体121、橡胶制的密封部302、304、306、与它们相同的橡胶制的第一、二整流部20IN、200T ο在本实施方式中,作为形成密封部302、304、306及第一、二整流部20IN、200T的橡胶,使用了具有密封性、弹性及粘接性的乙烯-丙烯-环戊二烯橡胶(EPDM)。
[0035]在分隔件主体121的周缘部形成有在上述的燃料电池100中构成燃料气体供给孔102IN、燃料气体排出孔1020T、氧化剂气体供给孔104IN、氧化剂气体排出孔1040T、冷却水供给孔106IN及冷却水排出孔1060T的、燃料气体供给孔122IN、燃料气体排出孔1220T、氧化剂气体供给孔124IN、氧化剂气体排出孔1240T、冷却水供给孔126IN及冷却水排出孔1260T。分隔件主体121的冷却面在由上述的各供排孔包围的部分具备冷却水流通区域26,在冷却水流通区域26形成有冷却水流路(未图示)。S卩,冷却水供给孔126IN及冷却水排出孔1260T与冷却水流通区域26分离配置。并且,冷却水供给孔126IN及冷却水排出孔1260T分别通过连接部27IN、270T(在图3中由单点划线表示)而与冷却水流通区域26连接。需要说明的是,在图3中,为了明确表示连接部27IN、270T,而与却水供给孔126IN、冷却水排出孔1260T及冷却水流通区域26分离表示。经由冷却水供给孔126IN供给的冷却水通过连接部27IN进入冷却水流通区域26,流通冷却水流通区域26,经由连接部270T通过冷却水排出孔1260T向外部排出。本实施方式中的冷却水相当于权利要求的制冷剂,冷却水流通区域26相当于权利要求的流体流通区域,冷却水供给孔126IN及冷却水排出孔1260T相当于权利要求的贯通孔。
[0036]燃料气体用密封部302形成在燃料气体供给孔122IN、燃料气体排出孔1220T各自的周围。氧化剂用密封部304以包围6个氧化剂气体供给孔124IN的方式形成一个,并以包围7个氧化剂气体排出孔1240T的方式形成一个。冷却水用密封部306以包围冷却水供给孔126IN、冷却水排出孔1260T、第一整流部20IN、第二整流部200T、冷却水流通区域26的方式形成一个。通过它们的密封部302、304、306,确保层叠有燃料电池100时的分隔件间及分隔件与集电板间的歧管的密封性。
[0037]关于第一、二整流部20IN、200T,基于图3、4进行说明。图4是概略性地表示整流部的截面结构的说明图。图4的㈧示出了图3的A-A截面,图4的(B)示出了图3的B-B截面。在图4中,利用双点划线来图示与阳极侧分隔件120的冷却面接触的集电板160F。如图3所示,阳极侧分隔件120的冷却面在冷却水供给孔126IN与冷却水流通区域26之间的连接部27IN具备第一整流部20IN,在冷却水排出孔1260T与冷却水流通区域26之间的连接部270T具备第二整流部200T。第一整流部20IN与第二整流部200T为同样的形状,因此以下,对第二整流部200T进行说明,而省略第一整流部20IN的说明。
[0038]如图3所示,第二整流部200T具备12个突起部220T和连结部240T,12个突起部220T由连结部240T连结。需要说明的是,在图3中,在纸面上,为了方便,对于12个突起部220T的一部分标注标号,省略了其他的突起部220T的标号。如图3所示,突起部220T的平面形状呈圆角的长方形(由两个相等的长度的平行线与两个半圆形构成的形状)的柱状(图4)。如图4的(B)所示,连结部240T的厚度比突起部220T薄,如图3所示,连结部240T相对于突起部220T而配置在冷却水流通区域26侧。详细而言,连结部240T由从各突起部220T与分隔件主体121的长边平行地向冷却水流通区域26侧延伸的12个支部和将这些支部连结的干部构成。在本实施方式中,突起部220T与连结部240T通过注塑成形而一体形成。需要说明的是,在连结部240T设有多个在注塑成形时用于使空气逃散的抽气孔(未图示),通过注塑成形而能够将第二整流部200T形成为适当的形状。
[0039]如上所述,第一、二整流部20IN、200T通过与密封部302、304、306相同的EPDM形成。第一、二整流部20IN、200T及密封部302、304、306通过对分隔件主体121进行注塑成形而同时形成。
[0040]经由冷却水供给孔126IN供给的冷却水由第一整流部20IN整流,沿着冷却水流路而流通了冷却水流通区域26之后,由第二整流部200T整流,经由冷却水排出孔1260T排出。
[0041]A3.第一实施方式的效果:
[0042]如上所述,根据第一实施方式的燃料电池组10,由于具备第一、二整流部20IN、200T,因此能够对冷却水供给孔126IN与冷却水流通区域26之间的连接部27IN的冷却水的流动、及冷却水流通区域26与冷却水排出孔1260T之间的连接部270T的冷却水的流动进行整流,能够使冷却水适当流通。其结果是,能够抑制发电区域的面内的温度不均,能够抑制燃料电池的发电性能的下降。
[0043]以下,在不需要区别第一整流部20IN与第二整流部200T的情况下,将第一、二整流部一并称为整流部20。同样,在不需要区别突起部22IN与突起部220T的情况下,一并称为突起部22,在不需要区别连结部24IN与连结部240T的情况下,一并称为连结部24。
[0044]在整流部20中,具有整流的功能的突起部22由连结部24连结,因此与12个突起部22分别独立设置的情况相比,与分隔件主体121粘接的粘接面积大,因此能够抑制冷却水压引起的从分隔件主体121的剥离。
[0045]在本实施方式中,连结部24相对于突起部22配置在冷却水流通区域26侧。因此,与将连结部24以直接连接各突起部22之间的方式配置在各突起部22之间(换言之,将连结部24配置在突起部22与分隔件主体121之间)的情况相比,能够确保冷却水流动的流路截面积(例如,图4的㈧中的各突起部220T间的面积),能够抑制冷却水的流通阻碍。
[0046]而且,例如,在分别独立地设置12个突起部22的情况下,当通过注塑成形形成时,在模具需要设置与各突起部22对应的浇口,因此模具成为高价。而且,模具的浇口平衡的不良引起的成形不良发生的可能性高。相对于此,在本实施方式中,整流部20具备将12个突起部22连结的连结部24,因此不需要与各突起部22对应的浇口,能够抑制模具费用。而且,与分别独立设置12个突起部22的情况相比,能够更容易通过注塑成形来形成,能够减少不良率。而且,通过注塑成形能够容易地形成整流
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