专利名称：高分子电解质型燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及便携式电源、电动汽车用电源、家庭中热电联产系统等中所使用的采用了固体高分子电解质的燃料电池。
背景技术：
使用了固体高分子电解质的燃料电池通过使含有氢的燃料气体和空气等含有氧的氧化剂气体进行电化学反应，来同时产生电能和热。基本上是由有选择地输送氢离子的高分子电解质膜和夹着所述高分子电解质膜的一对电极来构成。电极由以载持了铂族金属催化剂的碳粉末为主要成分的催化剂层、以及形成在催化剂层外表面上的兼有透气性和电子导电性的气体扩散层构成。
以被供给的燃料气体和氧化剂气体不向外泄漏、或者两种气体不相互混合的方式，在电极的周围夹着高分子电解质膜来配置气体密封件和垫圈。该密封件和垫圈与电极和高分子电解质膜一体化并预先组装。将其称为MEA(电解质膜电极接合体)。在MEA的外侧，配置有机械式地将其固定、并且用于相互串联电连接邻接的MEA的导电性隔板。在隔板与MEA接触的部分中，形成用于向电极面供给反应气体并运走生成水和剩余气体的气体流路。虽然气体流路也能够与隔板单独设置，但是一般的方式还是在隔板表面设置槽来作为气体流路。
为了向该槽内供给反应气体，就需要配管卡具，该卡具将供给气体的配管分支成所使用的隔板的个数，并将该分支头直接连入隔板的槽内。将该卡具称为歧管，将从上述的反应气体的供给配管直接连入的类型称为外部歧管。在该歧管中，有结构更简单的称作内部歧管的形式的歧管。所谓内部歧管就是在形成了气体流路的隔板上设置贯通的孔，而且将气体流路的入口通至该孔，并从该孔直接供给反应气体。
该孔的面积必须比全部隔板的气体流路的总截面面积大。这是因为，当该孔的面积较小时气体供给时的歧管中的压力损失变大，由鼓风机等进行的气体供给中所需的作功量就增大，而结果就导致了系统整体的效率下降。而且，为了避免这样的问题，并且不产生在歧管中的不必要的压力损失，就必须使所述孔的面积增大。
由于燃料电池在运转中发热，所以为了将电池维持在良好的温度状态就必须进行冷却。通常按照每1～3个电池在隔板与隔板之间插入流过冷却介质的冷却部。在隔板的背面上设置冷却介质的流路来作为冷却部的情况较多。但一般的层叠电池的构造是在交替地重叠这些MEA、隔板和冷却部并层叠了10～200个电池后，经由集电板和绝缘板，用端板将其夹住，并用箍紧杆从两端来固定。
这里，作为现有的燃料电池，有下述电池将气体供给管或气体排出管的内壁下端的高度设定成与贯通隔板内的歧管下端的高度相同的位置、或比其更低的位置(特开2002-343400号公报)。此外，也有下述电池出口侧(排出)歧管延长到比与气体流路的出口一侧歧管相联系的部分更下方地形成，气体排出管也设置在比与气体流路的出口一侧歧管相联系的部分更下方(特开2003-223922号公报)。
在这种燃料电池的高分子电解质膜中使用全氟磺酸系的材料。该高分子电解质膜由于在含有水分的状态下产生离子传导性，所以通常就必须加湿燃料气体或氧化剂气体来进行供给。此外，由于在阴极一侧通过反应而生成水，所以当以具有比电池的动作温度更高的露点的方式来加湿气体并进行供给时，就有在电池内部的气体流路或电极内部产生结露，由水阻塞等现象引起的电池性能不稳定、或者性能下降的问题。通常，将产生由这样的湿润过度引起的电池性能下降或动作不稳定的现象称为溢阻现象。当在阳极一侧产生该现象时，就导致了燃料气体的缺乏，对电池形成致命伤。这是在燃料气体不足的状态下，当强制取出负载电流，想要生成电子和质子时，载持了阳极侧的催化剂的碳就与气氛中的水发生了反应。其结果是，通过催化层的碳的溶解析出，就破坏了阳极侧的催化剂层。因此，就必须对阳极侧的溢阻给予充分的注意。
此外，当用燃料电池形成发电系统时，必须进行包含供给气体的加湿等的系统化。为了实现系统的简单化、系统效率的提高，最好是少量地降低供给气体的加湿露点来进行供给。如上所述，从防止溢阻现象、系统效率的提高、系统的简单化等观点来看，供给气体通常是相对于电池温度以稍低的露点来进行加湿并进行供给的。
但是，为了实现电池的高性能化，就必须提高高分子电解质膜的离子传导度。因此，最好是以成为接近相对湿度100％的湿度、或相对湿度100％以上的方式对供给气体进行加湿并供给。此外，从高分子电解质膜的耐久性观点来看也最好是用高加湿来供给供给气体。
当以成为接近相对湿度100％的湿度来加湿并供给供给气体时，供给气体在燃料电池组的上游侧结露的可能性变高，有时，结露水成为雾沫，并被提供给电池组。在隔板面与重力方向平行，且隔板面的重力方向上部设置了用于气体供给的入口侧歧管时，因重力的影响，该雾沫就向接近气体供给管的电池集中并流入。其结果是，这些电池由于溢阻现象而使性能下降。进而，当入口侧歧管不位于重力方向上部时，就在入口侧歧管内滞留了雾沫，引起气体供给变得不稳定的现象。与此相同，根据电池的不同，气体供给量也发生了微妙的差异。
此外，在特开2002-343400号公报记载的燃料电池中，就有气体供给管或气体排出管从歧管的投影面露出、而在隔板面内产生无助于发电的无用的区域的可能性。进而，在特开2003-223922号公报记载的发明中，只对出口侧歧管进行了限定，可能会导致由入口侧歧管引起的燃料电池的不稳定现象。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种能够实现对层叠电池组的全部电池进行均匀的气体供给的燃料电池。即，本发明的目的是能够在歧管内部不滞留结露水，均匀稳定地供给气体，因而，提供一种没有电池性能下降或不稳定化的、可靠性高的小型高分子电解质型燃料电池。
本发明的高分子电解质型燃料电池，具备电池组，该电池组由以下部分构成氢离子传导性高分子电解质膜；夹着所述氢离子传导性高分子电解质膜的一对电极；以及具有对所述一个电极进行燃料气体的供给·排出的气体流路、和具有对另一个电极进行氧化剂气体的供给·排出的气体流路的一对导电性隔板，其特征在于所述导电性隔板的燃料气体和氧化剂气体的至少一个气体流路与入口侧歧管相联系的部分的最下部与连接到所述歧管上的气体供给管的位置相比，在重力方向上，位于上侧。当有多个气体流路时，最下面的气体流路的最下部只要是与连接到所述歧管上的气体供给管的位置相比、在重力方向上位于上侧就可以。
这里，所述导电性隔板被设置成与重力方向平行。
所述入口侧歧管最好是具有纵长形状。
与所述入口侧歧管连接的所述气体供给管的连接位置最好是与所述歧管的中央相比位于下方。
所述导电性隔板的至少一个气体流路与出口侧歧管相联系的部分、以及所述出口侧歧管与气体排出管的接合部分最好是位于所述出口侧歧管内的下方。
此外，所述供给歧管最好是在所述气体供给管与所述最下部之间，在其截面形状中具有细腰部。
所述气体供给管最好是延长至所述供给歧管内。
最好是在所述供给歧管内，在所述气体供给管的延长部分的上部侧面上设有至少一个孔。
此外，最好是设有多个所述孔，并使所述孔彼此的间隔随着远离所述气体供给管与所述供给歧管的连接部分而变窄。
图1是本发明实施方式1的燃料电池中所使用的导电性隔板阴极侧的正视图。
图2是本发明实施方式1的燃料电池的侧视图。
图3是本发明实施方式2的燃料电池中所使用的导电性隔板阴极侧的正视图。
图4是本发明实施方式3的燃料电池中所使用的导电性隔板阴极侧的正视图。
图5是本发明实施方式4的燃料电池中所使用的导电性隔板阴极侧的正视图。
图6是本发明实施方式5的燃料电池中所使用的导电性隔板阴极侧的正视图。
图7是本发明实施方式6的燃料电池中所使用的导电性隔板阴极侧的正视图。
图8是比较例的燃料电池中所使用的导电性隔板阴极侧的正视图。
图9是表示本发明实施例1与比较例1的燃料电池的各电池电压的比较的图。
图10是表示本发明实施例1、实施例2与比较例1在燃料电池的连续运转时电压变化的图。
图11是本发明实施方式7的燃料电池中所使用的导电性隔板阴极侧的正视图。
图12是切去了本发明实施方式8的燃料电池的一部分的正视图。
图13是切去了本发明实施方式9的燃料电池的一部分的正视图。
具体实施例方式
本发明的重点是使所述导电性隔板的燃料气体和氧化剂气体的至少一个气体流路与入口侧歧管相联系的部分，比与所述歧管连接的气体供给管的位置更靠重力方向的上侧。这样，就能够进行稳定的气体供给和防止在歧管内的结露水的滞留，并能够避免电池性能的下降或不稳定现象。
在现有的燃料电池中，在隔板与重力方向平行、用于气体供给的入口侧歧管位于隔板的重力方向上侧时，歧管一般被设置成横向较长，并在歧管的底部连接有气体流路。因此，当将气体加湿到接近相对湿度100％地进行供给时，在电池组的上游结露了的雾沫就集中供给到气体供给管侧的电池，导致了溢阻现象，电池性能下降。
本发明通过将隔板的气体流路与入口侧歧管相联系的部分设置成比与所述入口侧歧管连接的气体供给管的位置更靠上侧，来实现对各电池的稳定的气体供给。即，通过使隔板与重力方向平行，歧管的截面形状成为纵长或具有纵长形状的部分的形状，在入口侧歧管内将气体流路的入口相对于重力方向设定在上方，来避免向气体供给管入口侧电池集中供给雾沫，以进行稳定的气体供给。
当使歧管的截面形状成为纵长形状时，在长时间的运转中，在向燃料电池组供给供给气体的上游侧，有部分结露了的水滞留在入口侧歧管的下部的可能。这时，因减小了歧管的有效截面积，就使整个气体路径的压力损失增加，并导致用于气体供给的作功量的增大。其结果是，使使用了燃料电池组的系统的整体效率下降。此外，通过该滞留水的脉动，气体供给可能变得不稳定。因此，通过使与歧管连接的气体供应管比歧管中央更位于下方，来利用供给气体的动压使结露水不停滞。
此外，当没有均匀地进行气体分配时，气体利用率就在各电池中发生变化。其结果是，可能在各电池的电池性能中产生离散。因此，在入口侧歧管中，通过设置气体供给管和所述气体流路与入口侧歧管相联系的部分的最下部的细腰部，来保证入口侧歧管内的气体压力的均匀性。即，通过使入口侧歧管内的动压恢复到静压，就能够实现对各电池的均匀的气体供给。通过该理论，即使使气体供给管向歧管内延长，将孔设置在该延长部分的重力方向上侧，也能够同样地实现均匀的气体供给。
下面，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。
实施方式1图1是本实施方式的隔板阴极侧的正视图。隔板1是通过机械加工将气体流路和歧管孔设置在长220mm、宽220mm、厚3mm的各向同性石墨板上而制成的。隔板1具有氧化剂气体的入口侧歧管孔21和出口侧歧管孔23、燃料气体的入口侧歧管孔22和出口侧歧管孔24、以及冷却水的入口侧歧管孔25和出口侧歧管孔26。隔板1还在阴极侧具有由联系歧管孔21和23的2条并行的槽构成的气体流路27，在阳极侧具有联系歧管孔22和24的气体流路。
该气体流路的槽尺寸是宽2mm、深2mm。用虚线28包围的部分是与电极相接的区域，该区域长150mm、宽150mm。氧化剂气体的入口侧歧管孔21是长80mm，宽15mm的长方形，在四角设置R部。使该歧管孔的底部与隔板的中央线重叠，在比该中央线靠上的上侧配置歧管。此外，该歧管孔的面积设计成50个电池组层叠时的整个隔板的氧化剂气体流路的总截面积的2倍以上。
在设置冷却部时，取代兼有上述阴极侧隔板和阳极侧隔板作用的单一的隔板，而使用了以冷却水流路背对背的方式组合了在背面设置了冷却水流路的阴极侧隔板与在背面设置了冷却水流路的阳极侧隔板的复合隔板。
图2表示使用交替层叠了上述隔板1和MEA2的电池组的燃料电池。电池组经由集电板3和绝缘板4用端板5来夹持，通过箍紧杆6和螺母7来箍紧。在该燃料电池中，MEA、集电板、绝缘板和端板上形成与所述隔板的各歧管孔连通的歧管孔，这些歧管孔分别构成气体及冷却水的入口侧歧管和出口侧歧管。在一个端板上，安装有与氧化剂气体的入口侧歧管连通的氧化剂气体供给管11、与燃料气体的歧管连通的燃料气体供给管12以及与冷却水的歧管连通的冷却水供给管15。在另一个端板上，安装了与各出口侧歧管连通的氧化剂气体排出管13、燃料气体排出管14以及冷却水排出管16。
该燃料电池被设置成，隔板1的阴极侧和阳极侧的面相对于地面垂直，冷却水的入口侧歧管孔25成为上侧。而且，氧化剂气体的供给管11，如图1所示，在形成为纵长的歧管孔21内，以对应距上部约1/3的位置的方式来与端板连接。而且，隔板的气体流路27的入口侧被设计成与气体供应管11的位置相比更靠上侧。此外，气体流路在重力方向下侧与出口侧歧管孔23连接，并在该出口侧歧管孔23上连接着氧化剂气体排出管13。虽然没有图示，但是关于燃料的气体供应管与隔板的气体流路入口侧的位置关系、以及排出管与隔板的气体流路出口侧的关系与氧化剂气体的这些部分相同。
实施方式2图3是本实施方式中的隔板阴极侧的正视图。在该例中，使与氧化剂气体供给管11的端板的连接位置为距歧管孔21的下部约1/10的位置，其他与实施方式1相同。对与图1相同的要素附以相同的编号，并省略说明。在以下的图中也是同样。
实施方式3图4是本实施方式的隔板阴极侧的正视图。隔板1A将氧化剂气体的流路27A的直线部设为左右方向。入口侧歧管孔21A和出口侧歧管孔23A被设置成纵长形状。而且，气体供给管11A配置在歧管孔21A内的下方，气体排出管13A以位于与构成气体流路的2条槽中位于最下部的槽的出口相同的高度的方式来连接在端板上。此外，气体流路27A的入口比管11A更位于上侧。
实施方式4图5是本实施方式的隔板阴极侧的正视图。隔板1B将氧化剂气体的气体流路27B的直线部设为上下方向。而且，气体供给管11B和排出管13B配置在歧管孔21B和23B内的下方，气体流路27B的入口和出口都比管11B和13B更位于上侧。
实施方式5图6是本实施方式的隔板阴极侧的正视图。隔板1C具有L字状的入口侧歧管孔21C和出口侧歧管孔23C，气体供给管11C和气体排出管13C分别被配置在歧管孔21C和23C内的下方。联系两歧管孔的气体流路27C的入口和出口都比管更靠上侧。
实施方式6图7是本实施方式的隔板阴极侧的正视图。在该隔板中，所有的歧管孔的形状都是三角形。隔板1D具有氧化剂气体的入口侧歧管孔21D和出口侧歧管孔23D、联系两歧管孔的气体流路27D、燃料气体的入口侧歧管孔22D和出口侧歧管孔24D、冷却水的入口侧歧管孔25D和出口侧歧管孔26D。氧化剂气体的供给管11D位于歧管孔21D内的下方，此外，氧化剂气体排出管13D位于歧管孔23D内的下方，气体流路27D的入口比管11D更靠上侧。
实施方式7图11是本实施方式的隔板阴极侧的正视图。隔板1具有氧化剂气体的入口侧歧管孔21、出口侧歧管孔23、联系两歧管孔的气体流路27、燃料气体的入口侧歧管孔22、出口侧歧管孔24、冷却水的入口侧歧管孔25以及出口侧歧管孔26。入口侧歧管孔21和22在该截面形状中在气体供给管与气体流路之间具有细腰部29。
实施方式8图12是切去本实施方式所涉及燃料电池的一部分的正视图。表示了隔板的氧化剂气体的入口侧歧管内部。气体供给管11具有位于入口侧歧管21’内那样的长度，在入口侧歧管21’内配置了气体供给管11的延长部分(配管)，并以10mm的间隔来在其延长部分的上表面上设置多个用于气体供给的φ5mm的孔30。另外，1是导电性隔板，2是MEA，3是集电板，4是绝缘板，5是端板。
实施方式9图13是切去本实施方式所涉及燃料电池的一部分的正视图。表示了隔板的燃料气体的入口侧歧管21’内部。气体供给管11具有位于入口侧歧管21’内那样的长度，在入口侧歧管21’内配置了气体供给管11的延长部分(配管)，在该延长部分的上表面上设置多个用于气体供给的φ5mm的孔31。这时，随着从入口侧歧管21’和气体供给管11的连接部11a，到入口侧歧管21的深处，使孔彼此的间隔变窄。另外，1是导电性隔板，2是MEA，3是集电板，4是绝缘板，5是端板。
下面，对本发明的实施例进行说明。
实施例1在乙炔炭黑系碳粉末中，载持了25重量％的平均粒径约30的铂粒子。将其作为阴极催化剂。此外，在乙炔炭黑系碳粉末中，载持了25重量％的平均粒径约30的铂钌合金粒子。将其作为阳极催化剂。将这些催化剂粉末分散到异丙醇中，并与全氟化碳磺酸粉末的乙醇分散液混合成为糊剂状。以这些糊剂为原料，使用网版印刷法分别涂敷在厚度250μm的碳无纺布的一个面上来形成催化剂层。所得到的各个电极催化剂层中所含有的催化剂金属量为0.3mg/cm2，全氟化碳磺酸的量为1.2mg/cm2。
这些电极中，除催化剂材料以外，阴极·阳极均为相同的结构。这些电极在具有比其大一圈的面积的氢离子传导性高分子电解质膜的中心部的两面上，以印刷的催化剂层与电解质膜侧相接的方式通过热压来接合。进而，将厚度250μm的氟系橡胶片切减成规定的大小，夹着露出在所述电极外周部的电解质膜来配置在两侧，通过热压来进行接合一体化，制作MEA。这里，作为氢离子传导性高分子电解质膜，使用了将全氟化碳磺酸薄膜化成30μm厚度的薄膜。
在本实施例中，使用了在实施方式1所说明的结构的导电性隔板。这里使用的导电性隔板，其板面与地面垂直，并以冷却水的入口侧歧管孔25位于上侧的方式来设置电池。反应气体沿重力方向向下地流过由水平方向的直线部和回转部构成的弯曲型气体流路。
交替层叠导电性隔板和MEA。这时，每层叠了2个电池的MEA就设置流过冷却水的冷却部。层叠了50个电池的MEA后，经由由表面镀金了的铜板构成的集电板和对聚苯硫制的绝缘板，用不锈钢制的端板来夹持，并用箍紧杆来箍紧两端板。这时，电极的每单位面积的箍紧压为10kgf/cm2。
在该燃料电池组的一个端板上，如图2所示，连接向燃料电池组内的各歧管供给反应气体和冷却水的供给管，在另一个端板上连接有排出管。但是，也可以是在燃料电池组内进行U形回转并从相同的端板进行供给·排出的结构。
比较例1图8表示了比较例的电池的导电性隔板。该隔板30具有氧化剂气体的入口侧歧管孔41和出口侧歧管孔43、燃料气体的入口侧歧管孔42和出口侧歧管孔44、以及冷却水的入口侧歧管孔45和出口侧歧管孔46。隔板30还在阴极侧具有由联系歧管孔41和43的2条并行的槽构成的气体流路47，在阳极侧具有联系歧管孔42和44的气体流路。如图8所示，从氧化剂气体供给管31向隔板30的上部入口侧歧管41供给的氧化剂气体沿重力方向向下方流去，并从出口侧歧管孔43排出到气体排出管33中。对于燃料气体也是同样，从入口侧歧管孔42流向气体流路，并从出口侧歧管孔44排出到排出管中。
将实施例1和比较例1的高分子电解质型燃料电池保持在75℃，向阳极供给用于达到75℃的露点的加湿？加热的燃料(80％氢气/20％二氧化碳/10ppm一氧化碳)，向阴极供给用于达到75℃的露点的加湿加热的空气，并进行额定运转。电池的额定运转条件是燃料利用率75％、氧利用率40％以及电流密度0.3A/cm2。图9表示了在该运转下的各电池的电池电压的比较。在图9的横轴上，表示了从气体的入口侧开始的电池编号。
在比较例1的电池中，靠近入口的气体供给管的小编号电池的性能呈不规则地下降。该比较例1的电池结构是从入口侧歧管的下部向隔板的气体流路供给气体。因此，在高加湿下供给的气体有一部分在电池组的上游侧结露，该结露水流入靠近气体供给管的小编号电池的气体流路中，从而引起溢阻现象并使性能下降。另外，在实施例1的电池中，通过将通向歧管孔的气体流路的连接位置与连接到隔板的反应气体的入口侧歧管孔上的气体供给管的位置相比设置在相对于重力方向的上方，来暂时在歧管孔内捕集雾沫，并避免集中的雾沫供给。从以上确认了本实施例的有效性。
实施例2在本实施例中，实施方式2即如图3的阴极侧隔板所示，做成了将与入口侧歧管连接的气体供给管的位置设定在距歧管的下端为歧管的纵向长度十分之一的位置上的电池。其它的结构与实施例1相同。图10表示了在额定运转条件下连续运转本实施例和实施例1的电池的结果。
实施例1的电池的电池性能是脉动的，表现出了电池电压有时瞬间下降的现象。对此，本实施例的电池显示了稳定的性能。这是因为在实施例1的电池中，由于气体供给管的位置位于从歧管的上部开始三分之一的位置处，所以在气体供给管的中途结露了的水就滞留在歧管的下部，由于该滞留水使供给气体压力产生了脉动，或者该滞留水被不规则地供给到气体流路中而使电池的气体流路暂时闭塞，从而使电池电压下降。进而，实施例1的电池中的燃料电池组整体的气体流流路径的压力损失因在歧管中滞留有结露水，所以实际上就相对于设计值变大了30％，使燃料电池系统整体效率下降。对此，在本实施例的电池中，压力损失显示出了如所设计的那样值，并确认了能够不产生水滞留在歧管内的问题地来进行运转。
此外，与歧管连接的气体供给管的位置只要是在歧管中央的下方位置，则无论是什么位置都能得到不产生由水的滞留引起的不稳定现象的结果。
在本实施例中，虽然气体沿重力方向向下方流动，并且是针对纵长形状的歧管进行尝试的，但是已确认了，即使在如图4所示的有向重力方向向上的气流的隔板，或如图5和图6所示的歧管形状为异形的隔板中，也能够得到稳定的电池性能。
实施例3在本实施例中，做成了使用实施方式6的隔板、即图7的隔板的电池。额定运转该电池的结果是，与实施例2的电池相比，确认了能够确保更长时间的稳定的电池性能。这是因为，在实施例2的电池中，气体流路的出口侧与出口侧歧管的上部连接，所以通过连续运转就在歧管下部暂时滞留了结露水或生成水，并且反应气体压力在电池组内产生了脉动，从而电池性能产生了不稳定。另外，在本实施例的电池中，由于将气体流路的出口侧与气体排出管的歧管的连接位置设在歧管内的下部，所以就利用未反应气体的动压来一直防止结露水或生成水的滞留，并使气体和水的稳定的排出成为可能。
此外，在使用了图7的隔板的电池组中，当把用于将未反应气体从出口侧歧管排出到电池组外部的气体排出管的位置改变到歧管中央时，就明显地在歧管下部滞留结露水或生成水，从而电池性能变得不稳定。在本实施例的电池中，由于气体排出管被设置在歧管内的下部，所以就不会产生水的滞留，并确保了稳定的电池性能。
实施例4在本实施例中，使用了实施方式7的隔板，即图11的隔板来做成了电池。额定运转该电池的结果是，与实施例2的电池相比，确认了能够确保更长时间的稳定的电池性能。这是因为，在实施例2的电池中，从入口侧歧管孔21流向气体流路内的气体分配不完全均匀，在各电池中的气体利用率方面产生了离散。另外，在本实施例的电池中，在入口侧歧管中，由于设置了气体供给管和所述气体流路与入口侧歧管相联系的部分的最下部的细腰部，所以就能够保持入口侧歧管内的气体压力的均匀，并能够通过使入口侧歧管内的动压恢复到静压，来实现对各电池的均匀的气体供给。
实施例5在本实施例中，如图12所示在氧化剂气体的入口侧歧管内延伸气体供给管来设置延长部分(配管)，在其上表面上以10mm的间隔来设置用于进行气体供给的φ5mm的孔30，除此之外其它与实施例1相同地来制作电池。额定运转该电池的结果是，与实施例1的电池相比，确认了能够确保更长时间的稳定的电池性能。这是因为，在实施例1的电池中，从入口侧歧管孔21流向气体流路内的气体分配不完全均匀，在各电池中的气体利用率方面产生了离散。另外，在本实施例的电池中，在入口侧歧管中，由于使气体供给管延长至歧管内，并在该延长部分的重力方向上侧设置了孔，所以就能够保持入口侧歧管内的气体压力的均匀，并能够通过使入口侧歧管内的动压恢复到静压，来实现对各电池的均匀的气体供给。
实施例6在本实施例中，如图13所示在燃料气体的入口侧歧管内延伸气体供给管来设置延长部分(配管)，在其上表面上设置20个用于供给气体的φ5mm的孔31。这时，随着从入口侧歧管孔21和气体供给管11的连接部11a，到入口侧歧管孔21的深处，使孔31的间隔变窄。具体地说，分别使从第1号到第6号的间隔为10mm，分别使从第6号到第11号的间隔为8mm，分别使从第11号到第16号的间隔为6mm，分别使从第16号到第20号的间隔为4mm，这样来变窄。除此之外，其它与实施例5同样地来制作电池。额定运转该电池的结果是，与实施例5的电池相比，确认了能够确保更长时间的稳定的电池性能。这是因为，在实施例6的电池中，虽然从入口侧歧管孔21流向气体流路内的气体分配变得均匀了，但是通过使孔的间隔变窄，即使在入口侧歧管的深处也能够防止供给气体的压力损失。
在以上的实施例中，在阴极侧和阳极侧，规定了气体供给管及隔板的气体流路的入口侧和歧管的位置关系，进而规定了气体排出管及隔板的气体流路的出口侧和歧管的位置关系。但是即使只在阴极侧或只在阳极侧规定了上述的位置关系也能够得到应有的效果。此外，在实施例中，虽然是针对内部歧管形式的电池进行说明的，但是对于外部歧管形式的电池也同样能够适用。
综上所述，根据本发明，由于实现了对层叠电池组的全部电池的均匀的气体供给，并不在歧管内部滞留结露水，而能够在气体的稳定供给下防止电池性能的下降或不稳定化，所以能够提高燃料电池的可靠性。因此，认为该燃料电池适合应用于家庭用热电联产系统或汽车用燃料电池。
权利要求
1.一种高分子电解质型燃料电池，是下述固体高分子型燃料电池，该燃料电池具备电池组，电池组由下述部分构成氢离子传导性高分子电解质膜；夹着所述氢离子传导性高分子电解质膜的一对电极；以及具有对所述一个电极进行燃料气体的供给·排出的气体流路、和具有对另一个电极进行氧化剂气体的供给·排出的气体流路的一对导电性隔板，其特征在于所述导电性隔板的燃料气体和氧化剂气体的至少一个气体流路与入口侧歧管相联系的部分的最下部与连接在所述歧管上的气体供给管的位置相比，在重力方向上位于上侧。
2.如权利要求1所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于所述导电性隔板被设置成与重力方向平行。
3.如权利要求2所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于所述入口侧歧管具有纵长截面形状。
4.如权利要求2或3所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于与所述入口侧歧管连接的所述气体供给管的连接部分比所述歧管的中央靠下方。
5.如权利要求1所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于所述导电性隔板的至少一个气体流路与出口侧歧管相联系的部分、以及所述出口侧歧管与气体排出管的连接部分位于所述出口侧歧管内的下方。
6.如权利要求1所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于在所述气体供给管与所述最下部之间，所述入口侧歧管在其截面形状中具有细腰部。
7.如权利要求1所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于所述气体供给管延长至所述入口侧歧管内。
8.如权利要求7所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于在所述入口侧歧管内，在所述气体供给管的延长部分的上部侧面上具有至少一个孔。
9.如权利要求8所述的高分子电解质型燃料电池，其特征在于具有多个所述孔，所述孔彼此的间隔随着远离所述入口侧歧管的开口部而变窄。
全文摘要
在隔板中，消除了以下问题雾沫部分地混入供给气体中，与之相伴，电池性能下降或不能确保稳定性。高分子电解质型燃料电池具备电池组，该电池组由下述部分构成氢离子传导性高分子电解质膜；夹着电解质膜的一对电极；以及具有对电极进行燃料气体或氧化剂气体的供给排出的燃料气体或氧化剂气体的气体流路的一对导电性隔板，其中，使导电性隔板的燃料气体和氧化剂气体的至少一个气体流路与入口侧歧管相联系的部分的最下部与连接到歧管上的气体供给管的位置相比，在重力方向上位于上侧。
文档编号H01M8/02GK1536703SQ20041003344
公开日2004年10月13日 申请日期2004年4月9日 优先权日2003年4月9日
发明者竹口伸介, 仁, 羽藤一仁, 弘树, 日下部弘树, 夫, 小原英夫, 一, 柴田础一, 富泽猛 申请人:松下电器产业株式会社