燃料电池用隔板和燃料电池的制作方法

专利名称：燃料电池用隔板和燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池用隔板和燃料电池。
技术背景
作为用于燃料电池的隔板，在表面背面的各面上形成有不同流体的流路、且表 面背面的凹凸形状形成为相互反转的形状的隔板已为公众所知(例如，参照日本特开 2003-142126号公报)。在使用这样的隔板组装而成的燃料电池中，通过以在相邻的隔板 之间凹凸形状成为相互对向的形状的方式配置等，由隔板的对应的凹凸形状的凸部彼此 相互支撑，实现作为层叠体整体的刚性。另外，作为其他的相关的技术，例如，日本特愿 2006-519715号(国际公开第06/075786号)、日本特开2005-108505号公报中所记载的技 术已为公众所知。但是，在表面背面的各面上形成有不同流体的流路的隔板，在例如如各流体的压 力不同的情况那样对隔板施加不均勻的力的情况下，有时会因上述压力差等引起隔板产生 变形。若隔板产生变形，则在产生了变形的隔板和相邻部件之间产生接触不良，在这样的部 位接触电阻可能增大、集电性可能变差。另外，在隔板的至少一方的面上设置有分隔开形成 在隔板表面的流路的上游侧的区域和下游侧的区域的凸部的情况下，随着隔板的变形，流 体有可能从上游区域越过上述凸部流向下游区域。若流体这样越过凸部流动，则若流体为 气体，则有时会因气体的一部分不在本来的流路流动地到达下游侧区域而导致局部产生气 体流量不足的区域，导致发电效率降低。另外，在流体为冷媒的情况下，有时会因冷媒的一 部分不在本来的流路流动地到达下游侧而导致局部冷媒流量不足，导致冷却效率降低。

发明内容
本发明是为了解决上述以往的问题中的至少一部分而做成的，其目的在于抑制 由在隔板的各面流动的流体的压力差导致的隔板的变形所引起的问题。为了达成上述目的，作为本发明的第1方式的燃料电池用气体隔板，具备凹凸部， 该凹凸部形成为在表面背面凹凸反转的形状、且在各个面形成不同的流体的流路；上述凹凸部具备多个第1凸部，该多个第1凸部为在一方的面突出设置的多个凸 部且以具有规则性的间隔配置；多个第2凸部，该多个第2凸部为在形成有上述多个第1凸部的区域在另一方的 面突出设置的多个凸部且以具有规则性的间隔配置；和增强部，该增强部在上述一方的面突出形成，并具有避开形成上述第2凸部的位 置并且连接若根据上述规则性则应形成上述第1凸部的多个位置的形状。若采用作为这样的本发明的第1方式的燃料电池用气体隔板，通过设置连接若根 据第1凸部间的间隔的规则性则应形成第1凸部的多个位置的形状的增强部，可以在增强 部附近提高气体隔板的刚性，从而可以抑制变形。因此，可以抑制气体隔板与相邻的部件之 间的接触电阻的增大。另外，将增强部做成为连接若根据规则性则应形成第1凸部的多个位置的形状，因此，可以抑制因设置增强部对上述一方的面的凹凸形状的影响。另外，增强 部避开形成在另一方的面突出的第2凸部的位置而设置，因此，可以抑制因设置增强部而 使另一方的面上的气体流动所受到的影响。在作为本发明的第1方式的燃料电池用气体隔板中，上述增强部具有在沿形成 于上述一方的面的上述流路中的流体的流动的方向连接应形成上述第1凸部的多个位置 的形状。若做成这样的构成，则可以抑制因设置增强部对上述一方的面上的流体的流动的
影响。 在作为本发明的第1方式的燃料电池用气体隔板中，也可做成还具备如下分割 线状凸部为在任何一面突出、并且在作为形成有上述凹凸部的区域的发电区域内向特定 方向伸长形成的线状凸部，将上述发电区域分隔为与形成有上述线状凸部的面中的上述流 体流动的上游侧相对应的分割区域和与下游侧相对应的分割区域；上述增强部沿上述分割 线状凸部配置。若做成这样的构成，则可以由增强部提高分割线状凸部附近的隔板的刚性， 从而抑制变形。因此，可以抑制在突出设置有分割线状凸部的面上流体越过分割线状凸部 的流动、即所谓截流(pass cut)。这样通过抑制截流，可以抑制流体的利用率的降低。在作 为这样的本发明的第1方式的燃料电池用气体隔板中，上述第1凸部和上述第2凸部也可 做成例如在与上述分割线状凸部平行的方向和垂直的方向等间隔地交错配置。在作为这样的本发明的第1方式的燃料电池用气体隔板中，上述增强部也可做 成形成为沿上述分割线状凸部连接应形成上述第1凸部的多个位置的形状。或者，在作为 本发明的第1方式的燃料电池用气体隔板中，上述增强部也可做成沿上述分割线状凸部 配置连接应形成上述第1凸部的多个位置而成的多个凸部而成。不论在哪种情况下，都可 提高在分割线状凸部的附近的隔板的刚性。在作为本发明的第1方式的燃料电池用气体隔板中，上述增强部也可设置在上述 分割线状凸部的两侧。若做成这样的构成，可以进一步提高增强分割线状凸部附近的隔板 的刚性的效果。在作为本发明的第1方式的燃料电池用气体隔板中，上述分割线状凸部也可在上 述另一方的面突出形成。若做成这样的构成，则可以提高如下效果在一方的面侧流动的流 体的压力比在另一方的面侧流动的流体的压力高的情况下，抑制因两面的压力差所引起的 气体隔板的变形，抑制在分割线状凸部的截流。在作为本发明的第1方式的燃料电池用气体隔板中，也可做成形成于上述另一 方的面的上述流体的流路，是通过形成在上述分割线状凸部的端部附近的连接区域串联连 接由上述分割线状凸部分隔的上述分割区域而成的；形成于上述一方的面的上述流体的流 路，沿与上述分割线状凸部平行的一定的方向引导上述流体。若做成这样的构成，则在通过 连接区域串联连接分割区域而成的、形成在另一方的面的流体流路中的流体的流动不会受 到增强部的影响。另外，增强部沿分割线状凸部配置，因此，可以抑制增强部对在一方的面 侧与分割线状凸部平行地流动的流体的流动的影响。作为本发明的第2方式的燃料电池用气体隔板具备凹凸部，该凹凸部形成为在表 面背面凹凸反转的形状，在一方的面形成第1流体的流路，在另一方的面形成第2流体的流 路；上述凹凸部具备分割线状凸部，该分割线状凸部为在上述一方的面突出、并且在作为形成了上述凹凸部的区域的发电区域内从上述发电区域的外周上的一端向特定方向 伸长形成的线状凸部，将上述发电区域分隔为上述第1流体沿上述特定方向流动的上游 侧分割区域、和上述第1流体与上述上游侧分割区域反向地流动并且与上述上游侧分割区 域串联连接成为上述上游侧分割区域的下游的下游侧分割区域；和增强部，该增强部为在另一方的面突出、并且在上述分割线状凸部的上述一端的附近区域沿上述分割线状凸部配置的凸部，该附近区域为在上述一方的面流入上述上游侧 分割区域的上述第1流体流动的区域和/或从上述下游侧分割区域排出的上述第1流体流 动的区域。若采用作为由以上方式构成的本发明的第2方式的燃料电池用气体隔板，则通过 沿分割线状凸部设置增强部，可以提高分割线状凸部附近的隔板的刚性、抑制变形。因此， 可以抑制气体隔板与相邻的部件之间的接触电阻的增大。另外，可以抑制在上述一方的面 流体越过分割线状凸部地流动的截流，由此可以抑制流体利用率的降低。特别是，增强部与 上述分割线状凸部反向地突出设置在另一方的面侧，因此，在上述一方的面侧流动的流体 的压力比在上述另一方的面侧流动的流体的压力高的情况下，可以有效地抑制气体隔板的 变形。在作为本发明的第2方式的燃料电池用气体隔板中，上述凹凸部也可做成在上 述另一方的面上、在包含上述上游侧分割区域、上述下游侧分割区域和上述分割线状凸部 的整个区域，形成上述第2流体沿与上述特定方向平行的一定的方向流动的流路。若做成 这样的构成，则可以抑制由沿分割线状凸部配置的增强部对第2流体的流动的影响。本发明能以上述以外的各种形式实现，例如，能以具备本发明的燃料电池用气体 隔板的燃料电池等的形式实现。


图1是表示第1实施例的燃料电池的概略构成的分解立体图。图2是表示第1实施例的燃料电池的构成的剖视示意图。图3是表示隔板15的构成的俯视图。图4是表示隔板16的构成的俯视图。图5是表示树脂框架13的概略构成的俯视图。图6是表示树脂框架14的概略构成的俯视图。图7是对燃料气体的截流的说明图。图8是表示第1实施例的变形例的燃料电池的构成的剖视示意图。图9是表示隔板115的构成的俯视图。图10是表示第1变形例的构成的说明图。图11是表示第2变形例的构成的说明图。图12是表示第3变形例的构成的说明图。
具体实施例方式A、装置的整体构成图1是表示本发明的第1实施例的燃料电池的概略构成的分解立体图。另外，图2是表示第1实施例的燃料电池的构成的剖示示意图。本实施例的燃料电池具有层叠多个 单电池10的而成的组(stack)结构，图1是对1组单电池的分解立体图。单电池10具备 发电部12、在外周部从两侧夹持发电部12的一组树脂框架13、14、和从两侧夹持由树脂框 架13、14支撑的发电部12的一组隔板15、16。发电部12具备电解质膜和形成在电解质膜上的电极。本实施例的燃料电池为固 体高分子型燃料电池，电解质膜是由通过固体高分子材料例如氟系树脂形成的质子传导性 的离子交换膜构成的。作为电极的阳极和阴极具备例如钼或钼合金作为催化剂，是通过将 这些催化剂担持在具有导电性的担载体上而形成的。更为具体来说，阳极和阴极是通过如 下方式形成的制作含有担持有上述催化剂的碳粒子和与构成电解质膜的高分子电解质同 样的电解质的电极膏，将该电极膏涂敷在电解质膜上。另外，本实施例的发电部12还具备 气体扩散层，该气体扩散层配置在电极上，并由复写纸等具有导电性的多孔质体构成。树脂框架13、14配置在发电部12和隔板15、16之间，是用于确保形成在发电部12 和隔板15、16之间的气体流路中的气体密封性的部件。隔板15、16是与发电部12之间形成反应气体(含有氢气的燃料气体或含有氧气 的氧化气体)流动的气体流路的部件，在其表面形成有用于形成气体流路的凹凸形状。本 实施例的隔板15、16为大致四边形的金属制薄板部件，通过冲压成形形成上述凹凸形状， 并且在预定位置设置有孔部。这样，在通过对金属制薄板进行冲压成形而形成为凹凸形状 的隔板15、16中，形成在一方的面的凹凸部和形成在另一方的面的凹凸部成为相互反过来 的形状。另外，反过来的形状是指形成在一方的面的凸部的形状与形成在另一方的面的凹 部的形状对应且形成在一方的面的凹部的形状与形成在另一方的面的凸部的形状相对应 的关系，在两面间成立的形状。即，隔板15、16所具有的凹凸形状为在表面背面凹凸反转的 形状。由于这样的凹凸形状，在隔板15和发电部12之间形成作为燃料气体的流路的单电 池内燃料气体流路。在图2中，在成为单电池燃料气体流路的空间标注有“H2”。另外，在隔 板16和发电部12之间形成作为氧化气体的流路的单电池内氧化气体流路。在图2中，在 成为单电池内氧化气体流路的空间标注有“02”。在相邻的单电池10之间，由一方的单电池 所具备的隔板15的上述凹凸形状和另一方的单电池所具备的隔板16的上述凹凸形状形成 作为冷媒的流路的单元之间冷媒流路。在图2中，在成为单元之间冷媒流路的空间标注有 “冷媒”。图3是表示隔板15的构成的俯视图。图3(A)表示在与发电部12之间形成单电 池内燃料气体流路的气体流路面，图3(B)表示在与相邻的单电池10所具备的隔板16之间 形成单元之间冷媒流路的冷媒流路面。另外，在图3中，用箭头A表示设置燃料电池时的与 水平方向相对应的方向，用箭头B表示与垂直方向相对应的方向。隔板15在其外周部具备6个孔部。具体来说，沿图3(A)所示的垂直方向的边20 上从垂直方向上方起依次形成有孔部22、23、24，沿与边20对向的边21上从垂直方向上方 起依次形成有孔部25、26、27。如后所述，在隔板16和树脂框架13、14上也同样形成有这些 孔部22 27。而且，在层叠隔板15、16和树脂框架13、14而组装了燃料电池时，对应的孔 部彼此在层叠方向重合，形成在层叠方向贯通燃料电池内部的流体流路。即，孔部22形成 供从燃料电池外供给且分配到单电池内燃料气体流路的燃料气体流动 的燃料气体供给歧 管(图3 6中表示为H2 in)，孔部27形成将用于各单元中的电化学反应之后的燃料气体引导到外部的燃料气体排出歧管(图3 6中表示为H2 out)。另外，孔部26形成供从燃料 电池外供给且分配到单电池内氧化气体流路的氧化气体流动的氧化气体供给歧管(图3 6中表示为O2 in)，孔部23形成将用于各单元中的电化学反应之后的氧化气体引导到外部 的氧化气体排出歧管(图3 6中表示为O2 out)。另外，孔部24形成供从燃料电池外供 给且分配到单元之间冷媒流路的冷媒流动的冷媒供给歧管(图3 6中表示为Ref in)， 孔部25形成将通过各单元之间冷媒流路之后的冷媒引导到外部的冷媒排出歧管(图3 6中表示为Refout)。另外，在隔板15的气体流路面形成有与发电部12的表面一起形成单电池内燃料 气体流路的内壁面的第1凹凸部。以下，将形成有第1凹凸部且在表面上有燃料气体流动 的大致四边形的区域称为发电区域30。在图3(A)中，用虚线包围表示发电区域30。 在本 实施例中，第1凹凸部形成为大致四边形，具备2个分割线状凸部40、多个分割区域内线状 凸部41和多个突起部42，作为凸部。分割线状凸部40为在发电区域30内沿大致水平方向伸长的线状的凸部。一方的 分割线状凸部40，具有达到发电区域外周的边20的附近的边的一端、和从与边20对向的边 21的附近的边离开的另一端。另外，另一方的分割线状凸部40，具有达到发电区域外周的 边21的附近的边的一端、和从与边21对向的边20的附近的边离开的另一端。分割区域内线状凸部41为形成在大致水平方向且其两端从发电区域的外周离开 (隔开)的线状凸部，多个(本实施例中为5个)分割区域内线状凸部41集中配置在分割 线状凸部40之间或分割线状凸部40和发电区域30的外周之间。以下，将由分割线状凸部 40区划并集中配置分割区域内线状凸部41的区域称为分割区域32。在本实施例中，由2个 分割线状凸部40形成了 3个分割区域32。在图3(A)中用单点划线包围表示分割区域32。突起部42配置在上述分割区域32的外侧，在流入分割区域32或从分割区域32 流出的气体流动的区域规则性地即以具有规则性的间隔配置。作为设置了突起部42的这 样的区域，具有流出流入区域33和连接区域34。流出流入区域33为在孔部22的附近和孔 部27的附近由分割区域32的端部、发电区域30的外周和分割线状凸部40的一部分包围 的区域。连接区域34为包含分割线状凸部40的上述另一端和发电区域外周之间的间隔部 的区域，为由相邻的2个分割区域32的端部、发电区域30的外周和分割线状凸部40的一 部分包围的区域。在图3(A)中用双点划线包围表示这些流出流入区域33和连接区域34。 另外，在流出流入区域33和连接区域34，在以具有上述规则性的间隔配置的突起部42之 间，同样形成有以具有规则性的间隔配置的多个凹部43。具体来说，在与分割线状凸部40 平行的方向和垂直的方向等间隔地交替形成有突起部42和凹部43。另外，在流出流入区 域33和连接区域34，在分割线状凸部40的两侧形成有与后述的增强部对应的形状的凹部 44。在本实施例中，将具有达到发电区域外周的边20附近的边的上述一端的分割线 状凸部40和具有达到边21附近的边的上述一端的分割线状凸部40各设置了 1个，在各分 割线状凸部40中的上述另一端的附近形成有上述连接区域34。由此，在本实施例中，3个 分割区域32通过连接区域34串联连接为一个整体。在隔板15的冷媒流路面上，在发电区域30的背面区域(在以下的说明中背面区 域也称为发电区域30)形成有与对向的隔板16的表面一起形成单元之间冷媒流路的内壁面的第2凹凸部。第2凹凸部具备多个冷媒流线状凸部45、多个突起部46和增强部47作 为凸部(参照图3(B))。冷媒流线状凸部45为设置在水平方向的线状凸部，且为其两端从发电区域30的 外周离开的线状凸部。该冷媒流线状凸部45形成为，在气体流路面上的分割区域内线状凸 部41之间或分割区域内线状凸部41与分割线状凸部40之间形成的凹部的反过来的形状。 突起部46在气体流路面的流出流入区域33和连接区域34的背面，形成为形成在气体流路 面上的已述的凹部43的反过来的形状。另外，在冷媒流路面上，以形成在气体流路面的突 起部42的反过来的形状形成有凹部48。增强部47为本实施例的燃料电池中的特征构成，为如下凸部在气体流路面的流 出流入区域33和连接区域34的背面，靠近作为气体流路面的分割线状凸部40的反过来的 形状的凹部49而设置。该增强部47具有如下形状避开形成为气体流路面的突起部42的 反过来的形状的凹部48的位置，并且连接若根据形成在流出流入区域33和连接区域34的 突起部46之间的间隔的规则性则应形成突起部46的位置内的沿上述凹部49的位置。艮口， 增强部47为沿凹部48具有折曲部的锯齿形的线状凸部。另外，沿为分割线状凸部40的反 过来的形状的凹部49设置的2个增强部47形成为相互大致平行。图4是表示隔板16的构成的俯视图。图4(A)表示在与发电部12之间形成单电 池内氧化气体流路的气体流路面，图4(B)表示在与相邻的单电池所具备的隔板15之间形 成单元之间冷媒流路的冷媒流路面。隔板16是具有与隔板15大致相同的外周形状的金属 制薄板部件，与隔板15同样地，通过冲压成形在表面形成预定的凹凸形状，并且在预定的 位置设置有孔部。在隔板16的气体流路面形成有与发电部12的表面一起形成单电池内氧化气体流 路的内壁面的第1凹凸部。以下，将形成有第1凹凸部且在表面上氧化气体流动的大致四 边形的区域称为发电区域30。在图4(A)中，用虚线包围表示发电区域30。在第1凹凸部 具备2个分割线状凸部60、多个分割区域内线状凸部61和多个突起部62，作为凸部。分割区域内线状凸部61与形成在隔板15的气体流路面的分割区域内线状凸部41 同样，为形成在大致水平方向、且其两端从发电区域30的外周离开的线状凸部。这些分割 区域内线状凸部61，多个(本实施例中为5个)集中配置在分割线状凸部60和发电区域 外周之间，并形成分割区域32。分割线状凸部60与形成在隔板15的气体流路面的分割线 状凸部40同样具有达到发电区域30的外周上的一端、和从发电区域30的外周离开的另一 端。该分割线状凸部60具备水平部和倾斜部，该水平部设置在上述分割区域32之间，为与 分割区域内线状凸部61相同长度，并在发电区域30内沿大致水平方向伸长；该倾斜部相对 于水平方向倾斜设置，到达发电区域30的外周。在本实施例中，由2个分割线状凸部60形 成了 3个分割区域32。另外，突起部62配置在上述分割区域32的外侧，在流入分割区域32或从分割区 域32流出的气体流动的区域即流出流入区域33和连接区域34规则性地配置。流出流入 区域33为在孔部25、26的附近和孔部23、24的附近由分割区域32的端部、发电区域30的 外周和分割线状凸部60的上述倾斜部包围的区域。连接区域34为包含分割线状凸部40 的上述另一端和发电区域外周之间的间隔部的区域，并且为由相邻的2个分割区域32的端 部、发电区域30的外周和分割线状凸部40的上述倾斜部包围的区域。在图4(A)中用双点划线包围表示这些流出流入区域33和连接区域34。另外，在流出流入区域33和连接区域 34，在上述规则性配置的突起部62之间，形成有同样规则性地配置的许多凹部63。另外，在 隔板16中，这样，通过形成2个分割线状凸部60，借助2个连接区域34串联连接3个分割 区域32。在隔板16的冷媒流路面上，在发电区域30形成有与对向的隔板15的表面一起形 成冷媒流路的内壁面的第2凹凸部。第2凹凸部具备多个冷媒流线状凸部65、多个突起部 66，作为凸部。冷媒流线状凸部65与形成在隔板15的冷媒循环流路45同样地，为设置在大致水 平方向并且其 两端从发电区域30的外周离开的线状凸部。该冷媒流线状凸部65形成为 在气体流路面的分割区域内线状凸部61之间或分割区域内线状凸部61与分割线状凸部60 之间形成的凹部的反过来的形状。突起部66形成为形成在气体流路面的已述的凹部63 的反过来的形状。另外，在冷媒流路面上，以形成在气体流路面的突起部62的反过来的形 状形成有凹部68。图5是表示树脂框架13的概略构成的俯视图。在图5中，表示树脂框架13中的与 隔板15的气体流路面相接触一侧的面。在树脂框架13上，在中央部形成有孔部50。孔部 50为大致四边形，形成得比发电部12小一些。另外，在树脂框架13上形成有连通孔部22 和孔部50的凹部51、和连通孔部27和孔部50的凹部52。凹部51，在与隔板15之间形成 连接由孔部22形成的燃料气体供给歧管和单电池内燃料气体流路的流路。另外，凹部52， 在与隔板15之间形成连接由孔部27形成的燃料气体排出歧管和单电池内燃料气体流路的 流路。图6是表示树脂框架14的概略构成的俯视图。在图6中，表示树脂框架14中的与 隔板16的气体流路面相接触一侧的面。在树脂框架14中，在中央部形成有与树脂框架13 的孔部50重合的同样形状的孔部53。另外，在树脂框架14上形成有连通孔部23和孔部 53的凹部55、和连通孔部26和孔部53的凹部54。凹部55，在与隔板16之间形成连接由 孔部23形成的氧化气体供给歧管和单电池内氧化气体流路的流路。另外，凹部54，在与隔 板16之间形成连接由孔部26构成的氧化气体排出歧管和单电池内氧化气体流路的流路。这些树脂框架13和14是由绝缘性树脂形成的，由树脂框架13、14夹持发电部12， 从而在发电部12的两面间确保绝缘性。另外，树脂框架13、14配置在具有预定的高度的凹 凸的隔板15、16和发电部12之间，起到作为用于在隔板15、16和发电部12之间确保与上 述凹凸对应的距离的隔件的作用。在组装燃料电池时，使隔板15和树脂框架13隔着其间的含有粘结剂等的密封件 (未图示)而重合。另外，以同样的方式，使隔板16和树脂框架14隔着其间的含有粘结剂 等的密封件(未图示)而重合。其后，用树脂框架13、14夹持发电部12，使其隔着含有粘结 剂等的密封件(未图示)粘合，由此，完成燃料电池单元的制作。在粘合发电部12和树脂 框架13、14时，以发电部12覆盖树脂框架13的孔部50和树脂框架14的孔部53的方式配 置各部件。通过在这样制作形成的燃料电池单元之间配置含有粘结剂等的密封件17(参照 图2)并且层叠预定数量的这样制作形成的燃料电池单元，可以制作燃料电池组。通过如上 所述在各部件之间设置密封件，可确保单电池内气体流路和歧管中的密封性。另外，在这样层叠各部件组装了燃料电池时，隔板15的分割线状凸部40和隔板16的分割线状凸部60的水平部之间隔着发电部12相互对向。同样地，隔板15的分割区域内 线状凸部41和隔板16的分割区域内线状凸部61对向，隔板15的突起部42与隔板16的 突起部62对向。隔板15的突起部46的顶部与相邻的隔板16的突起部66的顶部相抵接。 这样，通过对应的凸部在层叠方向彼此互相支撑，确保燃料电池的层叠体整体的刚性。另 夕卜，图2中所示的剖面为与各线状凸部的纵长方向垂直的方向的剖面，图2中所示的剖视图 的位置，在图3(A)中作为2-2剖面进行表示。在图2中，特别表示含有树脂框架13、14的 燃料电池的外周部附近的剖面的情况。在燃料电池中，若对孔部22所形成的燃料气体供给歧管供给燃料气体，则燃料气体被向形成在各单电池内的单电池内燃料气体流路分配。单电池内燃料气体流路中的气体 流动，如在图3(A)中用箭头所示，在分割区域32沿水平方向流动并且作为整体向垂直方向 下方流动。在单电池内燃料气体流路中流动并用于电化学反应之后的燃料气体被排出到孔 部27所形成的燃料气体排出歧管。另外，若对孔部26所形成的氧化气体供给歧管供给氧化气体，则氧化气体被向形 成在各单电池内的单电池内氧化气体流路分配。单电池内氧化气体流路中的气体流动，如 在图4(A)中用箭头所示，在分割区域32沿水平方向流动并且作为整体向垂直方向下方流 动。在单电池内氧化气体流路中流动并用于电化学反应之后的氧化气体被排出到孔部23 所形成的氧化气体排出歧管。另外，若对孔部24所形成的冷媒供给歧管供给冷媒，则冷媒被向形成在隔板15和 隔板16之间的单元之间冷媒流路分配。单元之间冷媒流路中的冷媒流动，如在图3(B)和 图4 (B)中用箭头所示，作为整体沿水平方向流动。流经单元之间冷媒流路之后的冷媒被排 出到孔部25所形成的冷媒排出歧管。另外，在本实施例的燃料电池中，与在单电池内燃料气体流路中流动的燃料气体 相比，在单电池内氧化气体流路中流动的氧化气体一方压力变高。另外，与在单元之间冷媒 流路中流动的冷媒相比，上述燃料气体和氧化气体一方压力变高。另外，在本实施例的隔板 15,16中，在形成歧管的孔部22 27的附近设置有形成了在各面突出的多个突起部42、 46、62、66的流出流入区域33和连接区域34，因此，可以使在表面背面为相互反转的形状 并且具有折曲部的气体流路、和向一方向直线前进的冷媒流路在表面背面并存。即，通过在 两面设置相互隔开的多个突起部，可以在一方的面沿一个方向引导冷媒，并且在另一方的 面使气体流动反转。若采用如以上那样构成的本实施例的燃料电池，则由于在隔板15的流出流入区 域33和连接区域34，沿分割线状凸部40设置有增强部47，所以可以提高分割线状凸部40 附近的隔板15的刚性。通过这样提高刚性，可以抑制分割线状凸部40附近的隔板15的变 形的发生。因此，即使是在单电池内燃料气体流路中流动的燃料气体的压力比在单元之间 冷媒流路中流动的冷媒的压力高的情况下，也可抑制分割线状凸部40相对于发电部12的 接触压力的降低。这样，由于可抑制分割线状凸部40的接触压力的降低，可以抑制在单电 池内燃料气体流路中流动的燃料气体越过分割线状凸部40向下游侧流动(所谓的截流)， 并抑制气体利用率的降低。另外，可以抑制燃料电池内的电阻增大，从而可以抑制电池性能 的降低。在此，对燃料气体的截流进一步详细说明。图7是以发电部12为中心放大表示本实施例的燃料电池的剖面的一部分的剖示示意图。在隔板15、16中，如上所述在相互对应 的位置在两面的各面上突出设置有凸部，各个凸部在相邻的隔板之间相互对向并且在层叠 体内配置在重叠的位置。在本实施例中，这样的各凸部被从用于形成隔板的金属板的原本 的面(以下称为基准面)向两方的面侧突出设置。若使用这样的隔板组装燃料电池，则如图 7所示，在与相邻的隔板彼此不接触相互不支撑的基准面的位置，气压和冷媒压力的压力差 产生大的作用。这样在基准面上在两面产生压力差，则以与相邻的隔板16的突起部66接触 的突起部46为支点，在隔板15产生变形(弯曲)。其结果，在隔板15中的与发电部12接 触的凸部(图7中分割线状凸部40)处的相对于发电部12的接触压力降低，接触电阻增大。 另外，在上述分割线状凸部40，气体越过该凸部流动。特别是分割线状凸部40起到分隔单 电池内燃料气体流路的上游侧区域和下游侧区域的作用，因此，气体越过分割线状凸部40 流动成为使气体流动短路的截流，在单电池内燃料气体流路产生燃料气体不能充分流动的 区域。因此，作为燃料电池整体的气体利用率降低。 在本实施例中，在分割线状凸部40的附近沿分割线状凸部40设置连接多个突起 部46的形状的增强部47，以代替设置相互隔开的多个突起部46的构成，因此，可以提高隔 板15的分割线状凸部40附近的刚性。因此，即使在作用在流出流入区域33和/或连接区 域34的基准面的气压和冷媒压力的压力差大的情况下，也可抑制在分割线状凸部40附近 的隔板15的变形，可以抑制分割线状凸部40相对于发电部12的接触压力的降低。另外，在本实施例中，在隔板15上形成的冷媒流路，使冷媒向与在气体流路面侧 突出的分割线状凸部40大致平行的一定的方向流动。因此，可以抑制由在隔板15的冷媒 流路面侧以突出的方式沿分割线状凸部40设置的增强部47对冷媒流动的阻碍。另外，本实施例的增强部47形成为如下形状避开在气体流路面侧设置突起部42 的位置，并且沿分割线状凸部40连接若根据形成在冷媒流路面的突起部46之间的间隔的 规则性则应形成突起部46的多个位置。这样，避开在气体流路面侧配置突起部42的位置 形成了增强部47，因此，即使设置增强部47也不会对设置在气体流路面侧的凸部形状即气 体流路面中的气体流动产生影响。而且，增强部47是连接在冷媒流路面侧应设置突起部46 的位置而形成的，因此，没有必要改变设置突起部46的整体的图案，可以抑制因设置增强 部47而对冷媒流路面侧的形状的影响。特别是，在本实施例中，通过对金属板施加冲压成形来制作隔板15，因此，通过冲 压加工这样的简便的方法，可以在进行用于形成流路的加工的同时形成用于提高隔板15 的刚性的增强部47。另外，这样，由通过对成为隔板15的金属板的加工所形成的凸部来提 高隔板15的刚性，因此，也没有必要为了确保刚性而准备其它的部件。而且，将增强部47 做成锯齿状的线状凸部这样的简单形状，因此，在通过冲压成形形成增强部47时，可以容 易地制作成形模具。即使在仅在与分割线状凸部40相邻的一方的一侧设置增强部47的情况下，也可 得到这样的确保分割线状凸部40附近的隔板15的刚性的效果。但是，如本实施例所示，通 过在分割线状凸部40的两侧设置沿分割线状凸部40设置的增强部47，可以进一步提高增 强隔板15的刚性的效果。另外，在本实施例中，通过在流出流入区域33和连接区域34，沿分割线状凸部40 设置增强部47，而在此外的区域即分割区域32沿分割线状凸部40设置分割区域内线状凸部41和冷媒流线状凸部45，由此，可确保隔板15的刚性。在此，在本实施例中，如图2所 示，在设置在隔板15的气体流路面侧的分割区域内线状凸部41和设置在冷媒流路面侧的 冷媒流线状凸部45之间形成与图7同样的基准面(参照图2)，但也可做成不形成基准面的 形状。即，也可做成如下形状直线连接分割区域内线状凸部41的顶部和背面的冷媒流线 状凸部45的顶部之间。将两方的隔板15、16做成这样的构成的例子作为第1实施例的变 形例，图8中示出该例子的剖示示意图。这样，通过不设置气压和冷媒压力的差产生大的作 用的基准面，可以提高形成了分割区域32的区域中的分割线状凸部40附近的刚性，可以抑 制因压力差所引起的隔板的变形。B、第2实施例在第1实施例中，增强部47做成在冷媒流路面侧突出设置的凸部，但也可形成为 在气体流路面侧突出的凸部。以下将这样的构成作为第2实施例对其进行说明。第2实施 例的燃料电池除了具备隔板115代替隔板15之外，具有与第1实施例同样的构成，对共同 的部分标注相同的附图标记，省略详细说明。图9是表示第2实施例的燃料电池所具备的隔板115的构成的俯视图。图9㈧表 示气体流路面，图9(B)表示冷媒流路面。隔板115除了具备增强部147代替增强部47之 夕卜，具有与隔板15同样的构成。第2实施例的增强部147 在隔板115的流出流入区域33 和连接区域34，沿分割线状凸部40在分割线状凸部40的两侧在气体流路面侧以突出的方 式设置。具体来说，形成为如下形状避开在冷媒流路面侧形成突出部46的位置并且以沿 分割线状凸部40的方式连接应配置规则性地设置的突起部42的位置。因此，在冷媒流路 面侧形成有与上述增强部147对应的凹部144。在如以上构成的第2实施例的燃料电池中，通过设置增强部147，与第1实施例同 样也可以提高分割线状凸部40附近的隔板115的刚性。由此，可以抑制燃料气体的截流从 而抑制气体利用率的降低，并且可以抑制与发电部12之间的接触电阻的增大。另外，设置 这样的增强部147，也不需要改变用于形成流路的凹凸形状整体的配置，可以抑制对气体流 动和冷媒流动的影响。C、变形例另外，本发明不限于上述的实施例和实施方式，在不脱离其要旨的范围内能以各 种方式实施，例如可以进行如下的变形。Cl、变形例 1 在第1和第2实施例中，增强部47、147被做成具有折曲部的线状凸部，但也可以 做成不同的形状。例如，可以根据设置在流出流入区域33和连接区域34的突起部42、46 的配置将其做成没有折曲的线状。以这样构成的一例子作为第1变形例，将其表示在图10 中。在以下的说明中，对与第1实施例共同的部分标注相同的附图标记，省略详细说明。另 夕卜，在图10中，放大俯视表示隔板的冷媒流路面侧的分割线状凸部40附近的情况。如图10 所示，在第1变形例中，通过避开形成凹部48的位置并且沿分割线状凸部40连接若根据冷 媒流路面侧的突起部46之间的间隔的规则性则应形成突起部46的位置，设置有直线状的 增强部247。做成这样的构成也可得到与第1和第2实施例同样的效果。C2、变形例 2 在第1和第2实施例中，通过连接若根据突 起部46之间的间隔的规则性则应形成突起部46的位置来设置沿分割线状凸部40形成的单一增强部，但也可设置多个连接应形 成突起部46的位置的形状的凸部、且作为整体构成沿分割线状凸部40配置的增强部。以 这样构成的例子作为第2变形例，将其于表示在图11中。在以下的说明中，对与第1实施 例共同的部分标注相同的附图标记，省略详细说明。另外，在图11中，与图10同样、放大俯 视表示隔板的冷媒流路面侧的分割线状凸部40附近的情况。如图11所示，在第2变形例 中，沿分割线状凸部40设置多个避开形成凹部48的位置并且沿垂直方向连接2个应形成 冷媒流路面侧的突起部46的位置的形状的凸部347。在第2变形例中，各个凸部347为沿 与分割线状凸部40的延长方向相垂直的方向连接突起部46的形状，而通过设置这样连接 突起部46的形状的凸部347，可以提高凸部347附近的隔板的刚性，通过沿分割线状凸部 40配置这样的凸部347，可以提高分割线状凸部40附近的隔板的刚性。这样，若增强部作 为整体沿分割线状凸部40配置，则即使增强部是由多个凸部构成的，也可得到与第1和第 2实施例同样的效果。C3、变形例 3 在第1和第2实施例中，突起部42和突起部46的各个沿水平方向和垂直方向等 间隔配置，但也可做成不同的构成。例如，相邻的突起部之间没有必要为等间隔，只要以具 有规则性的间隔配置即可。做成这样的构成，也可通过设置避开气体流路面侧的突起部的 位置并且连接在冷媒流路面侧应形成突起部的多个位置的形状的增强部，得到与实施例同 样的效果。C4、变形例 4 在第1和第2实施例中，在分割区域32设置了线段状的分割区域内线状凸部41 和冷媒流线状凸部45，但也可做成不同的构成。例如，也可与在流出流入区域33和连接区 域34同样地，在分割区域32设置在两面以突出的方式规则地配置的突起部。在这样的情 况下，在分割区域32也可沿分割线状凸部40设置如下形状的增强部避开在一方侧突出 的突起部的位置、并且连接若根据形成在分割区域32的突起部之间的间隔的规则性则应 形成在另一方侧突出的突起部的位置。图12中示出了这样构成的一例子。在以下的说明 中，对与第1实施例共同的部分标注相同的附图标记，省略详细说明。另外，在图12中，与 图3(B)同样、俯视表示形成单电池内燃料气体流路的隔板的冷媒流路面侧的情况，设置有 连接在冷媒流路面侧突出的突起部的形状的增强部47。另外，在图12中所示的隔板中，沿 分割线状凸部40设置有多个连接应设置突起部的5个部位的形状的增强部，但作为增强部 连接的突起部的位置也可设为不同数量。做成这样的构成也可抑制分割线状凸部附近的 隔板的变形，得到与第1和第2实施例同样的效果。C5、变形例 5 在第1和第2实施例中，通过对用于形成隔板的金属板的加工(冲压成形)来形 成气体流路和冷媒流路的整个凹凸形状，但也可做成不同的构成。例如，也可通过将分割线 状凸部40作为另外设置的部件粘附到隔板表面来形成。这样，即使在由没有成为表面背 面反转的形状的别的部件来形成一部分的构成的情况下，也可在将含有规定增强部的位置 的突起部42、46的作为整体形成流体流路的凹凸形状，形成为表面背面反转的形状的情况 下，设置与实施例同样的增强部，由此，得到相同的效果。C6、变形例 6
在第1和第2实施例中，增强部设置在形成单电池内燃料气体流路的隔板15上， 但也可设置在在形成单电池内氧化气体流路的隔板16上。例如，只要在图4中所示的隔 板16的冷媒流路面侧以突出的方式、沿分割线状凸部40的倾斜部避开凹部68的位置且设 置连接凸部66的形状的增强部即可。在这样的情况下，也可通过提高隔板16的分割线状 凸部60附近的隔板16的刚性来抑制变形，得到同样的效果。特别是，在氧化气体的压力一 方比冷媒的压力高的情况下，可以抑制单电池内燃料气体流路中的截流。C7、变形例 7 在第1和第2实施例的燃料电池中，在单电池10之间设置单元之间冷媒流路，但 也可做成不同的构成。即，也可做成不在单电池之间设置冷媒流路，在隔板上，在其表面背 面形成燃料气体流路和氧化气体流路。即使在这样的情况下，例如，若是在隔板的一方的面 上与实施例同样地具备分割线状凸部并形成气体的流动方向在中途反转的流路，在另一方 的面上形成气体向一个方向流动的流路，则通过沿分割线状凸部设置与实施例同样的增强 部，可得到同样的效果。另外，在隔板上，在形成冷媒流路的面上设置分割线状凸部，将冷媒流路设为使流 动方向在中途反转的形状的情况下，通过沿上述分割线状凸部设置增强部，可以抑制冷媒 的截流，从而可以抑制冷却效率的降低。C8、变形例 8 在第1和第2实施例中，通过沿分割线状凸部设置增强部，抑制增强部附近的隔板 的变形，但也可在从分割线状凸部离开了的位置设置增强部。即，在隔板以一定的图案具有 在两侧突出的多个突起部的情况下，通过设置避开一方的面的突起部的位置且连接另一方 的面的突起部的形状的增强部，不对上述一方的面的流体流动产生影响，可以得到提高隔 板的刚性的效果。此时，通过沿上述另一方的面的流体流动的方向连接突起部而形成增强 部，还可以抑制对于上述另一方的面的流体流动的影响。通过设置这样的增强部，可以得到 抑制隔板的变形且抑制接触电阻的增大的效果。C9、变形例 9 在第1和第2实施例中，在流出流入区域33和连接区域34中设置规则性配置的突 起部42、46，但也可做成不同的构成，例如，即使在流出流入区域33和连接区域34不设置规 则性的凹凸形状的情况下，也可通过设置作为沿分割线状凸部40配置的凸部的增强部，提 高分割线状凸部40附近的隔板的刚性从而抑制变形，由此，可以得到与第1和第2实施例 同样的效果。另外，在这种情况下，通过在更低的压力的流体流动侧若根据实施例为冷媒流 路面侧以突出的方式设置增强部，可以提高强化分割线状凸部附近的隔板的刚性的效果。
权利要求
一种燃料电池用气体隔板，其中，具备凹凸部，该凹凸部形成为在表面背面凹凸反转的形状、且在各个面形成不同的流体的流路；上述凹凸部具备多个第1凸部，该多个第1凸部为在一方的面突出设置的多个凸部且以具有规则性的间隔配置；多个第2凸部，该多个第2凸部为在形成有上述多个第1凸部的区域在另一方的面突出设置的多个凸部且以具有规则性的间隔配置；和增强部，该增强部在上述一方的面突出形成，并具有避开形成上述第2凸部的位置并且连接若根据上述规则性则应形成上述第1凸部的多个位置的形状。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用气体隔板，其中，上述增强部具有在沿形成于上述一方的面的上述流路中的流体的流动的方向连接应 形成上述第1凸部的多个位置的形状。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池用气体隔板，其中，还具备如下分割线状凸部为在任何一面突出、并且在作为形成有上述凹凸部的区域 的发电区域内向特定方向伸长形成的线状凸部，将上述发电区域分隔为与形成有上述线状 凸部的面中的上述流体流动的上游侧相对应的分割区域和与下游侧相对应的分割区域；上述增强部沿上述分割线状凸部配置。
4.根据权利要求3所述的燃料电池用气体隔板，其中，上述第1凸部和上述第2凸部在与上述分割线状凸部平行的方向和垂直的方向上等间 隔地交替配置。
5.根据权利要求3或4所述的燃料电池用气体隔板，其中，上述增强部形成为沿上述分割线状凸部连接应形成上述第1凸部的多个位置的形状。
6.根据权利要求3或4所述的燃料电池用气体隔板，其中，上述增强部是沿上述分割线状凸部配置连接应形成上述第1凸部的多个位置而成的 多个凸部而成的。
7.根据权利要求3 6中任意一项所述的燃料电池用气体隔板，其中，上述增强部设置在上述分割线状凸部的两侧。
8.根据权利要求3 7中任意一项所述的燃料电池用气体隔板，其中，上述分割线状凸部在上述另一方的面突出形成。
9.根据权利要求8所述的燃料电池用气体隔板，其中，形成于上述另一方的面的上述流体的流路，是通过形成在上述分割线状凸部的端部附 近的连接区域串联连接由上述分割线状凸部分隔的上述分割区域而成的；形成于上述一方的面的上述流体的流路，沿与上述分割线状凸部平行的一定的方向引 导上述流体。
10.一种燃料电池用气体隔板，其中，具备凹凸部，该凹凸部形成为在表面背面凹凸反 转的形状，在一方的面形成第1流体的流路，在另一方的面形成第2流体的流路；上述凹凸部具备分割线状凸部，该分割线状凸部为在上述一方的面突出、并且在作为 形成了上述凹凸部的区域的发电区域内从上述发电区域的外周上的一端向特定方向伸长 形成的线状凸部，将上述发电区域分隔为上述第1流体沿上述特定方向流动的上游侧分割区域、和上述第1流体与上述上游侧分割区域反向地流动并且与上述上游侧分割区域串 联连接成为上述上游侧分割区域的下游的下游侧分割区域；和增强部，该增强部为在另一方的面突出、并且在上述分割线状凸部的上述一端的附近 区域沿上述分割线状凸部配置的凸部，该附近区域为在上述一方的面流入上述上游侧分割 区域的上述第1流体流动的区域和/或从上述下游侧分割区域排出的上述第1流体流动的 区域。
11.根据权利要求10所述的燃料电池用气体隔板，其中，上述凹凸部，在上述另一方的面上、在包含上述上游侧分割区域、上述下游侧分割区域 和上述分割线状凸部的整个区域，形成上述第2流体沿与上述特定方向平行的一定的方向 流动的流路。
12.一种燃料电池，其中，具备发电部，该发电部包括电解质层和形成在该电解质的两面的电极；和以夹持上述发电部的方式配置、且在与上述发电部之间形成反应气体的流路的如权利 要求1 11中任意一项所述的燃料电池用气体隔板。
13.一种燃料电池，其中，具备发电部，该发电部包括电解质层和形成在该电解质的两面的电极；和以夹持上述发电部的方式配置、且在与上述发电部之间形成反应气体的流路的如权利 要求3 11中任意一项所述的燃料电池用气体隔板，在突出设置有上述分割线状凸部的面上流动的流体，与在另一方的面上流动的流体相 比压力高。
全文摘要
一种隔板(15)，其具备凹凸部，该凹凸部在表面背面形成为凹凸反转的形状、且在各个面形成有不同流体的流路。该凹凸部具备多个第1凸部(46)、多个第2凸部(42)和增强部(47)；该多个第1凸部(46)为在一方的面突出设置的多个凸部、以具有规则性的间隔配置；该多个第2凸部(42)为在形成有多个第1凸部(46)的区域在另一方的面突出设置的多个凸部、以具有规则性的间隔配置；该增强部(47)具有避开形成第2凸部(42)的位置并且连接若根据上述规则性则应形成第1凸部(46)的多个位置的形状、在一方的面突出形成。由此，抑制由在隔板的各面流动的流体的压力差导致的隔板的变形所引起的问题。
文档编号H01M8/02GK101849310SQ20088011478
公开日2010年9月29日 申请日期2008年11月4日 优先权日2007年11月8日
发明者中路宏弥, 山本佳位, 滨田仁, 铃木稔幸, 青野晴之 申请人:丰田自动车株式会社