燃料电池的制作方法

专利名称：燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池。
背景技术：
燃料电池，是把多种类的单电池构成部件叠置起来，构成最小单位、即单电池，并 且，形成为将多片单电池叠置而成的层叠构造，从而确保所需的电压。该层叠构造中，位于 各单电池的最外层、分隔层叠体内的各单电池的部件，是采用作为板状部件的隔板。另外， 隔板具有各种功能，例如，把燃料气体供给到阳极侧、把氧化剂供给到阴极侧的功能，对单 电池发出的电导电的功能，把单电池内产生的生成水排出的功能等。图18表示固体高分子型燃料电池的单电池构造之一例。该单电池10中，膜/电 极接合体12 (Membrane Electrode Assembly，下面称为“MEA”)配置在单电池10厚度方向 的中心部，在其两面，分别配置着气体扩散层14(阴极侧/阴极侧的气体扩散层14A、14C)、 气体流路16(阴极侧/阴极侧的气体流路16A、16C)、隔板18(阴极侧/阴极侧的隔板18A、 18C)。另外，有时也把MEA12和气体扩散层14成为一体的构造，称为膜电极气体扩散层接 合体(MEGA :Membrane Electrode&Gas Diffusion LayerAssembly)。如图18所示，气体流路16和隔板18为分体构造的单电池10的构造中，形成气体 流路16的构造物，例如是采用网眼金属板，由此确保如上所述的隔板的功能(例如见专利 文献1、2)。专利文献1 日本特开2005-310633号公报专利文献2 日本特开2002-198069号公报

发明内容
但是，用网眼金属板20，构成单电池10的气体流路16时，该网眼金属板20的构 造，例如如图19所示，是龟壳形的网眼22交错(千鳥)配置的连续构造。该网眼金属板 20，由于一边移送平板材料，一边用模具将其一级一级地切入而形成网眼22这样的制造步 骤(后述)，而成为各网眼22在材料移送方向[(Materials)Forwarding Direction，下面， 在本说明书中也称为“FD方向”。]上台阶状相连的构造。另外，图18所示的单电池10中，网眼金属板20，如图20所示，以网眼22在气体扩 散层14与隔板18之间构成倾斜面的方式配置，从而，在交错配置着的网眼22、与气体扩散 层14表面及隔板18表面之间，呈交错状形成图20中斜线部分所示的三角形状的气体流路 24。因此，流过气体流路16的气体，依次流过交错配置着的三角形状的气体流路24，朝FD 方向流动。这时，气体流GF如图19所示，在与FD方向正交的方向[Transverse Direction 或Tool Direction，下面，在本说明书中也称为“工具(刀具)移送方向”或“TD方向”]摆 动，成为反复进行非常微细的回转(转弯)的流动。这样，气体流路16的气体流GF，成为图19所示那样的、反复进行非常微细的回转， 从而引起气体流路16中的气体压力损失升高。因此，为了确保所需的气体流，必须要提高空气压缩机、氢循环泵等所要求的性能值，导致这些辅机的大型化、进而燃料电池系统的大 型化。另外，呈交错状配置着的三角形状的气体流路24，虽然也作为单电池内产生的生成水 的排出路径，但是，该形态的气体流路中，生成水的通路断面积小，生成水难以从单电池内 顺畅地排出。因此，导致浓度过电压增高，导致输出降低、电压稳定性降低。

另外，为了顺畅地排出生成水，提出了 提高朝向流路出口的气体流速，提高排水 性的方案(参照上述“专利文献2”)。但是，呈交错状配置着的三角形状的气体流路24的 压力损失，在整个气体流路16中是均勻的，气体流路16内的气体的流速也是一定的，所以， 在整个气体流路16中，气体流速也是大致一定的。本发明是鉴于上述课题而作出的，其目的是，能够使得根据需要降低单电池的气 体流路中的气体压力损失，适当地增大气体流量，实现燃料电池系统的小型化、提高输出、 确保电压稳定性等。为了解决上述课题，本发明的燃料电池，具有由配置在单电池构成部件之间的网 眼金属板形成气体流路的单电池构造，通过改进网眼金属板的网眼形状，适当控制单电池 构成部件间的气体的压力损失。(发明的形态)下述的发明形态，只是例举本发明的构成，为了便于理解本发明的多种构造，按以 下各项进行说明。各项并不限定本发明的技术范围，参考实施本发明的最佳形态，将各项构 成要素的一部分置换、删除、或附加其它构成要素的内容，都包含在本发明的技术范围内。(1) 一种燃料电池，具有由配置在单电池构成部件之间的网眼金属板形成气体流 路的单电池构造，其特征在于，连接上述网眼金属板的网眼的结合部，其一部分在缩短结合 长度的位置立起，成为连接部(7卜，> K部，索股部)的一部分。(技术方案1)。本项记载的燃料电池，连接网眼金属板的网眼的结合部，其一部分在缩短结合长 度的位置立起，成为连接部的一部分。这样，由网眼金属板的网眼形成的开口，从FD方向 看，前后的开口在TD方向重合的面积扩大，由在TD方向重合的开口的FD方向的相连而构 成的、大致通道状多条气体流路的断面积增大。结果，由配置在单电池构成部件之间的网眼 金属板形成的气体流路中，气体不会反复进行微细的回转，可减少气体的压力损失。(2) 一种燃料电池，具有由配置在单电池构成部件之间的网眼金属板形成气体流 路的单电池构造，其特征在于，构成上述网眼金属板的网眼的连接部的一部分被成形为与 结合部无台阶的连续面。(技术方案2)。本项记载的燃料电池，构成网眼金属板的网眼的连接部的一部分，形成为与结合 部无台阶的连续面。这样，由网眼金属板的网眼形成的开口，从FD方向看，前后的开口在TD 方向重合的面积扩大，由在TD方向重合的开口的FD方向的相连而构成的、大致通道状多条 气体流路的断面积增大。结果，由配置在单电池构成部件之间的网眼金属板形成的气体流 路中，气体不会反复进行微细的回转，可减少气体的压力损失。(3)上述(1)、(2)项中，由上述网眼金属板的网眼形成的开口的形状从网眼的刻 入宽度方向看成为下述多边形(多角形)，即，以龟壳形为基本形、并且用TD方向的对角线 将该龟壳形对半分割而形成的梯形的一方梯形相对于另一方梯形在TD方向移位。(技术方 案3)。本项记载的燃料电池，连接网眼金属板的网眼的结合部，其一部分在缩短结合长度的位置立起，成为连接部的一部分。或者，构成网眼金属板的网眼的连接部的一部分，形 成为与结合部无台阶的连续面。这样，由网眼金属板的网眼形成的开口的形状，从网眼的刻 入宽度方向看，是以龟壳形为基本形、且用工具移送方向的对角线将该龟壳形对半分割而 形成的梯形中的一方相对于另一方梯形在工具移送方向移位了的多边形。结果，开口的形 状，从FD方向看，TD方向的宽度比基本的龟壳形大，从FD方向看，前后的开口在TD方向重 合的断面积扩大。于是，由在TD方向重合的开口的FD方向的相连而构成的、大致通道状的 多条气体流路的断面积增大。结果，由配置在单电池构成部件之间的网眼金属板形成的气 体流路中，气体不会反复进行微细的回转，可减少气体的压力损失。另外，用TD方向的对角线将龟壳形对半分割而形成的梯形中的一方相对于另一 方梯形在TD方向移位的移位量越大，从FD方向看，前后的开口在TD方向重合的面积越大， 在TD方向重合的开口的FD方向的相连而构成的、大致通道状的多条气体流路的断面积越 大。(4) 一种燃料电池，具有由配置在单电池构成部件之间的网眼金属板形成气体流 路的单电池构造，其特征在于，上述网眼金属板的开口形状从网眼的刻入宽度方向看成为 下述多边形，即，以龟壳形为基本形、并且用TD方向的对角线将该龟壳形对半分割而形成 的梯形的一方梯形相对于另一方梯形在TD方向移位(技术方案4)。本项记载的燃料电池，由网眼金属板的网眼形成的开口的形状，从网眼的刻入宽度方向看(下面，把刻入宽度方向也称为“WD方向”。)，是以龟壳形为基本形、且用TD方向 的对角线将该龟壳形对半分割而形成的梯形中的一方相对于另一方梯形在TD方向移位了 的多边形。这样，开口的形状，从FD方向看，TD方向的宽度比基本的龟壳形大，从FD方向 看，前后的开口在TD方向重合的断面积扩大。于是，由在TD方向重合的开口的FD方向的 相连而构成的、大致通道状的多条气体流路的断面积增大。结果，由配置在单电池构成部件 之间的网眼金属板形成的气体流路中，气体不会反复进行微细的回转地流动，可减少气体 的压力损失。(5)上述(3)、(4)项中，由上述网眼金属板的网眼形成的开口的、用TD方向的对 角线将龟壳形对半分割而形成的梯形的一方梯形相对于另一方梯形移位的方向，对于在FD 方向排列的多个开口，是向同一 TD方向移位(技术方案5)。本项记载的燃料电池，由网眼金属板的网眼形成的开口的、用TD方向的对角线将 龟壳形对半分割而形成的梯形中的一方相对于另一方梯形移位的方向，对于在FD方向并 排着的多个开口，朝同一 TD方向移位。这样，由在TD方向重合的开口的FD方向的相连所构 成的、大致通道状的多条气体流路，形成为在FD方向并排着的多个开口朝同一 TD方向的流 路。即，气体流路，在流过朝同一 TD方向移位的多个开口的期间，成为不产生曲折(蛇行) 地偏向于同一 TD方向的FD方向的气流。可减少气体的压力损失。另一方面，移位方向变 更时，在该位置，气体流朝着与之前相反的TD方向回转，然后，在流过朝同一 TD方向移位的 多个开口的期间，成为不产生曲折(蛇行)地偏向于同一 TD方向的FD方向的气流。这样， 可根据朝同一 TD方向移位的开口的在FD方向的个数，适当调节气流流动方向回转的位置 (定时)。(6)上述(5)项中，上述向同一 TD方向移位的开口的FD方向上的连续个数，按网 眼金属板的部位或区域而不相同(技术方案6)。
本项记载的燃料电池，朝同一 TD方向移位的开口的在FD方向的连续个数，按网眼 金属板的部位或区域不相同。这样，可以按一片单电池中的每个部位(点状的狭小部位) 或区域(某种程度的大范围的区域)，适当调节气体流的形态(回转的频度、流速、气体压力 损失等)。(7)上述(3)至(6)项中，由上述网眼金属板的网眼形成的开口的、用TD方向的对 角线将龟壳形对半分割而形成的梯形的一方梯形相对于另一方梯形在TD方向移位的移位 量，按网眼金属板的部位或区域而不相同(技术方案7)。如在上述(3)中说明的那样，用TD方向的对角 线把龟壳形对半分割而形成的梯形 中的一方相对于另一方梯形在TD方向移位的移位量越大，从FD方向看，前后的开口在TD 方向重合的面积越大，由在TD方向重合的开口的FD方向的相连而构成的、大致通道状的多 条气体流路的断面积越大。在此，本项记载的燃料电池，通过上述由网眼金属板的网眼形成 的开口的、用TD方向的对角线把龟壳形对半分割而形成的梯形中的一方相对于另一方梯 形在TD方向移位的移位量，按网眼金属板的部位或区域不相同，从而可以对一片单电池中 的每个部位或区域，适当调节气体流的形态(流速、气体的压力损失等)。(8)上述(3)至(7)项中，由上述网眼金属板的网眼形成的开口的形状，从上述WD 方向看，全部成为上述多边形(技术方案8)。本项记载的燃料电池，全部的开口形状，从WD方向看，都是上述的多边形。这样， 从FD方向看，TD方向的宽度比基本的龟壳形大，从FD方向看，前后的开口在TD方向重合 的面积扩大，于是，由在TD方向重合的开口的FD方向的相连而构成的、大致通道状的多条 气体流路的断面积扩大。结果，由配置在单电池构成部件之间的网眼金属板形成的气体流 路的整个区域中，气体不会反复进行微细的回转地流动，可减少气体的压力损失。(9)上述(3)至(7)项中，备有由上述网眼金属板的网眼形成的开口的、用TD方 向的对角线将龟壳形对半分割而形成的梯形的一方梯形相对于另一方梯形在TD方向移位 的移位量，比在FD方向相邻的其它部位或区域小或为零的部位或区域(技术方案9)。本项记载的燃料电池，在由网眼金属板的网眼形成的开口的、用TD方向的对角线 将龟壳形对半分割而形成的梯形的一方梯形相对于另一方梯形在TD方向移位的移位量， 比在FD方向相邻的其它部位或区域小或为零的部位或区域(为零时，开口的形状是基本 形，即龟壳形)中，由在TD方向重合的开口的FD方向的相连所构成的、大致通道状的多条 气体流路的断面积，局部地缩小。结果，由配置在单电池构成部件之间的网眼金属板形成的 气体流路内流动的气体流，部分地被节流，流向气体流出口的生成水的一部分，朝TD方向 分流。并且，在并行的大致通道状的多条气体流路内流动的生成水相互接触，在相互的表面 张力的作用下，汇集成为一股水流，通过其它条的气体流路而促进排水。因此，可抑制因残 留生成水引起的气体压力损失升高。(10)上述(9)项中，夹着由上述网眼金属板的网眼形成的开口的、用TD方向的 对角线将龟壳形对半分割而形成的梯形的一方梯形相对于另一方梯形在TD方向移位的移 位量比在FD方向相邻的其它部位或区域小或为零的部位或区域，向上述同一 TD方向移位 的开口的、移位方向的连续性中断(技术方案9)。本项记载的燃料电池，由于上述的构造，由在TD方向重合的开口的FD方向的相 连而构成的、大致通道状的多条气体流路中，部分地形成了弯头(elbow)部或弯曲(crank)部。结果，在由配置在单电池构成部件之间的网眼金属板形成的气体流路中流动的气体流， 在该弯头部或弯曲部，部分地弯曲或曲折，一部分朝TD方向分流，流向气体流路出口的生 成水的一部分，也朝TD方向分流。于是，在并行的大致通道状多条气体流路中流动的生成 水相互接触，在相互的表面张力的作用下，汇集成为一股水流，促进从气体流路的排水。因 此，可抑制因残留生成水引起的气体压力损失升高。(11)上述(5)至(10)项中，对于多个层叠的单电池的各个单电池，下述三者之中 至少一个不相同上述向同一 TD方向移位的开口的FD方向上的连续个数；由上述网眼金属板的网眼形成的开口的、用TD方向的对角线将龟壳形对半分割 而形成的梯形的一方梯形相对于另一方梯形在TD方向移位的移位量；以及

该移位量比在FD方向相邻的其它部位或区域小或为零的部位或区域(技术方案 11)。本项记载的燃料电池，对于多个层叠的单电池的各个单电池，下述三者之中至少 一个不相同向同一 TD方向移位的开口的材料移送方向上的连续个数；由网眼金属板的网 眼形成的开口的、用TD方向的对角线将龟壳形对半分割而形成的梯形的一方梯形相对于 另一方梯形在TD方向移位的移位量；以及该移位量比在FD方向相邻的其它部位或区域小 或为零的部位或区域。这样，可以对每个单电池进行适当调节，使气体流的形态最佳。(12)上述(1)至(11)项中，上述网眼金属板，其网眼的刻入宽度和刻入深度之中 的至少一方在FD方向不同，并且其整个厚度在FD方向形成为一定(技术方案12)。作为形成单电池的气体流路的构造物而使用的网眼金属板，如后所述，由于一边 移送平板材料一边用模具一级(一段)一级地切入而形成网眼这样的制造顺序，网眼的刻 入宽度越大，构成网眼的连接部的宽度也越大。因此，本项记载的燃料电池，网眼金属板，其 网眼的刻入宽度和刻入深度之中的至少一方在FD方向不同，并且其整个厚度在FD方向形 成为一定。这样，在网眼的刻入宽度大的部位或区域，从FD方向看，每一个网眼的开口长度 长(网眼粗)。另一方面，在网眼的刻入宽度小的部位或区域，从FD方向看，每一个网眼的 开口长度短(网眼细)。因此，在网眼的刻入宽度大的部位或区域，气体流呈缓和的回转而 流动，在网眼的刻入宽度小的部位或区域，气体流呈微细的回转而流动，可以根据网眼的刻 入宽度，适当调节气体流的流动方向回转的位置(定时)。由于本发明具有该构造，可以根据需要降低单电池的气体流路中的气体压力损 失，适当增大气体流路，实现燃料电池系统的小型化、提高输出、确保电压稳定性等。


图1是表示本发明第1实施方式之燃料电池的、作为气体流路的形成部件的网眼 金属板构造的说明图，(a)是从网眼的刻入宽度方向看本发明第1实施方式中的网眼金属 板的图，(b)是从网眼的刻入宽度方向看成为(a)的网眼金属板的基本的龟壳形网眼金属 板的图。图2(a) (c)是表示本发明第1实施方式中的网眼金属板的开口形状的变化。图3(a) (c)分别是图2的(a) (c)所示网眼金属板的立体图。图4是模具的示意立体图，该模具构成本发明第1实施方式中的网眼金属板的制造装置。图5是构成本发明第1实施方式中的网眼金属板的制造装置的模具、和辊的概略 侧面图。图6是构成本发明第1实施方式中的网眼金属板的制造装置的轧辊的概略侧面 图。图7是与从刻入宽度方向看的网眼金属板一起示出了本发明第1实施方式中的网 眼金属板的制造用模具的上模朝TD方向的移动动作的说明图，(a)表示本发明第1实施方 式中的网眼金属板的成形时的上模的动作，(b)表示成为本发明第1实施方式的网眼金属 板的基本的、龟壳形网眼金属板的成形时的上模的动作。图8是表示本发明第1实施方式中的、备有按部位或区域改变朝同一 TD方向连续 移送时的连续数的网眼金属板的燃料电池的示意图，。图9作为本发明第1实施方式的网眼金属板的制造顺序，例示出在单电池的气体 的流入口附近区域将刻入宽度设置得窄，在气体的流出口附近区域将刻入宽度设置得宽， 将气体的流入口和流出口中间的区域的刻入宽度设为中间宽度，这样渐渐变化的例子，(a) 表示板条切割钢板(，7力〃卜J夕> )，(b)示意地表示将(a)的板条切割钢板轧制而得 到的网眼金属板。图10是本发明第1实施方式之燃料电池组的示意图。图11是在燃料电池内，由网眼金属板形成的气体流路的影像图，(a)是表示本发 明第1实施方式中的气体流路。(b)表示由成为本发明第1实施方式中的网眼金属板的基 本的、龟壳形网眼金属板形成的气体流路。图12是表示在用TD方向的对角线，把本发明第1实施方式中的网眼金属板的开 口的基本形即龟壳形对半分割而形成的梯形中的一方相对于另一方梯形在TD方向移位的 移位量不同的情况下，发电时的气体流量和发电时的气体压力损失之间的关系。图13是具有本发明第2实施方式的燃料电池的作为气体流路的形成部件的网眼 金属板的单电池的平面图(俯视图)。图14是局部地表示本发明第2实施方式之燃料电池的、作为气体流路的形成部件 的网眼金属板的立体图。图15(a)表示采用图14所示网眼金属板的气体流路中的、生成水的流动，(b)作 为比较例，表示采用本发明第1实施方式中的网眼金属板的气体流路中产生的、生成水的 流动。图16是局部地表示本发明第2实施方式之燃料电池的、作为气体流路的形成部件 的网眼金属板的应用例的立体图。图17是网眼金属板的各部名称的说明图，(a)是菱形网眼的平面图，(b)是A-A和 A' -A'线的剖面图，(c)是龟壳形网眼的平面图。图18是表示已往的固体高分子型燃料电池的单电池构造之一例的剖面图。 图19是从网眼的刻入宽度方向看的、形成图18所示单电池的气体流路的、备有龟 壳形网眼的网眼金属板的图。图20是采用图19所示网眼金属板的、已往的单电池的气体流路的剖面图。图21是表示已往技术和本发明第1实施方式之燃料电池的、作为气体流路的形成部件的网眼金属板的构造的参考图，(a)是相当于图1(a)的立体图，(b)是相当于图1(b) 的立体图。 附图标记说明10 单电池，IOE 端部单电池，12 :MEA，14、14A、14C 气体扩散层，16、16A、16C 气 体流路，18、18A、18C 隔板，20、28、50 网眼金属板，22 龟壳形的网眼，24 气体流路，30 开 口，40 层叠体、52 由网眼金属板的网眼形成的开口的、用工具移送方向的对角线将龟壳 形对半分割而形成的梯形中的一方相对于另一方梯形在工具移送方向移位的移位量为零 的区域，W、W1、W2、W3 生成水。
具体实施例方式下面，参照

实施本发明的最佳方式。另外，与已往技术相同或相当的部 分，其详细说明从略。在说明实施本发明的最佳方式前，先参照图17说明网眼金属板的各部名称。网 眼金属板，通常是由上述龟壳形网眼22(见图19、图17(c))、图17(a)所示那样的菱形网 眼26，交错状地配置成的连续构造。把网眼的交叉部称为结合部B0，把连接网眼的结合部 BO之间的部分，称为连接部ST。把结合部BO的TD方向长度，称为结合长度B01，把连接部 ST的厚度，称为刻入宽度(移送宽度)W。图中，标记t是坯件的板厚，标记D是网眼金属板 的整个厚度。另外，图17中，一并示出了 FD方向(材料移送方向)、TD方向(工具移送方 向)、和WD方向(网眼的刻入宽度方向)。从各部名称可知，龟壳形的网眼22，是结合部BO长的网眼形状。菱形的网眼26， 是结合部BO短的网眼形状。菱形的网眼26的FD方向剖面形状(A-A剖面形状)、和龟壳形 的网眼22的FD方向剖面形状(A' -A'剖面图)是相同的，所以，在图17(b)中表示两者 的FD方向剖面形状。本发明第1实施方式的单电池燃料电池，用网眼金属板作为气体流路的形成部 件。该网眼金属板，具有图1概略示出的构造特征。即，连接网眼的结合部B0，其一部分在 缩短结合长度BOl (见图17)的位置立起，成为连接部ST的一部分。换言之，构成网眼金属 板的网眼的连接部ST的一部分，成形为与结合部BO没有台阶的连续面。另外，本发明第1实施方式中的网眼金属板28，其网眼金属板的开口 30的形状，从 WD方向看，是下述形状以图1 (b)、图21 (b)所示的龟壳形为基本形状，且用TD方向的对角 线TDd把该龟壳形对半分割而形成的梯形中的一方，如图1(a)所示，相对于另一方梯形在 TD方向移位后而得的多边形(图示例中是八边形)。另外，如图1(a)所示，由本发明第1实施方式中的网眼金属板28的网眼形成的开 口 30的、用TD方向的对角线TDd将龟壳形对半分割而形成的梯形中的一方相对于另一方 梯形移位的方向，对于在材料移送方向FD排列着的多个开口，全部朝相同的TD方向移位。S卩，图1(a)的例中，标记30L所示的开口，是用TD方向的对角线TDd将龟壳形对 半分割而形成的梯形中的、图中上半部分的梯形相对于下半部分的梯形朝左TD方向移位 而得的开口。该开口 30L，在FD方向上连续地形成三个。另外，标记30R所示的开口，是用 TD方向的对角线TDd将龟壳形对半分割而形成的梯形中的、图中上半部分的梯形相对于下 半部分的梯形朝右TD方向移位而得的开口。该开口 30R，在FD方向上连续地形成三个。
另外，如图2、图3所示，通过适当地改变用TD方向的对角线TDd将龟壳形对半分 割而形成的梯形中的一方相对于另一方梯形在TD方向的移位量，可以把由网眼金属板28 的网眼形成的开口 30的形状，作出各种变化 。S卩，图2 (a)中，示出了如下的例子以使结合部BO的结合长度BOl成为能确保结 合部BO所需强度的最短结合长度的方式，把在TD方向的移位量，设为容许最大移位量。图 3(a)是表示图2(a)的立体示意图。另外，图2(b)中，示出了如下例子以使结合长度B01， 成为基本的龟壳形的结合部BO的一半的结合长度的方式、设定TD方向的移位量。图3 (b) 是表示图2(b)的立体示意图。另外，图2(c)中，示出了如下例子以使结合长度BOl比基 本的龟壳形的结合部BO的结合长度稍短的方式，较小地设定TD方向的移位量。图3(c)是 表示图2(c)的立体示意图。下面，参照图4至图7，说明本发明第1实施方式的网眼金属板28的制造顺序。网眼金属板28的制造装置，备有模具和辊40。模具备有图4、图5所示的模子 (die) 32、上刀34、下刀座(下受刃)36。辊40将平板材料38朝FD方向移送。上刀34朝 TD方向(与FD方向正交的方向)移位，并且在WD方向(上下方向)升降。在上刀34的下 面，在TD方向隔开一定间隔地形成了梯形状的突起34a。平板材料38，被辊40以一定的刻入宽度W送入模具，平板材料38被梯形状的突起34a和模子32部分地剪断，并且，被上刀34和下刀座36挟持 住，形成了梯形状的切起。另外，每当上刀34上升时，上刀34朝T D方向移位，由此，梯形 状的切起一级一级地形成为交错状，形成了具有台阶状网眼的板条切割钢板28'。然后，用 图6所示的轧辊42轧制具有台阶状网眼的板条切割钢板28'，从而成形为具有所需整个厚 度D (见图17(b))的网眼金属板28。在平板材料38被辊40以预定的刻入宽度W送入模具，每次，上刀34在TD方向移 位并升降，从而在平板材料38上成形一级一级梯形状的切起时，如图7 (b)中带圆圈的数字 1-2-1-2...所示，在以上刀34的梯形状突起34a的设置间隔一半的间距P，交替地进行上 刀34的TD方向的往复移位动作的情况下，网眼金属板28(板条切割钢板28')的开口形 状是作为基本形的龟壳形。但是，本发明第1实施方式中，在平板材料38被辊40以预定的刻入宽度W送入模 具，每次，上刀34在TD方向移位、升降时，如图7 (a)中带圆圈的数字1-2-3-4-3-2-1所示， 以把上刀34的梯形状突起34a的设置间隔的一半的间距P再分割成多份而得的间距(图 示例中是1/3P)，进行连续地向同一 TD方向移位后向相反的TD方向连续地返回这样的移位 动作，从而制造出具有图1至图3所示多边形开口 30的网眼金属板28。另外，在网眼金属板的制造装置中，也可以变更上刀34的TD方向的移位控制逻 辑，将朝同一方向TD连续移送时的连续数，如图8所示地，按网眼金属板的任意部位或区域 改变。另外，图8的例中，把靠近单电池的气体的流入口的区域Rl中的连续数设置得多(若 仿照图7 (a)的例子，则上刀34的TD方向的移位动作，是1-2-3-4-5-6-5-4-3-2-1。)，把靠 近气体的流出口的区域R3中的连续数设置得少(是1-2-3-2-1)，把气体的流入口和流出口 中间的区域R2中的连续数设为中间数(是1-2-3-4-5-4-3-2-1)。另外，本发明第1实施方式中，也可以在板条切割钢板28'的制造阶段，使得网 眼的刻入宽度在FD方向不同地、用辊40将平板材料38送入模具，在FD方向改变整体厚度，在图6所示的用轧辊42轧制的工序中，使整体厚度在FD方向成为一定地成形网眼金属板 28。例如，如图9(a)所示，以使得在靠近单电池的气体的流入口的区域Rl中的刻入宽度W 窄，使得靠近气体的流出口的区域R3中的刻入宽度W宽，使得气体的流入口与流出口中间 的区域R2的刻入宽度W成为中间宽度的方式，成形为使刻入宽度、刻入深度中的至少一方 渐变的板条切割钢板28'，将其以使得整个厚度在FD方向成为一定的方式压制，成形为图 9(b)所示的网眼金属板28。另外，本发明第1实施方式中，可以构成为对于多个层叠的单电池的各自，使下 述中的至少一方不同朝同一 TD方向移位的开口的FD方向的连续数，以及由网眼金属板 28的网眼形成的开口 30的、用TD方向的对角线将龟壳形对半分割而形成的梯形中的一方 相对于另一方梯形在TD方向移位的移位量。例如，图10所示的层叠体40中，将端 部单电 池IOE的网眼金属板的、上述开口的连续数和上述移位量遍及其整体设置得大。另外，图10 中，标记42表示层叠体40的气体入口分配器，标记44表示气体出口。根据上述构造的本发明第1实施方式，可得到下述的作用效果。本发明第1实施方式的燃料电池，如图1 (a)、图2、图3所示，连接网眼金属板28的 网眼的结合部B0，局部地在缩短结合长度BOl的位置立起，成为连接部ST的一部分。换言 之，构成网眼金属板28的网眼的连接部ST的一部分，形成为与结合部BO没有台阶的连续 面。因此，由网眼金属板28的网眼形成的开口 30，从FD方向看，前后的开口 30在TD方向 重合的面积扩大，由在TD方向重合的开口的FD方向的相连而构成的、大致通道(channel， 沟道)状的多条气体流路的断面积增大。另外，由网眼金属板28的网眼形成的开口 30的形状，如图1(a)、图2、图3、 图21 (a)所示，从WD方向看，是下述形状以龟壳形为基本形，并且，用TD方向的对角线 TDd(图1(b))将该龟壳形对半分割而形成的梯形中的一方相对于另一方梯形在TD方向移 位而得的多边形。结果，开口形状，从FD方向看，TD方向的宽度比基本的龟壳形大，从FD方 向看，前后的开口在TD方向重合的面积扩大。于是，由在TD方向重合的开口的FD方向的 相连而构成的、大致通道状的多条气体流路的断面积增大。S卩，如图11中的影像图所示，龟壳形的开口呈交错状配置的一般的网眼金属板20 的气体流路46PA (图11 (b))，在与气体扩散层14或隔板18接触的接触部，以狭窄的范围形 成。而本发明实施方式中的网眼金属板28的气体流路461 (图11(a))，在与气体扩散层14 或隔板18接触的接触部附近，宽度大地形成。因此，由配置在单电池构成部件间的网眼金 属板形成的气体流路461中，气流不反复进行微小的回转地流动，可减少气体的压力损失。另外，根据本发明第1实施方式，由网眼金属板的网眼形成的开口的、用TD方向的 对角线TDd将龟壳形对半分割而形成的梯形中的一方相对于另一方梯形移位的方向，对于 在FD方向上排列的多个开口，全部朝同一 TD方向移位。这样，由在TD方向重合的开口的 FD方向的相连而构成的、大致通道状的多条气体流路461，形成为在FD方向并排着的多个 开口全部偏向同一 TD方向的FD方向的流路。即，气体流GF，如图1 (a)所示，在流过朝同一 TD方向移位的多个开口 30(30R)的期间，不产生曲折(蛇行)，成为偏向同一 TD方向的FD 方向的气流，可减少气体的压力损失。另一方面，当移位方向变更了时，在该位置，气体流GF 朝着与之前相反的TD方向回转，然后，在流过朝同一 TD方向移位的多个开口 30(30L)的期 间，不产生曲折，成为偏向同一 TD方向的FD方向的气流。
这样，根据朝同一 TD方向移位的开口的在FD方向的数量，适当调节气体流的流动 方向回转的位置(定时)，所以可以抑制整个单电池中的气体的压力损失，可以将空气压缩 机、氢循环泵等所要求的性能值抑制得低，避免这些辅机的大型化、进而燃料电池系统的大 型化。另外，气体流路461作为在扩散层产生的生成水的排出路径时，生成水的通路断面积 增大,生成水可顺畅地排出，可降低浓度过电压(concentration overpotential，浓差过电 位)，提高输出，提高电压稳定性。另外，为了将生成水顺畅地排出，希望提高朝流路出口的气体流速，所以，如图8 所示，把靠近单电池中气体流入口的区域Rl中的同一 TD方向的连续数设置得多，把靠近气 体流出口的区域R3中的同一 TD方向的连续数设置得少，把气体流入口与流出口中间的区 域R2中的同一 TD方向的连续数设为中间数，这样，可以有意地改变气体流路的压力损失， 根据需要，局部地提高气体流路16内的气体流速。这样，朝同一 TD方向移位的开口的在材料移送方向的连续数，按网眼金属板的任 意部位或区域而有所不同，从而可以按一个单电池中的任意部位或区域，适当调节气体流 的形态(回转频度、流速、气体压力损失等)。另外，根据本发明第1实施方式，用TD方向的对角线将龟壳形对半分割而形成的 梯形的一方相对于另一方梯形在TD方向移位的移位量越大，从FD方向看，前后的开口在TD 方向重合的面积越大，由在TD方向重合的开口在FD方向相连而构成的、大致通道形的多条 气体流路461 (参照图11(a))的断面积越大。本发明第1实施方式的燃料电池，由网眼金 属板28的网眼形成的开口的、用TD方向的对角线TDd将龟壳形对半分割而形成的梯形的 一方相对于另一方梯形在TD方向移位的移位量，按网眼金属板的任意部位或区域而不同， 这样，可以按一个单电池中的任意部位或区域，适当调节气体流的形态(流速、气体的压力 损失等)。图12中，表示发电时的气体流量GFge与发电时的气体压力损失GPlo的关系，本 发明者确认了 上述的在TD方向移位的移位量越大(TDB > TDS)，气体压力损失越小。本发明第1实施方式的燃料电池，如图9所示，网眼金属板28的、网眼刻入宽度、 刻入深度中至少一方在FD方向不同，并且，整个厚度在FD方向形成为一定，从而，在网眼的 刻入宽度大的部位或区域R3，从FD方向看，每一个网眼的开口长度变长(网眼变粗)。另 一方面，在网眼的刻入宽度小的部位或区域R1，从FD方向看，每一个网眼的开口长度变短 (网眼变细)。因此，在网眼刻入宽度大的部位或区域，气体流GF呈缓和的回转而流动，在 网眼刻入宽度小的部位或区域，气体流GF呈微小的回转而流动，可根据网眼的刻入宽度， 适当调节气体流的流动方向回转的位置(定时)，可得到与图8例同样的作用效果。 另外，本发明第1实施方式的燃料电池，对多个层叠的单电池的各自，使下述中的 至少一方不同朝同一TD方向移位的开口的FD方向的连续数，以及由网眼金属板的网眼形 成的开口的、用TD方向的对角线将龟壳形对半分割而形成的梯形的一方相对于另一方梯 形在TD方向移位的移位量。这样，可以对每个单电池适当调节，以使气体流的形态最佳。例 如，通常，在层叠体40中，气体不容易到达端部单电池10E，与其它的单电池相比，生成水的 排出困难，所以，单电池电压的降低容易变得显著。在此，如图10所示，仿照上述例子，使气 体压力损失减少地预先形成端部单电池IOE的网眼金属板28，由此可促进端部单电池的排 水，防止单电池电压的降低。即，以根据需要调节各单电池的气体流的形态(回转的频度、流速、气体的压力损失等)的方式，形成网眼金属板28，由此可以构成最佳的层叠体40。另 夕卜，不仅是端部单电池10E，在端部的多个单电池也采用网眼金属板28，从而可进行整个层 叠体40中的更适当的气体流调节。可以将如上所述由网眼形成的开口 30的形状为如图1(a)、图2、图3所示从WD方 向看以龟壳形为基本形、且用TD方向的对角线TDd(图1(b))将该龟壳形对半分割而形成 的梯形中的一方相对于另一方梯形在TD方向移位而得的多边形的网眼金属板28，限定地 设在阳极侧/阴极侧的气体流路16A、16C的一方，也可以设在双方，优选适宜地对采用的网 眼金属板的构造进行研究。下面，参照图13至图16，说明本发明第2实施方式。这里，对于与已往技术、本发 明第1实施方式中相同或相当的部分，其详细说明从略。本发明第2实施方式中的单电池10，如图13的平面图所示，由以透视图示出的网 眼金属板50，构成气体流路16 (见图18)。该网眼金属板50，如图14的单体立体图所示，备 有如下部位或区域52，在该部位或区域52，由网眼金属板的网眼形成的开口的、用工具移 送方向的对角线将龟壳形对半分割而形成的梯形中的一方相对于另一方梯形在工具移送 方向移位的移位量为零。该移位量为零的区域52，简而言之，是开口的形状为基本形即龟壳 形的部位或区域。

S卩，本发明第2实施方式中，备有部位或区域52，在该部位或区域52，由网眼金属 板50的网眼形成的开口的、用TD移送方向的对角线将龟壳形对半分割而形成的梯形的一 方相对于另一方梯形在TD方向移位的移位量，比网眼金属板50的、在FD方向相邻的其它 部位或区域55、56小(最小为图14所示的零)。这一点与本发明第1实施方式不相同，在 第1实施方式中，由网眼金属板20的网眼28形成的开口 30的形状，从网眼的WD方向看， 全部是多边形。另外，本发明第2实施方式中，夹着部位或区域52，向同一 TD方向移位的开口的、 移位方向的连续性中断，其中，在该部位或区域52，由网眼金属板50的网眼形成的开口的、 用TD方向的对角线将龟壳形对半分割而形成的梯形中的一方相对于另一方梯形在TD方向 移位的移位量，比在FD移送方向相邻的其它部位或区域54、56小，或为零。S卩，图14的例 中，部位或区域54朝左TD方向移位，而部位或区域56朝右TD方向移位。根据上述构造的本发明第2实施方式，可得到下述的作用效果。即，如图15(a)所 示，在由网眼金属板50的网眼形成的开口的、用TD移送方向的对角线将龟壳形对半分割而 形成的梯形中的一方相对于另一方梯形在TD方向移位的移位量比在FD方向相邻的其它部 位或区域小的部位或区域52，由在TD方向重合的开口的在FD方向的相连而构成的、大致通 道状的多条气体流路的断面积，局部地缩小。结果，流过由网眼金属板50形成的气体流路16 (图18)的气体流，被部分地节流， 朝着气体流路出口流动的生成水W的一部分，朝TD方向分流。于是，在并行的大致通道状 的多条气体流路内流动的生成水W1、W2，相互接触，在相互的表面张力的作用下，汇成为一 股水流W3，通过其它条的气体流路促进排水。因此，抑制残留生成水引起的气体压力损失上升。图15(b)中作为比较例示出了本发明第1实施方式的网眼金属板28。在并行的大 致通道状的多条气体流路内流动的气体流GF，分别成为独立性高的气流，相邻条气流之间、与隔板18侧(图18)、GDL12侧(图18)之间的气体、生成水W的往来(授受)，比本发明 第2实施方式少。该倾向在燃料电池的低负荷运转时尤为显著。这样，本发明第1实施方式中，生成水的排出，偏向于特定条的气体流路，在其它 条的气体流路内会残留生成水W，从而会引起气体压力损失上升，但是，即便在这种情况下， 根据本发明第2实施方式，如上所述，能促进生成水W的排出，可以抑制因残留的生成水引 起的气体压力损失上升。

另外，在上述部位或区域52中，朝同一 TD方向移位的开口的、移位方向的连续性 中断，从而由在TD方向重合的开口的FD方向的相连而构成的、大致通道状的多条气体流路 上，局部地形成弯头部或弯曲部。结果，流过由网眼金属板50形成的气体流路的气体流GF， 在弯头部或弯曲部，部分地弯曲或曲折(蛇行)，一部分朝TD方向分流，朝气体流出口流动 的生成水的一部分，也朝TD方向分流，能够得到上述效果。另外，图14、图15(a)的例中，夹着部位或区域52的54、56，是在TD方向折返的形 态，但并不一定要是这种形态，部位或区域54、56，也可以均朝同一 TD方向移位。另外，也可以如图16所示另一例那样，构成部位或区域58，在该部位或区域58，由 网眼金属板50的网眼形成的开口的、用TD移送方向的对角线把龟壳形对半分割而形成的 梯形的一方相对于另一方梯形在TD方向移位的移位量为一定，并且频繁地使TD方向的移 位折返。这时，在同一 TD方向移位的开口的FD方向的连续数，可以按网眼金属板50的部 位或区域不相同，流过由网眼金属板50形成的气体流路的气体流GF，部分地弯曲或曲折， 一部分朝TD方向分流，朝气体流路出口流动的生成水的一部分也朝TD方向分流，可得到与 上述同样的作用效果。另外，关于与本发明第1实施方式相同的作用效果，其具体说明从略。
权利要求
1.一种燃料电池，具有由配置在单电池构成部件之间的网眼金属板形成气体流路的单 电池构造，其特征在于，连接上述网眼金属板的网眼的结合部，其一部分在缩短结合长度的 位置立起，成为连接部的一部分。
2.一种燃料电池，具有由配置在单电池构成部件之间的网眼金属板形成气体流路的单 电池构造，其特征在于，构成上述网眼金属板的网眼的连接部的一部分被成形为与结合部 无台阶的连续面。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池，其特征在于，由上述网眼金属板的网眼形成的开 口的形状从网眼的刻入宽度方向看成为下述多边形，即，以龟壳形为基本形、并且用工具移 送方向的对角线将该龟壳形对半分割而形成的梯形的一方梯形相对于另一方梯形在工具 移送方向移位。
4.一种燃料电池，具有由配置在单电池构成部件之间的网眼金属板形成气体流路的单 电池构造，其特征在于，上述网眼金属板的开口形状从网眼的刻入宽度方向看成为下述多 边形，即，以龟壳形为基本形、并且用工具移送方向的对角线将该龟壳形对半分割而形成的 梯形的一方梯形相对于另一方梯形在工具移送方向移位。
5.如权利要求3或4所述的燃料电池，其特征在于，由上述网眼金属板的网眼形成的开 口的、用工具移送方向的对角线将龟壳形对半分割而形成的梯形的一方梯形相对于另一方 梯形移位的方向，对于在材料移送方向排列的多个开口，是向同一工具移送方向移位。
6.如权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，上述向同一工具移送方向移位的开口 的材料移送方向上的连续个数，按网眼金属板的部位或区域而不相同。
7.如权利要求3至6中任一项所述的燃料电池，其特征在于，由上述网眼金属板的网眼 形成的开口的、用工具移送方向的对角线将龟壳形对半分割而形成的梯形的一方梯形相对 于另一方梯形在工具移送方向移位的移位量，按网眼金属板的部位或区域而不相同。
8.如权利要求3至7中任一项所述的燃料电池，其特征在于，由上述网眼金属板的网眼 形成的开口的形状，从上述网眼的刻入宽度方向看，全部成为上述多边形。
9.如权利要求3至7中任一项所述的燃料电池，其特征在于，备有由上述网眼金属板 的网眼形成的开口的、用工具移送方向的对角线将龟壳形对半分割而形成的梯形的一方梯 形相对于另一方梯形在工具移送方向移位的移位量，比在材料移送方向相邻的其它部位或 区域小或为零的部位或区域。
10.如权利要求9所述的燃料电池，其特征在于，夹着由上述网眼金属板的网眼形成 的开口的、用工具移送方向的对角线将龟壳形对半分割而形成的梯形的一方梯形相对于另 一方梯形在工具移送方向移位的移位量比在材料移送方向相邻的其它部位或区域小或为 零的部位或区域，向上述同一工具移送方向移位的开口的、移位方向的连续性中断。
11.如权利要求5至10中任一项所述的燃料电池，其特征在于，对于多个层叠的单电池 的各个单电池，下述三者之中至少一个不相同上述向同一工具移送方向移位的开口的材料移送方向上的连续个数；由上述网眼金属板的网眼形成的开口的、用工具移送方向的对角线将龟壳形对半分割 而形成的梯形的一方梯形相对于另一方梯形在工具移送方向移位的移位量；以及该移位量比在材料移送方向相邻的其它部位或区域小或为零的部位或区域。
12.如权利要求1至11中任一项所述的燃料电池，其特征在于，上述网眼金属板，其网眼的刻入宽度和刻入深度之中的至少一方在材料移送方向不同， 并且其整个厚度在材料移 送方向形成为一定。
全文摘要
本发明的目的是根据需要降低单电池的气体流路中的气体压力损失。本发明的燃料电池，具有由网眼金属板形成气体流路的单电池构造，其中，连接网眼金属板(28)的网眼的结合部(BO)，其一部分在缩短结合长度的位置立起，成为连接部(ST)的一部分。因此，由网眼金属板(28)的网眼形成的开口(30)，从FD方向看，前后的开口(30)在TD方向重合的面积扩大。于是，在TD方向重合的开口(30)的FD方向的相连而构成的、气体流路的断面积扩大。结果，气体(GF)不会反复进行微细的回转地在气体流路中流动，可减少气体的压力损失。
文档编号H01M8/02GK102047480SQ20098011942
公开日2011年5月4日 申请日期2009年8月27日 优先权日2008年8月27日
发明者宫本直利, 林友和 申请人:丰田自动车株式会社