专利名称：燃料电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池组。
背景技术：
燃料电池一般作为层叠有多个的燃料电池组被使用。燃料电池组具备燃料电池和用于冷却燃料电池的阳极以及阴极的冷却流路(例如专利文献I)。燃料电池具有膜电极接合体和用于对膜电极接合体供给反应气体的反应气体流路。专利文献专利文献I :日本特开2008-186783号公报专利文献2 :日本特开2006-114244号公报 专利文献3 :国际公开第2003/107466号
发明内容
燃料电池组设置在车辆或船舶等移动体上，作为动力源被利用。另外，燃料电池组设置在各种设施上，作为电源被利用。因此，当考虑设置的便利性时，要求实现小型化。然而，在以往的燃料电池组的构成中，存在不能充分实现小型化的情况。因此，本发明的目的在于提供能够在燃料电池组中实现小型化的技术。本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而提出的，能够作为以下方式或者应用例来实现。[应用例I]一种燃料电池组，其中，具备在规定方向上层叠的多个燃料电池模块；上述燃料电池模块具有第一和第二膜电极接合体，该第一和第二膜电极接合体分别具有电解质膜和以夹住上述电解质膜的两面的方式配置的第一和第二电极，并且该第一和第二膜电极接合体以上述第一电极彼此相向的方式配置，第一反应气体流路，该第一反应气体流路用于对上述第一和第二膜电极接合体的上述第一电极供给第一反应气体，第二反应气体流路，该第二反应气体流路用于对上述第一和第二膜电极接合体的上述第二电极供给第二反应气体，和冷却流路，该冷却流路用于对上述第一和第二膜电极接合体的上述第二电极进行冷却；上述燃料电池组不具有用于对上述第一电极进行冷却的冷却流路，而具有配置在上述第一和第二膜电极接合体之间的第一流路形成部件，该第一流路形成部件形成有上述第一反应气体流路。根据应用例I所记载的燃料电池组，由于不具有用于对第一和第二膜电极接合体的相向的两个第一电极进行冷却的冷却流路，所以，与具有用于冷却第一电极的冷却流路的燃料电池组相比，能够实现小型化。[应用例2]应用例I所记载的燃料电池组，其中，上述第一流路形成部件是能够对上述第一和第二膜电极接合体的上述第一电极供给上述第一反应气体的多孔体。
根据应用例2所记载的燃料电池组，通过由多孔体形成第一流路形成部件，能够容易地对配置在第一流路形成部件两侧的第一和第二膜电极接合体的第一电极供给第一反应气体。[应用例3]应用例I所记载的燃料电池组，其中，上述第一流路形成部件是板状的部件，具有与上述第一膜电极接合体相向的第一面和与上述第二膜电极接合体相向的第二面，上述第一反应气体流路是形成于上述第一和第二面上的槽。根据应用例3所记载的燃料电池组，通过在板状的部件的两面上形成槽，能够对第一和第二膜电极接合体的第一电极供给第一反应气体。[应用例4]应用例I至3的任意一项所记载的燃料电池组，其中，还具备配置在相邻的上述燃料电池模块之间的绝缘体，上述冷却流路形成于上述绝缘体的内部。根据应用例4所记载的燃料电池组，由于无需与绝缘体分开地配置具有冷却流路的部件，所以能够进一步实现小型化。[应用例5]应用例I至4的任意一项所记载的燃料电池组，其中，上述第一电极是阴极，上述第二电极是阳极。一般来讲，电解质膜具有温度越高则能够含水越多的特征。另一方面，在阴极，由电化学反应产生水。根据应用例5所记载的燃料电池组，由于在阴极侧不具有冷却流路，而在阳极侧具有冷却流路，因而能够将产生水的阴极维持在比阳极高的温度。由此，在电解质膜的阴极侧，能够包含比阳极侧多的水，由电解质膜的水的梯度能够使水从阴极侧向阳极侧扩散。由此，能够实现燃料电池组的小型化，而且能够使电解质膜的含水率均匀化。[应用例6]应用例I至5的任意一项所记载的燃料电池组，其中，还具有将上述第一和第二膜电极接合体并联地电连接的外部电路。根据应用例6所记载的燃料电池组，能够从具有使第一电极彼此相向的第一和第二膜电极接合体的燃料电池组进行集电。另外，本发明能够以各种方式得以实现，除了作为上述所记载的燃料电池组的构成以外，例如还能够以安装有燃料电池组的车辆(移动体)或具备燃料电池组的设施等方式得以实现。
图I是表示燃料电池系统I的整体构成的说明图。图2是用于说明燃料电池组10的内部构成的图。图3是图2的3-3剖面图。图4是用于说明第一实施例的电路图的图。图5是用于说明对相向的阴极供给空气的方法的图。图6是用于说明燃料电池组10的效果的图。图7是用于说明燃料电池组10的效果的图。图8是用于说明燃料电池组10的效果的图。
图9是用于说明第二实施例的燃料电池组IOa的内部构成的图。图10是用于说明第三实施例的燃料电池组IOb的图。附图标记说明I…燃料电池系统10…燃料电池组IOa…燃料电池组IOb…燃料电池组IOg…燃料电池组21···绝缘体2 Ib…绝缘体22…第一隔板22a…第一隔板(多孔体)22g…隔板25a…槽(槽流路、反应气体流路)25b …槽25c…槽(冷却流路)26…第二隔板26b…第二隔板30···端板 31···电解质膜33…阴极34…阳极36…阴极气体扩散层37…阳极气体扩散层40…燃料电池模块42…燃料电池单元45…外部电路60…气泵62…氧化剂气体供给配管63…氧化剂气体供给歧管64…氧化剂气体排出配管65…氧化剂气体排出歧管7O…氢气罐71 …阀72…燃料气体供给配管73…燃料气体供给歧管74 …阀75…燃料气体排出歧管76···循环泵
77…燃料气体循环配管78…燃料气体排出配管80···循环泵81…冷却介质供给歧管82…冷却介质排出配管84...散热器85…冷却介质排出歧管86…冷却介质供给配管90…负荷
具体实施例方式接着，按以下顺序来说明本发明的实施方式。A.第一实施例 B.第二实施例C.第三实施例D.变形例A.第一实施例A-1.燃料电池系统的构成图I是表示作为本发明的第一实施例的具备燃料电池组10的燃料电池系统I的整体构成的说明图。第一实施例的燃料电池系统I例如安装于车辆，能够作为车辆的动力源进行使用。燃料电池系统I具备燃料电池组10、作为氧化剂气体供给部的气泵60、作为燃料气体供给部的氢气罐70、作为冷却介质供给部的散热器84以及对燃料电池系统的运转进行控制的控制部(未图示)。燃料电池系统I还具备供反应气体或冷却介质流通的配管 62、64、72、77、78、82、86、阀 71,74 以及循环泵 76、80。燃料电池组10形成比较小型且发电效率优良的固体高分子型燃料电池。燃料电池组10具有经由绝缘体(未图示)层叠多个燃料电池模块40的叠层结构。另外，燃料电池模块40在各燃料电池模块40的厚度方向上层叠，由配置于两侧的端板30夹持。燃料电池模块40具有两个后述的膜电极接合体(MEA :Membrane Electrode Assembly)。另外，燃料电池组10的内部构成的详细情况将在下文叙述。在燃料电池组10的内部形成有氧化剂气体供给歧管63、氧化剂气体排出歧管65、燃料气体供给歧管73、燃料气体排出歧管75、冷却介质供给歧管81、冷却介质排出歧管85。作为燃料气体的氢气，从储存高压氢气的氢气罐70经由燃料气体供给配管72及燃料气体供给歧管73供给到各燃料电池模块40的膜电极接合体(具体来讲是阳极)。在燃料气体供给配管72上设置有用于对氢气的供给进行调整的阀71。供给到膜电极接合体(具体来讲是阳极)的氢气用于由电化学反应进行的发电。通过了阳极的氢气即阳极废气经由燃料气体排出歧管75以及燃料气体排出配管78向外部排出。另外，燃料电池系统I具备使燃料气体供给配管72与燃料气体排出配管78连通的燃料气体循环配管77、循环泵76。阳极废气也可以通过对阀74和循环泵76进行控制而经由燃料气体循环配管77以及燃料气体供给配管72再次供给到燃料电池组10。作为氧化剂气体的空气，通过对气泵60进行驱动，经由氧化剂气体供给配管62以及氧化剂气体供给歧管63供给到各燃料电池模块40的膜电极接合体(具体来讲是阴极)。供给到膜电极接合体(具体来讲是阴极)的空气用于由电化学反应进行的发电。通过了阴极的空气即阴极废气经由氧化剂气体排出歧管65以及氧化剂气体排出配管64向外部排出。作为冷却介质的冷却水，从散热器84经由冷却介质供给配管86以及冷却介质供给歧管81供给到各燃料电池模块40。通过了各燃料电池模块40的冷却水，由循环泵80经由冷却介质排出配管82送往散热器84，再次经由冷却介质供给配管86供给到燃料电池组10的内部。另外，作为冷却介质，不仅可以使用水，而且还可以使用乙二醇等防冻液或空气等。
A-2.燃料电池组的构成图2是用于说明燃料电池组10的内部构成的图。图2表示燃料电池组10的概略构成。燃料电池组10具备在与各构成的面正交的方向上层叠的多个燃料电池模块40、配置在相邻的燃料电池模块40之间的绝缘体21、外部电路(未图示)。燃料电池模块40具备两个燃料电池单元42。两个燃料电池单元42以同极彼此相向的方式配置。各燃料电池单元42具备在膜电极接合体的两侧接合有气体扩散层的膜电极气体扩散层接合体(MEGA Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly) 30、以夹住MEGA两面的方式配置的第一和第二隔板22、26。第一和第二隔板22、26是板状的部件，并在两面上形成了槽。在所形成的槽中，流通有从各歧管63、73、86(图I)所分配供给的反应气体(空气、氢气)或冷却水。通过在该槽中流通反应气体，向构成MEGA30的各电极供给反应气体，用于由电化学反应进行的发电。另外，由冷却水进行燃料电池组10的温度调节。如上所述，第一和第二隔板22、26的两面的槽，作为用于使反应气体或冷却水流通的流路发挥作用。图3是图2的3-3剖面图。利用图3对燃料电池组10的详细构成进行说明。MEGA30具备膜电极接合体(MEA :Membrane Electrode Assembly) 35、以夹住MEA35的两面的方式配置(接合)的阴极气体扩散层36以及阳极气体扩散层37。MEA35具备电解质膜31、作为第一电极的阴极33、作为第二电极的阳极34。阴极33以及阳极34以夹住电解质膜31的两面的方式配置。电解质膜31是由固体高分子材料、例如氟系树脂形成的质子传导性的离子交换膜，在湿润状态下显示出良好的导电性。即，电解质膜31是固体高分子电解质膜。阴极33以及阳极34具备催化剂(例如钼或者钼合金)，通过使这些催化剂负载在具有导电性的载体(例如碳粒子)上而形成。为了形成阴极33以及阳极34，例如制作负载有钼等催化剂金属的碳粉，利用该催化剂负载碳和与构成电解质膜的电解质相同的电解质 来制作糊料，将所制作的催化剂糊料涂敷在电解质膜上即可。阴极气体扩散层36以及阳极气体扩散层37能够由具有气体透过性的导电性部件、例如碳纸或碳布形成。MEA20与气体扩散层36、37，通过由气体扩散层36、37夹持MEA35并进行压力接合而形成一体。在此，燃料电池模块40以两个MEA35的同极彼此相向的方式配置。在本实施例中，以阴极33彼此相向的方式配置。在构成燃料电池模块40的两个MEGA30之间，配置第一隔板22。另外，以夹住两个MEGA30的方式配置第二隔板26。第一和第二隔板22、26是不透气的导电性部件、例如由压缩碳而形成为不透气状态的致密碳、或由烧结碳或不锈钢等金属材料形成的板状部件。在第一、第二隔板22、26的两面上形成槽25a、25b、25c。在形成于第一隔板22的槽25a中，流通有流过氧化剂气体供给歧管63 (图I)的空气。在槽25a中流通的空气由阴极气体扩散层36在MEGA30的面方向上扩散，并供给到构成燃料电池模块40的两个阴极33。即，第一隔板22作为用于对相向的两个阴极33供给空气的共用(单一)的流路形成部件发挥作用。即，在燃料电池模块40的两个燃料电池单元42(图2)之中，供给空气的流路由共用的部件(第一隔板22)形成。另外，在两个MEGA20之间没有形成流通冷却水的冷却流路。
在形成于第二隔板26的槽25b、25c之中，在形成于与阳极34相向的面上的槽25b中，流通有流过燃料气体供给歧管73的氢气。在槽25b中流通的氢气由阳极气体扩散层37在MEGA30的面内方向上扩散，并供给到构成燃料电池模块40的两个阳极34。另外，在形成于第二隔板26的槽25b、25c之中，在形成于与阳极34相向的面的相反侧的面上的槽25c中，流通有流过冷却介质供给歧管81 (图I)的冷却水。换言之,作为冷却水流路的槽25c，相对于作为氢气流路的槽25b，位于阳极34所处一侧的相反侧。由此，进行燃料电池组10 (主要是阳极34)的温度调节。这样，第二隔板26作为用于对燃料电池模块40的阳极34供给氢气的流路形成部件和用于供给对阳极34进行冷却的冷却水的流路形成部件发挥作用。另外,第一和第二隔板22、26也作为用于对在MEA35中发电产生的电进行集电的集电体发挥作用，在第一和第二隔板22、26上电连接外部电路45。具体来讲，外部电路45并联地连接燃料电池模块40的两个MEA35。在相邻的燃料电池模块40之间，为了防止相邻的燃料电池模块40的同极彼此直接连接而配置有绝缘体21。绝缘体21可以使用片状的氟系树脂或绝缘纸等绝缘片。在本实施例中，使用的是比第一和第二隔板22、26薄的绝缘片。图4是用于说明第一实施例的电路图的图。燃料电池组10并联地连接构成燃料电池模块40的两个燃料电池单元42。另外，并联地连接的两个燃料电池单元42串联地连接有多组。并且，在外部电路45上连接有负荷90。负荷90例如列举为车辆驱动用马达或构成燃料电池系统I的各种致动器(例如循环泵80或阀71等)。这样，通过将并联连接的两个燃料电池单元42串联地连接多组，能够提高输出电压。图5是用于说明对相向的阴极33供给空气的方法的图。图5(A)是用于说明对相向的两个阴极33供给空气的第一方法的图。图5(B)是用于说明相向的两个阴极33供给空气的第二方法的图。作为对燃料电池模块40的相向的两个阴极33供给空气的方法，燃料电池系统I例如可以采用两个供给方法中的任意一个。第一方法如图5(A)所示，是从氧化剂气体供给歧管63向第一隔板22两侧的槽流路25a分别并行地供给空气的方法。第一方法能够可靠地将用于电化学反应的反应气体即空气供给到相向的两个阴极33。第二方法如图5(B)所示，是从氧化剂气体供给歧管63向形成在第一隔板22的一个面上的槽流路25a(也称为“第一槽流路25a”)供给空气、将从第一槽流路25a出来的空气供给到形成在第一隔板的另一面上的槽流路25a的方法。第二方法能够有效地利用从氧化剂气体供给歧管63供给到第一隔板22的空气。A-3.第一实施例的效果图6是用于说明燃料电池组10的效果的图。图6(A)是第一实施例的燃料电池组10的3-3剖面图。图6(B)是比较例的燃料电池组IOg的与3-3剖面图对应的剖面图。另夕卜，省略外部电路的图示。比较例的燃料电池组IOg中，以不同的极相向的方式对相邻的MEGA30进行层叠。即，包括MEGA30的各燃料电池单元串联地电连接。另外，燃料电池组IOg具备隔板22g。隔板22g与第一和第二隔板22、26相同， 由不透气的导电性部件形成，在两面上形成用于使反应气体或冷却水流通的槽25a、25b、25c。隔板22g的厚度与第一和第二隔板22、26相同。另外，燃料电池组IOg在相邻的MEGA30之间配置两个隔板22g。并且，在两个隔板22g之中，在与MEGA30的阴极33相向的槽25a中流通空气。在与MEGA30的阳极34相向的槽25b中流通空气。并且，在设于两个隔板22g相向的面上的槽25c中，流通用于冷却燃料电池组IOg(阴极33以及阳极34)的冷却水。即，燃料电池组IOg是具有用于对阴极33和阳极34两者进行冷却的冷却流路的构成。在此，将MEGA30的厚度设为2tl，将隔板22、26、22g的厚度设为2t2，将绝缘体21的厚度设为2t3。另外，将燃料电池组10的作为各构成的一个重复周期的燃料电池组部分(MEGA30、反应气体流路25a、25b、冷却流路25c、绝缘体21)的厚度设为a。另外，将燃料电池组IOg的作为各构成的一个重复周期的燃料电池组部分(MEGA30、反应气体流路25a、25b、冷却流路25c)的厚度设为b。根据图6(A)，厚度a可以如下式(I)所示地算出。另一方面，根据图6(B)，厚度b可以如下式(2)所示地算出。厚度a = 3tl+2t2+t3 (I)厚度b = 4tl+2t2(2)在此，由于绝缘体21的厚度2t3比隔板22、26、22g的厚度2t2小，所以，下式(3)成立。厚度a<厚度b (3)如上述那样，第一实施例的燃料电池组10以同极(阴极33)彼此相向的方式配置，不具有用于对燃料电池模块40的两个阴极33进行冷却的冷却流路，使用共用的第一隔板22以对相向的两个阴极33供给空气(图3)，由此，燃料电池组10的作为一个重复周期的燃料电池组部分的厚度a可以小于比较例的燃料电池组IOg的作为一个重复周期的燃料电池组部分的厚度b。由此，与具有用于对阴极33以及阳极34两者进行冷却的冷却流路的燃料电池组IOg相比，能够实现小型化。图7是用于说明燃料电池组10的效果的图。在图7中，利用MEA35制造燃料电池(单个电池单元)，使规定温度的冷却水向阴极33侧以及阳极34侧流通，将阴极33以及阳极34设定为规定的温度状态。即，例如，使冷却水温为60°C的冷却水向阴极33侧流通，使冷却水温为80°C的冷却水向阳极34侧流通，由此将阴极33的温度设定为60°C，将阳极34的温度设定为80°C。另外，对阴极33以及阳极34分别供给加湿后的反应气体(阴极33 空气、阳极34 :氢气)。图7表示电流密度变化时的单元电压的变化(V-1特性)以及单元电阻的变化的调查结果。在此，为了再现在上述比较例的燃料电池组IOg(图6(B))运转的情况下所实现的阴极33以及阳极34的温度状态，使用将阴极33以及阳极34的冷却水温设定为80°C的例子(第一例)进行实验。另外，为了再现在第一实施例的燃料电池组10(图6(A))运转的情况下所实现的阴极33以及阳极34的温度状态，使用两个将阳极34的冷却水温设定得比阴极33的冷却水温低的例子(第二例、第三例)进行实验。由图7所示的V-I特性可知，第二例以及第三例与第一例相比，获得了相对于相同电流密度较高的单元电压。另外，由图7所示的单元电阻可知，与第一例相比，第二例以及第三例相对于相同电流密度示出了较低的单元电阻值。即，与第一例相比，第二例以及第三例能够提高发电效率。特别是，在比较第一例和第二例以及第三例的情况下，在高输出侧(电流密度I. OA/cm2附近)，相比低输出侧(电流密度O. 5A/cm2附近)，相对于相同电流密度所得到的单元电压的差变大。即，通过使阳极34的温度比阴极33的温度低，在要求高输出的情况下(车辆的情况，例如进行坡道运转或高速运转的情况)，可进一步实现按所需输出进行的燃料电池系统I的运转。图8是用于说明燃料电池组10的效果的图。图8(A)表示图7的实验所使用的MEA35。图8 (B)-(D)表示在各例中、关于图7的电流密度为I. OA/cm2的情况、将MEA35在 面内方向分割成多个区域时的各区域的电流密度和电阻值。即，图S(B)-(D)所示的电流密度平均为I. OA/cm2,电阻值平均为图7所示的电流密度I. OA/cm2的电阻值。如图S(B)-(D)所示，与第一例相比，可知第二例以及第三例的各区域的电阻(电解质膜31的电阻)的分布偏差小。具体来讲，在第一例中，MEA35的两端(图8(A)所示的MEA35的右端以及左端)的电阻变大；与此相对，与第一例相比，第二例以及第三例中的MEA35的两端的电阻变小。即，可知将阳极冷却水温设定得比阴极冷却水温低的第二例以及第三例，与将冷却水温设定成相同的第一例相比，降低了电解质膜31的面内方向的含水率偏差的产生。即，通过将由电化学反应产生水的阴极33维持成比阳极34高的温度，能够使电解质膜31的阴极侧比阳极侧含有更多的水。由此，促进了水从电解质膜31的阴极33侧向阳极34侧的扩散，从而也促进了水向面内方向的扩散，能够使电解质膜31的面内方向的含水率均匀化。通过使电解质膜31的面内方向的含水率均匀化，使面内方向的膜电阻均匀化，能够使面内方向的电流密度均匀化。由此，能够降低MEA35局部老化的可能性，可长期维持MEA35的性能。S卩，第一实施例的燃料电池组10不具有用于冷却阴极33的冷却流路，而具有用于冷却阳极34的冷却流路25c (图3)。由此，如图7、图8所示的第二例以及第三例那样，能够将阴极33维持成比阳极34高的温度。由此，第一实施例的燃料电池组10与比较例的燃料电池组IOg相比，能够使电解质膜31的含水率均匀化。由此，燃料电池组10可抑制MEA35的老化，能够长期维持MEA35的性能。另外，第一实施例的燃料电池组10与比较例的燃料电池组IOg相比，能够提高发电效率。另外，第一实施例的燃料电池组10由于不具有用于冷却阴极33的冷却流路，所以，在燃料电池系统I起动时，能够在更短的时间内使燃料电池组10升温到规定的温度(例如80°C、90°C )。进而，燃料电池组10与具有用于冷却阴极33以及阳极34两者的冷却流路的燃料电池组IOg(图6(B))相比，能够实现小型化。B.第二实施例图9是用于说明第二实施例的燃料电池组IOa的内部构成的图。与第一实施例的燃料电池组10的不同在于第一隔板22a的构成。关于其它构成，由于是与第一实施例的燃料电池组10相同的构成，所以，对相同的构成标注相同的附图标记并省略说明。另外，由于燃料电池系统的其它构成(图I :氢气罐70、散热器84等)是与第一实施例相同的构成，所以省略说明。另外，图9是与图2对应的图。在燃料电池组IOa中，在燃料电池模块40的两个MEA30之间，对于形成使氢气流通的流路的部件(氢气流路形成部件)，使用作为第一隔板的多孔体22a。多孔体22a是具有与外表面以及内部连通的多个孔的部件。另外，多孔体22a是具有导电性的部件。多孔体22a例如由碳、Au、Fe、Cr、Ni、Ti、Pt、Zn、Sn以及它们的合金、或者包括它们中的至少一种以上的复合体制造。另外，多孔体22a的厚度与第一隔板22的厚度相同。通过使用多孔体22a，从氧化剂气体供给歧管63(图I)供给到多孔体22a的空气在多孔体22a内流通，并供给到位于两侧的两个MEGA30的阴极33。这样，第二实施例的燃料电池组IOa通过将氢气流路形成部件设为多孔体22a，与将氢气流路形成部件设为板状的部件且在两面具有槽的部件(图2 :隔板22)时相比，能够容易形成用于向两个阴极33供给氢气的流路。另外，第二实施例的燃料电池组IOa与第一实施例的燃料电池组10相同地，也具有冷却阳极34的冷却流路，而不具有冷却阴极33的流路。由此，与第一实施例相同地能够使燃料电池组IOa小型化。另外，与第一实施例相同地能够使电解质膜31的含水率均匀化，可抑制MEA35的老化，能够长期维持MEA35的性能。另外，与第一实施例相同地，能够提高发电效率。C.第三实施例图10是用于说明第三实施例的燃料电池组IOb的图。与第一实施例的燃料电池组10的差异在于绝缘体21b以及第二隔板26b的构成。关于其它构成，由于是与第一实施例的燃料电池组10相同的构成，所以，对相同的构成标注相同的附图标记并省略说明。而且，由于燃料电池系统的其它构成(图I :氢气罐70、散热器84等)是与第一实施例相同的构成，所以省略说明。另外，图10是与图3对应的图。另外，省略外部电路45(图3)的图
/Jn ο第三实施例的燃料电池组IOb在绝缘体21b内形成冷却流路25c。另外，与绝缘体21b相邻配置的第二隔板26b仅在阳极34侧的面形成槽。绝缘体21b具有规定的厚度，由氟系树脂等绝缘部件形成。这样，通过在绝缘体21b内形成冷却流路25c，无需在第二隔板26b形成冷却流路用的槽i，能够使第二隔板26b的结构简化。在此，由于第二隔板26b仅在单面上形成槽即可，所以，与第一实施例的第二隔板26相比，厚度减半(tl)。另一方面，由于绝缘体21b需要在内部形成冷却流路25c，所以，厚度与第二隔板26b相同地为tl。这样，燃料电池组IOb的作为一个重复周期的燃料电池组部分的厚度c可以如下式(4)所示地算出。厚度c = tl+2t2+tl+tl/2 = (5tl/2)+2t2 (4)在此，由于第一实施例的燃料电池组10的燃料电池组部分的厚度a是3tl+2t2+t3(图6(A))，所以，第三实施例的燃料电池组IOb相比第一实施例的燃料电池组10能够更为小型化。另外，与上述实施例相同地，能够使电解质膜31的含水率均匀化，可抑制MEA35的老化，能够长期维持MEA35的性能。另外，与第一实施例相同地，能够提高发电效率。D.变形例、
另外，在上述实施例的构成要素之中，除了由权利要求书的独立权利要求所记载的要素以外的要素，都是附加要素，可适当地予以省略。另外，并不限于本发明的上述实施例或实施方式，在不脱离其构思的范围内能够以各种方式加以实施，例如可以如下变形。D-1.第一变形例在上述实施例中，在燃料电池模块40中，以阴极33相向的方式配置MEGA30(图3)，但也可以以阳极34相向的方式配置MEGA30。即使如此，由于燃料电池组10、10a、IOb不具有用于对相向的阳极34进行冷却的冷却流路，所以，与具有用于冷却阳极34的冷却流路的燃料电池组相比，也能够实现小型化。D-2.第二变形例
在上述第三实施例中，反应气体流路25a、25b是通过在板状的部件(第一和第二隔板)22、26b上形成槽而形成的，但并不限定于此。例如，可以使第一和第二隔板22，26b中的至少一方形成多孔体。这样，能够容易地形成反应气体流路。D-3.第三变形例在上述实施例中，燃料电池组IO-IOb具备气体扩散层36、37(图3)，但也可以省略。在该情况下，为了在阴极33以及阳极34的面内方向均匀地供给反应气体，优选的是，反应气体流路由多孔体22a (图9)形成。D-4，第4变形例在上述实施例中，对于燃料电池组IO-IOb采用了固体高分子型燃料电池，但也可以采用磷酸型燃料电池、溶融碳酸盐型燃料电池、固体氧化物型燃料电池等各种燃料电池。D-5.第5变形例 上述实施例的具有燃料电池组IO-IOb的任意一种的燃料电池系统I并不限于车辆，也可以安装于船舶等各种移动体，作为各种移动体的动力源进行利用。另外，还可以将燃料电池系统I作为定置型电源进行利用。
权利要求
1.ー种燃料电池组，其特征在干， 具备在规定方向上层叠的多个燃料电池模块； 上述燃料电池模块具有 第一和第二膜电极接合体，该第一和第二膜电极接合体分别具有电解质膜及以夹住上述电解质膜的两面的方式配置的第一和第二电极，并且该第一和第二膜电极接合体以上述第一电极彼此相向的方式配置， 第一反应气体流路，该第一反应气体流路用于对上述第一和第二膜电极接合体的上述第一电极供给第一反应气体， 第二反应气体流路，该第二反应气体流路用于对上述第一和第二膜电极接合体的上述第二电极供给第二反应气体，和 冷却流路，该冷却流路用于对上述第一和第二膜电极接合体的上述第二电极进行冷却； 上述燃料电池组不具有用于对上述第一电极进行冷却的冷却流路，而具有配置在上述第一和第二膜电极接合体之间的第一流路形成部件，该第一流路形成部件形成有上述第一反应气体流路。
2.如权利要求I所述的燃料电池组，其特征在干， 上述第一流路形成部件是能够对上述第一和第二膜电极接合体的上述第一电极供给上述第一反应气体的多孔体。
3.如权利要求I所述的燃料电池组，其特征在干， 上述第一流路形成部件是板状的部件，具有与上述第一膜电极接合体相向的第一面及与上述第二膜电极接合体相向的第二面， 上述第一反应气体流路是形成于上述第一面和上述第二面上的槽。
4.如权利要求I至3中任一项所述的燃料电池组，其特征在干， 还具备配置在相邻的上述燃料电池模块之间的绝缘体， 上述冷却流路形成于上述绝缘体的内部。
5.如权利要求I至4中任一项所述的燃料电池组，其特征在干， 上述第一电极是阴极， 上述第二电极是阳极。
6.如权利要求I至5中任一项所述的燃料电池组，其特征在干， 还具有将上述第一和第二膜电极接合体并联地电连接的外部电路。
全文摘要
本发明的燃料电池组具备多个燃料电池模块。燃料电池模块具有电解质膜、以第一电极彼此相向的方式配置的第一和第二膜电极接合体、用于对第一和第二膜电极接合体的第一电极供给第一反应气体的第一反应气体流路、用于对第一和第二膜电极接合体的第二电极供给第二反应气体的第二反应气体流路以及用于冷却第一和第二膜电极接合体的第二电极的冷却流路。燃料电池组不具有用于对第一电极进行冷却的冷却流路，而具有配置在第一和第二膜电极接合体之间的第一流路形成部件，该第一流路形成部件形成有第一反应气体流路。
文档编号H01M8/04GK102668214SQ201080002738
公开日2012年9月12日 申请日期2010年9月22日 优先权日2010年9月22日
发明者雨宫一树 申请人:丰田自动车株式会社