专利名称：燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池，其层叠有在电解质膜的两侧设有一对电极的电解质膜-电极结构体和隔板，并在所述隔板上形成有沿着电极面供给反应气体的反应气体流路。
背景技术：
例如，固体高分子型燃料电池具备通过隔板夹持电解质膜-电极结构体(MEA)而成的发电电池(单位电池)，该电解质膜-电极结构体(MEA)在由高分子离子交换膜构成的固体高分子电解质膜的两侧分别配设有阳极侧电极及阴极侧电极。在此种燃料电池中，在作为车载用而使用时，通常作为层叠有几十 几百个单位电池的燃料电池堆使用。在燃料电池中，由于向层叠的各发电电池的阳极侧电极及阴极侧电极分别供给作为反应气体的燃料气体及氧化剂气体，因此大多使用所谓内部分流器(manifold)，该内部分流器具备沿着发电电池的层叠方向贯通而设置的反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔，所述反应气体入口连通孔及所述反应气体出口连通孔与沿着电极面供给反应气体的反应气体流路的入口侧及出口侧分别连通。这种情况下，反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔的开口面积比较小。因此，为了使反应气体的流动顺畅地进行，而在反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔的附近需要使所述反应气体分散的缓冲部。例如，在日本特开平6-140056号公报(以下， 称为现有技术)所公开的固体电解质燃料电池中，如图16所示，具备隔板1。在隔板1的四个角部形成有彼此位于对角线上而用于使一方的反应气体流动的供排气孔2a、h和用于使另一方的反应气体流动的供排气孔2b、2b。在隔板1的面Ia上， 通过交替地设置槽和突起而形成反应气体流路3a，并且在所述隔板1的面Ib上同样地形成有反应气体流路北。在面Ia上，供排气孔2a、h和反应气体流路3a通过气体分配路(缓冲部)4a,4a 连通，并且在所述气体分配路如设有多个集电体5。在隔板1的面Ib上形成有将供排气孔 2b,2b和反应气体流路北连通的气体分配路4b、4b，并且在所述气体分配路4b设有多个集电体5。然而，在上述的现有技术中，与反应气体流路3a的宽度尺寸(箭头X方向)相比， 供排气孔h、2a的开口直径相当小。因此，无法经由气体分配路4a3a而沿着反应气体流路3a的宽度方向(箭头X方向)均勻地供给反应气体。由此，在反应气体流路3a的发电区域产生反应气体流量减少的部位。因此，在低负载时，会引起不稳定的发电，而在高负载时，会产生因反应气体不足引起的过大的浓度过电压，从而无法得到所希望的发电性能。
发明内容
本发明用于解决此种问题，其目的在于提供一种能够从反应气体连通孔经由缓冲部向反应气体流路整体均勻且可靠地供给反应气体，且能够以简单的结构来保持良好的发电性能的燃料电池。本发明涉及一种燃料电池，其层叠有在电解质膜的两侧设有一对电极的电解质膜-电极结构体和隔板，并且在所述隔板上形成有沿着电极面供给反应气体的反应气体流路。该燃料电池将反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔与反应气体流路分别连通的入口缓冲部及出口缓冲部，其中，该反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔使反应气体沿着层叠方向流动。入口缓冲部具有接近反应气体入口连通孔的第一入口缓冲区域及接近第一反应气体流路的第二入口缓冲区域，出口缓冲部具有接近反应气体出口连通孔的第一出口缓冲区域及接近所述第一反应气体流路的第二出口缓冲区域。并且，第一入口缓冲区域比第二入口缓冲区域在层叠方向上形成得深，且第一出口缓冲区域比第二出口缓冲区域在所述层叠方向上形成得深，并且，所述第一入口缓冲区域和所述第一出口缓冲区域设定成彼此不同的表面积。根据本发明，接近反应气体入口连通孔的第一入口缓冲区域比接近反应气体流路的第二入口缓冲区域在层叠方向上形成得深。另一方面，接近反应气体出口连通孔的第一出口缓冲区域比接近反应气体流路的第二出口缓冲区域在层叠方向上形成得深。因此，从反应气体入口连通孔向第一入口缓冲区域供给的反应气体在从所述第一入口缓冲区域到第二入口缓冲区域均勻地分配后，向反应气体流路供给。而且，反应气体在从反应气体流路通过第二出口缓冲区域而向第一出口缓冲区域均勻地分配后，向反应气体出口连通孔排出。反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔的开口宽度尺寸通过分别接近所述反应气体入口连通孔及所述反应气体出口连通孔的槽深的第一入口缓冲区域及第一出口缓冲区域而实际上变宽。因此，能够从反应气体入口连通孔经由入口缓冲部对反应气体流路整体均勻且可靠地供给反应气体。另外，第一入口缓冲区域和第一出口缓冲区域设定成彼此不同的表面积。由此，例如第一入口缓冲区域设定成比第一出口缓冲区域小的表面积时，能够沿着反应气体流路的宽度方向均勻地供给反应气体。因此，能够对反应气体流路整体均勻且可靠地供给反应气体。根据与附图相配合的以下的优选实施方式例的说明，上述的目的及其他目的、特征及优点变得更加清楚。
图1是构成本发明的第一实施方式的燃料电池的发电电池的分解简要立体图。图2是所述发电电池的图1中的II-II线剖视图。图3是构成所述燃料电池的第二隔板的一个(一方的)面的说明图。图4是所述第二隔板的另一个(另一方的)面的说明图。图5是构成所述燃料电池的第三隔板的主视说明图。图6是比较例1和第一实施方式中的相对于燃料气体流路的宽度方向的流量的说明图。
图7是对第一实施方式、现有例及比较例2的流量分布进行比较的图。图8是构成本发明的第二实施方式的燃料电池的第二隔板的一个面的说明图。图9是所述第二隔板的图8中的IX-IX线剖视图。图10是所述第二隔板的图8中的X-X线剖视图。图11是构成本发明的第三实施方式的燃料电池的第二隔板的一个面的说明图。图12是所述第二隔板的主要部分剖视说明图。图13是构成本发明的第四实施方式的燃料电池的第二隔板的第二燃料气体流路侧的面的说明图。图14是构成本发明的第五实施方式的燃料电池的发电电池的分解简要立体图。图15是构成所述发电电池的第二隔板的主视说明图。图16是现有技术的燃料电池的说明图。
具体实施例方式如图1及图2所示，本发明的第一实施方式的燃料电池10沿着水平方向(箭头A 方向)或重力方向(箭头C方向)层叠有多个电池单元(发电电池)12，例如，作为车载用燃料电池堆使用。电池单元12设有第一隔板14、第一电解质膜-电极结构体(MEA) 16a、第二隔板 18、第二电解质膜-电极结构体16b及第三隔板20。第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20使用例如钢板、不锈钢板、铝板、镀敷处理钢板或对其金属表面实施了防蚀用的表面处理的长方形形状的金属板。第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20通过将金属制薄板冲压加工成波形形状而具有截面凹凸形形状。需要说明的是，第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20也可以代替金属隔板而使用碳隔板寸。第一电解质膜-电极结构体16a及第二电解质膜-电极结构体16b例如具备水浸渍于全氟磺酸的薄膜的固体高分子电解质膜22、夹持所述固体高分子电解质膜22的阳极侧电极M及阴极侧电极26。第一电解质膜-电极结构体16a是阳极侧电极M具有比固体高分子电解质膜22 及阴极侧电极26小的表面积的阶梯型MEA。需要说明的是，阳极侧电极M和阴极侧电极 26也可以具有相同的表面积。固体高分子电解质膜22、阳极侧电极M及阴极侧电极沈分别在箭头B方向两端部上下设有切口而表面积缩小。阳极侧电极M及阴极侧电极沈具有由碳素纸等构成的气体扩散层(未图示)和将在表面担载有钼合金的多孔质碳粒子同样地涂敷于所述气体扩散层的表面上而形成的电极催化剂层(未图示)。电极催化剂层形成在固体高分子电解质膜22的两面。在电池单元12的长边方向(箭头C方向)的上端缘部设有沿箭头A方向相互连通的用于供给氧化剂气体例如含氧气体(空气等)的氧化剂气体入口连通孔30a及用于供给燃料气体例如含氢气体(氢气等)的燃料气体入口连通孔32a。在电池单元12的长边方向(箭头C方向)的下端缘部设有沿箭头A方向相互连通的用于排出燃料气体的燃料气体出口连通孔32b及用于排出氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔30b。
在电池单元12的短边方向(箭头B方向)的一端缘部设有沿箭头A方向相互连通的用于供给冷却介质的冷却介质入口连通孔34a，并且在所述电池单元12的短边方向的另一端缘部设有用于排出所述冷却介质的冷却介质出口连通孔34b。在第一隔板14的朝向第一电解质膜-电极结构体16a的面14a上形成有将燃料气体入口连通孔3 和燃料气体出口连通孔32b连通的第一燃料气体流路36。第一燃料气体流路36具有沿箭头C方向延伸的多个波状流路槽部36a，并且在所述第一燃料气体流路 36的入口(上端部)及出口(下端部)附近分别设有具备多个压花的入口缓冲部38及出口缓冲部40。需要说明的是，第一燃料气体流路36也可以具有沿着箭头C方向呈直线状延伸的多个直线状流路槽。而且，在以下说明的第一氧化剂气体流路50、第二燃料气体流路 58、第二氧化剂气体流路66、燃料气体流路138及氧化剂气体流路140中也同样如此。入口缓冲部38及出口缓冲部40具有从燃料气体入口连通孔3 沿着第一燃料气体流路36的宽度方向均勻地分配燃料气体的功能及使沿着所述第一燃料气体流路36的宽度方向流通的所述燃料气体均勻地向燃料气体出口连通孔32b集合的功能。压花形状除了可以设定成圆形或四边形之外，还可以设定成棒状等各种形状，其设置在第一隔板14的表背。需要说明的是，在以下说明的设置于第二隔板18及第三隔板20的各缓冲部中也同样如此。在第一隔板14的面14b上形成有将冷却介质入口连通孔3 和冷却介质出口连通孔34b连通的冷却介质流路44。冷却介质流路44是第一燃料气体流路36的背面形状。如图3所示，在第二隔板18的朝向第一电解质膜-电极结构体16a的面18a上形成有将氧化剂气体入口连通孔30a和氧化剂气体出口连通孔30b连通的第一氧化剂气体流路50。第一氧化剂气体流路50具有沿着箭头C方向延伸的多个波状流路槽。在第一氧化剂气体流路50的入口(上端部)及出口(下端部)附近分别设有具备多个压花的入口缓冲部52及出口缓冲部M。入口缓冲部52具有接近氧化剂气体入口连通孔30a的大致三角形的第一入口缓冲区域5 和接近第一氧化剂气体流路50的第二入口缓冲区域52b。如图2所示，从第一氧化剂气体流路50侧观察时，第一入口缓冲区域52a的层叠方向的槽的深度Dl设定成大于第二入口缓冲区域52b的所述层叠方向的槽的深度D2。出口缓冲部M与入口缓冲部52同样地构成，如图3所示，具有接近氧化剂气体出口连通孔30b的大致三角形的第一出口缓冲区域5 和接近第一氧化剂气体流路50的第二出口缓冲区域Mb。第一出口缓冲区域5 的层叠方向上的槽深比第二出口缓冲区域Mb 的层叠方向的槽深设定得深。第一入口缓冲区域5 在第一氧化剂气体流路50的宽度方向(箭头B方向)大致中央设置在比较窄幅的范围。第一入口缓冲区域5 在氧化剂气体入口连通孔30a侧具有延伸至所述氧化剂气体入口连通孔30a与第一氧化剂气体流路50的连通部分的大致中间且前端变细形状的槽。第一入口缓冲区域5 在第一氧化剂气体流路50的宽度方向大致中央具有沿着箭头B方向延伸的槽，该槽和前端变细形状的槽连通成一体，而构成箭头C 方向的槽宽度狭小的横长槽。第一出口缓冲区域5 设置在第一氧化剂气体流路50的从宽度方向端部到大致中央的比较宽幅的范围。第一出口缓冲区域Ma在氧化剂气体出口连通孔30b侧具有从所述氧化剂气体出口连通孔30b与第一氧化剂气体流路50的连通部分的一方的端部延伸至另一方的端缘部且前端变细形状的槽。第一出口缓冲区域5 在第一氧化剂气体流路50 的宽度方向大致中央具有沿箭头B方向延伸的槽，该槽与前端变细形状的槽连通成一体， 从而构成箭头C方向的槽宽度比第一入口缓冲区域5 宽且箭头B方向的槽长度比所述第一入口缓冲区域5 长的横长槽。 即，第一入口缓冲区域5 和第一出口缓冲区域5 设定成相互不同的表面积。具体而言，第一入口缓冲区域5 设定成比第一出口缓冲区域5 小的表面积，且所述第一入口缓冲区域5 和所述第一出口缓冲区域Ma的槽的深度设定成相同。如图4所示，在第二隔板18的朝向第二电解质膜-电极结构体16b的面18b上形成有将燃料气体入口连通孔3 和燃料气体出口连通孔32b连通的第二燃料气体流路58。 第二燃料气体流路58具有沿箭头C方向延伸的多个波状流路槽，并且在所述第二燃料气体流路58的入口(上端部)及出口(下端部)附近分别设有具备交替地向表侧和背侧突出的多个压花的入口缓冲部60及出口缓冲部62。在入口缓冲部60的外侧的避开第一入口缓冲区域52a的背面形状(凸形状)的位置上形成有由比所述入口缓冲部60深的槽构成的旁通流路64。该旁通流路64设置在从第二燃料气体流路58的宽度方向中央到氧化剂气体入口连通孔30a侧的端部的比较宽幅的范围内。需要说明的是，旁通流路64也可以为与入口缓冲部60相同的深度。如图5所示，在第三隔板20的朝向第二电解质膜-电极结构体16b的面20a上形成有将氧化剂气体入口连通孔30a和氧化剂气体出口连通孔30b连通的第二氧化剂气体流路66。第二氧化剂气体流路66具有沿着箭头C方向延伸的多个波状流路槽。在第二氧化剂气体流路66的入口(上端部)及出口(下端部)附近分别设有具备多个压花的入口缓冲部68及出口缓冲部70。如图1所示，在第三隔板20的面20b上形成有将冷却介质入口连通孔3 和冷却介质出口连通孔34b连通的冷却介质流路44。冷却介质流路44通过第一燃料气体流路36 与第二氧化剂气体流路66的背面形状(波形形状)的重合而形成。在第一隔板14的面14a、14b上一体成形有围绕该第一隔板14的外周端缘部的第一密封构件74。在第二隔板18的面18a、18b上一体成形有围绕该第二隔板18的外周端缘部的第二密封构件76，并且在第三隔板20的面20a、20b上一体成形有围绕该第三隔板20 的外周端缘部的第三密封构件78。作为第一 第三密封构件74、76及78，例如使用EPDM、NBR、氟橡胶、硅橡胶、硅氟橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、苯乙烯橡胶、氯丁二烯或丙烯酸橡胶等密封材料、缓冲材料或填密材料。如图1所示，在第一隔板14上设有将燃料气体入口连通孔3 和第一燃料气体流路36连通的入口侧第一连结流路80a ；将燃料气体出口连通孔32b和所述第一燃料气体流路36连通的出口侧第一连结流路80b。入口侧第一连结流路80a具有多个外侧供给孔部 82a和多个内侧供给孔部82b。在面1 侧设有将燃料气体入口连通孔3 和各外侧供给孔部8 连通的多个通路84a。在面14b侧形成有将外侧供给孔部8 和内侧供给孔部82b连通的多个通路84b。出口侧第一连结流路80b同样地具有多个外侧排出孔部86a和多个内侧排出孔部86b。在面1 侧形成有将燃料气体出口连通孔32b和各外侧排出孔部86a连通的多个通路88a。在面14b侧形成有将外侧排出孔部86a和内侧排出孔部86b连通的多个通路 88b。如图3所示，在氧化剂气体入口连通孔30a及氧化剂气体出口连通孔30b与第一氧化剂气体流路50的连通部分上设有多个凸状的承受部90a、90b，这多个凸状的承受部 90a、90b形成多个入口侧连结流路89a及多个出口侧连结流路89b。在第二隔板18上设有将燃料气体入口连通孔3 和第二燃料气体流路58连通的入口侧第二连结流路92a ；将燃料气体出口连通孔32b和所述第二燃料气体流路58连通的出口侧第二连结流路92b。入口侧第二连结流路9 具有供给孔部94。在面18a侧形成有将燃料气体入口连通孔3 和供给孔部94连通的通路96a。出口侧第二连结流路92b同样地具有多个排出孔部98。在面18a侧形成有将排出孔部98与燃料气体出口连通孔32b连通的多个通路96b。如图5所示，在第三隔板20上，在氧化剂气体入口连通孔30a及氧化剂气体出口连通孔30b与第二氧化剂气体流路66的连通部分上设有多个凸状的承受部10h、102b，这多个凸状的承受部10加、102b形成多个入口侧连结流路IOla及多个出口侧连结流路101b。以下，说明该燃料电池10的动作。首先，如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔30a供给含氧气体等氧化剂气体，并向燃料气体入口连通孔3 供给含氢气体等燃料气体。而且，向冷却介质入口连通孔34a 供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。因此，氧化剂气体被从氧化剂气体入口连通孔30a向第二金属隔板18的第一氧化剂气体流路50及第三金属隔板20的第二氧化剂气体流路66导入(参照图3及图幻。该氧化剂气体沿着第一氧化剂气体流路50向箭头C方向(重力方向)移动，而向第一电解质膜-电极结构体16a的阴极侧电极沈供给，并沿着第二氧化剂气体流路66向箭头C方向移动，而向第二电解质膜-电极结构体16b的阴极侧电极沈供给(参照图1)。另一方面，如图1及图4所示，燃料气体被从燃料气体入口连通孔3 导入在第一隔板14与第二隔板18之间形成的通路84a、96a。被导入到通路84a的燃料气体通过外侧供给孔部82a向第一隔板14的面14b侧移动。并且，燃料气体通过通路84b被从内侧供给孔部82b向面14a侧导入。因此，燃料气体被向入口缓冲部38输送，沿着第一燃料气体流路36向重力方向 (箭头C方向)移动，而向第一电解质膜-电极结构体16a的阳极侧电极M供给。另外，如图4所示，被导入到通路96a中的燃料气体通过供给孔部94向第二金属隔板18的面18b侧移动。因此，燃料气体在面18b侧被向入口缓冲部60供给后，沿着第二燃料气体流路58向箭头C方向移动，而向第二电解质膜-电极结构体16b的阳极侧电极M 供给(参照图1及图4)。因此，在第一及第二电解质膜-电极结构体16a、16b中，向阴极侧电极沈供给的氧化剂气体和向阳极侧电极M供给的燃料气体在电极催化剂层内通过电化学反应被消耗而进行发电。接着，向第一及第二电解质膜-电极结构体16a、16b的各阴极侧电极沈供给而被消耗的氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔30b向箭头A方向排出。如图1所示，向第一电解质膜-电极结构体16a的阳极侧电极M供给而被消耗的燃料气体从出口缓冲部40通过内侧排出孔部86b被向第一金属隔板14的面14b侧导出。导出到面14b侧的燃料气体被向外侧排出孔部86a导入，再次向面1 侧移动。因此，燃料气体从外侧排出孔部86a通过通路88a而被向燃料气体出口连通孔32b排出。另外，向第二电解质膜-电极结构体16b的阳极侧电极M供给而被消耗的燃料气体从出口缓冲部62通过排出孔部98向面18a侧移动。如图4所示，该燃料气体通过通路 96b被向燃料气体出口连通孔32b排出。另一方面，如图1所示，供给到冷却介质入口连通孔3 的冷却介质被导入到在第一隔板14与第三隔板20之间形成的冷却介质流路44后，向箭头B方向流通。该冷却介质将第一及第二电解质膜-电极结构体16a、16b冷却后，被向冷却介质出口连通孔34b排出。这种情况下，在第一实施方式中，如图3所示，第二隔板18的入口缓冲部52具有接近氧化剂气体入口连通孔30a的第一入口缓冲区域5 和接近第一氧化剂气体流路50 的第二入口缓冲区域52b，并且所述第一入口缓冲区域5 比所述第二入口缓冲区域5 在层叠方向上形成得深。另一方面，出口缓冲部M具有接近氧化剂气体出口连通孔30b的第一出口缓冲区域5 和接近第一氧化剂气体流路50的第二出口缓冲区域Mb，并且所述第一出口缓冲区域Ma比所述第二出口缓冲区域54b在层叠方向上形成得深。因此，从氧化剂气体入口连通孔30a向第一入口缓冲区域5 供给的氧化剂气体从该第一入口缓冲区域5 到第二入口缓冲区域52b整体均勻地分配。因此，氧化剂气体在从第一入口缓冲区域52a向第二入口缓冲区域52b均勻地供给后，对第一氧化剂气体流路50的宽度方向(箭头B方向)整体均勻且可靠地供给。而且，氧化剂气体在从第一氧化剂气体流路50通过第二出口缓冲区域54b向第一出口缓冲区域5 均勻地分配后，向氧化剂气体出口连通孔30b排出。因此，在第一氧化剂气体流路50中，能够使氧化剂气体的分配在发电区域整个区域均勻化。另外，第一入口缓冲区域5 和第一出口缓冲区域5 设定成彼此不同的表面积。 在第一实施方式中，第一入口缓冲区域5 设定成比第一出口缓冲区域5 小的表面积。因此，如图4所示，在第二隔板18上的第一氧化剂气体流路50的背面侧的第二燃料气体流路 58中，在将燃料气体入口连通孔3 和所述第二燃料气体流路58连通的入口缓冲部60的外侧能够容易形成比所述入口缓冲部60槽深的旁通流路64。由此，对第二燃料气体流路58的宽度方向(箭头B方向)整体能够均勻且可靠地供给燃料气体。具体而言，使用比较例1和第一实施方式，检测所述第二燃料气体流路58 的宽度方向的流量，其中，在比较例1中，第一入口缓冲区域5 设定成与第一出口缓冲区域5 相同的表面积(比较大的表面积)，且在第二燃料气体流路58的入口缓冲部60未设置旁通流路64。检测的结果如图6所示。在第二燃料气体流路58中，由于燃料气体中的氢被阳极侧电极M消耗，因此入口与出口的流量差增大。因此，入口缓冲部60的压力损失升高，在比较例1中，越接近燃料气体入口连通孔32a的部位的流量越多。相对于此，在第一实施方式中，第一入口缓冲区域5 设置在比较窄幅的范围，该第一入口缓冲区域52a的背面形状即凸形状部位比较节省空间地设置在第二燃料气体流路58侧的入口缓冲部60内。因此，入口缓冲部60的缓冲区域扩大，压力损失下降，从而改善燃料气体的流量分配性。而且，在第一实施方式中，在入口缓冲部60的外侧的避开第一入口缓冲区域52a 的背面形状的位置形成有比所述入口缓冲部60槽深的旁通流路64。并且，旁通流路64设置在从第二燃料气体流路58的宽度方向中央到氧化剂气体入口连通孔30a侧的端部的比较宽幅的范围。由此，能够将较多的燃料气体供给到通常燃料气体难以遍布的氧化剂气体入口连通孔30a侧，从而在第二燃料气体流路58的宽度方向整个区域能够均勻且可靠地供给燃料气体(参照图6)。此外，在第一实施方式中，如图3所示，在第一氧化剂气体流路50中，第一入口缓冲区域5 设定成比第一出口缓冲区域5 小的表面积。因此，能够在第一氧化剂气体流路50的整个宽度方向上均勻地分配氧化剂气体。具体而言，如图7所示，使用第一实施方式、第一入口缓冲区域5 和第一出口缓冲区域Ma设定成同一表面积的比较例2、未设有所述第一入口缓冲区域5 及所述第一出口缓冲区域Ma的现有例，比较各自的流路宽度方向的流量分布。其结果是，氧化剂气体沿着第一氧化剂气体流路50的宽度方向的配流性按照现有例、比较例2及第一实施方式的顺序提高。S卩，在第一实施方式中，由于第一出口缓冲区域5 设定成比第一入口缓冲区域 52a大的表面积，因此压力损失下降而氧化剂气体容易流动到第一氧化剂气体流路50的宽度方向中央。因此，在第一氧化剂气体流路50的宽度方向整体上能够均勻地分配氧化剂气体。图8是构成本发明的第二实施方式的燃料电池100的第二隔板102的一个面的说明图。需要说明的是，对于与构成第一实施方式的燃料电池10的第二隔板18相同的结构要素标注相同的参照符号，并省略其详细的说明。而且，在以下说明的第三实施方式以后的实施方式中也同样地省略其详细的说明。第二隔板102在第一氧化剂气体流路50的入口(上端部)及出口(下端部)附近分别设有具备多个压花的入口缓冲部104及出口缓冲部106。入口缓冲部104具有接近氧化剂气体入口连通孔30a的大致三角形的第一入口缓冲区域10 和接近第一氧化剂气体流路50的第二入口缓冲区域104b。第一入口缓冲区域 104a比第二入口缓冲区域104b在层叠方向上形成得深。如图9所示，第二入口缓冲区域104b沿着第一氧化剂气体流路50的流路宽度方向(箭头B方向)延伸，并且设定成随着从氧化剂气体入口连通孔30a(入口侧连结流路 89a)沿着所述流路宽度方向离开而深度tl减小。出口缓冲部106与入口缓冲部104同样地构成，具有接近氧化剂气体出口连通孔 30b的大致三角形的第一出口缓冲区域106a和接近第一氧化剂气体流路50的第二出口缓冲区域106b。第一出口缓冲区域106a比第二出口缓冲区域106b在层叠方向上形成得深。如图10所示，第二出口缓冲区域106b设定成随着从氧化剂气体出口连通孔30b (出口侧连结流路89b)沿着箭头B方向离开、即沿着第一氧化剂气体流路50的流路宽度方向离开而深度t2减小。在该第二实施方式中，第二入口缓冲区域104b设定成从氧化剂气体入口连通孔 30a(入口侧连结流路89a)朝向沿着箭头B方向离开的方向而深度tl减小。因此，所述氧化剂气体容易从氧化剂气体入口连通孔30a离开而朝向通常氧化剂气体难以流动的部位流动，从而在第二入口缓冲区域104b整体上均勻地分配。另一方面，第二出口缓冲区域106b设定成从氧化剂气体出口连通孔30b (出口侧连结流路89b)朝向沿着箭头B方向离开的方向而深度t2减小。因此，氧化剂气体出口连通孔30b侧构成为深的槽，从而所述氧化剂气体容易从所述氧化剂气体出口连通孔30b离开而朝向通常氧化剂气体难以流动的部位流动。由此，氧化剂气体能够在第一氧化剂气体流路50的宽度方向整个区域上更顺畅且均勻地流动。图11是构成本发明的第三实施方式的燃料电池110的第二隔板112的一个面的说明图。第二隔板112在第一氧化剂气体流路50的入口(上端部)及出口(下端部)附近分别设有具备多个压花的入口缓冲部114及出口缓冲部116。入口缓冲部114具有接近氧化剂气体入口连通孔30a的大致三角形的第一入口缓冲区域11 和接近第一氧化剂气体流路50的第二入口缓冲区域114b。第一入口缓冲区域 114a比第二入口缓冲区域114b在层叠方向上形成得深。出口缓冲部116与入口缓冲部114同样地构成，具有接近氧化剂气体出口连通孔 30b的大致三角形的第一出口缓冲区域116a和接近第一氧化剂气体流路50的第二出口缓冲区域116b。第一出口缓冲区域116a比第二出口缓冲区域116b在层叠方向上形成得深。如图12所示，第一出口缓冲区域116a设定成比第一入口缓冲区域11 深尺寸t3 的槽。在第一氧化剂气体流路50的背面形状即第二燃料气体流路58中，燃料气体被消耗而少量的燃料气体在下游侧流通。因此，即便燃料气体用的缓冲部窄小，也不会对所述燃料气体的排出性产生影响，而可以在排出量比较多的氧化剂气体侧设置大的缓冲部。在该第三实施方式中，第一出口缓冲区域116a设定成比第一入口缓冲区域11 的表面积大且比第一入口缓冲区域114a深的槽。由此，能够使氧化剂气体更顺畅地沿着第一氧化剂气体流路50流动。图13是构成本发明的第四实施方式的燃料电池120的第二隔板122的第二燃料气体流路58侧的面的说明图。在第二隔板122中，在入口缓冲部60的外侧未设置由深的槽构成的旁通流路64。 在该燃料电池120中，能得到在第一氧化剂气体流路50中将氧化剂气体的分配在发电区域整个区域上均勻化等与上述的第一实施方式同样的效果。图14是构成本发明的第五实施方式的燃料电池130的发电电池132的分解简要立体图。发电电池132中，电解质膜-电极结构体16由第一隔板134和第二隔板136夹持。 第一隔板134及第二隔板136例如使用金属隔板或碳隔板。在第一隔板134的朝向电解质膜-电极结构体16的面13 上形成有将燃料气体入口连通孔3 和燃料气体出口连通孔32b连通的燃料气体流路138。燃料气体流路138 具有沿着箭头C方向延伸的多个波状(或直线状)流路槽。如图15所示，在第二隔板136的朝向电解质膜-电极结构体16的面136a上形成有将氧化剂气体入口连通孔30a和氧化剂气体出口连通孔30b连通的氧化剂气体流路140。 该氧化剂气体流路140具有沿着箭头C方向延伸的多个波状(或直线状)流路槽。在氧化剂气体流路140的入口(上端部)及出口(下端部)附近分别设有具备多个压花的入口缓冲部142及出口缓冲部144。入口缓冲部142具有接近氧化剂气体入口连通孔30a的大致三角形的第一入口缓冲区域14 和接近氧化剂气体流路140的第二入口缓冲区域142b。从氧化剂气体流路140 侧观察时，第一入口缓冲区域14 的层叠方向的深度设定成大于第二入口缓冲区域142b 的所述层叠方向的深度。出口缓冲部144与入口缓冲部142同样地构成，具有接近氧化剂气体出口连通孔 30b的大致三角形的第一出口缓冲区域14 和接近氧化剂气体流路140的第二出口缓冲区域144b。第一出口缓冲区域14 比第二出口缓冲区域144b在层叠方向上形成得深。第一入口缓冲区域14 在氧化剂气体流路140的宽度方向(箭头B方向)大致中央设置在比较窄幅的范围。第一入口缓冲区域14 在氧化剂气体入口连通孔30a侧具有延伸至所述氧化剂气体入口连通孔30a与氧化剂气体流路140的连通部分的大致中间且前端变细形状的槽。第一入口缓冲区域14 在氧化剂气体流路140的宽度方向大致中央具有沿着箭头B方向延伸的槽，该槽与前端变细形状的槽连通成一体，而构成箭头C方向的槽宽度狭小的横长槽。第一出口缓冲区域14 设置在从氧化剂气体流路140的宽度方向端部到大致中央的比较宽幅的范围。第一出口缓冲区域14 在氧化剂气体出口连通孔30b侧具有从所述氧化剂气体出口连通孔30b与氧化剂气体流路140的连通部分的一方的端部延伸到另一方的端缘部且前端变细形状的槽。第一出口缓冲区域14 在氧化剂气体流路140的宽度方向大致中央具有沿着箭头B方向延伸的槽。该槽与前端变细形状的槽连通成一体，从而构成箭头C方向的槽宽度比第一入口缓冲区域14 宽且箭头B方向的槽长度比所述第一入口缓冲区域14 长的横长槽。S卩，第一入口缓冲区域14 和第一出口缓冲区域14 设定成彼此不同的表面积。 具体而言，第一入口缓冲区域14 设定成比第一出口缓冲区域14 小的表面积，并且所述第一入口缓冲区域14 与所述第一出口缓冲区域14 的槽的深度设定成相同。如图14所示，在各发电电池132中，在彼此相邻的第一隔板134的面134b与第二隔板136的面136b之间形成有将冷却介质入口连通孔3 和冷却介质出口连通孔34b连通的冷却介质流路44。在该第五实施方式中，如图15所示，在氧化剂气体流路140的入口及出口附近分别设有具备多个压花的入口缓冲部142及出口缓冲部144。并且，构成入口缓冲部142的第一入口缓冲区域14 设定成比构成出口缓冲部144的第一出口缓冲区域14 小的表面积。因此，可得到能够在氧化剂气体流路140的整个宽度方向上均勻地分配氧化剂气体等与上述的第一实施方式同样的效果。
权利要求
1.一种燃料电池，其层叠有在电解质膜0 的两侧设有一对电极0446)的电解质膜-电极结构体(16a)和隔板(18)，并且在所述隔板(18)上形成有沿着电极面供给反应气体的反应气体流路(50)，所述燃料电池的特征在于，设有将反应气体入口连通孔(30a)及反应气体出口连通孔(30b)与所述反应气体流路(50)分别连通的入口缓冲部(5 及出口缓冲部(M)，其中，所述反应气体入口连通孔 (30a)及反应气体出口连通孔(30b)使所述反应气体沿着层叠方向流动，所述入口缓冲部(5 具有接近所述反应气体入口连通孔(30a)的第一入口缓冲区域 (52a)及接近所述反应气体流路(50)的第二入口缓冲区域(52b)，所述出口缓冲部(54)具有接近所述反应气体出口连通孔(30b)的第一出口缓冲区域 (54a)及接近所述反应气体流路(50)的第二出口缓冲区域(54b)，所述第一入口缓冲区域(52a)比所述第二入口缓冲区域(52b)在所述层叠方向上形成得深，且所述第一出口缓冲区域(5 )比所述第二出口缓冲区域(Mb)在所述层叠方向上形成得深，并且，所述第一入口缓冲区域(52a)和所述第一出口缓冲区域(Ma)设定成彼此不同的表面积。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一入口缓冲区域(52a)设定成比所述第一出口缓冲区域(Ma)小的表面积。
3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述入口缓冲部(104)沿着所述反应气体流路(50)的流路宽度方向延伸，并且设定成随着从所述反应气体入口连通孔(30a)沿着所述流路宽度方向离开而深度减小，另一方面，所述出口缓冲部(106)设定成随着从所述反应气体出口连通孔(30b)沿着所述流路宽度方向离开而深度减小。
4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述第一出口缓冲区域(5 )的槽比所述第一入口缓冲区域(52a)的槽设定得深。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，在所述隔板(18)的一方的面(18a)上形成有沿着一方的电极面供给一方的反应气体的第一反应气体流路(50)，且在另一方的面(18b)上形成有沿着另一方的电极面供给另一方的反应气体的第二反应气体流路(58)，并且，所述第一反应气体流路(50)是氧化剂气体流路(50)，另一方面，所述第二反应气体流路(58)是燃料气体流路(58)，所述一方的反应气体是氧化剂气体，且所述另一方的反应气体是燃料气体。
6.根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池具备将所述燃料气体流路(58)和使所述燃料气体沿着所述层叠方向流动的燃料气体入口连通孔(32a)连通的燃料气体入口缓冲部(60)，在所述燃料气体入口缓冲部(60)的外侧的避开所述第一反应气体流路(50)侧的所述第一入口缓冲区域(52a)的背面形状的位置上形成有燃料气体旁通流路(64)，该燃料气体旁通流路(64)比所述燃料气体入口缓冲部(60)槽深或与其为同一深度。
全文摘要
本发明提供一种燃料电池。构成燃料电池的电池单元(12)具备第二隔板(18)。在第二隔板(18)的面(18a)上形成有第一氧化剂气体流路(50)，入口缓冲部(52)及出口缓冲部(54)与所述第一氧化剂气体流路(50)的入口及出口连通。入口缓冲部(52)具有第二入口缓冲区域(52b)和槽深的第一入口缓冲区域(52a)，而出口缓冲部(54)具有第二出口缓冲区域(54b)和槽深的第一出口缓冲区域(54a)。第一入口缓冲区域(52a)和第一出口缓冲区域(54a)相互设定成不同的表面积。
文档编号H01M8/02GK102479965SQ201110365099
公开日2012年5月30日 申请日期2011年11月17日 优先权日2010年11月22日
发明者佐藤修二, 佐藤雅彦, 坂野雅章, 渡边康博 申请人:本田技研工业株式会社