燃料电池堆的制作方法
【专利摘要】一种燃料电池(10)包括：电池单元(A1)，其彼此层叠且每个电池单元包括膜电极接合体(30)和在膜电极接合体(30)的两侧限定气体通道的两个隔离体(40、41)；冷却流体通道(S1)，其用于使冷却流体流动且设置在电池单元(A1)的相邻的每两个电池单元(A1)的隔离体(40、41)之间；和位移吸收体(B1-B5)，其设置于冷却流体通道(S1)。位移吸收体(B1-B5)包括：弹性突起(50)，其设置成阵列且被构造成弹性地吸收电池单元(A1)的层叠方向上的位移；和防止流动漫延突起(55、55A、55B)，其设置成阵列且被构造成防止冷却流体流出活性区域(a)。
【专利说明】燃料电池堆
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种包括膜电极接合体的燃料电池堆，其通过利用彼此隔离流动的两种发电用气体的反应来发电。
【背景技术】
[0002]在这种燃料电池堆的现有技术中，存在具有名称为“燃料电池系统”的专利文献I所披露的构造的技术。
[0003]专利文献I披露的燃料电池系统包括:燃料电池，其分别具有电解质、接合于电解质一侧的第一催化剂层、接合于电解质另一侧的第二催化剂层、接合于第一催化剂层的与电解质所在侧相反的一侧的第一电极、接合于第二催化剂层的与电解质所在侧相反的一侧的第二电极以及接合于第一电极的隔离体；第一反应气体供给单元，其被构造成向第一电极供给第一反应气体；第二反应气体供给单元，其被构造成向第二电极供给第二反应气体；和控制单元，其被构造成控制燃料电池系统的运行。第一电极具有两层通道结构，该两层通道结构包括电解质侧气体供给通道和隔离体侧气体供给通道，电解质侧气体供给通道布置于燃料电池的层叠方向上的电解质侧，隔离体侧气体供给通道布置于层叠方向上的隔离体侧。
[0004]在上述现有技术的燃料电池系统中，示出了如下构造:冷却剂通道部形成于层叠的燃料电池之间且冷却剂通道部包括用于向第一电极施加压缩弹性负载的弹性体(预加载板)。
[0005]上述预加载板用于分散由于诸如MEA、氢电极、氧电极和冷却剂通道部等燃料电池的构造部分中的形状误差导致局部产生的负载，从而该负载能够均匀地施加于该构成部分。
[0006]引用列表
[0007]专利列表
[0008]专利文献1:特开2005-158670号公报
【发明内容】
[0009]为了提高冷却效率，优选足量的冷却剂(冷却流体)流过每个燃料电池的用于发电区域(活性区域)的部分。然而，冷却剂的一部分通常流出发电区域且因此难以进行充分冷却。
[0010]上述预加载板具有如下问题:该预加载板不能阻止冷却剂流出活性区域且不能提高发电效率。
[0011]本发明的目的在于提供一种燃料电池堆，其吸收电池单元在层叠方向上的位移且能够通过防止冷却流体流出活性区域而提高发电效率。
[0012]根据一些实施方式的燃料电池堆包括:多个电池单元，其彼此层叠且每个所述电池单元均包括膜电极接合体和在所述膜电极接合体的两侧限定气体通道的两个隔离体；冷却流体通道，其用于使冷却流体流动且所述冷却流体通道设置在所述多个电池单元的相邻的每两个所述电池单元的所述隔离体之间；和位移吸收体，其设置于所述冷却流体通道中。所述位移吸收体包括:多个弹性突起，其设置成阵列且被构造成弹性地吸收所述电池单元的层叠方向上的位移，和多个防止流动漫延突起，其设置成阵列且被构造成防止所述冷却流体流出活性区域。
[0013]在上述构造中，位移吸收体弹性地吸收电池单元的层叠方向上的位移且形成于位移吸收体的防止流动漫延突起防止冷却流体流出到面对膜电极接合体的活性区域以外的部分，由此提高冷却效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的第一实施方式的燃料电池堆的外观的立体图。
[0015]图2是以分解状态示出的本发明的第一实施方式的燃料电池堆的立体图。
[0016]图3是形成本发明的第一实施方式的燃料电池堆的一部分的、一个示例的电池单元的平面图。
[0017]图4是示出图3的圆I中的部分的细节的局部放大图。
[0018]图5是沿着图4所示的I1-1I线的部分的截面图。
[0019]图6是沿着图4所示的II1-1II线的部分的截面图。
[0020]图7是沿着图4所示的IV-1V线的部分的截面图。
[0021]图8是沿着图4所示的V-V线的部分的截面图。
[0022]图9是形成本发明的第一实施方式的燃料电池堆的一部分的第一示例的位移吸收体的局部立体图。
[0023]图10是形成本发明的第一实施方式的燃料电池堆的部分的第二示例的位移吸收体的局部立体图。
[0024]图11是沿着图10所示的V1-VI线的部分的放大截面图。
[0025]图12是示出第三示例的位移吸收体的部分的立体图，该位移吸收体形成本发明的第一实施方式的燃料电池堆的一部分。
[0026]图13是与沿着图4所示的I1-1I线的部分对应的部分的截面图。
[0027]图14A是示意性示出第三示例的隔离体侧配合部形成于位移吸收体的形成位置的示例的平面图。
[0028]图14B是示意性示出图14A的隔离体侧配合部的形成位置的另一个示例的平面图。
[0029]图15A是本发明的第二实施方式的燃料电池堆的局部截面图。
[0030]图15B是用于说明彼此相邻的隔离体和冷却流体通道的立体图。
[0031]图15C是示出冷却流体的取决于存在和不存在防止流动漫延突起的流量比的图。
[0032]图16A是用于说明第四示例的位移吸收体的立体图，该位移吸收体形成图15A所示的燃料电池堆的一部分。
[0033]图16B是图16A中的位移吸收体的侧视图。
[0034]图17是本发明的第三实施方式的燃料电池堆的局部截面图。
[0035]图18A是用于说明第五示例的位移吸收体的立体图，该位移吸收体形成图17所示的燃料电池堆的一部分。
[0036]图18B是图18A所示的位移吸收体的侧视图。
【具体实施方式】
[0037]以下参照附图描述了本发明的实施方式。图1是本发明的第一实施方式的燃料电池堆的外观的立体图，图2是以分解状态示出的燃料电池堆的立体图，图3是形成燃料电池堆的一部分的、第一示例的电池单元的平面图。
[0038]本发明的第一实施方式的燃料电池堆10例如是被构造成安装于车辆的聚合物电解质燃料电池堆。
[0039]图1和图2所示的燃料电池堆10被构造成使得集电体13、14、多个电池单元(燃料电池)A1和多个第一示例的位移吸收体BI被层叠于成对的端板11、12之间且利用紧固板15、16和增强板17、17通过如下方式被紧固在一起:通过用端板11、12使电池单元Al彼此压接。注意，附图标记18表示螺栓，附图标记19表示间隔件。
[0040]在每个电池单元Al中，成对的隔离体40、41布置成使得发电用气体流动的气体通道被分别限定于电池框架42的两侧。
[0041]“发电用气体”是含氢气体和含氧气体。
[0042]电池框架42由树脂制成。在该实施方式中，电池框架42在沿电池单元Al的层叠方向X观察的前视图中具有水平矩形形状，且在基板42a的形成为具有大致均匀厚度的中央部设置有膜电极接合体30 (参见图2)。
[0043]膜电极接合体30还被称为MEA且具有如下结构:由固体聚合物制成的电解质膜例如被保持于阳极电极和阴极电极(未示出这些部分)之间。面对膜电极接合体30的区域是活性区域(发电区域)(参见图4)。
[0044]在上述膜电极接合体30中，流过气体通道中的一个气体通道的含氢气体流动且碰撞阳极且流过气体通道中的另一个的含氧气体流动并碰撞阴极，从而产生电力。
[0045]如图3所示，用于供给和排放含氢气体和含氧气体的歧管部H分别形成于每个电池单元Al的两侧。
[0046]—侧的歧管部H包括歧管孔Hl至H3。歧管孔Hl至H3用于供给含氧气体(Hl)、供给冷却流体(H2)以及供给含氢气体(H3)，且歧管孔Hl至H3均形成沿图2所示的层叠方向X延伸的通道。
[0047]另一侧的歧管部H包括歧管孔H4至H6。歧管孔H4至H6用于排放含氢气体(H4)、排放冷却流体(H5)以及排放含氧气体(H6)，且歧管孔H4至H6均形成沿图2所示的层叠方向X延伸的通道。用于供给的孔以及用于排放的孔的位置关系可部分或全部相反。
[0048]图4是示出图3中的圆I中的部分的细节的局部放大图。图5是沿着图4所示的I1-1I线的部分的截面图，图6是沿着图4所示的II1-1II线的部分的截面图，图7是沿着图4所示的IV-1V线的部分的截面图，图8是沿着图4所示的V-V线的部分的截面图。此夕卜，图9是形成燃料电池堆的一部分的、第一示例的位移吸收体的局部立体图。
[0049]与上述实施方式中描述的部分等同的部分被赋予相同的附图标记且省略对其的描述。
[0050]每个隔离体40、41通过压制不锈钢等制成的金属板形成，且形成为具有与上述电池框架42相同的形状和尺寸。
[0051]用于防止冷却流体流出面对膜电极接合体30的活性区域的防止流动漫延部Cl、C2形成于隔离体40、41中的隔离体41的两侧部(其中一个侧部未示出)。
[0052]该实施方式所示的防止流动漫延部C1、C2在发电用气体的流动方向Y上以预定间隔形成为突出到之后描述的冷却流体通道Si中。
[0053]每个防止流动漫延部Cl形成为在平面图中具有大致三角轮廓且从位移吸收体BI的侧周缘51d(见图5)到活性区域a具有LI的长度(见图8)。每个防止流动漫延部Cl布置于冷却流体通道SI的流动开始端(图4中的下端)。
[0054]此外，每个防止流动漫延部Cl的倾斜片41e的基端41e’ (见图4)位于流动方向Y上的末端41e”的上游。这使得流过冷却流体通道SI的冷却流体靠近活性区域a流动。
[0055]每个防止流动漫延部C2形成为在平面图中具有如下轮廓且被形成为从上述侧周缘51d到靠近活性区域a的部分具有L2的长度(见图5):该轮廓具有大致长孔形状。每个防止流动漫延部C2被布置成面对之后将详细描述的位移吸收体BI的平坦片55c的相应一个平坦片。
[0056]在如上构造的电池单元Al中，含氢气体或含氧气体从电池框架42的一个端部流向另一个端部，或者从另一个端部流向一个端部。换句话说，发电用气体沿流动方向Y流动。
[0057]上述电池框架42和两个隔离体40、41在其周缘经受密封从而以液密的方式接合在一起且由此形成电池单元Al。
[0058]在一个层叠于另一个的电池单元Al、Al之间，各个电池单元Al、Al的隔离体40、41以气密和液密的方式接合，以在两隔离体之间形成用于冷却流体流动的冷却流体通道
SI(见图5-图8)。
[0059]此外，电池框架42的歧管部H和隔离体40、41的歧管部H彼此连通，且由此形成沿电池单元Al的层叠方向X延伸的气体流动端口和冷却流体流动端口(未示出)。
[0060]该实施方式示出的第一示例的位移吸收体BI被插入在彼此相邻的电池单元Al、Al之间限定的冷却流体通道SI。
[0061]位移吸收体BI被构造成弹性吸收电池单元Al的沿电池单元Al的层叠方向X的位移，且多个弹性突起50形成且排列于基板51的一侧的表面(图中的上侧)。
[0062]此外，如图9所示,形成了多个防止流动漫延突起55并且该多个防止流动漫延突起55沿着基板51的与冷却流体的流动方向Y平行的周缘51C排列。
[0063]弹性突起50沿冷却流体流过上述冷却通道SI的流动方向Y延伸且沿流动方向Y和与流动方向Y垂直的方向Z以预定间隔配置。
[0064]弹性突起50与由可导电金属板形成的基板51 —体形成。弹性突起50相对于与冷却流体流过冷却流体通道SI的流动方向Y平行的平面以相同的方向倾斜，且形成为具有相同形状和尺寸的板状体。
[0065]每个弹性突起50通过以如下方式从基板51切出并向上弯曲而一体形成:弹性突起50在沿流动方向Y看的视图中具有纵向矩形形状，且在沿与流动方向Y垂直的方向Z看的视图中具有平缓的S形。
[0066]防止流动漫延突起55被设置成防止冷却流体流出到除面对膜电极接合体30的活性区域(发电区域)以外的部分。形成防止流动漫延突起55，并且防止流动漫延突起55以如下方式沿着基板51的周缘51c排列:多个防止流动漫延突起55沿流动方向Y以预定间隔排列在上述冷却流体通道SI的两侧的每侧。
[0067]防止流动漫延突起55与上述基板51—体形成。防止流动漫延突起55相对于与流动方向Y平行的平面以相同的方向倾斜，且被形成为具有相同形状和尺寸的板状体。
[0068]具体地,每个防止流动漫延突起55通过一体地包括如下部件形成:连接于上述基板51的平坦片(中央平坦片)55c、自平坦片55c延伸同时朝向一侧(图9的上侧)倾斜的上游片55a以及自平坦片55c延伸同时朝向另一侧(图9的下侧)倾斜的下游片55b。
[0069]注意，上游片55a和下游片55b可在上游和下游方向上相反地形成。
[0070]更具体地，在平坦片55c连接于基板51的肋51a的情况下，上游片55a被切出且朝向基板51的一侧向上弯曲，且下游片55b被切出且朝向基板51的另一侧向下弯曲。注意，平坦片55c设置于与上述基板51相同的平面。
[0071]换句话说，每个防止流动漫延突起55在沿流动方向Y看的视图中具有水平矩形形状，且被设定成平缓倾斜的姿态，其中每个防止流动漫延突起55在沿垂直于流动方向Y的方向Z看的视图中相对于流动方向Y形成预定的迎角(angle of attack)。
[0072]上述弹性突起50和防止流动漫延突起55可通过弯曲如下部分而被形成为具有较精细结构:通过诸如冲压等切割处理和诸如蚀刻等涉及移除材料的处理来修剪的部分。
[0073]如图4所示，上述位移吸收体BI以如下方式布置于冷却流体通道S1:基板51以弹性突起50的上周缘50a以及防止流动漫延突起55的上游片55a与隔离体41接触的方式与隔离体40接触。
[0074]此外，如图5和7所示，每个防止流动漫延部C2均与防止流动漫延突起55中的相应一个防止流动漫延突起的平坦片55c接触。这减小了发电用气体流动并碰撞防止流动漫延突起55时产生的转动力矩(angular moment)的影响和类似影响。
[0075]根据上述第一实施方式的燃料电池堆10可获得如下效果。
[0076]能够通过防止冷却流体漫延出活性区域而提高冷却效率，并由此提高发电效率。
[0077]能够利用形成为凸部的防止流动漫延部C2来向下保持防止流动漫延突起55,并由此能够减小或防止由于防止流动漫延突起55产生的转动力矩的影响以及类似影响导致的位移。
[0078]接着，参照图10和图11描述第二示例的位移吸收体。图10是第二示例的位移吸收体的局部立体图。图11是沿着图10所示的V1-VI线的部分的放大截面图。与上述实施方式中的部分相同的部分被赋予相同的附图标记，且省略对其的描述。
[0079]在第二示例的位移吸收体B2中，只有弹性突起50与上述由可导电金属板制成的基板51 —体形成。换句话说，位移吸收体B2没有设置上述防止流动漫延突起。
[0080]用于对齐位移吸收体B2的对齐部52形成于上述基板51的一个侧片51b中。该示例的对齐部52形成为圆形孔，但是可形成为任意公知形状。
[0081]同时，被构造成与形成为圆形孔的对齐部52接合且还作为防止流动漫延部的圆筒形配合部53(见图11)在面对对齐部52的位置形成于隔离体40。
[0082]换句话说，可通过使隔离体40的配合部53和对齐部52彼此接合来使隔离体40和位移吸收体B2彼此容易地对齐。
[0083]接着，参照图12-图14B描述第三示例的位移吸收体。图12是第三示例的位移吸收体的局部立体图，且图13是与沿着图4所示的I1-1I线的部分对应的部分的截面图。此夕卜，图14A是示意性示出第三示例的隔离体侧配合部形成于位移吸收体的形成位置的示例的平面图，图14B是示意性示出隔离体侧配合部的形成位置的另一示例的平面图。
[0084]与图1-图11中描述的部分相同的部分被赋予相同的附图标记，且省略对其的描述。
[0085]第三示例的位移吸收体B3具有类似于上述位移吸收体BI的构造，但是不同之处在于防止流动漫延突起55A设置有用于使位移吸收体B3相对于隔离体40 (41)对齐的位移吸收体侧配合部55e。
[0086]位移吸收体侧配合部55e设置于防止流动漫延突起55A且由此设置于活性区域a的外侧。
[0087]每个位移吸收体侧配合部55e形成为从防止流动漫延突起55A的平坦片(中央平坦片)55c的外缘向其中间部延伸的槽形。
[0088]同时，在隔离体41的与平坦片55c面对并接触的防止流动漫延部C2中，与位移吸收体侧配合部55e接合的具有带底的圆筒形隔离体侧配合部41f (见图13)形成为朝向基板51突出。
[0089]在该实施方式中，位移吸收体对齐结构60由隔离体侧配合部41f和位移吸收体侧配合部55e形成。
[0090]具体地，可通过隔离体侧配合部41f和位移吸收体侧配合部55e彼此接合来使隔离体41 (40)和位移吸收体B3彼此对齐。
[0091]在该实施方式中，位移吸收体侧配合部55e以及位移吸收体对齐结构60形成为两个或更多个防止流动漫延突起55A、55A。
[0092]位移吸收体对齐结构60被设置于排列的多个防止流动漫延突起55A、55A中的一些防止流动漫延突起55A、55A，该一些防止流动漫延突起55A、55A包括在流动方向Y上的上游侧端部位置和下游侧端部位置的防止流动漫延突起55A、55A。
[0093]具体地，位移吸收体侧配合部55e以及位移吸收体对齐结构60设置于、一个周缘51c的位于流动方向Y的上游侧端位置的由(a)表示的防止流动漫延突起55A以及另一个周缘51c的位于流动方向Y的下游侧端位置的由(b)表示的防止流动漫延突起55A,该一个周缘51c和该另一个周缘51c是基板51的与流动方向Y平行的两个周缘。
[0094]此外，如图14B所示，位移吸收体侧配合部55e以及位移吸收体对齐结构60设置于、一个周缘51c的位于流动方向Y的上游侧端位置的由(c)表示的防止流动漫延突起55A以及一个周缘51c的位于流动方向Y的下游侧端位置的由(b)表示的防止流动漫延突起55A，该一个周缘51c是基板51的与流动方向Y平行的两个周缘中的一个周缘。
[0095]由此可更确定地进行位移吸收体的对齐。
[0096]图15A是本发明的第二实施方式的燃料电池堆的局部截面图，图15B是用于说明冷却流体通道和彼此相邻的隔离体的立体图，图15C是示出冷却流体的取决于存在和不存在防止流动漫延突起的流量比的图。图16A是用于说明形成图15A所示的燃料电池堆的一部分的第四示例的位移吸收体的立体图，且图16B是该位移吸收体的侧视图。
[0097]与上述实施方式描述的部分相同的部分被赋予相同的附图标记，且省略对其的描述。
[0098]该实施方式中的隔离体40、41由不锈钢制成，且通过压制形成为具有彼此对称的形状。
[0099]隔离体40、41均以如下方式形成:与膜电极接合体30对应的部分具有波形。由此用于阳极气体(含氢气体)和阴极气体(含氧气体:空气)的气体通道S1、S2通过使用波形的凹部形成于隔离体40、41和膜电极接合体30之间。图15A中，垂直于纸面的方向是气体的流动方向。
[0100]在两个隔离体40、41中，从膜电极接合体30的外周部到电池框架42的端部的部分是平坦部40a、41a。由于隔离体40、41的对应于膜电极接合体30的部分具有波形，因此平坦部40a、41a与气体通道S2侧的波形凸部的顶部在相同的平面。
[0101]因此，在隔离体40、41中，平坦部40a、41a与电池框架42和膜电极接合体30面接触，且将电池框架42和膜电极接合体30保持隔离体40、41之间。
[0102]隔离体40、41在平坦部40a、41a的中间区域具有向内侧开口的槽部40b、41b。将电池框架42气密地保持于其间的气密件(gas seal)60、60分别布置于槽部40b、41b。
[0103]此外，在彼此相邻的各个电池单元Al的隔离体40、41中，密封构件61、61布置于槽部40b、41b的外侧，密封构件61、61以液密的方式密封槽部40b、41b之间的空间。
[0104]此外，由于隔离体40、41具有彼此对称的形状，因此平坦部40a、41a之间的间隔大于在层叠的电池单元Al之间形成的冷却流体通道SI中的、与膜电极接合体30对应的波形部分的间隔。
[0105]换句话说，在冷却流体通道SI中，沿作为垂直于纸面的方向的流动方向Y延伸的端部(边缘部)的间隔大。因此，有利于冷却流体在平坦部40a、41a之间的空间中的流动。在这方面，燃料电池堆10设置有在冷却流体通道SI的端部包括防止流动漫延突起55的位移吸收体B4。
[0106]如图16A和16B所示，第四示例的位移吸收体B4由可导电金属板形成，且具有如下结构:多个弹性突起50以阵列方式配置于基板51的一个表面。
[0107]具体地,该实施方式中的弹性突起50被排列成形成突起列Cl至C4,该突起列均通过将多个弹性突起50设置成沿着流动方向Y延伸的阵列形成。
[0108]形成突起列Cl的弹性突起50相对于与冷却流体流过冷却流体通道SI的流动方向Y平行的平面以相同的方向倾斜，且形成为具有形同形状和尺寸的板状体。
[0109]具体地，这些弹性突起50以如下方式排列:在每个弹性突起50中形成锐角的板面部面朝流动方向Y的下游侧。
[0110]形成突起列C2的弹性突起50相对于与冷却流体的流动方向Y平行的平面以与突起列Cl的倾斜方向相反的方向倾斜，且形成为具有相同形状和尺寸的板状体。
[0111]换句话说，形成突起列C2的弹性突起50以如下方式排列:在每个弹性突起50中形成锐角的板面部面朝流动方向Y的上游侧。
[0112]在该实施方式中，奇数列C1、C3的弹性突起50均以如下方式倾斜:在弹性突起中形成锐角的板面部面朝流动方向Y的下游侧，偶数列C2、C4的弹性突起50均以如下方式倾斜:在弹性突起中形成锐角的板面部面朝流动方向Y的上游侧。
[0113]此外，上述防止流动漫延突起55在位移吸收体B4的沿流动方向Y延伸的端部(沿竖向延伸的端部)中以预定间隔与位移吸收体B4 —体形成。
[0114]位移吸收体B4介于被包含于彼此相邻的相应电池单元Al、Al的隔离体40、41之间，且防止流动漫延突起55存在于隔离体40、41的平坦部40a、41a之间。在这种情况下，位移吸收体B4以如下方式布置于冷却流体通道SI中:基板51布置于与电池单元Al的活性区域(发电区域)对应的部分-即布置于膜电极接合体30，且防止流动漫延突起55布置于平坦部40a、41a_即布置于与电池单元Al的活性区域(发电区域)的外侧的区域相对应的部分。
[0115]在具有上述构造的燃料电池堆10中，阳极气体和阴极气体被供给到每个电池单元Al以通过电化学反应产生的电能进行发电。此外，冷却流体流过彼此相邻的电池单元AUAl之间的冷却流体通道SI以冷却电池单元Al。
[0116]此时，在燃料电池堆10中，与位移吸收体B4 —体的防止流动漫延突起55阻止了冷却流体在平坦部40a、41a之间的部分-即在与每个电池单元Al的活性区域(发电区域)外侧的区域对应的部分的流动。因此，足量的冷却流体流过与电池单元Al的发电区域对应的部分。由此可以提高燃料电池堆10的冷却效率。
[0117]可根据如上构造的燃料电池堆获得如下效果。
[0118]如图15C所示，在冷却流体通道SI中，观察冷却流体流过除非反应表明以外(除发电区域以外)的部分的流量比(图15C中的纵轴)。结果发现，与不设置防止流动漫延突起55的情况(由图15C中的附图标记BTN表示)相比，在设置防止流动漫延突起55的情况(由图15C中的附图标记BTA表示)下，流量比变小。换句话说，发现在冷却流体通道SI中，增加了冷却流体流过与电池单元Al的发电区域对应的部分的流量比，且由此提高了冷却效率。
[0119]如上述，位移吸收体B4可促进冷却，并且此外位移吸收体B4可吸收由于电池单元Al内部的热膨胀、膜电极接合体30的膨胀等导致的隔离体40、41的位移。位移吸收体B4在基板51包括多个弹性突起50。此外，位移吸收体B4的防止流动漫延突起55具有悬臂结构，且防止流动漫延突起55还具有弹簧功能。因此，可在广泛范围内获得隔离体40、41的位移吸收功能。
[0120]每个电池单元Al包括具有彼此对称形状且具有与电池框架42和膜电极接合体30面接触的平坦部40a、41a的隔离体40、41。因此，可使电池单元Al薄。此外，可防止当电池单元Al变薄时冷却流体的流动漫延(边缘流动)变得显著，由此可提高冷却效率。
[0121]防止流动漫延突起55阻止了冷却流体在与电池单元Al的发电区域外侧的区域对应的部分的流动，且由此提高了冷却效率。此外，防止流动漫延突起55可吸收由于电池单元Al内部的热膨胀、膜电极接合体30的膨胀等导致的隔离体40、41的位移。
[0122]由于防止流动漫延突起55与位移吸收体B4 —体，因此与防止流动漫延突起55对应的隔离部分不是必需的，且能够减小部件的数量和燃料电池堆10的制造成本。
[0123]除了上述的位移吸收功能和冷却促进功能之外，位移吸收体B4还可确保各种功能，其包括将电池单元Al彼此电连接的连接件功能和以简单的结构充分吸收层叠方向上的位移的功能。此外，由于弹性突起50和防止流动漫延突起55可一体形成，因此位移吸收体B4的制造成本低。
[0124]此外，在位移吸收体B4中，弹性突起50具有简单的结构。因此，能够以小节距形成弹簧功能部50且能够减小其弹簧刚性。当弹簧刚性小时，弹簧特性使得相对于位移的负载变化小。由于表面压力的变化小，因此即使当存在操作期间的压缩方向上的移位或者由于老化导致的永久设定时，部件的电接触阻抗也稳定。
[0125]接着，参照图17、18A和18B描述第五示例的位移吸收体B5。图17是本发明的第三实施方式的燃料电池堆的局部截面图。图18A是用于说明形成图17所示的燃料电池堆的一部分的第五示例的位移吸收体的立体图，且图18B是该位移吸收体的侧视图。
[0126]与上述实施方式的部分相同的部分被赋予相同的实施方式，且省略对其的描述。
[0127]如图18A和18B所示，第五示例的位移吸收体B5由可导电金属板形成，且具有如下结构:多个弹性突起54以阵列方式配置于基板51的一个表面。
[0128]具体地，在该实施方式中，弹性突起54排列以形成突起列C1-C4，每个突起列通过将弹性突起54设置成沿流动方向Y延伸的列而形成。
[0129]每个突起列C1-C4通过交替配置朝向与流动方向Y正交的正交方向Z2倾斜的弹性突起54和朝向与正交方向Z2相反的正交方向Zl倾斜的弹性突起54来形成。
[0130]具体地，每个突起列C1-C4通过在流动方向Y上交替配置、形成锐角的板面部面朝垂直方向Zl的弹性突起54和形成锐角的板面部面朝垂直方向Z2的弹性突起54来形成。
[0131]防止流动漫延突起55B在位移吸收体B5的沿流动方向Y延伸的端部(在竖向上延伸的端部)、以预定间隔与位移吸收体B5 —体形成。
[0132]防止流动漫延突起55B与形成在基板51的一侧部的阶梯部51a—体形成。防止流动漫延突起55B相对于与流动方向Y平行的平面朝向相同的方向倾斜，且被形成为具有相同形状和尺寸的板状体。
[0133]具体地，每个防止流动漫延突起55B通过一体包括连接于基板51的平坦片55c和在朝向一侧倾斜的同时从平坦片55c延伸的上游片55a形成。
[0134]换句话说，在平坦片55c连接于基板51的情况下，上游片55a被切出并朝向基板51的一侧向上弯曲。
[0135]根据使用上述位移吸收体B5的燃料电池堆可获得如下效果。
[0136]如上述实施方式，足量的冷却流体流过与电池单元Al的发电区域(活性区域)对应的部分，且由此能够提高冷却效率。
[0137]此外，除了改善冷却以外，还能够吸收由于电池单元Al内部的热膨胀、膜电极接合体30的膨胀等导致的隔离体40、41的位移。
[0138]将一个电池单元Al保持于其间的成对的位移吸收体B5、B5可在弹性突起54和防止流动漫延突起55B的配置方面不同。这改变了冷却流体在电池单元Al的两侧的流动状态，且因此能够从两侧提高冷却效率。
[0139]此外，相对于燃料电池堆10整体，通过弹性突起54和防止流动漫延突起55B设置的支撑点被分布成位于多个位置。这能够有助于进一步提高位移吸收功能。
[0140]本发明不限于上述实施方式，且可进行如下修改的实施方式。
[0141]在上述实施方式中，给出了防止流动漫延部形成于两个隔离体中的一者的示例的描述。然而，防止流动漫延部可形成于两个隔离体这两者。在这种情况下，可进一步减小冷却流体的流动漫延。
[0142]在上述实施方式中，给出了位移吸收体对齐结构形成于排列的多个防止流动漫延突起中的在流动方向Y上的上游侧端位置和下游侧端位置的每个防止流动漫延突起的示例的描述。然而，自然地，位移吸收体对齐结构可设置于三个或更多个防止流动漫延突起。
[0143]日本专利申请2012-058690号(2012年3月15日递交)、日本专利申请2012-071146号(2012年3月27日递交)和日本专利申请2012-251803号(2012年11月16日递交)的所有内容通过引用包含于此。
[0144]尽管以上参照实施方式和示例描述了本发明，但是本发明不限于此，且对于本领域技术人员明显的是，可进行各种不同变型和改进。
[0145]附图标记列表
[0146]10燃料电池堆
[0147]30膜电极接合体
[0148]40,41 隔离体
[0149]40a、41a 平坦部
[0150]41f 隔离体侧配合部
[0151]42电池框架
[0152]50弹性突起
[0153]51基板
[0154]52对齐部
[0155]55b 上游片
[0156]55b下游片
[0157]55c平坦片(中央平坦片)
[0158]55e 位移吸收体侧配合部
[0159]55、55a、55b防止流动漫延突起
[0160]60位移吸收体对齐结构
[0161]Al电池单元
[0162]B1-B5 位移吸收体
[0163]C1、C2 防止流动漫延部
[0164]SI 冷却流体通道
[0165]a 活性区域
【权利要求】
1.一种燃料电池堆，其包括: 多个电池单元，其彼此层叠且每个所述电池单元均包括膜电极接合体和在所述膜电极接合体的两侧限定气体通道的两个隔离体； 冷却流体通道，其用于使冷却流体流动且所述冷却流体通道设置在所述多个电池单元的相邻的每两个所述电池单元的所述隔离体之间；和 位移吸收体，其设置于所述冷却流体通道中，其中所述位移吸收体包括: 多个弹性突起，其设置成阵列且被构造成弹性地吸收所述电池单元的层叠方向上的位移，和 多个防止流动漫延突起，其设置成阵列且被构造成防止所述冷却流体流出活性区域。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，所述弹性突起设置于所述位移吸收体的基板的表面，且 每个所述防止流动漫延突起包括固定于所述基板的平坦片和从所述平坦片延伸的上游片。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池堆，其特征在于，所述膜电极接合体安装于电池框架，且 所述两个隔离体中的每个隔离体包括平坦部，所述平坦部与所述电池框架和所述膜电极接合体面接触。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的燃料电池堆，其特征在于，所述两个隔离体中的至少一个隔离体包括防止流动漫延部，所述防止流动漫延部被构造成防止所述冷却流体流出所述活性区域。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的燃料电池堆，其特征在于，所述两个隔离体中的每个隔离体包括防止流动漫延部，所述防止流动漫延部被构造成防止所述冷却流体流出所述活性区域。
6.根据权利要求4或5所述的燃料电池堆，其特征在于，所述防止流动漫延部与所述位移吸收体接触。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的燃料电池堆，其特征在于，每个所述防止流动漫延部是突出到所述冷却流体通道中的凸部。
8.根据权利要求4-7中任意一项所述的燃料电池堆，其特征在于，所述位移吸收体包括用于将所述位移吸收体与所述防止流动漫延部对齐的对齐部。
9.根据权利要求4-8中任意一项所述的燃料电池堆，其特征在于，所述防止流动漫延部与所述防止流动漫延突起接触，从而防止由于所述冷却流体碰撞所述防止流动漫延突起导致的所述防止流动漫延突起的位移。
10.根据权利要求4-9中任意一项所述的燃料电池堆，所述燃料电池堆进一步包括位移吸收体对齐结构，所述位移吸收体对齐结构用于使所述位移吸收体相对于所述隔离体对齐。
11.根据权利要求10所述的燃料电池堆，其特征在于，所述位移吸收体对齐结构设置在所述活性区域的外侧。
12.根据权利要求10或11所述的燃料电池堆，其特征在于，所述位移吸收体对齐结构包括隔离体侧配合部和位移吸收体侧配合部，所述隔离体侧配合部和所述位移吸收体侧配合部彼此接合以将所述隔离体和所述位移吸收体对齐。
13.根据权利要求1-12中任意一项所述的燃料电池堆，其特征在于，所述防止流动漫延突起沿着形成所述弹性突起的所述基板的侧缘形成并且排列，所述侧缘与所述冷却流体的流动方向平行， 所述防止流动漫延突起分别包括:中央平坦片，其连接于所述基板；上游片，其在朝向一侧倾斜的同时从所述中央平坦片延伸；以及下游片，所述下游片在朝向另一侧倾斜的同时从所述平坦片延伸，且 所述中央平坦片、所述上游片和所述下游片彼此一体形成。
14.根据权利要求1-13中任意一项所述的燃料电池堆，其特征在于，所述位移吸收体对齐结构设置成多个，且所述防止流动漫延突起中的两个或更多个所述防止流动漫延突起包括所述位移吸收体对齐结构。
15.根据权利要求14所述的燃料电池堆，其特征在于，所述防止流动漫延突起中的两个或更多个所述防止流动漫延突起包括排列的所述防止流动漫延突起的位于所述冷却流体的流动方向的上游侧端和下游侧端的防止流动漫延突起。
【文档编号】H01M8/02GK104170135SQ201380013980
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年3月11日 优先权日:2012年3月15日
【发明者】入月桂太, 福山阳介 申请人:日产自动车株式会社