变形吸收构件的安装结构及安装方法_2

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隔件11将凹凸形状中的与阳极 32接触而形成的闭合空间用作向阳极32供给氢的阳极气体流路13。另一方面,阳极侧分隔 件11将凹凸状的形状中的隔着变形吸收构件20而在阳极侧分隔件11与阴极侧分隔件12之 间形成的闭合空间用作供给冷却水的冷却水流路14。
[0034]阳极侧分隔件11形成为长方形形状,在其长度方向的一端开设有分别与阴极气体 供给口 11a、冷却流体供给口 lib以及阳极气体供给口 11c相当的贯通孔。同样,阳极侧分隔 件11在其长度方向的另一端开设有分别与阳极气体排出口 lld、冷却流体排出口 lie以及阴 极气体排出口 Ilf相当的贯通孔。
[0035]阴极侧分隔件12与膜电极接合体30的阴极33抵接。阴极侧分隔件12由具有导电性 材料的金属形成,且形成为比阴极33大的薄板状。
[0036]如图3所示,在阴极侧分隔件12的中央按照恒定的间隔形成多个凹凸形状,以构成 使氧化剂气体(含有氧的空气或者纯氧)和冷却水分开流动的流路部12g。凹凸形状的形状 是交替组合U字状或者交替组合半圆形状而成的。阴极侧分隔件12将凹凸状的形状中的与 阴极33接触而形成的闭合空间用作向阴极33供给氧化剂气体的阴极气体流路15。另一方 面,阴极侧分隔件12将凹凸状的形状中的隔着变形吸收构件20而在阴极侧分隔件12与阳极 侧分隔件11之间形成的闭合空间用作供给冷却水的冷却水流路14。即、在邻接的燃料电池 单体100中,将一个燃料电池单体100的阳极侧分隔件11的冷却水流路14和设置于另一个燃 料电池单体100的阴极侧分隔件12的冷却水流路14形成为一个冷却水用的流路。
[0037]阴极侧分隔件12形成为长方形形状,在其长度方向的一端开设有分别与阴极气体 供给口 12a、冷却流体供给口 12b以及阳极气体供给口 12c相当的贯通孔。同样,阴极侧分隔 件12在其长度方向的另一端开设有分别与阳极气体排出口 12d、冷却流体排出口 12e以及阴 极气体排出口 12f相当的贯通孔。
[0038]如图2~图4、图6以及图8所示,在组装燃料电池1时,变形吸收构件20通过自身变 形来吸收阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12的构成燃料气体和冷却水的流路的凹凸形状 的制造误差。另外,变形吸收构件20通过自身变形来吸收由于膜电极接合体30吸收供给来 的介质而发生膨胀所引起的层叠方向X上的位移。而且,在燃料电池单体100工作时,变形吸 收构件20通过自身变形来吸收由被邻接的膜电极接合体30加热了的分隔件单元10发生热 膨胀所引起的层叠方向X上的位移。因此,通过对多个层叠在一起的燃料电池单体100施加 较高压力,能够使燃料电池单体100彼此紧密接触。多个层叠在一起的燃料电池单体100彼 此越紧密接触,燃料电池单体100之间的电阻就越低,能够使发电效率提高。
[0039] 特别是如图4、图6以及图8所示,变形吸收构件20由具有导电性的金属形成,并且 形成为薄板状。变形吸收构件20配设在阳极侧分隔件11和阴极侧分隔件12之间,具有薄板 状的基材21和从基材21的一个面21a呈格子状分别立起设置的多个立起片22。即、变形吸收 构件20将以从相当于一片薄板的基材21冲裁出日文3字形状后成为悬臂梁的方式立起的立 起片22形成为格子状。立起片22相对于基材21具有悬臂梁的结构,因此,具有能够弹性变形 的弹黄功能。
[0040] 如图3所示,变形吸收构件20使从设置于基材21的一个面21a的立起片22的基端侧 的固定端部22a延伸出来的延伸部侧的自由端部22b与阴极侧分隔件12抵接。而且,变形吸 收构件20在多个立起片22中的、一个立起片22M的固定端部22a和另一个立起片22N的固定 端部22a之间与阳极侧分隔件11局部接合而形成有接合部23。在这里,如图4和图6所示,一 个立起片22M的固定端部22a在与从一个立起片22M的固定端部22a侧起沿着自由端部22b侧 的一个方向Y交叉的另一个方向Z上与另一个立起片22N的固定端部22a相邻。
[0041] 另一方面,如图5和图7所示,在比较例的变形吸收构件1000中,在一行立起片 1002P的固定端部1002a和与一行相邻的另一行立起片1002Q的固定端部1002a之间的区域 形成有连续的带状的接合部1003。该接合部1003与阳极侧分隔件11或者阴极侧分隔件12接 合。采用这样的比较例的燃料电池的结构,因为立起片1002的固定端部1002a侧相对于阳极 侧分隔件11或者阴极侧分隔件12被过度固定,所以在借助自由端部1002b施加荷重的情况 下很难使立起片变形。因此,对于比较例的燃料电池而言,虽然在对立起片1002的自由端部 1002b施加了荷重的情况下能够防止固定端部1002a翘起,但是固定端部1002a将会过度发 生塑性变形。对于这样的变形吸收构件1000而言,很难使立起片1002的耐荷重提高。
[0042] 如图2和图3所示,膜电极接合体30使供给来的氧与氢发生化学反应而产生电力。 膜电极接合体30是将阳极32和阴极33以隔着电解质膜31相面对的方式接合起来而形成的。 膜电极接合体30通常被称为MEA(membrane electrode assembly)。电解质膜31例如由固体 高分子材料形成,并且形成为薄板状。固体高分子材料例如使用能够传导氢离子、并且在湿 润状态下具有良好的导电性的氟系树脂。阳极32是层叠电极催化剂层、防水层以及气体扩 散层而构成的,并且形成为比电解质膜31稍小的薄板状。阴极33是层叠电极催化剂层、防水 层以及气体扩散层而构成的,形成为与阳极32大小相同的薄板状。阳极32和阴极33的电极 催化剂层包含在导电性的载体上承载有催化剂成分的电极催化剂和高分子电解质。阳极32 和阴极33的气体扩散层例如是由丝编制而成的交叉形状碳纤维、碳纤维纸、或者碳纤维毡 所形成,该丝由具有充分的气体扩散性和导电性的碳纤维构成。
[0043] 膜电极接合体30具有框体34。框体34将层叠在一起的电解质膜31、阳极32以及阴 极33的外周保持为一体。框体34例如由具有电绝缘性的树脂形成,外形形状形成为与分隔 件单元10的外周部分的外形形状相同。框体34在其长度方向的一端开设有分别与阴极气体 供给口 34a、冷却流体供给口 34b以及阳极气体供给口 34c相当的贯通孔。同样,框体34在其 长度方向的另一端开设有分别与阳极气体排出口 34d、冷却流体排出口 34e以及阴极气体排 出口 34f相当的贯通孔。
[0044] 上述燃料电池单体100需要在彼此密封的状态下层叠多个。因此,利用密封构件将 相邻的燃料电池单体1〇〇的外周密封起来。密封构件例如使用热固化性树脂。热固化性树脂 例如从酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等中选择。
[0045]如图2所示,一对集电板211、212用于将燃料电池单体100产生的电力输出到外部。 [0046] -对集电板211、212分别配设在多个层叠在一起的燃料电池单体100的两端。除了 局部形状以外,一对集电板211、212的外形形状与层厚稍厚的膜电极接合体30的外形形状 相同。在一对集电板211、212中,只在集电板211的长度方向的一端开设有分别与阴极气体 供给口 21 la、冷却流体供给口 21 lb以及阳极气体供给口 211 c相当的贯通孔。同样,只在集电 板211的长度方向的另一端开设有分别与阳极气体排出口 211 d、冷却流体排出口 211 e以及 阴极气体排出口 211f相当的贯通孔。一对集电板211、212在其中央具有集电部21111等。 [0047] 一对集电板211、212的集电部211h等例如由不使气体透过的致密碳那样的导电性 材料形成,形成为比阳极32和阴极33的外形稍小的薄板状。一对集电部211h等与设置于层 叠有多层的最外层的燃料电池单体100的阳极32或者阴极33抵接。从集电部211h等的一个 面突出设置有具有导电性的圆柱形状的突起部21Π等。突起部21Π等贯通后述的壳体300 的一对端板311、312的贯通孔311 j等,并到达外部。
[0048]如图1和图2所示,壳体300以使多个层叠在一起的燃料电池单体100和一对集电板 211、212彼此紧密接触的状态保持燃料电池单体100和一对集电板211、212。
[0049] 壳体300包含一对端板311、312、一对连结板320、一对加强板330以及螺钉340。以 下,说明壳体300所包含的各构件。一对端板311、312夹持已配设在层叠多层的燃料电池单 体100的两端的一对集电板211、212并进行施力。除了局部形状以外,一对端板311、312的外 形形状与层厚增加了的膜电极接合体30的外形形状相同
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