燃料电池用分隔件及燃料电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池用分隔件及燃料电池。
【背景技术】
[0002]燃料电池为将多个作为发电单位的燃料电池单体层叠而成的堆叠构造，各个燃料电池单体利用相对的分隔件来夹持膜电极接合体。近年来，例如在日本特开2013-54872号公报中提出了通过基于冲压成型的多个凹凸条的形成而在分隔件的表背面上形成作为燃料气体的气体流路的凹槽和作为冷却水流路的凹槽的手法。
[0003]根据该专利文献提出的分隔件，能够实现构造的简化、燃料电池单体的层叠方向的短尺寸化、甚至多个燃料电池单体的层叠化。燃料电池在将层叠的燃料电池单体沿着其层叠方向施加力而紧固的状态下，例如搭载于车辆等，紧固力始终作用于各个燃料电池单体。向燃料电池单体的发电区域或其周围这样的单体各部位的紧固力的作用方式未必均匀，因此由于紧固力始终作用而会产生如下的不良情况。燃料电池用分隔件的外缘部从与膜电极接合体的发电区域相对的分隔件中央区域向外侧延伸的情况下，在燃料电池用分隔件的外缘部，膜电极接合体的周缘和对该周缘进行密封的密封构件重叠。通过这样夹设密封构件，在燃料电池用分隔件的外缘部，作为与其他的分隔件的夹持对象的膜电极接合体的周缘的厚度容易增加。相对于此，在分隔件的中央区域，其相对区域为膜电极接合体的发电区域的情况下，未夹设密封构件等其他的构件，因此作为与其他的分隔件的夹持对象的膜电极接合体的厚度大体相同。假设，如果对于作为位于外缘部侧而延伸的流路的凹槽和作为位于分隔件的中央区域而延伸的其他的流路的凹槽不进行任何处理，则由于上述的厚度的关系，在外缘部侧延伸的凹槽的周边处面压升高，可能会导致膜电极接合体的压弯或电解质膜的损伤。然而，在上述的专利文献中，对于这样的不良情况的处理无法说是充分，且被指出了在分隔件的表背面形成凹槽的方面还有改善的余地。此外，也要求能够进行紧固力作用于各个燃料电池单体引起的不良情况的简便的处理、燃料电池的制造成本的降低等。
【发明内容】
[0004]为了实现上述的课题的至少一部分，本发明可以作为以下的方式来实施。
[0005]第一方案提供一种组装于膜电极接合体且具有第一面和形成第一面的背面的第二面的燃料电池用分隔件。第一方案的燃料电池用分隔件具备:中央区域，与所述膜电极接合体的可发电区域对应;平板状的外缘部，从所述中央区域向外缘延伸；第一面侧凹槽部，形成于所述第一面上的所述中央区域;及第二面侧凹槽部，形成于所述第二面上的所述中央区域。通过利用对所述中央区域的冲压成型而形成多个凹凸条，所述第一面侧凹槽部的槽和所述第二面侧凹槽部的槽在所述中央区域交替地排列于所述第一面和第二面，并且所述第一面侧凹槽部中的能够配置与所述膜电极接合体不同的其他的构件的端部的边界位置处的所述第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度低于其他的所述第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度。
[0006]第一方案的燃料电池用分隔件具备能够配置与膜电极接合体不同的其他的构件的端部的边界位置处的第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度比位于分隔件的中央区域的其他的第一面侧凹槽部的底部壁低的结构。由此，在面压作用于分隔件中央区域和向其外缘延伸的平板状的外缘部的情况下，根据第一方案的燃料电池用分隔件，底部壁从凹槽开口端起的立起高度低，相应地作用于边界位置处的第一面侧凹槽部的周边的面压能够比位于分隔件中央区域侧的其他的第一面侧凹槽部的周边缓和。其结果是，根据第一方案的燃料电池用分隔件，在该燃料电池用分隔件与其他的分隔件夹持有膜电极接合体的状态下即使面压作用于分隔件中央区域和向其外缘延伸的平板状的外缘部，通过边界位置处的第一面侧凹槽部的周边的面压缓和，也能够回避或抑制膜电极接合体的压弯、电解质膜的损伤。
[0007]在第一方案的燃料电池用分隔件中，可以的是，所述边界位置位于所述第一面侧凹槽部的外缘部侧，所述第一面侧凹槽部的外缘部侧的所述第一面侧凹槽部的所述底部壁的立起高度低于所述其他的所述第一面侧凹槽部的底部壁的立起高度。而且，可以的是，所述第一面侧凹槽部的外缘部侧的所述第一面侧凹槽部的所述底部槽中的位于最外缘部侧的所述第一面侧凹槽部的所述底部壁的立起高度低于位于所述中央区域的所述其他的所述第一面侧凹槽部的所述底部壁的立起高度。
[0008]在上述第一方案的燃料电池用分隔件中，只要降低外缘部的I个或多个、或者最外缘部侧的第一面侧凹槽部的底部壁的立起高度即可，通过冲压模具的喷出高度调整，能够容易地降低上述的立起高度。由此，根据第一方案的燃料电池用分隔件，除了能够实现其制造成本的降低以外，还能够通过模具调整这样的简便的处理来消除或抑制由于紧固力作用而引起的不良情况。
[0009]第二方案提供一种组装于膜电极接合体且具有第一面和形成第一面的背面的第二面的燃料电池用分隔件。第二方案的燃料电池用分隔件具备:中央区域，与所述膜电极接合体的可发电区域对应;平板状的外缘部，从与所述膜电极接合体的发电区域相对的分隔件中央区域向外缘延伸;第一面侧凹槽部，在所述第一面上的所述分隔件中央区域形成于一面侧;及第二面侧凹槽部，在所述第二面上的所述分隔件中央区域形成于另一面侧，通过利用对所述分隔件中央区域的冲压成型而形成多个凹凸条，所述第一面侧凹槽部的槽和所述第二面侧凹槽部的槽在所述分隔件中央区域，在分隔件表背面交替地排列于所述第一面和第二面，并且所述第一面侧凹槽部中的位于最外缘部侧的所述第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度低于位于所述分隔件的中央区域的位于所述中央区域的其他的所述第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度。
[0010]第二方案的上述方式的燃料电池用分隔件具备位于最外缘部侧的位于最外缘部侧的第一面侧凹槽部的底部壁从凹槽开口端起的立起高度比位于分隔件的中央区域的其他的第一面侧凹槽部的底部壁低的结构。由此，在面压作用于分隔件中央区域和向其外缘延伸的平板状的外缘部的情况下，根据第一方案的上述方式的燃料电池用分隔件，底部壁从凹槽开口端起的立起高度低，相应地作用在位于外缘部侧而延伸的第一面侧凹槽部的周边的面压能够比位于分隔件中央区域侧的其他的第一面侧凹槽部的周边缓和。其结果是，根据第一方案的上述方式的燃料电池用分隔件，在与其他的分隔件夹持膜电极接合体的状态下即使面压作用于分隔件中央区域和向其外缘延伸的平板状的外缘部，通过在最外缘部侧的最外缘部侧延伸的第一面侧凹槽部的周边的面压缓和，也能够回避或抑制膜电极接合体的压弯、电解质膜的损伤。而且，在第二方案的上述方式的燃料电池用分隔件中，只要降低在最外缘部侧延伸的第一面侧凹槽部的底部壁的立起高度即可，通过冲压模具的喷出高度调整，能够容易地降低上述的立起高度。由此，根据第二方案的上述方式的燃料电池用分隔件，除了能够实现其制造成本的降低之外，还能够通过模具调整这样的简便的处理来消除或抑制由于紧固力作用而引起的不良情况。
[0011]第三方案提供一种燃料电池。第三方案的燃料电池是是层叠多个燃料电池单体而成的燃料电池，所述燃料电池单体通过第一分隔件和第二分隔件夹持膜电极接合体，所述燃料电池单体分别具备第一或第二方案中的任一燃料电池用分隔件作为所述第一分隔件，所述外缘部接合于所述膜电极接合体的发电区域外部位。在相邻地层叠的所述燃料电池单体中，一个所述燃料电池单体的所述第一分隔件具有的所述第一面侧凹槽部的底部壁与其他的所述燃料电池单体的所述第二分隔件接触。
[0012]在第三方案的燃料电池中，将夹持膜电极接合体的第一分隔件设为在从分隔件中央区域向外缘延伸的平板状的外缘部侧延长第一面侧凹槽部、从而能够实现该第一面侧凹槽部的周边的面压缓和的分隔件。并且，通过利用第一、第二分隔件夹持膜电极接合体，使第一分隔件的分隔件中央区域与膜电极接合体的发电区域相对，将第一分隔件的外缘部接合于膜电极接合体的发电区域外部位。由此，在第三方案的燃料电池中，从分隔件中央区域作用于其外侧的外缘部的面压在密封部所夹设的外缘部侧延伸的第一面侧凹槽部的周边得以缓和。其结果是，根据第三方案的燃料电池，能够回避或抑制膜电极接合体的压弯、电解质膜的损伤，能够实现电池寿命的长寿命化、电池性能的维持。而且，根据第三方案的燃料电池，只要在现有的燃料电池单体中置换降低了在外缘部侧延伸的第一面侧凹槽部的底部壁的立起高度的第一分隔件即可，因此除了能够实现其制造成本的降低之外，还能够容易地消除或抑制由于紧固力作用而引起的不良情况。需要说明的是，在第三方案的燃料电池中，能够将第一分隔件的分隔件中央区域的第一面侧凹槽部作为向膜电极接合体供给的气体的流路。而且，通过使相邻地层叠的一个燃料电池单体的第一分隔件具有的第一面侧凹槽部的底部壁与其他的燃料电池单体的第二分隔件接触，能够将第二面侧凹槽部闭塞，并将该闭塞的第二面侧凹槽部作为供冷却水通过的冷却水流路。
[0013]需要说明的是，本发明能够以各种方式实现，例如，能够以燃料电池的制造方法、燃料电池单体的方式实现。
【附图说明】
[0014]图1是表示作为本发明的实施方式的燃料电池10的结构的概略立体图。
[0015]图2是将单元单体100的结构分解表示的概略立体图。
[0016]图3是表示阳极侧分隔件120的结构的概略俯视图。
[0017]图4是将图3所示的转换区域A内的燃料气体流路200中的沿着Y方向的燃料气体流路槽202的一部分放大表示的概略立体图。
[0018]图5是图3的C部放大部位处的沿着5-5线的燃料电池10的概略剖面。
[0019]图6是说明单元单体100的构成构件为规格尺寸内的情况或组装精度为允许范围内的情况下设想的过大面压产生的情况的说明图。
[0020]图7是说明在形成阳极侧分隔件的基础上以往采用的技术思想的说明图。
[0021 ]图8是说明在本实施方式中采用的技术思想的说明图。
[0022]图9是表示对图8所示的本实施方式的阳极侧分隔件120进行成型的冲压设