專利名稱：燃料電池堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池堆，該燃料電池堆具備發(fā)電單元，該發(fā)電單元通過金屬 隔板夾持在電解質(zhì)的兩側(cè)設(shè)置了陽極側(cè)電極和陰極側(cè)電極的電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體，并且設(shè) 置有向所述陽極側(cè)電極供給燃料氣體的波形形狀的燃料氣體流路和向所述陰極側(cè)電極供 給氧化劑氣體的波形形狀的氧化劑氣體流路，第一發(fā)電單元和第二發(fā)電單元形成冷卻介質(zhì) 流路并交替層疊而構(gòu)成燃料電池堆。
背景技術(shù)：
例如，固體高分子型燃料電池具備由一對隔板夾持電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體(MEA) 的單位電池，其中所述電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體在由高分子離子交換膜形成的電解質(zhì)膜的兩 側(cè)分別配設(shè)了陽極側(cè)電極及陰極側(cè)電極。該種燃料電池通常通過層疊規(guī)定個數(shù)的單位電 池，而作為燃料電池堆使用。在上述的燃料電池中，在一方的隔板的面內(nèi)與陽極側(cè)電極對置而設(shè)置有用于使燃 料氣體流動的燃料氣體流路，并且在另一方的隔板的面內(nèi)與陰極側(cè)電極對置而設(shè)置有用于 使氧化劑氣體流動的氧化劑氣體流路。另外，在隔板間，根據(jù)需要沿所述隔板的面方向設(shè)置 有用于使冷卻介質(zhì)流動的冷卻介質(zhì)流路。此時，在作為隔板使用薄板波形形狀的金屬隔板時，若在陽極側(cè)的金屬隔板的一 面設(shè)置有燃料氣體流動用的凹部，則在所述金屬隔板的另一面形成作為所述凹部的背面形 狀的凸部。并且，若在陰極側(cè)的金屬隔板的一面設(shè)置有氧化劑氣體流動用的凹部，則在所述 金屬隔板的另一面形成作為所述凹部的背面形狀的凸部。因此，通過波形蜿蜒前進(jìn)的凹部形成燃料氣體流路以及氧化劑氣體流路，由此在 單位電池之間，各凹部的背面形狀重疊而形成向與燃料氣體和氧化劑氣體不同的方向流動 的冷卻介質(zhì)流路。例如，在日本特開2007-141553號公報(日本國)所公開的燃料電池堆中，如圖11 所示，該燃料電池堆通過層疊多個單位電池1而構(gòu)成，各單位電池1在膜電極結(jié)構(gòu)體2的兩 側(cè)配置有金屬隔板3、4。膜電極結(jié)構(gòu)體2在固體高分子電解質(zhì)膜加的兩側(cè)設(shè)置有陽極側(cè)電極2b和陰極側(cè) 電極2c。在與陽極側(cè)電極2b對置的隔板3上形成有朝向鉛垂方向蜿蜒前進(jìn)的多條燃料氣 體流路槽(凹部)5，另一方面，在與陰極側(cè)電極2c對置的金屬隔板4的面上形成有沿著鉛 垂方向蜿蜒前進(jìn)的多條氧化劑氣體流路槽(凹部)6。在金屬隔板3的燃料氣體流路槽5的背面?zhèn)刃纬捎信c該燃料氣體流路槽5的背面 形狀對應(yīng)的槽部7，在金屬隔板4的氧化劑氣體流路槽6的背面?zhèn)刃纬捎信c該氧化劑氣體流 路槽6的背面形狀對應(yīng)的槽部8。因此，通過層疊各單位電池1，在所述電位電池1之間，槽 部7、8重疊而形成沿水平方向延伸的冷卻介質(zhì)流路。在上述的燃料電池堆中，為了在各單位電池1之間形成沿水平方向延伸的冷卻介 質(zhì)流路，需要將相互重疊的槽部7、8彼此形成為不同的相位。因此，在通過金屬隔板3、4夾持膜電極結(jié)構(gòu)體2的狀態(tài)下，燃料氣體流路槽5和氧化劑氣體流路槽6具有分別不同的相 位而蜿蜒前進(jìn)。因此，當(dāng)膜電極結(jié)構(gòu)體2由形成燃料氣體流路槽5的蜿蜒前進(jìn)凸部和形成氧化劑 氣體流路槽6的蜿蜒前進(jìn)凸部夾持時，上述蜿蜒前進(jìn)凸部彼此向在層疊方向上錯開(由于 相位不同)，從而所述膜電極結(jié)構(gòu)體2可能受到剪切力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于解決這種問題，其目的在于提供一種能夠以簡單且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)可靠地 阻止電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體由于金屬隔板而受到剪切力的燃料電池堆。本發(fā)明涉及燃料電池堆，其具備發(fā)電單元，該發(fā)電單元通過金屬隔板夾持在電解 質(zhì)的兩側(cè)設(shè)置了陽極側(cè)電極和陰極側(cè)電極的電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體，并且設(shè)置有向所述陽極 側(cè)電極供給燃料氣體的波形形狀的燃料氣體流路和向所述陰極側(cè)電極供給氧化劑氣體的 波形形狀的氧化劑氣體流路，所述燃料電池堆在第一發(fā)電單元與第二發(fā)電單元之間形成冷 卻介質(zhì)流路并通過交替地層疊所述第一發(fā)電單元和第二發(fā)電單元而構(gòu)成。第一發(fā)電單元被設(shè)定為燃料氣體流路與氧化劑氣體流路相位彼此相同，另一方 面，第二發(fā)電單元被設(shè)定為所述燃料氣體流路和所述氧化劑氣體流路相位彼此相同且與所 述第一發(fā)電單元相位不同。另外，優(yōu)選第一及第二發(fā)電單元至少具有第一及第二電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體，所述 燃料電池堆中順次層疊有第一金屬隔板、所述第一電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體、第二金屬隔板、所 述第二電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體以及第三金屬隔板。并且，優(yōu)選第一及第二發(fā)電單元中交替層疊電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體和金屬隔板，并 且在層疊方向兩端配設(shè)有所述金屬隔板。根據(jù)本發(fā)明，在第一發(fā)電單元內(nèi)和第二發(fā)電單元內(nèi)，燃料氣體流路和氧化劑氣體 流路被設(shè)定為相位彼此相同。因此，電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體不會被施加剪切力，從而能夠良好 地阻止電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體的損傷。并且，只要將第一發(fā)電單元和第二發(fā)電單元交替地層 疊就能夠簡單且經(jīng)濟(jì)地構(gòu)成燃料電池堆。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的燃料電池堆的主要部分分解立體說明圖。圖2是構(gòu)成所述燃料電池堆的第一發(fā)電單元的主要部分的分解立體說明圖。圖3是所述燃料電池堆的圖2中的III-III線剖視說明圖。圖4是所述燃料電池堆的局部剖視說明圖。圖5是構(gòu)成所述燃料電池堆的第二發(fā)電單元的主要部分分解立體說明圖。圖6是在所述第一發(fā)電單元和所述第二發(fā)電單元之間形成的冷卻介質(zhì)流路的立 體說明圖。圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的燃料電池堆的主要部分分解立體說明圖。圖8是構(gòu)成所述燃料電池堆的第一發(fā)電單元的主要部分分解立體說明圖。圖9是所述燃料電池堆的局部剖視說明圖。圖10是構(gòu)成所述燃料電池堆的第二發(fā)電單元的主要部分分解立體說明圖。
圖11是日本特開2007-141553號公報的燃料電池堆的說明圖。
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的燃料電池堆10的主要部分分解立體說明圖。燃料電池堆10通過沿水平方向(箭頭A方向)交替層疊第一發(fā)電單元1 和第二 發(fā)電單元12b而構(gòu)成。如圖2及圖3所示，第一發(fā)電單元12a中設(shè)置有第一金屬隔板14、第 一電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體(電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體)16a、第二金屬隔板18、第二電解質(zhì)膜一 電極結(jié)構(gòu)體16b以及第二金屬隔板20。需要說明的是，第一發(fā)電單元12a也可以包括三個 以上的MEA。第一金屬隔板14、第二金屬隔板18及第三金屬隔板20例如由鋼板、不銹鋼板、鋁 板、鍍敷處理鋼板、或在金屬板的金屬表面實(shí)施了防腐用的表面處理的金屬板構(gòu)成。第一金 屬隔板14、第二金屬隔板18及第三金屬隔板20通過將金屬制薄板沖壓加工成波形形狀而 具有截面凹凸形狀。第一電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16a的表面積設(shè)定為比第二電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體 16b的表面積小。第一及第二電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16a、16b例如具備水浸漬于全氟磺酸 的薄膜的固體高分子電解質(zhì)膜22和夾持所述固體高分子電解質(zhì)膜22的陽極側(cè)電極M及 陰極側(cè)電極26。陽極側(cè)電極M構(gòu)成具有比陰極側(cè)電極沈的表面積小的表面積的臺階型 MEA。陽極側(cè)電極M及陰極側(cè)電極沈具有由碳素紙等構(gòu)成的氣體擴(kuò)散層(未圖示)和 將在表面擔(dān)載有白金合金的多孔質(zhì)碳粒子一樣地涂敷于所述氣體擴(kuò)散層的表面上而形成 的電極催化劑層(未圖示)。電極催化劑層形成于固體高分子電解質(zhì)膜22的兩面。如圖2所示，在第一發(fā)電單元1 的長邊方向的(箭頭C方向)的上端緣部設(shè)置有 在箭頭A方向相互連通的用于供給氧化劑氣體例如含氧氣體的氧化劑氣體入口連通孔30a 以及用于供給燃料氣體例如含氫氣體的燃料氣體入口連通孔32a。在第一發(fā)電單元12a的長邊方向的(箭頭C方向)的下端緣部設(shè)置有在箭頭A方 向相互連通的用于排出燃料氣體的燃料氣體出口連通孔32b以及用于排出氧化劑氣體的 氧化劑氣體出口連通孔30b。在第一發(fā)電單元12a的短邊方向(箭頭B方向)的一端緣部設(shè)置有在箭頭A方向 相互連通的用于供給冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)入口連通孔34a，并且在所述第一發(fā)電單元12a 的短邊方向的另一端緣部設(shè)置有用于排出所述冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)出口連通孔34b。在第一金屬隔板14的朝向第一電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16a的面14a上形成有將 燃料氣體入口連通孔3 和燃料氣體出口連通孔32b連通的第一燃料氣體流路36。第一燃 料氣體流路36具有沿箭頭C方向延伸的多個波形流路槽(凹部)36a,并且在所述第一燃料 氣體流路36的入口及出口附近分別設(shè)置有具有多個壓花的入口緩沖部38以及出口緩沖部 40。在第一金屬隔板14的面14b上形成有將冷卻介質(zhì)入口連通孔3 和冷卻介質(zhì)出 口連通孔34b連通的冷卻介質(zhì)流路44的一部分。在面14b上形成有作為構(gòu)成第一燃料氣 體流路36的多個波形流路槽36a的背面形狀的多個波形流路槽(凹部)Ma。在第二金屬隔板18的朝向第一電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16a的面18a上形成有將氧化劑入口連通孔30a和氧化劑氣體出口連通孔30b連通的第一氧化劑氣體流路50。第一 氧化劑氣體流路50具有沿箭頭C方向延伸的多個波形流路槽(凹部)50a。在第一氧化劑 氣體流路50的入口及出口附近設(shè)置有入口緩沖部52及出口緩沖部M。在第二金屬隔板18的朝向第二電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16b的面18b上形成有將 燃料氣體入口連通孔3 和燃料氣體出口連通孔32b連通的第二燃料氣體流路58。第二燃 料氣體流路58具有沿箭頭C方向延伸的多個波形流路槽(凹部)58a,并且在所述第二燃料 氣體流路58的入口及出口附近設(shè)置有入口緩沖部60以及出口緩沖部62。第二燃料氣體流 路58為第一氧化劑氣體流路50的背面形狀，另一方面，入口緩沖部60及出口緩沖部62為 入口緩沖部52及出口緩沖部M的背面形狀。在第三金屬隔板20的朝向第二電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16b的面20a上形成有將 氧化劑氣體入口連通孔30a和氧化劑氣體出口連通孔30b連通的第二氧化劑氣體流路66。 第二氧化劑氣體流路66具有沿箭頭C方向延伸的多個波形流路槽(凹部)66a。在第二氧 化劑氣體流路66的入口及出口附近設(shè)置有入口緩沖部68及出口緩沖部70。在第三金屬隔板20的面20b上形成有冷卻介質(zhì)流路44的一部分。在面20b上形 成有作為構(gòu)成第二氧化劑氣體流路66的多個波形流路槽66a的背面形狀的多個波形流路 槽(凹部)44b。在第一發(fā)電單元1 中，第一燃料氣體流路36、第一氧化劑氣體流路50、第二燃料 氣體流路58以及第二氧化劑氣體流路66被設(shè)定為波形形狀沿著層疊方向相位彼此相同， 并且波間距、振幅也被設(shè)定為相同。如圖4所示，在通過第一金屬隔板14和第二金屬隔板18夾持第一電解質(zhì)膜一電 極結(jié)構(gòu)體16a時，形成第一燃料氣體流路36的多個的波形流路槽36a的凸部36c和形成第 一氧化劑氣體流路50的多個波形流路槽50a的凸部50c被沿層疊方向設(shè)置在同一位置。在通過第二金屬隔板18和第三金屬隔板20夾持第二電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16b 時，形成第二燃料氣體流路58的多個波形流路槽58a的凸部58c和形成第二氧化劑流路66 的多個波形流路槽66a的凸部66c被沿層疊方向配置在同一位置。如圖2以及圖3所示，在第一金屬隔板14的面14a、14b上，第一密封部件74繞該 第一金屬隔板14的外周端緣部而一體成形。在第二金屬隔板18的面18a、18b上，第二密 封部件76繞該第二金屬隔板18的外周端緣部而一體成形。在第三金屬隔板20的面20a、 20b上，第三密封部件78繞該第三金屬隔板20的外周端緣部而一體成形。第一金屬隔板14具有將燃料氣體入口連通孔3 和第一燃料氣體流路36連通 的多個外側(cè)供給孔部80a及內(nèi)側(cè)供給孔部80b ；將燃料氣體出口連通孔32b和所述第一燃 料氣體流路36連通的多個外側(cè)排出孔部8 及內(nèi)側(cè)排出孔部82b。第二金屬隔板18具有將燃料氣體連通孔3 和第二燃料氣體流路58連通的多 個供給孔部84 ；將燃料氣體出口連通孔32b和所述第二燃料氣體流路58連通的多個排出 孔部86。如圖1所示，第二發(fā)電單元12b中設(shè)置有第一金屬隔板90、第一電解質(zhì)膜一電極結(jié) 構(gòu)體16a、第二金屬隔板92、第二電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16b以及第三隔板94。需要說明的 是，對于與第一發(fā)電單元1 相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)記相同的參照符號，并省略其詳細(xì)的說明。如圖5所示，在第一金屬隔板90的面1 上形成具有多個波形流路槽36b的第一燃料氣體流路36，另一方面，在面14b上形成有波形流路槽44c。在第二金屬隔板92的面18a上形成具有多個波形流路槽50b的第一氧化劑氣體 流路50，另一方面，在面18b上形成具有多個波形流路槽58b的第二燃料氣體流路58。在第三金屬隔板94的面20a上形成具有多個波形流路槽66b的第二氧化劑氣體 流路66，另一方面，在面20b上形成多個波形流路槽44d。在第二發(fā)電單元12b中，第一燃料氣體流路36、第一氧化劑氣體流路50、第二燃料 氣體流路58以及第二氧化劑氣體流路66被設(shè)定為沿層疊方向相位彼此相同。第一發(fā)電 單元1 和第二發(fā)電單元12b被設(shè)定為各自的第一燃料氣體流路36、第一氧化劑氣體流路 50、第二氣體流路58以及第二氧化劑氣體流路66相位彼此不同(相反的相位)，而波間距、 振幅被設(shè)定為相同(參照圖1)。第一發(fā)電單元1 和第二發(fā)電單元12b相互層疊，由此在構(gòu)成所述第一發(fā)電單元 12a的第一金屬隔板14與構(gòu)成所述第二發(fā)電單元12b的第三金屬隔板94之間形成沿箭頭 方向B延伸的冷卻介質(zhì)流路44。在冷卻介質(zhì)流路44中，多個波形流路槽44a、44b被設(shè)定為相位不同。通過使波形 流路槽4 和44d相互重疊，在它們之間形成在水平方向(箭頭B方向)上連通的多個槽 部44e(參照圖4以及圖6)。以下，說明這樣構(gòu)成的燃料電池堆10的動作。首先，如圖1所示，向氧化劑氣體入口連通孔30a供給含氧氣體等氧化劑氣體，并 且向燃料氣體入口連通孔3 供給含氫氣體等燃料氣體。并且，向冷卻介質(zhì)入口連通孔34a 供給純水、乙二醇、油等冷卻介質(zhì)。因此，在第一發(fā)電單元12a中，如圖2所示，氧化劑氣體從氧化劑氣體入口連通孔 30a被導(dǎo)入第二金屬隔板18的第一氧化劑氣體流路50及第三金屬隔板20的第二氧化劑氣 體流路66。該氧化劑氣體沿著第一氧化劑氣體流路50向箭頭C方向(重力方向)移動，供 給第一電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16a的陰極側(cè)電極沈，并且沿著第二氧化劑氣體流路66向箭 頭C方向移動，供給第二電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16b的陰極側(cè)電極26。另一方面，如圖3所示，燃料氣體從燃料氣體入口連通孔3 通過外側(cè)供給孔部 80a向第一金屬隔板14的面14b側(cè)移動。并且，燃料氣體在從內(nèi)側(cè)供給孔部80b被導(dǎo)入到 面Ha側(cè)后被向入口緩沖部38輸送，并沿著第一燃料氣體流路36向重力方向(箭頭C方 向)移動，供給第一電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16a的陽極側(cè)電極24(參照圖2)。另外，如圖3所示，燃料氣體通過供給孔部84向第二金屬隔板18的面18b側(cè)移動。 因此，如圖2所示，燃料氣體在面18b側(cè)被供給到入口緩沖部60后，沿著第二燃料氣體流路 58向箭頭C方向移動，供給第二電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16b的陽極側(cè)電極M。因此，在第一及第二電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16a、16b中，供給陰極側(cè)電極沈的氧 化劑氣體和供給陽極側(cè)電極M的燃料氣體在電極催化劑層內(nèi)通過電化學(xué)反應(yīng)被消耗，進(jìn) 行發(fā)電。接著，供給第一及第二電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16a、16b的各陰極側(cè)電極沈而被消 耗的氧化劑氣體沿著氧化劑氣體出口連通孔30b向箭頭A方向排出。供給第一電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16a的陽極側(cè)電極M而被消耗的燃料氣體從出 口緩沖部40通過內(nèi)側(cè)排出孔部82b被向第一金屬隔板14的面14b側(cè)導(dǎo)出。被導(dǎo)出到面14b側(cè)的燃料氣體通過外側(cè)排出孔部8 再次向面1 側(cè)移動，被向燃料氣體出口連通孔 32b排出。另外，供給第二電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16b的陽極側(cè)電極M而被消耗的燃料氣體 從出口緩沖部62通過排出孔部86向面18a側(cè)移動。該燃料氣體被向燃料氣體出口連通孔 32b排出。另一方面，如圖4以及圖5所示，被供給到冷卻介質(zhì)入口連通孔3 的冷卻介質(zhì)被 導(dǎo)入在構(gòu)成第一發(fā)電單元12a的第一金屬隔板14與構(gòu)成第二發(fā)電單元12b的第三金屬隔 板94間形成的冷卻介質(zhì)流路44后，沿箭頭B方向流通。該冷卻介質(zhì)將第一及第二電解質(zhì) 膜一電極結(jié)構(gòu)體16a、16b冷卻后，被向冷卻介質(zhì)出口連通孔34b排出。另外，與所述第一發(fā)電單元12a同樣，在第二發(fā)電單元12b中，通過第一及第二電 解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16a、16b進(jìn)行發(fā)電。在這種情況下，在第一實(shí)施方式中，如圖2所示，在第一發(fā)電單元1 中，第一燃料 氣體流路36、第一氧化劑氣體流路50、第二燃料氣體流路58以及第二氧化劑氣體流路66 被設(shè)置成沿層疊方向相位彼此相同。因此，如圖4所示，第一電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16a被 形成第一燃料氣體流路36的凸部36c和形成第一氧化劑氣體流路50的凸部50c沿層疊方向夾持同一位置。同樣，第二電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16b被形成第二燃料氣體流路58的凸部58c和 形成第二氧化劑氣體流路66的凸部66c沿層疊方向夾持同一位置。由此，在第一及第二電 解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16a、16b沿層疊方向被緊固保持時，所述第一及第二電解質(zhì)膜一電極 結(jié)構(gòu)體16a、16b不會被施加剪切力。因此，具有能夠良好阻止第一及第二電解質(zhì)膜一電極 結(jié)構(gòu)體16a、16b損壞的效果。而且，在第一發(fā)電單元1 和第二發(fā)電單元12b中，各自的第一燃料氣體流路36、 第一氧化劑氣體流路50、第二燃料氣體流路58以及第二氧化劑氣體流路66被設(shè)定為相位 彼此不同。因此，只要通過交替層疊第一發(fā)電單元1 和第二發(fā)電單元12b，就能在所述第 一及第二發(fā)電單元12a、12b之間形成具有沿箭頭B方向延伸的多個槽部Me的冷卻介質(zhì)流 路44。由此，只要將第一發(fā)電單元1 和第二發(fā)電單元12b交替層疊即可，因此具有能夠 以簡單且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形成燃料電池堆10的優(yōu)點(diǎn)。圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的燃料電池堆100的主要部分的分解立體說明圖。 需要說明的是，對于與第一實(shí)施方式中的燃料電池堆10相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注同一參照符 號，并省略其詳細(xì)的說明。燃料電池堆100通過沿水平方向交替層疊第一發(fā)電單元10 和第二發(fā)電單元 102b而構(gòu)成。如圖8以及圖9所示，第一發(fā)電單元10 中設(shè)置有第一金屬隔板104、電解 質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16以及第二金屬隔板106。在第一金屬隔板104的朝向電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16的面10 上形成有燃料氣 體流路108。該燃料氣體流路108具有沿箭頭C方向延伸的多個波形流路槽108a。在第一 金屬隔板104的面104b上形成有構(gòu)成冷卻介質(zhì)流路44的多個波形流路槽44a。在第二金屬隔板106的朝向電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16的面106a上形成有氧化劑 氣體流路110。該氧化劑氣體流路110具有沿箭頭C方向延伸的多個波形流路槽110a。在第二金屬隔板106的面106b上形成有構(gòu)成冷卻介質(zhì)流路44的一部分的多個波形流路槽 44b。燃料氣體流路108與氧化劑氣體流路110被設(shè)定成沿層疊方向相位彼此相同。第一金屬隔板104具有將燃料氣體入口連通孔3 和燃料氣體流路108連通 的供給孔部11 ；將燃料氣體出口連通孔32b和所述燃料氣體流路108連通的排出孔部 112b。如圖7及圖10所示，第二發(fā)電單元102b中設(shè)置有第一金屬隔板114、電解質(zhì)膜一 電極結(jié)構(gòu)體16以及第二金屬隔板110。在第一金屬隔板114的朝向電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體 16的面11 上形成具有沿箭頭C方向延伸的多個波形流路槽108b的燃料氣體流路108。在第一金屬隔板114的面114b上形成有構(gòu)成冷卻介質(zhì)流路44的多個波形流路槽 44c。在第二金屬隔板116的朝向電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16的面116a上形成有具有沿箭 頭C方向延伸的多個波形流路槽IlOb的氧化劑氣體流路110。在第二金屬隔板116的面 116b上形成有構(gòu)成冷卻介質(zhì)流路44的波形流路槽44d。在第二發(fā)電單元102b中，燃料氣體流路108和氧化劑氣體流路110被設(shè)定成沿層 疊方向相位彼此相同，并且設(shè)定為與第一發(fā)電單元10 的所述燃料氣體流路108及所述氧 化劑氣體流路110相位不同。通過交替層疊第一發(fā)電單元10 和第二發(fā)電單元102b，在它們之間形成具有沿 箭頭B方向延伸的多個槽部44e的冷卻介質(zhì)流路44。在這樣構(gòu)成的第二實(shí)施方式中，在第一發(fā)電單元10 中，燃料氣體流路108和氧 化劑氣體流路110被設(shè)定成波形形狀沿層疊方向相位彼此相同(參照圖9)。而且，波間距、 振幅也被設(shè)定為相同。因此，電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16被形成波形流路槽108a的凸部108c 和形成波形流路槽IlOa的凸部IlOc沿層疊方向夾持同一位置。因此，電解質(zhì)膜一電極結(jié) 構(gòu)體16不會被施加剪切力，從而能夠良好地阻止電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16的損壞。同樣，在第二發(fā)電單元102b內(nèi)，燃料氣體流路108和氧化劑氣體流路110被設(shè)定 成沿層疊方向位置彼此相同。由此，電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16被形成波形流路槽108b的 凸部108d和形成波形流路槽IlOa的凸部IlOd沿層疊方向夾持同一位置，因此能夠阻止在 所述電解質(zhì)膜一電極結(jié)構(gòu)體16上產(chǎn)生由剪切力引起的損傷。并且，只要交替地層疊第一發(fā)電單元10 和第二發(fā)電單元102b就能夠獲得與上 述實(shí)施方式1相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池堆，其具備發(fā)電單元(12a、12b)，該發(fā)電單元(12a、12b)通過金屬隔 板(14、18、20、90、92、94、104、106、114、116)夾持在電解質(zhì)(22)的兩側(cè)設(shè)置了陽極側(cè)電極 (24)和陰極側(cè)電極(26)的電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體(16、16a、16a)，并且設(shè)置有向所述陽極側(cè) 電極供給燃料氣體的波形形狀的燃料氣體流路(36、58)和向所述陰極側(cè)電極供給氧化劑 氣體的波形形狀的氧化劑氣體流路(50、66)，所述燃料電池堆在第一發(fā)電單元(12a、102a) 與第二發(fā)電單元(12b、102b)之間形成冷卻介質(zhì)流路(44)并通過交替地層疊所述第一發(fā)電 單元(12a、102a)和第二發(fā)電單元(12b、102b)而構(gòu)成，所述燃料電池堆的特征在于，所述第一發(fā)電單元被設(shè)定為所述燃料氣體流路與所述氧化劑氣體流路相位彼此相同，另一方面，所述第二發(fā)電單元被設(shè)定為所述燃料氣體流路和所述氧化劑氣體流路相位 彼此相同且與所述第一發(fā)電單元相位不同。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于，所述第一及第二發(fā)電單元(12a、12b)至少具有第一及第二電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體(16a、 16b)，所述燃料電池堆中順次層疊有第一金屬隔板(14、90)、所述第一電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu) 體(16a)、第二金屬隔板(18、92)、所述第二電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體(16b)以及第三金屬隔板 (20,94)。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其特征在于，所述第一及第二發(fā)電單元(102a、102b)中交替層疊所述電解質(zhì)一電極結(jié)構(gòu)體(16)和 所述金屬隔板(104、106、114、116)，并且在層疊方向兩端配設(shè)有所述金屬隔板。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料電池堆，作為一個例子的燃料電池堆10通過沿水平方向交替層疊第一發(fā)電單元(12a)和第二發(fā)電單元(12b)而構(gòu)成。第一發(fā)電單元(12a)具備第一燃料氣體流路(36)、第一氧化劑氣體流路(50)、第二燃料氣體流路(58)以及第二氧化劑氣體流路(66)，它們被設(shè)定為沿層疊方向相位彼此相同。第二發(fā)電單元(12b)具備被設(shè)定為沿層疊方向相位彼此相同的第一燃料氣體流路(36)、第一氧化劑氣體流路(50)、第二燃料氣體流路(58)以及第二氧化劑氣體流路(66)，它們被設(shè)定為與第一發(fā)電單元(12a)相位不同。
文檔編號H01M8/24GK102057528SQ20098012185
公開日2011年5月11日 申請日期2009年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者后藤修平, 小田優(yōu), 杉田成利, 渡邊康博 申請人:本田技研工業(yè)株式會社