專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)有燃料電池單元并通過(guò)將多個(gè)所述燃料電池單元層疊而成的燃料電池，該燃料電池單元具有在電解質(zhì)膜的兩側(cè)設(shè)置了一對(duì)電極的一個(gè)以上的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體和多個(gè)隔板。
背景技術(shù)：
例如，固體高分子型燃料電池中，通過(guò)隔板來(lái)夾持電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(MEA)，該電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(MEA)在由高分子離子交換膜構(gòu)成的電解質(zhì)膜的兩側(cè)分別配設(shè)有陽(yáng)極側(cè)電極及陰極側(cè)電極。該燃料電池通常通過(guò)層疊規(guī)定個(gè)數(shù)，而作為例如車(chē)載用燃料電池組使用。在燃料電池中，通常層疊幾十 幾百個(gè)燃料電池而構(gòu)成燃料電池組。此時(shí)，需要將燃料電池自身及所述燃料電池彼此正確地定位，例如，已知有日本特開(kāi)2009-283469號(hào)公報(bào)所公開(kāi)的燃料電池組。如圖16所示，該燃料電池組層疊有多個(gè)燃料電池單元1，并且所述燃料電池單元I設(shè)有第一及第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體2a、2b和第一、第二及第三隔板3a、3b及3c。各燃料電池單元I經(jīng)由定位機(jī)構(gòu)4而一體定位。定位機(jī)構(gòu)4具備在第二隔板3b的端緣部一體成形的定位構(gòu)件5,所述定位構(gòu)件5的兩端與第一隔板3a和第三隔板3c卡合。然而，在上述的燃料電池組中，在各燃料電池單元I的中央配置的第二隔板3b的側(cè)部，鼓出形成有樹(shù)脂制的引導(dǎo)部6。因此，僅通過(guò)將引導(dǎo)部6沿著導(dǎo)軌7引導(dǎo)，就能夠容易且正確地將各燃料電池單元I彼此層疊?？墒?，存在將上述的燃料電池組例如收容在框體內(nèi)的情況。此時(shí)，希望將引導(dǎo)部6作為碰撞時(shí)用于保護(hù)電極面的碰撞承受用樹(shù)脂用具來(lái)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明應(yīng)對(duì)這種要求，其目的在于提供一種能夠以簡(jiǎn)單且緊湊的結(jié)構(gòu)有效地提高燃料電池的耐沖擊性，并且能夠確保定位性能的燃料電池。本發(fā)明涉及一種燃料電池，其設(shè)有燃料電池單元并通過(guò)將多個(gè)所述燃料電池單元層疊而成，該燃料電池單元具有在電解質(zhì)膜的兩側(cè)設(shè)有一對(duì)電極的一個(gè)以上的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體和多個(gè)隔板。該燃料電池在各隔板的外周部或各電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的外周部中的沿著層疊方向的同一位置上設(shè)有樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件，并且，在構(gòu)成燃料電池單元的多個(gè)所述隔板中的除了一個(gè)之外的其它全部的所述隔板上設(shè)置的所述樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件上，或在構(gòu)成所述燃料電池單元的多個(gè)所述電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體中的除了一個(gè)之外的其它全部的所述電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體上設(shè)置的所述樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件上，形成有從外周端部向內(nèi)側(cè)離開(kāi)的凹狀的避讓部。根據(jù)本發(fā)明，在燃料電池單元中，設(shè)置在一個(gè)隔板或一個(gè)電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體上的樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件的外周端部從設(shè)置在其它的全部隔板或其它的全部電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體上的各樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件的外周端部的避讓部向外部露出。因此，能夠通過(guò)向外部露出的一個(gè)外周端部，對(duì)各燃料電池單元進(jìn)行定位，從而能夠確保所述燃料電池單元的定位性能。此外，在構(gòu)成燃料電池單元的多個(gè)隔板或多個(gè)電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體中，各樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件的外周端部彼此在除了避讓部之外的部分上沿著層疊方向重合。因此，多個(gè)樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件能夠作為沖擊承受部而發(fā)揮功能，從而可保持的重量及沖擊力良好地增大。由此，能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)有效地提高燃料電池的耐沖擊性，并確保定位性能。


圖I是構(gòu)成本發(fā)明的第一實(shí)施方式的燃料電池的燃料電池單元的主要部分分解立體說(shuō)明圖。圖2是構(gòu)成所述燃料電池單元的第一隔板的主視說(shuō)明圖。 圖3是構(gòu)成所述燃料電池單元的第二隔板的主視說(shuō)明圖。圖4是構(gòu)成所述燃料電池單元的第三隔板的主視說(shuō)明圖。圖5是所述燃料電池的圖I中的V-V線(xiàn)剖視圖。圖6是構(gòu)成所述燃料電池單元的樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件的立體說(shuō)明圖。圖7是將所述燃料電池收容在框體內(nèi)的狀態(tài)的立體說(shuō)明圖。圖8是構(gòu)成本發(fā)明的第二實(shí)施方式的燃料電池的燃料電池單元的主要部分分解立體說(shuō)明圖。圖9是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的燃料電池的分解立體說(shuō)明圖。圖10是所述燃料電池的圖9中的X-X線(xiàn)剖視圖。圖11是構(gòu)成所述燃料電池的第一隔板的主視說(shuō)明圖。圖12是構(gòu)成所述燃料電池的第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的主視說(shuō)明圖。圖13是構(gòu)成所述燃料電池的第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體的主視說(shuō)明圖。圖14是所述燃料電池的圖13中的XIV-XIV線(xiàn)剖視圖。圖15是所述燃料電池的圖13中的XV-XV線(xiàn)剖視圖。圖16是日本特開(kāi)2009-283469號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的燃料電池組的剖視說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明的第一實(shí)施方式的燃料電池10通過(guò)將多個(gè)燃料電池單元12沿著水平方向(箭頭A方向)或重力方向(箭頭C方向)層疊而構(gòu)成。燃料電池單元12設(shè)有第一隔板14、第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(MEA) 16a、第二隔板18、第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16b及第三隔板20。第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20例如通過(guò)鋼板、不銹鋼板、鋁板、鍍敷處理鋼板、或?qū)ζ浣饘俦砻鎸?shí)施了防蝕用的表面處理的金屬板構(gòu)成。第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20通過(guò)將金屬制薄板沖壓加工成波形形狀，而具有截面凹凸形狀。需要說(shuō)明的是，第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20也可以代替金屬隔板而使用碳隔板等。第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16a設(shè)定為比第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16b小的表面積。第一及第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16a、16b例如具備水浸潰于全氟磺酸的薄膜而得到的固體高分子電解質(zhì)膜22 ;夾持所述固體高分子電解質(zhì)膜22的陽(yáng)極側(cè)電極24及陰極側(cè)電極26。構(gòu)成陽(yáng)極側(cè)電極24具有比陰極側(cè)電極26小的表面積的所謂階梯型MEA。固體高分子電解質(zhì)膜22、陽(yáng)極側(cè)電極24及陰極側(cè)電極26分別在箭頭B方向兩端部上下設(shè)置切口來(lái)縮小表面積。陽(yáng)極側(cè)電極24及陰極側(cè)電極26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)載有鉬合金的多孔質(zhì)碳粒子同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)。電極催化劑層形成在固體高分子電解質(zhì)膜22的兩面。在燃料電池單元12的長(zhǎng)邊方向的(箭頭C方向)上端緣部設(shè)有沿著箭頭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。 在燃料電池單元12的長(zhǎng)邊方向的(箭頭C方向)下端緣部設(shè)有沿著箭頭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。在燃料電池單元12的短邊方向(箭頭B方向)的一端緣部設(shè)有沿著箭頭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，并且在所述燃料電池單元12的短邊方向的另一端緣部設(shè)有用于排出所述冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)出口連通孔34b。如圖2所示，在第一隔板14的朝向第一電解質(zhì)膜-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32a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具有沿著箭頭C方向延伸的多個(gè)波狀流路槽，并且在所述第一燃料氣體流路36的入口(上端部)及出口(下端部)附近分別設(shè)有具備多個(gè)壓花的入口緩沖部38及出口緩沖部40。在第一隔板14的面14b上形成有將冷卻介質(zhì)入口連通孔34a和冷卻介質(zhì)出口連通孔34b連通的冷卻介質(zhì)流路44。冷卻介質(zhì)流路44為第一燃料氣體流路36的背面形狀。如圖3所示，在第二隔板18的朝向第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16a的面18a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連通的第一氧化劑氣體流路50。第一氧化劑氣體流路50具有沿著箭頭C方向延伸的多個(gè)波狀流路槽。在第一氧化劑氣體流路50的入口(上端部)及出口(下端部)附近設(shè)有入口緩沖部52及出口緩沖部54。如圖I所示，在第二隔板18的朝向第二電解質(zhì)膜-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32a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具有沿著箭頭C方向延伸的多個(gè)波狀流路槽，并且在所述第二燃料氣體流路58的入口(上端部)及出口(下端部)附近設(shè)有入口緩沖部60及出口緩沖部62。如圖4所示，在第三隔板20的朝向第二電解質(zhì)膜-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具有沿著箭頭C方向延伸的多個(gè)波狀流路槽。在第二氧化劑氣體流路66的入口(上端部)及出口(下端部)附近設(shè)有入口緩沖部68及出口緩沖部70。如圖I所示，在第三隔板20的面20b上形成有將冷卻介質(zhì)入口連通孔34a和冷卻介質(zhì)出口連通孔34b連通的冷卻介質(zhì)流路44。冷卻介質(zhì)流路44通過(guò)第一燃料氣體流路36及第二氧化劑氣體流路66的背面形狀(波形形狀)的重合而形成。在第一隔板14的面14a、14b上一體成形有圍繞該第一隔板14的外周端緣部的第一密封構(gòu)件74。在第二隔板18的面18a、18b上一體成形有圍繞該第二隔板18的外周端緣部的第二密封構(gòu)件76，并且在第三隔板20的面20a、20b上一體成形有圍繞該第三隔板20的外周端緣部的第三密封構(gòu)件78。作為第一至第三密封構(gòu)件74、76及78，例如使用EPDM、NBR、氟橡膠、硅橡膠、硅氟 橡膠、丁基橡膠、天然橡膠、苯乙烯橡膠、氯丁二烯或丙烯酸橡膠等密封材料、緩沖材料或填密材料。如圖I及圖2所示，在第一隔板14上形成有將燃料氣體入口連通孔32a和第一燃料氣體流路36連通的多個(gè)外側(cè)供給孔部80a及多個(gè)內(nèi)側(cè)供給孔部80b。在第一隔板14上形成有將燃料氣體出口連通孔32b和第一燃料氣體流路36連通的多個(gè)外側(cè)排出孔部82a及多個(gè)內(nèi)側(cè)排出孔部82b。如圖3所示，在第二隔板18的面18a上，在氧化劑氣體入口連通孔30a及氧化劑氣體出口連通孔30b與第一氧化劑氣體流路50的連通部分上設(shè)有多個(gè)入口側(cè)連結(jié)流路84a及多個(gè)出口側(cè)連結(jié)流路84b。在第二隔板18上設(shè)有將燃料氣體入口連通孔32a和第二燃料氣體流路58連通的多個(gè)供給孔部86、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(gè)排出孔部88。如圖4所示，在第三隔板20的面20a上設(shè)有將氧化劑氣體入口連通孔30a及氧化劑氣體出口連通孔30b與第二氧化劑氣體流路66連通的多個(gè)入口側(cè)連結(jié)流路89a及多個(gè)出口側(cè)連結(jié)流路89b。如圖I所示，在第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20的外周緣部分別設(shè)有多個(gè)樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90a、90b及90c。樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90a、90b及90c由PPS (聚苯硫醚)、POM (聚縮醛)、PBT (聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯)、PEEK (聚醚醚酮)、LCP (液晶聚合物)、聚酰亞胺或ABS樹(shù)脂等構(gòu)成。樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90a、90b及90c可以將預(yù)先由絕緣樹(shù)脂成形的成形件通過(guò)緊固或粘接等固定于在構(gòu)成第一隔板14 第三隔板20的金屬板上設(shè)置的切口部，或者也可以在所述金屬板的所述切口部將絕緣樹(shù)脂一體地注射模塑成形。孔部92a、92b相互并列地設(shè)置在樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90c上。在樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90a、90b上形成有沿著箭頭A方向與樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90c的孔部92a、92b連通的孔部94a、94b及 96a、96b。如圖5所示，孔部92a、92b的直徑設(shè)定成比孔部94a、94b及96a、96b的直徑小。在相對(duì)于層疊方向每隔一個(gè)配置的燃料電池單元12中，向孔部92a、94a及96a插入連接構(gòu)件、例如在半徑方向上具有多個(gè)開(kāi)口的絕緣性樹(shù)脂夾緊件98，在其它的每隔一個(gè)配置的燃料電池單元12中，向各孔部92b、94b及96b同樣地插入作為連接構(gòu)件的絕緣性樹(shù)脂夾緊件98。各絕緣性樹(shù)脂夾緊件98中，頭部98a卡止于第三隔板20，而大徑的凸緣部98b與第一隔板14抵接，從而將第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20沿著層疊方向一體地保持。如圖6所示，樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90a、90b及90c分別設(shè)有從第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20的外周端面EF向外部突出的外周端部IOOaUOOb及100c。構(gòu)成燃料電池單元12的第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20 (多個(gè)隔板)中，在除了所述第二隔板18之外的第一隔板14及第三隔板20上設(shè)置的樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90a、90c上形成有從外周端部100a、IOOc向內(nèi)側(cè)離開(kāi)的凹狀的避讓部102a、102b。避讓部102a、102b優(yōu)選設(shè)置在樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90a、90c的大致中央部。 如圖7所示，燃料電池10被收容在框體110內(nèi)?？蝮w110具備在燃料電池單元12的層疊方向兩端配置的端板112a、112b ;在所述燃料電池單元12的側(cè)部配置的四張側(cè)部面板114a 114d ;將所述端板112a、112b及所述側(cè)部面板114a 114d相互連結(jié)的鉸鏈機(jī)構(gòu)116。側(cè)部面板114a 114d由不銹鋼(SUS304等)、其它的金屬材料或碳材料構(gòu)成。如圖5所示，在框體110內(nèi)，構(gòu)成各燃料電池單元12的第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20的各樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90a、90b及90c的各自的外周端部100a、IOOb及IOOc能夠一體地抵接于框體內(nèi)表面(側(cè)部面板114a 114d的內(nèi)表面)。需要說(shuō)明的是，也可以取代使用框體110，而在端板112a、112b之間架設(shè)桿(未圖示)，在所述桿的內(nèi)表面一體地抵接外周端部IOOaUOOb及100c。以下，說(shuō)明該燃料電池10的動(dòng)作。首先，如圖I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32a供給含氫氣體等燃料氣體。而且，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，氧化劑氣體被從氧化劑氣體入口連通孔30a向第二隔板18的第一氧化劑氣體流路50及第三隔板20的第二氧化劑氣體流路66導(dǎo)入(參照?qǐng)D3及圖4)。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(dòng)，向第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16a的陰極側(cè)電極26供給，并且沿著第二氧化劑氣體流路66向箭頭C方向移動(dòng)，向第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16b的陰極側(cè)電極26供給(參照?qǐng)DI)。另一方面，如圖I及圖2所示，燃料氣體從燃料氣體入口連通孔32a通過(guò)外側(cè)供給孔部80a向第一隔板14的面14b側(cè)移動(dòng)。而且，燃料氣體被從內(nèi)側(cè)供給孔部80b向面14a側(cè)導(dǎo)入。因此，如圖2所示，燃料氣體向入口緩沖部38輸送，沿著第一燃料氣體流路36向重力方向(箭頭C方向)移動(dòng)，被供給到第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16a的陽(yáng)極側(cè)電極24。另外，如圖3所示，燃料氣體通過(guò)供給孔部86向第二隔板18的面18b側(cè)移動(dòng)。因此，燃料氣體如圖I所示那樣在面18b側(cè)被供給到入口緩沖部60，之后沿著第二燃料氣體流路58向箭頭C方向移動(dòng)，而向第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16b的陽(yáng)極側(cè)電極24供給。因此，在第一及第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16a、16b中，向陰極側(cè)電極26供給的氧化劑氣體和向陽(yáng)極側(cè)電極24供給的燃料氣體在電極催化劑層內(nèi)通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)被消耗而進(jìn)行發(fā)電。接著，向第一及第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16a、16b的各陰極側(cè)電極26供給而被消耗后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。向第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16a的陽(yáng)極側(cè)電極24供給而被消耗后的燃料氣體如圖2所示，從出口緩沖部40通過(guò)內(nèi)側(cè)排出孔部82b被向第一隔板14的面14b側(cè)導(dǎo)出。如圖I所示，向面14b側(cè)導(dǎo)出的燃料氣體被導(dǎo)入到外側(cè)排出孔部82a，并再次向面14a側(cè)移動(dòng)。因此，如圖2所示，燃料氣體從外側(cè)排出孔部82a向燃料氣體出口連通孔32b排出。另外，向第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16b的陽(yáng)極側(cè)電極24供給而被消耗后的燃料氣體從出口緩沖部62通過(guò)排出孔部88而向面18a側(cè)移動(dòng)。該燃料氣體如圖3所示那樣向燃料氣體出口連通孔32b排出。另一方面，被供給到冷卻介質(zhì)入口連通孔34a的冷卻介質(zhì)如圖I所示，被導(dǎo)入到在第一隔板14與第三隔板20之間形成的冷卻介質(zhì)流路44之后，向箭頭B方向流通。該冷卻介質(zhì)在將第一及第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16a、16b冷卻之后，向冷卻介質(zhì)出口連通孔34b排出。這種情況下，在第一實(shí)施方式中，在規(guī)定的燃料電池單元12中，向樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu) 件90a、90b及90c的各孔部94a、96a及92a插入絕緣性樹(shù)脂夾緊件98，并且在其它規(guī)定個(gè)數(shù)的燃料電池單元12中，向各孔部94b、96b及92b插入絕緣性樹(shù)脂夾緊件98。接下來(lái)，分別組裝成一體的各燃料電池單元12如圖6所示，僅樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90b的外周端部IOOb向外部露出，其中該樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90b設(shè)置于在各燃料電池單元12的中央配置的第二隔板18上。這是由于在夾著樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90b配置的樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90a,90c的外周端部100a、IOOc上形成有向內(nèi)側(cè)離開(kāi)的避讓部102a、102b。避讓部102a、102b的寬度W大于導(dǎo)軌120的寬度Wa。因此，僅通過(guò)將樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90b的外周端部IOOb沿著導(dǎo)軌120引導(dǎo)，就能夠容易且正確地將燃料電池單元12彼此層疊。此外，在第一實(shí)施方式中，在構(gòu)成燃料電池單元12的第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20中，各樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90a、90b及90c的外周端部100a、IOOb及IOOc彼此在除了避讓部102a、102b之外的部分(避讓部102a、102b的兩側(cè)部分)處沿著層疊方向重合。因此，如圖5所示，各樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90a、90b及90c—體地抵接在框體110的內(nèi)表面。由此，各樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90a、90b及90c能夠分別作為沖擊承受部而發(fā)揮功能，從而能夠有效地增加可保持的重量及沖擊力。因此，能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，有效地提高燃料電池10的耐沖擊性,并且能夠確保定位性能。圖8是構(gòu)成本發(fā)明的第二實(shí)施方式的燃料電池130的燃料電池單元132的主要部分分解立體說(shuō)明圖。需要說(shuō)明的是，對(duì)于與第一實(shí)施方式的燃料電池10相同的結(jié)構(gòu)要素,標(biāo)注同一參照符號(hào)，并省略其詳細(xì)說(shuō)明。而且，在以下說(shuō)明的第三實(shí)施方式中同樣省略其詳細(xì)說(shuō)明。燃料電池單元132具備第一隔板134、電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體16及第二隔板136。在第一隔板134及第二隔板136的外周緣部分別設(shè)有多個(gè)樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90b、90c。樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90b、90c分別具有向外側(cè)突出的外周端部100b、100c，并且在所述外周端部IOOc形成有避讓部102b。在該第二實(shí)施方式中，在一體地組裝出燃料電池單元132之后，僅將在第一隔板134上設(shè)置的樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90b的外周端部IOOb作為用于將各燃料電池單元132彼此定位的定位基準(zhǔn)使用。
另一方面，在第一隔板134及第二隔板136上設(shè)置的樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90b、90c的除了避讓部102b之外的外周端部100b、100c沿著層疊方向在同一位置相互重合。因此，各樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件90b、90c作為沖擊承受部而發(fā)揮功能，從而能夠能得到與上述的第一實(shí)施方式同樣的效果，即，以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，有效地提高燃料電池130的耐沖擊性，并且能夠確保定位性能等。圖9是構(gòu)成本發(fā)明的第三實(shí)施方式的燃料電池140的燃料電池單元142的主要部分分解立體說(shuō)明圖。燃料電池單兀142設(shè)有第一隔板144、第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(MEA) 146a、第二隔板148、第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146b及第三隔板150。第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146a及第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146b具備水浸潰于全氟磺酸的薄膜而得到的固體高分子電解質(zhì)膜152 ;夾持所述固體高分子電解質(zhì)膜152的陰極側(cè)電極154及陽(yáng)極側(cè)電極156 (參照?qǐng)D10)。
·
固體高分子電解質(zhì)膜152設(shè)定成比陰極側(cè)電極154及陽(yáng)極側(cè)電極156表面積大。在該固體高分子電解質(zhì)膜152的外周端緣部，例如通過(guò)注射模塑成形而一體成形出樹(shù)脂制的框部(框狀外周樹(shù)脂框架)158。作為樹(shù)脂材料，除了通用塑料之外，還可以采用工程塑料或超級(jí)工程塑料等。如圖9所示，在框部158的箭頭B方向的一端緣部沿著箭頭C方向(鉛垂方向)排列設(shè)有氧化劑氣體入口連通孔30a、冷卻介質(zhì)出口連通孔34b及燃料氣體出口連通孔32b。在框部158的箭頭B方向的另一端緣部沿著箭頭C方向排列設(shè)有燃料氣體入口連通孔32a、冷卻介質(zhì)入口連通孔34a及氧化劑氣體出口連通孔30b。第一隔板144、第二隔板148及第三隔板150的外周部配置在氧化劑氣體入口連通孔30a、冷卻介質(zhì)入口連通孔34a、燃料氣體出口連通孔32b、燃料氣體入口連通孔32a、冷卻介質(zhì)出口連通孔34b及氧化劑氣體出口連通孔30b (以下，也簡(jiǎn)稱(chēng)為流體連通孔)的內(nèi)側(cè)。如圖9及圖11所示，在第一隔板144的箭頭B方向兩端設(shè)有與氧化劑氣體入口連通孔30a及氧化劑氣體出口連通孔30b對(duì)應(yīng)而突出的突起部160a、160b。將氧化劑氣體入口連通孔30a與第一氧化劑氣體流路50連通的入口流路162a呈波狀地形成于突起部160a，而將氧化劑氣體出口連通孔30b與所述第一氧化劑氣體流路50連通的出口流路162b呈波狀地形成于關(guān)起部160b。在第一隔板144的箭頭C方向兩端部中央形成有向外側(cè)突出的突出部164a、164b。在突出部164a、164b貫通形成有頂銷(xiāo)孔166a、166b。如圖9所示，在第二隔板148的箭頭B方向兩端設(shè)有與燃料氣體入口連通孔32a及燃料氣體出口連通孔32b對(duì)應(yīng)而突出的突起部168a、168b、以及與氧化劑氣體入口連通孔30a及氧化劑氣體出口連通孔30b對(duì)應(yīng)而突出的突起部170a、170b。在第二隔板148的面148a上，將燃料氣體入口連通孔32a與第一燃料氣體流路36連通的入口流路172a呈波狀地形成于突起部168a，而將燃料氣體出口連通孔32b與所述第一燃料氣體流路36連通的出口流路172b呈波狀地形成于突起部168b。在第二隔板148的面148b上，將氧化劑氣體入口連通孔30a與第二氧化劑氣體流路66連通的入口流路174a呈波狀地形成于突起部170a，而將氧化劑氣體出口連通孔30b與所述第二氧化劑氣體流路66連通的出口流路174b呈波狀地形成于突起部170b。
在第二隔板148的箭頭C方向兩端部中央形成有向外側(cè)突出的突出部176a、176b。在突出部176a、176b貫通形成有頂銷(xiāo)孔178a、178b。在第三隔板150的箭頭B方向兩端設(shè)有與燃料氣體入口連通孔32a及燃料氣體出口連通孔32b對(duì)應(yīng)而突出的突起部180a、180b、以及與冷卻介質(zhì)入口連通孔34a及冷卻介質(zhì)出口連通孔34b對(duì)應(yīng)而突出的突起部182a、182b。在面150a側(cè)將燃料氣體入口連通孔32a和第二燃料氣體流路58連通的入口流路184a呈波狀地形成于突起部180a，而將燃料氣體出口連通孔32b和所述第二燃料氣體流路58連通的出口流路184b呈波狀地形成于突起部180b。在面150b側(cè)將冷卻介質(zhì)入口連通孔34a和冷卻介質(zhì)流路44連通的入口流路186a呈波狀地形成于突起部182a，而將冷卻介質(zhì)出口連通孔34b和所述冷卻介質(zhì)流路44連通的出口流路186b呈波狀地形成于突起部182b。在第三隔板150的箭頭C方向兩端部中央形成有向外側(cè)突出的突出部188a、188b。在突出部188a、188b貫通形成有頂銷(xiāo)孔190a、190b。在第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146a的框部158—體成形有密封構(gòu)件192。如圖10所示，該密封構(gòu)件192在第一隔板144側(cè)的面上設(shè)有圍繞所述第一隔板144的外周緣部而與該外周緣部滑動(dòng)接觸的第一密封部192a。如圖10及圖12所示，在密封構(gòu)件192的第二隔板148側(cè)的面上設(shè)有圍繞所述第二隔板148的外周部緣部而與該外周部緣部滑動(dòng)接觸的第二密封部192b、以及位于所述第二隔板148的外周部外側(cè)且與相鄰的第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146b的框部158滑動(dòng)接觸的第三密封部192c。如圖12所示，第三密封部192c在第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146a的箭頭C方向兩端側(cè)中央以分別向外側(cè)迂回的方式形成，并且在各迂回部與第二密封部192b之間貫通形成有頂銷(xiāo)孔194a、194b。在第一電解膜-電極結(jié)構(gòu)體146a的各長(zhǎng)邊上的頂銷(xiāo)孔194a、194b的兩側(cè)，樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件196a與框部158 —體成形。需要說(shuō)明的是，樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件196a也可以與框部158分體地構(gòu)成。在樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件196a的外周端部198a形成有從所述外周端部198a向內(nèi)側(cè)離開(kāi)的凹狀的避讓部200。如圖10及圖13所示，在第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146b的框部158上一體成形有第二密封構(gòu)件202。該第二密封構(gòu)件202在第三隔板150側(cè)的面上設(shè)有圍繞所述第三隔板150的外周緣部而與該外周緣部滑動(dòng)接觸的第一密封部202a ;位于所述第三隔板150的外周部外側(cè)并與相鄰的第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146a的框部158滑動(dòng)接觸的第二密封部202b。如圖13所示，第二密封部202b以在箭頭C方向兩端緣部中央側(cè)向外側(cè)迂回的方式形成，并且在所述第二密封部202b的迂回部與第一密封部202a之間，頂銷(xiāo)構(gòu)件204 —體地成形于框部158。如圖14所示，頂銷(xiāo)構(gòu)件204具備向第二隔板148側(cè)鼓出的外側(cè)鼓出部206a，所述外側(cè)鼓出部206a—體地插入到所述第二隔板148的頂銷(xiāo)孔178a、第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146a的頂銷(xiāo)孔194a及第一隔板144的頂銷(xiāo)孔166a內(nèi)。在外側(cè)鼓出部206a的內(nèi)周側(cè)經(jīng)由臺(tái)階部206b而形成有孔部206c。、
頂銷(xiāo)構(gòu)件204具有向外側(cè)鼓出部206a的相反側(cè)鼓出的內(nèi)側(cè)鼓出部206d。內(nèi)側(cè)鼓出部206d配置于相鄰的第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146b的頂銷(xiāo)構(gòu)件204的臺(tái)階部206b。如圖13所示，在第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146b的框部158 —體成形有樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件196b。樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件196b設(shè)有外周端部198b，并且該外周端部198b從設(shè)置在第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146a的樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件196a上的避讓部200向外側(cè)露出(參照?qǐng)D15)。以下，簡(jiǎn)要說(shuō)明該燃料電池140的動(dòng)作。如圖9所示，被供給到氧化劑氣體入口連通孔30a的氧化劑氣體經(jīng)由形成在第一隔板144的突起部160a上的入口流路162向第一氧化劑氣體流路50供給，并且經(jīng)由形成在第二隔板148的突起部170a上的入口流路174a向第二氧化劑氣體流路66供給。在第一氧化劑氣體流路50中流通后的氧化劑氣體從形成在第一隔板144的突起 部160b上的出口流路162b向氧化劑氣體出口連通孔30b排出，并且在第二氧化劑氣體流路66中流通后的氧化劑氣體從形成在第二隔板148的突起部170b上的出口流路174b向所述氧化劑氣體出口連通孔30b排出。另一方面，被供給到燃料氣體入口連通孔32a的燃料氣體從形成在第二隔板148的突起部168a上的入口流路172a向第一燃料氣體流路36供給，并且從形成在第三隔板150的突起部180a上的入口流路184a向第二燃料氣體流路58供給。在第一燃料氣體流路36中流通后的燃料氣體從形成在第二隔板148的突起部168b上的出口流路172b向燃料氣體出口連通孔32b排出，并且在第二燃料氣體流路58中流通后的燃料氣體從形成在第三隔板150的突起部180b上的出口流路184b向燃料氣體出口連通孔32b排出。另外，被供給到冷卻介質(zhì)入口連通孔34a的冷卻介質(zhì)從形成在第三隔板150的突起部182a上的入口流路186a向冷卻介質(zhì)流路44供給。該冷卻介質(zhì)在冷卻介質(zhì)流路44中流通后，從形成在突起部182b上的出口流路186b向冷卻介質(zhì)出口連通孔34b排出。這種情況下，在第三實(shí)施方式中，在第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146a的樹(shù)脂框158上形成的樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件196a的外周端部198a上形成有避讓部200。因此，在組裝完燃料電池140的狀態(tài)下，形成在第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146b的樹(shù)脂框158上的樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件196b的外周端部198b從與避讓部200對(duì)應(yīng)的部分向外部露出。因此，能夠?qū)?shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件196b的外周端部198b作為導(dǎo)軌引導(dǎo)用使用，從而能夠得到與上述的第一實(shí)施方式同樣的效果。而且，如圖14所示，在第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146b的樹(shù)脂框158—體成形有頂銷(xiāo)構(gòu)件204。該頂銷(xiāo)構(gòu)件204的外側(cè)鼓出部206a —體地插入到第二隔板148的頂銷(xiāo)孔194a及第一隔板144的頂銷(xiāo)孔166a中。因此,通過(guò)第一隔板144及第二隔板148能夠有效地承受第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146a及第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體146b的載荷，能夠有效地提高燃料電池單元142整體的剛性。需要說(shuō)明的是，在第一實(shí)施方式中，采用兩張MEA與三張隔板的組合，在第二實(shí)施方式中，米用一張MEA與兩張隔板的組合,在第三實(shí)施方式中，米用兩張MEA與兩張隔板的組合，但并未限定于此。例如，也可以使用將三張以上的MEA與四張以上的隔板組合而成的燃料電池單元。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池，其設(shè)有燃料電池單元(12、142)并通過(guò)將多個(gè)所述燃料電池單元(12、142)層疊而成，該燃料電池單元(12、142)具有在電解質(zhì)膜的兩側(cè)設(shè)有一對(duì)電極的一個(gè)以上的電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體和多個(gè)隔板，所述燃料電池的特征在于， 在各隔板(14、18、20)的外周部或各電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(146a、146b)的外周部中的沿著層疊方向的同一位置上設(shè)有樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件(90a 90c、196a、196b)，并且， 在構(gòu)成所述燃料電池單元(12)的多個(gè)所述隔板(14、18、20)中的除了一個(gè)之外的其它全部的所述隔板(14、20)上設(shè)置的所述樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件(90a、90c)上，或在構(gòu)成所述燃料電池單元(142)的多個(gè)所述電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(146a、146b)中的除了一個(gè)之外的其它全部的所述電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(146a)上設(shè)置的所述樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件(196b)上，形成有從外周端部向內(nèi)側(cè)離開(kāi)的凹狀的避讓部(102a、200)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池，其特征在于， 所述樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件(90a 90c)的所述外周端部從所述隔板(14、18、20)的外周端面向外部突出。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的燃料電池，其特征在于， 具備用于對(duì)各所述燃料電池單元(12)進(jìn)行一體地組裝的連結(jié)構(gòu)件(98)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池，其特征在于， 具備用于收容層疊的多個(gè)所述燃料電池單元(12)的框體(110)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池，其特征在于， 所述電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(146a、146b)具有框狀外周樹(shù)脂框架(158)，所述樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件(196a、196b) —體地構(gòu)成在所述框狀外周樹(shù)脂框架(158)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于， 所述電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(146a、146b)的所述框狀外周樹(shù)脂框架(158)和所述隔板(144、148)通過(guò)頂銷(xiāo)(204)定位。
全文摘要
構(gòu)成燃料電池(10)的燃料電池單元(12)設(shè)有第一隔板(14)、第一電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(16a)、第二隔板(18)、第二電解質(zhì)膜-電極結(jié)構(gòu)體(16b)及第三隔板(20)。在第一隔板(14)、第二隔板(18)及第三隔板(20)的外周緣部設(shè)有樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件(90a、90b及90c)。樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件(90a、90b及90c)具有向外側(cè)突出的外周端部(100a、100b及100c)，并且在所述樹(shù)脂制引導(dǎo)構(gòu)件(90a、90c)上形成有從所述外周端部(100a、100c)向內(nèi)側(cè)離開(kāi)的凹狀的避讓部(102a、102b)。
文檔編號(hào)H01M8/02GK102763262SQ20118001001
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者中村哲也, 后藤修平, 田中廣行, 石田堅(jiān)太郎 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社