CN101331633A - 燃料电池的隔板 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在减小在由彼此波状相邻的凸部和凹部形成的多个条纹状或线状的流体流路与用于分配待导入这些流体流路中的反应气体或冷却水的分配流路之间的边界部中的差压。燃料电池的隔板(20)的结构包括：由形成于隔板(20)的表面上的相邻的凸部(21a)和凹部(21b)形成的条纹状流路；和用于将导入的流体分配到流体流路(10)中的分配流路(12)。在线状流体流路(10)与分配流路(12)之间的边界部中，构成流体流路(10)的凸部(21a)与凹部(21b)的末端位置在流体流路(10)的条纹方向上错开。优选地，凹部(21b)的末端定位成比凸部(21a)的末端更接近分配流路(12)。优选地，隔板(20)具有成一体类型的结构。

Description

燃料电池的隔板
技术领域
本发明涉及一种燃料电池的隔板。更具体地，本发明涉及一种用于夹持MEA的隔板结构，在该MEA中在电解质的两侧设置电极。
背景技术
对于适用于燃料电池的隔板，已知一种结构，该结构设置有由以波状形式彼此相邻地布置的多个凸部和凹部形成的条纹状(筋状)或线状的流体流路，以及用于分配待导入这些流体流路中的反应气体或冷却水的分配流路(例如，参见专利文献1)。
[专利文献1]日本专利申请未审定公报No.2005-243651
发明内容
然而，在具有这种结构的隔板中，存在特别是在流体流路与分配流路之间的边界部附近的差压(压力损失)很大的问题。当边界部附近的差压如此之大时，在便于确保流体密封性以及气体供给压力(供给能力)的大小方面可能会引起问题。
为解决这些问题，本发明的目的在于提供一种燃料电池的隔板，该隔板具有能够减小在由以波状形式彼此相邻地布置的多个凸部和凹部形成的条纹状或线状的流体流路与用于分配待导入这些流体流路中的反应气体或冷却水的分配流路之间的边界部中的差压的结构。
为解决所述问题，本发明人进行了各种调查研究。在调查研究中，本发明人着眼于常规的隔板结构，特别是以条纹状或线状的形式形成的流体流路与形成为与这些流体流路相接触的分配流路之间的边界部附近的结构，并且本发明人发现了能够解决所述问题的技术。
本发明是基于所述的发现而研发出的，并且提供了一种燃料电池的隔板，所述隔板形成为允许反应气体或冷却水流通，并且包括：由形成于所述隔板的表面上的相邻的凸部和凹部形成的条纹状流体流路；和将待导入所述流体流路的流体分配到这些流体流路的分配流路，其中，构成所述流体流路的所述凸部的末端位置和所述凹部的末端位置在所述流体流路的条纹方向上错开。
具有前述结构的隔板具有一种其中凸部(例如凸肋)的末端位置与凹部(例如凹槽)的末端位置不同的结构，换言之，具有一种其中凸部的起始端(或终止端)的所谓相位与凹部的起始端(或终止端)相位不同的结构。在这种情况下，例如从分配流路流向气体流路的反应气体的通向气体流路的导入部的区域(或从分配流路流向冷却水流路的冷却水的通向冷却水流路的导入部的区域)可以增大。因此，与如常规示例中构成流体流路的凸部和凹部的末端设置在相同的线上而不具有相位差的情况相比，可减小流体流路与分配流路之间的边界部中的差压(作用于流体上的差压，也称为“压力损失”)。因此，容易地确保了流体流路中的流体密封性，且不必如常规结构中那样增大反应气体或冷却水的供给压力(供给能力)。
另外，在所述燃料电池的隔板中，优选其中所述凹部的末端定位成比所述凸部的末端更接近所述分配流路的结构。在这种情况下，在设置有凹部和凸部那一侧的表面中，特别是在流体流路与分配流路之间的边界部附近，对于在该表面上流动的流体而言减小了差压。
另外，优选的是所述燃料电池的隔板具有前后表面成一体类型的结构。在这种情况下，例如，如上所述，在(前表面中)凹部的末端定位成比凸部的末端更接近分配流路的情况下，后表面中设置有逆向结构，即，凸部的末端定位成比凹部的末端更接近分配流路。在这种结构中，流体流经前表面的方式可与流体流经后表面的方式不同，使得流经前后表面的流体的流速或流量可由隔板结构控制。
另外，优选的是所述分配流路设置有多个突起。这些突起起到使流经分配流路的流体(反应气体或冷却水)被更均匀地分配到流体流路中的作用。另外，叠置的隔板的突起彼此邻接，由此所述突起起到相互支持以使分配流路不变形的作用。
另外，所述分配流路可以是流体返回部、导入部和排出部中的一者。
另外，所述燃料电池的隔板可以是金属隔板。
附图说明
图1A是示出根据本发明第一实施例的隔板的结构示例的隔板平面图；
图1B是沿图1A的B-B线剖开的隔板的剖视图；
图1C是沿图1A的C-C线剖开的隔板的剖视图；
图2A是示出图1A所示的隔板在氧化气体入口侧歧管附近的放大结构的平面图；
图2B是示出图1C所示的隔板在氧化气体入口侧歧管附近的放大结构的剖视图；
图3A是示出本发明第一实施例中的凸肋的和凹槽的末端附近的结构的平面图；
图3B是沿图3A的B-B线剖开的剖视图；
图3C是沿图3A的B-B线剖开的剖视图，并且示出气体导入部的横截面的面积；
图3D是沿图3A的D-D线剖开的剖视图；
图4是示出本发明第一实施例中的凸肋和凹槽的末端附近的结构的透视图；
图5A是示出本发明第二实施例中的凸肋和凹槽的末端附近的结构的平面图；
图5B是沿图5A的B-B线剖开的剖视图；
图5C是沿图5A的C-C线剖开的剖视图；
图6是示出本发明第三实施例中的隔板的结构示例的平面图；
图7是示出图6所示的隔板在氧化气体入口侧歧管附近的放大结构的图；
图8是示出本发明第四实施例中的隔板的结构示例的平面图；
图9是示出图8所示的隔板中在氧化气体入口侧歧管附近的放大结构的图；
图10是示出在MEA和隔板层积的情况下的线状流路部分的结构示例的剖视图；
图11是示出在MEA和隔板层积的情况下的分配流路部分的结构示例的剖视图；
图12是示出根据本发明各实施例的燃料电池的分解的电池单体的分解透视图。
具体实施方式
将参照附图说明本发明的优选实施形式。以下实施例示出了本发明，但本发明不限于以下实施例并且可进行各种修改来实施。
图1A到图12示出根据本发明的燃料电池的隔板的实施例。隔板20夹持膜电极组件(MEA)30以构成燃料电池1，在该膜电极组件30中在电解质膜(聚合物电解质膜)31的相对两侧上设置有电极32a、32b，该隔板20的结构设置有由包括线状肋的凸部(凸肋)21a和包括槽的凹部(凹槽)21b构成并且供给流体的线状流体流路以及由定位在凸部21a和凹部21b之间的高度处的平表面构成的分配流路12。以下实施例的特征在于，在该燃料电池1的隔板20中的线状流体流路与分配流路12之间的边界部中，关于与线状流体流路的流动方向相垂直的线，凸部21a的末端位置与凹部21b的末端位置不同。
在以下实施例中，首先将说明构成燃料电池1的(电池)组3的概略构成，然后再详细说明隔板20的结构(参见图12等)。应当指出，在本实施例中说明的燃料电池1的隔板20设置有直线型的或蜿蜒(曲线，serpentine)型的流体流路，这些流体流路的流体入口或流体出口设置有用于将流体分配到多个流体流路中的分配流路(分配部)12。
图12示出本实施例中的燃料电池1的电池2的概略构成。应当指出，通过层积这些电池2而构成的燃料电池1可用作例如燃料电池混合动力车辆(FCHV)的车载发电***，但燃料电池不限于该示例，燃料电池还可用作安装在自驱动体——如任何类型的移动体(例如，船舶、航空器等)或机器人——上的发电***等。
电池2由MEA 30和将MEA 30夹持于其间的一对隔板(在图12中由附图标记20a、20b表示)构成(参见图12)。MEA 30和隔板20a、20b基本形成为矩形的板状。另外，MEA 30的外形形成为比隔板20a、20b的外形略小。另外，MEA 30以及隔板20a、20b的周边部与第一密封部件13a和第二密封部件13b一同由成型树脂模制而成。
MEA 30由包括聚合物材料的离子交换膜的聚合物电解质膜(以下也简称为电解质膜)31以及夹持电解质膜31的两表面的一对电极32a、32b(一阳极和一阴极)构成。在这些部件中，电解质膜31形成为略大于电极32a、32b。电解质膜31以留出周缘部33的状态，通过例如热压工艺与电极32a、32b相接合。
构成MEA 30的电极32a、32b由例如带有附着于材料表面的催化剂(如铂)的多孔碳材料(扩散层)构成。向一电极(阳极)32a供给氢气作为燃料气体，向另一电极(阴极)32b供给氧化气体(如空气)或氧化剂。这两种气体引起MEA 30内的电化学反应以获得电池2的电动势。
隔板20a、20b由不透气的导电材料构成。导电材料的示例包括碳、导电性的硬树脂以及诸如如铝或不锈钢之类的金属。本实施例的隔板20a、20b的基材由板状金属(金属隔板)形成，该基材在电极32a、32b侧的表面设置有具有优秀的耐腐蚀性的薄膜(例如，镀金的膜)。
另外，隔板20a、20b的两表面都设置有由多个凹部构成的槽状流路。在本实施例的隔板20a、20b的基材是由例如板状金属制成的情况下，这些流路可通过压制形成。以此方式形成的槽状流路构成氧化气体的气体流路34、氢气的气体流路35以及冷却水流路36。更具体地，在隔板20a的在电极32a侧的内表面中形成多个氢气的气体流路35，在隔板的后表面(外表面)中形成多个冷却水流路36(见图12)。同样，在隔板20b的在电极32b侧的内表面中形成多个氧化气体的气体流路34，在隔板的后表面(外表面)中形成多个冷却水流路36(参见图12)。例如，在本实施例中，这些气体流路34和气体流路35相互平行地形成于电池2中。另外，在本实施例中，在两电池2、2设置成彼此相邻使得一个电池2的隔板20a的外表面与相邻的电池2的隔板20b的外表面相连接情况下，这两个电池的冷却水流路36形成一体以形成具有例如矩形截面的流路(参见图10、图12)。应当指出，在相邻电池2、2的隔板20a与隔板20b之间的周边部由成型树脂模制而成。
另外，在隔板20a或隔板20b的沿长度方向的一个端部附近(在本实施例中，在图12中示出为朝向左侧的一个端部的近旁)，形成有氧化气体的入口侧歧管15a、氢气的出口侧歧管16b、以及冷却水(在图12中由标记C表示)的出口侧歧管17b。例如，在本实施例中，这些歧管15a、15b和17b由设置在隔板20a、20b中的基本为矩形或梯形的通孔形成(参见图6、图12)。另外，隔板20a或20b的另一个端部设置有氧化气体的出口侧歧管15b、氢气的入口侧歧管16a、以及冷却水的入口侧歧管17a。在本实施例中，这些歧管15b、16a和17a也由基本为矩形或梯形的通孔形成(参见图6、图12)。
在上述歧管中，隔板20a中的用于氢气的入口侧歧管16a和出口侧歧管16b分别经由在隔板20a中形成为槽状的入口侧连接通路61和出口侧连接通路62与氢气的气体流路35相连通。同样，隔板20b中的用于氧化气体的入口侧歧管15a和出口侧歧管15b分别经由在隔板20b中形成为槽状的入口侧连接通路63和出口侧连接通路64与氧化气体的气体流路34相连通(参见图12)。另外，隔板20a或20b中的用于冷却水的入口侧歧管17a和出口侧歧管17b分别经由在隔板20a或20b中形成为槽状的入口侧连接通路65和出口侧连接通路66与冷却水流路36相连通。根据前述的隔板20a、20b的构成，可向电池2中供给氧化气体、氢气和冷却水。这里将说明具体示例。例如，氢气从隔板20a的入口侧歧管16a经过连接通路61流入气体流路35，用于MEA 30发电。然后，氢气经过连接通路62，被排出到出口侧歧管16b。
第一密封部件13a和第二密封部件13b均是框状的部件，并且形成为基本相同的形状(参见图12)。在这些部件中，第一密封部件13a设置在MEA 30与隔板20a之间，更具体地***电解质膜31的周缘部33与隔板20a的在气体流路35周围的部分之间。第二密封部件13b设置在MEA 30与隔板20b之间，更具体地***电解质膜31的周缘部33与隔板20b的在气体流路34周围的部分之间。
另外，框状的第三密封部件13c设置在相邻的电池2、2的隔板20b与隔板20a之间(参见图12)。该第三密封部件13c是设置成***隔板20b的在冷却水流路36周围的部分与隔板20a的在冷却水流路36周围的部分之间从而在这些部分之间进行密封的部件。另外，在本实施例的电池2中，在隔板20a、20b中的各种流体通路(34到36，15a，15b，16a，16b，17a，17b，以及61到66)中，各种流体的入口侧歧管15a、16a和17a以及出口侧歧管15b、16b和17b是定位在第一密封部件13a、第二密封部件13b以及第三密封部件13c外侧的通路(参见图12)。
下面，将详细说明本实施例中的隔板(在以上说明中用附图标记20a、20b表示，但在以下说明中有时仅周附图标记20表示)的结构(参见图1A等)。隔板20设置有直线型的或蜿蜒型的流体流路，多个流路的入口和出口进一步设置有用于将流体分配到流体流路中的分配流路(分配部)12。流体流路的线状部(在本说明书中也称作线状流路)由线状的凸部21a和凹部21b构成，分配流路12由位于低于凸部21a但高于凹部21b的位置处的平表面构成。例如，在本实施例中，凸部21a由具有凸出形状的肋(下文中称为“凸肋”，并用附图标记21a表示)构成，凹部21b由具有凹入形状的槽(下文中称为“凹槽”，并用附图标记21b表示)构成。应当指出，一个隔板20形成为使得该隔板的剖面具有波状形式。凸肋21a的后表面设置有凹槽21b，凹槽21b的后表面设置有凸肋21a，使得前表面和后表面一体地形成(参见图10)。另外，这里所述的流体为，例如在隔板20彼此面对的表面中的冷却水，该流体也包括在隔板20面对MEA 30的表面中的反应气体，如氧化气体或燃料气体。应当指出，在本说明书中，说明了由凸肋21a和凹槽21b构成的气体流路或冷却水流路36是线状的，但这里所述的线状形状不仅仅指直线形状。简言之，这意味着多个流体流路形成为彼此相邻从而形成所谓的条纹状。另外，这里所述的气体流路是氧化气体的气体流路34或氢气的气体流路35，即，反应气体的流路，该流路在图2A等中由附图标记10表示。
另外，前述隔板20的特征在于以下这样的结构：在这些线状流路与分配流路12之间的边界部中，相对于与线状流路的流动方向相垂直的线，凸肋21a的末端位置与凹槽21b的末端位置不同。换言之，结构的特征在于，对于彼此相邻地反复形成以形成气体流路10的多个凸部21a和凹部21b，凸部21a的末端与凹部21b的末端的相位依次错开。在下文中将分开说明隔板20的这种结构的第一到第四实施例。
<第一实施例>
首先，图1A到图1C示出设置有直线型气体流路10的隔板20。如上所述，该隔板20的端部设置有各种流体(氧化气体、燃料气体和冷却水)的入口侧歧管15a、16a和17a以及出口侧歧管15b、16b和17b。另外，气体流路10的两端都设置有用于将气体分配到气体流路10的分配流路12(参见图1A、图2A等)。应当指出，在本实施例中，从气体流路10排出的气体合流之处的部分也会称为分配流路12。即，在这种情况下，分配流路12并不实质地分配气体，而是具有对称的结构，并且可在任一方向上供给气体。因此，在本实施例中为方便起见两部分都称作“分配流路”。
分配流路12设置有例如通过压制成型(加压模制)而形成的多个突起23a，以及在突起23a相对侧***的另外的突起24a(参见图1A、图2A等)。在这些突起中，突起23a在与凸肋21a相同的一侧(例如前表面侧)突出，并形成为具有与该凸肋21a的高度相等的高度H1(参见图2A至图2C)。该突起23a与MEA 30的表面相抵靠，以确保用于在MEA 30与隔板20之间供给气体的区域(参见图11)。另外，突起24a在与凹槽21b的凹入侧相同的一侧(例如后表面侧)突出，并形成为具有与形成于该凹槽21b的后表面上以使前后表面成一体的凸肋21a的高度相等的高度H2(参见图2A到图2C)。该突起24a与相邻隔板20的突起24a相抵靠，以确保用于在两隔板20之间供给冷却水的区域(冷却水流路36)(参见图11)。应当指出，从以相等的间隔保持用于供给各种气体或冷却水的区域从而实现一定的流动便利性的观点出发，如在本实施例中的情况以相等的间隔布置这些突起23a、24a是优选的(参见图1A等)。另外，突起23a、24a的后表面分别设置有在例如压制成型期间同时形成的凹痕23b、24b(参见图11等)。应当指出，图11中的附图标记40、41分别表示绝缘部件。
凸肋21a和凹槽21b具有一种结构，在该结构中在线状流路与分配流路12之间的边界部中作为末端的部分的位置在前后方向上彼此不同(参见图4)。下面将具体说明这种结构的一个示例，而各部分的长度由符号表示。
即，在本实施例中，在长度方向上的总长度为L0且总宽度为W0的隔板20中，在其中凹槽21b的末端定位成比凸肋21a的末端更接近分配流路12的结构(参见图1A到图1C)中，凸肋21a的总长度为L1，而凹槽21b的总长度为大于凸肋的总长度的L2(L2＞L1)。这里，本实施例中示出的凸肋21a和凹槽21b是以中心线为基准对称地形成的，使得最终在隔板20的一端的凹槽21b形成为比凸部21a长出SAX1＝(L2-L1)/2(参见图2A到图3D)。
另外，将更详细的说明在本实施例中在凸肋21a和凹槽21b的末端附近的结构(参见图2A到图4)。首先，凸肋21a的末端部设置有在纵长方向上长度为S3的倾斜部(图4中由25a表示)(参见图3A到图4)。图3A到图3D表明，长度为L1的凸肋21a的总长度部分不包括该倾斜部25a。另外，凹槽21b的末端部设置有倾斜部(图3A、图3D中由25b表示)。图3A等表明，该倾斜部25b包含在长度为L2的凹槽21b的总长度之中。应当指出，图3D所示的符号S2是通过从凹槽21b的末端位置与凸肋21a的末端位置之间的长度差(＝上述的SAX1)中减去在凹槽21b的末端部中的倾斜部25b的长度而得到的长度。
应当指出，另外，隔板20的总厚度由符号H0表示(参见图3B、图3D)。该厚度H0是通过将构成隔板20的板材的板厚度t0、前述凸肋21a和突起23a的突出高度H1以及前述后表面凸肋21a和突起24a的突出高度H2相加得到的值(H0＝t0+H1+H2)。另外，在凸肋21a与相邻的凸肋21a之间的间隔(或在凹槽21b与相邻的凹槽21b之间的间隔)由符号Pm表示(参见图3B)。
在具有前述结构的隔板20中，凹槽21b的总长度L2设定为长于凸肋21a的总长度L1，由此形成气体导入部13a(参见图4)。在这种情况下，通过该气体导入部13a，容易地将流经分配流路12的气体导入气体流路(线状流路)10中，使得在分配流路12与线状流路之间的边界部中的差压(作用到流体上的差压，也可称为“压力损失”)减小。另外，“压力损失”表示由于流体流路的形状、流体流路的表面光滑度等而消耗了能量，如流体压力。
应当指出，在本实施例中，仅为方便起见将在凹槽21b的末端形成的气体流路10的延长部分称为气体导入部13a。例如，在气体在气体流路10中反向流动的情况下，气体从气体导入部13a排出。在这种情况下，根据气体的流动方向，该部分应准确地称为“气体排出部”。简言之，根据本实施例的隔板20，能够抑制和减小在线状流路与分配流路12之间的边界部中的差压，而与该部分是气体的导入部还是排出部无关。
另外，在具有前述的结构的隔板20中，气体侧突出高度H1和冷却水侧突出高度H2可参照在分配流路12中反应气体与冷却水按比例分配的尺寸(即在以与参照量成比例的比率来分配各量的情况下的尺寸)设定成各种不同的值，但在本实施例中，所述高度设定为满足以下两高度间的关系(参见图3B，图3D)
[式1]
H1＞H2
即图3B等所示的隔板20具有其中气体侧突出高度H1大于冷却水侧突出高度H2的结构。在这种情况下，能够优选地抑制并进一步减小在线状流路与分配流路12之间的边界部中的差压。
另外，已参照图2A到3D说明了，在隔板20的一个端部中的凹槽21b形成为比凸部21a长出SAX1＝(L2-L1)/2。然而，从进一步减小在线状流路与分配流路12之间的边界部中的差压的观点出发，该SAX1优选地设定为大于一恒定值的值。本实施例的一个示例如下：
[式2]
SAX1＞3·t0
即，SAX1的大小(长度)设定为隔板20的板厚t0的三倍或更多，由此在板厚为t0的隔板20中确保具有预定长度(或预定面积)或更大的气体导入部13a。在这种情况下，在线状流路与分配流路12之间的边界部中的差压能够被有效地减小到一定程度或更小。另外，在减小了所夹持的各MEA30之间的尺寸的情况下，换言之，在减小了隔板20的总厚度H0的情况下，当如上所述地设定SAX1时，能够在减小差压的同时有效地使隔板20最小化。
另外，以下设定是优选的。即，结构优选满足以下关系：
[式3]
A2/A1＞0.4；和
[式4]
A3＞A2，
其中A3是由图3D中以点划线示出的部分(即，示出气体导入部13a的纵剖面的部分)的面积，A2是由图3C中以点划线示出的部分(即，示出凹槽21b的剖面面积的部分)的面积，A1是由图3B中以点划线示出的部分(即，示出气体导入部13a的横剖面的部分)的面积。在这种情况下，同样，在线状流路与分配流路12之间的边界部中的差压能够被减小到一定程度或更小。应当指出，在这种情况下，以与前述相同的方式，凹槽21b的总长度L2大于凸肋21a的总长度L1(L2＞L1)。
应当指出，已根据其中将氧化气体或燃料气体导入气体流路10的一示例说明了用于减小差压的构型，但与之不同地，在从分配流路12向线状流路导入冷却水的情况下，也可设置用于减小差压的结构。下面将作为第二实施例来说明该结构。
<第二实施例>
图5A到图5C示出了在从分配流路12向线状流路导入冷却水的情况下的用于减小差压的结构的一个示例。与图3A等所示的隔板不同，该隔板20满足关系L1＞L2。即凹槽21b的总长度L2小于凸肋21a的总长度L1，凸肋21a的末端定位成比凹槽21b的末端更接近分配流路12(参见图5A到图5C)。这里，凸肋21a和凹槽21b关于中心线分别对称地形成，因此最终在本实施例的隔板20的一个端部中，凸肋21a形成为比凹槽21b长出SBX1＝(L1-L2)/2(参见图5A等)。
另外，将更详细地说明在本实施例中在凸肋21a和凹槽21b的末端附近的结构(参见图5A等)。首先，凸肋21a的末端部分设置有在纵长方向上长度为S4的倾斜部25a(参见图5A等)。图5A等表明，长度为L1的凸肋21a的总长度部分不包括该倾斜部25a。另外，凹槽21b的末端部分设置有倾斜部(图5A、图5C中由25b表示)。图5A等表明，该倾斜部25b包含在凹槽21b的总长度L2中。应当指出，图5C中的符号S5是通过将凹槽21b的末端部分中的倾斜部25b的长度与凸肋21a的末端位置与凹槽21b的末端位置之间的长度差(＝上述的SAX1)相加得到的长度。
另外，隔板20的总厚度H0与上述实施例相同(参见图5B、图5C)。该厚度H0是通过将构成隔板20的板材的板厚度t0、前述凸肋21a的突出高度H1以及凹槽21b在后表面侧的突出高度H2相加得到的值(H0＝t0+H1+H2)。另外，在凸肋21a与相邻的凸肋21a之间的间隔(或在凹槽21b与相邻的凹槽21b之间的间隔)由符号Pm表示(参见图5B)。
具有前述结构的隔板20的优点是，不是形成从设置有气体流路10的一侧观察的具有如上所述的宽导入区域的气体导入部13a，而是设置有在气体流路10的后表面上观察(即，从冷却水流路36侧的表面观察)的反向结构。即，在冷却水侧，以与上述的第一实施例的气体导入部13a相同的方式形成所谓的冷却水导入部(由图5C中标记14a表示)。因此，能够在冷却水侧抑制和减小线状流路与分配流路12之间的边界部中的差压。
应当指出，在具有前述的结构的隔板20中的气体侧突出高度H1和冷却水侧突出高度H2可参照气体与冷却水在分配流路12中按比例分配的尺寸设定成不同的值，但在本实施例中，这些高度设定为满足以下两高度间的关系(参见图5C)
[式5]
H1＞H2
即，在图5C等所示的隔板20中，气体侧突出高度H1大于冷却水侧突出高度H2。结果，能够抑制并进一步减小在线状流路与分配流路12之间的边界部中的差压。
另外，以下设定也是优选的。即，结构优选满足以下关系：
[式6]
A5/A4＞0.2；和
[式7]
A6＞A5，
其中，A6是图5C中的点划线示出的部分(即，示出冷却水导入部14a的纵剖面的部分)的面积，A5是由图5B中以点划线示出的部分(即，示出冷却水导入部14a的横剖面的部分)的面积，A4是由图5B中以双点划线示出的部分(即，示出冷却水流路36的横剖面的部分)的面积。在这种情况下，同样，在冷却水的线状流路(冷却水流路36)与分配流路12之间的边界部中的差压能够被减小到一定程度或更小。应当指出，在这种情况下，与前述情况相同，凸肋21a的总长度L1大于凹槽21b的总长度L2(L1＞L2)。
应当指出，在上述的第一和第二实施例中提供了一种结构，在该结构中使凸肋21a的总长度L1和凹槽21b的总长度L2中的一者加长，而另一者长度缩短(参见图1A等)，但这仅是一个示例，其中凸肋21a的末端位置与凹槽21b的末端位置不同的构型不限于此示例。将说明另一示例，在一结构中，在凸肋21a的总长度L1等于凹槽21b的总长度L2的情况下，一个位置(凸肋21a)可与另一位置(凹槽21b)在流路方向上相对地错开。在这种情况下，前表面的一端可设置有气体导入部13a，后表面的另一端可设置有冷却水导入部14a，使得气体(氧化气体或燃料气体)的流动方向以及冷却水的流动方向在前后表面中可以不同，并且能够减小气体和冷却水的差压。
<第三实施例>
下面，将说明本发明应用于具有蜿蜒型流路的隔板20的情况(参见图6、图7)。
图6和图7示出从气体(氧化气体或燃料气体)流路10侧观察的蜿蜒型隔板20的一个示例。以与上述实施例相同的方式，隔板20的端部设置有各种流体(氧化气体、燃料气体和冷却水)的入口侧歧管15a、16a和17a以及出口侧歧管15b、16b和17b(参见图6)。在本实施例的隔板20中，在各种流体(氧化气体、燃料气体和冷却水)的入口侧歧管15a、16a和17a以及出口侧歧管15b、16b和17b近旁分别设置有气体的分配流路12，在这些设置于相对两端上的分配流路12之间设置有由多个平行的凸肋21a和凹槽21b构成的多个直线型气体流路10(和冷却水流路36)(参见图6)。在分配流路12中，朝向设置有气体流路10的表面突出的突起23a和在朝向设置有冷却水流路36的表面突出的突起24a的后表面上形成的凹痕24b交替地布置(参见图6、图7)。另外，在分配流路12与直线型气体流路10中，以相互偏置的状态设置平行于气体流路10的两排气体遮蔽凸部18，由此形成具有两个返回部19的蜿蜒型流路(见图6)。沿所形成的肋状气体遮蔽凸部18朝向返回部19的延长部交替地形成凸部22a和凹部22b，因此气体(氧化气体或燃料气体)流过凸部22a和凸部22a之间的间隙或沿所述延长部布置的多个凸部22a的外侧(参见图6)。多个气体流路10的后表面侧设置有冷却水流路36(注：图6和图7都省略了冷却水流路)，气体流路10的气体入口和出口以及冷却水流路36的冷却水入口和出口分别设置有分配流路12。
根据本实施例，即使在这种蜿蜒型隔板20中，在气体流路10(和冷却水流路36)与分配流路12之间的边界部也具有其中凸部21a的末端位置与凹部21b的末端位置相错开的结构。即相对于垂直于流体流路(气体流路10和冷却水流路36)的流动方向的线，凸肋21a的末端位置与凹槽21b的末端位置不同(参见图7等)。
这里，以与第一实施例相同的方式，本实施例具有其中凹槽21b的总长度(L2)大于凸肋21a的总长度(L1)的结构。另外，分别地，凹槽21b的气体入口部设置有气体导入部13a，气体出口部设置有气体排出部13b(参见图7等)。在这种情况下，流经分配流路12的气体很容易经该气体导入部13a而导入气体流路10中，使得在分配流路12与气体流路10之间的边界部中的差压减小。另外，凸肋21a和凹槽21b的形状和结构以此方式设置有所谓的相位，由此特别是在凸肋21a和凹槽21b的升高部(换言之，在气体导入部13a和气体排出部13b附近的部分)中，使阶梯状的凹凸部被减小到约一半。结果，以与前述实施例相同的方式提高了隔板20的成型性能。
<第四实施例>
已说明了在蜿蜒型隔板20设置有气体(氢气或燃料气体)导入部13a或气体排出部13b的情况下的构型，而同一蜿蜒型隔板20可设置有冷却水导入部14a等。即，以与例如上述第二实施例相同的方式，可提供一种结构，在该结构中凹槽21b的总长度L2小于凸肋21a的总长度L1，且凸肋21a的末端定位成比凹槽21b的末端更接近分配流路12(参见图8、图9)。该隔板20的优点是，不是从设置有气体流路10的一侧观察时形成具有大导入区域的气体导入部13a(参见图9等)，而是从在气体流路10的后表面观察时(即，从冷却水流路36侧的表面观察时)设置有反向结构。即，在冷却水侧，形成有与在上述实施例中说明的气体导入部13a相同的冷却水导入部(例如在图5C中由标记14a表示)。因此，根据具有这种结构的隔板20，能够在冷却水侧抑制和减小线状流路与分配流路12之间的边界部中的差压。
关于构成燃料电池1的隔板20，已说明了其中凸肋21a的末端位置与凹槽21b的末端位置相错开的结构的各种实施例。根据前述的隔板20，在任一实施例中，通过气体导入部13a或冷却水导入部14a可方便地将气体或冷却水导入线状流路中，从而得到可减小分配流路12与线状流路之间的边界部中的差压的效果。
另外，根据前述的隔板20，不仅可得到差压减小效果，而且可得到改进隔板20的成型性能的效果。即，在常规结构中，凸肋与凹槽的末端位置是对齐的，从而在末端位置中阶梯状的凹凸部(凹凸差)较大。因此，在成型期间，在末端位置附近材料供给不完全，从而有时会增加皱折。因此，在成型期间要求高精度，有时会增加成本。另一方面，在具有其中末端位置错开的结构的本实施例中，在凸肋21a的和凹槽21b的末端位置中阶梯状的凹凸部被抑制，从而与常规结构相比可容易地供给材料。因此，具有不容易产生任何皱折以及不容易在末端位置附近产生任何裂缝的优点。结果，在成型期间，与常规结构不同，不需要严格的精度，由此得到了改进隔板20的成型性能的效果。
下面将更详细地说明这种改进成型性能的效果或由于该效果而产生的效果。
即，首先，常规隔板的结构具有各包括平坦的周边部和由凹凸部构成的中央部的多个气体槽。在槽的端部，凹凸部的倾斜角度设定成使得对于每隔一个槽或每隔四个槽出现钝角与锐角的差别。在利用在槽中的缓斜面(钝角倾斜的表面)中形成的空间使气体返回的情况下，抑制了在下游侧的气体短路(例如，参见日本专利申请未审定公报No.2002-2558)。另外，在气体流路的横剖面中，外表面包括平坦部，且弯曲部(下文中称为台肩或台肩部)的曲率半径R是恒定的。另外，整个的上底部或下底部有时具有相同的曲率半径。
另外，根据这种结构，很难确保气体返回部和周边部中的密封性，并且很难完全消除气体泄露，从而不能构成连续的槽。或者，不能确保诸如密封性能之类的功能，有时不能得到希望的性能。例如，在形成板厚度为0.1mm的极薄的板的情况下，即使相对于成型品的台肩部而将模具的台肩半径(台肩R)设置成零，由于成型品的外形而使台肩R是板厚的两倍或更多。因此，该部分被减薄并具有锐角。结果，使用密封板很难完全密封该部分。另外，在彼此邻接的部件的材料不同的情况下，热膨胀系数不同。应当指出，当密封板另外恶化时，不能确保密封性能。在这种情况下，气体返回部的气体泄露等具有很大的影响，有时导致发电不均匀。
另一方面，在本实施例的隔板20中，如上所述，凸肋21a的末端位置的相位与凹槽21b的末端位置的相位不同，使得阶梯状部分较小，抑制了不规则性。因此，与常规结构相比该结构易于成型。根据该结构，与常规结构不同，防止了台肩部被减薄和具有锐角，从而存在该结构具有良好的气体密封性的优点。因此，对于气体返回部的气体泄露等没有影响，并且能够抑制发电不均匀的发生。
其次，在常规结构中，在气体返回部的缓斜面处气体迅速转向从而提高了差压。例如，在蜿蜒型中，流路中的转向部数量增加，使得整个流路的差压有时变得非常高。即，在气体返回部中，在内轨迹侧的流速大，且差压高，使得斜面周围的气体流量差较大，特别是在斜面的台肩部处有时气体流量达到最大化。在这种情况下，与其它部分相比，MEA被在高速下的差压损坏，有时耐久性很差。另外，当整个流路的差压非常高时，气体供给单元必须具有所要求的或更大的供给能力，使得最终整个燃料电池***的效率降低。另外，蜿蜒型等中，形成有具有单一行程的连续流路，这引起在高负荷条件下生成的水增加以及在出现堵塞的情况下必须增加差压来消除堵塞的问题。因此，有时具有更大供给能力的供给单元是必须的。
另一方面，在本实施例的隔板20中，如上所述凸肋21a与凹槽21b的末端位置的相位不同。结果，特别是能够减小在线状流路与分配流路12之间的边界部中的差压。因此，防止了气体返回部或整个流路的差压增加，最终，与常规结构不同，不会损坏MEA。另外，可使用供给能力低于常规结构的气体供给单元，从而可改进整个燃料电池***的效率。
第三，在常规结构中，从抑制在气体返回部的斜面中的气体短路的观点出发，斜面需要具有尽可能不圆滑的锐角形状(如直角的形状)，另外，必须有返回形状。然而实际上，返回部斜面的根部材料被压缩，由于材料应力很容易产生皱折和弯曲，这引起在成型期间减薄和断裂的问题，也不能避免成型时变形/扭曲。因此，在常规方法中，当槽的间距(pitch)较精细(例如，约为0.1mm的板压t的约十倍)时，由于凸部的台肩部的断裂和减薄、根部的皱折等原因，很难进行加压。
另一方面，本实施例的隔板20中，如上所述抑制了凸肋21a和凹槽21b的末端位置的不规则性。因此，与常规结构不同，可容易地供给材料，不容易产生皱折，也不容易产生在末端位置周围的裂缝。因此，在成型期间，可防止减薄、断裂、成型时变形等的产生。另外，结果，即使在如常规结构中的连续性气体流路中，也可以进行带有精细的槽间距的压制成型，获得了改进隔板20的槽形状的自由度的效果。
另外，第四，气体返回部的台肩R有时小于用于抑制气体短路的凸部的尺寸。在这种情况下，MEA夹持尺寸(在夹持MEA处的宽度)有时增加。当MEA夹持尺寸以这种方式增加时，根据燃料电池1中的环境差别，会发生MEA的扩散层剥离和催化剂脱落等现象。还存在MEA的性能和耐久性显著下降的问题。
另一方面，在本实施例的隔板20中，如上所述凸肋21a与凹槽21b的末端位置的相位不同，最终可防止气体返回部的台肩R的位置相同以及夹持尺寸变得过大。结果，MEA的夹持尺寸可最小化，从而获得可防止MEA的耐久性恶化的效果。
应当指出，前述实施例是本发明的一个优选实施例，但本发明不限于该实施例，在本发明的范围内可做出各种不同的修改来实施。例如，在上述实施例中，已说明了前后表面成一体类型的隔板20，但这仅是优选构型的一个示例，本发明可应用于其它结构，即，具有前后表面成一体的结构的隔板。
另外，在前述实施例中，已说明了由金属制成的隔板(金属隔板)，但本发明的应用目标不限于该示例，本发明可应用于例如其它类型的隔板，如碳隔板。
工业实用性
根据本发明，能够减小在由凸部和凹部形成的条纹状或线状的流体流路与用于分配待导入多个流体流路中的反应气体或冷却水的分配流路之间的边界部中的差压。
因此，本发明可广泛应用于具有这方面需求的燃料电池的隔板中。

Claims (6)

1.一种燃料电池的隔板，所述隔板形成为允许反应气体或冷却水流通，并且包括：
由形成于所述隔板的表面上的相邻的凸部和凹部形成的条纹状流体流路；和
将待导入所述流体流路的流体分配到这些流体流路的分配流路，
其中，构成所述流体流路的所述凸部的末端位置和所述凹部的末端位置在所述流体流路的条纹方向上错开。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的隔板，其中，所述凹部的末端定位成比所述凸部的末端更接近所述分配流路。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池的隔板，所述隔板具有前后表面成一体类型的结构。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池的隔板，其中，所述分配流路设有多个突起。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃料电池的隔板，其中，所述分配流路是流体返回部、导入部和排出部中的一者。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料电池的隔板，其中，所述隔板是金属隔板。
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