CN103155253A - 燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明的燃料电池即使在歧管内残留有液态水的情况下，也能够防止该残留的液态水流入发电部，并且，形成为能够使表面压力恒定，且实现小型化。本发明的燃料电池具有发电部，其通过将阳极和阴极接合于电解质膜的两侧而成，该燃料电池形成有歧管，其用于使含氢气体和含氧气体彼此分离地流出和流入该阳极和阴极，其中，在上述歧管上设有用于防止残留在上述歧管内的液态水流入发电部的流入防止部。

Description

燃料电池

技术领域

本发明涉及一种燃料电池，该燃料电池具有用于使含氢气体、含氧气体流出或者流入的歧管。

背景技术

作为该种燃料电池，在专利文献1中公开有一种以“燃料电池***”命名的结构。

在专利文献1所述的燃料电池***中，阳极出口内部歧管形成为在比电池单元构成体（日文：セル構成体）的反应区域的铅垂方向的下侧靠下方的区域处容积扩大，与此相随，各隔板和电池单元构成体的电解质膜的下方轮廓呈局部地向铅垂方向下方突出的形状，该阳极出口内部歧管的容积扩大的部分构成了用于汇聚自阳极气体流路的出口排出的冷凝水的积水部。

专利文献1：日本特开2010－129479号公报

但是，在上述专利文献1所述的燃料电池***中，由于使上述阳极出口内部歧管的容积扩大了的积水部位于比气体流路靠铅垂方向下侧的位置，因此电池单元构成体的一部分鼓出而易于导致大型化，组装构造（日文：スタッキング構造）也变得复杂。

而且，由于电池单元构成体的一部分鼓出而易于成为导致表面压力不均的主要原因，结果，导致性能降低、密封性恶化，并且包含鼓出来的部分在内的矩形也造成浪费区域，而无法避免大型化。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种燃料电池，该燃料电池即使在歧管内残留有液态水时，也能够防止该残留的液态水流入发电部，并且，能够使表面压力恒定，且实现小型化。

用于解决上述课题的本发明是一种燃料电池，该燃料电池具有发电部，其通过将阳极和阴极接合于电解质膜的两侧而成，该燃料电池形成有歧管，其用于使含氢气体和含氧气体彼此分离地流入该阳极和阴极，其特征在于，在上述歧管上设有用于防止残留在歧管部内的液态水流入发电部的流入防止部。

采用本发明，即使在用于使含氢气体和含氧气体彼此分离地流出和流入的歧管内残留有液态水的时，也能够防止该残留的液态水流入发电部，并且，能够使表面压力恒定，且实现小型化。

附图说明

图1是将本发明的第一实施方式的燃料电池层叠起来而成的燃料电池堆的立体图。

图2是本发明的第一实施方式的燃料电池堆的分解立体图。

图3是用于构成本发明的第一实施方式的燃料电池的一部分的电池单元构成体的主视图。

图4的（A）是图3中用包围线Ⅱ表示的部分的局部放大图，图4的（B）是表示防止残留在阳极流出侧歧管内的液态水逆流的作用的说明图。

图5是用于构成本发明的第一实施方式的燃料电池的一部分的阳极侧隔板（阴极侧隔板）的主视图。

图6是用于构成本发明的另一实施方式的燃料电池的一部分的电池单元构成体的局部放大图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是将本发明的第一实施方式的燃料电池层叠起来而成的燃料电池堆的立体图，图2是该燃料电池堆的分解立体图。另外，图3是用于构成本发明的第一实施方式的燃料电池的一部分的电池单元构成体的主视图，图4的（A）是图3中用包围线Ⅱ表示的部分的局部放大图，图4的（B）是表示防止残留在阳极流出侧歧管内的液态水的逆流的作用的说明图，图5是用于构成本发明的第一实施方式的燃料电池的一部分的一个例子的阳极侧隔板（阴极侧隔板）的主视图。

如图1、图2所示，燃料电池堆10通过这样的方式做成：利用一对端板20、21和紧固板30、31使本发明的第一实施方式的燃料电池A1多个彼此层叠起来，而且，在这些燃料电池A1的层叠方向α上以规定的夹持力将这些燃料电池A1紧固，并且利用配设在图示左右两侧面的加强板40、40在铅垂方向β上实施加强。另外，附图标记8、附图标记9是集电板。

燃料电池A1是使图3所示的电池单元构成体60位于图5所示的一对隔板50a、50b之间的结构。

如图3所示，在从层叠方向α观察看到的主视状态下，电池单元构成体60形成为横向较长的长方形，电池单元构成体60由MEA（Membrane-Electrode Assembly：膜电极组件）61和一对气体扩散层（未图示）构成，该一对气体扩散层（未图示）例如是碳制的多孔质构件，分别层叠于该MEA61的反应区域S1的两面。

MEA61是通过将阳极和阴极接合于电解质膜的两侧而成的膜电极接合体。

具体地讲，MEA61是由在湿润状态下表现出良好的导电性的电解质膜和位于电解质膜的反应区域S1的两面的阳极与阴极构成，并且与具有促进电化学反应的催化剂、例如白金或者由白金和其他金属构成的合金的一对电极催化剂层（均未图示）相接合，其中，该电解质膜是由固体高分子材料、例如具有全氟化碳磺酸的氟类树脂形成的质子传导性的离子交换膜。以下，在本实施方式中，将膜电极接合体称作“发电部”。

另外，在图3中，箭头β方向为铅垂方向，因而，箭头β方向成为与上述箭头α方向正交的朝向。

电池单元构成体60的发电部S1的两个外端部排列有多个扩散器（日文：ディフューザ）62，该多个扩散器62用于保持阳极侧隔板50a、阴极侧隔板50b之间的间隔，呈圆柱形状，该多个扩散器62以彼此隔开所需的间隔且与电池单元构成体60一体突出地方式形成。

在本实施方式中，在上边缘60a、下边缘60b之间将多个扩散器62配设为3列，在从两端部观察看到的侧视状态下，在上述扩散器62中的位于外侧和内侧的列的多个扩散器62与位于中央的列的多个扩散器62以彼此错开的方式排列。

换言之，在从两端部观察看到的侧视状态下，在位于外侧和内侧的列的多个扩散器62之间排列有位于中央的列的多个扩散器62。另外，在本实施方式中，将排列有多个扩散器62的区域称作扩散器排列区域S2、S2。

在扩散器排列区域S2、S2的一个外侧部上，沿着上下方向依次形成有阴极流入侧歧管63、冷却水流入侧歧管64以及阳极流出侧歧管65，另一方面，在另一外侧部上沿着上下方向依次形成有阳极流入侧歧管66、冷却水流出侧歧管67以及阴极流出侧歧管68。

在阴极流入侧歧管63、冷却水流入侧歧管64以及阳极流出侧歧管65与阳极流入侧歧管66、冷却水流出侧歧管67以及阴极流出侧歧管68这些歧管的外侧突出设置有具有所需的厚度和宽度的密封件70。

密封件70是用于保持阳极侧隔板50a与阴极侧隔板50b之间的气密性和液密性的构件，密封件70例如由密封垫、粘接剂形成。

上述密封件70具有沿着电池单元构成体60的边缘连续形成的外周密封部71、用于划分阴极流入侧歧管63和冷却水流入侧歧管64并将其围绕的歧管围绕部72、以及用于划分冷却水流出侧歧管67和阴极流出侧歧管68并将其围绕的歧管围绕部73。

电池单元构成体60的阳极流出侧歧管65和阳极流入侧歧管66形成为在主视状态下呈大致横向较长的长方形，阳极流出侧歧管65形成有流入防止部80a，阳极流入侧歧管66形成有流入防止部80b。

流入防止部80a用于防止残留在上述阳极流出侧歧管65内的冷凝水等液态水流入发电部S1，流入防止部80a设置为不向位于该阳极流出侧歧管65与发电部S1之间的气体流出和流入路径外鼓出。

流入防止部80b用于防止残留在上述阳极流入侧歧管66内的冷凝水等液态水流入发电部S1，流入防止部80b设置为不向位于该阳极流入侧歧管66与发电部S1之间的气体流出和流入路径外鼓出。另外，在本实施方式中，上述阳极流入侧歧管66与上述的阳极流出侧歧管65形成为相同形状相同大小。

位于阳极流出侧歧管65的重力方向下侧的底边缘65b的靠内缘65c的一侧（靠发电部S1的一侧）的部分与靠外缘65d的一侧（靠与发电部S1相反的一侧）的部分相比位于重力方向上侧，从而形成流入防止部80a。

即，底边缘65b的靠内缘65c的一侧的部分形成为以所需的尺寸T1向顶边缘65a侧突出而形成台阶。

底边缘65b的靠内缘65c的一侧的部分的突出高度T1只要设定为不使阳极流出侧歧管65内的残留液态水因毛细现象逆流至扩散器排列区域S2即可。

采用上述流入防止部80a，如图4的（B）所示，能够防止在停止供给含氢气体时，残留在阳极流出侧歧管65内的液态水W因毛细现象发生逆流。

另外，流入防止部80b是与流入防止部80a相同的结构，因此省略其详细的说明。

即，在本实施方式中说明的上述电池单元构成体60中，配设在用于使含氢气体流出的歧管的顺流逆流防止部80a、80b以点对称的方式形成。

由此，当组装燃料电池A1时，不必考虑电池单元构成体60的组装方向，因此能够简化组装工序。

接着，参照图5，对一个例子的阳极侧隔板进行说明。另外，图5表示了一个例子的阳极侧隔板，由于阴极侧隔板与阳极侧隔板相同形状相同大小，因此在本实施方式中，省略其详细的说明。

上述阳极侧隔板50a由导电性材料的薄板状构件形成，其在从层叠方向α观察看到的主视中的轮廓形状为与电池单元构成体60的轮廓形状相同的长方形。

在阳极侧隔板50a的与电池单元构成体60相面对的内表面上的与该电池单元构成体60的发电部S1相接触的部位形成有阳极气体流路51，该阳极气体流路51从上述的阳极流入侧歧管66至阳极流出侧歧管65，设为许多个波形。

在夹着上述阳极气体流路51的两侧部、在与阴极流入侧歧管63、冷却水流入侧歧管64以及阳极流出侧歧管65相对的位置和与阳极流入侧歧管66、冷却水流出侧歧管67以及阴极流出侧歧管68相对的位置处，形成有阴极流入侧歧管52用开口、冷却水流入侧歧管53用开口、阳极流出侧歧管54用开口、阳极流入侧歧管55用开口、冷却水流出侧歧管56用开口以及阴极流出侧歧管57用开口。

阳极侧隔板50a、阴极侧隔板50b与相邻的构成其他燃料电池A1的阳极侧隔板50a、阴极侧隔板50b的外表面彼此相接触，在接触的任意一面上形成有或者两面上都形成有从冷却水流入侧歧管53至冷却水流出侧歧管56的许多个冷却水路（未图示）。

在上述结构中，由于阴极流出侧歧管与阳极流入侧歧管配设在同一端部侧，因此在阳极气体流路中流动的阳极气体和在阴极气体流路中流动的阴极气体成为以隔着电池单元构成体60的方式彼此向相反方向流动。

采用上述实施方式的燃料电池，能够获得以下的效果。

·即使在用于使含氢气体和含氧气体彼此分离地流出和流入的歧管内残留有液态水时，也能够防止该残留的液态水流入发电部，并且，能够实现小型化。

由于能够防止残留在歧管内的液态水流入发电部，因此即使在流路堵塞、扩散器堵塞、环境温度为零下那样的情况下，也能够解决上述残留的液态水结冰而无法启动这样的问题。

·由于能够使燃料电池形成为在主视状态下为横向较长的长方形的轮廓形状，因此能够使表面压力恒定，由此，能够提高密封性。

·通过在易于残留液态水的流出侧歧管上配设流入防止部，从而能够更有效地防止残留在流出侧歧管内的液态水的逆流、残留在流出侧歧管内的液态水在流路内结冰的情况。

·在使流出侧歧管位于重力方向下侧的位置的情况下，在运转过程中，易于使液态水排出到流出侧歧管，因而，在流路中未残留液态水而难以阻碍气体流入。而且，在气体流入停止之后，能够利用流入防止部防止液态水的流入而能在温度为零下时启动，并且即使搭载有燃料电池的车辆在向左或向右倾斜的状态下停止，也能够防止液态水流入发电部。

而且，在上述的实施方式中，例示了在阳极流出侧歧管和阳极流入侧歧管上配设有流入防止部的结构，当然也可以在阴极流出侧歧管或者阴极流入侧歧管上配设流入防止部，或者在这两者上都配设流入防止部。

而且，在上述的实施方式中，虽然例示了在MEA侧配设扩散器和密封构件（日文：シールライン）的例子，但是，也可以将这些扩散器和密封构件或者这两者中的任一个配设在隔板侧。

附图标记说明

63、阴极流入侧歧管；64、冷却水流入侧歧管；65、阳极流出侧歧管；66、阳极流入侧歧管；67、冷却水流出侧歧管；68、阴极流出侧歧管；80a、80b、流入防止部；A1、A2、燃料电池。

Claims (8)

1.一种燃料电池，该燃料电池具有发电部，其通过将阳极和阴极接合于电解质膜的两侧而成，该燃料电池形成有歧管，其用于使含氢气体和含氧气体彼此分离地流出和流入该阳极和阴极，其特征在于，

在上述歧管上设有用于防止残留在上述歧管内的液态水流入发电部的流入防止部。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，

在歧管上设有位于重力方向下侧的位置的底边缘，底边缘的靠发电部侧的部分与底边缘的靠与发电部相反的一侧的部分相比位于重力方向上侧，从而形成上述流入防止部。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其特征在于，

上述流入防止部由底边缘的台阶形成。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池，其特征在于，

在至少任一处的歧管部配设有流入防止部。

5.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，

在连接于阳极、用于使含氢气体流出的歧管部配设有流入防止部。

6.根据权利要求4或5所述的燃料电池，其特征在于，

在连接于阴极、用于使含氧气体流出的歧管部配设有流入防止部。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的燃料电池，其特征在于，

该燃料电池以配设有流入防止部的歧管位于重力方向下侧的方式彼此层叠。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的燃料电池，其特征在于，

设有流入防止部的歧管部以点对称的方式形成。

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