CN103168382B - 燃料电池 - Google Patents

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Abstract

构成燃料电池(10)的电池单元(12)具备第一电解质膜-电极结构体(14)、第一隔板(16)、第二电解质膜-电极结构体(18)及第二隔板(20)。第一及第二电解质膜-电极结构体(14、18)在外周具有框部(28a、28b)，在所述框部(28a、28b)上沿着层叠方向贯通而形成有流体连通孔。第一及第二隔板(16、20)具备配置在流体连通孔的内方且外形具有同一形状而相互层叠的两张金属板(82a、82b)和两张金属板(102a、102b)。

Description

燃料电池
技术领域
本发明涉及一种燃料电池，该燃料电池具备通过第一隔板及第二隔板夹持电解质-电极结构体的电池单元，该电解质-电极结构体在电解质的两侧配设有一对电极。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜构成的固体高分子电解质膜。在该燃料电池中，通过利用隔板(双极板)夹持电解质膜-电极结构体(电解质-电极结构体)而构成单位电池，该电解质膜-电极结构体在固体高分子电解质膜的两侧分别配设有由电极催化剂层和多孔质碳构成的阳极侧电极及阴极侧电极。通常，将该单位电池层叠规定个数而得到的燃料电池组例如作为车载用燃料电池组来使用。
通常，燃料电池构成设有在隔板的层叠方向上贯通的入口连通孔及出口连通孔的所谓内部岐管。并且，燃料气体、氧化剂气体及冷却介质从各自的入口连通孔向沿着电极面方向形成的燃料气体流路、氧化剂气体流路及冷却介质流路供给之后，向各自的出口连通孔排出。
例如，日本特开平8-222237号公报公开的燃料电池用隔板如图32所示，具备隔板1。隔板1由金属板构成，在其表背面通过压花加工或凹凸加工而形成多个突起2a、2b。在隔板1上的形成突起2a、2b的区域的外侧分别贯通形成有用于装填气体岐管的岐管装填口3a、3b、3c及3d。
岐管装填口3a、3b、3c及3d例如作为燃料气体导入岐管、氧化剂气体导入岐管、燃料气体排出岐管及氧化剂气体排出岐管来使用。
发明的概要
然而，在上述的隔板1中，由于贯通形成有岐管装填口3a、3b、3c及3d，因此所述隔板1的面积变得相当大。由此，特别高价的不锈钢等原料的使用量增大，从而存在部件单价高涨的问题。
发明内容
本发明用于解决这种问题，其目的在于提供一种能够使比较高价的隔板良好地小型化，并能够实现成本的削减的燃料电池。
本发明涉及一种燃料电池，其具备通过第一隔板及第二隔板夹持电解质-电极结构体的电池单元，该电解质-电极结构体在电解质的两侧配设有一对电极。
在该燃料电池中，在电解质-电极结构体的外周一体地设有由高分子材料形成的框构件，在所述框构件上沿着层叠方向贯通而形成有包括反应气体入口连通孔、反应气体出口连通孔、冷却介质入口连通孔及冷却介质出口连通孔在内的流体连通孔，并且在所述层叠方向上相邻的所述框构件之间夹装有环绕所述流体连通孔及反应面外周而进行密封的密封构件。
并且，至少第一隔板或第二隔板具备外形具有同一形状而相互接合的两张板，并且所述第一隔板及所述第二隔板的外周端比流体连通孔靠内侧配置。
另外，在本发明中，第一隔板及第二隔板的外周端比流体连通孔靠内侧配置，且在所述第一隔板及所述第二隔板上形成有隔着电解质-电极结构体而分别使不同的反应气体沿着隔板面方向流通的第一反应气体流路及第二反应气体流路。
并且，所述燃料电池中形成有将反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔与第一反应气体流路连通的连结流路，且所述连结流路具有形成在框构件的表面上且沿着隔板面方向延伸的槽部。
此外，在本发明中，所述燃料电池中形成有将反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔与第一反应气体流路连通的连结流路，并且，所述连结流路具有：形成在框构件上，且沿着隔板面方向延伸的槽部；与所述槽部连通，并沿着所述层叠方向将第一隔板或第二隔板贯通的孔部。
另外，在本发明中，在电解质-电极结构体的外周一体地设有由高分子材料形成的框构件，在所述框构件上沿着层叠方向贯通而形成有包括反应气体入口连通孔、反应气体出口连通孔、冷却介质入口连通孔及冷却介质出口连通孔在内的流体连通孔。第一隔板及第二隔板的外周端比流体连通孔靠内侧配置，并且至少所述第一隔板或所述第二隔板具备在内部形成有使冷却介质沿着隔板面方向流通的冷却介质流路的两张板。
并且，在层叠方向上相邻的框构件之间夹装有环绕流体连通孔及反应面外周而进行密封的密封构件，并且形成有将冷却介质入口连通孔及冷却介质出口连通孔与冷却介质流路连通的连结流路。
在本发明中，由于在电解质-电极结构体的外周设置的的框构件上沿着层叠方向贯通而形成有流体连通孔，因此在第一隔板及第二隔板上无须设置所述流体连通孔。
因此，第一隔板及第二隔板能够设定成与发电区域对应的外形尺寸，能够容易实现小型轻量化，并能够削减所述第一隔板及所述第二隔板的制造成本。由此，能够高效地制造第一隔板及第二隔板，能够经济地得到燃料电池整体。而且，在各电池单元内，能够将密封构件仅设置在一面，从而能够缩短燃料电池整体的层叠方向的尺寸。
而且，至少第一隔板或第二隔板具备外形具有同一形状而相互层叠的两张板。因此，能有效地削减隔板的制造成本，比较经济。
此外，在本发明中，在层叠方向上相邻的框构件之间夹装有环绕流体连通孔而进行密封的密封构件，并且在所述框构件的表面及第一隔板的表面上形成有将反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔与反应气体流路连通的连结流路。因此，能够实现结构的简化，并能够有效地缩短燃料电池整体的层叠方向的尺寸。
另外，在本发明中，在层叠方向上相邻的框构件之间夹装有环绕流体连通孔而进行密封的密封构件，并且形成有将反应气体入口连通孔及反应气体出口连通孔与第一反应气体流路连通的连结流路，所述连结流路具有：形成在所述框构件上，且沿着隔板面方向设置的槽部；与所述槽部连通，并沿着层叠方向将第一隔板或第二隔板贯通的孔部。因此，能够实现结构的简化，并且能够缩短燃料电池整体的层叠方向的尺寸。
此外，在本发明中，在层叠方向上相邻的框构件之间夹装有环绕流体连通孔而进行密封的密封构件，并且形成有将冷却介质入口连通孔及冷却介质出口连通孔与冷却介质流路连通的连结流路。因此，能够实现结构的简化，并且能够有效地缩短燃料电池整体的层叠方向的尺寸。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的燃料电池的分解立体说明图。
图2是所述燃料电池的图1中的II-II线剖视图。
图3是构成所述燃料电池的第一电解质膜-电极结构体的阴极面的说明图。
图4是所述第一电解质膜-电极结构体的阳极面的说明图。
图5是构成所述燃料电池的第二电解质膜-电极结构体的阴极面的说明图。
图6是所述第二电解质膜-电极结构体的阳极面的说明图。
图7是构成所述燃料电池的第一隔板的阴极面的说明图。
图8是所述第一隔板的阳极面的说明图。
图9是构成所述燃料电池的第二隔板的阴极面的说明图。
图10是所述第二隔板的阳极面的说明图。
图11是所述燃料电池的图1中的XI-XI线剖视图。
图12是所述燃料电池的图1中的XII-XII线剖视图。
图13是所述燃料电池的图1中的XIII-XIII线剖视图。
图14是所述燃料电池的图1中的XIV-XIV线剖视图。
图15是本发明的第二实施方式的燃料电池的分解立体说明图。
图16是所述燃料电池的图15中的XVI-XVI线剖视图。
图17是构成所述燃料电池的第一电解质膜-电极结构体的阴极面的说明图。
图18是所述第一电解质膜-电极结构体的阳极面的说明图。
图19是构成所述燃料电池的第二电解质膜-电极结构体的阴极面的说明图。
图20是所述第二电解质膜-电极结构体的阳极面的说明图。
图21是构成所述燃料电池的第一隔板的阴极面的说明图。
图22是所述第一隔板的阳极面的说明图。
图23是构成所述燃料电池的第二隔板的阴极面的说明图。
图24是所述第二隔板的阳极面的说明图。
图25是所述燃料电池的图15中的XXV-XXV线剖视图。
图26是所述燃料电池的图15中的XXVI-XXVI线剖视图。
图27是所述燃料电池的图15中的XXVII-XXVII线剖视图。
图28是本发明的第三实施方式的燃料电池的分解立体说明图。
图29是构成所述燃料电池的第一隔板的阴极面的说明图。
图30是所述燃料电池的剖视图。
图31是本发明的第四实施方式的燃料电池的剖视说明图。
图32是日本特开平8-222237号公报的燃料电池用隔板的说明图。
具体实施方式
如图1及图2所示，本发明的第一实施方式的燃料电池10沿着箭头A方向(水平方向)层叠有多个电池单元12。
电池单元12具备第一电解质膜-电极结构体(电解质-电极结构体)(MEA)14、第一隔板16、第二电解质膜-电极结构体(电解质-电极结构体)(MEA)18及第二隔板20。通过将电池单元12层叠，第一电解质膜-电极结构体14由第二及第一隔板20、16夹持，另一方面，第二电解质膜-电极结构体18由所述第一及第二隔板16、20夹持。
第一隔板16及第二隔板20如后所述，通过将金属薄板冲压成形为波形形状而构成，但也可以对其进行取代，而由碳隔板构成。
第一电解质膜-电极结构体14和第二电解质膜-电极结构体18分别具备：在例如全氟磺酸的薄膜中浸渍水而成的固体高分子电解质膜(电解质)22；夹持所述固体高分子电解质膜22的阴极侧电极24及阳极侧电极26(参照图2)。
在第一电解质膜-电极结构体14中，固体高分子电解质膜22设定为与阴极侧电极24及阳极侧电极26相同的表面积。需要说明的是，固体高分子电解质膜22的外周部可以比阴极侧电极24及阳极侧电极26突出，而且，也可以与所述阴极侧电极24和所述阳极侧电极26的表面积不同。
在第一电解质膜-电极结构体14中，在固体高分子电解质膜22、阴极侧电极24及阳极侧电极26的外周端缘部，例如通过注射模塑成形而一体成形出由具有绝缘性的高分子材料形成的框部(框构件)28a。在第二电解质膜-电极结构体18中，同样地在固体高分子电解质膜22、阴极侧电极24及阳极侧电极26的外周端缘部，例如通过注射模塑成形而一体成形出由高分子材料形成的框部(框构件)28b。作为高分子材料，除了通用塑料之外，还可以采用工程塑料或超级工程塑料等。
阴极侧电极24及阳极侧电极26具有由碳素纸等构成的气体扩散层(未图示)、将表面担载有铂合金的多孔质碳粒子均匀地涂敷在所述气体扩散层的表面而形成的电极催化剂层(未图示)。电极催化剂层与固体高分子电解质膜22抵接。
如图1所示，在框部28a、28b的箭头C方向(铅垂方向)的一端缘部(上端缘部)沿着箭头B方向(水平方向)而排列设置有用于供给氧化剂气体、例如含氧气体的氧化剂气体入口连通孔30a、用于供给冷却介质的冷却介质入口连通孔32a、以及用于供给燃料气体、例如含氢气体的燃料气体入口连通孔34a。
在框部28a、28b的箭头C方向的另一端缘部(下端缘部)沿着箭头B方向而排列设置有用于排出燃料气体的燃料气体出口连通孔34b、用于排出冷却介质的冷却介质出口连通孔32b、以及用于排出氧化剂气体的氧化剂气体出口连通孔30b。
需要说明的是，氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔30b、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b只要设置于框部28a、28b即可，各自的位置没有限定。
如图3所示，在框部28a上且在第一电解质膜-电极结构体14的阴极面(设有阴极侧电极24的面)14a侧的上部设有位于氧化剂气体入口连通孔30a的下方附近的多个入口凸部36a及入口槽部37a。在框部28a的阴极面14a侧的上部，在冷却介质入口连通孔32a的下方附近且与氧化剂气体入口连通孔30a接近而设有多个入口槽部38a，并且在所述冷却介质入口连通孔32a的下方附近且与燃料气体入口连通孔34a接近而贯通形成有多个入口孔部40a。
在框部28a的阴极面14a侧的下部设有位于氧化剂气体出口连通孔30b的上方附近的多个出口凸部36b及出口槽部37b。在框部28a的阴极面14a侧的下部，在冷却介质出口连通孔32b的上方附近且与氧化剂气体出口连通孔30b接近而设有多个出口槽部38b，并且在所述冷却介质出口连通孔32b的上方附近且与燃料气体出口连通孔34b接近而贯通形成有多个出口孔部40b。
如图4所示，在框部28a上且在第一电解质膜-电极结构体14的阳极面(设有阳极侧电极26的面)14b侧的上部，在冷却介质入口连通孔32a的下方附近且与燃料气体入口连通孔34a接近而设有多个入口槽部42a。在入口槽部42a的下方附近贯通形成有多个入口孔部40a。在框部28a上设有位于燃料气体入口连通孔34a的下方的多个入口槽部46a。
在框部28a的阳极面14b侧的下部，在冷却介质出口连通孔32b的上方附近且与燃料气体出口连通孔34b接近而设有多个出口槽部42b。在出口槽部42b的上方附近贯通形成有多个出口孔部40b。在框部28a上设有位于燃料气体出口连通孔34b的上方的多个出口槽部46b。
在框部28a的阳极面14b侧一体或分体地成形有外侧密封构件(外侧密封线)48及内侧密封构件(内侧密封线)50。外侧密封构件48及内侧密封构件50例如使用EPDM、NBR、氟橡胶、硅橡胶、硅氟橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、苯乙烯橡胶、氯丁二烯或丙烯酸橡胶等密封材料、缓冲材料或填密材料等的弹性密封件。需要说明的是，以下说明的各密封构件与上述的外侧密封构件48及内侧密封构件50同样地构成，省略其详细的说明。
外侧密封构件48从框部28a的外周缘部环绕全部流体连通孔即氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔30b、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b的外周以及反应面(发电面)外周。该外侧密封构件48围绕冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b。通过外侧密封构件48，入口槽部42a及入口孔部40a与冷却介质入口连通孔32a被一体地围绕，出口槽部42b及出口孔部40b与冷却介质出口连通孔32b被一体地围绕。
内侧密封构件50位于外侧密封构件48的内方，将阳极侧电极26与入口槽部46a及出口槽部46b一体地围绕。
内侧密封构件50沿着与第一隔板16的外形形状对应的轮廓线而设置，并与所述第一隔板16的外周端缘面整周(隔板面内)相接。外侧密封构件48配置在第一隔板16的外周端外方(隔板面外)。通过外侧密封构件48及内侧密封构件50，将全部流体连通孔环绕密封。
如图3所示，在框部28a的阴极面14a侧设有将入口孔部40a围绕的环状入口密封构件52a和将出口孔部40b围绕的环状出口密封构件52b。
如图5所示，在框部28b上且在第二电解质膜-电极结构体18的阴极面(设有阴极侧电极24的面)18a侧的上部设有位于氧化剂气体入口连通孔30a的下方附近的多个入口凸部54a及多个入口槽部56a。
在框部28b的阴极面18a侧的上部，在冷却介质入口连通孔32a的下方附近且与燃料气体入口连通孔34a接近而设有多个入口槽部58a，并且在所述冷却介质入口连通孔32a的下方附近且与氧化剂气体入口连通孔30a接近而形成有多个入口孔部60a。第二电解质膜-电极结构体18的入口孔部60a偏置地配置在从层叠方向观察时与第一电解质膜-电极结构体14的入口孔部40a相互不重合的位置。
在框部28b的阴极面18a侧的上部设有位于燃料气体入口连通孔34a的下方附近的多个入口槽部62a，并且在所述入口槽部62a的下端部贯通形成有多个入口孔部64a。在各入口孔部64a的下方离开规定的间隔而贯通形成多个入口孔部66a。
在框部28b的阴极面18a侧的下部，在冷却介质出口连通孔32b的上方附近且与燃料气体出口连通孔34b接近而设有多个出口槽部58b，并且在所述冷却介质出口连通孔32b的上方附近且与氧化剂气体出口连通孔30b接近而形成有多个出口孔部60b。第二电解质膜-电极结构体18的出口孔部60b偏置地配置在从层叠方向观察时与第一电解质膜-电极结构体14的出口孔部40b相互不重合的位置。
在框部28b的阴极面18a侧的下部设有位于燃料气体出口连通孔34b的上方附近的多个出口槽部62b，并且在所述出口槽部62b的上端部贯通形成有多个出口孔部64b。在各出口孔部64b的上方离开规定的间隔而贯通形成多个出口孔部66b。
如图6所示，在框部28b上且在第二电解质膜-电极结构体18的阳极面(设有阳极侧电极26的面)18b侧的上部，在冷却介质入口连通孔32a的下方附近且与氧化剂气体入口连通孔30a接近而设有多个入口槽部68a。在入口槽部68a的下方附近贯通形成有多个入口孔部60a。在框部28b上设有位于燃料气体入口连通孔34a的下方并将入口孔部64a、66a连通的多个入口槽部72a。
在框部28b的阳极面18b侧的下部，在冷却介质出口连通孔32b的上方附近且与氧化剂气体出口连通孔30b接近而设有多个出口槽部68b。在出口槽部68b的上方附近形成有多个出口孔部60b。位于燃料气体出口连通孔34b的上方而设有将出口孔部64b、66b连通的多个出口槽部72b。
在框部28b上且在阳极面18b侧一体或分体地成形有外侧密封构件(外侧密封线)74及内侧密封构件(内侧密封线)76。外侧密封构件74从框部28b的外周缘部环绕全部流体连通孔即氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔30b、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b的外周。
外侧密封构件74围绕冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b。通过外侧密封构件74，入口槽部68a及入口孔部60a与冷却介质入口连通孔32a被一体地围绕，出口槽部68b及出口孔部60b与冷却介质出口连通孔32b被一体地围绕。
内侧密封构件76位于外侧密封构件74的内方，并将阳极侧电极26、入口孔部64a、66a、入口槽部72a、出口孔部64b、66b及出口槽部72b一体地围绕。
内侧密封构件76沿着与第二隔板20的外形形状对应的轮廓线而设置，与所述第二隔板20的外周端缘面整周相接。外侧密封构件74配置在第二隔板20的外周端外方。通过外侧密封构件74及内侧密封构件76，将全部流体连通孔环绕密封。
如图5所示，在框部28b的阴极面18a侧设有围绕入口孔部60a、66a的环状入口密封构件78a、80a和围绕出口孔部60b、66b的环状出口密封构件78b、80b。
第一及第二隔板16、20设定成在氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔30b、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b(全部流体连通孔)的内方配置的尺寸。
如图2所示，第一隔板16具备外形具有同一形状而相互层叠的两张金属板(例如，不锈钢板)82a、82b，所述金属板82a、82b例如通过焊接或粘接而将外周缘部一体化，且形成密闭的内部空间。在金属板82a上形成与阴极侧电极24对置的氧化剂气体流路84，并且在金属板82b上形成与阳极侧电极26对置的燃料气体流路86。在金属板82a、82b之间(内部空间)形成有冷却介质流路88。
如图7所示，第一隔板16在金属板82a的面内设有氧化剂气体流路84，该氧化剂气体流路84具有沿着箭头C方向(铅垂方向)延伸的多个流路槽。在氧化剂气体流路84的上游及下游设有入口缓冲部85a及出口缓冲部85b。在入口缓冲部85a的上方形成有位于氧化剂气体入口连通孔30a的下方的多个入口槽部87a。在出口缓冲部85b的下方形成有位于氧化剂气体出口连通孔30b的上方的多个出口槽部87b。
在金属板82a的上部形成有与第二电解质膜-电极结构体18的多个入口孔部60a连通的多个孔部90a和与所述第二电解质膜-电极结构体18的入口孔部66a连通的多个孔部92a。孔部92a也形成在金属板82b上而将第一隔板16贯通。
在金属板82a的下部形成有与第二电解质膜-电极结构体18的多个出口孔部60b连通的多个孔部90b和与所述第二电解质膜-电极结构体18的出口孔部66b连通的多个孔部92b。孔部92b也形成在金属板82b上而将第一隔板16贯通。
第一隔板16设有用于避开第一电解质膜-电极结构体14的入口孔部40a的上部退避部94a和用于避开所述第一电解质膜-电极结构体14的出口孔部40b的下部退避部94b。
如图8所示，第一隔板16在金属板82b的面内设有燃料气体流路86，该燃料气体流路86具有沿着箭头C方向(铅垂方向)延伸的多个流路槽。在燃料气体流路86的上游及下游设有入口缓冲部96a及出口缓冲部96b。在入口缓冲部96a的上方形成有位于氧化剂气体入口连通孔30a的下方的多个入口槽部98a和位于冷却介质入口连通孔32a的下方的多个入口槽部100a。入口槽部100a是用于在第一隔板16的内部形成冷却介质通路的凹凸结构。
在出口缓冲部96b的下方形成有位于氧化剂气体出口连通孔30b的上方的多个出口槽部98b和位于冷却介质出口连通孔32b的上方的多个出口槽部100b。出口槽部100b是用于在第一隔板16的内部形成冷却介质通路的凹凸结构。
如图2所示，第二隔板20具备外形具有同一形状而相互层叠的两张金属板(例如，不锈钢板)102a、102b，所述金属板102a、102b例如通过焊接或粘接而将外周缘部一体化，并将内部密闭。在金属板102a上形成有与阴极侧电极24对置的氧化剂气体流路84，并且在金属板102b上形成有与阳极侧电极26对置的燃料气体流路86。在金属板102a、102b之间形成有冷却介质流路88。
如图9所示，第二隔板20在金属板102a的面内设有氧化剂气体流路84，该氧化剂气体流路84具有沿着箭头C方向(铅垂方向)延伸的多个流路槽。在氧化剂气体流路84的上游及下游设有入口缓冲部104a及出口缓冲部104b。在金属板102a的上方形成有与第一电解质膜-电极结构体14的多个入口孔部40a连通的多个孔部106a。在金属板102a的下部形成有与第一电解质膜-电极结构体14的多个出口孔部40b连通的多个孔部106b。
第二隔板20设有用于避开第二电解质膜-电极结构体18的入口孔部60a的上部退避部108a和用于避开所述第二电解质膜-电极结构体18的出口孔部60b的下部退避部108b。
如图10所示，第二隔板20在金属板102b的面内设有燃料气体流路86，该燃料气体流路86具有沿着箭头C方向(铅垂方向)延伸的多个流路槽。在燃料气体流路86的上游及下游设有入口缓冲部110a及出口缓冲部110b。
在金属板102b的上部形成有位于冷却介质入口连通孔32a的下方的多个入口槽部112a，另一方面，在所述金属板102b的下部形成有位于冷却介质出口连通孔32b的上方的多个出口槽部112b。入口槽部112a及出口槽部112b分别是用于在第二隔板20的内部形成冷却介质通路的凹凸结构。
如图11所示，在层叠方向上相邻的框部28a、28b之间形成有：将氧化剂气体入口连通孔30a与第一电解质膜-电极结构体14的氧化剂气体流路84连通的氧化剂气体连结流路113a；将所述氧化剂气体入口连通孔30a与第二电解质膜-电极结构体18的氧化剂气体流路84连通的氧化剂气体连结流路113b。需要说明的是，虽然未图示，但是在框部28a、28b之间同样地形成有将氧化剂气体出口连通孔30b与氧化剂气体流路84连通的氧化剂气体连结流路。
氧化剂气体连结流路113a、113b通过将框部28a的外侧密封构件48及内侧密封构件50与框部28b的外侧密封构件74及内侧密封构件76配置在从层叠方向观察时不同的位置而形成。
氧化剂气体连结流路113b具有：形成在框部28b的表面上，且沿着隔板面方向延伸的入口凸部54a；形成在所述框部28b上的入口槽部56a；形成在构成第一隔板16的金属板82a的表面上，与所述入口凸部54a之间的槽连通而沿着所述隔板面方向延伸的入口槽部87a。入口槽部56a与入口槽部87a的端部彼此连通。
氧化剂气体连结流路113a具有：形成在框部28a的表面上，且沿着隔板面方向延伸的入口凸部36a；入口槽部37a。
如图12所示，在层叠方向上相邻的框部28a、28b之间形成有将燃料气体入口连通孔34a与燃料气体流路86连通的燃料气体连结流路114。需要说明的是，虽然未图示，但是在框部28a、28b之间同样地形成有将燃料气体出口连通孔34b与燃料气体流路86连通的燃料气体连结流路。
燃料气体连结流路114通过将框部28a的外侧密封构件48及内侧密封构件50与框部28b的外侧密封构件74及内侧密封构件76配置在从层叠方向观察时不同的位置而形成。
燃料气体连结流路114具有：形成于在第二电解质膜-电极结构体18的框部28b上，且沿着隔板面方向延伸的入口槽部62a、72a；沿着层叠方向将第一隔板16的外周缘部贯通的孔部92a。需要说明的是，入口槽部62a也可以设置在第一电解质膜-电极结构体14的框部28a上。
具体而言，在框部28b上设有入口孔部(第一贯通孔)64a及入口孔部(第二贯通孔)66a，在所述框部28b的两面上形成的入口槽部62a、72a经由所述入口孔部64a而相互连通。入口孔部66a与孔部92a在层叠方向上配置在同轴上或偏置配置，入口槽部62a、72a经由所述入口孔部66a而从所述孔部92a向第一隔板16的燃料气体流路(第一反应气体流路)86连通。入口槽部72a与第二隔板20的燃料气体流路86直接连通。
如图13及图14所示，在层叠方向上相邻的框部28a、28b之间形成有：将冷却介质入口连通孔32a与第二隔板20的冷却介质流路88连通的冷却介质连结流路116a；将所述冷却介质入口连通孔32a与第一隔板16的冷却介质流路88连通的冷却介质连结流路116b。需要说明的是，虽然未图示，但在框部28a、28b之间形成有将冷却介质出口连通孔32b与冷却介质流路88连通的冷却介质连结流路。
冷却介质连结流路116a、116b通过将框部28a的外侧密封构件48及内侧密封构件50与框部28b的外侧密封构件74及内侧密封构件76配置在从层叠方向观察时不同的位置而形成。需要说明的是，冷却介质连结流路116a、116b可以形成在框部28a或28b的一方。
如图13所示，冷却介质连结流路116a具有：沿着隔板面方向设置的入口槽部42a、58a；沿着层叠方向形成在框部28a上的入口孔部(第一孔部)40a；沿着所述层叠方向形成在构成第二隔板20的金属板102a上的孔部(第二孔部)106a。入口槽部42a与入口槽部58a的端部彼此连通。
如图14所示，冷却介质连结流路116b具有：沿着隔板面方向设置的入口槽部68a、38a；沿着层叠方向形成在框部28b上的入口孔部(第一孔部)60a；沿着所述层叠方向形成在构成第一隔板16的金属板82a上的孔部(第二孔部)90a。入口槽部68a与入口槽部38a的端部彼此连通。
框部28a的入口孔部40a及孔部106a与框部28b的入口孔部60a及孔部90a设定在从层叠方向观察时相互不重合的位置。
以下，说明该燃料电池10的动作。
如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔30a供给含氧气体等氧化剂气体，并向燃料气体入口连通孔34a供给含氢气体等燃料气体。并且，向冷却介质入口连通孔32a供给纯水或乙二醇等冷却介质。
在各电池单元12中，供给到氧化剂气体入口连通孔30a的氧化剂气体如图1及图11所示，从第一电解质膜-电极结构体14的入口凸部36a之间和第二电解质膜-电极结构体18的入口凸部54a之间向入口槽部56a导入。
被导入到入口凸部36a的氧化剂气体通过入口槽部37a向所述第二隔板20的氧化剂气体流路84供给。供给到氧化剂气体流路84的氧化剂气体向第一电解质膜-电极结构体14的阴极侧电极24供给之后，剩余的氧化剂气体从出口凸部36b之间向氧化剂气体出口连通孔30b排出。
另一方面，被导入到入口槽部56a之间的氧化剂气体通过第二电解质膜-电极结构体18与第一隔板16之间的入口槽部87a而向所述第一隔板16的氧化剂气体流路84供给。供给到氧化剂气体流路84的氧化剂气体在向第二电解质膜-电极结构体18的阴极侧电极24供给之后，剩余的氧化剂气体从出口槽部87b、56b通过出口凸部54b之间而向氧化剂气体出口连通孔30b排出。
另外，供给到燃料气体入口连通孔34a的燃料气体如图1及图12所示，被导入第二电解质膜-电极结构体18的入口槽部62a。燃料气体从入口槽部62a通过入口孔部64a向阳极侧移动，一部分从入口槽部72a向第二隔板20的燃料气体流路86供给。
燃料气体的剩余的部分通过入口孔部66a及第一隔板16的孔部92a而被导入到所述第一隔板16与第一电解质膜-电极结构体14之间，向所述第一隔板16的燃料气体流路86供给。
在第二隔板20的燃料气体流路86中流通了的使用完的燃料气体向出口槽部72b排出，进而从出口孔部64b通过出口槽部62b向燃料气体出口连通孔34b排出。另一方面，在第一隔板16的燃料气体流路86中流通了的使用完的燃料气体从孔部92b通过出口孔部66b向出口槽部72b排出，同样地向燃料气体出口连通孔34b排出。
由此，在第一电解质膜-电极结构体14及第二电解质膜-电极结构体18中，分别向阴极侧电极24供给的氧化剂气体和向阳极侧电极26供给的燃料气体在电极催化剂层内因电化学反应而被消耗，进行发电。
另外，向冷却介质入口连通孔32a供给的冷却介质的一部分如图1及图13所示，被导入第一电解质膜-电极结构体14的入口槽部42a，并入口槽部58a向入口孔部40a供给。冷却介质从入口孔部40a通过第二隔板20的孔部106a而被导入所述第二隔板20的内部。
冷却介质沿着入口槽部112a在第二隔板20内流通，在向冷却介质流路88供给之后，从出口槽部112b通过孔部106b而从所述第二隔板20排出。并且，该冷却介质从出口孔部40b通过出口槽部58b、42b而向冷却介质出口连通孔32b排出。
另一方面，供给到冷却介质入口连通孔32a的冷却介质的另一部分如图1及图14所示，被导入第二电解质膜-电极结构体18的入口槽部68a，并从入口槽部38a向入口孔部60a供给。冷却介质从入口孔部60a通过第一隔板16的孔部90a而被导入所述第一隔板16内部。
冷却介质沿着入口槽部100a在第一隔板16内流通，向冷却介质流路88供给之后，从出口槽部100b通过孔部90b而从所述第一隔板16排出。并且，该冷却介质从出口孔部60b通过出口槽部38b、68b而向冷却介质出口连通孔32b排出。
因此，第一电解质膜-电极结构体14及第二电解质膜-电极结构体18由在第一隔板16内的冷却介质流路88及第二隔板20内的冷却介质流路88中流通的冷却介质冷却。
这种情况下，在第一实施方式中，在构成第一电解质膜-电极结构体14的框部28a及构成第二电解质膜-电极结构体18的框部28b上沿着层叠方向而贯通形成有全部流体连通孔即氧化剂气体入口连通孔30a、冷却介质入口连通孔32a、燃料气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔30b、冷却介质出口连通孔32b及燃料气体出口连通孔34b。
因此，在第一隔板16及第二隔板20无需设置流体连通孔，从而所述第一隔板16及所述第二隔板20能够设定成与发电区域对应的外形尺寸。因此，第一隔板16及第二隔板20容易实现小型轻量化，从而能够削减所述第一隔板16及所述第二隔板20的制造成本。
由此，能够有效地制造第一隔板16及第二隔板20，且能够经济地得到燃料电池10整体。
而且，在各电池单元12内的单位电池(两张隔板和一个MEA)中，如图2所示，外侧密封构件48及内侧密封构件50与外侧密封构件74及内侧密封构件76交替设置，实质上密封构件仅设置在一面。因此，能够使燃料电池10整体的层叠方向的尺寸良好地缩短而实现紧凑化。
而且，第一隔板16具备外形具有同一形状而相互层叠的两张金属板82a、82b，所述金属板82a、82b例如通过焊接或粘接而将外周缘部一体化，并将内部密闭。同样，第二隔板20具备外形具有同一形状而相互层叠的两张金属板102a、102b，所述金属板102a、102b例如通过焊接或粘接而将外周缘部一体化，并将内部密闭。
在第一隔板16中，在金属板82a、82b之间不需要密封，并且在第二隔板20中，在金属板102a、102b之间不需要密封。因此，在第一实施方式中，能够有效地削减第一隔板16及第二隔板20的制造成本，从而能够经济地制造燃料电池10整体。
此外，在第一实施方式中，如图11所示，在层叠方向上相邻的框部28a、28b之间形成有：将氧化剂气体入口连通孔30a与第一电解质膜-电极结构体14的氧化剂气体流路84连通的氧化剂气体连结流路113a；将所述氧化剂气体入口连通孔30a与第二电解质膜-电极结构体18的氧化剂气体流路84连通的氧化剂气体连结流路113b。
并且，氧化剂气体连结流路113a、113b通过将框部28a的外侧密封构件48及内侧密封构件50与框部28b的外侧密封构件74及内侧密封构件76配置在从层叠方向观察时不同的位置而形成。
具体而言，氧化剂气体连结流路113b具有：形成在框部28b的表面上，且沿着隔板面方向延伸的入口凸部54a；形成在所述框部28b上的入口槽部56a；形成在构成第一隔板16的金属板82a的表面上，且与所述入口凸部54a之间的槽连通而沿着所述隔板面方向延伸的入口槽部87a，其中，所述入口槽部56a与所述入口槽部87a的端部彼此连通。因此，能够实现燃料电池10的结构的简化，并缩短所述燃料电池10整体的层叠方向的尺寸。
另外，在第一实施方式中，如图12所示，在层叠方向上相邻的框部28a、28b之间形成有将燃料气体入口连通孔34a与燃料气体流路86连通
的燃料气体连结流路114。
并且，燃料气体连结流路114通过将框部28a的外侧密封构件48及内侧密封构件50与框部28b的外侧密封构件74及内侧密封构件76配置在从层叠方向观察时不同的位置而形成。
燃料气体连结流路114具有：形成在第二电解质膜-电极结构体18的框部28b上，且沿着隔板面方向延伸的入口槽部62a、72a；沿着层叠方向将第一隔板16的外周缘部贯通的孔部92a。
具体而言，在框部28b上设有入口孔部64a及入口孔部66a，在所述框部28b的两面上形成的入口槽部62a、72a经由所述入口孔部64a而相互连通。入口孔部66a与孔部92a沿着层叠方向配置在同轴上，入口槽部62a、72a经由所述入口孔部66a从所述孔部92a向第一隔板16的燃料气体流路86连通，另一方面，所述入口槽部72a与第二隔板20的燃料气体流路86直接连通。
因此，能够实现燃料电池10的结构的简化，并缩短所述燃料电池10整体的层叠方向的尺寸。
此外，在第一实施方式中，如图13及图14所示，在层叠方向上相邻的框部28a、28b之间形成有：将冷却介质入口连通孔32a与第二隔板20的冷却介质流路88连通的冷却介质连结流路116a；将所述冷却介质入口连通孔32a与第一隔板16的冷却介质流路88连通的冷却介质连结流路116b。
并且，冷却介质连结流路116a、116b通过将框部28a的外侧密封构件48及内侧密封构件50与框部28b的外侧密封构件74及内侧密封构件76配置在从层叠方向观察时不同的位置而形成。
具体而言，如图13所示，冷却介质连结流路116a具有沿着隔板面方向设置的入口槽部42a、58a、沿着层叠方向形成在框部28a上的入口孔部40a、沿着所述层叠方向形成在金属板102a上的孔部106a，所述入口槽部42a与所述入口槽部58a的端部彼此连通。
另一方面，如图14所示，冷却介质连结流路116b具有沿着隔板面方向设置的入口槽部68a、38a、沿着层叠方向形成在框部28b上的入口孔部60a、沿着所述层叠方向形成在金属板82a上的孔部90a，所述入口槽部68a与所述入口槽部38a的端部彼此连通。
此时，框部28a的入口孔部40a及孔部106a与框部28b的入口孔部60a及孔部90a相对于层叠方向而设定在相互不重合的位置。因此，能够实现燃料电池10的结构的简化，并缩短所述燃料电池10整体的层叠方向的尺寸。
需要说明的是，在第一实施方式中，可以使氧化剂气体在燃料气体用的流路结构中流通，另一方面，使燃料气体在氧化剂气体用的流路结构中流通。而且，在燃料气体用及氧化剂气体用中可以都设置同一结构的桥部。
图15是本发明的第二实施方式的燃料电池120的分解立体说明图。需要说明的是，对与第一实施方式的燃料电池10相同的构成要素，标注同一参照符号，并省略其详细的说明。而且，在以下说明的第三实施方式以后的实施方式中，也同样地省略其详细的说明。
如图15及图16所示，燃料电池120通过将多个电池单元122层叠而构成，并且所述电池单元122具备第一电解质膜-电极结构体(电解质-电极结构体)(MEA)124、第一隔板126、第二电解质膜-电极结构体(电解质-电极结构体)(MEA)128及第二隔板130。
第一电解质膜-电极结构体124及第二电解质膜-电极结构体128设有框部132a及框部132b。如图17所示，在框部132a的阴极面124a侧的上部，在冷却介质入口连通孔32a的下方附近未设置入口槽部38a，而在所述冷却介质入口连通孔32a的整个宽度方向上形成有多个入口孔部134a。入口孔部134a由环状入口密封构件136a围绕。
在框部132a的阴极面124a侧的下部，在冷却介质出口连通孔32b的上方附近未设置出口槽部38b，而在所述冷却介质出口连通孔32b的整个宽度方向上形成有多个出口孔部134b。出口孔部134b由环状出口密封构件136b围绕。
如图18所示，在框部132a的阳极面124b侧的上部设有与多个入口孔部134a对应的多个入口槽部138a，另一方面，在所述阳极面124b侧的下部设有与多个出口孔部134b对应的多个出口槽部138b。
如图19所示，在框部132b的阴极面128a侧的上部，在冷却介质入口连通孔32a的下方附近未设置入口孔部60a，而在所述冷却介质入口连通孔32a的整个宽度方向上形成有多个入口槽部140a。
在框部132b的阴极面128a侧的下部，在冷却介质出口连通孔32b的上方附近未设置出口孔部60b，而在所述冷却介质出口连通孔32b的整个宽度方向上形成有多个出口槽部140b。
如图20所示，在框部132b的阳极面128b侧未设置入口槽部68a及出口槽部68b。
第一隔板126由单一的金属板构件构成。如图21所示，在第一隔板126的一方的面上设置的氧化剂气体流路84的上方形成有多个孔部92a和多个入口槽部87a，另一方面，未设置孔部90a。在氧化剂气体流路84的下方形成有多个孔部92b和多个出口槽部87b，另一方面，未设置孔部90b。
如图22所示，在第一隔板126的另一方的面上设置的燃料气体流路86的上方设有多个入口槽部98a，另一方面，未设置入口槽部100a。在燃料气体流路86的下方设有多个出口槽部98b，另一方面，未设置出口槽部100b。
如图23所示，第二隔板130具备外形具有同一形状而相互层叠的两张金属板(例如，不锈钢板)142a、142b，所述金属板142a、142b通过例如焊接或粘接而将外周缘部一体化，并将内部密闭。在金属板142a上形成有与阴极侧电极24对置的氧化剂气体流路84，并且在金属板142b上形成有与阳极侧电极26对置的燃料气体流路86。在金属板142a、142b之间形成有冷却介质流路88。
如图23所示，在金属板142a的上方且在冷却介质入口连通孔32a的下方，在该冷却介质入口连通孔32a的整个宽度方向上形成有多个孔部144a。在氧化剂气体流路84的下方且在冷却介质出口连通孔32b的上方，在该冷却介质出口连通孔32b的整个宽度方向上形成有多个孔部144b。
如图24所示，在金属板142b的上方且在冷却介质入口连通孔32a的下方，在该冷却介质入口连通孔32a的整个宽度方向上形成有多个入口槽部146a。在燃料气体流路86的下方且在冷却介质出口连通孔32b的上方，在该冷却介质出口连通孔32b的整个宽度方向上形成有多个出口槽部146b。
如图25所示，在层叠方向上相邻的框部132a、132b之间形成有：将氧化剂气体入口连通孔30a与第一电解质膜-电极结构体124的氧化剂气体流路84连通的氧化剂气体连结流路150a；将所述氧化剂气体入口连通孔30a与第二电解质膜-电极结构体128的氧化剂气体流路84连通的氧化剂气体连结流路150b。需要说明的是，虽然未图示，但在框部132a、132b之间同样地形成有将氧化剂气体出口连通孔30b与氧化剂气体流路84连通的氧化剂气体连结流路。
氧化剂气体连结流路150a、150b通过将框部132a的外侧密封构件48及内侧密封构件50与框部132b的外侧密封构件74及内侧密封构件76配置在从层叠方向观察时不同的位置而形成。
氧化剂气体连结流路150b具有：形成在框部132b的表面上，且沿着隔板面方向延伸的入口凸部(第一槽部)54a；形成在所述框部132b的表面上的入口槽部56a；形成在第一隔板126的表面上，与所述入口凸部54a之间的槽连通而沿着所述隔板面方向延伸的入口槽部(第二槽部)87a。入口槽部56a与入口槽部87a的端部彼此连通。
氧化剂气体连结流路150a具有：形成在框部132a的表面上，且沿着隔板面方向设置的入口凸部36a；入口槽部37a。
如图26所示，在层叠方向上相邻的框部132a、132b之间形成有将燃料气体入口连通孔34a与燃料气体流路86连通的燃料气体连结流路152。需要说明的是，虽然未图示，但在框部132a、132b之间同样地形成有将燃料气体出口连通孔34b与燃料气体流路86连通的燃料气体连结流路。
燃料气体连结流路152通过将框部132a的外侧密封构件48及内侧密封构件50与框部132b的外侧密封构件74及内侧密封构件76配置在从层叠方向观察时不同的位置而形成。
燃料气体连结流路152具有：形成在第二电解质膜-电极结构体128的框部132b上，且沿着隔板面方向延伸的入口槽部62a、72a；沿着层叠方向将第一隔板126的外周缘部贯通的孔部92a。需要说明的是，入口槽部62a也可以形成在第一电解质膜-电极结构体124的框部132a上。
具体而言，在框部132b上设有入口孔部64a及入口孔部66a，在所述框部132b的两面上形成的入口槽部62a、72a经由所述入口孔部64a而相互连通。入口孔部66a与孔部92a在层叠方向上配置在同轴上或偏置配置，入口槽部62a、72a经由所述入口孔部66a而从所述孔部92a向第一隔板126的燃料气体流路86连通。入口槽部72a与第二隔板130的燃料气体流路86直接连通。
如图27所示，在层叠方向上相邻的框部132a、132b之间形成有将冷却介质入口连通孔32a与第二隔板130的冷却介质流路88连通的冷却介质连结流路154。需要说明的是，虽然未图示，但在框部132a、132b之间同样地形成有将冷却介质出口连通孔32b与冷却介质流路88连通的冷却介质连结流路。
冷却介质连结流路154通过将框部132a的外侧密封构件48及内侧密封构件50与框部132b的外侧密封构件74及内侧密封构件76配置在从层叠方向观察时不同的位置而形成。
冷却介质连结流路154具有：沿着隔板面方向设置的入口槽部138a、140a；沿着层叠方向形成在框部132a上的入口孔部(第一孔部)134a；沿着所述层叠方向形成在金属板142a上的孔部(第二孔部)144a。入口槽部138a与入口槽部140a的端部彼此连通。
关于该燃料电池120的动作，以下简略地进行说明。
在各电池单元122中，向氧化剂气体入口连通孔30a供给的氧化剂气体如图15及图25所示，从第一电解质膜-电极结构体124的入口凸部36a之间和第二电解质膜-电极结构体128的入口凸部54a之间被导入入口槽部56a。
被导入到入口凸部36a的氧化剂气体通过入口槽部37a而向第二隔板130的氧化剂气体流路84供给。供给到氧化剂气体流路84的氧化剂气体在向第一电解质膜-电极结构体124的阴极侧电极24供给之后，剩余的氧化剂气体从出口凸部36b之间向氧化剂气体出口连通孔30b排出。
另一方面，被导入到入口槽部56a之间的氧化剂气体通过第二电解质膜-电极结构体128与第一隔板126之间的入口槽部87a而向所述第一隔板126的氧化剂气体流路84供给。供给到氧化剂气体流路84的氧化剂气体在向第二电解质膜-电极结构体128的阴极侧电极24供给之后，剩余的氧化剂气体从出口槽部87b、56b通过出口凸部54b之间而向氧化剂气体出口连通孔30b排出。
另外，供给到燃料气体入口连通孔34a的燃料气体如图15及图26所示，被导入第二电解质膜-电极结构体128的入口槽部62a。燃料气体从入口槽部62a通过入口孔部64a而向阳极侧移动，一部分从入口槽部72a向第二隔板130的燃料气体流路86供给。
燃料气体的剩余的部分通过入口孔部66a及第一隔板126的孔部92a而被导入所述第一隔板126与第一电解质膜-电极结构体124之间，向所述第一隔板126的燃料气体流路86供给。
在第二隔板130的燃料气体流路86中流通了的使用完的燃料气体向出口槽部72b排出，进而从出口孔部64b通过出口槽部62b而向燃料气体出口连通孔34b排出。另一方面，在第一隔板126的燃料气体流路86中流通了的使用完的燃料气体从孔部92b通过出口孔部66b而向出口槽部72b排出，并同样地向燃料气体出口连通孔34b排出。
由此，在第一电解质膜-电极结构体124及第二电解质膜-电极结构体128中，分别向阴极侧电极24供给的氧化剂气体和向阳极侧电极26供给的燃料气体在电极催化剂层内因电化学反应而被消耗，进行发电。
另外，供给到冷却介质入口连通孔32a的冷却介质如图15及图27所示，被导入第一电解质膜-电极结构体124的入口槽部138a，并从入口槽部140a向入口孔部134a供给。冷却介质从入口孔部134a通过第二隔板130的孔部144a而被导入所述第二隔板130的内部。
冷却介质沿着入口槽部146a在第二隔板130内流通，在向冷却介质流路88供给之后，从出口槽部146b通过孔部144b而从所述第二隔板130排出。进而，冷却介质从出口孔部134b通过出口槽部140b、138b而向冷却介质出口连通孔32b排出。
因此，第一电解质膜-电极结构体124及第二电解质膜-电极结构体128由在第二隔板130内的冷却介质流路88中流通的冷却介质进行间隔冷却。
这种情况下，在第二实施方式中，第一隔板126及第二隔板130能够得到与上述的第一实施方式同样的效果，即容易实现小型轻量化，并有效地削减制造成本，能够经济地制造燃料电池120整体等。
图28是本发明的第三实施方式的燃料电池160的分解立体说明图。
燃料电池160中层叠有多个电池单元162，并且所述电池单元162具备第一电解质膜-电极结构体14、第一隔板164、第二电解质膜-电极结构体18及第二隔板20。第一隔板164具备两张金属板82a、82b，所述金属板82a、82b例如通过焊接或粘接环绕外周缘部而将外周缘部彼此一体化，并形成密闭的内部空间。
如图29及图30所示，在金属板82a、82b上贯通形成有多个孔部92a、92b。在两张金属板82a、82b之间设有环绕孔部92a、92b的接合部166a、166b，通过例如焊接或粘接而将所述金属板82a、82b彼此一体化，由此该接合部166a、166b将所述孔部92a、92b从内部空间(冷却介质流路88)闭塞。
在该第三实施方式中，能够得到与上述的第一及第二实施方式同样的效果。而且，由于设置环绕并闭塞孔部92a、92b的接合部166a、166b，因此能够尽量阻止燃料气体从所述孔部92a、92b进入金属板82a、82b之间(第一隔板164内部)的情况。
图31是本发明的第四实施方式的燃料电池170的剖视说明图。
在燃料电池170中，第一隔板16未设置入口槽部87a及出口槽部87b。因此，尤其是第一隔板16的结构简化，比较经济。

Claims (3)

1.一种燃料电池，其具备通过第一隔板(16)及第二隔板(20)夹持电解质-电极结构体(14、18)的电池单元(12)，该电解质-电极结构体(14、18)在电解质(22)的两侧配设有一对电极(24、26)，所述燃料电池的特征在于，
在所述电解质-电极结构体(14、18)的外周一体地设有由高分子材料形成的框构件(28a、28b)，在所述框构件(28a、28b)上沿着层叠方向贯通而形成有包括反应气体入口连通孔(30a、34a)、反应气体出口连通孔(30b、34b)、冷却介质入口连通孔(32a)及冷却介质出口连通孔(32b)在内的流体连通孔，并且在所述层叠方向上相邻的所述框构件(28a、28b)之间夹装有环绕所述流体连通孔及反应面外周而进行密封的密封构件(48、50)，
所述第一隔板(16)和所述第二隔板(20)中，任一方的隔板都具备外形具有同一形状且外周端的位置分别相同而相互接合的两张板(82a、82b)，并且，
所述第一隔板(16)及所述第二隔板(20)的外周端比所述流体连通孔靠内侧配置，
所述框构件(28a、28b)设有仅为双重的密封线，即，
与所述第一隔板(16)及所述第二隔板(20)的外周端缘面相接的内侧密封线(50)；以及
配置在所述第一隔板(16)及所述第二隔板(20)的外周端外方的外侧密封线(48)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
所述电池单元(12)具备第一所述电解质-电极结构体(14)、所述第一隔板(16)、第二所述电解质-电极结构体(18)及所述第二隔板(20)，
所述第一隔板(16)及所述第二隔板(20)分别通过将两张所述板(82a、82b、102a、102b)接合而构成，并且，
在两张所述板(82a、82b、102a、102b)之间形成有使冷却介质沿着隔板面方向流通的冷却介质流路(88)。
3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
所述电池单元(122)具备第一所述电解质-电极结构体(124)、所述第一隔板(126)、第二所述电解质-电极结构体(128)及所述第二隔板(130)，
所述第一隔板(126)由单一的板构件构成，该单一的板构件在一方的面侧形成有使一方的反应气体即燃料气体沿着隔板面方向流通的燃料气体流路(86)，并且在另一方的面侧形成有使另一方的反应气体即氧化剂气体沿着隔板面方向流通的氧化剂气体流路(84)，
所述第二隔板(130)通过将两张所述板(142a、142b)接合而构成，并且，
在两张所述板(142a、142b)之间形成有使冷却介质沿着隔板面方向流通的冷却介质流路(88)。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5584731B2 (ja) * 2012-05-25 2014-09-03 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP5918037B2 (ja) * 2012-06-14 2016-05-18 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP6065859B2 (ja) * 2014-03-05 2017-01-25 ブラザー工業株式会社 セパレータ及びこれを備えた燃料電池
KR101903317B1 (ko) 2015-06-03 2018-10-01 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 연료 전지용 금속 세퍼레이터 구조체, 당해 세퍼레이터 구조체를 사용한 연료 전지 및 연료 전지 스택
DE102015220689A1 (de) * 2015-10-22 2017-04-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle
JP6547729B2 (ja) * 2016-12-01 2019-07-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の製造方法
DE102017115873A1 (de) * 2017-07-14 2019-01-17 Elringklinger Ag Bipolarplatte für eine elektrochemische Vorrichtung
JP6926888B2 (ja) * 2017-09-22 2021-08-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池セル
JP6496380B1 (ja) 2017-10-11 2019-04-03 本田技研工業株式会社 燃料電池用接合セパレータ及び燃料電池スタック
CN108511774A (zh) * 2018-01-09 2018-09-07 张国胜 带有冷却剂流道的双极板
KR20200132294A (ko) 2019-05-16 2020-11-25 현대자동차주식회사 연료전지용 탄성체 셀 프레임 및 그 제조방법과 이를 이용한 연료전지 스택
CN111370731A (zh) * 2020-03-19 2020-07-03 浙江锋源氢能科技有限公司 一种膜电极边框、膜电极组件及其制备方法以及燃料电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101223668A (zh) * 2005-05-12 2008-07-16 通用汽车环球科技运作公司 用于燃料电池的导电流体分配板
CN101335358A (zh) * 2007-06-28 2008-12-31 本田技研工业株式会社 燃料电池
CN101335356A (zh) * 2007-06-28 2008-12-31 本田技研工业株式会社 燃料电池

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08222237A (ja) 1995-02-14 1996-08-30 Aisin Aw Co Ltd 燃料電池用セパレータ
JP4576646B2 (ja) * 1999-09-30 2010-11-10 アイシン精機株式会社 燃料電池
JP3693955B2 (ja) * 2001-12-26 2005-09-14 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP4727972B2 (ja) * 2004-11-25 2011-07-20 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
JP5086543B2 (ja) * 2006-01-26 2012-11-28 本田技研工業株式会社 燃料電池及びその製造方法
KR100901568B1 (ko) 2006-12-12 2009-06-08 현대자동차주식회사 연료전지용 금속분리판의 제조방법
JP5144226B2 (ja) * 2007-11-16 2013-02-13 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP5438918B2 (ja) * 2008-05-22 2014-03-12 本田技研工業株式会社 燃料電池用電解質・電極構造体及び燃料電池
JP4418527B2 (ja) * 2008-05-28 2010-02-17 パナソニック株式会社 燃料電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101223668A (zh) * 2005-05-12 2008-07-16 通用汽车环球科技运作公司 用于燃料电池的导电流体分配板
CN101335358A (zh) * 2007-06-28 2008-12-31 本田技研工业株式会社 燃料电池
CN101335356A (zh) * 2007-06-28 2008-12-31 本田技研工业株式会社 燃料电池

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