CN107681182A - 燃料电池堆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高层叠体的层叠方向端部的密封性的燃料电池堆(10)，其具备层叠有多个发电单体(12)的层叠体(14)。在发电单体(12)的金属隔板(30、32)上形成有密封线(52、62)，该密封线(52、62)以与电解质膜‑电极结构体的外周部或设置于外周部的树脂膜(46)接触的方式朝向层叠体(14)的层叠方向突出。在绝缘体(18a、18b)或端板(20a、20b)上设有弹性密封构件(80、84)，该弹性密封构件(80、84)与位于层叠方向的最端部的金属隔板(30e、32e)的密封线(52e、62e)抵接。

Description

燃料电池堆
技术领域
本发明涉及具备层叠有多个发电单体的层叠体的燃料电池堆，所述发电单体具有在电解质膜的两侧配设电极而成的电解质膜-电极结构体和在所述电解质膜-电极结构体的两侧配设的金属隔板。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池具备电解质膜-电极结构体(MEA)，该电解质膜-电极结构体(MEA)在由高分子离子交换膜构成的电解质膜的一侧的面上配设有阳极电极，在另一侧的面上配设有阴极电极。电解质膜-电极结构体通过由隔板(双极板)夹持而构成发电单体。具备层叠有规定数量发电单体的层叠体的燃料电池堆例如组装于燃料电池车辆(燃料电池电动机动车等)。
在燃料电池堆中，有时使用金属隔板作为隔板。此时，在金属隔板上设有密封构件，以防止作为反应气体的氧化剂气体及燃料气体、冷却介质的泄漏(例如参照美国专利第6605380号说明书)。密封构件使用氟系、硅酮等的弹性橡胶密封件，存在制造成本高昂这样的问题。
因此，例如日本特开2015-191802号公报所公开的那样，代替弹性橡胶密封件而采用在金属隔板上形成有密封凸起的结构。
然而，有时在电解质膜-电极结构体的两侧配设的各金属隔板上形成密封凸起。该密封凸起以与在电解质膜-电极结构体的外周设置的框部接触的方式向层叠体的层叠方向突出。并且，以使密封凸起进行弹性变形的方式通过在层叠体的两端部设置的绝缘体从层叠方向夹持层叠体，由此防止反应气体、冷却介质的泄漏。
然而，在该情况下，在电解质膜-电极结构体上设置的框部作用有其两侧的密封凸起的弹性力，另一方面，在绝缘体上仅从单侧作用有密封凸起的弹性力，因此引起层叠体的层叠方向端部的密封性降低。因而，希望提高层叠体的层叠方向端部的密封性。
发明内容
本发明考虑到这样的课题而提出，其目的在于提供一种能够提高层叠体的层叠方向端部的密封性的燃料电池堆。
本发明的燃料电池堆具备层叠有多个发电单体的层叠体，所述发电单体具有在电解质膜的两侧配设电极而成的电解质膜-电极结构体和在电解质膜-电极结构体的两侧配设的金属隔板。在金属隔板上形成有密封用凸起部，该密封用凸起部以与电解质膜-电极结构体的外周部或设置于外周部的框部接触的方式朝向层叠体的层叠方向突出。在层叠体的层叠方向两侧，配设有以使密封用凸起部进行弹性变形的方式沿着层叠方向夹持层叠体的绝缘体及端板。
在绝缘体或端板上设有弹性密封构件，该弹性密封构件与位于层叠方向的最端部的金属隔板的密封用凸起部抵接。
另外，在上述燃料电池堆的基础上，优选的是，在绝缘体或端板中的朝向层叠体的面上，形成有供弹性密封构件配设的凹部。
而且，在上述燃料电池堆的基础上，优选的是，金属隔板形成有用于向电极供给反应气体的气体流路和供反应气体及冷却介质流通的多个连通孔，密封用凸起部环绕气体流路，并且设置于连通孔的周围。
另外，在上述燃料电池堆的基础上，优选的是，位于层叠方向的最端部的金属隔板为与如下金属隔板相同的结构，该金属隔板是与电解质膜-电极结构体的外周部或框部中的指向位于层叠方向的最端部的所述金属隔板的相反侧的面接触的金属隔板。
根据本发明，将与位于层叠体的层叠方向的最端部的金属隔板的密封用凸起部抵接的弹性密封构件设置于绝缘体或端板。由此，在层叠体的层叠方向端部的金属隔板的密封用凸起部上作用有弹性密封构件的弹性力，且在弹性密封构件上作用有该密封用凸起部的弹性力，因此能够提高层叠体的层叠方向端部的密封性。
上述的目的、特征及优点根据参照附图说明的以下的实施方式的说明而容易理解。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的燃料电池堆的立体说明图。
图2是所述燃料电池堆的局部分解简要立体图。
图3是图2的沿着III-III线的剖视图。
图4是所述燃料电池堆的发电单体的分解立体图。
图5是构成所述发电单体的第一金属隔板的正面说明图。
图6是构成所述燃料电池堆的一方的绝缘体的正面说明图。
图7是构成所述燃料电池堆的另一方的绝缘体的正面说明图。
图8是构成所述燃料电池堆的第一弹性密封构件及第二弹性密封构件的剖视说明图。
图9是表示本发明的燃料电池堆的结构例的剖视图。
图10是表示本发明的燃料电池堆的另一结构例的剖视图。
具体实施方式
以下，例举优选的实施方式并参照附图来说明本发明的燃料电池堆。
如图1及图2所示，本发明的一实施方式的燃料电池堆10具备将多个发电单体12沿着水平方向(箭头A方向)或重力方向(箭头C方向)层叠而成的层叠体14。燃料电池堆10例如搭载于未图示的燃料电池电动机动车等燃料电池车辆。
在层叠体14的层叠方向(箭头A方向)一端，朝向外侧而依次配设有接线板16a、绝缘体18a及端板20a(参照图2)。在层叠体14的层叠方向另一端，朝向外侧而依次配设有接线板16b、绝缘体18b及端板20b。
如图1所示，端板20a、20b具有横长(也可以是纵长)的长方形形状，并且在各边之间配置有连结杆24。各连结杆24的两端经由螺栓26而固定于端板20a、20b的内表面，对层叠有多个的发电单体12施加层叠方向(箭头A方向)的紧固载荷。需要说明的是，在燃料电池堆10中，也可以构成为，具备以端板20a、20b为端部板的框体，且在所述框体内收容层叠体14。
如图3及图4所示，在发电单体12中，带树脂膜的MEA(电解质膜-电极结构体)28由第一金属隔板30及第二金属隔板32夹持。第一金属隔板30及第二金属隔板32例如通过将钢板、不锈钢板、铝板、镀敷处理钢板、或者对其金属表面实施了防蚀用的表面处理后的金属薄板的截面冲压成形为波形而构成。第一金属隔板30与第二金属隔板32通过焊接、钎焊、铆接等将外周接合为一体，来构成接合隔板33。
在发电单体12的长边方向即箭头B方向(图4中的水平方向)的一端缘部，设有沿着箭头A方向相互连通的氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a及燃料气体出口连通孔38b。氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a及燃料气体出口连通孔38b沿着箭头C方向排列设置。氧化剂气体入口连通孔34a供给氧化剂气体、例如含氧气体。冷却介质入口连通孔36a供给冷却介质，燃料气体出口连通孔38b排出燃料气体、例如含氢气体。
在发电单体12的箭头B方向的另一端缘部，沿着箭头C方向排列设置有沿着箭头A方向相互连通的燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b及氧化剂气体出口连通孔34b。燃料气体入口连通孔38a供给燃料气体，冷却介质出口连通孔36b排出冷却介质，并且氧化剂气体出口连通孔34b排出氧化剂气体。氧化剂气体入口连通孔34a及氧化剂气体出口连通孔34b和燃料气体入口连通孔38a及燃料气体出口连通孔38b的配置并不限定于本实施方式。根据要求的规格而适当设定即可。
如图3所示，在外周具有框形状的树脂膜(框部)46的带树脂膜的MEA28例如具有：含有水分的全氟磺酸的薄膜即固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)40；以及对所述固体高分子电解质膜40进行夹持的阳极电极42及阴极电极44。
固体高分子电解质膜40除了氟系电解质以外，还可以使用HC(烃)系电解质。固体高分子电解质膜40具有比阳极电极42及阴极电极44小的平面尺寸(外形尺寸)。固体高分子电解质膜40具有与电极外周重叠的重叠部41。
阳极电极42设有：与固体高分子电解质膜40的一侧的面40a接合的第一电极催化剂层42a；以及层叠于所述第一电极催化剂层42a的第一气体扩散层42b。第一电极催化剂层42a具有比第一气体扩散层42b小的外形尺寸，并且设定为与固体高分子电解质膜40相同(或未达到相同的)的外形尺寸。需要说明的是，第一电极催化剂层42a也可以具有与第一气体扩散层42b相同的外形尺寸。
阴极电极44设有：与固体高分子电解质膜40的面40b接合的第二电极催化剂层44a；以及层叠于所述第二电极催化剂层44a的第二气体扩散层44b。第二电极催化剂层44a具有比第二气体扩散层44b小的外形尺寸，并且设定为与固体高分子电解质膜40相同(或未达到相同)的外形尺寸。需要说明的是，第二电极催化剂层44a也可以具有与第二气体扩散层44b相同的外形尺寸。
第一电极催化剂层42a例如通过在第一气体扩散层42b的表面均匀地涂敷在表面担载有铂合金的多孔质碳粒子而形成。第二电极催化剂层44a例如通过在第二气体扩散层44b的表面均匀地涂敷在表面担载有铂合金的多孔质碳粒子而形成。第一气体扩散层42b及第二气体扩散层44b由碳纸、碳布等构成。第一电极催化剂层42a及第二电极催化剂层44a形成于固体高分子电解质膜40的两侧的面40a、40b。
在第一气体扩散层42b的外周前端缘部与第二气体扩散层44b的外周前端缘部之间夹持有具有框形状的树脂膜46。树脂膜46的内周端面与固体高分子电解质膜40的外周端面接近或抵接。如图4所示，在树脂膜46的箭头B方向的一端缘部设有氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a及燃料气体出口连通孔38b。在树脂膜46的箭头B方向的另一端缘部设有燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b及氧化剂气体出口连通孔34b。
树脂膜46例如由PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP(液晶聚合物)、PVDF(聚偏氟乙烯)、硅酮树脂、氟树脂、或m-PPE(改性聚苯醚树脂)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或改性聚烯烃构成。需要说明的是，也可以不使用树脂膜46而使固体高分子电解质膜40向外侧突出。另外，也可以在向外侧突出的固体高分子电解质膜40的两侧设置一对框形状的膜。
如图4所示，在第一金属隔板30的朝向带树脂膜的MEA28的面30a上例如设有沿着箭头B方向延伸的氧化剂气体流路48。如图5所示，氧化剂气体流路48与氧化剂气体入口连通孔34a及氧化剂气体出口连通孔34b流体连通。氧化剂气体流路48在沿着箭头B方向延伸的多条凸部48a之间具有直线状流路槽(或波状流路槽)48b。
在氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体流路48之间，设有具有多个压花部的入口缓冲部50a。在氧化剂气体出口连通孔34b与氧化剂气体流路48之间，设有具有多个压花部的出口缓冲部50b。
在第一金属隔板30的面30a上，朝向带树脂膜的MEA28鼓出成形有通过冲压成形而截面为波形形状的氧化剂气体流路48、入口缓冲部50a、出口缓冲部50b及第一密封线(金属凸起密封)52。第一密封线52具有环绕面30a的外周缘部的外侧凸起部(密封用凸起部)52a。如图3所示，作为第一密封线52的截面形状，为朝向前端而尖细的形状，且前端具有平坦形状或圆角形状。第一密封线52具有内侧凸起部(密封用凸起部)52b，该内侧凸起部(密封用凸起部)52b环绕氧化剂气体流路48、氧化剂气体入口连通孔34a及氧化剂气体出口连通孔34b且使它们连通。
第一密封线52还具有连通孔凸起部(密封用凸起部)52c，该连通孔凸起部(密封用凸起部)52c分别环绕燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a及冷却介质出口连通孔36b。外侧凸起部52a、内侧凸起部52b及连通孔凸起部52c在面30a侧具有凸形形状。需要说明的是，外侧凸起部52a根据需要设置即可，也可以不要。
如图5所示，在第一金属隔板30上设有使在面30b侧设置的后述的冷却介质流路66与冷却介质入口连通孔36a相互连通的多个入口通路部54a和使冷却介质流路66与冷却介质出口连通孔36b相互连通的多个出口通路部54b。入口通路部54a及出口通路部54b分别沿着箭头B方向延伸，并且通过第一金属隔板30的一部分向面30a侧鼓出而形成。但是，入口通路部54a与出口通路部54b各自的数量及形状可以任意设定。
入口通路部54a在冷却介质流路66与冷却介质入口连通孔36a之间与内侧凸起部52b和连通孔凸起部52c连结。出口通路部54b在冷却介质流路66与冷却介质出口连通孔36b之间与内侧凸起部52b和连通孔凸起部52c连结。
在第一密封线52中，如图3所示，在外侧凸起部52a及内侧凸起部52b的凸部前端面上通过印刷或涂敷等而固接有树脂材料56a。树脂材料56a例如使用聚酯。如图5所示，在连通孔凸起部52c的凸部前端面上通过印刷或涂敷等而固接有树脂材料56a。需要说明的是，作为树脂材料56a，也可以张贴冲裁出外侧凸起部52a、内侧凸起部52b及连通孔凸起部52c的平面形状的片材。另外，树脂材料56a根据需要设置即可，也可以不要。
如图4所示，在第二金属隔板32的朝向带树脂膜的MEA28的面32a上，例如形成有沿着箭头B方向延伸的燃料气体流路58。燃料气体流路58与燃料气体入口连通孔38a及燃料气体出口连通孔38b流体连通。燃料气体流路58在沿着箭头B方向延伸的多条凸部58a之间具有直线状流路槽(或波状流路槽)58b。
在燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58之间，设有具有多个压花部的入口缓冲部60a。在燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58之间，设有具有多个压花部的出口缓冲部60b。
在第二金属隔板32的面32a上，朝向带树脂膜的MEA28鼓出成形有通过冲压成形而截面为波形形状的燃料气体流路58、入口缓冲部60a、出口缓冲部60b及第二密封线(金属凸起密封)62。第二密封线62具有环绕面32a的外周缘部的外侧凸起部(密封用凸起部)62a。如图3所示，作为第二密封线62的截面形状，为朝向前端而尖细的形状，且前端具有平坦形状或圆角形状。第二密封线62具有内侧凸起部(密封用凸起部)62b，该内侧凸起部(密封用凸起部)62b环绕燃料气体流路58、燃料气体入口连通孔38a及燃料气体出口连通孔38b且使它们连通。
第二密封线62还具有连通孔凸起部(密封用凸起部)62c，该连通孔凸起部62c(密封用凸起部)分别环绕氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、冷却介质入口连通孔36a及冷却介质出口连通孔36b。外侧凸起部62a、内侧凸起部62b及连通孔凸起部62c在面32a侧具有凸形形状。需要说明的是，外侧凸起部62a根据需要设置即可，也可以不要。
如图4所示，在第二金属隔板32上设有使在面32b侧设置的后述的冷却介质流路66与冷却介质入口连通孔36a相互连通的多个入口通路部64a和使冷却介质流路66与冷却介质出口连通孔36b相互连通的多个出口通路部64b。入口通路部64a及出口通路部64b分别沿着箭头B方向延伸，并且通过第二金属隔板32的一部分向面32a侧鼓出而形成。但是，入口通路部64a与出口通路部64b各自的数量及形状可以任意设定。
入口通路部64a在冷却介质流路66与冷却介质入口连通孔36a之间与内侧凸起部62b和连通孔凸起部62c连结。出口通路部64b在冷却介质流路66与冷却介质出口连通孔36b之间与内侧凸起部62b和连通孔凸起部62c连结。
在第二密封线62中，如图3所示，在外侧凸起部62a及内侧凸起部62b的凸部前端面上通过印刷或涂敷等而固接有树脂材料56b。树脂材料56b例如使用聚酯。如图4所示，在连通孔凸起部62c的凸部前端面上通过印刷或涂敷等而固接有树脂材料56b。需要说明的是，作为树脂材料56b，也可以张贴冲裁出外侧凸起部62a、内侧凸起部62b及连通孔凸起部62c的平面形状的片材。另外，树脂材料56b根据需要设置即可，也可以不要。
在相互接合的第一金属隔板30的面30b与第二金属隔板32的面32b之间形成有冷却介质流路66，该冷却介质流路66与冷却介质入口连通孔36a及冷却介质出口连通孔36b流体连通。冷却介质流路66通过将形成有氧化剂气体流路48的第一金属隔板30的背面形状和形成有燃料气体流路58的第二金属隔板32的背面形状重合而形成。
如图2所示，接线板16a、16b由具有导电性的材料构成，例如由铜、铝或不锈钢等金属构成。在接线板16a、16b的大致中央设有向层叠方向外侧延伸的端子部68a、68b。
端子部68a***绝缘性筒体70a并将绝缘体18a的孔部72a及端板20a的孔部74a贯通而向所述端板20a的外部突出。端子部68b***绝缘性筒体70b并将绝缘体18b的孔部72b及端板20b的孔部74b贯通而向所述端板20b的外部突出。
如图2所示，绝缘体18a、18b由绝缘性材料、例如聚碳酸酯(PC)或酚醛树脂等形成。在绝缘体18a、18b的中央部形成有朝向层叠体14开口的凹部76a、76b，在所述凹部76a、76b的底面设有孔部72a、72b。
在绝缘体18a及端板20a的箭头B方向的一端缘部设有氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a及燃料气体出口连通孔38b。在绝缘体18a及端板20a的箭头B方向另一端缘部设有燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b及氧化剂气体出口连通孔34b。
如图3及图6所示，在绝缘体18a的朝向层叠体14的面19a上形成有供第一弹性密封构件80配设的第一凹部82，所述第一弹性密封构件80与位于层叠体14的层叠方向(绝缘体18a侧)的最端部的第二金属隔板32的第二密封线62抵接。需要说明的是，在以下的说明中，有时将位于层叠体14的层叠方向上的绝缘体18a侧的最端部的第二金属隔板32称作“第二端部金属隔板32e”，并将第二端部金属隔板32e的第二密封线62称作“第二端部密封线62e”。
在第一弹性密封构件80与第一凹部82的侧面83a之间形成有规定的间隙Sa，以使第一弹性密封构件80能够向与层叠方向正交的方向(箭头B方向或箭头C方向)进行弹性变形。具体而言，第一凹部82的宽度尺寸比第一弹性密封构件80的宽度尺寸大，第一弹性密封构件80相对于第一凹部82的侧面83a分离。第一弹性密封构件80与第一凹部82的侧面83a的间隔设定为大致恒定。间隙Sa设置于第一弹性密封构件80的宽度方向两侧。
第一弹性密封构件80例如由横截面形成为矩形形状且具有弹性的高分子材料构成。作为这样的高分子材料，例如可举出硅酮橡胶、丙烯酸橡胶、丁腈橡胶等。第一弹性密封构件80相对于第一凹部82的底面83b粘接(通过粘接剂进行的粘接)或熔接。
为了使第二端部金属隔板32e与接线板16a密接，第一弹性密封构件80的朝向第二端部密封线62e的面81位于第一凹部82内。换言之，第一弹性密封构件80的面81位于比接线板16a的第二端部金属隔板32e侧的面17a向第一凹部82的底面83b侧偏靠的位置。另外，第一弹性密封构件80的面81具有相对于固体高分子电解质膜40(与层叠体14的层叠方向正交的平面)平行的平坦形状。
第一凹部82具有：外侧凹部82a，其形成于与第二端部密封线62e的外侧凸起部62a对置的位置；内侧凹部82b，其形成于与第二端部密封线62e的内侧凸起部62b对置的位置；以及连通孔用凹部82c，其形成于与第二端部密封线62e的连通孔凸起部62c对置的位置。
第一弹性密封构件80具有：外侧密封部80a，其配设于外侧凹部82a内；内侧密封部80b，其配设于内侧凹部82b内；以及连通孔密封部80c，其配设于连通孔用凹部82c。
即，外侧密封部80a环绕绝缘体18a的面19a的外缘部，与第二端部密封线62e的外侧凸起部62a抵接。内侧密封部80b环绕凹部76a，与第二端部密封线62e的内侧凸起部62b抵接。连通孔密封部80c分别环绕燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a及冷却介质出口连通孔36b，与第二端部密封线62e中的内侧凸起部62b的环绕燃料气体入口连通孔38a及燃料气体出口连通孔38b的部分及连通孔凸起部62c抵接。
在本实施方式中，根据图6可知，外侧密封部80a与内侧密封部80b彼此分体地设置。对于连通孔密封部80c中的环绕冷却介质入口连通孔36a及冷却介质出口连通孔36b的部分而言，其相对于外侧密封部80a分体且相对于内侧密封部80b一体地设置。对于连通孔密封部80c中的环绕氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a及燃料气体出口连通孔38b的部分而言，其相对于外侧密封部80a及内侧密封部80b分体地设置。
需要说明的是，也可以是，外侧凹部82a、内侧凹部82b及连通孔用凹部82c形成为彼此连通，且外侧密封部80a、内侧密封部80b及连通孔密封部80c一体成形。另外，外侧密封部80a及外侧凹部82a根据需要设置即可，也可以不要。
如图3及图7所示，在绝缘体18b的朝向层叠体14的面19b上形成有供第二弹性密封构件84配设的第二凹部86，该第二弹性密封构件84与位于层叠体14的层叠方向上的绝缘体18b侧的最端部的第一金属隔板30的第一密封线52抵接。需要说明的是，在以下的说明中，有时将位于层叠体14的层叠方向上的绝缘体18b侧的最端部的第一金属隔板30称作“第一端部金属隔板30e”，并将第一端部金属隔板30e的第一密封线52称作“第一端部密封线52e”。
在第二弹性密封构件84与第二凹部86的侧面87a之间形成有规定的间隙Sb，以使第二弹性密封构件84能够向与层叠方向正交的方向(箭头B方向或箭头C方向)进行弹性变形。具体而言，第二凹部86的宽度尺寸比第二弹性密封构件84的宽度尺寸大，第二弹性密封构件84相对于第二凹部86的侧面87a分离。第二弹性密封构件84与第二凹部86的侧面87a的间隔设定为大致恒定。间隙Sb设置于第二弹性密封构件84的宽度方向两侧。
第二弹性密封构件84例如由横截面形成为矩形形状且具有弹性的高分子材料构成。作为这样的高分子材料，例如可举出硅酮橡胶、丙烯酸橡胶、丁腈橡胶等。第二弹性密封构件84相对于第二凹部86的底面87b粘接(通过粘接剂进行的粘接)或熔接。
为了使第一端部金属隔板30e与接线板16b密接，第二弹性密封构件84的朝向第一端部密封线52e的面85位于第二凹部86内。换言之，第二弹性密封构件84的面85位于比接线板16b的第一端部金属隔板30e侧的面17b向第二凹部86的底面87b侧偏靠的位置。另外，第二弹性密封构件84的面85具有相对于固体高分子电解质膜40(与层叠体14的层叠方向正交的平面)平行的平坦形状。
第二凹部86具有：外侧凹部86a，其形成于与第一端部密封线52e的外侧凸起部52a对置的位置；内侧凹部86b，其形成于与第一端部密封线52e的内侧凸起部52b对置的位置；以及连通孔用凹部86c，其形成于与第一端部密封线52e的连通孔凸起部52c对置的位置。
第二弹性密封构件84具有：外侧密封部84a，其配设于外侧凹部86a内；内侧密封部84b，其配设于内侧凹部86b内；以及连通孔密封部84c，其配设于连通孔用凹部86c。
即，外侧密封部84a环绕绝缘体18b的面19b的外缘部，与第一端部密封线52e的外侧凸起部52a抵接。内侧密封部84b环绕凹部76b、与第一端部金属隔板30e的氧化剂气体入口连通孔34a及氧化剂气体出口连通孔34b对置的部位，与第一端部密封线52e的内侧凸起部52b抵接。连通孔密封部84c分别环绕与第一端部金属隔板30e的燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a及冷却介质出口连通孔36b对置的部位，与第一端部密封线52e的连通孔凸起部52c抵接。
在本实施方式中，根据图7可知，外侧密封部84a与内侧密封部84b彼此分体地设置。对于连通孔密封部84c中的环绕与第一端部金属隔板30e的冷却介质入口连通孔36a及冷却介质出口连通孔36b对置的部位的部分而言，其相对于外侧密封部84a分体且相对于内侧密封部84b一体地设置。对于连通孔密封部84c中的环绕与第一端部金属隔板30e的燃料气体入口连通孔38a及燃料气体出口连通孔38b对置的部位的部分而言，其相对于外侧密封部84a及内侧密封部84b分体地设置。
需要说明的是，也可以是，外侧凹部86a、内侧凹部86b及连通孔用凹部86c形成为彼此连通，且外侧密封部84a、内侧密封部84b及连通孔密封部84c一体成形。另外，外侧密封部84a及外侧凹部86a根据需要设置即可，也可以不要。
根据图3可知，在燃料电池堆10中，第一端部金属隔板30e是与位于层叠体14的层叠方向的中间的各第一金属隔板30(以下，有时称作“第一中间金属隔板30i”)相同的结构。换言之，第一端部金属隔板30e是与各第一中间金属隔板30i相同的结构，各第一中间金属隔板30i是与树脂膜46中的指向第一端部金属隔板30e的相反侧的面接触的金属隔板。即，全部的第一金属隔板30是相同的结构。
另外，第二端部金属隔板32e是与位于层叠体14的层叠方向的中间的各第二金属隔板32(以下，有时称作“第二中间金属隔板32i”)相同的结构。换言之，第二端部金属隔板32e是与各第二中间金属隔板32i相同的结构，各第二中间金属隔板32i是与树脂膜46中的指向第二端部金属隔板32e的相反侧的面接触的金属隔板。即，全部的第二金属隔板32是相同的结构。
在这样的燃料电池堆10中，以使第一密封线52及第二密封线62进行弹性变形的方式，将各连结杆24经由螺栓26而固定于端板20a、20b的内表面，由此对层叠体14施加层叠方向的紧固载荷。因此，第一密封线52及第二密封线62以从层叠方向夹持树脂膜46的方式进行弹性变形。即，在树脂膜46上作用有第一密封线52的弹性力和第二密封线62的弹性力，因此能够防止氧化剂气体、燃料气体及冷却介质的泄漏。
接着，说明这样构成的燃料电池堆10的动作。
首先，如图1所示，将含氧气体等氧化剂气体、例如空气向端板20a的氧化剂气体入口连通孔34a供给。将含氢气体等燃料气体向端板20a的燃料气体入口连通孔38a供给。将纯水、乙二醇、油等冷却介质向端板20a的冷却介质入口连通孔36a供给。
如图4所示，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔34a向第一金属隔板30的氧化剂气体流路48导入。氧化剂气体沿着氧化剂气体流路48向箭头B方向移动，向电解质膜-电极结构体28的阴极电极44供给。
另一方面，燃料气体从燃料气体入口连通孔38a向第二金属隔板32的燃料气体流路58导入。燃料气体沿着燃料气体流路58向箭头B方向移动，向电解质膜-电极结构体28的阳极电极42供给。
因此，在各电解质膜-电极结构体28中，向阴极电极44供给的氧化剂气体与向阳极电极42供给的燃料气体在第二电极催化剂层44a及第一电极催化剂层42a内发生电化学反应而被消耗，进行发电。
接下来，向阴极电极44供给而被消耗后的氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔34b而向箭头A方向排出。同样，向阳极电极42供给而被消耗后的燃料气体沿着燃料气体出口连通孔38b而向箭头A方向排出。
另外，供给到冷却介质入口连通孔36a的冷却介质在被导入到形成于第一金属隔板30与第二金属隔板32之间的冷却介质流路66之后，沿着箭头B方向流通。该冷却介质在对电解质膜-电极结构体28进行冷却之后，从冷却介质出口连通孔36b排出。
在本实施方式中，在绝缘体18a上设有与第二端部金属隔板32e的第二端部密封线62e抵接的第一弹性密封构件80。因此，在第二端部密封线62e上作用有第一弹性密封构件80的弹性力，在第一弹性密封构件80上作用有第二端部密封线62e的弹性力。另外，在绝缘体18b上设有与第一端部金属隔板30e的第一端部密封线52e抵接的第二弹性密封构件84。因此，在第一端部密封线52e上作用有第二弹性密封构件84的弹性力，在第二弹性密封构件84上作用有第一端部密封线52e的弹性力。因此，能够提高层叠体14的层叠方向上的两端部的密封性。
而且，在绝缘体18a的面19a上形成有供第一弹性密封构件80配设的第一凹部82，在绝缘体18b的面19b上形成有供第二弹性密封构件84配设的第二凹部86。由此，能够抑制层叠体14在层叠方向上大型化的情况。
另外，第一密封线52环绕氧化剂气体流路48，并且设置于氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a及冷却介质出口连通孔36b的周围。而且，第二密封线62环绕燃料气体流路58，并且设置于燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、冷却介质入口连通孔36a及冷却介质出口连通孔36b的周围。由此，能够可靠地防止反应气体(氧化剂气体及燃料气体)及冷却介质的泄漏。
在本实施方式中，全部的第一金属隔板30为相同结构，并且全部的第二金属隔板32为相同结构。即，可以不使第一端部金属隔板30e及第二端部金属隔板32e为专用品，因此能够减少燃料电池堆10的部件的种类，能够实现燃料电池堆10的制造工时的削减。
此外，例如当开始燃料电池堆10的发电时，燃料电池堆10的温度上升，当停止燃料电池堆10的发电时，燃料电池堆10的温度下降。通常，接合隔板33的线膨胀系数与绝缘体18a、18b的线膨胀系数之差较大。
但是，在本实施方式中，第二密封线62与第一弹性密封构件80抵接而不与绝缘体18a抵接。因此，即使例如图8所示那样因热膨胀或热收缩而绝缘体18a与第二密封线62的位置关系在箭头C方向上错动的情况下，也能够通过第一弹性密封构件80进行弹性变形来抑制第二密封线62与第一弹性密封构件80的接触位置发生错动的情况。
与此同样，第一密封线52与第二弹性密封构件84抵接而不与绝缘体18b抵接。因此，即使例如因热膨胀或热收缩而绝缘体18b与第一密封线52的位置关系在箭头C方向上错动的情况下，也能够通过第一弹性密封构件80进行弹性变形来抑制第二密封线62与第一弹性密封构件80的接触位置发生错动的情况。因此，能够抑制因燃料电池堆10的温度变化而层叠体14的层叠方向端部的密封性降低的情况。
另外，在第一弹性密封构件80与第一凹部82的侧面83a之间形成有规定的间隙Sa，在第二弹性密封构件84与第二凹部86的侧面87a之间形成有规定的间隙Sb。因此，能够使第一弹性密封构件80及第二弹性密封构件84容易且可靠地弹性变形。
而且，第一弹性密封构件80中的朝向层叠体14的面81为平坦形状，因此能够使第二端部密封线62e相对于第一弹性密封构件80的面81有效地密接。另外，第二弹性密封构件84中的朝向层叠体14的面85为平坦形状，因此能够使第一端部密封线52e相对于第二弹性密封构件84的面85有效地密接。
本发明没有限定于上述的结构。例如，也可以将第一弹性密封构件80设置于绝缘体18a的没有第一凹部82的平坦的面19a上，并且将第二弹性密封构件84设置于绝缘体18b的没有第二凹部86的平坦的面19b上。在该情况下，无需设置第一凹部82及第二凹部86，因此能够简化绝缘体18a、18b的结构。
另外，在上述的实施方式中，将第一弹性密封构件80设置于绝缘体18a且将第二弹性密封构件84设置于绝缘体18b。然而，如图9所示，在绝缘体18a、18b比接合隔板33小一圈等情况下，也可以在端板20a的第一凹部21设置第一弹性密封构件80且在端板20b的第二凹部25设置第二弹性密封构件84。
在该情况下，第一弹性密封构件80以相对于第一凹部21的侧面23a设有间隙Sa的状态相对于第一凹部21的底面23b粘接或熔接。详细而言，在端板20a的外侧凹部21a(第一凹部21)设有外侧密封构件80a(第一密封构件80)，在端板20a的内侧凹部21b(第一凹部21)设有内侧密封构件80b(第一密封构件80)。
另一方面，第二弹性密封构件84以相对于第二凹部25的侧面27a设有间隙Sb的状态相对于第二凹部25的底面27b粘接或熔接。另外，在端板20b的外侧凹部25a(第二凹部25)设有外侧密封构件84a(第二密封构件84)，在端板20b的内侧凹部25b(第二凹部25)设有内侧密封构件84b(第二密封构件84)。
但是，也可以将第一弹性密封构件80设置于端板20a的面29a且将第二弹性密封构件84设置于端板20b的面29b。在该情况下，无需设置第一凹部21及第二凹部25，因此能够简化端板20a、20b的结构。
在上述的实施方式中，在第一金属隔板30上形成有以与树脂膜46接触的方式朝向层叠体14的层叠方向突出的密封线52。另外，在第二金属隔板32上形成有以与树脂膜46接触的方式朝向层叠体14的层叠方向突出的密封线62。然而，在本发明中，如图10所示，密封线52、62也可以设置成与未设置树脂膜46的电解质膜-电极结构体28的外周部接触。在该情况下，为了有效抑制燃料气体及氧化剂气体的漏出，优选密封线52、62浸渍于电解质膜-电极结构体28的外周部。
在本实施方式中，采用了构成在第一金属隔板30与第二金属隔板32之间夹持有带树脂膜的MEA28的发电单体12且在各发电单体12之间形成冷却介质流路66的所谓各单体冷却结构。与此相对，例如也可以构成具备三张以上的金属隔板和两张以上的电解质膜-电极结构体(MEA)且将所述金属隔板和所述电解质膜-电极结构体交替层叠的单体单元。此时，构成在各单体单元之间形成有冷却介质流路的所谓的间隔冷却结构。
在间隔冷却结构中，在单一的金属隔板的一侧的面形成有燃料气体流路且在另一侧的面形成有氧化剂气体流路。因此，一张金属隔板配置于电解质膜-电极结构体之间。
本发明的燃料电池堆没有限定于上述的实施方式，当然能够在不脱离本发明的主旨的情况下采用各种结构。

Claims (4)

1.一种燃料电池堆，其具备层叠有多个发电单体的层叠体，所述发电单体具有在电解质膜的两侧配设电极而成的电解质膜-电极结构体和在所述电解质膜-电极结构体的两侧配设的金属隔板，
在所述金属隔板上形成有密封用凸起部，该密封用凸起部以与所述电解质膜-电极结构体的外周部或设置于所述外周部的框部接触的方式朝向所述层叠体的层叠方向突出，
在所述层叠体的层叠方向两侧，配设有以使所述密封用凸起部进行弹性变形的方式沿着所述层叠方向夹持所述层叠体的绝缘体及端板，
所述燃料电池堆的特征在于，
在所述绝缘体或所述端板上设有弹性密封构件，该弹性密封构件与位于所述层叠方向的最端部的所述金属隔板的所述密封用凸起部抵接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，
在所述绝缘体或所述端板中的朝向所述层叠体的面上，形成有供所述弹性密封构件配设的凹部。
3.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，
在所述金属隔板上形成有：
用于向所述电极供给反应气体的气体流路；以及
供所述反应气体及冷却介质流通的多个连通孔，
所述密封用凸起部环绕所述气体流路，并且设置于所述连通孔的周围。
4.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，
位于所述层叠方向的最端部的所述金属隔板为与如下金属隔板相同的结构，该金属隔板是与所述电解质膜-电极结构体的所述外周部或所述框部中的指向位于所述层叠方向的最端部的所述金属隔板的相反侧的面接触的金属隔板。
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