CN108390077A - 燃料电池和燃料电池用金属隔板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够减小凸棱密封件上的设有连结流路的部位与其他部位之间表面压力的偏差的燃料电池和燃料电池用金属隔板。发电单元(燃料电池)(12)具有膜电极组件(28a)和分别配置于膜电极组件(28a)两侧的第1金属隔板(30)、第2金属隔板(32)。在第1金属隔板(30)上设有氧化剂气体供给连通孔(34a)、围绕氧化剂气体供给连通孔(34a)的连通孔凸棱部(凸棱密封件)(53a)和桥部(80)。设有桥部(80)的部位上的连通孔凸棱部(53a)的根部的宽度(W1a)比其他部位的连通孔凸棱部(53a)的根部的宽度(W2a)大。

Description

燃料电池和燃料电池用金属隔板
技术领域
本发明涉及一种燃料电池和燃料电池用金属隔板。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池具有膜电极组件(membrane electrode assembly)(MEA)，所述膜电极组件分别在由高分子离子交换膜构成的电解质膜的一方的表面上配设阳极，在另一方的表面上配设阴极。通过由隔板(separator)(双极板)夹持膜电极组件来构成发电单元(单体燃料电池)。具有层叠规定数量的发电单元而成的层叠体的燃料电池堆例如被组装于燃料电池车(燃料电池电动汽车等)。
在燃料电池堆中，存在隔板使用金属隔板的情况。此时，在金属隔板上，为了防止氧化剂气体和燃料气体即反应气体和冷却介质的泄漏而设置密封部件(例如，美国专利第7008584号的说明书)。
密封部件使用氟类、硅胶等弹性橡胶密封件，存在成本升高的问题。因此，例如如美国专利第7718293号说明书所公开的那样，代替弹性橡胶密封件，而采用在金属隔板上形成凸形的凸棱密封件(bead sealing)的结构。
发明内容
为了分别单独地供给和排出反应气体和冷却介质，在发电单元的层叠体上，设有在层叠方向上贯穿金属隔板的连通孔，金属隔板上的各连通孔被凸棱密封件单独地包围。为了使反应气体在发电区域与连通孔之间流通，在金属隔板上设置连通凸棱密封件内外的连结流路(桥部)。因此，凸棱密封件上的设有连结流路的部位与其他部位(没有设置连结流路的部位)之间表面压力(凸棱密封件顶端的接触压力)的偏差变大。
本发明是考虑这样的技术问题而完成的，其目的在于，提供一种能够减小凸棱密封件上的设有连结流路的部位与其他部位之间表面压力的偏差的燃料电池和燃料电池用金属隔板。
为了达成上述目的，本发明是一种燃料电池，其具有通过分别在电解质膜的两侧设置电极而形成的膜电极组件和分别配置于所述膜电极组件的两侧的金属隔板，在所述金属隔板上设置有：连通孔，其使流体沿膜电极组件和所述金属隔板的层叠方向流通，其中，所述流体是燃料气体、氧化剂气体或冷却介质；流体流路，其使所述流体沿所述金属隔板的表面进行流通；连结流路，其连通所述连通孔和所述流体流路；凸棱密封件，其围绕所述连通孔，并且向所述层叠方向突出，在所述金属隔板上形成有连通所述凸棱密封件的内侧和外侧的所述连结流路，该燃料电池的特征在于，设有所述连结流路的部位上的所述凸棱密封件的根部的宽度比其他部位上的所述凸棱密封件的根部的宽度大。
在上述燃料电池中，优选为，所述凸棱密封件形成为在平面图上观察时呈波浪形。
在上述燃料电池中，优选为，在设有所述连结流路的部位和所述其他部位，所述凸棱密封件的突出方向上的顶端部的宽度相同。
在上述燃料电池中，优选为，所述凸棱密封件形成为在平面图上观察时呈波浪形，在与构成所述凸棱密封件上的所述波浪形的弯曲部的顶点对应的部位，在所述凸棱密封件的凸形两侧，设置有构成所述连结流路的至少一部分的通孔。
在上述燃料电池中，优选为，所述连结流路具有设置于所述凸棱密封件的凸形两侧的通孔和连接于所述通孔的通道。
另外，本发明是一种燃料电池用金属隔板，其具有：连通孔，其在厚度方向上贯穿所述燃料电池用金属隔板，并且使流体进行流通，其中，所述流体是燃料气体、氧化剂气体或冷却介质；流体流路，其使所述流体沿隔板表面进行流通；连结流路，其连通所述连通孔和所述流体流路；和凸棱密封件，其围绕所述连通孔，并且在所述厚度方向上突出，以连通所述凸棱密封件的内侧和外侧的方式形成有所述连结流路，所述凸棱密封件的根部的宽度在设有所述连结流路的部位比其他部位大。
在上述燃料电池用金属隔板中，优选为，所述凸棱密封件形成为在平面图上观察时呈波浪形。
在上述燃料电池用金属隔板中，优选为，在设有所述连结流路的部位和所述其他部位，所述凸棱密封件的突出方向上的顶端部的宽度相同。
在上述燃料电池用金属隔板中，优选为，所述凸棱密封件形成为在平面图上观察时呈波浪形，在与构成所述凸棱密封件上的所述波浪形的弯曲部的顶点对应的部位，在所述凸棱密封件的凸形两侧，设置有连通所述连通孔和所述流体流路的通孔。
在上述燃料电池用金属隔板中，优选为，在所述凸棱密封件的凸形两侧，设置有连通所述连通孔和所述流体流路的通孔，通道连接于所述通孔。
另外，本发明是一种燃料电池用金属隔板，其具有：连通孔，其在厚度方向上贯穿所述燃料电池用金属隔板，并且使流体进行流通，其中，所述流体是燃料气体、氧化剂气体或冷却介质；流体流路，其使所述流体沿隔板表面进行流通；连结流路，其连通所述连通孔和所述流体流路；和凸棱密封件，其围绕所述连通孔，并且在所述厚度方向上突出，以连通所述凸棱密封件的内侧和外侧的方式形成有所述连结流路，该燃料电池用金属隔板的特征在于，设有所述连结流路的部位上的所述凸棱密封件的凸形两侧相对于与所述厚度方向垂直的表面的角度，比其他部位上的所述凸棱密封件的所述凸形两侧相对于所述表面的角度小。
在上述燃料电池用金属隔板中，优选为，设有所述连结流路的部位上的所述凸棱密封件的所述凸形的高度与所述其他部位上的所述凸棱密封件的所述凸形的高度相同。
在上述燃料电池用金属隔板中，优选为，在设有所述连结流路的部位，所述凸棱密封件的所述凸形的一方的侧壁和另一方的侧壁相对于与所述厚度方向垂直的表面的角度相同。
根据本发明的燃料电池和燃料电池用金属隔板，所述凸棱密封件的根部的宽度在设有所述连结流路的部位比其他部位大。因此，能够减小凸棱密封件上的设有连结流路的部位与其他部位之间的表面压力的偏差。
通过参照附图对以下实施方式所做的说明，上述的目的、特征和优点将被容易理解。
附图说明
图1是燃料电池堆的立体说明图。
图2是燃料电池堆的局部分解概略立体图。
图3是燃料电池堆的、图2中的III-III的剖视图。
图4是构成燃料电池堆的发电单元的立体分解说明图。
图5是第1金属隔板的正面说明图。
图6是第1金属隔板上的包围氧化剂气体供给连通孔的凸棱密封件的主要部分的说明图。
图7是图6中的VII-VII的剖视图。
图8A是图6中的VIIIA-VIIIA的剖视图，图8B是图6中的VIIIB-VIIIB的剖视图。
图9是第2金属隔板的正面说明图。
图10是变形例所涉及的设有桥部的第1金属隔板的正面说明图。
图11是变形例所涉及的设有桥部的第2金属隔板的正面说明图。
图12变形例所涉及的设有桥部的部位的连通孔凸棱部的剖视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，燃料电池堆10具有将多个发电单元(燃料电池)12沿水平方向(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例如被搭载于未图示的燃料电池电动汽车等燃料电池车。
在层叠体14的层叠方向(箭头A方向)上的一端，从内到外依次配设有端子板(terminal plate)16a、绝缘体18a和端板(end plate)20a(参照图2)。在层叠体14的层叠方向上的另一端，从内到外依次配设有端子板16b、绝缘体18b和端板20b。
如图1所示，端板20a、20b具有横向长(也可以纵向长)的长方形状，并且在各边间配置有连结条24。各连结条24的两端通过螺栓26固定于端板20a、20b的内表面，由各连结条24对多个层叠的发电单元12施加层叠方向(箭头A方向)上的紧固载荷。另外，燃料电池堆10也可以构成为：具有以端板20a、20b为端板的壳体，在所述壳体内收装层叠体14。
如图3和图4所示，发电单元12的带有树脂薄膜的MEA28被第1金属隔板30和第2金属隔板32夹持。第1金属隔板30和第2金属隔板32通过将例如钢板、不锈钢板、铝板、镀覆处理钢板、或者其金属表面被实施了用于防腐蚀的表面处理的金属薄板的截面加压成型为波浪形而构成。第1金属隔板30和第2金属隔板32通过对外周进行焊接、钎焊、咬口连接等而接合为一体，构成接合隔板33。
在发电单元12的长边方向即箭头B方向(图4中，水平方向)上的一端缘部，以沿箭头A方向相互连通的方式分别设置有氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a和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和燃料气体出口连通孔38b沿箭头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，例如供给含氧气体。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，例如排出含氢气体。
在发电单元12的箭头B方向上的另一端缘部，以沿箭头A方向相互连通的方式分别设置有燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b和氧化剂气体出口连通孔34b，燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b和氧化剂气体出口连通孔34b沿箭头C方向排列设置。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。只要按照要求的规格适当设定即可。
如图3所示，在外周具有框形的树脂薄膜46的、带有树脂薄膜的MEA28具有膜电极组件28a和树脂薄膜46，所述树脂薄膜46设置于膜电极组件28a的外周部。膜电极组件28a具有电解质膜40和夹持所述电解质膜40的阳极42及阴极44。
电解质膜40例如是固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。固体高分子电解质膜例如是含有水分的全氟磺酸的薄膜。电解质膜40被阳极20和阴极22夹持。除了氟类电解质之外，电解质膜40还能够使用HC(碳氢化合物)类电解质。电解质膜40具有比阳极42和阴极44小的平面尺寸(外形尺寸)。
在阳极20的外周缘部与阴极22的外周缘部之间夹持有具有框形状的树脂薄膜46。树脂薄膜46的内周端面接近、重叠或抵接于电解质膜40的外周端面。如图4所示，在树脂薄膜46的箭头B方向上的一端缘部，设置有氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a和燃料气体出口连通孔38b。在树脂薄膜46的箭头B方向上的另一端缘部，设置有燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b和氧化剂气体出口连通孔34b。
树脂薄膜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(聚偏二氟乙烯)、硅胶树脂、含氟树脂或m-PPE(改性聚苯醚树脂)、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或改性聚烯烃构成。另外，也可以不使用树脂薄膜46，而使电解质膜40向外侧突出。另外，也可以在向外侧突出的电解质膜40的两侧设置框形的薄膜。
如图4所示，在第1金属隔板30的与带有树脂薄膜的MEA28相对的面30a(以下，称为“表面30a”)上，设置有例如沿箭头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同氧化剂气体入口连通孔34a和氧化剂气体出口连通孔34b可流通流体地连通。氧化剂气体流路48在沿箭头B方向延伸的多条凸部48a之间具有直线形流路槽48b。也可以代替多个直线形流路槽48b而设置多个波浪形流路槽。
在第1金属隔板30的表面30a，于氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体流路48之间，设置有具有多个凸点部的入口缓冲部50a。另外，在第1金属隔板30的表面30a，于氧化剂气体出口连通孔34b与氧化剂气体流路48之间，设置有具有多个凸点部的出口缓冲部50b。
在第1金属隔板30的表面30a，通过加压成型,第1密封线(金属凸棱密封件)51向带有树脂薄膜的MEA28鼓出而成型。第1密封线51具有外侧凸棱部52和多个连通孔凸棱部(凸棱密封件)53。外侧凸棱部52从第1金属隔板30的表面30a向MEA28突出，并且围绕该表面30a的外周缘部。
如图3所示，在第1密封线51的凸部的顶端面，通过印刷或涂布等而固定有树脂件56a。树脂件56a例如使用聚酯纤维。树脂件56a也可以设置于树脂薄膜46侧。树脂件56a并不是不可欠缺的,也可以不具有树脂件56a。
如图5所示，多个连通孔凸棱部53从第1金属隔板30的表面30a向MEA28突出，并且分别单独地围绕在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和冷却介质出口连通孔36b的周围。
连通孔凸棱部53具有波浪形。具体而言，连通孔凸棱部53中的沿各连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b的长边的部位(与长边相对的部位)形成为在平面图上观察时呈波浪形。另外，连通孔凸棱部53中的沿各连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b的长边的部位也可以形成为在平面图上观察时呈直线状。
如图5所示，在第1金属隔板30上设有桥部(bridge part)(连结流路)80、82，所述桥部80、82连通分别包围氧化剂气体供给连通孔34a和氧化剂气体排出连通孔34b的连通孔凸棱部53a、53b的内侧(连通孔34a、34b侧)和外侧(氧化剂气体流路侧48)。
在连通孔凸棱部53a中，于在氧化剂气体流路48侧沿着氧化剂气体供给连通孔34a的长边设置的部位(以下，称为“气体流路侧凸棱53a1”)，隔开间隔而设有多个桥部80。在连通孔凸棱部53b中，于在氧化剂气体流路48侧沿着氧化剂气体排出连通孔34b的长边设置的部位(以下，称为“气体流路侧凸棱53b1”)，隔开间隔而设有多个桥部82。
连通孔凸棱部53a和连通孔凸棱部53b同样地构成。另外，氧化剂气体供给连通孔34a侧的桥部80和氧化剂气体排出连通孔34b侧的桥部82同样地构成。因此，下面，代表性地对连通孔凸棱部53a和桥部80的结构详细地进行说明，省略对连通孔凸棱部53b和桥部82的结构的详细说明。
如图6所示，桥部80被设置于构成连通孔凸棱部53a的波浪形的多个弧状弯曲部的各顶点部(各弧状弯曲部的延伸方向上的中央部)。如图6和图7所示，桥部80具有设置于连通孔凸棱部53a的凸形两侧(侧壁53aw)的通孔84a、84b和与通孔84a、84b连接的通道86。
如图7所示，在第1金属隔板30上设有作为凸形的连通孔凸棱部53a的背侧形状的凹部53c。凹部53c构成连通孔凸棱部53a的内部空间53d。通孔84a、84b将连通孔凸棱部53a的内部空间53d和外部连通。第1金属隔板30的凹部53c与作为第2金属隔板32的连通孔凸棱部63的背侧形状的凹部63c相向。因此，第1金属隔板30的连通孔凸棱部53a的内部空间53d与第2金属隔板32的连通孔凸棱部63的内部空间63d连通。
另外，在图7中，示出组装为燃料电池堆10的状态(层叠体14被施加层叠方向上的紧固载荷，连通孔凸棱部53a、63上作用着由于该紧固载荷而产生的表面压力的状态)下的第1金属隔板30和第2金属隔板32的截面。连通孔凸棱部53a、63的突出顶端部53t、63t的形状也可以是在组装前的状态(未被施加上述紧固载荷的状态)下向连通孔凸棱部53a、63的突出方向鼓出的弯曲形状，但在燃料电池堆10的组装状态下，如图7所示为平坦状。在图8A、图8B和图12中亦同样。
通道86具有从第1金属隔板30的表面30a向MEA28突出的凸形，并且在内部具有通过通孔84a、84b而与连通孔凸棱部63a的内部空间53d连通的通道流路86a、86b。通道86具有第1通道部86A和第2通道部86B，其中，所述第1通道部86A连通氧化剂气体供给连通孔34a和内部空间53d；所述第2通道部86B连通内部空间53d和氧化剂气体流路48(参照图5)。第1通道部86A和第2通道部86B从连通孔凸棱部53a沿第1金属隔板30的平面向彼此相反方向突出。在第2通道部86B，在与连通孔凸棱部53a的连接部位的相反侧的端部，设置有贯穿第2通道部86B内外的开口部86c。
如图6所示，连通孔凸棱部53a的设有桥部80的部位上的根部的宽度W1a(还参照图8A)比连通孔凸棱部53a的其他部位(没有设置桥部80的部位)的根部的宽度W2a(还参照图8B)大。在此，连通孔凸棱部53a的设有桥部80的部位包括连通孔凸棱部53a中的与桥部80的连接部位及其附近部位。
在第1实施方式中，连通孔凸棱部53a中的构成彼此相邻的桥部80之间的部位的根部的宽度在桥部80间的全长范围内均被设定为比上述其他部位的宽度W2a大的上述宽度W1a。另外，连通孔凸棱部53a中的、与位于多个桥部80两端的桥部80的上述其他部位侧相邻的部位的根部的宽度也被设定为比上述其他部位的宽度W2a大的上述宽度W1a。
如图6所示，设有桥部80的部位上的连通孔凸棱部53a的顶部即突出顶端部53t的宽度W1b(还参照图8A)与上述其他部位上的连通孔凸棱部53a的突出顶端部53t的宽度W2b(还参照图8B)相同。
设有桥部80的部位上的连通孔凸棱部53a的凸形的高度h1(参照图8A)与上述其他部位上的连通孔凸棱部53a的凸形的高度h2(参照图8B)相同。
连通孔凸棱部53a具有向突出顶端部53t侧变细(变窄)的形状，其两侧的侧壁53aw相对于与第1金属隔板30的厚度方向垂直的表面倾斜。
设有桥部80的部位上的连通孔凸棱部53a的凸形两侧(侧壁53aw)的角度α(相对于与厚度方向垂直的表面的角度)(参照图8A)比上述其他部位上的连通孔凸棱部53a的凸形的角度β(参照图8B)小。如图8A所示，在设有桥部80的部位，连通孔凸棱部53a的凸形的一方的侧壁53aw的角度α1与另一方的侧壁53aw的角度α2相同。
如图4所示，在第2金属隔板32的与带有树脂薄膜的MEA28相对的面32a(以下，称为“表面32a”)上，例如形成有沿箭头B方向延伸的燃料气体流路58。燃料气体流路58同燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b可流通流体地连通。燃料气体流路58在沿箭头B方向延伸的多条凸部58a之间具有直线形流路槽58b。也可以代替多个直线形流路58b而设置多个波浪形流路槽。
在第2金属隔板32的表面32a，在燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58之间，设置有具有多个凸点部的入口缓冲部60a。另外，在第2金属隔板32的表面32a，在燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58之间，设置有具有多个凸点部的出口缓冲部60b。
在第2金属隔板32的表面32a，通过加压成型，第2密封线(金属凸棱密封件)61向带有树脂薄膜的MEA28鼓出而成型。第2密封线61具有外侧凸棱部62和多个连通孔凸棱部(凸棱密封件)63。外侧凸棱部62从第2金属隔板32的表面32a突出，并且围绕在该表面32a的外周缘部。
如图3所示，在第1密封线51的凸部的顶端面，通过印刷或涂布等而固定有树脂件56a。树脂件56a例如使用聚酯纤维。树脂件56a也可以设置于树脂薄膜46侧。树脂件56a并不是不可欠缺的，也可以不具有树脂件56a。
如图9所示，多个连通孔凸棱部63从第2金属隔板32的表面32a突出，并且分别单独地围绕在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和冷却介质出口连通孔36b的周围。
连通孔凸棱部63呈波浪形。具体而言，连通孔凸棱部63中的沿各连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b的长边的部位(与长边相对的部位)形成为在平面图上观察时呈波浪形。另外，连通孔凸棱部63中的沿各连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b的长边的部位也可以形成为在平面图上观察时呈直线状。
在第2金属隔板32上设有桥部(连结流路)90、92，所述桥部90、92连通分别包围燃料气体供给连通孔38a和燃料气体排出连通孔38b的连通孔凸棱部63a、63b的内侧(连通孔38a、38b侧)和外侧(燃料气体流路58侧)。
在连通孔凸棱部63a中、于在燃料气体流路58侧沿着燃料气体供给连通孔38a的长边设置的部位(以下称为“气体流路侧凸棱63a1”)，隔开间隔而设有多个桥部90。在连通孔凸棱部63b中的、在燃料气体流路58侧沿燃料气体排出连通孔38b的长边的部位(以下，称为“气体流路侧凸棱63b1”)，隔开间隔而设有多个桥部92。
设置于第2金属隔板32的这些桥部90、92与设置于第1金属隔板30的上述桥部80、82同样地构成(参照图6～图8B)。另外，连通孔凸棱部63a、63b与上述连通孔凸棱部53a、53b同样地构成。因此，关于连通孔凸棱部63a的形状(宽度、高度、角度)，设有桥部90的部位与其他部位之间的相互大小关系与第1金属隔板30的连通孔凸棱部53a同样。关于连通孔凸棱部63b的形状(宽度、高度、角度)，设有桥部92的部位与其他部位之间的相互大小关系与第1金属隔板30的连通孔凸棱部53b同样。
如图3和图4所示，在相互接合的第1金属隔板30的面30b与第2金属隔板32的面32b之间形成有冷却介质流路66，所述冷却介质流路66同冷却介质入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b可流通流体地连通。冷却介质流路66通过形成氧化剂气体流路48的第1金属隔板30的背面形状与形成燃料气体流路58的第2金属隔板32的背面形状重合而形成。第1金属隔板30和第2金属隔板32通过将外周和连通孔的周围进行焊接来接合。也可以代替焊接而通过钎焊来接合。
如图2所示，端子板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。在端子板16a、16b的大致中央设置有向层叠方向上的外侧延伸的端子部68a、68b。
绝缘体18a、18b由绝缘性材料形成，例如由聚碳酸酯(PC)、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的底面设置有孔部72a、72b。
在绝缘体18a和端板20a的箭头B方向上的一端缘部，设置有氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a和燃料气体出口连通孔38b。在绝缘体18a和端板20a的箭头B方向上的另一端缘部，设置有燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b和氧化剂气体出口连通孔34b。
如图2和图3所示，在绝缘体18a的凹部76a收容端子板16a，另一方面，在绝缘体18b的凹部76b收容端子板16b。
如图1所示，在端板20a、20b的各边之间配置有连结条24。各连结条24的两端通过螺栓26固定于端板20a、20b的内表面，层叠体14被施加层叠方向上的紧固载荷，将燃料电池堆10组装起来。
下面，对这样构成的燃料电池堆10的动作进行说明。
首先，如图1所示，含氧气体等氧化剂气体、例如空气被供给至端板20a的氧化剂气体入口连通孔34a。含氢气体等燃料气体被供给至端板20a的燃料气体入口连通孔38a。纯水、乙二醇、油等冷却介质被供给至端板20a的冷却介质入口连通孔36a。
如图4所示，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔34a经由桥部80(参照图5)而被导入第1金属隔板30的氧化剂气体流路48。此时，如图7所示，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔34a先流入第1金属隔板30的背面30b侧(第1金属隔板30与第2金属隔板32之间)，经由通道86内(通道流路86a、86b)和连通孔凸棱部53a内(内部空间53d)，从开口部86d向第1金属隔板30的表面30a侧流出。然后，如图4所示，氧化剂气体沿氧化剂气体流路48向箭头B方向移动，被供给至膜电极组件28a的阴极44。
另一方面，燃料气体从燃料气体入口连通孔38a经由桥部90(参照图9)而被导入第2金属隔板32的燃料气体流路58。燃料气体沿燃料气体流路58向箭头B方向移动，被供给至膜电极组件28a的阳极42。
因此，在各膜电极组件28a中，被供给至阴极44的氧化剂气体和被供给至阳极42的燃料气体在第2电极催化剂层44a和第1电极催化剂层42a内通过电化学反应而被消耗，由此进行发电。
接着，被供给至阴极44并被消耗的氧化剂气体从氧化剂气体流路经由桥部82而向氧化剂气体出口连通孔34b流动，并沿氧化剂气体出口连通孔34b向箭头A方向排出。同样，被供给至阳极42并被消耗的燃料气体从燃料气体流路58经由桥部92而向燃料气体出口连通孔38b流动，并沿燃料气体出口连通孔38b向箭头A方向排出。
另外，被供给至冷却介质入口连通孔36a的冷却介质被导入形成于第1金属隔板30与第2金属隔板32之间的冷却介质流路66之后，沿箭头B方向流通。该冷却介质对膜电极组件28a进行冷却之后，从冷却介质出口连通孔36b排出。
在该情况下，根据第1实施方式所涉及的发电单元12，如图6、图8A和图8B所示，设有桥部80(82、90、92)的部位上的连通孔凸棱部53a(53b、63a、63b)的根部的宽度W1a比其他部位上的连通孔凸棱部53a(53b、63a、63b)的根部的宽度W2a大。另外，设有桥部80(82、90、92)的部位上的连通孔凸棱部53a(53b、63a、63b)的凸形两侧的角度α(图8A)比其他部位上的连通孔凸棱部53a(53b、63a、63b)的凸形两侧的角度β(图8B)小。
因此，能够减小连通孔凸棱部53a(53b、63a、63b)中的设有桥部80(82、90、92)的部位与其他部位之间表面压力的偏差。即，将设有桥部80(82、90、92)的部位上的连通孔凸棱部53a(53b、63a、63b)的根部的宽度W1a设定为比其他部位的宽度W2a大的作用在于，抑制由于桥部80(82、90、92)的影响而造成的连通孔凸棱部53a(53b、63a、63b)的表面压力上升。另外，将设有桥部80(82、90、92)的部位上的连通孔凸棱部53a(53b、63a、63b)两侧的角度α设定为比其他部位的角度β小的作用在于，抑制由于桥部80(82、90、92)的影响而造成的连通孔凸棱部53a(53b、63a、63b)的表面压力上升。因此，能够抑制由于过载荷而造成的密封部的损伤、和带有树脂薄膜的MEA28的损伤。
在上述说明中，对设置具有通道86的桥部80(82、90、92)的结构进行了说明，但本发明并不限定于此，也可以如图10所示，在第1金属隔板30上设置没有通道的桥部100、102，并且，如图11所示，在第2金属隔板32上设置没有通道的桥部104、106。
在图10中，桥部100沿连通孔凸棱部53a的气体流路侧凸棱53a1，隔开间隔而设置多个。各桥部100具有将连通孔凸棱部53a的内部空间53d(参照图12)和外部连通的通孔100a、100b。桥部102沿连通孔凸棱部53b的气体流路侧凸棱53b1，隔开间隔而设置多个。各桥部102具有将连通孔凸棱部53b的内部空间和外部连通的通孔102a、102b。
在图11中，桥部104沿连通孔凸棱部63a的气体流路侧凸棱63a1，隔开间隔而设置多个。各桥部104具有将连通孔凸棱部63a的内部空间和外部连通的通孔104a、104b。桥部106沿连通孔凸棱部63b的气体流路侧凸棱63b1，隔开间隔而设置多个。各桥部106具有将连通孔凸棱部63b的内部空间和外部连通的通孔106a、106b。
如图12所示，通孔100a、100b贯穿包围第1金属隔板30的氧化剂气体供给连通孔34a的连通孔凸棱部53a两侧的侧壁53aw。因此，通孔100a、100b连通第1金属隔板30的表面30a和背面30b。其他的桥部102、104、106的通孔102a、102b、104a、104b、106a、106b也与通孔110a、110b同样地构成。
桥部100、102、104、106的其他结构(配置位置等)与上述的桥部80、82、90、92同样地构成。因此，设有桥部100、102、104、106的部位上的连通孔凸棱部53a、53b、63a、63b的根部的宽度W1a比其他部位上的连通孔凸棱部53a、53b、63a、63b的根部的宽度W2a(参照图8B)大。另外，设有桥部100、102、104、106的部位上的连通孔凸棱部53a、53b、63a、63b的凸形两侧的角度α(α1，α2)比其他部位上的连通孔凸棱部53a、53b、63a、63b的凸形两侧的角度β(参照图8B)小。因此，能够减小连通孔凸棱部53a、53b、63a、63b中的设有桥部100、102、104、106的部位与其他部位之间的表面压力的偏差。
本发明并不限定于上述的实施方式，在没有脱离本发明的要旨的范围内，能够进行各种变更。

Claims (13)

1.一种燃料电池，其具有通过分别在电解质膜的两侧设置电极而形成的膜电极组件和分别配置于所述膜电极组件的两侧的金属隔板，
在所述金属隔板上设置有：连通孔，其使流体沿膜电极组件和所述金属隔板的层叠方向流通，其中所述流体是燃料气体、氧化剂气体或冷却介质；流体流路，其使所述流体沿所述金属隔板的表面进行流通；连结流路，其连通所述连通孔和所述流体流路；凸棱密封件，其围绕所述连通孔，并且向所述层叠方向突出，
在所述金属隔板上形成有连通所述凸棱密封件的内侧和外侧的所述连结流路，
该燃料电池的特征在于，
设有所述连结流路的部位上的所述凸棱密封件的根部的宽度比其他部位上的所述凸棱密封件的根部的宽度大。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
所述凸棱密封件形成为在平面图上观察时呈波浪形。
3.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
在设有所述连结流路的部位和所述其他部位，所述凸棱密封件的突出方向上的顶端部的宽度相同。
4.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
所述凸棱密封件形成为在平面图上观察时呈波浪形，
在与构成所述凸棱密封件上的所述波浪形的弯曲部的顶点对应的部位，在所述凸棱密封件的凸形两侧，设置有构成所述连结流路的至少一部分的通孔。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
所述连结流路具有设置于所述凸棱密封件的凸形两侧的通孔和连接于所述通孔的通道。
6.一种燃料电池用金属隔板，其具有：连通孔，其在厚度方向上贯穿所述燃料电池用金属隔板，并且使流体进行流通，其中所述流体是燃料气体、氧化剂气体或冷却介质；流体流路，其使所述流体沿隔板表面进行流通；连结流路，其连通所述连通孔和所述流体流路；和凸棱密封件，其围绕所述连通孔，并且在所述厚度方向上突出，
以连通所述凸棱密封件的内侧和外侧的方式形成有所述连结流路，
所述凸棱密封件的根部的宽度在设有所述连结流路的部位比其他部位大。
7.根据权利要求6所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
所述凸棱密封件形成为在平面图上观察时呈波浪形。
8.根据权利要求6所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
在设有所述连结流路的部位和所述其他部位，所述凸棱密封件的突出方向上的顶端部的宽度相同。
9.根据权利要求6所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
所述凸棱密封件形成为在平面图上观察时呈波浪形，
在与构成所述凸棱密封件上的所述波浪形的弯曲部的顶点对应的部位，在所述凸棱密封件的凸形两侧，设置有连通所述连通孔和所述流体流路的通孔。
10.根据权利要求6所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
在所述凸棱密封件的凸形两侧，设置有连通所述连通孔和所述流体流路的通孔，
通道连接于所述通孔。
11.一种燃料电池用金属隔板，其具有：连通孔，其在厚度方向上贯穿所述燃料电池用金属隔板，并且使流体进行流通，其中所述流体是燃料气体、氧化剂气体或冷却介质；流体流路，其使所述流体沿隔板表面进行流通；连结流路，其连通所述连通孔和所述流体流路；和凸棱密封件，其围绕所述连通孔，并且在所述厚度方向上突出，
以连通所述凸棱密封件的内侧和外侧的方式形成有所述连结流路，
该燃料电池用金属隔板的特征在于，
设有所述连结流路的部位上的所述凸棱密封件的凸形两侧相对于与所述厚度方向垂直的表面的角度，比其他部位上的所述凸棱密封件的所述凸形两侧相对于所述表面的角度小。
12.根据权利要求11所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
设有所述连结流路的部位上的所述凸棱密封件的所述凸形的高度与所述其他部位上的所述凸棱密封件的所述凸形的高度相同。
13.根据权利要求11所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
在设有所述连结流路的部位，所述凸棱密封件的所述凸形的一方的侧壁和另一方的侧壁相对于与所述厚度方向垂直的表面的角度相同。
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