CN110718698B - 燃料电池用隔板以及燃料电池堆 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及燃料电池用隔板以及燃料电池堆。燃料电池堆的燃料电池用隔板即第一和第二隔板(30)、(32)具有连通孔凸起部(74)即凸部(80)，所述连通孔凸起部(74)即凸部(80)形成为板状，并且形成防止流体泄漏的密封件。连通孔凸起部(74)以从第一和第二隔板(30)、(32)的面(30a)、(32a)突出的方式一体成形，并且在剖视观察时形成为多级梯形形状。

Description

燃料电池用隔板以及燃料电池堆
技术领域
本公开涉及燃料电池用隔板以及燃料电池。
背景技术
燃料电池堆是层叠多个发电单电池来构成的。发电单电池具备层叠阳极电极、固体高分子电解质膜以及阴极电极而成的电解质膜-电极结构体(MEA)、作为夹持MEA的双极性板的一对燃料电池用隔板。
例如，在美国专利第6605380号说明书公开了应用于发电单电池的一对板(燃料电池用隔板)。在该燃料电池用隔板的一方形成从隔板表面突出的凸起部。例如，凸起部将反应气体流动的流路的外周侧包围并在与另一方的燃料电池用隔板之间形成密封件，来防止反应气体(流体)的泄漏。
发明内容
发明所要解决的问题
然而，燃料电池用隔板能够将板自身形成为凹凸状，利用其凸部来形成凸起部。在这样的板设置的凸起部当在密封状态下突出端侧承受压缩载荷时，与板相连的根基部分向宽度方向弹性地扩张来分散压缩载荷。但是，在因设置凸起部的部位的形状等而凸起部的根基部分硬(作用有强的拘束力(日文：拘束力))的情况下，存在根基部分不能够进行弹性地扩张，从而在突出端部(前端部)中密封的部分中间折弯(压曲)的可能性。
本发明是鉴于上述的实际情况而做出的，目的在于提供具有凸起部的燃料电池用隔板以及燃料电池堆，该凸起部利用简单的结构来形成良好的密封件。
用于解决问题的方案
为了实现所述的目的，本发明的一方式涉及燃料电池用隔板，其具有凸起部，所述凸起部形成为板状，并且形成防止流体泄漏的密封件，其中，所述凸起部是与该燃料电池用隔板一体成形的，并且在剖视观察时从板面突出而且形成为多级梯形形状。
另外为了实现所述的目的，本发明的一方式涉及的燃料电池堆，其具备上述的燃料电池用隔板和电解质膜-电极结构体，其中，由多个所述燃料电池用隔板构成的接合隔板与多个所述电解质膜-电极结构体交替地层叠。
发明的效果
根据本发明，燃料电池用隔板以及燃料电池堆是如下简单的结构，凸起部以从板面突出的方式一体成形，并且在剖视观察时形成为多级梯形形状，能够良好地形成防止流体泄漏的密封件。即，当凸起部在燃料电池用隔板的层叠状态下承受压缩载荷时，相比于密封件的与对象物接触的部分，多级梯形形状的台阶部分积极地变形(挠曲)。因此，即使在凸起部的与板面接近的根基部分作用有强的拘束力情况下，也能够抑制接触部分发生中间折弯地进行密封。由此，凸起部能够更可靠地防止从与对象物的密封部分漏出流体，从而使流体稳定地流通。
参照附图来说明以下的实施方式，从而能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式涉及的应用了燃料电池用隔板的燃料电池堆的整体结构的立体图。
图2是示出燃料电池堆的发电单电池的分解立体图。
图3是示出接合隔板的制冷剂泄放用连通孔附近的结构的部分俯视图。
图4A是图3的第一隔板的IV-IV线的剖视图。
图4B是示出本实施方式涉及的多级凸起部的层叠状态下的形状变化与比较例涉及的单级凸起部的层叠状态下的形状变化的曲线图。
图5A是示出层叠前的制冷剂泄放用连通孔附近的第一和第二隔板、树脂框构件的部分剖视图。
图5B是示出层叠状态的制冷剂泄放用连通孔附近的第一和第二隔板、树脂框构件的部分剖视图。
图6A是第一变形例涉及的凸部的剖视图。
图6B是第二变形例涉及的凸部的剖视图。
图6C是第三变形例涉及的凸部的剖视图。
具体实施方式
以下，关于本发明，例举优选的实施方式，参照附图进行详细说明。
如图1所示，本发明的一实施方式涉及的燃料电池堆10具备层叠体14，该层叠体14是将构成单位燃料电池的发电单电池12在水平方向(箭头符号A方向)或者重力方向(箭头符号C方向)层叠多个而成的。燃料电池堆10例如搭载于未图示的燃料电池车辆(燃料电池汽车)。
在层叠体14的层叠方向(箭头符号A方向)一端，朝向外方顺次配置端子板16a、绝缘件18a以及端板20a。在层叠体14的层叠方向另一端，朝向外方顺次配置端子板16b、绝缘件18b以及端板20b。
端子板16a、16b是从发电单电池12取出电力的金属制的板构件，在其中央部具有向层叠方向外方延伸的端子部68a、68b。绝缘件18a、18b例如由聚碳酸酯(PC)、酚醛树脂等绝缘性材料形成。
端板20a、20b具有横长(也可以是纵长)的长方形状，并且在各边之间配置有连结杆24。各个连结杆24被螺纹紧固于端板20a、20b的内表面，对多个层叠的发电单电池12施加层叠方向(箭头符号A方向)的紧固载荷。另外，也可以是，燃料电池堆10构成为，具备将端板20a、20b设为端板的筐体，并在筐体内收容层叠体14。
如图2所示，发电单电池12具备：带树脂框的MEA 28、在带树脂框的MEA 28的一方的面侧配置的第一金属隔板30(以下简称为第一隔板30)以及在带树脂框的MEA 28的另一方的面侧配置的第二金属隔板32(以下简称为第二隔板32)。第一和第二隔板30、32形成为板状，相当于本发明的燃料电池用隔板。
第一和第二隔板30、32例如是将钢板、不锈钢板、铝板、镀处理钢板、或者在其金属表面实施了用于防腐蚀的表面处理而成的金属薄板的截面冲压成型为波形来构成的。第一和第二隔板30、32是将其外周彼此通过焊接、钎焊、铆接等接合，来构成为一体的接合隔板33。
在发电单电池12的长边方向即水平方向的一端缘部(箭头符号B1方向侧的一端缘部)，沿着层叠方向(箭头符号A方向)分别连通地设置氧化剂气体入口连通孔34a、制冷剂入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。氧化剂气体入口连通孔34a、制冷剂入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b沿着铅垂方向(箭头符号C方向)排列。氧化剂气体入口连通孔34a供给氧化剂气体、例如含氧气体。制冷剂入口连通孔36a供给制冷剂、例如水。燃料气体出口连通孔38b排出燃料气体、例如含氢气体。
在发电单电池12的长边方向另一端缘部(箭头符号B2方向的另一端缘部)，沿着层叠方向分别连通地设置燃料气体入口连通孔38a、制冷剂出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。燃料气体入口连通孔38a、制冷剂出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b沿着铅垂方向排列。燃料气体入口连通孔38a供给燃料气体。制冷剂出口连通孔36b排出制冷剂。氧化剂气体出口连通孔34b排出氧化剂气体。另外，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、制冷剂入口连通孔36a、制冷剂出口连通孔36b的配置不限定于本实施方式，可以根据所要求的规格适当设定。
带树脂框的MEA 28具备电解质膜-电极结构体28a(以下称为“MEA 28a”)、以及与MEA 28a的外周部接合并围绕该外周部的树脂框构件46。作为树脂框构件46可以使用框状的膜构件。MEA 28a具有电解质膜40、在电解质膜40的一方的面设置的阳极电极42以及在电解质膜40的另一方的面设置的阴极电极44。另外，也可以是，MEA 28a不使用树脂框构件46，而使电解质膜40向外方突出。另外，也可以是，在向外侧突出的电解质膜40的两侧设置框形状的树脂制膜。
电解质膜40例如应用作为含有水分的全氟磺酸的薄膜的固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。另外，电解质膜40除了能够使用氟系电解质以外，还能够使用HC(碳化氢)系电解质。
树脂框构件46的内周端面与电解质膜40的外周端面接近、重叠或者抵接。在树脂框构件46的箭头符号B1方向侧的端缘部设置氧化剂气体入口连通孔34a、制冷剂入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。在树脂框构件46的箭头符号B2方向的端缘部设置燃料气体入口连通孔38a、制冷剂出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。
树脂框构件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)、硅树脂、氟树脂、或者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)或者改性聚烯烃构成。
如图3所示，在第一隔板30的与带树脂框的MEA 28的阴极电极44相向的面30a具备使氧化剂气体流动的氧化剂气体流路48(另外在图2中，为了方便，在MEA 28a的阴极电极44上示出氧化剂气体的流动方向)。氧化剂气体流路48由在第一隔板30的沿着箭头符号B方向(水平方向)延伸的多个突条部48a之间形成的直线状流路槽48b(或者波状流路槽)构成。
氧化剂气体流路48与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。在第一隔板30的面30a，在氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体流路48之间设置具有多个压花部的入口缓冲部50A。另外，在第一隔板30的面30a，在氧化剂气体出口连通孔34b与氧化剂气体流路48之间设置具有多个压花部的出口缓冲部50B。
如图3所示，在第一隔板30的面30a，冲压成型朝向带树脂框的MEA 28鼓出的第一密封线51(密封件用凸起)。第一密封线51包括将氧化剂气体流路48、入口缓冲部50A以及出口缓冲部50B包围的内侧凸起部51a；以及比内侧凸起部51a靠外侧沿着第一隔板30的外周延伸的外侧凸起部51b。
另外，第一密封线51具有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、制冷剂入口连通孔36a以及制冷剂出口连通孔36b的周围分别包围的多个连通孔凸起部52。在将氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b包围的连通孔凸起部52的内侧和外侧设置多个桥部53。各个桥部53通过冲压成型来朝向带树脂框的MEA 28突出成形。桥部53具有：与氧化剂气体入口连通孔34a和氧化剂气体流路48连通，来将从氧化剂气体入口连通孔34a导入的氧化剂气体向氧化剂气体流路48供给的通道(未图示)；以及与氧化剂气体流路48和氧化剂气体出口连通孔34b连通，来使从氧化剂气体流路48排出的氧化剂气体向氧化剂气体出口连通孔34b流出的通道(未图示)。内侧凸起部51a、外侧凸起部51b以及连通孔凸起部52从第一隔板30的板面(面30a)突出，在剖视观察(沿着第一隔板30的厚度方向的剖视观察)时，形成为单级梯形形状。
返回至图2，在第二隔板32的与带树脂框的MEA 28的阳极电极42相向的面32a具备使燃料气体流动的燃料气体流路58。燃料气体流路58由在第二隔板32的沿着箭头符号B方向(水平方向)延伸的多个突条部58a之间形成的直线状流路槽58b(或者波状流路槽)构成。燃料气体流路58与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。
在第二隔板32的面32a，在燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58之间设置具有多个压花部的入口缓冲部60A。另外，在第二隔板32的面32a，在燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58之间设置具有多个压花部的出口缓冲部60B。
在第二隔板32的面32a，使朝向带树脂框的MEA 28鼓出的第二密封线61(密封件用凸起)冲压成型。第二密封线61包括将燃料气体流路58、入口缓冲部60A以及出口缓冲部60B包围的内侧凸起部61a；以及比内侧凸起部61a靠外侧沿着第二隔板32的外周延伸的外侧凸起部61b。
另外，第二密封线61具有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、制冷剂入口连通孔36a以及制冷剂出口连通孔36b的周围分别包围的多个连通孔凸起部62。在将燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b包围的连通孔凸起部62的内侧和外侧，设置与燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b各自连通的桥部63。各个桥部63通过冲压成型来朝向带树脂框的MEA 28突出成形。桥部63具有：与燃料气体入口连通孔38a和燃料气体流路58连通，来将从燃料气体入口连通孔38a导入的燃料气体向燃料气体流路58供给的通道(未图示)；以及与燃料气体流路58和燃料气体出口连通孔38b连通，来使从燃料气体流路58排出的燃料气体向燃料气体出口连通孔38b流出的通道(未图示)。内侧凸起部61a、外侧凸起部61b以及连通孔凸起部62从第二隔板32的板面(面32a)突出，在剖视观察时形成为单级梯形形状。
在相互接合的第一隔板30的面30b与第二隔板32板的面32b之间，形成与制冷剂入口连通孔36a和制冷剂出口连通孔36b可流通流体地连通的制冷剂流路66。形成有氧化剂气体流路48的第一隔板30的另一方的面的背面形状与形成有燃料气体流路58的第二隔板32的另一方的面的背面形状重合来形成制冷剂流路66。
在俯视观察时为大致圆形的排气用连通孔70和制冷剂泄放用连通孔72沿着层叠方向贯通形成于第一隔板30、第二隔板32以及带树脂框的MEA 28(树脂框构件46)。排气用连通孔70是用于排出制冷剂中的空气的孔，在发电单电池12的箭头符号B1方向侧的上方角部(比内侧凸起部51a、61a的最上部靠上方)设置，并具有比反应气体连通孔和制冷剂连通孔小的开孔面积。制冷剂泄放用连通孔72在发电单电池12的水平方向一方端侧(箭头符号B1方向侧)的下方角部(比内侧凸起部51a、61a的最下部靠下方)设置，并具有比反应气体连通孔和制冷剂连通孔小的开孔面积。另外，排气用连通孔70和制冷剂泄放用连通孔72的设置位置、形状没有特别限定。另外，也可以是，带树脂框的MEA 28、第一和第二隔板30、32具备其他的泄放孔(使从氧化剂气体的路径漏出的水等流动的阴极泄放孔、使从燃料气体的路径漏出的水等流动的阳极泄放孔等)。
而且，在第一和第二隔板30、32的与带树脂框的MEA 28相向的面30a、32a，分别冲压成型(一体成形)将排气用连通孔70和制冷剂泄放用连通孔72包围的连通孔凸起部74。以下，将在第一隔板30设置的连通孔凸起部称为连通孔凸起部74a，将在第二隔板32设置的连通孔凸起部称为连通孔凸起部74b。
连通孔凸起部74从第一和第二隔板30、32的板面(面30a、32a)突出，在俯视观察时形成为圆形状。连通孔凸起部74分别将排气用连通孔70和制冷剂泄放用连通孔72包围，但基本上设计为相同的结构。在以下，参照图3，代表性地说明在第一隔板30设置的制冷剂泄放用连通孔72、以及在其周围包围的连通孔凸起部74。
制冷剂泄放用连通孔72经由连结流路76来与制冷剂流路66连通。连结流路76是使第一和第二密封线51、61的构成鼓出形状的背侧的凹部来相互重合而形成的空间，将制冷剂泄放用连通孔72与内侧凸起部51a、61a的内部空间(背侧的凹部)连通。
具体来讲，第一和第二密封线51、61具有连结用凸起部78a、78b，该连结用凸起部78a、78b在内部具有连结流路76。也可以是，连结用凸起部78a、78b仅设置其中任一方。连结用凸起部78a、78b在剖视观察时形成为单级梯形形状，其一端与内侧凸起部51a、61a的最下部连接，其另一端与连通孔凸起部74的外周侧壁74s1连接。
另外，在第一和第二隔板30、32从连通孔凸起部74的内周侧壁74s2朝向制冷剂泄放用连通孔72分别设置通道79a、79b。即，制冷剂流路66与制冷剂泄放用连通孔72经由内侧凸起部51a、61a的内部空间、连结用凸起部78a、78b的内部空间、连通孔凸起部74a、74b的内部空间以及通道79a、79b的内部空间来连通。
而且，本实施方式涉及的连通孔凸起部74在俯视观察时呈圆环状，另外如图4A所示在剖视观察时，形成为从第一和第二隔板30、32的板面(面30a、32a)突出的多级梯形形状的凸部80。例如，凸部80的突出高度设定成相对于凸部80的宽度尺寸而为10％～35％的范围。另外，连通孔凸起部74的平面形状不限定于圆环状。
具体来讲，凸部80具有：在发电单电池12的非层叠状态下，与板面相连的一对根基侧倾斜部82、与根基侧倾斜部82的上端相连并与板面大致平行的一对台阶部84、与台阶部84的内侧相连并向从板面分离的方向突出的突出端部86。也就是说，在将板面作为基准的情况下，凸部80呈由如下***形成的两级梯形形状：一对台阶部84是第一级的***，突出端部86是第二级的***。
一对根基侧倾斜部82相对于板面而分别以第一倾斜角α倾斜，将一对台阶部84支承在规定高度。更详细来讲，在发电单电池12的非层叠状态下，一对台阶部84的高度相对于从板面突出的凸部80整体的突出高度的比例设定为20％～85％的范围。另外，根基侧倾斜部82经由具有第一曲率的圆角状(日文：R状)的板侧连结部88来与板面顺畅地连结。
一对台阶部84如上所述与板面大致平行，并且以与突出端部86的宽度相比短的宽度延伸。另外台阶部84经由具有第二曲率的圆角状的根基侧连结部90来与根基侧倾斜部82顺畅地连结。第二曲率设定为比第一曲率大。一对台阶部84设计为相互相同的宽度。另外，也可以是，与凸部80的其他部分相比，根基侧连结部90形成为薄壁。
在剖视观察时，突出端部86形成为圆弧状，将一对台阶部84的端部之间桥连。突出端部86的宽度方向中央部86a位于发电单电池12的非层叠状态下的凸部80中最高的位置。突出端部86的宽度方向外侧相对于台阶部84而以第二倾斜角β倾斜。第二倾斜角β设定为比第一倾斜角α小的角度(α>β)。另外，突出端部86经由具有第三曲率的圆角状的突出端部侧连结部92来与台阶部84顺畅地连结。第三曲率设定为比第二曲率小。
在突出端部86的突出方向的表面通过印刷或者涂布等来固定聚酯纤维等树脂件94。树脂件94设置在突出端部86上的不包括突出端部侧连结部92的范围(50％～90％程度)，沿着突出端部86的宽度方向弯曲并延伸。另外，也可以是，在连通孔凸起部74所密封的对象物(树脂框构件46)设置树脂件94。另外，树脂件94也可以没有，也可以是突出端部86与树脂框构件46直接抵接。
如图5A所示，在第一和第二隔板30、32各自从树脂框构件46分离的状态(非层叠状态)下，凸部80(连通孔凸起部74)呈上述的两级梯形形状。而且如图5B所示，在制造发电单电池12时，第一和第二隔板30、32成为与带树脂框的MEA 28层叠的状态。
在该层叠状态下，位于第一和第二隔板30、32的外周部的位置的凸部80形成与树脂框构件46接触来防止流体泄漏的密封件。另外，在层叠状态下，凸部80向第一和第二隔板30、32的层叠方向施加压缩载荷，从非层叠状态的形状进行变形。具体来讲，形成为两级梯形形状的凸部80的从板面最突出并与树脂框构件46的相向面直接接触的突出端部86承受压缩载荷。由此突出端部86从圆弧状被压瘪成平坦状，突出端部86的两端部向宽度方向扩张。
其结果是，与突出端部86相连的一对台阶部84的突出端部侧连结部92承受来自突出端部86的压缩载荷并进行弹性变形。即，一对台阶部84因压缩载荷，与突出端部86相连的突出端部侧连结部92的高度变低(向板面侧移动)，另一方面维持与一对根基侧倾斜部82相连的根基侧连结部90的高度。因此，一对台阶部84和突出端部86以具有凹部96的方式变形。特别是，将制冷剂泄放用连通孔72包围的连通孔凸起部74形成为小径的圆形状(也参照图3)，根基侧倾斜部82的拘束力变高(根基侧倾斜部82难以变形)。由此，凸部80积极地促进台阶部84的变形，使突出端部86容易被压瘪成平坦状，从而能够使突出端部86与树脂框构件46良好地面接触。
本实施方式涉及的燃料电池用隔板以及燃料电池堆10基本如以上那样构成，以下说明其作用。
如图1所示，关于燃料电池堆10，向端板20a的氧化剂气体入口连通孔34a供给氧化剂气体，向端板20a的燃料气体入口连通孔38a供给燃料气体，向端板20a的制冷剂入口连通孔36a供给制冷剂。
如图2所示，氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔34a经由桥部53(参照图3)被导入至第一隔板30的氧化剂气体流路48。而且，氧化剂气体沿着氧化剂气体流路48向箭头符号B方向移动，被供给至MEA 28a的阴极电极44。
另一方面，燃料气体从燃料气体入口连通孔38a经由桥部63被导入至第二隔板32的燃料气体流路58。而且，燃料气体沿着燃料气体流路58向箭头符号B方向移动，被供给至MEA 28a的阳极电极42。
因此，各个MEA 28a因被供给至阴极电极44的氧化剂气体与被供给至阳极电极42的燃料气体的电化学反应来进行发电。
被供给至阴极电极44并被消耗的氧化剂气体从氧化剂气体流路48经由桥部53来向氧化剂气体出口连通孔34b流动，并沿着氧化剂气体出口连通孔34b向箭头符号A方向被排出。同样地，被供给至阳极电极42并被消耗的燃料气体从燃料气体流路58经由桥部63来向燃料气体出口连通孔38b流动，并沿着燃料气体出口连通孔38b向箭头符号A方向被排出。
另外，被供给至制冷剂入口连通孔36a的制冷剂被导入至在第一隔板30与第二隔板32之间形成的制冷剂流路66之后，在箭头符号B方向流通。该制冷剂冷却MEA 28a之后，从制冷剂出口连通孔36b被排出。
在此如图2和图3所示，经由内侧凸起部51a、61a的内部空间、连结用凸起部78a、78b的内部空间、连通孔凸起部74a、74b的内部空间以及通道79a、79b的内部空间，排气用连通孔70与制冷剂流路66连通。因该连通，能够使制冷剂中所含的空气适当地流入排气用连通孔70，来使空气沿着层叠体14的层叠方向流动。另外，经由内侧凸起部51a、61a的内部空间、连结用凸起部78a、78b的内部空间、连通孔凸起部74a、74b的内部空间以及通道79a、79b的内部空间，制冷剂泄放用连通孔72与制冷剂流路66连通。因该连通，能够使制冷剂适当地流入制冷剂泄放用连通孔72，来使制冷剂沿着层叠体14的层叠方向流动。
另外如图3、如图5A以及图5B所示，在排气用连通孔70、制冷剂泄放用连通孔72的周围，利用第一和第二隔板30、32的连通孔凸起部74a、74b来形成密封件。在剖视观察时，凸部80伴随着其突出端部86向层叠体14施加压缩载荷而从圆弧状变形成平坦状。由此，能够消除密封件表面压力的局部地降低、增加，从而能够使在突出端部86处的密封件宽度方向的表面压力分布均匀化，使密封性提高。
特别是，排气用连通孔70、制冷剂泄放用连通孔72的开孔面积比燃料气体、氧化剂气体、制冷剂的各个连通孔的流路截面积小，另外形成为周长短的圆形。因此，与形成为单级梯形形状的其他的凸起部(内侧凸起部51a、61a等)相比，凸部80的根基部分(根基侧倾斜部82)的拘束力强。参照图4B说明在该根基部分的拘束力强的情况下的突出端部的形状变化。图4B中示出比较例的连通孔凸起部形成为单级梯形形状来在作用有强的拘束力情况下的形状变化。该情况下，即使施加压缩载荷根基部分也因根基部分的拘束力而不会发生位移，存在突出端部先发生中间折弯(作为密封部分的中央部分凹陷)的可能性，容易导致密封性降低。
与之相对，本实施方式涉及的凸部80(连通孔凸起部74a、74b)即使因拘束力而根基部分不进行位移，也能够在施加压缩载荷时积极地促进台阶部84的变形，突出端部86容易被压瘪成平坦状。由此能够使突出端部86与树脂框构件46良好地面接触(也参照图5B)。其结果是，能够可靠地阻断流动于制冷剂泄放用连通孔72的制冷剂通过连通孔凸起部74a、74b的密封件向外部泄漏。
另外，凸部80的形状不限定于上述的实施方式，能够采用各种的结构。例如，也可以是，如图6A所示的第一变形例那样，凸部100的突出端部102具有从一对台阶部84各自倾斜并且突出的一对突出端部侧倾斜部102a、以及将一对突出端部侧倾斜部102a桥连的端面部102b，端面部102b形成为平坦状。树脂件94被固定于端面部102b的表面。即使构成为这样，凸部100在受到压缩载荷的状态下，台阶部84与上述的实施方式同样地变形，由此能够良好地保持端面部102b的密封状态。
另外例如，也可以是，如图6B所示的第二变形例那样，凸部110形成为梯形形状，该梯形形状具有两个台阶部112(下侧台阶部112a、上侧台阶部112b)，并且在上侧台阶部112b具备半球状地突出的突出端部86。换言之，凸部80、100、110如果形成为两级以上的梯形形状，就能够得到与上述的实施方式同样的效果。
另外例如，还可以是，如图6C所示的第三变形例那样，凸部120的一对台阶部122构成为，从一端部(根基侧连结部90)朝向另一端部(突出端部侧连结部92)向斜上方倾斜。也就是说，也可以是，凸部120以在台阶部122产生凹部96(参照图5B)的方式仅具有适度的曲部124(根基侧连结部90、突出端部侧连结部92)。在该情况下，台阶部122进行变形，由此能够抑制宽度方向中央部发生变形(中间折弯)，从而能够得到与上述的实施方式同样的效果。
本实施方式涉及的燃料电池用隔板(第一和第二隔板30、32)以及燃料电池堆10实现以下的效果。
燃料电池用隔板(第一和第二隔板30、32)的凸起部(连通孔凸起部74)是与第一和第二隔板30、32一体成形的，并且在剖视观察时从板面突出而且形成为多级梯形形状的简单的结构，由此能够良好地形成密封件。即，连通孔凸起部74在伴随着燃料电池的制造来层叠而承受压缩载荷时，相比于密封件的与对象物(树脂框构件46)接触的部分，台阶部分积极地变形(挠曲)。因此，即使在与板面接近的根基部分作用有强的拘束力情况下，连通孔凸起部74也能够抑制接触部分发生中间折弯并进行密封。由此连通孔凸起部74能够更可靠地防止流体从与对象物的密封部分漏出，使流体稳定地流通。
另外，在剖视观察时，凸起部(连通孔凸起部74)形成为两级梯形形状。这样的两级梯形形状的连通孔凸起部74能够通过冲压成型容易地加工，从而能够实现制造成本的低廉化。
另外，在剖视观察时，凸起部(连通孔凸起部74)具有：与板面相连并且从该板面突出的一对根基侧倾斜部82；与一对根基侧倾斜部82的突出端部(根基侧连结部90)分别相连，并且沿着所述一对根基侧倾斜部82的内侧延伸的一对台阶部84；以及突出端部86，其与一对台阶部84的内侧端部(突出端部侧连结部92)相连，相比于一对台阶部84而言从板面分离。由此，连通孔凸起部74能够在施加压缩载荷时积极地促进台阶部84的变形，使突出端部86容易被压瘪成平坦状，从而使突出端部86与树脂框构件46良好地面接触。
另外，在剖视观察时，在与进行密封的对象物(树脂框构件46)没有层叠的状态下，突出端部86呈圆弧状，在与树脂框构件46层叠而从该树脂框构件46承受压缩载荷的状态下变形为平坦状。由此，当承受压缩载荷时，突出端部86沿着宽度方向均匀地扩张并变形为平坦状，从而能够使密封部分的表面压力更均匀化。
另外，一对台阶部84以与板面的面方向平行的方式延伸。由此，一对台阶部84在承受压缩载荷时，能够向板面侧顺畅地进行移动。
这里，优选的是，该燃料电池用隔板(第一和第二隔板30、32)具有在厚度方向贯通形成、能够流动制冷剂的泄放孔(制冷剂泄放用连通孔72)和能够流动空气的排气孔(排气用连通孔70)，在制冷剂泄放用连通孔72或者排气用连通孔70的周围形成凸起部(连通孔凸起部74)。排气用连通孔70、制冷剂泄放用连通孔72形成为小的开孔面积，其周围的连通孔凸起部74也形成得小，由此根基侧难以变形。即使在该情况下，利用多级梯形形状的上述作用，连通孔凸起部74即使受到压缩载荷也能够良好地维持密封。其结果，能够可靠地阻断从排气用连通孔70、制冷剂泄放用连通孔72漏出流体。
另外，可以是，在从燃料电池用隔板的厚度方向观察时，凸起部(连通孔凸起部74)形成为圆环状。即使在该情况下，虽然连通孔凸起部74的根基侧难以变形，但是利用多级梯形形状的上述作用，即使承受压缩载荷也能够良好地维持密封。
另外，燃料电池堆10能够构成为，具备上述的燃料电池用隔板(第一和第二隔板30、32)和电解质膜-电极结构体28a，其中，由多个第一和第二隔板30、32构成的接合隔板33与多个MEA 28a交替地层叠。燃料电池堆10具有上述的凸起部(连通孔凸起部74)，由此能够在层叠状态下，良好地形成密封，从而可靠地阻断流体的泄漏。
另外，本发明不限定于上述的实施方式，能够遵循发明的主旨进行各种改变。例如，凸起部(凸部80、100、110、120)不限定于设置在排气用连通孔70、制冷剂泄放用连通孔72的周围，也能够应用于第一和第二密封线51、61的其他部分。也就是说，内侧凸起部51a、61a、外侧凸起部51b、61b、连通孔凸起部52、62等也可以应用多级梯形形状的凸部80、100、110、120。
另外例如，排气用连通孔70和制冷剂泄放用连通孔72的平面形状不限定于圆形，例如，能够采用长方形、正方形、六边形等多边形、或者椭圆等各种形状。另外，优选的是，多边形状的连通孔在角部附加圆角形状。而且，将排气用连通孔70和制冷剂泄放用连通孔72包围的凸起部(凸部80、100、110、120)的平面形状也能够根据连通孔的平面形状来采用长方形、正方形、六边形等多边形状、或者椭圆等形状。

Claims (6)

1.一种燃料电池用隔板(30、32)，其具有凸起部(74、74a、74b)，所述凸起部(74、74a、74b)形成为板状，并且形成防止流体泄漏的密封件，其中，
所述凸起部是通过将金属薄板的截面冲压成型为波形而与所述燃料电池用隔板一体成形的，并且在剖视观察时从板面(30a、32a)突出而且形成为多级梯形形状，
在剖视观察时，所述凸起部具有：
与所述板面相连而且从该板面突出的一对根基侧倾斜部(82)；
与所述一对根基侧倾斜部的突出端部分别相连，并且沿着所述一对根基侧倾斜部的内侧延伸的一对台阶部(84、112、122)；以及
突出端部(86、102)，所述突出端部与所述一对台阶部的内侧端部相连，并且相比于所述一对台阶部而言从所述板面分离，
所述一对根基侧倾斜部经由具有曲率的板侧连结部(88)来与所述板面连结并且以从所述板侧连结部朝向所述板面的厚度方向而向所述一对根基侧倾斜部的内侧倾斜的方式延伸，
在剖视观察时，所述突出端部在没有与将电解质膜-电极结构体(28a)的外周部围绕的树脂框构件(46)层叠的状态下呈圆弧状，所述突出端部在与所述树脂框构件以接触的方式层叠并且从该树脂框构件承受压缩载荷的状态下变形成平坦状。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用隔板，其特征在于，
在剖视观察时，所述凸起部形成为两级梯形形状。
3.根据权利要求1所述的燃料电池用隔板，其特征在于，
所述一对台阶部以与所述板面的面方向平行的方式延伸。
4.根据权利要求1所述的燃料电池用隔板，其特征在于，
该燃料电池用隔板具有在厚度方向贯通形成、能够流动制冷剂的泄放孔(72)和能够流动空气的排气孔(70)，
在所述泄放孔或者所述排气孔的周围形成所述凸起部。
5.根据权利要求1所述的燃料电池用隔板，其特征在于，
在从所述燃料电池用隔板的厚度方向观察时，所述凸起部形成为圆环状。
6.一种燃料电池堆(10)，其具备：
根据权利要求1至5中的任一项所述的燃料电池用隔板(30、32)；以及
所述电解质膜-电极结构体(28a)，
其中，由多个所述燃料电池用隔板构成的接合隔板(33)与多个所述电解质膜-电极结构体交替地层叠。
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