CN112216844A - 燃料电池堆 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及燃料电池堆。对燃料电池堆(10)的层叠体(14)施加发电单电池(12)的层叠方向的紧固载荷。在第一金属隔板(30)，在密封用凸起部(51)的外方侧一体地设置第一波状凸部(70)，在第二金属隔板(32)，在密封用凸起部(61)的外方侧一体地设置第二波状凸部(80)。从层叠方向观察时，第一波状凸部(70)与第二波状凸部(80)在波形的相位彼此偏移的状态下重叠。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池堆。
背景技术
燃料电池堆具备将多个发电单电池层叠而成的层叠体，所述发电单电池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(MEA)、在MEA的两侧配设的一组金属隔板。对层叠体施加层叠方向的紧固载荷。
在一组金属隔板分别形成有从MEA所处位置侧的表面突出的密封用凸起部(例如，参照专利文献1)。密封用凸起部因紧固载荷被推压于在MEA的发电面的外周侧设置的树脂框部，从而防止作为反应气体或者冷却介质的流体泄露。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2018/0145353号说明书
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在施加紧固载荷时，在一组金属隔板的密封用凸起部因紧固载荷在与层叠方向正交的平面方向发生彼此位置偏移的情况下，力矩作用于金属隔板。这样，金属隔板(密封用凸起部的密封面)相对于平面方向而言倾斜，从而会有密封用凸起部的密封性降低的风险。
本发明是考虑这样的问题而做出的，目的在于提供能够确保密封用凸起部的期望的密封性的燃料电池堆。
用于解决问题的方案
本发明的一方式是燃料电池堆，具备将多个发电单电池层叠而成的层叠体，该发电单电池具有电解质膜-电极结构体以及在所述电解质膜-电极结构体的两侧配设的一组金属隔板，对所述层叠体施加所述发电单电池的层叠方向的紧固载荷，在所述一组金属隔板分别形成有从所述电解质膜-电极结构体所处位置侧的表面突出的密封用凸起部，所述密封用凸起部因所述紧固载荷被推压于在所述电解质膜-电极结构体的发电面的外周侧设置的树脂框部，由此防止作为反应气体或者冷却介质的流体泄漏，在所述燃料电池堆中，在所述一组金属隔板中的一方，在所述密封用凸起部的外方侧一体地设置有从所述表面突出的第一波状凸部，在所述一组金属隔板中的另一方，在所述密封用凸起部的外方侧一体地设置有从所述表面突出的第二波状凸部，从所述层叠方向观察时，所述第一波状凸部与所述第二波状凸部在波形的相位彼此偏移的状态下重叠。
发明的效果
根据本发明，第一波状凸部与第二波状凸部在之间夹装树脂框部并且在从层叠方向观察时波形的相位彼此偏移的状态下重叠。因此，在一组金属隔板的密封用凸起部在平面方向发生彼此位置偏移的情况下，能够由第一波状凸部以及第二波状凸部承受作用于金属隔板的力矩。由此，能够抑制金属隔板(密封用凸起部的密封面)相对于平面方向而言倾斜。另外，在一组金属隔板的密封用凸起部在平面方向发生彼此位置偏移的情况下，能够抑制从层叠方向观察时第一波状凸部与第二波状凸部的重叠的面积减少的情形。因此，能够确保密封用凸起部的期望的密封性。
根据参照附图来说明的以下实施方式的说明，能容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式涉及的燃料电池堆的立体图。
图2是发电单电池的分解立体图。
图3是从MEA侧观察第一金属隔板的接合隔板的结构说明图。
图4是从MEA侧观察第二金属隔板的接合隔板的结构说明图。
图5是在相当于图4中的V-V线的部位处的燃料电池堆的部分省略剖视图。
图6A是第一波状凸部以及第二波状凸部的结构说明图，图6B是第二金属隔板相对于第一金属隔板而在平面方向发生位置偏移的状态下的第一波状凸部以及第二波状凸部的结构说明图。
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涉及的燃料电池堆。
如图1所示，本发明的实施方式涉及的固体高分子型的燃料电池堆10具备多个发电单电池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汽车等燃料电池车辆。
在层叠体14的层叠方向(箭头符号A方向)一端，朝向外方依次配设接线板16a、绝缘件18a以及端板20a。在层叠体14的层叠方向另一端，朝向外方依次配设接线板16b、绝缘件18b以及端板20b。绝缘件18a、18b由绝缘性材料例如聚碳酸酯(PC)、酚醛树脂等形成。
端板20a、20b具有横长(也可以是纵长)的长方形状，在各边之间配置连结杆24。各个连结杆24的两端固定于端板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。而且，也可以是，燃料电池堆10构成为，具备将端板(日文：エンドプレート)20a、20b设为端板的筐体，在该筐体内收容层叠体14。
如图2所示，在发电单电池12中，带树脂框的MEA28被第一金属隔板30和第二金属隔板32夹持。第一金属隔板30以及第二金属隔板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。
带树脂框的MEA28具备：电解质膜-电极结构体28a(以下，称为“MEA28a”)；以及在MEA28a的外周部设置重叠部而接合的并且围绕该外周部的树脂框构件46(树脂框部、树脂膜)。MEA28a具有电解质膜40、在电解质膜40的一方的面设置的阴极电极42以及在电解质膜40的另一方的面设置的阳极电极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包含水分的全氟磺酸的薄膜。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。电解质膜40被阴极电极42和阳极电极44夹持。
虽未详细图示，阴极电极42具有与电解质膜40的一方的面接合的第一电极催化剂层、层叠于该第一电极催化剂层的第一气体扩散层。阳极电极44具有与电解质膜40的另一方的面接合的第二电极催化剂层、层叠于该第二电极催化剂层的第二气体扩散层。树脂框构件46设置于MEA28的发电面29的外周侧。
在发电单电池12的长边方向即箭头符号B方向(图2中水平方向)的一端缘部(箭头符号B1方向的端缘部)朝向下方(从长方形的发电单电池12的一方的长边朝向另一方的长边)依次排列设置第一燃料气体排出连通孔38b1、第一冷却介质排出连通孔36b1、氧化剂气体供给连通孔34a、第二冷却介质排出连通孔36b2以及第二燃料气体排出连通孔38b2。
在以下的说明中，在没有将第一冷却介质排出连通孔36b1与第二冷却介质排出连通孔36b2特别地区别的情况下，有时简称为“冷却介质排出连通孔36b”。另外，在没有将第一燃料气体排出连通孔38b1与第二燃料气体排出连通孔38b2特别地区别的情况下，有时简称为“燃料气体排出连通孔38b”。
氧化剂气体供给连通孔34a、冷却介质排出连通孔36b以及燃料气体排出连通孔38b在层叠方向分别贯通层叠体14(第一金属隔板30、第二金属隔板32以及树脂框构件46)、绝缘件18a以及端板20a(也可以贯通接线板16a)。
燃料气体排出连通孔38b排出作为一方反应气体的燃料气体、例如含氢气体。氧化剂气体供给连通孔34a供给作为另一方反应气体的氧化剂气体、例如含氧气体。冷却介质排出连通孔36b排出冷却介质。
在发电单电池12的箭头符号B方向的另一端缘部(箭头符号B2方向的端缘部)朝向下方(从长方形的发电单电池12的一方的长边朝向另一方的长边)依次排列设置第一氧化剂气体排出连通孔34b1、第一冷却介质供给连通孔36a1、燃料气体供给连通孔38a、第二冷却介质供给连通孔36a2以及第二氧化剂气体排出连通孔34b2。
在以下的说明中，在没有将第一冷却介质供给连通孔36a1与第二冷却介质供给连通孔36a2特别地区别的情况下，有时简称“冷却介质供给连通孔36a”。另外，在没有将第一氧化剂气体排出连通孔34b1与第二氧化剂气体排出连通孔34b2特别地区别的情况下，有时简称“氧化剂气体排出连通孔34b”。
燃料气体供给连通孔38a、冷却介质供给连通孔36a以及氧化剂气体排出连通孔34b在层叠方向分别贯通层叠体14(第一金属隔板30、第二金属隔板32以及树脂框构件46)、绝缘件18a以及端板20a(也可以贯通接线板16a)。燃料气体供给连通孔38a供给燃料气体。氧化剂气体排出连通孔34b排出氧化剂气体。冷却介质供给连通孔36a供给冷却介质。
氧化剂气体供给连通孔34a、氧化剂气体排出连通孔34b、燃料气体供给连通孔38a以及燃料气体排出连通孔38b的数量、配置、形状以及尺寸不限定于本实施方式，根据要求的规格适当设定即可。
在发电单电池12中，也可以是，不使用树脂框构件46，而使电解质膜40向外方突出。另外，在发电单电池12中，也可以是，在向外方突出的电解质膜40的两侧设置框形状的膜。
如图3所示，在矩形的第一金属隔板30的朝向带树脂框的MEA28的表面30a例如设置沿箭头符号B方向延伸的氧化剂气体流路48(反应气体流路)。氧化剂气体流路48与氧化剂气体供给连通孔34a和氧化剂气体排出连通孔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之间具有直线状流路槽(或波状流路槽)48b。
在氧化剂气体供给连通孔34a与氧化剂气体流路48之间，通过冲压成型设置具有多个压花部的入口缓冲部50a。在氧化剂气体排出连通孔34b与氧化剂气体流路48之间，通过冲压成型设置具有多个压花部的出口缓冲部50b。
在第一金属隔板30的表面30a设置有用于防止流体(燃料气体、氧化剂气体以及冷却介质)泄漏的密封用凸起部51。在图5中，密封用凸起部51包括：凸起主体51a，其是通过冲压成型而朝向树脂框构件46突出成形的；以及树脂构件51b，其通过印刷或者涂布被固定于凸起主体51a的突出端面。也可以是，树脂构件51b设置于MEA 28a侧。
凸起主体51a的横截面形成为梯形。但是，凸起主体51a的横截面形状能够适当变更，也可以是圆弧状等。也可以省略树脂构件51b。密封用凸起部51是与树脂框构件46紧密接合并且因层叠方向的紧固力而弹性变形由此将与树脂框构件46之间气密且液密地密封的密封构造。
在图3中，密封用凸起部51具有多个连通孔凸起部52(52a～52j)、以及外侧凸起部53。
连通孔凸起部52a～52e设置于第一金属隔板30的一端缘部(箭头符号B1方向的端缘部)。具体来说，连通孔凸起部52a围绕第一燃料气体排出连通孔38b1。连通孔凸起部52b围绕第一冷却介质排出连通孔36b1。连通孔凸起部52c围绕氧化剂气体供给连通孔34a。连通孔凸起部52d围绕第二冷却介质排出连通孔36b2。连通孔凸起部52e围绕第二燃料气体排出连通孔38b2。
连通孔凸起部52f～52j设置于第一金属隔板30的另一端缘部(箭头符号B2方向的端缘部)。具体来说，连通孔凸起部52f围绕第一氧化剂气体排出连通孔34b1。连通孔凸起部52g围绕第一冷却介质供给连通孔36a1。连通孔凸起部52h围绕燃料气体供给连通孔38a。连通孔凸起部52i围绕第二冷却介质供给连通孔36a2。连通孔凸起部52j围绕第二氧化剂气体排出连通孔34b2。
在包围氧化剂气体供给连通孔34a的连通孔凸起部52c设置有将氧化剂气体供给连通孔34a与氧化剂气体流路48连通的具有多个通道54t的桥部54。在包围氧化剂气体排出连通孔34b的连通孔凸起部52f、52j设置有将氧化剂气体排出连通孔34b与氧化剂气体流路48连通的具有多个通道56t的桥部56。
外侧凸起部53沿着第一金属隔板30的外周部设置，将氧化剂气体流路48包围并且将氧化剂气体供给连通孔34a、氧化剂气体排出连通孔34b、燃料气体供给连通孔38a以及燃料气体排出连通孔38b包围。
在第一金属隔板30的长方向一端侧，外侧凸起部53以在第一金属隔板30的短边方向互相相邻的连通孔凸起部52a～52e之间延伸的方式蜿蜒曲折。因而，在第一金属隔板30的长方向一端侧，外侧凸起部53以朝向第一金属隔板30的一方的短边31a(远离发电面29的方向)鼓出的方式具有将第一燃料气体排出连通孔38b1、氧化剂气体供给连通孔34a以及第二燃料气体排出连通孔38b2分别部分地包围的三个鼓出形状部53a、53b、53c。
在第一金属隔板30的长方向另一端侧，外侧凸起部53以在第一金属隔板30的短边方向互相相邻的连通孔凸起部52f～52j之间延伸的方式蜿蜒曲折。因而，在第一金属隔板30的长方向另一端侧，外侧凸起部53以朝向第一金属隔板30的另一方的短边31b(远离发电面29的方向)鼓出的方式具有将第一氧化剂气体排出连通孔34b1、燃料气体供给连通孔38a以及第二氧化剂气体排出连通孔34b2分别部分地包围的三个鼓出形状部53d、53e、53f。
如图4所示，在矩形的第二金属隔板32的朝向带树脂框的MEA 28的表面32a例如形成沿着箭头符号B方向延伸的燃料气体流路58(反应气体流路)。燃料气体流路58与燃料气体供给连通孔38a和燃料气体排出连通孔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之间具有直线状流路槽(或波状流路槽)58b。
在燃料气体供给连通孔38a与燃料气体流路58之间，通过冲压成型设置具有多个压花部的入口缓冲部60a。在燃料气体排出连通孔38b与燃料气体流路58之间，通过冲压成型设置具有多个压花部的出口缓冲部60b。
在第二金属隔板32的表面32a设置有用于防止流体(燃料气体、氧化剂气体以及冷却介质)泄漏的密封用凸起部61。在图5中，密封用凸起部61包括：凸起主体61a，其是通过冲压成型而朝向树脂框构件46突出成形的；以及树脂构件61b，其通过印刷或者涂布被固定于凸起主体61a的突出端面。也可以是，树脂构件61b设置于MEA 28a侧。
凸起主体61a的横截面形成为梯形。但是，凸起主体61a的横截面形状能够适当变更，也可以是圆弧状等。也可以省略树脂构件61b。密封用凸起部61是与树脂框构件46紧密接合并且因层叠方向的紧固力而弹性变形由此将与树脂框构件46之间气密且液密地密封的密封构造。
在图4中，密封用凸起部61具有多个连通孔凸起部62(62a～62j)、以及外侧凸起部63。
连通孔凸起部62a～62e设置于第二金属隔板32的一端缘部(箭头符号B1方向的端缘部)。具体来说，连通孔凸起部62a围绕第一燃料气体排出连通孔38b1。连通孔凸起部62b围绕第一冷却介质排出连通孔36b1。连通孔凸起部62c围绕氧化剂气体供给连通孔34a。连通孔凸起部62d围绕第二冷却介质排出连通孔36b2。连通孔凸起部62e围绕第二燃料气体排出连通孔38b2。
连通孔凸起部62f～62j设置于第二金属隔板32的另一端缘部(箭头符号B2方向的端缘部)。具体来说，连通孔凸起部62f围绕第一氧化剂气体排出连通孔34b1。连通孔凸起部62g围绕第一冷却介质供给连通孔36a1。连通孔凸起部62h围绕燃料气体供给连通孔38a。连通孔凸起部62i围绕第二冷却介质供给连通孔36a2。连通孔凸起部62j围绕第二氧化剂气体排出连通孔34b2。
在包围燃料气体供给连通孔38a的连通孔凸起部62h设置有将燃料气体供给连通孔38a与燃料气体流路58连通的具有多个通道64t的桥部64。在包围燃料气体排出连通孔38b的连通孔凸起部62a、62e设置有将燃料气体排出连通孔38b与燃料气体流路58连通的具有多个通道66t的桥部66。
外侧凸起部63沿着第二金属隔板32的外周部设置，将燃料气体流路58包围并且将氧化剂气体供给连通孔34a、氧化剂气体排出连通孔34b、燃料气体供给连通孔38a以及燃料气体排出连通孔38b包围。
在第二金属隔板32的长方向一端侧，外侧凸起部63以在第二金属隔板32的短边方向互相相邻的连通孔凸起部62a～62e之间延伸的方式蜿蜒曲折。因而，在第二金属隔板32的长方向一端侧，外侧凸起部63以朝向第二金属隔板32的一方的短边35a(远离发电面29的方向)鼓出的方式具有将第一燃料气体排出连通孔38b1、氧化剂气体供给连通孔34a以及第二燃料气体排出连通孔38b2分别部分地包围的三个鼓出形状部63a、63b、63c。
在第二金属隔板32的长方向另一端侧，外侧凸起部63以在第二金属隔板32的短边方向互相相邻的连通孔凸起部62f～62j之间延伸的方式蜿蜒曲折。因而，在第二金属隔板32的长方向另一端侧，外侧凸起部63以朝向第二金属隔板32的另一方的短边35b(远离发电面29的方向)鼓出的方式具有将第一氧化剂气体排出连通孔34b1、燃料气体供给连通孔38a以及第二氧化剂气体排出连通孔34b2分别部分地包围的三个鼓出形状部63d、63e、63f。
在图2中，第一金属隔板30与第二金属隔板32通过将外周焊接、钎焊等而接合为一体来构成接合隔板33。在彼此接合的第一金属隔板30的背面30b与第二金属隔板32的背面32b之间，形成与冷却介质供给连通孔36a和冷却介质排出连通孔36b可流通流体地连通的冷却介质流路68。形成有氧化剂气体流路48的第一金属隔板30的背面形状与形成有燃料气体流路58的第二金属隔板32的背面形状重合来形成冷却介质流路68。
在图5中，构成接合隔板33的第一金属隔板30和第二金属隔板32由多个接合线33a来彼此接合。接合线33a例如是激光焊线。接合线33a也可以是通过MIG、TIG、缝焊接、钎焊、嵌塞等而成的接合部。
如图3所示，在第一金属隔板30，在密封用凸起部51的外方侧一体地设置有从表面30a突出的多个第一波状凸部70(70a～70j)。
在图5中，第一波状凸部70的横截面形成为梯形。但是，第一波状凸部70的横截面形状能够适当变更，也可以是长方形、正方形、圆弧状等。在对层叠体14施加紧固载荷的紧固状态下，第一波状凸部70的突出端以紧固载荷实质上不作用于第一波状凸部70的方式与树脂框构件46的一方的面46a接触。即，在没有对层叠体14施加紧固载荷的状态下，第一波状凸部70的高度低于密封用凸起部51的高度加上树脂构件51b的高度而成的高度。因此，在层叠体14的紧固状态下，紧固载荷作用于密封用凸起部51。
在图3中，第一波状凸部70互相独立地设置于多个连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b中的每一个。具体来说，第一波状凸部70a与第一燃料气体排出连通孔38b1对应地设置。第一波状凸部70a位于第一金属隔板30的一方的短边31a与鼓出形状部53a之间。第一波状凸部70a沿着鼓出形状部53a的鼓出端部(短边31a侧的端部)的形状延伸。
第一波状凸部70b与第一冷却介质排出连通孔36b1对应地设置。第一波状凸部70b位于第一金属隔板30的一方的短边31a与连通孔凸起部52b之间。第一波状凸部70b沿着连通孔凸起部52b中的短边31a侧的端部的形状延伸。
第一波状凸部70c与氧化剂气体供给连通孔34a对应地设置。第一波状凸部70c位于第一金属隔板30的一方的短边31a与鼓出形状部53b之间。第一波状凸部70c沿着鼓出形状部53b的鼓出端部(短边31a侧的端部)的形状延伸。
第一波状凸部70d与第二冷却介质排出连通孔36b2对应地设置。第一波状凸部70d位于第一金属隔板30的一方的短边31a与连通孔凸起部52d之间。第一波状凸部70d沿着连通孔凸起部52d中的短边31a侧的端部的形状延伸。
第一波状凸部70e与第二燃料气体排出连通孔38b2对应地设置。第一波状凸部70e位于第一金属隔板30的一方的短边31a与鼓出形状部53c之间。第一波状凸部70e沿着鼓出形状部53c的鼓出端部(短边31a侧的端部)的形状延伸。第一波状凸部70a～70e设置于与密封用凸起部51中的位于最外的部分(短边31a侧的端部)相比靠外方侧(箭头符号B1方向)。
第一波状凸部70f与第一氧化剂气体排出连通孔34b1对应地设置。第一波状凸部70f位于第一金属隔板30的另一方的短边31b与鼓出形状部53d之间。第一波状凸部70f沿着鼓出形状部53d的鼓出端部(短边31b侧的端部)的形状延伸。
第一波状凸部70g与第一冷却介质供给连通孔36a1对应地设置。第一波状凸部70g位于第一金属隔板30的另一方的短边31b与连通孔凸起部52g之间。第一波状凸部70g沿着连通孔凸起部52g中的短边31b侧的端部的形状延伸。
第一波状凸部70h与燃料气体供给连通孔38a对应地设置。第一波状凸部70h位于第一金属隔板30的另一方的短边31b与鼓出形状部53e之间。第一波状凸部70h沿着鼓出形状部53e的鼓出端部(短边31b侧的端部)的形状延伸。
第一波状凸部70i与第二冷却介质供给连通孔36a2对应地设置。第一波状凸部70i位于第一金属隔板30的另一方的短边31b与连通孔凸起部52i之间。第一波状凸部70i沿着连通孔凸起部52i中的短边31b侧的端部的形状延伸。
第一波状凸部70j与第二氧化剂气体排出连通孔34b2对应地设置。第一波状凸部70j位于第一金属隔板30的另一方的短边31b与鼓出形状部53f之间。第一波状凸部70j沿着鼓出形状部53f的鼓出端部(短边31b侧的端部)的形状延伸。第一波状凸部70f～70j设置于与密封用凸起部51中的位于最外的部分(短边31b侧的端部)相比靠外方侧(箭头符号B2方向)。
如图4所示，在第二金属隔板32，在密封用凸起部61的外方侧一体地设置有从表面32a突出的多个第二波状凸部80(80a～80j)。
在图5中，第二波状凸部80的横截面形成为梯形。但是，第二波状凸部80的横截面形状能够适当变更，也可以为长方形、正方形、圆弧状等。在对层叠体14施加紧固载荷的紧固状态下，第二波状凸部80的突出端以紧固载荷实质上不作用于第二波状凸部80的方式与树脂框构件46的另一方的面46b接触。即，在没有对层叠体14施加紧固载荷的状态下，第二波状凸部80的高度低于密封用凸起部61的高度加上树脂构件61b的高度而成的高度。因此，在层叠体14的紧固状态下，紧固载荷作用于密封用凸起部61。
在图4中，第二波状凸部80互相独立地设置于多个连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b中的每一个。具体来说，第二波状凸部80a与第一燃料气体排出连通孔38b1对应地设置。第二波状凸部80a位于第二金属隔板32的一方的短边35a与鼓出形状部63a之间。第二波状凸部80a沿着鼓出形状部63a的鼓出端部(短边35a侧的端部)的形状延伸。
第二波状凸部80b与第一冷却介质排出连通孔36b1对应地设置。第二波状凸部80b位于第二金属隔板32的一方的短边35a与连通孔凸起部62b之间。第二波状凸部80b沿着连通孔凸起部62b中的短边35a侧的端部的形状延伸。
第二波状凸部80c与氧化剂气体供给连通孔34a对应地设置。第二波状凸部80c位于第二金属隔板32的一方的短边35a与鼓出形状部63b之间。第二波状凸部80c沿着鼓出形状部63b的鼓出端部(短边35a侧的端部)的形状延伸。
第二波状凸部80d与第二冷却介质排出连通孔36b2对应地设置。第二波状凸部80d位于第二金属隔板32的一方的短边35a与连通孔凸起部62d之间。第二波状凸部80d沿着连通孔凸起部62d中的短边35a侧的端部的形状延伸。
第二波状凸部80e与第二燃料气体排出连通孔38b2对应地设置。第二波状凸部80e位于第二金属隔板32的一方的短边35a与鼓出形状部63c之间。第二波状凸部80e沿着鼓出形状部63c的鼓出端部(短边35a侧的端部)的形状延伸。第二波状凸部80a～80e设置于与密封用凸起部61中的位于最外的部分(短边35a侧的端部)相比靠外方侧(箭头符号B1方向)。
第二波状凸部80f与第一氧化剂气体排出连通孔34b1对应地设置。第二波状凸部80f位于第二金属隔板32的另一方的短边35b与鼓出形状部63d之间。第二波状凸部80f沿着鼓出形状部63d的鼓出端部(短边35b侧的端部)的形状延伸。
第二波状凸部80g与第一冷却介质供给连通孔36a1对应地设置。第二波状凸部80g位于第二金属隔板32的另一方的短边35b与连通孔凸起部62g之间。第二波状凸部80g沿着连通孔凸起部62g中的短边35b侧的端部的形状延伸。
第二波状凸部80h与燃料气体供给连通孔38a对应地设置。第二波状凸部80h位于第二金属隔板32的另一方的短边35b与鼓出形状部63e之间。第二波状凸部80h沿着鼓出形状部63e的鼓出端部(短边35b侧的端部)的形状延伸。
第二波状凸部80i与第二冷却介质供给连通孔36a2对应地设置。第二波状凸部80i位于第二金属隔板32的另一方的短边35b与下侧的连通孔凸起部62i之间。第二波状凸部80i沿着连通孔凸起部62i中的短边35b侧的端部的形状延伸。
第二波状凸部80j与第二氧化剂气体排出连通孔34b2对应地设置。第二波状凸部80j位于第二金属隔板32的另一方的短边35b与鼓出形状部63f之间。第二波状凸部80j沿着鼓出形状部63f的鼓出端部(短边35b侧的端部)的形状延伸。第二波状凸部80f～80j设置于与密封用凸起部61中的位于最外的部分(短边35b侧的端部)相比靠外方侧(箭头符号B2方向)。
如图6A所示，第一波状凸部70以及第二波状凸部80例如形成为正弦波。但是，第一波状凸部70以及第二波状凸部80也可以是矩形波等非正弦波。第一波状凸部70以及第二波状凸部80如果是重复的周期性的形状即可。
从层叠方向观察时，第一波状凸部70与第二波状凸部80在波形的相位彼此偏移的状态下重叠。具体来讲，第一波状凸部70与第二波状凸部80的波形的相位彼此偏移半个周期。从层叠方向观察时，发电单电池12具有第一波状凸部70与第二波状凸部80彼此交叉的多个交叉部82。在交叉部82处，第一波状凸部70与第二波状凸部80隔着树脂框构件46相向。
第一波状凸部70的波形的振幅以及波长设定为与第二波状凸部80的波形的振幅以及波长相同。但是也可以是，第一波状凸部70的波形的振幅以及波长设定为与第二波状凸部80的波形的振幅以及波长不同。
以下说明这样构成的燃料电池堆10的动作。
首先，如图1所示，向端板20a的氧化剂气体供给连通孔34a供给氧化剂气体。向端板20a的燃料气体供给连通孔38a供给燃料气体。向端板20a的冷却介质供给连通孔36a供给冷却介质。
如图3所示，从氧化剂气体供给连通孔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。氧化剂气体沿着氧化剂气体流路48在箭头符号B方向移动，被供给至图2所示的MEA 28a的阴极电极42。
另一方面，如图4所示，从燃料气体供给连通孔38a向第二金属隔板32的燃料气体流路58导入燃料气体。燃料气体沿着燃料气体流路58在箭头符号B方向移动，被供给至图2所示的MEA 28a的阳极电极44。
因而，在各个MEA 28a中，被供给至阴极电极42的氧化剂气体与被供给至阳极电极44的燃料气体在第二电极催化剂层和第一电极催化剂层内因电化学反应而被消耗，来进行发电。
然后，被供给至阴极电极42并被消耗了的氧化剂气体沿着氧化剂气体排出连通孔34b在箭头符号A方向被排出。同样地，被供给至阳极电极44并被消耗了的燃料气体沿着燃料气体排出连通孔38b在箭头符号A方向被排出。
另外，被供给至冷却介质供给连通孔36a的冷却介质在被导入至在第一金属隔板30与第二金属隔板32之间形成的冷却介质流路68之后，在箭头符号B方向流通。该冷却介质将MEA 28a冷却之后，从冷却介质排出连通孔36b被排出。
该情况下，本实施方式实现以下的效果。
在本实施方式中，在第一金属隔板30，在密封用凸起部51的外方侧一体地设置有从表面30a突出的第一波状凸部70，在第二金属隔板32，在密封用凸起部61的外方侧一体地设置有从表面32a突出的第二波状凸部80。从层叠方向观察时，第一波状凸部70与第二波状凸部80在波形的相位彼此偏移的状态下重叠。
如图5所示，当密封用凸起部51与密封用凸起部61在平面方向(与层叠方向正交的方向)发生彼此位置偏移的状态下被施加层叠方向的紧固载荷时，力矩作用于第一金属隔板30以及第二金属隔板32。但是，本实施方式中，能够由第一波状凸部70以及第二波状凸部80承受作用于第一金属隔板30以及第二金属隔板32的力矩。由此，能够抑制第一金属隔板30以及第二金属隔板32(密封用凸起部51、61的密封面)相对于平面方向而言倾斜。
另外，如图6B所示，在第一金属隔板30以及第二金属隔板32在平面方向(箭头符号B方向)发生彼此位置偏移情况下，能够抑制从层叠方向观察时的第一波状凸部70与第二波状凸部80的重叠面积(交叉部82的面积)减少的情形。因此，能够确保密封用凸起部51、61的期望的密封性。
在对层叠体14施加紧固载荷的紧固状态下，第一波状凸部70以及第二波状凸部80的各自的突出端与树脂框构件46接触。
根据这样的结构，能够有效果地抑制第一金属隔板30以及第二金属隔板32相对于平面方向而言倾斜。
第一波状凸部70与第二波状凸部80的波形的相位彼此偏移半个周期。
根据这样的结构，在第一金属隔板30与第二金属隔板32在平面方向(箭头符号B方向)发生彼此位置偏移的情况下，能够有效果地抑制从层叠方向观察时的第一波状凸部70与第二波状凸部80的重叠的面积(交叉部82的面积)减少的情形。
第一波状凸部70设置于与密封用凸起部51中的位于最外的部分相比靠外方侧。第二波状凸部80设置于与密封用凸起部61中的位于最外的部分相比靠外方侧。
根据这样的结构，能够有效果地抑制第一金属隔板30以及第二金属隔板32相对于平面方向而言倾斜。
在第一金属隔板30以及第二金属隔板32在层叠方向贯通形成有用于使作为反应气体或者冷却介质的流体流动的多个连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b。密封用凸起部51、61包括个别地包围多个连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b的多个连通孔凸起部52、62。第一波状凸部70以及第二波状凸部80互相独立地设置于多个连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b中的每一个。
根据这样的结构，能够确保多个连通孔凸起部52、62的期望的密封性。
本发明不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改变。
也可以是，第一波状凸部70a～70e中的至少一部分互相连接。也可以是，第一波状凸部70f～70j中的至少一部分互相连接。也可以是，第二波状凸部80a～80e中的至少一部分互相连接。也可以是，第二波状凸部80f～80j中的至少一部分互相连接。
将以上的实施方式总结如下。
上述实施方式具备将多个发电单电池12层叠而成的层叠体14，该发电单电池12具有电解质膜-电极结构体28a以及在所述电解质膜-电极结构体的两侧配设的一组金属隔板30、32，对所述层叠体施加所述发电单电池的层叠方向的紧固载荷，在所述一组金属隔板分别形成从所述电解质膜-电极结构体所处位置侧的表面30a、32a突出的密封用凸起部51、61，所述密封用凸起部因所述紧固载荷被推压于在所述电解质膜-电极结构体的发电面29的外周侧设置的树脂框部46，由此防止作为反应气体或者冷却介质的流体泄露，在燃料电池堆10中，在所述一组金属隔板中的一方，在所述密封用凸起部的外方侧一体地设置有从所述表面突出的第一波状凸部70，在所述一组金属隔板中的另一方，在所述密封用凸起部的外方侧一体地设置有从所述表面突出的第二波状凸部80，从所述层叠方向观察时，所述第一波状凸部与所述第二波状凸部在波形的相位彼此偏移的状态下重叠。
在上述的燃料电池堆中，也可以是，在对所述层叠体施加所述紧固载荷的紧固状态下，所述第一波状凸部以及所述第二波状凸部各自的突出端与所述树脂框部接触。
在上述的燃料电池堆中，也可以是，所述第一波状凸部与所述第二波状凸部的所述波形的相位彼此偏移半个周期。
在上述的燃料电池堆中，也可以是，所述第一波状凸部以及所述第二波状凸部分别设置于与所述密封用凸起部中位于最外的部分相比靠外方侧。
在上述的燃料电池堆中，也可以是，所述第一波状凸部以及所述第二波状凸部分别形成为正弦波。
在上述的燃料电池堆中，也可以是，所述第一波状凸部的波形的振幅以及波长设定为与所述第二波状凸部的波形的振幅以及波长相同。
在上述的燃料电池堆中，也可以是，所述一组金属隔板分别在所述层叠方向贯通形成有用于流动所述流体的多个连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b，所述密封用凸起部包括个别地包围所述多个连通孔的多个连通孔凸起部52、62，所述第一波状凸部以及所述第二波状凸部互相独立地设置于所述多个连通孔中的每一个。
在上述的燃料电池堆中，也可以是，所述一组金属隔板分别形成为矩形，在所述一组金属隔板各自的长边方向的端部，所述多个连通孔在所述一组金属隔板各自的短边方向排列设置，所述密封用凸起部包括沿着所述一组金属隔板各自的外周部设置的外侧凸起部53、63，所述外侧凸起部以在所述短边方向互相相邻的连通孔凸起部之间延伸的方式蜿蜒曲折，所述第一波状凸部以及所述第二波状凸部分别沿着所述外侧凸起部中的向远离所述发电面的方向鼓出的鼓出形状部53a、53b、53c、63a、63b、63c的形状延伸。
Claims (8)
1.一种燃料电池堆(10)，具备将多个发电单电池(12)层叠而成的层叠体(14)，该发电单电池具有电解质膜-电极结构体(28a)以及在所述电解质膜-电极结构体的两侧配设的一组金属隔板(30、32)，
对所述层叠体施加所述发电单电池的层叠方向的紧固载荷，
在所述一组金属隔板分别形成有从所述电解质膜-电极结构体所处位置侧的表面(30a、32a)突出的密封用凸起部(51、61)，
所述密封用凸起部因所述紧固载荷被推压于在所述电解质膜-电极结构体的发电面(29)的外周侧设置的树脂框部(46)，由此防止作为反应气体或者冷却介质的流体泄露，在所述燃料电池堆中，
在所述一组金属隔板中的一方，在所述密封用凸起部的外方侧一体地设置有从所述表面突出的第一波状凸部(70)，
在所述一组金属隔板中的另一方，在所述密封用凸起部的外方侧一体地设置有从所述表面突出的第二波状凸部(80)，
从所述层叠方向观察时，所述第一波状凸部与所述第二波状凸部在波形的相位彼此偏移的状态下重叠。
2.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，
在对所述层叠体施加所述紧固载荷的紧固状态下，所述第一波状凸部以及所述第二波状凸部各自的突出端与所述树脂框部接触。
3.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，
所述第一波状凸部与所述第二波状凸部的所述波形的相位彼此偏移半个周期。
4.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，
所述第一波状凸部以及所述第二波状凸部分别设置于与所述密封用凸起部中的位于最外的部分相比靠外方侧。
5.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，
所述第一波状凸部以及所述第二波状凸部分别形成为正弦波。
6.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，
所述第一波状凸部的波形的振幅以及波长设定为与所述第二波状凸部的波形的振幅以及波长相同。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的燃料电池堆，其特征在于，
在所述一组金属隔板，分别在所述层叠方向贯通形成有用于流动所述流体的多个连通孔(34a、34b、36a、36b、38a、38b)，
所述密封用凸起部包括个别地包围所述多个连通孔的多个连通孔凸起部(52、62)，
所述第一波状凸部以及所述第二波状凸部互相独立地设置于所述多个连通孔中的每一个。
8.根据权利要求7所述的燃料电池堆，其特征在于，
所述一组金属隔板分别形成为矩形，
在所述一组金属隔板各自的长边方向的端部，所述多个连通孔在所述一组金属隔板各自的短边方向排列设置，
所述密封用凸起部包括沿着所述一组金属隔板各自的外周部设置的外侧凸起部(53、63)，
所述外侧凸起部以在所述短边方向互相相邻的连通孔凸起部之间延伸的方式蜿蜒曲折，
所述第一波状凸部以及所述第二波状凸部分别沿着所述外侧凸起部中的向远离所述发电面的方向鼓出的鼓出形状部(53a、53b、53c、63a、63b、63c)的形状延伸。
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