CN115117413A - 燃料电池堆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池堆。燃料电池堆(10)的冷却介质流路(68)具有：发电部冷却流路(70)，其包括与电解质膜电极结构体(28a)的发电部重叠的部分；旁通流路(80)，其设置于隔板(30、32)的外周部；主供给流路(82)，其从冷却介质供给连通孔(44a)贯通旁通流路80并延伸来与发电部冷却流路(70)连通；气泡排出流路(90)，其从冷却介质供给连通孔(44a)的重力方向的上方朝向旁通流路(80)延伸来与旁通流路(80)连通，气泡排出流路(90)朝向冷却介质供给连通孔(44a)的重力方向的上方延伸。

Description

燃料电池堆

技术领域

本发明涉及在相互接合的一对隔板的内部设置冷却介质流路的燃料电池堆。

背景技术

一般来说，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜形成的固体高分子电解质膜。燃料电池具备电解质膜电极结构体(MEA)。MEA在固体高分子电解质膜的一方的面具有阳极电极，在所述固体高分子电解质膜的另一方的面具有阴极电极。

MEA被隔板(也称为双极性板)夹持，由此构成发电单电池(燃料电池)。仅层叠既定的个数的发电单电池，由此构成燃料电池堆，例如，作为车辆的电源来使用。

在燃料电池中，在MEA与一方的隔板之间具有燃料气体流路来作为一方的反应气体流路。另外，在燃料电池中，在MEA与另一方的隔板之间具有氧化剂气体流路来作为另一方的反应气体流路。另外，在燃料电池中，在一方的隔板与另一方的隔板之间具有使冷却介质流动的冷却介质流路。

冷却介质在冷却介质流路流动，吸取在燃料电池的发电部产生的热，防止MEA过热。冷却介质流路的厚度为200μm程度，非常狭窄，因此有时冷却介质的气泡会残留于冷却介质流路。残留的气泡在冷却介质流路中会降低局部的冷却效率，使MEA产生局部的高温部分，存在构成MEA的电解质膜劣化的风险。

因而，在专利文献1中公开了在比发电部靠重力方向的上方设置旁通流路的技术。包含气泡多而比重小的冷却介质在上方的旁通流路流动，防止向发电部流入。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-160560号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，在以往的技术中，一部分气泡有可能会随着冷却介质的流动而回到发电部，在防止气泡向发电部流入这一点上存在改善的余地。

因而，一实施方式的目的在于提供能够使冷却介质的更多的气泡朝向旁通流路的燃料电池堆。

用于解决问题的方案

以下的公开的一观点涉及燃料电池堆，是将多个发电单电池层叠而成的，所述发电单电池具备电解质膜电极结构体、夹持所述电解质膜电极结构体的一对隔板，在所述燃料电池堆中，具有：冷却介质流路，其形成于邻接的所述隔板的鼓出部分之间；冷却介质供给连通孔，其向所述冷却介质流路供给冷却介质；冷却介质排出连通孔，其将所述冷却介质流路的所述冷却介质排出，所述冷却介质流路具有：发电部冷却流路，其包括与所述电解质膜电极结构体的发电部重叠的部分；旁通流路，其形成于流路密封部的鼓出部分之间，所述流路密封部设置于所述隔板的外周部并将在所述隔板与所述电解质膜电极结构体之间形成的反应气体流路密封；主供给流路，其从所述冷却介质供给连通孔的与所述发电部冷却流路相向的部分贯通所述旁通流路并朝向所述发电部冷却流路延伸，将所述冷却介质供给连通孔与所述发电部冷却流路连通；以及气泡排出流路，其从所述冷却介质供给连通孔的重力方向的上方朝向所述旁通流路延伸并与所述旁通流路连通，所述气泡排出流路朝向所述冷却介质供给连通孔的重力方向的上方延伸。

发明的效果

上述观点的燃料电池堆能够使冷却介质中的气泡更多地朝向旁通流路。

参照附图说明以下的实施方式的说明，能够容易理解上述的目的、特征以及优点。

附图说明

图1是实施方式涉及的燃料电池堆的立体图。

图2是图1的燃料电池(发电单电池)的分解立体图。

图3是图2的隔板的局部放大俯视图。

图4是示出冷却介质供给连通孔中的冷却介质的流体力与气泡的浮力之间的关系的曲线图。

图5是示出比较例涉及的隔板与其气泡的流动的说明图。

图6是示出比较例涉及的隔板中的气泡混合区域的说明图。

图7是示出实施方式涉及的隔板与其气泡的流动的说明图。

图8是示出实施方式涉及的隔板与其气泡混合区域的说明图。

图9是示出比较例以及实施方式涉及的、冷却介质中的空气混入率与隔板的流路堵塞率的测定结果的曲线图。

具体实施方式

以下列举适当的实施方式，并参照附图来详细说明燃料电池堆。

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是多个发电单电池12(燃料电池)沿水平方向(箭头符号A方向)层叠而成的。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辆。

在箭头符号A1方向的端即层叠体14的层叠方向的一端，朝向外方依次配置接线板16a、绝缘件18a以及端面板20a。在箭头符号A2方向的端即层叠体14的层叠方向的另一端，朝向外方依次配置接线板16b、绝缘件18b以及端面板20b。

端面板20a、20b具有横长(也可以是纵长)的长方形形状，并且在各边之间具有连结杆24。各连结杆24的两端被固定于端面板20a、20b的内侧面，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)的压缩载荷(紧固载荷)。而且，也可以是，燃料电池堆10具备将端面板20a、20b设为端板的机壳，在该机壳内收容层叠体14。

发电单电池12具有横长的长方形形状。如图2所示，发电单电池12具有带树脂框的MEA 28、从箭头符号A方向夹持带树脂框的MEA 28的第一隔板30和第二隔板32。第一隔板30以及第二隔板32是将金属薄板、例如钢板、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而获得的。

第一隔板30与第二隔板32沿着既定的接合线相互接合而形成接合隔板33。另外，接合隔板33具有将第一隔板30的最外周与第二隔板32的最外周相互接合的多个接合部。接合部沿着接合隔板33的外周隔开间隔地配置。接合线例如为激光焊接的线状的焊接部分。接合线也可以是通过MIG(熔化极惰性气体保护焊)、TIG(非熔化极惰性气体保护焊)、缝焊接、钎焊、嵌塞等而成的接合部。

在图2中，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”)、树脂框构件34(树脂框部、树脂膜)。树脂框构件34接合于MEA 28a的外周部并且围绕该外周部。MEA 28a具有电解质膜36、阴极电极38以及阳极电极40。阴极电极38设置于电解质膜36的一方的面，阳极电极40设置于电解质膜36的另一方的面。

电解质膜36例如为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36被阴极电极38以及阳极电极40夹持。电解质膜36除了能够使用氟系电解质以外，还能够使用HC(烃)类电解质。

虽未详细图示，阴极电极38具有与电解质膜36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40具有与电解质膜36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。

也可以是，代替使用树脂框构件34，而是使电解质膜36相比于阴极电极38以及阳极电极40而向外方突出由此形成带树脂框的MEA 28的树脂框部。该情况下，也可以是，在电解质膜36中的相比于阴极电极38以及阳极电极40而向外方突出的部分的两侧设置框形状的膜。

在各发电单电池12的长边方向的一端缘部(箭头符号B1方向的端缘部)具有燃料气体供给连通孔46a、多个(例如，两个)冷却介质排出连通孔44b、第一氧化剂气体排出连通孔42b1以及第二氧化剂气体排出连通孔42b2。如图1以及图2所示，燃料气体供给连通孔46a、多个冷却介质排出连通孔44b、第一氧化剂气体排出连通孔42b1以及第二氧化剂气体排出连通孔42b2分别将层叠体14、绝缘件18a以及端面板20a沿层叠方向贯通(也可以将接线板16a贯通)。

在图2中，燃料气体供给连通孔46a、多个冷却介质排出连通孔44b、第一氧化剂气体排出连通孔42b1以及第二氧化剂气体排出连通孔42b2沿箭头符号C方向(沿着发电单电池12的短边的方向)排列。第一氧化剂气体排出连通孔42b1以及第二氧化剂气体排出连通孔42b2分别沿箭头符号A方向排出作为一方的反应气体的氧化剂气体、例如空气。燃料气体供给连通孔46a沿箭头符号A方向供给作为另一方的反应气体的燃料气体、例如含氢气体。冷却介质排出连通孔44b沿箭头符号A方向排出冷却介质。

燃料气体供给连通孔46a配置于在上下方向隔开配置的两个冷却介质排出连通孔44b之间。第一氧化剂气体排出连通孔42b1配置于上侧的冷却介质排出连通孔44b的上方(箭头符号C1方向)。第二氧化剂气体排出连通孔42b2配置于下侧的冷却介质排出连通孔44b的下方(箭头符号C2方向)。

在各发电单电池12的长边方向的另一端缘部(箭头符号B2方向的端缘部)具有氧化剂气体供给连通孔42a、多个(例如两个)冷却介质供给连通孔44a、第一燃料气体排出连通孔46b1以及第二燃料气体排出连通孔46b2。如图1以及图2所示，氧化剂气体供给连通孔42a、多个冷却介质供给连通孔44a、第一燃料气体排出连通孔46b1以及第二燃料气体排出连通孔46b2分别将层叠体14、绝缘件18a以及端面板20a沿层叠方向贯通(也可以将接线板16a贯通)。

在图2中，氧化剂气体供给连通孔42a、多个冷却介质供给连通孔44a、第一燃料气体排出连通孔46b1以及第二燃料气体排出连通孔46b2沿箭头符号C方向(沿着发电单电池12的短边的方向)排列。氧化剂气体供给连通孔42a沿箭头符号A方向供给氧化剂气体。第一燃料气体排出连通孔46b1以及第二燃料气体排出连通孔46b2分别沿箭头符号A方向排出燃料气体。冷却介质供给连通孔44a沿箭头符号A方向供给冷却介质。

氧化剂气体供给连通孔42a配置于在上下方向隔开配置的两个冷却介质供给连通孔44a之间。第一燃料气体排出连通孔46b1配置于上侧的冷却介质供给连通孔44a的上方(箭头符号C1方向)。第二燃料气体排出连通孔46b2配置于下侧的冷却介质供给连通孔44a的下方(箭头符号C2方向)。

各发电单电池12具有第一***连通孔48a以及第二***连通孔48b。如图1以及图2所示，第一***连通孔48a以及第二***连通孔48b分别将层叠体14、绝缘件18a以及端面板20a沿层叠方向贯通(也可以将接线板16a贯通)。

在图2中，第一***连通孔48a位于发电单电池12的箭头符号C2方向的端部(下端部)的位置。第一***连通孔48a位于发电单电池12的长方向的中央与发电单电池12的一端(箭头符号B1方向的端部)之间的位置。第一***连通孔48a位于比第二氧化剂气体排出连通孔42b2的下端靠箭头符号C2方向(下方)的位置。

第一***连通孔48a经由在绝缘件18b或者端面板20b设置的未图示的连通路来与第一氧化剂气体排出连通孔42b1以及第二氧化剂气体排出连通孔42b2连通。即，第一***连通孔48a将在发电单电池12运转时(发电时)产生的生成水中的、被引导至第一氧化剂气体排出连通孔42b1以及第二氧化剂气体排出连通孔42b2的部分排出到外部。

第二***连通孔48b位于发电单电池12的箭头符号C2方向的端部(下端部)的位置。第二***连通孔48b位于发电单电池12的长方向的中央与发电单电池12的另一端(箭头符号B2方向的端部)之间的位置。第二***连通孔48b位于比第二燃料气体排出连通孔46b2的下端靠箭头符号C2方向(下方)的位置。

第二***连通孔48b经由在绝缘件18b或者端面板20b设置的未图示的连通路来与第一燃料气体排出连通孔46b1以及第二燃料气体排出连通孔46b2连通。即，第二***连通孔48b将在发电单电池12运转时(发电时)生成的生成水中的、被引导至第一燃料气体排出连通孔46b1以及第二燃料气体排出连通孔46b2的部分排出到外部。

在以下的说明中，将氧化剂气体供给连通孔42a、第一氧化剂气体排出连通孔42b1、第二氧化剂气体排出连通孔42b2、冷却介质供给连通孔44a、冷却介质排出连通孔44b、燃料气体供给连通孔46a、第一燃料气体排出连通孔46b1、第二燃料气体排出连通孔46b2、第一***连通孔48a以及第二***连通孔48b简单总称为连通孔50。

连通孔50的配置、形状以及尺寸不限定于本实施方式。连通孔50的配置、形状以及尺寸可以根据要求的规格适当设定。

如图2所示，发电单电池12的第一隔板30层叠于与该发电单电池12邻接的其它发电单电池12的第二隔板32。层叠的第一隔板30与第二隔板32通过焊接、嵌塞等方法接合而构成接合隔板33。

以下将第一隔板30的朝向电解质膜电极结构体28a的面称为“表面30b”。表面30b具有第一连通孔密封部54、第一流路密封部56以及流路突起52。第一连通孔密封部54、第一流路密封部56以及流路突起52是从表面30b鼓出而形成的。第一连通孔密封部54个别地围绕在连通孔50的周围。第一流路密封部56沿着第一隔板30的外周部设置。流路突起52使燃料气体在反应部流动。在第一隔板30与电解质膜电极结构体28a之间形成燃料气体流通的燃料气体流路64。燃料气体流路64被在第一隔板30的外周部设置的流路密封部密封。

另外，以下将第二隔板32的朝向电解质膜电极结构体28a的面称为“表面32b”。表面32b具有第二连通孔密封部60、第二流路密封部62以及多个流路突起58。第二连通孔密封部60个别地围绕在连通孔50的周围。第二流路密封部62沿着第二隔板32的外周部配置。多个流路突起58沿着反应部的氧化剂气体的流动方向延伸。在第二隔板32与电解质膜电极结构体28a之间，形成使氧化剂气体流通的氧化剂气体流路。氧化剂气体流路被在第二隔板32的外周部设置的第二流路密封部62密封。

在接合隔板33中，第一隔板30的第一连通孔密封部54与第二隔板32的第二连通孔密封部60相向配置。另外，第一隔板30的第一流路密封部56与第二隔板32的第二流路密封部62相向配置。还有，第一隔板30的流路突起52与第二隔板32的流路突起58相互错开地相向配置。在接合隔板33中，在第一隔板30的鼓出部分与第二隔板32的鼓出部分之间具有冷却介质流动的冷却介质流路68。

以下，进一步说明冷却介质流路68。

如图3所示，以下将第一隔板30的与第二隔板32相向的面称为“内表面30a”。在内表面30a中，与表面30b的鼓出部分对应的部分凹陷。内表面30a的凹陷的部分的一部分构成冷却介质流路68。冷却介质流路68具有在与电解质膜36的发电部重叠的位置设置的发电部冷却流路70。在发电部冷却流路70，在流路突起52的内侧设置的流路槽74沿箭头符号B方向延伸地设置多个。

在第一隔板30中，在邻接的流路槽74之间具有平坦部76。平坦部76与相向的第二隔板32的平坦部76抵接并将流路槽74的侧部封闭。流路槽74以及平坦部76构成发电部冷却流路70的发电部对应区域72。发电部对应区域72的箭头符号B2方向的端部具有缓冲部78。缓冲部78具有凹状形状。缓冲部78具有多个突起部78a，该多个突起部78a将冷却介质分配到流路槽74。缓冲部78也设置于发电部对应区域72的箭头符号B1方向的端部。

冷却介质流路68还具有旁通流路80、围绕流路86、主供给流路82、气泡排出流路90以及主排出流路88(参照图2)。在第一隔板30的构成第一流路密封部56的鼓出部分与第二隔板32的构成第二流路密封部62(参照图2)的鼓出部分之间形成旁通流路80。如图3所示，旁通流路80沿着第一隔板30(以及第二隔板32)的外周部设置。旁通流路80配置为绕过发电部。但是，旁通流路80的箭头符号B2方向的端部通过连通孔50中的使反应气体通过的氧化剂气体供给连通孔42a、第一燃料气体排出连通孔46b1以及第二燃料气体排出连通孔46b2的外侧，并且通过两个冷却介质供给连通孔44a的内侧(冷却介质供给连通孔44a与发电部之间)。因而，旁通流路80的箭头符号B2方向的端部以在两个冷却介质供给连通孔44a与其它连通孔50之间穿行的方式蜿蜒曲折。

另外，如图2所示，旁通流路80的箭头符号B1方向的端部配置为通过连通孔50中的燃料气体供给连通孔46a、第一氧化剂气体排出连通孔42b1、第二氧化剂气体排出连通孔42b2的外侧并且通过两个冷却介质排出连通孔44b的内侧。因而，旁通流路80的箭头符号B1侧的端部以在两个冷却介质排出连通孔44b与其它连通孔50之间穿行的方式蜿蜒曲折。

如图3所示，在本实施方式中，在发电单电池12的箭头符号B2方向的端部具有两个冷却介质供给连通孔44a。冷却介质供给连通孔44a分别配置于上下方向排列的三个反应气体用的连通孔50之间。因此，旁通流路80具有连通孔绕过部94，该连通孔绕过部94从外侧绕过与冷却介质供给连通孔44a相邻的连通孔50。如图2所示，在发电单电池12的箭头符号B1方向的端部具有两个冷却介质排出连通孔44b。旁通流路80在冷却介质排出连通孔44b的附近也具有连通孔绕过部94，该连通孔绕过部94绕过在上下方向邻接的反应气体的连通孔50。

如图3所示，围绕流路86是个别地围绕设置在两个冷却介质供给连通孔44a周围的流路。围绕流路86是在第一隔板30的构成第一连通孔密封部54(参照图2)的鼓出部分的内侧与第二隔板32的构成第二连通孔密封部60(参照图2)的鼓出部分的内侧形成的流路。围绕流路86也设置于图2所示的两个冷却介质排出连通孔44b的周围。围绕流路86配置于比旁通流路80靠近冷却介质供给连通孔44a或者冷却介质排出连通孔44b的位置。围绕流路86通过主供给流路82以及主排出流路88(参照图2)来与发电部冷却流路70以及旁通流路80连通。

如图3所示，主供给流路82从冷却介质供给连通孔44a的靠近发电部的部分朝向发电部冷却流路70延伸。主供给流路82沿箭头符号B方向延伸。在本实施方式中，多个主供给流路82在上下方向隔开设置。多个主供给流路82构成主供给流路组84。主供给流路82将旁通流路80沿箭头符号B方向贯通。主供给流路82使冷却介质供给连通孔44a、旁通流路80以及发电部冷却流路70可流通流体地连通。

如图2所示，主排出流路88从冷却介质排出连通孔44b的与发电部相向的侧部，朝向发电部延伸。设置多个主排出流路88。多个主排出流路88构成主排出流路组89。

如图3所示，气泡排出流路90从冷却介质供给连通孔44a的重力方向的上方朝向旁通流路80延伸，使冷却介质供给连通孔44a与旁通流路80连通。气泡排出流路90设置于冷却介质供给连通孔44a的远离与发电部相向的侧部的部位。气泡排出流路90相对于主供给流路82而朝向上方倾斜30°以上。气泡排出流路90的倾斜角度越接近重力方向则气泡排出流路90的内部的冷却介质在箭头符号B1方向的流速v越减少。另外，能够使气泡排出流路90与主供给流路82之间的距离L增大，能够防止通过旁通流路80的气泡逆流，因而是优选的。

气泡排出流路90朝向在上方与冷却介质供给连通孔44a相邻的连通孔50(第一燃料气体排出连通孔46b1)延伸。气泡排出流路90在旁通流路80的连通孔绕过部94的第一合流部92a处与旁通流路80合流。旁通流路80使冷却介质从主供给流路82朝向主排出流路88流动。旁通流路80的设置有第一合流部92a的连通孔绕过部94是冷却介质向与主供给流路82的冷却介质的流动方向即箭头符号B1方向相反的箭头符号B2方向流动的部分。气泡随着连通孔绕过部94的流体被排出，因此旁通流路80能够防止气泡向发电部冷却流路70流入。

气泡排出流路90和旁通流路80合流的第一合流部92a与主供给流路组84的上端的主供给流路82和旁通流路80合流的第二合流部92b之间的距离L大于主供给流路组84包括的主供给流路82的间隔。

在本实施方式中，气泡排出流路90由将冷却介质供给连通孔44a与围绕流路86相连的第一路径90a、将围绕流路86与旁通流路80相连的第二路径90b构成。第二路径90b配置于与第一路径90a相比远离发电部的箭头符号B2侧(外侧)。

在图3所示的例中，将气泡排出流路90仅设置于上侧的冷却介质供给连通孔44a，但本实施方式不限定于此，也可以在下侧的冷却介质供给连通孔44a设置气泡排出流路90。

基于防止气泡向发电部冷却流路70流入的观点来看，冷却介质从冷却介质供给连通孔44a向主供给流路82的流体力(喷流力)比气泡的浮力小，则气泡向上方的分离会增进。冷却介质的流体力由冷却介质的密度ρ、主供给流路82的截面积S、冷却介质的流速v的平方之积求出。如图4所示，流速v越增加则冷却介质的流体力越增大。以使流体力处于比气泡的浮力小的范围的方式，使主供给流路82产生压力损失。基于产生这样的压力损失来使流体力处于比冷却介质的气泡的浮力小的范围的观点来看，优选的是，使主供给流路82的截面积S小并且使长度长。

本实施方式的燃料电池堆10如以上那样构成，以下说明其作用。

在说明实施方式的燃料电池堆10之前，说明比较例。在图5所示的比较例涉及的接合隔板33的冷却介质流路68中，气泡排出流路90A设置于主供给流路82的附近。在比较例涉及的气泡排出流路90A中，如箭头符号所示，流入旁通流路80的气泡的一部分流进主供给流路82侧并进入发电部冷却流路70，会导致气泡堵塞流路槽74。

如图6所示，在比较例的情况下，发电部冷却流路70的大范围进入气泡。

另一方面，在图7所示的本实施方式涉及的接合隔板33中，气泡排出流路90朝向在上方相邻的连通孔50延伸，气泡排出流路90与主供给流路82之间的距离L大于比较例的情况。还有，气泡排出流路90以向箭头符号B1方向的流速分量会降低的朝向来与旁通流路80连接。因而，从气泡排出流路90流入旁通流路80的气泡随着旁通流路80的流体，如箭头符号所示，因浮力而朝向上方流去。另外，气泡排出流路90与主供给流路82之间的距离L大，并且箭头符号B1方向的流速小，由此能够防止旁通流路80中的逆流，从而能够抑制气泡向主供给流路82流入。

因此，燃料电池堆10能够防止通过主供给流路82而流进发电部冷却流路70的冷却介质混入气泡，从而能够防止流路槽74堵塞。

如图8所示，根据本实施方式，气泡仅混合于发电部冷却流路70的上端附近的有限的部分，与比较例相比，能够获得气泡混合区域大幅度减少的结果。

针对比较例以及本实施方式的接合隔板33，在图9示出对使混入了空气的冷却介质流动时流路槽74因气泡导致的堵塞率进行测定而得出的结果。如图示，在比较例以及实施方式的接合隔板33中，伴随着冷却介质中的空气的混入率的增大，流路堵塞率增大。根据本实施方式的接合隔板33，即使在空气混入率增大了的情况下，与比较例的结果相比也能够获得抑制流路堵塞率的结果。

本实施方式的燃料电池堆10实现以下效果。

本实施方式涉及燃料电池堆，其是将多个发电单电池12层叠而成的，所述发电单电池12具备电解质膜电极结构体28a、夹持电解质膜电极结构体28a的一对隔板30、32，在所述燃料电池堆10中，具有：冷却介质流路68，其形成于邻接的隔板30、32的鼓出部分之间；冷却介质供给连通孔44a，其向冷却介质流路68供给冷却介质；以及冷却介质排出连通孔44b，其将冷却介质流路68的冷却介质排出，冷却介质流路68具有：发电部冷却流路70，其包括与电解质膜电极结构体28a的发电部重叠的部分；形成于流路密封部的鼓出部分之间的旁通流路80，该流路密封部设置于隔板30、32的外周部并将在隔板30、32与电解质膜电极结构体28a之间形成的反应气体流路密封；主供给流路82，其从冷却介质供给连通孔44a的与发电部冷却流路70相向的部分将旁通流路80贯通并朝向发电部冷却流路70延伸，来将冷却介质供给连通孔44a与发电部冷却流路70连通；以及气泡排出流路90，其从冷却介质供给连通孔44a的重力方向的上方朝向旁通流路80延伸来与旁通流路80连通，气泡排出流路90朝向冷却介质供给连通孔44a的重力方向的上方延伸。

在上述的结构的燃料电池堆10中，气泡排出流路90朝向上方，因而能够使冷却介质中的气泡因其浮力而向旁通流路80流动。在旁通流路80中，因冷却介质供给连通孔44a与冷却介质排出连通孔44b之间的压力差，能够使绕过发电部并且混入了气泡的冷却介质向冷却介质排出连通孔44b流动。另外，气泡排出流路90朝向上方的连通孔50，因而沿着旁通流路80至主供给流路82为止的距离L增大，因而能够防止从气泡排出流路90流进旁通流路80的冷却介质逆流，能够更有效果地防止通过了主供给流路82的气泡混入。

在上述的燃料电池堆10中，设置多个主供给流路82来构成主供给流路组84，气泡排出流路90和旁通流路80合流的第一合流部92a与主供给流路组84的上端的主供给流路82和旁通流路80合流的第二合流部92b之间的距离L形成为比主供给流路组84包括的主供给流路82的间隔大。在该结构的燃料电池堆10中，主供给流路82与气泡排出流路90之间的沿着旁通流路80的距离L增大，因而能够防止气泡在旁通流路80内逆流而回到主供给流路82侧，从而能够抑制气泡向发电部冷却流路70混入。

在上述的燃料电池堆10中，也可以是，气泡排出流路90相对于主供给流路82的方向而朝向重力方向上方倾斜30°以上。该结构的燃料电池堆10能够利用气泡的浮力而在气泡排出流路90中效率良好地使混入了气泡的冷却介质流动。

在上述的燃料电池堆10中，也可以是，气泡排出流路90以朝向与冷却介质供给连通孔44a的重力方向上方邻接的连通孔50的方式延伸。

在上述的燃料电池堆10中，也可以是，旁通流路80具有连通孔绕过部94，该连通孔绕过部94从外侧绕过在冷却介质供给连通孔44a的重力方向上方相邻的连通孔50，气泡排出流路90连接于连通孔绕过部94中的与发电部冷却流路70的冷却介质的流动方向逆行的逆行部分。该结构的燃料电池堆10能够防止旁通流路80中的气泡逆流，从而能够防止气泡向主供给流路82混入。

在上述的燃料电池堆10中，还具有围绕流路86，该围绕流路86设置于旁通流路80与冷却介质供给连通孔44a之间，并形成于将冷却介质供给连通孔44a包围的连通孔密封部54、60的鼓出部分之间，气泡排出流路90具有将冷却介质供给连通孔44a与围绕流路86相接的第一路径90a、将围绕流路86与旁通流路80相接的第二路径90b，第二路径90b配置得比第一路径90a靠外侧(远离发电部的一侧)。该结构的燃料电池堆10使气泡排出流路90的实质上的倾斜角接近铅垂上方，由此能够利用气泡的浮力来进一步效率良好地进行气泡的排出。另外，气泡排出流路90与主供给流路82之间的距离L增大，因此能够防止因逆流导致气泡混入。

在上述的燃料电池堆10中，也可以是，主供给流路82的截面积S限制在维持如下流速v的范围，该流速v使冷却介质供给连通孔44a的内部的气泡的浮力大于从冷却介质供给连通孔44a朝向所述主供给流路82的流体力。这里，气泡的浮力是将比既定尺寸大的气泡作为对象的浮力，该既定尺寸的气泡存在将发电部冷却流路70的流路槽74堵塞的可能性。基于图4，从冷却介质供给连通孔44a朝向主供给流路82的流速v例如能够设为0.17m/秒以下。在该结构的燃料电池堆10中，在冷却介质供给连通孔44a的内部，气泡的分离增进，能够通过气泡排出流路90来效率良好地将气泡去除。其结果是，燃料电池堆10能够减少气泡向发电部冷却流路70混入。

在上述的燃料电池堆10中，也可以是，在重力方向的上下方向隔开间隔地设置多个冷却介质供给连通孔44a，至少在最上部的冷却介质供给连通孔44a设置气泡排出流路90。该结构的燃料电池堆10对于气泡的混入相对多的最上部的冷却介质供给连通孔44a能够效率良好地进行气泡的分离以及去除。

在上述内容中，针对本发明列举了优选的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。

Claims (8)

1.一种燃料电池堆，是将多个发电单电池层叠而成的，所述发电单电池具备电解质膜电极结构体、夹持所述电解质膜电极结构体的一对隔板，在所述燃料电池堆中，具有：

冷却介质流路，其形成在邻接的所述隔板的鼓出部分之间；

冷却介质供给连通孔，其向所述冷却介质流路供给冷却介质；以及

冷却介质排出连通孔，其将所述冷却介质流路的所述冷却介质排出，

所述冷却介质流路具有：

发电部冷却流路，其包括与所述电解质膜电极结构体的发电部重叠的部分；

旁通流路，其形成于流路密封部的鼓出部分之间，所述流路密封部设置于所述隔板的外周部并将在所述隔板与所述电解质膜电极结构体之间形成的反应气体流路密封；

主供给流路，其从所述冷却介质供给连通孔的与所述发电部冷却流路相向的部分贯通所述旁通流路并朝向所述发电部冷却流路延伸，将所述冷却介质供给连通孔与所述发电部冷却流路连通；以及

气泡排出流路，其从所述冷却介质供给连通孔的铅垂上方朝向所述旁通流路延伸并与所述旁通流路连通，

所述气泡排出流路朝向所述冷却介质供给连通孔的重力方向的上方延伸。

2.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，

设置多个所述主供给流路来构成主供给流路组，

所述气泡排出流路和所述旁通流路合流的第一合流部与所述主供给流路组的上端的所述主供给流路和所述旁通流路合流的第二合流部之间的距离大于所述主供给流路组包括的所述主供给流路的间隔。

3.根据权利要求1或者2所述的燃料电池堆，其特征在于，

所述气泡排出流路相对于所述主供给流路的方向而朝向重力方向的上方倾斜30°以上。

4.根据权利要求1或者2所述的燃料电池堆，其特征在于，

所述气泡排出流路朝向在所述冷却介质供给连通孔的铅垂上方相邻的连通孔延伸。

5.根据权利要求1或者2所述的燃料电池堆，其特征在于，

所述旁通流路具有连通孔绕过部，所述连通孔绕过部从外侧绕过在所述冷却介质供给连通孔的铅垂上方相邻的连通孔，

所述气泡排出流路连接于所述连通孔绕过部中的与所述发电部冷却流路的所述冷却介质的流动方向逆行的逆行部分。

6.根据权利要求5所述的燃料电池堆，其特征在于，

还具有围绕流路，所述围绕流路设置于所述旁通流路与所述冷却介质供给连通孔之间，并形成于将所述冷却介质供给连通孔包围的连通孔密封部的鼓出部分之间，

所述气泡排出流路具有将所述冷却介质供给连通孔与所述围绕流路相接的第一路径、将所述围绕流路与所述旁通流路相接的第二路径，所述第二路径配置得比所述第一路径靠外侧。

7.根据权利要求2所述的燃料电池堆，其特征在于，

所述主供给流路的截面积限制在维持如下流速的范围，该流速使所述冷却介质供给连通孔的内部的气泡的浮力大于从所述冷却介质供给连通孔朝向所述主供给流路的流体力。

8.根据权利要求1、2以及7中的任一项所述的燃料电池堆，其特征在于，

在重力方向的上下方向隔开间隔地设置多个所述冷却介质供给连通孔，至少在最上部的所述冷却介质供给连通孔设置所述气泡排出流路。

Images