CN115133061B - 燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池。燃料电池(12)具有从连通孔凸起密封件(53)朝向连通孔突出并将连通孔凸起密封件(53)的内部空间(53f)与连通孔连通的通道(74)，在通道(74)的侧方具有延伸部(75)，该延伸部(75)比通道(74)的高度低并从连通孔凸起密封件(53)朝向连通孔(34b)延伸。

Description

燃料电池
技术领域
本发明涉及包括凸起密封件的燃料电池。
背景技术
一般来讲，固体高分子型燃料电池具有由高分子离子交换膜形成的固体高分子电解质膜。在燃料电池中，在固体高分子电解质膜的一方的面具有阳极电极，在固体高分子电解质膜的另一方的面具有阴极电极。固体高分子电解质膜、阳极电极以及阴极电极构成电解质膜-电极结构体(MEA)。
发电单电池具有由隔板(双极性板)夹持电解质膜-电极结构体的结构。发电单电池构成燃料电池单体。仅层叠既定数量的发电单电池，由此例如作为车载用燃料电池堆来使用。
在燃料电池中，在MEA与一方的隔板之间具有燃料气体流路。燃料气体流路为一方的反应气体流路。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。
在燃料电池堆中沿着层叠方向贯通形成有多个反应气体连通孔以及冷却介质连通孔。在本说明书中，也将反应气体连通孔以及冷却介质连通孔总称为连通孔。例如，为了将连通孔与反应气体流路密封，专利文献1的隔板具有沿着连通孔的外周配置的连通孔凸起密封件。连通孔凸起密封件为沿隔板厚度方向突出的密封用的突起。另外，专利文献1的连通孔凸起密封件具有通道(连结流路)来作为用于使连通孔与反应气体流路连通的结构物。该通道沿连通孔凸起密封件的宽度方向突出地设置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2018-533170号公报
发明内容
发明所要解决的问题
连通孔凸起密封件具有将角部与直线部组合而成的多边形状。该情况下，连通孔凸起密封件的构成角部的折弯、通道存在的部分的刚性会比较高，存在表面压力上升的倾向。其另一方面，在被折弯与通道夹着的直线部以及接近直线部的缓和折弯处，刚性相对地降低(柔软)。在连通孔凸起密封件与MEA抵接时，这些直线部以及缓和折弯会成为表面压力降低的部分。
因而，燃料电池的目的在于，防止在凸起密封件中的设置有通道或角部的部位与其它部位之间的表面压力发生偏差，由此抑制凸起密封件的表面压力降低。
用于解决问题的方案
以下公开的一观点涉及燃料电池，具备电解质膜-电极结构体、在所述电解质膜-电极结构体的两侧分别配设的金属隔板，所述燃料电池是所述电解质膜-电极结构体与所述金属隔板层叠而成的，在所述燃料电池中，在各所述金属隔板形成有：使反应气体沿着所述电解质膜-电极结构体的电极面流动的反应气体流路；沿隔板厚度方向贯通的连通孔；以及包围所述连通孔并且沿所述隔板厚度方向突出的用于密封的连通孔凸起密封件，在所述连通孔凸起密封件设置有从所述连通孔凸起密封件朝向所述连通孔突出并将所述连通孔凸起密封件的内部空间与所述连通孔连通的通道，与所述通道的至少一方的侧壁相邻地设置有延伸部，所述延伸部比所述通道的高度低并从所述连通孔凸起密封件朝向所述连通孔延伸。
发明的效果
上述观点的燃料电池使在凸起密封件中的设置有通道等的部位与其它部位之间的表面压力的偏差减小。
参照附图来说明以下的实施方式，基于对该实施方式的说明，能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是燃料电池堆的立体说明图。
图2是燃料电池堆的分解立体图。
图3是沿着图2的III-III线的剖视图。
图4是构成燃料电池堆的发电单电池的分解立体说明图。
图5是接合隔板(第一金属隔板)的俯视图。
图6A是第一实施方式涉及的第一金属隔板中的包围氧化剂气体出口连通孔的连通孔凸起密封件的俯视图。
图6B是沿着图6A中的VIB-VIB线的剖视图。
图7A是沿着图6A中的VIIA-VIIA线的剖视图。
图7B是沿着图6A中的VIIB-VIIB线的剖视图。
图8是从连通孔的内侧观察图6A的通道和延伸部时的剖视图。
图9是接合隔板(第二金属隔板)的俯视图。
图10A是示出第二实施方式涉及的通道和延伸部的局部放大俯视图。
图10B是从连通孔的内侧观察图10A的通道和延伸部时的剖视图。
图11是示出沿着实施方式以及比较例涉及的连通孔凸起密封件的表面压力分布的计算结果的曲线图。
具体实施方式
(第一实施方式)
如图1以及图2所示，燃料电池堆10具有层叠多个燃料电池12而成的层叠体14。燃料电池12为一个发电单电池。在层叠体14中，燃料电池12沿水平方向(箭头符号A方向)或者重力方向(箭头符号C方向)层叠。燃料电池堆10例如用于燃料电池电动汽车、设施的自家发电设备等。
在层叠体14的层叠方向(箭头符号A方向)的一端具有接线板16a、绝缘件18a以及端面板20a。朝向层叠体14的外方依次配置接线板16a、绝缘件18a以及端面板20a(参照图2)。在层叠体14的层叠方向的另一端具有接线板16b、绝缘件18b以及端面板20b。朝向层叠体14的外方依次配置接线板16b、绝缘件18b以及端面板20b。
如图1所示，端面板20a、20b形成为横长(也可以是纵长)的长方形形状。在端面板20a的各边与端面板20b的各边之间配置有连结杆24。各连结杆24的两端被螺栓26固定于端面板20a、20b的内表面。这些连结杆24对层叠的多个燃料电池12施加层叠方向(箭头符号A方向)的紧固载荷。而且，燃料电池堆10也可以具备将端面板20a、20b设为端板的机壳。该情况下，在机壳的内部收容层叠体14。
如图3以及图4所示，燃料电池12具有带树脂膜的MEA 28、第一金属隔板30以及第二金属隔板32。在带树脂膜的MEA 28的外周具备框状的树脂膜46。第一金属隔板30以及第二金属隔板32夹持带树脂膜的MEA 28。第一金属隔板30以及第二金属隔板32例如由钢板、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形成。第一金属隔板30以及第二金属隔板32具有波形的截面。第一金属隔板30以及第二金属隔板32是通过冲压成型而形成的。第一金属隔板30与第二金属隔板32通过焊接、钎焊、嵌塞(日文：かしめ)等方法对外周部进行接合而一体化来构成接合隔板33。
如图4所示，在燃料电池12的长边方向即箭头符号B方向(在图4中为水平方向)的一端具有氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b沿箭头符号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(制冷剂)。燃料气体出口连通孔38b排出燃料气体、例如含氢气体。
在燃料电池12的箭头符号B方向的另一端具有燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b沿箭头符号C方向排列配置。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。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、氧化剂气体出口连通孔34b、冷却介质入口连通孔36a、冷却介质出口连通孔36b、燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b的配置数量以及布置不限定于本实施方式。能够根据要求的规格适当设定。
如图3所示，带树脂膜的MEA 28具备电解质膜-电极结构体28a。电解质膜-电极结构体28a具有电解质膜40、夹持电解质膜40的阳极电极42和阴极电极44。
电解质膜40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40除了能够使用氟系电解质以外，还能够使用HC类(烃类)电解质膜。电解质膜40具有比阳极电极42以及阴极电极44小的平面尺寸。
具有框形状的树脂膜46被阳极电极42的外周的缘部与阴极电极44的外周的缘部夹持。树脂膜46的内周端与电解质膜40的外周端接近。也可以是，树脂膜46的内周端与电解质膜40的外周端重叠。也可以是，树脂膜46的内周端与电解质膜40的外周端抵接。如图4所示，在树脂膜46的箭头符号B方向的一端部具有氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。在树脂膜46的箭头符号B方向的另一端部具有燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以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。而且，也可以是，不使用树脂膜46，而是电解质膜40向外方突出。另外，也可以是，在向外方突出的电解质膜40的厚度方向的两侧具有框形状的膜。
如图4所示，第一金属隔板30具有朝向带树脂膜的MEA 28的表面30a。表面30a例如具有沿箭头符号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具有多个直线状流路槽48b。直线状流路槽48b形成于沿箭头符号B方向延伸的多个凸部48a之间。也可以是，氧化剂气体流路48具有多个波状流路槽来代替多个直线状流路槽48b。
在第一金属隔板30的表面30a具有第一密封线51。第一密封线51也称为金属凸起密封件，是通过冲压成型而形成的。第一密封线51朝向带树脂膜的MEA 28鼓出。第一密封线51具有外侧凸起密封件52、多个连通孔凸起密封件53(凸起密封件)。如图3所示，构成第一密封线51的凸部的前端面具有树脂件56a。通过印刷或者涂布等固定树脂件56a。树脂件56a例如使用聚酯纤维。树脂件56a并不是必不可缺的，也可以没有。
如图5所示，外侧凸起密封件52从第一金属隔板30的表面30a朝向带树脂膜的MEA28(图4)突出。外侧凸起密封件52包围氧化剂气体流路48、入口缓冲部50A以及出口缓冲部50B。
多个连通孔凸起密封件53与第一金属隔板30一体地形成。连通孔凸起密封件53从表面30a朝向带树脂膜的MEA 28突出。多个连通孔凸起密封件53分别包围在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、冷却介质出口连通孔36b、燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b的周围。
在俯视观察时，连通孔凸起密封件53具有将多个直线状的部分用平滑的弯折部相连而成的多边形状。连通孔凸起密封件53的平面形状例如能够设为四边形、五边形或者六边形等。连通孔凸起密封件53中的直线状的部分是指大体上看来呈直线的部分，不一定限定于严格的直线图案。例如，在俯视观察时呈波形地蜿蜒曲折并且大体上看来呈直线状地在既定方向延伸的图案也包括于直线状的部分。
如图6A所示，氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔凸起密封件53具有：从第一金属隔板30的构成主面的底板部30p立起的内周侧壁53s1和外周侧壁53s2；以及将内周侧壁53s1与外周侧壁53s2相连的顶部53t。连通孔凸起密封件53的内周侧壁53s1和外周侧壁53s2相对于隔板厚度方向(底板部30p的法线方向)倾斜。因而，如图6B所示，连通孔凸起密封件53的沿着隔板厚度方向的截面形状具有梯形。
而且，也可以是，连通孔凸起密封件53的内周侧壁53s1和外周侧壁53s2与隔板厚度方向(图6B的上下方向)平行。该情况下，连通孔凸起密封件53的沿着隔板厚度方向的截面形状形成为矩形。
如图5所示，在第一金属隔板30的连通孔凸起密封件53的内侧(连通孔凸起密封件53与连通孔之间)，具有沿着与底板部30p同一平面形成的多个凸缘部70。多个凸缘部70分别从连通孔凸起密封件53的根基部朝向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、冷却介质出口连通孔36b、燃料气体入口连通孔38a或者燃料气体出口连通孔38b延伸。凸缘部70的内周缘部71构成连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b的缘。
这里，着眼于氧化剂气体出口连通孔34b和其连通孔凸起密封件53b。如图6A所示，包围氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔凸起密封件53b被外侧凸起密封件52包围。而且，在连通孔凸起密封件53b具有桥部82、通道74以及延伸部75。桥部82是形成一个或多个连结流路83的区域。连结流路83是将连通孔凸起密封件53的内侧(面对氧化剂气体出口连通孔34b的方向)与外侧(面对氧化剂气体流路48的方向)连通的流路。通道74构成用于将氧化剂气体出口连通孔34b的底部的滞留水去除的排水流路73。延伸部75与通道74相邻。
桥部82配置于包围氧化剂气体出口连通孔34b的环状的连通孔凸起密封件53b。桥部82即使在连通孔凸起密封件53b中也是配置于与发电部相邻并且最靠近的边。连通孔凸起密封件53b的桥部82使氧化剂气体流路48与氧化剂气体出口连通孔34b连通。
如图6A所示，桥部82具有多个连结流路83。连结流路83从连通孔凸起密封件53b的侧壁突出。连结流路83具有以沿隔板厚度方向鼓出的方式形成的通道86。连结流路83是通过冲压成型形成的。连结流路83的通道86具有内侧通道86A、外侧通道86B。内侧通道86A从连通孔凸起密封件53b的内周侧壁53s1朝向氧化剂气体出口连通孔34b突出。设置一个或多个内侧通道86A。外侧通道86B从连通孔凸起密封件53b的外周侧壁53s2朝向氧化剂气体流路48突出。设置一个或多个外侧通道86B。
多个内侧通道86A与多个外侧通道86B从连通孔凸起密封件53b向相互相反的方向突出。多个内侧通道86A与多个外侧通道86B隔着连通孔凸起密封件53b相互面对。而且，也可以是，内侧通道86A和外侧通道86B配置为沿着连通孔凸起密封件53b的延伸方向相互错开的锯齿状。
如图6B所示，多个内侧通道86A的与同连通孔凸起密封件53b连接一侧相反侧的端部朝向氧化剂气体出口连通孔34b开口。外侧通道86B沿着连通孔凸起密封件53b的延伸方向隔开间隔地配置。在外侧通道86B的与同连通孔凸起密封件53b连接的一侧相反侧的端部具有开口部86c。开口部86c将外侧通道86B的内外贯通。
连通孔凸起密封件53b的内部空间53f与内侧通道86A的内部空间86a连通。内部空间53f与外侧通道86B的内部空间86b连通。因而，氧化剂气体出口连通孔34b经由构成桥部82的内侧通道86A、连通孔凸起密封件53b以及外侧通道86B，来与氧化剂气体流路48(参照图5)连通。
与桥部82的内侧通道86A(图6A)同样地，通道74和延伸部75沿隔板厚度方向凸状地鼓出。通道74和延伸部75一体地形成。通道74从连通孔凸起密封件53b的内周侧壁53s1朝向凸缘部70的内周缘部71延伸。通道74的内周缘部在凸缘部70的内周缘部71处开口。
如图8所示，通道74的横截面形成为朝向前端而前部变细的梯形，通道74的侧壁74s相对于隔板厚度方向倾斜。通道74的从凸缘部70向隔板厚度方向突出的突出距离(高度l)低于连通孔凸起密封件53b的高度L。另外，通道74的底边长(宽度)、上边长(宽度)以及高度能够设为与桥部82的内侧通道86A(图6A)的底边长(宽度)、上边长(宽度)以及高度同样的值。
如图6A所示，延伸部75形成于与通道74相邻的部分的连通孔凸起密封件53b的直线部102。即，在连通孔凸起密封件53b的两个角部104a、104b之间具有直线部102。在通道74与角部104a之间的直线部102形成延伸部75。另外，在通道74与角部104b之间的直线部102形成延伸部75。
延伸部75从连通孔凸起密封件53b的内周侧壁53s1朝向凸缘部70的内周缘部71延伸。延伸部75形成得比凸缘部70短。延伸部75的内周端部75a位于凸缘部70的内周缘部71的外侧的位置。延伸部75的内周端部75a形成为倾斜的壁状。延伸部75不与氧化剂气体出口连通孔34b连通，而被内周端部75a闭塞。
如图7B以及图8所示，延伸部75的高度m进一步低于通道74的高度l。延伸部75的高度m能够为通道74的高度l的一半程度。
在以上的说明中，说明了设置与通道74的两方的侧壁74s相邻的一对延伸部75的例子，但本实施方式不限定于此。例如，也可以是，在通道74设置于角部104a或104b的附近的情况下，延伸部75仅设置于与通道74的一方的侧壁74s相邻的位置。另外，除了为了排水以外还可以为了增强等其它目的来形成通道74。也可以是，通道74和延伸部75形成于连通孔凸起密封件53b的没有桥部82的边。
另外，通道74和延伸部75不仅是形成于连通孔凸起密封件53b的严格的直线图案。即，在连通孔凸起密封件53b中，也可以是，在以大的角度弯折的角部104之间小幅蜿蜒曲折并且大体上来看呈直线状地延伸的部分(广义上的直线图案)，形成通道74和延伸部75。
如图5所示，在包围燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起密封件53也形成与通道74同样的通道96A。连通孔凸起密封件53具有与通道96A的侧壁相邻并与延伸部75同样的延伸部97A。
如图4所示，第二金属隔板32具有朝向带树脂膜的MEA28的表面32a。在第二金属隔板32的表面32a具有燃料气体流路58。燃料气体流路58例如沿箭头符号B方向延伸。如图9所示，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。燃料气体流路58具有多个直线状流路槽58b。直线状流路槽58b形成于沿箭头符号B方向延伸的多个凸部58a之间。也可以是，第二金属隔板32具有多个波状流路槽，来代替多个直线状流路槽58b。
在第二金属隔板32的表面32a，在燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58之间具有入口缓冲部60A。入口缓冲部60A具有沿箭头符号C方向排列的多个圆凸部60a。另外，在第二金属隔板32的表面32a，在燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58之间具有出口缓冲部60B。出口缓冲部60B具有多个圆凸部60b。
而且，在第二金属隔板32的与燃料气体流路58相反侧具有背面32b。背面32b在入口缓冲部60A的上述圆凸列之间具有由沿箭头符号C方向排列的多个圆凸部69a形成的圆凸列。背面32b在出口缓冲部60B的上述圆凸列之间设置由沿箭头符号C方向排列的多个圆凸部69b形成的圆凸列。圆凸部69a、69b构成制冷剂面侧的缓冲部。
第二金属隔板32的表面32a的第二密封线61朝向带树脂膜的MEA28鼓出形成。第二密封线61是通过冲压成型形成的。第二密封线61具有外侧凸起密封件62、多个连通孔凸起密封件63(凸起密封件)。外侧凸起密封件62从第二金属隔板32的表面32a朝向带树脂膜的MEA28突出。外侧凸起密封件62包围燃料气体流路58、入口缓冲部60A、出口缓冲部60B、燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b。
如图9所示，多个连通孔凸起密封件63从第二金属隔板32的表面32a的底板部32p起一体地突出。多个连通孔凸起密封件63分别个别地包围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以及冷却介质出口连通孔36b的周围。在第二金属隔板32的各个连通孔凸起密封件63的内侧具有沿着表面32a方向延伸的平坦的多个凸缘部70A。连通孔凸起密封件63a、63b具有与设置于第一金属隔板30的连通孔凸起密封件53a、53b(图5)同样的结构。
如图9所示，从包围连通孔34a、34b、38a、38b的连通孔凸起密封件63起突出有沿隔板面方向突出的多个通道74A、91、93、94、95、96。这些通道74A、91、93、94、95、96配置于与在第一金属隔板30设置的多个通道74、86、87、88、89、96A(参照图5)对应的位置。通道74A、91、93、94、95、96朝向与第一金属隔板30相反方向相邻的带树脂膜的MEA 28鼓出。这些通道74A、91、93、94、95、96的沿着隔板厚度方向的截面形状具有梯形。
另外，第二金属隔板32具有通道74A、96。通道74A、96形成于连通孔凸起密封件63d、63b的凸缘部70A。通道74A、96构成排水流路73。如图7A所示，第二金属隔板32的通道74A形成于与第一金属隔板30的通道74对应的部分。通道96形成于与通道96A对应的部分。通道74A、96具有与在第一金属隔板30的凸缘部70设置的通道74、96A同样的结构。第二金属隔板32具有与通道74A、96的侧壁相邻的延伸部75A、97。延伸部75A、97形成于与第一金属隔板30的延伸部75、97A对应的部分。延伸部75A、97具有与延伸部75、97A同样的结构。
如图3以及图4所示，在相互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入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b连通的冷却介质流路66。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的背面形状相重叠来形成冷却介质流路66。第一金属隔板30与第二金属隔板32通过将外周以及连通孔34a、34b、36a、36b、38a、38b的周围焊接而被接合。也可以是代替焊接而通过钎焊来将第一金属隔板30与第二金属隔板32接合。
如图2所示，接线板16a、16b由具有导电性的材料构成。接线板16a、16b例如由铜、铝或者不锈钢等金属形成。也可以是，在接线板16a、16b的中央具有沿层叠方向外方延伸的端子部。
绝缘件18a、18b由绝缘性材料形成。绝缘材料例如为聚碳酸酯(PC)或者酚醛树脂。在绝缘件18a、18b的中央部具有朝向层叠体14开口的凹部76a、76b。也可以是，在凹部76a、76b的底面具有使穿通端部的孔部。
在绝缘件18a和端面板20a的箭头符号B方向的一端部具有氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。在绝缘件18a和端面板20a的箭头符号B方向的另一端部具有燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。
如图2以及图3所示，绝缘件18a的凹部76a收容接线板16a。另外，绝缘件18b的凹部76b收容接线板16b。
如图1所示，在端面板20a、20b的各边配置连结杆24。各连结杆24的一端被螺栓26固定于端面板20a。各连结杆24的另一端借助螺栓26被固定于端面板20b的内表面。各连结杆24对层叠体14施加层叠方向的紧固载荷。各连结杆24使燃料电池堆10连结。
以下说明这样构成的燃料电池12的动作。
首先，如图1所示，向端面板20a的氧化剂气体入口连通孔34a供给氧化剂气体。氧化剂气体为含有氧的气体、例如空气。另外，向端面板20a的燃料气体入口连通孔38a供给燃料气体。燃料气体为含有氢的气体。向端面板20a的冷却介质入口连通孔36a供给冷却介质。冷却介质为纯水、乙二醇或者油。
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)流入第一金属隔板30的氧化剂气体流路48。这时，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的背面30b(第一金属隔板30与第二金属隔板32之间)流入。氧化剂气体通过桥部80从开口部86c流出。氧化剂气体流入第一金属隔板30的表面30a。而且，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。氧化剂气体被利用于电解质膜-电极结构体28a的阴极电极44处的反应。
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)流入第二金属隔板32的燃料气体流路58。燃料气体沿着燃料气体流路58在箭头符号B方向移动。燃料气体被供给到电解质膜-电极结构体28a的阳极电极42处的反应。
因而，在各电解质膜-电极结构体28a中，氧化剂气体在第二电极催化剂层44a处通过电化学反应被消耗，燃料气体在第一电极催化剂层42a内通过电化学反应被消耗。通过这些电化学反应，电解质膜-电极结构体28a进行发电。
然后，氧化剂气体被供给到阴极电极44并被消耗一部分。没有被消耗的氧化剂气体从氧化剂气体流路48流过桥部82并向氧化剂气体出口连通孔34b流动。氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔34b在箭头符号A方向被排出。同样地，燃料气体被供给到阳极电极42并被消耗一部分。没有被消耗的燃料气体从燃料气体流路58流过桥部92并向燃料气体出口连通孔38b流动。燃料气体沿着燃料气体出口连通孔38b在箭头符号A方向被排出。
另外，冷却介质被供给到冷却介质入口连通孔36a。冷却介质流入在第一金属隔板30与第二金属隔板32之间形成的冷却介质流路66。之后，冷却介质沿箭头符号B方向流通。该冷却介质在对电解质膜-电极结构体28a进行冷却之后，从冷却介质出口连通孔36b流出。
(第二实施方式)
以下，参照图10A以及图10B来说明第二实施方式涉及的通道74、74A以及延伸部101、101A。而且，在本实施方式的燃料电池12中仅延伸部101、101A的结构不同，除此之外的结构与参照图1～图9说明的燃料电池12的各部结构是同样的。在图10A以及图10B中，对于与参照图1～图9说明的同样的结构附加同一符号并省略其详细说明。
如图10A所示，在本实施方式第一金属隔板30的通道74的侧方具有延伸部101。延伸部101形成于与通道74相邻的部分的连通孔凸起密封件53b的直线部102。延伸部101从连通孔凸起密封件53b的内周侧壁53s1朝向凸缘部70的内周缘部71延伸。延伸部101形成为与凸缘部70相同的长度。在延伸部101的内周侧具有内周端部101a。内周端部101a在凸缘部70的内周缘部71处开口。如图10B所示，延伸部101的高度比通道74低。延伸部101的高度例如能够设为通道74的一半程度。
如图10B所示，在第二金属隔板32的与第一金属隔板30的通道74对应的部分具有通道74A。在第二金属隔板32的通道74A的侧方具有延伸部101A。延伸部101A的截面形状为使延伸部101的截面形状上下翻转而成的对称形状。因此，延伸部101A也向氧化剂气体出口连通孔34b开口。
(分析例)
以下，说明通过计算第一实施方式、第二实施方式以及比较例涉及的连通孔凸起密封件的通道74的附近的表面压力的分布而求出的结果。
图11示出通过计算在使第一金属隔板30的连通孔凸起密封件53抵接于带树脂膜的MEA28时发生的表面压力的分布而求出的结果。表面压力为在由多个连结杆24对燃料电池12施加规定的紧固载荷时作用于凸起密封件的表面的压力。均匀的表面压力的分布意味着凸起密封件的遍及整体区域的气密性遍及整体区域是均匀的。表面压力分布的偏差表明凸起密封件的一部分存在气密性容易降低的部分。
比较例1示出在没有在通道74的侧方设置延伸部75、101的情况下的连通孔凸起密封件53的表面压力的分布的计算结果。如图示，在比较例1的计算结果中，在通道74的两侧部处的表面压力大幅减少。
与之相对，分析例1示出在将图6A所示的第一实施方式的延伸部75配置于通道74的侧方的情况下的表面压力分布。如图11所示，分析例1的计算结果是抑制了表面压力降低。通道74的附近的高度低的延伸部75提高在通道74的两侧部处的连通孔凸起密封件53的刚性。其结果是，示出延伸部75能够抑制连通孔凸起密封件53的表面压力降低。
分析例2示出在将图10A所示的结构的延伸部101(第二实施方式)配置于通道74的侧方的情况下的表面压力的分布。分析例2的结果示出用延伸部101也能够抑制在通道74的两侧部处的连通孔凸起密封件53的表面压力降低。
以下，说明本发明的第一实施方式以及第二实施方式涉及的燃料电池12(发电单电池)的效果。
本实施方式的燃料电池12具备电解质膜-电极结构体(例如，MEA28)、在电解质膜-电极结构体的两侧分别配设的金属隔板(例如，第一金属隔板30和第二金属隔板32)，燃料电池12是电解质膜-电极结构体与金属隔板层叠而成的，在金属隔板形成有：使反应气体沿着电解质膜-电极结构体的电极面流动的反应气体流路(例如，氧化剂气体流路48和燃料气体流路58)；沿隔板厚度方向贯通的连通孔(例如，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)；以及包围在连通孔的外周并且沿隔板厚度方向突出的用于密封的连通孔凸起密封件53，在连通孔凸起密封件53设置有从连通孔凸起密封件53朝向连通孔突出并将连通孔凸起密封件53的内部空间53f与连通孔连通的通道74，在通道74、74A的侧方设置有比通道74、74A的高度低并从连通孔凸起密封件53朝向连通孔延伸的延伸部75、97、101。
在上述的燃料电池12中，在通道74、74A的侧方具有延伸部75、97、101。延伸部75、97、101提高通道74、74A的附近的连通孔凸起密封件53的直线部102的刚性。其结果是，如图11所示，燃料电池12抑制了连通孔凸起密封件53、63的表面压力发生偏差。
在上述的燃料电池12中，也可以是，延伸部75、75A分别设置于通道74、74A的两侧方。该燃料电池12能够提高通道74、74A的两侧方的连通孔凸起密封件53、63的刚性，从而能够抑制通道74的两侧方的表面压力降低。
在上述的燃料电池12中，也可以是，延伸部75不与连通孔连通。该燃料电池12没有追加流路，因此不会影响在连通孔流动的流体，抑制连通孔凸起密封件53的表面压力发生偏差。
在上述的燃料电池12中，也可以是，通道74、74A以及延伸部75、97、101设置于连通孔凸起密封件53、63的直线部102。该燃料电池12能够提高存在刚性容易不足倾向的连通孔凸起密封件53、63的直线部102的刚性，从而能够抑制连通孔凸起密封件53、63的表面压力发生偏差。
在上述的燃料电池12中，也可以是，连通孔凸起密封件53、63具有多个角部104、将角部104相连的连结部(例如，直线部102)，通道74、74A以及延伸部75、97、101形成于角部104之间的连结部。这里的连结部不限定于严格的直线，也包括如下部分，该部分是设置于弯折大的角部104之间的部分，包括即使在小幅蜿蜒曲折、缓和的弯曲的情况下但大体上来看也呈直线状的部分。根据该燃料电池12，能够用低的延伸部75、97、101来增强刚性容易降低的部分，因此能够抑制连通孔凸起密封件53、63的表面压力发生偏差。
在上述的燃料电池12中，也可以是，在连通孔凸起密封件53的与发电部相向的边，设置有将连通孔凸起密封件53贯通并使连通孔与反应气体流路连通的桥部82，通道74和延伸部75形成于连通孔凸起密封件53的没有设置桥部82的边。
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，但本发明并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 (5)

1.一种燃料电池，具备电解质膜-电极结构体、在所述电解质膜-电极结构体的两侧分别配设的金属隔板，所述燃料电池是所述电解质膜-电极结构体与所述金属隔板层叠而成的，在所述燃料电池中，
在各所述金属隔板形成有：使反应气体沿着所述电解质膜-电极结构体的电极面流动的反应气体流路；沿隔板厚度方向贯通的连通孔；以及包围所述连通孔并且沿所述隔板厚度方向突出的用于密封的连通孔凸起密封件，
在所述连通孔凸起密封件设置有：通道，其低于所述连通孔凸起密封件的高度，从所述连通孔凸起密封件朝向所述连通孔突出并在所述连通孔的缘部处开口由此将所述连通孔凸起密封件的内部空间与所述连通孔连通；以及
延伸部，其配置成与所述通道的至少一方的侧壁相邻，所述延伸部比所述通道的高度低并从所述连通孔凸起密封件朝向所述连通孔延伸，
所述延伸部不与所述连通孔连通。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，
所述通道具有位于相互相反侧位置的第一侧壁和第二侧壁，所述延伸部设置成与所述第一侧壁和所述第二侧壁各自相邻。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其特征在于，
所述通道和所述延伸部设置于所述连通孔凸起密封件的直线部。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其特征在于，
所述连通孔凸起密封件具有多个角部、将所述角部相连的连结部，所述通道和所述延伸部形成于所述角部之间的所述连结部。
5.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其特征在于，
在所述连通孔凸起密封件的与发电部相向的边，设置有将所述连通孔凸起密封件贯通并使所述连通孔与所述反应气体流路连通的桥部，所述通道和所述延伸部形成于所述连通孔凸起密封件的没有设置所述桥部的边。
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