專利名稱：燃料電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃料電池，其層疊有在電解質膜的兩側設有一對電極的電解質膜-電極結構體和隔板，并在所述隔板上形成有沿著電極面供給反應氣體的反應氣體流路。
背景技術：
例如，固體高分子型燃料電池具備通過隔板夾持電解質膜-電極結構體(MEA)而成的發電電池(單位電池)，該電解質膜-電極結構體(MEA)在由高分子離子交換膜構成的固體高分子電解質膜的兩側分別配設有陽極側電極及陰極側電極。在此種燃料電池中，在作為車載用而使用時，通常作為層疊有幾十 幾百個單位電池的燃料電池堆使用。在燃料電池中，由于向層疊的各發電電池的陽極側電極及陰極側電極分別供給作為反應氣體的燃料氣體及氧化劑氣體，因此大多使用所謂內部分流器(manifold)，該內部分流器具備沿著發電電池的層疊方向貫通而設置的反應氣體入口連通孔及反應氣體出口連通孔，所述反應氣體入口連通孔及所述反應氣體出口連通孔與沿著電極面供給反應氣體的反應氣體流路的入口側及出口側分別連通。這種情況下，反應氣體入口連通孔及反應氣體出口連通孔的開口面積比較小。因此，為了使反應氣體的流動順暢地進行，而在反應氣體入口連通孔及反應氣體出口連通孔的附近需要使所述反應氣體分散的緩沖部。例如，在日本特開平6-140056號公報(以下， 稱為現有技術)所公開的固體電解質燃料電池中，如圖16所示，具備隔板1。在隔板1的四個角部形成有彼此位于對角線上而用于使一方的反應氣體流動的供排氣孔2a、h和用于使另一方的反應氣體流動的供排氣孔2b、2b。在隔板1的面Ia上， 通過交替地設置槽和突起而形成反應氣體流路3a，并且在所述隔板1的面Ib上同樣地形成有反應氣體流路北。在面Ia上，供排氣孔2a、h和反應氣體流路3a通過氣體分配路(緩沖部)4a,4a 連通，并且在所述氣體分配路如設有多個集電體5。在隔板1的面Ib上形成有將供排氣孔 2b,2b和反應氣體流路北連通的氣體分配路4b、4b，并且在所述氣體分配路4b設有多個集電體5。然而，在上述的現有技術中，與反應氣體流路3a的寬度尺寸(箭頭X方向)相比， 供排氣孔h、2a的開口直徑相當小。因此，無法經由氣體分配路4a3a而沿著反應氣體流路3a的寬度方向(箭頭X方向)均勻地供給反應氣體。由此，在反應氣體流路3a的發電區域產生反應氣體流量減少的部位。因此，在低負載時，會引起不穩定的發電，而在高負載時，會產生因反應氣體不足引起的過大的濃度過電壓，從而無法得到所希望的發電性能。

發明內容
本發明用于解決此種問題，其目的在于提供一種能夠從反應氣體連通孔經由緩沖部向反應氣體流路整體均勻且可靠地供給反應氣體，且能夠以簡單的結構來保持良好的發電性能的燃料電池。本發明涉及一種燃料電池，其層疊有在電解質膜的兩側設有一對電極的電解質膜-電極結構體和隔板，并且在所述隔板上形成有沿著電極面供給反應氣體的反應氣體流路。該燃料電池將反應氣體入口連通孔及反應氣體出口連通孔與反應氣體流路分別連通的入口緩沖部及出口緩沖部，其中，該反應氣體入口連通孔及反應氣體出口連通孔使反應氣體沿著層疊方向流動。入口緩沖部具有接近反應氣體入口連通孔的第一入口緩沖區域及接近第一反應氣體流路的第二入口緩沖區域，出口緩沖部具有接近反應氣體出口連通孔的第一出口緩沖區域及接近所述第一反應氣體流路的第二出口緩沖區域。并且，第一入口緩沖區域比第二入口緩沖區域在層疊方向上形成得深，且第一出口緩沖區域比第二出口緩沖區域在所述層疊方向上形成得深，并且，所述第一入口緩沖區域和所述第一出口緩沖區域設定成彼此不同的表面積。根據本發明，接近反應氣體入口連通孔的第一入口緩沖區域比接近反應氣體流路的第二入口緩沖區域在層疊方向上形成得深。另一方面，接近反應氣體出口連通孔的第一出口緩沖區域比接近反應氣體流路的第二出口緩沖區域在層疊方向上形成得深。因此，從反應氣體入口連通孔向第一入口緩沖區域供給的反應氣體在從所述第一入口緩沖區域到第二入口緩沖區域均勻地分配后，向反應氣體流路供給。而且，反應氣體在從反應氣體流路通過第二出口緩沖區域而向第一出口緩沖區域均勻地分配后，向反應氣體出口連通孔排出。反應氣體入口連通孔及反應氣體出口連通孔的開口寬度尺寸通過分別接近所述反應氣體入口連通孔及所述反應氣體出口連通孔的槽深的第一入口緩沖區域及第一出口緩沖區域而實際上變寬。因此，能夠從反應氣體入口連通孔經由入口緩沖部對反應氣體流路整體均勻且可靠地供給反應氣體。另外，第一入口緩沖區域和第一出口緩沖區域設定成彼此不同的表面積。由此，例如第一入口緩沖區域設定成比第一出口緩沖區域小的表面積時，能夠沿著反應氣體流路的寬度方向均勻地供給反應氣體。因此，能夠對反應氣體流路整體均勻且可靠地供給反應氣體。根據與附圖相配合的以下的優選實施方式例的說明，上述的目的及其他目的、特征及優點變得更加清楚。


圖1是構成本發明的第一實施方式的燃料電池的發電電池的分解簡要立體圖。圖2是所述發電電池的圖1中的II-II線剖視圖。圖3是構成所述燃料電池的第二隔板的一個(一方的)面的說明圖。圖4是所述第二隔板的另一個(另一方的)面的說明圖。圖5是構成所述燃料電池的第三隔板的主視說明圖。圖6是比較例1和第一實施方式中的相對于燃料氣體流路的寬度方向的流量的說明圖。
圖7是對第一實施方式、現有例及比較例2的流量分布進行比較的圖。圖8是構成本發明的第二實施方式的燃料電池的第二隔板的一個面的說明圖。圖9是所述第二隔板的圖8中的IX-IX線剖視圖。圖10是所述第二隔板的圖8中的X-X線剖視圖。圖11是構成本發明的第三實施方式的燃料電池的第二隔板的一個面的說明圖。圖12是所述第二隔板的主要部分剖視說明圖。圖13是構成本發明的第四實施方式的燃料電池的第二隔板的第二燃料氣體流路側的面的說明圖。圖14是構成本發明的第五實施方式的燃料電池的發電電池的分解簡要立體圖。圖15是構成所述發電電池的第二隔板的主視說明圖。圖16是現有技術的燃料電池的說明圖。
具體實施例方式如圖1及圖2所示，本發明的第一實施方式的燃料電池10沿著水平方向(箭頭A 方向)或重力方向(箭頭C方向)層疊有多個電池單元(發電電池)12，例如，作為車載用燃料電池堆使用。電池單元12設有第一隔板14、第一電解質膜-電極結構體(MEA) 16a、第二隔板 18、第二電解質膜-電極結構體16b及第三隔板20。第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20使用例如鋼板、不銹鋼板、鋁板、鍍敷處理鋼板或對其金屬表面實施了防蝕用的表面處理的長方形形狀的金屬板。第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20通過將金屬制薄板沖壓加工成波形形狀而具有截面凹凸形形狀。需要說明的是，第一隔板14、第二隔板18及第三隔板20也可以代替金屬隔板而使用碳隔板寸。第一電解質膜-電極結構體16a及第二電解質膜-電極結構體16b例如具備水浸漬于全氟磺酸的薄膜的固體高分子電解質膜22、夾持所述固體高分子電解質膜22的陽極側電極M及陰極側電極26。第一電解質膜-電極結構體16a是陽極側電極M具有比固體高分子電解質膜22 及陰極側電極26小的表面積的階梯型MEA。需要說明的是，陽極側電極M和陰極側電極 26也可以具有相同的表面積。固體高分子電解質膜22、陽極側電極M及陰極側電極沈分別在箭頭B方向兩端部上下設有切口而表面積縮小。陽極側電極M及陰極側電極沈具有由碳素紙等構成的氣體擴散層(未圖示)和將在表面擔載有鉬合金的多孔質碳粒子同樣地涂敷于所述氣體擴散層的表面上而形成的電極催化劑層(未圖示)。電極催化劑層形成在固體高分子電解質膜22的兩面。在電池單元12的長邊方向(箭頭C方向)的上端緣部設有沿箭頭A方向相互連通的用于供給氧化劑氣體例如含氧氣體(空氣等)的氧化劑氣體入口連通孔30a及用于供給燃料氣體例如含氫氣體(氫氣等)的燃料氣體入口連通孔32a。在電池單元12的長邊方向(箭頭C方向)的下端緣部設有沿箭頭A方向相互連通的用于排出燃料氣體的燃料氣體出口連通孔32b及用于排出氧化劑氣體的氧化劑氣體出口連通孔30b。
在電池單元12的短邊方向(箭頭B方向)的一端緣部設有沿箭頭A方向相互連通的用于供給冷卻介質的冷卻介質入口連通孔34a，并且在所述電池單元12的短邊方向的另一端緣部設有用于排出所述冷卻介質的冷卻介質出口連通孔34b。在第一隔板14的朝向第一電解質膜-電極結構體16a的面14a上形成有將燃料氣體入口連通孔3 和燃料氣體出口連通孔32b連通的第一燃料氣體流路36。第一燃料氣體流路36具有沿箭頭C方向延伸的多個波狀流路槽部36a，并且在所述第一燃料氣體流路 36的入口(上端部)及出口(下端部)附近分別設有具備多個壓花的入口緩沖部38及出口緩沖部40。需要說明的是，第一燃料氣體流路36也可以具有沿著箭頭C方向呈直線狀延伸的多個直線狀流路槽。而且，在以下說明的第一氧化劑氣體流路50、第二燃料氣體流路 58、第二氧化劑氣體流路66、燃料氣體流路138及氧化劑氣體流路140中也同樣如此。入口緩沖部38及出口緩沖部40具有從燃料氣體入口連通孔3 沿著第一燃料氣體流路36的寬度方向均勻地分配燃料氣體的功能及使沿著所述第一燃料氣體流路36的寬度方向流通的所述燃料氣體均勻地向燃料氣體出口連通孔32b集合的功能。壓花形狀除了可以設定成圓形或四邊形之外，還可以設定成棒狀等各種形狀，其設置在第一隔板14的表背。需要說明的是，在以下說明的設置于第二隔板18及第三隔板20的各緩沖部中也同樣如此。在第一隔板14的面14b上形成有將冷卻介質入口連通孔3 和冷卻介質出口連通孔34b連通的冷卻介質流路44。冷卻介質流路44是第一燃料氣體流路36的背面形狀。如圖3所示，在第二隔板18的朝向第一電解質膜-電極結構體16a的面18a上形成有將氧化劑氣體入口連通孔30a和氧化劑氣體出口連通孔30b連通的第一氧化劑氣體流路50。第一氧化劑氣體流路50具有沿著箭頭C方向延伸的多個波狀流路槽。在第一氧化劑氣體流路50的入口(上端部)及出口(下端部)附近分別設有具備多個壓花的入口緩沖部52及出口緩沖部M。入口緩沖部52具有接近氧化劑氣體入口連通孔30a的大致三角形的第一入口緩沖區域5 和接近第一氧化劑氣體流路50的第二入口緩沖區域52b。如圖2所示，從第一氧化劑氣體流路50側觀察時，第一入口緩沖區域52a的層疊方向的槽的深度Dl設定成大于第二入口緩沖區域52b的所述層疊方向的槽的深度D2。出口緩沖部M與入口緩沖部52同樣地構成，如圖3所示，具有接近氧化劑氣體出口連通孔30b的大致三角形的第一出口緩沖區域5 和接近第一氧化劑氣體流路50的第二出口緩沖區域Mb。第一出口緩沖區域5 的層疊方向上的槽深比第二出口緩沖區域Mb 的層疊方向的槽深設定得深。第一入口緩沖區域5 在第一氧化劑氣體流路50的寬度方向(箭頭B方向)大致中央設置在比較窄幅的范圍。第一入口緩沖區域5 在氧化劑氣體入口連通孔30a側具有延伸至所述氧化劑氣體入口連通孔30a與第一氧化劑氣體流路50的連通部分的大致中間且前端變細形狀的槽。第一入口緩沖區域5 在第一氧化劑氣體流路50的寬度方向大致中央具有沿著箭頭B方向延伸的槽，該槽和前端變細形狀的槽連通成一體，而構成箭頭C 方向的槽寬度狹小的橫長槽。第一出口緩沖區域5 設置在第一氧化劑氣體流路50的從寬度方向端部到大致中央的比較寬幅的范圍。第一出口緩沖區域Ma在氧化劑氣體出口連通孔30b側具有從所述氧化劑氣體出口連通孔30b與第一氧化劑氣體流路50的連通部分的一方的端部延伸至另一方的端緣部且前端變細形狀的槽。第一出口緩沖區域5 在第一氧化劑氣體流路50 的寬度方向大致中央具有沿箭頭B方向延伸的槽，該槽與前端變細形狀的槽連通成一體， 從而構成箭頭C方向的槽寬度比第一入口緩沖區域5 寬且箭頭B方向的槽長度比所述第一入口緩沖區域5 長的橫長槽。 即，第一入口緩沖區域5 和第一出口緩沖區域5 設定成相互不同的表面積。具體而言，第一入口緩沖區域5 設定成比第一出口緩沖區域5 小的表面積，且所述第一入口緩沖區域5 和所述第一出口緩沖區域Ma的槽的深度設定成相同。如圖4所示，在第二隔板18的朝向第二電解質膜-電極結構體16b的面18b上形成有將燃料氣體入口連通孔3 和燃料氣體出口連通孔32b連通的第二燃料氣體流路58。 第二燃料氣體流路58具有沿箭頭C方向延伸的多個波狀流路槽，并且在所述第二燃料氣體流路58的入口(上端部)及出口(下端部)附近分別設有具備交替地向表側和背側突出的多個壓花的入口緩沖部60及出口緩沖部62。在入口緩沖部60的外側的避開第一入口緩沖區域52a的背面形狀(凸形狀)的位置上形成有由比所述入口緩沖部60深的槽構成的旁通流路64。該旁通流路64設置在從第二燃料氣體流路58的寬度方向中央到氧化劑氣體入口連通孔30a側的端部的比較寬幅的范圍內。需要說明的是，旁通流路64也可以為與入口緩沖部60相同的深度。如圖5所示，在第三隔板20的朝向第二電解質膜-電極結構體16b的面20a上形成有將氧化劑氣體入口連通孔30a和氧化劑氣體出口連通孔30b連通的第二氧化劑氣體流路66。第二氧化劑氣體流路66具有沿著箭頭C方向延伸的多個波狀流路槽。在第二氧化劑氣體流路66的入口(上端部)及出口(下端部)附近分別設有具備多個壓花的入口緩沖部68及出口緩沖部70。如圖1所示，在第三隔板20的面20b上形成有將冷卻介質入口連通孔3 和冷卻介質出口連通孔34b連通的冷卻介質流路44。冷卻介質流路44通過第一燃料氣體流路36 與第二氧化劑氣體流路66的背面形狀(波形形狀)的重合而形成。在第一隔板14的面14a、14b上一體成形有圍繞該第一隔板14的外周端緣部的第一密封構件74。在第二隔板18的面18a、18b上一體成形有圍繞該第二隔板18的外周端緣部的第二密封構件76，并且在第三隔板20的面20a、20b上一體成形有圍繞該第三隔板20 的外周端緣部的第三密封構件78。作為第一 第三密封構件74、76及78，例如使用EPDM、NBR、氟橡膠、硅橡膠、硅氟橡膠、丁基橡膠、天然橡膠、苯乙烯橡膠、氯丁二烯或丙烯酸橡膠等密封材料、緩沖材料或填密材料。如圖1所示，在第一隔板14上設有將燃料氣體入口連通孔3 和第一燃料氣體流路36連通的入口側第一連結流路80a ；將燃料氣體出口連通孔32b和所述第一燃料氣體流路36連通的出口側第一連結流路80b。入口側第一連結流路80a具有多個外側供給孔部 82a和多個內側供給孔部82b。在面1 側設有將燃料氣體入口連通孔3 和各外側供給孔部8 連通的多個通路84a。在面14b側形成有將外側供給孔部8 和內側供給孔部82b連通的多個通路84b。出口側第一連結流路80b同樣地具有多個外側排出孔部86a和多個內側排出孔部86b。在面1 側形成有將燃料氣體出口連通孔32b和各外側排出孔部86a連通的多個通路88a。在面14b側形成有將外側排出孔部86a和內側排出孔部86b連通的多個通路 88b。如圖3所示，在氧化劑氣體入口連通孔30a及氧化劑氣體出口連通孔30b與第一氧化劑氣體流路50的連通部分上設有多個凸狀的承受部90a、90b，這多個凸狀的承受部 90a、90b形成多個入口側連結流路89a及多個出口側連結流路89b。在第二隔板18上設有將燃料氣體入口連通孔3 和第二燃料氣體流路58連通的入口側第二連結流路92a ；將燃料氣體出口連通孔32b和所述第二燃料氣體流路58連通的出口側第二連結流路92b。入口側第二連結流路9 具有供給孔部94。在面18a側形成有將燃料氣體入口連通孔3 和供給孔部94連通的通路96a。出口側第二連結流路92b同樣地具有多個排出孔部98。在面18a側形成有將排出孔部98與燃料氣體出口連通孔32b連通的多個通路96b。如圖5所示，在第三隔板20上，在氧化劑氣體入口連通孔30a及氧化劑氣體出口連通孔30b與第二氧化劑氣體流路66的連通部分上設有多個凸狀的承受部10h、102b，這多個凸狀的承受部10加、102b形成多個入口側連結流路IOla及多個出口側連結流路101b。以下，說明該燃料電池10的動作。首先，如圖1所示，向氧化劑氣體入口連通孔30a供給含氧氣體等氧化劑氣體，并向燃料氣體入口連通孔3 供給含氫氣體等燃料氣體。而且，向冷卻介質入口連通孔34a 供給純水、乙二醇、油等冷卻介質。因此，氧化劑氣體被從氧化劑氣體入口連通孔30a向第二金屬隔板18的第一氧化劑氣體流路50及第三金屬隔板20的第二氧化劑氣體流路66導入(參照圖3及圖幻。該氧化劑氣體沿著第一氧化劑氣體流路50向箭頭C方向(重力方向)移動，而向第一電解質膜-電極結構體16a的陰極側電極沈供給，并沿著第二氧化劑氣體流路66向箭頭C方向移動，而向第二電解質膜-電極結構體16b的陰極側電極沈供給(參照圖1)。另一方面，如圖1及圖4所示，燃料氣體被從燃料氣體入口連通孔3 導入在第一隔板14與第二隔板18之間形成的通路84a、96a。被導入到通路84a的燃料氣體通過外側供給孔部82a向第一隔板14的面14b側移動。并且，燃料氣體通過通路84b被從內側供給孔部82b向面14a側導入。因此，燃料氣體被向入口緩沖部38輸送，沿著第一燃料氣體流路36向重力方向 (箭頭C方向)移動，而向第一電解質膜-電極結構體16a的陽極側電極M供給。另外，如圖4所示，被導入到通路96a中的燃料氣體通過供給孔部94向第二金屬隔板18的面18b側移動。因此，燃料氣體在面18b側被向入口緩沖部60供給后，沿著第二燃料氣體流路58向箭頭C方向移動，而向第二電解質膜-電極結構體16b的陽極側電極M 供給(參照圖1及圖4)。因此，在第一及第二電解質膜-電極結構體16a、16b中，向陰極側電極沈供給的氧化劑氣體和向陽極側電極M供給的燃料氣體在電極催化劑層內通過電化學反應被消耗而進行發電。接著，向第一及第二電解質膜-電極結構體16a、16b的各陰極側電極沈供給而被消耗的氧化劑氣體沿著氧化劑氣體出口連通孔30b向箭頭A方向排出。如圖1所示，向第一電解質膜-電極結構體16a的陽極側電極M供給而被消耗的燃料氣體從出口緩沖部40通過內側排出孔部86b被向第一金屬隔板14的面14b側導出。導出到面14b側的燃料氣體被向外側排出孔部86a導入，再次向面1 側移動。因此，燃料氣體從外側排出孔部86a通過通路88a而被向燃料氣體出口連通孔32b排出。另外，向第二電解質膜-電極結構體16b的陽極側電極M供給而被消耗的燃料氣體從出口緩沖部62通過排出孔部98向面18a側移動。如圖4所示，該燃料氣體通過通路 96b被向燃料氣體出口連通孔32b排出。另一方面，如圖1所示，供給到冷卻介質入口連通孔3 的冷卻介質被導入到在第一隔板14與第三隔板20之間形成的冷卻介質流路44后，向箭頭B方向流通。該冷卻介質將第一及第二電解質膜-電極結構體16a、16b冷卻后，被向冷卻介質出口連通孔34b排出。這種情況下，在第一實施方式中，如圖3所示，第二隔板18的入口緩沖部52具有接近氧化劑氣體入口連通孔30a的第一入口緩沖區域5 和接近第一氧化劑氣體流路50 的第二入口緩沖區域52b，并且所述第一入口緩沖區域5 比所述第二入口緩沖區域5 在層疊方向上形成得深。另一方面，出口緩沖部M具有接近氧化劑氣體出口連通孔30b的第一出口緩沖區域5 和接近第一氧化劑氣體流路50的第二出口緩沖區域Mb，并且所述第一出口緩沖區域Ma比所述第二出口緩沖區域54b在層疊方向上形成得深。因此，從氧化劑氣體入口連通孔30a向第一入口緩沖區域5 供給的氧化劑氣體從該第一入口緩沖區域5 到第二入口緩沖區域52b整體均勻地分配。因此，氧化劑氣體在從第一入口緩沖區域52a向第二入口緩沖區域52b均勻地供給后，對第一氧化劑氣體流路50的寬度方向(箭頭B方向)整體均勻且可靠地供給。而且，氧化劑氣體在從第一氧化劑氣體流路50通過第二出口緩沖區域54b向第一出口緩沖區域5 均勻地分配后，向氧化劑氣體出口連通孔30b排出。因此，在第一氧化劑氣體流路50中，能夠使氧化劑氣體的分配在發電區域整個區域均勻化。另外，第一入口緩沖區域5 和第一出口緩沖區域5 設定成彼此不同的表面積。 在第一實施方式中，第一入口緩沖區域5 設定成比第一出口緩沖區域5 小的表面積。因此，如圖4所示，在第二隔板18上的第一氧化劑氣體流路50的背面側的第二燃料氣體流路 58中，在將燃料氣體入口連通孔3 和所述第二燃料氣體流路58連通的入口緩沖部60的外側能夠容易形成比所述入口緩沖部60槽深的旁通流路64。由此，對第二燃料氣體流路58的寬度方向(箭頭B方向)整體能夠均勻且可靠地供給燃料氣體。具體而言，使用比較例1和第一實施方式，檢測所述第二燃料氣體流路58 的寬度方向的流量，其中，在比較例1中，第一入口緩沖區域5 設定成與第一出口緩沖區域5 相同的表面積(比較大的表面積)，且在第二燃料氣體流路58的入口緩沖部60未設置旁通流路64。檢測的結果如圖6所示。在第二燃料氣體流路58中，由于燃料氣體中的氫被陽極側電極M消耗，因此入口與出口的流量差增大。因此，入口緩沖部60的壓力損失升高，在比較例1中，越接近燃料氣體入口連通孔32a的部位的流量越多。相對于此，在第一實施方式中，第一入口緩沖區域5 設置在比較窄幅的范圍，該第一入口緩沖區域52a的背面形狀即凸形狀部位比較節省空間地設置在第二燃料氣體流路58側的入口緩沖部60內。因此，入口緩沖部60的緩沖區域擴大，壓力損失下降，從而改善燃料氣體的流量分配性。而且，在第一實施方式中，在入口緩沖部60的外側的避開第一入口緩沖區域52a 的背面形狀的位置形成有比所述入口緩沖部60槽深的旁通流路64。并且，旁通流路64設置在從第二燃料氣體流路58的寬度方向中央到氧化劑氣體入口連通孔30a側的端部的比較寬幅的范圍。由此，能夠將較多的燃料氣體供給到通常燃料氣體難以遍布的氧化劑氣體入口連通孔30a側，從而在第二燃料氣體流路58的寬度方向整個區域能夠均勻且可靠地供給燃料氣體(參照圖6)。此外，在第一實施方式中，如圖3所示，在第一氧化劑氣體流路50中，第一入口緩沖區域5 設定成比第一出口緩沖區域5 小的表面積。因此，能夠在第一氧化劑氣體流路50的整個寬度方向上均勻地分配氧化劑氣體。具體而言，如圖7所示，使用第一實施方式、第一入口緩沖區域5 和第一出口緩沖區域Ma設定成同一表面積的比較例2、未設有所述第一入口緩沖區域5 及所述第一出口緩沖區域Ma的現有例，比較各自的流路寬度方向的流量分布。其結果是，氧化劑氣體沿著第一氧化劑氣體流路50的寬度方向的配流性按照現有例、比較例2及第一實施方式的順序提高。S卩，在第一實施方式中，由于第一出口緩沖區域5 設定成比第一入口緩沖區域 52a大的表面積，因此壓力損失下降而氧化劑氣體容易流動到第一氧化劑氣體流路50的寬度方向中央。因此，在第一氧化劑氣體流路50的寬度方向整體上能夠均勻地分配氧化劑氣體。圖8是構成本發明的第二實施方式的燃料電池100的第二隔板102的一個面的說明圖。需要說明的是，對于與構成第一實施方式的燃料電池10的第二隔板18相同的結構要素標注相同的參照符號，并省略其詳細的說明。而且，在以下說明的第三實施方式以后的實施方式中也同樣地省略其詳細的說明。第二隔板102在第一氧化劑氣體流路50的入口(上端部)及出口(下端部)附近分別設有具備多個壓花的入口緩沖部104及出口緩沖部106。入口緩沖部104具有接近氧化劑氣體入口連通孔30a的大致三角形的第一入口緩沖區域10 和接近第一氧化劑氣體流路50的第二入口緩沖區域104b。第一入口緩沖區域 104a比第二入口緩沖區域104b在層疊方向上形成得深。如圖9所示，第二入口緩沖區域104b沿著第一氧化劑氣體流路50的流路寬度方向(箭頭B方向)延伸，并且設定成隨著從氧化劑氣體入口連通孔30a(入口側連結流路 89a)沿著所述流路寬度方向離開而深度tl減小。出口緩沖部106與入口緩沖部104同樣地構成，具有接近氧化劑氣體出口連通孔 30b的大致三角形的第一出口緩沖區域106a和接近第一氧化劑氣體流路50的第二出口緩沖區域106b。第一出口緩沖區域106a比第二出口緩沖區域106b在層疊方向上形成得深。如圖10所示，第二出口緩沖區域106b設定成隨著從氧化劑氣體出口連通孔30b (出口側連結流路89b)沿著箭頭B方向離開、即沿著第一氧化劑氣體流路50的流路寬度方向離開而深度t2減小。在該第二實施方式中，第二入口緩沖區域104b設定成從氧化劑氣體入口連通孔 30a(入口側連結流路89a)朝向沿著箭頭B方向離開的方向而深度tl減小。因此，所述氧化劑氣體容易從氧化劑氣體入口連通孔30a離開而朝向通常氧化劑氣體難以流動的部位流動，從而在第二入口緩沖區域104b整體上均勻地分配。另一方面，第二出口緩沖區域106b設定成從氧化劑氣體出口連通孔30b (出口側連結流路89b)朝向沿著箭頭B方向離開的方向而深度t2減小。因此，氧化劑氣體出口連通孔30b側構成為深的槽，從而所述氧化劑氣體容易從所述氧化劑氣體出口連通孔30b離開而朝向通常氧化劑氣體難以流動的部位流動。由此，氧化劑氣體能夠在第一氧化劑氣體流路50的寬度方向整個區域上更順暢且均勻地流動。圖11是構成本發明的第三實施方式的燃料電池110的第二隔板112的一個面的說明圖。第二隔板112在第一氧化劑氣體流路50的入口(上端部)及出口(下端部)附近分別設有具備多個壓花的入口緩沖部114及出口緩沖部116。入口緩沖部114具有接近氧化劑氣體入口連通孔30a的大致三角形的第一入口緩沖區域11 和接近第一氧化劑氣體流路50的第二入口緩沖區域114b。第一入口緩沖區域 114a比第二入口緩沖區域114b在層疊方向上形成得深。出口緩沖部116與入口緩沖部114同樣地構成，具有接近氧化劑氣體出口連通孔 30b的大致三角形的第一出口緩沖區域116a和接近第一氧化劑氣體流路50的第二出口緩沖區域116b。第一出口緩沖區域116a比第二出口緩沖區域116b在層疊方向上形成得深。如圖12所示，第一出口緩沖區域116a設定成比第一入口緩沖區域11 深尺寸t3 的槽。在第一氧化劑氣體流路50的背面形狀即第二燃料氣體流路58中，燃料氣體被消耗而少量的燃料氣體在下游側流通。因此，即便燃料氣體用的緩沖部窄小，也不會對所述燃料氣體的排出性產生影響，而可以在排出量比較多的氧化劑氣體側設置大的緩沖部。在該第三實施方式中，第一出口緩沖區域116a設定成比第一入口緩沖區域11 的表面積大且比第一入口緩沖區域114a深的槽。由此，能夠使氧化劑氣體更順暢地沿著第一氧化劑氣體流路50流動。圖13是構成本發明的第四實施方式的燃料電池120的第二隔板122的第二燃料氣體流路58側的面的說明圖。在第二隔板122中，在入口緩沖部60的外側未設置由深的槽構成的旁通流路64。 在該燃料電池120中，能得到在第一氧化劑氣體流路50中將氧化劑氣體的分配在發電區域整個區域上均勻化等與上述的第一實施方式同樣的效果。圖14是構成本發明的第五實施方式的燃料電池130的發電電池132的分解簡要立體圖。發電電池132中，電解質膜-電極結構體16由第一隔板134和第二隔板136夾持。 第一隔板134及第二隔板136例如使用金屬隔板或碳隔板。在第一隔板134的朝向電解質膜-電極結構體16的面13 上形成有將燃料氣體入口連通孔3 和燃料氣體出口連通孔32b連通的燃料氣體流路138。燃料氣體流路138 具有沿著箭頭C方向延伸的多個波狀(或直線狀)流路槽。如圖15所示，在第二隔板136的朝向電解質膜-電極結構體16的面136a上形成有將氧化劑氣體入口連通孔30a和氧化劑氣體出口連通孔30b連通的氧化劑氣體流路140。 該氧化劑氣體流路140具有沿著箭頭C方向延伸的多個波狀(或直線狀)流路槽。在氧化劑氣體流路140的入口(上端部)及出口(下端部)附近分別設有具備多個壓花的入口緩沖部142及出口緩沖部144。入口緩沖部142具有接近氧化劑氣體入口連通孔30a的大致三角形的第一入口緩沖區域14 和接近氧化劑氣體流路140的第二入口緩沖區域142b。從氧化劑氣體流路140 側觀察時，第一入口緩沖區域14 的層疊方向的深度設定成大于第二入口緩沖區域142b 的所述層疊方向的深度。出口緩沖部144與入口緩沖部142同樣地構成，具有接近氧化劑氣體出口連通孔 30b的大致三角形的第一出口緩沖區域14 和接近氧化劑氣體流路140的第二出口緩沖區域144b。第一出口緩沖區域14 比第二出口緩沖區域144b在層疊方向上形成得深。第一入口緩沖區域14 在氧化劑氣體流路140的寬度方向(箭頭B方向)大致中央設置在比較窄幅的范圍。第一入口緩沖區域14 在氧化劑氣體入口連通孔30a側具有延伸至所述氧化劑氣體入口連通孔30a與氧化劑氣體流路140的連通部分的大致中間且前端變細形狀的槽。第一入口緩沖區域14 在氧化劑氣體流路140的寬度方向大致中央具有沿著箭頭B方向延伸的槽，該槽與前端變細形狀的槽連通成一體，而構成箭頭C方向的槽寬度狹小的橫長槽。第一出口緩沖區域14 設置在從氧化劑氣體流路140的寬度方向端部到大致中央的比較寬幅的范圍。第一出口緩沖區域14 在氧化劑氣體出口連通孔30b側具有從所述氧化劑氣體出口連通孔30b與氧化劑氣體流路140的連通部分的一方的端部延伸到另一方的端緣部且前端變細形狀的槽。第一出口緩沖區域14 在氧化劑氣體流路140的寬度方向大致中央具有沿著箭頭B方向延伸的槽。該槽與前端變細形狀的槽連通成一體，從而構成箭頭C方向的槽寬度比第一入口緩沖區域14 寬且箭頭B方向的槽長度比所述第一入口緩沖區域14 長的橫長槽。S卩，第一入口緩沖區域14 和第一出口緩沖區域14 設定成彼此不同的表面積。 具體而言，第一入口緩沖區域14 設定成比第一出口緩沖區域14 小的表面積，并且所述第一入口緩沖區域14 與所述第一出口緩沖區域14 的槽的深度設定成相同。如圖14所示，在各發電電池132中，在彼此相鄰的第一隔板134的面134b與第二隔板136的面136b之間形成有將冷卻介質入口連通孔3 和冷卻介質出口連通孔34b連通的冷卻介質流路44。在該第五實施方式中，如圖15所示，在氧化劑氣體流路140的入口及出口附近分別設有具備多個壓花的入口緩沖部142及出口緩沖部144。并且，構成入口緩沖部142的第一入口緩沖區域14 設定成比構成出口緩沖部144的第一出口緩沖區域14 小的表面積。因此，可得到能夠在氧化劑氣體流路140的整個寬度方向上均勻地分配氧化劑氣體等與上述的第一實施方式同樣的效果。
權利要求
1.一種燃料電池，其層疊有在電解質膜0 的兩側設有一對電極0446)的電解質膜-電極結構體(16a)和隔板(18)，并且在所述隔板(18)上形成有沿著電極面供給反應氣體的反應氣體流路(50)，所述燃料電池的特征在于，設有將反應氣體入口連通孔(30a)及反應氣體出口連通孔(30b)與所述反應氣體流路(50)分別連通的入口緩沖部(5 及出口緩沖部(M)，其中，所述反應氣體入口連通孔 (30a)及反應氣體出口連通孔(30b)使所述反應氣體沿著層疊方向流動，所述入口緩沖部(5 具有接近所述反應氣體入口連通孔(30a)的第一入口緩沖區域 (52a)及接近所述反應氣體流路(50)的第二入口緩沖區域(52b)，所述出口緩沖部(54)具有接近所述反應氣體出口連通孔(30b)的第一出口緩沖區域 (54a)及接近所述反應氣體流路(50)的第二出口緩沖區域(54b)，所述第一入口緩沖區域(52a)比所述第二入口緩沖區域(52b)在所述層疊方向上形成得深，且所述第一出口緩沖區域(5 )比所述第二出口緩沖區域(Mb)在所述層疊方向上形成得深，并且，所述第一入口緩沖區域(52a)和所述第一出口緩沖區域(Ma)設定成彼此不同的表面積。
2.根據權利要求1所述的燃料電池，其特征在于，所述第一入口緩沖區域(52a)設定成比所述第一出口緩沖區域(Ma)小的表面積。
3.根據權利要求1所述的燃料電池，其特征在于，所述入口緩沖部(104)沿著所述反應氣體流路(50)的流路寬度方向延伸，并且設定成隨著從所述反應氣體入口連通孔(30a)沿著所述流路寬度方向離開而深度減小，另一方面，所述出口緩沖部(106)設定成隨著從所述反應氣體出口連通孔(30b)沿著所述流路寬度方向離開而深度減小。
4.根據權利要求1所述的燃料電池，其特征在于，所述第一出口緩沖區域(5 )的槽比所述第一入口緩沖區域(52a)的槽設定得深。
5.根據權利要求1所述的燃料電池，其特征在于，在所述隔板(18)的一方的面(18a)上形成有沿著一方的電極面供給一方的反應氣體的第一反應氣體流路(50)，且在另一方的面(18b)上形成有沿著另一方的電極面供給另一方的反應氣體的第二反應氣體流路(58)，并且，所述第一反應氣體流路(50)是氧化劑氣體流路(50)，另一方面，所述第二反應氣體流路(58)是燃料氣體流路(58)，所述一方的反應氣體是氧化劑氣體，且所述另一方的反應氣體是燃料氣體。
6.根據權利要求5所述的燃料電池，其特征在于，所述燃料電池具備將所述燃料氣體流路(58)和使所述燃料氣體沿著所述層疊方向流動的燃料氣體入口連通孔(32a)連通的燃料氣體入口緩沖部(60)，在所述燃料氣體入口緩沖部(60)的外側的避開所述第一反應氣體流路(50)側的所述第一入口緩沖區域(52a)的背面形狀的位置上形成有燃料氣體旁通流路(64)，該燃料氣體旁通流路(64)比所述燃料氣體入口緩沖部(60)槽深或與其為同一深度。
全文摘要
本發明提供一種燃料電池。構成燃料電池的電池單元(12)具備第二隔板(18)。在第二隔板(18)的面(18a)上形成有第一氧化劑氣體流路(50)，入口緩沖部(52)及出口緩沖部(54)與所述第一氧化劑氣體流路(50)的入口及出口連通。入口緩沖部(52)具有第二入口緩沖區域(52b)和槽深的第一入口緩沖區域(52a)，而出口緩沖部(54)具有第二出口緩沖區域(54b)和槽深的第一出口緩沖區域(54a)。第一入口緩沖區域(52a)和第一出口緩沖區域(54a)相互設定成不同的表面積。
文檔編號H01M8/02GK102479965SQ201110365099
公開日2012年5月30日 申請日期2011年11月17日 優先權日2010年11月22日
發明者佐藤修二, 佐藤雅彥, 坂野雅章, 渡邊康博 申請人:本田技研工業株式會社