燃料電池堆及使用了該燃料電池堆的載荷分擔方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通過將多個燃料電池單元層疊起來而構成的燃料電池堆及使用了該燃料電池堆的載荷分擔方法。
【背景技術】
[0002]作為該種以往技術，存在專利文獻I所公開的內容。
[0003]專利文獻I所公開的燃料電池堆是通過將多個具有膜電極接合體的單電池單元層疊起來而構成的，該燃料電池堆包括:絕緣構件，其沿著該膜電極接合體的外周形成，且具有電絕緣性；及粘接構件，其用于將相鄰接的單電池單元中的上述絕緣構件彼此接合起來。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本國特開2010 - 123377號公報
【發明內容】
_7] 發明要解決的問題
[0008]在上述的專利文獻I所述的燃料電池堆中，利用粘接構件將絕緣構件彼此接合起來，因此，以絕緣構件追隨燃料電池堆在層疊方向上的位移的方式使粘接構件變形，從而能夠抑制絕緣構件發生龜裂。
[0009]但是，上述粘接構件并不會分擔作用于陽極隔板和陰極隔板的載荷，而且，陽極電極的氣體擴散層、陰極電極的氣體擴散層會伴隨著因陽極氣體、或因陽極氣體與陰極氣體的差而產生的脈動運轉而發生膨脹或萎縮，然而，無法否認以下可能發生的情況:伴隨著該膨脹或萎縮對膜電極接合體反復作用應力，從而導致膜電極接合體發生破損等。
[0010]因此，本發明的目的在于，提供一種燃料電池堆及使用了該燃料電池堆的載荷分擔方法，該燃料電池堆能夠分擔燃料電池單元的層疊方向上的壓縮載荷，而且，能夠消除該層疊方向上的拉伸載荷的作用。
_1] 用于解決問題的方案
[0012]用于解決上述問題的本發明是一種燃料電池堆，其是通過將配有陽極隔板和陰極隔板的燃料電池單元層疊在電池單元框架的兩個面側而構成的，該電池單元框架配設有膜電極接合體，該膜電極接合體是通過在兩個面接合有陽極側的氣體擴散層和陰極側的氣體擴散層而構成的，該燃料電池堆的特征在于，該燃料電池堆包括:陽極側載荷分擔構件，其將上述陽極隔板、電池單元框架及氣體擴散層彼此固定，用于分擔燃料電池單元的層疊方向上的壓縮載荷；及陰極側載荷分擔構件，其將陰極隔板、電池單元框架及氣體擴散層彼此固定，用于分擔燃料電池單元的層疊方向上的壓縮載荷，在上述陽極側載荷分擔構件或陰極側載荷分擔構件上、或者在上述這兩者上設有用于消除燃料電池單元的層疊方向上的拉伸載荷的作用的載荷消除部件。
[0013]在該結構中，能夠利用陽極側載荷分擔構件和陰極側載荷分擔構件分擔燃料電池單元的層疊方向上的壓縮載荷，在作用有燃料電池單元的層疊方向上的拉伸載荷時，能夠利用載荷消除部件消除拉伸載荷的作用。由此，能夠分擔燃料電池單元的層疊方向上的壓縮載荷，而且，能夠消除該層疊方向上的拉伸載荷的作用。
_4] 發明的效果
[0015]采用本發明，能夠利用陽極側載荷分擔構件和陰極側載荷分擔構件分擔燃料電池單元的層疊方向上的壓縮載荷，在作用了燃料電池單元的層疊方向上的拉伸載荷時，能夠利用載荷消除部件消除拉伸載荷的作用，因此，能夠分擔燃料電池單元的層疊方向上的壓縮載荷，而且，能夠消除該層疊方向上的拉伸載荷的作用，由此，能夠防止膜電極接合體破損等。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的一實施方式的燃料電池堆的立體圖。
[0017]圖2是該燃料電池堆的分解立體圖。
[0018]圖3是構成燃料電池單元的一部分的電池單元框架的放大主視圖。
[0019]圖4是構成該燃料電池單元的一部分的隔板的放大主視圖。
[0020]圖5是沿著圖4所示的I一 I線的局部放大剖視圖，其表示的是第一例的載荷消除部件。
[0021]圖6的㈧是表示膜電極接合體的位移與陽極側載荷分擔構件、陰極側載荷分擔構件的關系的圖，圖6的(B)是表示膜電極接合體所產生的應力與是否設有陽極側載荷分擔構件、陰極側載荷分擔構件之間的關系的圖，圖6的(C)是表示施加于膜電極接合體的反復彎曲應力與反復次數之間的關系的圖。
[0022]圖7表示的是第二例的載荷消除部件，其是與沿著圖4所示的I一 I線的部分相當的局部剖視圖。
【具體實施方式】
[0023]以下，參照附圖對用于實施本發明的實施方式進行說明。圖1是本發明的一實施方式的燃料電池堆的立體圖，圖2是該燃料電池堆的分解立體圖，圖3是構成燃料電池單元的一部分的電池單元框架的放大主視圖。而且，圖4是構成該燃料電池單元的一部分的隔板的放大主視圖，圖5是沿著圖4所示的I 一 I線的局部放大剖視圖，其表示的是第一例的載荷消除部件。
[0024]第I實施例
[0025]如圖1、圖2所示，本發明的一實施方式的燃料電池堆A是通過以下方式構成的:將燃料電池模塊M、M、密封板Pl層疊在一對端板10、11之間，并且，利用這些端板10、11將這些燃料電池模塊M、M、密封板Pl夾緊并利用緊固板12、13及加強板14、15進行緊固。
[0026]上述電池單元模塊M是通過將所需的塊數的燃料電池單元20層疊起來而構成的，并利用粘接劑層將該電池單元模塊M的外壁面模塊化。由此，能夠防止向電池單元模塊M內部滲水并且能夠謀求電絕緣。
[0027]上述燃料電池單元20是在電池單元框架21的兩個面側以能夠劃分形成出氣體流通路徑Fl、F2(參照圖5)的方式配設陽極隔板25A、陰極隔板25B而成的，其中，該氣體流通路徑Fl、F2用于供互不相同的兩種發電用氣體流通。
[0028]“兩種發電用氣體”為含氫氣體和含氧氣體。
[0029]電池單元框架21為樹脂制的，在本實施方式中，如圖3所示，在從燃料電池單元20的層疊方向α觀察看到的主視狀態下，電池單元框架21形成為橫向較長的長方形，而且板厚恒定。
[0030]在上述電池單元框架21的中央部分配設有膜電極接合體22，而且，在該膜電極接合體22的兩側(兩端部)配設有歧管部ML、MR。
[0031]膜電極接合體22也被稱作MEA (Membrane Electrode Assembly)，其具有例如分別在由固體高分子形成的電解質膜23的兩個面配置有燃料極側的氣體擴散層24和氧化劑極側的氣體擴散層26而成的構造。
[0032]上述歧管部ML、MR分別用于供含氫氣體、含氧氣體及冷卻流體流出或流入，在這些歧管部ML、MR與膜電極接合體22之間形成有作為含氫氣體或含氧氣體的流通區域的擴散區域D1、D1。
[0033]本實施方式中所示的冷卻流體為“水”。
[0034]一側的歧管部ML包括歧管孔Ml?M3。
[0035]這些歧管孔Ml?M3分別為含氫氣體供給用歧管孔(Ml)、冷卻流體供給用歧管孔(M2)及含氧氣體供給用歧管孔(M3)，且在上述層疊方向α上構成了各自的流通路徑。
[0036]另一側的歧管部MR包括歧管孔Μ4?Μ6。
[0037]各歧管孔Μ4?Μ6分別為含氧氣體排出用歧管孔(Μ4)、冷卻流體排出用歧管孔(Μ5)及含氫氣體排出用歧管孔(Μ6)，且在上述層疊方向α上構成了各自的流通路徑。此夕卜，供給用歧管孔和排出用歧管孔也可以是其中一部分或全部為顛倒的位置關系。
[0038]擴散區域Dl位于膜電極接合體22與歧管部ML之間及該膜電極接合體22與歧管部MR之間，且分別形成于電池單元框架21的兩個面。
[0039]在該擴散區域Dl以所需的間隔排有兩列多個突起，該多個突起9形成為彼此形狀相同且大小相同的圓臺形，用于整流。
[0040]在電池單元框架21中，沿著其外緣部以遍布整周連續成環狀、且將各歧管孔Μ1、Μ2、Μ5、Μ6圍繞起來的方式形成有粘接密封件7。
[0041]陽極隔板25Α、陰極隔板25Β均是通過對不銹鋼等金屬板進行沖壓成形而得到的，它們形成為與上述電池單元框架21大致相同大小的橫向較長的長方形。
[0042]這些陽極隔板25Α、陰極隔板25Β在與上述膜電極接合體22相對的中央部分凹凸地形成有在長度方向上連續的流路形成部25a、25b，并且，在這些陽極隔板25Α、陰極隔板25B的兩端部彼此相對地形成有歧管孔Ml?M6，該歧管孔Ml?M6與上述電池單元框架21的各歧管孔Ml?M6相對，且與上述電池單元框架21的各歧管孔Ml?M6呈相同形狀相同大小(參照圖4)。
[0043]在本實施方式中，形成有流路形成部25a、25b的區域為活性區C。
[0044]在歧管部ML與流路形成部25a (25b)的氣體流入端部之間、及歧管部MR與流路形成部25a (25b)的氣體流出端部之間形成有擴散區域D2、D2。
[0045]在該擴散區域D2以所需的間隔格子狀地排列有多個突起8，該多個突起8形成為彼此形狀相同且大小相同的圓臺形。
[0046]具有上述結構的燃料電池單元20具有圖5所示的陽極側載荷分擔構件30、陰極側載荷分擔構件40及載荷消除部件50。
[0047]陽極側載荷分擔構件30將陽極隔板25A和氣體擴散層24彼此粘接固定，用于分擔燃料電池單元20的層疊方向α上的壓縮載荷，其例如包含硅系、環氧系、烯烴系的粘接劑。
[0048]該陽極側載荷分擔構件30形成所需的厚度，并且形成為包含