燃料電池堆的電池構造
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種由多個單元電池層疊而成的燃料電池堆的電池構造。
【背景技術】
[0002]以往，作為燃料電池堆的電池構造，以燃料電池堆構造為名稱記載于專利文獻I。專利文獻I所記載的燃料電池堆構造是利用一對分隔件夾住膜電極接合體(MEA)而構成電池(單元電池)。膜電極構造體在其周圍具有夾著電解質膜的硬質的樹脂框架，并將樹脂框架的局部作為非發電區域。而且，燃料電池堆構造以如下方式構成:層疊上述電池而構成多電池模塊，將該多電池模塊在電池層疊方向上串聯地排列多個，再利用縫隙密封墊將多電池模塊之間密封。
[0003]專利文獻1:日本國特開2005-190706號公報
【發明內容】
_4] 發明要解決的問題
[0005]在上述那樣的燃料電池堆中，為了實現單元電池的薄型化，提出一種利用一對較薄的膜夾住膜電極接合體的周圍并將該膜的局部作為框架的燃料電池堆。在使用了這樣的框架的單元電池中，為了防止由雨水、結露水等外部的水引起的單元電池間的短路(液結)，將框架形成得比分隔件大一圈，在進行層疊以構成燃料電池堆時，將相鄰的框架彼此沿著整周粘接起來，將該粘接部位作為密封部。
[0006]但是，在上述燃料電池堆中，理所當然，也在膜電極接合體和分隔件之間沿著整周存在密封部，因此，與上述框架彼此的密封部一起而使外周部成為雙重密封構造，并且在內外的密封部之間形成閉合空間。因此，在燃料電池堆中，當在粘接劑固化前施加電池層疊方向的荷重時，存在被封閉在閉合空間的空氣局部地割開呈線狀涂覆的粘接劑而被放出的風險，而解決這樣的問題點成為了課題。
[0007]本發明著眼于上述以往的課題而做成，目的在于提供一種于在外周部具有雙重密封構造的燃料電池堆中能夠防止用于形成密封部的粘接劑的破損的燃料電池堆的電池構造。
_8] 用于解決問題的方案
[0009]本發明的燃料電池堆的電池構造是一種由具有利用一對分隔件夾持著膜電極接合體的構造的單元電池層疊而成的燃料電池堆的電池構造，膜電極接合體在其周圍具有比分隔件的周緣部向外側延伸的的大小的框架。而且，燃料電池堆的電池構造形成為如下結構:在框架的位于從在電池層疊方向上相鄰的框架彼此的密封部(粘接部位)到膜電極接合體和分隔件之間的密封部為止的范圍內的部分上設置有與框架的表背面連通的連通孔，并將上述結構作為解決以往的課題的方法。
[0010]發明的效果
[0011]本發明的燃料電池堆的電池構造例如即使在制造時在電池層疊方向上施加荷重，也能使形成于內外的密封部之間的空間的空氣從連通孔向外部流出，因此，在空氣壓力不會局部升高、且在外周部具有雙重密封構造的燃料電池堆中，能夠防止用于形成密封部的粘接劑的破損。
【附圖說明】
[0012]圖1是燃料電池堆的立體圖⑷和立體分解圖⑶。
[0013]圖2是說明本發明的第I實施方式的分隔件和膜電極接合體的俯視圖㈧、以及基于圖A中的A-O-A線的電池模塊的剖視圖(B)。
[0014]圖3是用于說明本發明的第2實施方式的分隔件和膜電極接合體的俯視圖㈧、端板的俯視圖(B)以及端板的剖視圖(C)。
[0015]圖4是說明本發明的第3實施方式的電池模塊的剖視圖。
[0016]圖5是說明本發明的第4實施方式的電池模塊的剖視圖。
[0017]圖6是說明本發明的第5實施方式的電池模塊的剖視圖。
[0018]圖7是說明本發明的第6實施方式的電池模塊的剖視圖㈧和圖A中的圓B部分的放大剖視圖(B)。
[0019]圖8是表示本發明的第7實施方式的電池模塊的連通孔部分的截面和平面的說明圖(A)以及表示連通孔的其他形狀例的俯視圖(B)。
[0020]圖9是說明本發明的第8實施方式的框架的主要部件的剖視圖(A)以及表示粘接前的狀態的剖視圖(B)。
[0021]圖10是表示所涂覆的粘接劑被空氣割開的狀態的俯視圖(A)以及表示空氣使所涂覆的粘接劑變形的狀態的俯視圖(B)。
【具體實施方式】
[0022](第I實施方式)
[0023]尤其如圖1的⑶所示，圖1所示的燃料電池堆FS具有:將多個單元電池C彼此層疊而一體化的至少兩個以上的電池模塊M ;夾設在電池模塊M彼此之間的密封板P。圖示例的單元電池C和密封板P呈具有大致相同的縱橫尺寸的長方形形狀。另外，在圖1的(B)中，雖然示出了兩個電池模塊M、一個密封板P，但實際上是層疊兩個以上的電池模塊M和一個以上的密封板P。
[0024]另外，燃料電池堆FS在電池模塊M的層疊方向上的兩端部分別配置有端板56A、56B，并且在成為單元電池C的長邊側的兩個面(圖1中的上下面)設置有連結板57A、57B，并且在成為短邊側的兩個面設置有加強板58A、58B。各連結板57A、57B和加強板58A、58B通過未圖示的螺栓連結于兩個端板56A、56B。
[0025]這樣一來，燃料電池堆FS成為如圖1的(A)所示那樣的殼體一體型構造，通過對各電池模塊M和密封板P在層疊方向上進行約束和加壓而對各個單元電池C施加規定的接觸面壓力，從而維持良好的氣體密封性、導電性等。
[0026]如圖2所示，單元電池C具有膜電極接合體I和用于夾持膜電極接合體I的一對分隔件2、2，并且在膜電極接合體I和各分隔件2、2之間形成有陽極氣體和陰極氣體各自的氣體流路GA、GC。
[0027]膜電極接合體I通常被稱作MEA(Membrane Electrode Assembly)，雖省略了詳細的圖示，但其具有利用陽極電極層和陰極電極層夾持著由固體高分子構成的電解質層的構造。另外，膜電極接合體I的外周部分利用一對較薄的樹脂膜夾持，并將該樹脂膜的局部作為框架3。作為該樹脂膜的材料，例如能夠舉出聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸乙酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)以及聚偏二氟乙烯(PVDF)等。
[0028]如圖2所示，各分隔件2是具有表背翻轉形狀的金屬制的板構件，例如是不銹鋼制，能夠通過沖壓加工而成形為適合的形狀。分隔件2將至少與膜電極接合體I對應的部分形成為截面凹凸形狀。該分隔件2在長邊方向連續地具有截面凹凸形狀，在使波形凸部與膜電極接合體I接觸的同時，在波形凹部和膜電極接合體I之間形成陽極的氣體流路GA和陰極的氣體流路GC。
[0029]如圖1和圖2所示，上述單元電池C在短邊兩側分別排列有三個歧管孔Hl?H3、H4?H6。這些歧管孔Hl?H6分別形成在膜電極接合體I的框架3、各分隔件2的相同位置，在構成單元電池C時彼此連通。
[0030]圖2的(A)的左側所示的各歧管孔Hl?H3從上側開始依次是陰極氣體供給用(Hl)、冷卻液排出用(H2)以及陽極氣體排出用(H3)，以各歧管孔在層疊方向上彼此連通的方式形成各個歧管。另外，圖2的(A)的右側所示的各歧管孔H4?H6從上側開始依次是陽極氣體供給用(H4)、冷卻液供給用(H5)以及陰極氣體排出用(H6)，以各歧管孔在層疊方向上彼此連通的方式形成各個歧管。各歧管孔Hl?H6的供給和排出的位置關系也可以一部分或者全部顛倒過來。
[0031]另外，雖然省略圖示，在歧管孔Hl?H6的周圍配置有密封材料。這些密封材料也作為粘接劑發揮作用，將膜電極接合體(包含框架3) I和分隔件2氣密地相接合。另外，配置于歧管孔Hl?H6的周圍的密封材料用于維持各歧管的氣密性，而且為了供給與各層間對應的流體而在對應的部位具有開口。
[0032]上述單元電池C層疊規定數量而形成電池模塊M。此時，在相鄰的單元電池C彼此之間形成有冷卻液(例如水)的流路F，在相鄰的電池模塊M彼此之間也形成有冷卻液的流路F。因此，上述密封板P配置在電池模塊M彼此之間、即配置在冷卻液的流路F內。
[0033]上述密封板P在基板50的兩端部形成有與單元電池C相同的歧管孔Hl?H6。基板50是對具有導電性的一張金屬板進行成形而成的，形成為俯視觀察時具有與上述單元電池C大致相同的形狀、相同的尺寸。由于該基板50由導電性金屬板形成，能夠長時間穩定地進行通電。
[0034]密封板P在各歧管孔Hl?H6的周圍具有未圖不的密封構件，并且在基板50的周緣部分的整周設置有外周密封構件52和內周密封構件53。這些密封構件52、53彼此隔開規定間隔地互相平行地配置。該密封板P利用外周密封