燃料電池用隔板的密封保護的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃料電池的密封。
【背景技術】
[0002]已知通過將對燃料電池單體之間進行密封的襯墊配置于形成于隔板的凹部而擔保襯墊的壓縮率的燃料電池單體。襯墊配置用的凹部利用使在隔板開口的歧管的周圍突出的法蘭而形成(例如專利文獻I)。
[0003]專利文獻1:日本特開2012-89387號公報
【發明內容】
[0004]發明要解決的課題
[0005]在利用使歧管的周圍突出的法蘭而形成襯墊配置用的凹部的情況下，由于將流體導入到燃料電池單體的面內的部分無法形成法蘭，因此形成法蘭中斷的部位即法蘭端部。在對使用了該隔板的燃料電池單體進行了層疊的燃料電池組中，在由于外力而燃料電池單體產生了偏移的情況下，有可能襯墊與該法蘭端部發生干擾而損傷襯墊。
[0006]本發明的課題是考慮這種情況并提高密封部件的耐久性。
[0007]用于解決課題的方案
[0008]本發明用于解決上述課題，能夠作為以下的形態而實現。
[0009](I)根據本發明的一形態，提供用于燃料電池并與膜電極接合體相向地配置的隔板。該燃料電池用隔板具備:與上述膜電極接合體的發電區域相向的隔板中央區域、從上述隔板中央區域向外緣延伸的外緣部、設于上述外緣部的第一歧管孔及第二歧管孔、從上述第一歧管孔經由上述隔板中央區域朝向第二歧管孔而形成的流體流路、配置于上述流體流路、上述第一歧管孔及上述第二歧管孔的外周的襯墊、及法蘭部，形成為包圍上述第一歧管孔及上述第二歧管孔的區域的一部分在該隔板的厚度方向上突出，并沿著上述第一歧管孔及上述第二歧管孔的外周延伸，在上述法蘭部的歧管外周方向端部且與上述襯墊相向的部分具備保護膜。根據該形態，能夠提高密封部件的耐久性。通過由保護膜覆蓋法蘭部的歧管外周方向端部，即使密封部件與端部發生干擾，密封部件也難以產生損傷。
[0010](2)作為其他形態，提供具備上述形態的燃料電池用隔板作為第一隔板的燃料電池單體。該燃料電池單體具備:第二隔板，在該第二隔板與上述第一隔板之間夾著膜電極接合體；及粘接部件，粘接上述第一隔板及上述第二隔板，上述保護膜的原材料與上述粘接部件的原材料相同。根據該形態，即使追加保護膜，也不會增加所需要的原材料的種類，因此制造容易。
[0011](3)作為其他形態，提供制造上述形態的燃料電池單體的方法。該方法在通過上述粘接部件粘接上述第一隔板及上述第二隔板的粘接工序中形成上述保護膜。根據該形態，與粘接一起實現保護膜的形成，因此制造容易。
[0012](4)在上述形態的制造方法的基礎上，上述粘接工序包含以下工序:在上述第一隔板及上述第二隔板之間通過注射成形來形成上述粘接部件，上述保護膜由流入到上述第一隔板與用于上述注射成形的模具之間的原材料形成。根據該形態，為了形成保護膜，不需要準備新的模具，因此制造容易。
[0013]本發明能夠實現上述以外的各種形態。例如能夠實現為包含多個上述燃料電池單體的燃料電池組，包含該燃料電池組的燃料電池系統。
【附圖說明】
[0014]圖1是表示電池單體的俯視圖。
[0015]圖2是冷卻水歧管附近的放大圖。
[0016]圖3是冷卻水歧管附近的剖視圖。
[0017]圖4是表示電池單體的制造方法的工序圖。
[0018]圖5是第一制造工序的說明圖。
[0019]圖6是第二制造工序的說明圖。
[0020]圖7是保護膜的形成的說明圖。
【具體實施方式】
[0021]圖1是表示電池單體110的俯視圖。通過多個電池單體110層疊固定于圖1所示的Z方向，形成燃料電池組。電池單體110具有層疊有第一隔板20、膜電極接合體10、第二隔板30的結構(與圖3 —起在后文敘述)。圖1表示的是第一隔板20。
[0022]電池單體110具備冷卻水歧管411?416、燃料氣體歧管511、512及空氣歧管611?622。冷卻水歧管411?413、燃料氣體歧管511及空氣歧管611?616用于供給。冷卻水歧管414?416、燃料氣體歧管512及空氣歧管617?622用于排出。
[0023]如圖1所示，在第一隔板20上形成有冷卻水流路420。從冷卻水歧管411?413供給的冷卻水被肋430整流，在冷卻水流路420中流動并從冷卻水歧管414?416排出。
[0024]圖1在第一隔板20上示出了密封線SLl?SL5。密封線SLl?SL5分別是表示以冷卻水、燃料氣體、空氣不混合的方式對各流路進行密封的邊界的假想線，是閉合曲線。本申請中的曲線不限定于可微分曲線，而包含如密封線SLl?SL5那樣具有不可微分的部位的曲線。
[0025]圖2是圖1中的區域2(冷卻水歧管411附近)的放大圖。其中，省略了肋430的圖示。圖3關于層疊的兩個電池單體110表示圖2中的A-B-C截面。
[0026]如圖3所示，在A-B截面的右側(電池單體110的中央部)，膜電極接合體10與多孔體流路35夾于第一隔板20與第二隔板30之間。多孔體流路35由金屬多孔體(例如膨脹合金)等具有氣體擴散性及導電性的多孔質的材料形成。由于多孔體流路35的空孔率較高，因此作為反應氣體流動的流路發揮作用。另一方面，在配置有上述各歧管的外緣部，密封粘接部件25夾于第一隔板20與第二隔板30之間。
[0027]密封粘接部件25粘接第一隔板20與第二隔板30，對各歧管進行密封而不與大氣接觸。與圖1 一起說明的密封通過圖2、圖3所示的襯墊40而實現。襯墊40由具有氣體不透性、彈性、耐熱性的材料形成。具體來說，使用橡膠、彈性體等，更具體來說使用硅基橡膠、丁基橡膠、丙烯酸橡膠、天然橡膠、氟橡膠、乙烯-丙烯橡膠、苯乙烯彈性體、含氟彈性體等中的任一個。當然，也可以采用其他材料。
[0028]如圖2、圖3所示，襯墊40配置于底部23。另外，如后所述，本實施方式的襯墊40粘接于第二隔板30，另一方面，與第一隔板20接觸但不粘接。其中，在圖2、圖3中，為了方便說明，表示與第一隔板20接觸的一側的襯墊40。
[0029]如圖3所示，底部23是第一隔板20沿Z方向凹下的部位。通過在第一隔板20凹下的部位配置襯墊40，決定襯墊40的配置(底部23與接觸面21之間的高度距離)，因此能夠使配置于各電池單體之間的襯墊40的壓縮率恒定，能夠提高燃料電池整體的密封性能。如圖3所示，斜面22是傾斜地連接底部23與接觸面21的面。另外，也可以代替斜面22而采用相對于底部23及接觸面21垂直地形成的垂直面。
[0030]如圖3所示，接觸面21是與相鄰的電池單體110接觸的部位。接觸面21及斜面22是下述法蘭24的一部分。法蘭24是沿電池單體110的厚度方向伸出的凸部，并形成有冷卻水歧管411。
[0031]斜面22通過與襯墊40相向地配置，也具有限制襯墊40的XY平面上的移動的功能。例如，在襯墊40由于外力所引起的燃料電池單體的偏移等而在XY平面上移動的情況下，與斜面22接觸而移動停止。通過斜面22的一部分發揮該功能。該一部分是沿著密封線SLl?SL5中的任一個密封線配置的部分。在圖2所示的部位的情況下，相當于位于限制線RL上的斜面22。如圖2所示，限制線RL是沿著密封線SLl的一部分的曲線。
[0032]如圖2所示，法蘭24以包圍冷卻水歧管411的一部分的方式形成。以包圍一部分而不是全部的方式形成是因為需要確保冷卻水向電池單體面內方向的導入部。在本實施方式的情況下，由于冷卻水向大致X方向的正方向流動，因此在該方向上形成有作為冷卻水的導入部的開口部K。開口部K是未形成有法蘭24的部位。
[0033]通過形成有開口部K，法蘭24具有兩個端部Tl、T2。端部Tl是位于限制線RL上的端部。端部T2是不位于限制線RL上的端部。
[0034]端部Tl、T2包含連接面26、27。連接面26連接接觸面21與底部23。連接面27是連接接觸面21、斜面22及連接面26的曲面。也能夠將端部T1、T2作為開口部K的一部分。
[0035]如圖2、圖3所示，以覆蓋斜面22的一部分與端部Τ1、Τ2的方式形成有保護膜70。被保護膜70覆蓋的斜面的一部分是端部Tl、Τ2的附近。
[0036]在本實施方式中，通過采用后述的制造方法，保護膜70的原材料與密封粘接部件25的原材料相同。本實施方式的密封粘接部件25及保護膜70的原材料與襯墊40的原材料相同。
[0037]如此，位于限制線RL上的端部即端部Tl的附近被保護膜70覆蓋，由此襯墊40難以受到損傷。這是因為，即使襯墊40由于外力而移動，與端部Tl附近、尤其是斜面22與連接面27的邊界接觸，該邊界也被彈性體的保護膜70覆蓋。
[0038]與圖2、圖3 —起進行的說明以冷卻水歧管411為例。該說明內容也能夠適用于全部冷卻水歧管。在冷卻水歧管413、414、416的情況下，與冷卻水歧管411相同地，端部Tl也能夠與襯墊40接觸。在冷卻水歧管412的情況下，例如當法蘭24僅在與接近的襯墊40平行的部位形成時，法蘭24的兩端部才能夠與襯墊40接觸。
[0039]圖4是表示電池單體110的制造方法的工序圖。電池單體110的制造工序能夠大致分為第一制造工序(步驟S702?步驟S710)及第二制造工序(步驟S712?步驟S728)。第一制造工序是在第二隔板30上形成襯墊40的工序。第二制造工序是粘接第一隔板20與形成有襯墊40的第二隔板30而形成電池單體110的工序。
[0040]圖5是用于對第一制造工序進行說明的圖。首先，準備襯墊40成形用的成形模具300 (步驟S702)。成形模具300如圖5所示，由上模具310與下模具320構成。
[0041]上模具310具備平型面部311、襯墊成形部312及射出孔313。平型面部311是與第二隔板30的外側面相接的平面。襯墊成形部312是用于在第二隔板30上形成襯墊40的凹部。射出孔313是用于對第二隔板30射出襯墊40的形成用材料的流路。下模具320具備平型面部321。平型面部321是與第二隔板30的內側面相接的平面。
[0042]接著，對第二隔板30的外側面的形成有襯墊40的部位涂布底漆(步驟S704)。為了形成襯墊40的粘接層而對第二隔板30涂