燃料電池用分隔件和燃料電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃料電池用分隔件和燃料電池。
【背景技術】
[0002]燃料電池被設為層疊有多個作為發電單位的燃料電池單體而成的堆疊構造，各個燃料電池單體利用相向的分隔件夾持膜電極接合體。近年來，例如在國際公開公報W02012/160607號中提出了如下方法:在與膜電極接合體的發電區域相對的分隔件中央區域中，通過沖壓成型的多根的凹凸條或設置多個凸部來在分隔件的表背面形成燃料氣體的氣體流路、冷卻水流路。
【發明內容】
[0003 ]在上述的專利文獻中提出的冷卻水流路通過凸部、凹槽底部的高低來改變冷卻水的流向而使冷卻水通過，所以能夠提高冷卻水的擴散性、分配性。另外，在冷卻水一邊改變其流向一邊在凸部、凹槽底部的具有高低的部位通過時，有可能在冷卻水的水流中產生淤水。若是在燃料電池的運用開始后，則冷卻水流路已經遍及有冷卻水，流路被冷卻水充滿，所以即使冷卻水的水流產生淤水，也不存在特別的障礙。然而，因為在燃料電池組裝時在冷卻水流路殘存有空氣，所以結果被指出會產生如下那樣的新的問題。
[0004]在燃料電池的組裝完成最初的冷卻水供給時，冷卻水以混有空氣的狀態一邊改變其流向一邊通過。因而，根據冷卻水的流動的淤水的狀況，有可能空氣不被冷卻水推出而殘留于流路，這樣的空氣有時上升到分隔件中央區域的鉛垂方向的上端而產生空氣積留。這樣產生的空氣積留有可能通過燃料電池的運用開始后的冷卻水供給而被推出，但如果保持殘留在分隔件中央區域的上端的狀態，則空氣積留處的冷卻無法進展。在上述的專利文獻中，完全沒有想到有可能產生空氣積留這樣的狀況，結果就要求避免在分隔件中央區域的上端側的空氣積留。除此之外，也要求能夠實現具備冷卻水流路的凹槽的分隔件、燃料電池的制造成本的降低等。
[0005]為了解決上述的問題的至少一部分，本發明能夠以以下方式實施。
[0006]在第一實施方式中，提供一種燃料電池用分隔件。第一實施方式的燃料電池用分隔件組裝于膜電極接合體，具有第一面和形成第一面的背面的第二面，其中，具備:中央區域，與所述膜電極接合體的可發電區域相對;外緣部，從所述中央區域向周圍緣部延伸;第一面側凹槽部，形成于所述第一面的所述中央區域，包含多個槽;第二面側凹槽部，形成于所述第二面的所述中央區域，包含多個槽；以及空氣排出部，設置在所述第一面側凹槽部的所述中央區域的上端側，用于將所述中央區域和所述外緣部連通，將所述第二面側凹槽部的槽內的空氣與所述冷卻水一起從所述中央區域向所述外緣部排出。該空氣排出部形成于如下部位:因通過所述第二面側凹槽部的冷卻水的流向改變，而所述第二面側凹槽部的所述槽內的空氣在所述中央區域的上端側可能會積留的部位。根據第一實施方式的燃料電池用分隔件，即使第二面側凹槽部的槽內的空氣在分隔件中央區域的上端側積留，利用設置于可能會產生該空氣積留的部位的空氣排出部，也能夠將空氣向外緣部排出，能夠避免在分隔件中央區域的上端側的空氣積留。
[0007]也可以是，在第一實施方式的燃料電池用分隔件中，進而，在所述中央區域的水平方向的一側的所述外緣部具有冷卻水供給側歧管，所述燃料電池用分隔件具備冷卻水導入部，所述冷卻水導入部將從所述冷卻水供給側歧管供給的冷卻水改變冷卻水的流向而向所述第二面側凹槽部的各個所述槽內擴散導入，所述空氣排出部形成于位于所述中央區域的上端側且所述冷卻水導入部側的中央區域角部。在冷卻水導入部，冷卻水改變其流向而通過，所以在該冷卻水導入部的上方側可能會產生空氣積留，但根據第一實施方式的燃料電池用分隔件，能夠利用位于分隔件中央區域角部的空氣排出部進一步避免該空氣積留。
[0008]也可以是，在第一實施方式的燃料電池用分隔件中，進而，在所述外緣部，在所述冷卻水供給側歧管的上方側具有向所述第一面側凹槽部的槽內供給燃料氣體的燃料氣體供給側歧管。在燃料氣體供給側歧管側，燃料氣體保持未消耗的狀態被始終向第一面側凹槽部的槽內供給，所以在具有第一實施方式的燃料電池用分隔件的燃料電池的實施方式中，可促進為了發電而進行的電化學反應，由該電化學反應實現的發熱活躍化。根據第一實施方式的燃料電池用分隔件，通過避免在作為冷卻水導入部的上方側的分隔件中央區域角部處的空氣積留，能夠對接近該分隔件中央區域角部的燃料氣體供給側歧管側進行充分冷卻。
[0009]也可以是，在第一實施方式的燃料電池用分隔件中，通過利用對所述中央區域的沖壓成型而形成多個凹凸條，所述第一面側凹槽部的槽和所述第二面側凹槽部的槽在所述中央區域交替排列于所述第一面和第二面，所述空氣排出部是使位于所述中央區域的上端的所述第一面側凹槽部的底部壁凹陷而成的底部壁凹部。于是，針對作為空氣排出部的底部壁凹部，也能夠利用針對分隔件中央區域的沖壓成型而同時形成第一面側凹槽部和第二面側凹槽部，所以能夠減少制造成本。
[0010]也可以是，在第一實施方式的燃料電池用分隔件中，所述冷卻水導入部沿所述第一面側凹槽部所延伸的路徑散布地具備淺槽部，所述淺槽部是相對于所述第二面側凹槽部在所述第一面和第二面交替排列的所述第一面側凹槽部的槽的深度局部較淺的槽部。于是，通過第一面側凹槽部的淺槽部而冷卻水在相鄰的第二面側凹槽部之間通過，從而冷卻水的朝向改變，冷卻水導入部能夠將冷卻水擴散導入各個第二面側凹槽部的槽內。而且，針對第一面側凹槽部的淺槽部，也能夠利用針對分隔件中央區域的沖壓成型而同時形成第一面側凹槽部和第二面側凹槽部，所以能夠減少制造成本。
[0011]在第二實施方式中，提供一種燃料電池。第二實施方式的燃料電池層疊有多個由第一分隔件和第二分隔件夾持膜電極接合體的燃料電池單體，所述燃料電池單體分別具備上述第一實施方式中的燃料電池用分隔件的任一個作為所述第一分隔件，在相鄰地層疊的所述燃料電池單體中，一個所述燃料電池單體的所述第一分隔件所具有的所述第一面側凹槽部的底部壁與其他的所述燃料電池單體的所述第二分隔件接觸。
[0012]根據第二實施方式的燃料電池，能夠利用夾持膜電極接合體的第一分隔件在各個燃料電池單體中避免在分隔件中央區域的上端側處的空氣積留，所以能夠抑制因存在空氣積留而引起的冷卻不良。另外，根據第二實施方式的燃料電池，只要將具有空氣排出部的第一分隔件在現有的燃料電池單體中進行置換即可，所以能夠減少其制造成本，另外還能夠容易消除或抑制因存在空氣積留而引起的冷卻不良。此外，在第二實施方式的燃料電池中，能夠使第一分隔件的分隔件中央區域中的第一面側凹槽部為向膜電極接合體供給的氣體的流路。另外，通過使相鄰地層疊的一方的燃料電池單體的第一分隔件所具有的第一面側凹槽部的底部壁與另一方的燃料電池單體的第二分隔件接觸，能夠對第二面側凹槽部進行封閉，并將該封閉了的第二面側凹槽部設為供冷卻水通過的冷卻水流路。
[0013]此外，本發明能夠以各種實施方式實現，例如能夠以燃料電池的制造方法、燃料電池單體的方式實現。
【附圖說明】
[0014]圖1是示出作為本發明的實施方式的燃料電池10的結構的概略立體圖。
[0015]圖2是將單元電池100的結構分解地示出的概略立體圖。
[0016]圖3是示出陽極側分隔件120的結構的概略俯視圖。
[0017]圖4是將圖3所示的轉換區域A所包含的冷卻水供給孔周邊區域B的流路槽的形成狀況放大而示出的概略立體圖。
[0018]圖5從冷卻面側俯視圖3所示的轉換區域A所包含的燃料氣體供給孔周邊區域D的流路槽的形成狀況并將其放大示出的說明圖。
[0019]圖6是示意性示出陽極側分隔件120中的冷卻面側的冷卻水的流動的情形的說明圖。
[0020]圖7是從冷卻面側俯視圖5所示的燃料氣體供給孔122IN側的分隔件中央區域121的角部DC的流路槽的形成狀況并進而將其放大示出的說明圖。
[0021]圖8是從冷卻面側觀察分隔件中央區域121的角部DC的流路槽的形成狀況并將其放大示出的概略立體圖。
[0022 ]圖9是沿著圖3的C部放大部位中的9-9線的燃料電池1的概略截面。
[0023]圖10是從冷卻面側俯視對比例的陽極側分隔件120H中的分隔件中央區域121的角部DC的流路槽的形成狀況并進而將其放大示出的說明圖。
【具體實施方式】
[0024]以下，基于附圖對本發明的實施方式進行說明。圖1是示出作為本發明的實施方式的燃料電池10的結構的概略立體圖。燃料電池10具有在Z方向(以下，也稱作“層疊方向”)上層疊多個作為燃料電池單體的單元電池100、且由一對端板170F、170E夾持而成的堆疊構造。燃料電池1中，在前端側的端板170F與單元電池100之間隔著前端側的絕緣板165F地具有前端側的接線板160F。燃料電池1在后端側的端板170E與單元電池100之間也同樣隔著后端側的絕緣板165E地具有后端側的接線板160E。單元電池100、接線板160F、160E、絕緣板165F、165E以及端板170F、170E分別具有具備大致矩形狀的外形的板構造，配置成長邊沿X方向(水平方向)且短邊沿y方向(垂直方向、鉛垂方向)。
[0025]前端側的端板170F、絕緣板165F以及接線板160F具有燃料氣體供給孔172IN以及燃料氣體排出孔1720T、多個氧化劑氣體供給孔174IN以及氧化劑氣體排出孔1740T、多個冷卻水供給孔176IN以及冷卻水排出孔1760T。這些供給排出孔分別與設置于