空冷式燃料电池制造技术

本发明专利技术提供能够使耐久性能和发电性能提高的空冷式燃料电池。该空冷式燃料电池的特征在于，其依次具有第2隔离件、膜电极气体扩散层接合体、第1隔离件以及冷却板，第3流路的流路宽度与肋部宽度之和大于第1流路的流路宽度与肋部宽度之和及第2流路的流路宽度与肋部宽度之和，上述第1隔离件、上述第2隔离件以及上述冷却板在俯视视角中与上述膜电极气体扩散层接合体重叠的发电区域，上述第1流路、上述第2流路以及上述第3流路的至少一部分相互交叉，上述第1流路与上述第2流路的夹角θ

【技术实现步骤摘要】
空冷式燃料电池


[0001]本公开涉及空冷式燃料电池。

技术介绍

[0002]燃料电池(FC)是由一个单电池(以下，存在记载为单元的情况)或者将多个单电池层叠而成的燃料电池组(以下，存在仅记载为电池组的情况)构成并通过氢等燃料气体与氧等氧化剂气体的电化学反应来取出电能量的发电装置。此外，实际上向燃料电池供给的燃料气体和氧化剂气体多数情况是与无助于氧化
·
还原的气体的混合物。特别是氧化剂气体是包含氧的空气的情况较多。
[0003]此外，以下，也存在不特别地区别燃料气体、氧化剂气体而简称为“反应气体”或者“气体”的情况。另外，存在将单电池、和层叠单电池而成的燃料电池组都称为燃料电池的情况。
[0004]该燃料电池的单电池通常具备膜电极接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)。
[0005]对于车载于燃料电池车辆(以下存在记载为车辆的情况)来使用的燃料电池，提出有各种技术。
[0006]例如在专利文献1中公开有固体高分子电解质型燃料电池，该固体高分子电解质型燃料电池不会给制冷剂供给系统带来过大的负荷，能够适度地供给较快的流速的反应气体，从而能够高效地运转。
[0007]在专利文献2中公开有能够将积存于扩散层的水迅速地排出、并且扩散层不易破损的燃料电池的电极。
[0008]专利文献1：日本特开1998
‑
308227号公报
[0009]专利文献2：日本特开2007
‑
299654号公报
[0010]燃料电池的气体、制冷剂的流路由设置于隔离件的凹痕、槽等形成。在层叠多个隔离件时，若将本来应以这些凹痕、槽的凸部彼此对置的方式层叠的隔离件偏离地层叠，则对作为被这些隔离件夹入的部件的电解质膜、气体扩散层施加剪切力，产生载荷在局部增加的部分和减少的部分，从而引起燃料电池的性能降低、劣化。
[0011]在水冷式燃料电池的隔离件中，由于是比较窄的槽间距的流路并且是两片隔离件的情况，因此，若使流路彼此交叉，则不产生上述的问题。但是，在空冷式燃料电池中，冷却用空气的流路为了热传递提高、压损减少而需要较宽的槽间距的流路，对置的凸部的间隔变宽，因此载荷减少的区域容易变大。在与隔离件分开设置冷却板而成为三片结构的情况下，也相同。

技术实现思路

[0012]本公开是鉴于上述实际情况而完成的，其主要目的在于提供一种能够使耐久性能和发电性能提高的空冷式燃料电池。
[0013]本公开的空冷式燃料电池的特征在于，上述空冷式燃料电池具有第1隔离件、第2隔离件以及冷却板，上述第1隔离件周期性地具有多个槽状的第1流路，上述第2隔离件周期性地具有多个槽状的第2流路，上述冷却板周期性地具有多个槽状的第3流路，上述空冷式燃料电池依次具有上述第2隔离件、膜电极气体扩散层接合体、上述第1隔离件以及上述冷却板，上述第3流路的流路宽度与肋部宽度之和大于上述第1流路的流路宽度与肋部宽度之和及上述第2流路的流路宽度与肋部宽度之和，上述第1隔离件、上述第2隔离件以及上述冷却板在俯视视角中与上述膜电极气体扩散层接合体重叠的发电区域，上述第1流路、上述第2流路以及上述第3流路的至少一部分相互交叉，上述第1流路与上述第2流路的夹角θ
12
为15
°
以上，上述第1流路与上述第3流路的夹角θ
13
、和上述第2流路与上述第3流路的夹角θ
23
为40
°
以上。
[0014]也可以构成为：在本公开的空冷式燃料电池的基础上，上述第1流路与上述第2流路的至少任意一方是波状槽。
[0015]根据本公开的空冷式燃料电池，能够使耐久性能和发电性能提高。
附图说明
[0016]图1是表示第1隔离件的第1流路与第2隔离件的第2流路的夹角θ
12
、第1隔离件的第1流路与冷却板的第3流路的夹角θ
13
、以及第2隔离件的第2流路与冷却板的第3流路的夹角θ
23
的各自的交叉角度与载荷消失Φ的关系的图。
[0017]图2是表示本公开的空冷式燃料电池的单电池的一例的分解立体图。
[0018]图3是将实施例1的燃料电池的第1流路、第2流路、第3流路重叠的示意图。
[0019]图4是重叠表示实施例1的第1隔离件和第2隔离件的示意图。
[0020]图5是重叠表示实施例1的第1隔离件和冷却板的示意图。
[0021]图6是重叠表示实施例1的第2隔离件和冷却板的示意图。
[0022]附图标记说明
[0023]11
…
空冷式燃料电池(单电池)；12
…
第1隔离件；13
…
第2隔离件；14
…
树脂框架；15
…
冷却板；16
…
歧管；21
…
第1流路；22
…
第2流路；23
…
第3流路；31
…
第1隔离件的肋部；32
…
第2隔离件的肋部；33
…
冷却板的肋部。
具体实施方式
[0024]本公开的空冷式燃料电池的特征在于，上述空冷式燃料电池具有第1隔离件、第2隔离件以及冷却板，上述第1隔离件周期性地具有多个槽状的第1流路，上述第2隔离件周期性地具有多个槽状的第2流路，上述冷却板周期性地具有多个槽状的第3流路，上述空冷式燃料电池依次具有上述第2隔离件、膜电极气体扩散层接合体、上述第1隔离件以及上述冷却板，上述第3流路的流路宽度与肋部宽度之和大于上述第1流路的流路宽度与肋部宽度之和及上述第2流路的流路宽度与肋部宽度之和，上述第1隔离件、上述第2隔离件以及上述冷却板在俯视视角中与上述膜电极气体扩散层接合体重叠的发电区域，上述第1流路、上述第2流路以及上述第3流路的至少一部相互交叉，
[0025]上述第1流路与上述第2流路的夹角θ
12
为15
°
以上，
[0026]上述第1流路与上述第3流路的夹角θ
13
、和上述第2流路与上述第3流路的夹角θ
23
为40
°
以上。
[0027]在燃料电池的流路中，若存在凹痕、直槽彼此重叠的界面，则在产生层叠偏离时在该界面产生接地面积的变化、载荷集中、载荷消失等，从而引起燃料电池的性能降低、劣化等。
[0028]接地面积的变化影响到燃料电池的热传导、电阻、载荷分布等。
[0029]对于载荷而言，例如因局部载荷的增大而流路陷入于GDL，由此压损增加，使燃料电池的性能降低、在使多个单电池层叠的情况下在各单电池产生性能的差别。另外，因局部载荷消失而电解质膜的按压消失，因电解质膜的膨胀收缩而电解质膜运动，从而电解质膜开裂。并且，因局部载荷消失而燃料电池的电阻和热传导恶化，在局部产生过热点，从而加速燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空冷式燃料电池，其特征在于，所述空冷式燃料电池具有第1隔离件、第2隔离件以及冷却板，上述第1隔离件周期性地具有多个槽状的第1流路，所述第2隔离件周期性地具有多个槽状的第2流路，所述冷却板周期性地具有多个槽状的第3流路，所述空冷式燃料电池依次具有所述第2隔离件、膜电极气体扩散层接合体、所述第1隔离件以及所述冷却板，所述第3流路的流路宽度与肋部宽度之和大于所述第1流路的流路宽度与肋部宽度之和及所述第2流路的流路宽度与肋部宽度之和，所述第1隔离件、所述第2隔离件以及所述冷却板在俯视视角中与所述膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：野野山顺朗，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：