燃料電池、燃料電池的配流裝置及具備燃料電池的車輛的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池、燃料電池的配流裝置、及具備燃料電池的車輛。更詳細(xì)而言，涉及小型高輸出的燃料電池、其配流裝置、及具備燃料電池的車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是通過使氫或甲醇等燃料進(jìn)行電化學(xué)氧化而取出電能的一種發(fā)電裝置，近年來，作為綠色能源供給源，備受注目。燃料電池通過要使用的電解質(zhì)的種類，分類為磷酸形、熔融碳酸鹽形、固體氧化物形及固體高分子電解質(zhì)形等。
[0003]其中，固體高分子形燃料電池(PEFC)具備在電解質(zhì)膜的兩面配置有電極的膜電極接合體(MEA)。而且，通過向膜電極接合體的一面供給氫(燃料氣體)，向另一面供給氧(氧化氣體)來進(jìn)行發(fā)電。這種PEFC因?yàn)榭傻玫脚c內(nèi)燃機(jī)同等的容積輸出密度，所以作為電動(dòng)汽車等的電源，正在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的研究(例如，參照專利文獻(xiàn)I及2)。
[0004]在此，作為膜電極接合體的封裝方法，提案有堆棧式、捆扎式、中空纖維式等各種各樣的型式。其中，廣泛使用通過邊用片狀的隔板將片狀的膜電極接合體隔離邊進(jìn)行堆疊而構(gòu)成的堆棧式燃料電池。
[0005]燃料電池的輸出與膜面積成正比，不與燃料電池容積成正比。因此，在堆棧式燃料電池中，為了實(shí)現(xiàn)小型高輸出化，有效的方法是降低單元間距。但是，當(dāng)只是單純地降低單元間距時(shí)，空氣、氫、冷卻水等流體通過單元內(nèi)面時(shí)的壓力損失就會(huì)過大。過大的壓力損失成為與降低輔機(jī)動(dòng)力的請(qǐng)求相違背的結(jié)果，并不被優(yōu)選。
[0006]因此，本發(fā)明人員等提出了具有低長(zhǎng)寬比構(gòu)造的燃料電池(參照專利文獻(xiàn)3)，該低長(zhǎng)寬比是指與大致矩形的燃料電池單元的流路方向的長(zhǎng)度相比，與流路方向正交的寬度方向的長(zhǎng)度較長(zhǎng)。
[0007]向燃料電池供給的流體經(jīng)過空氣壓縮機(jī)、噴射器、鼓風(fēng)機(jī)、栗等各種流體機(jī)械，再進(jìn)一步經(jīng)由配管而供給。例如，在汽車用途的燃料電池中，各流體經(jīng)由直徑50_左右的配管而供給。因此，在寬度方向的長(zhǎng)度比這樣的配管的大小(直徑)顯著寬時(shí)，難以將流體遍及寬度方向的整體而均等地供給。因而，在具有低長(zhǎng)寬比構(gòu)造的燃料電池中，需要設(shè)置用于使流體流動(dòng)的寬度從配管的大小(直徑)擴(kuò)大到低長(zhǎng)寬比構(gòu)造燃料電池的寬度方向的大小的配流機(jī)構(gòu)。但是，由多個(gè)配管的組合構(gòu)成的現(xiàn)有的配流機(jī)構(gòu)既大又笨重，其結(jié)果是，具有阻礙燃料電池整體的小型化之類的問題。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:(日本)特開2005 - 190946號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)2:(日本)特開2007 - 287659號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)3:(日本)國(guó)際公開第2011/059087號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]于是，本發(fā)明的目的在于，提供一種具有電極層的寬度方向?qū)挼牡烷L(zhǎng)寬比構(gòu)造的燃料電池，其能夠?qū)⑷剂想姵厮枰母鞣N流體向?qū)挾确较蚣皩盈B方向均等地供給或排出，還提供一種可適當(dāng)應(yīng)用于那種燃料電池的配流裝置、及具備燃料電池的車輛。
[0014]本發(fā)明者等為了解決上述課題，進(jìn)行了銳意研究，發(fā)現(xiàn)通過設(shè)置具備內(nèi)部岐管和外部岐管的配流機(jī)構(gòu)，能夠解決所述課題，直至完成本發(fā)明。該內(nèi)部岐管設(shè)置在具有特定構(gòu)造的單元層疊體的內(nèi)部，該外部岐管設(shè)置在單元層疊體的外部。
[0015]S卩，實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的燃料電池具有:單元層疊體，其將在大致矩形的電解質(zhì)膜的兩面具備陽極及陰極的大致矩形的電極層的膜電極接合體和大致矩形的隔板層疊而形成，在內(nèi)部具備陽極流路、陰極流路及冷卻流體流路；外部岐管，其設(shè)置于所述單元層疊體的外部，對(duì)所述單元層疊體供給或排出各流體。在所述單元層疊體中，至少所述陽極流路及陰極流路由多個(gè)線狀肋構(gòu)成，沿著所述流路的方向的所述電極層的長(zhǎng)度(L)和相對(duì)于所述流路的方向正交的寬度方向的所述電極層的寬度(W)之比即長(zhǎng)寬比R(L/W)不足1，且分別設(shè)有兩個(gè)以上的各所述流路的兩端的流路開口部，層疊所述流路開口部，對(duì)每種流體構(gòu)成有兩個(gè)以上的流體供給用的內(nèi)部岐管和流體排出用的內(nèi)部岐管。
[0016]所述外部岐管針對(duì)每種流體具有:經(jīng)由供給側(cè)連通部與所述流體供給用的內(nèi)部岐管連接的流體供給用的外部岐管、經(jīng)由排出側(cè)連通部與所述流體排出用的內(nèi)部岐管連接的流體排出用的外部岐管，所述流體供給用的外部岐管及所述流體排出用的外部岐管分別向所述單元層疊體的寬度方向延伸，并配置為大致平行。
[0017]在這種情況下，在所述流體供給用及所述流體排出用的外部岐管中，可在同方向的端部具備開口部。
[0018]在這種情況下，另外，各流體的所述供給側(cè)連通部及所述排出側(cè)連通部中的至少一個(gè)也可至少具備:與所述內(nèi)部岐管連接的第一輔助岐管、具備分別相對(duì)于所述外部岐管的中心線及所述第一輔助岐管的中心線交叉的中心線且與所述外部岐管連接的第二輔助岐管。
[0019]另外，本發(fā)明的燃料電池具有:單元層疊體，其將在大致矩形的電解質(zhì)膜的兩面具備陽極及陰極的大致矩形的電極層的膜電極接合體和大致矩形的隔板層疊而形成，在內(nèi)部具備陽極流路、陰極流路及冷卻流體流路；外部岐管，其設(shè)置于所述單元層疊體的外部，對(duì)所述單元層疊體供給或排出各流體。在所述單元層疊體中，至少所述陽極流路及陰極流路由多個(gè)線狀肋構(gòu)成，沿著所述流路的方向的所述電極層的長(zhǎng)度(L)和相對(duì)于所述流路的方向正交的寬度方向的所述電極層的寬度(W)之比即長(zhǎng)寬比R(L/W)不足I。而且，設(shè)有兩個(gè)以上的所述陽極流路的兩端的流路開口部中的至少一方，一端側(cè)形成為供給流路，另一端側(cè)形成為排出流路，設(shè)有兩個(gè)以上的所述陰極流路的兩端的流路開口部中的至少一方，一端側(cè)形成為供給流路，另一端側(cè)形成為排出流路。層疊所述陽極流路的所述流路開口部，構(gòu)成流體供給用的內(nèi)部岐管和流體排出用的內(nèi)部岐管，層疊所述陰極流路的所述流路開口部，構(gòu)成流體供給用的內(nèi)部岐管和流體排出用的內(nèi)部岐管。而且，與所述內(nèi)部岐管連接的所述外部岐管向與所述內(nèi)部岐管交叉的方向延伸。
[0020]在這種情況下，與所述流體供給用的內(nèi)部岐管連接的流體供給用的外部岐管、及與所述流體排出用的內(nèi)部岐管連接的流體排出用的外部岐管分別向所述單元層疊體的寬度方向延伸而配置。
[0021]實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的燃料電池的配流裝置用于上述的燃料電池，對(duì)陽極、陰極、及冷卻流體中的至少兩種流體進(jìn)行配流，具有塊體，該塊體對(duì)于第一和第二的各流體形成有流體供給用的所述外部岐管、及流體排出用的所述外部岐管，并構(gòu)成端板。
[0022]在此，在所述塊體中，在所述塊體中，當(dāng)將配置所述單元層疊體的一側(cè)的面設(shè)為一面時(shí)，從所述塊體的一面?zhèn)扔^察，在接近所述一面的一側(cè)流動(dòng)的第一流體用的所述外部岐管和在遠(yuǎn)離所述一面的一側(cè)流動(dòng)的第二流體用的所述外部岐管以一部分重疊的方式配置。而且，從所述塊體的一面?zhèn)扔^察，所述第二流體用的所述外部岐管包括未與所述第一流體用的所述外部岐管重疊的延長(zhǎng)部位。而且，通過從所述一面?zhèn)绕鹦纬蓛H與所述第一流體用的所述外部岐管連通的第一孔部，從而形成所述第一流體用的連通部。通過從所述一面?zhèn)绕鹪谒鲅娱L(zhǎng)部位形成僅與所述第二流體用的所述外部岐管連通的第二孔部，從而形成所述第二流體用的連通部。
[0023]實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的車輛具備上述的燃料電池。
【附圖說明】
[0024]圖1是表示第一實(shí)施方式的燃料電池的立體圖；
[0025]圖2是表示單元層疊體的立體圖；
[0026]圖3表示的是構(gòu)成單元層疊體的單電池，圖3㈧是隔板的平面圖，圖3(B)是安裝有密封材料時(shí)的膜電極接合體的平面圖，圖3(C)是在膜電極接合體的兩側(cè)配置有隔板的圖；
[0027]圖4是膜電極接合體的分解圖；
[0028]圖5(A)是表示膜電極接合體的平面圖，圖5(B)是表示安裝有密封材料時(shí)的膜電極接合體的平面圖，圖5(C)是放大表示形成于內(nèi)部岐管用的流路開口部和催化劑層之間的擴(kuò)寬部的主要部分的平面圖；
[0029]圖6 (A)是表示形成有氣體流路的隔板的立體圖，圖6 (B)是放大表示氣體流路的立體圖；
[0030]圖7 (A)是表示高長(zhǎng)寬比的隔板的圖，圖7 (B)是表示低長(zhǎng)寬比的隔板的圖，圖7 (C)是表示低長(zhǎng)寬比且低流路高度的隔板的圖；
[0031]圖8是表示組裝有配流裝置的端板的平面圖；
[0032]圖9(A)是用剖面來表示組裝有配流裝置的端板的主要部分的立體圖，圖9(B)是表示設(shè)有外部岐管的端板的剖面圖；
[0033]圖10是以流體供給側(cè)為例用于對(duì)具有連接外部岐管和內(nèi)部岐管的連通部的第一和第二輔助岐管進(jìn)行說明的說明圖；
[0034]圖11 (A) (B) (C)是表示在構(gòu)成端板的塊體上針對(duì)每種流體形成有供給側(cè)連通部的第一和第二輔助岐管、及排出側(cè)連通部的第一和第二輔助岐管的情形的剖面圖；
[0035]圖12(A) (B)是表示搭載有燃料電池的車輛的例子的圖；
[0036]圖13(A)是示意性地表示單元層疊體及外部岐管的布局的例子的圖；
[0037]圖13(B)是示意性地表示單元層疊體及外部岐管的布局的例子的圖；
[0038]圖13(C)是示意性地表示單元層疊體及外部岐管的布局的例子的圖；
[0039]圖14(A)⑶是表示第二實(shí)施方式的燃料電池的立體圖、及正面圖；
[0040]圖15(A)是用剖面來表示組裝有第二實(shí)施方式的配流裝置的下側(cè)端板的主要部分的立體圖，圖15(B)是表示設(shè)有外部岐管的下側(cè)端板的剖面圖；
[0041]圖16 (A) (B)是表示在構(gòu)成下側(cè)端板的塊體上針對(duì)每種流體形成有供給側(cè)連通部的第一和第二輔助岐管、及排出側(cè)連通部的第一和第二輔助岐管的情形的剖面圖。
[0042]符號(hào)說明
[0043]I燃料電池
[0044]2 隔板
[0045]3膜電極接合體
[0046]4單電池
[0047]5 (5a、5b)氣體擴(kuò)散層
[0048]6(6a、6b)催化劑層
[0049]7電解質(zhì)膜
[0050]9燃料氣體流路開口部(流路開口部)
[0051 ]10冷卻水流路開口部(流路開口部)
[0052]11氧化氣體流路開口部(流路開口部)
[0053]18 車輛
[0054]20單元層疊體
[0055]21內(nèi)部岐管
[0056]22燃料氣體用的內(nèi)部岐管
[0057]23冷卻水用的內(nèi)部岐管
[0058]24氧化氣體用的內(nèi)部岐管
[0059]22a、23a、24a流體供給用的內(nèi)部岐管
[0060]22b、23b、24b流體排出用的內(nèi)部岐管
[0061]31 端板
[0062]32 端板
[0063]33 擋板
[0064]34燃料氣體用的連接口
[0065]35冷卻水用的連接口
[0066]36氧化氣體用的連接口
[0067]41外部岐管
[0068]42燃料氣體用的外部岐管
[0069]43冷卻水用的外部岐管
[0070]44氧化氣體用的外部岐管
[0071]42a、43a、44a流體供給用的外部岐管
[0072]42b、43b、44b流體排出用的外部岐管
[0073]50連通部
[0074]50a供給側(cè)連通部
[0075]50b排出側(cè)連通部
[0076]51(51a、51b)第一輔助岐管
[0077]52 (52a、52b)第二輔助岐管
[0078]60 塊體
[0079]62塊體的一面
[0080]63、64延長(zhǎng)部位
[0081]80燃料電池
[0082]81上側(cè)端板
[0083]82下側(cè)端板
[0084]83 擋板
[0085]90 塊體
[0086]92塊體的一面
[0087]93延長(zhǎng)部位
[0088]100、101 配流裝置
[0089]L電極層的長(zhǎng)度
[0090]W電極層的寬度
【具體實(shí)施方式】
[0091]下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行說明，但本發(fā)明的技術(shù)范圍是基于請(qǐng)求的范圍而定的，不局限于如下的方式。此外，在附圖的說明中，在同一