專利名稱：燃料電池設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池設(shè)備。
背景技術(shù)：
燃料電池典型地包括燃料電池組，在該燃料電池組中，集電器板、絕緣體板和端板布置在單獨(dú)電池層疊體的兩端處，在所述電池層疊體中多個(gè)單體電池被層疊在一起。對(duì)于這樣的燃料電池組，歧管形成為通過(guò)單獨(dú)電池層疊體，該歧管將氣體和冷卻劑供給到單體電池內(nèi)部的氣體流路和形成在燃料電池中的冷卻劑流路且將氣體和冷卻劑從該氣體流路和冷卻劑流路排出。而且，歧管的開口部分形成在端板中，所述端板布置在單獨(dú)電池層疊體的兩端中的至少一端中。用于從燃料電池組的外側(cè)供給流體和排出流體的管道連接到設(shè)置在端板內(nèi)的歧管的開口部分。日本專利申請(qǐng)公開No. 2002-343406 (JP-A-2002-343406)例如描述了一種結(jié)構(gòu)作為涉及將歧管連接到管道的連接部分的這樣的結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)中形成在端板內(nèi)部的歧管部分相對(duì)于形成在單獨(dú)電池層疊體內(nèi)部的歧管部分傾斜地設(shè)置。然而，當(dāng)端板內(nèi)部的歧管部分相對(duì)于單獨(dú)電池層疊體內(nèi)部的歧管部分傾斜時(shí)，可能難于有效地保證取決于形成在端板等內(nèi)的螺栓孔的位置和端板內(nèi)部的歧管部分的螺栓緊固強(qiáng)度。因此，希望進(jìn)一步改進(jìn)涉及管道到端板的螺栓固定的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明增加了在管道和燃料電池組的端部處的端板之間的連接的可靠性。本發(fā)明的第一方面涉及一種燃料電池設(shè)備，所述燃料電池設(shè)備包括燃料電池組， 其中端板布置在電池層疊體的兩端處，該電池層疊體包括多個(gè)層疊的單體電池，且該燃料電池設(shè)備包括管道，該管道螺栓固定到燃料電池組的端板且將流體供給到燃料電池組且從燃料電池組排出。作為流體的流路且設(shè)置為延伸通過(guò)電池層疊體的層疊體內(nèi)部歧管形成在電池層疊體內(nèi)部。端板內(nèi)部歧管形成在端板內(nèi)部，該端板內(nèi)部歧管與層疊體內(nèi)部歧管連通且相對(duì)于層疊體內(nèi)部歧管延伸的方向傾斜一定角度地延伸。連接到端板內(nèi)部歧管的管道內(nèi)部流路形成在管道內(nèi)部。管道內(nèi)部流路的包括連接到端板的連接部分的一部分使得該一部分延伸的方向相對(duì)于垂直于端板表面的方向在與端板內(nèi)部歧管傾斜的方向相同的方向上傾斜。根據(jù)此方面，可抑制端板內(nèi)部歧管和用于將管道連接到端板的螺栓之間在端板內(nèi)的干涉。其結(jié)果是可保證螺栓長(zhǎng)度，使得管道到端板的緊固強(qiáng)度可增加。也可抑制由于端板內(nèi)部歧管相對(duì)于層疊方向傾斜造成的壓力損失的增加。在以上所述的第一方面中，管道內(nèi)部流路的包括連接部分的該一部分可使得該一部分延伸的方向相對(duì)于垂直于端板表面的方向、以小于等于端板內(nèi)部歧管傾斜角度的角度傾斜。以此燃料電池設(shè)備，可容易地實(shí)現(xiàn)如下的結(jié)構(gòu)，其中管道內(nèi)部流路的包括連接部分的一部分延伸的方向傾斜。
在以上所述的第一方面中，管道內(nèi)部流路的包括連接部分的該一部分可形成為使得該一部分延伸的方向平行于端板內(nèi)部歧管延伸的方向。根據(jù)此燃料電池設(shè)備，可增加抑制螺栓和端板內(nèi)部歧管之間在端板內(nèi)的干涉的效果。當(dāng)流體流過(guò)管道內(nèi)部流路和端板內(nèi)部歧管時(shí)的壓力損失可降低更多。在以上所述的方面中，管道可在端部處具有凸緣，以用于將管道螺栓固定到端板， 且端板可形成有端板表面的固定凸緣的區(qū)域，作為相對(duì)于端板表面傾斜的表面。以此燃料電池設(shè)備，管道內(nèi)部流路延伸方向可通過(guò)在端板表面上設(shè)置形成傾斜表面的區(qū)域而形成為希望的方向。在以上所述的第一方面中，端板內(nèi)部歧管延伸的方向可傾斜，使得端板內(nèi)部歧管的連接部分側(cè)上的開口部分比端板內(nèi)部歧管的電池層疊體側(cè)上的開口部分距端板的外周邊更遠(yuǎn)。因此，在端板的在帶有與管道連接的連接部分的側(cè)上的表面上，可在端板外周邊和端板內(nèi)部歧管之間保證更大的距離。因此，可在帶有與管道連接的連接部分的側(cè)上的端板表面上確保用于緊固螺栓的更大的空間。其結(jié)果是關(guān)于螺栓緊固強(qiáng)度的可靠性可改進(jìn)，而不增加燃料電池組的尺寸。在以上所述的第一方面中，流體可以是從包括氫且供應(yīng)到陽(yáng)極的燃料氣體、包括氧且供應(yīng)到陰極的氧化氣體，和冷卻燃料電池的冷卻劑中選出的流體。以此燃料電池設(shè)備， 當(dāng)將從燃料氣體、氧化氣體和冷卻劑中所選出的流體的流路連接到端板時(shí)，在抑制燃料電池組的尺寸增加的同時(shí)，可保證充分的連接強(qiáng)度。本發(fā)明可通過(guò)與以上所述的模式不同的多種模式實(shí)現(xiàn)。例如，本發(fā)明能夠通過(guò)例如用于將管道連接到燃料電池或燃料電池端板等的方法的模式實(shí)施。


本發(fā)明的典型實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)和工業(yè)意義將參考附圖在下文中描述， 其中相同的附圖標(biāo)號(hào)指示了相同的元件，且其中圖1是示意性地示出了單體電池的結(jié)構(gòu)的分解透視圖，所述單體電池形成了根據(jù)本發(fā)明的第一示例實(shí)施例的燃料電池的部分；圖2是根據(jù)第一示例實(shí)施例的燃料電池組的外側(cè)的透視圖；圖3是根據(jù)第一示例實(shí)施例的冷卻劑供給管道的尖端部分和靠近孔部分的區(qū)域的放大視圖；圖4是示出了根據(jù)第一示例實(shí)施例的連接到端板的冷卻劑供給管道的框架形式的截面視圖；圖5是示出了根據(jù)第一示例實(shí)施例的由流路延伸的方向造成的角度的視圖；圖6是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的使用不設(shè)置有傾斜區(qū)域的端板的結(jié)構(gòu)的框架形式的截面視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二示例實(shí)施例的燃料電池組的外側(cè)的透視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三示例實(shí)施例的端板的結(jié)構(gòu)的視圖；圖9A是圖示了根據(jù)第一至第三示例實(shí)施例的螺栓孔的布置的視圖；和圖9B是圖示了根據(jù)這些示例實(shí)施例的修改示例的螺栓孔的布置的視圖。
具體實(shí)施例方式圖1是示意性地示出了單體電池10的結(jié)構(gòu)的分解透視圖，該單體電池10形成根據(jù)本發(fā)明的第一示例實(shí)施例的燃料電池的一部分。而且，圖2是通過(guò)將單體電池10層疊在一起形成的燃料電池組15的外側(cè)的透視圖。在此示例實(shí)施例中的燃料電池設(shè)備包括燃料電池組15和將流體提供到燃料電池組15和從燃料電池組15排出流體的設(shè)備。首先，將描述燃料電池組15的結(jié)構(gòu)。單體電池10包括膜電極組件(MEA) 20、氣體擴(kuò)散層23和24、以及氣體分離器25 和26。附帶說(shuō)明的是，氣體擴(kuò)散層23布置在氣體擴(kuò)散層M形成在其上的表面的背面上，且因此在圖1中未示出。在此，MEA 20通過(guò)電解質(zhì)膜以及作為形成在電解質(zhì)膜的相反的側(cè)上的電極的陽(yáng)極和陰極形成。此MEA 20夾在氣體擴(kuò)散層23和M之間。通過(guò)MEA 20和氣體擴(kuò)散層23和M形成的夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步從兩側(cè)夾在氣體分離器25和沈之間。部分地形成MEA 20的電解質(zhì)膜是質(zhì)子傳導(dǎo)的離子交換膜，其通過(guò)固體聚合物材料例如氟樹脂形成，且當(dāng)濕潤(rùn)時(shí)呈現(xiàn)良好的電子傳導(dǎo)性。陰極和陽(yáng)極是形成在電解質(zhì)膜上的層，且包括攜帶促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑金屬(例如鉬)的碳微粒和質(zhì)子傳導(dǎo)的聚合物電極膜。氣體擴(kuò)散層23和M每個(gè)通過(guò)透氣的電子傳導(dǎo)的構(gòu)件。例如，氣體擴(kuò)散層23和M 每個(gè)可通過(guò)泡沫金屬或金屬網(wǎng)等的金屬構(gòu)件形成，或通過(guò)碳布或碳紙等的碳構(gòu)件形成。這些類型的氣體擴(kuò)散層23和M用作為電化學(xué)反應(yīng)提供的氣體的流路，以及收集電力。氣體分離器25和沈每個(gè)通過(guò)透氣的傳導(dǎo)構(gòu)件形成。例如，氣體分離器25和26 通過(guò)已經(jīng)通過(guò)使碳濃縮而形成為透氣的質(zhì)密碳、通過(guò)烤制碳，或通過(guò)例如不銹鋼的金屬材料制成。氣體分離器25和沈是形成用于反應(yīng)氣體(包括氫的燃料氣體或包括氧的氧化氣體)的流路的壁表面的構(gòu)件，所述流路形成在氣體分離器2520之間。用于形成氣體流路的凹凸形狀形成在氣體分離器的表面內(nèi)。作為用于氧化氣體的流路的電池內(nèi)的氧化氣體流路形成在MEA20和在其表面內(nèi)形成有溝槽88的氣體分離器25之間。而且，作為用于燃料氣體的流路的電池內(nèi)的氣體流路形成在MEA 20和在其表面內(nèi)形成有溝槽89的氣體分離器26之間。當(dāng)組裝單體電池10時(shí)，未示出的密封部分布置在MEA 20的外周邊上， 使得氣體分離器25和沈在保證單體電池10內(nèi)部的氣體流路的密封的同時(shí)結(jié)合。在此，凹入部分87形成在氣體分離器25的形成有形成了電池內(nèi)的氧化氣體流路的溝槽88的表面的背側(cè)上(然而，凹入部分87在圖1中未示出，這是因?yàn)樗纬稍跉怏w分離器25的背側(cè)上)。類似地，凹入部分87形成在氣體分離器沈的形成有形成了電池內(nèi)的燃料氣體流路的溝槽89的表面的背側(cè)上。凹入部分87形成在與氣體擴(kuò)散層23和M布置在氣體分離器25和26上的整個(gè)區(qū)域重疊的區(qū)域上方，且在相鄰的單體電池10之間形成了冷卻劑通道。即，當(dāng)通過(guò)將多個(gè)單體電池10層疊在一起而組裝燃料電池時(shí)，形成在一個(gè)相鄰單體電池10的氣體分離器25上的凹入部分87正好與形成在另一個(gè)相鄰單體電池10的氣體分離器26上的凹入部分87重疊，以形成冷卻劑路徑。順便提及的是，例如，每次將預(yù)定數(shù)目的單體電池10層疊在一起時(shí)也可提供電池之間的冷卻劑路徑，代替將冷卻劑路徑提供在每個(gè)相鄰單體電池10之間。氣體分離器25和沈每個(gè)具有多個(gè)設(shè)置在靠近外周邊的相應(yīng)位置中的孔部分。當(dāng)通過(guò)將多個(gè)單體電池10層疊在一起而組裝燃料電池時(shí)，設(shè)置在氣體分離器內(nèi)的相應(yīng)位置中的孔部分相互重疊，因此形成了在氣體分離器的層疊方向上通過(guò)燃料電池的內(nèi)部的流路。更具體地，孔部分83形成了將氧化氣體分配到每個(gè)電池內(nèi)的氧化氣體流路的氧化氣體供給歧管，且孔部分84形成了從每個(gè)電池內(nèi)的氧化氣體流路收集氧化氣體的氧化氣體排出歧管。而且，孔部分85形成了將燃料氣體分配到每個(gè)電池內(nèi)的燃料氣體流路的燃料氣體供給歧管，且孔部分86形成了從每個(gè)電池內(nèi)的燃料氣體流路收集燃料氣體的燃料氣體排出歧管。此外，孔部分81形成了將冷卻劑分配到電池之間的冷卻劑流路的冷卻劑供給歧管，且孔部分82形成了從電池之間的冷卻劑流路收集冷卻劑的冷卻劑排出歧管。如在圖2中示出，此示例實(shí)施例的燃料電池組15通過(guò)將包括輸出端子32和33的集電器板30和31、絕緣體板34和35、以及端板36和37以此次序布置在層疊體的兩端處而形成，在所述層疊體內(nèi)多個(gè)單體電池10層疊在一起。孔部分41和46在集電器板30內(nèi)、絕緣體板34內(nèi)和端板36內(nèi)設(shè)置在對(duì)應(yīng)于設(shè)置在氣體分離器內(nèi)的孔部分83至86的位置中。 通過(guò)這些孔部分將氣體或冷卻劑供給到以上所述的歧管并且從其排出。順便提及的是，燃料電池組15保持為如下狀態(tài)，其中夾緊壓力在單體電池10的層疊方向上施加。在此示例實(shí)施例中，通過(guò)螺栓39連接到端板36和37的張緊板38用作保持構(gòu)件。順便提及的是，如在圖2中示出，其中歧管打開的端板36總體上形成為平的板形構(gòu)件，但形成傾斜表面的傾斜區(qū)域形成在一些部分內(nèi)。即，包括孔部分41、42、43和44的區(qū)域是傾斜區(qū)域。形成在端板36的表面上的傾斜區(qū)域?qū)⒃谙挛闹性敿?xì)描述。而且，如在圖2中示出，在此示例實(shí)施例中，所有歧管在燃料電池組15的一個(gè)端部側(cè)上打開(即，在端板36側(cè)上打開)，但結(jié)構(gòu)可以不同。對(duì)于燃料氣體、氧化氣體或冷卻劑中的至少一種的流體，供給歧管和排出歧管可在不同的端板處打開。而且，吸收夾緊壓力的變化的構(gòu)件，例如板簧，可進(jìn)一步設(shè)置在燃料電池組15中的一個(gè)端部側(cè)(例如，具有不帶有歧管開口部分的端板37的側(cè)，見圖2)上。如上所述，對(duì)于燃料電池組15，燃料或冷卻劑通過(guò)形成在端板36內(nèi)的孔部分41至 46供給和排出。供給和排出燃料氣體、氧化氣體和冷卻劑的設(shè)備包括用于供給和排出這些流體的管道，且作為用于將管道連接到端板36的結(jié)構(gòu)的凸緣設(shè)置在每個(gè)管道的尖端部分上。圖3是靠近圖2中示出的燃料電池組15內(nèi)的孔部分41的區(qū)域的放大視圖，且也是連接到孔部分41的冷卻劑供給設(shè)備的冷卻劑供給管道51的尖端部分的放大視圖。如在圖3中示出，多個(gè)螺栓孔47(在此示例實(shí)施例中為四個(gè))圍繞孔部分41形成。而且，形成在冷卻劑供給設(shè)備的冷卻劑供給管道51內(nèi)的冷卻劑流路在設(shè)置在冷卻劑供給管道51的尖端部分上的凸緣50內(nèi)設(shè)置的開口部分52處打開。開口部分52成形為正好與形成在端板36內(nèi)的孔部分41重疊。多個(gè)螺栓孔53圍繞開口部分52、在對(duì)應(yīng)于設(shè)置在端板36內(nèi)的螺栓孔47的位置中形成在凸緣50內(nèi)。而且，0型圈溝槽M圍繞開口部分52形成在比螺栓孔53更靠近開口部分52的位置處。當(dāng)將燃料電池組15與冷卻劑供給設(shè)備連接時(shí)，凸緣50靠著端板36放置，使得孔部分41和開口部分52重疊，且螺栓孔重疊，然后凸緣50通過(guò)將螺栓通過(guò)螺栓孔安裝而固定到端板36。順便提及的是，圖3示出了靠近孔部分41的結(jié)構(gòu)，但螺栓孔也以相同的方式圍繞其它孔部分42至46形成。此外，與凸緣50結(jié)構(gòu)相同的凸緣也設(shè)置在連接到其它孔部分42 至46的流體供給和排出設(shè)備的管道的尖端部分上，且這些凸緣也使用螺栓緊固。圖4是沿圖2中的線4-4截取的截面圖，示出了經(jīng)由凸緣50連接到端板36的冷卻劑供給管道51的框架形式。通過(guò)設(shè)置在氣體分離器25和沈內(nèi)的孔部分81和設(shè)置在集電器板30、絕緣體板34和端板36內(nèi)的孔部分41形成的冷卻劑供給歧管設(shè)置在燃料電池組 15的內(nèi)部。在如下的描述中，在冷卻劑供給歧管內(nèi)部的、通過(guò)設(shè)置在氣體分離器25和沈內(nèi)的孔部分81和設(shè)置在集電器板30和絕緣體板34內(nèi)的孔部分41形成的部分將稱為層疊體內(nèi)部歧管60。而且，在冷卻劑供給歧管內(nèi)部的通過(guò)設(shè)置在端板36內(nèi)的孔部分41形成的部分將稱為端板內(nèi)部歧管61。順便提及的是，形成在冷卻劑供給管道51內(nèi)部的冷卻劑流路將稱為管道內(nèi)部流路62。如在圖4中示出，凸緣50通過(guò)裝配到端板36內(nèi)的螺栓孔47和凸緣50內(nèi)的螺栓孔53內(nèi)的螺栓55固定到端板36。此時(shí)，螺栓55相對(duì)于端板36的布置凸緣50的表面垂直地裝配到螺栓孔內(nèi)。而且，在端板和凸緣的連接部分處，即在燃料電池組15內(nèi)部的冷卻劑供給歧管和冷卻劑供給管道51內(nèi)部的流路的連接部分處，用于保證密封的0型圈布置在設(shè)置在凸緣50內(nèi)的0型圈溝槽M內(nèi)。在此，形成層疊體內(nèi)部歧管60的孔部分81在氣體分離器25和沈兩者中形成為相同的形狀且形成在相同的位置中。而且，形成層疊體內(nèi)部歧管60的孔部分41在集電器板30和絕緣體板34內(nèi)也形成為與孔部分81具有相同的形狀且形成在相同的位置中。因此，層疊體內(nèi)部歧管60延伸的方向平行于單體電池10的層疊方向。作為對(duì)比，端板內(nèi)部歧管61使得其延伸的方向(即，端板內(nèi)部歧管61的流路壁的方向；冷卻劑流動(dòng)的方向)相對(duì)于層疊體內(nèi)部歧管60的流路壁延伸的方向成角度地傾斜。 更具體地，端板內(nèi)部歧管61相對(duì)于單體電池10的層疊方向在一定方向上傾斜，使得在接觸凸緣50的側(cè)上的開口部分比接觸絕緣體板34的側(cè)上的開口部分距端板36的外周邊更遠(yuǎn)。 順便提及的是，端板36的孔部分41形成為使得端板內(nèi)部歧管61的流路橫截面具有總體上均勻的形狀。 而且，管道內(nèi)部流路62使得其延伸的方向(即，管道內(nèi)部流路62的流路壁延伸的方向；冷卻劑流動(dòng)的方向)在包括連接到端板36的連接部分的一部分處平行于端板內(nèi)部歧管61延伸的方向。即，冷卻劑當(dāng)從端板內(nèi)部歧管61流向管道內(nèi)部流路62時(shí)以直線流動(dòng)。圖5是示出了由層疊體內(nèi)部歧管60、端板內(nèi)部歧管61和管道內(nèi)部流路62延伸的方向形成的角度的視圖。在圖5中，通過(guò)端板內(nèi)部歧管61和管道內(nèi)部流路62相對(duì)于層疊體內(nèi)部歧管60延伸的方向形成的的角度限定為角度θ。順便提及的是，在此示例實(shí)施例中， 如果連接流路橫截面的中心的線用作流路的流路軸線，則流路延伸的方向可稱為流路的流路軸線的方向。如上所述，在端板36的表面處，包括孔部分41的區(qū)域是傾斜區(qū)域36a。如在圖4 中所示，此傾斜區(qū)域36a相對(duì)于端板36的表面(即形成端板36的平表面的其它平的區(qū)域) 所形成的角度與端板內(nèi)部歧管61和管道內(nèi)部流路62延伸的方向和層疊方向之間形成的角度是相同的角度θ。在此，凸緣50的接觸端板36的表面形成為在靠近連接到端板36的部分處垂直于管道內(nèi)部流路62。因此，可使得端板內(nèi)部歧管61和管道內(nèi)部流路62延伸的方向通過(guò)將凸緣50固定到以上述角度傾斜的傾斜區(qū)域36a而重疊為一條直線。順便提及的是，在圖3至圖5中，圖示了涉及孔部分41的流路的連接結(jié)構(gòu)，但流路的連接結(jié)構(gòu)對(duì)于其它孔部分42至44也相同。在此示例實(shí)施例中，傾斜區(qū)域36a形成為包括在端板36的表面內(nèi)的三個(gè)孔部分41至43。而且，傾斜區(qū)域36b形成為包括孔部分44。 在此類型的端板36的情況下，對(duì)應(yīng)于孔部分42、43和44的端板內(nèi)部歧管也設(shè)置為使得它們延伸的方向相對(duì)于層疊方向傾斜，離開端板36的更靠近帶有連接到流體供給和排出設(shè)備的部分的側(cè)上的表面的外周邊?？墒沟枚税鍍?nèi)部歧管和管道內(nèi)部流路延伸的方向通過(guò)將管道與孔部分42至44經(jīng)由類似于凸緣50的凸緣連接在傾斜區(qū)域36a和36b處而重疊為直線。在端板36中，孔部分45和46可設(shè)置在以上所述的平的區(qū)域內(nèi)。對(duì)應(yīng)于設(shè)置在此類平的區(qū)域內(nèi)的孔部分45和46的端板內(nèi)部歧管不相對(duì)于層疊方向傾斜，而是替代地設(shè)置為與層疊體內(nèi)部歧管重疊為直線。順便提及的是，在圖3中，凸緣50僅將冷卻劑供給管道連接到冷卻劑供給歧管，而結(jié)構(gòu)可以不同。例如，對(duì)應(yīng)于多個(gè)連接位置的凸緣可通過(guò)單獨(dú)部分形成為將流體供給和排出設(shè)備連接到燃料電池組15內(nèi)部的歧管的凸緣。更具體地，除冷卻劑供給設(shè)備的管道外， 用于氧化氣體供給設(shè)備的管道和用于冷卻劑排出設(shè)備的管道可被打開，可形成對(duì)應(yīng)于除孔部分41之外的孔部分42和43的螺栓孔和0型溝槽，且可使用可將對(duì)應(yīng)于孔部分41至43 的管道一起連接的凸緣。可選地，作為設(shè)置傾斜區(qū)域36a作為包括所有孔部分41至43的區(qū)域的替代，可相互分開地設(shè)置類似于對(duì)應(yīng)于孔部分44設(shè)置的傾斜區(qū)域36b的對(duì)應(yīng)于孔部分41、42和43中的每個(gè)孔部分的傾斜區(qū)域。在此情況中，其中相應(yīng)的單獨(dú)管道打開的凸緣可連接到每個(gè)孔部分。根據(jù)如上所述形成的示例實(shí)施例的燃料電池設(shè)備，在端板內(nèi)部歧管61的凸緣側(cè)開口部分處，通過(guò)使端板內(nèi)部歧管61向內(nèi)部在離開端板36的外周邊的方向上相對(duì)于層疊體內(nèi)部歧管60傾斜可保證距端板外周邊的更大距離。因此，可抑制燃料電池組15變大而不改變層疊體內(nèi)部歧管60的布置。此外，根據(jù)此示例實(shí)施例，傾斜區(qū)域設(shè)置在端板36上， 使得端板內(nèi)部歧管和管道內(nèi)部流路延伸的方向重疊為直線，因此使得通過(guò)螺栓陽(yáng)實(shí)現(xiàn)的緊固強(qiáng)度增加。在后文中，將詳細(xì)描述示例實(shí)施例的效果。在燃料電池中，一般優(yōu)選地保證其中生成電力的更大的區(qū)域，即其中電池內(nèi)的氣體流路形成在MEA 20內(nèi)的更大的區(qū)域，以增加燃料電池的電力生成性能。因此，用于供給和排出流體的設(shè)置在燃料電池組內(nèi)的歧管優(yōu)選地布置在盡可能靠近電池組側(cè)表面的位置中。即，考慮到氣體分離器25和沈在靠近設(shè)置有用于形成歧管的孔部分81至86的位置處的強(qiáng)度等，孔部分81至86優(yōu)選地形成為盡可能靠近氣體分離器25和沈的外周邊。同時(shí)，當(dāng)將流體供給和排出管道通過(guò)凸緣連接到歧管時(shí)，當(dāng)設(shè)置在端板36內(nèi)的螺栓孔47的深度增加時(shí)，且當(dāng)螺栓孔47的直徑增加且使用更粗的螺栓時(shí)，連接強(qiáng)度可增加更多。此外，為保證在凸緣的安裝部分處的可密封性，必須使用充分大的0型圈。因此，為保證用于布置充分大的螺栓和0型圈來(lái)增加端板36和凸緣50之間的連接的可靠性的空間， 希望保證在孔部分41至46和凸緣和端板的外周邊之間的更大的距離。為實(shí)現(xiàn)此目的，例如，一個(gè)可能的方式是使得端板36略大于氣體分離器25和26。 以此類型的結(jié)構(gòu)，孔部分41至46和端板36的外周邊之間的距離可在端板36處增加，從而使得易于保證通過(guò)螺栓的連接強(qiáng)度。然而，這樣的結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致整個(gè)燃料電池組的尺寸的增加，因此其可能難于使用。圖6是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)的框架形式的截面圖，所述結(jié)構(gòu)使用了端板 136，在該端板136中端板內(nèi)部歧管61傾斜但該端板136不具有在表面上的傾斜區(qū)域。在圖6中，形成在單體電池10的層疊體內(nèi)部的層疊體內(nèi)部歧管60和層疊體的側(cè)表面之間的距離以距離C指示。如在圖6中示出，端板內(nèi)部歧管61的凸緣側(cè)開口部分和端板136的外周邊之間的距離是大于距離C的距離D，這是由于將端板內(nèi)部歧管61設(shè)置成傾斜的而使得凸緣側(cè)上的開口部分離開端板外周邊。以此方式增加端板內(nèi)部歧管61的凸緣側(cè)開口部分和端板136的外周邊之間的距離使得可保證其內(nèi)布置螺栓55和0型圈的更大的空間，而不增加端板136和凸緣50的尺寸。然而，通過(guò)以此方式使端板內(nèi)部歧管61相對(duì)于層疊方向傾斜，靠近端板136的外周邊設(shè)置的螺栓陽(yáng)和端板內(nèi)部歧管61之間的距離變得越靠近螺栓55的尖端就越小。螺栓陽(yáng)和端板內(nèi)部歧管61之間的距離變得越靠近螺栓55的尖端就越小的原因是螺栓典型地垂直于安裝表面被驅(qū)動(dòng)。因此，為避免螺栓55和端板內(nèi)部歧管61之間的干涉，螺栓孔可能需要形成為較短。然而，如果螺栓孔形成為較短，則連接強(qiáng)度可能由于不足的接合容許量而不足，此結(jié)構(gòu)因此可能難于使用。在此示例實(shí)施例中，如在圖4中所示，端板內(nèi)部歧管61相對(duì)于層疊方向傾斜，且傾斜區(qū)域36a和36b設(shè)置在端板36的表面上。因此，在端板內(nèi)部歧管61的凸緣側(cè)開口部分處，除增加距端板36的外周邊的距離的效果外，端板內(nèi)部歧管61和螺栓孔47的軸線可接近于平行。其結(jié)果是可抑制螺栓陽(yáng)的尖端部分靠近端板內(nèi)部歧管61，且因此可保證充分的螺栓長(zhǎng)度(允許量)，這使得連接強(qiáng)度可增加。此外，根據(jù)此示例實(shí)施例的燃料電池設(shè)備，因?yàn)槎税鍍?nèi)部歧管61延伸的方向與管道內(nèi)部路徑62延伸的方向重疊為直線，所以流路在端板內(nèi)部歧管61和管道內(nèi)部流路62的連接部分處不彎曲。因此，即使端板內(nèi)部歧管61相對(duì)于層疊方向傾斜，也可抑制流路的彎曲數(shù)量的增加。其結(jié)果是，由于流路內(nèi)的彎曲導(dǎo)致的壓力損失的增加可被抑制。順便提及的是，在第一示例實(shí)施例中，傾斜區(qū)域36a和傾斜區(qū)域36b設(shè)置在端板36 上，但也可僅設(shè)置它們之一。即使使用僅一個(gè)，仍可獲得抑制燃料電池組尺寸增加的效果。在圖2中，豎直方向指示為方向A，且水平方向指示為方向B。端板36靠近孔部分 41和45或孔部分42和46的側(cè)是垂向方向上的一側(cè)，且端板36的靠近孔部分41至43或孔部分44的側(cè)是水平方向上的一側(cè)。在以上所述的第一示例實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于端板36內(nèi)的孔部分41至43的端板內(nèi)部歧管61相對(duì)于層疊體內(nèi)部歧管60豎直向下地傾斜。而且， 對(duì)應(yīng)于端板36內(nèi)的孔部分44的端板內(nèi)部歧管61相對(duì)于層疊體內(nèi)部歧管60豎直向上地傾斜。作為結(jié)果，抑制了燃料電池組15在豎直方向上的尺寸增加。同時(shí)，也可抑制燃料電池組在水平方向上的尺寸增加。圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二示例實(shí)施例的燃料電池組215的外側(cè)的透視圖。除了燃料電池組215設(shè)置有端板236而非端板36之外，燃料電池組215具有與燃料電池組15相同的結(jié)構(gòu)。因此，相同的組成元件將通過(guò)相同的附圖標(biāo)號(hào)指示，且將省略這些元件的詳細(xì)描述。端板236包括傾斜區(qū)域36c和36d替代傾斜區(qū)域36a和36b。即，包括孔部分41 和45的區(qū)域是傾斜區(qū)域36c且包括孔部分42和46的區(qū)域是傾斜區(qū)域36d。而且，形成在端板236內(nèi)的對(duì)應(yīng)于孔部分41至45的端板內(nèi)部歧管在一定方向上傾斜地設(shè)置，使得凸緣側(cè)開口部分離開端板236的外周邊(即在圖7中的水平方向上相對(duì)于層疊體內(nèi)部歧管向右傾斜)，而形成在端板236內(nèi)對(duì)應(yīng)于孔部分42和46的端板內(nèi)部歧管傾斜地設(shè)置，使得凸緣側(cè)開口部分離開端板236的外周邊(即在圖7中的水平方向上相對(duì)于層疊體內(nèi)部歧管向左傾斜)。端板內(nèi)部歧管和管道內(nèi)部流路延伸的方向可通過(guò)將相應(yīng)的流體供給和排出管道經(jīng)由凸緣50在傾斜區(qū)域36c和36d處連接到孔部分41、42、45和46而形成為直線。通過(guò)此類結(jié)構(gòu)，第二示例實(shí)施例可抑制燃料電池組215的尺寸在水平方向上增加。替代地，也可抑制燃料電池組的尺寸在豎直方向和水平方向兩個(gè)方向上增加。現(xiàn)在將此類結(jié)構(gòu)作為第三示例實(shí)施例描述。圖8是在根據(jù)第三示例實(shí)施例的燃料電池組內(nèi)替代端板36所使用的端板336的結(jié)構(gòu)的視圖。在此第三示例實(shí)施例中，與第一示例實(shí)施例中相同的組成元件將通過(guò)相同的附圖標(biāo)號(hào)指示，且將省略對(duì)于這些元件的詳細(xì)描述。圖8是僅靠近孔部分42處的結(jié)構(gòu)的放大視圖。在第三示例實(shí)施例中，設(shè)置有孔部分42的區(qū)域是傾斜區(qū)域36e。在端板336內(nèi)，端板內(nèi)部歧管形成為使得端板內(nèi)部歧管的凸緣側(cè)開口部分比層疊體側(cè)開口部分距形成靠近孔部分42的端板角部的兩側(cè)更遠(yuǎn)。即，端板內(nèi)部歧管延伸的方向相對(duì)于層疊體內(nèi)部歧管向端板336的中心部分傾斜。傾斜區(qū)域36e的傾斜角度是當(dāng)冷卻劑排出設(shè)備的管道經(jīng)由凸緣50被連接時(shí)端板內(nèi)部歧管和管道內(nèi)部流路延伸的方向能夠重疊為直線的角度。順便提及的是，以第三示例實(shí)施例的此類型的端板336，也在包括設(shè)置在端板的另一個(gè)角部上的孔部分41的區(qū)域內(nèi)，足夠的是設(shè)置類似于傾斜區(qū)域36e的傾斜表面，且端板內(nèi)部歧管形成為使得端板內(nèi)部歧管延伸的方向朝向端板的中心部分傾斜。而且，對(duì)于設(shè)置在形成端板的外周邊的側(cè)的中央內(nèi)的孔部分，正如孔部分44，僅需設(shè)置類似于圖2中示出的傾斜區(qū)域36b的傾斜區(qū)域。而且，端板內(nèi)部歧管也僅需相對(duì)于層疊體內(nèi)部歧管在凸緣側(cè)開口部分離開端板的外周邊的方向上傾斜。此類結(jié)構(gòu)使得可抑制燃料電池組的尺寸在豎直方向和水平方向兩個(gè)方向上增加。雖然本發(fā)明已參考其示例實(shí)施例描述，但應(yīng)理解的是本發(fā)明不限制于示例實(shí)施例。即，本發(fā)明可執(zhí)行為以多種方式中的任一種方式修改或改進(jìn)的模式而不偏離本發(fā)明的范圍。例如，下述的修改示例也是可以的。當(dāng)設(shè)置在端板內(nèi)的螺栓孔47的布置不同于以上所述的第一至第三示例實(shí)施例中的布置時(shí)也可獲得類似的效果。圖9A是螺栓孔47如在第一至第三示例實(shí)施例中的布置的視圖。而且，圖9B是根據(jù)對(duì)于這些示例實(shí)施例的修改示例的螺栓孔47的布置的視圖，其與第一至第三示例實(shí)施例中的布置不同。如上所述，設(shè)置傾斜區(qū)域且使端板內(nèi)部歧管傾斜使得可保證孔部分(即圖9中的孔部分41)和端板外周邊(在圖9中通過(guò)側(cè)部的E指示)之間的距離(在圖9中通過(guò)距離G表示)，且因此可保證設(shè)置螺栓孔47的空間。在第一至第三示例實(shí)施例中，在豎直方向上通過(guò)靠近側(cè)部的E的螺栓孔的中心的線(即圖9中的線F) 通過(guò)孔部分41的中心，因此從保證距離G所獲得的效果是明顯的。然而，在豎直方向上通過(guò)靠近側(cè)部的E的螺栓孔的中心的線(在圖9中通過(guò)線F指示)不必通過(guò)孔部分41的中心，如在圖9B中示出。只要螺栓孔47在距側(cè)部的E的距離G的范圍內(nèi)，就可獲得相同的效果。而且，在第一至第三示例實(shí)施例中，與流體供給和排出設(shè)備的所有連接設(shè)置在布置了燃料電池組的一個(gè)端部的端板處，但結(jié)構(gòu)可以不同。例如，燃料電池組內(nèi)的歧管的至少一部分可在另一個(gè)端板側(cè)處打開。在此情況中，端板內(nèi)部歧管和傾斜區(qū)域可形成在兩個(gè)端板上，以保證距端板外周邊的距離。在第一至第三示例實(shí)施例中，端板內(nèi)部歧管61和管道內(nèi)部流路62重疊成直線，但結(jié)構(gòu)可以不同。傾斜表面可簡(jiǎn)單地設(shè)置在端板上，使得通過(guò)靠近連接部分處管道內(nèi)部流路 62延伸的方向和層疊體內(nèi)部歧管60延伸的方向所形成的角度接近通過(guò)端板內(nèi)部歧管61延伸的方向和層疊體內(nèi)部歧管60延伸的方向所形成的角度。例如，靠近連接部分處管道內(nèi)部流路62延伸的方向可在與端板內(nèi)部歧管延伸的方向相同的方向上相對(duì)于層疊方向傾斜， 且在靠近連接部分處管道內(nèi)部流路62延伸的方向和層疊方向之間形成的角度可小于等于在端板內(nèi)部歧管延伸方向和層疊方向之間形成的角度。根據(jù)此類結(jié)構(gòu)，可通過(guò)避免螺栓55 和端板內(nèi)部歧管61之間的干涉來(lái)獲得提高螺栓緊固強(qiáng)度的相同效果。而且，在第一至第三示例實(shí)施例中，流體供給和排出設(shè)備的管道內(nèi)的流路，以及設(shè)置在集電器板30、絕緣體板34和端板36內(nèi)的孔部分41至46具有相同的截面尺寸，且具有相互重疊的形狀，但結(jié)構(gòu)可以不同。即，只要流路形成為使得它們延伸的方向如它們?cè)谑纠龑?shí)施例中一樣地傾斜，就可獲得相同的效果。然而，優(yōu)選的是流路的截面積相等，以抑制流路內(nèi)部的壓力損失的增加。此外，在第一至第三示例實(shí)施例中，端板內(nèi)部歧管向電池表面的中心部分傾斜，以保證螺栓緊固強(qiáng)度，但結(jié)構(gòu)可以不同。即，當(dāng)需要將端板內(nèi)部歧管在某方向上傾斜時(shí)，通過(guò)在連接管道的連接部分處應(yīng)用本發(fā)明且在端板上設(shè)置傾斜區(qū)域，可獲得抑制端板內(nèi)部歧管和螺栓孔之間的干涉的相同的效果。而且，也可獲得抑制由于流路內(nèi)的彎曲導(dǎo)致的流體壓力損失的相同效果。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池設(shè)備，其特征在于包括燃料電池組(15)，在所述燃料電池組(1 中，端板(36、37)布置在電池層疊體的兩端處，所述電池層疊體包括多個(gè)層疊的單體電池(10)；以及管道，所述管道用螺栓固定至所述燃料電池組(1 的所述端板，并且所述管道將流體供給到所述燃料電池組(1 且使流體從所述燃料電池組(1 排出，其中，層疊體內(nèi)部歧管(60)形成在所述電池層疊體的內(nèi)部，所述層疊體內(nèi)部歧管(60) 是用于所述流體的流路，且設(shè)置成延伸通過(guò)所述電池層疊體；端板內(nèi)部歧管(61)形成在所述端板的內(nèi)部，所述端板內(nèi)部歧管(61)與所述層疊體內(nèi)部歧管陽(yáng)0)連通，并且所述端板內(nèi)部歧管(61)相對(duì)于所述層疊體內(nèi)部歧管(60)延伸的方向傾斜一定角度地延伸；管道內(nèi)部流路(6 形成在所述管道的內(nèi)部，所述管道內(nèi)部流路(6 連接到所述端板內(nèi)部歧管(61)； 并且，所述管道內(nèi)部流路(6 的包括連接到所述端板(36、37)的連接部分的一部分使得所述一部分延伸的方向相對(duì)于垂直于端板表面的方向、在與所述端板內(nèi)部歧管(61)傾斜的方向相同的方向上傾斜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池設(shè)備，其中，所述管道內(nèi)部流路(6 的包括所述連接部分的所述一部分使得所述一部分延伸的方向相對(duì)于垂直于所述端板表面的方向、以小于或等于所述端板內(nèi)部歧管(61)傾斜的角度的角度傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池設(shè)備，其中，所述管道內(nèi)部流路(6 的包括所述連接部分的所述一部分形成為使得所述一部分延伸的方向平行于所述端板內(nèi)部歧管 (61)延伸的方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的燃料電池設(shè)備，其中，所述管道在端部處具有凸緣(50)，所述凸緣(50)用于將所述管道用螺栓固定至所述端板，并且，所述端板(36、37)形成有所述端板表面的固定所述凸緣(50)的區(qū)域來(lái)作為相對(duì)于所述端板表面傾斜的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的燃料電池設(shè)備，其中，使所述端板內(nèi)部歧管 (61)延伸的方向傾斜，以使得所述端板內(nèi)部歧管(61)的連接部分側(cè)的開口部分比所述端板內(nèi)部歧管(61)的電池層疊體側(cè)的開口部分離開所述端板的外周邊更遠(yuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的燃料電池設(shè)備，其中，所述流體是從包括氫且供給到陽(yáng)極的燃料氣體、包括氧且供給到陰極的氧化氣體、以及冷卻燃料電池的冷卻劑中選出的流體。
7.一種燃料電池端板，所述燃料電池端板布置在電池層疊體的兩端處，所述電池層疊體包括多個(gè)層疊的單體電池，所述燃料電池端板包括端板內(nèi)部歧管(61)，所述端板內(nèi)部歧管(61)形成在所述端板的內(nèi)部，并且所述端板內(nèi)部歧管(61)通過(guò)所述端板，并且所述端板內(nèi)部歧管(61)相對(duì)于垂直于端板表面的方向傾斜；以及傾斜表面，所述傾斜表面在所述端板的在與接觸所述電池層疊體的一側(cè)相反的一側(cè)的表面上、在包括所述端板內(nèi)部歧管(61)的開口部分的區(qū)域中、相對(duì)于所述端板表面傾斜，其中，垂直于所述傾斜表面的方向相對(duì)于所述端板表面在與所述端板內(nèi)部歧管(61) 相同的方向上傾斜。
全文摘要
一種燃料電池設(shè)備，包括燃料電池組(15)，其中端板(36、37)布置在電池層疊體的兩端處；和管道，該管道用螺栓固定到燃料電池組(15)且將流體供給到燃料電池組(15)和從燃料電池組(15)排出。相對(duì)于層疊體內(nèi)部歧管(60)延伸的方向成角度傾斜地延伸的端板內(nèi)部歧管(61)形成在端板內(nèi)部。管道內(nèi)部流路(62)形成在管道內(nèi)部。包括管道內(nèi)部流路(62)的連接端板部分的一部分延伸的方向相對(duì)于垂直于端板表面的方向、以與端板內(nèi)部歧管(61)傾斜的方向相同的方向傾斜。
文檔編號(hào)H01M8/24GK102376965SQ20111022892
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
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