CN111834645B - 燃料电池堆以及燃料电池堆的制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及燃料电池堆以及燃料电池堆的制造方法。在燃料电池堆(10)以及燃料电池堆(10)的制造方法中，在层叠体(14)被施加紧固载荷之前的第一橡胶密封构件(56)的沿着层叠方向的第一厚度(d1)设定为如下那样的厚度：在层叠体(14)被施加紧固载荷时，第一橡胶密封构件(56)的沿着层叠方向的第一变形量(Δx1)比第一密封用凸起部(54)的顶部(62)的沿着层叠方向的第二变形量(Δy1)大。

Description

燃料电池堆以及燃料电池堆的制造方法

技术领域

本发明涉及具备层叠多个发电单电池而形成的层叠体的燃料电池堆以及燃料电池堆的制造方法，所述发电单电池具有在电解质膜的两侧配设电极而形成的电解质膜-电极结构体、在所述电解质膜-电极结构体的两侧配设的金属隔板。

背景技术

例如，在专利文献1公开了具备用于防止流体(反应气体和冷却介质)从电解质膜-电极结构体与金属隔板之间向外部泄漏的密封线的燃料电池堆。密封线具有从金属隔板中电解质膜-电极结构体所处位置侧的面突出的密封用凸起部、在密封用凸起部的顶部设置的树脂件。以规定的表面压力作用于树脂件的密封面的方式对层叠体施加紧固载荷。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-139218号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，在层叠体被施加紧固载荷时，密封用凸起部的顶部被推向电解质膜-电极结构体的相反侧而变形。在该情况下，可能会导致无法使充分的表面压力作用于树脂件的密封面，因而无法确保密封线的密封性。

本发明是考虑这样的问题而做出的，目的在于提供能够确保密封线的密封性的燃料电池堆以及燃料电池堆的制造方法。

用于解决问题的方案

本发明的一方式涉及燃料电池堆，具备层叠多个发电单电池而形成的层叠体，所述发电单电池具有在电解质膜的两侧配设电极而形成的电解质膜-电极结构体、在所述电解质膜-电极结构体的两侧配设的金属隔板，所述层叠体在所述层叠体的层叠方向被施加紧固载荷，在所述金属隔板设置用于防止流体从所述电解质膜-电极结构体与所述金属隔板之间向外部泄漏的密封线，所述燃料电池堆中，所述密封线具有：密封用凸起部，其从所述金属隔板中所述电解质膜-电极结构体所处位置侧的面突出；以及橡胶密封构件，其被夹装在所述密封用凸起部的顶部与所述电解质膜的外周部之间，或者被夹装在所述密封用凸起部的顶部与沿着所述电解质膜的外周设置的框部之间，在所述层叠体被施加所述紧固载荷之前的所述橡胶密封构件的沿着所述层叠方向的厚度设定为如下那样的厚度：在所述层叠体被施加所述紧固载荷时，所述橡胶密封构件的沿着所述层叠方向的变形量比所述密封用凸起部的沿着所述层叠方向的变形量大。

本发明的其他方式涉及燃料电池堆的制造方法，该燃料电池堆具备层叠多个发电单电池而形成的层叠体，所述发电单电池具有在电解质膜的两侧配设电极而形成的电解质膜-电极结构体、在所述电解质膜-电极结构体的两侧配设的金属隔板，在所述金属隔板设置用于防止流体从所述电解质膜-电极结构体与所述金属隔板之间向外部泄漏的密封线，该燃料电池堆的制造方法中，所述密封线具有：密封用凸起部，其从所述金属隔板中所述电解质膜-电极结构体所处位置侧的面突出；以及橡胶密封构件，其被夹装在所述密封用凸起部的顶部与所述电解质膜的外周部之间，或者被夹装在所述密封用凸起部的顶部与沿着所述电解质膜的外周设置的框部之间，所述燃料电池堆的制造方法包括：准备工序，准备多个所述发电单电池；以及紧固工序，在层叠多个所述发电单电池的状态下向层叠方向施加紧固载荷，由此使所述密封用凸起部和所述橡胶密封构件在所述层叠方向变形，用于形成所述准备工序所准备的所述发电单电池的所述橡胶密封构件的沿着所述层叠方向的厚度设定为如下那样的厚度：在所述紧固工序时，所述橡胶密封构件的沿着所述层叠方向的变形量比所述密封用凸起部的沿着所述层叠方向的变形量大。

发明的效果

根据本发明，在层叠体被施加紧固载荷时，橡胶密封构件的沿着层叠方向的变形量比密封用凸起部的沿着层叠方向的变形量大。由此，在层叠体被施加紧固载荷时，即使在密封用凸起部的顶部被推向橡胶密封构件的相反侧而变形的情况下，也能够用橡胶密封构件的变形来弥补密封用凸起部的变形量由此防止在橡胶密封构件的密封面形成间隙。因而，能够使充分的表面压力作用于橡胶密封构件的密封面，从而能够确保密封线的密封性。

参照附图说明以下的实施方式的说明，能够容易理解上述的目的、特征以及优点。

附图说明

图1是本发明的一实施方式涉及的燃料电池堆的立体说明图。

图2是构成所述燃料电池堆的发电单电池的局部省略纵剖视图。

图3是所述发电单电池的分解立体图。

图4是构成所述发电单电池的第一金属隔板的主视说明图。

图5A是示出所述燃料电池堆的层叠体被施加层叠方向的紧固载荷之前的第一密封线的说明图，图5B是示出所述燃料电池堆的层叠体被施加层叠方向的紧固载荷的状态下的第一密封线的变形的说明图。

图6A是示出所述层叠体被施加层叠方向的紧固载荷之前的第二密封线的说明图，图6B是示出所述燃料电池堆的层叠体被施加层叠方向的紧固载荷的状态下的第二密封线的变形的说明图。

图7是示出第一橡胶密封构件(第二橡胶密封构件)的厚度与变形量之间的关系的曲线图。

图8是变形例涉及的第一密封线和第二密封线的剖视说明图。

具体实施方式

以下，举出优选的实施方式并参照附图来说明本发明涉及的燃料电池堆以及燃料电池堆的制造方法。

如图1和图2所示，本发明的燃料电池堆10具备将多个发电单电池12在水平方向(箭头符号A方向)层叠而形成的层叠体14。但是，层叠体14也可以是将多个发电单电池12在重力方向(箭头符号C方向)层叠来构成的。燃料电池堆10例如搭载于未图示的燃料电池电动汽车等燃料电池车辆。

在图1中，在层叠体14的层叠方向(箭头符号A方向)一端，朝向外方依次配设接线板16a、绝缘件18a以及端板20a。在层叠体14的层叠方向另一端，朝向外方依次配设接线板16b、绝缘件18b以及端板20b。在接线板16a、16b设置向层叠方向外方延伸出的端子部22a、22b。

如图1所示，端板20a、20b具有横长(也可以是纵长)的长方形状，并且在各个边之间配置连结杆24。各个连结杆24的两端借助螺栓26被固定在端板20a、20b的内表面，对多个层叠的发电单电池12施加层叠方向(箭头符号A方向)的紧固载荷。此外，在燃料电池堆10中，也可以构成为，具备将端板(日文：エンドプレート)20a、20b设为端板的筐体，在所述筐体内收容层叠体14。

如图2和图3所示，发电单电池12是电解质膜-电极结构体(以下有时称为“MEA28”)被第一金属隔板30和第二金属隔板32夹持而形成的。第一金属隔板30和第二金属隔板32例如是将钢板、不锈钢板、铝板、镀处理钢板、或者在其金属表面实施了用于防腐蚀的表面处理的金属薄板的截面冲压成型为波形来构成的。第一金属隔板30与第二金属隔板32通过对外周进行焊接、钎焊、嵌塞(日文：かしめ)等而接合为一体，构成接合隔板33。

在图3中，在发电单电池12的长边方向即箭头符号B方向(水平方向)的一端缘部，沿箭头符号C方向排列设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。在各个发电单电池12设置的氧化剂气体入口连通孔34a在层叠方向(箭头符号A方向)彼此连通，来供给氧化剂气体，例如含氧气体。在各个发电单电池12设置的冷却介质入口连通孔36a在层叠方向彼此连通，来供给冷却介质，例如纯水、乙二醇、油等。在各个发电单电池12设置的燃料气体出口连通孔38b在层叠方向彼此连通，来排出燃料气体，例如含氢气体。

在发电单电池12的箭头符号B方向的另一端缘部，沿箭头符号C方向排列设置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。在各个发电单电池12设置的燃料气体入口连通孔38a在层叠方向彼此连通，来供给燃料气体。在各个发电单电池12设置的冷却介质出口连通孔36b在层叠方向彼此连通，来排出冷却介质。在各个发电单电池12设置的氧化剂气体出口连通孔34b在层叠方向彼此连通，来排出氧化剂气体。

氧化剂气体入口连通孔34a和氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b的配置、形状以及大小不限定于本实施方式，根据所要求的规格来适当地设定即可。

如图2和图3所示，MEA 28具有电解质膜40、夹持电解质膜40的阴极电极42和阳极电极44以及沿着电解质膜40的外周设置的树脂膜46(树脂框构件、框部)。电解质膜40例如是作为含有水分的全氟磺酸的薄膜的固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。电解质膜40除了使用氟系电解质以外，还可以使用HC(碳化氢)系电解质。电解质膜40具有比阴极电极42和阳极电极44小的平面尺寸(外形尺寸)。电解质膜40具有与电极外周重叠的重叠部。

阴极电极42包括与电解质膜40的一方的面40a接合的第一电极催化剂层42a、层叠于第一电极催化剂层42a的第一气体扩散层42b。第一电极催化剂层42a具有比第一气体扩散层42b小的外形尺寸，并且设定为与电解质膜40相同(或者小于等于)的外形尺寸。而且，第一电极催化剂层42a也可以具有与第一气体扩散层42b相同的外形尺寸。

阳极电极44包括与电解质膜40的面40b接合的第二电极催化剂层44a、层叠于所述第二电极催化剂层44a的第二气体扩散层44b。第二电极催化剂层44a具有比第二气体扩散层44b小的外形尺寸，并且设定为与电解质膜40相同(或者小于等于)的外形尺寸。而且，第二电极催化剂层44a也可以具有与第二气体扩散层44b相同的外形尺寸。

第一电极催化剂层42a例如是在第一气体扩散层42b的表面均匀地涂布表面承载有白金合金的多孔质碳粒子而形成的。第二电极催化剂层44a例如是在第二气体扩散层44b的表面均匀地涂布表面承载有白金合金的多孔质碳粒子而形成的。第一气体扩散层42b和第二气体扩散层44b由碳纸、碳布等形成。

在第一气体扩散层42b的外周缘部与第二气体扩散层44b的外周缘部之间，夹持具有框形状的树脂膜46。树脂膜46的内周端面与电解质膜40的外周端面接近或者抵接。如图3所示，在树脂膜46的箭头符号B方向的一端缘部设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。在树脂膜46的箭头符号B方向的另一端缘部设置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。

树脂膜46例如由PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP(液晶聚合物)、PVDF(聚偏氟乙烯)、硅树脂、氟树脂、或者m-PPE(改性聚苯醚树脂)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或者改性聚烯烃构成。而且也可以是，不使用树脂膜46，而使电解质膜40向外方突出。另外也可以是，在向外方突出的电解质膜40的两侧设置框形状的膜。

如图4所示，第一金属隔板30的朝向MEA 28的面30a，例如设置沿箭头符号B方向延伸的氧化剂气体流路48。氧化剂气体流路48与氧化剂气体入口连通孔34a和氧化剂气体出口连通孔34b可流通流体地连通。氧化剂气体流路48在沿箭头符号B方向延伸的多个凸部48a之间具有直线状流路槽48b(或者波状流路槽)。

在氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体流路48之间，设置具有多个压花部的入口缓冲部50a。在氧化剂气体出口连通孔34b与氧化剂气体流路48之间，设置具有多个压花部的出口缓冲部50b。

在第一金属隔板30的面30a，设置用于防止流体(氧化剂气体、燃料气体以及冷却介质)从MEA 28与第一金属隔板30之间向外部泄漏的第一密封线52。

第一密封线52具有在第一金属隔板30的面30a的外周缘部围绕的外侧密封部52a。第一密封线52具有围绕氧化剂气体流路48、氧化剂气体入口连通孔34a以及氧化剂气体出口连通孔34b并且使这些连通的内侧密封部52b。第一密封线52还具有分别围绕燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a以及冷却介质出口连通孔36b的连通孔密封部52c。而且，外侧密封部52a根据需要设置即可，也能够设为不要外侧密封部52a。

如图2所示，第一密封线52具有从第一金属隔板30的面30a朝向层叠方向(MEA 28的树脂膜46)突出的第一密封用凸起部54、设置于第一密封用凸起部54的第一橡胶密封构件56。

第一密封用凸起部54通过冲压成型向第一金属隔板30的面30a鼓出成形。第一密封用凸起部54形成为前端变细形状。换言之，第一密封用凸起部54形成为梯形。

第一密封用凸起部54具有以彼此相向的方式配置的第一侧壁部58和第二侧壁部60、将第一侧壁部58和第二侧壁部60的前端彼此连结的顶部62。第一侧壁部58与第二侧壁部60之间的间隔朝向顶部62逐渐变窄。在层叠方向被施加紧固载荷的状态下，顶部62形成为平坦状。也就是说，第一密封用凸起部54的突出端面55是沿与层叠方向正交的方向延伸的平坦面。

作为第一橡胶密封构件56的结构材料能够使用EPDM(三元乙丙橡胶)、N BR、氟系橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、苯乙烯橡胶、氯丁二烯橡胶或者丙烯橡胶等以及上述橡胶的多孔质体。第一橡胶密封构件56被固定于第一密封用凸起部54的顶部62(突出端面55)。即，第一橡胶密封构件56被夹装于第一密封用凸起部54的顶部62与树脂膜46之间。也可以是，第一橡胶密封构件56被固定于树脂膜46。

如图3所示，在第二金属隔板32的朝向MEA 28的面32a，例如形成沿箭头符号B方向延伸的燃料气体流路64。燃料气体流路64与燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b可流通流体地连通。燃料气体流路64在沿箭头符号B方向延伸的多个凸部64a之间具有直线状流路槽64b(或者波状流路槽)。

在燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路64之间，设置具有多个压花部的入口缓冲部66a。在燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路64之间，设置具有多个压花部的出口缓冲部66b。

在第二金属隔板32的面32a，设置用于防止流体(氧化剂气体、燃料气体以及冷却介质)从MEA 28与第二金属隔板32之间向外部泄漏的第二密封线68。

第二密封线68具有在第二金属隔板32的面32a的外周缘部围绕的外侧密封部68a。第二密封线68具有围绕燃料气体流路64、燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b并且使这些连通的内侧密封部68b。第二密封线68还具有分别围绕氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、冷却介质入口连通孔36a以及冷却介质出口连通孔36b的连通孔密封部68c。而且，外侧密封部68a根据需要设置即可，也能够设为不要外侧密封部68a。

如图2所示，第二密封线68具有从第二金属隔板32的面32a朝向层叠方向(MEA 28的树脂膜46)突出的第二密封用凸起部70、设置于第二密封用凸起部70的第二橡胶密封构件72。

第二密封用凸起部70通过冲压成型向第二金属隔板32的面32a鼓出成形。第二密封用凸起部70形成为前端变细形状。换言之，第二密封用凸起部70形成为梯形。

第二密封用凸起部70具有以彼此相向的方式配置的第一侧壁部74和第二侧壁部76、将第一侧壁部74和第二侧壁部76的前端彼此连结的顶部78。第一侧壁部74与第二侧壁部76之间的间隔朝向顶部78逐渐变窄。在层叠方向被施加紧固载荷的状态下，顶部78形成为平坦状。也就是说，第二密封用凸起部70的突出端面75是沿与层叠方向正交的方向延伸的平坦面。

作为第二橡胶密封构件72的结构材料能够使用与第一橡胶密封构件56同样的材料。第二橡胶密封构件72被固定于第二密封用凸起部70的顶部78(突出端面75)。即，第二橡胶密封构件72被夹装于第二密封用凸起部70的顶部78与树脂膜46之间。也可以是，第二橡胶密封构件72被固定于树脂膜46。

在图3中，在相互接合的第一金属隔板30的面30b与第二金属隔板32的面32b之间，形成与冷却介质入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b可流通流体地连通的冷却介质流路80。形成有氧化剂气体流路48的第一金属隔板30的背面形状与形成有燃料气体流路64的第二金属隔板32的背面形状重合来形成冷却介质流路80。

然后，关于这样的燃料电池堆10，用与燃料电池堆10的制造方法之间的关系来对第一密封线52和第二密封线68进一步说明。

在制造燃料电池堆10的情况下，进行如下工序：准备工序，准备多个发电单电池12；紧固工序，在层叠多个发电单电池12的状态下向层叠方向施加紧固载荷，由此使第一密封用凸起部54、第一橡胶密封构件56、第二密封用凸起部70以及第二橡胶密封构件72在层叠方向变形。

如图5A所示，在层叠体14被施加紧固载荷之前的状态下(在施加紧固载荷前的准备工序中)，第一密封用凸起部54的顶部62朝向树脂膜46圆弧状地突出。即，在施加紧固载荷前，第一密封用凸起部54的突出端面55是凸状的弯曲面。另外，如图6A所示，在施加紧固载荷前(准备工序)，第二密封用凸起部70的顶部78朝向树脂膜46圆弧状地突出。即，在施加紧固载荷前，第二密封用凸起部70的突出端面75是凸状的弯曲面。而且，图5A和图6A示出了在第一密封用凸起部54设置第一橡胶密封构件56并且在第二密封用凸起部70设置第二橡胶密封构件72的结构。另一方面，在将第一橡胶密封构件56和第二橡胶密封构件72设置于树脂膜46的情况下，成为与图5A和图6A所示的第一橡胶密封构件56和第二橡胶密封构件72的形状不同的形状。

而且，在紧固工序中，当层叠体14被施加层叠方向的紧固载荷时，第一密封用凸起部54的顶部62被推压向树脂膜46的相反侧而变形为平坦状(参照图5B)，第二密封用凸起部70的顶部78被推压向树脂膜46的相反侧而变形为平坦状(参照图6B)。另外，这时，第一橡胶密封构件56和第二橡胶密封构件72分别在层叠方向弹性变形(压缩变形)(参照图5A至图6B)。

即，在图5B和图6B中，在层叠体14被施加紧固载荷的状态下(在施加紧固载荷状态下)，第一密封用凸起部54的顶部62与第二密封用凸起部70的顶部78分别形成为平坦状。换言之，第一密封用凸起部54的突出端面55与第二密封用凸起部70的突出端面75分别成为沿与层叠方向正交的方向延伸的平坦面。

在图5A和图5B中，施加紧固载荷前的第一橡胶密封构件56(用于形成准备工序所准备的发电单电池12的第一橡胶密封构件56)的沿着层叠方向的第一厚度d1设定为如下那样的厚度：在层叠体14被施加紧固载荷时(紧固工序时)，第一橡胶密封构件56的沿着层叠方向的第一变形量Δx1比第一密封用凸起部54的沿着层叠方向的第二变形量Δy1大。

第一橡胶密封构件56的第一变形量Δx1是从第一橡胶密封构件56的第一厚度d1减去施加紧固载荷状态的第一橡胶密封构件56的沿着层叠方向的第二厚度d2而得的量(Δx1＝d1-d2)。第一密封用凸起部54的第二变形量Δy1是从施加紧固载荷前的第一密封用凸起部54的第一高度h1减去施加紧固载荷状态的第一密封用凸起部54的第二高度h2而得的量(Δy1＝h1-h2)。

第一高度h1是从施加紧固载荷前的第一金属隔板30的面30a到第一密封用凸起部54的突出端(突出端面55中向树脂膜46侧最突出的部位)为止的距离。第二高度h2是从施加紧固载荷状态的第一金属隔板30的面30a到第一密封用凸起部54的突出端面55为止的距离。第一厚度d1比第二高度h2薄。但是，也可以是，第一厚度d1为第二高度h2以上的厚度。

在图6A和图6B中，施加紧固载荷前的第二橡胶密封构件72(用于形成准备工序所准备的发电单电池12的第二橡胶密封构件72)的沿着层叠方向的第三厚度d3设定为如下那样的厚度：在层叠体14被施加紧固载荷时(在紧固工序时)，第二橡胶密封构件72的沿着层叠方向的第三变形量Δx2比第二密封用凸起部70的沿着层叠方向的第四变形量Δy2大。

第二橡胶密封构件72的第三变形量Δx2是从第二橡胶密封构件72的第三厚度d3减去施加紧固载荷状态的第二橡胶密封构件72的沿着层叠方向的第四厚度d4而得的量(Δx2＝d3-d4)。第二密封用凸起部70的第四变形量Δy2是从施加紧固载荷前的第二密封用凸起部70的第三高度h3减去施加紧固载荷状态的第二密封用凸起部70的第四高度h4而得的量(Δy2＝h3-h4)。

第三高度h3是从施加紧固载荷前的第二金属隔板32的面32a到第二密封用凸起部70的突出端(突出端面75中向树脂膜46侧最突出的部位)为止的距离。第四高度h4是从施加紧固载荷状态的第二金属隔板32的面32a到第二密封用凸起部70的突出端面75为止的距离。第三厚度d3比第四高度h4薄。但是，也可以是，第三厚度d3为第四高度h4以上的厚度。

图7是示出施加紧固载荷前(没有施加紧固载荷的状态)的第一橡胶密封构件56(第二橡胶密封构件72)的厚度与施加固定的紧固载荷时的第一橡胶密封构件56(第二橡胶密封构件72)的变形量之间的关系的曲线图。图7示出了第一橡胶密封构件56(第二橡胶密封构件72)越厚则对于固定的紧固载荷而言变形量越大。如图7所示，第一橡胶密封构件56在施加紧固载荷前的沿着层叠方向的厚度为da的情况下，施加紧固载荷时的变形量与第一密封用凸起部54的第二变形量Δy1相同。因而，施加紧固载荷前的第一橡胶密封构件56的沿着层叠方向的第一厚度d1设定为比da厚。这样的第一厚度d1优选设定为40μm以上150μm以下。

第二橡胶密封构件72在施加紧固载荷前的沿着层叠方向的厚度为db的情况下，施加紧固载荷时的变形量与第二密封用凸起部70的第四变形量Δy2相同。因而，施加紧固载荷前的第二橡胶密封构件72的沿着层叠方向的第三厚度d3设定为比db厚。这样的第三厚度d3优选设定为40μm以上150μm以下。另外，第三厚度d3优选为与第一厚度d1相同。

以下说明这样构成的燃料电池堆10的动作。

首先，如图1所示，向端板20a的氧化剂气体入口连通孔34a供给氧化剂气体。向端板20a的燃料气体入口连通孔38a供给燃料气体。向端板20a的冷却介质入口连通孔36a供给冷却介质。

如图3所示，从氧化剂气体入口连通孔34a向第一金属隔板30的氧化剂气体流路48导入氧化剂气体。氧化剂气体沿着氧化剂气体流路48在箭头符号B方向移动，被供给至MEA28的阴极电极42。

另一方面，从燃料气体入口连通孔38a向第二金属隔板32的燃料气体流路64导入燃料气体。燃料气体沿着燃料气体流路64在箭头符号B方向移动，被供给至MEA 28的阳极电极44。

因而，在各个MEA 28中，被供给至阴极电极42的氧化剂气体与被供给至阳极电极44的燃料气体在第一电极催化剂层42a和第二电极催化剂层44a内因电化学反应被消耗，来进行发电。

接着，被供给至阴极电极42并被消耗了的氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔34b在箭头符号A方向被排出。同样地，被供给至阳极电极44并被消耗了的燃料气体沿着燃料气体出口连通孔38b在箭头符号A方向被排出。

另外，被供给至冷却介质入口连通孔36a的冷却介质被导入至在第一金属隔板30与第二金属隔板32之间形成的冷却介质流路80之后，在箭头符号B方向流通。该冷却介质在将MEA 28冷却之后，从冷却介质出口连通孔36b被排出。

在该情况下，本实施方式涉及的燃料电池堆10以及燃料电池堆10的制造方法实现以下的效果。

在层叠体14被施加紧固载荷之前的第一橡胶密封构件56(用于形成准备工序所准备的发电单电池12的第一橡胶密封构件56)的沿着层叠方向的第一厚度d1设定为如下那样的厚度：在层叠体14被施加紧固载荷时(在紧固工序时)，第一橡胶密封构件56的沿着层叠方向的第一变形量Δx1比第一密封用凸起部54的沿着层叠方向的第二变形量Δy1大。

因此，在层叠体14被施加紧固载荷时，即使在第一密封用凸起部54的顶部62被推向第一橡胶密封构件56的相反侧而变形的情况下，也能够用第一橡胶密封构件56的变形来弥补第一密封用凸起部54的变形量由此防止在第一橡胶密封构件56的密封面形成间隙。因而，能够使充分的表面压力作用于第一橡胶密封构件56的密封面，从而能够确保第一密封线52的密封性。

另外，在层叠体14被施加紧固载荷之前的第二橡胶密封构件72(用于形成准备工序所准备的发电单电池12的第二橡胶密封构件72)的沿着层叠方向的第三厚度d3设定为如下那样的厚度：在层叠体14被施加紧固载荷时(在紧固工序时)，第二橡胶密封构件72的沿着层叠方向的第三变形量Δx2比第二密封用凸起部70沿着层叠方向的第四变形量Δy2大。

由此，在层叠体14被施加紧固载荷时，即使在第二密封用凸起部70的顶部78被推向第二橡胶密封构件72的相反侧而变形的情况下，也能够用第二橡胶密封构件72的变形来弥补第二密封用凸起部70的变形量由此防止在第二橡胶密封构件72的密封面形成间隙。因而，能够使充分的表面压力作用于第二橡胶密封构件72的密封面，从而能够确保第二密封线68的密封性。

在对层叠体14施加有紧固载荷的状态下，第一密封用凸起部54的顶部62和第二密封用凸起部70的顶部78形成为平坦状。

由此，能够使充分的表面压力有效果地作用于第一橡胶密封构件56和第二橡胶密封构件72的密封面。

本发明不限定于上述的结构。如图8所示，也可以是，在第一金属隔板30的面30a设置第一密封线90。第一密封线90具有第一密封用凸起部54a和第一橡胶密封构件56。第一密封用凸起部54a的顶部62a向第一橡胶密封构件56的相反侧凹状地弯曲(压曲)。即，第一密封用凸起部54a的突出端面55a成为凹状的弯曲面。

施加紧固载荷前的第一橡胶密封构件56(用于形成准备工序所准备的发电单电池12的第一橡胶密封构件56)的沿着层叠方向的第一厚度d1设定为如下那样的厚度：在层叠体14被施加紧固载荷时(在紧固工序时)，第一橡胶密封构件56的沿着层叠方向的第一变形量Δx1比第一密封用凸起部54a的沿着层叠方向的第二变形量Δy1大。

在该情况下，施加紧固载荷状态的第一密封用凸起部54a的第二高度h2是从第一金属隔板30的面30a到第一密封用凸起部54a的突出端面55a的底部(突出端面55a中向树脂膜46的相反侧最凹陷的部位)为止的距离。

这样，即使在紧固工序时第一密封用凸起部54a的顶部62a为凹状地弯曲的情况下，也能够用第一橡胶密封构件56的变形来弥补第一密封用凸起部54a的变形量由此防止在第一橡胶密封构件56的密封面形成间隙。因而，能够使充分的表面压力作用于第一橡胶密封构件56的密封面，从而能够确保第一密封线90的密封性。

另外，也可以是，在第二金属隔板32的面32a设置第二密封线92。第二密封线92具有第二密封用凸起部70a和第二橡胶密封构件72。第二密封用凸起部70a的顶部78a向第二橡胶密封构件72的相反侧凹状地弯曲(压曲)。也就是说，第二密封用凸起部70a的突出端面75a成为凹状的弯曲面。

施加紧固载荷前的第二橡胶密封构件72(用于形成准备工序所准备的发电单电池12的第二橡胶密封构件72)的沿着层叠方向的第三厚度d3设定为如下那样的厚度：在层叠体14被施加紧固载荷时(在紧固工序时)，第二橡胶密封构件72的沿着层叠方向的第三变形量Δx2比第二密封用凸起部70a的沿着层叠方向的第四变形量Δy2大。

在该情况下，施加紧固载荷状态的第二密封用凸起部70a的第四高度h4是从第二金属隔板32的面32a到第二密封用凸起部70a的突出端面75a的底部(突出端面75a中向树脂膜46的相反侧最凹陷的部位)为止的距离。

这样，在紧固工序时，即使在第二密封用凸起部70a的顶部78a为凹状地弯曲的情况下，也能够用第二橡胶密封构件72的变形来弥补第二密封用凸起部70a的变形量由此防止在第二橡胶密封构件72的密封面形成间隙。因而，能够使充分的表面压力作用于第二橡胶密封构件72的密封面，从而能够确保第二密封线92的密封性。

本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种改变。

将以上的实施方式总结如下。

上述实施方式公开了燃料电池堆10，具备层叠多个发电单电池12而形成的层叠体14，所述发电单电池12具有在电解质膜40的两侧配设电极42、44而形成的电解质膜-电极结构体28、在所述电解质膜-电极结构体28的两侧配设的金属隔板30、32，所述层叠体14在所述层叠体14的层叠方向被施加紧固载荷，在所述金属隔板30、32设置用于防止流体从所述电解质膜-电极结构体28与所述金属隔板30、32之间向外部泄漏的密封线52、68、90、92，所述燃料电池堆中，所述密封线52、68、90、92具有：密封用凸起部54、54a、70、70a，其从所述金属隔板30、32中所述电解质膜-电极结构体28所处位置侧的面30a、32a突出；以及橡胶密封构件56、72，其被夹装在所述密封用凸起部54、54a、70、70a的顶部62、62a、78、78a与所述电解质膜40的外周部之间，或者被夹装在所述密封用凸起部54、54a、70、70a的顶部62、62a、78、78a与沿着所述电解质膜40的外周设置的框部46之间，在所述层叠体14被施加所述紧固载荷之前的所述橡胶密封构件56、72的沿着所述层叠方向的厚度d1、d3设定为如下那样的厚度：在所述层叠体14被施加所述紧固载荷时，所述橡胶密封构件56、72的沿着所述层叠方向的变形量Δx1、Δx2比所述密封用凸起部54、54a、70、70a的沿着所述层叠方向的变形量Δy1、Δy2大。

也可以是，在上述的燃料电池堆10中，在对所述层叠体14施加有所述紧固载荷的状态下，所述密封用凸起部54、70的所述顶部62、78形成为平坦状。

也可以是，在上述的燃料电池堆10中，在对所述层叠体14施加有所述紧固载荷的状态下，所述密封用凸起部54a、70a的所述顶部62a、78a向所述橡胶密封构件56、72的相反侧凹状地弯曲。

也可以是，在上述的燃料电池堆中，在所述层叠体被施加所述紧固载荷之前的所述橡胶密封构件的沿着所述层叠方向的厚度，比在所述层叠体被施加所述紧固载荷时的所述密封用凸起部的沿着所述层叠方向的高度h2、h4薄。

也可以是，在上述的燃料电池堆中，所述密封用凸起部形成为朝向所述顶部而前端变细的梯形。

也可以是，在上述的燃料电池堆中，所述橡胶密封构件被固定于所述顶部。

上述实施方式公开了燃料电池堆10的制造方法，燃料电池堆10具备层叠多个发电单电池12而形成的层叠体14，所述发电单电池12具有在电解质膜40的两侧配设电极42、44而形成的电解质膜-电极结构体28、在所述电解质膜-电极结构体28的两侧配设的金属隔板30、32，在所述金属隔板30、32设置用于防止流体从所述电解质膜-电极结构体28与所述金属隔板30、32之间向外部泄漏的密封线52、68、90、92，该燃料电池堆(10)的制造方法中，所述密封线52、68、90、92具有：密封用凸起部54、54a、70、70a，其从所述金属隔板30、32中所述电解质膜-电极结构体28所处位置侧的面30a、32a突出；以及橡胶密封构件56、72，其被夹装在所述密封用凸起部54、54a、70、70a的顶部62、62a、78、78a与所述电解质膜40的外周部之间，或者被夹装在所述密封用凸起部54、54a、70、70a的顶部62、62a、78、78a与沿着所述电解质膜40的外周设置的框部46之间，所述燃料电池堆10的制造方法包括：准备工序，准备多个所述发电单电池12；以及紧固工序，在层叠多个所述发电单电池12的状态下向层叠方向施加紧固载荷，由此使所述密封用凸起部54、54a、70、70a和所述橡胶密封构件56、72在所述层叠方向变形，用于形成所述准备工序所准备的所述发电单电池12的所述橡胶密封构件56、72的沿着所述层叠方向的厚度d1、d3设定为如下那样的厚度：在所述紧固工序时，所述橡胶密封构件56、72的沿着所述层叠方向的变形量Δx1、Δx2比所述密封用凸起部54、54a、70、70a的沿着所述层叠方向的变形量Δy1、Δy2大。

Claims (4)

1.一种燃料电池堆，具备层叠多个发电单电池(12)而形成的层叠体(14)，所述发电单电池具有在电解质膜(40)的两侧配设电极(42、44)而形成的电解质膜-电极结构体(28)、在所述电解质膜-电极结构体的两侧配设的金属隔板(30、32)，

所述层叠体在所述层叠体的层叠方向被施加紧固载荷，

在所述金属隔板设置用于防止流体从所述电解质膜-电极结构体与所述金属隔板之间向外部泄漏的密封线(52、68、90、92)，所述燃料电池堆(10)中，

所述密封线具有：

密封用凸起部(54、54a、70、70a)，其从所述金属隔板中所述电解质膜-电极结构体所处位置侧的面(30a、32a)突出；以及

橡胶密封构件(56、72)，其被夹装在所述密封用凸起部的顶部(62、62a、78、78a)与所述电解质膜的外周部之间，或者被夹装在所述密封用凸起部的顶部(62、62a、78、78a)与沿着所述电解质膜的外周设置的框部(46)之间，

在对所述层叠体施加所述紧固载荷之前的状态下，所述密封用凸起部的所述顶部为朝向所述电解质膜-电极结构体而呈凸状的弯曲面，在对所述层叠体施加有所述紧固载荷时，所述密封用凸起部的所述顶部被推压向所述电解质膜-电极结构体的相反侧而变形，

在对所述层叠体施加有所述紧固载荷时，所述橡胶密封构件在所述层叠方向压缩变形，

在对所述层叠体施加有所述紧固载荷的状态下，所述密封用凸起部的所述顶部向所述橡胶密封构件的相反侧凹状地弯曲，

在所述层叠体被施加所述紧固载荷之前的所述橡胶密封构件的沿着所述层叠方向的厚度(d1、d3)设定为如下那样的厚度：在所述层叠体被施加所述紧固载荷时，所述橡胶密封构件的沿着所述层叠方向的变形量(Δx1、Δx2)比所述密封用凸起部的沿着所述层叠方向的变形量(Δy1、Δy2)大。

2.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，

在所述层叠体被施加所述紧固载荷之前的所述橡胶密封构件的沿着所述层叠方向的厚度，比在所述层叠体被施加所述紧固载荷时的所述密封用凸起部的沿着所述层叠方向的高度(h2、h4)薄。

3.根据权利要求1所述的燃料电池堆，其特征在于，

所述橡胶密封构件被固定于所述顶部。

4.一种燃料电池堆的制造方法，该燃料电池堆具备层叠多个发电单电池而形成的层叠体，所述发电单电池具有在电解质膜的两侧配设电极而形成的电解质膜-电极结构体、在所述电解质膜-电极结构体的两侧配设的金属隔板，

在所述金属隔板设置用于防止流体从所述电解质膜-电极结构体与所述金属隔板之间向外部泄漏的密封线，所述燃料电池堆的制造方法中，

所述密封线具有：

密封用凸起部，其从所述金属隔板中所述电解质膜-电极结构体所处位置侧的面突出；以及

橡胶密封构件，其被夹装在所述密封用凸起部的顶部与所述电解质膜的外周部之间，或者被夹装在所述密封用凸起部的顶部与沿着所述电解质膜的外周设置的框部之间，

所述燃料电池堆的制造方法包括：

准备工序，准备多个所述发电单电池；以及

紧固工序，在层叠多个所述发电单电池的状态下向层叠方向施加紧固载荷，由此使所述密封用凸起部和所述橡胶密封构件在所述层叠方向变形，

在对所述层叠体施加所述紧固载荷之前的状态下，所述密封用凸起部的所述顶部为朝向所述电解质膜-电极结构体而呈凸状的弯曲面，

在所述紧固工序中，所述密封用凸起部的所述顶部被推压向所述电解质膜-电极结构体的相反侧而变形，并且所述橡胶密封构件在所述层叠方向压缩变形，

在所述紧固工序中，所述密封用凸起部的所述顶部向所述橡胶密封构件的相反侧凹状地弯曲，

用于形成所述准备工序所准备的所述发电单电池的所述橡胶密封构件的沿着所述层叠方向的厚度设定为如下那样的厚度：在所述紧固工序时，所述橡胶密封构件的沿着所述层叠方向的变形量比所述密封用凸起部的沿着所述层叠方向的变形量大。

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