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CN110416589B - 燃料电池堆、燃料电池堆用的虚设单电池及其制造方法 - Google Patents

燃料电池堆、燃料电池堆用的虚设单电池及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及燃料电池堆、燃料电池堆用的虚设单电池及其制造方法。在燃料电池堆(10)中，在层叠多个发电单电池(12)而成的层叠体(14)的层叠方向的一端侧配设第一虚设单电池(16)。第一虚设单电池(16)具有虚设结构体(104)、虚设树脂框构件(106)以及虚设接合隔板(102)。在虚设树脂框构件(106)的第一树脂片(46a)的内周，设置与第二树脂片(46b)的内周端(47)相比向内方延伸的内周露出部(48)。虚设树脂框构件(106)与虚设结构体(104)利用第一热熔接部(108a)来接合，所述第一热熔接部(108a)断续地设置在内周露出部(48)与虚设结构体(104)的第一导电性多孔质片(104a)的层叠部(105a)。

Description

燃料电池堆、燃料电池堆用的虚设单电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及燃料电池堆、燃料电池堆用的虚设单电池及其制造方法，所述燃料电池堆具备层叠多个发电单电池而成的层叠体、以及在层叠体的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池。
背景技术
例如，固体高分子型燃料电池具备电解质膜-电极结构体(MEA)，该电解质膜-电极结构体(MEA)在由高分子离子交换膜形成的电解质膜的一方的面配设有阳极电极，在另一方的面配设有阴极电极。由隔板夹持电解质膜-电极结构体来构成发电单电池，将多个发电单电池层叠来构成层叠体。在该层叠体的层叠方向两端设置用于将由各个发电单电池发电产生的电荷汇集而成的电力取出的端子板、用于将发电单电池保持为层叠状态的端板等，来构成燃料电池堆。
然而，由于层叠体的层叠方向的端部侧(以下仅称为端部侧)经由端子板等促使放热等，因此与该层叠体的层叠方向的中央侧相比容易成为低温。当受到外部气温等影响而层叠体的端部侧成为低温并产生结露时，存在反应气体的扩散性下降并且燃料电池堆的发电稳定性下降的担忧。
因而，例如，在日本专利第4727972号公报公开的燃料电池堆中，在层叠体的层叠方向的至少一方的端部侧，配设所谓的虚设单电池。在该虚设单电池中，代替电解质膜而使用金属板，因此不进行发电，也不产生生成水。因此，虚设单电池自身在端子板与层叠体之间作为隔热层发挥功能。因而，如上述那样配设虚设单电池，由此能够抑制层叠体的端部侧的温度降低。也就是说，能够抑制燃料电池堆受外部气温的影响，从而提高发电稳定性。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的主要目的在于提供燃料电池堆，其能够利用以低成本获得高品质的虚设单电池来提高发电稳定性。
本发明的其它目的在于提供燃料电池堆用的虚设单电池，其能够以低成本获得高品质，并且能够提高燃料电池堆的发电稳定性。
本发明的另一其它目的在于提供上述的虚设单电池的制造方法。
用于解决问题的方案
根据本发明的一实施方式，提供燃料电池堆，该燃料电池堆具备层叠多个发电单电池而成的层叠体、以及在层叠体的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池，所述发电单电池具有：电解质膜-电极结构体，其在电解质膜的两侧分别配设电极，所述电极具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层；绕着电解质膜-电极结构体的外周的树脂框构件；以及夹着电解质膜-电极结构体的隔板，所述燃料电池堆中，虚设单电池具备与电解质膜-电极结构体对应的虚设结构体、绕着虚设结构体的外周的虚设树脂框构件以及夹着虚设结构体的虚设隔板，虚设结构体具有层叠的两个导电性多孔质片，虚设树脂框构件具有层叠的两个框状的树脂片，一方的树脂片的内周与另一方的树脂片的内周端相比向内方延伸，虚设树脂框构件与虚设结构体利用热熔接部来接合，所述热熔接部断续地设置在一方的树脂片的内周的至少一方的面与导电性多孔质片的外周的层叠部。
在该燃料电池堆中，在层叠体的层叠方向的至少一方的端部，代替发电单电池的电解质膜-电极结构体，而配设具备虚设结构体的虚设单电池。在虚设单电池中，虚设树脂框构件利用热熔接部被接合于虚设结构体的外周。因此，与虚设树脂框构件同虚设结构体例如利用粘接剂被接合的情况不同，不会发生粘接剂的挤出、偏移等，能够将虚设树脂框构件与虚设结构体以小的接合部分来高精度并且高强度地接合。
其结果是，能够提高虚设单电池的品质、容易实现虚设单电池的小型化。另外，能够不需要使粘接剂硬化的时间，能够与之相当地提高虚设单电池的制造效率，减少该虚设单电池的制造成本。还有，在利用断续地设置的热熔接部将虚设树脂框构件与虚设结构体接合而形成的虚设单电池中，与利用粘接剂来将这些接合而形成的虚设单电池相比，能够减少燃料电池堆在发电时产生的通电损失。
如上所述，在将两个导电性多孔质片接合而形成的虚设单电池中，不具备电解质膜、电极催化剂层，因此不进行发电，也不会因发电而产生生成水。由此，虚设单电池自身作为隔热层发挥功能，并且能够抑制在虚设单电池中产生结露。如上述所述，在层叠体的层叠方向的至少一方的端部侧设置该虚设单电池，能够提高层叠体的端部侧的隔热性。因此，即使在低温环境下，也能够抑制层叠体的端部侧的温度与中央侧相比成为低温。也就是说，能够提高发电稳定性。
另外，能够提高层叠体的端部侧的隔热性，因此即使是在冰点以下环境中启动燃料电池堆的情况下，也能够使层叠体的整体良好地升温。由此，能够抑制如下情形：在层叠体的端部侧生成水等发生冻结，发生电压降低。
根据以上，在该燃料电池堆中，能够利用以低成本获得高品质的虚设单电池来提高该燃料电池堆的发电稳定性。
根据本发明的其它一实施方式，提供燃料电池堆，该燃料电池堆具备层叠多个发电单电池而成的层叠体、以及在层叠体的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池，所述发电单电池具有：电解质膜-电极结构体，其在电解质膜的两侧分别配设电极，所述电极具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层；绕着电解质膜-电极结构体的外周的树脂框构件；以及夹着电解质膜-电极结构体的隔板；，所述燃料电池堆中，虚设单电池具备与电解质膜-电极结构体对应的虚设结构体、绕着虚设结构体的外周的虚设树脂框构件以及夹着虚设结构体的虚设隔板，虚设结构体具有层叠的两个导电性多孔质片，虚设树脂框构件由一个框状的树脂片形成，虚设树脂框构件与虚设结构体利用热熔接部来接合，所述热熔接部断续地设置在该虚设树脂框构件的至少一方的面与导电性多孔质片的外周的层叠部。
该燃料电池堆也利用热熔接部将虚设树脂框构件与虚设结构体接合，因此例如，与利用粘接剂将这些接合的情况相比，能够以低成本获得高品质。另外，在层叠体的层叠方向的至少一端部配设该虚设单电池，由此能够抑制燃料电池堆受到外部气温的影响，从而提高发电稳定性。
优选的是，在上述的燃料电池堆中，虚设树脂框构件的内周夹在层叠的两个导电性多孔质片之间，热熔接部具有在虚设树脂框构件的内周的一方的面与一方的导电性多孔质片的外周的层叠部设置的第一热熔接部、以及在虚设树脂框构件的内周的另一方的面与另一方的导电性多孔质片的外周的层叠部设置的第二热熔接部。该情况下，利用第一热熔接部和第二热熔接部，能够分别将虚设树脂框构件的两面与两个导电性多孔质片接合，从而能够将虚设树脂框构件与虚设结构体以更高强度地接合。
优选的是，在上述的燃料电池堆中，第一热熔接部与第二热熔接部在层叠方向的位置相互不同。该情况下，例如，与在层叠方向的相同位置设置第一热熔接部和第二热熔接部的情况相比，能够抑制虚设单电池的厚度部分地增大。根据这样的虚设单电池，即使层叠于发电单电池，也能够抑制在该发电单电池发生局部的表面压力上升，因此能够抑制在电解质膜产生蠕变等，从而能够提高电解质膜的耐久性。
优选的是，在上述的燃料电池堆中，第一热熔接部与第二热熔接部交替地配置在导电性多孔质片的外周的周向。该情况下，能够利用简单的接合工序将虚设结构体与虚设树脂框构件以充分的强度接合，而且，能够有效地抑制在层叠于虚设单电池的发电单电池发生局部的表面压力上升。
优选的是，在上述的燃料电池堆中，在虚设树脂框构件的外周，形成使氧化剂气体在层叠体的层叠方向流通的氧化剂气体连通孔、以及使燃料气体在层叠体的层叠方向流通的燃料气体连通孔。如上所述，在该燃料电池堆中，能够使虚设树脂框构件与虚设结构体的接合部分小，因此能够提高在虚设树脂框构件的外周设置氧化剂气体连通孔、燃料气体连通孔时的设计自由度。
优选的是，在上述的燃料电池堆中，虚设树脂框构件构成为与发电单电池的树脂框构件相同。该情况下，能够将虚设单电池的虚设树脂框构件作为与发电单电池的树脂框构件共通的结构，因此能够使虚设单电池成为更简单并且经济性的结构。
优选的是，在上述的燃料电池堆，一方的导电性多孔质片构成为与发电单电池的在电解质膜的一方配设的气体扩散层相同，另一方的导电性多孔质片构成为与发电单电池的在电解质膜的另一方配设的气体扩散层相同。该情况下，能够使虚设单电池的导电性多孔质片作为与发电单电池的气体扩散层共通的结构，因此能够使虚设单电池为更简单并且经济性的结构。
根据本发明的其它一实施方式，提供燃料电池堆用的虚设单电池，所述燃料电池堆具备层叠多个发电单电池而成的层叠体，所述发电单电池具有：电解质膜-电极结构体，其在电解质膜的两侧分别配设电极，所述电极具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层；绕着电解质膜-电极结构体的外周的树脂框构件；以及夹着电解质膜-电极结构体的隔板，其中，所述虚设单电池配设在燃料电池堆的层叠体的层叠方向的至少一方的端部，所述燃料电池堆用的虚设单电池具备与电解质膜-电极结构体对应的虚设结构体、绕着虚设结构体的外周的虚设树脂框构件以及夹着虚设结构体的虚设隔板，虚设结构体具有层叠的两个导电性多孔质片，虚设树脂框构件具有层叠的两个框状的树脂片，一方的树脂片的内周与另一方的树脂片的内周端相比向内方延伸，虚设树脂框构件与虚设结构体利用热熔接部来接合，所述热熔接部断续地设置在一方的树脂片的内周的至少一方的面与导电性多孔质片的外周的层叠部。
该燃料电池堆用的虚设单电池中，利用热熔接部将虚设树脂框构件与虚设结构体接合，因此例如，与利用粘接剂将这些接合的情况相比，能够以低成本获得高品质。另外，在层叠体的层叠方向的至少一端部配设该虚设单电池，由此能够抑制燃料电池堆受到外部气温的影响，从而提高发电稳定性。
根据本发明的其它一实施方式，提供燃料电池堆用的虚设单电池，所述燃料电池堆具备层叠多个发电单电池而成的层叠体，所述发电单电池具有：电解质膜-电极结构体，其在电解质膜的两侧分别配设电极，所述电极具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层；绕着电解质膜-电极结构体的外周的树脂框构件；以及夹着电解质膜-电极结构体的隔板，所述虚设单电池配设在燃料电池堆的层叠体的层叠方向的至少一方的端部，所述燃料电池堆用的虚设单电池中，具备与电解质膜-电极结构体对应的虚设结构体、绕着虚设结构体的外周的虚设树脂框构件以及夹着虚设结构体的虚设隔板，虚设结构体具有层叠的两个导电性多孔质片，虚设树脂框构件由一个框状的树脂片形成，虚设树脂框构件与虚设结构体利用热熔接部来接合，所述热熔接部断续地设置在该虚设树脂框构件的至少一方的面与导电性多孔质片的外周的层叠部。
该燃料电池堆用的虚设单电池中，利用热熔接部将虚设树脂框构件与虚设结构体接合，因此例如，与利用粘接剂将这些接合的情况相比，能够以低成本获得高品质。另外，在层叠体的层叠方向的至少一端部配设该虚设单电池，由此能够抑制燃料电池堆受到外部气温的影响，从而提高发电稳定性。
优选的是，在上述的燃料电池堆用的虚设单电池中，虚设树脂框构件的内周夹在层叠的两个导电性多孔质片之间，热熔接部具有在虚设树脂框构件的内周的一方的面与一方的导电性多孔质片的外周的层叠部设置的第一热熔接部、以及在虚设树脂框构件的内周的另一方的面与另一方的导电性多孔质片的外周的层叠部设置的第二热熔接部。该情况下，能够将虚设树脂框构件与虚设结构体以更高强度地接合。
优选的是，在上述的燃料电池堆用的虚设单电池中，第一热熔接部与第二热熔接部在层叠方向的位置相互不同。该情况下，即使层叠于发电单电池，也能够抑制在该发电单电池发生局部的表面压力上升，因此能够提高电解质膜的耐久性。
优选的是，在上述的燃料电池堆用的虚设单电池中，第一热熔接部与第二热熔接部交替地配置在导电性多孔质片的外周的周向。该情况下，能够通过简单的接合工序将虚设结构体与虚设树脂框构件以充分的强度接合，以及能够抑制在层叠于虚设单电池的发电单电池发生局部的表面压力上升。
优选的是，在上述的燃料电池堆用的虚设单电池中，在虚设树脂框构件的外周，形成使氧化剂气体在层叠体的层叠方向流通的氧化剂气体连通孔、以及使燃料气体在层叠体的层叠方向流通的燃料气体连通孔。如上所述，能够使虚设树脂框构件与虚设结构体的接合部分小，能够与之相当地提高在虚设树脂框构件的外周设置氧化剂气体连通孔、燃料气体连通孔时的设计自由度。
优选的是，在上述的燃料电池堆用的虚设单电池中，虚设树脂框构件构成为与发电单电池的树脂框构件相同。该情况下，能够使虚设单电池成为更简单并且经济性的结构。
优选的是，在上述的燃料电池堆用的虚设单电池中，一方的导电性多孔质片构成为与发电单电池的在电解质膜的一方配设的气体扩散层相同，另一方的导电性多孔质片构成为与发电单电池的在电解质膜的另一方配设的气体扩散层相同。该情况下，能够使虚设单电池成为更简单并且经济性的结构。
根据本发明的其它一实施方式，提供虚设单电池的制造方法，该虚设单电池配设在燃料电池堆的层叠体的层叠方向的至少一方的端部，所述燃料电池堆具备层叠多个发电单电池而成的层叠体，所述发电单电池具有：电解质膜-电极结构体，其在电解质膜的两侧分别配设电极，所述电极具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层；绕着电解质膜-电极结构体的外周的树脂框构件；以及夹着电解质膜-电极结构体的隔板，所述虚设单电池的制造方法包括以下工序：接合工序，将具有层叠的两个导电性多孔质片的与电解质膜-电极结构体对应的虚设结构体同具有框状的树脂片的虚设树脂框构件接合，来获得虚设树脂框构件绕着虚设结构体的外周的带树脂框的虚设结构体；层叠工序，使用虚设隔板夹着带树脂框的虚设结构体来获得虚设单电池，其中，在接合工序中，将虚设树脂框构件的内周与导电性多孔质片的外周层叠，通过热熔接来断续地形成热熔接部，由此将虚设树脂框构件与虚设结构体接合。
根据该虚设单电池的制造方法，利用热熔接部将虚设树脂框构件与虚设结构体接合，例如与利用粘接剂将这些接合的情况相比，能够以低成本获得高品质的虚设单电池。在层叠体的层叠方向的至少一端部配设该虚设单电池，由此能够提高燃料电池堆的发电稳定性。
优选的是，在上述的虚设单电池的制造方法中，在接合工序中，使虚设树脂框构件的内周夹在层叠的两个导电性多孔质片之间，对虚设树脂框构件的内周的一方的面与一方的导电性多孔质片的外周进行热熔接来形成第一热熔接部，并且对虚设树脂框构件的内周的另一方的面与另一方的导电性多孔质片的外周进行热熔接来形成第二热熔接部。该情况下，能够将虚设树脂框构件与虚设结构体以更高强度地接合。
优选的是，在上述的虚设单电池的制造方法中，在接合工序中，将第一热熔接部与第二热熔接部以层叠方向的位置相互不同的方式形成。该情况下，即使层叠于发电单电池，也能够获得能够抑制在该发电单电池发生局部的表面压力上升的虚设单电池，从而能够提高燃料电池堆的电解质膜的耐久性。
也可以是，在上述的虚设单电池的制造方法中，在接合工序中，在形成第一热熔接部之后，形成第二热熔接部，将第一热熔接部与第二热熔接部交替地配置在导电性多孔质片的外周的周向。
另外，也可以是，在上述的虚设单电池的制造方法中，在接合工序中，交替地形成第一热熔接部与第二热熔接部，将第一热熔接部与第二热熔接部交替地配置在导电性多孔质片的外周的周向。
这些情况下，能够利用简单的接合工序将虚设结构体与虚设树脂框构件以充分的强度接合，以及能够抑制在层叠于虚设单电池的发电单电池发生局部的表面压力上升。
优选的是，在上述的虚设单电池的制造方法中，在接合工序之后，将使氧化剂气体在层叠体的层叠方向流通的氧化剂气体连通孔、使冷却介质在层叠体的层叠方向流通的冷却介质连通孔以及使燃料气体在层叠体的层叠方向流通的燃料气体连通孔贯穿设置于虚设树脂框构件的外周。如上所述，能够使虚设树脂框构件与虚设结构体的接合部分小，能够与之相当地提高在虚设树脂框构件的外周设置氧化剂气体连通孔、燃料气体连通孔时的设计自由度。
参照附图来说明以下的实施方式，从而能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的燃料电池堆的立体图。
图2是燃料电池堆的沿着层叠方向的主要部分剖视图。
图3是发电单电池的分解立体图。
图4是图3的IV-IV线箭头方向的剖视图。
图5是第一隔板和虚设第一隔板的氧化剂气体流路侧的主视图。
图6是第二隔板的燃料气体流路侧的主视图。
图7是虚设第二隔板的隔热空间侧的主视图。
图8是带树脂框的虚设结构体的第一导电性多孔质片侧的主视图。
图9是图8的IX-IX线箭头方向的剖视图。
图10是图8的X-X线箭头方向的剖视图。
具体实施方式
关于本发明涉及的燃料电池堆、燃料电池堆用的虚设单电池以及虚设单电池的制造方法，例举优选的实施方式，参照附图进行详细说明。此外，在以下的图中，存在如下情况，对相同或者发挥同样的功能和效果的结构要素附加相同的附图标记，并省略重复的说明。
如图1和图2所示，本实施方式涉及的燃料电池堆10具备在水平方向(箭头符号A1、A2方向)或者重力方向(箭头符号C1、C2方向)层叠多个发电单电池12而成的层叠体14。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。
如图2所示，在层叠体14的层叠方向(箭头符号A1、A2方向)的一端侧(箭头符号A1侧)，朝向外方依次配设第一虚设单电池16、第二虚设单电池18、端子板20a、绝缘件22a以及端板24a。在层叠体14的层叠方向的另一端侧(箭头符号A2侧)，朝向外方依次配设端子板20b、绝缘件22b以及端板24b。绝缘件22a、22b由绝缘性材料形成、例如聚碳酸酯(PC)、酚醛树脂等。
如图1所示，在形成矩形的端板24a、24b的各边之间配置连结杆26。各连结杆26的两端借助螺栓(未图示)等被固定在端板24a、24b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A1、A2方向)的紧固载荷。此外，也可以构成为，在燃料电池堆10中，具备将端板24a、24b设为端侧板的筐体，在该筐体内收容层叠体14等。
如图2和图3所示，发电单电池12具有带树脂框的MEA 28、以及夹持该带树脂框的MEA 28的第一隔板30和第二隔板32。第一隔板30和第二隔板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而成的金属薄板的截面冲压成型为波形来构成的。第一隔板30与第二隔板32通过对外周进行焊接、钎焊、铆接等而接合为一体，构成接合隔板33。
如图3和图4所示，带树脂框的MEA 28具备电解质膜-电极结构体(MEA)28a、以及与电解质膜-电极结构体28a的外周接合并且绕着该外周的树脂框构件46。电解质膜-电极结构体28a具有电解质膜40、在电解质膜40的一方的面40a(箭头符号A2侧的面)设置的阳极电极42以及在电解质膜40的另一方的面40b(箭头符号A1侧的面)设置的阴极电极44。如图4所示，在本实施方式中，阴极电极44的平面尺寸比阳极电极42的平面尺寸小，由此电解质膜-电极结构体28a构成台阶型MEA。另外，电解质膜40的平面尺寸与阴极电极44的平面尺寸相同。此外，阴极电极44、阳极电极42以及电解质膜40也可以设定为相同的平面尺寸，还可以将阳极电极42设为比阴极电极44和电解质膜40小的平面尺寸。
电解质膜40例如是含有水分的全氟磺酸的薄膜等固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)，被阳极电极42和阴极电极44夹持。此外，电解质膜40除能够使用氟系电解质以外，还能够使用HC(碳化氢)系电解质。
阴极电极44具有与电解质膜40的面40b接合的阴极电极催化剂层44a、以及层叠于阴极电极催化剂层44a的阴极气体扩散层44b。阳极电极42具有与电解质膜40的面40a接合的阳极电极催化剂层42a、以及层叠于阳极电极催化剂层42a的阳极气体扩散层42b。
阴极电极催化剂层44a例如是将表面承载了白金合金的多孔质碳粒子同离子导电性高分子粘合剂一起均匀地涂布在阴极气体扩散层44b的表面而形成的。阳极电极催化剂层42a例如是将表面承载了白金合金的多孔质碳粒子同离子导电性高分子粘合剂一起均匀地涂布在阳极气体扩散层42b的表面而形成的。阴极气体扩散层44b和阳极气体扩散层42b由碳纸或者碳布等导电性多孔质片形成。也可以是，在阴极电极催化剂层44a与阴极气体扩散层44b之间、阳极电极催化剂层42a与阳极气体扩散层42b之间的至少一方，设置未图示的多孔质层。
树脂框构件46作为两个框状的树脂片具有第一树脂片46a和第二树脂片46b。第一树脂片46a与第二树脂片46b层叠，利用夹在互相的层叠面彼此之间的粘接剂层46c来接合。第二树脂片46b的外形尺寸比第一树脂片46a的外形尺寸大，在第二树脂片46b的内周设置比第一树脂片46a的内周端47向内方延伸的内周露出部48。粘接剂层46c设置在包括内周露出部48的第二树脂片46b的整面。
树脂框构件46的内周露出部48夹在电解质膜-电极结构体28a的外周部中的电解质膜40与阳极电极催化剂层42a之间。以将内周露出部48的面对电解质膜40的面48a也一起覆盖的方式设置粘接剂层46c，由此借助该粘接剂层46c，内周露出部48与电解质膜40接合。由此，树脂框构件46被设置在电解质膜-电极结构体28a的外周。
作为构成第一树脂片46a和第二树脂片46b的树脂材料，例如能够举出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、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)或者改性聚烯烃等。
如图3所示，在发电单电池12中的接合隔板33和树脂框构件46的长边方向(箭头符号B1、B2方向)的一端侧(箭头符号B1侧)的缘部，在层叠方向相互连通地设置氧化剂气体入口连通孔34a、两个冷却介质入口连通孔36a以及两个燃料气体出口连通孔38b。氧化剂气体入口连通孔34a、多个冷却介质入口连通孔36a以及多个燃料气体出口连通孔38b分别在层叠方向贯通燃料电池堆10的除端子板20b、绝缘件22b以及端板24b之外的结构。
燃料气体出口连通孔38b排出例如含氢气体等燃料气体。氧化剂气体入口连通孔34a供给例如含氧气体等氧化剂气体。冷却介质入口连通孔36a供给冷却介质。
这些连通孔在上下方向(箭头符号C1、C2方向)排列设置。具体来讲，氧化剂气体入口连通孔34a配置于在上下方向分离地配置的两个冷却介质入口连通孔36a之间。两个燃料气体出口连通孔38b中的一方配置在上侧的冷却介质入口连通孔36a的上方，另一方配置在下侧的冷却介质入口连通孔36a的下方。
在发电单电池12中的第一隔板30、第二隔板32以及树脂框构件46的长边方向的另一端侧(箭头符号B2侧)的缘部，在层叠方向相互连通地设置燃料气体入口连通孔38a、两个冷却介质出口连通孔36b以及两个氧化剂气体出口连通孔34b。燃料气体入口连通孔38a、两个冷却介质出口连通孔36b以及两个氧化剂气体出口连通孔34b分别在层叠方向贯通燃料电池堆10的除端子板20b、绝缘件22b以及端板24b之外的结构。
燃料气体入口连通孔38a供给燃料气体。冷却介质出口连通孔36b排出冷却介质。氧化剂气体出口连通孔34b排出氧化剂气体。此外，也将燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b称为燃料气体连通孔。另外，也将氧化剂气体入口连通孔34a和氧化剂气体出口连通孔34b称为氧化剂气体连通孔。还有，也将冷却介质入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b称为冷却介质连通孔。
这些连通孔在上下方向排列设置。具体来讲，燃料气体入口连通孔38a配置于在上下方向分离地配置的两个冷却介质出口连通孔36b之间。两个氧化剂气体出口连通孔34b中的一方配置在上侧的冷却介质出口连通孔36b的上方，另一方配置在下侧的冷却介质出口连通孔36b的下方。
这些连通孔的配置不限定于本实施方式。可以根据要求的规格适当设定。也可以是与本实施方式不同，一对冷却介质入口连通孔36a设置在燃料气体入口连通孔38a的上下方向(箭头符号C1、C2方向)的两侧，一对冷却介质出口连通孔36b设置在氧化剂气体入口连通孔34a的上下方向的两侧。另外，在本实施方式中，将燃料气体出口连通孔38b、氧化剂气体出口连通孔34b、冷却介质入口连通孔36a、冷却介质出口连通孔36b分别设置了两个，也可以分别设置一个。
氧化剂气体入口连通孔34a比燃料气体入口连通孔38a的开口面积大。氧化剂气体入口连通孔34a形成为如图示的那样、例如六边形。氧化剂气体入口连通孔34a也可以形成为六边形以外的形状(四边形等)。一对氧化剂气体出口连通孔34b形成为如图示的那样、例如三角形。氧化剂气体出口连通孔34b的形状可以是各个角部形成为圆的三角形、或者各个角部倒角加工为直线状的三角形(实质上为六边形)。
燃料气体入口连通孔38a形成为如图示的那样、例如六边形。燃料气体入口连通孔38a也可以形成为六边形以外的形状(四边形等)。一对燃料气体出口连通孔38b形成为如图示的那样、例如三角形。燃料气体出口连通孔38b的形状可以是各个角部形成为圆的三角形、或者各个角部倒角加工为直线状的三角形(实质上为六边形)。
一对冷却介质入口连通孔36a和一对冷却介质出口连通孔36b形成为例如三角形。一对冷却介质入口连通孔36a和一对冷却介质出口连通孔36b各自形成为，三角形的顶点朝向氧化剂气体流路49侧和燃料气体流路58侧。一对冷却介质入口连通孔36a和一对冷却介质出口连通孔36b的形状也可以是各个角部形成为圆的三角形、或者各个角部倒角加工为直线状的三角形(实质上为六边形)。
如图1所示，氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体入口连通孔38a分别与在端板24a设置的入口35a、37a、39a连通。另外，氧化剂气体出口连通孔34b、冷却介质出口连通孔36b以及燃料气体出口连通孔38b分别与在端板24a设置的出口35b、37b、39b连通。
如图5所示，在第一隔板30的朝向带树脂框的MEA 28的面30a例如设置沿着箭头符号B1、B2方向延伸的氧化剂气体流路49。氧化剂气体流路49与氧化剂气体入口连通孔34a和两个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49在沿着箭头符号B1、B2方向延伸的多条凸部49a之间具有直线状流路槽(或者波状流路槽)49b。
在氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体流路49之间，通过冲压成型来设置具有朝向带树脂框的MEA 28突出的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49之间，通过冲压成型来设置具有朝向带树脂框的MEA 28突出的多个压花部的出口缓冲部50b。
在第一隔板30的面30a，通过冲压成型来朝向带树脂框的MEA 28一体地鼓出成形多个金属凸起密封件52。也可以是，代替金属凸起密封件52，设置由弹性材料形成的凸状弹性密封件。多个金属凸起密封件52具有外侧凸起部52a、内侧凸起部52b以及多个连通孔凸起部52c。外侧凸起部52a绕着面30a的外周缘部。内侧凸起部52b绕着氧化剂气体流路49、氧化剂气体入口连通孔34a以及两个氧化剂气体出口连通孔34b的外周并且使它们连通。
多个连通孔凸起部52c分别绕着燃料气体入口连通孔38a、两个燃料气体出口连通孔38b、两个冷却介质入口连通孔36a以及两个冷却介质出口连通孔36b。此外，外侧凸起部52a可以根据需要来设置，也能够不要外侧凸起部52a。
如图6所示，在第二隔板32的朝向带树脂框的MEA 28的面32a，例如形成沿着箭头符号B1、B2方向延伸的燃料气体流路58。燃料气体流路58与燃料气体入口连通孔38a和两个燃料气体出口连通孔38b可流通流体地连通。燃料气体流路58在沿着箭头符号B1、B2方向延伸的多条凸部58a之间具有直线状流路槽(或者波状流路槽)58b。
在燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58之间，通过冲压成型来设置具有朝向带树脂框的MEA 28突出的多个压花部的入口缓冲部60a。在燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58之间，通过冲压成型来设置具有朝向带树脂框的MEA 28突出的多个压花部的出口缓冲部60b。
在第二隔板32的面32a，通过冲压成型来朝向带树脂框的MEA 28鼓出成形多个金属凸起密封件62。也可以是，代替该金属凸起密封件62，设置由弹性材料形成的凸状弹性密封件。多个金属凸起密封件62具有外侧凸起部62a、内侧凸起部62b以及多个连通孔凸起部62c。外侧凸起部62a绕着面32a的外周缘部。内侧凸起部62b比外侧凸起部62a靠内侧，绕着燃料气体流路58、燃料气体入口连通孔38a以及两个燃料气体出口连通孔38b的外周并且使它们连通。
多个连通孔凸起部62c分别绕着氧化剂气体入口连通孔34a、两个氧化剂气体出口连通孔34b、两个冷却介质入口连通孔36a以及两个冷却介质出口连通孔36b。此外，外侧凸起部62a可以根据需要来设置，也能够不要外侧凸起部62a。
在图2和图3中，在通过焊接或者钎焊来相互接合的第一隔板30的面30b与第二隔板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66。形成有氧化剂气体流路49的第一隔板30的背面形状与形成有燃料气体流路58的第二隔板32的背面形状相互重合来形成冷却介质流路66。
如图2所示，第一虚设单电池16具有带树脂框的虚设结构体90、以及夹持该带树脂框的虚设结构体90的虚设第一隔板92和虚设第二隔板94(虚设隔板)。虚设第一隔板92构成为与第一隔板30相同。因此，如图5所示，在虚设第一隔板92的朝向带树脂框的虚设结构体90的面92a，设置与氧化剂气体入口连通孔34a和两个氧化剂气体出口连通孔34b可流通流体地连通的氧化剂气体流路49。
如图2和图7所示，除在虚设第二隔板94的朝向带树脂框的虚设结构体90的面94a设置有同燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b的连通被阻断了的、与燃料气体流路58(参照图6)对应的隔热空间96之外，虚设第二隔板94构成为与第二隔板32相同。具体来讲，如图7所示，在虚设第二隔板94的面94a，代替第二隔板32的内侧凸起部62b(参照图6)，设置绕着隔热空间96的内侧凸起部98。另外，在虚设第二隔板94的面94a设置绕着燃料气体入口连通孔38a和两个燃料气体出口连通孔38b的外周的连通孔凸起部100。
此外，虚设第二隔板94也可以构成为，使用与第二隔板32相同的隔板，利用液状密封件等来将燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58之间，以及两个燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58之间阻塞。
虚设第一隔板92与虚设第二隔板94通过对外周焊接、钎焊、铆接等而接合为一体，构成虚设接合隔板102。另外，在相互接合的虚设第一隔板92的面92b与虚设第二隔板94的面94b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66。
此外，如图2所示，第一虚设单电池16的面对层叠体14的一侧的虚设接合隔板102是将虚设第二隔板94与第一隔板30接合而构成的，并且在层叠体14的箭头符号A1侧的端部配设的发电单电池12a与第一虚设单电池16共有虚设接合隔板102，因此虚设接合隔板102也作为接合隔板33发挥功能。
如图8和图9所示，带树脂框的虚设结构体90具备虚设结构体104、以及与该虚设结构体104的外周接合并且绕着该外周的虚设树脂框构件106。如图9所示，虚设结构体104作为两个导电性多孔质片具有第一导电性多孔质片104a和第二导电性多孔质片104b。在本实施方式中，第一导电性多孔质片104a与第二导电性多孔质片104b没有使粘接剂层等夹在彼此之间而是直接层叠。此外也可以是，除第一导电性多孔质片104a的外周之外部分与除第二导电性多孔质片104b的外周之外的部分利用夹在彼此之间的未图示的粘接剂层来接合。
在本实施方式中，第一导电性多孔质片104a构成为，与发电单电池12的电解质膜-电极结构体28a具备的阴极气体扩散层44b(参照图4)相同。另外，第二导电性多孔质片104b构成为，与发电单电池12的电解质膜-电极结构体28a具备的阳极气体扩散层42b(参照图4)相同。因此，第二导电性多孔质片104b的平面尺寸比第一导电性多孔质片104a的平面尺寸大。此外，第一导电性多孔质片104a与阴极气体扩散层44b也可以是彼此不同的材料特性、尺寸、形状。另外，第二导电性多孔质片104b与阳极气体扩散层42b也可以是彼此不同的材料特性、尺寸、形状。
如图4和图9所示，除代替树脂框构件46的粘接剂层46c而形成有粘接剂层106a之外，虚设树脂框构件106构成为与树脂框构件46相同。如图9所示，在虚设树脂框构件106中，第一树脂片46a与第二树脂片46b利用仅夹在彼此相向的层叠面内的粘接剂层106a来接合。在第二树脂片46b的内周，设置与第一树脂片46a的内周端47相比向内方延伸的内周露出部48。此外，粘接剂层106a也可以与粘接剂层46c同样地设置在包括内周露出部48在内的第二树脂片46b的整面。
虚设树脂框构件106的内周露出部48夹在虚设结构体104的外周部中的第一导电性多孔质片104a与第二导电性多孔质片104b之间。这时，如图9和图10所示，第一树脂片46a的内周缘部具有隔着粘接剂层106a和第二树脂片46b而与第二导电性多孔质片104b的外周缘部重合的部分。因此，从第一树脂片46a的内周端47起至周向的外侧隔着La距离地配置第二导电性多孔质片104b的外周端部104ba。
在内周露出部48的面对第一导电性多孔质片104a的面48a与第一导电性多孔质片104a的层叠部105a，设置第一热熔接部108a。在内周露出部48的面对第二导电性多孔质片104b的面48b与第二导电性多孔质片104b的层叠部105b，设置第二热熔接部108b。
第一热熔接部108a是熔融的内周露出部48在进入第一导电性多孔质片104a的细孔的状态下固化而形成的。因此，利用第一热熔接部108a，第二树脂片46b与第一导电性多孔质片104a以充分的接合强度被接合。同样地，第二热熔接部108b是熔融的内周露出部48在进入第二导电性多孔质片104b的细孔的状态下固化而形成的。因此，利用第二热熔接部108b，第二树脂片46b与第二导电性多孔质片104b以充分的接合强度被接合。由此，虚设树脂框构件106被设置于虚设结构体104的外周。
如图8所示，第一热熔接部108a和第二热熔接部108b(热熔接部)分别是在虚设结构体104的外周以点状来断续地设置的。另外，第一热熔接部108a与第二热熔接部108b交替地配置在虚设结构体104的外周的周向。还有，如图9所示，第一热熔接部108a与第二热熔接部108b是以在层叠方向(箭头符号A1、A2方向)的位置相互不同的方式配设的。
与第一虚设单电池16同样地，由虚设第一隔板92和虚设第二隔板94夹持带树脂框的虚设结构体90来构成第二虚设单电池18。
如图1所示，在燃料电池堆10设置用于排出在燃料电池堆10工作时(发电时)在燃料电池堆10内的阴极侧产生的生成水的第一泄放口72，以及用于将该生成水从燃料电池堆10内的阳极侧排出的第二泄放口82。如图3、图5至图8所示，在树脂框构件46、各个隔板(第一隔板30、第二隔板32、虚设第一隔板92、虚设第二隔板94)中，在层叠方向(箭头符号A1、A2方向)贯通形成第一泄放口72和第二泄放口82。
第一泄放口72经由在燃料电池堆10的端板24b侧的端部(例如，绝缘件22b)设置的未图示的第一连结流路来与上侧的氧化剂气体出口连通孔34b连通。第一泄放口72配置在比下侧的氧化剂气体出口连通孔34b的底部靠下方的位置。
第二泄放口82经由在燃料电池堆10的端板24b侧的端部(例如，绝缘件22b)设置的未图示的第二连结流路来与上侧的燃料气体出口连通孔38b连通。第二泄放口82配置在比下侧的燃料气体出口连通孔38b的底部靠下方的位置。
如图3、图5至图7所示，在各个隔板中，在第一泄放口72和第二泄放口82各自的外周，设置用于防止生成水泄漏的凸起密封件72a、82a。凸起密封件72a、82a在各个隔板的厚度方向上朝向各自邻接的带树脂框的MEA 28侧突出并且形成为包围第一泄放口72或者第二泄放口82的环状。
燃料电池堆10基本是如上述那样来构成的。以下，例举获得燃料电池堆10的第一虚设单电池16的情况来说明本实施方式涉及的燃料电池堆用的虚设单电池的制造方法。
首先，进行将虚设树脂框构件106接合于虚设结构体104的外周来获得带树脂框的虚设结构体90的接合工序。具体来说，在接合工序中，如图9或者图10所示，使虚设树脂框构件106的内周露出部48夹在虚设结构体104的外周部中的第一导电性多孔质片104a与第二导电性多孔质片104b之间。这时，如上所述，以第一树脂片46a的内周端47与第二导电性多孔质片104b的外周端部104ba的距离为La的方式，使第一树脂片46a的内周缘部与第二导电性多孔质片104b的外周缘部重叠。
此外，本实施方式中，在该时间点的虚设树脂框构件106的缘部，没有设置燃料气体连通孔、氧化剂气体连通孔、冷却介质连通孔中的任一者。
而且，通过使用热熔接装置120的热熔接，针对内周露出部48的面48a与第一导电性多孔质片104a的层叠部105a，在虚设结构体104的外周的周向断续地形成点状的多个第一热熔接部108a。另外，针对内周露出部48的面48b与第二导电性多孔质片104b的层叠部105b，在虚设结构体104的外周的周向断续地形成点状的多个第二热熔接部108b。
形成第一热熔接部108a和第二热熔接部108b的顺序没有特别限定，例如，可以在将多个第一热熔接部108a全部形成之后来形成多个第二热熔接部108b。另外，也可以是，将第一热熔接部108a与第二热熔接部108b一个一个地交替地形成，由此最终获得多个第一热熔接部108a与多个第二热熔接部108b。还有，也可以同时形成第一热熔接部108a与第二热熔接部108b。
在本实施方式中，热熔接装置120具备基台部122a、122b、以及能够被电加热器等加热来升温的加热棒体124a、124b。
在热熔接装置120中，例如，如图9所示，在形成第一热熔接部108a的情况下，在基台部122a与升温了的加热棒体124a之间夹着层叠部105a的规定的部位来一边加热一边加压。这时，使加热棒体124a面对层叠部105a的第一导电性多孔质片104a侧。由此，能够使加热棒体124a的热经由第一导电性多孔质片104a传导至内周露出部48的面48a侧。其结果是，内周露出部48熔融而产生的熔融树脂进入第一导电性多孔质片104a的细孔。停止由加热棒体124a进行的加热，使进入第一导电性多孔质片104a的细孔的熔融树脂固化，由此能够形成第一热熔接部108a。
此外，热熔接装置120例如也可以是，仅具备一个加热棒体124a，依次夹着层叠部105a的规定的部位，一个一个地形成多个第一热熔接部108a，由此能够以小的负载来形成第一热熔接部108a。另外，热熔接装置120例如还可以是，具备多个加热棒体124a，多个多个地或者全部同时夹着层叠部105a的规定的部位，同时形成多个第一热熔接部108a，由此能够有效率地形成第一热熔接部108a。
在热熔接装置120中，例如，如图10所示，在形成第二热熔接部108b的情况下，在基台部122b与升温了的加热棒体124b之间夹着层叠部105b的规定的部位来一边加热一边加压。这时，使加热棒体124b面对层叠部105b的第二导电性多孔质片104b侧。由此，能够使加热棒体124b的热经由第二导电性多孔质片104b传导至内周露出部48的面48b侧。其结果是，内周露出部48熔融而产生的熔融树脂进入第二导电性多孔质片104b的细孔。停止由加热棒体124b进行的加热，使进入第二导电性多孔质片104b的细孔的熔融树脂固化，由此能够形成第二热熔接部108b。
此外，热熔接装置120例如也可以是，仅具备一个加热棒体124b，依次夹着层叠部105b的规定的部位，一个一个地形成多个第二热熔接部108b，由此能够以小的负载来形成第二热熔接部108b。另一方面，热熔接装置120例如还可以是，具备多个加热棒体124b，多个多个地或者全部同时夹着层叠部105b的规定的部位，同时形成多个第二热熔接部108b，由此能够有效率地形成第二热熔接部108b。
在使用热熔接装置120的热熔接中，分别调整层叠部105a处的基台部122a与加热棒体124a夹着的位置、以及层叠部105b处的基台部122b与加热棒体124b夹着的位置，由此能够调整第一热熔接部108a和第二热熔接部108b的配置。由此，将第一热熔接部108a与第二热熔接部108b如图8所示交替地配置在虚设结构体104的外周的周向，并且如图9以及图10所示以在层叠方向(箭头符号A1、A2方向)的位置相互不同的方式配置。
此外，在本实施方式中，加热棒体124a、124b的与层叠部105a、105b抵接的抵接面是圆形，使用该加热棒体124a、124b来形成如图8所示在俯视观察时呈圆形的第一热熔接部108a和第二热熔接部108b。但是，加热棒体124a、124b的抵接面的形状，以及第一热熔接部108a和第二热熔接部108b在俯视观察时的形状不特别限定为圆形。例如，也可以是四边形、其它的多边形。另外，代替上述的热熔接装置120，例如也能够使用激光加热装置等各种加热装置(未图示)来形成第一热熔接部108a和第二热熔接部108b。
另外，在本实施方式的热熔接装置120中，利用与形成第一热熔接部108a的基台部122a和加热棒体124a不同的基台部122b和加热棒体124b来形成第二热熔接部108b。但是，不特别限定于此，例如也可以是，热熔接装置120使用共通的基台部122a和加热棒体124a，分别形成第一热熔接部108a和第二热熔接部108b双方。该情况下，在形成第一热熔接部108a的情况下，使加热棒体124a面对层叠部105a的第一导电性多孔质片104a侧。另一方面，在形成第二热熔接部108b的情况下，使加热棒体124a面对层叠部105b的第二导电性多孔质片104b侧。
然后，在如上述那样所获得的带树脂框的虚设结构体90的虚设树脂框构件106的缘部，以成为上述的配置的方式分别贯穿设置燃料气体连通孔、氧化剂气体连通孔、冷却介质连通孔。
然后，如图2所示，进行使用虚设接合隔板102来夹着带树脂框的虚设结构体90的层叠工序。具体来讲，以虚设第一隔板92的面92a面对带树脂框的虚设结构体90的第一导电性多孔质片104a侧、虚设第二隔板94的面94a面对带树脂框的虚设结构体90的第二导电性多孔质片104b侧的方式，使用虚设接合隔板102夹着带树脂框的虚设结构体90。由此，能够获得第一虚设单电池16。此外，也能够与第一虚设单电池16同样来获得第二虚设单电池18。
以下说明具备如上所述那样获得的第一虚设单电池16和第二虚设单电池18的燃料电池堆10的动作。
首先，如图1所示，向端板24a的氧化剂气体入口连通孔34a(入口35a)供给含氧气体等氧化剂气体(例如，空气)。向端板24a的燃料气体入口连通孔38a(入口39a)供给含氢气体等燃料气体。向端板24a的冷却介质入口连通孔36a(入口37a)供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。
如图5所示，从氧化剂气体入口连通孔34a向第一隔板30和虚设第一隔板92的氧化剂气体流路49导入氧化剂气体。氧化剂气体沿着氧化剂气体流路49向箭头符号B1、B2方向移动，被供给至电解质膜-电极结构体28a的阴极电极44和虚设结构体104。
另一方面，如图6所示，从燃料气体入口连通孔38a向第二隔板32的燃料气体流路58导入燃料气体。燃料气体沿着燃料气体流路58向箭头符号B1、B2方向移动，被供给至电解质膜-电极结构体28a的阳极电极42。
这时，如图7所示，在虚设第二隔板94的隔热空间96中，利用绕着该隔热空间96的内侧凸起部98、以及绕着燃料气体入口连通孔38a和两个燃料气体出口连通孔38b的外周的连通孔凸起部100，阻断燃料气体的流通。
在层叠体14的各个电解质膜-电极结构体28a中，被供给至阴极电极44的氧化剂气体与被供给至阳极电极42的燃料气体在阴极电极催化剂层44a和阳极电极催化剂层42a内因电化学反应被消耗，来进行发电。
然后，如图3所示，被供给至阴极电极44并被消耗了的氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔34b向箭头符号A1、A2方向被排出。同样地，被供给至阳极电极42并被消耗了的燃料气体沿着燃料气体出口连通孔38b向箭头符号A1、A2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隔板30与第二隔板32之间、第一隔板30与虚设第二隔板94之间、以及虚设第一隔板92与虚设第二隔板94之间分别形成的冷却介质流路66之后，在箭头符号B1、B2方向流通。该冷却介质将电解质膜-电极结构体28a等冷却之后，从冷却介质出口连通孔36b被排出。
根据以上，在本实施方式涉及的燃料电池堆10的各个虚设单电池(第一虚设单电池16和第二虚设单电池18)中，利用第一热熔接部108a和第二热熔接部108b(热熔接部)将虚设树脂框构件106与虚设结构体104的外周接合。因此，与虚设树脂框构件106同虚设结构体104例如利用未图示的粘接剂接合的情况不同，不会发生粘接剂的挤出、偏移等，能够以小的接合部分来将虚设树脂框构件106同虚设结构体104高精度并且高强度地接合。
其结果是，能够提高各个虚设单电池的品质，容易实现各个虚设单电池的小型化。另外，能够不需要使粘接剂硬化的时间，能够与之相当地提高各个虚设单电池的制造效率，减少其制造成本。还有，在利用上述那样的以点状地断续地设置的第一热熔接部108a和第二热熔接部108b来将虚设树脂框构件106与虚设结构体104接合而形成的虚设单电池中，与利用在虚设结构体104的外周连续地设置的粘接剂来将这些接合而形成的虚设单电池相比，能够减少燃料电池堆10在发电时产生的通电损失。
如上所述，在将第一导电性多孔质片104a与第二导电性多孔质片104b接合而构成的各个虚设单电池中，不具备电解质膜40、电极催化剂层42a、44a，因此不进行发电，也不会因发电而产生生成水。由此，各个虚设单电池自身作为隔热层发挥功能，并且能够抑制在虚设单电池中产生结露。如上所述，在层叠体14的层叠方向的一端部设置各虚设单电池，由此能够提高层叠体14的端部侧的隔热性。因此，即使在低温环境下，也能够抑制层叠体14的端部侧的温度与中央侧相比成为低温。也就是说，能够提高发电稳定性。
另外，由于能够提高层叠体14的端部侧的隔热性，因此即使是在冰点以下环境中启动燃料电池堆10的情况下，也能够使层叠体14的整体良好地升温。由此，能够抑制在层叠体14的端部侧生成水等冻结而产生电压降低。
因此，在该燃料电池堆10中，能够利用以低成本获得高品质的各个虚设单电池来提高发电稳定性。
然而，在燃料电池堆10中，向氧化剂气体入口连通孔34a的入口35a侧供给被加湿的状态下的氧化剂气体。该氧化剂气体中的水结露，从而产生液体的结露水，当该结露水进入发电单电池12时，存在燃料气体和氧化剂气体的扩散性降低的情况。
在该燃料电池堆10中，在氧化剂气体入口连通孔34a的入口35a侧(箭头符号A1侧)具备第一虚设单电池16和第二虚设单电池18，在这些虚设单电池设置流通氧化剂气体的氧化剂气体流路49。因此，即使在氧化剂气体包含结露水的情况下，也能够利用各个虚设单电池捕捉该结露水。其结果是，能够抑制结露水进入发电单电池12，因此能够实现燃料电池堆10的发电稳定性进一步提高。
另一方面，在上述的实施方式中，在各个虚设单电池设置燃料气体不流通的隔热空间96，由此能够进一步提高各个虚设单电池的隔热性，并且能够减少无助于用于发电的电化学反应而从燃料电池堆10被排出的燃料气体。
如上所述，在燃料电池堆10中，利用第一热熔接部108a和第二热熔接部108b，分别将内周露出部48的两面48a、48b与第一导电性多孔质片104a、第二导电性多孔质片104b接合。由此，能够将虚设树脂框构件106与虚设结构体104以更高强度地接合。此外，也可以是，利用第一热熔接部108a和第二热熔接部108b的任一方，将虚设树脂框构件106与虚设结构体104接合。
另外，第一热熔接部108a和第二热熔接部108b断续地设置于虚设结构体104的外周。该情况下，与在虚设结构体104的外周连续地设置第一热熔接部108a和第二热熔接部108b相比，能够以简单的工序来高效率地获得各个虚设单电池。
如上所述，在燃料电池堆10中，将第一热熔接部108a和第二热熔接部108b以在层叠方向的位置相互不同的方式配设。该情况下，例如，与在层叠方向的相同位置设置第一热熔接部108a和第二热熔接部108b的情况下相比，能够抑制各个虚设单电池的厚度部分地增大。根据这样的各虚设单电池，即使层叠于发电单电池12，也能够抑制在该发电单电池12发生局部的表面压力上升，因此能够抑制在电解质膜40产生蠕变等，从而能够提高电解质膜40的耐久性。
另外，第一热熔接部108a与第二热熔接部108b交替地配置在虚设结构体104的周向。该情况下，能够利用简单的接合工序来将虚设结构体104与虚设树脂框构件106以充分的强度接合，而且，能够有效果地抑制层叠于各个虚设单电池的发电单电池12发生局部的表面压力上升。
在该燃料电池堆10中，如上所述，能够将虚设树脂框构件106与虚设结构体104的接合部分设得小，因此，能够提高在虚设树脂框构件106的外周设置氧化剂气体连通孔、燃料气体连通孔时的设计自由度。
如上所述，在燃料电池堆10中，构成为虚设树脂框构件106与树脂框构件46相同。该情况下，由于能够将各个虚设单电池的虚设树脂框构件106设为与发电单电池12的树脂框构件46共通的结构，因此能够使各个虚设单电池为更简单并且经济性的结构。此外，虚设树脂框构件106与树脂框构件46也可以是彼此不同的材料特性、尺寸、形状。
另外，第一导电性多孔质片104a构成为与阴极气体扩散层44b相同，第二导电性多孔质片104b构成为与阳极气体扩散层42b相同。该情况下，能够分别将各个虚设单电池的第一导电性多孔质片104a和第二导电性多孔质片104b设为与发电单电池12的阴极气体扩散层44b和阳极气体扩散层42b共通的结构，因此能够使各个虚设单电池为更简单并且经济性的结构。
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变更。
例如，如果第一热熔接部108a和第二热熔接部108b在层叠方向的彼此的位置不同，则各自的形状、个数、相对于层叠部105a、105b的其它配置等不特别限定于上述的实施方式。例如，也可以是，第一热熔接部108a和第二热熔接部108b在箭头符号C1、C2方向的位置和箭头符号B1、B2方向的位置的至少任一方相互不同。另外也可以是，第一热熔接部108a和第二热熔接部108b针对虚设结构体104的外周不是交替地设置，也可以是各自连续地设置。
在上述的实施方式中，虚设树脂框构件106由层叠的第一树脂片46a和第二树脂片46b构成，但不特别限定于此。例如，虚设树脂框构件106也可以由一个框状的树脂片(未图示)构成。
即使虚设树脂框构件106是由一个树脂片形成的情况下，也能够利用与上述的实施方式同样地设置的第一热熔接部108a和第二热熔接部108b来将该虚设树脂框构件106与虚设结构体104接合。即，例如，能够在虚设树脂框构件106的内周的一方的面与第一导电性多孔质片104a的外周的层叠部形成第一热熔接部108a。另外，能够在虚设树脂框构件106的内周的另一方的面与第二导电性多孔质片104b的外周的层叠部形成第二热熔接部108b。因此，具备由一个树脂片形成的虚设树脂框构件106的虚设单电池，也能够获得与具备由第一树脂片46a和第二树脂片46b形成的虚设树脂框构件106的虚设单电池同样的作用效果。
另外，树脂框构件46也可以由一个框状的树脂片构成。该情况也与由第一树脂片46a和第二树脂片46b形成树脂框构件46的情况同样，能够与电解质膜-电极结构体28a接合。
在上述的实施方式涉及的虚设单电池的制造方法中，在接合工序之后、层叠工序之前，在虚设树脂框构件106的缘部分别贯穿设置燃料气体连通孔、氧化剂气体连通孔、冷却介质连通孔，但不特别限定于此。例如，也可以在接合工序之前，在虚设树脂框构件106的缘部贯穿设置各个连通孔。
在上述的实施方式涉及的燃料电池堆10中，在层叠体14的箭头符号A1侧的端部层叠两个虚设单电池(第一虚设单电池16、第二虚设单电池18)。这样，在层叠体14的箭头符号A1侧，换言之，在氧化剂气体的入口侧配设虚设单电池，由此能够更有效果地抑制结露水进入至发电单电池12。但是，燃料电池堆10也可以在层叠体14的层叠方向的箭头符号A2侧的端部具备虚设单电池，也可以在层叠方向的两端部具备虚设单电池。另外，虚设单电池的个数也不限定于两个，也可以是一个、也可以是比两个多的多个。
在上述的实施方式中，采用了构成在两个金属隔板之间夹持电解质膜-电极结构体的单电池单元并且在各个单电池单元之间形成冷却介质流路的所谓的各个单元冷却构造。与此相对，例如，也可以构成具备三个以上的金属隔板和两个以上的电解质膜-电极结构体并且金属隔板与电解质膜-电极结构体交替地层叠而形成的单电池单元。此时，构成在各个单电池单元之间形成冷却介质流路的所谓的间隔减少冷却构造。

Claims (22)

1.一种燃料电池堆(10)，该燃料电池堆(10)具备层叠多个发电单电池(12)而成的层叠体(14)、以及在所述层叠体(14)的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池(16、18)，所述发电单电池(12)具有：电解质膜-电极结构体(28a)，其在电解质膜(40)的两侧分别配设电极(42、44)，所述电极(42、44)具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层(42b、44b)；绕着所述电解质膜-电极结构体(28a)的外周的树脂框构件(46)；以及夹着所述电解质膜-电极结构体(28a)的隔板(30、32)，所述燃料电池堆(10)的特征在于，
所述虚设单电池(16、18)具备与所述电解质膜-电极结构体(28a)对应的虚设结构体(104)、绕着所述虚设结构体(104)的外周的虚设树脂框构件(106)、以及夹着所述虚设结构体(104)的虚设隔板(92、94)，
所述虚设结构体(104)具有层叠的两个导电性多孔质片(104a、104b)，
所述虚设树脂框构件(106)具有层叠的两个框状的树脂片(46a、46b)，一方的所述树脂片(46b)的内周与另一方的所述树脂片(46a)的内周端(47)相比向内方延伸，
所述虚设树脂框构件(106)与所述虚设结构体(104)利用热熔接部(108a、108b)来接合，所述热熔接部(108a、108b)断续地设置在所述一方的树脂片(46b)的内周的至少一方的面(48a、48b)与所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周的层叠部(105a、105b)。
2.一种燃料电池堆(10)，该燃料电池堆(10)具备层叠多个发电单电池(12)而成的层叠体(14)、以及在所述层叠体(14)的层叠方向的至少一方的端部配设的虚设单电池(16、18)，所述发电单电池(12)具有：电解质膜-电极结构体(28a)，其在电解质膜(40)的两侧分别配设电极(42、44)，所述电极(42、44)具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层(42b、44b)；绕着所述电解质膜-电极结构体(28a)的外周的树脂框构件(46)；以及夹着所述电解质膜-电极结构体(28a)的隔板(30、32)，所述燃料电池堆(10)的特征在于，
所述虚设单电池(16、18)具备与所述电解质膜-电极结构体(28a)对应的虚设结构体(104)、绕着所述虚设结构体(104)的外周的虚设树脂框构件(106)、以及夹着所述虚设结构体(104)的虚设隔板(92、94)，
所述虚设结构体(104)具有层叠的两个导电性多孔质片(104a、104b)，
所述虚设树脂框构件(106)由一个框状的树脂片形成，
所述虚设树脂框构件(106)与所述虚设结构体(104)利用热熔接部(108a、108b)来接合，所述热熔接部(108a、108b)断续地设置在该虚设树脂框构件(106)的至少一方的面与所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周的层叠部(105a、105b)。
3.根据权利要求1或者2所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，
所述虚设树脂框构件(106)的内周夹在层叠的两个所述导电性多孔质片(104a、104b)之间，
所述热熔接部(108a、108b)具有在所述虚设树脂框构件(106)的内周的一方的面(48a)与一方的所述导电性多孔质片(104a)的外周的层叠部(105a)设置的第一热熔接部(108a)、以及在所述虚设树脂框构件(106)的内周的另一方的面(48b)与另一方的所述导电性多孔质片(104b)的外周的层叠部(105b)设置的第二热熔接部(108b)。
4.根据权利要求3所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，
所述第一热熔接部(108a)与所述第二热熔接部(108b)在所述层叠方向的位置相互不同。
5.根据权利要求4所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，
所述第一热熔接部(108a)与所述第二热熔接部(108b)交替地配置在所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周的周向。
6.根据权利要求1或者2所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，
在所述虚设树脂框构件(106)的外周，形成使氧化剂气体在所述层叠体(14)的层叠方向流通的氧化剂气体连通孔(34a、34b)、以及使燃料气体在所述层叠体(14)的层叠方向流通的燃料气体连通孔(38a、38b)。
7.根据权利要求1或者2所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，
所述虚设树脂框构件(106)构成为与所述发电单电池(12)的所述树脂框构件(46)相同。
8.根据权利要求1或者2所述的燃料电池堆(10)，其特征在于，
一方的所述导电性多孔质片(104a)构成为与所述发电单电池(12)的在所述电解质膜(40)的一方配设的所述气体扩散层(44b)相同，
另一方的所述导电性多孔质片(104b)构成为与所述发电单电池(12)的在所述电解质膜(40)的另一方配设的所述气体扩散层(42b)相同。
9.一种燃料电池堆(10)用的虚设单电池(16、18)，所述燃料电池堆(10)具备层叠多个发电单电池(12)而成的层叠体(14)，所述发电单电池(12)具有：电解质膜-电极结构体(28a)，其在电解质膜(40)的两侧分别配设电极(42、44)，所述电极(42、44)具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层(42b、44b)；绕着所述电解质膜-电极结构体(28a)的外周的树脂框构件(46)；以及夹着所述电解质膜-电极结构体(28a)的隔板(30、32)，其中，所述虚设单电池(16、18)配设在所述燃料电池堆(10)的所述层叠体(14)的层叠方向的至少一方的端部，所述燃料电池堆(10)用的虚设单电池(16、18)的特征在于，
具备与所述电解质膜-电极结构体(28a)对应的虚设结构体(104)、绕着所述虚设结构体(104)的外周的虚设树脂框构件(106)、以及夹着所述虚设结构体(104)的虚设隔板(92、94)，
所述虚设结构体(104)具有层叠的两个导电性多孔质片(104a、104b)，
所述虚设树脂框构件(106)具有层叠的两个框状的树脂片(46a、46b)，一方的所述树脂片(46b)的内周与另一方的所述树脂片(46a)的内周端(47)相比向内方延伸，
所述虚设树脂框构件(106)与所述虚设结构体(104)利用热熔接部(108a、108b)来接合，所述热熔接部(108a、108b)断续地设置在所述一方的树脂片(46b)的内周的至少一方的面(48a、48b)与所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周的层叠部(105a、105b)。
10.一种燃料电池堆(10)用的虚设单电池(16、18)，所述燃料电池堆(10)具备层叠多个发电单电池(12)而成的层叠体(14)，所述发电单电池(12)具有：电解质膜-电极结构体(28a)，其在电解质膜(40)的两侧分别配设电极(42、44)，所述电极(42、44)具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层(42b、44b)；绕着所述电解质膜-电极结构体(28a)的外周的树脂框构件(46)；以及夹着所述电解质膜-电极结构体(28a)的隔板(30、32)，其中，所述虚设单电池(16、18)配设在所述燃料电池堆(10)的所述层叠体(14)的层叠方向的至少一方的端部，所述燃料电池堆(10)用的虚设单电池(16、18)的特征在于，
具备与所述电解质膜-电极结构体(28a)对应的虚设结构体(104)、绕着所述虚设结构体(104)的外周的虚设树脂框构件(106)、以及夹着所述虚设结构体(104)的虚设隔板(92、94)，
所述虚设结构体(104)具有层叠的两个导电性多孔质片(104a、104b)，
所述虚设树脂框构件(106)由一个框状的树脂片形成，
所述虚设树脂框构件(106)与所述虚设结构体(104)利用热熔接部(108a、108b)来接合，所述热熔接部(108a、108b)断续地设置在该虚设树脂框构件(106)的至少一方的面与所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周的层叠部(105a、105b)。
11.根据权利要求9或者10所述的燃料电池堆(10)用的虚设单电池(16、18)，其特征在于，
所述虚设树脂框构件(106)的内周夹在层叠的两个所述导电性多孔质片(104a、104b)之间，
所述热熔接部(108a、108b)具有在所述虚设树脂框构件(106)的内周的一方的面(48a)与一方的所述导电性多孔质片(104a)的外周的层叠部(105a)设置的第一热熔接部(108a)、以及在所述虚设树脂框构件(106)的内周的另一方的面(48b)与另一方的所述导电性多孔质片(104b)的外周的层叠部(105b)设置的第二热熔接部(108b)。
12.根据权利要求11所述的燃料电池堆(10)用的虚设单电池(16、18)，其特征在于，
所述第一热熔接部(108a)与所述第二热熔接部(108b)在所述层叠方向的位置相互不同。
13.根据权利要求12所述的燃料电池堆(10)用的虚设单电池(16、18)，其特征在于，
所述第一热熔接部(108a)与所述第二热熔接部(108b)交替地配置在所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周的周向。
14.根据权利要求9或者10所述的燃料电池堆(10)用的虚设单电池(16、18)，其特征在于，
在所述虚设树脂框构件(106)的外周，形成使氧化剂气体在所述层叠体(14)的层叠方向流通的氧化剂气体连通孔(34a、34b)、以及使燃料气体在所述层叠体(14)的层叠方向流通的燃料气体连通孔(38a、38b)。
15.根据权利要求9或者10所述的燃料电池堆(10)用的虚设单电池(16、18)，其特征在于，
所述虚设树脂框构件(106)构成为与所述发电单电池(12)的所述树脂框构件(46)相同。
16.根据权利要求9或者10所述的燃料电池堆(10)用的虚设单电池(16、18)，其特征在于，
一方的所述导电性多孔质片(104a)构成为与所述发电单电池(12)的在所述电解质膜(40)的一方配设的所述气体扩散层(44b)相同，
另一方的所述导电性多孔质片(104b)构成为与所述发电单电池(12)的在所述电解质膜(40)的另一方配设的所述气体扩散层(42b)相同。
17.一种虚设单电池(16、18)的制造方法，所述虚设单电池(16、18)配设在燃料电池堆(10)的层叠体(14)的层叠方向的至少一方的端部，所述燃料电池堆(10)具备层叠多个发电单电池(12)而成的层叠体(14)，所述发电单电池(12)具有：电解质膜-电极结构体(28a)，其在电解质膜(40)的两侧分别配设电极(42、44)，所述电极(42、44)具有由导电性多孔质片形成的气体扩散层(42b、44b)；绕着所述电解质膜-电极结构体(28a)的外周的树脂框构件(46)；以及夹着所述电解质膜-电极结构体(28a)的隔板(30、32)，其中，所述虚设单电池(16、18)的制造方法包括以下工序：
接合工序，将具有层叠的两个导电性多孔质片(104a、104b)的与所述电解质膜-电极结构体(28a)对应的虚设结构体(104)同具有框状的树脂片(46a、46b)的虚设树脂框构件(106)接合，来获得所述虚设树脂框构件(106)绕着所述虚设结构体(104)的外周的带树脂框的虚设结构体(90)；以及
层叠工序，使用虚设隔板(92、94)夹着所述带树脂框的虚设结构体(90)来获得所述虚设单电池(16、18)，
在所述接合工序中，将所述虚设树脂框构件(106)的内周与所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周层叠，通过热熔接来断续地形成热熔接部(108a、108b)，由此将所述虚设树脂框构件(106)与所述虚设结构体(104)接合。
18.根据权利要求17所述的虚设单电池(16、18)的制造方法，其特征在于，
在所述接合工序中，使所述虚设树脂框构件(106)的内周夹在层叠的两个所述导电性多孔质片(104a、104b)之间，对所述虚设树脂框构件(106)的内周的一方的面(48a)与一方的所述导电性多孔质片(104a)的外周进行热熔接来形成第一热熔接部(108a)，并且对所述虚设树脂框构件(106)的内周的另一方的面(48b)与另一方的所述导电性多孔质片(104b)的外周进行热熔接来形成第二热熔接部(108b)。
19.根据权利要求18所述的虚设单电池(16、18)的制造方法，其特征在于，
在所述接合工序中，所述第一热熔接部(108a)与所述第二热熔接部(108b)是以在所述层叠方向的位置相互不同的方式形成的。
20.根据权利要求19所述的虚设单电池(16、18)的制造方法，其特征在于，
在所述接合工序中，在形成所述第一热熔接部(108a)之后，形成所述第二热熔接部(108b)，将所述第一热熔接部(108a)与所述第二热熔接部(108b)交替地配置在所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周的周向。
21.根据权利要求19所述的虚设单电池(16、18)的制造方法，其特征在于，
在所述接合工序中，交替地形成所述第一热熔接部(108a)与所述第二热熔接部(108b)，将所述第一热熔接部(108a)与所述第二热熔接部(108b)交替地配置在所述导电性多孔质片(104a、104b)的外周的周向。
22.根据权利要求17至21的任一项所述的虚设单电池(16、18)的制造方法，其特征在于，
在所述接合工序之后，使氧化剂气体在所述层叠体(14)的层叠方向流通的氧化剂气体连通孔(34a、34b)、使冷却介质在所述层叠体(14)的层叠方向流通的冷却介质连通孔(36a、36b)、以及使燃料气体在所述层叠体(14)的层叠方向流通的燃料气体连通孔(38a、38b)贯穿设置在所述虚设树脂框构件(106)的外周。
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