:與流體排出用的內(nèi)部岐管22b、23b、24b連接的第一輔助岐管51b、和具備相對(duì)于流體排出用的外部岐管42b、43b,44b的中心線及第一輔助岐管51b的中心線各自交叉的中心線且與流體排出用的外部岐管42b、43b、44b連接的第二輔助岐管52b。此外，也將供給側(cè)連通部50a及排出側(cè)連通部50b統(tǒng)稱為“連通部50”，將第一輔助岐管51a、51b統(tǒng)稱為“第一輔助岐管51”，將第二輔助岐管52a、52b統(tǒng)稱為“第二輔助岐管52”。
[0160]如圖10所示，連通部50的第二輔助岐管52其中心線相對(duì)于外部岐管41的中心線交叉，且相對(duì)于與內(nèi)部岐管21連接的第一輔助岐管51的中心線交叉?！敖徊妗北仨毐唤忉尀槌行木€彼此正交的情況以外，在可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的即配流性的提高的限度內(nèi)，也包含從正交狀態(tài)起傾斜地相交的情況。
[0161]上述結(jié)構(gòu)的特征為，在外部岐管41和內(nèi)部岐管21之間的連通部50，使各流體實(shí)質(zhì)上交叉兩次以上而流動(dòng)。在此，“實(shí)質(zhì)上交叉兩次以上”的意思是，在外部岐管41和內(nèi)部岐管21這兩根管中，在流體經(jīng)由連通部50在彼此的管和管之間流通時(shí)，實(shí)質(zhì)上兩次被直接或間接地觀測(cè)到中心流線的交叉。在此，“直接或間接地觀測(cè)”的意思是，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確認(rèn)流體的流動(dòng)，也可以通過(guò)模擬來(lái)確認(rèn)流體的流動(dòng)。
[0162]但是，例如，如下所述的連接形態(tài)不被看作是“實(shí)質(zhì)上交叉兩次以上”。S卩，這是使兩根管以正交的方式接觸，然后切除接觸部直到一方的中心線包含在另一方的管內(nèi)為止，以彼此深深地嚙合的形式設(shè)有作為流通部的貫通口的情況。在該連接形態(tài)中，因?yàn)橹行牧骶€雖然實(shí)質(zhì)上彎曲了兩次，但僅僅是傾斜，不能實(shí)現(xiàn)配流性的提高，所以不被看作是交叉。
[0163]在具有低長(zhǎng)寬比構(gòu)造，且對(duì)每種流體具有兩個(gè)以上的流體供給用的內(nèi)部岐管21和流體排出用的內(nèi)部岐管21的燃料電池中，通過(guò)在外部岐管41和內(nèi)部岐管21之間設(shè)置使各流體實(shí)質(zhì)上交叉兩次以上而流動(dòng)的配流機(jī)構(gòu)，能夠抑制偏流，能夠均等地向單電池4的寬度方向及層疊方向供給或排出燃料電池所需要的各種流體。其結(jié)果是，能夠有效地進(jìn)行發(fā)電，能夠提供小型高輸出的燃料電池。
[0164]外部岐管41優(yōu)選配置為其中心線偏向內(nèi)部岐管21的中心線的內(nèi)側(cè)(參照?qǐng)D8?圖10)。這是因?yàn)樵趶膶盈B單電池4的方向觀察時(shí)，與在單元層疊體20的外側(cè)配置外部岐管41的情況相比，能夠減小燃料電池所占的容積，能夠提高車載布局的自由度。
[0165]在氧化氣體的外部岐管44、冷卻水的外部岐管43、燃料氣體的外部岐管42重疊配置在單元層疊體20的單電池4的層疊方向的情況下，當(dāng)將冷卻水的外部岐管43配置在氧化氣體的外部岐管44和燃料氣體的外部岐管42之間時(shí)，容易進(jìn)行氧化氣體及燃料氣體的溫度調(diào)節(jié)，所以優(yōu)選。通常，外部岐管41(42、43、44)越接近配置于單元層疊體20，越能夠較長(zhǎng)地取得直到在該外部岐管41內(nèi)流動(dòng)的流體相對(duì)于單元層疊體20流入或流出為止的助流距離，即連通部50的距離，特別是第一輔助岐管51的距離，所以該流體的流動(dòng)穩(wěn)定，能夠降低內(nèi)部岐管21(22、23、24)的流體的偏流。當(dāng)降低了內(nèi)部岐管21的流體的偏流時(shí)，就會(huì)向各單電池4均等地分配各流體，所以燃料電池I的效率提高，因而優(yōu)選。在此，因?yàn)樵谥骶嚯x相同時(shí)，流體的速度越慢，內(nèi)部岐管21的偏流越低，所以即使在助流距離較短的情況下，也會(huì)在第一輔助岐管51或內(nèi)部岐管21的截面積大時(shí)能夠降低偏流。如果是本領(lǐng)域技術(shù)人員，則可根據(jù)上述助流距離和上述截面積之間的關(guān)系，適當(dāng)?shù)卮_定外部岐管42、43、44的配置。
[0166]外部岐管41可分別設(shè)置為燃料氣體、冷卻水、氧化氣體。優(yōu)選針對(duì)各流體將外部岐管41 (42、43、44)、及連通部50的第一和第二輔助岐管51、52設(shè)置于端板32 (或31)內(nèi)。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)使外部岐管41及連通部50與端板32 (或31) —體化，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池的小型化。
[0167]通過(guò)將燃料氣體、冷卻水、氧化氣體的所有的外部岐管41、及所有的連通部50的第一和第二輔助岐管51、52構(gòu)成于一端板32 (或31)內(nèi)，也能夠?qū)⑴淞餮b置的容積制成最小。在這種情況下，優(yōu)選在距單元層疊體20最近的層上配置氧化氣體用外部岐管44，在最遠(yuǎn)的層上配置燃料氣體用外部岐管42，在其中間配置冷卻水用外部岐管43。這是因?yàn)樵跇?gòu)成了具備三層外部岐管42、43、44的端板32 (三段硬殼端板32)的情況下，冷卻水在燃料氣體和氧化氣體之間流通，所以易保持各燃料電池用流體的溫度，因而優(yōu)選。
[0168]外部岐管41的排出側(cè)的管的截面積和供給側(cè)的管的截面積之比率根據(jù)目的可以相同，也可以不同。其中，在使用冷卻水及空氣的陰極上，優(yōu)選外部岐管43、44的排出側(cè)的截面積比供給側(cè)的截面積大。向燃料電池供給的流體中的冷卻水在發(fā)電時(shí)未被消耗。另外，在使用空氣作為氧化氣體的情況下，因?yàn)殡m然氧被消耗，但氮未被消耗，所以與陽(yáng)極上的燃料氣體相比時(shí)，減少的量就小。這是因?yàn)樵谶@樣流動(dòng)的過(guò)程中流量未變化、或減少量小的流體中，通過(guò)使排出側(cè)的截面積比供給側(cè)的截面積大，能夠降低排出側(cè)的壓力損失，能夠提高配流性。
[0169]此外，在流動(dòng)的過(guò)程中被消耗的燃料氣體中，排出側(cè)和供給側(cè)的截面積之間的大小關(guān)系的設(shè)定不能一概而論，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可從上述觀點(diǎn)出發(fā)，基于排出側(cè)和供給側(cè)的實(shí)際流量變化而適當(dāng)?shù)厍蟪?。另外，在使用氧而非空氣作為氧化氣體的情況下，也與燃料氣體的情況同樣。
[0170]外部岐管42、43、44的各開(kāi)口部可以在相對(duì)于各流體為相同的燃料電池組側(cè)面開(kāi)口，也可以在燃料電池組的相反側(cè)面開(kāi)口。但是，外部岐管42、43、44的各供給口及排出口優(yōu)選在同一面開(kāi)口。在本發(fā)明中，將使供給口及排出口在同一面開(kāi)口的情況因相似于羅馬字母的形狀稱為U形流向，將使供給口及排出口在相反側(cè)面開(kāi)口而成的情況稱為Z形流向。在本發(fā)明中，優(yōu)選U形流向，在使用Z形流向的情況下，有時(shí)在各內(nèi)部岐管及各流路中，且在上述單元層疊體的寬度方向上易發(fā)生流量不均的情況。在第一實(shí)施方式中，將燃料氣體、冷卻水、氧化氣體的所有流體的外部岐管42、43、44及連通部50設(shè)置于同一端板32中。如圖1所示，在端板32的對(duì)向的側(cè)面中的、第一側(cè)面(圖中左跟前的側(cè)面)上開(kāi)有燃料氣體用外部岐管42的供給口及排出口，在同一第一側(cè)面上開(kāi)有氧化氣體用外部岐管44的供給口及排出口。在相反側(cè)的第二側(cè)面上開(kāi)有冷卻水用外部岐管43的供給口及排出口。外部岐管41由從端板32的第一側(cè)面貫通到第二側(cè)面的貫通孔形成。就燃料氣體用的外部岐管42及氧化氣體用的外部岐管44而言，在形成貫通孔以后，利用擋板來(lái)密封第二側(cè)面的開(kāi)口。另一方面，就冷卻水用的外部岐管43而言，在形成貫通孔以后，利用擋板33來(lái)密封第一側(cè)面的開(kāi)口。
[0171]本實(shí)施方式的燃料電池I除容積輸出密度高以外，還在供給或排出燃料電池I所需要的流體的出入口的配置上自由度高，所以能夠提供良好的車載性或布局性。
[0172][端板]
[0173]交替地層疊膜電極接合體3及隔板2而得到的單元層疊體20由端板31、32從層疊方向的兩端夾持。由此，構(gòu)成燃料電池組。如圖8、及圖9(A)所示，在端板32的與單元層疊體20的接觸面形成有多個(gè)連接口 34、35、36。經(jīng)由該連接口 34、35、36，在端板32和內(nèi)部岐管21之間，供給或排出燃料電池I所需要的各種流體。符號(hào)“34”表示燃料氣體用的連接口，符號(hào)“ 35 ”表示冷卻水用的連接口，符號(hào)“ 36 ”表示氧化氣體用的連接口。
[0174][位移吸收機(jī)構(gòu)]
[0175]為了吸收電解質(zhì)膜的含水干燥引起的膨潤(rùn)收縮等單元層疊體20的層疊方向的尺寸變化而使單元層疊體內(nèi)部的壓力分布均勻，可在燃料電池I的內(nèi)部設(shè)置位移吸收機(jī)構(gòu)。作為位移吸收機(jī)構(gòu)，可使用由碟形彈簧或橡膠等彈性體構(gòu)成的本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的變異吸收機(jī)構(gòu)。位移吸收機(jī)構(gòu)優(yōu)選裝設(shè)于端板31、32中的至少一方且端板31、32的內(nèi)部或表面。
[0176]如上所述，優(yōu)選針對(duì)各流體將外部岐管42、43、44、及連通部50的第一和第二輔助岐管51、52設(shè)置于端板32(或31)內(nèi)。
[0177][配流裝置]
[0178]如圖9(A) (B)所示，第一實(shí)施方式的配流裝置100具有針對(duì)各流體形成有外部岐管 41(42、43、44)、和連通部 50 (50a,50b)的第一和第二輔助岐管 51 (51a、51b)、52 (52a、52b)的塊體60。塊體60構(gòu)成一端板32。
[0179]在塊體60中，當(dāng)將配置單元層疊體20的一側(cè)的面設(shè)為一面62時(shí)，如箭頭61所示，在從塊體60的一面62側(cè)觀察，在接近一面62的一側(cè)流動(dòng)的第一流體用的外部岐管44、和在遠(yuǎn)離一面62的一側(cè)流動(dòng)的第二流體用的外部岐管42、和在第一和第二流體之間流動(dòng)的第三流體用的外部岐管43以一部分重疊的方式進(jìn)行配置。進(jìn)而，在從塊體60的一面62側(cè)觀察，第三流體用的外部岐管43包括未與第一流體用的外部岐管44重疊的延長(zhǎng)部位63，第二流體用的外部岐管42包括未與第三流體用的外部岐管43重疊的延長(zhǎng)部位64。塊體60的一面62與單元層疊體20的端面連接。在第一實(shí)施方式的情況下，如上所述，第一流體為氧化氣體，第二流體為燃料氣體，第三流體為冷卻水。
[0180]連通部50的第一和第二輔助岐管51、52如下那樣形成。
[0181]就第一流體(氧化氣體)用的供給側(cè)連通部50a而言，如圖1l(C)所示，從一面62側(cè)起形成僅與第一流體用的外部岐管44a連通的第一孔部71。通過(guò)第一孔部71，將劃分形成第一流體用的外部岐管44a的側(cè)壁部的一部分切除，形成第一流體用的第一和第二輔助岐管 51a、52a。
[0182]就第一流體用的排出側(cè)連通部50b而言，如圖1l(A)所示，從一面62側(cè)起形成僅與第一流體用的外部岐管44b連通的第一孔部71。通過(guò)第一孔部71，將劃分形成第一流體用的外部岐管44b的側(cè)壁部的一部分切除，形成第一流體用的第一和第二輔助岐管51b、52b ο
[0183]就第二流體(燃料氣體)用的供給側(cè)連通部50a而言，如圖1l(C)所示，從一面62側(cè)起在延長(zhǎng)部位64 (參照?qǐng)D9 (B))形成僅與第二流體用的外部岐管42a連通的第二孔部72。通過(guò)第二孔部72，將劃分形成第二流體用的外部岐管42a的側(cè)壁部的一部分切除，形成第二流體用的第一和第二輔助岐管51a、52a。
[0184]就第二流體用的排出側(cè)連通部50b而言，如圖1l(A)所示，從一面62側(cè)起形成僅與第二流體用的外部岐管42b連通的第二孔部72。通過(guò)第二孔部72，將劃分形成第二流體用的外部岐管42b的側(cè)壁部的一部分切除，形成第二流體用的第一和第二輔助岐管51b、52b ο
[0185]就第三流體(冷卻水)用的供給側(cè)連通部50a而言，如圖11⑶所示，從一面62側(cè)起在延長(zhǎng)部位63 (參照?qǐng)D9 (B))形成僅與第三流體用的外部岐管43a連通的第三孔部73。通過(guò)第三孔部73，將劃分形成第三流體用的外部岐管43a的側(cè)壁部的一部分切除，形成第三流體用的第一和第二輔助岐管51a、52a。
[0186]就第三流體用的排出側(cè)連通部50b而言，如圖11⑶所示，從一面62側(cè)起在延長(zhǎng)部位63形成僅與第三流體用的外部岐管43b連通的第三孔部73。通過(guò)第三孔部73，將劃分形成第三流體用的外部岐管43b的側(cè)壁部的一部分切除，形成第三流體用的第一和第二輔助岐管51b、52b。
[0187]在第二孔部72、及第三孔部73的上部形成有從一面62朝向孔部72、73傾斜的傾斜面。由此，關(guān)于燃料氣體用的連接口 34、及冷卻水用的連接口 35，在圖11中，使左右方向的大小變得與氧化氣體用的連接口 36的大小相同。
[0188]因?yàn)榕淞餮b置100將外部岐管41及連通部50形成于構(gòu)成端板32的塊體60，所以能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池I的小型化。進(jìn)而，因?yàn)槟軌蛲ㄟ^(guò)切削加工來(lái)形成外部岐管41、及連通部50的第一和第二輔助岐管51、52，所以能夠簡(jiǎn)化配流裝置100的制造，與將許多零件焊接接合進(jìn)行組裝的情況等相比，能夠廉價(jià)地制造。
[0189][燃料電池的機(jī)理]
[0190]燃料電池I的機(jī)理如下所述。即，由供給到陽(yáng)極催化劑層6a的氫生成質(zhì)子和電子。由陽(yáng)極生成的質(zhì)子在電解質(zhì)膜7內(nèi)部移動(dòng)，并到達(dá)陰極催化劑層6b。另一方面，由陽(yáng)極生成的電子在導(dǎo)線(導(dǎo)體)內(nèi)進(jìn)行傳遞，并從燃料電池取出。而且，上述電子在外部負(fù)載電路中消耗了電能以后，在導(dǎo)線(導(dǎo)體)內(nèi)進(jìn)行傳遞，返回到陰極，與供給到陰極催化劑層6b的氧發(fā)生反應(yīng)，生成水。