燃料电池、燃料电池的配流装置及具备燃料电池的车辆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池、燃料电池的配流装置、及具备燃料电池的车辆。更详细而言，涉及小型高输出的燃料电池、其配流装置、及具备燃料电池的车辆。
【背景技术】
[0002]燃料电池是通过使氢或甲醇等燃料进行电化学氧化而取出电能的一种发电装置，近年来，作为绿色能源供给源，备受注目。燃料电池通过要使用的电解质的种类，分类为磷酸形、熔融碳酸盐形、固体氧化物形及固体高分子电解质形等。
[0003]其中，固体高分子形燃料电池(PEFC)具备在电解质膜的两面配置有电极的膜电极接合体(MEA)。而且，通过向膜电极接合体的一面供给氢(燃料气体)，向另一面供给氧(氧化气体)来进行发电。这种PEFC因为可得到与内燃机同等的容积输出密度，所以作为电动汽车等的电源，正在进行实际应用的研究(例如，参照专利文献I及2)。
[0004]在此，作为膜电极接合体的封装方法，提案有堆栈式、捆扎式、中空纤维式等各种各样的型式。其中，广泛使用通过边用片状的隔板将片状的膜电极接合体隔离边进行堆叠而构成的堆栈式燃料电池。
[0005]燃料电池的输出与膜面积成正比，不与燃料电池容积成正比。因此，在堆栈式燃料电池中，为了实现小型高输出化，有效的方法是降低单元间距。但是，当只是单纯地降低单元间距时，空气、氢、冷却水等流体通过单元内面时的压力损失就会过大。过大的压力损失成为与降低辅机动力的请求相违背的结果，并不被优选。
[0006]因此，本发明人员等提出了具有低长宽比构造的燃料电池(参照专利文献3)，该低长宽比是指与大致矩形的燃料电池单元的流路方向的长度相比，与流路方向正交的宽度方向的长度较长。
[0007]向燃料电池供给的流体经过空气压缩机、喷射器、鼓风机、栗等各种流体机械，再进一步经由配管而供给。例如，在汽车用途的燃料电池中，各流体经由直径50_左右的配管而供给。因此，在宽度方向的长度比这样的配管的大小(直径)显著宽时，难以将流体遍及宽度方向的整体而均等地供给。因而，在具有低长宽比构造的燃料电池中，需要设置用于使流体流动的宽度从配管的大小(直径)扩大到低长宽比构造燃料电池的宽度方向的大小的配流机构。但是，由多个配管的组合构成的现有的配流机构既大又笨重，其结果是，具有阻碍燃料电池整体的小型化之类的问题。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:(日本)特开2005 - 190946号公报
[0011]专利文献2:(日本)特开2007 - 287659号公报
[0012]专利文献3:(日本)国际公开第2011/059087号
【发明内容】
[0013]于是，本发明的目的在于，提供一种具有电极层的宽度方向宽的低长宽比构造的燃料电池，其能够将燃料电池所需要的各种流体向宽度方向及层叠方向均等地供给或排出，还提供一种可适当应用于那种燃料电池的配流装置、及具备燃料电池的车辆。
[0014]本发明者等为了解决上述课题，进行了锐意研究，发现通过设置具备内部岐管和外部岐管的配流机构，能够解决所述课题，直至完成本发明。该内部岐管设置在具有特定构造的单元层叠体的内部，该外部岐管设置在单元层叠体的外部。
[0015]S卩，实现上述目的的本发明的燃料电池具有:单元层叠体，其将在大致矩形的电解质膜的两面具备阳极及阴极的大致矩形的电极层的膜电极接合体和大致矩形的隔板层叠而形成，在内部具备阳极流路、阴极流路及冷却流体流路；外部岐管，其设置于所述单元层叠体的外部，对所述单元层叠体供给或排出各流体。在所述单元层叠体中，至少所述阳极流路及阴极流路由多个线状肋构成，沿着所述流路的方向的所述电极层的长度(L)和相对于所述流路的方向正交的宽度方向的所述电极层的宽度(W)之比即长宽比R(L/W)不足1，且分别设有两个以上的各所述流路的两端的流路开口部，层叠所述流路开口部，对每种流体构成有两个以上的流体供给用的内部岐管和流体排出用的内部岐管。
[0016]所述外部岐管针对每种流体具有:经由供给侧连通部与所述流体供给用的内部岐管连接的流体供给用的外部岐管、经由排出侧连通部与所述流体排出用的内部岐管连接的流体排出用的外部岐管，所述流体供给用的外部岐管及所述流体排出用的外部岐管分别向所述单元层叠体的宽度方向延伸，并配置为大致平行。
[0017]在这种情况下，在所述流体供给用及所述流体排出用的外部岐管中，可在同方向的端部具备开口部。
[0018]在这种情况下，另外，各流体的所述供给侧连通部及所述排出侧连通部中的至少一个也可至少具备:与所述内部岐管连接的第一辅助岐管、具备分别相对于所述外部岐管的中心线及所述第一辅助岐管的中心线交叉的中心线且与所述外部岐管连接的第二辅助岐管。
[0019]另外，本发明的燃料电池具有:单元层叠体，其将在大致矩形的电解质膜的两面具备阳极及阴极的大致矩形的电极层的膜电极接合体和大致矩形的隔板层叠而形成，在内部具备阳极流路、阴极流路及冷却流体流路；外部岐管，其设置于所述单元层叠体的外部，对所述单元层叠体供给或排出各流体。在所述单元层叠体中，至少所述阳极流路及阴极流路由多个线状肋构成，沿着所述流路的方向的所述电极层的长度(L)和相对于所述流路的方向正交的宽度方向的所述电极层的宽度(W)之比即长宽比R(L/W)不足I。而且，设有两个以上的所述阳极流路的两端的流路开口部中的至少一方，一端侧形成为供给流路，另一端侧形成为排出流路，设有两个以上的所述阴极流路的两端的流路开口部中的至少一方，一端侧形成为供给流路，另一端侧形成为排出流路。层叠所述阳极流路的所述流路开口部，构成流体供给用的内部岐管和流体排出用的内部岐管，层叠所述阴极流路的所述流路开口部，构成流体供给用的内部岐管和流体排出用的内部岐管。而且，与所述内部岐管连接的所述外部岐管向与所述内部岐管交叉的方向延伸。
[0020]在这种情况下，与所述流体供给用的内部岐管连接的流体供给用的外部岐管、及与所述流体排出用的内部岐管连接的流体排出用的外部岐管分别向所述单元层叠体的宽度方向延伸而配置。
[0021]实现上述目的的本发明的燃料电池的配流装置用于上述的燃料电池，对阳极、阴极、及冷却流体中的至少两种流体进行配流，具有块体，该块体对于第一和第二的各流体形成有流体供给用的所述外部岐管、及流体排出用的所述外部岐管，并构成端板。
[0022]在此，在所述块体中，在所述块体中，当将配置所述单元层叠体的一侧的面设为一面时，从所述块体的一面侧观察，在接近所述一面的一侧流动的第一流体用的所述外部岐管和在远离所述一面的一侧流动的第二流体用的所述外部岐管以一部分重叠的方式配置。而且，从所述块体的一面侧观察，所述第二流体用的所述外部岐管包括未与所述第一流体用的所述外部岐管重叠的延长部位。而且，通过从所述一面侧起形成仅与所述第一流体用的所述外部岐管连通的第一孔部，从而形成所述第一流体用的连通部。通过从所述一面侧起在所述延长部位形成仅与所述第二流体用的所述外部岐管连通的第二孔部，从而形成所述第二流体用的连通部。
[0023]实现上述目的的本发明的车辆具备上述的燃料电池。
【附图说明】
[0024]图1是表示第一实施方式的燃料电池的立体图；
[0025]图2是表示单元层叠体的立体图；
[0026]图3表示的是构成单元层叠体的单电池，图3㈧是隔板的平面图，图3(B)是安装有密封材料时的膜电极接合体的平面图，图3(C)是在膜电极接合体的两侧配置有隔板的图；
[0027]图4是膜电极接合体的分解图；
[0028]图5(A)是表示膜电极接合体的平面图，图5(B)是表示安装有密封材料时的膜电极接合体的平面图，图5(C)是放大表示形成于内部岐管用的流路开口部和催化剂层之间的扩宽部的主要部分的平面图；
[0029]图6 (A)是表示形成有气体流路的隔板的立体图，图6 (B)是放大表示气体流路的立体图；
[0030]图7 (A)是表示高长宽比的隔板的图，图7 (B)是表示低长宽比的隔板的图，图7 (C)是表示低长宽比且低流路高度的隔板的图；
[0031]图8是表示组装有配流装置的端板的平面图；
[0032]图9(A)是用剖面来表示组装有配流装置的端板的主要部分的立体图，图9(B)是表示设有外部岐管的端板的剖面图；
[0033]图10是以流体供给侧为例用于对具有连接外部岐管和内部岐管的连通部的第一和第二辅助岐管进行说明的说明图；
[0034]图11 (A) (B) (C)是表示在构成端板的块体上针对每种流体形成有供给侧连通部的第一和第二辅助岐管、及排出侧连通部的第一和第二辅助岐管的情形的剖面图；
[0035]图12(A) (B)是表示搭载有燃料电池的车辆的例子的图；
[0036]图13(A)是示意性地表示单元层叠体及外部岐管的布局的例子的图；
[0037]图13(B)是示意性地表示单元层叠体及外部岐管的布局的例子的图；
[0038]图13(C)是示意性地表示单元层叠体及外部岐管的布局的例子的图；
[0039]图14(A)⑶是表示第二实施方式的燃料电池的立体图、及正面图；
[0040]图15(A)是用剖面来表示组装有第二实施方式的配流装置的下侧端板的主要部分的立体图，图15(B)是表示设有外部岐管的下侧端板的剖面图；
[0041]图16 (A) (B)是表示在构成下侧端板的块体上针对每种流体形成有供给侧连通部的第一和第二辅助岐管、及排出侧连通部的第一和第二辅助岐管的情形的剖面图。
[0042]符号说明
[0043]I燃料电池
[0044]2 隔板
[0045]3膜电极接合体
[0046]4单电池
[0047]5 (5a、5b)气体扩散层
[0048]6(6a、6b)催化剂层
[0049]7电解质膜
[0050]9燃料气体流路开口部(流路开口部)
[0051 ]10冷却水流路开口部(流路开口部)
[0052]11氧化气体流路开口部(流路开口部)
[0053]18 车辆
[0054]20单元层叠体
[0055]21内部岐管
[0056]22燃料气体用的内部岐管
[0057]23冷却水用的内部岐管
[0058]24氧化气体用的内部岐管
[0059]22a、23a、24a流体供给用的内部岐管
[0060]22b、23b、24b流体排出用的内部岐管
[0061]31 端板
[0062]32 端板
[0063]33 挡板
[0064]34燃料气体用的连接口
[0065]35冷却水用的连接口
[0066]36氧化气体用的连接口
[0067]41外部岐管
[0068]42燃料气体用的外部岐管
[0069]43冷却水用的外部岐管
[0070]44氧化气体用的外部岐管
[0071]42a、43a、44a流体供给用的外部岐管
[0072]42b、43b、44b流体排出用的外部岐管
[0073]50连通部
[0074]50a供给侧连通部
[0075]50b排出侧连通部
[0076]51(51a、51b)第一辅助岐管
[0077]52 (52a、52b)第二辅助岐管
[0078]60 块体
[0079]62块体的一面
[0080]63、64延长部位
[0081]80燃料电池
[0082]81上侧端板
[0083]82下侧端板
[0084]83 挡板
[0085]90 块体
[0086]92块体的一面
[0087]93延长部位
[0088]100、101 配流装置
[0089]L电极层的长度
[0090]W电极层的宽度
【具体实施方式】
[0091]下面，参照附图对本发明优选的实施方式进行说明，但本发明的技术范围是基于请求的范围而定的，不局限于如下的方式。此外，在附图的说明中，在同一