CN101107742A - 固体高分子型燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固体高分子型燃料电池组。通过本发明，可提供一种燃料电池，其不仅在正常的运行时、即使在起动、停止、负载变化等过渡运行状态下，也能够在短时间内将均匀的气体供给被层叠的所有电池单元。具体地，在固体高分子型燃料电池组所包含的各个电池单元中，在进气歧管上形成突起部或桥梁部，将进气歧管分割成与分离器流路连接的空间和另一个空间，而且，对应各个电池单元调整所述突起部或桥梁部的构造。

Description

固体高分子型燃料电池
技术领域
本发明涉及使用固体高分子电解质膜的燃料电池。
背景技术
使用固体高分子电解质膜的燃料电池，通过使含有氢的燃料气体和空气等含有氧的氧化剂气体进行电化学反应，同时产生电能及热能。所述燃料电池通常具有选择性地输送氢离子的高分子电解质膜及夹着高分子电解质膜的一对电极。各电极由以碳粉末和碳粉末搭载的铂族金属催化剂为主要成分的催化剂层、及配置在催化剂层外侧的兼有通气性和电子传导性的气体扩散层组成。
使用固体高分子电解质膜的燃料电池，为不使供给的燃料气体及氧化剂气体漏到外部或相互混合，在电极的周围夹着高分子电解质膜配置有气体密封材料或气体密封垫。气体密封材料或气体密封垫通常与高分子电解质膜或电极一体化而进行组装，该组装体称为MEA(电解质膜电极接合体)。MEA被导电性的分离器夹持，分离器机械地固定MEA，层叠的MEA彼此相互串联地电连接。在分离器的与MEA接触的接触部形成流路，通过该流路将反应气体供给电极，将生成的水或剩余的气体排出。该流路通常形成在分离器上，但也有在别处形成的。
在所述燃料电池上设置有气体配管，该气体配管用于将反应气体供给分离器上形成的流路或从流路将气体排出。该气体配管对应分离器的数量而被分支，其分支前端与在分离器上形成的流路连接。将用于该连接的配管件称为歧管。
高分子电解质膜的材料一般为全氟磺酸类树脂。高分子电解质膜在含有水分的状态下表现出离子传导性。因此，通常需要供给被加湿的燃料气体或氧化剂气体，而且，为了燃料电池的高性能化，优选这些气体的相对湿度接近100％或者100％以上。但是，由于在燃料电池的阴极侧通过反应生成水，因此，若为了具有比电池的动作温度高的露点而对气体加湿并进行供给时，在电池内部的流路或电极的内部产生结露，由于水堵塞等现象，产生电池性能不稳定、低下的问题。
这样，由过度湿润(产生结露)而产生的电池性能的不稳定化或低下一般称为“溢流现象”。当溢流现象在阳极侧产生时，燃料气体的供给变得困难，达不到所需的量。若在燃料气体不足的状态下强制地获取负载电流，则为了生成电子和质子，阳极侧的搭载有催化剂的碳与周围的水反应。其结果，催化剂层的碳溶解而破坏催化剂层。若这种状态持续，则与阳极相比正电位的阴极变为0V以下的电位。这种状态称为“转极”，对电池来说是致命的状态。
这样，在通常运行时，为了防止由于具有100％或100％以上的相对湿度的供给气体在流路的上游结露的溢流现象而产生的气体不足，提出几种方案(参照专利文献1)。例如有以下方案等。
1)在来自外部的气体供给侧的歧管的截面、歧管与气体流路的连接部与气体配管之间形成蜂腰部；
2)将与歧管连接的气体配管延长到歧管内部，在延长的气体配管的上面设置气体供给用的孔；
3)将与歧管连接的气体配管延长到歧管内部，在延长的气体配管的上面设置气体供给用的孔，该气体供给用的孔彼此的间隔随着自与歧管连接的连接部远离而变窄。
另一方面，在固体高分子型燃料电池中，防止反应气体的串气是重要的。因此，通过使在分离器上形成的歧管为格栅状等形态，无需在框架(框体)上形成流路槽，使结构简单化。由此，具有抑制框架的变形、抑制串气的方案(参照专利文献2)。
专利文献1：(日本)特开2004-327425号公报
专利文献2：(日本)特开2004-165043号公报
燃料电池在上述的通常状态下运行以外，在起动或停止、负载变化等运行状态频繁变化时产生的过渡状态下也能够运行。即使在过渡状态下的运行，也谋求稳定的运行切换和防止由切换动作自身产生的性能劣化。
使用固体高分子电解质膜的燃料电池，为了防止停止时的催化剂的劣化，一般使氮或13A等改质前的原燃料等的气体作为封入气体而充满到流路中并进行保持。在起动时若投入通常的气体则封入气体被排出，催化剂活性化。然后，将质子填充到阳极，使阴极电位相对阳极成为充分高的电位。由此，负载电流的获取变为可能。燃料电池组所包含的层叠的电池单元中的一些单元虽然在可获取负载电流的状态之前，但若获取负载电流，则该电池单元变为所述“转极”状态。因此，在层叠的全部电池单元成为获取负载电流的状态之前，不会开始发电。
但是，燃料电池组中包含的电池单元各自到达可开始发电状态的时刻根据电池单元的层叠方向而有偏差。最初变为可发电的电池单元与其他的电池单元相比，阴极长时间保持为高电位的状态。若该状态持续，则促使催化剂劣化。因此，启动时投入的通常的气体优选尽量同时遍布到整个电池单元。但是，准确地测定从气体投入到最初的电池单元可发电的时间是困难的，因此，事实上，谋求使启动时投入的通常的气体以尽量短的时间遍布到整个电池单元。
另外，在从通常运行状态停止的情况下，停止负载电流的取出后，将氮或13A等改质前的原燃料作为封入气体而投入。在这种情况下，也谋求以尽量短的时间使封入气体遍布到整个电池单元。
另外，还有使气体流量变化而改变取出负载电流的情况。例如，负载电流变小时，改变负载电流后使气体量改变，负载电流变大时，改变气体量后使负载电流改变。以与起动或停止的情况相同的理由，也谋求使改变流量的气体以尽量短的时间遍布到整个电池单元。
发明内容
本发明提供一种燃料电池，在固体高分子型燃料电池组中，不仅在通常运行时、即使在起动、停止、负载变化等过渡运行状态下，也能够在短时间内将均匀的气体供给被层叠的全部电池单元。由此，提供一种稳定的运行切换和防止由切换动作自身产生的性能劣化的固体高分子型燃料电池。
在US2005/0271910中暗示有用于将均匀的气体向层叠的全部电池单元供给的方案。根据该方案，公开了以下内容：通过转移沟道(transitionchannel)将歧管分割成流体供给(fluid supply)歧管和流体分布(fluiddistribution)歧管，使气体的流动稳定化。但是，仅仅由这些方案难以将均匀的气体在短时间内供给到全部电池单元。
本发明的第一方面涉及如下的燃料电池组。
1.一种燃料电池组，该燃料电池组是包含直列层叠的多个燃料电池单元的固体高分子型燃料电池组，所述燃料电池单元各自包括：高分子电解质膜；一对电极，其夹着所述高分子电解质膜、由燃料极与氧极组成；一对分离器，其由与所述燃料极连接且具有燃料气体流通的流路的分离器和与氧极连接且具有氧化剂气体流通的流路的分离器组成；燃料气体的进气歧管及排气歧管，其对所述燃料气体流通的分离器流路供给燃料气体、排出燃料气体；氧化剂气体的进气歧管及排气歧管，其对所述氧化剂气体流通的分离器流路供给氧化剂气体、排出氧化剂气体，所述进气歧管或排气歧管中的至少一个的内部空间通过其内壁上设置的突起部或桥梁部被分割成相互连通的与所述分离器流路连接的空间和另一个空间，所述突起部或桥梁部控制气体向与所述分离器流路连接的空间流入，而且，对于各个所述层叠的多个燃料电池单元，所述气体流入的控制不是一定的，与层叠方向两端部的燃料电池单元相比，内部层的燃料电池单元被控制为气体最难流入。
2.在第1方案的燃料电池组的基础上，所述被控制为气体最难流入的燃料电池单元是层叠的燃料电池单元中、距离来自外部的气体供给侧、位于所有层叠单元中的一半以下的内部层燃料电池单元。
3.在第1方案或第2方案的燃料电池组的基础上，向所述燃料气体流通的流路供给燃料气体的进气歧管、及排出燃料气体的排气歧管和对所述氧化剂气体流通的流路供给氧化剂气体的进气歧管、及排出氧化剂气体的排气歧管成形在框体上，在所述框体中收纳有所述高分子电解质膜和一对电极，该一对电极夹着所述高分子电解质膜、由燃料极与氧极组成。
4.在第3方案的燃料电池组的基础上，在所述框体中还一体地成形有用于从外部密封所述分离器流路的密封件。
5.在第1～第4任一方案的燃料电池组的基础上，所述层叠的多个燃料电池单元的各个歧管的与分离器流路连接的空间相互连通。
6.在第1～第5任一方案的燃料电池组的基础上，所述歧管的与分离器流路连接的空间相对于重力方向比所述另一个空间靠上方配置。
7.在第1～第6任一方案的燃料电池组的基础上，所述突起从所述燃料电池单元的外周侧朝向电极侧。
8.在第1～第7任一方案的燃料电池组的基础上，各个所述层叠的多个燃料电池单元所包含的突起部或桥梁部的尺寸不是一定的，内部层的燃料电池单元的突起部或桥梁部的尺寸最大。
9.在第1～第7任一方案的燃料电池组的基础上，各个所述层叠的多个燃料电池单元所包含的突起部的高度不是一定的，内部层的燃料电池单元的突起部的高度最大。
10.在第1～第7任一方案的燃料电池组的基础上，各个所述层叠的多个燃料电池单元所包含的突起部或桥梁部为板状的整流板，该整流板各自的角度不是一定的，内部层的燃料电池单元的整流板的长轴方向与燃料电池单元的层叠方向的角度最小。
11.在第1～第7任一方案的燃料电池组的基础上，各个所述层叠的多个燃料电池单元所包含的突起部或桥梁部的一部分在层叠方向比其他部分厚，而且，所述一部分为在侧方具有吹气口的环状结构，所述一部分彼此紧密接合而形成配管，所述形成的配管上连接有来自外部的气体供给配管，所述吹气口各自的面积不是一定的，内部层的燃料电池单元的吹气口的面积最小。
12.在第11方案的燃料电池组的基础上，所述吹气口朝向与所述分离器流路连接的空间相反的方向。
本发明第二方面涉及如下的用于燃料电池单元的框体以及其制造方法。
13.一种框体，其收纳有高分子电解质膜和一对电极，该一对电极夹着所述高分子电解质膜、由燃料极与氧极组成，所述框体成形有燃料气体的进气歧管及排气歧管和氧化剂气体的进气歧管及排气歧管，所述燃料气体的进气歧管及排气歧管对所述燃料气体流通的分离器流路供给燃料气体、排出燃料气体，所述氧化剂气体的进气歧管及排气歧管对所述氧化剂气体流通的分离器流路供给氧化剂气体、排出氧化剂气体，所述进气歧管或排气歧管的至少任一个的内部空间通过其内壁上设置的突起部被分割成与所述分离器流路连接的空间和另一个空间，所述突起部具有一个或两个以上的切口，在所述切口处可以切断。
14.一种框体的制造方法，其中，该框体收纳有高分子电解质膜和一对电极，该一对电极夹着所述高分子电解质膜、由燃料极与氧极组成，所述框体成形有燃料气体的进气歧管及排气歧管和氧化剂气体的进气歧管及排气歧管，该燃料气体的进气歧管及排气歧管对所述燃料气体流通的分离器流路供给燃料气体、排出燃料气体，所述氧化剂气体的进气歧管及排气歧管对所述氧化剂气体流通的分离器流路供给氧化剂气体或排出氧化剂气体，所述进气歧管或排气歧管的至少任一个的内部空间通过其内壁上设置的突起部或桥梁部被分割成与所述分离器流路连接的空间和另一个空间，所述框体的制造方法包括通过浇注口将树脂注入模具中而进行注塑成形的步骤，在所述突起部或桥梁部设置所述浇注口。
根据本发明的高分子电解质型燃料电池组，不仅在正常运行时，即使在起动、停止、负载变化等过渡运行状态下，也能够在短时间内将均匀的气体供给被层叠的全部电池单元。因此，可以进行稳定的运行切换、抑制由切换动作自身造成的性能劣化，可以提高燃料电池的耐用性。
附图说明
图1A是实施方式1的燃料电池组所使用的框体一体型MEA的从阴极面侧观察到的正面图，图1B为从阳极面侧观察到的正面图；
图2A是实施方式1的燃料电池组所使用的框体一体型MEA的阴极侧分离器的阴极侧正面图，图2B为阳极侧的正面图；
图3是实施方式1的燃料电池组的立体图；
图4是实施方式2的燃料电池所使用的框体一体型MEA的从阴极面侧观察到的正面图；
图5是实施方式2的燃料电池组的立体图；
图6是实施方式3的燃料电池组的阴极侧进气歧管的立体放大图；
图7是实施方式4的燃料电池组的阴极侧进气歧管的立体放大图；
图8是实施方式5的燃料电池组的阴极侧进气歧管的立体放大图；
图9是实施方式6的燃料电池组的阴极侧进气歧管的立体放大图；
图10是实施方式7的燃料电池组的阴极侧进气歧管的立体放大图；
图11是实施方式8的燃料电池组的阴极侧进气歧管的立体放大图；
图12是实施方式9的燃料电池组的阴极侧进气歧管的立体放大图；
图13是实施方式10的燃料电池组的阴极侧进气歧管的立体放大图；
图14是实施方式11的框体一体型MEA的立体放大图；
图15是实施方式11的框体一体型MEA的立体放大图；
图16是比较例1的燃料电池组的进气歧管的立体放大图；
图17是比较例2的燃料电池组的进气歧管的立体放大图；
图18是比较例3的燃料电池组的框体一体型MEA的正面图；
图19是表示比较例1的燃料电池组起动时、从供给气体配管开始流入空气两秒后的阴极侧进气歧管内的浓度分布的模拟结果的图；
图20是表示比较例2的燃料电池组起动时、从供给气体配管开始流入空气两秒后的阴极侧进气歧管内的浓度分布的模拟结果的图；
图21是表示实施例1的燃料电池组起动时、从供给气体配管开始流入空气两秒后的阴极侧进气歧管内的浓度分布的模拟结果的图。
具体实施方式
本发明的燃料电池组是固体高分子型的燃料电池组，包含层叠的多个燃料电池单元。层叠的多个燃料电池单元优选相互直列连接。
在各个燃料电池单元中，优选包括：1)高分子电解质膜；2)一对电极，其夹着所述高分子电解质膜、由燃料极与氧极组成；3)一对分离器，其由与所述燃料极连接且具有燃料气体流通的流路的分离器和与氧极连接且具有氧化剂气体流通的流路的分离器组成；4)燃料气体的进气/排气歧管，其对所述燃料气体流通的分离器流路供给燃料气体、排出燃料气体；5)氧化剂气体的进气/排气歧管，其对所述氧化剂气体流通的分离器流路供给氧化剂气体、排出氧化剂气体。另外，各个燃料电池单元可以具有其他的任意的部件。
高分子电解质膜只要是氢离子通过、电子不通过的薄的薄膜状的膜即可，并无特别限定。一般情况下使用氟树脂类的高分子膜。
夹着高分子电解质膜的一对电极由供给氧化剂的氧极(也称为阴极)和供给燃料气体的燃料极(也称为阳极)组成。各个电极并无特别限定，只要是负载铂等催化剂的碳等即可。
使分离器接触一对电极的每一个而配置，经由分离器供给反应气体。即，优选在配置于燃料极的分离器上形成有燃料气体流动的流路，在配置于氧极的分离器上形成有氧化剂气体流动的流路。在分离器上形成的流路(以下也称为“分离器流路”)的形状并无特别限定，例如为螺旋状。
分离器优选具有导电性，只要是热固性树脂、热塑性树脂的成形物、冲压的金属板等即可。在将冲压的金属板用作为分离器时，可以拧上突起部或桥梁部(后述)而形成。
在形成气体流路的各个分离器上连接有用于供给气体的进气歧管及用于排出气体的排气歧管(也总称为“进排气用的歧管”)。来自外部的气体供给管连接在进气歧管上，向外部的气体排出管连接在排气歧管上。
在本发明中，用于供给、排出燃料气体的歧管及用于供给、排出氧化剂气体的歧管中的至少一个歧管的内部空间被分割成“与分离器流路连接的空间”和“另一个空间”。但是，二者相互连通，气体可在其中移动。
“与分离器流路连接的空间”只要是包含歧管的与分离器流路连接的部分的空间即可。“另一个空间”为：1)沿着外部的气体供给管的轴线的空间或沿着向外部的气体排出管的轴线的空间(也称为“供给/排出配管部”)；或者2)使从外部供给的气体不直接进入与分离器流路连接的空间的延缓部的空间或使从分离器流路排出的气体不直接进入到向外部的排出管的延缓部的空间(也称为“延缓部”)。
该分割通过在歧管的内部空间的内壁上设置的“突起部”或“桥梁部”而进行。突起部不横跨内部空间，是从内壁局部突出的部位。桥梁部是横跨内部空间的部位。
所述突起部只要形成在歧管内壁的任意位置即可，也可以形成一个或两个以上的突起部。若在相对的位置分别设置突起部，则形成“蜂腰”。优选突起部形成在歧管内壁中、电池单元外周侧的内壁上。也就是说，优选突起部从外周侧朝向电极侧。若在外周侧的内壁上设置突起部，则与在内周侧的内壁上设置突起部的情况相比，由燃料电池的反应而产生的热量难以向外部排放。因此，该热量能有效地回收，有助于热电联合化。
所述桥梁部是横跨歧管内部空间的部位，但与分离器流路连接的空间并没有与另一个空间完全断开，具有用于使二者连通的部分(气体通过部分)。
所述突起部或桥梁部控制从外部供给的气体向歧管内部空间中的“与分离器流路连接的空间”的流入。所述流入的控制根据突起部或桥梁部的结构而进行。例如可以考虑以下方式，并无特别限定。
1)突起部或桥梁部通过调整大小(例如突起部的高度)，进而调整通过与分离器流路连接的空间的部分的面积，控制所述流入(参照图3、图5、图7等)
“桥梁部的大小”例如是指“与长度方向垂直的剖面面积的大小”，“突起部的大小”例如是指“从歧管突出的突起的体积”，“突起部的高度”例如是指“从歧管内壁向突出方向的突起的长度”，无论哪一种、只要调整与分离器流路连接的空间的通过部分的面积的大小，其方式没有限定。
2)通过将突起部或桥梁部形成为板状的整流板并调整其配置角度，从而控制所述流入(参照图8～图9等)。
3)将突起部或桥梁部的一部分增厚，使其增厚的一部分形成为侧方具有吹气口的管状结构。将增厚的一部分彼此连接作为配管，连接来自外部的气体管。通过调整所述侧方的吹气口的面积，控制所述流入(参照图10～图13等)。
突起部或桥梁部优选形成在用于供给氧化剂气体的进气歧管和供给燃料气体的进气歧管的任一方或双方上，但也可以形成在用于排出氧化剂气体或燃料气体的排气歧管上。若在排气歧管上设置突起部或桥梁部，则可以使各个电池单元的从分离器流路排出气体的时刻偏差降低。
突起部或桥梁部可以设置在分离器上形成的歧管上，但优选设置在形成于收纳MEA的“框体”的歧管上。MEA是包含高分子电解质膜和一对电极的复合体，该一对电极夹着高分子电解质膜、由燃料极和氧极组成。MEA被收纳在框体中，优选被框体包围。在框体中收纳的MEA的两面上配置分离器。
下面，将MEA与收纳其的框体一体化的部件称为“框体一体型MEA”。
框体通常为树脂制造的，树脂的例中包含聚丙烯等。在框体上形成有用于供给、排出燃料气体的歧管和用于供给、排出氧化剂气体的歧管。进而，在框体上也可以形成用于使冷却液流动的歧管等。
优选在收纳MEA的框体上形成的歧管中的用于供给、排出燃料气体的歧管(优选进气歧管)和用于供给、排出氧化剂气体的歧管(优选进气歧管)至少一个歧管的内部空间，通过设置在其内壁上的突起部或桥梁部而被分割。
突起部可以具有一个或两个以上的切口(参照图6)，在该切口处切断而可将突起部前端除去。如后所述，本发明的燃料电池组根据层叠的电池单元、突起部的高度不同。因此，在突起部形成切口，通过适当调整突起的高度进行层叠，可以容易地制造本发明的燃料电池组。
优选在框体一体型MEA的框体上一体地形成密封材料。密封材料包围歧管和MEA，防止歧管中流动的流体物漏到外部。
框体一体型MEA的框体只要不损害本发明的效果，可以用任意的方法进行制造，但优选用注塑成形法进行制造。注塑成形法是将从浇注口流入到模具的熔融树脂固化而得到所希望的成形物的方法。在所述框体的歧管的内壁上形成突起部或桥梁部时，优选在该突起部或桥梁部的一部分上设置浇注口。关于注塑成形，由于流入到模具的树脂的流动限定在一个方向就可以稳定成形，因此，优选在突起部上设置浇注口的方式。
一般，在注塑成形后的成形物上形成残留浇注口，因此，需要除去该残留浇注口。但是，若将浇注口设置在所述突起部或桥梁部上，则即使在所述突起部或桥梁部上残留浇注口也没有问题，因此，不再需要该除去工序，可以缩简工序数、缩短制作时间。
本发明的燃料电池组包含层叠的多个电池单元，但在各个电池单元的进气歧管上形成的突起部或桥梁部的结构不同。即，每个电池单元中，反应气体流入进气歧管的“与分离器流路连接的空间”的难易程度不同。
优选在本发明的燃料电池组所包含的层叠的电池单元中、所述流入最难的电池单元是在内部层叠的电池单元。在内部层叠的电池单元优选为从自外部的反应气体(燃料气体或氧化剂气体)供给侧到整个层叠单元中一半之间的电池单元，更加理想的是为从供给侧到四分之一附近的内部层的电池单元。
对于包含层叠的多个电池单元的燃料电池组，本发明者有如下的发现：即，从外部气体供给管向进气歧管供给的气体在短时间内到达自供给侧到二分之一的内部层的电池单元的进气歧管，特别是，以最短时间到达自供给侧到四分之一附近的电池单元。基于该见解，通过使从供给侧到二分之一的内部层的电池单元的向“与分离器流路连接的空间”的气体流入变得困难，可以在短时间内将均匀的气体供给到全部电池单元。
本发明的燃料电池组显然是层叠的各个电池单元的进排气歧管各自的供给/排出配管部相互连通，但更加理想的是，进排气歧管各自的“与分离器流路连接的空间”也相互连通。若使“与分离器流路连接的空间”相互连通，则能够进一步促进供给的气体的均匀化、整流化。
本发明的燃料电池组优选将各个电池单元的平面设置成与铅垂线平行，另一方面，优选将各个电池单元的平面不设置成与铅垂线垂直。进而，燃料电池组优选设置成使形成所述突起部或桥梁部的歧管的“与分离器流路连接的空间”相对于重力方向比“另一个空间(例如供给/排出配管部)”更靠上方而设置。从外部供给的反应气体所含有的水分在歧管处结露时，抑制其水分流入到分离器流路，防止在分离器流路中存留水分。
下面，参照附图对本发明进行说明。
(实施方式1)
在图1中表示框体一体型MEA的例子。图1A是从阴极面侧观察到的框体一体型MEA1的正面图，图1B是从阳极面侧观察到的框体一体型MEA1的正面图。
在图1A及图1B中，在MEA2的周围成形有框体3。在框体3上形成有密封件4(图1A)及密封件4′(图1B)。密封件4包含供给/排出氧化剂气体的阴极侧歧管5/5′和MEA2而形成，但不形成在将阴极侧歧管5/5′与MEA2连接的部分6上(图1A)。另外，密封件4′包含供给/排出燃料气体的阳极侧歧管7/7′和MEA2而形成，但不形成在将阳极侧歧管7/7′与MEA2连接的部分6′上(图1B)。密封件4/4′防止气体泄漏。另外，缠绕冷却水歧管8、8′而形成密封件，抑制冷却水向外部泄漏。
在阴极侧进气歧管5的内面壁的一部分上设有突起部9A，突起部9A从外周侧向MEA2侧突出。突起部9A将歧管5的内部空间分割成与分离器流路连接的空间5B和供给/排出配管部5A而配置。
在阳极侧进气歧管7的内面壁的一部分上也设置突起部9B，突起部9B从外周侧向MEA2侧突出。突起部9B将歧管7的内部空间分割成与分离器流路连接的空间7B和供给/排出配管部7A而配置。
所述MEA2的大小例如为纵向150mm、横向150mm。框体3的大小例如为纵向220mm、横向220mm，其材料为聚丙烯等树脂。密封件4由两色成形氟橡胶而形成。
图2A是阴极侧分离器10的阴极侧正面图，图2B是阳极侧分离器10′的阳极侧正面图，在10及10′上形成气体流路11、11′。
使图2A的阴极侧分离器10的阴极面与图1A中表示的框体一体型MEA1的阴极面抵接，进而，使图2B的阳极侧分离器10′的阳极面与图1B中表示的框体一体型MEA1的阳极面抵接，制成电池单元。
图3表示层叠有多个电池单元的燃料电池组100。层叠的电池单元的各突起部9A的高度不是一定的，而是具有梯度。即，突起部9A的高度在某内部层的电池单元最大，随着接近各表面层的电池单元而变小。即，气体从歧管的供给/排出配管部5A向与分离器流路连接的空间5B通过的部分随着从来自外部的气体供给配管12的连接位置向电池单元的层叠方向前进而逐渐变小，在某内部层的电池单元变得最小，若进一步向前则逐渐地变大。
层叠的电池单元的各突起部9B的高度也不是一定的，同样具有梯度。
(实施方式2)
图4是框体一体型MEA1的另一实施例的阴极侧的正面图。
在阴极侧进气歧管5的内面壁上设有向框体的外侧突出的突起部9A。突起部9A将进气歧管5分割成供给/排出配管部5A和与分离器流路连接的空间5 B而配置。同样地，在阳极侧进气歧管7的内面壁上也设有向框体的外侧突出的突起部9B。其他的标记与图1的标记对应。
在图5中表示含有图4所示的框体一体型MEA的电池单元被层叠的燃料电池组100。层叠的电池单元的各个突起部9A的高度不是一定的，而是具有梯度。即，突起部9A的高度在某内部层的电池单元最大，随着接近各自表面层的电池单元而变小。即，气体从歧管的供给/排出配管部5A向与分离器流路连接的空间5B通过的部分随着从来自外部的气体供给配管12的连接位置向电池单元的层叠方向前进而逐渐变小，在某内部层的电池单元变得最小，若进一步向前则逐渐地变大。
层叠的电池单元的各突起部9B的高度也不是一定的，同样具有梯度。
(实施方式3)
图6是供给气体的进气歧管的例的放大图。
在突起部9A上设有多个切口9C。在切口9C处，可以将突起部的前端切断。若在框体一体型MEA的框体的突起部9A上设置切口9C，则可根据层叠的电池单元的层叠顺序，将切口9的一个切断来调整突起部的长度。
因此，对气体从供给/排出配管部5A向与分离器流路连接的空间5B通过的部分进行调整变得容易，如图3或图5所示，容易形成梯度。
(实施方式4)
图7是层叠含有框体一体型MEA的电池单元的燃料电池组的阴极侧进气歧管的放大图。在图7中，框体一体型MEA的框体的歧管与分离器的歧管相互紧密接合。框体一体型MEA的框体具有桥梁部9D，分离器具有桥梁部9E。
桥梁部9D和桥梁部9E将歧管分割成供给/排出配管部5A、及与分离器流路连接的空间5B(在与分离器流路连接的空间5B中具有分离器流路与歧管的连接部6)。在桥梁部9D上具有气体流路9F，使供给/排出配管部5A和与分离器流路连接的空间5B连通。
形成在桥梁部9D的气体流路9F的面积不是一定的，而是具有梯度。使某内部层的电池单元的气体流路9F的面积最小，随着接近各表面层的电池单元而变大。即，随着从来自外部的气体供给配管的连接位置向电池单元的层叠方向前进，气体流路9F的面积逐渐变小，在某内部层的电池单元最小，若进一步前进则逐渐地变大。
(实施方式5)
图8是层叠含有框体一体型MEA的电池单元的燃料电池组的阴极侧进气歧管的放大图。
形成在框体一体型MEA的框体上的突起部9G形成截面为板状的整流板。整流板的长轴方向14与电池单元的层叠方向15的角度16根据层叠的电池单元而不一定，具有梯度。即，角度16在某内部层的电池单元最小，随着接近各表面层的电池单元而变大。即，随着从来自外部的气体供给配管的连接位置向电池单元的层叠方向前进，角度16逐渐变小，在某内部层的电池单元最小，若进一步向层叠方向前进时则逐渐地变大。
(实施方式6)
图9是层叠含有框体一体型MEA的电池单元的燃料电池组的阴极侧进气歧管的放大图。
形成在框体一体型MEA的框体上的桥梁部9H形成截面为板状的整流板。整流板的长轴方向14与电池单元的层叠方向15的角度16根据层叠的电池单元而不一定，具有梯度。即，角度16在某内部层的电池单元最小，随着接近各表面层的电池单元而变大。即，随着从来自外部的气体供给配管的连接位置向电池单元的层叠方向前进，角度16逐渐变小，在某内部层的电池单元最小，若进一步向层叠方向前进则逐渐地变大。
(实施方式7)
图10是层叠含有框体一体型MEA的电池单元的燃料电池组的阴极侧进气歧管的放大图。
形成在框体一体型MEA的框体上的突起部9I的前端在层叠方向上比前端以外的部分厚，在中央具有孔9J。孔9J的截面为大致圆形。突起部9I的前端部彼此紧密接合而形成配管9K，在形成的配管9K的层叠方向末端连接有来自外部的气体供给配管。5A的空间作为缓冲部起作用，该缓冲部用于使来自外部的供给气体不急速地进入5B。
另外，在形成的配管9K的侧面设有气体的吹气口9L。吹气口9L的面积根据层叠的电池单元而不一定，具有梯度。即，吹气口9L的面积在某内部层的电池单元最小，随着接近各表面层的电池单元而变大。即，随着从来自外部的气体供给配管的连接位置向电池单元的层叠方向前进，吹气口9L的面积逐渐变小，在某内部层的电池单元最小，若进一步向层叠方向前进则逐渐地变大。
(实施方式8)
图11是层叠含有框体一体型MEA的电池单元的燃料电池组的阴极侧进气歧管的放大图。
形成在框体一体型MEA的框体上的桥梁部9M的中央部在层叠方向上比中央部以外的部分厚，在中央具有孔9J。孔9J的截面为大致圆形。桥梁部9M的中央部彼此紧密接合而形成配管9N，在形成的配管9N的层叠方向的末端连接有来自外部的气体供给管。5A的空间作为缓冲部起作用，该缓冲部用于使来自外部的供给气体不急速地进入5B。
另外，在形成的配管9N的侧面设有气体的吹气口9L。吹气口9L的面积根据层叠的电池单元而不一定，具有梯度。即，吹气口9L的面积在某内部层的电池单元最小，随着接近各表面层的电池单元而变大。即，随着气体供给配管的连接位置向电池单元的层叠方向前进，吹气口9L的面积逐渐变小，在某内部层的电池单元最小，若进一步向层叠方向前进则逐渐地变大。
(实施方式9)
图12是层叠含有框体一体型MEA的电池单元的燃料电池组的阴极侧进气歧管的放大图。
形成在框体一体型MEA的框体上的突起部9I的前端部在层叠方向上比前端部以外的部分厚，在中央具有孔9J。孔9J的截面为大致圆形。突起部9I的中央部彼此紧密接合而形成配管9K，在形成的配管9K的层叠方向的末端连接有来自外部的气体供给管。
另外，在形成的配管9K的侧面设有气体的吹气口9L，吹气口9L朝向图中下侧、即、与分离器连接的空间5B相反的方向。来自外部的供给气体一旦进入5A(缓冲部)之后，向5B移动，因此，整流效果好。吹气口9L的面积根据层叠的电池单元而不是一定的，具有梯度。即，吹气口9L的面积在某内部层的电池单元最小，随着接近各表面层的电池单元而变大。即，随着气体供给配管的连接位置向电池单元的层叠方向前进，吹气口9L的面积逐渐变小，在某内部层的电池单元最小，若进一步向层叠方向前进则逐渐地变大。
(实施方式10)
图13是层叠含有框体一体型MEA的电池单元的燃料电池组的阴极侧进气歧管的放大图。
形成在框体一体型MEA的框体上的桥梁部9P的中央部在层叠方向上比中央部以外的部分厚，具有孔9J。孔9J的截面为大致圆形。桥梁部9P的中央部彼此紧密接合而形成配管9Q，在形成的配管9Q的层叠方向的末端连接有来自外部的气体供给管。
另外，在形成的配管9Q的侧面设有气体的吹气口9L。吹气口9L朝向图形下侧、即、与分离器流路连接的空间5B(含有与分离器流路连接的连接部6)相反的方向。来自外部的供给气体一旦进入5A(缓冲部)之后，向5B移动，因此，整流效果好。吹气口9L的面积根据层叠的电池单元而不一定，具有梯度。即，吹气口9L的面积在某内部层的电池单元最小，随着接近各表面层的电池单元而变大。即，随着从来自外部的气体供给配管的连接位置向电池单元的层叠方向前进，吹气口9L的面积逐渐变小，在某内部层的电池单元最小，若进一步前进则逐渐地变大。
(实施方式11)
图14及图15表示框体一体型MEA的例子。在图14的框体一体型MEA的歧管的内壁上形成突起部9R，在图15的框体一体型MEA的歧管的内壁上形成桥梁部9T。
如前所述，框体3通过注塑成形法而制作，但优选将注塑成形的浇注口作为歧管的突起部9R的前端9S，将树脂注入到模具内(参照图14)。同样地，优选将注塑成形的浇注口作为歧管的桥梁部9T的中央部9S，将树脂注入到模具内(参照图15)。
这时，优选浇注口9S的层叠方向的高度h1与框体的厚度大致为相同的尺寸，而且，不超过阳极侧分离器与阴极侧分离器的厚度之和。
实施例
(实施例1)
在乙炔黑类碳粉末中，负载25重量％的平均颗粒度约为30的铂颗粒，作为阴极催化剂。另外，在乙炔黑类碳粉末中，负载25重量％的平均颗粒度约为30的铂-钌合金颗粒，作为阳极催化剂。
使这些粉末分别分散到异丙醇中，与全氟碳磺酸树脂粉末的乙醇分散液混合而得到糊剂。利用网板印刷法将得到的糊剂分别涂敷在厚度为250μm的碳不织造布的各个面上而形成催化剂层。得到的各个电极的催化剂层中包含的催化剂金属的量为0.3mgc/m2，全氟碳磺酸树脂的量为1.2mgc/m2。
这些电极(阴极、阳极)除催化剂材料以外都为相同的结构。准备具有比这些电极大一圈的面积的高分子电解质膜。高分子电解质膜为薄膜化至30μm厚的全氟碳磺酸树脂。
在高分子电解质膜的中央部的各个面上分别配置有所述电极(阴极、阳极)。将切成所规定的大小的厚度为250μm的氟橡胶薄片夹着在电极外周部露出的电解质膜而配置在两侧，通过热冲压使其接合成一体化，从而制作MEA。
制作图1所示的框体一体型MEA和图2所示的分离器。
框体一体型MEA的框体的阴极侧歧管形成为：宽度为10mm、长度为30mm、四个拐角的R为15的长圆形，阳极侧歧管形成为：宽度为10mm、长度为20mm、四个拐角的R为15的长圆形。将这些进气歧管配置成在重力方向纵向伸长。
另外，在进气歧管的外侧内壁上，在歧管与电极的连接部分6的最下位置，形成朝向电极侧的突起部9A、9B。突起部的宽度为1.5mm。突起部以每隔2mm的方式制成长度为3mm、5mm、7mm、9mm的四种。
将导电性阴极分离器、框体一体型MEA、导电性阳极分离器层叠而组装电池单元。层叠50个电池单元。从来自外部的气体供给配管的连接部朝向层叠方向、使全部层叠体的四分之一的电池单元的歧管的突起部的长度为最大而具有梯度。
利用由表面镀金的铜板构成的集电板夹持得到的层叠体，进而，利用聚苯硫醚制的绝缘板进行夹持，进一步，利用不锈钢制的端板进行夹持。利用连接棒将两端板连接而得到电池组。此时，电极单位面积的连接压力为100N/cm2。在集电板上连接电缆而能够得到电能。不锈钢板的端板确保电池组的强度。
使分离器的板面与垂直方向平行，且冷却水的入口歧管8相对于重力方向靠上方而设置电池组。反应气体在分离器上形成的螺旋型气体流路(由水平方向的直线部与拐弯部构成)中、沿重力方向向下流动。
(比较例1)
除了实施例1的燃料电池组的框体一体型MEA的阴极侧进气歧管及阳极侧进气歧管的内部结构形成为图16所示的结构以外，通过相同的方法制作燃料电池组。即，在比较例1的燃料电池组的歧管的内壁上没有突起或桥梁部。反应气体沿着轴线13从纸面前方朝向后方供给，通过电极与歧管的连接部6，被分配供给到各个电池单元的电极。
(比较例2)
除了实施例1的燃料电池组的框体一体型MEA的阴极侧进气歧管及阳极侧进气歧管的内部结构形成为图17所示的结构以外，通过相同的方法制作燃料电池组。即，在比较例2的燃料电池组的歧管的内壁上设有突起部9A。全部的电池单元的突起部9A的长度均为7mm。反应气体沿着轴线13从纸面前方朝向后方而被供给到供给/排出配管部5A，供给到5A的气体向与分离器流路连接的空间5B移动，进而从电极与歧管的连接部6被分配供给到电极。
(比较例3)
除了比较例2的燃料电池组的框体一体型MEA的结构形成为图18所示的结构以外，通过相同的方法制作燃料电池组。即，与分离器流路连接的空间5B在重力方向上配置在比供给/排出侧5A更靠下方的位置。反应气体从纸面前方向后方被供给到供给/排出配管5A的部分，通过突起部9A移动到与分离器流路连接的空间5B，进而从电极与歧管的连接部6被分配供给到电极。
由露点为75℃的100％的氮充满比较例1、比较例2及实施例1的高分子电解质膜型燃料电池的阴极侧进气/排气歧管及阴极侧分离器流路。从保持75℃的状态，使露点为75℃的空气从气体供给配管流入。将经过两秒之后的阴极侧进气歧管中的浓度分布的模拟结果表示在图19(比较例1)、图20(比较例2)、图21(实施例1)中。
图19(比较例1)的阴极侧进气歧管中，从气体供给配管入口(图中左边)朝向层叠方向进深侧(图中右边)、在大约四分之一的部位流入空气集中流入，在气体供给配管入口附近(图中左端)与层叠方向进深侧(图中右端)产生涡流，空气的流入产生停滞，特别是在层叠方向进深侧(图中右端)依然滞留有高浓度的氮。
图20(比较例2)的阴极侧进气歧管中，看不到在比较例1中看到的空气的集中流入。这是由于通过在歧管内壁上设置的突起部9A，在重力方向的下方部分(供给/排出配管部)充分地进行供给空气的静压恢复之后，空气从9A彼此的间隙流入到重力方向的下方部分(与分离器流路连接的空间)，故而抑制在层叠方向的偏流产生。但是，在气体供给配管入口附近(图中左端)、层叠方向进深侧(图中右端)以及层叠方向中央部附近(图中中央)产生涡流，依然可以看到浓度的偏差。
比较例3的模拟结果(未图示)也与图20相同。但是，在发电实验中，在气体供给配管的连接位置附近的电池单元，电压不稳定，特别是在流量少的低负载运行时，确认到该现象显著出现。这是由于连接气体供给配管的轴线自放电部分离开而导致歧管内壁的温度变得比气体温度低，由此容易产生结露水。另外，由于与分离器流路连接的空间5B在重力方向上位于气体供给/排出管侧5A的下方，故而产生的结露水的一部分容易浸入到分离器流路中，使流路堵塞。
图21(实施例1)的阴极侧进气歧管中，看不到在比较例1中看到的空气的集中流入，另外，也几乎看不到在比较例2中看到的气体供给配管入口附近(图中左端)和层叠方向进深侧(图中右端)的浓度偏差。
这是由于通过在歧管内壁上设置的突起部9A，在重力方向的下方部分(供给/排出配管部)充分地进行供给空气的静压恢复，进而抑制由各个电池单元产生的被静压的空气向分离器流路连接部移动的时间偏差。
该时间偏差的抑制是由于在最容易受到动压的部位、即在从气体供给配管入口(图中左侧)朝向层叠方向进深侧(图中右侧)大约四分之一的部位、突起部9A的长度为最长而朝向前边或里边成梯度变化。从这些结果确认了本发明的有效性。
(实施例2)
在实施例2中，除了框体一体型MEA的阴极侧进气歧管的突起部为下面所示的突起部以外，与实施例1相同而制作燃料电池组。
在歧管内壁的歧管与电极的连接部分6的最下位置形成有朝向外侧的突起部9A、9B(参照图4)。突起部的9A、9B的宽度为1.5mm。该突起部以每隔2mm的方式制成长度为3mm、5mm、7mm、9mm的四种。
从来自外部的气体供给配管入口向层叠方向、使全部层叠体的四分之一的电池单元的歧管的突起部的长度最大并成梯度变化。
(实施例3)
在实施例3中，除了框体一体型MEA的阴极侧进气歧管的突起部为下面所示的突起部以外，与实施例1相同而制作燃料电池组。
在歧管内壁的歧管与电极的连接部分6的最下位置形成朝向外侧的突起部9A、9B。突起部的9A、9B的宽度为1.5mm。该突起部的长度为9mm，在从突起前端起2mm、4mm及6mm的位置形成宽度为0.3mm、深度为0.5mm的楔形切口(参照图6)。
在层叠电池组时，根据层叠的顺序，选择上述切口中的0个或一个，从该处将前端切除，将突起部的长度调整为为9mm、7mm、5mm或3mm。
这样，电池单元的层叠体的从气体供给配管入口向层叠方向、使全部层叠体的四分之一的电池单元的歧管的突起部的长度为最大并成梯度变化。
在实施例3的燃料电池组的阴极侧进气歧管内的浓度分布的模拟中，确认到与实施例2同样地歧管内的浓度大致均匀。若与实施例1相比，则实现了模具制作费用的大幅削减和包含模具的更换时间等的制作时间的大幅缩短。
(实施例4)
在实施例4中，除了框体一体型MEA的阴极侧进气歧管的突起部为以下所示的桥梁部以外，与实施例1相同而制作燃料电池组。
在歧管内壁的连接歧管与电极的部分6的下方设有宽度为1.5mm的桥梁部。在该桥梁部上形成有进深为1.5mm的矩形孔9F(参照图7)。矩形孔9F的长度为2mm、4mm、6mm或8mm。
并且，从来自外部的气体供给配管入口向层叠方向、使全部层叠体的四分之一的电池单元的歧管的桥梁部的矩形孔长度为最小并成梯度变化。在实施例4中确认到：与实施例2相比，已封入的氮与空气的交换时间变长，但是，歧管内的浓度分布变得更加均匀。
(实施例5)
在实施例5中，除了框体一体型MEA的阴极侧进气歧管的突起部为如下所示的突起部以外，与实施例1相同地制作燃料电池组。
在歧管内壁形成有朝向外侧的突起部9G(参照图8)。突起部9G的截面形成长轴为1.5mm、短轴为0.5mm的椭圆。椭圆的长轴与层叠方向形成的角度为90度、60度、30度、0度。
并且，从来自外部的气体供给配管入口朝向层叠方向、使全部层叠体的四分之一的电池单元的歧管的突起部的所述角度为最小并成梯度变化。
在实施例5中确认到：利用具有椭圆截面的突起的整流作用，不会产生如实施例4所述地已封入的氮与空气的交换的延迟，而且，歧管内的浓度分布比实施例1更加均匀。
(实施例6)
在实施例6中，除了框体一体型MEA的阴极侧进气歧管的突起部为如下所示的桥梁部以外，与实施例1相同地制作燃料电池组。
在歧管内壁的连接电极与歧管的部分6的下部设有桥梁部9H(参照图9)。桥梁部9H的截面形成长轴为1.5mm、短轴为0.5mm的椭圆，宽度为1.5mm。椭圆的长轴与层叠方向形成的角度为90度、60度、30度、0度。
并且，从来自外部的气体供给配管入口朝向层叠方向、全部层叠体的四分之一的电池单元的歧管的突起部的所述角度为最小，具有坡度。
在实施例6中确认到：利用椭圆截面的突起的整流作用，不会产生如实施例5那样已封入的氮与空气的交换的延迟，而且，歧管内的浓度分布比实施例1更加均匀。另外，在实施例6中，与实施例5相比，桥梁部的刚性高，框体一体型MEA成形后的变形小，可以防止组装时的错位。
(实施例7)
在实施例7中，除了框体一体型MEA的阴极侧进气歧管的突起部为如下所示的突起部以外，与实施例1相同地制作燃料电池组。
在歧管内壁形成朝向外侧的宽度为1.5mm的突起部9I(参照图10)。在突起部9I的前端形成管，该管的外径为5mm，内径为3mm，长度大约比框体一体型MEA与分离器的厚度之和(9mm)短0.05mm。
在该管的上面设置矩形的孔9L，该孔9L的宽度为3mm，长度为7mm、5mm、3mm或1mm。
使这些管大致连接而层叠各个电池单元。并且，从来自外部的气体供给配管入口朝向层叠方向、全部层叠体的四分之一的电池单元的歧管的孔的长度为最小，具有坡度。
在实施例7中确认到：利用管孔9J的分配作用，已封入的氮与空气以比实施例1更短的时间进行交换，而且，与实施例1同样地歧管内的浓度分布变得更加均匀。
(实施例8)
在实施例8中，除了框体一体型MEA的阴极侧进气歧管的突起部为如下所示的桥梁部以外，与实施例1相同地制作燃料电池组。
在歧管内壁的连接电极与歧管的部分6的下部形成宽度为1.5mm的桥梁部9M(参照图11)。在桥梁部9M的中央部形成管。该管的外径为5mm，内径为3mm，长度大约比框体一体型MEA与分离器的厚度之和(9mm)短0.05mm。
在该管的上面设置矩形的孔9L，该孔9L的宽度为3mm，长度为7mm、5mm、3mm或1mm。
使这些管大致连接而层叠各个电池单元。并且，从来自外部的气体供给配管入口朝向层叠方向、全部层叠体的四分之一的电池单元的歧管的孔的长度为最小，具有坡度。
在实施例8中确认到：与实施例6同样地，利用管孔9J的整流作用，已封入的氮气与空气以比实施例1更短的时间完成交换，而且，与实施例1同样地歧管内的浓度分布变得更加均匀。另外，在实施例8中，与实施例7相比，桥梁部的刚性高，框体一体型MEA成形后的变形小，可以防止组装时的错位。
(实施例9)
在实施例9中，除了框体一体型MEA的阴极侧进气歧管的突起部为如下所示的突起部以外，与实施例1同样地制作燃料电池组。
在歧管内壁的连接电极与歧管的部分6的下方形成有宽度为1.5mm的突起部9I(参照图12)。在突起部9I的前端形成管。该管的外径为5mm，内径为3mm，长度大约比框体一体型MEA与分离器的厚度之和(9mm)短0.05mm。在该管的下面设置矩形的孔9L，该孔9L的宽度为3mm，长度为7mm、5mm、3mm或1mm。
使这些管连接而层叠各个电池单元。并且，从来自外部的气体供给配管入口朝向层叠方向、使全部层叠体的四分之一的电池单元的歧管的孔的长度为最小并成梯度变化。
在实施例9中确认到：与实施例6同样地，利用管孔9J的分配作用，已封入的氮与空气以比实施例1更短的时间完成交换，而且，与实施例1同样地歧管内的浓度分布变得更加均匀。另外，在实施例9中确认到：与实施例7相比，通过利用供给气体的动压将在桥梁部下面滞留的气体排出的作用，使在稳定运行时供给到各个电池单元的气体浓度变化减小，可以抑制电压的波动、能够更加稳定地运行。
(实施例10)
在实施例10中，除了框体一体型MEA的阴极侧进气歧管的突起部为如下所示的桥梁部以外，与实施例1同样地制作燃料电池组。
在歧管内壁的连接电极与歧管的部分6的下方形成宽度为1.5mm的桥梁部9P(参照图13)。在桥梁部9P的中央形成管。该管的外径为5mm，内径为3mm，长度大约比框体一体型MEA与分离器的厚度之和(9mm)短0.05mm。在该管的下面设置矩形的孔9L，该孔9L的宽度为3mm，长度为7mm、5mm、3mm或1mm。
使这些管大致连接而层叠各个电池单元。并且，从来自外部的气体供给配管入口朝向层叠方向、使全部层叠体的四分之一的电池单元的歧管的孔的长度为最小并成梯度变化。
在实施例10中确认到：与实施例6同样地，利用管孔9J的分配作用，已封入的氮与空气以比实施例1更短的时间完成交换，而且，与实施例1相同地歧管内的浓度分布变得更加均匀。
进而，在实施例10中确认到：与实施例8相比，通过利用供给气体的动压将在桥梁部下方滞留的气体排出的作用，使在稳定运行时供给到各个电池单元的气体浓度变化减小，可以抑制电压的波动、能够更加稳定地运行。
(实施例11)
实施例11的框体一体型MEA的框体以聚丙烯(PP)树脂为原料、使用注塑成形法而形成。使向模具内注入树脂的树脂注入位置(浇注口)对应一圆柱(直径为5mm)的底面(参照图14)，该圆柱形成在从阴极侧进气歧管的内壁朝向外侧突出的突起部9R(宽度为1.5mm)的前端。残留的浇注口9S的高度与圆柱的高度h1之和比框体一体型MEA的框体3的厚度与分离器(图14中未图示)的厚度之和(9mm)小。
通过使向模具内注入树脂的树脂注入位置为突起部9R的前端，不需要除去残留浇注口的工序，可以缩短工序数量和制作时间。另外，在通过实施例11制作的框体一体型MEA上形成中央的管孔和喷出用矩形孔，也可以制作实施例7或实施例9(参照图10或图12)的框体一体型MEA。
(实施例12)
实施例12的框体一体型MEA的框体以聚丙烯(PP)树脂为原料、使用注塑成形法而形成。使向模具内注入树脂的树脂注入位置(浇注口)对应一圆柱(直径为5mm)的底面(参照图15)，该圆柱在从阴极侧进气歧管内壁的连接电极与歧管的部分6的下部形成的桥梁部9T(宽度为1.5mm)的中央部。残留的浇注口9S的高度与圆柱的高度h1之和比框体一体型MEA的框体3的厚度与分离器(图14中未表示)的厚度之和(9mm)小。
通过使向模具内注入树脂的树脂注入位置为桥梁部9T的中央部，不需要除去残留浇注口的工序，可以缩短工序数量和制作时间。另外，在通过实施例12制作的框体一体型MEA上形成中央的管孔和喷出用矩形孔，也可以制作实施例8或实施例10(参照图11或图13)的框体一体型MEA。
在以上的实施例中，在阴极侧进气歧管上形成突起部或桥梁部，但也可以在阳极侧进气歧管上形成同样的突起部或桥梁部，也可以在两者的进气歧管上形成。使燃料电池起动时或者燃料气体流量需要变化而使输出变化时，能以短时间进行气体的更换。
产业上的可利用性
根据本发明的高分子电解质型燃料电池组，不仅在通常运行时能将均匀的气体供给层叠的全部电池单元，而且，在起动、停止、负载变化时等的过渡状态的运行时，可以在短时间内供给均匀的气体。因此，能够稳定地进行运行切换、抑制由切换动作自身而产生的性能劣化，可以提高燃料电池的可靠性。该燃料电池非常适于家庭用热电联供系统或机动车用燃料电池的应用。
2005年11月25日申请的(日本)特愿2005-339944的日本专利申请中包含的说明书、附图及摘要公开的内容全部在本发明中引用。

Claims (14)

1.一种燃料电池组，该燃料电池组是包含直列层叠的多个燃料电池单元的固体高分子型燃料电池组，其中，
所述燃料电池单元各自包括：高分子电解质膜；一对电极，其夹着所述高分子电解质膜、由燃料极与氧极组成；一对分离器，其由与所述燃料极连接且具有燃料气体流通的流路的分离器和与氧极连接且具有氧化剂气体流通的流路的分离器组成；燃料气体的进气歧管及排气歧管，其对所述燃料气体流通的分离器流路供给燃料气体、排出燃料气体；氧化剂气体的进气歧管及排气歧管，其对所述氧化剂气体流通的、分离器流路供给氧化剂气体、排出氧化剂气体，
所述进气歧管或排气歧管的至少一个的内部空间通过其内壁上设置的突起部或桥梁部被分割成相互连通的与所述分离器流路连接的空间和另一个空间，
所述突起部或桥梁部控制气体向与所述分离器流路连接的空间流入，而且，相对各个所述层叠的多个燃料电池单元，所述气体流入的控制不是一定的，与层叠方向两端部的燃料电池单元相比，内部层的燃料电池单元被控制成气体最难流入。
2.如权利要求1所述的燃料电池组，其中，所述被控制成气体最难流入的燃料电池单元是层叠的燃料电池单元中、距离来自外部的气体供给侧、位于所有层叠单元中的一半以下的内部层燃料电池单元。
3.如权利要求1所述的燃料电池组，其中，向所述燃料气体流通的流路供给燃料气体的进气歧管、及排出燃料气体的排气歧管和对所述氧化剂气体流通的流路供给氧化剂气体的进气歧管、及排出氧化剂气体的排气歧管成形在框体上，
在所述框体中收纳有所述高分子电解质膜和一对电极，该一对电极夹着所述高分子电解质膜、由燃料极与氧极组成。
4.如权利要求3所述的燃料电池组，其中，在所述框体中还一体地成形有用于从外部密封所述分离器流路的密封件。
5.如权利要求1所述的燃料电池组，其中，所述层叠的多个燃料电池单元的各个歧管的与分离器流路连接的空间相互连通。
6.如权利要求1所述的燃料电池组，其中，所述歧管的与分离器流路连接的空间相对于重力方向比所述另一个空间靠上方配置。
7.如权利要求1所述的燃料电池组，其中，所述突起从所述燃料电池单元的外周侧朝向电极侧。
8.如权利要求1所述的燃料电池组，其中，各个所述层叠的多个燃料电池单元所包含的突起部或桥梁部的尺寸不是一定的，内部层的燃料电池单元的突起部或桥梁部的尺寸最大。
9.如权利要求1所述的燃料电池组，其中，各个所述层叠的多个燃料电池单元所包含的突起部的高度不是一定的，内部层的燃料电池单元的突起部的高度最大。
10.如权利要求1所述的燃料电池组，其中，各个所述层叠的多个燃料电池单元所包含的突起部或桥梁部为板状的整流板，该整流板各自的角度不是一定的，内部层的燃料电池单元的整流板的长轴方向与燃料电池单元的层叠方向的角度最小。
11.如权利要求1所述的燃料电池组，其中，各个所述层叠的多个燃料电池单元所包含的突起部或桥梁部的一部分在层叠方向比其他部分厚，而且，所述一部分为在侧方具有吹气口的环状结构，所述一部分彼此紧密接合而形成配管，所述形成的配管上连接有来自外部的气体供给配管，所述吹气口各自的面积不是一定的，内部层的燃料电池单元的吹气口的面积最小。
12.如权利要求11所述的燃料电池组，其中，所述吹气口朝向与所述分离器流路连接的空间相反的方向。
13.一种框体，其中，收纳有高分子电解质膜和一对电极，该一对电极夹着所述高分子电解质膜、由燃料极与氧极组成，
所述框体成形有燃料气体的进气歧管及排气歧管和氧化剂气体的进气歧管及排气歧管，所述燃料气体的进气歧管及排气歧管对所述燃料气体流通的分离器流路供给燃料气体、排出燃料气体，所述氧化剂气体的进气歧管及排气歧管对所述氧化剂气体流通的分离器流路供给氧化剂气体、排出氧化剂气体，
所述进气歧管或排气歧管的至少任一个的内部空间通过其内壁上设置的突起部被分割成与所述分离器流路连接的空间和另一个空间，
所述突起部具有一个或两个以上的切口，在所述切口处可以切断。
14.一种框体的制造方法，其中，该框体收纳有高分子电解质膜和一对电极，该一对电极夹着所述高分子电解质膜、由燃料极与氧极组成，
所述框体成形有燃料气体的进气歧管及排气歧管和氧化剂气体的进气歧管及排气歧管，该燃料气体的进气歧管及排气歧管对所述燃料气体流通的分离器流路供给燃料气体、排出燃料气体，所述氧化剂气体的进气歧管及排气歧管对所述氧化剂气体流通的分离器流路供给氧化剂气体或排出氧化剂气体，
所述进气歧管或排气歧管的至少任一个的内部空间通过其内壁上设置的突起部或桥梁部被分割成与所述分离器流路连接的空间和另一个空间，
所述框体的制造方法包括通过浇注口将树脂注入模具中而进行注塑成形的步骤，在所述突起部或桥梁部设置所述浇注口。
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