CN111162304A - 燃料电池、燃料电池搭载装置以及燃料电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池、燃料电池搭载装置以及燃料电池的制造方法。在燃料电池停止发电之后，抑制液态水侵入与燃料电池接近安装的阀而导致液态水在阀内冻结的情况。燃料电池具备：燃料电池组，其具备层叠有单电池的层叠体以及端板单元，并且具有沿层叠方向贯通层叠体以及端板单元来供反应气体流动的气体歧管；以及阀，其设置于端板单元与气体配管之间，具有阀体以及连通气体歧管与气体配管的阀内流路。气体歧管具备层叠体歧管以及端板单元流路。在以使歧管底部成为水平的方式配置燃料电池组的情况下，端板单元流路中的阀侧的开口的底部配置于比歧管底部靠上方的位置。

Description

燃料电池、燃料电池搭载装置以及燃料电池的制造方法
技术领域
本发明涉及燃料电池、燃料电池装置及燃料电池的制造方法。
背景技术
一般情况下，燃料电池伴随发电而会产生生成水。以往，提出了如下结构，即，为了提高从燃料电池排出生成水等液态水的排水性，将在层叠有燃料电池单电池的层叠体内形成的气体排出歧管形成为向下倾斜，并且将在配置于层叠体的端部的端板内形成的气体排出流路形成为以更大的倾斜角向下倾斜(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2009－158338号公报
然而，本申请发明人等发现如下新课题，即：即便在采用上述形状作为气体排出流路的形状的情况下，在与燃料电池接近地设置阀的情况下，也有可能发生在燃料电池停止发电之后液态水侵入阀从而液态水在阀内冻结的情况。
发明内容
本发明能够作为以下方式来实现。
(1)根据本发明的一个方式，提供燃料电池。该燃料电池具备：燃料电池组，其具备层叠有多个单电池的层叠体、以及包含配置于上述层叠体的端部的端板的端板单元，并且还具有沿层叠方向贯通上述层叠体和上述端板单元来供反应气体流动的气体歧管；以及阀，其设置于上述端板单元与相对于上述燃料电池供给或者排出上述反应气体的气体配管之间，上述阀具有阀体和连通上述气体歧管与上述气体配管的阀内流路，上述气体歧管具备沿层叠方向贯通上述层叠体的层叠体歧管、以及贯通上述端板单元的端板单元流路，在以使上述层叠体歧管中的沿上述层叠方向延伸的底部即歧管底部成为水平的方式配置上述燃料电池组的情况下，上述端板单元流路中的上述阀侧的开口的底部配置于比上述歧管底部靠上方的位置。
根据该方式的燃料电池，在燃料电池停止发电之后，即便在气体歧管内产生液态水的情况下，仍能抑制产生的液态水越过端板单元流路中的阀侧的开口的底部而流入阀。其结果是，能够抑制在燃料电池停止发电之后液态水在阀内冻结。
(2)在上述方式的燃料电池中，也可以构成为：在以使上述歧管底部成为水平的方式配置上述燃料电池组的情况下，在上述端板单元流路中具有第一下部，该第一下部配置于比上述歧管底部靠下方的位置。根据该方式的燃料电池，能够提高气体歧管中在阀的近前保持液态水的功能，从而提高抑制液态水向阀流入的效果。
(3)在上述方式的燃料电池中，也可以构成为：上述端板单元除上述端板之外还具备接合器，该接合器将上述端板与上述阀之间连接起来，并且形成上述端板单元流路的一部分，上述第一下部包括上述端板与上述接合器的分界处的上述端板单元流路的底部。根据该方式的燃料电池，在端板单元流路中，更加容易形成具有第一下部的形状的流路。
(4)在上述方式的燃料电池中，也可以构成为：上述端板单元在为了形成上述端板单元流路而设置于上述端板的贯通孔的内壁面上，具备构成上述端板单元流路的内壁面的树脂层，上述树脂层的内径从上述层叠体侧的端部朝向上述接合器侧的端部而逐渐扩大。根据该方式的燃料电池，通过从树脂层的内径较大一侧的端部向贯通孔插入直径朝向前端缩小的成型模，从而能够容易地形成树脂层。
(5)在上述方式的燃料电池中，也可以构成为：在以上述歧管底部成为水平的方式配置上述燃料电池组的情况下，在上述气体歧管中，上述歧管底部位于最低位置。根据该方式的燃料电池，能够在气体歧管中在阀的近前保持液态水，从而抑制液态水向阀流入。
(6)在上述方式的燃料电池中，也可以构成为：上述端板单元在为了形成上述端板单元流路而设置于上述端板的贯通孔的内壁面上，具备构成上述端板单元流路的内壁面的树脂层，上述树脂层的内径从上述层叠体侧的端部朝向上述阀侧的端部而逐渐缩小。根据该方式的燃料电池，通过从树脂层的内径较大一侧的端部向贯通孔插入直径朝向前端缩小的成型模，从而能够容易地形成树脂层。
(7)根据本发明的其他方式，提供搭载燃料电池的燃料电池搭载装置。该燃料电池搭载装置具备：(1)～(6)中的任一项所述的燃料电池；支承上述燃料电池的支承部件；以及将上述燃料电池固定于上述支承部件的固定部件，上述气体歧管是供从上述多个单电池排出的上述反应气体流动的气体排出歧管，上述固定部件以使上述层叠体歧管朝向上述反应气体的流向的下游侧而成为向下倾斜的方式，将上述燃料电池组固定于上述支承部件，上述端板单元流路中的上述阀侧的开口的底部配置于比上述歧管底部中的上述端板单元侧的端部靠上方的位置。
根据该方式的燃料电池搭载装置，即便在以使层叠体歧管朝向反应气体的流向的下游侧而成为向下倾斜的方式配置燃料电池组的情况下，也能提高抑制在气体歧管内产生的液态水流入阀的效果。
(8)根据本发明的又一其他方式，提供搭载燃料电池的燃料电池搭载装置。该燃料电池搭载装置具备：(1)～(6)中的任一项所述的燃料电池；支承上述燃料电池的支承部件；以及将上述燃料电池固定于上述支承部件的固定部件，上述气体歧管是供从上述多个单电池排出的上述反应气体流动的气体排出歧管，上述固定部件以使上述层叠体歧管朝向上述反应气体的流向的下游侧而成为向下倾斜的方式，将上述燃料电池组固定于上述支承部件，在上述端板单元流路中具有第二下部，该第二下部配置于比上述歧管底部中的上述端板单元侧的端部以及上述端板单元流路中的上述阀侧的开口的底部靠下方的位置。
根据该方式的燃料电池搭载装置，即便在以使层叠体歧管朝向反应气体的流向的下游侧而成为向下倾斜的方式配置燃料电池组的情况下，也能提高气体歧管中在阀的近前保持液态水的功能，从而提高抑制液态水向阀流入的效果。
本发明能够通过除上述以外的各种方式来实现，例如能够通过燃料电池的制造方法、燃料电池系统、燃料电池车辆、燃料电池用阀的防止冻结方法等方式来实现。
附图说明
图1是表示燃料电池系统的简要结构的框图。
图2是表示单电池的简要结构的分解立体图。
图3是示意地表示压力调整阀的安装部位附近的结构的剖视图。
图4是放大表示端板与接合器的连接部的说明图。
图5是和图3相同地表示第二实施方式的燃料电池的结构的说明图。
图6是表示对树脂层进行嵌件成型的动作的说明图。
图7是和图3相同地表示第三实施方式的燃料电池的结构的说明图。
图8是和图3相同地表示第四实施方式的燃料电池的结构的说明图。
图9是和图3相同地表示第五实施方式的燃料电池的结构的说明图。
图10是表示燃料电池车辆的简要结构的说明图。
图11是和图3相同地表示第六实施方式的燃料电池的结构的说明图。
具体实施方式
A.第一实施方式：
(A－1)燃料电池系统的结构：
图1是表示具备作为本发明的第一实施方式的燃料电池100的燃料电池系统200的简要结构的框图。燃料电池系统200具备：燃料电池组101；燃料气体供给系统，其涉及相对于燃料电池组101供给燃料气体的动作；以及氧化气体供给系统，其涉及相对于燃料电池组101供给氧化气体的动作。燃料气体供给系统具备罐20、截止阀24、喷射器25、气液分离件29、排气排水阀26、循环泵27、燃料气体供给路21、燃料气体循环路22以及燃料气体排出路23。氧化气体供给系统具备空气压缩机30、三通阀33、压力调整阀34、密封阀36、氧化气体供给路31、氧化气体排出路32以及旁通流路35。此外，燃料电池系统200具备用于使制冷剂在燃料电池组101内循环的未图示的机构。本实施方式的燃料电池100至少包含上述燃料电池组101、压力调整阀34以及后述接合器38。将压力调整阀34也称为“阀”。
燃料电池组101具备层叠有多个单电池11的层叠体105以及配置在层叠体105的层叠方向SD上的两端部的一对端板110、120。虽在图1中省略了记载，但除单电池11之外，层叠体105在各个端部还具备集电板(端子)和绝缘板(绝缘体)。集电板具备输出端子，配置为与层叠的多个单电池11接触。绝缘板配置于集电板与端板110、120之间，使层叠的单电池11与端板110、120之间绝缘。虽然本实施方式的燃料电池100是固体高分子型燃料电池，但也可以是固体氧化物型燃料电池等其他种类的燃料电池。燃料电池100接受含有氢的燃料气体和含有氧的氧化气体的供给而进行发电。燃料气体以及氧化气体是在电化学反应中使用的气体，也称为“反应气体”。
图2是表示单电池11的简要结构的分解立体图。单电池11具备MEA(膜电极接合体，Membrane Electrode Assembly)、以夹持MEA的方式配置的一对气体扩散层、配置于各个气体扩散层的外侧的一对气体分离件40、50以及树脂框架60。MEA具备电解质膜以及在电解质膜的各个面形成的催化剂电极层即阳极和阴极。将在MEA层叠有气体扩散层的构造也称为膜电极气体扩散层接合体(Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly：MEGA)18。树脂框架60配置于气体分离件40、50之间，与MEGA18的外周部接合。
构成MEA的电解质膜是由固体高分子材料、例如氟树脂形成的质子传导性的离子交换膜，在湿润状态下显现良好的电子传导性。阴极以及阳极是在电解质膜上形成的层，具备担载进行电化学反应的催化剂金属(例如白金)的碳颗粒、和具有质子传导性的高分子电解质。气体扩散层由具有透气性以及电子传导性的部件构成，例如能够由发泡金属、金属网等金属制部件、碳布、碳纸等碳制部件形成。气体分离件能够由不透气的导电性部件构成，例如由压缩碳而不透气的致密材质的碳等碳制部件、压制成型而成的不锈钢等金属制部件形成。树脂框架60是由热塑性树脂形成的框状部件。树脂框架60与同该树脂框架60邻接的气体分离件40、50之间例如通过配置未图示的密封部件而被密封。
在单电池11中，将电解质膜介于之间而在阳极侧形成有供燃料气体流动的流路(阳极侧流路)，在阴极侧形成有供氧化气体流动的流路(阴极侧流路)。在气体分离件40、50中，虽然在与MEGA18对置的面形成有用于形成阳极侧流路或者阴极侧流路的凹凸，但在图2中省略了上述凹凸的记载。在气体分离件40、50中，在与MEGA18对置的面的背面形成有制冷剂流路(未图示)。
另外，在气体分离件40、50以及树脂框架60各自的外周附近，在沿包含MEGA18以及气体分离件40、50的部件的层叠方向(与层叠方向SD相同)相互重叠的位置，设置有用于形成歧管的贯通孔即歧管孔61～66。在图2中，气体分离件40、50以及树脂框架60的外周形状是大致相同的矩形，各歧管孔61～66也为矩形。但是，气体分离件40、50以及树脂框架60的外周形状以及各歧管孔61～66的形状能够采用圆形、椭圆形等除矩形以外的任意形状。在本实施方式中，层叠气体分离件40、50以及树脂框架60而形成单电池11，并且层叠多个单电池11而形成层叠体105，在这样的情况下，从与层叠方向SD平行的方向进行观察时，设置于层叠的各部件的歧管孔61～66各自在层叠的部件间一致重叠。
在本实施方式中，歧管孔61、66形成用于在与各单电池11的阳极侧流路之间供给、排出燃料气体的流路(燃料气体歧管)。另外，歧管孔63、64形成用于在与各单电池11的阴极侧流路之间供给、排出氧化气体的流路(氧化气体歧管)。另外，歧管孔62、65形成用于在与形成于单电池间的制冷剂流路之间供给、排出制冷剂的流路(制冷剂歧管)。
返回至图1，端板110、120由铝等金属材料形成，是厚度方向与层叠方向SD一致的板状部件。在一对端板110、120中的端板120设置有和气体分离件40、50以及树脂框架60的歧管相同的6个歧管孔。端板120的6个歧管孔与歧管孔61～66形成的对应的歧管连通。在端板120的6个歧管孔连接有用于将燃料气体、氧化气体以及制冷剂中的任一方相对于燃料电池组101供给或者排出的配管。
罐20储藏有高压氢，将作为燃料气体的氢气经由燃料气体供给路21供给至燃料电池组101。截止阀24配置于从罐20向燃料气体供给路21排出氢气的排出口附近，根据来自未图示的控制部的指示，切换执行从罐20供给氢气、和停止从罐20供给氢气。喷射器25配置于燃料气体供给路21，调整氢气向燃料电池组101的供给量(流量)以及压力。从燃料电池组101排出的阳极废气流入燃料气体循环路22。在燃料气体循环路22设置有气液分离件29，气液分离件29从阳极废气中分离出液态水。燃料气体循环路22与燃料气体供给路21连接。循环泵27配置于燃料气体循环路22，对气液分离件29中的分离出液态水之后的燃料气体进行加压，并将其输送至燃料气体供给路21。从燃料气体循环路22流入燃料气体供给路21的燃料气体和从罐20供给的燃料气体一起再次被供给至燃料电池组101。排气排水阀26设置于与气液分离件29连接的燃料气体排出路23，切换执行从气液分离件29对燃料气体排出路23排出液态水以及阳极废气、和停止从气液分离件29对燃料气体排出路23排出液态水以及阳极废气。
空气压缩机30经由氧化气体供给路31与燃料电池组101连接，对燃料电池组101供给作为氧化气体的空气。三通阀33设置于氧化气体供给路31中的旁通流路35分支的分支部，调整从空气压缩机30供给的空气的整体量中的经由氧化气体供给路31供给至燃料电池组101的空气的量、以及流入旁通流路35的空气的量。从燃料电池组101排出的阴极废气流入下游侧的端部向大气开放的氧化气体排出路32。在氧化气体排出路32连接有旁通流路35，并且连接有已叙述的燃料气体排出路23。因此，经由燃料气体排出路23排出的阳极废气被从燃料电池组101排出至氧化气体排出路32的阴极废气和从旁通流路供给的氧化气体稀释之后，被排除至大气中。压力调整阀34配置于燃料电池组101与氧化气体排出路32的连接部，通过调整燃料电池组101中的阴极排出侧的压力(所谓背压)，来调整各单电池11中的阴极侧压力。通过使压力调整阀34闭阀，能够切断氧化气体排出路32与燃料电池组内的阴极侧流路的连通状态。针对压力调整阀34的配置方式，之后详细说明。密封阀36配置于燃料电池组101与氧化气体供给路31的连接部。通过使密封阀36闭阀，能够切断氧化气体供给路31与燃料电池组内的阴极侧流路的连通状态。
在燃料电池系统200停止时，燃料电池组101内的阳极侧流路通过燃料气体而被扫气，并且阴极侧流路通过氧化气体而被扫气。之后，燃料电池组101内的阳极侧流路通过使喷射器25内的阀以及排气排水阀26闭阀而被密封。另外，燃料电池组101内的阴极侧流路通过使密封阀36以及压力调整阀34闭阀而被密封。
燃料电池系统200还具备未图示的控制部。该控制部具有CPU、ROM、RAM以及输入输出端口。该控制部获取来自设置于燃料电池系统200的各部分的未图示的传感器的输出信号，向涉及燃料电池系统200的发电的各部分输出驱动信号。具体而言，对上述空气压缩机30、循环泵27或者各部分的阀输出驱动信号。
(A－2)压力调整阀的安装部附近的结构：
图3是放大地示意表示压力调整阀34相对于燃料电池组101的安装部位附近的结构的剖视图。图3表示以使在燃料电池组101内形成的歧管沿水平方向延伸的方式配置燃料电池组101时的情形。在本实施方式中，在从燃料电池组101至压力调整阀34的气体流路的形状上具有特征。
在本实施方式中，歧管孔63形成氧化气体排出歧管140。另外，在端板120的沿层叠方向SD与气体分离件40、50以及树脂框架60的歧管孔63相互重叠的位置，设置有用于形成氧化气体排出歧管140的一部分的歧管孔163。在端板120中的与层叠体105对置的面的背面，在与歧管孔163重叠的位置安装有接合器38，在接合器38与氧化气体排出路32之间设置有压力调整阀34。即，接合器38将端板120与压力调整阀34之间连接起来。在接合器38形成有流路孔138，该流路孔138形成供氧化气体(阴极废气)流动的接合器内流路。
将端板120和接合器38统称为端板单元125。将端板单元125中的由端板120的歧管孔163和接合器38的流路孔138形成的流路称为端板单元流路126。将层叠体105中的由气体分离件40、50以及树脂框架60的歧管孔63形成的流路称为层叠体歧管106。本实施方式的氧化气体排出歧管140包含层叠体歧管106以及端板单元流路126，是沿层叠方向SD贯通层叠体105以及端板单元125而供氧化气体流动的流路。
接合器38使用多个螺栓37被螺纹固定于端板120。压力调整阀34具备连通接合器内流路与氧化气体排出路32的阀内流路134、以及对阀内流路134进行开闭的阀体135。将氧化气体排出路32也称为“气体配管”。
本实施方式的端板单元125在歧管孔163的内壁面上具备覆盖歧管孔163的内壁面并且构成端板单元流路126的内壁面的树脂层121。在端板120中的与歧管孔61、62、64～66对应设置的其他歧管孔的内壁面也形成有相同的树脂层(未图示)。
树脂层121由绝缘性树脂形成，具有抑制层叠体105与端板120之间的短路的功能。构成树脂层121的树脂可以是能够承受燃料电池组101的使用温度的树脂，例如能够使用环氧树脂、酚醛树脂等热固化性树脂，或者聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺等热塑性树脂。在本实施方式中，虽然树脂层121通过嵌件成型与端板120一体成型，但也可以通过不同的方法形成树脂层121。如图3所示，树脂层121也可以具有端板120的层叠面(与层叠体105接触的面以及与接合器38接触的面中的至少一方)中的从歧管孔163朝向端板120的外周方向扩展的部分。
接合器38由绝缘性的树脂形成，在端板120与压力调整阀34之间确保绝缘性。接合器38的厚度即端板120与压力调整阀34之间的距离被适当地设定为能够保证端板120与压力调整阀34之间的绝缘性。作为形成接合器38的树脂，例如能够使用环氧树脂、酚醛树脂等热固化性树脂，或者聚丙烯、AS树脂、ABS树脂、丙烯酸树脂、氟树脂、聚酰胺等热塑性树脂。或者，形成接合器38的树脂也可以包含硅橡胶、氟橡胶、丁基橡胶等弹性体。
在本实施方式中，以沿端板120的厚度方向贯通端板120的方式设置的歧管孔163具有恒定的内径。另外，在歧管孔163的内壁面上形成的树脂层121形成为恒定的厚度。另外，在接合器38形成的流路孔138成为直径从与端板120接触的一侧朝向与压力调整阀34接触的一侧逐渐缩小的形状。在燃料电池组101中，层叠体105中的歧管孔63与在端板120形成的歧管孔163相互一致地重叠。另外，端板120的歧管孔163中的接合器38侧的开口与接合器38的流路孔138中的端板120侧的开口相互一致地重叠。
在图3中，将层叠体歧管106中的沿层叠方向SD延伸的底部作为歧管底部MB来表示，燃料电池组101如已叙述那样配置为歧管底部MB成为水平。歧管底部MB是指将层叠体歧管106的与层叠方向SD垂直的剖面中的位于最下方的部分相连而得到的部位。
在图3中，分别示出层叠体105与端板120的分界即第一分界部B1、接合器38与压力调整阀34的分界即第二分界部B2、以及端板120与接合器38的分界即第三分界部B3的位置。另外，在图3中，在氧化气体排出歧管140中，将位于第一分界部B1的最低位置作为第一底部N1来表示，将位于第二分界部B2的最低位置作为第二底部N2来表示，将位于第三分界部B3的最低位置作为第三底部N3来表示。并且，在图3中，分别通过虚线H1、H2以及H3表示第一底部N1、第二底部N2以及第三底部N3的铅垂方向的高度。如图3所示，在本实施方式中，第二底部N2配置于比第一底部N1靠上方的位置。即，在以使歧管底部MB成为水平的方式配置燃料电池组101的情况下，端板单元流路126中的压力调整阀34侧的开口的底部即第二底部N2配置于比歧管底部MB靠上方的位置。第三底部N3的铅垂方向的高度与第一底部N1大致相同，第三底部N3和第一底部N1相同，配置于比第二底部N2靠下方的位置。
根据如以上那样构成的本实施方式的燃料电池100，在以使歧管底部MB成为水平的方式配置燃料电池组101的情况下，端板单元流路126中的压力调整阀34侧的开口的底部配置于比歧管底部MB靠上方的位置。因此，在燃料电池100停止发电之后，即便在层叠体歧管106内产生液态水的情况下，也能抑制产生的液态水流入压力调整阀34的阀内流路134。即，通过使第二底部N2位于比氧化气体排出歧管140的歧管底部MB靠上方的位置，能够抑制液态水超过第二底部N2而向压力调整阀34流入。其结果是，在燃料电池100停止发电之后，即便在环境温度降低至冰点下的情况下，也能抑制液态水在压力调整阀34内冻结。即，能够抑制阀体135以闭阀的状态冻结。因此，能够抑制在下次起动燃料电池100时因压力调整阀34冻结而对起动的动作产生妨碍的情况。
由于在燃料电池100的发电停止时，如已叙述那样，燃料电池组101内的阴极侧流路通过氧化气体而被扫气，所以氧化气体排出歧管140内的液态水向燃料电池组101外排出。然而，例如，若在燃料电池100停止发电之后，环境温度降低，则存在液态水在阴极侧流路内冷凝的情况。或者，在通过上述氧化气体进行扫气后，例如，存在各单电池11具备的电解质膜所包含的水从单电池11向氧化气体排出歧管140浸出的情况。虽然这样冷凝了的液态水或者浸出的液态水比较微量，但若流入压力调整阀34内并冻结，则在下次起动时会妨碍压力调整阀34的开阀。根据本实施方式的燃料电池100，通过使第二底部N2配置于比第一底部N1靠上方的位置，能够截流氧化气体排出歧管140的出口部中的上述液态水。
图4是放大表示图3中的端板120与接合器38的连接部的说明图。在图4中，将连结第一底部N1与第二底部N2的直线作为线L1来表示，将第一底部N1与第二底部N2的距离作为距离D1来表示。另外，将与线L1平行且通过第三底部N3的直线作为线L2来表示，将线L1与线L2的距离作为距离D2来表示。为了提高对液态水进行存积从而抑制液态水向压力调整阀34流入的效果，优选供阴极废气流动的流路中的从第一底部N1至第二底部N2为止的形状形成为距离D2比距离D1大。从这种观点来看，例如，优选距离D2与距离D1之比的值(D2/D1)为1/6以上，更加优选为1/5以上。另外，在燃料电池100的发电中，为了利用氧化气体的流动将产生的生成水向燃料电池组101的外部排出，优选供阴极废气流动的流路中的从第一底部N1至第二底部N2为止的形状形成为距离D2比距离D1小。从这种观点看，例如，优选距离D2与距离D1之比的值(D2/D1)为1/1以下，更加优选为1/2以下，进一步优选为1/3以下。
B.第二实施方式：
图5是和图3相同地表示第二实施方式的燃料电池100的结构的说明图。针对第二实施方式的燃料电池100，除在端板120以及接合器38内形成的流路形状以外的结构以外，具有和第一实施例相同的结构，所以对共通的部分标注相同的参照附图标记。
在第二实施方式中，设置于端板120的歧管孔163成为直径从层叠体105侧的端部朝向接合器38侧的端部逐渐扩大的形状。而且，在接合器38形成的流路孔138成为直径从与端板120接触的一侧朝向与压力调整阀34接触的一侧逐渐缩小的形状。在端板120与接合器38的分界即第三分界部B3，形成有树脂层121的歧管孔163的开口与流路孔138的开口相互一致地重叠。
如果形成为这样的构成，在以使歧管底部MB成为水平的方式配置燃料电池组101的情况下，作为端板单元流路126中的配置于比歧管底部MB靠下方(比第一分界部B1的第一底部N1靠下方)的部位，存在第三底部N3。因此，能够提高在氧化气体排出歧管140的出口部附近的、接合器38与压力调整阀34的分界即第二分界部B2的近前保持液态水的功能，从而提高抑制液态水向压力调整阀34流入的效果。将端板单元流路126中的配置于比歧管底部MB靠下方的部位即第三底部N3也称为“第一下部”。
另外，在本实施方式中，歧管孔163的内径形成为与接合器38接触的第三分界部B3处的开口的直径最大。因此，获得形成覆盖歧管孔163的内壁面的树脂层121的动作变得更加容易这一效果。
图6是表示对树脂层121进行嵌件成型的动作的说明图。在形成树脂层121时，从开口的直径较大的接合器38侧(第三分界部B3侧)的开口朝向歧管孔163内插入直径朝向前端逐渐缩小的成型模300，由此进行嵌件成型。如果形成为这样的构成，与例如在第一分界部B1与第三分界部B3之间的中间部设置歧管孔163内的最低的部位的情况不同，无需实施复杂的加工，能够容易形成树脂层121。
C.第三实施方式：
图7是和图3相同地表示第三实施方式的燃料电池100的结构的说明图。针对第三实施方式的燃料电池100，除在端板120以及接合器38内形成的流路形状以外的结构，具有与第一实施例相同的结构，所以对共通的部分标注相同的参照附图标记。
在第三实施方式中，设置于端板120的歧管孔163在包含与接合器38接触的第三分界部B3的端部，具备相对于其他部位向下方凹陷的台阶部164。而且，形成于接合器38的流路孔138在包含与端板120接触的第三分界部B3的端部，具备相对于其他部位向下方凹陷的台阶部139。在端板120与接合器38的分界即第三分界部B3，形成有树脂层121的歧管孔163的开口与流路孔138的开口相互一致地重叠。因此，在歧管孔163与流路孔138之间，通过上述台阶部164以及台阶部139，以包含第三分界部B3的第三底部N3的方式形成有配置于比歧管底部MB靠下方的第一下部。
即便形成为这种结构的情况下，由于和第二实施方式相同，也在第一分界部B1与第二分界部B2之间设置配置于比歧管底部MB靠下方的第一下部，所以能够提高在第二分界部B2的近前保持液态水的功能，从而提高抑制液态水向压力调整阀34流入的效果。另外，由于在形成树脂层121时，能够从歧管孔163的开口中的开口的直径较大的第三分界部B3侧的开口向歧管孔163内插入成型模来进行嵌件成型，所以能够容易地形成树脂层121。
D.第四实施方式：
图8是和图3相同地表示第四实施方式的燃料电池100的结构的说明图。针对第四实施方式的燃料电池100，除在端板120以及接合器38内形成的流路形状以外的结构，具有与第一实施例相同的结构，所以对共通的部分标注相同的参照附图标记。
在第四实施方式中，设置于端板120的歧管孔163具有大致恒定的内径，树脂层121的厚度形成为，第一分界部B1侧较厚，第三分界部B3侧较薄。因此，由形成有树脂层121的歧管孔163形成的气体流路和第二实施方式相同，成为直径从第一分界部B1侧向第三分界部B3侧逐渐扩大的形状。在接合器38形成的流路孔138为与第二实施方式相同的形状。
如果形成为这样的构成，在以使歧管底部MB成为水平的方式配置燃料电池组的情况下，由于第三底部N3成为端板单元流路126中的配置于比歧管底部MB靠下方的第一下部，所以能够获得和第二实施方式相同的效果。另外，由于在形成树脂层121时，能够从歧管孔163的开口中的第三分界部B3侧的开口向歧管孔163内插入直径朝向前端逐渐缩小的成型模来进行嵌件成型，所以能够容易地形成树脂层121。
E.第五实施方式：
图9是和图3相同地表示第五实施方式的燃料电池100的结构的说明图。针对第五实施方式的燃料电池100，除在端板120以及接合器38内形成的流路形状以外的结构，具有与第一实施例相同的结构，所以对共通的部分标注相同的参照附图标记。
在第五实施方式中，设置于端板120的歧管孔163从第一分界部B1侧朝向第三分界部B3侧直径逐渐缩小。另外，接合器38中的形成接合器内流路的流路孔138具有恒定的内径。在端板120与接合器38的分界即第三分界部B3，形成有树脂层121的歧管孔163的开口与流路孔138的开口相互一致地重叠。通过形成为上述结构，在以使歧管底部MB成为水平的方式配置燃料电池组101的情况下，在氧化气体排出歧管140中，歧管底部MB位于最低位置。
如果形成为这样的构成，由于在以使歧管底部MB成为水平的方式配置燃料电池组101的情况下，位于第二分界部B2的第二底部N2配置于比歧管底部MB靠上方的位置，所以能够获得和第一实施方式相同的效果。另外，由于在形成树脂层121时，能够从歧管孔163的开口中的第一分界部B1侧的开口向歧管孔163内插入直径朝向前端逐渐缩小的成型模来进行嵌件成型，所以能够容易地形成树脂层121。
在图9中，虽然设置于端板120的歧管孔163的形状为直径从第一分界部B1侧朝向第三分界部B3侧逐渐缩小的形状，但也可以为不同的结构。例如，也可以如图8所示的第四实施例那样，使歧管孔163的内径恒定，并使树脂层121的厚度形成为在第一分界部B1侧较薄，在第三分界部B3侧较厚。即，树脂层121的内径可以从第一分界部B1朝向接合器38侧而逐渐缩小。即便形成为这种结构，也能获得和图9的燃料电池100相同的效果。
F.第六实施方式：
图10是表示搭载第六实施方式的燃料电池100的燃料电池车辆500的简要结构的说明图。在图10中示出了相互正交的XYZ轴。X轴方向表示水平方向，+X轴方向表示燃料电池车辆500的行进方向。Z轴方向表示铅垂方向，将+Z轴方向称为“铅垂上方”，将－Z轴方向侧称为“铅垂下方”。Y轴方向表示燃料电池车辆500的宽度方向。
燃料电池车辆500具备车身505、一对前轮FW以及后轮RW。车身505具备前舱510、车室530以及地板下部520。前舱510、车室530以及地板下部520由仪表盘DB划分。车室530和地板下部520由地板面板FP划分。
在本实施方式中，燃料电池100配置于前舱510内。在前舱510内还配置有未图示的空气压缩机30、气液分离件29以及循环泵27(参照图1)。车室530是供燃料电池车辆500的驾驶员搭乘的空间。在地板下部520配置有存积了供燃料电池100发电的氢气的罐20(参照图1)。另外，在左右的后轮RW之间配置有驱动用马达M。驱动用马达M从燃料电池100接受电力的供给，产生用于行驶的驱动力。此外，燃料电池100中的燃料电池系统200的各部分的配置不限定于图10所示的配置，也可以为不同的配置。
在前舱510内，在车辆的宽度方向排列设置有沿车辆的前后方向延伸的一对悬架部件550。悬架部件550是构成车身505的一部分的部件。在本实施方式中，悬架部件550以其后端(－X轴方向的端部)位于比其前端(X轴方向的端部)靠下方的方式而具有弯曲的形状。在位于上方的悬架部件550的前端附近连接有前方安装部402，在位于下方的悬架部件550的后端附近连接有后方安装部401。将悬架部件550也称为“支承部件”。将前方安装部402以及后方安装部401也称为“固定部件”。
燃料电池组101通过作为板状部件的支承框架150被从下方支承。支承框架150的前端附近通过前方安装部402支承，支承框架150的后端附近通过后方安装部401支承。如已叙述那样，悬架部件550具有弯曲的形状，所以支承框架150以其后端(－X轴方向的端部)位于比其前端(X轴方向的端部)靠下方的方式相对于水平方向倾斜配置。在被支承于支承框架150上的燃料电池组101中，端板120配置于上述后端侧，端板110配置于上述前端侧。即，作为固定部件的前方安装部402以及后方安装部401以使层叠体歧管106朝向氧化气体的流向的下游侧而成为向下倾斜的方式将燃料电池组101固定于作为支承部件的悬架部件550。
图11是和图3相同地表示搭载于燃料电池车辆500的燃料电池100的结构的说明图。虽然第六实施方式的燃料电池100具有和图3所示的燃料电池100相同的结构，但如已叙述那样，层叠体歧管106朝向氧化气体的流向的下游侧而成为向下倾斜。在图11中，分别通过虚线H1、H2以及H3表示第一底部N1、第二底部N2以及第三底部N3的铅垂方向的高度。在本实施方式中，在燃料电池组101如上述那样倾斜配置的状态下的氧化气体的流路中，位于第二分界部B2的第二底部N2配置于比位于第一分界部B1的第一底部N1靠上方的位置。即，端板单元流路126中的压力调整阀34侧的开口的底部配置于比歧管底部MB中的端板单元125侧的端部靠上方的位置。因此，能够抑制液态水从氧化气体排出歧管140侧向压力调整阀34流入。
另外，在本实施方式中，在燃料电池组101如上述那样倾斜配置的状态下的端板单元流路126中，第三底部N3配置于比第一底部N1以及第二底部N2靠下方的位置。即，第三底部N3配置于比歧管底部MB中的端板单元125侧的端部以及端板单元流路126中的压力调整阀34侧的开口的底部靠下方的位置。因此，能够提高在氧化气体排出歧管140的出口部附近的、接合器38与压力调整阀34的分界即第二分界部B2的近前保持液态水的功能，从而提高抑制液态水向压力调整阀34流入的效果。在图11中，示出液态水W滞留于包含第三底部N3的部位的情形。在通过固定部件固定于支承部件的燃料电池100的端板单元流路126中，将配置于比第一底部N1以及第二底部N2靠下方的部位即第三底部N3也称为“第二下部”。
并且，在本实施方式中，由于如上述那样倾斜配置燃料电池组101，所以层叠体歧管106朝向氧化气体的流向的下游侧而成为向下倾斜。因此，能够促进从燃料电池组101经由层叠体歧管106的排水，在燃料电池100的发电中，能够利用氧化气体的流动，更容易地向燃料电池100外部排水。
在图11中，虽然示出使用图3所示的第一实施方式的燃料电池100的情况，但也可以将其他实施方式的燃料电池100以相同地倾斜的方式搭载于燃料电池车辆500。或者，在与搭载燃料电池作为驱动用电源的车辆不同种类的燃料电池搭载装置中，也可以和第六实施方式相同地将燃料电池100倾斜搭载。
G.其他实施方式：
(G1)在上述各实施方式中，虽然示出在以使层叠体歧管106的歧管底部MB成为水平的方式配置燃料电池组101的情况下，在端板单元流路126中，第一分界部B1的第一底部N1(第五实施方式)、第三分界部B3的第三底部N3(第二～第四实施方式)、或者歧管孔163的底部整体(第一实施方式)处于最低的结构，但也可以为不同的结构。例如，也可以在歧管孔163内的第一底部N1与第三底部N3之间、或者在接合器38的流路孔138内的第三底部N3与第二底部N2之间，设置端板单元流路126内的最低的部位。另外，也可以在从第一底部N1至第二底部N2之间，从第一分界部B1朝向第二分界部B2侧，使端板单元流路126的底部的铅垂方向的高度按照逐渐降低的部位、逐渐上升的部位、逐渐降低的部位这一顺序进行设置。在以使层叠体歧管106的歧管底部MB成为水平的方式配置燃料电池组101的情况下，若第二底部N2配置于比歧管底部MB靠上方的位置，则能够获得与实施方式相同的效果。
(G2)在上述各实施方式中，虽然端板单元125具备接合器38，但也可以为不同的结构。例如，也可以由绝缘性材料形成压力调整阀34的壳体，将压力调整阀34直接安装于端板120，而不设置接合器38。或者，也可以将绝缘性片材粘贴于端板120中的压力调整阀34侧的表面上，将压力调整阀34经由上述绝缘性片材安装于端板120。即便在这种情况下，在以使歧管底部MB成为水平的方式配置燃料电池组101的情况下，若端板单元流路126中的压力调整阀34侧的开口的底部配置于比歧管底部MB靠上方的位置，则也能获得与各实施方式相同的效果。端板单元125也可以具备除接合器38以外的部件。
(G3)在上述各实施方式中，虽然气体分离件40、50以及树脂框架60的歧管孔63、以及端板120的歧管孔163在层叠方向SD上相互一致地重叠，且氧化气体排出歧管140具有恒定的内径，但也可以为不同的结构。例如，层叠体歧管106也可以是内径在中途变化。即便在这种情况下，在以使歧管底部MB成为水平的方式配置燃料电池组的情况下，若位于第二分界部B2的第二底部N2配置于比歧管底部MB靠上方的位置，则也能获得与各实施方式相同的效果。
(G4)在上述各实施方式中，虽然对于与压力调整阀34连接的氧化气体排出歧管140中的端板单元流路126的形状进行了说明，但也可以将相同的流路形状应用于其他流路。例如，与密封阀36(参照图1)连接的氧化气体供给歧管中的端板单元流路的形状也可以形成为在上述各实施方式中说明过的形状。或者，也可以与端板120中的燃料气体供给歧管的开口部或者燃料气体排出歧管的开口部接近地，设置用于在燃料电池100的发电停止时密封阳极侧流路的阀。而且，与上述阀连接的端板单元流路的形状也可以形成为在上述各实施方式中说明过的形状。
本发明不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内，能够通过各种结构实现。例如，为了解决上述课题的一部分或者全部，或者为了实现上述效果的一部分或者全部，在发明内容一栏记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，若该技术特征在本说明书中未被说明为必需的技术特征，则能够适当地删除。
附图标记说明：
11…单电池；20…罐；21…燃料气体供给路；22…燃料气体循环路；23…燃料气体排出路；24…截止阀；25…喷射器；26…排气排水阀；27…循环泵；29…气液分离件；30…空气压缩机；31…氧化气体供给路；32…氧化气体排出路；33…三通阀；34…压力调整阀；35…旁通流路；36…密封阀；37…螺栓；38…接合器；40、50…气体分离件；60…树脂框架；61～66…歧管孔；100…燃料电池；101…燃料电池组；105…层叠体；106…层叠体歧管；110、120…端板；121…树脂层；125…端板单元；126…端板单元流路；134…阀内流路；135…阀体；138…流路孔；139…台阶部；140…氧化气体排出歧管；150…支承框架；163…歧管孔；164…台阶部；200…燃料电池系统；300…成型模；401…后方安装部；402…前方安装部；500…燃料电池车辆；505…车身；510…前舱；520…地板下部；530…车室；550…悬架部件。

Claims (10)

1.一种燃料电池，其中，
所述燃料电池具备：
燃料电池组，其具备层叠有多个单电池的层叠体、以及包含配置于所述层叠体的端部的端板的端板单元，并且还具有沿层叠方向贯通所述层叠体和所述端板单元来供反应气体流动的气体歧管；以及
阀，其设置于所述端板单元与相对于所述燃料电池供给或者排出所述反应气体的气体配管之间，所述阀具有阀体和连通所述气体歧管与所述气体配管的阀内流路，
所述气体歧管具备沿层叠方向贯通所述层叠体的层叠体歧管、以及贯通所述端板单元的端板单元流路，
在以使所述层叠体歧管中的沿所述层叠方向延伸的底部即歧管底部成为水平的方式配置所述燃料电池组的情况下，所述端板单元流路中的所述阀侧的开口的底部配置于比所述歧管底部靠上方的位置。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，
在以使所述歧管底部成为水平的方式配置所述燃料电池组的情况下，在所述端板单元流路中具有第一下部，该第一下部配置于比所述歧管底部靠下方的位置。
3.根据权利要求2所述的燃料电池，其中，
所述端板单元除所述端板之外还具备接合器，该接合器将所述端板与所述阀之间连接起来，并且形成所述端板单元流路的一部分，
所述第一下部包括所述端板与所述接合器的分界处的所述端板单元流路的底部。
4.根据权利要求3所述的燃料电池，其中，
所述端板单元在为了形成所述端板单元流路而设置于所述端板的贯通孔的内壁面上，具备构成所述端板单元流路的内壁面的树脂层，
所述树脂层的内径从所述层叠体侧的端部朝向所述接合器侧的端部而逐渐扩大。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，
在以所述歧管底部成为水平的方式配置所述燃料电池组的情况下，在所述气体歧管中，所述歧管底部位于最低位置。
6.根据权利要求5所述的燃料电池，其中，
所述端板单元在为了形成所述端板单元流路而设置于所述端板的贯通孔的内壁面上，具备构成所述端板单元流路的内壁面的树脂层，
所述树脂层的内径从所述层叠体侧的端部朝向所述阀侧的端部而逐渐缩小。
7.一种搭载燃料电池的燃料电池搭载装置，其中，具备：
权利要求1～6中的任一项所述的燃料电池；
支承所述燃料电池的支承部件；以及
将所述燃料电池固定于所述支承部件的固定部件，
所述气体歧管是供从所述多个单电池排出的所述反应气体流动的气体排出歧管，
所述固定部件以使所述层叠体歧管朝向所述反应气体的流向的下游侧而成为向下倾斜的方式，将所述燃料电池组固定于所述支承部件，
所述端板单元流路中的所述阀侧的开口的底部配置于比所述歧管底部中的所述端板单元侧的端部靠上方的位置。
8.一种搭载燃料电池的燃料电池搭载装置，其中，具备：
权利要求1～6中的任一项所述的燃料电池；
支承所述燃料电池的支承部件；以及
将所述燃料电池固定于所述支承部件的固定部件，
所述气体歧管是供从所述多个单电池排出的所述反应气体流动的气体排出歧管，
所述固定部件以使所述层叠体歧管朝向所述反应气体的流向的下游侧而成为向下倾斜的方式，将所述燃料电池组固定于所述支承部件，
在所述端板单元流路中具有第二下部，该第二下部配置于比所述歧管底部中的所述端板单元侧的端部以及所述端板单元流路中的所述阀侧的开口的底部靠下方的位置。
9.一种燃料电池的制造方法，制造权利要求4所述的燃料电池，其中，
从所述接合器侧的开口向所述端板的所述贯通孔插入直径朝向前端而逐渐缩小的成型模，通过嵌件成型将所述树脂层一体成型在所述端板上。
10.一种燃料电池的制造方法，制造权利要求6所述的燃料电池，其中，
从所述层叠体侧的开口向所述端板的所述贯通孔插入直径朝向前端而逐渐缩小的成型模，通过嵌件成型将所述树脂层一体成型在所述端板上。
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