具体实施方式

[单元电池2的结构]

图1是示出燃料电池的示例性单元电池2的分解立体图。燃料电池用在例如燃料电池车辆中，但是对燃料电池的应用没有特别限制。燃料电池是高分子电解质型燃料电池并且包括堆叠有多个单元电池2的堆叠体。

向单元电池2供应燃料气体(例如，氢气)和氧化剂气体(例如，空气)，并且单元电池2通过燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应产生电力。燃料气体和氧化剂气体是反应气体的示例。

单元电池2包括沿单元电池2堆叠的方向(单元电池2的堆叠方向)布置的MEGA 20、框架21、阴极隔板23和阳极隔板24。阴极隔板23和阳极隔板24是一对隔板的示例。

MEGA 20包括膜电极组件(MEA)200以及将MEA 200夹在其间的一对气体扩散层(GDL)201和202。附图标记P指示MEA 200的多层结构。MEA 200包括电解质膜200a，以及将电解质膜200a夹在其间的阳极电极催化剂层200b和阴极电极催化剂层200c。

电解质膜200a包括例如在湿润条件下展现良好的质子传导性的离子交换树脂膜。这样的离子交换树脂膜的示例包括但不限于将磺酸盐基作为离子交换基团的基于氟树脂的膜，例如Nafion(注册商标)。

阳极电极催化剂层200b和阴极电极催化剂层200c中的每一个均被形成为多孔层，所述多孔层包含负载催化剂的导电颗粒和质子传导性电解质并且具有气体扩散性。例如，阳极电极催化剂层200b和阴极电极催化剂层200c被形成为催化剂墨水的干涂膜，催化剂墨水是包含负载铂的碳和质子传导性电解质的分散溶液。

燃料气体通过气体扩散层201被供应至阳极电极催化剂层200b，并且氧化剂气体通过气体扩散层202被供应至阴极电极催化剂层200c。气体扩散层201和202是通过在诸如但不限于复写纸的基础材料上堆叠疏水性微孔层而形成。微孔层包含疏水性树脂例如聚四氟乙烯(PTFE)、传导材料例如炭黑等。MEA 200通过使用氧化剂气体和燃料气体进行电化学反应来产生电力。

框架21由例如具有矩形的外部形状的树脂片构成。框架21的材料的示例包括基于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的树脂、基于间规聚苯乙烯(SPS)的树脂和基于聚丙烯(PP)的树脂。框架21具有框架形状，并且在其中心部分具有矩形开口210。

开口210位于与MEGA20的位置相对应的位置，并且MEA 200的外周端通过粘附层结合至开口210的边缘。因此，MEA 200被框架21保持。

在框架21的端部中形成有沿框架21的厚度方向贯穿框架21的通孔211至216。通孔211、215和214形成在框架21的一个端部中，并且通孔213、216和212形成在框架21的另一端部中。通孔211至216分别与阴极隔板23的通孔231至236以及阳极隔板24的通孔241至246交叠。

通孔211、241和231是阳极侧入口歧管的作为燃料气体的供应口的部分，并且燃料气体沿单元电池2的堆叠方向流经通孔211、241和231。通孔212、242和232是阳极侧出口歧管的作为燃料气体的排出口的部分，并且燃料废气沿单元电池2的堆叠方向流经通孔212、242和232。

通孔213、243和233是阴极侧入口歧管的作为氧化剂气体的供应口的部分，并且氧化剂气体沿单元电池2的堆叠方向流经通孔213、243和233。通孔214，244和234是阴极侧出口歧管的作为氧化剂气体的排出口的部分，并且氧化剂废气沿单元电池2的堆叠方向流经通孔214、244和234。

通孔215、245和235是冷却水入口歧管的作为冷却单元电池2的冷却水的供应口的部分，并且冷却水沿单元电池2的堆叠方向流经通孔215、245和235。通孔216、246和236是冷却水出口歧管的作为冷却水的排出口的部分，并且冷却水沿单元电池2的堆叠方向流经通孔216、246和236。

阴极隔板23和阳极隔板24中的每一个均由诸如SUS或钛的金属制成、被形成为片并且具有矩形的外部形状。阴极隔板23和阳极隔板24利用例如激光焊接而彼此结合，其中，阴极隔板23的板表面和阳极隔板24的板表面彼此相对。阳极隔板24被布置在MEGA 20的阳极侧，而阴极隔板23被布置在邻近单元电池2的另一单元电池2的MEGA 20的阴极侧。

阳极隔板24通过粘合剂结合至框架21。因此，框架21被固定至阳极隔板24。

阳极隔板24具有沿阳极隔板24的厚度方向贯穿阳极隔板24的通孔241至246以及具有波板形状的阳极通道部240。通孔241、245和244形成在阳极隔板24的一个端部中，并且通孔243、246和242形成在阳极隔板24的另一个端部中。

燃料气体流经的槽形燃料气体通道形成在阳极通道部240的靠近MEGA20的第一表面上。燃料气体通道与气体扩散层201相对，并且燃料气体被从燃料气体通道供应至气体扩散层201。另外，冷却水流经的槽形冷却水通道形成在阳极通道部240的靠近阴极隔板23的第二表面上。

阳极通道部240例如通过利用冲压模具进行弯曲而形成。燃料气体通道和冷却水通道可以形成为直线形状或者可以形成为曲折线形状。

阴极隔板23具有沿阴极隔板23的厚度方向贯穿阴极隔板23的通孔231至236以及具有波板形状的阴极通道部230。通孔231、235和234形成在阴极隔板23的一个端部中，而通孔233、236和232形成在阴极隔板23的另一个端部中。

冷却介质流经的槽形冷却水通道形成在阴极通道部230的靠近阳极隔板24的第一表面上。另外，氧化剂气体流经的槽形氧化剂气体通道形成在阴极通道部230的靠近与单元电池2邻近的另一单元电池2的MEGA20的第二表面上。氧化剂气体通道与相邻单元电池2的MEGA 20的气体扩散层202相对，并且氧化剂气体被从氧化剂气体通道供应至扩散层202。

阴极通道部230例如通过利用冲压模具进行弯曲而形成。冷却介质通道和燃料气体通道可以形成为例如直线形状或者可以形成为曲折线形状。阴极隔板23和阳极隔板24的材料不限于金属，并且可以由碳模制品形成。

[燃料电池系统9的配置]

图2是示例性燃料电池系统9的配置图。燃料电池系统9安装在例如未示出的燃料电池车辆中，并且用作燃料电池车辆的电动机的动力源。

燃料电池系统9包括燃料电池堆叠体1、喷射器4、箱50、注射器(INJ)51、气液分离器52、排出阀53和空气压缩机(ACP)54。另外，燃料电池系统9包括燃料管线L1、燃料供应管线L2、燃料排出管线L3、燃料再循环管线L4、排出和排水管线L5、空气供应管线L6以及空气排出管线L7。

燃料电池堆叠体1包括堆叠有多个单元电池2的堆叠体2S，以及沿堆叠体2S的堆叠方向Ds堆叠在相应端面2St和2Sb上的一对端板30和31。端板30和31中的每个端板均是具有大致长方体形状并且由例如SUS形成的金属板。端板30是第一端板的示例，而端板31是第二端板的示例。

堆叠体2S包括要被供应至每个单元电池2的燃料气体流经的阳极侧入口歧管250以及从每个单元电池2排出的燃料气体(即，燃料废气)流经的阳极侧出口歧管260。尽管省略了图示，但是堆叠体2S还包括要被供应至每个单元电池2的氧化剂气体流经的阴极侧入口歧管以及从每个单元电池2排出的氧化剂气体(即，氧化剂废气)流经的阴极侧出口歧管。

燃料电池堆叠体1将通过燃料气体与氧化剂气体之间的电化学反应产生的电力供应至电动机等。

空气压缩机54从例如燃料电池车辆的外部吸入空气作为氧化剂气体并压缩该氧化剂气体。空气压缩机54通过空气供应管线L6将氧化剂气体泵送至燃料电池堆叠体1的阴极侧入口歧管。氧化剂气体被从阴极侧入口歧管分配到每个单元电池2，并且然后被用于发电。

箱50存储例如压缩氢气作为燃料气体。燃料气体通过燃料管线L1从箱50流入注射器51。注射器51根据燃料电池堆叠体1被要求产生的电力来注射燃料气体。燃料气体通过燃料供应管线L2从注射器51流入喷射器4。

喷射器4将来自注射器51的燃料气体与从燃料电池堆叠体1排出的燃料废气混合，并将混合气体喷射至堆叠体2S的阳极侧入口歧管250。喷射器4被容纳在形成于端板30的板表面上的凹部300中。凹部300是长度方向与矩形端板30的边平行的孔。喷射器4与凹部300的内面接触。

因此，喷射器4接收通过燃料电池堆叠体1的发电而产生的热量并且使温度升高。这使得喷射器4能够对来自箱50的低温燃料气体进行加热。

从喷射器4喷射的燃料气体穿过形成在凹部300的底部上的连续孔301流经阳极侧入口歧管250(参见箭头Din)，被从阳极侧入口歧管250分配到每个单元电池2并且然后被用于发电。阳极侧入口歧管250是歧管的示例，燃料气体和燃料废气沿堆叠方向Ds流经阳极侧入口歧管250。

燃料废气从每个单元电池2流入阳极侧出口歧管260。燃料废气从阳极侧出口歧管260流经端板31的排出孔310，并且被排出至燃料排出管线L3(参见箭头Dout)。排出孔310沿端板31的厚度方向形成。

气液分离器52连接至燃料排出管线L3、燃料再循环管线L4以及排出和排水管线L5。气液分离器52从由燃料排出管线L3流入气液分离器52的燃料废气中分离出液态水并将液态水储存在其底部。排出阀53连接至排出和排水管线L5。当排出阀53打开时，存储在气液分离器52中的液态水流经排出和排水管线L5并且被排出到外部。

排出和排水管线L5在排出阀53的下游侧与空气排出管线L7连接。空气排出管线L7连接至阴极侧出口歧管，从每个单元电池2排出的氧化剂废气流经该阴极侧出口歧管。氧化剂废气从阴极侧出口歧管流入空气排出管线L7，并从排出和排水管线L5排出到外部。

燃料废气通过燃料再循环管线L4从气液分离器52流入喷射器4。喷射器4将从箱50供应的燃料气体与燃料废气混合，并且通过连续孔301将混合气体喷射至阳极侧入口歧管250。作为结果，燃料废气循环至燃料堆叠体1。燃料再循环管线L4是循环通路的示例，从堆叠体2S排出的燃料废气通过燃料再循环管线L4循环至堆叠体2S。

[喷射器4的结构]

图3是示出喷射器4的示例性结构的立体图。图3不仅示出了喷射器4，而且还示出了具有容纳喷射器4的凹部300的端板30。

作为示例，喷射器4在其内部具有大致筒状的气体通道，并且被包封在具有大致长方体形状的壳体40(参见虚线)中。壳体40的材料优选地是具有高热导率的材料。凹部300被形成为具有大致长方体形状的空间以便与壳体40的外部形状相对应。喷射器4不必被包封在壳体40中，并且可以直接容纳在凹部300中。

喷射器4包括大致圆锥形的喷嘴41、混合室42、大致筒状的吸入口43和扩散器44。喷嘴41包括燃料气体的入口410、通道411以及出口412。喷嘴41的入口410连接至流入通道302，流入通道302从凹部300的一端的内面300a线性延伸至端板30的侧面30a。流入通道302的形状不限于直线形状并且可以是曲线形状。

流入通道302的入口302a朝向侧面30a开口并且被连接至燃料供应管线L2的出口。也就是说，喷嘴41的入口410通过流入通道302连接至箱50。燃料气体从燃料供应管线L2穿过流入通道302、从喷嘴41的入口410流入通道411、并且然后如箭头Da所指示的被从出口412注入混合室42。因此，喷射器4可以从端板30的侧面30a吸入燃料气体。喷嘴41的入口410是储存在箱50中的燃料气体流入的流入口的示例。

与混合室42连通的吸入口43被设置在壳体40的外表面上。吸入口43不与凹部300的内面接触并且从凹部300暴露。吸入口43连接至燃料再循环管线L4的出口。在流经燃料再循环管线L4之后，燃料废气被从吸入口43吸入，并且然后如箭头Db所指示的流入混合室42。

来自喷嘴41的燃料气体和来自吸入口43的燃料废气在混合室42中混合。燃料气体和燃料废气的混合物流经扩散器44中的喷射通道441,并且然后如附图标记Dc所指示的被从喷射口440喷出。喷射通道441延伸的方向是喷射器4的纵向方向。从喷射口440喷射的燃料气体和燃料废气通过稍后介绍的燃料引入管线从连续孔301流入阳极侧入口歧管250。

在将喷射器4容纳在凹部300中时，在具有大致长方体形状的壳体40的各个面之中，除了其上布置有吸入口43的面40a和其上布置有喷射口440的面40b之外的面中的每个面的至少一部分与和凹部300的内面300a至300d中的对应内面接触。此处，内面300d是凹部300的底面，并且内面300b和300c是凹部300的一对侧面。内面300e是与其上设置有流入通道302的内面300a相对的端面。由于内面300e位于燃料引入管线6侧，所以内面300e不与喷射器4接触。

喷射器4以如下方式容纳在凹部300中：所述方式使得扩散器44中的燃料气体和燃料废气流动的方向Df(以下描述为“流动方向Df”)沿端板30的板表面Ps。

[容纳喷射器4的示例性方式]

图4示出了将喷射器4容纳在端板30的凹部300中的示例性方式。在图4中，相同的附图标记被附加至与图3中的那些部件相同的部件，并且省略其描述。

附图标记G1a指示从正面观察端板30的板表面Ps时的平面图。附图标记G1b指示沿由附图标记G1a指示的平面图中的线A-A截取的截面图。附图标记G1c指示沿由附图标记G1a指示的平面图中的线B-B截取的截面图。

凹部300容纳喷射器4和燃料引入管线6。燃料引入管线6被容纳在喷射器4的面40b附近。燃料引入管线6是引入管线的示例，并且将从喷射器4的喷射口440喷射的燃料气体和燃料废气引入连续孔301。燃料引入管线6的入口连接至喷射口440，并且燃料引入管线6的出口连接至连续孔301。

因此，燃料引入管线6以使得入口的取向基本上垂直于出口的取向的方式弯曲。这种结构使得燃料引入管线6能够将从喷射器4喷射燃料气体和燃料废气的方向改变为堆叠方向Ds。

因此，如本实施方式那样，即使在喷射器4中的流动方向Df与堆叠体2S的堆叠方向Ds基本上垂直的情况下，也能够如箭头Di所指示的将燃料气体和燃料废气从喷射器4引导到阳极侧入口歧管250。代替燃料引入管线6，可以在端板30的内部设置与燃料引入管线6类似的通道。

喷射器4以使得扩散器44中的燃料气体和燃料废气的流动方向Df沿端板30的板表面Ps且吸入口43被暴露的方式与凹部300的内面接触。这种结构使得喷射器4能够从端板30充分地接收通过燃料电池堆叠体1的发电所产生的热量。因此，喷射器4能够使从箱50流入喷射器4的低温燃料气体的温度升高并且抑制燃料废气被冷却。因此，有效地抑制了冷凝。

相比之下，在以使得流动方向Df与端板30的板表面Ps成直角相交——即，如专利文献1中一样，流动方向Df基本平行于堆叠体2S的堆叠方向Ds——的方式将喷射器4容纳在凹部300中时，喷射器4在纵向方向上的长度——即，喷射器4在作为喷射通道441延伸所沿的方向的流动方向Df上的长度——受到端板30的厚度TH的限制。在这种情况下，喷射器4不可能从端板30接收足够的热量。因此，不能有效地抑制冷凝。

另外，在上述情况下，当端板30的厚度TH增大时，对喷射器4在纵向方向上的长度的限制减小。然而，随着端板30的厚度TH增大，燃料电池堆叠体1的尺寸增大并且变得需要较大安装空间。

另外，在本实施方式中，由于喷射器4的吸入口43从凹部300暴露，因此燃料再循环管线L4没有容纳在凹部300中。从而，抑制了流经燃料再循环管线L4的燃料废气的温度升高，并且抑制了循环至燃料电池堆叠体1的燃料废气中的燃料气体的量的减少。

因此，燃料电池系统9抑制了燃料电池堆叠体1的发电性能的降级并减小了其占地面积。

[容纳喷射器4的另一示例性方式]

图5示出了将喷射器4容纳在端板30的凹部300'中的另一示例性方式。在图5中，相同的附图标记被附加至与图3和图4中的那些部件相同的部件，并且省略其描述。

附图标记G2a指示从正面观察端板3的板表面Ps时的平面图。附图标记G2b指示沿由附图标记G2a指示的平面图中的线A'-A'截取的截面图。附图标记G2c指示沿由附图标记G2a指示的平面图中的线B'-B'截取的截面图。

除了喷射器4和燃料引入管线6之外，该示例中的凹部300'还容纳流构件7。因此，凹部300'在纵向方向上的长度比凹部300在纵向方向上的长度长。流构件7具有大致长方体的形状，并且与喷射器4的与燃料导入管线6相对的端邻近。

流构件7具有沿端板30的板表面Ps的开口70以及从开口70向喷嘴41的入口410以大致直角弯曲的通道71。作为示例，开口70具有圆形形状并且连接至燃料供应管线L2。通道71的出口连接至喷嘴41的入口410。因此，来自箱50的燃料气体如箭头Dt所指示的从开口70流入通道71并且然后通过通道71流入喷嘴41的入口410。

因此，即使喷嘴41的入口410没有沿端板30的板表面Ps，喷射器4也能够从板表面Ps侧吸入燃料气体。

虽然已经详细描述了本发明的一些实施方式，但是本发明不限于这些特定的实施方式，而是可以在所要求保护的本发明的范围内进行变化或改变。