(57)【要約】本発明は、特に自動車に搭載される、少なくとも２つの同一の燃料電池モジュール（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の集合体のための、流体の供給と排出との少なくとも一方のための配管セットであって、各燃料電池モジュールは、基本セル（２１）の積層体と、燃料電池の機能に必要なさまざまな流体のための入口と出口ダクト（１、２、３、４、５、６）を含み、ダクトは、各燃料電池モジュールの少なくとも１つの外表面上に配置され、流体の少なくとも１つのための供給と排出との少なくとも一方の配管は、対応するダクトへ、１個の主配管（Ｃ１）と、相次ぐ１または複数の第２分岐配管（Ｃ２、Ｃ３）とによって接続され、第２分岐配管の構造は、関連する各燃料電池モジュールに対して対称である、少なくとも２つの同一の燃料電池モジュールの集合体のための、流体の供給と排出との少なくとも一方のための配管セットに関する。
2008516386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に自動車に搭載される、少なくとも２つの同一の燃料電池モジュール（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の集合体のための、流体の供給と排出との少なくとも一方のための配管セットであって、各上記燃料電池モジュールは、個々の基本セル（２１）の積層体と、上記燃料電池の機能に必要なさまざまな流体のための入口と出口のダクト（１、２、３、４、５、６）を含み、上記ダクトは、各上記燃料電池モジュールの少なくとも１つの外表面上に配置された、少なくとも２つの同一の燃料電池モジュールの集合体のための、流体の供給と排出との少なくとも一方のための配管セットおいて、上記流体の少なくとも１つのための供給と排出との少なくとも一方の配管は、全ての上記燃料電池モジュールの対応する上記ダクトへ、１個の主配管（Ｃ１）と、相次ぐ１または複数の第２分岐配管（Ｃ２、Ｃ３）とによって接続され、上記第２分岐配管の構造は、関連する各上記燃料電池モジュールに対して対称であることを特徴とする、少なくとも２つの同一の燃料電池モジュールの集合体のための、流体の供給と排出との少なくとも一方のための配管セット。
【請求項２】
相次ぐ上記第２分岐配管の長さ、断面または内径、屈曲部の曲率半径は、分岐毎に、関連する各上記燃料電池モジュールについて、等しいことを特徴とする、請求項１に記載の、少なくとも２つの同一の燃料電池モジュールの集合体のための、流体の供給と排出との少なくとも一方のための配管セット。
【請求項３】
様々な上記第２分岐配管へ接続される上記ダクトは、上記燃料電池モジュールの、対応する対向する面に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の、少なくとも２つの同一の燃料電池モジュールの集合体のための、流体の供給と排出との少なくとも一方のための配管セット。
【請求項４】
様々な上記第２分岐配管へ接続される上記ダクトは、上記燃料電池モジュールの、対応する反対側の面に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の、少なくとも２つの同一の燃料電池モジュールの集合体のための、流体の供給と排出との少なくとも一方のための配管セット。
【請求項５】
少なくとも、上記燃料電池モジュールのカソード室とアノード室へ上記流体を供給する上記配管は、全ての上記燃料電池モジュールの対応する上記ダクトへ、１個の上記主配管と、相次ぐ１または複数の上記第２分岐配管とによって接続され、上記第２分岐配管の構造は、関連する各上記燃料電池モジュールについて対称であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の、少なくとも２つの同一の燃料電池モジュールの集合体のための、流体の供給と排出との少なくとも一方のための配管セット。
【請求項６】
上記燃料電池モジュールの動作温度を維持するための冷却液の、供給と排出との少なくとも一方を行う上記配管は、全ての上記燃料電池モジュールの対応する上記ダクトへ、１個の上記主配管と、相次ぐ１または複数の上記第２分岐配管とによって接続され、上記第２分岐配管の構造は、関連する各上記燃料電池モジュールについて対称であることを特徴とする、請求項５に記載の、少なくとも２つの同一の燃料電池モジュールの集合体のための、流体の供給と排出との少なくとも一方のための配管セット。
【請求項７】
同一の上記燃料電池モジュールは、概ね水平な１つの面内に配置され、上記ダクトを有する上記燃料電池モジュールの面は、概ね垂直な面内にあり、１個の上記主配管と、上記主配管に結合される上記第２分岐配管は、概ね水平な１つに面内に配置されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の、少なくとも２つの同一の燃料電池モジュールの集合体のための、流体の供給と排出との少なくとも一方のための配管セット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池モジュールの集合体の動作に必要な流体の、供給と排出との少なくとも一方のための配管セットに関し、この燃料電池モジュールの集合体は、特に自動車に搭載することが可能である。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素または水素濃度が高いガスと、酸素または酸素濃度が高いガスから、電気を製造することが可能である。燃料電池内における反応に必要な水素は、自動車に貯蔵されるか、ガソリン、ディーゼル油、エタノール、等のような水素含有燃料が供給される改質装置を使用して、自動車自身の中で作られる。この水素またはこのようにして作られた水素濃度が高いガスは、供給用の配管セットによって燃料電池のアノード側の入口へ運ばれる。同様に、一般に圧縮空気である空気が、供給用の配管セットによって燃料電池のカソード側の入口へ運ばれる。さらに、燃料電池は、調整された温度において動作させる必要があり、このことは、動作温度を適当な温度に維持するために、燃料電池内に冷却液を循環させる必要があることを意味する。
【０００３】
自動車の駆動に使用される燃料電池は、一般に多数の同一の燃料電池モジュールからなり、各燃料電池モジュールは、基本セルの積層体からなる。自動車の駆動に必要な動力は、実際には、数十キロワットであり、このため、所望の動力を得るためには、多数の基本セルを積層することが必要である。しかしながら、積層の機械的な理由と、適当な動作を可能にするために、各燃料電池モジュールのサイズは、多くとも約１００個の基本セルの積層体に制限することが望ましい。
【０００４】
電気出力が一般に直列に接続される、複数の燃料電池モジュールを配置するための、様々な方法が既に構想されている。例えば、特許ＵＳ−Ａ−５  ４８０  ７３８には、両側に２列の形に配置された燃料電池モジュールが記載されている。酸素は、２つの列の間に配置され、各燃料電池モジュールに対する分岐を有する主配管から供給される。水素の供給は、各列の積層体へ直列に水素を供給する１個の配管によってなされる。
【０００５】
特許ＵＳ−Ａ−６  １１０  ６１２には、４つの燃料電池モジュールの搭載と、全ての燃料電池モジュールの動作に必要な様々な流体の供給と排出とを可能にする支持構造が記載されている。
【０００６】
しかしながら、上記の文献に記載されたように配置された複数の同一の燃料電池モジュールの集合体が動作する際には、幾つかの問題が生じる。すなわち、供給用の配管の下流部に位置する燃料電池モジュールは、酸素の供給であれ、水素の供給であれ、あるいは冷却液の供給であれ、供給用の配管の上流部に位置する燃料電池モジュールと全く同様には供給されない。このことは、燃料電池の集合体を形成する各燃料電池モジュールの位置に応じて、異なる電力が生じることを意味する。
【０００７】
供給用の配管の下流部に位置する燃料電池モジュールへの供給が不足する危険があると、動作の安全性は確保されない。このような供給不足は、関係する燃料電池モジュールのセルを負電圧にし、また、いくらかの時間後に燃料電池の内部加熱をもたらし、燃料電池モジュールの発火、さらには爆発の危険をもたらすことがある。
【特許文献１】ＵＳ−Ａ−５  ４８０  ７３８
【特許文献２】ＵＳ−Ａ−６  １１０  ６１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題を解消して、特に、同一の燃料電池モジュールの集合体が自動車に搭載される場合に、集合体の中における流体の完全に均一な分布の達成を可能にすることにある。
【０００９】
また本発明のもう１つの目的は、複数の同一の燃料電池モジュールの集合体の、動作上の安全性を改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１実施の形態においては、配管セットは、特に自動車に搭載される、少なくとも２つの同一の燃料電池モジュールの集合体のための、流体の供給と排出との少なくとも一方を提供する。各上記燃料電池モジュールは、個々の基本セルの積層体と、上記燃料電池の機能に必要なさまざまな流体のための入口と出口のダクトを含む。上記ダクトは、各上記燃料電池モジュールの少なくとも１つの外表面上に配置される。上記流体の少なくとも１つのための供給と排出との少なくとも一方の配管は、全ての上記燃料電池モジュールの対応する上記ダクトへ、１個の主配管と、相次ぐ１または複数の第２分岐配管とによって接続され、上記第２分岐配管の構造は、関連する各上記燃料電池モジュールに対して対称である。
【００１１】
第２分岐配管の対称な構造は、全ての燃料電池モジュールに対して同一の流量が保証されることを可能にする。
【００１２】
相次ぐ上記第２分岐配管の長さ、断面または内径、屈曲部の曲率半径は、分岐毎に、関連する各上記燃料電池モジュールについて、等しいことが望ましい。
【００１３】
このようにして、流速と圧力低下は分岐毎に等しく、全ての燃料電池モジュールには、関連する流量に関係なく、同一な供給と同一な排出との少なくとも一方がなされる。燃料電池モジュールの集合体の全ての同一の燃料電池モジュールにおける流体の配分は、完全に均一にすることができ、燃料電池モジュールの集合体の最適な動作が保証される。この結果、特定の１つの燃料電池モジュールに対する供給が不足するというリスクは存在しないので、燃料電池モジュールの集合体の動作の安全性も改善される。
【００１４】
各燃料電池によって出力される電力は同一であり、このため動作の制御が簡単化される。
【００１５】
１実施の形態においては、様々な上記第２分岐配管へ接続される上記ダクトは、上記燃料電池モジュールの、対応する対向する面に配置される。
【００１６】
他の１実施の形態においては、様々な上記第２分岐配管へ接続される上記ダクトは、上記燃料電池モジュールの、対応する反対側の面に配置される。
【００１７】
少なくとも、上記燃料電池モジュールのカソード室とアノード室へ上記流体を供給する上記配管は、全ての上記燃料電池モジュールの対応する上記ダクトへ、１個の上記主配管と、相次ぐ１または複数の上記第２分岐配管とによって接続され、上記第２分岐配管の構造は、関連する各上記燃料電池モジュールについて対称であることが望ましい。
【００１８】
有利な１実施の形態においては、上記燃料電池モジュールの動作温度を維持するための冷却液の、供給と排出との少なくとも一方を行う上記配管は、全ての上記燃料電池モジュールの対応する上記ダクトへ、１個の上記主配管と、相次ぐ１または複数の上記第２分岐配管とによって接続され、上記第２分岐配管の構造は、関連する各上記燃料電池モジュールについて対称である。
【００１９】
上述の燃料電池モジュールの集合体を形成するために、同一の上記燃料電池モジュールを、さまざまな様式に配置することが可能である。自動車の床下へ設置することに特に適した望ましい１実施の形態においては、同一の上記燃料電池モジュールは、概ね水平な１つの面内に配置される。上記ダクトを有する上記燃料電池モジュールの面は、有利に概ね垂直な面内にあり、１個の上記主配管と、上記主配管に結合される上記第２分岐配管は、概ね水平な１つに面内に配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、非限定的な例としてとられ、添付図面によって図示された実施の形態を検討することによって明らかとなるであろう。これらの図面において：
−図１は、複数の個々の基本セルの積層体からなる燃料電池モジュールの斜視図であり；
−図２〜５は、４つの同一の燃料電池モジュールの集合体の場合の、様々な形態における、特定の流体のための供給用と排出用との少なくとも一方の配管の様々な配置を示す模式図であり；
−図６は、８つの同一の燃料電池モジュールからなる形態の場合の配置の１例を示す、図２〜５に類似の模式図であり；
−図７は、４つの燃料電池モジュールの集合体の一部を形成する、特定の１つの燃料電池モジュールの、様々な供給用と排出用との少なくとも一方の配管の配置の概要を模式的に示す斜視図であり；
−図８は、自動車用の４つの同一の燃料電池モジュールの集合体の動作に必要な全ての流体の、供給用と排出用との少なくとも一方の配管の配置の実際的な実施の形態を示す斜視図であり；
−図９は、対称な配管の配置が、４つの燃料電池モジュールの集合体の動作に必要な幾つかの流体についてのみ設けられた、もう１つの実施に形態を示す、図８に類似の図である。
【００２１】
図１に示すように、燃料電池モジュール２０は、全体として、複数の個々の基本セル２１（実際には、一般に約１００個であるが、図には一部のみを示す。）の積層体からなる。燃料電池モジュール２０を形成する積層体は、前面２２と後面２３を有する。様々な入口または出口ダクト２４が、前面２２と後面２３に配置される。図に示す例においては、前面２２と後面２３の各々は、３つの入口と出口との少なくとも一方のダクト２４を有する。前面２２と後面２３における、入口と出口との少なくとも一方のダクトの数は、燃料電池モジュール２０の内部構造に依存することは勿論である。前面２２と後面２３におけるダクト２４の配置についても同様である。
【００２２】
図１に示すような燃料電池モジュール２０が機能するためには、アノード室へ高水素濃度ガスを循環させ、カソード室へ空気のような高酸素濃度ガスを循環させ、動作温度を適当な温度に維持するために、燃料電池モジュールを冷却するための冷却液を循環させることが必要である。したがって、６個のダクト２４、すなわち：
−アノードへ水素を導入するための供給用のダクト、
−使用されなかった水素をアノードから排出するための排出用のダクト、
−カソードへ空気を導入するための供給用のダクト、
−使用されなかった空気をカソードから排出するための排出用のダクト、
−冷却液を導入するためのダクト、
−冷却液を排出するためのダクト、
を設ける必要がある。
【００２３】
排出用のダクトは、燃料電池モジュールの中で反応しなかった、過剰なアノードの流体とカソードの流体を回収するためのものである。
【００２４】
先に示したように、例えば自動車の駆動のために必要な動力を得るためには、燃料電池モジュール２０のような複数の同一の燃料電池モジュールを集合体の形に組み合わせる必要がある。
【００２５】
図２〜５は、図１の燃料電池モジュール２０と同一な４つの燃料電池モジュールの集合体の場合の、流体の１つのための供給と排出との少なくとも一方の配管の様々な配置の例を示す。
【００２６】
図２において、４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、概ね水平な面内において、正方形の４つの角に配置される。例として考慮される流体は、水素でも酸素でも冷却液でもよい。図２に示す例において、主配管Ｃ１は、流体を、図２の底部とみなす自動車の前から後へ向けて、４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの対称中心に概ね位置する中心点である分岐点Ｍ１まで運ぶ。分岐点Ｍ１において、主配管Ｃ１は、一方は、燃料電池モジュールＡ、Ｂの概ね中間へ、他方は燃料電池モジュールＣ、Ｄの概ね中間へ向かう、２つの第２分岐配管Ｃ２に分かれる。２つの第２分岐配管Ｃ２は、分岐点Ｍ１から、第２分岐点Ｍ２まで延びる。第２分岐点Ｍ２において、２つの第２分岐配管Ｃ２は、それぞれ、再度２つの第２分岐配管Ｃ３に分かれる。第２分岐配管Ｃ３の各々は、燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの１つの入口ダクトへ接続される。この例において、燃料電池モジュールＡ、Ｃは、考慮対象の流体の入口ダクトを含む後面が同じ方を向くように配置される。２つの燃料電池モジュールＢ、Ｄは、燃料電池モジュールＡ、Ｃに対して１８０°回転されている。したがって、燃料電池モジュールＢ、Ｄの同じ流体の入口ダクトは、前へ向く。様々な燃料電池モジュールの、考慮対象の流体の入口ダクトは、したがって対向する。
【００２７】
流体は、主配管Ｃ１を通って前から運ばれるので、４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄへ、完全に対称に配分される。これは、２つの第２分岐配管Ｃ２の各長さは互いに等しく、４つの第２分岐配管Ｃ３の各長さは互いに等しいからである。したがって、４つの燃料電池モジュールへ供給されるために流体が辿る経路は、同一の長さである。
【００２８】
流体の配分の完全な均一性を可能にするために、第２分岐配管Ｃ２の内径は、主配管Ｃ１の内径の半分にされる。同様に、第２分岐配管Ｃ３の内径は、第２分岐配管Ｃ２の内径の半分、すなわち、主配管Ｃ１の内径の１／４にされる。このような配置によって、流体の流れにおける圧力低下は、４つの燃料電池モジュールについて、全く同一になることが分かる。配管の断面が円形でない場合には、さまざまな配管の断面積と第２分岐配管の断面積に関して、上記と同様な対応がとられる。
【００２９】
さらに、４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各々への流体の供給における、同一の流速と同一の圧力低下を可能にするために、分岐点Ｍ１と、第２分岐点Ｍ２における各曲率半径がそれぞれ同じになるように注意することが望ましい。
【００３０】
図２の鎖線は、主配管Ｃ´１が自動車の前方からではなく後方からくる場合の変形を示す。前の例と同様に、主配管Ｃ´１は、４つの同一な燃料電池モジュールへ流体を供給するために、分岐点Ｍ１まで延び、第２分岐配管Ｃ２、次いで第２分岐配管Ｃ３へ分岐する。
【００３１】
ここでは、図を簡単化するために、水素、酸素または冷却液のような、１つの流体の供給用の配管についてのみ示した。その他の流体の供給とあらゆる流体の排出との少なくとも一方も、同様に設計することができる。
【００３２】
図３は、図２と同様な４つの同一の燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの配置を示す。しかしこの場合は、同様に符号Ｃ１を付し、２つの第２分岐配管Ｃ２への分岐点における中心点Ｍ１から伸びる配管を通る流体の排出を示す。２つの他の第２分岐点Ｍ２は、４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各々の出口ダクトから出る第２分岐配管Ｃ３が、第２分岐配管Ｃ２に合流する点に位置する。
【００３３】
図３は、排出用の配管Ｃ´１が自動車の後方へ向かう変形も示す。
【００３４】
図４は、様々な４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの考慮対象の流体の入口ダクトは、互いに対向して位置しておらず、様々な燃料電池モジュールの反対側の面に位置している場合を示す。この場合、自動車の一方の側から来る主配管Ｃ１は、分岐点Ｍ１まで伸び、分岐点Ｍ１において、２つの第２分岐配管Ｃ２に分かれる。第２分岐配管Ｃ２は、分岐点Ｍ１から第２分岐点Ｍ２まで延びる。第２分岐点Ｍ２は、一方は４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの集合体の前側に、他方は４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの集合体の後側において、集合体の対称軸内に、それぞれ位置する。第２分岐点Ｍ２と４つの燃料電池モジュールの各入口ダクトとを、第２分岐配管Ｃ３がそれぞれ接続する。第２分岐配管Ｃ２は、Ｄ１とＤ２との２つの屈曲部を有し、一方、各第２分岐配管Ｃ３は、１つの屈曲部Ｄ３を有する。
【００３５】
図２、３に示した先の例と同様に、第２分岐配管Ｃ２の断面または内径は、主配管Ｃ１の断面または内径の１／２であり、第２分岐配管Ｃ３の断面または内径は、第２分岐配管Ｃ２の断面または内径の１／２である。図２、３における実施の形態の場合と同様に、主配管Ｃ１、第２分岐配管Ｃ２、第２分岐配管Ｃ３の配置は、主配管Ｃ１に対して完全に対称である。したがって、図４に示す配管に沿って供給される流体は完全に均一である。この場合も、先の実施の形態と同様に、対称性、したがって流体の配分の均一性を維持するために、さまざまな第２分岐配管の各屈曲部の曲率半径は同一にする。
【００３６】
図４の鎖線は、主配管Ｃ´１が図４の左からではなく、図４の右から来る場合の配置を示す。
【００３７】
図５は、示された配管が排出用の配管であり、出口ダクトが、様々な燃料電池モジュールの反対側の面に位置している、図４と同一の配置を示す。
【００３８】
図６は、８つの同一の燃料電池モジュールからなる集合体を示す。前の図の実施の形態におけるものと同様に配置された、４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが、同じ水平面内に配置され、その横に、４つの同一の燃料電池モジュールＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈが、燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと同様に配置されている。実質的に図２に相当するこの例においては、該当する流体の入口ダクトが、様々な燃料電池モジュールの対向する面にある、供給用の配管の配置が示されている。主配管Ｃ１は、考慮対象の流体を、自動車の前方から分岐点Ｍ１まで運ぶ。分岐点Ｍ１において、主配管Ｃ１は、２つの第２分岐配管Ｃ２に分かれる。第２分岐配管Ｃ２は、屈曲部Ｄ１を経て、第２分岐点Ｍ２へ至る。第２分岐点Ｍ２は、４つの燃料電池モジュールの２つのグループ、すなわち一方は燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、他方は燃料電池モジューＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈの、それぞれの中心に概ね位置する。第２分岐点Ｍ２からの配置は、図２の配置と類似している。すなわち、２つの第２分岐配管Ｃ３が、第３分岐点Ｍ３まで伸び、第３分岐点Ｍ３から、２つの第２分岐配管Ｃ４が伸び、各第２分岐配管Ｃ４は、各第２分岐配管Ｃ３と８つの燃料電池モジュールの１つの入口ダクトとをそれぞれ接続する。
【００３９】
先の場合と同様に、考慮対象の燃料の供給用の配管の配置は、主配管Ｃ１に関して完全に対称であり、対応する各第２分岐配管の次の分岐点までの長さは等しい。
【００４０】
配管の断面または内径の縮小に関する、先の場合と同じルールが適用される。すなわち、第２分岐配管Ｃ２は、主配管Ｃ１の断面または内径の１／２の断面または内径を有し、第２分岐配管Ｃ３は、第２分岐配管Ｃ２の断面または内径の１／２の断面または内径を有し、第２分岐配管Ｃ４は、第２分岐配管Ｃ３の断面または内径の１／２の断面または内径を有する。各屈曲点における曲率半径は、完全に同一に保たれる。
【００４１】
このようにして、先の実施の形態と同様に、８つの同一の燃料電池モジュールに亘って、流体の完全に均一な配分が得られる。
【００４２】
図６の鎖線は、主配管Ｃ´１が自動車の後方からくる場合を示す。
【００４３】
図７は、概ね水平な面内において正方形の４つの角に配置された、４つの同一の燃料電池モジュールの集合体の１つの燃料電池モジュールＡのような燃料電池モジュールに対する、全ての供給用の配管と排出用の配管の配置をより詳細に示す。
【００４４】
図７は、燃料電池モジュールＡに対する様々な供給用と排出用の配管の中心線のみを示す。勿論、同様の配管が、他の同一の燃料電池モジュールに対しても設けられる。
【００４５】
図に示す例において、燃料電池モジュールＡは、その前面２２に、アノード室において使用されなかった水素のための出口ダクト２ａと、カソード室において使用されなかった空気のための出口ダクト４ａを有する。
【００４６】
燃料電池モジュールＡの後面２３は、４つの入口ダクト、すなわち、水素をアノード室へ導入するための入口ダクト１ａと、空気をカソード室へ導入するための入口ダクト３ａと、冷却液を導入するための入口ダクト５ａと、冷却液を排出するための出口ダクト６ａとを有する。
【００４７】
図示された例において、それぞれ前面２２と後面２３に位置する出口ダクト２ａと入口ダクト３ａは、上部水平面Ｐ３内に位置する。後面２３に位置する入口ダクト５ａと出口ダクト６ａは、中間水平面Ｐ２内に位置する。最後に、それぞれ前面２２と後面２３に位置する入口ダクト１ａと出口ダクト４ａは、下部水平面Ｐ１内に位置する。
【００４８】
最初に、水素をアノード室へ導入する配管について考察すると、水素は、主配管Ｃ１、１を経由して、分岐点Ｍ１、１まで供給され、分岐点Ｍ１、１から第２分岐配管Ｃ２、１によって第２分岐点Ｍ２、１まで運ばれ、第２分岐点Ｍ２、１から、第２分岐配管Ｃ３、１が伸びる。このように、水素は、分岐されるごとに断面または内径が先に説明したように半分にされる、主配管Ｃ１、１と、第２分岐配管Ｃ２、１と、第２分岐配管Ｃ３、１とを相次いで経由して、燃料電池モジュールＡの入口ダクト１ａへ供給されることが明らかである。また、図には、燃料電池モジュールＡの対応するダクトに対向する、燃料電池モジュールＢの入口ダクト１ｂと、入口ダクト３ｂと、入口ダクト５ｂと、出口ダクト６ｂが、細線で示されている。入口ダクト１ｂには、第２分岐点Ｍ２、１から燃料電池モジュールＢへ向かって伸びる第２分岐配管Ｃ３、１を経由して水素が供給される。同様に、燃料電池モジュールＣ、Ｄにも、分岐点Ｍ１、１から始まるを第２分岐配管Ｃ２、１を経由して、水素が供給される。
【００４９】
さて、燃料電池モジュールＡの出口ダクト２ａについて考察すると、出口ダクト２ａは、燃料電池モジュール全体の左から出る、主配管Ｃ１、２に接続されていることが分かる。主配管Ｃ１、２は、２つの第２分岐配管Ｃ２、２に分かれ、第２分岐配管Ｃ２、２の１つは、燃料電池モジュールＡの２つの側面の周りを通って、分岐点Ｍ２、２へ達し、分岐点Ｍ２、２と出口ダクト２ａは、第２分岐配管Ｃ３，２によって接続される。
【００５０】
出口ダクト４ａへ接続される排出用の配管の配置は、出口ダクト２ａへ接続される排出用の配管の配置と概ね同じである。特に、出口ダクト４ａは、第２分岐配管Ｃ２，４と第２分岐配管Ｃ３、４とを経由して、主配管Ｃ１、４へ接続される。
【００５１】
入口ダクト３ａへ空気を供給する配管の配置は、入口ダクト１ａへ水素を供給する配管の配置と概ね同じである。特に、入口ダクト３ａは、第２分岐配管Ｃ３，３へ接続された第２分岐配管Ｃ２、３を経由して、主配管Ｃ１、３へ接続される。
【００５２】
出口ダクト６ａに接続される排出用の配管は、主配管Ｃ１、６からなる。主配管Ｃ１、６は、分岐点Ｍ１，６から、２つの第２分岐配管Ｃ２、６に分かれ、次いで２つの第２分岐配管Ｃ３，６に分かれる。
【００５３】
入口ダクト５ａに接続される供給用の配管は、主配管Ｃ１、５からなる。主配管Ｃ１、５は、２つの第２分岐配管Ｃ２、５に分かれ、次いで２つの第２分岐配管Ｃ３，５に分かれる。
【００５４】
入口ダクト１ａと入口ダクト３ａへそれぞれ水素と空気を供給する、主配管Ｃ１、１と主配管Ｃ１、３は、自動車の前側、すなわち燃料電池モジュールＡの前面２２と同じ側に位置する。これらの２つの主配管は、燃料電池モジュールＡと燃料電池モジュールＢの間に配置される。一般に、主配管Ｃ１、１と主配管Ｃ１、３の一方は他方の上に位置し、主配管Ｃ１、３は上部水平面Ｐ３と同じ高さにあり、主配管Ｃ１、１は下部水平面Ｐ１と同じ高さにあって、主配管Ｃ１、３は、主配管Ｃ１、１の上に位置する。
【００５５】
それぞれ出口ダクト２ａと出口ダクト４ａへ接続される、排出用の主配管Ｃ１、２と主配管Ｃ１、４は、図の左側に位置する。主配管Ｃ１、２と主配管Ｃ１、４は、概ね１つの垂直面内に位置し、主配管Ｃ１、２は上部水平面Ｐ３と同じ高さにあって、下部水平面Ｐ１と同じ高さにある主配管Ｃ１、４の上に位置する。すなわち、主配管Ｃ１、２と主配管Ｃ１、４は、それぞれ出口ダクト２ａと出口ダクト４ａと同じ面の高さに位置する。また、主配管Ｃ１、２と主配管Ｃ１、４は、燃料電池モジュールＡと燃料電池モジュールＢとの間の軸上に概ね位置する。
【００５６】
最後に、主配管Ｃ１、５と主配管Ｃ１、６は、ともに後側、すなわち、燃料電池モジュールＡの後面２３と同じ側に位置する。主配管Ｃ１、５と主配管Ｃ１、６は、概ね１つの垂直面内に位置する。
【００５７】
冷却液を供給する主配管Ｃ１、５は、上部水平面Ｐ３から、入口ダクト５ａが位置する中間水平面Ｐ２へ向かう。このため、第２分岐配管Ｃ２、５は、上部水平面Ｐ３から中間水平面Ｐ２へ向けて傾斜して通っている。
【００５８】
図８は、図７の原理を再度表す実際的な実施の形態を示し、配置は図７と同じである。
【００５９】
図８は、図７と同じ配置の、４つの同一の燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと、液体供給用と排出用の配管の全体を示す。６つの主配管は、図７と同様に２個づつの対にグループ化されている。アノード室へ水素を供給する主配管Ｃ１、１と、カソード室へ空気を供給する主配管Ｃ１、３は、２つの燃料電池モジュールＡ、Ｃの前面２２と同じ側に、自動車の後に配置されている。これらの２つの主配管Ｃ１、１とＣ１、３は、２つの燃料電池モジュールＡ、Ｃの間のスペース内の概ね１つの垂直面内に、一方が他方の上に配置されている。
【００６０】
主配管Ｃ１、１、主配管Ｃ１、３とは反対に、冷却液を供給する主配管Ｃ１、５と冷却液を戻す主配管Ｃ１、６は、自動車の前側、すなわち２つの燃料電池モジュールＢ、Ｄの後面２３と同じ側に配置されている。これらの２つの主配管Ｃ１、５とＣ１、６は、２つの燃料電池モジュールＢ、Ｄの間のスペース内の概ね１つの垂直面内に、一方が他方の上に配置されている。
【００６１】
最後に、アノード室から水素を排出するための主配管Ｃ１、２と、カソード室から空気を排出するための主配管Ｃ１、４との２つの主配管は、２つの燃料電池モジュールＡ、Ｂの側方に配置されている。
【００６２】
本発明によれば、主配管および関連する第２分岐配管の集合体は、対称に設計される。すなわち、図８は、分岐点Ｍ１、３から出て、４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのカソード室へ空気を供給するための主配管Ｃ１、３に接続される、２つの第２分岐配管Ｃ２、３の配置を示す。図８は、第２分岐配管Ｃ２、３の内径は、主配管Ｃ１、３の内径の半分であることを示す。分岐点Ｍ２、３において、第２分岐配管Ｃ２、３は、内径が第２分岐配管Ｃ２、３の内径の半分である、２つの第２分岐配管Ｃ３、３に再び分かれる。
【００６３】
このようにして、４つの同一の燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのカソード室への空気の供給は、配管の長さが４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの全てについて完全に同じであるので、対応する４つの入口ダクト３ａ、３ｂ、３ｃに向けて、完全に均一で同じになされることが分かる。同様に、様々な第２分岐配管の内径は対称に減少されているので、供給される空気の圧力低下と流速は、４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄについて同じである。さらに、各屈曲部の曲率半径は、各箇所ごとに同じである。
【００６４】
その他の流体の供給と排出に関しても、同じ方法によって、同じ結果が得られる。
【００６５】
図９は、一部の流体のみが、本発明によって均一に配分される変形を示す。この差異以外は、同じように配置された図８の４つの同一の燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと、供給用と排出用の配管の配置の構造は同じである。
【００６６】
冷却液の供給用と排出用の主配管と第２分岐配管の構造と配置は、図８におけるものと同じである。したがって、冷却液を供給するための主配管Ｃ１、５と、冷却液を排出するための主配管Ｃ１、６との２つの配管は、自動車の前側、すなわち２つの燃料電池モジュールＢ、Ｄの前面２３と同じ側に配置されている。同様に、カソード室へ空気を供給するための主配管Ｃ１、３と、アノード室へ水素を供給するための主配管Ｃ１、１の構造と配置が見られる。これらの２つの主配管は、図８と同様に、自動車の後側の、２つの燃料電池モジュールＡ、Ｃの後面２２と同じ側に配置されている。
【００６７】
しかしながら、図８とは異なって、アノード室で使用されなかった水素を排出するための主配管Ｃ１、２、およびカソード室から空気を排出するための主配管Ｃ１、４も、自動車の後側に配置され、全ての主配管Ｃ１、３、Ｃ１、２、Ｃ１、１、Ｃ１、４は、２つの同一の燃料電池モジュールＡ、Ｃの間の空間における、自動車の後側の垂直面内に配置されている。したがって、主配管Ｃ１、２とＣ１、４およびそれらの第２分岐配管の配置は、４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄについて、完全には対称でなく、流れの均一性が損なわれる。しかしながら、さまざまな主配管が自動車の後側に配置されることを勘案すると、自動車の中への組込がより容易であるという利点を有する。主配管Ｃ１、２とＣ１、４は、燃料電池モジュールＡとＣの間のスペース、次いで燃料電池モジュールＢとＤの間のスペースを、一直線に伸びる。内径が対応する主配管Ｃ１、４とＣ１、２の半分に等しいＣ２、４またはＣ２、２のような第２分岐配管は、４つの燃料電池モジュールＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各出口ダクト２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、および４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄからの、空気と水素の流れを可能にする。これらのモジュールの配置を考慮に入れると、これらの出口ダクトは、燃料電池モジュールＡ、Ｃの場合には、自動車の後側の後面２２に位置し、燃料電池モジュールＢ、Ｄの場合には、自動車の前側の前面２３に位置する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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