JP2002343400A - 燃料電池の配管構造 - Google Patents
燃料電池の配管構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスラインの水抜け性、冷却水ラインのガス
抜け性のよい燃料電池の配管構造の提供。 【解決手段】 （１）燃料電池用配管を設置する場合、
アノードガス、カソードガスラインについては、配管３
１内壁の下端の高さ位置をセルの貫通マニホールド２９
下端の高さ位置と同じかまたはそれより低い位置に設定
した燃料電池の配管構造。（２）燃料電池用配管を設置
する場合、アノードガス、カソードガスラインについて
は、配管３１のスタック２３への取付部近傍で、配管３
１内壁の下端の高さ位置を各セルへのガス流路の下端と
同じ高さかそれより低い位置に設定した燃料電池の配管
構造。（３）燃料電池用配管を設置する場合、冷却水出
口ラインについては、配管３０内壁の上端の高さ位置を
セルの貫通マニホールド２８上端の高さ位置と同じかま
たはそれより高い位置に設定した燃料電池の配管構造。
抜け性のよい燃料電池の配管構造の提供。 【解決手段】 （１）燃料電池用配管を設置する場合、
アノードガス、カソードガスラインについては、配管３
１内壁の下端の高さ位置をセルの貫通マニホールド２９
下端の高さ位置と同じかまたはそれより低い位置に設定
した燃料電池の配管構造。（２）燃料電池用配管を設置
する場合、アノードガス、カソードガスラインについて
は、配管３１のスタック２３への取付部近傍で、配管３
１内壁の下端の高さ位置を各セルへのガス流路の下端と
同じ高さかそれより低い位置に設定した燃料電池の配管
構造。（３）燃料電池用配管を設置する場合、冷却水出
口ラインについては、配管３０内壁の上端の高さ位置を
セルの貫通マニホールド２８上端の高さ位置と同じかま
たはそれより高い位置に設定した燃料電池の配管構造。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の配管構
造に関し、とくにガスラインの水抜け性、冷却水ライン
のガス抜け性のよい燃料電池の配管構造に関する。
造に関し、とくにガスラインの水抜け性、冷却水ライン
のガス抜け性のよい燃料電池の配管構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は、イオン
交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置さ
れた触媒層および拡散層からなる電極（アノード、燃料
極）および電解質膜の他面に配置された触媒層および拡
散層からなる電極（カソード、空気極）とからなる膜−
電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assem
bly ）と、アノード、カソードに燃料ガス（アノードガ
ス、水素）および酸化ガス（カソードガス、酸素、通常
は空気）を供給するための流体通路を形成するセパレー
タとからセルを構成し、複数のセルを積層してモジュー
ルとし、モジュールを積層してモジュール群を構成し、
モジュール群のセル積層方向両端に、ターミナル、イン
シュレータ、エンドプレートを配置してスタックを構成
し、スタックをスタックの外側でセル積層体積層方向に
延びる締結部材（たとえば、テンションプレート、ただ
し、締結部材はスタックの一部を構成する）にて締め付
け、固定したものからなる。固体高分子電解質型燃料電
池では、アノード側では、水素を水素イオンと電子にす
る反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側
に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子
（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータ
を通してくる）から水を生成する反応が行われる。 アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ ジュール熱およびカソードでの水生成反応で出る熱を冷
却するために、セパレータ間には、各セル毎にあるいは
複数個のセル毎に、冷却媒体（通常は冷却水）が流れる
流路が形成されており、燃料電池を冷却している。上記
の反応が正常に行われるには、水素イオンが電解質膜中
をカソード側に移動できるように電解質膜が適正に湿潤
していてドライアップ（乾燥）していないことが必要で
あり、上記反応による生成水の水滴で邪魔されずに酸化
ガスが電極に供給されるようにとくにカソード側（反応
生成水が生じる側）で湿潤過多（フラッディング）が起
こらないよう、燃料電池スタック内の反応ガス流路から
生成水が排出されることが必要である。また、燃料電池
が適正に冷却されるには、燃料電池スタック内の冷却水
流路にガス溜まりができて冷却性が阻害されないよう
に、燃料電池スタック内の冷却水流路にガス溜まりがで
きることを防止することが必要である。従来、特開平９
−２２７１７号公報は、反応ガスおよび冷却水の、燃料
電池スタックへの供給構造および燃料電池スタックから
の排出通路構造を開示している。
交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置さ
れた触媒層および拡散層からなる電極（アノード、燃料
極）および電解質膜の他面に配置された触媒層および拡
散層からなる電極（カソード、空気極）とからなる膜−
電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assem
bly ）と、アノード、カソードに燃料ガス（アノードガ
ス、水素）および酸化ガス（カソードガス、酸素、通常
は空気）を供給するための流体通路を形成するセパレー
タとからセルを構成し、複数のセルを積層してモジュー
ルとし、モジュールを積層してモジュール群を構成し、
モジュール群のセル積層方向両端に、ターミナル、イン
シュレータ、エンドプレートを配置してスタックを構成
し、スタックをスタックの外側でセル積層体積層方向に
延びる締結部材（たとえば、テンションプレート、ただ
し、締結部材はスタックの一部を構成する）にて締め付
け、固定したものからなる。固体高分子電解質型燃料電
池では、アノード側では、水素を水素イオンと電子にす
る反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側
に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子
（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータ
を通してくる）から水を生成する反応が行われる。 アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ ジュール熱およびカソードでの水生成反応で出る熱を冷
却するために、セパレータ間には、各セル毎にあるいは
複数個のセル毎に、冷却媒体（通常は冷却水）が流れる
流路が形成されており、燃料電池を冷却している。上記
の反応が正常に行われるには、水素イオンが電解質膜中
をカソード側に移動できるように電解質膜が適正に湿潤
していてドライアップ（乾燥）していないことが必要で
あり、上記反応による生成水の水滴で邪魔されずに酸化
ガスが電極に供給されるようにとくにカソード側（反応
生成水が生じる側）で湿潤過多（フラッディング）が起
こらないよう、燃料電池スタック内の反応ガス流路から
生成水が排出されることが必要である。また、燃料電池
が適正に冷却されるには、燃料電池スタック内の冷却水
流路にガス溜まりができて冷却性が阻害されないよう
に、燃料電池スタック内の冷却水流路にガス溜まりがで
きることを防止することが必要である。従来、特開平９
−２２７１７号公報は、反応ガスおよび冷却水の、燃料
電池スタックへの供給構造および燃料電池スタックから
の排出通路構造を開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平９−２
２７１７号では、スタック内マニホールドと配管との関
係の配慮がないため、スタック内マニホールドの水抜け
不良の可能性がある。本発明の目的は、ガスラインの水
抜け性、冷却水ラインのガス抜け性のよい燃料電池の配
管構造を提供することにある。
２７１７号では、スタック内マニホールドと配管との関
係の配慮がないため、スタック内マニホールドの水抜け
不良の可能性がある。本発明の目的は、ガスラインの水
抜け性、冷却水ラインのガス抜け性のよい燃料電池の配
管構造を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。 （１） 燃料電池用配管を設置する場合、アノードガ
ス、カソードガスラインについては、配管内壁の下端の
高さ位置をセルの貫通マニホールド下端の高さ位置と同
じかまたはそれより低い位置に設定した燃料電池の配管
構造。 （２） 前記設定は、少なくともガスラインの出口に適
用されている（１）記載の燃料電池の配管構造。 （３） 前記設定は、入口貫通マニホールドが出口貫通
マニホールドより低い場合のみ入口貫通マニホールドに
適用される（１）記載の燃料電池の配管構造。 （４） 前記設定は、各セルがセル面を重力方向にして
積層され、ガス流れがセル積層方向にＵターン状に形成
されている燃料電池に適用される（１）記載の燃料電池
の配管構造。 （５） 燃料電池用配管を設置する場合、アノードガ
ス、カソードガスラインについては、配管のスタックへ
の取付部近傍では、各セルへのガス流路の最下端と同じ
高さかまたはそりより低く設定されている燃料電池の配
管構造。 （６） 前記設定は、少なくともガスラインの出口に適
用されている（５）記載の燃料電池の配管構造。 （７） 前記設定は、入口貫通マニホールドが出口貫通
マニホールドより低い場合のみ入口貫通マニホールドに
適用される（５）記載の燃料電池の配管構造。 （８） 燃料電池用配管を設置する場合、冷却水出口ラ
インについては、配管内壁の上端の高さ位置をセルの貫
通マニホールド上端の高さ位置と同じかまたはそれより
高い位置に設定した燃料電池の配管構造。
明はつぎの通りである。 （１） 燃料電池用配管を設置する場合、アノードガ
ス、カソードガスラインについては、配管内壁の下端の
高さ位置をセルの貫通マニホールド下端の高さ位置と同
じかまたはそれより低い位置に設定した燃料電池の配管
構造。 （２） 前記設定は、少なくともガスラインの出口に適
用されている（１）記載の燃料電池の配管構造。 （３） 前記設定は、入口貫通マニホールドが出口貫通
マニホールドより低い場合のみ入口貫通マニホールドに
適用される（１）記載の燃料電池の配管構造。 （４） 前記設定は、各セルがセル面を重力方向にして
積層され、ガス流れがセル積層方向にＵターン状に形成
されている燃料電池に適用される（１）記載の燃料電池
の配管構造。 （５） 燃料電池用配管を設置する場合、アノードガ
ス、カソードガスラインについては、配管のスタックへ
の取付部近傍では、各セルへのガス流路の最下端と同じ
高さかまたはそりより低く設定されている燃料電池の配
管構造。 （６） 前記設定は、少なくともガスラインの出口に適
用されている（５）記載の燃料電池の配管構造。 （７） 前記設定は、入口貫通マニホールドが出口貫通
マニホールドより低い場合のみ入口貫通マニホールドに
適用される（５）記載の燃料電池の配管構造。 （８） 燃料電池用配管を設置する場合、冷却水出口ラ
インについては、配管内壁の上端の高さ位置をセルの貫
通マニホールド上端の高さ位置と同じかまたはそれより
高い位置に設定した燃料電池の配管構造。
【０００５】上記（１）〜（４）の燃料電池の配管構造
では、アノードガス、カソードガスラインについて、配
管内壁の下端の高さ位置をセルの貫通マニホールド下端
の高さ位置と同じかまたはそれより低い位置に設定した
ので、セルの貫通ガスマニホールドの水は自重で配管に
流出し、燃料電池スタック内マニホールドから配管への
移行部や、燃料電池セル内ガス流路に、水が溜まること
が防止され、水抜け性は良好である。したがって、ガス
流路からの水抜け不良によるフラッディングは生じな
い。上記（５）〜（７）の燃料電池の配管構造によれ
ば、アノードガス、カソードガスラインについて、配管
のスタックへの取付け部近傍で、配管内壁の下端の高さ
位置をセルへのガス流路の下端の高さ位置と同じかまた
はそれより低い位置に設定したので、セルへのガス流路
の水は自重で配管に流出し、燃料電池スタック内ガス流
路から配管への移行部や、燃料電池セル内ガス流路に、
水が溜まることを防止でき、ガス流路からの水抜け不良
によるフラッディングを防止できる。上記（８）の燃料
電池の配管構造では、冷却水出口ラインについて、配管
内壁の上端の高さ位置をセルの貫通マニホールド上端の
高さ位置と同じかまたはそれより高い位置に設定したの
で、セルの貫通冷却水マニホールド内の泡は浮力で配管
に流出し、燃料電池スタック内マニホールドから配管へ
の移行部や、燃料電池セル内冷却水流路に、ガスが溜ま
ることが防止され、ガス抜け性は良好である。したがっ
て、冷却水流路からのガス抜け不良による冷却不良は生
じない。
では、アノードガス、カソードガスラインについて、配
管内壁の下端の高さ位置をセルの貫通マニホールド下端
の高さ位置と同じかまたはそれより低い位置に設定した
ので、セルの貫通ガスマニホールドの水は自重で配管に
流出し、燃料電池スタック内マニホールドから配管への
移行部や、燃料電池セル内ガス流路に、水が溜まること
が防止され、水抜け性は良好である。したがって、ガス
流路からの水抜け不良によるフラッディングは生じな
い。上記（５）〜（７）の燃料電池の配管構造によれ
ば、アノードガス、カソードガスラインについて、配管
のスタックへの取付け部近傍で、配管内壁の下端の高さ
位置をセルへのガス流路の下端の高さ位置と同じかまた
はそれより低い位置に設定したので、セルへのガス流路
の水は自重で配管に流出し、燃料電池スタック内ガス流
路から配管への移行部や、燃料電池セル内ガス流路に、
水が溜まることを防止でき、ガス流路からの水抜け不良
によるフラッディングを防止できる。上記（８）の燃料
電池の配管構造では、冷却水出口ラインについて、配管
内壁の上端の高さ位置をセルの貫通マニホールド上端の
高さ位置と同じかまたはそれより高い位置に設定したの
で、セルの貫通冷却水マニホールド内の泡は浮力で配管
に流出し、燃料電池スタック内マニホールドから配管へ
の移行部や、燃料電池セル内冷却水流路に、ガスが溜ま
ることが防止され、ガス抜け性は良好である。したがっ
て、冷却水流路からのガス抜け不良による冷却不良は生
じない。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の燃料電池を図１
〜図８を参照して、説明する。本発明の燃料電池１０は
固体高分子電解質型燃料電池である。本発明の燃料電池
１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただ
し、自動車以外に用いられてもよい。
〜図８を参照して、説明する。本発明の燃料電池１０は
固体高分子電解質型燃料電池である。本発明の燃料電池
１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただ
し、自動車以外に用いられてもよい。
【０００７】固体高分子電解質型燃料電池１０は、図
１、図２〜図４に示すように、イオン交換膜からなる電
解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒
層１２および拡散層１３からなる電極１４（アノード、
燃料極）および電解質膜１１の他面に配置された触媒層
１５および拡散層１６からなる電極１７（カソード、空
気極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Memb
rane-Electrode Assembly ）と、電極１４、１７に燃料
ガス（アノードガス、水素）および酸化ガス（カソード
ガス、酸素、通常は空気）を供給するための流体通路２
７（燃料ガス流路２７Ａ、酸化ガス流路２７Ｂ）および
燃料電池冷却用の冷媒（冷却水）が流れる冷媒流路（冷
却水流路）２６を形成するセパレータ１８とを重ねてセ
ルを形成し、該セルを複数積層してモジュール１９と
し、モジュール１９を積層してモジュール群を構成し、
モジュール１９群のセル積層方向両端に、ターミナル２
０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し
てスタック２３を構成し、スタック２３を積層方向に締
め付けセル積層体の外側で燃料電池積層体積層方向に延
びる締結部材２４（たとえば、テンションプレート、テ
ンションプレートはスタック２３の一部）とボルト２５
で固定したものからなる。冷媒流路２６はセル毎に、ま
たは複数のセル毎に、設けられる。たとえば、２つのセ
ル毎に１つの冷媒流路２６が設けられる。
１、図２〜図４に示すように、イオン交換膜からなる電
解質膜１１とこの電解質膜１１の一面に配置された触媒
層１２および拡散層１３からなる電極１４（アノード、
燃料極）および電解質膜１１の他面に配置された触媒層
１５および拡散層１６からなる電極１７（カソード、空
気極）とからなる膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Memb
rane-Electrode Assembly ）と、電極１４、１７に燃料
ガス（アノードガス、水素）および酸化ガス（カソード
ガス、酸素、通常は空気）を供給するための流体通路２
７（燃料ガス流路２７Ａ、酸化ガス流路２７Ｂ）および
燃料電池冷却用の冷媒（冷却水）が流れる冷媒流路（冷
却水流路）２６を形成するセパレータ１８とを重ねてセ
ルを形成し、該セルを複数積層してモジュール１９と
し、モジュール１９を積層してモジュール群を構成し、
モジュール１９群のセル積層方向両端に、ターミナル２
０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し
てスタック２３を構成し、スタック２３を積層方向に締
め付けセル積層体の外側で燃料電池積層体積層方向に延
びる締結部材２４（たとえば、テンションプレート、テ
ンションプレートはスタック２３の一部）とボルト２５
で固定したものからなる。冷媒流路２６はセル毎に、ま
たは複数のセル毎に、設けられる。たとえば、２つのセ
ル毎に１つの冷媒流路２６が設けられる。
【０００８】セパレータ１８は、燃料ガスと酸化ガス、
燃料ガスと冷却水、酸化ガスと冷却水、の何れかを互い
に分離するとともに、隣り合うセルのアノードからカソ
ードに電子が流れる電気の通路を形成している。セパレ
ータ１８は、カーボン板に冷媒流路２６やガス流路２７
（燃料ガス流路２７ａ、酸化ガス流路２７ｂ）を形成し
たもの、または、流路２６、２７を形成する凹凸のある
金属板を複数枚重ね合わせたもの、または、導電製樹脂
板（たとえば、導電材粒子を混入して導電性をもたせた
樹脂板）に冷媒流路２６やガス流路２７を形成したも
の、の何れかからなる。図示例はセパレータ１８がカー
ボン板からなる場合を示している。セル内ガス流路２７
（燃料ガス流路２７ａ、酸化ガス流路２７ｂ）は、１本
の溝状流路、または並行する複数本の溝状流路の群、ま
たは複数突起により隔てられた一対の板間の面状流路、
の何れであってもよい。
燃料ガスと冷却水、酸化ガスと冷却水、の何れかを互い
に分離するとともに、隣り合うセルのアノードからカソ
ードに電子が流れる電気の通路を形成している。セパレ
ータ１８は、カーボン板に冷媒流路２６やガス流路２７
（燃料ガス流路２７ａ、酸化ガス流路２７ｂ）を形成し
たもの、または、流路２６、２７を形成する凹凸のある
金属板を複数枚重ね合わせたもの、または、導電製樹脂
板（たとえば、導電材粒子を混入して導電性をもたせた
樹脂板）に冷媒流路２６やガス流路２７を形成したも
の、の何れかからなる。図示例はセパレータ１８がカー
ボン板からなる場合を示している。セル内ガス流路２７
（燃料ガス流路２７ａ、酸化ガス流路２７ｂ）は、１本
の溝状流路、または並行する複数本の溝状流路の群、ま
たは複数突起により隔てられた一対の板間の面状流路、
の何れであってもよい。
【０００９】図２〜図４に示すように、燃料電池スタッ
ク２３内には、冷媒マニホールド２８が設けられてお
り、冷媒マニホールド２８はセルの冷媒流路２６に連通
している。冷媒は入側の冷媒マニホールド２８から冷媒
流路２６に流れ、冷媒流路２６から出側の冷媒マニホー
ルド２８に流れる。同様に、燃料電池スタック２３内に
は、ガスマニホールド２９が設けられており、ガスマニ
ホールド２９は燃料ガスマニホールド２９ａと酸化ガス
マニホールド２９ｂとからなる。燃料ガスマニホールド
２９ａと酸化ガスマニホールド２９ｂは、それぞれ、セ
ルの燃料ガス流路２９ａと酸化ガス流路２９ｂに連通し
ている。燃料ガスは入側の燃料ガスマニホールド２９ａ
からセルの燃料ガス流路２７ａに流れ、燃料ガス流路２
７ａから出側の燃料ガスマニホールド２９ａに流れる。
酸化ガスは入側の酸化ガスマニホールド２９ｂからセル
の酸化ガス流路２７ｂに流れ、酸化ガス流路２７ｂから
出側の酸化ガスマニホールド２９ｂに流れる。
ク２３内には、冷媒マニホールド２８が設けられてお
り、冷媒マニホールド２８はセルの冷媒流路２６に連通
している。冷媒は入側の冷媒マニホールド２８から冷媒
流路２６に流れ、冷媒流路２６から出側の冷媒マニホー
ルド２８に流れる。同様に、燃料電池スタック２３内に
は、ガスマニホールド２９が設けられており、ガスマニ
ホールド２９は燃料ガスマニホールド２９ａと酸化ガス
マニホールド２９ｂとからなる。燃料ガスマニホールド
２９ａと酸化ガスマニホールド２９ｂは、それぞれ、セ
ルの燃料ガス流路２９ａと酸化ガス流路２９ｂに連通し
ている。燃料ガスは入側の燃料ガスマニホールド２９ａ
からセルの燃料ガス流路２７ａに流れ、燃料ガス流路２
７ａから出側の燃料ガスマニホールド２９ａに流れる。
酸化ガスは入側の酸化ガスマニホールド２９ｂからセル
の酸化ガス流路２７ｂに流れ、酸化ガス流路２７ｂから
出側の酸化ガスマニホールド２９ｂに流れる。
【００１０】図２〜図７に示すように、スタック２３
は、たとえば２列並列に水平に配置されており、スタッ
ク２３の両端のエンドプレート２２は、２列のスタック
２３に対して共有されている。スタック２３の一端にあ
るエンドプレート２２には、冷媒（冷却水）を燃料電池
スタック内の冷媒マニホールドに供給・排出する冷媒配
管３０が接続されており、反応ガスを燃料電池スタック
内のガスマニホールド２９に供給・排出するガス配管３
１が接続されている。ガス配管３１は、燃料ガスを燃料
電池スタック内の燃料ガスマニホールド２９ａに供給・
排出する燃料ガス配管３１ａと、酸化ガスを燃料電池ス
タック内の酸化ガスマニホールド２９ｂに供給・排出す
る酸化ガス配管３１ｂとからなる。冷媒、燃料ガス、酸
化ガスは、スタック２３の一端にあるエンドプレート２
２から燃料電池スタックに入り、Ｕターンして、同じエ
ンドプレート２２から出る。
は、たとえば２列並列に水平に配置されており、スタッ
ク２３の両端のエンドプレート２２は、２列のスタック
２３に対して共有されている。スタック２３の一端にあ
るエンドプレート２２には、冷媒（冷却水）を燃料電池
スタック内の冷媒マニホールドに供給・排出する冷媒配
管３０が接続されており、反応ガスを燃料電池スタック
内のガスマニホールド２９に供給・排出するガス配管３
１が接続されている。ガス配管３１は、燃料ガスを燃料
電池スタック内の燃料ガスマニホールド２９ａに供給・
排出する燃料ガス配管３１ａと、酸化ガスを燃料電池ス
タック内の酸化ガスマニホールド２９ｂに供給・排出す
る酸化ガス配管３１ｂとからなる。冷媒、燃料ガス、酸
化ガスは、スタック２３の一端にあるエンドプレート２
２から燃料電池スタックに入り、Ｕターンして、同じエ
ンドプレート２２から出る。
【００１１】図７の例では、冷媒（冷却水）は入側冷媒
配管３０からエンドプレート２２の左右方向中央部の下
部で左右のスタック２３に入り、左右のスタック２３か
らエンドプレート２２の左右方向端部の上部で出側冷媒
配管３０に流出し、左右の出側冷媒配管３０は左右方向
中央で合流し、そこから上方に流れる。燃料ガスは、入
側燃料ガス配管３１ａからエンドプレート２２の左右方
向中央部の上部で左右のスタック２３に入り、左右のス
タック２３からエンドプレート２２の左右方向中央部の
下部で出側燃料ガス配管３１ａに流出し、そこから横に
流れてさらに下方に流れる。酸化ガスは、入側酸化ガス
配管３１ｂからエンドプレート２２の左右方向端部の下
部で左右のスタック２３に入り、左右のスタック２３か
らエンドプレート２２の左右方向端部の上部で出側酸化
ガス配管３１ｂに流出し、左右の出側酸化ガス配管３１
ｂは左右方向中央で合流し、そこから下方に流れる。
配管３０からエンドプレート２２の左右方向中央部の下
部で左右のスタック２３に入り、左右のスタック２３か
らエンドプレート２２の左右方向端部の上部で出側冷媒
配管３０に流出し、左右の出側冷媒配管３０は左右方向
中央で合流し、そこから上方に流れる。燃料ガスは、入
側燃料ガス配管３１ａからエンドプレート２２の左右方
向中央部の上部で左右のスタック２３に入り、左右のス
タック２３からエンドプレート２２の左右方向中央部の
下部で出側燃料ガス配管３１ａに流出し、そこから横に
流れてさらに下方に流れる。酸化ガスは、入側酸化ガス
配管３１ｂからエンドプレート２２の左右方向端部の下
部で左右のスタック２３に入り、左右のスタック２３か
らエンドプレート２２の左右方向端部の上部で出側酸化
ガス配管３１ｂに流出し、左右の出側酸化ガス配管３１
ｂは左右方向中央で合流し、そこから下方に流れる。
【００１２】スタック２３の他端にあるエンドプレート
２２の内側には、プレッシャプレート３２が設けられ、
プレッシャプレート３２とエンドプレート２２との間に
はスタック締め付け荷重の変動を吸収するばね機構（た
とえば、皿ばね機構）３３が設けられる。スタック２３
の他端にあるエンドプレート２２側には、冷媒、反応ガ
スの配管は接続されない。これは、エンドプレート２２
とプレッシャプレート３２とが離れているので、冷媒、
反応ガスの流路のシールができないからである。
２２の内側には、プレッシャプレート３２が設けられ、
プレッシャプレート３２とエンドプレート２２との間に
はスタック締め付け荷重の変動を吸収するばね機構（た
とえば、皿ばね機構）３３が設けられる。スタック２３
の他端にあるエンドプレート２２側には、冷媒、反応ガ
スの配管は接続されない。これは、エンドプレート２２
とプレッシャプレート３２とが離れているので、冷媒、
反応ガスの流路のシールができないからである。
【００１３】図２、図３に示すように、燃料電池用ガス
配管３１を設置する場合、アノードガス、カソードガス
ラインについては、配管３１の内壁の下端の高さ位置が
セルの貫通マニホールド２９の下端の高さ位置と同じか
またはそれ（セルの貫通マニホールド２９の下端の高さ
位置）より低い位置に設定されている。配管３１は図７
に示すように流路方向に形状を変えてもよいが（断面積
はほとんど変わらず、高さ方向サイズが変化する）、そ
の場合も配管内の水が自重で流下できるところまでは、
配管３１の内壁の下端の高さ位置は、セルの貫通マニホ
ールド２９の下端の高さ位置と同じかまたはそれより低
い位置とされる。
配管３１を設置する場合、アノードガス、カソードガス
ラインについては、配管３１の内壁の下端の高さ位置が
セルの貫通マニホールド２９の下端の高さ位置と同じか
またはそれ（セルの貫通マニホールド２９の下端の高さ
位置）より低い位置に設定されている。配管３１は図７
に示すように流路方向に形状を変えてもよいが（断面積
はほとんど変わらず、高さ方向サイズが変化する）、そ
の場合も配管内の水が自重で流下できるところまでは、
配管３１の内壁の下端の高さ位置は、セルの貫通マニホ
ールド２９の下端の高さ位置と同じかまたはそれより低
い位置とされる。
【００１４】さらに詳細には、図２に示すように、ガス
配管３１がスタック２３の上部からスタック２３に入っ
てスタック２３の下部から出る場合、スタック下部の出
側ガス配管の内壁の下端の高さ位置はセルの出側の貫通
マニホールド２９の下端の高さ位置と同じかまたはそれ
より低い位置に設定されている。図２に示すように、ガ
ス配管３１がスタック２３の上部からスタック２３に入
ってスタック２３の下部から出る場合、入側ガス配管に
対してはとくに位置規制は無くてよいが、スタック上部
の入側ガス配管の内壁の下端の高さ位置はセルの入側の
貫通マニホールド２９の下端の高さ位置と同じかまたは
それより低い位置に設定されていることが望ましい。図
６、図７の例では、スタック２３の上部から入ってスタ
ック２３の下部から出るガスは燃料ガスであるが、酸化
ガスとしてもよい。
配管３１がスタック２３の上部からスタック２３に入っ
てスタック２３の下部から出る場合、スタック下部の出
側ガス配管の内壁の下端の高さ位置はセルの出側の貫通
マニホールド２９の下端の高さ位置と同じかまたはそれ
より低い位置に設定されている。図２に示すように、ガ
ス配管３１がスタック２３の上部からスタック２３に入
ってスタック２３の下部から出る場合、入側ガス配管に
対してはとくに位置規制は無くてよいが、スタック上部
の入側ガス配管の内壁の下端の高さ位置はセルの入側の
貫通マニホールド２９の下端の高さ位置と同じかまたは
それより低い位置に設定されていることが望ましい。図
６、図７の例では、スタック２３の上部から入ってスタ
ック２３の下部から出るガスは燃料ガスであるが、酸化
ガスとしてもよい。
【００１５】また、図３に示すように、ガス配管３１が
スタック２３の下部からスタック２３に入ってスタック
２３の上部から出る場合、スタック下部の入側ガス配管
の内壁の下端の高さ位置はセルの入側の貫通マニホール
ド２９の下端の高さ位置と同じかまたはそれより低い位
置に設定されている。図３に示すように、ガス配管３１
がスタック２３の下部からスタック２３に入ってスタッ
ク２３の上部から出る場合、スタック上部の出側ガス配
管の内壁の下端の高さ位置はセルの出側の貫通マニホー
ルド２９の下端の高さ位置と同じかまたはそれより低い
位置に設定されている。図６、図７の例では、スタック
２３の下部から入ってスタック２３の上部から出るガス
は酸化ガスであるが、燃料ガスとしてもよい。
スタック２３の下部からスタック２３に入ってスタック
２３の上部から出る場合、スタック下部の入側ガス配管
の内壁の下端の高さ位置はセルの入側の貫通マニホール
ド２９の下端の高さ位置と同じかまたはそれより低い位
置に設定されている。図３に示すように、ガス配管３１
がスタック２３の下部からスタック２３に入ってスタッ
ク２３の上部から出る場合、スタック上部の出側ガス配
管の内壁の下端の高さ位置はセルの出側の貫通マニホー
ルド２９の下端の高さ位置と同じかまたはそれより低い
位置に設定されている。図６、図７の例では、スタック
２３の下部から入ってスタック２３の上部から出るガス
は酸化ガスであるが、燃料ガスとしてもよい。
【００１６】図２、図３の例では、上記設定が、各セル
がセル面を重力方向にして積層され、ガス流れがセル積
層方向にＵターン状に形成されている燃料電池に適用さ
れた場合を示している。上記の流路の位置設定は、貫通
マニホールドと配管のガス流路との位置関係に限る必要
はない。たとえば、配管のスタックへの取付部近傍のス
タック内のセルへのガス流路と配管のガス流路との位置
関係にも適用できる。すなわち、燃料電池用配管を設置
する場合、アノードガス、カソードガスラインについて
は、配管のスタックへの取付部近傍では、各セルへのガ
ス流路の最下端と同じ高さかまたはそりより低く設定さ
れる。その設定は、少なくともガスラインの出口に適用
される。また、その設定は、入口貫通マニホールドが出
口貫通マニホールドより低い場合のみ、入口貫通マニホ
ールドに適用される。
がセル面を重力方向にして積層され、ガス流れがセル積
層方向にＵターン状に形成されている燃料電池に適用さ
れた場合を示している。上記の流路の位置設定は、貫通
マニホールドと配管のガス流路との位置関係に限る必要
はない。たとえば、配管のスタックへの取付部近傍のス
タック内のセルへのガス流路と配管のガス流路との位置
関係にも適用できる。すなわち、燃料電池用配管を設置
する場合、アノードガス、カソードガスラインについて
は、配管のスタックへの取付部近傍では、各セルへのガ
ス流路の最下端と同じ高さかまたはそりより低く設定さ
れる。その設定は、少なくともガスラインの出口に適用
される。また、その設定は、入口貫通マニホールドが出
口貫通マニホールドより低い場合のみ、入口貫通マニホ
ールドに適用される。
【００１７】図４に示すように、燃料電池用冷媒配管３
０を設置する場合、冷媒（冷却水）出口ラインについて
は、配管３０の内壁の上端の高さ位置は、セルの貫通冷
媒マニホールド２８の上端の高さ位置と同じかまたはそ
れ（冷媒マニホールド２８の上端の高さ位置）より高い
位置に設定される。冷媒配管３０の内壁の上端の高さ位
置に対する規制は、冷媒配管３０内の気泡が自分の浮力
で抜ける位置、たとえば上方に延びる枝間位置まで、保
たれる。冷媒配管３０の入口ラインについては、高さ規
制はとくにしなくてよい。
０を設置する場合、冷媒（冷却水）出口ラインについて
は、配管３０の内壁の上端の高さ位置は、セルの貫通冷
媒マニホールド２８の上端の高さ位置と同じかまたはそ
れ（冷媒マニホールド２８の上端の高さ位置）より高い
位置に設定される。冷媒配管３０の内壁の上端の高さ位
置に対する規制は、冷媒配管３０内の気泡が自分の浮力
で抜ける位置、たとえば上方に延びる枝間位置まで、保
たれる。冷媒配管３０の入口ラインについては、高さ規
制はとくにしなくてよい。
【００１８】つぎに、本発明の燃料電池の配管構造の作
用を説明する。燃料ガス（アノードガス）、酸化ガス
（カソードガス）ラインについて、配管３１内壁の下端
の高さ位置がセルの貫通マニホールド２９下端の高さ位
置と同じかまたはそれより低い位置に設定されているの
で、セルの貫通ガスマニホールド２９に水が溜まろうと
しても、その水は自重でスタック２３内から配管３１側
に流出し、燃料電池スタック２３内のガスマニホールド
２９から配管３１への移行部（エンドプレート２２内の
ガス出入り口の部分）や、燃料電池セル内のガス流路
に、水が溜まることが防止され、水抜け性は良好であ
る。したがって、ガス流路からの水抜け不良によるフラ
ッディングとそれによる燃料電池の出力不良は生じな
い。これは、燃料ガスについても、酸化ガスについても
いえることであるが、反応生成水が生じる酸化ガス流路
に対しては、とくにフラッディング防止効果が大きい。
用を説明する。燃料ガス（アノードガス）、酸化ガス
（カソードガス）ラインについて、配管３１内壁の下端
の高さ位置がセルの貫通マニホールド２９下端の高さ位
置と同じかまたはそれより低い位置に設定されているの
で、セルの貫通ガスマニホールド２９に水が溜まろうと
しても、その水は自重でスタック２３内から配管３１側
に流出し、燃料電池スタック２３内のガスマニホールド
２９から配管３１への移行部（エンドプレート２２内の
ガス出入り口の部分）や、燃料電池セル内のガス流路
に、水が溜まることが防止され、水抜け性は良好であ
る。したがって、ガス流路からの水抜け不良によるフラ
ッディングとそれによる燃料電池の出力不良は生じな
い。これは、燃料ガスについても、酸化ガスについても
いえることであるが、反応生成水が生じる酸化ガス流路
に対しては、とくにフラッディング防止効果が大きい。
【００１９】燃料ガス（アノードガス）、酸化ガス（カ
ソードガス）ラインについて、配管３１内壁の下端の高
さ位置が、配管のスタックへの取付け部近傍で、セルへ
のガス流路下端の高さ位置と同じかまたはそれより低い
位置に設定されている場合は、セルへのガス流路に水が
溜まろうとしても、その水は自重でスタック２３内から
配管３１側に流出し、燃料電池スタック２３内のガス流
路から配管３１への移行部や、燃料電池セル内のガス流
路に、水が溜まることが防止され、水抜け性は良好であ
る。したがって、ガス流路からの水抜け不良によるフラ
ッディングとそれによる燃料電池の出力不良は生じな
い。これは、燃料ガスについても、酸化ガスについても
いえることであるが、反応生成水が生じる酸化ガス流路
に対しては、とくにフラッディング防止効果が大きい。
ソードガス）ラインについて、配管３１内壁の下端の高
さ位置が、配管のスタックへの取付け部近傍で、セルへ
のガス流路下端の高さ位置と同じかまたはそれより低い
位置に設定されている場合は、セルへのガス流路に水が
溜まろうとしても、その水は自重でスタック２３内から
配管３１側に流出し、燃料電池スタック２３内のガス流
路から配管３１への移行部や、燃料電池セル内のガス流
路に、水が溜まることが防止され、水抜け性は良好であ
る。したがって、ガス流路からの水抜け不良によるフラ
ッディングとそれによる燃料電池の出力不良は生じな
い。これは、燃料ガスについても、酸化ガスについても
いえることであるが、反応生成水が生じる酸化ガス流路
に対しては、とくにフラッディング防止効果が大きい。
【００２０】また、冷却水出口ラインについて、冷媒配
管３０の内壁の上端の高さ位置がセルの貫通冷媒マニホ
ールド２８の上端の高さ位置と同じかまたはそれより高
い位置に設定されているので、セルの貫通冷媒マニホー
ルド２８内の気泡は自分の浮力で出側冷媒配管３０に流
出していき、燃料電池スタック内冷媒マニホールド２８
から冷媒配管３０への移行部（エンドプレート２２内の
冷媒出口部分）や、燃料電池セル内冷却水流路に、ガス
が溜まることが防止され、ガス抜け性は良好である。し
たがって、冷却水流路からのガス抜け不良による、すな
わちガス溜まり部分での、冷却不良は生じない。
管３０の内壁の上端の高さ位置がセルの貫通冷媒マニホ
ールド２８の上端の高さ位置と同じかまたはそれより高
い位置に設定されているので、セルの貫通冷媒マニホー
ルド２８内の気泡は自分の浮力で出側冷媒配管３０に流
出していき、燃料電池スタック内冷媒マニホールド２８
から冷媒配管３０への移行部（エンドプレート２２内の
冷媒出口部分）や、燃料電池セル内冷却水流路に、ガス
が溜まることが防止され、ガス抜け性は良好である。し
たがって、冷却水流路からのガス抜け不良による、すな
わちガス溜まり部分での、冷却不良は生じない。
【００２１】
【発明の効果】請求項１〜請求項４の燃料電池の配管構
造によれば、アノードガス、カソードガスラインについ
て、配管内壁の下端の高さ位置をセルの貫通マニホール
ド下端の高さ位置と同じかまたはそれより低い位置に設
定したので、セルの貫通ガスマニホールドの水は自重で
配管に流出し、燃料電池スタック内マニホールドから配
管への移行部や、燃料電池セル内ガス流路に、水が溜ま
ることを防止でき、ガス流路からの水抜け不良によるフ
ラッディングを防止できる。請求項５〜請求項７の燃料
電池の配管構造によれば、アノードガス、カソードガス
ラインについて、配管のスタックへの取付け部近傍で、
配管内壁の下端の高さ位置をセルへのガス流路の下端の
高さ位置と同じかまたはそれより低い位置に設定したの
で、セルへのガス流路の水は自重で配管に流出し、燃料
電池スタック内ガス流路から配管への移行部や、燃料電
池セル内ガス流路に、水が溜まることを防止でき、ガス
流路からの水抜け不良によるフラッディングを防止でき
る。請求項８の燃料電池の配管構造によれば、冷却水出
口ラインについて、配管内壁の上端の高さ位置をセルの
貫通マニホールド上端の高さ位置と同じかまたはそれよ
り高い位置に設定したので、セルの貫通冷却水マニホー
ルド内の気泡は浮力で配管に流出し、燃料電池スタック
内マニホールドから配管への移行部や、燃料電池セル内
冷却水流路に、ガスが溜まることを防止でき、冷却水流
路からのガス抜け不良による冷却不良を防止できる。
造によれば、アノードガス、カソードガスラインについ
て、配管内壁の下端の高さ位置をセルの貫通マニホール
ド下端の高さ位置と同じかまたはそれより低い位置に設
定したので、セルの貫通ガスマニホールドの水は自重で
配管に流出し、燃料電池スタック内マニホールドから配
管への移行部や、燃料電池セル内ガス流路に、水が溜ま
ることを防止でき、ガス流路からの水抜け不良によるフ
ラッディングを防止できる。請求項５〜請求項７の燃料
電池の配管構造によれば、アノードガス、カソードガス
ラインについて、配管のスタックへの取付け部近傍で、
配管内壁の下端の高さ位置をセルへのガス流路の下端の
高さ位置と同じかまたはそれより低い位置に設定したの
で、セルへのガス流路の水は自重で配管に流出し、燃料
電池スタック内ガス流路から配管への移行部や、燃料電
池セル内ガス流路に、水が溜まることを防止でき、ガス
流路からの水抜け不良によるフラッディングを防止でき
る。請求項８の燃料電池の配管構造によれば、冷却水出
口ラインについて、配管内壁の上端の高さ位置をセルの
貫通マニホールド上端の高さ位置と同じかまたはそれよ
り高い位置に設定したので、セルの貫通冷却水マニホー
ルド内の気泡は浮力で配管に流出し、燃料電池スタック
内マニホールドから配管への移行部や、燃料電池セル内
冷却水流路に、ガスが溜まることを防止でき、冷却水流
路からのガス抜け不良による冷却不良を防止できる。
【図１】本発明の燃料電池の配管構造が適用された燃料
電池の一部分の拡大断面図である。
電池の一部分の拡大断面図である。
【図２】本発明の燃料電池の配管構造が適用された燃料
電池の、配管が燃料ガス配管である場合の、概略断面図
である。
電池の、配管が燃料ガス配管である場合の、概略断面図
である。
【図３】本発明の燃料電池の配管構造が適用された燃料
電池の、配管が酸化ガス配管である場合の、概略断面図
である。
電池の、配管が酸化ガス配管である場合の、概略断面図
である。
【図４】本発明の燃料電池の配管構造が適用された燃料
電池の、配管が冷媒配管である場合の、概略断面図であ
る。
電池の、配管が冷媒配管である場合の、概略断面図であ
る。
【図５】本発明の燃料電池の配管構造が適用された、２
スタック並列構造の燃料電池の平面図である。
スタック並列構造の燃料電池の平面図である。
【図６】図５の燃料電池の一端のエンドプレート部の正
面図である。
面図である。
【図７】図５の燃料電池のエンドプレートに配管が取付
けられた場合の正面図である。
けられた場合の正面図である。
【符号の説明】 １０ （固体高分子電解質型）燃料電池 １１ 電解質膜 １２ 触媒層 １３ 拡散層 １４ 電極（アノード、燃料極） １５ 触媒層 １６ 拡散層 １７ 電極（カソード、空気極） １８ セパレータ １９ モジュール ２０ ターミナル ２１ インシュレータ ２２ エンドプレート ２３ スタック ２４ テンションプレート ２５ ボルト ２６ 冷媒流路 ２７ ガス流路 ２７ａ 燃料ガス流路 ２７ｂ 酸化ガス流路 ２８ 冷媒マニホールド ２９ ガスマニホールド ２９ａ 燃料ガスマニホールド ２９ｂ 酸化ガスマニホールド ３０ 冷媒配管 ３１ ガス配管 ３１ａ 燃料ガス配管 ３１ｂ 酸化ガス配管 ３２ プレッシャプレート ３３ ばね機構
Claims (8)
- 【請求項１】 燃料電池用配管を設置する場合、アノー
ドガス、カソードガスラインについては、配管内壁の下
端の高さ位置をセルの貫通マニホールド下端の高さ位置
と同じかまたはそれより低い位置に設定した燃料電池の
配管構造。 - 【請求項２】 前記設定は、少なくともガスラインの出
口に適用されている請求項１記載の燃料電池の配管構
造。 - 【請求項３】 前記設定は、入口貫通マニホールドが出
口貫通マニホールドより低い場合のみ入口貫通マニホー
ルドに適用される請求項１記載の燃料電池の配管構造。 - 【請求項４】 前記設定は、各セルがセル面を重力方向
にして積層され、ガス流れがセル積層方向にＵターン状
に形成されている燃料電池に適用される請求項１記載の
燃料電池の配管構造。 - 【請求項５】 燃料電池用配管を設置する場合、アノー
ドガス、カソードガスラインについては、配管のスタッ
クへの取付部近傍では、各セルへのガス流路の最下端と
同じ高さかまたはそりより低く設定されている燃料電池
の配管構造。 - 【請求項６】 前記設定は、少なくともガスラインの出
口に適用されている請求項５記載の燃料電池の配管構
造。 - 【請求項７】 前記設定は、入口貫通マニホールドが出
口貫通マニホールドより低い場合のみ入口貫通マニホー
ルドに適用される請求項５記載の燃料電池の配管構造。 - 【請求項８】 燃料電池用配管を設置する場合、冷却水
出口ラインについては、配管内壁の上端の高さ位置をセ
ルの貫通マニホールド上端の高さ位置と同じかまたはそ
れより高い位置に設定した燃料電池の配管構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001144298A JP4967199B2 (ja) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | 燃料電池の配管構造 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001144298A JP4967199B2 (ja) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | 燃料電池の配管構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002343400A true JP2002343400A (ja) | 2002-11-29 |
| JP4967199B2 JP4967199B2 (ja) | 2012-07-04 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP (1) | JP4967199B2 (ja) |
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| EP1469542A1 (en) * | 2003-04-09 | 2004-10-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
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| JP2006059652A (ja) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
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| JP2008159414A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
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| JP2000164237A (ja) * | 1998-11-24 | 2000-06-16 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池及び燃料電池集合体 |
-
2001
- 2001-05-15 JP JP2001144298A patent/JP4967199B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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| US7678490B2 (en) | 2003-04-09 | 2010-03-16 | Panasonic Corporation | Polymer electrolyte fuel cell |
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| JP2011014530A (ja) * | 2009-06-04 | 2011-01-20 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池スタック |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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