【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池の単位セルが複数積層されてその積層方向両側に電流取出板およびエンドプレートを備え、このエンドプレートおよび電流取出板を貫通する流体流路を備えた燃料電池の配管構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子形燃料電池では、電解質膜を間に挟んで対峙する２つの電極に、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとをそれぞれ供給することにより、各電極で電気化学反応が発生し、化学エネルギが電気エネルギに変換される。
【０００３】
このとき、電解質膜中をプロトン（水素イオン）が移動するには、電解質膜が加湿され充分に濡れている必要があるために、各電極への供給ガスを外部から加湿するのが一般的である。したがって、燃料電池に対して外部から供給されるガスは、燃料ガスと酸化ガスおよび水蒸気である。
【０００４】
図６は、固定高分子形燃料電池の一般的な構成図である。セパレータを構成するカーボンもしくは金属製の一対のバイポーラプレート１，３相互間に、図示しない電解質膜とその両側に位置する電極とが設けられて単位セル５を構成している。したがって、ここでは６つの単位セル５が図中で左右方向に積層されていることになる。
【０００５】
左右両端の単位セル５の外側には、電流取出板７および絶縁板９がそれぞれ配置され、さらにその外側にはエンドプレート１１が配置されている。電流取出板７およびエンドプレート１１は、鉄，ステンレス，銅，アルミニウムなどの金属製であるのが一般的である。一方絶縁板９は、燃料電池の作動温度に耐え、前述した燃料電池内への水蒸気の導入によって加水分解が起こらないような樹脂材料が用いられる。
【０００６】
エンドプレート１１は、積層された複数の単位セル５を両側から圧迫することで互いに密着させて固定するものであり、このエンドプレート１１に取り付けたコネクタ１３を介し、前記した燃料ガスと酸化ガスおよび水蒸気のほか、冷却水を供給し、あるは排出を行う。エンドプレート１１，絶縁板９および電流取出板７には、コネクタ１３と単位セル５とを連通する流路が形成されている。
【０００７】
このような構造を備えた燃料電池としては、例えば、特開平７−２８２８３６号公報の図９に開示されている。
【０００８】
また、エンドプレート１１に関しては、様々な手段を講じることにより（例えば特開２００１−１５５７６０，特開２０００−２９４２６８号公報など参照）、バイポーラプレート１，３に対し均一な面圧を施そうとする検討がなされているが、上記したガスや冷却水などの燃料電池内への導入あるいは排出の手段は、上記した図６の構造のものと基本的には変わることはない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池に使用されるエンドプレートや電流取出板の材質は、前述したように鉄，ステンレス，銅，アルミニウムなどの金属製である。これらの金属の中には、水分もしくは酸素と接することにより酸化物を生成するものがある。一般的には、腐食の観点からオーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６）が多く用いられているが、燃料電池を長時間（数万時間）運転すると、ステンレス鋼が徐々に腐食し亀裂を生じることがある。
【００１０】
さらに、エンドプレートや電流取出板は、単位セル５を多数積層した燃料電池スタックの一部であり、腐食やこれに起因する異常の際に、これらを交換するためにはスタックの圧迫を緩めて取り外さなければならず、交換作業が煩雑なものとなる。このためエンドプレートや電流取出板の防食を確実に行うことは極めて重要なことである。
【００１１】
そこで、この発明は、エンドプレートや電流取出板の腐食を確実に防止することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、燃料電池の単位セルが複数積層されてその積層方向両側に電流取出板が、さらにその外側にエンドプレートがそれぞれ設けられ、このエンドプレートおよび電流取出板を貫通して前記単位セルに達する流体流路を備えた燃料電池の配管構造において、前記流体流路内に、前記単位セルと燃料電池の外部とを連通する管状部材を配置した構成としてある。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、前記管状部材の燃料電池の内部側の端部は、前記電流取出板に隣接する単位セルに対応する位置にある構成としてある。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構成において、前記管状部材は、樹脂もしくはセラミックス製、あるいは表面に樹脂層を備えている構成としてある。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明の構成において、前記単位セルは、固体高分子膜を中心としてその両側に電極およびセパレータをそれぞれ備え、前記管状部材と、前記電流取出板に隣接する前記単位セルのセパレータとの間に、シール材を設けた構成としてある。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明の構成において、前記電流取出板と前記エンドプレートとの少なくともいずれか一方と、前記管状部材との間に、シール材を設けた構成としてある。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの発明の構成において、前記管状部材は、前記エンドプレートに接続される固定部材によって固定される構成としてある。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項６の発明の構成において、前記管状部材の前記単位セルと反対側の端部にフランジを設ける一方、前記流体流路のエンドプレート端面側に前記固定部材を接続する接続部を設け、この接続部の内径を前記流体流路の単位セル側の内径に対して大径にし、この大径部分に前記フランジを配置し、前記接続部に接続される前記固定部材の先端により前記フランジを押し付けて前記管状部材を固定する構成としてある。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項６の発明の構成において、前記管状部材の前記単位セルと反対側の端部を、燃料電池の外部に引き出し、前記管状部材は、前記エンドプレートに接続される固定部材の内周面に押圧されて固定される構成としてある。
【００２０】
請求項９の発明は、請求項６の発明の構成において、前記固定部材は、前記エンドプレートに対してねじ結合によって接続固定され、このねじ結合部に、前記管状部材の前記単位セルと反対側の端部を噛み込ませる構成としてある。
【００２１】
請求項１０の発明は、請求項９の発明の構成において、前記管状部材の前記単位セルと反対側の端部は、フィルム状に形成された円筒部が一体化されている構成としてある。
【００２２】
請求項１１の発明は、請求項６の発明の構成において、前記管状部材の前記単位セルと反対側の端部にシール用テープを巻き付け、この端部よりさらに軸方向外側へ突出する環状部を前記シール用テープにより形成し、前記固定部材を、前記エンドプレートに対してねじ結合によって固定する際に、このねじ結合部に前記環状部を噛み込ませる構成としてある。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、エンドプレートおよび電流取出板を貫通する流体流路内に管状部材を設け、流体がこの管状部材内を流れることで、エンドプレートおよび電流取出板への流体の接触が回避され、エンドプレートおよび電流取出板の腐食を防止することができる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、エンドプレートおよび電流取出板への流体の接触を回避して腐食を防止しつつ、管状部材の長さを最小限とすることができる。
【００２５】
請求項３の発明によれば、管状部材の腐食を防止できるとともに、エンドプレートおよび電流取出板に対する絶縁効果も発揮される。
【００２６】
請求項４の発明によれば、シール材により、エンドプレートおよび電流取出板に対する流体の接触が確実に回避され、エンドプレートおよび電流取出板の腐食をより確実に防止することができる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、シール材により、エンドプレートや電流取出板への流体の流入を防止できるとともに、燃料電池外部への流体の漏れを効果的に防止することができる。また、シール材により、管状部材のエンドプレートおよび電流取出板に対するずれを防止することもできる。
【００２８】
請求項６の発明によれば、管状部材は、エンドプレートに接続される固定部材によって固定されるので、エンドプレートおよび電流取出板に対するずれを防止することができる。
【００２９】
請求項７の発明によれば、管状部材は、固定部材がフランジを固定するので、エンドプレートおよび電流取出板に対するずれが確実に防止される。
【００３０】
請求項８の発明によれば、管状部材は、固定部材の内周面によって押圧されるので、エンドプレートおよび電流取出板に対するずれが確実に防止される。また、燃料電池の外部に引き出した部分の管状部材に、外部からの配管を直接接続することができる。
【００３１】
請求項９の発明によれば、固定部材とエンドプレートとのねじ結合部に、管状部材の端部を噛み込ませることで、固定部材と管状部材との間のシールを行え、燃料電池外部への流体の漏れを防止することができる。
【００３２】
請求項１０の発明によれば、固定部材をエンドプレートに対してねじ結合する際に、このねじ結合部にフィルム状の円筒部を容易に噛み込ませることができる。
【００３３】
請求項１１の発明によれば、固定部材をエンドプレートに対してねじ結合する際に、このねじ結合部に、シール用テープの環状部を噛み込ませることで、固定部材と管状部材との間のシールを行え、燃料電池外部への流体の漏れを防止することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００３５】
図１は、この発明の第１の実施形態に係わる燃料電池の配管構造を示す断面図である。この燃料電池は、前記図６に示したものと同様に、セパレータを構成するカーボンもしくは金属製の一対のバイポーラプレート１５，１７相互間に、図示しない電解質膜とその両側に位置する電極とが設けられて単位セル１９を構成している。この単位セル１９が図中で左右方向に複数積層されており、この積層体の図中で右側の端部にも、図１と同様の配管構造を備えている。
【００３６】
単位セル１９の外側（図１中で左側）には、電流取出板２１および絶縁板２３がそれぞれ配置され、さらにその外側にはエンドプレート２５が配置されている。バイポーラプレート１５，１７相互間および、バイポーラプレート１５と電流取出板２１との間には、シール用のＯリング２７および２９がそれぞれが介装されている。
【００３７】
上記した電流取出板２１およびエンドプレート２５は、鉄，ステンレス，銅，アルミニウムなどの金属製である。一方絶縁板２３は、燃料電池の作動温度に耐え、燃料電池内への水蒸気の導入によって加水分解が起こらないような樹脂材料を用いる。
【００３８】
上記した単位セル１９から、電流取出板２１，絶縁板２３およびエンドプレート２５にわたり、流体流路としてのガス供給流路３１が貫通して形成されている。ここでのガス供給流路３１は、前記した図示しない電極へ供給される水素または酸素を含有するガスが流れるものとする。
【００３９】
ガス供給流路３１は、エンドプレート２５側の端部が大径となっており、この大径部分３３の内周に、接続部としての雌ねじ３３ａが形成されている。この雌ねじ３３ａには固定部材としてのコネクタ３５がねじ込まれてエンドプレート２５に接続される。
【００４０】
上記した大径部分３３より単位セル１９側のガス供給流路３１には、管状部材３７が挿入されている。管状部材３７は、耐熱・耐加水分解・化学的安定性から、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド）を繊維（ガラス繊維）強化したものを用いており、コネクタ３５を通して外部から供給されるガスが流通可能なように軸方向に貫通する貫通孔３７ａを備えている。
【００４１】
管状部材３７の単位セル１９側の端部は、電流取出板２１に隣接するバイポーラプレート１５に対応する位置にあり、このバイポーラプレート１５，絶縁板２３およびエンドプレート２５と、管状部材３７との間には、シール材としてのＯリング３９，４１および４３がそれぞれ介装されている。なお、図示していないが、さらに、電流取出板２１に対応する位置にＯリングを設けてもよい。
【００４２】
このＯリング３９，４１および４３ならびに、前記したＯリング２７，２９は、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、スチレゴム、フッ素ゴム、シリコンゴムなどの一般的なものを用いることができるが、耐熱性を考慮すると、フッ素ゴムもしくはシリコンゴムが好ましく、−３０℃以下での物性保持力を考慮すると、シリコンゴムがより好ましい。
【００４３】
管状部材３７のコネクタ３５側の端部は、大径部３３内に突出し、この突出部にフランジ３７ｂが形成され、このフランジ３７ｂは、大径部３３の段部３３ｂに当接している。コネクタ３５をエンドプレート２５の雌ねじ３３ａにねじ込むことで、管状部材３７のフランジ３７ｂが、コネクタ３５の端面に押圧され、管状部材３７がコネクタ３５によって固定される。
【００４４】
上記した燃料電池の配管構造によれば、水素または酸素を含有するガスが、外部からコネクタ３５を通して燃料電池に供給される際に、前記ガスは、管状部材３７内を流れる。このため、エンドプレート２５および電流取出板２１へのガスの直接の接触が回避され、エンドプレート２５および電流取出板２１の腐食を防止することができる。
【００４５】
また、この場合管状部材３７の単位セル１９側の端部を、電流取出板２１に隣接する単位セル１９のバイポーラプレート１５に対応する位置とすることで、エンドプレート２５および電流取出板２１の腐食を防止しつつつつ、管状部材３７の長さを最小限とすることができる。
【００４６】
さらに、Ｏリング３９，４１および４３を設けることで、燃料電池内に供給される前記したガスのエンドプレート２５および電流取出板２１への直接の接触が確実に回避されるとともに、供給されたガスの燃料電池外部への漏れを防止することができる。
【００４７】
なお、上記した各Ｏリング３９，４１および４３のうち、エンドプレート２５や絶縁板２３、電流取出板２１に対応するもの（図示しない）は必ずしも必要ではなく、少なくともバイポーラプレート１５に対応するＯリング３９があればよい。バイポーラプレート１５に対応するＯリング３９を設けることで、管状部材３７から流出するガスの電流取出板２１およびエンドプレート２５への漏れが防止される。
【００４８】
また、管状部材３７は、エンドプレート２５に接続固定されるコネクタ３５によって、フランジ３７ｂが押圧されて固定されるので、ガス導入時に、エンドプレート２５および電流取出板２１に対するガス導入方向前方側へのずれが防止される。この管状部材３７のずれは、前記した各Ｏリング３９，４１および４３によっても防止されている。
【００４９】
なお、上記した管状部材３７は、ＰＰＳ樹脂とすることで、自身の腐食を防止できるとともに、エンドプレート２５および電流取出板２１に対する絶縁効果が発揮されるが、ＰＰＳ樹脂に代えて、ステンレス（ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６）の表面に樹脂（フッ素樹脂）をコーティングしたものや、セラミックを使用してもよい。
【００５０】
図２は、この発明の第２の実施形態に係わる燃料電池の配管構造を示す断面図である。この実施形態は、管状部材４５の単位セル１９側の端部と反対側を、燃料電池の外部に引き出す構成としたものである。
【００５１】
この管状部材４５についても、第１の実施形態における管状部材３７と同様に、ＰＰＳ樹脂や、ステンレス（ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６）の表面に樹脂（フッ素樹脂）をコーティングしたもの、あるいはセラミックを使用し、軸方向に貫通してガスが流通する貫通孔４５ａを備えている。
【００５２】
コネクタ３５は、管状部材４５が挿入される挿入孔３５ａが形成され、エンドプレート２５の雌ねじ３３ａにねじ込むことで、エンドプレート２５に接続固定される。
【００５３】
また、上記したコネクタ３５は、受け部材４７と締付部材４９とから構成され、受け部材４７の内面に形成してある雌ねじ部に、締付部材４９の外周面に形成してある雄ねじ部がねじ込まれて両者相互が固定される。このとき、締付部材４９の先端側と受け部材４７および管状部材４５との間に圧縮スリーブを介装しておき、この圧縮スリーブが上記ねじ込み作業によって塑性変形することで、管状部材４７の外周面が圧縮スリーブを介してコネクタ３５の内周面によって押し付けられる。この結果管状部材４５は、コネクタ３５を介してエンドプレート２５に固定されることになる。
【００５４】
上記した締付部材４９の受け部材４７へのねじ込み作業は、受け部材４７をエンドプレート２５に接続固定した後に行う。その他の構成は、前記図１のものと同様である。
【００５５】
この第２の実施形態によれば、管状部材４５は、コネクタ３５によって外周面が押圧されて固定されることで、ガス導入時に、エンドプレート２５および電流取出板２１に対するガス導入方向前方側へのずれが防止される。また、燃料電池の外部に引き出した部分の管状部材４５に、外部からの配管を直接接続することができる。
図３は、この発明の第３の実施形態に係わる燃料電池の配管構造を示す断面図である。この実施形態は、管状部材５１の単位セル１９と反対側の端部に、前記図１のものと同様に、フランジ５１ａを設け、さらにこのフランジ５１ａの外周側端部から、エンドプレート２５の雌ねじ３３ａに沿ってフィルム状の円筒部５１ｂを一体に形成してある。
【００５６】
この実施形態における管状部材５１は、フッ素樹脂からなるテフロン（登録商標）を用いており、軸方向に貫通してガスが流通する貫通孔５１ａを備えている。その他の構成は前記図１のものと同様である。
【００５７】
この場合、コネクタ３５を、エンドプレート２５の雌ねじ３３ａにねじ込むことで、円筒部５１ｂが、図４に示すように、このねじ結合部に噛み込んだ状態Ａとなる。ねじ込み後は、図１のものと同様に、コネクタ３５の先端が管状部材５１のフランジ５１ａを押圧して固定することになる。
【００５８】
上記した第２の実施形態によれば、管状部材５１の円筒部５１ｂがねじ結合部にねじ込まれることで、管状部材５１が固定されるとともに、コネクタ３５と管状部材５１との間のシールが行え、燃料電池外部への前記したガスの漏れが確実に防止される。
【００５９】
図５は、この発明の第４の実施形態を示す。図５（ａ）に斜視図として示す管状部材５３は、前記図１の管状部材３７と同様に、単位セル１９と反対側の端部にフランジ５３ａを備えるとともに、軸方向に貫通してガスが流通する貫通孔５３ｂを備えている。また、この管状部材５３についても、第１の実施形態における管状部材３７と同様に、ＰＰＳ樹脂や、ステンレス（ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６）の表面に樹脂（フッ素樹脂）をコーティングしたもの、あるいはセラミックを使用している。
【００６０】
上記した第４の実施形態は、前記図３に示した第３の実施形態におけるフィルム状の円筒部５１ｂに相当するものを、図５（ｂ），（ｃ）に示してあるシール用テープ５５によって形成している。その他の燃料電池における構成は、前記図１のものと同様である。
【００６１】
シール用テープ５５は、テフロン（フッ素樹脂）製であり、図５（ｂ）のように、管状部材５３の中央付近から巻き付け始め、図５（ｃ）のように、フランジ５３ａにも巻き付けた後、さらに軸方向外側へ突出するように、環状部５５ａをシール用テープ５５によって形成する。この環状部５５ａが、前記図３に示してあるフィルム状の円筒部５１ｂに相当する。
【００６２】
すなわち、上記した管状部材５３を、図３の管状部材５１と同様にガス供給流路３１に取り付けた状態では、シール用テープ５５の環状部５５ａがエンドプレート２５の雌ねじ３３ａにほぼ接した状態となる。この状態で、コネクタ３５を雌ねじ３３ａにねじ込むことで、環状部５５ａがこのねじ結合部に噛み込んだ状態となる。ねじ込み後は、図３のものと同様に、コネクタ３５の先端が管状部材５１のフランジ５１ａを押圧して固定することになる。
【００６３】
上記した第４の実施形態によれば、シール用テープ５５の環状部５５ａがねじ結合部にねじ込まれることで、図３に示した第３の実施形態と同様に、管状部材５３がシール用テープ５５を介して固定されるとともに、コネクタ３５と管状部材５３との間のシールが行え、燃料電池外部への前記したガスの漏れが確実に防止される。
【００６４】
なお、上記した各実施形態における燃料電池の配管構造は、流体流路としてガス供給流路３１に限って適用されるることはなく、燃料電池を冷却する冷却水が流れる冷却水流路や、燃料電池に供給された余剰の水素ガスの排出流路など、燃料電池に接続される流体流路の配管構造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係わる燃料電池の配管構造を示す断面図である。
【図２】この発明の第２の実施形態に係わる燃料電池の配管構造を示す断面図である。
【図３】この発明の第３の実施形態に係わる燃料電池の配管構造を示す断面図である。
【図４】図３の実施形態における管状部材の円筒部がねじ結合部に噛み込んだ状態を示す断面図である。
【図５】この発明の第４の実施形態に係わる管状部材の斜視図である。
【図６】固定高分子形燃料電池の一般的な構成図である。
【符号の説明】
１５，１７ バイポーラプレート（セパレータ）
１９ 単位セル
２１ 電流取出板
２５ エンドプレート
３１ ガス供給流路（流体流路）
３３ 大径部分
３３ａ 雌ねじ（接続部）
３７，４５，５１，５３ 管状部材
３７ｂ フランジ
３５ コネクタ（固定部材）
３９，４１，４３ Ｏリング（シール材）
５１ｂ フィルム状の円筒部
５５ シール用テープ
５５ａ 環状部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell piping structure in which a plurality of unit cells of a fuel cell are stacked, a current extraction plate and an end plate are provided on both sides in the stacking direction, and a fluid flow path penetrating the end plate and the current extraction plate. .
[0002]
[Prior art]
In a polymer electrolyte fuel cell, a hydrogen-containing fuel gas and an oxygen-containing oxidizing gas are supplied to two electrodes facing each other with an electrolyte membrane interposed therebetween, so that each electrode performs an electrochemical reaction. Occurs, and the chemical energy is converted into electric energy.
[0003]
At this time, in order for protons (hydrogen ions) to move in the electrolyte membrane, the electrolyte membrane needs to be humidified and sufficiently wet. Therefore, it is general that the gas supplied to each electrode is humidified from the outside. is there. Therefore, the gas supplied from the outside to the fuel cell is a fuel gas, an oxidizing gas, and water vapor.
[0004]
FIG. 6 is a general configuration diagram of a fixed polymer fuel cell. An electrolyte membrane (not shown) and electrodes located on both sides thereof are provided between a pair of bipolar plates 1 and 3 made of carbon or metal constituting a separator to constitute a unit cell 5. Therefore, here, six unit cells 5 are stacked in the left-right direction in the figure.
[0005]
A current extracting plate 7 and an insulating plate 9 are respectively disposed outside the unit cells 5 at both left and right ends, and an end plate 11 is further disposed outside the current extracting plate 7 and the insulating plate 9. The current extracting plate 7 and the end plate 11 are generally made of metal such as iron, stainless steel, copper, and aluminum. On the other hand, the insulating plate 9 is made of a resin material that withstands the operating temperature of the fuel cell and does not cause hydrolysis due to the introduction of water vapor into the fuel cell.
[0006]
The end plate 11 presses the stacked unit cells 5 from both sides so that they are in close contact with each other and is fixed. Through the connector 13 attached to the end plate 11, the above-described fuel gas, oxidizing gas and Supply and discharge cooling water in addition to steam. The end plate 11, the insulating plate 9, and the current extracting plate 7 are formed with a flow path for communicating the connector 13 with the unit cell 5.
[0007]
A fuel cell having such a structure is disclosed, for example, in FIG. 9 of JP-A-7-282836.
[0008]
Regarding the end plate 11, various measures are taken (for example, see JP-A-2001-155760, JP-A-2000-294268, etc.) to apply a uniform surface pressure to the bipolar plates 1 and 3. Although studies have been made, the means for introducing or discharging the above-mentioned gas or cooling water into the fuel cell is basically the same as that of the structure shown in FIG.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the material of the end plate and the current extracting plate used in the fuel cell is made of metal such as iron, stainless steel, copper, and aluminum as described above. Some of these metals form oxides upon contact with moisture or oxygen. Generally, austenitic stainless steels (SUS304 and SUS316) are often used from the viewpoint of corrosion. is there.
[0010]
Further, the end plate and the current extraction plate are part of a fuel cell stack in which a large number of unit cells 5 are stacked. In the event of corrosion or an abnormality caused by the corrosion, the pressure on the stack must be reduced in order to replace them. It has to be removed, making the replacement work complicated. For this reason, it is extremely important to reliably prevent corrosion of the end plate and the current extraction plate.
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to reliably prevent corrosion of an end plate and a current extraction plate.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that a plurality of unit cells of a fuel cell are stacked, a current extraction plate is provided on both sides in the stacking direction, and an end plate is further provided outside the unit cell. In a fuel cell piping structure including a fluid flow path that penetrates a current extraction plate and reaches the unit cell, a structure in which a tubular member that communicates the unit cell with the outside of the fuel cell is disposed in the fluid flow path. There is.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, an end of the tubular member on the inner side of the fuel cell is located at a position corresponding to a unit cell adjacent to the current extraction plate.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the tubular member is made of resin or ceramics, or has a resin layer on the surface.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the first to third aspects, the unit cell includes electrodes and separators on both sides of a solid polymer film as a center, and the tubular member and the current A sealing material is provided between the unit cell and the separator adjacent to the take-out plate.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the first to fourth aspects, a sealing material is provided between at least one of the current extraction plate and the end plate and the tubular member. There is a configuration.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration of any one of the first to fifth aspects, the tubular member is fixed by a fixing member connected to the end plate.
[0018]
According to a seventh aspect of the present invention, in the configuration of the sixth aspect, a flange is provided at an end of the tubular member opposite to the unit cell, and the fixed member is connected to an end plate end surface side of the fluid flow path. The connecting member is provided, the inner diameter of the connecting portion is made larger than the inner diameter of the fluid flow path on the unit cell side, the flange is disposed at the large diameter portion, and the fixing member connected to the connecting portion is provided. The flange is pressed by the tip of the tubular member to fix the tubular member.
[0019]
According to an eighth aspect of the present invention, in the configuration of the sixth aspect, an end of the tubular member opposite to the unit cell is drawn out of a fuel cell, and the tubular member is connected to the end plate. It is configured to be pressed and fixed to the inner peripheral surface of the fixing member.
[0020]
According to a ninth aspect of the present invention, in the configuration of the sixth aspect, the fixing member is connected and fixed to the end plate by screw connection, and the screw connection portion is provided on a side of the tubular member opposite to the unit cell. Is configured to be bitten.
[0021]
According to a tenth aspect of the present invention, in the configuration of the ninth aspect, an end of the tubular member opposite to the unit cell has a configuration in which a cylindrical portion formed in a film shape is integrated.
[0022]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the configuration of the sixth aspect, a sealing tape is wound around an end of the tubular member opposite to the unit cell, and an annular portion projecting further axially outward from the end is formed. It is formed of the sealing tape, and when the fixing member is fixed to the end plate by screw connection, the annular portion is bitten into the screw connection portion.
[0023]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the tubular member is provided in the fluid flow path penetrating the end plate and the current extracting plate, and the fluid flows through the tubular member, so that the fluid contacts the end plate and the current extracting plate. Is avoided, and corrosion of the end plate and the current extraction plate can be prevented.
[0024]
According to the second aspect of the present invention, the length of the tubular member can be minimized while preventing corrosion by avoiding contact of the fluid with the end plate and the current extraction plate.
[0025]
According to the third aspect of the present invention, corrosion of the tubular member can be prevented, and an insulating effect on the end plate and the current extracting plate can be exhibited.
[0026]
According to the fourth aspect of the present invention, the seal member can reliably prevent fluid from contacting the end plate and the current extraction plate, and can more reliably prevent corrosion of the end plate and the current extraction plate.
[0027]
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to prevent the fluid from flowing into the end plate and the current extracting plate by the seal material, and to effectively prevent the fluid from leaking to the outside of the fuel cell. In addition, the displacement of the tubular member from the end plate and the current extracting plate can be prevented by the sealing material.
[0028]
According to the invention of claim 6, since the tubular member is fixed by the fixing member connected to the end plate, it is possible to prevent a deviation from the end plate and the current extracting plate.
[0029]
According to the invention of claim 7, since the fixing member fixes the flange to the tubular member, the displacement with respect to the end plate and the current extracting plate is reliably prevented.
[0030]
According to the eighth aspect of the present invention, since the tubular member is pressed by the inner peripheral surface of the fixing member, the displacement with respect to the end plate and the current extracting plate is reliably prevented. Further, a pipe from outside can be directly connected to the tubular member at a portion drawn out of the fuel cell.
[0031]
According to the ninth aspect of the present invention, by sealing the end between the tubular member and the end of the tubular member in the threaded joint between the fixed member and the end plate, the sealing between the fixed member and the tubular member can be performed, and the fuel cell can be moved to the outside of the fuel cell. Of the fluid can be prevented.
[0032]
According to the tenth aspect, when the fixing member is screw-connected to the end plate, the film-shaped cylindrical portion can be easily bitten into the screw connection portion.
[0033]
According to the eleventh aspect of the present invention, when the fixing member is screw-connected to the end plate, the annular portion of the sealing tape is bitten into the screw connection portion, so that the space between the fixing member and the tubular member is formed. And the leakage of the fluid to the outside of the fuel cell can be prevented.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
FIG. 1 is a sectional view showing a piping structure of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. In this fuel cell, similarly to the fuel cell shown in FIG. 6, between a pair of carbon or metal bipolar plates 15 and 17 constituting a separator, an electrolyte membrane (not shown) and electrodes located on both sides thereof are provided. Thus, a unit cell 19 is formed. A plurality of the unit cells 19 are stacked in the left-right direction in the drawing, and the right end in the drawing of the stack also has the same piping structure as that in FIG.
[0036]
A current extracting plate 21 and an insulating plate 23 are arranged outside the unit cell 19 (left side in FIG. 1), and an end plate 25 is arranged outside the unit. O-rings 27 and 29 for sealing are interposed between the bipolar plates 15 and 17, and between the bipolar plate 15 and the current extraction plate 21, respectively.
[0037]
The above-described current extraction plate 21 and end plate 25 are made of metal such as iron, stainless steel, copper, and aluminum. On the other hand, the insulating plate 23 is made of a resin material that withstands the operating temperature of the fuel cell and does not cause hydrolysis due to the introduction of water vapor into the fuel cell.
[0038]
A gas supply flow path 31 as a fluid flow path is formed penetrating from the unit cell 19 to the current extraction plate 21, the insulating plate 23, and the end plate 25. Here, the gas supply channel 31 through which the gas containing hydrogen or oxygen supplied to the above-mentioned electrode (not shown) flows.
[0039]
The gas supply flow path 31 has a large diameter at the end on the end plate 25 side, and a female screw 33 a as a connection portion is formed on the inner periphery of the large diameter portion 33. A connector 35 as a fixing member is screwed into the female screw 33a and connected to the end plate 25.
[0040]
A tubular member 37 is inserted into the gas supply channel 31 on the unit cell 19 side from the large diameter portion 33 described above. The tubular member 37 is made of fiber (glass fiber) reinforced PPS resin (polyphenylene sulfide) from the viewpoint of heat resistance, hydrolysis resistance, and chemical stability, and gas supplied from outside through the connector 35 can flow. Hole 37a penetrating in the axial direction as described above.
[0041]
The end of the tubular member 37 on the unit cell 19 side is located at a position corresponding to the bipolar plate 15 adjacent to the current extracting plate 21, and is located between the bipolar plate 15, the insulating plate 23 and the end plate 25, and the tubular member 37. Are provided with O-rings 39, 41 and 43 as sealing materials, respectively. Although not shown, an O-ring may be further provided at a position corresponding to the current extraction plate 21.
[0042]
As the O-rings 39, 41 and 43 and the O-rings 27 and 29 described above, general materials such as nitrile rubber, chloroprene rubber, styrene rubber, fluorine rubber, and silicone rubber can be used, but in consideration of heat resistance. , Fluorine rubber or silicone rubber is preferred, and silicon rubber is more preferred in view of the property retention at -30 ° C or lower.
[0043]
The end of the tubular member 37 on the connector 35 side protrudes into the large-diameter portion 33, and a flange 37 b is formed on this protruding portion, and the flange 37 b contacts the step portion 33 b of the large-diameter portion 33. By screwing the connector 35 into the female screw 33a of the end plate 25, the flange 37b of the tubular member 37 is pressed against the end face of the connector 35, and the tubular member 37 is fixed by the connector 35.
[0044]
According to the piping structure of the fuel cell described above, when a gas containing hydrogen or oxygen is supplied to the fuel cell from the outside through the connector 35, the gas flows in the tubular member 37. Therefore, direct contact of the gas with the end plate 25 and the current extraction plate 21 is avoided, and corrosion of the end plate 25 and the current extraction plate 21 can be prevented.
[0045]
In this case, the end of the tubular member 37 on the unit cell 19 side is located at a position corresponding to the bipolar plate 15 of the unit cell 19 adjacent to the current extraction plate 21, so that the end plate 25 and the current extraction plate 21 are corroded. And the length of the tubular member 37 can be minimized.
[0046]
Further, by providing the O-rings 39, 41, and 43, direct contact of the gas supplied into the fuel cell with the end plate 25 and the current extraction plate 21 is reliably avoided, and the supplied gas is prevented. Can be prevented from leaking to the outside of the fuel cell.
[0047]
Of the above-mentioned O-rings 39, 41 and 43, those corresponding to the end plate 25, the insulating plate 23 and the current extracting plate 21 (not shown) are not always necessary, and at least the O-rings corresponding to the bipolar plate 15 are provided. All you need is 39. By providing the O-ring 39 corresponding to the bipolar plate 15, the gas flowing out of the tubular member 37 is prevented from leaking to the current extracting plate 21 and the end plate 25.
[0048]
Further, since the flange 37 b is pressed and fixed by the connector 35 connected and fixed to the end plate 25, the tubular member 37 is moved forward in the gas introduction direction with respect to the end plate 25 and the current extraction plate 21 at the time of gas introduction. Displacement is prevented. This displacement of the tubular member 37 is also prevented by the O-rings 39, 41 and 43 described above.
[0049]
The tubular member 37 can be made of PPS resin to prevent corrosion of itself and exert an insulating effect on the end plate 25 and the current extracting plate 21. However, instead of PPS resin, stainless steel (SUS304) is used. Or SUS 316) coated with a resin (fluororesin) or ceramic.
[0050]
FIG. 2 is a sectional view showing a piping structure of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention. This embodiment has a configuration in which a side opposite to an end of the tubular member 45 on the unit cell 19 side is drawn out of the fuel cell.
[0051]
Similarly to the tubular member 37 in the first embodiment, the tubular member 45 is made of PPS resin, stainless steel (SUS304 or SUS316) coated with a resin (fluororesin), or ceramics. And a through hole 45a through which gas flows.
[0052]
The connector 35 has an insertion hole 35 a into which the tubular member 45 is inserted, and is screwed into the female screw 33 a of the end plate 25 to be connected and fixed to the end plate 25.
[0053]
The connector 35 includes a receiving member 47 and a fastening member 49, and a female screw portion formed on the inner surface of the receiving member 47 and a male screw portion formed on the outer peripheral surface of the fastening member 49. It is screwed and both are fixed. At this time, a compression sleeve is interposed between the distal end side of the fastening member 49 and the receiving member 47 and the tubular member 45, and the compression sleeve is plastically deformed by the screwing operation, so that the outer periphery of the tubular member 47 is formed. The surface is pressed by the inner peripheral surface of the connector 35 via the compression sleeve. As a result, the tubular member 45 is fixed to the end plate 25 via the connector 35.
[0054]
The screwing operation of the fastening member 49 into the receiving member 47 is performed after the receiving member 47 is connected and fixed to the end plate 25. Other configurations are the same as those in FIG.
[0055]
According to the second embodiment, the outer circumferential surface of the tubular member 45 is pressed and fixed by the connector 35, so that when the gas is introduced, the tubular member 45 moves forward with respect to the end plate 25 and the current extraction plate 21 in the gas introduction direction. Displacement is prevented. Further, a pipe from outside can be directly connected to the tubular member 45 at a portion drawn out of the fuel cell.
FIG. 3 is a sectional view showing a piping structure of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a flange 51a is provided at the end of the tubular member 51 on the side opposite to the unit cell 19 as in the case of FIG. 1, and the female screw of the end plate 25 is formed from the outer peripheral end of the flange 51a. A film-shaped cylindrical portion 51b is integrally formed along 33a.
[0056]
The tubular member 51 in this embodiment uses Teflon (registered trademark) made of fluororesin, and has a through hole 51a through which gas flows through in the axial direction. Other configurations are the same as those in FIG.
[0057]
In this case, by screwing the connector 35 into the female screw 33a of the end plate 25, the cylindrical portion 51b is brought into a state A in which the cylindrical portion 51b is engaged with the screw connection portion as shown in FIG. After the screwing, the distal end of the connector 35 presses and fixes the flange 51a of the tubular member 51 as in the case of FIG.
[0058]
According to the second embodiment described above, the tubular member 51 is fixed by screwing the cylindrical portion 51b of the tubular member 51 into the threaded connection portion, and the seal between the connector 35 and the tubular member 51 can be performed. In addition, the gas leakage to the outside of the fuel cell is reliably prevented.
[0059]
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention. The tubular member 53 shown as a perspective view in FIG. 5A has a flange 53a at the end opposite to the unit cell 19, similarly to the tubular member 37 in FIG. 1, and gas penetrates in the axial direction. It has a through hole 53b that circulates. As with the tubular member 37 in the first embodiment, the tubular member 53 is made of PPS resin, stainless steel (SUS304 or SUS316) coated with a resin (fluororesin), or ceramic. ing.
[0060]
In the above-described fourth embodiment, the sealing tape 55 shown in FIGS. 5B and 5C corresponds to the film-like cylindrical portion 51b in the third embodiment shown in FIG. Is formed by The structure of the other fuel cells is the same as that of FIG.
[0061]
The sealing tape 55 is made of Teflon (fluororesin), and starts to be wound around the center of the tubular member 53 as shown in FIG. 5B, and after being wound around the flange 53a as shown in FIG. 5C. The annular portion 55a is formed by the sealing tape 55 so as to further project outward in the axial direction. This annular portion 55a corresponds to the film-like cylindrical portion 51b shown in FIG.
[0062]
That is, in a state where the above-described tubular member 53 is attached to the gas supply channel 31 similarly to the tubular member 51 of FIG. 3, a state where the annular portion 55 a of the sealing tape 55 is almost in contact with the female screw 33 a of the end plate 25. Become. In this state, when the connector 35 is screwed into the female screw 33a, the annular portion 55a is in a state of being bitten by the screw connection portion. After the screwing, the distal end of the connector 35 presses and fixes the flange 51a of the tubular member 51 as in the case of FIG.
[0063]
According to the above-described fourth embodiment, the annular member 55a of the sealing tape 55 is screwed into the screw connection part, so that the tubular member 53 is formed of the sealing tape 55, as in the third embodiment shown in FIG. In addition to being fixed via 55, sealing between the connector 35 and the tubular member 53 can be performed, and the above-mentioned gas leakage to the outside of the fuel cell can be reliably prevented.
[0064]
The piping structure of the fuel cell in each of the above embodiments is not limited to the gas supply flow path 31 as a fluid flow path, and a cooling water flow path through which cooling water for cooling the fuel cell flows, It can be applied to a piping structure of a fluid flow path connected to a fuel cell, such as a discharge flow path of surplus hydrogen gas supplied to the fuel cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a piping structure of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a piping structure of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a piping structure of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a state in which a cylindrical portion of the tubular member in the embodiment of FIG.
FIG. 5 is a perspective view of a tubular member according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a general configuration diagram of a fixed polymer fuel cell.
[Explanation of symbols]
15, 17 bipolar plate (separator)
19 Unit cell 21 Current extraction plate 25 End plate 31 Gas supply flow path (fluid flow path)
33 Large diameter part 33a Female screw (connection part)
37, 45, 51, 53 Tubular member 37b Flange 35 Connector (fixing member)
39, 41, 43 O-ring (seal material)
51b Film-shaped cylindrical portion 55 Sealing tape 55a Annular portion
