JP2005197133A - Cooling gas supply device of fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling gas supply device of a fuel cell, whereby stability and efficiency of power generation are enhanced by adjusting heat dissipation of an end part side cell positioned at the end part of a fuel cell stack, in order to thereby suppress temperature variations of each cell composing a fuel cell stack. <P>SOLUTION: A hinge part 120 made of a bimetal the bend angle of which varies in response to temperatures is connected to an end part side cell 14 E so as to keep free thermal conduction, and the bend angle of the hinge part 120 is varied in response to the temperature of the end part side cell 14E. Therefore, a degree of closing (degree of releasing) of the cooling gas passage 14a1 of the end part side cell 14E by the cooling gas passage closing plate 122 is adjusted by displacing the cooling gas passage closing plate 122 connected to the hinge part 120. That is, the flow of a cooling gas supplied to the end part side cell 14 is adjusted in response to the temperature of the end part side cell 14E to adjust heat dissipation. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、燃料電池の冷却ガス供給装置に関する。   The present invention relates to a cooling gas supply device for a fuel cell.

従来、燃料電池スタックの発電効率を向上させるため、空気などの冷却ガスを供給し、その温度を所望の値に維持することが広く行われている。しかしながら、燃料電池スタックを構成する複数個の単電池は、その積層位置によって放熱性にバラツキが生じるため、スタック全体を均一な温度に維持するのは困難であった。具体的には、燃料電池スタックの中央付近に位置する単電池は冷却ガスによってのみ放熱されるが、燃料電池スタックの端部側に位置する単電池(端部側単電池)はそれに加えてエンドプレートを介して自然放熱されることから、冷却ガスを各単電池に均等に供給すると、前記端部側単電池が過冷却されてしまうという不具合があった。   Conventionally, in order to improve the power generation efficiency of the fuel cell stack, it is widely performed to supply a cooling gas such as air and maintain the temperature at a desired value. However, since the plurality of single cells constituting the fuel cell stack vary in heat dissipation depending on their stacking positions, it is difficult to maintain the entire stack at a uniform temperature. Specifically, the unit cell located near the center of the fuel cell stack is dissipated only by the cooling gas, but the unit cell located on the end side of the fuel cell stack (end side unit cell) is in addition to that end. Since natural heat is radiated through the plate, there is a problem that when the cooling gas is uniformly supplied to each unit cell, the end-side unit cell is overcooled.

そこで、例えば特許文献1に記載される技術にあっては、冷却ガスのインテークマニホールド内あるいはエキゾーストマニホールド内に風船からなる整流手段を設け、前記風船の膨張の度合いを調整して冷却ガスの流れる方向と速度を変更することで、端部側単電池に供給される冷却ガスの流量を中央付近のそれよりも低減させる(即ち、端部側単電池の放熱を抑制する)ように構成している。   Therefore, for example, in the technique described in Patent Document 1, a flow straightening direction of the cooling gas is provided by providing a rectifying means including a balloon in the intake manifold or the exhaust manifold of the cooling gas, and adjusting the degree of expansion of the balloon. By changing the speed, the flow rate of the cooling gas supplied to the end unit cell is reduced more than that near the center (that is, the heat dissipation of the end unit cell is suppressed). .

また、特許文献1にあっては、燃料電池の温度が低下している始動時に冷却ガスをバーナで加熱すると共に、前記風船の膨張の度合いを調整して端部側単電池に供給される前記過熱後の冷却ガスの流量を中央付近のそれよりも増加させることで、端部側単電池の昇温を促進させることも提案している。
特開平6−325786号公報(段落0012から0015など)
In Patent Document 1, the cooling gas is heated by a burner at the start-up when the temperature of the fuel cell is lowered, and the degree of expansion of the balloon is adjusted and supplied to the end-side cell. It has also been proposed to increase the temperature of the end-side cell by increasing the flow rate of the cooling gas after overheating more than that near the center.
JP-A-6-325786 (paragraphs 0012 to 0015, etc.)

燃料電池スタックの運転状態(電流密度)や外気温などの外部環境によっては、端部側単電池の温度も中央付近のそれと同様に上昇することがある。このため、端部側単電池に関しても放熱を促進できることが望ましい。   Depending on the operating environment (current density) of the fuel cell stack and the external environment such as the outside air temperature, the temperature of the end-side cell may rise as well as that near the center. For this reason, it is desirable that heat dissipation can be promoted with respect to the end-side cell.

しかしながら上記特許文献1にあっては、端部側単電池に供給される冷却ガス流量を低減させて放熱を抑制する、あるいは加熱した冷却ガスの供給量を増加させて昇温を促進させることを開示するに止まり、当該端部側単電池の温度が上昇した際にその放熱を促進させることについて何ら考慮されていなかった。このため、燃料電池の運転状態や外部環境によっては各単電池の温度にバラツキが生じ、発電の安定性と効率の低下を招くという不具合があった。   However, in the above-mentioned Patent Document 1, the cooling gas flow rate supplied to the end side unit cell is reduced to suppress heat dissipation, or the supply amount of the heated cooling gas is increased to promote the temperature rise. Nothing has been considered about promoting heat dissipation when the temperature of the end-side cell rises. For this reason, the temperature of each single cell varies depending on the operating state of the fuel cell and the external environment, and there is a problem that the stability and efficiency of power generation are reduced.

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、燃料電池スタックの端部に位置する端部側単電池の温度に応じてその放熱を調整し、よって燃料電池スタックを構成する各単電池の温度バラツキを抑制して発電の安定性と効率を向上させるようにした燃料電池の冷却ガス供給装置を提供することにある。   Accordingly, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to adjust the heat radiation according to the temperature of the end-side unit cell located at the end of the fuel cell stack, so that each unit cell constituting the fuel cell stack An object of the present invention is to provide a fuel cell cooling gas supply device that improves the stability and efficiency of power generation by suppressing temperature variations.

上記した課題を解決するために、請求項1にあっては、燃料電池スタックを構成する複数個の単電池に形成された冷却ガス流路に冷却ガスを供給する燃料電池の冷却ガス供給装置において、前記燃料電池スタックの端部側に位置する端部側単電池の温度に応じ、前記端部側単電池に形成された冷却ガス流路を閉鎖する冷却ガス流路閉鎖手段を備えるように構成した。   In order to solve the above-described problem, in claim 1, in a cooling gas supply device for a fuel cell that supplies a cooling gas to cooling gas passages formed in a plurality of single cells constituting a fuel cell stack. And a cooling gas channel closing means for closing a cooling gas channel formed in the end side unit cell according to the temperature of the end side unit cell located on the end side of the fuel cell stack. did.

また、請求項2にあっては、前記冷却ガス流路閉鎖手段は、前記端部側単電池に熱伝導自在に接続されて前記端部側単電池の温度に応じて屈曲角度が変化するバイメタル製のヒンジ部と、前記ヒンジ部に接続されて前記ヒンジ部の屈曲角度に応じて前記端部側単電池に形成された冷却ガス流路を閉鎖する冷却ガス流路閉鎖板とからなるように構成した。   Further, in the present invention, the cooling gas flow path closing means is connected to the end-side cell so as to be capable of conducting heat, and the bending angle changes according to the temperature of the end-side cell. And a cooling gas flow path closing plate that is connected to the hinge part and closes the cooling gas flow path formed in the end-side cell according to the bending angle of the hinge part. Configured.

また、請求項3にあっては、前記冷却ガス流路閉鎖手段は、前記端部側単電池に熱伝導自在に接続され、前記端部側単電池の温度が変態点以上のとき、記憶した屈曲角度に変形する形状記憶合金製のヒンジ部と、前記端部側単電池の温度が前記変態点を下回るときの前記ヒンジ部の屈曲角度を規定する付勢手段と、前記ヒンジ部に接続され、前記ヒンジ部の屈曲角度に応じて変位して前記端部側単電池に形成された冷却ガス流路を閉鎖する冷却ガス流路閉鎖板とからなるように構成した。   According to a third aspect of the present invention, the cooling gas flow path closing means is connected to the end unit cell so as to be capable of conducting heat, and stores when the temperature of the end unit cell is equal to or higher than the transformation point. A hinge portion made of a shape memory alloy that is deformed to a bending angle; an urging means that defines a bending angle of the hinge portion when the temperature of the end-side cell is below the transformation point; and the hinge portion. And a cooling gas flow path closing plate for closing the cooling gas flow path formed in the end unit cell by being displaced according to the bending angle of the hinge portion.

請求項1にあっては、燃料電池スタックを構成する複数個の単電池に形成された冷却ガス流路に冷却ガスを供給する燃料電池の冷却ガス供給装置において、前記燃料電池スタックの端部側に位置する端部側単電池の温度に応じ、前記端部側単電池に形成された冷却ガス流路を閉鎖する冷却ガス流路閉鎖手段を備えるように構成したので、端部側単電池の温度に応じてその放熱を調整することができ、よって燃料電池スタックを構成する各単電池の温度バラツキを抑制して発電の安定性と効率を向上させることができる。   The fuel cell cooling gas supply device for supplying a cooling gas to a cooling gas flow path formed in a plurality of single cells constituting the fuel cell stack according to claim 1, wherein the fuel cell stack has an end side. In accordance with the temperature of the end-side unit cell located at the end-side unit cell, a cooling gas channel closing means for closing the cooling gas channel formed in the end-side unit cell is provided. The heat radiation can be adjusted according to the temperature, and thus the temperature variation of each unit cell constituting the fuel cell stack can be suppressed to improve the stability and efficiency of power generation.

また、請求項2にあっては、前記冷却ガス流路閉鎖手段は、前記端部側単電池に熱伝導自在に接続されて前記端部側単電池の温度に応じて屈曲角度が変化するバイメタル製のヒンジ部と、前記ヒンジ部に接続されて前記ヒンジ部の屈曲角度に応じて前記端部側単電池に形成された冷却ガス流路を閉鎖する冷却ガス流路閉鎖板とからなるように構成したので、請求項1で述べた効果に加え、装置を簡素化することができる。   Further, in the present invention, the cooling gas flow path closing means is connected to the end-side cell so as to be capable of conducting heat, and the bending angle changes according to the temperature of the end-side cell. And a cooling gas flow path closing plate that is connected to the hinge part and closes the cooling gas flow path formed in the end-side cell according to the bending angle of the hinge part. Since it comprised, in addition to the effect described in Claim 1, an apparatus can be simplified.

また、請求項3にあっては、前記冷却ガス流路閉鎖手段は、前記端部側単電池に熱伝導自在に接続され、前記端部側単電池の温度が変態点以上のとき、記憶した屈曲角度に変形する形状記憶合金製のヒンジ部と、前記端部側単電池の温度が前記変態点を下回るときの前記ヒンジ部の屈曲角度を規定する付勢手段と、前記ヒンジ部に接続され、前記ヒンジ部の屈曲角度に応じて変位して前記端部側単電池に形成された冷却ガス流路を閉鎖する冷却ガス流路閉鎖板とからなるように構成したので、請求項1で述べた効果に加え、装置を簡素化することができる。   According to a third aspect of the present invention, the cooling gas flow path closing means is connected to the end unit cell so as to be capable of conducting heat, and stores when the temperature of the end unit cell is equal to or higher than the transformation point. A hinge portion made of a shape memory alloy that is deformed to a bending angle; an urging means that defines a bending angle of the hinge portion when the temperature of the end-side cell is below the transformation point; and the hinge portion. The cooling gas flow path closing plate for closing the cooling gas flow path formed in the end-side unit cell by being displaced according to the bending angle of the hinge portion, is described in claim 1. In addition to the advantageous effects, the apparatus can be simplified.

以下、添付図面に即してこの発明に係る燃料電池の冷却ガス供給装置の最良の実施の形態について説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of a fuel cell cooling gas supply device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、この発明の第1実施例に係る燃料電池の冷却ガス供給装置を燃料電池ユニットの一部として示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic view showing a fuel cell cooling gas supply device according to a first embodiment of the present invention as a part of a fuel cell unit.

図1において、符合10は、第1実施例に係る燃料電池の冷却ガス供給装置を備えた発電ユニットを示す。発電ユニット10は、燃料電池スタック12(以下単に「スタック」という)や配管類など、発電に必要な要素が携帯自在な大きさにパッケージ化されてなる。   In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a power generation unit including the fuel cell cooling gas supply device according to the first embodiment. The power generation unit 10 is formed by packaging elements necessary for power generation, such as a fuel cell stack 12 (hereinafter simply referred to as “stack”) and piping, in a portable size.

スタック12は、単電池(セル)14を複数個、具体的には70個積層して形成され、定格出力1.05kwを発生する。尚、単電池14は、電解質膜(固体高分子膜)と、電解質膜の両面に設けられたカソード電極(空気極)とアノード電極(燃料極)と、各電極の外側に配置されたセパレータとからなる公知の固体高分子型燃料電池であり、詳しい説明は省略する。   The stack 12 is formed by laminating a plurality of, specifically 70, cells (cells) 14 and generates a rated output of 1.05 kw. The unit cell 14 includes an electrolyte membrane (solid polymer membrane), a cathode electrode (air electrode) and an anode electrode (fuel electrode) provided on both surfaces of the electrolyte membrane, and a separator disposed outside each electrode. This is a known polymer electrolyte fuel cell, and detailed description thereof is omitted.

スタック12には、スタック12に冷却ガスおよびカソードガスを供給するエアブロワ20がインテークマニホールド22を介して接続される。尚、冷却ガスおよびカソードガスとしては、いずれも空気を使用する。   An air blower 20 that supplies cooling gas and cathode gas to the stack 12 is connected to the stack 12 via an intake manifold 22. Note that air is used as both the cooling gas and the cathode gas.

また、スタック12には、アノード電極にアノードガス(水素ガス)を供給するアノードガス供給系30が接続される。アノードガス供給系30は、水素ガスを高圧で封入したアノードガスボンベ32と、アノードガスボンベ32をスタック12に接続する管路34a〜34dと、それらの途中に配置された後述する各要素とからなる。   The stack 12 is connected to an anode gas supply system 30 that supplies an anode gas (hydrogen gas) to the anode electrode. The anode gas supply system 30 includes an anode gas cylinder 32 in which hydrogen gas is sealed at a high pressure, pipes 34a to 34d that connect the anode gas cylinder 32 to the stack 12, and respective elements that will be described later disposed in the middle thereof.

アノードガスボンベ32は、手動のボンベバルブ36を介してレギュレータ38に接続され、レギュレータ38は、第1の管路34aを介してエジェクタ40に接続される。第1の管路34aの途中には、メインバルブ42(手動弁)が配置される。また、第1の管路34aには、メインバルブ42をバイパスする第2の管路34bが接続され、第2の管路34bの途中には、第1の電磁バルブ44と第2の電磁バルブ46が配置される。   The anode gas cylinder 32 is connected to a regulator 38 via a manual cylinder valve 36, and the regulator 38 is connected to an ejector 40 via a first pipe line 34a. A main valve 42 (manual valve) is disposed in the middle of the first pipe line 34a. In addition, a second conduit 34b that bypasses the main valve 42 is connected to the first conduit 34a, and a first electromagnetic valve 44 and a second electromagnetic valve are provided in the middle of the second conduit 34b. 46 is arranged.

エジェクタ40は、第3の管路34cを介してアノード電極の入口側に接続されると共に、第4の管路34dを介してアノード電極の出口側に接続される。   The ejector 40 is connected to the inlet side of the anode electrode through the third pipe line 34c, and is connected to the outlet side of the anode electrode through the fourth pipe line 34d.

また、第1の管路34aにおいてメインバルブ42の下流には、パージガス(不活性ガス。例えば窒素ガス)をスタック12に供給するパージガス供給系50が接続される。パージガス供給系50は、パージガスを高圧で封入したパージガスボンベ52と、パージガスボンベ52を第1の管路34aに接続する第5の管路54と、それらの途中に配置された後述する各要素とからなる。   Further, a purge gas supply system 50 that supplies a purge gas (inert gas, for example, nitrogen gas) to the stack 12 is connected downstream of the main valve 42 in the first pipe line 34a. The purge gas supply system 50 includes a purge gas cylinder 52 filled with purge gas at a high pressure, a fifth pipe 54 that connects the purge gas cylinder 52 to the first pipe 34a, and elements that will be described later disposed in the middle of the purge gas cylinder 52. Consists of.

パージガスボンベ52は、手動のボンベバルブ56を介してレギュレータ58に接続され、レギュレータ58は、第5の管路54を介して第1の管路34aに接続される。また、第5の管路54の途中には、第3の電磁バルブ60が配置される。   The purge gas cylinder 52 is connected to a regulator 58 via a manual cylinder valve 56, and the regulator 58 is connected to the first pipe line 34 a via a fifth pipe line 54. A third electromagnetic valve 60 is disposed in the middle of the fifth pipeline 54.

また、前記したエジェクタ40には、パージガス排出系70が接続される。パージガス排出系70は、エジェクタ40に接続されたパージガス排出路72と、パージガス排出路72の途中に配置された第4の電磁バルブ74とからなる。   A purge gas discharge system 70 is connected to the ejector 40 described above. The purge gas discharge system 70 includes a purge gas discharge path 72 connected to the ejector 40 and a fourth electromagnetic valve 74 arranged in the middle of the purge gas discharge path 72.

スタック12の出力端子には、出力回路80が接続される。出力回路80は、第1のDC−DCコンバータ82およびリレー84を介して図示しない外部機器に接続されると共に、第2のDC−DCコンバータ86を介してECU88(電子制御ユニット)に接続される。ECU88には、外部からオン・オフ自在な運転スイッチ90が接続されると共に、前記したリレー84が接続される。   An output circuit 80 is connected to the output terminal of the stack 12. The output circuit 80 is connected to an external device (not shown) via a first DC-DC converter 82 and a relay 84, and is connected to an ECU 88 (electronic control unit) via a second DC-DC converter 86. . The ECU 88 is connected to an operation switch 90 that can be turned on and off from the outside and the relay 84 described above.

次いで、上記した構成を前提にスタック12の発電動作について説明する。   Next, the power generation operation of the stack 12 will be described based on the above configuration.

アノードガスボンベ32に封入された高圧のアノードガスは、ボンベバルブ36が手動で開弁されることによってレギュレータ38に供給される。レギュレータ38で減圧、調圧されたアノードガスは、メインバルブ42が手動で操作(開弁)されることによって第1の管路34aを介してエジェクタ40に供給され、さらに第3の管路34cを介してスタック12のアノード電極に供給される。尚、図1に示す第1から第4の電磁バルブ44,46,60,74は、スタック12の非運転時にアノードガスやパージガスが外部に流出するのを防止するため、スタック12の運転終了時に全て閉弁されているものとする。換言すれば、第1から第4の電磁バルブ44,46,60,74は、いずれもノーマル・クローズ型の電磁バルブ(非通電時に閉弁し、通電時に開弁する電磁バルブ)である。   The high-pressure anode gas sealed in the anode gas cylinder 32 is supplied to the regulator 38 when the cylinder valve 36 is manually opened. The anode gas depressurized and regulated by the regulator 38 is supplied to the ejector 40 through the first pipe 34a when the main valve 42 is manually operated (opened), and further the third pipe 34c. To the anode electrode of the stack 12. The first to fourth electromagnetic valves 44, 46, 60, 74 shown in FIG. 1 prevent the anode gas and the purge gas from flowing out when the stack 12 is not in operation. All valves are closed. In other words, the first to fourth electromagnetic valves 44, 46, 60, and 74 are all normal / close type electromagnetic valves (electromagnetic valves that close when not energized and open when energized).

スタック12の各単電池14では、アノード電極に供給されたアノードガスがカソード電極に存在するカソードガスと電気化学反応を生じることにより、発電が開始される。尚、アノード電極に供給されたアノードガスのうち、カソードガスとの電気化学反応に供されなかった未反応ガスは、第4の管路34dを介してエジェクタ40に還流され、第3の管路34cを介して再度アノード電極に供給される。   In each unit cell 14 of the stack 12, the anode gas supplied to the anode electrode generates an electrochemical reaction with the cathode gas existing in the cathode electrode, thereby starting power generation. Of the anode gas supplied to the anode electrode, the unreacted gas that has not been subjected to the electrochemical reaction with the cathode gas is returned to the ejector 40 via the fourth pipe 34d, and the third pipe It is supplied again to the anode electrode through 34c.

スタック12の発電が開始されると、その電力は出力回路80に設けられた第2のDC−DCコンバータ86で適宜な大きさの直流電圧に変換された後、ECU88に動作電源として供給される。   When the power generation of the stack 12 is started, the electric power is converted into a DC voltage of an appropriate magnitude by the second DC-DC converter 86 provided in the output circuit 80, and then supplied to the ECU 88 as an operating power source. .

電力の供給を受けて起動させられたECU88は、第1の電磁バルブ44と第2の電磁バルブ46を開弁し、第2の管路34bを介してアノードガスをアノード電極に供給すると共に、エアブロワ20を動作させる。   The ECU 88 activated upon receiving the supply of electric power opens the first electromagnetic valve 44 and the second electromagnetic valve 46 and supplies the anode gas to the anode electrode through the second pipe 34b. The air blower 20 is operated.

エアブロワ20で吸引された空気は、インテークマニホールド22を介し、冷却ガスあるいはカソードガスとして各単電池14に供給される。また、各単電池14を通過した冷却ガスおよびカソードガスは、スタック12に取り付けられたエキゾーストマニホールド100を介してスタック12の外部へと排出される。   The air sucked by the air blower 20 is supplied to each single cell 14 through the intake manifold 22 as cooling gas or cathode gas. Further, the cooling gas and the cathode gas that have passed through each unit cell 14 are discharged to the outside of the stack 12 through the exhaust manifold 100 attached to the stack 12.

尚、ECU88が起動して第1の電磁バルブ44と第2の電磁バルブ46が開弁されると、メインバルブ42を手動で操作する必要がなくなる。このため、ECU88は、スタック12の発電が開始されてECU88が起動したこと、換言すれば、外部機器への電力供給の準備が整ったことを、音声や表示などの適宜な報知手段(図示せず)を介して操作者に報知する。   When the ECU 88 is activated and the first electromagnetic valve 44 and the second electromagnetic valve 46 are opened, there is no need to manually operate the main valve 42. For this reason, the ECU 88 uses appropriate notification means (not shown) such as a voice or a display to indicate that the power generation of the stack 12 is started and the ECU 88 is activated, in other words, that the power supply to the external device is ready. Z) to the operator.

そして、外部機器への電力供給の準備が整ったことを知った操作者によって運転スイッチ90が手動で操作(オン)されると、ECU88は、出力回路80に設けられたリレー84を動作させて第1のDC−DCコンバータ82と外部機器を導通させる。これにより、スタック12で発電された電力は、第1のDC−DCコンバータ82で適宜な大きさの直流電圧に変換された後、リレー84を介して外部機器へと供給される。   When the operation switch 90 is manually operated (turned on) by an operator who knows that the power supply to the external device is ready, the ECU 88 operates the relay 84 provided in the output circuit 80. The first DC-DC converter 82 is electrically connected to an external device. As a result, the electric power generated by the stack 12 is converted into a direct current voltage having an appropriate magnitude by the first DC-DC converter 82 and then supplied to an external device via the relay 84.

また、ECU88は、図示しない電圧センサの出力などに基づき、各電磁バルブを動作させてスタック12のパージを実行する。具体的には、電圧センサの検出値が所定値以下に低下したとき、第2の管路34bに配置された第1の電磁バルブ44と第2の電磁バルブ46を閉弁すると共に、第5の管路54に配置された第3の電磁バルブ60とパージガス排出路72に配置された第4の電磁バルブ74を開弁する。   The ECU 88 also purges the stack 12 by operating each electromagnetic valve based on the output of a voltage sensor not shown. Specifically, when the detection value of the voltage sensor falls below a predetermined value, the first electromagnetic valve 44 and the second electromagnetic valve 46 arranged in the second pipe line 34b are closed, and the fifth The third electromagnetic valve 60 arranged in the pipe line 54 and the fourth electromagnetic valve 74 arranged in the purge gas discharge path 72 are opened.

これにより、アノードガスの供給が遮断される一方、パージガスボンベ52に封入された高圧のパージガスがボンベバルブ56を介してレギュレータ58に供給され、そこで減圧、調圧された後に第5の管路54、エジェクタ40および第3の管路34cを介してスタック12のアノード電極に供給される。尚、ボンベバルブ56は、スタック12の運転開始時に操作者によって予め開弁されるものとする。   As a result, the supply of the anode gas is shut off, while the high-pressure purge gas sealed in the purge gas cylinder 52 is supplied to the regulator 58 through the cylinder valve 56, where the pressure is reduced and regulated, and then the fifth pipe 54 , And supplied to the anode electrode of the stack 12 via the ejector 40 and the third conduit 34c. The cylinder valve 56 is assumed to be opened in advance by the operator at the start of operation of the stack 12.

アノード電極に供給されたパージガスは、アノード電極内に滞留した不反応ガスや生成水をスタック12内から押し出しつつ、第4の管路34d、エジェクタ40、パージガス排出路72を介してスタック12の外部に排出される。   The purge gas supplied to the anode electrode pushes out the unreacted gas and generated water staying in the anode electrode from the inside of the stack 12, and the outside of the stack 12 through the fourth pipe 34d, the ejector 40, and the purge gas discharge path 72. To be discharged.

図2は、スタック12と、それに接続されたエアブロワ20およびインテークマニホールド22の斜視図である。また、図3は、スタック12の断面図である。   FIG. 2 is a perspective view of the stack 12 and the air blower 20 and intake manifold 22 connected thereto. FIG. 3 is a cross-sectional view of the stack 12.

図2に示すように、スタック12はケース110の内部に収容される。ケース110の側面110a(より具体的には、スタック12の積層方向の延長線上に位置する側面)には、アノードガス供給口110bとアノードガス排出口110cが設けられる。アノードガス供給口110bには、前記したアノードガス供給系の第3の管路34c(図2で図示せず)が接続される一方、アノードガス排出口110cには、第4の管路34d(図2で図示せず)が接続される。   As shown in FIG. 2, the stack 12 is housed inside the case 110. An anode gas supply port 110b and an anode gas discharge port 110c are provided on the side surface 110a of the case 110 (more specifically, the side surface located on the extension line in the stacking direction of the stack 12). The anode gas supply port 110b is connected to the third pipeline 34c (not shown in FIG. 2) of the above-described anode gas supply system, while the anode gas discharge port 110c is connected to the fourth pipeline 34d ( (Not shown in FIG. 2) are connected.

また、ケース110の側面110d(前記した側面110aと直交する側面)には、長方形の2個の開口部(符号110eと110fで示す)が、それらの長辺がスタック12の積層方向に平行となるように穿設される。2個の開口部のうち、符号110eで示す上段の開口部は冷却ガスの供給口(以下「冷却ガス供給口」という)であり、各単電池14のアノードセパレータ14a(図3に示す)に形成された冷却ガス流路14a1(図3に示す)の入口側と連通される。また、符号110fで示す開口部はカソードガスの供給口(以下「カソードガス供給口」という)であり、カソードセパレータ14b(図3に示す)に形成されたカソードガス流路(図示せず)の入口側に連通される。尚、図3で符号14cは、アノード電極とカソード電極が設けられた電解質膜である。   Further, two rectangular openings (indicated by reference numerals 110e and 110f) are formed on the side surface 110d of the case 110 (the side surface orthogonal to the side surface 110a), and their long sides are parallel to the stacking direction of the stack 12. It is drilled to become. Of the two openings, the upper opening indicated by reference numeral 110 e is a cooling gas supply port (hereinafter referred to as “cooling gas supply port”), and is connected to the anode separator 14 a (shown in FIG. 3) of each unit cell 14. The formed cooling gas flow path 14a1 (shown in FIG. 3) communicates with the inlet side. An opening denoted by reference numeral 110f is a cathode gas supply port (hereinafter referred to as “cathode gas supply port”), and is a cathode gas flow path (not shown) formed in the cathode separator 14b (shown in FIG. 3). It communicates with the entrance side. In FIG. 3, reference numeral 14c denotes an electrolyte membrane provided with an anode electrode and a cathode electrode.

また、側面110dには、前記したインテークマニホールド22が取り付けられる。インテークマニホールド22は、上流側から下流側に向けて拡径される拡径部22aを備えると共に、拡径部22aよりも下流側には吐出口22bが穿設される。吐出口22bは、インテークマニホールド22をケースの側面110dに取り付けたとき、上記した冷却ガス供給口110eとカソードガス供給口110fを覆う大きさに形成される。   Further, the intake manifold 22 is attached to the side surface 110d. The intake manifold 22 includes a diameter-enlarged portion 22a that increases in diameter from the upstream side toward the downstream side, and a discharge port 22b is formed on the downstream side of the enlarged-diameter portion 22a. The discharge port 22b is formed to a size that covers the cooling gas supply port 110e and the cathode gas supply port 110f described above when the intake manifold 22 is attached to the side surface 110d of the case.

インテークマニホールドの拡径部22aの上流側には、エアブロワ20が接続される。エアブロワ20は、スクロールカバー20aを備え、その内部には、電動モータ20bの出力軸に固定されたファン(図示せず)が配置される。また、エアブロワ20の吸気口には、エアフィルタ20cが取り付けられる。   An air blower 20 is connected to the upstream side of the enlarged diameter portion 22a of the intake manifold. The air blower 20 includes a scroll cover 20a, and a fan (not shown) fixed to the output shaft of the electric motor 20b is disposed therein. An air filter 20 c is attached to the air inlet of the air blower 20.

尚、図示は省略するが、ケース110の側面110dと対向する側面には、冷却ガスの排出口(以下「冷却ガス排出口」という)とカソードガスの排出口(以下「カソードガス排出口」という)が穿設されると共に、それら2個の開口部を覆うようにエキゾーストマニホールド100が取り付けられる。   Although not shown in the drawings, a cooling gas discharge port (hereinafter referred to as “cooling gas discharge port”) and a cathode gas discharge port (hereinafter referred to as “cathode gas discharge port”) are provided on the side surface of the case 110 facing the side surface 110d. ) And the exhaust manifold 100 is attached so as to cover the two openings.

また、図3に良く示すように、スタック12の両端に位置する単電池14は、出力端子12aに接続される。各単電池14と出力端子12aは、絶縁板12bを介してエンドプレート12cによって挟持される。尚、出力端子12a、絶縁板12bおよびエンドプレート12cは、いずれも熱伝導性の高い材料から形成される。   Further, as well shown in FIG. 3, the unit cells 14 located at both ends of the stack 12 are connected to the output terminal 12a. Each cell 14 and the output terminal 12a are sandwiched by the end plate 12c via the insulating plate 12b. The output terminal 12a, the insulating plate 12b, and the end plate 12c are all formed from a material having high thermal conductivity.

また、絶縁板12bとエンドプレート12cの間には、ヒンジ部120が取り付けられる。   Moreover, the hinge part 120 is attached between the insulating plate 12b and the end plate 12c.

図4は、エンドプレート12c、ヒンジ部120および冷却ガス流路閉鎖板122を示す斜視図である。   FIG. 4 is a perspective view showing the end plate 12 c, the hinge part 120, and the cooling gas flow path closing plate 122.

図3および図4に示すように、絶縁板12bに接するエンドプレート12cの側面には凹部が形成され、かかる凹部にヒンジ部120の一端が複数個(2個)のボルト124で固定される。また、ヒンジ部120の他端には、冷却ガス流路閉鎖板122が複数個(2個)のボルト126で固定される。   As shown in FIGS. 3 and 4, a recess is formed on the side surface of the end plate 12 c in contact with the insulating plate 12 b, and one end of the hinge part 120 is fixed to the recess by a plurality (two) of bolts 124. A cooling gas flow path closing plate 122 is fixed to the other end of the hinge part 120 by a plurality (two) of bolts 126.

ここで、ヒンジ部120は、熱膨張率の異なる2種類の金属板を積層させたバイメタル製であり、冷間時の形状が図示の如く単電池14側に屈曲するように形成される。また、ヒンジ部120は、熱膨張率の大きい方の金属板が絶縁板12bに接し(即ち単電池14側に位置し)、熱膨張率の小さい方の金属板がエンドプレート12cに接するように配置される。即ち、ヒンジ部120は、冷間時は図3および図4に示すように単電池14側に屈曲しているが、その温度が上昇するに従い、図4の想像線に示す如く、屈曲角度が小さくなるように構成される。   Here, the hinge part 120 is made of bimetal obtained by laminating two types of metal plates having different thermal expansion coefficients, and is formed so that the cold shape is bent toward the unit cell 14 as shown in the figure. Further, the hinge portion 120 has a metal plate having a larger thermal expansion coefficient in contact with the insulating plate 12b (that is, located on the unit cell 14 side) and a metal plate having a smaller thermal expansion coefficient in contact with the end plate 12c. Be placed. That is, the hinge part 120 is bent toward the unit cell 14 as shown in FIGS. 3 and 4 when cold, but as the temperature rises, the bending angle increases as shown by the imaginary line in FIG. Configured to be smaller.

このように、ヒンジ部120は、熱伝導性の高い材料から形成されるエンドプレート12c、絶縁板12bおよび出力端子12aを介し、スタック12の端部側に位置する単電池(符号14Eで示す。以下「端部側単電池」という)に熱伝導自在に接続されていることから、その温度は端部側単電池14Eの温度に依存することとなる。尚、この明細書において「端部側単電池14E」とは、具体的には、エンドプレート12cの近傍に位置し、エンドプレート12cからの自然放熱の影響を強く受ける単電池を意味する。   As described above, the hinge portion 120 is a single cell (indicated by reference numeral 14E) located on the end side of the stack 12 through the end plate 12c, the insulating plate 12b, and the output terminal 12a formed of a material having high thermal conductivity. (Hereinafter referred to as “end-side cell”) so as to be capable of conducting heat, the temperature depends on the temperature of the end-side cell 14E. In this specification, the “end-side cell 14E” specifically means a cell that is located in the vicinity of the end plate 12c and that is strongly influenced by natural heat radiation from the end plate 12c.

従って、端部側単電池14Eの温度が低下すると、それに伴ってヒンジ部120が単電池14側に屈曲され、図3および図4に示すように、冷却ガス流路閉鎖板122が端部側単電池14Eの直近に位置することとなり、端部側単電池14Eの冷却ガス流路14a1が冷却ガス流路閉鎖板122によって閉鎖される。   Accordingly, when the temperature of the end-side unit cell 14E decreases, the hinge portion 120 is bent to the unit cell 14 side accordingly, and as shown in FIGS. 3 and 4, the cooling gas flow path closing plate 122 is moved to the end side. The cooling gas channel 14 a 1 of the end side unit cell 14 E is closed by the cooling gas channel closing plate 122 because it is positioned in the immediate vicinity of the unit cell 14 E.

一方、端部側単電池14Eの温度が上昇すると、それに伴ってヒンジ部120の屈曲角度が小さくなり、図5(および図2の想像線)に示すように冷却ガス流路閉鎖板122が端部側単電池14Eから離間する方向に変位されることから、端部側単電池14Eの冷却ガス流路14a1が開放される。   On the other hand, when the temperature of the end-side cell 14E rises, the bending angle of the hinge portion 120 decreases accordingly, and the cooling gas flow path closing plate 122 ends as shown in FIG. 5 (and the imaginary line in FIG. 2). Since it is displaced in the direction away from the unit side unit cell 14E, the cooling gas flow path 14a1 of the end unit unit cell 14E is opened.

このように、端部側単電池14Eの冷却ガス流路14a1は、端部側単電池14Eの温度が低下するほど冷却ガス流路閉鎖板122による閉鎖の度合いが大きくなる一方、端部側単電池14Eの温度が上昇するほど前記閉鎖の度合いが小さくなる(開放の度合いが大きくなる)。尚、この実施例にあっては、端部側単電池14Eの温度が発電効率の高い所定の温度(例えば40度)を下回って低下するに従って前記閉鎖の度合いが大きくなると共に、所定の温度(例えば40度)を上回って上昇するに従って前記閉鎖の度合いが小さくなるように、ヒンジ部120を構成する2種類の金属板の熱膨張率をそれぞれ設定した。   As described above, the cooling gas flow path 14a1 of the end-side unit cell 14E increases the degree of closing by the cooling gas flow-path closing plate 122 as the temperature of the end-side unit cell 14E decreases. As the temperature of the battery 14E rises, the degree of closing becomes smaller (the degree of opening becomes larger). In this embodiment, as the temperature of the end-side cell 14E falls below a predetermined temperature (for example, 40 degrees) with high power generation efficiency, the degree of closure increases and the predetermined temperature ( For example, the thermal expansion coefficients of the two types of metal plates constituting the hinge portion 120 were set so that the degree of the closing becomes smaller as the temperature rises above 40 degrees.

次いで、上記を前提に、冷却ガスとカソードガスの流れについて説明する。   Next, assuming the above, the flow of the cooling gas and the cathode gas will be described.

図2に示す如く、エアブロワ20によって吸引された空気は、エアフィルタ20cで粉塵が除去された後、インテークマニホールドの拡径部22aおよび吐出口22bを通過し、冷却ガス供給口110eおよびカソードガス供給口110fに流入される。   As shown in FIG. 2, the air sucked by the air blower 20 is passed through the enlarged diameter portion 22a and the discharge port 22b of the intake manifold after the dust is removed by the air filter 20c, and supplied with the cooling gas supply port 110e and the cathode gas. It flows into the mouth 110f.

カソードガス供給口110eに流入した空気は、各単電池14のカソードガス流路にカソードガスとして供給される。カソードガス流路に供給されたカソードガスは、カソードガス排出口およびエキゾーストマニホールド100を介して外部へと排出される。   The air flowing into the cathode gas supply port 110e is supplied as a cathode gas to the cathode gas flow path of each unit cell 14. The cathode gas supplied to the cathode gas flow path is discharged to the outside through the cathode gas discharge port and the exhaust manifold 100.

また、冷却ガス供給口110eに流入させられた空気は、各単電池14の冷却ガス流路14a1に冷却ガスとして供給される。冷却ガス流路14a1に供給された冷却ガスは、発電によって各単電池14に発生した熱を吸収して温度上昇させられた後、冷却ガス排出口およびエキゾーストマニホールド100を介して外部へと排出される。   Further, the air that has flowed into the cooling gas supply port 110e is supplied as a cooling gas to the cooling gas channel 14a1 of each unit cell 14. The cooling gas supplied to the cooling gas flow path 14a1 is heated by absorbing heat generated in each unit cell 14 by power generation, and then discharged to the outside through the cooling gas discharge port and the exhaust manifold 100. The

ここで、端部側単電池14Eの温度が前記した所定の温度を下回っているとき、図2および図3に示す如く、冷却ガス流路閉鎖板122によって端部側単電池14Eの冷却ガス流路14a1が閉鎖されるため、端部側単電池14Eに供給される冷却ガスの流量が低減される。従って、端部側単電池14Eの冷却ガスによる放熱が、スタック12の中央付近に位置する単電池14のそれよりも抑制される。これにより、端部側単電池14Eの温度を前記所定の温度に向けて上昇させることができる。   Here, when the temperature of the end-side cell 14E is lower than the predetermined temperature, the cooling gas flow of the end-side cell 14E is caused by the cooling gas flow path closing plate 122 as shown in FIGS. Since the path 14a1 is closed, the flow rate of the cooling gas supplied to the end side unit cell 14E is reduced. Therefore, heat dissipation by the cooling gas of the end side unit cell 14E is suppressed more than that of the unit cell 14 located near the center of the stack 12. Thereby, the temperature of the end side unit cell 14E can be raised toward the predetermined temperature.

一方、端部側単電池14Eの温度が前記所定の温度を上回ると、ヒンジ部120の屈曲角度が小さくなり、図5(および図2の想像線)に示すように、端部側単電池14Eの冷却ガス流路14a1が開放されるため、端部側単電池14Eに供給される冷却ガスの流量が増加される。これにより、端部側単電池14Eの冷却ガスによる放熱が促進され、よって端部側単電池14Eの温度を前記所定の温度に向けて低下させることができる。   On the other hand, when the temperature of the end-side cell 14E exceeds the predetermined temperature, the bending angle of the hinge portion 120 becomes small, and as shown in FIG. 5 (and the imaginary line in FIG. 2), the end-side cell 14E. Since the cooling gas flow path 14a1 is opened, the flow rate of the cooling gas supplied to the end side unit cell 14E is increased. Thereby, the heat radiation by the cooling gas of the end side unit cell 14E is promoted, and thus the temperature of the end side unit cell 14E can be lowered toward the predetermined temperature.

このように、この実施例にあっては、温度に応じて屈曲角度が変化するバイメタル製のヒンジ部120を端部側単電池14Eに熱伝導自在に接続し、前記端部側単電池14Eの温度に応じて前記ヒンジ部120の屈曲角度を変化させることにより、前記ヒンジ部120に接続された冷却ガス流路閉鎖板122を変位させ、よって前記冷却ガス流路閉鎖板122による前記端部側単電池14Eの冷却ガス流路14a1の閉鎖の度合い(開放の度合い)を調整するようにした。   As described above, in this embodiment, the bimetallic hinge 120 whose bending angle changes according to the temperature is connected to the end-side unit cell 14E so as to be thermally conductive, and the end-side unit cell 14E By changing the bending angle of the hinge part 120 according to the temperature, the cooling gas flow path closing plate 122 connected to the hinge part 120 is displaced, and thus the end side by the cooling gas flow path closing plate 122 is moved. The closing degree (opening degree) of the cooling gas flow path 14a1 of the unit cell 14E was adjusted.

上記のように構成することで、端部側単電池14Eに供給される(冷却ガス流路14a1に流入する)冷却ガスの流量を端部側単電池14Eの温度に応じて調整する、換言すれば、端部側単電池14Eの温度に応じてその放熱を調整することができ、よってエンドプレート12cからの自然放熱の影響を強く受ける端部側単電池14Eを含め、スタック12を構成する各単電池14の温度バラツキを抑制して(具体的には、各単電池14を発電効率が高い前記所定の温度に維持して)発電の安定性と効率を向上させることができる。   By configuring as described above, the flow rate of the cooling gas supplied to the end side unit cell 14E (flowing into the cooling gas flow path 14a1) is adjusted according to the temperature of the end side unit cell 14E. For example, the heat radiation can be adjusted according to the temperature of the end-side unit cell 14E, and thus each of the stack 12 including the end-side unit cell 14E that is strongly affected by the natural heat radiation from the end plate 12c. It is possible to improve the stability and efficiency of power generation by suppressing the temperature variation of the single cells 14 (specifically, maintaining each cell 14 at the predetermined temperature where the power generation efficiency is high).

また、端部側単電池14Eに熱伝導自在に接続されたバイメタル製のヒンジ部120によって冷却ガス流路閉鎖板122を変位させるようにしたので、簡素な構成で上記した効果を得ることができる。   Further, since the cooling gas flow path closing plate 122 is displaced by the bimetallic hinge part 120 connected to the end side unit cell 14E so as to be capable of conducting heat, the above-described effects can be obtained with a simple configuration. .

次いで、この発明の第2実施例に係る燃料電池の冷却ガス供給装置について説明する。   Next, a fuel cell cooling gas supply apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described.

図6および図7は、第2実施例に係る燃料電池の冷却ガス供給装置を示す、スタック12の部分断面図である。   6 and 7 are partial cross-sectional views of the stack 12 showing the fuel cell cooling gas supply device according to the second embodiment.

第2実施例にあっては、ヒンジ部を、バイメタル製に代えて形状記憶合金製とした。第2実施例に係るヒンジ部を図6および図7において符号120aで示す。尚、形状記憶合金製のヒンジ部120aは、その温度が変態点を上回ると、平らな板状に形状が回復するように形状記憶される。   In the second embodiment, the hinge portion is made of shape memory alloy instead of bimetal. A hinge portion according to the second embodiment is denoted by reference numeral 120a in FIGS. The shape memory alloy hinge 120a is memorized so that its shape recovers to a flat plate shape when its temperature exceeds the transformation point.

ヒンジ部120aは、第1実施例と同様に、熱伝導性の高い材料から形成されるエンドプレート12c、絶縁板12bおよび出力端子12aを介して端部側単電池14Eに熱伝導自在に接続されており、その温度(即ち、端部側単電池14Eの温度)が変態点(前記した所定の温度とする)を下回っているとき、図6に示すように、バイアスバネ130の付勢力によって屈曲させられる。即ち、端部側単電池14Eの冷却ガス流路14a1が冷却ガス流路閉鎖板122によって閉鎖され、端部側単電池14Eの冷却ガス流路14a1に供給される冷却ガスの流量が減少し、よって端部側単電池14Eの放熱が抑制される。尚、バイアスバネ130は、具体的には引張りコイルバネであり、その一端がケース110の適宜位置に固定され、他端がヒンジ部120aに固定される。また、バイアスバネ130の付勢力は、ヒンジ部120aの形状回復力よりも小さく設定される。   Similarly to the first embodiment, the hinge portion 120a is connected to the end-side unit cell 14E through the end plate 12c, the insulating plate 12b, and the output terminal 12a formed of a material having high thermal conductivity so as to be capable of conducting heat. When the temperature (that is, the temperature of the end unit cell 14E) is lower than the transformation point (referred to as the above-mentioned predetermined temperature), the bending spring 130 is bent by the biasing force of the bias spring 130 as shown in FIG. Be made. That is, the cooling gas flow path 14a1 of the end side unit cell 14E is closed by the cooling gas flow path closing plate 122, and the flow rate of the cooling gas supplied to the cooling gas flow path 14a1 of the end side unit cell 14E is reduced. Therefore, the heat radiation of the end side unit cell 14E is suppressed. The bias spring 130 is specifically a tension coil spring, one end of which is fixed at an appropriate position of the case 110 and the other end is fixed to the hinge portion 120a. The biasing force of the bias spring 130 is set to be smaller than the shape recovery force of the hinge portion 120a.

従って、ヒンジ部120aは、その温度が変態点を上回ると、図7に示すように、バイアスバネ130の付勢力に抗して記憶された形状(即ち、屈曲角度が零である平らな板状)に変形して屈曲角度が小さくなる。即ち、端部側単電池14Eの冷却ガス流路14a1の冷却ガス流路閉鎖板122による閉鎖の度合いが小さくなり(開放の度合いが大きくなり)、端部側単電池14Eの冷却ガス流路14a1に供給される冷却ガスの流量が増加し、よって端部側単電池14Eの放熱が促進される。   Therefore, when the temperature of the hinge part 120a exceeds the transformation point, the shape memorized against the biasing force of the bias spring 130 (that is, a flat plate shape with a zero bending angle) as shown in FIG. ) To reduce the bending angle. That is, the degree of closing of the cooling gas flow path 14a1 of the end side unit cell 14E by the cooling gas flow path closing plate 122 is reduced (the degree of opening is increased), and the cooling gas flow path 14a1 of the end side unit cell 14E is reduced. The flow rate of the cooling gas supplied to is increased, and thus heat dissipation of the end-side cell 14E is promoted.

残余の構成は第1実施例と同様であるので、説明を省略する。   Since the remaining configuration is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

このように、第2実施例にあっては、変態点を境に屈曲角度が変化する形状記憶合金製のヒンジ部120aを端部側単電池14Eに熱伝導自在に接続し、前記端部側単電池14Eの温度に応じて前記ヒンジ部120aの屈曲角度を変化させることにより、前記ヒンジ部120aに接続された冷却ガス流路閉鎖板122を変位させ、よって前記冷却ガス流路閉鎖板122による前記端部側単電池14Eの冷却ガス流路14a1の閉鎖の度合い(開放の度合い)を調整するようにした。   As described above, in the second embodiment, the shape memory alloy hinge portion 120a whose bending angle changes at the transformation point is connected to the end unit cell 14E so as to be capable of conducting heat, and the end portion side is connected. By changing the bending angle of the hinge part 120a according to the temperature of the unit cell 14E, the cooling gas flow path closing plate 122 connected to the hinge part 120a is displaced. The closing degree (opening degree) of the cooling gas flow path 14a1 of the end side unit cell 14E is adjusted.

これにより、第1実施例と同様に、端部側単電池14Eに供給される(冷却ガス流路14a1に流入する)冷却ガスの流量を端部側単電池14Eの温度に応じて調整する、即ち、端部側単電池14Eの温度に応じてその放熱を調整することができ、よってエンドプレート12cからの自然放熱の影響を強く受ける端部側単電池14Eを含め、スタック12を構成する各単電池14の温度バラツキを抑制して(具体的には、各単電池14を発電効率が高い前記所定の温度に維持して)発電の安定性と効率を向上させることができる。   Thereby, similarly to the first embodiment, the flow rate of the cooling gas supplied to the end side unit cell 14E (flowing into the cooling gas flow path 14a1) is adjusted according to the temperature of the end side unit cell 14E. That is, the heat radiation can be adjusted according to the temperature of the end-side unit cell 14E, and thus each of the stack 12 including the end-side unit cell 14E that is strongly affected by the natural heat radiation from the end plate 12c. It is possible to improve the stability and efficiency of power generation by suppressing the temperature variation of the single cells 14 (specifically, maintaining each cell 14 at the predetermined temperature where the power generation efficiency is high).

また、端部側単電池14Eに熱伝導自在に接続された形状記憶合金製のヒンジ部120aと、冷間時のヒンジ部120aの形状を規定するバイアスバネ130によって冷却ガス流路閉鎖板122を変位させるようにしたので、簡素な構成で上記した効果を得ることができる。   Further, the cooling gas flow path closing plate 122 is formed by a shape memory alloy hinge portion 120a connected to the end-side unit cell 14E so as to be thermally conductive, and a bias spring 130 that defines the shape of the hinge portion 120a when cold. Since it is made to displace, the above-described effect can be obtained with a simple configuration.

以上の如く、この発明の第1および第2実施例にあっては、燃料電池スタック(12)を構成する複数個の単電池(14)に形成された冷却ガス流路(14a1)に冷却ガスを供給する燃料電池の冷却ガス供給装置において、前記燃料電池スタック(12)の端部側に位置する端部側単電池(14E)の温度に応じ、前記端部側単電池(14E)に形成された冷却ガス流路(14a1)を閉鎖する冷却ガス流路閉鎖手段(ヒンジ部120,120a、冷却ガス流路閉鎖板122、バイアスバネ130)を備えるように構成した。   As described above, in the first and second embodiments of the present invention, the cooling gas is supplied to the cooling gas passages (14a1) formed in the plurality of single cells (14) constituting the fuel cell stack (12). In the cooling gas supply device of the fuel cell for supplying the fuel cell, the end cell unit (14E) is formed according to the temperature of the end cell unit (14E) located on the end side of the fuel cell stack (12). The cooling gas flow path closing means (hinge portions 120, 120a, cooling gas flow path closing plate 122, bias spring 130) for closing the cooling gas flow path (14a1) is provided.

また、第1実施例にあっては、前記冷却ガス流路閉鎖手段は、前記端部側単電池(14E)に熱伝導自在に接続され、前記端部側単電池(14E)の温度に応じて屈曲角度が変化するバイメタル製のヒンジ部(120)と、前記ヒンジ部(120)に接続され、前記ヒンジ部(120)の屈曲角度に応じて変位して前記端部側単電池(14E)に形成された冷却ガス流路(14a1)を閉鎖する冷却ガス流路閉鎖板(122)とからなるように構成した。   Further, in the first embodiment, the cooling gas flow path closing means is connected to the end-side cell (14E) so as to be capable of conducting heat, and depends on the temperature of the end-side cell (14E). Bimetal hinge part (120) whose bending angle changes, and is connected to the hinge part (120), and is displaced according to the bending angle of the hinge part (120), so that the end-side cell (14E) And a cooling gas flow path closing plate (122) for closing the cooling gas flow path (14a1) formed in the above.

また、第2実施例にあっては、前記冷却ガス流路閉鎖手段は、前記端部側単電池(14E)に熱伝導自在に接続され、前記端部側単電池(14E)の温度が変態点以上のとき、記憶した屈曲角度に変形する形状記憶合金製のヒンジ部(120a)と、前記端部側単電池(14E)の温度が前記変態点を下回るときの前記ヒンジ部(120a)の屈曲角度を規定する付勢手段(バイアスバネ130)と、前記ヒンジ部に接続され、前記ヒンジ部(120a)の屈曲角度に応じて変位して前記端部側単電池(14E)に形成された冷却ガス流路(14a1)を閉鎖する冷却ガス流路閉鎖板(122)とからなるように構成した。   Further, in the second embodiment, the cooling gas flow path closing means is connected to the end side unit cell (14E) so as to conduct heat freely, and the temperature of the end side unit cell (14E) is transformed. When the temperature is higher than the point, the hinge portion (120a) made of a shape memory alloy that is deformed to the memorized bending angle and the hinge portion (120a) when the temperature of the end-side cell (14E) is lower than the transformation point A biasing means (bias spring 130) for defining a bending angle is connected to the hinge part, and is displaced according to the bending angle of the hinge part (120a) to be formed in the end-side cell (14E). A cooling gas flow path closing plate (122) for closing the cooling gas flow path (14a1) is used.

尚、上記において、冷却ガス流路閉鎖板122は板状であっても良いし、複数個の孔が穿設されて空気を所定量通過させる網状であっても良い。   In the above, the cooling gas flow path closing plate 122 may be plate-shaped, or may be a net-like shape in which a plurality of holes are drilled to allow a predetermined amount of air to pass.

この発明の第1実施例に係る燃料電池の冷却ガス供給装置を燃料電池ユニットの一部として示す概略図である。It is the schematic which shows the cooling gas supply apparatus of the fuel cell which concerns on 1st Example of this invention as a part of fuel cell unit. 図1に示すスタックとエアブロワとインテークマニホールドの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a stack, an air blower, and an intake manifold shown in FIG. 1. 図1に示すスタックの断面図である。It is sectional drawing of the stack shown in FIG. 図3に示すエンドプレートとヒンジ部と冷却ガス流路閉鎖板の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of an end plate, a hinge part, and a cooling gas flow path closing plate shown in FIG. 3. 図3と同様な、図1に示すスタックの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the stack shown in FIG. 1, similar to FIG. この発明の第2実施例に係る燃料電池の冷却ガス供給装置を示す、スタックの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of a stack showing a cooling gas supply device of a fuel cell concerning the 2nd example of this invention. 図6と同様な、スタックの部分断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the stack similar to FIG. 6.

符号の説明Explanation of symbols

12 スタック(燃料電池スタック)
14 単電池
14E 端部側単電池
14a1 冷却ガス流路
120 (第1実施例に係る)ヒンジ部(冷却ガス流路閉鎖手段)
120a (第2実施例に係る)ヒンジ部(冷却ガス流路閉鎖手段)
122 冷却ガス流路閉鎖板(冷却ガス流路閉鎖手段)
130 バイアスバネ(付勢手段、冷却ガス流路閉鎖手段)
12 stack (fuel cell stack)
14 unit cell 14E end side unit cell 14a1 cooling gas channel 120 (according to the first embodiment) hinge portion (cooling gas channel closing means)
120a Hinge part (cooling gas flow path closing means) (according to the second embodiment)
122 Cooling gas flow path closing plate (cooling gas flow path closing means)
130 Bias spring (biasing means, cooling gas flow path closing means)

Claims (3)

燃料電池スタックを構成する複数個の単電池に形成された冷却ガス流路に冷却ガスを供給する燃料電池の冷却ガス供給装置において、前記燃料電池スタックの端部側に位置する端部側単電池の温度に応じ、前記端部側単電池に形成された冷却ガス流路を閉鎖する冷却ガス流路閉鎖手段を備えることを特徴とする燃料電池の冷却ガス供給装置。   In a fuel cell cooling gas supply device for supplying a cooling gas to a cooling gas flow path formed in a plurality of single cells constituting a fuel cell stack, an end side single cell located on an end side of the fuel cell stack A cooling gas supply device for a fuel cell, comprising: a cooling gas passage closing means for closing a cooling gas passage formed in the end-side unit cell according to the temperature of the end cell. 前記冷却ガス流路閉鎖手段は、前記端部側単電池に熱伝導自在に接続されて前記端部側単電池の温度に応じて屈曲角度が変化するバイメタル製のヒンジ部と、前記ヒンジ部に接続されて前記ヒンジ部の屈曲角度に応じて前記端部側単電池に形成された冷却ガス流路を閉鎖する冷却ガス流路閉鎖板とからなることを特徴とする請求項1記載の燃料電池の冷却ガス供給装置。   The cooling gas flow path closing means is connected to the end-side unit cell so as to be able to conduct heat and has a bimetal hinge portion whose bending angle changes according to the temperature of the end-side unit cell, and the hinge portion. 2. The fuel cell according to claim 1, further comprising a cooling gas passage closing plate that is connected and closes a cooling gas passage formed in the end-side unit cell in accordance with a bending angle of the hinge portion. Cooling gas supply device. 前記冷却ガス流路閉鎖手段は、前記端部側単電池に熱伝導自在に接続され、前記端部側単電池の温度が変態点以上のとき、記憶した屈曲角度に変形する形状記憶合金製のヒンジ部と、前記端部側単電池の温度が前記変態点を下回るときの前記ヒンジ部の屈曲角度を規定する付勢手段と、前記ヒンジ部に接続され、前記ヒンジ部の屈曲角度に応じて変位して前記端部側単電池に形成された冷却ガス流路を閉鎖する冷却ガス流路閉鎖板とからなることを特徴とする請求項1記載の燃料電池の冷却ガス供給装置。
The cooling gas flow path closing means is made of a shape memory alloy that is connected to the end unit cell so as to be able to conduct heat and deforms to a memorized bending angle when the temperature of the end unit cell is equal to or higher than the transformation point. A hinge part, biasing means for defining a bending angle of the hinge part when the temperature of the end-side cell is below the transformation point, and connected to the hinge part, and depending on the bending angle of the hinge part 2. The cooling gas supply device for a fuel cell according to claim 1, further comprising a cooling gas channel closing plate that displaces and closes the cooling gas channel formed in the end cell.
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