JP2006147503A - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとが水平方向に積層された積層体を備え、前記積層体には、積層方向に沿って延在する反応ガス連通孔が形成される内部マニホールド型燃料電池スタックに関する。 The present invention includes a laminate in which an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and a separator are horizontally laminated, and the laminate extends in the lamination direction. The present invention relates to an internal manifold type fuel cell stack in which a reaction gas communication hole is formed.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒(電極触媒層)と多孔質カーボン(ガス拡散層)からなるアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持する発電セルにより構成されている。通常、燃料電池では、この発電セルを所定の数だけ積層した燃料電池スタックが使用されている。 For example, a solid polymer fuel cell employs a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell is an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode made of an electrode catalyst (electrode catalyst layer) and porous carbon (gas diffusion layer) are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, respectively. Is constituted by a power generation cell sandwiched between separators (bipolar plates). Usually, in a fuel cell, a fuel cell stack in which a predetermined number of power generation cells are stacked is used.
この種の燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス(反応ガス)、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス(反応ガス)、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。 In this type of fuel cell, the anode side electrode is supplied with a fuel gas (reactive gas), for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as hydrogen-containing gas), while the cathode side electrode An oxidant gas (reactive gas), for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as oxygen-containing gas) is supplied. In the fuel gas supplied to the anode side electrode, hydrogen is ionized on the electrode catalyst and moves to the cathode side electrode side through the electrolyte membrane. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy.
上記の燃料電池では、積層されている各発電セルのアノード側電極及びカソード側電極に、それぞれ反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するため、内部マニホールドを構成する場合が多い。この内部マニホールドは、発電セルの積層方向に貫通して設けられる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔を備えており、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路の入口側及び出口側には、前記反応ガス入口連通孔及び前記反応ガス出口連通孔がそれぞれ連通している。 In the above fuel cell, an internal manifold is often configured to supply a fuel gas and an oxidant gas, which are reaction gases, to the anode side electrode and the cathode side electrode of each of the stacked power generation cells. The internal manifold includes a reaction gas inlet communication hole and a reaction gas outlet communication hole that are provided so as to penetrate in the stacking direction of the power generation cells, and an inlet side of the reaction gas flow path for supplying the reaction gas along the electrode surface. The reaction gas inlet communication hole and the reaction gas outlet communication hole communicate with the outlet side.
ところで、酸化剤ガスが積層方向に流される酸化剤ガス出口連通孔や酸化剤ガス入口連通孔である酸化剤ガス連通孔(反応ガス連通孔)には、発電時に生成される反応生成水が導入され易く、この酸化剤ガス連通孔内に滞留水が存在する場合がある。一方、燃料ガスが積層方向に流される燃料ガス出口連通孔や燃料ガス入口連通孔である燃料ガス連通孔(反応ガス連通孔)には、結露等による滞留水が発生するおそれがある。これにより、酸化剤ガス連通孔や燃料ガス連通孔が滞留水によって縮小又は閉塞され易く、酸化剤ガスや燃料ガスの流れが妨げられて発電性能が低下するという問題がある。 By the way, reaction product water generated during power generation is introduced into the oxidant gas outlet communication hole through which the oxidant gas flows in the stacking direction and the oxidant gas communication hole (reaction gas communication hole) which is the oxidant gas inlet communication hole. In some cases, stagnant water may exist in the oxidant gas communication hole. On the other hand, there is a possibility that stagnant water due to condensation or the like may be generated in a fuel gas outlet communication hole through which fuel gas flows in the stacking direction or a fuel gas communication hole (reaction gas communication hole) which is a fuel gas inlet communication hole. Accordingly, there is a problem that the oxidant gas communication hole and the fuel gas communication hole are easily reduced or blocked by the staying water, and the flow of the oxidant gas and the fuel gas is hindered to reduce the power generation performance.
そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックは、図10に示すように、複数のセル1が積層されるとともに、前記複数のセル1の積層体は、エンドプレート2により両端が挟持されている。一方のエンドプレート2には、燃料ガス又は酸化剤ガスを供給するガス供給配管3と、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを排出するガス排気配管4とが接続されている。
Therefore, for example, in the fuel cell stack disclosed in Patent Document 1, a plurality of cells 1 are stacked as shown in FIG. 10, and both ends of the stacked body of the plurality of cells 1 are end plates 2. It is pinched. One end plate 2 is connected to a
ガス供給配管3及びガス排気配管4には、凝縮水や生成水を一旦貯留するための水溜まり部5が設けられ、この水溜まり部5の下方には、電磁弁6を介して排水管7が接続されている。
The
複数のセル1をエンドプレート2で挟持した燃料電池スタック8には、内部マニホールド9が形成されている。この内部マニホールド9は、ガス供給配管3及びガス排気配管4に向かって孔径を徐々に広げることにより下面に傾斜を付けている。これにより、内部マニホールド9の凝縮水や生成水は、前記内部マニホールド9の下面の傾斜に沿って各水溜まり部5に流れるとともに、電磁弁6の作用下に前記水溜まり部5の水が排水管7を介して排出される、としている。
An
しかしながら、上記の特許文献1では、各水溜まり部5の下方に電磁弁6が接続されており、この電磁弁6の制御が必要となってシステム全体が複雑化している。これにより、システム全体のコストが高騰するとともに、信頼性が低下するという問題がある。
However, in Patent Document 1 described above, an
しかも、内部マニホールド9の下流側に向かって生成水量が増大するため、前記内部マニホールド9の出口側近傍に水溜まりが発生し易い。従って、内部マニホールド9の下面に傾斜が設けられていても、前記内部マニホールド9に滞留する水を水溜まり部5に良好に排出することができないおそれがある。これにより、燃料電池スタック8の発電電圧の安定性が低下するとともに、特に、低温始動時における内部マニホールド9の閉塞が発生するという問題がある。
Moreover, since the amount of generated water increases toward the downstream side of the
本発明はこの種の問題を解決するものであり、反応ガス連通孔に滞留水が発生することを確実に阻止し、簡単且つ経済的な構成で、安定した発電電圧を得るとともに、特に低温始動性の向上を図ることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, reliably prevents the generation of stagnant water in the reaction gas communication hole, obtains a stable power generation voltage with a simple and economical configuration, and particularly at a low temperature start. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of improving the performance.
本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとが水平方向に積層された積層体を備え、前記積層体には、前記電極の面方向に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成されるとともに、前記反応ガス流路の排出側端部又は供給側端部に連通して積層方向に貫通する反応ガス連通孔が形成される内部マニホールド型燃料電池スタックである。 The present invention includes an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte, and a laminate in which separators are laminated in a horizontal direction, and the laminate is provided along a surface direction of the electrodes. An internal manifold type in which a reaction gas flow path for supplying a reaction gas is formed and a reaction gas communication hole is formed which communicates with the discharge side end or the supply side end of the reaction gas flow path and penetrates in the stacking direction It is a fuel cell stack.
この燃料電池スタックは、反応ガス連通孔に配設され、排水を行うための吸水部材を備え、前記吸水部材は、前記反応ガス連通孔の閉塞側一端部から開放側他端部に向かって保水量が増大するように構成されている。 The fuel cell stack is provided in the reaction gas communication hole and includes a water absorption member for draining, and the water absorption member is maintained from one end of the reaction gas communication hole toward the other end on the open side. It is configured to increase the amount of water.
また、吸水部材は、閉塞側一端部から開放側他端部に向かって大きな断面積を有する形状に設定されることが好ましい。例えば、厚さを連続的又は断続的に変化させたり、幅寸法を連続的又は断続的に変化させたりすることによって、簡単且つ経済的な構成で、水分が多量に発生し易い開放側他端部から水分を確実に排出することができる。 Moreover, it is preferable that a water absorption member is set to the shape which has a big cross-sectional area toward the open side other end part from the obstruction | occlusion side one end part. For example, by changing the thickness continuously or intermittently, or by changing the width dimension continuously or intermittently, the other end on the open side where a large amount of moisture is easily generated with a simple and economical configuration. Water can be reliably discharged from the section.
さらに、吸水部材は、閉塞側一端部から開放側他端部に向かって高密度に設定されることが好ましい。例えば、吸水部材を構成する繊維は、閉塞側一端部に比べて開放側他端部の太さが小さく設定されることにより、前記開放側他端部の繊維密度を高くすることが可能になる。 Furthermore, it is preferable that the water absorbing member is set at a high density from one end on the closing side to the other end on the opening side. For example, it is possible to increase the fiber density of the open-side other end of the fibers constituting the water-absorbing member by setting the thickness of the open-side other end smaller than that of the closed-side end. .
さらにまた、吸水部材は、−OH、−COOH、−NH2、−SO3Hの官能基を有する有機材料、又は無機酸化物系添加剤を含む有機材料で構成されることが好ましい。親水性に優れ、排水性が良好に向上するからである。 Furthermore, the water absorbing member is preferably composed of an organic material having a functional group of —OH, —COOH, —NH 2 , —SO 3 H, or an organic material containing an inorganic oxide-based additive. It is because it is excellent in hydrophilicity and drainage is improved well.
また、開放側他端部には、吸水部材に接触し水平方向乃至下方向に向かって反応ガス連通孔の外部に露呈する棒状部材が配設されるとともに、前記棒状部材は、表面が親水性を有することが好ましい。従って、親水性に優れる棒状部材を伝って水分が円滑に排出されるため、排水性が一層向上する。 In addition, a bar-like member that contacts the water-absorbing member and is exposed to the outside of the reaction gas communication hole in the horizontal direction or the downward direction is disposed at the other end of the open side, and the bar-like member has a hydrophilic surface. It is preferable to have. Therefore, since water is smoothly discharged through the rod-like member having excellent hydrophilicity, the drainage performance is further improved.
さらに、本発明は、反応ガス連通孔に配設され、排水を行うための複数の棒状部材を備え、前記複数の棒状部材は、表面が親水性を有するとともに、閉塞側一端部から開放側他端部に向かって互いの間隔が大きくなるように配設される。 Furthermore, the present invention includes a plurality of rod-shaped members that are disposed in the reaction gas communication hole and perform drainage, and the plurality of rod-shaped members have a hydrophilic surface and are open from the closed end to the open side. It arrange | positions so that a mutual space | interval may become large toward an edge part.
本発明によれば、吸水部材は、反応ガス連通孔の閉塞側一端部から開放側他端部に向かって保水量が増大するため、特に水分が多量に発生し易い前記開放側他端部に水の滞留が発生することを有効に阻止することができる。さらに、電磁弁等のアクチュエータが不要になる。 According to the present invention, the water-absorbing member has a water retention amount that increases from one end of the reaction gas communication hole toward the other end on the open side. It is possible to effectively prevent water retention. Furthermore, an actuator such as a solenoid valve is not necessary.
また、本発明では、複数の棒状部材間に毛管現象を発生させることにより、水分の排出を図ることが可能になる。しかも、各棒状部材同士の間隔を変化させることによって、特に水分が多量に発生し易い開放側他端部に水の滞留を阻止することができ、良好な排水機能を有することが可能になる。 Moreover, in this invention, it becomes possible to aim at discharge | emission of a water | moisture content by generating a capillary phenomenon between several rod-shaped members. In addition, by changing the interval between the rod-like members, it is possible to prevent water from staying at the other end on the open side where a large amount of moisture is likely to be generated, and it is possible to have a good drainage function.
これにより、反応ガス連通孔に滞留水による閉塞等が惹起することがなく、簡単且つ経済的な構成で、安定した発電電圧を得るとともに、特に低温始動性の向上を図ることが可能になる。 As a result, the reaction gas communication hole is not clogged with stagnant water, and a stable power generation voltage can be obtained with a simple and economical configuration, and particularly low temperature startability can be improved.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10の一部断面側面図であり、図2は、前記燃料電池スタック10の概略斜視図である。
FIG. 1 is a partially sectional side view of a
燃料電池スタック10は、複数の燃料電池12が積層された積層体14を備え、前記積層体14の積層方向(矢印A方向)両端部には、第1及び第2ターミナルプレート16a、16bと、第1及び第2絶縁プレート18a、18bと、第1及び第2エンドプレート20a、20bとが、順次、設けられる。なお、燃料電池スタック10は、図示しないが、例えば、締め付けボルトやボックス状のケーシング等により締め付け保持される。
The
図3に示すように、燃料電池12は、電解質膜・電極構造体30と、前記電解質膜・電極構造体30を挟持する薄板波形状の第1及び第2金属セパレータ32、34とを備える。なお、第1及び第2金属セパレータ32、34に代替して、例えば、カーボンセパレータを採用してもよい。
As shown in FIG. 3, the
燃料電池12の矢印B方向の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔(反応ガス連通孔)36a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔38a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔(反応ガス連通孔)40bが設けられる。
An oxidant gas inlet communication hole (reactive gas communication hole) 36a for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, communicates with each other in the arrow A direction at one end edge of the
酸化剤ガス入口連通孔36a、冷却媒体入口連通孔38a及び燃料ガス出口連通孔40bは、第1エンドプレート20a側の積層方向一端(開放側他端部)が開放される一方、第2エンドプレート20b側の積層方向他端(閉塞側一端部)が閉塞される。
The oxidant gas
燃料電池12の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔(反応ガス連通孔)40a、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔38b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔(反応ガス連通孔)36bが設けられる。
The other end edge of the
燃料ガス入口連通孔40a、冷却媒体出口連通孔38b及び酸化剤ガス出口連通孔36bは、第1エンドプレート20a側の積層方向一端が開放される一方、第2エンドプレート20b側の積層方向他端が閉塞される。
The fuel gas
第1金属セパレータ32の電解質膜・電極構造体30に向かう面32aには、燃料ガス入口連通孔40aと燃料ガス出口連通孔40bとを連通する燃料ガス流路(反応ガス流路)42が形成される。この燃料ガス流路42は、例えば、矢印B方向に延在する複数の溝部により構成される。第1金属セパレータ32の面32bには、冷却媒体入口連通孔38aと冷却媒体出口連通孔38bとを連通する冷却媒体流路44が形成される。この冷却媒体流路44は、矢印B方向に延在する複数の溝部により構成される。
A fuel gas flow path (reactive gas flow path) 42 that connects the fuel gas
第2金属セパレータ34の電解質膜・電極構造体30に向かう面34aには、例えば、矢印B方向に延在する複数の溝部からなる酸化剤ガス流路(反応ガス流路)46が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路46は、酸化剤ガス入口連通孔36aと酸化剤ガス出口連通孔36bとに連通する。第2金属セパレータ34の面34bには、第1金属セパレータ32の面32bと重なり合って冷却媒体流路44が一体的に形成される。
On the
第1金属セパレータ32の面32a、32bには、この第1金属セパレータ32の外周端縁部を周回して第1シール部材48が一体成形される。第1シール部材48は、面32aで燃料ガス入口連通孔40a、燃料ガス出口連通孔40b及び燃料ガス流路42を囲繞してこれらを連通させる一方、面32bで冷却媒体入口連通孔38a、冷却媒体出口連通孔38b及び冷却媒体流路44を囲繞してこれらを連通させる。
A
第2金属セパレータ34の面34a、34bには、この第2金属セパレータ34の外周端縁部を周回して第2シール部材50が一体成形される。第2シール部材50は、面34aで酸化剤ガス入口連通孔36a、酸化剤ガス出口連通孔36b及び酸化剤ガス流路46を囲繞してこれらを連通させる一方、面34bで冷却媒体入口連通孔38a、冷却媒体出口連通孔38b及び冷却媒体流路44を囲繞してこれらを連通させる。
A
電解質膜・電極構造体30は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜52と、前記固体高分子電解質膜52を挟持するアノード側電極54及びカソード側電極56とを備える。
The electrolyte membrane /
アノード側電極54及びカソード側電極56は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜52の両面に形成される。
The
図2に示すように、第1エンドプレート20aには、矢印B方向一端側に酸化剤ガス入口連通孔36a、冷却媒体入口連通孔38a及び燃料ガス出口連通孔40bに連通する配管マニホールド60a、62a及び64bが絶縁グロメット66を介装して取り付けられる。配管マニホールド64bは、例えば、湾曲して下方に傾斜する。
As shown in FIG. 2,
第1エンドプレート20aの矢印B方向他端側には、燃料ガス入口連通孔40a、冷却媒体出口連通孔38b及び酸化剤ガス出口連通孔36bに連通する配管マニホールド64a、62b及び60bが絶縁グロメット66を介装して取り付けられる。配管マニホールド64aは、例えば、湾曲して下方に傾斜する。
On the other end side in the arrow B direction of the
図4に示すように、酸化剤ガス出口連通孔36b及び燃料ガス出口連通孔40bには、排水を行うための吸水部材70が配設される。吸水部材70は、−OH、−COOH、−NH2、−SO3Hの官能基を有する有機材料、又は酸化チタンや酸化マグネシウム等の無機酸化物系添加剤を含む有機材料で構成される。具体的には、吸水部材70は、アラミド繊維、ナイロン繊維又はセラミック含有ポリエステル繊維により構成される。
As shown in FIG. 4, a
吸水部材70は、酸化剤ガス出口連通孔36b及び燃料ガス出口連通孔40bの閉塞側一端部(第2エンドプレート20b側)から開放側他端部(第1エンドプレート20a側)に向かって(矢印A1方向)高さ(厚さ)が大きくなる傾斜面72を有する。吸水部材70は、第1エンドプレート20aに向かって大きな断面積を有するテーパ形状に設定され、前記第1エンドプレート20aに向かって保水量の増大が図られる。なお、連続する傾斜面72に代替して、断続的に厚さが変化する段状面を採用してもよい。
The
吸水部材70の矢印A1方向先端部には、水平方向乃至下方向に向かって配管マニホールド60b、64b内に突出する棒状部材74の端部が挿入される。棒状部材74は、表面が親水性を有する材料、例えば、水との接触角が65゜以下の材料(金属材料、例えば、ステンレススチール)で構成されており、親水性に優れて所望の排水機能を有している。
An end portion of a rod-
このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、図2に示すように、燃料電池スタック10では、配管マニホールド60aから酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、配管マニホールド64aから水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、配管マニホールド62aから純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。このため、各燃料電池12に対して酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印A方向に供給される。
First, as shown in FIG. 2, in the
図3に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔36aから第2金属セパレータ34の酸化剤ガス流路46に導入され、電解質膜・電極構造体30のカソード側電極56に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔40aから第1金属セパレータ32の燃料ガス流路42に導入され、電解質膜・電極構造体30のアノード側電極54に沿って移動する。
As shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas
従って、各電解質膜・電極構造体30では、カソード側電極56に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極54に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
Therefore, in each electrolyte membrane /
次いで、カソード側電極56に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔36bに沿って矢印A方向に流動した後、配管マニホールド60bに排出される(図2参照)。同様に、アノード側電極54に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔40bに排出されて矢印A方向に流動し、配管マニホールド64bに排出される。
Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the
また、冷却媒体は、図3に示すように、冷却媒体入口連通孔38aから第1及び第2金属セパレータ32、34間の冷却媒体流路44に導入された後、矢印B方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体30を冷却した後、冷却媒体出口連通孔38bを移動して配管マニホールド62bに排出される(図2参照)。
Further, as shown in FIG. 3, the cooling medium is introduced into the cooling
この場合、第1の実施形態では、図1及び図4に示すように、酸化剤ガス出口連通孔36bに吸水部材70が配設されるとともに、前記吸水部材70は、第1エンドプレート20aに向かって大きな断面積を有するテーパ形状に設定され、前記第1エンドプレート20aに向かって保水量の増大が図られている。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 4, a
このため、酸化剤ガス出口連通孔36b内において、特に水分が多量に発生し易い第1エンドプレート20a側(開放側他端部)に水の滞留が発生することを有効に阻止することができる。しかも、電磁弁等のアクチュエータが不要になる。これにより、酸化剤ガス出口連通孔36bに滞留水による閉塞等が惹起することがなく、簡単且つ経済的な構成で、安定した発電電圧を得るとともに、特に低温始動性の向上を図ることが可能になるという効果が得られる。
For this reason, in the oxidant gas
さらに、吸水部材70は、−OH、−COOH、−NH2、−SO3Hの官能基を有する有機材料、又は無機酸化物系添加剤を含む有機材料で構成されている。従って、吸水部材70は、親水性に優れ、排水性が良好に向上するという利点がある。
Furthermore, the
さらにまた、吸水部材70に接触し水平方向乃至下方向に向かって酸化剤ガス出口連通孔36bの外部に露呈する棒状部材74が配設されるとともに、前記棒状部材74は、水との接触角が65゜以下の材料で構成されている。従って、棒状部材74は、親水性に優れ、酸化剤ガス出口連通孔36bの水分がこの棒状部材74を伝って配管マニホールド60bに円滑に排出されるため、排水性が一層向上する。
Furthermore, a rod-shaped
なお、燃料ガス出口連通孔40bには、吸水部材70及び棒状部材74が配設されており、この燃料ガス出口連通孔40bにおいても、上記の酸化剤ガス出口連通孔36bと同様の効果が得られる。
The fuel gas
図5は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック80の要部斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3及び第4の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
FIG. 5 is a perspective view illustrating a main part of a
燃料電池スタック80は、酸化剤ガス出口連通孔36b及び燃料ガス出口連通孔40bに配設される吸水部材82を備える。吸水部材82は、第1エンドプレート20aに向かって幅寸法が大きくなる傾斜面84を有することにより、前記第1エンドプレート20aに向かって大きな断面積に設定される。吸水部材82の最大幅寸法側(第1エンドプレート20a側)の端部には、必要に応じて棒状部材74が配設される。なお、傾斜面84代替して、断続的に幅寸法が変化する段状面を採用してもよい。
The
この第2の実施形態では、吸水部材82が第1エンドプレート20aに向かって保水量を増大させることができる。これにより、特に水分が多量に発生し易い第1エンドプレート20a側に水の滞留が発生することを有効に阻止することが可能になる等、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the second embodiment, the
図6は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタック90の要部斜視説明図である。
FIG. 6 is a perspective view illustrating a main part of a
燃料電池スタック90は、酸化剤ガス出口連通孔36b及び燃料ガス出口連通孔40bに配設される吸水部材92を備える。吸水部材92は、第2エンドプレート20bから第1エンドプレート20aに向かって高密度に設定される。
The
具体的には、吸水部材92は、アラミド繊維、ナイロン繊維又はセラミック含有ポリエステル繊維により構成されるとともに、第2エンドプレート20b側の端部92aは、図7に示すように、断面94aが異形で且つ比較的大径に設定される。一方、吸水部材92の第1エンドプレート20a側の端部92bは、図8に示すように、繊維太さが断面94aの半分程度で且つ主に丸形の断面94bに設定される。
Specifically, the
この第3の実施形態では、吸水部材92が第1エンドプレート20aに向かって繊維密度を高く設定している。このため、第1エンドプレート20aに向かって保水量を増大させることができ、特に水分が多量に発生し易い前記第1エンドプレート20a側に水の滞留が発生することを有効に阻止することが可能になる等、第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。
In the third embodiment, the
図9は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタック100の要部斜視説明図である。
FIG. 9 is an explanatory perspective view of main parts of a
燃料電池スタック100は、酸化剤ガス出口連通孔36b及び燃料ガス出口連通孔40bに配設される複数の棒状部材102を備える。各棒状部材102同士の間隔Hは、第2エンドプレート20bから第1エンドプレート20aに向かって大きくなるように設定される。棒状部材102としては、例えば、ガラス細管が使用される。
The
この第4の実施形態では、各棒状部材102同士の間隔Hが、第1エンドプレート20aに向かって大きくなっている。このため、各棒状部材102に毛管現象を発生させて水分を排出させるとともに、特に水分が多量に発生し易い第1エンドプレート20a側に水の滞留が惹起することを有効に阻止することが可能になる等、第1〜第3の実施形態と同様の効果が得られる。
In this 4th Embodiment, the space | interval H between each rod-shaped
10、80、90、100…燃料電池スタック
12…燃料電池 14…積層体
20a、20b…エンドプレート 30…電解質膜・電極構造体
32、34…金属セパレータ 36a…酸化剤ガス入口連通孔
36b…酸化剤ガス出口連通孔 38a…冷却媒体入口連通孔
38b…冷却媒体出口連通孔 40a…燃料ガス入口連通孔
40b…燃料ガス出口連通孔 42…燃料ガス流路
44…冷却媒体流路 46…酸化剤ガス流路
52…固体高分子電解質膜 54…アノード側電極
56…カソード側電極
60a、60b、62a、62b、64a、64b…配管マニホールド
70、82、92…吸水部材 72、84…傾斜面
74、102…棒状部材 94a、94b…断面
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記反応ガス連通孔に配設され、排水を行うための吸水部材を備え、
前記吸水部材は、前記反応ガス連通孔の閉塞側一端部から開放側他端部に向かって保水量が増大するように構成されることを特徴とする燃料電池スタック。 An electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of the electrolyte, and a laminate in which a separator is laminated in a horizontal direction, and a reactive gas is supplied to the laminate along the surface direction of the electrode An internal manifold type fuel cell stack in which a reaction gas flow path is formed and a reaction gas communication hole that communicates with a discharge side end or a supply side end of the reaction gas flow path and penetrates in a stacking direction is formed. There,
A water-absorbing member disposed in the reaction gas communication hole for draining;
The fuel cell stack, wherein the water-absorbing member is configured such that the water retention amount increases from one end portion on the closed side of the reaction gas communication hole toward the other end portion on the open side.
前記棒状部材は、表面が親水性を有することを特徴とする燃料電池スタック。 5. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the other end of the open side contacts the water absorbing member and is exposed to the outside of the reaction gas communication hole in a horizontal direction or a downward direction. A rod-shaped member is disposed,
The fuel cell stack characterized in that the rod-shaped member has a hydrophilic surface.
前記反応ガス連通孔に配設され、排水を行うための複数の棒状部材を備え、
前記複数の棒状部材は、表面が親水性を有するとともに、前記閉塞側一端部から前記開放側他端部に向かって互いの間隔が大きくなるように配設されることを特徴とする燃料電池スタック。
An electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of the electrolyte, and a laminate in which a separator is laminated in a horizontal direction, and a reactive gas is supplied to the laminate along the surface direction of the electrode An internal manifold type fuel cell stack in which a reaction gas flow path is formed and a reaction gas communication hole that communicates with a discharge side end or a supply side end of the reaction gas flow path and penetrates in a stacking direction is formed. There,
A plurality of rod-shaped members disposed in the reaction gas communication hole for draining;
The fuel cell stack, wherein the plurality of rod-shaped members have hydrophilic surfaces and are arranged such that a distance between the plurality of rod-shaped members increases from the closed side one end portion toward the open side other end portion. .
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