JP2006236841A - Fuel cell stack - Google Patents
Fuel cell stack Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006236841A JP2006236841A JP2005051326A JP2005051326A JP2006236841A JP 2006236841 A JP2006236841 A JP 2006236841A JP 2005051326 A JP2005051326 A JP 2005051326A JP 2005051326 A JP2005051326 A JP 2005051326A JP 2006236841 A JP2006236841 A JP 2006236841A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- communication hole
- oxidant gas
- fuel cell
- cell stack
- manifold
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
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る積層体を備え、前記電解質・電極構造体と一方のセパレータとの間には、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端部に連通する反応ガス連通孔が、前記積層体を積層方向に貫通して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 an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte, and a laminate in which a separator is stacked in a horizontal direction, and the electrolyte / electrode structure is interposed between the separator and one separator. The reaction gas flow path for supplying the reaction gas is formed along the surface direction of the electrode, and the reaction gas communication hole communicating with the end of the reaction gas flow path penetrates the stacked body in the stacking direction. The internal manifold type fuel cell stack 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(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を構成している。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 has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode each made of an electrode catalyst (electrode catalyst layer) and porous carbon (diffusion layer) are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane. A power generation cell sandwiched between separators (bipolar plates) is formed. 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(酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路)の入口側端部及び出口側端部には、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 provided so as to penetrate in the stacking direction of the power generation cells, and a reaction gas flow path (oxidant gas) 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 inlet side end and the outlet side end of the flow path and the fuel gas flow path, respectively.
ところで、酸化剤ガスが積層方向に流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. It is easy and there may be a case where stagnant water exists 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 the fuel gas outlet communication hole through which the fuel gas flows in the stacking direction or the fuel gas communication hole (reaction gas communication hole) which is the 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9に示すように、複数のセル1を積層するとともに、前記複数のセル1の積層体は、一対のエンドプレート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, as shown in FIG. 9, the fuel cell stack disclosed in
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 gas supply pipe 3 and the gas exhaust pipe 4 are provided with a
複数のセル1を一対のエンドプレート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に円滑に流れるとともに、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。しかも、運転停止後の結露や各セル1から重力によって形成される滞留水は、運転停止時にもシステムを制御して排出する必要があり、エネルギの損失、すなわち、燃費の低下が惹起される。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
さらに、各水溜まり部5側に向かって拡径する内部マニホールド9が、複数のセル1の積層体にわたって形成されており、前記内部マニホールド9の形成作業が繁雑化するとともに、各セル1が異なる構成を有している。このため、システム全体のコストが相当に高騰し、しかも各セル1毎に取り扱いが煩雑化するという問題がある。その上、内部マニホールド9が傾斜するため、燃料電池スタック全体として高さ方向の寸法が相当に大きくなってしまい、特に車載用として適さないという問題がある。
Furthermore, the
さらにまた、運転停止時において、内部マニホールド9には、残存水分が表面張力により水滴化して凝縮水が滞留するおそれがある。これにより、内部マニホールド9の流路面積が縮小されて、燃料ガス又は酸化剤ガスの円滑な排気が遂行されないとともに、特に氷点下の環境では、滞留水の凍結が惹起し、低温始動が良好に遂行されないという問題がある。
Furthermore, when the operation is stopped, there is a possibility that the remaining moisture in the
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、反応ガス連通孔に凝縮水が滞留することを確実に阻止することができ、良好な発電性能を確保することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and with a simple and economical configuration, it is possible to reliably prevent the condensate from staying in the reaction gas communication hole and to ensure good power generation performance. An object of the present invention is to provide a fuel cell stack capable of satisfying the requirements.
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る積層体を備え、前記電解質・電極構造体と一方のセパレータとの間には、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端部に連通する反応ガス連通孔が、前記積層体を積層方向に貫通して形成される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 a separator is stacked in a horizontal direction, and the electrolyte / electrode structure is interposed between the separator and one separator. The reaction gas flow path for supplying the reaction gas is formed along the surface direction of the electrode, and the reaction gas communication hole communicating with the end of the reaction gas flow path penetrates the stacked body in the stacking direction. This is a fuel cell stack formed as described above.
燃料電池スタックは、積層体の少なくとも一方の端部に配設されるマニホールド部材を備え、前記マニホールド部材は、反応ガス連通孔に連通し且つ該反応ガス連通孔とは異なる開口形状を有するマニホールド連通孔を設けるとともに、前記マニホールド部材には、前記反応ガス連通孔と前記マニホールド連通孔との連結部位に凹形状部、凸形状部又は凹凸形状部が形成されている。 The fuel cell stack includes a manifold member disposed at at least one end of the laminate, and the manifold member communicates with the reaction gas communication hole and has a manifold communication having an opening shape different from that of the reaction gas communication hole. In addition to providing a hole, the manifold member is formed with a concave portion, a convex portion, or a concave-convex portion at a connection portion between the reaction gas communication hole and the manifold communication hole.
また、凹形状部、凸形状部又は凹凸形状部は、少なくともマニホールド部材の反応ガス連通孔に向かう側面及びマニホールド連通孔の内周面に設けられることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a concave shape part, a convex shape part, or an uneven | corrugated shaped part is provided in the side surface which goes to the reaction gas communication hole of a manifold member at least, and the internal peripheral surface of a manifold communication hole.
本発明によれば、マニホールド部材には、互いに異形状の反応ガス連通孔とマニホールド連通孔との連結部位に対応して凹形状部、凸形状部又は凹凸形状部が形成されている。このため、開口形状が急激に変化する連結部位に発生し易い水の表面張力を良好に破壊することができ、孤立した水滴が形成されることを阻止して円滑且つ確実な排水処理が遂行可能になる。 According to the present invention, the manifold member is formed with a concave portion, a convex portion, or a concave-convex shape portion corresponding to a connection portion between the reaction gas communication hole and the manifold communication hole having different shapes. For this reason, the surface tension of water that is likely to occur at the connecting portion where the opening shape changes rapidly can be satisfactorily broken, and the smooth and reliable drainage treatment can be performed by preventing the formation of isolated water droplets. become.
しかも、凹形状部、凸形状部又は凹凸形状部は、平坦部に比べて排水速度を低減させる機能を有する。従って、水は、反応ガス連通孔からマニホールド連通孔に沿って連続して排出され、前記水が孤立して表面張力を発生させることがなく、排水性の向上が容易に遂行される。 Moreover, the concave shape portion, the convex shape portion, or the concavo-convex shape portion has a function of reducing the drainage speed as compared with the flat portion. Therefore, water is continuously discharged from the reaction gas communication hole along the manifold communication hole, and the water is not isolated and does not generate surface tension, so that drainage can be easily improved.
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、簡単な構成で、安定した発電電圧を確実に得ることが可能になるとともに、滞留水の凍結が惹起されることがなく、特に低温始動性が良好に向上する。 As a result, the reaction gas communication hole does not cause clogging or the like due to stagnant water, and it is possible to reliably obtain a stable power generation voltage with a simple configuration and to cause freezing of stagnant water. In particular, the low temperature startability is improved satisfactorily.
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の概略斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective 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2に示すように、燃料電池12は、水平方向(矢印A方向)に積層される電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)22と、第1及び第2金属セパレータ24、26とを備える。なお、第1及び第2金属セパレータ24、26に代替して、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
As shown in FIG. 2, the
電解質膜・電極構造体22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28と、該固体高分子電解質膜28を挟持するアノード側電極30及びカソード側電極32とを備える。アノード側電極30及びカソード側電極32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を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布して形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。
The electrolyte membrane /
燃料電池12の矢印B方向の一端縁部には、積層方向である矢印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)40a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔42a、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)44bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
One end edge of the
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)44a、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔42b、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)40bが、矢印C方向に配列して設けられる。
The other end edge of the
第1金属セパレータ24の電解質膜・電極構造体22に向かう面24aには、酸化剤ガス流路(反応ガス流路)46が設けられる。酸化剤ガス流路46は、複数の酸化剤ガス流路溝46aを有するとともに、前記酸化剤ガス流路溝46aは、矢印B方向に延在している。なお、酸化剤ガス流路溝46aは、例えば、矢印B方向に一往復半だけ折り返すサーペタイン流路溝を構成してもよい。
An oxidant gas flow path (reactive gas flow path) 46 is provided on the surface 24 a of the
第2金属セパレータ26の電解質膜・電極構造体22に向かう面26aには、燃料ガス流路(反応ガス流路)48が設けられる。燃料ガス流路48は、酸化剤ガス流路46と同様に、矢印B方向に延在する複数の燃料ガス流路溝48aを有する。
A fuel gas channel (reactive gas channel) 48 is provided on the
第1金属セパレータ24と第2金属セパレータ26とは、互いに対向する面24b、26bに冷却媒体流路50を一体的に形成する。冷却媒体流路50は、酸化剤ガス流路46の裏面側、及び燃料ガス流路48の裏面側に一体的に形成され、矢印B方向に延在する複数の冷却媒体流路溝50aを有する。この冷却媒体流路50は、冷却媒体入口連通孔42aと冷却媒体出口連通孔42bとに連通する。
The
第1金属セパレータ24の面24a、24bには、この第1金属セパレータ24の外周縁部を周回して第1シール部材54が射出成形等により一体的に設けられる。第1シール部材54は、面24aにおいて、酸化剤ガス入口連通孔40a、酸化剤ガス出口連通孔40b及び酸化剤ガス流路46を覆って酸化剤ガスの洩れ止めを行う。第1シール部材54は、酸化剤ガス入口連通孔40a、冷却媒体入口連通孔42a、燃料ガス出口連通孔44b、燃料ガス入口連通孔44a、冷却媒体出口連通孔42b及び酸化剤ガス出口連通孔40bの内周面を覆っており、第1金属セパレータ24の液絡を防止している。なお、以下に説明する第2シール部材56も同様である。
On the
第2金属セパレータ26の面26a、26bには、この第2金属セパレータ26の外周縁部を周回して第2シール部材56が射出成形等により一体的に設けられる。第2シール部材56は、面26aにおいて、燃料ガス入口連通孔44a、燃料ガス出口連通孔44b及び燃料ガス流路48を覆って燃料ガスの洩れ止めを行う。第2シール部材56は、面26bにおいて、冷却媒体入口連通孔42a、冷却媒体出口連通孔42b及び冷却媒体流路50を覆って冷却媒体の漏れ止めを行う。
On the
図1に示すように、第1エンドプレート20aの矢印B方向両端縁部には、マニホールド部材62a、62bが取り付けられる。マニホールド部材62a、62bは、樹脂材で構成されており、矢印C方向に長尺な略矩形状を有する。マニホールド部材62aには、矢印C方向に配列されて孔部(マニホールド連通孔)64a、66a及び68aが形成される。
As shown in FIG. 1,
孔部64a、66a及び68aは、燃料電池スタック10の燃料ガス入口連通孔44a、冷却媒体出口連通孔42b及び酸化剤ガス出口連通孔40bに対応する。燃料ガス入口連通孔44a、冷却媒体出口連通孔42b及び酸化剤ガス出口連通孔40bは、開口形状が縦長の略矩形状に構成される一方、孔部64a、66a及び68aは、異なる開口形状、例えば、円形状に構成される。
The
図3及び図4に示すように、孔部68aの下端部は、酸化剤ガス出口連通孔40bの下端部よりも下方に配置されるとともに、マニホールド部材62aには、前記酸化剤ガス出口連通孔40bと前記孔部68aとの連結部位に対応して、複数の突起部(凸形状部)70が形成される。突起部70は、マニホールド部材62aの第1エンドプレート20aに向かう側面において酸化剤ガス出口連通孔40bの開口形状と重合する重合領域72の範囲内、及び孔部68aを形成する内周面74に設けられる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the lower end of the
突起部70の寸法及び互いの離間距離は、酸化剤ガス出口連通孔40bから孔部68aに排出される水の表面張力を破壊し得る大きさに設定されることが望ましい。具体的には、この突起部70は、直径が0.5mm〜10mmで且つ互いに1mm〜5mmずつ離間して設けられる。
It is desirable that the size of the
図1に示すように、マニホールド部材62aには、孔部64a、66a及び68aに連通する管部材76a、78a及び80aが取り付けられる。
As shown in FIG. 1,
マニホールド部材62bは、上記のマニホールド部材62aと同様に、縦長の略矩形状を有する酸化剤ガス入口連通孔40a、冷却媒体入口連通孔42a及び燃料ガス出口連通孔44bに一部を重合して配置される円形状の孔部64b、66b及び68bを設ける。孔部68bの内周面及び燃料ガス出口連通孔44bとの重合領域に複数の突起部(図示せず)が形成される。マニホールド部材62bには、孔部64b、66b及び68bに連通する管部材76b、78b及び80bが取り付けられる。
Similar to the
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
図1に示すように、燃料電池スタック10を構成する第1エンドプレート20aにおいて、管部材76bから酸化剤ガス入口連通孔40aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、管部材76aから燃料ガス入口連通孔44aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、管部材78bから冷却媒体入口連通孔42aに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。
As shown in FIG. 1, in the
図2に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔40aから第1金属セパレータ24の酸化剤ガス流路46に導入される。酸化剤ガス流路46では、酸化剤ガスが複数の酸化剤ガス流路溝46aに分散される。このため、酸化剤ガスは、各酸化剤ガス流路溝46aを介して電解質膜・電極構造体22のカソード側電極32に沿って移動する。
As shown in FIG. 2, the oxidant gas is introduced into the oxidant
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔44aから第2金属セパレータ26の燃料ガス流路48に導入される。この燃料ガス流路48では、燃料ガスが複数の燃料ガス流路溝48aに分散される。さらに、燃料ガスは、各燃料ガス流路溝48aを介して電解質膜・電極構造体22のアノード側電極30に沿って移動する。
On the other hand, the fuel gas is introduced into the
従って、電解質膜・電極構造体22では、カソード側電極32に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極30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 the electrolyte membrane /
次いで、カソード側電極32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40bに排出される(図2参照)。同様に、アノード側電極30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44bに排出される。
Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the
一方、冷却媒体入口連通孔42aに供給された冷却媒体は、第1及び第2金属セパレータ24、26間に形成された冷却媒体流路50に導入される(図2参照)。この冷却媒体流路50では、冷却媒体が水平方向(矢印B方向)に移動する。従って、冷却媒体は、電解質膜・電極構造体22の発電面全面にわたって冷却した後、冷却媒体出口連通孔42bに排出される。
On the other hand, the cooling medium supplied to the cooling medium
この場合、図1及図3に示すように、酸化剤ガス出口連通孔40bが縦長の矩形状を有する一方、この酸化剤ガス出口連通孔40bに連通するマニホールド部材62aの孔部68aは、比較的小径な円形状を有している。このため、酸化剤ガス出口連通孔40bに排出される水分(生成水等)は、使用済みの酸化剤ガスの流れに沿って孔部68aに排出される際、図3に示すように、特に該酸化剤ガス出口連通孔40bの下部側の滞留領域82に溜まり易い。この滞留領域82では、メニスカスが生じ易く、水の表面張力によって水滴が形成されてしまい、該水が流れ難くなるからである。
In this case, as shown in FIGS. 1 and 3, the oxidant gas
そこで、第1の実施形態では、図3及び図4に示すように、マニホールド部材62aの側面において酸化剤ガス出口連通孔40bの開口形状に重合する重合領域72に、複数の突起部70が形成されるとともに、孔部68aの内周面74にも複数の突起部70が形成されている。このため、酸化剤ガス出口連通孔40bに排出される水分は、重合領域72及び内周面74に設けられている複数の突起部70を介して表面張力を破壊することができ、孤立した水滴が形成されることを阻止することができる。
Therefore, in the first embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of
これにより、略矩形状の酸化剤ガス出口連通孔40bから略円形状の孔部68aへと開口形状が急激に変化する連結部位に、水滴が発生することがなく、滞留領域82が惹起することを確実に阻止して円滑且つ確実な排出処理が遂行可能になるという効果が得られる。
As a result, water droplets are not generated at the connection portion where the opening shape changes suddenly from the substantially rectangular oxidant gas
しかも、酸化剤ガス出口連通孔40bと孔部68aとの連結部位に対応して複数の突起部70が設けられており、前記突起部70は、平坦部に比べて排水速度を低下させる機能を有している。従って、水分は、酸化剤ガス出口連通孔40bから孔部68aに沿って連続して排出され、前記水分が孤立して表面張力を発生させることがなく、排水性の向上が容易に遂行される。
In addition, a plurality of
このため、酸化剤ガス出口連通孔40bには、滞留水等による閉塞等が惹起することがなく、簡単な構成で、安定した発電電圧を確実に得ることが可能になる。しかも、滞留水の凍結が阻止されるため、特に低温始動性が良好に向上するという利点がある。
Therefore, the oxidant gas
なお、燃料ガス出口連通孔44bとマニホールド部材62bの孔部68bとの連結部位においても同様に、図示しない複数の突起部が設けられることにより、上記の酸化剤ガス出口連通孔40bと同様の効果が得られる。
Similarly, a plurality of projections (not shown) are provided at the connection portion between 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を構成するマニホールド部材90の一部拡大斜視説明図である。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。
FIG. 5 is a partially enlarged perspective explanatory view of a
マニホールド部材90には、酸化剤ガス出口連通孔40bとの重合領域72及び孔部68aの内周面74に、複数の凹形状部92が形成される。この凹形状部92は、第1の実施形態に用いられる突起部70と同様に、連結部位に発生し易い水の表面張力を破壊し得るように、それぞれの寸法及び離間間隔が設定されている。
A plurality of
従って、第2の実施形態では、酸化剤ガス出口連通孔40bと孔部68aとの連結部位に、孤立した水滴が形成されることを阻止し、効率的な排水処理が遂行されるとともに、安定した発電電圧を得ることができる等、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
Therefore, in the second embodiment, it is possible to prevent the formation of isolated water droplets at the connecting portion between the oxidant gas
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を構成する連結部位の平面説明図である。 FIG. 6 is an explanatory plan view of a connecting portion constituting a fuel cell stack according to the third embodiment of the present invention.
この連結部位には、複数の凸形状部100が形成されるとともに、前記凸形状部100は、平面視で長方形状に設定される。凸形状部100は、例えば、2つ1組として各組毎に長手方向が交差されるように配設される。
A plurality of convex-shaped
凸形状部100間には、溝部102が設けられ、この溝部102に沿って水が移動することにより、水の表面張力を破壊することができる。さらに、溝部102の溝幅を設定することにより、水流が速くなり過ぎて水の分離による水滴の残留が発生することを阻止する。
A
これにより、第3の実施形態では、水の表面張力を確実に破壊するとともに、良好な排水性を維持して安定した発電性能を確保することができる等、第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。 Thereby, in 3rd Embodiment, while destroying the surface tension of water reliably, maintaining favorable drainage and ensuring stable electric power generation performance, etc., with 1st and 2nd Embodiment Similar effects can be obtained.
図7は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する連結部位の平面説明図である。 FIG. 7 is an explanatory plan view of a connecting portion constituting a fuel cell stack according to the fourth embodiment of the present invention.
この第4の実施形態では、上記の第3の実施形態と同様に、平面視で長方形状の複数の凸形状部104を備え、前記凸形状部104がそれぞれの長手方向が同一方向に向かうようにして配設されるとともに、前記凸形状部104間には、溝部106が連続して設けられる。従って、第4の実施形態は、上記の第3の実施形態と同様の効果が得られる。なお、第3及び第4の実施形態では、それぞれの凸形状部100、104を、例えば、切削加工等によって形成することができる。
As in the third embodiment, the fourth embodiment includes a plurality of
図8は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するマニホールド部材110の要部拡大断面図である。
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a
マニホールド部材110には、連結部位に対応して凹凸形状部112が形成される。この凹凸形状部112は、例えば、シボ形状の転写、粗研磨、粗加工又はブラスト処理等によって形成することができる。
The
このため、第5の実施形態では、凹凸形状部112によって水の表面張力を破壊することができ、良好な排水処理が遂行されるとともに、安定した発電電圧を確実に得ることが可能になる等、第1〜第4の実施形態と同様の効果が得られる。
For this reason, in the fifth embodiment, the surface tension of the water can be broken by the concavo-
10…燃料電池スタック 12…燃料電池
20a、20b…エンドプレート 22…電解質膜・電極構造体
24、26…金属セパレータ 28…固体高分子電解質膜
30…アノード側電極 32…カソード側電極
40a…酸化剤ガス入口連通孔 40b…酸化剤ガス出口連通孔
42a…冷却媒体入口連通孔 42b…冷却媒体出口連通孔
44a…燃料ガス入口連通孔 44b…燃料ガス出口連通孔
46…酸化剤ガス流路 48…燃料ガス流路
50…冷却媒体流路
62a、62b、90、110…マニホールド部材
64a、64b、66a、66b、68a、68b…孔部
70…突起部 72…重合領域
74…内周面
76a、76b、78a、78b、80a、80b…管部材
92…凹形状部 100、104…凸形状部
102、106…溝部 112…凹凸形状部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記積層体の少なくとも一方の端部に配設されるマニホールド部材を備え、
前記マニホールド部材は、前記反応ガス連通孔に連通し且つ該反応ガス連通孔とは異なる開口形状を有するマニホールド連通孔を設けるとともに、
前記マニホールド部材には、前記反応ガス連通孔と前記マニホールド連通孔との連結部位に凹形状部、凸形状部又は凹凸形状部が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。 An electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte, and a laminate in which a separator is stacked in a horizontal direction, and the electrode / electrode structure is disposed between the electrolyte / electrode structure and one separator. A reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the surface direction is formed, and a reaction gas communication hole communicating with an end of the reaction gas flow path is formed through the stacked body in the stacking direction. A fuel cell stack,
A manifold member disposed on at least one end of the laminate,
The manifold member is provided with a manifold communication hole communicating with the reaction gas communication hole and having an opening shape different from the reaction gas communication hole,
The fuel cell stack, wherein the manifold member has a concave portion, a convex portion, or a concave and convex portion formed at a connection portion between the reaction gas communication hole and the manifold communication hole.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005051326A JP2006236841A (en) | 2005-02-25 | 2005-02-25 | Fuel cell stack |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005051326A JP2006236841A (en) | 2005-02-25 | 2005-02-25 | Fuel cell stack |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006236841A true JP2006236841A (en) | 2006-09-07 |
Family
ID=37044245
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005051326A Pending JP2006236841A (en) | 2005-02-25 | 2005-02-25 | Fuel cell stack |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006236841A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009051142A1 (en) * | 2007-10-17 | 2009-04-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
JP2009224195A (en) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell stack |
JP2015191841A (en) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 本田技研工業株式会社 | fuel cell stack |
JP2016081678A (en) * | 2014-10-15 | 2016-05-16 | トヨタ紡織株式会社 | Discharge structure of oxidant gas |
JP2017091669A (en) * | 2015-11-05 | 2017-05-25 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell stack |
JP7480662B2 (en) | 2020-10-02 | 2024-05-10 | トヨタ車体株式会社 | Fuel cell separators |
-
2005
- 2005-02-25 JP JP2005051326A patent/JP2006236841A/en active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009051142A1 (en) * | 2007-10-17 | 2009-04-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
JP2009099380A (en) * | 2007-10-17 | 2009-05-07 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
JP4673877B2 (en) * | 2007-10-17 | 2011-04-20 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
JP2009224195A (en) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell stack |
JP2015191841A (en) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 本田技研工業株式会社 | fuel cell stack |
JP2016081678A (en) * | 2014-10-15 | 2016-05-16 | トヨタ紡織株式会社 | Discharge structure of oxidant gas |
JP2017091669A (en) * | 2015-11-05 | 2017-05-25 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell stack |
CN106935891A (en) * | 2015-11-05 | 2017-07-07 | 本田技研工业株式会社 | Fuel cell pack |
US10367223B2 (en) | 2015-11-05 | 2019-07-30 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
JP7480662B2 (en) | 2020-10-02 | 2024-05-10 | トヨタ車体株式会社 | Fuel cell separators |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5090651B2 (en) | Fuel cell | |
US7691511B2 (en) | Fuel cell having coolant flow field wall | |
US9153826B2 (en) | Bipolar plate with features for mitigation of exit water retention | |
US7811719B2 (en) | PEM fuel cell with charging chamber | |
JP7033981B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP2006236841A (en) | Fuel cell stack | |
JP5111826B2 (en) | Fuel cell | |
JP2006236612A (en) | Fuel cell | |
JP2006278177A (en) | Fuel cell | |
JP2011070805A (en) | Solid polymer type fuel cell | |
JP2006278247A (en) | Fuel cell | |
JP5766916B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
JP4516403B2 (en) | Fuel cell | |
JP3673252B2 (en) | Fuel cell stack | |
JPH11176457A (en) | Solid high polymer electrolyte fuel cell | |
JP2010153175A (en) | Fuel battery | |
JP2006147258A (en) | Separator and fuel battery stack | |
JP2006147503A (en) | Fuel cell stack | |
JP2005071955A (en) | Fuel cell | |
JP2007194041A (en) | Fuel cell | |
JP2006100016A (en) | Fuel cell stack | |
JP2006066172A (en) | Fuel cell | |
JP2006066131A (en) | Fuel cell | |
JP2006147217A (en) | Fuel cell system | |
JP2005251604A (en) | Fuel cell stack |