JP2007141553A - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、単位燃料電池を複数積層してなる燃料電池スタックに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell stack formed by stacking a plurality of unit fuel cells.
燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池(以下、単位セルという)を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタックとするものが知られている。
この燃料電池では、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で酸素と電気化学反応を起こして発電し、その際に水(以下、生成水)を生成する。この発電には発熱を伴うため、発電を継続するために一般に冷媒を流して燃料電池を冷却している。
In a fuel cell, a membrane electrode structure is formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode from both sides, and a pair of separators are arranged on both sides of the membrane electrode structure to form a flat unit fuel. A battery (hereinafter referred to as a unit cell) is configured, and a plurality of unit cells are stacked to form a fuel cell stack.
In this fuel cell, hydrogen ions generated by a catalytic reaction at the anode electrode permeate the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode electrode, where they generate an electrochemical reaction with oxygen at the cathode electrode. (Hereinafter, produced water) is produced. Since this power generation is accompanied by heat generation, in order to continue the power generation, the fuel cell is generally cooled by flowing a refrigerant.
この種の燃料電池には、波状に蛇行して延びる突条を備えたセパレータを、金属プレートをプレス成形して形成し、このセパレータを膜電極構造体のアノード電極およびカソード電極に密接して配置して突条とアノード電極あるいはカソード電極との間の空間を反応ガス通路(すなわち、燃料ガス通路あるいは酸化剤ガス通路)にしたものがある。(例えば特許文献1参照)。
前記特許文献1に記載されている燃料電池では、波状をなす反応ガス通路を水平方向に延ばしているため、反応ガス通路において下向きに凸となる部分に生成水等の水が滞留する場合がある。水が滞留している部分では反応ガスが電極(カソード電極あるいはアノード電極)に接触することができなくなるため、発電面を実質的に狭めることとなり、発電性能が低下する。また、反応ガス通路を閉塞することになれば、発電面への反応ガスの供給が滞ってしまう。
そこで、波状をなす反応ガス通路を鉛直方向に延ばして、反応ガスを燃料電池スタックの上から下へ鉛直下向き(重力方向)に流すようにすることが考えられている、このように構成すると、水も反応ガスと一緒に鉛直方向に流れていくので、反応ガス通路内に水を滞留させないようにすることができる。
In the fuel cell described in Patent Document 1, since the wavy reaction gas passage extends in the horizontal direction, water such as generated water may stay in a portion that protrudes downward in the reaction gas passage. . Since the reaction gas cannot contact the electrode (cathode electrode or anode electrode) in the portion where the water stays, the power generation surface is substantially narrowed and the power generation performance is reduced. Moreover, if the reaction gas passage is blocked, the supply of the reaction gas to the power generation surface is delayed.
Therefore, it is considered to extend the wavy reaction gas passage in the vertical direction so that the reaction gas flows vertically downward (in the direction of gravity) from the top to the bottom of the fuel cell stack. Since water also flows in the vertical direction together with the reaction gas, it is possible to prevent water from staying in the reaction gas passage.
これにより、定置式の燃料電池であれば反応ガス通路内の水滞留の問題は解決される。しかしながら、移動体(例えば、車両)に搭載された燃料電池の場合には、移動体の姿勢が一定でないので、その姿勢の如何によっては反応ガス通路に水が滞留する可能性がある。
そこで、この発明は、姿勢変化を強いられる設置条件であっても反応ガス通路内から水を確実に排出することができる燃料電池スタックを提供するものである。
Thereby, if it is a stationary fuel cell, the problem of water retention in the reaction gas passage is solved. However, in the case of a fuel cell mounted on a moving body (for example, a vehicle), since the posture of the moving body is not constant, water may stay in the reaction gas passage depending on the posture.
Therefore, the present invention provides a fuel cell stack capable of reliably discharging water from the reaction gas passage even under installation conditions that are forced to change posture.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、電解質膜(例えば、後述する実施例における固体高分子電解質膜21)の両側にアノード電極(例えば、後述する実施例におけるアノード電極22)とカソード電極(例えば、後述する実施例におけるカソード電極23)を設けて膜電極構造体(例えば、後述する実施例における膜電極構造体20)を構成し、前記アノード電極とカソード電極に密接してセパレータ(例えば、後述する実施例におけるアノード側セパレータ30A、カソード側セパレータ30B)を配置しこれら電極とセパレータとの間にそれぞれ反応ガス通路(例えば、後述する実施例における燃料ガス通路51、酸化剤ガス通路52)を形成して単位燃料電池(例えば、後述する実施例における単位セル10)を構成し、この単位燃料電池を複数積層してなる燃料電池スタック(例えば、後述する実施例における燃料電池スタックS)であって、前記反応ガス通路は波状に蛇行しながら鉛直方向に延びており、燃料電池スタックを鉛直方向に起立させたときの鉛直方向に対する前記反応ガス通路の傾き角度(例えば、後述する実施例における傾き角度β)と、該燃料電池スタックを搭載する機器(例えば、後述する実施例における車両V)の最大傾斜角度(例えば、後述する実施例における最大傾斜角度α1,α2)との和が、90度よりも小さいことを特徴とする燃料電池スタックである。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is directed to an anode electrode (for example, an
このように構成することにより、燃料電池スタックを搭載した機器が最大傾斜角度の姿勢になったときにも、反応ガス通路は下方に傾斜した姿勢となるので、反応ガス通路内の水を滞留させずに下方へと流れ落とすことができる。 With this configuration, even when the device on which the fuel cell stack is mounted is in the posture of the maximum inclination angle, the reaction gas passage is inclined downward, so that water in the reaction gas passage is retained. Without being able to flow down.
請求項1に係る発明によれば、燃料電池スタックを搭載した機器が最大傾斜角度の姿勢になったときにも、反応ガス通路内の水を下方へ流れ落とすことができるので、反応ガス通路内に水が滞留するのを確実に阻止することができ、流路閉塞も阻止することができる。その結果、燃料電池スタックの発電性能を良好に維持することができる。また、反応ガス通路内において水が凍結することもないので、電解質膜の損傷防止、低温始動性の向上を図ることができる。 According to the first aspect of the present invention, since the water in the reaction gas passage can flow downward even when the device on which the fuel cell stack is mounted assumes the posture of the maximum inclination angle, It is possible to reliably prevent water from staying in the channel, and to prevent blockage of the flow path. As a result, the power generation performance of the fuel cell stack can be maintained satisfactorily. Further, since water does not freeze in the reaction gas passage, it is possible to prevent damage to the electrolyte membrane and improve low-temperature startability.
以下、この発明に係る燃料電池スタックの実施例を図1から図14の図面を参照して説明する。なお、この実施例は燃料電池自動車に搭載される燃料電池スタックの態様であり、この実施例において車両Vは燃料電池スタックを搭載する機器を構成する。
図1は燃料電池スタックSの概略斜視図であり、燃料電池スタックSは、高さ方向に細長い単位燃料電池(以下、単位セルと称す)10を多数積層して電気的に直列接続し、その両側にエンドプレート90A,90Bを配置し、図示しないタイロッドによって締結して構成されている。この実施例の燃料電池スタックSは、高さ方向を鉛直方向に向けて車両に搭載される。以下、図中の矢印Xは燃料電池スタックSの幅方向を示し、矢印Yは単位セル10の積層方向を示し、矢印Zは燃料電池スタックSの高さ方向を示す。
Embodiments of a fuel cell stack according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS. This embodiment is an aspect of a fuel cell stack mounted on a fuel cell vehicle. In this embodiment, the vehicle V constitutes a device on which the fuel cell stack is mounted.
FIG. 1 is a schematic perspective view of a fuel cell stack S. The fuel cell stack S is formed by stacking a plurality of unit fuel cells (hereinafter referred to as unit cells) 10 elongated in the height direction and electrically connecting them in series.
図2に示すように、単位セル10は、膜電極構造体20の両側にセパレータ30A,30Bを配置したサンドイッチ構造をなす。詳述すると、膜電極構造体20は、図5に示すように、例えばフッ素系電解質材料等からなる固体高分子電解質膜(電解質膜)21の両側にアノード電極22とカソード電極23を設けて構成され、膜電極構造体20のアノード電極22に面してアノード側セパレータ30Aが、カソード電極23に面してカソード側セパレータ30Bが配置されている。両セパレータ30A,30Bは金属プレートを所定にプレス成形して形成されており、前記構成の単位セル10を積層してなる燃料電池スタックSでは、隣接する2つの単位セル10,10において一方の単位セル10のアノード側セパレータ30Aと他方の単位セル10のカソード側セパレータ30Bとが密接する。
As shown in FIG. 2, the
図2において、膜電極構造体20と両セパレータ30A,30Bの左上隅部には、使役前の燃料ガス(例えば、水素ガス)が流通する燃料ガス供給口11が設けられ、その対角位置である右下隅部には、使役後の燃料ガス(以下、アノードオフガスという)が流通するアノードオフガス排出口12が設けられている。同様に、膜電極構造体20と両セパレータ30A,30Bの右上隅部には、使役前の酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス供給口13が設けられ、その対角位置である左下隅部には、使役後の酸化剤ガス(以下、カソードオフガスという)が流通するカソードオフガス排出口14が設けられている。さらに、膜電極構造体20と両セパレータ30A,30Bの左端部には、使役前の冷却水が流通する4つの冷却水供給口15,15・・・が縦列に並んで設けられ、対称位置である右端部には、使役後の冷却水が流通する4つの冷却水排出口16,16・・・が縦列に並んで設けられている。冷却水供給口15,15・・・と冷却水排出口16,16・・・は、燃料ガス供給口11および酸化剤ガス供給口13よりも下方であって、アノードオフガス排出口12およびカソードオフガス排出口14よりも上方に配置されている。
また、燃料ガス供給口11と酸化剤ガス供給口13の間、および、アノードオフガス排出口12とカソードオフガス排出口14の間には、燃料電池スタックSを締結するタイロッドを挿通するためのタイロッド挿通孔17が設けられている。
In FIG. 2, the upper left corner of the
Further, a tie rod for inserting a tie rod for fastening the fuel cell stack S is inserted between the fuel
これら燃料ガス供給口11、アノードオフガス排出口12、酸化剤ガス供給口13、カソードオフガス排出口14、冷却水供給口15,15・・・、冷却水排出口16,16・・・は、単位セル10として組み立てられた状態、および、燃料電池スタックSとして組み立てられた状態において、後述するシール部43,44を介して各供給口11,13,15,15・・・毎、各排出口12,14,16,16・・・毎に連通して、分配流路もしくは集合流路として機能し、それぞれ一方のエンドプレート90Aに設けられた燃料ガス供給口91、アノードオフガス排出口92、酸化剤ガス供給口93、カソードオフガス排出口94、冷却水供給口95,95・・・、冷却水排出口96,96・・・に連通し、他方のエンドプレート90Bによって先端を閉塞されている。
These fuel
そして、燃料ガス供給口91に燃料ガスを、酸化剤ガス供給口93に酸化剤ガスを、冷却水供給口95,95・・・に冷却水を、それぞれ図示しないマニホールドを介して供給可能に構成されており、また、アノードオフガス排出口92から排出されるアノードオフガス、カソードオフガス排出口94から排出されるカソードオフガス、冷却水排出口96,96・・・から排出される冷却水を、それぞれ図示しないマニホールドを介して排出可能に構成されている。
また、タイロッド挿通孔17も単位セル10として組み立てられた状態、および、燃料電池スタックSとして組み立てられた状態において、後述するシール部43,44を介して連通するとともに、エンドプレート90Aのタイロッド挿通孔17に連通する。
The fuel
Further, in a state where the tie
図3に示すように、アノード側セパレータ30Aは膜電極構造体20に面当接する平坦部36を備え、冷却水供給口15,15・・・と冷却水排出口16,16・・・の間に挟まれた矩形領域には、膜電極構造体20から離間する方向に突出する突条31Aがその長手方向を鉛直方向に向けて多数形成され、水平方向(X方向)等間隔に並行に配置されている。図5に示すように、この突条31Aの断面形状は平坦な頂部35を有する台形状をなし、隣り合う突条31A,31Aの端部同士は平坦部36によって接続されている。
As shown in FIG. 3, the anode-side separator 30 </ b> A includes a
各突条31Aは略台形波状に左右に蛇行しながら鉛直方向に延びている。詳述すると、1本の突条31Aは、鉛直方向へ千鳥に配置され鉛直方向直線的に延びる第1の直線部32および第2の直線部33が、鉛直方向に対して傾斜して延びる傾斜部34により接続されて構成されている。以下の説明の都合上、同一突条31Aにおいて第1の直線部32と第2の直線部33の水平方向中心間距離を突条31Aの振幅W、同一突条31Aにおいて隣接する第1の直線部32,32の中心間距離を突条31AのピッチPと定義すると、全突条31Aにおいて、振幅Wは同一に設定されており、ピッチPも同一に設定されている。
Each
アノード側セパレータ30Aにおいて、燃料ガス供給口11および酸化剤ガス供給口13よりも下方には、上部バッファー部37が膜電極構造体20から離間する方向に突出して形成されている。上部バッファー部37は正面視で下方に末広がりの台形状をなし、前述した各突条31Aの上端が上部バッファー部37の下端に連通している。上部バッファー部37には膜電極構造体20に接近する方向に突出する円筒状の凸部38が分散して設けられており、凸部38の先端面はアノード側セパレータ30Aの平坦部36と面一にされている。さらに、上部バッファ部37と燃料ガス供給口11は、この間において膜電極構造体20から離間する方向に突出して多数形成された別の突条39を介して連通している。
In the anode separator 30 </ b> A, an
また、アノード側セパレータ30Aにおいて、アノードオフガス排出口12およびカソードオフガス排出口14よりも上方には、下部バッファー部40が膜電極構造体20から離間する方向に突出して形成されている。下部バッファ部40は正面視で上方に末広がりの台形状をなし、前述した各突条31Aの下端が下部バッファー部40の上端に連通している。下部バッファー部40には膜電極構造体20に接近する方向に突出する円筒状の凸部41が分散して設けられており、凸部41の先端面はアノード側セパレータ30Aの平坦部36と面一にされている。さらに、下部バッファ部40とアノードオフガス排出口12は、この間において膜電極構造体20から離間する方向に突出して多数形成された別の突条42を介して連通している。
In the anode-
そして、アノード側セパレータ30Aにおいて膜電極構造体20に密接する面には、絶縁樹脂(例えば、シリコン樹脂)からなるシール部43が設けられている。シール部43は、燃料ガス供給口11とアノードオフガス排出口12と上部バッファー部37と下部バッファ部40と総ての突条31A,39,42の外側を一周して囲繞するとともに、酸化剤ガス供給口13、カソードオフガス排出口14、各冷却水供給口15,15・・・、各冷却水排出口16,16・・・、タイロッド挿通孔17をそれぞれ個別に囲繞している。
A
アノード側セパレータ30Aはその平坦部36とシール部43を膜電極構造体20のアノード電極22に密接して取り付けられ、膜電極構造体20と上部バッファー部37との間に形成される空間、膜電極構造体20と下部バッファ部40との間に形成される空間、膜電極構造体20と突条31A,39,42との間に形成される空間が、燃料ガスが流通するアノードガス通路(反応ガス通路)51となる。その結果、燃料ガス供給口11を介してアノードガス通路51に導入された燃料ガスは、突条39、上部バッファー部37、突条31A、下部バッファ部40、突条42を順に流通して、アノードオフガス排出口12に排出される。すなわち、燃料ガスは膜電極構造体20のアノード電極22に沿って蛇行しながら上から下へ鉛直方向に流れていく。
その際に、上部バッファー部37が下方に末広がりの台形状をなし、多数の凸部38を有しているので、燃料ガス供給口11から上部バッファー部37に導入した燃料ガスを拡散して総ての突条31Aにほぼ均一に分配することができる。また、下部バッファ部40が上方に末広がりの台形状をなし、多数の凸部41を有しているので、各突条31Aから下部バッファ部40に導入されたアノードオフガスを整流してアノードオフガス排出口12に集合させることができる。
The anode-
At this time, since the
カソード側セパレータ30Bもアノード側セパレータ30Aとほぼ同様の構成であるので同一構成については説明を省略し、図4を参照して相違点だけを説明する。なお、図4はカソード側セパレータ30Bをカソード電極23に面する側から見た図である。
図2のように同一面側から見たときに、カソード側セパレータ30Bの突条31Bとアノード側セパレータ30Aの突条31Aは位相を異にしており、正弦波形で言えば180度位相がずれている。
突条31Bの振幅WとピッチPについては、カソード側セパレータ30Bもアノード側セパレータ30Aと同一に設定されている。
酸化剤ガス供給口13とこれに対向する上部バッファー部37は突条39を介して連通しており、カソードオフガス排出口14とこれに対向する下部バッファ部40は突条42を介して連通している。
カソード側セパレータ30Bのシール部43は、酸化剤ガス供給口13とカソードオフガス排出口14と上部バッファー部37と下部バッファ部40と総ての突条31B,39,42の外側を一周して囲繞するとともに、燃料ガス供給口11、アノードオフガス排出口12、各冷却水供給口15,15・・・、各冷却水排出口16,16・・・、タイロッド挿通孔17をそれぞれ個別に囲繞している。
Since the cathode-
As shown in FIG. 2, when viewed from the same surface side, the
Regarding the amplitude W and pitch P of the
The oxidant
The
カソード側セパレータ30Bはその平坦部36とシール部43を膜電極構造体20のカソード電極23に密接して取り付けられ、膜電極構造体20と上部バッファー部37との間に形成される空間、膜電極構造体20と下部バッファ部40との間に形成される空間、膜電極構造体20と突条31B,39,42との間に形成される空間が、酸化剤ガスが流通するカソードガス通路(反応ガス通路)52となる。その結果、酸化剤ガス供給口13を介してカソードガス通路52に導入された酸化剤ガスは、突条39、上部バッファー部37、突条31B、下部バッファ部40、突条42を順に流通して、カソードオフガス排出口14に排出される。すなわち、酸化剤ガスは膜電極構造体20のカソード電極23に沿って蛇行しながら上から下へ鉛直方向に流れていく。
その際に、上部バッファー部37が下方に末広がりの台形状をなし、多数の凸部38を有しているので、酸化剤ガス供給口13から上部バッファー部37に導入した酸化剤ガスを拡散して総ての突条31Bにほぼ均一に分配することができる。また、下部バッファ部40が上方に末広がりの台形状をなし、多数の凸部41を有しているので、各突条31Bから下部バッファ部40に導入されたカソードオフガスを整流してカソードオフガス排出口14に集合させることができる。
なお、図2において膜電極構造体20の面内に二点鎖線で示すように、この燃料電池スタックSにおいては、アノード側セパレータ30Aの突条31Aおよびカソード側セパレータ30Bの突条31Bが設けられている領域が実質的な発電領域Gとなる。
The cathode-
At this time, since the
2, the fuel cell stack S is provided with a
また、図2に示すように、カソード側セパレータ30Bにおいて膜電極構造体20に密接する面の裏面にも、絶縁樹脂(例えば、シリコン樹脂)からなるシール部44が設けられている。シール部44は、冷却水供給口15,15・・・および冷却水排出口16,16・・・の外側を1周して囲繞するとともに、燃料ガス供給口11、アノードオフガス排出口12、酸化剤ガス供給口13、カソードオフガス排出口14、タイロッド挿通孔17をそれぞれ個別に囲繞している。このカソード側セパレータ30Bと同様に、アノード側セパレータ30Aにおいて膜電極構造体20に密接する面の裏面にも、シール部44が設けられている。
As shown in FIG. 2, a
前述したように、単位セル10を積層してなる燃料電池スタックSでは、隣接する2つの単位セル10,10において一方の単位セル10のアノード側セパレータ30Aと他方の単位セル10のカソード側セパレータ30Bとが密接するが、その際には、アノード側セパレータ30Aの突条31Aにおける第1の直線部32の頂部35とカソード側セパレータ30Bの突条31Bにおける第1の直線部32の頂部35とを密接させるとともに、アノード側セパレータ30Aの上部バッファ部37および下部バッファ部40とカソード側セパレータ30Bの上部バッファ部37および下部バッファ部40とを密接させ、アノード側セパレータ30Aのシール部44とカソード側セパレータ30Bのシール部44とを密接させる。これにより、両シール部44,44に囲繞された両セパレータ30A,30B間の空間であって上部バッファー部37と下部バッファ部40の間に、冷却水供給口15,15・・・、冷却水排出口16,16・・・、突条31A,31Bを包囲する領域に冷却水通路(冷媒通路)53が形成される。そして、上部バッファ部37,37間、および下部バッファ部40,40間には冷却水が流れなくなるので、発電領域Gに冷媒を効率よく流通させることができ、発電領域Gを効率的に冷却することができる。
As described above, in the fuel cell stack S in which the
図5、図6を参照して冷却水通路53について詳述する。なお、図6は、アノード側セパレータ30Aの突条31Aとカソード側セパレータ30Bの突条31Bをそれぞれ1本ずつ代表的に図示している。
前述したように、アノード側セパレータ30Aの突条31Aとカソード側セパレータ30Bの突条31Bは互いに位相を異にしているので、突条31Aにおける第1の直線部32の頂部35と突条31Bにおける第1の直線部32の頂部35とを密接させて重ねたときに、突条31Aにおける第2の直線部33の頂部35と突条31Bにおける第2の直線部33の頂部35は重なることなく、互いに水平方向に離間して位置し、この間に開口60が形成される。
The cooling
As described above, since the
また、アノード側セパレータ30Aの突条31Aにおける第2の直線部33の頂部35はカソード側セパレータ30Bの平坦部36から離間して配置されており、同様に、カソード側セパレータ30Bの突条31Bにおける第2の直線部33の頂部35はアノード側セパレータ30Aの平坦部36から離間して配置されている。これにより、アノード側セパレータ30Aとカソード側セパレータ30Bの間に形成される冷却水通路53は、突条31A,31Bの第1の直線部32,32が突き合わさっている部分では水平方向を遮断されるが、突条31A,31Bの第2の直線部33,33が存在する部分では水平方向に連通する。
その結果、冷却水供給口15,15・・・から冷却水通路53に導入された冷却水は、突条31Aの第2の直線部33と突条31Bの第2の直線部33との間を縫うようにして水平方向に流通し、対応する冷却水排出口16,16・・・へと流れる。つまり、燃料ガスと酸化剤ガスが鉛直方向に流れるのに対し、冷却水はこれら反応ガスの流れ方向と直交する水平方向に流れる。
Further, the
As a result, the cooling water introduced into the cooling
このように構成された燃料電池スタックSおよび単位セル10では、アノード電極22で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜21を透過してカソード電極23まで移動し、カソード電極23で酸素と電気化学反応を起こして発電し、その際に水を生成する。この発電に伴う発熱により単位セル10が所定の作動温度を越えないように、冷却水通路53を流れる冷却水で熱を奪い冷却する。
In the fuel cell stack S and the
ところで、図7に示すように、燃料電池スタックSを鉛直方向(Z方向)に起立した姿勢において、鉛直方向に対する傾斜部34の傾き角度を燃料ガス通路51あるいは酸化剤ガス通路52(以下、総称して反応ガス通路51,52とする)の傾き角度βと定義すると、この実施例の燃料電池スタックSにおいては反応ガス通路51,52の傾き角度βと、車両Vの最大傾斜角度との和が90度よりも小さく設定されている。
Incidentally, as shown in FIG. 7, in the posture in which the fuel cell stack S is erected in the vertical direction (Z direction), the inclination angle of the
図9〜図11は、燃料電池スタックSを車両Vのセンタートンネル内に収納し、単位セル10の積層方向(Y方向)を車両の前後方向に沿わせ、燃料電池スタックSの幅方向(X方向)を車幅方向に沿わせ、燃料電池スタックSの高さ方向(Z方向)を鉛直方向に沿わせて設置した例を示し、図9、図10は車両Vが水平な路面上を走行または停止している状態、図11は最大横傾斜角度(最大バンク角度)α1の路面上を走行または停止している状態を示す。
9 to 11, the fuel cell stack S is housed in the center tunnel of the vehicle V, the stacking direction (Y direction) of the
このように燃料電池スタックSを車両Vに搭載した場合には、燃料電池スタックSにおける反応ガス通路51,52の傾き角度βと最大横傾斜角度α1との和を90度よりも小さく設定しておく。
これにより、車両Vが最大横傾斜角度α1の姿勢になっても、図8に示すように、反応ガス通路51,52における傾斜部34は水平よりも下方に傾斜した姿勢となるので、このときにも反応ガス通路51,52内の水を滞留させずに下方へと流れ落とすことができる。
Thus, when the fuel cell stack S is mounted on the vehicle V, the sum of the inclination angle β and the maximum lateral inclination angle α1 of the
As a result, even when the vehicle V is in the posture of the maximum lateral inclination angle α1, as shown in FIG. 8, the
また、図12〜図14は、燃料電池スタックSを車両VのリヤシートRの下に収納し、単位セル10の積層方向(Y方向)を車幅方向に沿わせ、燃料電池スタックSの幅方向(X方向)を車両の前後方向に沿わせ、燃料電池スタックSの高さ方向(Z方向)を鉛直方向に沿わせて設置した例を示し、図12、図13は車両Vが水平な路面上を走行または停止している状態、図14は最大下り傾斜角度α2の路面上を走行または停止している状態を示す。
12-14, the fuel cell stack S is stored under the rear seat R of the vehicle V, the stacking direction (Y direction) of the
このように燃料電池スタックSを車両Vに搭載した場合には、燃料電池スタックSにおける反応ガス通路51,52の傾き角度βと最大下り傾斜角度α2との和を90度よりも小さく設定しておく。
これにより、車両Vが最大下り傾斜角度α2の姿勢になっても、図8に示すように、反応ガス通路51,52における傾斜部34は水平よりも下方に傾斜した姿勢となるので、このときにも反応ガス通路51,52内の水を滞留させずに下方へと流れ落とすことができる。
Thus, when the fuel cell stack S is mounted on the vehicle V, the sum of the inclination angle β and the maximum downward inclination angle α2 of the
As a result, even when the vehicle V is in the posture of the maximum downward inclination angle α2, as shown in FIG. 8, the
したがって、図9〜図11に示すように燃料電池スタックSを車両Vのセンタートンネル内に収納した場合であっても、あるいは、図12〜図14に示すように燃料電池スタックSを車両VのリヤシートR下に収納した場合であっても、反応ガス通路51,52内に水が滞留するのを確実に阻止することができ、流路閉塞も阻止することができる。その結果、燃料電池スタックSの発電性能を良好に維持することができる。また、反応ガス通路51,52内に水が残らないので、氷点下の雰囲気に車両Vを停車させておいても、反応ガス通路51,52内で水が凍結することがなく、これにより、固体高分子電解質膜21の損傷防止を図ることができるとともに、燃料電池スタックSの低温始動性が向上する。
Therefore, even when the fuel cell stack S is housed in the center tunnel of the vehicle V as shown in FIGS. 9 to 11, or the fuel cell stack S of the vehicle V as shown in FIGS. Even when stored under the rear seat R, it is possible to reliably prevent water from staying in the
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、反応ガス通路の波形を台形波状としたが、これに限定されるものではなく、正弦波形状など種々の波形が採用可能である。
また、前述した実施例では、セパレータを金属プレートで形成したが、セパレータを炭素板で構成し、該炭素板の表面に溝を形成してこれを反応ガス通路としてもよい。
[Other Examples]
The present invention is not limited to the embodiment described above.
For example, in the above-described embodiment, the waveform of the reaction gas passage is a trapezoidal wave shape, but is not limited to this, and various waveforms such as a sine wave shape can be adopted.
In the embodiment described above, the separator is formed of a metal plate. However, the separator may be formed of a carbon plate, and a groove may be formed on the surface of the carbon plate to serve as a reaction gas passage.
S 燃料電池スタック
V 車両(機器)
10 単位セル(単位燃料電池)
20 膜電極構造体
21 固体高分子電解質膜(電解質膜)
22 アノード電極
23 カソード電極
30A、30B セパレータ
51 燃料ガス通路(反応ガス通路)
52 酸化剤ガス通路(反応ガス通路)
S Fuel cell stack V Vehicle (equipment)
10 unit cell (unit fuel cell)
20
22
52 Oxidant gas passage (reaction gas passage)
Claims (1)
前記反応ガス通路は波状に蛇行しながら鉛直方向に延びており、
燃料電池スタックを鉛直方向に起立させたときの鉛直方向に対する前記反応ガス通路の傾き角度と、該燃料電池スタックを搭載する機器の最大傾斜角度との和が、90度よりも小さいことを特徴とする燃料電池スタック。 An anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane to constitute a membrane electrode structure, a separator is disposed in close contact with the anode electrode and the cathode electrode, and a reaction gas passage is formed between the electrode and the separator, respectively. A unit fuel cell, and a fuel cell stack formed by stacking a plurality of unit fuel cells,
The reaction gas passage extends in a vertical direction while meandering in a wavy shape,
The sum of the inclination angle of the reaction gas passage with respect to the vertical direction when the fuel cell stack is erected in the vertical direction and the maximum inclination angle of the device on which the fuel cell stack is mounted is smaller than 90 degrees, Fuel cell stack.
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