JP2007287509A - Fuel cell stack - Google Patents

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Shuhei Goto
Ken Takahashi
修平 後藤
謙 高橋
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Honda Motor Co Ltd
本田技研工業株式会社
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    • Y02E60/521Proton Exchange Membrane Fuel Cells [PEMFC]

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure improved power generation performance by preventing liquid junction reliably with a simple and compact configuration. <P>SOLUTION: In a fuel battery stack 10, a first end plate 20a arranged at the edge of a laminate 14 is provided, and metal piping 60b having an output hole 66b communicating with an oxidizer gas discharge communicating hole 40b is fitted to the first end plate 20a. An insulating cylindrical member 72 for exhausting is inserted into the oxidizer gas discharge communicating hole 40b, is separated upward from a bottom 76 of the oxidizer gas discharge communication hole 40b, and is fitted to the metal piping 60b. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとが積層される積層体を備え、電極面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、少なくとも前記反応ガス流路の出口に連通する反応ガス排出連通孔が前記積層体を積層方向に貫通する燃料電池スタックに関する。 The present invention includes a provided pair of electrodes on both sides of the electrolyte electrolyte electrode assembly, comprising a laminate and the separator are laminated, the reaction gas flow path for supplying a reactant gas along an electrode surface is formed with a fuel cell stack reactant gas discharge passage communicating with the outlet of at least the reaction gas flow path through the laminate in the laminating direction.

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。 For example, a solid polymer electrolyte fuel cell employs a solid polymer electrolyte membrane is a polymer ion exchange membrane. 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配設した電解質膜・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。 The fuel cell, on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, respectively electrocatalyst (electrode catalyst layer) and the porous carbon (diffusion layer) anode and cathode-side electrode is disposed the membrane electrode assembly consisting of constitutes a power generation cell sandwiched between separators (bipolar plates). 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。 Usually, in the fuel cell, the fuel cell stack is used by stacking the power generation cell by a predetermined number.

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。 In the fuel cell, the anode and the cathode of the power generation cells are stacked, for supplying the fuel gas and the oxidizing gas are each reaction gas, often constituting the internal manifold. 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供給連通孔及び反応ガス排出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、前記反応ガス供給連通孔及び前記反応ガス排出連通孔がそれぞれ連通している。 The internal manifold is provided with a reaction gas supply passage and the reactant gas discharge passage provided through in the stacking direction of the power generation cell, a reaction gas flow path for supplying a reactant gas along an electrode surface (oxidizing gas the inlet end and the outlet end of the flow path and the fuel gas flow path), the reaction gas supply passage and the reactant gas discharge passages are communicated, respectively.

ところで、燃料電池スタックには、反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔に連通する供給側配管及び排出側配管が接続されている。 Meanwhile, the fuel cell stack, the supply pipe and the discharge-side pipe is connected to communicate with the reactant gas supply passage and the reactant gas discharge passage. その際、燃料電池スタックと供給側配管及び排出側配管との接続部位から漏電するおそれがある。 At that time, there is a risk of leakage from the connection portion between the fuel cell stack the supply pipe and the discharge pipe.

そこで、この種の漏電を抑制するために、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池システムが提案されている。 Therefore, in order to suppress this type of leakage, for example, a fuel cell system disclosed in Patent Document 1 has been proposed. この燃料電池システムは、図9に示すように、燃料電池スタック1を備えており、この燃料電池スタック1は、複数のセルモジュール2を積層した積層体を備えるとともに、この積層体の積層方向両端には、エンドプレート3a、3bが配設される。 The fuel cell system, as shown in FIG. 9, includes a fuel cell stack 1, the fuel cell stack 1 is provided with a laminate formed by stacking a plurality of the cell module 2, the stacking direction at both ends of the laminate the end plates 3a, 3b are disposed.

一方のエンドプレート3aには、加湿された水素ガス、加湿された空気及び冷却液のそれぞれの供給配管4a、5a及び6aと、それぞれの排出配管4b、5b及び6bが接続されている。 On one of the end plates 3a, humidified hydrogen gas each supply pipe 4a of humidified air and cooling liquid, and 5a and 6a, respectively discharge pipe 4b, 5b and 6b are connected. これらの供給配管4a〜6a及び排出配管4b〜6bは、電気絶縁性部材で形成されている。 These supply pipes 4a~6a and discharge pipe 4b~6b is formed of an electrically insulating member.

特開2005−332674号公報(図1) JP 2005-332674 JP (FIG. 1)

しかしながら、上記の特許文献1では、特に排出配管5bに連通する空気排出連通孔(図示せず)には、発電により生成される生成水が凝縮して滞留水が発生し易い一方、排出配管4bに連通する水素ガス排出連通孔(図示せず)には、生成水の逆拡散による水分が凝縮して滞留水が発生し易い。 However, in Patent Document 1 above, in particular to the air discharge passage which communicates with the discharge pipe 5b (not shown), product water generated by the power generation while easily to standing water occurs condensation, exhaust pipe 4b the hydrogen gas discharge passage that communicates (not shown) is likely water by reverse diffusion of generated water and to standing water occurs condensation.

このため、排出配管4b、5b内には、凝縮水が反応ガス排出圧力によって排出されており、この凝縮水を介して金属部材同士が電気的に短絡(液絡)するという問題がある。 Therefore, the discharge pipe 4b, the inside 5b, the condensed water has been discharged from the reaction gas exhaust pressure, the metal members to each other via the condensed water is a problem that electrical short-circuit (liquid junction). その際、排出配管4b、5bを相当に長尺に構成して絶縁抵抗を大きくすることが考えられる。 At that time, the discharge pipe 4b, 5b considerably is conceivable to increase the construction and insulation resistance in long a. ところが、排出配管4b、5bは、電気絶縁性部材で形成されるため、長尺化により強度不足が発生し易くなるとともに、外部配管の取り回しが煩雑化し、配管構造が大型化するという問題がある。 However, the discharge pipe 4b, 5b are to be formed with an electrically insulating member, together with the lack of strength by lengthening tends to occur, maneuverability and complication of external piping, piping structure has a problem that the size of .

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、液絡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 has been made to solve this kind of problem, a simple and compact structure, it is possible to reliably prevent the liquid junction, to provide a fuel cell stack capable of ensuring a good power generation performance With the goal.

本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとが積層される積層体を備え、電極面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、少なくとも前記反応ガス流路の出口に連通する反応ガス排出連通孔が前記積層体を積層方向に貫通する燃料電池スタックに関するものである。 The present invention includes a provided pair of electrodes on both sides of the electrolyte electrolyte electrode assembly, comprising a laminate and the separator are laminated, the reaction gas flow path for supplying a reactant gas along an electrode surface is formed together, it relates to a fuel cell stack reactant gas discharge passage communicating with the outlet of at least the reaction gas flow path through the laminate in the laminating direction.

積層体の端部に配設されるエンドプレートには、反応ガス排出連通孔に連通する排出マニホールドが設けられるとともに、前記排出マニホールドには、前記反応ガス排出連通孔に挿入され且つ前記反応ガス排出連通孔の底部から上方に離間する排気用の絶縁性筒部材が装着されている。 The end plate being disposed at an end of the stack, with discharge manifold communicating is provided in the reaction gas discharge communication hole, said the discharge manifold is inserted into the reaction gas discharge passage and the reactant gas discharge insulating tube member for discharge away from the bottom portion of the communicating hole upward is mounted.

また、エンドプレートには、反応ガス排出連通孔内に滞留する滞留水を絶縁性筒部材の下方から排出するためのドレン機構が設けられることが好ましい。 Further, the end plate preferably drainage mechanism for draining the accumulated water staying in the reaction gas discharge communication hole from the lower side of the insulating cylinder member is provided. さらに、ドレン機構は、反応ガス排出連通孔内に挿入され且つ絶縁性筒部材の下方に配置される絶縁性ドレン配管を備えることが好ましい。 Further, the drain mechanism is preferably provided with insulation drain pipe disposed below the inserted and insulating tube member into the reaction gas discharge communication hole.

さらにまた、ドレン機構は、エンドプレートの外方に延在する金属性ドレン配管を備えるとともに、前記金属性ドレン配管は、該金属性ドレン配管内の水分を除去するための水切り部に接続されることが好ましい。 Furthermore, the drain mechanism is provided with a metallic drain pipe that extends outwardly of the end plate, the metal drain pipe is connected to a draining unit for removing moisture from gold attribute drain the pipe it is preferable.

本発明によれば、排気用の絶縁性筒部材が、反応ガス排出連通孔の底部から上方に離間して前記反応ガス排出連通孔内に挿入されている。 According to the present invention, the insulating tube member for discharge is inserted into the reaction gas discharge communication hole from the bottom of the reaction gas discharge passage spaced upwardly. このため、反応ガス排出連通孔内に凝縮水が滞留していても、前記凝縮水と絶縁性筒部材内に排出される凝縮水とを介して液絡が発生することを阻止することができる。 Therefore, even if condensed water stays in the reaction gas discharge communication hole, liquid junction via the condensed water discharged to the condensed water and the insulating cylinder member can be prevented from occurring . しかも、絶縁性筒部材の全長によって所望の絶縁距離(絶縁抵抗)を良好に確保することが可能になる。 Moreover, it is possible to satisfactorily ensure a desired insulation distance (insulation resistance) by the total length of the insulating tube member.

これにより、燃料電池スタックの外部に長尺な配管が延在することがなく、前記燃料電池スタック全体を容易にコンパクト化するとともに、外部配管の取り回しが有効に簡素化する。 Thus, out of the fuel cell stack without long pipe extends, with readily compact entire fuel cell stack, routing the external piping effectively simplified.

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。 Figure 1 is a schematic perspective view of a fuel cell stack 10 according to a first embodiment of the present invention.

燃料電池スタック10は、複数の燃料電池12が矢印A方向(水平方向)に積層される積層体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とが設けられる。 The fuel cell stack 10 includes a laminate 14 in which a plurality of fuel cells 12 are stacked in an arrow A direction (horizontal direction), in the stacking direction (arrow A direction) ends of the laminated body 14, first and second 2 terminal plates 16a, and 16b, first and second insulating plate 18a, and 18b, first and second end plates 20a, and the 20b is provided. 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 fuel cell stack 10, although not shown, for example, is held clamped by such fastening bolts or box-like casing.

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。 As shown in FIG. 2, the fuel cell 12, a horizontal direction (arrow A direction) the membrane electrode assembly stacked on (electrolyte electrode assembly) 22, and the first and second metal separators 24, 26 equipped with a. 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。 Incidentally, in alternative to the first and second metal separators 24, 26, for example, carbon separators may be used.

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。 Membrane electrode assembly 22, for example, a solid polymer electrolyte membrane 28 where water a thin membrane of perfluorosulfonic acid is impregnated, the anode 30 and the cathode sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 28 32 provided with a door. 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。 Anode 30 and the cathode 32 has a gas diffusion layer such as a carbon paper (not shown), uniformly coating a porous carbon particles of platinum alloy supported on the surface of the gas diffusion layer It has to electrode catalyst layer formed of a (not shown).

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供給連通孔40a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔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排出連通孔(反応ガス排出連通孔)44bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。 At one end of the arrow B direction of the fuel cell 12, communicate with each other in the arrow A direction is the stacking direction, oxidizing gas, e.g., oxygen-containing gas supply passage 40a for supplying an oxygen-containing gas, cooling coolant supply passage 42a for supplying a medium, and a fuel gas, for example, a fuel gas discharge passage (reactant gas discharge passage) 44b for discharging a hydrogen-containing gas, in the arrow C direction (vertical direction) It is provided in the sequence.

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供給連通孔44a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔42b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔(反応ガス排出連通孔)40bが、矢印C方向に配列して設けられる。 At the other edge of the arrow B direction of the fuel cell 12, communicate with each other in the direction of arrow A, the fuel gas supply passage 44a for supplying a fuel gas, a coolant discharge passage for discharging the cooling medium 42b, and the oxidizing gas discharge passage (reactant gas discharge passage) 40b for discharging the oxygen-containing gas is provided and arranged in the direction of arrow C.

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、酸化剤ガス供給連通孔40aと酸化剤ガス排出連通孔40bとに連通する酸化剤ガス流路(反応ガス流路)46が設けられる。 The surface 24a facing the membrane electrode assembly 22 of the first metal separator 24, the oxidant gas flow path which communicates with the oxygen-containing gas supply passage 40a oxygen-containing gas discharge passage 40b (reaction gas passages) 46 is provided. 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、燃料ガス供給連通孔44aと燃料ガス排出連通孔44bとに連通する燃料ガス流路(反応ガス流路)48が設けられる。 The membrane electrode assembly 22 to the facing surface 26a of the second metal separator 26, the fuel gas flow path communicating with the fuel gas supply passage 44a and the fuel gas discharge passage 44b (reactant gas passage) 48 is provided It is. 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、冷却媒体供給連通孔42aと冷却媒体排出連通孔42bとに連通する冷却媒体流路50を一体的に形成する。 The first metal separator 24 and the second metal separator 26, facing surfaces 24b, to 26b, integrally formed cooling medium passage 50 which communicates with a coolant supply passage 42a and the coolant discharge passage 42b to.

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52aが射出成形等により一体的に設けられる。 Surface 24a of the first metal separator 24, the 24b, the first seal member 52a and around the outer edge of the first metal separator 24 is provided integrally by injection molding or the like. 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52bが射出成形等により一体的に設けられる。 Surface 26a of the second metal separator 26, the 26b, the second seal member 52b and around the outer edge of the second metal separator 26 are provided integrally by injection molding or the like.

図1に示すように、第1エンドプレート20aの矢印B方向一端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔40a、冷却媒体供給連通孔42a及び燃料ガス排出連通孔44bに対応して入口孔部54a、入口孔部56a及び出口孔部58bが形成される。 As shown in FIG. 1, on the arrow B direction end edge of the first end plate 20a, the oxygen-containing gas supply passage 40a, to correspond to the coolant supply passage 42a and the fuel gas discharge passage 44b inlet holes 54a, the inlet holes 56a and outlet holes 58b are formed. 入口孔部54a、入口孔部56a及び出口孔部58bには、金属配管60a、62a及び64bが取り付けられる。 Inlet holes 54a, the inlet holes 56a and outlet holes 58b, the metal pipe 60a, 62a and 64b are mounted.

第1エンドプレート20aの矢印B方向他端縁部には、燃料ガス供給連通孔44a、冷却媒体排出連通孔42b及び酸化剤ガス排出連通孔40bに対応して入口孔部58a、出口孔部56b及び出口孔部54bが形成される。 The arrow B direction end edge of the first end plate 20a, a fuel gas supply passage 44a, the coolant discharge passage 42b and the inlet holes 58a in correspondence with the oxygen-containing gas discharge passage 40b, outlet holes 56b and outlet holes 54b are formed. 入口孔部58a、出口孔部56b及び出口孔部54bには、金属配管64a、62b及び60bが取り付けられる。 Inlet holes 58a, the outlet holes 56b and the outlet holes 54b, the metal pipe 64a, 62b and 60b are mounted. なお、第1エンドプレート20aでは、入口孔部54a、56a及び58aと出口孔部54b、56b及び58bの内周面に絶縁材による被覆処理を施してもよい。 In the first end plate 20a, the inlet holes 54a, 56a and 58a and the outlet hole 54b, the inner peripheral surface of 56b and 58b may be subjected to a coating treatment with an insulating material.

金属配管60a、62a及び64aには、入口孔部66a、68a及び70aが設けられるとともに、金属配管60b、62b及び64bには、出口孔部66b、68b及び70bが設けられる。 Metal tubing 60a, to 62a and 64a, the inlet holes 66a, together with 68a and 70a are provided, metal tubing 60b, and 62b and 64b are outlet holes 66b, 68b and 70b are provided. 金属配管60a、64aは、給気マニホールドを構成する一方、金属配管60b、64bは、排気マニホールドを構成する。 Metal pipe 60a, 64a, while constituting a supply manifold, a metal pipe 60b, 64b constitute an exhaust manifold.

図1及び図3に示すように、金属配管60bには、排気用の絶縁性筒部材72が装着される。 As shown in FIGS. 1 and 3, the metal pipe 60b includes an insulating tubular member 72 for the exhaust gas is mounted. 絶縁性筒部材72は、例えば、電気絶縁性樹脂で形成されており、軸方向に所定の長さLを有するとともに、外周部には、上方側に開口する多数の開口部74が形成される。 Insulating tube member 72, for example, is formed of an electrically insulating resin, which has a predetermined length L in the axial direction, the outer peripheral portion, a number of openings 74 which opens upward is formed .

絶縁性筒部材72は、第1エンドプレート20a側から酸化剤ガス排出連通孔40bに挿入されるとともに、前記酸化剤ガス排出連通孔40bの底部76から上方に所定の距離Hだけ離間して配置される。 Insulating tube member 72 while being inserted into the oxygen-containing gas discharge passage 40b from the first end plate 20a side, disposed from the oxygen-containing gas discharge passage 40b of the bottom 76 spaced upwardly by a predetermined distance H It is.

図1に示されるように、金属配管64bには、同様に燃料ガス排出連通孔44bに挿入される絶縁性筒部材78が装着される。 As shown in FIG. 1, the metal pipe 64b is likewise insulating tube member 78 to be inserted into the fuel gas discharge passage 44b are mounted. この絶縁性筒部材78は、上記の絶縁性筒部材72と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。 The insulating tube member 78 is configured similarly to the insulating cylinder member 72, a detailed description thereof will be omitted.

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。 Operation of the fuel cell stack 10 will be described below.

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、金属配管60aから酸化剤ガス供給連通孔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、金属配管64aから燃料ガス供給連通孔44aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。 As shown in FIG. 1, in the first end plate 20a of the fuel cell stack 10, the oxidizing gas such as oxygen-containing gas is supplied to the oxygen-containing gas supply passage 40a from the metal pipe 60a, the metal pipe 64a a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas supply passage 44a from. さらに、金属配管62aから冷却媒体供給連通孔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。 Further, a coolant such as pure water or ethylene glycol to the coolant supply passage 42a is supplied from the metal pipe 62a.

図2に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔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。 As shown in FIG. 2, the oxidizing gas is introduced from the oxygen-containing gas supply passage 40a to the oxygen-containing gas flow field 46 of the first metal separator 24. このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路46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。 Thus, the oxygen-containing gas moves along the cathode 32 of the membrane electrode assembly 22 via the oxidizing gas channel 46.

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔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。 On the other hand, the fuel gas is introduced from the fuel gas supply passage 44a to the fuel gas flow path 48 of the second metal separator 26. 燃料ガスは、燃料ガス流路48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。 The fuel gas moves along the anode 30 of the membrane electrode assembly 22 through the fuel gas flow path 48.

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 membrane electrode assembly 22, the oxygen-containing gas supplied to the cathode 32, and the fuel gas supplied to the anode 30 are consumed in the electrochemical reactions at catalyst layers of the power It is carried out.

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、酸化剤ガス排出連通孔40bに排出される(図2参照)。 Then, the cathode-side oxidizing gas consumed is supplied to the electrode 32 is discharged into the oxygen-containing gas discharge passage 40b (see FIG. 2). 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、燃料ガス排出連通孔44bに排出される。 Similarly, the fuel gas consumed is supplied to the anode 30 is discharged into the fuel gas discharge passage 44b.

一方、冷却媒体供給連通孔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。 On the other hand, the cooling medium supplied to the coolant supply passage 42a is introduced into the coolant flow field 50 formed between the first and second metal separators 24, 26. 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。 In the coolant flow field 50, the cooling medium is moved in the horizontal direction (arrow B direction). 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、冷却媒体排出連通孔42bに排出される。 Thus, the cooling medium after cooling over power the entire surface of the membrane electrode assembly 22, it is discharged into the coolant discharge passage 42b.

この場合、カソード側電極32では、発電反応によって生成水が発生し、この生成水は、酸化剤ガス流路46に沿って使用済みの酸化剤ガスと共に酸化剤ガス排出連通孔40bに排出される。 In this case, the cathode 32, the produced water generated by the power generation reaction, the product water is discharged into the oxygen-containing gas discharge passage 40b with the spent oxidant gas along the oxygen-containing gas flow field 46 . このため、酸化剤ガス排出連通孔40bには、生成水が凝縮された凝縮水の滞留が惹起され易い。 Therefore, the oxygen-containing gas discharge passage 40b, easy retention of condensate produced water is condensed is raised.

一方、アノード側電極30では、カソード側電極32で発生した生成水が逆拡散して燃料ガス流路48に沿って移動し、燃料ガス排出連通孔44bに凝縮水の滞留が惹起され易い。 On the other hand, the anode 30, the produced water generated in the cathode-side electrode 32 by despreading along the fuel gas flow passage 48, retention of condensed water into the fuel gas discharge passage 44b are caused easily.

そこで、第1の実施形態では、酸化剤ガス排出連通孔40b及び燃料ガス排出連通孔44bに絶縁性筒部材72、78が配設されている。 Therefore, in the first embodiment, the insulating tube member 72 and 78 is disposed in the oxygen-containing gas discharge passage 40b and the fuel gas discharge passage 44b. 図3に示すように、絶縁性筒部材72は、金属配管60bに一端が装着された状態で、第1エンドプレート20a側から酸化剤ガス排出連通孔40b内に挿入され且つ前記酸化剤ガス排出連通孔40bの底部76から上方に距離Hだけ離間して配置されている。 As shown in FIG. 3, the insulating tube member 72 in a state where one end to the metal pipe 60b is mounted, it is inserted from the first end plate 20a side to the oxygen-containing gas discharge passage 40b and the oxygen-containing gas discharge from the bottom 76 of the communication hole 40b is spaced upwardly by a distance H.

このため、各酸化剤ガス流路46から酸化剤ガス排出連通孔40bに排出された生成水は、底部76に滞留する。 Thus, produced water discharged into the oxygen-containing gas discharge passage 40b from each oxygen-containing gas flow field 46 is collected in the bottom 76. 一方、絶縁性筒部材72の上部側に設けられた複数の開口部74を介してこの絶縁性筒部材72内に導入された生成水は、使用済みの酸化剤ガスと共に金属配管60b側に押し出される。 On the other hand, the insulating tube member 72 through a plurality of openings 74 provided on the upper side of the insulating cylinder member 72 produced water introduced into the extruded into the metal pipe 60b side along with the spent oxidant gas It is.

このように、絶縁性筒部材72は、酸化剤ガス排出連通孔40bの底部76から上方に距離Hだけ離間しているため、前記底部76に凝縮水が滞留していても、この凝縮水と前記絶縁性筒部材72内に排出される凝縮水とを介して液絡が発生することを確実に阻止することができる。 Thus, the insulating tube member 72, since the separated upward by a distance H from the bottom 76 of the oxygen-containing gas discharge passage 40b, even if condensed water accumulated in the bottom portion 76, and the condensed water the liquid junction via the condensed water is discharged to the insulating cylinder member 72 can be reliably prevented from occurring.

しかも、金属部材間である底部76と金属配管60bとの間は、絶縁性筒部材72の全長Lによって所望の絶縁距離(絶縁抵抗)を良好に確保することが可能になる。 Moreover, between the bottom 76 and the metal pipe 60b is between the metal member, it is possible to satisfactorily ensure a desired insulation distance (insulation resistance) by the total length L of the insulating tube member 72. 一方、燃料ガス排出連通孔44bにおいても同様に、絶縁性筒部材78を介して凝縮水による液絡の発生を確実に阻止することが可能になる。 On the other hand, also in the fuel gas discharge passage 44b, it is possible to reliably prevent the occurrence of liquid junction by condensed water through the insulating tube member 78.

これにより、第1エンドプレート20aには、金属配管60bを用いることができるとともに、燃料電池スタック10の外部に長尺な配管部材が延在することがない。 Thus, the first end plate 20a, it is possible to use a metal pipe 60b, externally elongated pipe member of the fuel cell stack 10 is prevented from extending. 従って、燃料電池スタック10全体を容易にコンパクト化するとともに、外部配管の取り回しが有効に簡素化するという効果が得られる。 Accordingly, the easily compact whole fuel cell stack 10, the effect is obtained that effectively simplify handling of the external piping.

図4は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック80の概略斜視図であり、図5は、前記燃料電池スタック80の第1エンドプレート20a側の断面説明図である。 Figure 4 is a schematic perspective view of a fuel cell stack 80 according to a second embodiment of the present invention, FIG 5 is a sectional view of a first end plate 20a side of the fuel cell stack 80.

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。 Incidentally, the fuel cell stack 10 same components as those of the first embodiment are denoted by identical reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. また、以下に説明する第3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。 Similarly, in the third embodiment described below, a detailed description thereof will be omitted.

燃料電池スタック80は、第1エンドプレート20a側にドレン機構82を備える。 The fuel cell stack 80 is provided with a drain mechanism 82 to the first end plate 20a side. ドレン機構82は、絶縁性ドレン配管84を設けるとともに、この絶縁性ドレン配管84は、金属配管60bに挿入支持されるとともに、酸化剤ガス排出連通孔40b内に挿入され且つ絶縁性筒部材72の下方に配置される。 Drain mechanism 82, provided with an insulating drain pipe 84, the insulating drain pipe 84, while being inserted into and supported on the metal pipe 60b, is inserted into the oxygen-containing gas discharge passage 40b and the insulating tube member 72 arranged below. 金属配管60bには、絶縁性ドレン配管84と同軸的に金属ドレン配管86が取り付けられる。 The metal pipe 60b includes an insulating drain pipe 84 coaxially with the metal drain pipe 86 is attached. なお、燃料ガス排出連通孔44b側においても同様に、ドレン機構82が設けられる。 Incidentally, also in the fuel gas discharge passage 44b side, drain mechanism 82 is provided.

このように構成される第2の実施形態では、酸化剤ガス排出連通孔40bに排出される生成水は、底部76と絶縁性筒部材72との間に滞留し易い。 In thus configured second embodiment, the produced water is discharged to the oxygen-containing gas discharge passage 40b is likely to stay between the bottom 76 and the insulating tube member 72. この領域には、絶縁性ドレン配管84が配置されており、この絶縁性ドレン配管84内を通って滞留水(凝縮水)が酸化剤ガス排出連通孔40bから円滑に排出される。 This region is disposed an insulating drain pipe 84, standing water through the insulating drain pipe 84 (condensed water) is smoothly discharged from the oxygen-containing gas discharge passage 40b.

これにより、酸化剤ガス排出連通孔40bの底部76上に多量の滞留水が存在することがなく、この滞留水と絶縁性筒部材72内の凝縮水とを介して液絡が発生することを一層確実に阻止することができる。 Thus, without the presence of a large amount of accumulated water on the bottom portion 76 of the oxygen-containing gas discharge passage 40b, that liquid junction occurs via this stagnant water and condensed water of the insulating tube member 72 it can be more reliably prevented. しかも、絶縁性筒部材72内の凝縮水を介して液絡が発生することがないため、この絶縁性筒部材72の全長Lを有効に短尺化することが可能になる。 Moreover, since liquid junction via the condensed water of the insulating cylinder member 72 does not occur, it is possible to effectively short the entire length L of the insulating tube member 72.

なお、酸化剤ガス排出連通孔40b及び燃料ガス排出連通孔44bでは、ドレン機構82による排水性を向上させるために、それぞれの開口形状を選択することができる。 In the oxygen-containing gas discharge passage 40b and the fuel gas discharge passage 44b, in order to improve the drainage by a drain mechanism 82, it is possible to select each opening shape. 例えば、図6に示すように、酸化剤ガス排出連通孔40b及び燃料ガス排出連通孔44bにテーパ面102を設けることにより、それぞれの下部側を狭めて水が溜まり易い形状に設定する。 For example, as shown in FIG. 6, by providing the tapered surface 102 to the oxygen-containing gas discharge passage 40b and the fuel gas discharge passage 44b, by narrowing the respective lower side is set to easily form accumulate water. このため、少量の滞留水であっても、絶縁性ドレン配管84を介して円滑且つ確実に排出することが可能になる。 Therefore, even a small amount of standing water, it is possible to smoothly and reliably discharged through the insulating drain pipe 84.

また、図7に示すように、酸化剤ガス排出連通孔40b及び燃料ガス排出連通孔44bの下部に段部を介して狭小開口部104を形成し、この狭小開口部104に絶縁性ドレン配管84を配設することができる。 Further, as shown in FIG. 7, via the step portion in the lower portion of the oxygen-containing gas discharge passage 40b and the fuel gas discharge passage 44b to form a narrow opening 104, an insulating drain pipe 84 to the narrow opening 104 it can be arranged. これにより、少量の滞留水を容易且つ確実に排出することが可能になる。 Thus, it is possible to easily and reliably discharged a small amount of standing water.

図8は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタック90の第1エンドプレート20a側の断面説明図である。 Figure 8 is a sectional view of a first end plate 20a of the fuel cell stack 90 according to a third embodiment of the present invention.

燃料電池スタック90は、第1エンドプレート20a側にドレン機構92を設ける。 The fuel cell stack 90 is provided with a drain mechanism 92 to the first end plate 20a side. ドレン機構92は、第1エンドプレート20aに取り付けられる絶縁板94を備えるとともに、この絶縁板94に金属ドレン配管96の一端が連結される。 Drain mechanism 92 is provided with a insulating plate 94 attached to the first end plate 20a, one end of the metal drain pipe 96 is connected to the insulating plate 94. 金属ドレン配管96の他端には、この金属ドレン配管96内の水分を除去するための水切り部98に接続される。 The other end of the metal drain pipe 96 is connected to the draining part 98 for removing moisture from the metal drain pipe 96.

このように、第3の実施形態では、酸化剤ガス排出連通孔40bの底部76に滞留する凝縮水は、ドレン機構92を構成する金属ドレン配管96を介して水切り部98に排出される。 Thus, in the third embodiment, condensed water collected in the bottom 76 of the oxygen-containing gas discharge passage 40b is discharged to the draining portion 98 via the metal drain pipe 96 constituting the drain mechanism 92. このため、所望の絶縁抵抗を確保するとともに、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。 Accordingly, while securing a desired insulation resistance, the same effect as the first and second embodiments are obtained.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視図である。 It is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視図である。 It is an exploded perspective view of a fuel cell of the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの第1エンドプレート側の断面説明図である。 It is a cross sectional view of the first end plate side of the fuel cell stack. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視図である。 It is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの第1エンドプレート側の断面説明図である。 It is a cross sectional view of the first end plate side of the fuel cell stack. 酸化剤ガス排出連通孔及び燃料ガス排出連通孔の他の下部形状の説明図である。 It is an explanatory view of another bottom shape of the oxygen-containing gas discharge passage and the fuel gas discharge passage. 前記酸化剤ガス排出連通孔及び前記燃料ガス排出連通孔のまた別の下部形状の説明図である。 Wherein an addition illustration of another bottom shape of the oxygen-containing gas discharge passage and the fuel gas discharge passage. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタックの第1エンドプレート側の断面説明図である。 It is a cross sectional view of the first end plate side of the fuel cell stack according to a third embodiment of the present invention. 特許文献1に開示されている燃料電池システムの概略説明図である。 It is a schematic illustration of a fuel cell system disclosed in Patent Document 1.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10、80、90…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…酸化剤ガス供給連通孔 40b…酸化剤ガス排出連通孔42a…冷却媒体供給連通孔 42b…冷却媒体排出連通孔44a…燃料ガス供給連通孔 44b…燃料ガス排出連通孔46…酸化剤ガス流路 48…燃料ガス流路50…冷却媒体流路60a、60b、62a、62b、64a、64b…金属配管72、78…絶縁性筒部材 74…開口部76…底部 82、92…ドレン機構84…絶縁性ドレン配管 86、96…金属ドレン配管94…絶縁板 98…水切り部 10,80,90 ... fuel cell stack 12: fuel cell 20a, 20b ... end plate 22 ... membrane electrode assembly 24, 26 ... metal separator 28 ... solid polymer electrolyte membrane 30 ... anode 32 ... cathode 40a ... oxidant gas supply passage 40b ... oxygen-containing gas discharge passage 42a ... coolant supply passage 42b ... coolant discharge passage 44a ... fuel gas supply passage 44b ... fuel gas discharge passage 46 ... oxidizing gas road 48 ... fuel gas flow field 50 ... coolant flow 60a, 60b, 62a, 62b, 64a, 64b ... metal pipes 72, 78 ... insulating tubular member 74 ... opening 76 ... bottom 82, 92 ... drain mechanism 84 ... insulating drain pipe 86, 96 ... metal drain pipe 94 ... insulating plate 98 ... cutwater

Claims (4)

  1. 電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体と、セパレータとが積層される積層体を備え、電極面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、少なくとも前記反応ガス流路の出口に連通する反応ガス排出連通孔が前記積層体を積層方向に貫通する燃料電池スタックであって、 And on both sides of the electrolyte provided with a pair of electrodes electrolyte electrode assembly, comprising a laminate and the separator are stacked, together with the reaction gas flow path for supplying a reactant gas along an electrode surface is formed, at least the a fuel cell stack reactant gas discharge passage communicating with the outlet of the reaction gas channel passes through the laminate in the lamination direction,
    前記積層体の端部に配設されるエンドプレートには、前記反応ガス排出連通孔に連通する排出マニホールドが設けられるとともに、 The end plate being disposed at an end of the stack, with the discharge manifold is provided which communicates with the reaction gas discharge communication hole,
    前記排出マニホールドには、前記反応ガス排出連通孔に挿入され且つ前記反応ガス排出連通孔の底部から上方に離間する排気用の絶縁性筒部材が装着されることを特徴とする燃料電池スタック。 Wherein the discharge manifold, the fuel cell stack, characterized in that the insulating tube member for discharge away from the bottom of the are inserted into the reaction gas discharge passage and the reactant gas discharge passage upward is mounted.
  2. 請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記エンドプレートには、前記反応ガス排出連通孔内に滞留する滞留水を前記絶縁性筒部材の下方から排出するためのドレン機構が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1, said end plate, and characterized in that the drainage mechanism is provided for discharging the accumulated water staying in the reaction gas discharge communication hole from the lower side of the insulating tube member fuel cell stack.
  3. 請求項2記載の燃料電池スタックにおいて、前記ドレン機構は、前記反応ガス排出連通孔内に挿入され且つ前記絶縁性筒部材の下方に配置される絶縁性ドレン配管を備えることを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 2, wherein the drain mechanism includes a fuel cell characterized by comprising an insulating drain pipe disposed below the inserted and the insulating tubular member to said reaction gas discharge communication hole stack.
  4. 請求項2記載の燃料電池スタックにおいて、前記ドレン機構は、前記エンドプレートの外方に延在する金属性ドレン配管を備えるとともに、 The fuel cell stack according to claim 2, wherein the drain mechanism is provided with a metallic drain pipe extending outwardly of said end plate,
    前記金属性ドレン配管は、該金属性ドレン配管内の水分を除去するための水切り部に接続されることを特徴とする燃料電池スタック。 The metallic drain piping, fuel cell stack, characterized in that it is connected to the draining portion for removing water from gold attribute drain the pipe.
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