JP2011249010A - Fuel cell stack device - Google Patents

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充明 加藤
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Aisin Seiki Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell stack device that contributes to reduction in power generation unevenness in a stacking direction of cells by suppressing an excessive temperature drop at an end cell positioned at an end in the stacking direction of the stack.SOLUTION: A refrigerant passage structure 7 of a stack 1 includes intermediate refrigerant passages 70 of intermediate cells 2C present in the middle in the stack direction, and end refrigerant passages 72, 73 of end cells 2E, 2F present at ends in the stack direction. A refrigerant supplied from a refrigerant supply passage 5 to an entrance is flown to the intermediate refrigerant passages 70 of the intermediate cells 2C to cool the intermediate cells 2C, and the refrigerant which flows in the intermediate refrigerant passages 70 and receives heat from the intermediate cells 2C to be made warm is flown to the end refrigerant passages 72, 73 to cool the end cells 2E, 2F.

Description

本発明は複数のセルを積層した燃料電池スタック装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell stack device in which a plurality of cells are stacked.

燃料電池スタック装置は、膜電極接合体と膜電極接合体を厚み方向の両側を挟むセパレータとを有するセルを複数個厚み方向に積層して形成されると共に冷媒を流す冷媒通路構造を備えるスタックと、スタックの冷媒通路構造の入口に連通する冷媒供給通路と、スタックの冷媒通路構造の出口に連通する冷媒排出通路とを備える(特許文献1)。このようなスタック装置において、積層方向の端に位置する端セルでは、放熱性が高い傾向がある。このため端セルでは過剰に温度降下するおそれがある。これに対して、スタックの積層方向の中間側の中間セルでは、放熱性が少なく、熱こもり性が高い傾向がある。このため燃料電池スタック装置では、積層方向におけるセルの温度むらが大きく、積層方向において発電むらが発生するおそれがあった。殊に、固体高分子型の燃料電池の場合には、端セルにおいて、過剰な温度降下はフラッディングを発生させる要因となり、好ましくない。フラッディングとは、膜電極接合体などのガス流路面積を液相状の水で狭くして反応ガスの流れを制約させることをいう。   A fuel cell stack device is formed by stacking a plurality of cells having a membrane electrode assembly and separators sandwiching the membrane electrode assembly on both sides in the thickness direction, and having a refrigerant passage structure through which a refrigerant flows. A refrigerant supply passage communicating with the inlet of the refrigerant passage structure of the stack and a refrigerant discharge passage communicating with the outlet of the refrigerant passage structure of the stack (Patent Document 1). In such a stack apparatus, the end cell located at the end in the stacking direction tends to have high heat dissipation. For this reason, there is a risk of excessive temperature drop in the end cell. On the other hand, in the intermediate cell on the intermediate side in the stacking direction of the stack, there is a tendency for heat dissipation to be low and heat dissipation to be high. For this reason, in the fuel cell stack device, the temperature unevenness of the cells in the stacking direction is large, and power generation unevenness may occur in the stacking direction. In particular, in the case of a polymer electrolyte fuel cell, an excessive temperature drop in the end cell is a factor causing flooding, which is not preferable. Flooding refers to constraining the flow of reaction gas by narrowing the gas flow path area of a membrane electrode assembly or the like with liquid-phase water.

特開平8−111231号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-111231

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、スタックのうち放熱性が高い端セルにおける過剰な温度降下を抑制し、セルの積層方向における発電むらの低減に貢献できる燃料電池スタック装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a fuel cell stack device that can suppress an excessive temperature drop in an end cell with high heat dissipation in the stack and contribute to reduction of power generation unevenness in the cell stacking direction. The issue is to provide.

(1)様相1の本発明に係る燃料電池スタック装置は、膜電極接合体と膜電極接合体の厚み方向の両側を挟むセパレータとを有するセルを複数個厚み方向に積層して形成されると共に冷媒を流す冷媒通路構造を備えるスタックと、スタックの冷媒通路構造の入口に連通する冷媒供給通路と、スタックの冷媒通路構造の出口に連通する冷媒排出通路とを具備しており、スタックの冷媒通路構造は、スタックの積層方向の中間に存在する中間セルの中間冷媒通路と、積層方向の端に存在する端セルの端冷媒通路とを有しており、且つ、冷媒供給通路から供給される冷媒を中間セルの中間冷媒通路に流して中間セルを冷却し、中間冷媒通路を流れて中間セルから受熱して暖められた冷媒を端セルの端冷媒通路に流して端セルと熱交換させる構造を有する。   (1) The fuel cell stack device according to the present invention of aspect 1 is formed by laminating a plurality of cells each having a membrane electrode assembly and separators sandwiching both sides of the membrane electrode assembly in the thickness direction. A stack having a refrigerant passage structure for flowing a refrigerant, a refrigerant supply passage communicating with an inlet of the refrigerant passage structure of the stack, and a refrigerant discharge passage communicating with an outlet of the refrigerant passage structure of the stack. The structure has an intermediate refrigerant passage of an intermediate cell that exists in the middle of the stacking direction of the stack and an end refrigerant passage of an end cell that exists at the end of the stacking direction, and is supplied from the refrigerant supply passage To the intermediate refrigerant passage of the intermediate cell to cool the intermediate cell, and the refrigerant that flows through the intermediate refrigerant passage and receives heat from the intermediate cell and flows through the end refrigerant passage of the end cell to exchange heat with the end cell. Yes That.

様相1によれば、冷媒供給通路から供給される冷媒を、端セルの端冷媒通路ではなく、熱こもりにより昇温しがちの中間セルの中間冷媒通路に優先的に流し、中間セルを優先的に冷却させる。その後、上記したように中間冷媒通路を流れて中間セルから受熱して暖められた冷媒を、端セルの端冷媒通路に流して端セルと熱交換させる。従って、放熱性が高い端セルにおける温度の過剰降下が抑制される。このためスタックの積層方向におけるセルの温度むらが軽減される。   According to aspect 1, the refrigerant supplied from the refrigerant supply passage is preferentially caused to flow not in the end refrigerant passage of the end cell but in the intermediate refrigerant passage of the intermediate cell that tends to rise in temperature due to heat confinement, and the intermediate cell is given priority. Let cool. Thereafter, as described above, the refrigerant that has flowed through the intermediate refrigerant passage and received heat from the intermediate cell and warmed is passed through the end refrigerant passage of the end cell to exchange heat with the end cell. Therefore, an excessive drop in temperature in the end cell with high heat dissipation is suppressed. For this reason, the temperature unevenness of the cell in the stacking direction of the stack is reduced.

(2)様相2の本発明に係る燃料電池スタック装置は、冷媒供給通路から供給される冷媒を中間セルの中間冷媒通路に流して中間セルを冷却し、中間冷媒通路を流れて中間セルから受熱して暖められた冷媒を端セルの端冷媒通路に流して端セルと熱交換させる構造を有する点において、様相1と共通する技術的特徴をもつ。即ち、様相2の本発明に係る燃料電池スタック装置は、膜電極接合体と膜電極接合体を厚み方向の両側を挟むセパレータとを有するセルを複数個厚み方向に積層して形成されると共に冷媒を流す冷媒通路構造を備えるスタックと、スタックの冷媒通路構造の入口に連通する冷媒供給通路と、スタックの冷媒通路構造の出口に連通する冷媒排出通路とを具備しており、スタックの冷媒通路構造は、積層方向の中間に存在する中間セルの中間冷媒通路と、積層方向の端に存在する端セルの端冷媒通路と、中間冷媒通路を流れるものの端冷媒通路を流れないで冷媒排出通路に到達する冷媒流量α1と、中間冷媒通路および端冷媒通路を流れて冷媒排出通路に到達する冷媒流量α2との比率を調整する流量制御要素とを有しており、且つ、冷媒供給通路から供給される冷媒を中間セルの中間冷媒通路に流して中間セルを冷却し、中間冷媒通路を流れて中間セルから受熱して暖められた冷媒を端セルの端冷媒通路に流して端セルと熱交換させる構造を有する。   (2) In the fuel cell stack device according to the second aspect of the present invention, the refrigerant supplied from the refrigerant supply passage flows into the intermediate refrigerant passage of the intermediate cell to cool the intermediate cell, and flows through the intermediate refrigerant passage to receive heat from the intermediate cell. Thus, it has the same technical characteristics as the aspect 1 in that it has a structure in which the heated refrigerant flows through the end refrigerant passage of the end cell and exchanges heat with the end cell. That is, the fuel cell stack device according to the present invention of aspect 2 is formed by laminating a plurality of cells having a membrane electrode assembly and separators sandwiching the membrane electrode assembly on both sides in the thickness direction, and a refrigerant. A stack having a refrigerant passage structure for flowing the refrigerant, a refrigerant supply passage communicating with an inlet of the refrigerant passage structure of the stack, and a refrigerant discharge passage communicating with an outlet of the refrigerant passage structure of the stack. The intermediate refrigerant passage of the intermediate cell that exists in the middle of the stacking direction, the end refrigerant passage of the end cell that exists at the end of the stacking direction, and the refrigerant that flows through the intermediate refrigerant passage but does not flow through the end refrigerant passage A flow rate control element that adjusts a ratio between the refrigerant flow rate α1 that flows and the refrigerant flow rate α2 that flows through the intermediate refrigerant passage and the end refrigerant passage and reaches the refrigerant discharge passage, and the refrigerant supply passage The refrigerant supplied from the intermediate cell is allowed to flow through the intermediate refrigerant passage of the intermediate cell to cool the intermediate cell, and the refrigerant that has flowed through the intermediate refrigerant passage and received heat from the intermediate cell to flow through the end refrigerant passage of the end cell passes through the end cell. It has a structure for heat exchange.

様相2によれば、冷媒供給通路から供給される冷媒を、端セルの端冷媒通路ではなく、熱こもりにより昇温しがちの中間セルの中間冷媒通路に優先的に流して中間セルを冷却させる。その後、上記したように中間冷媒通路を流れて中間セルから受熱して暖められた冷媒を、端セルの端冷媒通路に流して端セルと熱交換させる。従って、放熱性が高い端セルにおける温度の過剰降下が抑制される。このためスタックの積層方向におけるセルの温度むらが軽減される。   According to the aspect 2, the refrigerant supplied from the refrigerant supply passage is preferentially flowed not to the end refrigerant passage of the end cell but to the intermediate refrigerant passage of the intermediate cell that tends to rise in temperature due to heat accumulation, thereby cooling the intermediate cell. . Thereafter, as described above, the refrigerant that has flowed through the intermediate refrigerant passage and received heat from the intermediate cell and warmed is passed through the end refrigerant passage of the end cell to exchange heat with the end cell. Therefore, an excessive drop in temperature in the end cell with high heat dissipation is suppressed. For this reason, the temperature unevenness of the cell in the stacking direction of the stack is reduced.

様相2によれば、スタックの発電運転において流量制御要素の開度を調整すれば、中間冷媒通路を流れるものの端冷媒通路を流れないで冷媒排出通路に到達する単位時間あたりの冷媒流量α1と、中間冷媒通路および端冷媒通路を流れて冷媒排出通路に到達する単位時間あたりの冷媒流量α2との比率を調整することができる。換言すると、端冷媒通路を流れて端セルと熱交換する冷媒の単位時間あたりの流量を調整でき、この冷媒は、中間セルの中間冷媒通路を流れて暖められたものであるため、端セルの熱交換量を調整でき、端セルの温度を調整できる。   According to aspect 2, if the opening degree of the flow rate control element is adjusted in the power generation operation of the stack, the refrigerant flow rate α1 per unit time reaching the refrigerant discharge passage without flowing through the end refrigerant passage though flowing through the intermediate refrigerant passage, The ratio with the refrigerant | coolant flow volume (alpha) 2 per unit time which flows through an intermediate | middle refrigerant path and an end refrigerant path, and reaches | attains a refrigerant | coolant discharge path can be adjusted. In other words, the flow rate per unit time of the refrigerant that flows through the end refrigerant passage and exchanges heat with the end cell can be adjusted, and since this refrigerant is warmed through the intermediate refrigerant passage of the intermediate cell, The amount of heat exchange can be adjusted, and the temperature of the end cell can be adjusted.

本発明によれば、スタックのうち放熱量が中間セルよりも多い端セルにおける過剰な温度降下を抑制できる。従って、セルの積層方向における発電むらの低減に貢献できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the excessive temperature fall in the end cell with more heat dissipation than a middle cell can be suppressed among stacks. Therefore, it is possible to contribute to reduction of power generation unevenness in the cell stacking direction.

実施形態1に係り、スタック装置の要部概念を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a concept of a main part of a stack device according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係り、スタック装置の要部概念を模式的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a main part concept of the stack device according to the first embodiment. 実施形態1に係り、中間セルに使用される中間セパレータの側面図である。FIG. 3 is a side view of an intermediate separator used in the intermediate cell according to the first embodiment. 実施形態1に係り、端セルに使用される端セパレータの側面図である。FIG. 3 is a side view of an end separator used in the end cell according to the first embodiment. 実施形態1に係り、集電板の側面図である。FIG. 4 is a side view of the current collector plate according to the first embodiment. 実施形態1に係り、第1エンドプレートの側面図である。FIG. 4 is a side view of the first end plate according to the first embodiment. 実施形態2に係り、スタック装置の要部概念を模式的に示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view schematically showing a main part concept of a stack device according to the second embodiment. 実施形態6に係り、スタック装置の要部概念を模式的に示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view schematically showing a main part concept of a stack device according to a sixth embodiment.

燃料電池は、パーフルオロスルホン酸ポリマー等の炭化フッ素系の電解質膜、炭化水素系の電解質膜を用いる固体高分子型燃料電池、リン酸を含浸させたポリベンズイミゾール等の電解質膜を用いる固体高分子型燃料電池が例示される。要するに、複数のセルを厚み方向に積層させると共にセルを冷媒で冷却させる方式であれば良い。冷媒としては、冷却水等の冷却液、冷却ガス、冷却ミスト等が挙げられる。中間冷媒通路は中間セルを冷却させるものであれば良く、隣接するセルを構成するセパレータを利用して形成できる。端冷媒通路は端セルを冷却させるものであれば良く、端セルを構成する端セパレータ、または、端セパレータに隣接する集電板を利用して形成しても良い。流量制御要素は、中間冷媒通路を流れるものの端冷媒通路を流れないで冷媒排出通路に到達する冷媒流量α1と、中間冷媒通路および端冷媒通路を流れて冷媒排出通路に到達する冷媒流量α2との比率を調整できるものであれば何でも良い。流量制御弁や可変オリファス等が例示される。   Fuel cells include fluorocarbon electrolyte membranes such as perfluorosulfonic acid polymers, solid polymer fuel cells using hydrocarbon electrolyte membranes, solids using electrolyte membranes such as polybenzimidazole impregnated with phosphoric acid A polymer fuel cell is exemplified. In short, any method may be used as long as a plurality of cells are stacked in the thickness direction and the cells are cooled with a refrigerant. Examples of the refrigerant include a cooling liquid such as cooling water, a cooling gas, and a cooling mist. The intermediate refrigerant passage only needs to cool the intermediate cell, and can be formed using a separator that constitutes an adjacent cell. The end refrigerant passage only needs to cool the end cell, and may be formed by using an end separator constituting the end cell or a current collecting plate adjacent to the end separator. The flow rate control element includes a refrigerant flow rate α1 that flows through the intermediate refrigerant passage but does not flow through the end refrigerant passage and reaches the refrigerant discharge passage, and a refrigerant flow rate α2 that flows through the intermediate refrigerant passage and the end refrigerant passage and reaches the refrigerant discharge passage. Anything can be used as long as the ratio can be adjusted. A flow control valve, a variable orifice, etc. are illustrated.

好ましくは、スタックは、冷媒供給通路からスタックの冷媒通路構造の入口に冷媒を供給するための第1冷媒入口と、スタックの中間冷媒通路を流れて中間セルから受熱して暖められた冷媒を端セルの端冷媒通路に流すことなく冷媒排出通路に流す第1冷媒出口と、中間冷媒通路を流れて中間セルから受熱して暖められた冷媒を端セルの端冷媒通路を介して冷媒排出通路に流す第2冷媒出口とを備えている。この場合、第1冷媒入口の冷媒の入口温度Tinを検知する入口温度センサと、スタックの第1冷媒出口から排出される冷媒の第1出口温度Tout1を検知する第1出口温度センサと、スタックの第2冷媒出口から排出される冷媒の第2出口温度Tout2を検知する第2出口温度センサとを備えていることが好ましい。制御装置は、入口温度Tinに対して第2出口温度Tout2がプラスマイナスτ℃(τ=0〜7℃、または、0〜5℃)となるように、制御装置は流量制御要素の開度を調整することが好ましい。τは0〜3℃が好ましい。この場合、端セルのセル面内温度分布を中間セルのセル面内温度分布に近づけるのに有利となり、全部のセルのセル面内温度分布をできるだけ同様にできる。   Preferably, the stack includes a first refrigerant inlet for supplying a refrigerant from the refrigerant supply passage to an inlet of the refrigerant passage structure of the stack, and a refrigerant that is warmed by receiving heat from the intermediate cell through the intermediate refrigerant passage of the stack. A first refrigerant outlet that flows into the refrigerant discharge passage without flowing into the end refrigerant passage of the cell, and a refrigerant that has flowed through the intermediate refrigerant passage and received heat from the intermediate cell and warmed to the refrigerant discharge passage through the end refrigerant passage of the end cell. And a second refrigerant outlet for flowing. In this case, an inlet temperature sensor for detecting the refrigerant inlet temperature Tin at the first refrigerant inlet, a first outlet temperature sensor for detecting the first outlet temperature Tout1 of the refrigerant discharged from the first refrigerant outlet of the stack, It is preferable to include a second outlet temperature sensor that detects a second outlet temperature Tout2 of the refrigerant discharged from the second refrigerant outlet. The control device sets the opening of the flow rate control element so that the second outlet temperature Tout2 becomes plus or minus τ ° C. (τ = 0 to 7 ° C. or 0 to 5 ° C.) with respect to the inlet temperature Tin. It is preferable to adjust. τ is preferably 0 to 3 ° C. In this case, it becomes advantageous to make the cell surface temperature distribution of the end cell close to the cell surface temperature distribution of the intermediate cell, and the cell surface temperature distribution of all the cells can be made as similar as possible.

(実施形態1)
図1〜図6は実施形態1の概念を示す。燃料電池スタック装置は固体高分子型の燃料電池であり、スタック1と、冷媒供給通路5と、冷媒排出通路6とを有する。冷媒供給通路5は、スタック1を冷却して温度調整する冷媒を搬送する冷媒搬送源として機能するポンプ50を有する。冷媒としては、冷却水等の冷却液、冷却ガス、冷却ミスト等が挙げられ、要するに熱交換できる流体であれば良い。スタック1は多数のセル2を積層して形成されている。単数のセル2は、膜電極接合体3と、膜電極接合体3を厚み方向の両側を挟むセパレータ4とを有する。膜電極接合体3は、イオン伝導性(プロトン伝導性)を有する固体高分子型の電解質膜30と、電解質膜30をこれの厚み方向に挟むアノード31およびカソード32で形成されている。アノード31は、燃料をアノード発電反応させる触媒層と、触媒層に燃料を拡散させつつ供給する多孔質のガス拡散層とで形成されている。カソード32は、カソードガスを発電反応させる触媒層と、触媒層にカソードガスを拡散させつつ供給する多孔質のガス拡散層とで形成されている。
(Embodiment 1)
1 to 6 show the concept of the first embodiment. The fuel cell stack device is a polymer electrolyte fuel cell, and includes a stack 1, a refrigerant supply passage 5, and a refrigerant discharge passage 6. The refrigerant supply passage 5 includes a pump 50 that functions as a refrigerant conveyance source that conveys a refrigerant that cools the stack 1 and adjusts the temperature. Examples of the refrigerant include a cooling liquid such as cooling water, a cooling gas, and a cooling mist. In short, any fluid that can exchange heat may be used. The stack 1 is formed by stacking a large number of cells 2. The single cell 2 includes a membrane electrode assembly 3 and a separator 4 that sandwiches the membrane electrode assembly 3 on both sides in the thickness direction. The membrane electrode assembly 3 is formed of a solid polymer electrolyte membrane 30 having ion conductivity (proton conductivity), and an anode 31 and a cathode 32 sandwiching the electrolyte membrane 30 in the thickness direction thereof. The anode 31 is formed of a catalyst layer that causes fuel to undergo an anode power generation reaction and a porous gas diffusion layer that supplies fuel while diffusing the fuel into the catalyst layer. The cathode 32 is formed of a catalyst layer that causes a cathode gas to generate a power and a porous gas diffusion layer that supplies the cathode layer while diffusing the cathode gas.

図1に示すように、スタック1は、複数個のセル2を厚み方向(矢印A方向)に積層して形成された発電機能を有する積層体10と、積層体10の積層方向の一端側に設けられた導電材料で形成された集電板11rと、集電板11rの外側に図略の電気絶縁板を介して設けられた第1エンドプレート11と、積層体10の積層方向の他端側に設けられた導電材料で形成された集電板11tと、集電板11tの外側に図略の電気絶縁板を介して設けられた第2エンドプレート12とを有する。図1に示すように、第1エンドプレート11は、冷媒供給通路5から流れる冷媒が供給される単数の冷媒入口13と、冷媒排出通路6に連通する第1冷媒出口14および第2冷媒出口15とを有する。冷媒入口13はスタック1の上部側に設けられている。スタック1のうちの後述する中間冷媒通路70において冷媒を下向きに流すためである。図1に示すように、第1冷媒出口14はスタック1の下部側に設けられている。第2冷媒出口15は、高さ方向において第1冷媒出口14と反対側に位置するようにスタック1の上部側に設けられている。   As shown in FIG. 1, the stack 1 includes a stacked body 10 having a power generation function formed by stacking a plurality of cells 2 in the thickness direction (arrow A direction), and one end side of the stacked body 10 in the stacking direction. The current collector plate 11r formed of the provided conductive material, the first end plate 11 provided outside the current collector plate 11r via an electrical insulating plate (not shown), and the other end in the stacking direction of the stacked body 10 A current collecting plate 11t made of a conductive material provided on the side, and a second end plate 12 provided on the outside of the current collecting plate 11t via an electric insulating plate (not shown). As shown in FIG. 1, the first end plate 11 includes a single refrigerant inlet 13 to which the refrigerant flowing from the refrigerant supply passage 5 is supplied, and a first refrigerant outlet 14 and a second refrigerant outlet 15 that communicate with the refrigerant discharge passage 6. And have. The refrigerant inlet 13 is provided on the upper side of the stack 1. This is because the refrigerant flows downward in an intermediate refrigerant passage 70 described later in the stack 1. As shown in FIG. 1, the first refrigerant outlet 14 is provided on the lower side of the stack 1. The second refrigerant outlet 15 is provided on the upper side of the stack 1 so as to be located on the side opposite to the first refrigerant outlet 14 in the height direction.

図1に示すように、スタック1を構成する積層体10は、積層方向(矢印A方向)の中間に存在する発電用の中間セル2Cと、積層方向の一端側に存在する発電用の端セル2Eと、積層方向の他端側に存在する発電用の端セル2Fとに区分けされている。端セル2Eは、スタック1の積層体10のうち積層方向(矢印A方向)の一端側に配置されている端のセルを意味する。端セル2Fは、スタック1の積層体10のうち積層方向(矢印A方向)の他端側に配置されている端のセルを意味する。ここで、一端側の端セル2Eは、積層体10のうち積層方向(矢印A方向)の一端側における最端の1個のセル2とすることができる。他端側の端セル2Fは、積層体10のうち積層方向(矢印A方向)の他端側における最端の1個のセル2とすることができる。スタック1の積層体10のうち、端セル2E,2F以外の残りのセル2が中間セル2Cに相当する。例えば40個のセル2が積層されているときには、積層方向(矢印A方向)の一端側のセル2および他端側のセル2は、高い放熱性をもつため、端セル2E,2Fに相当する。残部の38個のセル2が中間セル2Cに相当する。   As shown in FIG. 1, the stacked body 10 constituting the stack 1 includes a power generation intermediate cell 2C that exists in the middle of the stacking direction (arrow A direction) and a power generation end cell that exists on one end side in the stacking direction. 2E and a power generation end cell 2F existing on the other end side in the stacking direction. The end cell 2E means an end cell arranged on one end side in the stacking direction (arrow A direction) in the stacked body 10 of the stack 1. The end cell 2F means an end cell arranged on the other end side in the stacking direction (arrow A direction) in the stacked body 10 of the stack 1. Here, the end cell 2 </ b> E on one end side can be the single end cell 2 on the one end side in the stacking direction (arrow A direction) in the stacked body 10. The end cell 2 </ b> F on the other end side can be the one end cell 2 on the other end side in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 10. In the stacked body 10 of the stack 1, the remaining cells 2 other than the end cells 2E and 2F correspond to the intermediate cell 2C. For example, when 40 cells 2 are stacked, the cell 2 on one end side in the stacking direction (arrow A direction) and the cell 2 on the other end side have high heat dissipation, and therefore correspond to the end cells 2E and 2F. . The remaining 38 cells 2 correspond to the intermediate cell 2C.

図2に示すように、スタック1は、発電運転時において、冷媒を流してスタック1と熱交換してスタック1の温度調整を行うための冷媒通路構造7を備える。図2に示すように、冷媒通路構造7は、中間セル2Cを冷却させる中間冷媒通路70と、端セル2Eを熱交換させる端冷媒通路72と、端セル2Fを熱交換させる端冷媒通路73と、端冷媒通路72,73に流れる単位時間あたり冷媒の流量を調整するための流量制御要素として機能する流量制御弁78とを有する。   As shown in FIG. 2, the stack 1 includes a refrigerant passage structure 7 for adjusting the temperature of the stack 1 by flowing a refrigerant and exchanging heat with the stack 1 during a power generation operation. As shown in FIG. 2, the refrigerant passage structure 7 includes an intermediate refrigerant passage 70 that cools the intermediate cell 2C, an end refrigerant passage 72 that exchanges heat between the end cells 2E, and an end refrigerant passage 73 that exchanges heat between the end cells 2F. The flow rate control valve 78 functions as a flow rate control element for adjusting the flow rate of the refrigerant per unit time flowing through the end refrigerant passages 72 and 73.

すなわち、中間冷媒通路70は、積層方向(矢印A方向)の中間に存在する中間セル2Cに存在しており、中間セル2Cを冷却させる。端冷媒通路72は、積層方向(矢印A方向)の端に存在する端セル2Eに存在しており、端セル2Eと熱交換する。端冷媒通路73は、積層方向(矢印A方向)の端に存在する端セル2Fに存在しており、端セル2Fと熱交換する。   That is, the intermediate refrigerant passage 70 exists in the intermediate cell 2C existing in the middle of the stacking direction (arrow A direction), and cools the intermediate cell 2C. The end refrigerant passage 72 exists in the end cell 2E existing at the end in the stacking direction (arrow A direction), and exchanges heat with the end cell 2E. The end refrigerant passage 73 exists in the end cell 2F existing at the end in the stacking direction (arrow A direction), and exchanges heat with the end cell 2F.

図1および図2に示すように、冷媒排出通路6は、スタック1の第1冷媒出口14と流量制御弁78の入口ポート78iとを連通させる第1排出通路61と、スタック1の第2冷媒出口15と流量制御弁78の出口ポート78p側とを連通させる第2排出通路62と、第1排出通路61および第2排出通路62が合流する本排出通路63とを有する。本排出通路63の先端はラジエータ等の冷媒冷却要素65に繋がるため、本排出通路63を流れた冷媒は、冷媒冷却要素65により冷却される。冷媒冷却要素65は、冷媒を冷却できる機能をもつものであれば、何でも良い。スタック1から排出された暖かい冷媒の熱を熱交換器で熱交換させて暖かい貯湯水として溜める貯湯槽が設けられている場合には、冷媒冷却要素65は、当該冷媒と貯湯水とを互いに熱交換させる熱交換器で形成しても良い。   As shown in FIGS. 1 and 2, the refrigerant discharge passage 6 includes a first discharge passage 61 that connects the first refrigerant outlet 14 of the stack 1 and the inlet port 78 i of the flow control valve 78, and the second refrigerant of the stack 1. It has the 2nd discharge passage 62 which makes the exit 15 and the exit port 78p side of the flow control valve 78 communicate, and the main discharge passage 63 where the 1st discharge passage 61 and the 2nd discharge passage 62 merge. Since the leading end of the main discharge passage 63 is connected to a refrigerant cooling element 65 such as a radiator, the refrigerant flowing through the main discharge passage 63 is cooled by the refrigerant cooling element 65. The refrigerant cooling element 65 may be anything as long as it has a function of cooling the refrigerant. When a hot water storage tank is provided in which heat of the warm refrigerant discharged from the stack 1 is exchanged by a heat exchanger and stored as warm hot water, the refrigerant cooling element 65 heats the refrigerant and hot water to each other. You may form with the heat exchanger made to exchange.

流量制御弁78の入口ポート78iは、第1排出通路61を介してスタック1の第1冷媒出口14に連通する。第1冷媒出口14は、中間セル2Cにおける中間冷媒通路70を流れて暖められたものの、端セル2E,2Fにおける端冷媒通路72,73を流れなかった冷媒を排出させる出口を意味する。流量制御弁78の出口ポート78pは、第2排出通路62を介してスタック1の第2冷媒出口15に連通する。第2冷媒出口15は、中間セル2Cにおける中間冷媒通路70を流れ、その後、端セル2E,2Fにおける端冷媒通路72,73を流れた冷媒を排出させる出口を意味する。   An inlet port 78 i of the flow control valve 78 communicates with the first refrigerant outlet 14 of the stack 1 via the first discharge passage 61. The 1st refrigerant | coolant outlet 14 means the exit which discharges | emits the refrigerant | coolant which flowed through the intermediate | middle refrigerant path 70 in the intermediate cell 2C, but was not heated through the end refrigerant paths 72 and 73 in the end cells 2E and 2F. The outlet port 78p of the flow control valve 78 communicates with the second refrigerant outlet 15 of the stack 1 through the second discharge passage 62. The second refrigerant outlet 15 means an outlet through which the refrigerant flowing through the intermediate refrigerant passage 70 in the intermediate cell 2C and then the refrigerant flowing through the end refrigerant passages 72 and 73 in the end cells 2E and 2F is discharged.

図3は中間セル2Cを構成する中間セパレータ4Cの側面視を示す。中間セパレータ4Cは位置合わせ用のマーク89を有する。中間セパレータ4Cは炭素や合金鋼等の導電材料で形成されており、第1マニホルド孔81と、第2マニホルド孔82と、第3マニホルド孔83と、アノードに燃料を供給するための燃料供給孔84と、カソードに空気(カソードガス)を供給するための空気供給孔86と、アノードから燃料を排出させるための燃料排出孔85と、カソードから空気を排出するための空気排出孔87と、第1マニホルド孔81および第2マニホルド孔82を中間セパレータ4Cの面方向に沿って連通させる表面通路88とを有する。この表面通路88には、冷媒を曲走させる案内突起(図示せず)が形成されている。図3に示すように、中間セパレータ4Cにおいて、第1マニホルド孔81と、第2マニホルド孔82と、第3マニホルド孔83と、燃料供給孔84と、空気供給孔86と、燃料排出孔85と、空気排出孔87とは、中間セパレータ4Cの厚み方向に貫通する。中間セパレータ4Cの表面通路88は、中間セパレータ4Cの表面に沿って冷媒を流すように形成されており、第3マニホルド孔83には連通していないものの、第1マニホルド孔81および第2マニホルド孔82に連通する。この場合、図3に示すように、中間セパレータ4Cにおいて、第1マニホルド孔81から供給された冷媒は、表面通路88を矢印B1方向(下向き)に通過して中間セパレータ4C(中間セル2C)から受熱して暖められつつ中間セパレータ4C(中間セル2C)を冷却させ、第2マニホルド孔82から排出される。従って、中間冷媒通路70は、中間セパレータ4Cを有する中間セル2Cと熱交換してこれを冷却させるものであり、中間セパレータ4Cに形成されている第1マニホルド孔81、表面通路88、第2マニホルド孔82を利用して形成されている。   FIG. 3 shows a side view of the intermediate separator 4C constituting the intermediate cell 2C. The intermediate separator 4C has a mark 89 for alignment. The intermediate separator 4C is made of a conductive material such as carbon or alloy steel, and includes a first manifold hole 81, a second manifold hole 82, a third manifold hole 83, and a fuel supply hole for supplying fuel to the anode. 84, an air supply hole 86 for supplying air (cathode gas) to the cathode, a fuel discharge hole 85 for discharging fuel from the anode, an air discharge hole 87 for discharging air from the cathode, A surface passage 88 that communicates the first manifold hole 81 and the second manifold hole 82 along the surface direction of the intermediate separator 4C is provided. The surface passage 88 is formed with a guide projection (not shown) for bending the coolant. As shown in FIG. 3, in the intermediate separator 4C, the first manifold hole 81, the second manifold hole 82, the third manifold hole 83, the fuel supply hole 84, the air supply hole 86, and the fuel discharge hole 85 The air discharge hole 87 penetrates in the thickness direction of the intermediate separator 4C. The surface passage 88 of the intermediate separator 4C is formed so that the coolant flows along the surface of the intermediate separator 4C, and does not communicate with the third manifold hole 83, but the first manifold hole 81 and the second manifold hole 82. In this case, as shown in FIG. 3, in the intermediate separator 4C, the refrigerant supplied from the first manifold hole 81 passes through the surface passage 88 in the direction of the arrow B1 (downward) from the intermediate separator 4C (intermediate cell 2C). The intermediate separator 4 </ b> C (intermediate cell 2 </ b> C) is cooled while being heated by receiving heat and discharged from the second manifold hole 82. Accordingly, the intermediate refrigerant passage 70 heat-exchanges with the intermediate cell 2C having the intermediate separator 4C to cool it, and the first manifold hole 81, the surface passage 88, the second manifold formed in the intermediate separator 4C. It is formed using the hole 82.

図4は端セル2Eを構成する端セパレータ4Eの側面視を示す。端セパレータ4Eは位置合わせ用のマーク89を有する。端セパレータ4Eは、炭素や合金鋼等の導電材料で形成されており、第1マニホルド孔81と、第2マニホルド孔82と、第3マニホルド孔83と、アノードに燃料を供給するための燃料供給孔84と、カソードに空気を供給するための空気供給孔86と、アノードから燃料を排出するための燃料排出孔85と、カソードから空気を排出するための空気排出孔87と、第2マニホルド孔82および第3マニホルド孔83をセパレータ4Eの面方向に沿って連通させるための表面通路88とを有する。この表面通路88には、冷媒を曲走させる案内突起(図示せず)が形成されている。   FIG. 4 shows a side view of the end separator 4E constituting the end cell 2E. The end separator 4E has a mark 89 for alignment. The end separator 4E is made of a conductive material such as carbon or alloy steel, and supplies fuel for supplying fuel to the first manifold hole 81, the second manifold hole 82, the third manifold hole 83, and the anode. Hole 84, air supply hole 86 for supplying air to the cathode, fuel discharge hole 85 for discharging fuel from the anode, air discharge hole 87 for discharging air from the cathode, and second manifold hole And a surface passage 88 for allowing the second manifold hole 83 and the third manifold hole 83 to communicate with each other along the surface direction of the separator 4E. The surface passage 88 is formed with a guide projection (not shown) for bending the coolant.

図4に示すように、端セパレータ4Eにおいて、第1マニホルド孔81と、第2マニホルド孔82と、第3マニホルド孔83と、燃料供給孔84と、空気供給孔86と、燃料排出孔85と、空気排出孔87とは、端セパレータ4Eの厚み方向に貫通する。端セパレータ4Eの表面通路88は、第1マニホルド孔81に連通していないものの、第2マニホルド孔82および第3マニホルド孔83に連通する。この場合、図4に示すように、端セパレータ4Eにおいて、第2マニホルド孔82から表面通路88に供給された冷媒は、端セパレータ4Eの表面通路88を矢印B2方向(上向き)に通過して端セパレータ4Eと接触しつつ端セパレータ4Eと熱交換し、第3マニホルド孔83から排出される。この場合、冷媒は重力に抗して上向き(矢印B2方向)に流れるため、冷媒を端セパレータ4Eの表面通路88に満たすのに有利となり、従って、中間セル2C(中間セパレータ4C)から受熱して暖められた冷媒と端セパレータ4Eとの熱交換時間を確保できる利点が得られる。このように端冷媒通路72は、端セパレータ4Eを有するセル2Eを冷却させるものであるため、端セパレータ4Eに形成されている第2マニホルド孔82、表面通路88、第3マニホルド孔83、集電板11rの表面11rs(図2参照)を利用して形成されている。   As shown in FIG. 4, in the end separator 4E, a first manifold hole 81, a second manifold hole 82, a third manifold hole 83, a fuel supply hole 84, an air supply hole 86, and a fuel discharge hole 85 are provided. The air discharge hole 87 penetrates in the thickness direction of the end separator 4E. The surface passage 88 of the end separator 4E communicates with the second manifold hole 82 and the third manifold hole 83, although it does not communicate with the first manifold hole 81. In this case, as shown in FIG. 4, in the end separator 4E, the refrigerant supplied from the second manifold hole 82 to the surface passage 88 passes through the surface passage 88 of the end separator 4E in the direction of arrow B2 (upward) and ends. Heat exchange with the end separator 4E is made while coming into contact with the separator 4E, and the heat is discharged from the third manifold hole 83. In this case, since the refrigerant flows upward against the gravity (in the direction of arrow B2), it is advantageous to fill the refrigerant with the surface passage 88 of the end separator 4E. Therefore, the refrigerant receives heat from the intermediate cell 2C (intermediate separator 4C). There is an advantage that the heat exchange time between the warmed refrigerant and the end separator 4E can be secured. Thus, since the end refrigerant passage 72 cools the cell 2E having the end separator 4E, the second manifold hole 82, the surface passage 88, the third manifold hole 83, the current collector formed in the end separator 4E. It is formed using the surface 11rs (see FIG. 2) of the plate 11r.

図5は他端側の集電板11tの側面視を示す。集電板11tにおいて、第1マニホルド孔81に重なって対面する冷媒口13tと、第2マニホルド孔82に重なって連通する冷媒口14tと、第3マニホルド孔83に連通する冷媒口15tと、冷媒口14t,15tを集電板11tの面方向に沿って連通させる連通路88tとが、集電板11tを厚み方向に貫通しないように形成されている。この場合、図5に示すように、集電板11tにおいて、第2マニホルド孔82を経て冷媒口14tに供給された冷媒は、集電板11tの表面通路88tを矢印B3方向(上向き)に通過して端セパレータ4F(集電板11tと隣接している)と接触することにより、端セパレータ4F(端セル2F)と熱交換し、冷媒口15tを介して第3マニホルド孔83に排出される。この場合、冷媒は重力に抗して上向き(図5に示す矢印B3方向)に流れる。この場合、中間セル2C(中間セパレータ4C)から受熱した暖かい冷媒と端セパレータ4F(端セル2F)との熱交換時間を確保できる利点が得られる。このように端冷媒通路73は、他方の端セパレータ4Fを有する端セル2Fと熱交換するものであり、集電板11tに形成されている冷媒口14t、表面通路88t、冷媒口15t、端セル2Fの端セパレータ4Fの表面4Fs(図2参照)を利用して形成されている。   FIG. 5 shows a side view of the current collector 11t on the other end side. In the current collector plate 11t, a refrigerant port 13t that overlaps and faces the first manifold hole 81, a refrigerant port 14t that overlaps and communicates with the second manifold hole 82, a refrigerant port 15t that communicates with the third manifold hole 83, and a refrigerant A communication path 88t that communicates the openings 14t and 15t along the surface direction of the current collector plate 11t is formed so as not to penetrate the current collector plate 11t in the thickness direction. In this case, as shown in FIG. 5, in the current collector plate 11t, the refrigerant supplied to the refrigerant port 14t through the second manifold hole 82 passes through the surface passage 88t of the current collector plate 11t in the direction of arrow B3 (upward). By contacting the end separator 4F (adjacent to the current collector plate 11t), heat is exchanged with the end separator 4F (end cell 2F), and the heat is discharged to the third manifold hole 83 through the refrigerant port 15t. . In this case, the refrigerant flows upward (in the direction of arrow B3 shown in FIG. 5) against gravity. In this case, there is an advantage that the heat exchange time between the warm refrigerant received from the intermediate cell 2C (intermediate separator 4C) and the end separator 4F (end cell 2F) can be secured. In this way, the end refrigerant passage 73 exchanges heat with the end cell 2F having the other end separator 4F, and the refrigerant port 14t, the surface passage 88t, the refrigerant port 15t, the end cell formed in the current collector plate 11t. It is formed using the surface 4Fs (see FIG. 2) of the 2F end separator 4F.

図6は一端側の第1エンドプレート11の側面視を示す。図6に示すように、第1エンドプレート11において、第1マニホルド孔81に重なった対面する冷媒入口13、第2マニホルド孔82に重なって連通する第1冷媒出口14、第3マニホルド孔83に連通する第2冷媒出口15が第1エンドプレート11を厚み方向に貫通するようにそれぞれ形成されている。更に、燃料供給孔84、空気供給孔86、燃料排出孔85、空気排出孔87が第1エンドプレート11の厚み方向に貫通するようにそれぞれ形成されている。組付時には、中間セパレータ4C、端セパレータ4E,4F、集電板11r,11tがこれらのマーク89を揃えた状態で、エンドプレート11,12と共に、厚み方向に積層され、セパレータ4の積層体10が構成される。図1に示すように、積層体10は、集電板11r,11tを介して第1エンドプレート11および第2エンドプレートプレート12で挟持される。この場合、中間セパレータ4Cの第1マニホルド孔81と、端セパレータ4Eの第1マニホルド孔81と、第1エンドプレート11の冷媒入口13と、集電板11tの冷媒口13tが重なりあって連通する。同様に、中間セパレータ4Cの第2マニホルド孔82と、端セパレータ4Eの第2マニホルド孔82と、第1エンドプレート11の第1冷媒出口14と、集電板11tの冷媒口14tとが重なりあって連通する。同様に、中間セパレータ4Cの第3マニホルド孔83と、端セパレータ4Eの第3マニホルド孔83と、第1エンドプレート11の第2冷媒出口15と、集電板11tの冷媒口15tとが重なりあって連通する。なお、燃料供給孔84についても同様である。燃料排出孔85についても同様である。空気供給孔86についても同様である。空気排出孔87についても同様である。   FIG. 6 shows a side view of the first end plate 11 on one end side. As shown in FIG. 6, in the first end plate 11, the coolant inlet 13 facing the first manifold hole 81, the first coolant outlet 14 communicating with the second manifold hole 82, and the third manifold hole 83 are communicated. The communicating second refrigerant outlet 15 is formed so as to penetrate the first end plate 11 in the thickness direction. Further, a fuel supply hole 84, an air supply hole 86, a fuel discharge hole 85, and an air discharge hole 87 are formed so as to penetrate in the thickness direction of the first end plate 11. At the time of assembly, the intermediate separator 4C, the end separators 4E and 4F, and the current collecting plates 11r and 11t are laminated in the thickness direction together with the end plates 11 and 12 in a state where these marks 89 are aligned. Is configured. As shown in FIG. 1, the laminate 10 is sandwiched between the first end plate 11 and the second end plate plate 12 via current collector plates 11 r and 11 t. In this case, the first manifold hole 81 of the intermediate separator 4C, the first manifold hole 81 of the end separator 4E, the refrigerant inlet 13 of the first end plate 11, and the refrigerant outlet 13t of the current collector plate 11t overlap and communicate with each other. . Similarly, the second manifold hole 82 of the intermediate separator 4C, the second manifold hole 82 of the end separator 4E, the first refrigerant outlet 14 of the first end plate 11, and the refrigerant outlet 14t of the current collector plate 11t overlap. Communicate. Similarly, the third manifold hole 83 of the intermediate separator 4C, the third manifold hole 83 of the end separator 4E, the second refrigerant outlet 15 of the first end plate 11, and the refrigerant outlet 15t of the current collector plate 11t overlap. Communicate. The same applies to the fuel supply hole 84. The same applies to the fuel discharge hole 85. The same applies to the air supply hole 86. The same applies to the air discharge hole 87.

次に、流量制御弁78の作用について説明を加える。流量制御弁78の開度を0とし流路断面積を0とすれば、第1冷媒出口14および第1排出通路61から流量制御弁78の入口ポート78iに流れる冷媒の流量α1を無しにでき、理論的には、中間冷却通路70を流れた全部の冷媒を端セル2E,2Fの端冷媒通路72,73に流し、第2排出通路62から本排出通路63に流せる。従って、流量制御弁78の開度を小さくしてこれのポート78i,78pを連通させる流路横断面積を小さくすると、第1冷媒出口14および第1排出通路61から流量制御弁78の入口ポート78iに流れる冷媒の単位時間あたりの流量α1を減少できる。これにより端冷媒通路72,73、第2冷媒出口15および第2排出通路63を流れて本排出通路63に到達する冷媒の単位時間あたりの流量α2を増加できる。この場合、中間冷媒通路70から受熱して暖められた冷媒と端冷媒通路72,73(端セパレータ4E,4F、端セル2E,2F)とが熱交換する熱交換量を増加できる。換言すると、端冷媒通路72,73を流れないで、第1冷媒出口14および第1排出通路61から流量制御弁78の入口ポート78i,出口ポート78pを介して流れて冷媒排出通路6の本排出通路63に到達する冷媒流量α1を減少できる。   Next, the operation of the flow control valve 78 will be described. If the opening degree of the flow control valve 78 is 0 and the cross-sectional area of the flow path is 0, the flow rate α1 of the refrigerant flowing from the first refrigerant outlet 14 and the first discharge passage 61 to the inlet port 78i of the flow control valve 78 can be eliminated. Theoretically, all the refrigerant that has flowed through the intermediate cooling passage 70 can flow into the end refrigerant passages 72 and 73 of the end cells 2E and 2F, and can flow from the second discharge passage 62 to the main discharge passage 63. Therefore, if the opening of the flow control valve 78 is reduced to reduce the cross-sectional area of the flow path that connects the ports 78i and 78p, the inlet port 78i of the flow control valve 78 from the first refrigerant outlet 14 and the first discharge passage 61. It is possible to reduce the flow rate α1 of the refrigerant flowing through the unit time. Accordingly, the flow rate α2 per unit time of the refrigerant that flows through the end refrigerant passages 72 and 73, the second refrigerant outlet 15 and the second discharge passage 63 and reaches the main discharge passage 63 can be increased. In this case, it is possible to increase the amount of heat exchange with which heat is exchanged between the refrigerant that has been warmed by receiving heat from the intermediate refrigerant passage 70 and the end refrigerant passages 72 and 73 (end separators 4E and 4F, end cells 2E and 2F). In other words, the main discharge of the refrigerant discharge passage 6 flows from the first refrigerant outlet 14 and the first discharge passage 61 through the inlet port 78i and the outlet port 78p of the flow control valve 78 without flowing through the end refrigerant passages 72 and 73. The refrigerant flow rate α1 reaching the passage 63 can be reduced.

逆に、流量制御弁78の開度を大きくしてこれの流路横断面積を大きくすると、第1排出通路61から流量制御弁78の入口ポート78iおよび出口ポート78pを経て本排出通路63に流れる冷媒の流量α1を増加できる。すなわち、端冷媒通路72,73を流れないで流量制御弁78を流れて冷媒排出通路6に到達する冷媒流量α1を増加できる。これにより端冷媒通路72,73を流れて本排出通路63に到達する冷媒流量α2を減少できる。この場合、端冷媒通路72,73を流れる冷媒と端セパレータ4E,4F(端セル2E,2F)とが熱交換する熱交換量を減少できる。換言すると、流量制御弁78の開度が調整されてこれの流路横断面積が調整されると、端冷媒通路72,73を流れないで冷媒排出通路6の本排出通路63に到達する冷媒流量α1と、端冷媒通路72,73を流れて冷媒排出通路6の本排出通路63に到達する冷媒流量α2との比率を調整することができる。すなわち、流量制御弁78はα1/α2を調整できる。ひいては、中間セル2Cを流れて暖められて端冷媒通路72,73の冷媒と端セパレータ4E,4F(端セル2E,2F)との熱交換量を調整でき、端セパレータ4E,4F(端セル2E,2F)の温度を調整できる。   On the contrary, when the opening degree of the flow control valve 78 is increased to increase the cross-sectional area of the flow path, the flow flows from the first discharge passage 61 to the main discharge passage 63 through the inlet port 78i and the outlet port 78p of the flow control valve 78. The flow rate α1 of the refrigerant can be increased. That is, the refrigerant flow rate α1 that flows through the flow rate control valve 78 without reaching the end refrigerant passages 72 and 73 and reaches the refrigerant discharge passage 6 can be increased. As a result, the refrigerant flow rate α2 that flows through the end refrigerant passages 72 and 73 and reaches the main discharge passage 63 can be reduced. In this case, the amount of heat exchange with which the refrigerant flowing through the end refrigerant passages 72 and 73 and the end separators 4E and 4F (end cells 2E and 2F) exchange heat can be reduced. In other words, when the opening degree of the flow rate control valve 78 is adjusted and the flow passage cross-sectional area thereof is adjusted, the refrigerant flow rate that reaches the main discharge passage 63 of the refrigerant discharge passage 6 without flowing through the end refrigerant passages 72 and 73. The ratio between α1 and the refrigerant flow rate α2 that flows through the end refrigerant passages 72 and 73 and reaches the main discharge passage 63 of the refrigerant discharge passage 6 can be adjusted. That is, the flow control valve 78 can adjust α1 / α2. As a result, the amount of heat exchange between the refrigerant in the end refrigerant passages 72 and 73 and the end separators 4E and 4F (end cells 2E and 2F) can be adjusted by flowing through the intermediate cell 2C and the end separators 4E and 4F (end cells 2E). , 2F) can be adjusted.

本実施形態によれば、図2から理解できるように、流量制御弁78が閉鎖(開度0)されているとき、ポンプ50が作動すると、冷媒供給通路5の冷媒は、第1エンドプレート11の冷媒入口13、端セル2Eの端セパレータ4Eの第1マニホルド孔81を介して、複数の中間セパレータ4Cの第1マニホルド孔81に至る。更に、その冷媒は、複数の中間セパレータ4Cの表面通路88を下向き(矢印B1方向)に流れて中間セパレータ4Cを冷却し、ひいては全部の中間セル2Cを優先的に冷却するため、冷媒はこれらから暖められる。このように暖められた冷媒は、複数の中間セパレータ4Cの第2マニホルド孔82を介して、一端側の端セパレータ4Eの第2マニホルド孔82に至り、更に、端セパレータ4Eの表面通路88を流れて端セパレータ4E(端セル2E)と熱交換し、更に、端セパレータ4Eの第3マニホルド孔83の順に流れ、更には、第1エンドプレート11の第2冷媒出口15、第2排出通路62、本排出通路63の順に流れる。更に、中間セル2Cから暖められた冷媒は、他端側の集電板11tの冷媒口14t(中間セパレータ4Cの第2マニホルド孔82に対面)に至ると、更に、集電板11tの表面通路88tを上向き(矢印B3方向)に流れて端セパレータ4F(端セル2F)と熱交換し、更に、集電板11tの冷媒口15tに流れ、その後、中間セル2Cの第3マニホルド孔83に流れ、更に、第1エンドプレート11の第2冷媒出口15、第2排出通路62、本排出通路63の順に流れる。換言すると、図3から理解できるように、中間セル2Cにおける中間冷媒通路70を流れる冷媒は、中間セパレータ4Cの第1マニホルド孔81→中間セパレータ4Cの表面通路88→中間セパレータ4Cの第2マニホルド孔82の順に流れる。従って、中間冷媒通路70は、中間セパレータ4Cの第1マニホルド孔81、中間セパレータ4Cの表面通路88、中間セパレータ4Cの第2マニホルド孔82を利用して形成されている。   According to the present embodiment, as can be understood from FIG. 2, when the pump 50 is operated when the flow control valve 78 is closed (opening degree 0), the refrigerant in the refrigerant supply passage 5 is changed to the first end plate 11. The refrigerant inlet 13 and the first manifold hole 81 of the end separator 4E of the end cell 2E reach the first manifold holes 81 of the plurality of intermediate separators 4C. Further, the refrigerant flows downward (in the direction of the arrow B1) through the surface passages 88 of the plurality of intermediate separators 4C to cool the intermediate separator 4C, and eventually cool all the intermediate cells 2C. Warmed. The refrigerant thus heated reaches the second manifold hole 82 of the end separator 4E on one end side via the second manifold holes 82 of the plurality of intermediate separators 4C, and further flows through the surface passage 88 of the end separator 4E. Heat exchange with the end separator 4E (end cell 2E), and further flows in the order of the third manifold hole 83 of the end separator 4E. Furthermore, the second refrigerant outlet 15 of the first end plate 11, the second discharge passage 62, It flows in the order of the main discharge passage 63. Further, when the refrigerant heated from the intermediate cell 2C reaches the refrigerant port 14t of the current collector plate 11t on the other end side (facing the second manifold hole 82 of the intermediate separator 4C), the surface passage of the current collector plate 11t is further increased. 88t flows upward (in the direction of arrow B3) to exchange heat with the end separator 4F (end cell 2F), and further flows to the refrigerant port 15t of the current collector plate 11t, and then flows to the third manifold hole 83 of the intermediate cell 2C. Furthermore, the second refrigerant outlet 15 of the first end plate 11, the second discharge passage 62, and the main discharge passage 63 flow in this order. In other words, as can be understood from FIG. 3, the refrigerant flowing through the intermediate refrigerant passage 70 in the intermediate cell 2C is the first manifold hole 81 of the intermediate separator 4C → the surface passage 88 of the intermediate separator 4C → the second manifold hole of the intermediate separator 4C. It flows in the order of 82. Therefore, the intermediate refrigerant passage 70 is formed using the first manifold hole 81 of the intermediate separator 4C, the surface passage 88 of the intermediate separator 4C, and the second manifold hole 82 of the intermediate separator 4C.

また、図4から理解できるように、端セル2Eにおける端冷媒通路72を流れる冷媒は、端セパレータ4Eの第2マニホルド孔82→端セパレータ4Eの表面通路88→端セパレータ4Eの第3マニホルド孔83の順に流れる。従って、端冷媒通路72は、端セパレータ4Eの第2マニホルド孔82、端セパレータ4Eの表面通路88、端セパレータ4Eの第3マニホルド孔83、集電板11rで形成されている。また、図5から理解できるように、集電板11tにおける端冷媒通路73を流れる冷媒は、冷媒口14t→表面通路88t→冷媒口15tの順に流れる。従って、端冷媒通路73は、集電板11tの冷媒口14t、表面通路88t、冷媒口11tを利用して形成されている。   As can be understood from FIG. 4, the refrigerant flowing through the end refrigerant passage 72 in the end cell 2E flows from the second manifold hole 82 of the end separator 4E → the surface passage 88 of the end separator 4E → the third manifold hole 83 of the end separator 4E. It flows in the order. Therefore, the end refrigerant passage 72 is formed by the second manifold hole 82 of the end separator 4E, the surface passage 88 of the end separator 4E, the third manifold hole 83 of the end separator 4E, and the current collector plate 11r. In addition, as can be understood from FIG. 5, the refrigerant flowing through the end refrigerant passage 73 in the current collector plate 11t flows in the order of the refrigerant port 14t → the surface passage 88t → the refrigerant port 15t. Therefore, the end refrigerant passage 73 is formed using the refrigerant port 14t, the surface passage 88t, and the refrigerant port 11t of the current collector plate 11t.

さて使用の際には、膜電極接合体3のアノード31に燃料(例えば水素ガス等)を供給すると共に、カソード32に酸化剤ガスとしての空気を供給する。これにより発電反応によりスタック1は発電する。発電に伴いスタック1は発熱して昇温する。なお、燃料ガスおよび空気の流れ経路は、基本的には従来技術と同様であり、本実施形態の要旨ではないため省略する。スタック1が昇温して高温になると、発電性能の劣化、スタック1の耐久性が低下するため、冷却水等の冷媒によりスタック1を冷却させる必要がある。冷媒としては、高い電気絶縁性をもつ純水が好ましい。本来的には、スタック1において中間セル2Cは端セル2E,2Fよりも熱こもり性が高いため、中間セル2Cの温度は端セル2E,2Fの温度よりも高温となり易い。これに対して、端セル2E,2Fは中間セル2Cよりも放熱性が高いため、端セル2E,2Fの温度は中間セル2Cの温度よりも低温となり易い。低温になると、発電出力を低下させる要因となるフラッディングが発生するおそれがある。   In use, fuel (for example, hydrogen gas) is supplied to the anode 31 of the membrane electrode assembly 3 and air as an oxidant gas is supplied to the cathode 32. As a result, the stack 1 generates power by a power generation reaction. As the power is generated, the stack 1 generates heat and rises in temperature. The fuel gas and air flow paths are basically the same as those in the prior art, and are omitted because they are not the gist of the present embodiment. When the stack 1 is heated to a high temperature, the power generation performance is deteriorated and the durability of the stack 1 is lowered. Therefore, it is necessary to cool the stack 1 with a coolant such as cooling water. As the refrigerant, pure water having high electrical insulation is preferable. Originally, in the stack 1, the intermediate cell 2C has a higher heat storage property than the end cells 2E and 2F, and therefore the temperature of the intermediate cell 2C tends to be higher than the temperature of the end cells 2E and 2F. On the other hand, since the end cells 2E and 2F have higher heat dissipation than the intermediate cell 2C, the temperatures of the end cells 2E and 2F are likely to be lower than those of the intermediate cell 2C. When the temperature is low, there is a risk of flooding that causes the power generation output to decrease.

そこで本実施形態によれば、ポンプ50により冷媒供給通路5から冷媒入口13に供給される冷媒(温度:T1)を、まず、放熱性が高いため相対的に低温の端セル2E,2Fではなく、熱こもりしやすい相対的に高温の中間セル2Cの中間冷媒通路70に優先的に流す。このように端セル2E,2Fではなく、スタック1の積層方向における中間セル2Cを優先的に冷却させる。このようにスタック1から受熱されていない比較的低温の冷媒で中間セル2Cを優先的に冷却させるため、熱こもりしやすい中間セル2Cを効果的に冷却でき、中間セル2Cの過剰昇温を抑制できる。この意味でスタック1の出力向上に有利である。ここで、中間冷媒通路70を流れて中間セル2Cから受熱されて暖められた冷媒は、受熱によりβぶん昇温し、その温度はT2(T2>T1)とされる。その後、中間セル2Cからの受熱で暖められた冷媒を、スタック1の端セル2E,2Fの端冷媒通路72,73に流し、端セル2E,2Fと熱交換させる。ここで、冷媒の温度が端セル2E,2Fよりも低温であれば、端セル2E,2Fは熱交換により冷却される。冷媒の温度が端セル2E,2Fよりも高温であれば、端セル2E,2Fは熱交換により加熱される。   Therefore, according to the present embodiment, the refrigerant (temperature: T1) supplied from the refrigerant supply passage 5 to the refrigerant inlet 13 by the pump 50 is not the relatively low-temperature end cells 2E and 2F because of its high heat dissipation. Then, it is preferentially caused to flow through the intermediate refrigerant passage 70 of the relatively high temperature intermediate cell 2C that is likely to be hot. In this way, not the end cells 2E and 2F but the intermediate cell 2C in the stacking direction of the stack 1 is preferentially cooled. Thus, since the intermediate cell 2C is preferentially cooled by the relatively low-temperature refrigerant not received from the stack 1, the intermediate cell 2C that is easily trapped can be effectively cooled, and excessive temperature rise of the intermediate cell 2C is suppressed. it can. In this sense, it is advantageous for improving the output of the stack 1. Here, the refrigerant that has flowed through the intermediate refrigerant passage 70 and received heat from the intermediate cell 2C and warmed by the heat is increased by β, and the temperature is T2 (T2> T1). Thereafter, the refrigerant warmed by the heat received from the intermediate cell 2C flows through the end refrigerant passages 72 and 73 of the end cells 2E and 2F of the stack 1 to exchange heat with the end cells 2E and 2F. Here, if the temperature of the refrigerant is lower than that of the end cells 2E and 2F, the end cells 2E and 2F are cooled by heat exchange. If the temperature of the refrigerant is higher than that of the end cells 2E and 2F, the end cells 2E and 2F are heated by heat exchange.

以上説明したように本実施形態によれば、ポンプ50により冷媒供給通路5から冷媒入口13に供給される冷媒(温度:T1)を、まず、中間セル2Cの中間冷媒通路70に優先的に流すため、昇温しがちの中間セル2Cを効果的に冷却できる。その後、中間セル2Cからの受熱で暖められた冷媒を、スタック1の端セル2E,2Fの端冷媒通路72,73に流し、端セル2E,2Fと熱交換するため、高い放熱性を有する端セル2E,2Fの過剰な温度降下が抑制されている。このため積層方向(矢印A方向)においてスタック1の積層体10における温度むらが抑制される。従って、スタック1を構成する全部のセル2において、積層体10における温度むらが抑制される。ひいては積層方向(矢印A方向)においてスタック1を構成するタスの発電むらが抑制される。よってスタック1の発電出力の向上、スタック1の長寿命化に貢献できる。上記したように放熱性が高い端セル2E,2Fにおける過剰な温度降下が抑制されるため、端セル2E,2Fにおけるフラッディングの抑制に有利であり、スタック1の発電性能の向上に貢献できる。   As described above, according to the present embodiment, the refrigerant (temperature: T1) supplied from the refrigerant supply passage 5 to the refrigerant inlet 13 by the pump 50 first flows preferentially into the intermediate refrigerant passage 70 of the intermediate cell 2C. Therefore, it is possible to effectively cool the intermediate cell 2C that tends to rise in temperature. Thereafter, the refrigerant warmed by the heat received from the intermediate cell 2C flows through the end refrigerant passages 72 and 73 of the end cells 2E and 2F of the stack 1 and exchanges heat with the end cells 2E and 2F. An excessive temperature drop in the cells 2E and 2F is suppressed. For this reason, the temperature nonuniformity in the laminated body 10 of the stack 1 is suppressed in the lamination direction (arrow A direction). Therefore, the temperature unevenness in the stacked body 10 is suppressed in all the cells 2 constituting the stack 1. As a result, the power generation unevenness of the tas constituting the stack 1 in the stacking direction (arrow A direction) is suppressed. Therefore, it is possible to contribute to the improvement of the power generation output of the stack 1 and the extension of the life of the stack 1. As described above, an excessive temperature drop in the end cells 2E and 2F having high heat dissipation is suppressed, which is advantageous for suppressing flooding in the end cells 2E and 2F, and can contribute to improvement of the power generation performance of the stack 1.

(実施形態2)
図7は実施形態2を示す。本実施形態は実施形態1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図1,図3〜図6を準用する。図7に示すように、第1エンドプレート11の冷媒入口13に供給される冷媒の入口温度Tinを検知する入口温度センサ100が設けられている。第1エンドプレート11の第1冷媒出口14から排出される冷媒の第1出口温度Tout1を検知する第1出口温度センサ101が設けられている。第1エンドプレート11の第2冷媒出口15から排出される冷媒の第2出口温度Tout2を検知する第2出口温度センサ102が設けられている。入口温度センサ100および出口温度センサ101,102の温度信号は制御装置110に入力される。温度信号等に応じて、制御装置110は流量制御弁78の開度を調整する制御信号を出力する。
(Embodiment 2)
FIG. 7 shows a second embodiment. Since this embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as those of the first embodiment, FIGS. 1 and 3 to 6 are applied mutatis mutandis. As shown in FIG. 7, an inlet temperature sensor 100 that detects an inlet temperature Tin of the refrigerant supplied to the refrigerant inlet 13 of the first end plate 11 is provided. A first outlet temperature sensor 101 that detects a first outlet temperature Tout1 of the refrigerant discharged from the first refrigerant outlet 14 of the first end plate 11 is provided. A second outlet temperature sensor 102 that detects a second outlet temperature Tout2 of the refrigerant discharged from the second refrigerant outlet 15 of the first end plate 11 is provided. Temperature signals from the inlet temperature sensor 100 and the outlet temperature sensors 101 and 102 are input to the control device 110. In response to the temperature signal or the like, the control device 110 outputs a control signal for adjusting the opening degree of the flow control valve 78.

冷媒の入口温度Tinに対して冷媒の第2出口温度Tout2がプラスマイナスτ℃(例えばτ=0〜7℃、0〜3℃)となるように、制御装置110は流量制御弁78の開度を調整する。この場合、第2出口温度Tout2が入口温度Tinよりも過剰に高温になると、流量制御弁78の開度を増加させ、中間セル2Cで暖められた冷媒が端セル2E,2Fに向かう流量を減少させることが好ましい。また、第2出口温度Tout2が入口温度Tinよりも過剰に低温になると、流量制御弁78の開度を減少させ、中間セル2Cで暖められた冷媒が端セル2E,2Fに向かう流量を増加させ、ひいては端セル2E,2Fを昇温させることが好ましい。このように流量制御弁78の開度を制御すれば、冷媒の入口温度Tinに対して冷媒の第2出口温度Tout2を同一またはできるだけ近づけることができる。この場合、Tin≒Tout2とすることができる。   The controller 110 opens the flow control valve 78 so that the second outlet temperature Tout2 of the refrigerant becomes plus or minus τ ° C. (for example, τ = 0 to 7 ° C., 0 to 3 ° C.) with respect to the refrigerant inlet temperature Tin. Adjust. In this case, when the second outlet temperature Tout2 becomes excessively higher than the inlet temperature Tin, the opening degree of the flow rate control valve 78 is increased, and the flow rate of the refrigerant heated in the intermediate cell 2C toward the end cells 2E and 2F is decreased. It is preferable to make it. Further, when the second outlet temperature Tout2 becomes excessively lower than the inlet temperature Tin, the opening degree of the flow control valve 78 is decreased, and the refrigerant warmed in the intermediate cell 2C increases the flow rate toward the end cells 2E and 2F. As a result, it is preferable to raise the temperature of the end cells 2E and 2F. By controlling the opening degree of the flow control valve 78 in this way, the second outlet temperature Tout2 of the refrigerant can be made the same or as close as possible to the inlet temperature Tin of the refrigerant. In this case, Tin≈Tout2.

例えば、冷媒の入口温度Tinが70℃の場合には、中間セル2Cの冷却により冷媒が5℃ぶん暖められると仮定すると、中間セル2Cを冷却して暖められた冷媒の温度は75℃付近となる。このとき、第2冷媒出口15から排出される冷媒の出口温度Tout2を、冷媒入口13の入口温度Tinに適合させるように(Tin≒Tout2、つまり70℃となるように)、流量制御弁78の開度を制御すれば、基本的には、スタック1の各セル2(中間セル2C,端セル2E,2F)における上部の温度を70℃付近とし、各セル2(中間セル2C,端セル2E,2F)の下部における温度を75℃付近とするセル面方向におけるセル面内温度分布が得られる。なお、第1冷媒出口14から排出される冷媒の温度は温度センサ101で検知されるが、この冷媒は両端の端セル2E,2Fを通過しないため、この冷媒の温度は基本的には75℃付近であると考えられる。上記したように流量制御弁78の開度を調整すれば、スタック1の全部の中間セル2Cおよび端セル2E,2Fにおけるセル温度分布を上記温度分布に近づけることができる。なお、70℃、75℃はあくまでも例示であり、この温度に限定されるものではなく,75℃,80℃でも良い。更に80℃,85℃でも良い。   For example, if the refrigerant inlet temperature Tin is 70 ° C., assuming that the refrigerant is warmed by 5 ° C. by cooling the intermediate cell 2C, the temperature of the refrigerant heated by cooling the intermediate cell 2C is about 75 ° C. Become. At this time, the outlet temperature Tout2 of the refrigerant discharged from the second refrigerant outlet 15 is adapted to the inlet temperature Tin of the refrigerant inlet 13 (Tin≈Tout2, that is, 70 ° C.). If the opening degree is controlled, basically, the upper temperature of each cell 2 (intermediate cell 2C, end cell 2E, 2F) of the stack 1 is set to around 70 ° C., and each cell 2 (intermediate cell 2C, end cell 2E). , 2F), the cell surface temperature distribution in the cell surface direction is obtained with the temperature near 75 ° C. Although the temperature of the refrigerant discharged from the first refrigerant outlet 14 is detected by the temperature sensor 101, since this refrigerant does not pass through the end cells 2E and 2F at both ends, the temperature of this refrigerant is basically 75 ° C. It is considered to be near. If the opening degree of the flow control valve 78 is adjusted as described above, the cell temperature distribution in all the intermediate cells 2C and the end cells 2E and 2F of the stack 1 can be brought close to the above temperature distribution. In addition, 70 degreeC and 75 degreeC are illustrations to the last, and are not limited to this temperature, 75 degreeC and 80 degreeC may be sufficient. Furthermore, 80 degreeC and 85 degreeC may be sufficient.

(実施形態3)
本実施形態は実施形態1,2と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。上記した実施形態1では、他端側の端セル2Fを冷却させる端冷媒通路73は、集電板11tを利用して形成されているが、これに限らず、他端側の端セル2Fの端セパレータ4Fに凹状の端冷媒通路73を形成しても良い。要するに、端冷媒通路73は他端側の端セル2Fを熱交換できるものであれば良い。また実施形態1では、一端側の端セル2Eを冷却させる端冷媒通路72は、端セパレータ4Eを利用して形成されているが、これに限らず、一端側の端セパレータ4Eに隣接する集電板11rに端冷媒通路72を形成しても良い。要するに、端冷媒通路72は一端側の端セル2Eを熱交換できるものであれば良い。
(Embodiment 3)
This embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as the first and second embodiments. In the first embodiment described above, the end refrigerant passage 73 that cools the end cell 2F on the other end side is formed by using the current collector plate 11t. A concave end refrigerant passage 73 may be formed in the end separator 4F. In short, the end refrigerant passage 73 may be any one that can exchange heat with the end cell 2F on the other end side. In the first embodiment, the end refrigerant passage 72 for cooling the end cell 2E on one end side is formed using the end separator 4E. However, the present invention is not limited to this, and the current collector adjacent to the end separator 4E on one end side is used. An end refrigerant passage 72 may be formed in the plate 11r. In short, the end refrigerant passage 72 only needs to exchange heat between the end cells 2E on one end side.

(実施形態4)
本実施形態は実施形態1,2と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。上記した実施形態1では、一端側の端セル2Eは、積層方向の一端側における最端の1個のセル2を意味する。他端側の端セル2Fは、積層方向の他端側における最端の1個のセル2を意味する。残りのセル2が中間セル2Cに相当する。しかし本実施形態では、セル2の積層数が例えば40〜300個と多いため、一端側の端セル2Eは、積層方向の一端側における複数個(1〜6個のうちの任意値)のセル2を意味する。他端側の端セル2Fは、積層方向の他端側における複数個(1〜6個のうちの任意値)のセルを意味する。残りのセル2が中間セル2Cに相当する。なお、セル2の積層数をNとするとき、一端側の端セル2Eの上限の個数は、{N−(0.6×N)}/2にできる。他端側の端セル2Fについても同様である。
(Embodiment 4)
This embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as the first and second embodiments. In the first embodiment described above, the end cell 2E on one end side means the one end cell 2 on the one end side in the stacking direction. The end cell 2F on the other end side means the one end cell 2 on the other end side in the stacking direction. The remaining cell 2 corresponds to the intermediate cell 2C. However, in this embodiment, since the number of stacked cells 2 is as large as 40 to 300, for example, the end cell 2E on one end side is a plurality of cells (arbitrary value of 1 to 6) on one end side in the stacking direction. 2 means. The end cell 2F on the other end side means a plurality of cells (arbitrary value among 1 to 6) on the other end side in the stacking direction. The remaining cell 2 corresponds to the intermediate cell 2C. When the number of stacked cells 2 is N, the upper limit number of end cells 2E on one end side can be {N− (0.6 × N)} / 2. The same applies to the end cell 2F on the other end side.

(実施形態5)
本実施形態は実施形態1,2と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。但し、流量制御弁78は第1冷媒出口14側ではなく、第2冷媒出口15側に設けられている。本実施形態においても、中間セル2Cから受熱して暖められた冷媒を端セル2E,2Fに流すため、端セル2E,2Fにおける過剰な温度降下は抑制される。更に、流量制御弁78の開度を調整すれば、端冷媒通路72,73を流れないで冷媒排出通路6の本排出通路63に到達する冷媒流量α1と、端冷媒通路72,73を流れて流量制御弁78を介して冷媒排出通路6の本排出通路63に到達する冷媒流量α2との比率を調整することができる。このため端セル2E,2Fの温度を調整できる。
(Embodiment 5)
This embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as the first and second embodiments. However, the flow control valve 78 is provided not on the first refrigerant outlet 14 side but on the second refrigerant outlet 15 side. Also in the present embodiment, since the refrigerant that has been warmed by receiving heat from the intermediate cell 2C flows to the end cells 2E and 2F, an excessive temperature drop in the end cells 2E and 2F is suppressed. Further, if the opening degree of the flow control valve 78 is adjusted, the refrigerant flow rate α1 that reaches the main discharge passage 63 of the refrigerant discharge passage 6 without flowing through the end refrigerant passages 72 and 73 and the end refrigerant passages 72 and 73 flow. The ratio of the refrigerant discharge passage 6 to the main discharge passage 63 via the flow control valve 78 can be adjusted. For this reason, the temperature of the end cells 2E and 2F can be adjusted.

(実施形態6)
図8は実施形態6を示す。本実施形態は実施形態1,2と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。但し流量制御弁78、第1排出通路61および第1冷媒出口14が装備されていない。本来的には、端セル2E,2Fは中間セル2Cよりも放熱性が高いため、端セル2E,2Fの温度は中間セル2Cの温度よりも低温となり易い。低温になると、フラッディングが発生するおそれがある。そこで本実施形態によれば、実施形態1と同様に、冷媒供給通路5から入口に供給される冷媒(温度:T1)を、スタック1の端セル2E,2Fに流さないで、まず、中間セル2Cの中間冷媒通路70に優先的に流し、中間セル2Cを優先的に冷却させる。中間冷媒通路70を流れて中間セル2Cから受熱して暖められた冷媒は、受熱によりβぶん昇温して温度T2(T2>T1)とされている。次に、中間セル2Cからの受熱で暖められた冷媒を、スタック1の端セル2E,2Fの端冷媒通路72,73に流し、端セル2E,2Fを熱交換させ、第1エンドプレート11の第2冷媒出口15から冷媒排出通路6に排出させる。本実施形態においても、中間セル2Cから受熱して暖められた冷媒を端セル2E,2Fに流すため、端セル2E,2Fにおける過剰な温度降下は抑制される。
(Embodiment 6)
FIG. 8 shows a sixth embodiment. This embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as the first and second embodiments. However, the flow control valve 78, the first discharge passage 61, and the first refrigerant outlet 14 are not equipped. Originally, since the end cells 2E and 2F have higher heat dissipation than the intermediate cell 2C, the temperature of the end cells 2E and 2F tends to be lower than the temperature of the intermediate cell 2C. At low temperatures, flooding may occur. Therefore, according to the present embodiment, as in the first embodiment, the refrigerant (temperature: T1) supplied from the refrigerant supply passage 5 to the inlet is not passed through the end cells 2E and 2F of the stack 1, It flows preferentially through the 2C intermediate refrigerant passage 70 to cool the intermediate cell 2C preferentially. The refrigerant that has flowed through the intermediate refrigerant passage 70 and received heat from the intermediate cell 2C and warmed up by β is raised by β by the heat reception to a temperature T2 (T2> T1). Next, the refrigerant warmed by the heat received from the intermediate cell 2C is passed through the end refrigerant passages 72 and 73 of the end cells 2E and 2F of the stack 1 to exchange heat between the end cells 2E and 2F. The refrigerant is discharged from the second refrigerant outlet 15 to the refrigerant discharge passage 6. Also in the present embodiment, since the refrigerant that has been warmed by receiving heat from the intermediate cell 2C flows to the end cells 2E and 2F, an excessive temperature drop in the end cells 2E and 2F is suppressed.

(その他)
上記した図面は実施形態の概念を示すものであり、端冷媒通路72は、冷媒が流れる通路を端セパレータ4Eに形成することにより形成されているが、端セパレータ4Eおよび集電板11rのうち互いに対向する表面同士に、冷媒が流れる通路を形成して端冷媒通路72としても良い。要するに、端冷媒通路72は、一端側の端セル2Eを冷媒で熱交換できればよい。端冷媒通路73は、冷媒が流れる通路を集電板11tに形成することにより形成されているが、端セパレータ4Fおよび集電板11tのうち互いに対向する表面同士に、冷媒が流れる通路を形成して端冷媒通路73としても良い。要するに端冷媒通路73は、他端側の端セル2Fを冷媒で熱交換できればよい。流量制御弁78としては、第1排出通路61、第2排出通路62および本排出通路63に繋がる三方弁としても良い。中間冷媒通路70は冷媒を下向きに流し、端冷媒通路72,73は冷媒を上向きに流すが、これに限定されず、中間冷媒通路70は冷媒を上向きに流し、端冷媒通路72,73は冷媒を下向きに流すことにしても良い。更に、スタック1において、燃料は下向きに流しても良いし、上向きに流しても良い。同様に空気は下向きに流しても良いし、上向きに流しても良い。従って、第1冷媒出口14はスタック1の下部側に設けられているが、上部側に設けられていても良い。冷媒入口13,第2冷媒出口15はスタック1の上部側に設けられているが、下部側に設けられていても良い。上記した実施形態では、スタック1では、セル2を水平方向に沿って並設して積層しているが、これに限らず、セル2を高さ方向に沿って並設して積層しても良い。スタック1は、冷却水等の冷媒によりセル2を冷却させるものであれば良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実行できる。
(Other)
The above-mentioned drawings show the concept of the embodiment, and the end refrigerant passage 72 is formed by forming a passage through which the refrigerant flows in the end separator 4E, but the end separator 4E and the current collector plate 11r are mutually connected. It is good also as the end refrigerant path 72 by forming the channel | path through which a refrigerant | coolant flows between the surfaces which oppose. In short, the end refrigerant passage 72 only needs to exchange heat between the end cells 2E on one end side with the refrigerant. The end refrigerant passage 73 is formed by forming a passage through which the refrigerant flows in the current collector plate 11t. However, the end refrigerant passage 73 forms a passage through which the refrigerant flows between the opposing surfaces of the end separator 4F and the current collector plate 11t. The end refrigerant passage 73 may be used. In short, the end refrigerant passage 73 only needs to exchange heat between the end cells 2F on the other end side with the refrigerant. The flow control valve 78 may be a three-way valve connected to the first discharge passage 61, the second discharge passage 62, and the main discharge passage 63. The intermediate refrigerant passage 70 causes the refrigerant to flow downward, and the end refrigerant passages 72 and 73 cause the refrigerant to flow upward. However, the present invention is not limited to this. May be allowed to flow downward. Furthermore, in the stack 1, the fuel may flow downward or upward. Similarly, the air may flow downward or upward. Therefore, although the first refrigerant outlet 14 is provided on the lower side of the stack 1, it may be provided on the upper side. The refrigerant inlet 13 and the second refrigerant outlet 15 are provided on the upper side of the stack 1, but may be provided on the lower side. In the above-described embodiment, in the stack 1, the cells 2 are arranged side by side along the horizontal direction. However, the present invention is not limited to this, and the cells 2 may be arranged side by side along the height direction. good. The stack 1 only needs to cool the cell 2 with a coolant such as cooling water. The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and can be implemented with appropriate modifications within a range not departing from the gist.

1はスタック、10は積層体、11は第1エンドプレート、12は第2エンドプレート、13は冷媒入口、14は第1冷媒出口、15は第2冷媒出口、2はセル、2Cは中間セル、2E,2Fは端セル、4はセパレータ、5は冷媒供給通路、50はポンプ、6は冷媒排出通路、7は冷媒通路構造、70は中間冷媒通路、72,73は端冷媒通路、78は流量制御弁(流量制御要素)、81は第1マニホルド孔、82は第2マニホルド孔、83は第3マニホルド孔、88は表面通路、100は入口温度センサ、101は第1出口温度センサ、102は第2出口温度センサ、110は制御装置を示す。   1 is a stack, 10 is a laminate, 11 is a first end plate, 12 is a second end plate, 13 is a refrigerant inlet, 14 is a first refrigerant outlet, 15 is a second refrigerant outlet, 2 is a cell, 2C is an intermediate cell 2E and 2F are end cells, 4 is a separator, 5 is a refrigerant supply passage, 50 is a pump, 6 is a refrigerant discharge passage, 7 is a refrigerant passage structure, 70 is an intermediate refrigerant passage, 72 and 73 are end refrigerant passages, and 78 is A flow control valve (flow control element), 81 is a first manifold hole, 82 is a second manifold hole, 83 is a third manifold hole, 88 is a surface passage, 100 is an inlet temperature sensor, 101 is a first outlet temperature sensor, 102 Denotes a second outlet temperature sensor, and 110 denotes a control device.

Claims (4)

膜電極接合体と前記膜電極接合体の厚み方向の両側を挟むセパレータとを有するセルを複数個厚み方向に積層して形成されると共に冷媒を流す冷媒通路構造を備えるスタックと、
前記スタックの前記冷媒通路構造の入口に連通する冷媒供給通路と、
前記スタックの前記冷媒通路構造の出口に連通する冷媒排出通路とを具備しており、
前記スタックの前記冷媒通路構造は、
前記スタックの積層方向の中間に存在する中間セルの中間冷媒通路と、前記積層方向の端に存在する端セルの端冷媒通路とを有しており、且つ、
前記冷媒供給通路から供給される冷媒を前記中間冷媒通路に流して前記中間セルを冷却し、前記中間冷媒通路を流れて前記中間セルから受熱して暖められた冷媒を前記端セルの前記端冷媒通路に流して前記端セルと熱交換させる構造を有する燃料電池スタック装置。
A stack having a refrigerant passage structure that is formed by laminating a plurality of cells having a membrane electrode assembly and separators sandwiching both sides of the membrane electrode assembly in the thickness direction and that allows a refrigerant to flow;
A refrigerant supply passage communicating with an inlet of the refrigerant passage structure of the stack;
A refrigerant discharge passage communicating with an outlet of the refrigerant passage structure of the stack,
The refrigerant passage structure of the stack is
An intermediate refrigerant passage of an intermediate cell that exists in the middle of the stacking direction of the stack, and an end refrigerant passage of an end cell that exists at an end of the stacking direction, and
The refrigerant supplied from the refrigerant supply passage is caused to flow through the intermediate refrigerant passage to cool the intermediate cell, and the refrigerant that has flowed through the intermediate refrigerant passage and received heat from the intermediate cell is heated. A fuel cell stack device having a structure for flowing through a passage and exchanging heat with the end cell.
膜電極接合体と前記膜電極接合体を厚み方向の両側を挟むセパレータとを有するセルを複数個厚み方向に積層して形成されると共に冷媒を流す冷媒通路構造を備えるスタックと、
前記スタックの前記冷媒通路構造の入口に連通する冷媒供給通路と、
前記スタックの前記冷媒通路構造の出口に連通する冷媒排出通路とを具備しており、
前記スタックの前記冷媒通路構造は、
前記スタックの積層方向の中間に存在する中間セルの中間冷媒通路と、前記積層方向の端に存在する端セルの端冷媒通路と、前記中間冷媒通路を流れるものの前記端冷媒通路を流れないで前記冷媒排出通路に到達する冷媒流量α1と、前記中間冷媒通路および前記端冷媒通路を流れて前記冷媒排出通路に到達する冷媒流量α2との比率を調整する流量制御要素とを有しており、且つ、
前記冷媒供給通路から供給される冷媒を前記中間冷媒通路に流して前記中間セルを冷却し、前記中間冷媒通路を流れて前記中間セルから受熱して暖められた冷媒を前記端冷媒通路に流して前記端セルと熱交換させる構造を有する燃料電池スタック装置。
A stack having a refrigerant passage structure formed by laminating a plurality of cells having a membrane electrode assembly and separators sandwiching both sides of the membrane electrode assembly in the thickness direction and flowing a refrigerant; and
A refrigerant supply passage communicating with an inlet of the refrigerant passage structure of the stack;
A refrigerant discharge passage communicating with an outlet of the refrigerant passage structure of the stack,
The refrigerant passage structure of the stack is
The intermediate refrigerant passage of the intermediate cell that exists in the middle of the stacking direction of the stack, the end refrigerant passage of the end cell that exists at the end of the stacking direction, the flow through the intermediate refrigerant passage, but not through the end refrigerant passage A flow rate control element for adjusting a ratio between the refrigerant flow rate α1 reaching the refrigerant discharge passage and the refrigerant flow rate α2 flowing through the intermediate refrigerant passage and the end refrigerant passage and reaching the refrigerant discharge passage, and ,
The refrigerant supplied from the refrigerant supply passage is caused to flow through the intermediate refrigerant passage to cool the intermediate cell, and the refrigerant received through the intermediate refrigerant passage and heated from the intermediate cell is allowed to flow through the end refrigerant passage. A fuel cell stack device having a structure for exchanging heat with the end cell.
請求項2において、前記スタックは、前記冷媒供給通路から前記スタックの前記冷媒通路構造の入口に冷媒を供給するための第1冷媒入口と、前記スタックの前記中間冷媒通路を流れて前記中間セルから受熱して暖められた冷媒を前記端セルの前記端冷媒通路に流すことなく前記冷媒排出通路に流す第1冷媒出口と、前記中間冷媒通路を流れて前記中間セルから受熱して暖められた冷媒を前記端セルの前記端冷媒通路を介して前記冷媒排出通路に流す第2冷媒出口とを備えている燃料電池スタック装置。   3. The stack according to claim 2, wherein the stack flows from the refrigerant supply passage to a first refrigerant inlet for supplying a refrigerant to an inlet of the refrigerant passage structure of the stack, and flows from the intermediate cell through the intermediate refrigerant passage of the stack. A first refrigerant outlet for flowing the received and warmed refrigerant into the refrigerant discharge passage without flowing into the end refrigerant passage of the end cell; and a refrigerant which is warmed by receiving heat from the intermediate cell through the intermediate refrigerant passage And a second refrigerant outlet for flowing the refrigerant into the refrigerant discharge passage through the end refrigerant passage of the end cell. 請求項3において、前記第1冷媒入口の冷媒の入口温度Tinを検知する入口温度センサと、前記第1冷媒出口から排出される冷媒の出口温度Tout1を検知する第1出口温度センサと、前記第2冷媒出口から排出される冷媒の出口温度Tout2を検知する第2出口温度センサと、前記入口温度Tinに対して前記出口温度Tout2がプラスマイナスτ℃(τ=0〜5℃)となるように前記流量制御要素の開度を調整する制御装置とを備えている燃料電池スタック装置。   The inlet temperature sensor for detecting an inlet temperature Tin of the refrigerant at the first refrigerant inlet, a first outlet temperature sensor for detecting an outlet temperature Tout1 of the refrigerant discharged from the first refrigerant outlet, (2) a second outlet temperature sensor that detects the outlet temperature Tout2 of the refrigerant discharged from the refrigerant outlet, and the outlet temperature Tout2 becomes plus or minus τ ° C. (τ = 0 to 5 ° C.) with respect to the inlet temperature Tin. A fuel cell stack device comprising: a control device that adjusts an opening degree of the flow rate control element;
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9231259B2 (en) 2013-09-27 2016-01-05 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell stack
US10998560B2 (en) 2014-11-10 2021-05-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell stack

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