JP2013219000A - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、燃料電池スタックに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell stack.
固体高分子電解質膜型の燃料電池は、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成された電解質膜電極構造体を備え、一対のセパレータによって電解質膜電極構造体を挟持することにより単位燃料電池を構成している。燃料電池スタックは、単位燃料電池が複数枚(数十〜数百枚)積層されて構成されている。
また、燃料電池スタックを車両に搭載し、燃料電池スタックから発生した電気エネルギで電動モータを駆動することにより走行する、いわゆる燃料電池自動車が広く知られている。
A solid polymer electrolyte membrane type fuel cell includes an electrolyte membrane electrode structure formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode, and the electrolyte membrane electrode structure is sandwiched between a pair of separators. This constitutes a unit fuel cell. The fuel cell stack is configured by laminating a plurality (tens to hundreds) of unit fuel cells.
Also, a so-called fuel cell vehicle is known which travels by mounting a fuel cell stack on a vehicle and driving an electric motor with electric energy generated from the fuel cell stack.
例えば特許文献1には、複数の燃料電池セルが積層されてセル積層体を成し、該セル積層体の両側にエンドプレートが配され、セル積層体の積層方向に形成された貫通孔とエンドプレートの貫通孔が連通して燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体からなる流体が流通する連通孔を成し、該流体が流通する樹脂素材の管路が該連通孔に連通した姿勢で前記エンドプレートに締結された燃料電池スタックが記載されている。
For example, in
この種の燃料電池スタックにおいては、燃料ガスとして、例えば主に水素を含有するガス(以下、「水素含有ガス」という。)が、第一の反応ガス流路を介してアノード電極に供給される。また、酸化剤ガスとして、例えば主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、「酸素含有ガス」という。)が、第二の反応ガス流路を介してカソード電極に供給されている。アノード電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード電極側では、酸素含有ガスの酸素、水素イオンおよび電子が反応して水(以下、「生成水」という。)が生成される。 In this type of fuel cell stack, as a fuel gas, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter referred to as “hydrogen-containing gas”) is supplied to the anode electrode via the first reaction gas channel. . In addition, as the oxidant gas, for example, a gas containing mainly oxygen or air (hereinafter referred to as “oxygen-containing gas”) is supplied to the cathode electrode through the second reaction gas flow path. In the fuel gas supplied to the anode electrode, hydrogen is ionized on the electrode catalyst and moves to the cathode electrode side through the electrolyte membrane. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. On the cathode electrode side, oxygen (oxygen), hydrogen ions and electrons of the oxygen-containing gas react to generate water (hereinafter referred to as “product water”).
ここで、酸素含有ガスが流通する連通孔内には、カソード電極で生成された生成水により滞留水が発生する。また、水素含有ガスが流通する連通孔内には、結露や電解質膜電極構造体を透過した生成水等により滞留水が発生する。この滞留水は、酸素含有ガスおよび水素含有ガスの各反応ガスが流通する連通孔の面積を縮小させたり、連通孔を閉塞したりするおそれがある。特に、滞留水が連通孔を閉塞した場合には、セパレータとカソード電極との間およびセパレータとアノード電極との間に形成された各反応ガス流路も閉塞されて各反応ガスの流れが妨げられ、燃料電池スタックの発電不良が発生するおそれがある。
そこで、例えば連通孔の開口側のガスマニホールド等にキャッチタンクやドレイン、水排出弁等を設け、ドレインや水排出弁等から滞留水を定期的に排出している。
Here, in the communication hole through which the oxygen-containing gas flows, stagnant water is generated by the generated water generated at the cathode electrode. In addition, in the communication hole through which the hydrogen-containing gas flows, stagnant water is generated due to condensation or generated water that has permeated through the electrolyte membrane electrode structure. This staying water may reduce the area of the communication hole through which each reaction gas of the oxygen-containing gas and the hydrogen-containing gas flows, or may block the communication hole. In particular, when stagnant water closes the communication hole, the reaction gas flow paths formed between the separator and the cathode electrode and between the separator and the anode electrode are also blocked to prevent the flow of each reaction gas. There is a risk of power generation failure of the fuel cell stack.
Therefore, for example, a catch tank, a drain, a water discharge valve or the like is provided in a gas manifold or the like on the opening side of the communication hole, and the accumulated water is periodically discharged from the drain or the water discharge valve.
ところで、燃料電池自動車は、走行や停止により姿勢が変化する。したがって、一時的に滞留水が多く発生した場合において、燃料電池スタックの構成や燃料電池スタックの位置、燃料電池自動車の姿勢等の如何によっては、各反応ガス流路が滞留水によって閉塞されて、燃料電池スタックの発電不良が発生するおそれがある。 By the way, the attitude of the fuel cell vehicle changes due to running or stopping. Therefore, when a large amount of stagnant water is temporarily generated, depending on the configuration of the fuel cell stack, the position of the fuel cell stack, the attitude of the fuel cell vehicle, etc., each reaction gas flow path is blocked by the stagnant water, There is a risk of power generation failure of the fuel cell stack.
具体的には、特許文献1に記載の燃料電池スタックは、反応ガスの通路を形成するために、連通孔の一方側の開口をエンドプレートにより閉塞していると考えられる。このため、連通孔の開口を閉塞するエンドプレートが下方に向くように、燃料電池自動車が傾斜したときには、重力により滞留水がエンドプレート側に移動するとともに、エンドプレートによって滞留水が塞き止められる。これにより、滞留水がエンドプレート側に集まるため、エンドプレート側における連通孔内の滞留水の水位が上昇する。したがって、反応ガスの通路である連通孔が滞留水によって閉塞されて反応ガスが流通できなくなり、燃料電池スタックの発電不良が発生するおそれがある。
Specifically, in the fuel cell stack described in
そこで本発明は、車両が傾斜したときであっても、滞留水によって燃料電池スタックの発電不良が発生するのを防止できる燃料電池スタックの提供を課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell stack that can prevent the occurrence of power generation failure of the fuel cell stack due to stagnant water even when the vehicle is inclined.
上記の課題を解決するため、本発明の燃料電池スタック(例えば、実施形態における燃料電池スタック1)は、車両(例えば、実施形態における燃料電池自動車V)に搭載された燃料電池スタックであって、電解質膜電極構造体(例えば、実施形態における膜電極構造体7)とセパレータ(例えば、実施形態におけるセパレータ11,12)とが積層された積層体(例えば、実施形態における積層体3)を備え、前記積層体の積層方向の両端部には、一対のエンドプレート(例えば、実施形態におけるエンドプレート25a,25b)が配置され、前記積層体には、前記積層方向に沿って、発電に使用された反応ガスを排出するための反応ガス排出連通孔(例えば、実施形態における第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34)が設けられ、前記一対のエンドプレートのうち、前記積層方向の一方側に配置されたエンドプレートには、前記反応ガス排出連通孔と連通し前記反応ガスが排出されるガスマニホールド(例えば、実施形態におけるガスマニホールド10b,10d)が設けられ、前記一対のエンドプレートのうち、前記積層方向の他方側に配置されたエンドプレートには、前記反応ガス排出連通孔と連通する貯水部(例えば、実施形態における貯水部40)が設けられていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a fuel cell stack of the present invention (for example, the
本発明によれば、燃料電池スタックの積層方向の他方側に車両が傾斜したとき、反応ガス排出連通孔内の滞留水は、重力によって前記他方側に移動する。ここで、前記他方側のエンドプレートには、反応ガス排出連通孔と連通する貯水部を設けているので、前記他方側に移動した滞留水は、エンドプレートによって反応ガス排出連通孔内に塞き止められることなく、貯水部に移動して貯水される。これにより、反応ガス排出連通孔の前記他方側において、移動した滞留水により反応ガス排出連通孔内の水位が上昇するのを抑制できる。したがって、反応ガス排出連通孔内の滞留水により、各反応ガス排出連通孔が閉塞されるのを防止できるので、燃料電池スタックの発電不良が発生するのを防止できる。また、従来と同様に、ガスマニホールドが貯水部として機能し、反応ガス排出連通孔内の滞留水を排出できる。したがって、車両が傾斜したときであっても、滞留水によって燃料電池スタックの発電不良が発生するのを防止できる。 According to the present invention, when the vehicle is inclined to the other side in the stacking direction of the fuel cell stack, the accumulated water in the reaction gas discharge communication hole moves to the other side by gravity. Here, since the other end plate is provided with a water storage portion that communicates with the reaction gas discharge communication hole, the accumulated water that has moved to the other side is blocked in the reaction gas discharge communication hole by the end plate. Without being stopped, it moves to the water storage unit and is stored. Thereby, it is possible to suppress an increase in the water level in the reaction gas discharge communication hole due to the staying water that has moved on the other side of the reaction gas discharge communication hole. Accordingly, it is possible to prevent the reaction gas discharge communication holes from being blocked by the stagnant water in the reaction gas discharge communication holes, and thus it is possible to prevent power generation failure of the fuel cell stack. Further, as in the conventional case, the gas manifold functions as a water reservoir, and the accumulated water in the reaction gas discharge communication hole can be discharged. Therefore, even when the vehicle is tilted, it is possible to prevent power generation failure of the fuel cell stack due to the staying water.
また、前記貯水部の内側面のうち重力方向の最下面(例えば、実施形態における貯水部材41の−Z側面42a)は、前記貯水部と連結される前記反応ガス排出連通孔の前記他方側の端部のうち重力方向の最下部(例えば、実施形態における第二ガス出口通路34の−Z側面34a)よりも重力方向上方に位置することを特徴としている。
Further, the lowermost surface in the direction of gravity (for example, the -
積層方向の他方側に車両が傾斜して貯水部に滞留水が貯水された後、車両が水平に戻ったときに、貯水部内の滞留水は、貯水部から反応ガス排出連通孔に還流される。このとき、貯水部の最下面が反応ガス排出連通孔の他方側における端部の最下部よりも重力方向上方に位置しているので、滞留水が貯水部から反応ガス排出連通孔に還流されずに貯水部に留まるのを抑制し、滞留水を速やかに排出できる。したがって、本発明によれば、請求項1の効果に加えて、貯水部内の滞留水を良好に排出できる。
After the vehicle is inclined to the other side in the stacking direction and the accumulated water is stored in the reservoir, the accumulated water in the reservoir is returned from the reservoir to the reaction gas discharge communication hole when the vehicle returns to the horizontal level. . At this time, since the lowermost surface of the water storage portion is located above the lowermost portion of the end portion on the other side of the reaction gas discharge communication hole in the gravity direction, the accumulated water is not recirculated from the water storage portion to the reaction gas discharge communication hole. Therefore, it is possible to suppress staying in the water storage section and to quickly discharge the accumulated water. Therefore, according to this invention, in addition to the effect of
また、前記貯水部の内側面のうち重力方向の最下面は、前記他方側から前記一方側に向かって重力方向下方に傾斜していることを特徴としている。 Further, the lowermost surface in the gravitational direction among the inner side surfaces of the water storage section is inclined downward in the gravitational direction from the other side toward the one side.
本発明によれば、貯水部の重力方向の最下面を、前記他方側から前記一方側に向かって重力方向下方に傾斜する傾斜面とすることで、車両が水平に戻ったときに、貯水部内の滞留水を傾斜面に沿って勢いよく排出できる。したがって、滞留水が貯水部から反応ガス排出連通孔に還流されずに貯水部に留まるのを抑制し、貯水部内の滞留水を確実に排出できる。 According to the present invention, the lowermost surface in the gravity direction of the water storage portion is an inclined surface that is inclined downward in the gravity direction from the other side toward the one side, so that when the vehicle returns to the horizontal, The accumulated water can be discharged along the inclined surface. Therefore, it is possible to suppress the stagnant water from staying in the water reservoir without being recirculated from the water reservoir to the reaction gas discharge communication hole, and to reliably discharge the stagnant water in the water reservoir.
また、前記貯水部には、内部を複数の空間(例えば、実施形態における分割貯水筒部49)に仕切る仕切り壁(例えば、実施形態における仕切り壁47)が形成されていることを特徴としている。
In addition, the water storage section is formed with a partition wall (for example, the
積層方向の他方側に車両が傾斜し、貯水部に滞留水が収容されたままの状態で外気温が氷点下になると、滞留水が凍結して貯水部に対応した大きさの氷が形成される。その後、車両が水平に戻り、貯水部内の氷が貯水部から反応ガス排出連通孔に排出されると、外形の大きな氷が反応ガス排出連通孔を閉塞するおそれがある。しかし、本発明によれば、貯水部の内部が仕切り壁により複数の空間に仕切られるので、貯水部内で形成される氷を細分化でき、外形を小さくできる。これにより、貯水部から排出された氷が、反応ガス排出連通孔を閉塞するのを防止できるので、燃料電池スタックの発電不良が発生するのを防止できる。 If the vehicle tilts to the other side in the stacking direction and the outside air temperature is below freezing while the accumulated water is stored in the reservoir, the accumulated water freezes and ice of a size corresponding to the reservoir is formed. . Thereafter, when the vehicle returns horizontally and ice in the water storage part is discharged from the water storage part to the reaction gas discharge communication hole, ice having a large outer shape may block the reaction gas discharge communication hole. However, according to the present invention, since the interior of the water reservoir is partitioned into a plurality of spaces by the partition wall, the ice formed in the water reservoir can be subdivided and the outer shape can be reduced. As a result, it is possible to prevent the ice discharged from the water storage part from blocking the reaction gas discharge communication hole, and thus it is possible to prevent the power generation failure of the fuel cell stack.
本発明によれば、燃料電池スタックの積層方向の他方側に車両が傾斜したとき、反応ガス排出連通孔内の滞留水は、重力によって前記他方側に移動する。ここで、前記他方側のエンドプレートの前記他方側には、反応ガス排出連通孔と連通する貯水部を設けているので、前記他方側に移動した滞留水は、エンドプレートによって反応ガス排出連通孔内に塞き止められることなく、貯水部に移動して貯水される。これにより、反応ガス排出連通孔の前記他方側において、移動した滞留水により反応ガス排出連通孔内の水位が上昇するのを抑制できる。したがって、反応ガス排出連通孔内の滞留水により、各反応ガス排出連通孔が閉塞されるのを防止できるので、燃料電池スタックの発電不良が発生するのを防止できる。また、従来と同様に、ガスマニホールドが貯水部として機能し、反応ガス排出連通孔内の滞留水を排出できる。したがって、車両が傾斜したときであっても、滞留水によって燃料電池スタックの発電不良が発生するのを防止できる。 According to the present invention, when the vehicle is inclined to the other side in the stacking direction of the fuel cell stack, the accumulated water in the reaction gas discharge communication hole moves to the other side by gravity. Here, since the other end plate of the other side is provided with a water storage portion that communicates with the reaction gas discharge communication hole, the accumulated water that has moved to the other side is allowed to react with the reaction gas discharge communication hole by the end plate. Without being blocked inside, it moves to the water storage part and is stored. Thereby, it is possible to suppress an increase in the water level in the reaction gas discharge communication hole due to the staying water that has moved on the other side of the reaction gas discharge communication hole. Accordingly, it is possible to prevent the reaction gas discharge communication holes from being blocked by the stagnant water in the reaction gas discharge communication holes, and thus it is possible to prevent power generation failure of the fuel cell stack. Further, as in the conventional case, the gas manifold functions as a water reservoir, and the accumulated water in the reaction gas discharge communication hole can be discharged. Therefore, even when the vehicle is tilted, it is possible to prevent power generation failure of the fuel cell stack due to the staying water.
(燃料電池スタック)
以下に、本発明の第一実施形態の燃料電池スタックについて図面を参照して説明をする。
図1は、燃料電池スタック1の斜視図である。なお、図1では、各反応ガスが流通するガスマニホールド10a〜10dを二点鎖線で図示している。
図2は、燃料電池スタック1の分解斜視図である。
図1に示すように、燃料電池スタック1は、平面視略矩形板状の単位燃料電池2(以下、「単位セル2」という。)が多数積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池スタック1は、例えば燃料電池自動車V(図5参照)等の車両に搭載される。なお、以下の説明では、平面視略矩形状に形成された単位セル2の角部を挟む二辺のうち、長辺の延在方向をX方向とし、単位セル2の積層方向をY方向とし、X方向とY方向とに直交する方向をZ方向として、必要に応じてXYZの直交座標系を用いて説明する。また、各図では、各部材の構造をわかりやすくするため、各部材の(特にY方向の)寸法や単位セル2の積層枚数を現実のものから適宜変更して描いている。
(Fuel cell stack)
The fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of the
FIG. 2 is an exploded perspective view of the
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、燃料電池スタック1は、膜電極構造体7と一対のセパレータ11,12とで構成された単位セル2をY方向に積層した積層体3と、積層体3のY方向両側に配置される一対のターミナルプレート21a,21bと、一対のターミナルプレート21a,21bのY方向両側に配置される一対の絶縁プレート23a,23bと、一対のターミナルプレート21a,21bおよび一対の絶縁プレート23a,23bを介して積層体3をY方向から挟持する一対のエンドプレート25a,25bとにより構成されている。
As shown in FIG. 2, the
図3は、単位セル2の分解斜視図である。
図3に示すように、単位セル2は、主に膜電極構造体7(請求項の「電解質膜電極構造体」に相当。)と、一対のセパレータ11,12とを備えている。単位セル2は、膜電極構造体7が一対のセパレータ11,12により挟持されることにより形成されている。
膜電極構造体7は、固体高分子電解質膜4と、固体高分子電解質膜4の−Y側に配置されたアノード電極5と、固体高分子電解質膜4の+Y側に配置されたカソード電極6とを備えている。
固体高分子電解質膜4は、例えばパーフルオロスルホン酸ポリマーに水を含浸させた素材により形成されている。固体高分子電解質膜4は、Y方向視で略矩形枠状に形成された外枠部材7aの開口部に収容保持されている。
FIG. 3 is an exploded perspective view of the
As shown in FIG. 3, the
The membrane electrode structure 7 includes a solid
The solid
アノード電極5およびカソード電極6は、例えばカーボンペーパー等により形成された不図示の多孔質ガス拡散層と、例えば白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子がガス拡散層の表面に一様に積層されて形成された不図示の電極触媒層とをそれぞれ有している。そして、電極触媒層同士が固体高分子電解質膜4を介して対向するように、アノード電極5およびカソード電極6が固体高分子電解質膜4にそれぞれ接合されている。
The
また、膜電極構造体7の−Y側にはセパレータ11が設けられ、膜電極構造体7の+Y側にはセパレータ12が設けられている。セパレータ11,12は、膜電極構造体7の外枠部材7aに対応して、外形がY方向視で略矩形状に形成された金属板部材であり、例えばプレス加工により形成されている。セパレータ11,12には、一対のセル電圧検出用の出力端子15が+Z側に延設されている。
A
セパレータ11におけるアノード電極5に対向する面には、アノード電極5に水素含有ガスを供給および排出するための第一ガス流路13が設けられている。第一ガス流路13は、例えばゴム等からなるシール部材13aによって囲まれている。
第一ガス流路13の(+X,+Z)側には、後述する第一ガス入口通路31と連通するセルブリッジ13bが形成されている。また、第一ガス流路13の(−X,−Z)側には、後述する第一ガス出口通路32(請求項の「反応ガス排出連通孔」に相当。)と連通するセルブリッジ13cが形成されている。
A first
On the (+ X, + Z) side of the first
また、セパレータ12におけるカソード電極6に対向する面には、カソード電極6に酸素含有ガスを供給および排出するための第二ガス流路14が設けられている。
第二ガス流路14は、第一ガス流路13と同様に、例えばゴム等からなるシール部材14aによって囲まれている。
第二ガス流路14の(−X,+Z)側には、後述する第二ガス入口通路33と連通するセルブリッジ14bが形成されている。また、第二ガス流路14の(+X,−Z)側には、後述する第二ガス出口通路34(請求項の「反応ガス排出連通孔」に相当。)と連通するセルブリッジ14cが形成されている。
A second
Similar to the first
On the (−X, + Z) side of the second
隣り合う単位セル2のセパレータ11とセパレータ12とが相互に対向する面には、各単位セル2を冷却するための冷却水(冷媒)が流れる冷媒流路16が形成されている。冷媒流路16は、例えばゴム等からなるシール部材16aによって囲まれており、後述する冷媒通路35,36と連通している。
単位セル2を構成する膜電極構造体7およびセパレータ11,12には、第一ガス入口通路31、第一ガス出口通路32、第二ガス入口通路33、第二ガス出口通路34および冷媒通路35,36の各通路が形成されている。
第一ガス入口通路31は、水素含有ガスを通過させるための通路であり、単位セル2の(+X,+Z)方向の角部に設けられている。第一ガス出口通路32は、発電に供された後の水素含有ガスを通過させるための通路であり、第一ガス入口通路31の対角位置である単位セル2の(−X,−Z)方向の角部に設けられている。第一ガス入口通路31は、セルブリッジ13bを介して第一ガス流路13に連通している。また、第一ガス出口通路32は、セルブリッジ13cを介して第一ガス流路13に連通している。水素含有ガスは、第一ガス入口通路31、セルブリッジ13b、第一ガス流路13、セルブリッジ13c、第一ガス出口通路32の順に流通する。
The membrane electrode structure 7 and the
The first
第二ガス入口通路33は、酸素含有ガスを通過させるための通路であり、単位セル2の(−X,+Z)方向の角部に設けられている。第二ガス出口通路34は、発電に供された後の酸素含有ガスを通過させるための通路であり、第二ガス入口通路33の対角位置である単位セル2の(+X,−Z)方向の角部に設けられている。第二ガス入口通路33はセルブリッジ14bを介して第二ガス流路14に連通している。また、第二ガス出口通路34は、セルブリッジ14cを介して第二ガス流路14に連通している。酸素含有ガスは、第二ガス入口通路33、セルブリッジ14b、第二ガス流路14、セルブリッジ14c、第二ガス出口通路34の順に流通する。
The second
冷媒通路35,36は、冷却水を通過させるための通路であり、第一ガス入口通路31と第二ガス出口通路34との間、および第二ガス入口通路33と第一ガス出口通路32との間にそれぞれ設けられている。例えば、一方の冷媒通路35が入口通路、他方の冷媒通路36が出口通路となっており、冷媒通路35,36はセパレータ11とセパレータ12とが相互に対向する面に形成された冷媒流路16と連通している。
The
図2に示すように、単位セル2が積層されて形成された積層体3の+Y側および−Y側には、一対のターミナルプレート21a,21bが対向配置されている。ターミナルプレート21a,21bは、例えば銅等の金属により、Y方向視の外形が積層体3と略同一に形成されている。ターミナルプレート21a,21bは、各単位セル2と電気的に接続されており、端子22を介して各単位セル2の電力を外部に引き出している。ターミナルプレート21a,21bには、単位セル2と同様に、第一ガス入口通路31、第一ガス出口通路32、第二ガス入口通路33、第二ガス出口通路34および冷媒通路35,36の各通路が形成されている。
As shown in FIG. 2, a pair of
一対のターミナルプレート21a,21bの+Y側および−Y側には、一対の絶縁プレート23a,23bが対向配置されている。絶縁プレート23a,23bは、例えばフェノール樹脂等の絶縁材料により、Y方向視の外形が積層体3と略同一に形成されている。絶縁プレート23a,23bは、ターミナルプレート21a,21bからの電力の漏洩を防止している。一対の絶縁プレート23a,23bには、単位セル2と同様に、第一ガス入口通路31、第一ガス出口通路32、第二ガス入口通路33、第二ガス出口通路34および冷媒通路35,36の各通路が形成されている。
A pair of insulating
一対の絶縁プレート23a,23bの+Y側および−Y側には、一対のエンドプレート25a,25bが対向配置されている。エンドプレート25a,25bは、例えば鉄やアルミ等の金属により、Y方向視の外形が積層体3よりも大きく形成されている。
+Y側のエンドプレート25aには、単位セル2と同様に、第一ガス入口通路31、第一ガス出口通路32、第二ガス入口通路33、第二ガス出口通路34および冷媒通路35,36の各通路が形成されている。
A pair of
Similarly to the
−Y側のエンドプレート25bには、第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34が形成されている。−Y側のエンドプレート25bには、第一ガス入口通路31、第二ガス入口通路33および冷媒通路35,36の各通路は形成されておらず、前記各通路の−Y側を閉塞している。
A first
図4は、A−A線に沿った断面図である。なお、−Y側のエンドプレート25bに形成された第一ガス出口通路32(図2参照)および第二ガス出口通路34は同一構造である。したがって、以下では、第二ガス出口通路34について説明をし、第一ガス出口通路32については説明を省略する。
図4に示すように、−Y側のエンドプレート25bの第二ガス出口通路34は、Y方向視で略矩形状に形成された貫通孔37の内側面を覆うカラー38により形成されている。
エンドプレート25bの貫通孔37は、外形が第二ガス出口通路34よりも大きく形成されている。貫通孔37の内側面には、Y方向の略中央に、貫通孔37の内側に突出した凸部37aが全周に渡って形成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA. The first gas outlet passage 32 (see FIG. 2) and the second
As shown in FIG. 4, the second
The outer shape of the through
カラー38は、Y方向視で略矩形枠状の部材であり、例えば樹脂により形成されている。カラー38の枠内の開口は、第二ガス出口通路34となっている。カラー38の外側面には、Y方向の略中央に、貫通孔37の凸部37aに対応した凹部38aが全周に渡って形成されている。貫通孔37の凸部37aとカラー38の凹部38aとを嵌合することで、貫通孔37にカラー38が装着される。
The
一対のエンドプレート25a,25bは、不図示のタイロッド等により連結されることで、各単位セル2、ターミナルプレート21a,21bおよび絶縁プレート23a,23bの各部材を積層および圧縮した状態で保持している。各部材が積層されることで、燃料電池スタック1内には、Y方向に沿った第一ガス入口通路31、第一ガス出口通路32、第二ガス入口通路33、第二ガス出口通路34および冷媒通路35,36の各通路が形成される。
The pair of
図1に示すように、+Y側のエンドプレート25aの+Y側には、ガスマニホールド10a〜10dと、一対の冷媒配管(不図示)とが配置されている。
ガスマニホールド10a,10bは、それぞれ第一ガス入口通路31および第一ガス出口通路32(いずれも図2参照)と連通している。水素含有ガスは、ガスマニホールド10aから第一ガス入口通路31に導入された後、単位セル2内の第一ガス流路13(図3参照)を通過し、第一ガス出口通路32からガスマニホールド10b(請求項の「反応ガスが排出されるガスマニホールド」に相当。)に排出される。
As shown in FIG. 1,
The
ガスマニホールド10c,10dは、それぞれ第二ガス入口通路33および第二ガス出口通路34(いずれも図2参照)と連通している。酸素含有ガスは、ガスマニホールド10cから第二ガス入口通路33に導入された後、単位セル2内の第二ガス流路14(図3参照)を通過し、第二ガス出口通路34からガスマニホールド10d(請求項の「反応ガスが排出されるガスマニホールド」に相当。)に排出される。
The
第一ガス出口通路32に接続されたガスマニホールド10bおよび第二ガス出口通路34に接続されたガスマニホールド10dには、不図示の分岐配管を介して不図示のキャッチタンクが接続されている。また、キャッチタンクには、不図示の水排出弁が設けられている。キャッチタンクは、第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34内に発生する後述の滞留水を貯水している。水排出弁は、キャッチタンク内の貯水量が規定値以上となったときに開放されて滞留水を外部に排出している。
A catch tank (not shown) is connected to the
一対の冷媒配管は、それぞれ冷媒通路35,36に接続されている。冷媒は、一方の冷媒配管から入口側の冷媒通路35に導入された後、単位セル2間の冷媒流路16を通過し、出口側の冷媒通路36から他方の冷媒配管に排出される。
The pair of refrigerant pipes are connected to
(貯水部)
図2に示すように、−Y側のエンドプレート25bの−Y側には、貯水部40(40a,40b)が二箇所に設けられている。
第一ガス出口通路32を閉塞する貯水部40aは、第一ガス出口通路32内の滞留水を貯水する機能を有している。第一ガス出口通路32内の滞留水は、例えば結露等による水やカソード電極6側(図3参照)から膜電極構造体7(図3参照)を透過した生成水により発生する。
第二ガス出口通路34を閉塞する貯水部40bは、第二ガス出口通路34内の滞留水を貯水する機能を有している。第二ガス出口通路34内の滞留水は、カソード電極6(図3参照)側で、酸素含有ガスの酸素と水素イオンおよび電子が反応して生成された生成水により発生する。
(Water reservoir)
As shown in FIG. 2, two reservoirs 40 (40a and 40b) are provided on the −Y side of the −Y
The
The
以下、貯水部40について説明する。なお、第一ガス出口通路32を閉塞する貯水部40aおよび第二ガス出口通路34を閉塞する貯水部40bは同一構造である。したがって、以下では、第二ガス出口通路34を閉塞する貯水部40bについて説明をし、第一ガス出口通路32を閉塞する貯水部40aについては説明を省略する。
図2に示すように、本実施形態の貯水部40bは、−Y側のエンドプレート25bの第二ガス出口通路34を閉塞する貯水部材41により形成されている。
Hereinafter, the
As shown in FIG. 2, the
図4に示すように、貯水部材41は、例えばアルミ等の金属や樹脂等により形成された部材であり、−Y側のエンドプレート25bの−Y側に配置される有底の貯水筒部42と、貯水筒部42の開口に形成されたフランジ部43とを備えている。
貯水筒部42は、Y方向視で第二ガス出口通路34の形状に対応した略矩形状に形成されている。貯水筒部42は、開口が第二ガス出口通路34と接続されて連通している。貯水筒部42の内側面は、後述する−Z側面42a(請求項の「貯水部の最下面」に相当。)を除いて、第二ガス出口通路34に沿うように形成されている。
As shown in FIG. 4, the
The water
貯水筒部42は、−Y側のエンドプレート25bの−Y側において、−Y側に所定の深さを有するように、−Y側のエンドプレート25bの−Y側に突出して形成されている。貯水筒部42の容積は、第二ガス出口通路34内の滞留水(すなわち燃料電池スタック1により生成される生成水)の量により決定されており、貯水筒部42の−Y側の深さが深いほど多くの滞留水を貯水できる。
The water
貯水筒部42の−Z側面42aは、XY面に対して略平行に形成されている。また、貯水部40と第二ガス出口通路34との連結部において、貯水筒部42の−Z側面42a(請求項の「貯水部の最下面」に相当。)は、第二ガス出口通路34の−Y側端部における−Z側面34a(請求項の「反応ガス排出連通孔の重力方向の最下部」に相当。)よりも+Z側において、所定高さhだけ高い位置に配置されるように形成されている。なお、貯水筒部42の−Z側面42aを、第二ガス出口通路34の−Y側端部における−Z側面34aよりも+Z側において、所定高さhだけ高い位置に配置したときの効果については後述する。
The -
フランジ部43は、Y方向視で略矩形状をしており、貯水筒部42の+Y側の開口縁部から外側に張り出して形成されている。フランジ部43の四隅には、Y方向に貫通するボルト挿通孔43aが形成されている。それぞれのボルト挿通孔43aには、ボルト29が挿通されており、各ボルト29が−Y側のエンドプレート25bに締結固定されることで、−Y側のエンドプレート25bに貯水部材41が固定されている。
The
フランジ部43とカラー38との間には、シール部材45が配置されている。シール部材45は、例えばゴム等によりY方向視で略環状に形成された部材である。シール部材45は、第二ガス出口通路34の外側であって、フランジ部43のボルト挿通孔43aよりも内側に配置可能な大きさに形成されている。シール部材45を介して貯水部材41を−Y側のエンドプレート25bに締結固定することにより、貯水部材41と−Y側のエンドプレート25bとの間から、貯水部40bに貯水された滞留水が漏洩するのを防止している。
A
(貯水部の作用)
図5は、燃料電池スタック1を燃料電池自動車Vのエンジンルーム内に搭載したときの説明図である。なお、図5では、燃料電池自動車Vが、ほぼ水平な平坦路R1を走行している状態を図示している。
図6は、燃料電池自動車Vが、水平面Hに対して傾斜角度αを有するバンク路面R2を走行しているときの説明図である。図6に示すように、バンク路面R2は、車両右側から車両左側に向かって下方に角度αだけ傾斜した路面である。図5および図6では、説明をわかりやすくするために、貯水部40bの大きさを誇張して表現している。
以下に、貯水部40の作用について説明する。なお、第一ガス出口通路32を閉塞する貯水部40aおよび第二ガス出口通路34を閉塞する貯水部40bの作用は同一である。したがって、以下では、第二ガス出口通路34を閉塞する貯水部40bの作用についてのみ説明をし、第一ガス出口通路32を閉塞する貯水部40aの作用については説明を省略する。
(Operation of the water reservoir)
FIG. 5 is an explanatory diagram when the
FIG. 6 is an explanatory diagram when the fuel cell vehicle V is traveling on the bank road surface R2 having an inclination angle α with respect to the horizontal plane H. FIG. As shown in FIG. 6, the bank road surface R2 is a road surface that is inclined downward by an angle α from the right side of the vehicle toward the left side of the vehicle. 5 and 6, the size of the
Below, the effect | action of the
図5に示すように、上述のように形成された燃料電池スタック1は、例えば燃料電池自動車Vのエンジンルーム内に搭載される。本実施形態では、燃料電池スタック1は、X方向を車両前後方向に、Y方向を車両左右方向に、Z方向を車両上下方向(すなわち重力方向上下方向)にそれぞれ一致させ、+X側が車両後側、+Y側が車両右側、+Z側が車両上側を向くように搭載されている。なお、以下の説明では、車両前後方向を単に前後方向、車両左右方向を単に左右方向、車両上下方向を単に上下方向ということがある。
As shown in FIG. 5, the
図6に示すように、燃料電池自動車Vが傾斜角度αを有するバンク路面R2を走行すると、バンク路面R2の傾斜角度αに対応して、燃料電池自動車Vが右側から左側に向かって重力方向下方に角度αだけ傾斜する。このとき、燃料電池自動車Vに搭載された燃料電池スタック1および燃料電池スタック1のY方向に沿って形成された第二ガス出口通路34も、+Y側から−Y側に向かって重力方向下方に角度αだけ傾斜する。
As shown in FIG. 6, when the fuel cell vehicle V travels on the bank road surface R2 having the inclination angle α, the fuel cell vehicle V moves downward in the direction of gravity from the right side to the left side in accordance with the inclination angle α of the bank road surface R2. Is inclined by an angle α. At this time, the
図7は、第二ガス出口通路34内の滞留水Wの説明図である。なお、図7では、極座標軸に水平面Hを二点鎖線で図示している。
図7に示すように、第二ガス出口通路34が+Y側から−Y側に向かって、水平面Hに対して重力方向下方に角度αだけ傾斜すると、第二ガス出口通路34内の滞留水Wは、重力によって第二ガス出口通路34内を+Y側から−Y側に向かって移動する。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the staying water W in the second
As shown in FIG. 7, when the second
ここで、従来技術では、燃料電池自動車Vの傾斜時に、滞留水Wの水位が高い場合には、セルブリッジ14bの閉塞される単位セル2が多数にのぼる可能性があった。
しかし、本実施形態では、−Y側のエンドプレート25bには、第二ガス出口通路34と連通し、−Y側に深さを有する貯水部40bが設けられている。このため、第二ガス出口通路34内を+Y側から−Y側に向かって移動した滞留水Wは、−Y側のエンドプレート25bによって塞き止められることなく、貯水部40bの貯水部材41内に移動して貯水される。これにより、−Y側の第二ガス出口通路34内における滞留水Wの水位の上昇は、貯水部40bに貯水された滞留水Wの体積に対応して抑制され、滞留水Wの上方には空間が形成される。したがって、滞留水Wによって第二ガス出口通路34およびセパレータ12とカソード電極6との間のセルブリッジ14b(図3参照)が閉塞される単位セル2を少数に抑えることができるか、またはゼロにすることができる。
Here, in the prior art, when the water level of the stagnant water W is high when the fuel cell vehicle V is inclined, there is a possibility that
However, in the present embodiment, the -Y
また、燃料電池自動車Vがバンク路面R2を走行後、水平な平坦路R1(図5参照)を走行すると、路面が傾斜したバンク路面R2から水平な平坦路R1に変化するのに対応して、燃料電池自動車Vの姿勢が傾斜状態から水平状態に変化する。このとき、燃料電池自動車Vに搭載された燃料電池スタック1および燃料電池スタック1のY方向に沿って形成された第二ガス出口通路34も、傾斜状態(図7に示す状態)から水平状態(図4に示す状態)に変化する。
Further, when the fuel cell vehicle V travels on the horizontal flat road R1 (see FIG. 5) after traveling on the bank road surface R2, the road surface changes from the inclined bank road surface R2 to the horizontal flat road R1, The attitude of the fuel cell vehicle V changes from an inclined state to a horizontal state. At this time, the
このとき、貯水部40b内の滞留水Wは、燃料電池自動車Vの姿勢変化によって第二ガス出口通路34内に還流される。ここで、貯水部40bの貯水筒部42の内側面のうち、重力方向の最下面である−Z側面42aは、第二ガス出口通路34の−Y側端部における重力方向の最下部である−Z側面34aよりも+Z側において、所定高さhだけ高い位置に配置されている。これにより、貯水部40b内の滞留水Wが、貯水部40b内に留まるのを抑制できるので、滞留水Wを速やかに排出できる。したがって、貯水部40b内の滞留水Wを良好に排出できる。
At this time, the accumulated water W in the
その後、滞留水Wは、第二ガス出口通路34内を−Y側から+Y側に向かって移動し、ガスマニホールド10d(図1参照)に到達した後、ガスマニホールド10dから分岐された不図示のキャッチタンクに貯水される。そして、キャッチタンク内の滞留水Wの貯水量が規定値以上となったときに、不図示の水排出弁を開放することで、滞留水Wを燃料電池自動車V(図5参照)の外部に排出できる。
Thereafter, the staying water W moves from the −Y side to the + Y side in the second
(第一実施形態の変形例)
図8は、燃料電池スタック1を燃料電池自動車Vのフロアに形成されたセンタートンネル内に搭載したときの説明図である。なお、図8では、燃料電池自動車Vが、ほぼ水平な平坦路R1を走行している状態を図示している。
図9は、燃料電池自動車Vが、水平面Hに対して傾斜角度βを有する坂路面R3を走行しているときの説明図である。図9に示すように、坂路面R3は、車両後側から車両前側に向かって下方に角度βだけ傾斜した路面である。なお、図8および図9では、説明をわかりやすくするために、貯水部40の大きさを誇張して表現している。
(Modification of the first embodiment)
FIG. 8 is an explanatory diagram when the
FIG. 9 is an explanatory diagram when the fuel cell vehicle V is traveling on a slope road surface R3 having an inclination angle β with respect to the horizontal plane H. FIG. As shown in FIG. 9, the slope road surface R3 is a road surface that is inclined downward by an angle β from the vehicle rear side toward the vehicle front side. In FIG. 8 and FIG. 9, the size of the
第一実施形態の燃料電池スタック1は、X方向を車両前後方向に、Y方向を車両左右方向に、Z方向を車両上下方向にそれぞれ一致させ、+X側が車両後側、+Y側が車両右側、+Z側が車両上側を向くように搭載されていた。
これに対して、第一実施形態の変形例における燃料電池スタック1は、X方向を車両左右方向に、Y方向を車両前後方向に、Z方向を車両上下方向にそれぞれ一致させ、+X側が車両左側、+Y側が車両後側、+Z側が車両上側を向くように搭載されている点で、第一実施形態とは異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成部分については説明を省略する。
In the
In contrast, in the
図9に示すように、燃料電池自動車Vが傾斜角度βを有する坂路面R3を下って走行すると、坂路面R3の傾斜角度βに対応して、燃料電池自動車Vが後側から前側に向かって重力方向下方に角度βだけ傾斜する。このとき、燃料電池スタック1のY方向に沿って形成された第二ガス出口通路34も、+Y側から−Y側に向かって重力方向下方に角度βだけ傾斜する。これにより、第二ガス出口通路34内の滞留水W(図7参照)は、重力によって+Y側から−Y側に向かって移動した後、貯水部40b内に貯水されるため、滞留水Wの水位の上昇が抑制される。したがって、第一実施形態と同様に、滞留水Wによって第二ガス出口通路34およびセパレータ12とカソード電極6との間のセルブリッジ14b(図3参照)が閉塞されるのが防止される。
As shown in FIG. 9, when the fuel cell vehicle V travels down a slope road surface R3 having an inclination angle β, the fuel cell vehicle V moves from the rear side toward the front side corresponding to the inclination angle β of the slope road surface R3. Inclined by an angle β downward in the direction of gravity. At this time, the second
また、燃料電池自動車Vが坂路面R3を走行後、図8に示す水平な平坦路R1を走行すると、燃料電池自動車Vの姿勢が傾斜状態から水平状態に変化する。このとき、燃料電池スタック1のY方向に沿って形成された第二ガス出口通路34も、傾斜状態(図7に示す状態)から水平状態(図4に示す状態)に変化する。これにより、貯水部40内の滞留水Wは、燃料電池自動車Vの姿勢変化によって第二ガス出口通路34内に還流され、第二ガス出口通路34内を−Y側から+Y側に向かって移動した後、不図示のキャッチタンクおよび不図示の水排出弁を介して燃料電池自動車Vの外部に排出される。
Further, when the fuel cell vehicle V travels on the flat road R1 shown in FIG. 8 after traveling on the slope road surface R3, the attitude of the fuel cell vehicle V changes from the inclined state to the horizontal state. At this time, the second
(効果)
第一実施形態および第一実施形態の変形例によれば、燃料電池スタック1の−Y側に燃料電池自動車Vが傾斜したとき、第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34内の滞留水Wは、重力によって−Y側に移動する。ここで、−Y側のエンドプレート25bの−Y側には、第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34と連通する貯水部40a,40bを設けているので、第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34内を移動した滞留水Wは、エンドプレート25bによって第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34内に塞き止められることなく、貯水部40a,40bに移動して貯水される。これにより、第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34の−Y側において、移動した滞留水Wにより第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34内の水位が上昇するのを抑制できる。したがって、第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34内の滞留水Wにより、第一ガス出口通路32、第二ガス出口通路34、第一ガス流路13および第二ガス流路14が閉塞されるのを防止できるので、燃料電池スタック1の発電不良が発生するのを防止できる。また、従来技術と同様に、燃料電池スタック1の+Y側のガスマニホールド10b,10dのキャッチタンクにより+Y側のガスマニホールド10b,10dが貯水部として機能し、不図示のドレインや水排出弁等から第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34内の滞留水Wを排出できる。したがって、燃料電池自動車Vが傾斜したときであっても、滞留水Wによって燃料電池スタック1の発電不良が発生するのを防止できる。
(effect)
According to the first embodiment and the modification of the first embodiment, when the fuel cell vehicle V is inclined toward the −Y side of the
(第二実施形態)
図10は、第二実施形態の貯水部40の説明図である。
第一実施形態の燃料電池スタック1は、貯水部40のシール部材45が、貯水部材41のフランジ部43とカラー38との間に配置されており、第二ガス出口通路34の外側で滞留水の漏洩を防止していた(図4参照)。
これに対して、第二実施形態の燃料電池スタック1は、貯水部40のシール部材45が、貯水部材41の貯水筒部42と絶縁プレート23bとの間に配置されており、第二ガス出口通路34の内側で滞留水の漏洩を防止している点で、第一実施形態とは異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成部分については説明を省略する。
(Second embodiment)
FIG. 10 is an explanatory diagram of the
In the
In contrast, in the
図10に示すように、−Y側の絶縁プレート23bは、エンドプレート25bの貫通孔37の内側面を覆う筒状部24を備えている。筒状部24は、−Y側の絶縁プレート23bと一体成型されており、−Y側に突出して形成されている。筒状部24の外側面は、貫通孔37の内側面に沿うようにY方向視で略矩形状に形成されている。
貯水部材41の貯水筒部42の外側面は、絶縁プレート23bの筒状部24の内側面に沿うように、Y方向視で略矩形状に形成されている。貯水筒部42の開口部側は、絶縁プレート23bの筒状部24内に挿入配置されている。これにより、貯水部材41の貯水筒部42の−Z側面42aは、第二ガス出口通路34の−Y側端部における−Z側面34aよりも+Z側において、所定高さhだけ高い位置に配置される。
貯水筒部42の開口部よりも−Y側には、貯水筒部42の外側に張り出すフランジ部43が形成されている。
As shown in FIG. 10, the -Y
The outer surface of the water
A
絶縁プレート23bの筒状部24と、貯水部材41の貯水筒部42の開口部側との間には、シール部材45が配置されている。シール部材45により、絶縁プレート23bの筒状部24と貯水部材41の貯水筒部42との間から、貯水部40bに貯水された滞留水が燃料電池スタック1の外部に漏洩するのを防止している。
A
(第二実施形態の効果)
第二実施形態によれば、筒状部24は、貫通孔37内に挿入配置されるので、貯水筒部42の−Z側面42aが第二ガス出口通路34の−Z側面34aよりも必ず+Z側において、所定高さhだけ高い位置に配置される。したがって、滞留水が貯水部40b内に留まるのを防止し、滞留水をより速やかに排出できる。さらに、カラー38を廃止できるので、発電不良が発生するのを防止できる燃料電池スタック1を低コストに形成できる。
(Effect of the second embodiment)
According to the second embodiment, since the
(第三実施形態)
図11は、第三実施形態の貯水部40の説明図である。
第一実施形態の燃料電池スタック1は、貯水部40が貯水部材41により形成されていた(図4参照)。
これに対して、第三実施形態の燃料電池スタック1は、貯水部40が絶縁プレート23bに一体成型された筒状部24により形成されている点で、第一実施形態とは異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成部分については説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 11 is an explanatory diagram of the
In the
On the other hand, the
図11に示すように、本実施形態の貯水部40bは、第二ガス出口通路34を閉塞し、−Y側の絶縁プレート23bと一体成型された有底の筒状部24により形成されている。筒状部24は、開口が第二ガス出口通路34と接続されて連通している。
筒状部24の外側面は、貫通孔37の内側面に沿うようにY方向視で略矩形状に形成されており、−Y側のエンドプレート25bの貫通孔37に挿入配置されている。筒状部24は、−Y側のエンドプレート25bの−Y側において、−Y側に所定の深さを有するように、−Y側のエンドプレート25bの−Y側に突出して形成されている。筒状部24の−Z側面24aは、第二ガス出口通路34の−Y側端部における−Z側面34aよりも+Z側において、所定高さhだけ高い位置に配置されている。
As shown in FIG. 11, the
The outer surface of the
(第三実施形態の効果)
第三実施形態によれば、貯水部40が絶縁プレート23bに一体成型された筒状部24により形成されているので、第一実施形態のように貯水部材41およびシール部材45等(いずれも図4参照)を設けることなく貯水部40を形成できる。このように、新規に部品を設けることなく貯水部40を形成できるので、発電不良が発生するのを防止できる燃料電池スタック1を低コストに形成できる。また、貯水部40と絶縁プレート23bとを一体成型することで、貯水部40と第二ガス出口通路34とを一体的に連通することができる。したがって、貯水部40と第二ガス出口通路34との間から滞留水が漏洩するのを確実に防止できる。
(Effect of the third embodiment)
According to the third embodiment, the
(第四実施形態)
図12は、第四実施形態の貯水部40の説明図である。
第一実施形態の燃料電池スタック1は、貯水部40の最下面となる−Z側面42aがXY面(すなわち水平面)と略平行になるように形成されていた(図4参照)。
これに対して、第四実施形態の燃料電池スタック1は、貯水部40の最下面となる−Z側面42aがXY面に対して傾斜するように形成されている点で、第一実施形態とは異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成部分については説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 is an explanatory diagram of the
The
On the other hand, the
図12に示すように、本実施形態の貯水部40bは、貯水筒部42の−Z側面42aが、(+Z,−Y)側から(−Z,+Y)側に傾斜する傾斜面となっている。貯水筒部42の−Z側面42aにおける(+Z,−Y)側は、第二ガス出口通路34の−Z側面34aよりも+Z側において、所定高さhだけ高い位置に配置されるように形成されている。貯水筒部42の−Z側面42aは、XY面(すなわち水平面)と略平行な第二ガス出口通路34の−Z側面34aに対して、傾斜角度γを有するように形成されている。
As shown in FIG. 12, in the
(第四実施形態の効果)
第四実施形態によれば、貯水部40の内側面のうち、重力方向の最下面となる−Z側面42aを、(+Z,−Y)側から(−Z,+Y)側に傾斜する傾斜面とすることで、燃料電池自動車Vが水平に戻ったときに、貯水部40内の滞留水W(図7参照)を傾斜面に沿って勢いよく排出できる。したがって、滞留水Wが貯水部40から第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34に還流されずに貯水部40に留まるのを抑制し、貯水部40内の滞留水Wを確実に排出できる。
(Effect of the fourth embodiment)
According to the fourth embodiment, among the inner surfaces of the
(第五実施形態)
図13は、第五実施形態の貯水部40の説明図である。
図14は、+Y側から見たときの第五実施形態の貯水部40の説明図である。
第一実施形態の燃料電池スタック1は、貯水部40が、Y方向視で第二ガス出口通路34の形状に対応した略矩形状に形成されていた。
これに対して、第五実施形態の燃料電池スタック1は、貯水部40が、Y方向視で第二ガス出口通路34の形状に対応した略矩形状に形成されており、かつ貯水部40の内部が仕切り壁47により複数の空間に仕切られている点で、第一実施形態とは異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成部分については説明を省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 13 is an explanatory diagram of the
FIG. 14 is an explanatory diagram of the
In the
On the other hand, in the
図13に示すように、仕切り壁47は、貯水筒部42の内部において、貯水筒部42の開口から底部にわたって形成されている。また、図14に示すように、仕切り壁47は、貯水筒部42の内部において、X方向およびZ方向にそれぞれ略等間隔に二個ずつ、Y方向視で略格子状に配置されている。仕切り壁47により、貯水筒部42の内部は、+Y方向に開口する複数(本実施形態では9個)の空間(以下、「分割貯水筒部49」という。)に仕切られている。各分割貯水筒部49は、Y方向視の外形が第二ガス出口通路34の外形よりも小さく形成されている。
As shown in FIG. 13, the
(第五実施形態の貯水部40の作用)
図15は、第五実施形態の貯水部40の作用の説明図である。なお、図15では、説明を分かり易くするために、貯水筒部42以外の部品の図示を省略している。
燃料電池自動車Vが傾斜角度αを有するバンク路面R2(図6参照)において傾斜した状態で停車すると、第二ガス出口通路34内の滞留水Wは、重力によって第二ガス出口通路34内を+Y側から−Y側に向かって移動し、貯水筒部42の内部に貯留される(図7参照)。さらに、貯水筒部42の内部に滞留水Wが貯留されたままの状態で外気温が氷点下になると、滞留水Wが凍結し、貯水筒部42の内形状に対応した形状の氷I(図15参照)が形成される。ここで、貯水筒部42の内部は、仕切り壁47によって分割貯水筒部49に仕切られているので、滞留水Wが凍結して形成される氷Iは、分割貯水筒部49に対応した形状に形成される。なお、氷IのY方向の長さL1(図15参照)は、貯水筒部42の深さに対応している。
(Operation of the
FIG. 15 is an explanatory diagram of the operation of the
When the fuel cell vehicle V stops in a state of being inclined on the bank road surface R2 (see FIG. 6) having an inclination angle α, the accumulated water W in the second
その後、燃料電池自動車Vの姿勢が傾斜状態から水平状態に変化すると(図5参照)、図15に示すように、分割貯水筒部49(図14参照)内に形成された略ブロック形状の氷Iは、+Y側の第二ガス出口通路34(図13参照)内に排出される。
ここで、各分割貯水筒部49は、Y方向視の外形が第二ガス出口通路34の外形よりも小さく形成されているため、氷IのY方向視の外形も、第二ガス出口通路34の外形に対応して第二ガス出口通路34の外形よりも小さく形成される。したがって、氷Iは、第二ガス出口通路34を閉塞することなく、第二ガス出口通路34内に排出される。
Thereafter, when the attitude of the fuel cell vehicle V changes from the inclined state to the horizontal state (see FIG. 5), as shown in FIG. 15, the substantially block-shaped ice formed in the divided water storage cylinder portion 49 (see FIG. 14). I is discharged into the second gas outlet passage 34 (see FIG. 13) on the + Y side.
Here, each divided water
(第五実施形態の効果)
第五実施形態によれば、貯水部40の内部が仕切り壁47により複数の分割貯水筒部49に仕切られるので、貯水部40内で形成される氷Iを細分化でき外形を小さくできる。これにより、貯水部40から排出された氷Iが、第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34を閉塞するのを防止できるので、燃料電池スタック1の発電不良が発生するのを防止できる。なお、貯水筒部42の深さは、氷IのY方向の長さL1が、Y方向視における第二ガス出口通路34の最小幅よりも短くなるように設定されているのが好ましい。これにより、氷Iが第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34を閉塞するのを確実に防止できる。
(Effect of the fifth embodiment)
According to the fifth embodiment, since the interior of the
(第六実施形態)
図16は、第六実施形態の貯水部40の説明図である。なお、図16は、燃料電池自動車Vが水平面Hに対して傾斜角度αを有するバンク路面R2(図6参照)を走行している状態を図示している。
第一実施形態の燃料電池スタック1は、貯水部40を形成する貯水筒部42の+Z側面が、第二ガス出口通路34の+Z側面と略面一となるように形成されていた(図4参照)。
これに対して、第六実施形態の燃料電池スタック1は、貯水部40を形成する貯水筒部42の+Z側面が、第二ガス出口通路34の+Z側面よりも+Z側に配置されている点で、第一実施形態とは異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成部分については説明を省略する。
(Sixth embodiment)
FIG. 16 is an explanatory diagram of the
The
On the other hand, in the
図16に示すように、貯水筒部42の+Z側面42bは、第二ガス出口通路34の−Y側端部における+Z側面よりも+Z側において、所定高さkだけ高い位置に配置されている。これにより、貯水筒部42における第二ガス出口通路34の+Z側面よりも+Z側に空間が形成されるので、貯水筒部42の容積が第一実施形態よりも+Z側に大きく確保される。
第六実施形態によれば、貯水筒部42の+Z側にも滞留水Wを貯水できるので、滞留水Wの水位の上昇をさらに抑制し、燃料電池スタック1の発電不良が発生するのを防止できる。特に、貯水部40よりも−Y側のスペースに制約があり、貯水筒部42のY方向の深さが規制されている場合において、貯水筒部42の容積を多く確保したいときに、本実施形態が有効である。
As shown in FIG. 16, the +
According to the sixth embodiment, since the accumulated water W can be stored also on the + Z side of the water
なお、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
各実施形態では、第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34の両方に、それぞれ貯水部40a,40bが設けられていたが、第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34の一方にのみ貯水部40a,40bが設けられていてもよい。
In each embodiment, both the first
燃料電池自動車Vに対する燃料電池スタック1の搭載方向は、第一実施形態および第一実施形態の変形例に限定されない。貯水部40は、燃料電池自動車Vが走行および停止時に傾斜可能な方向において、燃料電池自動車Vが傾斜したときに、第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34よりも重力方向の下方になるように配置されていればよい。これにより、貯水部40は、燃料電池自動車Vの傾斜時に第一ガス出口通路32および第二ガス出口通路34内の滞留水Wを貯水できるので、滞留水Wの水位の上昇を抑制し、燃料電池スタック1の発電不良が発生するのを防止できる。
The mounting direction of the
1・・・燃料電池スタック
3・・・積層体
7・・・膜電極構造体
10b,10d・・・ガスマニホールド(反応ガスが排出されるガスマニホールド)
11,12・・・セパレータ
25a,25b・・・エンドプレート
32・・・第一ガス出口通路(反応ガス排出連通孔)
34・・・第二ガス出口通路(反応ガス排出連通孔)
34a・・・−Z側面(反応ガス排出連通孔の重力方向の最下部)
40・・・貯水部
24a,42a・・・−Z側面(貯水部の重力方向の最下面)
47・・・仕切り壁
49・・・分割貯水筒部(空間)
V・・・燃料電池自動車(車両)
DESCRIPTION OF
11, 12 ...
34 ... Second gas outlet passage (reactive gas discharge passage)
34a ...- Z side surface (the lowest part in the gravity direction of the reaction gas discharge communication hole)
40 ...
47 ...
V ... Fuel cell vehicle (vehicle)
Claims (4)
電解質膜電極構造体とセパレータとが積層された積層体を備え、
前記積層体の積層方向の両端部には、一対のエンドプレートが配置され、
前記積層体には、前記積層方向に沿って、発電に使用された反応ガスを排出するための反応ガス排出連通孔が設けられ、
前記一対のエンドプレートのうち、前記積層方向の一方側に配置されたエンドプレートには、前記反応ガス排出連通孔と連通し前記反応ガスが排出されるガスマニホールドが設けられ、
前記一対のエンドプレートのうち、前記積層方向の他方側に配置されたエンドプレートには、前記反応ガス排出連通孔と連通する貯水部が設けられていることを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell stack mounted on a vehicle,
Comprising a laminate in which an electrolyte membrane electrode structure and a separator are laminated;
A pair of end plates are arranged at both ends in the stacking direction of the stack,
The laminated body is provided with a reaction gas discharge communication hole for discharging the reaction gas used for power generation along the lamination direction,
Of the pair of end plates, an end plate disposed on one side in the stacking direction is provided with a gas manifold that communicates with the reaction gas discharge communication hole and discharges the reaction gas.
Of the pair of end plates, the end plate disposed on the other side in the stacking direction is provided with a water storage section that communicates with the reactive gas discharge communication hole.
前記貯水部の内側面のうち重力方向の最下面は、前記貯水部と連結される前記反応ガス排出連通孔の前記他方側の端部のうち重力方向の最下部よりも、重力方向上方に位置す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, wherein
The lowermost surface in the gravity direction of the inner surface of the water reservoir is located above the lowermost portion in the gravitational direction at the other end of the reaction gas discharge communication hole connected to the water reservoir. A fuel cell stack.
前記貯水部の内側面のうち重力方向の最下面は、前記他方側から前記一方側に向かって重力方向下方に傾斜してい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 or 2,
The fuel cell stack, wherein the lowermost surface in the gravitational direction among the inner side surfaces of the water reservoir is inclined downward in the gravitational direction from the other side toward the one side.
前記貯水部には、内部を複数の空間に仕切る仕切り壁が形成されていることを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3,
A partition wall for partitioning the interior into a plurality of spaces is formed in the water storage section.
Priority Applications (1)
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JP2012132236A JP2013219000A (en) | 2012-03-14 | 2012-06-11 | Fuel cell stack |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016091672A (en) * | 2014-10-31 | 2016-05-23 | 三菱重工業株式会社 | Polymer electrolyte fuel cell |
JP2019160655A (en) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell stack |
-
2012
- 2012-06-11 JP JP2012132236A patent/JP2013219000A/en active Pending
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