JP2014203800A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell.
燃料電池を構成する複数のセルそれぞれに対してガスを供給するためにマニホールドが用いられる。マニホールドは、セルの積層方向への流路を形成する。この流路において圧損が生じるので、各セルに供給される流量は、流路の流れ方向の位置によってバラツキが生じる。このバラツキを軽減するために、流路に邪魔板を設ける構成が知られている(例えば特許文献1)。 A manifold is used to supply gas to each of a plurality of cells constituting the fuel cell. The manifold forms a flow path in the cell stacking direction. Since pressure loss occurs in the flow path, the flow rate supplied to each cell varies depending on the position in the flow direction of the flow path. In order to reduce this variation, a configuration in which a baffle plate is provided in the flow path is known (for example, Patent Document 1).
上記先行技術が有する課題は、各セルに供給される流量のバラツキの軽減が不十分なことである。 The problem of the prior art is that the variation in the flow rate supplied to each cell is insufficiently reduced.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、積層された複数のセルそれぞれへのガスの供給と、積層された複数のセルそれぞれからのガスの排出との何れかのために、セルスタック内において前記セルの積層方向への流路を形成するマニホールドと;前記セルスタック内において前記積層方向への流路を形成する補助流路と;前記マニホールド及び前記補助流路を接続する接続流路とを備え;前記マニホールド及び前記補助流路は、同じ側で開口している。この形態によれば、各セルに供給される流量のバラツキが軽減される。供給用マニホールドの場合、接続流路とマニホールドの開口部とから、マニホールドにガスが流入する。よって、マニホールドの開口部から流入したガスの圧損を、接続流路から流入したガスの圧力によって補うことができる。この結果、マニホールドの流れ方向についての圧力のバラツキが軽減され、ひいては各セルの流量のバラツキが軽減される。しかも、マニホールド及び補助流路が同じ側で開口しているので、供給用の配管の構成を簡素にでき、コスト面で有利である。この効果は、排出用マニホールドの場合についても同様である。 (1) According to one aspect of the present invention, a fuel cell system is provided. In this fuel cell system, in order to either supply gas to each of a plurality of stacked cells or to discharge gas from each of the stacked cells, the fuel cell system moves in the cell stacking direction in the cell stack. A manifold that forms a flow path in the cell stack; an auxiliary flow path that forms a flow path in the stacking direction in the cell stack; and a connection flow path that connects the manifold and the auxiliary flow path; The auxiliary flow path is open on the same side. According to this embodiment, variation in the flow rate supplied to each cell is reduced. In the case of a supply manifold, gas flows into the manifold from the connection channel and the manifold opening. Therefore, the pressure loss of the gas flowing in from the opening of the manifold can be compensated by the pressure of the gas flowing in from the connection channel. As a result, the pressure variation in the flow direction of the manifold is reduced, and consequently the flow rate variation of each cell is reduced. In addition, since the manifold and the auxiliary flow path are open on the same side, the configuration of the supply piping can be simplified, which is advantageous in terms of cost. This effect is the same also in the case of the discharge manifold.
(2)固体高分子形燃料電池を用いる燃料電池システムであって;積層された複数のセルそれぞれへのガスの供給と、積層された複数のセルそれぞれからのガスの排出との何れかのために、前記セルの積層方向への流路を形成するマニホールドを備え;前記マニホールドは、両側で開口している。この形態によれば、各セルに供給される流量のバラツキが軽減される。供給用マニホールドの場合、両側の開口部からマニホールドにガスが流入する。よって、一方の開口部から流入したガスの圧損を、他方の開口部から流入したガスの圧力によって補うことができる。この結果、マニホールドの流れ方向についての圧力のバラツキが軽減され、ひいては各セルの流量のバラツキが軽減される。この効果は、排出用マニホールドの場合についても同様である。 (2) A fuel cell system using a polymer electrolyte fuel cell; for either supply of gas to each of a plurality of stacked cells or discharge of gas from each of the stacked cells And a manifold for forming a flow path in the cell stacking direction; the manifold is open on both sides. According to this embodiment, variation in the flow rate supplied to each cell is reduced. In the case of a supply manifold, gas flows into the manifold from openings on both sides. Therefore, the pressure loss of the gas flowing in from one opening can be compensated by the pressure of the gas flowing in from the other opening. As a result, the pressure variation in the flow direction of the manifold is reduced, and consequently the flow rate variation of each cell is reduced. This effect is the same also in the case of the discharge manifold.
実施形態1を説明する。図1は、セルスタック20を示す。図1(A)は正面図、図1(B)は側面図である。セルスタック20は、固体高分子形燃料電池を用いた燃料電池システムの一部である。セルスタック20は内部に、複数のセル(図示無し)と、複数のセパレータ30と、マニホールド41〜46と、補助流路51とを備える。
Embodiment 1 will be described. FIG. 1 shows a
マニホールド41〜46と補助流路51とのそれぞれは、セルの積層方向への流路を形成し、セルスタック20の片面(左側面)において開口する。マニホールド41は、セパレータ30内の流路に水素を分配して供給するための流路である。マニホールド41〜46は、水素の排出、空気の供給および排出、冷却水の供給および排出の何れかのための流路である。
Each of the
補助流路51は、マニホールド41に水素を供給するための流路である。補助流路51に流入した水素は、接続流路61を経由して、マニホールド41に流入する。接続流路61は、図1(A)に示されるように、セルスタック20の右側に配置されている。よって、マニホールド41には、左右両側から水素が流入する。
The
図2は、図1(B)のA−A断面図である。セパレータ30は、隣接する一方のセパレータ30に対して接着剤110によって結合し、隣接する他方のセパレータ30に対してシール材120によって結合する。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. The
実施形態1によれば、マニホールド41に対して両側から水素が供給されるので、開口部から遠くなるにつれてマニホールド41内のガス圧が低下することを回避できる。この結果、各セパレータ30に供給される水素の流量のバラツキが軽減される。
According to the first embodiment, since hydrogen is supplied from both sides to the
図3は、実施形態2におけるA−A断面図を示す。図3に示されるように、マニホールド41と補助流路51との隔壁として機能するシールの一部が接着剤210によって置換されている。シールの一部が接着剤210によって置換された部位は、シール性が低下して、接続流路62として機能する。
FIG. 3 shows an AA cross-sectional view in the second embodiment. As shown in FIG. 3, a part of the seal functioning as a partition wall between the
実施形態2によれば、補助流路51からマニホールド41へ水素を流入させる部位を、マニホールド41の途中に設けることができると共に、任意の数の接続流路62を設けることができる。この結果、各セパレータ30の流量のバラツキを抑制する設計が容易になる。実施形態2において、接続流路61は、有っても無くてもよい。下記の実施形態3,4においても、接続流路61は、有っても無くてもよい。
According to the second embodiment, a portion for allowing hydrogen to flow from the
図4は、実施形態3におけるA−A断面図を示す。図4に示されるように、シール材320は、シール材120の位置に比べて位置がずれており、シール性が低下している。シール性が低下した部位は、接続流路63として機能する。実施形態3によっても、実施形態2と同じ効果を得ることができる。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in the third embodiment. As shown in FIG. 4, the
図5は、実施形態4におけるA−A断面図を示す。図5に示されるように、シール材421は、シールが不十分になるように隙間を形成する。この隙間は、接続流路64aとして機能する。シール材422は、シール材421よりも下流に位置する。シール材422は、シール材421よりも大きな隙間を形成する。この隙間は、接続流路64bとして機能する。このように、位置に応じて接続流路の流路面積が調整できれば、各セパレータ30の流量のバラツキを抑制する設計が容易になる。
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in the fourth embodiment. As shown in FIG. 5, the sealing
図6は、実施形態5の補助流路551を示す。補助流路551は、マニホールド41の内部に挿入された中空の管である。補助流路551の開口部は、マニホールド41の開口部と積層方向の位置が揃っている。その一方で、補助流路551は、マニホールド41よりも少し短い。この結果、マニホールド41の下流側の端付近において、補助流路551からマニホールド41に水素が流入する。つまり、補助流路551の下流側の開口部が、接続流路65として機能する。実施形態5によれば、実施形態1と同じ効果を得ることができる。
FIG. 6 shows an
先述した実施形態における補助流路および接続流路は、水素を供給するためのマニホールド41に関連したものであった。補助流路および接続流路は、マニホールド41に限られず、マニホールド41〜45の少なくとも何れか1つについて関連するものであってもよい。
The auxiliary flow path and the connection flow path in the above-described embodiment are related to the manifold 41 for supplying hydrogen. The auxiliary flow path and the connection flow path are not limited to the manifold 41, and may be related to at least one of the
図7は、水素の流路の模式図である。図7に示された流路は、マニホールド41に関連した補助流路51及び接続流路61に加え、マニホールド42に関連した補助流路52及び接続流路61を備える場合に対応する。マニホールド42は、水素を排出するためのものである。
FIG. 7 is a schematic diagram of a hydrogen flow path. The flow path shown in FIG. 7 corresponds to the case where the
図8は、水素の流路の模式図である。図8に示された流路は、マニホールド41に関連した補助流路51及び接続流路62に加え、マニホールド42に関連した補助流路52及び接続流路62を備える場合に対応する。
FIG. 8 is a schematic diagram of a hydrogen flow path. The flow path shown in FIG. 8 corresponds to the case where the
図9は、水素の流路の模式図である。図9に示された流路は、先述した実施形態とは異なり、マニホールド41の両側から水素を流入させると共に、マニホールド42の両側から水素を流出させる場合に対応する。 FIG. 9 is a schematic diagram of a hydrogen flow path. The flow path shown in FIG. 9 corresponds to a case where hydrogen flows in from both sides of the manifold 41 and hydrogen flows out from both sides of the manifold 42, unlike the embodiment described above.
図7,8,9に示された何れの場合についても、マニホールド41とマニホールド42との少なくとも一方に接続流路を設けることによって、各セパレータ30の流量のバラツキを抑制する効果を得ることができる。
In any of the cases shown in FIGS. 7, 8, and 9, an effect of suppressing variation in the flow rate of each
図10は、各セパレータ30の流量のシミュレーション結果を示す。図10(A)(B)(C)それぞれのグラフは、縦軸が流量、横軸がセパレータ30の位置を示す。図10(A)は「前入前出」、図10(B)は「前入後出」、図10(C)は「前入前出」および「前入後出」の合計、並びに「前入前出のみ」の場合を示す。
FIG. 10 shows a simulation result of the flow rate of each
前入前出とは、先述した何れの実施形態とも異なり、補助流路および接続流路を用いず、マニホールド41とマニホールド42との開口部が同じ側にある場合に対応する。前入後出とは、先述した何れの実施形態とも異なり、補助流路および接続流路を用いず、マニホールド41とマニホールド42との開口部が異なる側にある場合に対応する。前入前出および前入後出の合計は、「前入両出」の場合に相当する。前入両出とは、先述した実施形態の変形例に該当し、補助流路および接続流路を排出側に採用した場合に対応する。 Unlike the above-described embodiments, the front-in and front-out corresponds to the case where the openings of the manifold 41 and the manifold 42 are on the same side without using the auxiliary flow path and the connection flow path. Unlike the above-described embodiments, the front-in / after-out corresponds to the case where the openings of the manifold 41 and the manifold 42 are on different sides without using the auxiliary flow path and the connection flow path. The total of first-in, first-out and first-in, second-out is equivalent to “first-in, two-out”. Pre-input / exit corresponds to a modification of the above-described embodiment, and corresponds to the case where the auxiliary flow path and the connection flow path are employed on the discharge side.
図10(C)に示された「前入前出のみ」は、前入両出の場合と流量の総量が同じになることを条件にした前入前出に相当する。図10(C)に示されるように、前入両出の場合における最低流量(MIN(C))は、前入前出のみの場合における最低流量(MIN(D))よりも大きい。このことは、前入両出によって各セパレータ30の流量のバラツキが軽減されたことを意味する。
“Only first-in / first-out” shown in FIG. 10C corresponds to first-in / first-out, provided that the total amount of flow is the same as in the case of both front-in / out-out. As shown in FIG. 10C, the minimum flow rate (MIN (C)) in the case of the first-in / out-out case is larger than the minimum flow rate (MIN (D)) in the case of only the first-in / out flow. This means that the variation in the flow rate of each
図11は、接続流路62を排出側に用いた場合におけるシミュレーション結果を示す。このシミュレーションは、できるだけ流量のバラツキを抑制することを目指して、接続流路の数および位置を決定するために実行されたものである。この結果、4つの接続流路62が、図11に示されるように配置された。
FIG. 11 shows a simulation result when the
図11に示された6つのグラフはそれぞれ、縦軸が流量、横軸がセパレータ30の位置を示す。Aはマニホールド42のみから水素が排出される場合、Bは接続流路62Bのみを経由して補助流路52のみから水素が排出される場合を示す。C〜EについてもBと同様である。合計を示す曲線は、A〜Eを合計した値である。A〜Eを合計した場合は、前入前出のみの場合と比べて、流量のバラツキが抑制されている。
In each of the six graphs shown in FIG. 11, the vertical axis indicates the flow rate, and the horizontal axis indicates the position of the
本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。 The present invention is not limited to the embodiments, examples, and modifications of the present specification, and can be implemented with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in the embodiments described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the effects described above, replacement or combination can be performed as appropriate. If the technical feature is not described as essential in this specification, it can be deleted as appropriate.
20…セルスタック
30…セパレータ
41…マニホールド
42…マニホールド
43…マニホールド
44…マニホールド
45…マニホールド
46…マニホールド
51…補助流路
52…補助流路
61…接続流路
62…接続流路
62B…接続流路
62C…接続流路
62D…接続流路
62E…接続流路
63…接続流路
64a…接続流路
64b…接続流路
65…接続流路
110…接着剤
120…シール材
210…接着剤
320…シール材
421…シール材
422…シール材
551…補助流路
20 ...
Claims (2)
前記セルスタック内において前記積層方向への流路を形成する補助流路と、
前記マニホールド及び前記補助流路を接続する接続流路とを備え、
前記マニホールド及び前記補助流路は、同じ側で開口している
燃料電池システム。 A flow path in the cell stacking direction is formed in the cell stack for either supply of gas to each of the plurality of stacked cells or discharge of gas from each of the plurality of stacked cells. Manifold,
An auxiliary flow path that forms a flow path in the stacking direction in the cell stack;
A connection flow path for connecting the manifold and the auxiliary flow path,
The manifold and the auxiliary flow path are open on the same side.
積層された複数のセルそれぞれへのガスの供給と、積層された複数のセルそれぞれからのガスの排出との何れかのために、前記セルの積層方向への流路を形成するマニホールドを備え、
前記マニホールドは、両側で開口している
燃料電池システム。 A fuel cell system using a polymer electrolyte fuel cell,
A manifold that forms a flow path in the stacking direction of the cells for either gas supply to each of the stacked cells or gas discharge from each of the stacked cells,
The manifold is open on both sides of the fuel cell system.
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JP2009048945A (en) * | 2007-08-22 | 2009-03-05 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
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