JP2015056296A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2015056296A
JP2015056296A JP2013189244A JP2013189244A JP2015056296A JP 2015056296 A JP2015056296 A JP 2015056296A JP 2013189244 A JP2013189244 A JP 2013189244A JP 2013189244 A JP2013189244 A JP 2013189244A JP 2015056296 A JP2015056296 A JP 2015056296A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling medium
terminal
cell
fuel cell
manifold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013189244A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
純史 上田
Ayafumi Ueda
純史 上田
秀之 久米井
Hideyuki Kumei
秀之 久米井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2013189244A priority Critical patent/JP2015056296A/en
Publication of JP2015056296A publication Critical patent/JP2015056296A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve heating efficiency of an end cell with a simple structure.SOLUTION: A fuel cell comprises: a laminate having a plurality of single cells; a cooling medium supply manifold which is arranged to extend along a lamination direction inside the laminate so as to supply a cooling medium to each of the single cells; a cooling medium discharge manifold which is arranged to extend along the lamination direction inside the laminate so as to discharge, to the outside of the laminate, the cooling medium discharged from each of the single cells; a pair of terminals which are arranged, outside two end cells disposed at both ends of the laminate, such that they make contact with the respective end cells; and a heat radiation part which comes into contact with one of the pair of terminals that is farthermost from an inlet of the cooling medium supply manifold or farthermost from an outlet of the cooling medium discharge manifold, and which is arranged inside the cooling medium supply manifold.

Description

本発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

従来から、膜電極接合体(以下、「MEA」(Membrane-Electrode Assembly)と呼ぶ)と、MEAを挟む2つのセパレータとからなる単セルが複数積層された燃料電池が用いられている。このような燃料電池では、両端部に位置する2つの単セル(以下、「端部セル」と呼ぶ)は、それぞれ、他の単セルとは異なり外側においてターミナル(集電板)と接している。端部セルは、外部環境の影響を受け易い。特に、外気が低温の場合、燃料電池(セルスタック)において最も外側に位置する端部セルでは、端部セル内部に存在する水の凍結、または、水詰まりにより、反応ガスが行き渡らずに発電し難い状況となる。そこで、ターミナルの外側にヒータを配置し、かかるヒータを用いてターミナルを介して端部セルを加熱する技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。   Conventionally, a fuel cell in which a plurality of single cells each including a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA” (Membrane-Electrode Assembly)) and two separators sandwiching the MEA has been used. In such a fuel cell, two single cells (hereinafter referred to as “end cells”) located at both ends are in contact with terminals (current collector plates) on the outside, unlike other single cells. . End cells are susceptible to the external environment. In particular, when the outside air is at a low temperature, the end cell located on the outermost side of the fuel cell (cell stack) generates electric power without the reaction gas spreading due to freezing or clogging of water existing inside the end cell. It becomes a difficult situation. Therefore, a technique has been proposed in which a heater is disposed outside the terminal and the end cell is heated via the terminal using the heater (see, for example, Patent Document 1).

特開2004−327065号公報JP 2004-327065 A

上述したヒータを用いて端部セルを加熱する技術によると、燃料電池の製造コストの上昇を招くという問題や、燃料電池の大型化を招くという問題があった。なお、これらの問題は、MEAとMEAとの間に1つのセパレータが配置され、かかるセパレータが一方のMEAを含む単セルのアノード側セパレータとして機能すると共に、他方のMEAを含む単セルのカソード側セパレータとして機能する構成の燃料電池において生じ得る。また、従来の燃料電池においては、燃料電池の製造効率の向上、抵コスト化、省電力化、製造の容易化等が望まれていた。   According to the technology for heating the end cells using the heater described above, there are problems that the manufacturing cost of the fuel cell is increased and that the fuel cell is enlarged. These problems are caused by the fact that one separator is arranged between the MEA and the separator functions as an anode separator of a single cell including one MEA and the cathode side of the single cell including the other MEA. This may occur in a fuel cell configured to function as a separator. Further, in the conventional fuel cell, improvement of the production efficiency of the fuel cell, cost reduction, power saving, easy production and the like have been desired.

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.

本発明の一形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、積層された複数の単セルを有する積層体と;前記積層体内部において積層方向に沿って延設され、前記積層体に含まれる各前記単セルに冷却媒体を供給するための冷却媒体供給マニホールドと;前記積層体内部において前記積層方向に沿って延設され、前記積層体に含まれる各前記単セルから排出される前記冷却媒体を前記積層体の外部に排出するための冷却媒体排出マニホールドと;前記積層体の両端に位置する2つの前記単セルである2つの端部セルの外側において、それぞれ該端部セルに接して配置されている一対のターミナルと;前記一対のターミナルのうち、前記冷却媒体供給マニホールドの入口から最も遠い、または、前記冷却媒体排出マニホールドの出口から最も遠いターミナルに接し、前記冷却媒体供給マニホールドの内部に配置されている放熱部と;を備える。この形態の燃料電池によれば、冷却媒体供給マニホールドの内部にターミナルに接する放熱部が配置されるので、ターミナルにおける集電に伴うジュール熱を放熱部から放出することにより、冷却媒体供給マニホールド内の冷却媒体を温めることできる。このため、ターミナルに接する端部セルに昇温された冷却媒体を供給できるので、端部セルを加熱できる。このように、端部セルに供給される前の冷却媒体を温めることで、端部セル全体を加熱できるので、端部セルの加熱効率を向上できる。加えて、放熱部を設けることによって端部セルを加熱できるので、端部セルを加熱するための構成を簡素化でき、また、燃料電池を小型化できる。また、一対のターミナルのうち、冷却媒体排出マニホールドの出口からより遠くに位置するターミナルに放熱部を接して配置するので、冷却媒体排出マニホールドの出口から排出される高温の冷却媒体を利用して加熱することができないターミナルを加熱することができる。   According to one aspect of the invention, a fuel cell is provided. The fuel cell includes: a stacked body having a plurality of stacked single cells; and extending in the stacking direction inside the stacked body for supplying a cooling medium to the single cells included in the stacked body. A cooling medium supply manifold; cooling for discharging the cooling medium, which extends along the stacking direction inside the stacked body and is discharged from each single cell included in the stacked body, to the outside of the stacked body A medium discharge manifold; a pair of terminals disposed in contact with the end cells on the outside of the two end cells that are the two single cells located at both ends of the laminate; and the pair of terminals The cooling medium supply manifold is in contact with the terminal farthest from the inlet of the cooling medium supply manifold or the farthest from the outlet of the cooling medium discharge manifold. A heat radiating portion which is disposed inside the hold; comprises. According to the fuel cell of this embodiment, since the heat radiating portion in contact with the terminal is arranged inside the cooling medium supply manifold, the Joule heat accompanying the current collection at the terminal is released from the heat radiating portion, thereby The cooling medium can be warmed. For this reason, since the heated cooling medium can be supplied to the end cell in contact with the terminal, the end cell can be heated. Thus, since the whole end cell can be heated by warming the cooling medium before being supplied to the end cell, the heating efficiency of the end cell can be improved. In addition, since the end cell can be heated by providing the heat dissipating part, the configuration for heating the end cell can be simplified, and the fuel cell can be miniaturized. In addition, since the heat dissipating part is placed in contact with the terminal located farther from the outlet of the cooling medium discharge manifold among the pair of terminals, heating is performed using the high-temperature cooling medium discharged from the outlet of the cooling medium discharge manifold. The terminal that can not be heated.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムや、燃料電池の製造方法や、燃料電池の温度調整方法等の形態で実現することができる。   In addition, this invention can be implement | achieved in various aspects, for example, can be implement | achieved with forms, such as a fuel cell system, the manufacturing method of a fuel cell, the temperature adjustment method of a fuel cell.

本発明の一実施形態としての燃料電池の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell as one Embodiment of this invention. 図1に示す第1ターミナル20の詳細構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the detailed structure of the 1st terminal 20 shown in FIG.

A.実施形態:
図1は、本発明の一実施形態としての燃料電池の概略構成を示す説明図である。燃料電池100は、積層体11と、第1ターミナル20と、第2ターミナル30と、冷却媒体流路形成部材40とを備えている。なお、図1において−Y方向は重力方向(鉛直下方)と一致する。また、図1における太い実線の矢印は、冷却媒体の流れを示している。
A. Embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell as one embodiment of the present invention. The fuel cell 100 includes a stacked body 11, a first terminal 20, a second terminal 30, and a cooling medium flow path forming member 40. In FIG. 1, the −Y direction coincides with the gravity direction (vertically below). Moreover, the thick solid line arrow in FIG. 1 indicates the flow of the cooling medium.

燃料電池100は、いわゆる固体高分子型燃料電池であり、反応ガス(燃料ガスおよび酸化剤ガス)の供給部や、冷却媒体の供給部等と共に燃料電池システムを構成する。このような燃料電池システムは、例えば、駆動用電源を供給するためのシステムとして、電気自動車等に搭載されて用いられる。本実施形態では、冷却媒体として冷却水(純水)が用いられる。但し、冷却水に代えて、不凍液や空気など、熱伝導性を有する任意の媒体を採用してもよい。   The fuel cell 100 is a so-called polymer electrolyte fuel cell, and constitutes a fuel cell system together with a reaction gas (fuel gas and oxidant gas) supply unit, a cooling medium supply unit, and the like. Such a fuel cell system is mounted and used in an electric vehicle or the like as a system for supplying driving power, for example. In the present embodiment, cooling water (pure water) is used as the cooling medium. However, any medium having thermal conductivity such as antifreeze or air may be employed instead of the cooling water.

積層体11は、X軸方向(+X方向および−X方向)に沿って積層された多数の単セル10を備えている。換言すると、積層体11は、直列接続された多数単セル10を備えている。単セル10は、図示しないMEAと、MEAを挟む2枚の図示しないセパレータとからなる。MEAは、電解質膜と、電解質膜の両面を挟む2つの触媒層と、電解質膜および2つの触媒層とを挟む2つのガス拡散層とで構成されている。本実施形態では、電解質膜は、スルホン酸基を含むフッ素樹脂系イオン交換膜である。なお、電解質膜として、スルホン酸基に限らず、リン酸基やカルボン酸基など、他のイオン交換基を含む膜を用いることができる。触媒層は、白金や白金合金等の触媒を、導電性を有する担体(例えば、カーボン粒子)上に担持させた基材(触媒担持体)により形成されている。ガス拡散層は、多孔質の部材により形成されている。多孔質の部材としては、例えば、カーボンペーパー等のカーボン多孔質体や、金属メッシュや発泡金属等の金属多孔質体を用いることができる。セパレータは、ガス不透過の導電性部材により形成されている。このような部材として、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成型した金属板を採用することができる。セパレータの内部には、反応ガスの流路と、冷却媒体の流路とが形成されている。   The stacked body 11 includes a large number of single cells 10 stacked along the X-axis direction (+ X direction and −X direction). In other words, the stacked body 11 includes a large number of single cells 10 connected in series. The single cell 10 includes an MEA (not shown) and two separators (not shown) that sandwich the MEA. The MEA includes an electrolyte membrane, two catalyst layers that sandwich both surfaces of the electrolyte membrane, and two gas diffusion layers that sandwich the electrolyte membrane and the two catalyst layers. In this embodiment, the electrolyte membrane is a fluororesin ion exchange membrane containing a sulfonic acid group. The electrolyte membrane is not limited to a sulfonic acid group, and a membrane containing another ion exchange group such as a phosphoric acid group or a carboxylic acid group can be used. The catalyst layer is formed of a base material (catalyst support) in which a catalyst such as platinum or a platinum alloy is supported on a conductive carrier (for example, carbon particles). The gas diffusion layer is formed of a porous member. As the porous member, for example, a carbon porous body such as carbon paper, or a metal porous body such as a metal mesh or a foam metal can be used. The separator is formed of a gas impermeable conductive member. As such a member, for example, dense carbon that has been made to be gas-impermeable by compressing carbon, or a press-molded metal plate can be employed. A reaction gas flow path and a cooling medium flow path are formed inside the separator.

積層体11の両端に位置する単セル10(「端部セル」と呼ぶ)は、単セル10と接する側とは反対側においてターミナルと接している。具体的には、第1端部セル10eは、隣接する単セル10とは反対側において第1ターミナル20と接している。第2端部セル10fは、単セル10と接する側とは反対側において第2ターミナル30と接している。   The unit cells 10 (referred to as “end cells”) located at both ends of the stacked body 11 are in contact with the terminals on the side opposite to the side in contact with the unit cell 10. Specifically, the first end cell 10 e is in contact with the first terminal 20 on the side opposite to the adjacent single cell 10. The second end cell 10 f is in contact with the second terminal 30 on the side opposite to the side in contact with the single cell 10.

積層体11の内部には、冷却媒体供給マニホールド51と、冷却媒体排出マニホールド52とが形成されている。冷却媒体供給マニホールド51および冷却媒体排出マニホールド52は、いずれも積層体11の積層方向(X軸方向)に沿って延設されている。冷却媒体供給マニホールド51は、積層体11に供給される冷却媒体を、各単セル10に供給する。冷却媒体排出マニホールド52は、各単セル10から排出される冷却媒体を、積層体11の外部に排出する。冷却媒体供給マニホールド51は、各単セル10において積層方向に見て同じ位置に設けられた厚さ方向の貫通孔が、互いに連なって構成されている。冷却媒体排出マニホールド52は、冷却媒体供給マニホールド51と同様にして構成されている。   Inside the stacked body 11, a cooling medium supply manifold 51 and a cooling medium discharge manifold 52 are formed. The cooling medium supply manifold 51 and the cooling medium discharge manifold 52 both extend along the stacking direction (X-axis direction) of the stacked body 11. The cooling medium supply manifold 51 supplies the cooling medium supplied to the stacked body 11 to each single cell 10. The cooling medium discharge manifold 52 discharges the cooling medium discharged from each single cell 10 to the outside of the stacked body 11. The cooling medium supply manifold 51 is formed by connecting through holes in the thickness direction provided at the same position in each unit cell 10 in the stacking direction. The cooling medium discharge manifold 52 is configured in the same manner as the cooling medium supply manifold 51.

第1ターミナル20および第2ターミナル30は、いずれも、セパレータと同様に、ガス不透過の導電性部材により形成された板状部材である。第1ターミナル20および第2ターミナル30は、いわゆる集電板であり、積層体11から電流を取り出す。第1ターミナル20は、第1端部セル10eの外側において、第1端部セル10eと接して配置されている。第2ターミナル30は、第2端部セル10fの外側において、第2端部セル10fと接して配置されている。   The first terminal 20 and the second terminal 30 are both plate-like members formed of a gas-impermeable conductive member, like the separator. The first terminal 20 and the second terminal 30 are so-called current collecting plates and take out current from the stacked body 11. The first terminal 20 is disposed outside the first end cell 10e and in contact with the first end cell 10e. The second terminal 30 is disposed outside the second end cell 10f and in contact with the second end cell 10f.

図2は、図1に示す第1ターミナル20の詳細構成を示す斜視図である。図2における太い実線の矢印は、冷却媒体の流れを示している。図2に示すように、第1ターミナル20は、2つのターミナル20,30のうち、冷却媒体供給マニホールド51の入口から最も遠く、かつ、冷却媒体供給マニホールド51の出口から最も遠いターミナルである。図2に示すように、第1ターミナル20は、フィン22と、電流取り出し部25とを備えている。フィン22は、第1ターミナル20の熱を外部に放出する。フィン22は、放熱効率を向上させるために薄い板状の外観形状を有する。本実施形態では、フィン22は、第1ターミナル20の本体を構成する薄板状部材とは異なる部材により形成され、第1ターミナル20の本体に接合されている。なお、かかる構成に代えて、フィン22と第1ターミナル20の本体とを一体の部材として形成することもできる。図1および2の例では、フィン22の数を3つであるが、3つに限らず任意の数としてもよい。フィン22は、第1ターミナル20における第1端部セル10eと接する面において、第1ターミナル20の厚さ方向(−X方向)に突出して配置されている。また、図1に示すように、フィン22は、冷却媒体供給マニホールド51の内部において、第1端部セル10eにおける冷却媒体の入口付近と、第1端部セル10eに隣接するセル10の入口付近とに位置するように配置されている。なお、フィン22は、冷却媒体に直接接するため、冷却媒体により腐食するおそれがある。そこで、かかる腐食を抑制するために、フィン22の表面を、熱を伝導し、かつ、腐食し難い部材で被覆してもよい。   FIG. 2 is a perspective view showing a detailed configuration of the first terminal 20 shown in FIG. A thick solid line arrow in FIG. 2 indicates the flow of the cooling medium. As shown in FIG. 2, the first terminal 20 is a terminal farthest from the inlet of the cooling medium supply manifold 51 and farthest from the outlet of the cooling medium supply manifold 51 among the two terminals 20 and 30. As shown in FIG. 2, the first terminal 20 includes a fin 22 and a current extraction unit 25. The fins 22 release the heat of the first terminal 20 to the outside. The fin 22 has a thin plate-like appearance in order to improve the heat dissipation efficiency. In the present embodiment, the fin 22 is formed of a member different from the thin plate member that constitutes the main body of the first terminal 20, and is joined to the main body of the first terminal 20. In addition, it can replace with this structure and the fin 22 and the main body of the 1st terminal 20 can also be formed as an integral member. In the example of FIGS. 1 and 2, the number of fins 22 is three, but is not limited to three and may be an arbitrary number. The fins 22 are disposed so as to protrude in the thickness direction (−X direction) of the first terminal 20 on the surface in contact with the first end cell 10 e in the first terminal 20. Further, as shown in FIG. 1, the fins 22 are arranged in the vicinity of the inlet of the cooling medium in the first end cell 10e and the inlet of the cell 10 adjacent to the first end cell 10e in the cooling medium supply manifold 51. It is arranged to be located in and. In addition, since the fins 22 are in direct contact with the cooling medium, the fins 22 may be corroded by the cooling medium. Therefore, in order to suppress such corrosion, the surface of the fin 22 may be covered with a member that conducts heat and hardly corrodes.

電流取り出し部25は、第1ターミナル20の一部として形成されており、第1ターミナル20の他の部分に比べて、+Y方向に突出している。電流取り出し部25は、端子として機能して、図示しないケーブルが接続される。燃料電池100が発電状態での第1ターミナル20における熱分布は、電流取り出し部25により近いほどより高い発熱量となる分布である。これは、第1ターミナル20全体で集められた電流は、電流取り出し部25において集中するため、電流取り出し部25において発生するジュール熱が、他の部分で発生するジュール熱よりも高いためである。   The current extraction portion 25 is formed as a part of the first terminal 20 and protrudes in the + Y direction as compared with other portions of the first terminal 20. The current extraction unit 25 functions as a terminal and is connected to a cable (not shown). The heat distribution in the first terminal 20 when the fuel cell 100 is in the power generation state is such that the heat generation amount becomes higher as it is closer to the current extraction unit 25. This is because the current collected in the first terminal 20 as a whole is concentrated in the current extraction unit 25, so that the Joule heat generated in the current extraction unit 25 is higher than the Joule heat generated in other portions.

第2ターミナル30の構成は、フィン22を備えていない点、電流取り出し部25に代えて電流取り出し部35を備えている点、図1に示す供給孔31および排出孔32を備えている点において、第1ターミナル20の構成と異なり、他の構成は、第1ターミナル20と同じである。   The configuration of the second terminal 30 is that the fin 22 is not provided, the current extraction unit 25 is provided instead of the current extraction unit 25, and the supply hole 31 and the discharge hole 32 shown in FIG. Unlike the configuration of the first terminal 20, the other configurations are the same as those of the first terminal 20.

電流取り出し部35は、第1ターミナル20の電流取り出し部25と同様に、第2ターミナル30の一部として形成されており、第2ターミナル30の他の部分に比べて、+Y方向に突出している。供給孔31は、第2ターミナル30の厚さ方向(X軸方向)に延設された貫通孔であり、冷却媒体供給マニホールド51の入口51eと連通している。排出孔32は、第2ターミナル30の厚さ方向(X軸方向)に延設された貫通孔であり、冷却媒体排出マニホールド52の出口52eと連通している。   Similar to the current extraction unit 25 of the first terminal 20, the current extraction unit 35 is formed as a part of the second terminal 30, and protrudes in the + Y direction as compared with other parts of the second terminal 30. . The supply hole 31 is a through hole extending in the thickness direction (X-axis direction) of the second terminal 30 and communicates with the inlet 51 e of the cooling medium supply manifold 51. The discharge hole 32 is a through hole extending in the thickness direction (X-axis direction) of the second terminal 30 and communicates with the outlet 52 e of the cooling medium discharge manifold 52.

冷却媒体流路形成部材40は、第2ターミナル30における第2端部セル10fと接する面とは反対面において、第2ターミナル30と接している。冷却媒体流路形成部材40は、燃料電池100の外部から供給される冷却媒体を供給孔31に導く。冷却媒体流路形成部材40の内部には、冷却媒体供給流路41と、冷却媒体排出流路42とが形成されている。冷却媒体供給流路41は、冷却媒体流路形成部材40の厚さ方向(X軸方向)に延設された貫通孔であり、第2ターミナル30の供給孔31と連通している。冷却媒体供給流路41には、図示しない冷却媒体供給用のポンプが接続され得る。   The cooling medium flow path forming member 40 is in contact with the second terminal 30 on the surface opposite to the surface in contact with the second end cell 10 f of the second terminal 30. The cooling medium flow path forming member 40 guides the cooling medium supplied from the outside of the fuel cell 100 to the supply hole 31. Inside the cooling medium flow path forming member 40, a cooling medium supply flow path 41 and a cooling medium discharge flow path 42 are formed. The cooling medium supply channel 41 is a through hole extending in the thickness direction (X-axis direction) of the cooling medium channel forming member 40 and communicates with the supply hole 31 of the second terminal 30. A cooling medium supply pump (not shown) can be connected to the cooling medium supply channel 41.

冷却媒体排出流路42は、排出孔32と連通し、排出孔32から排出された冷却媒体を、燃料電池100の外部へと排出する。冷却媒体排出流路42の一部は、冷却媒体流路形成部材40の+X側の面(第2ターミナル30と接する面)に形成された溝により構成され、他の部分は、かかる溝と連通する貫通孔として構成されている。したがって、冷却媒体排出流路42は、前述の溝において、第2ターミナル30と接している。各単セル10から排出される冷却媒体は高温であるため、かかる高温の冷却媒体が冷却媒体排出流路42(第2ターミナル30と接する溝)を通る際に第2ターミナル30は加熱される。また、第2ターミナル30が加熱されることにより、第2ターミナル30と接する第2端部セル10fも加熱される。   The cooling medium discharge channel 42 communicates with the discharge hole 32 and discharges the cooling medium discharged from the discharge hole 32 to the outside of the fuel cell 100. A part of the cooling medium discharge channel 42 is configured by a groove formed on the surface on the + X side of the cooling medium channel forming member 40 (a surface in contact with the second terminal 30), and the other part communicates with the groove. It is comprised as a through-hole. Therefore, the cooling medium discharge channel 42 is in contact with the second terminal 30 in the above-described groove. Since the cooling medium discharged from each single cell 10 has a high temperature, the second terminal 30 is heated when the high-temperature cooling medium passes through the cooling medium discharge channel 42 (groove in contact with the second terminal 30). Moreover, the 2nd terminal cell 10f which touches the 2nd terminal 30 is also heated by the 2nd terminal 30 being heated.

図1の実線の矢印で示すように、燃料電池100の外部から冷却媒体供給流路41に供給された冷却媒体は、冷却媒体供給流路41、供給孔31、および冷却媒体供給マニホールド51を介して、各単セル10に供給される。また、各単セル10から排出された冷却媒体は、冷却媒体排出マニホールド52、排出孔32、および冷却媒体排出流路42を介して、燃料電池100の外部に排出される。   As indicated by solid arrows in FIG. 1, the cooling medium supplied from the outside of the fuel cell 100 to the cooling medium supply channel 41 passes through the cooling medium supply channel 41, the supply hole 31, and the cooling medium supply manifold 51. And supplied to each single cell 10. Further, the cooling medium discharged from each single cell 10 is discharged to the outside of the fuel cell 100 through the cooling medium discharge manifold 52, the discharge hole 32, and the cooling medium discharge channel 42.

図2に示すように、冷却媒体供給マニホールド51と冷却媒体排出マニホールド52とは、各単セル10の端面(隣接する単セル10と接する面)において、互いに対角の位置となるように配置されている。冷却媒体供給マニホールド51は、冷却媒体排出マニホールド52に比べてより鉛直上方(より+Y方向)に位置しているため、各単セル10に供給された冷却媒体は、各単セル10(より正確には、各単セル10のセパレータ)の内部を鉛直下方に向かって流れ、その後、冷却媒体排出マニホールド52に排出される。   As shown in FIG. 2, the cooling medium supply manifold 51 and the cooling medium discharge manifold 52 are arranged so as to be diagonal to each other on the end face of each single cell 10 (the face in contact with the adjacent single cell 10). ing. Since the cooling medium supply manifold 51 is positioned vertically upward (more in the + Y direction) than the cooling medium discharge manifold 52, the cooling medium supplied to each single cell 10 is more accurately Flows vertically downward in the separator of each single cell 10 and then discharged to the cooling medium discharge manifold 52.

例えば、氷点下等の低温環境において燃料電池100が始動する際には、燃料電池100(冷却媒体供給マニホールド51)には、低温の冷却媒体が供給される。しかしながら、冷却媒体供給マニホールド51の内部において第1端部セル10eの近傍には、フィン22が配置されているので、図2に示すように、第1端部セル10eには、フィン22からの放熱により温められた冷却媒体が供給される。したがって、第1端部セル10eを加熱することができる。   For example, when the fuel cell 100 is started in a low temperature environment such as below freezing point, a low temperature cooling medium is supplied to the fuel cell 100 (cooling medium supply manifold 51). However, since the fins 22 are disposed in the vicinity of the first end cells 10e in the cooling medium supply manifold 51, the first end cells 10e are separated from the fins 22 as shown in FIG. A cooling medium warmed by heat dissipation is supplied. Therefore, the first end cell 10e can be heated.

以上説明した燃料電池100では、冷却媒体供給マニホールド51の内部において第1端部セル10eの近傍にフィン22を配置するので、第1ターミナル20における集電に伴うジュール熱をフィン22から放出し、かかる放熱により、第1端部セル10eに供給される冷却媒体を加熱できる。このように、第1端部セル10eに供給される前の冷却媒体を、冷却媒体供給マニホールド51において加熱するため、第1端部セル10eの加熱効率を向上できる。加えて、フィン22を設けることによって第1端部セル10eを加熱できるので、第1端部セル10eを加熱するための構成を簡素化でき、また、燃料電池100を小型化できる。   In the fuel cell 100 described above, the fins 22 are arranged in the vicinity of the first end cells 10e inside the cooling medium supply manifold 51, so that Joule heat accompanying current collection in the first terminal 20 is released from the fins 22, With this heat dissipation, the cooling medium supplied to the first end cell 10e can be heated. Thus, since the cooling medium before being supplied to the first end cell 10e is heated in the cooling medium supply manifold 51, the heating efficiency of the first end cell 10e can be improved. In addition, since the first end cell 10e can be heated by providing the fins 22, the configuration for heating the first end cell 10e can be simplified, and the fuel cell 100 can be downsized.

加えて、電流取り出し部25が、冷却媒体供給マニホールド51に近い位置に配置されているので、冷却媒体に対して多くの熱を伝えることができる。また、第1ターミナル20の熱を放出するために冷却媒体供給マニホールド51の内部に収容される機能部(フィン22)の外観形状を薄板状の形状とするので、表面積を大きくして放熱量を大きくできる。   In addition, since the current extraction unit 25 is disposed at a position close to the cooling medium supply manifold 51, a large amount of heat can be transmitted to the cooling medium. Further, since the external shape of the functional part (fin 22) accommodated in the cooling medium supply manifold 51 in order to release the heat of the first terminal 20 is a thin plate shape, the surface area is increased to reduce the heat radiation amount. Can be big.

B.変形例:
B1.変形例1:
上述した実施形態では、冷却媒体流路形成部材40は、第2ターミナル30に接して配置されていたが、第2ターミナル30に代えて、第1ターミナル20に接して配置してもよい。例えば、冷却媒体排出マニホールド52における冷却媒体の流れる方向を、実施形態における−X方向から+X方向に変更し、冷却媒体排出マニホールド52を流通する冷却媒体を、第1ターミナル20に設けた図示しない貫通孔を介して冷却媒体流路形成部材40に導く構成を採用してもよい。この構成では、上述した実施形態と同様に、冷却媒体流路形成部材40を流通する冷却媒体を利用して、第1ターミナル20を介して第1端部セル10eを加熱することができる。したがって、この構成においては、第1端部セル10eからフィン22を省略してもよい。また、この構成においては、第2ターミナル30にフィンを設け、かかるフィンが冷却媒体供給マニホールド51において第2端部セル10fの近傍に位置するように配置することが好ましい。冷却媒体流路形成部材40と接するターミナルは、単セル10の積層体から排出される高温の冷却媒体を利用して加熱できるのに対して、冷却媒体流路形成部材40と接しないターミナルは、かかる高温の冷却媒体を利用した加熱ができないからである。かかる変形例および上記実施形態からも理解できるように、単セル10の積層体の両端に配置された一対のターミナル20,30のうち、少なくとも冷却媒体排出マニホールド52の出口から最も遠いターミナルに、冷却媒体供給マニホールド51に収容されるフィンを設ける構成を、本発明に適用できる。なお、燃料電池100において冷却媒体流路形成部材40を省略することもできる。かかる構成においても、2つの端部セル10e,10fのうち、少なくとも第1端部セル10eについては、フィン22からの放熱を利用して加熱できる。
B. Variation:
B1. Modification 1:
In the embodiment described above, the cooling medium flow path forming member 40 is disposed in contact with the second terminal 30, but may be disposed in contact with the first terminal 20 instead of the second terminal 30. For example, the flow direction of the cooling medium in the cooling medium discharge manifold 52 is changed from the −X direction to the + X direction in the embodiment, and a cooling medium flowing through the cooling medium discharge manifold 52 is provided in the first terminal 20 (not shown). You may employ | adopt the structure guide | induced to the cooling medium flow path formation member 40 through a hole. In this configuration, the first end cell 10 e can be heated via the first terminal 20 using the cooling medium flowing through the cooling medium flow path forming member 40 as in the above-described embodiment. Therefore, in this configuration, the fins 22 may be omitted from the first end cell 10e. Further, in this configuration, it is preferable that fins are provided in the second terminal 30 and the fins are disposed in the vicinity of the second end cell 10 f in the cooling medium supply manifold 51. The terminal in contact with the cooling medium flow path forming member 40 can be heated using a high temperature cooling medium discharged from the stacked body of the single cells 10, whereas the terminal not in contact with the cooling medium flow path forming member 40 is This is because heating using such a high-temperature cooling medium cannot be performed. As can be understood from this modified example and the above-described embodiment, the cooling is performed at least on the terminal farthest from the outlet of the cooling medium discharge manifold 52 among the pair of terminals 20 and 30 arranged at both ends of the stacked body of the single cells 10. A configuration in which fins accommodated in the medium supply manifold 51 are provided can be applied to the present invention. In the fuel cell 100, the cooling medium flow path forming member 40 may be omitted. Even in such a configuration, at least the first end cell 10e out of the two end cells 10e and 10f can be heated using heat radiation from the fins 22.

B2.変形例2:
上述した実施形態では、単セル10は、図示しないMEAと、MEAを挟む2枚の図示しないセパレータとで構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、単セルの積層体がMEAとセパレータとが交互に積層された構造を有し、各セパレータが隣接する2つの単セルのアノード側セパレータとカソード側セパレータとを兼用する構成を採用してもよい。この構成では、MEAと、かかるMEAを挟む2つのセパレータにおいてMEAと接する側のそれぞれの一部とにより、単セルが構成される。
B2. Modification 2:
In the embodiment described above, the single cell 10 is configured by an MEA (not shown) and two separators (not shown) that sandwich the MEA, but the present invention is not limited to this. For example, a single cell stack may have a structure in which MEAs and separators are alternately stacked, and each separator may be used as an anode separator and a cathode separator of two adjacent single cells. Good. In this configuration, a single cell is configured by the MEA and a part of each of the two separators sandwiching the MEA on the side in contact with the MEA.

B3.変形例3:
上述した実施形態では、第1ターミナル20の熱を放出するために冷却媒体供給マニホールド51の内部に収容される機能部(フィン22)の外観形状は、薄い板状の形状であったが、薄い板状の形状に代えて、放熱可能な(熱伝導性を有する)任意の形状を採用してもよい。例えば、−X方向に延設された多数の針状の外観形状を採用してもよい。すなわち、一般には、任意の外観形状を有し、放熱可能な放熱部を、本発明の放熱部として採用してもよい。
B3. Modification 3:
In the embodiment described above, the appearance shape of the functional part (fin 22) accommodated inside the cooling medium supply manifold 51 for releasing the heat of the first terminal 20 is a thin plate shape, but is thin. Instead of the plate-like shape, any shape capable of radiating heat (having thermal conductivity) may be adopted. For example, you may employ | adopt many acicular external shapes extended in the -X direction. That is, in general, a heat radiating part having an arbitrary external shape and capable of radiating heat may be employed as the heat radiating part of the present invention.

B4.変形例4:
上述した実施形態において、第1ターミナル20における第1端部セル10eと接する面に、冷却媒体を流通させるための溝を形成してもよい。このような構成により、第1端部セル10eと第1ターミナル20との間に冷却媒体を流通させることができるので、第1ターミナル20により近い位置において加熱された冷却媒体を利用して、第1端部セル10eを加熱でき、加熱効率をより向上できる。
B4. Modification 4:
In the above-described embodiment, a groove for circulating the cooling medium may be formed on the surface of the first terminal 20 in contact with the first end cell 10e. With such a configuration, since the cooling medium can be circulated between the first end cell 10e and the first terminal 20, the cooling medium heated at a position closer to the first terminal 20 can be used. The one end cell 10e can be heated, and the heating efficiency can be further improved.

B5.変形例5:
上述した実施形態では、フィン22は、冷却媒体供給マニホールド51の内部において、第1端部セル10eにおける冷却媒体の入口付近と、第1端部セル10eに隣接するセル10の入口付近とに位置するように配置されていたが、本発明は、これに限定されるものではない。第1端部セル10eから数えて−X方向に任意の数の単セル10における各冷却媒体の入口付近に位置するように、フィン22を配置してもよい。なお、冷却媒体供給マニホールド51の内部において、第1端部セル10eにおける冷却媒体の入口付近のみに位置する、または、第1端部セル10eから数えて−X方向に数個分の単セル10における各冷却媒体の入口付近に位置するように、フィン22を配置することが好ましい。
B5. Modification 5:
In the embodiment described above, the fins 22 are positioned in the vicinity of the inlet of the cooling medium in the first end cell 10e and in the vicinity of the inlet of the cell 10 adjacent to the first end cell 10e inside the cooling medium supply manifold 51. However, the present invention is not limited to this. You may arrange | position the fin 22 so that it may be located in the vicinity of the inlet_port | entrance of each cooling medium in the arbitrary number of single cells 10 in the -X direction counting from the 1st end part cell 10e. In the cooling medium supply manifold 51, the single cells 10 are located only near the inlet of the cooling medium in the first end cell 10e, or several single cells 10 in the −X direction from the first end cell 10e. It is preferable to arrange the fins 22 so as to be positioned in the vicinity of the inlet of each cooling medium in FIG.

本発明は、上述の実施形態や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することができる。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、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上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可能である。また、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、削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments and the modifications corresponding to the technical features in each embodiment 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, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

10…単セル
10e…第1端部セル
10f…第2端部セル
11…積層体
20…第1ターミナル
22…フィン
25…電流取り出し部
30…第2ターミナル
31…供給孔
32…排出孔
35…電流取り出し部
40…冷却媒体流路形成部材
41…冷却媒体供給流路
42…冷却媒体排出流路
51…冷却媒体供給マニホールド
51e…入口
52…冷却媒体排出マニホールド
52e…出口
100…燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Single cell 10e ... 1st edge part cell 10f ... 2nd edge part cell 11 ... Laminated body 20 ... 1st terminal 22 ... Fin 25 ... Current extraction part 30 ... 2nd terminal 31 ... Supply hole 32 ... Discharge hole 35 ... Current extraction unit 40 ... cooling medium flow path forming member 41 ... cooling medium supply flow path 42 ... cooling medium discharge flow path 51 ... cooling medium supply manifold 51e ... inlet 52 ... cooling medium discharge manifold 52e ... outlet 100 ... fuel cell

Claims (1)

燃料電池であって、
積層された複数の単セルを有する積層体と、
前記積層体内部において
積層方向に沿って延設され、前記積層体に含まれる各前記単セルに冷却媒体を供給するための冷却媒体供給マニホールドと、
前記積層体内部において前記積層方向に沿って延設され、前記積層体に含まれる各前記単セルから排出される前記冷却媒体を前記積層体の外部に排出するための冷却媒体排出マニホールドと、
前記積層体の両端に位置する2つの前記単セルである2つの端部セルの外側において、それぞれ該端部セルに接して配置されている一対のターミナルと、
前記一対のターミナルのうち、前記冷却媒体供給マニホールドの入口から最も遠い、または、前記冷却媒体排出マニホールドの出口から最も遠いターミナルに接し、前記冷却媒体供給マニホールドの内部に配置されている放熱部と、
を備える、燃料電池。
A fuel cell,
A laminate having a plurality of laminated single cells;
A cooling medium supply manifold that extends in the stacking direction inside the stacked body and supplies a cooling medium to each single cell included in the stacked body;
A cooling medium discharge manifold that extends along the stacking direction inside the stacked body and discharges the cooling medium discharged from each single cell included in the stacked body to the outside of the stacked body;
A pair of terminals arranged in contact with the end cells on the outside of the two end cells that are the two single cells located at both ends of the laminate;
Of the pair of terminals, a heat dissipating part that is located farthest from the inlet of the cooling medium supply manifold or that is in contact with the terminal farthest from the outlet of the cooling medium discharge manifold, and is disposed inside the cooling medium supply manifold,
A fuel cell comprising:
JP2013189244A 2013-09-12 2013-09-12 Fuel cell Pending JP2015056296A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013189244A JP2015056296A (en) 2013-09-12 2013-09-12 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013189244A JP2015056296A (en) 2013-09-12 2013-09-12 Fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015056296A true JP2015056296A (en) 2015-03-23

Family

ID=52820566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013189244A Pending JP2015056296A (en) 2013-09-12 2013-09-12 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015056296A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016002770A1 (en) 2015-03-19 2016-09-22 Ngk Insulators, Ltd. honeycomb structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016002770A1 (en) 2015-03-19 2016-09-22 Ngk Insulators, Ltd. honeycomb structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6465802B2 (en) Design of bipolar plates for use in conduction-cooled electrochemical cells.
US9190680B2 (en) Fuel battery
JP5180484B2 (en) Fuel cell stack
JP2010073448A (en) Fuel cell stack
JP2014531716A (en) Flow battery stack with integrated heat exchanger
JP5768882B2 (en) Fuel cell
JP2008053197A5 (en)
JP2006260919A (en) Fuel cell
JP6477681B2 (en) Fuel cell module and fuel cell stack
US20100285386A1 (en) High power fuel stacks using metal separator plates
JP5155549B2 (en) Fuel cell
US10686198B2 (en) Fuel cell assembly
JP2009099380A (en) Fuel cell system
US20100310962A1 (en) Fuel cell stack with transparent flow pathways and bipolar plates thereof
TW201037888A (en) Fuel cell structure having combined polar plates and the combined polar plate thereof
KR101636613B1 (en) Separator for Fuel Cell and High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Having the Same
JP4726186B2 (en) Fuel cell stack
JP2015056296A (en) Fuel cell
JP4040863B2 (en) Fuel cell stack
JP2008059874A (en) Fuel cell stack
JP2010061986A (en) Fuel battery stack
CN104937760A (en) Fuel cell system
JP5197022B2 (en) Fuel cell
JP2007066758A (en) Fuel cell
JP2015032489A (en) Solid oxide fuel cell stack