JP2017216051A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the degree of freedom in a piping layout, while suppressing liquid junction by ensuring ground fault resistance of a coolant pipe.SOLUTION: A fuel cell system 10 comprises a fuel cell stack 14 in which a plurality of power generation cells 28 are stacked on top of each other. A cooling medium passage formation member 24 is arranged under the fuel cell stack 14. A stack external supply labyrinth passage 90 is formed inside the cooling medium passage formation member 24, while a stack internal supply labyrinth passage 72 is formed inside a first end plate 34a. The stack external supply labyrinth passage 90 is connected to the stack internal supply labyrinth passage 72 via an inlet hole 96a.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する複数の発電セルが積層された燃料電池スタックを備え、前記燃料電池スタックの内部には、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成される燃料電池システムに関する。   The present invention includes a fuel cell stack in which a plurality of power generation cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas are stacked, and a cooling medium flow path for circulating a cooling medium inside the fuel cell stack The present invention relates to a fuel cell system.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セル(単位セル)が構成されている。通常、所定数の発電セルが積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両(燃料電池電気自動車等)に組み込まれている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is disposed on one surface of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane and a cathode electrode is disposed on the other surface. It has. The electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched between separators to constitute a power generation cell (unit cell). Usually, a predetermined number of power generation cells are stacked, for example, incorporated in a fuel cell vehicle (fuel cell electric vehicle or the like) as an in-vehicle fuel cell stack.

燃料電池車両等の電動車両は、例えば、ECE−R100やFMVSS305等の電気安全に関する法規を満たす必要がある。このため、電動パワートレイン全体で、法規要求地絡抵抗を満たすことが求められている。従って、各デバイス(機器)の分担抵抗(各デバイスと燃料電池車両の接地電位であるシャーシGNDとの間の地絡抵抗)の合計が、法規要求地絡抵抗を上回るように設定されている。   An electric vehicle such as a fuel cell vehicle needs to satisfy electric safety regulations such as ECE-R100 and FMVSS305. For this reason, the electric powertrain as a whole is required to satisfy the legally required ground fault resistance. Therefore, the total of the shared resistance of each device (equipment) (the ground fault resistance between each device and the chassis GND that is the ground potential of the fuel cell vehicle) is set to exceed the legally required ground fault resistance.

例えば、燃料電池スタックでは、高電圧系デバイスとして、ガス系、スタック外周系、冷却系等があり、それぞれ分担抵抗が設定されている。冷却系では、ラジエータ、冷媒ポンプ、補機デバイス等がシャーシGNDに接地されている。このため、冷却系の地絡抵抗を分担抵抗以上に確保するために、冷媒導電率管理と、シャーシGNDに接地しているデバイスまでの配管レイアウト(配管径や長さ等)とを適切に設定する必要がある。   For example, in a fuel cell stack, there are a gas system, a stack peripheral system, a cooling system, and the like as high-voltage devices, each of which has a shared resistance. In the cooling system, a radiator, a refrigerant pump, an auxiliary device, and the like are grounded to the chassis GND. For this reason, in order to ensure the ground fault resistance of the cooling system more than the shared resistance, the refrigerant conductivity management and the pipe layout (pipe diameter, length, etc.) to the device grounded to the chassis GND are appropriately set. There is a need to.

この種の冷却系を有する設備として、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムでは、燃料電池の内部における電池内冷媒流路と冷媒冷却機器とを含む第1循環経路に冷媒を循環供給する第1冷媒系と、前記電池内冷媒流路とイオン交換器とを含む第2循環経路に冷媒を循環供給する第2冷媒系とを備えている。そして、第1冷媒系及び第2冷媒系による冷媒循環を制御するにあたり、燃料電池の起動に際し、予め定めた優先期間に亘って前記第2冷媒系による前記燃料電池への冷媒の循環供給を先行して実行している。   As a facility having this type of cooling system, for example, a fuel cell system disclosed in Patent Document 1 is known. In this fuel cell system, a first refrigerant system that circulates and supplies a refrigerant to a first circulation path including an in-cell refrigerant flow path and a refrigerant cooling device inside the fuel cell, the in-battery refrigerant flow path and an ion exchanger, And a second refrigerant system that circulates and supplies the refrigerant to the second circulation path. In controlling the refrigerant circulation by the first refrigerant system and the second refrigerant system, when the fuel cell is started, the refrigerant supply to the fuel cell by the second refrigerant system is preceded over a predetermined priority period. And running.

第2冷媒系の第2循環経路を通過する全ての冷媒は、優先期間の当初から燃料電池の電池内冷媒流路を循環経由した後に、イオン交換器を繰り返し通過してイオンが除去されている。従って、燃料電池の電池内冷媒流路は、優先期間において速やかに低導電率とされた冷媒が循環するため、前記冷媒が介在することで発生する前記燃料電池の絶縁性低下を早期に高い実効性で回避できる、としている。   All of the refrigerant passing through the second circulation path of the second refrigerant system is repeatedly passed through the ion exchanger after passing through the refrigerant flow path in the fuel cell from the beginning of the priority period, and the ions are removed. . Therefore, the refrigerant flow path in the fuel cell quickly circulates the refrigerant having a low conductivity in the priority period, so that the insulation deterioration of the fuel cell that occurs due to the presence of the refrigerant is quickly and highly effective. It can be avoided by sex.

特開2014−157832号公報JP 2014-157832 A

ところで、燃料電池車両では、特に高温環境下に長時間放置されると、冷媒導電率が上昇してしまう。すなわち、放置中には、冷媒が流通しないため、イオン交換器によるイオン除去が行われず、冷媒導電率が上昇して冷媒系内での電気抵抗が低下するおそれがある。冷媒導電率の上昇は、特にラジエータや金属セパレータ等の金属部材との接液により惹起されている。従って、高温放置等の最悪条件において、燃料電池スタックとシャーシGNDとの間の地絡抵抗が減少し、所望の分担地絡抵抗を確保することができないおそれがある。   By the way, in a fuel cell vehicle, when left in a high temperature environment for a long time, the refrigerant conductivity increases. In other words, since the refrigerant does not circulate during standing, ion removal by the ion exchanger is not performed, and the refrigerant conductivity may increase and the electric resistance in the refrigerant system may be reduced. The increase in the refrigerant conductivity is particularly caused by liquid contact with a metal member such as a radiator or a metal separator. Therefore, the ground fault resistance between the fuel cell stack and the chassis GND decreases under the worst condition such as leaving at a high temperature, and there is a possibility that a desired shared ground fault resistance cannot be ensured.

そこで、例えば、冷媒配管長を長尺化することが考えられる。しかしながら、燃料電池システムが収容されるスペース、例えば、モータルーム内では、長尺な配管が絡まり合ってしまい、メンテナンス性が低下するという問題がある。   Therefore, for example, it is conceivable to lengthen the refrigerant pipe length. However, in a space in which the fuel cell system is accommodated, for example, in a motor room, there is a problem that long pipes are entangled and the maintainability is lowered.

しかも、衝突等の外部荷重が付与されると、冷媒配管が、密集配置されている各種デバイスと干渉し易くなり、前記冷媒配管が破損する場合がある。その際、活電部である燃料電池スタックから冷媒配管の破損部位までの地絡抵抗が、所望の分担地絡抵抗を下回ってしまい、液絡が発生するおそれがある。   In addition, when an external load such as a collision is applied, the refrigerant pipe is likely to interfere with various devices that are densely arranged, and the refrigerant pipe may be damaged. At that time, the ground fault resistance from the fuel cell stack, which is the live part, to the damaged part of the refrigerant pipe is lower than the desired shared ground fault resistance, and there is a possibility that a liquid junction occurs.

本発明は、この種の課題を解決するものであり、冷媒配管の地絡抵抗を確保して液絡を抑制するとともに、配管レイアウトの自由度を有効に向上させることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and provides a fuel cell system that can ensure ground fault resistance of refrigerant piping and suppress liquid junction, and can effectively improve the degree of freedom of piping layout. The purpose is to provide.

本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する複数の発電セルが積層された燃料電池スタックを備え、前記燃料電池スタックの内部には、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成されている。   A fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell stack in which a plurality of power generation cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas are stacked, and a cooling medium is circulated inside the fuel cell stack. A cooling medium flow path is formed.

この燃料電池システムは、内部に湾曲形状又は屈曲形状を有する第1ラビリンス流路が設けられた冷却媒体流路構成部材を備えている。そして、冷却媒体流路構成部材には、燃料電池スタックの冷却媒体流路に接続される流通口が設けられている。燃料電池スタックは、発電セルの積層方向端部にエンドプレートを配置し、少なくとも一方の前記エンドプレートには、第1ラビリンス流路と冷却媒体流路とを連ねるために、湾曲形状又は屈曲形状を有する第2ラビリンス流路が設けられている。   The fuel cell system includes a cooling medium flow path component having a first labyrinth flow path having a curved shape or a bent shape. The cooling medium flow path component is provided with a circulation port connected to the cooling medium flow path of the fuel cell stack. The fuel cell stack has an end plate disposed at an end portion in the stacking direction of the power generation cells, and at least one of the end plates has a curved shape or a bent shape in order to connect the first labyrinth channel and the cooling medium channel. A second labyrinth flow path is provided.

また、この燃料電池システムでは、冷却媒体流路構成部材は、燃料電池スタックの底部に接して配置されるとともに、第1ラビリンス流路と第2ラビリンス流路とが直接接続されていることが好ましい。   In this fuel cell system, it is preferable that the cooling medium flow path component is disposed in contact with the bottom of the fuel cell stack, and the first labyrinth flow path and the second labyrinth flow path are directly connected. .

本発明によれば、冷却媒体流路構成部材には、第1ラビリンス流路が設けられるとともに、前記冷却媒体流路構成部材は、燃料電池スタックの冷却媒体流路に接続されている。しかも、エンドプレートには、第1ラビリンス流路と冷却媒体流路とを連ねる第2ラビリンス流路が設けられている。   According to the present invention, the cooling medium flow path component is provided with the first labyrinth flow path, and the cooling medium flow path component is connected to the cooling medium flow path of the fuel cell stack. In addition, the end plate is provided with a second labyrinth channel that connects the first labyrinth channel and the cooling medium channel.

従って、長尺流路である第1ラビリンス流路及び第2ラビリンス流路が設けられるため、冷却媒体流路系の導電抵抗を増加させることができ、法規により要求される分担地絡抵抗を満たす沿面距離を確保することが可能になる。これにより、冷媒配管の地絡抵抗を確保して液絡を抑制するとともに、配管レイアウトの自由度を有効に向上させることが可能になる。   Therefore, since the first labyrinth flow path and the second labyrinth flow path, which are long flow paths, are provided, the conductive resistance of the cooling medium flow path system can be increased, and the shared ground fault resistance required by law is satisfied. It is possible to secure a creepage distance. As a result, it is possible to secure ground fault resistance of the refrigerant piping and suppress liquid junction, and to effectively improve the degree of freedom of piping layout.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システムが適用される燃料電池車両の前方部分の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the front part of the fuel cell vehicle to which the fuel cell system concerning a 1st embodiment of the present invention is applied. 前記燃料電池システムの要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of the said fuel cell system. 前記燃料電池システムの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the said fuel cell system. 前記燃料電池システムを構成する発電セルの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the electric power generation cell which comprises the said fuel cell system. 前記燃料電池システムを構成する第1エンドプレートの一部断面正面図である。It is a partial cross section front view of the 1st end plate which comprises the said fuel cell system. 前記燃料電池システムを構成する第2エンドプレートの断面正面図である。It is a section front view of the 2nd end plate which constitutes the fuel cell system. 前記燃料電池システムを構成する冷却媒体流路構成部材の平面説明図である。It is a plane explanatory view of a cooling medium flow path constituent member which constitutes the fuel cell system. 前記燃料電池システムにおいて、供給配管及び排出配管が破損した際の説明図である。In the said fuel cell system, it is explanatory drawing when supply piping and discharge piping are damaged. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システムの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記燃料電池システムを構成する第1エンドプレートの断面正面図である。It is a cross-sectional front view of the 1st end plate which comprises the said fuel cell system. 前記燃料電池システムを構成する冷却媒体流路構成部材の第1筐体部の平面説明図である。It is a plane explanatory view of the 1st case part of the cooling-medium channel constituent member which constitutes the fuel cell system. 前記冷却媒体流路構成部材の第2筐体部の平面説明図である。It is a plane explanatory view of the 2nd case part of the above-mentioned cooling medium channel constituent member.

図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池システム10は、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両12に搭載される。燃料電池システム10は、燃料電池スタック14を備え、前記燃料電池スタック14は、燃料電池車両12のモータルーム(フロントボックス)16内に配置される。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 according to the first embodiment of the present invention is mounted on a fuel cell vehicle 12 such as a fuel cell electric vehicle. The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 14, and the fuel cell stack 14 is disposed in a motor room (front box) 16 of the fuel cell vehicle 12.

モータルーム16には、走行用モータ18及びPDU(Power Drive Unit)20が配設される。PDU20は、燃料電池車両12全体のシステム管理を行うとともに、バッテリー(図示せず)及び燃料電池の直流電力を三相交流の電力に変換して走行用モータ18に伝達する機能を有する。   In the motor room 16, a traveling motor 18 and a PDU (Power Drive Unit) 20 are disposed. The PDU 20 performs system management of the entire fuel cell vehicle 12, and has a function of converting DC power of a battery (not shown) and the fuel cell into three-phase AC power and transmitting it to the traveling motor 18.

燃料電池スタック14は、上部に接して電圧制御ユニット(VCU)(Voltage Control Unit)22が載置される一方、下部(底部)に接して冷却媒体流路構成部材24が配置され、これらがケーシング26により一体に覆われる。電圧制御ユニット22は、燃料電池スタック14の出力を制御する機能を有しており、ケーシング26の外部に配置されてもよい。冷却媒体流路構成部材24は、冷却媒体供給装置27を構成しており、その説明は後述する。   In the fuel cell stack 14, a voltage control unit (VCU) (Voltage Control Unit) 22 is placed in contact with the upper part, and a cooling medium flow path component 24 is arranged in contact with the lower part (bottom part). 26 are integrally covered. The voltage control unit 22 has a function of controlling the output of the fuel cell stack 14 and may be disposed outside the casing 26. The cooling medium flow path constituting member 24 constitutes a cooling medium supply device 27, which will be described later.

図2及び図3に示すように、燃料電池スタック14は、複数の発電セル28が車両幅方向(矢印A方向)に積層される。図3に示すように、発電セル28の積層方向一端には、第1ターミナルプレート30a、第1絶縁プレート32a及び第1エンドプレート34aが、外方に向かって、順次、配設される。発電セル28の積層方向他端には、第2ターミナルプレート30b、第2絶縁プレート32b及び第2エンドプレート34bが、外方に向かって、順次、配設される。第1ターミナルプレート30aと第2ターミナルプレート30bとは、各上辺に上方に突出する端子部30atと端子部30btとを設ける。   As shown in FIGS. 2 and 3, in the fuel cell stack 14, a plurality of power generation cells 28 are stacked in the vehicle width direction (arrow A direction). As shown in FIG. 3, the first terminal plate 30 a, the first insulating plate 32 a, and the first end plate 34 a are sequentially disposed at one end in the stacking direction of the power generation cells 28 toward the outside. At the other end of the power generation cell 28 in the stacking direction, a second terminal plate 30b, a second insulating plate 32b, and a second end plate 34b are sequentially disposed outward. The first terminal plate 30a and the second terminal plate 30b are provided with a terminal portion 30at and a terminal portion 30bt protruding upward on each upper side.

第1絶縁プレート32a及び第2絶縁プレート32bは、電気絶縁性を有する樹脂材で構成される。第1エンドプレート34a及び第2エンドプレート34bは、電気絶縁性を有する樹脂材で構成されているが、例えば、アルミニウム母材に樹脂コートを施してもよい。第1エンドプレート34aと第2エンドプレート34bの各辺間には、連結バー36の両端がねじ38により固定され、複数の積層された発電セル28に積層方向(矢印A方向)の締め付け荷重を付与する。   The 1st insulating plate 32a and the 2nd insulating plate 32b are comprised with the resin material which has electrical insulation. Although the first end plate 34a and the second end plate 34b are made of a resin material having electrical insulation, for example, a resin coat may be applied to an aluminum base material. Between the sides of the first end plate 34a and the second end plate 34b, both ends of the connecting bar 36 are fixed by screws 38, and a tightening load in the stacking direction (arrow A direction) is applied to the plurality of stacked power generation cells 28. Give.

図4に示すように、発電セル28は、矢印B方向に長尺な長方形状を有する。発電セル28は、電解質膜・電極構造体40と、前記電解質膜・電極構造体40を挟持するカソードセパレータ42及びアノードセパレータ44とを備える。カソードセパレータ42及びアノードセパレータ44は、横長(又は縦長)の長方形状を有する。カソードセパレータ42及びアノードセパレータ44は、金属セパレータ又はカーボンセパレータにより構成される。   As shown in FIG. 4, the power generation cell 28 has a rectangular shape that is long in the arrow B direction. The power generation cell 28 includes an electrolyte membrane / electrode structure 40, and a cathode separator 42 and an anode separator 44 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 40. The cathode separator 42 and the anode separator 44 have a horizontally long (or vertically long) rectangular shape. The cathode separator 42 and the anode separator 44 are constituted by a metal separator or a carbon separator.

発電セル28の長辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、それぞれ積層方向である矢印A方向に個別に連通して、酸化剤ガス供給連通孔46a及び燃料ガス排出連通孔48bが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔46aは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス排出連通孔48bは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。   An oxidant gas supply communication hole 46a and a fuel gas discharge communication hole 48b are provided at one end edge of the power generation cell 28 in the long side direction (arrow B direction), respectively, in the direction of arrow A which is the stacking direction. It is done. The oxidant gas supply communication hole 46a supplies an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, while the fuel gas discharge communication hole 48b discharges a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas.

発電セル28の長辺方向の他端縁部には、それぞれ積層方向である矢印A方向に個別に連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔48aと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔46bとが設けられる。   The other end edge of the power generation cell 28 in the long side direction is individually communicated in the direction of arrow A, which is the stacking direction, and the fuel gas supply communication hole 48a for supplying fuel gas and the oxidant gas are discharged. An oxidant gas discharge communication hole 46b is provided.

発電セル28の短辺方向(矢印C方向)の一方側(鉛直方向上方側)には、一対の冷却媒体供給連通孔50aが設けられる。冷却媒体供給連通孔50aは、冷却媒体を供給するために、矢印A方向にそれぞれ個別に連通している。発電セル28の短辺方向の他方側(鉛直方向下方側)には、一対の冷却媒体排出連通孔50bが設けられる。冷却媒体排出連通孔50bは、冷却媒体を排出するために、矢印A方向にそれぞれ個別に連通している。   A pair of cooling medium supply communication holes 50a is provided on one side (vertical direction upper side) of the power generation cell 28 in the short side direction (arrow C direction). The cooling medium supply communication holes 50a individually communicate with each other in the direction of arrow A in order to supply the cooling medium. A pair of cooling medium discharge communication holes 50 b is provided on the other side (vertical direction lower side) of the power generation cell 28 in the short side direction. The cooling medium discharge communication holes 50b individually communicate with each other in the direction of arrow A in order to discharge the cooling medium.

電解質膜・電極構造体40は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜52と、前記固体高分子電解質膜52を挟持するカソード電極54及びアノード電極56とを備える。固体高分子電解質膜52は、陽イオン交換膜であり、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質を使用してもよい。   The electrolyte membrane / electrode structure 40 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 52 that is a thin film of moisture containing perfluorosulfonic acid, and a cathode electrode 54 and an anode electrode 56 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 52. Prepare. The solid polymer electrolyte membrane 52 is a cation exchange membrane, and an HC (hydrocarbon) electrolyte may be used in addition to the fluorine electrolyte.

カソード電極54及びアノード電極56は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)を有する。白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子は、ガス拡散層の表面に一様に塗布されることにより、電極触媒層(図示せず)が形成される。電極触媒層は、固体高分子電解質膜52の両面に形成される。   The cathode electrode 54 and the anode electrode 56 have a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like. The porous carbon particles carrying the platinum alloy on the surface are uniformly applied to the surface of the gas diffusion layer, thereby forming an electrode catalyst layer (not shown). The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 52.

カソードセパレータ42の電解質膜・電極構造体40に向かう面42aには、酸化剤ガス供給連通孔46aと酸化剤ガス排出連通孔46bとを連通する酸化剤ガス流路58が形成される。酸化剤ガス流路58は、矢印B方向に延在する複数本の波状流路溝(又は直線状流路溝)により形成される。   An oxidant gas flow path 58 that connects the oxidant gas supply communication hole 46a and the oxidant gas discharge communication hole 46b is formed on the surface 42a of the cathode separator 42 facing the electrolyte membrane / electrode structure 40. The oxidant gas channel 58 is formed by a plurality of wavy channel grooves (or straight channel grooves) extending in the arrow B direction.

アノードセパレータ44の電解質膜・電極構造体40に向かう面44aには、燃料ガス供給連通孔48aと燃料ガス排出連通孔48bとを連通する燃料ガス流路60が形成される。燃料ガス流路60は、矢印B方向に延在する複数本の波状流路溝(又は直線状流路溝)により形成される。   A fuel gas flow path 60 that connects the fuel gas supply communication hole 48 a and the fuel gas discharge communication hole 48 b is formed on the surface 44 a of the anode separator 44 facing the electrolyte membrane / electrode structure 40. The fuel gas channel 60 is formed by a plurality of wavy channel grooves (or linear channel grooves) extending in the direction of arrow B.

互いに隣接するアノードセパレータ44の面44bとカソードセパレータ42の面42bとの間には、一対の冷却媒体供給連通孔50aと一対の冷却媒体排出連通孔50bとに連通する冷却媒体流路62が形成される。冷却媒体流路62は、鉛直方向に延在しており、電解質膜・電極構造体40の電極範囲に亘って上方から下方に冷却媒体を流通させる。   A cooling medium flow path 62 communicating with the pair of cooling medium supply communication holes 50a and the pair of cooling medium discharge communication holes 50b is formed between the surface 44b of the anode separator 44 and the surface 42b of the cathode separator 42 adjacent to each other. Is done. The cooling medium flow path 62 extends in the vertical direction, and allows the cooling medium to flow from above to below over the electrode range of the electrolyte membrane / electrode structure 40.

カソードセパレータ42の面42a、42bには、このカソードセパレータ42の外周端縁部を周回して第1シール部材64が一体成形される。アノードセパレータ44の面44a、44bには、このアノードセパレータ44の外周端縁部を周回して第2シール部材66が一体成形される。   A first seal member 64 is integrally formed on the surfaces 42 a and 42 b of the cathode separator 42 around the outer peripheral edge of the cathode separator 42. A second seal member 66 is integrally formed on the surfaces 44 a and 44 b of the anode separator 44 around the outer peripheral edge of the anode separator 44.

第1シール部材64及び第2シール部材66としては、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。   As the first seal member 64 and the second seal member 66, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber or the like, cushion material Alternatively, an elastic seal member such as a packing material is used.

図3に示すように、第1絶縁プレート32a及び第1エンドプレート34aには、酸化剤ガス供給連通孔46a、燃料ガス排出連通孔48b、燃料ガス供給連通孔48a及び酸化剤ガス排出連通孔46bが形成される。第2絶縁プレート32b及び第2エンドプレート34bには、一対の冷却媒体供給連通孔50a及び一対の冷却媒体排出連通孔50bが形成される。   As shown in FIG. 3, the first insulating plate 32a and the first end plate 34a have an oxidant gas supply communication hole 46a, a fuel gas discharge communication hole 48b, a fuel gas supply communication hole 48a, and an oxidant gas discharge communication hole 46b. Is formed. A pair of cooling medium supply communication holes 50a and a pair of cooling medium discharge communication holes 50b are formed in the second insulating plate 32b and the second end plate 34b.

第1エンドプレート34aには、酸化剤ガス入口マニホールド68a、酸化剤ガス出口マニホールド68b、燃料ガス入口マニホールド70a及び燃料ガス出口マニホールド70bが設けられる。酸化剤ガス入口マニホールド68aと酸化剤ガス出口マニホールド68bとは、酸化剤ガス供給連通孔46aと酸化剤ガス排出連通孔46bとに連通する。燃料ガス入口マニホールド70aと燃料ガス出口マニホールド70bとは、燃料ガス供給連通孔48aと燃料ガス排出連通孔48bとに連通する。   The first end plate 34a is provided with an oxidant gas inlet manifold 68a, an oxidant gas outlet manifold 68b, a fuel gas inlet manifold 70a, and a fuel gas outlet manifold 70b. The oxidant gas inlet manifold 68a and the oxidant gas outlet manifold 68b communicate with the oxidant gas supply communication hole 46a and the oxidant gas discharge communication hole 46b. The fuel gas inlet manifold 70a and the fuel gas outlet manifold 70b communicate with the fuel gas supply communication hole 48a and the fuel gas discharge communication hole 48b.

図3及び図5に示すように、第1エンドプレート34aの内部には、L字状の屈曲形状(又は湾曲形状)を有するスタック内供給ラビリンス流路(第2ラビリンス流路)72が形成される。スタック内供給ラビリンス流路72は、L字状に限定されず、第1エンドプレート34aの内部を蛇行する形状を有していてもよい。第1エンドプレート34aを金属材料で構成する場合、スタック内供給ラビリンス流路72の内面は樹脂のコーティングを施すのが好ましい。スタック内供給ラビリンス流路72の鉛直方向下端には、第1エンドプレート34aの底面から下方に開放される供給口72aが設けられる。スタック内供給ラビリンス流路72の水平方向に延在する上方部位は、燃料電池スタック14内の一対の冷却媒体供給連通孔50aに連通し、各冷却媒体流路62につながる。   As shown in FIGS. 3 and 5, an in-stack supply labyrinth flow path (second labyrinth flow path) 72 having an L-shaped bent shape (or curved shape) is formed inside the first end plate 34a. The The in-stack supply labyrinth flow path 72 is not limited to an L shape, and may have a shape meandering inside the first end plate 34a. When the first end plate 34a is made of a metal material, the inner surface of the in-stack supply labyrinth flow path 72 is preferably coated with a resin. A supply port 72a that opens downward from the bottom surface of the first end plate 34a is provided at the lower end in the vertical direction of the supply labyrinth flow path 72 in the stack. The upper portion of the in-stack supply labyrinth flow path 72 extending in the horizontal direction communicates with the pair of cooling medium supply communication holes 50 a in the fuel cell stack 14 and is connected to each cooling medium flow path 62.

図6に示すように、第2エンドプレート34bの内部には、排出室74が形成される。排出室74には、複数枚の板状部76が互いに千鳥状に配置されることにより、折り返し部を有して蛇行するスタック内排出ラビリンス流路(第2ラビリンス流路)78が形成される。折り返し部は、屈曲形状又は湾曲形状を形成するのが好ましい。   As shown in FIG. 6, a discharge chamber 74 is formed inside the second end plate 34b. A plurality of plate-like portions 76 are arranged in a staggered manner in the discharge chamber 74, thereby forming an in-stack discharge labyrinth flow path (second labyrinth flow path) 78 having meandering portions and meandering. . The folded portion preferably forms a bent shape or a curved shape.

スタック内排出ラビリンス流路78は、水平方向に蛇行しながら上方に向かっており、上端から鉛直下方向に延在するとともに、鉛直方向下端には、第2エンドプレート34bの底面から下方に開放される排出口78aが設けられる。スタック内排出ラビリンス流路78の水平方向に延在する最下端部位は、燃料電池スタック14内の一対の冷却媒体排出連通孔50bに連通し、各冷却媒体流路62につながる。   The in-stack discharge labyrinth flow path 78 is directed upward while meandering in the horizontal direction, extends vertically downward from the upper end, and is opened downward from the bottom surface of the second end plate 34b to the lower end of the vertical direction. A discharge port 78a is provided. The lowest end portion of the in-stack discharge labyrinth flow path 78 extending in the horizontal direction communicates with the pair of cooling medium discharge communication holes 50 b in the fuel cell stack 14 and is connected to each cooling medium flow path 62.

燃料電池スタック14では、第1エンドプレート34aに最も隣接する発電セル28が、カソード電極54を前記第1エンドプレート34aに向けて配置される。燃料電池スタック14では、第2エンドプレート34bに最も隣接する発電セル28が、アノード電極56を前記第2エンドプレート34bに向けて配置される。   In the fuel cell stack 14, the power generation cell 28 closest to the first end plate 34a is arranged with the cathode electrode 54 facing the first end plate 34a. In the fuel cell stack 14, the power generation cell 28 closest to the second end plate 34b is disposed with the anode electrode 56 facing the second end plate 34b.

図3に示すように、冷却媒体流路構成部材24は、電気絶縁性を有する絶縁部材で形成されており、筐体部80と蓋体部82とを備える。筐体部80は、上部が開放されるとともに、内部には、仕切り板84を介して供給室86aと排出室86bとが分離形成される。   As shown in FIG. 3, the cooling medium flow path constituting member 24 is formed of an insulating member having electrical insulation, and includes a housing portion 80 and a lid portion 82. The casing 80 is open at the top, and a supply chamber 86a and a discharge chamber 86b are separately formed in the inside via a partition plate 84.

図3及び図7に示すように、供給室86aには、複数枚の板部材88が互いに千鳥状に配置されることにより、折り返し部を有して蛇行するスタック外供給ラビリンス流路(第1ラビリンス流路)90が形成される。排出室86bには、複数枚の板部材92が互いに千鳥状に配置されることにより、折り返し部を有して蛇行するスタック外排出ラビリンス流路(第1ラビリンス流路)94が形成される。   As shown in FIGS. 3 and 7, a plurality of plate members 88 are arranged in a staggered manner in the supply chamber 86a, whereby the supply labyrinth flow path outside the stack (first first) meandering with a folded portion. Labyrinth channel) 90 is formed. A plurality of plate members 92 are arranged in a staggered manner in the discharge chamber 86b, thereby forming an out-stack discharge labyrinth flow path (first labyrinth flow path) 94 having meandering portions and meandering.

図3に示すように、蓋体部82には、スタック外供給ラビリンス流路90の出口側と第1エンドプレート34aのスタック内供給ラビリンス流路72の供給口72aとを連結する入口孔部96aが形成される。蓋体部82には、スタック外排出ラビリンス流路94の入口側と第2エンドプレート34bのスタック内排出ラビリンス流路78の排出口78aとを連結する出口孔部96bが形成される。   As shown in FIG. 3, the lid 82 has an inlet hole 96a that connects the outlet side of the out-stack supply labyrinth flow path 90 and the supply port 72a of the in-stack supply labyrinth flow path 72 of the first end plate 34a. Is formed. The lid portion 82 is formed with an outlet hole portion 96b that connects the inlet side of the out-stack discharge labyrinth channel 94 and the discharge port 78a of the in-stack discharge labyrinth channel 78 of the second end plate 34b.

筐体部80の正面には、スタック外供給ラビリンス流路90の入口側に連結される供給配管98aの一端と、スタック外排出ラビリンス流路94の出口側に連結される排出配管98bの一端とが、接続される。   On the front surface of the housing 80, one end of a supply pipe 98 a connected to the inlet side of the out-stack supply labyrinth flow path 90 and one end of a discharge pipe 98 b connected to the outlet side of the out-stack discharge labyrinth flow path 94 Are connected.

筐体部80の正面には、イオン交換器100が配設される。供給配管98aとイオン交換器100の入口側とは、入口孔部(機器用流通口)102aを介して連結する。排出配管98bとイオン交換器100の出口側とは、出口孔部(機器用流通口)102bを介して連結する。   An ion exchanger 100 is disposed on the front surface of the casing unit 80. The supply piping 98a and the inlet side of the ion exchanger 100 are connected via an inlet hole (equipment flow port) 102a. The discharge pipe 98b and the outlet side of the ion exchanger 100 are connected via an outlet hole (equipment flow port) 102b.

図2に示すように、供給配管98aの他端は、ラジエータ104の出口側に連通する一方、排出配管98bの他端は、前記ラジエータ104の入口側に連通する。供給配管98aの途上には、冷媒循環用の冷媒ポンプ106及び三方弁108が配置されるとともに、前記三方弁108と排出配管98bとは、バイパスライン110により接続される。排出配管98bには、循環ライン112を介して補機デバイス(エアコン系等)114が接続される。ラジエータ104、冷媒ポンプ106及び補機デバイス114は、燃料電池車両12の接地電位であるシャーシGND(図示せず)に電気的に接続される。排出配管98bの途上には三方弁107が配置されるとともに、前記三方弁107に循環ライン112が接続される。補機デバイス114に冷媒が不要なときは、三方弁107を切り換えて、ラジエータ104側に冷媒をバイパスする。   As shown in FIG. 2, the other end of the supply pipe 98 a communicates with the outlet side of the radiator 104, while the other end of the discharge pipe 98 b communicates with the inlet side of the radiator 104. A refrigerant pump 106 and a three-way valve 108 for circulating the refrigerant are disposed in the supply pipe 98a, and the three-way valve 108 and the discharge pipe 98b are connected by a bypass line 110. An auxiliary device (such as an air conditioner system) 114 is connected to the discharge pipe 98b via a circulation line 112. The radiator 104, the refrigerant pump 106, and the auxiliary device 114 are electrically connected to a chassis GND (not shown) that is the ground potential of the fuel cell vehicle 12. A three-way valve 107 is disposed in the middle of the discharge pipe 98b, and a circulation line 112 is connected to the three-way valve 107. When the auxiliary device 114 does not require a refrigerant, the three-way valve 107 is switched to bypass the refrigerant to the radiator 104 side.

燃料電池スタック14には、図示しないが、燃料ガス(例えば、水素ガス)を供給する燃料ガス供給装置と、酸化剤ガス(例えば、空気)を供給する酸化剤ガス供給装置とが設けられる。   Although not shown, the fuel cell stack 14 is provided with a fuel gas supply device that supplies a fuel gas (for example, hydrogen gas) and an oxidant gas supply device that supplies an oxidant gas (for example, air).

このように構成される燃料電池システム10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below.

図3に示すように、酸化剤ガス供給装置(図示せず)から第1エンドプレート34aの酸化剤ガス入口マニホールド68aから酸化剤ガス供給連通孔46aには、酸素含有ガス、例えば、空気が供給される。一方、燃料ガス供給装置(図示せず)から燃料電池スタック14を構成する第1エンドプレート34aの燃料ガス入口マニホールド70aから燃料ガス供給連通孔48aには、水素含有ガス、例えば、水素ガスが供給される。   As shown in FIG. 3, an oxygen-containing gas, for example, air is supplied from an oxidant gas supply device (not shown) from the oxidant gas inlet manifold 68a of the first end plate 34a to the oxidant gas supply communication hole 46a. Is done. On the other hand, a hydrogen-containing gas, for example, hydrogen gas, is supplied from a fuel gas supply device (not shown) from the fuel gas inlet manifold 70a of the first end plate 34a constituting the fuel cell stack 14 to the fuel gas supply communication hole 48a. Is done.

このため、図4に示すように、空気は、酸化剤ガス供給連通孔46aからカソードセパレータ42の酸化剤ガス流路58に導入される。空気は、酸化剤ガス流路58に沿って矢印B方向に流動し、電解質膜・電極構造体40のカソード電極54に供給される。   Therefore, as shown in FIG. 4, air is introduced into the oxidant gas flow path 58 of the cathode separator 42 from the oxidant gas supply communication hole 46 a. The air flows in the direction of arrow B along the oxidant gas flow path 58 and is supplied to the cathode electrode 54 of the electrolyte membrane / electrode structure 40.

一方、水素ガスは、燃料ガス供給連通孔48aからアノードセパレータ44の燃料ガス流路60に供給される。水素ガスは、燃料ガス流路60に沿って矢印B方向に流動し、電解質膜・電極構造体40のアノード電極56に供給される。   On the other hand, the hydrogen gas is supplied to the fuel gas channel 60 of the anode separator 44 from the fuel gas supply communication hole 48a. The hydrogen gas flows in the direction of arrow B along the fuel gas flow path 60 and is supplied to the anode electrode 56 of the electrolyte membrane / electrode structure 40.

従って、電解質膜・電極構造体40では、カソード電極54に供給される空気中の酸素と、アノード電極56に供給される水素ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。   Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 40, oxygen in the air supplied to the cathode electrode 54 and hydrogen gas supplied to the anode electrode 56 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Done.

次いで、電解質膜・電極構造体40のカソード電極54に供給されて一部が消費された空気は、酸化剤ガス排出連通孔46bに沿って矢印A方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体40のアノード電極56に供給されて一部が消費された水素ガスは、燃料ガス排出連通孔48bに沿って矢印A方向に排出される。図3に示すように、空気は、酸化剤ガス出口マニホールド68bから排出されるとともに、水素ガスは、燃料ガス出口マニホールド70bから排出される。   Next, the air that is partially consumed by being supplied to the cathode electrode 54 of the electrolyte membrane / electrode structure 40 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas discharge communication hole 46b. On the other hand, the hydrogen gas supplied to the anode electrode 56 of the electrolyte membrane / electrode structure 40 and partially consumed is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas discharge communication hole 48b. As shown in FIG. 3, air is discharged from the oxidant gas outlet manifold 68b, and hydrogen gas is discharged from the fuel gas outlet manifold 70b.

また、図2に示すように、冷却媒体供給装置27では、冷媒ポンプ106の作用下に、供給配管98aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。冷却媒体は、冷却媒体流路構成部材24のスタック外供給ラビリンス流路90に沿って蛇行するように流動した後、第1エンドプレート34aの供給口72aからスタック内供給ラビリンス流路72に供給される。   As shown in FIG. 2, in the cooling medium supply device 27, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the supply pipe 98 a under the action of the refrigerant pump 106. The cooling medium flows so as to meander along the out-stack supply labyrinth flow path 90 of the cooling medium flow path component 24, and is then supplied from the supply port 72a of the first end plate 34a to the in-stack supply labyrinth flow path 72. The

冷却媒体は、図5に示すように、スタック内供給ラビリンス流路72に沿ってL字状に流動した後、燃料電池スタック14内の一対の冷却媒体供給連通孔50aに供給される。図4に示すように、一対の冷却媒体供給連通孔50aに供給された冷却媒体は、互いに隣接するカソードセパレータ42及びアノードセパレータ44間の冷却媒体流路62に導入される。冷却媒体は、上方から下方に向かって冷却媒体流路62を流動することにより、電解質膜・電極構造体40を冷却する。冷却媒体は、下方に設けられている一対の冷却媒体排出連通孔50bに排出され、矢印A方向に沿って流動する。   As shown in FIG. 5, the cooling medium flows in an L shape along the in-stack supply labyrinth flow path 72 and is then supplied to the pair of cooling medium supply communication holes 50 a in the fuel cell stack 14. As shown in FIG. 4, the cooling medium supplied to the pair of cooling medium supply communication holes 50 a is introduced into the cooling medium flow path 62 between the cathode separator 42 and the anode separator 44 adjacent to each other. The cooling medium flows through the cooling medium flow path 62 from above to below, thereby cooling the electrolyte membrane / electrode structure 40. The cooling medium is discharged to a pair of cooling medium discharge communication holes 50b provided below and flows along the direction of arrow A.

冷却媒体は、各発電セル28を冷却した後、第2エンドプレート34bのスタック内排出ラビリンス流路78の下部側に導入される。図6に示すように、スタック内排出ラビリンス流路78は、第2エンドプレート34bの面内を蛇行しており、冷却媒体は、前記スタック内排出ラビリンス流路78に沿って蛇行しながら、下方から上方に向かって流動する。そして、冷却媒体は、スタック内排出ラビリンス流路78の上方端部から鉛直方向下方に流動し、排出口78aからスタック外排出ラビリンス流路94に排出される(図3及び図7参照)。   The cooling medium is introduced into the lower side of the in-stack discharge labyrinth flow path 78 of the second end plate 34 b after cooling each power generation cell 28. As shown in FIG. 6, the in-stack discharge labyrinth flow path 78 meanders in the plane of the second end plate 34b, and the cooling medium meanders along the in-stack discharge labyrinth flow path 78 while moving downward. It flows upward from. Then, the cooling medium flows vertically downward from the upper end of the in-stack discharge labyrinth flow path 78 and is discharged from the discharge port 78a to the out-stack discharge labyrinth flow path 94 (see FIGS. 3 and 7).

スタック外排出ラビリンス流路94を蛇行しながら流通した冷却媒体は、排出配管98bに排出される。図2に示すように、冷却媒体は、ラジエータ104に導入されて冷却される一方、一部が循環ライン112を介して補機デバイス114の温度調整を行う。また、冷却媒体の温度が比較的低温であれば、前記冷却媒体は、ラジエータ104をバイパスしてバイパスライン110を流通する。   The cooling medium flowing while meandering through the out-stack discharge labyrinth flow path 94 is discharged to the discharge pipe 98b. As shown in FIG. 2, while the cooling medium is introduced into the radiator 104 and cooled, a part of the cooling medium adjusts the temperature of the auxiliary device 114 via the circulation line 112. Further, if the temperature of the cooling medium is relatively low, the cooling medium flows through the bypass line 110 bypassing the radiator 104.

冷却媒体供給装置27では、燃料電池スタック14が長期間放置された後、始動される際に、冷却媒体が前記燃料電池スタック14をバイパスしてイオン交換器100に供給される。このため、冷却媒体に混在するイオンが除去されて冷媒導電率を減少させることができる。   In the cooling medium supply device 27, when the fuel cell stack 14 is left standing for a long time and then started, the cooling medium bypasses the fuel cell stack 14 and is supplied to the ion exchanger 100. For this reason, the ions mixed in the cooling medium are removed, and the refrigerant conductivity can be reduced.

この場合、第1の実施形態では、図2、図3及び図7に示すように、冷却媒体流路構成部材24には、蛇行する長尺なスタック外供給ラビリンス流路90及びスタック外排出ラビリンス流路94が設けられている。しかも、図5に示すように、第1エンドプレート34aには、スタック外供給ラビリンス流路90と冷却媒体流路62とを連ねるスタック内供給ラビリンス流路72が設けられている。さらに、図6に示すように、第2エンドプレート34bには、スタック外排出ラビリンス流路94と冷却媒体流路62とを連ねるスタック内排出ラビリンス流路78が設けられている。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 2, 3, and 7, the cooling medium flow path constituting member 24 includes a meandering long off-stack supply labyrinth flow path 90 and an out-stack discharge labyrinth. A flow path 94 is provided. In addition, as shown in FIG. 5, the first end plate 34 a is provided with an in-stack supply labyrinth flow path 72 that connects the out-stack supply labyrinth flow path 90 and the cooling medium flow path 62. Furthermore, as shown in FIG. 6, the second end plate 34 b is provided with an in-stack discharge labyrinth flow path 78 that connects the out-stack discharge labyrinth flow path 94 and the cooling medium flow path 62.

上記のように、長尺流路であるスタック外供給ラビリンス流路90及びスタック内供給ラビリンス流路72と、スタック外排出ラビリンス流路94及びスタック内排出ラビリンス流路78と、が設けられている。従って、法規により要求される分担地絡抵抗を満たす沿面距離を確保することができる。ここで、冷媒系地絡抵抗=(1/冷媒導電率)×(配管長/配管断面積)の関係を有している。配管断面積は、円形流路形状又は楕円流路形状の断面積である。   As described above, the out-stack supply labyrinth channel 90 and the in-stack supply labyrinth channel 72, the out-stack discharge labyrinth channel 94, and the in-stack discharge labyrinth channel 78, which are long channels, are provided. . Therefore, it is possible to secure a creepage distance that satisfies the sharing ground resistance required by the law. Here, the refrigerant system ground fault resistance = (1 / refrigerant conductivity) × (pipe length / pipe cross-sectional area). The pipe cross-sectional area is a cross-sectional area of a circular flow path shape or an elliptical flow path shape.

そして、スタック外供給ラビリンス流路90及びスタック内供給ラビリンス流路72と、スタック外排出ラビリンス流路94及びスタック内排出ラビリンス流路78と、のそれぞれの長さ(配管長)が相当に長尺化されている。これにより、冷媒系地絡抵抗は、高く設定され、所望の分担地絡抵抗を上回ることができる。   The lengths (pipe lengths) of the out-stack supply labyrinth channel 90 and the in-stack supply labyrinth channel 72, and the out-stack discharge labyrinth channel 94 and the in-stack discharge labyrinth channel 78 are considerably long. It has become. Thereby, refrigerant system ground fault resistance is set high, and can exceed desired sharing ground fault resistance.

さらに、衝突等により燃料電池車両12に外部荷重が付与されると、図8に示すように、供給配管98a又は排出配管98bの少なくともいずれかが破損する場合がある。その際、供給配管98aと活電部である燃料電池スタック14とは、長尺流路であるスタック外供給ラビリンス流路90及びスタック内供給ラビリンス流路72により連結されている。一方、排出配管98bと燃料電池スタック14とは、長尺流路であるスタック外排出ラビリンス流路94及びスタック内排出ラビリンス流路78により連結されている。   Furthermore, when an external load is applied to the fuel cell vehicle 12 due to a collision or the like, as shown in FIG. 8, at least one of the supply pipe 98a and the discharge pipe 98b may be damaged. At that time, the supply pipe 98a and the fuel cell stack 14 which is a live part are connected by an out-stack supply labyrinth flow path 90 and an in-stack supply labyrinth flow path 72 which are long flow paths. On the other hand, the discharge pipe 98b and the fuel cell stack 14 are connected by an out-stack discharge labyrinth flow path 94 and an in-stack discharge labyrinth flow path 78, which are long flow paths.

このため、燃料電池スタック14から冷媒配管破損部位までの地絡抵抗は、所望の分担地絡抵抗を上回る値に確保することができる。従って、冷媒配管の地絡抵抗を確保して液絡を抑制するとともに、配管レイアウトの自由度を有効に向上させることが可能になるという効果が得られる。   For this reason, the ground fault resistance from the fuel cell stack 14 to the refrigerant pipe breakage site can be secured to a value that exceeds the desired shared ground fault resistance. Therefore, it is possible to obtain an effect that the ground fault resistance of the refrigerant pipe is ensured and the liquid junction is suppressed, and the degree of freedom of the pipe layout can be effectively improved.

さらにまた、冷却媒体流路構成部材24は、燃料電池スタック14の下部に接して配置されるとともに、スタック外供給ラビリンス流路90とスタック内供給ラビリンス流路72とが直接接続されている。同様に、スタック外排出ラビリンス流路94とスタック内排出ラビリンス流路78とが直接接続されている。   Furthermore, the cooling medium flow path component 24 is disposed in contact with the lower portion of the fuel cell stack 14, and the out-stack supply labyrinth flow path 90 and the in-stack supply labyrinth flow path 72 are directly connected. Similarly, the out-stack discharge labyrinth flow path 94 and the in-stack discharge labyrinth flow path 78 are directly connected.

これにより、冷却媒体流路構成部材24と第1エンドプレート34aとの間には、冷却媒体マニホールドを配設する必要がなく、構成が簡素化されて経済的であるという効果が得られるとともに、燃料電池スタック14の端部セル(積層方向端部に配置される発電セル28)を保温する機能を有することができる。   Thereby, there is no need to dispose a cooling medium manifold between the cooling medium flow path component 24 and the first end plate 34a, and the effect that the configuration is simplified and economical is obtained. The fuel cell stack 14 can have a function of keeping the end cell (the power generation cell 28 disposed at the end in the stacking direction) warm.

また、第2エンドプレート34bに最も隣接する発電セル28は、アノード電極56を前記第2エンドプレート34bに向けて配置されている。アノード電極56は、発熱量が少ないため、前記アノード電極56側が第2エンドプレート34bに配置される端部の発電セル28では、他の発電セル28に比べて温度環境が低下し、滞留水の発生による発電安定性が劣化し易い。   The power generation cell 28 closest to the second end plate 34b is arranged with the anode electrode 56 facing the second end plate 34b. Since the anode electrode 56 generates a small amount of heat, the temperature environment of the power generation cell 28 at the end where the anode electrode 56 side is disposed on the second end plate 34b is lower than that of the other power generation cells 28, so Power generation stability due to generation is likely to deteriorate.

このため、第2エンドプレート34bに長尺なスタック内排出ラビリンス流路78を設け、発電時の排熱により昇温された冷却媒体を前記スタック内排出ラビリンス流路78に流すことで、端部の発電セル28の発電安定性を向上させることが可能になる。   For this reason, the second end plate 34b is provided with a long in-stack discharge labyrinth flow path 78, and the cooling medium heated by the exhaust heat at the time of power generation is caused to flow through the in-stack discharge labyrinth flow path 78. The power generation stability of the power generation cell 28 can be improved.

図9は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システム120の要部分解斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池システム10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   FIG. 9 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell system 120 according to the second embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the fuel cell system 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

燃料電池システム120は、燃料電池スタック122と、前記燃料電池スタック122の下部に接して配置される冷却媒体流路構成部材124とを備える。燃料電池スタック122は、発電セル28の積層方向一端に配置される第1エンドプレート126aと、前記発電セル28の積層方向他端に配置される第2エンドプレート126bとを設ける。   The fuel cell system 120 includes a fuel cell stack 122 and a coolant flow path component 124 disposed in contact with the lower portion of the fuel cell stack 122. The fuel cell stack 122 includes a first end plate 126 a disposed at one end in the stacking direction of the power generation cells 28 and a second end plate 126 b disposed at the other end in the stacking direction of the power generation cells 28.

図10に示すように、第1エンドプレート126aには、スタック内供給ラビリンス流路72及びスタック内排出ラビリンス流路78が形成される。第2エンドプレート126bには、ラビリンス流路が設けられていない。   As shown in FIG. 10, an in-stack supply labyrinth channel 72 and an in-stack discharge labyrinth channel 78 are formed in the first end plate 126a. The second end plate 126b is not provided with a labyrinth flow path.

図9に示すように、冷却媒体流路構成部材124は、電気絶縁性を有する絶縁部材で形成されており、第1筐体部128、第2筐体部130及び蓋体部132を備え、これらが上下方向に積層される。蓋体部132の長手方向一端側には、入口孔部96a及び出口孔部96bが形成される。   As shown in FIG. 9, the cooling medium flow path component 124 is formed of an insulating member having electrical insulation, and includes a first casing portion 128, a second casing portion 130, and a lid portion 132, These are stacked in the vertical direction. An inlet hole 96a and an outlet hole 96b are formed on one end side in the longitudinal direction of the lid part 132.

最下位に配置される第1筐体部128は、上部が開放されるとともに、内部には、排出室86bが形成される。図9及び図11に示すように、排出室86bには、複数枚の板部材134が車幅方向に向かって互いに千鳥状に配置されることにより、折り返し部を有して蛇行するスタック外排出ラビリンス流路(第1ラビリンス流路)136が形成される。折り返し部は、屈曲形状又は湾曲形状を形成するのが好ましい。   The first casing unit 128 arranged at the lowest position is opened at the top, and a discharge chamber 86b is formed inside. As shown in FIGS. 9 and 11, the discharge chamber 86b has a plurality of plate members 134 arranged in a staggered manner in the vehicle width direction so that the discharge outside the stack meanders with a folded portion. A labyrinth flow path (first labyrinth flow path) 136 is formed. The folded portion preferably forms a bent shape or a curved shape.

第1筐体部128上に配置される第2筐体部130は、上部が開放されるとともに、内部には、供給室86aが形成される。供給室86aの1つの角部には、出口孔部96bの下方に位置し、前記出口孔部96bに連通する開口部138が、前記供給室86aから遮断されて形成される。図9及び図12に示すように、供給室86aには、複数枚の板部材140が車長方向に向かって互いに千鳥状に配置されることにより、折り返し部を有して蛇行するスタック外供給ラビリンス流路(第1ラビリンス流路)142が形成される。折り返し部は、屈曲形状又は湾曲形状を形成するのが好ましい。   The second housing part 130 disposed on the first housing part 128 is open at the top and is provided with a supply chamber 86a. An opening 138 that is located below the outlet hole 96b and communicates with the outlet hole 96b is formed at one corner of the supply chamber 86a so as to be cut off from the supply chamber 86a. As shown in FIG. 9 and FIG. 12, the supply chamber 86a has a plurality of plate members 140 arranged in a staggered manner in the vehicle length direction so that the supply outside the stack has a meandering portion. A labyrinth channel (first labyrinth channel) 142 is formed. The folded portion preferably forms a bent shape or a curved shape.

第1筐体部128の正面には、スタック外排出ラビリンス流路136の出口側に連結される排出配管98bの一端が接続される。第2筐体部130の正面には、スタック外供給ラビリンス流路142の入口側に連結される供給配管98aの一端が接続される。第1筐体部128の正面と第2筐体部130の正面とには、イオン交換器100が配設される。イオン交換器100は、スタック外供給ラビリンス流路142とスタック外排出ラビリンス流路136とに連結される。   One end of a discharge pipe 98 b connected to the outlet side of the out-stack discharge labyrinth flow path 136 is connected to the front surface of the first housing portion 128. One end of a supply pipe 98 a connected to the inlet side of the outside-stack supply labyrinth flow path 142 is connected to the front surface of the second housing part 130. The ion exchanger 100 is disposed on the front surface of the first housing portion 128 and the front surface of the second housing portion 130. The ion exchanger 100 is connected to an out-stack supply labyrinth flow path 142 and an out-stack discharge labyrinth flow path 136.

このように構成される第2の実施形態では、第1筐体部128には、複数枚の板部材134が互いに千鳥状に配置されてスタック外排出ラビリンス流路136が形成されている。一方、第2筐体部130には、複数枚の板部材140が互いに千鳥状に配置されてスタック外供給ラビリンス流路142が形成されている。従って、それぞれ長尺なスタック外排出ラビリンス流路136及びスタック外供給ラビリンス流路142が上下に設けられている。   In the second embodiment configured as described above, the first casing portion 128 has a plurality of plate members 134 arranged in a staggered manner to form an out-stack discharge labyrinth flow path 136. On the other hand, in the second housing part 130, a plurality of plate members 140 are arranged in a staggered manner to form an out-stack supply labyrinth flow path 142. Accordingly, the long out-of-stack discharge labyrinth flow path 136 and the out-of-stack supply labyrinth flow path 142 are provided vertically.

そして、スタック外排出ラビリンス流路136とスタック内排出ラビリンス流路78とが接続されるとともに、スタック外供給ラビリンス流路142とスタック内供給ラビリンス流路72とが接続されている。これにより、第2の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   The out-stack discharge labyrinth flow path 136 and the in-stack discharge labyrinth flow path 78 are connected, and the out-stack supply labyrinth flow path 142 and the in-stack supply labyrinth flow path 72 are connected. Thereby, in 2nd Embodiment, the effect similar to said 1st Embodiment is acquired.

10、120…燃料電池システム 12…燃料電池車両
14、122…燃料電池スタック 16…モータルーム
18…走行用モータ 22…電圧制御ユニット
24、124…冷却媒体流路構成部材 26…ケーシング
28…発電セル
34a、34b、126a、126b…エンドプレート
40…電解質膜・電極構造体 42…カソードセパレータ
44…アノードセパレータ 46a…酸化剤ガス供給連通孔
46b…酸化剤ガス排出連通孔 48a…燃料ガス供給連通孔
48b…燃料ガス排出連通孔 50a…冷却媒体供給連通孔
50b…冷却媒体排出連通孔 58…酸化剤ガス流路
60…燃料ガス流路 62…冷却媒体流路
72…スタック内供給ラビリンス流路 72a…供給口
78…スタック内排出ラビリンス流路 78a…排出口
80、128、130…筐体部 82、132…蓋体部
86a…供給室 86b…排出室
90、142…スタック外供給ラビリンス流路
94、136…スタック外排出ラビリンス流路
96a…入口孔部 96b…出口孔部
98a…供給配管 98b…排出配管
100…イオン交換器 104…ラジエータ
106…冷媒ポンプ 107、108…三方弁
114…補機デバイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 120 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell vehicle 14, 122 ... Fuel cell stack 16 ... Motor room 18 ... Driving motor 22 ... Voltage control unit 24, 124 ... Cooling medium flow path component 26 ... Casing 28 ... Power generation cell 34a, 34b, 126a, 126b ... end plate 40 ... electrolyte membrane / electrode structure 42 ... cathode separator 44 ... anode separator 46a ... oxidant gas supply communication hole 46b ... oxidant gas discharge communication hole 48a ... fuel gas supply communication hole 48b ... fuel gas discharge communication hole 50a ... cooling medium supply communication hole 50b ... cooling medium discharge communication hole 58 ... oxidant gas flow path 60 ... fuel gas flow path 62 ... cooling medium flow path 72 ... in-stack supply labyrinth flow path 72a ... supply Mouth 78 ... Stack labyrinth flow path 78a ... Ejection ports 80, 128, 130 ... Body part 82, 132 ... Lid part 86a ... Supply chamber 86b ... Discharge chamber 90, 142 ... Out-stack supply labyrinth channel 94, 136 ... Out-stack discharge labyrinth channel 96a ... Inlet hole 96b ... Outlet hole 98a ... Supply Pipe 98b ... Discharge pipe 100 ... Ion exchanger 104 ... Radiator 106 ... Refrigerant pump 107, 108 ... Three-way valve 114 ... Auxiliary device

Claims (2)

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する複数の発電セルが積層された燃料電池スタックを備え、前記燃料電池スタックの内部には、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成される燃料電池システムであって、
内部に湾曲形状又は屈曲形状を有する第1ラビリンス流路が設けられた冷却媒体流路構成部材を備え、
前記冷却媒体流路構成部材には、前記燃料電池スタックの前記冷却媒体流路に接続される流通口が設けられるとともに、
前記燃料電池スタックは、前記発電セルの積層方向端部にエンドプレートを配置し、少なくとも一方の前記エンドプレートには、前記第1ラビリンス流路と前記冷却媒体流路とを連ねるために、湾曲形状又は屈曲形状を有する第2ラビリンス流路が設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell stack in which a plurality of power generation cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas is stacked, and a cooling medium flow path for circulating a cooling medium is formed inside the fuel cell stack. A fuel cell system,
A cooling medium flow path component provided with a first labyrinth flow path having a curved shape or a bent shape inside;
The cooling medium flow path component is provided with a circulation port connected to the cooling medium flow path of the fuel cell stack,
The fuel cell stack has an end plate disposed at an end portion in the stacking direction of the power generation cells, and at least one of the end plates has a curved shape so as to connect the first labyrinth flow path and the cooling medium flow path. Or the 2nd labyrinth flow path which has a bending shape is provided, The fuel cell system characterized by the above-mentioned.
請求項1記載の燃料電池システムであって、前記冷却媒体流路構成部材は、前記燃料電池スタックの底部に接して配置されるとともに、前記第1ラビリンス流路と前記第2ラビリンス流路とが直接接続されていることを特徴とする燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the coolant flow path component is disposed in contact with a bottom portion of the fuel cell stack, and the first labyrinth flow path and the second labyrinth flow path are provided. A fuel cell system that is directly connected.
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