JP3673252B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子電解質膜を一組の電極で挟んで構成される電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体とセパレータとを水平方向に交互に積層するとともに、前記電極に少なくとも燃料ガスまたは酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路が設けられた燃料電池スタックに関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる電解質膜を採用している。この電解質膜の両側に、それぞれカーボンを主体とする基材に貴金属系の電極触媒層を接合したアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持することにより構成される単位セルを備えている。通常、この単位セルは、所定数だけ積層して燃料電池スタックとして使用されている。
【0003】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【0004】
ところで、固体高分子型燃料電池は、作動温度が比較的低温(〜100℃)であるため、燃料電池スタックに導入された後に電解質に吸収されなかった水分や、反応によって生成された水分が、前記燃料電池スタック内の反応ガス流路(酸化剤ガス流路および/または燃料ガス流路)内や該燃料電池スタックから排出された後に配管内で冷却され、液体の状態で存在し易い。
【0005】
しかしながら、上記のように、燃料電池スタック内の反応ガス流路に水が存在すると、各単位セルに酸化剤ガスや燃料ガスを十分に供給することが困難になってしまう。これにより、反応ガスである燃料ガスや酸化剤ガスの電極触媒層への拡散性が低下し、セル性能が著しく悪化するという問題が指摘されている。
【0006】
そこで、例えば、特許文献1に開示されているように、燃料電池スタック内の反応ガス流路の入口側に連結される供給配管と、前記反応ガス流路の出口側に連結される排出配管とを備えるとともに、少なくとも1つの配管が、管路の一部分に他の部分よりも下方に突出する段差部位を有した拡大部を設け、あるいは、少なくとも1つの配管が、燃料電池スタックに向かって上方に傾斜する傾斜部を設けた燃料電池スタックが知られている。
【0007】
このように、配管に設けられた拡大部には、下方に突出する段差部位が形成されており、配管内の水が前記段差部位に貯留される。一方、配管には、燃料電池スタックに向かって上方に傾斜する傾斜部が設けられており、前記燃料電池スタック内のガス流路に水が逆流することを有効に阻止することが可能になる。
【0008】
【特許文献1】
特開2000−90954(図2、図5)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の特許文献1では、反応ガス流路に連結された供給配管および排出配管を備え、この配管に拡大部を設けたり、該配管に傾斜部を設けたりしている。このため、配管から燃料電池スタック内に水が逆流することがないものの、この燃料電池スタック内に反応ガス流路の排出側に連通する反応ガス出口マニホールドが設けられている場合、この反応ガス出口マニホールドに水が滞留してしまうおそれがある。これにより、特に、0℃以下の低温始動時には、反応ガス出口マニホールド内の水が凍結し易く、反応ガスを円滑に流すことができない場合がある。
【0010】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、燃料電池スタック内の水を容易かつ確実に排出することができ、所望の発電性能を保持することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る燃料電池スタックでは、燃料電池スタック内に積層方向に延在して設けられ、反応ガス流路の排出側に連通する反応ガス出口マニホールドと、前記反応ガス出口マニホールドに連通して前記燃料電池スタックの外部にかつ下方に傾斜して延在する出口配管と、前記反応ガス出口マニホールドと前記出口配管とに連通するバイパス管路とを備えている。そして、バイパス管路は、反応ガス出口マニホールドに連通する第1開口端部位置が、出口配管に連通する第2開口端部位置よりも上方に設定されている。
【0012】
このため、反応ガス出口マニホールドに存在する水は、重力の作用によりバイパス管路を通って出口配管に排出され、前記反応ガス出口マニホールド内に水が滞留することを有効に阻止することができる。
【0013】
しかも、出口配管に排出される反応ガスのガス流によって、バイパス管路内が吸引されるため、反応ガス出口マニホールド内の水は、前記バイパス管路を介して前記出口配管に確実に排出される。さらに、バイパス管路内の水は、ガス流の作用により出口配管に運ばれる。従って、特に、低温始動時に、反応ガス出口マニホールド内で水が凍結することがなく、所望の発電性能を良好に保持することが可能になる。
【0014】
また、本発明の請求項2に係る燃料電池スタックでは、出口配管が、燃料電池スタックの積層方向一端に設けられるとともに、バイパス管路が、前記燃料電池スタックの積層方向両端に、それぞれ反応ガス出口マニホールドに連通して設けられている。これにより、燃料電池スタックが、積層方向に対して上下方向に傾斜していても、積層方向両端に設けられたバイパス管路の一方から出口配管に水が排出される。このため、反応ガス出口マニホールド内の水を、容易かつ確実に出口配管に排出することができ、簡単な構成で、良好な発電性能を確保することが可能になる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10の概略斜視図であり、図2は、前記燃料電池スタック10の一部断面側面図である。
【0016】
燃料電池スタック10は、複数の燃料電池12を矢印A方向に積層するとともに、積層方向両端には、それぞれターミナル端子板16a、16bと、インシュレータ板18a、18bと、エンドプレート20a、20bとが外方に向かって、順次、配設される。エンドプレート20a、20b間には、タイロッド21を介して所定の締め付け荷重が付与されている。
【0017】
図3に示すように、燃料電池12は、電解質膜・電極構造体22と、前記電解質膜・電極構造体22を挟持する第1および第2セパレータ24、26とを備える。電解質膜・電極構造体22と第1および第2セパレータ24、26との間には、後述する連通孔の周囲および電極面(発電面)の外周を覆って、ガスケット等のシール部材28が介装されている。
【0018】
燃料電池12の矢印B方向の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔30a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔32b、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔34bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
【0019】
燃料電池12の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔34a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔32a、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔30bが、矢印C方向に配列して設けられる。
【0020】
電解質膜・電極構造体22は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜36と、該固体高分子電解質膜36を挟持するアノード側電極38およびカソード側電極40とを備える。
【0021】
アノード側電極38およびカソード側電極40は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜36を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜36の両面に接合されている。シール部材28の中央部には、アノード側電極38およびカソード側電極40に対応して開口部44が形成されている。
【0022】
第1セパレータ24の電解質膜・電極構造体22側の面24aには、酸化剤ガス供給連通孔30aと酸化剤ガス排出連通孔30bとに連通する酸化剤ガス流路46が設けられる。酸化剤ガス流路46は、例えば、矢印B方向に蛇行しながら矢印C方向に延在する複数本の溝部(サーペンタイン溝部)を備える。
【0023】
第2セパレータ26の電解質膜・電極構造体22側の面26aには、燃料ガス供給連通孔34aと燃料ガス排出連通孔34bとに連通する燃料ガス流路48が形成される。この燃料ガス流路48は、例えば、矢印B方向に蛇行しながら矢印C方向に延在する複数本の溝部(サーペンタイン溝部)を備える。第2セパレータ26の面26aとは反対の面26bには、冷却媒体供給連通孔32aと冷却媒体排出連通孔32bとに連通する冷却媒体流路50が形成される。この冷却媒体流路50は、例えば、矢印B方向に延在する複数本の直線流路溝により構成される。
【0024】
図1および図2に示すように、エンドプレート20aには、酸化剤ガス排出連通孔30bに連通して酸化剤ガス出口マニホールドを構成する第1円筒部52と、燃料ガス排出連通孔34bに連通して燃料ガス出口マニホールドを構成する第2円筒部54とが、矢印A1方向に膨出して形成される。第1および第2円筒部52、54は、エンドプレート20aと一体に形成してもよく、また、前記エンドプレート20aとは別部品であってもよい。
【0025】
第1円筒部52には、酸化剤ガス出口配管56が連結されるとともに、第2円筒部54には、燃料ガス出口配管58が連結される。酸化剤ガス出口配管56は、第1円筒部52に連結される一端部56aと、前記一端部56aに一体的に設けられ、エンドプレート20aから離間する方向(矢印A1方向)に向かって下方向(矢印C1方向)に傾斜する傾斜部56bと、前記傾斜部56bの下端部から水平方向に延在して排出管路60に接続される他端部56cとを備える。
【0026】
燃料ガス出口配管58は、同様に第2円筒部54に連結される一端部58aと、前記一端部58aに一体的に設けられ、エンドプレート20aから離間する方向(矢印A1方向)に向かって下方向(矢印C1方向)に傾斜する傾斜部58bと、前記傾斜部58bの下端部から水平方向に延在して排出管路62に接続される他端部58cとを備える。
【0027】
第1円筒部52の下部と酸化剤ガス出口配管56の傾斜部56bの途上とに連通して、第1バイパス管路64が取り付けられる。第1バイパス管路64は、第1円筒部52に連通する第1開口端部66aの位置が、酸化剤ガス出口配管56の傾斜部56bに連通する第2開口端部66bの位置よりも距離Hだけ上方に設定される。
【0028】
第2円筒部54の下部と燃料ガス出口配管58の傾斜部58bとに連通して、第2バイパス管路68が取り付けられる。第2バイパス管路68は、第2円筒部54に連通する第1開口端部70aの位置が、燃料ガス出口配管58に連通する第2開口端部70bの位置よりも距離Hだけ上方に設定される。第1および第2バイパス管路64、68は、矢印A1方向に向かって下方向(矢印C1方向)に0°以上の傾斜角度を有している。
【0029】
このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。
【0030】
まず、図1に示すように、燃料電池スタック10内には、水素含有ガス等の燃料ガス、空気等の酸素含有ガスである酸化剤ガス、および純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体が供給される。
【0031】
このため、図3に示すように、酸化剤ガス供給連通孔30aから第1セパレータ24の酸化剤ガス流路46に酸化剤ガスが導入され、この酸化剤ガスが電解質膜・電極構造体22を構成するカソード側電極40に沿って移動する。また、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔34aから第2セパレータ26の燃料ガス流路48に導入され、電解質膜・電極構造体22を構成するアノード側電極38に沿って移動する。
【0032】
従って、電解質膜・電極構造体22では、カソード側電極40に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極38に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。アノード側電極38に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔34bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、カソード側電極40に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。その際、反応生成水は、酸化剤ガス流路46に沿って重力方向に、すなわち、上方から下方に向かって流れる。
【0033】
さらに、冷却媒体供給連通孔32aに供給された冷却媒体は、第2セパレータ26の冷却媒体流路50に導入された後、矢印B方向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体22を冷却した後、冷却媒体排出連通孔32bから排出される。
【0034】
この場合、第1の実施形態では、燃料電池スタック10のエンドプレート20aに第1円筒部52が設けられ、この第1円筒部52に酸化剤ガス出口配管56が連結されるとともに、前記第1円筒部52と前記酸化剤ガス出口配管56とに第1バイパス管路64が接続されている。
【0035】
このため、酸化剤ガス排出連通孔30bで生成された水は、一部が第1円筒部52から、直接、酸化剤ガス出口配管56を介して排出管路60に排出される一方、残余の部分が前記第1円筒部52の下部に連通する第1バイパス管路64を介して前記酸化剤ガス出口配管56に排出される。
【0036】
その際、第1バイパス管路64は、第1円筒部52に連通する第1開口端部66aの位置が、酸化剤ガス出口配管56に連通する第2開口端部60bの位置よりも距離Hだけ上方に設定されている。従って、第1バイパス管路64では、第1開口端部66aと第2開口端部66bとの間に水位差(距離H)が生じる。
【0037】
このため、第1バイパス管路64に導入された水は、酸化剤ガス出口配管56に向かって流動し、第1円筒部52内に水が滞留することを有効に阻止することができる。しかも、酸化剤ガス出口配管56内では、排出される酸化剤ガスのガス流が発生しており、第1バイパス管路64内が吸引される。
【0038】
これにより、第1円筒部52の底部側に存在する水は、第1バイパス管路64を介して酸化剤ガス出口配管56内に確実に排出される。特に、第1円筒部52には、段差部52aが存在しており、水の送流が困難となっているが、前記水を酸化剤ガス出口配管56内に良好に排出することができる。従って、第1円筒部52を含む酸化剤ガス出口マニホールドに水が存在することがなく、特に、燃料電池スタック10を低温始動させる際に、酸化剤ガス出口マニホールド内で水が凍結することがなく、所望の発電性能を良好に保持することが可能になるという効果が得られる。
【0039】
さらに、第1バイパス管路64は、エンドプレート20aから離間する方向(矢印A1方向)に向かって鉛直下方向(矢印C1方向)に僅かに傾斜している。このため、第1バイパス管路64内に導入された水は、該第1バイパス管路64の傾斜に沿って酸化剤ガス出口配管56側に円滑に流動することができる。
【0040】
一方、燃料ガス排出連通孔34bに連通する第2円筒部54には、燃料ガス出口配管58が接続されるとともに、前記第2円筒部54と前記燃料ガス出口配管58とに第2バイパス管路68が設けられている。これにより、燃料ガス排出連通孔34bに発生している水は、その一部が第2円筒部54から、直接、燃料ガス出口配管58に排出されるとともに、残余の水が第2バイパス管路68を介して前記燃料ガス出口配管58に排出される。従って、第2円筒部54を含む燃料ガス出口マニホールド内から水を確実に排出することができ、前記燃料ガス出口マニホールド内での水の凍結を確実に防止することが可能になる。
【0041】
図4は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック80の概略斜視図であり、図5は、前記燃料電池スタック80の一部断面側面図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック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。
【0042】
燃料電池スタック80を構成するエンドプレート20bには、エンドプレート20aの第1円筒部52と同軸上に位置して、酸化剤ガス排出連通孔30bに連通する第3円筒部82が設けられる。エンドプレート20bには、エンドプレート20aの第2円筒部54と同軸上に位置して、燃料ガス排出連通孔34bに連通する第4円筒部84が設けられる。第3および第4円筒部82、84は、エンドプレート20bと一体に形成してもよく、また、前記エンドプレート20bとは別部品であってもよい。
【0043】
第3円筒部82の下部と第1バイパス管路64とは、第3バイパス管路86を介して連結されるとともに、第4円筒部84の下部と第2バイパス管路68とは、第4バイパス管路88を介して連結される。なお、第3および第4バイパス管路86、88を、それぞれ酸化剤ガス出口配管56および燃料ガス出口配管58に直接連結してもよい。
【0044】
このように構成される第2の実施形態では、燃料電池スタック80の積層方向一端であるエンドプレート20aに第1および第2円筒部52、54が設けられるとともに、積層方向他端であるエンドプレート20bに第3および第4円筒部82、84が設けられている。そして、第1および第2円筒部52、54と、酸化剤ガス出口配管56および燃料ガス出口配管58とが、第1および第2バイパス管路64、68を介して接続され、さらに第3および第4円筒部82、84と前記第1および第2バイパス管路64、68とが、第3および第4バイパス管路86、88を介して連結されている。
【0045】
これにより、例えば、燃料電池スタック80のエンドプレート20b側が下方に傾斜した際には、酸化剤ガス出口マニホールドを構成する第3円筒部82内の水は、第3バイパス管路86を介して第1バイパス管路64側に排出される。一方、燃料ガス出口マニホールドを構成する第4円筒部84内の水は、第4バイパス管路88を介して第2バイパス管路68に排出される。
【0046】
従って、燃料電池スタック80が上下方向に傾斜していても、積層方向両端に設けられた第1および第2バイパス管路64、68または第3および第4バイパス管路86、88の一方から、酸化剤ガス出口配管56および燃料ガス出口配管58に水が排出される。このため、燃料電池スタック80内に水が滞留することがなく、酸化剤ガス出口マニホールドおよび燃料ガス出口マニホールド内の水を、一層容易かつ確実に排出して所望の発電性能を確保することが可能になるという効果が得られる。
【0047】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックでは、反応ガス出口マニホールドに存在する水が、バイパス管路を通って出口配管に排出され、前記反応ガス出口マニホールド内に水が滞留することを有効に阻止することができる。しかも、出口配管に排出される反応ガスのガス流によって、バイパス管路内が吸引されるため、反応ガス出口マニホールド内の水は、前記バイパス管路を介して前記出口配管に確実に排出される。従って、特に、低温始動時に、反応ガス出口マニホールド内で滞留した水が凍結することがなく、所望の発電性能を良好に保持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視図である。
【図2】前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。
【図3】前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視説明図である。
【図4】本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視図である。
【図5】前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。
【符号の説明】
10、80…燃料電池スタック 12…燃料電池
20a、20b…エンドプレート 22…電解質膜・電極構造体
24、26…セパレータ 30a…酸化剤ガス供給連通孔
30b…酸化剤ガス排出連通孔 34a…燃料ガス供給連通孔
34b…燃料ガス排出連通孔 36…固体高分子電解質膜
38…アノード側電極 40…カソード側電極
46…酸化剤ガス流路 48…燃料ガス流路
52、54、82、84…円筒部 56…酸化剤ガス出口配管
56b、58b…傾斜部 58…燃料ガス出口配管
60、62…排出管路 64、68、86、88…バイパス管路
66a、66b、70a、70b…開口端部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes an electrolyte membrane / electrode structure configured by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between a pair of electrodes, and alternately stacks the electrolyte membrane / electrode structure and a separator in a horizontal direction, The present invention relates to a fuel cell stack provided with a reaction gas channel for supplying at least a reaction gas which is a fuel gas or an oxidant gas to an electrode.
[0002]
[Prior art]
Usually, the polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). An electrolyte membrane / electrode structure having an anode side electrode and a cathode side electrode each having a noble metal-based electrode catalyst layer bonded to a base material mainly composed of carbon on both sides of the electrolyte membrane is separated by a separator (bipolar plate). A unit cell configured by holding is provided. Usually, a predetermined number of unit cells are stacked and used as a fuel cell stack.
[0003]
In this type of fuel cell, a fuel gas supplied to the anode side electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as a hydrogen-containing gas) is ionized with hydrogen on the electrode catalyst, and passes through an electrolyte membrane. Move to the cathode side electrode side. Electrons generated in the meantime are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. The cathode side electrode is supplied with an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas). And oxygen react to produce water.
[0004]
By the way, since the operation temperature of the polymer electrolyte fuel cell is relatively low (˜100 ° C.), the moisture that has not been absorbed by the electrolyte after being introduced into the fuel cell stack, or the moisture generated by the reaction, It is cooled in the reaction gas flow path (oxidant gas flow path and / or fuel gas flow path) in the fuel cell stack or in the pipe after being discharged from the fuel cell stack, and tends to exist in a liquid state.
[0005]
However, as described above, when water is present in the reaction gas flow path in the fuel cell stack, it becomes difficult to sufficiently supply the oxidant gas and the fuel gas to each unit cell. Thereby, the problem that the diffusibility to the electrode catalyst layer of the fuel gas and oxidizing gas which are reaction gas falls, and the cell performance deteriorates remarkably is pointed out.
[0006]
Therefore, for example, as disclosed in Patent Document 1, a supply pipe connected to the inlet side of the reaction gas flow path in the fuel cell stack, and a discharge pipe connected to the outlet side of the reaction gas flow path, And at least one pipe is provided with an enlarged portion having a stepped portion projecting downward from the other part in a part of the pipe line, or at least one pipe is directed upward toward the fuel cell stack. A fuel cell stack provided with an inclined portion that is inclined is known.
[0007]
As described above, a stepped portion protruding downward is formed in the enlarged portion provided in the pipe, and water in the pipe is stored in the stepped portion. On the other hand, the pipe is provided with an inclined portion that is inclined upward toward the fuel cell stack, so that it is possible to effectively prevent water from flowing back into the gas flow path in the fuel cell stack.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2000-90954 A (FIGS. 2 and 5)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in said patent document 1, it is provided with the supply piping and discharge piping connected with the reaction gas flow path, and an expansion part is provided in this piping, or an inclination part is provided in this piping. For this reason, although water does not flow backward from the piping into the fuel cell stack, when a reaction gas outlet manifold communicating with the discharge side of the reaction gas flow path is provided in the fuel cell stack, the reaction gas outlet Water may accumulate in the manifold. Thereby, especially at the time of a low temperature start of 0 ° C. or less, the water in the reaction gas outlet manifold is likely to be frozen, and the reaction gas may not flow smoothly.
[0010]
The present invention solves this type of problem, and with a simple configuration, the water in the fuel cell stack can be easily and reliably discharged, and the fuel cell stack capable of maintaining a desired power generation performance. The purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the fuel cell stack according to claim 1 of the present invention, a reaction gas outlet manifold that extends in the stacking direction in the fuel cell stack and communicates with the discharge side of the reaction gas flow path, and the reaction gas outlet manifold are provided. An outlet pipe that communicates with the outside and extends downwardly from the fuel cell stack, and a bypass pipe that communicates with the reaction gas outlet manifold and the outlet pipe. In the bypass pipe, the first opening end position communicating with the reaction gas outlet manifold is set above the second opening end position communicating with the outlet pipe.
[0012]
For this reason, the water existing in the reaction gas outlet manifold is discharged to the outlet pipe through the bypass pipe by the action of gravity, and it is possible to effectively prevent water from staying in the reaction gas outlet manifold.
[0013]
Moreover, since the inside of the bypass pipe is sucked by the gas flow of the reaction gas discharged to the outlet pipe, the water in the reaction gas outlet manifold is surely discharged to the outlet pipe through the bypass pipe. . Furthermore, the water in the bypass line is carried to the outlet pipe by the action of the gas flow. Therefore, particularly at the time of cold start, water does not freeze in the reaction gas outlet manifold, and the desired power generation performance can be satisfactorily maintained.
[0014]
In the fuel cell stack according to claim 2 of the present invention, an outlet pipe is provided at one end in the stacking direction of the fuel cell stack, and a bypass pipe is provided at each end of the fuel cell stack in the stacking direction. It is provided in communication with the manifold. Thereby, even if the fuel cell stack is inclined in the vertical direction with respect to the stacking direction, water is discharged from one of the bypass conduits provided at both ends of the stacking direction to the outlet pipe. For this reason, the water in the reaction gas outlet manifold can be easily and reliably discharged to the outlet pipe, and good power generation performance can be ensured with a simple configuration.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic perspective view of a
[0016]
In the
[0017]
As shown in FIG. 3, the
[0018]
One end edge of the
[0019]
The other end edge of the
[0020]
The electrolyte membrane /
[0021]
The
[0022]
An oxidant
[0023]
A fuel
[0024]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0025]
An oxidant
[0026]
Similarly, the fuel
[0027]
A
[0028]
A
[0029]
The operation of the
[0030]
First, as shown in FIG. 1, a
[0031]
For this reason, as shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant
[0032]
Therefore, in the electrolyte membrane /
[0033]
Further, the cooling medium supplied to the cooling medium
[0034]
In this case, in the first embodiment, the first
[0035]
For this reason, a part of the water generated in the oxidant gas
[0036]
At that time, the
[0037]
For this reason, the water introduced into the
[0038]
As a result, the water present on the bottom side of the first
[0039]
Further, the
[0040]
On the other hand, a fuel
[0041]
FIG. 4 is a schematic perspective view of a
[0042]
The
[0043]
The lower portion of the third
[0044]
In the second embodiment configured as described above, the
[0045]
Thereby, for example, when the
[0046]
Therefore, even if the
[0047]
【The invention's effect】
In the fuel cell stack according to the present invention, it is possible to effectively prevent water existing in the reaction gas outlet manifold from being discharged to the outlet pipe through the bypass pipe and retaining water in the reaction gas outlet manifold. it can. Moreover, since the inside of the bypass pipe is sucked by the gas flow of the reaction gas discharged to the outlet pipe, the water in the reaction gas outlet manifold is surely discharged to the outlet pipe through the bypass pipe. . Therefore, particularly at the time of cold start, the water staying in the reaction gas outlet manifold does not freeze, and the desired power generation performance can be maintained satisfactorily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional side view of the fuel cell stack.
FIG. 3 is an exploded perspective view of a fuel cell constituting the fuel cell stack.
FIG. 4 is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a partial cross-sectional side view of the fuel cell stack.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記燃料電池スタック内に積層方向に延在して設けられ、前記反応ガス流路の排出側に連通する反応ガス出口マニホールドと、
前記反応ガス出口マニホールドに連通して前記燃料電池スタックの外部にかつ下方に傾斜して延在する出口配管と、
前記反応ガス出口マニホールドと前記出口配管とに連通するバイパス管路と、
を備え、
前記バイパス管路は、前記反応ガス出口マニホールドに連通する第1開口端部位置が、前記出口配管に連通する第2開口端部位置よりも上方に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。An electrolyte membrane / electrode structure configured by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between a pair of electrodes, the electrolyte membrane / electrode structure and a separator are alternately stacked in a horizontal direction, and at least a fuel is provided on the electrode. A fuel cell stack provided with a reaction gas flow path for supplying a reaction gas which is a gas or an oxidant gas,
A reaction gas outlet manifold that extends in the stacking direction in the fuel cell stack and communicates with the discharge side of the reaction gas flow path;
An outlet pipe communicating with the reaction gas outlet manifold and extending outwardly and downwardly from the fuel cell stack;
A bypass line communicating with the reaction gas outlet manifold and the outlet pipe;
With
The fuel cell stack, wherein the bypass pipe has a first opening end position communicating with the reaction gas outlet manifold set above a second opening end position communicating with the outlet pipe.
前記バイパス管路は、前記燃料電池スタックの積層方向両端に、それぞれ前記反応ガス出口マニホールドに連通して設けられることを特徴とする燃料電池スタック。The fuel cell stack according to claim 1, wherein the outlet pipe is provided at one end in the stacking direction of the fuel cell stack,
The bypass pipe line is provided at both ends of the fuel cell stack in the stacking direction so as to communicate with the reaction gas outlet manifold, respectively.
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