JP5137515B2 - Fuel cell stack - Google Patents

Fuel cell stack Download PDF

Info

Publication number
JP5137515B2
JP5137515B2 JP2007252731A JP2007252731A JP5137515B2 JP 5137515 B2 JP5137515 B2 JP 5137515B2 JP 2007252731 A JP2007252731 A JP 2007252731A JP 2007252731 A JP2007252731 A JP 2007252731A JP 5137515 B2 JP5137515 B2 JP 5137515B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
supply manifold
hollow tube
fuel cell
reaction gas
cell stack
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007252731A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009087587A (en
Inventor
保則 吉本
隆 川鍋
陽 濱田
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.)
Eneos Celltech Co Ltd
Original Assignee
Eneos Celltech Co Ltd
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 Eneos Celltech Co Ltd filed Critical Eneos Celltech Co Ltd
Priority to JP2007252731A priority Critical patent/JP5137515B2/en
Publication of JP2009087587A publication Critical patent/JP2009087587A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5137515B2 publication Critical patent/JP5137515B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a fuel cell stack.

近年、エネルギー変換効率が高く、かつ、発電反応により有害物質を発生しない燃料電池が注目を浴びている。こうした燃料電池の一つとして、１００℃以下の低温で作動する固体高分子形燃料電池が知られている。   In recent years, fuel cells that have high energy conversion efficiency and do not generate harmful substances due to power generation reactions have attracted attention. As one of such fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell that operates at a low temperature of 100 ° C. or lower is known.

固体高分子形燃料電池は、電解質膜である固体高分子膜を燃料極と空気極との間に配した基本構造を有し、燃料極に水素を含む燃料ガス、空気極に酸素を含む酸化剤ガスを供給し、以下の電気化学反応により発電する装置である。   A polymer electrolyte fuel cell has a basic structure in which a polymer electrolyte membrane, which is an electrolyte membrane, is disposed between a fuel electrode and an air electrode. The fuel electrode contains hydrogen and the air electrode contains oxygen. It is a device that supplies the agent gas and generates power by the following electrochemical reaction.

燃料極：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−（１）
空気極：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ（２）
燃料極においては、供給された燃料中に含まれる水素が上記式（１）に示されるように水素イオンと電子に分解される。このうち水素イオンは固体高分子電解質膜の内部を空気極に向かって移動し、電子は外部回路を通って空気極に移動する。一方、空気極においては、空気極に供給された酸化剤ガスに含まれる酸素が燃料極から移動してきた水素イオンおよび電子と反応し、上記式（２）に示されるように水が生成する。このように、外部回路では燃料極から空気極に向かって電子が移動するため、電力が取り出される。 Fuel electrode: H 2 → 2H + + 2e − (1)
Air electrode: 1 / 2O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (2)
At the fuel electrode, hydrogen contained in the supplied fuel is decomposed into hydrogen ions and electrons as shown in the above formula (1). Among these, hydrogen ions move inside the solid polymer electrolyte membrane toward the air electrode, and electrons move to the air electrode through an external circuit. On the other hand, in the air electrode, oxygen contained in the oxidant gas supplied to the air electrode reacts with hydrogen ions and electrons that have moved from the fuel electrode, and water is generated as shown in the above formula (2). In this way, in the external circuit, electrons move from the fuel electrode toward the air electrode, so that electric power is taken out.

また、燃料極および空気極の外側にはセパレータが設けられる。燃料極側のセパレータには燃料ガス流路が設けられており、燃料極に燃料ガスが供給される。同様に、空気極側のセパレータには酸化剤ガス流路が設けられ、空気極に酸化剤ガスが供給される。なお、本明細書において、燃料ガスおよび酸化剤ガスを合わせて「反応ガス」と呼ぶ。また、これらのセパレータ間には、電極を冷却するための冷却水の流路が設けられる。   A separator is provided outside the fuel electrode and the air electrode. The separator on the fuel electrode side is provided with a fuel gas flow path, and fuel gas is supplied to the fuel electrode. Similarly, an oxidant gas flow path is provided in the separator on the air electrode side, and oxidant gas is supplied to the air electrode. In this specification, the fuel gas and the oxidant gas are collectively referred to as “reaction gas”. In addition, a flow path of cooling water for cooling the electrodes is provided between these separators.

ここで、反応ガスは、通常加湿器により加湿されて導入されるが、反応ガス供給用のマニホールド内において冷却されると、大量の凝縮水が発生する。反応ガス由来の凝縮水が反応ガス流路に浸入し、反応ガスの流路が凝縮水によって閉塞されると、電極表面への均一な反応ガスの供給が阻害され、燃料電池の出力が低下することがあった。   Here, the reaction gas is usually introduced after being humidified by a humidifier, but when cooled in the reaction gas supply manifold, a large amount of condensed water is generated. If the condensed water derived from the reaction gas enters the reaction gas channel and the reaction gas channel is blocked by the condensed water, the supply of the uniform reaction gas to the electrode surface is hindered and the output of the fuel cell decreases. There was a thing.

反応ガス供給用のマニホールドから凝縮水を排出する技術として、反応ガス供給用のマニホールド内に吸水体を設置する構成が知られている（特許文献１）。
特開２００１−１５５７５９号公報 As a technique for discharging condensed water from a reaction gas supply manifold, a configuration in which a water absorbing body is installed in a reaction gas supply manifold is known (Patent Document 1).
JP 2001-155759 A

反応ガス供給用のマニホールド内に多孔質吸水体を設置した構成では、反応ガス供給用のマニホールドの底部に多孔質吸水体で吸収しきれない量の凝縮水が滞留した場合には、反応ガスとともに凝縮水が各セルに混入してしまうおそれがある。このように、反応ガス供給用のマニホールドから凝縮水を排出する技術には依然として改良の余地が残されている。   In a configuration in which a porous water absorber is installed in the reaction gas supply manifold, if there is an amount of condensed water that cannot be absorbed by the porous water absorber at the bottom of the reaction gas supply manifold, Condensed water may be mixed into each cell. Thus, there is still room for improvement in the technology for discharging condensed water from the reaction gas supply manifold.

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、反応ガス供給用のマニホールド内において気水分離の度合いを高め、反応ガス供給用のマニホールドから効率的に凝縮水を排出することができる技術の提供にある。   The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to increase the degree of air-water separation in the reaction gas supply manifold and efficiently discharge condensed water from the reaction gas supply manifold. Is to provide technology that can

本発明のある態様は、燃料電池スタックである。当該燃料電池スタックは、燃料極と酸化剤極との間に解質膜が設けられた単電池が複数積層された積層体と、積層体を貫通し、各単電池に反応ガスを供給するための反応ガス供給マニホールドと、反応ガス供給マニホールドに挿通された筒状の中空管と、中空管に挿通され、中空管の内腔の底面に設置された吸水部材と、を備え、中空管の側面に複数の噴出口が設けられていることを特徴とする。   One embodiment of the present invention is a fuel cell stack. The fuel cell stack includes a stack in which a plurality of unit cells each having a denatured film provided between a fuel electrode and an oxidant electrode are stacked, and a reactive gas is supplied to each unit cell through the stack. A reaction gas supply manifold, a cylindrical hollow tube inserted through the reaction gas supply manifold, and a water absorbing member inserted through the hollow tube and installed at the bottom of the lumen of the hollow tube. A plurality of jet nozzles are provided on the side surface of the empty tube.

この態様によれば、反応ガスが流通する中空管内において、凝縮水が吸水部材に吸収され、吸水部材を伝わって反応ガス供給マニホールドから排出される。一方、中空管は反応ガス供給マニホールド内に挿通されているため、過剰な凝縮水が反応ガス供給マニホールドの底面に滞留した場合であっても、中空管を流通する反応ガスはこの凝縮水の影響を受けにくくなる。   According to this aspect, in the hollow tube through which the reaction gas flows, the condensed water is absorbed by the water absorption member, and is discharged from the reaction gas supply manifold through the water absorption member. On the other hand, since the hollow tube is inserted into the reaction gas supply manifold, even when excessive condensed water stays on the bottom surface of the reaction gas supply manifold, the reaction gas flowing through the hollow tube is not condensed water. It becomes difficult to be affected.

噴出口の向きが、反応ガス供給マニホールドと接続する単電池の反応ガス流路の入口部分と対向しなくてもよい。   The direction of the jet port may not face the inlet portion of the reaction gas flow path of the unit cell connected to the reaction gas supply manifold.

また、複数の噴出口の面積が反応ガスの流れの上流側から下流側に向けて徐々に大きくなっていてもよい。   Moreover, the area of several jet nozzles may become large gradually toward the downstream from the upstream of the flow of the reactive gas.

また、中空管と前記反応ガス供給マニホールドの壁面との間に隙間が設けていてもよい。   Further, a gap may be provided between the hollow tube and the wall surface of the reaction gas supply manifold.

また、吸水部材が中空管の端部で折り返され、反応ガス供給マニホールドの内部に挿入された折り返し部を有してもよい。   The water absorbing member may be folded at the end of the hollow tube and may have a folded portion inserted into the reaction gas supply manifold.

なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。   A combination of the above-described elements as appropriate can also be included in the scope of the invention for which patent protection is sought by this patent application.

本発明によれば、反応ガス供給用のマニホールド内において気水分離の度合いを高め、反応ガス供給用のマニホールドから効率的に凝縮水を排出することができる。   According to the present invention, the degree of gas-water separation can be increased in the reaction gas supply manifold, and condensed water can be efficiently discharged from the reaction gas supply manifold.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

図１は、実施の形態に係る燃料電池スタック１０の構成を示す斜視図である。図２は、図１の燃料電池スタック１０をＡ１方向からみたときの側面図である。図３は、図１の燃料電池スタック１０をＡ２方向からみたときの側面図である。図４は、図１の燃料電池スタック１０をＡ３方向からみたときの側面図である。   FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a fuel cell stack 10 according to an embodiment. FIG. 2 is a side view of the fuel cell stack 10 of FIG. 1 when viewed from the A1 direction. FIG. 3 is a side view of the fuel cell stack 10 of FIG. 1 as viewed from the A2 direction. FIG. 4 is a side view of the fuel cell stack 10 of FIG. 1 as viewed from the A3 direction.

燃料電池スタック１０は、カソードとアノードとの間に電解質膜が設けられたセル（単電池）が複数積層された積層体２０と、一対の集電体３０ａ，３０ｂ（以下、適宜、集電体３０という）と、一対の端板３２ａ，３２ｂ（以下、適宜、端板３２という）と、を備える。なお、本実施の形態では、端板３２ａ，３２ｂは絶縁体（樹脂）で形成される。   The fuel cell stack 10 includes a stacked body 20 in which a plurality of cells (unit cells) each having an electrolyte membrane provided between a cathode and an anode, and a pair of current collectors 30a and 30b (hereinafter referred to as current collectors as appropriate). 30) and a pair of end plates 32a and 32b (hereinafter referred to as end plates 32 as appropriate). In the present embodiment, end plates 32a and 32b are formed of an insulator (resin).

積層体２０は、アノードとカソードとの間に固体高分子電解質膜が設けられたセルが複数積層されたものである。集電体３０は、セルが発電した電流を外部へ導くために、積層体２０の両端部に位置するセルにそれぞれ接している。集電体３０には、外部との接続用の接続端子３１が設けられている。端板３２は、積層体２０を締め付ける締め付け力が集電体３０を介して積層体２０の両端にかかるように、ボルト、ナットなどの締結機構（図示せず）により締め付けられている。   The laminate 20 is formed by laminating a plurality of cells each provided with a solid polymer electrolyte membrane between an anode and a cathode. The current collectors 30 are in contact with the cells located at both ends of the stacked body 20 in order to guide the current generated by the cells to the outside. The current collector 30 is provided with a connection terminal 31 for connection to the outside. The end plate 32 is fastened by a fastening mechanism (not shown) such as a bolt or a nut so that a fastening force for fastening the laminated body 20 is applied to both ends of the laminated body 20 via the current collector 30.

燃料電池スタック１０には、酸化剤供給マニホールド１００、酸化剤排出マニホールド１１０、燃料供給マニホールド１２０、燃料排出マニホールド１３０、冷却水供給マニホールド１４０および冷却水排出マニホールド１５０が設けられている。   The fuel cell stack 10 is provided with an oxidant supply manifold 100, an oxidant discharge manifold 110, a fuel supply manifold 120, a fuel discharge manifold 130, a cooling water supply manifold 140, and a cooling water discharge manifold 150.

酸化剤供給マニホールド１００に供給された酸化剤としての空気は、各セルのカソードに分配される。酸化剤供給マニホールド１００は、燃料電池スタック１０を貫通し、燃料電池スタック１０の端板３２ａ，３２ｂにそれぞれ入口および出口を有する。酸化剤供給マニホールド１００の出口側は、凝縮水（ドレイン）排出用の配管に接続される。各セルを未反応のまま通過した空気は、酸化剤排出マニホールド１１０に集められ、燃料電池スタック１０から排出される。なお、酸化剤排出マニホールド１１０は、積層体２０および端板３２ｂを貫通し、端板３２ｂに出口を有する。酸化剤供給マニホールド１００には、筒状の中空管２００および吸水部材２１０が挿通されている。中空管２００および吸水部材２１０の詳細については後述する。   The air as the oxidant supplied to the oxidant supply manifold 100 is distributed to the cathode of each cell. The oxidant supply manifold 100 penetrates the fuel cell stack 10 and has an inlet and an outlet on the end plates 32a and 32b of the fuel cell stack 10, respectively. The outlet side of the oxidant supply manifold 100 is connected to a condensed water (drain) discharge pipe. The air that has passed through each cell without being reacted is collected in the oxidant discharge manifold 110 and discharged from the fuel cell stack 10. The oxidant discharge manifold 110 passes through the laminate 20 and the end plate 32b, and has an outlet at the end plate 32b. A cylindrical hollow tube 200 and a water absorbing member 210 are inserted through the oxidant supply manifold 100. Details of the hollow tube 200 and the water absorbing member 210 will be described later.

一方、燃料供給マニホールド１２０に供給された燃料ガス（改質ガス）は、各セルアノードに分配される。燃料供給マニホールド１２０は、燃料電池スタック１０を貫通し、燃料電池スタック１０の端板３２ａ，３２ｂにそれぞれ入口および出口を有する。燃料供給マニホールド１２０の出口側は、凝縮水（ドレイン）排出用の配管に接続される。各セルを未反応のまま通過した電池オフガスは、燃料排出マニホールド１３０に集められ、燃料電池スタック１０から排出される。なお、燃料排出マニホールド１３０は、積層体２０および端板３２ｂを貫通し、端板３２ｂに出口を有する。燃料供給マニホールド１２０には、筒状の中空管２２０および吸水部材２３０が挿通されている。中空管２２０および吸水部材２３０の詳細は、それぞれ、後述する中空管２００および吸水部材２１０と同様である。   On the other hand, the fuel gas (reformed gas) supplied to the fuel supply manifold 120 is distributed to each cell anode. The fuel supply manifold 120 penetrates the fuel cell stack 10 and has an inlet and an outlet on the end plates 32a and 32b of the fuel cell stack 10, respectively. The outlet side of the fuel supply manifold 120 is connected to a condensed water (drain) discharge pipe. The battery off gas that has passed through each cell without being reacted is collected in the fuel discharge manifold 130 and discharged from the fuel cell stack 10. The fuel discharge manifold 130 passes through the stacked body 20 and the end plate 32b, and has an outlet at the end plate 32b. A cylindrical hollow tube 220 and a water absorbing member 230 are inserted into the fuel supply manifold 120. The details of the hollow tube 220 and the water absorbing member 230 are the same as those of the hollow tube 200 and the water absorbing member 210 described later, respectively.

また、冷却水供給マニホールド１４０に供給された冷却水は、各セルを冷却するための冷却水流路が設けられた冷却水プレートに分配される。冷却水流路を通過した冷却水は、冷却水排出マニホールド１５０に集められ、燃料電池スタック１０から排出される。冷却水供給マニホールド１４０は、燃料電池スタック１０を貫通し、燃料電池スタック１０の端板３２ｂ，３２ａにそれぞれ入口および出口を有する。冷却水供給マニホールド１４０の出口側は、冷却水供給マニホールド１４０に入り込んだガスを抜くためのガス抜き口として用いられる。   Further, the cooling water supplied to the cooling water supply manifold 140 is distributed to a cooling water plate provided with a cooling water flow path for cooling each cell. The cooling water that has passed through the cooling water flow path is collected in the cooling water discharge manifold 150 and discharged from the fuel cell stack 10. The cooling water supply manifold 140 penetrates the fuel cell stack 10 and has an inlet and an outlet on the end plates 32b and 32a of the fuel cell stack 10, respectively. The outlet side of the cooling water supply manifold 140 is used as a gas vent for extracting the gas that has entered the cooling water supply manifold 140.

各セルのカソードには、図５に示すカソード用セパレータ４００が接している。カソード用セパレータ４００には、空気が流通するガス流路４０２が設けられている。カソード用セパレータ４００には、酸化剤供給マニホールド１００とガス流路４０２とを接続するガス導入路４０４が設けられている。また、カソード用セパレータ４００には、ガス流路４０２と酸化剤排出マニホールド１１０とを接続するガス排出路４０６が設けられている。   A cathode separator 400 shown in FIG. 5 is in contact with the cathode of each cell. The cathode separator 400 is provided with a gas flow path 402 through which air flows. The cathode separator 400 is provided with a gas introduction path 404 that connects the oxidant supply manifold 100 and the gas flow path 402. Further, the cathode separator 400 is provided with a gas discharge path 406 that connects the gas flow path 402 and the oxidant discharge manifold 110.

各セルのアノードには、図６に示すアノード用セパレータ４２０が接している。アノード用セパレータ４２０には、燃料ガスが流通するガス流路４２２が設けられている。アノード用セパレータ４２０には、燃料供給マニホールド１２０とガス流路４２２とを接続するガス導入路４２４が設けられている。また、アノード用セパレータ４２０には、ガス流路４２２と燃料排出マニホールド１３０とを接続するガス排出路４２６が設けられている。   The anode separator 420 shown in FIG. 6 is in contact with the anode of each cell. The anode separator 420 is provided with a gas flow path 422 through which fuel gas flows. The anode separator 420 is provided with a gas introduction passage 424 that connects the fuel supply manifold 120 and the gas passage 422. The anode separator 420 is provided with a gas discharge path 426 that connects the gas flow path 422 and the fuel discharge manifold 130.

アノード用セパレータ４２０の裏面側には、図７に示すように冷却水流路４１０が設けられている。アノード用セパレータ４２０の裏面側には、冷却水供給マニホールド１４０と冷却水流路４１０とを接続する冷却水導入路４１２が設けられている。また、アノード用セパレータ４２０の裏面側には、冷却水流路４１０と冷却水排出マニホールド１５０とを接続する冷却水排出４１４が設けられている。   As shown in FIG. 7, a cooling water flow path 410 is provided on the back side of the anode separator 420. A cooling water introduction path 412 that connects the cooling water supply manifold 140 and the cooling water flow path 410 is provided on the back side of the anode separator 420. A cooling water discharge 414 that connects the cooling water flow path 410 and the cooling water discharge manifold 150 is provided on the back side of the anode separator 420.

以上のように構成された燃料電池スタック１０は、燃料として水素ガスを用いるとともに、酸化剤として空気を用いて発電を行う。具体的には、燃料電池スタック１０を構成する各セル（単電池）において、固体高分子電解質膜の一方の面に接するアノードでは、式（１）で示す電極反応が起きる。一方、固体高分子膜の一方の面に接するカソードでは、式（２）で示す電極反応が起きる。各セルは、冷却水プレートを流通する冷却水によって冷却され、約７０〜８０℃の適温に調節される。   The fuel cell stack 10 configured as described above generates power using hydrogen gas as a fuel and air as an oxidant. Specifically, in each cell (unit cell) constituting the fuel cell stack 10, an electrode reaction represented by the formula (1) occurs at the anode in contact with one surface of the solid polymer electrolyte membrane. On the other hand, at the cathode in contact with one surface of the solid polymer film, an electrode reaction represented by the formula (2) occurs. Each cell is cooled by cooling water flowing through the cooling water plate and adjusted to an appropriate temperature of about 70 to 80 ° C.

（マニホールドの構成）
図８は、実施の形態１に係る燃料電池スタック１０の酸化剤供給マニホールド１００内の構成を示す部分透過斜視図である。図９は、実施の形態１に係る燃料電池スタック１０の酸化剤供給マニホールド１００内の構成を示す部分破断斜視図である。図１０は、実施の形態１に係る燃料電池スタック１０の酸化剤供給マニホールド１００内の構成を示す断面図である。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、それぞれ、酸化剤供給マニホールド１００の入口部分（図１０のＡ部分）および出口部分（図１０のＢ部分）を示す拡大部分断面図である。 (Manifold configuration)
FIG. 8 is a partially transparent perspective view showing the configuration inside the oxidant supply manifold 100 of the fuel cell stack 10 according to Embodiment 1. FIG. FIG. 9 is a partially cutaway perspective view showing the configuration inside the oxidant supply manifold 100 of the fuel cell stack 10 according to Embodiment 1. FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration inside the oxidant supply manifold 100 of the fuel cell stack 10 according to the first embodiment. FIGS. 11A and 11B are enlarged partial sectional views showing an inlet portion (A portion in FIG. 10) and an outlet portion (B portion in FIG. 10) of the oxidant supply manifold 100, respectively.

図８乃至図１０に示すように、中空管２００は酸化剤供給マニホールド１００に挿通されている。中空管２００は、酸化剤供給マニホールド１００の入口側および出口側において、それぞれＯリング２９０ａ、２９０ｂにより固定されている（図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）参照）。これにより、中空管２００と酸化剤供給マニホールド１００の壁面との間に隙間が設けられ、中空管２００は酸化剤供給マニホールド１００内で宙に浮いた状態となっている。   As shown in FIGS. 8 to 10, the hollow tube 200 is inserted through the oxidant supply manifold 100. The hollow tube 200 is fixed by O-rings 290a and 290b on the inlet side and the outlet side of the oxidant supply manifold 100, respectively (see FIGS. 11A and 11B). Thus, a gap is provided between the hollow tube 200 and the wall surface of the oxidant supply manifold 100, and the hollow tube 200 is in a suspended state in the oxidant supply manifold 100.

図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は、それぞれ中空管２００の上面図、側面図である。図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）のＡ−Ａ線上の中空管２００の断面図である。   12A and 12B are a top view and a side view of the hollow tube 200, respectively. FIG. 12C is a cross-sectional view of the hollow tube 200 taken along the line AA in FIG.

中空管２００は、たとえば、フェノール樹脂やエポキシ樹脂などの合成樹脂により形成される。中空管２００の上面には、所定の間隔で噴出口２０２が設けられている。中空管２００を流通する空気は、噴出口２０２から中空管２００の外に噴出し、各セルに分配される。噴出口２０２の開口面積は、反応ガスの流れの上流側から下流側に向けて、徐々に大きくなっている。これによれば、反応ガスの流れの上流側において反応ガスが過剰に噴出することにより、反応ガスの流れの下流側において噴出に必要な反応ガスが不足することが抑制される。この結果、中空管２００に設けられた各噴出口２０２から均等に反応ガスが噴出される。   The hollow tube 200 is formed of, for example, a synthetic resin such as a phenol resin or an epoxy resin. On the upper surface of the hollow tube 200, jet nozzles 202 are provided at predetermined intervals. Air flowing through the hollow tube 200 is ejected from the ejection port 202 to the outside of the hollow tube 200 and is distributed to each cell. The opening area of the jet port 202 gradually increases from the upstream side to the downstream side of the flow of the reaction gas. According to this, since the reactive gas is excessively ejected on the upstream side of the flow of the reactive gas, it is possible to suppress a shortage of the reactive gas necessary for ejection on the downstream side of the reactive gas flow. As a result, the reaction gas is uniformly ejected from each ejection port 202 provided in the hollow tube 200.

なお、噴出口２０２がカソード用セパレータのガス導入路の入口とは対向しないように、たとえば、噴出口２０２が当該ガス導入路の入口の反対側になるように、中空管２００が酸化剤供給マニホールド１００の中に設置されることが望ましい。これによれば、噴出口２０２から噴出した空気は、カソード用セパレータのガス導入路の入口とは反対側の酸化剤供給マニホールド１００の壁により方向を変えられた後、カソード用セパレータのガス導入路の流路入口に流れ込む。このとき、空気に混じった凝縮水は、酸化剤供給マニホールド１００の壁に当たって酸化剤供給マニホールド１００内に流れ落ちる。この結果、噴出口２０２から空気が噴出する際に、凝縮水が空気とともにカソード用セパレータに設けられたガス流路に混入することが抑制される。   The hollow tube 200 is supplied with an oxidant so that the jet outlet 202 does not face the inlet of the gas inlet passage of the cathode separator, for example, so that the jet outlet 202 is opposite to the inlet of the gas inlet passage. It is desirable to install in the manifold 100. According to this, after the direction of the air ejected from the ejection port 202 is changed by the wall of the oxidant supply manifold 100 opposite to the inlet of the gas introduction path of the cathode separator, the gas introduction path of the cathode separator is changed. Flows into the inlet of the channel. At this time, the condensed water mixed in the air hits the wall of the oxidant supply manifold 100 and flows down into the oxidant supply manifold 100. As a result, when air is ejected from the ejection port 202, it is suppressed that condensed water is mixed into the gas flow path provided in the cathode separator together with air.

中空管２００の内腔には、ひも状の吸水部材２１０が挿通されている。吸水部材２１０は、たとえば、メタ系アラミド繊維（デュポン社製、ＮＯＭＥＸ（登録商標）Ｆｉｂｅｒ）などの吸水性の高い部材により形成される。吸水部材２１０は、中空管２００の内腔の底面に設置されていることが望ましい。これによれば、中空管２００に滞留した水を効率的に吸水部材２１０に吸水させることができる。   A string-shaped water-absorbing member 210 is inserted into the lumen of the hollow tube 200. The water absorbing member 210 is formed of a member having high water absorption, such as a meta-aramid fiber (manufactured by DuPont, NOMEX (registered trademark) Fiber). The water absorbing member 210 is desirably installed on the bottom surface of the lumen of the hollow tube 200. According to this, the water staying in the hollow tube 200 can be efficiently absorbed by the water absorbing member 210.

吸水部材２１０の長さは、中空管２００の長さより長い。酸化剤供給マニホールド１００の入口側において中空管２００から出た吸水部材２１０が折り返されている。酸化剤供給マニホールド１００の入口側で折り返された吸水部材２１０はＯリング２９０ａと中空管２００との間を通り、酸化剤供給マニホールド１００の内部に吸水部材２１０の端部が到達している。一方、酸化剤供給マニホールド１００の出口側において中空管２００から出た吸水部材２１０が折り返されている。酸化剤供給マニホールド１００の出口側で折り返された吸水部材２１０は、Ｏリング２９０ｂと中空管２００との間を通り、酸化剤供給マニホールド１００の内部に到達し、さらに、酸化剤供給マニホールド１００の内部において折り返され、Ｏリング２９０ｂと酸化剤供給マニホールド１００との間を通り、酸化剤供給マニホールド１００の出口から外に出ている。酸化剤供給マニホールド１００の外に出た吸水部材２１０は、凝縮水排出用の配管に挿入される。   The length of the water absorbing member 210 is longer than the length of the hollow tube 200. On the inlet side of the oxidant supply manifold 100, the water absorbing member 210 coming out of the hollow tube 200 is folded back. The water absorbing member 210 folded back on the inlet side of the oxidant supply manifold 100 passes between the O-ring 290 a and the hollow tube 200, and the end of the water absorption member 210 reaches the inside of the oxidant supply manifold 100. On the other hand, on the outlet side of the oxidant supply manifold 100, the water absorbing member 210 coming out of the hollow tube 200 is folded back. The water absorbing member 210 turned back on the outlet side of the oxidant supply manifold 100 passes between the O-ring 290b and the hollow tube 200 and reaches the inside of the oxidant supply manifold 100. It is folded inside and passes between the O-ring 290 b and the oxidant supply manifold 100 and exits from the outlet of the oxidant supply manifold 100. The water absorbing member 210 that has come out of the oxidant supply manifold 100 is inserted into a condensed water discharge pipe.

これによれば、中空管２００に滞留した凝縮水は吸水部材２１０に速やかに吸収され、吸水部材２１０を伝わって、酸化剤供給マニホールド１００の外に排出される。一方、中空管２００は酸化剤供給マニホールド１００内で宙に浮いているため、過剰な凝縮水が酸化剤供給マニホールド１００の底面に滞留した場合であっても、中空管２００を流通する空気はこの凝縮水の影響を受けにくくなる。これにより、酸化剤供給マニホールド１００における気水分離の度合いを高めることができる。さらに、吸水部材２１０の端部を折り返して酸化剤供給マニホールド１００の内部に到達させることにより、酸化剤供給マニホールド１００の内部に滞留した凝縮水も吸水部材２１０により吸収される。これにより、酸化剤供給マニホールド１００の内部に滞留した凝縮水が吸水部材２１０を伝わって酸化剤供給マニホールド１００の外部に排出される。   According to this, the condensed water staying in the hollow tube 200 is quickly absorbed by the water absorbing member 210, travels through the water absorbing member 210, and is discharged out of the oxidant supply manifold 100. On the other hand, since the hollow tube 200 floats in the air in the oxidant supply manifold 100, the air flowing through the hollow tube 200 even when excessive condensed water stays on the bottom surface of the oxidant supply manifold 100. Is less susceptible to this condensed water. Thereby, the degree of air-water separation in the oxidant supply manifold 100 can be increased. Furthermore, the water absorption member 210 absorbs the condensed water staying inside the oxidant supply manifold 100 by folding the end of the water absorption member 210 to reach the inside of the oxidant supply manifold 100. As a result, the condensed water staying inside the oxidant supply manifold 100 travels through the water absorbing member 210 and is discharged to the outside of the oxidant supply manifold 100.

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as design changes can be added based on the knowledge of those skilled in the art. Embodiments to which such modifications are added Can also be included in the scope of the present invention.

たとえば、上述の実施の形態では、電解質膜として、固体高分子膜が用いられているが、電解質膜は、これに限られず、無機／有機複合高分子電解質膜を用いてもよい。   For example, in the above-described embodiment, a solid polymer membrane is used as the electrolyte membrane. However, the electrolyte membrane is not limited to this, and an inorganic / organic composite polymer electrolyte membrane may be used.

実施の形態１に係る燃料電池スタックの構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration of a fuel cell stack according to Embodiment 1. FIG. 図１の燃料電池スタックをＡ１方向からみたときの側面図である。It is a side view when the fuel cell stack of FIG. 1 is seen from the A1 direction. 図１の燃料電池スタックをＡ２方向からみたときの側面図である。It is a side view when the fuel cell stack of FIG. 1 is seen from the A2 direction. 図１の燃料電池スタックをＡ３方向からみたときの側面図である。It is a side view when the fuel cell stack of FIG. 1 is seen from the A3 direction. 燃料電池スタックに用いられるカソード用セパレータを示す平面図である。It is a top view which shows the separator for cathodes used for a fuel cell stack. 燃料電池スタックに用いられるアノード用セパレータを示す平面図である。It is a top view which shows the separator for anodes used for a fuel cell stack. 燃料電池スタックに用いられるアノード用セパレータの裏面を示す平面図である。It is a top view which shows the back surface of the separator for anodes used for a fuel cell stack. 実施の形態１に係る燃料電池スタックの酸化剤供給マニホールド内の構成を示す部分透過斜視図である。FIG. 3 is a partially transparent perspective view showing a configuration in an oxidant supply manifold of the fuel cell stack according to Embodiment 1. 実施の形態１に係る燃料電池スタックの酸化剤供給マニホールド内の構成を示す部分破断斜視図である。FIG. 3 is a partially broken perspective view showing a configuration in an oxidant supply manifold of the fuel cell stack according to Embodiment 1. 実施の形態１に係る燃料電池スタックの酸化剤供給マニホールド内の構成を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a configuration in an oxidant supply manifold of the fuel cell stack according to Embodiment 1. FIG. 図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、それぞれ、酸化剤供給マニホールドの入口部分（図１０のＡ）および出口部分（図１０のＢ）を示す拡大部分断面図である。FIGS. 11A and 11B are enlarged partial sectional views showing an inlet portion (A in FIG. 10) and an outlet portion (B in FIG. 10) of the oxidant supply manifold, respectively. 図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は、それぞれ中空管の上面図、側面図である。図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）のＡ−Ａ線上の中空管の断面図である。FIG. 12A and FIG. 12B are a top view and a side view of the hollow tube, respectively. FIG. 12C is a cross-sectional view of the hollow tube taken along line AA in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 燃料電池スタック、２０ 積層体、１００ 酸化剤供給マニホールド、１１０ 酸化剤排出マニホールド、１２０ 燃料供給マニホールド、１３０ 燃料排出マニホールド、１４０ 冷却水供給マニホールド、１５０ 冷却水排出マニホールド、２００ 中空管、２０２ 噴出口、２１０ 吸水部材 10 fuel cell stack, 20 stack, 100 oxidant supply manifold, 110 oxidant discharge manifold, 120 fuel supply manifold, 130 fuel discharge manifold, 140 cooling water supply manifold, 150 cooling water discharge manifold, 200 hollow tube, 202 jet Outlet, 210 water absorption member

Claims (5)

カソードとアノードとの間に電解質膜が設けられた単電池が複数積層された積層体と、
前記積層体を貫通し、各単電池に反応ガスを供給するための反応ガス供給マニホールドと、
前記反応ガス供給マニホールドに挿通され、反応ガスを導入する筒状の中空管と、
前記中空管に挿通され、前記中空管の内腔の底面に設置された吸水部材と、
を備え、
前記中空管の側面に複数の噴出口が設けられていることを特徴とする燃料電池スタック。 A laminate in which a plurality of unit cells each provided with an electrolyte membrane between a cathode and an anode are laminated;
A reaction gas supply manifold for penetrating the laminate and supplying a reaction gas to each unit cell;
A cylindrical hollow tube that is inserted into the reaction gas supply manifold and introduces the reaction gas ;
A water absorbing member inserted through the hollow tube and installed on the bottom surface of the lumen of the hollow tube;
With
A fuel cell stack, wherein a plurality of jet holes are provided on a side surface of the hollow tube. 前記噴出口の向きが、前記反応ガス供給マニホールドと接続する前記単電池の反応ガス流路の入口部分と対向しないことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the direction of the jet port does not face the inlet portion of the reaction gas flow path of the unit cell connected to the reaction gas supply manifold. 前記複数の噴出口の面積が反応ガスの流れの上流側から下流側に向けて徐々に大きくなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池スタック。   3. The fuel cell stack according to claim 1, wherein areas of the plurality of jet nozzles are gradually increased from the upstream side to the downstream side of the flow of the reactive gas. 4. 前記中空管と前記反応ガス供給マニホールドの壁面との間に隙間が設けてられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。   The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3, wherein a gap is provided between the hollow tube and a wall surface of the reaction gas supply manifold. 前記吸水部材が前記中空管の端部で折り返され、前記反応ガス供給マニホールドの内部に挿入された折り返し部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。   5. The fuel cell according to claim 1, wherein the water absorbing member has a folded portion that is folded at an end portion of the hollow tube and is inserted into the reaction gas supply manifold. stack.
JP2007252731A 2007-09-27 2007-09-27 Fuel cell stack Expired - Fee Related JP5137515B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007252731A JP5137515B2 (en) 2007-09-27 2007-09-27 Fuel cell stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007252731A JP5137515B2 (en) 2007-09-27 2007-09-27 Fuel cell stack

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009087587A JP2009087587A (en) 2009-04-23
JP5137515B2 true JP5137515B2 (en) 2013-02-06

Family

ID=40660773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007252731A Expired - Fee Related JP5137515B2 (en) 2007-09-27 2007-09-27 Fuel cell stack

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5137515B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100936875B1 (en) * 2008-06-17 2010-01-14 삼성에스디아이 주식회사 Method and system of activating fuel cell stack
JP5543828B2 (en) * 2010-04-07 2014-07-09 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack
KR101470173B1 (en) * 2013-06-21 2014-12-05 현대자동차주식회사 Fuelcell
JP6936036B2 (en) * 2017-04-04 2021-09-15 株式会社Ｓｏｋｅｎ Fuel cell and fuel cell system
DE102019205813A1 (en) * 2019-04-24 2020-10-29 Audi Ag Fuel cell stack with a hygroscopic structure

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0758618B2 (en) * 1990-02-15 1995-06-21 日本碍子株式会社 Solid oxide fuel cell
JP4590050B2 (en) * 1999-10-19 2010-12-01 本田技研工業株式会社 Fuel cell stack
JP2006032328A (en) * 2004-06-17 2006-02-02 Mitsubishi Materials Corp Fuel cell
JP2006147503A (en) * 2004-11-25 2006-06-08 Honda Motor Co Ltd Fuel cell stack
JP4739880B2 (en) * 2005-09-21 2011-08-03 三洋電機株式会社 Polymer electrolyte fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009087587A (en) 2009-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5354941B2 (en) Fuel cell system
JP4939100B2 (en) Fuel cell stack
JP5137515B2 (en) Fuel cell stack
US9368813B2 (en) Drainage structure for gas outlet region in fuel cell stack
US7163760B2 (en) Fuel cell stack having a bypass flow passage
KR20070081285A (en) Air and liquid separator using fuel cell
KR100949337B1 (en) Fluid Recycling Apparatus and Fuel Cell System Having the Same
KR20070037207A (en) Separator and fuel cell using the same
US9105915B2 (en) Fuel cell stack coupled to a humidifier via an inclined channel
JP4739880B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP5292553B2 (en) Fuel cell stack
JP3878619B2 (en) Liquid fuel cell
JP4886128B2 (en) Fuel cell stack
JP5430318B2 (en) Fuel cell stack
JP2010003603A (en) Fuel cell stack
JP5633504B2 (en) Fuel cell separator
KR101107078B1 (en) Fuel cell system
JP2005251604A (en) Fuel cell stack
KR20080085325A (en) Mixing tank and fuel cell system possessing it
JP5581414B2 (en) Fuel cell stack
JP5450312B2 (en) Fuel cell stack
JP2008010257A (en) Fuel cell
JP2005203189A (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP2006092991A (en) Fuel cell stack
KR100829428B1 (en) Fuel tank for fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20090319

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091019

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120815

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120821

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121017

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121106

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121113

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151122

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees