JP5214298B2

JP5214298B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP5214298B2
Application number: JP2008080199A
Authority: JP
Inventors: 征治鈴木; 歩石塚; 剛森本; 謙高橋; 克彦高山; 忠志西山; 夏樹安齊
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: JP2009238428A

Description

本発明は、複数の発電セルが積層される燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに供給される少なくとも一方の反応ガスを、加湿流体によって加湿するとともに、前記燃料電池スタックに連結される加湿器とを備える燃料電池システムに関する。

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（電解質）の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。

ところで、燃料電池では、良好なイオン伝導性を確保するために、電解質膜を所望の湿潤状態に維持する必要がある。このため、酸化剤ガスや燃料ガスは、一般的に、燃料電池に供給される前に加湿装置を介して加湿されている。

例えば、特許文献１に開示されている車載用燃料電池システムでは、複数の発電セルが積層されるとともに、燃料電池車両に搭載される燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに冷却媒体を供給する冷却媒体供給機構と、前記燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給機構とを備えている。冷却媒体供給機構は、燃料電池スタックよりも燃料電池車両の進行方向前側（積層方向一端部側）に冷却媒体配管を配置する一方、反応ガス供給機構は、前記燃料電池スタックよりも前記燃料電池車両の進行方向後側に反応ガス配管を配置している。

さらに、燃料電池スタックには、前記燃料電池スタックよりも燃料電池車両の進行方向後側（積層方向他端部側）に位置して中空糸型加湿器が連結されている。その際、加湿器を構成するケーシングは、燃料電池スタックの積層方向他端部側に配置されたエンドプレートに、ボルトを介して直接固定されるとともに、前記燃料電池スタックに積層方向に形成される反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔と、前記加湿器に設けられた各配管とは、前記エンドプレートを介して直接連通している。

特開２００７−８７７６０号公報

ところで、燃料電池システムは、特に車載用として使用される際、外部荷重等が付与されることにより、燃料電池スタックと加湿器との間に位置ずれ（位相ずれ）が惹起し易い。このため、燃料電池スタックと加湿器との連結部位に過剰な荷重が付与されてしまい、例えば、配管が損傷するおそれがある。

本発明はこの種の要請に対応してなされたものであり、簡単且つ経済的な構成で、加湿器と燃料電池スタックとの連結部位の損傷を良好に阻止す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。

本発明は、複数の発電セルが積層される燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに供給される少なくとも一方の反応ガスを、加湿流体によって加湿するとともに、前記燃料電池スタックに連結される加湿器と、前記燃料電池スタック側の連通孔と前記加湿器側の連通孔とを連結する連結配管と、前記燃料電池スタックに設けられる第１開口部、及び前記加湿器に設けられる第２開口部に、一体に挿入されるピン部材とを備え、前記ピン部材のはめあい公差は、前記連結配管のはめあい公差よりも小さな範囲に設定されている。

また、連結配管は、少なくとも燃料電池スタックの重力方向下部側に位置し、第１開口部の両側に設けられるスタック側流体用配管と、前記スタック側流体用配管に対向して加湿器に設けられる加湿器側流体用配管とを、連結する中間配管を備えることが好ましい。

さらに、連結配管は、燃料電池スタックの重力方向下部側に位置し、第１開口部の両側に設けられるスタック側ドレン用通路と、前記スタック側ドレン用通路に対向して加湿器に設けられる加湿器側ドレン用通路とを、連通させるドレンジョイントを備えることが好ましい。

本発明によれば、例えば、ピン部材と燃料電池スタックの第１開口部とのはめあい公差が、連結配管と前記燃料電池スタック側の連通孔とのはめあい公差よりも小さな範囲に設定されている。このため、燃料電池システムに外部荷重等が付与された際、燃料電池スタックと加湿器との相対変位によるせん断力や曲げ応力は、ピン部材により確実に受けることができる。これにより、連結配管には、過剰な荷重が付与されることがなく、簡単且つ経済的な構成で、前記連結配管の損傷を良好に阻止することが可能になる。

しかも、ピン部材は、燃料電池スタック及び加湿器の重力方向下部側に配設されている。従って、燃料電池スタックと加湿器との間に、外部荷重によるせん断や曲げ応力が作用した際、ピン部材が重力方向上部側に設けられる構成に比べ、前記ピン部材に付与される応力が有効に低減される。燃料電池スタック及び加湿器の設置位置（下端位置）からピン部材までの距離が大幅に短尺化されるからである。このため、ピン部材の損傷を阻止するとともに、前記ピン部材を小径に構成することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０の概略構成図である。

燃料電池システム１０は、図示しない燃料電池車両に搭載されており、燃料電池スタック１４と、前記燃料電池スタック１４に冷却媒体を供給するための冷却媒体供給機構１６と、前記燃料電池スタック１４に酸化剤ガス（反応ガス）を供給するための酸化剤ガス供給機構１８と、前記燃料電池スタック１４に燃料ガス（反応ガス）を供給するための燃料ガス供給機構２０とを備える。

冷却媒体供給機構１６は、ラジエータ２４を備える。このラジエータ２４には、冷媒用ポンプ２６を介して冷却媒体供給配管２８と、冷却媒体排出配管３０とが接続される。

酸化剤ガス供給機構１８は、冷媒用ポンプ２６に近接して配置される空気用ポンプ３２を備える。この空気用ポンプ３２に一端が接続される空気供給配管３４は、加湿器３６に他端が接続されるとともに、この加湿器３６には、加湿空気供給配管３８を介して燃料電池スタック１４が接続される。燃料電池スタック１４と加湿器３６とには、使用済みの生成水を含んだ酸化剤ガス（以下、オフガスという）を加湿流体として供給するためのオフガス供給配管４０が接続される。加湿器３６では、オフガス供給配管４０を介して供給されたオフガスの排出側に、背圧弁４２が配設される。

燃料ガス供給機構２０は、燃料ガスとして水素ガスが貯留される燃料ガスタンク４４を備える。この燃料ガスタンク４４には、燃料ガスパイプ４５の一端が接続され、前記燃料ガスパイプ４５には、遮断弁４６、レギュレータ４８及びエゼクタ５０を介して燃料ガス供給配管５１が接続されるとともに、前記燃料ガス供給配管５１が燃料電池スタック１４に接続される。

燃料電池スタック１４には、使用済みの燃料ガスが排出される排出燃料ガス配管５２が接続される。この排出燃料ガス配管５２は、リターン配管５４を介してエゼクタ５０に接続されるとともに、一部がパージ弁５６に連通する。

燃料電池スタック１４は、複数の発電セル６０が車長方向（図３中、矢印Ｌ方向）である水平方向（図２及び図３中、矢印Ａ方向）に積層されるとともに、積層方向の両端には、図示しないが、ターミナルプレート及び絶縁プレートを介して金属製エンドプレート６２ａ、６２ｂが配設される。エンドプレート６２ａ、６２ｂから積層方向外方に電力取り出し端子６３ａ、６３ｂが突出し、前記電力取り出し端子６３ａ、６３ｂは、図示しない走行用モータや補機類に接続される。

図２に示すように、各発電セル６０は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）６６と、前記電解質膜・電極構造体６６を挟持する第１及び第２セパレータ６８、７０とを備えるとともに、縦長に構成される。なお、第１及び第２セパレータ６８、７０は、カーボンセパレータ又は金属セパレータで構成される。

発電セル６０の長辺方向（矢印Ｃ方向）の一端縁部（上端縁部）には、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７２ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔７６ａが設けられる。

発電セル６０の長辺方向の他端縁部（下端縁部）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔（反応ガス排出連通孔）７２ｂ及び燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔（反応ガス排出連通孔）７６ｂが設けられる。

酸化剤ガス排出連通孔７２ｂに近接してカソード側ドレン連通孔７３ａが形成されるとともに、燃料ガス排出連通孔７６ｂに近接してアノード側ドレン連通孔７３ｂが形成される。酸化剤ガス排出連通孔７２ｂとカソード側ドレン連通孔７３ａとは、エンドプレート６２ａ側で図示しない連結部を介して連通する一方、燃料ガス排出連通孔７６ｂとアノード側ドレン連通孔７３ｂとは、前記エンドプレート６２ａ側で図示しない連結部を介して連通する。

発電セル６０の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔７４ａが設けられるとともに、前記発電セル６０の短辺方向の他端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔７４ｂが設けられる。冷却媒体供給連通孔７４ａ及び冷却媒体排出連通孔７４ｂは、縦長形状に設定される。

電解質膜・電極構造体６６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７８と、前記固体高分子電解質膜７８を挟持するアノード側電極８０及びカソード側電極８２とを備える。

第１セパレータ６８の電解質膜・電極構造体６６に向かう面６８ａには、燃料ガス供給連通孔７６ａと燃料ガス排出連通孔７６ｂとを連通する燃料ガス流路８４が形成される。この燃料ガス流路８４は、例えば、矢印Ｃ方向に延在する溝部により構成される。第１セパレータ６８の面６８ａとは反対の面６８ｂには、冷却媒体供給連通孔７４ａと冷却媒体排出連通孔７４ｂとを連通する冷却媒体流路８６が形成される。この冷却媒体流路８６は、矢印Ｂ方向に延在する溝部により構成される。

第２セパレータ７０の電解質膜・電極構造体６６に向かう面７０ａには、例えば、矢印Ｃ方向に延在する溝部からなる酸化剤ガス流路８８が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路８８は、酸化剤ガス供給連通孔７２ａと酸化剤ガス排出連通孔７２ｂとに連通する。第２セパレータ７０の面７０ａとは反対の面７０ｂには、第１セパレータ６８の面６８ｂと重なり合って冷却媒体流路８６が一体的に形成される。図示しないが、第１及び第２セパレータ６８、７０には、必要に応じてシール部材が設けられる。

図３に示すように、燃料電池スタック１４は、例えば、エンドプレート６２ａ、６２ｂを端板とするケーシング８９を備える。なお、ケーシング８９に代えて、エンドプレート６２ａ、６２ｂ間を図示しないタイロッドで連結して構成してもよい。

図１に示すように、エンドプレート６２ａには、冷却媒体入口マニホールド９６ａと、冷却媒体出口マニホールド９６ｂとが設けられる。冷却媒体入口マニホールド９６ａは、冷却媒体供給連通孔７４ａに連通する一方、冷却媒体出口マニホールド９６ｂは、冷却媒体排出連通孔７４ｂに連通する。冷却媒体入口マニホールド９６ａ及び冷却媒体出口マニホールド９６ｂは、冷却媒体供給配管２８及び冷却媒体排出配管３０を介してラジエータ２４に連通している。

図３に示すように、エンドプレート６２ｂには、酸化剤ガス供給連通孔７２ａに連通する酸化剤ガス入口マニホールド９８ａ、燃料ガス供給連通孔７６ａに連通する燃料ガス入口マニホールド１００ａ、酸化剤ガス排出連通孔７２ｂに連通する酸化剤ガス出口マニホールド９８ｂ、及び燃料ガス排出連通孔７６ｂに連通する燃料ガス出口マニホールド１００ｂが設けられる。

酸化剤ガス入口マニホールド９８ａ、燃料ガス入口マニホールド１００ａ、酸化剤ガス出口マニホールド９８ｂ及び燃料ガス出口マニホールド１００ｂは、それぞれ薄肉円筒状の配管接続部（スタック側流体用配管）１０２ａ、１０３ａ、１０２ｂ及び１０３ｂを有する。配管接続部１０２ａ、１０３ａ、１０２ｂ及び１０３ｂは、エンドプレート６２ｂの面から積層方向外方に突出形成される。

エンドプレート６２ｂには、酸化剤ガス出口マニホールド９８ｂに近接してカソード側ドレン連通孔７３ａに連通するドレン用通路（スタック側ドレン用通路）１０４ａが形成されるとともに、燃料ガス出口マニホールド１００ｂに近接してアノード側ドレン連通孔７３ｂに連通するドレン用通路（スタック側ドレン用通路）１０４ｂが形成される。エンドプレート６２ｂには、燃料ガス出口マニホールド１００ｂとドレン用通路１０４ｂとの間に位置して第１穴部（第１開口部）１０５が形成される。

図４に示すように、燃料電池スタック１４のエンドプレート６２ｂには、加湿器３６が固定される。加湿器３６のケーシングは、例えば、鋳造成形されており、エンドプレート６２ｂに接するフランジ部１０６に複数のボルト１０８が挿入される。ボルト１０８がエンドプレート６２ｂに螺合することにより、加湿器３６が前記エンドプレート６２ｂに直接固定される。

加湿器３６内には、第１及び第２加湿部１１０ａ、１１０ｂが上下に配列して収容される。第１加湿部１１０ａ及び第２加湿部１１０ｂは、空気供給配管３４と加湿空気供給配管３８とに接続される。第１加湿部１１０ａ及び第２加湿部１１０ｂは、例えば、中空糸膜型加湿構造を採用することができる。加湿器３６には、燃料ガス供給機構２０を構成する各補機類、例えば、遮断弁４６、レギュレータ４８、エゼクタ５０及び背圧弁４２が一体化される。

図５に示すように、加湿空気供給配管３８、オフガス供給配管４０、燃料ガス供給配管５１及び排出燃料ガス配管５２の端部には、それぞれ薄肉円筒状の配管接続部（加湿器側流体用配管）１１２ａ、１１２ｂ、１１４ａ及び１１４ｂが設けられる。配管接続部１１２ａ、１１２ｂ、１１４ａ及び１１４ｂは、エンドプレート６２ｂに設けられた酸化剤ガス入口マニホールド９８ａ、酸化剤ガス出口マニホールド９８ｂ、燃料ガス入口マニホールド１００ａ及び燃料ガス出口マニホールド１００ｂの各配管接続部１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ及び１０３ｂにそれぞれ中間配管（連結配管）１１６を介して連結される。

図３に示すように、中間配管１１６は、略円筒状を有するとともに、その外周部両端縁部には、Ｏリング１１７ａ、１１７ｂが装着される。中間配管１１６は、一方のＯリング１１７ａを配管接続部１０２ａの内周面に摺接させるとともに、他方のＯリング１１７ｂを配管接続部１１２ａの外周面に摺接させて、酸化剤ガス入口マニホールド９８ａと加湿空気供給配管３８とを連結する。中間配管１１６の内径は、酸化剤ガス入口マニホールド９８ａ及び加湿空気供給配管３８の内径と同等の寸法に設定される。

加湿器３６には、図５に示すように、エンドプレート６２ｂに設けられたドレン用通路１０４ａ、１０４ｂと同軸的にドレン用通路（加湿器側ドレン用通路）１１８ａ、１１８ｂが形成されるとともに、前記エンドプレート６２ｂの第１穴部１０５と同軸的に第２穴部（第２開口部）１１９が形成される。ドレン用通路１１８ａは、加湿器３６から外部に開放されるとともに、ドレン用通路１１８ｂは、排出燃料ガス配管５２からリターン配管５４に連通する。

ドレン用通路１０４ａ、１１８ａには、ドレンジョイント（連結配管）１２０ａが配設される一方、ドレン用通路１０４ｂ、１１８ｂには、ドレンジョイント（連結配管）１２０ｂが配設される。

図３に示すように、ドレンジョイント１２０ａは、軸方向に貫通する孔部１２２を有するとともに、エンドプレート６２ｂのドレン用通路１０４ａに挿入されるスタック側挿入部１２４ａと、加湿器３６のドレン用通路１１８ａに挿入される加湿器側挿入部１２４ｂと、前記スタック側挿入部１２４ａ及び前記加湿器側挿入部１２４ｂ間に位置して、拡径する係止用フランジ部１２６とを設ける。スタック側挿入部１２４ａの外周には、Ｏリング１２８ａが配設されるとともに、加湿器側挿入部１２４ｂの外周には、Ｏリング１２８ｂが配設される。

なお、加湿器側挿入部１２４ｂは、上記のスタック側挿入部１２４ａと同様に構成されており、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。

図６に示すように、エンドプレート６２ｂに設けられた第１穴部１０５と、加湿器３６に設けられた第２穴部１１９とに、金属製又は樹脂製のピン部材１３０が挿入される。少なくともエンドプレート６２ｂ側では、ピン部材１３０のはめあい公差は、中間配管１１６のはめあい公差及びドレンジョイント１２０ａ、１２０ｂのはめあい公差よりも小さな範囲に設定される。すなわち、ピン部材１３０は、中間配管１１６やドレンジョイント１２０ａ、１２０ｂよりも穴とのクリアランスが小さく設定される。ピン部材１３０は、第１穴部１０５と第２穴部１１９とで異なる径に設定された段差ピンであってもよい。ピン部材１３０は、ドレンジョイント１２０ａ、１２０ｂよりも大きなせん断破壊強度又は曲げ破壊強度を有する。

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。

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス供給機構１８を構成する空気用ポンプ３２が駆動され、酸化剤ガスである外部空気が吸引されて空気供給配管３４に導入される。この空気は、空気供給配管３４から加湿器３６内に導入され、第１及び第２加湿部１１０ａ、１１０ｂを通って加湿空気供給配管３８に供給される。

その際、オフガス供給配管４０には、後述するように、反応に使用された酸化剤ガスであるオフガスが供給されている。このため、使用前の空気には、加湿器３６の水透過膜（図示せず）を介してオフガス中に含まれる水分が移動し、この使用前の空気が加湿される。加湿された空気は、加湿空気供給配管３８からエンドプレート６２ｂを通って燃料電池スタック１４内の酸化剤ガス供給連通孔７２ａに供給される。

一方、燃料ガス供給機構２０では、遮断弁４６の開放作用下に、燃料ガスタンク４４内の燃料ガス（水素ガス）がレギュレータ４８で降圧された後、エゼクタ５０を通って燃料ガス供給配管５１からエンドプレート６２ｂを通って燃料電池スタック１４内の燃料ガス供給連通孔７６ａに導入される。

さらに、冷却媒体供給機構１６では、冷媒用ポンプ２６の作用下に、冷却媒体供給配管２８からエンドプレート６２ａを通って燃料電池スタック１４内の冷却媒体供給連通孔７４ａに冷却媒体が導入される。

図２に示すように、燃料電池スタック１４内の発電セル６０に供給された空気は、酸化剤ガス供給連通孔７２ａから第２セパレータ７０の酸化剤ガス流路８８に導入され、電解質膜・電極構造体６６のカソード側電極８２に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔７６ａから第１セパレータ６８の燃料ガス流路８４に導入され、電解質膜・電極構造体６６のアノード側電極８０に沿って移動する。

従って、各電解質膜・電極構造体６６では、カソード側電極８２に供給される空気中の酸素と、アノード側電極８０に供給される燃料ガス（水素）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。

次いで、カソード側電極８２に供給されて消費された空気は、酸化剤ガス排出連通孔７２ｂに沿って流動した後、オフガスとしてエンドプレート６２ｂからオフガス供給配管４０に排出される（図１参照）。

その際、カソード側電極８２で発電により生成される生成水は、酸化剤ガス排出連通孔７２ｂに導入される。酸化剤ガス排出連通孔７２ｂでは、エンドプレート６２ｂ側に導入された生成水は、オフガス供給配管４０に排出される一方、エンドプレート６２ａ側に導入された生成水は、図示しない連結部を通ってカソード側ドレン連通孔７３ａに導入された後、エンドプレート６２ｂ側に移動してドレン用通路１０４ａに送られる。

このドレン用通路１０４ａは、ドレンジョイント１２０ａに連通しており、生成水は、前記ドレンジョイント１２０ａの孔部１２２を通って加湿器３６のドレン用通路１１８ａに移動し、外部に排出される。

同様に、アノード側電極８０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７６ｂに排出されて流動し、排出燃料ガスとしてエンドプレート６２ｂから排出燃料ガス配管５２に排出される（図１参照）。排出燃料ガス配管５２に排出された排出燃料ガスは、一部がリターン配管５４を通ってエゼクタ５０の吸引作用下に燃料ガス供給配管５１に戻される。この排出燃料ガスは、新たな燃料ガスに混在して燃料ガス導入配管４５ａから燃料電池スタック１４内に供給される。残余の排出燃料ガスは、パージ弁５６の開放作用下に排出される。

アノード側電極８０では、生成水が逆拡散しており、この生成水が燃料ガス排出連通孔７６ｂに排出される。燃料ガス排出連通孔７６ｂでは、エンドプレート６２ｂ側に導入された生成水は、排出燃料ガス配管５２に排出される一方、エンドプレート６２ａ側に導入された生成水は、図示しない連結部を通ってアノード側ドレン連通孔７３ｂに導入された後、エンドプレート６２ｂ側に移動してドレン用通路１０４ｂに送られる。

このドレン用通路１０４ｂは、ドレンジョイント１２０ｂに連通しており、生成水は、前記ドレンジョイント１２０ｂの孔部１２２を通って加湿器３６のドレン用通路１１８ｂに移動し、排出燃料ガス配管５２に排出される（図１参照）。

また、冷却媒体は、図２に示すように、冷却媒体供給連通孔７４ａから第１及び第２セパレータ６８、７０間の冷却媒体流路８６に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体６６を冷却した後、冷却媒体排出連通孔７４ｂを移動してエンドプレート６２ａの冷却媒体出口マニホールド９６ｂから冷却媒体排出配管３０に排出される。この冷却媒体は、図１に示すように、ラジエータ２４により冷却された後、冷媒用ポンプ２６の作用下に冷却媒体供給配管２８から燃料電池スタック１４に供給される。

この場合、本実施形態では、燃料電池スタック１４を構成するエンドプレート６２ｂに、加湿器３６が一体に取り付けられている。そして、燃料電池スタック１４側の流体用配管と加湿器３６側の流体用配管とは、中間配管１１６により連結されるとともに、前記エンドプレート６２ｂと前記加湿器３６とには、ドレンジョイント１２０ａ、１２０ｂが一体に連結されている。

さらに、エンドプレート６２ｂと加湿器３６とには、ピン部材１３０が一体に挿入されるとともに、少なくともエンドプレート６２ｂ側では、前記ピン部材１３０のはめあい公差は、中間配管１１６のはめあい公差及びドレンジョイント１２０ａ、１２０ｂのはめあい公差よりも小さな範囲に設定されている。

このため、燃料電池システム１０に外部荷重等が付与された際、燃料電池スタック１４と加湿器３６との相対変位によるせん断力や曲げ応力は、ピン部材１３０により確実に受けることができる。これにより、中間配管１１６及びドレンジョイント１２０ａ、１２０ｂには、過剰な荷重が付与されることがなく、簡単且つ経済的な構成で、前記中間配管１１６及び前記ドレンジョイント１２０ａ、１２０ｂの損傷を良好に阻止することが可能になるという効果が得られる。

さらに、ピン部材１３０は、燃料電池スタック１４及び加湿器３６の重力方向下部側に配設されている。従って、燃料電池スタック１４と加湿器３６との間に、外部荷重によるせん断や曲げ応力が作用した際、ピン部材１３０が重力方向上部側に設けられる構成に比べ、前記ピン部材１３０に付与される応力が有効に低減される。燃料電池スタック１４及び加湿器３６の設置位置（下端位置）からピン部材１３０までの距離が大幅に短尺化されるからである。このため、ピン部材１３０の損傷を阻止するとともに、前記ピン部材１３０を小径に構成することができるという利点がある。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。前記燃料電池スタックを構成する発電セルの分解斜視説明図である。前記燃料電池スタックの加湿器側からの斜視説明図である。前記加湿器及び前記燃料電池スタックの斜視説明図である。前記加湿器の取り付け側からの正面図である。前記加湿器と前記燃料電池スタックとのピン部材による接続状態の説明図である。

符号の説明

１０…燃料電池システム１４…燃料電池スタック
１６…冷却媒体供給機構１８…酸化剤ガス供給機構
２０…燃料ガス供給機構２４…ラジエータ
２６、３２…ポンプ２８…冷却媒体供給配管
３０…冷却媒体排出配管３４…空気供給配管
３６…加湿器３８…加湿空気供給配管
４０…オフガス供給配管４４…燃料ガスタンク
４５…燃料ガスパイプ５０…エゼクタ
５１…燃料ガス供給配管５２…排出燃料ガス配管
５４…リターン配管６０…発電セル
６２ａ、６２ｂ…エンドプレート６６…電解質膜・電極構造体
６８、７０…セパレータ７２ａ…酸化剤ガス供給連通孔
７２ｂ…酸化剤ガス排出連通孔７４ａ…冷却媒体供給連通孔
７４ｂ…冷却媒体排出連通孔７６ａ…燃料ガス供給連通孔
７６ｂ…燃料ガス排出連通孔７８…固体高分子電解質膜
８０…アノード側電極８２…カソード側電極
８４…燃料ガス流路８６…冷却媒体流路
８８…酸化剤ガス流路９６ａ…冷却媒体入口マニホールド
９６ｂ…冷却媒体出口マニホールド９８ａ…酸化剤ガス入口マニホールド
９８ｂ…酸化剤ガス出口マニホールド１００ａ…燃料ガス入口マニホールド
１００ｂ…燃料ガス出口マニホールド
１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１１４ａ、１１４ｂ…配管接続部
１０４ａ、１０４ｂ、１１８ａ、１１８ｂ…ドレン用通路
１０５、１１９…穴部１１６…中間配管
１２０ａ、１２０ｂ…ドレンジョイント
１２２…孔部１２４ａ…スタック側挿入部
１２４ｂ…加湿器側挿入部１２６…フランジ部
１３０…ピン部材

Claims

複数の発電セルが積層される燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに供給される少なくとも一方の反応ガスを、加湿流体によって加湿するとともに、前記燃料電池スタックに連結される加湿器と、
前記燃料電池スタック側の連通孔と前記加湿器側の連通孔とを連結する連結配管と、
前記燃料電池スタックに設けられる第１開口部、及び前記加湿器に設けられる第２開口部に、一体に挿入されるピン部材と、
を備え、
前記ピン部材のはめあい公差は、前記連結配管のはめあい公差よりも小さな範囲に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記連結配管は、少なくとも前記燃料電池スタックの重力方向下部側に位置し、前記第１開口部の両側に設けられるスタック側流体用配管と、前記スタック側流体用配管に対向して前記加湿器に設けられる加湿器側流体用配管とを、連結する中間配管を備えることを特徴とする燃料電池システム。
請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、前記連結配管は、前記燃料電池スタックの重力方向下部側に位置し、前記第１開口部の両側に設けられるスタック側ドレン用通路と、前記スタック側ドレン用通路に対向して前記加湿器に設けられる加湿器側ドレン用通路とを、連通させるドレンジョイントを備えることを特徴とする燃料電池システム。