JP5218640B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
燃料電池であって、鉛直上下方向または鉛直斜め上下方向に積層された複数の単セルと、前記積層された複数の単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、を備え、前記冷媒供給マニホールド及び前記冷媒排出マニホールドは、前記燃料電池の鉛直下方側の端部において、冷媒供給配管、冷媒排出配管にそれぞれ接続されており、前記エア抜き路は、前記絶縁板中に前記単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むように形成されており、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドの鉛直方向上端側において、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続されている、燃料電池。
この適用例によれば、単セルの鉛直上側の絶縁板中に単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むエア抜き路を備えている。そのため、気泡を上側に抜きやすいとともに、エア抜き路の中の冷媒の電気抵抗を大きくとることができるので、エア抜き路を介したリーク電流を少なくすることが可能となる。
適用例1に記載の燃料電池において、前記エア抜き路の一方の端部は、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続され、前記エア抜き路の他方の端部は、前記絶縁板の外縁部の中央近傍で、エアを外部に取り出すためのジョイントに接続されている、燃料電池。
この適用例によれば、エア抜き路の長さを長く取れるので、エア抜き路の電気抵抗を大きくすることが可能となる。
適用例2に記載の燃料電池において、さらに、前記絶縁板に隣接するエンドプレートを備え、前記ジョイントは、前記エンドプレートの外周を包含する直方体からはみ出ないように収められている、燃料電池。
この適用例によれば、他の部材がジョイントに接触しにくいため、電流リークを抑制しやすい。
適用例1から適用例3のいずれかに記載の燃料電池において、前記複数の単セルは、2列の平行な積層体を形成しており、前記2列の積層体は、互いに逆方向に電圧を発生するように積層されているとともに、前記燃料電池の鉛直下方側に設けられた共用集電板によって電気的に接続されており、前記2つの積層体それぞれが、前記積層された単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、前記前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、を備える、燃料電池。
この適用例によれば、積層体が2列存在する燃料電池においても適用可能である。
適用例4に記載の燃料電池において、前記2つの積層体の鉛直上方側の端部に配置された前記絶縁板は、前記2つの積層体に渡って設けられた1つの共用絶縁板を構成しており、前記エア抜き路は、前記共用絶縁板内で連通している、燃料電池。
この適用例によれば、燃料電池外へのリーク経路を1つにすることが可能となる。
図1は、燃料電池システムを模式的に示す説明図である。この燃料電池システム10は、たとえば、車両に搭載されるが、その支持構造は図示を省略している。燃料電池システム10は、燃料電池100と、ラジエータ300とを備える。燃料電池100は、セルスタック110と、その両端に順次設置された集電板120、130と、インシュレーター140、150(絶縁板)と、エンドプレート160、170とを備える。セルスタック110は、鉛直斜め上方向に積層された複数の単セル112を備えており、鉛直上方側の集電板120が正電極板であり、鉛直下方側の集電板130は負電極板である。但し電極板の正負は逆であってもよい。
図8は、変形例におけるZ方向から見たエンドプレート160の平面図である。図9は、図8に示す変形例におけるY方向から見たインシュレーター140とエンドプレート160の側面図である。図6に示す例では、エンドプレート160の長辺のほぼ中央に切り欠き162を備えていたが、この変形例では、長辺のほぼ中央からエンドプレート160の中央方向にやや離間した位置に凹部163が形成されている。図6に示す例では、L字型に曲がったジョイント210を用いているが、この変形例では、真っ直ぐなジョイント211を用いている。また、インシュレーター140に形成されるエア抜き路200の端部200Bの位置は、エンドプレート160の凹部163の位置にあわせて移動している。このように、エンドプレート160の長辺のほぼ中央からエンドプレート160の中央方向にやや離間した位置にジョイント211を備えるように構成してもよい。この変形例によれば、ジョイント211は、6方のうち上方を除いた5方を覆われているので、他の部材がジョイント211に、より接触し難く、電流リークを抑制しやすい。また、車両が衝突して衝撃を受けたときでも、ジョイント211が、より壊れにくい。
図13は、第2の実施例におけるX方向から見た燃料電池スタックの側面図の一部である。図14は、第2の実施例におけるZ方向から見たインシュレーターの平面図である。第2の実施例では、燃料電池システムは、単セル112が積層して形成される2つのセルスタック110A、110Bを備えている。この実施例では、図14に示すように、2つのセルスタック110A、110Bは、水平方向(図面のX方向)に並んでいる。そして、この2つのセルスタック110A、110Bの起電力の向きは逆である。
100、100A、100B…燃料電池
110、110A、110B…セルスタック
112…単セル
114、114A、114B…直列電池
120、120A、120B、130…集電板
121…凹部
123…シール部材
140…インシュレーター(絶縁板)
140A、140B…インシュレーター構成部材
141、142、141A、142B…凹部
143…管部
143A…溝
145…凸部
150…インシュレーター
160…エンドプレート
163…凹部
164…孔
170…エンドプレート
180…冷却水供給マニホールド
185…冷却水流路
190…冷却水排出マニホールド
200、202A、202B、202C…エア抜き路
200A…下端部
200B…上端部
200C…電気抵抗形成部
201…エア抜きチューブ
210、211…ジョイント
220…エア抜きホース
230…酸化ガス排出配管
300…ラジエータ
302…ラジエータキャップ
304…サブタンク
310…冷却水供給配管
320…冷却水排出配管
330…冷却水供給ポンプ
400…気泡
500…ボディ
510…外部負荷
Ia…リーク電流
Ib…リーク電流
R200、R220、R310、R320、R202A、R202B…電気抵抗
Va…起電力(電位)
Claims (5)
- 燃料電池であって、
鉛直上下方向または鉛直斜め上下方向に積層された複数の単セルと、
前記積層された複数の単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、
前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、
前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、
を備え、
前記冷媒供給マニホールド及び前記冷媒排出マニホールドは、前記燃料電池の鉛直下方側の端部において、冷媒供給配管、冷媒排出配管にそれぞれ接続されており、
前記エア抜き路は、
前記絶縁板中に前記単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むように形成されており、
前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドの鉛直方向上端側において、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続されている、
燃料電池。 - 請求項1に記載の燃料電池において、
前記エア抜き路の一方の端部は、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続され、
前記エア抜き路の他方の端部は、前記絶縁板の外縁部の中央近傍で、エアを外部に取り出すためのジョイントに接続されている、燃料電池。 - 請求項2に記載の燃料電池において、さらに、
前記絶縁板に隣接するエンドプレートを備え、
前記ジョイントは、前記エンドプレートの外周を包含する直方体からはみ出ないように収められている、燃料電池。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の燃料電池において、
前記複数の単セルは、2列の平行な積層体を形成しており、
前記2列の積層体は、互いに逆方向に電圧を発生するように積層されているとともに、前記燃料電池の鉛直下方側に設けられた共用集電板によって電気的に接続されており、
前記2つの積層体それぞれが、
前記積層された単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、
前記前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、
前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、
を備える、
燃料電池。 - 請求項4に記載の燃料電池において、
前記2つの積層体の鉛直上方側の端部に配置された前記絶縁板は、前記2つの積層体に渡って設けられた1つの共用絶縁板を構成しており、
前記エア抜き路は、前記共用絶縁板内で連通している、燃料電池。
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