JP5249177B2 - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP5249177B2
JP5249177B2 JP2009260559A JP2009260559A JP5249177B2 JP 5249177 B2 JP5249177 B2 JP 5249177B2 JP 2009260559 A JP2009260559 A JP 2009260559A JP 2009260559 A JP2009260559 A JP 2009260559A JP 5249177 B2 JP5249177 B2 JP 5249177B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
manifold
pipes
fuel
cooling medium
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 - Lifetime
Application number
JP2009260559A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010034082A (en
Inventor
雅彦 佐藤
忠志 西山
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor 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 Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2009260559A priority Critical patent/JP5249177B2/en
Publication of JP2010034082A publication Critical patent/JP2010034082A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5249177B2 publication Critical patent/JP5249177B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持する単位セルを設け、複数の前記単位セルを水平方向に積層するとともに、各単位セルの積層方向に貫通して6つの連通孔が、左右に3つずつ振り分けて形成された燃料電池スタックを備える燃料電池システムに関する。   The present invention provides a unit cell for sandwiching an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte with a separator, and stacks a plurality of the unit cells in a horizontal direction, and in the stacking direction of each unit cell. The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell stack formed by penetrating through and forming six communication holes on the left and right.

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)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及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を設け、この電解質膜・電極構造体をセパレータによって挟持することにより燃料電池が構成されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. On both sides of the electrolyte membrane, there are provided an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode-side electrode and a cathode-side electrode each having a noble metal-based electrode catalyst layer bonded to a base mainly composed of carbon are provided. A fuel cell is configured by sandwiching the structure with a separator.

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は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、電子及び酸素が反応して水が生成される。   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 by hydrogen on the electrode catalyst, via an electrolyte. It moves to the cathode side electrode side. Electrons generated during that time 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 reacts to produce water.

通常、この燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数(例えば、数十〜数百)だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。その際、燃料電池の積層方向の長さが相当に長尺化し、燃料ガスを各燃料電池に対して均等に供給することができない等の問題がある。そこで、複数の燃料電池スタックを用意するとともに、各燃料電池スタックを互いに並列させた燃料電池システムが採用されている。   Normally, this fuel cell is used as a fuel cell stack in which a predetermined number (for example, several tens to several hundreds) is stacked in order to obtain a desired power generation. At that time, there is a problem that the length of the fuel cells in the stacking direction becomes considerably long, and the fuel gas cannot be uniformly supplied to each fuel cell. Therefore, a fuel cell system is used in which a plurality of fuel cell stacks are prepared and the fuel cell stacks are arranged in parallel with each other.

例えば、特許文献1に開示されている「電気化学燃料電池スタックアレイ用統合外部マニホールドアセンブリ」が知られている。この特許文献1では、図9に示すように、電気化学燃料電池スタックアレイ1は、4つの燃料電池スタック2a〜2dを備えており、各燃料電池スタック2a〜2dは、複数の単位セル3を矢印X方向に積層して構成されている。   For example, “integrated external manifold assembly for electrochemical fuel cell stack array” disclosed in Patent Document 1 is known. In this patent document 1, as shown in FIG. 9, the electrochemical fuel cell stack array 1 includes four fuel cell stacks 2a to 2d, and each fuel cell stack 2a to 2d includes a plurality of unit cells 3. They are stacked in the direction of the arrow X.

電気化学燃料電池スタックアレイ1には、外部マニホールドアセンブリ4が接続されている。この外部マニホールドアセンブリ4は、供給側のマニホールド主配管5a、5b及び5cと、排出側のマニホールド主配管6a、6b及び6cとを備えている。   An external manifold assembly 4 is connected to the electrochemical fuel cell stack array 1. The external manifold assembly 4 includes supply-side manifold main pipes 5a, 5b, and 5c and discharge-side manifold main pipes 6a, 6b, and 6c.

マニホールド主配管5a〜5cは、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を流すものであり、例えば、前記マニホールド主配管5aには、複数のマニホールド分岐配管7が接続されてそれぞれの燃料電池スタック2a〜2dに反応ガス流を供給している。   The manifold main pipes 5a to 5c flow fuel gas, an oxidant gas, and a cooling medium. For example, a plurality of manifold branch pipes 7 are connected to the manifold main pipe 5a, and each fuel cell stack 2a to 2c. A reactive gas stream is supplied to 2d.

一方、マニホールド主配管6a〜6cは、同様に、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を流すものであり、例えば、前記マニホールド主配管6aには、複数のマニホールド分岐配管8が接続され、各マニホールド分岐配管8を介して各燃料電池スタック2a〜2dから反応ガス流を排出している。   On the other hand, the manifold main pipes 6a to 6c are similarly configured to flow a fuel gas, an oxidant gas, and a cooling medium. For example, a plurality of manifold branch pipes 8 are connected to the manifold main pipe 6a. A reaction gas flow is discharged from each of the fuel cell stacks 2a to 2d via the branch pipe 8.

国際公開第96/20509号パンフレット(図1)International Publication No. 96/20509 Pamphlet (Figure 1)

しかしながら、上記の特許文献1では、外部マニホールドアセンブリ4が、電気化学燃料電池スタックアレイ1の矢印X方向両端に設けられているため、前記電気化学燃料電池スタックアレイ1全体が相当に大型なものとなるとともに、配管系が複雑化且つ大型化してしまう。従って、配管の接続作業が煩雑なものとなり、しかもスペース効率が低下して、特に、車載用に有効に適用させることができないという問題が指摘されている。   However, in Patent Document 1 described above, since the external manifold assembly 4 is provided at both ends of the electrochemical fuel cell stack array 1 in the direction of the arrow X, the entire electrochemical fuel cell stack array 1 is considerably large. In addition, the piping system becomes complicated and large. Accordingly, it has been pointed out that the piping connection work becomes complicated and the space efficiency is lowered, and in particular, it cannot be effectively applied to a vehicle.

さらに、マニホールド主配管5aから分岐される各マニホールド分岐配管7や、マニホールド主配管6aから分岐される各マニホールド分岐配管8は、それぞれ各燃料電池スタック2a〜2dの供給口及び排出口に対応して長さが異なっている。これにより、各燃料電池スタック2a〜2cに反応ガスを均一に供給することができないという問題がある。   Further, each manifold branch pipe 7 branched from the manifold main pipe 5a and each manifold branch pipe 8 branched from the manifold main pipe 6a correspond to supply ports and discharge ports of the fuel cell stacks 2a to 2d, respectively. The length is different. Thereby, there exists a problem that a reactive gas cannot be uniformly supplied to each fuel cell stack 2a-2c.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池スタックの配管構造を有効に簡素化且つコンパクト化するとともに、部品点数の削減及び組み付け作業の簡素化を図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 can effectively simplify and downsize the piping structure of the fuel cell stack, reduce the number of parts, and simplify the assembly work. The purpose is to provide.

発明に係る燃料電池システムでは、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持する単位セルを設け、複数の前記単位セルを水平方向に積層するとともに、各単位セルの積層方向に貫通して燃料ガス入口連通孔、酸化剤ガス入口連通孔、冷却媒体入口連通孔、燃料ガス出口連通孔、酸化剤ガス出口連通孔及び冷却媒体出口連通孔の6つの連通孔が、左右に3つずつ振り分けて形成された燃料電池スタックを備えている。 In the fuel cell system according to the present invention , an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte is provided with a unit cell sandwiched by separators, and a plurality of the unit cells are stacked in a horizontal direction, and each unit Six communication holes including a fuel gas inlet communication hole, an oxidant gas inlet communication hole, a cooling medium inlet communication hole, a fuel gas outlet communication hole, an oxidant gas outlet communication hole, and a cooling medium outlet communication hole penetrating in the cell stacking direction However, it is provided with a fuel cell stack formed by distributing three each on the left and right.

燃料電池スタックには、一方の端部に形成された3つの連通孔に接続される単一の第1マニホールドと、他方の端部に形成された3つの連通孔に接続される単一の第2マニホールドとが設けられるとともに、前記第1及び第2マニホールドは、複数の配管により接続されている。   The fuel cell stack includes a single first manifold connected to three communication holes formed at one end, and a single first manifold connected to three communication holes formed at the other end. Two manifolds are provided, and the first and second manifolds are connected by a plurality of pipes.

また、複数の配管は、エンドプレートに接触して配設されることが好ましい。さらに、複数の配管は、隣接する配管同士が接触して配設されることが好ましい。   The plurality of pipes are preferably arranged in contact with the end plate. Furthermore, it is preferable that the plurality of pipes are arranged so that adjacent pipes are in contact with each other.

発明によれば、それぞれ3つの連通孔に接続される単一のマニホールドを設けるため、部品点数が一挙に削減されて経済的であるとともに、組み付け作業全体が良好に簡素化される。 According to the present invention , since the single manifold connected to each of the three communication holes is provided, the number of parts is reduced at a time, and it is economical, and the entire assembling work is easily simplified.

さらにまた、複数の配管は、エンドプレートに接触して配設されるため、高温となる排出反応ガス及び排出冷却媒体を介して前記エンドプレートを保温することが可能になる。従って、簡単な構成で、燃料電池スタック内での暖機処理が迅速に遂行される。   Furthermore, since the plurality of pipes are arranged in contact with the end plate, it is possible to keep the end plate warm via the exhaust reaction gas and the exhaust cooling medium that become high temperature. Therefore, the warm-up process in the fuel cell stack is quickly performed with a simple configuration.

また、複数の配管は、隣接する配管同士が接触して配設されるため、排出反応ガス及び排出冷却媒体を介して供給反応ガス及び供給冷却媒体を加熱することが可能になる。これにより、燃料電池スタック内の温度を容易に均一化させることができる。   In addition, since the plurality of pipes are arranged so that adjacent pipes are in contact with each other, the supply reaction gas and the supply cooling medium can be heated via the discharge reaction gas and the discharge cooling medium. Thereby, the temperature in the fuel cell stack can be easily made uniform.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略全体斜視図である。1 is a schematic overall perspective view of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 前記燃料電池システムを構成する燃料電池スタックの一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of the fuel cell stack which comprises the said fuel cell system. 前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the unit cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの斜視説明図である。It is a perspective view of the fuel cell stack. 前記燃料電池システムの反応ガス及び冷却媒体の流れ説明図である。It is flow explanatory drawing of the reaction gas and cooling medium of the said fuel cell system. 前記燃料電池システムを構成する集合マニホールド内の流れ説明図である。FIG. 3 is a flow explanatory diagram in an assembly manifold constituting the fuel cell system. 前記集合マニホールドを構成する連結ブロックの断面説明図である。It is a cross-sectional explanatory drawing of the connection block which comprises the said assembly manifold. 前記集合マニホールドの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the said collection manifold. 特許文献1に係るアセンブリの説明図である。It is explanatory drawing of the assembly which concerns on patent document 1. FIG.

図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム10の概略全体斜視図である。   FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention.

燃料電池システム10は、水平方向(矢印A方向)に沿って互いに平行に且つ極性を反転して配列される同一構成の第1燃料電池スタック12と第2燃料電池スタック14とを備える。第1及び第2燃料電池スタック12、14の水平方向一端には、集合マニホールド16が一体的に装着される。   The fuel cell system 10 includes a first fuel cell stack 12 and a second fuel cell stack 14 that have the same configuration and are arranged in parallel with each other along the horizontal direction (arrow A direction) with the polarity reversed. An assembly manifold 16 is integrally attached to one end in the horizontal direction of the first and second fuel cell stacks 12 and 14.

図2に示すように、第1燃料電池スタック12は、複数の単位セル18が水平方向(矢印A方向)に積層された積層体20を備える。積層体20の積層方向(矢印A方向)一端には、ターミナルプレート22a、絶縁プレート24及び第1エンドプレート26aが外方に向かって、順次、配設される。積層体20の積層方向他端には、ターミナルプレート22b、絶縁性スペーサ部材28及び第2エンドプレート26bが外方に向かって、順次、配設される。第1燃料電池スタック12は、四角形(長方形)に構成される第1及び第2エンドプレート26a、26bを端板として含むケーシング29により一体的に保持される。   As shown in FIG. 2, the first fuel cell stack 12 includes a stacked body 20 in which a plurality of unit cells 18 are stacked in the horizontal direction (arrow A direction). A terminal plate 22a, an insulating plate 24, and a first end plate 26a are sequentially arranged at one end in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 20 toward the outside. At the other end in the stacking direction of the stacked body 20, a terminal plate 22b, an insulating spacer member 28, and a second end plate 26b are sequentially disposed outward. The first fuel cell stack 12 is integrally held by a casing 29 including first and second end plates 26a and 26b each having a quadrangular (rectangular) shape as end plates.

図2及び図3に示すように、各単位セル18は、電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)30と、前記電解質膜・電極構造体30を挟持する薄板波形状の第1及び第2金属セパレータ32、34とを備える。   As shown in FIGS. 2 and 3, each unit cell 18 includes an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 30, and a thin plate-shaped first and second sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 30. Second metal separators 32 and 34 are provided.

単位セル18の長辺方向(図3中、矢印B方向)の一端縁部には、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36a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔38a、及び燃料ガス、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40bが設けられる。   An oxidant gas supply for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, to one end edge of the unit cell 18 in the long side direction (the arrow B direction in FIG. 3) communicates with each other in the arrow A direction. A communication hole 36a, a cooling medium supply communication hole 38a for supplying a cooling medium, and a fuel gas discharge communication hole 40b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

単位セル18の長辺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40a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔38b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔36bが設けられる。   The other end edge of the unit cell 18 in the long side direction communicates with each other in the direction of arrow A, and a fuel gas supply communication hole 40a for supplying fuel gas, and a cooling medium discharge communication hole for discharging the cooling medium. 38b and an oxidizing gas discharge communication hole 36b for discharging the oxidizing gas are provided.

電解質膜・電極構造体30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42と、前記固体高分子電解質膜42を挟持するアノード側電極44及びカソード側電極46とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 30 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 42 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 44 and a cathode side electrode 46 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 42. With.

アノード側電極44及びカソード側電極46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が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜42を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜42の両面に接合される。   The anode side electrode 44 and the cathode side electrode 46 are composed of a gas diffusion layer made of carbon paper or the like, and an electrode catalyst layer in which porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface are uniformly applied to the surface of the gas diffusion layer. And have. The electrode catalyst layers are bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 42 so as to face each other with the solid polymer electrolyte membrane 42 interposed therebetween.

第1金属セパレータ32の電解質膜・電極構造体30に向かう面32aには、燃料ガス供給連通孔40aと燃料ガス排出連通孔40bとを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方向に延在する複数本の溝部により構成される。第1金属セパレータ32の面32bには、冷却媒体供給連通孔38aと冷却媒体排出連通孔38bとを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、矢印B方向に延在する複数本の溝部により構成される。   A fuel gas flow path 48 that connects the fuel gas supply communication hole 40 a and the fuel gas discharge communication hole 40 b is formed on the surface 32 a of the first metal separator 32 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30. The fuel gas channel 48 is constituted by, for example, a plurality of grooves extending in the arrow B direction. On the surface 32b of the first metal separator 32, a cooling medium flow path 50 that connects the cooling medium supply communication hole 38a and the cooling medium discharge communication hole 38b is formed. The cooling medium flow path 50 is configured by a plurality of grooves extending in the arrow B direction.

第2金属セパレータ34の電解質膜・電極構造体30に向かう面34aには、例えば、矢印B方向に延在する複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路52が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路52は、酸化剤ガス供給連通孔36aと酸化剤ガス排出連通孔36bとに連通する。第2金属セパレータ34の面34bには、第1金属セパレータ32の面32bと重なり合って冷却媒体流路50が一体的に形成される。   The surface 34a of the second metal separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30 is provided with, for example, an oxidant gas flow path 52 composed of a plurality of grooves extending in the direction of arrow B, and this oxidant gas. The flow path 52 communicates with the oxidant gas supply communication hole 36a and the oxidant gas discharge communication hole 36b. A cooling medium flow path 50 is integrally formed on the surface 34 b of the second metal separator 34 so as to overlap the surface 32 b of the first metal separator 32.

第1金属セパレータ32の面32a、32bには、この第1金属セパレータ32の外周端部を周回して第1シール部材54が一体成形される。第1シール部材54は、面32aで燃料ガス供給連通孔40a、燃料ガス排出連通孔40b及び燃料ガス流路48を囲繞してこれらを連通させる一方、面32bで冷却媒体供給連通孔38a、冷却媒体排出連通孔38b及び冷却媒体流路50を囲繞してこれらを連通させる。   A first seal member 54 is integrally formed on the surfaces 32 a and 32 b of the first metal separator 32 around the outer peripheral end of the first metal separator 32. The first seal member 54 surrounds the fuel gas supply communication hole 40a, the fuel gas discharge communication hole 40b, and the fuel gas flow path 48 on the surface 32a so as to communicate with each other, and on the surface 32b, the cooling medium supply communication hole 38a, The medium discharge communication hole 38b and the cooling medium flow path 50 are surrounded and communicated with each other.

第2金属セパレータ34の面34a、34bには、この第2金属セパレータ34の外周端部を周回して第2シール部材56が一体成形される。第2シール部材56は、面34aで酸化剤ガス供給連通孔36a、酸化剤ガス排出連通孔36b及び酸化剤ガス流路52を囲繞してこれらを連通させる一方、面34bで冷却媒体供給連通孔38a、冷却媒体排出連通孔38b及び冷却媒体流路50を囲繞してこれらを連通させる。   A second seal member 56 is integrally formed on the surfaces 34 a and 34 b of the second metal separator 34 around the outer peripheral end of the second metal separator 34. The second seal member 56 surrounds and communicates the oxidant gas supply communication hole 36a, the oxidant gas discharge communication hole 36b, and the oxidant gas flow path 52 on the surface 34a, while the cooling medium supply communication hole on the surface 34b. 38a, the cooling medium discharge communication hole 38b, and the cooling medium flow path 50 are surrounded and communicated.

図2に示すように、第1及び第2シール部材54、56間には、固体高分子電解質膜42の外周が直接ケーシング29に接触することを阻止すべく、シール57が介装される。第1及び第2シール部材54、56の外周端部は、ケーシング29の内面との間に僅かな隙間を有していてもよく、また、前記内面に接していてもよい。これは、第1及び第2金属セパレータ32、34が所定量以上に曲がることを規制するためである。   As shown in FIG. 2, a seal 57 is interposed between the first and second seal members 54 and 56 to prevent the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 42 from directly contacting the casing 29. The outer peripheral end portions of the first and second seal members 54 and 56 may have a slight gap with the inner surface of the casing 29 or may be in contact with the inner surface. This is to restrict the first and second metal separators 32 and 34 from bending beyond a predetermined amount.

図1及び図2に示すように、ターミナルプレート22a、22bの端部には、面方向に突出する板状の端子部58a、58bが形成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, plate-like terminal portions 58a and 58b projecting in the surface direction are formed at the end portions of the terminal plates 22a and 22b.

ケーシング29は、図1、図2及び図4に示すように、端板である第1及び第2エンドプレート26a、26bと、積層体20の側部に配置される複数の側板60a〜60dと、前記側板60a〜60dの互いに近接する端部同士をねじ止めにより連結するアングル部材(例えば、Lアングル)62a〜62dと、前記第1及び第2エンドプレート26a、26bと前記側板60a〜60dとを連結するそれぞれ長さの異なる連結ピン64a、64bとを備える。   As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the casing 29 includes first and second end plates 26 a and 26 b that are end plates, and a plurality of side plates 60 a to 60 d that are disposed on the side portions of the stacked body 20. , Angle members (for example, L angles) 62a to 62d that connect the adjacent end portions of the side plates 60a to 60d with screws, the first and second end plates 26a and 26b, and the side plates 60a to 60d. Are provided with connecting pins 64a and 64b having different lengths.

図4に示すように、第1エンドプレート26aの矢印B方向一端には、酸化剤ガス供給連通孔36aに連通する酸化剤ガス入口66a、冷却媒体供給連通孔38aに連通する冷却媒体入口68a、及び燃料ガス排出連通孔40bに連通する燃料ガス出口70bが形成される。   As shown in FIG. 4, at one end in the arrow B direction of the first end plate 26a, an oxidant gas inlet 66a communicating with the oxidant gas supply communication hole 36a, a cooling medium inlet 68a communicating with the cooling medium supply communication hole 38a, In addition, a fuel gas outlet 70b communicating with the fuel gas discharge communication hole 40b is formed.

第1エンドプレート26aの矢印B方向他端には、燃料ガス供給連通孔40aに連通する燃料ガス入口70a、冷却媒体排出連通孔38bに連通する冷却媒体出口68b、及び酸化剤ガス排出連通孔36bに連通する酸化剤ガス出口66bが形成される。   At the other end of the first end plate 26a in the direction of arrow B, a fuel gas inlet 70a that communicates with the fuel gas supply communication hole 40a, a cooling medium outlet 68b that communicates with the cooling medium discharge communication hole 38b, and an oxidant gas discharge communication hole 36b. An oxidant gas outlet 66b communicating with the oxidant gas is formed.

図2に示すように、スペーサ部材28は、ケーシング29の内周で位置決めされるように所定の寸法に設定された矩形状を有する。このスペーサ部材28は、積層体20の積層方向の長さ変動を吸収して前記積層体20に所望の締め付け荷重を付与可能にするために、厚さが調整される。なお、積層体20の積層方向の長さの変動が、第1及び第2金属セパレータ32、34自体の弾性等で吸収可能であれば、スペーサ部材28を用いなくてもよい。   As shown in FIG. 2, the spacer member 28 has a rectangular shape set to a predetermined size so as to be positioned on the inner periphery of the casing 29. The spacer member 28 is adjusted in thickness in order to absorb a length variation in the stacking direction of the stacked body 20 and to apply a desired tightening load to the stacked body 20. The spacer member 28 may not be used as long as the variation in the length of the stacked body 20 in the stacking direction can be absorbed by the elasticity of the first and second metal separators 32 and 34 themselves.

第2燃料電池スタック14は、上記のように構成される第1燃料電池スタック12と略同一に構成されており、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。   The second fuel cell stack 14 is configured substantially the same as the first fuel cell stack 12 configured as described above, and the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be given. Omitted.

第1及び第2燃料電池スタック12、14を構成する積層体20は、全く同一の構成を有しており、それぞれの極性を逆にするために、例えば、前記第2燃料電池スタック14を構成する積層体20を、前記第1燃料電池スタック12を構成する積層体20に対して鉛直軸回りに180°反転させている。   The stacked body 20 constituting the first and second fuel cell stacks 12 and 14 has exactly the same configuration. For example, the second fuel cell stack 14 is configured in order to reverse the respective polarities. The stacked body 20 is inverted 180 ° around the vertical axis with respect to the stacked body 20 constituting the first fuel cell stack 12.

第2燃料電池スタック14では、図5に示すように、第2エンドプレート26bに酸化剤ガス入口72a、冷却媒体入口74a及び燃料ガス出口76bが矢印B方向一端側に形成されるとともに、燃料ガス入口76a、冷却媒体出口74b及び酸化剤ガス出口72bが矢印B方向他端側に形成される。   In the second fuel cell stack 14, as shown in FIG. 5, an oxidant gas inlet 72a, a cooling medium inlet 74a, and a fuel gas outlet 76b are formed in the second end plate 26b on one end side in the arrow B direction, and the fuel gas An inlet 76a, a cooling medium outlet 74b, and an oxidant gas outlet 72b are formed on the other end side in the arrow B direction.

第1及び第2燃料電池スタック12、14の中間位置Pに対して、酸化剤ガス入口66a、72a、冷却媒体入口68a、74a及び燃料ガス出口70b、76bは、互いに近接する位置に且つ対称となる位置に設けられる一方、燃料ガス入口70a、76a、冷却媒体出口68b、74b及び酸化剤ガス出口66b、72bは、互いに離間する位置に且つ対称となる位置に設けられる。   The oxidant gas inlets 66a and 72a, the coolant inlets 68a and 74a, and the fuel gas outlets 70b and 76b are symmetrical to each other at positions close to each other with respect to the intermediate position P of the first and second fuel cell stacks 12 and 14. On the other hand, the fuel gas inlets 70a and 76a, the cooling medium outlets 68b and 74b, and the oxidant gas outlets 66b and 72b are provided at positions that are separated from each other and symmetrical.

図1に示すように、第1及び第2燃料電池スタック12、14の互いに隣接する一端側の第1及び第2エンドプレート26a、26bには、集合マニホールド16が一体的に装着される。集合マニホールド16は、図1及び図6に示すように、該集合マニホールド16の中央部に連結ブロック80を設けており、この連結ブロック80の両側部には、それぞれ6本の配管82a〜82f及び84a〜84fが連結される。   As shown in FIG. 1, the collective manifold 16 is integrally attached to the first and second end plates 26 a and 26 b on the one end side adjacent to each other of the first and second fuel cell stacks 12 and 14. As shown in FIGS. 1 and 6, the collective manifold 16 is provided with a connection block 80 at the central portion of the collective manifold 16, and six pipes 82 a to 82 f and 84a-84f are connected.

配管82a〜82fは、第1燃料電池スタック12側に延在して第1マニホールド86に連結される。この第1マニホールド86は、第1燃料電池スタック12の一方の端部に形成された3つの連通孔である酸化剤ガス入口66a、冷却媒体入口68a、及び燃料ガス出口70bに接続される単一のマニホールドを構成する。   The pipes 82 a to 82 f extend to the first fuel cell stack 12 side and are connected to the first manifold 86. The first manifold 86 is connected to an oxidant gas inlet 66a, a coolant inlet 68a, and a fuel gas outlet 70b, which are three communication holes formed at one end of the first fuel cell stack 12. Configure the manifold.

第1燃料電池スタック12の他方の端部に形成された3つの連通孔である燃料ガス入口70a、冷却媒体出口68b及び酸化剤ガス出口66bには、単一の第2マニホールド88が接続される。第1マニホールド86には、それぞれ配管82a〜82eに連通する4本の配管90a〜90dの一端が接続される。   A single second manifold 88 is connected to the fuel gas inlet 70a, the coolant outlet 68b, and the oxidant gas outlet 66b, which are three communication holes formed at the other end of the first fuel cell stack 12. . One end of four pipes 90a to 90d communicating with the pipes 82a to 82e, respectively, is connected to the first manifold 86.

配管90a、90b及び90dの他端は、第2マニホールド88に接続される一方、配管90cの他端は、第2マニホールド88の外周を通って、第1燃料電池スタック12の側方に延在している。配管90a〜90dは、互いの外周面を接触して配設されるとともに、第1燃料電池スタック12の第1エンドプレート26aの面に接触している。   The other ends of the pipes 90 a, 90 b and 90 d are connected to the second manifold 88, while the other end of the pipe 90 c extends to the side of the first fuel cell stack 12 through the outer periphery of the second manifold 88. doing. The pipes 90 a to 90 d are arranged in contact with each other's outer peripheral surfaces and are in contact with the surface of the first end plate 26 a of the first fuel cell stack 12.

配管84a〜84fは、第2燃料電池スタック14側に延在して第3マニホールド92に接続される。この第3マニホールド92は、第2燃料電池スタック14の一方の端部に形成された3つの連通孔である酸化剤ガス入口72a、冷却媒体入口74a及び燃料ガス出口76bに接続される単一のマニホールドを構成する。   The pipes 84 a to 84 f extend to the second fuel cell stack 14 side and are connected to the third manifold 92. The third manifold 92 is a single connected to the oxidant gas inlet 72a, the coolant inlet 74a, and the fuel gas outlet 76b, which are three communication holes formed at one end of the second fuel cell stack 14. Configure the manifold.

第2燃料電池スタック14の他方の端部に形成された3つの連通孔である燃料ガス入口76a、冷却媒体出口74b及び酸化剤ガス出口72bには、単一の第4マニホールド94が接続される。   A single fourth manifold 94 is connected to the fuel gas inlet 76a, the coolant outlet 74b, and the oxidant gas outlet 72b, which are three communication holes formed at the other end of the second fuel cell stack 14. .

第3マニホールド92には、配管84a〜84eに連通する4つの配管96a〜96dの一端が接続されるとともに、前記配管96a、96c及び96dの他端が第4マニホールド94に接続される。配管96bの他端は、第2マニホールド88に一部が連結された状態で、第2燃料電池スタック14の側方に延在する。   One end of four pipes 96 a to 96 d communicating with the pipes 84 a to 84 e is connected to the third manifold 92, and the other end of the pipes 96 a, 96 c and 96 d is connected to the fourth manifold 94. The other end of the pipe 96 b extends to the side of the second fuel cell stack 14 in a state where a part is connected to the second manifold 88.

連結ブロック80の一方の面である表面80aには、燃料ガス供給口98aと燃料ガス排出口98bとが設けられる。燃料ガス供給口98aは、配管82b、84bに連通する一方、燃料ガス排出口98bは、配管82f、84fに連通する。   A fuel gas supply port 98 a and a fuel gas discharge port 98 b are provided on the surface 80 a which is one surface of the connection block 80. The fuel gas supply port 98a communicates with the pipes 82b and 84b, while the fuel gas discharge port 98b communicates with the pipes 82f and 84f.

図7に示すように、連結ブロック80の他方の面である裏面80bの上部側には、配管82a、84aに連通する酸化剤ガス供給口100aと、配管82e、84eに連通する酸化剤ガス排出口100bとが近接して形成される。この裏面80bには、酸化剤ガス供給口100a及び酸化剤ガス排出口100bに連通する加湿器102が取り付けられる。   As shown in FIG. 7, on the upper side of the back surface 80b, which is the other surface of the connecting block 80, an oxidant gas supply port 100a communicating with the pipes 82a and 84a and an oxidant gas exhaust communicating with the pipes 82e and 84e. The outlet 100b is formed close to the outlet 100b. A humidifier 102 communicating with the oxidant gas supply port 100a and the oxidant gas discharge port 100b is attached to the back surface 80b.

図6及び図8に示すように、第1マニホールド86は、酸化剤ガス入口66aを配管82aに連通し、冷却媒体入口68aを配管82d、90cに連通し、燃料ガス出口70bを配管82fに連通する。第2マニホールド88は、燃料ガス入口70aを配管90aに連通し、冷却媒体出口68bを配管90dに連通し、酸化剤ガス出口66bを配管90bに連通する。   As shown in FIGS. 6 and 8, the first manifold 86 communicates the oxidant gas inlet 66a with the piping 82a, the cooling medium inlet 68a with the piping 82d and 90c, and the fuel gas outlet 70b with the piping 82f. To do. The second manifold 88 communicates the fuel gas inlet 70a with the pipe 90a, communicates the coolant outlet 68b with the pipe 90d, and communicates the oxidant gas outlet 66b with the pipe 90b.

同様に、第3マニホールド92は、酸化剤ガス入口72aを配管84aに連通し、冷却媒体入口74aを配管84d(及び必要に応じて端部が閉塞された配管96c)に連通し、燃料ガス出口76bを配管84fに連通する。第4マニホールド94は、燃料ガス入口76aを配管96aに連通し、冷却媒体出口74bを配管96bに連通し、酸化剤ガス出口72bを配管96dに連通する。   Similarly, the third manifold 92 communicates the oxidant gas inlet 72a with the pipe 84a, communicates the cooling medium inlet 74a with the pipe 84d (and the pipe 96c with the end closed if necessary), and the fuel gas outlet. 76b communicates with the pipe 84f. The fourth manifold 94 communicates the fuel gas inlet 76a with the pipe 96a, communicates the coolant outlet 74b with the pipe 96b, and communicates the oxidant gas outlet 72b with the pipe 96d.

集合マニホールド16では、配管82a、84aが酸化剤ガス供給配管を構成し、配管82b、84b、90a及び96aが燃料ガス供給配管を構成し、配管82c、84c、90b及び96bが冷却媒体排出配管を構成し、配管82d、84d及び90cが冷却媒体供給配管を構成し、配管82e、84e、90d及び96dが酸化剤ガス排出配管を構成し、配管82f、84fが燃料ガス排出配管を構成する。   In the collective manifold 16, the pipes 82a and 84a constitute an oxidant gas supply pipe, the pipes 82b, 84b, 90a and 96a constitute a fuel gas supply pipe, and the pipes 82c, 84c, 90b and 96b serve as a cooling medium discharge pipe. The pipes 82d, 84d and 90c constitute a cooling medium supply pipe, the pipes 82e, 84e, 90d and 96d constitute an oxidant gas discharge pipe, and the pipes 82f and 84f constitute a fuel gas discharge pipe.

配管82a〜82f、84a〜84f、90a〜90d及び96a〜96dは、例えば、熱伝導性に優れる金属材や伝熱性樹脂材、又は絶縁性樹脂材等で形成される。なお、金属材の流路内面に絶縁コートを施してもよい。   The pipes 82a to 82f, 84a to 84f, 90a to 90d, and 96a to 96d are formed of, for example, a metal material, a heat conductive resin material, an insulating resin material, or the like excellent in thermal conductivity. An insulating coat may be applied to the inner surface of the flow path of the metal material.

図1に示すように、第1燃料電池スタック12の集合マニホールド16に近接する端子部58aと、第2燃料電池スタック14の前記集合マニホールド16に近接する端子部58bとは、ケーブル104を介して電気的に接続される。端子部58aは、例えば、負極である一方、端子部58bは、例えば、正極であり、これらがケーブル104により電気的に接続されることによって、第1及び第2燃料電池スタック12、14が電気的に直列に接続される。第1燃料電池スタック12の端子部58bと、第2燃料電池スタック14の端子部58aとは、例えば、モータ等の外部負荷106に接続されている。   As shown in FIG. 1, the terminal portion 58 a close to the collective manifold 16 of the first fuel cell stack 12 and the terminal portion 58 b close to the collective manifold 16 of the second fuel cell stack 14 are connected via a cable 104. Electrically connected. The terminal portion 58a is, for example, a negative electrode, while the terminal portion 58b is, for example, a positive electrode. When the terminal portion 58b is electrically connected by the cable 104, the first and second fuel cell stacks 12, 14 are electrically connected. Connected in series. The terminal portion 58b of the first fuel cell stack 12 and the terminal portion 58a of the second fuel cell stack 14 are connected to an external load 106 such as a motor, for example.

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.

先ず、図1、図6及び図7に示すように、燃料電池システム10では、集合マニホールド16に装着された加湿器102から連結ブロック80の酸化剤ガス供給口100aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、前記連結ブロック80の燃料ガス供給口98aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、配管90cには、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。   First, as shown in FIGS. 1, 6, and 7, in the fuel cell system 10, an oxidizing agent such as an oxygen-containing gas is supplied from the humidifier 102 attached to the collective manifold 16 to the oxidizing gas supply port 100 a of the connection block 80. A gas is supplied and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas supply port 98a of the connection block 80. Furthermore, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the pipe 90c.

連結ブロック80の酸化剤ガス供給口100aに供給された酸化剤ガスは、配管82a、84aを通って第1及び第3マニホールド86、92に送られる。このため、酸化剤ガスは、第1及び第2燃料電池スタック12、14を構成する第1及び第2エンドプレート26a、26bの酸化剤ガス入口66a、72aに供給される(図5及び図6参照)。   The oxidant gas supplied to the oxidant gas supply port 100a of the connection block 80 is sent to the first and third manifolds 86 and 92 through the pipes 82a and 84a. Therefore, the oxidant gas is supplied to the oxidant gas inlets 66a and 72a of the first and second end plates 26a and 26b constituting the first and second fuel cell stacks 12 and 14 (FIGS. 5 and 6). reference).

連結ブロック80の燃料ガス供給口98aに供給された燃料ガスは、配管82b、84bから配管90a、96aを通って第1及び第2燃料電池スタック12、14の燃料ガス入口70a、76aに供給される。   The fuel gas supplied to the fuel gas supply port 98a of the connecting block 80 is supplied from the pipes 82b and 84b to the fuel gas inlets 70a and 76a of the first and second fuel cell stacks 12 and 14 through the pipes 90a and 96a. The

配管90cに供給された冷却媒体は、一部分が第2マニホールド88から第1燃料電池スタック12の冷却媒体入口68aに送られるとともに、残余の部分が配管82d、84dを介して第3マニホールド92から第2燃料電池スタック14の冷却媒体入口74aに供給される。   A part of the cooling medium supplied to the pipe 90c is sent from the second manifold 88 to the cooling medium inlet 68a of the first fuel cell stack 12, and the remaining part is supplied from the third manifold 92 via the pipes 82d and 84d. 2 is supplied to the coolant inlet 74 a of the fuel cell stack 14.

次いで、第1燃料電池スタック12内では、図3に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔36aから第2金属セパレータ34の酸化剤ガス流路52に導入され、電解質膜・電極構造体30のカソード側電極46に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔40aから第1金属セパレータ32の燃料ガス流路48に導入され、電解質膜・電極構造体30のアノード側電極44に沿って移動する。   Next, in the first fuel cell stack 12, as shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 52 of the second metal separator 34 from the oxidant gas supply communication hole 36a, and the electrolyte membrane / It moves along the cathode side electrode 46 of the electrode structure 30. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas passage 48 of the first metal separator 32 through the fuel gas supply communication hole 40 a and moves along the anode side electrode 44 of the electrolyte membrane / electrode structure 30.

従って、各電解質膜・電極構造体30では、カソード側電極46に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極44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。   Therefore, in each electrolyte membrane / electrode structure 30, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 46 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 44 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, Power generation is performed.

次いで、カソード側電極46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36bに沿って流動した後、第1エンドプレート26aの酸化剤ガス出口66bに排出される(図5参照)。同様に、アノード側電極44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40bに排出されて流動し、第1エンドプレート26aの燃料ガス出口70bに排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 46 flows along the oxidant gas discharge communication hole 36b, and is then discharged to the oxidant gas outlet 66b of the first end plate 26a (FIG. 5). reference). Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 44 is discharged to the fuel gas discharge communication hole 40b, flows, and discharged to the fuel gas outlet 70b of the first end plate 26a.

また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔38aから第1及び第2金属セパレータ32、34間の冷却媒体流路50に導入された後、矢印B方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体30を冷却した後、冷却媒体排出連通孔38bを移動して第1エンドプレート26aの冷却媒体出口68bに排出される。   The cooling medium flows in the direction of arrow B after being introduced into the cooling medium flow path 50 between the first and second metal separators 32 and 34 from the cooling medium supply communication hole 38a. The cooling medium cools the electrolyte membrane / electrode structure 30, moves through the cooling medium discharge communication hole 38 b, and is discharged to the cooling medium outlet 68 b of the first end plate 26 a.

第2燃料電池スタック14では、上記の第1燃料電池スタック12と同様に、使用済みの酸化剤ガスは、第2エンドプレート26bの酸化剤ガス出口72bに排出される(図5参照)。さらに、使用済みの燃料ガスは、第2エンドプレート26bの燃料ガス出口76bに排出されるとともに、使用済みの冷却媒体は、前記第2エンドプレート26bの冷却媒体出口74bに排出される。   In the second fuel cell stack 14, as in the first fuel cell stack 12, the used oxidant gas is discharged to the oxidant gas outlet 72b of the second end plate 26b (see FIG. 5). Further, the used fuel gas is discharged to the fuel gas outlet 76b of the second end plate 26b, and the used cooling medium is discharged to the cooling medium outlet 74b of the second end plate 26b.

酸化剤ガス出口66b、72bに排出された酸化剤ガスは、図6及び図8に示すように、第2及び第4マニホールド88、94から配管90d、96dを通って配管82e、84eに送られる。さらに、酸化剤ガスは、連結ブロック80内を上昇して酸化剤ガス排出口100bから加湿器102に送られる(図7参照)。   As shown in FIGS. 6 and 8, the oxidant gas discharged to the oxidant gas outlets 66b and 72b is sent from the second and fourth manifolds 88 and 94 to the pipes 82e and 84e through the pipes 90d and 96d. . Further, the oxidant gas rises in the connecting block 80 and is sent from the oxidant gas discharge port 100b to the humidifier 102 (see FIG. 7).

加湿器102では、使用済みの酸化剤ガスから使用前の酸化剤ガスに水分及び熱の交換が行われる。このため、使用前の酸化剤ガスは、所望の加湿状態で且つ所望の温度に調整された後、第1及び第2燃料電池スタック12、14に供給される。   In the humidifier 102, moisture and heat are exchanged from the used oxidant gas to the oxidant gas before use. For this reason, the oxidant gas before use is supplied to the first and second fuel cell stacks 12 and 14 after being adjusted to a desired temperature in a desired humidified state.

一方、燃料ガス出口70b、76bに排出された燃料ガスは、図6及び図8に示すように、第1及び第3マニホールド86、92から配管82f、84fを通って連結ブロック80の燃料ガス排出口98bに排出される。   On the other hand, the fuel gas discharged to the fuel gas outlets 70b and 76b is discharged from the first and third manifolds 86 and 92 through the pipes 82f and 84f as shown in FIGS. It is discharged to the outlet 98b.

さらに、冷却媒体出口68bに排出された冷却媒体は、第2マニホールド88から配管90bを通って第1マニホールド86に至り、配管82c、84c及び96bを通って外部に排出される。また、冷却媒体出口74bから排出された冷却媒体は、配管96bの途上に合流して外部に排出される。   Further, the cooling medium discharged to the cooling medium outlet 68b reaches the first manifold 86 from the second manifold 88 through the pipe 90b, and is discharged to the outside through the pipes 82c, 84c and 96b. Further, the cooling medium discharged from the cooling medium outlet 74b joins the pipe 96b and is discharged to the outside.

この場合、本実施形態では、第1及び第2燃料電池スタック12、14が並列され、この第1及び第2燃料電池スタック12、14の互いに隣接する第1及び第2エンドプレート26a、26bには、集合マニホールド16が一体的に装着されている。そして、集合マニホールド16の中央部には、連結ブロック80が設けられるとともに、この連結ブロック80は、燃料ガス供給口98a、燃料ガス排出口98b、酸化剤ガス供給口100a及び酸化剤ガス排出口100bを備えている。   In this case, in this embodiment, the first and second fuel cell stacks 12 and 14 are arranged in parallel, and the first and second end plates 26a and 26b of the first and second fuel cell stacks 12 and 14 are adjacent to each other. The assembly manifold 16 is integrally mounted. A connecting block 80 is provided in the central portion of the collective manifold 16, and the connecting block 80 includes a fuel gas supply port 98a, a fuel gas discharge port 98b, an oxidant gas supply port 100a, and an oxidant gas discharge port 100b. It has.

これにより、連結ブロック80から第1及び第2燃料電池スタック12、14に対して燃料ガス及び酸化剤ガスを均等に分配することができ、前記第1及び第2燃料電池スタック12、14は、所望の発電機能を確実に維持することが可能になるという効果が得られる。   Accordingly, the fuel gas and the oxidant gas can be evenly distributed from the connection block 80 to the first and second fuel cell stacks 12 and 14, and the first and second fuel cell stacks 12 and 14 The effect that the desired power generation function can be reliably maintained is obtained.

しかも、集合マニホールド16は、第1及び第2燃料電池スタック12、14の互いに隣接する一端側に装着されている。このため、燃料電池システム10全体の小型化が容易に図られるとともに、配管構造及び配管取り付け作業の簡素化が遂行される。   In addition, the assembly manifold 16 is mounted on one end side of the first and second fuel cell stacks 12 and 14 adjacent to each other. For this reason, the fuel cell system 10 as a whole can be easily downsized, and the piping structure and piping installation work can be simplified.

また、連結ブロック80の表面80aには、燃料ガス供給口98a及び燃料ガス排出口98bが設けられる一方、前記連結ブロック80の裏面80bには、酸化剤ガス供給口100a及び酸化剤ガス排出口100bが設けられている(図7参照)。従って、連結ブロック80の表裏(表面80a及び裏面80b)に配管継手のスペースを十分に確保することができ、スペース効率の向上が図られる。しかも、第1及び第2燃料電池スタック12、14の間に加湿器102が配置されており、この加湿器102と連結ブロック80との配管距離が有効に短尺化されるという利点がある。   A fuel gas supply port 98a and a fuel gas discharge port 98b are provided on the surface 80a of the connection block 80, while an oxidant gas supply port 100a and an oxidant gas discharge port 100b are provided on the back surface 80b of the connection block 80. Is provided (see FIG. 7). Therefore, a sufficient space for the pipe joint can be secured on the front and back surfaces (the front surface 80a and the back surface 80b) of the connection block 80, and the space efficiency can be improved. Moreover, the humidifier 102 is disposed between the first and second fuel cell stacks 12 and 14, and there is an advantage that the piping distance between the humidifier 102 and the connection block 80 is effectively shortened.

さらに、本実施形態では、第1燃料電池スタック12において、図6に示すように、酸化剤ガス入口66a、冷却媒体入口68a及び燃料ガス出口70bに接続される単一の第1マニホールド86と、燃料ガス入口70a、冷却媒体出口68b及び酸化剤ガス出口66bに接続される単一の第2マニホールド88とを設けている。同様に、第2燃料電池スタック14において、それぞれ3つの連通孔に接続される単一の第3及び第4マニホールド92、94を設けている。これにより、部品点数が一挙に削減されて経済的であるとともに、集合マニホールド16全体の組み付け作業が良好に簡素化されるという効果がある。   Furthermore, in the present embodiment, in the first fuel cell stack 12, as shown in FIG. 6, a single first manifold 86 connected to the oxidant gas inlet 66a, the coolant inlet 68a, and the fuel gas outlet 70b, A single second manifold 88 connected to the fuel gas inlet 70a, the coolant outlet 68b and the oxidant gas outlet 66b is provided. Similarly, the second fuel cell stack 14 is provided with single third and fourth manifolds 92 and 94 connected to three communication holes, respectively. As a result, the number of parts can be reduced all at once, which is economical, and the assembly work of the entire assembly manifold 16 is advantageously simplified.

さらにまた、第1燃料電池スタック12において、複数の配管90a〜90dが第1エンドプレート26aの面に接触して配設されている。このため、第1燃料電池スタック12の発電により高温となる排出冷却媒体及び排出酸化剤ガスは、それぞれ配管90b、90dを流れることによって、前記配管90b、90dから第1エンドプレート26aに伝熱が行われる。   Furthermore, in the first fuel cell stack 12, a plurality of pipes 90a to 90d are disposed in contact with the surface of the first end plate 26a. For this reason, the exhaust cooling medium and the exhaust oxidant gas that are heated by the power generation of the first fuel cell stack 12 flow through the pipes 90b and 90d, respectively, so that heat is transferred from the pipes 90b and 90d to the first end plate 26a. Done.

従って、特に、低温起動時に第1燃料電池スタック12の端部セル(積層方向端部に配置されている単位セル18)を速やかに暖機することが可能になり、簡単な構成で、前記第1燃料電池スタック12の効率的な暖機処理が容易に遂行されるという利点がある。   Therefore, in particular, it becomes possible to quickly warm up the end cells of the first fuel cell stack 12 (unit cells 18 arranged at the ends in the stacking direction) at the time of low-temperature startup, and with the simple configuration, the first cell There is an advantage that an efficient warm-up process of one fuel cell stack 12 is easily performed.

また、配管90a〜90dは、隣接する配管同士が接触して配設されている。これにより、配管90b、90dを流れる高温の排出冷却媒体及び排出酸化剤ガスを介して、配管90a、90cを流れる供給燃料ガス及び供給冷却媒体を加熱することができる。   The pipes 90a to 90d are arranged such that adjacent pipes are in contact with each other. Thereby, the supply fuel gas and the supply cooling medium flowing through the pipes 90a and 90c can be heated via the high-temperature exhaust cooling medium and the exhaust oxidant gas flowing through the pipes 90b and 90d.

このため、第1燃料電池スタック12内の温度を容易に均一化させて効率的な発電機能を維持することが可能になる。一方、第2燃料電池スタック14においても、上記の第1燃料電池スタック12と同様の効果が得られる。   For this reason, it becomes possible to easily equalize the temperature in the first fuel cell stack 12 and maintain an efficient power generation function. On the other hand, in the second fuel cell stack 14, the same effect as the first fuel cell stack 12 can be obtained.

なお、本実施形態では、連結部材として、例えば、アングル部材62a〜62dを用いているが、これに限定されるものではない。例えば、側板60a〜60d自体に屈曲するフランジ部を形成し、各フランジ部をねじ止めして前記側板60a〜60d同士を連結することにより連結部材を構成してもよい。また、側板60a〜60d同士を溶接して一体化することにより、連結部材を構成してもよい。   In the present embodiment, for example, the angle members 62a to 62d are used as the connecting member, but the present invention is not limited to this. For example, the connecting members may be configured by forming flange portions that are bent on the side plates 60a to 60d themselves, and screwing the flange portions to connect the side plates 60a to 60d. Moreover, you may comprise a connection member by welding and integrating the side plates 60a-60d.

10…燃料電池システム 12、14…燃料電池スタック
16…集合マニホールド 18…単位セル
20…積層体 26a、26b…エンドプレート
29…ケーシング 30…電解質膜・電極構造体
32、34…セパレータ 36a…酸化剤ガス供給連通孔
36b…酸化剤ガス排出連通孔 38a…冷却媒体供給連通孔
38b…冷却媒体排出連通孔 40a…燃料ガス供給連通孔
40b…燃料ガス排出連通孔 42…固体高分子電解質膜
44…アノード側電極 46…カソード側電極
48…燃料ガス流路 50…冷却媒体流路
52…酸化剤ガス流路 58a、58b…端子部
60a〜60d…側板 66a、72a…酸化剤ガス入口
66b、72b…酸化剤ガス出口 68a、74a…冷却媒体入口
68b、74b…冷却媒体出口 70a、76a…燃料ガス入口
70b、76b…燃料ガス出口 80…連結ブロック
82a〜82f、84a〜84f、90a〜90d、96a〜96d…配管
86、88、92、94…マニホールド
98a…燃料ガス供給口 98b…燃料ガス排出口
100a…酸化剤ガス供給口 100b…酸化剤ガス排出口
102…加湿器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 12, 14 ... Fuel cell stack 16 ... Collective manifold 18 ... Unit cell 20 ... Laminate body 26a, 26b ... End plate 29 ... Casing 30 ... Electrolyte membrane and electrode structure 32, 34 ... Separator 36a ... Oxidant Gas supply communication hole 36b ... Oxidant gas discharge communication hole 38a ... Cooling medium supply communication hole 38b ... Cooling medium discharge communication hole 40a ... Fuel gas supply communication hole 40b ... Fuel gas discharge communication hole 42 ... Solid polymer electrolyte membrane 44 ... Anode Side electrode 46 ... Cathode side electrode 48 ... Fuel gas flow path 50 ... Cooling medium flow path 52 ... Oxidant gas flow path 58a, 58b ... Terminal portions 60a-60d ... Side plates 66a, 72a ... Oxidant gas inlets 66b, 72b ... Oxidation Agent gas outlet 68a, 74a ... Cooling medium inlet 68b, 74b ... Cooling medium outlet 70a, 76a ... Fuel gas inlet 70b, 76b ... Fuel gas outlet 80 ... Connection blocks 82a-82f, 84a-84f, 90a-90d, 96a-96d ... Piping 86, 88, 92, 94 ... Manifold 98a ... Fuel gas supply port 98b ... Fuel gas discharge port 100a ... Oxidant gas supply port 100b ... Oxidant gas outlet 102 ... Humidifier

Claims (3)

電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持する単位セルを設け、複数の前記単位セルを水平方向に積層するとともに、各単位セルの積層方向に貫通して燃料ガス入口連通孔、酸化剤ガス入口連通孔、冷却媒体入口連通孔、燃料ガス出口連通孔、酸化剤ガス出口連通孔及び冷却媒体出口連通孔の6つの連通孔が、左右に3つずつ振り分けて形成された燃料電池スタックを備え、
前記燃料電池スタックには、一方の端部に形成された3つの連通孔に接続される単一の第1マニホールドと、
他方の端部に形成された3つの連通孔に接続される単一の第2マニホールドと、
前記他方の端部に形成された各連通孔に連通して前記第2マニホールドに接続される3本の配管と、
が設けられるとともに、
前記3本の配管は、前記第1マニホールドを貫通して前記第1マニホールドと前記第2マニホールドとを接続することを特徴とする燃料電池システム。
A unit cell that sandwiches an electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes on both sides of an electrolyte by a separator is provided, and a plurality of the unit cells are stacked in a horizontal direction, and fuel is penetrated in the stacking direction of each unit cell. Six communication holes, gas inlet communication holes, oxidant gas inlet communication holes, cooling medium inlet communication holes, fuel gas outlet communication holes, oxidant gas outlet communication holes, and cooling medium outlet communication holes, are divided into three on the left and right sides. Comprising a formed fuel cell stack,
The fuel cell stack includes a single first manifold connected to three communication holes formed at one end,
A single second manifold connected to the three communication holes formed at the other end;
Three pipes connected to the second manifold in communication with the communication holes formed in the other end;
Is provided,
Fuel cell system, characterized in that the three pipes are to be pre-SL through the first manifold connecting the said first manifold second manifold.
請求項1記載の燃料電池システムにおいて、前記3本の配管は、燃料電池スタックの端部を構成するエンドプレートに接触して配設されることを特徴とする燃料電池システム。 In claim 1 Symbol placement of the fuel cell system, the three pipes, the fuel cell system, characterized in that in contact with the end plate constituting the end of the fuel cell stack is arranged. 請求項1又は2記載の燃料電池システムにおいて、前記3本の配管は、隣接する配管同士が接触して配設されることを特徴とする燃料電池システム。 According to claim 1 or 2 fuel cell system, wherein the three pipes, the fuel cell system characterized in that the adjacent pipes each other are arranged in contact.
JP2009260559A 2009-11-16 2009-11-16 Fuel cell system Expired - Lifetime JP5249177B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009260559A JP5249177B2 (en) 2009-11-16 2009-11-16 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009260559A JP5249177B2 (en) 2009-11-16 2009-11-16 Fuel cell system

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003345968A Division JP4505204B2 (en) 2003-10-03 2003-10-03 Fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010034082A JP2010034082A (en) 2010-02-12
JP5249177B2 true JP5249177B2 (en) 2013-07-31

Family

ID=41738253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009260559A Expired - Lifetime JP5249177B2 (en) 2009-11-16 2009-11-16 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5249177B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021123174A1 (en) 2021-09-07 2023-03-09 FutureE GmbH A stack connection block that can be adapted to fuel cell system performance and a fuel cell system with a stack connection block and a method for tuning components of a fuel cell system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6064304B2 (en) * 2013-06-17 2017-01-25 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000164236A (en) * 1998-11-24 2000-06-16 Aisin Seiki Co Ltd Fuel-cell
JP2002050391A (en) * 2000-08-02 2002-02-15 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021123174A1 (en) 2021-09-07 2023-03-09 FutureE GmbH A stack connection block that can be adapted to fuel cell system performance and a fuel cell system with a stack connection block and a method for tuning components of a fuel cell system
WO2023036573A1 (en) 2021-09-07 2023-03-16 FutureE GmbH Stack connection block adaptable to fuel cell system outputs, and associated fuel cell system, and corresponding method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010034082A (en) 2010-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4505204B2 (en) Fuel cell system
JP5180484B2 (en) Fuel cell stack
JP4630529B2 (en) Fuel cell system
JP5318382B2 (en) Fuel cell stack
JP5227543B2 (en) Fuel cell
JP2004031134A (en) Solid high polymer cell assembly
KR20140084218A (en) Fuel cell
JP4268536B2 (en) Fuel cell
JP4820068B2 (en) Fuel cell stack
JP2004087311A (en) Fuel cell stack and metallic separator for for fuel cell stack
JP4165876B2 (en) Fuel cell stack
JP5101866B2 (en) Fuel cell
WO2012039005A1 (en) Fuel cell stack
JP5042507B2 (en) Fuel cell
JP2006114415A (en) Fuel cell system
JP5638427B2 (en) Fuel cell
WO2006090464A1 (en) Solid polymer fuel cell and method for producing same
JP5249177B2 (en) Fuel cell system
JP4185734B2 (en) Fuel cell stack
JP2005158272A (en) Fuel cell stack
JP5366793B2 (en) Fuel cell system
JP2006210212A (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP2018181405A (en) Fuel cell power generation module
JP2006100076A (en) Fuel cell system
JP2005228495A (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091209

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091209

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120612

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120808

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121030

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121221

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: 20130409

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130411

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: 20160419

Year of fee payment: 3