JP5329112B2 - Fuel cell system - Google Patents
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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。 The present invention provides a fuel cell stack in which a plurality of power generation cells are stacked, and a humidifier that humidifies at least one reaction gas supplied to the fuel cell stack with a humidifying fluid and is connected to the fuel cell stack. A fuel cell system comprising:
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。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (an electrolyte / electrode structure) in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane, respectively. ) Is held by a separator. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.
上記の燃料電池では、アノード側電極に燃料ガスを供給するとともに、カソード側電極に酸化剤ガスを供給することにより、電気化学反応によって発電している。その際、発電反応によりカソード側電極に生成水が発生する一方、アノード側電極には、前記生成水が逆拡散している。このため、生成水を燃料電池スタックの外部に良好に排出する必要がある。 In the above fuel cell, power is generated by an electrochemical reaction by supplying fuel gas to the anode side electrode and supplying oxidant gas to the cathode side electrode. At that time, generated water is generated in the cathode side electrode by the power generation reaction, while the generated water is back-diffused in the anode side electrode. For this reason, it is necessary to discharge | emit produced water satisfactorily outside the fuel cell stack.
そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックでは、電解質膜の表裏にアノード電極とカソード電極を有する膜電極構造体と、この膜電極構造体のアノード電極面とカソード電極面にそれぞれ密接して配置され、前記アノード電極面とカソード電極面との間にそれぞれ反応ガス通路を形成する一対のセパレータによって単位燃料電池が構成されている。この単位燃料電池は、複数積層されるとともに、積層された複数の単位燃料電池が、積層方向両側に配置された端部固定部材によって挟持されている。 Therefore, for example, in the fuel cell stack disclosed in Patent Document 1, a membrane electrode structure having an anode electrode and a cathode electrode on the front and back of the electrolyte membrane, and an anode electrode surface and a cathode electrode surface of the membrane electrode structure, respectively. A unit fuel cell is constituted by a pair of separators that are closely arranged and each form a reaction gas passage between the anode electrode surface and the cathode electrode surface. A plurality of unit fuel cells are stacked, and the plurality of stacked unit fuel cells are sandwiched by end fixing members disposed on both sides in the stacking direction.
そして、各単位燃料電池内の反応ガス通路に導通するガス供給孔とガス排出孔が、複数の単位燃料電池から一方の端部固定部材にかけて連続して形成されるとともに、一端が前記ガス排出孔の他方の端部固定部材側の端部で前記ガス排出孔に接続される排水孔を、前記複数の単位燃料電池から前記一方の端部固定部材にかけて連続して形成している。 A gas supply hole and a gas discharge hole communicating with a reaction gas passage in each unit fuel cell are continuously formed from the plurality of unit fuel cells to one end fixing member, and one end of the gas discharge hole A drain hole connected to the gas discharge hole at the end on the other end fixing member side is continuously formed from the plurality of unit fuel cells to the one end fixing member.
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り、酸化剤ガスや燃料ガスを予め加湿するための加湿装置が、燃料電池スタックに接続されている。 By the way, in a fuel cell, in order to ensure good ion conductivity, it is necessary to maintain the electrolyte membrane in a desired wet state, and a humidifier for previously humidifying the oxidant gas and the fuel gas is provided in the fuel cell stack. It is connected to the.
このため、特に燃料電池スタックの一方の端部固定部材と加湿装置とが近接して配置されていると、前記一方の端部固定部材に形成されている排水孔から外部に円滑に排水させることが困難になる。従って、排水用配管が複雑化するという問題がある。 For this reason, in particular, when one end fixing member of the fuel cell stack and the humidifying device are arranged close to each other, the drain can be smoothly drained to the outside from the drain hole formed in the one end fixing member. Becomes difficult. Therefore, there is a problem that the drainage piping becomes complicated.
本発明はこの種の要請に対応してなされたものであり、簡単且つコンパクトな構成で、加湿器が連結された燃料電池スタックの排水性を良好に維持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。 The present invention has been made in response to this type of request, and provides a fuel cell system capable of maintaining good drainage of a fuel cell stack to which a humidifier is connected with a simple and compact configuration. The purpose is to do.
本発明は、複数の発電セルが積層され、発電反応に使用された反応ガスを積層方向に流通する反応ガス連通孔が設けられるとともに、積層方向の一端部には、前記反応ガス連通孔に連通するスタック側ドレン用通路が開口す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、加湿器側ドレン用通路を有して前記燃料電池スタックの前記一端部に連結される加湿器と、前記燃料電池スタックと前記加湿器との接合部位に配置され、前記スタック側ドレン用通路に挿入されるスタック側挿入部、及び前記加湿器側ドレン用通路に挿入される加湿器側挿入部を一体に有する連結通路部材とを備えている。 In the present invention, a plurality of power generation cells are stacked, a reaction gas communication hole is provided for flowing a reaction gas used for power generation reaction in the stacking direction, and one end portion in the stacking direction communicates with the reaction gas communication hole. A fuel cell stack having an open stack-side drain passage, and at least one reaction gas supplied to the fuel cell stack is humidified by a humidifying fluid and has a humidifier-side drain passage. A humidifier connected to the one end of the fuel cell stack, a stack side insertion portion that is disposed at a joint portion between the fuel cell stack and the humidifier and is inserted into the stack side drain passage, and the humidifier side drain. And a connecting passage member integrally having a humidifier side insertion portion to be inserted into the passage.
また、連結通路部材は、少なくともスタック側挿入部又は加湿器側挿入部の外周に、逃げ用溝部が設けられることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the connection channel | path member is provided with the groove part for escape at least in the outer periphery of the stack side insertion part or the humidifier side insertion part.
さらに、連結通路部材は、燃料電池スタックと加湿器との接合部位に配置されるとともに、拡径する係止用フランジ部を設けることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the connecting passage member is disposed at a joint portion between the fuel cell stack and the humidifier and has a locking flange portion that expands in diameter.
本発明によれば、連結通路部材は、スタック側挿入部がスタック側ドレン用通路に挿入される一方、加湿器側挿入部が加湿器側ドレン用通路に挿入されることにより、燃料電池スタックと加湿器との接合部位に配置されている。 According to the present invention, the connecting passage member is inserted into the stack-side drain passage while the humidifier-side insertion portion is inserted into the humidifier-side drain passage. It is arranged at the junction with the humidifier.
このため、燃料電池スタックと加湿器との多軸の接続部を直接連結することができ、燃料電池システム全体のコンパクト化が容易に図られる。しかも、燃料電池スタックには、複雑な配管構造が不要になり、簡単且つコンパクトな構成で、加湿器が連結された燃料電池スタックの排水性を良好に維持することが可能になる。 For this reason, the multiaxial connection part of a fuel cell stack and a humidifier can be directly connected, and the fuel cell system as a whole can be easily made compact. Moreover, the fuel cell stack does not require a complicated piping structure, and the drainage of the fuel cell stack to which the humidifier is connected can be satisfactorily maintained with a simple and compact configuration.
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。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
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。
The
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。
The cooling
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。
The oxidant
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(燃料タンク)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。
The fuel
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。
An exhaust
燃料電池スタック14は、複数の発電セル60が車長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。
In the
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。
As shown in FIG. 2, each
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。
One end edge (upper end edge) of the
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。
The other end edge (lower end edge) in the long side direction of the
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。
A cathode side
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。
A cooling medium
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。
The electrolyte membrane /
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。
A fuel
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。
The
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
The oxidant
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。
The
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。
As shown in FIG. 4, the
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。
In the
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116を介して連結される。
As shown in FIG. 5, at the ends of the humidified
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。
As shown in FIG. 3, the
加湿器36には、図5及び図6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。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。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
ドレン用通路104a、118aには、連結通路部材120aが配設される一方、ドレン用通路104b、118bには、連結通路部材120bが配設される。連結通路部材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。
The
スタック側挿入部124aの先端縁部外周には、周溝128aが形成され、加湿器側挿入部124bの外周には、周溝128bが形成される。スタック側挿入部124aの外周には、逃げ用溝部130aが設けられることにより、ドレン用通路104aの内周面との間に隙間Sが形成される。加湿器側挿入部124bの外周には、逃げ用溝部130bが設けられることにより、ドレン用通路118aの内周面との間に隙間Sが形成される。周溝128a、128bには、Oリング132a、132bが配設される。
A
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。
In addition, the humidifier
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
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。
First, as shown in FIG. 1, the air pump 32 constituting the oxidant
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。
At that time, as will be described later, off-gas which is an oxidant gas used for the reaction is supplied to the off-
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。
On the other hand, in the fuel
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。
Further, in the cooling
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。
As shown in FIG. 2, the air supplied to the
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。
Therefore, in each electrolyte membrane /
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)。
Next, the air consumed by being supplied to the
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。
At that time, the generated water generated by power generation at the
このドレン用通路104aは、図6に示すように、連結通路部材120aに連通しており、生成水は、前記連結通路部材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。
As shown in FIG. 6, the
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。
Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the
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。
In the
このドレン用通路104bは、図6に示すように、連結通路部材120bに連通しており、生成水は、前記連結通路部材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)。
As shown in FIG. 6, the
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。
As shown in FIG. 2, the cooling medium is introduced into the cooling
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が取り付けられるとともに、前記エンドプレート62bと前記加湿器36とには、連結通路部材120a、120bが一体に連結されている。
In this case, in the present embodiment, the
具体的には、図6に示すように、連結通路部材120a、120bは、エンドプレート62bのドレン用通路104a、104b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、118bに挿入される加湿器側挿入部124bとを備えている。このため、燃料電池スタック14と加湿器36との複数箇所(多軸)の接続部を同時且つ直接に連結することができ、燃料電池システム10全体のコンパクト化が容易に図られる。
Specifically, as shown in FIG. 6, the connecting
しかも、燃料電池スタック14には、複雑な配管構造が不要になり、簡単且つコンパクトな構成で、加湿器36が連結された燃料電池スタック14の排水性を良好に維持することが可能になるという効果が得られる。
Moreover, the
さらに、スタック側挿入部124aの外周には、逃げ用溝部130aが設けられ、ドレン用通路104aの内周面との間に隙間S(例えば、0.5mm)が形成されている。同様に、加湿器側挿入部124bの外周には、逃げ用溝部130bが設けられ、ドレン用通路118aの内周面との間に隙間Sが形成されている。
Further, a
従って、燃料電池システム10に付与される外部荷重等により、燃料電池スタック14と加湿器36との間に位置ずれ(位相ずれ)が惹起した際、この位置ずれを隙間Sにより吸収することができるため、連結通路部材120a、120bに直接外力が作用することを回避することが可能になる。これにより、軸がずれた場合に、比較的小径に構成される連結通路部材120a、120bは、燃料電池スタック14や加湿器36に接触することを抑制され、損傷することを良好に阻止することができるという利点が得られる。
Therefore, when a positional shift (phase shift) is caused between the
さらにまた、連結通路部材120a、120bには、係止用フランジ部126が設けられている。このため、燃料電池スタック14と加湿器36との間に係止用フランジ部126が挟持されることにより、連結通路部材120a、120bの軸方向の位置決めが可能になる。
Furthermore, the connecting
なお、本実施形態では、連結通路部材120a、120bに逃げ用溝部130a、130bが設けられているが、これに代えてドレン用通路104a、104bの内周面及びドレン用通路118a、118bの内周面に逃げ用溝部を設けてもよい。
In the present embodiment, the connecting
また、連結通路部材120a、120bに代えて、図7に示すように、連結通路部材140a、140bを使用してもよい。この連結通路部材140a、140bは、係止用フランジ部126を設けておらず、ドレン用通路104a、104b及びドレン用通路118a、118bが段付き孔形状を有する。
Further, instead of the connecting
このため、連結通路部材140a、140bは、ドレン用通路104a、104の段部及びドレン用通路118a、118bの段部により軸方向の位置決めが行われる。
Therefore, the connecting
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
116…中間配管
120a、120b、140a、140b…連結通路部材
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
130a、130b…逃げ用溝部 132a、132b…Oリング
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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、加湿器側ドレン用通路を有して前記燃料電池スタックの前記一端部に連結される加湿器と、
前記燃料電池スタックと前記加湿器との接合部位に配置され、前記スタック側ドレン用通路に挿入されるスタック側挿入部、及び前記加湿器側ドレン用通路に挿入される加湿器側挿入部を一体に有する連結通路部材と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A stack side drain connected to the reaction gas communication hole is provided at one end of the stacking direction, in which a plurality of power generation cells are stacked, and a reaction gas communication hole is provided for flowing a reaction gas used for power generation reaction in the stacking direction. A fuel cell stack with an open passage,
A humidifier that humidifies at least one reaction gas supplied to the fuel cell stack with a humidifying fluid and has a humidifier-side drain passage and is connected to the one end of the fuel cell stack;
A stack-side insertion portion that is disposed at a joint portion between the fuel cell stack and the humidifier and is inserted into the stack-side drain passage, and a humidifier-side insertion portion that is inserted into the humidifier-side drain passage are integrated. A connecting passage member having
A fuel cell system comprising:
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