JP5366635B2 - 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内に反応ガスを導入するとともに、前記燃料電池スタックから排出される使用済み反応ガスを前記燃料電池スタックに戻すエゼクタ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 an ejector that introduces a reaction gas into the fuel cell stack and returns spent reaction gas discharged from the fuel cell stack to the fuel cell stack. And a fuel cell system.

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(MEA)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 (MEA) in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. It has a power generation cell. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by stacking a predetermined number of power generation cells.

ところで、燃料電池では、水素ガス等の燃料ガスがアノード側電極に供給されるとともに、発電に使用されない未反応の燃料ガスを含む燃料オフガスが、前記燃料電池から排出されている。従って、経済性を考慮して燃料ガスの有効利用を図るため、燃料オフガスを、燃料ガスとしてアノード側電極に再度供給することが行われている。   By the way, in the fuel cell, fuel gas such as hydrogen gas is supplied to the anode side electrode, and fuel off-gas containing unreacted fuel gas that is not used for power generation is discharged from the fuel cell. Therefore, in order to make effective use of the fuel gas in consideration of economy, the fuel off gas is supplied again to the anode side electrode as the fuel gas.

例えば、特許文献1に開示されている燃料電池システムは、図12に示すように、水素供給装置1から燃料電池2(複数の発電セル2aの積層体)に水素を供給するための水素供給経路3と、前記燃料電池2から排出されるオフガスを前記水素供給経路3に合流させ、前記燃料電池2に再循環させるオフガス循環経路4と、オフガスを前記オフガス循環経路4に循環させるとともに、オフガスの循環量を制御可能であり、さらにオフガスを主供給水素に混合するエジェクタポンプ5と、前記エジェクタポンプ5の吐出圧を検出する圧力センサ6とを設けている。   For example, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 12, a hydrogen supply path for supplying hydrogen from a hydrogen supply device 1 to a fuel cell 2 (a stack of a plurality of power generation cells 2a). 3, the off gas discharged from the fuel cell 2 joins the hydrogen supply path 3 and is recirculated to the fuel cell 2, the off gas is circulated to the off gas circulation path 4, and the off gas The amount of circulation is controllable, and an ejector pump 5 that mixes off-gas with main supply hydrogen and a pressure sensor 6 that detects the discharge pressure of the ejector pump 5 are provided.

特開2004−95528号公報JP 2004-95528 A

ところで、エジェクタポンプ5が燃料電池2の近傍に配置される際、前記エジェクタポンプ5から前記燃料電池2の水素供給連通孔内には、水素が高圧で吐出されるため、前記水素供給連通孔内に静圧分布が発生し易い。これにより、燃料電池2内では、特に水素入口側に位置する発電セル2aに対して水素が十分に供給されず、発電性能が低下するという問題がある。   By the way, when the ejector pump 5 is disposed in the vicinity of the fuel cell 2, hydrogen is discharged from the ejector pump 5 into the hydrogen supply communication hole of the fuel cell 2 at a high pressure. The static pressure distribution tends to occur. As a result, in the fuel cell 2, hydrogen is not sufficiently supplied to the power generation cell 2a located particularly on the hydrogen inlet side, and there is a problem that power generation performance is deteriorated.

さらに、オフガス中には、燃料電池2の発電反応により生成される水が含まれており、温度低下によって水蒸気が凝縮して水滴が発生し易い。この水滴が燃料電池2内に導入されると、前記燃料電池2の発電性能を安定的に維持することが困難になるという問題がある。しかも、水蒸気は、水素の流れに乗ってオフガス循環経路4を循環するため、燃料電池2内への結露水の混入防止を図ることができないという問題がある。   Further, the off gas contains water generated by the power generation reaction of the fuel cell 2, and the water vapor is likely to be condensed due to the condensation of the water vapor due to the temperature drop. When the water droplets are introduced into the fuel cell 2, there is a problem that it is difficult to stably maintain the power generation performance of the fuel cell 2. Moreover, since water vapor circulates in the off-gas circulation path 4 along with the flow of hydrogen, there is a problem that it is impossible to prevent the dew condensation from entering the fuel cell 2.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池スタック内に積層されている各発電セルに対し、反応ガスを均一且つ確実に分配供給するとともに、前記燃料電池スタック内に結露水が導入されることを可及的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。   The present invention solves this type of problem, and distributes and supplies reaction gas uniformly and reliably to each power generation cell stacked in the fuel cell stack, and condensed water is contained in the fuel cell stack. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing the introduction as much as possible.

本発明は、複数の発電セルが水平方向に積層され、積層方向端部にエンドプレートが配設されるとともに、積層方向に沿って少なくとも燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス供給連通孔が設けられる燃料電池スタックと、前記エンドプレートに装着され、反応ガス噴出口から前記反応ガス供給連通孔に前記反応ガスを導入するとともに、前記燃料電池スタックから排出される使用済み反応ガスを、未使用の前記反応ガスに混合するために前記反応ガス噴出口に戻すエゼクタとを備える燃料電池システムに関するものである。   The present invention provides a reactive gas in which a plurality of power generation cells are stacked in a horizontal direction, an end plate is disposed at an end in the stacking direction, and at least a reaction gas that is a fuel gas or an oxidant gas is supplied along the stacking direction. A fuel cell stack provided with a supply communication hole, and a spent reaction gas that is attached to the end plate, introduces the reaction gas into the reaction gas supply communication hole from a reaction gas outlet, and is discharged from the fuel cell stack The present invention relates to a fuel cell system provided with an ejector that returns the gas to the reactive gas outlet for mixing with the unused reactive gas.

この燃料電池システムでは、エゼクタの反応ガス噴出口とエンドプレートの反応ガス供給連通孔とが、積層方向に対して互いに位置をずらして配置されている。   In this fuel cell system, the reaction gas outlet of the ejector and the reaction gas supply communication hole of the end plate are arranged so as to be shifted from each other with respect to the stacking direction.

また、エゼクタの反応ガス噴出口は、エンドプレートの反応ガス供給連通孔より下方に配置されることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the reaction gas ejection port of the ejector is disposed below the reaction gas supply communication hole of the end plate.

さらに、エゼクタの反応ガス噴出口の先端部下方には、水排出口が設けられることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that a water discharge port is provided below the tip of the reaction gas outlet of the ejector.

さらにまた、エゼクタの反応ガス噴出口の前方には、上方向に向かってエンドプレートの反応ガス供給連通孔に連通する流路を形成するための内壁面が、反応ガスの噴出方向に直交し且つ上下方向に延在して設けられることが好ましい。   Furthermore, an inner wall surface for forming a flow path communicating with the reaction gas supply communication hole of the end plate in the upward direction is disposed in front of the reaction gas ejection port of the ejector, and is orthogonal to the reaction gas ejection direction. It is preferable to extend in the vertical direction.

また、内壁面には、反応ガス噴出口より上方に位置し且つエンドプレート側から流路に突出する突起部が形成されることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the inner wall surface is provided with a protrusion that is located above the reactive gas outlet and protrudes into the flow path from the end plate side.

さらに、内壁面には、エゼクタの反応ガス噴出口の前方に位置して凹部が形成されることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that a concave portion is formed in the inner wall surface in front of the reaction gas outlet of the ejector.

さらにまた、エンドプレートとエゼクタとの間には、流路ブロックが介装されるとともに、前記流路ブロックは、反応ガス噴出口に連通する入口及び反応ガス供給連通孔に連通する出口を有した屈曲連結流路を備えることが好ましい。   Furthermore, a flow path block is interposed between the end plate and the ejector, and the flow path block has an inlet communicating with the reactive gas ejection port and an outlet communicating with the reactive gas supply communication hole. It is preferable to provide a bent connection channel.

また、エンドプレートには、反応ガス噴出口に連通する入口及び反応ガス供給連通孔に連通する出口を有した屈曲連結流路が設けられることが好ましい。   Further, the end plate is preferably provided with a bent connection channel having an inlet communicating with the reactive gas ejection port and an outlet communicating with the reactive gas supply communication hole.

さらに、エンドプレートには、エゼクタを装着するための樹脂製ジョイント部材が連結されることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that a resin joint member for mounting the ejector is connected to the end plate.

さらにまた、本発明に係る燃料電池システムでは、エゼクタの反応ガス噴出口とエンドプレートの反応ガス供給連通孔とを繋ぐ屈曲連結流路を設け、前記屈曲連結流路は、下方にV字状に屈曲する屈曲部分を有している。   Furthermore, in the fuel cell system according to the present invention, a bent connection channel that connects the reaction gas outlet of the ejector and the reaction gas supply communication hole of the end plate is provided, and the bent connection channel is formed in a V shape downward. It has a bent part that bends.

また、エンドプレートとエゼクタとの間には、流路ブロックが介装されるとともに、前記流路ブロックは、反応ガス噴出口に連通する入口及び反応ガス供給連通孔に連通する出口を有した屈曲連結流路を備えることが好ましい。   In addition, a flow path block is interposed between the end plate and the ejector, and the flow path block has a bent portion having an inlet communicating with the reactive gas ejection port and an outlet communicating with the reactive gas supply communication hole. It is preferable to provide a connection channel.

本発明によれば、エゼクタの反応ガス噴出口からエンドプレートの反応ガス供給連通孔に反応ガスが噴射される際、前記反応ガス噴出口と前記反応ガス供給連通孔との相対的な位置ずれによって、前記反応ガスの流速が低下されるとともに、前記反応ガス中の水分が結露水となって除去される。   According to the present invention, when the reactive gas is injected from the reactive gas outlet of the ejector into the reactive gas supply passage of the end plate, the relative displacement between the reactive gas outlet and the reactive gas supply passage is caused. The flow rate of the reaction gas is reduced, and moisture in the reaction gas is removed as condensed water.

このため、反応ガスの流速が低下することにより反応ガス供給連通孔内での静圧分布が改善される一方、燃料電池スタック内に結露水が導入されることを可及的に阻止することができる。これにより、燃料電池スタック内に積層されている各発電セルに対し、反応ガスを均一且つ確実に分配供給するとともに、前記燃料電池スタックの発電性能を安定的に維持することが可能になる。   For this reason, reducing the flow velocity of the reaction gas improves the static pressure distribution in the reaction gas supply passage, while preventing the introduction of condensed water into the fuel cell stack as much as possible. it can. This makes it possible to uniformly and reliably distribute and supply the reaction gas to the power generation cells stacked in the fuel cell stack, and to stably maintain the power generation performance of the fuel cell stack.

また、本発明によれば、エゼクタの反応ガス噴出口とエンドプレートの反応ガス供給連通孔とを繋ぐ屈曲連結流路は、下方にV字状に屈曲する屈曲部分を有している。従って、反応ガスは、屈曲連結流路の屈曲部分で整流されるとともに、結露水が除去される。このため、燃料電池スタック内に積層されている各発電セルに対し、反応ガスを均一且つ確実に分配供給するとともに、前記燃料電池スタックの発電性能を安定的に維持することが可能になる。   Further, according to the present invention, the bent connection channel that connects the reaction gas ejection port of the ejector and the reaction gas supply communication hole of the end plate has a bent portion bent downward in a V shape. Therefore, the reaction gas is rectified at the bent portion of the bent connection flow path, and condensed water is removed. For this reason, it is possible to distribute and supply the reaction gas uniformly and reliably to each power generation cell stacked in the fuel cell stack and to stably maintain the power generation performance of the fuel cell stack.

本発明の第1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。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 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。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池システムの要部断面説明図である。It is principal part sectional drawing of the said fuel cell system. 本発明の第2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。It is a schematic block diagram of the fuel cell system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記燃料電池システムの要部断面説明図である。It is principal part sectional drawing of the said fuel cell system. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池システムの要部断面説明図である。It is principal part sectional explanatory drawing of the fuel cell system which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る燃料電池システムの要部断面説明図である。It is principal part sectional explanatory drawing of the fuel cell system which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る燃料電池システムの要部断面説明図である。It is principal part sectional explanatory drawing of the fuel cell system which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る燃料電池システムの要部断面説明図である。It is principal part sectional explanatory drawing of the fuel cell system which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7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。It is a schematic block diagram of the fuel cell system which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態に係る燃料電池システムの要部断面説明図である。It is principal part cross-sectional explanatory drawing of the fuel cell system which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 特許文献1に開示されている燃料電池システムの説明図である。2 is an explanatory diagram of a fuel cell system disclosed in Patent Document 1. FIG.

図1は、本発明の第1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 fuel cell system 10 according to a first embodiment of the present invention.

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 fuel cell system 10 is mounted on a fuel cell vehicle (not shown). The fuel cell stack 14, a cooling medium supply mechanism 16 for supplying a cooling medium to the fuel cell stack 14, and the fuel cell stack 14 are oxidized. An oxidant gas supply mechanism 18 for supplying an agent gas (reactive gas) and a fuel gas supply mechanism 20 for supplying a fuel gas (reactive gas) to the fuel cell stack 14 are provided.

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 medium supply mechanism 16 includes a radiator 24. A cooling medium supply pipe 28 and a cooling medium discharge pipe 30 are connected to the radiator 24 via a refrigerant pump 26.

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 gas supply mechanism 18 includes an air pump 32 disposed close to the refrigerant pump 26. An air supply pipe 34 having one end connected to the air pump 32 is connected to the humidifier 36, and the fuel cell stack 14 is connected to the humidifier 36 via a humidified air supply pipe 38. Is done. The fuel cell stack 14 and the humidifier 36 are connected to an off-gas supply pipe 40 for supplying a used oxidant gas (hereinafter referred to as off-gas) as a humidified fluid. In the humidifier 36, a back pressure valve 42 is disposed on the discharge side of the off gas supplied through the off gas supply pipe 40.

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を介して燃料電池スタック14に接続される。   The fuel gas supply mechanism 20 includes a fuel gas tank 44 in which hydrogen gas is stored as fuel gas. One end of a fuel gas pipe 45 is connected to the fuel gas tank 44, and the fuel gas pipe 45 is connected to the fuel cell stack 14 via a shut-off valve 46, a regulator 48 and an ejector 50.

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を介して希釈ボックス58に連通する。希釈ボックス58には、例えば、燃料電池スタック14から排出される使用済みの酸化剤ガスが希釈エアとして導入される。   An exhaust fuel gas pipe 52 through which used fuel gas is discharged is connected to the fuel cell stack 14. The exhaust fuel gas pipe 52 is connected to the ejector 50 through a return pipe 54 and partly communicates with a dilution box 58 through a purge valve 56. For example, used oxidant gas discharged from the fuel cell stack 14 is introduced into the dilution box 58 as dilution air.

燃料電池スタック14は、複数の発電セル60が水平方向(図2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エンドプレート62a、62bが配設される(図1参照)。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(図示せず)、又は前記エンドプレート62a、62b間を締結するタイロッド(図示せず)を備える。   In the fuel cell stack 14, a plurality of power generation cells 60 are stacked in the horizontal direction (the direction of arrow A in FIG. 2), and at both ends in the stacking direction, although not shown, end plates are connected via terminal plates and insulating plates. 62a and 62b are disposed (see FIG. 1). The fuel cell stack 14 includes, for example, a casing (not shown) having end plates 62a and 62b as end plates, or tie rods (not shown) that fasten the end plates 62a and 62b.

ターミナルプレートに電力取り出し端子63a、63bが設けられており、エンドプレート62a、62bから積層方向外方に前記電力取り出し端子63a、63bが突出する。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。   Power extraction terminals 63a and 63b are provided on the terminal plate, and the power extraction terminals 63a and 63b protrude outward from the end plates 62a and 62b in the stacking direction. The electric power takeout terminals 63a and 63b are connected to a traveling motor and auxiliary equipment (not shown).

図2に示すように、各発電セル60は、電解質膜・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 power generation cell 60 includes an electrolyte membrane / electrode structure 66 and first and second separators 68 and 70 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 66, and has a vertically long configuration. Is done. In addition, the 1st and 2nd separators 68 and 70 are comprised with a carbon separator or a metal separator.

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(反応ガス供給連通孔)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(反応ガス供給連通孔)76aが設けられる。   One end edge (upper end edge) of the power generation cell 60 in the long side direction (arrow C direction) communicates with each other in the arrow A direction to supply an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas. A supply communication hole (reaction gas supply communication hole) 72a and a fuel gas supply communication hole (reaction gas supply communication hole) 76a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

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72b及び燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔76bが設けられる。   The other end edge (lower end edge) in the long side direction of the power generation cell 60 communicates with each other in the direction of the arrow A, and discharges the oxidant gas discharge communication hole 72b for discharging the oxidant gas and the fuel gas. A fuel gas discharge communication hole 76b is provided.

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 supply communication hole 74a for supplying a cooling medium is provided at one end edge of the power generation cell 60 in the short side direction (arrow B direction), and the other end edge of the power generation cell 60 in the short side direction. Is provided with a cooling medium discharge communication hole 74b for discharging the cooling medium. The cooling medium supply communication hole 74a and the cooling medium discharge communication hole 74b are set in a vertically long shape.

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 / electrode structure 66 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 78 in which a thin film of perfluorosulfonic acid is impregnated with water, and an anode side electrode 80 and a cathode side electrode 82 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 78. With.

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 gas flow path 84 that connects the fuel gas supply communication hole 76 a and the fuel gas discharge communication hole 76 b is formed on the surface 68 a of the first separator 68 facing the electrolyte membrane / electrode structure 66. The fuel gas channel 84 is constituted by, for example, a groove extending in the direction of arrow C. A cooling medium flow path 86 that connects the cooling medium supply communication hole 74 a and the cooling medium discharge communication hole 74 b is formed on the surface 68 b opposite to the surface 68 a of the first separator 68. The cooling medium flow path 86 is constituted by a groove portion extending in the arrow B direction.

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 surface 70a of the second separator 70 facing the electrolyte membrane / electrode structure 66 is provided with, for example, an oxidant gas flow path 88 formed of a groove extending in the direction of arrow C. The oxidant gas supply communication hole 72a and the oxidant gas discharge communication hole 72b communicate with each other. A cooling medium flow path 86 is integrally formed on the surface 70b opposite to the surface 70a of the second separator 70 so as to overlap the surface 68b of the first separator 68. Although not shown, the first and second separators 68 and 70 are provided with seal members as necessary.

図3に示すように、エンドプレート62bには、マニホールド部材である流路ブロック90を介してエゼクタ50が装着される。エゼクタ50は、筒状の本体部94を備え、前記本体部94には、ノズル98及びディフューザ100が収容される。本体部94には、オフガス通路104が形成される。ノズル98は、燃料ガスパイプ45に連通する燃料ガス通路106を設け、この燃料ガス通路106は、前記ノズル98の先端に設けられる噴射口110からディフューザ100内に開放される。   As shown in FIG. 3, the ejector 50 is attached to the end plate 62b via a flow path block 90 that is a manifold member. The ejector 50 includes a cylindrical main body 94, and the main body 94 accommodates a nozzle 98 and a diffuser 100. An off gas passage 104 is formed in the main body portion 94. The nozzle 98 is provided with a fuel gas passage 106 communicating with the fuel gas pipe 45, and this fuel gas passage 106 is opened into the diffuser 100 from an injection port 110 provided at the tip of the nozzle 98.

オフガス通路104は、リターン配管54に連通するとともに、ディフューザ100の外周に形成される孔部112を介して吸引室114に連通する。吸引室114は、先端側に向かって縮径した後、流れ方向下流に向かって連続的に拡径する噴射通路(反応ガス噴出口)116に連通する。   The off gas passage 104 communicates with the return pipe 54 and also communicates with the suction chamber 114 through a hole 112 formed on the outer periphery of the diffuser 100. The suction chamber 114 communicates with an injection passage (reactive gas outlet) 116 that is reduced in diameter toward the distal end side and then continuously increases in diameter toward the downstream in the flow direction.

ディフューザ100の先端は、本体部94の端部から突出し、流路ブロック90に設けられる屈曲連結流路120の入口120aに挿入される。屈曲連結流路120は、水平方向に略90゜ずつ2回屈曲しており、出口120bがエンドプレート62bの燃料ガス供給連通孔76aに連通する。ディフューザ100の先端と入口120aとの間、及び出口120bとエンドプレート62bの燃料ガス供給連通孔76aとの間には、それぞれシール部材124a、124bが介装される。   The tip of the diffuser 100 protrudes from the end of the main body 94 and is inserted into the inlet 120 a of the bent connection channel 120 provided in the channel block 90. The bent connection flow path 120 is bent twice by approximately 90 ° in the horizontal direction, and the outlet 120b communicates with the fuel gas supply communication hole 76a of the end plate 62b. Seal members 124a and 124b are interposed between the tip of the diffuser 100 and the inlet 120a, and between the outlet 120b and the fuel gas supply communication hole 76a of the end plate 62b, respectively.

エゼクタ50の噴射通路116は、屈曲連結流路120の入口120aに連通する一方、エンドプレート62bの燃料ガス供給連通孔76aは、前記屈曲連結流路120の出口120bに連通する。すなわち、エゼクタ50の噴射通路116とエンドプレート62bの燃料ガス供給連通孔76aとは、積層方向(矢印A方向)に対して互いに位置をずらして配置される。   The injection passage 116 of the ejector 50 communicates with the inlet 120 a of the bent connection channel 120, while the fuel gas supply communication hole 76 a of the end plate 62 b communicates with the outlet 120 b of the bent connection channel 120. That is, the injection passage 116 of the ejector 50 and the fuel gas supply communication hole 76a of the end plate 62b are arranged so as to be shifted from each other with respect to the stacking direction (arrow A direction).

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内に導入された後、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 gas supply mechanism 18 is driven, and external air that is an oxidant gas is sucked and introduced into the air supply pipe 34. The air is introduced into the humidifier 36 from the air supply pipe 34 and then supplied to the humidified air supply pipe 38.

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、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-gas supply pipe 40. For this reason, moisture contained in the off-gas moves to the air before use, and the air before use is humidified. The humidified air is supplied from the humidified air supply pipe 38 to the oxidant gas supply communication hole 72a in the fuel cell stack 14 through the end plate 62b.

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 gas supply mechanism 20, after the shutoff valve 46 is opened, the fuel gas (hydrogen gas) in the fuel gas tank 44 is stepped down by the regulator 48, and then the fuel cell stack passes from the ejector 50 through the end plate 62b. 14 is introduced into the fuel gas supply communication hole 76a.

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 medium supply mechanism 16, under the action of the refrigerant pump 26, the cooling medium is introduced from the cooling medium supply pipe 28 through the end plate 62 a to the cooling medium supply communication hole 74 a in the fuel cell stack 14.

図2に示すように、燃料電池スタック14内の各発電セル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 each power generation cell 60 in the fuel cell stack 14 is introduced into the oxidant gas flow path 88 of the second separator 70 from the oxidant gas supply communication hole 72a, and the electrolyte membrane / It moves along the cathode side electrode 82 of the electrode structure 66. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 84 of the first separator 68 from the fuel gas supply communication hole 76 a and moves along the anode side electrode 80 of the electrolyte membrane / electrode structure 66.

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 / electrode structure 66, the oxygen in the air supplied to the cathode side electrode 82 and the fuel gas (hydrogen) supplied to the anode side electrode 80 undergo an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer. To generate electricity.

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 cathode side electrode 82 flows along the oxidant gas discharge communication hole 72b, and is then discharged from the end plate 62b to the off gas supply pipe 40 as an off gas (see FIG. 1).

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の吸引作用下に新たな燃料ガスに混在し、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の開放作用下に希釈ボックス58に導入される。   Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 80 is discharged and flows into the fuel gas discharge communication hole 76b, and is discharged from the end plate 62b to the discharged fuel gas pipe 52 as the discharged fuel gas (see FIG. 1). A part of the discharged fuel gas discharged to the discharged fuel gas pipe 52 passes through the return pipe 54 and is mixed into new fuel gas under the suction action of the ejector 50 and is supplied into the fuel cell stack 14. The remaining exhausted fuel gas is introduced into the dilution box 58 under the action of opening the purge valve 56.

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 medium flow path 86 between the first and second separators 68 and 70 from the cooling medium supply communication hole 74 a and then flows along the arrow B direction. . The cooling medium cools the electrolyte membrane / electrode structure 66, moves through the cooling medium discharge communication hole 74 b, and is discharged from the end plate 62 a to the cooling medium discharge pipe 30. As shown in FIG. 1, the cooling medium is cooled by a radiator 24 and then supplied to the fuel cell stack 14 from a cooling medium supply pipe 28 under the action of a refrigerant pump 26.

この場合、第1の実施形態では、図3に示すように、燃料ガスパイプ45からノズル98の燃料ガス通路106に供給される燃料ガスは、前記ノズル98の先端に設けられている噴射口110からディフューザ100に噴射される。このため、吸引室114に負圧が発生し、リターン配管54からオフガス通路104を介してこの吸引室114に排出燃料ガスが吸引される。   In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the fuel gas supplied from the fuel gas pipe 45 to the fuel gas passage 106 of the nozzle 98 is supplied from the injection port 110 provided at the tip of the nozzle 98. It is injected into the diffuser 100. For this reason, a negative pressure is generated in the suction chamber 114, and the exhaust fuel gas is sucked into the suction chamber 114 from the return pipe 54 through the off gas passage 104.

従って、ノズル98から噴射された燃料ガスに排出燃料ガスが混合され、この混合された燃料ガスは、ディフューザ100の噴射通路116から流路ブロック90の屈曲連結流路120に向かって吐出される。   Accordingly, the discharged fuel gas is mixed with the fuel gas injected from the nozzle 98, and the mixed fuel gas is discharged from the injection passage 116 of the diffuser 100 toward the bent connection passage 120 of the passage block 90.

その際、屈曲連結流路120は、水平方向に略90゜ずつ2回屈曲している。これにより、入口120aに吐出された燃料ガスは、屈曲連結流路120の屈曲部を構成する内壁面126により流速が低下した後、出口120bからエンドプレート62bの燃料ガス供給連通孔76aに供給される。しかも、燃料ガスが内壁面126に吹き付けられることにより、前記燃料ガス中の水分が結露水となって除去される。   At that time, the bent connection channel 120 is bent twice by approximately 90 ° in the horizontal direction. Thus, the fuel gas discharged to the inlet 120a is supplied to the fuel gas supply communication hole 76a of the end plate 62b from the outlet 120b after the flow velocity is reduced by the inner wall surface 126 constituting the bent portion of the bent connection channel 120. The In addition, when the fuel gas is blown onto the inner wall surface 126, the moisture in the fuel gas is removed as condensed water.

このため、燃料ガスの流速が低下して燃料ガス供給連通孔76a内での静圧分布が改善される一方、燃料電池スタック14内に結露水が導入されることを可及的に阻止することができる。特に、燃料ガスが最も入り難いエゼクタ50側の発電セル60に対して、前記燃料ガスを確実に分配供給することが可能になる。   For this reason, the flow rate of the fuel gas is reduced to improve the static pressure distribution in the fuel gas supply communication hole 76a, while preventing the introduction of condensed water into the fuel cell stack 14 as much as possible. Can do. In particular, the fuel gas can be surely distributed and supplied to the power generation cell 60 on the ejector 50 side where the fuel gas hardly enters.

従って、第1の実施形態では、燃料電池スタック14内に積層されている各発電セル60に対し、燃料ガスを均一且つ確実に分配供給するとともに、前記燃料電池スタック14の発電性能を安定的に維持することが可能になるという効果が得られる。   Therefore, in the first embodiment, the fuel gas is distributed and supplied to each power generation cell 60 stacked in the fuel cell stack 14 uniformly and reliably, and the power generation performance of the fuel cell stack 14 is stably provided. The effect that it becomes possible to maintain is acquired.

なお、第1の実施形態では、反応ガスとして燃料電池スタック14に循環して供給される燃料ガスを用いて説明したが、これに限定されるものではなく、前記反応ガスとして酸化剤ガスを前記燃料電池スタック14に循環供給する場合にも適用可能である。特に、酸化剤ガスとして純酸素が使用される際には、好適である。また、以下に説明する第2の実施形態以降においても、同様である。   In the first embodiment, the fuel gas circulated and supplied to the fuel cell stack 14 as the reaction gas has been described. However, the present invention is not limited to this, and the oxidizing gas is used as the reaction gas. The present invention can also be applied to the case where the fuel cell stack 14 is circulated and supplied. It is particularly suitable when pure oxygen is used as the oxidant gas. The same applies to the second and subsequent embodiments described below.

さらにまた、第1の実施形態では、屈曲連結流路120が水平方向に略90°ずつ2回屈曲しているが、これに代えて、入口120aが上方で且つ出口120bが下方に位置するように上下方向に略90°ずつ2回屈曲するように構成してもよい。   Furthermore, in the first embodiment, the bent connecting flow path 120 is bent twice by approximately 90 ° in the horizontal direction, but instead, the inlet 120a is located above and the outlet 120b is located below. Further, it may be configured to be bent twice by approximately 90 ° in the vertical direction.

図4は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システム140の概略構成図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池システム10と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。また、以下に説明する第3の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。   FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 140 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell system 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third and subsequent embodiments described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池スタック14には、燃料ガス排出連通孔76bに気液分離器142が連通しており、この気液分離器142には、流路ブロック144に接続されたドレン流路146が接続される。   A gas-liquid separator 142 communicates with the fuel cell stack 14 through a fuel gas discharge communication hole 76b, and a drain channel 146 connected to the channel block 144 is connected to the gas-liquid separator 142. .

図5に示すように、流路ブロック144は、エンドプレート62bとエゼクタ50との間に介装されるとともに、屈曲連結流路148を設ける。屈曲連結流路148の入口148aには、ディフューザ100の先端が挿入されるとともに、前記屈曲連結流路148の出口148bは、燃料ガス供給連通孔76aに連通する。入口148aは、出口148bよりも下方に配置されており、噴射通路116は、燃料ガス供給連通孔76aより下方に配置される。   As shown in FIG. 5, the flow path block 144 is interposed between the end plate 62 b and the ejector 50 and is provided with a bent connection flow path 148. The distal end of the diffuser 100 is inserted into the inlet 148a of the bent connection channel 148, and the outlet 148b of the bent connection channel 148 communicates with the fuel gas supply communication hole 76a. The inlet 148a is disposed below the outlet 148b, and the injection passage 116 is disposed below the fuel gas supply communication hole 76a.

流路ブロック144内には、噴射通路116の前方に位置し、上方向に向かって燃料ガス供給連通孔76aに連通する流路を形成するための内壁面150が、前記噴射通路116からの燃料ガス噴出方向に直交し且つ上下方向に延在して設けられる。噴射通路116の先端下方には、水排出口152が設けられ、前記水排出口152は、ドレン流路146に連通する。   Inside the flow path block 144, an inner wall surface 150 for forming a flow path that is located in front of the injection passage 116 and communicates with the fuel gas supply communication hole 76 a in the upward direction is provided as fuel from the injection passage 116. It is orthogonal to the gas ejection direction and extends in the vertical direction. A water discharge port 152 is provided below the tip of the injection passage 116, and the water discharge port 152 communicates with the drain channel 146.

このように構成される第2の実施形態では、図5に示すように、屈曲連結流路148は、入口148aが出口148bよりも下方に配置されるとともに、鉛直上方向に略90°だけ屈曲している。このため、ディフューザ100の噴射通路116から屈曲連結流路148の入口148aに吐出された燃料ガスは、内壁面150により流速が低下した後、出口148bから燃料ガス供給連通孔76aに供給される。   In the second embodiment configured as described above, as shown in FIG. 5, the bent connection channel 148 has an inlet 148 a disposed below the outlet 148 b and is bent approximately 90 ° vertically upward. doing. For this reason, the fuel gas discharged from the injection passage 116 of the diffuser 100 to the inlet 148a of the bent connection channel 148 is supplied to the fuel gas supply communication hole 76a from the outlet 148b after the flow velocity is reduced by the inner wall surface 150.

従って、燃料ガスの流速が低下し、燃料ガス供給連通孔76a内での静圧分布が改善される一方、内壁面150に付着した結露水は、水排出口152からドレン流路146を介して気液分離器142に排出される。これにより、第2の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる他、流路ブロック144内に結露水が貯留されることがなく、排水性が一層向上するという利点が得られる。   Therefore, the flow rate of the fuel gas is reduced, and the static pressure distribution in the fuel gas supply communication hole 76a is improved. On the other hand, the condensed water adhering to the inner wall surface 150 passes from the water discharge port 152 through the drain channel 146. It is discharged to the gas-liquid separator 142. Thereby, in 2nd Embodiment, the effect similar to said 1st Embodiment is acquired, and also dew condensation water is not stored in the flow path block 144, and an advantage that drainage property improves further. Is obtained.

図6は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池システム160の要部断面説明図である。   FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a fuel cell system 160 according to the third embodiment of the present invention.

燃料電池システム160は、エンドプレート62bとエゼクタ50との間に介装される流路ブロック162を備える。流路ブロック162には、第2の実施形態と同様に、鉛直上方向に略90°だけ屈曲する屈曲連結流路148を設けるとともに、内壁面150には、噴射通路116の前方に位置して凹部164が形成される。   The fuel cell system 160 includes a flow path block 162 interposed between the end plate 62b and the ejector 50. Similar to the second embodiment, the flow path block 162 is provided with a bent connection flow path 148 that bends by approximately 90 ° in the vertical upward direction, and is positioned on the inner wall surface 150 in front of the injection passage 116. A recess 164 is formed.

このように構成される第3の実施形態では、噴射通路116から屈曲連結流路148に吐出された燃料ガスは、内壁面150の凹部164に吹き付けられ、流速が低下するとともに、前記凹部164に結露水が付着する。そして、この結露水は、凹部164から上方に移動することを確実に阻止され、水排出口152を介してドレン流路146に確実且つ円滑に排出されるという利点がある。   In the third embodiment configured as described above, the fuel gas discharged from the injection passage 116 to the bent connection flow path 148 is blown to the concave portion 164 of the inner wall surface 150 to reduce the flow velocity and to the concave portion 164. Condensation water adheres. The condensed water is reliably prevented from moving upward from the recess 164 and has an advantage that the condensed water is reliably and smoothly discharged to the drain channel 146 through the water discharge port 152.

図7は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池システム170の要部断面説明図である。   FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a fuel cell system 170 according to the fourth embodiment of the present invention.

燃料電池システム170は、エンドプレート62bとエゼクタ50との間に介装される流路ブロック172を備える。流路ブロック172は、上記の第3の実施形態と同様に、内壁面150に凹部164が形成されるとともに、前記凹部164の上方側には、屈曲連結流路148側に突出する突起部174が設けられる。   The fuel cell system 170 includes a flow path block 172 interposed between the end plate 62 b and the ejector 50. As in the third embodiment, the flow path block 172 has a recess 164 formed in the inner wall surface 150, and a protrusion 174 protruding above the recess 164 toward the bent connection flow path 148. Is provided.

これにより、第4の実施形態では、噴射通路116から屈曲連結流路148に吐出された燃料ガスは、凹部164により減速されるとともに、結露水がこの凹部164に除去される。その際、特に突起部174を介して結露水が燃料ガス供給連通孔76a側に移動することを確実に阻止することができる。   Accordingly, in the fourth embodiment, the fuel gas discharged from the injection passage 116 to the bent connection flow path 148 is decelerated by the recess 164 and the condensed water is removed by the recess 164. At that time, it is possible to reliably prevent the dew condensation water from moving to the fuel gas supply communication hole 76a side, particularly through the protrusion 174.

図8は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池システム180の要部断面説明図である。   FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view of a main part of a fuel cell system 180 according to the fifth embodiment of the present invention.

燃料電池システム180は、エンドプレート62bとエゼクタ50との間に介装される流路ブロック182を備える。流路ブロック182は、内壁面150に噴射通路116より上方に位置して屈曲連結流路148側に突出する突起部184が形成される。   The fuel cell system 180 includes a flow path block 182 interposed between the end plate 62 b and the ejector 50. The flow path block 182 is formed with a projection 184 that is located above the injection passage 116 on the inner wall surface 150 and protrudes toward the bent connection flow path 148.

従って、第5の実施形態では、噴射通路116から屈曲連結流路148に吐出された燃料ガスは、内壁面150により減速されるとともに、この内壁面150に結露水が付着する。その際、結露水が上方に移動することを突起部184により確実に阻止することができ、燃料ガス供給連通孔76aに結露水が導入されることを確実に阻止することが可能になる。   Therefore, in the fifth embodiment, the fuel gas discharged from the injection passage 116 to the bent connection flow path 148 is decelerated by the inner wall surface 150 and condensed water adheres to the inner wall surface 150. At this time, it is possible to reliably prevent the dew condensation water from moving upward by the protrusion 184, and it is possible to reliably prevent the dew condensation water from being introduced into the fuel gas supply communication hole 76a.

図9は、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池システム190の要部断面説明図である。   FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a fuel cell system 190 according to the sixth embodiment of the present invention.

燃料電池システム190は、エンドプレート62bとエゼクタ50との間に介装される流路ブロック192を備える。流路ブロック192には、噴射通路116と燃料ガス供給連通孔76aとを繋ぐ屈曲連結流路194を備える。この屈曲連結流路194は、下方にV字状に屈曲するとともに、入口194aにディフューザ100が挿入される一方、出口194bに燃料ガス供給連通孔76aが連通する。屈曲連結流路194のV字状の下端部側には、水排出口152を介してドレン流路146が連通する。   The fuel cell system 190 includes a flow path block 192 interposed between the end plate 62 b and the ejector 50. The flow path block 192 includes a bent connection flow path 194 that connects the injection passage 116 and the fuel gas supply communication hole 76a. The bent connection channel 194 is bent downward in a V shape, and the diffuser 100 is inserted into the inlet 194a, while the fuel gas supply communication hole 76a communicates with the outlet 194b. The drain channel 146 communicates with the V-shaped lower end side of the bent connection channel 194 through the water discharge port 152.

このように構成される第6の実施形態では、噴射通路116から屈曲連結流路194に吐出された燃料ガスは、この屈曲連結流路194の形状に沿って移動することにより流速が低下するとともに、水分が結露水として除去される。このため、燃料電池スタック14内の各発電セル60に燃料ガスを均一且つ確実に分配供給するとともに、結露水の浸入を阻止して発電性能を安定的に維持することが可能になる。   In the sixth embodiment configured as described above, the fuel gas discharged from the injection passage 116 to the bent connection flow path 194 moves along the shape of the bent connection flow path 194, thereby reducing the flow velocity. Moisture is removed as condensed water. For this reason, it is possible to distribute and supply the fuel gas uniformly and surely to each power generation cell 60 in the fuel cell stack 14, and to prevent the intrusion of condensed water and stably maintain the power generation performance.

図10は、本発明の第7の実施形態に係る燃料電池システム200の概略構成図である。   FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 200 according to the seventh embodiment of the present invention.

燃料電池システム200は、ドレン流路146に接続されるドレン弁202を備え、前記ドレン弁202の出口側が希釈ボックス58に接続される。従って、第7の実施形態では、ドレン流路146に排出される結露水は、ドレン弁202の切り換え作用下に希釈ボックス58に排出される。   The fuel cell system 200 includes a drain valve 202 connected to the drain flow path 146, and the outlet side of the drain valve 202 is connected to the dilution box 58. Therefore, in the seventh embodiment, the dew condensation water discharged to the drain flow path 146 is discharged to the dilution box 58 under the switching action of the drain valve 202.

図11は、本発明の第8の実施形態に係る燃料電池システム210の要部断面説明図である。   FIG. 11 is a cross-sectional explanatory view of a main part of a fuel cell system 210 according to the eighth embodiment of the present invention.

燃料電池システム210は、エンドプレート62bに代えてエンドプレート212を備える。エンドプレート212には、エゼクタ50の噴射通路116に連通する入口214a及び燃料ガス供給連通孔76aに連通する出口214bを有した屈曲連結流路214が設けられる。この屈曲連結流路214には、噴射通路116の前方に位置して凹部164が形成されるとともに、前記凹部164の上方側には噴射通路116側に突出する突起部174が設けられる。   The fuel cell system 210 includes an end plate 212 instead of the end plate 62b. The end plate 212 is provided with a bent connection flow path 214 having an inlet 214a communicating with the injection passage 116 of the ejector 50 and an outlet 214b communicating with the fuel gas supply communication hole 76a. The bent connection channel 214 is formed with a recess 164 positioned in front of the injection passage 116, and a projection 174 protruding toward the injection passage 116 is provided above the recess 164.

エンドプレート212には、エゼクタ50を装着するための樹脂製ジョイント部材216が連結される。   A resin joint member 216 for mounting the ejector 50 is connected to the end plate 212.

このように構成される第8の実施形態では、エゼクタ50が樹脂製ジョイント部材216を介してエンドプレート212に直接装着されている。このため、燃料電池システム210全体の軽量化及びコストの削減が容易に図られるという効果が得られる。   In the eighth embodiment configured as described above, the ejector 50 is directly attached to the end plate 212 via the resin joint member 216. For this reason, the effect that the weight reduction of the whole fuel cell system 210 and cost reduction are achieved easily is acquired.

さらに、エンドプレート212には、屈曲連結流路214が形成されるとともに、この屈曲連結流路214に突起部174が設けられている。従って、部品点数の削減及び製造コストの削減が可能になり、しかも組み立て工数の低減も図られる。   Further, the end plate 212 is formed with a bent connection channel 214, and a protrusion 174 is provided in the bent connection channel 214. Therefore, the number of parts and the manufacturing cost can be reduced, and the number of assembly steps can be reduced.

さらにまた、エゼクタ50とエンドプレート212とは、樹脂製ジョイント部材216を介して連結されている。これにより、樹脂製ジョイント部材216自体が傾くことによって、エゼクタ50とエンドプレート212との相対位置合わせが容易になり、装着性が向上する。   Furthermore, the ejector 50 and the end plate 212 are connected via a resin joint member 216. Accordingly, the resin joint member 216 itself is inclined, so that the relative alignment between the ejector 50 and the end plate 212 is facilitated, and the mounting property is improved.

なお、第8の実施形態では、図示しないが、樹脂製ジョイント部材216は、水排出口を介してドレン流路に連通するように構成してもよい(第2の実施形態参照)。   In the eighth embodiment, although not shown, the resin joint member 216 may be configured to communicate with the drain channel via the water discharge port (see the second embodiment).

10、140、160、170、180、190、200、210…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
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 52…排出燃料ガス配管
54…リターン配管 60…発電セル
62a、62b、212…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
90、144、162、172、182、192…流路ブロック
94…本体部 98…ノズル
100…ディフューザ 104…オフガス通路
116…噴射通路
120、148、194、214…屈曲連結流路
120a、148a、194a、214a…入口
120b、148b、194b、214b…出口
126、150…内壁面 142…気液分離器
146…ドレン流路 152…水排出口
164…凹部 174、184…突起部
202…ドレン弁 216…樹脂製ジョイント部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 140, 160, 170, 180, 190, 200, 210 ... Fuel cell system 14 ... Fuel cell stack 16 ... Coolant supply mechanism 18 ... Oxidant gas supply mechanism 20 ... Fuel gas supply mechanism 28 ... Coolant supply pipe 30 ... cooling medium discharge pipe 34 ... air supply pipe 36 ... humidifier 38 ... humidified air supply pipe 40 ... off gas supply pipe 44 ... fuel gas tank 45 ... fuel gas pipe 50 ... ejector 52 ... exhaust fuel gas pipe 54 ... return pipe 60 ... power generation cell 62a, 62b, 212 ... end plate 66 ... electrolyte membrane / electrode structure 68, 70 ... separator 72a ... oxidant gas supply communication hole 72b ... oxidant gas discharge communication hole 74a ... cooling medium supply communication hole 74b ... cooling medium discharge communication Hole 76a ... Fuel gas supply communication hole 76b ... Fuel gas discharge communication hole 78 ... Solid polymer battery Membrane 80 ... Anode side electrode 82 ... Cathode side electrode 84 ... Fuel gas flow path 86 ... Cooling medium flow path 88 ... Oxidant gas flow path 90, 144, 162, 172, 182, 192 ... Flow path block 94 ... Body part 98 ... Nozzle 100 ... Diffuser 104 ... Off-gas passage 116 ... Injection passage 120, 148, 194, 214 ... Bent connection passage 120a, 148a, 194a, 214a ... Inlet 120b, 148b, 194b, 214b ... Outlet 126, 150 ... Inner wall surface 142 ... Gas-liquid separator 146 ... Drain flow path 152 ... Water discharge port 164 ... Recess 174, 184 ... Protrusion 202 ... Drain valve 216 ... Resin joint member

Claims (8)

複数の発電セルが水平方向に積層され、積層方向端部にエンドプレートが配設されるとともに、積層方向に沿って少なくとも燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス供給連通孔が設けられる燃料電池スタックと、
前記エンドプレートに装着され、反応ガス噴出口から前記反応ガス供給連通孔に前記反応ガスを導入するとともに、前記燃料電池スタックから排出される使用済み反応ガスを、未使用の前記反応ガスに混合するために前記反応ガス噴出口に戻すエゼクタと、
を備える燃料電池システムであって、
前記エゼクタの前記反応ガス噴出口と前記エンドプレートの前記反応ガス供給連通孔とは、前記積層方向に対して互いに位置をずらして配置され、
前記エンドプレートには、前記反応ガス噴出口に連通する入口及び前記反応ガス供給連通孔に連通する出口を有した屈曲連結流路が設けられることを特徴とする燃料電池システム。
A plurality of power generation cells are stacked in a horizontal direction, an end plate is disposed at an end in the stacking direction, and a reaction gas supply communication hole that supplies at least a reaction gas that is a fuel gas or an oxidant gas along the stacking direction. A fuel cell stack provided;
The reaction gas is mounted on the end plate, and the reaction gas is introduced from the reaction gas outlet into the reaction gas supply communication hole, and the spent reaction gas discharged from the fuel cell stack is mixed with the unused reaction gas. An ejector for returning to the reactive gas outlet,
A fuel cell system comprising:
The reactive gas ejection port of the ejector and the reactive gas supply communication hole of the end plate are arranged so as to be shifted from each other with respect to the stacking direction,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the end plate is provided with a bent connection channel having an inlet communicating with the reactive gas ejection port and an outlet communicating with the reactive gas supply communication hole.
請求項1記載の燃料電池システムにおいて、前記エゼクタの前記反応ガス噴出口は、前記エンドプレートの前記反応ガス供給連通孔より下方に配置されることを特徴とする燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the reactive gas ejection port of the ejector is disposed below the reactive gas supply communication hole of the end plate. 3. 請求項1又は2記載の燃料電池システムにおいて、前記エゼクタの前記反応ガス噴出口の先端部下方には、水排出口が設けられることを特徴とする燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein a water discharge port is provided below a tip of the reaction gas jet port of the ejector. 4. 請求項2又は3記載の燃料電池システムにおいて、前記エゼクタの前記反応ガス噴出口の前方には、上方向に向かって前記エンドプレートの前記反応ガス供給連通孔に連通する流路を形成するための内壁面が、前記反応ガスの噴出方向に直交し且つ上下方向に延在して設けられることを特徴とする燃料電池システム。   4. The fuel cell system according to claim 2, wherein a flow path is formed in front of the reaction gas outlet of the ejector so as to communicate with the reaction gas supply communication hole of the end plate in an upward direction. A fuel cell system, wherein an inner wall surface is provided so as to be orthogonal to the reactive gas ejection direction and extend in the vertical direction. 請求項4記載の燃料電池システムにおいて、前記内壁面には、前記反応ガス噴出口より上方に位置し且つ前記エンドプレート側から前記流路に突出する突起部が形成されることを特徴とする燃料電池システム。   5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the inner wall surface is formed with a protrusion that is located above the reactive gas jet port and protrudes from the end plate side into the flow path. Battery system. 請求項4又は5記載の燃料電池システムにおいて、前記内壁面には、前記エゼクタの前記反応ガス噴出口の前方に位置して凹部が形成されることを特徴とする燃料電池システム。   6. The fuel cell system according to claim 4, wherein a concave portion is formed in the inner wall surface in front of the reactive gas outlet of the ejector. 複数の発電セルが水平方向に積層され、積層方向端部にエンドプレートが配設されるとともに、積層方向に沿って少なくとも燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス供給連通孔が設けられる燃料電池スタックと、
前記エンドプレートに装着され、反応ガス噴出口から前記反応ガス供給連通孔に前記反応ガスを導入するとともに、前記燃料電池スタックから排出される使用済み反応ガスを、未使用の前記反応ガスに混合するために前記反応ガス噴出口に戻すエゼクタと、
を備える燃料電池システムであって、
前記エゼクタの前記反応ガス噴出口と前記エンドプレートの前記反応ガス供給連通孔とを繋ぐ屈曲連結流路を設け、
前記屈曲連結流路は、下方にV字状に屈曲する屈曲部分を有することを特徴とする燃料電池システム。
A plurality of power generation cells are stacked in a horizontal direction, an end plate is disposed at an end in the stacking direction, and a reaction gas supply communication hole that supplies at least a reaction gas that is a fuel gas or an oxidant gas along the stacking direction. A fuel cell stack provided;
The reaction gas is mounted on the end plate, and the reaction gas is introduced from the reaction gas outlet into the reaction gas supply communication hole, and the spent reaction gas discharged from the fuel cell stack is mixed with the unused reaction gas. An ejector for returning to the reactive gas outlet,
A fuel cell system comprising:
A bent connection flow path that connects the reaction gas outlet of the ejector and the reaction gas supply communication hole of the end plate;
The fuel cell system, wherein the bent connection channel has a bent portion bent downward in a V shape.
請求項記載の燃料電池システムにおいて、前記エンドプレートと前記エゼクタとの間には、流路ブロックが介装されるとともに、
前記流路ブロックは、前記反応ガス噴出口に連通する入口及び前記反応ガス供給連通孔に連通する出口を有した前記屈曲連結流路を備えることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 7 , wherein a flow path block is interposed between the end plate and the ejector.
The fuel cell system, wherein the flow path block includes the bent connection flow path having an inlet communicating with the reactive gas ejection port and an outlet communicating with the reactive gas supply communication hole.
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