JP5404542B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Description
本発明は、複数の発電セルが積層されるとともに、発電反応に使用された反応ガスを、積層方向に流通させる反応ガス排出連通孔が設けられ、前記積層方向の一端部に配置されるエンドプレートに、前記反応ガス排出連通孔に連通する加湿器が連結される燃料電池スタックに関する。 The present invention provides an end plate in which a plurality of power generation cells are stacked and a reaction gas discharge communication hole through which a reaction gas used for a power generation reaction flows in the stacking direction is disposed at one end of the stacking direction Furthermore, the present invention relates to a fuel cell stack to which a humidifier communicating with the reaction gas discharge communication hole is connected.
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、所定数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用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 usually used as an in-vehicle fuel cell stack, for example, by stacking a predetermined number of power generation cells.
燃料電池スタックでは、積層されている各発電セルのアノード側電極及びカソード側電極に、それぞれ反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するため、内部マニホールドを構成する場合が多い。この内部マニホールドは、発電セルの積層方向に貫通して設けられる反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔を備えている。 In a fuel cell stack, an internal manifold is often configured to supply a fuel gas and an oxidant gas, which are reaction gases, to the anode side electrode and the cathode side electrode of each stacked power generation cell. The internal manifold includes a reaction gas supply communication hole and a reaction gas discharge communication hole that are provided through the power generation cell in the stacking direction.
その際、燃料電池スタックには、外部機器、例えば、加湿器が排出側配管を介して反応ガス排出連通孔に連通している。このため、燃料電池スタックと排出側配管との接続部位から連続する凝縮水を介して微少電流が流れることがある(液絡)。 At that time, an external device, for example, a humidifier, communicates with the reaction cell discharge communication hole via the discharge side pipe in the fuel cell stack. For this reason, a minute electric current may flow through the condensed water continuous from the connection portion between the fuel cell stack and the discharge side pipe (liquid junction).
そこで、この種の液絡を抑制するために、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池システムが提案されている。この燃料電池システムは、図11に示すように、燃料電池スタック1を備えており、この燃料電池スタック1は、複数のセルモジュール2を積層した積層体を備えるとともに、この積層体の積層方向両端には、エンドプレート3a、3bが配設されている。
Thus, in order to suppress this type of liquid junction, for example, a fuel cell system disclosed in Patent Document 1 has been proposed. As shown in FIG. 11, the fuel cell system includes a fuel cell stack 1, and the fuel cell stack 1 includes a stacked body in which a plurality of
一方のエンドプレート3aには、加湿された水素ガス、加湿された空気及び冷却液のそれぞれの供給配管4a、5a及び6aと、それぞれの排出配管4b、5b及び6bとが接続されている。これらの供給配管4a〜6a及び排出配管4b〜6bは、電気絶縁性部材で形成されている。
One
しかしながら、上記の特許文献1では、特に排出配管5bに連通する空気排出連通孔(図示せず)には、発電により生成された生成水が凝縮して滞留水が発生し易い。一方、排出配管4bに連通する水素ガス排出連通孔(図示せず)には、生成水の電解質膜を介した逆拡散による水分が凝縮して滞留水が発生し易い。
However, in the above-described Patent Document 1, the generated water generated by the power generation is condensed and the accumulated water is likely to be generated especially in the air discharge communication hole (not shown) communicating with the
このため、排出配管4b、5b内には、凝縮水が反応ガス排出圧力によって排出されており、この凝縮水が連続することによって金属部材同士が液絡するという問題がある。
For this reason, the condensed water is discharged by the reaction gas discharge pressure in the
その際、排出配管4b、5bを相当に長尺に構成して絶縁抵抗を大きくすることが考えられる。ところが、排出配管4b、5bは、電気絶縁性部材で形成されるため、長尺化により強度不足が発生し易くなるとともに、外部配管の取り回しが煩雑化し、配管構造が大型化するという問題がある。
In that case, it is conceivable to increase the insulation resistance by configuring the
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、排水性を向上させて液絡を確実に阻止することができ、良好な発電性能を確保することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and has a simple and compact configuration, can improve drainage, reliably prevent liquid junctions, and can ensure good power generation performance. An object is to provide a battery stack.
本発明は、複数の発電セルが積層されるとともに、発電反応に使用された反応ガスを、積層方向に流通させる反応ガス排出連通孔が設けられ、前記積層方向の一端部に配置されるエンドプレートに、前記反応ガス排出連通孔に連通する加湿器が連結される燃料電池スタックに関するものである。 The present invention provides an end plate in which a plurality of power generation cells are stacked and a reaction gas discharge communication hole through which a reaction gas used for a power generation reaction flows in the stacking direction is disposed at one end of the stacking direction Further, the present invention relates to a fuel cell stack to which a humidifier communicating with the reaction gas discharge communication hole is connected.
この燃料電池スタックでは、加湿器は、エンドプレートに連結され、反応ガスを前記加湿器内に導入する反応ガス流入口を有する加湿器ジョイント部と、前記加湿器ジョイント部の内部に収容され、反応ガス排出連通孔に連通する反応ガス導入開口部及び前記反応ガス流入口に連通する反応ガス導出開口部を有する電気絶縁性配管と、前記電気絶縁性配管の下方に配置され、該電気絶縁性配管から排出される水分を収容するための排水用開口部を有する排水容器と、前記排水容器に接続され、前記排水用開口部から外部に前記水分を放出させる排水配管とを備えている。 In this fuel cell stack, a humidifier is connected to an end plate, and is contained in a humidifier joint portion having a reaction gas inlet for introducing a reaction gas into the humidifier, and inside the humidifier joint portion. An electrically insulating pipe having a reactive gas introduction opening communicating with the gas exhaust communication hole and a reactive gas outlet opening communicating with the reactive gas inlet; and the electrically insulating pipe disposed below the electrically insulating pipe A drainage container having a drainage opening for containing moisture discharged from the drainage, and a drainage pipe connected to the drainage container and discharging the moisture to the outside from the drainage opening.
そして、電気絶縁性配管の下部には、排水用開口部の上面視平面形状の領域内に開口する複数の孔部が前記排水用開口部に連通して形成されている。 In addition, a plurality of holes that open into a region of the drainage opening in a plan view when viewed from above are formed in communication with the drainage opening at the lower part of the electrically insulating pipe.
また、この燃料電池スタックでは、複数の孔部は、上面視平面形状の領域内に互いに同一の間隔ずつ離間して分配形成されることが好ましい。 In this fuel cell stack, it is preferable that the plurality of holes are distributed and formed in the region having a planar shape in a top view and spaced apart at the same interval.
本発明によれば、反応ガス排出連通孔から電気絶縁性配管に導入された反応ガスは、反応ガス導出開口部から加湿器ジョイント部の反応ガス流入口に導出される。一方、電気絶縁性配管に導入された水分は、前記電気絶縁性配管の下部に形成された複数の孔部を通り、該電気絶縁性配管の下部に配置されている排水容器に排出される。さらに、排水容器に排出された水分は、排水配管を通って前記排水容器の外部に放出される。 According to the present invention, the reaction gas introduced into the electrically insulating pipe from the reaction gas discharge communication hole is led out from the reaction gas lead-out opening to the reaction gas inlet of the humidifier joint. On the other hand, the moisture introduced into the electrically insulating pipe passes through a plurality of holes formed in the lower part of the electrically insulating pipe and is discharged to a drainage container disposed at the lower part of the electrically insulating pipe. Furthermore, the water | moisture content discharged | emitted by the drainage container is discharge | released outside the said drainage container through drainage piping.
その際、複数の孔部は、排水用開口部の上面視平面形状の領域内に開口している。従って、低負荷時や高負荷時等のように負荷状態が変化しても、複数の孔部から排水容器内の排水用開口部に良好に排水することができ、前記排水用開口部に偏在して滞留水が惹起されることを確実に阻止することが可能になる。 At this time, the plurality of holes are opened in a region having a planar shape in a top view of the drainage opening. Therefore, even if the load state changes, such as when the load is low or high, the drainage can be satisfactorily drained from the plurality of holes to the drainage opening in the drainage container, and the drainage opening is unevenly distributed. Thus, it is possible to reliably prevent the stagnant water from being caused.
このため、排水容器に排出された水分は、排水配管を通って前記排水容器の外部に良好且つ確実に放出される。これにより、排水容器内に水が滞留し、燃料電池スタック内から導電部位を介して外部に連なる導電(液絡)経路が形成されることがない。 For this reason, the water | moisture content discharged | emitted by the drainage container is discharge | released favorably and reliably to the exterior of the said drainage container through drainage piping. Thereby, water does not stay in the drainage container, and a conductive (liquid junction) path that continues from the inside of the fuel cell stack to the outside through the conductive portion is not formed.
従って、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタックから液絡が発生することを確実に阻止し、良好な発電性能を確保することができる。 Therefore, with a simple and compact configuration, it is possible to reliably prevent the occurrence of liquid junction from the fuel cell stack and to ensure good power generation performance.
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10を組み込む燃料電池システム12は、例えば、図示しない燃料電池自動車(車両)に搭載される。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池システム12は、燃料電池スタック10と、前記燃料電池スタック10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10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10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及び冷却媒体排出配管30が接続される。
The cooling
酸化剤ガス供給機構18は、空気用ポンプ32を備える。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10が接続される。
The oxidant
加湿器36には、使用済みの生成水を含んだ酸化剤ガス(以下、オフガスともいう)を燃料電池スタック10から加湿流体として供給するためのオフガス流入口(反応ガス流入口)40が設けられる。加湿器36では、オフガス流入口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
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(H2タンク)44を備える。この燃料ガスタンク44には、燃料ガス供給配管45の一端が接続され、前記燃料ガス供給配管45には、遮断弁46、レギュレータ48及びエゼクタ50が接続されるとともに、前記エゼクタ50が燃料電池スタック10に接続される。
The fuel
燃料電池スタック10には、使用済みの燃料ガスを排出するための排出燃料ガス配管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から希釈器57に連通する。希釈器57には、オフガス流入口40から分岐する希釈流路41を介して希釈用エア及び加湿器36からの結露水が供給可能である。
An exhaust
燃料電池スタック10は、複数の発電セル58が車長方向である水平方向(図2及び図3中、矢印A方向)又は鉛直方向(図2中、矢印C方向)に積層されるとともに、積層方向の両端には、ターミナルプレート59a、59b及び絶縁プレート60a、60bを介して金属製エンドプレート62a、62bが配設される(図1参照)。ターミナルプレート59a、59b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、図示しない車両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58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
発電セル58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58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
発電セル58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58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の一部が形成される。
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、シール部材が一体又は個別に設けられる。
The
図3に示すように、燃料電池スタック10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96aと、冷却媒体出口96bとが設けられる。冷却媒体入口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96bは、冷却媒体排出連通孔74bに連通する。冷却媒体入口96a及び冷却媒体出口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
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98a、燃料ガス供給連通孔76aに連通する燃料ガス入口100a、酸化剤ガス排出連通孔72bに連通する酸化剤ガス出口98b、及び燃料ガス排出連通孔76bに連通する燃料ガス出口100bが設けられる。
The
図3に示すように、燃料電池スタック10のエンドプレート62bには、加湿器36を構成する加湿器ジョイント部101が直接固定される。加湿器36内には、第1及び第2加湿部102a、102bが上下に配列して収容される。第1加湿部102a及び第2加湿部102b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102a及び第2加湿部102bは、例えば、中空糸膜型加湿構造を採用することができる。
As shown in FIG. 3, the humidifier
図4に示すように、加湿器ジョイント部101の底部には、後述する樹脂製配管112の下方に位置して排水容器104が一体形成される。排水容器104は、樹脂製配管112から排出される水分を収容するための排水チャンバ(排水用開口部)106を有する。排水チャンバ106は、排水口106aを設けるとともに、前記排水口106aに接続される排水配管108を介して希釈流路41から希釈器57に連通する(図1参照)。排水口106aは、排水容器104の側部下端位置に且つ加湿器ジョイント部101の先端側(矢印L方向)に設けられる(図4参照)。なお、図5に示すように、排水配管108は、水を円滑に排出するために、排出されるオフガスが加湿器ジョイント部101内を流れる方向に設けられる。この排水配管108の矢印S方向の位置は、周辺機器の配置により変更可能である。
As shown in FIG. 4, a
エンドプレート62bの酸化剤ガス出口98bには、樹脂製連結配管110が装着される。樹脂製連結配管110の一端110aは、酸化剤ガス排出連通孔72bの出口形状に対応して矩形状を有する一方、前記樹脂製連結配管110の他端110bは、リング状を有する。この樹脂製連結配管110の他端110bには、電気絶縁性配管、例えば、樹脂製配管112が連結される。
A
エンドプレート62bと加湿器ジョイント部101とは、樹脂製配管112を介して連結される。樹脂製配管112は、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等の絶縁材料で形成される。なお、樹脂製配管112は、金属製本体の表面に樹脂被膜を形成してもよい。
The
図4〜図6に示すように、樹脂製配管112は、円筒形状を有するとともに、大径側の一端112aは、樹脂製連結配管110の他端110bにOリング113を介して挿入される。一端112aには、酸化剤ガス排出連通孔72bに連通するオフガス導入開口部(反応ガス導入開口部)114が形成される(図4参照)。
As shown in FIGS. 4 to 6, the
樹脂製配管112の小径側の他端112bは、加湿器ジョイント部101のオフガス流入口40内に進入する。オフガス流入口40は、酸化剤ガス出口98b側に向かって下方に傾斜する傾斜流路部40aを有し、前記他端112bは、少なくとも前記傾斜流路部40aの傾斜開始端まで延在する長さに設定される。なお、傾斜流路部40aに代えて、鉛直方向に延在する鉛直流路部(図示せず)を用いてもよい。
The
他端112bには、その先端縁部から軸方向に所定の長さを有し、且つ該上端から直径方向に所定の長さまで切り欠いてオフガス導出開口部(反応ガス導出開口部)116が形成される。
The
他端112bの外周部最下端位置には、複数、例えば、4つの孔部118a〜118dが設けられる。孔部118a〜118dは、図5に示すように、排水チャンバ106の上面視平面形状(円形状)の領域内に開口して、具体的には、前記領域内で前記排水チャンバ106の中心Oから互いに同一の角度間隔(90゜)ずつ離間して分配形成される。孔部118a〜118dは、好ましくは円形状に設定される。
A plurality of, for example, four
孔部118a〜118dは、直径φdに設定されるとともに、前記孔部118a〜118dは、排水チャンバ106の外周面からそれぞれ距離d以上ずつ離間する。なお、排水チャンバ106の上面視平面形状は、円形状の他、四角形状等の多角形状や長円形状等、種々の形状に設定可能である。
The
このように構成される燃料電池システム12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102a、102bを通って加湿空気供給配管38に供給される(図3参照)。
First, as shown in FIG. 1, the air pump 32 constituting the oxidant
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10内の酸化剤ガス供給連通孔72aに供給される。
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
一方、図1に示すように、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を通ってエンドプレート62bから燃料電池スタック10内の燃料ガス供給連通孔76aに導入される。
On the other hand, as shown in FIG. 1, 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10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10内の各発電セル58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
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からオフガス流入口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
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が、オフガスの流れに伴ってオフガス流入口40に排出される。
At that time, the generated water generated by power generation at the cathode side electrode 82 is introduced into the oxidant gas
この場合、第1の実施形態では、図4に示すように、樹脂製配管112の他端112bの外周部最下端位置には、4つの孔部118a〜118dが設けられている。このため、樹脂製配管112に導入された水分は、前記樹脂製配管112の下部に形成された複数の孔部118a〜118dを通り、該樹脂製配管112の下部に配置されている排水容器104に排出されている。さらに、排水容器104に排出された水分は、排水配管108を通って前記排水容器104の外部、すなわち、希釈流路41から希釈器57に放出されている。
In this case, in 1st Embodiment, as shown in FIG. 4, four
その際、孔部118a〜118dは、図5に示すように、排水チャンバ106の上面視平面形状の領域内に開口している。従って、低負荷時や高負荷時等のように負荷状態が変化しても、複数の孔部118a〜118dから排水容器104内の排水チャンバ106に良好に排水することができ、前記排水チャンバ106に偏在して滞留水が惹起されることを確実に阻止することが可能になるという効果が得られる。
At that time, the
例えば、排水チャンバ106の中心Oに対応して単一の孔部が設けられる場合、特に高負荷時に流速が増加することにより、前記排水チャンバ106の奥側、すなわち、排水口106aから離間する端部側に偏在して滞留水が惹起し易くなる。そこで、複数の孔部118a〜118dを設けることにより、単一の大径孔部を設ける構成に比べて、オフガスの流量が削減される一方、水滴量が均等化され、偏在した滞留水を惹起させることがない。
For example, in the case where a single hole is provided corresponding to the center O of the
このため、排水容器104に排出された水分は、排水配管108を通って前記排水容器104の外部に良好且つ確実に放出される。これにより、排水容器104内に水が滞留し、燃料電池スタック10内から導電部位を介して外部に連なる導電(液絡)経路が形成されることを阻止することが可能になる。
For this reason, the water discharged to the
しかも、第1の実施形態では、孔部118a〜118dは、図5に示すように、排水チャンバ106の上面視平面形状の領域内で、前記排水チャンバ106の中心Oから互いに同一の角度間隔ずつ離間して分配形成されている。その上、孔部118a〜118dは、直径φdに設定されるとともに、前記孔部118a〜118dは、排水チャンバ106の外周面からそれぞれ距離d以上ずつ離間している。従って、特に低負荷時から高負荷時までの種々の負荷状態においても、排水チャンバ106に滞留水が惹起されることを、一層確実に阻止することができる。
In addition, in the first embodiment, the
これにより、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタック10から液絡が発生することを確実に阻止し、良好な発電性能を確保することが可能になるという利点がある。
Accordingly, there is an advantage that it is possible to reliably prevent the occurrence of a liquid junction from the
図7は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する樹脂製配管(電気絶縁性配管)130の底面説明図である。 FIG. 7 is an explanatory bottom view of a resin pipe (electrically insulating pipe) 130 constituting the fuel cell stack according to the second embodiment of the present invention.
なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する樹脂製配管112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。
Note that the same components as those of the
樹脂製配管130の一端130aより小径な他端130bの外周部最下端位置には、3つの孔部132a〜132cが設けられる。孔部132a〜132cは、排水チャンバ106の上面視平面形状(円形状)の領域内に開口して、具体的には、前記領域内で前記排水チャンバ106の中心Oから互いに同一の角度間隔(120゜)ずつ離間して分配形成される。孔部132a〜132cは、直径φdに設定されるとともに、前記孔部132a〜132cは、排水チャンバ106の外周面からそれぞれ距離d以上ずつ離間する。
Three
図8は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する樹脂製配管(電気絶縁性配管)140の底面説明図である。 FIG. 8 is an explanatory bottom view of a resin pipe (electrically insulating pipe) 140 constituting the fuel cell stack according to the third embodiment of the present invention.
樹脂製配管140の一端140aより小径な他端140bの外周部最下端位置には、5つの孔部142a〜142eが設けられる。孔部142a〜142eは、排水チャンバ106の上面視平面形状(円形状)の領域内に開口する。具体的には、4つの孔部142a〜142dは、領域内で排水チャンバ106の中心Oから互いに同一の角度間隔(90゜)ずつ離間して分配形成されるとともに、残余の孔部142eは、前記排水チャンバ106の中心Oに設けられる。孔部142a〜142eは、直径φdに設定されるとともに、前記孔部142a〜142dは、排水チャンバ106の外周面からそれぞれ距離d以上ずつ離間する。
Five
図9は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する樹脂製配管(電気絶縁性配管)150の底面説明図である。 FIG. 9 is an explanatory bottom view of a resin pipe (electrically insulating pipe) 150 constituting a fuel cell stack according to the fourth embodiment of the present invention.
樹脂製配管150の一端150aより小径な他端150bの外周部最下端位置には、6つの孔部152a〜152fが設けられる。孔部152a〜152fは、排水チャンバ106の上面視平面形状(円形状)の領域内に開口して、具体的には、前記領域内で前記排水チャンバ106の中心Oから互いに同一の角度間隔(60゜)ずつ離間して分配形成される。孔部152a〜152fは、直径φdに設定されるとともに、前記孔部152a〜152fは、排水チャンバ106の外周面からそれぞれ距離d以上ずつ離間する。
Six
図10は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する樹脂製配管(電気絶縁性配管)160の底面説明図である。 FIG. 10 is an explanatory bottom view of a resin pipe (electrically insulating pipe) 160 constituting the fuel cell stack according to the fifth embodiment of the present invention.
樹脂製配管160の一端160aより小径な他端160bの外周部最下端位置には、7つの孔部162a〜162gが設けられる。孔部162a〜162fは、排水チャンバ106の上面視平面形状(円形状)の領域内に開口する。具体的には、6つの孔部162a〜162fは、領域内で排水チャンバ106の中心Oから互いに同一の角度間隔(60゜)ずつ離間して分配形成されるとともに、残余の孔部162gは、前記排水チャンバ106の中心Oに設けられる。孔部162a〜162gは、直径φdに設定されるとともに、前記孔部162a〜162fは、排水チャンバ106の外周面からそれぞれ距離d以上ずつ離間する。
Seven
このように構成される第2〜第5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。 In the second to fifth embodiments configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
10…燃料電池スタック 12…燃料電池システム
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…オフガス流入口 44…燃料ガスタンク
52…排出燃料ガス配管 58…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 101…加湿器ジョイント部
102a、102b…加湿部 104…排水容器
106…排水チャンバ 108…排水配管
112、130、140、150、160…樹脂製配管
114…オフガス導入開口部 116…オフガス導出開口部
118a〜118d、132a〜132c、142a〜142e、152a〜152f、162a〜162g…孔部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記加湿器は、前記エンドプレートに連結され、前記反応ガスを前記加湿器内に導入する反応ガス流入口を有する加湿器ジョイント部と、
前記加湿器ジョイント部の内部に収容され、前記反応ガス排出連通孔に連通する反応ガス導入開口部及び前記反応ガス流入口に連通する反応ガス導出開口部を有する電気絶縁性配管と、
前記電気絶縁性配管の下方に配置され、該電気絶縁性配管から排出される水分を収容するための排水用開口部を有する排水容器と、
前記排水容器に接続され、前記排水用開口部から外部に前記水分を放出させる排水配管と、
を備え、
前記電気絶縁性配管の下部には、前記排水用開口部の上面視平面形状の領域内に開口する複数の孔部が前記排水用開口部に連通して形成されることを特徴とする燃料電池スタック。 A plurality of power generation cells are stacked, and a reaction gas discharge communication hole through which reaction gas used for power generation reaction flows in the stacking direction is provided, and the reaction is performed on an end plate disposed at one end of the stacking direction. A fuel cell stack to which a humidifier communicating with the gas discharge communication hole is connected,
The humidifier is connected to the end plate, and has a reaction gas inlet for introducing the reaction gas into the humidifier.
An electrically insulating pipe accommodated in the humidifier joint part, having a reaction gas introduction opening communicating with the reaction gas discharge communication hole and a reaction gas outlet opening communicating with the reaction gas inlet;
A drainage container disposed below the electrically insulating pipe and having a drainage opening for containing moisture discharged from the electrically insulating pipe;
A drainage pipe connected to the drainage container and discharging the moisture to the outside from the drainage opening;
With
A fuel cell characterized in that a plurality of holes that open into a region in a plan view of the drainage opening communicate with the drainage opening at the lower part of the electrically insulating pipe. stack.
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