JP5430318B2 - 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 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10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. 10, 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る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-mentioned Patent Document 1, the generated water generated by the power generation is condensed and the stagnant water is likely to be generated particularly 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、この凝縮水を介して金属部材同士が液絡するという問題がある。
For this reason, 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、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 provides a fuel cell stack capable of reliably preventing liquid junctions and ensuring good power generation performance with a simple and compact configuration. With the goal.
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.
加湿器は、反応ガス排出連通孔に連通し、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を設け、エンドプレートと前記加湿器ジョイント部とは、前記反応ガス流入口に連通する反応ガス導出口を有し、前記加湿器ジョイント部内に配置されて前記反応ガス流入口内に進入する電気絶縁性配管により連結されるとともに、前記電気絶縁性配管の外周部と前記加湿器ジョイント部の内壁部との間には、前記反応ガスの一部を流通させるための隙間が設けられている。 The humidifier is provided with a humidifier joint portion that communicates with the reaction gas discharge communication hole and has a reaction gas inlet for introducing the reaction gas into the humidifier. The end plate and the humidifier joint portion include the reaction gas have a reaction gas outlet port communicating with the inlet port, said humidifier with disposed within the joint portion are connected by electrically insulating the pipe entering into the reaction gas inlet mouth, the outer peripheral portion of the electrically insulating pipe A gap for allowing a part of the reaction gas to flow is provided between the inner wall portion of the humidifier joint portion.
また、電気絶縁性配管の反応ガス導出口の開口断面積は、前記電気絶縁性配管内の流路断面積よりも小さく設定されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the opening cross-sectional area of the reaction gas outlet port of the electrical insulating pipe is set smaller than the flow path cross-sectional area in the electrical insulating pipe.
さらに、電気絶縁性配管には、反応ガス導出口よりも下方に位置して反応ガスを隙間に導入する反応ガス吐出口が設けられることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the electrically insulating pipe is provided with a reaction gas outlet that is positioned below the reaction gas outlet and introduces the reaction gas into the gap.
さらにまた、電気絶縁性配管の内壁底部には、ドレイン孔部が設けられることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that a drain hole is provided at the bottom of the inner wall of the electrically insulating pipe.
また、反応ガス吐出口は、電気絶縁性配管の径方向に対して反応ガス排出方向に傾斜することが好ましい。 The reactive gas discharge port is preferably inclined in the reactive gas discharge direction with respect to the radial direction of the electrically insulating pipe.
本発明によれば、反応ガス排出連通孔から改質器に排出される反応ガスの一部は、電気絶縁性配管の外周部と加湿器ジョイント部の内壁部との間に設けられた隙間を流通する。このため、電気絶縁性配管の反応ガス導出口に液滴が滞留し、滞留水と加湿器ジョイント部との間に液体の繋がりが発生することを阻止することができる。 According to the present invention, a part of the reaction gas discharged from the reaction gas discharge communication hole to the reformer has a gap provided between the outer peripheral portion of the electrically insulating pipe and the inner wall portion of the humidifier joint portion. Circulate. For this reason, it is possible to prevent liquid droplets from staying at the reaction gas outlet of the electrically insulating piping and causing a liquid connection between the staying water and the humidifier joint.
従って、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。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタックから液絡が発生することを良好に阻止し、良好な発電性能を確保することが可能になる。 Accordingly, there is no formation of a conductive (liquid junction) path that continues from the fuel cell stack to the outside via the conductive portion. Accordingly, it is possible to satisfactorily prevent the occurrence of liquid junction from the fuel cell stack with a simple and compact configuration, 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、図示しない燃料電池車両に搭載される。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。
As shown in FIG. 1, a
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、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(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)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。
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、第1加湿部102a及び第2加湿部102b内の略中央には、多数の孔部を有する多孔管体104a、104bが配設され、前記多孔管体104a、104bの外周には、複数の中空糸膜106a、106bが矢印A方向に延在して収容される。多孔管体104a、104b内には、オフガス流入口40に連通してオフガスが供給される。
As shown in FIG. 4,
中空糸膜106a、106b内には、空気供給配管34を介して反応前の空気が供給される。中空糸膜106a、106bの出口側は、加湿空気供給配管38に連通する。
Air before reaction is supplied into the
図5に示すように、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。
As shown in FIG. 5, 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5〜図7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114を介して挿入される。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。樹脂製配管112の他端112bの外周部と加湿器ジョイント部101の内壁部との間には、オフガスの一部を流通させるための隙間Sが設けられる。
As shown in FIGS. 5 to 7, the
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 off-
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口(反応ガス導出口)116が形成される。オフガス導出口116は、傾斜流路部40aの傾斜開始端に開口連通している。オフガス導出口116の開口断面積は、樹脂製配管112の他端112b内の流路断面積よりも小さく設定される。
The
他端112bの外周部最下端位置には、ドレイン孔部118が、所定の方向、例えば、重力方向に形成される。ドレイン孔部118は、加湿器ジョイント部101の排水チャンバ120に連通する一方、前記排水チャンバ120は、排水配管122を介して希釈流路41から希釈器57に連通する。
A
なお、排水配管122は、加湿器ジョイント部101の底部に重力方向に向かって延在しているが、これに限定されるものではなく、例えば、前記加湿器ジョイント部101の側部に水平能に延在して設けてもよい(図5及び図6中、二点鎖線参照)。
The
他端112bの外周部最下端位置には、ドレイン孔部118のオフガス流れ(排出)方向前方(矢印L2方向)に、例えば、1つのオフガス吐出口(反応ガス吐出口)124が形成される。オフガス吐出口124は、他端112bの径方向に対してオフガス排出方向(矢印L2方向)に傾斜する。
For example, one off-gas discharge port (reactive gas discharge port) 124 is formed at the lowermost end position of the outer peripheral portion of 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の中空糸膜106a、106bを通って加湿空気供給配管38に供給される(図4参照)。
First, as shown in FIG. 1, the
その際、オフガス流入口40を介して多孔管体104a、104b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10内の酸化剤ガス供給連通孔72aに供給される。
At that time, off-gas which is an oxidant gas used for the reaction is supplied to the
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
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
この場合、第1の実施形態では、図5に示すように、エンドプレート62bと加湿器36の加湿器ジョイント部101との間に、酸化剤ガス排出連通孔72bとオフガス流入口40とを連通する絶縁材料製の樹脂製配管112が装着されている。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 5, the oxidant gas
そして、樹脂製配管112の小径側の他端112bは、オフガス流入口40内に進入するとともに、前記他端112bの外周部と加湿器ジョイント部101の内壁部との間には、オフガスの一部を流通させるための隙間Sが設けられている。
The
このため、酸化剤ガス排出連通孔72bから樹脂製配管112内に排出されるオフガスの一部は、前記樹脂製配管112に設けられたオフガス吐出口124から隙間Sに導入される。このオフガスは、隙間Sを流通してオフガス流入口40に流入するため(図5及び図6参照)、前記オフガス流入口40に液滴が滞留して滞留水と加湿器ジョイント部101との間に液体の繋がりが発生することを阻止することができる。
For this reason, part of the off gas discharged into the
その際、オフガス吐出口124は、他端112bの径方向に対してオフガス排出方向に傾斜している。これにより、オフガス吐出口124から隙間Sに向かってオフガスを円滑且つ確実に導出することが可能になる。
At that time, the off-
従って、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がない。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良好に阻止することができ、所望の発電性能を確保することが可能になるという効果が得られる。
Accordingly, a conductive (liquid junction) path that continues from the inside of the
さらに、オフガス導出口116の開口断面積は、樹脂製配管112の他端112b内の流路断面積よりも小さく設定されている。このため、オフガス導出口116におけるオフガスの流速が速くなり、ベンチュリー効果によって他端112bの外周からのオフガスの流れが促進される。従って、他端112bの外周に付着している水を強制的に吸引してオフガス流入口40に吹き出すことが可能になる。これにより、水と加湿器ジョイント部101との導電経路を確実に遮断することができる。
Furthermore, the opening cross-sectional area of the off-
また、他端112bの外周部最下端位置には、ドレイン孔部118のオフガス流れ方向前方に、オフガス吐出口124が形成されている。このため、オフガス吐出口124から排水チャンバ120に向かってオフガスが導出され、前記排水チャンバ120に貯留されている水の水面が押し下げられる。従って、貯留水の水量が比較的多くなっても、絶縁性の向上を図ることが可能になる。
In addition, an off-
さらにまた、ドレイン孔部118は、重力方向に設けられている。これにより、他端112bから排水チャンバ120に向かって水滴を確実に排出することができる。
Furthermore, the
さらに、樹脂製配管112は、大径側の一端112aに小径側の他端112bが連結されている。このため、一端112aと他端112bとの間の段差により、液滴の連続的な繋がりを防止することが可能になる。
Further, in the
一方、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45に戻される。
On the other hand, the consumed fuel gas supplied to the
排出燃料ガスは、新たな燃料ガスに混在して燃料ガス供給配管45から燃料電池スタック10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。
The discharged fuel gas is mixed with new fuel gas and supplied into 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10に供給される。
As shown in FIG. 2, the cooling medium is introduced into the cooling
図8は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック130の要部断面説明図である。
FIG. 8 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a
なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック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の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
The same components as those of the
燃料電池スタック130は、エンドプレート62bと加湿器ジョイント部101とを連結する樹脂製配管132を備える。樹脂製配管132の小径側の他端132bの外周部最下端位置には、オフガス流れ方向に沿って、ドレイン孔部118、第1オフガス吐出口124a及び第2オフガス吐出口124bの順に形成される。ドレイン孔部118は、重力方向に延在する一方、第1及び第2オフガス吐出口124a、124bは、オフガス排出方向に傾斜する。
The
このように構成される第2の実施形態では、第1及び第2オフガス吐出口124a、124bを備えており、オフガスを隙間Sに対して一層確実に供給することができる他、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above, the first and second off-
図9は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池スタック140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
燃料電池スタック140は、エンドプレート62bと加湿器ジョイント部101とを連結する樹脂製配管142を備える。樹脂製配管142の小径側の他端142bの外周部最下端位置には、オフガス流れ方向に沿って、ドレイン孔部118、第1オフガス吐出口144a及び第2オフガス吐出口144bの順に形成される。ドレイン孔部118は、重力方向に延在するとともに、第1及び第2オフガス吐出口144a、144bも、重力方向に延在する。
The
このように構成される第3の実施形態では、第1及び第2オフガス吐出口144a、144bを備えており、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。
In the third embodiment configured as described above, the first and second off-
10、130、140…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 110…樹脂製連結配管
112、132、142…樹脂製配管 112a…一端
112b…他端 118…ドレイン孔部
120…排水チャンバ 122…排水配管
124、124a、124b、144a、144b…オフガス吐出口
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記加湿器は、前記反応ガス排出連通孔に連通し、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を設け、
前記エンドプレートと前記加湿器ジョイント部とは、前記反応ガス流入口に連通する反応ガス導出口を有し、前記加湿器ジョイント部内に配置されて前記反応ガス流入口内に進入する電気絶縁性配管により連結されるとともに、
前記電気絶縁性配管の外周部と前記加湿器ジョイント部の内壁部との間には、前記反応ガスの一部を流通させるための隙間が設けら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 provided with a humidifier joint portion that communicates with the reaction gas discharge communication hole and has a reaction gas inlet for introducing the reaction gas into the humidifier.
The A end plate and the humidifier joints, have a reaction gas outlet port communicating with the reaction gas inlet, the electrically insulating pipe entering into the reaction gas inlet mouth is disposed in the humidifier joints And connected
A fuel cell stack, wherein a gap for allowing a part of the reaction gas to flow is provided between an outer peripheral portion of the electrically insulating pipe and an inner wall portion of the humidifier joint portion.
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