JP5829565B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池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を内部に収容する筐体とを備える燃料電池システムに関する。   The present invention includes a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and includes a fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked, and a housing that houses the fuel cell stack therein. The present invention relates to a fuel cell system provided.

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、それぞれアノード電極及びカソード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、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, a polymer electrolyte fuel cell is a power generation cell in which an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode and a cathode electrode are arranged on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. It has. 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、特に車載用として使用される際、相当に多数の発電セルを積層する必要がある。従って、燃料電池スタック全体の剛性を確保するため、前記燃料電池スタックを筐体内に収容する構成が採用されている。   In the fuel cell stack, particularly when used for in-vehicle use, it is necessary to stack a large number of power generation cells. Therefore, in order to ensure the rigidity of the entire fuel cell stack, a configuration is adopted in which the fuel cell stack is accommodated in a housing.

その際、筐体内には、水素濃度を一定値以下に維持するため、換気装置が設けられている。例えば、特許文献1に開示されている燃料電池システムでは、図6に示すように、燃料電池スタック1が格納された筐体2内を換気するための筐体換気手段3が設けられている。   At that time, a ventilation device is provided in the housing in order to maintain the hydrogen concentration below a certain value. For example, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 6, a case ventilation means 3 for ventilating the inside of the case 2 in which the fuel cell stack 1 is stored is provided.

筐体換気手段3は、分岐配管4を通って供給される空気供給装置5からの送風空気の一部と、走行風導入配管6を通って供給される燃料電池自動車の走行風とを、換気切替部7にて適宜切り替えられながら、筐体2内に導入している。これにより、筐体2内における水素濃度の上昇を確実に防止することできる、としている。   The casing ventilation means 3 ventilates a part of the blown air from the air supply device 5 supplied through the branch pipe 4 and the running wind of the fuel cell vehicle supplied through the running wind introduction pipe 6. It is introduced into the housing 2 while being appropriately switched by the switching unit 7. Thereby, an increase in the hydrogen concentration in the housing 2 can be surely prevented.

特開2004−186029号公報JP 2004-186029 A

しかしながら、上記の特許文献1では、換気切替部7を備える筐体換気手段3を設けており、燃料電池システム全体の構成が複雑化且つ大型化するとともに、経済的ではないという問題がある。   However, in the above-mentioned Patent Document 1, the case ventilation means 3 including the ventilation switching unit 7 is provided, and there is a problem that the configuration of the entire fuel cell system becomes complicated and large, and is not economical.

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、筐体内の換気を良好に遂行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。   An object of the present invention is to solve this type of problem, and to provide a fuel cell system capable of satisfactorily ventilating a casing with a simple and compact configuration.

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池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を内部に収容する筐体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 includes a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and includes a fuel cell stack in which a plurality of the fuel cells are stacked, and a housing that houses the fuel cell stack therein. The present invention relates to a fuel cell system provided.

この燃料電池システムでは、燃料電池スタックは、燃料電池の積層方向一端に、第1エンドプレートが配設されるとともに、前記燃料電池の積層方向他端に、第2エンドプレートが配設され、且つ、前記第2エンドプレートの前記燃料電池スタックとは反対側には、燃料ガス系デバイスが配設されている。   In this fuel cell system, the fuel cell stack includes a first end plate disposed at one end of the fuel cell in the stacking direction, a second end plate disposed at the other end of the fuel cell in the stacking direction, and A fuel gas system device is disposed on the opposite side of the second end plate from the fuel cell stack.

筐体は、燃料電池スタックを収容して第2エンドプレートの一端に固定される第1筐体部と、燃料ガス系デバイスを収容して前記第2エンドプレートの他端に固定される第2筐体部とを備えている。そして、第2エンドプレートには、第1筐体部と第2筐体部とを互いに連通するための貫通孔が形成され、前記第1筐体部には、第1換気口が設けられる一方、前記第2筐体部には、第2換気口が設けられている。 The housing houses a fuel cell stack and is fixed to one end of the second end plate, and a second housing that houses the fuel gas device and is fixed to the other end of the second end plate. And a housing part. The second end plate is formed with a through hole for communicating the first housing portion and the second housing portion with each other , and the first housing portion is provided with a first ventilation port. The second housing part is provided with a second ventilation port .

また、この燃料電池システムでは、入口側換気口である第2換気口又は第1換気口の開口断面積は、貫通孔の開口断面積よりも小さく設定されることが好ましい。 Further, in this fuel cell system, the opening cross-sectional area of the second vent or first vent Ru inlet port side vent der is preferably set to be smaller than the opening cross-sectional area of the through-hole.

さらに、この燃料電池システムでは、第2エンドプレートは、第1エンドプレートよりも外形寸法が大きく設定されるとともに、前記第2エンドプレートの一端と第1筐体部との間には、第1シール部材が介装される一方、前記第2エンドプレートの他端と第2筐体部との間には、第2シール部材が装され、前記第1シール部材と前記第2シール部材とは、前記第2エンドプレートを挟んで積層方向に同一位置に配置されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell system, the second end plate is set to have an outer dimension larger than that of the first end plate, and the first end plate has a first end between the first end plate and the first housing portion. while the seal member is interposed, the other end of the second end plate is provided between the second housing part, the second seal member is via instrumentation, and the first sealing member and said second sealing member Are preferably arranged at the same position in the stacking direction across the second end plate.

本発明によれば、燃料電池スタックが第1筐体部内に収容される一方、燃料ガス系デバイスが第2筐体内に収容された状態で、前記第1筐体部と前記第2筐体部とは、第2エンドプレートに形成された貫通孔を介して互いに連通している。このため、第1筐体部と第2筐体部とに、それぞれ個別の換気機構を設ける必要がなく、筐体内には、単一の換気ラインを形成するだけでよい。   According to the present invention, the fuel cell stack is housed in the first housing portion, while the fuel gas system device is housed in the second housing portion, the first housing portion and the second housing portion. And communicate with each other through a through hole formed in the second end plate. For this reason, it is not necessary to provide a separate ventilation mechanism for each of the first housing part and the second housing part, and it is only necessary to form a single ventilation line in the housing.

これにより、簡単且つコンパクトな構成で、筐体内の換気を良好に遂行することが可能になるとともに、経済的である。   Thus, it is possible to perform ventilation in the housing satisfactorily with a simple and compact configuration, and it is economical.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略分解斜視説明図である。1 is a schematic exploded perspective view of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 前記燃料電池システムの断面側面図である。It is a cross-sectional side view of the fuel cell system. 前記燃料電池システムの、図2中、III−III線断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell system taken along line III-III in FIG. 2. 前記燃料電池システムを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which comprises the said fuel cell system. 前記燃料電池システムの後方からの概略斜視説明図である。It is a schematic perspective view from the rear of the fuel cell system. 特許文献1に開示されている燃料電池システムの概略説明図である。1 is a schematic explanatory diagram of a fuel cell system disclosed in Patent Document 1. FIG.

図1及び図2に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池システム10は、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両(図示せず)に搭載される車載用燃料電池システムを構成する。燃料電池システム10は、燃料電池スタック12と、前記燃料電池スタック12を内部に収容する筐体14とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention constitutes an in-vehicle fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle (not shown) such as a fuel cell electric vehicle. To do. The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 12 and a casing 14 that houses the fuel cell stack 12 therein.

燃料電池スタック12は、複数の燃料電池16が水平方向(矢印B方向)又は重力方向(矢印C方向)に積層されるとともに、前記燃料電池16の積層方向一端には、第1ターミナルプレート20a、第1絶縁プレート22a及び第1エンドプレート24aが、外方に向かって順次配設される。燃料電池16の積層方向他端には、第2ターミナルプレート20b、第2絶縁プレート22b及び第2エンドプレート24bが、外方に向かって順次配設される。   The fuel cell stack 12 includes a plurality of fuel cells 16 stacked in a horizontal direction (arrow B direction) or a gravitational direction (arrow C direction), and a first terminal plate 20a, The first insulating plate 22a and the first end plate 24a are sequentially arranged outward. At the other end of the fuel cell 16 in the stacking direction, a second terminal plate 20b, a second insulating plate 22b, and a second end plate 24b are sequentially arranged outward.

第1エンドプレート24aの中央部からは、第1ターミナルプレート20aに接続された第1出力端子26aが外方に向かって延在する。第2エンドプレート24bの中央部からは、第2ターミナルプレート20bに接続された第2出力端子26bが外方に向かって延在する。   A first output terminal 26a connected to the first terminal plate 20a extends outward from the center of the first end plate 24a. A second output terminal 26b connected to the second terminal plate 20b extends outward from the center of the second end plate 24b.

第1エンドプレート24aと第2エンドプレート24bの各辺間には、連結バー28の両端がねじ30により固定され、複数の積層された燃料電池16に積層方向(矢印B方向)の締め付け荷重を付与する。   Between the sides of the first end plate 24a and the second end plate 24b, both ends of the connecting bar 28 are fixed by screws 30, and a tightening load in the stacking direction (arrow B direction) is applied to the plurality of stacked fuel cells 16. Give.

図4に示すように、燃料電池16は、横長の長方形状を有するとともに、電解質膜・電極構造体32が、第1セパレータ34及び第2セパレータ36に挟持される。第1セパレータ34及び第2セパレータ36は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等の金属セパレータやカーボンセパレータにより構成される。   As shown in FIG. 4, the fuel cell 16 has a horizontally long rectangular shape, and the electrolyte membrane / electrode structure 32 is sandwiched between the first separator 34 and the second separator 36. The 1st separator 34 and the 2nd separator 36 are comprised by metal separators and carbon separators, such as a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, or a plating treatment steel plate, for example.

燃料電池16の矢印A方向(図4中、水平方向)の一端縁部には、積層方向である矢印B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入口連通孔38a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔40bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。   One end edge of the fuel cell 16 in the direction of arrow A (horizontal direction in FIG. 4) communicates with each other in the direction of arrow B, which is the stacking direction, and oxidant for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas An agent gas inlet communication hole 38a and a fuel gas outlet communication hole 40b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are arranged in an arrow C direction (vertical direction).

燃料電池16の矢印A方向の他端縁部には、矢印B方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔40a、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔38bが、矢印C方向に配列して設けられる。   The other end edge of the fuel cell 16 in the direction of arrow A communicates with each other in the direction of arrow B, a fuel gas inlet communication hole 40a for supplying fuel gas, and an oxidant gas for discharging oxidant gas. Outlet communication holes 38b are arranged in the direction of arrow C.

燃料電池16の矢印C方向の上端縁部には、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔42aが設けられるとともに、前記燃料電池16の矢印C方向の下端縁部には、前記冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔42bが設けられる。   A pair of cooling medium inlet communication holes 42a for supplying a cooling medium is provided at the upper end edge in the arrow C direction of the fuel cell 16, and the lower end edge in the arrow C direction of the fuel cell 16 is A pair of cooling medium outlet communication holes 42b for discharging the cooling medium is provided.

第1セパレータ34の電解質膜・電極構造体32に向かう面34aには、酸化剤ガス入口連通孔38aと酸化剤ガス出口連通孔38bとに連通する酸化剤ガス流路44が設けられる。   An oxidant gas flow path 44 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 38a and the oxidant gas outlet communication hole 38b is provided on the surface 34a of the first separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 32.

第2セパレータ36の電解質膜・電極構造体32に向かう面36aには、燃料ガス入口連通孔40aと燃料ガス出口連通孔40bとに連通する燃料ガス流路46が設けられる。   A fuel gas passage 46 communicating with the fuel gas inlet communication hole 40a and the fuel gas outlet communication hole 40b is provided on the surface 36a of the second separator 36 facing the electrolyte membrane / electrode structure 32.

互いに隣接する燃料電池16を構成する第1セパレータ34の面34bと、第2セパレータ36の面36bとの間には、冷却媒体入口連通孔42aと冷却媒体出口連通孔42bとを連通する冷却媒体流路48が設けられる。   A cooling medium that connects the cooling medium inlet communication hole 42a and the cooling medium outlet communication hole 42b between the surface 34b of the first separator 34 and the surface 36b of the second separator 36 that constitute the fuel cells 16 adjacent to each other. A flow path 48 is provided.

第1セパレータ34及び第2セパレータ36には、それぞれシール部材50、52が、一体的又は個別に設けられる。シール部材50、52は、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。   The first separator 34 and the second separator 36 are respectively provided with seal members 50 and 52 integrally or individually. For the seal members 50 and 52, for example, a seal material such as EPDM, NBR, fluoro rubber, silicon rubber, fluorosilicon rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroplane, or acrylic rubber, a cushion material, or a packing material is used. To do.

電解質膜・電極構造体32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54と、前記固体高分子電解質膜54を挟持するカソード電極56及びアノード電極58とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 32 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 54 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode electrode 56 and an anode electrode 58 sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 54. Prepare.

カソード電極56及びアノード電極58は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜54の両面に形成されている。   The cathode electrode 56 and the anode electrode 58 are an electrode catalyst formed by uniformly applying a gas diffusion layer made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy supported on the surface of the gas diffusion layer. And having a layer. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 54.

図1及び図2に示すように、第2エンドプレート24bは、第1エンドプレート24aよりも大きな表面積(外形寸法)を有している。第2エンドプレート24bには、図1及び図3に示すように、酸化剤ガス入口連通孔38a、酸化剤ガス出口連通孔38b、燃料ガス入口連通孔40a及び燃料ガス出口連通孔40bに連通する酸化剤ガス供給マニホールド60a、酸化剤ガス排出マニホールド60b、燃料ガス供給マニホールド62a及び燃料ガス排出マニホールド62bが取り付けられる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the second end plate 24b has a larger surface area (outer dimension) than the first end plate 24a. As shown in FIGS. 1 and 3, the second end plate 24b communicates with the oxidant gas inlet communication hole 38a, the oxidant gas outlet communication hole 38b, the fuel gas inlet communication hole 40a, and the fuel gas outlet communication hole 40b. An oxidant gas supply manifold 60a, an oxidant gas discharge manifold 60b, a fuel gas supply manifold 62a, and a fuel gas discharge manifold 62b are attached.

第2エンドプレート24bには、積層方向に対して燃料電池スタック12の下部よりも下方に離間した位置に貫通孔64が形成される。貫通孔64は、後述するように、筐体14を構成する第1筐体部70aと第2筐体部70bとを連通する。なお、貫通孔64は、燃料電池スタック12の下方に限定されるものではなく、前記燃料電池スタック12から離間した位置に設けられていればよい。例えば、第2エンドプレート24bの上方向や左右方向に燃料電池スタック12から離間して設けることもできる。   A through hole 64 is formed in the second end plate 24b at a position spaced below the lower part of the fuel cell stack 12 in the stacking direction. As will be described later, the through-hole 64 communicates the first housing part 70a and the second housing part 70b constituting the housing 14. The through hole 64 is not limited to the lower side of the fuel cell stack 12, and may be provided at a position separated from the fuel cell stack 12. For example, the second end plate 24b may be provided away from the fuel cell stack 12 in the upward direction or the left-right direction.

図2及び図5に示すように、第1エンドプレート24aには、一対の冷却媒体入口連通孔42a及び一対の冷却媒体出口連通孔42bに一体に連通する冷却媒体供給マニホールド66a及び冷却媒体排出マニホールド66bが取り付けられる。   As shown in FIGS. 2 and 5, the first end plate 24a includes a cooling medium supply manifold 66a and a cooling medium discharge manifold that are integrally connected to the pair of cooling medium inlet communication holes 42a and the pair of cooling medium outlet communication holes 42b. 66b is attached.

第2エンドプレート24bには、燃料電池スタック12とは反対側に、燃料ガス供給マニホールド62a及び燃料ガス排出マニホールド62bに接続されて燃料ガス系デバイス68が取り付けられる(図1〜図3参照)。   A fuel gas system device 68 connected to the fuel gas supply manifold 62a and the fuel gas discharge manifold 62b is attached to the second end plate 24b on the side opposite to the fuel cell stack 12 (see FIGS. 1 to 3).

燃料ガス系デバイス68は、少なくともエゼクタ68a、水素ポンプ68b、気液分離タンク68c、パージ弁、掃気弁又は水素熱交換器のいずれかを備え、第2エンドプレート24bに直接取り付けられる。   The fuel gas system device 68 includes at least one of an ejector 68a, a hydrogen pump 68b, a gas-liquid separation tank 68c, a purge valve, a scavenging valve, and a hydrogen heat exchanger, and is directly attached to the second end plate 24b.

ここで、エゼクタ68aは、燃料ガス出口連通孔40bから排出された排出燃料ガスを吸引して、再度、燃料ガスとして燃料ガス入口連通孔40aに供給する機能を有する。気液分離タンク68cは、排出燃料ガス中に含まれる液状水分を除去する機能を有するとともに、パージ弁は、燃料ガス循環系に存在する不純物を系外に排出する機能を有する。掃気弁は、燃料ガス流路46を掃気する機能を有し、水素ポンプ68bは、前記燃料ガス流路46に燃料ガスを供給(圧送)する機能を有する。水素熱交換器は、燃料ガス流路46に供給される前の燃料ガスを予め加温する機能を有する。   Here, the ejector 68a has a function of sucking the discharged fuel gas discharged from the fuel gas outlet communication hole 40b and supplying it again to the fuel gas inlet communication hole 40a as fuel gas. The gas-liquid separation tank 68c has a function of removing liquid water contained in the discharged fuel gas, and the purge valve has a function of discharging impurities present in the fuel gas circulation system out of the system. The scavenging valve has a function of scavenging the fuel gas passage 46, and the hydrogen pump 68 b has a function of supplying (pressure feeding) fuel gas to the fuel gas passage 46. The hydrogen heat exchanger has a function of preheating the fuel gas before being supplied to the fuel gas channel 46.

図1、図2及び図5に示すように、筐体14は、燃料電池スタック12を収容して第2エンドプレート24bの一端に固定される第1筐体部70aと、燃料ガス系デバイス68を収容して前記第2エンドプレート24bの他端に固定される第2筐体部70bとを備える。   As shown in FIGS. 1, 2, and 5, the housing 14 includes a first housing portion 70 a that houses the fuel cell stack 12 and is fixed to one end of the second end plate 24 b, and a fuel gas system device 68. And a second housing part 70b fixed to the other end of the second end plate 24b.

図5に示すように、第1筐体部70aの有底側端部には、第1出力端子26aが、シール部材72aを介装して外部に露出するとともに、冷却媒体供給マニホールド66a及び冷却媒体排出マニホールド66bが、シール部材74a、74bを介装して外部に露出する。   As shown in FIG. 5, the first output terminal 26a is exposed to the bottom end of the first casing 70a through the seal member 72a, and the cooling medium supply manifold 66a and the cooling medium The medium discharge manifold 66b is exposed to the outside through the seal members 74a and 74b.

第1筐体部70aの開口側端部には、フランジ部76aが設けられる。図1及び図2に示すように、フランジ部76aと第2エンドプレート24bの一端との間には、第1シール部材78aが介装されるとともに、前記フランジ部76aに挿入される複数のねじ80は、前記第2エンドプレート24bの各ねじ穴82aに螺合する。第1筐体部70aの下部には、第1換気口84aが設けられる。なお、第1換気口84aは、第1筐体部70aの下部に限定されるものではなく、前記第1筐体部70aの任意の位置に設けることができる。   A flange portion 76a is provided at the opening-side end portion of the first housing portion 70a. As shown in FIGS. 1 and 2, a first seal member 78a is interposed between the flange portion 76a and one end of the second end plate 24b, and a plurality of screws inserted into the flange portion 76a. 80 is screwed into each screw hole 82a of the second end plate 24b. A first ventilation port 84a is provided at the lower part of the first housing part 70a. In addition, the 1st ventilation port 84a is not limited to the lower part of the 1st housing | casing part 70a, It can provide in the arbitrary positions of the said 1st housing | casing part 70a.

図1に示すように、第2筐体部70bの有底側端部には、第2出力端子26bが、シール部材72bを介装して外部に露出するとともに、酸化剤ガス供給マニホールド60a及び酸化剤ガス排出マニホールド60bが、シール部材86a、86bを介装して外部に露出する。第2筐体部70bの有底側端部には、燃料ガス系デバイス68に接続された燃料ガス供給配管88a及び燃料ガス排出配管88bが、シール部材90a、90bを介装して外部に露呈する。   As shown in FIG. 1, the second output terminal 26b is exposed to the outside through the seal member 72b at the bottomed end of the second casing 70b, and the oxidizing gas supply manifold 60a and The oxidant gas discharge manifold 60b is exposed to the outside through the seal members 86a and 86b. A fuel gas supply pipe 88a and a fuel gas discharge pipe 88b connected to the fuel gas system device 68 are exposed to the outside through the seal members 90a and 90b at the bottomed end of the second housing part 70b. To do.

第2筐体部70bの側部には、第2換気口84bが一体に設けられる。第2換気口84bは、例えば、入口側換気口を構成しており、図2に示すように、エアポンプ92に接続される。第1換気口84aは、例えば、出口側換気口を構成する。   A second ventilation port 84b is integrally provided on the side portion of the second casing 70b. The second ventilation port 84b forms, for example, an inlet side ventilation port, and is connected to the air pump 92 as shown in FIG. The 1st ventilation port 84a comprises an exit side ventilation port, for example.

第1換気口84aの開口径D1は、第2換気口84bの開口径D2よりも大きく設定され(D2≦D1)、貫通孔64の開口径D3は、前記第2換気口84bの開口径D2よりも大きく設定される(D2≦D3)。開口径D1は、好ましくは、開口径D3よりも大きく設定される(D3≦D1)。なお、第1換気口84aが入口側換気口を構成する一方、第2換気口84bが出口側換気口を構成してもよい。その際、開口径の関係は、上記とは逆に設定される。   The opening diameter D1 of the first ventilation opening 84a is set larger than the opening diameter D2 of the second ventilation opening 84b (D2 ≦ D1), and the opening diameter D3 of the through hole 64 is the opening diameter D2 of the second ventilation opening 84b. (D2 ≦ D3). The opening diameter D1 is preferably set larger than the opening diameter D3 (D3 ≦ D1). In addition, while the 1st ventilation port 84a comprises an entrance side ventilation port, the 2nd ventilation port 84b may comprise an exit side ventilation port. At that time, the relationship between the opening diameters is set to be opposite to the above.

第2筐体部70bの開口側端部には、フランジ部76bが設けられる。フランジ部76bと第2エンドプレート24bの他端との間には、第2シール部材78bが介装されるとともに、前記フランジ部76bに挿入される複数のねじ80は、前記第2エンドプレート24bの各ねじ穴82bに螺合する。第1シール部材78aと第2シール部材78bとは、第2エンドプレート24bを挟んで積層方向に同一位置に配置される。   A flange portion 76b is provided at the opening side end portion of the second housing portion 70b. A second seal member 78b is interposed between the flange portion 76b and the other end of the second end plate 24b, and a plurality of screws 80 inserted into the flange portion 76b are connected to the second end plate 24b. Are screwed into the respective screw holes 82b. The first seal member 78a and the second seal member 78b are disposed at the same position in the stacking direction with the second end plate 24b interposed therebetween.

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、酸化剤ガス供給マニホールド60aから酸化剤ガス入口連通孔38aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給配管88aから燃料ガス系デバイス68に供給された水素含有ガス等の燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールド62aから燃料ガス入口連通孔40aに供給される。   First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied from the oxidant gas supply manifold 60a to the oxidant gas inlet communication hole 38a, and from the fuel gas supply pipe 88a to the fuel gas system device 68. The supplied fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied from the fuel gas supply manifold 62a to the fuel gas inlet communication hole 40a.

さらに、図5に示すように、冷却媒体供給マニホールド66aから一対の冷却媒体入口連通孔42aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   Further, as shown in FIG. 5, a coolant such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied from the coolant supply manifold 66a to the pair of coolant supply passages 42a.

このため、図4に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔38aから第1セパレータ34の酸化剤ガス流路44に導入される。酸化剤ガスは、矢印A方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体32を構成するカソード電極56に供給される。   Therefore, as shown in FIG. 4, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 44 of the first separator 34 from the oxidant gas inlet communication hole 38 a. The oxidant gas is supplied to the cathode electrode 56 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 32 while moving in the arrow A direction.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔40aから第2セパレータ36の燃料ガス流路46に導入される。この燃料ガスは、矢印A方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体32を構成するアノード電極58に供給される。   On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 46 of the second separator 36 from the fuel gas inlet communication hole 40a. The fuel gas is supplied to the anode electrode 58 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 32 while moving in the arrow A direction.

従って、電解質膜・電極構造体32では、カソード電極56に供給される酸化剤ガスと、アノード電極58に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 32, the oxidizing gas supplied to the cathode electrode 56 and the fuel gas supplied to the anode electrode 58 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, and power generation is performed. Is called.

次いで、カソード電極56に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔38bに沿って矢印B方向に流通し、酸化剤ガス排出マニホールド60bから排出される(図1参照)。一方、アノード電極58に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔40bに沿って矢印B方向に流通し、燃料ガス排出マニホールド62bから燃料ガス系デバイス68に導入される。燃料ガスは、さらに燃料ガス排出配管88bから排出される。   Next, the oxidant gas supplied and consumed to the cathode electrode 56 flows in the direction of arrow B along the oxidant gas outlet communication hole 38b, and is discharged from the oxidant gas discharge manifold 60b (see FIG. 1). On the other hand, the consumed fuel gas supplied to the anode electrode 58 flows in the direction of arrow B along the fuel gas outlet communication hole 40b, and is introduced into the fuel gas system device 68 from the fuel gas discharge manifold 62b. The fuel gas is further discharged from the fuel gas discharge pipe 88b.

また、一対の冷却媒体入口連通孔42aに供給された冷却媒体は、第1セパレータ34及び第2セパレータ36間の冷却媒体流路48に導入された後、矢印C方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体32を冷却した後、一対の冷却媒体出口連通孔42bを流通して冷却媒体排出マニホールド66bから排出される(図5参照)。   The cooling medium supplied to the pair of cooling medium inlet communication holes 42 a is introduced into the cooling medium flow path 48 between the first separator 34 and the second separator 36 and then circulates in the direction of arrow C. After cooling the electrolyte membrane / electrode structure 32, the cooling medium flows through the pair of cooling medium outlet communication holes 42b and is discharged from the cooling medium discharge manifold 66b (see FIG. 5).

この場合、本実施形態では、図1及び図2に示すように、第2エンドプレート24bの一端には、第1筐体部70aが固定されるとともに、前記第2エンドプレート24bの他端には、第2筐体部70bが固定されている。第1筐体部70a内には、燃料電池スタック12が収容される一方、第2筐体部70b内には、燃料ガス系デバイス68が収容されている。   In this case, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the first housing part 70a is fixed to one end of the second end plate 24b and the other end of the second end plate 24b. The second housing part 70b is fixed. The fuel cell stack 12 is housed in the first housing portion 70a, while the fuel gas system device 68 is housed in the second housing portion 70b.

そして、第1筐体部70aと第2筐体部70bとは、第2エンドプレート24bに形成された貫通孔64を介して互いに連通している。このため、第1筐体部70aと第2筐体部70bとに、それぞれ個別の換気機構を設ける必要がない。従って、筐体14内には、第2換気口84b、貫通孔64及び第1換気口84aを繋ぐ、単一の換気ラインを設けるだけでよい。   And the 1st housing | casing part 70a and the 2nd housing | casing part 70b are mutually connected via the through-hole 64 formed in the 2nd end plate 24b. For this reason, it is not necessary to provide a separate ventilation mechanism for each of the first casing 70a and the second casing 70b. Therefore, it is only necessary to provide a single ventilation line in the housing 14 that connects the second ventilation port 84b, the through hole 64, and the first ventilation port 84a.

これにより、簡単且つコンパクトな構成で、筐体14内の換気を良好に遂行することが可能になるとともに、経済的であるという効果が得られる。   As a result, it is possible to satisfactorily perform ventilation in the housing 14 with a simple and compact configuration, and it is possible to obtain an economical effect.

さらに、第1換気口84aの開口径D1は、第2換気口84bの開口径D2よりも大きく設定されるとともに、貫通孔64の開口径D3は、前記第2換気口84bの開口径D2よりも大きく設定されている。   Further, the opening diameter D1 of the first ventilation port 84a is set larger than the opening diameter D2 of the second ventilation port 84b, and the opening diameter D3 of the through hole 64 is larger than the opening diameter D2 of the second ventilation port 84b. Is also set larger.

これにより、図2に示すように、エアポンプ92から第2換気口84bに供給されるエアは、第2筐体部70b内に導入されて換気を行った後、第2エンドプレート24bの貫通孔64を通って第1筐体部70a内に円滑に流入することができる。貫通孔64での圧損が回避されるからである。   Thus, as shown in FIG. 2, the air supplied from the air pump 92 to the second ventilation port 84b is introduced into the second housing portion 70b and ventilated, and then the through hole of the second end plate 24b. 64 can smoothly flow into the first housing portion 70a. This is because pressure loss at the through hole 64 is avoided.

さらに、第1筐体部70a内を換気したエアは、圧損を惹起することがなく、第1換気口84aから外部に排出される。このため、第1筐体部70a及び第2筐体部70b内の換気処理が、効率的且つ確実に遂行されるという利点がある。   Furthermore, the air which ventilated the inside of the 1st housing | casing part 70a does not cause a pressure loss, but is discharged | emitted outside from the 1st ventilation port 84a. For this reason, there exists an advantage that the ventilation process in the 1st housing | casing part 70a and the 2nd housing | casing part 70b is performed efficiently and reliably.

10…燃料電池システム 12…燃料電池スタック
14…筐体 16…燃料電池
24a、24b…エンドプレート 32…電解質膜・電極構造体
34、36…セパレータ 38a…酸化剤ガス入口連通孔
38b…酸化剤ガス出口連通孔 40a…燃料ガス入口連通孔
40b…燃料ガス出口連通孔 42a…冷却媒体入口連通孔
42b…冷却媒体出口連通孔 44…酸化剤ガス流路
46…燃料ガス流路 48…冷却媒体流路
50、52、72a、72b、74a、74b、78a、78b、86a、86b、90a、90b…シール部材
54…固体高分子電解質膜 56…カソード電極
58…アノード電極 60a…酸化剤ガス供給マニホールド
60b…酸化剤ガス排出マニホールド 62a…燃料ガス供給マニホールド
62b…燃料ガス排出マニホールド 64…貫通孔
66a…冷却媒体供給マニホールド 66b…冷却媒体排出マニホールド
68…燃料ガス系デバイス 70a、70b…筐体部
84a、84b…換気口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell stack 14 ... Housing 16 ... Fuel cell 24a, 24b ... End plate 32 ... Electrolyte membrane and electrode structure 34, 36 ... Separator 38a ... Oxidant gas inlet communication hole 38b ... Oxidant gas Outlet communication hole 40a ... Fuel gas inlet communication hole 40b ... Fuel gas outlet communication hole 42a ... Cooling medium inlet communication hole 42b ... Cooling medium outlet communication hole 44 ... Oxidant gas channel 46 ... Fuel gas channel 48 ... Cooling medium channel 50, 52, 72a, 72b, 74a, 74b, 78a, 78b, 86a, 86b, 90a, 90b ... seal member 54 ... solid polymer electrolyte membrane 56 ... cathode electrode 58 ... anode electrode 60a ... oxidant gas supply manifold 60b ... Oxidant gas discharge manifold 62a ... Fuel gas supply manifold 62b ... Fuel gas discharge manifold 6 ... through hole 66a ... cooling medium supply manifold 66b ... coolant discharge manifold 68: fuel gas system devices 70a, 70b ... housing 84a, 84b ... ventilation opening

Claims (3)

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池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を内部に収容する筐体と、
を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックは、前記燃料電池の積層方向一端に、第1エンドプレートが配設されるとともに、
前記燃料電池の積層方向他端に、第2エンドプレートが配設され、且つ、前記第2エンドプレートの前記燃料電池スタックとは反対側には、燃料ガス系デバイスが配設され、
前記筐体は、前記燃料電池スタックを収容して前記第2エンドプレートの一端に固定される第1筐体部と、
前記燃料ガス系デバイスを収容して前記第2エンドプレートの他端に固定される第2筐体部と、
を備えるとともに、
前記第2エンドプレートには、前記第1筐体部と前記第2筐体部とを互いに連通するための貫通孔が形成され
前記第1筐体部には、第1換気口が設けられる一方、前記第2筐体部には、第2換気口が設けられることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell stack comprising a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and a plurality of the fuel cells stacked;
A housing for accommodating the fuel cell stack;
A fuel cell system comprising:
The fuel cell stack has a first end plate disposed at one end in the stacking direction of the fuel cells,
A second end plate is disposed at the other end in the stacking direction of the fuel cell, and a fuel gas system device is disposed on the opposite side of the second end plate from the fuel cell stack,
The housing includes a first housing portion that houses the fuel cell stack and is fixed to one end of the second end plate;
A second housing portion that accommodates the fuel gas system device and is fixed to the other end of the second end plate;
With
The second end plate is formed with a through hole for communicating the first housing part and the second housing part with each other ,
Wherein the first housing portion, while the first ventilation opening is provided, wherein the second housing portion, a fuel cell system second ventilation openings, characterized in Rukoto provided.
請求項1記載の燃料電池システムにおいて、入口側換気口である前記第2換気口又は前記第1換気口の開口断面積は、前記貫通孔の開口断面積よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein, the opening cross-sectional area of the second ventilation opening or the first ventilation port is input mouth side ventilation arrangements, characterized by being set smaller than the opening cross-sectional area of the through hole A fuel cell system. 請求項1又は2記載の燃料電池システムにおいて、前記第2エンドプレートは、前記第1エンドプレートよりも外形寸法が大きく設定されるとともに、
前記第2エンドプレートの一端と前記第1筐体部との間には、第1シール部材が介装される一方、前記第2エンドプレートの他端と前記第2筐体部との間には、第2シール部材が装され、
前記第1シール部材と前記第2シール部材とは、前記第2エンドプレートを挟んで積層方向に同一位置に配置されることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the second end plate is set to have an outer dimension larger than that of the first end plate,
A first seal member is interposed between one end of the second end plate and the first housing portion, and between the other end of the second end plate and the second housing portion. the second sealing member is via instrumentation,
The fuel cell system, wherein the first seal member and the second seal member are disposed at the same position in the stacking direction with the second end plate interposed therebetween.
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