JP6605107B2 - Fuel cell stack - 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有し、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端にエンドプレートが配設される燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a fuel cell stack having a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, wherein the plurality of fuel cells are stacked and end plates are disposed at both ends in the stacking direction. .
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一方の面側にアノード電極が、他方の面側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セルが構成されている。燃料電池は、通常、所定の数の発電セルが積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両(燃料電池電気自動車等)に組み込まれている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode is disposed on one side of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane and a cathode electrode is disposed on the other surface side ( MEA). The electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched between separators to constitute a power generation cell. A fuel cell is usually incorporated in a fuel cell vehicle (fuel cell electric vehicle or the like) as a vehicle fuel cell stack, for example, by stacking a predetermined number of power generation cells.
燃料電池では、セパレータの面内に、アノード電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。また、互いに隣接するセパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。 In the fuel cell, a fuel gas channel for flowing fuel gas to the anode electrode and an oxidant gas channel for flowing oxidant gas to the cathode electrode are provided in the plane of the separator. Further, between the separators adjacent to each other, a cooling medium flow path for flowing the cooling medium is provided along the surface direction of the separator.
燃料電池では、さらに積層方向に貫通して燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔と、酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔と、冷却媒体を流通させる冷却媒体連通孔とが設けられた内部マニホールド型燃料電池が採用されている。燃料ガス連通孔は、燃料ガス供給連通孔及び燃料ガス排出連通孔を有し、酸化剤ガス連通孔は、酸化剤ガス供給連通孔及び酸化剤ガス排出連通孔を有し、冷却媒体連通孔は、冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔を有している。 The fuel cell further includes a fuel gas communication hole through which fuel gas flows in the stacking direction, an oxidant gas communication hole through which oxidant gas flows, and a cooling medium communication hole through which a cooling medium flows. A manifold type fuel cell is adopted. The fuel gas communication hole has a fuel gas supply communication hole and a fuel gas discharge communication hole, the oxidant gas communication hole has an oxidant gas supply communication hole and an oxidant gas discharge communication hole, and the cooling medium communication hole has And a cooling medium supply communication hole and a cooling medium discharge communication hole.
上記の燃料電池では、少なくとも一方のエンドプレートには、各連通孔に連なって流体(燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体)を供給又は排出する流体マニホールドが設けられている。さらに、流体マニホールドには、流体供給管や流体排出管が接続されている。 In the fuel cell, at least one end plate is provided with a fluid manifold that supplies or discharges fluid (fuel gas, oxidant gas, or cooling medium) connected to each communication hole. Furthermore, a fluid supply pipe and a fluid discharge pipe are connected to the fluid manifold.
ところで、酸化剤ガス又は燃料ガス少なくとも一方である反応ガスは、予め加湿された状態で、燃料電池に供給されている。また、燃料電池内では、発電反応によりカソード側に生成水が発生されるとともに、アノード側に前記生成水が逆拡散し易い。このため、流体マニホールドには、水蒸気が滞留し、前記水蒸気が凝縮して液状水(凝縮水)が存在する場合がある。従って、液状水の繋がりにより、燃料電池は、外部機器等と電気的に接続(液絡)されるおそれがある。 By the way, the reaction gas which is at least one of the oxidant gas and the fuel gas is supplied to the fuel cell in a humidified state in advance. Further, in the fuel cell, generated water is generated on the cathode side by a power generation reaction, and the generated water is easily back-diffused on the anode side. For this reason, water vapor may stay in the fluid manifold, and the water vapor may condense and liquid water (condensed water) may exist. Therefore, there is a risk that the fuel cell is electrically connected (liquid junction) to an external device or the like due to the connection of liquid water.
そこで、反応ガスに水滴が発生することを阻止するために、例えば、特許文献1に開示されている固体高分子電解質型燃料電池が知られている。この燃料電池では、前記燃料電池の積層体を積層方向に加圧する加圧板を備え、前記加圧板は、配管接続体が設置される部位に、酸化剤ガス及び/又は燃料ガスを加熱するための加熱部を備えている。 Therefore, in order to prevent water droplets from being generated in the reaction gas, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell disclosed in Patent Document 1 is known. The fuel cell includes a pressurizing plate that pressurizes the stack of fuel cells in the stacking direction, and the pressurizing plate is for heating the oxidant gas and / or the fuel gas at a site where the pipe connection body is installed. A heating unit is provided.
加熱部は、加圧板の本体部と略同一の厚さ寸法を持つ円筒状の外形を有するとともに、内部には、円筒状の空洞部が設けられている。加熱部には、空洞部を内側から気密に塞ぐとともに、中心部に酸化剤ガスを流通させる貫通孔が形成されたガス通流部が設けられている。そして、空洞部には、積層体を冷却して昇温された熱媒が供給されるため、ガス通流部を流通する酸化剤ガスが加温され、液状水が生成されることを抑制することができる、としている。 The heating unit has a cylindrical outer shape having substantially the same thickness as the main body of the pressure plate, and a cylindrical cavity is provided inside. The heating part is provided with a gas flow part in which a hollow part is hermetically sealed from the inside and a through hole is formed in the center part for flowing an oxidant gas. And since the heating medium heated by cooling the laminated body is supplied to the hollow portion, the oxidant gas flowing through the gas flow portion is heated, and the generation of liquid water is suppressed. I can do it.
しかしながら、上記の燃料電池では、酸化剤ガス等の反応ガスを加温させるために、加熱部及びガス通流部が設けられている。このため、構成が複雑化するとともに、経済的ではないという問題がある。 However, in the fuel cell described above, a heating unit and a gas flow unit are provided in order to heat a reaction gas such as an oxidant gas. For this reason, there is a problem that the configuration becomes complicated and it is not economical.
しかも、燃料電池では、反応ガスの他、冷却媒体を流通させる冷却媒体マニホールドが設けられている。その際、燃料電池の内部と冷却媒体マニホールドとは、冷却媒体を通じて電気的に接続され易く、前記燃料電池は、前記冷却媒体を介して外部機器と液絡するおそれがある。しかしながら、上記の燃料電池では、燃料電池と外部機器との液絡を抑制することができないという問題がある。 Moreover, the fuel cell is provided with a cooling medium manifold for circulating the cooling medium in addition to the reaction gas. At that time, the inside of the fuel cell and the cooling medium manifold are easily electrically connected through the cooling medium, and the fuel cell may have a liquid junction with an external device through the cooling medium. However, the above fuel cell has a problem that a liquid junction between the fuel cell and an external device cannot be suppressed.
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、流体マニホールドとエンドプレートとの間の電気絶縁性を良好に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 ensuring good electrical insulation between a fluid manifold and an end plate with a simple and economical configuration. For the purpose.
本発明に係る燃料電池スタックは、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有し、複数の燃料電池が積層される積層体を備えている。積層体には、冷却媒体を燃料電池内に流通させる流体連通孔が、積層方向に沿って複数個形成されている。 The fuel cell stack according to 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 stacked body in which a plurality of fuel cells are stacked. A plurality of fluid communication holes through which the cooling medium flows in the fuel cell are formed in the stacked body along the stacking direction.
積層体の積層方向両端には、エンドプレートが配設され、少なくとも一方のエンドプレートには、冷却媒体が流通する前記複数個の流体連通孔の開口が形成されるとともに、前記複数個の流体連通孔に連通し且つ冷却媒体が流通する内部空間を有する流体マニホールド部材が設けられている。そして、一方のエンドプレートと流体マニホールド部材の取り付け面との間には、絶縁プレートが配置されている。
End plates are disposed at both ends in the stacking direction of the laminate, and at least one end plate is formed with openings of the plurality of fluid communication holes through which the cooling medium flows, and the plurality of fluid communication. fluid manifold member having an internal space and the coolant is passing flow communication is provided in the hole. An insulating plate is disposed between the one end plate and the mounting surface of the fluid manifold member.
また、この燃料電池スタックでは、絶縁プレートは、一方のエンドプレートに接触する接触面を有するとともに、前記接触面には、流体連通孔を周回する部位を除いて隙間が形成されることが好ましい。 In this fuel cell stack, it is preferable that the insulating plate has a contact surface that contacts one end plate, and a gap is formed on the contact surface except for a portion that circulates around the fluid communication hole.
さらに、この燃料電池スタックでは、隙間は、少なくとも一方のエンドプレート側又は流体マニホールド部材側のいずれかに形成された凹部により構成されることが好ましい。 Further, in this fuel cell stack, the gap is preferably constituted by a recess formed on at least one of the end plate side or the fluid manifold member side.
本発明によれば、流体マニホールド部材とエンドプレートとの間には、絶縁プレートが配置されている。このため、簡単且つ経済的な構成で、流体マニホールド部材とエンドプレートとの間の電気絶縁性を良好に確保することができる。従って、液状水による燃料電池と外部機器との電気的な接続を、良好に抑制することが可能になる。 According to the present invention, the insulating plate is disposed between the fluid manifold member and the end plate. For this reason, electrical insulation between the fluid manifold member and the end plate can be satisfactorily secured with a simple and economical configuration. Therefore, it is possible to satisfactorily suppress electrical connection between the fuel cell and the external device using liquid water.
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スタック10は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車に搭載される。燃料電池スタック10は、複数の燃料電池12が電極面を立位姿勢にして水平方向(矢印B方向)に積層された積層体12asを備える。なお、複数の燃料電池12を重力方向に積層して燃料電池スタック10を構成してもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
図2に示すように、燃料電池12の積層方向一端(積層体12asの一端)には、第1ターミナルプレート14a、第1絶縁プレート16a及び第1エンドプレート18aが、外方に向かって、順次、配設される。燃料電池12の積層方向他端(積層体12asの他端)には、第2ターミナルプレート14b、第2絶縁プレート16b及び第2エンドプレート18bが、外方に向かって、順次、配設される。
As shown in FIG. 2, a
横長形状(長方形状)の第1エンドプレート18aの略中央部(中央部から偏心していてもよい)からは、第1ターミナルプレート14aに接続された第1電力出力端子20aが外方に向かって延在する。横長形状(長方形状)の第2エンドプレート18bの略中央部からは、第2ターミナルプレート14bに接続された第2電力出力端子20bが外方に向かって延在する。
The first
第1エンドプレート18aと第2エンドプレート18bとの各辺間には、それぞれ各辺の略中央位置に対応して一定の長さを有する連結バー22が配置される。連結バー22の両端は、ねじ24により固定され、積層体12asに積層方向(矢印B方向)の締め付け荷重を付与する。
Between each side of the
燃料電池スタック10は、必要に応じてケーシング26を備える。ケーシング26は、車幅方向(矢印B方向)両端の2辺(面)が第1エンドプレート18a及び第2エンドプレート18bにより構成される。ケーシング26の車長方向(矢印A方向)両端の2辺(面)は、横長プレート形状の前方サイドパネル28a及び後方サイドパネル28bにより構成される。ケーシング26の車高方向(矢印C方向)両端の2辺(面)は、上方サイドパネル30a及び下方サイドパネル30bにより構成される。上方サイドパネル30a及び下方サイドパネル30bは、横長プレート形状を有する。
The
第1エンドプレート18a及び第2エンドプレート18bには、各辺にねじ穴32が設けられる。前方サイドパネル28a、後方サイドパネル28b、上方サイドパネル30a及び下方サイドパネル30bには、各ねじ穴32に対向して孔部34が形成される。各孔部34に挿入されるねじ36は、各ねじ穴32に螺合することにより、ケーシング26が一体に固定される。
The
図3に示すように、燃料電池12は、電解質膜・電極構造体40と、前記電解質膜・電極構造体40を挟持する第1金属セパレータ(カソード側セパレータ)42及び第2金属セパレータ(アノード側セパレータ)44とを備える。
As shown in FIG. 3, the
第1金属セパレータ42及び第2金属セパレータ44は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第1金属セパレータ42及び第2金属セパレータ44は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第1金属セパレータ42及び第2金属セパレータ44に代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
The
第1金属セパレータ42及び第2金属セパレータ44は、横長形状を有するとともに、長辺が水平方向(矢印A方向)に延在し且つ短辺が重力方向(矢印C方向)に延在するように構成される。なお、短辺が水平方向に延在し且つ長辺が重力方向に延在するように構成してもよい。
The
燃料電池12の長辺方向(矢印A方向)の一端縁部には、矢印B方向に互いに連通して、酸化剤ガス供給連通孔46a及び燃料ガス供給連通孔48aが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔46aは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス供給連通孔48aは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給する。
An oxidant gas
燃料電池12の長辺方向の他端縁部には、矢印B方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔48bと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔46bとが設けられる。
The other end edge in the long side direction of the
燃料電池12の短辺方向(矢印C方向)の両端縁部一方側(水平方向一端側)には、すなわち、酸化剤ガス供給連通孔46a及び燃料ガス供給連通孔48a側には、2組の冷却媒体供給連通孔50aが設けられる。2組の冷却媒体供給連通孔50aは、冷却媒体を供給するために、矢印B方向にそれぞれ連通しており、対向する辺に上下に設けられる。
Two sets of two ends of the
燃料電池12の上方側の冷却媒体供給連通孔50aは、水平方向に2分割され、それぞれ独立して冷却媒体を流通させる。燃料電池12の下方側の冷却媒体供給連通孔50aは、水平方向に2分割され、それぞれ独立して冷却媒体を流通させる。
The coolant
燃料電池12の短辺方向の両端縁部他方側(水平方向他端側)には、すなわち、燃料ガス排出連通孔48b及び酸化剤ガス排出連通孔46b側には、2組の冷却媒体排出連通孔50bが設けられる。2組の冷却媒体排出連通孔50bは、冷却媒体を排出するために、矢印B方向にそれぞれ連通しており、対向する辺に上下に設けられる。各冷却媒体排出連通孔50bは、水平方向に2分割され、それぞれ独立して冷却媒体を流通させる。
Two sets of cooling medium discharge communication are provided on the other side (the other end in the horizontal direction) of both ends in the short side direction of the
電解質膜・電極構造体40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52と、前記固体高分子電解質膜52を挟持するカソード電極54及びアノード電極56とを備える。
The electrolyte membrane /
カソード電極54及びアノード電極56は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)を有する。白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子は、ガス拡散層の表面に一様に塗布されることにより、電極触媒層(図示せず)が形成される。電極触媒層は、固体高分子電解質膜52の両面に形成される。
The cathode electrode 54 and the
第1金属セパレータ42の電解質膜・電極構造体40に向かう面42aには、酸化剤ガス供給連通孔46aと酸化剤ガス排出連通孔46bとを連通する酸化剤ガス流路58が形成される。酸化剤ガス流路58は、矢印A方向に延在する複数本の波状流路溝(又は直線状流路溝)により形成される。
An oxidant
第2金属セパレータ44の電解質膜・電極構造体40に向かう面44aには、燃料ガス供給連通孔48aと燃料ガス排出連通孔48bとを連通する燃料ガス流路60が形成される。燃料ガス流路60は、矢印A方向に延在する複数本の波状流路溝(又は直線状流路溝)により形成される。
A fuel
第2金属セパレータ44の面44bと隣接する第1金属セパレータ42の面42bとの間には、冷却媒体供給連通孔50a、50aと冷却媒体排出連通孔50b、50bとに連通する冷却媒体流路62が形成される。冷却媒体流路62は、水平方向に延在しており、電解質膜・電極構造体40の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。
Between the
第1金属セパレータ42の面42a、42bには、この第1金属セパレータ42の外周端縁部を周回して第1シール部材64が一体成形される。第2金属セパレータ44の面44a、44bには、この第2金属セパレータ44の外周端縁部を周回して第2シール部材66が一体成形される。
A
第1シール部材64及び第2シール部材66としては、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、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等の弾性を有するシール部材が用いられる。
As the
図2に示すように、第1エンドプレート18aには、酸化剤ガス供給マニホールド部材68a、酸化剤ガス排出マニホールド部材68b、燃料ガス供給マニホールド部材70a及び燃料ガス排出マニホールド部材70bが取り付けられる。酸化剤ガス供給マニホールド部材68a、酸化剤ガス排出マニホールド部材68b、燃料ガス供給マニホールド部材70a及び燃料ガス排出マニホールド部材70bは、電気絶縁性を有する樹脂からなる。
As shown in FIG. 2, an oxidant gas
酸化剤ガス供給マニホールド部材(流体マニホールド部材)68a及び酸化剤ガス排出マニホールド部材(流体マニホールド部材)68bは、酸化剤ガス供給連通孔46a及び酸化剤ガス排出連通孔46bに連通する。燃料ガス供給マニホールド部材(流体マニホールド部材)70a及び燃料ガス排出マニホールド部材(流体マニホールド部材)70bは、燃料ガス供給連通孔48a及び燃料ガス排出連通孔48bに連通する。
The oxidant gas supply manifold member (fluid manifold member) 68a and the oxidant gas discharge manifold member (fluid manifold member) 68b communicate with the oxidant gas
図1に示すように、第2エンドプレート(一方のエンドプレート)18bには、上下に一対の冷却媒体供給連通孔50aに連通する樹脂製の冷却媒体供給マニホールド部材(流体マニホールド部材)72aが射出成形により設けられる。第2エンドプレート18bには、一対の冷却媒体排出連通孔50bに連通する樹脂製の冷却媒体排出マニホールド部材(流体マニホールド部材)72bが射出成形により設けられる。冷却媒体供給マニホールド部材72a及び冷却媒体排出マニホールド部材72bは、電気絶縁性を有することが好ましい。
As shown in FIG. 1, a resin coolant supply manifold member (fluid manifold member) 72a communicating with a pair of coolant
図4〜図6に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材72aは、電気絶縁性樹脂等からなる絶縁プレート74aを介装して第2エンドプレート18bに固定される。絶縁プレート74aは、略平板状を有し、上方の2分割された冷却媒体供給連通孔50aに一体に連通する冷却媒体入口76aと、下方の2分割された冷却媒体供給連通孔50aに一体に連通する冷却媒体入口76aとを有する。
As shown in FIGS. 4 to 6, the cooling medium
図4及び図5に示すように、絶縁プレート74aは、第2エンドプレート18bに接触する接触面74asを有する。接触面74asには、上下一対の冷却媒体供給連通孔50a、50aをそれぞれ周回する部位77a、77aと、該周回する部位77a、77aの両端を繋ぐ部位77b、77bとを除いて第1凹部78aが形成される(図5参照)。第1凹部78aは、接触面74asの中央部に略矩形状を有して形成される。
As shown in FIGS. 4 and 5, the insulating
図4及び図6に示すように、絶縁プレート74aは、冷却媒体供給マニホールド部材72aに接触する面に、前記冷却媒体供給マニホールド部材72aの内部空間72acに連通する第2凹部80aが形成される。第2凹部80aは、略矩形状を有し、例えば、第1凹部78aと略同一の開口寸法に設定される。
As shown in FIGS. 4 and 6, the insulating
絶縁プレート74aの外周縁部には、複数の孔部82aが形成される。図4に示すように、各孔部82aに挿入されるねじ84aは、第2エンドプレート18bに設けられたねじ穴85aに螺合されることにより、絶縁プレート74aが前記第2エンドプレート18bに固定される。絶縁プレート74aには、冷却媒体供給マニホールド部材72a側の表面74afに、第2凹部80a及び冷却媒体入口76aを周回して複数のねじ穴86aが形成される(図6参照)。
A plurality of
冷却媒体供給マニホールド部材72aは、内部空間72acを周回するフランジ部88aを有する。フランジ部88aには、各ねじ穴86aに対応して複数の孔部90aが形成される。各孔部90aに挿入されるねじ92aは、ねじ穴86aに螺合されることにより、冷却媒体供給マニホールド部材72aが絶縁プレート74aに固定される。なお、第2エンドプレート18bにねじ穴を設け、ねじ92aで冷却媒体供給マニホールド部材72aと絶縁プレート74aとを共締めしてもよい。
The cooling medium
冷却媒体供給マニホールド部材72aには、矢印C方向の中間位置(冷却媒体流路62の流路幅方向中央部)に冷却媒体供給口である入口管路部94aが、水平方向に向かって又は水平方向から傾斜して設けられる。
The cooling medium
図4に示すように、第2エンドプレート18bの表面と絶縁プレート74aの接触面74asとの間には、第1凹部78aを介して第1隙間96aが構成される。絶縁プレート74aの表面74afと冷却媒体供給マニホールド部材72aの取り付け面72asとの間には、第2凹部80aを介して第2隙間98aが構成される。なお、第1隙間96aと第2隙間98aとは、少なくとも一方のみを設けてもよい。また、冷却媒体供給マニホールド部材72aと絶縁プレート74aとの間、前記絶縁プレート74aと第2エンドプレート18bとの間には、冷却媒体流通領域の外周を周回してシール部材(図示せず)が設けられる。
As shown in FIG. 4, a
図1に示すように、冷却媒体排出マニホールド部材72bは、電気絶縁性樹脂等からなる絶縁プレート74bを介装して第2エンドプレート18bに固定される。なお、冷却媒体供給マニホールド部材72aと同一の構成要素には、同一の参照数字にaに代えてbを付し、その詳細な説明は省略する。冷却媒体排出マニホールド部材72bには、矢印C方向の中間位置に、冷却媒体排出口である出口管路部94bが、水平方向に向かって又は水平方向から傾斜して設けられる。
As shown in FIG. 1, the cooling medium
このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、図2に示すように、第1エンドプレート18aの酸化剤ガス供給マニホールド部材68aから酸化剤ガス供給連通孔46aには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。第1エンドプレート18aの燃料ガス供給マニホールド部材70aから燃料ガス供給連通孔48aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。
First, as shown in FIG. 2, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied from the oxidant gas
さらに、図1に示すように、第2エンドプレート18bでは、冷却媒体供給マニホールド部材72aの入口管路部94aから内部空間72acには、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。冷却媒体は、内部空間72acの上下に連通する一対の冷却媒体供給連通孔50aに分配される。
Further, as shown in FIG. 1, in the
このため、図3に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔46aから第1金属セパレータ42の酸化剤ガス流路58に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路58に沿って矢印A方向に移動し、電解質膜・電極構造体40のカソード電極54に供給される。
Therefore, as shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔48aから第2金属セパレータ44の燃料ガス流路60に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路60に沿って矢印A方向に移動し、電解質膜・電極構造体40のアノード電極56に供給される。
On the other hand, the fuel gas is supplied to the
従って、電解質膜・電極構造体40では、カソード電極54に供給される酸化剤ガスと、アノード電極56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て発電が行われる。
Therefore, in the electrolyte membrane /
次いで、電解質膜・電極構造体40のカソード電極54に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔46bに沿って矢印B方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体40のアノード電極56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48bに沿って矢印B方向に排出される。
Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode electrode 54 of the electrolyte membrane /
また、上下一対の冷却媒体供給連通孔50aに供給された冷却媒体は、第1金属セパレータ42及び第2金属セパレータ44間の冷却媒体流路62に導入される。冷却媒体は、一対の冷却媒体供給連通孔50aから互いに近接する方向に一旦矢印C方向内方に沿って流動した後、矢印A方向に移動して電解質膜・電極構造体40を冷却する。冷却媒体は、矢印C方向外方に互いに離間する方向に移動した後、上下一対の冷却媒体排出連通孔50bに沿って矢印B方向に排出される。
The cooling medium supplied to the pair of upper and lower cooling medium supply communication holes 50 a is introduced into the cooling
図1に示すように、冷却媒体は、上下一対の冷却媒体排出連通孔50bから冷却媒体排出マニホールド部材72bの内部空間72bcに排出される。冷却媒体は、内部空間72bcの中央側に流通した後、出口管路部94bから外部に排出される。
As shown in FIG. 1, the cooling medium is discharged from the pair of upper and lower cooling medium
この場合、本実施形態では、図1に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材72aと第2エンドプレート18bとの間には、絶縁プレート74aが配置されている。一方、冷却媒体排出マニホールド部材72bと第2エンドプレート18bとの間には、絶縁プレート74bが配置されている。
In this case, in this embodiment, as shown in FIG. 1, an insulating
このため、簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体供給マニホールド部材72aと第2エンドプレート18bとの間、及び冷却媒体排出マニホールド部材72bと前記第2エンドプレート18bとの間の電気絶縁性を良好に確保することができる。
Therefore, the electrical insulation between the cooling medium
しかも、図4及び図5に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材72aに積層される絶縁プレート74aの接触面74asには、一対の冷却媒体供給連通孔50a、50aを周回する部位を除いて第1凹部78aが形成されている。従って、第2エンドプレート18bの表面と絶縁プレート74aの接触面74asとの間には、第1凹部78aを介して第1隙間96aが設けられ、前記第2エンドプレート18bと前記絶縁プレート74aとの電気抵抗が大きくなる。一方、冷却媒体排出マニホールド部材72bは、冷却媒体供給マニホールド部材72aと同様に機能する。
In addition, as shown in FIGS. 4 and 5, the contact surface 74as of the insulating
これにより、冷却媒体供給マニホールド部材72a及び冷却媒体排出マニホールド部材72bを流通する冷却媒体を介し、燃料電池スタック10と外部機器(図示せず)とが電気的に接続することを良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。
Thus, it is possible to satisfactorily suppress the
さらに、図4及び図6に示すように、絶縁プレート74aには、冷却媒体供給マニホールド部材72aの内部空間72acに連通する第2凹部80aが形成されている。そして、絶縁プレート74aの表面74afと冷却媒体供給マニホールド部材72aの取り付け面72asとの間には、第2凹部80aを介して第2隙間98aが設けられている。
Further, as shown in FIGS. 4 and 6, the insulating
このため、絶縁プレート74aの電気抵抗が大きくなるとともに、内部空間72acの容量が増大し、冷却媒体供給マニホールド部材72aを有効にコンパクト化することができる。また、内部空間72acは、形状が単純化されるため、成形が容易に遂行される。一方、冷却媒体排出マニホールド部材72b側でも、同様の効果が得られる。
For this reason, the electrical resistance of the insulating
なお、本実施形態では、流体マニホールド部材として冷却媒体供給マニホールド部材72a及び冷却媒体排出マニホールド部材72bを用いているが、これに限定されるものではない。例えば、燃料ガスや酸化剤ガスが流通される流体マニホールド部材に適用してもよい。
In the present embodiment, the cooling medium
10…燃料電池スタック 12…燃料電池
12as…積層体 18a、18b…エンドプレート
26…ケーシング 40…電解質膜・電極構造体
42、44…金属セパレータ 46a…酸化剤ガス供給連通孔
46b…酸化剤ガス排出連通孔 48a…燃料ガス供給連通孔
48b…燃料ガス排出連通孔 50a…冷却媒体供給連通孔
50b…冷却媒体排出連通孔 52…固体高分子電解質膜
54…カソード電極 56…アノード電極
58…酸化剤ガス流路 60…燃料ガス流路
62…冷却媒体流路
68a…酸化剤ガス供給マニホールド部材
68b…酸化剤ガス排出マニホールド部材
70a…燃料ガス供給マニホールド部材
70b…燃料ガス排出マニホールド部材
72a…冷却媒体供給マニホールド部材
72ac…内部空間 72b…冷却媒体排出マニホールド部材
74a…絶縁プレート 76a…冷却媒体入口
78a、80a…凹部 94a…入口管路部
94b…出口管路部 96a、98a…隙間
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記一方のエンドプレートと前記流体マニホールド部材の取り付け面との間には、絶縁プレートが配置され、
前記絶縁プレートに、前記複数個の流体連通孔の前記開口に重ねられて前記流体マニホールド部材の前記内部空間と前記複数個の流体連通孔とを連通させる貫通孔が形成されていることを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and a plurality of the fuel cells are stacked, and a fluid communication hole for circulating a cooling medium in the fuel cell is provided along the stacking direction. A plurality of stacked bodies, end plates are disposed at both ends of the stacked body in the stacking direction, and at least one end plate has openings of the plurality of fluid communication holes through which the cooling medium flows. together they are formed, a fuel cell stack fluid manifold member is provided having an internal space for and the through coolant flow communication with said plurality of fluid communication holes,
An insulating plate is disposed between the one end plate and the mounting surface of the fluid manifold member,
A through hole is formed in the insulating plate so as to overlap the openings of the plurality of fluid communication holes to communicate the internal space of the fluid manifold member with the plurality of fluid communication holes. Fuel cell stack.
前記接触面には、前記流体連通孔を周回する部位を除いて隙間が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。 The fuel cell stack according to claim 1, wherein the insulating plate has a contact surface that contacts the one end plate,
The fuel cell stack is characterized in that a gap is formed on the contact surface except for a portion that circulates around the fluid communication hole.
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