JP6910924B2

JP6910924B2 - Fuel cell stack

Info

Publication number: JP6910924B2
Application number: JP2017215107A
Authority: JP
Inventors: 将一干鯛; 洋知沢; 洋二中森; 田中　孝幸; 孝幸田中
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-11-07
Also published as: JP2019087425A

Description

本発明の実施形態は、燃料電池スタックに関する。 Embodiments of the present invention relate to fuel cell stacks.

燃料電池は、燃料極に水素を含む燃料ガスを導入し、酸化剤極に酸素を含む酸化剤ガスを導入し、これらの反応ガスの電気化学反応により電気と水を生成する装置である。酸化剤ガスとしては、一般的に空気が使用される。燃料電池に関しては、一般家庭、コンビニエンスストア、通信基地、病院などで使用する定置用途、自動車やバスなどに搭載する車載用途、モバイルパソコンや携帯電話などに適用する携帯用途の開発が進んでいる。例えば、一般家庭用の燃料電池システムは、電気を供給すると同時に、発電時に発生する熱を回収することで温水も供給するコージェネレーションシステムである。 A fuel cell is a device that introduces a fuel gas containing hydrogen into a fuel electrode, introduces an oxidant gas containing oxygen into an oxidant electrode, and generates electricity and water by an electrochemical reaction of these reaction gases. Air is generally used as the oxidant gas. Regarding fuel cells, development is progressing for stationary applications used in general households, convenience stores, communication bases, hospitals, etc., in-vehicle applications mounted on automobiles and buses, and portable applications applied to mobile personal computers and mobile phones. For example, a fuel cell system for general households is a cogeneration system that supplies hot water by recovering heat generated during power generation at the same time as supplying electricity.

高分子電解質形燃料電池は、プロトン伝導性の高分子電解質膜の両面に燃料極と酸化剤極を有する複数の燃料電池セルと、燃料電池セル同士を分離する複数のセパレータとを備えており、燃料電池セルとセパレータが交互に積層されて燃料電池スタックが形成されている。セパレータの例は、反応ガスの流路を形成するガスセパレータや、燃料電池セルを冷却する冷却水の流路を形成する冷却水セパレータである。燃料電池スタックにより温められた冷却水は、燃料電池スタックの下流に設けられた熱交換器にて水道水と熱交換し、これにより燃料電池スタックで発生した熱が回収される。 The polymer electrolyte fuel cell includes a plurality of fuel cell cells having a fuel electrode and an oxidizing agent electrode on both sides of a proton conductive polymer electrolyte membrane, and a plurality of separators for separating the fuel cell cells. Fuel cell cells and separators are alternately laminated to form a fuel cell stack. Examples of the separator are a gas separator that forms a flow path for the reaction gas and a cooling water separator that forms a flow path for the cooling water that cools the fuel cell. The cooling water warmed by the fuel cell stack exchanges heat with tap water in a heat exchanger provided downstream of the fuel cell stack, whereby the heat generated in the fuel cell stack is recovered.

燃料ガスと酸化剤ガスはそれぞれ、燃料ガスの供給手段と酸化剤ガスの供給手段により燃料電池スタックのガスマニホールドに導入される。そして、ガスマニホールドに面するガスセパレータの開口部から個々の燃料電池セルにこれらの反応ガスが供給される。冷却水も同様に、ポンプにより冷却水マニホールドに供給され、冷却水マニホールドに面する冷却水セパレータの開口部から個々の燃料電池セルに供給される。 The fuel gas and the oxidant gas are introduced into the gas manifold of the fuel cell stack by the fuel gas supply means and the oxidant gas supply means, respectively. Then, these reaction gases are supplied to the individual fuel cell through the opening of the gas separator facing the gas manifold. Similarly, the cooling water is supplied to the cooling water manifold by a pump, and is supplied to each fuel cell through the opening of the cooling water separator facing the cooling water manifold.

特開２００８−２１８０８７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-218087

長期運転された燃料電池スタックでは、冷却水中に二酸化炭素などのガスがリークインすることが問題となる。リークインしたガスは、燃料電池スタックの最上部である冷却水出口マニホールドに溜まっていき、溜まったガスは、不定期的に冷却水出口配管から排出される。この場合、長期運転によりポンプの性能が低下していると、冷却水中のガスの影響でポンプの能力が損なわれ、冷却水の流量が減少するおそれがある。そこで、燃料電池セルを冷却水により冷却する燃料電池スタックでは、冷却水の流通が困難になることを回避することが求められる。 In a fuel cell stack that has been operated for a long period of time, a problem is that gas such as carbon dioxide leaks into the cooling water. The leaked gas accumulates in the cooling water outlet manifold at the top of the fuel cell stack, and the accumulated gas is discharged from the cooling water outlet pipe irregularly. In this case, if the performance of the pump is deteriorated due to long-term operation, the capacity of the pump may be impaired due to the influence of the gas in the cooling water, and the flow rate of the cooling water may decrease. Therefore, in the fuel cell stack in which the fuel cell is cooled by the cooling water, it is required to avoid difficulty in the flow of the cooling water.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、冷却水を適切に流通させることが可能な燃料電池スタックを提供することである。 Therefore, an object to be solved by the present invention is to provide a fuel cell stack capable of appropriately distributing cooling water.

一の実施形態によれば、燃料電池スタックは、複数の燃料電池セルを含む積層体と、前記積層体の上方に設けられた冷却水出口マニホールドと、前記積層体の下方に設けられた冷却水入口マニホールドとを備える。さらに、前記スタックは、前記冷却水出口マニホールドに設けられた冷却水出口配管と、前記冷却水入口マニホールドに設けられた冷却水入口配管とを備える。さらに、前記冷却水出口マニホールドの内壁は、前記積層体の上下方向に対して傾いた上面を有する。 According to one embodiment, the fuel cell stack includes a laminate including a plurality of fuel cell cells, a cooling water outlet manifold provided above the laminate, and cooling water provided below the laminate. It is equipped with an inlet manifold. Further, the stack includes a cooling water outlet pipe provided in the cooling water outlet manifold and a cooling water inlet pipe provided in the cooling water inlet manifold. Further, the inner wall of the cooling water outlet manifold has an upper surface inclined with respect to the vertical direction of the laminated body.

第１実施形態の燃料電池スタックの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the fuel cell stack of 1st Embodiment. 第１実施形態の第３マニホールドの構造を示す斜視図および断面図である。It is a perspective view and sectional view which shows the structure of the 3rd manifold of 1st Embodiment. 比較例の第３マニホールドの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the 3rd manifold of the comparative example. 第２実施形態の第３マニホールドの構造を示す斜視図および断面図である。It is a perspective view and sectional view which shows the structure of the 3rd manifold of 2nd Embodiment. 第３実施形態の第３マニホールドの構造を示す斜視図および断面図である。It is a perspective view and sectional view which shows the structure of the 3rd manifold of 3rd Embodiment. 第４実施形態の第３マニホールドの構造を示す斜視図および断面図である。It is a perspective view and sectional view which shows the structure of the 3rd manifold of 4th Embodiment.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１から図６では、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIGS. 1 to 6, the same or similar configurations are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の燃料電池スタック１の構造を示す斜視図である。 (First Embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the fuel cell stack 1 of the first embodiment.

図１の燃料電池スタック１は、積層体２と、第１締付板３と、第２締付板４と、第１マニホールド５と、第２マニホールド６と、第３マニホールド７と、第４マニホールド８とを備えている。 The fuel cell stack 1 of FIG. 1 includes a laminate 2, a first tightening plate 3, a second tightening plate 4, a first manifold 5, a second manifold 6, a third manifold 7, and a fourth. It is provided with a manifold 8.

積層体２は、複数の燃料電池セルと複数のセパレータとを交互に積層することで形成されている。図１は、積層体２の上下方向に平行なＺ方向と、Ｚ方向に垂直で互いに平行なＸ方向およびＹ方向を示している。本実施形態の燃料電池スタック１を水平面上に設置する場合、Ｚ方向は重力方向に平行となる。 The laminated body 2 is formed by alternately laminating a plurality of fuel cell cells and a plurality of separators. FIG. 1 shows the Z direction parallel to the vertical direction of the laminated body 2, and the X and Y directions perpendicular to the Z direction and parallel to each other. When the fuel cell stack 1 of the present embodiment is installed on a horizontal plane, the Z direction is parallel to the gravity direction.

各燃料電池セルは、おおむね平板状の形状を有し、高分子電解質膜と、高分子電解質膜の一方の側面に設けられた燃料極と、高分子電解質膜の他方の側面に設けられた酸化剤極とを備えている。各セパレータは、おおむね平板状の形状を有し、多孔質材で形成されている。セパレータの例は、反応ガスの流路を形成するガスセパレータや、冷却水の流路を形成する冷却水セパレータである。図１の燃料電池スタック１は、各燃料電池セルや各セパレータの長辺、短辺、法線方向がそれぞれ、Ｘ方向、Ｚ方向、Ｙ方向に平行になるように設置されている。 Each fuel cell has a substantially flat plate shape, and is provided with a polymer electrolyte membrane, a fuel electrode provided on one side surface of the polymer electrolyte membrane, and oxidation provided on the other side surface of the polymer electrolyte membrane. It has a polymer electrode. Each separator has a generally flat shape and is made of a porous material. Examples of the separator are a gas separator that forms a flow path for the reaction gas and a cooling water separator that forms a flow path for the cooling water. The fuel cell stack 1 of FIG. 1 is installed so that the long side, the short side, and the normal direction of each fuel cell and each separator are parallel to the X direction, the Z direction, and the Y direction, respectively.

第１締付板３は、積層体２の−Ｙ方向の側面に設けられており、第２締付板４は、積層体２の＋Ｙ方向の側面に設けられている。積層体２は、第１締付板３と第２締付板４とを用いて積層体２の積層方向に平行な荷重をかけることで締め付けられている。 The first tightening plate 3 is provided on the side surface of the laminated body 2 in the −Y direction, and the second tightening plate 4 is provided on the side surface of the laminated body 2 in the + Y direction. The laminated body 2 is tightened by applying a load parallel to the laminating direction of the laminated body 2 by using the first tightening plate 3 and the second tightening plate 4.

第１マニホールド５は、積層体２の−Ｘ方向の側面に設けられており、燃料ガスを一時的に収容するための燃料ガス入口マニホールド５ａと、燃料ガス入口マニホールド５ａに接続された燃料ガス入口配管５ｂとを備えている。 The first manifold 5 is provided on the side surface of the laminated body 2 in the −X direction, and has a fuel gas inlet manifold 5a for temporarily accommodating the fuel gas and a fuel gas inlet connected to the fuel gas inlet manifold 5a. It is provided with a pipe 5b.

第２マニホールド６は、積層体２の＋Ｘ方向の側面に設けられており、燃料ガスを一時的に収容するための燃料ガス出口マニホールド６ａと、燃料ガス出口マニホールド６ａに接続された燃料ガス出口配管６ｂとを備えている。 The second manifold 6 is provided on the side surface of the laminated body 2 in the + X direction, and has a fuel gas outlet manifold 6a for temporarily accommodating the fuel gas and a fuel gas outlet pipe connected to the fuel gas outlet manifold 6a. It is equipped with 6b.

第３マニホールド７は、積層体２の上面に設けられており、空気を一時的に収容するための空気入口マニホールド７ａと、空気入口マニホールド７ａに接続された空気入口配管７ｂと、冷却水を一時的に収容するための冷却水出口マニホールド７ｃと、冷却水出口マニホールド７ｃに接続された冷却水出口配管７ｄとを備えている。 The third manifold 7 is provided on the upper surface of the laminated body 2, and temporarily accommodates the air inlet manifold 7a for temporarily accommodating the air, the air inlet pipe 7b connected to the air inlet manifold 7a, and the cooling water. It is provided with a cooling water outlet manifold 7c for accommodating the air, and a cooling water outlet pipe 7d connected to the cooling water outlet manifold 7c.

第４マニホールド８は、積層体２の下面に設けられており、空気を一時的に収容するための空気出口マニホールド８ａと、空気出口マニホールド８ａに接続された空気出口配管８ｂと、冷却水を一時的に収容するための冷却水入口マニホールド８ｃと、冷却水入口マニホールド８ｃに接続された冷却水入口配管８ｄとを備えている。 The fourth manifold 8 is provided on the lower surface of the laminated body 2, and temporarily accommodates the air outlet manifold 8a for temporarily accommodating the air, the air outlet pipe 8b connected to the air outlet manifold 8a, and the cooling water. It is provided with a cooling water inlet manifold 8c for accommodating the air, and a cooling water inlet pipe 8d connected to the cooling water inlet manifold 8c.

燃料ガスは、燃料ガス入口配管５ｂから燃料ガス入口マニホールド５ａを経由して燃料電池セルに供給される。一方、空気は、空気入口配管７ｂから空気入口マニホールド７ａを経由して燃料電池セルに供給される。そして、燃料ガス中の水素と空気中の酸素が燃料電池セルで反応し、電気と水が生成される。燃料電池セルに供給された燃料ガスは、燃料ガス出口マニホールド６ａを経由して燃料ガス出口配管６ｂに排出される。一方、燃料電池セルに供給された空気は、空気出口マニホールド８ａを経由して空気出口配管８ｂに排出される。なお、本実施形態では、空気以外の酸化剤ガスを使用してもよい。 The fuel gas is supplied to the fuel cell from the fuel gas inlet pipe 5b via the fuel gas inlet manifold 5a. On the other hand, air is supplied to the fuel cell from the air inlet pipe 7b via the air inlet manifold 7a. Then, hydrogen in the fuel gas and oxygen in the air react in the fuel cell to generate electricity and water. The fuel gas supplied to the fuel cell is discharged to the fuel gas outlet pipe 6b via the fuel gas outlet manifold 6a. On the other hand, the air supplied to the fuel cell is discharged to the air outlet pipe 8b via the air outlet manifold 8a. In this embodiment, an oxidizing agent gas other than air may be used.

冷却水は、冷却水入口配管８ｄから冷却水入口マニホールド８ｃを経由して燃料電池セルに供給され、燃料電池を冷却するために使用される。燃料電池セルに供給された冷却水は、冷却水出口マニホールド７ｃを経由して冷却水出口配管７ｄに排出される。燃料電池スタック１により温められた冷却水は、燃料電池スタック１の下流に設けられた熱交換器にて水道水と熱交換し、これにより燃料電池スタック１で発生した熱が回収される。 The cooling water is supplied from the cooling water inlet pipe 8d to the fuel cell via the cooling water inlet manifold 8c, and is used to cool the fuel cell. The cooling water supplied to the fuel cell is discharged to the cooling water outlet pipe 7d via the cooling water outlet manifold 7c. The cooling water warmed by the fuel cell stack 1 exchanges heat with tap water in a heat exchanger provided downstream of the fuel cell stack 1, whereby the heat generated in the fuel cell stack 1 is recovered.

なお、仮に冷却水入口マニホールド８ｃが積層体２の上面に設けられ、冷却水出口マニホールド７ｃが積層体２の下面に設けられていると、燃料電池スタック１の停止時に冷却水が自重で積層体２から抜けてしまう。そこで、本実施形態では、冷却水入口マニホールド８ｃを積層体２の下面に設け、冷却水出口マニホールド７ｃを積層体２の上面に設けることで、このような冷却水の抜けを防止している。これにより、燃料電池スタック１の停止時にも燃料電池セルを冷却水で冷却することが可能となる。 If the cooling water inlet manifold 8c is provided on the upper surface of the laminate 2 and the cooling water outlet manifold 7c is provided on the lower surface of the laminate 2, the cooling water is self-weighted when the fuel cell stack 1 is stopped. I get out of 2. Therefore, in the present embodiment, the cooling water inlet manifold 8c is provided on the lower surface of the laminated body 2, and the cooling water outlet manifold 7c is provided on the upper surface of the laminated body 2 to prevent such cooling water from coming out. As a result, the fuel cell can be cooled by the cooling water even when the fuel cell stack 1 is stopped.

なお、図１は、図面を見やすくするため、積層体２と第１から第４マニホールド５〜８との間に隙間を記載しているが、実際の第１から第４マニホールド５〜８は積層体２に取り付けられているので留意されたい。 In FIG. 1, a gap is shown between the laminated body 2 and the first to fourth manifolds 5 to 8 in order to make the drawings easier to see, but the actual first to fourth manifolds 5 to 8 are laminated. Please note that it is attached to the body 2.

図２は、第１実施形態の第３マニホールド７の構造を示す斜視図および断面図である。 FIG. 2 is a perspective view and a cross-sectional view showing the structure of the third manifold 7 of the first embodiment.

図２(ａ)の符号Ｓ１〜Ｓ４はそれぞれ、冷却水出口マニホールド７ｃの内壁を構成する複数の面のうちの上面、第１側面、第２側面、第３側面を示している。図２(ｂ)は、冷却水出口マニホールド７ｃのＹＺ断面を示している。 Reference numerals S1 to S4 in FIG. 2A indicate the upper surface, the first side surface, the second side surface, and the third side surface of the plurality of surfaces constituting the inner wall of the cooling water outlet manifold 7c, respectively. FIG. 2B shows a YZ cross section of the cooling water outlet manifold 7c.

上面Ｓ１は、冷却水出口マニホールド７ｃの天井に相当し、おおむね長方形の形状を有している。第１側面Ｓ２は、冷却水出口配管７ｄが設けられた側面であり、上面Ｓ１の短辺に接している。第２側面Ｓ３は、第１側面Ｓ２に対向する側面であり、上面Ｓ１の短辺に接している。第３側面Ｓ４は、第１側面Ｓ２と第２側面Ｓ３との間に位置する側面であり、上面Ｓ１の長辺に接している。第３側面Ｓ４は、空気入口マニホールド７ａ側に位置している。 The upper surface S1 corresponds to the ceiling of the cooling water outlet manifold 7c and has a substantially rectangular shape. The first side surface S2 is a side surface provided with the cooling water outlet pipe 7d, and is in contact with the short side of the upper surface S1. The second side surface S3 is a side surface facing the first side surface S2 and is in contact with the short side of the upper surface S1. The third side surface S4 is a side surface located between the first side surface S2 and the second side surface S3, and is in contact with the long side of the upper surface S1. The third side surface S4 is located on the air inlet manifold 7a side.

図２(ｂ)に示すように、本実施形態の上面Ｓ１は、積層体２の上下方向（Ｚ方向）に対して傾いており、第１側面Ｓ２から第２側面Ｓ３に向かって低くなっている。ＸＹ平面に対する上面Ｓ１の傾斜角度は、例えば１度〜１０度であり、ここでは約２度である。 As shown in FIG. 2B, the upper surface S1 of the present embodiment is inclined with respect to the vertical direction (Z direction) of the laminated body 2, and becomes lower from the first side surface S2 toward the second side surface S3. There is. The inclination angle of the upper surface S1 with respect to the XY plane is, for example, 1 degree to 10 degrees, and here it is about 2 degrees.

図２(ａ)と図２(ｂ)は、第１側面Ｓ２の最上部Ｐ１を示している。本実施形態の冷却水出口配管７ｄは、第１側面Ｓ２の最上部Ｐ１に接する位置に設けられている。具体的には、冷却水出口配管７ｄの内壁または外壁の最上部が、第１側面Ｓ２の最上部Ｐ１付近に位置している。冷却水出口マニホールド７ｃは例えば、第１側面Ｓ２において冷却水出口配管７ｄの継手と接続されている。 2 (a) and 2 (b) show the uppermost portion P1 of the first side surface S2. The cooling water outlet pipe 7d of the present embodiment is provided at a position in contact with the uppermost portion P1 of the first side surface S2. Specifically, the uppermost portion of the inner wall or the outer wall of the cooling water outlet pipe 7d is located near the uppermost portion P1 of the first side surface S2. The cooling water outlet manifold 7c is connected to the joint of the cooling water outlet pipe 7d on the first side surface S2, for example.

図３は、比較例の第３マニホールド７の構造を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the third manifold 7 of the comparative example.

本比較例の上面Ｓ１は、Ｚ方向に対して傾いておらず、ＸＹ平面に対して平行となっている。この場合、冷却水中にリークインしたガスが、上面Ｓ１と第２側面Ｓ３との境界付近の領域Ｒ１に溜まりやすくなる。このガスが不定期的に冷却水出口配管７ｄから排出されると、冷却水用のポンプの性能が損なわれる可能性がある。 The upper surface S1 of this comparative example is not tilted with respect to the Z direction and is parallel to the XY plane. In this case, the gas leaked into the cooling water tends to accumulate in the region R1 near the boundary between the upper surface S1 and the second side surface S3. If this gas is discharged from the cooling water outlet pipe 7d irregularly, the performance of the cooling water pump may be impaired.

また、本比較例の冷却水出口配管７ｄは、第１側面Ｓ２の最上部Ｐ１よりも低い位置に設けられている。この場合、冷却水中にリークインしたガスが、上面Ｓ１と第１側面Ｓ２との境界付近の領域Ｒ２に溜まりやすくなる。このガスが不定期的に冷却水出口配管７ｄから排出されると、冷却水用のポンプの性能が損なわれる可能性がある。 Further, the cooling water outlet pipe 7d of this comparative example is provided at a position lower than the uppermost portion P1 of the first side surface S2. In this case, the gas leaked into the cooling water tends to accumulate in the region R2 near the boundary between the upper surface S1 and the first side surface S2. If this gas is discharged from the cooling water outlet pipe 7d irregularly, the performance of the cooling water pump may be impaired.

一方、本実施形態の上面Ｓ１は、Ｚ方向に対して傾いており、第１側面Ｓ２から第２側面Ｓ３に向かって低くなっている。これにより、冷却水中にリークインしたガスが、上述の領域Ｒ１に溜まりにくくなる。 On the other hand, the upper surface S1 of the present embodiment is inclined with respect to the Z direction, and is lowered from the first side surface S2 toward the second side surface S3. As a result, the gas leaked into the cooling water is less likely to accumulate in the above-mentioned region R1.

また、本実施形態の冷却水出口配管７ｄは、第１側面Ｓ２の最上部Ｐ１に接する位置に設けられている。これにより、冷却水中にリークインしたガスが、上述の領域Ｒ２に溜まりにくくなる。 Further, the cooling water outlet pipe 7d of the present embodiment is provided at a position in contact with the uppermost portion P1 of the first side surface S2. As a result, the gas leaked into the cooling water is less likely to accumulate in the above-mentioned region R2.

その結果、本実施形態では、長期運転によりポンプの性能が低下している場合にも、ガスの影響でポンプの能力が損なわれることを抑制することができ、冷却水の流通が困難になることを回避することができる。よって、本実施形態によれば、燃料電池スタック１用の冷却水を適切に流通させることが可能となる。 As a result, in the present embodiment, even when the performance of the pump is deteriorated due to long-term operation, it is possible to suppress the deterioration of the pump capacity due to the influence of the gas, and it becomes difficult to distribute the cooling water. Can be avoided. Therefore, according to the present embodiment, the cooling water for the fuel cell stack 1 can be appropriately distributed.

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態の第３マニホールド７の構造を示す斜視図および断面図である。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is a perspective view and a cross-sectional view showing the structure of the third manifold 7 of the second embodiment.

本実施形態の第３側面Ｓ４は、Ｚ方向に対して傾いている。その結果、第１側面Ｓ２の上辺は、第１側面Ｓ２の下辺より短くなっている。同様に、第２側面Ｓ３の上辺は、第２側面Ｓ３の下辺より短くなっている。ＸＹ平面に対する第３側面Ｓ４の傾斜角度は、例えば２０度〜７０度であり、ここでは約６０度である。 The third side surface S4 of the present embodiment is inclined with respect to the Z direction. As a result, the upper side of the first side surface S2 is shorter than the lower side of the first side surface S2. Similarly, the upper side of the second side surface S3 is shorter than the lower side of the second side surface S3. The inclination angle of the third side surface S4 with respect to the XY plane is, for example, 20 degrees to 70 degrees, and here it is about 60 degrees.

本実施形態では、第３側面Ｓ４がＺ方向に対して傾いているため、冷却水出口マニホールド７ｃ内のガスが上面Ｓ１に向かいやすくなる。その結果、このガスが冷却水出口マニホールド７ｃ内に溜まりにくくなることから、ガスの影響でポンプの能力が損なわれることを抑制することが可能となる。 In the present embodiment, since the third side surface S4 is inclined with respect to the Z direction, the gas in the cooling water outlet manifold 7c tends to face the upper surface S1. As a result, this gas is less likely to accumulate in the cooling water outlet manifold 7c, so that it is possible to suppress the influence of the gas from impairing the pump capacity.

なお、本実施形態では、第３側面Ｓ４に加え、あるいは第３側面Ｓ４の代わりに、第３側面Ｓ４に対向する側面が、Ｚ方向に対して傾いていてもよい。同様に、第１側面Ｓ２がＺ方向に対して傾いていてもよい。同様に、第２側面Ｓ３がＺ方向に対して傾いていてもよい。これは、後述する第４実施形態でも同様である。 In the present embodiment, in addition to the third side surface S4, or instead of the third side surface S4, the side surface facing the third side surface S4 may be inclined with respect to the Z direction. Similarly, the first side surface S2 may be tilted with respect to the Z direction. Similarly, the second side surface S3 may be tilted with respect to the Z direction. This also applies to the fourth embodiment described later.

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態の第３マニホールド７の構造を示す斜視図および断面図である。 (Third Embodiment)
FIG. 5 is a perspective view and a cross-sectional view showing the structure of the third manifold 7 of the third embodiment.

本実施形態の上面Ｓ１は、上に凸な形状を有しており、上面Ｓ１の最上部Ｐ２から第１および第２側面Ｓ２、Ｓ３に向かって低くなっている（図５(ｂ)）。その結果、本実施形態の上面Ｓ１はＺ方向に対して傾いている。ＸＹ平面に対する上面Ｓ１の傾斜角度は、例えば１度〜１０度であり、ここでは約２度である。上面Ｓ１はさらに、最上部Ｐ２から第３側面Ｓ４やその対向側面に向かって低くなっていてもよい。本実施形態では、最上部Ｐ２と第１側面Ｓ２との距離が、最上部Ｐ２と第２側面Ｓ３との距離とほぼ同じに設定されている。 The upper surface S1 of the present embodiment has an upwardly convex shape, and is lowered from the uppermost portion P2 of the upper surface S1 toward the first and second side surfaces S2 and S3 (FIG. 5 (b)). As a result, the upper surface S1 of the present embodiment is tilted with respect to the Z direction. The inclination angle of the upper surface S1 with respect to the XY plane is, for example, 1 degree to 10 degrees, and here it is about 2 degrees. The upper surface S1 may be further lowered from the uppermost portion P2 toward the third side surface S4 and the opposite side surface thereof. In the present embodiment, the distance between the uppermost portion P2 and the first side surface S2 is set to be substantially the same as the distance between the uppermost portion P2 and the second side surface S3.

本実施形態の冷却水出口配管７ｄは、冷却水出口マニホールド７ｃの上面Ｓ１の最上部Ｐ２に設けられている（図５(ｂ)）。具体的には、冷却水出口マニホールド７ｃの上面Ｓ１は、最上部Ｐ２に設けられた開口部を有し、この開口部に冷却水出口配管７ｄが接続されている。冷却水出口マニホールド７ｃは例えば、上面Ｓ１において冷却水出口配管７ｄの継手と接続されている。 The cooling water outlet pipe 7d of the present embodiment is provided on the uppermost portion P2 of the upper surface S1 of the cooling water outlet manifold 7c (FIG. 5B). Specifically, the upper surface S1 of the cooling water outlet manifold 7c has an opening provided in the uppermost portion P2, and the cooling water outlet pipe 7d is connected to this opening. The cooling water outlet manifold 7c is connected to, for example, the joint of the cooling water outlet pipe 7d on the upper surface S1.

図５(ｂ)は、冷却水出口配管７ｄの内径Ｄ１と、上面Ｓ１の最上部Ｐ２の幅Ｄ２を示している。本実施形態では、上面Ｓ１の最上部Ｐ２の幅Ｄ２が、冷却水出口配管７ｄの内径Ｄ１よりも小さくなっている（Ｄ２＜Ｄ１）。本実施形態の最上部Ｐ２の幅Ｄ２は、最上部Ｐ２に設けられた開口部の口径に相当する。 FIG. 5B shows the inner diameter D1 of the cooling water outlet pipe 7d and the width D2 of the uppermost portion P2 of the upper surface S1. In the present embodiment, the width D2 of the uppermost portion P2 of the upper surface S1 is smaller than the inner diameter D1 of the cooling water outlet pipe 7d (D2 <D1). The width D2 of the uppermost portion P2 of the present embodiment corresponds to the diameter of the opening provided in the uppermost portion P2.

以上のように、本実施形態の上面Ｓ１は、Ｚ方向に対して傾いており、上面Ｓ１の最上部Ｐ２から第１および第２側面Ｓ２、Ｓ３に向かって低くなっている。これにより、冷却水中にリークインしたガスが、上面Ｓ１の角部に溜まりにくくなる。 As described above, the upper surface S1 of the present embodiment is inclined with respect to the Z direction, and is lowered from the uppermost portion P2 of the upper surface S1 toward the first and second side surfaces S2 and S3. As a result, the gas leaked into the cooling water is less likely to accumulate at the corners of the upper surface S1.

また、本実施形態の冷却水出口配管７ｄは、上面Ｓ１の最上部Ｐ２に設けられているため、冷却水中にリークインしたガスが、最上部Ｐ２に溜まりにくくなる。理由は、仮に冷却水出口配管７ｄが最上部Ｐ２以外の位置に設けられていると、最上部Ｐ２から冷却水出口配管７ｄにガスが移動しにくいからである。 Further, since the cooling water outlet pipe 7d of the present embodiment is provided at the uppermost portion P2 of the upper surface S1, the gas leaked into the cooling water is less likely to accumulate in the uppermost portion P2. The reason is that if the cooling water outlet pipe 7d is provided at a position other than the uppermost portion P2, it is difficult for the gas to move from the uppermost portion P2 to the cooling water outlet pipe 7d.

また、本実施形態の最上部Ｐ２の幅Ｄ２は、冷却水出口配管７ｄの内径Ｄ１よりも小さくなっている。仮に幅Ｄ２が内径Ｄ１よりも大きいと、最上部Ｐ２の周辺にガスが溜まりやすくなり、このガスが冷却水出口配管７ｄに移動しにくくなる。よって、幅Ｄ２を内径Ｄ１よりも小さくすることで、このような事態を抑制している。 Further, the width D2 of the uppermost portion P2 of the present embodiment is smaller than the inner diameter D1 of the cooling water outlet pipe 7d. If the width D2 is larger than the inner diameter D1, gas tends to collect around the uppermost portion P2, and it becomes difficult for this gas to move to the cooling water outlet pipe 7d. Therefore, such a situation is suppressed by making the width D2 smaller than the inner diameter D1.

（第４実施形態）
図６は、第４実施形態の第３マニホールド７の構造を示す斜視図および断面図である。 (Fourth Embodiment)
FIG. 6 is a perspective view and a cross-sectional view showing the structure of the third manifold 7 of the fourth embodiment.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、冷却水を適切に流通させることができる。 According to at least one embodiment described above, the cooling water can be appropriately distributed.

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な燃料電池スタックは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した燃料電池スタックの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。 Although some embodiments have been described above, these embodiments are presented only as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel fuel cell stack described herein can be implemented in a variety of other forms. In addition, various omissions, replacements, and changes can be made to the form of the fuel cell stack described in the present specification without departing from the gist of the invention. The appended claims and their equivalent scope are intended to include such forms and variations contained within the scope and gist of the invention.

１：燃料電池スタック、２：積層体、３：第１締付板、４：第２締付板、
５：第１マニホールド、５ａ：燃料ガス入口マニホールド、５ｂ：燃料ガス入口配管、
６：第２マニホールド、６ａ：燃料ガス出口マニホールド、６ｂ：燃料ガス出口配管、
７：第３マニホールド、７ａ：空気入口マニホールド、７ｂ：空気入口配管、
７ｃ：冷却水出口マニホールド、７ｄ：冷却水出口配管、
８：第４マニホールド、８ａ：空気出口マニホールド、８ｂ：空気出口配管、
８ｃ：冷却水入口マニホールド、８ｄ：冷却水入口配管 1: Fuel cell stack, 2: Laminated body, 3: 1st tightening plate, 4: 2nd tightening plate,
5: 1st manifold, 5a: fuel gas inlet manifold, 5b: fuel gas inlet piping,
6: 2nd manifold, 6a: fuel gas outlet manifold, 6b: fuel gas outlet piping,
7: 3rd manifold, 7a: air inlet manifold, 7b: air inlet piping,
7c: Cooling water outlet manifold, 7d: Cooling water outlet piping,
8: 4th manifold, 8a: air outlet manifold, 8b: air outlet piping,
8c: Cooling water inlet manifold, 8d: Cooling water inlet piping

Claims

A laminate containing multiple fuel cell cells and
A cooling water outlet manifold provided above the laminate and
A cooling water inlet manifold provided below the laminate and
The cooling water outlet pipe provided in the cooling water outlet manifold and
The cooling water inlet pipe provided in the cooling water inlet manifold is provided.
The inner wall of the cooling water outlet manifold has an upper surface inclined with respect to the vertical direction of the laminated body, a first side surface provided with the cooling water outlet pipe, and a second side surface facing the first side surface. And
The upper surface of the cooling water outlet manifold is inclined so as to be lowered from the first side surface toward the second side surface.
The cooling water outlet pipe is a fuel cell stack provided at a position in contact with the uppermost portion of the first side surface.

The inner wall of the cooling water outlet manifold further has a third side surface located between the second side and the first side surface,
The fuel cell stack according to claim 1 , wherein the third side surface is inclined with respect to the vertical direction of the laminated body.

A laminate containing multiple fuel cell cells and
A cooling water outlet manifold provided above the laminate and
A cooling water inlet manifold provided below the laminate and
The cooling water outlet pipe provided in the cooling water outlet manifold and
The cooling water inlet pipe provided in the cooling water inlet manifold is provided.
The inner wall of the cooling water outlet manifold has an upper surface inclined with respect to the vertical direction of the laminated body, a first side surface, and a second side surface facing the first side surface.
The cooling water outlet pipe is provided at the top of the upper surface of the cooling water outlet manifold,
A fuel cell stack in which the upper surface of the cooling water outlet manifold is inclined so as to be lowered from the uppermost portion toward the first side surface and lower toward the second side surface from the uppermost portion.

The fuel cell stack according to claim 3 , wherein the width of the uppermost portion of the upper surface of the cooling water outlet manifold is smaller than the inner diameter of the cooling water outlet pipe.

The fuel cell stack according to claim 3 or 4 , wherein the upper surface of the cooling water outlet manifold is inclined so as to have an upwardly convex shape.

The fuel cell stack according to any one of claims 1 to 5 , wherein the inner wall of the cooling water outlet manifold has a side surface inclined with respect to the vertical direction of the laminated body.