JPWO2013001603A1 - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
水素配管系をコンパクトに構築する燃料電池システムが開示される。水素タンク（１０）からの高圧水素ガスは、インジェクタ（１２）で減圧されてセルスタックマニホールド（１６）に供給される。インジェクタ（１２）の上流側の高圧供給系の一部を第１エンドプレート内流路（２２）とし、インジェクタ（１２）の下流側の低圧供給系の一部を第２エンドプレート内流路（２６）とする。第２エンドプレート内流路（２６）は、エンドプレートに形成された凹部または溝であり、オープンチャネル流路とする。
Description
本発明は燃料電池システム、特に燃料ガスの供給系に関する。
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池において、燃料ガスと酸化ガスを供給するための配管系をコンパクトな構成とする技術が提案されている。
例えば、下記の特許文献１には、燃料電池スタックと、燃料電池スタックが固定されたエンドプレートと、燃料電池スタックに水素ガスを供給するために水素系部品（水素ポンプやレギュレータ、気液分離器、分配管等）と、燃料電池スタック及び水素系部品を収納するスタックケースを備えた燃料電池システムにおいて、水素系部品を集合化してエンドプレートに取り付ける構成が開示されている。具体的には、エンドプレートの面方向に延在した板状のブラケットがエンドプレートに装着され、このブラケットに水素系部品を搭載するものである。
水素ガスは、水素タンクから配管（高圧配管）を経てインジェクタに供給され、インジェクタで圧力が調整された後、再び配管（低圧配管）を経て燃料電池スタックに供給されるが、水素タンクからの高圧水素ガスは、水素系部品をカバーする補機カバーあるいは収納ケースを貫通してレギュレータに供給されるため、この貫通部分において外部からの水分が内部に浸入することを防ぐためにグロメット（貫通部分の隙間を塞ぐためのドーナツ状のゴム部品）が必要となり、一層の小型化が困難であるとともに、コスト増加の要因となる問題がある。
本発明の目的は、燃料電池システムの水素ガス供給系をコンパクトに構築することができる技術を提供することにある。
本発明は、水素ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの積層方向端部に設けられたエンドプレートと、水素タンクからの高圧水素ガスを供給する高圧供給系と、前記高圧供給系からの高圧水素ガスを減圧するインジェクタと、前記インジェクタからの低圧水素ガスを供給する低圧供給系とを備え、前記低圧供給系の少なくとも一部は、前記エンドプレート内に形成されたエンドプレート内流路であり、前記エンドプレート内流路は、前記エンドプレートに形成された凹部または溝であることを特徴とする。
本発明によれば、低圧供給系の少なくとも一部がエンドプレートに形成された凹部または溝で形成されたエンドプレート内流路であり、低圧供給系がコンパクト化される。また、エンドプレート内に凹部または溝を形成することで低圧供給系が形成されるため、生産性が向上する。さらに、エンドプレート内流路は低圧供給系であるため、当該凹部または溝を形成するためのリブの肉厚は比較的薄くてよい。
また、本発明は、水素ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの積層方向端部に設けられたエンドプレートと、水素タンクからの高圧水素ガスを供給する高圧供給系と、前記高圧供給系からの高圧水素ガスを減圧するインジェクタと、前記インジェクタからの低圧水素ガスを供給する低圧供給系とを備え、前記低圧供給系の少なくとも一部は、前記エンドプレート内に形成されたエンドプレート内流路であり、前記高圧供給系の少なくとも一部は、分配配管系を含み、前記インジェクタは、前記分配配管系のそれぞれに設けられることを特徴とする。
本発明によれば、低圧供給系の少なくとも一部がエンドプレート内に形成されているため、低圧供給系がコンパクト化される。また、高圧供給系に分配配管系を設け、それぞれの配管系にインジェクタを設けることで、高圧水素ガスの減圧系が冗長化され、信頼性が向上する。
また、本発明は、水素ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの積層方向端部に設けられたエンドプレートと、水素タンクからの高圧水素ガスを供給する高圧供給系と、前記高圧供給系からの高圧水素ガスを減圧するインジェクタと、前記インジェクタからの低圧水素ガスを供給する低圧供給系とを備え、前記低圧供給系の少なくとも一部は、前記エンドプレート内に形成されたエンドプレート内流路であり、前記エンドプレート内流路は、前記エンドプレートに形成された凹部または溝をカバーで被覆して構成され、前記エンドプレート内流路は、前記エンドプレートのうち前記燃料電池スタックが当接しない領域に形成されることを特徴とする。
本発明によれば、低圧供給系の少なくとも一部がエンドプレート内に形成されているため、低圧供給系がコンパクト化される。また、エンドプレート内流路は、エンドプレートのうち燃料電池スタックが当接しない領域に形成されるので、エンドプレートと燃料電池スタックが固定された状態において、カバーを取り外してエンドプレート内流路を露出させることが可能であり、メンテナンス性が著しく向上する。
また、本発明は、水素ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの積層方向端部に設けられたエンドプレートと、水素タンクからの高圧水素ガスを供給する高圧供給系と、前記高圧供給系からの高圧水素ガスを減圧するインジェクタと、前記インジェクタからの低圧水素ガスを供給する低圧供給系とを備え、前記低圧供給系の少なくとも一部は、前記エンドプレート内に形成されたエンドプレート内流路であり、前記エンドプレート内流路は、上下方向に延在する枝状流路をなし、前記枝状流路の一部の先端に設けられる圧力センサを備えることを特徴とする。
本発明によれば、低圧供給系の少なくとも一部がエンドプレート内に形成されているため、低圧供給系がコンパクト化される。また、圧力センサを枝状流路の先端に設けることで、エンドプレート内流路に異物（水や氷、埃）が仮に混入した場合においても、圧力センサへの悪影響を抑制できる。
また、本発明は、水素ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの積層方向端部に設けられたエンドプレートと、水素タンクからの高圧水素ガスを供給する高圧供給系と、前記高圧供給系からの高圧水素ガスを減圧するインジェクタと、前記インジェクタからの低圧水素ガスを供給する低圧供給系とを備え、前記高圧供給系の少なくとも一部は、前記エンドプレート内に形成された第１エンドプレート内流路であり、前記低圧供給系の少なくとも一部は、前記エンドプレート内に形成された第２エンドプレート内流路であり、前記第１エンドプレート内流路の流入口は前記エンドプレートの一側面に形成され、前記第１エンドプレート内流路の流出口から流出した高圧水素が前記インジェクタの入口側に供給されることを特徴とする。
本発明によれば、高圧供給系の少なくとも一部、及び低圧供給系の少なくとも一部がエンドプレート内に形成されているため、高圧供給系及び低圧供給系がコンパクト化される。また、高圧供給系の第１エンドプレート内流路はエンドプレートの一側面に流入口が形成されているため、水素タンクからの高圧水素ガスはエンドプレートの側面から流入可能であり、エンドプレートに設けられた補機類をカバーする補機カバーを貫通する必要がないので防止用のグロメット等が不要となる。
本発明によれば、燃料電池システムの水素ガス供給系をコンパクトに構築することができる。特に、低圧供給系の一部をエンドプレート内に形成しているので、低圧供給系の強度を維持しつつ、コンパクトに構築することができる。
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
まず、燃料電池システムの水素ガス供給系（アノード側供給系）の全体構成について説明する。
燃料電池（ＦＣ）は、反応ガスの供給を受けて電気化学反応により発電する単セルを複数積層して構成される燃料電池スタックと、この燃料電池スタックの積層方向端部に設けられるエンドプレート（ＥＰ）と、セルスタックマニホールドを備える。
水素タンクからの高圧水素ガスは、レギュレータを介してエンドプレートに供給される。エンドプレートには、複数個の、例えば３個のインジェクタが並列に設けられる。３個のインジェクタから射出された低圧水素ガスは燃料電池に供給される。インジェクタの上流側は相対的に高圧、インジェクタの下流側は相対的に低圧であるため、インジェクタの上流側を高圧系、インジェクタの下流側を低圧系と称する。
燃料電池からのオフガスは、気液分離器に供給される。気液分離器は、オフガスから水分を分離し、オフガスの一部を水素ポンプに供給して循環させる。水分及び不純物を含むオフガスはパージ弁を介して排気管に排出される。
図１に、本実施形態における水素ガス供給系を模式的に示す。水素タンク１０からの高圧水素ガスは、高圧供給系を介してインジェクタ１２に供給される。高圧供給系は、ホース等の弾性部材からなる配管部２０、第１エンドプレート内流路２２、分配管（デリバリパイプ）２４から構成される。配管部２０、分配管２４は、エンドプレート外に設けられるが、第１エンドプレート内流路２２は、文字通りエンドプレート内に設けられる。
インジェクタ１２は、３個のインジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃから構成される。インジェクタ１２の構成及び機能は公知であるが、簡単に説明すると、インジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃのそれぞれには弁体が設けられ、ソレノイドへの通電により弁体が駆動され、内部流路の開口状態が変更される。ソレノイドが非通電状態では、弁体はスプリングによる付勢力により弁体に対向する弁座に当接して内部流路を閉塞する。ソレノイドが通常状態となると、弁体はスプリングによる付勢力に抗して移動して弁座から離間し、内部流路が開状態となる。ソレノイドは図示しない制御装置からの制御信号により通電され、インジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃのガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、水素ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。インジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃの下流側は、上流側に比べて減圧されるため、インジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを調圧弁ということもできる。
インジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃからの低圧水素ガスは、低圧供給系を介して燃料電池のセルスタックマニホールド１６に供給される。低圧供給系は、第２エンドプレート内流路２６、ホース等の弾性部材からなる配管部２８、第３エンドプレート内流路３０から構成される。配管２８は、エンドプレート外に設けられるが、第２エンドプレート内流路２６及び第３エンドプレート内流路３０は、文字通りエンドプレート内に設けられる。第２エンドプレート内流路２６には、圧力センサ１４が設けられ、低圧水素ガスの圧力が検出されて制御装置に供給される。
本実施形態では、高圧供給系の一部がエンドプレート内に設けられるとともに、低圧供給系の一部もエンドプレート内に設けられる。高圧供給系の一部をエンドプレート内に設けることで、配管系をコンパクト化できるだけでなく、水素タンクからの高圧水素ガスをエンドプレート内に流入させた後にインジェクタ１２に供給することができるため、従来技術のように水素タンクから外部配管を介してインジェクタに供給する場合のように、外部配管が補機カバーを貫通する部分のグロメットが不要となる。また、低圧供給系の一部をエンドプレート内に設けることで、配管系をコンパクト化できるだけでなく、低圧系配管の強度を確保することができる。
次に、本実施形態におけるエンドプレートの構成について説明する。
図２及び図３に、本実施形態におけるエンドプレート１００の外観斜視図を示す。図２は、エンドプレート１００の表側、すなわち燃料電池スタックとは反対側から見た外観斜視図であり、図３はエンドプレートの裏側、すなわち燃料電池スタック側から見た外観斜視図である。
エンドプレート１００は、平板状であり、鋳造に適したアルミニウム等で構成される。エンドプレート１００は、燃料電池スタックを収納する収納ケースにボルト締めで固定される。ボルトは、エンドプレート１００の中央上部に設けられたボルト穴５０に挿入される。
エンドプレート１００の所定位置、具体的にはエンドプレート１００の中央部から左右方向に偏った位置（図中ｘ方向）に、インジェクタ用の穴１３が形成される。インジェクタ用の穴１３は、上下方向（図中ｙ方向）に３個１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成されている。これら３個のインジェクタ用の穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、それぞれ図１における３個のインジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに対応するものである。すなわち、インジェクタ１２ａは、インジェクタ用の穴１３ａに装着される。インジェクタ１２ｂは、インジェクタ用の穴１３ｂに装着される。インジェクタ１２ｃは、インジェクタ用の穴１３ｃに装着される。インジェクタ１２ａ〜１２ｃは、それぞれその出口側がインジェクタ用の穴１３ａ〜１３ｃに装着される。
エンドプレート１００のインジェクタ用の穴１３の近傍に、圧力センサ用の穴１５が形成される。具体的には、インジェクタ用の穴１３よりも上方の位置に形成される。圧力センサ用の穴１５は、図１における圧力センサ１４に対応するものである。圧力センサ１４は、圧力センサ用の穴１５に装着される。
エンドプレート１００の一側面には、高圧水素ガスの流入口２１が形成され、水素タンクからの高圧水素ガスは、この流入口２１から流入して第１エンドプレート内流路２２に供給される。
エンドプレート１００のインジェクタ用の穴１３の近傍、具体的にはインジェクタ用の穴１３よりも下方の位置に、高圧水素流出口２３が形成される。第１エンドプレート内流路２２を流れた高圧水素は、この流出口２２からエンドプレート外に流出し、分配管２４を介して３個のインジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに分配供給される。
エンドプレート１００のインジェクタ用の穴１３が形成される位置とは反対側の端部近傍に、第３エンドプレート内流路３０が形成される。インジェクタ１２からの低圧水素ガスは、エンドプレート外の配管部２８を介してこの第３エンドプレート内流路３０に供給され、この第３エンドプレート内流路３０を通って燃料電池スタックに供給される。また、エンドプレート１００には、水素ポンプや配管等の各種補機類が取り付けられる。すなわち、エンドプレート１００の穴６０には水素ポンプが取り付けられ、開口部６２には気液分離器が取り付けられる。水素ポンプは、燃料電池スタックからのオフガスを再び燃料電池スタックに戻して再利用するための循環ポンプである。また、開口部６４には酸化ガスとしての空気を供給するとともに燃料電池スタックからの空気を排気するバルブアッシーが取り付けられる。さらに、開口部６６には、スタックマニホールドから燃料電池スタックに供給された冷却水の出口配管が取り付けられる。さらに、流出口２９と第３エンドプレート内流路３０は、配管で接続される。この配管もエンドプレート１００に取り付けられ、配管部２８を構成する。
一方、図３に示すように、エンドプレート１００の裏面側には、第２エンドプレート内流路２６が形成される。第２エンドプレート内流路２６は、エンドプレート１００に形成された凹部あるいは溝であり、その表面の一部が露出しているオープンチャネル流路である。第２エンドプレート内流路２６の外観は、図３に示すように枝状をなし、第２エンドプレート内流路２６の一部に上記のインジェクタ用の穴１３が形成される。
図４に、図３における第２エンドプレート内流路２６を含む一部拡大平面図を示す。第２エンドプレート内流路２６は、上下方向（図中ｙ方向）に枝状に延在する。第２エンドプレート内流路２６に沿って、上下方向に３つのインジェクタ用の穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成される。また、第２エンドプレート内流路２６の枝部の一つ、具体的にはインジェクタ用の穴１３よりも上方の枝部の先端に、圧力センサ用の穴１５が形成され、ここに圧力センサ１４が装着される。圧力センサ１４は第２エンドプレート内流路２６の上方、すなわち高い位置に装着されるため、結露水等の凍結による圧力センサ１４の故障が未然に防止される。また、第２エンドプレート内流路２６の上端には、流出口２９が形成される。インジェクタ１２からの低圧水素ガスは、第２エンドプレート内流路２６で合流した後、流出口２９から再びエンドプレート外に流出する。
エンドプレート１００内に、第２エンドプレート内流路２６を形成することで、エンドプレート１００自体の強度を利用して低圧系の配管の強度を確保することができる。すなわち、インジェクタ１２からの低圧水素ガスを、ホース等の配管系を介して燃料電池スタックに導く構成では、その分だけ配管系の長さが増大するだけでなく、強度が問題となるところ、低圧供給系の一部をエンドプレート内に形成し、エンドプレート自体を配管系として利用することで、これらの問題が解決される。
また、第２エンドプレート内流路２６は低圧系であるから、高圧系の場合と比べて第２エンドプレート内流路２６を構成する壁（リブ）の薄肉化も可能である。
また、第２エンドプレート内流路２６はオープンチャネル流路であり、これを被覆するための被覆カバーが必要であるが、第２エンドプレート内流路２６は低圧系であるため、高圧系の場合と比べて被覆カバーとのシール性も確保し易い。もちろん、被覆カバーを取り外すことで第２エンドプレート内流路２６のメンテナンスも容易である。エンドプレート１００は既述したように鋳造容易なアルミニウム等の金属で構成されるが、被覆カバー（エンドプレートカバー）は樹脂で構成することができる。エンドプレート１００と被覆カバーは互いにシール材でシールされるが、シール材を収容するためのシール溝はエンドプレート１００側ではなく被覆カバー側に設けることが加工容易性から望ましい。すなわち、シール溝をエンドプレート１００側に形成する場合には機械加工が必要で生産性が低下するが、樹脂製の被覆カバー側にシール溝を形成するのは比較的容易であり、生産性を向上できる。
本実施形態のエンドプレート１００は以上のような構成であり、水素タンクからの高圧水素ガスは、ホース等の配管部２０を介してエンドプレート１００の側面に形成された流入口２１から第１エンドプレート内流路２２に流入する。
第１エンドプレート内流路２２を通った高圧水素ガスは、流出口２３からエンドプレート外に流出し、エンドプレート外の分配管２４に流入する。分配管２４は、高圧水素ガスの流れを３つに分配する。３つの分配流路のそれぞれにはインジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられており、これら３つの分配流路は互いに冗長系をなす。すなわち、いずれかのインジェクタが故障しても、残りの正常なインジェクタで高圧水素ガスを減圧でき、システムの信頼性が維持される。インジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃの出口側はそれぞれエンドプレート１００のインジェクタ用の穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃに装着されているため、インジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃで減圧された低圧水素ガスは、第２エンドプレート内流路２６に流入する。
第２エンドプレート内流路２６を通った低圧水素ガスは、第２エンドプレート内流路２６の上部に形成された流出口２９からエンドプレート外に流出し、ホース等の配管系を介して第３エンドプレート内流路３０に流入する。第３エンドプレート内流路３０に流入した低圧水素ガスは、エンドプレート１００内を通って燃料電池スタックに供給される。
このように、本実施形態では、高圧供給系の一部に第１エンドプレート内流路２２を形成し、かつ、低圧供給系の一部に第２エンドプレート内流路２６及び第３エンドプレート内流路３０を形成し、エンドプレート１００を有効活用して水素ガスの供給路を構成しているので、配管系をコンパクト化することができるとともに、配管系の強度を確保することができる。
また、水素タンクからの高圧水素ガスは、エンドプレート１００の一側面からエンドプレート内に流入し、エンドプレート１００から流出して分配管２４を経てインジェクタ１２に供給されるので、エンドプレート１００に設けられる補機類をカバーする補機カバーを貫通してインジェクタ１２に供給する必要がなく、このため貫通部分をシールするためのグロメットが不要となる。言い換えれば、補機カバーを貫通する流路を形成する必要がないので、補機カバーの液密性が向上する。
さらに、本実施形態では、第２エンドプレート内流路２６に３個のインジェクタ用の穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成してインジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを装着する構成であり、インジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは上下方向（図中ｙ方向であって鉛直方向）に配置する。つまり互いに異なる高さに設けられるので、低温時に水分の凍結が生じたとしても、３個のインジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが同時に故障するおそれをなくすことができる（低温時に水分の凍結が生じたとしても、最も下方に位置するインジェクタ１２ｃから順番に故障していくであろう）。
図５に、エンドプレート１００の側面図を示す。エンドプレート１００の一側面には流入口２１が設けられ、水素タンクからの高圧水素ガスはここから第１エンドプレート内流路２２に流入する。流入口２１をエンドプレート１００の側面に形成することで、流入口２１近傍には薄肉部が生じ、この薄肉部のばらつきが生じると強度低下のおそれがあることから、薄肉部近傍をエンドプレート１００の表面側に盛り上げる盛り上げ部２１ａを形成することが望ましい。
図６に、図２におけるＶＩ−ＶＩ断面を示す。流入口２１、第１エンドプレート内流路２２、及び流出口２３の断面図である。エンドプレート１００の一側面に形成された流入口２１は、第１エンドプレート内流路２２に接続される。第１エンドプレート内流路２２は、エンドプレート１００内を図中ｘ方向に延在し、途中で屈曲してエンドプレート１００の表面に形成された流出口２３に接続される。図において、ｚ方向はエンドプレート１００の表面に垂直な法線方向である。第１エンドプレート内流路２２は、ｘ方向に延在するものの、同時に、流入口２１から流出口２３に向けて径が順次小さくなるようにテーパ形成される。第１エンドプレート内流路２２はオープンチャネル流路ではなくクローズチャネル流路、すなわちエンドプレート１００に形成された穿孔で構成されるため、このように第１エンドプレート内流路２２をテーパ形成することで成型型を抜きやすく加工が容易となる利点がある。
本実施形態において、第２エンドプレート内流路２６はオープンチャネル流路で構成され、被覆カバーで覆うことで低圧水素ガスをエンドプレート１００内に流しているが、この第２エンドプレート内流路２６を、エンドプレート１００のうち燃料電池スタックが当接しない領域に形成することで、エンドプレート１００と燃料電池スタックが当接した状態を維持しつつ、被覆カバーのみを取り外すことが可能となる。
図７に、図３に示すエンドプレートの外観斜視図において、燃料電池スタックの当接領域を領域６０で示す。燃料電池スタックの積層方向から見てエンドプレート１００の面積を燃料電池スタックの面積よりも大きくし、エンドプレート１００のうち燃料電池スタックが当接しない余分領域を形成する。この余分領域に、第２エンドプレート内流路２６が形成される。
エンドプレート１００は、ボルト穴５０を用いて燃料電池スタックにボルト締めされるが、燃料電池スタックにボルト締めされ締結加重が印加された状態においても、エンドプレート１００の余分領域には燃料電池スタックが当接していないため、この締結状態において被覆カバーは外部に露出した状態にある。そこで、締結状態においても、被覆カバーを簡単に取り外して第２エンドプレート内流路２６を露出させ、第２エンドプレート内流路２６のメンテナンスを行うことができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変形が可能である。
例えば、本実施形態では、複数のインジェクタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを設ける構成を示したが、インジェクタの数は任意であり、１個又は４個以上であってもよい。１個のみ設ける場合においても、圧力センサ１４はインジェクタの上方に設けることが望ましい。
１０ 水素タンク、１２ インジェクタ、１４ 圧力センサ、１６ セルスタックマニホールド、２０ 配管部、２２ 第１エンドプレート内流路、２４ 分配管、２６ 第２エンドプレート内流路、２８ 配管部、３０ 第３エンドプレート内流路。
Claims (11)
- 水素ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの積層方向端部に設けられたエンドプレートと、
水素タンクからの高圧水素ガスを供給する高圧供給系と、
前記高圧供給系からの高圧水素ガスを減圧するインジェクタと、
前記インジェクタからの低圧水素ガスを供給する低圧供給系と、
を備え、
前記低圧供給系の少なくとも一部は、前記エンドプレート内に形成されたエンドプレート内流路であり、
前記エンドプレート内流路は、前記エンドプレートに形成された凹部または溝であることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記エンドプレート内流路は、前記エンドプレートに形成された前記凹部または溝をカバーで被覆して構成されることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項２記載の燃料電池システムにおいて、
前記エンドプレートは金属であり、
前記カバーは樹脂であり、
前記エンドプレートと前記カバーとをシールするためのシール材を収容するシール溝は前記カバーに形成される
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 水素ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの積層方向端部に設けられたエンドプレートと、
水素タンクからの高圧水素ガスを供給する高圧供給系と、
前記高圧供給系からの高圧水素ガスを減圧するインジェクタと、
前記インジェクタからの低圧水素ガスを供給する低圧供給系と、
を備え、
前記低圧供給系の少なくとも一部は、前記エンドプレート内に形成されたエンドプレート内流路であり、
前記高圧供給系の少なくとも一部は、分配配管系を含み、
前記インジェクタは、前記分配配管系のそれぞれに設けられる
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項４記載の燃料電池システムにおいて、
前記分配配管系のそれぞれに設けられた複数のインジェクタは、互いに異なる高さに設けられる
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 水素ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの積層方向端部に設けられたエンドプレートと、
水素タンクからの高圧水素ガスを供給する高圧供給系と、
前記高圧供給系からの高圧水素ガスを減圧するインジェクタと、
前記インジェクタからの低圧水素ガスを供給する低圧供給系と、
を備え、
前記低圧供給系の少なくとも一部は、前記エンドプレート内に形成されたエンドプレート内流路であり、
前記エンドプレート内流路は、前記エンドプレートに形成された凹部または溝をカバーで被覆して構成され、
前記エンドプレート内流路は、前記エンドプレートのうち前記燃料電池スタックが当接しない領域に形成される
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項６記載の燃料電池システムにおいて、
前記エンドプレートは、前記燃料電池スタックの積層方向から見たときの面積が前記燃料電池スタックの面積よりも大きく、
前記エンドプレート内流路は、前記エンドプレートのうち前記燃料電池スタックが当接しない余分領域に形成される
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 水素ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの積層方向端部に設けられたエンドプレートと、
水素タンクからの高圧水素ガスを供給する高圧供給系と、
前記高圧供給系からの高圧水素ガスを減圧するインジェクタと、
前記インジェクタからの低圧水素ガスを供給する低圧供給系と、
を備え、
前記低圧供給系の少なくとも一部は、前記エンドプレート内に形成されたエンドプレート内流路であり、
前記エンドプレート内流路は、上下方向に延在する枝状流路をなし、
前記枝状流路の一部の先端に設けられる圧力センサ
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項８記載の燃料電池システムにおいて、
前記インジェクタの出口側は前記エンドプレート内流路に接続され、
前記圧力センサは、前記インジェクタよりも高い位置に設けられる
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 水素ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの積層方向端部に設けられたエンドプレートと、
水素タンクからの高圧水素ガスを供給する高圧供給系と、
前記高圧供給系からの高圧水素ガスを減圧するインジェクタと、
前記インジェクタからの低圧水素ガスを供給する低圧供給系と、
を備え、
前記高圧供給系の少なくとも一部は、前記エンドプレート内に形成された第１エンドプレート内流路であり、
前記低圧供給系の少なくとも一部は、前記エンドプレート内に形成された第２エンドプレート内流路であり、
前記第１エンドプレート内流路の流入口は前記エンドプレートの一側面に形成され、前記第１エンドプレート内流路の流出口から流出した高圧水素が前記インジェクタの入口側に供給される
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項１０記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１エンドプレート内流路は、前記エンドプレート内に形成された穿孔であり、前記流入口から前記流出口に向けて内径が順次小さくなる
ことを特徴とする燃料電池システム。
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| DE102020211530A1 (de) * | 2020-09-15 | 2022-03-17 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Brennstoffzellenstapel mit Sensor und Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels mit dem Sensor |
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| DE102021200871A1 (de) * | 2021-02-01 | 2022-08-04 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellenstapels, Brennstoffzellenstapel sowie Brennstoffzellensystem mit Brennstoffzellenstapel |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001143734A (ja) * | 1999-11-12 | 2001-05-25 | Isuzu Motors Ltd | 燃料電池組立体 |
| JP2006221915A (ja) * | 2005-02-09 | 2006-08-24 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2008130446A (ja) * | 2006-11-22 | 2008-06-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2010054035A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Toyota Motor Corp | 燃料ガスタンクシステム |
| JP2010267551A (ja) * | 2009-05-18 | 2010-11-25 | Aisan Ind Co Ltd | 燃料電池システムの燃料ガス流量制御装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6875535B2 (en) | 2002-04-15 | 2005-04-05 | Hydrogenics Corporation | Manifold for a fuel cell system |
| US20050282060A1 (en) * | 2004-06-18 | 2005-12-22 | Mti Micro Fuel Cells, Inc. | Fuel cell endplate system |
| DE102004049623B4 (de) * | 2004-10-06 | 2015-03-26 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | Endplatte für einen Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellenstapel und Verfahren zur Herstellung der Endplatte |
| US9231260B2 (en) * | 2006-12-07 | 2016-01-05 | GM Global Technology Operations LLC | System and method for redistribution of the flow of fuel under faulted conditions in a fuel cell system |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001143734A (ja) * | 1999-11-12 | 2001-05-25 | Isuzu Motors Ltd | 燃料電池組立体 |
| JP2006221915A (ja) * | 2005-02-09 | 2006-08-24 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2008130446A (ja) * | 2006-11-22 | 2008-06-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2010054035A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Toyota Motor Corp | 燃料ガスタンクシステム |
| JP2010267551A (ja) * | 2009-05-18 | 2010-11-25 | Aisan Ind Co Ltd | 燃料電池システムの燃料ガス流量制御装置 |
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