WO2011074032A1 - 燃料電池 - Google Patents

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WO2011074032A1
WO2011074032A1 PCT/JP2009/006915 JP2009006915W WO2011074032A1 WO 2011074032 A1 WO2011074032 A1 WO 2011074032A1 JP 2009006915 W JP2009006915 W JP 2009006915W WO 2011074032 A1 WO2011074032 A1 WO 2011074032A1
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fuel cell
refrigerant
air vent
manifold
single cells
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片野剛司
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トヨタ自動車株式会社
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a technique for extracting gas generated in a manifold for a cooling medium (refrigerant) in a fuel cell.
  • Patent Document 1 As a means for extracting a gas generated in a cooling medium in a fuel cell, an apparatus for providing an air vent port communicating with a coolant supply passage at a position higher than a coolant supply port is known (for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made to solve at least one of the above-described problems, and it is an object of the present invention to easily discharge bubbles in the refrigerant of the fuel cell and to suppress current leakage through the refrigerant.
  • the refrigerant supply / discharge manifold and the refrigerant discharge manifold are respectively connected to a refrigerant supply pipe and a refrigerant discharge pipe at an end portion on the vertically lower side of the fuel cell, and the air vent path includes the insulation
  • the refrigerant discharge manifold or the refrigerant is formed so as to include a portion extending in a direction intersecting the stacking direction of the single cells in the plate.
  • the air vent path including a portion extending in a direction intersecting with the stacking direction of the single cells is provided in the insulating plate vertically above the single cell. Therefore, air bubbles can be easily extracted upward, and the electrical resistance of the refrigerant in the air vent path can be increased, so that the leakage current through the air vent path can be reduced.
  • one end of the air vent path is connected to the refrigerant discharge manifold or the refrigerant supply manifold, and the other end of the air vent path is an outer edge of the insulating plate.
  • a fuel cell connected to a joint for taking air out near the center of the unit. According to this application example, since the length of the air vent path can be increased, the electrical resistance of the air vent path can be increased.
  • the fuel cell further includes an end plate adjacent to the insulating plate, and the joint is stored so as not to protrude from a rectangular parallelepiped including the outer periphery of the end plate. Fuel cell. According to this application example, since other members are unlikely to contact the joint, current leakage is easily suppressed.
  • the plurality of unit cells form two rows of parallel stacked bodies, and the two rows of stacked bodies have voltages in opposite directions. And is electrically connected by a common current collecting plate provided on the vertically lower side of the fuel cell, and each of the two stacked bodies is made up of the stacked single cells.
  • An insulating plate disposed at an end portion on the vertically upper side, a refrigerant supply manifold that distributes the refrigerant to the plurality of single cells, a refrigerant discharge manifold that collects refrigerant discharged from the plurality of single cells, and the refrigerant supply
  • a fuel cell comprising: a manifold or an air vent path for venting gas accumulated in the refrigerant discharge manifold.
  • the present invention can also be applied to a fuel cell having two rows of stacked bodies.
  • the insulating plate arranged at the end portion on the vertically upper side of the two stacked bodies constitutes one common insulating plate provided over the two stacked bodies. And the air vent path communicates within the common insulating plate. According to this application example, it is possible to have one leak path to the outside of the fuel cell.
  • the form of the present invention is not limited to the fuel cell, and can be applied to other forms such as a vehicle equipped with a fuel cell, a method for removing gas from the cooling water of the fuel cell. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows a fuel cell system typically. It is explanatory drawing which shows typically the equivalent electric circuit of a fuel cell system. It is explanatory drawing which expands and shows the vicinity of the air vent path 200.
  • FIG. It is a top view of the insulator 140 seen from the Z direction (stacking direction of a single cell). It is the side view of the insulator seen from the Y direction (direction along the plane of a single cell). It is a top view of the end plate 160 seen from the Z direction. It is the side view of the end plate 160 seen from the Y direction. It is a top view of end plate 160 seen from the Z direction in a modification.
  • FIG. 9 is a side view of an insulator 140 and an end plate 160 as seen from the Y direction in the modification shown in FIG. 8. It is a part of side view of the fuel cell stack seen from the X direction in another modification. It is a top view of the current collection board in the modification shown in FIG. It is explanatory drawing which shows the other modification. It is a part of side view of the fuel cell stack seen from the X direction in the 2nd example. It is a top view of the insulator seen from the Z direction in the 2nd example. It is explanatory drawing which shows typically the electric circuit of a 2nd Example. It is explanatory drawing which shows the modification of a 2nd Example.
  • FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a fuel cell system.
  • the fuel cell system 10 is mounted on a vehicle, for example, but its support structure is not shown.
  • the fuel cell system 10 includes a fuel cell 100 and a radiator 300.
  • the fuel cell 100 includes a cell stack 110, current collecting plates 120 and 130 sequentially installed at both ends thereof, insulators 140 and 150 (insulating plates), and end plates 160 and 170.
  • the cell stack 110 includes a plurality of single cells 112 stacked vertically upward, the current collector plate 120 on the vertically upper side is a positive electrode plate, and the current collector plate 130 on the vertically lower side is a negative electrode plate. It is. However, the polarity of the electrode plate may be reversed.
  • the two end plates 160 and 170 are fastened by a tension rod (not shown), thereby fastening the cell stack 110 with a constant fastening force.
  • the lower end plate 170 is also used to attach the fuel cell stack to a vehicle body (not shown).
  • the fuel cell 100 includes a cooling water supply manifold 180 and a cooling water discharge manifold 190 inside.
  • the cooling water supply manifold 180 passes through the lower end plate 170, the insulator 150, the current collector 130, and the cell stack 110.
  • the cooling water discharge manifold 190 also penetrates the upper current collector plate 120.
  • a separator (not shown) between adjacent single cells 112 is provided with a cooling water flow path that connects the cooling water supply manifold 180 and the cooling water discharge manifold 190, but is not shown in FIG. Yes.
  • the individual cells 112 of the fuel cell 100 are cooled by the water flowing through the cooling water flow path.
  • the radiator 300 and the cooling water supply manifold 180 are connected by a cooling water supply pipe 310.
  • the coolant supply pipe 310 and the coolant supply manifold 180 are connected by an end plate 170 on the vertically lower side of the fuel cell 100.
  • a cooling water supply pump 330 is disposed on the cooling water supply pipe 310.
  • the radiator 300 and the cooling water discharge manifold 190 are connected by a cooling water discharge pipe 320.
  • the cooling water discharge pipe 320 and the cooling water discharge manifold 190 are connected by an end plate 170 on the vertically lower side of the fuel cell 100.
  • the fuel cell system 10 further includes a fuel gas supply pipe, a fuel gas discharge pipe, an oxidizing gas supply pipe (not shown above), and an oxidizing gas discharge pipe 230.
  • the reason why the pipes are collected in one of the stacking directions of the cell stack 110 is that, when the fuel cell 100 is mounted on the vehicle, the pipes are collected in one side in the housing portion (for example, the engine compartment) of the vehicle fuel cell 100 This is because the piping layout becomes easier.
  • the reason why the pipe is arranged vertically below the fuel cell is that when the water generated by the electrochemical reaction of the fuel cell is discharged from the oxidizing gas discharge pipe 230, it is easier to discharge from below.
  • the radiator 300 includes a radiator cap 302 and a sub tank 304 connected to the radiator cap 302.
  • the radiator cap 302 and the sub tank 304 are used for adjusting the pressure in the radiator 300.
  • the insulator 140 includes an air vent path 200 for removing the bubbles 400 accumulated at the top of the cooling water discharge manifold 190.
  • the reason for providing the air vent path 200 at this position is that, when bubbles 400 are generated in the cooling water, in this embodiment, the cooling water discharge manifold that is the highest position in the vertical direction of the cooling water supply manifold 180 and the cooling water discharge manifold 190. This is because the bubble 400 tends to gather at the top of 190.
  • the air vent path 200 is connected to the air vent hose 220 by a joint 210. The configuration in the vicinity will be described in detail later.
  • the air bleeding hose 220 is connected to the cooling water discharge pipe 320.
  • the air bleeding hose 220 may be connected to the radiator 300.
  • FIG. 2 is an explanatory view schematically showing an equivalent electric circuit of the fuel cell system.
  • FIG. 2 schematically illustrates a vehicle body 500, a fuel cell 100, and a radiator 300.
  • the radiator 300 and the fuel cell 100 are attached to the body 500, and the radiator 300 and the body 500, and the negative side end plate 170 of the fuel cell 100 and the body 500 are electrically connected. Yes. Therefore, the radiator 300 and the end plate 170 of the fuel cell 100 are electrically connected via the body 500.
  • the radiator 300, the body 500, and the end plate 170 are made of a metal material. Therefore, the magnitude of the electrical resistance between the radiator 300 and the end plate 170 via the body 500 is extremely small.
  • the potential of the body 500 is set to the ground potential (GND).
  • the specific resistance (theoretical value) of water is 18.24 M ⁇ ⁇ cm at 25 ° C., the resistance value is extremely large, and water is substantially non-conductive. However, when impurities, particularly ions, are contained in water, the specific resistance becomes small, and water exhibits electrical conductivity. This ion is generated, for example, when metal is eluted as an ion from the metal material constituting the fuel cell 100 or the radiator 300. As described above, the specific resistance of the cooling water is smaller than the specific resistance of pure water. For example, it is easy to realize cooling water having a specific resistance of 1 M ⁇ ⁇ cm or more by using an ion exchanger. is there.
  • the cooling water supply pipe 310 and the cooling water discharge pipe 320 provided between the radiator 300 and the minus side of the fuel cell 100 are depicted as electric resistances R 310 and R 320 .
  • these electric resistances R 310 and R 320 may be ignored for the following reason.
  • the radiator 300 and the end plate 170 of the fuel cell 100 are electrically connected via the body 500. Since the radiator 300, the body 500, and the end plate 170 are made of a metal material, the magnitude of electric resistance through the body between the radiator 300 and the end plate 170 is determined by the cooling water supply pipe 310 and the cooling water discharge pipe. This is because the electric resistance of 320 is much smaller than R 310 and R 320 .
  • both the cooling water supply pipe 310 and the cooling water discharge pipe 320 are connected to the negative side of the fuel cell 100, the potential is the same. Therefore, no current flows from the cooling water supply pipe 310 to the cooling water discharge pipe 320, and no current flows from the cooling water discharge pipe 320 to the cooling water supply pipe 310.
  • the cell stack 110 constitutes a series battery 114.
  • the positive and negative current collecting plates 120 and 130 of the series battery 114 are connected to an external load 510.
  • the current collector plate 130 and the end plate 170 are insulated by the insulator 150. Therefore, electrical conduction through the metal does not occur between the current collector plate 130 on the negative side and the end plate 170.
  • the cooling water in the cooling water supply manifold 180 and the cooling water discharge manifold 190 exists between the current collector plate 130 on the negative side and the end plate 170. As described above, since the cooling water generally used in the fuel cell has electrical conductivity, electrical conduction through the cooling water is provided between the negative current collector plate 130 and the end plate 170. is there.
  • the insulator 140 has an air vent path 200 that communicates with the cooling water discharge manifold 190.
  • the air vent path 200 (detailed configuration will be described later) is connected to the cooling water discharge pipe 320 via a joint 210 and an air vent hose 220. Therefore, the current collector plate 120 on the plus side and the radiator 300 are electrically connected to each other by the cooling water present in the air vent path 200, the joint 210, the air vent hose 220, and the coolant drain pipe 320. To do.
  • the leak current Ia Va / (R 200 + R 220 ). Note that the electrical resistance of the joint 210 and the cooling water discharge pipe 320 in the path of the electrical conduction, and sufficiently smaller than the resistance R 220 of the electrical resistance R 200 and the air vent hose 220 of the air vent passage 200, the leak current Ia is calculated.
  • the electrical resistance R 200 of the air vent path 200 or the electrical resistance R 220 of the air vent hose 220 is increased. It is preferable to do.
  • the air vent path 200 is inside the fuel cell 100, but the air vent hose 220 is outside the fuel cell 100.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing the vicinity of the air vent path 200 in an enlarged manner.
  • the air vent path 200 is formed in the insulator 140 and has a crank shape.
  • the air vent path 200 includes a lower end portion 200A, an upper end portion 200B, and an electric resistance forming portion 200C.
  • the lower end portion 200A communicates with the cooling water discharge manifold 190.
  • the upper end portion 200B is connected to the joint 210.
  • a hollow L-shaped member is used as the joint 210.
  • the electric resistance forming part 200C is formed in a direction intersecting with the stacking direction of the single cells 112, and communicates the lower end part 200A and the upper end part 200B.
  • the length of the electric resistance forming part 200C can be increased, and the electric resistance in the electric resistance forming part 200C can be increased.
  • the position of the joint 210 is higher in the vertical direction than the air vent path 200.
  • the bubbles 400 that have moved to the upper part of the cooling water discharge manifold 190 are discharged to the outside of the fuel cell 100 through the air vent path 200, the joint 210, and the air vent hose 220.
  • the cooling water is also discharged through the same path, but since it is not the main discharge path of the cooling water, it is not necessary to make the air vent path 200 thick.
  • the fuel cell 100 includes the cooling water flow path 185 that connects the cooling water supply manifold 180 and the cooling water discharge manifold 190 between the adjacent single cells 112.
  • This cooling water channel 185 is formed inside a separator (not shown).
  • FIG. 4 is a plan view of the insulator 140 viewed from the Z direction (single cell stacking direction).
  • the insulator 140 includes two concave portions 141 and 142 and a pipe portion 143.
  • the concave portions 141 and 142 are formed on opposite surfaces of the insulator 140, and constitute the lower end portion 200A and the upper end portion 200B shown in FIG.
  • the pipe part 143 forms the electric resistance forming part 200C shown in FIG.
  • the concave portion 141 is formed at a substantially central end portion on the short side of the insulator 140, specifically, at a position overlapping the cooling water discharge manifold 190 shown in FIG. 1, and the concave portion 142 is substantially at the long side of the insulator 140. It is formed at the center end. By doing so, the length L of the tube portion 143 can be increased, and the electric resistance of the electric resistance forming portion 200C (electric resistance R 200 in FIG. 2) can be increased.
  • FIG. 5 is a side view of the insulator viewed from the Y direction (the direction along the plane of the single cell).
  • the insulator 140 includes two insulator constituent members 140A and 140B.
  • a concave portion 141A and a groove 143A are formed in the insulator constituent member 140A.
  • the concave portion 141A passes through the insulator constituting member 140A.
  • the concave portion 141A forms the concave portion 141 of FIG. 4 and constitutes the lower end portion 200A shown in FIG.
  • a recess 142B is formed in the insulator constituent member 140B.
  • the recess 142B penetrates the insulator constituent member 140B.
  • the concave portion 142B forms the concave portion 142 of FIG.
  • the groove 143A of the insulator constituent member 140A is dug from the position overlapping the concave portion 142B of the insulator constituent member 140B to the concave portion 141A when the two insulator constituent members 140A and 140B are bonded together.
  • the groove 143A is formed in the insulator constituent member 140A, but may be formed in at least one of the insulator constituent members 140A and 140B.
  • FIG. 6 is a plan view of the end plate 160 viewed from the Z direction.
  • FIG. 7 is a side view of the end plate 160 viewed from the Y direction.
  • the end plate 160 has a notch 162 at substantially the center of the long side of the surface 160b opposite to the surface 160a on which the insulator 140 is disposed.
  • a hole 164 is formed from the bottom of the notch 162 toward the surface 160a on which the insulator 140 is disposed.
  • the hole 164 communicates with the recess 142 (FIG. 4) of the insulator 140 when the end plate 160 and the insulator 140 are overlapped.
  • a joint 210 is connected to the notch 162.
  • a pipe joint for connecting the air bleeding hose 220 is provided at the tip of the joint 210.
  • the joint 210 is accommodated in the notch 162, that is, is accommodated in a rectangular parallelepiped including the outer periphery of the end plate 160. If the joint 210 is within the rectangular parallelepiped including the outer periphery of the end plate 160, other members are unlikely to contact the joint 210 and current leakage is easily suppressed. Further, even when the vehicle collides and receives an impact, the joint 210 is not easily broken because it is protected by the end plate 160.
  • the air vent path 200 is formed in the insulator 140 on the upper side of the fuel cell 100 so as to include the electric resistance forming portion 200C extending in the direction intersecting with the stacking direction of the single cells 112.
  • the electric resistance of the air vent path 200 can be increased. As a result, it is possible to reduce the leakage current through the air vent path 200.
  • the joint 210 is connected to the concave portion 142 in the vicinity of the center in the insulator 140, so that the length L of the pipe portion 143 can be increased, and the electric resistance forming portion 200C The electric resistance can be increased.
  • the joint 210 is accommodated in the notch 162 of the end plate 160, that is, so as not to protrude from the outer edge. Therefore, since other members do not easily contact the joint 210, current leakage is easily suppressed. Even when the vehicle collides and receives an impact, it is protected by the end plate 160 and the joint 210 is not easily broken.
  • FIG. 8 is a plan view of the end plate 160 viewed from the Z direction in the modification.
  • FIG. 9 is a side view of the insulator 140 and the end plate 160 as seen from the Y direction in the modification shown in FIG.
  • the notch 162 is provided in the approximate center of the long side of the end plate 160. 163 is formed.
  • the joint 210 bent in an L shape is used, but in this modification, a straight joint 211 is used. Further, the position of the end portion 200B of the air vent path 200 formed in the insulator 140 is moved in accordance with the position of the concave portion 163 of the end plate 160.
  • the joint 211 may be provided at a position slightly spaced from the approximate center of the long side of the end plate 160 toward the center of the end plate 160. According to this modification, since the joint 211 is covered on five sides of the six sides except the upper side, other members are less likely to contact the joint 211 and current leakage is easily suppressed. Further, even when the vehicle collides and receives an impact, the joint 211 is more difficult to break.
  • FIG. 10 is a part of a side view of the fuel cell stack as seen from the X direction in another modification.
  • FIG. 11 is a plan view of a current collector plate in the modification shown in FIG.
  • the insulator 140 includes a belt-like convex portion 145 on the current collector plate 120 side, and an air vent tube 201 inside the convex portion 145.
  • the air vent tube 201 functions as the air vent path 200.
  • the insulator 140 having the air vent tube 201 is made of an insulating resin, and can be formed by injection molding in a state including the air vent tube 201. As described above, the insulator 140 may be formed by bonding a plurality of insulator constituent members.
  • the current collector plate 120 includes a strip-shaped recess 121 for accommodating the protrusion 145 of the insulator 140.
  • the current collector 120 only needs to be able to collect the electricity generated by the single cell 112 and is not required to be strong, and thus may have such a recess 121.
  • the insulator 140 has the air vent path 200 not on the inside but on the convex portion 145, the strength of the insulator 140 can be increased. Note that the air vent path 200 does not have to be entirely within the convex portion 145, and at least a part of the air vent path 200 may be within the convex portion 145.
  • the current collector plate 120 includes a seal member 123 on a surface opposite to the insulator 140.
  • a single cell 112 is disposed on the side of the current collector plate 120 opposite to the insulator 140.
  • the single cell 112 penetrates through a manifold (not shown) for supplying and discharging reaction gases (fuel gas and oxidizing gas).
  • the seal member 123 seals the cooling water and these reaction gases so as not to leak from the boundary between the current collector plate 120 and the single cell 112.
  • the recess 121 is preferably formed in a portion where the seal member 123 is not provided. It is possible to suppress the surface pressure of the seal member 123 from becoming unstable.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing another modification.
  • the end plate 160 may be used to fix the fuel cell 100 to the body 500.
  • the end plate 160 is grounded to the body 500 (FIG. 2).
  • the current collecting plate 120 is electrically connected to the end plate 160 through the cooling water in the air vent passage 200 and also connected to the body 500. That is, a leak current flows from the current collector 120 to the body 500.
  • the upper end plate 160 may be grounded to the body 500.
  • a metal joint can be used as the joint 210. Since the end plate 160 is grounded to the body 500, current leakage from the joint 210 through water in the air bleeding hose 220 can be ignored.
  • FIG. 13 is a part of a side view of the fuel cell stack as viewed from the X direction in the second embodiment.
  • FIG. 14 is a plan view of the insulator viewed from the Z direction in the second embodiment.
  • the fuel cell system includes two cell stacks 110A and 110B formed by stacking single cells 112.
  • the two cell stacks 110A and 110B are arranged in the horizontal direction (X direction in the drawing). And the direction of the electromotive force of these two cell stacks 110A and 110B is opposite.
  • each of the cell stacks 110A and 110B includes air vent paths 202A and 202B, respectively.
  • the concave portion 141A of the air vent path 202A connected to the cooling water discharge manifold (not shown) is disposed on the outer edge portion on the opposite side to the cell stack 110B.
  • the two air vent paths 202A and 202B are merged, so that only one joint 210 and one air vent hose 220 are required.
  • the electrical resistance (R 202A , R 202B ) of the air vent paths 202A and 202B can be increased.
  • FIG. 15 is an explanatory view schematically showing an electric circuit of the second embodiment.
  • the two cell stacks 110A and 110B form series batteries 114A and 114B, respectively.
  • the direction of the electromotive force of the series batteries 114A and 114B is opposite.
  • a current collecting plate 120A is provided on the vertical upper side (plus side) of the cell stack 110A.
  • a current collecting plate 120B is provided on the vertical upper side (minus side) of the cell stack 110B.
  • the two current collector plates 120A and 120B are insulated from each other.
  • the current collector plates 120 ⁇ / b> A and 120 ⁇ / b> B are connected to the load 500.
  • the cell stacks 110A and 110B include an insulator 140 and an end plate 160 on the upper side of the current collector plates 120A and 120B.
  • the insulator 140 and the end plate 160 are not divided for the cell stacks 110A and 110B but are shared.
  • the cell stacks 110 ⁇ / b> A and 110 ⁇ / b> B include a current collector plate 130, an insulator 150, and an end plate 170 on the vertically lower side.
  • the current collector 130 is not divided for the cell stacks 110A and 110B, and connects the negative side of the series battery 114A and the positive side of the series battery 114B. It is the same that the insulator 150 and the end plate 170 are not divided for the cell stacks 110A and 110B.
  • two air vent paths 202A and 202B are formed, and thereby electric resistances R 202A and R 202B are formed.
  • the two air vent paths 202A and 202B merge to form an air vent path 202C, and are connected to the air vent hose 220 via a joint 210 (not shown).
  • the current collector plate 130 for electrically connecting the two cell stacks 110A and 110B in series is preferably provided on the cooling water supply pipe 310 and the cooling water discharge pipe 320 side.
  • Cooling water supply pipe 310A that supplies cooling water to cell stack 110A and cooling water supply pipe 310B that supplies cooling water to cell stack 110B have the same potential, and cooling is performed so that cooling water is discharged from cell stack 110A.
  • the insulator 140 for the cell stack 110A and 110B, and the two air vent paths 202A and 202B are joined (communication) in the insulator 140. Thereby, the leak path
  • the insulator 140 may be provided independently for the cell stacks 110A and 110B, and the joint 210 and the air bleeding hose 220 may be provided independently.
  • FIG. 16 is an explanatory view showing a modification of the second embodiment.
  • two cell stacks 110A and 110B are arranged in parallel in the Y direction. That is, the cell stack 110A is slightly higher in the vertical direction.
  • the length of the air vent path for the cell stack 110A may be shorter than the length of the air vent path for the cell stack 110B. Since the electric resistance is proportional to the length / area, the length / area of the air vent for the cell stack 110A and the length / area of the air vent for the cell stack 110B are substantially the same.
  • a vent path may be formed.
  • the shape of the electric resistance forming portion 200C (tube portion 143) of the air vent path 200 is a straight straight shape, but it is a bent shape or a curved shape. May be. Since the length of the electric resistance forming portion 200C can be made longer than the straight linear shape, the electric resistance 200R can be increased.
  • the notch 162 and the recess 163 are provided in the end plate 160 and the joint 210 is disposed there.
  • the notch and the recess are provided in the insulator 140 and the joint 210 is disposed there. May be.
  • the cooling water is taken as an example of the refrigerant, but other refrigerants may be used.
  • the cell stack 110 in which the cells 112 are stacked in the vertical oblique direction has been described as an example, but the stacking direction of the cells may be the vertical direction.
  • the air vent path 200 is connected to the coolant discharge manifold 190, but the air vent path 200 may be connected to the coolant supply manifold 180.
  • Cooling water flow path 190 ... Cooling water discharge manifold 200, 202A, 202B, 202C ... Air vent path 200A ... Lower end part 200B ... Upper end part 200C ... Electric resistance forming part Air vent 201 ... Tubes 210, 211 ... Joint 220 ... Air vent Hose 230 ... Oxidizing gas discharge pipe 300 ... Radiator 302 ... Radiator cap 304 ... Sub tank 310 ... Cooling water supply pipe 320 ... Cooling water discharge pipe 330 ... Cooling water supply pump 400 ... Bubble 500 ... Body 510 ... external load Ia ... leakage current Ib ... leakage current R 200, R 220, R 310 , R 320, R 202A, R 202B ... resistance Va ... electromotive force (voltage)

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Abstract

　燃料電池であって、鉛直上下方向または鉛直斜め上下方向に積層された複数の単セルと、前記積層された複数の単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、前記複数の単セルに冷媒を分配し、集合する冷媒供給マニホールド及び冷媒排出マニホールドと、前記マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、を備え、前記冷媒供給排出マニホールド及び前記冷媒排出マニホールドは、前記燃料電池の鉛直下方側の端部において、冷媒供給配管、冷媒排出配管にそれぞれ接続されており、前記エア抜き路は、前記絶縁板中に前記単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むように形成されており、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドの鉛直方向上端側において、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続されている。

Description

燃料電池
本発明は、燃料電池中の冷却媒体（冷媒）用のマニホールドに生じた気体を抜く技術に関する。
　燃料電池中の冷却媒体に生じた気体を抜くものとして、冷媒供給口よりも高い位置に、冷却媒体供給連通孔に連通するエア抜き口を設けるものが知られている（例えば特許文献１）。
特開２００６－３２０５４号公報
　しかし、従来の構成の場合、冷却媒体（冷媒）の電気伝導による電流リークについては十分に考慮がされていなかった。
　本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決するものであり、燃料電池の冷媒中の気泡の排出を容易に行うとともに、冷媒を介した電流のリークを抑制することを目的とする。
［適用例１］
　燃料電池であって、鉛直上下方向または鉛直斜め上下方向に積層された複数の単セルと、前記積層された複数の単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、を備え、前記冷媒供給排出マニホールド及び前記冷媒排出マニホールドは、前記燃料電池の鉛直下方側の端部において、冷媒供給配管、冷媒排出配管にそれぞれ接続されており、前記エア抜き路は、前記絶縁板中に前記単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むように形成されており、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドの鉛直方向上端側において、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続されている、燃料電池。
　この適用例によれば、単セルの鉛直上側の絶縁板中に単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むエア抜き路を備えている。そのため、気泡を上側に抜きやすいとともに、エア抜き路の中の冷媒の電気抵抗を大きくとることができるので、エア抜き路を介したリーク電流を少なくすることが可能となる。
［適用例２］
　適用例１に記載の燃料電池において、前記エア抜き路の一方の端部は、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続され、前記エア抜き路の他方の端部は、前記絶縁板の外縁部の中央近傍で、エアを外部に取り出すためのジョイントに接続されている、燃料電池。
　この適用例によれば、エア抜き路の長さを長く取れるので、エア抜き路の電気抵抗を大きくすることが可能となる。
［適用例３］
　適用例１または適用例２に記載の燃料電池において、さらに、前記絶縁板に隣接するエンドプレートを備え、前記ジョイントは、前記エンドプレートの外周を包含する直方体からはみ出ないように収められている、燃料電池。
　この適用例によれば、他の部材がジョイントに接触しにくいため、電流リークを抑制しやすい。
［適用例４］
　適用例１から適用例３のいずれかに記載の燃料電池において、前記複数の単セルは、２列の平行な積層体を形成しており、前記２列の積層体は、互いに逆方向に電圧を発生するように積層されているとともに、前記燃料電池の鉛直下方側に設けられた共用集電板によって電気的に接続されており、前記２つの積層体それぞれが、前記積層された単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、前記前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、を備える、燃料電池。
　この適用例によれば、積層体が２列存在する燃料電池においても適用可能である。
［適用例５］
　適用例４に記載の燃料電池において、前記２つの積層体の鉛直上方側の端部に配置された前記絶縁板は、前記２つの積層体に渡って設けられた１つの共用絶縁板を構成しており、前記エア抜き路は、前記共用絶縁板内で連通している、燃料電池。
　この適用例によれば、燃料電池外へのリーク経路を１つにすることが可能となる。
　本発明の形態は、燃料電池に限るものではなく、燃料電池搭載車両、燃料電池の冷却水からの気体除去方法等他の形態に適用することもできる。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
燃料電池システムを模式的に示す説明図である。 燃料電池システムの等価的な電気回路を模式的に示す説明図である。 エア抜き路２００の近傍を拡大して示す説明図である。 Ｚ方向（単セルの積層方向）から見たインシュレーター１４０の平面図である。 Ｙ方向（単セルの平面に沿った方向）から見たインシュレーターの側面図である。 Ｚ方向から見たエンドプレート１６０の平面図である。 Ｙ方向から見たエンドプレート１６０の側面図である。 変形例におけるＺ方向から見たエンドプレート１６０の平面図である。 図８に示す変形例におけるＹ方向から見たインシュレーター１４０とエンドプレート１６０の側面図である。 別の変形例におけるＸ方向から見た燃料電池スタックの側面図の一部である。 図１０に示す変形例における集電板の平面図である。 その他の変形例を示す説明図である。 第２の実施例におけるＸ方向から見た燃料電池スタックの側面図の一部である。 第２の実施例におけるＺ方向から見たインシュレーターの平面図である。 第２の実施例の電気回路を模式的に示す説明図である。 第２の実施例の変形例を示す説明図である。
　第１の実施例：
　図１は、燃料電池システムを模式的に示す説明図である。この燃料電池システム１０は、たとえば、車両に搭載されるが、その支持構造は図示を省略している。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、ラジエータ３００とを備える。燃料電池１００は、セルスタック１１０と、その両端に順次設置された集電板１２０、１３０と、インシュレーター１４０、１５０（絶縁板）と、エンドプレート１６０、１７０とを備える。セルスタック１１０は、鉛直斜め上方向に積層された複数の単セル１１２を備えており、鉛直上方側の集電板１２０が正電極板であり、鉛直下方側の集電板１３０は負電極板である。但し電極板の正負は逆であってもよい。
　２つのエンドプレート１６０、１７０は、図示しないテンションロッドにより締結されており、これによってセルスタック１１０を一定の締結力で締結している。また、下方側のエンドプレート１７０は、燃料電池スタックを車両のボディ（図示せず）に取り付けるためにも用いられる。
　燃料電池１００は、内部に、冷却水供給マニホールド１８０と冷却水排出マニホールド１９０と、を備える。冷却水供給マニホールド１８０は、下方側のエンドプレート１７０と、インシュレーター１５０と、集電板１３０と、セルスタック１１０と、を貫通している。冷却水排出マニホールド１９０は、下方側のエンドプレート１７０と、インシュレーター１５０と、集電板１３０と、セルスタック１１０の他に、上方側の集電板１２０も、貫通している。なお、隣接する単セル１１２の間のセパレータ（図示せず）には、冷却水供給マニホールド１８０と冷却水排出マニホールド１９０をつなぐ冷却水流路が設けられているが、図１では図示を省略している。この冷却水流路を流れる水により、燃料電池１００の個々の単セル１１２を冷却する。
　ラジエータ３００と、冷却水供給マニホールド１８０とは、冷却水供給配管３１０により接続されている。ここで、冷却水供給配管３１０と、冷却水供給マニホールド１８０とは、燃料電池１００の鉛直下方側のエンドプレート１７０で接続されている。冷却水供給配管３１０上には、冷却水供給ポンプ３３０が配置されている。また、ラジエータ３００と、冷却水排出マニホールド１９０とは、冷却水排出配管３２０により接続されている。冷却水排出配管３２０と、冷却水排出マニホールド１９０とも同様に、燃料電池１００の鉛直下方側のエンドプレート１７０で接続されている。なお、燃料電池システム１０は、さらに、燃料ガス供給配管と、燃料ガス排出配管と、酸化ガス供給配管（以上図示せず）と、酸化ガス排出配管２３０と、を有しており、これらの配管も、燃料電池１００の鉛直下方側のエンドプレート１７０で接続されている。これらに配管をセルスタック１１０の積層方向の一方に集める理由は、燃料電池１００を車両に搭載する場合、配管を一方に集めた方が、車両の燃料電池１００の収納部（例えばエンジンコンパートメント）内の配管レイアウトが容易になるからである。また、配管を燃料電池の鉛直下方側に配置する理由は、燃料電池の電気化学反応により生じた水を酸化ガス排出配管２３０から排出する場合に、下方からの方が排出し易いからである。
　ラジエータ３００は、ラジエータキャップ３０２と、ラジエータキャップ３０２に接続されたサブタンク３０４と、を備えている。ラジエータキャップ３０２と、サブタンク３０４は、ラジエータ３００内の圧力を調整するために用いられる。
　インシュレーター１４０は、冷却水排出マニホールド１９０の最上部に溜まった気泡４００を抜くためのエア抜き路２００を備える。この位置にエア抜き路２００を備える理由は、冷却水中に気泡４００が生じた場合、本実施例では、冷却水供給マニホールド１８０と冷却水排出マニホールド１９０の鉛直方向最も高い位置である冷却水排出マニホールド１９０の最上部に、気泡４００は集まり易いからである。エア抜き路２００は、ジョイント２１０により、エア抜きホース２２０と接続されている。この近傍の構成については、後で詳しく説明する。エア抜きホース２２０は、冷却水排出配管３２０に接続されている。なお、エア抜きホース２２０は、ラジエータ３００に接続されていてもよい。
　図２は、燃料電池システムの等価的な電気回路を模式的に示す説明図である。図２には、車両のボディ５００と、燃料電池１００と、ラジエータ３００とが模式的に描かれている。ラジエータ３００と、燃料電池１００とは、ボディ５００に取り付けられており、ラジエータ３００とボディ５００の間、及び燃料電池１００のマイナス側のエンドプレート１７０とボディ５００の間は、電気的に導通している。したがって、ラジエータ３００と、燃料電池１００のエンドプレート１７０とは、ボディ５００を介して電気的に導通している。なお、一般的には、ラジエータ３００、ボディ５００、エンドプレート１７０は、金属材料により構成されているので、ラジエータ３００とエンドプレート１７０の間のボディ５００を介した電気抵抗の大きさは、極めて小さい。また、本実施例では、ボディ５００の電位をグランド電位（ＧＮＤ）としている。
　ラジエータ３００と燃料電池１００とは、冷却水によりつながっているので、この冷却水による電気的導通を考える。水（純水）の比抵抗（理論値）は２５℃で１８．２４ＭΩ・ｃｍであり、抵抗値がきわめて大きく、水は、実質的には非導体である。しかし、水に不純物、特にイオンが含まれていると、比抵抗が小さくなり、水は電気電導性を示す。このイオンは、たとえば、燃料電池１００やラジエータ３００を構成する金属材料から金属がイオンとして溶出することにより生じる。このように、冷却水の比抵抗は、純水の比抵抗よりも小さくなるが、たとえば、イオン交換器を用いることにより、１ＭΩ・ｃｍ以上の比抵抗を有する冷却水を実現することは容易である。
　図２において、ラジエータ３００と燃料電池１００のマイナス側との間に設けられている冷却水供給配管３１０及び冷却水排出配管３２０は、電気抵抗Ｒ310、Ｒ320として描かれている。但し、これらの電気抵抗Ｒ310、Ｒ320は、以下の理由により、無視してもよい。上述したように、ラジエータ３００と燃料電池１００のエンドプレート１７０とは、ボディ５００を介して導通している。ラジエータ３００、ボディ５００、エンドプレート１７０は、金属材料により構成されているので、ラジエータ３００とエンドプレート１７０の間のボディを介した電気抵抗の大きさは、冷却水供給配管３１０及び冷却水排出配管３２０の電気抵抗Ｒ310、Ｒ320よりもはるかに小さいからである。また、冷却水供給配管３１０及び冷却水排出配管３２０は、いずれも燃料電池１００のマイナス側に接続されているので、電位が同じである。したがって、冷却水供給配管３１０から冷却水排出配管３２０へ電流が流れることはなく、冷却水排出配管３２０から冷却水供給配管３１０へも電流は流れない。なお、冷却水供給配管３１０及び冷却水排出配管３２０を太くして、流路抵抗を少なくすることが好ましい。こうすれば、冷却水供給ポンプ３３０の能力を大きくする必要がない。
　セルスタック１１０は、直列電池１１４を構成する。直列電池１１４のプラス側とマイナス側の集電板１２０、１３０は、外部負荷５１０に接続されている。集電板１３０とエンドプレート１７０との間は、インシュレーター１５０により絶縁されている。したがって、マイナス側の集電板１３０と、エンドプレート１７０との間について、金属を介した電気的導通は起こらない。しかし、マイナス側の集電板１３０と、エンドプレート１７０と、の間には、冷却水供給マニホールド１８０、冷却水排出マニホールド１９０中の冷却水が存在する。上述したように燃料電池で一般に用いられる冷却水には電気電導性があることから、マイナス側の集電板１３０と、エンドプレート１７０と、の間には、冷却水を介した電気的導通がある。
　次に、プラス側の集電板１２０と、ラジエータ３００との電気的導通を考える。インシュレーター１４０は、冷却水排出マニホールド１９０と連通するエア抜き路２００を有する。エア抜き路２００（詳細な構成は後述）は、ジョイント２１０及びエア抜きホース２２０を介して、冷却水排出配管３２０と接続されている。したがって、エア抜き路２００と、ジョイント２１０と、エア抜きホース２２０と、冷却水排出配管３２０との中に存在する冷却水により、プラス側の集電板１２０と、ラジエータ３００とは電気的に導通する。
　燃料電池１００の起電力をＶａ、エア抜き路２００の電気抵抗をＲ200、エア抜きホース２２０の電気抵抗をＲ220とすると、燃料電池１００のプラス側の集電板１２０の（電位＝Ｖａ）からラジエータ３００（電位＝ＧＮＤ）に流れるリーク電流Ｉａは、Ｉａ＝Ｖａ／（Ｒ200＋Ｒ220）となる。なお、この電気導通の経路におけるジョイント２１０と冷却水排出配管３２０の電気抵抗については、エア抜き路２００の電気抵抗Ｒ200及びエア抜きホース２２０の電気抵抗Ｒ220に比べて十分小さいとして、リーク電流Ｉａを計算している。
　リーク電流Ｉａを少なくするには、エア抜き路２００の電気抵抗Ｒ200、あるいは、エア抜きホース２２０の電気抵抗Ｒ220を大きくすることが考えられるが、エア抜き路２００の電気抵抗Ｒ200を大きくすることが好ましい。エア抜き路２００は、燃料電池１００の内部にあるが、エア抜きホース２２０は、燃料電池１００の外部にある。エア抜き路２００中の水の電気抵抗Ｒ200を大きくすることにより、この電気導通の経路における燃料電池１００内での電圧降下を大きくできるので、金属材料製のジョイント２１０を用いることも可能となる。この場合、ジョイント２１０は、エンドプレート１６０及び図示しないテンションロッドを介して、下方側のエンドプレート１７０に導通し、ボディ５００（＝ＧＮＤ、図２）に導通することになるが、エア抜き路２００中の電気抵抗Ｒ200が十分大きければ、このルートによるリーク電流Ｉｂ（＝Ｖａ／Ｒ200）を少なくすることが可能である。
　図３は、エア抜き路２００の近傍を拡大して示す説明図である。エア抜き路２００は、インシュレーター１４０中に形成されており、クランク形状を有している。エア抜き路２００は、下端部２００Ａと、上端部２００Ｂと、電気抵抗形成部２００Ｃとを備える。下端部２００Ａは、冷却水排出マニホールド１９０に連通している。上端部２００Ｂは、ジョイント２１０と接続されている。本実施例では、ジョイント２１０として、中空Ｌ字型の部材を用いている。電気抵抗形成部２００Ｃは、単セル１１２の積層方向と交わる方向に形成されており、下端部２００Ａと、上端部２００Ｂとを連通している。これにより、電気抵抗形成部２００Ｃの長さを長くし、電気抵抗形成部２００Ｃにおける電気抵抗を大きくすることが可能となる。ジョイント２１０の位置は、エア抜き路２００よりも鉛直方向の高い位置にある。その結果、冷却水排出マニホールド１９０の上部に移動してきた気泡４００は、エア抜き路２００、ジョイント２１０、エア抜きホース２２０を通って、燃料電池１００の外部に排出される。このとき、冷却水も同じ経路で排出されるが、冷却水の主たる排出経路ではないので、エア抜き路２００を太くする必要はない。
　上述したように、燃料電池１００は、隣接する単セル１１２間に、冷却水供給マニホールド１８０と冷却水排出マニホールド１９０とをつなぐ冷却水流路１８５を備える。この冷却水流路１８５は、セパレータ（図示せず）内部に形成されている。
　図４は、Ｚ方向（単セルの積層方向）から見たインシュレーター１４０の平面図である。インシュレーター１４０は、２つの凹部１４１、１４２と管部１４３を備える。凹部１４１、１４２は、インシュレーター１４０の互いに反対側の面に形成されており、図３に示した下端部２００Ａと上端部２００Ｂを構成する。管部１４３は、図３に示した電気抵抗形成部２００Ｃを形成する。凹部１４１はインシュレーター１４０の短辺側のほぼ中央の端部、具体的には、図１に示す冷却水排出マニホールド１９０と重なる位置に形成されており、凹部１４２はインシュレーター１４０の長辺側のほぼ中央の端部に形成されている。こうすることにより、管部１４３の長さＬを長く取ることができ、電気抵抗形成部２００Ｃの電気抵抗（図２の電気抵抗Ｒ200）を大きくすることが可能となる。
　図５は、Ｙ方向（単セルの平面に沿った方向）から見たインシュレーターの側面図である。インシュレーター１４０は、２枚のインシュレーター構成部材１４０Ａ、１４０Ｂを備える。インシュレーター構成部材１４０Ａには、凹部１４１Ａ及び溝１４３Ａが形成されている。凹部１４１Ａは、インシュレーター構成部材１４０Ａを貫通している。凹部１４１Ａは、図４の凹部１４１を形成し、図３に示した下端部２００Ａを構成する。インシュレーター構成部材１４０Ｂには、凹部１４２Ｂが形成されている。凹部１４２Ｂは、インシュレーター構成部材１４０Ｂを貫通している。凹部１４２Ｂは、図４の凹部１４２を形成し、図３に示した上端部２００Ｂを構成する。インシュレーター構成部材１４０Ａの溝１４３Ａは、２枚のインシュレーター構成部材１４０Ａ、１４０Ｂを張り合わせたときにインシュレーター構成部材１４０Ｂの凹部１４２Ｂと重なる位置から、凹部１４１Ａまで掘られている。溝１４３Ａが内側になるように２枚のインシュレーター構成部材１４０Ａ、１４０Ｂを張り合わせることにより、溝１４３Ａの上側がインシュレーター構成部材１４０Ｂに覆われて、図４に示した管部１４３が形成され、電気抵抗形成部２００Ｃとして機能する。なお、本実施例では、溝１４３Ａは、インシュレーター構成部材１４０Ａに形成されているが、インシュレーター構成部材１４０Ａ、１４０Ｂの少なくとも一方に形成されていればよい。
　図６は、Ｚ方向から見たエンドプレート１６０の平面図である。図７は、Ｙ方向から見たエンドプレート１６０の側面図である。エンドプレート１６０は、インシュレーター１４０が配置される面１６０ａと反対側の面１６０ｂの長辺のほぼ中央に切り欠き１６２を有する。切り欠き１６２の底からインシュレーター１４０が配置される面１６０ａに向かって孔１６４が形成されている。孔１６４は、エンドプレート１６０とインシュレーター１４０とを重ねたときに、インシュレーター１４０の凹部１４２（図４）と連通する。切り欠き１６２には、ジョイント２１０が接続されている。ジョイント２１０の先端には、エア抜きホース２２０を接続するための管継手が設けられている。なお、ジョイント２１０は、切り欠き１６２に収まっていること、すなわち、エンドプレート１６０の外周を包含する直方体の内部に収まっていること、が好ましい。ジョイント２１０がエンドプレート１６０の外周を包含する直方体の内部に収まっていれば、他の部材がジョイント２１０に接触しにくく、電流リークを抑制しやすい。また、車両が衝突して衝撃を受けたときでも、エンドプレート１６０により保護されるので、ジョイント２１０が壊れにくい。
　以上、本実施例によれば、燃料電池１００の上側のインシュレーター１４０中に単セル１１２の積層方向と交わる方向に延びる電気抵抗形成部２００Ｃを含むようにエア抜き路２００が形成されているので、エア抜き路２００の電気抵抗を大きく取ることが可能となる。その結果、エア抜き路２００を介したリーク電流を少なくすることが可能となる。
　また、本実施例によれば、ジョイント２１０は、インシュレーター１４０の中の中央近傍の凹部１４２と接続されているので、管部１４３の長さＬを長く取ることができ、電気抵抗形成部２００Ｃの電気抵抗を大きくすることが可能となる。
　また、本実施例では、ジョイント２１０は、エンドプレート１６０の切り欠き１６２の内部に、すなわち外縁からはみ出ないように、収められている。したがって、他の部材がジョイント２１０に接触しにくいため、電流リークを抑制しやすい。また、車両が衝突して衝撃を受けたときでも、エンドプレート１６０により保護されて、ジョイント２１０が壊れにくい。
[第１の実施例の変形例]
　図８は、変形例におけるＺ方向から見たエンドプレート１６０の平面図である。図９は、図８に示す変形例におけるＹ方向から見たインシュレーター１４０とエンドプレート１６０の側面図である。図６に示す例では、エンドプレート１６０の長辺のほぼ中央に切り欠き１６２を備えていたが、この変形例では、長辺のほぼ中央からエンドプレート１６０の中央方向にやや離間した位置に凹部１６３が形成されている。図６に示す例では、Ｌ字型に曲がったジョイント２１０を用いているが、この変形例では、真っ直ぐなジョイント２１１を用いている。また、インシュレーター１４０に形成されるエア抜き路２００の端部２００Ｂの位置は、エンドプレート１６０の凹部１６３の位置にあわせて移動している。このように、エンドプレート１６０の長辺のほぼ中央からエンドプレート１６０の中央方向にやや離間した位置にジョイント２１１を備えるように構成してもよい。この変形例によれば、ジョイント２１１は、６方のうち上方を除いた５方を覆われているので、他の部材がジョイント２１１に、より接触し難く、電流リークを抑制しやすい。また、車両が衝突して衝撃を受けたときでも、ジョイント２１１が、より壊れにくい。　
　図１０は、別の変形例におけるＸ方向から見た燃料電池スタックの側面図の一部である。図１１は、図１０に示す変形例における集電板の平面図である。図１０に示すように、この変形例では、インシュレーター１４０は、集電板１２０側に帯状の凸部１４５を備え、凸部１４５の内部にエア抜きチューブ２０１を備える。エア抜きチューブ２０１は、エア抜き路２００として機能する。エア抜きチューブ２０１を有するインシュレーター１４０は、絶縁性の樹脂で構成されており、エア抜きチューブ２０１を含んだ状態で、射出成形することにより形成することが可能である。なお、上述したように、複数のインシュレーター構成部材を張り合わせてインシュレーター１４０を形成してもよい。
　集電板１２０は、インシュレーター１４０の凸部１４５を収めるための帯状の凹部１２１を備える。集電板１２０は、単セル１１２が発生させた電気を集めることができればよく、強度は要求されないので、このような凹部１２１を備えてもよい。こうすることにより、インシュレーター１４０は、エア抜き路２００を内部ではなくて凸部１４５に有するので、インシュレーター１４０の強度を高めることが可能となる。なお、エア抜き路２００は全部が凸部１４５内にある必要はなく、少なくとも一部が凸部１４５内にあればよい。
　また、図１１に示すように、集電板１２０は、インシュレーター１４０と反対側の面に、シール部材１２３を備える。集電板１２０のインシュレーター１４０と反対側には、単セル１１２が配置されている。単セル１１２には、上述した冷却水供給マニホールド１８０、冷却水排出マニホールド１９０のほか、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給、排出用のマニホールド（図示せず）が貫通している。シール部材１２３は、冷却水や、これらの反応ガスが、集電板１２０と単セル１１２の境界から漏れないようにシールする。
　凹部１２１は、シール部材１２３が設けられていない部分に形成されていることが好ましい。シール部材１２３の面圧が不安定になることを抑制することが可能となる。
　図１２は、その他の変形例を示す説明図である。たとえば、下側のエンドプレート１７０だけでなく、上側のエンドプレート１６０も燃料電池１００のボディ５００への固定に用いる場合がある。その場合、エンドプレート１６０はボディ５００（図２）と接地されることになる。集電板１２０は、エア抜き路２００中の冷却水を介して、エンドプレート１６０に電気的に導通し、ボディ５００にも導通する。すなわち、集電板１２０から、ボディ５００にリーク電流が流れる事となる。しかし、本実施例によれば、エア抜き路２００の長さＬを長く取って必要な電気抵抗を確保することにより、このリーク電流の大きさを一定以下に小さく抑えることが可能である。したがって、上側のエンドプレート１６０がボディ５００と接地されていてもよい。なお、この場合、ジョイント２１０として金属製のジョイントを用いることが可能となる。エンドプレート１６０がボディ５００と接地されているので、ジョイント２１０から、エア抜きホース２２０中の水を介した電流リークは無視できる。
[第２の実施例]
　図１３は、第２の実施例におけるＸ方向から見た燃料電池スタックの側面図の一部である。図１４は、第２の実施例におけるＺ方向から見たインシュレーターの平面図である。第２の実施例では、燃料電池システムは、単セル１１２が積層して形成される２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂを備えている。この実施例では、図１４に示すように、２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂは、水平方向（図面のＸ方向）に並んでいる。そして、この２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂの起電力の向きは逆である。
　本実施例では、それぞれのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂは、それぞれエア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂを備える。冷却水排出マニホールド（図示せず）と接続されるエア抜き路２０２Ａの凹部１４１Ａは、セルスタック１１０Ｂとは反対側の外縁部に配置されている。エア抜き路２０２Ｂの凹部１４１Ｂについても同様である。こうすると、凹部１４１Ａと凹部１４１Ｂとの距離が離れるように構成することが可能となる。エア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂは、インシュレーター１４０の長辺側中央近傍で合流し、１本のエア抜き路２０２Ｃを形成し、凹部１４２に接続されている。このように２つのエア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂを合流させることにより、ジョイント２１０と、エア抜きホース２２０は、それぞれ１つで済む。また、このように凹部１４１Ａと凹部１４１Ｂとの距離が離れるように構成することにより、合流するまでのエア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂの長さＬＡ、ＬＢを長く取ることが可能となる。その結果、エア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂの電気抵抗（Ｒ202A、Ｒ202B）を大きくすることが可能となる
　図１５は、第２の実施例の電気回路を模式的に示す説明図である。以下、図２と異なる点を説明する。２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂは、それぞれ、直列電池１１４Ａ、１１４Ｂを形成している。直列電池１１４Ａ、１１４Ｂの起電力の向きは逆向きである。セルスタック１１０Ａの鉛直上側（プラス側）には、集電板１２０Ａを備えている。セルスタック１１０Ｂの鉛直上側（マイナス側）には、集電板１２０Ｂを備えている。２つの集電板１２０Ａ、１２０Ｂは、互いに絶縁されている。集電板１２０Ａ、１２０Ｂは、負荷５００と接続されている。セルスタック１１０Ａ、１１０Ｂは、集電板１２０Ａ、１２０Ｂのさらに鉛直上側に、インシュレーター１４０とエンドプレート１６０とを備える。インシュレーター１４０とエンドプレート１６０は、セルスタック１１０Ａ用、１１０Ｂ用に分割されておらず、共用されている。セルスタック１１０Ａ、１１０Ｂは、鉛直下側に、集電板１３０と、インシュレーター１５０と、エンドプレート１７０とを備える。集電板１３０は、セルスタック１１０Ａ用、１１０Ｂ用に分割されておらず、直列電池１１４Ａのマイナス側と直列電池１１４Ｂのプラス側を接続する。インシュレーター１５０とエンドプレート１７０とが、セルスタック１１０Ａ用、１１０Ｂ用に分割されていないのは、同様である。
　インシュレーター１４０内部には、２つのエア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂが形成されており、これにより電気抵抗Ｒ202A、Ｒ202Bが形成されている。２つのエア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂは、合流してエア抜き路２０２Ｃを形成し、ジョイント２１０（図示せず）を介して、エア抜きホース２２０に接続されている。
　このように、２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂが並列で設けられた燃料電池システム１０においても、電気抵抗を高めたエア抜き路を適用することが可能である。なお、２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂを電気的に直列に接続するための集電板１３０は、冷却水供給配管３１０と、冷却水排出配管３２０の側に、設けることが好ましい。セルスタック１１０Ａに冷却水を供給する冷却水供給配管３１０Ａと、セルスタック１１０Ｂに冷却水を供給する冷却水供給配管３１０Ｂと、の電位が同じになり、セルスタック１１０Ａから冷却水が排出される冷却水排出配管３２０Ａと、セルスタック１１０Ｂから冷却水が排出される冷却水排出配管３１０Ｂと、の電位が同じになるため、冷却水供給配管３１０Ａと冷却水供給配管３１０Ｂとの間の電流リーク及び、冷却水排出配管３２０Ａと却水排出配管３１０Ｂとの間の電流リークを抑制することが可能となる。
　本実施例では、セルスタック１１０Ａ用、１１０Ｂの上方に共用のインシュレーター１４０を１つ有しており、インシュレーター１４０内で２つのエア抜き路２０２Ａ、２０２Ｂを合流（連通）させている。これにより、燃料電池システム１０の外部へのリーク経路は１つとなる。また、ジョイント２１０と、エア抜きホース２２０がそれぞれ１つで済む。なお、セルスタック１１０Ａ用、１１０Ｂ用に独立してインシュレーター１４０を設け、ジョイント２１０と、エア抜きホース２２０もそれぞれ独立して設ける構成であってもよい。
　図１６は、第２の実施例の変形例を示す説明図である。この変形例では、２つのセルスタック１１０Ａ、１１０Ｂが、Ｙ方向に並列している。すなわち、セルスタック１１０Ａのほうが鉛直方向でやや高い位置にある。このような構成であってもよい。この場合、セルスタック１１０Ａ用のエア抜き路の長さは、セルスタック１１０Ｂ用のエア抜き路の長さよりも短くなる恐れがある。電気抵抗は、長さ／面積に比例するので、セルスタック１１０Ａ用のエア抜き路の長さ／面積と、セルスタック１１０Ｂ用のエア抜き路の長さ／面積とがほぼ同じになるようにエア抜き路を形成してもよい。
　上記各実施例で用いた図面（たとえば図４）では、エア抜き路２００の電気抵抗形成部２００Ｃ（管部１４３）の形状はまっすぐな直線形状であるが、折れ曲がった形状や、曲線形状であってもよい。まっすぐな直線形状よりも電気抵抗形成部２００Ｃの長さを長くすることが可能となるので、電気抵抗２００Ｒを大きくすることが可能となる。
　また、上記各実施例では、エンドプレート１６０に切り欠き１６２や凹部１６３を設け、そこにジョイント２１０を配置しているが、インシュレーター１４０に切り欠きや凹部を設けて、そこにジョイント２１０を配置してもよい。
　上記各実施例では、冷媒として冷却水を例にとり説明したが、他の冷媒であってもよい。
　本実施例では、セル１１２が鉛直斜め方向に積層されているセルスタック１１０を例にとり説明したが、セルの積層方向は、鉛直方向であってもよい。
　本実施例では、エア抜き路２００は、冷却水排出マニホールド１９０に接続されているが、エア抜き路２００は、冷却水供給マニホールド１８０に接続されていてもよい。
　以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
　　１０…燃料電池システム
　　１００、１００Ａ、１００Ｂ…燃料電池
　　１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ…セルスタック
　　１１２…単セル
　　１１４、１１４Ａ、１１４Ｂ…直列電池
　　１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１３０…集電板
　　１２１…凹部
　　１２３…シール部材
　　１４０…インシュレーター（絶縁板）
　　１４０Ａ、１４０Ｂ…インシュレーター構成部材
　　１４１、１４２、１４１Ａ、１４２Ｂ…凹部
　　１４３…管部
　　１４３Ａ…溝
　　１４５…凸部
　　１５０…インシュレーター
　　１６０…エンドプレート
　　１６３…凹部
　　１６４…孔
　　１７０…エンドプレート
　　１８０…冷却水供給マニホールド
　　１８５…冷却水流路
　　１９０…冷却水排出マニホールド
　　２００、２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ…エア抜き路
　　２００Ａ…下端部
　　２００Ｂ…上端部
　　２００Ｃ…電気抵抗形成部
　　エア抜き２０１…チューブ
　　２１０、２１１…ジョイント
　　２２０…エア抜きホース
　　２３０…酸化ガス排出配管
　　３００…ラジエータ
　　３０２…ラジエータキャップ
　　３０４…サブタンク
　　３１０…冷却水供給配管
　　３２０…冷却水排出配管
　　３３０…冷却水供給ポンプ
　　４００…気泡
　　５００…ボディ
　　５１０…外部負荷
　　Ｉａ…リーク電流
　　Ｉｂ…リーク電流
　　Ｒ200、Ｒ220、Ｒ310、Ｒ320、Ｒ202A、Ｒ202B…電気抵抗
　　Ｖａ…起電力（電位）

Claims (5)

  1. 　燃料電池であって、
    　鉛直上下方向または鉛直斜め上下方向に積層された複数の単セルと、
    　前記積層された複数の単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、
    　前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、
    　前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、
    　を備え、
    　前記冷媒供給排出マニホールド及び前記冷媒排出マニホールドは、前記燃料電池の鉛直下方側の端部において、冷媒供給配管、冷媒排出配管にそれぞれ接続されており、
    　前記エア抜き路は、
    　　前記絶縁板中に前記単セルの積層方向と交わる方向に延びる部分を含むように形成されており、
    　　前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドの鉛直方向上端側において、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続されている、
    　燃料電池。
  2. 　請求項１に記載の燃料電池において、
    　前記エア抜き路の一方の端部は、前記冷媒排出マニホールドまたは前記冷媒供給マニホールドと接続され、
    　前記エア抜き路の他方の端部は、前記絶縁板の外縁部の中央近傍で、エアを外部に取り出すためのジョイントに接続されている、燃料電池。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、さらに、
    　前記絶縁板に隣接するエンドプレートを備え、
    　前記ジョイントは、前記エンドプレートの外周を包含する直方体からはみ出ないように収められている、燃料電池。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
    　前記複数の単セルは、２列の平行な積層体を形成しており、
    　前記２列の積層体は、互いに逆方向に電圧を発生するように積層されているとともに、前記燃料電池の鉛直下方側に設けられた共用集電板によって電気的に接続されており、
    　前記２つの積層体それぞれが、
    　　前記積層された単セルの鉛直上方側の端部に配置された絶縁板と、
    　　前記前記複数の単セルに冷媒を分配する冷媒供給マニホールド及び前記複数の単セルから排出された冷媒を集合する冷媒排出マニホールドと、
    　前記冷媒供給マニホールドまたは前記冷媒排出マニホールドに溜まった気体を抜くためのエア抜き路と、
    　を備える、
    　燃料電池。
  5. 　請求項４に記載の燃料電池において、
    　前記２つの積層体の鉛直上方側の端部に配置された前記絶縁板は、前記２つの積層体に渡って設けられた１つの共用絶縁板を構成しており、
    　前記エア抜き路は、前記共用絶縁板内で連通している、燃料電池。
    　
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