JP2004006428A - Fuel cell and fuel cell system - Google Patents
Fuel cell and fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004006428A JP2004006428A JP2003327042A JP2003327042A JP2004006428A JP 2004006428 A JP2004006428 A JP 2004006428A JP 2003327042 A JP2003327042 A JP 2003327042A JP 2003327042 A JP2003327042 A JP 2003327042A JP 2004006428 A JP2004006428 A JP 2004006428A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- fuel
- cell device
- stack
- cooling water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池および燃料電池システムに関し、詳しくは、単セルを複数積層してなるスタック構造を備え、所定の運転温度において電気化学反応を行なって起電力を得る燃料電池およびこの燃料電池を備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell having a stack structure in which a plurality of single cells are stacked, performing an electrochemical reaction at a predetermined operating temperature to obtain an electromotive force, and a fuel cell. The present invention relates to a fuel cell system provided.
燃料電池は、燃料ガスまたは酸化ガスの供給を受ける電極において進行する電気化学反応によって起電力を得るため、一般に室温以上の所定の高温下で運転される。例えば、電解質層として固体高分子膜を備えた固体高分子型燃料電池の場合は、固体高分子膜の耐熱温度を考慮して通常は80から100℃で運転される。このような燃料電池の運転温度下においては、燃料電池を構成する各部材は熱膨張を起こす。上記した固体高分子型燃料電池などは通常単セルを複数積層したスタック構造を形成しているが、このような燃料電池では熱膨張によってスタック構造内部に大きな圧力が発生してしまう。すなわち、上記スタック構造を形成する各部材の厚みが数ミリ程度であり熱膨張する量がわずかであっても、単セルが数十組あるいは百組を越えて積層されたスタック構造全体では熱膨張の量は無視し難いものとなり、スタック構造内部には大きな圧力が発生する。例えば、数十から数百組程度の単セルを積層して所定の圧力を加えて燃料電池を作製した場合には、この燃料電池の内部温度を上記運転温度に昇温することにより面圧が1.5から2.0倍に上昇する。 (4) A fuel cell is generally operated at a predetermined high temperature of room temperature or higher in order to obtain an electromotive force by an electrochemical reaction that proceeds at an electrode supplied with a fuel gas or an oxidizing gas. For example, in the case of a polymer electrolyte fuel cell provided with a polymer electrolyte membrane as an electrolyte layer, it is usually operated at 80 to 100 ° C. in consideration of the heat resistance temperature of the polymer electrolyte membrane. At such an operating temperature of the fuel cell, the members constituting the fuel cell undergo thermal expansion. The above-mentioned polymer electrolyte fuel cell or the like usually has a stack structure in which a plurality of single cells are stacked, but in such a fuel cell, a large pressure is generated inside the stack structure due to thermal expansion. That is, even if the thickness of each member forming the above-mentioned stack structure is about several millimeters and the amount of thermal expansion is small, the thermal expansion of the entire stack structure in which tens or hundreds of single cells are stacked is considered. Is not negligible, and a large pressure is generated inside the stack structure. For example, when a fuel cell is manufactured by stacking tens to hundreds of single cells and applying a predetermined pressure, the surface pressure is increased by raising the internal temperature of the fuel cell to the operating temperature. It increases from 1.5 to 2.0 times.
スタック構造内部にこのような圧力が発生すると、各単セルが備えるガス拡散電極が圧縮されて電極でのガスの拡散性が低下し、電池性能が低下してしまうという不都合を生じる。さらに、スタック構造内部において発生する圧力が大きくなると、スタック構造を構成する各部材の劣化や損傷につながるおそれがある。逆に、燃料電池が運転待機状態となって燃料電池の温度が下降したときには、膨張していたスタック構造が縮小することによる弊害も生じる。例えば、その後燃料電池の運転を再開する場合に、燃料電池の内部温度が充分上昇するまでの期間は電解質膜に作用する面圧が低い状態となるため、この間の燃料電池の内部抵抗が上昇してしまい電池性能が悪化する。 (4) When such a pressure is generated inside the stack structure, the gas diffusion electrode provided in each single cell is compressed, and the gas diffusivity at the electrode is reduced, which causes a disadvantage that the battery performance is reduced. Further, when the pressure generated inside the stack structure increases, each member constituting the stack structure may be deteriorated or damaged. Conversely, when the temperature of the fuel cell drops due to the fuel cell becoming in the operation standby state, a disadvantage due to the contraction of the expanded stack structure also occurs. For example, when the operation of the fuel cell is restarted thereafter, the surface pressure acting on the electrolyte membrane is in a low state until the internal temperature of the fuel cell rises sufficiently, and the internal resistance of the fuel cell during this period increases. The battery performance deteriorates.
そこで従来は、燃料電池の積層方向にスプリングを配置してこのスプリングによってスタック構造が熱膨張する力を吸収し、スタック構造内部における圧力変動の防止が図られていた(例えば、特許文献1、特許文献2)。スタック構造を有する燃料電池では、燃料電池の内部抵抗を所定の抵抗値以下に抑えるために、スタック構造の積層方向に所定の圧力を生じさせながらスタック構造を形成する必要がある。そこで通常は、ボルトとナットを用いてスタック構造の締め付けを行ない、スタック構造に所定の押圧力を作用させている。上記した熱膨張時に発生する非所望の圧力を吸収させるためのスプリングは、このボルトとナットの間に設けられる。このような構成の燃料電池では、燃料電池内の温度が上昇してスタック構造が熱膨張しても、スプリングが圧縮されることで熱膨張量を吸収するため燃料電池内部の圧力の変動を抑えることができる。逆に燃料電池の温度が低下してスタック構造が収縮したときにも、スプリングからの押圧力がかかるために燃料電池内部の圧力が所定の範囲に保たれる。 Therefore, conventionally, a spring is arranged in the stacking direction of the fuel cell, and the spring absorbs the force of the thermal expansion of the stack structure, thereby preventing pressure fluctuation inside the stack structure (for example, Patent Document 1, Patent Document 1). Reference 2). In a fuel cell having a stack structure, it is necessary to form the stack structure while generating a predetermined pressure in the stacking direction of the stack structure in order to suppress the internal resistance of the fuel cell to a predetermined resistance value or less. Therefore, usually, the stack structure is tightened using bolts and nuts to apply a predetermined pressing force to the stack structure. A spring for absorbing the undesired pressure generated at the time of the thermal expansion is provided between the bolt and the nut. In the fuel cell having such a configuration, even if the temperature inside the fuel cell rises and the stack structure thermally expands, the spring is compressed to absorb the amount of thermal expansion, thereby suppressing the pressure fluctuation inside the fuel cell. be able to. Conversely, even when the temperature of the fuel cell decreases and the stack structure contracts, the pressure inside the fuel cell is maintained in a predetermined range because of the pressing force from the spring.
しかしながら、上記したようにスタック構造の端部にスプリングを設け、スタック構造に生じる圧力を調節する構成とする場合には、このスプリング構造を設けるために燃料電池が長手方向に長くなり、燃料電池の大型化を招いてしまう。上記したように燃料電池内部にかかる圧力は非常に大きなものであり、このように大きな圧力をスプリングによって吸収しようとすると非常に大きなスプリングを設ける必要がある。このような燃料電池の大型化は、たとえば燃料電池を車両駆動用の電源として用いる場合のように、設置可能なスペースに厳しい制約がある場合には特に不利となってしまう。上記したようなスタック構造を備えた燃料電池では、積層する単セルの数を増やすことによって電池の出力を増大させることが可能であるが、上記スプリング構造によって燃料電池が長手方向に大型化することは、単セル数の増加、延いては電池出力の向上を抑制することになる。さらに、スタック構造の積層面の所定の位置に数個設けた締め付け箇所のスプリングによって圧力を吸収したのでは、各単セル面において面圧が不均一に分布することになり、燃料電池内部の圧力を適正に維持することが困難な場合がある。 However, when a spring is provided at the end of the stack structure to adjust the pressure generated in the stack structure as described above, the fuel cell becomes longer in the longitudinal direction in order to provide the spring structure, and the This leads to an increase in size. As described above, the pressure applied to the inside of the fuel cell is very large, and it is necessary to provide a very large spring in order to absorb such a large pressure by the spring. Such an increase in the size of the fuel cell is particularly disadvantageous when there is a strict restriction on the space in which the fuel cell can be installed, for example, when the fuel cell is used as a power source for driving a vehicle. In a fuel cell having the above-described stack structure, it is possible to increase the output of the cell by increasing the number of unit cells to be stacked, but the spring structure increases the size of the fuel cell in the longitudinal direction. This suppresses an increase in the number of single cells and, consequently, an increase in battery output. Furthermore, if the pressure is absorbed by the springs at the fastening points provided at predetermined positions on the stacking surface of the stack structure, the surface pressure is unevenly distributed on each unit cell surface, and the pressure inside the fuel cell is reduced. May be difficult to maintain properly.
本発明の燃料電池および燃料電池しシステムは、こうした問題を解決し、燃料電池の運転中に燃料電池内部の温度が変化したときにも燃料電池内部に非所望の圧力が生じてしまうのを防止することを目的としてなされ、次の構成を採った。 The fuel cell and the fuel cell system of the present invention solve these problems, and prevent the occurrence of undesired pressure inside the fuel cell even when the temperature inside the fuel cell changes during operation of the fuel cell. It has the following configuration.
本発明の燃料電池は、
単電池を複数積層してなるスタック構造と、
前記スタック構造を内部に収納すると共に、前記スタック構造に対して積層方向に押圧力を加える折り曲げ係合部を端部に有するスタック収納部材と
を備えることを要旨とする。
The fuel cell of the present invention comprises:
A stack structure formed by stacking a plurality of cells,
And a stack storage member having, at an end, a bending engagement portion for applying a pressing force to the stack structure in a stacking direction.
このような燃料電池において、
前記折り曲げ係合部は、前記スタック構造において積層方向に生じる電気抵抗の値が所定値以下となるように、前記押圧力を加えることとしても良い。
In such a fuel cell,
The bending engagement portion may apply the pressing force so that a value of an electric resistance generated in a stacking direction in the stack structure is equal to or less than a predetermined value.
本発明は、以下に示す他の態様をとることも可能である。第1の態様として、
本発明の燃料電池において、前記スタック収納部材の外周部に設けられた流体導入部に導入される流体が気体である構成とすることができる。このような場合には、スタック収納部材は、内部を流れる気体によって昇温されて熱膨張して、スタック収納部材内部に発生する非所望の圧力を緩和することができる。
The present invention can also take other aspects described below. As a first aspect,
In the fuel cell according to the aspect of the invention, the fluid introduced into the fluid introduction portion provided on the outer peripheral portion of the stack housing member may be a gas. In such a case, the temperature of the stack storage member is raised by the gas flowing inside and thermal expansion occurs, so that undesired pressure generated inside the stack storage member can be reduced.
また、第2の態様としては、前記流体が液体である構成とすることができる。このような場合には、スタック収納部材は、内部を流れる液体によって昇温されて熱膨張して、スタック収納部材内部に発生する非所望の圧力を緩和することができる。さらに、流体として液体を用いる場合には、上記第1の態様のように流体として気体を用いる場合に比べて伝熱の効率が高いため、より低い温度の流体で同様の昇温効果が得られる。 Also, in a second aspect, the fluid may be a liquid. In such a case, the temperature of the stack storage member is raised by the liquid flowing therein and thermally expanded, so that an undesired pressure generated inside the stack storage member can be reduced. Further, when a liquid is used as the fluid, the efficiency of heat transfer is higher than in the case where a gas is used as the fluid as in the first embodiment, and thus a similar temperature increasing effect can be obtained with a lower temperature fluid. .
第3の態様としては、前記流体導入部として前記流体を導入可能に形成された前記所定の空間が、前記スタック構造の積層方向に平行に形成された流路である構成とすることができる。このような場合には前記流体は、前記流体導入部に導入されて前記スタック構造の積層方向に平行な向きに流れることによって、前記スタック収納部材を昇温させ、スタック収納部材を熱膨張させることができる。 As a third aspect, the predetermined space formed so as to be able to introduce the fluid as the fluid introduction portion may be a flow path formed in parallel with the stacking direction of the stack structure. In such a case, the fluid is introduced into the fluid introduction portion and flows in a direction parallel to the stacking direction of the stack structure, thereby raising the temperature of the stack storage member and thermally expanding the stack storage member. Can be.
第4の態様としては、前記流体導入部として前記流体を導入可能に形成された前記所定の空間が、前記スタック収納部材の外周部においてらせん型に形成された流路である構成とすることができる。このような場合には前記流体は、前記流体導入部に導入されて、前記スタック収納部材の外周部においてらせん型に形成された流路内を流れることによって前記スタック収納部材を昇温させ、スタック収納部材を熱膨張させることができる。 As a fourth aspect, the predetermined space formed so as to be able to introduce the fluid as the fluid introduction portion is a spirally formed flow path in the outer peripheral portion of the stack storage member. it can. In such a case, the fluid is introduced into the fluid introduction portion and flows through a spirally formed flow path at the outer peripheral portion of the stack storage member, thereby raising the temperature of the stack storage member, and The storage member can be thermally expanded.
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図1は本実施例の燃料電池装置20の外観を例示する斜視図であり、図2は燃料電池装置20の内部に形成されたスタック構造24の構成を示す斜視図である。燃料電池装置20は、図1に示すように外周部にジャケット部52を形成するスタック収納部材50の内部に、図2に示すスタック構造24を収納してなる。ジャケット部52は流体を導入可能な中空構造を備えている。このジャケット部52の構成は本発明の要部に対応するものであり、後に詳述する。スタック構造24は、燃料電池装置20において起電力を得るための構造上の主体である。まず最初に、このスタック構造24の構造およびスタック構造24によって形成される燃料電池30の発電機構について説明し、続いてスタック収納部材50へのスタック構造24の組み付け方法と、燃料電池装置20での燃料ガスと酸化ガスおよび冷却水の流れについて説明し、その後ジャケット部52の構成について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to examples in order to further clarify the configuration and operation of the present invention described above. FIG. 1 is a perspective view illustrating the appearance of the fuel cell device 20 of the present embodiment, and FIG. 2 is a perspective view illustrating the configuration of a
スタック構造24は、単セル22を基本単位として構成されている。最初に、単セル22の構成と、燃料電池30における発電機構とについて説明する。燃料電池30は固体高分子電解質型の燃料電池であり、以下に反応式を示す電気化学反応によって起電力を得ている。(1)式は陰極側(アノード)における反応、(2)式は陽極側(カソード)における反応を示し、電池全体では(3)式に示す反応が進行する。
The
H2 → 2H++2e- …(1)
(1/2)O2+2H++2e- → H2O …(2)
H2+(1/2)O2 → H2O …(3)
H 2 → 2H + + 2e - ... (1)
(1/2) O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (2)
H 2 + (1 /) O 2 → H 2 O (3)
燃料電池30は、陰極側に水素リッチな燃料ガスの供給を受けて上記(1)式の反応を行ない、陽極側には酸化ガスである空気の供給を受けて上記(2)式の反応を行なう。図3は、単セル22の構成を例示する断面模式図である。単セル22は、電解質膜31と、アノード32およびカソード33と、セパレータ34,35とから構成されている。
The fuel cell 30 receives the supply of the hydrogen-rich fuel gas on the cathode side and performs the reaction of the above formula (1), and receives the supply of air as the oxidizing gas on the anode side and performs the reaction of the above formula (2). Do. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the
アノード32およびカソード33は、電解質膜31を両側から挟んでサンドイッチ構造を成すガス拡散電極である。セパレータ34,35は、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード32およびカソード33との間に、燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する。アノード32とセパレータ34との間には燃料ガス流路34Pが形成されており、カソード33とセパレータ35との間には酸化ガス流路35Pが形成されている。セパレータ34,35は、図2ではそれぞれ片面にのみ流路を形成しているが、実際にはその両面にリブが形成されており、片面はアノード32との間で燃料ガス流路34Pを形成し、他面は隣接する単セルが備えるカソード33との間で酸化ガス流路35Pを形成する。このように、セパレータ34,35は、ガス拡散電極との間でガス流路を形成するとともに、隣接する単セル間で燃料ガスと酸化ガスの流れを分離する役割を果たしている。
The
ここで、電解質膜31は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。本実施例では、ナフィオン膜(デュポン社製)を使用した。電解質膜31の表面には、触媒としての白金または白金と他の金属からなる合金が塗布されている。触媒を塗布する方法としては、白金または白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を作製し、この触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散させ、電解質溶液(例えば、Aldrich Chemical社、Nafion Solution)を適量添加してペースト化し、電解質膜31上にスクリーン印刷するという方法をとった。あるいは、上記触媒を担持したカーボン粉を含有するペーストを膜成形してシートを作製し、このシートを電解質膜31上にプレスする構成も好適である。
Here, the
アノード32およびカソード33は、共に炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されている。なお、本実施例では、アノード32およびカソード33をカーボンクロスにより形成したが、炭素繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフエルトにより形成する構成も好適である。また、本実施例では、上述したように白金などからなる触媒を電解質膜31上に付着させる構成としたが、アノード32およびカソード33の電解質膜31と接する側の表面に、白金などからなる触媒のペーストを塗布することとしても良い。
セパレータ34,35は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンにより形成されている。セパレータ34,35は その両面に溝状の複数のリブを形成しており、既述したように、アノード32の表面とで燃料ガス流路34Pを形成し、隣接する単セルのカソード33の表面とで酸化ガス流路35Pを形成する。ここで、各セパレータの表面に形成されたリブの形状は、ガス拡散電極に対して燃料ガスまたは酸化ガスを供給可能な形状であればよい。
The
図4に、本実施例のスタック構造24において実際に単セル22が積層される様子を分解斜視図によって表わす。セパレータ34,35は、実際のスタック構造24では、端部セパレータ60,61、中央セパレータ70、冷却セパレータ80のいずれかとして構成されている。なお本実施例では、これらのセパレータ上に設けられたリブ構造により形成される燃料ガス流路34Pと酸化ガス流路35Pとは、互いに直交している。以下に、上記各セパレータそれぞれの構造について説明する。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing how the
端部セパレータ60は、剛性と導電率とが高い金属、例えば銅合金やアルミニウム合金等により、図4に示すように円形に形成されている。この端部セパレータ60の周辺部には、4つの燃料孔62A,62Bが形成されている。この4つの燃料孔62A,62Bは、後述する中央セパレータ70に形成された4つの燃料孔72A,72Bと冷却セパレータ80に形成された4つの燃料孔82A,82Bと共に、スタック構造24を形成した際にこのスタック構造24を積層方向に貫通する燃料などの流路を形成する。燃料孔62A,72A,82Aは燃料ガスの流路である燃料路を形成し、燃料孔62B,72B,82Bは酸化ガスの流路である酸化ガス路を形成する。さらに端部セパレータ60の周辺部には、燃料孔62A,62Bに挟まれてそれぞれ対向する位置に、2つの冷却水孔64が形成されている。この冷却水孔64は、後述する中央セパレータ70に形成された2つの冷却水孔74と冷却セパレータ80に形成された2つの冷却水孔84と共に、スタック構造24を形成した際にこのスタック構造24を積層方向に貫通する冷却水の流路を形成する。
(4) The
この端部セパレータ60の片面(図4中正面側)には、対向する燃料孔62A間を連絡する複数の平行な溝状のリブ66が形成されている。リブ66は、スタック構造24を形成した際には隣接するアノード32との間に既述した燃料ガス流路34Pを形成する。端部セパレータ60の他面は、溝構造の無いフラットな面となっている。
片 A plurality of parallel groove-shaped
中央セパレータ70は、カーボンを圧縮化してガス不透過とした緻密質カーボンにより、端部セパレータ60と同様に円形に形成されている。中央セパレータ70には、端部セパレータ60に形成された4つの燃料孔62A,62Bおよび2つの冷却水孔64と同様な4つの燃料孔72A,72Bおよび2つの冷却水孔74が形成されている。中央セパレータ70の図4中正面には、対向する燃料孔72A間を連絡する複数の平行な溝状のリブ76が形成されている。リブ76は、スタック構造24を形成した際には隣接するアノード32との間に既述した燃料ガス流路34Pを形成する。また、中央セパレータ70の図4中裏面には、対向する燃料孔72B間を連絡し、リブ76と直交する複数の平行な溝状のリブ78が形成されている。リブ78は、スタック構造24を形成した際には隣接するカソード33との間に既述した酸化ガス流路35Pを形成する。
(4) The
冷却セパレータ80は、端部セパレータ60と同様に、銅合金やアルミニウム合金等の金属により円形に形成されている。冷却セパレータ80には、端部セパレータ60に形成された燃料孔62A,62Bおよび冷却水孔64と同様な4つの燃料孔82A,82Bおよび2つの冷却水孔84が形成されている。冷却セパレータ80の図4中裏面には、対向する燃料孔82B間を連絡する複数の平行な溝状のリブ88が形成されている。リブ88は、スタック構造24を形成した際には隣接するカソード33との間に既述した酸化ガス流路35Pを形成する。また、冷却セパレータ80の図4中正面には、対向する冷却水孔84間を連絡する溝89が形成されている。スタック構造24を形成する際には、冷却セパレータ80は後述するように端部セパレータ60と隣接するが、このとき溝89は端部セパレータ60のフラットな面との間で冷却水路69Pを形成する。なお、上記端部セパレータ60および冷却セパレータ80は、剛性および伝熱性を重視して金属で構成することとしたが、中央セパレータ70と同様に緻密質カーボンで形成しても良い。
Similar to the
スタック構造24を形成するときには、電解質膜31をアノード32およびカソード33で挟持した構造を上述した各セパレータでさらに両側から挟持して組み付ける。図4では、端部セパレータ60,中央セパレータ70,冷却セパレータ80を各一枚ずつしか示さなかったが、実際にスタック構造24を構成するときには図2に示すように中央セパレータは所定の枚数を連続して積層する(図2では5枚ずつ連続して積層している)。従って、冷却セパレータ80、中央セパレータ70を5枚、端部セパレータ60の順で繰り返し積層して、スタック構造24を形成する。
When the
なお、図2に示すスタック構造24において、上記した順序と異なり、図2中の手前側の端部には冷却セパレータ80に代わって端部セパレータ61が積層されている。この端部セパレータ61は、既述した端部セパレータ60と同様の構造を備えるものであるが、積層方向に対する向きが、図4に示した端部セパレータ60とは逆向きになるように配置されている。すなわち、フラットな面が上記積層構造の外側に面しており、リブを形成する面は隣接するカソード33と接している。ここで、端部セパレータ61に形成されたリブは、図4に示す中央セパレータ70におけるリブ78と平行であって、カソード33との間に酸化ガス流路35Pを形成している。
In the
上記したようにセパレータを積層した構造の両端には、さらに集電板36,37、絶縁板38、エンドプレート39,40が配置されてスタック構造24を完成する。図5は図2に示したスタック構造24の手前側に配された集電板36、絶縁板38、エンドプレート39の構成を表わす分解斜視図であり、図6は図2に示したスタック構造24の奥側に配された集電板37、絶縁板38、エンドプレート40の構成を表わす分解斜視図である。
(4)
集電板36,37は導電性の高い材料、例えば銅などにより円形の板状に形成されている。これら集電板36、37の片面には、燃料電池装置20からの出力を取り出す出力端子36A,37Aが、各集電板の表面から延出して設けられている。この出力端子36A,37Aは、さらに絶縁板38とエンドプレート39,40とを重ねたときに、先端部が充分にスタック構造24の外部に突出する長さを備えている。また、集電板36は、既述した燃料孔62Aの一方および62Bの一方に対応する位置に燃料孔62Cおよび62Dを形成しており、既述した冷却水孔64の一方に対応する位置に冷却水孔64Cを形成している。集電板37は、燃料孔62Aの他方および62Bの他方に対応する位置に燃料孔62Eおよび62Fを形成しており、冷却水孔64の他方に対応する位置に冷却水孔64Eを形成している。
The
絶縁板38は、絶縁性材料、例えばゴムや樹脂などにより円形の板状に形成されている。この絶縁板38には出力端子36Aまたは37Aに対応する位置に穴部38Aが形成されており、スタック構造24の形成時には出力端子36Aまたは37Aを貫通させる構成となっている。また、絶縁板38には、隣接する集電板36または37の燃料孔と同様に燃料孔72C,72D,72E,72Fが形成されており、冷却水孔64C,64Dと同様に冷却水孔74C,74Eが形成されている。
The insulating
エンドプレート39,40は、剛性の高い材料、例えば鋼などにより円形の板状に形成されている。エンドプレート39,40においても絶縁板38と同様に、出力端子36Aに対応する位置に穴部39A,40Aが形成されており、スタック構造24の形成時には出力端子36Aを貫通させる構成となっている。また、エンドプレート39には集電板36の燃料孔と同様に燃料孔82C,82Dが形成されており、冷却水孔64Cと同様に冷却水孔84Cが形成されている。エンドプレート40には集電板37の燃料孔と同様に燃料孔82E,82Fが形成されており、冷却水孔64Eと同様に冷却水孔84Eが形成されている。ただしここで、エンドプレート39に設けられた冷却水孔84Cだけは、エンドプレート39の厚さ方向に貫通した穴構造ではなく、エンドプレート39の壁面部に開口部39B,39Cを有し、冷却水を外部に導く構造となっている。燃料電池装置20をして組み立てられたときには、冷却水はエンドプレート39から既述したジャケット部52に導かれるが、この冷却水の流れについては後に詳述する。
The
以上説明した各セパレータ、集電板36,37、絶縁板38、エンドプレート39,40を図2に示した所定の順序で積層してスタック構造24を形成する。なお、各セパレータを積層する際には、セパレータ間には所定のシール部材を配置して、各電極および電解質膜31の周辺部においてガスがリークしてしまうのを防止している。このスタック構造24を既述したスタック収納部材50の内部に収納するときには、スタック収納部材50の両端部を折り曲げて折り曲げ係合部54を形成する。この折り曲げ係合部54は、スタック収納部材50に収納したスタック構造24に対してその積層方向に所定の押圧力を加えている。ここで、折り曲げ係合部54がスタック構造24に対して加える所定の押圧力は、スタック構造24において積層方向に生じる電気抵抗の値が所定値以下となるように設定する。
(4) The
燃料電池装置20には、図示しない燃料供給装置、酸素供給装置および冷却水供給装置が接続される。水素リッチな燃料ガスは、所定の燃料供給装置からエンドプレート39の燃料孔82Cを介して燃料電池装置20の内部に導入される。燃料孔82Cから導入された燃料ガスは、燃料孔62A,72A,82A等から形成される燃料路内部に導かれる。この燃料路内の燃料ガスは、各単セル22が備える燃料ガス流路34Pから各アノード32に供給され、(1)式に示した電気化学反応に供される。燃料ガス流路34Pを経由した燃料ガスは、燃料ガス流路34Pへ燃料ガスを供給した燃料路と対向する側の燃料路へと導かれ、エンドプレート40に設けられた燃料孔82Eから排出される。
燃料 A fuel supply device, an oxygen supply device, and a cooling water supply device (not shown) are connected to the fuel cell device 20. The hydrogen-rich fuel gas is introduced into the fuel cell device 20 from a predetermined fuel supply device through the
同様に、所定の酸化ガス供給装置から燃料孔82Dを介して燃料電池装置20内部に導入された酸化ガスは、燃料孔62B,72B,82B等から形成される酸化ガス路内部に導かれる。この酸化ガス路内の酸化ガスは、各単セル22が備える酸化ガス流路35Pから各カソード33に供給され、(2)式に示した電気化学反応に供される。酸化ガス流路35Pを経由した酸化ガスは、酸化ガス流路35Pへ酸化ガスを供給した酸化ガス路と対向する側の酸化ガス路へと導かれ、エンドプレート40に設けられた燃料孔82Fから排出される。
Similarly, the oxidizing gas introduced into the fuel cell device 20 from the predetermined oxidizing gas supply device through the
また、燃料電池装置20の内部温度を所定の温度範囲に保つための冷却水は、所定の冷却水供給装置から、エンドプレート40の冷却水孔84Fを介して冷却水孔64,74,84等から形成される冷却水路内部に導かれる。この冷却水路内の冷却水は、スタック構造24の所定の箇所に配置された冷却セパレータ80が備える溝89と、隣接する端部セパレータ60のフラットな面とで形成する冷却水路69Pを流れて対向する冷却水路に導かれ、エンドプレート39に到達する。エンドプレート39に導かれた冷却水は、後述するようにジャケット部52を経由した後に燃料電池装置20の外部に排出される。
Cooling water for maintaining the internal temperature of the fuel cell device 20 within a predetermined temperature range is supplied from a predetermined cooling water supply device to the cooling
次に、本発明の要部に対応するジャケット部52の構成について説明する。ジャケット部52は、図1に示したようにスタック収納部材50の外周部にスタック収納部材50と一体で形成されている。このジャケット部52を備えるスタック収納部材50は、剛性と熱伝導性に富む金属、例えばステンレスやアルミニウム等によって形成されている。図7は、図1に示した燃料電池装置20の7−7平面の様子を模式的に表わす断面模式図である。ジャケット部52は、図7に示すように内部に流路壁53を備えた中空部55を備えている。流路壁53によって中空部55は内流路55Aと外流路55Bとに区画されている。このようなジャケット部52は、既述したエンドプレート39に設けられた開口部39Bおよび39Cと連絡しており、中空部55の内部に冷却水が導入可能となっている。
Next, the configuration of the
既述したように冷却水は、燃料電池装置20の内部に設けられた所定の水路を導かれ、冷却セパレータ80上の溝89が形成する冷却水路69Pを経由することによって、動作中の燃料電池装置20の内部温度を所定の範囲に保っている。この冷却水は、集電板36の冷却水孔64Cおよび絶縁板38の冷却水孔74Cを経由してエンドプレート39に到達すると、開口部39Cを介してジャケット部52の中空部55に流れ込む。燃料電池装置20内部の所定の水路を経由してきたこの冷却水は、燃料電池装置20の運転温度(80から100℃)と略同一温度となっている。中空部55に流れ込んだ冷却水は、まず内流路55Aをスタックの積層方向に流れる。内流路55Aにおいてエンドプレート40側の端部に達した冷却水は、流路壁53の切れ目において流れの向きを逆転させて、今度は外流路55Bをエンドプレート39側に向かって流れる。そして既述した開口部39Bからエンドプレート39内に戻り、冷却水孔84Cから燃料電池装置20の外部に排出される。このように冷却水が流れることによってジャケット部52内で熱交換が行なわれ、スタック収納部材50の温度も燃料電池装置20の運転温度と略同一となる。
As described above, the cooling water is guided through a predetermined water channel provided inside the fuel cell device 20, and passes through the cooling water channel 69 </ b> P formed by the
以上説明した燃料電池装置20によれば、スタック構造24を収納するスタック収納部材50においてジャケット部52を設け、その内部に冷却水を流通させる構成としたため、燃料電池装置20の運転中に内部温度が上昇して各セパレータ等の構成部材が熱膨張しても、スタック収納部材50もまた熱膨張し、燃料電池装置20の積層方向に非所望の圧力が発生することがない。従って、スタック構造24の構成部材の熱膨張で生じる圧力のためにこれらの構成部材が損傷したりするおそれがない。また、熱膨張によって生じる力をスプリングなどの部材によって吸収する必要がないため、スプリング等の部材を設けることで燃料電池装置20が積層方向に大型化するといった不都合も生じない。
According to the fuel cell device 20 described above, the
また、ジャケット部52の内部に冷却水を循環させることによって、スタック収納部材50に収納されるスタック構造24全体の温度が均一化されることになる。従って、各セパレータが備える燃料孔によって形成される前記燃料路において、その壁面付近の温度が他の電池動作部に比べて温度が低いことに起因して燃料ガス中の水蒸気が凝縮してしまうことがない。燃料ガス中の水蒸気が凝縮すると、凝縮した水蒸気が燃料ガスの流路を塞いでガスの拡散を妨げるおそれがあり好ましくない。本実施例の燃料電池装置20では、燃料ガス流路の壁面温度も燃料電池装置20の運転温度と略同一になるため水蒸気の凝縮を防ぐことができる。さらに、スタック構造24全体の温度が均一化することによって、燃料電池装置20で起こる電池反応の状態も部位による差異が小さくなり、全体的な電池反応の効率が向上するという効果も得られる。
{Circle around (2)} By circulating the cooling water inside the
さらに、スタック構造24を収納するスタック収納部材50に上記ジャケット部52を設けたことによって、燃料電池装置20全体の剛性が増し、堅牢な構造とすることができる。このことは、本実施例の燃料電池装置20を車両駆動用の電源として車載する場合などには特に有利となる。例えば、燃料電池装置20を搭載した車両が事故を起こして燃料電池装置20が破損した場合にも、スタック構造24をジャケット部52が覆っているために、水素を含有する燃料ガスが漏れだし難く、危険を回避できる可能性が高くなる。
(4) Further, by providing the
また、本実施例の燃料電池装置20では、ジャケット部52内を2層構造として冷却水の流路を形成したが、異なる形状の流路を形成することとしても構わない。図8は、燃料電池装置20の変形例である燃料電池装置20aの外観を示す斜視図である。燃料電池装置20aにおいて、燃料電池装置20と共通する部材には同一の符号を付してその説明は省略することとする。燃料電池装置20aが備えるジャケット部52a内での冷却水の流れを図8中に点線で表わす。図8に示すように、燃料電池装置20aでは冷却水の流路は螺旋形を成してジャケット部52a内に形成されている。燃料電池装置20aについて、図7と同様の平面での様子を表わす模式図を図9に示す。
Further, in the fuel cell device 20 of the present embodiment, the flow path of the cooling water is formed with the
燃料電池装置20aでは、エンドプレート39において冷却水はジャケット部52a内に導かれ、この冷却水は螺旋形の流路中を積層方向に向かって流れる。ジャケット部52aの端部で冷却水はエンドプレート40内に戻り、エンドプレート40に設けられた所定の冷却水孔から燃料電池装置20aの外部に排出される。冷却水の流路をこのような螺旋形にする場合には、冷却水の流れをよりスムーズにすることができる。このようにジャケット部52の内部に形成する流路の形状は、冷却水によってスタック収納部材50を加熱可能な形状であれば良い。
In the
ここで、スタック収納部材50はステンレスやアルミニウムにより形成することとしたが、燃料電池の運転温度に対応する冷却水を導入したときに充分に熱膨張して、燃料電池装置20内部に非所望の大きな圧力が生じるのを抑えることができる部材であれば良い。また、上記非所望の圧力が発生するのを防止することが可能であるならば、ジャケット部52は必ずしもスタック収納部材50全体を覆っている必要はなく、スタック収納部材50の一部を覆う構成であっても良い。
Here, the
次に、第2実施例として、燃料電池装置20から排出される燃料ガスまたは酸化ガスの排ガスによってスタック収納部材50を昇温させる構成について説明する。燃料電池装置20での電気化学反応に供された燃料ガスおよび酸化ガスは、エンドプレート40の燃料孔82Eおよび82Fから排出される時には、冷却水と同様に燃料電池装置20の運転温度と略同一温度となっている。従って、冷却水に代わってこれらのガスをジャケット部52内に導入することによっても、前記第1実施例と同様にスタック収納部材50を熱膨張させることができる。
Next, as a second embodiment, a configuration in which the temperature of the
このように燃料ガスや酸化ガスの排ガスによってスタック収納部材50を昇温する場合にも、ジャケット部52内部に形成する流路は第1実施例と同様な形状に形成しておけば良い。第1実施例では、エンドプレート39において冷却水をジャケット部52内に導く構成としたが、第2実施例では、エンドプレート40を第1実施例の39と同様に厚みを増して形成し、燃料孔82Eまたは82Fから排出される燃料排ガスまたは酸化排ガスを一旦ジャケット部52内部を流通させてから燃料電池装置20外部に排出する。
{Circle around (4)} Even when the
上記第2実施例では、第1実施例における冷却水に代えて、燃料排ガスまたは酸化排ガスによってスタック収納部材50を昇温する構成とした。第1実施例と同様に、燃料電池装置20内部を循環した流体によってスタック収納部材50を昇温することにより、第1実施例と同様の効果が得られる。すなわち、燃料電池の運転時には、スタック構造24と共にスタック収納部材50もまた熱膨張するため、燃料電池装置20内部に非所望の圧力が生じることがない。また、燃料電池装置20全体の温度を略均一に維持することが可能となるため、スタック構造24を構成する各単セルで起こる電気化学反応が均一化されて部域差が抑えられ、電池性能が向上する。さらに、燃料電池装置20内部に設けられた燃料ガスおよび酸化ガスの流路内において、温度が一時的に下降して流路内で水蒸気が凝縮するおそれがなくなるという効果を奏する。
In the second embodiment, the temperature of the
上記第1および第2実施例では、燃料電池装置20内部を循環してきた冷却水や燃料ガス等の流体をジャケット部52に導入する構成としたが、この燃料電池装置20外部に設けられた所定の高温部から流体を導入することとしても良い。以下に第3実施例として、原燃料を改質して水素リッチな燃料ガスを生成する改質器93から排出される燃焼排ガスを用いてスタック収納部材50を昇温する構成について説明する。
In the first and second embodiments, the fluid such as the cooling water and the fuel gas circulating in the fuel cell device 20 is introduced into the
図10は、第3実施例の燃料電池システム90の構成の概略を表わす模式図である。燃料電池システム90はその主要な構成要素として、燃料電池装置20bの他に、メタノールタンク91、水タンク92、改質器93、バーナ94、ブロワ95を備える。メタノールタンク91からはメタノールが、水タンク92からは水が、それぞれ改質器93に供給される。なお、改質器93に至る流路には図示しない蒸発器が設けられており、上記メタノールおよび水は気化した状態で改質器93に供給される。
FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the
改質器93は上述したようにメタノールと水との供給を受け、メタノールの水蒸気改質を行なって水素リッチな燃料ガスを生成する。以下に、改質器93で行なわれるメタノールの改質反応について説明する。
The
CH3OH → CO+2H2−90.0(kJ/mol) …(4)
CO+H2O → CO2+H2+40.5(kJ/mol) …(5)
CH3OH+H2O
→ CO2+3H2−49.5(kJ/mol) …(6)
CH 3 OH → CO + 2H 2 -90.0 (kJ / mol) (4)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 +40.5 (kJ / mol) (5)
CH 3 OH + H 2 O
→ CO 2 + 3H 2 -49.5 (kJ / mol) ... (6)
メタノールの改質反応は、上記(4)式で表わしたメタノールの分解反応と(5)式で表わした一酸化炭素の酸化反応とに分けられ、全体としては(6)式に表わす吸熱反応となる。従って、上記改質反応を進行させるためには、改質器93に対して熱量を供給する必要がある。本実施例の燃料電池システム90における改質器93には既述したバーナ94が併設されており、バーナ94の燃焼エネルギによって前記改質反応で要する熱量を供給する構成となっている。
The reforming reaction of methanol is divided into the decomposition reaction of methanol represented by the above formula (4) and the oxidation reaction of carbon monoxide represented by the formula (5). Become. Therefore, in order to advance the above-mentioned reforming reaction, it is necessary to supply heat to the
改質器93で生成された燃料ガスは燃料電池装置20bに導かれ、陰極側で進行する電気化学反応に供される。燃料電池装置20bでの電気化学反応を経て排出された燃料ガスの排ガスは、所定の流路に導かれてバーナ94に導かれる。この燃料排ガスには、燃料電池装置20bでの電池反応で消費されずに残った水素が含有されている。バーナ94では、この燃料排ガスに含有される水素を燃料として燃焼を行ない、この燃焼ガスによって改質器93を加熱している。
(4) The fuel gas generated in the
上記バーナ94での燃焼によって生じる燃焼ガスは、改質器93を加熱することで熱交換を受けてガスの温度が低下するが、改質器93を加熱した後の燃焼排ガスは100から200℃程度の温度を有している。本実施例の燃料電池システム90では、改質器93を加熱した後の燃焼排ガスを、燃料電池装置20bが備えるジャケット部52bに導入して燃料電池装置20bの加熱を行なっている。
The combustion gas generated by the combustion in the
燃料電池装置20bは、第1および第2実施例の燃料電池装置20と同様に、単セル22を積層したスタック構造24をスタック収納部材50bによって収納してなる。燃料電池装置20bは、図1に示した燃料電池装置20と同様にその外周部にジャケット部52bを形成しているが、燃料電池装置20とは異なり、ジャケット部52bには燃料電池装置20bの外部から流体を導入可能となっている。すなわち、燃料電池装置20bでは、燃料電池装置20b内部を循環した後の冷却水や燃料排ガスなどを用いる代わりに、上記改質器93を加熱した燃焼排ガスをジャケット部52bに導入して燃料電池装置20bの加熱を行なっている。
The
なお、燃料電池システム90に備えられたブロワ95は、外部から空気を取り込んでこれを圧縮し、燃料電池装置20bの陽極側に供給している。このように陽極側に供給する酸化ガスを加圧することによって、本実施例の燃料電池システム90では電池反応の効率の向上を図っている。
The
以上のように構成した燃料電池システム90によれば、第1および第2実施例と同様に、燃料電池装置20bの運転時にはスタック構造24と共にスタック収納部材50bも同時に熱膨張するため、燃料電池装置20bの内部に非所望の圧力が発生することがない。また、スタック収納部材50bを加熱するためにバーナ94の燃焼排ガスを利用しているため、加熱のためのエネルギを別途用意する必要が無く、システム全体のエネルギ効率が低下しない。
According to the
さらに、バーナ94からの燃焼排ガスの温度は燃料電池装置20bの運転温度である80から100℃よりも高い100から200℃となっているため、本実施例の燃料電池システム90では、バーナ94からの燃焼排ガスを燃料電池装置20b暖機のために用いることが可能となるという効果を奏する。すなわち、バーナ94からの燃焼排ガスは、燃料電池システム90の起動時にバーナ94が燃焼を始めた直後から発生するため、起動直後でまだ充分に昇温していない燃料電池装置20bを効果的に昇温させることができる。従って、本実施例の燃料電池システム90の構成を利用すれば、その始動時において、従来の燃料電池システムよりも速やかに燃料電池装置20bを所定の運転温度にまで昇温させることが可能となる。
Furthermore, since the temperature of the combustion exhaust gas from the
次に、第3実施例と同じく燃料電池装置20外部に設けられた所定の高温部から流体を導入する構成として、第3実施例におけるバーナ94の燃焼排ガスに替えて改質器93で改質された燃料ガスを用いてスタック収納部材50cを加熱する構成について、第4実施例として以下に説明する。図11は、第4実施例の燃料電池システム100の構成の概略を表わすブロック図である。図中、第3実施例の燃料電池システム90と共通する部位については同じ記号を付し、説明は省略した。
Next, as in the third embodiment, the
この燃料電池システム100においては、改質器93で生成した燃料ガスは、燃料電池装置20cの陰極側に供給されるのに先だって、燃料電池装置20cの外周部に設けられたジャケット部52cに導入される。このジャケット部52cは、第3実施例の燃料電池装置20bに設けられたジャケット部52bと同様の構成を有している。ジャケット部52c内に設けられた流路を経由した燃料ガスは、ジャケット部52cから排出された後に燃料電池装置20c内部に導入されて陰極部における電気化学反応に供される。電気化学反応に供された後の燃料排ガスは、第3実施例と同様にバーナ94での燃焼に用いられる。
In the
以上のような構成を備えた第4実施例の燃料電池システム100によれば、第3実施例の燃料電池システム90と同様に、システム全体のエネルギ効率を低下させること無く、燃料電池装置20c内部に非所望の圧力が発生するのを抑えることができる。さらに、第4実施例の燃料電池システム100では、改質した燃料ガスを用いて燃料電池装置20cを加熱することによって、燃料電池装置20c内部に供給する燃料ガスの温度を所望の温度に低下させることができるという効果を奏する。
According to the
改質器93で改質された燃料ガスは、改質器93から排出される時点では通常150℃程度に昇温している。このような燃料ガスを、運転温度が80から100℃程度である燃料電池装置20cにそのまま供給すると、燃料電池装置20c内部の温度が部分的に上昇し過ぎるという不具合を生じる。第4実施例の燃料電池システム100では、改質された燃料ガスをまずジャケット部52cに導入することによってこのジャケット部で燃料ガスは熱交換し、80℃程度に降温する。従って、燃料電池装置20cの運転温度に近い状態の燃料ガスを燃料電池装置20cに対して供給することが可能となり、燃料電池装置20c内部の温度を部分的に上昇させすぎるということがない。また、改質器93で生成した燃料ガスを、燃料電池装置20cに導入する前に適当な温度にまで降温させるための構成を別途設けておく必要がない。
(4) The temperature of the fuel gas reformed by the
上記した第3および第4実施例の他に、燃料電池装置20外部の所定の高温部から排出される流体を用いてスタック収納部材を加熱する構成としては、燃料電池装置20に供給する冷却水を用いる方法を挙げることができる。第1実施例では燃料電池装置20内部を循環した後の冷却水を用いてスタック収納部材50を昇温する構成としたが、ここでは燃料電池装置20内部を循環させる前の冷却水を用いる構成とする。燃料電池システムにおいて冷却水は、燃料電池装置20内部を循環したのち所定の熱交換器において熱交換を行なって放熱し、その後再び燃料電池装置に導入される。このように、一旦放熱した後再び燃料電池装置20内に導入される時点で、冷却水の温度は約60〜70℃程度となっている。従って、この燃料電池装置20に導入前の冷却水の温度で充分に熱膨張する材質によってスタック収納部材50を形成するならば、ジャケット部52に導入する流体として燃料電池装置20に導入する前の冷却水を用いることができる。
In addition to the above-described third and fourth embodiments, a configuration in which the stack housing member is heated by using a fluid discharged from a predetermined high-temperature portion outside the fuel cell device 20 includes cooling water supplied to the fuel cell device 20. Can be used. In the first embodiment, the temperature of the
このように、改質器93など燃料電池システムが備える所定の高温部から排出される流体を用いてスタック収納部材50の加熱を行なう構成とするならば、スタック収納部材50の加熱のために別途熱源を設ける必要がない。従って、システム全体のエネルギ効率を低下させること無く、燃料電池装置20内に非所望の圧力が発生することを防止できる。ここで、スタック収納部材50の加熱に用いる流体は、上記燃焼ガスや燃料ガス、あるいは冷却水など以外であっても、スタック収納部材50を熱膨張させることができる温度を備えた流体であれば良い。
As described above, if the
上記した各実施例において、スタック構造24を収納するスタック収納部材50の材質は、燃料電池装置を加熱するために用いる流体の温度に基づいて、所定の熱膨張係数を有するものの中から選択すれば良い。燃料電池装置20を加熱するために、燃料電池装置20内部を循環した後の冷却水のように燃料電池の運転温度と略等しい温度の流体を用いる場合には、スタック構造24全体の熱膨張係数と略等しい熱膨張係数を備えた材質でスタック収納部材50を構成することによって、燃料電池装置20内に発生する非所望の圧力を効果的に抑えることができる。また、既述した改質器93の燃焼排ガスのように燃料電池の運転温度よりも高い温度の流体を用いる場合には、スタック構造24全体の熱膨張係数よりも小さな膨張係数を備えた材質によってスタック収納部材50を形成することで、燃料電池装置20内に発生する非所望の圧力を充分に抑えることができる。あるいは、燃料電池装置20に導入する前の冷却水のように燃料電池の運転温度よりも低い温度の流体を用いる場合には、スタック構造24全体の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を備えた材質によってスタック収納部材を形成することで、燃料電池内に発生する非所望の圧力を効果的に抑えることが可能となる。
In each of the above embodiments, the material of the
既述した第1ないし第4実施例では、スタック構造24に対して所定の圧力をかけながらこの構造を保持するために、スタック収納部材50の両端部において折り曲げ係合部54を設け、この折り曲げ係合部54によってスタック構造24を押圧する構成としたが、スタック構造24をボルトとナットを用いて締め付けることによって押圧することとしても良い。このような構成としても、燃料電池装置20の運転時に生じる非所望の圧力はスタック収納部材の熱膨張によって緩和されるため、上記非所望の圧力を吸収させる目的でスプリングなどを設けて燃料電池装置20を積層方向に大型化する必要がない。
In the above-described first to fourth embodiments, in order to hold the
また、スタック構造24を押圧するために上記したようにボルトとナットを設けた場合に、スタック収納部材50を加熱して熱膨張させたときにその熱膨張量が不十分であって、スタック収納部材への流体の導入を行なっても燃料電池装置20内に発生する非所望の圧力を充分には防止できない場合には、このスタック構造24を押圧しているボルトとナットの間にスプリングを設ける構成としても良い。このような構成とすれば、スタック収納部材を熱膨張させるだけでは発生を防げなかった非所望の内圧を上記スプリングが吸収して、上記非所望の内圧に起因して生じ得る不具合を防止することができる。このように燃料電池装置20にスプリングを設ける場合であっても、スタック収納部材50を加熱する構成を備えることによってスプリングが吸収すべき圧力が軽減されるため、昇温構造を備えない場合に比べて小さなスプリングを備えるだけで済み、燃料電池装置を大型化し過ぎてしまうことがない。
When the bolts and nuts are provided as described above to press the
また、上記各実施例では、スタック収納部材50に流体を導入してこのスタック収納部材50を昇温させる構成としたが、スタック収納部材50に所定の発熱体を設けて加熱する構成としても良い。例えば、スタック収納部材50の外周部に、ジャケット部52を設ける代わりにヒートパイプや電熱線などの発熱体を所定の形状で配置する。このような発熱体を設置することによって、燃料電池装置の運転時にはスタック収納部材を加熱してスタック収納部材を熱膨張させ、燃料電池装置内部に非所望の圧力が発生するのを防ぐことができる。
Further, in each of the above embodiments, a configuration is adopted in which a fluid is introduced into the
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる様態で実施し得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.
20,20a,20b,20c…燃料電池装置
22…単セル
24…スタック構造
30…燃料電池
31…電解質膜
32…アノード
33…カソード
34,35…セパレータ
34P…燃料ガス流路
35P…酸化ガス流路
36,37…集電板
36A,37A…出力端子
38…絶縁板
38A,39A,40A…穴部
39,40…エンドプレート
39B,39C…開口部
50,50b,50c…スタック収納部材
52,52a,52b,52c…ジャケット部
53…流路壁
54…折り曲げ係合部
55…中空部
55A…内流路
55B…外流路
60,61…端部セパレータ
62A,62B,62C,62E,72A,72B,72C,72D,72E,72F,82A,82B,82C,82D,82E,82F…燃料孔
64,64C,64D,64E,74,74C,74E,84,84C,84E,84F…冷却水孔
66,76,78,88…リブ
69P…冷却水路
70…中央セパレータ
80…冷却セパレータ
89…溝
90…燃料電池システム
91…メタノールタンク
92…水タンク
93…改質器
94…バーナ
95…ブロワ
100…燃料電池システム
20, 20a, 20b, 20c
Claims (2)
単電池を複数積層してなるスタック構造と、
前記スタック構造を内部に収納すると共に、前記スタック構造に対して積層方向に押圧力を加える折り曲げ係合部を端部に有するスタック収納部材と
を備える燃料電池。 A fuel cell,
A stack structure formed by stacking a plurality of cells,
A fuel cell comprising: a stack housing member that houses the stack structure therein and has a bending engagement portion that applies a pressing force to the stack structure in a stacking direction at an end.
前記折り曲げ係合部は、前記スタック構造において積層方向に生じる電気抵抗の値が所定値以下となるように、前記押圧力を加える
燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The fuel cell, wherein the bending engagement portion applies the pressing force so that a value of an electric resistance generated in a stacking direction in the stack structure is equal to or less than a predetermined value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003327042A JP2004006428A (en) | 2003-09-19 | 2003-09-19 | Fuel cell and fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003327042A JP2004006428A (en) | 2003-09-19 | 2003-09-19 | Fuel cell and fuel cell system |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13107896A Division JP3493896B2 (en) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | Fuel cell and fuel cell system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004006428A true JP2004006428A (en) | 2004-01-08 |
Family
ID=30439083
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003327042A Pending JP2004006428A (en) | 2003-09-19 | 2003-09-19 | Fuel cell and fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004006428A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7584730B2 (en) | 2003-05-01 | 2009-09-08 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Valve train device for engine |
-
2003
- 2003-09-19 JP JP2003327042A patent/JP2004006428A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7584730B2 (en) | 2003-05-01 | 2009-09-08 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Valve train device for engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7537851B2 (en) | Fuel cell system including separator having cooling water flow channels | |
CN101577343B (en) | Side spring compression retention system | |
JP2012253034A (en) | Solid polymer fuel cell system | |
JP4950505B2 (en) | Fuel cell stack | |
KR102286840B1 (en) | End cell heater for fuel cell and fuel cell having the same | |
US20050244684A1 (en) | Solid oxide fuel cell portable power source | |
JPWO2006101071A1 (en) | Fuel cell | |
JP3493896B2 (en) | Fuel cell and fuel cell system | |
JP2006507639A (en) | Thermal energy control in electrochemical fuel cells | |
JP6477681B2 (en) | Fuel cell module and fuel cell stack | |
JP2010027476A (en) | Fuel cell stack and fuel cell using the same | |
JP5082290B2 (en) | Fuel cell with high heat utilization efficiency | |
JP5307376B2 (en) | Fuel reforming fuel cell | |
KR20130017960A (en) | Fuel cell stack | |
JP4088945B2 (en) | Fuel cell evaporator | |
JP2004006428A (en) | Fuel cell and fuel cell system | |
JP5502440B2 (en) | FUEL CELL STACK AND FUEL CELL SYSTEM INCLUDING THE SAME | |
JP2005353561A (en) | Fuel cell | |
JP5197581B2 (en) | Fuel cell system and operation method thereof | |
JPH0992308A (en) | Solid polymer electrolyte fuel cell | |
KR100570753B1 (en) | Fuel cell system | |
KR101579124B1 (en) | End plate for fuel cell stack | |
JP4540591B2 (en) | Fuel cell | |
KR100560495B1 (en) | Reformer for fuel cell system and fuel cell system having thereof | |
JP4553785B2 (en) | Assembled battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060523 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060720 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060822 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061018 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061212 |