JP2004006428A - Fuel cell and fuel cell system - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the generation of undesirable pressure inside a fuel cell during operation of the fuel cell without enlarging the fuel cell. <P>SOLUTION: A fuel cell device 20 is formed by housing stack structure 24 inside a stack housing member 50. A jacket part 52 with a hollow structure forming a passage having a specified shape is installed in the outer circumferential part of the stack housing member 50, cooling water circulated through the inside of the fuel cell device 20 is introduced in the passage formed on the inside of the fuel cell device 20. The stack housing member 50 is heated by the cooling water during the operation of the fuel cell device 20, and causes thermal expansion together with the stack structure 24. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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.

特開昭６１−２４８３６８号公報JP-A-61-248368 特開平２−６８８６５号公報JP-A-2-68865

　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 stack structure 24 formed inside the fuel cell device 20. As shown in FIG. 1, the fuel cell device 20 has a stack structure 24 shown in FIG. 2 housed in a stack housing member 50 having a jacket 52 formed on the outer periphery. The jacket 52 has a hollow structure capable of introducing a fluid. The configuration of the jacket portion 52 corresponds to a main portion of the present invention, and will be described later in detail. The stack structure 24 is a structural main body for obtaining an electromotive force in the fuel cell device 20. First, the structure of the stack structure 24 and the power generation mechanism of the fuel cell 30 formed by the stack structure 24 will be described. Subsequently, the method of assembling the stack structure 24 to the stack storage member 50 and the method of using the fuel cell device 20 will be described. The flow of the fuel gas, the oxidizing gas, and the cooling water will be described, and then the configuration of the jacket 52 will be described.

　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 stack structure 24 is configured with the single cell 22 as a basic unit. First, the configuration of the single cell 22 and the power generation mechanism of the fuel cell 30 will be described. The fuel cell 30 is a solid polymer electrolyte type fuel cell, and an electromotive force is obtained by an electrochemical reaction represented by the following reaction formula. Equation (1) shows the reaction on the cathode side (anode), and equation (2) shows the reaction on the anode side (cathode). The reaction shown in equation (3) proceeds in the whole battery.

　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 single cell 22. The single cell 22 includes an electrolyte membrane 31, an anode 32 and a cathode 33, and separators 34 and 35.

　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 anode 32 and the cathode 33 are gas diffusion electrodes that form a sandwich structure with the electrolyte membrane 31 interposed therebetween. The separators 34 and 35 form a flow path for the fuel gas and the oxidizing gas between the anode 32 and the cathode 33 while further sandwiching the sandwich structure from both sides. A fuel gas flow path 34P is formed between the anode 32 and the separator 34, and an oxidizing gas flow path 35P is formed between the cathode 33 and the separator 35. Although the separators 34 and 35 each have a flow path formed on only one surface in FIG. 2, ribs are actually formed on both surfaces thereof, and a fuel gas flow path 34 </ b> P is formed on one surface with the anode 32. The other surface forms an oxidizing gas flow path 35P with the cathode 33 provided in the adjacent single cell. As described above, the separators 34 and 35 have a role of forming a gas flow path between the gas diffusion electrodes and separating the flows of the fuel gas and the oxidizing gas between the adjacent single cells.

　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 electrolyte membrane 31 is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material, for example, a fluorine-based resin, and shows good electric conductivity in a wet state. In this example, a Nafion membrane (manufactured by DuPont) was used. The surface of the electrolyte membrane 31 is coated with platinum as a catalyst or an alloy composed of platinum and another metal. As a method of applying the catalyst, a carbon powder supporting platinum or an alloy of platinum and another metal is prepared, and the carbon powder supporting the catalyst is dispersed in an appropriate organic solvent, and an electrolyte solution (for example, Aldrich Chemical Co., Ltd.) is used. And Nafion (Solution) was added in an appropriate amount to form a paste, and screen printing was performed on the electrolyte membrane 31. Alternatively, a configuration in which a paste containing the carbon powder supporting the catalyst is formed into a film to form a sheet and the sheet is pressed on the electrolyte membrane 31 is also suitable.

　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。 Anode 32 and cathode 33 are both formed of carbon cloth woven with a thread made of carbon fiber. In the present embodiment, the anode 32 and the cathode 33 are formed of carbon cloth. However, a configuration formed of carbon paper or carbon felt made of carbon fiber is also suitable. Further, in the present embodiment, the catalyst made of platinum or the like is deposited on the electrolyte membrane 31 as described above, but the surface of the anode 32 and the cathode 33 on the side in contact with the electrolyte membrane 31 is coated with the catalyst made of platinum or the like. May be applied.

　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 separators 34 and 35 are formed of a gas-impermeable conductive member, for example, dense carbon which is made of carbon by compressing carbon. The separators 34 and 35 have a plurality of groove-shaped ribs formed on both surfaces thereof. As described above, a fuel gas flow path 34P is formed with the surface of the anode 32, and the surface of the cathode 33 of the adjacent single cell is formed. Thus, the oxidizing gas flow path 35P is formed. Here, the shape of the rib formed on the surface of each separator may be any shape as long as a fuel gas or an oxidizing gas can be supplied to the gas diffusion electrode.

　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 single cells 22 are actually stacked in the stack structure 24 of this embodiment. In the actual stack structure 24, the separators 34 and 35 are configured as any one of the end separators 60 and 61, the center separator 70, and the cooling separator 80. In this embodiment, the fuel gas flow path 34P and the oxidizing gas flow path 35P formed by the rib structures provided on these separators are orthogonal to each other. Hereinafter, the structure of each of the above separators will be described.

　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 end separator 60 is formed in a circular shape as shown in FIG. 4 using a metal having high rigidity and high conductivity, such as a copper alloy or an aluminum alloy. Four fuel holes 62A and 62B are formed in the periphery of the end separator 60. The four fuel holes 62A and 62B are formed together with the four fuel holes 72A and 72B formed in the central separator 70 and the four fuel holes 82A and 82B formed in the cooling separator 80 to form the stack structure 24. First, a flow path for fuel or the like penetrating the stack structure 24 in the stacking direction is formed. The fuel holes 62A, 72A, and 82A form a fuel path that is a flow path of the fuel gas, and the fuel holes 62B, 72B, and 82B form an oxidizing gas path that is a flow path of the oxidizing gas. Further, two cooling water holes 64 are formed in the peripheral portion of the end separator 60 at positions opposed to each other between the fuel holes 62A and 62B. The cooling water holes 64, together with two cooling water holes 74 formed in the central separator 70 and two cooling water holes 84 formed in the cooling separator 80, which will be described later, form the stack structure 24 when the stack structure 24 is formed. Are formed in the laminating direction to form a cooling water flow path.

　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 ribs 66 connecting between the opposed fuel holes 62A are formed on one surface (the front side in FIG. 4) of the end separator 60. When the stack structure 24 is formed, the rib 66 forms the above-described fuel gas flow path 34 </ b> P with the adjacent anode 32. The other surface of the end separator 60 is a flat surface without a groove structure.

　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 center separator 70 is formed in a circular shape in the same manner as the end separator 60, from dense carbon which is made gas-impermeable by compressing carbon. In the center separator 70, four fuel holes 72A, 72B and two cooling water holes 74 similar to the four fuel holes 62A, 62B and two cooling water holes 64 formed in the end separator 60 are formed. . A plurality of parallel groove-shaped ribs 76 communicating between opposed fuel holes 72A are formed on the front surface of the center separator 70 in FIG. When the stack structure 24 is formed, the rib 76 forms the above-described fuel gas flow path 34 </ b> P with the adjacent anode 32. 4, a plurality of parallel groove-shaped ribs 78 are formed on the back surface of the center separator 70 in FIG. The rib 78 forms the above-described oxidizing gas flow path 35P between the adjacent cathode 33 when the stack structure 24 is formed.

　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 end separator 60, the cooling separator 80 is formed in a circular shape from a metal such as a copper alloy or an aluminum alloy. The cooling separator 80 has four fuel holes 82A, 82B and two cooling water holes 84 similar to the fuel holes 62A, 62B and the cooling water hole 64 formed in the end separator 60. A plurality of parallel groove-shaped ribs 88 communicating between the opposed fuel holes 82B are formed on the back surface of the cooling separator 80 in FIG. The rib 88 forms the above-described oxidizing gas flow path 35P between the rib 88 and the adjacent cathode 33 when the stack structure 24 is formed. Further, a groove 89 communicating between opposed cooling water holes 84 is formed on the front surface of the cooling separator 80 in FIG. When the stack structure 24 is formed, the cooling separator 80 is adjacent to the end separator 60 as described later. At this time, the groove 89 forms a cooling water passage 69P between the cooling separator 80 and the flat surface of the end separator 60. . The end separator 60 and the cooling separator 80 are made of metal with emphasis on rigidity and heat conductivity, but may be made of dense carbon similarly to the center separator 70.

　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 stack structure 24 is formed, the structure in which the electrolyte membrane 31 is sandwiched between the anode 32 and the cathode 33 is assembled by sandwiching the above-described separators from both sides. In FIG. 4, only one end separator 60, one center separator 70, and one cooling separator 80 are shown. However, when the stack structure 24 is actually constructed, a predetermined number of the center separators are continuously arranged as shown in FIG. (In FIG. 2, five sheets are continuously stacked). Accordingly, the stack structure 24 is formed by repeatedly laminating the five cooling separators 80 and the center separator 70 in the order of the end separator 60.

　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 stack structure 24 shown in FIG. 2, unlike the order described above, an end separator 61 is laminated on the front end in FIG. The end separator 61 has the same structure as the end separator 60 described above, but is arranged so that the direction with respect to the laminating direction is opposite to the end separator 60 shown in FIG. ing. That is, the flat surface faces the outside of the laminated structure, and the surface forming the rib is in contact with the adjacent cathode 33. Here, the ribs formed in the end separator 61 are parallel to the ribs 78 in the central separator 70 shown in FIG.

　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) Current collecting plates 36 and 37, an insulating plate 38, and end plates 39 and 40 are further disposed on both ends of the structure in which the separators are stacked as described above, thereby completing the stack structure 24. FIG. 5 is an exploded perspective view showing the configuration of a current collector 36, an insulating plate 38, and an end plate 39 arranged on the front side of the stack structure 24 shown in FIG. 2, and FIG. 6 is an exploded perspective view. FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a current collecting plate 37, an insulating plate 38, and an end plate 40 arranged on the back side of the 24.

　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 current collecting plates 36 and 37 are formed in a circular plate shape with a material having high conductivity, for example, copper or the like. On one surface of each of the current collectors 36 and 37, output terminals 36A and 37A for extracting an output from the fuel cell device 20 are provided extending from the surface of each current collector. The output terminals 36A and 37A have a length such that when the insulating plate 38 and the end plates 39 and 40 are further overlapped, the distal ends thereof sufficiently project outside the stack structure 24. Further, the current collector plate 36 has fuel holes 62C and 62D formed at positions corresponding to one of the fuel holes 62A and one of the fuel holes 62B described above, and at a position corresponding to one of the cooling water holes 64 described above. A cooling water hole 64C is formed. The current collector 37 has fuel holes 62E and 62F formed at positions corresponding to the other one of the fuel holes 62A and the other one of the fuel holes 62B, and a cooling water hole 64E formed at a position corresponding to the other one of the cooling water holes 64. I have.

　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 plate 38 is formed in a circular plate shape using an insulating material, for example, rubber or resin. A hole 38A is formed in the insulating plate 38 at a position corresponding to the output terminal 36A or 37A, so that the output terminal 36A or 37A penetrates when the stack structure 24 is formed. In addition, fuel holes 72C, 72D, 72E, 72F are formed in the insulating plate 38 similarly to the fuel holes of the adjacent current collector plate 36 or 37, and the cooling water holes 74C are formed similarly to the cooling water holes 64C, 64D. , 74E are formed.

　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 end plates 39 and 40 are formed in a circular plate shape from a highly rigid material such as steel. Similarly to the insulating plate 38, the end plates 39 and 40 are formed with holes 39A and 40A at positions corresponding to the output terminals 36A, and are configured to penetrate the output terminals 36A when the stack structure 24 is formed. . Further, fuel holes 82C and 82D are formed in the end plate 39 similarly to the fuel holes of the current collector plate 36, and a cooling water hole 84C is formed similarly to the cooling water hole 64C. Fuel holes 82E and 82F are formed in the end plate 40 in the same manner as the fuel holes of the current collector 37, and cooling water holes 84E are formed in the same manner as the cooling water holes 64E. However, here, only the cooling water hole 84C provided in the end plate 39 has openings 39B and 39C on the wall surface of the end plate 39, not the hole structure penetrating in the thickness direction of the end plate 39. It has a structure to guide water to the outside. When the fuel cell device 20 is assembled, the cooling water is guided from the end plate 39 to the above-described jacket portion 52. The flow of the cooling water will be described later in detail.

　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 stack structure 24 is formed by stacking the above-described separators, current collector plates 36 and 37, insulating plate 38, and end plates 39 and 40 in a predetermined order shown in FIG. When laminating the separators, a predetermined sealing member is arranged between the separators to prevent gas from leaking around the electrodes and the electrolyte membrane 31. When the stack structure 24 is stored in the stack storage member 50 described above, both ends of the stack storage member 50 are bent to form the bent engagement portions 54. The bending engagement portion 54 applies a predetermined pressing force to the stack structure 24 housed in the stack housing member 50 in the stacking direction. Here, the predetermined pressing force applied by the bending engagement portion 54 to the stack structure 24 is set so that the value of the electric resistance generated in the stacking direction in the stack structure 24 is equal to or less than a predetermined value.

　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 fuel holes 82C of the end plate 39. The fuel gas introduced from the fuel hole 82C is guided into the fuel passage formed by the fuel holes 62A, 72A, 82A and the like. The fuel gas in the fuel path is supplied to each anode 32 from a fuel gas flow path 34P provided in each unit cell 22, and is subjected to the electrochemical reaction shown in the equation (1). The fuel gas that has passed through the fuel gas flow path 34P is guided to a fuel path opposite to the fuel path that supplied the fuel gas to the fuel gas flow path 34P, and is discharged from a fuel hole 82E provided in the end plate 40. You.

　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 fuel hole 82D is guided into the oxidizing gas passage formed by the fuel holes 62B, 72B, 82B and the like. The oxidizing gas in the oxidizing gas passage is supplied to each cathode 33 from the oxidizing gas passage 35P provided in each single cell 22, and is subjected to the electrochemical reaction shown in the equation (2). The oxidizing gas that has passed through the oxidizing gas passage 35P is guided to the oxidizing gas passage on the side opposite to the oxidizing gas passage that supplied the oxidizing gas to the oxidizing gas passage 35P, and from the fuel hole 82F provided in the end plate 40. Is discharged.

　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 water holes 64, 74, 84, etc. via the cooling water holes 84F of the end plate 40. The cooling water is formed inside the cooling water passage. The cooling water in the cooling water passage flows through a cooling water passage 69P formed by a groove 89 provided in the cooling separator 80 disposed at a predetermined position of the stack structure 24 and a flat surface of the adjacent end separator 60, and is opposed to the cooling water. To reach the end plate 39. The cooling water guided to the end plate 39 is discharged to the outside of the fuel cell device 20 after passing through the jacket 52 as described later.

　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 jacket 52 corresponding to the main part of the present invention will be described. The jacket 52 is formed integrally with the stack housing member 50 on the outer peripheral portion of the stack housing member 50 as shown in FIG. The stack storage member 50 including the jacket portion 52 is formed of a metal having high rigidity and heat conductivity, such as stainless steel or aluminum. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view schematically showing a state of the fuel cell device 20 shown in FIG. 1 in a 7-7 plane. The jacket portion 52 includes a hollow portion 55 having a flow path wall 53 therein as shown in FIG. The hollow portion 55 is divided into an inner channel 55A and an outer channel 55B by the channel wall 53. Such a jacket portion 52 communicates with the openings 39B and 39C provided in the end plate 39 described above, so that cooling water can be introduced into the hollow portion 55.

　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 groove 89 on the cooling separator 80. The internal temperature of the device 20 is maintained within a predetermined range. When the cooling water reaches the end plate 39 via the cooling water holes 64C of the current collecting plate 36 and the cooling water holes 74C of the insulating plate 38, it flows into the hollow portion 55 of the jacket portion 52 through the opening 39C. This cooling water that has passed through a predetermined water passage inside the fuel cell device 20 has substantially the same temperature as the operating temperature (80 to 100 ° C.) of the fuel cell device 20. The cooling water flowing into the hollow portion 55 first flows through the inner flow path 55A in the stacking direction of the stack. The cooling water that has reached the end on the end plate 40 side in the inner flow path 55A reverses the flow direction at the cut in the flow path wall 53, and then flows through the outer flow path 55B toward the end plate 39 side. Then, the cooling water returns to the inside of the end plate 39 from the opening 39B described above, and is discharged to the outside of the fuel cell device 20 from the cooling water hole 84C. By flowing the cooling water in this manner, heat exchange is performed in the jacket portion 52, and the temperature of the stack housing member 50 becomes substantially the same as the operating temperature of the fuel cell device 20.

　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 jacket portion 52 is provided in the stack storage member 50 that stores the stack structure 24, and the cooling water is circulated therein. When the pressure rises and the constituent members such as the separators thermally expand, the stack housing member 50 also thermally expands, and an undesired pressure is not generated in the stacking direction of the fuel cell device 20. Therefore, there is no possibility that these components may be damaged due to the pressure generated by the thermal expansion of the components of the stack structure 24. Further, since it is not necessary to absorb the force generated by the thermal expansion by a member such as a spring, there is no inconvenience that the fuel cell device 20 is increased in the stacking direction by providing a member such as a spring.

　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 jacket portion 52, the temperature of the entire stack structure 24 housed in the stack housing member 50 becomes uniform. Therefore, in the fuel passage formed by the fuel holes provided in the separators, the water vapor in the fuel gas is condensed due to the temperature near the wall surface being lower than that of the other battery operation parts. There is no. If the water vapor in the fuel gas is condensed, the condensed water vapor may block the flow path of the fuel gas and hinder the gas diffusion, which is not preferable. In the fuel cell device 20 according to the present embodiment, the wall temperature of the fuel gas channel is also substantially equal to the operating temperature of the fuel cell device 20, so that the condensation of water vapor can be prevented. Furthermore, by making the temperature of the entire stack structure 24 uniform, the difference in the state of the cell reaction occurring in the fuel cell device 20 depending on the region is reduced, and the effect of improving the overall efficiency of the cell reaction is obtained.

　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 jacket portion 52 on the stack storage member 50 that stores the stack structure 24, the rigidity of the entire fuel cell device 20 is increased, and a robust structure can be obtained. This is particularly advantageous when the fuel cell device 20 of this embodiment is mounted on a vehicle as a power source for driving a vehicle. For example, even when the vehicle equipped with the fuel cell device 20 causes an accident and the fuel cell device 20 is damaged, the fuel gas containing hydrogen is unlikely to leak because the jacket portion 52 covers the stack structure 24. , It is more likely that danger can be avoided.

　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 jacket portion 52 having a two-layer structure, but the flow path may have a different shape. FIG. 8 is a perspective view showing the appearance of a fuel cell device 20a which is a modification of the fuel cell device 20. In the fuel cell device 20a, members common to the fuel cell device 20 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The flow of the cooling water in the jacket 52a provided in the fuel cell device 20a is indicated by a dotted line in FIG. As shown in FIG. 8, in the fuel cell device 20a, the flow path of the cooling water has a spiral shape and is formed in the jacket portion 52a. FIG. 9 is a schematic diagram showing a state of the fuel cell device 20a in a plane similar to FIG.

　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 fuel cell device 20a, the cooling water is guided into the jacket 52a in the end plate 39, and the cooling water flows in the spiral flow path in the stacking direction. At the end of the jacket portion 52a, the cooling water returns into the end plate 40, and is discharged from a predetermined cooling water hole provided in the end plate 40 to the outside of the fuel cell device 20a. When the cooling water flow path is formed in such a spiral shape, the flow of the cooling water can be made smoother. The shape of the flow path formed inside the jacket portion 52 may be any shape as long as the stack housing member 50 can be heated by the cooling water.

　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 stack storage member 50 is formed of stainless steel or aluminum. However, when the cooling water corresponding to the operating temperature of the fuel cell is introduced, the stack storage member 50 expands sufficiently and undesired inside the fuel cell device 20. Any member that can suppress generation of a large pressure may be used. In addition, if it is possible to prevent the generation of the undesired pressure, the jacket portion 52 does not necessarily need to cover the entire stack storage member 50, but may cover a part of the stack storage member 50. It may be.

　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 stack housing member 50 is increased by the exhaust gas of the fuel gas or the oxidizing gas discharged from the fuel cell device 20 will be described. When the fuel gas and the oxidizing gas subjected to the electrochemical reaction in the fuel cell device 20 are discharged from the fuel holes 82E and 82F of the end plate 40, the operating temperature of the fuel cell device 20 is substantially the same as the cooling water. Temperature. Therefore, by introducing these gases into the jacket portion 52 instead of the cooling water, the stack storage member 50 can be thermally expanded similarly to the first embodiment.

　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 stack housing member 50 is heated by the exhaust gas such as the fuel gas or the oxidizing gas, the flow path formed inside the jacket portion 52 may be formed in the same shape as in the first embodiment. In the first embodiment, the cooling water is guided into the jacket portion 52 in the end plate 39. However, in the second embodiment, the end plate 40 is formed to have an increased thickness in the same manner as the first embodiment 39. The fuel exhaust gas or the oxidizing exhaust gas discharged from the fuel holes 82 </ b> E or 82 </ b> F is once passed through the inside of the jacket portion 52 and then discharged to the outside of the fuel cell device 20.

　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 stack housing member 50 is increased by the fuel exhaust gas or the oxidizing exhaust gas instead of the cooling water in the first embodiment. As in the first embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained by raising the temperature of the stack housing member 50 by the fluid circulating inside the fuel cell device 20. That is, during operation of the fuel cell, the stack housing member 50 also thermally expands together with the stack structure 24, so that an undesired pressure does not occur inside the fuel cell device 20. Further, since the temperature of the entire fuel cell device 20 can be maintained substantially uniform, the electrochemical reaction occurring in each of the single cells constituting the stack structure 24 is uniformed, the difference in area is suppressed, and the battery performance is reduced. Is improved. Further, in the flow path of the fuel gas and the oxidizing gas provided inside the fuel cell device 20, there is an effect that there is no possibility that the temperature temporarily drops and water vapor is condensed in the flow path.

　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 jacket portion 52. The fluid may be introduced from the high-temperature portion of. Hereinafter, as a third embodiment, a description will be given of a configuration in which the temperature of the stack housing member 50 is raised using the combustion exhaust gas discharged from the reformer 93 that reforms the raw fuel to generate the hydrogen-rich fuel gas.

　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 fuel cell system 90 of the third embodiment. The fuel cell system 90 includes, as main components, a methanol tank 91, a water tank 92, a reformer 93, a burner 94, and a blower 95 in addition to the fuel cell device 20b. Methanol is supplied from the methanol tank 91 and water is supplied from the water tank 92 to the reformer 93. An evaporator (not shown) is provided in a flow path leading to the reformer 93, and the methanol and water are supplied to the reformer 93 in a vaporized state.

　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 reformer 93 receives the supply of methanol and water as described above, performs steam reforming of methanol, and generates a hydrogen-rich fuel gas. Hereinafter, the methanol reforming reaction performed in the reformer 93 will be described.

　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 reformer 93. The reformer 93 in the fuel cell system 90 according to the present embodiment is provided with the burner 94 described above, and the amount of heat required for the reforming reaction is supplied by the combustion energy of the burner 94.

　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 reformer 93 is guided to the fuel cell device 20b and is subjected to an electrochemical reaction that proceeds on the cathode side. The exhaust gas of the fuel gas discharged through the electrochemical reaction in the fuel cell device 20b is led to a predetermined flow path and to the burner 94. This fuel exhaust gas contains hydrogen remaining without being consumed by the cell reaction in the fuel cell device 20b. The burner 94 burns using the hydrogen contained in the fuel exhaust gas as fuel, and heats the reformer 93 with the combustion gas.

　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 burner 94 undergoes heat exchange by heating the reformer 93, and the temperature of the gas decreases. However, the combustion exhaust gas after heating the reformer 93 is 100 to 200 ° C. Temperature. In the fuel cell system 90 of this embodiment, the combustion exhaust gas after heating the reformer 93 is introduced into the jacket 52b of the fuel cell device 20b to heat the fuel cell device 20b.

　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 fuel cell device 20b, like the fuel cell devices 20 of the first and second embodiments, stores the stack structure 24 in which the single cells 22 are stacked by the stack storage member 50b. The fuel cell device 20b has a jacket portion 52b formed on the outer periphery similarly to the fuel cell device 20 shown in FIG. 1, but is different from the fuel cell device 20 in that the jacket portion 52b has the same shape as the fuel cell device 20b. Fluid can be introduced from outside. That is, in the fuel cell device 20b, instead of using the cooling water or the fuel exhaust gas after circulating inside the fuel cell device 20b, the combustion exhaust gas heated in the reformer 93 is introduced into the jacket portion 52b, 20b is being heated.

　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 blower 95 provided in the fuel cell system 90 takes in air from the outside, compresses the air, and supplies the compressed air to the anode side of the fuel cell device 20b. By pressurizing the oxidizing gas supplied to the anode side as described above, the fuel cell system 90 of the present embodiment improves the efficiency of the cell reaction.

　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 fuel cell system 90 configured as described above, similarly to the first and second embodiments, when the fuel cell device 20b is operated, the stack storage member 50b is thermally expanded together with the stack structure 24. No undesired pressure is generated inside 20b. Further, since the combustion exhaust gas of the burner 94 is used to heat the stack storage member 50b, there is no need to separately prepare energy for heating, and the energy efficiency of the entire system does not decrease.

　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 burner 94 is 100 to 200 ° C., which is higher than the operating temperature of the fuel cell device 20b, 80 to 100 ° C., in the fuel cell system 90 of this embodiment, It is possible to use the combustion exhaust gas for warming up the fuel cell device 20b. That is, since the combustion exhaust gas from the burner 94 is generated immediately after the burner 94 starts burning when the fuel cell system 90 is started, the fuel cell device 20b that has not sufficiently heated immediately after the start is effectively raised. Can be warmed. Therefore, if the configuration of the fuel cell system 90 of the present embodiment is used, it is possible to raise the temperature of the fuel cell device 20b to a predetermined operating temperature more quickly at the time of startup than in the conventional fuel cell system. .

　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 reformer 93 replaces the combustion exhaust gas of the burner 94 with the reformer 93 in order to introduce the fluid from a predetermined high-temperature portion provided outside the fuel cell device 20 as in the third embodiment. A configuration for heating the stack accommodating member 50c using the supplied fuel gas will be described below as a fourth embodiment. FIG. 11 is a block diagram schematically illustrating a configuration of the fuel cell system 100 according to the fourth embodiment. In the figure, parts common to the fuel cell system 90 of the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

　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 fuel cell system 100, the fuel gas generated in the reformer 93 is introduced into the jacket 52c provided on the outer periphery of the fuel cell device 20c before being supplied to the cathode side of the fuel cell device 20c. Is done. The jacket 52c has the same configuration as the jacket 52b provided in the fuel cell device 20b of the third embodiment. The fuel gas that has passed through the flow path provided in the jacket 52c is discharged from the jacket 52c and then introduced into the fuel cell device 20c, where it is subjected to an electrochemical reaction at the cathode. The fuel exhaust gas after being subjected to the electrochemical reaction is used for combustion in the burner 94 as in the third embodiment.

　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 fuel cell system 100 of the fourth embodiment having the above-described configuration, similar to the fuel cell system 90 of the third embodiment, the fuel cell system 20c can be installed without lowering the energy efficiency of the entire system. The generation of an undesired pressure can be suppressed. Further, in the fuel cell system 100 of the fourth embodiment, the temperature of the fuel gas supplied to the inside of the fuel cell device 20c is reduced to a desired temperature by heating the fuel cell device 20c using the reformed fuel gas. It has the effect of being able to.

　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 reformer 93 usually rises to about 150 ° C. at the time when the fuel gas is discharged from the reformer 93. If such a fuel gas is supplied as it is to the fuel cell device 20c whose operating temperature is about 80 to 100 ° C., a problem occurs in that the temperature inside the fuel cell device 20c partially rises excessively. In the fuel cell system 100 according to the fourth embodiment, the reformed fuel gas is first introduced into the jacket portion 52c, whereby the fuel gas exchanges heat in this jacket portion, and the temperature is reduced to about 80 ° C. Therefore, it is possible to supply the fuel gas in a state close to the operating temperature of the fuel cell device 20c to the fuel cell device 20c, and the temperature inside the fuel cell device 20c is not excessively increased. Further, there is no need to separately provide a configuration for lowering the temperature of the fuel gas generated by the reformer 93 to an appropriate temperature before introducing the fuel gas into the fuel cell device 20c.

　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 stack housing member 50 is raised by using the cooling water circulated inside the fuel cell device 20. However, the configuration using the cooling water before circulating inside the fuel cell device 20 is used here. And In the fuel cell system, the cooling water circulates through the inside of the fuel cell device 20, performs heat exchange in a predetermined heat exchanger, releases heat, and is then introduced again into the fuel cell device. As described above, the temperature of the cooling water is about 60 to 70 ° C. when the heat is once released and then introduced into the fuel cell device 20 again. Therefore, if the stack accommodating member 50 is formed of a material that thermally expands sufficiently at the temperature of the cooling water before being introduced into the fuel cell device 20, the fluid before being introduced into the fuel cell device 20 as a fluid to be introduced into the jacket portion 52. Cooling water can be used.

　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 stack storage member 50 is heated using the fluid discharged from the predetermined high-temperature portion provided in the fuel cell system such as the reformer 93, the heating of the stack storage member 50 is separately performed. There is no need to provide a heat source. Therefore, generation of an undesired pressure in the fuel cell device 20 can be prevented without lowering the energy efficiency of the entire system. Here, the fluid used for heating the stack storage member 50 may be any fluid other than the combustion gas, the fuel gas, or the cooling water as long as it has a temperature capable of thermally expanding the stack storage member 50. good.

　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 stack storage member 50 that stores the stack structure 24 may be selected from those having a predetermined coefficient of thermal expansion based on the temperature of the fluid used to heat the fuel cell device. good. When a fluid having a temperature substantially equal to the operating temperature of the fuel cell is used to heat the fuel cell device 20, such as cooling water circulated inside the fuel cell device 20, the thermal expansion coefficient of the entire stack structure 24 is increased. By configuring the stack housing member 50 with a material having a thermal expansion coefficient substantially equal to the above, an undesired pressure generated in the fuel cell device 20 can be effectively suppressed. When a fluid having a temperature higher than the operating temperature of the fuel cell, such as the combustion exhaust gas of the reformer 93, is used, a material having an expansion coefficient smaller than the thermal expansion coefficient of the entire stack structure 24 may be used. By forming the stack housing member 50, an undesired pressure generated in the fuel cell device 20 can be sufficiently suppressed. Alternatively, when a fluid having a temperature lower than the operating temperature of the fuel cell is used, such as cooling water before being introduced into the fuel cell device 20, a thermal expansion coefficient larger than the thermal expansion coefficient of the entire stack structure 24 is provided. By forming the stack accommodating member with the material, it is possible to effectively suppress an undesired pressure generated in the fuel cell.

　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 stack structure 24 while applying a predetermined pressure to the stack structure 24, the bending engagement portions 54 are provided at both ends of the stack storage member 50, Although the stack structure 24 is pressed by the engaging portion 54, the stack structure 24 may be pressed by tightening the stack structure 24 using bolts and nuts. Even with such a configuration, since the undesired pressure generated during the operation of the fuel cell device 20 is reduced by the thermal expansion of the stack housing member, a spring or the like is provided to absorb the undesired pressure. It is not necessary to increase the size of 20 in the stacking direction.

　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 stack structure 24, when the stack storage member 50 is heated and thermally expanded, the amount of thermal expansion is insufficient, and If undesired pressure generated in the fuel cell device 20 cannot be sufficiently prevented by introducing the fluid into the members, a spring is provided between the bolt and the nut pressing the stack structure 24. It is good also as composition. With such a configuration, the spring absorbs an undesired internal pressure that could not be prevented by merely expanding the stack housing member by thermal expansion, thereby preventing a problem that may occur due to the undesired internal pressure. Can be. Even when the fuel cell device 20 is provided with a spring as described above, since the pressure to be absorbed by the spring is reduced by providing the structure for heating the stack housing member 50, compared with the case where the temperature raising structure is not provided. Only a small spring is required, and the fuel cell device does not become too large.

　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 stack storage member 50 to raise the temperature of the stack storage member 50. However, a configuration may be employed in which a predetermined heating element is provided in the stack storage member 50 to heat the stack storage member 50. . For example, instead of providing the jacket portion 52 on the outer peripheral portion of the stack housing member 50, a heating element such as a heat pipe or a heating wire is arranged in a predetermined shape. By installing such a heating element, it is possible to prevent the generation of undesired pressure inside the fuel cell device by heating the stack storage member and thermally expanding the stack storage member during operation of the fuel cell device. .

　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.

本発明の好適な一実施例である燃料電池装置２０の外観を表わす斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating an appearance of a fuel cell device 20 according to a preferred embodiment of the present invention. 燃料電池装置２０内部に収納されるスタック構造２４の構成を表わす斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration of a stack structure 24 housed inside the fuel cell device 20. 単セル２２の構成を表わす模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a single cell 22. スタック構造２４の構成を表わす分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a stack structure 24. 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る。FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a current collecting plate 36, an insulating plate 38, and an end plate 39. 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。FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a current collecting plate 37, an insulating plate 38, and an end plate 40. ジャケット部５２の内部に形成された流路の構成を表わす断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a flow path formed inside a jacket portion 52. 燃料電池装置２０ａの外観およびジャケット部５２ａ内部に形成された流路の形状を表わす斜視図である。FIG. 4 is a perspective view illustrating an appearance of a fuel cell device 20a and a shape of a flow path formed inside a jacket portion 52a. 第１実施例の変形例において、ジャケット部５２の内部に形成された流路の構成を表わす断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a flow path formed inside a jacket portion 52 in a modified example of the first embodiment. 燃料電池システム９０における要部の構成を表わすブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a main part in a fuel cell system 90. 燃料電池システム１００における要部の構成を表わすブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a main part of the fuel cell system 100.

符号の説明Explanation of reference numerals

　　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 fuel cell device 22 single cell 24 stack structure 30 fuel cell 31 electrolyte membrane 32 anode 33 cathode 34, 35 separator 34P fuel gas passage 35P oxidizing gas passage 36, 37 ... current collector plate 36A, 37A ... output terminal 38 ... insulating plate 38A, 39A, 40A ... hole 39, 40 ... end plate 39B, 39C ... opening 50, 50b, 50c ... stack storage members 52, 52a, 52b, 52c: Jacket portion 53: Channel wall 54: Bend engaging portion 55: Hollow portion 55A: Inner channel 55B ... Outer channel 60, 61: End separator 62A, 62B, 62C, 62E, 72A, 72B, 72C , 72D, 72E, 72F, 82A, 82B, 82C, 82D, 82E, 82F ... fuel holes 4, 64C, 64D, 64E, 74, 74C, 74E, 84, 84C, 84E, 84F ... cooling water holes 66, 76, 78, 88 ... ribs 69P ... cooling water passages 70 ... central separator 80 ... cooling separator 89 ... grooves 90 ... Fuel cell system 91 ... Methanol tank 92 ... Water tank 93 ... Reformer 94 ... Burner 95 ... Blower 100 ... Fuel cell system

Claims (2)

　燃料電池であって、
　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. 　請求項１記載の燃料電池であって、
　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
　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.

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