JP2006100076A

JP2006100076A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2006100076A
Application number: JP2004283814A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nagumo; 健司南雲; Takaharu Sato; 隆治佐藤; Yoshio Kusano; 佳夫草野; Kazunori Fukuma; 一教福間; Mikihiro Suzuki; 幹浩鈴木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2006-04-13

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to carry out an efficient and secure gas humidification and superbly improve low-temperature starting characteristics in particular. <P>SOLUTION: In a fuel cell system 10, a first and a second fuel cell stacks 12, 14 are arranged and lined mutually in parallel, and a first and a second humidifiers 16a, 16b constituting a humidifying mechanism are attached to one end of the horizontal direction of the first and the second fuel cell stacks 12, 14. An oxidizer gas piping 84 is arranged and installed between the first and the second fuel cell stacks 12, 14, and an oxidizer gas which becomes to have a considerably high temperature by being pressurized by a super charger 85 flows in this oxidizer gas piping 84. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電解質・電極構造体をセパレータにより挟持する単位セルを設け、複数の前記単位セルを水平方向に積層するとともに、各単位セルの積層方向に貫通して少なくとも燃料ガス入口連通孔、酸化剤ガス入口連通孔、燃料ガス出口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔が形成された内部マニホールド型の第１及び第２燃料電池スタックを備える燃料電池システムに関する。 The present invention provides a unit cell for sandwiching an electrolyte / electrode structure by a separator, and a plurality of the unit cells are stacked in a horizontal direction, and at least a fuel gas inlet communication hole, an oxidation hole is formed through each unit cell in the stacking direction. The present invention relates to a fuel cell system including an internal manifold type first and second fuel cell stack in which an agent gas inlet communication hole, a fuel gas outlet communication hole, and an oxidant gas outlet communication hole are formed.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側に、それぞれカーボンを主体とする基材に貴金属系の電極触媒層を接合したアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を設け、この電解質膜・電極構造体をセパレータによって挟持することにより燃料電池が構成されている。 For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. Provided on both sides of this electrolyte membrane are an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode-side electrode and a cathode-side electrode each having a noble metal-based electrode catalyst layer bonded to a base mainly composed of carbon are provided. A fuel cell is configured by sandwiching the structure with a separator.

この燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。 In this fuel cell, a fuel gas, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as hydrogen-containing gas) is supplied to the anode side electrode, while an oxidant gas, for example, A gas or air mainly containing oxygen (hereinafter also referred to as oxygen-containing gas) is supplied. In the fuel gas supplied to the anode side electrode, hydrogen is ionized on the electrode catalyst and moves to the cathode side electrode side through the electrolyte membrane. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy.

この場合、上記の燃料電池では、有効な発電機能を発揮させるために、電解質膜を適度な湿潤状態に維持することが必要とされている。このため、燃料ガスや酸化剤ガスを、予め水等により加湿する加湿装置を用意し、この加湿装置を燃料電池に連結することにより、前記加湿された燃料ガスや酸化剤ガスを前記燃料電池に供給するものが知られている。 In this case, in the fuel cell described above, it is necessary to maintain the electrolyte membrane in an appropriate wet state in order to exhibit an effective power generation function. For this reason, a humidifying device for previously humidifying the fuel gas and the oxidant gas with water or the like is prepared, and the humidified fuel gas or the oxidant gas is supplied to the fuel cell by connecting the humidifier to the fuel cell. What is supplied is known.

例えば、特許文献１に開示されている加湿モジュールは、図６に示すように、円筒形状のハウジング１を備えている。このハウジング１内には、複数の中空糸膜２を長手方向に束ねた中空糸膜束３が収容されるとともに、前記ハウジング１の両端がヘッドブロック４ａ、４ｂにより保持されている。 For example, the humidification module disclosed in Patent Document 1 includes a cylindrical housing 1 as shown in FIG. The housing 1 accommodates a hollow fiber membrane bundle 3 in which a plurality of hollow fiber membranes 2 are bundled in the longitudinal direction, and both ends of the housing 1 are held by head blocks 4a and 4b.

ハウジング１の中央部には、内部流路６ａが形成された内部配管６が配設されている。内部配管６の一端側には、入口部７ａが設けられ、前記内部配管６の他端側には、底部６ｂ近傍の円周上に複数の流出口７ｂが形成されている。ハウジング１は、ヘッドブロック４ａ側に出口部７ｃを設けている。このハウジング１内には、入口部７ａから内部流路６ａを通り、流出口７ｂで折り返して各中空糸膜２の外周部に沿って反対方向に流れて出口部７ｃに至る加湿ガス流路が形成されている。 In the central part of the housing 1, an internal pipe 6 in which an internal flow path 6a is formed is disposed. An inlet portion 7a is provided on one end side of the internal pipe 6, and a plurality of outlets 7b are formed on the other end side of the internal pipe 6 on the circumference in the vicinity of the bottom portion 6b. The housing 1 is provided with an outlet portion 7c on the head block 4a side. In the housing 1, there is a humidified gas channel that passes from the inlet 7 a through the internal channel 6 a, is folded at the outlet 7 b, flows in the opposite direction along the outer periphery of each hollow fiber membrane 2, and reaches the outlet 7 c. Is formed.

ヘッドブロック４ａには、加湿ガスが排出される出口通路８ａと、被加湿流体、例えば、水素ガスを導入するための流入通路８ｂが形成される。一方、ヘッドブロック４ｂには、加湿ガスを介して加湿された水素ガスを流出する流出通路８ｃが形成されている。 The head block 4a is formed with an outlet passage 8a through which humidified gas is discharged and an inflow passage 8b for introducing a fluid to be humidified, for example, hydrogen gas. On the other hand, the head block 4b is formed with an outflow passage 8c through which the humidified hydrogen gas flows out through the humidified gas.

このような構成において、図示しない燃料電池から排出されるカソードオフガスである加湿ガスは、比較的高温になっており、この加湿ガスが内部流路６ａを移動することによって、内部配管６から中空糸膜２に熱が移動して暖機が行われる。さらに、この内部流路６ａの端部に移動した加湿ガスは、流出口７ｂから中空糸膜２の外側の領域を通流した後、出口部７ｃから排出される。 In such a configuration, the humidified gas, which is a cathode off-gas discharged from a fuel cell (not shown), has a relatively high temperature, and the humidified gas moves through the internal flow path 6a, so that the hollow fiber is removed from the internal pipe 6. Heat is transferred to the membrane 2 to warm up. Further, the humidified gas that has moved to the end of the internal flow path 6a flows through the region outside the hollow fiber membrane 2 from the outlet 7b, and is then discharged from the outlet 7c.

その際、水素ガスは、流入通路８ｂから中空糸膜２の内側を流通するため、前記中空糸膜２を介して加湿ガスに含まれていた水分を受け取って加湿される。そして、この加湿された水素ガスは、流出通路８ｃから排出されて図示しない燃料電池に供給される。 At that time, since hydrogen gas flows through the inside of the hollow fiber membrane 2 from the inflow passage 8b, the moisture contained in the humidified gas is received and humidified through the hollow fiber membrane 2. The humidified hydrogen gas is discharged from the outflow passage 8c and supplied to a fuel cell (not shown).

特開２００２−２９８８８３号公報（図３）Japanese Patent Laid-Open No. 2002-29883 (FIG. 3)

ところで、燃料電池は、例えば、車載用として使用される場合、所望の高出力を得るために多数の単位セルを積層して燃料電池スタックを構成する必要がある。その際、燃料電池スタックでは、単位セルの積層方向の長さが相当に長尺化すると、燃料ガスや酸化剤ガスを各単位セルに対して均等に供給することができない等の問題がある。このため、それぞれ所定数の単位セルを積層した２つの燃料電池スタックを設け、前記２つの燃料電池スタックを並列させる構成が採用されている。 By the way, when a fuel cell is used for in-vehicle use, for example, it is necessary to form a fuel cell stack by laminating a large number of unit cells in order to obtain a desired high output. At this time, in the fuel cell stack, if the length of the unit cells in the stacking direction is considerably increased, there is a problem that the fuel gas and the oxidant gas cannot be uniformly supplied to the unit cells. For this reason, a configuration is adopted in which two fuel cell stacks each having a predetermined number of unit cells stacked are provided and the two fuel cell stacks are arranged in parallel.

そこで、この種の互いに並列された２つの燃料電池スタックに、上記の特許文献１に開示されている加湿モジュール等の加湿機構を組み込む燃料電池システムが望まれている。 Therefore, there is a demand for a fuel cell system in which a humidification mechanism such as the humidification module disclosed in Patent Document 1 is incorporated in two fuel cell stacks arranged in parallel with each other.

本発明はこの種の要請に対応してなされたものであり、簡単且つコンパクトな構成で、効率的なガス加湿を行うことができ、特に低温始動性を良好に向上させることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in response to this type of request, and can perform efficient gas humidification with a simple and compact configuration, and in particular, a fuel cell capable of improving the low-temperature startability satisfactorily. The purpose is to provide a system.

本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持する単位セルを設け、複数の前記単位セルを水平方向に積層するとともに、各単位セルの積層方向に貫通して少なくとも燃料ガス入口連通孔、酸化剤ガス入口連通孔、燃料ガス出口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔が形成された内部マニホールド型の第１及び第２燃料電池スタックと、前記酸化剤ガス入口連通孔に供給される酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス出口連通孔から排出される排気ガスに含まれる水分により加湿する加湿機構とを備えている。 The present invention provides a unit cell for sandwiching an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte with a separator, and stacks a plurality of the unit cells in a horizontal direction, and in the stacking direction of each unit cell. Internal manifold-type first and second fuel cell stacks having at least fuel gas inlet communication holes, oxidant gas inlet communication holes, fuel gas outlet communication holes, and oxidant gas outlet communication holes formed therethrough, and the oxidant And a humidifying mechanism for humidifying the oxidant gas supplied to the gas inlet communication hole with moisture contained in the exhaust gas discharged from the oxidant gas outlet communication hole.

第１及び第２燃料電池スタックは、水平方向に沿って互いに平行に且つ燃料ガス入口連通孔同士及び酸化剤ガス出口連通孔同士が近接して配列されており、前記第１及び第２燃料電池スタック間には、加圧された酸化剤ガスを流す酸化剤ガス配管が配設されるとともに、前記酸化剤ガス配管は、加湿機構を介して前記酸化剤ガス入口連通孔に連通している。 The first and second fuel cell stacks are arranged in parallel with each other along the horizontal direction, and the fuel gas inlet communication holes and the oxidant gas outlet communication holes are arranged close to each other. An oxidant gas pipe for flowing pressurized oxidant gas is disposed between the stacks, and the oxidant gas pipe communicates with the oxidant gas inlet communication hole via a humidifying mechanism.

また、加湿機構は、第１及び第２燃料電池スタックに並列される第１及び第２加湿器を備え、前記第１及び第２加湿器は、互いに近接する一端部に設けられ、酸化剤ガスを導入する被加湿ガス入口及び排気ガスを導入する加湿ガス入口と、互いに離間する他端部に設けられ、前記一端部から前記他端部に流動する前記酸化剤ガスを酸化剤ガス入口連通孔に供給する被加湿ガス出口と、前記一端部の近傍に設けられ、前記一端部から導入されて前記他端部で折り返して前記一端部側に流動する前記排気ガスを排出する加湿ガス出口とを備えることが好ましい。 The humidifying mechanism includes first and second humidifiers arranged in parallel with the first and second fuel cell stacks, and the first and second humidifiers are provided at one end portions close to each other, and an oxidant gas. The humidified gas inlet for introducing the exhaust gas and the humidified gas inlet for introducing the exhaust gas, and the oxidizing gas flowing from the one end to the other end are provided in the oxidizing gas inlet communication hole. A humidified gas outlet provided in the vicinity of the one end, and a humidified gas outlet for discharging the exhaust gas that is introduced from the one end and is folded at the other end and flows toward the one end. It is preferable to provide.

排気ガスは、燃料電池スタックの運転温度に対応して相当な高温になっており、この排気ガスが第１及び第２加湿器内で折り返して流動するため、前記排気ガスの流路長が長尺化する。これにより、第１及び第２加湿器の暖機が短時間で確実に遂行される。 The exhaust gas has a considerably high temperature corresponding to the operating temperature of the fuel cell stack, and the exhaust gas flows back in the first and second humidifiers, so that the flow length of the exhaust gas is long. Scale. Thereby, warming up of the 1st and 2nd humidifier is performed reliably in a short time.

本発明によれば、加圧されて相当に高温になっている酸化剤ガスが、第１及び第２燃料電池スタック間に配設されている酸化剤ガス配管を流れるため、前記酸化剤ガスによって前記第１及び第２燃料電池スタックを外部から良好に暖機することができる。しかも、暖機用の熱源を個別に用意する必要がなく、第１及び第２燃料電池スタックの暖機が経済的に遂行可能になる。 According to the present invention, the oxidant gas that has been pressurized and has a considerably high temperature flows through the oxidant gas pipe disposed between the first and second fuel cell stacks. The first and second fuel cell stacks can be satisfactorily warmed up from the outside. In addition, it is not necessary to separately prepare a heat source for warming up, and warming up of the first and second fuel cell stacks can be performed economically.

さらに、第１及び第２燃料電池スタックは、燃料ガス入口連通孔同士が近接して配列されている。従って、各燃料ガス入口連通孔に燃料ガスを供給するための燃料ガス配管が有効に短尺化されるとともに、前記燃料ガス配管内での燃料ガス保有量の低減及び前記燃料ガス入口連通孔での凝縮水の低減等を確実に図ることができる。 Furthermore, the fuel gas inlet communication holes of the first and second fuel cell stacks are arranged close to each other. Accordingly, the fuel gas piping for supplying the fuel gas to each fuel gas inlet communication hole is effectively shortened, the amount of fuel gas retained in the fuel gas piping is reduced, and the fuel gas inlet communication hole Condensed water can be reliably reduced.

さらにまた、第１及び第２燃料電池スタックは、酸化剤ガス出口連通孔同士が近接して配列されている。このため、各酸化剤ガス出口連通孔から排出される排気ガス（加湿ガス）を加湿機構に導入させる導入経路を、容易に効率化することができる。 Furthermore, in the first and second fuel cell stacks, the oxidant gas outlet communication holes are arranged close to each other. For this reason, the introduction path | route which introduces the exhaust gas (humidification gas) discharged | emitted from each oxidant gas exit communicating hole to a humidification mechanism can be made efficient easily.

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０の概略全体斜視図である。 FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention.

燃料電池システム１０は、それぞれ積層方向が矢印Ａ方向（水平方向）に沿って配設されるとともに、矢印Ｂ方向に沿って互いに平行に且つ極性を反転して配列される同一構成の第１燃料電池スタック１２と第２燃料電池スタック１４とを備える。第１及び第２燃料電池スタック１２、１４の矢印Ａ方向一端には、加湿機構を構成する第１及び第２加湿器１６ａ、１６ｂが装着される。 The fuel cell system 10 includes a first fuel having the same configuration in which the stacking direction is arranged along the arrow A direction (horizontal direction) and arranged in parallel with each other along the arrow B direction with the polarity reversed. A battery stack 12 and a second fuel cell stack 14 are provided. First and second humidifiers 16a and 16b constituting a humidification mechanism are attached to one end in the arrow A direction of the first and second fuel cell stacks 12 and 14, respectively.

図２に示すように、第１燃料電池スタック１２は、複数の単位セル１８が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体２０を備える。積層体２０の積層方向一端には、ターミナルプレート２２ａ、絶縁プレート２４及び第１エンドプレート２６ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体２０の積層方向他端には、ターミナルプレート２２ｂ、絶縁性スペーサ部材２８及び第２エンドプレート２６ｂが外方に向かって、順次、配設される。第１燃料電池スタック１２は、四角形（長方形）に構成される第１及び第２エンドプレート２６ａ、２６ｂを端板として含むケーシング２９により一体的に保持される。 As shown in FIG. 2, the first fuel cell stack 12 includes a stacked body 20 in which a plurality of unit cells 18 are stacked in the horizontal direction (arrow A direction). At one end in the stacking direction of the stacked body 20, a terminal plate 22a, an insulating plate 24, and a first end plate 26a are sequentially disposed outward. At the other end in the stacking direction of the stacked body 20, a terminal plate 22b, an insulating spacer member 28, and a second end plate 26b are sequentially disposed outward. The first fuel cell stack 12 is integrally held by a casing 29 including first and second end plates 26a and 26b each having a quadrangular (rectangular) shape as end plates.

図２及び図３に示すように、各単位セル１８は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３０と、前記電解質膜・電極構造体３０を挟持する薄板波形状の第１及び第２金属セパレータ３２、３４とを備える。なお、第１及び第２金属セパレータ３２、３４に代替して、例えば、カーボンセパレータを採用してもよい。 As shown in FIGS. 2 and 3, each unit cell 18 includes an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) 30, and a thin plate-shaped first and second sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 30. Second metal separators 32 and 34 are provided. Instead of the first and second metal separators 32 and 34, for example, a carbon separator may be adopted.

単位セル１８の長辺方向（図３中、矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３６ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３８ｂとが設けられる。 An oxidant gas inlet for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, to one end edge of the unit cell 18 in the long side direction (arrow B direction in FIG. 3) communicates with each other in the arrow A direction. A communication hole 36a and a fuel gas outlet communication hole 38b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

単位セル１８の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３８ａと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとが設けられる。 The other end edge in the long side direction of the unit cell 18 communicates with each other in the direction of arrow A, and a fuel gas inlet communication hole 38a for supplying fuel gas, and an oxidant gas for discharging oxidant gas. An outlet communication hole 36b is provided.

単位セル１８の上端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔４０ａが設けられるとともに、前記単位セル１８の下端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔４０ｂが設けられる。 A cooling medium inlet communication hole 40a for supplying a cooling medium is provided at the upper edge of the unit cell 18, and a cooling medium outlet communication for discharging the cooling medium is provided at the lower edge of the unit cell 18. A hole 40b is provided.

電解質膜・電極構造体３０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード側電極４４及びカソード側電極４６とを備える。 The electrolyte membrane / electrode structure 30 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 42 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 44 and a cathode side electrode 46 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 42. With.

アノード側電極４４及びカソード側電極４６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４２の両面に形成される。 The anode side electrode 44 and the cathode side electrode 46 are uniformly coated with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof. And an electrode catalyst layer (not shown) formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 42.

第１金属セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを連通する燃料ガス流路４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部により構成される。第１金属セパレータ３２の面３２ｂには、冷却媒体入口連通孔４０ａと冷却媒体出口連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数本の溝部により構成される。 A fuel gas flow path 48 that connects the fuel gas inlet communication hole 38 a and the fuel gas outlet communication hole 38 b is formed on the surface 32 a of the first metal separator 32 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30. The fuel gas channel 48 is constituted by, for example, a plurality of grooves extending in the arrow B direction. On the surface 32b of the first metal separator 32, a cooling medium flow path 50 that connects the cooling medium inlet communication hole 40a and the cooling medium outlet communication hole 40b is formed. The cooling medium flow path 50 includes a plurality of grooves extending in the direction of arrow C.

第２金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路５２が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路５２は、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとに連通する。第２金属セパレータ３４の面３４ｂには、第１金属セパレータ３２の面３２ｂと重なり合って冷却媒体流路５０が一体的に形成される。 The surface 34a of the second metal separator 34 facing the electrolyte membrane / electrode structure 30 is provided with, for example, an oxidant gas flow path 52 composed of a plurality of grooves extending in the direction of arrow B, and this oxidant gas. The flow path 52 communicates with the oxidant gas inlet communication hole 36a and the oxidant gas outlet communication hole 36b. A cooling medium flow path 50 is integrally formed on the surface 34 b of the second metal separator 34 so as to overlap the surface 32 b of the first metal separator 32.

第１金属セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、この第１金属セパレータ３２の外周端縁部を周回して第１シール部材５４が一体成形される。第１シール部材５４は、面３２ａで燃料ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び燃料ガス流路４８を囲繞してこれらを連通させる一方、面３２ｂで冷却媒体入口連通孔４０ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。 A first seal member 54 is integrally formed on the surfaces 32 a and 32 b of the first metal separator 32 around the outer peripheral edge of the first metal separator 32. The first seal member 54 surrounds and communicates the fuel gas inlet communication hole 38a, the fuel gas outlet communication hole 38b, and the fuel gas passage 48 with the surface 32a, while the surface 32b communicates with the cooling medium inlet communication hole 40a. The medium outlet communication hole 40b and the cooling medium flow path 50 are surrounded and communicated.

第２金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第２金属セパレータ３４の外周端縁部を周回して第２シール部材５６が一体成形される。第２シール部材５６は、面３４ａで酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス流路５２を囲繞してこれらを連通させる一方、面３４ｂで冷却媒体入口連通孔４０ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。 A second seal member 56 is integrally formed on the surfaces 34 a and 34 b of the second metal separator 34 around the outer peripheral edge of the second metal separator 34. The second seal member 56 surrounds and communicates the oxidant gas inlet communication hole 36a, the oxidant gas outlet communication hole 36b, and the oxidant gas flow path 52 on the surface 34a, while the cooling medium inlet communication hole on the surface 34b. The cooling medium outlet communication hole 40b and the cooling medium flow path 50 are surrounded and communicated with each other.

図２に示すように、第１及び第２シール部材５４、５６間には、固体高分子電解質膜４２の外周が直接ケーシング２９に接触することを阻止すべく、シール５７が介装される。図１及び図２に示すように、ターミナルプレート２２ａ、２２ｂの端部には、面方向に突出する板状の端子部５８ａ、５８ｂが形成される。 As shown in FIG. 2, a seal 57 is interposed between the first and second seal members 54 and 56 to prevent the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 42 from directly contacting the casing 29. As shown in FIGS. 1 and 2, plate-like terminal portions 58a and 58b projecting in the surface direction are formed at the end portions of the terminal plates 22a and 22b.

ケーシング２９は、図１及び図２に示すように、端板である第１及び第２エンドプレート２６ａ、２６ｂと、積層体２０の側部に配置される複数の側板６０ａ〜６０ｄと、前記側板６０ａ〜６０ｄの互いに近接する端部同士をねじ止めにより連結するアングル部材（例えば、Ｌアングル）６２ａ〜６２ｄと、前記第１及び第２エンドプレート２６ａ、２６ｂと前記側板６０ａ〜６０ｄとを連結するそれぞれ長さの異なる連結ピン６４ａ、６４ｂとを備える。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the casing 29 includes first and second end plates 26 a and 26 b that are end plates, a plurality of side plates 60 a to 60 d disposed on the side of the laminated body 20, and the side plates. Angle members (for example, L angles) 62a to 62d that connect end portions 60a to 60d that are close to each other by screwing, the first and second end plates 26a and 26b, and the side plates 60a to 60d are connected. Connection pins 64a and 64b having different lengths are provided.

図２に示すように、スペーサ部材２８は、ケーシング２９の内周で位置決めされるように所定の寸法に設定された矩形状を有する。このスペーサ部材２８は、積層体２０の積層方向の長さ変動を吸収して前記積層体２０に所望の締め付け荷重を付与可能にするために、厚さが調整される。なお、積層体２０の積層方向の長さの変動が、第１及び第２金属セパレータ３２、３４自体の弾性等で吸収可能であれば、スペーサ部材２８を用いなくてもよい。 As shown in FIG. 2, the spacer member 28 has a rectangular shape set to a predetermined size so as to be positioned on the inner periphery of the casing 29. The spacer member 28 is adjusted in thickness in order to absorb a length variation in the stacking direction of the stacked body 20 and to apply a desired tightening load to the stacked body 20. The spacer member 28 may not be used as long as the variation in the length of the stacked body 20 in the stacking direction can be absorbed by the elasticity of the first and second metal separators 32 and 34 themselves.

第２燃料電池スタック１４は、上記のように構成される第１燃料電池スタック１２と略同一に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。 The second fuel cell stack 14 is configured substantially the same as the first fuel cell stack 12 configured as described above, and the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be given. Omitted.

第１及び第２燃料電池スタック１２、１４を構成する各積層体２０は、全く同一の構成を有しており、それぞれの極性を逆にするために、例えば、前記第２燃料電池スタック１４を構成する前記積層体２０を、前記第１燃料電池スタック１２を構成する前記積層体２０に対して鉛直軸回りに１８０°反転させている（図４参照）。 The stacked bodies 20 constituting the first and second fuel cell stacks 12 and 14 have exactly the same configuration. For example, in order to reverse the respective polarities, for example, the second fuel cell stack 14 is The stack 20 constituting the first fuel cell stack 12 is inverted 180 ° around the vertical axis with respect to the stack 20 constituting the first fuel cell stack 12 (see FIG. 4).

第１及び第２加湿器１６ａ、１６ｂは、基本的には、図６に示す加湿モジュールと同様に構成されており、円筒形状のハウジング７０を備える（図１参照）。ハウジング７０内には、図５に示すように、複数の中空糸膜７２が収容されるとともに、前記ハウジング７０の中央部には、内部流路７４ａを有する内部配管７４が配設される。内部配管７４の底部側（他端部側）外周部には、複数の開口７６が形成されるとともに、前記内部配管７４の開口部側（一端部側）には、排気される酸化剤ガスを供給する加湿ガス入口７８ａが形成される。 The first and second humidifiers 16a and 16b are basically configured in the same manner as the humidification module shown in FIG. 6 and include a cylindrical housing 70 (see FIG. 1). As shown in FIG. 5, a plurality of hollow fiber membranes 72 are accommodated in the housing 70, and an internal pipe 74 having an internal flow path 74 a is disposed at the center of the housing 70. A plurality of openings 76 are formed on the outer peripheral portion of the bottom side (the other end side) of the internal pipe 74, and the oxidant gas exhausted is supplied to the opening side (one end side) of the internal pipe 74. A humidified gas inlet 78a to be supplied is formed.

ハウジング７０の両端には、ブロック８０ａ、８０ｂが装着され、前記ブロック８０ａには、加湿される酸化剤ガスが供給される被加湿ガス入口８２ａが形成される。一方、ブロック８０ｂには、加湿された酸化剤ガスを排出する被加湿ガス出口８２ｂが形成される。ハウジング７０には、加湿ガス入口７８ａ側に複数の加湿ガス出口７８ｂが形成される。 Blocks 80a and 80b are attached to both ends of the housing 70, and a humidified gas inlet 82a to which an oxidizing gas to be humidified is supplied is formed in the block 80a. On the other hand, a humidified gas outlet 82b for discharging the humidified oxidant gas is formed in the block 80b. A plurality of humidified gas outlets 78b are formed in the housing 70 on the humidified gas inlet 78a side.

図１及び図５に示すように、第１及び第２燃料電池スタック１２、１４間には、酸化剤ガス配管８４が配設されるとともに、この酸化剤ガス配管８４の入口側端部には、圧縮空気を供給するアクチュエータ、例えば、スーパーチャージャ８５が接続される。酸化剤ガス配管８４の出口側端部は、管路８４ａ、８４ｂに分岐しており、前記管路８４ａ、８４ｂは、第１及び第２加湿器１６ａ、１６ｂの被加湿ガス入口８２ａに連結される。 As shown in FIGS. 1 and 5, an oxidant gas pipe 84 is disposed between the first and second fuel cell stacks 12 and 14, and an inlet side end of the oxidant gas pipe 84 is disposed at the end of the oxidant gas pipe 84. An actuator for supplying compressed air, for example, a supercharger 85 is connected. The outlet side end of the oxidant gas pipe 84 is branched into pipes 84a and 84b, and the pipes 84a and 84b are connected to the humidified gas inlets 82a of the first and second humidifiers 16a and 16b. The

第１及び第２加湿器１６ａ、１６ｂの被加湿ガス出口８２ｂと、第１及び第２燃料電池スタック１２、１４の酸化剤ガス入口連通孔３６ａとは、酸化剤ガス供給配管８６により連結される。第１及び第２加湿器１６ａ、１６ｂの加湿ガス入口７８ａと、第１及び第２燃料電池スタック１２、１４の酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとは、オフガス配管８８を介して連結される。 The humidified gas outlet 82b of the first and second humidifiers 16a, 16b and the oxidant gas inlet communication hole 36a of the first and second fuel cell stacks 12, 14 are connected by an oxidant gas supply pipe 86. . The humidified gas inlets 78 a of the first and second humidifiers 16 a and 16 b and the oxidant gas outlet communication holes 36 b of the first and second fuel cell stacks 12 and 14 are connected via an off-gas pipe 88.

図１に示すように、燃料ガス供給配管９０は、先端部が管路９０ａ、９０ｂに分岐しており、前記管路９０ａ、９０ｂは、第１及び第２燃料電池スタック１２、１４の各燃料ガス入口連通孔３８ａに連結される。 As shown in FIG. 1, the fuel gas supply pipe 90 has a distal end branched into pipes 90 a and 90 b, and the pipes 90 a and 90 b serve as fuels of the first and second fuel cell stacks 12 and 14. The gas inlet communication hole 38a is connected.

第１及び第２燃料電池スタック１２、１４の燃料ガス出口連通孔３８ｂには、燃料ガス排出配管９２が連結されるとともに、冷却媒体入口連通孔４０ａ及び冷却媒体出口連通孔４０ｂには、それぞれ冷却媒体供給配管９４及び冷却媒体排出配管９６が連結される。 A fuel gas discharge pipe 92 is connected to the fuel gas outlet communication holes 38b of the first and second fuel cell stacks 12 and 14, and cooling medium inlet communication holes 40a and cooling medium outlet communication holes 40b are cooled respectively. A medium supply pipe 94 and a cooling medium discharge pipe 96 are connected.

このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。 The operation of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below.

先ず、図１に示すように、燃料電池システム１０では、スーパーチャージャ８５を介して酸化剤ガス配管８４に酸素含有ガス等の酸化剤ガス（空気）が供給されるとともに、燃料ガス供給配管９０に水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給配管９４には、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。 First, as shown in FIG. 1, in the fuel cell system 10, an oxidant gas (air) such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas pipe 84 via the supercharger 85, and the fuel gas supply pipe 90 is supplied. Fuel gas such as hydrogen-containing gas is supplied. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium supply pipe 94.

図５に示すように、酸化剤ガス配管８４に供給される加圧された酸化剤ガスは、管路８４ａ、８４ｂに分岐して第１及び第２加湿器１６ａ、１６ｂの各被加湿ガス入口８２ａに導入される。酸化剤ガスは、ハウジング７０内に収容されている複数の中空糸膜７２の内側を通って前記ハウジング７０の軸方向に移動した後、被加湿ガス出口８２ｂに排出される。 As shown in FIG. 5, the pressurized oxidant gas supplied to the oxidant gas pipe 84 branches to the pipes 84a and 84b, and the humidified gas inlets of the first and second humidifiers 16a and 16b. 82a. The oxidant gas passes through the inside of the plurality of hollow fiber membranes 72 accommodated in the housing 70, moves in the axial direction of the housing 70, and is then discharged to the humidified gas outlet 82b.

その際、内部流路７４ａには、後述するように、反応に使用された酸化剤ガス（以下、オフガスともいう）が、オフガス配管８８を介して加湿ガス入口７８ａから供給されている。このオフガスは、内部流路７４ａを内部配管７４の一端側から他端側（底部側）に移動した後、開口７６を介して前記内部配管７４の外周側に移動し、複数の中空糸膜７２の外側を通って加湿ガス出口７８ｂから外部に放出される。 At that time, as will be described later, the oxidant gas used for the reaction (hereinafter also referred to as off-gas) is supplied to the internal channel 74a from the humidified gas inlet 78a via the off-gas pipe 88. The off gas moves through the internal flow path 74 a from one end side to the other end side (bottom side) of the internal pipe 74, and then moves to the outer peripheral side of the internal pipe 74 through the opening 76. And is discharged to the outside from the humidified gas outlet 78b.

このため、中空糸膜７２の外側及び内側を介して、酸化剤ガスには、オフガス中に含まれる水分が移動して加湿される。この加湿された酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給配管８６から第１及び第２燃料電池スタック１２、１４の酸化剤ガス入口連通孔３６ａに供給される。 For this reason, moisture contained in the off-gas moves and is humidified in the oxidant gas through the outside and inside of the hollow fiber membrane 72. The humidified oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply pipe 86 to the oxidant gas inlet communication hole 36 a of the first and second fuel cell stacks 12 and 14.

次いで、第１燃料電池スタック１２内では、図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３６ａから第２金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５２に導入され、電解質膜・電極構造体３０のカソード側電極４６に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３８ａから第１金属セパレータ３２の燃料ガス流路４８に導入され、電解質膜・電極構造体３０のアノード側電極４４に沿って移動する。 Next, in the first fuel cell stack 12, as shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 52 of the second metal separator 34 from the oxidant gas inlet communication hole 36a, and the electrolyte membrane / It moves along the cathode side electrode 46 of the electrode structure 30. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 48 of the first metal separator 32 through the fuel gas inlet communication hole 38 a and moves along the anode side electrode 44 of the electrolyte membrane / electrode structure 30.

従って、各電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４４に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。 Therefore, in each electrolyte membrane / electrode structure 30, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 46 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 44 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, Power generation is performed.

次いで、カソード側電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに沿って流動した後、オフガス配管８８に排出される（図５参照）。同様に、アノード側電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３８ｂに排出されて流動し、燃料ガス排出配管９２に排出される（図１参照）。 Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode-side electrode 46 flows along the oxidant gas outlet communication hole 36b, and is then discharged to the off-gas pipe 88 (see FIG. 5). Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 44 is discharged to the fuel gas outlet communication hole 38b, flows, and discharged to the fuel gas discharge pipe 92 (see FIG. 1).

また、冷却媒体は、冷却媒体入口連通孔４０ａから第１及び第２金属セパレータ３２、３４間の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｃ方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４０ｂを移動して冷却媒体排出配管９６に排出される。 The cooling medium flows in the direction of arrow C after being introduced into the cooling medium flow path 50 between the first and second metal separators 32 and 34 from the cooling medium inlet communication hole 40a. After cooling the electrolyte membrane / electrode structure 30, the cooling medium moves through the cooling medium outlet communication hole 40 b and is discharged to the cooling medium discharge pipe 96.

第２燃料電池スタック１４では、上記の第１燃料電池スタック１２と同様に、使用済みの酸化剤ガスは、オフガス配管８８に排出される（図５参照）。さらに、使用済みの燃料ガスは、燃料ガス排出配管９２に排出されるとともに、使用済みの冷却媒体は、冷却媒体排出配管９６に排出される（図１参照）。 In the second fuel cell stack 14, as in the first fuel cell stack 12, the used oxidant gas is discharged to the off-gas pipe 88 (see FIG. 5). Further, the used fuel gas is discharged to the fuel gas discharge pipe 92, and the used cooling medium is discharged to the cooling medium discharge pipe 96 (see FIG. 1).

この場合、本実施形態では、互いに並列されている第１及び第２燃料電池スタック１２、１４間に酸化剤ガス配管８４が配設されるとともに、前記酸化剤ガス配管８４内には、スーパーチャージャ８５を介して加圧された酸化剤ガスが流動する。 In this case, in this embodiment, an oxidant gas pipe 84 is disposed between the first and second fuel cell stacks 12 and 14 that are parallel to each other, and a supercharger is provided in the oxidant gas pipe 84. The oxidant gas pressurized through 85 flows.

このため、酸化剤ガス配管８４には、加圧によって相当に高温になっている酸化剤ガスが流れ、前記酸化剤ガス配管８４に近接して配置されている第１及び第２燃料電池スタック１２、１４は、高温の前記酸化剤ガスにより外部から有効に暖機することができる。しかも、加圧によって高温になっている酸化剤ガスを暖機用の熱源として使用するため、個別に暖機用の熱源を用意する必要がなく、第１及び第２燃料電池スタック１２、１４の暖機が経済的に遂行可能になるという効果が得られる。 For this reason, the oxidant gas pipe 84 is supplied with an oxidant gas that is considerably heated due to pressurization, and the first and second fuel cell stacks 12 disposed in the vicinity of the oxidant gas pipe 84. , 14 can be effectively warmed up from the outside by the high-temperature oxidant gas. In addition, since the oxidant gas that has been heated by pressurization is used as a heat source for warming up, it is not necessary to separately prepare a heat source for warming up, and the first and second fuel cell stacks 12 and 14 are not provided. The effect is that warm-up can be carried out economically.

さらに、第１及び第２燃料電池スタック１２、１４は、燃料ガス入口連通孔３８ａ同士が近接して配列されている。従って、各燃料ガス入口連通孔３８ａに燃料ガスを供給するための管路９０ａ、９０ｂが、有効に短尺化されるとともに、前記管路９０ａ、９０ｂ内での燃料ガス保有量の低減及び前記燃料ガス入口連通孔３８ａでの凝縮水の低減等を確実に図ることができるという利点がある。 Further, the first and second fuel cell stacks 12 and 14 are arranged such that the fuel gas inlet communication holes 38a are close to each other. Therefore, the pipes 90a and 90b for supplying the fuel gas to the fuel gas inlet communication holes 38a are effectively shortened, and the fuel gas holding amount in the pipes 90a and 90b is reduced and the fuel is supplied. There is an advantage that it is possible to reliably reduce condensed water in the gas inlet communication hole 38a.

さらにまた、第１及び第２燃料電池スタック１２、１４は、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ同士が近接して配列されている。これにより、各酸化剤ガス出口連通孔３６ｂから排出されるオフガスを第１及び第２加湿器１６ａ、１６ｂに導入させるオフガス配管８８は、容易に短尺化且つ効率化を図ることができる。 Furthermore, the oxidant gas outlet communication holes 36b are arranged close to each other in the first and second fuel cell stacks 12 and 14. Thereby, the offgas piping 88 for introducing the offgas discharged from each oxidant gas outlet communication hole 36b into the first and second humidifiers 16a and 16b can be easily shortened and made more efficient.

また、第１及び第２加湿器１６ａ、１６ｂは、互いに近接する一端部に加湿ガス入口７８ａ、被加湿ガス入口８２ａ及び加湿ガス出口７８ｂが設けられるとともに、互いに離間する他端部には、被加湿ガス出口８２ｂが設けられている（図５参照）。このため、酸化剤ガス配管８４、オフガス配管８８及び酸化剤ガス供給配管８６の効率化が容易に遂行される。 The first and second humidifiers 16a and 16b are provided with a humidified gas inlet 78a, a humidified gas inlet 82a and a humidified gas outlet 78b at one end close to each other, and at the other end separated from each other, A humidified gas outlet 82b is provided (see FIG. 5). Therefore, the efficiency of the oxidant gas pipe 84, the off-gas pipe 88, and the oxidant gas supply pipe 86 is easily achieved.

しかも、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂから排出される比較的高温のオフガスは、内部配管７４の内部流路７４ａを流動した後、折り返して各中空糸膜７２の外側を通って加湿ガス出口７８ｂから排出される。従って、第１及び第２加湿器１６ａ、１６ｂの加温速度を速めることができ、特に、低温起動時間の短縮化が図られるという効果がある。 In addition, the relatively high temperature off-gas discharged from the oxidant gas outlet communication hole 36 b flows through the internal flow path 74 a of the internal pipe 74, and then turns and passes through the outside of each hollow fiber membrane 72 from the humidified gas outlet 78 b. Discharged. Accordingly, the heating speed of the first and second humidifiers 16a and 16b can be increased, and in particular, there is an effect that the low temperature start-up time can be shortened.

なお、本実施形態では、連結部材として、例えば、アングル部材６２ａ〜６２ｄを用いているが、これに限定されるものではない。例えば、側板６０ａ〜６０ｄ自体に屈曲するフランジ部を形成し、各フランジ部をねじ止めして前記側板６０ａ〜６０ｄ同士を連結することにより連結部材を構成してもよい。また、側板６０ａ〜６０ｄ同士を溶接して一体化することにより、連結部材を構成してもよい。さらに、ケーシング２９に代替して、第１及び第２エンドプレート２６ａ、２６ｂを図示しないタイロッドで締め付け保持する構成を採用してもよい。さらにまた、冷却媒体入口連通孔４０ａ及び冷却媒体出口連通孔４０ｂは、単位セル１８の矢印Ｂ方向両端部に設けてもよい。 In the present embodiment, for example, the angle members 62a to 62d are used as the connecting member, but the present invention is not limited to this. For example, the connecting members may be configured by forming flange portions that are bent on the side plates 60a to 60d themselves, and screwing the flange portions to connect the side plates 60a to 60d. Moreover, you may comprise a connection member by welding and integrating the side plates 60a-60d. Furthermore, instead of the casing 29, a configuration in which the first and second end plates 26a and 26b are fastened and held by a tie rod (not shown) may be employed. Furthermore, the cooling medium inlet communication hole 40a and the cooling medium outlet communication hole 40b may be provided at both ends of the unit cell 18 in the arrow B direction.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略全体斜視図である。1 is a schematic overall perspective view of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 前記燃料電池システムを構成する燃料電池スタックの一部断面側面図である。It is a partial cross section side view of the fuel cell stack which comprises the said fuel cell system. 前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the unit cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池システムの反応ガス及び冷却媒体の流れ説明図である。It is flow explanatory drawing of the reaction gas and cooling medium of the said fuel cell system. 前記燃料電池システムを構成する第１及び第２加湿器内の流れ説明図である。It is flow explanatory drawing in the 1st and 2nd humidifier which comprises the said fuel cell system. 特許文献１に係る加湿モジュールの断面説明図である。It is sectional explanatory drawing of the humidification module which concerns on patent document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０…燃料電池システム１２、１４…燃料電池スタック
１６ａ、１６ｂ…加湿器１８…単位セル
２０…積層体２６ａ、２６ｂ…エンドプレート
２９…ケーシング３０…電解質膜・電極構造体
３２、３４…金属セパレータ３６ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３６ｂ…酸化剤ガス出口連通孔３８ａ…燃料ガス入口連通孔
３８ｂ…燃料ガス出口連通孔４０ａ…冷却媒体入口連通孔
４０ｂ…冷却媒体出口連通孔４２…固体高分子電解質膜
４４…アノード側電極４６…カソード側電極
４８…燃料ガス流路５０…冷却媒体流路
５２…酸化剤ガス流路５８ａ、５８ｂ…端子部
６０ａ〜６０ｄ…側板７０…ハウジング
７２…中空糸膜７４…内部配管
７４ａ…内部流路７６…開口
７８ａ…加湿ガス入口７８ｂ…加湿ガス出口
８０ａ、８０ｂ…ブロック８２ａ…被加湿ガス入口
８２ｂ…被加湿ガス出口８４…酸化剤ガス配管
８５…スーパーチャージャ８４ａ、８４ｂ、９０ａ、９０ｂ…管路
８６…酸化剤ガス供給配管８８…オフガス配管
９０…燃料ガス供給配管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 12, 14 ... Fuel cell stack 16a, 16b ... Humidifier 18 ... Unit cell 20 ... Laminated body 26a, 26b ... End plate 29 ... Casing 30 ... Electrolyte membrane and electrode structure 32, 34 ... Metal separator 36a Oxidant gas inlet communication hole 36b oxidant gas outlet communication hole 38a fuel gas inlet communication hole 38b fuel gas outlet communication hole 40a cooling medium inlet communication hole 40b cooling medium outlet communication hole 42 solid polymer electrolyte membrane 44 ... anode side electrode 46 ... cathode side electrode 48 ... fuel gas flow path 50 ... cooling medium flow path 52 ... oxidant gas flow path 58a, 58b ... terminal portions 60a-60d ... side plate 70 ... housing 72 ... hollow fiber membrane 74 ... Internal piping 74a ... internal flow path 76 ... opening 78a ... humidified gas inlet 78b ... humidified gas outlet 80a, 80b ... block 82 a ... humidified gas inlet 82b ... humidified gas outlet 84 ... oxidant gas pipe 85 ... supercharger 84a, 84b, 90a, 90b ... pipe 86 ... oxidant gas supply pipe 88 ... off-gas pipe 90 ... fuel gas supply pipe

Claims

電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持する単位セルを設け、複数の前記単位セルを水平方向に積層するとともに、各単位セルの積層方向に貫通して少なくとも燃料ガス入口連通孔、酸化剤ガス入口連通孔、燃料ガス出口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔が形成された内部マニホールド型の第１及び第２燃料電池スタックと、
前記酸化剤ガス入口連通孔に供給される酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス出口連通孔から排出される排気ガスに含まれる水分により加湿する加湿機構と、
を備え、
前記第１及び第２燃料電池スタックは、前記水平方向に沿って互いに平行に且つ前記燃料ガス入口連通孔同士及び前記酸化剤ガス出口連通孔同士が近接して配列されており、
前記第１及び第２燃料電池スタック間には、加圧された前記酸化剤ガスを流す酸化剤ガス配管が配設されるとともに、
前記酸化剤ガス配管は、前記加湿機構を介して前記酸化剤ガス入口連通孔に連通することを特徴とする燃料電池システム。 A unit cell that sandwiches an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte by a separator is provided, and a plurality of the unit cells are stacked in a horizontal direction and at least penetrated in the stacking direction of each unit cell. An internal manifold type first and second fuel cell stack in which a fuel gas inlet communication hole, an oxidant gas inlet communication hole, a fuel gas outlet communication hole and an oxidant gas outlet communication hole are formed;
A humidifying mechanism for humidifying the oxidant gas supplied to the oxidant gas inlet communication hole with moisture contained in the exhaust gas discharged from the oxidant gas outlet communication hole;
With
The first and second fuel cell stacks are arranged in parallel with each other along the horizontal direction, and the fuel gas inlet communication holes and the oxidant gas outlet communication holes are arranged close to each other.
Between the first and second fuel cell stacks, an oxidant gas pipe for flowing the pressurized oxidant gas is disposed, and
The oxidant gas pipe communicates with the oxidant gas inlet communication hole through the humidification mechanism.

請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記加湿機構は、前記第１及び第２燃料電池スタックに並列される第１及び第２加湿器を備え、
前記第１及び第２加湿器は、互いに近接する一端部に設けられ、前記酸化剤ガスを導入する被加湿ガス入口及び前記排気ガスを導入する加湿ガス入口と、
互いに離間する他端部に設けられ、前記一端部から前記他端部に流動する前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス入口連通孔に供給する被加湿ガス出口と、
前記一端部の近傍に設けられ、前記一端部から導入されて前記他端部で折り返して前記一端部側に流動する前記排気ガスを排出する加湿ガス出口と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the humidifying mechanism includes first and second humidifiers arranged in parallel with the first and second fuel cell stacks,
The first and second humidifiers are provided at one end adjacent to each other, a humidified gas inlet for introducing the oxidant gas and a humidified gas inlet for introducing the exhaust gas,
A humidified gas outlet that is provided at the other end spaced from each other and supplies the oxidant gas flowing from the one end to the other end to the oxidant gas inlet communication hole;
A humidified gas outlet that is provided in the vicinity of the one end, and that is introduced from the one end and is turned back at the other end to discharge the exhaust gas flowing toward the one end;
A fuel cell system comprising: