JP2008171808A - Fuel cell stack - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water recovery device for forcibly moving water exhausted from a fuel cell stack to a water tank. <P>SOLUTION: The fuel cell stack 2 is supplied with water in a liquid state and the water recovery device 51 recovers water from exhausted air and/or exhausted fuel gas. A water tank 53 of the water recovery device is arranged at a lower side of the fuel cell stack. The fuel cell stack has unit systems superposed in a width direction of a vehicle, and a bottom edge of each unit system is inclined to a travelling direction of the vehicle. A water receiving face of the water recovery device is inclined to a width direction against a travelling direction of the vehicle. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は燃料電池システムに関し、特に燃料電池スタックの電解質膜の湿潤状態を維持するために循環される水を燃料電池スタックから効率よく排出させる構成の改良に関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to an improvement in a configuration for efficiently discharging water circulated from a fuel cell stack in order to maintain a wet state of an electrolyte membrane of the fuel cell stack.

昨今汎用されるＰＥＭ型の燃料電池本体は、燃料極と空気極との間に高分子固体電解質膜が挟持された構成である。
燃料極及び空気極はともに触媒物質を含む触媒層と、前記触媒層を支持すると共に反応ガスを供給しさらに集電体としての機能を有する電極器材からなる。
燃料極と空気極の更に外側には、反応ガスを外部より電極内に均一に供給するとともに、余剰ガスを外部に排出するためのガス流通溝を設けたセパレータ（コネクタ板）が積層される。このセパレータはガスの透過を防止するとともに発生した電流を外部へ取り出すための集電を行う。 A PEM type fuel cell main body, which is widely used nowadays, has a structure in which a polymer solid electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode.
Both the fuel electrode and the air electrode are composed of a catalyst layer containing a catalyst material, and an electrode device that supports the catalyst layer and supplies a reaction gas and further functions as a current collector.
On the further outside of the fuel electrode and the air electrode, a separator (connector plate) provided with a gas flow groove for uniformly supplying the reaction gas from the outside into the electrode and discharging excess gas to the outside is laminated. This separator collects current to prevent gas permeation and to take out the generated current to the outside.

上記燃料電池本体とセパレータとで燃料電池の単位ユニットが構成される。実際の燃料電池システムでは、かかる単位ユニットの多数個が直列に積層されてスタックが構成される。
燃料電池本体では、一般的に発生電力にほぼ相当する熱量の熱が発生する。従って、燃料電池本体が過度にヒートアップすることを防止するために、スタックに冷却板を内蔵させる。この冷却板には空気や水などの冷却媒体が流通されてスタックが冷却され、もって燃料電池本体が所望の温度に維持される。 The fuel cell main body and the separator constitute a unit unit of the fuel cell. In an actual fuel cell system, many such unit units are stacked in series to form a stack.
In the fuel cell main body, heat having a heat amount substantially corresponding to the generated power is generally generated. Therefore, in order to prevent the fuel cell body from excessively heating up, a cooling plate is built in the stack. A cooling medium such as air or water is circulated through the cooling plate to cool the stack, thereby maintaining the fuel cell body at a desired temperature.

このような構成の燃料電池の起電力は、燃料極側（アノード）に燃料ガスが供給され、空気極側に酸化ガスが供給された結果、電気化学反応の進行に伴い電子が発生し、この電子を外部回路に取り出すことにより、発生される。
即ち、燃料極（アノード）にて得られる水素イオンがプロトン（Ｈ^＋）の形態で、水分を含んだ電解質膜中を空気極（カソード）側に移動し、また燃料極（アノード）にて得られた電子が外部負荷を通って空気極（カソード）側に移動して酸化ガス（空気を含む）中の酸素と反応して水を生成する、一連の電気化学反応による電気エネルギーを取り出すことができるからである。 The electromotive force of the fuel cell having such a structure is that, as a result of the fuel gas being supplied to the fuel electrode side (anode) and the oxidizing gas being supplied to the air electrode side, electrons are generated as the electrochemical reaction proceeds. Generated by extracting electrons to an external circuit.
That is, the hydrogen ions obtained at the fuel electrode (anode) move to the air electrode (cathode) side in the electrolyte membrane containing moisture in the form of protons (H ⁺ ), and are obtained at the fuel electrode (anode). The extracted electrons move to the air electrode (cathode) side through an external load and react with oxygen in the oxidizing gas (including air) to produce water, thereby extracting electric energy by a series of electrochemical reactions. Because it can.

上記において、プロトンが燃料極より空気極に向かって電解質膜中を移動する際に水和の状態をとるため、電解質膜が乾燥してしまうと、イオン伝導率が低下し、エネルギー変換効率が低下してしまう。
よって、良好なイオン伝導を保つために固体電解質膜に水分を供給する必要があり、そのために燃料ガス及び酸化ガスを加湿して、水分を供給している。
また、アノード電極側では、電極反応を適正に継続させるために、より水素ガスの湿潤状態を維持する必要があり、燃料ガスの加湿方法については従来から様々な提案がある。 In the above, protons take a state of hydration when moving from the fuel electrode toward the air electrode, so that when the electrolyte membrane dries, the ionic conductivity decreases and the energy conversion efficiency decreases. Resulting in.
Therefore, it is necessary to supply moisture to the solid electrolyte membrane in order to maintain good ion conduction. For this purpose, the moisture is supplied by humidifying the fuel gas and the oxidizing gas.
On the anode electrode side, in order to properly continue the electrode reaction, it is necessary to maintain the wet state of hydrogen gas more, and various proposals have conventionally been made on humidifying the fuel gas.

他方、プロセス空気を加湿する方法は従来から提案されているが、反応熱により昇温されている（通常８０℃程度である）空気極を確実に加湿するには、常温のプロセス空気を加湿器において予め加温しておく必要がある。飽和水蒸気量を空気極の周囲の環境と一致させるためである。そのため、加湿器は水の供給機能とプロセス空気の昇温機能とが求められる複雑な構成であった。
特開平７−１４５９９号公報に開示の燃料電池装置では、空気導入管に噴射ノズルを設けて加湿に必要な水がプロセス空気中に噴霧される。この噴射ノズルが圧縮機の上流側にある場合、噴霧された水はプロセス空気の圧縮にともなう熱で蒸発され、水蒸気の状態で空気極を加湿する。また、この装置でも、必要に応じて空気の加湿装置が更に付加される。
いずれにせよ従来の技術では空気へ水蒸気を混入させることにより電解質膜へ水分を補給していた。 On the other hand, a method for humidifying process air has been proposed, but in order to reliably humidify an air electrode heated by reaction heat (usually about 80 ° C.), normal temperature process air is humidified. It is necessary to heat in advance. This is because the saturated water vapor amount is matched with the environment around the air electrode. Therefore, the humidifier has a complicated configuration that requires a water supply function and a process air temperature raising function.
In the fuel cell device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-14599, an injection nozzle is provided in the air introduction pipe, and water necessary for humidification is sprayed into the process air. When this injection nozzle is on the upstream side of the compressor, the sprayed water is evaporated by the heat accompanying the compression of the process air, and humidifies the air electrode in the state of water vapor. In this apparatus, an air humidifier is further added as necessary.
In any case, in the conventional technique, water is supplied to the electrolyte membrane by mixing water vapor into the air.

更には、特開平９−２６６００４号公報に示される燃料電池装置では、排出される水素ガスの濃度を下げるため、燃料極から排出されるガス（この排気ガスには未反応の水素ガスが含まれている）を空気極側へ導入してその中の水素ガスを空気極において燃焼させている。当該燃焼において反応水（回収水）が生成されるため、このような燃料電池装置では加湿器を特に付加しなくても、電解質膜へ充分な水分を補給できることとなる。   Further, in the fuel cell device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-266004, gas discharged from the fuel electrode (this exhaust gas contains unreacted hydrogen gas) in order to reduce the concentration of discharged hydrogen gas. Is introduced into the air electrode side, and hydrogen gas therein is burned in the air electrode. Since reaction water (recovered water) is generated in the combustion, such a fuel cell device can supply sufficient water to the electrolyte membrane without adding a humidifier.

更なる研究により以下の事項が解った。
所定値以下の厚さの電解質膜により、燃料電池を構成した場合に、プロトンが空気極において空気中の酸素と反応して生成された水が、電解質膜中を空気極から水素極へ逆浸透する。この逆浸透された水により、電解質膜を好適な湿潤状態に維持することができるため、水素極（アノード電極）側で水素（燃料ガス）を加湿する必要がない。
しかし、空気極（カソード電極）側において、導入される空気（酸化ガス）流により、電解質膜の空気極側の水分が蒸発するため、電解質膜の空気極側の水分が不足することが解った。 Further research revealed the following:
When a fuel cell is composed of an electrolyte membrane with a thickness less than a predetermined value, the water produced by the reaction of protons with oxygen in the air at the air electrode reversely osmosis through the electrolyte membrane from the air electrode to the hydrogen electrode. To do. Since the electrolyte membrane can be maintained in a suitable wet state by the reversely osmotic water, it is not necessary to humidify hydrogen (fuel gas) on the hydrogen electrode (anode electrode) side.
However, on the air electrode (cathode electrode) side, the introduced air (oxidizing gas) flow evaporates the water on the air electrode side of the electrolyte membrane, so that the moisture on the air electrode side of the electrolyte membrane is insufficient. .

そこで本出願人は特願平１０―６７８８５号において、燃料電池本体の空気極に水が液体の状態で供給される、水直噴タイプの燃料電池システムを提案した。
このように構成された燃料電池システムによれば、空気極の表面に供給された水が優先的に空気から潜熱を奪うので、空気極側の電解質膜から水分の蒸発することが防止される。従って、電解質膜はその空気極側で乾燥することなく、常に均一な湿潤状態を維持する。よって、燃料電池システムの性能及び／又は耐久性が向上する。 Therefore, in Japanese Patent Application No. 10-67885, the present applicant has proposed a water direct injection type fuel cell system in which water is supplied in a liquid state to the air electrode of the fuel cell body.
According to the fuel cell system configured as described above, water supplied to the surface of the air electrode preferentially takes away latent heat from the air, so that evaporation of moisture from the electrolyte membrane on the air electrode side is prevented. Therefore, the electrolyte membrane always maintains a uniform wet state without being dried on the air electrode side. Therefore, the performance and / or durability of the fuel cell system is improved.

さらには、水を液体の状態で空気極に供給すると、空気極の表面に供給された水は空気極自体からも熱を奪いこれを冷却するので、これにより燃料電池本体の温度を制御できる。即ち、燃料電池スタックへ冷却板を付加しなくても当該燃料電池本体を冷却することができる。   Furthermore, when water is supplied to the air electrode in a liquid state, the water supplied to the surface of the air electrode takes heat from the air electrode itself and cools it, so that the temperature of the fuel cell body can be controlled. That is, the fuel cell body can be cooled without adding a cooling plate to the fuel cell stack.

本発明者はこのような水直噴タイプについて鋭意検討を重ねた結果、下記の解決すべき課題を見出した。
即ち、燃料電池システムの効率を上げ、更にその小型軽量化を図るには、燃料電池スタックに供給された液体状の水をいかに効率よく燃料電池スタックから排出させ、これを循環させるかが問題となる。
このような水対策は水直噴タイプの燃料電池に限られたものではない。プロセス空気を加湿する従来タイプの燃料電池であっても、特に車輌用に適用しようと大型化した場合には、燃料電池スタックから効率よく水を排出することはその発電効率を確保する上で解決すべき課題となる。 As a result of intensive studies on such a direct water injection type, the present inventor has found the following problems to be solved.
In other words, in order to increase the efficiency of the fuel cell system and to further reduce the size and weight of the fuel cell system, there is a problem of how efficiently the liquid water supplied to the fuel cell stack can be discharged from the fuel cell stack and circulated. Become.
Such water countermeasures are not limited to direct water injection type fuel cells. Even in the case of conventional fuel cells that humidify process air, efficient draining of water from the fuel cell stack is a solution to ensure power generation efficiency, especially when the size is increased to be applied to vehicles. It will be a challenge.

そこで、この発明は効率よく水を排出できる燃料電池スタックおよびこれを備えた燃料電池システムを提供することを一つの目的とする。
更に他の目的は、新規な構成の燃料電池システムを提供することにある。
更に他の目的は、コンパクトな燃料電池システムを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell stack capable of efficiently discharging water and a fuel cell system including the same.
Still another object is to provide a fuel cell system having a novel configuration.
Still another object is to provide a compact fuel cell system.

この発明の第１の局面は上記目的の少なくとも一つを達成する燃料電池スタックであり、その構成は次のとおりである。
燃料電池の単位ユニットを複数枚重ね合わせて構成された燃料電池スタックであって、
前記各単位ユニットはその下縁が傾斜している、こと特徴とする燃料電池スタック。 A first aspect of the present invention is a fuel cell stack that achieves at least one of the above objects, and the configuration thereof is as follows.
A fuel cell stack configured by stacking a plurality of unit units of a fuel cell,
A fuel cell stack, wherein each unit unit has a lower edge inclined.

このように構成された第１の局面の発明によれば、燃料電池の単位ユニットの下縁が傾斜しているので、単位ユニット中の水分は重力により下縁まで降下するとともに、当該単位ユニットの下縁の傾斜に応じてその下縁の一角に集合する。よってこの一角にドレインを設ければ、ここから効率よく水を排出できることとなる。   According to the invention of the first aspect configured as described above, the lower edge of the unit unit of the fuel cell is inclined, so that the moisture in the unit unit falls to the lower edge due to gravity, and the unit unit's It gathers at one corner of the lower edge according to the inclination of the lower edge. Therefore, if a drain is provided at this corner, water can be efficiently discharged from here.

燃料電池の単位ユニットの下縁の傾斜は単位ユニットを全体的に傾斜させること、若しくは下縁のみが傾斜するように単位ユニットを設計することにより達成される。
車輌用に適したこの発明の一つの実施の形態では、各単位ユニットは車輌の幅方向に重ね合わされて燃料電池スタックを構成し、各単位ユニットは車輌の進行方向に対して傾斜している。即ち、各単位ユニットの下縁は車輌の進行方向に向いており、かつ水平線と交差している。そして、更に燃料電池スタック自体が車輌の幅方向に対して傾斜している。即ち、燃料電池スタックが三次元的に傾いており、よってその一つの角に水が集中し、そこから排出される The inclination of the lower edge of the unit unit of the fuel cell is achieved by tilting the unit unit as a whole or by designing the unit unit so that only the lower edge is inclined.
In one embodiment of the present invention suitable for a vehicle, each unit unit is overlapped in the width direction of the vehicle to form a fuel cell stack, and each unit unit is inclined with respect to the traveling direction of the vehicle. That is, the lower edge of each unit unit faces the traveling direction of the vehicle and intersects the horizontal line. Further, the fuel cell stack itself is inclined with respect to the width direction of the vehicle. That is, the fuel cell stack is tilted three-dimensionally, so that water is concentrated at one corner and discharged from there.

燃料電池スタックの下側に、単位ユニットから排出される水を受けるパン（水回収装置）を設けることが好ましい。そして、パン自体も傾斜させて水の回収を容易にする。
この発明の一つの実施の形態では、単位ユニットの複数枚を車輌幅方向に重ねあわせて燃料電池スタックを構成し、各単位ユニットの下縁を車輌の進行方向に対して傾斜させる。そして、燃料電池スタックの下側に取り付けられる水受けパンを車輌の幅方向に傾斜させた。走行時に車輌がその幅方向に傾斜する頻度は進行方向に傾斜する頻度に比べて少ない。従って、パンの傾斜に沿って水が円滑に流れ、回収されることとなる。他方、燃料電池の単位ユニットにおいては、その空気流路（空気極に供給された水はここを流れる）は狭いので、傾斜が多少変化しても、その下縁部において水の流れに殆ど影響はない。
なお、水回収装置を燃料電池スタックの下に配置すれば、燃料電池スタック内の水は自重で水回収装置まで落下する。従って、燃料電池スタックから水回収装置まで水を強制的に移動させるための補器（ポンプ等）を特に設ける必要がなくなる。よって、システムの軽量小型化を達成できる。 It is preferable to provide a pan (water recovery device) for receiving water discharged from the unit unit below the fuel cell stack. The pan itself is also tilted to facilitate water recovery.
In one embodiment of the present invention, a fuel cell stack is configured by overlapping a plurality of unit units in the vehicle width direction, and the lower edge of each unit unit is inclined with respect to the traveling direction of the vehicle. And the water receiving pan attached to the lower side of the fuel cell stack was inclined in the width direction of the vehicle. The frequency of the vehicle tilting in the width direction during traveling is less than the frequency of tilting in the traveling direction. Therefore, water flows smoothly along the inclination of the pan and is collected. On the other hand, in the unit unit of the fuel cell, the air flow path (the water supplied to the air electrode flows here) is narrow, so even if the inclination slightly changes, the flow of water is hardly affected at the lower edge. There is no.
If the water recovery device is arranged under the fuel cell stack, the water in the fuel cell stack falls to the water recovery device by its own weight. Therefore, it is not necessary to provide an auxiliary device (such as a pump) for forcibly moving water from the fuel cell stack to the water recovery device. Thus, a lighter and smaller system can be achieved.

この発明の第２の局面の燃料電池システムは次のように構成される。
燃料電池スタックと該燃料電池スタックに水を供給し排出空気及び／又は排出燃料ガス中から水を回収する水供給系とを備え、該水供給系の水タンクが前記燃料電池スタックより下側に配置されている、ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to the second aspect of the present invention is configured as follows.
A fuel cell stack and a water supply system that supplies water to the fuel cell stack and collects water from the exhausted air and / or exhausted fuel gas, and a water tank of the water supply system is located below the fuel cell stack. A fuel cell system which is arranged.

このように構成された燃料電池システムによれば、水タンクが燃料電池スタックの下側に配置されているので、燃料電池スタックから排出される液体状の水が自重で当該水タンクまで落下していく。そのため、燃料電池スタックから排出された水を水タンクまで強制的に移動させるための補器（ポンプ等）を特に設ける必要がない。よって、システムの軽量小型化を達成できる。
なお、水を燃料電池スタックから水タンクまでより円滑に流すため、両者を連絡する配管も燃料電池スタックを上側にした傾斜を常に維持しているものとすることが好ましい。
かかる第２の局面の発明は、水直噴タイプのように大量の水を燃料電池スタックから排出させる必要があるシステムにおいてより有効である。 According to the fuel cell system configured as described above, since the water tank is disposed below the fuel cell stack, the liquid water discharged from the fuel cell stack falls to the water tank by its own weight. Go. Therefore, it is not necessary to provide an auxiliary device (such as a pump) for forcibly moving the water discharged from the fuel cell stack to the water tank. Thus, a lighter and smaller system can be achieved.
In addition, in order to flow water more smoothly from the fuel cell stack to the water tank, it is preferable that the piping connecting the two always maintain the inclination with the fuel cell stack on the upper side.
The invention of the second aspect is more effective in a system that needs to discharge a large amount of water from the fuel cell stack, such as a direct water injection type.

この発明の第３の局面の燃料電池システムは次のように構成される。
燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに燃料ガスを供給し該燃料電池スタックから燃料ガスを排出させる燃料供給系とを備え、前記燃料ガスの排気バルブが前記燃料電池スタックより下側に設けられている、ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to the third aspect of the present invention is configured as follows.
A fuel cell stack; and a fuel supply system for supplying fuel gas to the fuel cell stack and discharging the fuel gas from the fuel cell stack, and an exhaust valve for the fuel gas is provided below the fuel cell stack. A fuel cell system characterized by that.

燃料電池スタックでは、既述のように燃料極側においてもその湿潤状態を維持しなければならない。そのため、燃料極側で水がたまりこれが燃料ガス流路を塞いでしまうなど、不具合を引き起こす場合がある。特に、燃料ガスの完全燃焼を図るべく燃料ガスを間欠的に流通させるタイプにおいて燃料ガス流路から水を確実に排出することが要求される。
上記第２の局面の燃料電池システムによれば、燃料ガスの排気バルブが燃料電池スタックより下側に設けられている。したがって、燃料電池スタックの燃料極側の水は自重で排気バルブまで落下し、排気バルブを開放したとき、燃料排気ガスとともにこの水も排出される。
燃料極から排気バルブまでの水の落下を補助するために、両者をつなぐ配管は少なくとも燃料電池スタックから下方に向けて配設されていることが好ましい。即ち、この配管は燃料電池スタック側を上側とした傾斜を常に維持するものとする。 In the fuel cell stack, the wet state must be maintained even on the fuel electrode side as described above. Therefore, water may accumulate on the fuel electrode side, which may cause a problem such as blocking the fuel gas flow path. In particular, in a type in which the fuel gas is intermittently circulated in order to achieve complete combustion of the fuel gas, it is required to reliably discharge water from the fuel gas flow path.
According to the fuel cell system of the second aspect, the fuel gas exhaust valve is provided below the fuel cell stack. Therefore, the water on the fuel electrode side of the fuel cell stack falls to the exhaust valve by its own weight, and when the exhaust valve is opened, this water is also discharged together with the fuel exhaust gas.
In order to assist the fall of water from the fuel electrode to the exhaust valve, it is preferable that the pipe connecting the two is disposed at least downward from the fuel cell stack. That is, this pipe always maintains the inclination with the fuel cell stack side as the upper side.

上記と同じ見地から、燃料電池スタックの燃料ガス排出口は燃料極より下側に配置されことが好ましい。より好ましくは、燃料電池スタックの最も下の位置にこの燃料ガス排出口を設ける。   From the same viewpoint as described above, the fuel gas discharge port of the fuel cell stack is preferably disposed below the fuel electrode. More preferably, the fuel gas discharge port is provided at the lowest position of the fuel cell stack.

水の排出効率を高めるために、上記のように燃料ガス排出口の位置が定められる。他方、燃料ガスの導入口は、燃料ガスが上から下に流れて水の落下を阻害しないように、燃料ガス排出口より高い位置に設けることとなる。この燃料ガス排出口は燃料極より高い位置にあることが好ましい。更に好ましくは、燃料電池スタックにおいて、最も高い位置にこの燃料ガス導入口を設ける。   In order to increase the water discharge efficiency, the position of the fuel gas discharge port is determined as described above. On the other hand, the fuel gas introduction port is provided at a position higher than the fuel gas discharge port so that the fuel gas does not flow from the top to the bottom and prevent water from falling. The fuel gas discharge port is preferably located higher than the fuel electrode. More preferably, the fuel gas inlet is provided at the highest position in the fuel cell stack.

（実施例）
次にこの発明の実施例を説明する。なお、以下の説明では、実施例の燃料電池システム１の全体構成を説明し、続いて各要素を詳細に説明する。
図１にこの発明の実施例の燃料電池システム１の構成を示す。図１に示すように、この燃料電池システム１は燃料電池スタック２、水素吸蔵合金１１を含む燃料供給系１０、空気供給系４０、水供給系５０及び負荷系７０から大略構成される。 (Example)
Next, examples of the present invention will be described. In the following description, the overall configuration of the fuel cell system 1 of the embodiment will be described, and then each element will be described in detail.
FIG. 1 shows the configuration of a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 is generally composed of a fuel cell stack 2, a fuel supply system 10 including a hydrogen storage alloy 11, an air supply system 40, a water supply system 50, and a load system 70.

燃料電池スタック２は燃料電池の単位ユニットＵを複数接続したものである。この単位ユニットＵは、図２に示すように、空気極３と燃料極４とで固体高分子電解質５を挟持した構成の燃料電池本体を、更にカーボンブラックのセパレータ６、７で挟持した構成である。この単位ユニットＵの形状は特に限定されないが、セパレータ６と空気極３との間には空気を流通させる空気流路８が上下方向に形成される。セパレータ７と燃料極４との間には水素ガスを流通させる水素ガス流路９が形成されている。   The fuel cell stack 2 is formed by connecting a plurality of unit units U of fuel cells. As shown in FIG. 2, the unit unit U has a structure in which a solid polymer electrolyte 5 is sandwiched between an air electrode 3 and a fuel electrode 4 and is further sandwiched between carbon black separators 6 and 7. is there. The shape of the unit unit U is not particularly limited, but an air flow path 8 through which air flows is formed between the separator 6 and the air electrode 3 in the vertical direction. Between the separator 7 and the fuel electrode 4, a hydrogen gas flow path 9 through which hydrogen gas flows is formed.

燃料供給系１０では、水素供給路２０を介して水素吸蔵合金１１から放出された水素を燃料スタック２の各単位ユニットＵの水素ガス流路９へ送る。水素供給路２０には、水素調圧弁２１が配設され、水素吸蔵合金１１から放出された水素ガスを調圧している。符号２３は水素供給電磁弁２３であって、水素供給路２０の開閉を制御している。燃料電池スタック２へ供給される直前の水素ガス圧は水素元圧センサ２５でモニタされている。   In the fuel supply system 10, hydrogen released from the hydrogen storage alloy 11 through the hydrogen supply path 20 is sent to the hydrogen gas flow path 9 of each unit unit U of the fuel stack 2. A hydrogen pressure regulating valve 21 is provided in the hydrogen supply path 20 to regulate the hydrogen gas released from the hydrogen storage alloy 11. Reference numeral 23 denotes a hydrogen supply electromagnetic valve 23 that controls opening and closing of the hydrogen supply path 20. The hydrogen gas pressure immediately before being supplied to the fuel cell stack 2 is monitored by a hydrogen source pressure sensor 25.

燃料供給系１０において、燃料電池スタック２から排出される水素ガスは水素排気路３０を介して大気へ放出される。水素排気路３０には逆止弁３１と電磁弁３３が設けられている。逆止弁３１は水素排気路３０を介して空気が燃料電池スタック２の燃料極に進入することを防止する。電磁弁３３は間欠的に駆動されて水素の完全燃焼を図る。   In the fuel supply system 10, the hydrogen gas discharged from the fuel cell stack 2 is released to the atmosphere via the hydrogen exhaust path 30. The hydrogen exhaust passage 30 is provided with a check valve 31 and an electromagnetic valve 33. The check valve 31 prevents air from entering the fuel electrode of the fuel cell stack 2 through the hydrogen exhaust path 30. The electromagnetic valve 33 is intermittently driven to achieve complete combustion of hydrogen.

空気供給系４０は大気から空気を燃料電池スタック２の空気流路８に供給し、燃料電池スタック２から排出された空気を水凝縮器５１を通過させて排気する。
空気供給路４１にはファン４３が備えられ、大気から空気を空気マニホールド４５へ送る。空気はマニホールド４５から燃料電池スタック２の空気流路８へ流入して空気極３へ酸素を供給する。燃料電池スタック２から排出された空気は水凝縮器５１（水回収装置）で水分が凝縮・回収されて大気へ放出される。
燃料電池スタック２から排出される温度は排気温度センサ４７によりモニタされている。 The air supply system 40 supplies air from the atmosphere to the air flow path 8 of the fuel cell stack 2, and exhausts the air discharged from the fuel cell stack 2 through the water condenser 51.
The air supply path 41 is provided with a fan 43 and sends air from the atmosphere to the air manifold 45. Air flows from the manifold 45 into the air flow path 8 of the fuel cell stack 2 and supplies oxygen to the air electrode 3. The air discharged from the fuel cell stack 2 is condensed and recovered by a water condenser 51 (water recovery device) and released to the atmosphere.
The temperature discharged from the fuel cell stack 2 is monitored by an exhaust temperature sensor 47.

この実施例では、空気マニホールド４５の側壁にノズル５５が配設されて、これより吸気中に水が液体の状態で供給される。この水の大部分は液体の状態を維持したまま水凝縮器５１に到達し、そのままタンク５３へ送られて回収される。供給された水の一部は蒸発し、水凝縮器５１において凝縮されて回収される。なお、排出空気に含まれる水蒸気には燃料電池スタック２の発電反応に伴う反応水に起因するものもあると考えられる。   In this embodiment, a nozzle 55 is provided on the side wall of the air manifold 45, and water is supplied in a liquid state during intake. Most of this water reaches the water condenser 51 while maintaining a liquid state, and is sent to the tank 53 as it is to be collected. A part of the supplied water evaporates and is condensed in the water condenser 51 and collected. In addition, it is thought that some water vapor | steam contained in exhaust air originates in the reaction water accompanying the electric power generation reaction of the fuel cell stack 2. FIG.

水供給系５０はタンク５３の水をノズル５５から空気マニホールド４５へ供給し、この水を水凝縮器５１で回収してタンク５３に戻すという閉じられた系である。勿論、水供給系５０を完全に閉じることは不可能であるので、タンク５３の水位を水位センサ５６でモニタしてこの水位が所定の閾値を超えたら外部より水を補給する。冬季にタンク５３中の水が凍結しないようにタンク５３にはヒータ５７と凍結防止電磁バルブ５８が取り付けられている。
水凝縮器５１とタンク５３を連結する配管には電磁バルブ６０が取り付けられてタンク５３内の水が蒸発するのを防止している。 The water supply system 50 is a closed system in which water in the tank 53 is supplied from the nozzle 55 to the air manifold 45, and this water is collected by the water condenser 51 and returned to the tank 53. Of course, since it is impossible to completely close the water supply system 50, the water level in the tank 53 is monitored by the water level sensor 56, and when this water level exceeds a predetermined threshold, water is replenished from the outside. A heater 57 and an antifreezing electromagnetic valve 58 are attached to the tank 53 so that the water in the tank 53 does not freeze in winter.
An electromagnetic valve 60 is attached to the pipe connecting the water condenser 51 and the tank 53 to prevent water in the tank 53 from evaporating.

タンク５３の水はポンプ６１により空気マニホールド内に配設されたノズル５５へ圧送され、ここから空気極３の表面に対して連続的若しくは間欠的に噴出される。この水は燃料電池スタック２の空気極３に供給され、ここにおいて優先的に空気から潜熱を奪うので、空気極３側の電解質膜５からの水分の蒸発が防止される。従って、電解質膜５はその空気極３側で乾燥することなく、常に均一な湿潤状態を維持する。
また、空気極３の表面に供給された水は空気極３自体からも熱を奪いこれを冷却するので、これにより燃料電池スタック２の温度を制御できる。即ち、燃料電池スタック２へ冷却水供給系を付加しなくても当該燃料電池スタック２を充分に冷却することができる。
なお、排気温度センサ４７で検出された排出空気の温度に対応してポンプ６１の出力を制御し、燃料電池スタック２の温度を所望の温度に維持する。 Water in the tank 53 is pumped by a pump 61 to a nozzle 55 disposed in the air manifold, and is continuously or intermittently ejected from here to the surface of the air electrode 3. This water is supplied to the air electrode 3 of the fuel cell stack 2 where the latent heat is taken away from the air preferentially, so that evaporation of moisture from the electrolyte membrane 5 on the air electrode 3 side is prevented. Therefore, the electrolyte membrane 5 always maintains a uniform wet state without being dried on the air electrode 3 side.
Further, the water supplied to the surface of the air electrode 3 takes heat from the air electrode 3 itself and cools it, so that the temperature of the fuel cell stack 2 can be controlled. That is, the fuel cell stack 2 can be sufficiently cooled without adding a cooling water supply system to the fuel cell stack 2.
Note that the output of the pump 61 is controlled in accordance with the temperature of the exhaust air detected by the exhaust temperature sensor 47, and the temperature of the fuel cell stack 2 is maintained at a desired temperature.

負荷系７０は燃料電池スタック２の出力を外部に取り出して、モータ７７等の負荷を駆動させる。この負荷系７０にはスイッチのためのリレー７１と補助出力源となる２次電池７５が設けられ、２次電池７５とリレー７１との間に整流用のダイオード７３が介在されている。
なお、燃料電池スタック２自体の出力は電圧センサ７５で常にモニタされている。このモニタ結果に基づき、図示しない制御回路で水素排気電磁弁３３の開閉が制御される。 The load system 70 takes out the output of the fuel cell stack 2 to drive the load such as the motor 77. The load system 70 is provided with a relay 71 for switching and a secondary battery 75 as an auxiliary output source, and a rectifying diode 73 is interposed between the secondary battery 75 and the relay 71.
Note that the output of the fuel cell stack 2 itself is constantly monitored by the voltage sensor 75. Based on this monitoring result, opening and closing of the hydrogen exhaust solenoid valve 33 is controlled by a control circuit (not shown).

図３は実施例の燃料電池システム１を車輌に組み付けた状態において水供給系５０を抽出した図である。図中の符号Ｔはタイヤである。
空気マニホールド４５、燃料電池スタック２、水凝縮器（水回収装置）５１およびファン４３を図で上下に組み付けてなる組付け体１００の側面図を図４に、平面図を図５に及び底面図を図６にそれぞれ示す。図中の符号１０１は組付け体１００の基枠である。 FIG. 3 is a diagram in which the water supply system 50 is extracted in a state where the fuel cell system 1 of the embodiment is assembled to a vehicle. The symbol T in the figure is a tire.
FIG. 4 is a side view of the assembly 100 in which the air manifold 45, the fuel cell stack 2, the water condenser (water recovery device) 51, and the fan 43 are vertically assembled in the drawing, and FIG. Are shown in FIG. Reference numeral 101 in the drawing is a base frame of the assembly 100.

図７は組付け体１００の構成を示す概念図である。ここで、水凝縮器５１は燃料電池スタックの排気ポート５１１と吸気ポート５１５とを上下に重ねた構成からなる。排気ポート５１１と吸気ポート５１５とは仕切り板５１３で仕切られており、この仕切り板１０３は排気ポート５１１の空気と吸気ポート５１５の空気との間で熱交換がされるよう、熱伝導性のよい材料（ステンレス鋼など）で形成されている。仕切り板５１３は傾斜しており、その最も低い部分がドレイン５１６となる。
燃料電池スタック２を通過した後の排出空気の温度は約５０℃であり、大気から導入された吸気ポート５１５内の空気に比べて排気ポート５１１内の空気はその温度が相当高い。よって、仕切り板５１３を介して排気ポート５１１内の空気は吸気ポート５１５内の空気と熱交換され、もって冷却される。このとき、排出空気の水蒸気が凝縮される。即ち、この水蒸気は仕切り板５１３において結露する。そして、傾斜している仕切り板５１３にそって流れて、ドレイン５１６より水供給系５０に戻される。
なお、ノズル５５より供給された水分のうち気化しなかったものは自重で排気ポート５１１の仕切り板５１３まで落ちてきて、同様にしてドレイン５１６から水供給系５０へ戻される。 FIG. 7 is a conceptual diagram showing the configuration of the assembly 100. Here, the water condenser 51 has a configuration in which the exhaust port 511 and the intake port 515 of the fuel cell stack are vertically stacked. The exhaust port 511 and the intake port 515 are partitioned by a partition plate 513, and the partition plate 103 has good thermal conductivity so that heat is exchanged between the air in the exhaust port 511 and the air in the intake port 515. It is made of a material (such as stainless steel). The partition plate 513 is inclined, and the lowest portion thereof becomes the drain 516.
The temperature of the exhaust air after passing through the fuel cell stack 2 is about 50 ° C., and the temperature of the air in the exhaust port 511 is considerably higher than the air in the intake port 515 introduced from the atmosphere. Therefore, the air in the exhaust port 511 is heat-exchanged with the air in the intake port 515 through the partition plate 513 and is cooled. At this time, the water vapor of the exhaust air is condensed. That is, the water vapor is condensed on the partition plate 513. Then, it flows along the inclined partition plate 513 and is returned to the water supply system 50 from the drain 516.
Of the water supplied from the nozzle 55, the water that has not been vaporized falls to the partition plate 513 of the exhaust port 511 by its own weight, and is similarly returned from the drain 516 to the water supply system 50.

図３及び４からわかるとおり、燃料電池スタック２は各単位ユニットＵの約１００枚を車軸方向、即ち車輌の幅方向へ重ねて構成される。そして燃料電池スタック２は車輌の進行方向に対して傾斜して配置されている。図例では前側が持ち上げられている（傾斜角度：約１５度）。   As can be seen from FIGS. 3 and 4, the fuel cell stack 2 is formed by stacking approximately 100 unit units U in the direction of the axle, that is, in the width direction of the vehicle. The fuel cell stack 2 is inclined with respect to the traveling direction of the vehicle. In the illustrated example, the front side is lifted (inclination angle: about 15 degrees).

図８には、単位ユニットＵを構成するセパレータ１０６の正面図を示す。このセパレータ１０６には縦方向に空気流路１０８が形成されており、各空気流路１０８を区画する隔壁１０９には隣合う空気流路１０８を連通するバイパス１１０が形成されている。図の符号１１２はセパレータ１０６の下縁部であって、空気とともに供給された水はこの下縁部より滴下可能である。しかし実際には下縁部の通路の幅（空間）は大変狭いので、空気流路１０８の水がそのまま滴下しない場合がある。そうすると、空気流路１０８が閉塞され、その部分で空気極へ十分に空気が供給されなくなる。
ここで、単位ユニットＵが傾斜していると、水は傾斜した下縁部１１２を伝って、その最も低い部分から滴下する。更には、単位ユニットＵを傾斜させることにより、空気流路１０８内の水がバイパス１１０へ流れ込み易くなる。
このように、単位ユニットＵが傾斜していると、空気極３に供給された水が流れやすくなって最下端の角部に集合し、そこで大きな水滴となる。よって、自重により確実に燃料電池ユニットＵから排出されることとなる。 In FIG. 8, the front view of the separator 106 which comprises the unit unit U is shown. An air flow path 108 is formed in the separator 106 in the vertical direction, and a bypass 110 communicating with the adjacent air flow path 108 is formed in a partition wall 109 that partitions each air flow path 108. The code | symbol 112 of a figure is a lower edge part of the separator 106, The water supplied with air can be dripped from this lower edge part. However, since the width (space) of the passage at the lower edge portion is actually very narrow, the water in the air flow path 108 may not drop as it is. If it does so, the air flow path 108 will be obstruct | occluded and air will not fully be supplied to an air electrode in the part.
Here, when the unit unit U is inclined, the water is dripped from the lowest portion along the inclined lower edge portion 112. Furthermore, by inclining the unit unit U, the water in the air flow path 108 can easily flow into the bypass 110.
As described above, when the unit unit U is inclined, the water supplied to the air electrode 3 easily flows and gathers at the corner of the lowermost end, and becomes a large water droplet there. Therefore, the fuel cell unit U is reliably discharged by its own weight.

このようにして単位ユニットＵから排出された水は水凝縮器５１の仕切り板５１３に滴下する。この仕切り板５１３は、図４に示す通り、車輌の幅方向に対して傾斜している。そして、その最下点にドレイン５１６（図６参照）が取り付けられている。これにより、単位ユニットＵから滴下した水は仕切り板５１３に沿ってドレイン５１６に集められ、これからタンク５３へ送られる。このとき、図３に示すように、タンク５３はドレイン５１６、即ち燃料電池スタック２の下方に位置するので、水は自重でタンク５３まで降下する。
このタンク５３はその上側部分に配水管５２０が連結されている。配水管５２０はドレイン５１６側を常に上側とした傾斜を維持している。これにより、ドレイン５１６より排出された水が滞りなくタンク５３まで流れる。 In this way, the water discharged from the unit unit U drops on the partition plate 513 of the water condenser 51. As shown in FIG. 4, the partition plate 513 is inclined with respect to the width direction of the vehicle. A drain 516 (see FIG. 6) is attached to the lowest point. Thereby, the water dripped from the unit unit U is collected in the drain 516 along the partition plate 513 and then sent to the tank 53. At this time, as shown in FIG. 3, since the tank 53 is located below the drain 516, that is, the fuel cell stack 2, the water falls to the tank 53 by its own weight.
The tank 53 has a water pipe 520 connected to the upper portion thereof. The water distribution pipe 520 maintains an inclination in which the drain 516 side is always on the upper side. Thereby, the water discharged from the drain 516 flows to the tank 53 without stagnation.

かかる水凝縮器５１を用いない場合には、燃料電池スタック２自体を車輌の幅方向へ傾斜させることが好ましい。   When such a water condenser 51 is not used, it is preferable to incline the fuel cell stack 2 itself in the width direction of the vehicle.

図９は実施例の燃料電池システム１を車輌に組み付けた状態において燃料供給系１０を抽出した図である。燃料供給系１０を構成する各要素において図１に示したものと同一のものには同一の符号を付してある。
図９からわかるように、水素ガスを燃料電池スタック２へ導入する導入口１２０は燃料電池スタック２の最も高い位置にある。また、燃料電池スタック２から水素ガスを排出する排出口１２１は燃料電池スタック２において最も低い位置とした。これにより、水素ガスの流れに沿って水素流路６内の水を排出口１２１へ押し流すことができる。 FIG. 9 is a diagram in which the fuel supply system 10 is extracted in a state where the fuel cell system 1 of the embodiment is assembled to a vehicle. In the respective elements constituting the fuel supply system 10, the same elements as those shown in FIG.
As can be seen from FIG. 9, the inlet 120 for introducing hydrogen gas into the fuel cell stack 2 is at the highest position of the fuel cell stack 2. Further, the discharge port 121 for discharging the hydrogen gas from the fuel cell stack 2 is set at the lowest position in the fuel cell stack 2. Thereby, the water in the hydrogen flow path 6 can be pushed away to the discharge port 121 along the flow of hydrogen gas.

排出口１２１まできた水はほぼ垂直に配設された配管３０に入り、この配管３０に沿って自重で水素排気電磁弁（排気バルブ）３３まで達する。この電磁弁３３は水素ガスの消費に応じて適当なタイミングで開閉される。この電磁弁３３が開放されたとき、そこに溜まった水も同時に排出される。
このように、水素ガスを排出するための水素ガス排出系３００がすべて燃料電池スタック２の水素ガス排出口１２１より下方に配置されている。従って、燃料極４周囲の水はその自重により燃料流路、排出口１２１、配管３０及び電磁弁３３を介して外部へ排出されることとなる。 The water that has reached the discharge port 121 enters the pipe 30 that is arranged substantially vertically, and reaches the hydrogen exhaust electromagnetic valve (exhaust valve) 33 by its own weight along the pipe 30. The electromagnetic valve 33 is opened and closed at an appropriate timing according to the consumption of hydrogen gas. When the electromagnetic valve 33 is opened, the water accumulated therein is also discharged.
As described above, all of the hydrogen gas discharge system 300 for discharging the hydrogen gas is disposed below the hydrogen gas discharge port 121 of the fuel cell stack 2. Therefore, the water around the fuel electrode 4 is discharged to the outside through the fuel flow path, the discharge port 121, the pipe 30 and the electromagnetic valve 33 due to its own weight.

逆止弁３１は電磁弁３３を開放したときに大気中の空気が水素ガス排出系３００を逆流することを防止する。空気が逆流して燃料電池スタック２の燃料極４まで達すると、次に水素ガスを燃料電池スタック２へ供給したとき、燃料極上で当該供給された水素と先に逆流してきた空気とが異常反応を引き起こすおそれがある。   The check valve 31 prevents atmospheric air from flowing back through the hydrogen gas discharge system 300 when the electromagnetic valve 33 is opened. When the air flows backward and reaches the fuel electrode 4 of the fuel cell stack 2, the next time hydrogen gas is supplied to the fuel cell stack 2, the hydrogen supplied on the fuel electrode and the air that has flowed back earlier react abnormally. May cause.

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。   The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the invention described above. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.

以下、次の事項を開示する。
（２０） 請求項４〜５のグループ、請求項６〜８のグループ、請求項９〜１０のグループ、請求項１１〜１２のグループ、請求項１３〜１５のグループにおいて、少なくとも２つのグループからそれぞれ少なくとも１つ取り出された請求項の要件を組み合わせてなる燃料電池システム。 The following matters are disclosed below.
(20) In the group of claims 4 to 5, the group of claims 6 to 8, the group of claims 9 to 10, the group of claims 11 to 12, and the group of claims 13 to 15, respectively, from at least two groups A fuel cell system combining the requirements of at least one claim taken.

（１２１） 前記燃料供給系は前記燃料電池スタックから前記燃料ガスを排出することを制御する排気バルブを備え、該排気バルブは前記燃料電池スタックの燃料ガスの排出口より下側に設けられている、ことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載の燃料電池システム。   (121) The fuel supply system includes an exhaust valve that controls discharge of the fuel gas from the fuel cell stack, and the exhaust valve is provided below a fuel gas discharge port of the fuel cell stack. The fuel cell system according to any one of claims 13 to 15, wherein

（１３０） 燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに燃料ガスを供給し該燃料電池スタックから燃料ガスを排出させる燃料供給系とを備え、前記燃料電池スタックの前記燃料ガスの排出口は前記燃料電池スタックの燃料極より低い位置にある、ことを特徴とする燃料電池システム。
（１３１） 前記燃料供給系は前記燃料電池スタックから前記燃料ガスを排出することを制御する排気バルブを備え、該排気バルブは前記燃料ガスの排出口より下側に設けられている、ことを特徴とする（１３０）に記載の燃料電池システム。 (130) A fuel cell stack, and a fuel supply system for supplying fuel gas to the fuel cell stack and discharging the fuel gas from the fuel cell stack, wherein the fuel gas outlet of the fuel cell stack is the fuel cell. A fuel cell system, wherein the fuel cell system is located below a fuel electrode of a stack.
(131) The fuel supply system includes an exhaust valve that controls discharge of the fuel gas from the fuel cell stack, and the exhaust valve is provided below a discharge port of the fuel gas. The fuel cell system according to (130).

以下の事項を開示する。
（請求項１）
燃料電池の単位ユニットを複数枚重ね合わせて構成された燃料電池スタックであって、
前記各単位ユニットはその下縁が傾斜している、ことを特徴とする燃料電池スタック。
（請求項２）
前記下縁は前記燃料電池を備えた車輌の進行方向に対して傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
（請求項３）
前記燃料電池スタックはそれ自身が前記車輌の進行方向に対する幅方向に傾斜している、ことを特徴とする燃料電池スタック。
（請求項４）
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池スタックを備える燃料電池システム。
（請求項５）
燃料電池スタックと該燃料電池スタックに取り付けられる水回収装置とを備え、前記燃料電池スタックと前記水回収装置とが実質的に箱型に組付けられて、該箱型の組付け体の１つの角が実質的に最下点となるように配置される、ことを特徴とする燃料電池システム。
（請求項６）
燃料電池スタックと該燃料電池スタックの下側に配置される水回収装置とを備えてなる燃料電池システム。
（請求項７）
前記燃料電池スタックは単位ユニットを車輌の幅方向に重ね合わせてなりかつ前記各単位ユニットの下縁が車輌の進行方向に対して傾斜しており、前記水回収装置の水受け面は前記車輌の進行方向に対する幅方向に対して傾斜している、ことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
（請求項８）
前記燃料電池スタックの上側に、該燃料電池スタックの各空気極に水を液体の状態で供給する水供給手段が更に備えられる、ことを特徴とする請求項６又は７に記載の燃料電池システム。
（請求項９）
燃料電池スタックと該燃料電池スタックに水を供給し排出空気及び／又は排出燃料ガス中から水を回収する水供給系とを備え、該水供給系の水タンクが前記燃料電池スタックより下側に配置されている、ことを特徴とする燃料電池システム。
（請求項１０）
前記水供給系は前記燃料電池スタックの空気極に水を液体の状態で供給し、排出空気から水を回収する、ことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
（請求項１１）
燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに燃料ガスを供給し該燃料電池スタックから燃料ガスを排出させる燃料供給系とを備え、前記燃料ガスの排気バルブが前記燃料電池スタックより下側に設けられている、ことを特徴とする燃料電池システム。
（請求項１２）
前記燃料電池スタックの燃料ガス排出口と前記燃料ガス排気バルブとを連結する配管は前記燃料電池スタックの燃料ガス排出口より実質的に下方に向けて配設されている、ことを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
（請求項１３）
燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに燃料ガスを供給し該燃料電池スタックから燃料ガスを排出させる燃料供給系とを備え、前記燃料電池スタックの燃料ガス導入口は前記燃料ガスの排出口より高い位置にある、ことを特徴とする燃料電池システム。
（請求項１４）
前記燃料ガスの導入口は前記燃料電池スタックの燃料極より高い位置にあり、前記燃料ガスの排出口は前記燃料電池スタックの燃料極より低い位置にある、ことを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池システム。
（請求項１５）
前記燃料ガスの導入口は前記燃料電池スタックの最も高い位置にあり、前記燃料ガスの排出口は前記燃料電池スタックの最も低い位置にある、ことを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池システム。 The following matters are disclosed.
(Claim 1)
A fuel cell stack configured by stacking a plurality of unit units of a fuel cell,
A fuel cell stack, wherein each unit unit has a lower edge inclined.
(Claim 2)
The fuel cell stack according to claim 1, wherein the lower edge is inclined with respect to a traveling direction of a vehicle including the fuel cell.
(Claim 3)
The fuel cell stack, wherein the fuel cell stack is inclined in a width direction with respect to a traveling direction of the vehicle.
(Claim 4)
A fuel cell system comprising the fuel cell stack according to claim 1.
(Claim 5)
A fuel cell stack and a water recovery device attached to the fuel cell stack, wherein the fuel cell stack and the water recovery device are assembled substantially in a box shape, and one of the box-shaped assemblies A fuel cell system, characterized in that the corner is substantially the lowest point.
(Claim 6)
A fuel cell system comprising a fuel cell stack and a water recovery device disposed below the fuel cell stack.
(Claim 7)
The fuel cell stack is formed by overlapping unit units in the width direction of the vehicle, and the lower edge of each unit unit is inclined with respect to the traveling direction of the vehicle. The fuel cell system according to claim 6, wherein the fuel cell system is inclined with respect to a width direction with respect to a traveling direction.
(Claim 8)
8. The fuel cell system according to claim 6, further comprising water supply means for supplying water in a liquid state to each air electrode of the fuel cell stack above the fuel cell stack. 9.
(Claim 9)
A fuel cell stack and a water supply system that supplies water to the fuel cell stack and collects water from the exhausted air and / or exhausted fuel gas, and a water tank of the water supply system is located below the fuel cell stack. A fuel cell system which is arranged.
(Claim 10)
10. The fuel cell system according to claim 9, wherein the water supply system supplies water in a liquid state to an air electrode of the fuel cell stack and collects water from the exhausted air.
(Claim 11)
A fuel cell stack; and a fuel supply system for supplying fuel gas to the fuel cell stack and discharging the fuel gas from the fuel cell stack, and an exhaust valve for the fuel gas is provided below the fuel cell stack. A fuel cell system characterized by that.
(Claim 12)
The piping connecting the fuel gas exhaust port of the fuel cell stack and the fuel gas exhaust valve is disposed substantially downward from the fuel gas exhaust port of the fuel cell stack. Item 12. The fuel cell system according to Item 11.
(Claim 13)
A fuel cell stack; and a fuel supply system for supplying fuel gas to the fuel cell stack and discharging the fuel gas from the fuel cell stack, wherein a fuel gas inlet of the fuel cell stack is higher than an outlet of the fuel gas A fuel cell system characterized by being in position.
(Claim 14)
The fuel gas introduction port is at a position higher than a fuel electrode of the fuel cell stack, and the fuel gas discharge port is at a position lower than a fuel electrode of the fuel cell stack. Fuel cell system.
(Claim 15)
14. The fuel cell system according to claim 13, wherein the fuel gas inlet is at the highest position of the fuel cell stack, and the fuel gas outlet is at the lowest position of the fuel cell stack. .

図１はこの発明の一の実施例の燃料電池システムの構成を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a fuel cell system according to one embodiment of the present invention. 図２は同じく燃料電池の単位ユニットの構成を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the unit unit of the fuel cell. 図３は同じく実施例の燃料電池システムを車輌に実装した状態において水供給系を抽出した図である。FIG. 3 is a diagram in which a water supply system is extracted in a state where the fuel cell system of the embodiment is mounted on a vehicle. 図４は同じく空気マニホールド、燃料電池スタック、水凝縮器及び空気供給ファンの組付け体の側面図である。FIG. 4 is a side view of the assembly of the air manifold, fuel cell stack, water condenser, and air supply fan. 図５は同じく組付け体の平面図である。FIG. 5 is a plan view of the assembly. 図６は同じく組付け体の底面図である。FIG. 6 is a bottom view of the assembly. 図７は同じく組付け体の構成を示す概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram showing the structure of the assembly. 図８は単位ユニットにおいて空気流路を備えたセパレータを示す正面図である。FIG. 8 is a front view showing a separator having an air flow path in the unit unit. 図９は同じく実施例の燃料電池システムを車輌に実装した状態において燃料供給系を抽出した図である。FIG. 9 is a diagram in which a fuel supply system is extracted in a state where the fuel cell system of the embodiment is mounted on a vehicle.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池システム
２ 燃料電池スタック
３ 空気極
４ 燃料極
８ 空気流路
１０ 燃料供給系
３３ 電磁弁
４０ 空気供給系
４５ 空気マニホールド
５０ 水供給系
５１ 水凝縮器
５３ タンク
５５ ノズル
７０ 負荷系
１２０ 水素ガス導入口
１２１ 水素ガス排出口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Fuel cell stack 3 Air electrode 4 Fuel electrode 8 Air flow path 10 Fuel supply system 33 Solenoid valve 40 Air supply system 45 Air manifold 50 Water supply system 51 Water condenser 53 Tank 55 Nozzle 70 Load system 120 Hydrogen gas Inlet 121 Hydrogen gas outlet

Claims (10)

燃料電池スタックと該燃料電池スタックの下側に配置される水回収装置とを備えてなる燃料電池システム。   A fuel cell system comprising a fuel cell stack and a water recovery device disposed below the fuel cell stack. 前記燃料電池スタックは単位ユニットを車輌の幅方向に重ね合わせてなりかつ前記各単位ユニットの下縁が車輌の進行方向に対して傾斜しており、前記水回収装置の水受け面は前記車輌の進行方向に対する幅方向に対して傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell stack is formed by overlapping unit units in the width direction of the vehicle, and the lower edge of each unit unit is inclined with respect to the traveling direction of the vehicle. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is inclined with respect to a width direction with respect to a traveling direction. 前記燃料電池スタックの上側に、該燃料電池スタックの各空気極に水を液体の状態で供給する水供給手段が更に備えられる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a water supply unit that supplies water in a liquid state to each air electrode of the fuel cell stack on an upper side of the fuel cell stack. 燃料電池スタックと該燃料電池スタックに水を供給し排出空気及び／又は排出燃料ガス中から水を回収する水供給系とを備え、該水供給系の水タンクが前記燃料電池スタックより下側に配置されている、ことを特徴とする燃料電池システム。   A fuel cell stack and a water supply system that supplies water to the fuel cell stack and collects water from the exhausted air and / or exhausted fuel gas, and a water tank of the water supply system is located below the fuel cell stack. A fuel cell system which is arranged. 前記水供給系は前記燃料電池スタックの空気極に水を液体の状態で供給し、排出空気から水を回収する、ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。   5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the water supply system supplies water in a liquid state to an air electrode of the fuel cell stack and collects water from the exhausted air. 燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに燃料ガスを供給し該燃料電池スタックから燃料ガスを排出させる燃料供給系とを備え、前記燃料ガスの排気バルブが前記燃料電池スタックより下側に設けられている、ことを特徴とする燃料電池システム。   A fuel cell stack; and a fuel supply system for supplying fuel gas to the fuel cell stack and discharging the fuel gas from the fuel cell stack, and an exhaust valve for the fuel gas is provided below the fuel cell stack. A fuel cell system characterized by that. 前記燃料電池スタックの燃料ガス排出口と前記燃料ガス排気バルブとを連結する配管は前記燃料電池スタックの燃料ガス排出口より実質的に下方に向けて配設されている、ことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。   The piping connecting the fuel gas exhaust port of the fuel cell stack and the fuel gas exhaust valve is disposed substantially downward from the fuel gas exhaust port of the fuel cell stack. Item 7. The fuel cell system according to Item 6. 燃料電池スタックと、該燃料電池スタックに燃料ガスを供給し該燃料電池スタックから燃料ガスを排出させる燃料供給系とを備え、前記燃料電池スタックの燃料ガス導入口は前記燃料ガスの排出口より高い位置にある、ことを特徴とする燃料電池システム。   A fuel cell stack; and a fuel supply system for supplying fuel gas to the fuel cell stack and discharging the fuel gas from the fuel cell stack, wherein a fuel gas inlet of the fuel cell stack is higher than an outlet of the fuel gas A fuel cell system characterized by being in position. 前記燃料ガスの導入口は前記燃料電池スタックの燃料極より高い位置にあり、前記燃料ガスの排出口は前記燃料電池スタックの燃料極より低い位置にある、ことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。   9. The fuel gas introduction port is at a position higher than a fuel electrode of the fuel cell stack, and the fuel gas discharge port is at a position lower than a fuel electrode of the fuel cell stack. Fuel cell system. 前記燃料ガスの導入口は前記燃料電池スタックの最も高い位置にあり、前記燃料ガスの排出口は前記燃料電池スタックの最も低い位置にある、ことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。   9. The fuel cell system according to claim 8, wherein the fuel gas inlet is at the highest position of the fuel cell stack, and the fuel gas outlet is at the lowest position of the fuel cell stack. .

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