JP2019145225A - Fuel cell system and aging method of stack used therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スタックと、このスタックに接続された電力変換回路基板とを備えた固体高分子型の燃料電池システムと、それに用いられるスタックのエージング方法に関するものである。 The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell system including a stack and a power conversion circuit board connected to the stack, and a stack aging method used therefor.
燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸化剤ガスを電気化学的に反応させて、電気と熱を同時に発生させるものである。 A fuel cell generates electricity and heat simultaneously by electrochemically reacting a fuel gas such as hydrogen and an oxidant gas such as air.
固体高分子型の燃料電池は、電解質膜−電極接合体（以下、「ＭＥＡ」という）を一対のセパレータで挟んだセルで構成されている。 A polymer electrolyte fuel cell includes a cell in which an electrolyte membrane-electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) is sandwiched between a pair of separators.
ＭＥＡは、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜（以下、「電解質膜」ともいう）の両主面に一対の電極を備えている。 The MEA includes a pair of electrodes on both main surfaces of a polymer electrolyte membrane (hereinafter also referred to as “electrolyte membrane”) that selectively transports hydrogen ions.
セパレータは、ＭＥＡの両面に配置されてＭＥＡを機械的に固定すると共に、隣接するＭＥＡ同士を互いに電気的に直列に接続するため導電性を有している。 The separator is disposed on both sides of the MEA to mechanically fix the MEA and has conductivity to connect adjacent MEAs electrically in series with each other.
セパレータのＭＥＡと接触する面には、電極に水素や空気などの反応ガスを供給し、且つ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路となる溝が形成されている。セパレータのＭＥＡと接触する面と反対の面には、反応により発生した熱を回収する冷却水を供給排出するための冷却水流路となる溝が形成されている。 On the surface of the separator that comes into contact with the MEA, a groove serving as a gas flow path for supplying a reaction gas such as hydrogen or air to the electrode and carrying away a gas generated by the reaction or an excess gas is formed. On the surface opposite to the surface that contacts the MEA of the separator, a groove serving as a cooling water channel for supplying and discharging cooling water for recovering heat generated by the reaction is formed.
多くの燃料電池は、ＭＥＡとセパレータを数多く重ねた積層構造を採っており、さらにその積層方向の両端には、反応によって発生した電気を外部に取り出すための一対の集電板が配されている。このような積層体をスタックと呼ぶ。 Many fuel cells have a stacked structure in which a large number of MEAs and separators are stacked, and a pair of current collecting plates for taking out the electricity generated by the reaction is disposed at both ends in the stacking direction. . Such a laminate is called a stack.
スタックは、セルを貫通してセパレータのガス流路に反応ガスを供給排出する反応ガスマニホールドと、セルを貫通してセパレータの冷却水流路に冷却水を供給排出する冷却水マニホールドを有している。 The stack has a reaction gas manifold that feeds and discharges reaction gas to and from the gas flow path of the separator through the cell, and a cooling water manifold that feeds and discharges cooling water to the cooling water flow path of the separator through the cell. .
スタックで発生した電流は、集電板と電気的に接続された電力変換回路基板によって調整されたのち、燃料電池システムの外部へと取り出される。集電板と電力変換回路基板はハーネスで接続されており、集電板には、ハーネスを取り付けるための端子が設けられている。 The current generated in the stack is adjusted by a power conversion circuit board electrically connected to the current collector plate, and then taken out of the fuel cell system. The current collector and the power conversion circuit board are connected by a harness, and the current collector is provided with a terminal for attaching the harness.
燃料電池システム内におけるスタックと電力変換回路基板の位置関係は、レイアウトの都合により様々な形態を採ることができ、図７に示すように、スタック３１の上方に電力変換回路基板３２を配置して両者をハーネス３３で接続する場合（例えば、特許文献１参照）や、図８と図９に示すように、スタック３１の前後左右方向（横方向、略水平方向）に電力変換回路基板３２を配置して両者をハーネス３３で接続する場合（例えば、特許文献２参照）などがある。 The positional relationship between the stack and the power conversion circuit board in the fuel cell system can take various forms for convenience of layout. As shown in FIG. 7, the power conversion circuit board 32 is disposed above the stack 31. When both are connected by a harness 33 (see, for example, Patent Document 1), or as shown in FIGS. 8 and 9, the power conversion circuit board 32 is arranged in the front-rear and left-right directions (lateral direction, substantially horizontal direction) of the stack 31. Then, there is a case where both are connected by the harness 33 (for example, refer to Patent Document 2).
どちらの場合も、隔壁３４により燃料電池システムの筐体内を、スタック３１と燃料改質器を配置した空間と、電力変換回路基板３２などの高電圧回路を配置した空間とに区分けしている。 In either case, the partition of the fuel cell system is divided by the partition wall 34 into a space in which the stack 31 and the fuel reformer are disposed and a space in which a high voltage circuit such as the power conversion circuit board 32 is disposed.
スタック３１と電力変換回路基板３２が、特許文献１と特許文献２のいずれの位置関係にある場合でも、接続するハーネス３３の長さを可能な限り短くすることで、ハーネス３３のＩＲ損による電力ロスを最小限にすることができる。 Even if the stack 31 and the power conversion circuit board 32 are in any of the positional relations of Patent Document 1 and Patent Document 2, the length of the harness 33 to be connected is reduced as much as possible, so that the power due to the IR loss of the harness 33 can be reduced. Loss can be minimized.
上記従来例のようにスタック３１の上方やスタック３１の前後左右方向（横方向、略水平方向）に電力変換回路基板３２を配置する場合には、スタック３１の上部に集電板の端子を設けることが一般的である。 When the power conversion circuit board 32 is disposed above the stack 31 or in the front / rear / left / right direction (lateral direction, substantially horizontal direction) of the stack 31 as in the above-described conventional example, a terminal of the current collector plate is provided on the upper portion of the stack 31 It is common.
スタック３１の下方に電力変換回路基板３２を配置する場合は、スタック３１の上部に集電板の端子を設けると、ハーネス３３が長くなるので、スタック３１の下部に集電板の端子を設けることが考えられる。 When the power conversion circuit board 32 is arranged below the stack 31, if the current collector plate terminal is provided above the stack 31, the harness 33 becomes longer, so the current collector plate terminal is provided below the stack 31. Can be considered.
ところで、スタックの製造工程において、ＭＥＡを構成する材料である電解質膜およびイオノマーが水分を失ったり、触媒層の製造プロセス中で触媒表面に不純物が付着したりすると、組立直後のＭＥＡおよびスタックが本来発生すべき性能を発揮できない。 By the way, in the stack manufacturing process, if the electrolyte membrane and ionomer, which are materials constituting the MEA, lose moisture, or if impurities adhere to the catalyst surface during the manufacturing process of the catalyst layer, the MEA and stack immediately after assembly are inherently The performance that should occur cannot be demonstrated.
そこで、燃料電池システムの製造過程において、スタックは組み立てられてから燃料電池システムに搭載される前に、電解質膜およびイオノマーを湿潤させたり、触媒の表面をクリーニングしたりすることを目的として、スタックをエージング装置に接続して、スタックの活性化処理としての予備的な発電をさせたり、スタックの性能検査をしたりする。 Therefore, in the manufacturing process of the fuel cell system, the stack is assembled for the purpose of moistening the electrolyte membrane and ionomer and cleaning the surface of the catalyst before being mounted on the fuel cell system. It is connected to an aging device to perform preliminary power generation as a stack activation process or to perform stack performance inspection.
エージング時にはスタックの端子とエージング装置がハーネスで電気的に接続される。スタックの下部に集電板の端子を設けていると、ハーネスの取り付けの作業性が悪いために端子やハーネスを損壊してしまう可能性がある。また、ハーネスとの接続が不十分となり接触抵抗が高くなってしまう可能性がある。いずれも、端子に電流が流れる際に不安全となることが考えられる。 During aging, the stack terminals and the aging device are electrically connected by a harness. If the terminals of the current collector plate are provided at the lower part of the stack, there is a possibility that the terminals and the harness may be damaged due to poor workability in attaching the harness. Moreover, there is a possibility that the connection with the harness becomes insufficient and the contact resistance becomes high. In either case, it may be unsafe when a current flows through the terminal.
エージング装置のハーネスおよびその付近には、種々の計測用の配線なども配置されるため、スタックの下部にある集電板の端子に取り付けを行う際には、燃料電池システムへ搭載する時よりも作業性の悪化への影響が大きい。 Various wirings for measurement, etc. are also placed near the harness of the aging device and its vicinity. Therefore, when mounting to the terminal of the current collector plate at the bottom of the stack, it is more than when mounting to the fuel cell system. Greatly affects workability.
なお、スタックの下部に集電板の端子を設けて、エージング時にはスタックの上下を逆向きにして、上下反転させたスタックとエージング装置を接続することが考えられる。 It is conceivable that a current collector plate terminal is provided at the lower portion of the stack, and the stack is turned upside down and connected to the aging device with the stack upside down during aging.
しかしながら、上下反転させたスタックをその状態で保持することが構造的に困難であったり、もし、反応ガスと冷却水がスタックの内部を重力方向に流れるように設計されている場合には、反応ガスと冷却水を本来の入口側からスタックに流入させるためにエージング時は反応ガスと冷却水がスタックの内部を重力に逆らうように流れることになる、もしくは、反応ガスと冷却水がスタックの内部を重力方向に流れるようにエージング時は反応ガスと冷却水を本来の出口側からスタックに流入させることになるために、性能検査の結果が本来の性能と異なる可能性があるという課題がある。 However, it is structurally difficult to hold the stack upside down, or if the reaction gas and cooling water are designed to flow in the direction of gravity through the stack, the reaction In order to allow gas and cooling water to flow into the stack from the original inlet side, during aging, the reaction gas and cooling water will flow against the gravity inside the stack, or the reaction gas and cooling water will flow inside the stack. During aging so that the gas flows in the direction of gravity, the reaction gas and the cooling water are allowed to flow into the stack from the original outlet side. Therefore, there is a problem that the result of the performance inspection may be different from the original performance.
本発明は、上記課題に鑑み、スタックの下方に電力変換回路基板を配置しても、電力ロ
スを最小限にすると共に、エージング時の作業性の良好な燃料電池システムと、それに用いられるスタックのエージング方法を提供することを目的とする。
In view of the above problems, the present invention minimizes power loss even when a power conversion circuit board is disposed below the stack, and provides a fuel cell system with good workability during aging, and a stack used in the fuel cell system. An object is to provide an aging method.
上記課題を解決するため、本発明の燃料電池システムは、電解質膜−電極接合体を一対のセパレータで挟んだセルが略水平方向に多数積層された積層体の積層方向の両端に一対の集電板を備えたスタックと、前記スタックの下方に配置され前記集電板と電気的に接続された電力変換回路基板と、を備えた燃料電池システムであって、前記スタックは、前記セルを貫通して前記セルに反応ガスを供給排出する反応ガスマニホールドと、前記セルを貫通して前記セルで発電時に発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールドとを有しており、前記集電板のそれぞれは、前記冷却水マニホールドの冷却水入口及び冷却水出口よりも上方から電流を取り出す上部端子と、前記スタックの下部から電流を取り出す下部端子とを備え、前記電力変換回路基板は、前記下部端子のみとハーネスで電気的に接続されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a fuel cell system according to the present invention includes a pair of current collectors at both ends in a stacking direction of a stacked body in which a large number of cells each having an electrolyte membrane-electrode assembly sandwiched between a pair of separators are stacked in a substantially horizontal direction. A fuel cell system comprising: a stack including a plate; and a power conversion circuit board disposed below the stack and electrically connected to the current collector plate, wherein the stack penetrates the cell. A reaction gas manifold that supplies and discharges reaction gas to and from the cell, and a cooling water manifold that supplies and discharges cooling water that passes through the cell and recovers heat generated during power generation in the cell. Each of the electric plates includes an upper terminal that extracts current from above the cooling water inlet and cooling water outlet of the cooling water manifold, and a lower terminal that extracts current from the lower part of the stack. Power conversion circuit board is characterized in that it is electrically connected with the lower terminal only harness.
この構成によって、スタックの下方に電力変換回路基板を配置しても、スタックと電力変換回路基板を接続するハーネスの長さを短くすることができるため、ハーネスのＩＲ損による電力ロスを最小限にすることができる。さらに、エージング時には上部端子をエージング装置との接続に利用することができるため、エージングの作業性が良好になる。 With this configuration, even if a power conversion circuit board is placed below the stack, the length of the harness connecting the stack and the power conversion circuit board can be shortened, thus minimizing power loss due to the IR loss of the harness. can do. Furthermore, the aging workability is improved because the upper terminal can be used for connection with the aging device during aging.
また、本発明のスタックのエージング方法は、上記の本発明の燃料電池システムに用いられるスタックのエージング方法であって、前記スタックの前記上部端子と、エージング装置とを、ハーネスで電気的に接続してエージングを行うことを特徴とし、この方法によって、エージングの作業性が良好になる。 The stack aging method of the present invention is a stack aging method used in the fuel cell system of the present invention, wherein the upper terminal of the stack and the aging device are electrically connected by a harness. The aging workability is improved by this method.
本発明によれば、スタックの下方に電力変換回路基板を配置し、スタックの下部端子のみとハーネスで接続されているため、ハーネスの長さを短くすることができ、ハーネスのＩＲ損による電力ロスを最小限にすることができる。これにより発電効率の高い燃料電池システムを提供することができる。 According to the present invention, since the power conversion circuit board is disposed below the stack and is connected to only the lower terminal of the stack with the harness, the length of the harness can be shortened, and the power loss due to the IR loss of the harness. Can be minimized. Thereby, a fuel cell system with high power generation efficiency can be provided.
スタックの下方に電力変換回路基板を配置することで、万が一スタックから水素などの可燃性の燃料ガスが漏れた場合でも、これらの燃料ガスは空気よりも軽くスタックの上方へ流れていくため、高電圧となる電力変換回路基板に流入する可能性が低くなり、引火などの不具合が発生する可能性が低い。これにより安全性の高い燃料電池システムを提供することができる。 By arranging the power conversion circuit board under the stack, even if flammable fuel gas such as hydrogen leaks from the stack, these fuel gas flows upwards of the stack lighter than air. The possibility of flowing into the power conversion circuit board that becomes a voltage is low, and the possibility of occurrence of problems such as ignition is low. Thereby, a highly safe fuel cell system can be provided.
さらに、エージング時には上部端子をエージング装置との接続に利用することができるため、エージング時の作業性も確保でき、生産性の高い燃料電池システムを提供することができる。 Furthermore, since the upper terminal can be used for connection with the aging device at the time of aging, workability at the time of aging can be secured and a highly productive fuel cell system can be provided.
また、本発明のスタックのエージング方法は、本発明の燃料電池システムに用いられるスタックの上部端子とエージング装置とをハーネスで電気的に接続してエージングを行うので、エージングの作業性が良好になる。 Also, the stack aging method of the present invention performs aging by electrically connecting the upper terminal of the stack used in the fuel cell system of the present invention and the aging device with a harness, so that the aging workability is improved. .
第１の発明は、電解質膜−電極接合体を一対のセパレータで挟んだセルが略水平方向に多数積層された積層体の積層方向の両端に一対の集電板を備えたスタックと、前記スタックの下方に配置され前記集電板と電気的に接続された電力変換回路基板と、を備えた燃料電池システムであって、前記スタックは、前記セルを貫通して前記セルに反応ガスを供給排出する反応ガスマニホールドと、前記セルを貫通して前記セルで発電時に発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールドとを有しており、前記集電板のそれぞれは、前記冷却水マニホールドの冷却水入口及び冷却水出口よりも上方から電流を取り出す上部端子と、前記スタックの下部から電流を取り出す下部端子とを備え、前記電力変換回路基板は、前記下部端子のみとハーネスで電気的に接続されていることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a stack including a pair of current collector plates at both ends in a stacking direction of a stacked body in which a large number of cells in which an electrolyte membrane-electrode assembly is sandwiched between a pair of separators are stacked in a substantially horizontal direction, and the stack A power conversion circuit board disposed below and electrically connected to the current collector plate, wherein the stack penetrates the cell and supplies and discharges the reaction gas to the cell. And a cooling water manifold that supplies and discharges cooling water that passes through the cell and recovers heat generated during power generation in the cell, and each of the current collector plates includes the cooling water An upper terminal for taking out current from above the cooling water inlet and cooling water outlet of the manifold, and a lower terminal for taking out current from the lower part of the stack, and the power conversion circuit board includes only the lower terminal. Characterized in that it is electrically connected by a harness.
この構成によって、スタックの下方に電力変換回路基板を配置しても、スタックの上部端子と電力変換回路基板をハーネスで接続する場合よりも、スタックと電力変換回路基板を接続するハーネスの長さを短くすることができるため、ハーネスのＩＲ損による電力ロスを小さくすることができる。 With this configuration, even when the power conversion circuit board is arranged below the stack, the length of the harness connecting the stack and the power conversion circuit board can be made longer than when the upper terminal of the stack and the power conversion circuit board are connected by the harness. Since it can be shortened, the power loss due to the IR loss of the harness can be reduced.
また、スタックの下方に電力変換回路基板を配置することで、万が一スタックから水素などの可燃性の燃料ガスが漏れた場合でも、これらの燃料ガスは空気よりも軽くスタックの上方へ流れていくため、高電圧となる電力変換回路基板に流入する可能性が低くなり、引火などの不具合が発生する可能性を低くすることができる。 In addition, by disposing a power conversion circuit board below the stack, even if a flammable fuel gas such as hydrogen leaks from the stack, these fuel gases will flow above the stack lighter than air. Therefore, the possibility of flowing into the power conversion circuit board having a high voltage is reduced, and the possibility of occurrence of problems such as ignition can be reduced.
さらに、エージング時には上部端子をエージング装置との接続に利用することができるため、エージング時の作業性も確保できる。 Furthermore, since the upper terminal can be used for connection with an aging device during aging, workability during aging can be ensured.
第２の発明は、第１の発明における前記上部端子が、前記集電板の上端面よりも上方に突出しており、前記下部端子が、前記集電板の下端面よりも下方に突出していることを特徴とする。 In the second invention, the upper terminal in the first invention protrudes upward from the upper end surface of the current collector plate, and the lower terminal protrudes downward from the lower end surface of the current collector plate. It is characterized by that.
この構成によって、上部端子をスタックの（積層体の）上端面よりも上方に突出させることができるため、エージング時の作業性をより向上することができる。また、下部端子をスタックの（積層体の）下端面よりも下方に突出させることができるため、スタックと電力変換回路基板を接続するハーネスの長さをさらに短くすることができ、ハーネスのＩＲ損による電力ロスをさらに小さくすることができる。 With this configuration, the upper terminal can protrude upward from the upper end surface (of the laminate) of the stack, so that the workability during aging can be further improved. In addition, since the lower terminal can protrude downward from the lower end surface of the stack (stacked body), the length of the harness connecting the stack and the power conversion circuit board can be further shortened, and the IR loss of the harness can be reduced. The power loss due to can be further reduced.
第３の発明は、第１または第２の発明における前記電力変換回路基板が、前記電力変換回路基板における上部に、前記ハーネスで前記下部端子と電気的に接続される接続端子を
備えたことを特徴とする。
In a third aspect of the invention, the power conversion circuit board according to the first or second aspect includes a connection terminal electrically connected to the lower terminal by the harness at an upper portion of the power conversion circuit board. Features.
この構成によって、スタックと電力変換回路基板を接続するハーネスの長さをさらに短くすることができ、ハーネスのＩＲ損による電力ロスをさらに小さくすることができる。 With this configuration, the length of the harness connecting the stack and the power conversion circuit board can be further shortened, and the power loss due to the IR loss of the harness can be further reduced.
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明における前記冷却水入口が、前記冷却水出口よりも上方に位置し、前記冷却水が、前記セルに対して上から下に向かって流れることを特徴とする。 In a fourth aspect of the present invention, the cooling water inlet in any one of the first to third aspects is positioned above the cooling water outlet, and the cooling water is directed from the top to the bottom with respect to the cell. It is characterized by flowing.
この構成によって、スタックの上部の温度をより低くすることができる。エージング時に上部端子を使用する際、スタックの温度がより低い上部に集電板の上部端子が位置することになる。 With this configuration, the temperature at the top of the stack can be lowered. When the upper terminal is used during aging, the upper terminal of the current collector plate is positioned on the upper part where the temperature of the stack is lower.
エージング時にスタックの性能検査のために燃料電池システム搭載時よりも高い電流や高い温度で発電させることがあれば、集電板の上部端子は、より高温になるため、不安全となる可能性が考えられる。スタックの上部の温度をより低くした構成で、エージング時に上部端子を使用することで、上部端子の温度をより低く抑えることができる。これにより、エージング時の安全性を向上することができる。 If power generation is performed at a higher current or higher temperature than when a fuel cell system is installed to check the performance of the stack during aging, the upper terminal of the current collector plate will be hotter and may be unsafe. Conceivable. With the configuration in which the temperature of the upper part of the stack is lower, the temperature of the upper terminal can be kept lower by using the upper terminal during aging. Thereby, the safety | security at the time of aging can be improved.
第５の発明は、第４の発明における前記反応ガスマニホールドの反応ガス入口が、前記反応ガスマニホールドの反応ガス出口よりも上方に位置し、前記反応ガスが、前記セルに対して上から下に向かって流れることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the invention, the reaction gas inlet of the reaction gas manifold in the fourth invention is positioned above the reaction gas outlet of the reaction gas manifold, and the reaction gas is from above to below the cell. It is characterized by flowing toward.
この構成によって、スタックの上部に反応ガス入口と冷却水入口が互いに近接して位置することになる。反応ガス入口付近では反応ガスの濃度が高いために発電反応が集中して起こることから、この付近のスタック温度がより高くなるが、冷却水入口が反応ガス入口付近にあることで効率的に冷却することができ、反応ガス入口付近の温度上昇を抑制することができる。 With this configuration, the reaction gas inlet and the cooling water inlet are located close to each other at the top of the stack. Near the reaction gas inlet, the concentration of the reaction gas is high and the power generation reaction is concentrated, so the stack temperature in this vicinity becomes higher, but the cooling water inlet is near the reaction gas inlet, so that cooling is efficiently performed. The temperature rise near the reaction gas inlet can be suppressed.
これにより、スタックの上部と下部の温度分布をより均一化することができるため、高温による局所的な劣化を抑制することができ、その結果、スタックの耐久性を向上させることができる。 Thereby, since the temperature distribution of the upper part and lower part of a stack can be made more uniform, local deterioration by high temperature can be suppressed, As a result, durability of a stack can be improved.
また、スタック内の反応ガス流路で凝縮水が発生した場合でも、反応ガスの流れと重力を利用して凝縮水をスタックの反応ガス出口から排出することができ、反応ガス流路で発生した凝縮水が反応ガスの流れを妨げることを抑制できる。 In addition, even when condensed water is generated in the reaction gas flow path in the stack, the condensed water can be discharged from the reaction gas outlet of the stack using the flow of the reaction gas and gravity and generated in the reaction gas flow path. It is possible to suppress the condensed water from obstructing the flow of the reaction gas.
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明における燃料電池システムに用いられるスタックのエージング方法であって、前記スタックの前記上部端子と、エージング装置とを、ハーネスで電気的に接続してエージングを行うことを特徴とする。 A sixth invention is an aging method for a stack used in the fuel cell system according to any one of the first to fifth inventions, wherein the upper terminal of the stack and the aging device are electrically connected by a harness. Then, aging is performed.
この方法によって、下部端子に接続する場合よりも、スタックとエージング装置をハーネスで接続する際の作業性を良好にすることができる。スタックの端子とハーネスとの接続が不十分なために不安全になることを抑制することができる。これにより、エージング時の作業効率と安全性を向上することができる。 By this method, workability when connecting the stack and the aging device with a harness can be made better than when connecting to the lower terminal. It is possible to suppress unsafeness due to insufficient connection between the terminals of the stack and the harness. Thereby, the working efficiency and safety at the time of aging can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments.
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の燃料電池システムに用いられるスタックを一対の冷却水マニホールドの中心軸を含む平面で切断した場合の断面を示す概略縦断面図である。図２は本発明の実施の形態１の燃料電池システムに用いられるスタックを各マニホールドの出入口側から見た場合の概略側面図である。図３は本発明の実施の形態１の燃料電池システムの構成を示す概略縦断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a cross section when a stack used in the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention is cut along a plane including the central axis of a pair of cooling water manifolds. FIG. 2 is a schematic side view of the stack used in the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention when viewed from the inlet / outlet side of each manifold. FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
図４は本発明の実施の形態１の燃料電池システムに用いられるスタックの外観斜視図である。図５は本発明の実施の形態１の燃料電池システムに用いられるスタックをエージングしている時のスタックとエージング装置の接続状態を示す概略側面図である。図６は本発明の実施の形態１の燃料電池システムにおけるスタックと電力変換回路基板の接続状態を示す要部概略側面図である。 FIG. 4 is an external perspective view of a stack used in the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 5 is a schematic side view showing a connection state between the stack and the aging device when the stack used in the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention is aged. FIG. 6 is a main part schematic side view showing the connection state of the stack and the power conversion circuit board in the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
図１から図６に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１５に用いられるスタック１は、ＭＥＡ２を一対のセパレータ３で挟んだセル４ａを多数積層した積層体４の積層方向の両端に一対の集電板５を備える。スタック１に締結圧力を与えて一体として保持するため、一対の集電板５における積層体４と対向する面と反対側の面に（集電板５のさらに外側に）一対の端板６を配置し、環状バンド２２で両端板６を、積層体４と一対の集電板５と一対の端板６が積層方向に圧縮される力が加わるように締結する。 As shown in FIG. 1 to FIG. 6, the stack 1 used in the fuel cell system 15 of the present embodiment is provided at both ends in the stacking direction of a stack 4 in which a number of cells 4 a each having a MEA 2 sandwiched between a pair of separators 3 are stacked. A pair of current collector plates 5 is provided. In order to apply a fastening pressure to the stack 1 and hold it as a single unit, a pair of end plates 6 are provided on the surface of the pair of current collector plates 5 opposite to the surface facing the laminate 4 (outside the current collector plate 5). It arrange | positions and the both ends board 6 is fastened by the annular band 22 so that the force which compresses the laminated body 4, a pair of current collecting board 5, and a pair of end plate 6 in the lamination direction may be added.
スタック１は、セル４ａを貫通してセル４ａに反応ガスを供給排出する反応ガスマニホールド７と、セル４ａを貫通してセル４ａで発電時に発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールド８とを有している。 The stack 1 includes a reaction gas manifold 7 that supplies and discharges reaction gas to and from the cell 4a through the cell 4a, and cooling water that supplies and discharges cooling water that passes through the cell 4a and collects heat generated during power generation in the cell 4a. And a manifold 8.
スタック１を一対の冷却水マニホールド８の中心軸を含む平面で切断した場合の断面を示す図１では、反応ガスマニホールド７が示されていないが、スタック１を一対の反応ガスマニホールド７の中心軸を含む平面で切断した場合の断面は、図１の冷却水マニホールド８と冷却水入口９と冷却水出口１０を、反応ガスマニホールド７と反応ガス入口１３と反応ガス出口１４に、それぞれ置き換えた構成に相当する。 In FIG. 1, which shows a cross section when the stack 1 is cut along a plane including the central axis of the pair of cooling water manifolds 8, the reaction gas manifold 7 is not shown, but the stack 1 is centered on the pair of reaction gas manifolds 7. The cross section when cut by a plane including the structure in which the cooling water manifold 8, the cooling water inlet 9, and the cooling water outlet 10 of FIG. 1 are replaced with the reactive gas manifold 7, the reactive gas inlet 13, and the reactive gas outlet 14, respectively. It corresponds to.
集電板５は、冷却水マニホールド８の冷却水入口９及び冷却水出口１０よりも上方から電流を取り出す上部端子１１と、スタック１の下部から電流を取り出す下部端子１２とを備える。上部端子１１はスタック１の上面から上方に突出しており、下部端子１２はスタック１の積層部分の下面から下方に突出している。なお、一対の端板６には下部端子１２よりも下方に突出する脚部６ａが一体に設けられる。 The current collector plate 5 includes an upper terminal 11 that extracts current from above the cooling water inlet 9 and the cooling water outlet 10 of the cooling water manifold 8 and a lower terminal 12 that extracts current from the lower portion of the stack 1. The upper terminal 11 protrudes upward from the upper surface of the stack 1, and the lower terminal 12 protrudes downward from the lower surface of the stacked portion of the stack 1. The pair of end plates 6 are integrally provided with leg portions 6 a that protrude downward from the lower terminals 12.
一対の端板６のうちの一方の端板６には、反応ガスマニホールド７の反応ガス入口１３及び反応ガス出口１４、冷却水マニホールド８の冷却水入口９及び冷却水出口１０がそれぞれ設けられている。反応ガスは水素などの燃料ガスと空気などの酸化剤ガスが必要となるため、反応ガス入口１３及び反応ガス出口１４はそれぞれ二つずつ設けられている。 One end plate 6 of the pair of end plates 6 is provided with a reaction gas inlet 13 and a reaction gas outlet 14 of the reaction gas manifold 7, and a cooling water inlet 9 and a cooling water outlet 10 of the cooling water manifold 8, respectively. Yes. Since the reaction gas requires a fuel gas such as hydrogen and an oxidant gas such as air, two reaction gas inlets 13 and two reaction gas outlets 14 are provided.
燃料電池システム１５の筐体内において、スタック１の下方に電力変換回路基板１６が配置され、下部端子１２のみとハーネス１７によって電気的に接続されている。スタック１で発電した電力は、電力変換回路基板１６で調整されたのち、燃料電池システム１５の外部へと取り出される。電力変換回路基板１６は、昇圧回路やインバータ回路などの回路類と電圧センサーや電流センサーなどのセンサー類などから構成される。 In the housing of the fuel cell system 15, a power conversion circuit board 16 is disposed below the stack 1, and is electrically connected only to the lower terminal 12 by a harness 17. The electric power generated by the stack 1 is adjusted by the power conversion circuit board 16 and then taken out of the fuel cell system 15. The power conversion circuit board 16 includes circuits such as a booster circuit and an inverter circuit and sensors such as a voltage sensor and a current sensor.
スタック１には空気ブロア１８から一方の反応ガス入口１３に空気が供給され、発電に使用された後の余剰なガスは一方の反応ガス出口１４から排出される。また、燃料改質器１９から他方の反応ガス入口１３に水素を含む燃料ガスが供給され、発電に使用された後の余剰なガスは他方の反応ガス出口１４から燃料改質器１９に備えられたバーナーへと供
給され、燃料改質器１９の温度を維持するためにバーナーの燃焼に用いられる。燃料改質器１９には燃料ガスの原料となる都市ガスなどの原料ガスが燃料電池システム１５の外部から供給され、水素を含む燃料ガスへと改質される。
Air is supplied from the air blower 18 to one reaction gas inlet 13 to the stack 1, and surplus gas after being used for power generation is discharged from one reaction gas outlet 14. Further, a fuel gas containing hydrogen is supplied from the fuel reformer 19 to the other reaction gas inlet 13, and surplus gas after being used for power generation is provided to the fuel reformer 19 from the other reaction gas outlet 14. In order to maintain the temperature of the fuel reformer 19, it is used for combustion of the burner. The fuel reformer 19 is supplied with a raw material gas such as city gas as a raw material of the fuel gas from the outside of the fuel cell system 15 and reformed into a fuel gas containing hydrogen.
スタック１には、熱交換器２０から冷却水入口９に冷却水が供給され、スタック１を流れる冷却水によって、発電によってスタック１で発生した熱を回収した後、冷却水出口１０から再び熱交換器２０へと戻される。 Cooling water is supplied to the cooling water inlet 9 from the heat exchanger 20 to the stack 1, and heat generated in the stack 1 is recovered by power generation by the cooling water flowing through the stack 1, and then heat exchange is performed again from the cooling water outlet 10. Returned to vessel 20.
熱交換器２０には貯湯槽２１から温度の低い温水が供給され、冷却水と熱交換して温度が高められた後、再び貯湯槽２１へと戻される。貯湯槽２１からは温水が燃料電池システム１５の外部へと供給され、代わりに外部から水が補給される。 Hot water having a low temperature is supplied from the hot water storage tank 21 to the heat exchanger 20, and the temperature is raised by exchanging heat with the cooling water, and then returned to the hot water storage tank 21 again. Hot water is supplied from the hot water storage tank 21 to the outside of the fuel cell system 15, and water is supplied from the outside instead.
本実施の形態は、スタック１の下方に電力変換回路基板１６が配置され、下部端子１２のみとハーネス１７によって電気的に接続されていることを特徴とする。これにより、ハーネス１７の長さを短くすることができる。下方とは、電力変換回路基板１６の上端面がスタック１の下端面と同じ高さか低い位置にあることを言う。電力変換回路基板１６がスタック１よりも大幅に下方にあるとハーネス１７の長さが長くなってしまうため、スタック１の近傍に配置することが好ましい。 The present embodiment is characterized in that a power conversion circuit board 16 is disposed below the stack 1 and is electrically connected to only the lower terminal 12 by a harness 17. Thereby, the length of the harness 17 can be shortened. The downward direction means that the upper end surface of the power conversion circuit board 16 is at the same height or lower position as the lower end surface of the stack 1. If the power conversion circuit board 16 is significantly below the stack 1, the length of the harness 17 will be long, and therefore it is preferable to arrange it near the stack 1.
本実施の形態では、スタック１の上部に配置された集電板５の端子を上部端子１１と呼んでいるが、上部端子１１はスタック１の上端面、つまり集電板５の上端面よりも上方に突出していることが好ましい。これにより、エージング時の作業性をより向上することができる。 In the present embodiment, the terminals of the current collector plate 5 arranged on the upper portion of the stack 1 are called upper terminals 11, but the upper terminals 11 are located on the upper end surface of the stack 1, that is, on the upper end surface of the current collector plate 5. It is preferable to protrude upward. Thereby, the workability | operativity at the time of aging can be improved more.
上部端子１１の他の構成として、集電板５の上端面と同じ高さで水平方向に突出している構成や、集電板５の上端面よりも低い高さで水平方向に突出している構成なども採ることができる。 Other configurations of the upper terminal 11 include a configuration projecting in the horizontal direction at the same height as the upper end surface of the current collector plate 5, and a configuration projecting in the horizontal direction at a height lower than the upper end surface of the current collector plate 5. Etc. can also be taken.
本実施の形態では、スタック１の下部に配置された集電板５の端子を下部端子１２と呼んでいるが、下部端子１２はスタック１の下端面、つまり集電板５の下端面よりも下方に突出していることが好ましい。これにより、スタック１と電力変換回路基板１６を接続するハーネス１７の長さを短くすることができる。 In the present embodiment, the terminals of the current collector plate 5 arranged at the lower part of the stack 1 are called lower terminals 12, but the lower terminal 12 is lower than the lower end surface of the stack 1, that is, the lower end surface of the current collector plate 5. It is preferable to protrude downward. Thereby, the length of the harness 17 which connects the stack 1 and the power conversion circuit board 16 can be shortened.
下部端子１２の他の構成として、集電板５の下端面と同じ高さで水平方向に突出している構成や、集電板５の下端面よりも高い位置で水平方向に突出している構成なども採ることができる。 Other configurations of the lower terminal 12 include a configuration projecting in the horizontal direction at the same height as the lower end surface of the current collector plate 5, a configuration projecting in the horizontal direction at a position higher than the lower end surface of the current collector plate 5, etc. Can also be taken.
集電板５の形状としては、積層されるセパレータ３やＭＥＡ２と同じ面積を有する長方形の板に、端子が突出した形状であることが一般的である。集電板５の端子（上部端子１１と下部端子１２）とハーネス１７の接続は、確実な接続を確保するためにボルトとナットを使用することが一般的である。 The shape of the current collector plate 5 is generally a shape in which a terminal protrudes from a rectangular plate having the same area as the stacked separator 3 and MEA 2. As for the connection between the terminals (upper terminal 11 and lower terminal 12) of the current collector plate 5 and the harness 17, it is common to use bolts and nuts in order to ensure a reliable connection.
従って、ボルトを挿入するためのボルトを入れる穴があいている。あるいはＵ字端子形状でも良い。ハーネス１７の取り付け作業性をより良くするために、あらかじめ集電板５の端子（上部端子１１と下部端子１２）部または、ハーネス１７の端子部にカシメナットが付けることが好ましい。 Therefore, there is a hole for inserting a bolt for inserting the bolt. Or a U-shaped terminal shape may be sufficient. In order to improve the workability of attaching the harness 17, it is preferable to attach a caulking nut to the terminal (upper terminal 11 and lower terminal 12) portion of the current collector plate 5 or the terminal portion of the harness 17 in advance.
集電板５の材質としては、アルミや真鍮など導電率の高い金属が使用される。さらに、セパレータ３と接する部分およびハーネス１７と接する部分には、接触抵抗が低く耐食性の高い、金などの金属によるメッキあるいはカーボンコートなどを施していることが好ま
しい。
As the material of the current collector plate 5, a metal having high conductivity such as aluminum or brass is used. Furthermore, it is preferable that the portion in contact with the separator 3 and the portion in contact with the harness 17 are plated with a metal such as gold or carbon coat having a low contact resistance and high corrosion resistance.
スタック１における冷却水入口９及び冷却水出口１０の配置は、種々の位置を採ることができるが、冷却水入口９が冷却水出口１０よりも上方に位置し、冷却水が、セル４ａに対して上方から下方に向かって流れることが好ましい。 The arrangement of the cooling water inlet 9 and the cooling water outlet 10 in the stack 1 can take various positions. However, the cooling water inlet 9 is located above the cooling water outlet 10, and the cooling water is in contact with the cell 4a. It is preferable to flow from the top to the bottom.
これにより、上部端子１１の温度をより低く抑えることができる。また、エージング時に上部端子１１を使用する際、上部端子１１の温度が上昇することになった場合でも、上部端子１１の温度をより低く抑えることができるため、安全性を向上することができる。 Thereby, the temperature of the upper terminal 11 can be kept lower. Moreover, when using the upper terminal 11 at the time of aging, even if the temperature of the upper terminal 11 rises, since the temperature of the upper terminal 11 can be held down further, safety can be improved.
スタック１における反応ガス入口１３および反応ガス出口１４の配置は、種々の位置を採ることができるが、冷却水入口９が冷却水出口１０よりも上方に位置し、冷却水が、セル４ａに対して上方から下方に向かって流れる構成の場合には、反応ガス入口１３が反応ガス出口１４よりも上方に位置し、反応ガスが、セル４ａに対して上方から下方に向かって流れることが好ましい。 The arrangement of the reaction gas inlet 13 and the reaction gas outlet 14 in the stack 1 can take various positions. However, the cooling water inlet 9 is located above the cooling water outlet 10, and the cooling water is connected to the cell 4a. In the case where the gas flows from the upper side to the lower side, it is preferable that the reaction gas inlet 13 is positioned above the reaction gas outlet 14 and the reaction gas flows from the upper side to the lower side with respect to the cell 4a.
これにより、発電反応が集中して起こる反応ガス入口１３付近の温度をより低く抑えることができる。スタック１の上部と下部の温度分布をより均一化することができるため、スタック１の耐久性を向上させることができる。 As a result, the temperature in the vicinity of the reaction gas inlet 13 in which the power generation reaction is concentrated can be further suppressed. Since the temperature distribution of the upper part and the lower part of the stack 1 can be made more uniform, the durability of the stack 1 can be improved.
本実施の形態では、スタック１の側面を囲むように環状バンド２２を配置して、環状バンド２２が端板６を締結する力でスタック１を一体として固定している。スタック１の端板６を締結する方法としては、他に複数のボルトとナットを用いる方法もあるが、環状バンド２２を用いることで構造を簡易にすることができ、また、スタック１の組み立ての作業性も向上するため、より好ましい。 In the present embodiment, the annular band 22 is disposed so as to surround the side surface of the stack 1, and the stack 1 is fixed integrally by a force with which the annular band 22 fastens the end plate 6. As another method of fastening the end plate 6 of the stack 1, there is a method of using a plurality of bolts and nuts. However, the structure can be simplified by using the annular band 22, and the assembly of the stack 1 can be simplified. Since workability | operativity also improves, it is more preferable.
環状バンド２２の上端は、スタック１の上端面と同じ高さか上端面よりも低い位置となるように配置されており、上部端子１１にエージング装置のハーネスを取り付ける際の障害とならない構成となっている。 The upper end of the annular band 22 is disposed so as to be at the same height as the upper end surface of the stack 1 or lower than the upper end surface, and does not become an obstacle when attaching the harness of the aging device to the upper terminal 11. Yes.
同様に、環状バンド２２の下端は、スタック１（脚部６ａを除く）の下端面と同じ高さか下端面よりも高い位置となるように配置されており、下部端子１２に電力変換回路基板１６と接続するためのハーネス１７を取り付ける際の障害とならない構成となっている。 Similarly, the lower end of the annular band 22 is disposed so as to be at the same height as the lower end surface of the stack 1 (excluding the leg portion 6a) or higher than the lower end surface, and the power conversion circuit board 16 is connected to the lower terminal 12. It is the structure which does not become an obstacle at the time of attaching the harness 17 for connecting with.
スタック１の下部（下面の四隅）には、端板６と一体に構成された脚部６ａが下方に突出している。脚部６ａの高さは、下部端子１２がスタック１（脚部６ａを除く）の下端面よりも下方に突出している長さよりも高くなっており、スタック１を平坦な台の上に設置した場合でも下部端子１２が台と接触しないようになっている。 At the lower part (four corners of the lower surface) of the stack 1, leg portions 6 a configured integrally with the end plate 6 protrude downward. The height of the leg portion 6a is higher than the length in which the lower terminal 12 protrudes downward from the lower end surface of the stack 1 (excluding the leg portion 6a), and the stack 1 is placed on a flat base. Even in this case, the lower terminal 12 is not in contact with the base.
脚部６ａは、下部端子１２に意図せず人の手や導電性の物体などが接触して危険にならないように下部端子１２を保護する役割もある。一方で、下部端子１２に電力変換回路基板１６と接続するためのハーネス１７を取り付ける際の障害とならないよう、隣接する脚部６ａの間にハーネス１７や工具を挿入できるだけの隙間が設けられている。 The leg portion 6a also serves to protect the lower terminal 12 so that it does not cause danger due to unintentional contact of the lower terminal 12 with a human hand or a conductive object. On the other hand, a gap is provided between the adjacent legs 6a so that the harness 17 and the tool can be inserted so as not to hinder the attachment of the harness 17 for connecting to the power conversion circuit board 16 to the lower terminal 12. .
本発明のスタック１は、上部端子１１と、エージング装置とを、ハーネスで電気的に接続してエージングを行うことが好ましい。ハーネスはエージング装置専用のものを使用しても良いし、燃料電池システム１５に搭載されるハーネス１７を使用しても良い。 The stack 1 of the present invention preferably performs aging by electrically connecting the upper terminal 11 and an aging device with a harness. A harness dedicated to the aging device may be used, or a harness 17 mounted on the fuel cell system 15 may be used.
上部端子１１および下部端子１２は、ハーネスを接続することができる範囲で、可能な限り短く構成される。これにより、端子でのＩＲ損による電力ロスを低減することができ
る。
The upper terminal 11 and the lower terminal 12 are configured as short as possible within a range in which a harness can be connected. Thereby, power loss due to IR loss at the terminal can be reduced.
このため、スタック１をエージング装置２３の平坦な作業台の上に設置した場合、スタック１の下方には下部端子１２の長さに対応した狭い空間しか確保することができず、ハーネス１７を取り付けたり、固定用のボルトを回したりする際の作業空間が十分に取れない。しかしながら、図５に示すように、エージング時に上部端子１１を使用することで、エージング時の作業効率と安全性を向上することができる。 For this reason, when the stack 1 is installed on the flat work table of the aging device 23, only a narrow space corresponding to the length of the lower terminal 12 can be secured below the stack 1, and the harness 17 is attached. Or the work space when turning the fixing bolt is not enough. However, as shown in FIG. 5, by using the upper terminal 11 during aging, the work efficiency and safety during aging can be improved.
以上のように本実施の形態の燃料電池システム１５は、ＭＥＡ２を一対のセパレータ３で挟んだセル４ａが略水平方向に多数積層された積層体４の積層方向の両端に一対の集電板５を備えたスタック１と、スタック１の下方に配置され集電板５と電気的に接続された電力変換回路基板１６と、を備える。 As described above, the fuel cell system 15 according to the present embodiment includes a pair of current collector plates 5 at both ends in the stacking direction of the stacked body 4 in which a large number of cells 4a sandwiching the MEA 2 between the pair of separators 3 are stacked in a substantially horizontal direction. And a power conversion circuit board 16 disposed below the stack 1 and electrically connected to the current collector plate 5.
そして、スタック１は、セル４ａを貫通してセル４ａに反応ガスを供給排出する反応ガスマニホールド７と、セル４ａを貫通してセル４ａで発電時に発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールド８とを有している。 The stack 1 supplies and discharges the reaction gas manifold 7 that supplies and discharges the reaction gas to and from the cell 4a through the cell 4a, and cooling water that recovers heat generated during power generation in the cell 4a through the cell 4a. And a cooling water manifold 8.
また、集電板５のそれぞれは、冷却水マニホールド８の冷却水入口９及び冷却水出口１０よりも上方から電流を取り出す上部端子１１と、スタック１の下部から電流を取り出す下部端子１２とを備える。また、電力変換回路基板１６は、下部端子１２のみとハーネス１７で電気的に接続されている。 Each of the current collector plates 5 includes an upper terminal 11 that extracts current from above the cooling water inlet 9 and the cooling water outlet 10 of the cooling water manifold 8 and a lower terminal 12 that extracts current from the lower portion of the stack 1. . Further, the power conversion circuit board 16 is electrically connected only to the lower terminal 12 with a harness 17.
この構成によって、スタック１の下方に電力変換回路基板１６を配置しても、スタック１の上部端子１１と電力変換回路基板１６とをハーネス１７で接続する場合よりも、スタック１と電力変換回路基板１６を接続するハーネス１７の長さを短くすることができるため、ハーネス１７のＩＲ損による電力ロスを小さくすることができる。 With this configuration, even if the power conversion circuit board 16 is disposed below the stack 1, the stack 1 and the power conversion circuit board are more than in the case where the upper terminal 11 of the stack 1 and the power conversion circuit board 16 are connected by the harness 17. Since the length of the harness 17 connecting 16 can be shortened, the power loss due to the IR loss of the harness 17 can be reduced.
また、スタック１の下方に電力変換回路基板１６を配置することで、万が一スタック１から水素などの可燃性の燃料ガスが漏れた場合でも、これらの燃料ガスは空気よりも軽くスタック１の上方へ流れていくため、高電圧となる電力変換回路基板１６に流入する可能性が低くなり、引火などの不具合が発生する可能性を低くすることができる。 Further, by disposing the power conversion circuit board 16 below the stack 1, even if a flammable fuel gas such as hydrogen leaks from the stack 1, the fuel gas is lighter than air and moves above the stack 1. Since it flows, the possibility of flowing into the power conversion circuit board 16 having a high voltage is reduced, and the possibility of occurrence of problems such as ignition can be reduced.
さらに、エージング時には上部端子１１をエージング装置２３との接続に利用することができるため、エージング時の作業性も確保できる。 Furthermore, since the upper terminal 11 can be used for connection with the aging device 23 during aging, workability during aging can be ensured.
また、本実施の形態におけるスタック１では、上部端子１１が集電板５の上端面よりも上方に突出しており、下部端子１２が集電板５の下端面よりも下方に突出している。 In the stack 1 according to the present embodiment, the upper terminal 11 protrudes upward from the upper end surface of the current collector plate 5, and the lower terminal 12 protrudes downward from the lower end surface of the current collector plate 5.
この構成により、上部端子１１をスタック１の（積層体４の）上端面よりも上方に突出させることができるため、上部端子１１をスタック１の側面の上部から突出させた場合よりもエージング時の作業性をより向上することができる。また、下部端子１２をスタック１の（積層体４の）下端面よりも下方に突出させることができるため、下部端子１２をスタック１の側面の下部から突出させた場合よりもスタック１と電力変換回路基板１６を接続するハーネス１７の長さをさらに短くすることができ、ハーネスのＩＲ損による電力ロスをさらに小さくすることができる。 With this configuration, the upper terminal 11 can be protruded above the upper end surface (of the stacked body 4) of the stack 1, so that the upper terminal 11 can be more easily aged than when the upper terminal 11 protrudes from the upper part of the side surface of the stack 1. Workability can be further improved. Further, since the lower terminal 12 can be protruded downward from the lower end surface (of the laminate 4) of the stack 1, the power conversion with the stack 1 can be performed more than when the lower terminal 12 is protruded from the lower portion of the side surface of the stack 1. The length of the harness 17 connecting the circuit board 16 can be further shortened, and the power loss due to the IR loss of the harness can be further reduced.
また、スタック１の側面を囲むように環状バンド２２を配置して、環状バンド２２が端板６を締結する力でスタック１を一体として固定している場合は、上部端子１１と下部端子１２が環状バンド２２の邪魔にならない。 Further, when the annular band 22 is disposed so as to surround the side surface of the stack 1 and the stack 1 is fixed integrally with the annular band 22 by the force of fastening the end plate 6, the upper terminal 11 and the lower terminal 12 are It does not interfere with the annular band 22.
なお、上部端子１１または下部端子１２がスタック１の側面から突出している場合は、上部端子１１または下部端子１２が環状バンド２２によるスタック１の締結、一体化の邪魔にならないように、特に環状バンド２２が金属製（導電性）の場合は、上部端子１１または下部端子１２が環状バンド２２に接触しないように、環状バンド２２に、上部端子１１または下部端子１２を避ける切り欠きや穴が必要になり、その切り欠きや穴が環状バンド２２の製造コストを高めたり、環状バンド２２の強度を低下させたりする。 In addition, when the upper terminal 11 or the lower terminal 12 protrudes from the side surface of the stack 1, the upper terminal 11 or the lower terminal 12 is not particularly obstructed to fasten and integrate the stack 1 by the annular band 22. When 22 is made of metal (conductive), the annular band 22 needs a cutout or a hole to avoid the upper terminal 11 or the lower terminal 12 so that the upper terminal 11 or the lower terminal 12 does not contact the annular band 22. Therefore, the notch or the hole increases the manufacturing cost of the annular band 22 or decreases the strength of the annular band 22.
また、本実施の形態における電力変換回路基板１６は、電力変換回路基板１６における上部に、ハーネス１７で下部端子１２と電気的に接続される接続端子１６ａを備えたことにより、電力変換回路基板１６における上部以外の箇所に接続端子１６ａを備えた場合よりも、スタック１と電力変換回路基板１６を接続するハーネス１７の長さをさらに短くすることができ、ハーネス１７のＩＲ損による電力ロスをさらに小さくすることができる。 In addition, the power conversion circuit board 16 according to the present exemplary embodiment includes the connection terminal 16 a that is electrically connected to the lower terminal 12 by the harness 17 in the upper part of the power conversion circuit board 16, and thus the power conversion circuit board 16. The length of the harness 17 that connects the stack 1 and the power conversion circuit board 16 can be further reduced as compared with the case where the connection terminal 16a is provided at a location other than the upper portion in FIG. Can be small.
また、本実施の形態におけるスタック１の冷却水入口９が、冷却水出口１０よりも上方に位置し、冷却水が、セル４ａに対して上から下に向かって流れるので、スタック１の上部の温度を他の部分よりも低くすることができる。スタック１のエージング時に上部端子１１を使用する際、スタック１の温度がより低い上部に集電板５の上部端子１１が位置することになる。 In addition, the cooling water inlet 9 of the stack 1 in the present embodiment is positioned above the cooling water outlet 10 and the cooling water flows from the top to the bottom with respect to the cell 4a. The temperature can be lower than other parts. When the upper terminal 11 is used when the stack 1 is aged, the upper terminal 11 of the current collector plate 5 is positioned at the upper part where the temperature of the stack 1 is lower.
エージング時にスタック１の性能検査のために燃料電池システム１５搭載時よりも高い電流や高い温度で発電させることがあれば、集電板５の上部端子１１は、より高温になるため、不安全となる可能性が考えられる。 If power generation is performed at a higher current or higher temperature than when the fuel cell system 15 is installed for performance inspection of the stack 1 during aging, the upper terminal 11 of the current collector plate 5 becomes higher temperature, which is unsafe. It is possible that
本実施の形態は、スタック１の上部の温度をより低くした構成で、エージング時に上部端子１１を使用することで、上部端子１１の温度をより低く抑えることができる。これにより、エージング時の安全性を向上することができる。 In the present embodiment, the temperature of the upper portion of the stack 1 is lowered, and the temperature of the upper terminal 11 can be kept lower by using the upper terminal 11 during aging. Thereby, the safety | security at the time of aging can be improved.
また、本実施の形態におけるスタック１の反応ガスマニホールド７の反応ガス入口１３が、反応ガスマニホールド７の反応ガス出口１４よりも上方に位置し、反応ガスが、セル４ａに対して上から下に向かって流れることによって、スタック１の上部に反応ガス入口１３と冷却水入口９が互いに近接して位置することになる。反応ガス入口１３付近では反応ガスの濃度が高いために発電反応が集中して起こることから、この付近のスタック１の温度がより高くなるが、冷却水入口９が反応ガス入口１３の付近（近傍）にあることで効率的に冷却することができ、反応ガス入口１３の付近（近傍）の温度上昇を抑制することができる。 Further, the reaction gas inlet 13 of the reaction gas manifold 7 of the stack 1 in the present embodiment is positioned above the reaction gas outlet 14 of the reaction gas manifold 7 so that the reaction gas flows from the top to the bottom with respect to the cell 4a. By flowing toward the top, the reaction gas inlet 13 and the cooling water inlet 9 are positioned close to each other at the top of the stack 1. In the vicinity of the reaction gas inlet 13, since the concentration of the reaction gas is high and the power generation reaction occurs intensively, the temperature of the stack 1 in the vicinity becomes higher, but the cooling water inlet 9 is near the reaction gas inlet 13 (nearby ), The temperature can be efficiently cooled, and the temperature rise near (near) the reaction gas inlet 13 can be suppressed.
これにより、スタック１の上部と下部の温度分布をより均一化することができるため、高温による局所的な劣化を抑制することができ、その結果、スタック１の耐久性を向上させることができる。 Thereby, since the temperature distribution of the upper part and lower part of the stack 1 can be made more uniform, local deterioration due to high temperature can be suppressed, and as a result, the durability of the stack 1 can be improved.
また、スタック１内の反応ガス流路で凝縮水が発生した場合でも、反応ガスの流れと重力を利用して凝縮水をスタック１の反応ガス出口１４から排出することができ、反応ガス流路で発生した凝縮水が反応ガスの流れを妨げることを抑制できる。 Further, even when condensed water is generated in the reaction gas flow path in the stack 1, the condensed water can be discharged from the reaction gas outlet 14 of the stack 1 using the flow of the reaction gas and gravity. It can suppress that the condensed water which generate | occur | produced in hinders the flow of a reactive gas.
また、本実施の形態でのスタック１のエージングは、スタック１の上部端子１１と、エージング装置２３とを、ハーネス１７で電気的に接続してエージングを行う。 Further, the aging of the stack 1 in this embodiment is performed by electrically connecting the upper terminal 11 of the stack 1 and the aging device 23 with the harness 17.
このスタック１のエージング方法によって、下部端子１２にエージング装置２３をハーネス１７で接続する場合よりも、スタック１とエージング装置２３をハーネス１７で接続する際の作業性を良好にすることができる。スタック１の端子とハーネス１７との接続が
不十分なために不安全になることを抑制することができる。これにより、エージング時の作業効率と安全性を向上することができる。
By this aging method of the stack 1, workability when the stack 1 and the aging device 23 are connected by the harness 17 can be made better than when the aging device 23 is connected by the harness 17 to the lower terminal 12. It is possible to suppress unsafeness due to insufficient connection between the terminals of the stack 1 and the harness 17. Thereby, the working efficiency and safety at the time of aging can be improved.
本発明の燃料電池システムは、スタックと電力変換回路基板を接続するハーネスの長さを短くすることができ、また、エージング時の作業性を確保することができるため、家庭用コージェネレーション用をはじめとする多様な方式の燃料電池システムとして好適に用いることができる。 The fuel cell system of the present invention can shorten the length of the harness connecting the stack and the power conversion circuit board, and can ensure the workability at the time of aging. It can be suitably used as a fuel cell system of various systems.
１ スタック
２ ＭＥＡ
３ セパレータ
４ 積層体
４ａ セル
５ 集電板
６ 端板
６ａ 脚部
７ 反応ガスマニホールド
８ 冷却水マニホールド
９ 冷却水入口
１０ 冷却水出口
１１ 上部端子
１２ 下部端子
１３ 反応ガス入口
１４ 反応ガス出口
１５ 燃料電池システム
１６ 電力変換回路基板
１６ａ 接続端子
１７ ハーネス
２３ エージング装置
1 stack 2 MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Separator 4 Laminate 4a Cell 5 Current collecting plate 6 End plate 6a Leg 7 Reaction gas manifold 8 Cooling water manifold 9 Cooling water inlet 10 Cooling water outlet 11 Upper terminal 12 Lower terminal 13 Reactive gas inlet 14 Reactive gas outlet 15 Fuel cell System 16 Power conversion circuit board 16a Connection terminal 17 Harness 23 Aging device
Claims (6)
前記スタックの下方に配置され前記集電板と電気的に接続された電力変換回路基板と、を備えた燃料電池システムであって、
前記スタックは、前記セルを貫通して前記セルに反応ガスを供給排出する反応ガスマニホールドと、前記セルを貫通して前記セルで発電時に発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールドとを有しており、
前記集電板のそれぞれは、前記冷却水マニホールドの冷却水入口及び冷却水出口よりも上方から電流を取り出す上部端子と、前記スタックの下部から電流を取り出す下部端子とを備え、
前記電力変換回路基板は、前記下部端子のみとハーネスで電気的に接続されている、燃料電池システム。 A stack provided with a pair of current collector plates at both ends in the stacking direction of a stack in which a large number of cells sandwiching an electrolyte membrane-electrode assembly between a pair of separators are stacked in a substantially horizontal direction;
A power conversion circuit board disposed below the stack and electrically connected to the current collector plate, and a fuel cell system comprising:
The stack includes a reaction gas manifold that supplies and discharges reaction gas to and from the cell through the cell, and a cooling water manifold that supplies and discharges cooling water that passes through the cell and recovers heat generated during power generation in the cell. And
Each of the current collector plates includes an upper terminal for extracting current from above the cooling water inlet and the cooling water outlet of the cooling water manifold, and a lower terminal for extracting current from the lower part of the stack,
The fuel cell system, wherein the power conversion circuit board is electrically connected to only the lower terminal through a harness.
前記スタックの前記上部端子と、エージング装置とを、ハーネスで電気的に接続してエージングを行う、スタックのエージング方法。 A stack aging method used in the fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
A stack aging method in which the upper terminal of the stack and an aging device are electrically connected with a harness to perform aging.
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Citations (5)
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| JP2003229148A (en) * | 2002-02-01 | 2003-08-15 | Toshiba Home Technology Corp | Fuel cell device |
| JP2005108757A (en) * | 2003-10-01 | 2005-04-21 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system and starting method |
| JP2010027296A (en) * | 2008-07-16 | 2010-02-04 | Nissan Motor Co Ltd | Running-in operation method for fuel cell |
| JP2010097757A (en) * | 2008-10-15 | 2010-04-30 | Toyota Motor Corp | Fuel cell, and fuel cell system |
| WO2010106753A1 (en) * | 2009-03-17 | 2010-09-23 | パナソニック株式会社 | Fuel cell stack |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003229148A (en) * | 2002-02-01 | 2003-08-15 | Toshiba Home Technology Corp | Fuel cell device |
| JP2005108757A (en) * | 2003-10-01 | 2005-04-21 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system and starting method |
| JP2010027296A (en) * | 2008-07-16 | 2010-02-04 | Nissan Motor Co Ltd | Running-in operation method for fuel cell |
| JP2010097757A (en) * | 2008-10-15 | 2010-04-30 | Toyota Motor Corp | Fuel cell, and fuel cell system |
| WO2010106753A1 (en) * | 2009-03-17 | 2010-09-23 | パナソニック株式会社 | Fuel cell stack |
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