JP5348606B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of protecting a protection-required member such as a terminal block of a pump from impact from the outside without fitting a protecting component having high mechanical strength. <P>SOLUTION: The fuel cell system includes a fuel cell stack 10A composed of a plurality of unit cells each conducting power generation by electrochemical reaction of fuel gas and oxidative gas and sandwiched between a pair of end plates 41 arranged in both ends in the stacking direction of the unit cells; a circulation motor pump 37 fixed to the end plates 41; and the protection-required member such as the terminal block 59 requiring the protection from the outside force, and the protection-required member is arranged on the end plate 41 side more than the outer periphery on the opposite side to the end plate 41 of the circulation motor pomp 37 in the stacking direction of the unit cells of the fuel cell stack 10A. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池スタックを備えた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell stack that generates electric power upon receiving a reaction gas.

近年、燃料ガスと酸化ガス（以下、これらを反応ガスという。）との電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池システムが注目されている。このような燃料電池システムに用いられる燃料電池は、例えば、単セルを複数積層した燃料電池スタックが、そのセル積層方向両端をエンドプレートで挟持された構成となっている。   In recent years, a fuel cell system using a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas (hereinafter referred to as a reactive gas) has attracted attention. A fuel cell used in such a fuel cell system has, for example, a configuration in which a fuel cell stack in which a plurality of single cells are stacked is sandwiched between end plates in the cell stacking direction.

また、このような燃料電池システムには、燃料ガスを有効利用するために燃料電池スタックから排出された燃料オフガスを再び燃料電池スタックに供給する燃料ガス循環系を有するものがあり、その燃料オフガスを循環させるための循環電動ポンプをエンドプレートに固定する等している（例えば、特許文献１参照）。さらに、循環電動ポンプには、車両衝突時等の衝撃から端子台等を保護するべくカバー等の保護部品が取り付けられている。
特開２００８−１６４０２号公報 Some of such fuel cell systems have a fuel gas circulation system that supplies fuel off-gas discharged from the fuel cell stack to the fuel cell stack again in order to effectively use the fuel gas. A circulation electric pump for circulation is fixed to an end plate (for example, see Patent Document 1). Further, the circulating electric pump is provided with a protective part such as a cover for protecting the terminal block and the like from an impact such as a vehicle collision.
JP 2008-16402 A

しかしながら、このような保護部品の取り付けにより、重量の増大を招き、また、保護部品の取り付けスペースが必要であった。あるいは、衝突等の際に他の物体が進入（あるいは侵入）し難い部位に端子台等を設置しようとすれば、設置場所が限られるという問題もあった。   However, attachment of such a protective component causes an increase in weight and requires a space for mounting the protective component. Alternatively, if a terminal block or the like is to be installed at a site where it is difficult for another object to enter (or enter) at the time of a collision or the like, there is a problem that the installation location is limited.

そこで、本発明は、高強度な保護部品を取り付けることなく、ポンプの端子台などの要保護部材を外部からの衝撃から保護することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of protecting a protection member such as a pump terminal block from an external impact without attaching a high-strength protection component.

上記目的を達成するため、本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電を行うセルが複数積層されてなり、セルの積層方向両端部に配置された一対のエンドプレートに挟持された燃料電池スタックと、エンドプレートのセル積層方向外側に配置されたポンプと、外力からの保護を要する要保護部材と、を備え、要保護部材は、燃料電池スタックのセルの積層方向におけるポンプのエンドプレートと反対側の外周よりもエンドプレート側に配置されているものである。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a plurality of cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas, and a pair of ends disposed at both ends of the cells in the stacking direction. A fuel cell stack sandwiched between the plates, a pump disposed on the outer side of the end plate in the cell stacking direction, and a protection member that requires protection from external force. The protection member is required to stack the cells of the fuel cell stack. It is arrange | positioned at the end plate side rather than the outer periphery on the opposite side to the end plate of the pump in a direction.

かかる構成の燃料電池システムの場合、要保護部材が、セルの積層方向におけるポンプのエンドプレートと反対側の外周よりもエンドプレート側に配置されているので、外部からの衝撃が加わるような場合に、その衝撃が剛性の高いポンプによって受け止められる。したがって、別個の高強度な保護部品を用いることなく要保護部材を保護することができる。   In the case of the fuel cell system having such a configuration, the protection member required is arranged on the end plate side rather than the outer periphery on the side opposite to the end plate of the pump in the cell stacking direction. The impact is received by a highly rigid pump. Therefore, the protection member requiring protection can be protected without using a separate high-strength protective component.

この場合、要保護部材は、例えばポンプに動力線を接続する端子台である。   In this case, the protection required member is, for example, a terminal block that connects a power line to the pump.

かかる燃料電池システムにおいてポンプとエンドプレートとの間に隙間がある場合、要保護部材は、当該隙間の大きさの分だけさらにエンドプレート寄りに配置されていることも好ましい。このようにポンプとエンドプレートとの間に隙間があると、外部から衝撃が加わった際、当該ポンプがエンドプレートに接触するまで動く可能性がある。この点、本発明においてはこのようなポンプの動きにも配慮し、当該隙間分だけあらかじめ要保護部材をエンドプレート寄りに配置しておくから、ポンプに動きがあったとしても当該要保護部材を衝撃から十分保護することが可能である。   In such a fuel cell system, when there is a gap between the pump and the end plate, it is also preferable that the protection required member is further arranged closer to the end plate by the size of the gap. If there is a gap between the pump and the end plate in this way, when an impact is applied from the outside, the pump may move until it comes into contact with the end plate. In this regard, in the present invention, considering the movement of the pump, the protection member required is arranged in front of the end plate in advance for the gap, so that the protection member required even if the pump moves. It can be well protected from impact.

また、要保護部材は、ポンプのエンドプレートと反対側の外周からエンドプレート側への寸法が、ポンプとエンドプレートとの隙間よりも大きくされていても良い。   Moreover, the dimension of the protection member required from the outer periphery on the side opposite to the end plate of the pump to the end plate side may be larger than the gap between the pump and the end plate.

かかる構成とすることによって、要保護部材は、ポンプのエンドプレートと反対側の外周からエンドプレート側への寸法が、ポンプとエンドプレートとの隙間よりも大きくされているので、外部からの衝撃によってポンプがエンドプレート側に変位しても、その衝撃をポンプによって受け止めさせて要保護部材を衝撃から保護することができる。また、ポンプの変位が許容されるため、ポンプの取り付け剛性を低減させることができ、取り付け構造の簡略化を図ることができる。   By adopting such a configuration, the protection member is required to have a dimension from the outer periphery on the side opposite to the end plate of the pump to the end plate side larger than the gap between the pump and the end plate. Even if the pump is displaced toward the end plate, the shock can be received by the pump to protect the protection member from the impact. Moreover, since the displacement of the pump is allowed, the mounting rigidity of the pump can be reduced, and the mounting structure can be simplified.

ポンプは、例えば水素オフガスの循環ポンプである。   The pump is, for example, a hydrogen off-gas circulation pump.

本発明によれば、別個の高強度な保護部品を取り付けることなく、ポンプの端子台などの要保護部材を外部からの衝撃から保護することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, protection members, such as a terminal block of a pump, can be protected from the impact from the outside, without attaching a separate high-strength protection component.

次に、本発明に係る燃料電池システムの一実施形態を図面を参照しつつ説明する。なお、参照する図面においては、図示の都合上、当該燃料電池システムの構成要素のうち、配管あるいは配管部と称している構成要素の図示を簡略化している。   Next, an embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings to be referred to, for convenience of illustration, of the constituent elements of the fuel cell system, the constituent elements referred to as pipes or pipe sections are simplified.

図１は、燃料電池システム１のシステム構成図である。この燃料電池システム１は、燃料電池自動車の車載発電システムや船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システム等に適用可能であるが、具体的には自動車用となっている。   FIG. 1 is a system configuration diagram of the fuel cell system 1. The fuel cell system 1 is used as an in-vehicle power generation system for fuel cell vehicles, a power generation system for any moving body such as a ship, an aircraft, a train, or a walking robot, and also as a power generation facility for buildings (housing, buildings, etc.). Although it can be applied to stationary power generation systems, it is specifically for automobiles.

燃料電池システム１は、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電気化学反応により発電して電力を発生する複数（例えば二つ）の燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂを備えるとともに、これら燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂへの酸化ガスとしての空気のガス供給を調整するカソード系の酸化ガス配管系２と、燃料ガスとしての水素ガスのガス供給を調整するアノード系の燃料ガス配管系３とを備えている。   The fuel cell system 1 is provided with a plurality of (for example, two) fuel cell stacks 10A and 10B that receive electric power generated by an electrochemical reaction upon supply of reactive gases (oxidizing gas and fuel gas) and generate these fuels A cathode-based oxidizing gas piping system 2 that adjusts the supply of air gas as the oxidizing gas to the battery stacks 10A and 10B, and an anode-based fuel gas piping system 3 that adjusts the supply of hydrogen gas as the fuel gas. I have.

酸化ガス配管系２は、加湿器２０により加湿された酸化ガス（空気）を分岐した二系統の配管２１Ａ，２１Ｂを介して二つの燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂそれぞれに供給する空気供給配管２１と、これら燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂから二系統の配管２２Ａ，２２Ｂを介して排出された酸化オフガスを合流後に加湿器２０に導く空気排出配管２２と、加湿器２０から外部に酸化オフガスを導くための排出配管２３とを備えている。空気供給配管２１には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器２０に圧送するコンプレッサ２４が設けられている。   The oxidizing gas piping system 2 includes an air supply piping 21 that supplies each of the two fuel cell stacks 10A and 10B via two piping 21A and 21B branched from the oxidizing gas (air) humidified by the humidifier 20. An air discharge pipe 22 that leads the oxidant off-gas discharged from the fuel cell stacks 10A and 10B through the two systems of pipes 22A and 22B to the humidifier 20 after merging, and a discharge that guides the oxidant off-gas from the humidifier 20 to the outside. And a pipe 23. The air supply pipe 21 is provided with a compressor 24 that takes in the oxidizing gas in the atmosphere and pumps it to the humidifier 20.

燃料ガス配管系３は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク３０と、水素タンク３０の水素ガスを配管３１ａと配管３１ａが分岐部３１ｂで分岐した二系統の配管３１Ａ，３１Ｂとを介して二つの燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに供給するための燃料供給配管３１と、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂから二系統の配管３２Ａ，３２Ｂを介して排出された燃料ガスのオフガスとしての水素オフガスを合流部３２ａでの合流後の配管３２ｂで燃料供給流路３１の分岐前の合流部３２ｃに戻す循環配管３２と、を備えている。   The fuel gas piping system 3 includes a hydrogen tank 30 as a fuel supply source storing high-pressure hydrogen gas, and two lines of piping 31A and 31B in which the hydrogen gas in the hydrogen tank 30 is branched by a piping 31a and a piping 31a at a branching portion 31b. And hydrogen as an off-gas of the fuel gas discharged from the fuel cell stacks 10A and 10B through the two pipes 32A and 32B. And a circulation pipe 32 for returning the off gas to the junction part 32c before the branch of the fuel supply passage 31 by the pipe 32b after the junction in the junction part 32a.

燃料供給配管３１には、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに燃料ガスを供給するために、水素タンク３０からの水素ガスの供給を遮断又は許容するとともに許容時に水素ガスの圧力を調整する遮断弁付レギュレータ３３が配管３１ａに設けられている。   A regulator with a shut-off valve that shuts off or allows the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 30 and adjusts the pressure of the hydrogen gas when permitted to supply fuel gas to the fuel cell stacks 10A and 10B. 33 is provided in the pipe 31a.

循環配管３２には、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂから排出された水素オフガス（燃料ガス）を再び燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに供給するために、気液分離器３４が配管３２ｂに設けられている。この気液分離器３４は、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂから排出された水素オフガスの気液を分離するもので、具体的には水素オフガスから水分を回収するものである。   In the circulation pipe 32, a gas-liquid separator 34 is provided in the pipe 32b in order to supply the hydrogen off gas (fuel gas) discharged from the fuel cell stacks 10A and 10B to the fuel cell stacks 10A and 10B again. The gas / liquid separator 34 separates the gas / liquid of the hydrogen off gas discharged from the fuel cell stacks 10A and 10B, and specifically recovers moisture from the hydrogen off gas.

この気液分離器３４には、排出配管３５が接続されており、この排出配管３５には、排出弁３６が設けられている。この排出弁３６は、図示略の制御装置からの指令によって作動することにより、気液分離器３４で回収した水分と、循環流路３２内の不純物を含む水素オフガスとを排出配管３５を介して外部に排出（パージ）するものである。   A discharge pipe 35 is connected to the gas-liquid separator 34, and a discharge valve 36 is provided in the discharge pipe 35. The discharge valve 36 operates in response to a command from a control device (not shown), whereby moisture collected by the gas-liquid separator 34 and hydrogen off-gas containing impurities in the circulation flow path 32 are discharged via a discharge pipe 35. It is discharged (purged) to the outside.

循環配管３２には、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂから排出された循環配管３２内の水素オフガスを吸引し加圧して燃料供給配管３１側へ吐出することで、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂから排出されるガスの循環を調整する循環電動ポンプ（ポンプ）３７が設けられている。   The circulation pipe 32 sucks and pressurizes the hydrogen off-gas in the circulation pipe 32 discharged from the fuel cell stacks 10A and 10B, discharges it to the fuel supply pipe 31 side, and is discharged from the fuel cell stacks 10A and 10B. A circulation electric pump (pump) 37 for adjusting the circulation of the gas is provided.

燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂは、図２に示すように、反応ガスの供給を受けて電気化学反応により発電する単セル４０を所要数積層して構成されるもので、互いに単セル４０の積層方向を平行にして並設された状態で、これらに共通で積層方向両端部に配置された一対のエンドプレート４１，４２で挟持されている。なお、これらエンドプレート４１，４２は図示略のテンションプレートで互いに連結されている。   As shown in FIG. 2, the fuel cell stacks 10 </ b> A and 10 </ b> B are configured by stacking a required number of single cells 40 that receive a reaction gas and generate electric power through an electrochemical reaction. Are arranged in parallel, and are sandwiched between a pair of end plates 41 and 42 that are common to these and disposed at both ends in the stacking direction. The end plates 41 and 42 are connected to each other by a tension plate (not shown).

このようにエンドプレート４１，４２で挟持された燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂは、スタックケース４３に収納される。このようにスタックケース４３に収納された状態で燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂは、互いに水平方向に並ぶ姿勢で車体に設置されることになり、以下、この設置時の姿勢で説明する。   The fuel cell stacks 10 </ b> A and 10 </ b> B sandwiched between the end plates 41 and 42 are stored in the stack case 43. Thus, the fuel cell stacks 10A and 10B are installed in the vehicle body in a posture aligned in the horizontal direction in the state of being accommodated in the stack case 43, and will be described below in the posture at the time of installation.

上記した一対のエンドプレート４１，４２は、複数の燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに共通であるため横方向に長い略長方形状をなしており、一方のエンドプレート４１に、図３に示すように、循環配管３２、循環電動ポンプ３７、気液分離器３４、排出弁３６及び排出配管３５が配置されており、また、燃料ガス供給系構成部品である遮断弁付レギュレータ３３も配置されている。   Since the pair of end plates 41 and 42 described above are common to the plurality of fuel cell stacks 10A and 10B, they have a substantially rectangular shape that is long in the lateral direction. As shown in FIG. A circulation pipe 32, a circulation electric pump 37, a gas-liquid separator 34, a discharge valve 36, and a discharge pipe 35 are arranged, and a regulator 33 with a shut-off valve, which is a fuel gas supply system component, is also arranged.

具体的には、まず、エンドプレート４１には循環電動ポンプ３７が取り付けられている。この循環電動ポンプ３７は給電を受けて回転駆動力を発生させる電動モータ部５０と、この電動モータ部５０の駆動力で回転してガスを吸引し吐出するポンプロータ部５１とを有しており、これら電動モータ部５０とポンプロータ部５１とが互いの回転軸線方向を一致させてこの方向に並設されることで、この回転軸線方向に長い形状をなしている。   Specifically, first, the circulation electric pump 37 is attached to the end plate 41. The circulation electric pump 37 has an electric motor unit 50 that receives electric power and generates a rotational driving force, and a pump rotor unit 51 that rotates by the driving force of the electric motor unit 50 to suck and discharge gas. The electric motor part 50 and the pump rotor part 51 are arranged in parallel in this direction with their rotational axis directions aligned with each other, thereby forming a long shape in the rotational axis direction.

この循環電動ポンプ３７には、給電用の３相あるいは２相の動力線が接続される端子台（要保護部材）５９を備えている。ターミナル部として機能するこの端子台５９は、循環電動ポンプ３７を構成する電動モータ部５０の周面の一部にて、側方へ突出するように設けられている。この端子台５９は、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂの単セル４０の積層方向における循環電動ポンプ３７のエンドプレート４１と反対側の外周よりもエンドプレート４１側に配置され、循環電動ポンプ３７のエンドプレート４１と反対側の外周から突出しないようにされている。   This circulation electric pump 37 is provided with a terminal block (required protection member) 59 to which a three-phase or two-phase power line for power feeding is connected. The terminal block 59 functioning as a terminal portion is provided so as to protrude laterally at a part of the peripheral surface of the electric motor portion 50 constituting the circulation electric pump 37. The terminal block 59 is arranged on the end plate 41 side from the outer periphery opposite to the end plate 41 of the circulating electric pump 37 in the stacking direction of the unit cells 40 of the fuel cell stacks 10A and 10B. 41 so that it does not protrude from the outer periphery opposite to 41.

循環電動ポンプ３７には、ポンプロータ部５１側に上下二箇所の取付座部５３，５４が設けられ、電動モータ部５０側に取付座部５５が設けられ、これら取付座部５３〜５５によってエンドプレート４１にボルト止めされている。そして、これら取付座部５３〜５５によってエンドプレート４１に取り付けられた循環電動ポンプ３７は、エンドプレート４１との間に隙間Ｇが形成されている。   The circulating electric pump 37 is provided with two upper and lower mounting seats 53 and 54 on the pump rotor 51 side, and a mounting seat 55 on the electric motor unit 50 side. It is bolted to the plate 41. A gap G is formed between the circulating electric pump 37 attached to the end plate 41 by the attachment seats 53 to 55 and the end plate 41.

ここで、循環電動ポンプ３７の端子台５９は、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂの単セル４０の積層方向における循環電動ポンプ３７のエンドプレート４１と反対側の外周から寸法Ｌだけエンドプレート４１側に変位した位置に配置されている。そして、この循環電動ポンプ３７の外周から端子台５９までの寸法Ｌは、循環電動ポンプ３７とエンドプレート４１との隙間Ｇよりも大きくされている。   Here, the terminal block 59 of the circulating electric pump 37 is displaced to the end plate 41 side by a dimension L from the outer periphery opposite to the end plate 41 of the circulating electric pump 37 in the stacking direction of the single cells 40 of the fuel cell stacks 10A and 10B. It is arranged at the position. The dimension L from the outer periphery of the circulating electric pump 37 to the terminal block 59 is made larger than the gap G between the circulating electric pump 37 and the end plate 41.

また、ポンプロータ部５１には、外部からガスを吸引する吸引口５６が下部に下方に向いて設けられ、外部へガスを吐出する吐出口５７が上部に上方を向いて設けられている。   Further, the pump rotor portion 51 is provided with a suction port 56 for sucking gas from the outside facing downward, and a discharge port 57 for discharging the gas to the outside facing upward.

循環電動ポンプ３７の円筒状の電動モータ部５０の外周面には、その構成部品であるモータ温度検出用サーミスタ５８が電動モータ部５０の最もエンドプレート４１から離間する端部位置よりも下側に取り付けられている。   On the outer peripheral surface of the cylindrical electric motor portion 50 of the circulation electric pump 37, a motor temperature detection thermistor 58 as a component thereof is located below the end position of the electric motor portion 50 that is farthest from the end plate 41. It is attached.

エンドプレート４１の循環電動ポンプ３７の下側には、電気部品である遮断弁付レギュレータ３３が取り付けられている。この遮断弁付レギュレータ３３は、ガスの通過を遮断し又は許容する遮断弁部６０と、この遮断弁部６０を通過後のガスの圧力を調整するレギュレータ部６１とが並設されており、これら遮断弁部６０及びレギュレータ部６１の並設方向に長い形状をなしている。   On the lower side of the circulation electric pump 37 of the end plate 41, a regulator 33 with a shut-off valve, which is an electrical component, is attached. The regulator 33 with a shut-off valve is provided with a shut-off valve section 60 that blocks or allows the passage of gas and a regulator section 61 that adjusts the pressure of the gas after passing through the shut-off valve section 60. It has a long shape in the direction in which the shutoff valve portion 60 and the regulator portion 61 are juxtaposed.

遮断弁付レギュレータ３３は、遮断弁部６０を外側にレギュレータ部６１を内側にした状態でエンドプレート４１に取り付けられており、外部からガスが導入される導入口６２が遮断弁部６０の下部に下方に向いて設けられ、遮断弁部６０及びレギュレータ部６１を通過したガスを外部に導出させる導出口６３がレギュレータ部６１の上部に上方に向いて設けられている。さらに、遮断弁部６０及びレギュレータ部６１にはそれぞれ電気接続用のコネクタ部６４，６５が設けられている。   The regulator 33 with a shut-off valve is attached to the end plate 41 with the shut-off valve portion 60 on the outside and the regulator portion 61 on the inside, and an introduction port 62 through which gas is introduced from the outside is formed below the shut-off valve portion 60. A lead-out port 63 that is provided facing downward and through which the gas that has passed through the shut-off valve portion 60 and the regulator portion 61 is led out is provided upward on the regulator portion 61. Furthermore, the shut-off valve part 60 and the regulator part 61 are provided with connector parts 64 and 65 for electrical connection, respectively.

この遮断弁付レギュレータ３３は、全体として電動モータ部５０の最もエンドプレート４１から離間する端部位置よりもエンドプレート４１側に配置されており、その結果、遮断弁付レギュレータ３３の電気接続用のコネクタ部６４，６５も電動モータ部５０で上側が覆われている。   The regulator 33 with the shut-off valve as a whole is disposed closer to the end plate 41 than the end position farthest from the end plate 41 of the electric motor unit 50. As a result, the regulator 33 with the shut-off valve is used for electrical connection. The connector parts 64 and 65 are also covered with the electric motor part 50 on the upper side.

エンドプレート４１の循環電動ポンプ３７のポンプロータ部５１の下側には、気液分離器（要保護部材）３４が、エンドプレート４１の長さ方向において遮断弁付レギュレータ３３と並設されて取り付けられている。この気液分離器３４は、外部からガスが導入される導入口６７が、遮断弁付レギュレータ３３とは反対側の側部にこの方向に向いて設けられ、外部にガスを導出する導出口６８が、遮断弁付レギュレータ３３側の側部にこの方向に向いて設けられている。   A gas-liquid separator (required protection member) 34 is installed in parallel with the regulator 33 with the shut-off valve in the length direction of the end plate 41 below the pump rotor portion 51 of the circulating electric pump 37 of the end plate 41. It has been. In the gas-liquid separator 34, an introduction port 67 through which gas is introduced from the outside is provided in this direction on the side opposite to the regulator 33 with the shut-off valve, and an outlet port 68 for leading the gas to the outside. However, it is provided in the side part by the side of the regulator 33 with a shut-off valve toward this direction.

気液分離器３４の遮断弁付レギュレータ３３とは反対の側方であってエンドプレート４１の長さ方向の略中央位置には、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂから排出された水素オフガスを導く図１に示す配管３２Ａ，３２Ｂの合流後の出口部６９が設けられており、この出口部６９には、気液分離器３４側の側部に気液分離器３４側に向いて水素オフガスを導出する導出口６６が設けられている。   The hydrogen-off gas discharged from the fuel cell stacks 10A and 10B is guided to the side of the gas-liquid separator 34 opposite to the regulator 33 with the shut-off valve and to the substantially central position in the length direction of the end plate 41. The outlet part 69 after the joining of the pipes 32A and 32B shown in FIG. 6 is provided, and the hydrogen off-gas is led to the outlet part 69 at the side part on the gas-liquid separator 34 side toward the gas-liquid separator 34 side. A lead-out port 66 is provided.

エンドプレート４１の気液分離器３４の直下位置には、排出弁３６が取り付けられている。この排出弁３６は、気液分離器３４に上部で接続されており、気液分離器３４から水分及び水素オフガスをパージする際に外部にガスを排出する排出口７０が、下部に下方に向いて設けられている。これら気液分離器３４及び排出弁３６も、ポンプロータ部５１の最もエンドプレート４１から離間する端部位置よりもエンドプレート４１側に配置されており、ポンプロータ部５１で上側が覆われている。   A discharge valve 36 is attached immediately below the gas-liquid separator 34 of the end plate 41. The discharge valve 36 is connected to the gas-liquid separator 34 at the upper part, and an exhaust port 70 for discharging gas to the outside when purging moisture and hydrogen off-gas from the gas-liquid separator 34 faces downward at the lower part. Is provided. The gas-liquid separator 34 and the discharge valve 36 are also arranged closer to the end plate 41 than the end portion of the pump rotor portion 51 farthest from the end plate 41, and the upper side is covered with the pump rotor portion 51. .

エンドプレート４１の長さ方向の両端部の上端位置には燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに個別に水素ガスを供給するための供給口７１Ａ，７１Ｂが設けられている。   Supply ports 71A and 71B for individually supplying hydrogen gas to the fuel cell stacks 10A and 10B are provided at the upper end positions of both end portions of the end plate 41 in the length direction.

そして、燃料供給配管３１の分岐前の配管３１ａのうち水素タンク３０と遮断弁付レギュレータ３３とを結ぶ配管部８０が、遮断弁付レギュレータ３３の導入口６２に接続され、配管３１ａのうち遮断弁付レギュレータ３３と合流部３２ｃとを結ぶ配管部８１が、遮断弁付レギュレータ３３の導出口６３及び合流部３２ｃに接続されている。さらに、合流部３２ｃと分岐部３１ｂとが配管３１ａの配管部８２で連結されている。   And the piping part 80 which connects the hydrogen tank 30 and the regulator 33 with a cutoff valve among the piping 31a before the branch of the fuel supply piping 31 is connected to the inlet 62 of the regulator 33 with a cutoff valve, and the cutoff valve among the piping 31a. The piping part 81 which connects the attached regulator 33 and the junction part 32c is connected to the outlet 63 and the junction part 32c of the regulator 33 with the shut-off valve. Furthermore, the junction part 32c and the branch part 31b are connected by the pipe part 82 of the pipe 31a.

さらに、分岐部３１ｂと燃料電池スタック１０Ａとを結ぶ配管３１Ａが、分岐部３１ｂと供給口７１Ａとに接続され、分岐部３１ｂと燃料電池スタック１０Ｂとを結ぶ配管３１Ｂが、分岐部３１ｂと供給口７１Ｂとに接続されている。ここで、水素ガスを均等に分配できるように配管３１Ａと配管３１Ｂとが均等な長さとされ、その結果、分岐部３１ｂは、エンドプレート４１の長さ方向の略中央に配置されている。   Further, a pipe 31A connecting the branch part 31b and the fuel cell stack 10A is connected to the branch part 31b and the supply port 71A, and a pipe 31B connecting the branch part 31b and the fuel cell stack 10B is connected to the branch part 31b and the supply port. 71B. Here, the piping 31 </ b> A and the piping 31 </ b> B have an equal length so that the hydrogen gas can be evenly distributed, and as a result, the branch portion 31 b is disposed at the approximate center in the length direction of the end plate 41.

また、循環配管３２の合流後の配管３２ｂのうち出口部６９と気液分離器３４とを結ぶ配管部８３が、出口部６９の導出口６６と気液分離器３４の導入口６７とに接続されており、配管３２ｂのうち気液分離器３４と循環電動ポンプ３７とを結ぶ配管部８４が、気液分離器３４の導出口６８と循環電動ポンプ３７の吸引口５６とに接続されている。   In addition, a pipe 83 connecting the outlet 69 and the gas-liquid separator 34 in the pipe 32 b after the circulation pipe 32 is joined is connected to the outlet 66 of the outlet 69 and the inlet 67 of the gas-liquid separator 34. In the pipe 32 b, a pipe portion 84 connecting the gas-liquid separator 34 and the circulation electric pump 37 is connected to the outlet 68 of the gas-liquid separator 34 and the suction port 56 of the circulation electric pump 37. .

さらに、配管３２ｂのうち循環電動ポンプ３７と燃料供給配管３１とを結ぶ配管部８５が循環電動ポンプ３７の吐出口５７と合流部３２ｃとに接続されている。さらに、排出弁３６の排出口７０に排出配管３５が接続されている。   Further, a pipe portion 85 connecting the circulation electric pump 37 and the fuel supply pipe 31 in the pipe 32b is connected to the discharge port 57 and the junction portion 32c of the circulation electric pump 37. Further, a discharge pipe 35 is connected to a discharge port 70 of the discharge valve 36.

そして、上記構造において、水素ガスが流される燃料供給配管３１、水素オフガスが流される循環配管３２及び気液分離器３４も、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂの単セル４０の積層方向における循環電動ポンプ３７のエンドプレート４１と反対側の外周よりもエンドプレート４１側に配置されている。   In the above structure, the fuel supply pipe 31 through which hydrogen gas flows, the circulation pipe 32 through which hydrogen off-gas flows, and the gas-liquid separator 34 are also circulated electric pumps 37 in the stacking direction of the single cells 40 of the fuel cell stacks 10A and 10B. The end plate 41 is disposed closer to the end plate 41 than the outer periphery opposite to the end plate 41.

また、燃料供給配管３１及び循環配管３２は、弾性変形によって単セル４０の積層方向に変位可能とされている。   Further, the fuel supply pipe 31 and the circulation pipe 32 can be displaced in the stacking direction of the single cells 40 by elastic deformation.

また、燃料供給配管３１、循環配管３２及び気液分離器３４も、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂの単セル４０の積層方向における循環電動ポンプ３７のエンドプレート４１と反対側の外周から、循環電動ポンプ３７とエンドプレート４１との隙間Ｇよりも大きい寸法Ｌだけエンドプレート４１側に変位した位置に配置されている。   In addition, the fuel supply pipe 31, the circulation pipe 32, and the gas-liquid separator 34 are also connected to the circulation electric pump from the outer periphery opposite to the end plate 41 of the circulation electric pump 37 in the stacking direction of the single cells 40 of the fuel cell stacks 10A and 10B. It is arranged at a position displaced toward the end plate 41 by a dimension L larger than the gap G between the end plate 41 and the end plate 41.

以上により、水素タンク３０から供給された水素ガスは、配管部８０から、遮断弁付レギュレータ３３、配管部８１、合流部３２ｃ、及び配管部８２を介して分岐部３１ｂに導入され、分岐部３１ｂで配管３１Ａ，３１Ｂに分流されて燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに分配される。   As described above, the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 30 is introduced from the piping unit 80 to the branching unit 31b via the regulator 33 with the shut-off valve, the piping unit 81, the merging unit 32c, and the piping unit 82, and the branching unit 31b. Thus, the flow is divided into the pipes 31A and 31B and distributed to the fuel cell stacks 10A and 10B.

また、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂからの水素オフガスは、出口部６９から配管部８３、気液分離器３４、配管部８４、循環電動ポンプ３７、及び配管部８５を介して合流部３２ｃに導入され、水素タンク３０から供給された水素ガスと合流して、配管部８２を介して分岐部３１ｂに導入されて再び燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂに分配される。   Further, the hydrogen off-gas from the fuel cell stacks 10A and 10B is introduced from the outlet 69 into the junction 32c through the pipe 83, the gas-liquid separator 34, the pipe 84, the circulating electric pump 37, and the pipe 85. The hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 30 merges, is introduced into the branch part 31b via the pipe part 82, and is distributed again to the fuel cell stacks 10A and 10B.

ここで、遮断弁付レギュレータ３３、循環電動ポンプ３７、気液分離器３４、排出弁３６及び配管部８０〜８５は、予めエンドプレート４１に取り付けられてモジュール化されることになり、その後、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂ及びエンドプレート４２等に組み付けられる。   Here, the regulator 33 with the shut-off valve, the circulation electric pump 37, the gas-liquid separator 34, the discharge valve 36, and the piping portions 80 to 85 are attached to the end plate 41 in advance and modularized. The battery stacks 10A and 10B and the end plate 42 are assembled.

そして、上記燃料電池システム１は、車両に搭載する場合では、例えば、車両の床下にて、単セル４０の積層方向を車両の幅方向に沿うように設置される。このような設置状態において、車両の車幅によって制限されるスペース内にて、単セル４０の積層枚数によって決定する出力電圧を大きくするためには、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂの寸法を制限されたスペース内にて極力大きくする必要がある。この場合、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂの端部が車両の側部近傍にまで達することとなる。   When the fuel cell system 1 is mounted on a vehicle, the fuel cell system 1 is installed, for example, below the floor of the vehicle so that the stacking direction of the single cells 40 is along the width direction of the vehicle. In such an installation state, the dimensions of the fuel cell stacks 10A and 10B are limited in order to increase the output voltage determined by the number of stacked single cells 40 in a space limited by the vehicle width of the vehicle. It is necessary to make it as large as possible in the space. In this case, the ends of the fuel cell stacks 10A and 10B reach the vicinity of the side of the vehicle.

すると、燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂは、その端部にて、車両の側方からの衝撃力を受け易くなるが、循環電動ポンプ３７の端子台５９、燃料供給配管３１、循環配管３２及び気液分離器３４は、いずれも燃料電池スタック１０Ａ，１０Ｂの単セル４０の積層方向における循環電動ポンプ３７のエンドプレート４１と反対側の外周よりもエンドプレート４１側に配置されているので、剛性が高い循環電動ポンプ３７が外部からの衝撃を受け止めることとなる。つまり、例えば衝突等の際に他の物体が当該領域に進入してきたとしても、本実施形態の燃料電池システム１においては循環電動ポンプ３７が外部からの荷重を受け、端子台５９を保護して破壊等に至るのを抑える。   Then, the fuel cell stacks 10A and 10B are easily subjected to impact force from the side of the vehicle at their ends, but the terminal block 59 of the circulating electric pump 37, the fuel supply piping 31, the circulating piping 32, and the gas-liquid The separator 34 is disposed on the end plate 41 side rather than the outer periphery opposite to the end plate 41 of the circulating electric pump 37 in the stacking direction of the unit cells 40 of the fuel cell stacks 10A and 10B, and thus has high rigidity. The circulation electric pump 37 receives an impact from the outside. That is, even if another object enters the area in the event of a collision, for example, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, the circulating electric pump 37 receives a load from the outside and protects the terminal block 59. Suppresses destruction.

これにより、高電圧の電力を供給する動力線が接続される端子台５９、水素ガスや水素オフガスが流される燃料供給配管３１、循環配管３２及び気液分離器３４が、循環電動ポンプ３７によって外部衝撃から保護され、端子台５９における絶縁性、燃料供給配管３１、循環配管３２及び気液分離器３４における気密性が確保される。   As a result, the terminal block 59 to which a power line for supplying high voltage power is connected, the fuel supply pipe 31 through which hydrogen gas or hydrogen off-gas flows, the circulation pipe 32 and the gas-liquid separator 34 are externally connected by the circulation electric pump 37. It is protected from impact, and insulation at the terminal block 59 and airtightness at the fuel supply pipe 31, the circulation pipe 32 and the gas-liquid separator 34 are ensured.

特に、循環電動ポンプ３７が外部衝撃によってエンドプレート４１側へ隙間Ｇ分変位したとしても、端子台５９、燃料供給配管３１、循環配管３２及び気液分離器３４における循環電動ポンプ３７のエンドプレート４１と反対側の外周からエンドプレート４１側への寸法Ｌが、循環電動ポンプ３７とエンドプレート４１との隙間Ｇよりも大きくされているので、端子台５９、燃料供給配管３１、循環配管３２へ外部衝撃が加わるのが抑制される。   In particular, even if the circulating electric pump 37 is displaced by the gap G toward the end plate 41 due to an external impact, the end plate 41 of the circulating electric pump 37 in the terminal block 59, the fuel supply pipe 31, the circulating pipe 32, and the gas-liquid separator 34. Since the dimension L from the outer periphery opposite to the end plate 41 side is larger than the gap G between the circulating electric pump 37 and the end plate 41, the terminal block 59, the fuel supply pipe 31, and the circulation pipe 32 are connected to the outside. The impact is suppressed.

以上に述べた燃料電池システム１によれば、高電圧の電力を供給する動力線が接続される端子台５９、水素ガスや水素オフガスが流される燃料供給配管３１、循環配管３２及び気液分離機３４などの要保護部材が、単セル４０の積層方向における循環電動ポンプ３７のエンドプレート４１と反対側の外周よりもエンドプレート４１側に配置されているので、外部からの衝撃が加わるような場合に、その衝撃が剛性の高い循環電動ポンプ３７によって受け止められ、あるいは吸収される。したがって、別個の高強度な保護部品を用いることなく端子台５９、燃料供給配管３１、循環配管３２及び気液分離器３４などの要保護部材を保護することができる。このため、従来必要とされていたカバー等の保護部材ないしは強度部材を省略することが可能である。また、これにより、当該燃料電池システム１の開発時ないしは組立時に要する工数（工程数）を減少させることも可能となる。   According to the fuel cell system 1 described above, the terminal block 59 to which a power line for supplying high voltage power is connected, the fuel supply pipe 31 through which hydrogen gas or hydrogen off-gas flows, the circulation pipe 32 and the gas-liquid separator. 34 is disposed closer to the end plate 41 than the outer periphery opposite to the end plate 41 of the circulating electric pump 37 in the stacking direction of the single cells 40, so that an external impact is applied. In addition, the impact is received or absorbed by the circulating electric pump 37 having high rigidity. Therefore, it is possible to protect necessary protection members such as the terminal block 59, the fuel supply pipe 31, the circulation pipe 32, and the gas-liquid separator 34 without using a separate high-strength protective component. For this reason, it is possible to omit a protective member such as a cover or a strength member which has been conventionally required. This also makes it possible to reduce the man-hours (number of steps) required at the time of development or assembly of the fuel cell system 1.

また、循環電動ポンプ３７が衝撃によって変位しても、弾性変形によって燃料供給配管３１及び循環配管３２が単セル４０の積層方向に変位するので、これら燃料供給配管３１及び循環配管３２が衝撃によって塑性変形するような不具合が抑制される。   Even if the circulation electric pump 37 is displaced by an impact, the fuel supply pipe 31 and the circulation pipe 32 are displaced in the stacking direction of the single cells 40 by elastic deformation, so that the fuel supply pipe 31 and the circulation pipe 32 are plastic by the impact. Defects that are deformed are suppressed.

特に、端子台５９、燃料供給配管３１、循環配管３２及び気液分離器３４などの要保護部材における循環電動ポンプ３７のエンドプレート４１と反対側の外周からエンドプレート４１側への寸法Ｌが、循環電動ポンプ３７とエンドプレート４１との隙間Ｇよりも大きくされているので、外部からの衝撃によって循環電動ポンプ３７がエンドプレート４１側に変位しても、その衝撃を循環電動ポンプ３７によって受け止めさせて端子台５９、燃料供給配管３１、循環配管３２及び気液分離器３４などの要保護部材を衝撃から保護することができる。   In particular, the dimension L from the outer periphery of the circulating electric pump 37 opposite to the end plate 41 to the end plate 41 side in the protection members such as the terminal block 59, the fuel supply pipe 31, the circulation pipe 32 and the gas-liquid separator 34 is Since the clearance G is larger than the gap G between the circulation electric pump 37 and the end plate 41, even if the circulation electric pump 37 is displaced toward the end plate 41 due to an external impact, the impact is received by the circulation electric pump 37. Thus, the protection members such as the terminal block 59, the fuel supply pipe 31, the circulation pipe 32, and the gas-liquid separator 34 can be protected from impact.

また、この場合、循環電動ポンプ３７の変位が許容されるため、循環電動ポンプ３７の取り付け剛性を低減させることができ、取り付け構造の簡略化を図ることができる。   In this case, since the displacement of the circulating electric pump 37 is allowed, the mounting rigidity of the circulating electric pump 37 can be reduced, and the mounting structure can be simplified.

なお、上記実施形態では、端子台５９を、循環電動ポンプ３７の上方に配置させたが、この端子台５９は、単セル４０の積層方向における循環電動ポンプ３７のエンドプレート４１と反対側の外周よりもエンドプレート４１側に配置されていれば、循環電動ポンプ３７の下方側に配置しても良い。   In the above embodiment, the terminal block 59 is disposed above the circulating electric pump 37. However, the terminal block 59 is disposed on the outer periphery of the circulating electric pump 37 opposite to the end plate 41 in the stacking direction of the single cells 40. As long as it is arranged closer to the end plate 41, it may be arranged below the circulating electric pump 37.

また、遮断弁付レギュレータ３３を、上流側のガス状態（流量、圧力、温度、モル濃度等）を調整して下流側に供給するインジェクタに換えても良い。   Further, the regulator 33 with the shutoff valve may be replaced with an injector that adjusts the upstream gas state (flow rate, pressure, temperature, molar concentration, etc.) and supplies it to the downstream side.

また、上述した実施形態のごとく循環電動ポンプ３７とエンドプレート４１との間に隙間Ｇがある場合、要保護部材を、隙間Ｇが無い場合よりも当該隙間Ｇの大きさの分だけさらにエンドプレート４１寄りに配置することも好ましい。一般に、循環電動ポンプ３７とエンドプレート４１との間に隙間Ｇがあると、外部から衝撃が加わった際、循環電動ポンプ３７がエンドプレート４１に接触するまで動く可能性がある。このような循環電動ポンプ３７の動きを見越しておき、当該隙間Ｇの分だけあらかじめ要保護部材をエンドプレート４１寄りに配置しておけば、循環電動ポンプ３７に隙間Ｇの大きさに相当する動きがあったとしても当該要保護部材を衝撃から十分保護することが可能である。   In addition, when there is a gap G between the circulating electric pump 37 and the end plate 41 as in the above-described embodiment, the protection plate is further protected by the size of the gap G than the case where there is no gap G. It is also preferable to arrange it near 41. In general, if there is a gap G between the circulating electric pump 37 and the end plate 41, there is a possibility that the circulating electric pump 37 will move until it contacts the end plate 41 when an impact is applied from the outside. In anticipation of such movement of the circulating electric pump 37, if the protection member required is arranged closer to the end plate 41 in advance by the gap G, the circulating electric pump 37 moves corresponding to the size of the gap G. Even if there is, it is possible to sufficiently protect the protection member from impact.

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る燃料電池システムのスタックケース及びその内部の平面図である。It is a top view of the stack case of the fuel cell system concerning one embodiment of the present invention, and its inside. 本発明の一実施形態に係る燃料電池システムのエンドプレート及び燃料ガス循環系構成部品等を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The end plate of a fuel cell system which concerns on one Embodiment of this invention, a fuel gas circulation system component, etc. are shown, (a) is a front view, (b) is a side view.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池システム、１０Ａ，１０Ｂ…燃料電池スタック、３７…循環電動ポンプ（ポンプ）、４０…単セル（セル）、４１…エンドプレート、５９…端子台（要保護部材）、Ｇ…隙間、Ｌ…寸法。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 10A, 10B ... Fuel cell stack, 37 ... Circulation electric pump (pump), 40 ... Single cell (cell), 41 ... End plate, 59 ... Terminal block (protection member required), G ... Gap, L: Dimensions.

Claims (4)

燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電を行うセルが複数積層されてなり、前記セルの積層方向両端部に配置された一対のエンドプレートに挟持された燃料電池スタックと、
前記エンドプレートに取り付けられたポンプと、
外力からの保護を要する要保護部材と、を備え、
前記要保護部材は、前記燃料電池スタックの前記セルの積層方向における前記ポンプの前記エンドプレートと反対側の外周よりも前記エンドプレート側に配置されており、尚かつ、
前記要保護部材は、前記ポンプの前記エンドプレートと反対側の外周から前記エンドプレート側への寸法が、前記ポンプと前記エンドプレートとの隙間よりも大きくされている燃料電池システム。 A plurality of cells that generate power by electrochemical reaction of fuel gas and oxidizing gas, and a fuel cell stack sandwiched between a pair of end plates disposed at both ends of the cells in the stacking direction;
A pump attached to the end plate;
A protection member that requires protection from external force, and
The protection required member is disposed on the end plate side of the outer periphery of the fuel cell stack opposite to the end plate of the pump in the cell stacking direction , and
The protective member is a fuel cell system in which the dimension from the outer periphery of the pump opposite to the end plate to the end plate is larger than the gap between the pump and the end plate . 前記要保護部材は、前記ポンプに動力線を接続する端子台である請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the protection member is a terminal block for connecting a power line to the pump. 前記ポンプと前記エンドプレートとの間に隙間がある場合、前記要保護部材は、当該隙間の大きさの分だけさらに前記エンドプレート寄りに配置されている請求項１または２に記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein when there is a gap between the pump and the end plate, the protection member is further disposed closer to the end plate by the size of the gap. . 前記ポンプは、水素オフガスの循環ポンプである請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3 , wherein the pump is a hydrogen off-gas circulation pump.
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