JP6180381B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Description
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a fuel cell stack having a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and in which a plurality of the fuel cells are stacked.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面側にアノード電極が、他方の面側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セルを構成している。燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層し、積層方向両端にエンドプレートを配設することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両に組み込まれている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode is disposed on one side of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane and a cathode electrode is disposed on the other surface side ( MEA). The electrolyte membrane / electrode structure constitutes a power generation cell by being sandwiched between separators. A fuel cell is usually incorporated in a fuel cell vehicle as an in-vehicle fuel cell stack, for example, by stacking a predetermined number of power generation cells and disposing end plates at both ends in the stacking direction.
燃料電池では、セパレータの面内に、アノード電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。一方、互いに隣接するセパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。 In the fuel cell, a fuel gas channel for flowing fuel gas to the anode electrode and an oxidant gas channel for flowing oxidant gas to the cathode electrode are provided in the plane of the separator. On the other hand, between the separators adjacent to each other, a cooling medium flow path for flowing the cooling medium is provided along the surface direction of the separator.
燃料電池では、積層方向に貫通して燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔と、酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔と、冷却媒体を流通させる冷却媒体連通孔とが設けられた、所謂、内部マニホールド型燃料電池が採用されている。燃料ガス連通孔は、燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔を有している。酸化剤ガス連通孔は、酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔を有し、冷却媒体連通孔は、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔を有している。 In the fuel cell, a so-called fuel gas communication hole through which fuel gas flows through the stacking direction, an oxidant gas communication hole through which oxidant gas flows, and a cooling medium communication hole through which a cooling medium flows are provided. Internal manifold type fuel cell is adopted. The fuel gas communication hole has a fuel gas inlet communication hole and a fuel gas outlet communication hole. The oxidant gas communication hole has an oxidant gas inlet communication hole and an oxidant gas outlet communication hole, and the cooling medium communication hole has a cooling medium inlet communication hole and a cooling medium outlet communication hole.
上記の燃料電池では、少なくとも一方のエンドプレートには、各連通孔に連なって流体(燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体)を供給又は排出する流体マニホールドが設けられている。 In the fuel cell, at least one end plate is provided with a fluid manifold that supplies or discharges fluid (fuel gas, oxidant gas, or cooling medium) connected to each communication hole.
その際、流体マニホールドには、反応生成水や凝縮水、冷却媒体が流通するため、この種の液状水が連なって電流が流れる、所謂、液絡が発生するおそれがある。このため、燃料電池システム全体の絶縁性を確保する必要があり、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックが知られている。 At that time, since reaction product water, condensed water, and a cooling medium circulate in the fluid manifold, there is a possibility that a so-called liquid junction occurs in which this type of liquid water flows and current flows. For this reason, it is necessary to ensure the insulation of the whole fuel cell system. For example, a fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is known.
この燃料電池スタックでは、前記燃料電池スタックの積層方向下端部には、少なくとも反応ガス出口連通孔に連通するマニホールド部材が接続されている。そして、少なくとも反応ガス出口連通孔を形成する排出配管の下端部には、マニホールド部材の内部に突出して配設される突き出し部位が設けられている。 In this fuel cell stack, a manifold member communicating with at least the reaction gas outlet communication hole is connected to the lower end portion in the stacking direction of the fuel cell stack. Further, at least a lower end portion of the discharge pipe that forms the reaction gas outlet communication hole is provided with a protruding portion that protrudes into the manifold member.
従って、反応ガス出口連通孔に沿って重力方向に移動する結露水は、突き出し部位の作用下に、連続性(液繋がり)が遮断されてマニホールド部材の内部に排出されている。これにより、簡単な構成で、発電セル間の液絡の発生を可及的に阻止することが可能になる、としている。 Therefore, the dew condensation water that moves in the direction of gravity along the reaction gas outlet communication hole is disconnected from the continuity (liquid connection) under the action of the protruding portion and discharged into the manifold member. This makes it possible to prevent the occurrence of a liquid junction between the power generation cells as much as possible with a simple configuration.
本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、簡単な構成で、マニホールド部材内の液状水の繋がりを確実に抑制し、液絡を可及的に阻止することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。 The present invention has been made in connection with this type of technology, and with a simple configuration, it is possible to reliably suppress the connection of liquid water in the manifold member and prevent liquid junctions as much as possible. An object is to provide a fuel cell stack.
本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されて積層方向両端にエンドプレートが配設されている。燃料電池スタックは、反応ガスを電極面方向に沿って流通させる反応ガス流路と、前記反応ガス流路に連通し、前記反応ガスを燃料電池の積層方向に流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔とを設けている。 A fuel cell stack according to the present invention includes a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and a plurality of the fuel cells are stacked to form a stacking direction. End plates are disposed at both ends. The fuel cell stack includes a reaction gas channel that circulates the reaction gas along the electrode surface direction, a reaction gas inlet communication hole that communicates with the reaction gas channel, and that circulates the reaction gas in the stacking direction of the fuel cell. A gas outlet communication hole is provided.
そして、少なくとも一方のエンドプレートには、反応ガス出口連通孔に連通し反応ガスを排出する排出口が、重力方向下方に向かって配置されるマニホールド部材が設けられている。マニホールド部材には、排出口を内部に突出させる反応ガス排出部材が接続され、前記反応ガス排出部材には、前記排出口から重力方向下方に流通する反応ガスの流れ方向を部分的に変更させる流れ規制部が設けられている。 At least one of the end plates is provided with a manifold member in which a discharge port that communicates with the reaction gas outlet communication hole and discharges the reaction gas is disposed downward in the gravity direction. The manifold member is connected to a reaction gas discharge member that protrudes the discharge port to the inside, and the reaction gas discharge member has a flow that partially changes the flow direction of the reaction gas flowing downward from the discharge port in the gravity direction. A regulation section is provided.
流れ規制部は、排出口の重力方向下方に配置される平坦部位と、前記平坦部位に繋がって設けられ、前記平坦部位に吹き付けられた反応ガスを重力方向上方から反応ガス排出部材の中央側に向かって案内する折り返し部位と、を有している。 The flow restricting portion is connected to the flat portion disposed below the discharge port in the gravitational direction and the flat portion, and the reaction gas blown to the flat portion is directed from the upper side in the gravity direction to the central side of the reaction gas discharge member. And a folded-back portion that guides toward the vehicle.
また、この燃料電池スタックでは、排出口は、開口断面円形状を有するとともに、平坦部位は、前記排出口の開口径よりも小径な開口径の開口部を有するリング形状に構成されることが好ましい。 Further, in this fuel cell stack, the discharge port preferably has a circular shape of the opening cross section, and the flat portion is configured in a ring shape having an opening portion having an opening diameter smaller than the opening diameter of the discharge port. .
さらに、この燃料電池スタックでは、排出口は、開口断面円形状を有するとともに、平坦部位は、開口短辺が前記排出口の開口径よりも短尺な開口断面長方形状の開口部を有することが好ましい。 Further, in this fuel cell stack, it is preferable that the discharge port has a circular shape of the opening cross section, and the flat portion has an opening having a rectangular shape of the opening cross section whose opening short side is shorter than the opening diameter of the discharge port. .
本発明によれば、反応ガスは、排出口から重力方向下方に向かって反応ガス排出部材内に排出されると、流れ規制部を構成する平坦部位に一部分が吹き付けられる。このため、反応ガスの流れ方向は、重力方向下方から重力方向上方側に向かって部分的に変更されている。さらに、反応ガスは、平坦部位に繋がって設けられた折り返し部位に沿って、重力方向上方から反応ガス排出部材の中央側に向かって案内されている。 According to the present invention, when the reaction gas is discharged into the reaction gas discharge member from the discharge port toward the lower side in the direction of gravity, a part of the reaction gas is sprayed on the flat portion constituting the flow restricting portion. For this reason, the flow direction of the reaction gas is partially changed from the lower side in the gravitational direction toward the upper side in the gravitational direction. Further, the reactive gas is guided from the upper side in the direction of gravity toward the center of the reactive gas discharge member along the folded portion provided to connect to the flat portion.
従って、反応ガスは、排出口から重力方向下方に離間する位置で、流れ規制部により渦巻き状に折り返すため、反応ガス流れに沿って移動する液状水が、前記排出口から反応ガス排出部材の内部壁面に連続することがない。これにより、簡単な構成で、マニホールド部材内の液状水の繋がりを確実に抑制し、液絡を可及的に阻止することが可能になる。 Accordingly, since the reaction gas is folded back in a spiral shape by the flow restricting portion at a position spaced downward from the discharge port in the direction of gravity, liquid water that moves along the reaction gas flow flows from the discharge port to the inside of the reaction gas discharge member. It does not continue to the wall. Thereby, with a simple structure, the connection of the liquid water in a manifold member can be suppressed reliably, and a liquid junction can be prevented as much as possible.
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック10は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車に搭載される。燃料電池スタック10は、複数の燃料電池12が電極面を立位姿勢にして水平方向(矢印B方向)に積層される。なお、複数の燃料電池12を重力方向(矢印C方向)に積層して燃料電池スタック10を構成してもよい。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池12の積層方向一端には、第1ターミナルプレート14a、第1絶縁プレート16a及び第1エンドプレート18aが、外方に向かって順次配設される。燃料電池12の積層方向他端には、第2ターミナルプレート14b、第2絶縁プレート16b及び第2エンドプレート18bが、外方に向かって順次配設される。
At one end in the stacking direction of the
矩形状の第1エンドプレート18aの中央部からは、第1ターミナルプレート14aに接続された第1電力出力端子20aが外方に向かって延在する。矩形状の第2エンドプレート18bの中央部からは、第2ターミナルプレート14bに接続された第2電力出力端子20bが外方に向かって延在する。
A first
第1エンドプレート18aと第2エンドプレート18bの各辺間には、連結バー22の両端がねじ24により固定され、複数の積層された燃料電池12に積層方向(矢印B方向)の締め付け荷重を付与する。
Between the sides of the
図2に示すように、燃料電池12は、電解質膜・電極構造体26と、前記電解質膜・電極構造体26を挟持するカソード側セパレータ28及びアノード側セパレータ30とを備える。
As shown in FIG. 2, the
カソード側セパレータ28及びアノード側セパレータ30は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。カソード側セパレータ28及びアノード側セパレータ30は、平面が矩形状(長方形状や正方形状)を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、カソード側セパレータ28及びアノード側セパレータ30は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
The cathode-
燃料電池12の長辺方向(矢印A方向)の一端縁部には、矢印B方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔32a、冷却媒体入口連通孔34a及び燃料ガス出口連通孔36bが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔32aは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。冷却媒体入口連通孔34aは、冷却媒体を供給するとともに、燃料ガス出口連通孔36bは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。
An oxidant gas
燃料電池12の長辺方向の他端縁部には、矢印B方向に互いに連通して、燃料ガス入口連通孔36a、冷却媒体出口連通孔34b及び酸化剤ガス出口連通孔32bが設けられる。燃料ガス入口連通孔36aは、燃料ガスを供給し、冷却媒体出口連通孔34bは、冷却媒体を排出し、酸化剤ガス出口連通孔32bは、酸化剤ガスを排出する。
A fuel gas
電解質膜・電極構造体26は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜38と、前記固体高分子電解質膜38を挟持するカソード電極40及びアノード電極42とを備える。
The electrolyte membrane /
カソード電極40及びアノード電極42は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)を有する。白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子は、ガス拡散層の表面に一様に塗布されて電極触媒層(図示せず)が形成される。電極触媒層は、固体高分子電解質膜38の両面に形成される。
The
カソード側セパレータ28の電解質膜・電極構造体26に向かう面28aには、酸化剤ガス入口連通孔32aと酸化剤ガス出口連通孔(反応ガス出口連通孔)32bとを連通する酸化剤ガス流路44が形成される。酸化剤ガス流路44は、矢印A方向に延在する複数本の波状流路溝(又は直線状流路溝)により形成される。
The
アノード側セパレータ30の電解質膜・電極構造体26に向かう面30aには、燃料ガス入口連通孔36aと燃料ガス出口連通孔(反応ガス出口連通孔)36bとを連通する燃料ガス流路46が形成される。燃料ガス流路46は、矢印A方向に延在する複数本の波状流路溝(又は直線状流路溝)により形成される。
A fuel
アノード側セパレータ30の面30bと隣接するカソード側セパレータ28の面28bとの間には、冷却媒体入口連通孔34aと冷却媒体出口連通孔34bとに連通する冷却媒体流路48が形成される。冷却媒体流路48は、水平方向に延在しており、電解質膜・電極構造体26の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。
Between the
カソード側セパレータ28の面28a、28bには、このカソード側セパレータ28の外周端縁部を周回して第1シール部材50が一体成形される。アノード側セパレータ30の面30a、30bには、このアノード側セパレータ30の外周端縁部を周回して第2シール部材52が一体成形される。
A
第1シール部材50及び第2シール部材52としては、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
As the
図1に示すように、第1エンドプレート18aには、酸化剤ガス供給マニホールド部材54a、酸化剤ガス排出マニホールド部材54b、燃料ガス供給マニホールド部材56a及び燃料ガス排出マニホールド部材56bが、それぞれ複数のねじ58により取り付けられる。酸化剤ガス供給マニホールド部材54aは、酸化剤ガス入口連通孔32aに連通し、酸化剤ガス排出マニホールド部材54bは、酸化剤ガス出口連通孔32bに連通する。燃料ガス供給マニホールド部材56aは、燃料ガス入口連通孔36aに連通し、燃料ガス排出マニホールド部材56bは、燃料ガス出口連通孔36bに連通する。
As shown in FIG. 1, the
第2エンドプレート18bには、図示しないが、冷却媒体入口連通孔34aに連通する冷却媒体供給マニホールド部材と、冷却媒体出口連通孔34bに連通する冷却媒体排出マニホールド部材とが、それぞれ複数のねじにより取り付けられる。
Although not shown, the
図1、図3及び図4に示すように、酸化剤ガス排出マニホールド部材54bは、板状取り付け部60を有する。板状取り付け部60は、シール(図示せず)を介して第1エンドプレート18aの酸化剤ガス出口連通孔32bに対応して配置される。板状取り付け部60は、複数のねじ58により第1エンドプレート18aに固定される。
As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the oxidant gas
板状取り付け部60から水平方向(矢印B方向)に膨出してマニホールド本体部62が一体成形される。マニホールド本体部62は、中空形状を有し、酸化剤ガスを排出する開口断面円形状の排出口64が、前記マニホールド本体部62の先端に重力方向下方に向かって先細り形状を有して設けられる。マニホールド本体部62は、排出口64の近傍に円板状の連結板部66を設けるとともに、前記連結板部66は、外方に突出する。
The
マニホールド本体部62には、排出口64を内部に突出させる酸化剤ガス排出部材(反応ガス排出部材)68が接続される。酸化剤ガス排出部材68は、略円筒形状を有し、上部には、連結板部70が一体に設けられる。連結板部70は、マニホールド本体部62の連結板部66にねじ止め等により固定され、酸化剤ガス排出部材68が前記マニホールド本体部62に保持される。
An oxidant gas discharge member (reactive gas discharge member) 68 that projects a
酸化剤ガス排出部材68の下部には、排出口64から重力方向下方に流通する酸化剤ガスの流れ方向を変更させる流れ規制部72が設けられる。図4に示すように、排出口64と流れ規制部72との間は、所定の距離Lだけ重力方向に離間するとともに、酸化剤ガス排出部材68は、この距離Lの間に亘って円筒形状に形成される。
A
図3及び図4に示すように、流れ規制部72は、排出口64の重力方向下方に配置される平坦部位74と、折り返し部位76とを有する。折り返し部位76は、平坦部位74に繋がって設けられ、前記平坦部位74に吹き付けられた酸化剤ガスを重力方向上方から酸化剤ガス排出部材68の中央側に向かって案内する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
折り返し部位76は、断面半円形状を有し、円板状の平坦部位74の外周を周回して設けられる。図4及び図5に示すように、平坦部位74は、排出口64の開口径D1よりも小径な開口径D2の開口部78を有するリング形状に構成される。酸化剤ガス排出部材68の下端部には、例えば、配管部材80が接続される。なお、酸化剤ガス排出部材68の下端部には、配管部材80に代えて、例えば、開閉弁、背圧弁等の種々の機器が接続可能である。
The folded
燃料ガス出口連通孔36bに接続された燃料ガス排出マニホールド部材56bは、上記の酸化剤ガス排出マニホールド部材54bと同様に構成されている。このため、同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
The fuel gas
このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、図1に示すように、第1エンドプレート18aの酸化剤ガス供給マニホールド部材54aから酸化剤ガス入口連通孔32aには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。第1エンドプレート18aの燃料ガス供給マニホールド部材56aから燃料ガス入口連通孔36aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。
First, as shown in FIG. 1, an oxidizing gas such as an oxygen-containing gas is supplied from the oxidizing gas
一方、第2エンドプレート18bの図示しない冷却媒体供給マニホールド部材から冷却媒体入口連通孔34aには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
On the other hand, a coolant such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied from a coolant supply manifold member (not shown) of the
これにより、図2に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔32aからカソード側セパレータ28の酸化剤ガス流路44に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路44に沿って矢印A方向に移動し、電解質膜・電極構造体26のカソード電極40に供給される。
As a result, as shown in FIG. 2, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔36aからアノード側セパレータ30の燃料ガス流路46に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路46に沿って矢印A方向に移動し、電解質膜・電極構造体26のアノード電極42に供給される。
On the other hand, the fuel gas is supplied from the fuel gas
このため、電解質膜・電極構造体26では、カソード電極40に供給される酸化剤ガスと、アノード電極42に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
Therefore, in the electrolyte membrane /
次いで、電解質膜・電極構造体26のカソード電極40に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔32bに沿って矢印B方向に流通し、酸化剤ガス排出マニホールド部材54bから排出される(図1参照)。一方、電解質膜・電極構造体26のアノード電極42に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔36bに沿って矢印B方向に流通し、燃料ガス排出マニホールド部材56bから排出される。
Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the
また、図2に示すように、冷却媒体入口連通孔34aに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ28及びアノード側セパレータ30間の冷却媒体流路48に導入される。冷却媒体は、矢印A方向に移動して電解質膜・電極構造体26を冷却した後、冷却媒体出口連通孔34bに排出される。冷却媒体は、第2エンドプレート18bから排出される。
As shown in FIG. 2, the cooling medium supplied to the cooling medium
この場合、第1の実施形態では、図3及び図4に示すように、第1エンドプレート18aには、酸化剤ガス出口連通孔32bに連通する酸化剤ガス排出マニホールド部材54bが設けられている。酸化剤ガス排出マニホールド部材54bには、排出口64を内部に突出させる酸化剤ガス排出部材68が接続されるとともに、前記酸化剤ガス排出部材68の下部には、流れ規制部72が設けられている。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the
流れ規制部72は、排出口64の重力方向下方に配置される平坦部位74と、折り返し部位76とを有している。折り返し部位76は、平坦部位74に繋がって設けられ、前記平坦部位74に吹き付けられた酸化剤ガスを重力方向上方から酸化剤ガス排出部材68の中央側に向かって案内している(図4参照)。
The
このため、排出口64から重力方向下方に向かって酸化剤ガス排出部材68内に排出された酸化剤ガスは、流れ規制部72を構成する平坦部位74に一部が吹き付けられて重力方向下方から重力方向上方側に部分的に流れ方向が変更される。さらに、酸化剤ガスは、平坦部位74に繋がって設けられた折り返し部位76に沿って重力方向上方から酸化剤ガス排出部材68の中央側に向かって案内されている。
For this reason, part of the oxidant gas discharged into the oxidant
従って、酸化剤ガスは、排出口64から重力方向下方に離間する位置で、流れ規制部72により渦巻き状に折り返している。これにより、酸化剤ガス流れに沿って移動する生成水(液状水)は、排出口64から酸化剤ガス排出部材68の内部壁面に連続することがない。このため、簡単な構成で、酸化剤ガス排出マニホールド部材54b内の生成水の繋がりを確実に抑制し、液絡を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。
Accordingly, the oxidant gas is folded back in a spiral shape by the
一方、燃料ガス出口連通孔36bに接続された燃料ガス排出マニホールド部材56bは、上記の酸化剤ガス排出マニホールド部材54bと同様に構成されている。従って、簡単な構成で、燃料ガス排出マニホールド部材56b内の凝縮水(液状水)の繋がりを確実に抑制し、液絡を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。
On the other hand, the fuel gas
図6は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池スタック90を構成する第1エンドプレート18a側の要部斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池スタック10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
FIG. 6 is an explanatory perspective view of a main part on the
図6及び図7に示すように、酸化剤ガス排出マニホールド部材54bには、排出口64を内部に突出させる酸化剤ガス排出部材92が接続される。酸化剤ガス排出部材92は、略角筒形状(略直方体状)を有し、下部には、排出口64から重力方向下方に流通する酸化剤ガスの流れ方向を変更させる流れ規制部94が設けられる。
As shown in FIGS. 6 and 7, an oxidant
図7及び図8に示すように、流れ規制部94は、排出口64の重力方向下方に配置される平坦部位96と、折り返し部位98とを有する。折り返し部位98は、平坦部位96に繋がって設けられ、前記平坦部位96に吹き付けられた酸化剤ガスを重力方向上方から酸化剤ガス排出部材92の中央側に向かって案内する。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
折り返し部位98は、断面半円形状を有し、平坦部位96は、開口短辺の寸法H1が排出口64の開口径D1よりも短尺な開口断面長方形状の開口部100を有する(図8参照)。開口部100の開口長辺は、排出口64の開口径D1よりも小さな寸法(又は、略同一寸法)に設定されるが、これに限定されるものではない。開口部100の形状としては、該開口部100を形成する壁面が排出口64と重なり部を有していればよい。また、図示しないが、燃料ガス排出マニホールド部材においても、酸化剤ガス排出マニホールド部材54bと同様に構成することができる。
The folded
このように構成される第2の実施形態では、排出口64から重力方向下方に向かって酸化剤ガス排出部材92内に排出された酸化剤ガスの一部は、流れ規制部94を構成する平坦部位96に吹き付けられている。従って、酸化剤ガスの一部は、排出口64から重力方向下方に離間する位置で、流れ規制部94により渦巻き状に折り返すことが可能になる。
In the second embodiment configured as described above, a part of the oxidant gas discharged into the oxidant
これにより、酸化剤ガス流れに沿って移動する生成水(液状水)は、排出口64から酸化剤ガス排出部材92の内部壁面に連続することがない。このため、簡単な構成で、酸化剤ガス排出マニホールド部材54b内の生成水の繋がりを確実に抑制し、液絡を可及的に阻止することが可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
Thereby, the generated water (liquid water) moving along the oxidant gas flow does not continue from the
10、90…燃料電池スタック 12…燃料電池
18a、18b…エンドプレート 26…電解質膜・電極構造体
28…カソード側セパレータ 30…アノード側セパレータ
32a…酸化剤ガス入口連通孔 32b…酸化剤ガス出口連通孔
34a…冷却媒体入口連通孔 34b…冷却媒体出口連通孔
36a…燃料ガス入口連通孔 36b…燃料ガス出口連通孔
38…固体高分子電解質膜 40…カソード電極
42…アノード電極 44…酸化剤ガス流路
46…燃料ガス流路 48…冷却媒体流路
54a…酸化剤ガス供給マニホールド 54b…酸化剤ガス排出マニホールド
56a…燃料ガス供給マニホールド 56b…燃料ガス排出マニホールド
60…板状取り付け部 62…マニホールド本体部
64…排出口 66、70…連結板部
68、92…酸化剤ガス排出部材 72、94…流れ規制部
74、96…平坦部材 76、98…折り返し部位
78、100…開口部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
少なくとも一方の前記エンドプレートには、前記反応ガス出口連通孔に連通し前記反応ガスを排出する排出口が、重力方向下方に向かって配置されるマニホールド部材が設けられるとともに、
前記マニホールド部材には、前記排出口を内部に突出させる反応ガス排出部材が接続され、
前記反応ガス排出部材には、前記排出口から重力方向下方に流通する前記反応ガスの流れ方向を部分的に変更させる流れ規制部が設けられ、
前記流れ規制部は、前記排出口の重力方向下方に配置される平坦部位と、
前記平坦部位に繋がって設けられ、前記平坦部位に吹き付けられた前記反応ガスを重力方向上方から前記反応ガス排出部材の中央側に向かって案内する折り返し部位と、
を有し、
前記排出口は、開口断面円形状を有するとともに、
前記平坦部位は、前記排出口の開口径よりも小径な開口径の開口部を有するリング形状に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and a plurality of the fuel cells are stacked, and end plates are disposed at both ends in the stacking direction. And a reaction gas flow path for flowing the reaction gas along the electrode surface direction, a reaction gas inlet communication hole communicating with the reaction gas flow path, and for flowing the reaction gas in the stacking direction of the fuel cell, and a reaction gas outlet A fuel cell stack provided with a communication hole,
At least one of the end plates is provided with a manifold member in which a discharge port that communicates with the reaction gas outlet communication hole and discharges the reaction gas is disposed downward in the gravity direction,
The manifold member is connected to a reaction gas discharge member that protrudes the discharge port to the inside.
The reaction gas discharge member is provided with a flow restricting portion that partially changes the flow direction of the reaction gas flowing downward from the discharge port in the direction of gravity.
The flow restricting portion is a flat portion disposed below the discharge port in the gravity direction;
A folded portion that is connected to the flat portion and guides the reaction gas blown to the flat portion from above in the direction of gravity toward the center of the reaction gas discharge member;
I have a,
The discharge port has an opening cross-sectional circular shape,
Said flat portion, a fuel cell stack according to claim Rukoto configured in a ring shape having an opening portion of the small-diameter opening diameter than the opening diameter of the discharge port.
少なくとも一方の前記エンドプレートには、前記反応ガス出口連通孔に連通し前記反応ガスを排出する排出口が、重力方向下方に向かって配置されるマニホールド部材が設けられるとともに、
前記マニホールド部材には、前記排出口を内部に突出させる反応ガス排出部材が接続され、
前記反応ガス排出部材には、前記排出口から重力方向下方に流通する前記反応ガスの流れ方向を部分的に変更させる流れ規制部が設けられ、
前記流れ規制部は、前記排出口の重力方向下方に配置される平坦部位と、
前記平坦部位に繋がって設けられ、前記平坦部位に吹き付けられた前記反応ガスを重力方向上方から前記反応ガス排出部材の中央側に向かって案内する折り返し部位と、
を有し、
前記排出口は、開口断面円形状を有するとともに、
前記平坦部位は、開口短辺が前記排出口の開口径よりも短尺な開口断面長方形状の開口部を有することを特徴とする燃料電池スタック。 A fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and a plurality of the fuel cells are stacked, and end plates are disposed at both ends in the stacking direction. And a reaction gas flow path for flowing the reaction gas along the electrode surface direction, a reaction gas inlet communication hole communicating with the reaction gas flow path, and for flowing the reaction gas in the stacking direction of the fuel cell, and a reaction gas outlet A fuel cell stack provided with a communication hole,
At least one of the end plates is provided with a manifold member in which a discharge port that communicates with the reaction gas outlet communication hole and discharges the reaction gas is disposed downward in the gravity direction,
The manifold member is connected to a reaction gas discharge member that protrudes the discharge port to the inside.
The reaction gas discharge member is provided with a flow restricting portion that partially changes the flow direction of the reaction gas flowing downward from the discharge port in the direction of gravity.
The flow restricting portion is a flat portion disposed below the discharge port in the gravity direction;
A folded portion that is connected to the flat portion and guides the reaction gas blown to the flat portion from above in the direction of gravity toward the center of the reaction gas discharge member;
Have
The discharge port has an opening cross-sectional circular shape,
The fuel cell stack, wherein the flat portion has an opening having a rectangular opening cross-section whose opening short side is shorter than the opening diameter of the discharge port.
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