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JP6804884B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a fuel cell stack.

燃料電池に冷媒を供給して燃料電池の温度を制御することが知られている(特許文献1)。 It is known to supply a refrigerant to a fuel cell to control the temperature of the fuel cell (Patent Document 1).

特開2016−096658号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-096658

通常、燃料電池は、複数のセルによるスタック構造を有する燃料電池スタックとして実用に供される。燃料電池スタックを冷却水で冷却するために、燃料電池スタック内に流路が形成される。この流路の一部は、各セルの発電面に対応する部位に冷却水を流すための供給用および排出用マニホールドである。 Usually, the fuel cell is put into practical use as a fuel cell stack having a stack structure consisting of a plurality of cells. A flow path is formed in the fuel cell stack to cool the fuel cell stack with cooling water. A part of this flow path is a supply and discharge manifold for flowing cooling water to a portion corresponding to the power generation surface of each cell.

冷却水は、燃料電池スタックの点検や整備のために、上記流路から排出されることがある。点検や整備が終われば、上記流路には再び冷却水が満たされる。この際、流路に空気ができるだけ残らないようにすることが好ましい。流路に空気が残っていると、燃料電池の運転中に、その空気が冷却水を循環させるポンプに流入し、ポンプ性能を低下させる場合がある。 The cooling water may be discharged from the above flow path for inspection and maintenance of the fuel cell stack. After inspection and maintenance, the flow path is filled with cooling water again. At this time, it is preferable that air does not remain in the flow path as much as possible. If air remains in the flow path, the air may flow into the pump that circulates the cooling water during the operation of the fuel cell, which may deteriorate the pump performance.

ところで、燃料電池スタックは、種々の姿勢で搭載される。例えば、発電反応に伴う生成水の排水がスムーズになるように傾いた姿勢で搭載される場合がある。この結果として、排出用マニホールドの出口がやや下を向く場合がある。出口がやや下を向くということは、排出用マニホールドの上流側の端は、出口よりも上に位置することになる。このため、排出用マニホールドの上流側の端には空気が溜まりやすく、先述したようにポンプ性能に影響する虞がある。 By the way, the fuel cell stack is mounted in various postures. For example, it may be mounted in an inclined posture so that the generated water generated by the power generation reaction can be drained smoothly. As a result, the outlet of the discharge manifold may point slightly downward. The fact that the outlet points slightly downward means that the upstream end of the discharge manifold is located above the outlet. Therefore, air tends to collect at the upstream end of the discharge manifold, which may affect the pump performance as described above.

なお、出口がやや下を向くような姿勢で搭載されていても、冷却水を満たす際には出口が上を向くように燃料電池スタックの姿勢を変えれば、排出用マニホールドの上流側の端に溜まった空気を排出できる。しかし、このように姿勢を変えるのは、点検や整備の工数を増加させるので回避するのが好ましい。 Even if the fuel cell stack is mounted in a posture that the outlet faces slightly downward, if the posture of the fuel cell stack is changed so that the outlet faces upward when filling the cooling water, it will be located at the upstream end of the discharge manifold. The accumulated air can be discharged. However, it is preferable to avoid changing the posture in this way because it increases the man-hours for inspection and maintenance.

また、上記の課題は、出口が真下を向くように搭載された場合、より顕著になる。本発明は、上記を踏まえ、排出用マニホールドから空気を排出しやすくすることを解決課題とする。 Further, the above problem becomes more remarkable when the outlet is mounted so as to face directly downward. Based on the above, an object of the present invention is to facilitate the discharge of air from the discharge manifold.

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。 The present invention is for solving the above problems and can be realized as the following forms.

本発明の一形態は、複数のセルが積層されたセル積層体と;前記セル積層体から冷却水を排出するための排出用マニホールドと;前記排出用マニホールド内に配置され、両端が開口したパイプとを備え;前記パイプの両端のうちの一端は、前記排出用マニホールドの出口付近に位置し;前記パイプの両端のうちの他端は、前記一端よりも前記排出用マニホールドの上流側に位置する燃料電池スタックである。この形態によれば、冷却水の流路に冷却水を注入する場合に、パイプの他端から一端に向けて空気が流れることによって、パイプの一端を経て、排出用マニホールドの出口から空気が排出される。このため、パイプの他端付近の空気が、排出用マニホールドから排出されやすくなる。パイプの他端から一端に向けて空気が流れるのは、排出用マニホールドにおける冷却水の流れに伴う圧力損失によって、他端の方が一端よりも圧力が高くなるからである。 One embodiment of the present invention includes a cell laminate in which a plurality of cells are laminated; a discharge manifold for discharging cooling water from the cell laminate; and a pipe arranged in the discharge manifold and having both ends open. One end of both ends of the pipe is located near the outlet of the discharge manifold; the other end of both ends of the pipe is located upstream of the discharge manifold. It is a fuel cell stack. According to this form, when the cooling water is injected into the flow path of the cooling water, the air flows from the other end of the pipe toward one end, so that the air is discharged from the outlet of the discharge manifold through one end of the pipe. Will be done. Therefore, the air near the other end of the pipe is easily discharged from the discharge manifold. The air flows from the other end of the pipe toward one end because the pressure at the other end is higher than that at one end due to the pressure loss caused by the flow of the cooling water in the discharge manifold.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現できる。例えば、燃料電池スタックからの排気方法等の形態で実現できる。 The present invention can be realized in various forms other than the above. For example, it can be realized in the form of an exhaust method from the fuel cell stack.

燃料電池スタックの概略構成を示す斜視図。The perspective view which shows the schematic structure of the fuel cell stack. カソード側セパレータを示す平面図。The plan view which shows the cathode side separator. 出口付近の拡大図。Enlarged view near the exit. 図3に示したA−A断面図。A cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 変形例のパイプを示すA−A断面図。A cross-sectional view showing a modified example pipe. 平積搭載された場合におけるA−A断面図。A cross-sectional view of AA when mounted in a flat stack.

図1は、燃料電池スタック500の概略構成を示す斜視図である。燃料電池スタック500は、自動車に搭載される。燃料電池スタック500は、セル積層体300A(符合は図4に示す)を含む。セル積層体300Aは、複数のセル300が積層方向SDに沿って積層されて形成されている。セル300は、固体高分子型燃料電池である。 FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the fuel cell stack 500. The fuel cell stack 500 is mounted on an automobile. The fuel cell stack 500 includes a cell laminate 300A (code is shown in FIG. 4). The cell laminate 300A is formed by laminating a plurality of cells 300 along the stacking direction SD. The cell 300 is a polymer electrolyte fuel cell.

燃料電池スタック500の内部には、6つのマニホールド1〜6が形成されている。燃料ガス供給マニホールド1は、燃料電池スタック500の外部から、各セル300に水素ガスを供給するための流路である。燃料ガス排出マニホールド2は、各セル300から排出されるアノードオフガスを、燃料電池スタック500の外部へ排出するための流路である。酸化剤ガス供給マニホールド3は、燃料電池スタック500の外部から、各セル300に空気を供給するための流路である。酸化剤ガス排出マニホールド4は、各セル300から排出されるカソードオフガスを、燃料電池スタック500の外部へ排出するための流路である。冷却水供給マニホールド5は、燃料電池スタック500の外部から、各セル300の発電対応部210(図2)に、冷却水を供給するための流路である。冷却水排出マニホールド6は、各セル300の発電対応部210から排出される冷却水を、燃料電池スタック500の外部へ排出するための流路である。6つのマニホールド1〜6は何れも、長手方向が積層方向SDと平行な内部マニホールドである。 Six manifolds 1 to 6 are formed inside the fuel cell stack 500. The fuel gas supply manifold 1 is a flow path for supplying hydrogen gas to each cell 300 from the outside of the fuel cell stack 500. The fuel gas discharge manifold 2 is a flow path for discharging the anode off gas discharged from each cell 300 to the outside of the fuel cell stack 500. The oxidant gas supply manifold 3 is a flow path for supplying air to each cell 300 from the outside of the fuel cell stack 500. The oxidant gas discharge manifold 4 is a flow path for discharging the cathode off gas discharged from each cell 300 to the outside of the fuel cell stack 500. The cooling water supply manifold 5 is a flow path for supplying cooling water from the outside of the fuel cell stack 500 to the power generation corresponding portion 210 (FIG. 2) of each cell 300. The cooling water discharge manifold 6 is a flow path for discharging the cooling water discharged from the power generation corresponding portion 210 of each cell 300 to the outside of the fuel cell stack 500. Each of the six manifolds 1 to 6 is an internal manifold whose longitudinal direction is parallel to the stacking direction SD.

各セル300は、MEGAプレート280と、カソード側セパレータ100cと、アノード側セパレータ100aとを備える。MEGAは、Membrane Electrode and Gas diffusion layer Assemblyの頭字語であり、膜電極ガス拡散接合体のことである。カソード側セパレータ100cおよびアノード側セパレータ100aは、MEGAプレート280を積層方向に沿って挟んで配置される一対のセパレータである。 Each cell 300 includes a MEGA plate 280, a cathode side separator 100c, and an anode side separator 100a. MEGA is an acronym for Membrane Electrode and Gas diffusion layer assembly, which means a membrane electrode gas diffusion assembly. The cathode side separator 100c and the anode side separator 100a are a pair of separators arranged so as to sandwich the MEGA plate 280 along the stacking direction.

MEGAプレート280は、MEGA200と、支持フレーム250と、を備える。MEGA200は、固体高分子電解質膜と、アノード側触媒電極層と、カソード側触媒電極層と、アノード側ガス拡散層と、カソード側ガス拡散層とを積層方向SDに積層した構成を有する。支持フレーム250の中央部には、厚さ方向に貫通孔が設けられており、この貫通孔にMEGA200が配置されている。 The MEGA plate 280 includes a MEGA 200 and a support frame 250. The MEGA 200 has a configuration in which a solid polymer electrolyte membrane, an anode-side catalyst electrode layer, a cathode-side catalyst electrode layer, an anode-side gas diffusion layer, and a cathode-side gas diffusion layer are laminated in the stacking direction SD. A through hole is provided in the central portion of the support frame 250 in the thickness direction, and the MEGA 200 is arranged in the through hole.

一対のセパレータは、MEGAプレート280を積層方向SDに挟むように配置されている。カソード側セパレータ100cは、略矩形形状の薄板部材であり、積層方向SDの両面には凹凸形状が形成されている。この凹凸形状により、反応ガス(燃料ガスあるいは酸化剤ガス)が流れるセル内ガス流路が形成され、さらに、隣り合うセル300のアノード側セパレータ100aとの間に冷却水の流路が形成される。カソード側セパレータ100cは、外周部の所定の位置に6つの略矩形の開口部11〜16を備えている。開口部15は、供給用開口部とも呼ぶ。開口部16は、排出用開口部とも呼ぶ。複数のセル300が積層されて燃料電池スタック500が組み立てられたときに、各セル300の開口部11〜16が積層方向SDに重なることにより、先述の6つのマニホールド1〜6が形成される。 The pair of separators are arranged so as to sandwich the MEGA plate 280 in the stacking direction SD. The cathode side separator 100c is a thin plate member having a substantially rectangular shape, and uneven shapes are formed on both sides of the SD in the stacking direction. Due to this uneven shape, an in-cell gas flow path through which the reaction gas (fuel gas or oxidant gas) flows is formed, and further, a cooling water flow path is formed between the anode-side separator 100a of the adjacent cell 300. .. The cathode side separator 100c is provided with six substantially rectangular openings 11 to 16 at predetermined positions on the outer peripheral portion. The opening 15 is also referred to as a supply opening. The opening 16 is also referred to as a discharge opening. When the fuel cell stack 500 is assembled by stacking a plurality of cells 300, the openings 11 to 16 of the cells 300 overlap with the stacking direction SD, whereby the above-mentioned six manifolds 1 to 6 are formed.

隣り合うセル300の間、より詳細には、各セル300の隣り合う2つのセパレータ100c,100aの間には、反応ガスや冷却水等の漏洩の防止を目的としてシール部材30が介在している。シール部材30は、第1シール部材30aと、第2シール部材30bと、第3シール部材30cと、第4シール部材30dと、第5シール部材30eとを含む。第1シール部材30a〜第4シール部材30dは、何れも平面視形状が略矩形の枠状の部材である。第5シール部材30eは、平面視形状が略十字型の枠状の部材である。第1シール部材30aは、開口部11を囲んで配置されている。同様に、第2シール部材30bは開口部12を、第3シール部材30cは開口部13を、第4シール部材30dは開口部14を、それぞれ囲んで配置されている。第5シール部材30eは、2つの開口部15、16およびセパレータ100におけるMEGA200と対応する部位を囲んで配置されている。MEGA200と対応する部位とは、MEGA200と接する面とは反対側の面におけるMEGA200に対応する部位のことである。MEGA200において、セパレータ100に接する面は、発電面である。このため、上記のMEGA200に対応する部位は、発電面に対応する部位である。 A sealing member 30 is interposed between the adjacent cells 300, more specifically, between the two adjacent separators 100c and 100a of each cell 300 for the purpose of preventing leakage of reaction gas, cooling water, or the like. .. The seal member 30 includes a first seal member 30a, a second seal member 30b, a third seal member 30c, a fourth seal member 30d, and a fifth seal member 30e. The first seal member 30a to the fourth seal member 30d are all frame-shaped members having a substantially rectangular shape in a plan view. The fifth seal member 30e is a frame-shaped member having a substantially cross-shaped plan view. The first seal member 30a is arranged so as to surround the opening 11. Similarly, the second seal member 30b surrounds the opening 12, the third seal member 30c surrounds the opening 13, and the fourth seal member 30d surrounds the opening 14. The fifth seal member 30e is arranged so as to surround the parts of the two openings 15 and 16 and the separator 100 corresponding to the MEGA 200. The portion corresponding to MEGA200 is a portion corresponding to MEGA200 on the surface opposite to the surface in contact with MEGA200. In the MEGA 200, the surface in contact with the separator 100 is a power generation surface. Therefore, the portion corresponding to the above MEGA200 is a portion corresponding to the power generation surface.

ここで、右手系の直交座標系としてのXYZ座標系を定義する。Y方向は、積層方向SDと平行であり、6つのマニホールド1〜6の開口部11〜16が配置された側から、燃料電池スタック500内部への向きがプラスである。X方向は、セル300の輪郭の長辺方向と平行であり、冷却水排出マニホールド6から冷却水供給マニホールド5への向きがプラスである。Z方向は、セルの輪郭の短辺方向と平行であり、燃料ガス排出マニホールド2から酸化剤ガス排出マニホールド4への向きがプラスである。なお、図1に示すように、最もY方向マイナス側に位置するセル300の開口部16を、出口16aとも呼ぶ。 Here, the XYZ coordinate system is defined as the Cartesian coordinate system of the right-handed system. The Y direction is parallel to the stacking direction SD, and the direction from the side where the openings 11 to 16 of the six manifolds 1 to 6 are arranged to the inside of the fuel cell stack 500 is positive. The X direction is parallel to the long side direction of the contour of the cell 300, and the direction from the cooling water discharge manifold 6 to the cooling water supply manifold 5 is positive. The Z direction is parallel to the short side direction of the contour of the cell, and the direction from the fuel gas discharge manifold 2 to the oxidant gas discharge manifold 4 is positive. As shown in FIG. 1, the opening 16 of the cell 300 located on the minus side in the Y direction is also referred to as an outlet 16a.

冷却水排出マニホールド6内には、図1に示すように、パイプ400が設けられている。パイプ400については、図3及び図4と共に説明する。 As shown in FIG. 1, a pipe 400 is provided in the cooling water discharge manifold 6. The pipe 400 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

図2は、カソード側セパレータ100cの構成を示す平面図である。カソード側セパレータ100cにおいて、一方の面は、MEGAプレート280と対面し、他方の面は、シール部材30を介して隣り合うセル300のアノード側セパレータ100aと対面する。図2では、カソード側セパレータ100cの両面のうち、隣り合うセル300のアノード側セパレータ100aと対面する面を表している。カソード側セパレータ100cの形状は、アノード側セパレータ100aの形状に対し、面対称の関係にある。そこで、カソード側セパレータ100cについて代表して説明する。 FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the cathode side separator 100c. In the cathode side separator 100c, one surface faces the MEGA plate 280, and the other surface faces the anode side separator 100a of the adjacent cells 300 via the sealing member 30. FIG. 2 shows the surface of both sides of the cathode side separator 100c facing the anode side separator 100a of the adjacent cells 300. The shape of the cathode side separator 100c has a plane symmetric relationship with the shape of the anode side separator 100a. Therefore, the cathode side separator 100c will be described as a representative.

図2に示すように、カソード側セパレータ100cは、先述の6つの開口部11〜16に加えて、6つの壁部20a〜20fを備える。6つの壁部20a〜20fは何れも、隣り合うセル300のアノード側セパレータ100aへの向き(Y方向マイナス向き)に突出している。これらの壁部20a〜20fは、シール部材30が大きく位置ずれすることを抑制するために形成されている。壁部20aは、開口部11の外周部を囲んで配置されている。壁部20bは開口部12の外周部を、壁部20cは開口部13の外周部を、壁部20dは開口部14の外周部を、それぞれ囲んで配置されている。壁部20eは、2つの開口部15,16と、カソード側セパレータ100cにおけるMEGA200と接する部分に対応する部位210(以下、発電対応部210という)を含む領域を囲んで配置されている。壁部20fは、カソード側セパレータ100cの外縁近傍において、この外縁に沿って配置されている。 As shown in FIG. 2, the cathode side separator 100c includes six wall portions 20a to 20f in addition to the six openings 11 to 16 described above. All of the six wall portions 20a to 20f project in the direction (minus direction in the Y direction) of the adjacent cells 300 toward the anode side separator 100a. These wall portions 20a to 20f are formed in order to prevent the seal member 30 from being largely displaced. The wall portion 20a is arranged so as to surround the outer peripheral portion of the opening 11. The wall portion 20b is arranged so as to surround the outer peripheral portion of the opening 12, the wall portion 20c is arranged so as to surround the outer peripheral portion of the opening 13, and the wall portion 20d is arranged so as to surround the outer peripheral portion of the opening 14. The wall portion 20e is arranged so as to surround a region including two openings 15 and 16 and a portion 210 (hereinafter, referred to as a power generation corresponding portion 210) corresponding to a portion of the cathode side separator 100c in contact with the MEGA 200. The wall portion 20f is arranged along the outer edge of the cathode side separator 100c in the vicinity of the outer edge.

カソード側セパレータ100cにおいて、発電対応部210には、X軸方向に沿って延設された複数の流路111と、流路111の両端部に配置された複数の突起部112とが配置されている。流路111は、発電対応部210内における冷却水の流路であり、互いに平行な複数のリブにより形成されている。カソード側セパレータ100cと対面する隣のアノード側セパレータ100aの表面にも同様な複数のリブが設けられている(図示しない)。このため、セル300が積層された状態において、これら2つの対面するセパレータ100c,100aの流路111同士が対面して、隣り合う2つのセパレータ100c,100a間に冷却水の流路が形成される。突起部112のうち、X方向プラス側の突起部112は、開口部15から発電対応部210に流入する冷却水をZ軸方向に分散させる。また、X方向マイナス側の突起部112から開口部16へと排出される冷却水を開口部16に向かう方向に集める。 In the cathode side separator 100c, a plurality of flow paths 111 extending along the X-axis direction and a plurality of protrusions 112 arranged at both ends of the flow path 111 are arranged in the power generation corresponding portion 210. There is. The flow path 111 is a flow path for cooling water in the power generation corresponding portion 210, and is formed by a plurality of ribs parallel to each other. Similar ribs are provided on the surface of the adjacent anode-side separator 100a facing the cathode-side separator 100c (not shown). Therefore, in a state where the cells 300 are stacked, the flow paths 111 of the two facing separators 100c and 100a face each other, and a cooling water flow path is formed between the two adjacent separators 100c and 100a. .. Of the protrusions 112, the protrusion 112 on the plus side in the X direction disperses the cooling water flowing from the opening 15 into the power generation corresponding portion 210 in the Z-axis direction. Further, the cooling water discharged from the protrusion 112 on the minus side in the X direction to the opening 16 is collected in the direction toward the opening 16.

図3は、出口16a付近の拡大図である。図2に示すように、パイプ400は、支持部410によって、冷却水排出マニホールド6の隅に固定されている。パイプ400が固定される隅は、X方向マイナス側、且つZ方向プラス側の隅である。このため、Z方向プラス側が鉛直方向上向きに一致する場合、パイプ400は、冷却水排出マニホールド6内において、鉛直方向の最高位置に設置される。支持部410は、アノード側セパレータ100a、カソード側セパレータ100c及び支持フレーム250のそれぞれに設けられている。 FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the exit 16a. As shown in FIG. 2, the pipe 400 is fixed to the corner of the cooling water discharge manifold 6 by the support portion 410. The corners to which the pipe 400 is fixed are the corners on the minus side in the X direction and the corners on the plus side in the Z direction. Therefore, when the positive side in the Z direction coincides upward in the vertical direction, the pipe 400 is installed at the highest position in the vertical direction in the cooling water discharge manifold 6. The support portion 410 is provided on each of the anode side separator 100a, the cathode side separator 100c, and the support frame 250.

図4は、図3に示したA−A断面図である。図4では、セル300を1つずつ区別して図示する代わりに、セル300の積層体であるセル積層体300Aとしてまとめて図示する。図4は、燃料電池スタック500の構成部品として、セル積層体300A及びパイプ400に加え、ターミナルプレート260,265、及び絶縁プレート270も示している。 FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. In FIG. 4, instead of showing the cells 300 separately one by one, they are collectively shown as a cell laminated body 300A which is a laminated body of the cells 300. FIG. 4 shows terminal plates 260 and 265 and insulating plates 270 as components of the fuel cell stack 500, in addition to the cell laminate 300A and the pipe 400.

図4に示すように、Z方向は、鉛直方向に一致していない。これは、本実施形態における燃料電池スタック500が傾いて搭載されていることを示している。ここでいう傾きは、燃料電池スタック500を搭載した自動車の4つのタイヤが接する面を基準にしている。傾けて搭載する目的は、4つのタイヤが水平面に接している場合に、アノードガスとカソードガスとの反応に伴う生成水の排出をスムーズにすることである。傾けて設置された結果、図4に示すように、出口16aがやや下を向いている。 As shown in FIG. 4, the Z direction does not coincide with the vertical direction. This indicates that the fuel cell stack 500 according to the present embodiment is mounted at an angle. The inclination referred to here is based on the surface in contact with the four tires of the automobile equipped with the fuel cell stack 500. The purpose of tilting and mounting is to smooth the discharge of generated water due to the reaction between the anode gas and the cathode gas when the four tires are in contact with the horizontal plane. As a result of the tilted installation, the exit 16a faces slightly downward as shown in FIG.

パイプ400は、両端が開口し、Y方向に沿って真っ直ぐ延びる管である。パイプ400の一端である開口端408は、出口16a付近に配置されている。パイプ400の他端である開口端404は、ターミナルプレート260に接触するように配置されている。このため、開口端404は、開口端408よりも、冷却水排出マニホールド6の上流側に位置する。 The pipe 400 is a pipe that is open at both ends and extends straight along the Y direction. The opening end 408, which is one end of the pipe 400, is arranged near the outlet 16a. The open end 404, which is the other end of the pipe 400, is arranged so as to contact the terminal plate 260. Therefore, the opening end 404 is located on the upstream side of the cooling water discharge manifold 6 with respect to the opening end 408.

開口端404は、切り欠き405を有する。このため、冷却水排出マニホールド6内の流体は、開口端404を介してパイプ400内に流入できる。なお、切り欠き405は、開口端404のZ方向プラス側の位置に設けられている。 The open end 404 has a notch 405. Therefore, the fluid in the cooling water discharge manifold 6 can flow into the pipe 400 through the opening end 404. The notch 405 is provided at a position on the positive side of the opening end 404 in the Z direction.

図4は、燃料電池スタック500の運転が停止している間に、一旦、殆どの冷却水を燃料電池スタック500内から排出した後、冷却水の流路を、再び冷却水で満たそうとしている作業工程の途中経過を示す。流路を冷却水で満たすために、冷却水供給マニホールド5から冷却水が注入される。冷却水供給マニホールド5から注入された冷却水は、各セル300の発電面に対応する部位を通過して、冷却水排出マニホールド6内に流入する。図4には、作業工程の途中経過として、冷却水排出マニホールド6内の一部が冷却水で満たされている様子が示されている。 In FIG. 4, while the operation of the fuel cell stack 500 is stopped, most of the cooling water is discharged from the fuel cell stack 500, and then the cooling water flow path is to be filled with the cooling water again. Shows the progress of the work process. Cooling water is injected from the cooling water supply manifold 5 in order to fill the flow path with the cooling water. The cooling water injected from the cooling water supply manifold 5 passes through the portion corresponding to the power generation surface of each cell 300 and flows into the cooling water discharge manifold 6. FIG. 4 shows a state in which a part of the cooling water discharge manifold 6 is filled with the cooling water as the progress of the work process.

冷却水排出マニホールド6内に冷却水が満たされていく過程において、冷却水排出マニホールド6内に存在する空気の一部は、先述したように燃料電池スタック500が傾いているため、出口16aから排出されずに、特定部位の付近に取り残される。特定部位とは、冷却水排出マニホールド6の上流側の端であり、より具体的にいえば、冷却水排出マニホールド6のY方向プラス側の端部、且つZ方向プラス側の端部のことである。つまり、特定部位は、冷却水排出マニホールド6において、最も鉛直方向上側の部位である。 In the process of filling the cooling water discharge manifold 6 with cooling water, a part of the air existing in the cooling water discharge manifold 6 is discharged from the outlet 16a because the fuel cell stack 500 is tilted as described above. Instead, it is left behind in the vicinity of a specific part. The specific portion is the upstream end of the cooling water discharge manifold 6, and more specifically, the end of the cooling water discharge manifold 6 on the positive side in the Y direction and the end on the positive side in the Z direction. is there. That is, the specific portion is the portion on the uppermost side in the vertical direction in the cooling water discharge manifold 6.

特定部位の付近に取り残された空気は、冷却水排出マニホールド6内において冷却水の水面が上昇するに連れ、切り欠き405からパイプ400内に流入し、開口端408から冷却水排出マニホールド6内に流れ込み、燃料電池スタック500外に排出される。 The air left behind in the vicinity of the specific portion flows into the pipe 400 from the notch 405 as the water level of the cooling water rises in the cooling water discharge manifold 6, and enters the cooling water discharge manifold 6 from the opening end 408. It flows in and is discharged to the outside of the fuel cell stack 500.

特定部位の付近に取り残された空気がパイプ400内に流入するのは、切り欠き405における圧力が、開口端408における圧力よりも高いからである。このような圧力差が生じる原因は、冷却水排出マニホールド6内における冷却水の流れに伴って発生する圧力損失である。 The air left behind in the vicinity of the specific portion flows into the pipe 400 because the pressure at the notch 405 is higher than the pressure at the opening end 408. The cause of such a pressure difference is the pressure loss generated by the flow of the cooling water in the cooling water discharge manifold 6.

特定部位の付近に取り残された空気が冷却水排出マニホールド6内に流れ込んだ後に、冷却水排出マニホールド6内を逆流せずに、燃料電池スタック500外に排出されるのは、開口端408が出口16a付近に位置するからである。 After the air left behind in the vicinity of the specific part flows into the cooling water discharge manifold 6, the opening end 408 is discharged to the outside of the fuel cell stack 500 without flowing back in the cooling water discharge manifold 6. This is because it is located near 16a.

このようにして、特定部位の付近に取り残された空気は次第に少なくなり、やがて殆ど無くなる。特定部位に空気が殆ど無くなると、切り欠き405から冷却水がパイプ400内に流入し、やがてパイプ400内が冷却水で満たされる。このようにして、冷却水排出マニホールド6内から殆どの空気が排出され、冷却水排出マニホールド6内は冷却水で満たされる。冷却水排出マニホールド6内が冷却水で満たされれば、正常に燃料電池スタック500を運転できる。 In this way, the amount of air left behind in the vicinity of the specific part gradually decreases and eventually disappears. When there is almost no air in the specific portion, the cooling water flows into the pipe 400 from the notch 405, and the inside of the pipe 400 is eventually filled with the cooling water. In this way, most of the air is discharged from the cooling water discharge manifold 6, and the cooling water discharge manifold 6 is filled with the cooling water. If the inside of the cooling water discharge manifold 6 is filled with the cooling water, the fuel cell stack 500 can be operated normally.

本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。 The present invention is not limited to the embodiments, examples, and modifications of the present specification, and can be realized by various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the column of the outline of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems. , Can be replaced or combined as appropriate to achieve some or all of the above effects. If the technical feature is not described as essential herein, it may be deleted as appropriate. For example, the following is exemplified.

図5は、先述したパイプ400の代わりに、パイプ400aを備える形態におけるA−A断面図である。パイプ400aは、パイプ400と異なり、曲がった管である。具体的には、パイプ400aは、開口端408付近において、絶縁プレート270の貫通孔に接触している。このように、パイプ400aの開口端408についても、先述したパイプ400と同様、出口16a付近に配置されている。 FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in a form in which the pipe 400a is provided instead of the pipe 400 described above. The pipe 400a is a bent pipe unlike the pipe 400. Specifically, the pipe 400a is in contact with the through hole of the insulating plate 270 in the vicinity of the opening end 408. As described above, the opening end 408 of the pipe 400a is also arranged near the outlet 16a as in the above-mentioned pipe 400.

さらに別の形態として、図5に示すように、パイプ400aは、開口端408の代わりに、開口端408aを有していてもよい。開口端408aについても、開口端408と同様、出口16a付近に配置されている。より具体的には、開口端408aは、開口端408よりもY方向マイナス側に位置し、絶縁プレート270に接続された冷却水配管600の流路内に配置されている。 As yet another embodiment, as shown in FIG. 5, the pipe 400a may have an open end 408a instead of the open end 408. The opening end 408a is also arranged near the outlet 16a as in the opening end 408. More specifically, the opening end 408a is located on the minus side in the Y direction with respect to the opening end 408, and is arranged in the flow path of the cooling water pipe 600 connected to the insulating plate 270.

図6は、パイプ400を備える燃料電池スタック500が、平積搭載された場合におけるA−A断面図である。平積搭載とは、Y方向マイナス側が、鉛直方向下向きに一致する搭載の仕方である。パイプ400による空気の排出機能は、平積搭載の場合においても発揮される。また、パイプ400aを用いても、平積搭載の場合において、空気の排出機能は発揮される。 FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA when the fuel cell stack 500 including the pipe 400 is mounted in a flat stack. Flat product mounting is a mounting method in which the negative side in the Y direction coincides with the downward direction in the vertical direction. The air discharge function of the pipe 400 is exhibited even in the case of flat stacking. Further, even if the pipe 400a is used, the air discharge function is exhibited in the case of mounting in a flat stack.

さらに他の形態として、下記の内容が例示される。 As still another form, the following contents are exemplified.

パイプ400,400aの開口端404は、ターミナルプレートに接触していなくてもよい。 The open end 404 of the pipes 400, 400a does not have to be in contact with the terminal plate.

燃料電池を搭載する自動車は、コネクテッドカーでもよい。コネクテッドカーとは、通信機を搭載し、クラウドとの通信によってサービスを受けることができる自動車である。 The vehicle equipped with the fuel cell may be a connected car. A connected car is a car that is equipped with a communication device and can receive services by communicating with the cloud.

パイプ400又はパイプ400aを配置する冷却水排出マニホールドは、外部マニホールドとして形成されたものでもよい。外部マニホールドは、樹脂などで一体成形した部品であり、セル積層体の側面に押し付けて設置される。外部マニホールドは、内部マニホールドと同様、燃料ガスと酸化剤ガスと冷却水とのそれぞれについて、各セルに対する供給および排出を実現するための流路として機能する。外部マニホールドが用いられる場合、各セルには、マニホールドを形成するための開口部は設けられない。 The cooling water discharge manifold on which the pipe 400 or the pipe 400a is arranged may be formed as an external manifold. The external manifold is a component integrally molded with resin or the like, and is installed by pressing it against the side surface of the cell laminate. Like the inner manifold, the outer manifold functions as a flow path for supplying and discharging the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling water to each cell. When an external manifold is used, each cell is not provided with an opening for forming the manifold.

1…燃料ガス供給マニホールド
2…燃料ガス排出マニホールド
3…酸化剤ガス供給マニホールド
4…酸化剤ガス排出マニホールド
5…冷却水供給マニホールド
6…冷却水排出マニホールド
11…開口部
12…開口部
13…開口部
14…開口部
15…開口部
16…開口部
16a…出口
20a…壁部
20b…壁部
20c…壁部
20d…壁部
20e…壁部
20f…壁部
30…シール部材
30a…第1シール部材
30b…第2シール部材
30c…第3シール部材
30d…第4シール部材
30e…第5シール部材
100a…アノード側セパレータ
100c…カソード側セパレータ
111…流路
112…突起部
210…発電対応部
250…支持フレーム
260…ターミナルプレート
265…ターミナルプレート
270…絶縁プレート
280…MEGAプレート
300…セル
300A…セル積層体
400…パイプ
400a…パイプ
404…開口端
408…開口端
408a…開口端
410…支持部
410a…支持部
500…燃料電池スタック
600…冷却水配管
1 ... Fuel gas supply manifold 2 ... Fuel gas discharge manifold 3 ... Oxidizing agent gas supply manifold 4 ... Oxidizing gas discharge manifold 5 ... Cooling water supply manifold 6 ... Cooling water discharge manifold 11 ... Opening 12 ... Opening 13 ... Opening 14 ... Opening 15 ... Opening 16 ... Opening 16a ... Exit 20a ... Wall 20b ... Wall 20c ... Wall 20d ... Wall 20e ... Wall 20f ... Wall 30 ... Sealing member 30a ... First sealing member 30b ... 2nd seal member 30c ... 3rd seal member 30d ... 4th seal member 30e ... 5th seal member 100a ... Anode side separator 100c ... Catalyst side separator 111 ... Flow path 112 ... Projection 210 ... Power generation compatible part 250 ... Support frame 260 ... Terminal plate 265 ... Terminal plate 270 ... Insulation plate 280 ... MEGA plate 300 ... Cell 300A ... Cell laminate 400 ... Pipe 400a ... Pipe 404 ... Open end 408 ... Open end 408a ... Open end 410 ... Support part 410a ... Support part 500 ... Fuel cell stack 600 ... Cooling water piping

Claims (3)

燃料電池スタックであって、
複数のセルが積層されたセル積層体と、
前記セル積層体から冷却水を排出するための排出用マニホールドと、
前記排出用マニホールド内に配置され、両端が開口しているパイプであって、前記排出用マニホールドに存在する空気を前記燃料スタックの外部に排出するためのパイプとを備え、
前記パイプの両端のうちの一端は、前記排出用マニホールドの出口付近に位置し、
前記パイプの両端のうちの他端は、前記一端よりも前記排出用マニホールドの上流側に位置する
燃料電池スタック。
It ’s a fuel cell stack,
A cell laminate in which multiple cells are laminated, and
A discharge manifold for discharging cooling water from the cell laminate,
A pipe arranged in the discharge manifold and open at both ends , including a pipe for discharging the air existing in the discharge manifold to the outside of the fuel stack .
One end of both ends of the pipe is located near the outlet of the discharge manifold.
The other end of both ends of the pipe is a fuel cell stack located on the upstream side of the discharge manifold with respect to the one end.
請求項1に記載の燃料電池スタックにおいて、In the fuel cell stack according to claim 1.
前記パイプの他端は切り欠きを有する、燃料電池スタック。 A fuel cell stack having a notch at the other end of the pipe.
請求項1または2に記載の燃料電池スタックはさらに、The fuel cell stack according to claim 1 or 2 further comprises.
前記セル積層体の両端に配置されているターミナルプレートを備え、 With terminal plates arranged at both ends of the cell laminate,
前記パイプの他端は前記ターミナルプレートに接触している、燃料電池スタック。 A fuel cell stack in which the other end of the pipe is in contact with the terminal plate.
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