JP7120969B2 - fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to fuel cell systems.
燃料電池システムは、発電セルが複数積層されたセル積層体を有する燃料電池スタックを備える。発電セルには、発電面に沿って反応ガスを流す反応ガス流路が形成されている。セル積層体には、反応ガス流路から導かれた反応排ガスを排出するための排出連通孔が発電セルの積層方向に貫通形成されている。排出連通孔には、発電セルの発電時に発生した生成水が反応ガス流路から排出連通孔に導かれて滞留水として存在する場合がある。また、排出連通孔内には、凝縮水が滞留水として存在することもある。 A fuel cell system includes a fuel cell stack having a cell stack in which a plurality of power generation cells are stacked. The power generation cell is formed with a reaction gas flow path for flowing a reaction gas along the power generation surface. The cell stack is formed with a discharge communication hole extending in the stacking direction of the power generating cells for discharging the reaction exhaust gas guided from the reaction gas channel. In some cases, generated water generated during power generation of the power generating cell is led to the discharge communication hole from the reactant gas flow path and remains in the discharge communication hole as stagnant water. In addition, condensed water may exist as stagnant water in the discharge communication hole.
例えば、特許文献1には、排出連通孔内の滞留水を排出するためのドレン(排水流路)が積層体に貫通形成された構成が開示されている。ドレン内の滞留水は、ドレンと排出連通孔との接続部に設けられたベンチュリ構造によって燃料電池スタックの外部に吸い出される。 For example, Patent Literature 1 discloses a configuration in which a drain (drainage flow path) for discharging stagnant water in a discharge communication hole is formed through a laminate. Water remaining in the drain is sucked out of the fuel cell stack by a venturi structure provided at the connection between the drain and the discharge communication hole.
本発明は、上記の従来技術に関連してなされたものであり、簡易な構成によりドレン内の滞留水を円滑に排出することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel cell system capable of smoothly discharging stagnant water in a drain with a simple structure.
本発明の第1の態様は、発電面に沿って反応ガスを流す反応ガス流路が形成された発電セルが複数積層されたセル積層体を有する燃料電池スタックを備え、前記セル積層体には、前記反応ガス流路から導かれた反応排ガスを排出するための排出連通孔と、前記排出連通孔に連通して前記排出連通孔内の滞留水を排出するためのドレンと、が前記発電セルの積層方向に沿って貫通形成された燃料電池システムであって、前記セル積層体の前記積層方向の両端には、インシュレータ及びエンドプレートが前記積層方向の外方に向かって順次配設され、前記排出連通孔は、複数設けられ、前記燃料電池スタックには、複数の前記排出連通孔に連通して前記反応排ガスを導出する複数のガス導出路が設けられ、前記複数のガス導出路のそれぞれには、複数の前記排出連通孔の流路断面積よりも小さい流路断面積を有する縮小流路部が設けられ、前記縮小流路部は、前記燃料電池スタックの前記インシュレータ又は前記エンドプレートに設けられ、前記縮小流路部によって圧力が高められた複数の前記排出連通孔内の前記反応排ガスは、前記ドレン内の前記滞留水を押し出す、燃料電池システムである。
A first aspect of the present invention includes a fuel cell stack having a cell stack in which a plurality of power generation cells each having a reaction gas flow path along a power generation surface are stacked, and the cell stack includes: , a discharge communication hole for discharging the reaction exhaust gas guided from the reaction gas flow path, and a drain communicating with the discharge communication hole for discharging the accumulated water in the discharge communication hole, the power generation cell. Insulators and end plates are sequentially arranged outward in the stacking direction at both ends of the cell stack in the stacking direction, and the A plurality of discharge communication holes are provided, and the fuel cell stack is provided with a plurality of gas lead-out paths communicating with the plurality of discharge communication holes to lead out the reaction exhaust gas. is provided with a reduced flow channel portion having a flow channel cross-sectional area smaller than the flow channel cross-sectional area of the plurality of discharge communication holes, and the reduced flow channel portion is provided in the insulator or the end plate of the fuel cell stack. In the fuel cell system, the reaction exhaust gas in the plurality of discharge communication holes, the pressure of which is increased by the contracted passage portion, pushes out the water remaining in the drain.
本発明の第2の態様は、発電面に沿って反応ガスを流す反応ガス流路が形成された発電セルが複数積層されたセル積層体を有する燃料電池スタックを備え、前記セル積層体には、前記反応ガス流路から導かれた反応排ガスを排出するための排出連通孔と、前記排出連通孔に連通して前記排出連通孔内の滞留水を排出するためのドレンと、が前記発電セルの積層方向に沿って貫通形成された燃料電池システムであって、前記排出連通孔は、複数設けられ、前記燃料電池スタックには、複数の前記排出連通孔に連通して前記反応排ガスを導出する複数のガス導出路が設けられ、前記燃料電池システムは、前記複数のガス導出路から導かれた前記反応排ガスを気液分離する気液分離部を有し、前記複数のガス導出路のそれぞれは、前記燃料電池スタックのエンドプレートと前記気液分離部とを互いに接続する接続流路を含み、当該接続流路には、複数の前記排出連通孔の流路断面積よりも小さい流路断面積を有する縮小流路部が設けられ、前記縮小流路部によって圧力が高められた複数の前記排出連通孔内の前記反応排ガスは、前記ドレン内の前記滞留水を押し出す、燃料電池システムである。
本発明の第3の態様は、発電面に沿って反応ガスを流す反応ガス流路が形成された発電セルが複数積層されたセル積層体を有する燃料電池スタックを備え、前記セル積層体には、前記反応ガス流路から導かれた反応排ガスを排出するための排出連通孔と、前記排出連通孔に連通して滞留水を排出するためのドレンと、が前記発電セルの積層方向に沿って貫通形成された燃料電池システムであって、前記排出連通孔から導かれた前記反応排ガスを気液分離する気液分離部と、前記気液分離部により分離された液状水を排出するための排水路と、前記排水路を開放及び閉塞するための排水弁と、前記ドレン内の前記滞留水を前記排水路のうち前記排水弁よりも上流側に導く水導出路と、を備え、前記排水路には、前記排水弁によって前記排水路が開放された際に、前記ドレン内の前記滞留水が前記水導出路を介して前記排水路に導かれるような差圧を発生させる縮小流路部が設けられている、燃料電池システムである。
A second aspect of the present invention includes a fuel cell stack having a cell stack in which a plurality of power generation cells are stacked, each of which has a reaction gas flow path for flowing a reaction gas along a power generation surface. , a discharge communication hole for discharging the reaction exhaust gas guided from the reaction gas flow path, and a drain communicating with the discharge communication hole for discharging the accumulated water in the discharge communication hole, the power generation cell. In the fuel cell system, a plurality of the discharge communication holes are provided, and the fuel cell stack is provided with a plurality of the discharge communication holes to lead out the reaction exhaust gas through the plurality of the discharge communication holes. A plurality of gas lead-out paths are provided, the fuel cell system has a gas-liquid separation unit for separating the gas and liquid of the reaction exhaust gas led from the plurality of gas lead-out paths, and each of the plurality of gas lead-out paths is , a connection channel that connects the end plate of the fuel cell stack and the gas-liquid separation unit to each other, the connection channel having a channel cross-sectional area smaller than the channel cross-sectional area of the plurality of discharge communication holes is provided, and the reaction exhaust gas in the plurality of discharge communication holes whose pressure is increased by the reduced flow path pushes out the stagnant water in the drain.
A third aspect of the present invention is provided with a fuel cell stack having a cell stack in which a plurality of power generation cells each having a reaction gas flow path along a power generation surface are stacked, and the cell stack includes: , a discharge communication hole for discharging the reaction exhaust gas guided from the reaction gas flow path, and a drain communicating with the discharge communication hole for discharging the accumulated water are arranged along the stacking direction of the power generation cells. A fuel cell system having a penetrating structure, comprising: a gas-liquid separation section for gas-liquid separation of the reaction exhaust gas led from the discharge communication hole; and a drain for discharging the liquid water separated by the gas-liquid separation section. a channel, a drain valve for opening and closing the drain channel, and a water lead-out channel for guiding the accumulated water in the drain to an upstream side of the drain valve in the drain channel, the drain channel has a reduced flow passage portion that generates a differential pressure such that, when the drain passage is opened by the drain valve, the accumulated water in the drain is led to the drain passage through the water lead-out passage. It is a fuel cell system provided.
本発明の一態様によれば、複数の縮小流路部によって複数の排出連通孔内の反応排ガスの圧力を高めることができるため、ドレン内の滞留水を排出連通孔内の反応排ガスによって押し出すことができる。これにより、簡易な構成によりドレン内の滞留水を円滑に排出することができる。 According to one aspect of the present invention, since the pressure of the reaction exhaust gas in the plurality of discharge passages can be increased by the plurality of reduced flow passage portions, the accumulated water in the drain can be pushed out by the reaction exhaust gas in the discharge passages. can be done. As a result, the water remaining in the drain can be smoothly discharged with a simple structure.
本発明の他の態様によれば、排水弁によって排水路が開放された際に、縮小流路部により差圧が発生するため、ドレン内の滞留水を排水路に導くことができる。よって、簡易な構成によりドレン内の滞留水を円滑に排出することができる。 According to another aspect of the present invention, when the drainage channel is opened by the drain valve, a pressure difference is generated by the contracted flow channel portion, so that the accumulated water in the drain can be guided to the drainage channel. Therefore, the water remaining in the drain can be smoothly discharged with a simple structure.
以下、本発明に係る燃料電池システムについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A preferred embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係る燃料電池システム10Aは、例えば、図示しない燃料電池電気自動車に搭載されるものである。ただし、燃料電池システム10Aは、定置型としても用いることができる。
(First embodiment)
A
図1に示すように、燃料電池システム10Aは、燃料電池スタック12と、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置14とを備える。なお、図示は省略するが、燃料電池システム10Aは、燃料電池スタック12に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、燃料電池スタック12に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置とを備える。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池スタック12は、複数の発電セル16が水平方向(矢印A方向)に積層されてなるセル積層体18を備える。セル積層体18の積層方向一端には、ターミナルプレート20a、インシュレータ22a及びエンドプレート24aが外方に向かって順次配設される。セル積層体18の積層方向他端には、ターミナルプレート20b、インシュレータ22b及びエンドプレート24bが外方に向かって順次配設される。
The
図2に示すように、発電セル16は、樹脂枠付きMEA26が、第1セパレータ28及び第2セパレータ30により挟持される。第1セパレータ28及び第2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、或いはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波形にプレス成形して構成される。互いに隣接する第1セパレータ28と第2セパレータ30とは、外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合されて接合セパレータ31を形成する。
As shown in FIG. 2 , the
樹脂枠付きMEA26は、電解質膜・電極構造体(以下、「MEA26a」という)と、MEA26aの外周部に接合されるとともに該外周部を周回する樹脂枠部材32(樹脂枠部、樹脂フィルム)とを備える。MEA26aは、電解質膜34と、電解質膜34の一方の面に設けられたアノード電極36と、電解質膜34の他方の面に設けられたカソード電極38とを有する。
The resin-framed
電解質膜34は、例えば、固体高分子電解質膜(陽イオン交換膜)である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜34は、アノード電極36及びカソード電極38に挟持される。電解質膜34は、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質を使用することができる。
The
詳細は図示しないが、アノード電極36は、電解質膜34の一方の面に接合される第1電極触媒層と、当該第1電極触媒層に積層される第1ガス拡散層とを有する。カソード電極38は、電解質膜34の他方の面に接合される第2電極触媒層と、当該第2電極触媒層に積層される第2ガス拡散層とを有する。樹脂枠部材32は、MEA26aの発電面40の外周側に設けられている。
Although not shown in detail, the
樹脂枠付きMEA26は、樹脂枠部材32を用いることなく、電解質膜34を外方に突出させるように形成してもよい。また、樹脂枠付きMEA26は、外方に突出した電解質膜34の両側に枠形状のフィルムを設けるように形成してもよい。
The MEA 26 with a resin frame may be formed without using the
発電セル16の長辺方向の一端縁部(矢印B1方向の縁部)には、酸化剤ガス供給連通孔42a、2つの冷却媒体排出連通孔44b及び2つの燃料ガス排出連通孔46bが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔42a、2つの冷却媒体排出連通孔44b及び2つの燃料ガス排出連通孔46bは、それぞれ、セル積層体18を積層方向に貫通している。酸化剤ガス供給連通孔42a、2つの冷却媒体排出連通孔44b及び2つの燃料ガス排出連通孔46bは上下方向(長方形状の発電セル16の短辺に沿った方向)に配列して設けられる。
An oxidant
酸化剤ガス供給連通孔42aは、上下方向に離間して配置された2つの冷却媒体排出連通孔44bの間に配置されている。燃料ガス排出連通孔46bは、第1燃料ガス排出連通孔46b1と、第2燃料ガス排出連通孔46b2とを有する。第1燃料ガス排出連通孔46b1は、上側の冷却媒体排出連通孔44bの上方に配置されている。第2燃料ガス排出連通孔46b2は、下側の冷却媒体排出連通孔44bの下方に配置されている。
The oxidant gas
発電セル16の長辺方向の他端縁部(矢印B2方向の縁部)には、燃料ガス供給連通孔46a、2つの冷却媒体供給連通孔44a及び2つの酸化剤ガス排出連通孔42bが設けられる。
A fuel gas
燃料ガス供給連通孔46a、2つの冷却媒体供給連通孔44a及び2つの酸化剤ガス排出連通孔42bは、それぞれ、セル積層体18を積層方向に貫通している。燃料ガス供給連通孔46a、2つの冷却媒体供給連通孔44a及び2つの酸化剤ガス排出連通孔42bは、上下方向(長方形状の発電セル16の短辺に沿った方向)に配列して設けられる。
The fuel
燃料ガス供給連通孔46aは、上下方向に離間して配置された2つの冷却媒体供給連通孔44aの間に配置されている。酸化剤ガス排出連通孔42bは、第1酸化剤ガス排出連通孔42b1と、第2酸化剤ガス排出連通孔42b2とを有する。第1酸化剤ガス排出連通孔42b1は、上側の冷却媒体供給連通孔44aの上方に配置されている。第2酸化剤ガス排出連通孔42b2は、下側の冷却媒体供給連通孔44aの下方に配置されている。
The fuel gas
燃料ガス供給連通孔46aは、一方の反応ガスである燃料ガスを供給する。燃料ガスとしては、例えば、水素含有ガス等が用いられる。酸化剤ガス供給連通孔42aは、他方の反応ガスである酸化剤ガスを供給する。酸化剤ガスとしては、例えば、酸素含有ガス等が用いられる。
The fuel gas
燃料ガス排出連通孔46bは、一方の反応排ガスである燃料排ガスを排出する。酸化剤ガス排出連通孔42bは、他方の反応排ガスである酸化剤排ガスを排出する。冷却媒体供給連通孔44aは、冷却媒体を供給する。冷却媒体としては、純水、エチレングリコール、オイル等が用いられる。冷却媒体排出連通孔44bは、冷却媒体を排出する。
The fuel gas
酸化剤ガス供給連通孔42a、酸化剤ガス排出連通孔42b、燃料ガス供給連通孔46a及び燃料ガス排出連通孔46bの配置、形状及び大きさは、本実施形態に限定されるものではなく、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。
The arrangement, shape and size of the oxidizing
第1セパレータ28の樹脂枠付きMEA26に向かう表面28aには、発電面40に沿って矢印B方向(水平方向)に燃料ガスを流通させる燃料ガス流路48(反応ガス流路)が設けられる。燃料ガス流路48は、燃料ガス供給連通孔46a及び2つの燃料ガス排出連通孔46bに流体的に連通する。第1セパレータ28の表面28aには、流体(燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体)の漏れを防止する第1シール部50が設けられている。
A
第2セパレータ30の樹脂枠付きMEA26に向かう表面30aには、発電面40に沿って矢印B方向(水平方向)に酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流路52(反応ガス流路)が設けられる。酸化剤ガス流路52は、酸化剤ガス供給連通孔42a及び2つの酸化剤ガス排出連通孔42bに流体的に連通する。第2セパレータ30の表面30aには、流体(燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体)の漏れを防止する第2シール部54が設けられている。
On the
互いに接合される第1セパレータ28の裏面28bと第2セパレータ30の裏面30bとの間には、冷却媒体供給連通孔44aと2つの冷却媒体排出連通孔44bとに流体的に連通する冷却媒体流路56が形成される。冷却媒体流路56は、燃料ガス流路48が形成された第1セパレータ28の裏面形状と酸化剤ガス流路52が形成された第2セパレータ30の裏面形状とが重なり合って形成される。
Between the
図3に示すように、第1燃料ガス排出連通孔46b1と第2燃料ガス排出連通孔46b2とは、エンドプレート24bとは反対側の端部(奥側端部)で第1連結流路60により互いに連結されている。第1連結流路60は、第1燃料ガス排出連通孔46b1における燃料排ガスの流通方向とは反対側の端部と第2燃料ガス排出連通孔46b2における燃料排ガスの流通方向とは反対側の端部とを互いに連結する。第1連結流路60は、インシュレータ22a内で上下方向に延在している。
As shown in FIG. 3, the first fuel gas discharge communication hole 46b1 and the second fuel gas discharge communication hole 46b2 are connected to the first connecting
第1連結流路60は、第2連結流路62を介してドレン64に連通している。ドレン64は、燃料ガス排出連通孔46b内の滞留水を排出するための流路である。ドレン64は、第2燃料ガス排出連通孔46b2よりも下方に位置している。ドレン64は、セル積層体18を積層方向に貫通している。
The first connecting
第1連結流路60及び第2連結流路62は、ターミナルプレート20a(図1参照)又はエンドプレート24aに設けられてもよい。また、第1連結流路60及び第2連結流路62は、エンドプレート24aの外部に配設された連結流路部材に設けられてもよい。
The first connecting
図2に示すように、燃料電池スタック12には、酸化剤ガス排出連通孔42b内の滞留水を排出するためのドレン66が形成されている。ドレン66は、上述したドレン64と同様に形成されている。
As shown in FIG. 2, the
図1に示すように、燃料ガス供給装置14は、図示しない燃料ガスタンク内の燃料ガスを燃料電池スタック12の燃料ガス供給連通孔46aに導く燃料ガス供給路70を有する。燃料ガス供給路70には、インジェクタ装置72及びエジェクタ74が直列に配設されている。インジェクタ装置72は、燃料ガス供給路70を流れる燃料ガスの流量を調整可能な図示しない燃料噴射弁を有する。インジェクタ装置72は、互いに並列に設けられた複数の燃料噴射弁を有してもよい。
As shown in FIG. 1 , the fuel
エジェクタ74は、インジェクタ装置72から導かれた燃料ガスを利用して後述する循環流路82から導かれた燃料排ガスを吸い込み、燃料ガスに混合して下流側に吐出するものである。
The
図3に示すように、燃料電池システム10Aは、第1ガス導出路76、第2ガス導出路78、気液分離装置80、循環流路82及び排水機構84をさらに備える。
As shown in FIG. 3, the
第1ガス導出路76は、第1燃料ガス排出連通孔46b1に連通して第1燃料ガス排出連通孔46b1を流通する燃料排ガスを排出する。第1ガス導出路76は、第1導出孔86と第1接続流路88とを含む。第1導出孔86は、インシュレータ22b及びエンドプレート24bを積層方向に貫通している。第1導出孔86は、第1燃料ガス排出連通孔46b1に隣接している。第1接続流路88は、エンドプレート24bと気液分離装置80とを互いに接続する配管によって形成されている。第1接続流路88は、第1導出孔86から導かれた燃料排ガスを気液分離装置80に導く。
The first gas lead-
第2ガス導出路78は、第2燃料ガス排出連通孔46b2に連通して第2燃料ガス排出連通孔46b2を流通する燃料排ガスを排出する。第2ガス導出路78は、第2導出孔90と第2接続流路92とを含む。第2導出孔90は、インシュレータ22b及びエンドプレート24bを積層方向に貫通している。第2導出孔90は、第2燃料ガス排出連通孔46b2に隣接している。第2接続流路92は、エンドプレート24bと気液分離装置80とを互いに接続する配管によって形成されている。第2接続流路92は、第2導出孔90から導かれた燃料排ガスを気液分離装置80に導く。
The second gas lead-
気液分離装置80は、気液分離部94(気液分離本体)と貯水部96とを含む。気液分離部94には、第1接続流路88及び第2接続流路92が連結している。気液分離部94は、第1接続流路88及び第2接続流路92から導かれた燃料排ガスを気液分離する。貯水部96内には、気液分離部94で燃料排ガスから分離された液状水が貯留される。循環流路82は、気液分離部94で分離された燃料排ガスをエジェクタ74(図1参照)に導く。
The gas-
排水機構84は、水導出路100、排水路102、排水弁104、第1縮小流路部106及び第2縮小流路部108を有する。水導出路100は、ドレン64に連通してドレン64内の滞留水を排出する。水導出路100は、水導出孔110と接続流路112とを含む。水導出孔110は、インシュレータ22b及びエンドプレート24bを積層方向に貫通している。水導出孔110は、ドレン64に隣接している。接続流路112は、エンドプレート24bと気液分離装置80とを互いに接続する配管によって形成されている。接続流路112は、水導出孔110から導かれた滞留水を気液分離装置80の貯水部96に導く。
The
排水路102は、貯水部96の底部に連結されている。排水路102は、貯水部96に貯留された滞留水を含む液状水を外部に排出する。排水弁104は、排水路102に設けられている。排水弁104は、排水路102を開放及び閉塞する開閉弁である。
第1縮小流路部106は、第1ガス導出路76の第1接続流路88に設けられている。第1縮小流路部106は、第1接続流路88の一部が縮径した第1絞り部114を有する。第1絞り部114の流路断面積は、第1燃料ガス排出連通孔46b1の流路断面積よりも小さい。
The first reduced
第1縮小流路部106は、第1接続流路88ではなく第1導出孔86に設けてもよい。すなわち、第1縮小流路部106は、インシュレータ22b又はエンドプレート24bに設けてもよい。第1縮小流路部106は、第1燃料ガス排出連通孔46b1の流路断面積よりも小さい流路断面積を有する配管で第1接続流路88を形成することにより、第1ガス導出路76に設けてもよい。
The first reduced
第2縮小流路部108は、第2ガス導出路78の第2接続流路92に設けられている。第2縮小流路部108は、第2接続流路92の一部が縮径した第2絞り部116を有する。第2絞り部116の流路断面積は、第2燃料ガス排出連通孔46b2の流路断面積よりも小さい。
The second reduced
第2縮小流路部108は、第2接続流路92ではなく第2導出孔90に設けてもよい。すなわち、第2縮小流路部108は、インシュレータ22b又はエンドプレート24bに設けてもよい。第2縮小流路部108は、第2燃料ガス排出連通孔46b2の流路断面積よりも小さい流路断面積を有する配管で第2接続流路92を形成することにより、第2ガス導出路78に設けてもよい。
The second
次に、燃料電池システム10Aの動作を説明する。
Next, the operation of the
図1において、燃料ガスは、図示しない燃料ガスタンクから燃料ガス供給路70に供給され、インジェクタ装置72及びエジェクタ74を介して燃料電池スタック12の燃料ガス供給連通孔46aに供給される。図2において、燃料ガス供給連通孔46aに供給された燃料ガスは、各発電セル16の燃料ガス流路48に導入され、発電面40に沿って流動することによりアノード電極36に供給される。
In FIG. 1 , fuel gas is supplied from a fuel gas tank (not shown) to a fuel
一方、酸化剤ガスは、図示しない酸化剤ガス供給装置から燃料電池スタック12の酸化剤ガス供給連通孔42aに供給される。酸化剤ガス供給連通孔42aに供給された酸化剤ガスは、各発電セル16の酸化剤ガス流路52に導入され、発電面40に沿って流動することによりカソード電極38に供給される。
On the other hand, the oxidant gas is supplied to the oxidant gas
従って、各MEA26aでは、アノード電極36に供給された燃料ガスとカソード電極38に供給された酸化剤ガス中の酸素とが、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。この際、カソード電極38では生成水が発生する。この生成水は、電解質膜34を浸透してアノード電極36に到達する。
Therefore, in each
また、冷却媒体は、図示しない冷却媒体供給装置から燃料電池スタック12の冷却媒体供給連通孔44aに供給される。冷却媒体は、冷却媒体流路56に沿って流動し、発電セル16を冷却した後、冷却媒体排出連通孔44bに排出される。
Also, the cooling medium is supplied to the cooling medium
カソード電極38に供給されて一部が消費された酸化剤ガスは、生成水とともに酸化剤排ガス(反応排ガス)として酸化剤ガス排出連通孔42b(第1酸化剤ガス排出連通孔42b1及び第2酸化剤ガス排出連通孔42b2)に排出される。
The oxidant gas supplied to the
アノード電極36に供給されて一部が消費された燃料ガスは、生成水とともに燃料排ガス(反応排ガス)として燃料ガス排出連通孔46b(第1燃料ガス排出連通孔46b1及び第2燃料ガス排出連通孔46b2)に排出される。
The fuel gas supplied to the
図1において、第1燃料ガス排出連通孔46b1に導かれた燃料排ガスは、第1ガス導出路76を介して気液分離部94に導かれる。第2燃料ガス排出連通孔46b2に導かれた燃料排ガス(反応排ガス)は、第2ガス導出路78を介して気液分離部94に導かれる。気液分離部94に導かれた燃料排ガスは、気液分離により水分が除去された後、循環流路82よりエジェクタ74のベンチュリ効果によって燃料ガス供給路70に戻される。なお、気液分離部94で分離された液状水は、貯水部96に貯留される。
In FIG. 1, the fuel exhaust gas led to the first fuel gas discharge communication hole 46b1 is led to the gas-
図3に示すように、このような燃料電池スタック12において、燃料ガス排出連通孔46b内には、発電時に生成された生成水と凝縮水とが滞留水として存在している。そして、例えば、燃料電池システム10Aが図示しない燃料電池電気自動車に搭載されている場合、燃料電池スタック12の一端(エンドプレート24a側)が他端(エンドプレート24b側)よりも下方に位置するように傾斜することがある。
As shown in FIG. 3, in such a
そうすると、第1燃料ガス排出連通孔46b1内の滞留水は、第1連結流路60及び第2連結流路62を介してドレン64に導かれる。また、第2燃料ガス排出連通孔46b2内の滞留水は、第2連結流路62を介してドレン64に導かれる。この場合、水導出路100がドレン64よりも上方に位置することになるため、ドレン64内の滞留水は、排出し難い状況である。
As a result, water remaining in the first fuel gas discharge communication hole 46b1 is led to the
しかしながら、本実施形態では、第1縮小流路部106及び第2縮小流路部108によって燃料排ガスの気液分離部94への流れが絞られているため、燃料ガス排出連通孔46b内の圧力が比較的高くなる。そのため、燃料電池スタック12が図3のように傾斜した状況において、燃料電池スタック12に供給される燃料ガスの供給量が比較的少ない場合であっても、ドレン64内の滞留水は、燃料排ガスによって水導出路100を介して貯水部96まで円滑に押し流される。
However, in the present embodiment, since the flow of the fuel exhaust gas to the gas-
この際、図4に示すように、排水弁104により排水路102を開放する(排水弁104を開弁する)と、貯水部96内の圧力が低下するため、ドレン64内の滞留水が貯水部96に一層円滑に導かれる。そして、貯水部96内の液状水(滞留水を含む)は、排水路102に排出される。そのため、滞留水によって燃料ガス排出連通孔46bが閉塞することにより発電性能が低下したり、滞留水が燃料ガス排出連通孔46b内で凍結することにより燃料電池スタック12が破損したりすることを効果的に抑えられる。
At this time, as shown in FIG. 4, when the
この場合、本実施形態に係る燃料電池システム10Aは、以下の効果を奏する。
In this case, the
燃料電池システム10Aにおいて、セル積層体18には、第1燃料ガス排出連通孔46b1、第2燃料ガス排出連通孔46b2及びドレン64が発電セル16の積層方向に沿って貫通形成されている。また、燃料電池スタック12には、第1燃料ガス排出連通孔46b1に連通して燃料排ガスを排出する第1ガス導出路76と、第2燃料ガス排出連通孔46b2に連通して燃料排ガスを導出する第2ガス導出路78とが設けられている。第1ガス導出路76には、第1燃料ガス排出連通孔46b1の流路断面積よりも小さい流路断面積を有する第1縮小流路部106が設けられ、第2ガス導出路78には、第2燃料ガス排出連通孔46b2の流路断面積よりも小さい流路断面積を有する第2縮小流路部108が設けられている。
In the
このような構成によれば、第1縮小流路部106及び第2縮小流路部108によって燃料ガス排出連通孔46b内の燃料排ガスの圧力を高めることができるため、ドレン64内の滞留水を燃料ガス排出連通孔46b内の燃料排ガスによって押し出すことができる。これにより、簡易な構成により、ドレン64内の滞留水を円滑に排出することができる。
According to such a configuration, the pressure of the fuel exhaust gas in the fuel gas
第1縮小流路部106は、第1ガス導出路76の一部が縮径した第1絞り部114を有し、第2縮小流路部108は、第2ガス導出路78の一部が縮径した第2絞り部116を有する。
The first narrowed
このような構成によれば、簡易な構成により、燃料電池スタック12から排出される燃料排ガスの流れを絞ることができる。
With such a configuration, the flow of the fuel exhaust gas discharged from the
燃料電池システム10Aは、第1ガス導出路76及び第2ガス導出路78から導かれた燃料排ガスを気液分離する気液分離部94と、気液分離部94で分離された液状水を貯留する貯水部96と、気液分離部94で分離された燃料排ガスを燃料電池スタック12に循環させるための循環流路82と、ドレン64から導かれた滞留水を貯水部96に導く水導出路100と、貯水部96内に貯留された液状水及び滞留水を排出するための排水路102と、排水路102を開放及び閉塞する排水弁104とを備える。
The
このような構成によれば、燃料排ガスから気液分離された液状水と燃料ガス排出連通孔46b内に滞留していた滞留水とを一緒に排出することができる。また、排水弁104により排水路102を開放することにより、貯水部96内の圧力を低下させることができるため、ドレン64内の滞留水を一層円滑に排出することができる。
According to such a configuration, the liquid water separated from the gas and liquid from the fuel exhaust gas and the remaining water remaining in the fuel gas
本実施形態は、上述した構成に限定されない。燃料ガス排出連通孔46bは、3つ以上であってもよい。この場合、ガス導出路(第1ガス導出路76等)及び縮小流路部(第1縮小流路部106等)は、燃料ガス排出連通孔46bの数に対応した数だけそれぞれ設けられる。
This embodiment is not limited to the configuration described above. The number of fuel gas
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る燃料電池システム10Bについて説明する。燃料電池システム10Bにおいて、上述した燃料電池システム10Aと同一の構成については同一の参照符号を付し、その説明については省略する。
(Second embodiment)
Next, a
図5に示すように、燃料電池システム10Bでは、気液分離装置80がエンドプレート24bに直接連結している。そのため、燃料電池システム10Bは、第1導出孔86からなる第1ガス導出路76aと、第2導出孔90からなる第2ガス導出路78aとを有する。また、燃料電池システム10Bは、上述した排水機構84に代えて排水機構120を備える。
As shown in FIG. 5, in the
排水機構120は、排水路122、排水弁104、水導出路124、第1縮小流路部126及び第2縮小流路部128を有する。
The
排水路122は、気液分離装置80の貯水部96内に設けられた第1排水路130と、貯水部96の底部から延出した第2排水路132とを含む。具体的には、第1排水路130は、貯水部96を構成する壁部によって形成されている。ただし、第1排水路130は、貯水部96内に設けた配管によって形成されてもよい。第2排水路132は、貯水部96内に貯留された水を外部に排出する。排水弁104は、第2排水路132に設けられている。排水弁104は、第2排水路132を開放及び閉塞する開閉弁である。
水導出路124は、水導出孔110と、水導出孔110から導かれた滞留水を第1排水路130に導く接続流路134とを含む。接続流路134は、貯水部96内に設けられている。具体的には、接続流路134は、貯水部96内に設けられた管状部材によって形成されている。ただし、接続流路134は、貯水部96を構成する壁部によって形成されてもよい。接続流路134は、排水路122のうち排水弁104よりも上流側(第1排水路130)に合流している。
The water lead-out
第1縮小流路部126は、第1排水路130に設けられている。第1縮小流路部126は、排水弁104によって第2排水路132が開放された際(排水弁104が開弁した際)に、ドレン64内の滞留水が水導出路124を介して第1排水路130に導かれるような差圧を発生させる。第1縮小流路部126は、第1排水路130の一部が縮径した第1絞り部136を有する。第1絞り部136の流路断面積は、第1燃料ガス排出連通孔46b1(又は第2燃料ガス排出連通孔46b2)の流路断面積よりも小さい。
The first
第1縮小流路部126は、第1燃料ガス排出連通孔46b1(第2燃料ガス排出連通孔46b2)の流路断面積よりも小さい流路断面積を有する配管で第1排水路130を形成することにより構成してもよい。
The first reduced
第2縮小流路部128は、接続流路134に設けられている。第2縮小流路部128は、接続流路134の一部が縮径した第2絞り部138を有する。第2絞り部138の流路断面積は、ドレン64の流路断面積よりも小さい。
The second
第2縮小流路部128は、ドレン64の流路断面積よりも小さい流路断面積を有する配管で接続流路134を形成することにより構成してもよい。
The second reduced
第1絞り部136(第1縮小流路部126)の流路径S1と、第2絞り部138(第2縮小流路部128)の流路径S2と、排水弁104の流路径Sa(排水弁104の開弁時の流路径)とは、排水弁104によって流体の流れが制限されないようにするために、Sa>(S1+S2)になるように設定するのが好ましい。ただし、S1、S2及びSaの大きさは、適宜設定可能である。
The flow path diameter S1 of the first narrowed portion 136 (first reduced flow path portion 126), the flow path diameter S2 of the second throttled portion 138 (second reduced flow path portion 128), and the flow path diameter Sa of the drain valve 104 (
このような燃料電池システム10Bでは、図6に示すように、排水弁104が開弁されると、排水路122のうち第1縮小流路部126よりも下流側と水導出路124のうち第2縮小流路部128よりも下流側との圧力が低下するため、燃料ガス排出連通孔46b内の燃料排ガスの圧力が相対的に高くなる(差圧が発生する)。この差圧によって、ドレン64内の滞留水は、水導出路124を介して排水路122に排出される。
In such a
本実施形態において、燃料電池システム10Bは、気液分離部94により分離された液状水を排出するための排水路122と、排水弁104と、ドレン64内の滞留水を排水路122のうち排水弁104よりも上流側に導く水導出路124とを備える。排水路122には、排水弁104によって排水路122が開放された際に、ドレン64内の滞留水が水導出路124を介して排水路122に導かれるような差圧を発生させる第1縮小流路部126が設けられている。
In this embodiment, the
このような構成によれば、排水弁104によって排水路122が開放された際に、第1縮小流路部126により差圧が発生するため、ドレン64内の滞留水を排水路122に導くことができる。よって、簡易な構成によりドレン64内の滞留水を円滑に排出することができる。また、図5のように、排水弁104により排水路122を閉塞した状態(排水弁104を閉弁した状態)で、燃料ガス排出連通孔46bから気液分離部94に導出された燃料排ガスは、第1縮小流路部126を通過しない。そのため、燃料排ガスを燃料電池スタック12に効率的に循環させることができる。
According to such a configuration, when the
第1縮小流路部126は、排水路122のうち水導出路124との合流部よりも上流側に設けられている。このような構成によれば、排水弁104の開弁時にドレン64内の滞留水を排水路122に一層円滑に排出することができる。
The first
水導出路124には、ドレン64の流路断面積よりも小さい流路断面積を有する第2縮小流路部128が設けられている。
The water lead-out
このような構成によれば、排水弁104の開弁時にドレン64内の滞留水と一緒に排出される燃料排ガスの流量を抑えることができる。
With such a configuration, it is possible to suppress the flow rate of the fuel exhaust gas discharged together with the water remaining in the
第1縮小流路部126は、第1排水路130の一部を縮径した第1絞り部136を有し、第2縮小流路部128は、水導出路124の一部を縮径した第2絞り部138を有する。
The first
このような構成によれば、第1縮小流路部126及び第2縮小流路部128を簡易な構成にすることができる。
According to such a configuration, the first reduced
第1縮小流路部126の流路径S1と、第2縮小流路部128の流路径S2と、排水弁104の流路径Saとは、Sa>(S1+S2)になるように設定されている。
The channel diameter S1 of the first reduced
このような構成によれば、排水弁104を流れる流体の流量によって第1縮小流路部126及び第2縮小流路部128のそれぞれを流れる流体の流量が制限されないため、ドレン64内の滞留水をより円滑に排出することができる。
With such a configuration, the flow rate of the fluid flowing through the
本実施形態において、第2縮小流路部128は、省略されてもよい。この場合であっても、ドレン64内の滞留水を排水路122に円滑に排出することができる。
In this embodiment, the second reduced
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る燃料電池システム10Cについて説明する。燃料電池システム10Cにおいて、上述した第2実施形態に係る燃料電池システム10Bと同一の構成については同一の参照符号を付し、その説明については省略する。
(Third embodiment)
Next, a fuel cell system 10C according to a third embodiment of the invention will be described. In the fuel cell system 10C, the same components as those of the
図7に示すように、燃料電池システム10Cは、排水機構120に代えて排水機構140が設けられている。排水機構140は、第1縮小流路部126に代えて縮小流路部142を備える。なお、排水機構140は、上述した第2縮小流路部128を有しない。縮小流路部142は、第1排水路130のうち接続流路134の合流部よりも下流側に設けられている。縮小流路部142は、第1排水路130の一部が縮径した絞り部144を有する。絞り部144の流路断面積は、第1燃料ガス排出連通孔46b1(又は第2燃料ガス排出連通孔46b2)の流路断面積よりも小さい。
As shown in FIG. 7, the fuel cell system 10C is provided with a
縮小流路部142は、ベンチュリ効果によってドレン64内の滞留水を第1排水路130に導くエジェクタとして機能する。つまり、接続流路134は、第1排水路130のうち縮小流路部142の上流側の近傍に合流する。
The reduced
このような燃料電池システム10Cでは、図8に示すように、排水弁104が開弁されると、気液分離部94から排水路122に燃料排ガスが排出される。この際、絞り部144を流れる燃料排ガスの流速が増加するため、絞り部144の上流側に低い圧力が発生し、ドレン64内の滞留水が水導出路124を介して第1排水路130に吸引される。そのため、ドレン64内の滞留水が円滑に排出される。
In such a fuel cell system 10C, as shown in FIG. 8, when the
本実施形態において、縮小流路部142は、ベンチュリ効果によってドレン64内の滞留水を排水路122に導くエジェクタとして機能する。
In the present embodiment, the reduced
このような構成によれば、簡易な構成によりドレン64内の滞留水を円滑に排出することができる。また、排水弁104により排水路122を閉塞した状態で、燃料ガス排出連通孔46bから気液分離部94に導出された燃料排ガスは、縮小流路部142を通過しない。そのため、燃料排ガスを燃料電池スタック12に効率的に循環させることができる。
According to such a configuration, it is possible to smoothly discharge water remaining in the
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.
燃料電池システム10B、10Cにおいて、燃料ガス排出連通孔46b及び酸化剤ガス排出連通孔42bの数は、1つ又は3つ以上であってもよい。燃料電池システム10A~10Cは、酸化剤ガス排出連通孔42b内に存在する滞留水を排出する排水機構を備えてもよい。この場合、当該排水機構は、上述した排水機構84、120、140と同様に構成することができる。
In the
以上の実施形態をまとめると、以下のようになる。 The above embodiment can be summarized as follows.
上記の実施形態は、発電面(40)に沿って反応ガスを流す反応ガス流路(48、52)が形成された発電セル(16)が複数積層されたセル積層体(18)を有する燃料電池スタック(12)を備え、前記セル積層体には、前記反応ガス流路から導かれた反応排ガスを排出するための排出連通孔(42b、46b)と、前記排出連通孔に連通して前記排出連通孔内の滞留水を排出するためのドレン(64、66)と、が前記発電セルの積層方向に沿って貫通形成された燃料電池システム(10A~10C)であって、前記排出連通孔は、複数設けられ、前記燃料電池スタックには、複数の前記排出連通孔に連通して前記反応排ガスを導出する複数のガス導出路(76、78)が設けられ、前記複数のガス導出路のそれぞれには、複数の前記排出連通孔の流路断面積よりも小さい流路断面積を有する縮小流路部(106、108)が設けられている、燃料電池システムを開示している。 The above-described embodiment is a fuel having a cell stack (18) in which a plurality of power generation cells (16) are stacked, each having reaction gas flow paths (48, 52) for flowing a reaction gas along the power generation surface (40). A battery stack (12) is provided, and the cell stack includes discharge communication holes (42b, 46b) for discharging the reaction exhaust gas guided from the reaction gas flow path, and the discharge communication holes communicating with the discharge communication holes. A fuel cell system (10A to 10C) in which drains (64, 66) for discharging stagnant water in the discharge communication hole are formed through the power generation cells along the stacking direction, wherein the discharge communication hole are provided in plurality, and the fuel cell stack is provided with a plurality of gas lead-out passages (76, 78) communicating with the plurality of discharge communication holes to lead out the reaction exhaust gas, and the plurality of gas lead-out passages Disclosed is a fuel cell system, each of which is provided with a reduced flow path section (106, 108) having a flow path cross-sectional area smaller than the flow path cross-sectional area of the plurality of discharge communication holes.
上記の燃料電池システムにおいて、前記縮小流路部は、前記複数のガス導出路のそれぞれの一部が縮径した絞り部(114、116)を有してもよい。 In the above-described fuel cell system, the reduced flow path portion may have narrowed portions (114, 116) in which a portion of each of the plurality of gas lead-out paths is reduced in diameter.
上記の燃料電池システムにおいて、前記複数のガス導出路から導かれた前記反応排ガスを気液分離する気液分離部(94)と、前記気液分離部で分離された液状水を貯留する貯水部(96)と、前記気液分離部で分離された反応排ガスを前記燃料電池スタックに循環させるための循環流路(82)と、前記ドレンから導かれた前記滞留水を前記貯水部に導く水導出路(100)と、前記貯水部内に貯留された前記液状水及び前記滞留水を排出するための排水路(102)と、前記排水路を開放及び閉塞する排水弁(104)と、を備えてもよい。 In the above fuel cell system, a gas-liquid separation section (94) for gas-liquid separation of the reaction exhaust gas led from the plurality of gas lead-out passages, and a water storage section for storing the liquid water separated by the gas-liquid separation section. (96), a circulation passage (82) for circulating the reaction exhaust gas separated by the gas-liquid separation section to the fuel cell stack, and water for guiding the retained water guided from the drain to the water storage section. An outlet channel (100), a drainage channel (102) for discharging the liquid water and the stagnant water stored in the water reservoir, and a drain valve (104) for opening and closing the drainage channel. may
上記の実施形態は、発電面に沿って反応ガスを流す反応ガス流路が形成された発電セルが複数積層されたセル積層体を有する燃料電池スタックを備え、前記セル積層体には、前記反応ガス流路から導かれた反応排ガスを排出するための排出連通孔と、前記排出連通孔に連通して滞留水を排出するためのドレンと、が前記発電セルの積層方向に沿って貫通形成された燃料電池システムであって、前記排出連通孔から導かれた前記反応排ガスを気液分離する気液分離部と、前記気液分離部により分離された液状水を排出するための排水路(122)と、前記排水路を開放及び閉塞するための排水弁と、前記ドレン内の前記滞留水を前記排水路のうち前記排水弁よりも上流側に導く水導出路(124)と、を備え、前記排水路には、前記排水弁によって前記排水路が開放された際に、前記ドレン内の前記滞留水が前記水導出路を介して前記排水路に導かれるような差圧を発生させる縮小流路部(126、142)が設けられている、燃料電池システムを開示している。 The above-described embodiment includes a fuel cell stack having a cell stack in which a plurality of power generation cells are stacked, each having a reaction gas flow path for flowing a reaction gas along a power generation surface. A discharge communication hole for discharging the reaction exhaust gas guided from the gas channel, and a drain communicating with the discharge communication hole for discharging the accumulated water are formed through the power generating cells along the stacking direction. The fuel cell system comprises a gas-liquid separation section for gas-liquid separation of the reaction exhaust gas led from the discharge communication hole, and a drainage channel (122) for discharging the liquid water separated by the gas-liquid separation section. ), a drain valve for opening and closing the drain channel, and a water lead-out channel (124) for guiding the accumulated water in the drain to the upstream side of the drain valve in the drain channel, In the drainage channel, when the drainage channel is opened by the drainage valve, a contraction flow that generates a differential pressure such that the stagnant water in the drain is led to the drainage channel through the water lead-out channel. A fuel cell system is disclosed in which channels (126, 142) are provided.
上記の燃料電池システムにおいて、前記縮小流路部は、前記排水路のうち前記水導出路との合流部よりも上流側に設けられてもよい。 In the fuel cell system described above, the narrowed channel portion may be provided upstream of a confluence portion with the water lead-out channel in the drain channel.
上記の燃料電池システムにおいて、前記縮小流路部は、第1縮小流路部(126)であり、前記水導出路には、前記ドレンの流路断面積よりも小さい流路断面積を有する第2縮小流路部(128)が設けられてもよい。 In the above fuel cell system, the reduced flow path portion is a first reduced flow path portion (126), and the water lead-out path has a flow path cross-sectional area smaller than that of the drain. Two reduced channel sections (128) may be provided.
上記の燃料電池システムにおいて、前記第1縮小流路部は、前記排水路の一部を縮径した第1絞り部(136)を有し、前記第2縮小流路部は、前記水導出路の一部を縮径した第2絞り部(138)を有してもよい。 In the fuel cell system described above, the first reduced flow path portion has a first narrowed portion (136) formed by reducing the diameter of a portion of the drainage channel, and the second reduced flow path portion has the water lead-out path. It may have a second constricted portion (138) that is a portion of the diameter of which is reduced.
上記の燃料電池システムにおいて、前記第1縮小流路部の流路径S1と、前記第2縮小流路部の流路径S2と、前記排水弁の流路径Saとは、Sa>(S1+S2)になるように設定されてもよい。 In the above fuel cell system, the channel diameter S1 of the first reduced channel portion, the channel diameter S2 of the second reduced channel portion, and the channel diameter Sa of the drain valve satisfy Sa>(S1+S2). may be set as
上記の燃料電池システムにおいて、前記縮小流路部(142)は、ベンチュリ効果によって前記ドレン内の前記滞留水を前記排水路に導くエジェクタとして機能してもよい。 In the fuel cell system described above, the reduced flow path portion (142) may function as an ejector that guides the water remaining in the drain to the drainage path by a venturi effect.
10A~10C…燃料電池システム 12…燃料電池スタック
16…発電セル 18…セル積層体
40…発電面
42b…酸化剤ガス排出連通孔(排出連通孔)
46b…燃料ガス排出連通孔(排出連通孔)
48…燃料ガス流路(反応ガス流路) 52…酸化剤ガス流路(反応ガス流路)
64、66…ドレン 76…第1ガス導出路(ガス導出路)
78…第2ガス導出路(ガス導出路) 82…循環流路
94…気液分離部 96…貯水部
100、124…水導出路 102…排水路
104…排水弁
106、126…第1縮小流路部(縮小流路部)
108、128…第2縮小流路部(縮小流路部)
114、136…第1絞り部(絞り部) 116、138…第2絞り部(絞り部)
142…縮小流路部
DESCRIPTION OF
46b...Fuel gas discharge communication hole (discharge communication hole)
48... Fuel gas channel (reactant gas channel) 52... Oxidant gas channel (reactant gas channel)
64, 66...
78 Second gas lead-out path (gas lead-out path) 82
108, 128 . . . second reduced flow path portion (reduced flow path portion)
114, 136... 1st diaphragm part (diaphragm part) 116, 138... 2nd diaphragm part (diaphragm part)
142... Reduced flow path part
Claims (11)
前記セル積層体の前記積層方向の両端には、インシュレータ及びエンドプレートが前記積層方向の外方に向かって順次配設され、
前記排出連通孔は、複数設けられ、
前記燃料電池スタックには、複数の前記排出連通孔に連通して前記反応排ガスを導出する複数のガス導出路が設けられ、
前記複数のガス導出路のそれぞれには、複数の前記排出連通孔の流路断面積よりも小さい流路断面積を有する縮小流路部が設けられ、
前記縮小流路部は、前記燃料電池スタックの前記インシュレータ又は前記エンドプレートに設けられ、
前記縮小流路部によって圧力が高められた複数の前記排出連通孔内の前記反応排ガスは、前記ドレン内の前記滞留水を押し出す、燃料電池システム。 A fuel cell stack having a cell stack in which a plurality of power generation cells are stacked, each having a reaction gas flow path for flowing a reaction gas along a power generation surface. A discharge communication hole for discharging the reacted exhaust gas, and a drain communicating with the discharge communication hole for discharging the accumulated water in the discharge communication hole are formed through the power generation cells along the stacking direction. a fuel cell system comprising:
Insulators and end plates are sequentially arranged outward in the stacking direction at both ends of the cell stack in the stacking direction,
A plurality of the discharge communication holes are provided,
The fuel cell stack is provided with a plurality of gas lead-out paths communicating with the plurality of discharge communication holes to lead out the reaction exhaust gas,
Each of the plurality of gas lead-out passages is provided with a reduced flow passage portion having a flow passage cross-sectional area smaller than that of the plurality of discharge communication holes,
the reduced flow path portion is provided in the insulator or the end plate of the fuel cell stack,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the reactive exhaust gas in the plurality of discharge communication holes, the pressure of which is increased by the contracted passage portion, pushes out the water remaining in the drain.
前記排出連通孔は、複数設けられ、A plurality of the discharge communication holes are provided,
前記燃料電池スタックには、複数の前記排出連通孔に連通して前記反応排ガスを導出する複数のガス導出路が設けられ、The fuel cell stack is provided with a plurality of gas lead-out paths communicating with the plurality of discharge communication holes to lead out the reaction exhaust gas,
前記燃料電池システムは、前記複数のガス導出路から導かれた前記反応排ガスを気液分離する気液分離部を有し、The fuel cell system has a gas-liquid separation unit for gas-liquid separation of the reaction exhaust gas led from the plurality of gas lead-out paths,
前記複数のガス導出路のそれぞれは、前記燃料電池スタックのエンドプレートと前記気液分離部とを互いに接続する接続流路を含み、each of the plurality of gas lead-out passages includes a connection passage that connects the end plate of the fuel cell stack and the gas-liquid separator to each other;
当該接続流路には、複数の前記排出連通孔の流路断面積よりも小さい流路断面積を有する縮小流路部が設けられ、The connection channel is provided with a reduced channel portion having a channel cross-sectional area smaller than the channel cross-sectional area of the plurality of discharge communication holes,
前記縮小流路部によって圧力が高められた複数の前記排出連通孔内の前記反応排ガスは、前記ドレン内の前記滞留水を押し出す、燃料電池システム。The fuel cell system according to claim 1, wherein the reactive exhaust gas in the plurality of discharge communication holes, the pressure of which is increased by the contracted passage portion, pushes out the water remaining in the drain.
前記縮小流路部は、前記複数のガス導出路のそれぞれの一部が縮径した絞り部を有する、燃料電池システム。 3. The fuel cell system according to claim 1 or 2 ,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the reduced passage portion has a constricted portion in which a portion of each of the plurality of gas lead-out passages is reduced in diameter.
前記複数のガス導出路から導かれた前記反応排ガスを気液分離する気液分離部と、
前記気液分離部で分離された液状水を貯留する貯水部と、
前記気液分離部で分離された反応排ガスを前記燃料電池スタックに循環させるための循環流路と、
前記ドレンから導かれた前記滞留水を前記貯水部に導く水導出路と、
前記貯水部内に貯留された前記液状水及び前記滞留水を排出するための排水路と、
前記排水路を開放及び閉塞する排水弁と、を備える、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 ,
a gas-liquid separation unit for gas-liquid separation of the reaction exhaust gas guided from the plurality of gas lead-out paths;
a water storage section for storing liquid water separated by the gas-liquid separation section;
a circulation channel for circulating the reaction exhaust gas separated by the gas-liquid separator to the fuel cell stack;
a water lead-out path leading the stagnant water led from the drain to the water reservoir;
a drainage channel for discharging the liquid water and the stagnant water stored in the water reservoir;
and a drain valve that opens and closes the drain channel.
前記気液分離部で分離された液状水を貯留する貯水部と、a water storage section for storing liquid water separated by the gas-liquid separation section;
前記気液分離部で分離された反応排ガスを前記燃料電池スタックに循環させるための循環流路と、a circulation channel for circulating the reaction exhaust gas separated by the gas-liquid separator to the fuel cell stack;
前記ドレンから導かれた前記滞留水を前記貯水部に導く水導出路と、a water lead-out path leading the stagnant water led from the drain to the water reservoir;
前記貯水部内に貯留された前記液状水及び前記滞留水を排出するための排水路と、a drainage channel for discharging the liquid water and the stagnant water stored in the water reservoir;
前記排水路を開放及び閉塞する排水弁と、を備える、燃料電池システム。and a drain valve that opens and closes the drain channel.
前記排出連通孔から導かれた前記反応排ガスを気液分離する気液分離部と、
前記気液分離部により分離された液状水を排出するための排水路と、
前記排水路を開放及び閉塞するための排水弁と、
前記ドレン内の前記滞留水を前記排水路のうち前記排水弁よりも上流側に導く水導出路と、を備え、
前記排水路には、前記排水弁によって前記排水路が開放された際に、前記ドレン内の前記滞留水が前記水導出路を介して前記排水路に導かれるような差圧を発生させる縮小流路部が設けられている、燃料電池システム。 A fuel cell stack having a cell stack in which a plurality of power generation cells are stacked, each having a reaction gas flow path for flowing a reaction gas along a power generation surface. A fuel cell system in which a discharge communication hole for discharging the reacted exhaust gas and a drain communicating with the discharge communication hole for discharging accumulated water are formed through the power generation cells along the stacking direction. hand,
a gas-liquid separation unit for gas-liquid separation of the reaction exhaust gas guided from the discharge communication hole;
a drainage channel for discharging the liquid water separated by the gas-liquid separator;
a drain valve for opening and closing the drain;
a water lead-out path that guides the stagnant water in the drain upstream of the drain valve in the drain path,
In the drainage channel, when the drainage channel is opened by the drainage valve, a contraction flow that generates a differential pressure such that the water remaining in the drain is led to the drainage channel through the water lead-out channel. A fuel cell system provided with a channel.
前記縮小流路部は、前記排水路のうち前記水導出路との合流部よりも上流側に設けられている、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 6 ,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the narrowed flow path portion is provided upstream of a confluence portion with the water lead-out path in the drainage path.
前記縮小流路部は、第1縮小流路部であり、
前記水導出路には、前記ドレンの流路断面積よりも小さい流路断面積を有する第2縮小流路部が設けられている、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 7 ,
The reduced flow path portion is a first reduced flow path portion,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the water lead-out path is provided with a second reduced flow path portion having a flow path cross-sectional area smaller than that of the drain.
前記第1縮小流路部は、前記排水路の一部を縮径した第1絞り部を有し、
前記第2縮小流路部は、前記水導出路の一部を縮径した第2絞り部を有する、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 8 ,
The first reduced flow path portion has a first narrowed portion obtained by reducing the diameter of a part of the drainage channel,
The fuel cell system, wherein the second reduced flow path portion has a second constricted portion formed by reducing a diameter of a part of the water lead-out path.
前記第1縮小流路部の流路径S1と、前記第2縮小流路部の流路径S2と、前記排水弁の流路径Saとは、Sa>(S1+S2)になるように設定されている、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 8 or 9 ,
The channel diameter S1 of the first reduced channel portion, the channel diameter S2 of the second reduced channel portion, and the channel diameter Sa of the drain valve are set so that Sa>(S1+S2). fuel cell system.
前記縮小流路部は、ベンチュリ効果によって前記ドレン内の前記滞留水を前記排水路に導くエジェクタとして機能する、燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 8 ,
The fuel cell system, wherein the reduced flow path portion functions as an ejector that guides the stagnant water in the drain to the drainage path by a venturi effect.
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