JP7596840B2 - スタックマニホールド - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池のセルスタックに流体を供給するためのスタックマニホールドに関する。

特許文献１に示されるように、スタックマニホールドは、燃料電池のセルスタックに取り付けることが可能とされている。スタックマニホールドはハウジングを備えている。ハウジングには、複数の導入口、分配室、及び複数の導出口が形成されている。スタックマニホールドは、ハウジングの導入口から分配室に導入された流体を、その分配室から導出口を介してセルスタックに導出する。

特開２０１７－１１７５５０号公報

特許文献１のスタックマニホールドでは、複数の導入口が互いに等間隔をおいて形成されているだけであるため、複数の導入口から分配室に導入されて流体が複数の導出口に流れるとき、それらの導入口に対し上記流体が必ずしも偏りなく流れるとは限らない。そして、スタックマニホールドにおける複数の導出口に対して上記流体が偏りなく流れないと、それら導出口からのセルスタックに対する上記流体の導出に偏りが生じる。

スタックマニホールドにおける分配室の容積を大きくすれば、複数の導入口から分配室内に導入された流体の流れが分配室内で偏りにくくなる。その結果、分配室から複数の導出口に対して流体が偏りのない状態で流れやすくなり、それら導出口からのセルスタックに対する上記流体の導出にも偏りが生じにくくなる。ただし、この場合には、分配室の容積を大きくしなければならない分、スタックマニホールドが大型化する。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するスタックマニホールドは、複数の燃料電池セルを厚さ方向に重ねることによって形成されたセルスタックに取り付けることが可能とされる。上記スタックマニホールドは、複数の導入口、分配室、及び複数の導出口が形成されたハウジングを備える。上記スタックマニホールドは、導入口から分配室に導入された流体を同分配室から導出口を介してセルスタックに導出する。複数の上記導入口は、分配室への上記流体の流入方向が互いに異なるように形成されている。

上記構成によれば、複数の導入口は分配室への流体の流入方向が互いに異なっているため、複数の導入口から分配室に導入された上記流体が互いにぶつかったりハウジングの内壁にぶつかったりすることにより、分配室内での上記流体の流れが乱れやすくなる。その結果、分配室から複数の導出口への流体の流れに偏りが生じにくくなり、それら導出口からのセルスタックに対する流体の導出が均等に行われにくくなることを抑制できる。また、分配室内での上記流体の流れに乱れを生じさせることにより、分配室からの複数の導出口への流体の流れに偏りを生じにくくするため、そうした偏りが生じにくくなるよう分配室の容積を大きくする必要がない。従って、分配室を大きくすることに伴ってスタックマニホールドが大型化することはない。

本実施形態の燃料電池のセルスタック及びスタックマニホールドを示す略図。 スタックマニホールドの比較例を示す略図。 スタックマニホールドの他の例を示す略図。

以下、燃料電池に適用されるスタックマニホールドの一実施形態について、図１～図３を参照して説明する。
図１に示すように、燃料電池のセルスタック１は、複数の燃料電池セル２を厚さ方向に重ねることによって形成されている。セルスタック１に対しては、燃料ガス（水素等）、酸化ガス（空気等）、及び冷媒（冷却水等）といった流体の給排が行われる。そして、燃料ガス及び酸化ガスがセルスタック１に供給され、燃料電池セル２の膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode Gas-diffusion Assembly）での上記燃料ガスと上記酸化ガスとの反応に基づき発電が行われる。また、こうした発電に伴って生じた熱は、セルスタック１を通過する冷媒によって奪われる。その結果、セルスタック１が冷却される。

セルスタック１にはスタックマニホールド３を取り付けることが可能となっている。このスタックマニホールド３は、上述した燃料ガス、酸化ガス、及び冷媒といった流体をセルスタック１に供給するためのものである。この例のスタックマニホールド３は、例えば燃料ガスをセルスタック１に供給する。スタックマニホールド３はハウジング４を備えている。ハウジング４には、複数の導入口５、分配室６、及び複数の導出口７が形成されている。スタックマニホールド３は、ハウジング４の導入口５から分配室６に導入された流体（この例では燃料ガス）を、その分配室６から導出口７を介してセルスタック１に導出する。

スタックマニホールド３における複数の導出口７は、それらの中心線Ｌ１が互いに平行となるように形成されている。スタックマニホールド３における複数の導入口５は、分配室６への上記流体の流入方向が互いに異なるように形成されている。より詳しくは、複数の導入口５は、それらを分配室６内に向けて延長させた仮想線Ｌ２が同分配室６内で交わるように形成されている。更に、複数の導入口５のうちの少なくとも一つ（この例では全部）は、その導入口５の中心線Ｌ３が導出口７の中心線Ｌ１に対し傾斜している。

次に、本実施形態のスタックマニホールド３の作用について説明する。
セルスタック１に取り付けられたスタックマニホールド３では、複数の導入口５からハウジング４内の分配室６に上記流体が導入される。その後、上記流体が分配室６から複数の導出口７を介してセルスタック１に導出される。

複数の導入口５は分配室６への流体の流入方向が互いに異なっているため、複数の導入口５から分配室６に導入された上記流体が互いにぶつかったりハウジング４の内壁にぶつかったりすることにより、分配室６内での上記流体の流れが乱れやすくなる。その結果、分配室６から複数の導出口７への流体の流れに偏りが生じにくくなり、それら導出口７からのセルスタック１に対する流体の導出が均等に行われなくなることを抑制できる。

図２は、分配室６からの複数の導出口７への上記流体の流れに偏りを生じにくくするため、スタックマニホールド３における分配室６の容積を大きくした例を示している。この場合、分配室６を矢印ｔ１方向に大きくすることによって導入口５から導出口７までの距離が長くなるため、上記流体が分配室６を通過する際、その流体の流れに偏りが生じにくくなる。しかし、分配室６の容積を大きくしている分、スタックマニホールド３が大型化する。

この実施形態のスタックマニホールド３（図１）では、分配室６内での上記流体の流れに乱れを生じさせることにより、分配室６からの複数の導出口７への上記流体の流れに偏りが生じにくくなるため、そうした偏りが生じにくくなるよう分配室６の容積を大きくする必要がない。このため、分配室６が図１の矢印ｔ２方向に大きくなることを抑制でき、分配室６を大きくすることに伴ってスタックマニホールド３が大型化することを抑制できるようになる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）スタックマニホールド３が大型化することなく、複数の導出口７からのセルスタック１に対する流体の導出に偏りが生じることを抑制できる。

（２）スタックマニホールド３では、複数の導入口５を分配室６内に向けて延長させたと仮定したときの仮想線Ｌ２が分配室６内で交わる。すなわち、そのように複数の導入口５がハウジング４に形成されている。このため、複数の導入口５から分配室６に導入された流体が互いにぶつかり、それに伴って分配室６内での上記流体の流れに効率よく乱れが生じる。その結果、分配室６から複数の導出口７への流体の流れに偏りが生じにくくなり、それら導出口７からのセルスタック１に対する流体の導出に偏りが生じることを抑制できる。

（３）スタックマニホールド３における複数の導入口５のうちの少なくとも一つ（この例では全部）は、その導入口５の中心線Ｌ３が導出口７の中心線Ｌ１に対し傾斜している。このため、導出口７の中心線Ｌ１に対し傾斜する中心線Ｌ１を有する導入口５から分配室６に導入された流体が、分配室６への導入後にすぐに上記導出口７からは導出されにくい。このため、分配室６内での流体の流れが乱れやすくなる。その結果、分配室６から複数の導出口７への流体の流れに偏りが生じにくくなり、それら導出口７からのセルスタック１に対する流体の導出に偏りが生じることを抑制できる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・必ずしも複数の導入口５のうちの全部の中心線Ｌ３が導出口７の中心線Ｌ１に対し傾斜している必要はない。

・複数の導入口５を分配室６内に向けて延長させたと仮定したときの仮想線Ｌ２（図１）が、必ずしも分配室６内で交わっている必要はない。
・図３に示すように複数の導入口５のうちの少なくとも一つ（この例では二つ）が、複数の導出口７のうちの流体の流れにくい箇所にある導出口７、例えば分配室６の隅に位置する導出口７に向けて開口するように形成されていてもよい。この場合、複数の導出口７のうちの流れにくい箇所にある導出口７に向けて開口する導入口５から分配室６内に導入された流体を、上記流れにくい箇所にある導出口７に向けて流すことができる。これにより、複数の導出口７からのセルスタック１に対する流体の導出に偏りが生じることを抑制できる。更に、そうした偏りが生じにくくなるよう分配室６の容積を大きくする必要がない。このため、分配室６が図３の矢印ｔ２方向に大きくなることを抑制できる。

・複数の導入口５の数を、例えば四つ以上などに適宜変更してもよい。

１…セルスタック
２…燃料電池セル
３…スタックマニホールド
４…ハウジング
５…導入口
６…分配室
７…導出口

Claims (3)

1. 複数の燃料電池セルを厚さ方向に重ねることによって形成されたセルスタックに取り付けることが可能であり、複数の導入口、分配室、及び複数の導出口が形成されたハウジングを備え、前記導入口から前記分配室に導入された流体を同分配室から前記導出口を介して前記セルスタックに導出するスタックマニホールドにおいて、
   複数の前記導入口は、前記分配室への前記流体の流入方向が互いに異なるように形成され、且つ、複数の前記導入口を前記分配室内に向けて延長させた仮想線が同分配室内で交わるように形成されているスタックマニホールド。
2. 複数の前記導入口のうちの少なくとも一つは、その導入口の中心線が前記導出口の中心線に対し傾斜している請求項１に記載のスタックマニホールド。
3. 複数の前記導入口のうちの少なくとも一つは、複数の前記導出口のうちの前記分配室の隅に位置する導出口に向けて開口している請求項１又は２に記載のスタックマニホールド。