JP2006179294A - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
【課題】 簡素な構成にて燃料電池スタックの低温起動性向上を図る。
【解決手段】 燃料ガスと酸化ガスが供給されて発電するセル2を複数積層してなるセル積層体3を備えた燃料電池スタック1であって、セル2内又は/及びセル2間の接触抵抗を低温時または起動時に大とする感温部14を設けた。感温部14は、低温起動時に収縮してスタック締結力を低下させる。接触抵抗の増加に伴いIR損による発熱量が増加するので、燃料電池スタック1の昇温速度を上げることができ、低温起動性が向上する。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To improve low temperature startability of a fuel cell stack with a simple configuration.
SOLUTION: A fuel cell stack 1 including a cell stack 3 formed by stacking a plurality of cells 2 that are supplied with a fuel gas and an oxidant gas to generate power, and the contact resistance within the cell 2 and / or between the cells 2 Is provided with a temperature-sensing unit 14 that increases the temperature at the time of low temperature or startup. The temperature sensing unit 14 contracts at the time of low temperature startup to reduce the stack fastening force. Since the amount of heat generated by IR loss increases as the contact resistance increases, the temperature increase rate of the fuel cell stack 1 can be increased, and the low-temperature startability is improved.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、燃料電池スタックに関し、特に、低温起動性の向上に有効な技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell stack, and more particularly to a technique effective for improving low-temperature startability.
燃料電池(セル)は、水素と酸素の反応から水を生成する反応により電気を作り出す。かかる反応は発熱反応であるため、運転時は問題ないが、運転停止後に外気温が低下すると、水蒸気が凝結して氷になることがある。かかる場合には、セル内のガス拡散が一部閉塞され、発電できなくなる場合や性能低下を生ずることがある。そこで、起動時に燃料電池スタックの締結力を一時的に低下させ、接触抵抗の増加による低温起動性(暖機性)の向上を図る技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この技術は、セルが積層されてなる燃料電池本体をガス圧にてセル積層方向に加圧する加圧手段を備え、起動時に加圧手段による加圧力を低下させて燃料電池スタックの締結力を低下させるものである。しかしながら、加圧手段は、窒素ガスが給排されるエアシリンダを備えた構成であるため、燃料電池スタックの構成が複雑化するという課題がある。 This technology is equipped with a pressurizing means that pressurizes the fuel cell body in which cells are stacked in the cell stacking direction with gas pressure, and lowers the pressure applied by the pressurizing means at startup to reduce the fastening force of the fuel cell stack It is what However, since the pressurizing means has an air cylinder for supplying and discharging nitrogen gas, there is a problem that the configuration of the fuel cell stack becomes complicated.
そこで、本発明は、簡素な構成にて燃料電池スタックの低温起動性を向上させることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to improve the low temperature startability of the fuel cell stack with a simple configuration.
本発明の燃料電池スタックは、燃料ガスと酸化ガスが供給されて発電するセルを複数積層してなる燃料電池スタックであって、セル内又は/及びセル間の接触抵抗を低温時または起動時に大とする感温部が設けられたものである。 The fuel cell stack of the present invention is a fuel cell stack formed by stacking a plurality of cells that are supplied with fuel gas and oxidant gas to generate electric power, and has a large contact resistance in a cell and / or between cells at a low temperature or at startup. A temperature sensing part is provided.
セル内又は/及びセル間の接触抵抗が増加すると、接触抵抗の増加に伴い、セルに発電電流が流れる際のIR損(ジュール損)による発熱量も増加する。よって、上記構成によれば、低温時または起動時であっても燃料電池スタックの昇温速度を上げることができる。 When the contact resistance in the cell and / or between the cells increases, the amount of heat generated by IR loss (Joule loss) when the generated current flows through the cell increases as the contact resistance increases. Therefore, according to the above configuration, the temperature increase rate of the fuel cell stack can be increased even at a low temperature or at startup.
本発明の燃料電池スタックは、軸力によりセル積層体に締結力を付与するテンション部材と、前記テンション部材により互いの距離が略一定となるように保持された一対のエンドプレートとを有し、前記セルは前記エンドプレート間の押圧力にて圧縮力が付与されてなり、前記感温部は、温度低下に伴い収縮して前記圧縮力を減ずるものでもよい。 The fuel cell stack of the present invention has a tension member that applies a fastening force to the cell stack by an axial force, and a pair of end plates that are held by the tension member so that the distance from each other is substantially constant, The cell may be provided with a compressive force by a pressing force between the end plates, and the temperature-sensitive portion may be contracted with a decrease in temperature to reduce the compressive force.
このような構成によれば、テンション部材間の距離が略一定とされているので、温度低下に伴いセルに作用するセル積層方向の圧縮力、言い換えれば、スタック締結力が低下し、セル内又は/及びセル間の接触抵抗が増加する。かかる接触抵抗の増加により、セルに発電電流が流れる際のIR損(ジュール損)による発熱量も増加するので、低温時または起動時であっても燃料電池スタックの昇温速度を上げることができる。 According to such a configuration, since the distance between the tension members is substantially constant, the compressive force in the cell stacking direction acting on the cell as the temperature decreases, in other words, the stack fastening force decreases, / And contact resistance between cells increases. The increase in contact resistance also increases the amount of heat generated by IR loss (Joule loss) when the generated current flows through the cell, so that the temperature rise rate of the fuel cell stack can be increased even at low temperatures or at startup. .
前記感温部は、各セル間に設けられていてもよい。かかる構成によれば、各セルでの接触抵抗のばらつきを抑制することが可能となる。 The temperature sensing unit may be provided between the cells. According to such a configuration, it is possible to suppress variations in contact resistance among cells.
前記感温部は、各セルの発電面に設けられていてもよい。かかる構成によれば、接触抵抗によって発熱する領域で確実に接触抵抗が可変となる。 The temperature sensing unit may be provided on the power generation surface of each cell. According to such a configuration, the contact resistance can be reliably varied in a region where heat is generated by the contact resistance.
前記感温部は、各セル間に冷却通路を画成するリブの頂部に設けられていてもよい。かかる構成によれば、燃料電池スタック内を流通する冷却液の温度上昇が促進されるので、昇温した冷却液によるセルの暖機が可能となる。 The temperature sensing part may be provided at the top of a rib that defines a cooling passage between the cells. According to such a configuration, since the temperature rise of the coolant flowing through the fuel cell stack is promoted, the cell can be warmed up by the heated coolant.
なお、感温部とは、燃料電池スタックを構成する要素や該構成要素における部位のうち、温度変化に伴い生ずるセル積層方向の伸縮量が他よりも大である構成要素または部位であって、例えば金属であれば、鉄(線膨張係数:12×10-6/K)やアルミニウム(線膨張係数:23×10-6/K)を採用することが可能である。また、これら金属以外にも、カーボングラファイト(線膨張係数:7×10-6/K)や樹脂の採用が可能である。 The temperature sensing part is a component or part of the constituent elements of the fuel cell stack and the part in the constituent element that has a larger amount of expansion and contraction in the cell stacking direction due to temperature change than the others, For example, in the case of metal, iron (linear expansion coefficient: 12 × 10 −6 / K) or aluminum (linear expansion coefficient: 23 × 10 −6 / K) can be used. In addition to these metals, carbon graphite (linear expansion coefficient: 7 × 10 −6 / K) or resin can be used.
樹脂としては、例えば、ポリアミドPA6(線膨張係数:80×10-6/K)、ポリアミドPA66(線膨張係数:90〜100×10-6/K)、PE,PP,及びPBT(いずれも、線膨張係数:110×10-6/)、ABS(線膨張係数:75×10-6/K)を採用することが可能である。これらの樹脂は、セパレータ構成部材(カーボン、金属)や、テンション部材等の外寸固定部材(金属等)に対し線膨張係数が大きいため、好適である。 Examples of the resin include polyamide PA6 (linear expansion coefficient: 80 × 10 −6 / K), polyamide PA66 (linear expansion coefficient: 90 to 100 × 10 −6 / K), PE, PP, and PBT (all of It is possible to employ linear expansion coefficient: 110 × 10 −6 /), ABS (linear expansion coefficient: 75 × 10 −6 / K). These resins are suitable because they have a large linear expansion coefficient with respect to separator constituent members (carbon, metal) and outer dimension fixing members (metal, etc.) such as tension members.
以上の他に、例えばバイメタルを用いた、温度変化により反力の変化するバネを使用することも可能である。また、低温時とは、例えば0℃(生成水が凍結する温度)以下の時をいう。 In addition to the above, it is also possible to use a spring using a bimetal, for example, whose reaction force changes due to temperature change. Moreover, the time of low temperature means the time below 0 degreeC (temperature which product water freezes), for example.
本発明の燃料電池スタックによれば、温度変化に伴う感温部の自己伸縮性を利用して、セル内又は/及びセル間の接触抵抗を増加させ、これに伴い増加するIR損(ジュール損)による発熱で燃料電池スタックを昇温させることが可能である。よって、燃料電池スタックの構成の複雑化を招くことなく、簡素な構成にて低温起動性(暖機性)の向上を図ることができる。 According to the fuel cell stack of the present invention, the contact resistance within the cell and / or between the cells is increased by utilizing the self-stretching property of the temperature sensitive part accompanying the temperature change, and the IR loss (Joule loss) increases accordingly. The temperature of the fuel cell stack can be raised by the heat generated by the Therefore, it is possible to improve the low-temperature startability (warm-up property) with a simple configuration without causing complication of the configuration of the fuel cell stack.
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る燃料電池スタックの断面図である。この燃料電池スタックは、例えば、燃料電池車両の車載発電システムや定置用発電システムに適用可能である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel cell stack according to the first embodiment of the present invention. This fuel cell stack can be applied to, for example, an in-vehicle power generation system or a stationary power generation system for a fuel cell vehicle.
同図に示すように、燃料電池スタック1は、基本単位である多数のセル2を積層したセル積層体3を有している。燃料電池スタック1は、セル積層体3の両端に位置するセル(端部セル)2の外側に、順次、カバープレート5、出力端子6付きのターミナルプレート7、絶縁プレート8およびエンドプレート9を積層して構成されている。
As shown in the figure, the fuel cell stack 1 has a
燃料電池スタック1は、両エンドプレート9間に架け渡されてこれらエンドプレート9にボルト12で固定されたテンションプレート(テンション部材)11を有する。このテンションプレート11は、その軸力によりセル積層体3に締結力を付与するものであり、このテンションプレート11により前記一対のエンドプレート9は互いの距離が略一定となるように保持され、これにより、セル2には両エンドプレート9間の押圧力にて圧縮力が付与されている。つまり、燃料電池スタック1は、そのセル積層方向の外寸が固定(略一定となるように構成)されることで、セル2にはセル積層方向に所定の圧縮力がかかった状態となっている。
The fuel cell stack 1 has a tension plate (tension member) 11 that is bridged between both
セル積層体3の一端側のエンドプレート9と絶縁プレート8との間には、感温部14が設けられている。なお、絶縁プレート8と感温部14との間にプレッシャプレートを設けてもよい。
A
感温部14は、燃料電池スタック1の一構成要素をなしていて、温度変化に伴い自己伸縮するものである。また、かかる温度変化に伴い生ずるセル積層方向の線膨張係数(伸縮量)は、燃料電池スタック1の他の構成要素、例えば、セル2及びその各構成要素,カバープレート5,ターミナルプレート7,及び絶縁プレート8の線膨張係数よりも大であり、例えば、鉄(線膨張係数:12×10-6/K)、アルミニウム(線膨張係数:23×10-6/K)、カーボングラファイト(線膨張係数:7×10-6/K)、ポリアミドPA6(線膨張係数:80×10-6/K)、ポリアミドPA66(線膨張係数:90〜100×10-6/K)、PE,PP,及びPBT(いずれも、線膨張係数:110×10-6/)、ABS(線膨張係数:75×10-6/K)、バイメタル等を採用することが可能である。
The
感温部14は、例えば生成水が凍結する0℃以下の低温時や起動時に、燃料電池スタック組立時(例えば、常温)からの温度低下によってセル積層方向に自己収縮し、かかる収縮に伴い、燃料電池スタック1がそのセル積層方向の外寸を略一定となるように構成されることによってセル積層体3に生じている所定の圧縮力を減少させる結果、セル2内又は/及びセル2間の接触抵抗を増加させる。
The
感温部14は、例えば図1に示すような円錐台状に構成されていて、より表面積の大きな方の端面が絶縁プレート8に当接している。なお、感温部14の形状は図示の形状に限らず、円柱状や角柱状であっても構わない。また、感温部14を複数設けてもよい。さらに、感温部14が導電性を有すれば、セル積層体3の外側に設ける場合に限らず、セル積層体3内に設けることも可能である。
The
セル2は、いずれも図示を省略するが、イオン交換膜からなる電解質膜およびこれを両面から挟んだ一対の電極からなるMEA(Membrane Electrode Assembly)と、MEAを外側から挟持する一対のセパレータとを備えて構成されている。各セパレータは、基材をカーボンまたはメタルにより形成されて導電性を有している。各セパレータは、各電極に酸化ガス(酸素ガス、通常は空気)または燃料ガス(水素ガス)を供給するための流体流路を有している。
Although not shown in each figure, the
このような構成により、セル2のMEA内による電気化学反応が生じて、起電力が得られる。なお、この電気化学反応は発熱反応であることから、セパレータあるいはセル間に配される冷却プレートには、燃料電池冷却用の冷媒が流れる冷却通路が設けられている。
With such a configuration, an electrochemical reaction occurs in the MEA of the
次に、図2を参照しながら、上記構成からなる燃料電池スタック1の低温起動時における作用を説明する。同図は、感温部14の作用を模式的に示した説明図であり、(a)は通常発電時、(b)は低温起動時の状態を示している。
Next, with reference to FIG. 2, the operation of the fuel cell stack 1 having the above configuration at the time of low temperature startup will be described. This figure is an explanatory view schematically showing the operation of the
同図に示すように、(b)に示す低温起動時は、(a)に示す通常発電時(あるいは、燃料電池スタック組立時)の状態に比して低温であるため、かかる温度低下に伴う自己収縮によって、感温部14のセル積層方向に沿う全長は、(a)に示す通常発電時における全長よりも寸法Aだけ短くなっている。
As shown in the figure, the low temperature startup shown in (b) is at a lower temperature than the normal power generation (or assembly of the fuel cell stack) shown in (a). Due to self-shrinkage, the total length of the temperature-
一方、燃料電池スタック1は、セル積層方向の外寸が略一定となるように構成されているため、感温部14の全長がセル積層方向に沿って短くなれば、セル積層体3に作用するセル積層方向の圧縮力、言い換えれば、スタック締結力は低下し、セル2内又は/及びセル2間の接触抵抗が増加する。かかる接触抵抗の増加に伴い、セル2に発電電流が流れる際のIR損(ジュール損)による発熱量が増加するので、セル2ひいては燃料電池スタック1の昇温速度は上がる。
On the other hand, since the fuel cell stack 1 is configured so that the outer dimensions in the cell stacking direction are substantially constant, if the entire length of the
以上より、本実施形態の燃料電池スタック1によれば、温度低下に伴う感温部14の自己収縮性を利用して、セル2内又は/及びセル2間の接触抵抗を増加させ、これに伴い増加するIR損(ジュール損)による発熱で燃料電池スタック1を昇温させることが可能であるから、燃料電池システム1の複雑化を招くことなく、簡素な構成にて低温起動性(暖機性)の向上を図ることができる。
As described above, according to the fuel cell stack 1 of the present embodiment, the contact resistance in the
一方、かかる低温起動から通常運転に移行した後は、感温部14のセル積層方向の長さ寸法が回復するので、セル2内又は/及びセル2間の接触抵抗は減少し、余分な発熱を抑制することができる。
On the other hand, after the transition from the low temperature startup to the normal operation, the length dimension in the cell stacking direction of the
<第2実施形態>
第2実施形態に係る燃料電池スタック21は、図3に示すように、各セル22内に感温部33を備えている点で、第1実施形態と構成を異にする。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
Second Embodiment
As shown in FIG. 3, the
セル22は、MEA31と、該MEA31を積層方向外側から挟持する一対のセパレータ32とを備えて構成されている。MEA31の面方向外側には、温度変化に伴い自己伸縮する感温部33が全周に亘って環状に、あるいは所定の間隔をおいて複数設けられている。
The
感温部33は、例えば接着剤やガスケット等に用いられる各種非導電性の樹脂類からなり、図3に示す燃料電池スタック21として組み立てた状態、つまり、セル積層方向の外寸が外寸固定手段23によって固定(略一定に構成)された状態では、セル2が単体で存在する状態に比して、セル積層方向に所定量圧縮されている。
The
したがって、本実施形態の燃料電池スタック21においても、低温からの起動時には、かかる温度低下に伴う自己収縮によって、感温部33のセル積層方向に沿う外寸が通常発電時よりも短くなるので、これに伴いスタック締結力も低下し、セル22内又は/及びセル22間の接触抵抗が増加する。
Therefore, also in the
よって、第1実施形態と同様に、接触抵抗の増加に伴う発熱を利用して燃料電池スタック21を昇温させることが可能である。よって、燃料電池スタック21の複雑化を招くことなく、簡素な構成にて低温起動性(暖機性)の向上を図ることができる。また、かかる低温起動から通常運転に移行した後は、感温部33のセル積層方向の外寸が回復するので、セル2内又は/及びセル2間の接触抵抗は減少し、余分な発熱を抑制することができる。
Therefore, similarly to the first embodiment, it is possible to raise the temperature of the
<第3実施形態>
第3実施形態に係る燃料電池スタックは、図4の要部拡大断面図に示すように、各セル間に感温部53を備えている点で、上記実施形態と構成を異にする。また、燃料電池スタックのセル積層方向の外寸は、必ずしも上記第1及び第2実施形態のように固定されている必要はない。以下、上記実施形態との相違点を中心に説明する。
<Third Embodiment>
The fuel cell stack according to the third embodiment is different from the above-described embodiment in that a temperature-
図4は、隣り合う一方のセルのセパレータ51と他方のセルのセパレータ52との接触面及びその周辺部分を示す要部拡大断面図であり、(a)は通常発電時、(b)は低温起動時の状態を示している。セパレータ52のMEA側とは反対側の面には、所定の間隔をおいて複数のリブ52aが形成されており、これらのリブ52a間に形成された凹部52b内に感温部53が収容されている。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the main part showing the contact surface between the
感温部53は、少なくともセパレータ51,52よりも線膨張係数の大きな導電性物質からなり、そのセル積層方向の外寸は、例えば生成水が凍結する0℃以下の低温時(図4(b)参照)はセパレータ51と接触せず、例えば20〜150℃の通常運転時(図4(a)参照)はセパレータ51と接触するように設定されている。
The temperature-
かかる設定により、図4(a)の通常運転時は、セパレータ52に形成されたリブ52aの頂面と、リブ52a間の凹部52bに収容された感温部53とが、セパレータ51に全面的に接触することにより、セル間が全面的に接触する一方で、図4(b)の低温起動時は、リブ52aの頂面はセパレータ51に接触しているものの、リブ52a間に収容された感温部53はセパレータ51から離間して非接触となっているので、セル間は一部しか接触しない。
With this setting, during the normal operation of FIG. 4A, the top surface of the
したがって、図4(b)に示す低温起動時は、隣り合うセル間の接触面積、つまり、セパレータ51とセパレータ52との接触面積が、同図(a)に示す通常発電時の状態に比して小さくなる結果、セル間の接触抵抗が増大するので、IR損(ジュール損)による発熱量も増加し、燃料電池スタックの昇温速度が上がる。
Therefore, at the time of low temperature startup shown in FIG. 4B, the contact area between adjacent cells, that is, the contact area between the
本実施形態の燃料電池スタックにおいても、上記実施形態と同様に、接触抵抗の増加に伴う発熱を利用して燃料電池スタックを昇温させ得て、燃料電池スタックの複雑化を招くことなく、簡素な構成にて低温起動性(暖機性)の向上を図ることができる他、通常運転移行後は、セル間の接触抵抗を減少させ得て、余分な発熱を抑制することができる。 Also in the fuel cell stack of the present embodiment, similarly to the above-described embodiment, the temperature of the fuel cell stack can be raised by using heat generated due to the increase in contact resistance, and the fuel cell stack is simplified without complicating the fuel cell stack. The low temperature startability (warm-up performance) can be improved with a simple configuration, and after the shift to the normal operation, the contact resistance between the cells can be reduced, and excessive heat generation can be suppressed.
以上に加えて、本実施形態の燃料電池スタックでは、各セル間に感温部53を備えているので、各セルでの接触抵抗のばらつきを抑制することが可能となる。
In addition to the above, in the fuel cell stack of the present embodiment, since the
本実施形態の変形例として、感温部53をセパレータ51,52よりも線膨張係数の小さな導電性物質で構成してもよい。かかる構成において、感温部53のセル積層方向の外寸は、上記通常運転時はセパレータ51と接触せず、上記所定の低温起動時はセパレータ51と接触するように設定する。また、セパレータ51,52同士の接触抵抗が、セパレータ51と感温部53との接触抵抗よりも小さくなるように、セパレータ51,52及び感温部53の物性等を設定する。
As a modification of the present embodiment, the
かかる設定によっても、接触抵抗の増加に伴う発熱を利用して燃料電池スタックを昇温させ得て、燃料電池スタックの複雑化を招くことなく、簡素な構成にて低温起動性(暖機性)の向上を図ることができる他、通常運転移行後は、セル間の接触抵抗を減少させ得て、余分な発熱を抑制することができる。また、各セル間に感温部53を備えているので、各セルでの接触抵抗のばらつきを抑制することが可能となる。
Even with this setting, the temperature of the fuel cell stack can be raised using the heat generated by the increase in contact resistance, and the low temperature start-up (warm-up performance) can be achieved with a simple configuration without incurring the complexity of the fuel cell stack. In addition, after the transition to normal operation, the contact resistance between the cells can be reduced, and excessive heat generation can be suppressed. Moreover, since the
<第4実施形態>
第4実施形態に係る燃料電池スタックは、各セルの発電面に感温部を備えている点で、上記実施形態と構成を異にする。また、燃料電池スタックのセル積層方向の外寸は、必ずしも上記第1及び第2実施形態のように固定されている必要はない。以下、上記実施形態との相違点を中心に、図4を援用しながら説明する。
<Fourth embodiment>
The fuel cell stack according to the fourth embodiment is different from the above-described embodiment in that a temperature sensing unit is provided on the power generation surface of each cell. Further, the outer dimensions of the fuel cell stack in the cell stacking direction are not necessarily fixed as in the first and second embodiments. The following description will be made with reference to FIG. 4 with a focus on differences from the above embodiment.
本実施形態に係る燃料電池スタックのセルは、図4の符号51で示す部材をMEAとし、セル内におけるMEA51とセパレータ52との接触面積が上記所定の低温起動時と通常運転時とで可変となるように構成されてなる。感温部53は、セパレータ52よりも線膨張係数の大きな導電性物質からなると共に、そのセル積層方向の外寸は、上記所定の低温起動時はMEA51と接触せず、上記通常運転時はMEA51と接触するように設定されている。
In the cell of the fuel cell stack according to this embodiment, the member denoted by
かかる設定によれば、上記所定の低温起動時は、MEA51とセパレータ52との接触面積が減少する結果、セル内の接触抵抗が増大してIR損による発熱量が増加するので、低温起動性が向上する一方、通常運転時は、MEA51とセパレータ52との接触面積が増大する結果、セル内の接触抵抗が減少して余分な発熱が抑制される。また、感温部53がセルの発電面に設けられているので、接触抵抗によって発熱する領域で確実に接触抵抗が可変となる。
According to this setting, at the predetermined low temperature start-up, the contact area between the
本実施形態の変形例として、上記第3実施形態の変形例のように、感温部53をセパレータ52よりも線膨張係数が小さな導電性物質から構成すると共に、感温部53のセル積層方向の外寸を上記通常運転時はMEA51と接触せず、上記所定の低温起動時はMEA51と接触するように設定し、さらに、MEA51とセパレータ52との接触抵抗が、MEA51と感温部53との接触抵抗よりも小さくなるように、MEA51,セパレータ52,及び感温部53の物性等を設定しても、同様の効果を得ることができる。
As a modification of the present embodiment, as in the modification of the third embodiment, the
<第5の実施形態>
第5実施形態に係る燃料電池スタックは、各セル間に冷却通路を画成するリブの頂部に感温部を備えている点で、上記実施形態と構成を異にする。また、燃料電池スタックのセル積層方向の外寸は、必ずしも上記第1及び第2実施形態のように固定されている必要はない。以下、上記実施形態との相違点を中心に説明する。
<Fifth Embodiment>
The fuel cell stack according to the fifth embodiment differs from the above embodiment in that the fuel cell stack includes a temperature sensitive part at the top of the rib that defines the cooling passage between the cells. Further, the outer dimensions of the fuel cell stack in the cell stacking direction are not necessarily fixed as in the first and second embodiments. Hereinafter, the difference from the above embodiment will be mainly described.
図5(a)は、通常運転時における燃料電池スタックの要部拡大断面図であり、セル81は、MEA61と、該MEA61を積層方向外側から挟持する一対のセパレータ62,63とを備えて構成されている。セパレータ63のMEA61とは反対側の面には、所定の間隔をおいて複数のリブ63aが形成されており、これらのリブ63a間に形成された凹部は、セル間に設けられる冷却通路71の一部を画成する。
FIG. 5A is an enlarged cross-sectional view of the main part of the fuel cell stack during normal operation, and the
セル81と図外のセルとの間には、これらセルとは別体をなす冷却プレート64が配設されている。この冷却プレート64のセル81と接する側の面には、上記所定の間隔と同一の間隔をおいて複数のリブ64aが形成されており、これらのリブ64a間に形成された凹部は、上記セパレータ63の凹部と協働して冷却通路71を画成する。この冷却通路71には、燃料電池スタックを冷却するための冷媒(冷却水)が流通する。
Between the
セパレータ63及び冷却プレート64における各リブ63a,64aの少なくとも頂部には、これらセパレータ63及び冷却プレート64の基材(例えば、カーボンやステンレス)よりも線膨張係数が大きく、かつ導電性を有する物質(例えば、アルミニウム、バイメタル等)が分散あるいは合金化されており、セパレータ63及び冷却プレート64における他の部位よりも線膨張係数の大きな感温部(図5のハッチングで示す領域)が構成されている。
At least at the tops of the
かかる構成により、図5(a)に示す通常運転時は、セパレータ63に形成されたリブ63aの頂面と、冷却プレート64に形成されたリブ64aの頂面とが全面的に接触する一方で、図5(b)に示す所定の低温起動時は、リブ63aの頂面とリブ64aの頂面との間に数μm程度のわずかな隙間72ができて両リブ63a,63bは非接触となる。
With this configuration, during the normal operation shown in FIG. 5A, the top surface of the
したがって、上記所定の低温起動時は、セパレータ63と冷却プレート64との接触面積が減少する結果、セル間の接触抵抗が増大してIR損による発熱量が増加するので低温起動性が向上する一方、通常運転時は、セパレータ63と冷却プレート64との接触面積が増大する結果、セル間の接触抵抗が減少して余分な発熱が抑制される。
Therefore, at the predetermined low temperature start-up, the contact area between the
さらに、上記所定の低温起動時には、IR損による発熱量の増加に伴い、冷却通路71を介して燃料電池スタック内を流通する冷却液の温度上昇が促進されるので、かかる昇温した冷却液によるセルの暖機も可能となり、低温起動性の更なる向上を図ることが可能となる。
Further, at the predetermined low-temperature start-up, the temperature rise of the coolant flowing through the fuel cell stack through the
なお、本実施形態では、セパレータ63と協働して冷却通路71を画成する部材として、冷却プレート64を例に説明したが、かかる構成に限らず、セル81と隣接する別のセルのセパレータであってもよい。
In the present embodiment, the cooling
<その他の実施形態>
本発明は上記実施形態以外にも種々に変更して適用することが可能である。例えば、燃料電池スタックの外寸を固定(略一定に構成)する方法としては、燃料電池スタック1の両端に配設されたエンドプレート9の外縁部に複数の貫通孔を形成し、これら貫通孔に締め付けボルトを挿入して締結するものでもよい。
<Other embodiments>
The present invention can be applied with various modifications other than the above embodiment. For example, as a method of fixing (substantially constant) the outer dimensions of the fuel cell stack, a plurality of through holes are formed in the outer edge portions of the
1…燃料電池スタック、2,22,81…セル、3…セル積層体、9…エンドプレート、11…テンションプレート(テンション部材)、14,33,53…感温部、71…冷却通路、63a,64a…リブ(感温部)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell stack, 2, 22, 81 ... Cell, 3 ... Cell laminated body, 9 ... End plate, 11 ... Tension plate (tension member), 14, 33, 53 ... Temperature sensing part, 71 ... Cooling passage, 63a , 64a ... ribs (temperature sensing part).
Claims (5)
セル内又は/及びセル間の接触抵抗を低温時または起動時に大とする感温部が設けられた燃料電池スタック。 A fuel cell stack formed by stacking a plurality of cells that are supplied with fuel gas and oxidizing gas to generate electricity,
A fuel cell stack provided with a temperature sensing part that increases contact resistance in a cell and / or between cells at a low temperature or at startup.
前記感温部は、温度低下に伴い収縮して前記圧縮力を減ずる請求項1に記載の燃料電池スタック。 A tension member that applies a fastening force to the cell stack by an axial force; and a pair of end plates that are held by the tension member so that the distance from each other is substantially constant, and the cell is between the end plates. A compressive force is applied by the pressing force,
2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the temperature sensing portion contracts with a decrease in temperature to reduce the compression force.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004370946A JP2006179294A (en) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | Fuel cell stack |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007042441A (en) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Mitsubishi Materials Corp | Fuel cell and operation method of the same |
JP2011003322A (en) * | 2009-06-16 | 2011-01-06 | Gs Yuasa Corp | Direct type fuel cell system and method of shutting down the same |
JP2017063017A (en) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | 現代自動車株式会社Hyundai Motor Company | Fuel cell stack with multilayer type collector plate |
-
2004
- 2004-12-22 JP JP2004370946A patent/JP2006179294A/en active Pending
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