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JP2020053234A - Manifold structure of fuel cell stack - Google Patents

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JP2020053234A
JP2020053234A JP2018180790A JP2018180790A JP2020053234A JP 2020053234 A JP2020053234 A JP 2020053234A JP 2018180790 A JP2018180790 A JP 2018180790A JP 2018180790 A JP2018180790 A JP 2018180790A JP 2020053234 A JP2020053234 A JP 2020053234A
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Abstract

To provide a manifold structure of a fuel cell stack that can increase layout flexibility.SOLUTION: A manifold structure 22 of a fuel cell stack 10 allows a fuel gas, an oxidant gas, and a cooling medium to flow. A first layer portion 84 of a structure portion 82 includes a first flow passage 96 that is installed at a position adjacent to a mounting wall portion 72, and communicates with a fuel gas communication hole 50, and a plurality of first through holes 98 that communicate with an oxidizing gas communication hole 48 and a cooling medium communication hole 52. A second layer portion 86 includes a second flow passage 114 that is installed at a position adjacent to the first layer portion 84 and communicates with the oxidizing gas communication hole 48 via the first through hole 98, and a second through hole 118 that communicates with the cooling medium communication hole 52 via the first through hole 98.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を流動させる燃料電池スタックのマニホールド構造に関する。   The present invention relates to a fuel cell stack manifold structure for flowing a fuel gas, an oxidizing gas and a cooling medium.

燃料電池スタックは、複数積層された発電セルを有し、各発電セルが燃料ガス及び酸化剤ガスの供給に基づき発電を行う。また、燃料電池スタックには、発電時の温度を調節するための冷却媒体も供給される。このため、特許文献1に開示されているように、燃料電池スタックの一端部のエンドプレートには、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を発電セルに供給し、また燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を発電セルから排出するマニホールドがそれぞれ接続される。   The fuel cell stack has a plurality of stacked power generation cells, and each power generation cell generates power based on supply of a fuel gas and an oxidizing gas. Further, a cooling medium for adjusting the temperature during power generation is also supplied to the fuel cell stack. For this reason, as disclosed in Patent Document 1, an end plate at one end of the fuel cell stack supplies a fuel gas, an oxidizing gas and a cooling medium to the power generation cell, and also supplies the fuel gas, the oxidizing gas and Manifolds for discharging the cooling medium from the power generation cells are respectively connected.

特開2016−134335号公報JP-A-2006-134335

ところで、特許文献1に開示されているように、エンドプレートのマニホールドを接続する複数の孔部は、相互に近接していると共に、各マニホールドのジョイント部材を取り付けるために燃料電池スタック内の連通孔に比べて大きく形成されている。従って、エンドプレートは、マニホールドの接続箇所付近においてエンドプレート自体の強度が低下し易い。   By the way, as disclosed in Patent Document 1, the plurality of holes connecting the manifolds of the end plate are close to each other, and the communication holes in the fuel cell stack for mounting the joint members of each manifold. It is formed larger than. Therefore, in the end plate, the strength of the end plate itself tends to decrease in the vicinity of the connection point of the manifold.

また、燃料電池スタックの実際のシステム構成において、エンドプレートの外側近傍位置には、上記のマニホールドの他に、燃料電池システム(燃料ガス系装置や酸化剤ガス系装置)のデバイスが複数配置される。すなわち、複数のマニホールドと複数のデバイスとが互いに近接した状態で存在することになり、エンドプレートの外側近傍位置は、レイアウトの自由度が大幅に低下するという課題がある。   Further, in the actual system configuration of the fuel cell stack, a plurality of devices of a fuel cell system (fuel gas system or oxidant gas system) are arranged near the outside of the end plate in addition to the manifold. . In other words, a plurality of manifolds and a plurality of devices are present in a state of being close to each other, and there is a problem that the position near the outside of the end plate greatly reduces the degree of freedom in layout.

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成によってレイアウトの自由度、及びマニホールドの設置箇所付近の強度を高めることができる燃料電池スタックのマニホールド構造を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a manifold structure of a fuel cell stack that can increase the degree of freedom in layout and the strength near the location where the manifold is installed with a simple configuration. And

前記の目的を達成するために、本発明の一態様は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給に伴い発電を行うと共に、冷却媒体の供給に伴い温度が調整される複数の発電セル、及び前記複数の発電セルが積層される積層方向の端部に配置されるエンドプレートを備える燃料電池スタックと、前記エンドプレートの外側で、前記燃料ガス、前記酸化剤ガス、前記冷却媒体を流動させる構造部と、を有する燃料電池スタックのマニホールド構造であって、前記複数の発電セルは、前記積層方向に沿って前記燃料ガス、前記酸化剤ガス及び前記冷却媒体をそれぞれ独立的に流動させる第1〜第3連通孔を有し、前記構造部は、前記エンドプレートの隣接位置に設置され、前記第1連通孔に連通する第1流通路を内部に有し、且つ前記第2及び第3連通孔に連通する複数の第1貫通孔を有する第1層部と、前記第1層部の隣接位置に設置され、前記第1貫通孔を介して前記第2連通孔に連通する第2流通路を内部に有し、且つ前記第3連通孔に連通する第2貫通孔を有する第2層部と、を備える。   In order to achieve the above object, according to one embodiment of the present invention, a plurality of power generation cells which generate power in accordance with supply of a fuel gas and an oxidizing gas and whose temperature is adjusted in accordance with supply of a cooling medium, and A fuel cell stack including an end plate disposed at an end in the stacking direction in which the power generation cells are stacked, and a structure for flowing the fuel gas, the oxidizing gas, and the cooling medium outside the end plate. , Wherein the plurality of power generation cells independently flow the fuel gas, the oxidizing gas, and the cooling medium along the stacking direction. A communication hole, wherein the structure is provided at a position adjacent to the end plate, has a first flow passage therein communicating with the first communication hole, and communicates with the second and third communication holes. A first layer portion having a plurality of first through-holes, and a second flow passage provided at a position adjacent to the first layer portion and communicating with the second communication hole through the first through-hole therein. And a second layer portion having a second through hole communicating with the third communication hole.

本発明によれば、燃料電池スタックのマニホールド構造は、簡単な構成によってレイアウトの自由度、及びマニホールドの設置箇所付近の強度を高めることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manifold structure of a fuel cell stack can raise the degree of freedom of layout and the intensity | strength near the installation location of a manifold with a simple structure.

本発明の一実施形態に係るマニホールド構造を適用した燃料電池スタックを示す斜視図である。1 is a perspective view showing a fuel cell stack to which a manifold structure according to one embodiment of the present invention is applied. 燃料電池スタックの発電セルの構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration of a power generation cell of a fuel cell stack. マニホールド構造の積層状態を概略的に示す正面断面図である。It is a front sectional view showing roughly the lamination state of a manifold structure. マニホールド構造を第1ケース部材に取り付けた状態を示す斜視図である。It is a perspective view showing the state where a manifold structure was attached to the 1st case member. マニホールド構造の第1層部を示す側面図である。It is a side view which shows the 1st layer part of a manifold structure. マニホールド構造の第2層部を示す側面図である。It is a side view which shows the 2nd layer part of a manifold structure. 変形例に係るマニホールド構造の配管構造の接続部分を示す側面断面図である。It is a side sectional view showing a connection part of a piping structure of a manifold structure concerning a modification.

以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1に示すように、本発明の一実施形態に係る燃料電池スタック10は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給に伴い発電を行うと共に、冷却媒体の供給に伴い温度が調整される複数の発電セル12を備える。また、燃料電池スタック10は、複数の発電セル12を積層した状態で内部に収容するスタックケース14を備える。この燃料電池スタック10は、例えば、図示しない燃料電池車両のモータルームに搭載される。   As shown in FIG. 1, a fuel cell stack 10 according to one embodiment of the present invention generates a power according to a supply of a fuel gas and an oxidizing gas, and generates a plurality of powers whose temperatures are adjusted according to a supply of a cooling medium. A cell 12 is provided. Further, the fuel cell stack 10 includes a stack case 14 in which a plurality of power generation cells 12 are housed in a stacked state. The fuel cell stack 10 is mounted, for example, in a motor room of a fuel cell vehicle (not shown).

複数の発電セル12は、燃料電池スタック10を燃料電池車両に搭載した状態で、電極面を立位姿勢にして車長方向(矢印A方向)に直交する車幅方向(矢印B方向)に沿って積層された積層体16に構成される。なお、複数の発電セル12は重力方向(矢印C方向)に積層されていてもよい。   When the fuel cell stack 10 is mounted on a fuel cell vehicle, the plurality of power generation cells 12 are arranged along the vehicle width direction (arrow B direction) orthogonal to the vehicle length direction (arrow A direction) with the electrode surface in a standing posture. Thus, a laminated body 16 is formed. The plurality of power generation cells 12 may be stacked in the direction of gravity (the direction of arrow C).

また、積層体16の積層方向(矢印B方向)の両端には、図示しないターミナルプレート、インシュレータが外方に向かって順に配置される。ターミナルプレートは、発電セル12から電力を取り出す金属製の板部材であり、図示しない電力取出端子を積層体16の所定位置から突出させている。インシュレータは、例えば、ポリカーボネート(PC)やフェノール樹脂等の絶縁性材料により形成される。   Further, at both ends of the laminate 16 in the laminating direction (the direction of the arrow B), a terminal plate and an insulator (not shown) are sequentially arranged outward. The terminal plate is a metal plate member for extracting electric power from the power generation cell 12, and has a power extraction terminal (not shown) protruding from a predetermined position of the stacked body 16. The insulator is formed of, for example, an insulating material such as polycarbonate (PC) and phenol resin.

図2に示すように、発電セル12は、樹脂枠付きMEA24が、2つのセパレータ(以下、それぞれ「第1セパレータ26」、「第2セパレータ28」ともいう)により挟持される。第1及び第2セパレータ26、28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。第1セパレータ26と第2セパレータ28は、その外周同士が溶接、ろう付け、かしめ等により接合され、一体的な接合セパレータに構成される。   As shown in FIG. 2, in the power generation cell 12, the MEA 24 with a resin frame is sandwiched between two separators (hereinafter, also referred to as “first separator 26” and “second separator 28”, respectively). The first and second separators 26 and 28 are formed, for example, by pressing a steel sheet, a stainless steel sheet, an aluminum sheet, a plated steel sheet, or a thin metal sheet having its metal surface subjected to anticorrosion treatment into a corrugated shape. Is done. The outer periphery of the first separator 26 and the outer periphery of the second separator 28 are joined by welding, brazing, caulking, or the like, and are configured as an integral joined separator.

樹脂枠付きMEA24は、電解質膜・電極構造体30(以下、「MEA30」という)と、MEA30の外周部に接合され当該外周部を周回する樹脂枠部材32とを備える。MEA30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。なお、MEA30は、樹脂枠部材32を用いることなく、電解質膜34を外方に突出させてもよい。また、外方に突出した電解質膜34の両側に枠形状の樹脂製フィルムを設けてもよい。   The MEA 24 with a resin frame includes an electrolyte membrane / electrode structure 30 (hereinafter, referred to as “MEA 30”), and a resin frame member 32 joined to the outer periphery of the MEA 30 and orbiting the outer periphery. The MEA 30 includes an electrolyte membrane 34, an anode electrode 36 provided on one surface of the electrolyte membrane 34, and a cathode electrode 38 provided on the other surface of the electrolyte membrane 34. In the MEA 30, the electrolyte membrane 34 may be projected outward without using the resin frame member 32. Further, a frame-shaped resin film may be provided on both sides of the electrolyte membrane 34 protruding outward.

電解質膜34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固体高分子電解質膜(陽イオン交換膜)が適用される。なお、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。   As the electrolyte membrane 34, for example, a solid polymer electrolyte membrane (cation exchange membrane) which is a thin film of perfluorosulfonic acid containing water is applied. The electrolyte membrane 34 can use an HC (hydrocarbon) -based electrolyte in addition to a fluorine-based electrolyte.

第1セパレータ26は、酸化剤ガス(例えば、酸素を含むエア)を流動させる酸化剤ガス流路40を、樹脂枠付きMEA24のカソード電極38に対向する面26aに備える(図2中では、便宜的に、MEA30のカソード電極38上に酸化剤ガスの流動方向を示す)。酸化剤ガス流路40は、第1セパレータ26の矢印A方向(水平方向)に延在する複数本の凸部間に形成された直線状流路溝又は波状流路溝によって構成される。   The first separator 26 includes an oxidizing gas flow path 40 for flowing an oxidizing gas (for example, air containing oxygen) on a surface 26 a of the MEA 24 with a resin frame facing the cathode electrode 38 (in FIG. 2, for convenience). The flow direction of the oxidizing gas is shown on the cathode electrode 38 of the MEA 30). The oxidizing gas channel 40 is configured by a straight channel groove or a wavy channel groove formed between a plurality of convex portions extending in the direction of arrow A (horizontal direction) of the first separator 26.

第2セパレータ28は、燃料ガス(例えば、水素含有ガス)を流動させる燃料ガス流路42を、樹脂枠付きMEA24のアノード電極36に対向する面28aに備える。燃料ガス流路42は、第2セパレータ28の矢印A方向に延在する複数本の凸部間に形成された直線状流路溝又は波状流路溝によって構成される。   The second separator 28 includes a fuel gas flow path 42 for flowing a fuel gas (for example, a hydrogen-containing gas) on a surface 28 a of the MEA 24 with a resin frame facing the anode electrode 36. The fuel gas flow path 42 is configured by a straight flow path groove or a wavy flow path groove formed between a plurality of protrusions extending in the direction of arrow A of the second separator 28.

互いに接合される第1セパレータ26の面26bと第2セパレータ28の面28bとの間には、冷却媒体(例えば、水)を流動させる冷却媒体流路44が設けられる。冷却媒体流路44は、酸化剤ガス流路40が形成された第1セパレータ26の裏面形状と、燃料ガス流路42が形成された第2セパレータ28の裏面形状とが重なり合って形成される。   Between the surface 26b of the first separator 26 and the surface 28b of the second separator 28, which are joined to each other, a cooling medium flow path 44 for flowing a cooling medium (for example, water) is provided. The cooling medium passage 44 is formed by overlapping the back surface shape of the first separator 26 in which the oxidizing gas passage 40 is formed and the back surface shape of the second separator 28 in which the fuel gas passage 42 is formed.

また、発電セル12の長辺方向である矢印A方向の両側部(矢印Ar側、矢印Af)には、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体を、発電セル12の積層方向に沿って独立的に流動させる複数の連通孔46が設けられている。   Oxidant gas, fuel gas and cooling medium are independently supplied along the stacking direction of the power generation cells 12 on both sides (arrow Ar side, arrow Af) in the direction of arrow A which is the long side direction of the power generation cells 12. Are provided with a plurality of communication holes 46 for causing the fluid to flow.

矢印Ar(燃料電池スタック10の後方)側に設けられる複数の連通孔46は、第2連通孔である酸化剤ガス入口連通孔48aと、第1連通孔である2つの燃料ガス出口連通孔50bと、第3連通孔である2つの冷却媒体出口連通孔52bと、を含む。相互の連通孔46は上下方向に沿って概ね並んでいる。酸化剤ガス入口連通孔48a、2つの冷却媒体出口連通孔52b及び2つの燃料ガス出口連通孔50bは、発電セル12を積層方向に貫通している。   The plurality of communication holes 46 provided on the arrow Ar (rear side of the fuel cell stack 10) include an oxidizing gas inlet communication hole 48a as a second communication hole and two fuel gas outlet communication holes 50b as a first communication hole. And two cooling medium outlet communication holes 52b, which are third communication holes. The mutual communication holes 46 are substantially arranged in the vertical direction. The oxidant gas inlet communication hole 48a, the two cooling medium outlet communication holes 52b, and the two fuel gas outlet communication holes 50b penetrate the power generation cells 12 in the stacking direction.

酸化剤ガス入口連通孔48aは、矢印C方向に5つ並ぶ連通孔46の真中に形成されている。2つの冷却媒体出口連通孔52bは、酸化剤ガス入口連通孔48aの上下に隣接して、この酸化剤ガス入口連通孔48aを間に挟む位置に形成されている。2つの燃料ガス出口連通孔50bは、上側の冷却媒体出口連通孔52bよりも上側位置と、下側の冷却媒体出口連通孔52bよりも下側位置とに配置され、酸化剤ガス入口連通孔48a及び2つの冷却媒体出口連通孔52bを間に挟んでいる。   The oxidant gas inlet communication holes 48a are formed in the middle of five communication holes 46 arranged in the direction of arrow C. The two cooling medium outlet communication holes 52b are formed above and below the oxidizing gas inlet communication hole 48a and at positions sandwiching the oxidizing gas inlet communication hole 48a. The two fuel gas outlet communication holes 50b are arranged at a position above the upper cooling medium outlet communication hole 52b and at a position below the lower cooling medium outlet communication hole 52b. And two cooling medium outlet communication holes 52b.

矢印Af(燃料電池スタック10の前方)側に設けられる複数の連通孔46は、第2連通孔である2つの酸化剤ガス出口連通孔48b、第1連通孔である燃料ガス入口連通孔50a、第3連通孔である2つの冷却媒体入口連通孔52aを含む。相互の連通孔46は矢印C方向に概ね並んでいる。2つの酸化剤ガス出口連通孔48b、燃料ガス入口連通孔50a、2つの冷却媒体入口連通孔52aは、それぞれ発電セル12を積層方向に貫通している。   The plurality of communication holes 46 provided on the side of the arrow Af (in front of the fuel cell stack 10) include two oxidant gas outlet communication holes 48b that are second communication holes, a fuel gas inlet communication hole 50a that is the first communication hole, It includes two cooling medium inlet communication holes 52a, which are third communication holes. The communication holes 46 are arranged substantially in the direction of arrow C. The two oxidant gas outlet communication holes 48b, the fuel gas inlet communication holes 50a, and the two cooling medium inlet communication holes 52a respectively penetrate the power generation cells 12 in the stacking direction.

燃料ガス入口連通孔50aは、矢印C方向に5つ並ぶ連通孔46の中間位置に形成されている。2つの冷却媒体入口連通孔52aは、燃料ガス入口連通孔50aの上下に隣接して、この燃料ガス入口連通孔50aを間に挟む位置に形成されている。2つの酸化剤ガス出口連通孔48bは、上側の冷却媒体入口連通孔52aよりも上側位置と、下側の冷却媒体入口連通孔52aよりも下側位置とに配置され、燃料ガス入口連通孔50a及び2つの冷却媒体入口連通孔52aを間に挟んでいる。   The fuel gas inlet communication holes 50a are formed at intermediate positions between five communication holes 46 arranged in the direction of arrow C. The two cooling medium inlet communication holes 52a are formed adjacent to the upper and lower sides of the fuel gas inlet communication hole 50a and at positions sandwiching the fuel gas inlet communication hole 50a. The two oxidant gas outlet communication holes 48b are arranged at a position above the upper cooling medium inlet communication hole 52a and at a position below the lower cooling medium inlet communication hole 52a. And two cooling medium inlet communication holes 52a.

また本実施形態において、酸化剤ガス入口連通孔48a及び燃料ガス入口連通孔50aは、六角形状に形成されている。さらに燃料ガス入口連通孔50aの流路断面積は、酸化剤ガス入口連通孔48aの流路断面積よりも小さい。一方、酸化剤ガス出口連通孔48b、燃料ガス出口連通孔50b、冷却媒体入口連通孔52a及び冷却媒体出口連通孔52bは、略三角形状に形成されている。   In the present embodiment, the oxidant gas inlet communication hole 48a and the fuel gas inlet communication hole 50a are formed in a hexagonal shape. Furthermore, the flow path cross-sectional area of the fuel gas inlet communication hole 50a is smaller than the flow path cross-sectional area of the oxidizing gas inlet communication hole 48a. On the other hand, the oxidizing gas outlet communication hole 48b, the fuel gas outlet communication hole 50b, the cooling medium inlet communication hole 52a, and the cooling medium outlet communication hole 52b are formed in a substantially triangular shape.

酸化剤ガス流路40は、酸化剤ガス入口連通孔48a及び2つの酸化剤ガス出口連通孔48bに流体的に連通する。酸化剤ガス流路40は、酸化剤ガス入口連通孔48aから酸化剤ガスが供給されることで、この酸化剤ガスを矢印A方向に沿って流動させ、2つの酸化剤ガス出口連通孔48bに酸化剤ガスを排出する。2つの酸化剤ガス出口連通孔48bは、三角形状の一辺(底辺)が酸化剤ガス流路40に向いている。   The oxidizing gas passage 40 is in fluid communication with the oxidizing gas inlet communicating hole 48a and the two oxidizing gas outlet communicating holes 48b. When the oxidizing gas is supplied from the oxidizing gas inlet communication hole 48a, the oxidizing gas flow path 40 causes the oxidizing gas to flow in the direction of arrow A, and the oxidizing gas flows into the two oxidizing gas outlet communication holes 48b. Discharge oxidant gas. The two oxidizing gas outlet communication holes 48 b have a triangular side (bottom side) facing the oxidizing gas flow path 40.

燃料ガス流路42は、燃料ガス入口連通孔50a及び2つの燃料ガス出口連通孔50bに流体的に連通する。燃料ガス流路42は、燃料ガス入口連通孔50aから燃料ガスが供給されることで、この燃料ガスを矢印A方向(酸化剤ガスと反対方向)に沿って流動させ、2つの燃料ガス出口連通孔50bに燃料ガスを排出する。2つの燃料ガス出口連通孔50bは、三角形状の一辺(底辺)が燃料ガス流路42に向いている。   The fuel gas passage 42 is in fluid communication with the fuel gas inlet communication hole 50a and the two fuel gas outlet communication holes 50b. When the fuel gas is supplied from the fuel gas inlet communication hole 50a, the fuel gas flow path 42 causes the fuel gas to flow in the direction of arrow A (the direction opposite to the oxidizing gas), and the two fuel gas outlets communicate with each other. The fuel gas is discharged into the hole 50b. One side (bottom) of the two fuel gas outlet communication holes 50b faces the fuel gas flow path 42.

冷却媒体流路44は、2つの冷却媒体入口連通孔52a及び2つの冷却媒体出口連通孔52bに流体的に連通する。冷却媒体流路44は、2つの冷却媒体入口連通孔52aから冷却媒体が供給されることで、この冷却媒体を矢印A方向(燃料ガスと同方向)に沿って流動させ、2つの冷却媒体出口連通孔52bに冷却媒体を排出する。2つの冷却媒体入口連通孔52a及び2つの冷却媒体出口連通孔52bは、三角形状の一頂部が共に冷却媒体流路44に向いている。   The cooling medium passage 44 fluidly communicates with the two cooling medium inlet communication holes 52a and the two cooling medium outlet communication holes 52b. When the cooling medium is supplied from the two cooling medium inlet communication holes 52a, the cooling medium flow path 44 causes the cooling medium to flow in the direction of arrow A (the same direction as the fuel gas), and the two cooling medium outlets The cooling medium is discharged to the communication hole 52b. The two cooling medium inlet communication holes 52a and the two cooling medium outlet communication holes 52b have triangular tops both facing the cooling medium flow path 44.

なお、酸化剤ガス連通孔48(酸化剤ガス入口連通孔48a、酸化剤ガス出口連通孔48b)、燃料ガス連通孔50(燃料ガス入口連通孔50a、燃料ガス出口連通孔50b)、冷却媒体連通孔52(冷却媒体入口連通孔52a、冷却媒体出口連通孔52b)の配置位置、数、形状は、上記に限定されない。各連通孔46は、要求される仕様に応じて適宜設計されればよい。   The oxidizing gas communication hole 48 (oxidizing gas inlet communication hole 48a, oxidizing gas outlet communication hole 48b), fuel gas communication hole 50 (fuel gas inlet communication hole 50a, fuel gas outlet communication hole 50b), cooling medium communication The arrangement position, number, and shape of the holes 52 (the cooling medium inlet communication holes 52a and the cooling medium outlet communication holes 52b) are not limited to the above. Each communication hole 46 may be appropriately designed according to required specifications.

第1及び第2セパレータ26、28の表面には、例えば、プレス成形により複数のメタルビードシール(シール部材54)が樹脂枠付きMEA24に向かって一体成形される。シール部材54は、メタルビードシールに代えて、弾性材料からなる凸状弾性シールが適用されてもよい。   A plurality of metal bead seals (seal members 54) are integrally formed on the surfaces of the first and second separators 26 and 28 by, for example, press molding toward the MEA 24 with the resin frame. As the seal member 54, a convex elastic seal made of an elastic material may be applied instead of the metal bead seal.

また、発電セル12には、燃料電池スタック10の運転時(発電時)にカソード側で生じた生成水を排出する第1ドレン56が設けられている。第1ドレン56は、第1及び第2セパレータ26、28、樹脂枠部材32が重なる位置に貫通形成されている。第1ドレン56は、積層体16の端部(例えば、インシュレータ)に設けられた図示しない第1連結流路を介して、酸化剤ガス出口連通孔48bに連通している。   Further, the power generation cell 12 is provided with a first drain 56 for discharging generated water generated on the cathode side during operation of the fuel cell stack 10 (during power generation). The first drain 56 is formed to penetrate at a position where the first and second separators 26 and 28 and the resin frame member 32 overlap. The first drain 56 communicates with the oxidant gas outlet communication hole 48b via a first connection channel (not shown) provided at an end (for example, an insulator) of the stacked body 16.

さらに、発電セル12には、燃料電池スタック10の運転時(発電時)にアノード側で生じた生成水を排出するための第2ドレン58が設けられている。第2ドレン58は、第1及び第2セパレータ26、28、樹脂枠部材32が重なる位置に貫通形成されている。第2ドレン58は、積層体16の端部(例えば、インシュレータ)に設けられた図示しない第2連結流路を介して、燃料ガス出口連通孔50bに連通している。   Further, the power generation cell 12 is provided with a second drain 58 for discharging generated water generated on the anode side during operation of the fuel cell stack 10 (during power generation). The second drain 58 is formed to penetrate at a position where the first and second separators 26 and 28 and the resin frame member 32 overlap. The second drain 58 communicates with the fuel gas outlet communication hole 50b via a second connection channel (not shown) provided at an end (for example, an insulator) of the stacked body 16.

図1に戻り、複数の発電セル12を収容するスタックケース14は、面状に延在して全面を覆う壁部18を前面、上面及び底面に有する。その一方で、スタックケース14の後面及び左右両側の側面は、スタックケース14の内部空間14aに連通する窓20aを有する窓枠20(フレーム状)に形成されている。   Returning to FIG. 1, the stack case 14 accommodating the plurality of power generation cells 12 has a wall portion 18 extending in a planar shape and covering the entire surface on the front, top, and bottom surfaces. On the other hand, the rear surface and the left and right side surfaces of the stack case 14 are formed in a window frame 20 (frame shape) having a window 20 a communicating with the internal space 14 a of the stack case 14.

積層体16の積層方向の一端側(矢印Br側)に設けられる図示しないターミナルプレート及び絶縁プレートは、発電セル12と共にスタックケース14内に収容される。スタックケース14の矢印B方向一端側には、スタックケース14の窓20aを閉塞する側壁60が、シール部材61を挟んで取り付けられる。この側壁60は、発電セル12の積層方向に締付荷重を付与する一方のエンドプレートを構成する。なお、スタックケース14の後面も、窓20aを閉塞する後壁62が、シール部材61を挟んで取り付けられる。   A terminal plate and an insulating plate (not shown) provided on one end side (arrow Br side) in the stacking direction of the stacked body 16 are housed in the stack case 14 together with the power generation cells 12. A side wall 60 for closing the window 20 a of the stack case 14 is attached to one end of the stack case 14 in the direction of the arrow B with a seal member 61 interposed therebetween. The side wall 60 constitutes one end plate that applies a tightening load in the stacking direction of the power generation cells 12. A rear wall 62 for closing the window 20a is attached to the rear surface of the stack case 14 with the seal member 61 interposed therebetween.

積層体16の積層方向の他端側(矢印Bl側)に設けられる図示しないターミナルプレート及び絶縁プレートは、発電セル12と共にスタックケース14内に収容される。そして、発電セル12の積層方向他端側のスタックケース14の側面には、窓20aを閉塞するように、シール部材61を挟んで補機ケース64が取り付けられる。   A terminal plate and an insulating plate (not shown) provided on the other end side (the arrow Bl side) of the stacked body 16 in the stacking direction are housed in the stack case 14 together with the power generation cells 12. An auxiliary case 64 is attached to the side surface of the stack case 14 at the other end in the stacking direction of the power generation cell 12 with the seal member 61 interposed therebetween so as to close the window 20a.

補機ケース64は、マニホールド構造22を収容及び保護するための保護筐体であり、スタックケース14の水平方向に固定される。図3に示すように、マニホールド構造22は、燃料電池システムの補機66(デバイス)や配管67を含み、流体である燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体を流動させる。補機ケース64は、スタックケース14にねじ止めされる凹形状の第1ケース部材68と、第1ケース部材68に接合される凹形状の第2ケース部材70とを有し、これらの部材の内部に、マニホールド構造22を収納する収納空間64aが形成される。   The accessory case 64 is a protective case for housing and protecting the manifold structure 22, and is fixed to the stack case 14 in the horizontal direction. As shown in FIG. 3, the manifold structure 22 includes an auxiliary device 66 (device) and a pipe 67 of the fuel cell system, and flows a fuel gas, an oxidizing gas, and a cooling medium, which are fluids. The accessory case 64 has a concave first case member 68 screwed to the stack case 14 and a concave second case member 70 joined to the first case member 68. Inside, a storage space 64a for storing the manifold structure 22 is formed.

第1ケース部材68は、ボルトによりスタックケース14に接合され、スタックケース14の内部空間14aと補機ケース64の収納空間64aとを区画する取付壁部72を有する。取付壁部72は、発電セル12の積層体16に積層方向の締付荷重を付与するエンドプレートとしての機能を有している。   The first case member 68 is joined to the stack case 14 by bolts, and has a mounting wall 72 that partitions the internal space 14a of the stack case 14 and the storage space 64a of the accessory case 64. The mounting wall 72 has a function as an end plate that applies a tightening load in the stacking direction to the stack 16 of the power generation cell 12.

図1に戻り、取付壁部72は、発電セル12の複数の連通孔46(酸化剤ガス連通孔48、燃料ガス連通孔50、冷却媒体連通孔52)にそれぞれ連通する複数の孔部74を有する。なお、取付壁部72には、矢印Ar側及びAf側に上下方向に延在する一対の長孔を有し、後記のマニホールド構造22(第1配管構造85)から一対の長孔を貫通し、各連通孔46に対応する管を突出させた構成でもよい。   Returning to FIG. 1, the mounting wall 72 includes a plurality of holes 74 that respectively communicate with the plurality of communication holes 46 (oxidant gas communication holes 48, fuel gas communication holes 50, and cooling medium communication holes 52) of the power generation cell 12. Have. The mounting wall portion 72 has a pair of long holes extending vertically in the directions of the arrows Ar and Af, and penetrates the pair of long holes from the later-described manifold structure 22 (first piping structure 85). Alternatively, a configuration in which a pipe corresponding to each communication hole 46 is protruded may be used.

複数の孔部74は、取付壁部72を厚さ方向に貫通形成されている。各孔部74は、酸化剤ガス入口連通孔48aに連通する酸化剤ガス導入用孔部76aと、2つの酸化剤ガス出口連通孔48bに各々連通する2つの酸化剤ガス導出用孔部76bと、燃料ガス入口連通孔50aに連通する燃料ガス導入用孔部78aと、2つの燃料ガス出口連通孔50bに各々連通する2つの燃料ガス導出用孔部78bと、2つの冷却媒体入口連通孔52aに各々連通する2つの冷却媒体導入用孔部80aと、2つの冷却媒体出口連通孔52bに各々連通する2つの冷却媒体導出用孔部80bと、を含む。また図示は省略するが、孔部74の内壁には、ガスケットが取り付けられ、ガスケットは、外側(矢印Bl側)において正円形状に形成され、内側(矢印Br側)に向かって各連通孔46の形状に応じた形に徐々に変化するように構成されている。なお孔部74の内壁自体の形状が徐々に変化する構成でもよい。   The plurality of holes 74 are formed to penetrate the mounting wall 72 in the thickness direction. Each of the holes 74 includes an oxidizing gas introducing hole 76a communicating with the oxidizing gas inlet communicating hole 48a, and two oxidizing gas deriving holes 76b communicating with the two oxidizing gas outlet communicating holes 48b, respectively. , A fuel gas introduction hole 78a communicating with the fuel gas inlet communication hole 50a, two fuel gas outlet holes 78b respectively communicating with the two fuel gas outlet communication holes 50b, and two cooling medium inlet communication holes 52a. And two cooling medium outlet holes 80b, each of which communicates with two cooling medium outlet communication holes 52b. Although not shown, a gasket is attached to the inner wall of the hole 74, and the gasket is formed in a perfect circular shape on the outside (arrow Bl side), and each communication hole 46 faces inward (arrow Br side). It is configured to gradually change to a shape corresponding to the shape of. Note that a configuration in which the shape of the inner wall itself of the hole 74 is gradually changed may be employed.

図3に示すように、補機ケース64の収納空間64aには、燃料電池システムの補機66及び配管67を含むマニホールド構造22の構造部82が構築されている。この構造部82は、燃料電池スタック10から外側(矢印Bl方向)に向かって順に第1〜第3層部84、86、88を有している。つまり、第1層部84は、第1ケース部材68の取付壁部72の隣接位置に設置され、第2層部86は、第1層部84の矢印Bl側の隣接位置に設置され、第3層部88は、第2層部86の矢印Bl側の隣接位置に設置される。   As shown in FIG. 3, a structural portion 82 of the manifold structure 22 including the auxiliary device 66 and the piping 67 of the fuel cell system is constructed in a storage space 64a of the auxiliary device case 64. The structural portion 82 has first to third layer portions 84, 86, 88 in order from the fuel cell stack 10 to the outside (in the direction of the arrow Bl). That is, the first layer portion 84 is installed at a position adjacent to the mounting wall portion 72 of the first case member 68, and the second layer portion 86 is installed at a position adjacent to the arrow B1 side of the first layer portion 84, The three-layer portion 88 is installed at a position adjacent to the second layer portion 86 on the arrow Bl side.

第1〜第3層部84、86、88は、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体を流動させる配管67をユニット状に構成した3つの配管構造によって区分される。すなわち、第1層部84には第1配管構造85、第2層部86には第2配管構造87、第3層部88には第3配管構造89が設けられている。   The first to third layer portions 84, 86, and 88 are divided by three piping structures in which a piping 67 for flowing a fuel gas, an oxidizing gas, and a cooling medium is formed in a unit shape. That is, a first piping structure 85 is provided in the first layer portion 84, a second piping structure 87 is provided in the second layer portion 86, and a third piping structure 89 is provided in the third layer portion 88.

第1配管構造85は、図4及び図5に示すように、第1ケース部材68の取付壁部72に固定され、取付壁部72に設けられた全ての孔部74に重なるブロック形状に形成されている。詳細には、第1配管構造85は、第1ケース部材68の取付壁部72を臨む正面視で、略二等辺三角形状を呈する本体部90と、本体部90の頂角側に連なり上下方向に短く延在する縦延在部92と、縦延在部92の上下方向途中位置から本体部90と反対方向に延在する一対の横延在部94と、を有する。また、第1配管構造85は、取付壁部72から矢印B方向(厚さ方向)に所定長さ突出し、流体(本実施形態では燃料ガス、冷却媒体)が流動可能な第1流通路96を内部に備える。第1配管構造85の突出端側(矢印Bl側)の構造壁85aは、第1流通路96を非露出とする平坦状に形成されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the first piping structure 85 is fixed to the mounting wall 72 of the first case member 68 and formed in a block shape that overlaps all the holes 74 provided in the mounting wall 72. Have been. Specifically, the first piping structure 85 includes a main body 90 having a substantially isosceles triangular shape when viewed from the front facing the mounting wall 72 of the first case member 68, and a vertical direction connected to the apex side of the main body 90. And a pair of horizontal extending portions 94 extending in a direction opposite to the main body portion 90 from an intermediate position in the vertical direction of the vertical extending portion 92. The first piping structure 85 protrudes from the mounting wall 72 in a direction indicated by an arrow B (thickness direction) by a predetermined length, and forms a first flow passage 96 through which a fluid (a fuel gas or a cooling medium in the present embodiment) can flow. Prepare inside. The structural wall 85a on the projecting end side (arrow Bl side) of the first piping structure 85 is formed in a flat shape exposing the first flow passage 96.

第1配管構造85は、溶接、接着等の適宜の接合方法により取付壁部72に接合される。接合状態では、縦延在部92及び横延在部94が矢印Af側となり、本体部90の底辺側が矢印Ar側となる。また接合状態では、縦延在部92が取付壁部72の矢印Af側に形成された複数の孔部74に重なり、本体部90の底辺側が壁部の矢印Ar側に形成された複数の孔部74に重なる。   The first piping structure 85 is joined to the mounting wall 72 by an appropriate joining method such as welding or bonding. In the joined state, the vertically extending portion 92 and the horizontally extending portion 94 are on the arrow Af side, and the bottom side of the main body portion 90 is on the arrow Ar side. In the joined state, the vertically extending portion 92 overlaps the plurality of holes 74 formed on the arrow Af side of the mounting wall portion 72, and the plurality of holes formed on the bottom side of the main body portion 90 on the arrow Ar side of the wall portion. It overlaps the part 74.

本体部90の底辺側は、複数の孔部74の設置形状に応じて波状に形成されている。そして本体部90は、矢印Ar側において、上下方向中央部の3つの孔部74に重なる位置に複数(3つ)の第1貫通孔98を有する。各第1貫通孔98は、本体部90を厚さ方向に貫通して各孔部74に連通する。各第1貫通孔98は、酸化剤ガス導入用孔部76aに連通する酸化剤ガス導入用第1貫通孔98aと、2つの冷却媒体導出用孔部80bの各々に連通する冷却媒体導出用第1貫通孔98bと、を含む。すなわち、酸化剤ガス導入用第1貫通孔98aは、酸化剤ガス入口連通孔48a(図2参照)に連通し、2つの冷却媒体導出用第1貫通孔98bは、冷却媒体出口連通孔52b(図2参照)に連通する。   The bottom side of the main body 90 is formed in a wavy shape according to the installation shape of the plurality of holes 74. The main body portion 90 has a plurality of (three) first through holes 98 at positions overlapping the three hole portions 74 at the center in the vertical direction on the arrow Ar side. Each first through-hole 98 penetrates the main body 90 in the thickness direction and communicates with each hole 74. Each of the first through holes 98 is provided with an oxidizing gas introducing first through hole 98a communicating with the oxidizing gas introducing hole 76a, and a cooling medium leading second communicating hole with each of the two cooling medium leading holes 80b. 1 through-hole 98b. That is, the oxidizing gas introduction first through hole 98a communicates with the oxidizing gas inlet communication hole 48a (see FIG. 2), and the two cooling medium outlet first through holes 98b communicate with the cooling medium outlet communication hole 52b ( (See FIG. 2).

一方、本体部90の矢印Ar側において上下方向の底角付近は、本体部90の構造壁85aによって2つの燃料ガス導出用孔部78bを覆っている。本体部90の底角付近において取付壁部72と対向する面には、2つの燃料ガス導出用孔部78bにそれぞれ連通する内側開口部100aが設けられている。また、本体部90の頂角付近は、構造壁85aにより燃料ガス導入用孔部78aを覆っており、この頂角付近において取付壁部72と対向する面には燃料ガス導入用孔部78aに連通する内側開口部100bが設けられている。各内側開口部100a、100bは、本体部90内に形成された第1流通路96に連通している。   On the other hand, near the bottom angle in the vertical direction on the arrow Ar side of the main body 90, the two fuel gas outlet holes 78b are covered by the structural wall 85a of the main body 90. Near the bottom angle of the main body 90, an inner opening 100a communicating with the two fuel gas outlet holes 78b is provided on a surface facing the mounting wall 72. The fuel gas introduction hole 78a is covered by a structural wall 85a near the apex angle of the main body 90, and the fuel gas introduction hole 78a is formed on a surface facing the mounting wall 72 near the apex angle. An inner opening 100b that communicates is provided. Each of the inner openings 100 a and 100 b communicates with a first flow passage 96 formed in the main body 90.

本体部90の第1流通路96は、構造壁85aによって覆われて本体部90の面方向(矢印A方向及び矢印C方向)に沿って延在している。本実施形態において、本体部90の第1流通路96は、燃料ガスが流動する燃料ガス流通路102として構成されている。例えば、燃料ガス流通路102は、内側開口部100aに連なる一対の第1路102aと、一対の第1路102aに連なる第2路102b、第3路102cと、を有する。第2路102bは、本体部90の外部に設けられた燃料ガス系装置のエゼクタ103(補機66)に、燃料ガス(アノードオフガス)を流動させる。第3路102cは、アノードオフガスを排出する配管67bに接続される。   The first flow passage 96 of the main body 90 is covered with the structural wall 85a and extends along the surface direction of the main body 90 (the direction of arrow A and the direction of arrow C). In the present embodiment, the first flow passage 96 of the main body 90 is configured as a fuel gas flow passage 102 through which the fuel gas flows. For example, the fuel gas flow passage 102 has a pair of first paths 102a connected to the inner opening 100a, and a second path 102b and a third path 102c connected to the pair of first paths 102a. The second passage 102b allows the fuel gas (anode off-gas) to flow to the ejector 103 (auxiliary device 66) of the fuel gas system device provided outside the main body 90. The third passage 102c is connected to a pipe 67b for discharging the anode off-gas.

また、燃料ガス流通路102は、燃料ガス系装置のインジェクタ104(補機66)及びエゼクタ103の下流側の配管67aが外部に接続されると共に、本体部90の外部から内側開口部100bに連通する第4路102dを有する。第4路102dは、インジェクタ104の駆動下に、燃料ガスを内側開口部100b、燃料ガス入口連通孔50aに供給する。   The fuel gas flow passage 102 is connected to the outside of the injector 104 (auxiliary device 66) and the ejector 103 of the fuel gas system device, and communicates with the inside opening 100b from outside of the main body 90. And a fourth road 102d. The fourth path 102d supplies the fuel gas to the inner opening 100b and the fuel gas inlet communication hole 50a while the injector 104 is driven.

第1配管構造85の縦延在部92は、本体部90の頂角側から上下方向に向かって2つの酸化剤ガス導出用孔部76bに達する長さに延在している。縦延在部92は、取付壁部72の矢印Af側に設けられた4つの孔部74(2つの冷却媒体導入用孔部80a、2つの酸化剤ガス導出用孔部76b)に対応した波状で、且つ本体部90と同じ厚さに形成されている。縦延在部92は、2つの酸化剤ガス導出用孔部76bの対向位置に酸化剤ガス導出用第1貫通孔98c(第1貫通孔98)をそれぞれ有する。つまり、2つの酸化剤ガス導出用第1貫通孔98cは、発電セル12の酸化剤ガス出口連通孔48b(図2参照)に連通している。   The vertically extending portion 92 of the first piping structure 85 extends from the apex side of the main body portion 90 to the two oxidizing gas outlet holes 76b in the vertical direction. The vertically extending portion 92 has a wavy shape corresponding to four holes 74 (two cooling medium introduction holes 80a and two oxidant gas derivation holes 76b) provided on the arrow Af side of the mounting wall 72. And the same thickness as the main body 90. The vertically extending portion 92 has oxidant gas deriving first through holes 98c (first through holes 98) at positions facing the two oxidizing gas deriving holes 76b, respectively. That is, the two first oxidant gas lead-out holes 98c communicate with the oxidant gas outlet communication holes 48b (see FIG. 2) of the power generation cell 12.

その一方で、縦延在部92は、2つの冷却媒体導入用孔部80aを構造壁85aにより覆っている。縦延在部92の取付壁部72との対向面側には、2つの冷却媒体導入用孔部80aにそれぞれ連通する2つの内側開口部100cが設けられている。   On the other hand, the vertically extending portion 92 covers the two cooling medium introduction holes 80a with the structural wall 85a. On the side of the longitudinally extending portion 92 facing the mounting wall portion 72, two inner openings 100c communicating with the two cooling medium introduction holes 80a are provided.

一対の横延在部94は、各内側開口部100cの形成位置の側方に連なり、その内部に冷却媒体を供給する第1流通路96である冷却媒体導入路106を有する。冷却媒体導入路106は、縦延在部92まで延在して内側開口部100cに連通している。つまり冷却媒体導入路106は、冷却媒体導入用孔部80aを介して、冷却媒体入口連通孔52a(図2参照)に連通している。冷却媒体導入路106の他端は、一対の横延在部94に沿って第1ケース部材68の外部に延在し、図示しない冷却装置に繋がる配管に連通する。   The pair of laterally extending portions 94 has a cooling medium introduction passage 106 that is a first flow passage 96 that is connected to the side of the formation position of each inner opening 100c and supplies a cooling medium therein. The cooling medium introduction passage 106 extends to the vertically extending portion 92 and communicates with the inner opening 100c. That is, the cooling medium introduction passage 106 communicates with the cooling medium inlet communication hole 52a (see FIG. 2) via the cooling medium introduction hole 80a. The other end of the cooling medium introduction passage 106 extends outside the first case member 68 along the pair of laterally extending portions 94 and communicates with a pipe connected to a cooling device (not shown).

上記の第1層部84(第1配管構造85)に対して第2層部86が積層される。図4及び図6に示すように、第2層部86は、酸化剤ガス系装置のデバイスである加湿器108と、加湿器108に連設するように設けられる第2配管構造87と、を含み、加湿器108及び第2配管構造87は、相互に一体化した状態で第1層部84に取り付けられる。   A second layer 86 is laminated on the first layer 84 (first piping structure 85). As shown in FIGS. 4 and 6, the second layer portion 86 includes a humidifier 108 which is a device of the oxidizing gas system and a second piping structure 87 provided so as to be connected to the humidifier 108. The humidifier 108 and the second piping structure 87 are attached to the first layer portion 84 in a state where they are integrated with each other.

加湿器108は、発電セル12を発電に適当な湿潤状態とするために、燃料電池スタック10に供給する酸化剤ガスを加湿する。例えば、加湿器108は、燃料電池スタック10から排出される酸化剤ガス(カソードオフガス)を循環して、カソードオフガスに含まれる水により加湿を行う。   The humidifier 108 humidifies the oxidizing gas supplied to the fuel cell stack 10 in order to bring the power generation cell 12 into a wet state suitable for power generation. For example, the humidifier 108 circulates an oxidizing gas (cathode off-gas) discharged from the fuel cell stack 10 and performs humidification with water contained in the cathode off-gas.

第2配管構造87は、加湿器108の矢印Ar側の端部に設置される連結体110と、加湿器108の矢印Af側の端部に設置される一対の連結管112とを有する。連結体110及び連結管112の各々は、第1配管構造85の所定位置に接合されることで、第1配管構造85の構造壁85aに対し加湿器108を若干離れた位置に位置決めする。連結体110及び連結管112は、溶接、接着等の適宜の接合方法により第1配管構造85に接合されるとよい。   The second piping structure 87 has a connecting body 110 installed at an end of the humidifier 108 on the arrow Ar side, and a pair of connecting pipes 112 installed at an end of the humidifier 108 on the arrow Af side. Each of the connecting body 110 and the connecting pipe 112 is joined to a predetermined position of the first piping structure 85, thereby positioning the humidifier 108 at a position slightly away from the structural wall 85a of the first piping structure 85. The connecting body 110 and the connecting pipe 112 are preferably joined to the first piping structure 85 by an appropriate joining method such as welding or bonding.

連結体110は、第1配管構造85に設けられた酸化剤ガス導入用第1貫通孔98a及び2つの冷却媒体導出用第1貫通孔98bに重なるブロック状に形成され、第1配管構造85よりも矢印B方向に長く延在している。連結体110の上下方向中央部の内部には、第1配管構造85の酸化剤ガス導入用第1貫通孔98aに連通する酸化剤ガス導入用第2流通路116(第2流通路114)が設けられている。連結体110の上下方向両側部は、第1配管構造85の一対の冷却媒体導出用第1貫通孔98bに連通する冷却媒体導出用第2貫通孔118a(第2貫通孔118)が設けられている。   The connecting body 110 is formed in a block shape that overlaps the first oxidizing gas introduction through-hole 98 a and the two first coolant introduction through-holes 98 b provided in the first piping structure 85. Also extends long in the direction of arrow B. A second oxidant gas introduction passage 116 (second passage 114) communicating with the oxidant gas introduction first through-hole 98 a of the first piping structure 85 is provided inside a vertically central portion of the connector 110. Is provided. On both sides in the up-down direction of the connecting body 110, a second through-hole 118 a (second through-hole 118) for leading out a cooling medium is provided which communicates with a pair of first through-holes 98 b for leading out a cooling medium of the first piping structure 85. I have.

加湿器108の矢印Af側に設けられる一対の連結管112は、第1配管構造85の第1貫通孔98と加湿器108とを接続する管体に形成されている。一対の連結管112の内部には、第2流通路114が設けられ、この第2流通路114は、第1配管構造85の酸化剤ガス導出用第1貫通孔98cと加湿器108との間を連通する酸化剤ガス導出用第2流通路117となっている。すなわち、酸化剤ガス導出用第2流通路117は、酸化剤ガス導出用孔部76b及び酸化剤ガス導出用第1貫通孔98cを介して、積層体16から排出される酸化剤ガス(カソードオフガス)を加湿器108に流動させる。   The pair of connecting pipes 112 provided on the arrow Af side of the humidifier 108 are formed in a pipe body that connects the first through hole 98 of the first piping structure 85 and the humidifier 108. A second flow passage 114 is provided inside the pair of connecting pipes 112, and the second flow passage 114 is provided between the humidifier 108 and the first through hole 98 c for oxidant gas derivation of the first piping structure 85. And a second flow passage 117 for deriving the oxidizing gas. That is, the second oxidant gas deriving passage 117 is connected to the oxidant gas (cathode off-gas) discharged from the stacked body 16 through the oxidant gas deriving hole 76b and the first oxidizing gas deriving through hole 98c. ) Flows to the humidifier 108.

連結体110が接続される加湿器108の一端側には、加湿器108内に酸化剤ガスを供給するための供給管120が接続されている。供給管120は、補機ケース64の外部に設けられた図示しないエアポンプに接続されている。   A supply pipe 120 for supplying an oxidizing gas into the humidifier 108 is connected to one end of the humidifier 108 to which the connector 110 is connected. The supply pipe 120 is connected to an air pump (not shown) provided outside the accessory case 64.

連結管112が連結される加湿器108の他端側には、加湿器108に酸化剤ガス(カソードオフガス)流入した酸化剤ガスを、加湿器108(第2層部86)から外部に排出するための排出管122が接続されている。排出管122には、酸化剤ガスの流動量や流動経路を変化させる図示しないバルブが設けられる。   At the other end of the humidifier 108 to which the connection pipe 112 is connected, the oxidant gas that has flowed into the humidifier 108 (cathode off-gas) is discharged from the humidifier 108 (the second layer 86) to the outside. Pipe 122 is connected. The discharge pipe 122 is provided with a valve (not shown) for changing the flow amount and flow path of the oxidizing gas.

図4及び図7に示すように、上記の第2層部86(第2配管構造87の連結体110)に対して第3層部88が積層される。第3層部88は、ユニット状に構成された第3配管構造89を有し、この第3配管構造89は、溶接、接着等の適宜の接合方法により連結体110の矢印Bl側の突出端に接合される。   As shown in FIGS. 4 and 7, a third layer 88 is laminated on the second layer 86 (the connector 110 of the second piping structure 87). The third layer portion 88 has a third piping structure 89 configured in a unit shape, and the third piping structure 89 is formed by a suitable joining method such as welding or bonding, and the protruding end of the connecting body 110 on the arrow Bl side. Joined to.

第3配管構造89は、一対の冷却媒体導出用第2貫通孔118aに連通する冷却媒体導出用第3流通路126(第3流通路124)を内部に有している。具体的には、第3配管構造89は、連結体110の一対の冷却媒体導出用第2貫通孔118aに対向する2つの分岐管128と、2つの分岐管128が合流する1本の合流管130と、を有する。   The third piping structure 89 has therein a third coolant passage deriving passage 126 (third flow passage 124) communicating with the pair of second coolant passage through holes 118a. Specifically, the third piping structure 89 is composed of two branch pipes 128 facing the pair of cooling medium leading-out second through holes 118a of the connector 110, and one junction pipe where the two branch pipes 128 join. 130.

一対の分岐管128は、連結体110に隣接する端部(矢印Br)側に分岐管128同士を架橋し且つ連結体110に固定するための固定板部132を備えている。固定板部132は、連結体110の突出端面を全体的に覆うように接合される。合流管130は、上下に並ぶ分岐管128から下方向に延在して所定位置で90°屈曲することで、加湿器108の下側を迂回して矢印Af方向に向かって延在している。合流管130は、燃料電池スタック10の前方側に設けられた図示しない冷却装置に接続されている。   The pair of branch pipes 128 are provided with a fixing plate part 132 for bridging the branch pipes 128 and fixing the branch pipes 128 to the connecting body 110 at the end (arrow Br) side adjacent to the connecting body 110. The fixing plate 132 is joined so as to entirely cover the protruding end surface of the connecting body 110. The junction pipe 130 extends downward in the arrow Af direction, bypassing the lower side of the humidifier 108 by extending downward from the vertically arranged branch pipes 128 and bending at 90 ° at a predetermined position. . The junction pipe 130 is connected to a cooling device (not shown) provided on the front side of the fuel cell stack 10.

本実施形態に係る燃料電池スタック10のマニホールド構造22は、基本的には以上のように構成されており、以下その作用について説明する。   The manifold structure 22 of the fuel cell stack 10 according to the present embodiment is basically configured as described above, and its operation will be described below.

燃料電池スタック10は、図1に示すように、製造時に、複数の発電セル12を積層した積層体16をスタックケース14に収容する。そして、スタックケース14の矢印Br側に側壁60を固定すると共に、スタックケース14の矢印Bl側に補機ケース64の第1ケース部材68を固定して、積層体16の積層方向に締付荷重を付与する。第1ケース部材68の取付壁部72は、取付状態で、積層体16の各連通孔46に各々対向するように複数の孔部74を配置しており、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体を供給及び排出可能としている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 10 accommodates a stacked body 16 in which a plurality of power generation cells 12 are stacked in a stack case 14 at the time of manufacturing. Then, the side wall 60 is fixed to the arrow Br side of the stack case 14, and the first case member 68 of the auxiliary machine case 64 is fixed to the arrow Bl side of the stack case 14. Is given. The mounting wall portion 72 of the first case member 68 has a plurality of holes 74 arranged so as to face the respective communication holes 46 of the laminate 16 in the mounted state, and the oxidizing gas, the fuel gas, and the cooling medium. Can be supplied and discharged.

マニホールド構造22の構造部82の製造では、図5に示すように、まず取付壁部72の全ての孔部74に重なるように、第1層部84の第1配管構造85を接合する。接合状態において第1配管構造85の矢印Ar側は、酸化剤ガス導入用孔部76aに酸化剤ガス導入用第1貫通孔98aが連通し、2つの冷却媒体導出用孔部80bに2つの冷却媒体導出用第1貫通孔98bが連通し、2つの燃料ガス導出用孔部78bに燃料ガス流通路102が連通する。また第1配管構造85の矢印Af側は、燃料ガス導入用孔部78aに燃料ガス流通路102が連通し、2つの冷却媒体導入用孔部80aに2つの冷却媒体導入路106が連通し、2つの酸化剤ガス導出用孔部76bに2つの酸化剤ガス導出用第1貫通孔98cが連通する。   In manufacturing the structural portion 82 of the manifold structure 22, first, the first piping structure 85 of the first layer portion 84 is joined so as to overlap with all the holes 74 of the mounting wall portion 72, as shown in FIG. In the joined state, on the arrow Ar side of the first piping structure 85, the first oxidizing gas introduction through-hole 98a communicates with the oxidizing gas introduction hole 76a, and two cooling medium outlet holes 80b communicate with each other. The first through-hole 98b for medium derivation communicates with the fuel gas flow passage 102 to two fuel gas derivation holes 78b. On the arrow Af side of the first piping structure 85, the fuel gas flow passage 102 communicates with the fuel gas introduction hole 78a, and the two cooling medium introduction passages 106 communicate with the two cooling medium introduction holes 80a. Two oxidizing gas deriving first through holes 98c communicate with the two oxidizing gas deriving holes 76b.

次に、図6に示すように、第1配管構造85に対し、第2層部86を構成する第2配管構造87、及び第2配管構造87と一体化した加湿器108を接合する。接合状態において第2配管構造87の矢印Ar側は、連結体110が配置され、酸化剤ガス導入用第1貫通孔98a、酸化剤ガス導入用第2流通路116が連通し、2つの冷却媒体導出用第1貫通孔98bの各々に2つの冷却媒体導出用第2貫通孔118aが連通する。また第2配管構造87の矢印Af側は、一対の連結管112が配置され、2つの酸化剤ガス導出用第1貫通孔98cに2つの酸化剤ガス導出用第2流通路117が連通する。   Next, as shown in FIG. 6, the first piping structure 85 is joined to the second piping structure 87 constituting the second layer portion 86 and the humidifier 108 integrated with the second piping structure 87. In the joined state, on the arrow Ar side of the second piping structure 87, a connecting body 110 is disposed, and the first oxidizing gas introduction through-hole 98a and the second oxidizing gas introduction flow passage 116 communicate with each other, and the two cooling media are connected. Two second through holes 118a for leading out the cooling medium communicate with each of the first through holes 98b for leading out. A pair of connecting pipes 112 are arranged on the arrow Af side of the second piping structure 87, and two oxidizing gas deriving second flow passages 117 communicate with two oxidizing gas deriving first through holes 98c.

そして、第2配管構造87の矢印Ar側に対し、第3層部88を構成する第3配管構造89を接合する。接合状態において、第3配管構造89は、2つの冷却媒体導出用第2貫通孔118aに対して冷却媒体導出用第3流通路126を連通させる。第1〜3層部84、86、88を積層して構成されたマニホールド構造22は、第1〜第3流通路96、114、124及び第1、第2貫通孔98、118を通して、積層体16に流体を供給及び排出させる。   Then, the third piping structure 89 forming the third layer portion 88 is joined to the arrow Ar side of the second piping structure 87. In the joined state, the third piping structure 89 causes the third coolant passages 126 to communicate with the two coolant passage second through holes 118a. The manifold structure 22 configured by laminating the first to third layer portions 84, 86, 88 passes through the first to third flow passages 96, 114, 124 and the first and second through holes 98, 118 to form a laminated body. Supply and drain fluid to 16.

燃料ガスは、インジェクタ104の駆動下に第1配管構造85の燃料ガス流通路102に供給され、燃料ガス導入用孔部78aを介して燃料ガス入口連通孔50aに流入する。また2つの燃料ガス出口連通孔50bを流動する燃料ガス(アノードオフガス)は、2つの燃料ガス導出用孔部78bを介して第1配管構造85の燃料ガス流通路102に流出される。第1配管構造85内の燃料ガス流通路102は、所定形状に設計されていることで、アノードオフガスの一部を燃料ガス導入用孔部78aに環流させると共に、アノードオフガスの他部を第1配管構造85から排出させる。   The fuel gas is supplied to the fuel gas flow passage 102 of the first piping structure 85 while the injector 104 is driven, and flows into the fuel gas inlet communication hole 50a via the fuel gas introduction hole 78a. The fuel gas (anode off gas) flowing through the two fuel gas outlet communication holes 50b flows out to the fuel gas flow passage 102 of the first piping structure 85 through the two fuel gas outlet holes 78b. The fuel gas flow passage 102 in the first piping structure 85 is designed to have a predetermined shape, so that a part of the anode off-gas is recirculated to the fuel gas introduction hole 78a, and the other part of the anode off-gas is used as the first gas. It is discharged from the piping structure 85.

酸化剤ガスは、エアポンプの駆動下に供給管120を通して加湿器108に供給される。また酸化剤ガスは、加湿器108から酸化剤ガス導入用第2流通路116、酸化剤ガス導入用第1貫通孔98a、酸化剤ガス導入用孔部76aを介して酸化剤ガス入口連通孔48aに流入する。さらに、2つの酸化剤ガス出口連通孔48bを流動する酸化剤ガス(カソードオフガス)は、2つの酸化剤ガス導出用孔部76b、2つの酸化剤ガス導出用第1貫通孔98cを介して、2つの酸化剤ガス導出用第2流通路117に流出される。さらにカソードオフガスは、加湿器108を通して酸化剤ガスを加湿した後、排出管122を介して外部に排出される。   The oxidizing gas is supplied to the humidifier 108 through the supply pipe 120 under the driving of the air pump. The oxidizing gas is supplied from the humidifier 108 through the second oxidizing gas introducing passage 116, the first oxidizing gas introducing through hole 98a, and the oxidizing gas introducing hole 76a through the oxidizing gas inlet communication hole 48a. Flows into. Further, the oxidizing gas (cathode off-gas) flowing through the two oxidizing gas outlet communication holes 48b passes through the two oxidizing gas outlet holes 76b and the two oxidizing gas outlet first through holes 98c. The oxidant gas flows out to the two second flow passages 117. Further, the cathode off-gas is humidified through the humidifier 108 to oxidize the oxidant gas, and then discharged to the outside through the discharge pipe 122.

冷却媒体は、冷却装置のポンプ(不図示)の駆動下に横延在部94に接続される配管から冷却媒体導入路106及び冷却媒体導入用孔部80aを介して冷却媒体入口連通孔52aに流入する。また冷却媒体出口連通孔52bを流動する冷却媒体は、冷却媒体導出用孔部80b、冷却媒体導出用第1貫通孔98b、冷却媒体導出用第2貫通孔118aを介して、第3配管構造89の冷却媒体導出用第3流通路126に流出される。   The cooling medium is supplied from a pipe connected to the laterally extending portion 94 to the cooling medium inlet communication hole 52a through the cooling medium introduction passage 106 and the cooling medium introduction hole 80a under the driving of a pump (not shown) of the cooling device. Inflow. The cooling medium flowing through the cooling medium outlet communication hole 52b is supplied to the third piping structure 89 through the cooling medium outlet hole 80b, the cooling medium outlet first through hole 98b, and the cooling medium outlet second through hole 118a. Out of the third cooling medium outlet passage 126.

なお、第1〜第3層部84、86、88(第1〜第3配管構造85、87、89)の接続部分は、溶接や接着等の接合方法に限定されるものではなく、種々の方法を採用してよい。例えば図7に示すように、第1配管構造85と第2配管構造87の境界部分や第2配管構造87と第3配管構造89の境界部分に筒状のジョイント部材134を収容し、各構造同士を接合してもよい。ジョイント部材134は、各孔の内壁に密着可能な外径に設計され、また樹脂材料(弾性材料を含む)や金属材料等の適宜の材料により構成される。ジョイント部材134は、第1貫通孔98と第2貫通孔118の接続、第1貫通孔98と第2流通路114の接続、第2貫通孔118と第3流通路124の接続をガイドすると共に、境界部分からの流体の漏出を防ぐことができる。   In addition, the connection part of the 1st-3rd layer parts 84, 86, 88 (1st-3rd piping structure 85, 87, 89) is not limited to joining methods, such as welding and adhesion | attachment, A method may be employed. For example, as shown in FIG. 7, a cylindrical joint member 134 is accommodated in a boundary between the first piping structure 85 and the second piping structure 87 and a boundary between the second piping structure 87 and the third piping structure 89. They may be joined together. The joint member 134 is designed to have an outer diameter that can be in close contact with the inner wall of each hole, and is made of an appropriate material such as a resin material (including an elastic material) or a metal material. The joint member 134 guides the connection between the first through hole 98 and the second through hole 118, the connection between the first through hole 98 and the second flow passage 114, and the connection between the second through hole 118 and the third flow passage 124. Thus, leakage of fluid from the boundary can be prevented.

また、ジョイント部材134は、取付壁部72と第1配管構造85との接合箇所に適用してもよい。ジョイント部材134の構成は、特に限定されず、例えば、取付壁部72、第1〜第3配管構造85、87、89内を一連に連続する筒状に形成されていてもよい。   Further, the joint member 134 may be applied to a joint between the mounting wall 72 and the first piping structure 85. The configuration of the joint member 134 is not particularly limited. For example, the joint member 134 may be formed in a continuous cylindrical shape inside the mounting wall 72 and the first to third piping structures 85, 87, and 89.

上記の実施形態から把握し得る本発明の技術的思想及び効果について、以下に記載する。   The technical ideas and effects of the present invention that can be grasped from the above embodiment will be described below.

燃料電池スタック10のマニホールド構造22は、第1層部84と第2層部86とを備える構造部82によって、レイアウトの自由度、及びマニホールドの設置箇所付近の強度を高めることができる。すなわち、第1層部84は、第1流通路96により第1層部84内で燃料ガスを流動させ、第1貫通孔98により酸化剤ガス、冷却媒体を別経路に案内する。第2層部86は、第2流通路114により第2層部86内で酸化剤ガスを流動させ、第2貫通孔118により冷却媒体を別経路に案内する。よって、異なる流体(燃料ガス及び酸化剤ガス)のレイアウトを層毎に容易に形成することができ、各層において流体を良好に流動させることが可能となる。また、第1及び第2層部84、86は、従来の配管を支持する部品や従来の配管により生じるクリアランスをなくし、マニホールドの設置箇所付近の強度を高め、しかも製造時の組立性を大幅に向上することができる。   In the manifold structure 22 of the fuel cell stack 10, the structural portion 82 including the first layer portion 84 and the second layer portion 86 can increase the degree of freedom in layout and the strength near the location where the manifold is installed. That is, the first layer portion 84 causes the fuel gas to flow in the first layer portion 84 through the first flow passage 96, and guides the oxidant gas and the cooling medium to another path through the first through hole 98. The second layer portion 86 causes the oxidizing gas to flow in the second layer portion 86 through the second flow passage 114, and guides the cooling medium to another path through the second through hole 118. Therefore, a layout of different fluids (fuel gas and oxidant gas) can be easily formed for each layer, and the fluid can be satisfactorily flowed in each layer. In addition, the first and second layer portions 84 and 86 eliminate parts for supporting the conventional pipes and clearances generated by the conventional pipes, increase the strength near the installation location of the manifold, and greatly improve the assemblability at the time of manufacturing. Can be improved.

また、構造部82は、第2層部86の隣接位置に設置され、第2貫通孔118に連通する第3流通路124を内部に有する第3層部88を備える。第3層部88は、第2貫通孔118に連通する第3流通路124によって、冷却媒体をより良好に流動させることができる。   In addition, the structure portion 82 includes a third layer portion 88 which is provided at a position adjacent to the second layer portion 86 and has a third flow passage 124 communicating with the second through hole 118 therein. The third layer portion 88 allows the cooling medium to flow more favorably by the third flow passage 124 communicating with the second through hole 118.

第1層部84は、エンドプレート(取付壁部72)の面方向に沿って延在する一連の配管構造(第1配管構造85)として構成されている。これにより、第1配管構造85は、流体の流路を簡単に確保すると共に、取付壁部72を補強することができる。   The first layer portion 84 is configured as a series of piping structures (first piping structures 85) extending along the surface direction of the end plate (mounting wall portion 72). Thereby, the first piping structure 85 can easily secure the fluid flow path and reinforce the mounting wall portion 72.

第3流通孔(冷却媒体連通孔52)は、複数設けられ、当該複数の冷却媒体連通孔52のうち一部は、配管構造(第1配管構造85)に設けられた第1流通路96(燃料ガス流通路102)とは異なる流通路(冷却媒体導入路106)に連通している。これにより、第1層部84の冷却媒体導入路106を介して冷却媒体を別経路に案内することができる。   A plurality of third communication holes (cooling medium communication holes 52) are provided, and some of the plurality of cooling medium communication holes 52 are provided with first flow passages 96 (provided in the piping structure (first piping structure 85)). It communicates with a flow passage (cooling medium introduction passage 106) different from the fuel gas flow passage 102). Thereby, the cooling medium can be guided to another path via the cooling medium introduction path 106 of the first layer portion 84.

第1連通孔(燃料ガス入口連通孔50a、燃料ガス出口連通孔50b)、第1層部84の第1流通路96(燃料ガス流通路102)は、燃料ガスを流動させる一方で、第2連通孔(酸化剤ガス入口連通孔48a、酸化剤ガス出口連通孔48b)、第1層部84の第1貫通孔98(酸化剤ガス導入用第1貫通孔98a、酸化剤ガス導出用第1貫通孔98c)及び第2層部86の第2流通路114(酸化剤ガス導入用第2流通路116、酸化剤ガス導出用第2流通路117)は、酸化剤ガスを流動させる。これにより、第1層部84に燃料ガス系装置の補機66や配管67を容易に配置すると共に、第2層部86に酸化剤ガス系装置の補機66や配管67を容易に配置することができる。   The first communication hole (fuel gas inlet communication hole 50a, fuel gas outlet communication hole 50b) and the first flow passage 96 (fuel gas flow passage 102) of the first layer portion 84 allow the fuel gas to flow while The communication holes (oxidant gas inlet communication hole 48a, oxidant gas outlet communication hole 48b), the first through hole 98 of the first layer portion 84 (the first through hole 98a for introducing the oxidizing gas, the first The oxidizing gas flows through the through holes 98c) and the second flow passages 114 (the second oxidizing gas introducing flow passage 116 and the second oxidizing gas discharging flow passage 117) of the second layer portion 86. Thus, the auxiliary equipment 66 and the piping 67 of the fuel gas system can be easily arranged in the first layer 84, and the auxiliary equipment 66 and the piping 67 of the oxidizing gas system can be easily arranged in the second layer 86. be able to.

第2層部86は、酸化剤ガスを加湿する加湿器108と、加湿器108に取り付けられると共に当該加湿器108に連通する第2流通路114、及び第2貫通孔118を有する連結体110と、を含む。これにより、構造部82は、第2層部86の加湿器108において加湿した酸化剤ガスを、連結体110の第2流通路114を介して発電セル12の第2連通孔(酸化剤ガス入口連通孔48a)に供給することが可能となる。   The second layer portion 86 includes a humidifier 108 for humidifying the oxidizing gas, a second flow passage 114 attached to the humidifier 108 and communicating with the humidifier 108, and a connector 110 having a second through hole 118. ,including. As a result, the structure portion 82 transfers the oxidant gas humidified in the humidifier 108 of the second layer portion 86 to the second communication hole (oxidant gas inlet) of the power generation cell 12 through the second flow passage 114 of the connector 110. It can be supplied to the communication hole 48a).

連結体110の積層方向に沿った長さは、第1層部84の積層方向に沿った長さよりも長い。これにより、構造部82は、加湿器108等の比較的大きなデバイスを配置しても、第2層部86を確実に形成することが可能となる。   The length of the connector 110 along the stacking direction is longer than the length of the first layer portion 84 along the stacking direction. Thus, the structure portion 82 can reliably form the second layer portion 86 even when a relatively large device such as the humidifier 108 is arranged.

発電セル12の積層方向の端部には、構造部82を収容する補機ケース64が設けられ、発電セル12に積層される補機ケース64の取付壁部72がエンドプレートを構成する。このように補機ケース64の取付壁部72がエンドプレートを構成しても、複数の発電セル12に締付荷重を付与しつつ、また構造部82を通して流体を良好に流動させることができる。   At the end of the power generation cell 12 in the stacking direction, an accessory case 64 that accommodates the structural portion 82 is provided, and the mounting wall 72 of the accessory case 64 stacked on the power generation cell 12 forms an end plate. Thus, even if the mounting wall 72 of the accessory case 64 constitutes an end plate, it is possible to apply a tightening load to the plurality of power generation cells 12 and to make the fluid flow well through the structure 82.

第1貫通孔98と第2貫通孔118の境界部分には、第1層部84と第2層部86の取付をガイドすると共に、境界部分を覆う筒状のジョイント部材134が収容されてもよい。マニホールド構造22は、ジョイント部材134によって第1層部84と第2層部86の組立を容易に行うことができる。しかもジョイント部材134は、第1層部84と第2層部86の組立状態で、流体の漏出を防止することができる。   At the boundary between the first through-hole 98 and the second through-hole 118, a tubular joint member 134 that guides the attachment of the first layer 84 and the second layer 86 and covers the boundary is accommodated. Good. In the manifold structure 22, the first layer 84 and the second layer 86 can be easily assembled by the joint member 134. Moreover, the joint member 134 can prevent leakage of the fluid when the first layer 84 and the second layer 86 are assembled.

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、マニホールド構造22は、上述の実施形態では補機ケース64内に収容された構成であったが、燃料電池スタック10の平板状に形成されたエンドプレートに隣接するように設けられてもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made in accordance with the gist of the invention. For example, although the manifold structure 22 is configured to be housed in the accessory case 64 in the above-described embodiment, it may be provided so as to be adjacent to the flat end plate of the fuel cell stack 10. .

また例えば、第1配管構造85の内部に形成される第1流通路96の形状は、上述した燃料ガス流通路102に限定されず自由に設計してよい。さらに、構造部82において第1層部84の第1流通路96、第2層部86の第2流通路114、第3層部88の第3流通路124を流動させる流体(燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体)の種類は特に限定されない。他の例としては、第1層部84の第1流通路96に酸化剤ガスを流動させ、第2層部86に燃料ガスを流動させる構成、或いは第1層部84に冷却媒体を流動させ、第2層部86に燃料ガスを流動させ、第3層部88に酸化剤ガスを流動させる構成等があげられる。換言すれば、構造部82において、燃料ガス系装置が設けられる層と、酸化剤ガス系装置が設けられる層と、冷却装置(配管67)が設けられる層との積層順は任意に設定してよい。この場合、第1〜第3層部84、86、88は、流動させる流体(燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体)の種類に応じて適切な流路形状に設計されればよい。   Further, for example, the shape of the first flow passage 96 formed inside the first piping structure 85 is not limited to the fuel gas flow passage 102 described above, and may be freely designed. Further, fluids (fuel gas, oxidation gas, etc.) flowing through the first flow passage 96 of the first layer portion 84, the second flow passage 114 of the second layer portion 86, and the third flow passage 124 of the third layer portion 88 in the structure portion 82. The type of the agent gas, the cooling medium) is not particularly limited. As another example, an oxidizing gas is caused to flow through the first flow passage 96 of the first layer portion 84 and a fuel gas is caused to flow through the second layer portion 86, or a cooling medium is caused to flow through the first layer portion 84. And a configuration in which the fuel gas flows through the second layer portion 86 and the oxidizing gas flows through the third layer portion 88. In other words, the stacking order of the layer provided with the fuel gas system device, the layer provided with the oxidizing gas system device, and the layer provided with the cooling device (pipe 67) in the structural portion 82 is set arbitrarily. Good. In this case, the first to third layer portions 84, 86, 88 may be designed to have an appropriate flow path shape according to the type of the fluid (fuel gas, oxidizing gas, cooling medium) to be flowed.

第1層部84は、第1配管構造85に加えて、水素ガス系装置の補機66が一体に取り付けられたユニット形状に形成されてもよい。第2層部86は、加湿器108が設けられていなくてもよく、また第1配管構造85の本体部90のようにエンドプレートの面方向に延在し内部に第2流通路114を有するブロック状に形成されていてもよい。   The first layer portion 84 may be formed in a unit shape to which the auxiliary device 66 of the hydrogen gas system device is integrally attached in addition to the first piping structure 85. The second layer portion 86 does not need to be provided with the humidifier 108, and extends in the surface direction of the end plate like the main body portion 90 of the first piping structure 85 and has a second flow passage 114 therein. It may be formed in a block shape.

また、マニホールド構造22は、エンドプレート(取付壁部72)の内部に冷却媒体の流路(冷却媒体導入路106)等を設けて、エンドプレートの内部を通して冷却媒体を流動させる構成でもよい。これによりエンドプレートの外側近傍位置の構成をより一層簡素化させることができる。またエンドプレートの内部に冷却媒体を流動させる構成でも、エンドプレートに隣接する第1層部84に燃料ガス系装置(燃料ガスを流動させる構造)を配置する構造に限定されず、酸化剤ガス系装置(酸化剤ガスを流動させる構造)を配置してもよい。すなわち、この構成でも、積層順を任意に設計し得る。   Further, the manifold structure 22 may have a configuration in which a flow path of the cooling medium (the cooling medium introduction path 106) and the like are provided inside the end plate (the mounting wall portion 72), and the cooling medium flows through the inside of the end plate. Thereby, the configuration of the position near the outside of the end plate can be further simplified. Further, the configuration in which the cooling medium flows inside the end plate is not limited to the configuration in which the fuel gas system device (the structure in which the fuel gas flows) is disposed in the first layer portion 84 adjacent to the end plate. An apparatus (a structure for flowing an oxidizing gas) may be provided. That is, even in this configuration, the stacking order can be arbitrarily designed.

さらに、冷却媒体の配管は、燃料ガス系装置(例えば、第1層部84)及び酸化剤ガス系装置(例えば、第2層部86)等を直接加温するラインとして、適宜のデバイスの間やデバイス自体を通すように構成してもよい。またさらに冷却媒体の配管は、燃料電池スタック10の低温時に、燃料電池スタック10の外部をバイパスして各デバイスを加温するラインとして設定してもよい。   Further, the piping of the cooling medium is a line for directly heating the fuel gas system device (for example, the first layer unit 84) and the oxidizing gas system device (for example, the second layer unit 86), etc. Or the device itself may be passed. Further, the piping of the cooling medium may be set as a line for heating each device by bypassing the outside of the fuel cell stack 10 when the temperature of the fuel cell stack 10 is low.

10…燃料電池スタック 12…発電セル
14…スタックケース 16…積層体
22…マニホールド構造 64…補機ケース
66…補機 67…配管
72…取付壁部 74…孔部
82…構造部 84…第1層部
85…第1配管構造 86…第2層部
87…第2配管構造 88…第3層部
89…第3配管構造 96…第1流通路
98…第1貫通孔 108…加湿器
110…連結体 112…連結管
114…第2流通路 118…第2貫通孔
124…第3流通路 134…ジョイント部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... Power generation cell 14 ... Stack case 16 ... Laminated body 22 ... Manifold structure 64 ... Auxiliary case 66 ... Auxiliary equipment 67 ... Piping 72 ... Mounting wall part 74 ... Hole part 82 ... Structure part 84 ... First Layer 85 First pipe structure 86 Second layer 87 Second pipe structure 88 Third layer 89 Third pipe structure 96 First passage 98 First through hole 108 Humidifier 110 Connecting body 112 ... Connecting pipe 114 ... Second flow path 118 ... Second through hole 124 ... Third flow path 134 ... Joint member

Claims (9)

燃料ガス及び酸化剤ガスの供給に伴い発電を行うと共に、冷却媒体の供給に伴い温度が調整される複数の発電セル、及び前記複数の発電セルが積層される積層方向の端部に配置されるエンドプレートを備える燃料電池スタックと、
前記エンドプレートの外側で、前記燃料ガス、前記酸化剤ガス、前記冷却媒体を流動させる構造部と、を有する燃料電池スタックのマニホールド構造であって、
前記複数の発電セルは、前記積層方向に沿って前記燃料ガス、前記酸化剤ガス及び前記冷却媒体をそれぞれ独立的に流動させる第1〜第3連通孔を有し、
前記構造部は、
前記エンドプレートの隣接位置に設置され、前記第1連通孔に連通する第1流通路を内部に有し、且つ前記第2及び第3連通孔に連通する複数の第1貫通孔を有する第1層部と、
前記第1層部の隣接位置に設置され、前記第1貫通孔を介して前記第2連通孔に連通する第2流通路を内部に有し、且つ前記第3連通孔に連通する第2貫通孔を有する第2層部と、を備える
燃料電池スタックのマニホールド構造。
A plurality of power generation cells that generate power in accordance with the supply of the fuel gas and the oxidant gas and whose temperature is adjusted in accordance with the supply of the cooling medium, and are disposed at ends in the stacking direction in which the plurality of power generation cells are stacked. A fuel cell stack having an end plate;
Outside the end plate, the fuel gas, the oxidizing gas, a structure for flowing the cooling medium, a manifold structure of a fuel cell stack comprising:
The plurality of power generation cells have first to third communication holes for independently flowing the fuel gas, the oxidizing gas, and the cooling medium along the stacking direction,
The structure section includes:
A first installed at a position adjacent to the end plate and having a first flow passage communicating with the first communication hole therein and having a plurality of first through holes communicating with the second and third communication holes. Layers,
A second through-passage installed at a position adjacent to the first layer portion and having a second flow passage therein communicating with the second communication hole through the first through-hole, and communicating with the third communication hole. And a second layer portion having holes.
請求項1記載の燃料電池スタックのマニホールド構造において、
前記構造部は、前記第2層部の隣接位置に設置され、前記第2貫通孔に連通する第3流通路を内部に有する第3層部を備える
燃料電池スタックのマニホールド構造。
The manifold structure for a fuel cell stack according to claim 1,
The manifold structure of a fuel cell stack, comprising: a third layer portion provided at a position adjacent to the second layer portion and having a third flow passage communicating with the second through hole therein.
請求項1又は2記載の燃料電池スタックのマニホールド構造において、
前記第1層部は、前記エンドプレートの面方向に沿って延在する一連の配管構造として構成されている
燃料電池スタックのマニホールド構造。
The manifold structure for a fuel cell stack according to claim 1 or 2,
The manifold structure of a fuel cell stack, wherein the first layer portion is configured as a series of piping structures extending along a surface direction of the end plate.
請求項3記載の燃料電池スタックのマニホールド構造において、
前記第3連通孔は、複数設けられ、
当該複数の第3連通孔のうち一部は、前記配管構造に設けられた前記第1流通路とは異なる流通路に連通している
燃料電池スタックのマニホールド構造。
The manifold structure for a fuel cell stack according to claim 3,
A plurality of the third communication holes are provided,
A manifold structure for a fuel cell stack, wherein a part of the plurality of third communication holes communicates with a flow passage provided in the piping structure and different from the first flow passage.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池スタックのマニホールド構造において、
前記第1連通孔、前記第1層部の前記第1流通路は、前記燃料ガスを流動させる一方で、
前記第2連通孔、前記第1層部の前記第1貫通孔及び前記第2層部の前記第2流通路は、前記酸化剤ガスを流動させる
燃料電池スタックのマニホールド構造。
The manifold structure for a fuel cell stack according to any one of claims 1 to 4,
The first communication hole and the first flow passage of the first layer portion allow the fuel gas to flow,
The manifold structure of a fuel cell stack, wherein the second communication hole, the first through hole of the first layer portion, and the second flow passage of the second layer portion allow the oxidant gas to flow.
請求項5記載の燃料電池スタックのマニホールド構造において、
前記第2層部は、前記酸化剤ガスを加湿する加湿器と、前記加湿器に取り付けられると共に当該加湿器に連通する前記第2流通路、及び前記第2貫通孔を有する連結体と、を含む
燃料電池スタックのマニホールド構造。
The manifold structure for a fuel cell stack according to claim 5,
The second layer portion includes a humidifier that humidifies the oxidizing gas, a second flow passage attached to the humidifier and communicating with the humidifier, and a connector having the second through hole. Including the manifold structure of the fuel cell stack.
請求項6記載の燃料電池スタックのマニホールド構造において、
前記連結体の前記積層方向に沿った長さは、前記第1層部の前記積層方向に沿った長さよりも長い
燃料電池スタックのマニホールド構造。
The manifold structure for a fuel cell stack according to claim 6,
The manifold structure of the fuel cell stack, wherein a length of the connector in the stacking direction is longer than a length of the first layer portion in the stacking direction.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の燃料電池スタックのマニホールド構造において、
前記発電セルの積層方向の端部には、前記構造部を収容する補機ケースが設けられ、
前記発電セルに積層される前記補機ケースの取付壁部が前記エンドプレートを構成する
燃料電池スタックのマニホールド構造。
The manifold structure for a fuel cell stack according to any one of claims 1 to 7,
At the end of the power generation cell in the stacking direction, an auxiliary machine case that accommodates the structural unit is provided,
A manifold structure for a fuel cell stack, wherein a mounting wall portion of the accessory case stacked on the power generation cell constitutes the end plate.
請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃料電池スタックのマニホールド構造において、
前記第1貫通孔と前記第2貫通孔の境界部分には、前記第1層部と前記第2層部の取付をガイドすると共に、境界部分を覆う筒状のジョイント部材が収容される
燃料電池スタックのマニホールド構造。
The manifold structure for a fuel cell stack according to any one of claims 1 to 8,
At the boundary between the first through-hole and the second through-hole, a cylindrical joint member for guiding the attachment of the first layer and the second layer and covering the boundary is accommodated. Stack manifold structure.
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