(57)【要約】【課題】  外部に対して冷却媒体に電位差を生じないようにする。【解決手段】  燃料電池セル９、１０を複数積層して両端部をエンドプレート７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂで固定した燃料電池スタック２、３のうち、一方の燃料電池スタック２の一方のエンドプレート７Ｂに冷却媒体の流入分岐部４ａ及び流出集合部４ｃを設け、両方の燃料電池スタック２、３を冷却する冷却媒体が流入分岐部４ａ及び流出集合部４ｃを通過することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルを複数積層して両端部をエンドプレートで固定した燃料電池スタックを複数備えた燃料電池の冷却構造であって、
前記複数の燃料電池スタックの何れか一つの燃料電池スタックの一方のエンドプレートに冷却媒体の流入分岐部及び流出集合部を設け、全ての燃料電池スタックを冷却する冷却媒体が前記流入分岐部及び流出集合部を通過することを特徴とする燃料電池の冷却構造。
【請求項２】
前記複数の燃料電池スタックは筐体内に格納されており、前記流入分岐部及び流出集合部は前記筐体の外に設けられている冷却媒体の供給部材と接続していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の冷却構造。
【請求項３】
前記一方のエンドプレートは基準電位に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池の冷却構造。
【請求項４】
他の燃料電池スタックの冷却媒体の流入口及び流出口は、前記流入分岐部及び流出集合部とそれぞれ連通部材によって連通されており、前記連通部材は、絶縁性の管であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の燃料電池の冷却構造。
【請求項５】
前記管は弾性を有していることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の冷却構造において、燃料電池冷却媒体の流入口の電圧と流出口の電圧との間で電位差が生じると、この冷却媒体の流入口と流出口に接続された他機器の腐食促進や、外部への電位漏れが生じるなどの不具合が生じることがある。そこで、外部への電位漏れが生じないように、等電位接地回路を設定した技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この技術では、冷却媒体の流入管と流出管に冷却媒体と接触する導電性の網目部材を取り付けると共に、流入管に取り付けた網目部材と流出管に取り付けた網目部材とを導電ラインにより短絡している。さらに、網目部材間を導電ラインにより燃料電池の基準電極に接続すると共に、導電ラインにより接地している。
【特許文献１】特開２００１−１５５７６１号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１に記載された方法では、部品コストが上がると共に、組付け工数が増加する可能性がある。また、走行中の振動等により導電ラインがはずれて電位漏れが起きる可能性があり、信頼性に欠けるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、これらの燃料電池の冷却構造は、燃料電池セルを複数積層して両端部をエンドプレートで固定した燃料電池スタックを複数備えた燃料電池の冷却構造であって、複数の燃料電池スタックの何れか一つの燃料電池スタックの一方のエンドプレートに冷却媒体の流入分岐部及び流出集合部を設け、全ての燃料電池スタックを冷却する冷却媒体が流入分岐部及び流出集合部を通過することをことを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の燃料電池の冷却構造によれば、冷却媒体の流入分岐部及び流出集合部が何れか一つの燃料電池スタックの一方のエンドプレートに設けられているため、燃料電池外部への電位漏れが生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図４を用いて説明する。
【０００８】
図１は、本発明に係る燃料電池の冷却構造の実施の形態を説明する模式断面図である。
【０００９】
上記した燃料電池の冷却構造１は、図１に示されるように、並列に配置された２つの燃料電池スタック２、３と、これらの燃料電池スタック２、３を冷却する冷却媒体（例えば、純水）が流通する冷却媒体流路４、５と、隣接する燃料電池スタック２、３間を連通する配管（連通部材）６ａ、６ｂとを備えている。燃料電池スタック２、３は、燃料電池セル９、１０を複数直列に積層し、積層した両端部を、電極として使用されているエンドプレート７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂで固定することにより構成されている。燃料電池スタック２、３は、エンドプレート７Ａ、８Ａをバスバー１１で接続されることによって電気的に直列に接続されている。そして、燃料電池スタック２、３を保温したり、外部から絶縁する目的で、燃料電池スタック２、３は例えば耐熱樹脂のような絶縁材料から構成された筐体１２内に格納されている。
【００１０】
筐体１２外部には、冷却媒体を冷却するラジエーター（不図示）が配置されている。ラジエーターには、ラジエーターと燃料電池スタック２、３とを接続する冷却媒体循環管路１３が接続されており、この冷却媒体循環管路１３は、筐体１２の壁面を貫通して後述する冷却媒体流路４の流入部１４及び流出部１５と接続されている。この冷却媒体循環管路１３には、ラジエーターから循環される冷却媒体が矢印で示す方向に流通している。
【００１１】
燃料電池スタック２の一側のエンドプレート７Ｂには、冷却媒体流路４に冷却媒体を供給する流入部１４と、燃料電池スタック２を冷却した冷却媒体を排出させる流出部１５が設けられている。冷却媒体流路４は、エンドプレート７Ｂ内の流入分岐部４ａにおいて２つに分岐している。分岐した一方は燃料電池スタック２内を循環する。もう一方は、燃料電池スタック３のエンドプレート８Ｂに形成されている冷却媒体流路５の冷却媒体流入口５ａに配管６ａを介して接続されている。燃料電池スタック３のエンドプレート８Ｂに形成されている冷却媒体流路５の冷却媒体流出口５ｂは、配管６ｂを介して燃料電池スタック２の冷却媒体流路４の一端４ｂと接続され、エンドプレート７Ｂ内の流出集合部４ｃにおいて冷却媒体流路４の復路と合流される。なお、筐体１２外部に設けられている図示しない冷却媒体ポンプの駆動力により、冷却媒体は冷却媒体流路４、５内を矢印方向に循環して、燃料電池スタック２、３を冷却する。なお、冷却媒体循環管路１３は導電性の金属材料によって構成されており、冷却媒体に対して電気的に絶縁されている。また、燃料電池スタック２、３間を連通する配管６ａ、６ｂは、絶縁性で、弾性を有するシリコン樹脂等により形成されている。
【００１２】
燃料電池スタック３の一側のエンドプレート８Ｂは、筐体１２に設けられた＋端子１６と接続されて＋側出力端子として使用されている。また、燃料電池スタック２の一側のエンドプレート７Ｂは、筐体１２に設けられた−端子１７と接続されて−側出力端子として使用されている。なお、１６ａ、１７ａは、シリコンゴム等によって形成された絶縁部材である。
【００１３】
このように構成された本実施の形態に係る燃料電池の冷却構造１によれば、冷却媒体を供給する冷却媒体循環管路１３より供給された冷却媒体は、流入部１４よりエンドプレート７Ｂに入り、流入分岐部４ａより分配されて配管６ａを経由し、冷却媒体流路５の冷却媒体流入口５ａより、隣接する燃料電池スタック３のエンドプレート８Ｂに供給される。そして、冷却媒体は燃料電池スタック３内を循環して燃料電池セル１０を冷却した後、エンドプレート８Ｂに戻り、冷却媒体流出口５ｂより配管６ｂを経由して、燃料電池スタック２のエンドプレート７Ｂ内の冷却媒体流路４の流出集合部４ｃにて、燃料電池スタック２内を循環して冷却した冷却媒体と合流する。合流した冷却媒体は、流出部１５を通過し、冷却媒体循環管路１３内を流通して筐体１２外部に排出される。
【００１４】
燃料電池スタック２、３は、燃料の供給を受けることにより、それぞれ約２００[Ｖ]の起電力で発電を行うようになっている。そして、燃料電池スタック２、燃料電池スタック３の順に直列接続されており、エンドプレート８Ｂは＋側出力端子として使用され、エンドプレート７Ｂは−側出力端子として使用されているため、エンドプレート８Ｂには基準電位約＋４００[Ｖ]の電位がかかり、エンドプレート８Ａ、エンドプレート７Ａには基準電位約＋２００[Ｖ]の電位が、エンドプレート７Ｂには基準電位０[Ｖ]の電位がかかっている。このため、燃料電池スタック２内部を循環する冷却媒体には、電位は発生しない。
【００１５】
一方、隣接する燃料電池スタック３を循環する冷却媒体は、配管６ｂを流通し、エンドプレート７Ｂに流入する手前の段階で、基準電位に対して約＋４００[Ｖ]の電位差を持っていることになる。しかし、燃料電池スタック３内部を循環した冷却媒体を基準電位であるエンドプレート７Ｂに再び戻すことにより、冷却媒体が持っていた電位差が０[Ｖ]になる。よって、流入部１４及び流出部１５において冷却媒体の電位差が０[Ｖ]であるため、燃料電池スタック２、３の外に電位差が発生することはなく、燃料電池スタック２、３を格納している筐体１２の外に対して電位差が発生することによる不都合、例えば他の機器の腐食を防止することができる。
【００１６】
以上説明したように、冷却媒体そのものを筐体１２内で基準電位部であるエンドプレート７Ｂに接触させることにより、特殊な加工や筐体１２外部に別部品を設定せずに、コストや組付け工数を低減しつつ、電位漏れを防ぐことができる。
【００１７】
また、隣接する燃料電池スタック２、３間を連通する配管６ａ、６ｂは、絶縁性で、弾性を有するシリコン樹脂等により形成されているため、冷却媒体流路４、５の端部を接続してエンドプレート７Ｂ、８Ｂの短絡を防ぎ、かつ、燃料電池スタック２、３間の相対移動を吸収することができる。
【００１８】
次に、上記した実施の形態の変形例を示す。
【００１９】
図２は、本発明に係る燃料電池の冷却構造２１の実施の形態を説明する模式断面図である。この変形例では、エンドプレート７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂを電極として使用しない場合を示している。この変形例では、エンドプレート７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂと燃料電池セル９、１０との間に電極板１８Ａ、１８Ｂ、１９Ａ、１９Ｂを配置し、エンドプレート７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂと電極板１８Ａ、１８Ｂ、１９Ａ、１９Ｂとの間には、絶縁板２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄをそれぞれ配置している。電極板１８Ａと１９Ａの間はバスバー１１’を接続している。電極板１９Ｂは、バスバー１６ｂ’によって＋端子１６’と接続されている。電極板１８Ｂは、バスバー１７’ｂによって−端子１７’と接続されている。さらに、電極板１９Ｂは、バスバー２０ａによって流入部１４と接続され、また、バスバー２０ｂによって流出部１５と接続されて絶縁板２０Ｂに短絡している。
【００２０】
この変形例において、電極板１９Ｂは＋側出力端子として使用され、電極板１８Ｂは−側出力端子として使用されているため、電極板１９Ｂには基準電位約＋４００[Ｖ]の電位がかかり、電極板１９Ａ、電極板１８Ａには基準電位約＋２００[Ｖ]の電位が、電極板１８Ｂには基準電位０[Ｖ]の電位がかかっている。このため、燃料電池スタック２内部を循環する冷却媒体には、電位は発生しない。
【００２１】
以上、この変形例の構成により、燃料電池の冷却構造２１では、外部への電位漏れを防止することができる。
【００２２】
なお、実施例においては燃料電池スタックを並列に２つ配置した場合を主体に述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上の燃料電池スタックを有するものにも適用可能である。例えば、図３の説明図に示すように燃料電池スタックを並列に３組配置した場合、また、図４の説明図に示すように、燃料電池スタックを４組並列に配置した場合においても、本件の思想を適用可能であることは無論である。
【００２３】
この場合、図３に示すように、燃料電池の冷却構造３１は、並列に配置された３つの燃料電池スタック３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが筐体３３に格納されており、これらの燃料電池スタック３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを冷却する冷却媒体が流入する流入部３４と流出する流出部３５が燃料電池スタック３２Ａに設けられている。流入部３４より燃料電池スタック３２Ａに流入された冷却媒体は流入分岐部３４ａで三方向に分配される。一方は燃料電池スタック３２Ａの冷却媒体流路に入り燃料電池スタック３２Ａを循環する。もう一方は、冷却媒体流入口３４ｂより燃料電池スタック３２Ｂに供給される。そして、残りの一方は、冷却媒体流入口３４ｃより燃料電池スタック３２Ｃに供給される。そして、冷却媒体は燃料電池スタック３２Ｃ内を循環して燃料電池スタック３２Ｃを冷却した後、冷却媒体流出口３５ａより排出される。また、燃料電池スタック３２Ｂを冷却した冷却媒体は、冷却媒体流出口３５ｂより排出され、合流点３５ｃにて冷却媒体流出口３５ａより排出された冷却媒体と合流し、燃料電池スタック３２Ａ内において流出集合部３５ｄにて燃料電池スタック３２Ａ内を循環して冷却した冷却媒体と合流する。合流した冷却媒体は、流出部３５を流通して筐体３３外部に排出される。この場合、燃料電池スタック３２Ａに冷却媒体の流入分岐部３４ａ及び流出集合部３５ｄを設け、全ての燃料電池スタック３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを冷却する冷却媒体が流入分岐部３４ａ及び流出集合部３５ｄを通過するため、この燃料電池の冷却構造３１では、外部への電位漏れを防止することができる。
【００２４】
また、図４に示す燃料電池の冷却構造４１では、並列に配置された４つの燃料電池スタック４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄが筐体４３に格納されており、これらの燃料電池スタック４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄを冷却する冷却媒体が流入する流入部４４と流出する流出部４５が燃料電池スタック４２Ａに設けられている。流入部４４より燃料電池スタック４２Ａに流入された冷却媒体は流入分岐部４４ａで四方向に分配される。一方は燃料電池スタック４２Ａの冷却媒体流路に入り燃料電池スタック４２Ａを循環する。もう一方は、冷却媒体流入口４４ｂより燃料電池スタック４２Ｂに供給される。もう一方は、冷却媒体流入口４４ｃより燃料電池スタック４２Ｃに供給される。残りは、冷却媒体流入口４４ｄより燃料電池スタック４２Ｄに供給される。そして、冷却媒体は燃料電池スタック４２Ｄ内を循環して燃料電池スタック４２Ｄを冷却した後、冷却媒体流出口４５ａより排出される。また、燃料電池スタック４２Ｃを冷却した冷却媒体は、冷却媒体流出口４５ｂより排出され、合流点４５ｃにて冷却媒体流出口４５ａより排出された冷却媒体と合流し、燃料電池スタック４２Ｂを冷却した冷却媒体は、冷却媒体流出口４５ｄより排出され、合流点４５ｅにて冷却媒体流出口４５ａ及び４５ｂより排出された冷却媒体と合流し、燃料電池スタック４２Ａ内において流出集合部４５ｆにて燃料電池スタック４２Ａ内を循環して冷却した冷却媒体と合流する。合流した冷却媒体は、流出部４５を流通して筐体４３外部に排出される。この場合、燃料電池スタック４２Ａに冷却媒体の流入分岐部４４ａ及び流出集合部４５ｆを設け、全ての燃料電池スタック４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄを冷却する冷却媒体が流入分岐部４４ａ及び流出集合部４４ｆを通過するため、この燃料電池の冷却構造４１では、外部への電位漏れを防止することができる。
【００２５】
なお、燃料電池スタックが燃料電池セルの積層方向に向かって直列に配置されている場合においても、本件の思想を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池の冷却構造の構成を示す模式断面図ある。
【図２】本発明の実施の形態の変形例を示す模式断面図ある。
【図３】燃料電池スタックを３組並列に配置した場合を表す模式図である。
【図４】燃料電池スタックを４組並列に配置した場合を表す模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  燃料電池の冷却構造
２、３  燃料電池スタック
４、５  冷却媒体流路
４ａ    流入分岐部
４ｃ    流出集合部
７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ  エンドプレート
９、１０  燃料電池セル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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