(57)【要約】【課題】外気温が氷点下になったとしても凝縮水の凍結により封止弁が固着することを抑制することができる。【解決手段】燃料電池本体１２の一端にエンドプレート２０が設けられる燃料電池スタック１０に適用され、エンドプレート２０を貫通する貫通孔２４を通じて燃料電池本体１２の内部の酸化剤ガスを外部に向けて排出する排出構造において、貫通孔２４の底面には、下流側に向けて登り傾斜の傾斜面２５が形成されており、同傾斜面２５により凝縮水の下流側への移動が規制されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体の一端にエンドプレートが設けられる燃料電池スタックに適用され、前記エンドプレートを貫通する貫通孔を通じて燃料電池本体の内部の酸化剤ガスを外部に向けて排出する排出構造であって、
前記貫通孔の底面には、凝縮水の下流側への移動を規制する規制部が形成されている、
酸化剤ガスの排出構造。
【請求項２】
前記規制部は、下流側に向けて登り傾斜の傾斜面である、
請求項１に記載の酸化剤ガスの排出構造。
【請求項３】
前記貫通孔の下流側には接続配管が接続され、
前記貫通孔の底面と前記接続配管の端面とによって下流側に向けて登りの段差が形成されている、
請求項１又は請求項２に記載の酸化剤ガスの排出構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池本体の一端にエンドプレートが設けられる燃料電池スタックに適用され、エンドプレートを貫通する貫通孔を通じて燃料電池本体の内部の酸化剤ガスを外部に向けて排出する排出構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃料電池装置は、複数のセルを積層することにより形成された燃料電池本体と、燃料電池本体をセルの積層方向において挟持する一対のエンドプレートとを有する燃料電池スタックを備えている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の燃料電池スタックには、燃料電池本体に対して燃料ガス（例えば水素）や酸化剤ガス（例えば空気）、冷却水を供給する供給通路がそれぞれ形成されている。また、燃料電池スタックには、燃料電池本体からの燃料ガスや酸化剤ガス、冷却水を排出する排出通路がそれぞれ形成されている。
【０００４】
従来の燃料電池装置においては、酸化剤ガスの供給通路の上流側に、燃料電池スタックに向けて酸化剤ガスを圧送するコンプレッサなどが設けられている。
また、一方のエンドプレートには、酸化剤ガスの排出通路の一部をなす貫通孔が形成されている。この貫通孔には接続配管が接続されており、接続配管の下流側には、封止弁が設けられている。そして、コンプレッサの駆動を制御して酸化剤ガスの供給流量を調整したり、封止弁の開閉状態を調整したりすることにより、燃料電池スタックの内部を流れる酸化剤ガスの圧力が制御される。
【０００５】
燃料電池装置の運転が停止される、すなわち酸化剤ガスの供給が停止されると、酸化剤ガスの排出通路を通じて燃料電池本体の内部に外気が流入するおそれがある。この場合、運転停止後においても燃料電池本体の内部に残っている燃料ガスと外気に含まれる酸素とにより電気化学反応が継続されてしまう。そこで、燃料電池本体の内部への外気の流入を阻止するために、燃料電池装置の運転停止後に封止弁を閉じるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１―２２２２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、例えば燃料電池装置の運転が停止された後に外気温が氷点下まで低下すると、以下の問題が生じるおそれがある。すなわち、燃料電池装置の運転停止後に燃料電池スタックの温度が低下すると、酸化剤ガスの排出通路に存在する水蒸気が凝縮して凝縮水となり、排出通路を通じて外部に向けて移動する。しかしながら、前述したように、燃料電池装置の運転停止後には封止弁が閉じられていることから、封止弁によって凝縮水が溜められることとなる。そして、凝縮水が氷点下まで低下すると、凝縮水が凍結して封止弁が固着する。
【０００８】
本発明の目的は、外気温が氷点下になったとしても凝縮水の凍結により封止弁が固着することを抑制することができる酸化剤ガスの排出構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための酸化剤ガスの排出構造は、燃料電池本体の一端にエンドプレートが設けられる燃料電池スタックに適用され、前記エンドプレートを貫通する貫通孔を通じて燃料電池本体の内部の酸化剤ガスを外部に向けて排出するものであり、前記貫通孔の底面には、凝縮水の下流側への移動を規制する規制部が形成されている。
【００１０】
同構成によれば、貫通孔内における凝縮水の下流側への移動が規制部によって規制されるため、貫通孔の下流側に設けられる封止弁に凝縮水が溜まることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、外気温が氷点下になったとしても凝縮水の凍結により封止弁が固着することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る酸化剤ガスの排出構造を示す断面図。
【図２】変形例に係る酸化剤ガスの排出構造を示す断面図。
【図３】他の変形例に係る酸化剤ガスの排出構造を示す断面図。
【図４】他の変形例に係る酸化剤ガスの排出構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１を参照して、一実施形態について説明する。なお、図１における上下方向が鉛直方向の上下方向に対応している。
図１に示すように、固体高分子形燃料電池は、車両に搭載されるものであり、複数のセル１１を積層することにより形成された燃料電池本体１２と、燃料電池本体１２をセル１１の積層方向において挟持する一対のエンドプレート２０とを備えた燃料電池スタック１０を備えている。各エンドプレート２０と燃料電池本体１２とは図示しない締結部材によって締結されている。なお、同図においては、燃料電池本体１２の一端に設けられたエンドプレート２０のみが示されている。以降においては、このエンドプレート２０を中心とした酸化剤ガスの排出構造について説明する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスとして空気が用いられている。
【００１４】
燃料電池スタック１０には、燃料電池本体１２の内部の酸化剤ガスを外部に向けて排出する排出通路１４が形成されている。排出通路１４は、燃料電池本体１２の各セル１１に形成された連通孔１３や、エンドプレート２０を貫通する貫通孔２４、及び接続配管３０などによって構成されている。以降においては、排出通路１４における酸化剤ガスの流れ方向Ａの上流側及び下流側を単に上流側及び下流側と略称する。
【００１５】
エンドプレート２０は、アルミニウムにより形成された板状のプレート本体部２１を有しており、同プレート本体部２１には厚さ方向に貫通する孔２２が形成されている。プレート本体部２１の孔２２の内部には、硬質樹脂材料により形成された筒部２３がインサート成形によって一体形成されている。従って、筒部２３の外周面はプレート本体部２１の孔２２の内周面に接している。この筒部２３の内部空間が排出通路１４の一部を構成する前記貫通孔２４を形成している。
【００１６】
貫通孔２４の底面には、下流側に向けて登り傾斜の傾斜面２５が形成されている。傾斜面２５はエンドプレート２０の厚さ方向全体にわたって形成されており、同傾斜面２５は凝縮水の下流側への移動を規制する規制部として機能する。
【００１７】
貫通孔２４の下流側には、硬質樹脂材料によって形成された接続配管３０が接続されている。接続配管３０の内部通路３２は、断面略矩形状をなしており、下流側ほど鉛直方向下方に位置するように延びている。接続配管３０の上流側端面３１には、内部通路３２を囲む環状溝３３が形成されており、同環状溝３３には、Ｏリング３４が内嵌されている。上流側端面３１とプレート本体部２１の外側面とが当接された状態で、ボルト３５によって接続配管３０がプレート本体部２１に固設されている。
【００１８】
本実施形態では、上流側端面３１に開口する内部通路３２の下縁が、エンドプレート２０の外側面に開口する貫通孔２４の下縁よりも上方に位置している。従って、貫通孔２４の底面と接続配管３０の上流側端面３１とによって下流側に向けて登りの段差１６が形成されている。
【００１９】
接続配管３０の下流側には、排出通路１４を開閉可能な封止弁１５が設けられている。封止弁１５は例えば電動式のものが用いられている。排出通路１４を通じた燃料電池本体１２の内部への外気の流入を阻止するために、燃料電池装置の運転停止後に封止弁１５が閉じられる。
【００２０】
次に、本実施形態の作用について説明する。
燃料電池装置の運転停止後に燃料電池スタック１０の温度が低下すると、排出通路１４に存在する水蒸気が凝縮して凝縮水となり、排出通路１４を通じて下流側に向けて移動する。このとき、貫通孔２４内における凝縮水の下流側への移動が傾斜面２５によって規制される。また、凝縮水がエンドプレート２０を越えて下流側へ移動することがエンドプレート２０と接続配管３０との境界に形成された登りの段差１６によって規制される。これらのことから、封止弁１５に凝縮水が溜まることが適切に抑制される。従って、外気温が氷点下になったとしても凝縮水の凍結により封止弁１５が固着することが適切に抑制される。
【００２１】
以上説明した本実施形態に係る酸化剤ガスの排出構造によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）エンドプレート２０の貫通孔２４の底面には、凝縮水の下流側への移動を規制する規制部が形成されている。具体的には、規制部は、下流側に向けて登り傾斜の傾斜面２５である。
【００２２】
こうした構成によれば、貫通孔２４内における凝縮水の下流側への移動が傾斜面２５によって規制されるため、貫通孔２４の下流側に設けられる封止弁１５に凝縮水が溜まることを抑制することができる。従って、外気温が氷点下になったとしても凝縮水の凍結により封止弁１５が固着することを抑制することができる。
【００２３】
また、傾斜面２５によって規制部を構成することができるため、エンドプレート２０の構成が簡易なものとなる。従って、エンドプレート２０を容易に形成することができる。
（２）貫通孔２４の下流側には接続配管３０が接続され、貫通孔２４の底面と接続配管３０の上流側端面３１とによって下流側に向けて登りの段差１６が形成されている。
【００２４】
こうした構成によれば、凝縮水がエンドプレート２０を越えて下流側へ移動することがエンドプレート２０と接続配管３０との境界に形成された登りの段差１６によって規制される。このため、封止弁１５に凝縮水が溜まることを一層抑制することができる。
【００２５】
（３）エンドプレート２０は、アルミニウムにより形成され、孔２２を有するプレート本体部２１と、樹脂材料により形成され、孔２２の内部に一体形成された筒部２３とを有しており、筒部２３の内部空間が貫通孔２４を形成している。
【００２６】
こうした構成によれば、筒部２３がプレート本体部２１に接しており、プレート本体部２１が筒部２３よりも比熱の小さいアルミニウムによって形成されているため、燃料電池装置の運転停止後に、筒部２３の熱がプレート本体部２１に移動しやすくなり、筒部２３の温度が低下しやすくなる。このため、筒部２３の内部、すなわち貫通孔２４の内部において水蒸気の凝縮が促進されるようになり、水蒸気が貫通孔２４の下流側に移動した後に凝縮されることを抑制することができる。従って、傾斜面２５や段差１６によって下流側への移動が規制される凝縮水を増やすことができ、封止弁１５に凝縮水が溜まることを一層抑制することができる。
【００２７】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・登りの段差１６を省略することもできる。
・図２に示すように、貫通孔２４の底面に下流側に向けて登りの段差２６を形成するようにしてもよい。また、図３に示すように、貫通孔２４の底面に突条２７を形成するようにしてもよい。これらの場合であっても、凝縮水の下流側への移動が段差２６や突条２７によって規制され、上記実施形態の効果（１）に準じた効果を奏することができる。
【００２８】
・図４に示すように、硬質樹脂材料によって形成された筒部を省略し、エンドプレート１２０のプレート本体部１２１を貫通する貫通孔１２４の底面に規制部としての傾斜面１２５を形成することもできる。すなわち、貫通孔１２４の内壁をアルミニウムなどの金属材料によって形成することもできる。この場合、燃料電池装置の運転停止後に、樹脂材料に比べて比熱の小さい金属材料によって貫通孔１２４の内壁が形成されているため、貫通孔１２４の内壁の温度が低下しやすくなる。このため、貫通孔１２４の内部において水蒸気の凝縮が促進されるようになり、水蒸気が貫通孔１２４の下流側に移動した後に凝縮されることを抑制することができる。従って、上記実施形態の効果（３）に準じた効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０…燃料電池スタック、１１…セル、１２…燃料電池本体、１３…連通孔、１４…排出通路、１５…封止弁、１６…段差、２０，１２０…エンドプレート、２１，１２１…プレート本体部、２２…孔、２３…筒部、２４，１２４…貫通孔、２５，１２５…傾斜面、２６…段差、２７…突条、３０…接続配管、３１…上流側端面、３２…内部通路、３３…環状溝、３４…Ｏリング、３５…ボルト。
【図１】
2016081678.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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