JP2014143070A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体を効率的に昇温させることができ、低温始動性の向上を図ることを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池１８が立位姿勢で水平方向に積層される。燃料電池スタック１０を構成する第２エンドプレート２４ｂには、上下に一対の冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａが設けられる。一対の冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａに冷却媒体供給マニホールド部材６４ａが一体に連通するとともに、前記冷却媒体供給マニホールド部材６４ａの中央部分には、前記冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａ間の中央位置に対応して棒状ヒータ６６が設置される。
【選択図】図４

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面側にアノード電極が、他方の面側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両に組み込まれている。

燃料電池スタックでは、氷点下等の低温環境下で使用される際、前記燃料電池スタック内の水分が凍結する場合がある。このため、燃料電池スタックの始動性が低下するおそれがある。そこで、例えば、低温環境下において、小型の熱源を用いて燃料電池を短時間で始動させることを目的として、特許文献１の燃料電池システムが提案されている。

この燃料電池システムは、図９に示すように、燃料電池１、水素供給装置２、空気供給装置３及び加熱冷却システム４及び制御部５等を備えている。加熱冷却システム４は、冷却水を燃料電池１に循環させるための熱媒体循環経路４ａ、冷却水を冷却するための熱交換手段であるラジエータ６を設けている。熱媒体循環経路４ａには、冷却水を循環させるためのウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）７、前記冷却水を加熱するためのヒータ８、及び該冷却水を積層されたセル１ａの全てにおける一部の部位のみを循環させ、他の部位をバイパスさせるバイパス経路９が配設されている。

低温始動時には、ヒータ８の加熱制御が行われ、冷却水流量に基づいてウォータポンプ７の回転数制御が行われている。そして、ヒータ８により加熱された冷却水が、燃料電池１内を循環するとともに、冷却水は、バイパス経路９を通って燃料電池１の一部の部位のみを循環している。これにより、熱媒体を各セル１ａの一部の部位のみに循環させ、集中的に加熱する、としている。

特開２００３−２４９２５１号公報

しかしながら、上記の構造では、燃料電池１の外部に設けられている熱媒体循環経路４ａに、ヒータ８が配置されている。このため、ヒータ８の熱は、燃料電池１の外部に放熱され易く、熱効率が低下するという問題がある。従って、燃料電池１内を迅速に昇温させるためには、ヒータ８が相当に大型化し、経済的ではないという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体を効率的に昇温させることができ、低温始動性の向上を図ることが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されて積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、互いに隣接する前記セパレータ間には、セパレータ面に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成され、前記冷却媒体流路の入口側には、前記冷却媒体流路を流路幅方向に挟んで一対の冷却媒体供給連通孔が設けられ、且つ、前記冷却媒体流路の出口側には、前記冷却媒体流路を前記流路幅方向に挟んで一対の冷却媒体排出連通孔が設けられる燃料電池スタックに関するものである。

この燃料電池スタックでは、一方のエンドプレートには、一対の冷却媒体供給連通孔に一体に連通する冷却媒体供給マニホールド部材が設けられるとともに、前記冷却媒体供給マニホールド部材の中央部分には、一対の前記冷却媒体供給連通孔間の中央位置に対応してヒータが設置されている。

また、この燃料電池スタックでは、冷却媒体供給連通孔は、冷却媒体流路の流れ方向に沿って長尺な長方形状に形成されるとともに、ヒータは、棒状を有し、前記冷却媒体供給連通孔の長手方向に沿って設置されることが好ましい。

さらに、本発明は、電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されて積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、互いに隣接する前記セパレータ間には、セパレータ面に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成され、前記冷却媒体流路の入口側に冷却媒体供給連通孔が設けられ、且つ、前記冷却媒体流路の出口側に冷却媒体排出連通孔が設けられる燃料電池スタックに関するものである。

そして、この燃料電池スタックでは、一方のエンドプレートには、冷却媒体供給連通孔に連通する冷却媒体供給マニホールド部材が設けられるとともに、前記冷却媒体供給マニホールド部材の内部には、棒状のヒータが設置されている。

本発明によれば、冷却媒体供給マニホールド部材の中央部分にヒータが設置されている。このため、冷却媒体供給マニホールド部材に供給された冷却媒体は、ヒータにより加熱（昇温）された直後に、一対の冷却媒体供給連通孔に振り分け供給されている。従って、燃料電池スタックの外部への放熱が可及的に抑制されるとともに、各冷却媒体供給連通孔に均等加熱された冷却媒体を供給することが可能になる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体を効率的に昇温させることができ、低温始動性の向上を図ることが可能になる。

また、本発明によれば、冷却媒体供給マニホールド部材の内部には、棒状のヒータが設置されている。このため、冷却媒体供給マニホールド部材に導入された冷却媒体は、ヒータにより加熱された直後に、冷却媒体供給連通孔に供給されている。従って、燃料電池スタックの外部への放熱が可及的に抑制される。これにより、簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体を効率的に昇温させることができ、低温始動性の向上を図ることが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックが組み込まれる燃料電池電気自動車の前方側の概略平面説明図である。 前記燃料電池スタックの一部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの冷却媒体供給マニホールド部材側の斜視説明図である。 前記冷却媒体供給マニホールド部材の、図４中、Ｖ−Ｖ線断面図である。 前記冷却媒体供給マニホールド部材の、図４中、ＶＩ−ＶＩ線断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。 特許文献１に開示されている燃料電池システムの概略構成説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０が組み込まれる燃料電池電気自動車（燃料電池車両）１２は、自動車車体１２ａを備える。自動車車体１２ａの前方には、フロントボックス（所謂、モータルーム）１４が形成され、前記フロントボックス１４に燃料電池スタック１０が収容される。

燃料電池スタック１０は、図２に示すように、複数の燃料電池１８が電極面を立位姿勢にして燃料電池電気自動車１２の車長方向（前後走行方向）（矢印Ａ方向）に交差する車幅方向（矢印Ｂ方向）に積層される。燃料電池１８の積層方向一端には、第１ターミナルプレート２０ａ、第１絶縁プレート２２ａ及び第１エンドプレート２４ａが、外方に向かって順次配設される。燃料電池１８の積層方向他端には、第２ターミナルプレート２０ｂ、第２絶縁プレート２２ｂ及び第２エンドプレート（一方のエンドプレート）２４ｂが、外方に向かって順次配設される。なお、燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池１８を車長方向に積層してもよい。

横長形状の第１エンドプレート２４ａの中央部からは、第１ターミナルプレート２０ａに接続された第１電力出力端子２６ａが外方に向かって延在する。横長形状の第２エンドプレート２４ｂの中央部からは、第２ターミナルプレート２０ｂに接続された第２電力出力端子２６ｂが外方に向かって延在する。

第１エンドプレート２４ａと第２エンドプレート２４ｂの各辺間には、４本の連結バー２８の両端がねじ３０により固定され、複数の積層された燃料電池１８に積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。

図３に示すように、燃料電池１８は、電解質膜・電極構造体３２と、前記電解質膜・電極構造体３２を挟持する第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６とを備える。

第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６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、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６に代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６は、横長形状を有するとともに、長辺が水平方向（矢印Ａ方向）に延在し且つ短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に延在するように構成される。なお、短辺が水平方向に延在し且つ長辺が重力方向に延在するように構成してもよい。

燃料電池１８の長辺方向（矢印Ａ方向）の一端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３８ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４０ａとが設けられる。

燃料電池１８の長辺方向の他端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとが設けられる。

燃料電池１８の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方側（水平方向一端側）には、すなわち、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス供給連通孔４０ａ側には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための２つの冷却媒体供給連通孔４２ａが、対向する辺に上下に設けられる。燃料電池１８の短辺方向の両端縁部他方側（水平方向他端側）には、すなわち、燃料ガス排出連通孔４０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔３８ｂ側には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、冷却媒体を排出するための２つの冷却媒体排出連通孔４２ｂが、対向する辺に上下に設けられる。

電解質膜・電極構造体３２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４４と、前記固体高分子電解質膜４４を挟持するカソード電極４６及びアノード電極４８とを備える。

カソード電極４６及びアノード電極４８は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４４の両面に形成される。

第１金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３８ａと酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとを連通する酸化剤ガス流路５０が形成される。酸化剤ガス流路５０は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

第２金属セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する燃料ガス流路５２が形成される。燃料ガス流路５２は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

第２金属セパレータ３６の面３６ｂと隣接する第１金属セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａと冷却媒体排出連通孔４２ｂ、４２ｂとに連通する冷却媒体流路５４が形成される。この冷却媒体流路５４は、水平方向に延在しており、電解質膜・電極構造体３２の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。

第１金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第１金属セパレータ３４の外周端縁部を周回して第１シール部材５６が一体成形される。第２金属セパレータ３６の面３６ａ、３６ｂには、この第２金属セパレータ３６の外周端縁部を周回して第２シール部材５８が一体成形される。

第１シール部材５６及び第２シール部材５８としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。

図２に示すように、第１エンドプレート２４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂ、燃料ガス供給連通孔４０ａ及び燃料ガス排出連通孔４０ｂに連通する酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａ、酸化剤ガス排出マニホールド部材６０ｂ、燃料ガス供給マニホールド部材６２ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材６２ｂが取り付けられる。

図４に示すように、第２エンドプレート（一方のエンドプレート）２４ｂには、上下の冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａに一体に連通する樹脂製の冷却媒体供給マニホールド部材６４ａ及び上下の冷却媒体排出連通孔４２ｂ、４２ｂに一体に連通する樹脂製の冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂがねじ止め等により取り付けられる。

冷却媒体供給マニホールド部材６４ａは、冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａに接続される端部６４ａｕ、６４ａｄを有するとともに、高さ方向（矢印Ｃ方向）中間部に入口配管部６４ａｐが設けられる。冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂは、冷却媒体排出連通孔４２ｂ、４２ｂに接続される端部６４ｂｕ、６４ｂｄを有するとともに、高さ方向（矢印Ｃ方向）中間部に出口配管部６４ｂｐが設けられる。入口配管部６４ａｐ及び出口配管部６４ｂｐは、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂの側部から第２エンドプレート２４ｂの表面方向に沿って延在する。

図４〜図６に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａの中央部分には、冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａ間の中央位置に対応してヒータ、例えば、棒状ヒータ６６が設置される。棒状ヒータ６６は、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａの入口配管部６４ａｐが設けられた側部とは反対の側部に形成された孔部６８に、Ｏリング７０を介して装着される（図５及び図６参照）。棒状ヒータ６６の先端部は、Ｒを設けることにより冷却媒体を円滑に流通させることができる。

棒状ヒータ６６は、取り付けブラケット７１がねじ７２により冷却媒体供給マニホールド部材６４ａに固定される。棒状ヒータ６６は、冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａの長手方向（矢印Ａ方向）に沿って設置されるとともに、入口配管部６４ａｐの中心線上に配置される。

図４に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａ、冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂ及び棒状ヒータ６６は、第２エンドプレート２４ｂの正面領域内に配置される。燃料電池スタック１０に外部から衝撃が付与されても、棒状ヒータ６６の破損を可及的に抑制することができるからである。

棒状ヒータ６６には、ヒータケーブル７４の一端が接続される。図１に示すように、ヒータケーブル７４の他端は、コネクタ７６に接続されるとともに、前記コネクタ７６は、自動車車体１２ａの側部（第２エンドプレート２４ｂ側の側部）に設置される。このため、ヒータケーブル７４を最短にすることができる。コネクタ７６には、外部電源７８がケーブル８０に接続されたコネクタ８２を介して着脱自在である。なお、棒状ヒータ６６には、外部電源７８の他、自動車車体１２ａに搭載されたバッテリ（図示せず）から電力を供給してもよい。

図１に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａの入口配管部６４ａｐ及び冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂの出口配管部６４ｂｐには、冷却媒体を燃料電池スタック１０に循環させる冷却媒体循環路１００が接続される。

冷却媒体循環路１００には、ラジエータ１０２、サーモスタット１０４及び冷媒ポンプ（冷却媒体循環用ポンプ）１０６が接続されるとともに、前記ラジエータ１０２を迂回するバイパス路１０８が設けられる。バイパス路１０８には、冷却媒体中の導電成分を除去するための不純物除去機構、例えば、イオン交換樹脂（ＩＥＸ）１１０が配設される。

このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図２に示すように、第１エンドプレート２４ａの酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａから酸化剤ガス供給連通孔３８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。第１エンドプレート２４ａの燃料ガス供給マニホールド部材６２ａから燃料ガス供給連通孔４０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。

さらに、図１に示すように、冷媒ポンプ１０６が作動される。このため、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、冷却媒体循環路１００を強制的に循環するとともに、一部がバイパス路１０８に沿って流通し、イオン交換樹脂１１０に供給される。イオン交換樹脂１１０では、冷却媒体中の導電成分が除去されるため、前記冷却媒体中の金属イオンを含む導電成分の濃度（導電率）が低下する。

図４に示すように、第２エンドプレート２４ｂでは、冷却媒体が冷却媒体供給マニホールド部材６４ａに供給される。従って、冷却媒体は、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａの端部６４ａｕ、６４ａｄから一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに供給される。

これにより、図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３８ａから第１金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極４６に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａから第２金属セパレータ３６の燃料ガス流路５２に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路５２に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極４８に供給される。

このため、電解質膜・電極構造体３２では、カソード電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４８に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。従って、燃料電池電気自動車１２では、燃料電池スタック１０から電力が走行駆動モータ（図示せず）に供給されて走行される。

次いで、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極４８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔４０ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

また、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６間の冷却媒体流路５４に導入される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ａ方向に移動して電解質膜・電極構造体３２を冷却する。冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに沿って矢印Ｂ方向に流通し、冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂから冷却媒体循環路１００に排出される（図１参照）。

この場合、燃料電池電気自動車１２が低温起動される際には、棒状ヒータ６６に電力が供給される。具体的には、図１に示すように、外部電源７８のケーブル８０に接続されたコネクタ８２が、自動車車体１２ａの側部に設定されたコネクタ７６に連結される。このため、ヒータケーブル７４を介して棒状ヒータ６６には、外部電源７８が接続され、前記棒状ヒータ６６が付勢される。

棒状ヒータ６６は、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａに設置され、前記冷却媒体供給マニホールド部材６４ａの内部に延在している。従って、冷媒ポンプ１０６が停止された状態で、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａ内に滞留している冷却媒体は、棒状ヒータ６６により迅速且つ確実に加熱される。

しかも、第１の実施形態では、棒状ヒータ６６は、冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａの長手方向（矢印Ａ方向）に沿って設定されるとともに、入口配管部６４ａｐの中心線上に配置されている。これにより、冷媒ポンプ１０６の作用下に、冷却媒体が循環される際、図５及び図６に示すように、冷却媒体は、棒状ヒータ６６により加熱された直後に、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａに振り分け供給されている。

このため、各冷却媒体供給連通孔４２ａには、同様の条件で、すなわち、均一温度に加熱された冷却媒体が供給されるとともに、燃料電池スタック１０の外部への放熱が、可及的に抑制される。これにより、簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体を効率的に昇温させることができ、低温始動性の向上を図ることが可能になるという効果が得られる。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１２０の概略斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

燃料電池スタック１２０は、複数の燃料電池１２２が立位姿勢で水平方向に積層される。燃料電池１２２の積層方向一端には、第１ターミナルプレート１２４ａ、第１絶縁プレート１２６ａ及び第１エンドプレート１２８ａが、外方に向かって順次配設される。燃料電池１２２の積層方向他端には、第２ターミナルプレート１２４ｂ、第２絶縁プレート１２６ｂ及び第２エンドプレート１２８ｂが、外方に向かって順次配設される。

第１エンドプレート１２８ａと第２エンドプレート１２８ｂの各辺間には、連結バー１３０が配置される。各連結バー１３０は、両端を第１エンドプレート１２８ａ及び第２エンドプレート１２８ｂにボルト１３２を介して固定され、複数の積層された燃料電池１２２に積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。

図８に示すように、燃料電池１２２は、電解質膜・電極構造体１３４と、前記電解質膜・電極構造体１３４を挟持する第１セパレータ１３６及び第２セパレータ１３８とを備える。第１セパレータ１３６及び第２セパレータ１３８は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等の金属セパレータやカーボンセパレータにより構成される。

燃料電池１２２の矢印Ａ方向（図８中、水平方向）の一端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス排出連通孔４０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。燃料電池１２２の矢印Ａ方向の他端縁部には、燃料ガス供給連通孔４０ａ及び酸化剤ガス排出連通孔３８ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。燃料電池１２２の矢印Ｃ方向の上端縁部には、冷却媒体供給連通孔４２ａが設けられるとともに、前記燃料電池１２２の矢印Ｃ方向の下端縁部には、冷却媒体排出連通孔４２ｂが設けられる。

第１セパレータ１３６の面１３６ａには、酸化剤ガス流路５０が設けられ、第２セパレータ１３８の面１３８ａには、燃料ガス流路５２が設けられる。互いに隣接する燃料電池１２２を構成する第１セパレータ１３６の面１３６ｂと、第２セパレータ１３８の面１３８ｂとの間には、冷却媒体流路５４が設けられる。

図７に示すように、第１エンドプレート１２８ａの上部には、冷却媒体供給連通孔４２ａに連通する樹脂製の冷却媒体供給マニホールド部材１４０ａが取り付けられる。第１エンドプレート１２８ａの下部には、冷却媒体排出連通孔４２ｂに連通する樹脂製の冷却媒体排出マニホールド部材１４０ｂが取り付けられる。

冷却媒体供給マニホールド部材１４０ａの水平方向（矢印Ａ方向）中間部には、入口配管部１４０ａｐが設けられる。冷却媒体排出マニホールド部材１４０ｂの水平方向中間部には、出口配管部１４０ｂｐが設けられる。冷却媒体供給マニホールド部材１４０ａの水平方向中央部分には、ヒータ、例えば、棒状ヒータ６６が設置される。棒状ヒータ６６は、入口配管部１４０ａｐの中心線上に配置されることが好ましい。

なお、第２エンドプレート１２８ｂには、図示しないが、燃料ガス供給マニホールド部材、燃料ガス排出マニホールド部材、酸化剤ガス供給マニホールド部材及び酸化剤ガス排出マニホールド部材が取り付けられている。

このように構成される第２の実施形態では、冷却媒体供給マニホールド部材１４０ａに棒状ヒータ６６が直接設置されている。このため、燃料電池スタック１２０の外部への放熱が可及的に抑制され、簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体を効率的に昇温させることができる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

１０、１２０…燃料電池スタック １２…燃料電池電気自動車
１２ａ…自動車本体 １４…フロントボックス
１８、１２２…燃料電池
２４ａ、２４ｂ、１２８ａ、１２８ｂ…エンドプレート
３２、１３４…電解質膜・電極構造体 ３４、３６…金属セパレータ
３８ａ…酸化剤ガス供給連通孔 ３８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
４０ａ…燃料ガス供給連通孔 ４０ｂ…燃料ガス排出連通孔
４２ａ…冷却媒体供給連通孔 ４２ｂ…冷却媒体排出連通孔
４４…固体高分子電解質膜 ４６…カソード電極
４８…アノード電極 ５０…酸化剤ガス流路
５２…燃料ガス流路 ５４…冷却媒体流路
６４ａ、１４０ａ…冷却媒体供給マニホールド部材
６４ａｐ、１４０ａｐ…入口配管部
６４ｂ、１４０ｂ…冷却媒体排出マニホールド部材
６４ｂｐ、１４０ｂｐ…出口配管部 ６６…棒状ヒータ
６８…孔部 ７４…ヒータケーブル
７６、８２…コネクタ ７８…外部電源
８０…ケーブル １００…冷却媒体循環路
１０２…ラジエータ

Claims (3)

1. 電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されて積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、互いに隣接する前記セパレータ間には、セパレータ面に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成され、前記冷却媒体流路の入口側には、前記冷却媒体流路を流路幅方向に挟んで一対の冷却媒体供給連通孔が設けられ、且つ、前記冷却媒体流路の出口側には、前記冷却媒体流路を前記流路幅方向に挟んで一対の冷却媒体排出連通孔が設けられる燃料電池スタックであって、
   一方の前記エンドプレートには、一対の前記冷却媒体供給連通孔に一体に連通する冷却媒体供給マニホールド部材が設けられるとともに、
   前記冷却媒体供給マニホールド部材の中央部分には、一対の前記冷却媒体供給連通孔間の中央位置に対応してヒータが設置されることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記冷却媒体供給連通孔は、前記冷却媒体流路の流れ方向に沿って長尺な長方形状に形成されるとともに、
   前記ヒータは、棒状を有し、前記冷却媒体供給連通孔の長手方向に沿って設置されることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されて積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、互いに隣接する前記セパレータ間には、セパレータ面に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成され、前記冷却媒体流路の入口側に冷却媒体供給連通孔が設けられ、且つ、前記冷却媒体流路の出口側に冷却媒体排出連通孔が設けられる燃料電池スタックであって、
   一方の前記エンドプレートには、前記冷却媒体供給連通孔に連通する冷却媒体供給マニホールド部材が設けられるとともに、
   前記冷却媒体供給マニホールド部材の内部には、棒状のヒータが設置されることを特徴とする燃料電池スタック。

Images