JP2015228304A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つ経済的な構成で、複数の流体連通孔に流体を均一且つ円滑に分散させて各燃料電池に供給す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１２の積層方向一端に、第２エンドプレート１８ｂが配設される。第２エンドプレート１８ｂには、２つの冷却媒体供給連通孔５０ａに連通する冷却媒体入口流路８６ａを有する流路部材７８ａが設けられる。流路部材７８ａは、冷却媒体入口流路８６ａを２つの領域に区分する仕切り部８８ａを有し、且つ、前記仕切り部８８ａの先端には、切り欠き部９０ａが設けられる。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端にエンドプレートが配設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）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セルが構成されている。燃料電池は、通常、所定の数の発電セルが積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に組み込まれている。

燃料電池では、セパレータの面内に、アノード電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。また、互いに隣接するセパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。

燃料電池では、さらに積層方向に貫通して燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔と、酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔と、冷却媒体を流通させる冷却媒体連通孔とが設けられた内部マニホールド型燃料電池が採用されている。燃料ガス連通孔（流体連通孔）は、燃料ガス供給連通孔及び燃料ガス排出連通孔を有する。酸化剤ガス連通孔（流体連通孔）は、酸化剤ガス供給連通孔及び酸化剤ガス排出連通孔を有し、冷却媒体連通孔（流体連通孔）は、冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔を有している。

上記の燃料電池では、少なくとも一方のエンドプレートには、各流体連通孔に連なって流体（燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体）を供給又は排出する流体マニホールドが設けられている。さらに、流体マニホールドには、流体供給管や流体排出管が接続されている。

ところで、燃料電池では、同一の流体連通孔が互いに隣接して複数設けられる場合がある。その際、流体マニホールドは、複数の流体連通孔に一体に連通して設けられている。しかしながら、圧損の上昇や淀み点の発生等により、単一の流体マニホールドから各流体連通孔に流体を均等に供給することが困難になっている。このため、各発電セルへの流体分配性が低下するという問題がある。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている冷媒マニホールドが知られている。この冷媒マニホールドは、複数の冷媒供給用連通孔に連通し、該複数の冷媒供給用連通孔の配列方向に伸びたマニホールド室を有するマニホールド本体を備えている。冷媒マニホールドは、さらにマニホールド室と外部とを連通させるとともに、前記マニホールド室において冷媒の旋回流を発生させるように設けられた外部連通孔を有する外部連通部を備えている。そして、外部連通孔の中心を通る軸線と各冷媒供給用連通孔の中心を通る軸線とは、非平行且つ非垂直であることを特徴としている。

従って、外部連通孔からの冷媒は、複数の冷媒供給用連通孔の配列方向に伸びたマニホールド室で旋回流等となった後、各冷媒供給用連通孔に均等に流れ込み易くなる。これにより、複数の冷媒供給用連通孔に連通する各単セルの冷媒流路に、冷媒を均等に分配して供給することができ、燃料電池スタックを効率的に冷却することができる、としている。

特許第４９７１７８１号公報

本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、簡単且つ経済的な構成で、互いに隣接する複数の流体連通孔に流体を均一且つ円滑に分散させることができ、各燃料電池への前記流体の分配性を向上させ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。

本発明に係る燃料電池スタックは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層される積層体を備えている。積層体には、冷却媒体、燃料ガス又は酸化剤ガスである流体を燃料電池内に流通させる流体連通孔が、前記燃料電池の積層方向に形成されるとともに、前記積層体の積層方向両端にエンドプレートが配設されている。

互いに隣接する複数の流体連通孔に一体に連通する流体流路を有する流路部材が、少なくとも一方のエンドプレートに一体又は個別に設けられている。そして、流路部材は、流体流路を流体連通孔に対応して複数の領域に区分する仕切り部を有し、且つ、前記仕切り部は、流体の流入側又は流出側にエンドプレートの厚さ方向に切り欠いて切り欠き部を設けている。

また、この燃料電池スタックでは、仕切り部は、切り欠き部に向かって先細り形状を有する先端部を設けることが好ましい。

さらに、この燃料電池スタックでは、流体連通孔は、燃料電池に流体を供給する流体供給連通孔であり、前記流体供給連通孔の入口側に流路部材を介装して流体供給マニホールド部材が配置されることが好ましい。

本発明によれば、流体流路から区分けされた複数の領域に流体が流通するとともに、仕切り部には、前記流体の流入側又は流出側に切り欠き部が設けられている。このため、圧損の低減が図られるとともに、乱流の発生を抑制することができる。従って、簡単且つ経済的な構成で、互いに隣接する複数の流体連通孔に流体を均一且つ円滑に分散させることができ、各燃料電池への前記流体の分配性を向上させ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の冷却媒体マニホールド部材側の斜視説明図である。 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を構成する第２エンドプレートの一部分解斜視図である。 前記燃料電池スタックの、図１中、Ｖ−Ｖ線断面図である。 前記燃料電池スタックを構成する冷却媒体供給マニホールド部材と絶縁プレートとの一方の側からの分解斜視説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの要部断面説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックの要部断面説明図である。

図１及び図２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は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車に搭載される。燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池１２が電極面を立位姿勢にして水平方向（矢印Ｂ方向）に積層された積層体１２ａｓを備える。なお、複数の燃料電池１２を重力方向に積層して積層体１２ａｓを構成してもよい。

図２に示すように、燃料電池１２の積層方向一端（積層体１２ａｓの一端）には、第１ターミナルプレート１４ａ、第１絶縁プレート１６ａ及び第１エンドプレート１８ａが、外方に向かって、順次、配設される。燃料電池１２の積層方向他端（積層体１２ａｓの他端）には、第２ターミナルプレート１４ｂ、第２絶縁プレート１６ｂ及び第２エンドプレート１８ｂが、外方に向かって、順次、配設される。

横長形状（長方形状）の第１エンドプレート１８ａの略中央部（中央部から偏心していてもよい）からは、第１ターミナルプレート１４ａに接続された第１電力出力端子２０ａが外方に向かって延在する。横長形状（長方形状）の第２エンドプレート１８ｂの略中央部からは、第２ターミナルプレート１４ｂに接続された第２電力出力端子２０ｂが外方に向かって延在する。

第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとの各辺間には、それぞれ各辺の略中央位置に対応して一定の長さを有する連結バー２２が配置される。連結バー２２の両端は、ねじ２４により固定され、積層体１２ａｓに積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。

燃料電池スタック１０は、必要に応じてケーシング２６を備える。ケーシング２６は、車幅方向（矢印Ｂ方向）両端の２辺（面）が第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂにより構成される。ケーシング２６の車長方向（矢印Ａ方向）両端の２辺（面）は、横長プレート形状の前方サイドパネル２８ａ及び後方サイドパネル２８ｂにより構成される。ケーシング２６の車高方向（矢印Ｃ方向）両端の２辺（面）は、上方サイドパネル３０ａ及び下方サイドパネル３０ｂにより構成される。上方サイドパネル３０ａ及び下方サイドパネル３０ｂは、横長プレート形状を有する。

第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂには、各辺にねじ穴３２が設けられる。前方サイドパネル２８ａ、後方サイドパネル２８ｂ、上方サイドパネル３０ａ及び下方サイドパネル３０ｂには、各ねじ穴３２に対向して孔部３４が形成される。各孔部３４に挿入されるねじ３６は、各ねじ穴３２に螺合することにより、ケーシング２６が一体に固定される。

図３に示すように、燃料電池１２は、電解質膜・電極構造体４０と、前記電解質膜・電極構造体４０を挟持する第１金属セパレータ（カソード側セパレータ）４２及び第２金属セパレータ（アノード側セパレータ）４４とを備える。

第１金属セパレータ４２及び第２金属セパレータ４４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４２及び第２金属セパレータ４４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４２及び第２金属セパレータ４４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４２及び第２金属セパレータ４４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１２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、酸化剤ガス供給連通孔４６ａ及び燃料ガス供給連通孔４８ａが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔４６ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス供給連通孔４８ａは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給する。

燃料電池１２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４８ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔４６ｂとが設けられる。

燃料電池１２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４６ａ及び燃料ガス供給連通孔４８ａ側には、２組の冷却媒体供給連通孔５０ａが設けられる。２組の冷却媒体供給連通孔５０ａは、冷却媒体を供給するために、矢印Ｂ方向にそれぞれ連通しており、対向する辺に上下に設けられる。

燃料電池１２の上方側の冷却媒体供給連通孔５０ａは、隔壁部５１ａを介して水平方向に互いに隣接して２分割され、それぞれ独立して冷却媒体を流通させる。燃料電池１２の下方側の冷却媒体供給連通孔５０ａは、隔壁部５１ａを介して水平方向に互いに隣接して２分割され、それぞれ独立して冷却媒体を流通させる。

燃料電池１２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４８ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔４６ｂ側には、２組の冷却媒体排出連通孔５０ｂが設けられる。２組の冷却媒体排出連通孔５０ｂは、冷却媒体を排出するために、矢印Ｂ方向にそれぞれ連通しており、対向する辺に上下に設けられる。各冷却媒体排出連通孔５０ｂは、隔壁部５１ｂを介して水平方向に互いに隣接して２分割され、それぞれ独立して冷却媒体を流通させる。

電解質膜・電極構造体４０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５２と、前記固体高分子電解質膜５２を挟持するカソード電極５４及びアノード電極５６とを備える。

カソード電極５４及びアノード電極５６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）を有する。白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子は、ガス拡散層の表面に一様に塗布されることにより、電極触媒層（図示せず）が形成される。電極触媒層は、固体高分子電解質膜５２の両面に形成される。

第１金属セパレータ４２の電解質膜・電極構造体４０に向かう面４２ａには、酸化剤ガス供給連通孔４６ａと酸化剤ガス排出連通孔４６ｂとを連通する酸化剤ガス流路５８が形成される。酸化剤ガス流路５８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４４の電解質膜・電極構造体４０に向かう面４４ａには、燃料ガス供給連通孔４８ａと燃料ガス排出連通孔４８ｂとを連通する燃料ガス流路６０が形成される。燃料ガス流路６０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４４の面４４ｂと隣接する第１金属セパレータ４２の面４２ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔５０ａ、５０ａと冷却媒体排出連通孔５０ｂ、５０ｂとに連通する冷却媒体流路６２が形成される。冷却媒体流路６２は、水平方向に延在しており、電解質膜・電極構造体４０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４２の面４２ａ、４２ｂには、この第１金属セパレータ４２の外周端縁部を周回して第１シール部材６４が一体成形される。第２金属セパレータ４４の面４４ａ、４４ｂには、この第２金属セパレータ４４の外周端縁部を周回して第２シール部材６６が一体成形される。

第１シール部材６４及び第２シール部材６６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１８ａには、例えば、電気絶縁性樹脂からなる酸化剤ガス供給マニホールド部材６８ａ、酸化剤ガス排出マニホールド部材６８ｂ、燃料ガス供給マニホールド部材７０ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材７０ｂが取り付けられる。酸化剤ガス供給マニホールド部材（流体供給マニホールド部材）６８ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド部材６８ｂは、酸化剤ガス供給連通孔４６ａ及び酸化剤ガス排出連通孔４６ｂに連通する。燃料ガス供給マニホールド部材（流体供給マニホールド部材）７０ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材７０ｂは、燃料ガス供給連通孔４８ａ及び燃料ガス排出連通孔４８ｂに連通する。

図１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）１８ｂには、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａに連通する射出成形された電気絶縁性樹脂製の冷却媒体供給マニホールド部材（流体供給マニホールド部材）７２ａがねじにより結合される。第２エンドプレート１８ｂには、一対の冷却媒体排出連通孔５０ｂに連通する射出成形された電気絶縁性樹脂製の冷却媒体排出マニホールド部材７２ｂがねじにより結合される。

第２エンドプレート１８ｂを積層体１２ａｓから見た図４に示すように、第２エンドプレート１８ｂには、互いに隣接する一対の冷却媒体供給連通孔５０ａに連通する開口部７４ａと、互いに隣接する一対の冷却媒体排出連通孔５０ｂに連通する開口部７４ｂとが形成される。開口部７４ａ、７４ｂは、それぞれ上下に一対設けられる。開口部７４ａは、第２エンドプレート１８ｂの積層体１２ａｓ側の内面１８ｂｓに形成された拡開部７６ａに連通する。開口部７４ａには、内面１８ｂｓ側から流路部材７８ａがねじ８０ａを介して固定される。

流路部材７８ａは、拡開部７６ａに配置されるフランジ部８２ａを有し、前記フランジ部８２ａに挿入されるねじ８０ａを介して第２エンドプレート１８ｂに固定される。流路部材７８ａは、開口部７４ａに嵌合する筒状部８４ａを有し、前記筒状部８４ａに冷却媒体入口流路（流体流路）８６ａが貫通形成される。

なお、拡開部７６ａを、第２エンドプレート１８ｂの内面１８ｂｓとは反対の外面側に形成し、流路部材７８ａを前記第２エンドプレート１８ｂの外方から取り付けてもよい。また、流路部材７８ａは、第２エンドプレート１８ｂと一体に構成してもよい。

図１及び図５に示すように、流路部材７８ａは、冷却媒体入口流路８６ａを冷却媒体供給連通孔５０ａに対応して複数、例えば、２つの領域に区分する仕切り部８８ａを有する。仕切り部８８ａは、隔壁部５１ａに隙間なく連続して設けられるとともに、冷却媒体の流入側（冷却媒体供給マニホールド部材７２ａ側）に先端部分を第２エンドプレート１８ｂの厚さ方向に切り欠いて切り欠き部９０ａを設ける。仕切り部８８ａは、切り欠き部９０ａに向かって先細り形状の先端部８８ａｓを有する。

冷却媒体排出連通孔５０ｂに連通する一対の開口部７４ｂには、流路部材７８ｂが固定される。流路部材７８ｂは、上記の流路部材７８ａと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照数字にａに代えてｂを付し、その詳細な説明は省略する。

図１及び図６に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａは、電気絶縁性樹脂等からなる絶縁プレート９４ａを介装してねじ９５により第２エンドプレート１８ｂに固定される。絶縁プレート９４ａは、略平板状を有し、上方の２分割された冷却媒体入口流路８６ａに一体に連通する冷却媒体入口９６ａと、下方の２分割された冷却媒体入口流路８６ａに一体に連通する冷却媒体入口９６ａとを有する。

冷却媒体供給マニホールド部材７２ａは、内部空間７２ａｃを周回するフランジ部９８ａを有する。フランジ部９８ａと絶縁プレート９４ａとがねじ９７を介してねじ止めされることにより、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａが前記絶縁プレート９４ａに固定される。

冷却媒体供給マニホールド部材７２ａには、矢印Ｃ方向の中間位置（冷却媒体流路６２の流路幅方向中央部）に冷却媒体供給口である入口管路部１００ａが、水平方向に向かって又は水平方向から傾斜して設けられる。

図１に示すように、冷却媒体排出マニホールド部材７２ｂは、電気絶縁性樹脂等からなる絶縁プレート９４ｂを介装して第２エンドプレート１８ｂに固定される。なお、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａと同一の構成要素には、同一の参照数字にａに代えてｂを付し、その詳細な説明は省略する。冷却媒体排出マニホールド部材７２ｂには、矢印Ｃ方向の中間位置に、冷却媒体排出口である出口管路部１００ｂが、水平方向に向かって又は水平方向から傾斜して設けられる。

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１８ａの酸化剤ガス供給マニホールド部材６８ａから酸化剤ガス供給連通孔４６ａ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１８ａの燃料ガス供給マニホールド部材７０ａから燃料ガス供給連通孔４８ａ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、第２エンドプレート１８ｂでは、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａの入口管路部１００ａから内部空間７２ａｃには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。冷却媒体は、内部空間７２ａｃの上下に連通する一対の冷却媒体入口流路８６ａに分配された後、上下それぞれ一対の冷却媒体供給連通孔５０ａに供給される。

このため、図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔４６ａから第１金属セパレータ４２の酸化剤ガス流路５８に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５８に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体４０のカソード電極５４に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４８ａから第２金属セパレータ４４の燃料ガス流路６０に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路６０に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体４０のアノード電極５６に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体４０では、カソード電極５４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極５６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。

次いで、電解質膜・電極構造体４０のカソード電極５４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４６ｂ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４０のアノード電極５６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４８ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

また、上下それぞれ一対の冷却媒体供給連通孔５０ａに供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ４２及び第２金属セパレータ４４間の冷却媒体流路６２に導入される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向内方（互いに近接する方向）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４０を冷却する。冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方（互いに離間する方向）に移動した後、上下それぞれ一対の冷却媒体排出連通孔５０ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

図１に示すように、冷却媒体は、上下それぞれ一対の冷却媒体排出連通孔５０ｂから一対の冷却媒体入口流路８６ａを通って冷却媒体排出マニホールド部材７２ｂの内部空間７２ｂｃに排出される。冷却媒体は、内部空間７２ｂｃの中央側に流通した後、出口管路部１００ｂから外部に排出される。

この場合、第１の実施形態では、図１及び図５に示すように、流路部材７８ａは、冷却媒体入口流路８６ａを、例えば、２つの領域に区分する仕切り部８８ａを有している。そして、仕切り部８８ａは、冷却媒体の流入側（冷却媒体供給マニホールド部材７２ａ側）に先端部分を第２エンドプレート１８ｂの厚さ方向に切り欠いて切り欠き部９０ａを設けている。

このため、図５に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａの内部空間７２ａｃを通って流路部材７８ａの冷却媒体入口流路８６ａに供給された冷却媒体は、切り欠き部９０ａに導入された後、仕切り部８８ａにより分流されている。従って、内部空間７２ａｃから冷却媒体入口流路８６ａに導入された冷却媒体は、圧損の低減が容易に図られるとともに、乱流や淀み点の発生を抑制することができる。

しかも、仕切り部８８ａは、切り欠き部９０ａに向かって先細り形状の先端部８８ａｓを有している。これにより、圧損が可及的に抑制され、各冷却媒体供給連通孔５０ａに対する冷却媒体の分配性が一層向上する。このため、簡単且つ経済的な構成で、互いに隣接する２つの冷却媒体供給連通孔５０ａに冷却媒体を均一且つ円滑に分散させて各燃料電池１２に供給することが可能になるという効果が得られる。

また、冷却媒体排出連通孔５０ｂには、流路部材７８ｂが設けられている。従って、冷却媒体排出連通孔５０ｂから冷却媒体排出マニホールド部材７２ｂに排出される冷却媒体は、圧損が低減されるとともに、円滑に流通することができるという利点がある。

図７に示すように、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１１０は、流路部材１１２を備える。なお、第１の実施形態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。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

流路部材１１２は、冷却媒体入口流路８６ａを複数、例えば、２つの領域に区分する仕切り部１１４を有する。仕切り部１１４は、冷却媒体の流出側（冷却媒体供給マニホールド部材７２ａとは反対側）に第２エンドプレート１８ｂの厚さ方向に切り欠いて切り欠き部１１６を設ける。切り欠き部１１６により、仕切り部１１４と隔壁部５１ａとが離間する。すなわち、仕切り部１１４と隔壁部５１ａの先端の間に隙間が形成される。なお、隔壁部５１ａの先端は、図７に破線で示すようにＲ形状にしてもよい。仕切り部１１４は、切り欠き部１１６に向かって先細り形状の先端部１１４ｓを有する。

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７２ａの内部空間７２ａｃを通って流路部材１１２の冷却媒体入口流路８６ａに供給された冷却媒体は、仕切り部１１４により分流されている。そして、冷却媒体の一部は、仕切り部１１４と隔壁部５１ａとの間に形成された切り欠き部１１６に導入されるとともに、互いに隣接する２つの冷却媒体供給連通孔５０ａに分散供給されている。

従って、内部空間７２ａｃから互いに隣接する２つの冷却媒体供給連通孔５０ａに分散供給された冷却媒体は、圧損の低減が容易に図られるとともに、乱流や淀み点の発生を抑制することができる。しかも、仕切り部１１４は、切り欠き部１１６に向かって先細り形状の先端部１１４ｓを有している。これにより、圧損が可及的に抑制され、各冷却媒体供給連通孔５０ａに対する冷却媒体の分配性が向上する等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１２０の要部断面説明図である。

燃料電池スタック１２０では、互いに隣接する３つの冷却媒体供給連通孔５０ａａが、２つの隔壁部５１ａａを介して分割形成される。燃料電池スタック１２０は、流路部材１２２を備える。流路部材１２２は、冷却媒体入口流路８６ａａを複数、例えば、３つの領域に区分する２つの仕切り部１２４を有する。

仕切り部１２４は、冷却媒体の流入側（冷却媒体供給マニホールド部材７２ａ側）に第２エンドプレート１８ｂの厚さ方向に切り欠いて切り欠き部１２６を設ける。各仕切り部１２４は、切り欠き部１２６に向かって先細り形状の先端部１２４ｓを有する。

このように構成される第３の実施形態では、内部空間７２ａｃから互いに隣接する３つの冷却媒体供給連通孔５０ａａに分散供給された冷却媒体は、圧損の低減が容易に図られるとともに、乱流や淀み点の発生を抑制することができる。しかも、仕切り部１２４は、切り欠き部１２６に向かって先細り形状の先端部１２４ｓを有している。これにより、圧損が可及的に抑制され、各冷却媒体供給連通孔５０ａａに対する冷却媒体の分配性が向上する等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の構成を用いているが、第２の実施形態と同様の構成を採用してもよい。また、第１〜第３の実施形態では、冷却媒体供給連通孔５０ａ（５０ａａ）及び冷却媒体排出連通孔５０ｂについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、燃料ガス供給連通孔４８ａや酸化剤ガス供給連通孔４６ａに適用してもよい。

１０、１１０、１２０…燃料電池スタック
１２…燃料電池 １２ａｓ…積層体
１８ａ、１８ｂ…エンドプレート ２６…ケーシング
４０…電解質膜・電極構造体 ４２、４４…金属セパレータ
４６ａ…酸化剤ガス供給連通孔 ４６ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
４８ａ…燃料ガス供給連通孔 ４８ｂ…燃料ガス排出連通孔
５０ａ…冷却媒体供給連通孔 ５０ｂ…冷却媒体排出連通孔
５２…固体高分子電解質膜 ５４…カソード電極
５６…アノード電極 ５８…酸化剤ガス流路
６０…燃料ガス流路 ６２…冷却媒体流路
６８ａ…酸化剤ガス供給マニホールド部材
６８ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド部材
７０ａ…燃料ガス供給マニホールド部材
７０ｂ…燃料ガス排出マニホールド部材
７２ａ…冷却媒体供給マニホールド部材
７２ａｃ…内部空間 ７２ｂ…冷却媒体排出マニホールド部材
７４ａ、７４ｂ…開口部
７８ａ、７８ｂ、１１２、１２２…流路部材
８４ａ…筒状部 ８６ａ…冷却媒体入口流路
８８ａ、１１４、１２４…仕切り部 ８８ａｓ、１１４ｓ、１２４ｓ…先端部
９０ａ、１１６、１２６…切り欠き部 ９４ａ、９４ｂ…絶縁プレート

Claims (3)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、冷却媒体、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスである流体を前記燃料電池内に流通させる流体連通孔が、前記燃料電池の積層方向に形成される積層体を備え、前記積層体の積層方向両端にエンドプレートが配設される燃料電池スタックであって、
   互いに隣接する複数の前記流体連通孔に一体に連通する流体流路を有する流路部材が、少なくとも一方のエンドプレートに一体又は個別に設けられるとともに、
   前記流路部材は、前記流体流路を前記流体連通孔に対応して複数の領域に区分する仕切り部を有し、且つ、前記仕切り部は、前記流体の流入側又は流出側に前記エンドプレートの厚さ方向に切り欠いて切り欠き部を設け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、前記仕切り部は、前記切り欠き部に向かって先細り形状を有する先端部を設けることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記流体連通孔は、前記燃料電池に前記流体を供給する流体供給連通孔であり、前記流体供給連通孔の入口側に前記流路部材を介装して流体供給マニホールド部材が配置されることを特徴とする燃料電池スタック。

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