JP2016085819A - Fuel battery stack - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To securely restrict stay of air in a cooling medium manifold by a simple, economical configuration.SOLUTION: A fuel battery stack 10 comprises a second end plate 18b. The second end plate 18b is provided with two cooling-medium supply communication hole 50a, upper and lower. A cooling-medium supply manifold 72a is attached to the second end plate 18b so as to cover each cooling medium supply communication hole 50a. An upper wall 98a is provided in the space 72ac of the cooling medium supply manifold 72a so as to incline from a horizontal direction. A first air removal hole part 100a is formed adjacent to the uppermost part of the upper wall surface 98a.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、電解質膜の両側に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水平方向に積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が水平方向に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燃料電池スタックに関する。   The present invention has a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are provided on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked in a horizontal direction, and a plurality of the fuel cells are stacked in a horizontal direction. The present invention relates to a fuel cell stack in which an end plate is disposed.

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。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode is disposed on one side of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane and a cathode electrode is disposed on the other surface side ( MEA). The electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched between separators to constitute a power generation cell. A fuel cell is usually incorporated in a fuel cell vehicle (fuel cell electric vehicle or the like) as a vehicle fuel cell stack, for example, by stacking a predetermined number of power generation cells.

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。   In the fuel cell, a fuel gas channel for flowing fuel gas to the anode electrode and an oxidant gas channel for flowing oxidant gas to the cathode electrode are provided in the plane of the separator. Further, between the separators adjacent to each other, a cooling medium flow path for flowing the cooling medium is provided along the surface direction of the separator.

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。燃料ガス連通孔は、燃料ガス供給連通孔及び燃料ガス排出連通孔を有し、酸化剤ガス連通孔は、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。   The fuel cell further includes a fuel gas communication hole through which fuel gas flows in the stacking direction, an oxidant gas communication hole through which oxidant gas flows, and a cooling medium communication hole through which a cooling medium flows. A manifold type fuel cell is adopted. The fuel gas communication hole has a fuel gas supply communication hole and a fuel gas discharge communication hole, the oxidant gas communication hole has an oxidant gas supply communication hole and an oxidant gas discharge communication hole, and the cooling medium communication hole has And a cooling medium supply communication hole and a cooling medium discharge communication hole.

上記の内部マニホールド型燃料電池では、少なくとも一方のエンドプレートには、各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、外部から流体を導入するための流体供給管又は外部に前記流体を導出するための流体排出管が接続されている。   In the above internal manifold type fuel cell, at least one end plate is provided with a fluid manifold that supplies or discharges fluid (fuel gas, oxidant gas, or cooling medium) connected to each communication hole. Further, a fluid supply pipe for introducing fluid from the outside or a fluid discharge pipe for leading the fluid to the outside is connected to the fluid manifold.

上記の流体の一つである冷却媒体中には、エアが混在している場合がある。このため、冷却媒体マニホールド(流体マニホールド)の上方領域には、エアが残存し易く、冷却効率が低下するという問題がある。そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックが知られている。   Air may be mixed in the cooling medium that is one of the fluids described above. For this reason, there is a problem that air tends to remain in the upper region of the cooling medium manifold (fluid manifold) and cooling efficiency is lowered. Therefore, for example, a fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is known.

この燃料電池スタックでは、電解質膜・電極構造体とセパレータとを交互に積層した積層体の積層方向の端部には、冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔と連通するエンドプレートが配置されている。エンドプレートの積層体とは反対側には、マニホールドが固定され、前記マニホールドには、冷却媒体供給口よりも高い位置に冷却媒体供給連通孔に連通するエア抜き口が前記冷却媒体供給口に一体形成されている。さらに、エア抜き口に配管部材の一端が接続され、前記配管部材は、前記エア抜き口よりも高い位置に維持されるとともに、他端に開閉弁が装着されている。   In this fuel cell stack, an end plate communicating with the cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole is disposed at the end portion in the stacking direction of the stacked body in which the electrolyte membrane / electrode structure and the separator are alternately stacked. ing. A manifold is fixed to the opposite side of the end plate laminate, and an air vent port communicating with the cooling medium supply communication hole is integrated with the cooling medium supply port at a position higher than the cooling medium supply port. Is formed. Furthermore, one end of a piping member is connected to the air vent, the piping member is maintained at a position higher than the air vent, and an open / close valve is mounted at the other end.

そして、冷却媒体が冷却媒体供給口に供給されると、この冷却媒体に混在するエアが、前記冷却媒体供給口の鉛直方向上方に移動してエア抜き口から円滑且つ確実に排出されている。このため、冷却媒体供給連通孔にエアが導入されることを有効に阻止することができ、簡単な構成で、燃料電池スタック全体の冷却効率が良好に向上する、としている。   When the cooling medium is supplied to the cooling medium supply port, the air mixed in the cooling medium moves vertically above the cooling medium supply port and is smoothly and reliably discharged from the air vent port. For this reason, air can be effectively prevented from being introduced into the cooling medium supply communication hole, and the cooling efficiency of the entire fuel cell stack is improved satisfactorily with a simple configuration.

特許第4684585号公報Japanese Patent No. 4684585

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、冷却媒体マニホールドの内部にエアが滞留することを確実に抑制す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。   The present invention has been made in connection with this type of technology, and provides a fuel cell stack capable of reliably suppressing air from staying inside the cooling medium manifold with a simple and economical configuration. The purpose is to provide.

本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜の両側に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水平方向に積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が水平方向に積層されている。積層方向両端には、エンドプレートが配設されるとともに、互いに隣接するセパレータ間には、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ている。   The fuel cell stack according to the present invention includes a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked in a horizontal direction, and the plurality of fuel cells are stacked in a horizontal direction. Has been. At both ends in the stacking direction, end plates are disposed, and between the separators adjacent to each other, a cooling medium flow path for circulating the cooling medium along the separator surface is formed.

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、上下一対の冷却媒体供給連通孔が設けられている。冷却媒体流路の出口側には、前記冷却媒体流路を流路幅方向に挟んで、上下一対の冷却媒体排出連通孔が設けられている。   On the inlet side of the cooling medium flow path, a pair of upper and lower cooling medium supply communication holes are provided with the cooling medium flow path sandwiched in the flow path width direction. On the outlet side of the cooling medium flow path, a pair of upper and lower cooling medium discharge communication holes are provided with the cooling medium flow path sandwiched in the flow path width direction.

そして、一方のエンドプレートには、上下一対の冷却媒体供給連通孔又は上下一対の冷却媒体排出連通孔に連通する冷却媒体マニホールドが設けられている。冷却媒体マニホールドの内部には、天井部を構成する上部壁面が水平方向から傾斜して設けられ、前記上部壁面の最上位置に隣接して空気抜き孔部が形成されている。   One end plate is provided with a cooling medium manifold that communicates with a pair of upper and lower cooling medium supply communication holes or a pair of upper and lower cooling medium discharge communication holes. Inside the cooling medium manifold, an upper wall surface constituting the ceiling portion is provided inclined from the horizontal direction, and an air vent hole is formed adjacent to the uppermost position of the upper wall surface.

また、この燃料電池スタックでは、冷却媒体マニホールドは、上下一対の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と、上下一対の冷却媒体排出連通孔に連通する冷却媒体排出マニホールドとを有することが好ましい。その際、冷却媒体供給マニホールドの内部に設けられる上部壁面と、冷却媒体排出マニホールドの内部に設けられる上部壁面とは、互いに離間する方向に向かって上方に傾斜することが好ましい。   In the fuel cell stack, the cooling medium manifold may include a cooling medium supply manifold that communicates with the pair of upper and lower cooling medium supply communication holes, and a cooling medium discharge manifold that communicates with the pair of upper and lower cooling medium discharge communication holes. preferable. In that case, it is preferable that the upper wall surface provided in the cooling medium supply manifold and the upper wall surface provided in the cooling medium discharge manifold are inclined upward in a direction away from each other.

さらに、この燃料電池スタックでは、冷却媒体供給マニホールドには、冷却媒体排出マニホールドに近接する側部に、流路幅方向の中央部に位置して冷却媒体入口管路が設けられることが好ましい。一方、冷却媒体排出マニホールドには、冷却媒体供給マニホールドから離間する側部に、流路幅方向の中央部に位置して冷却媒体出口管路が設けられることが好ましい。   Further, in this fuel cell stack, it is preferable that the cooling medium supply manifold is provided with a cooling medium inlet conduit at a central portion in the flow path width direction on a side portion close to the cooling medium discharge manifold. On the other hand, it is preferable that the cooling medium discharge manifold is provided with a cooling medium outlet pipe line at a central portion in the flow path width direction on a side portion that is separated from the cooling medium supply manifold.

さらにまた、この燃料電池スタックでは、冷却媒体入口管路は、冷却媒体流路の冷却媒体流れ方向に対して下方に傾斜することが好ましい。   Furthermore, in this fuel cell stack, it is preferable that the cooling medium inlet pipe is inclined downward with respect to the cooling medium flow direction of the cooling medium flow path.

本発明によれば、冷却媒体マニホールドの内部には、天井部を構成する上部壁面が水平方向から傾斜して設けられている。このため、冷却媒体マニホールドの内部に導入されたエアは、上部壁面の傾斜に沿って前記上部壁面の最上位置側に流動している。   According to the present invention, the upper wall surface constituting the ceiling portion is provided in the cooling medium manifold so as to be inclined from the horizontal direction. For this reason, the air introduced into the cooling medium manifold flows to the uppermost position side of the upper wall surface along the inclination of the upper wall surface.

その際、上部壁面の最上位置に隣接して、空気抜き孔部が形成されている。従って、上部壁面に沿って最上位置に流動したエアは、空気抜き孔部から流体マニホールドの外部に円滑に排出されている。   At that time, an air vent hole is formed adjacent to the uppermost position of the upper wall surface. Therefore, the air that has flowed to the uppermost position along the upper wall surface is smoothly discharged to the outside of the fluid manifold from the air vent hole.

これにより、簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体マニホールドの内部にエアが滞留することを確実に抑制することが可能になる。このため、冷却媒体は、一対の冷却媒体供給連通孔に対して円滑且つ均等に流通する一方、一対の冷却媒体排出連通孔から冷却媒体マニホールドに円滑且つ均等に流通することができる。従って、各燃料電池の冷却性能が良好に向上する。   Accordingly, it is possible to reliably suppress air from staying inside the cooling medium manifold with a simple and economical configuration. For this reason, the cooling medium can smoothly and evenly flow from the pair of cooling medium discharge communication holes to the cooling medium manifold while flowing smoothly and evenly to the pair of cooling medium supply communication holes. Therefore, the cooling performance of each fuel cell is improved satisfactorily.

本発明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側からの斜視説明図である。It is a perspective explanatory view from the cooling medium manifold side of the fuel cell stack according to the embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの一部分解斜視説明図である。It is a partially exploded perspective view of the fuel cell stack. 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。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which comprises the said fuel cell stack. 前記燃料電池スタックの前記冷却媒体マニホールド側からの正面説明図である。FIG. 3 is a front explanatory view from the cooling medium manifold side of the fuel cell stack. 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と絶縁プレートとの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the cooling-medium supply manifold and insulating plate which comprise the said fuel cell stack.

図1及び図2に示すように、本発明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。   As shown in FIGS. 1 and 2, a fuel cell stack 10 according to an embodiment of the present invention is mounted on, for example, a fuel cell electric vehicle (not shown). The fuel cell stack 10 includes a stacked body 12as in which a plurality of fuel cells 12 are stacked in a horizontal direction (arrow B direction) with an electrode surface in an upright posture.

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。   As shown in FIG. 2, a first terminal plate 14a, a first insulating plate 16a, and a first end plate 18a are sequentially provided outward at one end in the stacking direction of the fuel cell 12 (one end of the stacked body 12as). Arranged. At the other end in the stacking direction of the fuel cell 12 (the other end of the stacked body 12as), a second terminal plate 14b, a second insulating plate 16b, and a second end plate 18b are sequentially disposed outward. .

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(中央部から偏心していてもよい)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。   The first power output terminal 20a connected to the first terminal plate 14a faces outward from a substantially central portion (which may be eccentric from the central portion) of the horizontally long (rectangular) first end plate 18a. Extend. The second power output terminal 20b connected to the second terminal plate 14b is directed outward from a substantially central portion (which may be eccentric from the central portion) of the horizontally long (rectangular) second end plate 18b. Extend.

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、第1エンドプレート18aと第2エンドプレート18bとにねじ24により固定され、積層体12asに積層方向(矢印B方向)の締め付け荷重が付与される。   Between each side of the first end plate 18a and the second end plate 18b, a connecting bar 22 having a certain length corresponding to the substantially central position of each side is arranged. Both ends of the connecting bar 22 are fixed to the first end plate 18a and the second end plate 18b with screws 24, and a tightening load in the stacking direction (arrow B direction) is applied to the stacked body 12as.

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。   The fuel cell stack 10 includes a casing 26 as necessary. The casing 26 includes a first end plate 18a and a second end plate 18b at two sides (surfaces) at both ends in the vehicle width direction (arrow B direction). Two sides (surfaces) at both ends of the casing 26 in the vehicle length direction (arrow A direction) are constituted by a horizontally long plate-shaped front side panel 28a and rear side panel 28b. Two sides (surfaces) at both ends of the casing 26 in the vehicle height direction (arrow C direction) are constituted by an upper side panel 30a and a lower side panel 30b. The upper side panel 30a and the lower side panel 30b have a horizontally long plate shape.

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。   The first end plate 18a and the second end plate 18b are provided with screw holes 32 on each side. Hole portions 34 are formed in the front side panel 28a, the rear side panel 28b, the upper side panel 30a, and the lower side panel 30b so as to face the screw holes 32. The screws 36 inserted into the holes 34 are screwed into the screw holes 32, so that the casing 26 is fixed integrally.

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。   As shown in FIG. 3, the fuel cell 12 includes an electrolyte membrane / electrode structure 40, a first metal separator (cathode side separator) 42 and a second metal separator (anode side) that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 40. Separator) 44.

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。   The first metal separator 42 and the second metal separator 44 are made of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a metal plate that has been subjected to a surface treatment for anticorrosion. The first metal separator 42 and the second metal separator 44 have a rectangular planar shape, and are formed into a concavo-convex shape by pressing a metal thin plate into a wave shape. Instead of the first metal separator 42 and the second metal separator 44, for example, a carbon separator may be used.

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。   The first metal separator 42 and the second metal separator 44 have a horizontally long shape, and have long sides extending in the horizontal direction (arrow A direction) and short sides extending in the direction of gravity (arrow C direction). Composed. In addition, you may comprise so that a short side may extend in a horizontal direction and a long side may extend in a gravitational direction.

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。   An oxidant gas supply communication hole 46a and a fuel gas supply communication hole 48a are provided at one end edge of the long side direction (arrow A direction) of the fuel cell 12 so as to communicate with each other in the arrow B direction. The oxidant gas supply communication hole 46a supplies an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, while the fuel gas supply communication hole 48a supplies a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas.

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。   The other end edge in the long side direction of the fuel cell 12 communicates with each other in the arrow B direction, and a fuel gas discharge communication hole 48b for discharging the fuel gas, and an oxidant gas for discharging the oxidant gas. A discharge communication hole 46b is provided.

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、それぞれ2個の冷却媒体供給連通孔50aが上下に設けられる。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2個ずつ設けられる。   Two are provided on one side (horizontal one end side) of both ends in the short side direction (arrow C direction) of the fuel cell 12, that is, on the oxidant gas supply communication hole 46a and the fuel gas supply communication hole 48a side. The cooling medium supply communication holes 50a are provided vertically. The cooling medium supply communication holes 50a communicate with each other in the direction of arrow B in order to supply the cooling medium, and two cooling medium supply communication holes 50a are provided on the opposite sides.

燃料電池12の上方側の冷却媒体供給連通孔50aは、水平方向に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、水平方向に2分割され、それぞれ独立して冷却媒体を流通させる。   The coolant supply communication hole 50a on the upper side of the fuel cell 12 is divided into two in the horizontal direction, and the coolant is circulated independently of each other. The coolant supply communication hole 50a on the lower side of the fuel cell 12 is divided into two in the horizontal direction, and allows the coolant to flow independently.

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、それぞれ2個の冷却媒体排出連通孔50bが上下に設けられる。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2個ずつ設けられる。各冷却媒体排出連通孔50bは、水平方向に2分割され、それぞれ独立して冷却媒体を流通させる。   Two cooling medium discharges are respectively provided on the other side (the other end in the horizontal direction) of both ends in the short side direction of the fuel cell 12, that is, on the fuel gas discharge communication hole 48b and the oxidant gas discharge communication hole 46b side. Communication holes 50b are provided on the top and bottom. The cooling medium discharge communication holes 50b communicate with each other in the direction of arrow B in order to discharge the cooling medium, and two cooling medium discharge communication holes 50b are provided on opposite sides. Each cooling medium discharge communication hole 50b is divided into two in the horizontal direction, and allows the cooling medium to flow independently.

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。   The electrolyte membrane / electrode structure 40 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 52 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and a cathode electrode 54 and an anode electrode 56 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 52. Prepare.

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。   The cathode electrode 54 and the anode electrode 56 have a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like. The porous carbon particles carrying the platinum alloy on the surface are uniformly applied to the surface of the gas diffusion layer, thereby forming an electrode catalyst layer (not shown). The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 52.

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。   An oxidant gas flow path 58 that connects the oxidant gas supply communication hole 46 a and the oxidant gas discharge communication hole 46 b is formed on the surface 42 a of the first metal separator 42 facing the electrolyte membrane / electrode structure 40. The oxidant gas channel 58 is formed by a plurality of wavy channel grooves (or linear channel grooves) extending in the direction of arrow A.

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。   A fuel gas flow path 60 that connects the fuel gas supply communication hole 48 a and the fuel gas discharge communication hole 48 b is formed on the surface 44 a of the second metal separator 44 facing the electrolyte membrane / electrode structure 40. The fuel gas channel 60 is formed by a plurality of wavy channel grooves (or linear channel grooves) extending in the direction of arrow A.

互いに隣接する第2金属セパレータ44の面44bと第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。   Between the surface 44b of the second metal separator 44 and the surface 42b of the first metal separator 42 adjacent to each other, the cooling medium flow communicating with the cooling medium supply communication holes 50a and 50a and the cooling medium discharge communication holes 50b and 50b. A path 62 is formed. The cooling medium flow path 62 extends in the horizontal direction and allows the cooling medium to flow over the electrode range of the electrolyte membrane / electrode structure 40.

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。   A first seal member 64 is integrally formed on the surfaces 42 a and 42 b of the first metal separator 42 around the outer peripheral edge of the first metal separator 42. A second seal member 66 is integrally formed on the surfaces 44 a and 44 b of the second metal separator 44 around the outer peripheral edge of the second metal separator 44.

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。   As the first seal member 64 and the second seal member 66, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber or the like, cushion material Alternatively, an elastic seal member such as a packing material is used.

図2に示すように、第1エンドプレート18aには、酸化剤ガス供給マニホールド68a、酸化剤ガス排出マニホールド68b、燃料ガス供給マニホールド70a及び燃料ガス排出マニホールド70bが取り付けられる。酸化剤ガス供給マニホールド68a、酸化剤ガス排出マニホールド68b、燃料ガス供給マニホールド70a及び燃料ガス排出マニホールド70bは、電気絶縁性を有する樹脂からなる。   As shown in FIG. 2, an oxidant gas supply manifold 68a, an oxidant gas discharge manifold 68b, a fuel gas supply manifold 70a, and a fuel gas discharge manifold 70b are attached to the first end plate 18a. The oxidant gas supply manifold 68a, the oxidant gas discharge manifold 68b, the fuel gas supply manifold 70a, and the fuel gas discharge manifold 70b are made of an electrically insulating resin.

酸化剤ガス供給マニホールド68aと酸化剤ガス排出マニホールド68bとは、酸化剤ガス供給連通孔46aと酸化剤ガス排出連通孔46bとに連通する。燃料ガス供給マニホールド70aと燃料ガス排出マニホールド70bとは、燃料ガス供給連通孔48aと燃料ガス排出連通孔48bとに連通する。   The oxidant gas supply manifold 68a and the oxidant gas discharge manifold 68b communicate with the oxidant gas supply communication hole 46a and the oxidant gas discharge communication hole 46b. The fuel gas supply manifold 70a and the fuel gas discharge manifold 70b communicate with the fuel gas supply communication hole 48a and the fuel gas discharge communication hole 48b.

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、上下にそれぞれ2個(上下一対)の冷却媒体供給連通孔50aに連通する樹脂製の冷却媒体供給マニホールド(冷却媒体マニホールド)72aが取り付けられる。第2エンドプレート18bには、上下にそれぞれ2個(上下一対)の冷却媒体排出連通孔50bに連通する樹脂製の冷却媒体排出マニホールド(冷却媒体マニホールド)72bが取り付けられる。冷却媒体供給マニホールド72a及び冷却媒体排出マニホールド72bは、電気絶縁性を有することが好ましい。   As shown in FIG. 1, the second end plate (one end plate) 18b has a resin-made cooling medium supply manifold (cooling medium) that communicates with two (upper and lower) cooling medium supply communication holes 50a. Manifold) 72a is attached. A resin-made cooling medium discharge manifold (cooling medium manifold) 72b communicating with two (a pair of upper and lower) cooling medium discharge communication holes 50b is attached to the second end plate 18b. The cooling medium supply manifold 72a and the cooling medium discharge manifold 72b preferably have electrical insulation.

図1、図4及び図5に示すように、冷却媒体供給マニホールド72aは、電気絶縁性樹脂等からなる絶縁プレート74aを介装して第2エンドプレート18bに固定される。図5に示すように、絶縁プレート74aは、略平板状を有し、上方の2分割された冷却媒体供給連通孔50aに一体に連通する冷却媒体入口76aと、下方の2分割された冷却媒体供給連通孔50aに一体に連通する冷却媒体入口76aとを有する。   As shown in FIGS. 1, 4 and 5, the cooling medium supply manifold 72a is fixed to the second end plate 18b via an insulating plate 74a made of an electrically insulating resin or the like. As shown in FIG. 5, the insulating plate 74 a has a substantially flat plate shape, a cooling medium inlet 76 a integrally communicating with the upper two divided cooling medium supply communication holes 50 a, and a lower divided two cooling medium. A cooling medium inlet 76a that communicates integrally with the supply communication hole 50a.

絶縁プレート74aには、上下の冷却媒体入口76a間に略矩形状を有して凹部78aが形成される。絶縁プレート74aの外周縁部には、複数の孔部80aが形成される。   The insulating plate 74a is formed with a concave portion 78a having a substantially rectangular shape between the upper and lower cooling medium inlets 76a. A plurality of holes 80a are formed in the outer peripheral edge of the insulating plate 74a.

図1、図4及び図5に示すように、冷却媒体供給マニホールド72aは、内部空間72acを周回するフランジ部82aを有する。フランジ部82aには、各孔部80aに対応して複数の孔部84aが形成される。各孔部84aに挿入されるねじ86aは、第2エンドプレート18bに設けられたねじ穴88aに螺合されることにより(図1参照)、冷却媒体供給マニホールド72aが前記第2エンドプレート18bに固定される。   As shown in FIGS. 1, 4, and 5, the cooling medium supply manifold 72a has a flange portion 82a that goes around the internal space 72ac. In the flange portion 82a, a plurality of hole portions 84a are formed corresponding to the respective hole portions 80a. The screw 86a inserted into each hole 84a is screwed into a screw hole 88a provided in the second end plate 18b (see FIG. 1), so that the cooling medium supply manifold 72a is attached to the second end plate 18b. Fixed.

図4に示すように、冷却媒体供給マニホールド72aの略中央部(冷却媒体流路62の流路幅方向略中央部)には、冷却媒体供給口である入口管路部90aが設けられる。入口管路部90aは、冷却媒体流路62の冷却媒体流れ方向(矢印A方向)(水平方向ho)に対して、角度α1゜だけ下方に傾斜する。   As shown in FIG. 4, an inlet pipe section 90a that is a cooling medium supply port is provided at a substantially central portion of the cooling medium supply manifold 72a (substantially the central portion in the flow path width direction of the cooling medium flow path 62). The inlet pipe section 90a is inclined downward by an angle α1 ° with respect to the coolant flow direction (arrow A direction) (horizontal direction ho) of the coolant flow path 62.

冷却媒体供給マニホールド72aの入口管路部90aに対向するマニホールド内壁部には、前記入口管路部90aに向かって膨出する凸部92aが、上方の冷却媒体供給連通孔50a寄りに配置される。凸部92aは、円弧面形状等の滑らかな湾曲形状面を有して形成される。冷却媒体供給マニホールド72aの入口管路部90aの両側には、内部空間72acに向かって膨出する凸部94a、96aが設けられる。各凸部94a、96aは、円弧面形状等の滑らかな湾曲形状面を有して形成される。   A convex portion 92a that bulges toward the inlet conduit portion 90a is disposed near the upper coolant supply passage 50a on the inner wall portion of the manifold facing the inlet conduit portion 90a of the coolant supply manifold 72a. . The convex portion 92a is formed to have a smooth curved surface such as a circular arc surface. Convex portions 94a and 96a bulging toward the internal space 72ac are provided on both sides of the inlet pipe portion 90a of the cooling medium supply manifold 72a. Each convex part 94a, 96a is formed with a smooth curved surface such as a circular arc surface.

なお、冷却媒体供給マニホールド72aにおいて、入口管路部90aが上方の冷却媒体供給連通孔50a寄りに設けられてもよい。その際、入口管路部90a、凸部92a及び凸部94a、96aの角度は、上記とは逆になる(図4中、二点鎖線参照)。   In the cooling medium supply manifold 72a, the inlet pipe line portion 90a may be provided near the upper cooling medium supply communication hole 50a. At that time, the angles of the inlet duct portion 90a, the convex portion 92a, and the convex portions 94a and 96a are opposite to the above (see the two-dot chain line in FIG. 4).

冷却媒体供給マニホールド72aの内部空間72acには、天井部を構成する上部壁面98aが水平方向hoから角度α2゜だけ傾斜して設けられる。具体的には、上部壁面98aは、第2エンドプレート18bの中央側から外部側に向かって上方に角度α2゜だけ傾斜する。冷却媒体供給マニホールド72aには、上部壁面98aの最上位置に隣接して第1空気抜き孔部(配管)100aが形成(配置)される。   In the internal space 72ac of the cooling medium supply manifold 72a, an upper wall surface 98a constituting the ceiling portion is provided to be inclined at an angle α2 ° from the horizontal direction ho. Specifically, the upper wall surface 98a is inclined upward by an angle α2 ° from the center side of the second end plate 18b toward the outside. A first air vent hole (pipe) 100a is formed (placed) in the cooling medium supply manifold 72a adjacent to the uppermost position of the upper wall surface 98a.

図1に示すように、冷却媒体排出マニホールド72bは、電気絶縁性樹脂等からなる絶縁プレート74b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。   As shown in FIG. 1, the cooling medium discharge manifold 72b is fixed to the second end plate 18b via an insulating plate 74b made of an electrically insulating resin or the like. Note that the same reference numerals are assigned to the same components as those of the cooling medium supply manifold 72a, and a detailed description thereof will be omitted.

冷却媒体排出マニホールド72bには、矢印C方向の略中央部(冷却媒体流路62の流路幅方向中央部)に、冷却媒体排出口である出口管路部90b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。   The cooling medium discharge manifold 72b has an outlet pipe section 90b, which is a cooling medium discharge port, in a substantially central part in the direction of arrow C (the central part in the flow path width direction of the cooling medium flow path 62) in the horizontal direction or Inclined from the horizontal direction.

図4に示すように、冷却媒体排出マニホールド72bの内部空間72bcには、天井部を構成する上部壁面98bが水平方向hoから角度α3゜だけ傾斜して設けられる。具体的には、上部壁面98bは、第2エンドプレート18bの中央側から外部側に向かって上方に角度α3゜だけ傾斜する。なお、角度α2°=角度α3°であってもよい。冷却媒体排出マニホールド72bには、上部壁面98bの最上位置に隣接して第2空気抜き孔部(配管)100bが形成(配置)される。   As shown in FIG. 4, an upper wall surface 98b constituting the ceiling portion is provided in the internal space 72bc of the cooling medium discharge manifold 72b so as to be inclined by an angle α3 ° from the horizontal direction ho. Specifically, the upper wall surface 98b is inclined upward by an angle α3 ° from the center side of the second end plate 18b toward the outside. The angle α2 ° may be equal to the angle α3 °. In the cooling medium discharge manifold 72b, a second air vent hole (pipe) 100b is formed (placed) adjacent to the uppermost position of the upper wall surface 98b.

冷却媒体供給マニホールド72aの内部空間72acに設けられる上部壁面98aと、冷却媒体排出マニホールド72bの内部空間72bcに設けられる上部壁面98bとは、互いに離間する方向に向かって上方に傾斜する。第1空気抜き孔部100aは、冷却媒体供給マニホールド72aの入口管路部90aが設けられる側部とは反対の側部に設けられる。第2空気抜き孔部100bは、冷却媒体排出マニホールド72bの出口管路部90bが設けられる側部に設けられる。   The upper wall surface 98a provided in the internal space 72ac of the cooling medium supply manifold 72a and the upper wall surface 98b provided in the internal space 72bc of the cooling medium discharge manifold 72b are inclined upward in a direction away from each other. The first air vent hole 100a is provided on the side of the cooling medium supply manifold 72a opposite to the side on which the inlet pipe 90a is provided. The second air vent hole portion 100b is provided on the side portion where the outlet pipe portion 90b of the cooling medium discharge manifold 72b is provided.

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。   The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below.

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。   First, as shown in FIG. 2, an oxidizing gas such as an oxygen-containing gas is supplied from the oxidizing gas supply manifold 68a of the first end plate 18a to the oxidizing gas supply communication hole 46a. A fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied from the fuel gas supply manifold 70a of the first end plate 18a to the fuel gas supply communication hole 48a.

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72aの入口管路部90a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の上下に連通するそれぞれ2個の冷却媒体供給連通孔50aに分配される。   Further, as shown in FIG. 1, in the second end plate 18b, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied from the inlet pipe section 90a of the cooling medium supply manifold 72a to the internal space 72ac. The cooling medium is distributed to each of the two cooling medium supply communication holes 50a communicating with the upper and lower sides of the internal space 72ac.

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。   Therefore, as shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 58 of the first metal separator 42 from the oxidant gas supply communication hole 46a. The oxidant gas moves in the direction of arrow A along the oxidant gas flow path 58 and is supplied to the cathode electrode 54 of the electrolyte membrane / electrode structure 40.

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。   On the other hand, the fuel gas is supplied to the fuel gas channel 60 of the second metal separator 44 from the fuel gas supply communication hole 48a. The fuel gas moves in the direction of arrow A along the fuel gas flow path 60 and is supplied to the anode electrode 56 of the electrolyte membrane / electrode structure 40.

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。   Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 40, the oxidizing gas supplied to the cathode electrode 54 and the fuel gas supplied to the anode electrode 56 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is called.

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。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode electrode 54 of the electrolyte membrane / electrode structure 40 is discharged in the direction of arrow B along the oxidant gas discharge communication hole 46b. On the other hand, the fuel gas supplied to and consumed by the anode electrode 56 of the electrolyte membrane / electrode structure 40 is discharged in the direction of arrow B along the fuel gas discharge communication hole 48b.

また、上下それぞれ2個の冷却媒体供給連通孔50aに供給された冷却媒体は、互いに隣接する第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、上下それぞれ2個の冷却媒体供給連通孔50aから互いに近接する方向に一旦矢印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40を冷却する。冷却媒体は、矢印C方向外方に互いに離間する方向に移動した後、上下それぞれ2個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。   Further, the cooling medium supplied to the two upper and lower cooling medium supply communication holes 50 a is introduced into the cooling medium flow path 62 between the first metal separator 42 and the second metal separator 44 adjacent to each other. The cooling medium once flows along the inward direction of the arrow C in directions close to each other from the two upper and lower cooling medium supply communication holes 50a, and then moves in the direction of the arrow A to cool the electrolyte membrane / electrode structure 40. To do. The cooling medium moves in the direction away from each other in the direction of arrow C, and is then discharged in the direction of arrow B along the two upper and lower cooling medium discharge communication holes 50b.

図1及び図4に示すように、冷却媒体は、上下それぞれ2個の冷却媒体排出連通孔50bから冷却媒体排出マニホールド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90bから外部に排出される。   As shown in FIGS. 1 and 4, the cooling medium is discharged from the two upper and lower cooling medium discharge communication holes 50b into the internal space 72bc of the cooling medium discharge manifold 72b. The cooling medium flows to the center side of the internal space 72bc, and then is discharged to the outside from the outlet pipe portion 90b.

この場合、本実施形態では、図4に示すように、冷却媒体供給マニホールド72aの内部空間72acには、天井部を構成する上部壁面98aが水平方向hoから角度α2゜だけ傾斜して設けられている。このため、冷却媒体供給マニホールド72aの内部空間72acに導入されたエアは、上部壁面98aの傾斜に沿って前記上部壁面98aの最上位置側に流動している。   In this case, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, an upper wall surface 98a constituting the ceiling portion is provided at an angle α2 ° with respect to the horizontal direction ho in the internal space 72ac of the cooling medium supply manifold 72a. Yes. For this reason, the air introduced into the internal space 72ac of the cooling medium supply manifold 72a flows to the uppermost position side of the upper wall surface 98a along the inclination of the upper wall surface 98a.

その際、冷却媒体供給マニホールド72aには、上部壁面98aの最上位置に隣接して第1空気抜き孔部100aが形成されている。従って、上部壁面98aの傾斜に沿って最上位置に流動したエアは、第1空気抜き孔部100aから冷却媒体供給マニホールド72aの外部に排出されている。第1空気抜き孔部100aは、上部壁面98aで入口管路部90aから最も離れた位置に配置される。   At that time, a first air vent hole 100a is formed in the cooling medium supply manifold 72a adjacent to the uppermost position of the upper wall surface 98a. Therefore, the air that has flowed to the uppermost position along the inclination of the upper wall surface 98a is discharged from the first air vent hole 100a to the outside of the cooling medium supply manifold 72a. The first air vent hole 100a is disposed at a position farthest from the inlet duct 90a on the upper wall surface 98a.

これにより、簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体供給マニホールド72aの内部空間72acにエアが滞留することを確実に抑制することが可能になる。このため、冷却媒体は、上下それぞれ2個の冷却媒体供給連通孔50aに対して円滑且つ均等に流通することができる。従って、各燃料電池12の冷却性能が良好に向上するという効果が得られる。   This makes it possible to reliably suppress air from staying in the internal space 72ac of the cooling medium supply manifold 72a with a simple and economical configuration. For this reason, a cooling medium can distribute | circulate smoothly and equally with respect to the two cooling medium supply communicating holes 50a, respectively. Therefore, the effect that the cooling performance of each fuel cell 12 is improved is obtained.

一方、冷却媒体排出マニホールド72bの内部空間72bcには、天井部を構成する上部壁面98bが水平方向hoから角度α3゜だけ傾斜して設けられている。このため、冷却媒体排出マニホールド72bの内部空間72bcに導入されたエアは、上部壁面98bの傾斜に沿って前記上部壁面98bの最上位置側に流動している。   On the other hand, in the internal space 72bc of the cooling medium discharge manifold 72b, an upper wall surface 98b constituting the ceiling portion is provided so as to be inclined by an angle α3 ° from the horizontal direction ho. For this reason, the air introduced into the internal space 72bc of the cooling medium discharge manifold 72b flows along the inclination of the upper wall surface 98b to the uppermost position side of the upper wall surface 98b.

その際、冷却媒体排出マニホールド72bには、上部壁面98bの最上位置に隣接して第2空気抜き孔部100bが形成されている。第2空気抜き孔部100bは、上部壁面98bで出口管路部90bから最も離れた位置に配置される。従って、上部壁面98bの傾斜に沿って最上位置に流動したエアは、第2空気抜き孔部100bから冷却媒体排出マニホールド72bの外部に排出されている。   At that time, a second air vent hole 100b is formed in the cooling medium discharge manifold 72b adjacent to the uppermost position of the upper wall surface 98b. The second air vent hole portion 100b is disposed at a position farthest from the outlet conduit portion 90b on the upper wall surface 98b. Accordingly, the air that has flowed to the uppermost position along the inclination of the upper wall surface 98b is discharged from the second air vent hole 100b to the outside of the cooling medium discharge manifold 72b.

これにより、簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体排出マニホールド72bの内部空間72bcにエアが滞留することを確実に抑制することが可能になる。このため、冷却媒体は、上下それぞれ2個の冷却媒体排出連通孔50bから冷却媒体排出マニホールド72bに円滑且つ均等に流通することができる。従って、各燃料電池12の冷却性能が良好に向上するという効果が得られる。   Accordingly, it is possible to reliably suppress air from staying in the internal space 72bc of the cooling medium discharge manifold 72b with a simple and economical configuration. For this reason, the cooling medium can smoothly and evenly flow from the two cooling medium discharge communication holes 50b on the upper and lower sides to the cooling medium discharge manifold 72b. Therefore, the effect that the cooling performance of each fuel cell 12 is improved is obtained.

なお、本実施形態では、上下にそれぞれ2個の冷却媒体供給連通孔50a及び上下にそれぞれ2個の冷却媒体排出連通孔50bを設けているが、これに限定されるものではない。例えば、上下にそれぞれ1個の冷却媒体供給連通孔50aと上下にそれぞれ1個の冷却媒体排出連通孔50bとを設けてもよい。   In the present embodiment, the two cooling medium supply communication holes 50a are provided on the top and the bottom, and the two cooling medium discharge communication holes 50b are provided on the top and the bottom. However, the present invention is not limited to this. For example, one cooling medium supply communication hole 50a may be provided above and below, and one cooling medium discharge communication hole 50b may be provided above and below.

10…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
68b…酸化剤ガス排出マニホールド 70a…燃料ガス供給マニホールド
70b…燃料ガス排出マニホールド 72a…冷却媒体供給マニホールド
72b…冷却媒体排出マニホールド 72ac、72bc…内部空間
74a、74b…絶縁プレート 76a…冷却媒体入口
90a…入口管路部 90b…出口管路部
98a、98b…上部壁面 100a、100b…空気抜き孔部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... Fuel cell 12as ... Laminated body 18a, 18b ... End plate 26 ... Casing 40 ... Electrolyte membrane electrode structure 42, 44 ... Metal separator 46a ... Oxidant gas supply communication hole 46b ... Oxidant gas discharge Communication hole 48a ... Fuel gas supply communication hole 48b ... Fuel gas discharge communication hole 50a ... Cooling medium supply communication hole 50b ... Cooling medium discharge communication hole 52 ... Solid polymer electrolyte membrane 54 ... Cathode electrode 56 ... Anode electrode 58 ... Oxidant gas Flow path 60 ... Fuel gas flow path 62 ... Cooling medium flow path 68a ... Oxidant gas supply manifold 68b ... Oxidant gas discharge manifold 70a ... Fuel gas supply manifold 70b ... Fuel gas discharge manifold 72a ... Cooling medium supply manifold 72b ... Cooling medium Discharge manifold 72ac, 72bc ... internal space 74a, 74b ... Insulating plate 76a ... Cooling medium inlet 90a ... Inlet pipe part 90b ... Outlet pipe part 98a, 98b ... Upper wall surface 100a, 100b ... Air vent hole part

Claims (4)

電解質膜の両側に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水平方向に積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が水平方向に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上下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上下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、
一方のエンドプレートには、前記上下一対の冷却媒体供給連通孔又は前記上下一対の冷却媒体排出連通孔に連通する冷却媒体マニホールドが設けられるとともに、
前記冷却媒体マニホールドの内部には、天井部を構成する上部壁面が水平方向から傾斜して設けられ、前記上部壁面の最上位置に隣接して空気抜き孔部が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。
An electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are provided on both sides of the electrolyte membrane and a separator are stacked in a horizontal direction, and a plurality of the fuel cells are stacked in a horizontal direction, and end plates are provided at both ends in the stacking direction. Between the separators adjacent to each other, a cooling medium flow path for flowing a cooling medium along the separator surface is formed, and the cooling medium flow path is formed on the inlet side of the cooling medium flow path. A pair of upper and lower cooling medium supply communication holes are provided across the flow path width direction, and a pair of upper and lower cooling medium sandwiches the cooling medium flow path in the flow path width direction on the outlet side of the cooling medium flow path. A fuel cell stack provided with a medium discharge communication hole,
One end plate is provided with a cooling medium manifold communicating with the pair of upper and lower cooling medium supply communication holes or the pair of upper and lower cooling medium discharge communication holes,
A fuel cell characterized in that an upper wall surface constituting a ceiling portion is inclined from a horizontal direction inside the cooling medium manifold, and an air vent hole is formed adjacent to the uppermost position of the upper wall surface. stack.
請求項1記載の燃料電池スタックにおいて、前記冷却媒体マニホールドは、前記上下一対の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と、前記上下一対の冷却媒体排出連通孔に連通する冷却媒体排出マニホールドとを有し、
前記冷却媒体供給マニホールドの内部に設けられる前記上部壁面と、前記冷却媒体排出マニホールドの内部に設けられる前記上部壁面とは、互いに離間する方向に向かって上方に傾斜することを特徴とする燃料電池スタック。
2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the cooling medium manifold includes a cooling medium supply manifold that communicates with the pair of upper and lower cooling medium supply communication holes, and a cooling medium discharge manifold that communicates with the pair of upper and lower cooling medium discharge communication holes. And
The fuel cell stack, wherein the upper wall surface provided in the cooling medium supply manifold and the upper wall surface provided in the cooling medium discharge manifold are inclined upward in a direction away from each other. .
請求項2記載の燃料電池スタックにおいて、前記冷却媒体供給マニホールドには、前記冷却媒体排出マニホールドに近接する側部に、前記流路幅方向の中央部に位置して冷却媒体入口管路が設けられる一方、
前記冷却媒体排出マニホールドには、前記冷却媒体供給マニホールドから離間する側部に、前記流路幅方向の中央部に位置して冷却媒体出口管路が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
3. The fuel cell stack according to claim 2, wherein the cooling medium supply manifold is provided with a cooling medium inlet pipe located at a central portion in the flow path width direction on a side portion close to the cooling medium discharge manifold. on the other hand,
The fuel cell stack according to claim 1, wherein the cooling medium discharge manifold is provided with a cooling medium outlet pipe at a central portion in the flow path width direction on a side portion spaced apart from the cooling medium supply manifold.
請求項3記載の燃料電池スタックにおいて、前記冷却媒体入口管路は、前記冷却媒体流路の冷却媒体流れ方向に対して下方に傾斜することを特徴とする燃料電池スタック。   4. The fuel cell stack according to claim 3, wherein the cooling medium inlet conduit is inclined downward with respect to a cooling medium flow direction of the cooling medium flow path.
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