JP2017162629A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】冷却媒体マニホールドを確実に保持することができ、前記冷却媒体マニホールドに加わる応力を良好に緩和させることを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０を構成する第２エンドプレート１８ｂには、冷却媒体供給マニホールド７２ａが取り付けられる。第２エンドプレート１８ｂは、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａの周囲で一対の連通部７７ａが当接する部位に、一対の取り付け用座面１１０ａを設けるとともに、前記一対の冷却媒体供給連通孔５０ａの間で本体部７９ａが当接する部位に、取り付け用座面１１２ａを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解質膜の両面に電極が設けられた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを有し、複数の前記発電セルが積層された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にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、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（単位セル）が構成されている。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。

燃料電池スタックでは、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、互いに隣接する発電セルのセパレータ間には、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。

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スタックが採用されている。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ている。

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。その際、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る場合がある。一方、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一対の冷却媒体排出連通孔が設けられる場合がある。

上記の冷却媒体流路構造を採用する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（冷却媒体連通孔）に一体に連通する冷却媒体供給マニホールド部材（冷却媒体マニホールド）が設けられている。さらに、一方のエンドプレートには、一対の冷却媒体排出連通孔（冷却媒体連通孔）に一体に連通する冷却媒体排出マニホールド（冷却媒体マニホールド）が設けられている。この種の構造は、例えば、特許文献１の燃料電池スタックに開示されている。

特開２０１４−１４３０７０号公報

ところで、エンドプレートは、通常、鋳造又は鍛造により成形されている場合が多い。このため、エンドプレートの表面（外部に露呈する面）は、鋳肌面又は鍛造面が直接露出した凹凸形状を有している。従って、エンドプレートの表面に冷却媒体マニホールドを取り付ける際には、各冷却媒体連通孔の周囲にのみ、それぞれ取り付け用座面が機械加工により形成されている。

エンドプレートの表面では、機械加工を施す領域が拡大する程、加工コストが高騰してしまう。このため、本来、シール面として必要な部位にのみ機械加工を制限することが望まれている。

一方、冷却媒体マニホールドは、一対の冷却媒体連通孔に連通する一対の連通部と、前記一対の連通部を一体に連結する本体部と、を有している。そして、各連通部は、それぞれ取り付け用座面に当接した状態で、ボルト等により固定されている。

しかしながら、エンドプレートの表面は、一対の取り付け用座面間で凹凸形状を有しており、冷却媒体マニホールドの本体部は、前記一対の取り付け用座面間の凹凸形状部に配置されている。このため、冷却媒体マニホールドの内部に付与される内圧の影響によって、本体部が大きく変形し易くなり、応力が高くなるという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、冷却媒体マニホールドを確実に保持することができ、前記冷却媒体マニホールドに加わる応力を良好に緩和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、電解質膜の両面に電極が設けられた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを有している。複数の発電セルが積層された積層体の積層方向両端に、鋳造製品又は鍛造製品であるエンドプレートが配設されている。積層体には、発電セルの積層方向に沿って冷却媒体を流通させる一対の冷却媒体供給連通孔又は一対の冷却媒体排出連通孔である一対の冷却媒体連通孔が設けられている。そして、一方のエンドプレートには、一対の冷却媒体連通孔に接続され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は、一対の冷却媒体連通孔に連通する一対の連通部と、前記一対の連通部を一体に連結する本体部と、を有している。一方のエンドプレートは、一対の冷却媒体連通孔の周囲で一対の連通部が当接する部位、及び前記一対の冷却媒体連通孔の間で本体部が当接する部位に、それぞれ取り付け用座面を設けている。

また、冷却媒体マニホールドは、一方のエンドプレートに固定されるマニホールドベース部材と、前記マニホールドベース部材に固定され、該マニホールドベース部材との間に冷却媒体用空間を形成するマニホールドカバー部材と、を備えることが好ましい。

さらに、発電セルは、互いに隣接するセパレータ間に、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ることが好ましい。その際、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ている。一方、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、一対の冷却媒体排出連通孔が設けられている。

本発明によれば、一方のエンドプレートは、一対の冷却媒体連通孔の周囲で一対の連通部が当接する部位、及び前記一対の冷却媒体連通孔の間で本体部が当接する部位に、それぞれ取り付け用座面を設けている。従って、本体部は、取り付け用座面に当接支持されるため、内圧等により前記本体部が変形することを抑制することができる。これにより、冷却媒体マニホールドを確実に保持することができ、前記冷却媒体マニホールドに加わる応力を良好に緩和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第２エンドプレート側からの斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの第１エンドプレート側から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発電セル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冷却媒体供給マニホールド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第２エンドプレート側からの斜視説明図である。

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等の燃料電池車両に搭載される。燃料電池スタック１０は、複数の発電セル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（図２参照）。なお、燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２を重力方向（矢印Ｃ方向）に積層して構成してもよい。

図２に示すように、発電セル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。発電セル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。

第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂは、鋳造製品又は鍛造製品であり、発電セル１２、第１絶縁プレート１６ａ及び第２絶縁プレート１６ｂの外形寸法よりも大きな外形寸法に設定される。第１ターミナルプレート１４ａは、第１絶縁プレート１６ａの内部に形成された凹部に収容される一方、第２ターミナルプレート１４ｂは、第２絶縁プレート１６ｂの内部に形成された凹部に収容されてもよい。

横長形状（長方形状）の第１エンドプレート１８ａの中央部（又は中央部から偏心した位置）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の中央部（又は中央部から偏心した位置）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の各辺間には、連結バー２２の両端がねじ２４により固定され、複数の積層された発電セル１２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、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の矢印Ａ方向両端の２辺（面）は、横長プレート形状の第１サイドパネル２８ａ及び第２サイドパネル２８ｂにより構成される。ケーシング２６の高さ方向（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。

図２に示すように、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。第１サイドパネル２８ａ、第２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、発電セル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を挟持するカソードセパレータ４２及びアノードセパレータ４４とを備える。

カソードセパレータ４２及びアノードセパレータ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。カソードセパレータ４２及びアノードセパレータ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、カソードセパレータ４２及びアノードセパレータ４４は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

発電セル１２の長辺方向（矢印Ａ方向）の一端縁部には、それぞれ積層方向（矢印Ｂ方向）に個別に連通して、酸化剤ガス供給連通孔４６ａ及び燃料ガス排出連通孔４８ｂ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、燃料ガス排出連通孔４８ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。

発電セル１２の長辺方向の他端縁部には、それぞれ矢印Ｂ方向に個別に連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４８ａ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。

発電セル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及び燃料ガス排出連通孔４８ｂ側には、冷却媒体供給連通孔（冷却媒体連通孔）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（流体）を供給するために、それぞれ矢印Ｂ方向に個別に連通しており、対向する辺に上下に１個ずつ（２個ずつでもよい）設けられる。

発電セル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、燃料ガス供給連通孔４８ａ及び酸化剤ガス排出連通孔４６ｂ側には、冷却媒体排出連通孔（冷却媒体連通孔）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、それぞれ矢印Ｂ方向に個別に連通しており、対向する辺に上下に１個ずつ（２個ずつでもよい）設けられる。

電解質膜・電極構造体４０は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）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。

カソードセパレータ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、酸化剤ガスを矢印Ａ方向に流通させ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。

アノードセパレータ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、燃料ガスを矢印Ａ方向に流通させ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。

互いに隣接し発電セル１２を構成するアノードセパレータ４４の面４４ｂとカソードセパレータ４２の面４２ｂとの間には、冷却媒体流路６２が形成される。冷却媒体流路６２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の電極範囲に亘って冷却媒体を流通させる。

カソードセパレータ４２の面４２ａ、４２ｂには、このカソードセパレータ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。アノードセパレータ４４の面４４ａ、４４ｂには、このアノードセパレータ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、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。

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。

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１個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１個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。

図１及び図４に示すように、冷却媒体供給マニホールド７２ａは、第２エンドプレート１８ｂに隣接するマニホールドベース部材７４ａを備える。マニホールドベース部材７４ａは、マニホールドカバー部材７６ａに固定されるとともに、前記マニホールドカバー部材７６ａは、第２エンドプレート１８ｂに取り付けられる。

図４に示すように、マニホールドベース部材７４ａは、略平板形状を有し、前記マニホールドベース部材７４ａの上部及び下部には、一対の連通部７７ａが設けられる。各連通部７７ａには、それぞれ冷却媒体供給連通孔５０ａに一体に連通する冷却媒体入口７８ａが形成される。一対の連通部７７ａは、本体部７９ａにより一体に連結される。

マニホールドベース部材７４ａのマニホールドカバー部材７６ａに向かう面には、上下の冷却媒体入口７８ａを囲繞する周回溝部８０ａが形成される。周回溝部８０ａには、シール部材８２ａが配置される。

マニホールドベース部材７４ａの上部には、両角部にそれぞれ上下に２個ずつ孔部８４ａが形成される。マニホールドベース部材７４ａの下部には、両角部にそれぞれ上下に２個ずつ孔部８４ａが形成される。マニホールドベース部材７４ａの高さ方向（矢印Ｃ方向）略中央部には、矢印Ａ方向両側に位置して、それぞれ上下２個の金属製の雌ねじ部材８６ａが埋設される。

マニホールドカバー部材７６ａは、マニホールドベース部材７４ａの上下の冷却媒体入口７８ａに一体に連通する冷却媒体入口流通路（冷却媒体用空間）８７ａを形成する筐体部８８ａを有する。筐体部８８ａの高さ方向略中央部には、冷却媒体供給口である入口管路部９０ａが、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。筐体部８８ａの外周縁部には、フランジ部９２ａが設けられる。

フランジ部９２ａの上部には、両角部にそれぞれ上下に２個ずつ孔部９４ａが形成される。フランジ部９２ａの下部には、両角部にそれぞれ上下に２個ずつ孔部９４ａが形成される。フランジ部９２ａの高さ方向（矢印Ｃ方向）略中央部には、矢印Ａ方向両側に位置して、それぞれ上下に２個ずつ孔部９６ａが形成される。

フランジ部９２ａの孔部９４ａは、マニホールドベース部材７４ａの孔部８４ａと同軸上に配置される一方、前記フランジ部９２ａの孔部９６ａは、前記マニホールドベース部材７４ａの金属製の雌ねじ部材８６ａと同軸上に形成される。各孔部９４ａには、例えば、金属製の円筒状カラー部材９８ａが配設される。円筒状カラー部材９８ａ内に締結ボルト１００ａが挿入され、前記締結ボルト１００ａが第２エンドプレート１８ｂのねじ穴１０２ａに螺合することにより、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。

各孔部９６ａには、例えば、金属製の円筒状カラー部材１０４ａが配設される。円筒状カラー部材１０４ａ内に締結ボルト１０６ａが挿入され、前記締結ボルト１０６ａが雌ねじ部材８６ａに螺合することにより、マニホールドカバー部材７６ａがマニホールドベース部材７４ａに固定される。

図１及び図４に示すように、第２エンドプレート１８ｂは、外部に露呈する表面（第２絶縁プレート１６ｂに対向する内面とは反対の面）１０８を設け、前記表面１０８は、鋳肌面又は鍛造面が直接露出する凹凸形状（図示は省略する）を有する。

第２エンドプレート１８ｂの表面１０８には、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａの周囲で一対の連通部７７ａが当接する部位に、一対の取り付け用座面１１０ａが機械加工により形成される。第２エンドプレート１８ｂの表面１０８には、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａの間で本体部７９ａが当接する部位に、取り付け用座面１１２ａが機械加工により形成される。

各取り付け用座面１１０ａには、それぞれ４個のねじ穴１０２ａが形成されるとともに、前記取り付け用座面１１０ａと取り付け用座面１１２ａの上下両端との間には、それぞれ隙間ｔが設けられる（図４参照）。

図１に示すように、第２エンドプレート１８ｂの表面１０８には、一対の冷却媒体排出連通孔５０ｂの周囲に、一対の取り付け用座面１１０ｂが機械加工により形成される。第２エンドプレート１８ｂの表面１０８には、一対の取り付け用座面１１０ｂの間に、取り付け用座面１１２ｂが機械加工により形成される。

図４に示すように、第２エンドプレート１８ｂの表面１０８には、ねじ２４が当接する座面１１４が機械加工により形成され、前記座面１１４には、孔部１１６が形成される。

図１に示すように、冷却媒体排出マニホールド７２ｂは、第２エンドプレート１８ｂに固定される。なお、冷却媒体排出マニホールド７２ｂでは、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。

冷却媒体排出マニホールド７２ｂの上部及び下部には、それぞれ冷却媒体排出連通孔５０ｂに一体に連通する冷却媒体出口（流体連通孔）７８ｂが設けられる。冷却媒体排出マニホールド７２ｂでは、マニホールドカバー部材７６ｂを構成する筐体部８８ｂの高さ方向略中央部に、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。

筐体部８８ｂには、マニホールドベース部材７４ｂの上下の冷却媒体出口７８ｂに一体に連通する冷却媒体出口流通路（冷却媒体用空間）８７ｂが形成される。

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。

まず、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。一方、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。

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から筐体部８８ａ内の冷却媒体入口流通路８７ａ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、冷却媒体入口流通路８７ａの上下に連通する各冷却媒体供給連通孔５０ａに分配される。

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からカソードセパレータ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からアノードセパレータ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に供給されて一部が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に供給されて一部が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、互いに隣接するカソードセパレータ４２及びアノードセパレータ４４間の冷却媒体流路６２に導入される。冷却媒体は、上下の冷却媒体供給連通孔５０ａから一旦、互いに近接する方向に、すなわち、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１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を構成する筐体部８８ｂ内の冷却媒体出口流通路８７ｂに排出される。冷却媒体は、筐体部８８ｂ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。

この場合、第１の実施形態では、図４に示すように、第２エンドプレート１８ｂの表面１０８には、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａの周囲で一対の連通部７７ａが当接する部位に、一対の取り付け用座面１１０ａが形成されている。さらに、第２エンドプレート１８ｂの表面１０８には、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａの間で本体部７９ａが当接する部位に、取り付け用座面１１２ａが形成されている。

このため、冷却媒体供給マニホールド７２ａは、本体部７９ａが取り付け用座面１１２ａの略全面に比較的広範囲に亘って当接支持されている。従って、冷却媒体供給マニホールド７２ａに供給される冷却媒体の内圧等により、本体部７９ａが変形することを良好に抑制することができる。これにより、冷却媒体供給マニホールド７２ａを確実に保持することができ、前記冷却媒体供給マニホールド７２ａに加わる応力を有効に緩和させることが可能になるという効果が得られる。

なお、冷却媒体排出マニホールド７２ｂでは、上記の冷却媒体供給マニホールド７２ａと同様の効果が得られる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１２０の第２エンドプレート１２２（第１の実施形態の第２エンドプレート１８ｂに相当する）側からの斜視説明図である。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。

第２エンドプレート１２２の表面１２４は、鋳肌面又は鍛造面が露出する凹凸形状（図示は省略する）を有する。第２エンドプレート１２２の表面１２４には、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａの周囲に、一対の取り付け用座面１２６ａが設けられる。第２エンドプレート１２２の表面１０８には、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａの間に、取り付け用座面１２８ａが設けられる。

一対の取り付け用座面１２６ａ及び取り付け用座面１２８ａは、単一の座面１３０ａに一体に連続して設けられる。座面１３０ａは、表面１２４の矢印Ａ方向一端側に、上下に亘って機械加工により形成される。

また、表面１２４には、矢印Ａ方向他端側に座面１３０ｂが上下に亘って機械加工により形成される。座面１３０ｂは、一対の取り付け用座面１２６ｂ及び取り付け用座面１２８ｂを一体に連続して設ける。

この第２の実施形態では、第２エンドプレート１２２の表面１２４には、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａの間で本体部７９ａが当接する部位に、一対の取り付け用座面１２６ａと一体に連続する取り付け用座面１２８ａが設けられている。

従って、冷却媒体供給マニホールド７２ａに供給される冷却媒体の内圧等により、本体部７９ａが変形することを有効に抑制することができる。これにより、冷却媒体供給マニホールド７２ａに加わる応力を良好に緩和させることが可能になる等、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…発電セル
１２ａｓ．…積層体
１８ａ、１８ｂ、１２２…エンドプレート
２６…ケーシング ４０…電解質膜・電極構造体
４２…カソードセパレータ ４４…アノードセパレータ
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
７４ａ、７４ｂ…マニホールドベース部材
７６ａ、７６ｂ…マニホールドカバー部材
７７ａ…連通部 ７９ａ…本体部
１０２ａ…ねじ穴 １０８、１２４…表面
１１０ａ、１１０ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２８ａ、１２８ｂ…取り付け用座面
１３０ａ、１３０ｂ…座面

Claims (3)

1. 電解質膜の両面に電極が設けられた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを有し、複数の前記発電セルが積層された積層体の積層方向両端に、鋳造製品又は鍛造製品であるエンドプレートが配設されるとともに、前記積層体には、前記発電セルの積層方向に沿って冷却媒体を流通させる一対の冷却媒体供給連通孔又は一対の冷却媒体排出連通孔である一対の冷却媒体連通孔が設けられ、一方のエンドプレートには、前記一対の冷却媒体連通孔に接続される冷却媒体マニホールドが設けられる燃料電池スタックであって、
   前記冷却媒体マニホールドは、前記一対の冷却媒体連通孔に連通する一対の連通部と、
   前記一対の連通部を一体に連結する本体部と、
   を有するとともに、
   前記一方のエンドプレートは、前記一対の冷却媒体連通孔の周囲で前記一対の連通部が当接する部位、及び前記一対の冷却媒体連通孔の間で前記本体部が当接する部位に、それぞれ取り付け用座面を設けてい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であって、前記冷却媒体マニホールドは、前記一方のエンドプレートに固定されるマニホールドベース部材と、
   前記マニホールドベース部材に固定され、該マニホールドベース部材との間に冷却媒体用空間を形成するマニホールドカバー部材と、
   を備え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であって、前記発電セルは、互いに隣接する前記セパレータ間に、セパレータ面に沿って前記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、前記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、前記一対の冷却媒体排出連通孔が設けられていることを特徴とする燃料電池スタック。

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