JP2017162673A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つ経済的な構成で、確実なシール機能を有することを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０を構成するエンドプレート２２ａには、酸化剤ガス供給マニホールド１００ａに連通する酸化剤ガス供給管部材１０４ａが設けられ、エンドプレート２２ａには、酸化剤ガス入口開口部９６ａが形成される一方、温調用プレート２０ａの外周には、切り欠き部８８ａが形成され、絶縁部材１８ａに直接当接する酸化剤ガス供給管部材１０４ａの端部と前記絶縁部材１８ａとの間には、酸化剤ガス入口連通孔３６ａを周回してシール部材１１４ａが介装される燃料電池スタック１０。【選択図】図４

Description

本発明は、電解質膜の両面に電極が配設される電解質膜・電極構造体とセパレータとを有する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される積層体の積層方向両端には、絶縁プレート、冷媒プレート及びエンドプレートが、外方に向って順次配設される燃料電池スタックに関する。

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の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。アノード電極及びカソード電極は、それぞれ触媒層（電極触媒層）とガス拡散層（多孔質カーボン）とを有している。

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（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し、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ている。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。

上記の燃料電池スタックでは、少なくとも一方のエンドプレートに、各流体連通孔に連なって燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体である流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。例えば、特許文献１に開示されている燃料電池は、電解質膜の両面に電極が配置された膜−電極アッセンブリと、前記膜−電極アッセンブリの両端に配されるセパレータとを有するセルを備えている。セパレータは、電極に流体を供給するための流通溝を有し、且つ、前記流通溝から外部に通ずる流通路を有している。

セルを積層したセル積層体の積層方向の両端には、一対のターミナルが配設され、前記ターミナルの外側には一対のプレッシャプレートが配設されている。プレッシャプレートは、流通路に通ずる出入口孔を有するとともに、前記出入口孔を挿通する管部とセル積層体側に鍔部とを有する導管部材を備えている。

特開２００５−２５９４２７号公報

上記の燃料電池では、ターミナルに導管部材を収容する収容部が形成されている。このため、ターミナルの加工作業が煩雑化するとともに、製造コストが高騰す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、簡単且つ経済的な構成で、確実なシール機能を有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。

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配設される電解質膜・電極構造体とセパレータとを有する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される積層体を設けている。積層体の積層方向両端には、絶縁プレート、プレート面方向に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体通路が形成された冷媒プレート、及びエンドプレートが、外方に向って順次配設されている。一方のエンドプレートには、少なくとも酸化剤ガス、燃料ガス又は冷却媒体である流体を積層方向に流通させる流体連通孔に連通する流体マニホールドが設けられている。

この燃料電池スタックは、流体マニホールドに連通する内部流路を有する流体管部材を備えている。エンドプレートには、流体管部材を貫通させる開口部が形成される一方、冷媒プレートの外周には、前記流体管部材を通過させる切り欠き部が形成されている。そして、絶縁プレートに直接当接する流体管部材の端部と前記絶縁プレートとの間には、流体連通孔を周回するシール部材が介装されている。

また、この燃料電池スタックでは、流体管部材は、フランジ部を有し、前記フランジ部は、ノックピンを介して絶縁プレートに位置決めされていることが好ましい。

本発明によれば、流体管部材は、エンドプレートの開口部及び冷媒プレートの切り欠き部を通って絶縁プレートに直接当接するとともに、前記絶縁プレートの流体連通孔を周回するシール部材に当接している。このため、流体管部材は、絶縁プレートとの間にのみシール部材を設ければよく、シール構造が良好に簡素化される。しかも、エンドプレートに開口部を設けるとともに、冷媒プレートには、切り欠き部を設けるだけでよく、製造コストが高騰することがない。

これにより、簡単且つ経済的な構成で、確実なシール機能を有することが可能になる。

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの分解概略斜視図である。 前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。 前記燃料電池スタックを構成する発電セルの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一方のエンドプレート側の要部分解斜視図である。 図４に示す要部を反対側から見た分解斜視図である。 前記要部の、図５中、ＶＩ−ＶＩ線断面図である。

図１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、複数の発電セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）、又は垂直方向（矢印Ｃ方向）に積層された積層体１４を備える。燃料電池スタック１０は、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。

図１及び図２に示すように、積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、積層方向外方に向かって、ターミナルプレート１６ａ、絶縁部材１８ａ、温調用プレート（冷媒プレート）２０ａ及びエンドプレート２２ａが、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端には、積層方向外方に向かって、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁部材１８ｂ、温調用プレート（冷媒プレート）２０ｂ、積層調整用の樹脂製プレート２４及びエンドプレート２２ｂが、順次、配設される。

燃料電池スタック１０は、例えば、長方形に構成されるエンドプレート２２ａ、２２ｂを端板として含む箱状ケーシング（図示せず）により一体的に保持される。なお、燃料電池スタック１０は、例えば、矢印Ａ方向に延在する複数のタイロッド（図示せず）により一体的に締め付け保持されてもよい。

発電セル１２は、図２及び図３に示すように、アノードセパレータ３０、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）３２及びカソードセパレータ３４を設ける。アノードセパレータ３０及びカソードセパレータ３４は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板等の縦長形状の金属板により構成される。

なお、アノードセパレータ３０及びカソードセパレータ３４は、金属セパレータに代えて、カーボンセパレータを用いてもよい。また、発電セル１２は、第１セパレータ、第１のＭＥＡ、第２セパレータ、第２のＭＥＡ及び第３セパレータを積層して構成してもよい。さらに、発電セル１２は、３枚以上のＭＥＡと５枚以上のセパレータとを有してもよい。

図３に示すように、発電セル１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）（水平方向）の一端縁部には、それぞれ積層方向である矢印Ａ方向に個別に連通して、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３６ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス出口連通孔３８ｂ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（矢印Ｂ方向）の他端縁部には、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して、燃料ガスを供給する燃料ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３６ｂが設けられる。

発電セル１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ側に近接する位置に、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して、それぞれ一対の冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２が上下に設けられる。冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２は、冷却媒体を供給するとともに、水平方向に長尺な長方形開口部の長手方向の中間部位にリブ部４１ａを設けることにより、互いに独立して分割形成される。

発電セル１２の短辺方向の両端縁部には、燃料ガス入口連通孔３８ａ側に近接する位置に、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して、冷却媒体を排出するそれぞれ一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２が上下に設けられる。冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２は、水平方向に長尺な長方形開口部の長手方向の中間部位にリブ部４１ｂを設けることにより、互いに独立して分割形成される。

なお、リブ部４１ａを除去して冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２を単一の冷却媒体入口連通孔とする一方、リブ部４１ｂを除去して冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２を単一の冷却媒体出口連通孔としてもよい。また、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとは、互いに入れ替えて構成してもよい。

アノードセパレータ３０の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３０ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを連通する燃料ガス流路４２が形成される。燃料ガス流路４２は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）を有する。

燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス流路４２とは、複数の入口連結流路４４ａを介して連通する一方、燃料ガス出口連通孔３８ｂと前記燃料ガス流路４２とは、複数の出口連結流路４４ｂを介して連通する。入口連結流路４４ａと出口連結流路４４ｂは、蓋体４６ａと蓋体４６ｂにより覆われる。

アノードセパレータ３０の面３０ｂには、それぞれ一対の冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２と一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２とを連通する冷却媒体流路４８の一部が形成される。

カソードセパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ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Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）を有する。カソードセパレータ３４の面３４ｂには、冷却媒体流路４８の一部が形成される。

アノードセパレータ３０の面３０ａ、３０ｂには、このアノードセパレータ３０の外周端縁部を周回して第１シール部材５２が一体成形される。カソードセパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、このカソードセパレータ３４の外周端縁部を周回して第２シール部材５４が一体成形される。

第１シール部材５２及び第２シール部材５４には、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及び図３に示すように、電解質膜・電極構造体３２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）６０を備える。固体高分子電解質膜６０は、アノード電極６２及びカソード電極６４により挟持される。

アノード電極６２は、カソード電極６４よりも小さな平面寸法を有する段差ＭＥＡを構成しているが、これとは逆に、前記カソード電極６４よりも大きな平面寸法を有することもできる。また、アノード電極６２とカソード電極６４とは、同一の平面寸法に設定されてもよい。

アノード電極６２及びカソード電極６４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を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布し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６０の両面に形成される。

図１に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの面内中央から離間した位置（面内中央でもよい）には、積層方向外方に延在する電力取り出し端子６６ａ、６６ｂが設けられる。電力取り出し端子６６ａ、６６ｂは、好ましくは、冷却媒体流路４８の冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２よりも冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２に近い位置に設定される。

絶縁部材１８ａ、１８ｂは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成されている。図１及び図２に示すように、絶縁部材１８ａのターミナルプレート１６ａに対向する面には、中央部に矩形状の凹部６８ａが設けられるとともに、この凹部６８ａに孔部７０ａが連通する。ターミナルプレート１６ａの電力取り出し端子６６ａは、絶縁部材１８ａの孔部７０ａ、温調用プレート２０ａの孔部７２ａ及びエンドプレート２２ａの孔部７４ａを介して外部に露出する。

絶縁部材１８ｂのターミナルプレート１６ｂに対向する面には、中央部に矩形状の凹部６８ｂが設けられるとともに、前記凹部６８ｂに孔部７０ｂが連通する。ターミナルプレート１６ｂの電力取り出し端子６６ｂは、絶縁部材１８ｂの凹部６８ｂの底面に配置された非導電性の樹脂製スペーサ７６の孔部７６ｈに挿入される。電力取り出し端子６６ｂは、さらに絶縁部材１８ｂの孔部７０ｂから温調用プレート２０ｂの孔部７２ｂ、樹脂製プレート２４の孔部７８及びエンドプレート２２ｂの孔部７４ｂを介して外部に露呈する。

図１に示すように、絶縁部材１８ａ、１８ｂ、温調用プレート２０ａ、２０ｂ、樹脂製プレート２４及びエンドプレート２２ｂには、それぞれ一対の冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２が形成される。絶縁部材１８ａ、１８ｂ、温調用プレート２０ａ、２０ｂ、樹脂製プレート２４及びエンドプレート２２ｂには、それぞれ一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２が形成される。

絶縁部材１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが形成される。図１及び図２に示すように、絶縁部材１８ａの凹部６８ａには、導電性断熱部材８２ａ及びターミナルプレート１６ａが収容される。

導電性断熱部材８２ａは、例えば、２枚の第１断熱部材８４ａ間に１枚の第２断熱部材８６ａが挟持される。第１断熱部材８４ａは、例えば、カーボンプレートで構成される一方、第２断熱部材８６ａは、例えば、金属プレートの断面を凹凸状に形成して間に空気室が形成される。

絶縁部材１８ｂの凹部６８ｂには、導電性断熱部材８２ｂ、ターミナルプレート１６ｂ及び樹脂製スペーサ７６が収容される。導電性断熱部材８２ｂは、例えば、１枚の第１断熱部材８４ｂと１枚の第２断熱部材８６ｂとを備える。

なお、導電性断熱部材８２ａ、８２ｂは、空孔を保持し且つ電気導電性を有する部材であればよく、電気導電性を有する発泡金属、ハニカム形状金属（ハニカム部材）、又は多孔質カーボン（例えば、カーボンペーパ）のいずれかにより構成してもよい。

図４及び図５に示すように、温調用プレート２０ａの四隅には、切り欠き部８８ａ、８８ｂ、９０ａ及び９０ｂが形成される。切り欠き部８８ａ、８８ｂ、９０ａ及び９０ｂは、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂに対応する。なお、温調用プレート２０ａの四隅には、切り欠き部８８ａ、８８ｂ、９０ａ及び９０ｂを周回して外周を繋ぐリブ部材を設けてもよい。

温調用プレート２０ａの絶縁部材１８ａに対向する面２０ａｓには、エンドプレート２２ａのプレート面方向に沿って温度調整用媒体、例えば、冷却媒体を流通させる冷却媒体通路が形成される。

冷却媒体通路は、図１及び図５に示すように、下方に配置される冷却媒体入口連通孔４０ａ１と上方に配置される冷却媒体出口連通孔４０ｂ１とに連通するとともに、蛇行する複数本の第１冷却媒体通路９２ａを有する。冷却媒体通路は、下方に配置される冷却媒体入口連通孔４０ａ２と上方に配置される冷却媒体出口連通孔４０ｂ２とに連通するとともに、蛇行する複数本の第１冷却媒体通路９４ａを有する。

温調用プレート２０ｂの絶縁部材１８ｂに対向する面２０ｂｓには、エンドプレート２２ｂのプレート面方向に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体通路が形成される。

冷却媒体通路は、図１に示すように、下方に配置される冷却媒体入口連通孔４０ａ１と上方に配置される冷却媒体出口連通孔４０ｂ１とに連通するとともに、蛇行する複数本の第２冷却媒体通路９２ｂを有する。冷却媒体通路は、下方に配置される冷却媒体入口連通孔４０ａ２と上方に配置される冷却媒体出口連通孔４０ｂ２とに連通するとともに、蛇行する複数本の第２冷却媒体通路９４ｂを有する。

エンドプレート（一方のエンドプレート）２２ａの一方の対角位置には、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとに連通する酸化剤ガス入口開口部９６ａと酸化剤ガス出口開口部９６ｂとが形成される。エンドプレート２２ａの他方の対角位置には、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとに連通する燃料ガス入口開口部９８ａと燃料ガス出口開口部９８ｂとが形成される。

図１及び図４に示すように、酸化剤ガス入口開口部９６ａと酸化剤ガス出口開口部９６ｂとには、樹脂製の流体マニホールドである酸化剤ガス供給マニホールド１００ａと酸化剤ガス排出マニホールド１００ｂとが設けられる。燃料ガス入口開口部９８ａと燃料ガス出口開口部９８ｂとには、樹脂製の流体マニホールドである燃料ガス供給マニホールド１０２ａと燃料ガス排出マニホールド１０２ｂとが設けられる。

エンドプレート２２ａの酸化剤ガス入口開口部９６ａには、温調用プレート２０ａ側の面（内面）から酸化剤ガス供給管部材（流体管部材）１０４ａが挿入される。エンドプレート２２ａの酸化剤ガス出口開口部９６ｂには、酸化剤ガス排出管部材（流体管部材）１０４ｂが挿入される。エンドプレート２２ａの燃料ガス入口開口部９８ａと燃料ガス出口開口部９８ｂとには、燃料ガス供給管部材（流体管部材）１０６ａと燃料ガス排出管部材（流体管部材）１０６ｂとが挿入される。

酸化剤ガス供給管部材１０４ａは、図４〜図６に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド１００ａに連通する酸化剤ガス供給通路（内部通路）１０８ａを有する筒状部１１０ａを設ける。筒状部１１０ａは、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び酸化剤ガス入口開口部９６ａに対応して略角筒形状を有し、酸化剤ガス供給マニホールド１００ａの内周面との間にシール部材１１１ａが介装される。筒状部１１０ａの端部には、フランジ部１１２ａが一体に設けられる。

酸化剤ガス供給管部材１０４ａは、端部であるフランジ部１１２ａが絶縁部材１８ａに直接当接する。フランジ部１１２ａと絶縁部材１８ａとの間には、酸化剤ガス入口連通孔３６ａを周回するシール部材１１４ａが介装される。酸化剤ガス供給管部材１０４ａは、温調用プレート２０ａの切り欠き部８８ａに挿入されており、前記温調用プレート２０ａに当接しない。

図４及び図５に示すように、酸化剤ガス供給管部材１０４ａは、フランジ部１１２ａに１以上の細孔１１６ａが形成される。絶縁部材１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａに近接して１以上のノックピン１１８ａが設けられる。ノックピン１１８ａが細孔１１６ａに嵌合することにより、酸化剤ガス供給管部材１０４ａは、絶縁部材１８ａに位置決めされる。

図４に示すように、酸化剤ガス排出管部材１０４ｂは、上記の酸化剤ガス供給管部材１０４ａと同様に、酸化剤ガス排出マニホールド１００ｂに連通する酸化剤ガス排出通路（内部通路）１０８ｂを有する筒状部１１０ｂを設ける。筒状部１１０ｂは、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口開口部９６ｂに対応して角筒形状を有し、前記筒状部１１０ｂの端部には、フランジ部１１２ｂが一体に設けられる。

酸化剤ガス排出管部材１０４ｂは、端部であるフランジ部１１２ｂが絶縁部材１８ａに直接当接する。フランジ部１１２ｂと絶縁部材１８ａとの間には、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂを周回するシール部材１１４ｂが介装される。酸化剤ガス排出管部材１０４ｂは、温調用プレート２０ａの切り欠き部８８ｂに挿入されており、前記温調用プレート２０ａに当接しない。

酸化剤ガス排出管部材１０４ｂは、フランジ部１１２ｂに１以上の細孔１１６ｂが形成される。絶縁部材１８ａには、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに近接して１以上のノックピン１１８ｂが設けられる。ノックピン１１８ｂが細孔１１６ｂに嵌合することにより、酸化剤ガス排出管部材１０４ｂは、絶縁部材１８ａに位置決めされる。

燃料ガス供給管部材１０６ａは、上記の酸化剤ガス供給管部材１０４ａと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。燃料ガス供給管部材１０６ａは、燃料ガス供給マニホールド１０２ａに連通する燃料ガス供給通路（内部通路）１０８ｃを有する。

燃料ガス排出管部材１０６ｂは、上記の酸化剤ガス排出管部材１０４ｂと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。燃料ガス排出管部材１０６ｂは、燃料ガス排出マニホールド１０２ｂに連通する燃料ガス排出通路（内部通路）１０８ｄを有する。

図１に示すように、エンドプレート２２ｂには、冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２に連通する冷却媒体供給マニホールド１２０ａと、冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２に連通する冷却媒体排出マニホールド１２０ｂとが設けられる。

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。

まず、図１、図４〜図６に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、エンドプレート２２ａの酸化剤ガス供給マニホールド１００ａから酸化剤ガス供給管部材１０４ａの酸化剤ガス供給通路１０８ａに供給される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給通路１０８ａから絶縁部材１８ａの酸化剤ガス入口連通孔３６ａに供給される。

水素含有ガス等の燃料ガスは、図１及び図４に示すように、エンドプレート２２ａの燃料ガス供給マニホールド１０２ａから燃料ガス供給管部材１０６ａの燃料ガス供給通路１０８ｃに供給される。燃料ガスは、燃料ガス供給通路１０８ｃから絶縁部材１８ａの燃料ガス入口連通孔３８ａに供給される。

純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、図１に示すように、エンドプレート２２ｂの冷却媒体供給マニホールド１２０ａから各冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２に供給される。

酸化剤ガスは、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３６ａからカソードセパレータ３４の酸化剤ガス流路５０に導入される。酸化剤ガスは、矢印Ｂ方向に流動して電解質膜・電極構造体３２のカソード電極６４に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３８ａからアノードセパレータ３０の燃料ガス流路４２に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４２に沿って矢印Ｂ方向に流動し、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極６２に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体３２では、カソード電極６４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極６２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、カソード電極６４に供給されて一部が消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極６２に供給されて一部が消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

図４に示すように、絶縁部材１８ａの酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに流入した酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出管部材１０４ｂの酸化剤ガス排出通路１０８ｂに導入された後、酸化剤ガス排出マニホールド１００ｂに排出される。絶縁部材１８ａの燃料ガス出口連通孔３８ｂに流入した燃料ガスは、燃料ガス排出管部材１０６ｂの燃料ガス排出通路１０８ｄに導入された後、燃料ガス排出マニホールド１０２ｂに排出される。

さらに、図３に示すように、各冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２に供給された冷却媒体は、互いに隣接するアノードセパレータ３０とカソードセパレータ３４との間の冷却媒体流路４８に導入される。冷却媒体は、互いに近接するように、矢印Ｃ方向に流通する。

冷却媒体は、さらに矢印Ｂ方向（セパレータ長辺方向）に流通して電解質膜・電極構造体３２を冷却する。次いで、冷却媒体は、互いに離間するように、矢印Ｃ方向に流通して各冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２から冷却媒体排出マニホールド１２０ｂに排出される。

また、図１及び図５に示すように、温調用プレート２０ａでは、冷却媒体は、下方の冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２から第１冷却媒体通路９２ａ、９４ａに導入される。冷却媒体は、第１冷却媒体通路９２ａ、９４ａに沿って蛇行しながら上方に流通した後、上方の冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２に排出される。

温調用プレート２０ｂでは、図１に示すように、冷却媒体は、下方の冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２から第２冷却媒体通路９２ｂ、９４ｂに導入される。冷却媒体は、第２冷却媒体通路９２ｂ、９４ｂに沿って蛇行しながら上方に流通した後、上方の冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２に排出される。

この場合、本実施形態では、図４〜図６に示すように、酸化剤ガス供給管部材１０４ａは、エンドプレート２２ａの酸化剤ガス入口開口部９６ａ及び温調用プレート２０ａの切り欠き部８８ａを通って絶縁部材１８ａに直接当接している。その際、酸化剤ガス供給管部材１０４ａと絶縁部材１８ａとの当接部位には、酸化剤ガス入口連通孔３６ａを周回するシール部材１１４ａが介装されている。

このため、酸化剤ガス供給管部材１０４ａは、絶縁部材１８ａとの間にのみシール部材１１４ａを設ければよく、シール構造が良好に簡素化される。しかも、エンドプレート２２ａに酸化剤ガス入口開口部９６ａを設けるとともに、温調用プレート２０ａには、切り欠き部８８ａを設けるだけでよく、製造コストが高騰することがない。

これにより、酸化剤ガス供給管部材１０４ａでは、簡単且つ経済的な構成で、確実なシール機能を有することが可能になるという効果が得られる。

また、酸化剤ガス供給管部材１０４ａを構成するフランジ部１１２ａには、細孔１１６ａが形成されており、前記細孔１１６ａには、エンドプレート２２ａに設けられているノックピン１１８ａが嵌合している。従って、酸化剤ガス供給管部材１０４ａは、エンドプレート２２ａに容易且つ確実に位置決めすることができる。しかも、フランジ部１１２ａは、エンドプレート２２ａと絶縁部材１８ａとの間に挟まれ、シール部材１１４ａの弾性変形により押圧力が付与されている。これにより、ボルト等で固定する必要がなく、構成の簡素化が図られる。

なお、酸化剤ガス排出管部材１０４ｂ、燃料ガス供給管部材１０６ａ及び燃料ガス排出管部材１０６ｂは、上記の酸化剤ガス供給管部材１０４ａと同様の効果を得ることができる。また、本発明の構成は、冷却媒体供給マニホールド１２０ａや冷却媒体排出マニホールド１２０ｂ側にも適用することが可能である。

１０…燃料電池スタック １２…発電セル
１４…積層体 １６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、１８ｂ…絶縁部材 ２０ａ、２０ｂ…温調用プレート
２２ａ、２２ｂ…エンドプレート ２４…樹脂製プレート
３０…アノードセパレータ ３２…電解質膜・電極構造体
３４…カソードセパレータ ３６ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３６ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３８ａ…燃料ガス入口連通孔
３８ｂ…燃料ガス出口連通孔
４０ａ１、４０ａ２…冷却媒体入口連通孔
４０ｂ１、４０ｂ２…冷却媒体出口連通孔
４２…燃料ガス流路 ４８…冷却媒体流路
５０…酸化剤ガス流路 ６０…固体高分子電解質膜
６２…アノード電極 ６４…カソード電極
８８ａ、８８ｂ、９０ａ、９０ｂ…切り欠き部
９２ａ、９２ｂ、９４ａ、９４ｂ…冷却媒体通路
９６ａ…酸化剤ガス入口開口部 ９６ｂ…酸化剤ガス出口開口部
９８ａ…燃料ガス入口開口部 ９８ｂ…燃料ガス出口開口部
１００ａ…酸化剤ガス供給マニホールド
１００ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド
１０２ａ…燃料ガス供給マニホールド １０２ｂ…燃料ガス排出マニホールド
１０４ａ…酸化剤ガス供給管部材 １０４ｂ…酸化剤ガス排出管部材
１０６ａ…燃料ガス供給管部材 １０６ｂ…燃料ガス排出管部材
１０８ａ…酸化剤ガス供給通路 １０８ｂ…酸化剤ガス排出通路
１０８ｃ…燃料ガス供給通路 １０８ｄ…燃料ガス排出通路
１１０ａ、１１０ｂ…筒状部 １１２ａ、１１２ｂ…フランジ部
１１４ａ、１１４ｂ…シール部材 １１６ａ、１１６ｂ…細孔
１１８ａ、１１８ｂ…ノックピン

Claims (2)

1. 電解質膜の両面に電極が配設される電解質膜・電極構造体とセパレータとを有する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される積層体の積層方向両端には、絶縁プレート、プレート面方向に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体通路が形成された冷媒プレート、及びエンドプレートが、外方に向って順次配設されるとともに、一方のエンドプレートには、少なくとも酸化剤ガス、燃料ガス又は前記冷却媒体である流体を前記積層方向に流通させる流体連通孔に連通する流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、
   前記流体マニホールドに連通する内部流路を有する流体管部材を備え、
   前記エンドプレートには、前記流体管部材を貫通させる開口部が形成される一方、
   前記冷媒プレートの外周には、前記流体管部材を通過させる切り欠き部が形成されており、
   前記絶縁プレートに直接当接する前記流体管部材の端部と前記絶縁プレートとの間には、前記流体連通孔を周回するシール部材が介装され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、前記流体管部材は、フランジ部を有し、前記フランジ部は、ノックピンを介して前記絶縁プレートに位置決めされていることを特徴とする燃料電池スタック。

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