JP6096740B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特許第４６８４５８５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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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前記冷却媒体マニホールド側からの正面説明図である。 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と絶縁プレートとの分解斜視説明図である。

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。

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（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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (4)

1. 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。
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。
3. 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。
4. 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。

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