(57)【要約】【課題】セルスタックにおけるセル積層方向の端部であって、樹脂層におけるリブの突出方向先端面を覆う部分と接触している部分を効果的に冷却する。【解決手段】マニホールド３は、セルスタック２のセル積層方向の端部と向かい合う対向面１２を有するエンドプレート４と、対向面１２で開口するとともに冷却水が流れる流路を形成する凹部１４と、凹部１４の底面１４ａから対向面１２における同凹部１４の開口位置まで突出するリブ１６と、を備える。更に、対向面１２、凹部１４、及びリブ１６を覆うように形成された樹脂層１３のうち、対向面１２及びリブ１６の突出方向先端面を覆う部分は、セルスタック２のセル積層方向の端部に接する。樹脂層１３におけるリブ１６の突出方向先端面を覆う部分には、その部分とセルスタック２のセル積層方向の端部との接触面間に、凹部１４によって形成される流路内の冷却水を流す冷却通路２１が形成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池におけるセルスタックのセル積層方向の端部に取り付けられて同セルスタックに対し冷却液を給排するマニホールドであって、
前記セルスタックのセル積層方向の端部と向かい合う対向面を有しているエンドプレートと、
前記対向面で開口するとともに前記冷却液が流れる流路を形成するための凹部と、
前記凹部の底面から前記対向面における同凹部の開口位置まで突出するリブと、
前記対向面、前記凹部、及び前記リブを覆うように形成されており、前記対向面及び前記リブの突出方向先端面を覆う部分が前記セルスタックのセル積層方向の端部に接する樹脂層と、
を備えており、
前記樹脂層における前記リブの突出方向先端面を覆う部分には、その部分と前記セルスタックのセル積層方向の端部との接触面間に、前記凹部によって形成される前記流路内の冷却液を流す冷却通路が形成されている
ことを特徴とするマニホールド。
【請求項２】
前記凹部は、前記流路内における冷却液の流れ方向に延びるように前記対向面に沿って形成されており、
前記リブは、前記凹部の延びる方向と同方向に延びるように形成されており、
前記冷却通路は、前記樹脂層における前記リブの突出方向先端面を覆う部分に、前記セルスタックのセル積層方向の端部に向けて開口しており、且つ、前記リブに沿って延びるように形成されている肉抜き部と、前記肉抜き部を前記流路に対し連通する複数の切り欠き部と、を備えている請求項１に記載のマニホールド。
【請求項３】
前記肉抜き部は、前記樹脂層における前記リブの突出方向先端面を覆う部分において前記リブと同方向に平行に延びる一対の立壁の間に設けられており、
前記一対の立壁同士は、前記リブの延びる方向に間隔をおいて設けられた複数の補強部によって繋がっており、
前記切り欠き部は、前記補強部によって複数に仕切られた前記肉抜き部のうちの一つにつき複数の切り欠き部が連通するよう前記立壁に形成されている請求項２に記載のマニホールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニホールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、自動車等の車両に搭載される燃料電池には、同燃料電池のセルスタックに対し燃料ガス、酸化ガス、及び冷却液といった流体を流すためのマニホールドが取り付けられている。燃料電池は、マニホールドを介してセルスタックに対し給排される燃料ガスと酸化ガスとを用いて発電を行う一方、マニホールドを介してセルスタックに対し給排される冷却液によって冷却される。
【０００３】
こうしたマニホールドは、セルスタックを囲むよう燃料電池に設けられたケースに取り付けられる金属製のエンドプレートを備えている。このエンドプレートは、セルスタックのセル積層方向の端部と向かい合う対向面と、その対向面で開口するとともに上記冷却液が流れる流路を形成するための凹部と、その凹部の底面から上記対向面における同凹部の開口位置まで突出するリブと、を備えている。更に、エンドプレートにおける上記対向面、上記凹部、及び上記リブは樹脂層によって覆われている。
【０００４】
そして、上記ケースに対しエンドプレートを固定すると、樹脂層における対向面を覆う部分及びリブの突出方向先端面を覆う部分がセルスタックのセル積層方向の端部に接触するとともに、セルスタックが上記対向面によってセル積層方向に押圧されて同セルスタックの良好なセル積層構造が維持される。また、このときにはエンドプレートの対向面に形成された上記凹部の開口がセルスタックにおけるセル積層方向の端部により閉塞され、その凹部の内部に冷却液を流すための流路が形成される。そして、流路内を流れる冷却液により、セルスタックのセル積層方向の端部が冷却される。
【０００５】
なお、上記流路内の流体とエンドプレートとは、樹脂層における凹部の内面及びリブの外面を覆う部分によって絶縁される。また、エンドプレートとセルスタックとは、樹脂層における上記対向面を覆う部分及びリブの突出方向先端面を覆う部分によって絶縁される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−９１８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、セルスタックにおけるセル積層方向の端部は、エンドプレートの対向面に形成された凹部内の流路を流れる冷却液によって冷却されるが、上記端部のうち樹脂層におけるリブの突出方向先端面を覆う部分と接触している部分については、上記流路内の冷却液と触れにくいことから効果的に冷却できない。
【０００８】
本発明の目的は、セルスタックにおけるセル積層方向の端部であって、樹脂層におけるリブの突出方向先端面を覆う部分と接触している部分を効果的に冷却することができるマニホールドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するマニホールドは、燃料電池におけるセルスタックのセル積層方向の端部に取り付けられて同セルスタックに対し冷却液を給排するものであって、セルスタックのセル積層方向の端部と向かい合う対向面を有しているエンドプレートを備える。更に、上記マニホールドは、エンドプレートの上記対向面で開口するとともに冷却液が流れる流路を形成するための凹部と、その凹部の底面から上記対向面における同凹部の開口位置まで突出するリブと、を備える。エンドプレートには、上記対向面、上記凹部、及び上記リブを覆うように樹脂層が形成される。この樹脂層における上記対向面を覆う部分及び上記リブの突出方向先端面を覆う部分は、セルスタックのセル積層方向の端部に接する。樹脂層におけるリブの突出方向先端面を覆う部分には、その部分とセルスタックのセル積層方向の端部との接触面間に、上記凹部によって形成される流路内の冷却液を流す冷却通路が形成されている。
【００１０】
上記構成によれば、樹脂層におけるリブの突出方向先端面を覆う部分とセルスタックのセル積層方向の端部との接触面間には、凹部内に形成されている流路内の冷却液が冷却通路によって流されるため、その冷却液によってセルスタックにおけるセル積層方向の端部であって、樹脂層におけるリブの突出方向先端面を覆う部分と接触している部分を効果的に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、セルスタックにおけるセル積層方向の端部であって、樹脂層におけるリブの突出方向先端面を覆う部分と接触している部分を効果的に冷却することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃料電池のセルスタックに対するマニホールド（エンドプレート）の取付態様を示す略図。
【図２】図１のマニホールドをセルスタック側から見た状態を概略的に示す平面図。
【図３】図２のマニホールドを矢印Ａ−Ａ方向から見た状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、マニホールドの一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、燃料電池１のセルスタック２におけるセル積層方向（図１の左右方向）の端部には、セルスタック２に対し水素（燃料ガス）、空気（酸化ガス）、及び冷却水（冷却液）といった流体を流すためのマニホールド３が設けられている。このマニホールド３は、セルスタック２を囲むよう燃料電池１に設けられたケース１ａに取り付けられる金属製のエンドプレート４を備えている、そして、セルスタック２は、マニホールド３を介して給排される水素と空気とを利用して発電を行うとともに、マニホールド３を介して給排される冷却水によって冷却される。
【００１４】
図２は、図１のマニホールド３（エンドプレート４）をセルスタック２側から見た状態を概略的に示している。このエンドプレート４は、一対の長辺及び一対の短辺を有する四角板状に形成されている。そして、エンドプレート４の外縁部には、エンドプレート４の一対の長辺及び一対の短辺に沿って延びる締結部５が設けられている。この締結部５は上記ケース１ａ（図１）に対しボルト等で締結されるものであって、同締結部５におけるセルスタック２側の面（図２の紙面手前側の面）は、同ケース１ａに接した状態で固定される取付面６となっている。
【００１５】
エンドプレート４における締結部５に囲まれた部分には、エンドプレート４を厚さ方向（図２の紙面と直交する方向）に貫通する孔７〜１１が形成されている。これらの孔７〜１１は上記流路を形成するためのものであって、孔７，８，１０，１１はエンドプレート４におけるセルスタック２のセル積層方向の端部と向かい合う対向面１２で開口している。更に、対向面１２には同対向面１２に沿ってエンドプレート４の長辺方向に延びる凹部１４が開口している。この凹部１４における上記長辺方向の一方の端部の底面１４ａには上記孔９が開口しており、これら孔９及び凹部１４によって冷却液を流すための流路が形成される。
【００１６】
そして、エンドプレート４の締結部５を上記ケース１ａ（図１）に対し固定すると、孔７，８，１０，１１によって形成される流路がセルスタック２に対し接続される。また、このときには、対向面１２に形成された上記凹部１４の開口がセルスタック２のセル積層方向の端部によって閉塞され、その凹部１４の内部に冷却液を流すための流路が形成される。更に、凹部１４内の流路における上記長辺方向の他方の端部は、セルスタック２に形成された冷却水用の通路１５に接続される。なお、この例では、同通路１５から冷却水が凹部１４内の流路に流出し、その後に同流路内を冷却水が凹部１４の延びる方向に流れて孔９から流出する。従って、上記凹部１４は、その内部の流路内における冷却水の流れ方向に延びるよう、対向面１２に沿って形成されていることになる。
【００１７】
凹部１４の底面１４ａからは複数のリブ１６が突出している。これらのリブ１６は、エンドプレート４の短辺方向に間隔をおいて設けられているとともに、凹部１４の延びる方向と同方向に延びるように形成されている。そして、エンドプレート４の締結部５を上記ケース１ａ（図１）に対し固定したときには、対向面１２及び複数のリブ１６によってセルスタック２がセル積層方向に押圧されて同セルスタック２の良好なセル積層構造が維持される。エンドプレート４においては、上記孔７〜１１の内面、上記対向面１２、上記凹部１４、及び上記リブ１６を覆うように樹脂層１３が形成されている。そして、この樹脂層１３により、孔７，８，１０，１１によって形成される流路内の流体とエンドプレート４とが絶縁されるとともに、孔９及び凹部によって形成される流路内の流体（冷却水）とエンドプレート４とが絶縁される。
【００１８】
次に、樹脂層１３について詳しく説明する。
図３は、図２のエンドプレート４及び樹脂層１３を矢印Ａ−Ａ方向から見た状態を示している。同図から分かるように、上記リブ１６は凹部１４の底面１４ａから対向面１２における同凹部１４の開口位置まで突出しており、樹脂層１３は対向面１２、凹部１４の内面、及びリブ１６の外面を覆うように形成されている。そして、エンドプレート４の締結部５の取付面６をケース１ａに対し接触させて固定すると、樹脂層１３における対向面１２を覆う部分、及び、リブ１６の突出方向先端面を覆う部分がセルスタック２のセル積層方向の端部に接触する。そして、エンドプレート４とセルスタック２のセル積層方向の端部とは、樹脂層１３における対向面１２を覆う部分、及び、リブ１６の突出方向先端面を覆う部分によって絶縁される。
【００１９】
ところで、セルスタック２におけるセル積層方向の端部は、エンドプレート４の対向面１２に形成された凹部１４内の流路を流れる冷却水によって冷却されるが、上記端部のうち樹脂層１３におけるリブ１６の突出方向先端面を覆う部分と接触している部分については冷却水による冷却が行われにくい。このため、樹脂層１３におけるリブ１６の突出方向先端面を覆う部分には、その部分とセルスタック２のセル積層方向の端部との接触面間に、凹部１４によって形成される流路内の冷却水を流すための冷却通路２１が形成されている。
【００２０】
この冷却通路２１は、樹脂層１３におけるリブ１６の突出方向先端面を覆う部分に形成されている肉抜き部２２及び切り欠き部２３を備えている。肉抜き部２２は、セルスタック２のセル積層方向の端部に向けて開口しており、且つ、リブ１６に沿って延びるように形成されている。また、切り欠き部２３は、肉抜き部２２を流路に対し連通するためのものであって、一つの肉抜き部２２に対し複数設けられている。
【００２１】
図２に示すように、上記肉抜き部２２は、樹脂層１３におけるリブ１６の突出方向先端面を覆う部分においてリブ１６と同方向に平行に延びる一対の立壁２４の間に設けられている。そして、一対の立壁２４同士は、リブ１６の延びる方向に間隔をおいて設けられた複数の補強部２５によって繋がっている。また、上記切り欠き部２３については、補強部２５によって複数に仕切られた肉抜き部２２のうちの一つにつき、複数の切り欠き部２３が連通するよう立壁２４に形成されている。
【００２２】
ちなみに、この例における切り欠き部２３は、補強部２５によって仕切られた肉抜き部２２のうちの一つ一つにおけるリブ１６の延びる方向の中央部に対応する部分に位置するよう、一対の立壁２４にそれぞれ形成されている。
【００２３】
次に、本実施形態のマニホールド３の作用効果について説明する。
（１）セルスタック２を冷却する冷却水は、通路１５からエンドプレート４の凹部１４内の流路に流出した後、その流路内を凹部１４の延びる方向に沿って流れて孔９から流出する。その際、冷却水によってセルスタック２におけるセル積層方向の端部が冷却される。更に、樹脂層１３におけるリブ１６の突出方向先端面を覆う部分とセルスタック２のセル積層方向の端部との接触面間には、凹部１４内に形成されている流路内の冷却水が冷却通路２１によって流される。このように冷却通路２１に流される冷却水により、セルスタック２におけるセル積層方向の端部であって、樹脂層１３におけるリブの突出方向先端面を覆う部分と接触している部分を効果的に冷却することができる。
【００２４】
（２）上記冷却通路２１を形成する肉抜き部２２は、樹脂層１３におけるリブ１６の突出方向先端面を覆う部分に、セルスタック２のセル積層方向の端部に向かって開口するように形成されている。そして、セルスタック２のセル積層方向の端部に対し、樹脂層１３におけるリブ１６の突出方向先端面を覆う部分が接触することにより、肉抜き部の開口が閉塞される。この肉抜き部２２は、複数の切り欠き部２３によって凹部１４内の流路に対し連通している。このように形成された冷却通路２１（肉抜き部２２）は、複数の切り欠き部２３によって複数箇所で凹部１４内の流路と連通しているため、その流路から冷却水が流れ込みやすくなるとともに、冷却水が同流路に流出しやすくなる。
【００２５】
（３）上記肉抜き部２２は、樹脂層１３におけるリブ１６の突出方向先端面を覆う部分においてリブ１６と同方向に平行に延びる一対の立壁２４の間に設けられている。そして、一対の立壁２４同士は、リブ１６の延びる方向に間隔をおいて設けられた複数の補強部２５によって繋がっている。従って、樹脂層１３におけるリブ１６の突出方向先端面を覆う部分がセルスタック２のセル積層方向の端部に接触したとき、上記部分における一対の立壁２４が互いに接近または離間する方向に倒れ込むことが、それら立壁２４同士を繋ぐ複数の補強部２５によって抑制される。また、それら補強部２５によって一対の立壁２４間にある肉抜き部２２が複数に仕切られるようになるが、複数に仕切られた肉抜き部２２のうちの一つにつき複数の切り欠き部２３が連通するため、複数に仕切られた肉抜き部のそれぞれに対し凹部１４内の流路を流れている冷却水を流すことができる。
【００２６】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・切り欠き部２３は、補強部２５によって仕切られた肉抜き部２２のうちの一つ一つにおけるリブ１６の延びる方向の中央部に対応する部分に位置するよう、一対の立壁２４にそれぞれ形成されるものとしたが、それら切り欠き部２３の位置をリブ１６の延びる方向において適宜変更してもよい。例えば、補強部２５によって仕切られた肉抜き部２２のうちの一つ一つにおけるリブ１６の延びる方向の両端部のうち、一方の端部に一対の立壁２４のうちの一方の切り欠き部２３を形成し、他方の端部に一対の立壁２４のうちの他方の切り欠き部２３を形成するようにしてもよい。
【００２７】
・一対の立壁２４にそれぞれ切り欠き部２３を形成する代わりに、一方の立壁２４に複数の切り欠き部２３を形成するようにしてもよい。
・補強部２５については必ずしも設ける必要はない。
【符号の説明】
【００２８】
１…燃料電池、１ａ…ケース、２…セルスタック、３…マニホールド、４…エンドプレート、５…締結部、６…取付面、７〜１１…孔、１２…対向面、１３…樹脂層、１４…凹部、１４ａ…底面、１５…通路、１６…リブ、２１…冷却通路、２２…肉抜き部、２３…切り欠き部、２４…立壁、２５…補強部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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