(57)【要約】【課題】燃料電池スタックにおいて、冷却媒体マニホールドの破損を良好に抑制しつつ、省スペース化を図る。【解決手段】燃料電池スタック１０の第２エンドプレート１８ｂは、燃料電池スタック１０の上下の冷却媒体供給連通孔５０ａ及び冷却媒体排出連通孔５０ｂにそれぞれ連通する連通流路９０を備える。連通流路９０は、第２エンドプレート１８ｂの外側に連通する共通路９３を有する。また、連通流路９０は、第２エンドプレート１８ｂの内側で共通路９３から分岐して上下の冷却媒体供給連通孔５０ａ又は冷却媒体排出連通孔５０ｂにそれぞれ連通する分岐路７７を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電セルが複数積層された積層体と、
前記発電セルの積層方向に冷却媒体を流動させる複数の冷却媒体連通孔と、
前記複数の冷却媒体連通孔に連通し、前記複数の発電セル同士の間に前記冷却媒体を流動させる冷却媒体流路と、
前記積層体の前記積層方向の両端部に設けられる一対のエンドプレートと、
前記一対のエンドプレートのうち少なくとも一方に設けられ、前記複数の冷却媒体連通孔と前記エンドプレートの外側とを連通する連通流路と、を備える燃料電池スタックであって、
前記連通流路は、前記外側に連通する共通路と、前記一対のエンドプレートの内側で前記共通路から分岐して前記複数の冷却媒体連通孔にそれぞれ連通する複数の分岐路と、を有する
ことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、
前記分岐路は、前記エンドプレートと、前記エンドプレートの内側に設けられる流路形成部材との間に形成される
ことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、
前記エンドプレートに隣接して、前記共通路及び前記分岐路を有する流路形成部材が設けられる
ことを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却媒体を供給及び排出して発電セルを冷却する燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、特許文献１に開示されているように、冷却媒体供給マニホールドをエンドプレートに備え、外部の冷却装置から冷却媒体を供給して、発電セルの発電に伴う温度上昇を抑制している。また、発電セルを冷却した冷却媒体は、冷却媒体排出マニホールドを介して、燃料電池スタックから排出されて冷却装置に戻される。
【０００３】
そして、特許文献１に開示の冷却媒体供給マニホールド及び冷却媒体排出マニホールドは、エンドプレートの外側で１つの合流管（共通路）から上下に延びる分岐管（分岐路）に分岐して、エンドプレートの上下に各々設けられた冷却媒体連通孔に連結している。
【０００４】
あるいは、図８に示すように、冷却媒体マニホールド２０２（冷却媒体供給マニホールド、冷却媒体排出マニホールド）は、燃料電池スタック２００の省スペース化等を図る目的で、筐体２０４のエンドプレート２０６を覆う薄いカバー型に形成されてもよい。この冷却媒体マニホールド２０２も、エンドプレート２０６の外側に共通路及び分岐路を有し、エンドプレート２０６の上下の連通孔２０８に接続され、冷却媒体を供給及び排出する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−４６３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このようにエンドプレートの外部に連結される冷却媒体マニホールドは、冷却媒体の漏れを防止するために、エンドプレートに強い締結力で固定される。そのため、冷却媒体マニホールドは、燃料電池スタックの発電等によってエンドプレートが曲がることで、その曲げ荷重を直接受けることになり、場合によっては、塑性変形や割れ等の破損が生じる可能性がある。特に、薄いカバー型の冷却媒体マニホールドは、曲げに追従して変形し易い。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、エンドプレートの外側に設けられる冷却媒体マニホールドの破損を良好に抑制しつつ、省スペース化を図ることができる燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明は、発電セルが複数積層された積層体と、前記発電セルの積層方向に冷却媒体を流動させる複数の冷却媒体連通孔と、前記複数の冷却媒体連通孔に連通し、前記複数の発電セル同士の間に前記冷却媒体を流動させる冷却媒体流路と、前記積層体の前記積層方向の両端部に設けられる一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートのうち少なくとも一方に設けられ、前記複数の冷却媒体連通孔と前記エンドプレートの外側とを連通する連通流路と、を備える燃料電池スタックであって、前記連通流路は、前記外側に連通する共通路と、前記一対のエンドプレートの内側で前記共通路から分岐して前記複数の冷却媒体連通孔にそれぞれ連通する複数の分岐路と、を有することを特徴とする。
【０００９】
上記によれば、燃料電池スタックのエンドプレートは、複数の冷却媒体連通孔とエンドプレートの外側とを連通する連通流路を備え、この連通流路が共通路と複数の分岐路とを有する。すなわち、連通流路は、エンドプレートの内側に備えた共通路と複数の分岐路によって冷却媒体を分流又は合流させることができる。これにより、エンドプレートの温度が一定に維持されるので、エンドプレートの温度分布が発生しにくく変形が抑制される。仮にエンドプレートが変形しても、エンドプレートの外側に設けられる冷却媒体マニホールド（冷却媒体供給マニホールド、冷却媒体排出マニホールド）の構造を簡素化することができるため、冷却媒体マニホールドが変形しにくく、破損を抑制することが可能となる。また、冷却媒体マニホールドが簡素であることで、燃料電池スタック全体として省スペース化及びコストダウンが図られる。
【００１０】
この場合、前記分岐路は、前記エンドプレートと、前記エンドプレートの内側に設けられる流路形成部材との間に形成されることが好ましい。
【００１１】
これにより、エンドプレートに流路形成部材を取り付けることで、一対のエンドプレートの内側に簡単に分岐路を形成することができる。しかも、流路形成部材は、その取付状態を変更することにより、冷却媒体の流動経路を容易に調整することができる。
【００１２】
あるいは、前記エンドプレートに隣接して、前記共通路及び前記分岐路を有する流路形成部材が設けられてもよい。
【００１３】
このように、流路形成部材が共通路及び分岐路を有する構成でも、エンドプレートの内面に流路形成部材を取り付けることで、分岐路を簡単に形成することができる。またエンドプレート自体の構成を簡素化することができるので、燃料電池スタックの製造が簡単化する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料電池スタックは、エンドプレートの外側に設けられる冷却媒体マニホールドの破損を良好に抑制しつつ、省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一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図である。
【図２】図１の燃料電池スタックの一部分解斜視図である。
【図３】図１の燃料電池スタックを構成する発電セルの要部分解斜視図である。
【図４】図１のエンドプレートの供給連通流路を示す側面断面図である。
【図５】図１のエンドプレートの供給連通流路を発電セル側から見た斜視図である。
【図６】第１変形例に係るエンドプレートの供給連通流路を発電セル側から見た斜視図である。
【図７】第２変形例に係るエンドプレートの連通流路を示す側面断面図である。
【図８】従来の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図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る燃料電池スタックについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る燃料電池スタック１０は、箱状（直方形状）に形成されて、燃料電池自動車に搭載される。なお、燃料電池スタック１０は、車載用に限定されず、適宜の改変を施すことにより定置用等の種々の用途に適用し得る。
【００１８】
燃料電池スタック１０は、車載用の燃料電池システムの発電部を構成し、図示しない燃料ガス供給装置から燃料ガスが供給されると共に、図示しない酸化剤ガス供給装置から酸化剤ガスが供給されることで、発電を行う。また、燃料電池スタックは、発電時の温度上昇を抑制するため、図示しない冷却装置に接続され、この冷却装置から冷却媒体が供給される。
【００１９】
この燃料電池スタック１０は、図２に示すように、発電セル１２の電極面を立位姿勢にして水平方向（矢印Ｂ方向）に複数積層した積層構造１２ａｓ（積層体）を備える。発電セル１２の積層方向一端（積層構造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、外方に向かって順に設けられている。発電セル１２の積層方向他端（積層構造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、外方に向かって順に設けられている。
【００２０】
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が外方に向かって突出している。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が外方に向かって突出している。
【００２１】
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、積層構造１２ａｓの積層方向（矢印Ｂ方向）に締め付け荷重が付与される。
【００２２】
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、積層方向両端の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の幅方向（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の上下方向（矢印Ｃ方向）両端の２辺（面）は、横長プレート形状の上方サイドパネル３０ａ及び下方サイドパネル３０ｂにより構成される。
【００２３】
第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂの各辺には、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。
【００２４】
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を挟持する第１金属セパレータ４２及び第２金属セパレータ４４とを備える。
【００２５】
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共に、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。
【００２６】
発電セル１２の長辺方向（矢印Ａ方向）の一端縁部には、それぞれ積層方向に個別に連通する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、酸素含有ガスが流動する一方、燃料ガス供給連通孔４８ａは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスが流動する。
【００２７】
発電セル１２の長辺方向の他端縁部には、それぞれ積層方向に個別に連通して、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。
【００２８】
発電セル１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部で酸化剤ガス供給連通孔４６ａ側には、積層方向にそれぞれ個別に連通して、冷却媒体を供給する一対の冷却媒体供給連通孔５０ａ（冷却媒体連通孔）が設けられる。一対の冷却媒体供給連通孔５０ａは、互いに上下に離間することで、冷却媒体を分けて流動させる。
【００２９】
発電セル１２の短辺方向の両端縁部で燃料ガス排出連通孔４８ｂ側には、積層方向にそれぞれ個別に連通して、冷却媒体を排出する一対の冷却媒体排出連通孔５０ｂ（冷却媒体連通孔）が設けられる。一対の冷却媒体排出連通孔５０ｂは、互いに上下に離間することで、冷却媒体を分けて流動させる。
【００３０】
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。固体高分子電解質膜５２は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。
【００３１】
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）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子をガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜５２の両面に形成される。
【００３２】
第１金属セパレータ４２の電解質膜・電極構造体４０に対向する面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。
【００３３】
第２金属セパレータ４４の電解質膜・電極構造体４０に対向する面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。
【００３４】
互いに隣接する第１金属セパレータ４２の面４２ｂと第２金属セパレータ４４の面４４ｂとの間には、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａと一対の冷却媒体排出連通孔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、矢印Ａ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。
【００３５】
第１金属セパレータ４２の面４２ａ、４２ｂには、酸化剤ガス及び冷却媒体の漏れを防止する第１シール部材６４が設けられている。第２金属セパレータ４４の面４４ａ、４４ｂには、燃料ガス及び冷却媒体の漏れを防止する第２シール部材６６が設けられている。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ものが用いられる。
【００３６】
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。
【００３７】
酸化剤ガス供給マニホールド６８ａは、酸化剤ガス供給連通孔４６ａに連通し、酸化剤ガス排出マニホールド６８ｂは、酸化剤ガス排出連通孔４６ｂに連通する。燃料ガス供給マニホールド７０ａは、燃料ガス供給連通孔４８ａに連通し、燃料ガス排出マニホールド７０ｂは、燃料ガス排出連通孔４８ｂに連通する。
【００３８】
また図１に示すように、第２エンドプレート１８ｂは、冷却媒体マニホールド７４（冷却媒体供給マニホールド７４ａ、冷却媒体排出マニホールド７４ｂ）を外側に備え、さらに流路形成部材７６を内側に備える。そして、第２エンドプレート１８ｂの内部には、冷却装置の図示しない冷却媒体供給管から冷却媒体供給連通孔５０ａに冷却媒体を供給する供給連通流路９０ａが設けられている。さらに、第２エンドプレート１８ｂの内部には、冷却媒体排出連通孔５０ｂから冷却装置の図示しない冷却媒体排出管に冷却媒体を排出する排出連通流路９０ｂが設けられている。
【００３９】
供給連通流路９０ａと排出連通流路９０ｂは、相互に同一の構成且つ同一の形状に形成されている。以下、供給連通流路９０ａ及び排出連通流路９０ｂをまとめて連通流路９０と呼び、代表的に供給連通流路９０ａ側の構成について説明する。なお、供給連通流路９０ａと排出連通流路９０ｂは、相互に異なる構成や形状であってもよい。また、供給連通流路９０ａと排出連通流路９０ｂは、第１及び第２エンドプレート１８ａ、１８ｂのうち、いずれか一方に設けられていればよい。
【００４０】
図１及び図４に示すように、供給連通流路９０ａは、冷却媒体マニホールド７４の内部と、第２エンドプレート１８ｂの内側（ケーシング２６の内面）を切り欠いて流路形成部材７６を取り付けることで構成される。
【００４１】
すなわち、第２エンドプレート１８ｂは、その内面からある程度の深さ（例えば、第２エンドプレート１８ｂの板厚の１／２以上の深さ）に形成された切欠部７８を有する。切欠部７８は、上下方向（矢印Ｃ方向）に長く、幅方向（矢印Ａ方向）に短い直方状の空間を呈している。なお、切欠部７８の角部は、円弧形状に形成されるとよい。これにより冷却媒体が円滑に流通する。
【００４２】
切欠部７８の上下方向の長さは、第２エンドプレート１８ｂの上下方向の長さよりも多少短く形成されている。切欠部７８の上下方向両端部付近には、上述した一対の冷却媒体供給連通孔５０ａ（図３参照）が対向配置される。また、切欠部７８の矢印Ａ方向の幅は、冷却媒体供給連通孔５０ａの矢印Ａ方向の幅と同程度に形成されている。
【００４３】
さらに、第２エンドプレート１８ｂは、切欠部７８に重なる位置の上下方向中央部に、第２エンドプレート１８ｂの外面と切欠部７８の底部７８ａとの間を貫通する貫通孔８０を備える。
【００４４】
冷却媒体マニホールド７４は、図示しない冷却媒体供給管を連結するために、第２エンドプレート１８ｂの外面に固定される。また、冷却媒体マニホールド７４は、第２エンドプレート１８ｂに一体成形されていてもよい。この冷却媒体マニホールド７４は、ブロック状のフランジ８２と、フランジ８２から外方に突出するノズル８４とを備える。また、冷却媒体マニホールド７４は、発電セル１２の積層方向に延びてフランジ８２とノズル８４を貫通し、貫通孔８０と同程度の内径に形成された内孔７５を有する。
【００４５】
フランジ８２は、正面視で矩形状に形成され、溶接、接着、ねじ止め等の固着手段によって、第２エンドプレート１８ｂに強固に固定される。フランジ８２が第２エンドプレート１８ｂに固定された状態では、冷却媒体マニホールド７４の内孔７５が貫通孔８０に重なって相互に連通する。なお、冷却媒体マニホールド７４を第２エンドプレート１８ｂに強固に固定できれば、フランジ８２はなくてもよい。冷却媒体マニホールド７４が小型化されていれば、第２エンドプレート１８ｂの変形等による荷重を受け難くなる。
【００４６】
ノズル８４は、円筒状に形成されて、フランジ８２の上下方向中央部且つ幅方向中央部から突出している。ノズル８４は、その外周面に冷却媒体供給管が装着されることで、冷却装置から内孔７５に冷却媒体を供給可能とする。冷却媒体マニホールド７４を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、硬質性を有する樹脂材料によって形成されるとよい。
【００４７】
一方、流路形成部材７６は、第２エンドプレート１８ｂの切欠部７８に収容されて、この切欠部７８と協働して冷却媒体の供給連通流路９０ａ（連通流路９０）を形成する。流路形成部材７６は、上下方向に長い溝部７６ａを有する凹状のブロック体に構成されている。この流路形成部材７６は、切欠部７８の上下方向の長さよりも多少短い一方で、切欠部７８の幅と同一の幅を有する。
【００４８】
具体的に、流路形成部材７６は、仕切り壁８６と、仕切り壁８６の幅方向（矢印Ａ方向）両側辺から突出する一対の側壁８８とを有する。溝部７６ａは、仕切り壁８６と一対の側壁８８とで囲われることにより構成され、流路形成部材７６を切欠部７８に収容した状態で、基点Ｘから上下に分岐する分岐路７７を形成する。
【００４９】
仕切り壁８６は、切欠部７８の深さに対応して所定（例えば、切欠部７８の深さの１／２以上）の板厚を有し、溝部７６ａを浅底としている。図５に示すように、仕切り壁８６は、溝部７６ａと反対側の面が平坦状に形成されており、仕切り壁８６を切欠部７８に収容した状態で、第２エンドプレート１８ｂの内面に面一に連なる。このように、流路形成部材７６が第２エンドプレート１８ｂの内面に対し面一に連なることで、第２絶縁プレート１６ｂが良好に隣接して、ケーシング２６の薄型化をさらに促進することが可能となる。
【００５０】
図４及び図５に示すように、一対の側壁８８は、仕切り壁８６の両側辺から切欠部７８の底部７８ａに届く長さで突出し、且つ仕切り壁８６の上下方向にわたって延在している。一対の側壁８８は、仕切り壁８６の板厚よりも薄く形成され、溝部７６ａの幅を広げている。また、溝部７６ａを構成する仕切り壁８６と一対の側壁８８の内面側の境界は円弧形状に形成されている。
【００５１】
第２エンドプレート１８ｂと流路形成部材７６とは、溶接、接着、嵌合等の固着手段によって強固に固定される。すなわち、仕切り壁８６及び一対の側壁８８の一対の外側面７６ｂと、切欠部７８の一対の内側面７８ｂとが面状に固着されることで、切欠部７８の内側に流路形成部材７６が固定保持される。なお、流路形成部材７６は、一対の側壁８８を備えず、仕切り壁８６の側面を第２エンドプレート１８ｂに固定してもよい。流路形成部材７６を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、第２エンドプレート１８ｂと同じ物性の金属材料により形成されることで、第２エンドプレート１８ｂの変形に容易に追従する。あるいは、流路形成部材７６は、第２エンドプレート１８ｂよりも柔軟な樹脂材料により形成されても、第２エンドプレート１８ｂが湾曲した際に、変形に追従することができる。
【００５２】
流路形成部材７６は、第２エンドプレート１８ｂに固定保持された状態で、切欠部７８の上下方向中間部に位置する。これにより、切欠部７８の上下には、流路形成部材７６が存在しない上側空間部９１と下側空間部９２が形成される。この上側空間部９１及び下側空間部９２は、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａにちょうど対向配置されて、各冷却媒体供給連通孔５０ａに冷却媒体を流入させる。
【００５３】
すなわち、供給連通流路９０ａは、内孔７５、貫通孔８０、溝部７６ａ、上側空間部９１及び下側空間部９２によって構成される。供給連通流路９０ａの各構成のうち、内孔７５及び貫通孔８０は、冷却媒体をまとめて流動させる共通路９３となる。また、溝部７６ａの上下方向中央部は、貫通孔８０に対向して、冷却媒体を上下に分けて流動させる基点Ｘ（分岐箇所又は合流箇所）となる。さらに溝部７６ａ、上側空間部９１及び下側空間部９２は、基点Ｘから２つの冷却媒体供給連通孔５０ａに連通する２つ（複数）の分岐路７７となる。
【００５４】
本実施形態に係る燃料電池スタック１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下その作用効果について説明する。
【００５５】
図２に示すように、燃料電池スタック１０は、第１エンドプレート１８ａの燃料ガス供給マニホールド７０ａを介して、燃料ガス供給装置から燃料ガス供給連通孔４８ａに燃料ガスが供給される。この燃料ガスは、図３に示すように、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に導入される。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。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。
【００５６】
図２に戻り、燃料電池スタック１０は、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を介して、酸化剤ガス供給装置から酸化剤ガス供給連通孔４６ａに酸化剤ガスが供給される。この酸化剤ガスは、図３に示すように、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。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。
【００５７】
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。
【００５８】
一方、図１に示すように、第２エンドプレート１８ｂは、燃料電池スタック１０内の温度上昇を抑制するため、冷却装置により純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給連通流路９０ａに供給される。この冷却媒体は、図４に示すように、冷却媒体マニホールド７４の内孔７５、第２エンドプレート１８ｂの貫通孔８０、流路形成部材７６の溝部７６ａ（第２エンドプレート１８ｂの切欠部７８）を順に流動する。
【００５９】
そして、冷却媒体は、溝部７６ａの上下方向中央部の基点Ｘにおいて、上下に分かれて溝部７６ａを流動する。さらに冷却媒体は、第２エンドプレート１８ｂの上側空間部９１及び下側空間部９２を介して、対向する上下一対の冷却媒体供給連通孔５０ａに移動する。
【００６０】
図３に示すように、冷却媒体供給連通孔５０ａの冷却媒体は、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。そして、冷却媒体は、上下の冷却媒体供給連通孔５０ａから互いに近接する方向（矢印Ｃ方向内方）に流動した後、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。その後、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、上下一対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。
【００６１】
図１に示すように、この冷却媒体は、上下の冷却媒体排出連通孔５０ｂから排出連通流路９０ｂの上側空間部９１及び下側空間部９２に排出される。そして、上側空間部９１及び下側空間部９２から流路形成部材７６の溝部７６ａに流動して、溝部７６ａ内で互いに近接する方向（矢印Ｃ方向内方）に流動して基点Ｘにおいて合流する。合流した冷却媒体は、第２エンドプレート１８ｂの貫通孔８０、冷却媒体マニホールド７４の内孔７５を順に通って、冷却装置に返還される。
【００６２】
以上のように、本実施形態に係る燃料電池スタック１０の連通流路９０（供給連通流路９０ａ、排出連通流路９０ｂ）は、第２エンドプレート１８ｂの内側（積層構造１２ａｓの配置側）に共通路９３から分岐する複数の分岐路７７を有する。つまり連通流路９０は、第２エンドプレート１８ｂの内部で、共通路９３（冷却媒体マニホールド７４の内孔７５、第２エンドプレート１８ｂの貫通孔８０）と、分岐路７７（流路形成部材７６の溝部７６ａ、切欠部７８の上側空間部９１及び下側空間部９２）とにより、冷却媒体を分岐又は合流する。これにより、第２エンドプレート１８ｂの温度が一定に維持されるので、第２エンドプレート１８ｂの温度分布が発生しにくく変形が抑制される。仮に第２エンドプレート１８ｂが変形しても、第２エンドプレート１８ｂの外側の冷却媒体マニホールド７４の構造が簡素になるため、変形しにくく、破損を抑制することが可能となる。また、冷却媒体マニホールド７４が簡素であることで、燃料電池スタック１０全体として省スペース化及びコストダウンが図られる。
【００６３】
この場合、連通流路９０は、流路形成部材７６を取り付けることで、ケーシング２６の内側に簡単に分岐路７７を形成することができる。しかも、流路形成部材７６は、その取付状態を変更することにより、冷却媒体の流動経路を容易に調整することができる。
【００６４】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。例えば、本実施形態では、第２エンドプレート１８ｂ、冷却媒体マニホールド７４及び流路形成部材７６が別体で構成されていたが、冷却媒体マニホールド７４及び流路形成部材７６のうちいずれか１つ又は両方が第２エンドプレート１８ｂに一体成形されてもよい。この場合は、例えば樹脂材料や金属材料等による鋳造成形を実施し、さらに流路形成部材７６の溝部７６ａ、上側空間部９１、下側空間部９２を形成するために中子を用いることで、一体成形品を製造することができる。あるいは、流路形成部材７６に代えて、第２絶縁プレート１６ｂにより連通流路９０を形成してもよい。
【００６５】
また、冷却媒体マニホールド７４や流路形成部材７６について第２エンドプレート１８ｂと異なる材料を用いる場合は、インサート成形を採用することができる。この場合は、例えば冷却媒体マニホールド７４や流路形成部材７６を第２エンドプレート１８ｂに埋め込んでもよい。
【００６６】
さらに、第２エンドプレート１８ｂに対する流路形成部材７６の固着手段は、溶接、接着等に限定されず、種々の方法を採用し得る。例えば図６に示す第１変形例のように、流路形成部材７６は、仕切り壁８６の側面から矢印Ａ方向外側に突出する一対の突出片９４を備え、固定ねじ９６により突出片９４と第２エンドプレート１８ｂとをねじ止めする構成でもよい。また、このような構成では、流路形成部材７６自体を１枚の板状に形成して、上下に隙間を有するように切欠部７８を閉塞してもよい。これにより、第２エンドプレート１８ｂの切欠部７８が冷却媒体を分岐又は合流させる連通流路９０の分岐路を構成することになる。
【００６７】
またさらに、図７に示す第２変形例のように、連通流路１００は、エンドプレート１０２に貫通孔１０３（共通路）のみを設けて、エンドプレート１０２が内側に有する流路形成部材１０４に、冷却媒体を分岐又は合流させる三叉路１０６を設けた構成でもよい。この三叉路１０６は、側面断面視で、エンドプレート１０２の内部及びエンドプレート１０２に連なるノズル１０５内に形成された貫通孔１０３に連通して分岐箇所又は合流箇所である基点Ｘに至る第１路１０６ａ（共通路）を有する。さらに、三叉路１０６は、基点Ｘから上下に分岐する第２路１０６ｂ及び第３路１０６ｃ（分岐路）を有する。
【００６８】
このように、流路形成部材１０４が三叉路１０６を有する構成でも、エンドプレート１０２の内面に流路形成部材１０４を取り付けることで、第２路１０６ｂと第３路１０６ｃを簡単に形成することができる。またエンドプレート１０２自体の構成を簡素化することができるので、燃料電池スタック１０の製造が簡単化する。なお、第２路１０６ｂ及び第３路１０６ｃは、図７に示すように、流路形成部材１０４内を基点Ｘからケーシング２６の内方に向かって傾斜していることで、冷却媒体の流動をより円滑化することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０…燃料電池スタック              １２…発電セル
１８ａ…第１エンドプレート          １８ｂ…第２エンドプレート
５０ａ…冷却媒体供給連通孔          ５０ｂ…冷却媒体排出連通孔
６２…冷却媒体流路                  ７４…冷却媒体マニホールド
７５…内孔                          ７６、１０４…流路形成部材
７６ａ…溝部                        ７８…切欠部
８０、１０３…貫通孔                ９０、１００…連通流路
９０ａ…供給連通流路                ９０ｂ…排出連通流路
９１…上側空間部                    ９２…下側空間部
１０２…エンドプレート              １０６…三叉路
１０６ａ…第１路                    １０６ｂ…第２路
１０６ｃ…第３路                    Ｘ…基点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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