(57)【要約】【課題】簡単且つ経済的な構成で、流体マニホールドとエンドプレートとの間の絶縁性を良好に確保することを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池１２が積層された積層体の積層方向一端に、第２エンドプレート１８ｂが配設される。第２エンドプレート１８ｂには、冷却媒体を燃料電池１２内に流通させる一対の冷却媒体供給連通孔５０ａが上下に設けられる。第２エンドプレート１８ｂには、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａが取り付けられるとともに、前記第２エンドプレート１８ｂと前記冷却媒体供給マニホールド部材７２ａとの間には、絶縁プレート７４ａが配置される。【選択図】図１
2019012705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、冷却媒体を前記燃料電池内に流通させる流体連通孔が、積層方向に沿って複数個形成される積層体を備え、前記積層体の積層方向両端にエンドプレートが配設され、少なくとも一方のエンドプレートには、前記冷却媒体が流通する前記複数個の流体連通孔の開口が形成されるとともに、前記複数個の流体連通孔に連通し且つ前記冷却媒体が流入する内部空間を有する流体マニホールド部材が設けられる燃料電池スタックであって、
前記一方のエンドプレートと前記流体マニホールド部材の取り付け面との間には、絶縁プレートが配置され、
前記絶縁プレートに、前記複数個の流体連通孔の前記開口に重ねられて前記流体マニホールド部材の前記内部空間と前記複数個の流体連通孔とを連通させる貫通孔が形成されてい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、前記絶縁プレートは、前記一方のエンドプレートに接触する接触面を有するとともに、
前記接触面には、前記流体連通孔を周回する部位を除いて隙間が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２記載の燃料電池スタックにおいて、前記隙間は、少なくとも前記一方のエンドプレート側又は前記流体マニホールド部材側のいずれかに形成された凹部により構成さ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、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
上記の燃料電池では、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、流体供給管や流体排出管が接続されている。
【０００６】
ところで、酸化剤ガス又は燃料ガス少なくとも一方である反応ガスは、予め加湿された状態で、燃料電池に供給されている。また、燃料電池内では、発電反応によりカソード側に生成水が発生されるとともに、アノード側に前記生成水が逆拡散し易い。このため、流体マニホールドには、水蒸気が滞留し、前記水蒸気が凝縮して液状水（凝縮水）が存在する場合がある。従って、液状水の繋がりにより、燃料電池は、外部機器等と電気的に接続（液絡）されるおそれがある。
【０００７】
そこで、反応ガスに水滴が発生することを阻止するために、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子電解質型燃料電池が知られている。この燃料電池では、前記燃料電池の積層体を積層方向に加圧する加圧板を備え、前記加圧板は、配管接続体が設置される部位に、酸化剤ガス及び／又は燃料ガスを加熱するための加熱部を備えている。
【０００８】
加熱部は、加圧板の本体部と略同一の厚さ寸法を持つ円筒状の外形を有するとともに、内部には、円筒状の空洞部が設けられている。加熱部には、空洞部を内側から気密に塞ぐとともに、中心部に酸化剤ガスを流通させる貫通孔が形成されたガス通流部が設けられている。そして、空洞部には、積層体を冷却して昇温された熱媒が供給されるため、ガス通流部を流通する酸化剤ガスが加温され、液状水が生成されることを抑制することができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１２２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の燃料電池では、酸化剤ガス等の反応ガスを加温させるために、加熱部及びガス通流部が設けられている。このため、構成が複雑化するとともに、経済的ではないという問題がある。
【００１１】
しかも、燃料電池では、反応ガスの他、冷却媒体を流通させる冷却媒体マニホールドが設けられている。その際、燃料電池の内部と冷却媒体マニホールドとは、冷却媒体を通じて電気的に接続され易く、前記燃料電池は、前記冷却媒体を介して外部機器と液絡するおそれがある。しかしながら、上記の燃料電池では、燃料電池と外部機器との液絡を抑制することができないという問題がある。
【００１２】
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、流体マニホールドとエンドプレートとの間の電気絶縁性を良好に確保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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る燃料電池スタックは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を有し、複数の燃料電池が積層される積層体を備えている。積層体には、冷却媒体を燃料電池内に流通させる流体連通孔が、積層方向に沿って複数個形成されている。
【００１４】
積層体の積層方向両端には、エンドプレートが配設され、少なくとも一方のエンドプレートには、冷却媒体が流通する前記複数個の流体連通孔の開口が形成されるとともに、前記複数個の流体連通孔に連通し且つ冷却媒体が流入する内部空間を有する流体マニホールド部材が設けられている。そして、一方のエンドプレートと流体マニホールド部材の取り付け面との間には、絶縁プレートが配置されている。
【００１５】
また、この燃料電池スタックでは、絶縁プレートは、一方のエンドプレートに接触する接触面を有するとともに、前記接触面には、流体連通孔を周回する部位を除いて隙間が形成されることが好ましい。
【００１６】
さらに、この燃料電池スタックでは、隙間は、少なくとも一方のエンドプレート側又は流体マニホールド部材側のいずれかに形成された凹部により構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、流体マニホールド部材とエンドプレートとの間には、絶縁プレートが配置されている。このため、簡単且つ経済的な構成で、流体マニホールド部材とエンドプレートとの間の電気絶縁性を良好に確保することができる。従って、液状水による燃料電池と外部機器との電気的な接続を、良好に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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部材側の斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池スタックの一部分解斜視説明図である。
【図３】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。
【図４】前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】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部材と絶縁プレートとの一方の側からの分解斜視説明図である。
【図６】前記冷却媒体供給マニホールド部材と前記絶縁プレートとの他方の側からの分解斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。なお、複数の燃料電池１２を重力方向に積層して燃料電池スタック１０を構成してもよい。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、ねじ２４により固定され、積層体１２ａｓに積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、２組の冷却媒体供給連通孔５０ａが設けられる。２組の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設けられる。
【００３１】
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。
【００３２】
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、２組の冷却媒体排出連通孔５０ｂが設けられる。２組の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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
第２金属セパレータ４４の面４４ｂと隣接する第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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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部材６８ａ、酸化剤ガス排出マニホールド部材６８ｂ、燃料ガス供給マニホールド部材７０ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材７０ｂが取り付けられる。酸化剤ガス供給マニホールド部材６８ａ、酸化剤ガス排出マニホールド部材６８ｂ、燃料ガス供給マニホールド部材７０ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材７０ｂは、電気絶縁性を有する樹脂からなる。
【００４１】
酸化剤ガス供給マニホールド部材（流体マニホールド部材）６８ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド部材（流体マニホールド部材）６８ｂは、酸化剤ガス供給連通孔４６ａ及び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部材（流体マニホールド部材）７０ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材（流体マニホールド部材）７０ｂは、燃料ガス供給連通孔４８ａ及び燃料ガス排出連通孔４８ｂに連通する。
【００４２】
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部材（流体マニホールド部材）７２ａが射出成形により設けられる。第２エンドプレート１８ｂには、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部材（流体マニホールド部材）７２ｂが射出成形により設けられる。冷却媒体供給マニホールド部材７２ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材７２ｂは、電気絶縁性を有することが好ましい。
【００４３】
図４〜図６に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材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。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。
【００４４】
図４及び図５に示すように、絶縁プレート７４ａは、第２エンドプレート１８ｂに接触する接触面７４ａｓを有する。接触面７４ａｓには、上下一対の冷却媒体供給連通孔５０ａ、５０ａをそれぞれ周回する部位７７ａ、７７ａと、該周回する部位７７ａ、７７ａの両端を繋ぐ部位７７ｂ、７７ｂとを除いて第１凹部７８ａが形成される（図５参照）。第１凹部７８ａは、接触面７４ａｓの中央部に略矩形状を有して形成される。
【００４５】
図４及び図６に示すように、絶縁プレート７４ａは、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａに接触する面に、前記冷却媒体供給マニホールド部材７２ａの内部空間７２ａｃに連通する第２凹部８０ａが形成される。第２凹部８０ａは、略矩形状を有し、例えば、第１凹部７８ａと略同一の開口寸法に設定される。
【００４６】
絶縁プレート７４ａの外周縁部には、複数の孔部８２ａが形成される。図４に示すように、各孔部８２ａに挿入されるねじ８４ａは、第２エンドプレート１８ｂに設けられたねじ穴８５ａに螺合されることにより、絶縁プレート７４ａが前記第２エンドプレート１８ｂに固定される。絶縁プレート７４ａには、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａ側の表面７４ａｆに、第２凹部８０ａ及び冷却媒体入口７６ａを周回して複数のねじ穴８６ａが形成される（図６参照）。
【００４７】
冷却媒体供給マニホールド部材７２ａは、内部空間７２ａｃを周回するフランジ部８８ａを有する。フランジ部８８ａには、各ねじ穴８６ａに対応して複数の孔部９０ａが形成される。各孔部９０ａに挿入されるねじ９２ａは、ねじ穴８６ａに螺合されることにより、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａが絶縁プレート７４ａに固定される。なお、第２エンドプレート１８ｂにねじ穴を設け、ねじ９２ａで冷却媒体供給マニホールド部材７２ａと絶縁プレート７４ａとを共締めしてもよい。
【００４８】
冷却媒体供給マニホールド部材７２ａには、矢印Ｃ方向の中間位置（冷却媒体流路６２の流路幅方向中央部）に冷却媒体供給口である入口管路部９４ａ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。
【００４９】
図４に示すように、第２エンドプレート１８ｂの表面と絶縁プレート７４ａの接触面７４ａｓとの間には、第１凹部７８ａを介して第１隙間９６ａが構成される。絶縁プレート７４ａの表面７４ａｆと冷却媒体供給マニホールド部材７２ａの取り付け面７２ａｓとの間には、第２凹部８０ａを介して第２隙間９８ａが構成される。なお、第１隙間９６ａと第２隙間９８ａとは、少なくとも一方のみを設けてもよい。また、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａと絶縁プレート７４ａとの間、前記絶縁プレート７４ａと第２エンドプレート１８ｂとの間には、冷却媒体流通領域の外周を周回してシール部材（図示せず）が設けられる。
【００５０】
図１に示すように、冷却媒体排出マニホールド部材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部材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部材７２ｂには、矢印Ｃ方向の中間位置に、冷却媒体排出口である出口管路部９４ｂ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。
【００５１】
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。
【００５２】
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部材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部材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。
【００５３】
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部材７２ａの入口管路部９４ａ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の上下に連通する一対の冷却媒体供給連通孔５０ａに分配される。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、上下一対の冷却媒体供給連通孔５０ａに供給された冷却媒体は、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、一対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。
【００５９】
図１に示すように、冷却媒体は、上下一対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部材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９４ｂから外部に排出される。
【００６０】
この場合、本実施形態では、図１に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａと第２エンドプレート１８ｂとの間には、絶縁プレート７４ａが配置されている。一方、冷却媒体排出マニホールド部材７２ｂと第２エンドプレート１８ｂとの間には、絶縁プレート７４ｂが配置されている。
【００６１】
このため、簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａと第２エンドプレート１８ｂとの間、及び冷却媒体排出マニホールド部材７２ｂと前記第２エンドプレート１８ｂとの間の電気絶縁性を良好に確保することができる。
【００６２】
しかも、図４及び図５に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａに積層される絶縁プレート７４ａの接触面７４ａｓには、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａ、５０ａを周回する部位を除いて第１凹部７８ａが形成されている。従って、第２エンドプレート１８ｂの表面と絶縁プレート７４ａの接触面７４ａｓとの間には、第１凹部７８ａを介して第１隙間９６ａが設けられ、前記第２エンドプレート１８ｂと前記絶縁プレート７４ａとの電気抵抗が大きくなる。一方、冷却媒体排出マニホールド部材７２ｂは、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａと同様に機能する。
【００６３】
これにより、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材７２ｂを流通する冷却媒体を介し、燃料電池スタック１０と外部機器（図示せず）とが電気的に接続することを良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００６４】
さらに、図４及び図６に示すように、絶縁プレート７４ａには、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａの内部空間７２ａｃに連通する第２凹部８０ａが形成されている。そして、絶縁プレート７４ａの表面７４ａｆと冷却媒体供給マニホールド部材７２ａの取り付け面７２ａｓとの間には、第２凹部８０ａを介して第２隙間９８ａが設けられている。
【００６５】
このため、絶縁プレート７４ａの電気抵抗が大きくなるとともに、内部空間７２ａｃの容量が増大し、冷却媒体供給マニホールド部材７２ａを有効にコンパクト化することができる。また、内部空間７２ａｃは、形状が単純化されるため、成形が容易に遂行される。一方、冷却媒体排出マニホールド部材７２ｂ側でも、同様の効果が得られる。
【００６６】
なお、本実施形態では、流体マニホールド部材として冷却媒体供給マニホールド部材７２ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材７２ｂを用いているが、これに限定されるものではない。例えば、燃料ガスや酸化剤ガスが流通される流体マニホールド部材に適用してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
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部材
６８ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド部材
７０ａ…燃料ガス供給マニホールド部材
７０ｂ…燃料ガス排出マニホールド部材
７２ａ…冷却媒体供給マニホールド部材
７２ａｃ…内部空間                  ７２ｂ…冷却媒体排出マニホールド部材
７４ａ…絶縁プレート                ７６ａ…冷却媒体入口
７８ａ、８０ａ…凹部                ９４ａ…入口管路部
９４ｂ…出口管路部                  ９６ａ、９８ａ…隙間
【図１】
2019012705.tif 000003
【図２】
2019012705.tif 000004
【図３】
2019012705.tif 000005
【図４】
2019012705.tif 000006
【図５】
2019012705.tif 000007
【図６】
2019012705.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月2日(2018.11.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
積層体の積層方向両端には、エンドプレートが配設され、少なくとも一方のエンドプレートには、冷却媒体が流通する前記複数個の流体連通孔の開口が形成されるとともに、前記複数個の流体連通孔に連通し且つ冷却媒体が流通する内部空間を有する流体マニホールド部材が設けられている。そして、一方のエンドプレートと流体マニホールド部材の取り付け面との間には、絶縁プレートが配置されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、冷却媒体を前記燃料電池内に流通させる流体連通孔が、積層方向に沿って複数個形成される積層体を備え、前記積層体の積層方向両端にエンドプレートが配設され、少なくとも一方のエンドプレートには、前記冷却媒体が流通する前記複数個の流体連通孔の開口が形成されるとともに、前記複数個の流体連通孔に連通し且つ前記冷却媒体が流通する内部空間を有する流体マニホールド部材が設けられる燃料電池スタックであって、
前記一方のエンドプレートと前記流体マニホールド部材の取り付け面との間には、絶縁プレートが配置され、
前記絶縁プレートに、前記複数個の流体連通孔の前記開口に重ねられて前記流体マニホールド部材の前記内部空間と前記複数個の流体連通孔とを連通させる貫通孔が形成されてい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、前記絶縁プレートは、前記一方のエンドプレートに接触する接触面を有するとともに、
前記接触面には、前記流体連通孔を周回する部位を除いて隙間が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２記載の燃料電池スタックにおいて、前記隙間は、前記絶縁プレートに形成された凹部により構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記複数個の流体連通孔は、１対の冷却媒体供給連通孔と、１対の冷却媒体排出連通孔であることを特徴とする燃料電池スタック。