(57)【要約】      （修正有）【課題】積層された複数の単セルの一端側の温度の低下を抑制できる燃料電池スタックを提供することを課題とする。【解決手段】複数の単セルが積層された積層体と、積層体の積層方向での一端側に積層された端部部材とを備え、積層体を積層方向に貫通し冷却水が積層体側から端部部材側へ流れる第１排出孔を有し、端部部材を積層方向に貫通して第１排出孔に連通し第１排出孔から排出された冷却水を端部部材の外部へと排出する第２排出孔と、第２排出孔の内壁面に共に開口した導入口及び排出口を有し、第２排出孔を流れる冷却水の一部を端部部材内で循環させる循環流路部と、第２排出孔の内壁面の導入口に対向した側から導入口側に向けて突出し第２排出孔の断面積を絞る絞り部と、第２排出孔の内壁面の前記排出口が開口した側であって排出口よりも第２排出孔の上流側に形成され、第２排出孔を部分的に遮蔽する遮蔽部とを有する燃料電池スタック。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単セルが積層された積層体と、
前記積層体の積層方向での一端側に積層された端部部材と、を備え、
前記積層体は、当該積層体を前記積層方向に貫通し冷却水が当該積層体側から前記端部部材側へ流れる第１排出孔を有し、
前記端部部材は、
当該端部部材を前記積層方向に貫通し、前記第１排出孔に連通し、前記第１排出孔から排出された前記冷却水を当該端部部材の外部へと排出する第２排出孔と、
前記第２排出孔の内壁面に共に開口した導入口及び排出口を有し、前記第２排出孔を流れる前記冷却水の一部を当該端部部材内で循環させる循環流路部と、
前記第２排出孔の内壁面の前記導入口に対向した側から前記導入口側に向けて突出し、前記第２排出孔の断面積を絞る絞り部と、
前記第２排出孔の内壁面の前記排出口が開口した側であって前記排出口よりも前記第２排出孔の上流側に形成され、前記第２排出孔を部分的に遮蔽する遮蔽部と、を有した、燃料電池スタック。
【請求項２】
前記端部部材は、前記循環流路部の前記導入口の開口縁の前記第２排出孔の上流側を拡大する切欠部を有している、請求項１の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記端部部材は、前記第２排出孔の内壁面の前記導入口が開口した側であって前記導入口よりも前記第２排出孔の上流側に形成され、前記絞り部に向かって突出した突起部を有している、請求項１又は２の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記絞り部は、前記第２排出孔の上流側から下流側にかけて前記導入口に接近するように傾斜した傾斜状である、請求項１乃至３の何れかの燃料電池スタック。
【請求項５】
前記端部部材は、前記積層体の積層方向での前記一端側に積層されたターミナルプレート、前記積層体とは反対側で前記ターミナルプレートに積層されたインシュレータ、及び前記ターミナルプレートとは反対側で前記インシュレータに積層されたエンドプレート、を含む、請求項１乃至４の何れかの燃料電池スタック。
【請求項６】
前記絞り部は、少なくとも前記エンドプレートに形成されている、請求項５の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記絞り部は、少なくとも前記ターミナルプレートに形成されている、請求項５の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記遮蔽部は、少なくとも前記ターミナルプレートに形成されている、請求項５乃至７の何れかの燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の単セルが積層された燃料電池スタックが知られている。このような燃料電池スタックは、発電反応により温度が上昇する単セルを冷却するために冷却水が供給される。ここで、複数の単セルの積層方向での中央部に配置された単セルは隣接した単セルからも熱を受けるため放熱し難く高温となりやすい。このため、このような高温になりやすい単セルを冷却するために冷却水の温度が調整されている。しかしながら、積層方向での端部に配置された単セルは、中央部に配置された単セルに比べて放熱が促進され温度が低下しやすい。このように単セルの温度が低下しすぎると、発電反応が活性化する温度よりも低くなり、また単セル内の反応ガスが流れる流路内に結露が発生して、発電性能が低下する可能性がある。
【０００３】
特許文献１では、このような端部に配置された単セルの温度が低下しすぎることを抑制するために、複数の単セルの一端側に配置されたエンドプレート内に、複数の単セルから熱を受けて排出された冷却水を循環させる循環流路部が形成されている。循環流路部の導入口及び排出口は、エンドプレートに形成された複数の単セルから排出された冷却水を外部へ排出するための排出孔の内壁面に、開口して形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第９５０２７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、複数の単セルから排出された冷却水を循環流路部に案内するベーンが、エンドプレートに一体的に形成されている。詳細には、ベーンは、エンドプレートに形成された循環流路部の導入口よりも排出孔の下流側から突出して、排出孔の上流側に向けて湾曲している。このようなベーンでは、十分な量の冷却水を循環流路部に導入することができずに、積層された複数の単セルの一端側の温度の低下を十分に抑制することができない可能性がある。
【０００６】
本発明は、積層された複数の単セルの一端側の温度の低下を抑制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】
【０００７】
上記目的は、複数の単セルが積層された積層体と、前記積層体の積層方向での一端側に積層された端部部材と、を備え、前記積層体は、当該積層体を前記積層方向に貫通し冷却水が当該積層体側から前記端部部材側へ流れる第１排出孔を有し、前記端部部材は、当該端部部材を前記積層方向に貫通し、前記第１排出孔に連通し、前記第１排出孔から排出された前記冷却水を当該端部部材の外部へと排出する第２排出孔と、前記第２排出孔の内壁面に共に開口した導入口及び排出口を有し、前記第２排出孔を流れる前記冷却水の一部を当該端部部材内で循環させる循環流路部と、前記第２排出孔の内壁面の前記導入口に対向した側から前記導入口側に向けて突出し、前記第２排出孔の断面積を絞る絞り部と、前記第２排出孔の内壁面の前記排出口が開口した側であって前記排出口よりも前記第２排出孔の上流側に形成され、前記第２排出孔を部分的に遮蔽する遮蔽部と、を有した、燃料電池スタックによって達成できる。
【０００８】
絞り部が循環流路部の導入口側に向けて突出しているため、循環流路部の導入口の近傍を流れる冷却水の流量を確保することができ、導入口から循環流路部に流れる冷却水の流量を確保できる。また、遮蔽部が循環流路部の排出口よりも上流側に形成されて第２排出孔を部分的に遮蔽しているため、第２排出孔を流れる冷却水が循環流路部の排出口の近傍を流れることが抑制され、排出口から循環流路部内に冷却水が導入されることが抑制されている。以上により、循環流路部を流れる冷却水の流量が確保されており、積層された複数の単セルの一端側の温度の低下を抑制できる。
【０００９】
前記端部部材は、前記循環流路部の前記導入口の開口縁の前記第２排出孔の上流側を拡大する切欠部を有していてもよい。
【００１０】
前記端部部材は、前記第２排出孔の内壁面の前記導入口が開口した側であって前記導入口よりも前記第２排出孔の上流側に形成され、前記絞り部に向かって突出した突起部を有していてもよい。
【００１１】
前記絞り部は、前記第２排出孔の上流側から下流側にかけて前記導入口に接近するように傾斜した傾斜状であってもよい。
【００１２】
前記端部部材は、前記積層体の積層方向での前記一端側に積層されたターミナルプレート、前記積層体とは反対側で前記ターミナルプレートに積層されたインシュレータ、及び前記ターミナルプレートとは反対側で前記インシュレータに積層されたエンドプレート、を含んでもよい。
【００１３】
前記絞り部は、少なくとも前記エンドプレートに形成されていてもよい。
【００１４】
前記絞り部は、少なくとも前記ターミナルプレートに形成されていてもよい。
【００１５】
前記遮蔽部は、少なくとも前記ターミナルプレートに形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、積層された複数の単セルの一端側の温度の低下を抑制できる燃料電池スタックを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施例１の燃料電池スタックの説明図である。
【図２】図２は、端部部材の断面図である。
【図３】図３は、端部部材を積層体側から見た図である。
【図４】図４Ａは、実施例２の燃料電池スタックの部分断面図であり、図４Ｂは、実施例２の燃料電池スタックの端部部材を積層体側から見た場合の一部分を示した図である。
【図５】図５Ａは、実施例３の燃料電池スタックの部分断面図であり、図５Ｂは、実施例３の燃料電池スタックの端部部材を積層体側から見た場合の一部分を示した図である。
【図６】図６Ａは、実施例４の燃料電池スタックの端部部材の部分断面図であり、図６Ｂは、実施例５の燃料電池スタックの端部部材の部分断面図である。
【図７】図７Ａは、実施例６の燃料電池スタックの端部部材の部分断面図であり、図７Ｂは、実施例７の燃料電池スタックの端部部材の部分断面図である。
【図８】図８Ａは、実施例８の燃料電池スタックの端部部材の部分断面図であり、図８Ｂは、実施例８の燃料電池スタックの端部部材を積層体側から見た場合の一部分を示した図である。
【図９】図９は、実施例１〜７までの冷却水の分配率と、比較例の分配率とを示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１の燃料電池スタック１００の説明図である。燃料電池スタック（以下、単にスタックと称する）１００は、積層体１１０、端部部材１２０及び１３０、及びケース２１０を備える。積層体１１０は、鉛直方向、即ち、図１ではＺ方向に積層された複数の単セル１１２から構成されている。端部部材１２０は、積層体１１０の積層方向の一端側に積層されている。端部部材１３０は、積層体１１０の積層方向の他端側に積層されている。端部部材１２０は、積層体１１０の積層方向での一端側に積層されたターミナルプレート１４０、積層体１１０とは反対側でターミナルプレート１４０に積層されたインシュレータ１６０、及びターミナルプレート１４０とは反対側でインシュレータ１６０に積層されたエンドプレート１８０、を含む。端部部材１３０は、積層体１１０の積層方向での他端側に積層されたターミナルプレート１５０、積層体１１０とは反対側でターミナルプレート１５０に積層されたインシュレータ１７０、及びターミナルプレート１５０とは反対側でインシュレータ１７０に積層されたエンドプレート１９０、を含む。ターミナルプレート１４０及び１５０のそれぞれは、電気導電性を有する金属製である。インシュレータ１６０及び１７０のそれぞれは、絶縁性を有する樹脂製である。エンドプレート１８０及び１９０のそれぞれは、板状の金属製である。エンドプレート１８０及び１９０のそれぞれは、ターミナルプレート１４０及び１５０やインシュレータ１６０及び１７０、単セル１１２のそれぞれの厚みよりも厚く形成されている。
【００１９】
ケース２１０は、底部を有した略角筒状であって積層体１１０等を包囲して外部衝撃などから保護しており、開口端側がエンドプレート１８０に固定されている。また、エンドプレート１９０は、ネジ２００によりエンドプレート１８０の方向に押圧されている。エンドプレート１９０が、前述のようにネジ２００によりエンドプレート１８０の方向に押圧されることにより、積層体１１０は一定の締結力で締結されている。また、下方側のエンドプレート１８０は、例えばスタック１００を車両のボディに取り付けるためにも用いられる。
【００２０】
積層体１１０には、積層方向に貫通した供給孔１１８及び排出孔１１９が設けられている。単セル１１２には、厚み方向に貫通した貫通孔が形成されており、この貫通孔同士が重なるように複数の単セル１１２が積層されることにより、供給孔１１８が画定されている。排出孔１１９も同様である。また、端部部材１２０には、積層方向に貫通した供給孔１１８ａ及び排出孔１１９ａが設けられている。ターミナルプレート１４０、インシュレータ１６０、及びエンドプレート１８０にはそれぞれ厚み方向に貫通した貫通孔が形成されており、この貫通孔同士が重なるようにこれらが積層されることにより、供給孔１１８ａが画定される。排出孔１１９ａも同様である。供給孔１１８及び１１８ａは、同一軸上に形成されて互いに連通しており、排出孔１１９及び１１９ａも同様に同一軸上に形成されて互いに連通している。供給孔１１８及び１１８ａは、冷却水供給マニホールドとも称される。排出孔１１９及び１１９ａは、冷却水排出マニホールドとも称される。
【００２１】
エンドプレート１８０には、供給孔１１８ａに連通した供給管２２０が接続され、排出孔１１９ａに連通した排出管２３０が接続されている。冷却水は、循環ポンプ３００から供給管２２０を介してスタック１００へと供給される。スタック１００へ供給された冷却水は、供給孔１１８ａ、供給孔１１８を流れ、複数の単セル１１２の間を流れる。単セル１１２の間を流れた冷却水は、排出孔１１９を介して排出孔１１９ａからスタック１００の外部へと排出される。スタック１００から排出された冷却水は、排出管２３０を介して不図示のラジエータに導入されて放熱が促進され、その後再び循環ポンプ３００によりスタック１００へと供給される。尚、図１には冷却水が流れる方向を矢印で示している。
【００２２】
各単セル１１２は、膜電極ガス拡散層接合体（以下、ＭＥＧＡと称する）、ＭＥＧＡを支持する絶縁部材、及びＭＥＧＡと絶縁部材を挟持する一対のセパレータを有している。ＭＥＧＡは、電解質膜と、電解質膜の両面にそれぞれ形成された触媒層と、触媒層にそれぞれ接合された一対のガス拡散層とを有している。冷却水は、隣接する単セル１１２の一方のセパレータとこれに対向する他方の単セルのセパレータとの間を介して流れる。
【００２３】
尚、積層体１１０及び端部部材１２０には、スタック１００にアノードガス及びカソードガスをそれぞれ供給するアノードガス供給マニホールド及びカソードガス供給マニホールドも積層方向に積層体１１０及び端部部材１２０を貫通するように形成されている。また、スタック１００からアノードガス及びカソードガスをそれぞれ排出するアノードガス排出マニホールド及びカソードガス排出マニホールドも積層方向に積層体１１０及び端部部材１２０を貫通するように形成されている。アノードガス供給マニホールドからアノードガス排出マニホールドに流れるアノードガスと、カソードガス供給マニホールドからカソードガス排出マニホールドに流れるカソードガスは、互いに合流しないように、各単セル１１２内を流通する。エンドプレート１８０には、アノードガスをアノードガス供給マニホールドに供給する配管、カソードガスをカソードガス供給マニホールドに供給する配管、アノードガス排出マニホールドからアノードガスが排出される配管、及びカソードガス排出マニホールドからカソードガスが排出される配管が接続されている。
【００２４】
次に、端部部材１２０について詳細に説明する。図２は、端部部材１２０の断面図である。尚、図２には、点線で端部部材１２０に積層されている積層体１１０の一部を示している。また、図２には、冷却水の流れる方向が矢印で示されている。図３は、端部部材１２０を積層体１１０側から見た図である。図３に示すように、端部部材１２０は、Ｘ方向を長手方向としＹ方向を短手方向とした略矩形状であり、端部部材１２０に含まれるターミナルプレート１４０、インシュレータ１６０、及びエンドプレート１８０も同様である。また、エンドプレート１８０は、外形がそれぞれターミナルプレート１４０及びインシュレータ１６０よりも大きく形成されている。
【００２５】
図３に示すように、冷却水が流れる供給孔１１８ａは、端部部材１２０の互いに対向する２つの短辺の一方側に設けられており、排出孔１１９ａは、端部部材１２０の互いに対向する２つの短辺の他方側に設けられている。同様に、図示はしていないが供給孔１１８は、単セル１１２の互いに対向する２つの短辺の一方側に設けられており、排出孔１１９は、単セル１１２の互いに対向する２つの短辺の他方側に設けられている。また、端部部材１２０の互いに対向する２つの短辺の一方側には、供給孔１１８ａを挟むように孔２６０及び２９０が形成されている。孔２６０は、上述したカソードガス供給マニホールドの一部を画定する。孔２９０は、アノードガス排出マニホールドの一部を画定する。エンドプレート１８０の互いに対向する２つの短辺の他方側には、排出孔１１９ａを挟むように孔２７０及び２８０が形成されている。孔２７０は、カソードガス排出マニホールドの一部を画定する。孔２８０は、アノードガス供給マニホールドの一部を画定する。尚、図３では、符号は付していないが、ターミナルプレート１４０と積層体１１０との間に配置され上記のマニホールドの周囲を囲うシール部材を示している。また、これらマニホールドの位置や数、大きさはこれに限定されない。
【００２６】
図２及び図３に示すように、排出孔１１９ａの内壁面は、周方向に連続した内側面１１９ａ１〜１１９ａ４を含む。内側面１１９ａ２及び１１９ａ３は、Ｙ方向に離れて互いに対向しており、互いに略平行である。内側面１１９ａ１及び１１９ａ４は、Ｘ方向に離れて互いに対向している。内側面１１９ａ４は、内側面１１９ａ１とは並行ではなく、Ｚ方向から見て排出孔１１９ａの中心側での角度が１８０度未満で交わった２つの平面から構成されている。内側面１１９ａ４の２つの平面のうち一方側には、後述する導入口１８１ａが開口しており、内側面１１９ａ４の２つの平面のうち他方側には、後述する排出口１８１ｂが開口している。尚、図３では、詳しくは後述するがターミナルプレート１４０の遮蔽部１４２は排出孔１１９ａの一部を遮蔽しており、具体的には排出孔１１９ａの内側面１１９ａ３側を遮蔽している。
【００２７】
エンドプレート１８０には、冷却水が循環する循環流路部１８１が形成されている。循環流路部１８１は、エンドプレート１８０のインシュレータ１６０側の面に溝状に形成されている。循環流路部１８１の導入口１８１ａ及び排出口１８１ｂは、上述した内側面１１９ａ４の２つの平面の一方及び他方にそれぞれ開口している。導入口１８１ａ及び排出口１８１ｂは、Ｘ方向及びＹ方向を含む同一の平面内に位置して互いに隣接しており、換言すればＺ方向での高さ位置が同じ位置に形成されている。排出孔１１９ａを流れる冷却水の一部は，導入口１８１ａから循環流路部１８１内に導入される。循環流路部１８１内に導入された冷却水は、Ｘ方向及びＹ方向を含む同一の平面内で端部部材１２０内を循環するように流れて、排出口１８１ｂから排出される。具体的には循環流路部１８１は、排出孔１１９ａからエンドプレート１８０の２つの長辺の一方側に沿って延びており、供給孔１１８ａ側で旋回して再びエンドプレート１８０の２つの長辺の他方側に沿って排出孔１１９ａにまで延びている。
【００２８】
ここで排出孔１１９ａを流れる冷却水は、複数の単セル１１２の間を通過してこれらの熱を受けて高温となった冷却水である。これに対して、供給孔１１８ａに流れる冷却水は、上述したようにラジエータにより放熱が促進された低温の冷却水である。このため、供給孔１１８ａを流れる冷却水よりも排出孔１１９ａを流れる冷却水の方が、温度が高くなっている。このように排出孔１１９ａを流れる高温の冷却水の一部が循環流路部１８１を流れることにより、インシュレータ１６０及びターミナルプレート１４０を介して、端部部材１２０側である積層体１１０の一端側に熱が伝わる。これにより、端部部材１２０側である積層体１１０の一端側の温度が低下しすぎることが抑制され、少なくとも最も端部部材１２０の近くにある単セル１１２の発電性能の低下が抑制される。
【００２９】
図２及び図３に示すように、エンドプレート１８０には、排出孔１１９ａの内壁面の導入口１８１ａと対向した内側面１１９ａ１側に絞り部１８４が形成されている。また、図３に示すように、ターミナルプレート１４０には、排出孔１１９ａの排出口１８１ｂが開口した内側面１１９ａ４の平面と内側面１１９ａ３とを遮蔽するように遮蔽部１４２が形成されている。図２には示されていないが、遮蔽部１４２は、絞り部１８４よりも排出孔１１９ａの上流側に位置する。
【００３０】
絞り部１８４は、排出孔１１９ａの内側面１１９ａ１から導入口１８１ａに向かって突出するように形成されている。従って絞り部１８４により排出孔１１９ａの断面積は、導入口１８１ａ側に絞られている。このため、このような絞り部１８４が設けられていない場合と比較して、導入口１８１ａの近傍ではより多くの流量の冷却水が流れることになる。これにより、導入口１８１ａに多くの冷却水を導入させることができ、循環流路部１８１を流れる冷却水の流量が確保されている。また、図３に示すように、排出孔１１９ａの軸方向から見て、即ちＺ方向から見て、絞り部１８４の導入口１８１ａ側の先端は、導入口１８１ａが形成された内側面１１９ａ４の平面と略平行となるように突出している。これにより、より多くの冷却水を導入口１８１ａ側へと案内することができる。
【００３１】
遮蔽部１４２は、排出孔１１９ａの軸方向から見て排出口１８１ｂに重なるように、排出口１８１ｂよりも排出孔１１９ａの上流側に形成されている。これにより、排出孔１１９ａを流れる冷却水が排出口１８１ｂ近傍を流れることが抑制され、冷却水が排出口１８１ｂから循環流路部１８１内に導入されることが抑制されている。従って、循環流路部１８１から排出口１８１ｂを介して排出孔１１９ａに排出される冷却水の流量が確保されており、換言すれば循環流路部１８１を流れる冷却水の流量が確保されている。
【００３２】
以上のように、遮蔽部１４２と絞り部１８４とにより、循環流路部１８１を流れる冷却水の流量が確保されているため、端部部材１２０側に積層され積層体１１０の一端に配置された単セル１１２の温度の低下が十分に抑制されている。
【実施例２】
【００３３】
実施例２の燃料電池スタックについて説明する。尚、以下に説明する複数の実施例において、上述した実施例と同一の構成については同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。図４Ａは、実施例２の燃料電池スタックの部分断面図である。図４Ｂは、実施例２の燃料電池スタックの端部部材１２０ａを積層体１１０側から見た場合の一部分を示した図である。
【００３４】
実施例２の端部部材１２０ａは、ターミナルプレート１４０ａ、インシュレータ１６０、及びエンドプレート１８０ａを有している。実施例２のエンドプレート１８０ａは、実施例１のエンドプレート１８０とは異なり、絞り部１８４は形成されていない。また、実施例２のターミナルプレート１４０ａは、実施例１のターミナルプレート１４０とは異なり、遮蔽部１４２に加えて絞り部１４４ａが一体的に形成されている。絞り部１４４ａも、内側面１１９ａ１側から導入口１８１ａ側に突出している。また、図４Ｂに示すように、絞り部１４４ａの導入口１８１ａ側の先端も、導入口１８１ａが形成された平面と略平行となっている。絞り部１４４ａは、導入口１８１ａよりも排出孔１１９ａの上流側に位置しており、Ｚ方向での高さ位置が遮蔽部１４２と同じである。遮蔽部１４２及び絞り部１４４ａは、排出孔１１９ａの導入口１８１ａの周辺のみを開放しつつその他の排出孔１１９ａは遮蔽している。従って遮蔽部１４２及び絞り部１４４ａにより、導入口１８１ａ近傍で排出孔１１９ａの断面積が絞られていることにより導入口１８１ａの近傍での冷却水の流量を確保することができる。このため、循環流路部１８１を流れる冷却水の流量が確保されている。
【００３５】
また、実施例２では、ターミナルプレート１４０ａの形状を工夫すれば、エンドプレート１８０ａの形状を工夫することなく、循環流路部１８１を流れる冷却水の流量を確保できる。このため、実施例１のエンドプレート１８０と比較して実施例２のエンドプレート１８０ａを容易に製造でき、エンドプレート１８０ａの製造コストの低減を図ることができる。
【実施例３】
【００３６】
実施例３の燃料電池スタックについて説明する。図５Ａは、実施例３の燃料電池スタックの部分断面図である。図５Ｂは、実施例３の燃料電池スタックの端部部材１２０ｂを積層体１１０側から見た場合の一部分を示した図である。
【００３７】
実施例３の端部部材１２０ｂは、ターミナルプレート１４０ａ、インシュレータ１６０ａ、及びエンドプレート１８０ａを有している。実施例３のインシュレータ１６０ａには、実施例１及び２のインシュレータ１６０とは異なり、エンドプレート１８０ａの導入口１８１ａ近傍に切欠部１６２が形成されている。切欠部１６２は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、導入口１８１ａの開口縁のうち排出孔１１９ａの上流側の縁を切り欠くよう形成されている。図５Ｂでは、切欠部１６２を点線で示している。切欠部１６２は、導入口１８１ａの開口面積を拡大するように形成されている。また、切欠部１６２の面は、図５Ａに示すように、排出孔１１９ａの上流側から下流側にかけて導入口１８１ａから冷却水が流れる方向に斜めに傾斜している。このため、切欠部１６２により、より多くの冷却水を循環流路部１８１内に案内することができる。また、切欠部１６２は、排出孔１１９ａから導入口１８１ａに流れる冷却水の流れを妨げないように斜めに傾斜されているため、冷却水の圧損も抑制されている。従って、冷却水の圧損を抑制しつつ循環流路部１８１を流れる冷却水の流量が確保されている。
【実施例４】
【００３８】
実施例４の燃料電池スタックについて説明する。図６Ａは、実施例４の燃料電池スタックの端部部材１２０ｃの部分断面図である。実施例４の端部部材１２０ｃでは、ターミナルプレート１４０、インシュレータ１６０、及びエンドプレート１８０ｃを有している。実施例４でのエンドプレート１８０ｃでは、絞り部１８４の代わりに、絞り部１８４ｃが形成されている。絞り部１８４ｃは、排出孔１１９ａの上流側から下流側にかけて導入口１８１ａに接近するように斜めに突出した傾斜状である。このため、冷却水の圧損の増大を抑制しつつ、導入口１８１ａに冷却水を案内することができる。また、絞り部１８４ｃにより、導入口１８１ａ近傍で排出孔１１９ａの断面積が絞られているため、導入口１８１ａの近傍を流れる冷却水の流量を確保できる。このため、上述した実施例と同様に、導入口１８１ａ及び排出口１８１ｂ間の差圧により導入口１８１ａに流れる冷却水の流量を確保でき、これによっても循環流路部１８１を流れる冷却水の流量が確保されている。
【実施例５】
【００３９】
実施例５の燃料電池スタックについて説明する。図６Ｂは、実施例５の燃料電池スタックの端部部材１２０ｄの部分断面図である。実施例５の端部部材１２０ｄは、ターミナルプレート１４０、インシュレータ１６０ａ、及びエンドプレート１８０ｃを有している。実施例５では、インシュレータ１６０ｃの切欠部１６２とエンドプレート１８０ｃの絞り部１８４ｃとにより、圧損の増大を抑制しつつ冷却水を導入口１８１ａに案内できる。これにより、循環流路部１８１を流れる冷却水の流量が確保されている。尚、切欠部１６２の面と絞り部１８４ｃの面とは、互いに略平行に対向している。
【実施例６】
【００４０】
実施例６の燃料電池スタックについて説明する。図７Ａは、実施例６の燃料電池スタックの端部部材１２０ｅの部分断面図である。実施例６の端部部材１２０ｅは、ターミナルプレート１４０、インシュレータ１６０、及びエンドプレート１８０ｅを有している。実施例６のエンドプレート１８０ｅは、実施例５のエンドプレート１８０ｃとは異なり、切欠部１６２は形成されておらず、絞り部１８４ｃの代わりに絞り部１８４ｅが形成されている。絞り部１８４ｅは、絞り部１８４ｃよりも傾斜角度が水平に近い。このような絞り部１８４ｅによっても、圧損を抑制しつつ導入口１８１ａに冷却水を案内でき、循環流路部１８１を流れる冷却水の流量が確保されている。
【実施例７】
【００４１】
実施例７の燃料電池スタックについて説明する。図７Ｂは、実施例７の燃料電池スタックの端部部材１２０ｆの部分断面図である。実施例７の端部部材１２０ｆは、ターミナルプレート１４０、インシュレータ１６０、及びエンドプレート１８０ｆを有している。実施例７のエンドプレート１８０ｆは、実施例６のエンドプレート１８０ｅとは異なり、絞り部１８４ｅの代わりに絞り部１８４ｆが形成されている。絞り部１８４ｆは、導入口１８１ａに対向した面が球状に湾曲して形成されている。換言すれば、絞り部１８４ｆは凹状に湾曲している。この絞り部１８４ｆにより、冷却水の圧損の増大を抑制しつつ導入口１８１ａに冷却水を案内することができる。
【実施例８】
【００４２】
実施例８の燃料電池スタックについて説明する。図８Ａは、実施例８の燃料電池スタックの端部部材１２０ｇの部分断面図である。図８Ｂは、実施例８の燃料電池スタックの端部部材１２０ｇを積層体１１０側から見た場合の一部分を示した図である。実施例８の端部部材１２０ｇは、ターミナルプレート１４０、インシュレータ１６０ｇ、及びエンドプレート１８０ｃを有している。実施例８のインシュレータ１６０ｇは、実施例７等のインシュレータ１６０とは異なり、突起部１６６が形成されている。突起部１６６の先端は、球面状に形成されているが、これに限定されない。突起部１６６は、導入口１８１ａよりも排出孔１１９ａの上流側に位置して導入口１８１ａが開口した排出孔１１９ａの内側面１１９ａ４から内側面１１９ａ１側に突出している。換言すれば、突起部１６６は、絞り部１８４ｃ側に突出している。このため、突起部１６６と絞り部１８４ｃとにより、両者間の排出孔１１９ａの断面積が絞られている。これにより、導入口１８１ａの近傍を流れる冷却水の流量を確保しつつ、導入口１８１ａにも冷却水を案内でき、循環流路部１８１を流れる冷却水の流量が確保されている。
【００４３】
次に、上述した各実施例での冷却水の分配率について説明する。図９は、実施例１〜７までの冷却水の分配率と、比較例の分配率とを示したグラフである。分配率とは、排出孔１１９ａを流れる冷却水に対する循環流路部１８１を流れる冷却水の割合である。分配率が大きいほど循環流路部１８１に流れる冷却水の流量が多いことを示す。ここで、比較例は、上述した米国特許第９５０２７２２号公報に開示されている構成と同様に、エンドプレートに一体的にベーンが形成されている構成である。分配率は、比較例、実施例１、実施例４、実施例２、実施例５、実施例６、実施例３、実施例７の順に大きくなる。何れの実施例においても、比較例より分配率が確保されている。
【００４４】
実施例１の方が比較例よりも分配率が大きい理由は、以下のように考えられる。実施例１では、遮蔽部１４２と絞り部１８４とにより導入口１８１ａに流入する冷却水の流量が確保されている。これに対して、比較例ではこのような導入口により多くの冷却水が導入される構成は備えていないからである。
【００４５】
実施例４の方が実施例１よりも分配率が大きい理由は、実施例４の傾斜した絞り部１８４ｃの方が実施例１の絞り部１８４よりも、導入口１８１ａにより多くの冷却水を案内することができるからと考えられる。実施例２の方が実施例４よりも分配率が大きい理由は、実施例２の遮蔽部１４２及び絞り部１４４ａにより導入口１８１ａ及び排出口１８１ｂよりも排出孔１１９ａの上流側で、導入口１８１ａ近傍と排出口１８１ｂ近傍との間で差圧を生じさせることにより、より多くの冷却水を導入口１８１ａに導入させることができるからと考えられる。実施例５の方が実施例４よりも分配率が大きい理由は、実施例４では切欠部１６２は形成されていないが、実施例５では切欠部１６２が形成されており、実施例５の絞り部１８４ｃと切欠部１６２とにより多くの冷却水を導入口１８１ａへと案内することができるからと考えられる。実施例６の方が実施例５よりも分配率が大きい理由は、実施例６では切欠部１６２は形成されていないが絞り部１８４ｅの傾斜角度がより水平に近いため、より多くの冷却水が導入口１８１ａに流れるからと考えられる。実施例３の方が実施例６よりも分配率が大きい理由は、遮蔽部１４２及び絞り部１４４ａにより導入口１８１ａ及び排出口１８１ｂよりも排出孔１１９ａの上流側で差圧を生じさせつつ、更に切欠部１６２により導入口１８１ａの開口縁の排出孔１１９ａの上流側が切り欠けられているため、より多くの冷却水が導入口１８１ａに流れるからと考えられる。実施例７の方が実施例６よりも分配率が大きい理由は、絞り部１８４ｆが凹状に湾曲しており、より多くの冷却水を導入口１８１ａに案内することができるからと考えられる。
【００４６】
また、上述した複数の実施例のように、循環流路部での冷却水の流量を確保するための絞り部や遮蔽部、突起部は、冷却水の圧損や製造コストを考慮して、エンドプレート、インシュレータ、及びターミナルプレートの何れに設けてもよい。このため、循環流路部での冷却水の流量を確保するための構造の設計の自由度が向上している。
【００４７】
上述した複数の実施例では、循環流路部１８１はエンドプレートのインシュレータ側の面に溝状に形成されているが、これに限定されない。例えば循環流路部は、エンドプレートのインシュレータ側の面と反対側の面との間であってエンドプレート内に形成されていてもよい。また、循環流路部は、インシュレータやターミナルプレートに形成されていてもよい。例えば循環流路部がインシュレータに形成されている場合には、ターミナルプレート側の面に溝状に形成されていてもよいし、エンドプレート側の面に溝状に形成されていてもよいし、ターミナルプレート側の面とエンドプレート側の面との間でインシュレータ内に形成されていてもよい。循環流路部がターミナルプレートに形成されている場合には、積層体１１０側の面に溝状に形成されていてもよいし、インシュレータ側の面に溝状に形成されていてもよいし、積層体１１０側の面とインシュレータ側の面との間でターミナルプレート内に形成されていてもよい。また、循環流路部は、エンドプレートのインシュレータ側の面に溝状に形成された流路部と、インシュレータのエンドプレート側の面に溝状に形成された流路部とが合わさって形成されていてもよい。循環流路部は、インシュレータのターミナルプレート側の面に溝状に形成された流路部と、ターミナルプレートのインシュレータ側の面に溝状に形成された流路部とが合わさって形成されていてもよい。
【００４８】
上述した複数の実施例では、絞り部１８４や絞り部１８４ｃ等はエンドプレートに形成されているが、これに限定されない。例えば絞り部は、インシュレータやターミナルに形成されていてもよい。例えば絞り部は、インシュレータのみに形成されていてもよいし、ターミナルのみに形成されていてもよいし、インシュレータとエンドプレートとに跨って双方に形成されていてもよいし、ターミナルとインシュレータとに跨って双方に形成されていてもよいし、ターミナル、インシュレータ、及びエンドプレートの全てに跨って形成されていてもよい。
【００４９】
上述した複数の実施例では遮蔽部１４２はターミナルプレート１４０に形成されているがこれに限定されない。例えば遮蔽部は、循環流路部の排出口よりも排出孔１１９ａの上流側に形成されているのであれば、インシュレータに形成されていてもよいし、エンドプレートに形成されていてもよいし、インシュレータとエンドプレートの双方に跨って形成されていてもよい。
【００５０】
尚、図１に示したように、単セル１１２の積層方向が重力方向となるようにスタック１００は配置されているが、これに限定されず、例えば単セル１１２の積層方向が水平方向となるようにスタック１００が配置されていてもよい。
【００５１】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１００  燃料電池スタック
１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇ  端部部材
１４０、１４０ａ  ターミナルプレート
１４２  遮蔽部
１６０、１６０ａ、１６０ｇ  インシュレータ
１６２  切欠部
１６６  突起部
１８０、１８０ａ、１８０ｃ、１８０ｅ、１８０ｆ  エンドプレート
１８１  循環流路部
１８１ａ  導入口
１８１ｂ  排出口
１８４、１８４ｃ、１８４ｅ、１８４ｆ、１４４ａ  絞り部
【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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【図９】
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