(57)【要約】【課題】Ｈフロー型冷却媒体流路の下流側にヒートスポットが集中して発生することを確実に阻止し、熱による劣化を可及的に抑制することを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０では、冷却媒体流路の入口側には、冷却媒体流路を流路幅方向に挟んで一対の冷却媒体入口連通孔４２ａが設けられる。冷却媒体流路の出口側には、冷却媒体流路を流路幅方向に挟んで一対の冷却媒体出口連通孔４２ｂが設けられる。第２エンドプレート１８ｂには、冷却媒体入口連通孔４２ａに連通する一対の冷却媒体供給マニホールド７８ａ１、７８ａ２が設けられる。一対の冷却媒体供給マニホールド７８ａ１、７８ａ２間には、冷却媒体の分配量を調整する分配量調整機構８４が設けられる。【選択図】図１
2015049933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に一対の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積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されて積層方向両端に長方形状の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、前記エンドプレートの長辺方向に沿って形成され、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一対の冷却媒体入口連通孔が設けられ、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一対の冷却媒体出口連通孔が設けられる燃料電池スタックであって、
一方の前記エンドプレートには、前記冷却媒体入口連通孔又は前記冷却媒体出口連通孔に連通する一対の冷却媒体マニホールドが設けられるとともに、
前記一対の冷却媒体マニホールド間には、前記冷却媒体の分配量を調整する分配量調整機構が設けられ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、前記分配量調整機構は、流量調整バルブを備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
電解質膜の両側に一対の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積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されて積層方向両端に長方形状の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、前記エンドプレートの長辺方向に沿って形成され、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一対の冷却媒体入口連通孔が設けられ、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一対の冷却媒体出口連通孔が設けられる燃料電池スタックの冷却媒体制御方法であって、
一方の前記エンドプレートには、前記冷却媒体入口連通孔又は前記冷却媒体出口連通孔に連通する一対の冷却媒体マニホールドが設けられるとともに、
前記一対の冷却媒体マニホールド間には、前記冷却媒体の分配量を調整する分配量調整機構が設けられており、
各冷却媒体マニホールドを流通する前記冷却媒体の分配量を調整することを特徴とする燃料電池スタックの冷却媒体制御方法。
【請求項４】
請求項３記載の冷却媒体制御方法において、前記分配量調整機構は、流量調整バルブにより前記冷却媒体の分配量を調整することを特徴とする燃料電池スタックの冷却媒体制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に電極が設けられた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタック及びその冷却媒体制御方法に関する。
【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た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を積層し、積層方向両端にエンドプレートを配設することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気車両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。一方、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、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、所謂、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、燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔を有し、酸化剤ガス連通孔は、酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔を有し、冷却媒体連通孔は、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔を有している。
【０００５】
例えば、特許文献１の燃料電池スタックでは、セパレータの互いに対向する一方の２辺に、積層方向に貫通し、それぞれ各辺に振り分けられて冷却媒体を流すための一対の冷却媒体入口連通孔及び一対の冷却媒体出口連通孔が設けられている。
【０００６】
上記の構成では、上下又は左右一対の冷却媒体入口連通孔から冷却媒体流路に冷却媒体が互いに近接する方向に供給された後、前記冷却媒体は、前記冷却媒体流路に沿って水平方向又は鉛直方向に流通している。冷却媒体は、さらに上下方向又は左右方向に互いに離間する方向に分散された後、一対の冷却媒体出口連通孔に排出されている。この冷却媒体流路構成を、以下、Ｈフロー型冷却媒体流路ともいう。
【０００７】
上記のように、一対の冷却媒体入口連通孔及び一対の冷却媒体出口連通孔が、それぞれ振り分けて設けられている。このため、冷却媒体流路全域に対して冷却媒体を均一且つ確実に供給することができる。従って、発電領域全体にわたって湿度環境を均一化することが可能になり、効率的な発電が良好に遂行される、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】再公表ＷＯ２０１０／０８２５８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１では、例えば、図６に示すセパレータ１を備えている。セパレータ１には、一対の冷却媒体入口連通孔２ａ、２ａと一対の冷却媒体出口連通孔２ｂ、２ｂとが積層方向に貫通形成されている。セパレータ１の面内には、冷却媒体流路３が形成され、前記冷却媒体流路３は、矢印ｈ方向（例えば、水平方向）に延在している。
【００１０】
冷却媒体流路３の入口側には、一対の冷却媒体入口連通孔２ａ、２ａが入口連結路４ａ、４ａを介して連通している。冷却媒体流路３の出口側には、一対の冷却媒体出口連通孔２ｂ、２ｂが出口連結路４ｂ、４ｂを介して連通している。
【００１１】
ところで、セパレータ１において、一対の冷却媒体入口連通孔２ａ、２ａから冷却媒体流路３に供給される冷却媒体は、前記冷却媒体流路３の幅方向中央部側の流量が、該冷却媒体流路３の幅方向両側の流量よりも少なくなり易い。このため、特に冷却媒体流路３の幅方向中央部の下流側には、冷却媒体が流れ難くなり、冷却性が低下して、所謂、ヒートスポット５が一定の位置に発生するおそれがある。これにより、電解質膜・電極構造体が熱により劣化し易く、耐久性が低下するという問題がある。
【００１２】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、Ｈフロー型冷却媒体流路の下流側にヒートスポットが集中して発生することを確実に阻止し、熱による劣化を可及的に抑制することが可能な燃料電池スタック及びその冷却媒体制御方法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、電解質膜の両側に一対の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積層される燃料電池を有している。複数の燃料電池が積層されており、積層方向両端には、長方形状のエンドプレートが配設されている。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、エンドプレートの長辺方向に沿って形成されている。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一対の冷却媒体入口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一対の冷却媒体出口連通孔が設けられている。
【００１４】
この燃料電池スタックでは、一方のエンドプレートには、冷却媒体入口連通孔又は冷却媒体出口連通孔に連通する一対の冷却媒体マニホールドが設けられている。そして、一対の冷却媒体マニホールド間には、冷却媒体の分配量を調整する分配量調整機構が設けられている。
【００１５】
また、この燃料電池スタックでは、分配量調整機構は、流量調整バルブを備えることが好ましい。
【００１６】
さらに、この燃料電池スタックの冷却媒体制御方法では、冷却媒体入口連通孔又は冷却媒体出口連通孔に連通する一対の冷却媒体マニホールドが設けられるとともに、前記一対の冷却媒体マニホールド間には、冷却媒体の分配量を調整する分配量調整機構が設けられており、各冷却媒体マニホールドを流通する冷却媒体の分配量を調整している。
【００１７】
さらにまた、この冷却媒体制御方法では、分配量調整機構は、流量調整バルブにより冷却媒体の分配量を調整することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、一対の冷却媒体マニホールドを流通する冷却媒体の分配量が調整されている。このため、冷却媒体流路では、冷却媒体の流量を流路幅方向に沿って変動させることができる。従って、特に、冷却媒体流路の幅方向中央部の下流側には、ヒートスポットが集中して発生することを確実に阻止し、熱による劣化を可及的に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの第２エンドプレート側からの概略斜視説明図である。
【図２】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３】前記第２エンドプレートに設けられた冷却媒体供給構造体の、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。
【図４】下方の冷却媒体入口連通孔に多量の冷却媒体が供給される際の冷却媒体流路の流れ説明図である。
【図５】上方の冷却媒体入口連通孔に多量の冷却媒体が供給される際の前記冷却媒体流路の流れ説明図である。
【図６】特許文献１の燃料電池スタックを構成するセパレータの正面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１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。
【００２１】
燃料電池１２の積層方向一端には、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。
【００２２】
横長形状の第１エンドプレート１８ａの中央部からは、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。横長形状の第２エンドプレート１８ｂの中央部からは、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。第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂの各辺間には、連結バー２２の両端がねじ２３により固定され、複数の積層された燃料電池１２に積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。
【００２３】
図２に示すように、燃料電池１２は、第１セパレータ２４、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２６ａ、第２セパレータ２８、第２電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２６ｂ及び第３セパレータ３０を有する。
【００２４】
第１セパレータ２４、第２セパレータ２８及び第３セパレータ３０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縦長形状の金属板により構成される。第１セパレータ２４、第２セパレータ２８及び第３セパレータ３０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。第１セパレータ２４、第２セパレータ２８及び第３セパレータ３０は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。
【００２５】
第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂ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３２を備える。固体高分子電解質膜３２は、アノード電極３４及びカソード電極３６に挟持される。アノード電極３４は、カソード電極３６よりも小さな平面寸法（表面寸法）を有する段差ＭＥＡを構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、アノード電極３４は、カソード電極３６よりも大きな平面寸法を有してもよく、又は、前記カソード電極３６と同一の平面寸法を有していてもよい。
【００２６】
アノード電極３４及びカソード電極３６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が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、例えば、固体高分子電解質膜３２の両面に形成される。
【００２７】
燃料電池１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔４０ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス出口連通孔４０ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。
【００２８】
燃料電池１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔４０ａ及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３８ｂが設けられる。
【００２９】
燃料電池１２の互いに対向する長辺の両端縁部一方には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔４２ａが設けられる。燃料電池１２の互いに対向する長辺の両端縁部他方には、冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔４２ｂが設けられる。
【００３０】
各冷却媒体入口連通孔４２ａ、４２ａは、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔４０ｂに近接し、且つそれぞれ矢印Ｃ方向両側の各長辺に振り分けられる。各冷却媒体出口連通孔４２ｂ、４２ｂは、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ及び燃料ガス入口連通孔４０ａにそれぞれ近接し、且つそれぞれ矢印Ｃ方向両側の各長辺に振り分けられる。
【００３１】
第１セパレータ２４の第１電解質膜・電極構造体２６ａに向かう面２４ａには、燃料ガス入口連通孔４０ａと燃料ガス出口連通孔４０ｂとを連通する波形状（又は直線状）の第１燃料ガス流路４４が形成される。第１燃料ガス流路４４は、矢印Ｂ方向に延在し、その入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４６ａ及び出口バッファ部４６ｂが設けられる。
【００３２】
第１セパレータ２４の面２４ｂには、冷却媒体入口連通孔４２ａと冷却媒体出口連通孔４２ｂとを連通する冷却媒体流路４８の一部が形成される。冷却媒体流路４８の一部は、第１燃料ガス流路４４の裏面形状として形成される。冷却媒体流路４８は、矢印Ｂ方向（第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂの長辺方向）に沿って延在する。
【００３３】
第２セパレータ２８の第１電解質膜・電極構造体２６ａに向かう面２８ａには、酸化剤ガス入口連通孔３８ａと酸化剤ガス出口連通孔３８ｂとを連通する波形状（又は直線状）の第１酸化剤ガス流路５０が形成される。第１酸化剤ガス流路５０の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部５２ａ及び出口バッファ部５２ｂが設けられる。
【００３４】
第２セパレータ２８の第２電解質膜・電極構造体２６ｂに向かう面２８ｂには、燃料ガス入口連通孔４０ａと燃料ガス出口連通孔４０ｂとを連通する波形状（又は直線状）の第２燃料ガス流路５４が形成される。第２燃料ガス流路５４の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部５６ａ及び出口バッファ部５６ｂが設けられる。
【００３５】
第３セパレータ３０の第２電解質膜・電極構造体２６ｂに向かう面３０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３８ａと酸化剤ガス出口連通孔３８ｂとを連通する波形状（又は直線状）の第２酸化剤ガス流路５８が形成される。第２酸化剤ガス流路５８の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６０ａ及び出口バッファ部６０ｂが設けられる。
【００３６】
第３セパレータ３０の面３０ｂには、冷却媒体流路４８の一部が形成される。冷却媒体流路４８の入口側には、前記冷却媒体流路４８を流路幅方向に挟んで一対の冷却媒体入口連通孔４２ａが設けられる。冷却媒体流路４８の出口側には、前記冷却媒体流路４８を流路幅方向に挟んで一対の冷却媒体出口連通孔４２ｂが設けられる。面３０ｂには、冷却媒体入口連通孔４２ａと冷却媒体流路４８とを連通する供給連結路６１ａが設けられる。供給連結路６１ａは、燃料ガス出口連通孔４０ｂ寄りに設けられる。面３０ｂには、冷却媒体出口連通孔４２ｂと冷却媒体流路４８とを連通する排出連結路６１ｂが設けられる。排出連結路６１ｂは、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ寄りに設けられる。
【００３７】
第１セパレータ２４は、燃料ガス入口連通孔４０ａと第１燃料ガス流路４４とを連通する複数の供給連結路６２ａと、燃料ガス出口連通孔４０ｂと前記第１燃料ガス流路４４とを連通する複数の排出連結路６２ｂとを有する。第２セパレータ２８は、燃料ガス入口連通孔４０ａと第２燃料ガス流路５４とを連通する複数の供給連結路６４ａと、燃料ガス出口連通孔４０ｂと前記第２燃料ガス流路５４とを連通する複数の排出連結路６４ｂとを有する。
【００３８】
供給連結路６２ａ及び排出連結路６２ｂには、ブリッジ部として蓋体６６ａ、６６ｂが配置される。供給連結路６４ａ及び排出連結路６４ｂには、ブリッジ部として蓋体６８ａ、６８ｂが配置される。
【００３９】
第１セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１セパレータ２４の外周端縁部を周回して第１シール部材７０が一体成形される。第２セパレータ２８の面２８ａ、２８ｂには、この第２セパレータ２８の外周端縁部を周回して第２シール部材７２が一体成形される。第３セパレータ３０の面３０ａ、３０ｂには、この第３セパレータ３０の外周端縁部を周回して第３シール部材７４が一体成形される。
【００４０】
第１シール部材７０、第２シール部材７２及び第３シール部材７４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。
【００４１】
図１に示すように、第２エンドプレート１８ｂの外面には、上下の冷却媒体入口連通孔４２ａ、４２ａに一体に連通する冷却媒体供給構造体７６ａが取り付けられる。第２エンドプレート１８ｂの外面には、上下の冷却媒体出口連通孔４２ｂ、４２ｂに一体に連通する冷却媒体排出構造体７６ｂが取り付けられる。
【００４２】
図１及び図３に示すように、冷却媒体供給構造体７６ａは、一対の冷却媒体入口連通孔４２ａ、４２ａに連通する一対の略矩形状の冷却媒体供給マニホールド（冷却媒体マニホールド）７８ａ１、７８ａ２を有する。冷却媒体供給マニホールド７８ａ１、７８ａ２は、それぞれ複数のねじ７９を介して第２エンドプレート１８ｂの外面に固定される（図１参照）。
【００４３】
冷却媒体供給マニホールド７８ａ１、７８ａ２には、略角筒形状（又は略円筒形状）の連結筒部８０ａ１、８０ａ２が一体に設けられるとともに、前記連結筒部８０ａ１、８０ａ２同士が一体化される。連結筒部８０ａ１、８０ａ２の連結部位には、開口断面円形状の冷却媒体入口８２ａが形成される。
【００４４】
図３に示すように、連結筒部８０ａ１の内寸法Ｌ１（内径でもよい）は、連結筒部８０ａ２の内寸法Ｌ２（内径でもよい）よりも大きな寸法に設定されることが好ましい（Ｌ１＞Ｌ２）。連結筒部８０ａ１と連結筒部８０ａ２とは、外周の肉厚が同一寸法に設定されることにより、前記連結筒部８０ａ１内部の開口断面積は、前記連結筒部８０ａ２内部の開口断面積よりも大きな寸法に設定される。
【００４５】
冷却媒体供給マニホールド７８ａ１、７８ａ２間には、具体的には、連結筒部８０ａ１には、分配量調整機構８４が一体で取り付けられる。分配量調整機構８４は、冷却媒体供給マニホールド７８ａ１と冷却媒体供給マニホールド７８ａ２とを流通する冷却媒体の分配量を調整する。
【００４６】
分配量調整機構８４は、連結筒部８０ａ１の外部に配置されるアクチュエータ（電磁弁やモータ等）８６を備え、前記アクチュエータ８６から前記連結筒部８０ａ１内に軸部８８が挿入される。軸部８８には、バタフライバルブ９０が設けられ、連結筒部８０ａ１の内部における前記バタフライバルブ９０の角度姿勢が変更されることにより、前記連結筒部８０ａ１内部の開口断面積が変動する。
【００４７】
冷却媒体排出構造体７６ｂは、上記の冷却媒体供給構造体７６ａと同様に構成され、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。
【００４８】
冷却媒体排出構造体７６ｂには、分配量調整機構８４が設けられていない。また、連結筒部８０ｂ１、８０ｂ２の連結部位には、開口断面円形状の冷却媒体出口８２ｂが形成される。さらに、連結筒部８０ｂ１内部の開口断面積は、連結筒部８０ｂ２内部の開口断面積と同一に設定される。ここで、分配量調整機構８４は、冷却媒体供給構造体７６ａに代えて、冷却媒体排出構造体７６ｂに設けてもよい。
【００４９】
第１エンドプレート１８ａには、図示しないが、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ、燃料ガス入口連通孔４０ａ及び燃料ガス出口連通孔４０ｂにそれぞれ連通するマニホールドが設けられる。
【００５０】
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。
【００５１】
先ず、図示しないマニホールドから酸化剤ガス入口連通孔３８ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔４０ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。
【００５２】
さらに、図１に示すように、冷却媒体供給構造体７６ａの冷却媒体入口８２ａに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、連結筒部８０ａ１、８０ａ２を通って冷却媒体供給マニホールド７８ａ１、７８ａ２から一対の冷却媒体入口連通孔４２ａ、４２ａに供給される。
【００５３】
図２に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３８ａから第２セパレータ２８の第１酸化剤ガス流路５０及び第３セパレータ３０の第２酸化剤ガス流路５８に導入される。酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体２６ａのカソード電極３６に供給される。さらに、残余の酸化剤ガスは、第２酸化剤ガス流路５８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体２６ｂのカソード電極３６に供給される。
【００５４】
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔４０ａから第１セパレータ２４の第１燃料ガス流路４４に沿って水平方向（矢印Ｂ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体２６ａのアノード電極３４に供給される。また、残余の燃料ガスは、第２セパレータ２８の第２燃料ガス流路５４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体２６ｂのアノード電極３４に供給される。
【００５５】
従って、第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂでは、カソード電極３６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３４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。
【００５６】
次いで、第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂの各カソード電極３６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに沿って矢印Ａ方向に流通する。第１電解質膜・電極構造体２６ａのアノード電極３４に供給されて消費された燃料ガス、及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂのアノード電極３４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔４０ｂに沿って矢印Ａ方向に流通する。酸化剤ガス及び燃料ガスは、第１エンドプレート１８ａのマニホールド（図示せず）を介して排出される。
【００５７】
一方、上下一対の冷却媒体入口連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、一方の燃料電池１２を構成する第１セパレータ２４と、他方の燃料電池１２を構成する第３セパレータ３０との間に形成された冷却媒体流路４８に導入される。
【００５８】
各冷却媒体入口連通孔４２ａ、４２ａから冷却媒体流路４８に供給される冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向（重力方向）内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向（水平方向）に移動して第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂを冷却する。この冷却媒体は、さらに矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔４２ｂ、４２ｂに排出される。所謂、Ｈフロー型冷却媒体流路である。
【００５９】
次いで、本発明の冷却媒体制御方法について、以下に説明する。
【００６０】
図１及び図３に示すように、第２エンドプレート１８ｂの外面には、上下の冷却媒体入口連通孔４２ａ、４２ａに一体に連通する冷却媒体供給構造体７６ａが取り付けられている。そして、冷却媒体供給構造体７６ａを構成する連結筒部８０ａ１には、冷却媒体供給マニホールド７８ａ１と冷却媒体供給マニホールド７８ａ２とを流通する冷却媒体の分配量を調整する分配量調整機構８４が取り付けられている。
【００６１】
そこで、分配量調整機構８４を構成するアクチュエータ８６の作用下に、軸部８８と一体にバタフライバルブ９０が回転され、連結筒部８０ａ１の内部で所定の角度姿勢に配置される。例えば、バタフライバルブ９０は、連結筒部８０ａ１の内部の開口断面積を連結筒部８０ａ２の内部の開口断面積よりも小さな寸法に設定する角度姿勢に配置される（図３参照）。
【００６２】
このため、冷却媒体入口８２ａから冷却媒体供給構造体７６ａ内に供給された冷却媒体は、連結筒部８０ａ１よりも連結筒部８０ａ２に多くの流量が分配される。すなわち、冷却媒体供給マニホールド７８ａ２には、冷却媒体供給マニホールド７８ａ１よりも多くの冷却媒体が流通される。
【００６３】
従って、図４に示すように、上方の冷却媒体入口連通孔４２ａから冷却媒体流路４８に供給される冷却媒体の流量は、下方の冷却媒体入口連通孔４２ａから前記冷却媒体流路４８に供給される前記冷却媒体の流量よりも少量になる。これにより、ヒートスポットは、冷却媒体流路４８の幅方向中央部よりも上方で且つ下流側に移動している。
【００６４】
このため、冷却媒体流路４８では、冷却媒体の流量分布を流路幅方向に沿って変動させることができる。従って、特に、冷却媒体流路４８の幅方向中央部の下流側には、ヒートスポットが集中して発生することを確実に阻止し、熱による第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂの劣化を可及的に抑制することが可能になるという効果が得られる。
【００６５】
一方、図３に示すように、分配量調整機構８４を構成するアクチュエータ８６の作用下に、バタフライバルブ９０が角度姿勢を変更される。例えば、バタフライバルブ９０は、連結筒部８０ａ１の内部で冷却媒体流れ方向に沿って配置される。これにより、連結筒部８０ａ１の内部の開口断面積は、連結筒部８０ａ２の内部の開口断面積よりも大きな寸法に設定される。連結筒部８０ａ１の内寸法Ｌ１は、連結筒部８０ａ２の内寸法Ｌ２よりも大きな寸法に設定されているからである。
【００６６】
このため、図５に示すように、上方の冷却媒体入口連通孔４２ａから冷却媒体流路４８に供給される冷却媒体の流量は、下方の冷却媒体入口連通孔４２ａから前記冷却媒体流路４８に供給される前記冷却媒体の流量よりも多量になる。従って、ヒートスポットは、冷却媒体流路４８の幅方向中央部よりも下方で且つ下流側に移動している。
【００６７】
これにより、冷却媒体流路４８では、冷却媒体の流量分布を流路幅方向に沿って変動させることができ、ヒートスポットが特定の場所に集中して発生することを確実に阻止することが可能になる。このため、熱による第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂの劣化を可及的に抑制することができるという効果が得られる。
【００６８】
なお、本実施形態では、燃料電池１２は、３枚のセパレータと２枚のＭＥＡとで構成され、前記燃料電池１２内に冷却媒体流路が設けられない、所謂、間引き冷却構造を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、２枚のセパレータ間に１枚のＭＥＡを挟持する燃料電池を用いることができる。この燃料電池は、所謂、各セル冷却構造である。また、分配量調整機構８４は、バタフライバルブ９０に代えて、例えば、種々の流量調整弁を採用することが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１０…燃料電池スタック              １２…燃料電池
１８ａ、１８ｂ…エンドプレート      ２４、２８、３０…セパレータ
２６ａ、２６ｂ…電解質膜・電極構造体
３２…固体高分子電解質膜            ３４…アノード電極
３６…カソード電極                  ３８ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔        ４０ａ…燃料ガス入口連通孔
４０ｂ…燃料ガス出口連通孔          ４２ａ…冷却媒体入口連通孔
４２ｂ…冷却媒体出口連通孔          ４４、５４…燃料ガス流路
４８…冷却媒体流路                  ５０、５８…酸化剤ガス流路
７６ａ…冷却媒体供給構造体          ７６ｂ…冷却媒体排出構造体
７８ａ１、７８ａ２…冷却媒体供給マニホールド
８０ａ１、８０ａ２…連結筒部        ８４…分配量調整機構
８６…アクチュエータ                ８８…軸部
９０…バタフライバルブ
【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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