(57)【要約】【課題】簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体マニホールドの変形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、第２エンドプレート１８ｂに冷却媒体供給マニホールド７２ａが取り付けられる。冷却媒体供給マニホールド７２ａは、冷却媒体を流通させる流通用空間部８０ａを有し、前記冷却媒体供給マニホールド７２ａには、第１締結部と第２締結部とが設けられる。第１締結部は、流通用空間部８０ａの外部で、冷却媒体供給マニホールド７２ａと第２エンドプレート１８ｂとを締結する。第２締結部は、流通用空間部８０ａの内部で、冷却媒体供給マニホールド７２ａと第２エンドプレート１８ｂとを締結する。【選択図】図４
2016184529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に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単位セルを有し、複数の前記単位セルが積層されて積層方向両端に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供給連通孔が設けられ、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排出連通孔が設けられる燃料電池スタックであって、
一方のエンドプレートには、前記一対の冷却媒体供給連通孔又は前記一対の冷却媒体排出連通孔に連通する冷却媒体マニホールドが設けられ、
前記冷却媒体マニホールドは、前記一対の冷却媒体供給連通孔同士又は前記一対の冷却媒体排出連通孔同士を連通し、前記冷却媒体を流通させる流通用空間部を有するとともに、
前記冷却媒体マニホールドには、前記流通用空間部の外部で、該冷却媒体マニホールドと前記一方のエンドプレートとを締結する第１締結部と、
前記流通用空間部の内部に突出するボス部、及び前記ボス部を介して前記冷却媒体マニホールドと前記一方のエンドプレートとを締結する締結ボルトを備える第２締結部と、
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、前記冷却媒体マニホールドには、前記流路幅方向の中央部に冷却媒体供給口又は冷却媒体排出口である管路部が設けられるとともに、
前記ボス部は、前記管路部に向かって膨出し且つ湾曲する外表面を有す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又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記冷却媒体マニホールドは、樹脂部材で形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、前記一方のエンドプレート及び他方のエンドプレートは、長方形状を有し、
各長辺の略中央位置に対応して第１連結バーを設けるとともに、
各短辺の略中央位置に対応して第２連結バーを設け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、電解質膜の両側に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単位セルを有し、複数の前記単位セルが積層されて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、単位セル（発電セル）が構成されている。通常、所定の数の単位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】
燃料電池スタックでは、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、互いに隣接する単位セルのセパレータ間には、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】
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スタックが採用されている。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】
上記の内部マニホールド型燃料電池スタックでは、長方形状を有し、互いに対向する長辺側の２辺に、それぞれ積層方向に連通して一対の冷却媒体供給連通孔と一対の冷却媒体排出連通孔とが設けられている場合がある。例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックでは、一方のエンドプレートには、一対の冷却媒体供給連通孔又は一対の冷却媒体排出連通孔のいずれかに連通する一対のマニホールド部が設けられている。そして、一対のマニホールド部同士は、長辺側に沿う幅寸法が前記一対のマニホールド部の寸法よりも小さく設定される連結部により連結されている。
【０００６】
このため、マニホールドの内部容積及び重量が良好に削減され、前記マニホールド内に流入する冷却媒体の圧損の増加を有効に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】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−０５４４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体マニホールドの変形を可及的に抑制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】
【０００９】
本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜の両側に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単位セルを有し、複数の前記単位セルが積層されて積層方向両端に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供給連通孔が設けられ、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排出連通孔が設けられている。
【００１０】
一方のエンドプレートには、一対の冷却媒体供給連通孔又は一対の冷却媒体排出連通孔に連通する冷却媒体マニホールドが設けられている。冷却媒体マニホールドは、一対の冷却媒体供給連通孔同士又は一対の冷却媒体排出連通孔同士を連通し、冷却媒体を流通させる流通用空間部を有している。そして、冷却媒体マニホールドには、第１締結部と第２締結部とが設けられている。第１締結部は、流通用空間部の外部で、冷却媒体マニホールドと一方のエンドプレートとを締結している。第２締結部は、流通用空間部の内部に突出するボス部、及び前記ボス部を介して冷却媒体マニホールドと一方のエンドプレートとを締結する締結ボルトを備えている。
【００１１】
また、冷却媒体マニホールドには、流路幅方向の中央部に冷却媒体供給口又は冷却媒体排出口である管路部が設けられるとともに、ボス部は、前記管路部に向かって膨出し且つ湾曲する外表面を有することが好ましい。
【００１２】
さらに、冷却媒体マニホールドは、樹脂部材で形成されることが好ましい。
【００１３】
さらにまた、一方のエンドプレート及び他方のエンドプレートは、長方形状を有し、各長辺の略中央位置に対応して第１連結バーを設けるとともに、各短辺の略中央位置に対応して第２連結バーを設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、冷却媒体マニホールドは、流通用空間部の外部で、第１締結部を介して一方のエンドプレートと締結されている。さらに、冷却媒体マニホールドは、流通用空間部の内部に突出するボス部及び締結ボルトを介して一方のエンドプレートと締結されている。
【００１５】
このため、冷却媒体マニホールドは、外周縁部及び中央部で一方のエンドプレートに締結されている。従って、外周縁部だけで締結される構成に比べ、冷却媒体マニホールドの変形による割れ等が発生することを確実に阻止することができるとともに、耐衝撃性の向上が容易に図られる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体マニホールドの変形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】
【００１６】
【図１】本発明の第１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斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池スタックの第１エンドプレート側から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冷却媒体マニホールド側からの正面説明図である。
【図５】本発明の第２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側の正面説明図である。
【図６】本発明の第３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側からの斜視説明図である。
【図７】前記燃料電池スタックの、図６中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１及び図２に示すように、本発明の第１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、複数の単位セル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（図２参照）。
【００１８】
図２に示すように、単位セル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。単位セル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。
【００１９】
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（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が外方に向かって延在する。
【００２０】
第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとは、各長辺の略中央位置に対応して一定の長さを有する第１連結バー２２ａが配置される。第１連結バー２２ａ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により固定される。
【００２１】
第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとは、各短辺の略中央位置に対応して一定の長さを有する第２連結バー２２ｂが配置される。第２連結バー２２ｂ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により固定される。
【００２２】
第１連結バー２２ａの幅寸法ｈ１は、第２連結バー２２ｂの幅寸法ｈ２よりも大きな寸法に設定される（ｈ１＞ｈ２）。第１連結バー２２ａ及び第２連結バー２２ｂにより、積層体１２ａｓに積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重が付与されるとともに、前記第１連結バー２２ａの単位セル積層方向の剛性は、前記第２連結バー２２ｂの単位セル積層方向の剛性よりも大きい。燃料電池スタック１０に、発電による締結荷重の変動や膜の膨潤等が発生すると、図１及び図２に示すように、第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂには、矢印Ｄ方向（短辺方向）に沿って曲げが惹起し易い。
【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、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】
図２に示すように、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、単位セル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セパレータ（カソード側セパレータ）４２及び第２セパレータ（アノード側セパレータ）４４とを備える。
【００２６】
第１セパレータ４２及び第２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セパレータ４２及び第２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セパレータ４２及び第２セパレータ４４は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
【００２７】
第１セパレータ４２及び第２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）に延在するように配置される。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配置してもよい。
【００２８】
単位セル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及び燃料ガス排出連通孔４８ｂ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、水素含有ガスを排出する。
【００２９】
単位セル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、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４８ａ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】
単位セル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及び燃料ガス排出連通孔４８ｂ側には、冷却媒体供給連通孔５０ａが上下に設けられる。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１個ずつ（２個ずつでもよい）設けられる。
【００３１】
単位セル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、燃料ガス供給連通孔４８ａ及び酸化剤ガス排出連通孔４６ｂ側には、冷却媒体排出連通孔５０ｂが上下に設けられる。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１個ずつ（２個ずつでもよい）設けられる。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
第１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。
【００３５】
第２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。
【００３６】
互いに隣接する第２セパレータ４４の面４４ｂと第１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。
【００３７】
第１セパレータ４２の面４２ａ、４２ｂには、この第１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セパレータ４４の面４４ａ、４４ｂには、この第２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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
酸化剤ガス供給マニホールド６８ａと酸化剤ガス排出マニホールド６８ｂとは、酸化剤ガス供給連通孔４６ａと酸化剤ガス排出連通孔４６ｂとに連通する。燃料ガス供給マニホールド７０ａと燃料ガス排出マニホールド７０ｂとは、燃料ガス供給連通孔４８ａと燃料ガス排出連通孔４８ｂとに連通する。
【００４１】
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、上下にそれぞれ１個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（冷却媒体マニホールド）７２ａが取り付けられる。第２エンドプレート１８ｂには、上下にそれぞれ１個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（冷却媒体マニホールド）７２ｂが取り付けられる。冷却媒体供給マニホールド７２ａ及び冷却媒体排出マニホールド７２ｂは、電気絶縁性を有することが好ましい。
【００４２】
図１及び図４に示すように、冷却媒体供給マニホールド７２ａは、外周縁部にフランジ部７４ａを設けるとともに、前記フランジ部７４ａには、複数の孔部７６ａが形成される。フランジ部７４ａの内側には、マニホールド本体部７８ａが膨出形成される。マニホールド本体部７８ａの内部には、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａに連通する一対の開口部７９ａと、前記開口部７９ａ同士を連通し、冷却媒体を流通させる流通用空間部８０ａとが形成される。
【００４３】
冷却媒体供給マニホールド７２ａの略中央部（冷却媒体流路６２の流路幅方向略中央部）には、冷却媒体供給口である入口管路部８２ａが設けられる。入口管路部８２ａは、冷却媒体流路６２の冷却媒体流れ方向とは反対方向に沿って延在する。
【００４４】
図４に示すように、冷却媒体供給マニホールド７２ａの入口管路部８２ａに対向するマニホールド内壁部には、前記入口管路部８２ａに向かって突出するボス部８４ａが膨出形成される。ボス部８４ａは、円弧面形状等の滑らかな湾曲形状面を有して形成される。ボス部８４ａには、冷却媒体供給マニホールド７２ａを貫通して孔部８６ａが形成される。
【００４５】
図１に示すように、第２エンドプレート１８ｂには、冷却媒体供給マニホールド７２ａのフランジ部７４ａに形成された複数の孔部７６ａに対応する複数のねじ孔８８ａが形成される。第２エンドプレート１８ｂには、冷却媒体供給マニホールド７２ａのマニホールド本体部７８ａに形成された孔部８６ａに対応するねじ孔９０ａが形成される。
【００４６】
冷却媒体供給マニホールド７２ａでは、フランジ部７４ａの各孔部７６ａにねじ９２ａが挿入され、前記ねじ９２ａは、第２エンドプレート１８ｂのねじ孔８８ａに螺合される（第１締結部）。マニホールド本体部７８ａの孔部８６ａにねじ（締結ボルト）９４ａが挿入され、前記ねじ９４ａは、第２エンドプレート１８ｂのねじ孔９０ａに螺合される（第２締結部）。冷却媒体供給マニホールド７２ａは、第２エンドプレート１８ｂに固定される。
【００４７】
図１及び図４に示すように、冷却媒体排出マニホールド７２ｂは、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。
【００４８】
冷却媒体排出マニホールド７２ｂには、矢印Ｃ方向の略中央部（冷却媒体流路６２の流路幅方向中央部）に、冷却媒体排出口である出口管路部８２ｂが、水平方向に向かって設けられる。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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７２ａの入口管路部８２ａから流通用空間部８０ａ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、流通用空間部８０ａの上下に連通する各冷却媒体供給連通孔５０ａに分配される。
【００５２】
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。
【００５３】
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４８ａから第２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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
また、上下の冷却媒体供給連通孔５０ａに供給された冷却媒体は、互いに隣接する第１セパレータ４２及び第２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、上下の冷却媒体供給連通孔５０ａから一旦、互いに近接する方向に、すなわち、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。
【００５７】
図１及び図４に示すように、冷却媒体は、上下それぞれ１個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７２ｂの流通用空間部８０ｂに排出される。冷却媒体は、流通用空間部８０ｂの中央側に流通した後、出口管路部８２ｂから外部に排出される。
【００５８】
この場合、第１の実施形態では、図１及び図４に示すように、冷却媒体供給マニホールド７２ａは、流通用空間部８０ａの外部で、複数のねじ９２ａが第２エンドプレート１８ｂの複数のねじ孔８８ａに螺合されている。さらに、冷却媒体供給マニホールド７２ａは、流通用空間部８０ａの内部に突出するボス部８４ａ及びねじ９４ａを介して第２エンドプレート１８ｂに締結されている。
【００５９】
このため、冷却媒体供給マニホールド７２ａは、外周縁部（第１締結部）及び中央部（第２締結部）で第２エンドプレート１８ｂに締結されている。従って、冷却媒体供給マニホールド７２ａの外周縁部だけで締結される構成に比べ、前記冷却媒体供給マニホールド７２ａの変形による割れ等が発生することを確実に阻止することができる。
【００６０】
特に、第１連結バー２２ａの剛性は、第２連結バー２２ｂの剛性よりも大きく設定されている（図２参照）。これにより、図１に示すように、燃料電池スタック１０では、第２エンドプレート１８ｂに矢印Ｄ方向に沿って曲げが惹起し易い。
【００６１】
その際、冷却媒体供給マニホールド７２ａの第２エンドプレート１８ｂの短辺方向（矢印Ｃ方向）中央部は、第２締結部により第２エンドプレート１８ｂに締結されている。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７２ａの変形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。なお、冷却媒体排出マニホールド７２ｂでは、上記の冷却媒体供給マニホールド７２ａと同様の効果が得られる。
【００６２】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１００の冷却媒体マニホールド側の正面説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
【００６３】
燃料電池スタック１００では、第２エンドプレート１８ｂに樹脂製の冷却媒体供給マニホールド（冷却媒体マニホールド）１０２及び冷却媒体排出マニホールド７２ｂが取り付けられる。冷却媒体供給マニホールド１０２は、マニホールド本体部７８ａの下方の冷却媒体供給連通孔５０ａ寄りに、冷却媒体供給口である入口管路部１０４を設ける。
【００６４】
入口管路部１０４は、冷却媒体流路６２の冷却媒体流れ方向（矢印Ａ方向）に対して、角度α゜だけ下方に傾斜する。マニホールド本体部７８ａの入口管路部１０４に対向するマニホールド内面には、前記入口管路部１０４に向かって膨出するボス部１０６が設けられる。ボス部１０６の中心は、上方の冷却媒体供給連通孔５０ａ寄りに配置される。ボス部１０６には、孔部８６ａが形成される。
【００６５】
なお、冷却媒体供給マニホールド１０２において、入口管路部１０４が上方の冷却媒体供給連通孔５０ａ寄りに設けられる場合、前記入口管路部１０４及びボス部１０６の角度は、上記とは逆になる（図５中、二点鎖線参照）。
【００６６】
このように構成される第２の実施形態では、入口管路部１０４からマニホールド本体部７８ａ内に斜め上方（角度α゜）に向かって供給された冷却媒体は、ボス部１０６の形状に沿って流通する。従って、冷却媒体は、ボス部１０６の案内作用下に、鉛直方向上方と鉛直方向下方とに振り分けられる。
【００６７】
これにより、冷却媒体は、上方の冷却媒体供給連通孔５０ａと、下方の冷却媒体供給連通孔５０ａとに確実に供給され、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。なお、冷却媒体排出マニホールド７２ｂは、上記の冷却媒体供給マニホールド１０２と同様に構成してもよい。
【００６８】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１１０の冷却媒体マニホールド側からの斜視説明図である。
【００６９】
燃料電池スタック１１０は、ケーシング１１２を備え、前記ケーシング１１２を構成する第２エンドプレート１１４には、樹脂製の冷却媒体供給マニホールド１１６ａ及び樹脂製の冷却媒体排出マニホールド１１６ｂが取り付けられる。第２エンドプレート１１４には、各冷却媒体供給連通孔５０ａの近傍に複数の孔部１１８ａが形成されるとともに、一対の冷却媒体供給連通孔５０ａ間に縦長矩形状の凹部１２０が形成される。凹部１２０の底面には、例えば、２個の孔部１２２が上下に形成される。凹部１２０の外方には、前記凹部１２０を周回してシール部材１２４が配置される。
【００７０】
図６及び図７に示すように、冷却媒体供給マニホールド１１６ａは、マニホールド本体部７８ａの裏面側に膨出部１２６が設けられる。膨出部１２６は、略矩形状を有し、第２エンドプレート１１４の凹部１２０に挿入（嵌合）される。膨出部１２６には、第２エンドプレート１１４の孔部１２２に対応する一対のねじ孔１２８が上下に形成される。フランジ部７４ａには、第２エンドプレート１１４の各孔部１１８ａに対応する複数のねじ孔１３０ａが形成される。
【００７１】
図７に示すように、冷却媒体供給マニホールド１１６ａでは、第２エンドプレート１１４の単位セル積層方向の内側から各孔部１１８ａにねじ１３２ａが挿入される。各ねじ１３２ａは、冷却媒体供給マニホールド１１６ａの各ねじ孔１３０ａに螺合される（第１締結部）。第２エンドプレート１１４の内側から一対の孔部１２２にねじ１３４ａが挿入され、前記ねじ１３４ａが膨出部１２６の一対のねじ孔１２８に螺合される（第２締結部）。冷却媒体供給マニホールド１１６ａは、第２エンドプレート１１４に固定される。
【００７２】
冷却媒体排出マニホールド１１６ｂは、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１１６ａ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。
【００７３】
このように構成される第３の実施形態では、冷却媒体供給マニホールド１１６ａは、外周縁部及び中央部で第２エンドプレート１１４に締結されている。このため、冷却媒体供給マニホールド１１６ａの外周縁部だけで締結される構成に比べ、前記冷却媒体供給マニホールド１１６ａの変形による割れ等が発生することを確実に阻止することができる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７４】
しかも、第３の実施形態では、冷却媒体供給マニホールド１１６ａの膨出部１２６は、第２エンドプレート１１４の凹部１２０に挿入（嵌合）されている。従って、冷却媒体供給マニホールド１１６ａは、第２エンドプレート１１４に対して容易且つ正確に位置決め配置され、組み立て作業性が一層向上するという効果が得られる。
【００７５】
なお、第３の実施形態では、第１締結部及び第２締結部は、第２エンドプレート１１４の内側から冷却媒体供給マニホールド１１６ａ及び冷却媒体排出マニホールド１１６ｂを固定しているが、これに限定されるものではない。例えば、第１及び第２の実施形態と同様に、第２エンドプレート１８ｂの外側から固定する構成を採用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０、１００、１１０…燃料電池スタック
１２…単位セル                      １２ａｓ…積層体
１８ａ、１８ｂ、１１４…エンドプレート
２２ａ、２２ｂ…連結バー            ２６、１１２…ケーシング
４０…電解質膜・電極構造体          ４２、４４…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  ６８ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド
７０ａ…燃料ガス供給マニホールド    ７０ｂ…燃料ガス排出マニホールド
７２ａ、１０２、１１６ａ…冷却媒体供給マニホールド
７２ｂ、１１６ｂ…冷却媒体排出マニホールド
７４ａ…フランジ部                  ７８ａ…マニホールド本体部
８０ａ、８０ｂ…流通用空間部        ８２ａ、１０４…入口管路部
８４ａ、１０６…ボス部              ８６ａ、１１８ａ、１２２…孔部
８８ａ、９０ａ、１２８、１３０ａ…ねじ孔
９２ａ、９４ａ、１３２ａ、１３４ａ…ねじ
１２０…凹部                        １２６…膨出部
【図１】
2016184529.tif 000003
【図２】
2016184529.tif 000004
【図３】
2016184529.tif 000005
【図４】
2016184529.tif 000006
【図５】
2016184529.tif 000007
【図６】
2016184529.tif 000008
【図７】
2016184529.tif 000009