(57)【要約】【課題】燃料電池積層体を所望の温度範囲に保持し、安定した発電性能を維持できる燃料電池スタックを提供する。【解決手段】複数の単位セル２がＡ方向に積層された積層体３と、積層体３をＡ方向に沿う両側から挟持する一対のエンドプレート４，５と、一対のエンドプレート４，５のうち、Ａ方向における外側端面を全体に亘って覆う断熱材８４，９２と、断熱材８４，９２に一体で形成されるとともに、積層体３との間で反応ガス又は冷媒を流通させるガスマニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏ及び冷媒マニホールドと、を備えていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池セルが第１方向に積層された燃料電池積層体と、
前記燃料電池積層体を前記第１方向に沿う両側から挟持す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、少なくとも一方の前記エンドプレートの前記第１方向における前記燃料電池積層体側とは反対側に位置する外側端面を全体に亘って覆う断熱材と、
前記断熱材に一体で形成されるとともに、前記燃料電池積層体との間で反応ガス又は冷媒を流通させるマニホールドと、を備えていることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記断熱材は、前記一方のエンドプレートのうち、前記第１方向に交差する第２方向を向く側面を取り囲んでいることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記断熱材は、
前記一方のエンドプレートにおける前記外側端面を全体に亘って覆う第１断熱材と、
他方の前記エンドプレートのうち、前記第１方向における前記燃料電池積層体側とは反対側に位置する外側端面を全体に亘って覆う第２断熱材と、を有し、
前記マニホールドは、
前記第１断熱材に一体で形成されるとともに、前記燃料電池積層体との間で反応ガス及び冷媒のうち、何れか一方を流通させる第１マニホールドと、
前記第２断熱材に一体で形成されるとともに、前記燃料電池積層体との間で反応ガス及び冷媒のうち、何れか他方を流通させる第２マニホールドと、を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載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ものである。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される燃料電池スタックは、燃料電池積層体（以下、単に積層体という。）と、エンドプレートと、マニホールドと、を備えている（例えば、下記特許文献１参照）。
積層体は、複数の単位セルが積層されて構成されている。単位セルは、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで構成された膜電極構造体（ＭＥＡ）と、この膜電極構造体を挟持するセパレータと、を備えている。
エンドプレートは、積層体を単位セルの積層方向の両側から挟持する。
マニホールドは、エンドプレートに配設されている。マニホールドは、積層体との間で反応ガス（燃料ガスや酸化剤ガス）や冷媒を流通させる。
【０００３】
上述した燃料電池スタックでは、アノード電極に燃料ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極に酸化剤ガスとして空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こして発電が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７２８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した燃料電池スタックでは、発電の安定化を図るために積層体（各単位セル）を所望の温度範囲（例えば、７０℃〜９５℃）内に保持することが好ましいとされている。
しかしながら、各単位セルのうち、積層方向でエンドプレート側に位置する単位セル（以下、端部セルという。）は、外気の影響を受け易いという課題がある。具体的に、積層体で発生した熱はエンドプレートを介して放熱されることで、端部セルの温度が他の単位セルに比べて低温になり易い。端部セルが低温になると、発電に伴って生成された水分が端部セルで凝縮することで、端部セルに生成水となって滞留するおそれがある。端部セルに生成水が滞留すると、カソード電極が生成水で被覆されることで、発電性能の低下等に繋がるという課題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した事情に考慮してなされたもので、燃料電池積層体を所望の温度範囲に保持し、安定した発電性能を維持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】
上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、複数の燃料電池セル（例えば、実施形態における単位セル２）が第１方向に積層された燃料電池積層体（例えば、実施形態における積層体３）と、前記燃料電池積層体を前記第１方向に沿う両側から挟持する一対のエンドプレート（例えば、実施形態における第１エンドプレート４及び第２エンドプレート５）と、前記一対のエンドプレートのうち、少なくとも一方の前記エンドプレートの前記第１方向における前記燃料電池積層体側とは反対側に位置する外側端面を全体に亘って覆う断熱材（例えば、実施形態における断熱材８４，９２）と、前記断熱材に一体で形成されるとともに、前記燃料電池積層体との間で反応ガス又は冷媒を流通させるマニホールド（例えば、実施形態におけるガスマニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏ及び冷媒マニホールド９３ｉ，９３ｏ）と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載した発明では、前記断熱材は、前記一方のエンドプレートのうち、前記第１方向に交差する第２方向を向く側面を取り囲んでいることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載した発明では、前記断熱材は、前記一方のエンドプレートにおける前記外側端面を全体に亘って覆う第１断熱材（例えば、実施形態における断熱材８４）と、他方の前記エンドプレートのうち、前記第１方向における前記燃料電池積層体側とは反対側に位置する外側端面を全体に亘って覆う第２断熱材（例えば、実施形態における断熱材９２）と、を有し、前記マニホールドは、前記第１断熱材に一体で形成されるとともに、前記燃料電池積層体との間で反応ガス及び冷媒のうち、何れか一方を流通させる第１マニホールド（例えば、実施形態におけるガスマニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏ）と、前記第２断熱材に一体で形成されるとともに、前記燃料電池積層体との間で反応ガス及び冷媒のうち、何れか他方を流通させる第２マニホールド（例えば、実施形態における冷媒マニホールド９３ｉ，９３ｏ）と、を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載した発明によれば、少なくとも一方のエンドプレートにおける外側端面が全体に亘って断熱材に覆われているため、燃料電池積層体で発生した熱が一方のエンドプレートを介して外部に放熱されるのを抑制できる。これにより、特に端部セルの温度低下を抑制できるので、燃料電池積層体全体を所望の温度範囲に保持することができる。これにより、安定した発電性能を維持できる。
また、燃料電池スタックの周辺部材に熱が伝達されるのを抑制できるので、周辺部材が高温になるのを抑制できる。
しかも、断熱材及びマニホールドが一体に形成されているため、部品点数の削減を図ることができる。また、断熱材及びマニホールドをエンドプレートへ取り付ける際に、断熱材と対応するマニホールドとの相対位置を調整する必要がない。そのため、組付性を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に記載した発明によれば、断熱材がエンドプレートの側面を覆うことで、エンドプレートの側面からの放熱を抑制できる。その結果、断熱性の更なる向上を図ることができる。
【００１２】
請求項３に記載した発明によれば、各エンドプレートにそれぞれ断熱材が配設されているので、各エンドプレートからの放熱を抑制できる。また、各エンドプレートにそれぞれマニホールドが配設されているので、一方のエンドプレート側のみにマニホールドをまとめて配設する場合に比べてレイアウト性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の燃料電池スタックを第１エンドプレート側から見た分解斜視図である。
【図２】図１に示す単位セルの分解斜視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する断面図である。
【図４】図５のＩＶ−ＩＶ線に相当する断面図である。
【図５】本実施形態の燃料電池スタックを第２エンドプレート側から見た分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［燃料電池スタック］
図１は本実施形態の燃料電池スタック１を第１エンドプレート４側から見た分解斜視図である。
図１に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１は、図示しない車両の前部に画成されたモータルームやフロア下に搭載されている。燃料電池スタック１は、例えば駆動用モータに電力を供給するのに用いられる。なお、本実施形態の燃料電池スタック１は、例えば図中のＡ方向（第１方向）が車両の幅方向、Ｂ方向（第２方向）が車両の前後方向、Ｃ方向（第２方向）が車両の上下方向となるようにして車両に搭載される。
【００１５】
燃料電池スタック１は、積層体（燃料電池積層体）３と、第１エンドプレート４及び第２エンドプレート５と、第１梁部材６及び第２梁部材７と、サイドパネル８と、を主に備えている。
積層体３は、複数の単位セル（燃料電池セル）２がＡ方向に積層されて構成されている。なお、以下の説明では、上述したＡ方向、Ｂ方向及びＣ方向において、積層体３の中央部に近づく向きを内側といい、積層体３の中央部から離間する向きを外側という場合がある。
【００１６】
＜単位セル＞
図２は単位セル２の分解斜視図である。
図２に示すように、単位セル２は、例えば一対のセパレータ２１，２２と、各セパレータ２１，２２間に挟持された膜電極構造体２３（以下、単にＭＥＡ２３という。）と、を備えている。ＭＥＡ２３は、固体高分子電解質膜３１と、固体高分子電解質膜３１をＡ方向の両側から挟持するアノード電極３２及びカソード電極３３と、を備えている。
アノード電極３２及びカソード電極３３は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、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て形成された電極触媒層と、を有している。
固体高分子電解質膜３１は、例えばペルフルオロスルホン酸ポリマーに水を含浸させた素材により形成されている。固体高分子電解質膜３１は、Ａ方向から見た正面視外形がアノード電極３２及びカソード電極３３よりも大きくなっている。図２の例において、固体高分子電解質膜３１は、中央部にアノード電極３２及びカソード電極３３が重ね合わされ、外周部がアノード電極３２及びカソード電極３３に対して額縁状にはみ出している。
【００１７】
図２に示すように、各セパレータ２１，２２は、ＭＥＡ２３のアノード電極３２側に配置された第１セパレータ２１と、ＭＥＡ２３のカソード電極３３側に配置された第２セパレータ２２と、を有している。なお、以下の説明では、各セパレータ２１，２２において、同一の構成については同様の符号を付してまとめて説明する。
【００１８】
各セパレータ２１，２２は、セパレータプレート３５と、セパレータプレート３５の外周部を被覆するシール部材３６と、を有している。
セパレータプレート３５は、Ｂ方向を長手方向とする長方形状の金属板、又はカーボン板により構成されている。なお、図２の例において、セパレータプレート３５は、Ａ方向から見た正面視外形が固体高分子電解質膜３１と同等に形成されている。セパレータプレート３５は、Ａ方向から見てＭＥＡ２３に重なり合っている。
【００１９】
図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する断面図である。
図３に示すように、シール部材３６は、ゴム等の弾性変形可能な材料により形成されている。シール部材３６は、固体高分子電解質膜３１の外周部にＡ方向で密接している。
【００２０】
図２に示すように、単位セル２（固体高分子電解質膜３１及び各セパレータ２１，２２）の各角部には、入口側ガス連通孔（酸化剤ガス入口連通孔４１ｉ及び燃料ガス入口連通孔４２ｉ）と、出口側ガス連通孔（酸化剤ガス出口連通孔４１ｏ及び燃料ガス出口連通孔４２ｏ）と、が形成されている。各連通孔４１ｉ，４１ｏ，４２ｉ，４２ｏは、単位セル２をＡ方向に貫通している。図２に示す例において、単位セル２の右上角部には、空気等の酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔４１ｉが形成されている。単位セル２の右下角部には、水素等の燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔４２ｉが形成されている。また、単位セル２の左下角部には使用済みの酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔４１ｏが形成されている。単位セル２の左上角部には、使用済みの燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔４２ｏが形成されている。
【００２１】
単位セル２において、各入口連通孔４１ｉ，４２ｉに対してＢ方向の内側に位置する部分には、一対の冷媒入口連通孔４３ｉが形成されている。
単位セル２において、各出口連通孔４１ｏ，４２ｏに対してＢ方向の内側に位置する部分には、一対の冷媒出口連通孔４３ｏが形成されている。なお、各冷媒入口連通孔４３ｉ同士及び各冷媒出口連通孔４３ｏ同士は、それぞれＣ方向で対向する位置に配置されている。
【００２２】
各セパレータ２１，２２（セパレータプレート３５）の中央部は、プレス成形等によって凹凸形状とされている。セパレータ２１，２２のうち、ＭＥＡ２３と対向する面は、ＭＥＡ２３との間にそれぞれガス流路４５，４６（図２中では矢印で示す。）を形成している。
具体的に、第１セパレータ２１のうち、アノード電極３２に対向する面側には、ＭＥＡ２３のアノード電極３２との間に燃料ガス流路４５が形成されている。燃料ガス流路４５は、燃料ガス入口連通孔４２ｉ及び燃料ガス出口連通孔４２ｏにそれぞれ連通している。
【００２３】
第２セパレータ２２のうち、カソード電極３３に対向する面側には、ＭＥＡ２３のカソード電極３３との間に酸化剤ガス流路４６が形成されている。酸化剤ガス流路４６は、酸化剤ガス入口連通孔４１ｉ及び酸化剤ガス出口連通孔４１ｏにそれぞれ連通している。
【００２４】
図３に示すように、積層体３は、一の単位セル２の第１セパレータ２１と、一の単位セル２に隣接する他の単位セル２の第２セパレータ２２と、が重ね合わされた状態で、Ａ方向に積層されて構成される。そして、一の単位セル２の第１セパレータ２１と、他の単位セル２の第２セパレータ２２と、の間には、冷媒流路５５が形成されている。図２に示すように、冷媒流路５５は、冷媒入口連通孔４３ｉ及び冷媒出口連通孔４３ｏにそれぞれ連通している。なお、冷媒流路５５を流通する冷媒として、例えば純水やエチレングリコール等が好適に用いられる。
【００２５】
なお、単位セル２の積層構造は、上述の構成に限定されるものではない。例えば、３枚のセパレータと、各セパレータ間に挟持された２枚のＭＥＡと、により単位セルを構成しても構わない。また、各連通孔のレイアウトについても適宜設計変更が可能である。
【００２６】
図４は、図５のＩＶ−ＩＶ線に相当する断面図である。
図３、図４に示すように、積層体３に対してＡ方向の両側には、ターミナルプレート（第１ターミナルプレート６１及び第２ターミナルプレート６２）がそれぞれ配置されている。各ターミナルプレート６１，６２は、Ａ方向から見た外形がセパレータ２１，２２よりも小さくなっている。図３に示すように、第１ターミナルプレート６１は、積層体３（各単位セル２）のうち、Ａ方向の一方側に位置する単位セル（以下、第１端部セル２ａという。）のアノード電極３２に第１セパレータ２１を介して導通している。図１に示すように、第１ターミナルプレート６１には、Ａ方向の外側に向けて突出する出力端子６３が形成されている。
【００２７】
図４に示すように、第２ターミナルプレート６２は、各単位セル２のうち、Ａ方向の他方側に位置する単位セル（以下、第２端部セル２ｂという。）のカソード電極３３に第２セパレータ２２を介して導通している。第２ターミナルプレート６２には、Ａ方向の外側に向けて突出する出力端子６４（図５参照）が形成されている。
【００２８】
図３、図４に示すように、各ターミナルプレート６１，６２に対してＡ方向の外側には、インシュレータ（第１インシュレータ６６及び第２インシュレータ６７）が配置されている。各インシュレータ６６，６７は、Ａ方向から見た正面視外形がターミナルプレート６１，６２よりも大きくなっている。また、各インシュレータ６６，６７は、Ａ方向の厚さがターミナルプレート６１，６２よりも厚くなっている。
【００２９】
図３に示すように、第１インシュレータ６６の中央部には、Ａ方向の外側に向けて窪む収容部７１が形成されている。収容部７１内には、上述した第１ターミナルプレート６１が収容されている。
第１インシュレータ６６の外周部（収容部７１の外側に位置する部分）は、第１端部セル２ａにおける第１セパレータ２１（シール部材３６）にＡ方向の外側から密接している。第１インシュレータ６６の外周部には、上述した各ガス入口連通孔４１ｉ，４２ｉに各別に連通する酸化剤ガス入口接続孔７２及び酸化剤ガス出口接続孔（不図示）が形成されている。また、第１インシュレータ６６の外周部には、上述した各ガス出口連通孔４１ｏ，４２ｏに各別に連通する図示しない燃料ガス入口接続孔及び燃料ガス出口接続孔が形成されている。
【００３０】
図４に示すように、第２インシュレータ６７の中央部には、Ａ方向の外側に向けて窪む収容部７３が形成されている。収容部７３内には、上述した第２ターミナルプレート６２が収容されている。
第２インシュレータ６７の外周部（収容部７３の外側に位置する部分）は、第２端部セル２ｂにおける第２セパレータ２２（シール部材３６）にＡ方向の外側から密接している。また、第２インシュレータ６７の外周部には、上述した各冷媒連通孔４３ｉ，４３ｏに各別に連通する冷媒入口接続孔７４及び冷媒出口接続孔（不図示）が形成されている。
【００３１】
＜エンドプレート＞
図３、図４に示すように、エンドプレート４，５は、積層体３をＡ方向の両側から挟持している。各エンドプレートは、Ａ方向から見た正面視外形が単位セル２よりも大きい長方形状に形成されている。図３に示すように、第１エンドプレート４は、積層体３との間に第１ターミナルプレート６１及び第１インシュレータ６６を挟み込んだ状態で、積層体３に対してＡ方向の一方側に配置されている。図１に示すように、第１エンドプレート４には、ガス入口孔（酸化剤ガス入口孔７５ｉ及び燃料ガス入口孔７６ｉ）及びガス出口孔（酸化剤ガス出口孔７５ｏ及び燃料ガス出口孔７６ｏ）が形成されている。ガス入口孔７５ｉ，７６ｉは、第１インシュレータ６６の対応する各ガス入口接続孔（例えば、酸化剤ガス入口接続孔７２）を通してガス入口連通孔４１ｉ，４２ｉにそれぞれ連通している。ガス出口孔７５ｏ，７６ｏは、第１インシュレータ６６の対応する各ガス出口接続孔を通してガス出口連通孔４１ｏ，４２ｏにそれぞれ連通している。
【００３２】
図４に示すように、第２エンドプレート５は、積層体３との間に第２ターミナルプレート６２及び第２インシュレータ６７を挟み込んだ状態で、積層体３に対してＡ方向の他方側に配置されている。
【００３３】
図５は、燃料電池スタック１を第２エンドプレート５側から見た分解斜視図である。
図５に示すように、第２エンドプレート５には、冷媒入口孔８０ｉ及び冷媒出口孔８０ｏが形成されている。冷媒入口孔８０ｉは、第２インシュレータ６７の対応する冷媒入口接続孔７４を通して冷媒入口連通孔４３ｉに連通している。冷媒出口孔８０ｏは、インシュレータ６７の対応する冷媒出口接続孔を通して冷媒出口連通孔４３ｏに連通している。
【００３４】
図１に示すように、第１梁部材６及び第２梁部材７は、Ａ方向に沿って延在する板状に形成されている。各梁部材６，７のうち、Ａ方向の両端面は、各エンドプレート４，５におけるＡ方向の内側端面に突き合わされた状態でエンドプレート４，５に締結されている。具体的に、第１梁部材６は、積層体３のうち、Ｃ方向の両側において各エンドプレート４，５の長辺部分同士を連結している。第２梁部材７は、Ｂ方向の両側において、各エンドプレート４，５の短辺部分同士を連結している。
サイドパネル８は、積層体３の周囲（Ｂ方向の両側及びＣ方向の両側）を取り囲んで、積層体３を保護している。
【００３５】
＜マニホールドユニット＞
ここで、第１エンドプレート４には、ガスマニホールドユニット８３が設けられている。ガスマニホールドユニット８３は、断熱材（第１断熱材）８４と、複数のガスマニホールド（第１マニホールド）８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏと、を有している。これら断熱材８４及びガスマニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏは、例えば樹脂材料等によって一体に形成されている。
【００３６】
断熱材８４は、第１エンドプレート４におけるＡ方向の外側端面を覆う主壁部８７と、第１エンドプレート４の周囲（Ｂ方向の両側及びＣ方向の両側）を取り囲む周壁部８８と、を有している。
【００３７】
主壁部８７は、第１エンドプレート４におけるＡ方向の外側端面を全体に亘って覆っている。なお、主壁部８７、第１エンドプレート４及び第１インシュレータ６６の中央部には、これらをＡ方向に貫通する引出孔８９が形成されている。上述した第１ターミナルプレート６１の出力端子６３は、引出孔８９を通してガスマニホールドユニット８３に対してＡ方向の外側に引き出されている。
周壁部８８は、主壁部８７の外周縁からＡ方向の内側に向けて延設された枠状に形成されている。周壁部８８は、第１エンドプレート４のうちＢ方向の両側及びＣ方向の両側に位置する側面を全体に亘って覆っている。
【００３８】
図１に示すように、ガスマニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏは、酸化剤ガス入口マニホールド８５ｉ、酸化剤ガス出口マニホールド８５ｏ、燃料ガス入口マニホールド８６ｉ及び燃料ガス出口マニホールド８６ｏを有している。各ガスマニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏは、主壁部８７からＡ方向の外側に向けて延びる筒状に形成されている。
【００３９】
酸化剤ガス入口マニホールド８５ｉには、図示しない酸化剤ガス入口配管が接続される。
酸化剤ガス出口マニホールド８５ｏには、図示しない酸化剤ガス出口配管が接続される。
燃料ガス入口マニホールド８６ｉには、図示しない燃料ガス入口配管が接続される。
燃料ガス出口マニホールド８６ｏには、図示しない燃料ガス出口配管が接続される。
【００４０】
図１に示す例において、主壁部８７の右上角部には、酸化剤ガス入口マニホールド８５ｉが配設されている。酸化剤ガス入口マニホールド８５ｉは、酸化剤ガス入口孔７５ｉ及び酸化剤ガス入口接続孔７２（図３参照）を通して積層体３の酸化剤ガス入口連通孔４１ｉ（図３参照）に連通している。
主壁部８７の左下角部には、酸化剤ガス出口マニホールド８５ｏが配設されている。酸化剤ガス出口マニホールド８５ｏは、第１エンドプレート４の酸化剤ガス出口孔７５ｏ及び第１インシュレータ６６の酸化剤ガス出口接続孔を通して積層体３の酸化剤ガス出口連通孔４１ｏ（図２参照）に連通している。
【００４１】
主壁部８７の右下角部には、燃料ガス入口マニホールド８６ｉが配設されている。燃料ガス入口マニホールド８６ｉは、第１エンドプレート４の燃料ガス入口孔７６ｉ及び第１インシュレータ６６の燃料ガス入口接続孔を通して積層体３の燃料ガス入口連通孔４２ｉ（図２参照）に連通している。
主壁部８７の左上角部には、燃料ガス出口マニホールド８６ｏが配設されている。燃料ガス出口マニホールド８６ｏは、第１エンドプレート４の燃料ガス出口孔７６ｏ及び第１インシュレータ６６の燃料ガス出口接続孔を通して積層体３の燃料ガス出口連通孔４２ｏ（図２参照）に連通している。
【００４２】
図５に示すように、第２エンドプレート５には、冷媒マニホールドユニット９１が設けられている。冷媒マニホールドユニット９１は、断熱材（第２断熱材）９２と、複数の冷媒マニホールド（第２マニホールド）９３ｉ，９３ｏと、を有している。これら断熱材９２及び冷媒マニホールド９３ｉ，９３ｏは、例えば樹脂材料等によって一体に形成されている。
【００４３】
断熱材９２は、上述したガスマニホールドユニット８３と同様の構成とされている。すなわち、断熱材９２は、第２エンドプレート５におけるＡ方向の外側端面を全体に亘って覆う主壁部９５と、第２エンドプレート５の周囲（Ｂ方向の両側及びＣ方向の両側）を取り囲む周壁部９６と、を有している。なお、主壁部９５、第２エンドプレート５及び第２インシュレータ６７の中央部には、これらをＡ方向に貫通する引出孔９７が形成されている。上述した第２ターミナルプレート６２の出力端子６４は、引出孔９７を通して冷媒マニホールドユニット９１に対してＡ方向の外側に引き出されている。
【００４４】
冷媒マニホールド９３ｉ，９３ｏは、冷媒入口マニホールド９３ｉ及び冷媒出口マニホールド９３ｏを有している。冷媒入口マニホールド９３ｉは、Ｂ方向から見た側面視でアーチ状に形成されている。冷媒入口マニホールド９３ｉは、上下の開口部が第２エンドプレート５の各冷媒入口孔８０ｉのうち、対応する冷媒入口孔８０ｉにそれぞれ連通している。これにより、冷媒入口マニホールド９３ｉは、冷媒入口孔８０ｉ及び冷媒入口接続孔７４（図３参照）を通して積層体３の冷媒入口連通孔４３ｉに連通している。冷媒入口マニホールド９３ｉにおけるＣ方向の中央部には、入口ポート９８が突設されている。なお、入口ポート９８には、図示しない冷媒入口配管が接続される。
【００４５】
冷媒出口マニホールド９３ｏは、Ｂ方向から見た側面視でアーチ状に形成されている。冷媒出口マニホールド９３ｏは、上下の開口部が第２エンドプレート５の各冷媒出口孔８０ｏのうち、対応する冷媒出口孔８０ｏにそれぞれに連通している。これにより、冷媒出口マニホールド９３ｏは、冷媒出口孔８０ｏ及び第２インシュレータ６７の図示しない冷媒出口接続孔を通して積層体３の冷媒出口連通孔４３ｏに連通している。冷媒入口マニホールド９３ｉにおけるＣ方向の中央部には、出口ポート９９が突設されている。出口ポート９９には、図示しない冷媒出口配管が接続される。
【００４６】
なお、上述したマニホールドユニット８３，９１は、図示しない締結部材等により各エンドプレート４，５にそれぞれ固定することが可能である。また、各マニホールドユニット８３，９１と各エンドプレート４，５とをそれぞれインサート成形等によって一体で形成しても構わない。
【００４７】
＜作用＞
次に、上述した燃料電池スタック１の作用について説明する。
図１に示すように、本実施形態の燃料電池スタック１には、図示しないコンプレッサから圧送されて高温（例えば、燃料電池スタック１の作動温度と同程度）となった酸化剤ガスが、酸化剤ガス入口マニホールド８５ｉを通して供給される。また、燃料電池スタック１には、図示しない水素タンクから送出される燃料ガスが燃料ガス入口マニホールド８６ｉを通して供給される。
【００４８】
酸化剤ガス入口マニホールド８５ｉ内に流入した酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口孔７５ｉ及び酸化剤ガス入口接続孔７２を通して積層体３に供給される。積層体３に供給された酸化剤ガスは、各単位セル２の酸化剤ガス入口連通孔４１ｉを、Ａ方向における第２エンドプレート５側に向けて流通する。図２に示すように、酸化剤ガス入口連通孔４１ｉを流通する酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４６に導入されることで、ＭＥＡ２３のカソード電極３３に供給される。
一方、図１に示すように、燃料ガス入口マニホールド８６ｉ内に流入した燃料ガスは、第１エンドプレート４の燃料ガス入口孔７６ｉ及び第１インシュレータ６６の燃料ガス入口接続孔を通して積層体３内に供給される。積層体３内に供給された燃料ガスは、各単位セル２の燃料ガス入口連通孔４２ｉを、Ａ方向における第２エンドプレート５側に向けて流通する。図２に示すように、燃料ガス入口連通孔４２ｉを流通する燃料ガスは、燃料ガス流路４５に導入されることで、ＭＥＡ２３のアノード電極３２に供給される。
その結果、アノード電極３２で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜３１を透過してカソード電極３３まで移動し、カソード電極３３で酸化剤ガスと電気化学反応を起こして発電する。
【００４９】
その後、カソード電極３３で発電に供された使用済みの酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔４１ｏ内に流入する。酸化剤ガス出口連通孔４１ｏに流入した使用済みの酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔４１ｏをＡ方向における第１エンドプレート４側に向けて流通する。その後、図１に示すように、使用済みの酸化剤ガスは、第１インシュレータ６６の酸化剤ガス出口接続孔及び第１エンドプレート４の酸化剤ガス出口孔７５ｏを通って酸化剤ガス出口マニホールド８５ｏに排出される。なお、酸化剤ガス出口マニホールド８５ｏに排出された酸化剤ガスは、図示しない排出路を通って車外に排出される。
一方、図２に示すように、アノード電極３２で発電に供された使用済みの燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔４２ｏに流入する。燃料ガス出口連通孔４２ｏに流入した使用済みの燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔４２ｏ内をＡ方向における第１エンドプレート４側に向けて流通する。その後、図１に示すように、使用済みの燃料ガスは、第１インシュレータ６６の燃料ガス出口接続孔及び第１エンドプレート４の燃料ガス出口孔７６ｏを通って燃料ガス出口マニホールド８６ｏに排出され、再度燃料ガス入口マニホールド８６ｉに循環される。なお、燃料ガス出口マニホールド８６ｏに排出された燃料ガスの一部は、図示しない希釈器で使用済みの酸化剤ガスと混合して希釈された後、車外へ排出される。
【００５０】
また、図示しないウォータポンプを作動させることで、冷媒が積層体３内や駆動用モータ、ラジエータ等との間を循環する。具体的に、ウォータポンプから送出された冷媒は、図５に示す冷媒入口マニホールド９３ｉ、冷媒入口孔８０ｉ及び冷媒入口接続孔７４（図３参照）を通して積層体３の冷媒入口連通孔４３ｉに流入する。図２に示すように、冷媒入口連通孔４３ｉ内に流入した冷媒は、冷媒入口連通孔４３ｉ内をＡ方向における第１エンドプレート４側に向けて流通する。冷媒入口連通孔４３ｉを流通する冷媒は、冷媒流路５５に供給されることで、各単位セル２との間で熱交換が行われる。その後、冷媒は冷媒出口連通孔４３ｏ内に流入し、冷媒出口連通孔４３ｏ内をＡ方向に沿う第２エンドプレート５側に向けて流通する。そして、図５に示すように、冷媒は、第２インシュレータ６７の冷媒出口接続孔及び第２エンドプレート５の冷媒出口孔８０ｏを通って冷媒出口マニホールド９３ｏに排出される。冷媒出口マニホールド９３ｏに排出された冷媒は、出口ポート９９及び冷媒配管を通ってラジエータや駆動用モータ等を流通した後、再び積層体３内に供給されるようになっている。
【００５１】
ここで、本実施形態では、エンドプレート４，５が断熱材８４，９２によってそれぞれ覆われているため、積層体３で発生した熱がエンドプレート４，５を介して外部に放熱されるのを抑制できる。これにより、特に端部セル２ａ，２ｂの温度低下を抑制できるので、積層体３全体を所望の温度範囲に保持することができる。これにより、安定した発電性能を維持できる。
また、燃料電池スタック１の周辺部材に熱が伝達されるのを抑制できるので、周辺部材が高温になるのを抑制できる。
しかも、本実施形態では、断熱材８４及びガスマニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏをガスマニホールドユニット８３としてユニット化し、断熱材９２及び冷媒マニホールド９３ｉ，９３ｏを冷媒マニホールドユニット９１としてユニット化する構成とした。そのため、部品点数の削減を図ることができる。また、マニホールドユニット８３，９１を各エンドプレート４，５へ取り付ける際に、断熱材８４，９２と、対応するマニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏ，９３ｉ，９３ｏと、の相対位置を調整する必要がない。そのため、組付性を向上させることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、断熱材８４，９２が周壁部８８，９６によって各エンドプレート４，５の周囲を覆うことで、各エンドプレート４，５の側面からの放熱を抑制できる。
さらに、本実施形態では、各エンドプレート４，５にそれぞれ断熱材８４，９２が配設されているので、各エンドプレート４，５からの放熱を抑制できる。
その結果、断熱性の更なる向上を図ることができる。
【００５３】
また、各エンドプレート４，５にそれぞれマニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏ，９３ｉ，９３ｏが配設されているので、一方のエンドプレート４，５側のみにマニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏ，９３ｉ，９３ｏをまとめて配設する場合に比べてレイアウト性を向上させることができる。
【００５４】
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、第１エンドプレート４側にガスマニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏを配設し、第２エンドプレート５側に冷媒マニホールド９３ｉ，９３ｏを配設した場合について説明したが、これに限られない。例えば、第１エンドプレート４側に冷媒マニホールド９３ｉ，９３ｏを配設し、第２エンドプレート５側にガスマニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏを配設しても構わない。また、各エンドプレート４，５のうち、何れか一方のエンドプレート４，５側にガスマニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏ及び冷媒マニホールド９３ｉ，９３ｏをまとめて配設しても構わない。この場合、他方のエンドプレート４，５を断熱材のみで覆っても構わない。
【００５５】
上述した実施形態では、各エンドプレート４，５にマニホールドユニット８３，９１を配設する構成について説明したが、これに限らず、少なくとも何れかのエンドプレート４，５に配設されていれば構わない。
上述した実施形態では、断熱材８４，９２の周壁部８８，９６によってエンドプレート４，５の側面を覆う構成について説明したが、これに限られない。断熱材８４，９２は、少なくともエンドプレート４，５におけるＡ方向の外側端面を全体に亘って覆っていれば構わない。なお、上述した「全体」とは、エンドプレート４，５におけるＡ方向の外側端面の全面を実質的に覆っていれば構わない。すなわち、例えば引出孔８９，９７や各種部材の取付箇所、ボルト孔、ドレイン孔等において、エンドプレート４，５が断熱材８４，９２から僅かに露出していても構わない。
【００５６】
上述した実施形態において、断熱材８４，９２と、マニホールド８５ｉ，８５ｏ，８６ｉ，８６ｏ，９３ｉ，９３ｏと、は同一材料によって一体に形成しても、二色成形等によって異種材料で一体に形成しても構わない。
【００５７】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…燃料電池スタック
２…単位セル（燃料電池セル）
３…積層体（燃料電池積層体）
４…第１エンドプレート（エンドプレート）
５…第２エンドプレート（エンドプレート）
８４…断熱材（第１断熱材）
８５ｉ…酸化剤ガス入口マニホールド（第１マニホールド）
８５ｏ…酸化剤ガス出口マニホールド（第１マニホールド）
８６ｉ…燃料ガス入口マニホールド（第１マニホールド）
８６ｏ…燃料ガス出口マニホールド（第１マニホールド）
９２…断熱材（第２断熱材）
９３ｉ…冷媒入口マニホールド（第２マニホールド）
９３ｏ…冷媒出口マニホールド（第２マニホールド）
【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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