特許 6243391 燃料電池スタック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6243391

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】燃料電池スタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2484 20160101AFI20171127BHJP

   H01M 8/24 20160101ALI20171127BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20171127BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/24 M

   H01M8/24 E

   !H01M8/10

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-217267(P2015-217267)

(22)【出願日】2015年11月5日

(65)【公開番号】特開2017-91669(P2017-91669A)

(43)【公開日】2017年5月25日

【審査請求日】2016年9月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100149261

【弁理士】

【氏名又は名称】大内 秀治

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 基宏

(72)【発明者】

【氏名】近藤 淳

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 浩光

【審査官】 ▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２３６８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２４１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１０６７５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−７６２１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／００８３１５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／２４８４

Ｈ０１Ｍ ８／２４

Ｈ０１Ｍ ８／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質膜の両面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発電セルを有し、複数の前記発電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、一方のエンドプレートには、冷却媒体、燃料ガス又は酸化剤ガスである流体を流通させる樹脂製流体マニホールド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には、前記流体を前記積層方向に流通させる連通孔が設けられ、
前記樹脂製流体マニホールドは、前記一方のエンドプレートに当接する当接面のうち前記一方のエンドプレートの前記連通孔に対向しない箇所に、複数の凹み部がリブ部を介して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であって、前記樹脂製流体マニホールドは、前記一方のエンドプレートに当接するマニホールドベース部材と、
前記マニホールドベース部材に重ねて固定されるマニホールドカバー部材と、
を備え、
前記マニホールドベース部材の前記一方のエンドプレートとの当接面には、前記複数の凹み部が前記リブ部を介して設けら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であって、前記マニホールドベース部材の両端には、それぞれ前記流体を前記積層方向に流通させる流体連通孔が設けられるとともに、
前記マニホールドベース部材には、前記流体連通孔の間の領域に位置して前記複数の凹み部が前記リブ部を介して設けら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、電解質膜の両面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発電セルを有し、複数の前記発電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にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、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（単位セル）が構成されている。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、互いに隣接する発電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（流体連通孔）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（流体連通孔）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ている。冷却媒体連通孔（流体連通孔）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】

上記の燃料電池スタックでは、少なくとも一方のエンドプレートに、各流体連通孔に連なって燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体である流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。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樹脂製マニホールドが設けられるとともに、前記樹脂製マニホールドの端部には、前記一方のエンドプレートに保持される補強部が設けられている。

【0006】

また、特許文献２に開示されている燃料電池スタックでは、流体マニホールドがゴム製本体部を有している。ゴム製本体部には、エンドプレートとの接合部にゴム製フランジ部が一体に設けられるとともに、前記ゴム製フランジ部は、前記エンドプレートに固定される金属製止め部材により該エンドプレートに押圧保持されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００９−２２４１９５号公報

【特許文献2】特開２０１５−６０７１６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、樹脂製流体マニホールド自体の強度を良好に確保するとともに、軽量化を図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た電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される発電セルを有し、複数の前記発電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。一方のエンドプレートには、冷却媒体、燃料ガス又は酸化剤ガスである流体を流通させる樹脂製流体マニホールドが設けられている。

【0010】

燃料電池スタックでは、前記一方のエンドプレートには、前記流体を前記積層方向に流通させる連通孔が設けられ、樹脂製流体マニホールドは、一方のエンドプレートに当接する当接面のうち前記一方のエンドプレートの前記連通孔に対向しない箇所に、複数の凹み部がリブ部を介して設けられている。

【0011】

また、この燃料電池スタックでは、樹脂製流体マニホールドは、一方のエンドプレートに当接するマニホールドベース部材と、前記マニホールドベース部材に重ねて固定されるマニホールドカバー部材と、を備えることが好ましい。その際、マニホールドベース部材の一方のエンドプレートとの当接面には、複数の凹み部がリブ部を介して設けられることが好ましい。

【0012】

さらに、この燃料電池スタックでは、マニホールドベース部材の両端には、それぞれ流体を積層方向に流通させる流体連通孔が設けられることが好ましい。その際、マニホールドベース部材には、流体連通孔の間の領域に位置して複数の凹み部がリブ部を介して設けられることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、樹脂製流体マニホールドの当接面に、複数の凹み部がリブ部を介して設けられている。このため、複数の凹み部により、樹脂製流体マニホールドの薄肉化を図ることができ、前記樹脂製流体マニホールド自体の軽量化が確実に遂行される。しかも、各凹み部間には、リブ部が設けられている。従って、リブ部による補強機能が得られ、樹脂製流体マニホールド自体の強度を良好に確保することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【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発電セル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を構成する冷却媒体供給マニホールドの分解斜視説明図である。

【図5】前記冷却媒体供給マニホールドを構成するマニホールドベース部材の正面説明図である。

【図6】前記冷却媒体供給マニホールドを構成するマニホールドカバー部材の外面説明図である。

【図7】前記マニホールドカバー部材の内面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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、複数の発電セル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）。なお、燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２を重力方向（矢印Ｃ方向）に積層してもよい。

【0016】

図２に示すように、発電セル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。発電セル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。

【0017】

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。

【0018】

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２４により固定され、複数の積層された発電セル１２に積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。

【0019】

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第１サイドパネル２８ａ及び第２サイドパネル２８ｂにより構成される。ケーシング２６の高さ方向（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。

【0020】

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。第１サイドパネル２８ａ、第２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。

【0021】

図３に示すように、発電セル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を挟持するカソードセパレータ４２及びアノードセパレータ４４とを備える。

【0022】

カソードセパレータ４２及びアノードセパレータ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。カソードセパレータ４２及びアノードセパレータ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、カソードセパレータ４２及びアノードセパレータ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。

【0023】

発電セル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（流体）、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス排出連通孔４８ｂは、燃料ガス（流体）、例えば、水素含有ガスを排出する。

【0024】

発電セル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。

【0025】

発電セル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（流体）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。

【0026】

発電セル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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

カソードセパレータ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。

【0030】

アノードセパレータ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。

【0031】

互いに隣接するアノードセパレータ４４の面４４ｂとカソードセパレータ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。

【0032】

カソードセパレータ４２の面４２ａ、４２ｂには、このカソードセパレータ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。アノードセパレータ４４の面４４ａ、４４ｂには、このアノードセパレータ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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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（樹脂製流体マニホールド）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（樹脂製流体マニホールド）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。

【0037】

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、第２エンドプレート１８ｂに当接するマニホールドベース部材７４ａを備える。マニホールドベース部材７４ａは、マニホールドカバー部材７６ａと固定されるとともに、前記マニホールドカバー部材７６ａは、第２エンドプレート１８ｂに取り付けられる。第２エンドプレート１８ｂには、各冷却媒体供給連通孔５０ａに近接してそれぞれ４個のねじ穴７７ａが形成される一方、各冷却媒体排出連通孔５０ｂに近接してそれぞれ４個のねじ穴７７ｂが形成される（図１参照）。

【0038】

マニホールドベース部材７４ａは、略平板形状を有し、前記マニホールドベース部材７４ａの上部及び下部には、それぞれ冷却媒体供給連通孔５０ａに一体に連通する冷却媒体入口（流体連通孔）７８ａが設けられる。マニホールドベース部材７４ａのマニホールドカバー部材７６ａに向かう面７４ａ（in）には、上下の冷却媒体入口７８ａを囲繞する周回溝部８０ａが形成される。周回溝部８０ａには、シール部材８１ａが配置される。

【0039】

図１及び図５に示すように、マニホールドベース部材７４ａの第２エンドプレート１８ｂに当接する面７４ａ（out）には、一対の冷却媒体入口７８ａ間の領域に位置して、複数の凹み部８２ａがリブ部８３ａを介して設けられる。リブ部８３ａは、マニホールドベース部材７４ａの面７４ａ（out）よりも高さが低く、すなわち、前記面７４ａ（out）よりも内方に離間して形成され、第２エンドプレート１８ｂの表面との間に隙間が設けられる。

【0040】

凹み部８２ａは、例えば、ハニカム形状であり、前記凹み部８２ａ同士は、正六角形状のリブ部８３ａにより仕切られる。凹み部８２ａの深さｈは、マニホールドベース部材７４ａの厚さｔに対して、例えば、ｈ／ｔ＝０．１〜０．７程度の範囲内に設定される。なお、凹み部８２ａは、ハニカム形状の他、三角形や四角形等の多角形状、又は円形状等、種々の形状に設定可能である。

【0041】

図４に示すように、マニホールドベース部材７４ａの面７４ａ（in）には、各冷却媒体入口７８ａの周囲に、複数の凹み部８５ａがリブ部８７ａを介して設けられる。リブ部８７ａは、マニホールドベース部材７４ａの面７４ａ（in）よりも高さが低く、すなわち、前記面７４ａ（in）よりも内方に離間して形成され、マニホールドカバー部材７６ａの表面との間に隙間が設けられる。凹み部８５ａの深さｈは、マニホールドベース部材７４ａの厚さｔに対して、例えば、ｈ／ｔ＝０．１〜０．７程度の範囲内に設定される。凹み部８５ａは、ハニカム形状の他、三角形や四角形等の多角形状、又は円形状等、種々の形状に設定可能である。

【0042】

マニホールドベース部材７４ａの上部には、両角部にそれぞれ上下に２個ずつ孔部８４ａが形成される。マニホールドベース部材７４ａの下部には、両角部にそれぞれ上下に２個ずつ孔部８４ａが形成される。各孔部８４ａは、第２エンドプレート１８ｂの各ねじ穴７７ａと同軸上に配置される。マニホールドベース部材７４ａの高さ方向（矢印Ｃ方向）略中央部には、矢印Ａ方向両側に位置して、それぞれ上下２個の金属製の雌ねじ部材８６ａが埋設される。

【0043】

図４及び図６に示すように、マニホールドカバー部材７６ａは、マニホールドベース部材７４ａの上下の冷却媒体入口７８ａに連通する冷却媒体流通路８９ａを形成する筐体状の本体部８８ａを設ける。本体部８８ａの高さ方向略中央部には、冷却媒体供給口である入口管路部９０ａ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。本体部８８ａの外周縁部には、フランジ部９２ａが設けられる。

【0044】

図４に示すように、フランジ部９２ａの上部には、両角部にそれぞれ上下に２個ずつ孔部９４ａが形成される。フランジ部９２ａの下部には、両角部にそれぞれ上下に２個ずつ孔部９４ａが形成される。フランジ部９２ａの高さ方向（矢印Ｃ方向）略中央部には、矢印Ａ方向両側に位置して、それぞれ上下に２個ずつ孔部９６ａが形成される。

【0045】

フランジ部９２ａの孔部９４ａは、マニホールドベース部材７４ａの孔部８４ａと同軸上に配置される一方、前記フランジ部９２ａの孔部９６ａは、前記マニホールドベース部材７４ａの金属製の雌ねじ部材８６ａと同軸上に形成される。

【0046】

図７に示すように、マニホールドカバー部材７６ａの内側（マニホールドベース部材７４ａに対向する側）の面７６ａ（in）には、冷却媒体流通路８９ａを周回して複数の凹み部９８ａがリブ部１００ａを介して設けられる。凹み部９８ａは、凹み部８２ａと同様に、ハニカム形状を有するが、多角形状又は円形状等、種々の形状に設定可能である。

【0047】

図４及び図６に示すように、マニホールドカバー部材７６ａの外側の面７６ａ（out）には、本体部８８ａの外周を周回して、複数の凹み部９８ａがリブ部１００ａを介して設けられる。

【0048】

図４に示すように、各孔部９４ａには、例えば、金属製の円筒状カラー部材１０６ａが配設される。円筒状カラー部材１０６ａは、孔部９４ａから孔部８４ａに挿入されて先端が第２エンドプレート１８ｂのプレート面に当接するように、軸方向の長さが設定される。

【0049】

円筒状カラー部材１０６ａ内に締結ボルト（六角ボルト）１０８ａが挿入され、前記締結ボルト１０８ａがねじ穴７７ａに螺合することにより、冷却媒体供給マニホールド７２ａが第２エンドプレート１８ｂに固定される。

【0050】

図４に示すように、各孔部９６ａには、例えば、金属製の円筒状カラー部材１１０ａが配設される。円筒状カラー部材１１０ａは、孔部９６ａに挿入されて先端がマニホールドベース部材７４ａの雌ねじ部材８６ａの端面に当接するように、軸方向の長さが設定される。

【0051】

円筒状カラー部材１１０ａ内に締結ボルト（六角ボルト）１１２ａが挿入され、前記締結ボルト１１２ａが雌ねじ部材８６ａに螺合することにより、マニホールドカバー部材７６ａがマニホールドベース部材７４ａに固定される。

【0052】

図１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、冷却媒体排出マニホールド７２ｂでは、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。

【0053】

冷却媒体排出マニホールド７２ｂの上部及び下部には、それぞれ冷却媒体排出連通孔５０ｂに一体に連通する冷却媒体出口（流体連通孔）７８ｂが設けられる。冷却媒体排出マニホールド７２ｂでは、マニホールドカバー部材７６ｂを構成する本体部８８ｂの高さ方向略中央部に、冷却媒体排出口である出口管路部９０ｂ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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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９０ａから本体部８８ａの冷却媒体流通路８９ａ内には、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、冷却媒体流通路８９ａ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。

【0057】

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からカソードセパレータ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。

【0058】

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４８ａからアノードセパレータ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。

【0059】

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。

【0060】

次いで、電解質膜・電極構造体４０のカソード電極５４に供給されて一部が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に供給されて一部が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。

【0061】

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、互いに隣接するカソードセパレータ４２及びアノードセパレータ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。

【0062】

図１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の本体部８８ｂ内の冷却媒体流通路８９ｂに排出される。冷却媒体は、本体部８８ｂの中央側に流通した後、出口管路部９０ｂから外部に排出される。

【0063】

この場合、本実施形態では、図１及び図５に示すように、マニホールドベース部材７４ａの面７４ａ（out）には、一対の冷却媒体入口７８ａ間の領域に位置して、複数の凹み部８２ａがリブ部８３ａを介して設けられている。

【0064】

このため、マニホールドベース部材７４ａは、複数の凹み部８２ａにより薄肉化を図ることができ、前記マニホールドベース部材７４ａ自体の軽量化が確実に遂行される。しかも、各凹み部８２ａ間には、リブ部８３ａが設けられている。従って、リブ部８３ａによる補強機能が得られ、マニホールドベース部材７４ａ自体の強度を良好に確保することが可能になる。

【0065】

しかも、リブ部８３ａは、マニホールドベース部材７４ａの面７４ａ（out）よりも高さが低く形成され、第２エンドプレート１８ｂの表面との間に隙間が設けられている。これにより、第２エンドプレート１８ｂとリブ部８３ａとにより空気室が構成され、前記第２エンドプレート１８ｂからの放熱を抑制することができる。さらに、マニホールドベース部材７４ａは、リブ部８３ａが外周面よりも低く形成されており、前記外周面のみ平面度を確保すればよい。このため、精度の管理が容易となる。

【0066】

さらにまた、図４に示すように、マニホールドベース部材７４ａの面７４ａ（in）には、各冷却媒体入口７８ａの周囲に対応して、複数の凹み部８５ａがリブ部８７ａを介して設けられている。これにより、マニホールドベース部材７４ａ自体の軽量化が一層促進されるという利点がある。

【0067】

一方、図７に示すように、マニホールドカバー部材７６ａの面７６ａ（in）には、冷却媒体流通路８９ａを周回して複数の凹み部９８ａがリブ部１００ａを介して設けられている。このため、マニホールドカバー部材７６ａは、複数の凹み部９８ａにより薄肉化を図ることができ、前記マニホールドカバー部材７６ａ自体の軽量化が確実に遂行される。しかも、各凹み部９８ａ間には、リブ部１００ａが設けられている。従って、リブ部１００ａによる補強機能が得られ、マニホールドカバー部材７６ａ自体の強度を良好に確保することが可能になる。

【0068】

さらに、図６に示すように、マニホールドカバー部材７６ａの面７６ａ（out）には、本体部８８ａの外周を周回して、複数の凹み部９８ａがリブ部１００ａを介して設けられる。これにより、マニホールドベース部材７４ａ自体の軽量化が一層促進され、冷却媒体供給マニホールド７２ａ全体の強度を良好に確保するとともに、軽量化を図ることが可能になる。また、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。

【0069】

なお、本実施形態では、冷却媒体供給マニホールド７２ａは、マニホールドベース部材７４ａ及びマニホールドカバー部材７６ａにより個別に構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、マニホールドベース部材７４ａ及びマニホールドカバー部材７６ａを一体成形することにより、冷却媒体供給マニホールド７２ａを単一部品として構成してもよい。一方、冷却媒体排出マニホールド７２ｂも、同様に単一部品として構成してもよい。

【符号の説明】

【0070】

１０…燃料電池スタック １２…発電セル
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…カソードセパレータ ４４…アノードセパレータ
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…冷却媒体供給マニホールド ７２ｂ…冷却媒体排出マニホールド
７４ａ…マニホールドベース部材 ７６ａ…マニホールドカバー部材
７７ａ、７７ｂ…ねじ穴 ７８ａ…冷却媒体入口
８１ａ…シール部材 ８２ａ、９８ａ…凹み部
８３ａ、１００ａ…リブ部 ８４ａ、９４ａ、９６ａ…孔部
８６ａ…雌ねじ部材 ８８ａ、８８ｂ…本体部
８９ａ…冷却媒体流通路 ９２ａ…フランジ部
１０６ａ、１１０ａ…円筒状カラー部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】