JP2017107748A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つ経済的な構成で、エンドプレートからの放熱を良好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を構成するエンドプレート２２ａの外表面２２ａｓには、樹脂製連結部材９４が設けられる。樹脂製連結部材９４は、酸化剤ガス供給マニホールド９０ａ、酸化剤ガス排出マニホールド９０ｂ、燃料ガス供給マニホールド９２ａ及び燃料ガス排出マニホールド９２ｂ同士を連結する。樹脂製連結部材９４の外表面９４ｓには、補機収納ケーシング９８が取り付けられる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電解質膜の両面に電極が配設される電解質膜・電極構造体を、カソードセパレータとアノードセパレータとにより挟持する発電セルを有し、複数の前記発電セルが積層された積層体を備える燃料電池スタックに関する。

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の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。アノード電極及びカソード電極は、それぞれ触媒層（電極触媒層）とガス拡散層（多孔質カーボン）とを有している。

電解質膜・電極構造体は、カソードセパレータ及びアノードセパレータによって挟持されることにより、発電セル（単位燃料電池）を構成している。カソードセパレータには、酸化剤ガスが電極面に沿って流通される一方、アノードセパレータには、燃料ガスが前記電極面に沿って流通されている。発電セルは、所定の数だけ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使用されている。

燃料電池スタックでは、外部への放熱により他の発電セルに比べて温度低下が惹起され易い発電セルが存在している。例えば、積層方向端部に配置されている発電セル（以下、端部発電セルともいう）は、電力取り出し用ターミナルプレート（集電板）や、エンドプレート等からの放熱が多く、上記の温度低下が顕著になっている。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックが提案されている。この燃料電池スタックでは、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体がセパレータにより挟持された発電セルを複数積層した積層体を備えている。積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるダミーセルは、電解質・電極構造体に対応する導電性プレートと、前記導電性プレートを挟持するとともに、発電セルを構成するセパレータと同一のセパレータとを備えている。ダミーセルは、積層体の端部を構成する発電セルに隣接している。

従って、ダミーセル自体が断熱層として機能するため、低温始動時の端部発電セルの昇温遅れ及び前記端部発電セルの電圧降下を有効に阻止することができる。しかも、専用の断熱プレート等を用いる必要がなく、燃料電池スタック全体を経済的に構成することが可能になる、としている。

特開２００５−１９２２３号公報

ところで、ダミーセルは、導電性プレートと該導電性プレートを挟持する一対のセパレータとを備えている。このため、放熱をさらに抑制しようとすると、積層されるプレート枚数を増加させる必要がある。従って、燃料電池スタック全体の積層方向の寸法が長尺化するとともに、部品点数が増加して経済的ではないという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、エンドプレートからの放熱を良好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。

本発明は、複数の発電セルが積層された積層体を備える燃料電池スタックに関する。発電セルは、電解質膜の両面に電極が配設される電解質膜・電極構造体を、カソードセパレータとアノードセパレータとにより挟持している。カソードセパレータには、酸化剤ガスがカソード電極面に沿って流通される一方、アノードセパレータには、燃料ガスがアノード電極面に沿って流通されている。積層体の積層方向両端には、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、少なくとも酸化剤ガス又は燃料ガスである反応ガスを発電セルの積層方向に流通させる複数の樹脂製マニホールドが設けられている。そして、一方のエンドプレートの外表面には、複数の樹脂製マニホールド同士を連結する樹脂製連結部材が設けられ、前記樹脂製連結部材の外表面には、補機収納ケーシングが取り付けられている。

また、この燃料電池スタックでは、補機収納ケーシングには、燃料ガス循環用機器が収納されることが好ましい。

本発明では、一方のエンドプレートの外表面には、複数の樹脂製マニホールド同士を連結する樹脂製連結部材が設けられるとともに、前記樹脂製連結部材の外表面には、補機収納ケーシングが取り付けられている。このため、樹脂製連結部材の断熱作用下に、燃料電池スタックの端部から補機収納ケーシングへの放熱を抑制することができる。従って、簡単且つ経済的な構成で、一方のエンドプレートからの放熱を良好に抑制することが可能になる。

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの分解概略斜視図である。 前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。 前記燃料電池スタックを構成する発電セルの分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する一方のエンドプレートと補機収納ケーシングの斜視説明図である。

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、複数の発電セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）、又は垂直方向（矢印Ｃ方向）に積層された積層体１４を備える。燃料電池スタック１０は、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。

図１及び図２に示すように、積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、第１端部発電セル１２end.（ｃ）が配設されるとともに、前記積層体１４の積層方向他端には、第２端部発電セル１２end.（ａ）が配設される。第１端部発電セル１２end.（ｃ）は、後述するように、積層方向最外部にカソードセパレータ３４を有する一方、第２端部発電セル１２end.（ａ）は、積層方向最外部にアノードセパレータ３０を有する。

第１端部発電セル１２end.（ｃ）には、積層方向外方に向かって、ターミナルプレート１６ａ、絶縁部材１８ａ、温調用プレート２０ａ及びエンドプレート（一方のエンドプレート）２２ａが、順次、配設される。第２端部発電セル１２end.（ａ）には、積層方向外方に向かって、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁部材１８ｂ、温調用プレート２０ｂ、積層調整用の樹脂製プレート２４及びエンドプレート２２ｂが、順次、配設される。

燃料電池スタック１０は、例えば、長方形に構成されるエンドプレート２２ａ、２２ｂを端板として含む箱状ケーシング（図示せず）により一体的に保持される。なお、燃料電池スタック１０は、例えば、矢印Ａ方向に延在する複数のタイロッド（図示せず）により一体的に締め付け保持されてもよい。

発電セル１２は、図２及び図３に示すように、アノードセパレータ３０、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）３２及びカソードセパレータ３４を設ける。アノードセパレータ３０及びカソードセパレータ３４は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板等の縦長形状の金属板により構成される。

なお、アノードセパレータ３０及びカソードセパレータ３４は、金属セパレータに代えて、カーボンセパレータを用いてもよい。また、発電セル１２は、第１セパレータ、第１のＭＥＡ、第２セパレータ、第２のＭＥＡ及び第３セパレータを積層して構成してもよい。さらに、発電セル１２は、３枚以上のＭＥＡと５枚以上のセパレータとを有してもよい。

図３に示すように、発電セル１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）（水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３６ａ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３８ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。

発電セル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燃料ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３６ｂが設けられる。

発電セル１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）（鉛直方向）の両端縁部一方（酸化剤ガス入口連通孔３６ａ側）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するそれぞれ一対の冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２が上下に設けられる。冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２は、水平方向に長尺な長方形開口部の長手方向の中間部位にリブ部４１ａを設けることにより、互いに独立して分割形成される。

発電セル１２の短辺方向の他方（燃料ガス入口連通孔３８ａ側）には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を排出するそれぞれ一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２が上下に設けられる。冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２は、水平方向に長尺な長方形開口部の長手方向の中間部位にリブ部４１ｂを設けることにより、互いに独立して分割形成される。

なお、リブ部４１ａを除去して冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２を単一の冷却媒体入口連通孔とする一方、リブ部４１ｂを除去して冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２を単一の冷却媒体出口連通孔としてもよい。また、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとは、互いに入れ替えて構成してもよい。

アノードセパレータ３０の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３０ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを連通する燃料ガス流路４２が形成される。燃料ガス流路４２は、複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）を有する。

燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス流路４２とは、複数の入口連結流路４４ａを介して連通する一方、燃料ガス出口連通孔３８ｂと前記燃料ガス流路４２とは、複数の出口連結流路４４ｂを介して連通する。入口連結流路４４ａ及び出口連結流路４４ｂは、蓋体４６ａ及び蓋体４６ｂにより覆われる。

アノードセパレータ３０の面３０ｂには、それぞれ一対の冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２と一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２とを連通する冷却媒体流路４８の一部が形成される。

カソードセパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとを連通する酸化剤ガス流路５０が形成される。酸化剤ガス流路５０は、複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）を有する。カソードセパレータ３４の面３４ｂには、冷却媒体流路４８の一部が形成される。

アノードセパレータ３０の面３０ａ、３０ｂには、このアノードセパレータ３０の外周端縁部を周回して第１シール部材５２が一体成形される。カソードセパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、このカソードセパレータ３４の外周端縁部を周回して第２シール部材５４が一体成形される。

第１シール部材５２及び第２シール部材５４には、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。

図２及び図３に示すように、電解質膜・電極構造体３２は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜６０を備える。固体高分子電解質膜６０は、アノード電極６２及びカソード電極６４により挟持される。アノード電極６２は、カソード電極６４よりも小さな平面寸法を有する段差ＭＥＡを構成しているが、これとは逆に、前記カソード電極６４よりも大きな平面寸法を有することもできる。また、アノード電極６２とカソード電極６４とは、同一の平面寸法に設定されてもよい。

アノード電極６２及びカソード電極６４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を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布し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、固体高分子電解質膜６０の両面に形成される。

図１に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの面内中央から離間した位置（面内中央でもよい）には、積層方向外方に延在する電力取り出し端子６６ａ、６６ｂが設けられる。電力取り出し端子６６ａ、６６ｂは、好ましくは、冷却媒体流路４８の冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２よりも冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２に近い位置に設定される。

絶縁部材１８ａ、１８ｂは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成されている。図１及び図２に示すように、絶縁部材１８ａのターミナルプレート１６ａに対向する面には、中央部に矩形状の凹部６８ａが設けられるとともに、この凹部６８ａに孔部７０ａが連通する。ターミナルプレート１６ａの電力取り出し端子６６ａは、絶縁部材１８ａの孔部７０ａ、温調用プレート２０ａの孔部７２ａ及びエンドプレート２２ａの孔部７４ａを介して外部に露出する。

絶縁部材１８ｂのターミナルプレート１６ｂに対向する面には、中央部に矩形状の凹部６８ｂが設けられるとともに、前記凹部６８ｂに孔部７０ｂが連通する。ターミナルプレート１６ｂの電力取り出し端子６６ｂは、絶縁部材１８ｂの凹部６８ｂの底面に配置された非導電性の樹脂製スペーサ７７の孔部７７ｈに挿入される。電力取り出し端子６６ｂは、さらに絶縁部材１８ｂの孔部７０ｂから温調用プレート２０ｂの孔部７２ｂ、樹脂製プレート２４の孔部７６及びエンドプレート２２ｂの孔部７４ｂを介して外部に露呈する。

図１に示すように、絶縁部材１８ａ、１８ｂ、温調用プレート２０ａ、２０ｂ、樹脂製プレート２４及びエンドプレート２２ｂには、それぞれ一対の冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２及びそれぞれ一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２が形成される。絶縁部材１８ａ、温調用プレート２０ａ及びエンドプレート２２ａには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが形成される。

温調用プレート２０ａの絶縁部材１８ａに対向する面２０ａｓには、エンドプレート２２ａのプレート面方向に沿って温度調整用媒体、例えば、冷却媒体を流通させる冷却媒体通路が形成される。

冷却媒体通路は、下方に配置される冷却媒体入口連通孔４０ａ１と上方に配置される冷却媒体出口連通孔４０ｂ１とに連通するとともに、蛇行する複数本の第１冷却媒体通路７８ａを有する。冷却媒体通路は、下方に配置される冷却媒体入口連通孔４０ａ２と上方に配置される冷却媒体出口連通孔４０ｂ２とに連通するとともに、蛇行する複数本の第１冷却媒体通路８０ａを有する。

温調用プレート２０ｂの絶縁部材１８ｂに対向する面２０ｂｓには、エンドプレート２２ｂのプレート面方向に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体通路が形成される。

冷却媒体通路は、下方に配置される冷却媒体入口連通孔４０ａ１と上方に配置される冷却媒体出口連通孔４０ｂ１とに連通するとともに、蛇行する複数本の第２冷却媒体通路７８ｂを有する。冷却媒体通路は、下方に配置される冷却媒体入口連通孔４０ａ２と上方に配置される冷却媒体出口連通孔４０ｂ２とに連通するとともに、蛇行する複数本の第２冷却媒体通路８０ｂを有する。

図１及び図２に示すように、絶縁部材１８ａの凹部６８ａには、導電性断熱部材８２ａ及びターミナルプレート１６ａが収容される。導電性断熱部材８２ａは、例えば、２枚の第１断熱部材８４ａ間に１枚の第２断熱部材８６ａが挟持される。第１断熱部材８４ａは、例えば、カーボンプレートで構成される一方、第２断熱部材８６ａは、例えば、金属プレートの断面を凹凸状に形成して間に空気室が形成される。

絶縁部材１８ｂの凹部６８ｂには、導電性断熱部材８２ｂ、ターミナルプレート１６ｂ及び樹脂製スペーサ７７が収容される。導電性断熱部材８２ｂは、例えば、１枚の第１断熱部材８４ｂと１枚の第２断熱部材８６ｂとを備える。

なお、導電性断熱部材８２ａ、８２ｂは、空孔を保持し且つ電気導電性を有する部材であればよく、電気導電性を有する発泡金属、ハニカム形状金属（ハニカム部材）、又は多孔質カーボン（例えば、カーボンペーパ）のいずれかにより構成してもよい。

図２に示すように、積層体１４は、ターミナルプレート１６ａ側の端部に第１端部発電セル１２end.（ｃ）が配置され、ターミナルプレート１６ｂ側の端部に第２端部発電セル１２end.（ａ）が配置される。第１端部発電セル１２end.（ｃ）と第２端部発電セル１２end.（ａ）との間には、複数の発電セル１２が積層された積層体１４が介装される。

図１に示すように、エンドプレート２２ａの外表面２２ａｓには、一方の対角位置に、樹脂製マニホールドである酸化剤ガス供給マニホールド９０ａと酸化剤ガス排出マニホールド９０ｂとが設けられる。酸化剤ガス供給マニホールド９０ａは、酸化剤ガス入口連通孔３６ａに連通する一方、酸化剤ガス排出マニホールド９０ｂは、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに連通する。

酸化剤ガス供給マニホールド９０ａは、矩形状のフランジ部９０ａｆを有し、酸化剤ガス排出マニホールド９０ｂは、矩形状のフランジ部９０ｂｆを有する。フランジ部９０ａｆ、９０ｂｆは、エンドプレート２２ａの外表面２２ａｓに接着、溶着又はねじ止めにより固定され、又は、前記外表面２２ａｓに一体成形される。

エンドプレート２２ａの外表面２２ａｓには、他方の対角位置に、樹脂製マニホールドである燃料ガス供給マニホールド９２ａと燃料ガス排出マニホールド９２ｂとが設けられる。燃料ガス供給マニホールド９２ａは、燃料ガス入口連通孔３８ａに連通する一方、燃料ガス排出マニホールド９２ｂは、燃料ガス出口連通孔３８ｂに連通する。

燃料ガス供給マニホールド９２ａは、矩形状のフランジ部９２ａｆを有し、燃料ガス排出マニホールド９２ｂは、矩形状のフランジ部９２ｂｆを有する。フランジ部９２ａｆ、９２ｂｆは、エンドプレート２２ａの外表面２２ａｓに接着、溶着又はねじ止めにより固定され、又は、前記外表面２２ａｓに一体成形される。

エンドプレート２２ａの外表面２２ａｓには、酸化剤ガス供給マニホールド９０ａ、酸化剤ガス排出マニホールド９０ｂ、燃料ガス供給マニホールド９２ａ及び燃料ガス排出マニホールド９２ｂ同士を連結する樹脂製連結部材９４が設けられる。

樹脂製連結部材９４は、フランジ部９０ａｆとフランジ部９２ａｆとを連結する長尺連結部９４ａと、フランジ部９０ｂｆとフランジ部９２ｂｆとを連結する長尺連結部９４ｂとを有する。樹脂製連結部材９４は、フランジ部９０ａｆとフランジ部９２ｂｆとを連結する短尺連結部９４ｃと、フランジ部９０ｂｆとフランジ部９２ａｆとを連結する短尺連結部９４ｄとを有する。

樹脂製連結部材９４は、フランジ部９０ａｆ、９２ａｆ、９０ｂｆ及び９２ｂｆと同一の厚さを有し、全体に段差のない平坦な断熱層を構成する。樹脂製連結部材９４は、エンドプレート２２ａの外表面２２ａｓに接着、溶着又はねじ止めにより固定され、又は、前記外表面２２ａｓに一体成形される。樹脂製連結部材９４は、フランジ部９０ａｆ、９２ａｆ、９０ｂｆ及び９２ｂｆと一体成形されてもよい。

エンドプレート２２ａには、樹脂製連結部材９４の内側に位置して、複数個のねじ孔９６が形成される。図２に示すように、樹脂製連結部材９４の外表面９４ｓには、金属製の補機収納ケーシング９８が取り付けられる。

図４に示すように、金属製の補機収納ケーシング９８に挿入される固定ねじ１００が、エンドプレート２２ａのねじ孔９６に螺合することにより、前記補機収納ケーシング９８は、前記エンドプレート２２ａに固定される。なお、補機収納ケーシング９８の側部にフランジ部を設け、長尺な固定ねじ１００に代えて、前記フランジ部に挿入される短尺な固定ねじ（図示せず）をエンドプレート２２ａのねじ孔９６に螺合してもよい。

図２に示すように、補機収納ケーシング９８内には、燃料ガス循環用機器１０２が収納される。燃料ガス循環用機器１０２は、例えば、燃料ガスを循環供給するためのイジェクタ１０４及びポンプ１０６等を備える。なお、インジェクタ及びチェックバルブを備えてもよい。図４に示すように、補機収納ケーシング９８には、燃料ガス供給源（水素タンク等）から燃料ガスが供給される燃料ガス供給管１０８ａと、使用後の前記燃料ガスが排出される燃料ガス排出管１０８ｂとが接続される。

図１に示すように、エンドプレート２２ｂには、冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２に連通する冷却媒体供給マニホールド１１０ａと、冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２に連通する冷却媒体排出マニホールド１１０ｂとが設けられる。

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。

先ず、図１に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、エンドプレート２２ａの酸化剤ガス供給マニホールド９０ａから酸化剤ガス入口連通孔３６ａに供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、図４に示すように、燃料ガス供給管１０８ａから補機収納ケーシング９８内に供給される。燃料ガスは、補機収納ケーシング９８内の燃料ガス循環用機器１０２に導入された後、エンドプレート２２ａの燃料ガス供給マニホールド９２ａから燃料ガス入口連通孔３８ａに供給される。

純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、図１に示すように、エンドプレート２２ｂの冷却媒体供給マニホールド１１０ａから各冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２に供給される。

酸化剤ガスは、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３６ａからカソードセパレータ３４の酸化剤ガス流路５０に導入される。酸化剤ガスは、矢印Ｂ方向に流動して電解質膜・電極構造体３２のカソード電極６４に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３８ａからアノードセパレータ３０の燃料ガス流路４２に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４２に沿って矢印Ｂ方向に流動し、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極６２に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体３２では、カソード電極６４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極６２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。

次いで、カソード電極６４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３６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極６２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３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

さらに、図３に示すように、各冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２に供給された冷却媒体は、互いに隣接するアノードセパレータ３０とカソードセパレータ３４との間の冷却媒体流路４８に導入される。冷却媒体は、互いに近接するように、矢印Ｃ方向に流通する。冷却媒体は、さらに矢印Ｂ方向（セパレータ長辺方向）に流通して電解質膜・電極構造体３２を冷却する。次いで、冷却媒体は、互いに離間するように、矢印Ｃ方向に流通して各冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２から排出される。

また、図１及び図２に示すように、温調用プレート２０ａには、第１冷却媒体通路７８ａ、８０ａが設けられる一方、温調用プレート２０ｂには、第２冷却媒体通路７８ｂ、８０ｂが設けられている。

このため、図１に示すように、温調用プレート２０ａでは、冷却媒体は、下方の冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２から第１冷却媒体通路７８ａ、８０ａに導入される。冷却媒体は、第１冷却媒体通路７８ａ、８０ａに沿って蛇行しながら上方に流通した後、上方の冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２に排出される。

温調用プレート２０ｂでは、冷却媒体は、下方の冷却媒体入口連通孔４０ａ１、４０ａ２から第２冷却媒体通路７８ｂ、８０ｂに導入される。冷却媒体は、第２冷却媒体通路７８ｂ、８０ｂに沿って蛇行しながら上方に流通した後、上方の冷却媒体出口連通孔４０ｂ１、４０ｂ２に排出される。

燃料電池スタック１０では、特に、端部構造等に起因して、第１端部発電セル１２end.（ｃ）では、第２端部発電セル１２end.（ａ）よりも放熱し易い。具体的には、図２に示すように、エンドプレート２２ｂには、樹脂製プレート２４と冷却媒体供給マニホールド１１０ａ及び冷却媒体排出マニホールド１１０ｂとが隣接している。

従って、第２端部発電セル１２end.（ａ）では、放熱が少なくなる一方、第１端部発電セル１２end.（ｃ）では、エンドプレート２２ａから補機収納ケーシング９８に必要以上に放熱するおそれがある。これにより、エンドプレート２２ａ自体が熱を奪われて、第１端部発電セル１２end.（ｃ）から放熱されるため、反応ガス流路（酸化剤ガス流路５０及び／又は燃料ガス流路４２）内でフラッディングが発生するおそれがある。

この場合、本実施形態では、図１に示すように、エンドプレート２２ａの外表面２２ａｓには、樹脂製連結部材９４が設けられている。樹脂製連結部材９４は、それぞれ樹脂製マニホールドである酸化剤ガス供給マニホールド９０ａ、酸化剤ガス排出マニホールド９０ｂ、燃料ガス供給マニホールド９２ａ及び燃料ガス排出マニホールド９２ｂ同士を連結している。さらに、樹脂製連結部材９４の外表面９４ｓには、補機収納ケーシング９８が取り付けられている。

このため、樹脂製連結部材９４の断熱作用下に、燃料電池スタック１０の端部から補機収納ケーシング９８への放熱を抑制することができる。従って、簡単且つ経済的な構成で、エンドプレート２２ａからの放熱を良好に抑制することが可能になり、フラッディングの発生を確実に防止することができるという効果が得られる。

１０…燃料電池スタック １２…発電セル
１２end.（ｃ）、１２end.（ａ）…端部発電セル
１４…積層体 １６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、１８ｂ…絶縁部材 ２０ａ、２０ｂ…温調用プレート
２２ａ、２２ｂ…エンドプレート ２２ａｓ、９４ｓ…外表面
２４…樹脂製プレート ３０…アノードセパレータ
３２…電解質膜・電極構造体 ３４…カソードセパレータ
３６ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ３６ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３８ａ…燃料ガス入口連通孔 ３８ｂ…燃料ガス出口連通孔
４０ａ１、４０ａ２…冷却媒体入口連通孔
４０ｂ１、４０ｂ２…冷却媒体出口連通孔
４２…燃料ガス流路 ４８…冷却媒体流路
５０…酸化剤ガス流路 ６０…固体高分子電解質膜
６２…アノード電極 ６４…カソード電極
６８ａ、６８ｂ…凹部 ７７…樹脂製スペーサ
７８ａ、７８ｂ、８０ａ、８０ｂ…冷却媒体通路
８２ａ、８２ｂ…導電性断熱部材 ９０ａ…酸化剤ガス供給マニホールド
９０ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド
９０ａｆ、９０ｂｆ、９２ａｆ、９２ｂｆ…フランジ部
９２ａ…燃料ガス供給マニホールド ９２ｂ…燃料ガス排出マニホールド
９４…樹脂製連結部材 ９４ａ、９４ｂ…長尺連結部
９４ｃ、９４ｄ…短尺連結部 ９８…補機収納ケーシング
１０２…燃料ガス循環用機器 １１０ａ…冷却媒体供給マニホールド
１１０ｂ…冷却媒体排出マニホールド

Claims (2)

1. 電解質膜の両面に電極が配設される電解質膜・電極構造体を、カソードセパレータとアノードセパレータとにより挟持するとともに、前記カソードセパレータには、酸化剤ガスがカソード電極面に沿って流通される一方、前記アノードセパレータには、燃料ガスがアノード電極面に沿って流通される発電セルを有し、複数の前記発電セルが積層される積層体の積層方向両端には、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、少なくとも前記酸化剤ガス又は前記燃料ガスである反応ガスを前記発電セルの積層方向に流通させる複数の樹脂製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の外表面には、前記複数の樹脂製マニホールド同士を連結する樹脂製連結部材が設けられ、
   前記樹脂製連結部材の外表面には、補機収納ケーシングが取り付けられることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックであって、前記補機収納ケーシングには、燃料ガス循環用機器が収納されることを特徴とする燃料電池スタック。

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