JP5217172B2 - 燃料電池スタック構造 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池スタック構造に関するものである。

多数のセルを積層してなる燃料電池スタックにおいては、燃料ガス等の流体をスタックの各セルに対していかに均等に分配するかが課題となっている。スタックは、多数のセルとセパレータとを交互に積層してなり、セルとセパレータとの間に画成した流体通路に流体を分配し、または、該流体通路からの流体を集合させる各セルに共通の内部マニホールド孔を前記積層方向に形成した構成となっている。本出願人の知見によれば、このようなスタックの内部マニホールド孔に対して特に方向性を与えずに流体を供給すると、流れが向きを変える内部マニホールド孔の開口部付近にて、流れの剥離が発生する結果として、セル内流体通路への流量が、入口付近では少なく、比較的奥部では多くなるといった偏りを生じる。

前記内部マニホールド内での流量分布の偏りを少なくするには、内部マニホールドの中心線に沿ってまっすぐに流体が出入りするようにマニホールド内通路を形成するのが理想的であるが、そのような構成はマニホールド寸法がスタック積層方向に大となってしまい、車載用燃料電池のように搭載レイアウトの面から制約がある場合には採用することができない。

このようなスタックでの流体分配の偏りを解決するために、燃料電池スタックへの反応ガスを供給する供給管と、各単電池へ反応ガスを分配する内部マニホールドとを接続するガス通路に、単電池の積層方向と平行な方向に延びる整流板を介装させるものがある（特許文献１、２参照）。
特開２００２-２５２０２１号公報 特開２００４-２５９６３７号公報

しかしながら、上記従来の燃料電池では、整流板が流路抵抗となるため、圧力損失を増大させ、各単電池への流量配分性を十分に確保できない可能性がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、圧力損失を伴うことなく流量分配性を向上させるに好適な燃料電池スタック構造を提供することを目的とする。

本発明は、供給流体毎に入口側および出口側の内部マニホールド用の貫通穴とこれらの貫通穴同士を連通させるセル内流体通路とを備える単セルを複数積層することで積層方向に延在し且つ積層端に開口する内部マニホールド孔を備える燃料電池スタックと、流体を燃料電池スタックの入口側の内部マニホールド孔の開口部に供給する入口側外部通路および出口側の内部マニホールド孔の開口部から流体を排出する出口側外部通路の内の少なくとも入口側外部通路を備える、前記燃料電池スタックの積層端に配置された外部マニホールドとからなる燃料電池スタック構造であり、前記入口側外部通路は、前記内部マニホールド孔およびその開口部と同様な空間形状に形成され且つ開口部に接続される接続部と、前記単セルのセル面に平行な面内に配置され且つ前記燃料電池スタックの積層端から見て内部マニホールド孔からセル内流体通路への流体流入方向と直交する方向から前記接続部に流体を供給する通路部と、から構成されている。
そして、前記開口部およびそれに連なる内部マニホールド孔は、前記通路部が接続される辺およびそれに対向する辺を長辺とし、セル内流体通路が開口する辺およびそれに対向する辺を短辺とする偏平形状に形成し、前記通路部から接続部に流入された流体は、接続部若しくは開口部の対向する面に沿って単セルのセル面と平行に流動して開口部から内部マニホールド孔内においてこの空間を横断する面内で流動する旋回流を形成するようにした。

したがって、本発明では、流体を燃料電池スタックの入口側の内部マニホールド孔の開口部に供給する入口側外部通路を備える、前記燃料電池スタックの積層端に配置された外部マニホールドを備え、前記入口側外部通路を、前記内部マニホールド孔およびその開口部と同様な空間形状に形成され且つ開口部に接続される接続部と、前記単セルのセル面に平行な面内に配置され且つ前記燃料電池スタックの積層端から見て内部マニホールド孔からセル内流体通路への流体流入方向と直交する方向から前記接続部に流体を供給する通路部と、から構成した。
このため、前記通路部から接続部に流入された流体は、接続部若しくは開口部の対向する面に沿って単セルのセル面と平行に流動して開口部から内部マニホールド孔内においてこの空間を横断する面内で流動する旋回流を形成することとなり、外部通路から内部マニホールド孔内へと向きを変えるときの流れの剥離を抑制し、且つ圧力損失も低減でき、内部マニホールド孔内でのセル積層方向の流量分配性を向上できる。この結果、スタック内のセル間での発電性能の偏りがなくなり、発電効率が改善される。
しかも、内部マニホールド孔の断面形状を扁平形状とし、セル内流体通路はその短辺側に開口するように構成している。これにより、外部通路から内部マニホールド孔への流れの変向点での流体剥離が起こりうるスペースを狭めることができる。従って、変向点付近で流体剥離が生じたとしてもその発生する長さが短くなり、それだけセル内流体通路の開口部との流体接触面積を確保すること、すなわち配流の均一性を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図につき相互に対応する部分には互いに同一の符号を付して示すことにする。

図１は本発明の第１の実施形態に係る燃料電池とその流体通路構造の概略を示している。燃料電池１は、図１６に示すような、流体の入口および出口の内部マニホールド５ａ〜ｃおよび６ａ〜ｃの間で供給流体を流通させるセル内流体通路１ａを表面に備える燃料ガス用のセパレータ３０と同じく同様の構成の酸化剤ガス用のセパレータ３０とにより膜電極接合体（ＭＥＡ）３１を介して対向させ、さらに同様の構成の冷却用セパレータを積層して、図１７に示すような、単セル３２を構成し、この単セル３２を複数積層してなるスタック本体２と、スタック本体２をその両端から保持しているエンドプレート３とからなる。この場合、燃料電池１は、図示しないケース内に複数（例えば、図１に示すように、上下２段に）配設した構成となっている。そして、上下２個の燃料電池１の一端部には、それぞれに共通のマニホールド（外部マニホールド）４が取り付けられている。

燃料電池１には、燃料ガス、冷却水、酸化剤ガスがそれぞれ供給される流体供給用の内部マニホールド孔５ａ〜５ｃと、各流体が排出される流体排出用の内部マニホールド孔６ａ〜６ｃとが、それぞれスタック本体２を構成する単セル３２およびセパレータ３０を積層方向に貫通して形成されている。各流体供給用のマニホールド孔は、それぞれの対応する流体の排出用マニホールド孔と、セパレータ３０毎に設けたセル内流体通路１ａを介して連通しており、流体の種類毎に独立したセル内流体通路１ａに流体を流通させるように構成されている。

内部マニホールド孔５ａ〜５ｃおよび内部マニホールド孔６ａ〜６ｃの一方の端部（図で手前側の端部）に取り付けられたエンドプレート３には、各内部マニホールド孔と対応する位置、形状で開口部７が形成されている。また、マニホールド４は、エンドプレート３に結合しており、各開口部７を介して各内部マニホールド孔内へと流体を供給し、または排出させる。

マニホールド４には、より詳細には、図３に示したように、各流体の種類毎に、燃料ガス用の入口側外部通路１１ａと出口側外部通路１２ａ、冷却水用の入口側外部通路１１ｂと出口側外部通路１２ｂ、酸化剤ガス用の入口側外部通路１１ｃと出口側外部通路１２ｃを備える。上下２段のスタック本体２に対して各流体の入口と出口は１箇所に集約されている。即ち、流体供給用の外部通路１１ａ〜１１ｃは、それぞれの入口部１３ａ〜１３ｃから各スタック２の内部マニホールド孔５ａ〜５ｃの開口部７へと向かってセル面に沿って延び且つ途中で２方向に分岐した構成を有している。これら入口用外部通路１１ａ〜１１ｃは外部通路の通路部を構成している。また、流体排出用の外部通路１２ａ〜１２ｃは、流体毎の２系統の流体排出用の内部マニホールド孔６ａ〜６ｃおよび開口部７から共通の出口部１４ａ〜１４ｃに集合するように構成されている。図３には重複して描いてあるが、各外部通路１１ａ〜１１ｃ、１２ａ〜１２ｃは中子成形等によりマニホールド４の内部で相互に干渉しないように形成されている。

図１には外部通路のうち、燃料ガス供給用の外部通路１１ａと、排出用の外部通路１２ａのみを示してある。以下、燃料ガス供給用の外部通路１１ａを用いて本実施形態の特徴的な構成につき説明する。この実施形態では、図２に詳細を示したように、外部通路１１ａを、燃料ガス用の内部マニホールド孔５ａの開口方向から観察したときに、その開口部７付近での外部通路１１ａの流線と、内部マニホールド５ａ付近でのセル内流体通路１ａの流線とがほぼ直交するように、外部通路１１ａおよびセル内流体通路１ａの方向付けをしてある。なお、図２において斜線を施した部分はセル内流体通路１ａの内部マニホールド孔５ａへの開口部分を表している。

また、この実施形態では、図２に示すように、内部マニホールド孔５ａおよびその開口部７を扁平形状とし、この場合横長の長方形状としている。また、外部通路１１ａの終端には前記開口部７と同様の扁平形状をなす横長長方形状の接続部２０が形成され、外部通路１１ａは開口部７に連なる接続部の長辺側（セル内流体通路１ａともほぼ直交する方向）から接続している。また、セル内流体通路１ａは、開口部７から見て短辺の部分に開口するように形成している。さらに、開口部７および接続部２０の長辺側の幅をＡ、接続部付近での外部通路１１ａの通路幅をＢとするとき、Ａ＞Ｂとすると共に、幅Ｂの部分から接続部２０に向かって通路幅が漸増するように形成している。

マニホールド４の外部通路１１ａをこのような形状とすることにより、その入口部１３ａを介して外部通路１１ａに供給された燃料ガスが内部マニホールド孔５ａに流入する際、内部マニホールド孔５ａ内に開口したセル内流体通路１ａの方向への速度成分を持たずに流入する。従って、内部マニホールド孔５ａの開口部７付近での速度成分に起因するセル間の配流の偏りが防止される。従って、スタック本体２の発電効率を向上させることができる。

前記した開口部７付近での速度成分に起因するセル間の配流の偏り防止効果について、図５に示す実施例と図４に示す比較例とを対比して、以下に詳述する。

先ず、内部マニホールド孔５ａの接続部２０の短辺側からセル内流体通路１ａとほぼ平行な方向から接続する比較例について、説明する。図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、高速で流入した燃料ガスの流れ（その流入速度は最大で５０〜１００［ｍ／ｓ］にも達する）は、接続部２０において流れの方向を９０度変化させることで、曲がりの外側に大きく偏る。その結果、燃料ガスの流れは内部マニホールド孔５ａの上流部のセル内流体通路１ａが開口している側の側壁面から剥離してしまう。従って、内部マニホールド孔５ａの上流部分の横断面内に大きな圧力偏差が発生する。そして、図に示すように、低圧となるセル内流体通路１ａ側に内部マニホールド５ａの下流の燃料ガスが逆流する逆循環現象が発生する。

図４（Ｂ）は、内部マニホールド孔５ａの最上流に位置する燃料電池のセル内流体通路１ａの入口付近で切り取った内部マニホールド５ａの横断面内の燃料ガスの速度分布を示す。逆循環現象が発生するような状況では、内部マニホールド孔５ａの上流部に面したセル内流体通路１ａの開口部は、内部マニホールド孔５ａの下流部に面したセル内流体通路１ａが開口している側よりも低圧となる。この圧力差のために、内部マニホールド孔５ａの上流部に面したセル内流体通路１ａへの燃料ガスの供給量は他のセル内流体通路１ａより少なくなる。

図６は、上述した比較例における各セルへの燃料ガスの供給流量を示した発明者らによるシミュレーション結果である。図示のように、スタック本体２を構成する各セルへの燃料ガスの供給量に上流側〜下流側で大きな偏りが生じており、上流側ではセル内流体通路１ａに燃料ガスが供給されていないことがわかる。

次に、内部マニホールド孔５ａを扁平な矩形断面とし、外部通路１１ａを内部マニホールド孔５ａの接続部２０の長辺側からセル内流体通路１ａとほぼ直行する方向から接続した本実施形態について、説明する。図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、接続部２０、開口部７及び内部マニホールド孔５ａの上流部分の横断面内の狭所に高速な流体が相対する２方向のせん断流、すなわち旋回流Ｓが形成される。言い換えれば、内部マニホールド孔５ａの燃料ガスの流れは横断方向の速度成分を持っている。内部マニホールド孔５ａの内部に旋回流Ｓが形成されると、内部マニホールド孔５ａの横断面内の圧力偏差が小さくなる。従って、逆循環現象が発生するような内部マニホールド孔５ａの上流部と下流部での圧力差は解消される。これにより、内部マニホールド孔５ａに夫々面したセル内流体通路１ａの開口には、上流部から下流部に至るまで一様な圧力状態となる。このため、セル内流体通路１ａへの燃料ガスの供給量は内部マニホールド孔５ａの上流部から下流部まで一様に流入量が確保される。なお、内部マニホールド孔５ａの内部に形成する旋回流Ｓの形態は一対の対向流（対流）となる２方向でもよいが、１方向、即ち、内部マニホールド孔５ａの断面内で１方向に旋回する旋回流でも良い。

図７は、上述した実施形態における各セルへの燃料ガスの供給流量を示した発明者らによるシミュレーション結果である。図示の通り、スタック本体２を構成する各セルへの燃料ガスの供給量が均一化されていることがわかる。

また、この実施形態では、図２に示すように、外部通路１１ａと内部マニホールド５ａとの接続部２０の幅Ａを外部通路１１ａの流路幅Ｂよりも大とし、接続部２０に対して外部通路１１ａが徐々に拡大（漸増）しながら接続するように構成とされている。従って、外部通路１１ａと接続部２０の長辺の交線が滑らかな形状となり、外部通路から流れてきた燃料ガスの流速が流れの中央で速く、周辺で遅くなる安定した流れが維持され、内部マニホールド孔５ａ内部の旋回流Ｓも安定して形成される。これにより、内部マニホールド孔５ａの横断面内の圧力偏差が小さくなり、セルへの配流に悪影響を及ぼしうる内部マニホールド孔５ａの入口付近での流体剥離を抑えて、セルへの配流の均一性をより高めることができる。従って、スタック本体２の発電効率をさらに向上させることができる。

また、内部マニホールド孔５ａの断面形状を扁平形状とし、セル内流体通路１ａはその短辺側に開口するように構成している。これにより、外部通路１１ａから内部マニホールド孔５ａへの流れの変向点での流体剥離が起こりうるスペースを狭めることができる。従って、変向点付近で流体剥離が生じたとしてもその発生する長さが短くなり、それだけセル内流体通路１ａの開口部との流体接触面積を確保すること、すなわち配流の均一性を高めることができる。

以上に記載した基本の流体通路構造に対して、本実施形態では、以下に記載する改良例を実施することにより、より一層旋回流Ｓの発生を促進させることができる。

図８に示す改良例１では、一点鎖線で図示したマニホールドの外部通路１１ａの中心線を、点線で図示した接続部２０の長辺の中心線と一致させるようにしている。これにより、内部マニホールド孔５ａ内部で２つの旋回流Ｓがバランス良く形成され、内部マニホールド孔５ａの横断面内の圧力偏差がより小さくなる。従って、スタック本体２の発電効率をさらに向上させることができる。

図９に示す改良例２では、外部通路１１ａから流れてきた燃料ガスが衝突して流れの向きを変える接続部２０の長辺側の壁面の中央に滑らかな凸部２５を形成するようにした。これにより、流入した燃料ガスは滑らかな凸部２５により左右に分流されて、内部マニホールド孔５ａ内部で２つの旋回流Ｓをバランス良く形成させることができ、内部マニホールド孔５ａの横断面内の圧力偏差をより小さくさせることができる。従って、スタック本体２の発電効率をさらに向上させることができる。

なお、図１０に示す改良例３のように、外部マニホールド４の外部通路１１ａの中心線が、外部マニホールド４の構造上の制約等から接続部２０の長辺の中心線上から左または右にオフセットする場合には、以下に記載するよう構成する。この場合、外部通路１１ａから流れてきた燃料ガスが流れの向きを変える接続部２０の長辺側の壁面に設ける凸部２５の向き（その中心を破線で示す）を、外部通路１１ａの通路中心（一点鎖線で示す）と一致するよう傾斜させて配置する。この傾斜により、内部マニホールド孔５ａ内部において、凸部２５の左右に２つの旋回流Ｓをバランス良く形成させることができる。これにより、内部マニホールド孔５ａの横断面内の圧力偏差がより小さくなる。従って、スタック本体２の発電効率をさらに向上させることができる。

また、内部マニホールド孔５ａの内部に形成される２つの旋回流Ｓが左右で均等とならず、内部マニホールド孔５ａの横断面内の圧力偏差が狙いよりも小さくならない場合については、以下に述べるように構成する。この場合は、図１１（Ａ）（Ｂ）に示す改良例４のように、外部通路１１ａとの接続部２０の２つの短辺側の壁面において、燃料ガスの流速が早い側（図１１においては図面中右側）の一方に凸部２６を設けることで、流速の早い一方の旋回流Ｓに対する粘性抵抗を増大させる。これにより、高速の流体が持つ運動エネルギが流体の粘性により熱エネルギに消費され、高速で流入した燃料ガス流が減速される。その結果、２つの旋回流Ｓの流速が均一化され、内部マニホールド孔５ａの横断面内の圧力偏差を小さくすることができる。

また、外部通路１１ａとの接続部２０、及びエンドプレート３の開口部７の板厚が構造上の制約から大となり、内部マニホールド孔５ａの上流部に形成される２つの旋回流Ｓをセル内流体通路入口部１ａまで届くように、旋回流Ｓの形成される距離（内部マニホールド孔５ａの通路奥方向への距離）を長くしたい場合には、以下に述べるよう構成する。この場合は、図１２に示す改良例５のように、外部通路１１ａから流れてきた燃料ガスが流れの向きを変える接続部２０の壁面全面に細かい凹凸部２７を形成することで、旋回流Ｓと壁面との接触面積を減少させ、壁面との粘性摩擦による運動エネルギの損失量を抑制する。その結果、２つの旋回流Ｓが形成される距離（紙面に対して奥側への距離）が長くなり、セル内流体通路入口部１ａ付近のセル積層方向の圧力偏差を小さくすることができる。

図１３（Ａ）及び（Ｂ）に、本発明の第２の実施形態を示す。外部マニホールド４において、各内部マニホールド孔５ａ〜５ｃとの接続はマニホールド孔に対して流体が上方に向かって流入するように外部通路１１ａ〜１１ｃを形成している。このような構成において、流体の入口部１３ａから分岐して入口部１３ａよりも下方に位置する外部通路１１ａについては、図１３（Ｂ）に示したように、入口部１３ａよりも上方に位置する（上側）外部通路１１ａ（図１３（Ａ）参照）の通路幅Ｂよりも通路幅ｂが狭く、最小通路断面積が小である細径部１５を介して接続部２０（開口部７）に接続するようにしてある。

下方に位置する外部通路１１ａにはガス中の凝縮水が溜まりやすく、これが接続部２０でのガス流を阻害するおそれがある。これに対して、本実施形態のように通路断面積の比較的小さい細径部１５を設けることにより、細径部１５にてガス流速を増大して凝縮水を溜まりにくくすることができる。これにより、凝縮水の滞留に原因する圧力損失や配流の悪化を回避することができる。

一方、下段に位置する燃料電池１の燃料ガス用内部マニホールド孔５ａに対しては、図１４に示したように流体が下方に向かって内部マニホールド孔５ａの接続部２０に流れ込むように外部通路１１ａを形成するレイアウトも適用できる。この場合は接続部２０および開口部７の付近に凝縮水が溜まることはないので、細径部１５は必ずしも設けなくともよい。

図１５は外部通路１１ａの入口部１３ａの断面図（図１４におけるC-C断面図）を示す。この実施例においては、比較的圧力が高い燃料ガスが入口部１３ａから供給されると、入口部１３ａから外部通路１１ａの底面に接触し、流れの方向を９０度変化させて偏流する。このため、外部通路１１ａの底面近傍は凝縮水が発生しやすい箇所となる。このため、図示するように、外部通路１１ａの入口部１３ａから流入した燃料ガスが外部通路１１ａの底面に接触し、流れの方向が９０度変化する偏流部位に、板状のヒーター１６を設ける。これにより、凝縮水が発生しやすい箇所の温度を上げて、効果的に凝縮水の発生を抑制するようにしている。また、板状のヒーター１６を設けることに代えて、外部通路１１ａの底面全体に、低熱伝導性（断熱性が高く）、且つ吸湿放湿性を持つ、例えば、ウール材のような断熱部材を設置することによっても、同様の効果を実現させることができる。

なお、実施形態の構成および作用効果は、燃料ガス用の外部通路１１ａおよび内部マニホールド孔５ａに代表させて説明したものであって、冷却水用または酸化剤ガス用の外部通路１１ｂ、１１ｃおよび内部マニホールド孔５ｂ、５ｃについても同様の構成の基に作用効果が得られることは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池およびその流体通路構造を示す斜視図。 本発明の第１の実施形態に係る外部通路と内部マニホールド孔との接続部付近を示す図。 本発明の第１の実施形態に係るマニホールドの通路構造を示す正面図。 比較例における内部マニホールド横断面の燃料ガスの流れ方向を示す模式図（Ａ）および開口部近傍横断面の燃料ガスの速度分布を示す図（Ｂ）。 本発明に係る第１の実施形態における内部マニホールド横断面の燃料ガスの流れ方向を示す模式図（Ａ）および開口部近傍横断面の燃料ガスの速度分布を示す図（Ｂ）。 比較例における各セルへの燃料ガスの供給流量を示したシミュレーション結果。 本発明の第１の実施形態に係る各セルへの燃料ガスの供給流量を示したシミュレーション結果。 本発明の第１の実施形態に係る外部通路と内部マニホールド孔との接続部付近を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る凸部を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る凸部の他の形態を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る凸部の他の形態を示す図（Ａ）およびその横断面を示す図（Ｂ）。 本発明の第１の実施形態に係る凸部の他の形態を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る上側外部通路構造を示す正面図（Ａ）および下側外部通路構造を示す正面図（Ｂ）。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池およびその流体通路構造を示す斜視図。 本発明の第２の実施形態に係る、図１４のＣ−Ｃにおける外部通路入口部近傍を示す縦断面図。 本発明に係わるセパレータを示す図。 本発明に係わる単セルを示すＤ−Ｄにおける断面図。

符号の説明

１ 燃料電池
１ａ セル内流体通路
２ スタック本体
３ エンドプレート
４ マニホールド（外部マニホールド）
５ａ，５ｂ，５ｃ 流体入口側の内部マニホールド孔
６ａ、６ｂ、６ｃ 流体出口側の内部マニホールド孔
７ エンドプレートのマニホールド孔開口部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 流体入口側の外部通路（通路部）
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 流体出口側の外部通路
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 流体の入口部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 流体の出口部
１５ 細径部
２０ 外部通路の接続部
２５ 凸部
３０ セパレータ
３１ 膜電極接合体
３２ 単セル

Claims (11)

1. 供給流体毎に入口側および出口側の内部マニホールド用の貫通穴とこれらの貫通穴同士を連通させるセル内流体通路とを備える単セルを複数積層することで積層方向に延在し且つ積層端に開口する内部マニホールド孔を備える燃料電池スタックと、
   流体を燃料電池スタックの入口側の内部マニホールド孔の開口部に供給する入口側外部通路および出口側の内部マニホールド孔の開口部から流体を排出する出口側外部通路の内の少なくとも入口側外部通路を備える、前記燃料電池スタックの積層端に配置された外部マニホールドと、からなる燃料電池スタック構造であり、
   前記入口側外部通路は、前記内部マニホールド孔およびその開口部と同様な空間形状に形成され且つ開口部に接続される接続部と、前記単セルのセル面に平行な面内に配置され且つ前記燃料電池スタックの積層端から見て内部マニホールド孔からセル内流体通路への流体流入方向と直交する方向から前記接続部に流体を供給する通路部と、から構成され、
   前記開口部およびそれに連なる内部マニホールド孔は、前記通路部が接続される辺およびそれに対向する辺を長辺とし、セル内流体通路が開口する辺およびそれに対向する辺を短辺とする偏平形状に形成され、
   前記通路部から接続部に流入された流体は、接続部若しくは開口部の対向する面に沿って単セルのセル面と平行に流動して開口部から内部マニホールド孔内においてこの空間を横断する面内で流動する旋回流を形成することを特徴とする燃料電池スタック構造。
2. 前記外部通路の通路部の幅は、前記内部マニホールド孔との接続部に向かって漸増することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック構造。
3. 前記外部通路の通路部は、下方から前記接続部に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池スタック構造。
4. 前記外部マニホールドは、上下に配置された２個の燃料電池スタックに対して流体を供給するよう外部通路が上側外部通路と下側外部通路とを備え、
   前記下側外部通路の最小通路断面積は、前記上側外部通路の最小通路断面積より小さく形成されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池スタック構造。
5. 前記外部通路の通路部は、上方から前記接続部に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池スタック構造。
6. 前記外部通路の通路部から前記接続部へ流入する流体の流れ方向が前記接続部の長辺に対して垂直であり、且つ前記通路部の通路の中心線が前記接続部の長辺の中心を通る垂線と一致するように前記通路部と前記接続部とを接続することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の燃料電池スタック構造。
7. 前記接続部の通路部への開口と対向する長辺の壁面には、通路部の通路幅中心線と交差する部位に接続部の空間内に突出する滑らかな凸部を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の燃料電池スタック構造。
8. 前記外部通路の接続部の壁面および開口部の壁面には、流入される流体の壁面との粘性摩擦を抑制する無数の凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の燃料電池スタック構造。
9. 前記接続部には、通路部から流入した流体の流速が速い側の短辺側に突起を形成して備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の燃料電池スタック構造。
10. 前記入口側外部通路に流体を供給する入口部には、入口部に対向する前記外部通路の底面に加熱手段を配置して備えることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一つに記載の燃料電池スタック構造。
11. 前記入口側外部通路に流体を供給する入口部には、入口部に対向する前記外部通路の底面に、断熱部材を配置していることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一つに記載の燃料電池スタック構造。