JP6180331B2 - 燃料電池スタック - Google Patents
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Description
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、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。
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、発電セルが構成されている。この燃料電池は、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。
燃料電池では、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。一方、互いに隣接するセパレータ間には、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。
燃料電池では、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、所謂、内部マニホールド型燃料電池が採用されている。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。
上記の燃料電池では、少なくとも一方のエンドプレートには、各連通孔に連なって流体（燃料ガス、酸化剤ガス又は冷却媒体）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。さらに、流体マニホールドには、流体供給管や流体排出管が接続されている。流体マニホールドは、通常、樹脂部材で構成されており、例えば、燃料電池に外部荷重が付与された際に、前記流体マニホールドに応力が発生して該流体マニホールドが損傷を受け易いという問題がある。
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知られている。この燃料電池スタックでは、流体連通孔を外部配管に接続するための配管接続構造を備えている。配管接続構造は、少なくとも一方のエンドプレートに設けられ、流体連通孔に連通する樹脂マニホールド（流体マニホールド部材）と、前記樹脂マニホールドに形成され、外部配管が接続される配管接続部とを有している。
そして、樹脂マニホールドと配管接続部との間には、外部からの荷重により優先的に破断する破断部位が、エンドプレートから外部に突出する電力取り出し用ターミナル端子よりも下方に位置して設けられている。
これにより、簡単な構成で、外部からの荷重により樹脂マニホールドを所望の切断部位で確実に破断させることが可能になり、電力取り出し用ターミナル端子が被水することを可及的に阻止することができる、としている。
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、流体マニホールド部材の破損部位を規制することができ、液絡の発生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。
本発明に係る燃料電池スタックは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層され、積層方向両端にエンドプレートが配設されている。
少なくとも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燃料電池内に流通させる流体マニホールド部材が設けられている。そして、燃料電池スタックでは、一方のエンドプレートと流体マニホールド部材との接合部位の周囲には、積層方向外方に突出する突起部が設けられている。
さらに、この燃料電池スタックでは、流体マニホールド部材は、一方のエンドプレートに固定されるフランジ部を有し、突起部は、前記フランジ部に設けられるとともに、前記フランジ部から積層方向外方に突出して形成される。前記突起部の高さは、前記流体マニホールド部材が前記接合部位の近傍で破壊されず、液絡が発生しない高さに設定される。前記流体マニホールド部材は、前記突起部に挿通されたボルトにより前記一方のエンドプレートに固定される。
また、本発明に係る燃料電池スタックは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層され、積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、少なくとも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前記燃料電池内に流通させる流体マニホールド部材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と前記流体マニホールド部材との接合部位の周囲には、積層方向外方に突出する突起部が設けられる。エンドプレート間には、複数の前記燃料電池が積層されてなる積層体を囲むケーシングを構成するサイドパネルが固定されるとともに、突起部は、前記サイドパネルの一方のエンドプレート側の端面から積層方向外方に突出して形成される。前記突起部の高さは、前記流体マニホールド部材が前記接合部位の近傍で破壊されず、液絡が発生しない高さに設定される。
本発明によれば、一方のエンドプレートと流体マニホールド部材との接合部位の周囲には、積層方向外方に突出する突起部が設けられている。このため、例えば、流体マニホールド部材に外部荷重が付与される際、接合部位から突出する突起部に阻止されて、前記流体マニホールド部材が前記接合部位の近傍で破壊されることがない。従って、流体マニホールド部材の破壊部分は、接合部位から外方に突出しており、前記流体マニホールド部材の内部に滞留する液体を通して電流が流れることを防止し、絶縁抵抗を保持することができる。
これにより、簡単且つ経済的な構成で、流体マニホールド部材の破損状態を規制することが可能になり、液絡の発生を可及的に抑制することができる。
図１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、燃料電池電気自動車（燃料電池車両）１２のフロントボックス（所謂、モータルーム）１２ｆに搭載される。
燃料電池スタック１０は、燃料電池１４と、積層された複数の前記燃料電池１４を収容するケーシング１６とを備える（図１〜図３参照）。燃料電池１４は、図２に示すように、電極面を立位姿勢にして燃料電池電気自動車１２の車長方向（車両進行方向）（矢印Ａ方向）に交差する車幅方向（矢印Ｂ方向）に積層される。
図１に示すように、フロントボックス１２ｆには、一対の車体フレーム（車両フレーム）１２Ｓが矢印Ａ方向に延在しており、前記車体フレーム１２Ｓには、燃料電池スタック１０が搭載される。なお、燃料電池スタック１０の収容場所は、フロントボックス１２ｆに限定されるものではなく、例えば、車両中央部床下や後部トランク近傍であってもよい。
図２に示すように、燃料電池１４の積層方向一端には、第１ターミナルプレート２０ａ、第１絶縁プレート２２ａ及び第１エンドプレート２４ａが、外方に向かって、順次、配設される。燃料電池１４の積層方向他端には、第２ターミナルプレート２０ｂ、第２絶縁プレート２２ｂ及び第２エンドプレート２４ｂが、外方に向かって、順次、配設される。
横長形状（長方形状）の第１エンドプレート２４ａ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２０ａに接続された第１電力出力端子２６ａ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２４ｂの略中央部からは、第２ターミナルプレート２０ｂに接続された第２電力出力端子２６ｂが外方に向かって延在する。
第１エンドプレート２４ａと第２エンドプレート２４ｂとの各辺間には、それぞれ各辺の中央位置に対応して一定の長さを有する連結バー２８が配置される。連結バー２８の両端は、ねじ３０により固定され、複数の積層された燃料電池１４に積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。
図３に示すように、燃料電池１４は、電解質膜・電極構造体３２と、前記電解質膜・電極構造体３２を挟持する第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６とを備える。
第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６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金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６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金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６に代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６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）に延在するように構成される。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構成してもよい。
燃料電池１４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３８ａ及び燃料ガス供給連通孔４０ａが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔３８ａ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４０ａは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給する。
燃料電池１４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、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとが設けられる。
燃料電池１４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３８ａ及び燃料ガス供給連通孔４０ａ側には、２つの冷却媒体供給連通孔４２ａが設けられる。２つの冷却媒体供給連通孔４２ａ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設けられる。燃料電池１４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、燃料ガス排出連通孔４０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔３８ｂ側には、２つの冷却媒体排出連通孔４２ｂが設けられる。２つの冷却媒体排出連通孔４２ｂ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設けられる。
電解質膜・電極構造体３２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４４と、前記固体高分子電解質膜４４を挟持するカソード電極４６及びアノード電極４８とを備える。
カソード電極４６及びアノード電極４８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が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布され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４４の両面に形成される。
第１金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３８ａと酸化剤ガス排出連通孔３８ｂ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、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。
第２金属セパレータ３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する燃料ガス流路５２が形成される。燃料ガス流路５２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。
第２金属セパレータ３６の面３６ｂと隣接する第１金属セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａと冷却媒体排出連通孔４２ｂ、４２ｂとに連通する冷却媒体流路５４が形成される。この冷却媒体流路５４は、水平方向に延在しており、電解質膜・電極構造体３２の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。
第１金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第１金属セパレータ３４の外周端縁部を周回して第１シール部材５６が一体成形される。第２金属セパレータ３６の面３６ａ、３６ｂには、この第２金属セパレータ３６の外周端縁部を周回して第２シール部材５８が一体成形される。
第１シール部材５６及び第２シール部材５８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。
図２に示すように、第１エンドプレート２４ａには、酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａ、酸化剤ガス排出マニホールド部材６０ｂ、燃料ガス供給マニホールド部材６２ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材６２ｂが取り付けられる。酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド部材６０ｂは、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び酸化剤ガス排出連通孔３８ｂに連通する。燃料ガス供給マニホールド部材６２ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材６２ｂは、燃料ガス供給連通孔４０ａ及び燃料ガス排出連通孔４０ｂに連通する。
図４に示すように、第２エンドプレート２４ｂには、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに連通する樹脂製の冷却媒体供給マニホールド部材（流体マニホールド部材）６４ａが取り付けられる。第２エンドプレート２４ｂには、一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに連通する樹脂製の冷却媒体排出マニホールド部材（流体マニホールド部材）６４ｂが取り付けられる。
冷却媒体供給マニホールド部材６４ａは、上下の冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａに連通する上下のフランジ部６６ａ、６６ａを有し、前記フランジ部６６ａ、６６ａは、供給本体部６８ａに一体化される。供給本体部６８ａの中間位置には、入口配管７０ａが接続される。フランジ部６６ａ、６６ａは、それぞれ複数のボルト７２を介して第２エンドプレート２４ｂに固定される。
冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂは、上下の冷却媒体排出連通孔４２ｂ、４２ｂに連通する上下のフランジ部６６ｂ、６６ｂを有し、前記フランジ部６６ｂ、６６ｂは、排出本体部６８ｂに一体化される。排出本体部６８ｂの中間位置には、出口配管７０ｂが接続される。フランジ部６６ｂ、６６ｂは、それぞれ複数のボルト７２を介して第２エンドプレート２４ｂに固定される。
第２エンドプレート２４ｂには、前記第２エンドプレート２４ｂと冷却媒体供給マニホールド部材６４ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂとの接合部位の周囲に位置して、積層方向外方に突出する複数の突起部７４が設けられる。
突起部７４は、第２エンドプレート２４ｂのプレート面から積層方向外方に突出して一体に形成される。突起部７４は、円柱状を有しているが、円錐状、角柱状等、種々の形状に設定可能である。突起部７４の設置位置は、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂの破壊位置を規制し得る位置であれば、任意に設定可能である。なお、突起部７４は、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂを周回するドーナツ状や円弧状等であってもよい。
図５に示すように、各突起部７４は、高さ（突出長さ）ｔが設定される。例えば、燃料電池電気自動車１２に外部荷重Ｆが付与されると、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂが、他の設備と衝突して破壊される場合がある。その際、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂが破壊される部位（高さ）を規制し、冷却媒体の漏れによる液絡を阻止するために、突起部７４の高さｔが設定される。具体的には、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａの最も高い位置Ｔに対して、Ｔ＞ｔの関係を有する。
ケーシング１６は、図２及び図４に示すように、車幅方向（矢印Ｂ方向）両端の２辺（面）が第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂにより構成される。ケーシング１６の車長方向（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７６及び後方サイドパネル７８により構成される。ケーシング１６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８０及び下方サイドパネル８２により構成される。上方サイドパネル８０及び下方サイドパネル８２は、横長プレート形状を有する。
前方サイドパネル７６、後方サイドパネル７８、上方サイドパネル８０及び下方サイドパネル８２は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂに設けられた各ねじ穴８４に、各孔部８６を介してねじ８８を螺入して固定される。下方サイドパネル８２は、車体フレーム１２Ｓにボルト締め等により固定される。
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２に示すように、第１エンドプレート２４ａの酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａから酸化剤ガス供給連通孔３８ａ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２４ａの燃料ガス供給マニホールド部材６２ａから燃料ガス供給連通孔４０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。
さらに、図４に示すように、第２エンドプレート２４ｂでは、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａから一対の冷却媒体供給連通孔４２ａ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。
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３８ａから第１金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極４６に供給される。
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａから第２金属セパレータ３６の燃料ガス流路５２に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路５２に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極４８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４６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４８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、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極４６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３８ｂ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３２のアノード電極４８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４０ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。
また、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６間の冷却媒体流路５４に導入される。冷却媒体は、一旦矢印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３２を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。
燃料電池電気自動車１２では、上記のように、燃料電池スタック１０からの電力が走行駆動モータ（図示せず）に供給されて走行される。その際、図１に示すように、燃料電池電気自動車１２に前方から矢印Ａｂ方向（車長方向後方）に衝撃である外部荷重Ｆが加わると、前記燃料電池電気自動車１２の前方部分が内部に変形し易い。このため、燃料電池スタック１０は、矢印Ａｂ方向に移動して他の設備（例えば、ブレーキシステム等）に衝突する場合がある。
この場合、第１の実施形態では、図４に示すように、第２エンドプレート２４ｂには、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂとの接合部位の周囲に、積層方向外方に突出する複数の突起部７４が設けられている。
さらに、図５に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂが破壊される部位は、各突起部７４の高さｔにより所定の高さに規制されている。このため、燃料電池スタック１０が移動して、例えば、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａが他の設備と衝突した際、突起部７４の規制作用下に、前記冷却媒体供給マニホールド部材６４ａが接合部位の近傍で破壊されることがない。
すなわち、図６に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａが根本から破壊された際には（図６中、二点鎖線参照）、内部に滞留する冷却媒体を通して電流が流れるおそれがある。これに対して、第１の実施形態では、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａの破壊部分は、接合部位から外方に突出しており、内部に滞留する冷却媒体を通して電流が流れることを確実に阻止し、絶縁抵抗を保持することができる。同様に、冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂが他の設備と衝突した際、突起部７４の規制作用下に、前記冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂが接合部位の近傍で破壊されることがない。
これにより、簡単且つ経済的な構成で、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂの破損状態を規制することが可能になる。このため、絶縁抵抗が保持されて、液絡の発生を可及的に抑制することができるという効果が得られる。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１００の斜視説明図である。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以降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。
燃料電池スタック１００は、樹脂製の冷却媒体供給マニホールド部材（流体マニホールド部材）１０２ａ及び樹脂製の冷却媒体排出マニホールド部材（流体マニホールド部材）１０２ｂを備える。冷却媒体供給マニホールド部材１０２ａは、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに連通する一方、冷却媒体排出マニホールド部材１０２ｂは、一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに連通する。
冷却媒体供給マニホールド部材１０２ａは、上下の冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａに連通する上下のフランジ部１０４ａ、１０４ａを有し、前記フランジ部１０４ａ、１０４ａは、供給本体部６８ａに一体化される。フランジ部１０４ａには、積層方向外方に突出して突起部１０６ａが形成される。
突起部１０６ａは、フランジ部１０４ａの両端に設けられているが、前記フランジ部１０４ａを周回してもよい。突起部１０６ａは、ボルト１０８を介して第２エンドプレート２４ｂに固定される。図８に示すように、フランジ部１０４ａには、孔部１１０が形成され、前記孔部１１０にカラー部材１１２が挿入される。
ボルト１０８は、カラー部材１１２に挿入されるとともに、先端部が第２エンドプレート２４ｂに螺合することにより、突起部１０６ａを前記第２エンドプレート２４ｂにねじ止めする。突起部１０６ａの高さｔａ（図８参照）は、冷却媒体供給マニホールド部材１０２ａが破壊される部位を、所定の高さに規制するように設定される（Ｔ＞ｔａ）。
冷却媒体排出マニホールド部材１０２ｂは、上下の冷却媒体排出連通孔４２ｂ、４２ｂに連通する上下のフランジ部１０４ｂ、１０４ｂを有し、前記フランジ部１０４ｂ、１０４ｂは、排出本体部６８ｂに一体化される。フランジ部１０４ｂには、積層方向外方に突出して突起部１０６ｂが形成される。
突起部１０６ｂは、フランジ部１０４ｂの両端に、又は、前記フランジ部１０４ｂを周回して設けられ、複数のボルト１０８を介して第２エンドプレート２４ｂに固定される。図８に示すように、フランジ部１０４ｂ側は、上記のフランジ部１０４ａ側と同様であり、同一の参照符号を付して、その説明は省略する。
このように構成される第２の実施形態では、冷却媒体供給マニホールド部材１０２ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材１０２ｂには、積層方向外方に突出する突起部１０６ａ、１０６ｂが形成されている。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部材１０２ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材１０２ｂの破損状態を規制することが可能になる。これにより、絶縁抵抗を保持して液絡の発生を可及的に抑制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。
図９は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１２０の斜視説明図である。
燃料電池スタック１２０では、第１の実施形態の突起部７４に代えて、突起部１２２が用いられる。突起部１２２は、先端にねじ部１２４が形成される一方、第２エンドプレート２４ｂには、ねじ穴１２６が形成される。突起部１２２は、第２エンドプレート２４ｂとは別体に構成され、ねじ部１２４をねじ穴１２６に螺合することにより、前記突起部１２２が前記第２エンドプレート２４ｂに取り付けられる。
従って、第３の実施形態では、実質的に上記の第１の実施形態と同様に構成されており、該第１の実施形態と同様の効果が得られる。
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタック１３０の斜視説明図である。
燃料電池スタック１３０は、燃料電池１４を収容するケーシング１３２を備える。ケーシング１３２は、第１の実施形態の後方サイドパネル７８に代えて、後方サイドパネル（プレート部材）１３４を設ける。後方サイドパネル１３４は、第２エンドプレート２４ｂ側の端面１３４ａに、積層方向外方に突出して突起部１３６が一体に（又は別部材を固着して）形成される。突起部１３６は、後方サイドパネル１３４の下端位置から矢印Ｃ方向に所定の幅寸法を有する板形状を有する。なお、突起部１３６は、後方サイドパネル１３４の下端位置から上端位置までの全幅寸法に亘って設けてもよい。
図１１に示すように、突起部１３６は、高さ（突出長さ）ｔｂが設定される。突起部１３６の高さｔｂは、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａが破壊される部位を、所定の高さに規制するように設定される（Ｔ＞ｔｂ）。なお、突起部１３６は、後方サイドパネル１３４に代えて、又は、前記後方サイドパネル１３４とともに、前方サイドパネル７６に設けてもよい。
従って、第４の実施形態では、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、第１〜第４の実施形態では、流体マニホールド部として、冷却媒体供給マニホールド部材６４ａ、１０２ａ及び冷却媒体排出マニホールド部材６４ｂ、１０２ｂを用いて説明したが、これに限定されるものではない。流体として、冷却媒体の他、燃料ガスや酸化剤ガスを用いる流体マニホールド部材にも、すなわち、第１エンドプレート２４ａにも、適用可能である。
１０、１００、１２０、１３０…燃料電池スタック
１２…燃料電池電気自動車 １４…燃料電池
１６、１３２…ケーシング ２４ａ、２４ｂ…エンドプレート
３２…電解質膜・電極構造体 ３４、３６…金属セパレータ
３８ａ…酸化剤ガス供給連通孔 ３８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
４０ａ…燃料ガス供給連通孔 ４０ｂ…燃料ガス排出連通孔
４２ａ…冷却媒体供給連通孔 ４２ｂ…冷却媒体排出連通孔
４４…固体高分子電解質膜 ４６…カソード電極
４８…アノード電極 ５０…酸化剤ガス流路
５２…燃料ガス流路 ５４…冷却媒体流路
６０ａ…酸化剤ガス供給マニホールド部材
６０ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド部材
６２ａ…燃料ガス供給マニホールド部材
６２ｂ…燃料ガス排出マニホールド部材
６４ａ、１０２ａ…冷却媒体供給マニホールド部材
６４ｂ、１０２ｂ…冷却媒体排出マニホールド部材
６６ａ、６６ｂ、１０４ａ、１０４ｂ…フランジ部
６８ａ…供給本体部 ６８ｂ…排出本体部
７４、１０６ａ、１０６ｂ、１２２、１３６…突起部
７８、１３４…後方サイドパネル
１２…燃料電池電気自動車 １４…燃料電池
１６、１３２…ケーシング ２４ａ、２４ｂ…エンドプレート
３２…電解質膜・電極構造体 ３４、３６…金属セパレータ
３８ａ…酸化剤ガス供給連通孔 ３８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
４０ａ…燃料ガス供給連通孔 ４０ｂ…燃料ガス排出連通孔
４２ａ…冷却媒体供給連通孔 ４２ｂ…冷却媒体排出連通孔
４４…固体高分子電解質膜 ４６…カソード電極
４８…アノード電極 ５０…酸化剤ガス流路
５２…燃料ガス流路 ５４…冷却媒体流路
６０ａ…酸化剤ガス供給マニホールド部材
６０ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド部材
６２ａ…燃料ガス供給マニホールド部材
６２ｂ…燃料ガス排出マニホールド部材
６４ａ、１０２ａ…冷却媒体供給マニホールド部材
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６６ａ、６６ｂ、１０４ａ、１０４ｂ…フランジ部
６８ａ…供給本体部 ６８ｂ…排出本体部
７４、１０６ａ、１０６ｂ、１２２、１３６…突起部
７８、１３４…後方サイドパネル
Claims (2)
- 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層され、積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、少なくとも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前記燃料電池内に流通させる流体マニホールド部材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と前記流体マニホールド部材との接合部位の周囲には、積層方向外方に突出する突起部が設けられ、
前記流体マニホールド部材は、前記一方のエンドプレートに固定されるフランジ部を有し、
前記突起部は、前記フランジ部に設けられるとともに、前記フランジ部から前記積層方向外方に突出して形成され、
前記突起部の高さは、前記流体マニホールド部材が前記接合部位の近傍で破壊されず、液絡が発生しない高さに設定され、
前記流体マニホールド部材は、前記突起部に挿通されたボルトにより前記一方のエンドプレートに固定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層され、積層方向両端にエンドプレートが配設されるとともに、少なくとも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前記燃料電池内に流通させる流体マニホールド部材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と前記流体マニホールド部材との接合部位の周囲には、積層方向外方に突出する突起部が設けられ、
前記エンドプレート間には、複数の前記燃料電池が積層されてなる積層体を囲むケーシングを構成するサイドパネルが固定されるとともに、
前記突起部は、前記サイドパネルの前記一方のエンドプレート側の端面から前記積層方向外方に突出して形成され、
前記突起部の高さは、前記流体マニホールド部材が前記接合部位の近傍で破壊されず、液絡が発生しない高さに設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
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