燃料電池システム
【課題】この発明は、燃料電池スタックに取り付けられる配管部品がより簡素化された燃料電池システムを提供することを目的とする。
【解決手段】内部に複数のマニホールドを備え、一つの面に複数のマニホールドのそれぞれの出入口を備える燃料電池スタック１０に対して、樹脂製の一部品からなる配管部品を取り付ける。配管部品２０は、燃料電池スタック１０の一つの面と接触する部位を備え、当該部位の複数のマニホールドの出入口に対応する位置からその内部を貫通して延びる複数の流体通路（水素入口通路２４、水素出口通路２８、空気入口通路３２、空気出口通路３６、冷却液出口通路４２、冷却液入口通路４６）を備えている。配管部品２０が燃料電池スタック１０の一つの面に取り付けられた状態で、複数の流体通路がそれぞれ対応するマニホールドに接続する。
【解決手段】内部に複数のマニホールドを備え、一つの面に複数のマニホールドのそれぞれの出入口を備える燃料電池スタック１０に対して、樹脂製の一部品からなる配管部品を取り付ける。配管部品２０は、燃料電池スタック１０の一つの面と接触する部位を備え、当該部位の複数のマニホールドの出入口に対応する位置からその内部を貫通して延びる複数の流体通路（水素入口通路２４、水素出口通路２８、空気入口通路３２、空気出口通路３６、冷却液出口通路４２、冷却液入口通路４６）を備えている。配管部品２０が燃料電池スタック１０の一つの面に取り付けられた状態で、複数の流体通路がそれぞれ対応するマニホールドに接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００５−１１６２２６号公報に開示されているように、燃料電池スタックに取り付けられ、当該燃料電池スタック内部のマニホールドと連通する配管を備える燃料電池システムが知られている。燃料電池システムが発電を行うには、燃料電池スタック内の各セルへ反応ガスを供給する必要がある。また、良好な発電状態を保つ観点から、燃料電池スタック内で冷却液を流通させて各セルを適切な温度に保つことが好ましい。
【０００３】
このような目的を達成するために、従来の燃料電池スタックの内部には各燃料電池セルに連通するマニホールドが備えられており、当該マニホールドを介して反応ガスや冷却液を流通させている。そして、このマニホールドへのガス等の流通を仲介するために、各マニホールドに連通する配管が設けられている。
【０００４】
このような配管は、その構成によっては、燃料電池スタックへの組み付けが煩雑となる場合がある。そこで、上記従来の燃料電池システムでは配管を集合化し、組み付け性の向上、部材点数の削減など、より好適な配管部品の提供を試みている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１６２２６号公報
【特許文献２】特開２００５−２２８５４２号公報
【特許文献３】特開２００１−７６７５１号公報
【特許文献４】特開２００６−２２１９１５号公報
【特許文献５】特開２００５−３３２６７４号公報
【特許文献６】特開２００２−３６７６３７号公報
【特許文献７】特開２００２−３６２１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のシステムでは、燃料電池スタックに取り付けられる配管が、複数の構成部品として存在している。このため、組み付け工数が多くなる等の課題があり、好適な配管部品を提供する観点からは未だ改善の余地がある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、燃料電池スタックに取り付けられる配管部品がより簡素化された燃料電池システム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】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
内部に複数のマニホールドを備え、一つの面に該複数のマニホールドのそれぞれの出入口を備える燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに取り付けられる配管部品であって、前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位を備え、該部位の前記複数のマニホールドの出入口に対応する位置から延びる複数の流体通路を備え、前記燃料電池スタックの前記一つの面に取り付けられた状態で前記複数の流体通路がそれぞれ対応する前記マニホールドに接続する樹脂製の一部品からなる配管部品と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記配管部品が備える前記複数の流体通路は、該配管部品の前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位における前記複数のマニホールドの出入口に対応する位置から、該配管部品の内部を貫通して延びていることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記マニホールドは、前記燃料電池セルに供給するガスが流通するガス供給マニホールドと、前記燃料電池セルから排出されるガスが流通するガス排出マニホールドの両方を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記複数の流体通路のうち、前記冷却液流通マニホールドに接続する流体通路と、前記ガス排出マニホールドに接続する流体通路とが隣接して配置されることを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第３または第４の発明において、
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記ガス供給マニホールドは前記燃料電池セルに供給される水素が流通する水素供給マニホールドを含み、
前記複数の流体通路のうち、前記水素供給マニホールドに接続する流体通路と前記冷却液流通マニホールドに接続する流体通路とが隣接して配置されることを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第１乃至５の発明のいずれかにおいて、
前記複数の流体通路は、前記マニホールドと接続しない側の端部が前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行な方向に延びるように形成されている流体通路を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第１乃至６の発明のいずれかにおいて、
前記複数の流体通路は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる部分を有する流体通路を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、第１乃至７の発明のいずれかにおいて、
前記複数の流体通路は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる第１流体通路と、該第１流体通路よりも該一つの面から離れた位置で、該第１流体通路と重なるように延びる第２流体通路とを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、第９の発明は、第８の発明において、
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記第１流体通路と前記第２流体通路のどちらか一方が前記冷却液流通マニホールドと接続し、他方がガス供給マニホールドまたはガス排出マニホールドに接続していることを特徴とする。
【００１７】
また、第１０の発明は、第１乃至９の発明のいずれかにおいて、
前記複数の流体通路は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる第１流体通路と、該第１流体通路よりも該一つの面から離れた位置で該第１流体通路と立体的に交差する第３流体通路とを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、第１１の発明は、第１０の発明において、
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記第１流体通路と前記第３流体通路のどちらか一方が前記冷却液流通マニホールドと接続し、他方がガス供給マニホールドまたはガス排出マニホールドに接続していることを特徴とする。
【００１９】
また、第１２の発明は、第１乃至１１の発明のいずれかにおいて、
前記複数のマニホールドは水素が流通する水素供給マニホールドを含み、
前記複数の流体通路は、前記水素供給マニホールドに接続される流体通路と、前記水素入口通路よりも前記燃料電池スタックの前記一つの面からの距離が相対的に大きい流体通路とを含むことを特徴とすることを特徴とする。
【００２０】
また、第１３の発明は、第１乃至１２の発明のいずれかにおいて、
前記流体通路の流体の流れる方向に垂直な断面が略矩形状にされていることを特徴とする。
【００２１】
また、第１４の発明は、第１乃至１３の発明のいずれかにおいて、
前記流体通路の流体の流れる方向に垂直な断面の形状及び大きさが、前記マニホールドと接続する側から緩やかに変化することを特徴とする。
【００２２】
また、第１５の発明は、第１乃至１４の発明のいずれかにおいて、
前記複数の流体通路のうち少なくとも２つの流体通路は、前記マニホールドに接続しない側の端部が、前記配管部品の略同一箇所に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【００２３】
また、第１６の発明は、第１乃至１５の発明のいずれかにおいて、
前記配管部品に、前記マニホールド内のガスの圧力を制御する圧力制御機器が一体化されていることを特徴とする。
【００２４】
また、第１７の発明は、第１乃至１６の発明のいずれかにおいて、
前記配管部品に、前記マニホールドを流通する流体の流量を制御する流量制御機器が一体化されていることを特徴とする。
【００２５】
また、第１８の発明は、第１乃至１７の発明のいずれかにおいて、
前記配管部品に、前記マニホールド内のガスの圧力を検知する圧力センサが一体化されていることを特徴とする。
【００２６】
また、第１９の発明は、第１乃至１８の発明のいずれかにおいて、
前記配管部品は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位が略平坦な面に形成されてなることを特徴とする。
【００２７】
また、第２０の発明は、第１乃至１９の発明のいずれかにおいて、
前記配管部品は、
前記燃料電池スタックの前記一つの面に取り付けられる略平板状の平板部であって、該一つの面と接触する面の前記マニホールドに対応した位置に貫通孔を備える平板部と、
一端が前記貫通孔と連通して該貫通孔とともに前記流体通路を形成する管をその内部に有する管路部であって、前記平板部に一体化されて該平板部とともに一部品を構成する管路部と、
を備えることを特徴とする。
【００２８】
また、第２１の発明は、第１乃至２０の発明のいずれかにおいて、
前記配管部品が、水素透過性が抑制された樹脂材料により形成されていることを特徴とする。
【００２９】
また、第２２の発明は、上記の目的を達成するため、配管部品であって、
樹脂製であり、燃料電池スタック内部に備えられる複数のマニホールドにそれぞれ連通する複数の流体通路が一部品に設けられてなる。
【００３０】
また、第２３の発明は、第２２の発明において、
前記燃料電池スタックの前記マニホールドが露出する一つの面と接触する略平板状の平板部であって、該燃料電池スタックのマニホールドに対応した位置に貫通孔を備える平板部と、
一端が前記貫通孔と連通して該貫通孔とともに前記流体通路を形成する管をその内部に有する管路部であって、前記平板部に一体化されて該平板部とともに一部品を構成する管路部と、
を備えることを特徴とする。
【００３１】
また、第２４の発明は、第２２または第２３の発明において、
水素透過性が抑制された樹脂材料により形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
第１の発明によれば、燃料電池スタックに取り付けられる配管部品が樹脂材料により一部品として構成されているので、部品点数を削減でき、極めて容易に組み付けを行うことができる。
【００３３】
第２の発明によれば、複数の流体通路が配管部品の内部を貫通して延びているので、複雑な配管の構成を一部品で実現することができる。
【００３４】
第３の発明によれば、ガス供給マニホールドとガス排出マニホールドという異なる種類のマニホールドを有する燃料電池スタックにおいても、部品点数を削減でき、配管部品の組み付けを極めて容易に行うことができる。
【００３５】
第４の発明によれば、燃料電池システムの冷却系を流れる冷却液と、ガス排出マニホールドを流れるオフガスとの間で熱交換を行うことができる。
【００３６】
第５の発明によれば、燃料電池システムの冷却系を流れる冷却液を用いて、燃料電池セルに供給される水素を暖めることができる。
【００３７】
第６の発明によれば、流体通路の端部が燃料電池スタックの端面と略平行に延びているので、燃料電池スタック周辺の構造の寸法が燃料電池セルの積層方向に過大になるのを防ぐことができる。
【００３８】
第７の発明によれば、流体通路の一部が燃料電池スタックの端面の略平行に延びているので、燃料電池スタック周辺の構造の寸法が燃料電池セルの積層方向に過大になるのを防ぐことができる。
【００３９】
第８の発明によれば、一部品の配管部品の中に複数の流体通路を三次元的に形成しているので、複雑な配管の構成を一部品で実現することができる。
【００４０】
第９の発明によれば、三次元的に重なる流体通路間で冷却液とオフガスが隣接して流れているため、複雑な配管の構成を一部品で実現しつつ、冷却液とオフガスとの間で熱交換を行うことができる。
【００４１】
第１０の発明によれば、一部品の配管部品の中で複数の流体通路が立体的に交差するため、複雑な配管の構成を一部品で実現することができる。
【００４２】
第１１の発明によれば、三次元的に重なる流体通路間で冷却液とオフガスが隣接して流れているため、複雑な配管の構成を一部品で実現しつつ、冷却液とオフガスとの間で熱交換を行うことができる。
【００４３】
第１２の発明によれば、複数の流体通路のうち、より内側（燃料電池スタック端面側）に位置する流体通路に水素を流通させることができる。その結果、水素が流通する流体通路を、外部から受ける衝撃などから守ることができる。
【００４４】
第１３の発明によれば、複数の流体通路をより接近させて形成することができ、配管部品の寸法をより小さなものとすることができる。
【００４５】
第１４の発明によれば、流体通路の断面の形状および大きさが緩やかに変化することで、流体を円滑に流通させることができる。
【００４６】
第１５の発明によれば、配管部品の一部に流体通路の端部を集合させることにより、当該流体通路に更に取り付けられる他の配管などの部品の組み付け性を向上させることができる。
【００４７】
第１６の発明によれば、配管部品と圧力制御機器が一体化されることで、燃料電池スタックへのそれらの機器の取り付けを極めて容易に行うことができる。
【００４８】
第１７の発明によれば、配管部品とポンプが一体化されることで、燃料電池スタックへのそれらの機器の取り付けを極めて容易に行うことができる。
【００４９】
第１８の発明によれば、配管部品と圧力センサが一体化されることで、燃料電池スタックへのそれらの部品の取り付けを極めて容易に行うことができる。
【００５０】
第１９の発明によれば、配管部品と燃料電池スタックの間の密着性を確保することが容易となる。
【００５１】
第２０の発明によれば、配管部品を軽量化することができる。
【００５２】
第２１の発明によれば、流体通路内における水素の封止を、確実かつ容易に実現することができる。
【００５３】
第２２の発明によれば、複数の配管を集合化して、樹脂材料により一部品として構成しているので、部品点数を削減でき、取り扱いを容易にすることができる。
【００５４】
第２３の発明によれば、配管部品をより軽量化することができる。
【００５５】
第２４の発明によれば、流体通路内における水素の封止を、確実かつ容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
（システムの構成）
図１は、本発明の実施の形態１の燃料電池システムを説明するための図である。実施の形態１のシステムは燃料電池スタック１０を有しており、図１は燃料電池スタック１０を含む一部の領域を拡大して示す図である。燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池セルをその内部に有している。
【００５７】
各燃料電池セルには、アノード、カソードに連通するガス流通孔が、その厚み方向を貫通するように設けられている。また、セル面内を這うように形成される冷却液流路と連通する冷却液流通孔が、同様に、セルの厚み方向を貫通するように設けられている。複数の燃料電池セルが積層されて燃料電池スタック１０を構成する際には、各セルの流通孔が積層方向に連通し、当該燃料電池セルの積層方向に延びる種々のマニホールド（アノードガス供給マニホールド、アノードガス排出マニホールド、カソードガス供給マニホールド、カソードガス排出マニホールド、冷却液流通マニホールド）が形成される。
【００５８】
燃料電池スタック１０の端面には、スタックエンドプレート１２が装着されている。スタックエンドプレート１２は、燃料電池スタック１０端面の上述したマニホールドに対応した位置に貫通孔を有している。このような構成によれば、上述した複数のマニホールドのそれぞれの端部が、燃料電池スタック１０の端面（図１の紙面斜め下方側を向く面）に露出することとなる。
【００５９】
なお、上述の燃料電池スタック１０のような、燃料電池セル積層方向に種々のマニホールドを備える燃料電池スタックは、例えば特開２００５−１１６２２６号公報に開示されているように、すでに公知である。従って、その構造の更なる詳細な説明は省略すると共に、図面上でもマニホールドを省略することとする。
【００６０】
スタックエンドプレート１２には、配管部品２０が取り付けられている。配管部品２０は、樹脂材料により一体的に形成された一部品からなる配管部品である。配管部品２０は、後述するように、複数の管路部を備えている。管路部は、その内部が中空状や溝状などに形成された管状の部位である。当該中空状などの空間は、ガスや冷却液が流通する流体通路として機能するようになっている。
【００６１】
また、実施の形態１のシステムは、図示しないが、燃料電池スタック１０に水素を供給するために、水素タンクや水素調圧弁を含むアノードガス供給系を備えている。また、同じく図示しないが、燃料電池スタック１０に空気を供給するために、エアコンプレッサや空気調圧弁を含むカソードガス供給系を備えている。また、発電に伴って燃料電池スタック１０から排出されるガス（アノードオフガス、カソードオフガス）を排気するために、アノードガス排気系とカソードガス排気系をそれぞれ有している。
【００６２】
また、実施の形態１のシステムは、冷却液を流通させるポンプなどを含む冷却系も備えている。なお、上述した水素タンク、エアコンプレッサなど燃料電池システムを構成する機器に関しては、従来の燃料電池システムの構成部品として用いられているものと同様であり、新規でなく、本発明の主要部分でないため、その説明を省略する。
【００６３】
配管部品２０は、図１に示すように、水素入口管路部２２を有している。水素入口管路部２２には、当該管路部の内部を貫通して延びる水素入口通路２４が形成されている。水素入口通路２４は、スタックエンドプレート１２の貫通孔を介して、燃料電池スタック１０のアノードガス供給マニホールドに連通している。また、水素入口通路２４の反対側の（スタックエンドプレート１２と接触しない側の）端部は、上述のアノードガス供給系（図示せず）に接続している。
【００６４】
配管部品２０は、水素出口管路部２６を有している。水素出口管路部２６の内部には、水素入口管路部２２と同様に、水素出口通路２８が形成されている。水素出口通路２８も、水素入口通路２４と同様に、燃料電池スタック１０のアノードガス排出マニホールドに連通している。また、水素出口通路２８の反対側（スタックエンドプレート１２と接触しない側）の端部は、上述のアノードガス排出系（図示せず）に接続されている。
【００６５】
配管部品２０は、空気入口通路３２が内部に形成された空気入口管路部３０と、空気出口通路３６が内部に形成された空気出口管路部３４とを有している。空気入口通路３２と空気出口通路３６は、スタックエンドプレート１２の貫通孔を介して、それぞれ、燃料電池スタック１０内部のカソードガス供給マニホールド、カソードガス排出マニホールドに接続されている。空気入口通路３２と空気出口通路３６についても、スタックエンドプレート１２と接触しない側の端部が、上述のカソードガス供給系、カソードガス排出系（どちらも図示せず）にそれぞれ接続されている。
【００６６】
また、図１に示すように、空気入口管路部３０および空気出口管路部３４は、その太さが徐々に変化する構造となっている。内部の空気入口通路３２および空気出口通路３６もこれに応じて、空気が流れる方向と垂直な断面の形状がマニホールド側から徐々に小さくなる構成となっている。
【００６７】
また、配管部品２０は、冷却液出口通路４２が内部に形成された冷却液出口管路部４０と、冷却液入口通路４６が内部に形成された冷却液入口管路部４４とを有している。これらの通路は、燃料電池スタック１０内部の冷却液流通マニホールドに連通している。そして、スタックエンドプレート１２と接触しない側の端部が、上述した冷却系（図示せず）と接続されている。
【００６８】
実施の形態１における燃料電池システムが発電を行う際には、アノードガス供給系から、水素入口通路２４、アノードガス供給マニホールドを順次通って、燃料電池スタック１０のアノードへと水素が供給される。また、カソードガス供給系から、空気入口通路３２、カソードガス供給マニホールドを通って、燃料電池スタック１０のカソードへと空気が供給される。燃料電池スタック１０は、水素と空気の供給を受けて電気化学的反応を生じ、発電を行う。
【００６９】
発電に伴い、各燃料電池セルのアノードとカソードからは、アノードオフガス、カソードオフガスがそれぞれ排出される。アノードオフガスは、アノードガス排出マニホールドと水素出口通路２８を順次通って、アノードガス排出系へと排出される。また、カソードオフガスは、カソードガス排出マニホールドと空気出口通路３６を順次通って、カソードガス排出系へと排出される。
【００７０】
また、発電の際には、冷却液入口通路４６を介して、燃料電池スタック１０へと冷却液が供給される。この冷却液は、燃料電池スタック１０内の各燃料電池セルが備える冷却液流路を流れて、燃料電池セルを冷却する。その後、この冷却液は、冷却に寄与した結果、温度が上昇した状態で、冷却液出口通路４２を通って燃料電池スタック１０から流出する。
【００７１】
（配管部品２０の構成）
以下、配管部品２０の具体的な構成について、詳細に説明する。図２は、実施の形態１のシステムにおける配管部品２０の正面図である。図２中の破線は、各管路部の内部に設けられている流体通路を示している。なお、各流体通路はそれぞれ独立に形成されており、複数の流体通路が交差または重なる位置では、各流体通路は実際には立体的な位置関係となっている。しかしながら、図２では、便宜上、それらの流体通路を同一面上に示している。
【００７２】
上述したように、配管部品２０は、樹脂材料により一体的に形成された、一部品からなる配管部品である。配管部品２０の構造は、より具体的には、平板部２１と、当該平板部２１と一体的に形成される複数の管路部とに区分することができる。平板部２１は、配管部品２０がスタックエンドプレート１２に装着される際、当該スタックエンドプレート１２に接触する板状の部位である。平板部２１は、スタックエンドプレート１２と略同一の大きさおよび外形を有している。
【００７３】
図２に示すように、配管部品２０は、各管路部が隣接して配置されるとともに、当該各管路部が平板部２１上を延びる過程で立体的に交差または重なり合うように構成されている。具体的には、先ず、水素入口管路部２２は、平板部２１の紙面左上側位置から紙面下方へと延び、その途中で、冷却液出口管路部４０と接触している。そして、更に紙面下方へと延びたあと、Ｌ字上に屈曲して紙面左方へと向かって延びている。
【００７４】
また、水素出口管路部２６は、平板部２１の紙面右下側から紙面左方へと延びる過程で、先ず空気入口管路３０と紙面裏面側で交差するように接触し、その後空気出口管路部３４と接触する構成となっている。また、空気出口管路部３４は、紙面上側から紙面下方に延びる過程で、紙面表面側位置で冷却液出口管路部４０、空気入口管路部３０と、順次、立体的に交差している。また、冷却液入口管路部４４と冷却液出口管路部４０とは、平板部２１の紙面右側位置で重なっている。
【００７５】
また、実施の形態１の配管部品２０では、水素入口管路部２２、空気出口管路部３４、水素出口管路部２６とが接触しつつ、図２の紙面左側に向かって略同一方向に延びるように構成されている。そして、空気入口管路部３０、冷却液出口管路部４０および冷却液入口管路部４４は、反対に、紙面右側に向かって略同一方向に延びるように構成されている。これらの配管は、それぞれ、平板部２１の平面方向（すなわち、実施の形態１では、燃料電池スタック１０の平面方向と同じ）と略平行に延びている。
【００７６】
図３（ａ）（ｂ）は、配管部品２０の側面図である。図３（ａ）は図２を紙面左側から見た図、図３（ｂ）は図２を紙面右側から見た図である。図３（ｃ）は、配管部品２０のみを示した図である。このように、配管部品２０は一部品として燃料電池スタック１０への取り付け、或いは必要に応じた取り外しが可能な構成となっている。従って、配管部品２０の組み付けや取り扱いは、極めて容易である。
【００７７】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、図２におけるＸ−Ｘ線、Ｙ−Ｙ線、Ｚ−Ｚ線に沿う、配管部品２０の断面図である。上記の説明では、配管部品２０を平板部２１と複数の管路部に区分して説明しているものの、図４に示すように、それらは一体的に形成されて不可分的に一部品を構成している。また、図４（ａ）〜（ｃ）に示す断面図には、水素出口通路２８、空気入口通路３０、空気出口通路３６、冷却液出口通路４２がそれぞれ表されている。これらの図に示すように、それぞれの通路は独立して流路を構成しており、それぞれの通路には独立してガスまたは冷却液が流通する。
【００７８】
図５は、配管部品２０の背面図であり、図１においてスタックエンドプレート１２と接触する面に相当している。平板部２１の表面に各流体通路の一部が開口として現れており、配管部品２０をスタックエンドプレート１２に取り付ける際には、これらの開口の周囲にビードを焼き付けた上で、シーリングを行いながら装着する。なお、図４でも示したように、平板部２１のスタックエンドプレート１２と接触する面は平坦面となっている。よって、シーリングを容易かつ確実に行う（密着性が高くする）ことができる。
【００７９】
また、図示しないが、本実施形態における燃料電池スタック１０の各マニホールドの形状は、図５に示した各流体通路の形状と同一である。すなわち、平板部２１がスタックエンドプレート１２に装着された際に、平板部２１に備えられる貫通孔と同様の形状のマニホールドが、燃料電池スタック１０内にそのまま延びる構成となっている。例えば、水素入口通路２４と連通するアノードガス供給マニホールドは、水素入口通路２４と同一形状、同一寸法の円形の断面形状を有している。また、空気入口通路３２、空気出口通路３６と連通するカソードガス供給マニホールド、カソードガス排出マニホールドについては、その断面が、図５にあるような細長いスリット状の形状になっている。なお、このスリット形状は、流入する空気の配流性の均一化を図るため、長手方向で大小関係を持っていてもよい。
【００８０】
図６は、配管部品２０を更に詳細に説明するための図であり、また、配管部品２０に他の配管を取り付けた際の状態を示す図である。図６では、各管路部のスタックエンドプレート１２と接触しない側の端部（すなわち、マニホールドと直接接続されない側の端部）に、配管６０、６２、６４、６６、６８をそれぞれ取り付けた状態を示している。実施の形態１における配管部品２０は、複数の流体通路が纏まって同一箇所（図６紙面左下側、右下側のそれぞれ）に位置し、かつ、それらの纏まった流体通路の端部が同一方向（図６紙面左方または右方）に向かって延びている。従って、配管６０〜６８についても、同様に、同一箇所に纏まって、かつ同一方向に向いて延びるように取り付けられることになる。
【００８１】
図７は、図６に示した一点鎖線のそれぞれに沿って配管部品２０を切断した際の切断面を示す図である。図７（ａ）では、配管部品２０のＡ−Ａ線に沿う位置、すなわち、水素入口管路部２２と冷却液出口管路部４０とが交差している部位の切断面を示している。図に示すように、当該位置では、水素入口通路２４と冷却液出口通路４２が隣接している。
【００８２】
これと同様に、Ｂ−Ｂ線〜Ｅ−Ｅ線に沿う断面図のそれぞれにおいても、複数の管路部が接触したり、立体的に交差、重なったりしている部位で、流体通路が隣接していることがわかる。また、図７（ａ）と図７（ｂ）を比較すると分かるように、空気出口通路３６は、水素入口通路２４に比して、平板部２１からの距離が相対的に大きくされている。
【００８３】
上述のように、本実施形態における配管部品２０は、樹脂材料により一部品として成型されている。実施の形態１では、配管部品２０を形成する樹脂材料として、ガス透過性が抑制された材料、特に、水素透過性が低い材料という観点から、ポリプロピレン樹脂を用いることとする。
【００８４】
図８（ａ）（ｂ）は、実施の形態１のシステムにおけるスタックケースの一例の斜視図である。スタックケース９０は、その内部に、上述した燃料電池スタック１０、配管部品２０を有している（それぞれ破線で示す）。また、図８に示すように、スタックケース９０の一つの面側には配管９２、９４、９８が、他方の面側には配管９６、１００、１０２が、纏めて配置されている。上述したように、配管部品２０の各管路部のスタックエンドプレート１２に接触しない側の端部は、燃料電池スタック１０の端面と平行に延びている。その結果、スタックケース９０外側への配管の引き出し方向も同様に、燃料電池スタック１０の端面と平行に延びるようになっている。
【００８５】
［実施の形態１の効果］
燃料電池スタックには、発電を行うに当たり、水素、空気、冷却液といった複数種類の流体を供給する必要がある。従って、燃料電池スタックには、それぞれの流体の供給用に、内部のマニホールドへのガス等の流通を仲介するための配管が取り付けられる。
【００８６】
組み付け性などの観点からは、これらの配管は簡素であることが望ましく、組み付け性の向上、部材点数の削減など総合的な観点から、更なる改善が求められている。そこで、実施の形態１では、上述したように、内部に複数の流体通路が形成され、樹脂材料により一体的に形成された一部品からなる配管部品２０を用いて、システムを構成している。
【００８７】
従来のように部品点数が多い場合には、組み付け工数が増加し、また、部品一つ一つの製造交差や取り付け公差が相乗的に影響して、組み付け性の悪化を招きやすい。この点、実施の形態１のシステムでは、燃料電池スタック１０に、一部品の配管部品２０を取り付けるのみの極めて簡易な構成で、燃料電池スタック１０内部のマニホールドの全て（実施の形態１では、アノードおよびカソードにおけるガス供給マニホールドおよびガス排出マニホールド、冷却液流通マニホールドの全て）を、のこらず、配管部品２０の各流体通路に接続することができる。従って、部品点数を削減でき、極めて容易に組み付けを行うことができる。
【００８８】
また、配管部品の数が多い場合には、それに応じて、部品ごとにシール性（各流路の密閉性）が確保されているか否かの確認を行う必要がある。このような場合には、シール性の確認に要する工数も当然に多くなり、製造効率やメインテナンスの容易性といった観点からも好ましくない。この点、実施の形態１によれば、一部品の配管部品２０を取り付けるのみの極めて簡易な構成となっているので、シール性の確保を一括して行うことができ、極めて効率よくシステムを構成することができる。
【００８９】
また、実施の形態１の配管部品２０は、樹脂材料により形成されている。複数の流体通路を有する一部品の配管部品を製造する上では、その製造容易性も求められる。一方、燃料電池は、発電時における外部への絶縁性の確保も要求されており、燃料電池スタックの周辺部品についても絶縁性の確保が求められる。この点、本実施形態の配管部品２０においては、樹脂材料が、一般的な製造容易性の効果を発揮するのみならず、燃料電池スタックに取り付ける配管部品として求められる絶縁性も実現するという、極めて有効な材料として機能している。
【００９０】
更に、実施の形態１によれば、配管部品２０の材料を、水素透過性が抑えられた樹脂材料として、ポリプロピレン樹脂としている。このようにすることで、配管部品２０を一体的に形成しつつ、水素入口通路２４および水素出口通路２８を確実に封止（水素洩れを確実に防止）することができる。そして、実施の形態１の手法によれば、他の手法、例えば、水素が流れる流体通路の内面にコーティングを施して水素透過を抑制するような手法に比して、より確実かつ容易に、水素の封止を実現することができる。
【００９１】
また、配管部品２０内の各流体通路（水素入口通路２４、水素出口通路２８、空気入口通路３２および空気出口通路３６を有している）は、燃料電池スタック１０のガス供給マニホールド、ガス排出マニホールド（アノード、カソード両方を含む）にそれぞれ連通する。このような構成によれば、ガス供給マニホールドとガス排出マニホールドという異なる種類のマニホールドを有する燃料電池スタックにおいても、部品点数を削減でき、配管部品の組み付けを極めて容易に行うことができる。
【００９２】
また、本実施形態によれば、上述したように、その内部を冷却液が流れる冷却液出口管路部４０と、水素出口管路部２６および空気出口管路部３４とが接触している。これにより、図７の断面図でも述べたように、冷却液出口通路４２と、水素出口通路２８および空気出口通路３６が樹脂材料を介して隣接することになる。このような構成によれば、冷却系を流通する冷却液と、ガス排出マニホールドを流れるオフガスとが、樹脂材料を介して隣接して流れることになる。その結果、それらのガス間で熱交換を行うことができ、例えば燃料電池システムのガス排出系の凍結防止などの効果を得ることができる。
【００９３】
また、本実施形態によれば、上述したように、冷却液が流れる冷却液出口管路部４０と、水素入口管路部２４とが接触している。これにより、図７でも示したように、水素入口通路２４と冷却液出口通路４２が隣接する構成になっている。水素タンクに高圧状態で貯蔵される水素は、大気状態が低温の状況下では、低圧側への放出時に更に温度が低下する。このような低温な水素が直接燃料電池スタック内へと流れ込むと、温度差に起因して、シール機能がダメージを受けるおそれがある。この点、本実施形態によれば、冷却液を用いて、燃料電池セルに供給される上記の低温の水素を暖めることができる。その結果、上述のような弊害を防止し、良好な温度状態で燃料電池を発電させることができる。
【００９４】
加えて、本実施形態では、配管部品２０が樹脂材料で形成されている。このため、上述した各種の流体の熱交換をより効果的に実現し、ガス排出系の凍結防止や燃料電池に供給する水素の加熱をより効果的に実現できるという、相乗的な効果を得ることができる。
【００９５】
また、本実施形態によれば、流体通路の端部が、燃料電池スタック１０の端面（スタックエンドプレート１２の表面）と略平行に延びる構成となっている。燃料電池スタック１０内のマニホールドは、積層された複数の燃料電池セルを貫通しているため、燃料電池スタック１０の端面と垂直な方向に延びている。これに合わせて、配管の向きを当該端面に垂直な方向にすると、燃料電池スタック周辺の構造が一方向に偏って大きな寸法を有することになる。
【００９６】
燃料電池システムがある程度の出力を確保する必要がある状況下、例えば、車両搭載時などは、燃料電池セルの積層枚数も数百枚単位となる場合が多い。このため、燃料電池スタックの形状は、セルの積層方向に大きくなる傾向にある。一方、燃料電池システムを限られたスペースに設置する状況下では、燃料電池スタック周辺構造の寸法も可能な限り小型化することが必要不可欠である。
【００９７】
特に車両搭載時などには、極めて限られたスペースに多数の部品を設置する必要がある。このような場合、燃料電池スタック周辺の寸法がセル積層方向に偏って大きくなると、設置スペースが限られ、レイアウトの自由度も損なわれてしまう。この点、本実施形態によれば、配管部品の寸法が燃料電池セルの積層方向に過大になるのを防ぐことができ、配管を配管部品２０として一部品に構成したことによる効果と合わせて、省スペース化の効果を相乗的に得ることができる。
【００９８】
更に、本実施形態によれば、図３（ａ）などに示すように、水素入口通路２４、水素出口通路２８、空気出口通路３６の端部が、燃料電池スタック１０の端面と略平行にかつ略同一方向（図２の紙面左方）に延びている。また、図３（ｂ）などに示すように、空気入口通路３２、冷却液出口通路４２および冷却液入口通路４６の端部が、燃料電池スタック１０の端面と略平行にかつ略同一方向（図２の紙面右方）に延びている。流体通路の端部の向きが何ら統一されず、ばらばらの方向になると、各流体通路に更に継ぎ足される他の配管部品がばらばらの方向に延びることになる。その結果、スペースの利用効率が悪くなり、燃料電池スタック１０周辺構造が不要に大型化されてしまう。この点、本実施形態によれば、流体通路の端部の向きがばらばらになり燃料電池システムの設置スペースが大きくなってしまうのを防ぐことができる。
【００９９】
また、本実施形態によれば、各流体通路が燃料電池スタック１０の端面と略平行になるように延びている。このような構成によれば、配管部品の寸法が燃料電池セルの積層方向に過大になるのを防ぐことができ、既述したような弊害を効果的に回避することができる。
【０１００】
そして、本実施形態によれば、各流体通路が燃料電池スタック１０の端面に略平行に延びるとともに、当該各流体通路の端部が燃料電池スタックの端面と略平行に延びている。従って、上述した二つの効果を相乗的に得ることができ、燃料電池スタック周辺の構造が燃料電池セルの積層方向に過大になるのを、更に効果的に防ぐことができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、一部品の配管部品２０中に、複数の流体通路を三次元的に形成（平板部２１上で、立体的に交差、重なるように形成）している。燃料電池が発電を行う際には、水素を含む反応ガス（アノードガス）、空気（カソードガス）、冷却液といった、複数種類の異なる流体を供給する必要がある。これに起因して、各々の流体を燃料電池セルへと供給するためのガス供給孔などが、セル面内に四散して配置される場合がある（例えば、特開２００５−１１６２２６号公報）。このような場合、それらの燃料電池セルを積層した結果形成されるマニホールドの位置も、当然に燃料電池スタック端面の面内に四散して配置されることになる。
【０１０２】
このような構成に対して、複数の配管を適宜組み付けてそれらの配管を三次元的に配置するような場合、組み付けが一層煩雑になると共に、部品一つ一つの製造交差や取り付け公差が相乗的に影響して、取りつけ位置がずれたり干渉したりする恐れがあるなど、組み付け性の悪化を招きやすい。この点、本実施形態では一部品に複数の流体通路を形成し、これを燃料電池スタックに取り付けるのみとしているので、複数の配管を複雑なレイアウトに組み付ける必要がなく、配管部品の構成を極めて簡素にすることができる。
【０１０３】
具体的には、例えば、本実施形態の配管部品２０によれば、冷却液出口通路４２と冷却液入口通路４６とが、燃料電池スタック１０の端面に垂直な方向に重なるように位置している。これにより、複数の流体通路を、干渉を確実に避けつつ、一部品中に設けることができる。よって、マニホールドの位置関係に係らず、複数の流体通路を有する一部品の配管部品２０を得ることができる。
【０１０４】
また、種類の異なる流体のそれぞれを効率よく燃料電池セルに供給する観点からは、マニホールドの形状も種々の形状が取られ得る。具体的には、本実施形態の燃料電池スタック１０の場合には、図５に示すような種々の形状のマニホールドとなっている。このように、マニホールドが様々な形状となって複雑化すると、同一平面状に干渉を避けつつ複数の流体通路を配置することが困難になる。この点、本実施形態では、各流体通路を三次元的に配置しているので、複雑なマニホールド形状に対応しうる流体通路を、一部品に形成することができる。
【０１０５】
また、本実施形態によれば、一部品の配管部品２０中に、複数の流体通路を立体的に交差させて形成している。このような構成によれば、上述したように、複雑なマニホールド形状に対応しうる流体通路を一部品に形成することができる。
【０１０６】
また、本実施形態によれば、冷却液が流れる流体通路と、アノードオフガスまたはカソードオフガスが流れる流体通路とが、三次元的に重なり、隣接して流れている。これにより、複雑な配管の構成を一部品で実現し、冷却液とオフガスと熱交換を行うことができるという相乗的な効果を得ることができる。
【０１０７】
また、本実施形態によれば、空気出口通路３６が、水素入口通路２４よりも、平板部２１からの距離が大きくなっている。このような構成によれば、複数の流体通路のうち、水素が流通する流体通路を、相対的に内側（平板部２１側）に配置することができる。その結果、他の流体通路（管路部）によって水素入口通路２４を保護し、外部から受ける衝撃などから水素が流れる流体通路を守ることができる。
【０１０８】
また、本実施形態によれば、空気入口通路３２および空気出口通路３６の空気の流通方向に垂直な断面、あるいは、冷却液出口通路４２や冷却液入口通路４６の冷却液流通方向に垂直な断面が、略矩形形状となっている。このような構成とすることで、二つの流路をより近接して形成させることができ、配管部品の寸法をより小さなものとすることができる。
【０１０９】
また、本実施形態によれば、空気入口通路３２および空気出口通路３６の空気流通方向の断面形状が、マニホールドに接続する側から、緩やかに変化する構成となっている。流体の流通方向の断面形状が急激に変化すると、圧力損失が大きくなるなど、円滑な流れを阻害する恐れがあり好ましくない。この点、本実施形態によれば、ガスおよび冷却液の流れを円滑に保つことができる。
【０１１０】
また、本実施形態によれば、配管部品２０の一方の箇所に、水素入口通路２４、水素出口通路２８および空気出口通路３６の端部が集合する構成となっている。また、配管部品２０の他方の箇所に、空気入口通路３２、冷却液出口通路４２および冷却液入口通路４６の端部が集合する構成となっている。このように、流体通路の端部をばらばらに配置せず、特定の箇所に集合させることにより、配管部品２０に更に取り付けられる、他の配管などの部品の組み付け性を向上させることができる。
【０１１１】
また、本実施形態によれば、配管部品２０が、平板部２１に複数の管路部が一体的に設けられた構成となっている。このような構成によれば、平板部２１とスタックエンドプレート１２との間のシール性を確保することが容易となる。また、本実施形態によれば、内部に貫通流路が設けられた管状の管路部（例えば、水素入口通路２４を内部に有する水素入口管路部２２）が、平板部２１に一体化されることで、配管部品２０が構成されている。このような構成によれば、余分な材料を用いることなく、配管部品２０の軽量化、小型化を行うことができる。
【０１１２】
尚、上述した実施の形態１では、燃料電池スタック１０が前記第１の発明における「燃料電池スタック」に、配管部品２０が前記第１の発明における「配管部品」に、それぞれ相当している。また、配管部品２０の裏面（図５）が、前記第１の発明における、「前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位」に、配管部品２０が備える水素入口通路２２などの複数の流体通路が、前記第１の発明における「複数の流体通路」にそれぞれ相当している。
【０１１３】
尚、上述した実施の形態１では、冷却液出口通路４２および冷却液入口通路４６が、前記第４の発明以降の発明における「前記冷却液流通マニホールドに接続する流体通路」に、水素出口通路２８および空気出口通路３６が、前記第４の発明以降の発明における「前記ガス排出マニホールドに接続する流体通路」に、それぞれ相当している。
【０１１４】
尚、上述した実施の形態１では、水素入口通路２４が、前記第５の発明における「前記水素供給マニホールドに接続する流体通路」に相当している。また、配管部品２０が備える全ての流体通路が、前記第６の発明における「前記マニホールドと接続しない側の端部が前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行な方向に延びるように形成されている流体通路」に相当している。
【０１１５】
尚、上述した実施の形態１では、配管部品２０が備える全ての流体通路が、前記第７の発明における「前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる部分を有する流体通路」に相当している。また、上述した実施の形態１では、例えば、冷却液出口通路４２が前記第８の発明における「第１流体通路」に、冷却液入口通路４６が前記第８の発明における「第２流体通路」に、それぞれ相当している。
【０１１６】
尚、上述した実施の形態１では、例えば、冷却液出口通路４２が前記第１０の発明における「第１流体通路」に、空気出口通路３４が前記第１０の発明における「第３流体通路」に、それぞれ相当するとともに、第１１の発明おける第１流体通路、第２流体通路にもそれぞれ相当している。
【０１１７】
尚、上述した実施の形態１では、水素入口通路２４が、前記第１２の発明における「前記水素供給マニホールドに接続される流体通路」に、空気出口通路３６が、前記第１２の発明における「前記水素入口通路よりも前記燃料電池スタックの前記一つの面からの距離が相対的に大きい流体通路」に、それぞれ相当している。
【０１１８】
尚、上述した実施の形態１では、水素入口通路２４、水素出口通路２８および空気出口通路３６が前記第１５の発明における「前記マニホールドに接続しない側の端部が、前記配管部品の略同一箇所に配置されている流体通路」に相当している。また、空気入口通路３２、冷却液出口通路４２および冷却液入口通路４６も、前述の水素入口通路２４等とは異なる位置でありながらまとまって略同一箇所に配置されており、前記第１５の発明における「前記マニホールドに接続しない側の端部が、前記配管部品の略同一箇所に配置されている流体通路」に相当している。
【０１１９】
また、上述した実施の形態１では、平板部２１が、前記第２０の発明における「平板部」に、配管部品２０が備える水素入口管路部２２などの複数の管路部が、それぞれ、前記第２０の発明における「管路部」に、それぞれ相当している。また、配管部品２０が、第２１の発明の「配管部品」に相当している。
【０１２０】
なお、本実施形態における配管部品２０は、「マニホールドと接続しない側の端部が燃料電池スタック１０の一つの面と略平行な方向に延びるように形成されている流体通路のうち、すくなくとも２つの流体通路は、略同一方向に延びている」という特徴も有している。その結果、流体通路の端部の向きがばらばらになり燃料電池システムの設置スペースが大きくなってしまうのを防ぐことができる。
【０１２１】
上述した実施の形態１では、水素入口通路２４、水素出口通路２８および空気出口通路３６が、上記の特徴の「略同一方向に延びている流体通路」に相当している。また、空気入口通路３２、冷却液出口通路４２および冷却液入口通路４６も、前述の水素入口通路２４等とは異なる方向でありながらまとまって同一方向に延びており、上記の特徴の「略同一方向に延びている流体通路」に相当している。
【０１２２】
また、本実施形態の配管部品２０は、「燃料電池スタック１０の一つの面と略平行に延びる部分を有する流体通路は、マニホールドと接続しない側の端部が燃料電池スタック１０の一つの面と略平行な方向に延びるように形成されている」という特徴も有している。このような構成によれば、配管部品の寸法が燃料電池セルの積層方向に過大になるのを効果的に防ぐことができる。
【０１２３】
［実施の形態１の配管部品の製造方法］
図９、１０は、本実施形態における配管部品２０の製造方法の一例を説明するための図である。上述したように、配管部品２０は、複数の流体通路を内部に有する、樹脂製の一部品からなる配管部品である。このように、樹脂製の一部品に複数の流体通路（即ち、溝や貫通孔、中空部）を形成する手法は、従来の公知の製造技術、あるいはそれらを適宜組み合わせることで実現可能な技術である。以下の説明では、特に、本実施形態の配管部品を形成する際に好適な手法の一例として、中空状の樹脂成型品を製造する工程の一部分について説明する。
【０１２４】
図９は、本実施形態の配管部品２０製造に応用される、中空樹脂成型品の製造工程を説明するための図である。図９（ａ）は、当該中空樹脂成型品の製造工程のうち、樹脂射出の工程を示す図である。図に示すように、本工程では、金型１５２と金型１５４とが用いられる。金型１５４は、スライド用油圧シリング１５０に連結されている。樹脂射出の工程では、金型１５２と金型１５４とが図９（ａ）のように組合された状態で樹脂材料が供給され、樹脂成型品１６０が形成される。
【０１２５】
続いて、図９（ｂ）に示すように、型開き、ランナーの取出し及びダイスライドが行われる。具体的には、この工程では、先ず、金型１５２と金型１５４とが離間され、ランナーが取り出される。これにより、樹脂成型品１６０が樹脂成型品１６２、１６６に分割される。その後、金型１５４がスライド用油圧シリンダ１５０側へと引かれ、ダイスライドが行われる。次に、図９（ｃ）に示すように、金型１５２と金型１５４が嵌合され、樹脂成型品１６２、１６６が組合された状態で射出接合が行われる。その結果、図９（ｃ）の樹脂成型品１７０が形成される。その後、図９（ｄ）に示すように再度型開きがなされ、中空の樹脂成型品１７０が取り出される。以上の工程により中空状の樹脂成型品を作製することができ、この手法を応用することで、本実施形態の配管部品２０を形成することができる。
【０１２６】
また、図１０は、上述した配管部品２０の製造工程の一例のうち、中空構造が隣接している部位の製造方法の一例を説明するための図である。具体的には、図１０は、例えば図７（ｂ）に示すような、空気入口出口通路３６と冷却液出口通路４２とが隣接している部位を製造する手法の一例を示す図である。図１０の手法では、先ず、上述した図９の手法を用いて樹脂成型品１８０、１８２を接合して一部品とし、中空部１８４を形成する（図１０（ａ）（ｂ））。その後、図１０（ｃ）に示すように、部分的に樹脂材料１９０を付加して、中空部１９２を形成する。このような手法により、中空構造が隣接している部位を形成することが可能である。
【０１２７】
なお、配管部品２０を形成するにあたっては、上記の製造方法になんら限られない。例えば、別々の樹脂成型金型で２以上の部品を形成した後それらを更に一体化させるなど、種々の製法を用いて、配管部品２０を製造すればよい。
【０１２８】
［実施の形態１の変形例］
（第１変形例「配管部品への各種機器の一体化」）
実施の形態１では、複数の管路部を備える配管部品２０を用いて、燃料電池システムを構成した。これに対し、第１変形例では、当該配管部品２０に、燃料電池スタック１０へ供給するガスや冷却液の流量を調整する機器や、燃料電池スタック１０内におけるガスの圧力を検知する圧力センサを更に一体化したものを用いて、燃料電池システムを構成することとする。
【０１２９】
図１１は、実施の形態１の第１変形例に係る配管部品２２０を説明するための図である。図１１は、配管部品２２０の正面図であり、実施の形態１における図２に相当する図である。図１１に示すように、配管部品２２０は、水素入口管路部２２２、水素出口管路部２２６、空気入口管路部２３０、空気出口管路部２３４、冷却液入口管路部２４０、冷却液出口管路部２４４を有している。これらの管路部は、実施の形態１における配管部品２０の管路部と同様に、その内部に流体通路をそれぞれ有し、平板部２２１上に一体的に形成されて一部品を構成している。
【０１３０】
第１変形例の配管部品２２０は、水素入口管路部２２２の端部に水素調圧弁を、水素出口管路部２２６の端部に水素排出弁を、空気出口管路部２３４に空気調圧弁２５０を、それぞれ有している。図１２は、空気調圧弁２５０の一例としての、長尺のバタフライ弁である。また、図１３は、図１１のＡ−Ａ線に沿う断面図を示している。
【０１３１】
第１変形例では、このように種々の圧力制御機器が一体化された配管部品２２０を、実施の形態１と同様に、燃料電池スタック１０に組み付けることとする。その結果、第１変形例によれば、各圧力制御機器を配管部品２２０とともに一部品化しておくことにより、燃料電池スタックへのそれらの部品の取り付けを極めて容易に行うことができるとともに、部品点数の削減や、組み付け性の向上を達成することができる。
【０１３２】
なお、上述した第１変形例では、燃料電池スタック１０のマニホールド内の圧力を制御する圧力制御機器を、配管部品２２０に一体化した。しかしながら、これら圧力制御機器以外にも、配管部品２２０に、マニホールドを流通する流体の流量を制御する流量制御機器として、水素循環ポンプなどのポンプや種々の弁を一体化したり、マニホールド内のガスの圧力を検知する圧力センサを一体化したりしてもよい。
【０１３３】
図１４に、図１１の第１変形例に圧力センサ及び水素循環ポンプを更に一体化した場合の一例を示す。図１４の配管部品２２０は、水素入口管路部２２２と水素出口管路部２２６とを接続する水素循環管路部２２３を有している。水素循環ポンプを駆動することにより、水素循環管路部２２３内の水素循環用の流体通路を介して水素を循環させることができる。
【０１３４】
なお、上述した第１変形例の図１１では、水素調圧弁、空気調圧弁などが、前記第１７の発明の「圧力制御機器」に相当している。また、図１１の水素排出弁や、図１４の水素循環ポンプが、前記第１８の発明の「流量制御機器」に相当している。また、図１４の圧力センサが、前記第１９の発明の「圧力センサ」に相当している。
【０１３５】
（第２変形例「流体通路、管路部の他の形態」）
実施の形態１では、図５を用いて説明したように、燃料電池スタック１０内のマニホールドが、円形、矩形、スリット状などの種々の形状を有している。しかしながら、本発明の燃料電池スタックにおけるマニホールドの形状や位置は、これになんら限定されるものではない。燃料電池スタック内に複数のマニホールドを有し、当該マニホールドが燃料電池スタックの端面まで延びている構成であれば、本発明の思想を適用することができる。
【０１３６】
図１５は、実施の形態１の第２変形例に係る配管部品３２０を説明するための図である。図１５の破線は、平板部３２１に形成される貫通孔をそれぞれ示しており、各館通孔の形状および大きさは、図１５の紙面裏面側に取り付けられる第２変形例に係る燃料電池スタックのマニホールドの形状に対応している。そして、第２変形例では、それらの貫通孔位置に対応するように、水素入口管路部３２２、水素出口管路部３２６、空気入口管路部３３０、空気出口管路部３３４、冷却液入口管路部３４０、冷却液出口管路部３４４が設けられている。
【０１３７】
このように、燃料電池スタックのマニホールドの位置、形状に対応させて、各管路部の形状を定めることとすればよい。また、図１５に示した以外の種々のマニホールド形状を有する燃料電池スタックに対しても、適宜流体通路の配置、形状を対応させて、配管部品を形成すればよい。
【０１３８】
また、実施の形態１では、冷却液出口通路４２と、水素入口通路２４、水素出口通路２８および空気出口通路３４とを、三次元的に交差させて隣接して配置することにより、熱交換を促進した。一方、上述したように、流体通路の配置は実施の形態１に何ら限定されるものではなく、種々の配置をとることができる。例えば、他の変形例として、燃料電池スタック１０の端面と略平行に延びるように冷却液出口通路４２を形成し、当該端面に垂直な方向に冷却液出口通路４２から離れた位置で当該冷却液出口通路４２と重なるように、水素入口通路２４などを形成することができる。
【０１３９】
このようにすることで、前記第１０の発明における「第１流体通路」と「第２流体通路」に相当する構造を実現できる。
【０１４０】
（第３変形例「配管部品の他の形態の例」）
実施の形態１では、平板部２１に複数の管路部を一体的に設けることにより、複数の流体通路を有する一部品の配管部品２０を構成している。しかしながら、本発明の燃料電池システムが備える配管部品は、これに限られるものではない。複数の流体通路を有する樹脂製の一部品からなる配管部品であれば、必ずしも実施の形態１で示したような平板部２１と複数の管路部を備えるような構成でなくともよい。具体的には、例えば、図１６に示すように、直方体形状の樹脂製の部材の中に、流体通路４２２、４２４、４２６などの複数の流体通路が形成されている配管部品４２０としてもよい。
【０１４１】
なお、配管部品２０および配管部品４２０は、「燃料電池スタック内部に備えられる複数のマニホールドにそれぞれ連通する複数の流体通路が一部品に設けられてなり、該燃料電池スタックの該複数のマニホールドのそれぞれの出入口が備えられる一つの面に接触する部位を備え、前記複数の流体通路は該部位の前記複数のマニホールドの出入口に対応する位置からその内部を貫通して延びていることを特徴とする樹脂製の配管部品」とも言うことができる。
【０１４２】
（第４変形例「配管部品を形成する材料」）
配管部品２０を形成する樹脂材料は、実施の形態１で述べた材料に限られない。上述したように、配管部品２０は、水素透過性が抑制された樹脂材料を用いて一体的に形成されるという態様が好ましい。従って、材料を選択する際には、製造時の成型性が良好である点、燃料電池システムを構成する配管として十分な絶縁性を備えている点、水素透過性が抑えられている点を考慮し、総合的に判断して好適な材料を選択することとすればよい。例えば、ポリプロピレン樹脂以外にも、ナイロン樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂などを用いてもよい。
【０１４３】
一方、本発明にかかる配管部品を形成するに当たり、水素透過性が抑えられた材料で一体的に成型されることが常に求められるというわけではない。例えば、水素が流通する流体通路（実施の形態１では、水素入口通路２４および水素出口通路２８）の内部にコーティングを施したり、水素入口管路部２２および水素出口管路部２６を局所的に水素透過性を抑えた樹脂材料で形成して、他の管路部とともに一体化して配管部品２０を形成したりするなど、種々の変形を行うことができる。このような、水素透過性が低いコーティング材料（樹脂を含む種々の水素難透過性の材料）に関しては、既に公知となっている種々の材料を用いることができる。
【０１４４】
尚、上述した種々の材料が、少なくとも、前記第２２の発明における「水素透過性が抑制された樹脂材料」に含まれている。
【０１４５】
（その他変形例）
なお、上述した実施の形態１では、流体間（より具体的には、冷却液とアノードオフガス、カソードオフガスとの間）で熱交換を行う目的で、配管部品２０内で各流体通路を隣接させている。しかしながら、このような構成は必要に応じてなされればよく、必ずしも流体通路が熱交換の目的で隣接して配置されなくともよい。即ち、流体通路が離間して配置されてもよい。また、実施の形態１では、冷却液出口通路４２を、他の流体通路と隣接することで、熱交換を促進した。しかしながら、熱交換は、必ずしも燃料電池スタックへと流れ込む冷却液との間でなされなくともよい。すなわち、冷却液出口通路４２のかわりに冷却液入口通路４６を他の流体通路と隣接させて、燃料電池スタックを冷却した結果より高温となった状態の冷却液を用いて、アノードオフガスやカソードオフガスなどを加熱してもよい。
【０１４６】
なお、上述した実施の形態１では、配管部品２０に設けられた流体通路を、その端部の向きが燃料電池スタック１０の端面に平行な方向となるように構成した。また、各流体通路が、燃料電池スタック１０の端面に平行に延びるように構成した。しかしながら、このような構成は必要に応じてなされればよく、全ての流体通路がこのような構成を常に求められるわけではない。例えば、必要に応じ、流体通路の向きを、燃料電池スタック１０の端面と垂直とすることもできる。
【０１４７】
なお、上述した実施の形態１では、配管部品２０の各流体通路が、配管部品２０内で三次元的に配置（立体的に交差、重なるように配置）されている。しかしながら、このような構成は必要に応じてなされればよく、本発明の燃料電池システムの配管部品において、流体通路を三次元的に配置することが常に求められるものではない。即ち、具体的には、複数の流体通路を、平板部２１上の同一平面内に二次元的に配置するような構成としてもよい。
【０１４８】
また、上述した実施の形態１における、水素入口通路２４の平板部２１からの距離や、各流体通路の断面形状が矩形とされている点、流体通路の端部が配管部品２０の特定の箇所に纏められている点なども、適宜組み合わせて用いられればよく、必ずしも必須のものではない。また、実施の形態１では、空気入口通路３２と空気出口通路３６の流路断面が、マニホールド側から緩やかに小さくなる構成とされた。しかしながら、この構成は必ずしも必須のものではなく、流路断面の形状、大きさは必要に応じて変化させればよい。また、他の流体通路についても、必要に応じ、流路断面の変化を緩やかなものとしてもよい。
【０１４９】
なお、上述した実施の形態１では、ガス供給マニホールドとガス排出マニホールドの両方を備える燃料電池スタックに対して、配管部品２０を取り付けた。しかしながら、本発明はこれに限られるのもではなく、例えば、燃料電池に対して反応ガスを供給して発電に消費させるもののオフガスの排出を行わない、所謂アノードデッドエンド方式と呼称される方式の燃料電池システムに対しても、本発明の思想を用いることができる。この場合も、実施の形態１と同様に、燃料電池スタックの端部に露出するマニホールドの位置、形状に対応させて、複数の流体通路を備える樹脂製の一部品からなる配管部品を構成し、当該配管部品を用いて燃料電池システムを構成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態１の製造方法の一例を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の製造方法の一例を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１５１】
１０ 燃料電池スタック
１２ スタックエンドプレート
２０ 配管部品
２１ 平板部
２２ 水素入口管路部
２４ 水素入口通路
２６ 水素出口管路部
２８ 水素出口通路
３０ 空気入口管路部
３２ 空気入口通路
３４ 空気出口管路部
３６ 空気出口通路
４０ 冷却液出口管路部
４２ 冷却液出口通路
４４ 冷却液入口管路部
４６ 冷却液入口通路
６０ 配管
９０ スタックケース
９２ 配管
９６ 配管
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００５−１１６２２６号公報に開示されているように、燃料電池スタックに取り付けられ、当該燃料電池スタック内部のマニホールドと連通する配管を備える燃料電池システムが知られている。燃料電池システムが発電を行うには、燃料電池スタック内の各セルへ反応ガスを供給する必要がある。また、良好な発電状態を保つ観点から、燃料電池スタック内で冷却液を流通させて各セルを適切な温度に保つことが好ましい。
【０００３】
このような目的を達成するために、従来の燃料電池スタックの内部には各燃料電池セルに連通するマニホールドが備えられており、当該マニホールドを介して反応ガスや冷却液を流通させている。そして、このマニホールドへのガス等の流通を仲介するために、各マニホールドに連通する配管が設けられている。
【０００４】
このような配管は、その構成によっては、燃料電池スタックへの組み付けが煩雑となる場合がある。そこで、上記従来の燃料電池システムでは配管を集合化し、組み付け性の向上、部材点数の削減など、より好適な配管部品の提供を試みている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１６２２６号公報
【特許文献２】特開２００５−２２８５４２号公報
【特許文献３】特開２００１−７６７５１号公報
【特許文献４】特開２００６−２２１９１５号公報
【特許文献５】特開２００５−３３２６７４号公報
【特許文献６】特開２００２−３６７６３７号公報
【特許文献７】特開２００２−３６２１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のシステムでは、燃料電池スタックに取り付けられる配管が、複数の構成部品として存在している。このため、組み付け工数が多くなる等の課題があり、好適な配管部品を提供する観点からは未だ改善の余地がある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、燃料電池スタックに取り付けられる配管部品がより簡素化された燃料電池システム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】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
内部に複数のマニホールドを備え、一つの面に該複数のマニホールドのそれぞれの出入口を備える燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに取り付けられる配管部品であって、前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位を備え、該部位の前記複数のマニホールドの出入口に対応する位置から延びる複数の流体通路を備え、前記燃料電池スタックの前記一つの面に取り付けられた状態で前記複数の流体通路がそれぞれ対応する前記マニホールドに接続する樹脂製の一部品からなる配管部品と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記配管部品が備える前記複数の流体通路は、該配管部品の前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位における前記複数のマニホールドの出入口に対応する位置から、該配管部品の内部を貫通して延びていることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記マニホールドは、前記燃料電池セルに供給するガスが流通するガス供給マニホールドと、前記燃料電池セルから排出されるガスが流通するガス排出マニホールドの両方を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記複数の流体通路のうち、前記冷却液流通マニホールドに接続する流体通路と、前記ガス排出マニホールドに接続する流体通路とが隣接して配置されることを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第３または第４の発明において、
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記ガス供給マニホールドは前記燃料電池セルに供給される水素が流通する水素供給マニホールドを含み、
前記複数の流体通路のうち、前記水素供給マニホールドに接続する流体通路と前記冷却液流通マニホールドに接続する流体通路とが隣接して配置されることを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第１乃至５の発明のいずれかにおいて、
前記複数の流体通路は、前記マニホールドと接続しない側の端部が前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行な方向に延びるように形成されている流体通路を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第１乃至６の発明のいずれかにおいて、
前記複数の流体通路は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる部分を有する流体通路を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、第１乃至７の発明のいずれかにおいて、
前記複数の流体通路は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる第１流体通路と、該第１流体通路よりも該一つの面から離れた位置で、該第１流体通路と重なるように延びる第２流体通路とを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、第９の発明は、第８の発明において、
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記第１流体通路と前記第２流体通路のどちらか一方が前記冷却液流通マニホールドと接続し、他方がガス供給マニホールドまたはガス排出マニホールドに接続していることを特徴とする。
【００１７】
また、第１０の発明は、第１乃至９の発明のいずれかにおいて、
前記複数の流体通路は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる第１流体通路と、該第１流体通路よりも該一つの面から離れた位置で該第１流体通路と立体的に交差する第３流体通路とを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、第１１の発明は、第１０の発明において、
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記第１流体通路と前記第３流体通路のどちらか一方が前記冷却液流通マニホールドと接続し、他方がガス供給マニホールドまたはガス排出マニホールドに接続していることを特徴とする。
【００１９】
また、第１２の発明は、第１乃至１１の発明のいずれかにおいて、
前記複数のマニホールドは水素が流通する水素供給マニホールドを含み、
前記複数の流体通路は、前記水素供給マニホールドに接続される流体通路と、前記水素入口通路よりも前記燃料電池スタックの前記一つの面からの距離が相対的に大きい流体通路とを含むことを特徴とすることを特徴とする。
【００２０】
また、第１３の発明は、第１乃至１２の発明のいずれかにおいて、
前記流体通路の流体の流れる方向に垂直な断面が略矩形状にされていることを特徴とする。
【００２１】
また、第１４の発明は、第１乃至１３の発明のいずれかにおいて、
前記流体通路の流体の流れる方向に垂直な断面の形状及び大きさが、前記マニホールドと接続する側から緩やかに変化することを特徴とする。
【００２２】
また、第１５の発明は、第１乃至１４の発明のいずれかにおいて、
前記複数の流体通路のうち少なくとも２つの流体通路は、前記マニホールドに接続しない側の端部が、前記配管部品の略同一箇所に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【００２３】
また、第１６の発明は、第１乃至１５の発明のいずれかにおいて、
前記配管部品に、前記マニホールド内のガスの圧力を制御する圧力制御機器が一体化されていることを特徴とする。
【００２４】
また、第１７の発明は、第１乃至１６の発明のいずれかにおいて、
前記配管部品に、前記マニホールドを流通する流体の流量を制御する流量制御機器が一体化されていることを特徴とする。
【００２５】
また、第１８の発明は、第１乃至１７の発明のいずれかにおいて、
前記配管部品に、前記マニホールド内のガスの圧力を検知する圧力センサが一体化されていることを特徴とする。
【００２６】
また、第１９の発明は、第１乃至１８の発明のいずれかにおいて、
前記配管部品は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位が略平坦な面に形成されてなることを特徴とする。
【００２７】
また、第２０の発明は、第１乃至１９の発明のいずれかにおいて、
前記配管部品は、
前記燃料電池スタックの前記一つの面に取り付けられる略平板状の平板部であって、該一つの面と接触する面の前記マニホールドに対応した位置に貫通孔を備える平板部と、
一端が前記貫通孔と連通して該貫通孔とともに前記流体通路を形成する管をその内部に有する管路部であって、前記平板部に一体化されて該平板部とともに一部品を構成する管路部と、
を備えることを特徴とする。
【００２８】
また、第２１の発明は、第１乃至２０の発明のいずれかにおいて、
前記配管部品が、水素透過性が抑制された樹脂材料により形成されていることを特徴とする。
【００２９】
また、第２２の発明は、上記の目的を達成するため、配管部品であって、
樹脂製であり、燃料電池スタック内部に備えられる複数のマニホールドにそれぞれ連通する複数の流体通路が一部品に設けられてなる。
【００３０】
また、第２３の発明は、第２２の発明において、
前記燃料電池スタックの前記マニホールドが露出する一つの面と接触する略平板状の平板部であって、該燃料電池スタックのマニホールドに対応した位置に貫通孔を備える平板部と、
一端が前記貫通孔と連通して該貫通孔とともに前記流体通路を形成する管をその内部に有する管路部であって、前記平板部に一体化されて該平板部とともに一部品を構成する管路部と、
を備えることを特徴とする。
【００３１】
また、第２４の発明は、第２２または第２３の発明において、
水素透過性が抑制された樹脂材料により形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
第１の発明によれば、燃料電池スタックに取り付けられる配管部品が樹脂材料により一部品として構成されているので、部品点数を削減でき、極めて容易に組み付けを行うことができる。
【００３３】
第２の発明によれば、複数の流体通路が配管部品の内部を貫通して延びているので、複雑な配管の構成を一部品で実現することができる。
【００３４】
第３の発明によれば、ガス供給マニホールドとガス排出マニホールドという異なる種類のマニホールドを有する燃料電池スタックにおいても、部品点数を削減でき、配管部品の組み付けを極めて容易に行うことができる。
【００３５】
第４の発明によれば、燃料電池システムの冷却系を流れる冷却液と、ガス排出マニホールドを流れるオフガスとの間で熱交換を行うことができる。
【００３６】
第５の発明によれば、燃料電池システムの冷却系を流れる冷却液を用いて、燃料電池セルに供給される水素を暖めることができる。
【００３７】
第６の発明によれば、流体通路の端部が燃料電池スタックの端面と略平行に延びているので、燃料電池スタック周辺の構造の寸法が燃料電池セルの積層方向に過大になるのを防ぐことができる。
【００３８】
第７の発明によれば、流体通路の一部が燃料電池スタックの端面の略平行に延びているので、燃料電池スタック周辺の構造の寸法が燃料電池セルの積層方向に過大になるのを防ぐことができる。
【００３９】
第８の発明によれば、一部品の配管部品の中に複数の流体通路を三次元的に形成しているので、複雑な配管の構成を一部品で実現することができる。
【００４０】
第９の発明によれば、三次元的に重なる流体通路間で冷却液とオフガスが隣接して流れているため、複雑な配管の構成を一部品で実現しつつ、冷却液とオフガスとの間で熱交換を行うことができる。
【００４１】
第１０の発明によれば、一部品の配管部品の中で複数の流体通路が立体的に交差するため、複雑な配管の構成を一部品で実現することができる。
【００４２】
第１１の発明によれば、三次元的に重なる流体通路間で冷却液とオフガスが隣接して流れているため、複雑な配管の構成を一部品で実現しつつ、冷却液とオフガスとの間で熱交換を行うことができる。
【００４３】
第１２の発明によれば、複数の流体通路のうち、より内側（燃料電池スタック端面側）に位置する流体通路に水素を流通させることができる。その結果、水素が流通する流体通路を、外部から受ける衝撃などから守ることができる。
【００４４】
第１３の発明によれば、複数の流体通路をより接近させて形成することができ、配管部品の寸法をより小さなものとすることができる。
【００４５】
第１４の発明によれば、流体通路の断面の形状および大きさが緩やかに変化することで、流体を円滑に流通させることができる。
【００４６】
第１５の発明によれば、配管部品の一部に流体通路の端部を集合させることにより、当該流体通路に更に取り付けられる他の配管などの部品の組み付け性を向上させることができる。
【００４７】
第１６の発明によれば、配管部品と圧力制御機器が一体化されることで、燃料電池スタックへのそれらの機器の取り付けを極めて容易に行うことができる。
【００４８】
第１７の発明によれば、配管部品とポンプが一体化されることで、燃料電池スタックへのそれらの機器の取り付けを極めて容易に行うことができる。
【００４９】
第１８の発明によれば、配管部品と圧力センサが一体化されることで、燃料電池スタックへのそれらの部品の取り付けを極めて容易に行うことができる。
【００５０】
第１９の発明によれば、配管部品と燃料電池スタックの間の密着性を確保することが容易となる。
【００５１】
第２０の発明によれば、配管部品を軽量化することができる。
【００５２】
第２１の発明によれば、流体通路内における水素の封止を、確実かつ容易に実現することができる。
【００５３】
第２２の発明によれば、複数の配管を集合化して、樹脂材料により一部品として構成しているので、部品点数を削減でき、取り扱いを容易にすることができる。
【００５４】
第２３の発明によれば、配管部品をより軽量化することができる。
【００５５】
第２４の発明によれば、流体通路内における水素の封止を、確実かつ容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
（システムの構成）
図１は、本発明の実施の形態１の燃料電池システムを説明するための図である。実施の形態１のシステムは燃料電池スタック１０を有しており、図１は燃料電池スタック１０を含む一部の領域を拡大して示す図である。燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池セルをその内部に有している。
【００５７】
各燃料電池セルには、アノード、カソードに連通するガス流通孔が、その厚み方向を貫通するように設けられている。また、セル面内を這うように形成される冷却液流路と連通する冷却液流通孔が、同様に、セルの厚み方向を貫通するように設けられている。複数の燃料電池セルが積層されて燃料電池スタック１０を構成する際には、各セルの流通孔が積層方向に連通し、当該燃料電池セルの積層方向に延びる種々のマニホールド（アノードガス供給マニホールド、アノードガス排出マニホールド、カソードガス供給マニホールド、カソードガス排出マニホールド、冷却液流通マニホールド）が形成される。
【００５８】
燃料電池スタック１０の端面には、スタックエンドプレート１２が装着されている。スタックエンドプレート１２は、燃料電池スタック１０端面の上述したマニホールドに対応した位置に貫通孔を有している。このような構成によれば、上述した複数のマニホールドのそれぞれの端部が、燃料電池スタック１０の端面（図１の紙面斜め下方側を向く面）に露出することとなる。
【００５９】
なお、上述の燃料電池スタック１０のような、燃料電池セル積層方向に種々のマニホールドを備える燃料電池スタックは、例えば特開２００５−１１６２２６号公報に開示されているように、すでに公知である。従って、その構造の更なる詳細な説明は省略すると共に、図面上でもマニホールドを省略することとする。
【００６０】
スタックエンドプレート１２には、配管部品２０が取り付けられている。配管部品２０は、樹脂材料により一体的に形成された一部品からなる配管部品である。配管部品２０は、後述するように、複数の管路部を備えている。管路部は、その内部が中空状や溝状などに形成された管状の部位である。当該中空状などの空間は、ガスや冷却液が流通する流体通路として機能するようになっている。
【００６１】
また、実施の形態１のシステムは、図示しないが、燃料電池スタック１０に水素を供給するために、水素タンクや水素調圧弁を含むアノードガス供給系を備えている。また、同じく図示しないが、燃料電池スタック１０に空気を供給するために、エアコンプレッサや空気調圧弁を含むカソードガス供給系を備えている。また、発電に伴って燃料電池スタック１０から排出されるガス（アノードオフガス、カソードオフガス）を排気するために、アノードガス排気系とカソードガス排気系をそれぞれ有している。
【００６２】
また、実施の形態１のシステムは、冷却液を流通させるポンプなどを含む冷却系も備えている。なお、上述した水素タンク、エアコンプレッサなど燃料電池システムを構成する機器に関しては、従来の燃料電池システムの構成部品として用いられているものと同様であり、新規でなく、本発明の主要部分でないため、その説明を省略する。
【００６３】
配管部品２０は、図１に示すように、水素入口管路部２２を有している。水素入口管路部２２には、当該管路部の内部を貫通して延びる水素入口通路２４が形成されている。水素入口通路２４は、スタックエンドプレート１２の貫通孔を介して、燃料電池スタック１０のアノードガス供給マニホールドに連通している。また、水素入口通路２４の反対側の（スタックエンドプレート１２と接触しない側の）端部は、上述のアノードガス供給系（図示せず）に接続している。
【００６４】
配管部品２０は、水素出口管路部２６を有している。水素出口管路部２６の内部には、水素入口管路部２２と同様に、水素出口通路２８が形成されている。水素出口通路２８も、水素入口通路２４と同様に、燃料電池スタック１０のアノードガス排出マニホールドに連通している。また、水素出口通路２８の反対側（スタックエンドプレート１２と接触しない側）の端部は、上述のアノードガス排出系（図示せず）に接続されている。
【００６５】
配管部品２０は、空気入口通路３２が内部に形成された空気入口管路部３０と、空気出口通路３６が内部に形成された空気出口管路部３４とを有している。空気入口通路３２と空気出口通路３６は、スタックエンドプレート１２の貫通孔を介して、それぞれ、燃料電池スタック１０内部のカソードガス供給マニホールド、カソードガス排出マニホールドに接続されている。空気入口通路３２と空気出口通路３６についても、スタックエンドプレート１２と接触しない側の端部が、上述のカソードガス供給系、カソードガス排出系（どちらも図示せず）にそれぞれ接続されている。
【００６６】
また、図１に示すように、空気入口管路部３０および空気出口管路部３４は、その太さが徐々に変化する構造となっている。内部の空気入口通路３２および空気出口通路３６もこれに応じて、空気が流れる方向と垂直な断面の形状がマニホールド側から徐々に小さくなる構成となっている。
【００６７】
また、配管部品２０は、冷却液出口通路４２が内部に形成された冷却液出口管路部４０と、冷却液入口通路４６が内部に形成された冷却液入口管路部４４とを有している。これらの通路は、燃料電池スタック１０内部の冷却液流通マニホールドに連通している。そして、スタックエンドプレート１２と接触しない側の端部が、上述した冷却系（図示せず）と接続されている。
【００６８】
実施の形態１における燃料電池システムが発電を行う際には、アノードガス供給系から、水素入口通路２４、アノードガス供給マニホールドを順次通って、燃料電池スタック１０のアノードへと水素が供給される。また、カソードガス供給系から、空気入口通路３２、カソードガス供給マニホールドを通って、燃料電池スタック１０のカソードへと空気が供給される。燃料電池スタック１０は、水素と空気の供給を受けて電気化学的反応を生じ、発電を行う。
【００６９】
発電に伴い、各燃料電池セルのアノードとカソードからは、アノードオフガス、カソードオフガスがそれぞれ排出される。アノードオフガスは、アノードガス排出マニホールドと水素出口通路２８を順次通って、アノードガス排出系へと排出される。また、カソードオフガスは、カソードガス排出マニホールドと空気出口通路３６を順次通って、カソードガス排出系へと排出される。
【００７０】
また、発電の際には、冷却液入口通路４６を介して、燃料電池スタック１０へと冷却液が供給される。この冷却液は、燃料電池スタック１０内の各燃料電池セルが備える冷却液流路を流れて、燃料電池セルを冷却する。その後、この冷却液は、冷却に寄与した結果、温度が上昇した状態で、冷却液出口通路４２を通って燃料電池スタック１０から流出する。
【００７１】
（配管部品２０の構成）
以下、配管部品２０の具体的な構成について、詳細に説明する。図２は、実施の形態１のシステムにおける配管部品２０の正面図である。図２中の破線は、各管路部の内部に設けられている流体通路を示している。なお、各流体通路はそれぞれ独立に形成されており、複数の流体通路が交差または重なる位置では、各流体通路は実際には立体的な位置関係となっている。しかしながら、図２では、便宜上、それらの流体通路を同一面上に示している。
【００７２】
上述したように、配管部品２０は、樹脂材料により一体的に形成された、一部品からなる配管部品である。配管部品２０の構造は、より具体的には、平板部２１と、当該平板部２１と一体的に形成される複数の管路部とに区分することができる。平板部２１は、配管部品２０がスタックエンドプレート１２に装着される際、当該スタックエンドプレート１２に接触する板状の部位である。平板部２１は、スタックエンドプレート１２と略同一の大きさおよび外形を有している。
【００７３】
図２に示すように、配管部品２０は、各管路部が隣接して配置されるとともに、当該各管路部が平板部２１上を延びる過程で立体的に交差または重なり合うように構成されている。具体的には、先ず、水素入口管路部２２は、平板部２１の紙面左上側位置から紙面下方へと延び、その途中で、冷却液出口管路部４０と接触している。そして、更に紙面下方へと延びたあと、Ｌ字上に屈曲して紙面左方へと向かって延びている。
【００７４】
また、水素出口管路部２６は、平板部２１の紙面右下側から紙面左方へと延びる過程で、先ず空気入口管路３０と紙面裏面側で交差するように接触し、その後空気出口管路部３４と接触する構成となっている。また、空気出口管路部３４は、紙面上側から紙面下方に延びる過程で、紙面表面側位置で冷却液出口管路部４０、空気入口管路部３０と、順次、立体的に交差している。また、冷却液入口管路部４４と冷却液出口管路部４０とは、平板部２１の紙面右側位置で重なっている。
【００７５】
また、実施の形態１の配管部品２０では、水素入口管路部２２、空気出口管路部３４、水素出口管路部２６とが接触しつつ、図２の紙面左側に向かって略同一方向に延びるように構成されている。そして、空気入口管路部３０、冷却液出口管路部４０および冷却液入口管路部４４は、反対に、紙面右側に向かって略同一方向に延びるように構成されている。これらの配管は、それぞれ、平板部２１の平面方向（すなわち、実施の形態１では、燃料電池スタック１０の平面方向と同じ）と略平行に延びている。
【００７６】
図３（ａ）（ｂ）は、配管部品２０の側面図である。図３（ａ）は図２を紙面左側から見た図、図３（ｂ）は図２を紙面右側から見た図である。図３（ｃ）は、配管部品２０のみを示した図である。このように、配管部品２０は一部品として燃料電池スタック１０への取り付け、或いは必要に応じた取り外しが可能な構成となっている。従って、配管部品２０の組み付けや取り扱いは、極めて容易である。
【００７７】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、図２におけるＸ−Ｘ線、Ｙ−Ｙ線、Ｚ−Ｚ線に沿う、配管部品２０の断面図である。上記の説明では、配管部品２０を平板部２１と複数の管路部に区分して説明しているものの、図４に示すように、それらは一体的に形成されて不可分的に一部品を構成している。また、図４（ａ）〜（ｃ）に示す断面図には、水素出口通路２８、空気入口通路３０、空気出口通路３６、冷却液出口通路４２がそれぞれ表されている。これらの図に示すように、それぞれの通路は独立して流路を構成しており、それぞれの通路には独立してガスまたは冷却液が流通する。
【００７８】
図５は、配管部品２０の背面図であり、図１においてスタックエンドプレート１２と接触する面に相当している。平板部２１の表面に各流体通路の一部が開口として現れており、配管部品２０をスタックエンドプレート１２に取り付ける際には、これらの開口の周囲にビードを焼き付けた上で、シーリングを行いながら装着する。なお、図４でも示したように、平板部２１のスタックエンドプレート１２と接触する面は平坦面となっている。よって、シーリングを容易かつ確実に行う（密着性が高くする）ことができる。
【００７９】
また、図示しないが、本実施形態における燃料電池スタック１０の各マニホールドの形状は、図５に示した各流体通路の形状と同一である。すなわち、平板部２１がスタックエンドプレート１２に装着された際に、平板部２１に備えられる貫通孔と同様の形状のマニホールドが、燃料電池スタック１０内にそのまま延びる構成となっている。例えば、水素入口通路２４と連通するアノードガス供給マニホールドは、水素入口通路２４と同一形状、同一寸法の円形の断面形状を有している。また、空気入口通路３２、空気出口通路３６と連通するカソードガス供給マニホールド、カソードガス排出マニホールドについては、その断面が、図５にあるような細長いスリット状の形状になっている。なお、このスリット形状は、流入する空気の配流性の均一化を図るため、長手方向で大小関係を持っていてもよい。
【００８０】
図６は、配管部品２０を更に詳細に説明するための図であり、また、配管部品２０に他の配管を取り付けた際の状態を示す図である。図６では、各管路部のスタックエンドプレート１２と接触しない側の端部（すなわち、マニホールドと直接接続されない側の端部）に、配管６０、６２、６４、６６、６８をそれぞれ取り付けた状態を示している。実施の形態１における配管部品２０は、複数の流体通路が纏まって同一箇所（図６紙面左下側、右下側のそれぞれ）に位置し、かつ、それらの纏まった流体通路の端部が同一方向（図６紙面左方または右方）に向かって延びている。従って、配管６０〜６８についても、同様に、同一箇所に纏まって、かつ同一方向に向いて延びるように取り付けられることになる。
【００８１】
図７は、図６に示した一点鎖線のそれぞれに沿って配管部品２０を切断した際の切断面を示す図である。図７（ａ）では、配管部品２０のＡ−Ａ線に沿う位置、すなわち、水素入口管路部２２と冷却液出口管路部４０とが交差している部位の切断面を示している。図に示すように、当該位置では、水素入口通路２４と冷却液出口通路４２が隣接している。
【００８２】
これと同様に、Ｂ−Ｂ線〜Ｅ−Ｅ線に沿う断面図のそれぞれにおいても、複数の管路部が接触したり、立体的に交差、重なったりしている部位で、流体通路が隣接していることがわかる。また、図７（ａ）と図７（ｂ）を比較すると分かるように、空気出口通路３６は、水素入口通路２４に比して、平板部２１からの距離が相対的に大きくされている。
【００８３】
上述のように、本実施形態における配管部品２０は、樹脂材料により一部品として成型されている。実施の形態１では、配管部品２０を形成する樹脂材料として、ガス透過性が抑制された材料、特に、水素透過性が低い材料という観点から、ポリプロピレン樹脂を用いることとする。
【００８４】
図８（ａ）（ｂ）は、実施の形態１のシステムにおけるスタックケースの一例の斜視図である。スタックケース９０は、その内部に、上述した燃料電池スタック１０、配管部品２０を有している（それぞれ破線で示す）。また、図８に示すように、スタックケース９０の一つの面側には配管９２、９４、９８が、他方の面側には配管９６、１００、１０２が、纏めて配置されている。上述したように、配管部品２０の各管路部のスタックエンドプレート１２に接触しない側の端部は、燃料電池スタック１０の端面と平行に延びている。その結果、スタックケース９０外側への配管の引き出し方向も同様に、燃料電池スタック１０の端面と平行に延びるようになっている。
【００８５】
［実施の形態１の効果］
燃料電池スタックには、発電を行うに当たり、水素、空気、冷却液といった複数種類の流体を供給する必要がある。従って、燃料電池スタックには、それぞれの流体の供給用に、内部のマニホールドへのガス等の流通を仲介するための配管が取り付けられる。
【００８６】
組み付け性などの観点からは、これらの配管は簡素であることが望ましく、組み付け性の向上、部材点数の削減など総合的な観点から、更なる改善が求められている。そこで、実施の形態１では、上述したように、内部に複数の流体通路が形成され、樹脂材料により一体的に形成された一部品からなる配管部品２０を用いて、システムを構成している。
【００８７】
従来のように部品点数が多い場合には、組み付け工数が増加し、また、部品一つ一つの製造交差や取り付け公差が相乗的に影響して、組み付け性の悪化を招きやすい。この点、実施の形態１のシステムでは、燃料電池スタック１０に、一部品の配管部品２０を取り付けるのみの極めて簡易な構成で、燃料電池スタック１０内部のマニホールドの全て（実施の形態１では、アノードおよびカソードにおけるガス供給マニホールドおよびガス排出マニホールド、冷却液流通マニホールドの全て）を、のこらず、配管部品２０の各流体通路に接続することができる。従って、部品点数を削減でき、極めて容易に組み付けを行うことができる。
【００８８】
また、配管部品の数が多い場合には、それに応じて、部品ごとにシール性（各流路の密閉性）が確保されているか否かの確認を行う必要がある。このような場合には、シール性の確認に要する工数も当然に多くなり、製造効率やメインテナンスの容易性といった観点からも好ましくない。この点、実施の形態１によれば、一部品の配管部品２０を取り付けるのみの極めて簡易な構成となっているので、シール性の確保を一括して行うことができ、極めて効率よくシステムを構成することができる。
【００８９】
また、実施の形態１の配管部品２０は、樹脂材料により形成されている。複数の流体通路を有する一部品の配管部品を製造する上では、その製造容易性も求められる。一方、燃料電池は、発電時における外部への絶縁性の確保も要求されており、燃料電池スタックの周辺部品についても絶縁性の確保が求められる。この点、本実施形態の配管部品２０においては、樹脂材料が、一般的な製造容易性の効果を発揮するのみならず、燃料電池スタックに取り付ける配管部品として求められる絶縁性も実現するという、極めて有効な材料として機能している。
【００９０】
更に、実施の形態１によれば、配管部品２０の材料を、水素透過性が抑えられた樹脂材料として、ポリプロピレン樹脂としている。このようにすることで、配管部品２０を一体的に形成しつつ、水素入口通路２４および水素出口通路２８を確実に封止（水素洩れを確実に防止）することができる。そして、実施の形態１の手法によれば、他の手法、例えば、水素が流れる流体通路の内面にコーティングを施して水素透過を抑制するような手法に比して、より確実かつ容易に、水素の封止を実現することができる。
【００９１】
また、配管部品２０内の各流体通路（水素入口通路２４、水素出口通路２８、空気入口通路３２および空気出口通路３６を有している）は、燃料電池スタック１０のガス供給マニホールド、ガス排出マニホールド（アノード、カソード両方を含む）にそれぞれ連通する。このような構成によれば、ガス供給マニホールドとガス排出マニホールドという異なる種類のマニホールドを有する燃料電池スタックにおいても、部品点数を削減でき、配管部品の組み付けを極めて容易に行うことができる。
【００９２】
また、本実施形態によれば、上述したように、その内部を冷却液が流れる冷却液出口管路部４０と、水素出口管路部２６および空気出口管路部３４とが接触している。これにより、図７の断面図でも述べたように、冷却液出口通路４２と、水素出口通路２８および空気出口通路３６が樹脂材料を介して隣接することになる。このような構成によれば、冷却系を流通する冷却液と、ガス排出マニホールドを流れるオフガスとが、樹脂材料を介して隣接して流れることになる。その結果、それらのガス間で熱交換を行うことができ、例えば燃料電池システムのガス排出系の凍結防止などの効果を得ることができる。
【００９３】
また、本実施形態によれば、上述したように、冷却液が流れる冷却液出口管路部４０と、水素入口管路部２４とが接触している。これにより、図７でも示したように、水素入口通路２４と冷却液出口通路４２が隣接する構成になっている。水素タンクに高圧状態で貯蔵される水素は、大気状態が低温の状況下では、低圧側への放出時に更に温度が低下する。このような低温な水素が直接燃料電池スタック内へと流れ込むと、温度差に起因して、シール機能がダメージを受けるおそれがある。この点、本実施形態によれば、冷却液を用いて、燃料電池セルに供給される上記の低温の水素を暖めることができる。その結果、上述のような弊害を防止し、良好な温度状態で燃料電池を発電させることができる。
【００９４】
加えて、本実施形態では、配管部品２０が樹脂材料で形成されている。このため、上述した各種の流体の熱交換をより効果的に実現し、ガス排出系の凍結防止や燃料電池に供給する水素の加熱をより効果的に実現できるという、相乗的な効果を得ることができる。
【００９５】
また、本実施形態によれば、流体通路の端部が、燃料電池スタック１０の端面（スタックエンドプレート１２の表面）と略平行に延びる構成となっている。燃料電池スタック１０内のマニホールドは、積層された複数の燃料電池セルを貫通しているため、燃料電池スタック１０の端面と垂直な方向に延びている。これに合わせて、配管の向きを当該端面に垂直な方向にすると、燃料電池スタック周辺の構造が一方向に偏って大きな寸法を有することになる。
【００９６】
燃料電池システムがある程度の出力を確保する必要がある状況下、例えば、車両搭載時などは、燃料電池セルの積層枚数も数百枚単位となる場合が多い。このため、燃料電池スタックの形状は、セルの積層方向に大きくなる傾向にある。一方、燃料電池システムを限られたスペースに設置する状況下では、燃料電池スタック周辺構造の寸法も可能な限り小型化することが必要不可欠である。
【００９７】
特に車両搭載時などには、極めて限られたスペースに多数の部品を設置する必要がある。このような場合、燃料電池スタック周辺の寸法がセル積層方向に偏って大きくなると、設置スペースが限られ、レイアウトの自由度も損なわれてしまう。この点、本実施形態によれば、配管部品の寸法が燃料電池セルの積層方向に過大になるのを防ぐことができ、配管を配管部品２０として一部品に構成したことによる効果と合わせて、省スペース化の効果を相乗的に得ることができる。
【００９８】
更に、本実施形態によれば、図３（ａ）などに示すように、水素入口通路２４、水素出口通路２８、空気出口通路３６の端部が、燃料電池スタック１０の端面と略平行にかつ略同一方向（図２の紙面左方）に延びている。また、図３（ｂ）などに示すように、空気入口通路３２、冷却液出口通路４２および冷却液入口通路４６の端部が、燃料電池スタック１０の端面と略平行にかつ略同一方向（図２の紙面右方）に延びている。流体通路の端部の向きが何ら統一されず、ばらばらの方向になると、各流体通路に更に継ぎ足される他の配管部品がばらばらの方向に延びることになる。その結果、スペースの利用効率が悪くなり、燃料電池スタック１０周辺構造が不要に大型化されてしまう。この点、本実施形態によれば、流体通路の端部の向きがばらばらになり燃料電池システムの設置スペースが大きくなってしまうのを防ぐことができる。
【００９９】
また、本実施形態によれば、各流体通路が燃料電池スタック１０の端面と略平行になるように延びている。このような構成によれば、配管部品の寸法が燃料電池セルの積層方向に過大になるのを防ぐことができ、既述したような弊害を効果的に回避することができる。
【０１００】
そして、本実施形態によれば、各流体通路が燃料電池スタック１０の端面に略平行に延びるとともに、当該各流体通路の端部が燃料電池スタックの端面と略平行に延びている。従って、上述した二つの効果を相乗的に得ることができ、燃料電池スタック周辺の構造が燃料電池セルの積層方向に過大になるのを、更に効果的に防ぐことができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、一部品の配管部品２０中に、複数の流体通路を三次元的に形成（平板部２１上で、立体的に交差、重なるように形成）している。燃料電池が発電を行う際には、水素を含む反応ガス（アノードガス）、空気（カソードガス）、冷却液といった、複数種類の異なる流体を供給する必要がある。これに起因して、各々の流体を燃料電池セルへと供給するためのガス供給孔などが、セル面内に四散して配置される場合がある（例えば、特開２００５−１１６２２６号公報）。このような場合、それらの燃料電池セルを積層した結果形成されるマニホールドの位置も、当然に燃料電池スタック端面の面内に四散して配置されることになる。
【０１０２】
このような構成に対して、複数の配管を適宜組み付けてそれらの配管を三次元的に配置するような場合、組み付けが一層煩雑になると共に、部品一つ一つの製造交差や取り付け公差が相乗的に影響して、取りつけ位置がずれたり干渉したりする恐れがあるなど、組み付け性の悪化を招きやすい。この点、本実施形態では一部品に複数の流体通路を形成し、これを燃料電池スタックに取り付けるのみとしているので、複数の配管を複雑なレイアウトに組み付ける必要がなく、配管部品の構成を極めて簡素にすることができる。
【０１０３】
具体的には、例えば、本実施形態の配管部品２０によれば、冷却液出口通路４２と冷却液入口通路４６とが、燃料電池スタック１０の端面に垂直な方向に重なるように位置している。これにより、複数の流体通路を、干渉を確実に避けつつ、一部品中に設けることができる。よって、マニホールドの位置関係に係らず、複数の流体通路を有する一部品の配管部品２０を得ることができる。
【０１０４】
また、種類の異なる流体のそれぞれを効率よく燃料電池セルに供給する観点からは、マニホールドの形状も種々の形状が取られ得る。具体的には、本実施形態の燃料電池スタック１０の場合には、図５に示すような種々の形状のマニホールドとなっている。このように、マニホールドが様々な形状となって複雑化すると、同一平面状に干渉を避けつつ複数の流体通路を配置することが困難になる。この点、本実施形態では、各流体通路を三次元的に配置しているので、複雑なマニホールド形状に対応しうる流体通路を、一部品に形成することができる。
【０１０５】
また、本実施形態によれば、一部品の配管部品２０中に、複数の流体通路を立体的に交差させて形成している。このような構成によれば、上述したように、複雑なマニホールド形状に対応しうる流体通路を一部品に形成することができる。
【０１０６】
また、本実施形態によれば、冷却液が流れる流体通路と、アノードオフガスまたはカソードオフガスが流れる流体通路とが、三次元的に重なり、隣接して流れている。これにより、複雑な配管の構成を一部品で実現し、冷却液とオフガスと熱交換を行うことができるという相乗的な効果を得ることができる。
【０１０７】
また、本実施形態によれば、空気出口通路３６が、水素入口通路２４よりも、平板部２１からの距離が大きくなっている。このような構成によれば、複数の流体通路のうち、水素が流通する流体通路を、相対的に内側（平板部２１側）に配置することができる。その結果、他の流体通路（管路部）によって水素入口通路２４を保護し、外部から受ける衝撃などから水素が流れる流体通路を守ることができる。
【０１０８】
また、本実施形態によれば、空気入口通路３２および空気出口通路３６の空気の流通方向に垂直な断面、あるいは、冷却液出口通路４２や冷却液入口通路４６の冷却液流通方向に垂直な断面が、略矩形形状となっている。このような構成とすることで、二つの流路をより近接して形成させることができ、配管部品の寸法をより小さなものとすることができる。
【０１０９】
また、本実施形態によれば、空気入口通路３２および空気出口通路３６の空気流通方向の断面形状が、マニホールドに接続する側から、緩やかに変化する構成となっている。流体の流通方向の断面形状が急激に変化すると、圧力損失が大きくなるなど、円滑な流れを阻害する恐れがあり好ましくない。この点、本実施形態によれば、ガスおよび冷却液の流れを円滑に保つことができる。
【０１１０】
また、本実施形態によれば、配管部品２０の一方の箇所に、水素入口通路２４、水素出口通路２８および空気出口通路３６の端部が集合する構成となっている。また、配管部品２０の他方の箇所に、空気入口通路３２、冷却液出口通路４２および冷却液入口通路４６の端部が集合する構成となっている。このように、流体通路の端部をばらばらに配置せず、特定の箇所に集合させることにより、配管部品２０に更に取り付けられる、他の配管などの部品の組み付け性を向上させることができる。
【０１１１】
また、本実施形態によれば、配管部品２０が、平板部２１に複数の管路部が一体的に設けられた構成となっている。このような構成によれば、平板部２１とスタックエンドプレート１２との間のシール性を確保することが容易となる。また、本実施形態によれば、内部に貫通流路が設けられた管状の管路部（例えば、水素入口通路２４を内部に有する水素入口管路部２２）が、平板部２１に一体化されることで、配管部品２０が構成されている。このような構成によれば、余分な材料を用いることなく、配管部品２０の軽量化、小型化を行うことができる。
【０１１２】
尚、上述した実施の形態１では、燃料電池スタック１０が前記第１の発明における「燃料電池スタック」に、配管部品２０が前記第１の発明における「配管部品」に、それぞれ相当している。また、配管部品２０の裏面（図５）が、前記第１の発明における、「前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位」に、配管部品２０が備える水素入口通路２２などの複数の流体通路が、前記第１の発明における「複数の流体通路」にそれぞれ相当している。
【０１１３】
尚、上述した実施の形態１では、冷却液出口通路４２および冷却液入口通路４６が、前記第４の発明以降の発明における「前記冷却液流通マニホールドに接続する流体通路」に、水素出口通路２８および空気出口通路３６が、前記第４の発明以降の発明における「前記ガス排出マニホールドに接続する流体通路」に、それぞれ相当している。
【０１１４】
尚、上述した実施の形態１では、水素入口通路２４が、前記第５の発明における「前記水素供給マニホールドに接続する流体通路」に相当している。また、配管部品２０が備える全ての流体通路が、前記第６の発明における「前記マニホールドと接続しない側の端部が前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行な方向に延びるように形成されている流体通路」に相当している。
【０１１５】
尚、上述した実施の形態１では、配管部品２０が備える全ての流体通路が、前記第７の発明における「前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる部分を有する流体通路」に相当している。また、上述した実施の形態１では、例えば、冷却液出口通路４２が前記第８の発明における「第１流体通路」に、冷却液入口通路４６が前記第８の発明における「第２流体通路」に、それぞれ相当している。
【０１１６】
尚、上述した実施の形態１では、例えば、冷却液出口通路４２が前記第１０の発明における「第１流体通路」に、空気出口通路３４が前記第１０の発明における「第３流体通路」に、それぞれ相当するとともに、第１１の発明おける第１流体通路、第２流体通路にもそれぞれ相当している。
【０１１７】
尚、上述した実施の形態１では、水素入口通路２４が、前記第１２の発明における「前記水素供給マニホールドに接続される流体通路」に、空気出口通路３６が、前記第１２の発明における「前記水素入口通路よりも前記燃料電池スタックの前記一つの面からの距離が相対的に大きい流体通路」に、それぞれ相当している。
【０１１８】
尚、上述した実施の形態１では、水素入口通路２４、水素出口通路２８および空気出口通路３６が前記第１５の発明における「前記マニホールドに接続しない側の端部が、前記配管部品の略同一箇所に配置されている流体通路」に相当している。また、空気入口通路３２、冷却液出口通路４２および冷却液入口通路４６も、前述の水素入口通路２４等とは異なる位置でありながらまとまって略同一箇所に配置されており、前記第１５の発明における「前記マニホールドに接続しない側の端部が、前記配管部品の略同一箇所に配置されている流体通路」に相当している。
【０１１９】
また、上述した実施の形態１では、平板部２１が、前記第２０の発明における「平板部」に、配管部品２０が備える水素入口管路部２２などの複数の管路部が、それぞれ、前記第２０の発明における「管路部」に、それぞれ相当している。また、配管部品２０が、第２１の発明の「配管部品」に相当している。
【０１２０】
なお、本実施形態における配管部品２０は、「マニホールドと接続しない側の端部が燃料電池スタック１０の一つの面と略平行な方向に延びるように形成されている流体通路のうち、すくなくとも２つの流体通路は、略同一方向に延びている」という特徴も有している。その結果、流体通路の端部の向きがばらばらになり燃料電池システムの設置スペースが大きくなってしまうのを防ぐことができる。
【０１２１】
上述した実施の形態１では、水素入口通路２４、水素出口通路２８および空気出口通路３６が、上記の特徴の「略同一方向に延びている流体通路」に相当している。また、空気入口通路３２、冷却液出口通路４２および冷却液入口通路４６も、前述の水素入口通路２４等とは異なる方向でありながらまとまって同一方向に延びており、上記の特徴の「略同一方向に延びている流体通路」に相当している。
【０１２２】
また、本実施形態の配管部品２０は、「燃料電池スタック１０の一つの面と略平行に延びる部分を有する流体通路は、マニホールドと接続しない側の端部が燃料電池スタック１０の一つの面と略平行な方向に延びるように形成されている」という特徴も有している。このような構成によれば、配管部品の寸法が燃料電池セルの積層方向に過大になるのを効果的に防ぐことができる。
【０１２３】
［実施の形態１の配管部品の製造方法］
図９、１０は、本実施形態における配管部品２０の製造方法の一例を説明するための図である。上述したように、配管部品２０は、複数の流体通路を内部に有する、樹脂製の一部品からなる配管部品である。このように、樹脂製の一部品に複数の流体通路（即ち、溝や貫通孔、中空部）を形成する手法は、従来の公知の製造技術、あるいはそれらを適宜組み合わせることで実現可能な技術である。以下の説明では、特に、本実施形態の配管部品を形成する際に好適な手法の一例として、中空状の樹脂成型品を製造する工程の一部分について説明する。
【０１２４】
図９は、本実施形態の配管部品２０製造に応用される、中空樹脂成型品の製造工程を説明するための図である。図９（ａ）は、当該中空樹脂成型品の製造工程のうち、樹脂射出の工程を示す図である。図に示すように、本工程では、金型１５２と金型１５４とが用いられる。金型１５４は、スライド用油圧シリング１５０に連結されている。樹脂射出の工程では、金型１５２と金型１５４とが図９（ａ）のように組合された状態で樹脂材料が供給され、樹脂成型品１６０が形成される。
【０１２５】
続いて、図９（ｂ）に示すように、型開き、ランナーの取出し及びダイスライドが行われる。具体的には、この工程では、先ず、金型１５２と金型１５４とが離間され、ランナーが取り出される。これにより、樹脂成型品１６０が樹脂成型品１６２、１６６に分割される。その後、金型１５４がスライド用油圧シリンダ１５０側へと引かれ、ダイスライドが行われる。次に、図９（ｃ）に示すように、金型１５２と金型１５４が嵌合され、樹脂成型品１６２、１６６が組合された状態で射出接合が行われる。その結果、図９（ｃ）の樹脂成型品１７０が形成される。その後、図９（ｄ）に示すように再度型開きがなされ、中空の樹脂成型品１７０が取り出される。以上の工程により中空状の樹脂成型品を作製することができ、この手法を応用することで、本実施形態の配管部品２０を形成することができる。
【０１２６】
また、図１０は、上述した配管部品２０の製造工程の一例のうち、中空構造が隣接している部位の製造方法の一例を説明するための図である。具体的には、図１０は、例えば図７（ｂ）に示すような、空気入口出口通路３６と冷却液出口通路４２とが隣接している部位を製造する手法の一例を示す図である。図１０の手法では、先ず、上述した図９の手法を用いて樹脂成型品１８０、１８２を接合して一部品とし、中空部１８４を形成する（図１０（ａ）（ｂ））。その後、図１０（ｃ）に示すように、部分的に樹脂材料１９０を付加して、中空部１９２を形成する。このような手法により、中空構造が隣接している部位を形成することが可能である。
【０１２７】
なお、配管部品２０を形成するにあたっては、上記の製造方法になんら限られない。例えば、別々の樹脂成型金型で２以上の部品を形成した後それらを更に一体化させるなど、種々の製法を用いて、配管部品２０を製造すればよい。
【０１２８】
［実施の形態１の変形例］
（第１変形例「配管部品への各種機器の一体化」）
実施の形態１では、複数の管路部を備える配管部品２０を用いて、燃料電池システムを構成した。これに対し、第１変形例では、当該配管部品２０に、燃料電池スタック１０へ供給するガスや冷却液の流量を調整する機器や、燃料電池スタック１０内におけるガスの圧力を検知する圧力センサを更に一体化したものを用いて、燃料電池システムを構成することとする。
【０１２９】
図１１は、実施の形態１の第１変形例に係る配管部品２２０を説明するための図である。図１１は、配管部品２２０の正面図であり、実施の形態１における図２に相当する図である。図１１に示すように、配管部品２２０は、水素入口管路部２２２、水素出口管路部２２６、空気入口管路部２３０、空気出口管路部２３４、冷却液入口管路部２４０、冷却液出口管路部２４４を有している。これらの管路部は、実施の形態１における配管部品２０の管路部と同様に、その内部に流体通路をそれぞれ有し、平板部２２１上に一体的に形成されて一部品を構成している。
【０１３０】
第１変形例の配管部品２２０は、水素入口管路部２２２の端部に水素調圧弁を、水素出口管路部２２６の端部に水素排出弁を、空気出口管路部２３４に空気調圧弁２５０を、それぞれ有している。図１２は、空気調圧弁２５０の一例としての、長尺のバタフライ弁である。また、図１３は、図１１のＡ−Ａ線に沿う断面図を示している。
【０１３１】
第１変形例では、このように種々の圧力制御機器が一体化された配管部品２２０を、実施の形態１と同様に、燃料電池スタック１０に組み付けることとする。その結果、第１変形例によれば、各圧力制御機器を配管部品２２０とともに一部品化しておくことにより、燃料電池スタックへのそれらの部品の取り付けを極めて容易に行うことができるとともに、部品点数の削減や、組み付け性の向上を達成することができる。
【０１３２】
なお、上述した第１変形例では、燃料電池スタック１０のマニホールド内の圧力を制御する圧力制御機器を、配管部品２２０に一体化した。しかしながら、これら圧力制御機器以外にも、配管部品２２０に、マニホールドを流通する流体の流量を制御する流量制御機器として、水素循環ポンプなどのポンプや種々の弁を一体化したり、マニホールド内のガスの圧力を検知する圧力センサを一体化したりしてもよい。
【０１３３】
図１４に、図１１の第１変形例に圧力センサ及び水素循環ポンプを更に一体化した場合の一例を示す。図１４の配管部品２２０は、水素入口管路部２２２と水素出口管路部２２６とを接続する水素循環管路部２２３を有している。水素循環ポンプを駆動することにより、水素循環管路部２２３内の水素循環用の流体通路を介して水素を循環させることができる。
【０１３４】
なお、上述した第１変形例の図１１では、水素調圧弁、空気調圧弁などが、前記第１７の発明の「圧力制御機器」に相当している。また、図１１の水素排出弁や、図１４の水素循環ポンプが、前記第１８の発明の「流量制御機器」に相当している。また、図１４の圧力センサが、前記第１９の発明の「圧力センサ」に相当している。
【０１３５】
（第２変形例「流体通路、管路部の他の形態」）
実施の形態１では、図５を用いて説明したように、燃料電池スタック１０内のマニホールドが、円形、矩形、スリット状などの種々の形状を有している。しかしながら、本発明の燃料電池スタックにおけるマニホールドの形状や位置は、これになんら限定されるものではない。燃料電池スタック内に複数のマニホールドを有し、当該マニホールドが燃料電池スタックの端面まで延びている構成であれば、本発明の思想を適用することができる。
【０１３６】
図１５は、実施の形態１の第２変形例に係る配管部品３２０を説明するための図である。図１５の破線は、平板部３２１に形成される貫通孔をそれぞれ示しており、各館通孔の形状および大きさは、図１５の紙面裏面側に取り付けられる第２変形例に係る燃料電池スタックのマニホールドの形状に対応している。そして、第２変形例では、それらの貫通孔位置に対応するように、水素入口管路部３２２、水素出口管路部３２６、空気入口管路部３３０、空気出口管路部３３４、冷却液入口管路部３４０、冷却液出口管路部３４４が設けられている。
【０１３７】
このように、燃料電池スタックのマニホールドの位置、形状に対応させて、各管路部の形状を定めることとすればよい。また、図１５に示した以外の種々のマニホールド形状を有する燃料電池スタックに対しても、適宜流体通路の配置、形状を対応させて、配管部品を形成すればよい。
【０１３８】
また、実施の形態１では、冷却液出口通路４２と、水素入口通路２４、水素出口通路２８および空気出口通路３４とを、三次元的に交差させて隣接して配置することにより、熱交換を促進した。一方、上述したように、流体通路の配置は実施の形態１に何ら限定されるものではなく、種々の配置をとることができる。例えば、他の変形例として、燃料電池スタック１０の端面と略平行に延びるように冷却液出口通路４２を形成し、当該端面に垂直な方向に冷却液出口通路４２から離れた位置で当該冷却液出口通路４２と重なるように、水素入口通路２４などを形成することができる。
【０１３９】
このようにすることで、前記第１０の発明における「第１流体通路」と「第２流体通路」に相当する構造を実現できる。
【０１４０】
（第３変形例「配管部品の他の形態の例」）
実施の形態１では、平板部２１に複数の管路部を一体的に設けることにより、複数の流体通路を有する一部品の配管部品２０を構成している。しかしながら、本発明の燃料電池システムが備える配管部品は、これに限られるものではない。複数の流体通路を有する樹脂製の一部品からなる配管部品であれば、必ずしも実施の形態１で示したような平板部２１と複数の管路部を備えるような構成でなくともよい。具体的には、例えば、図１６に示すように、直方体形状の樹脂製の部材の中に、流体通路４２２、４２４、４２６などの複数の流体通路が形成されている配管部品４２０としてもよい。
【０１４１】
なお、配管部品２０および配管部品４２０は、「燃料電池スタック内部に備えられる複数のマニホールドにそれぞれ連通する複数の流体通路が一部品に設けられてなり、該燃料電池スタックの該複数のマニホールドのそれぞれの出入口が備えられる一つの面に接触する部位を備え、前記複数の流体通路は該部位の前記複数のマニホールドの出入口に対応する位置からその内部を貫通して延びていることを特徴とする樹脂製の配管部品」とも言うことができる。
【０１４２】
（第４変形例「配管部品を形成する材料」）
配管部品２０を形成する樹脂材料は、実施の形態１で述べた材料に限られない。上述したように、配管部品２０は、水素透過性が抑制された樹脂材料を用いて一体的に形成されるという態様が好ましい。従って、材料を選択する際には、製造時の成型性が良好である点、燃料電池システムを構成する配管として十分な絶縁性を備えている点、水素透過性が抑えられている点を考慮し、総合的に判断して好適な材料を選択することとすればよい。例えば、ポリプロピレン樹脂以外にも、ナイロン樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂などを用いてもよい。
【０１４３】
一方、本発明にかかる配管部品を形成するに当たり、水素透過性が抑えられた材料で一体的に成型されることが常に求められるというわけではない。例えば、水素が流通する流体通路（実施の形態１では、水素入口通路２４および水素出口通路２８）の内部にコーティングを施したり、水素入口管路部２２および水素出口管路部２６を局所的に水素透過性を抑えた樹脂材料で形成して、他の管路部とともに一体化して配管部品２０を形成したりするなど、種々の変形を行うことができる。このような、水素透過性が低いコーティング材料（樹脂を含む種々の水素難透過性の材料）に関しては、既に公知となっている種々の材料を用いることができる。
【０１４４】
尚、上述した種々の材料が、少なくとも、前記第２２の発明における「水素透過性が抑制された樹脂材料」に含まれている。
【０１４５】
（その他変形例）
なお、上述した実施の形態１では、流体間（より具体的には、冷却液とアノードオフガス、カソードオフガスとの間）で熱交換を行う目的で、配管部品２０内で各流体通路を隣接させている。しかしながら、このような構成は必要に応じてなされればよく、必ずしも流体通路が熱交換の目的で隣接して配置されなくともよい。即ち、流体通路が離間して配置されてもよい。また、実施の形態１では、冷却液出口通路４２を、他の流体通路と隣接することで、熱交換を促進した。しかしながら、熱交換は、必ずしも燃料電池スタックへと流れ込む冷却液との間でなされなくともよい。すなわち、冷却液出口通路４２のかわりに冷却液入口通路４６を他の流体通路と隣接させて、燃料電池スタックを冷却した結果より高温となった状態の冷却液を用いて、アノードオフガスやカソードオフガスなどを加熱してもよい。
【０１４６】
なお、上述した実施の形態１では、配管部品２０に設けられた流体通路を、その端部の向きが燃料電池スタック１０の端面に平行な方向となるように構成した。また、各流体通路が、燃料電池スタック１０の端面に平行に延びるように構成した。しかしながら、このような構成は必要に応じてなされればよく、全ての流体通路がこのような構成を常に求められるわけではない。例えば、必要に応じ、流体通路の向きを、燃料電池スタック１０の端面と垂直とすることもできる。
【０１４７】
なお、上述した実施の形態１では、配管部品２０の各流体通路が、配管部品２０内で三次元的に配置（立体的に交差、重なるように配置）されている。しかしながら、このような構成は必要に応じてなされればよく、本発明の燃料電池システムの配管部品において、流体通路を三次元的に配置することが常に求められるものではない。即ち、具体的には、複数の流体通路を、平板部２１上の同一平面内に二次元的に配置するような構成としてもよい。
【０１４８】
また、上述した実施の形態１における、水素入口通路２４の平板部２１からの距離や、各流体通路の断面形状が矩形とされている点、流体通路の端部が配管部品２０の特定の箇所に纏められている点なども、適宜組み合わせて用いられればよく、必ずしも必須のものではない。また、実施の形態１では、空気入口通路３２と空気出口通路３６の流路断面が、マニホールド側から緩やかに小さくなる構成とされた。しかしながら、この構成は必ずしも必須のものではなく、流路断面の形状、大きさは必要に応じて変化させればよい。また、他の流体通路についても、必要に応じ、流路断面の変化を緩やかなものとしてもよい。
【０１４９】
なお、上述した実施の形態１では、ガス供給マニホールドとガス排出マニホールドの両方を備える燃料電池スタックに対して、配管部品２０を取り付けた。しかしながら、本発明はこれに限られるのもではなく、例えば、燃料電池に対して反応ガスを供給して発電に消費させるもののオフガスの排出を行わない、所謂アノードデッドエンド方式と呼称される方式の燃料電池システムに対しても、本発明の思想を用いることができる。この場合も、実施の形態１と同様に、燃料電池スタックの端部に露出するマニホールドの位置、形状に対応させて、複数の流体通路を備える樹脂製の一部品からなる配管部品を構成し、当該配管部品を用いて燃料電池システムを構成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態１の製造方法の一例を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の製造方法の一例を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態１の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１５１】
１０ 燃料電池スタック
１２ スタックエンドプレート
２０ 配管部品
２１ 平板部
２２ 水素入口管路部
２４ 水素入口通路
２６ 水素出口管路部
２８ 水素出口通路
３０ 空気入口管路部
３２ 空気入口通路
３４ 空気出口管路部
３６ 空気出口通路
４０ 冷却液出口管路部
４２ 冷却液出口通路
４４ 冷却液入口管路部
４６ 冷却液入口通路
６０ 配管
９０ スタックケース
９２ 配管
９６ 配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に複数のマニホールドを備え、一つの面に該複数のマニホールドのそれぞれの出入口を備える燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに取り付けられる配管部品であって、前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位を備え、該部位の前記複数のマニホールドの出入口に対応する位置から延びる複数の流体通路を備え、前記燃料電池スタックの前記一つの面に取り付けられた状態で前記複数の流体通路がそれぞれ対応する前記マニホールドに接続する樹脂製の一部品からなる配管部品と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記配管部品が備える前記複数の流体通路は、該配管部品の前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位における前記複数のマニホールドの出入口に対応する位置から、該配管部品の内部を貫通して延びていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記マニホールドは、前記燃料電池セルに供給するガスが流通するガス供給マニホールドと、前記燃料電池セルから排出されるガスが流通するガス排出マニホールドの両方を含むことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記複数の流体通路のうち、前記冷却液流通マニホールドに接続する流体通路と、前記ガス排出マニホールドに接続する流体通路とが隣接して配置されることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記ガス供給マニホールドは前記燃料電池セルに供給される水素が流通する水素供給マニホールドを含み、
前記複数の流体通路のうち、前記水素供給マニホールドに接続する流体通路と前記冷却液流通マニホールドに接続する流体通路とが隣接して配置されることを特徴とする請求項３または４のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記複数の流体通路は、前記マニホールドと接続しない側の端部が前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行な方向に延びるように形成されている流体通路を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記複数の流体通路は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる部分を有する流体通路を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記複数の流体通路は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる第１流体通路と、該第１流体通路よりも該一つの面から離れた位置で、該第１流体通路と重なるように延びる第２流体通路とを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記第１流体通路と前記第２流体通路のどちらか一方が前記冷却液流通マニホールドと接続し、他方がガス供給マニホールドまたはガス排出マニホールドに接続していることを特徴とする請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記複数の流体通路は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる第１流体通路と、該第１流体通路よりも該一つの面から離れた位置で該第１流体通路と立体的に交差する第３流体通路とを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記第１流体通路と前記第３流体通路のどちらか一方が前記冷却液流通マニホールドと接続し、他方がガス供給マニホールドまたはガス排出マニホールドに接続していることを特徴とする請求項１０記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記複数のマニホールドは水素が流通する水素供給マニホールドを含み、
前記複数の流体通路は、前記水素供給マニホールドに接続される流体通路と、前記水素入口通路よりも前記燃料電池スタックの前記一つの面からの距離が相対的に大きい流体通路とを含むことを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記流体通路の流体の流れる方向に垂直な断面が略矩形状にされていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記流体通路の流体の流れる方向に垂直な断面の形状及び大きさが、前記マニホールドと接続する側から緩やかに変化することを特徴とする１乃至１３のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記複数の流体通路のうち少なくとも２つの流体通路は、前記マニホールドに接続しない側の端部が、前記配管部品の略同一箇所に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記配管部品に、前記マニホールド内のガスの圧力を制御する圧力制御機器が一体化されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記配管部品に、前記マニホールドを流通する流体の流量を制御する流量制御機器が一体化されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記配管部品に、前記マニホールド内のガスの圧力を検知する圧力センサが一体化されていることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記配管部品は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位が略平坦な面に形成されてなることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記配管部品は、
前記燃料電池スタックの前記一つの面に取り付けられる略平板状の平板部であって、該一つの面と接触する面の前記マニホールドに対応した位置に貫通孔を備える平板部と、
一端が前記貫通孔と連通して該貫通孔とともに前記流体通路を形成する管をその内部に有する管路部であって、前記平板部に一体化されて該平板部とともに一部品を構成する管路部と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
前記配管部品が、水素透過性が抑制された樹脂材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項２２】
燃料電池スタック内部に備えられる複数のマニホールドにそれぞれ連通する複数の流体通路が一部品に設けられてなる、樹脂製の配管部品。
【請求項２３】
前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する略平板状の平板部であって、該燃料電池スタックのマニホールドに対応した位置に貫通孔を備える平板部と、
一端が前記貫通孔と連通して該貫通孔とともに前記流体通路を形成する管をその内部に有する管路部であって、前記平板部に一体化されて該平板部とともに一部品を構成する管路部と、
を備えることを特徴とする請求項２２記載の配管部品。
【請求項２４】
水素透過性が抑制された樹脂材料により形成されていることを特徴とする請求項２２または２３のいずれか１項記載の配管部品。
【請求項１】
内部に複数のマニホールドを備え、一つの面に該複数のマニホールドのそれぞれの出入口を備える燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに取り付けられる配管部品であって、前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位を備え、該部位の前記複数のマニホールドの出入口に対応する位置から延びる複数の流体通路を備え、前記燃料電池スタックの前記一つの面に取り付けられた状態で前記複数の流体通路がそれぞれ対応する前記マニホールドに接続する樹脂製の一部品からなる配管部品と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記配管部品が備える前記複数の流体通路は、該配管部品の前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位における前記複数のマニホールドの出入口に対応する位置から、該配管部品の内部を貫通して延びていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記マニホールドは、前記燃料電池セルに供給するガスが流通するガス供給マニホールドと、前記燃料電池セルから排出されるガスが流通するガス排出マニホールドの両方を含むことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記複数の流体通路のうち、前記冷却液流通マニホールドに接続する流体通路と、前記ガス排出マニホールドに接続する流体通路とが隣接して配置されることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記ガス供給マニホールドは前記燃料電池セルに供給される水素が流通する水素供給マニホールドを含み、
前記複数の流体通路のうち、前記水素供給マニホールドに接続する流体通路と前記冷却液流通マニホールドに接続する流体通路とが隣接して配置されることを特徴とする請求項３または４のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記複数の流体通路は、前記マニホールドと接続しない側の端部が前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行な方向に延びるように形成されている流体通路を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記複数の流体通路は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる部分を有する流体通路を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記複数の流体通路は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる第１流体通路と、該第１流体通路よりも該一つの面から離れた位置で、該第１流体通路と重なるように延びる第２流体通路とを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記第１流体通路と前記第２流体通路のどちらか一方が前記冷却液流通マニホールドと接続し、他方がガス供給マニホールドまたはガス排出マニホールドに接続していることを特徴とする請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記複数の流体通路は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と略平行に延びる第１流体通路と、該第１流体通路よりも該一つの面から離れた位置で該第１流体通路と立体的に交差する第３流体通路とを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記複数のマニホールドは、前記複数の燃料電池セルを冷却する冷却液が流通する冷却液流通マニホールドを含み、
前記第１流体通路と前記第３流体通路のどちらか一方が前記冷却液流通マニホールドと接続し、他方がガス供給マニホールドまたはガス排出マニホールドに接続していることを特徴とする請求項１０記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記複数のマニホールドは水素が流通する水素供給マニホールドを含み、
前記複数の流体通路は、前記水素供給マニホールドに接続される流体通路と、前記水素入口通路よりも前記燃料電池スタックの前記一つの面からの距離が相対的に大きい流体通路とを含むことを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記流体通路の流体の流れる方向に垂直な断面が略矩形状にされていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記流体通路の流体の流れる方向に垂直な断面の形状及び大きさが、前記マニホールドと接続する側から緩やかに変化することを特徴とする１乃至１３のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記複数の流体通路のうち少なくとも２つの流体通路は、前記マニホールドに接続しない側の端部が、前記配管部品の略同一箇所に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記配管部品に、前記マニホールド内のガスの圧力を制御する圧力制御機器が一体化されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記配管部品に、前記マニホールドを流通する流体の流量を制御する流量制御機器が一体化されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記配管部品に、前記マニホールド内のガスの圧力を検知する圧力センサが一体化されていることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記配管部品は、前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する部位が略平坦な面に形成されてなることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記配管部品は、
前記燃料電池スタックの前記一つの面に取り付けられる略平板状の平板部であって、該一つの面と接触する面の前記マニホールドに対応した位置に貫通孔を備える平板部と、
一端が前記貫通孔と連通して該貫通孔とともに前記流体通路を形成する管をその内部に有する管路部であって、前記平板部に一体化されて該平板部とともに一部品を構成する管路部と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
前記配管部品が、水素透過性が抑制された樹脂材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項記載の燃料電池システム。
【請求項２２】
燃料電池スタック内部に備えられる複数のマニホールドにそれぞれ連通する複数の流体通路が一部品に設けられてなる、樹脂製の配管部品。
【請求項２３】
前記燃料電池スタックの前記一つの面と接触する略平板状の平板部であって、該燃料電池スタックのマニホールドに対応した位置に貫通孔を備える平板部と、
一端が前記貫通孔と連通して該貫通孔とともに前記流体通路を形成する管をその内部に有する管路部であって、前記平板部に一体化されて該平板部とともに一部品を構成する管路部と、
を備えることを特徴とする請求項２２記載の配管部品。
【請求項２４】
水素透過性が抑制された樹脂材料により形成されていることを特徴とする請求項２２または２３のいずれか１項記載の配管部品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図１０】
【図１１】
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【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−１７７１００（Ｐ２００８−１７７１００Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０７１３（Ｐ２００７−１０７１３）
【出願日】平成１９年１月１９日（２００７．１．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１９日（２００７．１．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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