JP2006147502A - 燃料電池スタック - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単且つ経済的な構成で、燃料電池スタックの端部発電セルの発電性能を維持することを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２が積層される積層体１４を備え、前記積層体１４の一方の端部には、第１及び第２ダミーセル１６ａ、１６ｂが配設されるとともに、前記積層体１４の他方の端部には、第３及び第４ダミーセル１６ｃ、１６ｄが配設される。第１〜第４ダミーセル１６ａ〜１６ｄは、第１金属セパレータ８２、１０４と、第２金属セパレータ８４、９８とを備える。第１金属セパレータ８２、１０４は、発電セル１２を構成する第１金属セパレータ３８と同一形状に設定され、第２金属セパレータ８４、９８は、前記発電セル１２を構成する第２金属セパレータ４０と同一形状に設定する。したがって該ダミーセルが断熱層として機能し端部発電セルの電圧降下を阻止する。
【選択図】図２
【解決手段】燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２が積層される積層体１４を備え、前記積層体１４の一方の端部には、第１及び第２ダミーセル１６ａ、１６ｂが配設されるとともに、前記積層体１４の他方の端部には、第３及び第４ダミーセル１６ｃ、１６ｄが配設される。第１〜第４ダミーセル１６ａ〜１６ｄは、第１金属セパレータ８２、１０４と、第２金属セパレータ８４、９８とを備える。第１金属セパレータ８２、１０４は、発電セル１２を構成する第１金属セパレータ３８と同一形状に設定され、第２金属セパレータ８４、９８は、前記発電セル１２を構成する第２金属セパレータ４０と同一形状に設定する。したがって該ダミーセルが断熱層として機能し端部発電セルの電圧降下を阻止する。
【選択図】図２
Description
本発明は、電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが積層されるとともに、前記セパレータには、発電面に沿って少なくとも反応ガス又は冷却媒体を流す流体流路と、前記流体流路に連通し且つ積層方向に貫通する流体連通孔が形成される積層体を備え、前記積層体の両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及び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。
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電解質膜（電解質）の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、セパレータによって挟持した発電セルを構成している。この種の発電セルは、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
この発電セルにおいて、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
ところで、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、例えば、各発電セルによって発電された電荷を集める電力取り出し用ターミナルプレート（集電板）や、積層された発電セルを保持するために設けられた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。
この温度低下によって、端部発電セルでは、燃料電池スタックの中央部分の発電セルに比べて結露が発生し易く、生成水の排出性が低下して発電性能が低下するという不具合が指摘されている。
そこで、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子電解質型燃料電池では、図９に示すように、複数の単セル（図示せず）を挟持する２つの締結板（エンドプレート）１が、ハニカム板２を備えており、このハニカム板２の両面に板状パッキン３ａ、３ｂを介装して端板４ａ、４ｂが積層されている。ハニカム板２は、フレーム２ａにハニカム体２ｂが溶接されて構成されている。
これにより、ハニカム体２ｂの中空部は、締結板１の軽量化と機械的な補強の効果を持つとともに、 ガス流通の働きを持っている。従って、ハニカム体２ｂを用いることにより熱伝導性が低い上に、空気による保温性が加わって放熱性の低い締結板１が得られる、としている。
しかしながら、上記の特許文献１では、エンドプレートである締結板１が、ハニカム板２、板状パッキン３ａ、３ｂ及び端板４ａ、４ｂを積層して構成されており、この締結板１の構成部品が相当に増加してしまう。これにより、燃料電池スタック全体の部品点数が増加し、組み立て作業性が低下するとともに、経済的ではないという問題が指摘される。
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、所望の発電性能を維持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、電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが積層されるとともに、前記セパレータには、発電面に沿って少なくとも反応ガス又は冷却媒体を流す流体流路と、前記流体流路に連通し且つ積層方向に貫通する流体連通孔が形成される積層体を備え、前記積層体の両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設される燃料電池スタックである。
燃料電池スタックは、積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に発電セルに対応して配設されるダミーセルを備え、前記ダミーセルは、電解質に対応する導電性プレートを有するダミー電極構造体と、前記ダミー電極構造を挟持するとともに、セパレータと同一構成のダミーセパレータとを備えている。
また、ダミーセパレータは、流体流路と流体連通孔とを選択的に遮断して構成されることが好ましい。このため、同一のセパレータを利用して、反応ガスや冷却媒体の供給制御が容易に遂行され、経済的である。
さらに、少なくともダミーセル内又は前記ダミーセル間には、断熱空間部が形成されることが好ましい。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。
さらにまた、セパレータ及びダミーセパレータは、第１及び第２金属セパレータを有し、前記第１金属セパレータには、両面に凸状シール部を設ける第１絶縁部材が成形される一方、前記第２金属セパレータには、両面に平面状シール部のみを設ける第２絶縁部材が成形されている。そして、ダミーセルとターミナルプレート又は絶縁プレートとの間に配設される端部セパレータは、第２金属セパレータと同一に構成され、且つ前記ダミーセルを構成する第１金属セパレータの凸状シール部に積層方向に重なる位置に、前記ターミナルプレート又は前記絶縁プレートに向かって突出する凸状シール部が設けられることが好ましい。
本発明によれば、ダミーセルは、電解質を用いておらず、発電による生成水が生成されることがない。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、ダミーセルは、発電セルを構成するセパレータと同一構成のダミーセパレータを使用している。これにより、部品の共用化を図ることができ、専用の断熱プレート等を用いる場合に比べて、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。
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０の一部分解概略斜視図である。図２、図３及び図４は、燃料電池スタック１０の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線、ＩＩＩ−ＩＩＩ線及びＩＶ−ＩＶ線断面図である。
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）に積層された積層体１４を備える。積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、第１及び第２ダミーセル１６ａ、１６ｂ及び端部セパレータ１８ａが外方に向かって配設される。積層体１４の積層方向他端には、第３及び第４ダミーセル１６ｃ、１６ｄ及び端部セパレータ１８ｂが外方に向かって配設される。
端部セパレータ１８ａには、ターミナルプレート２０ａ、絶縁プレート２２ａ及びエンドプレート２４ａが外方に向かって、順次、配設される一方、端部セパレータ１８ｂには、ターミナルプレート２０ｂ、絶縁プレート２２ｂ及びエンドプレート２４ｂが外方に向かって、順次、配設される。
燃料電池スタック１０は、例えば、四角形に構成されるエンドプレート２４ａ、２４ｂ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、あるいは、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る。
ターミナルプレート２０ａ、２０ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部２６ａ、２６ｂが設けられる。端子部２６ａ、２６ｂは、絶縁性筒体２８に挿入されてエンドプレート２４ａ、２４ｂの外部に突出する。絶縁プレート２２ａ、２２ｂ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。
絶縁プレート２２ａ、２２ｂは、中央部に矩形状の凹部３０ａ、３０ｂが設けられるとともに、この凹部３０ａ、３０ｂの略中央に孔部３２ａ、３２ｂが形成される。凹部３０ａ、３０ｂには、ターミナルプレート２０ａ、２０ｂが収容され、前記ターミナルプレート２０ａ、２０ｂの端子部２６ａ、２６ｂが絶縁性筒体２８を介装して孔部３２ａ、３２ｂに挿入される。
エンドプレート２４ａ、２４ｂの略中央部には、孔部３２ａ、３２ｂと同軸的に孔部３４ａ、３４ｂが形成される。エンドプレート２４ａ、２４ｂには、後述する酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、冷却媒体入口連通孔５２ａ、燃料ガス出口連通孔５４ｂ、燃料ガス入口連通孔５４ａ、冷却媒体出口連通孔５２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂの内壁を囲繞して絶縁グロメット３５が装着される。
発電セル１２は、図５に示すように、電解質膜・電極構造体３６と、この電解質膜・電極構造体３６を挟持する第１及び第２金属セパレータ３８、４０とを備える。第１及び第２金属セパレータ３８、４０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で構成されるが、例えば、カーボン部材等で構成してもよい。
電解質膜・電極構造体３６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４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード側電極４４及びカソード側電極４６とを備える。アノード側電極４４は、カソード側電極４６よりも小さな表面積を有している。
アノード側電極４４及びカソード側電極４６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４２の両面に形成されている。
発電セル１２の矢印Ｂ方向（図１中、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、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔５２ａ及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔５４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
燃料電池スタック１０の矢印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ための燃料ガス入口連通孔５４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔５２ｂ及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔５０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
第２金属セパレータ４０の電解質膜・電極構造体３６に向かう面４０ａには、例えば、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向に延在する酸化剤ガス流路５６が設けられる。この酸化剤ガス流路５６は、酸化剤ガス入口連通孔５０ａと酸化剤ガス出口連通孔５０ｂとに連通する。
図６に示すように、第１金属セパレータ３８の電解質膜・電極構造体３６に向かう面３８ａには、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向（矢印Ｃ方向）に延在する燃料ガス流路５８が形成される。第１金属セパレータ３８には、燃料ガス入口連通孔５４ａを燃料ガス流路５８に連通するための複数の供給孔部５９ａと、前記燃料ガス流路５８を燃料ガス出口連通孔５４ｂに連通するための複数の排出孔部５９ｂとが形成される。
図５に示すように、第１金属セパレータ３８の面３８ｂと第２金属セパレータ４０の面４０ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔５２ａと冷却媒体出口連通孔５２ｂとに連通する冷却媒体流路６０が形成される。この冷却媒体流路６０は、例えば、矢印Ｂ方向に直線状に延在する。
図２〜図５に示すように、第１金属セパレータ３８の面３８ａ、３８ｂには、この第１金属セパレータ３８の外周端部を周回して、第１絶縁部材６２が一体化されるとともに、第２金属セパレータ４０の面４０ａ、４０ｂには、この第２金属セパレータ４０の外周端部を周回して、第２絶縁部材６４が一体化される。
第１及び第２絶縁部材６２、６４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が用いられる。
図６に示すように、第１絶縁部材６２は、第１金属セパレータ３８の面３８ａに内側シール部６６ａと外側シール部６６ｂとを一体成形する。内側シール部６６ａは、燃料ガス流路５８と供給孔部５９ａ及び排出孔部５９ｂとを覆う一方、外側シール部６６ｂは、前記面３８ａの外周端部を覆っている。この外側シール部６６ｂにより酸化剤ガス入口連通孔５０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂに連通する通路６８ａ、６８ｂが設けられている。
第１絶縁部材６２は、図５に示すように、第１金属セパレータ３８の面３８ｂに内側シール部６６ｃと外側シール部６６ｄとを一体成形する。内側シール部６６ｃは、冷却媒体流路６０と冷却媒体入口連通孔５２ａ及び冷却媒体出口連通孔５２ｂとを覆って設けられる。冷却媒体流路６０と冷却媒体入口連通孔５２ａ及び冷却媒体出口連通孔５２ｂとは、通路７０ａ、７０ｂを介して連通する。
第２絶縁部材６４は、第２金属セパレータ４０の面４０ａに一体成形される平面状シール部７２ａと、面４０ｂに一体成形される平面状シール部７２ｂとを有する。平面状シール部７２ａは、酸化剤ガス入口連通孔５０ａと酸化剤ガス出口連通孔５０ｂとを酸化剤ガス流路５６に連通する段差７４ａ、７４ｂを設ける。平面状シール部７２ｂは、冷却媒体入口連通孔５２ａ及び冷却媒体出口連通孔５２ｂを冷却媒体流路６０に連通するための段差７６ａ、７６ｂを設ける。
図７に示すように、第１ダミーセル１６ａは、ダミー電極構造体８０と、このダミー電極構造体８０を挟持する第１及び第２金属セパレータ８２、８４とを備える。ダミー電極構造体８０は、固体高分子電解質膜４２に対応する金属プレート８６と、前記金属プレート８６を挟持するアノード側カーボンペーパ８８及びカソード側カーボンペーパ９０とを備える。アノード側カーボンペーパ８８は、アノード側電極４４を構成するガス拡散層に対応する一方、カソード側カーボンペーパ９０は、カソード側電極４６を構成するガス拡散層に対応する。
第１金属セパレータ８２は、第１金属セパレータ３８と同様に構成されるとともに、第２金属セパレータ８４は、第２金属セパレータ４０と同様に構成されており、それぞれ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２〜第４ダミーセル１６ｂ〜１６ｄにおいても同様に、その詳細な説明は省略する。
第１金属セパレータ８２は、ダミー電極構造体８０側の面８２ａに酸化剤ガス入口連通孔５０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂを酸化剤ガス流路５６から閉塞するシール部９２ａ、９２ｂを設けており、通路６８ａ、６８ｂが削除されている。この第１金属セパレータ８２の面８２ｂには、冷却媒体入口連通孔５２ａ及び冷却媒体出口連通孔５２ｂを冷却媒体流路６０から遮蔽するためのシール部９４ａ、９４ｂが設けられ、通路７０ａ、７０ｂが削除されている。第１金属セパレータ８２には、供給孔部５９ａ及び排出孔部５９ｂが設けられていない。
第２金属セパレータ８４は、ダミー電極構造体８０側の面８４ａに平坦状シール部９６を一体成形する。この平坦状シール部９６は、段差７４ａ、７４ｂを設けておらず、酸化剤ガス流路５６を酸化剤ガス入口連通孔５０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂから遮蔽している。
第２ダミーセル１６ｂは、ダミー電極構造体８０と、このダミー電極構造体８０を挟持する第１及び第２金属セパレータ８２、９８とを備える。第２金属セパレータ９８は、ダミー電極構造体８０に向かう面９８ａに平面状シール部１００ａを設けて酸化剤ガス流路５６を閉塞する一方、面９８ｂに平面状シール部１００ｂを設けて冷却媒体流路６０を閉塞する。
端部セパレータ１８ａは、第２金属セパレータ９８と略同様に構成されるとともに、絶縁プレート２２ａ側の面にシール部１０２が設けられる。このシール部１０２は、第１金属セパレータ８２に設けられる外側シール部６６ｄに対応している。
図８に示すように、第３ダミーセル１６ｃは、ダミー電極構造体８０と、このダミー電極構造体８０を挟持する第１及び第２金属セパレータ１０４、９８とを備える。第１金属セパレータ１０４のダミー電極構造体８０に向かう面１０４ａには、酸化剤ガス入口連通孔５０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂを酸化剤ガス流路５６から遮蔽するためのシール部１０６ａ、１０６ｂが一体成形される。この第１金属セパレータ１０４の面１０４ｂでは、冷却媒体入口連通孔５２ａ及び冷却媒体出口連通孔５２ｂが冷却媒体流路６０に連通している。
第４ダミーセル１６ｄは、ダミー電極構造体８０と、前記ダミー電極構造体８０を挟持する第１及び第２金属セパレータ８２、９８とを備える。端部セパレータ１８ｂは、第１金属セパレータ８２と同様に構成される。
上記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、酸化剤ガス入口連通孔５０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔５４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔５２ａに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。
酸化剤ガスは、図４及び図５に示すように、酸化剤ガス入口連通孔５０ａから第２金属セパレータ４０の酸化剤ガス流路５６に導入され、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向に移動して電解質膜・電極構造体３６のカソード側電極４６に供給される。
一方、燃料ガスは、図３及び図５に示すように、燃料ガス入口連通孔５４ａから供給孔部５９ａを通って第１金属セパレータ３８の燃料ガス流路５８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向に移動し、電解質膜・電極構造体３６のアノード側電極４４に供給される。
従って、各電解質膜・電極構造体３６では、カソード側電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４４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、カソード側電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔５０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード側電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部５９ｂを通り燃料ガス出口連通孔５４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
また、冷却媒体入口連通孔５２ａに供給された冷却媒体は、図２及び図５に示すように、第１金属セパレータ３８と第２金属セパレータ４０との間の冷却媒体流路６０に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３６を冷却した後、冷却媒体出口連通孔５２ｂから排出される。
この場合、本実施形態では、積層体１４の積層方向両端部に第１及び第２ダミーセル１６ａ及び１６ｂと、第３及び第４ダミーセル１６ｃ、１６ｄとが配設されるとともに、前記第１〜第４ダミーセル１６ａ〜１６ｄを構成するダミー電極構造体８０は、固体高分子電解質膜４２に代えて導電性の金属プレート８６を備えている。
このため、第１〜第４ダミーセル１６ａ〜１６ｄは、燃料電池スタック１０を始動する際に、発電による生成水が生成されることがなく、前記第１〜第４ダミーセル１６ａ〜１６ｄ自体が断熱層として機能する。従って、特に、低温始動時に積層体１４の端部に配置されている発電セル１２の昇温遅れや、前記発電セル１２の電圧低下を有効に阻止することができるという効果が得られる。
しかも、第１ダミーセル１６ａを構成する第１及び第２金属セパレータ８２、８４は、実質的に発電セル１２を構成する第１及び第２金属セパレータ３８、４０を使用しており、僅かな型設計等の変更によって共通化を図っている。具体的には、図７に示すように、第１金属セパレータ８２では、面８２ａ側に酸化剤ガスの流れを阻止するためにシール部９２ａ、９２ｂを設ける一方、面８２ｂ側に冷却媒体の流れを阻止するためにシール部９４ａ、９４ｂを設け、且つ燃料ガスの通過を阻止するために供給孔部５９ａ及び排出孔部５９ｂを設けていない。
第２金属セパレータ８４では、面８４ｂ側の冷却媒体の流れは許容する一方、面８４ａ側で酸化剤ガスの流れを阻止するために段差７４ａ、７４ｂを閉塞する平坦状シール部９６が設けられている。
また、第２ダミーセル１６ｂを構成する第２金属セパレータ９８では、第１金属セパレータ８２との間に冷却媒体が流れることを阻止するために、面９８ｂ側に段差７６ａ、７６ｂを閉塞する平面状シール部１００ｂが設けられている。さらに、面９８ａには、酸化剤ガスが流れることを阻止するために段差７４ａ、７４ｂを閉塞する平面状シール１００ａが設けられている。
これにより、第１及び第２ダミーセル１６ａ、１６ｂでは、これらが積層された際に、酸化剤ガス流路５６、燃料ガス流路５８及び冷却媒体流路６０には、それぞれ酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が流れることがなく、断熱空間を形成することができる。
一方、図８に示すように、第３ダミーセル１６ｃを構成する第１金属セパレータ１０４では、面１０４ａ側にシール部１０６ａ、１０６ｂを設けて酸化剤ガスが酸化剤ガス流路５６に供給されることを阻止している。また、面１０４ｂには、冷却媒体流路６０に沿って冷却媒体を通流可能に構成している。
さらにまた、第４ダミーセル１６ｄでは、第２ダミーセル１６ｂと同様に、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体の発電面に沿った流れを規制するよう構成されている。
これにより、第１〜第４ダミーセル１６ａ〜１６ｄは、専用の断熱プレート等を用いる必要がなく、部品点数を可及的に低減することができ、経済的であるという利点が得られる。
また、第２ダミーセル１６ｂの外方に端部セパレータ１８ａが配設されるとともに、この端部セパレータ１８ａには、絶縁プレート２２ａに接触する凸状のシール部１０２が設けられている。
一方、第４ダミーセル１６ｄの外方には、第１金属セパレータ８２と同様に構成される端部セパレータ１８ｂが配設され、この端部セパレータ１８ｂの凸状外側シール部６６ｂが絶縁プレート２２ｂに接触している。従って、絶縁プレート２２ａ、２２ｂ間におけるシールラインを確実に保持することができるという効果がある。
１０…燃料電池スタック １２…発電セル
１４…積層体 １６ａ〜１６ｄ…ダミーセル
１８ａ、１８ｂ…端部セパレータ ２０ａ、２０ｂ…ターミナルプレート
２２ａ、２２ｂ…絶縁プレート ２４ａ、２４ｂ…エンドプレート
３６…電解質膜・電極構造体
３８、４０、８２、８４、９８、１０４…金属セパレータ
４２…固体高分子電解質膜 ４４…アノード側電極
４６…カソード側電極 ５０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
５０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ５２ａ…冷却媒体入口連通孔
５２ｂ…冷却媒体出口連通孔 ５４ａ…燃料ガス入口連通孔
５４ｂ…燃料ガス出口連通孔 ５６…酸化剤ガス流路
５８…燃料ガス流路 ５９ａ…供給孔部
５９ｂ…排出孔部 ６０…冷却媒体流路
６２、６４…絶縁部材 ６８ａ、６８ｂ、７０ａ、７０ｂ…通路
７２ａ、７２ｂ、１００ａ、１００ｂ…平面状シール部
８０…ダミー電極構造体 ８６…金属プレート
８８…アノード側カーボンペーパ ９０…カソード側カーボンペーパ
９２ａ、９２ｂ、９４ａ、９４ｂ、１０２、１０６ａ、１０６ｂ…シール部
９６…平坦状シール部
１４…積層体 １６ａ〜１６ｄ…ダミーセル
１８ａ、１８ｂ…端部セパレータ ２０ａ、２０ｂ…ターミナルプレート
２２ａ、２２ｂ…絶縁プレート ２４ａ、２４ｂ…エンドプレート
３６…電解質膜・電極構造体
３８、４０、８２、８４、９８、１０４…金属セパレータ
４２…固体高分子電解質膜 ４４…アノード側電極
４６…カソード側電極 ５０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
５０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ５２ａ…冷却媒体入口連通孔
５２ｂ…冷却媒体出口連通孔 ５４ａ…燃料ガス入口連通孔
５４ｂ…燃料ガス出口連通孔 ５６…酸化剤ガス流路
５８…燃料ガス流路 ５９ａ…供給孔部
５９ｂ…排出孔部 ６０…冷却媒体流路
６２、６４…絶縁部材 ６８ａ、６８ｂ、７０ａ、７０ｂ…通路
７２ａ、７２ｂ、１００ａ、１００ｂ…平面状シール部
８０…ダミー電極構造体 ８６…金属プレート
８８…アノード側カーボンペーパ ９０…カソード側カーボンペーパ
９２ａ、９２ｂ、９４ａ、９４ｂ、１０２、１０６ａ、１０６ｂ…シール部
９６…平坦状シール部
Claims (4)
- 電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが積層されるとともに、前記セパレータには、発電面に沿って少なくとも反応ガス又は冷却媒体を流す流体流路と、前記流体流路に連通し且つ積層方向に貫通する流体連通孔が形成される積層体を備え、前記積層体の両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設される燃料電池スタックであって、
前記積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に前記発電セルに対応して配設されるダミーセルを備え、
前記ダミーセルは、前記電解質に対応する導電性プレートを有するダミー電極構造体と、
前記ダミー電極構造を挟持するとともに、前記セパレータと同一構成のダミーセパレータと、
を備えることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記ダミーセパレータは、前記流体流路と前記流体連通孔とを選択的に遮断して構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
- 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、少なくとも前記ダミーセル内又は該ダミーセル間には、断熱空間部が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。
- 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記セパレータ及び前記ダミーセパレータは、第１及び第２金属セパレータを有し、
前記第１金属セパレータには、両面に凸状シール部を設ける第１絶縁部材が成形される一方、
前記第２金属セパレータには、両面に平面状シール部のみを設ける第２絶縁部材が成形され、
前記ダミーセルと前記ターミナルプレート又は前記絶縁プレートとの間に配設される端部セパレータは、前記第２金属セパレータと同一に構成され、且つ前記ダミーセルを構成する前記第１金属セパレータの前記凸状シール部に積層方向に重なる位置に、前記ターミナルプレート又は前記絶縁プレートに向かって突出する凸状シール部が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
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