JP2011258323A

JP2011258323A - 燃料電池スタック

Info

Publication number: JP2011258323A
Application number: JP2010129595A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ota; 広明太田; Yasunori Kotani; 保紀小谷; Chikara Iwasawa; 力岩澤; Masahiro Mori; 昌弘毛里
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2030-06-07
Also published as: JP5261440B2; US20110300465A1; CN102270767A

Abstract

【課題】波板状セパレータの種類を良好に削減することができ、簡単且つ経済的な構成で、間引き冷却を可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、複数の発電ユニット１２を水平方向に沿って積層して構成される。発電ユニット１２の積層方向一端に配置される第１金属セパレータ１４は、冷却媒体流路４４を形成する波状流路溝部４４ａ間に、第１電解質膜・電極構造体１６ａから離間する方向に突出する第１平坦部３６ｂを有し、前記発電ユニット１２の積層方向他端に配置される第３金属セパレータ２０は、前記冷却媒体流路４４を形成する波状流路溝部４４ｂ間に、第２電解質膜・電極構造体１６ｂから離間する方向に突出する第２平坦部６６ｂを有する。第１平坦部３６ｂと第２平坦部６６ｂとは、積層方向に沿って重なり合う位置に配置される。
【選択図】図４

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設したｎ個（ｎは偶数）の電解質・電極構造体と、各電解質・電極接合体と交互に積層される（ｎ＋１）個の波板状セパレータとを有し、前記電解質・電極構造体の両面を前記波板状セパレータの各凸状部同士で積層方向に挟持するとともに、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれかである反応ガスを電極面に沿って前記波板状セパレータの面方向に流す反応ガス流路が形成される複数の発電ユニットを備え、前記発電ユニットの間に冷却媒体流路が形成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両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを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。

上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。また、各燃料電池毎、又は、複数の燃料電池毎に、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。

その際、セパレータとして金属セパレータが使用される場合、アノード側金属セパレータの一方の面に燃料ガス流路用の凹部を設けると、前記アノード側金属セパレータの他方の面には、前記凹部の裏面形状である凸部が形成される。さらに、カソード側金属セパレータの一方の面に酸化剤ガス流路用の凹部を設けると、前記カソード側金属セパレータの他方の面には、前記凹部の裏面形状である凸部が形成される。

例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックでは、図５に示すように、第１発電ユニット１ａと第２発電ユニット１ｂとが交互に積層されるとともに、積層方向両端にエンドプレート２ａ、２ｂが配設されている。

第１発電ユニット１ａは、第１金属セパレータ３ａ、第１ＭＥＡ４ａ、第２金属セパレータ３ｂ、第２ＭＥＡ４ｂ及び第３金属セパレータ３ｃを備えている。第２発電ユニット１ｂは、第４金属セパレータ３ｄ、第３ＭＥＡ４ｃ、第５金属セパレータ３ｅ、第４ＭＥＡ４ｄ及び第６金属セパレータ３ｆを備えている。

第１金属セパレータ３ａと第１ＭＥＡ４ａとの間、第２金属セパレータ３ｂと第２ＭＥＡ４ｂとの間、第４金属セパレータ３ｄと第３ＭＥＡ４ｃとの間、及び第５金属セパレータ３ｅと第４ＭＥＡ４ｄとの間には、それぞれ酸化剤ガス流路５が形成されている。

第２金属セパレータ３ｂと第１ＭＥＡ４ａとの間、第３金属セパレータ３ｃと第２ＭＥＡ４ｂとの間、第５金属セパレータ３ｅと第３ＭＥＡ４ｃとの間、及び第６金属セパレータ３ｆと第４ＭＥＡ４ｄとの間には、それぞれ燃料ガス流路６が形成されている。

さらに、第１発電ユニット１ａを構成する第３金属セパレータ３ｃと、第２発電ユニット１ｂを構成する第４金属セパレータ３ｄとの間には、冷却水流路７が形成されている。すなわち、燃料電池スタックは、所定数の単位セル間に冷却水流路が形成される、所謂、間引き冷却構造を採用している。

特開２０００−２０８１５３号公報

上記の燃料電池スタックでは、凹凸形状の周期の異なる２種類の第１発電ユニット１ａ及び第２発電ユニット１ｂを用意し、前記第１発電ユニット１ａと前記第２発電ユニット１ｂとを交互に積層している。第１発電ユニット１ａを構成する第３金属セパレータ３ｃの突起部と、第２発電ユニット１ｂを構成する第４金属セパレータ３ｄの突起部とを、積層方向に沿って互いに接触させる必要があるからである。

しかしながら、この種の構成では、第１発電ユニット１ａ毎に、３枚の金属セパレータ（第１金属セパレータ３ａ〜第３金属セパレータ３ｃ）が使用されるとともに、第２発電ユニット１ｂ毎に、３枚の金属セパレータ（第４金属セパレータ３ｄ〜第６金属セパレータ３ｆ）が使用されている。このため、６枚の形状の異なる金属セパレータ（第１金属セパレータ３ａ〜第６金属セパレータ３ｆ）を製造しなければならず、金型数が増加して経済的ではないという問題がある。

しかも、燃料電池スタックを組み立てる際には、第１金属セパレータ３ａ〜第６金属セパレータ３ｆを、所望の順序に積層しなければならない。これにより、第１金属セパレータ３ａ〜第６金属セパレータ３ｆの取り扱い作業性が相当に煩雑化するとともに、燃料電池スタックの組み立て作業が効率的に遂行されないおそれがある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、波板状セパレータの種類を良好に削減することができ、簡単且つ経済的な構成で、間引き冷却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を配設したｎ個（ｎは偶数）の電解質・電極構造体と、各電解質・電極接合体と交互に積層される（ｎ＋１）個の波板状セパレータとを有し、前記電解質・電極構造体の両面を前記波板状セパレータの各凸状部同士で積層方向に挟持するとともに、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれかである反応ガスを電極面に沿って前記波板状セパレータの面方向に流す反応ガス流路が形成される複数の発電ユニットを備え、前記発電ユニットの間に冷却媒体流路が形成される燃料電池スタックに関するものである。

この燃料電池スタックでは、発電ユニットの積層方向一端に配置される第１端部波板状セパレータは、冷却媒体流路を形成する凹部間に、電解質・電極構造体から離間する方向に突出する第１凸状部を有し、前記発電ユニットの積層方向他端に配置される第２端部波板状セパレータは、前記冷却媒体流路を形成する凹部間に、前記電解質・電極構造体から離間する方向に突出する第２凸状部を有するとともに、前記第１凸状部と前記第２凸状部とは、前記積層方向に沿って重なり合う位置に配置されている。

また、反応ガス流路は、波板状セパレータに形成される波形状の複数の反応ガス流路溝により構成されることが好ましい。

さらに、冷却媒体流路は、反応ガス流路の裏面形状により構成されることが好ましい。

さらにまた、（ｎ＋１）個の波板状セパレータが用いられる際、各波形状セパレータは、波形状流路溝部の周期の頂部と前記頂部に隣り合う一方の谷部との間が、１／（ｎ＋１）周期で変化して設定されることが好ましい。

本発明によれば、発電ユニット同士が積層されると、一方の発電ユニットを構成する第１端部波板状セパレータの第１平坦部と、他方の発電ユニットを構成する第２端部波板状セパレータの第２平坦部とが、積層方向に沿って重なり合うとともに、これらの間には、冷却媒体流路が形成される。

このため、同一の発電ユニットを複数積層するだけで、各発電ユニット間に冷却媒体流路が形成される。従って、冷却媒体流路の間引き構造を有する燃料電池スタックを、容易に構成することができる。これにより、共通部品の増加により部品点数が有効に削減され、燃料電池スタックを経済的に構成することが可能になるとともに、組み立て作業性が大幅に向上する。

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。前記燃料電池スタックを構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。前記燃料電池スタックの、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。前記燃料電池スタックの一部断面説明図である。従来の燃料電池スタックの説明図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複薄の発電ユニット１２を備える。前記発電ユニット１２は、水平方向（矢印Ａ方向）又は鉛直方向（矢印Ｃ方向）に沿って互いに積層しており、例えば、車載用燃料電池スタックを構成する。

発電ユニット１２は、図１〜図３に示すように、第１金属セパレータ（波板状セパレータ）１４、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）（電解質・電極構造体）１６ａ、第２金属セパレータ（波板状セパレータ）１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ（波板状セパレータ）２０を設ける。なお、発電ユニット１２は、４個以上の偶数個（ｎ個）のＭＥＡを含む一方、５個以上の奇数個（ｎ＋１）個の金属セパレータを含むことも可能である。その際、ＭＥＡと金属セパレータとは、交互に積層される。

第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０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１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。

なお、第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０に代えて、例えば、３種類の波形状カーボンセパレータ（波形状セパレータ）を使用してもよい。その際、各波形状カーボンセパレータは、断面凹凸形状を有する。

第１電解質膜・電極構造体１６ａは、第２電解質膜・電極構造体１６ｂよりも小さな表面積に設定される。第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂ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２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード側電極２４及びカソード側電極２６とを備える。アノード側電極２４は、固体高分子電解質膜２２及びカソード側電極２６よりも小さな表面積を有する、所謂、段差型ＭＥＡを構成している。

アノード側電極２４及びカソード側電極２６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２２の両面に形成される。

図２に示すように、発電ユニット１２の長辺方向の（矢印Ｃ方向）上端縁部には、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３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３２ａが設けられる。

発電ユニット１２の長辺方向の（矢印Ｃ方向）下端縁部には、矢印Ａ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出口連通孔３２ｂ、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３０ｂが設けられる。

発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の両端縁部上方には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための少なくとも一対の冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａが設けられるとともに、前記発電ユニット１２の短辺方向の両端縁部下方には、前記冷却媒体を排出するための少なくとも一対の冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂが設けられる。

各冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス入口連通孔３２ａに近接し、且つそれぞれ矢印Ｂ方向両側の各辺に振り分けられる。各冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂにそれぞれ近接し、且つそれぞれ矢印Ｂ方向両側の各辺に振り分けられる。冷却媒体入口連通孔３４ａ及び冷却媒体出口連通孔３４ｂは、それぞれ３つ以上設けてもよい。

第１金属セパレータ１４の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第１燃料ガス流路３６が形成される。第１燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部（凹部）３６ａを有するとともに、前記第１燃料ガス流路３６の入口及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０が設けられる。

第１金属セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部が形成される。面１４ｂには、第１燃料ガス流路３６を構成する複数の波状流路溝部３６ａの裏面形状である複数の波状流路溝部（凹部）４４ａが形成される。

第２金属セパレータ１８の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路５０が形成される。第１酸化剤ガス流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部（凹部）５０ａを有する。第１酸化剤ガス流路５０の入口及び出口近傍には、入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４が設けられる。

第２金属セパレータ１８の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第２燃料ガス流路５８が形成される。第２燃料ガス流路５８は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部（凹部）５８ａを有するとともに、前記第２燃料ガス流路５８の入口及び出口近傍には、入口バッファ部６０及び出口バッファ部６２が設けられる。第２燃料ガス流路５８は、第１酸化剤ガス流路５０の裏面形状である一方、入口バッファ部６０及び出口バッファ部６２は、入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４の裏面形状である。

第３金属セパレータ２０の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路６６が形成される。第２酸化剤ガス流路６６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝部（凹部）６６ａを有する。第２酸化剤ガス流路６６の入口及び出口近傍には、入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０が設けられる。

第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、冷却媒体流路４４の一部が形成される。面２０ｂには、第２酸化剤ガス流路６６を構成する複数の波状流路溝部６６ａの裏面形状である複数の波状流路溝部（凹部）４４ｂが形成される。

図４に示すように、発電ユニット１２の積層方向一端に配置される第１金属セパレータ（第１端部波板状セパレータ）１４は、冷却媒体流路４４を形成する波状流路溝部４４ａ間に、第１電解質膜・電極構造体１６ａから離間する方向に突出する第１平坦部（第１凸状部）３６ｂを有する。第１平坦部３６ｂは、第１燃料ガス流路３６に設けられた波状流路溝部３６ａの底部を構成する。

発電ユニット１２の積層方向他端に配置される第３金属セパレータ（第２端部波板状セパレータ）２０は、冷却媒体流路４４を形成する波状流路溝部４４ｂ間に、第２電解質膜・電極構造体１６ｂから離間する方向に突出する第２平坦部（第２凸状部）６６ｂを有する。第２平坦部６６ｂは、第２酸化剤ガス流路６６に設けられた波状流路溝部６６ａの底部を構成する。

第１平坦部３６ｂと第２平坦部６６ｂとは、積層方向に沿って重なり合う位置に配置される。具体的には、第１金属セパレータ１４では、第１燃料ガス流路３６の底部を構成する頂部（第１平坦部３６ｂ）間の１周期内において、前記頂部と該頂部に隣り合う一方の谷部との間が１／３周期に設定される。

第２金属セパレータ１８では、第２燃料ガス流路５８の底部を構成する頂部間の１周期内において、前記頂部と該頂部に隣り合う一方の谷部との間が１／３周期に設定される。第３金属セパレータ２０では、第２酸化剤ガス流路６６の底部を構成する頂部（第２平坦部６６ｂ）間の１周期内において、前記頂部と該頂部に隣り合う一方の谷部との間が１／３周期に設定される。

また、発電ユニット１２が、４個のＭＥＡと５個の波形状セパレータを含む場合には、頂部と前記頂部に隣り合う一方の谷部との間が１／５周期に設定される。すなわち、（ｎ＋１）個の波形状セパレータが用いられる際、各波形状セパレータは、波形状流路溝部の周期の頂部と前記頂部に隣り合う一方の谷部との間が、１／（ｎ＋１）周期で変化して設定される。

なお、第１平坦部３６ｂと第２平坦部６６ｂとは、積層方向に沿って重なり合う位置に配置される構成であればよく、頂部と前記頂部に隣り合う谷部との間を１／３周期や１／５周期等に設定しなくてもよい。

図２及び図３に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１金属セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材７４が一体成形される。第２金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２金属セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材７６が一体成形されるとともに、第３金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３金属セパレータ２０の外周端縁部を周回して第３シール部材７８が一体成形される。

第１金属セパレータ１４は、燃料ガス入口連通孔３２ａと第１燃料ガス流路３６とを連通する複数の外側供給孔部８０ａ及び内側供給孔部８０ｂと、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第１燃料ガス流路３６とを連通する複数の外側排出孔部８２ａ及び内側排出孔部８２ｂとを有する。

第２金属セパレータ１８は、燃料ガス入口連通孔３２ａと第２燃料ガス流路５８とを連通する複数の供給孔部８４と、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第２燃料ガス流路５８とを連通する複数の排出孔部８６とを有する。

発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３金属セパレータ２０との間には、矢印Ｂ方向に延在する冷却媒体流路４４が形成される。

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、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ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３２ａ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３４ａ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。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２金属セパレータ１８の第１酸化剤ガス流路５０及び第３金属セパレータ２０の第２酸化剤ガス流路６６に導入される。この酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード側電極２６に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路６６に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード側電極２６に供給される。

一方、燃料ガスは、図３に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａから外側供給孔部８０ａを通って第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側に移動する。さらに、燃料ガスは、内側供給孔部８０ｂから面１４ａ側に導入された後、入口バッファ部３８に送られ、第１燃料ガス流路３６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給される（図２参照）。

また、燃料ガスは、図３に示すように、供給孔部８４を通って第２金属セパレータ１８の面１８ｂ側に移動する。このため、図２に示すように、燃料ガスは、面１８ｂ側で入口バッファ部６０に供給された後、第２燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給される。

従って、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂでは、カソード側電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４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、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂの各カソード側電極２６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３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部４０から内側排出孔部８２ｂを通って第１金属セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部８２ａを通って、再度、面１４ａ側に移動し、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。

また、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部６２から排出孔部８６を通って面１８ａ側に移動する。この燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。

一方、一対の冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、発電ユニット１２間に形成された冷却媒体流路４４に、矢印Ｂ方向に且つ互いに近接する方向に供給される。そして、互いに近接する冷却媒体は、冷却媒体流路４４の矢印Ｂ方向中央部側で衝突して重力方向（矢印Ｃ方向下方）に移動した後、発電ユニット１２の下部側両側部に振り分けて設けられている各冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。

この場合、本実施形態では、図４に示すように、発電ユニット１２の積層方向一端に配置される第１金属セパレータ１４は、冷却媒体流路４４を形成する波状流路溝部４４ａ間に、第１電解質膜・電極構造体１６ａから離間する方向に突出する第１平坦部３６ｂを有している。さらに、発電ユニット１２の積層方向他端に配置される第３金属セパレータ２０は、冷却媒体流路４４を形成する波状流路溝部４４ｂ間に、第２電解質膜・電極構造体１６ｂから離間する方向に突出する第２平坦部６６ｂを有している。そして、第１平坦部３６ｂと第２平坦部６６ｂとは、積層方向に沿って重なり合う位置に配置されている。

従って、発電ユニット１２同士が積層されると、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ１４の第１平坦部３６ｂと、他方の発電ユニット１２を構成する第３金属セパレータ２０の第２平坦部６６ｂとは、積層方向に沿って重なり合うとともに、これらの間には、冷却媒体流路４４が形成されている。

このため、同一の発電ユニット１２を複数積層するだけで、各発電ユニット１２間に冷却媒体流路４４が形成される。これにより、冷却媒体流路４４の間引き構造を有する燃料電池スタック１０を、容易に構成することができる。従って、共通部品の増加により部品点数が有効に削減され、燃料電池スタック１０を経済的に構成することが可能になるとともに、組み立て作業性が大幅に向上するという効果が得られる。

なお、本実施形態では、第１燃料ガス流路３６、第１酸化剤ガス流路５０、第２燃料ガス流路５８及び第２酸化剤ガス流路６６は、それぞれ複数の波状流路溝部３６ａ、５０ａ、５８ａ及び６６ａを有しているが、これに限定されるものではない。例えば、第１燃料ガス流路３６、第１酸化剤ガス流路５０、第２燃料ガス流路５８及び第２酸化剤ガス流路６６は、それぞれ複数の直線状流路溝により構成されてもよい。

１０…燃料電池スタック１２…発電ユニット
１４、１８、２０…金属セパレータ１６ａ、１６ｂ…電解質膜・電極構造体
２２…固体高分子電解質膜２４…アノード側電極
２６…カソード側電極３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔３２ａ…燃料ガス入口連通孔
３２ｂ…燃料ガス出口連通孔３４ａ…冷却媒体入口連通孔
３４ｂ…冷却媒体出口連通孔３６、５８…燃料ガス流路
３６ａ、４４ａ、４４ｂ、５０ａ、５８ａ、６６ａ…波状流路溝部
３６ｂ、６６ｂ…平坦部４４…冷却媒体流路
５０、６６…酸化剤ガス流路

Claims

電解質の両側に一対の電極を配設したｎ個（ｎは偶数）の電解質・電極構造体と、各電解質・電極接合体と交互に積層される（ｎ＋１）個の波板状セパレータとを有し、前記電解質・電極構造体の両面を前記波板状セパレータの各凸状部同士で積層方向に挟持するとともに、燃料ガス又は酸化剤ガスのいずれかである反応ガスを電極面に沿って前記波板状セパレータの面方向に流す反応ガス流路が形成される複数の発電ユニットを備え、前記発電ユニットの間に冷却媒体流路が形成される燃料電池スタックであって、
前記発電ユニットの積層方向一端に配置される第１端部波板状セパレータは、前記冷却媒体流路を形成する凹部間に、前記電解質・電極構造体から離間する方向に突出する第１凸状部を有し、
前記発電ユニットの積層方向他端に配置される第２端部波板状セパレータは、前記冷却媒体流路を形成する凹部間に、前記電解質・電極構造体から離間する方向に突出する第２凸状部を有するとともに、
前記第１凸状部と前記第２凸状部とは、前記積層方向に沿って重なり合う位置に配置され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、前記反応ガス流路は、前記波板状セパレータに形成される波形状の複数の反応ガス流路溝により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、前記冷却媒体流路は、前記反応ガス流路の裏面形状により構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項１〜３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（ｎ＋１）個の波板状セパレータが用いられる際、各波形状セパレータは、波状流路溝部の周期の頂部と前記頂部に隣り合う一方の谷部との間が、１／（ｎ＋１）周期で変化して設定されることを特徴とする燃料電池スタック。