JP2013161524A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つ経済的な構成で、反応ガスを良好に整流することを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、酸化剤ガス供給連通孔５０ａの入口側端部に酸化剤ガス整流部材８４が設けられる。酸化剤ガス整流部材８４は、酸化剤ガス供給連通孔５０ａの入口側端部に進入して配置され、酸化剤ガスの供給流通方向に沿って連通孔開口断面積を減少させる傾斜部８８ａと、前記傾斜部８８ａの先端に屈曲して設けられる補強部８８ｂと、前記酸化剤ガス供給連通孔５０ａの外部に装着される板状部８８ｃとを一体に設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、電解質の両側に電極が配設される電解質・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燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを流す反応ガス流路と、前記反応ガス流路に連通し且つ積層方向に貫通する反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔と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固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒（電極触媒層）及び多孔質カーボン（ガス拡散層）を有するアノード電極とカソード電極とを配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持する発電セルを構成している。通常、発電セルを所定の数だけ積層した燃料電池スタックが、例えば、車載用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、セパレータの面内に、アノード電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（反応ガス流路）と、カソード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（反応ガス流路）とが設けられている。また、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、セパレータの積層方向に貫通する反応ガス供給連通孔、反応ガス排出連通孔、冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔が、前記燃料電池の内部に設けられる、所謂、内部マニホールドを構成する場合がある。その際、燃料電池スタックでは、積層された燃料電池を構成する各セパレータの反応ガス流路に対して反応ガスを均等に分配供給する必要がある。

ところが、燃料電池スタックの外部に接続された反応ガス供給配管から反応ガス供給連通孔に、反応ガスを比較的高圧で供給する際、前記反応ガス供給連通孔内に静圧分布が発生し易い。このため、特に、反応ガス供給連通孔の入口側に配置されている燃料電池には、反応ガスが十分に供給されない場合がある。

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構造が知られている。この燃料電池スタック構造は、図１４に示すように、流体を燃料電池スタックの入口側内部マニホールド孔１の開口部２に供給する入口側外部通路３を有し且つ燃料電池スタックの積層端に配置される外部マニホールド４を備えている。

外部マニホールド４は、内部マニホールド孔１及び開口部２に接続される接続部５と、単セルのセル面に平行な面内に配置され且つ燃料電池スタックの積層端から見て前記内部マニホールド孔１からセル内流体通路６への流体流入方向と直交する方向から前記接続部５に流体を供給する外部通路３とから構成されている。

そして、外部通路３から接続部５に流入された流体は、前記接続部５若しくは開口部２の対向する面に沿って単セルのセル面と平行に流動して前記開口部２から内部マニホールド孔１内に横断方向に旋回流が形成されるようにしている。

特開２００７−２８７６５９号公報

しかしながら、上記の特許文献１では、外部マニホールド４の形状が相当に複雑化しており、前記外部マニホールド４の製造コストが高騰するという問題がある。しかも、外部マニホールド４を取り付けるため、燃料電池スタック全体が大型化するという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、反応ガスを良好に整流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、電解質の両側に電極が配設される電解質・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燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを流す反応ガス流路と、前記反応ガス流路に連通し且つ積層方向に貫通する反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔と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、反応ガス供給連通孔の入口側端部には、反応ガス整流部材が設けられるとともに、前記反応ガス整流部材は、前記反応ガス供給連通孔に進入して配置され、反応ガスの供給流通方向に沿って連通孔開口断面積を減少させる傾斜部と、前記傾斜部に一体に設けられ、前記反応ガス供給連通孔の外部に装着される板状部とを備えている。

また、この燃料電池スタックでは、板状部は、燃料電池スタックの互いに隣接する入口側端部構成部材間に介装されることが好ましい。

さらに、この燃料電池スタックでは、板状部を入口側端部構成部材間に固定するために、互いに係合する孔部及び突起部を有する固定構造を備えることが好ましい。

本発明によれば、反応ガス整流部材の傾斜部は、反応ガス供給連通孔の入口側端部に進入して配置されており、反応ガスを整流することができる。このため、特に、入口側端部に配置された燃料電池に向かう反応ガス流れを形成することが可能になり、積層されている各燃料電池に対して反応ガスを均等に供給することができる。

しかも、反応ガス整流部材の板状部は、反応ガス供給連通孔の外部に装着されている。従って、板状部は、互いに隣接する部材間で容易且つ確実に挟持することが可能になる。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、反応ガスを良好に整流することができる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。 前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。 前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 前記燃料電池スタックを構成する発電セルの分解斜視説明図である。 前記発電セルを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する酸化剤ガス整流部材の斜視説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する酸化剤ガス整流部材の斜視説明図である。 本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する酸化剤ガス整流部材の斜視説明図である。 本発明の第７の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する酸化剤ガス整流部材の斜視説明図である。 本発明の第８の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する酸化剤ガス整流部材の斜視説明図である。 前記酸化剤ガス整流部材の断面説明図である。 特許文献１に開示されている燃料電池スタック構造の説明図である。

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、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、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８ａ及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される（図１〜図３参照）。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁プレート１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される（図１参照）。

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２０ａ、２０ｂ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１６ａ、１６ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部２２ａ、２２ｂが設けられる。端子部２２ａ、２２ｂは、絶縁性筒体２４に挿入されてエンドプレート２０ａ、２０ｂの外部に突出する。絶縁プレート１８ａ、１８ｂ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１８ａ、１８ｂは、中央部に矩形状の凹部２６ａ、２６ｂが設けられるとともに、この凹部２６ａ、２６ｂの略中央に孔部２８ａ、２８ｂが形成される。凹部２６ａ、２６ｂには、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂが収容され、前記ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの端子部２２ａ、２２ｂが絶縁性筒体２４を介装して孔部２８ａ、２８ｂに挿入される。エンドプレート２０ａ、２０ｂの略中央部には、孔部２８ａ、２８ｂと同軸的に孔部３０ａ、３０ｂが形成される。

発電セル１２は、図４に示すように、電解質膜・電極構造体３６と、前記電解質膜・電極構造体３６を挟持する第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ４０とを備える。第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ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、カーボンセパレータを用いてもよい。

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電極４４及びカソード電極４６とを備える。アノード電極４４は、カソード電極４６及び固体高分子電解質膜４２よりも小さな表面積を有している。なお、この構成に代えて、カソード電極４６が、アノード電極４４及び固体高分子電解質膜４２よりも小さな表面積を有していてもよく、また、前記カソード電極４６と前記アノード電極４４とは、同一の表面積を有していてもよい。

アノード電極４４及びカソード電極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４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供給連通孔５０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔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排出連通孔５４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。

発電セル１２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供給連通孔５４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔５２ｂ及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔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、酸化剤ガス供給連通孔５０ａと酸化剤ガス排出連通孔５０ｂとに連通する。

図５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、燃料ガス供給連通孔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を燃料ガス排出連通孔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４に示すように、互いに隣接する第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、冷却媒体供給連通孔５２ａと冷却媒体排出連通孔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（シール部材）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（シール部材）６４が一体化される。

第１絶縁部材６２及び第２絶縁部材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５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により酸化剤ガス供給連通孔５０ａ及び酸化剤ガス排出連通孔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４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と冷却媒体供給連通孔５２ａ及び冷却媒体排出連通孔５２ｂとを覆って設けられる。冷却媒体流路６０と冷却媒体供給連通孔５２ａ及び冷却媒体排出連通孔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、酸化剤ガス供給連通孔５０ａと酸化剤ガス排出連通孔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、冷却媒体供給連通孔５２ａ及び冷却媒体排出連通孔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１に示すように、エンドプレート２０ａは、酸化剤ガス供給連通孔５０ａ、冷却媒体供給連通孔５２ａ、燃料ガス排出連通孔５４ｂ、燃料ガス供給連通孔５４ａ、冷却媒体排出連通孔５２ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔５０ｂに、それぞれ配管７８が取り付けられる。配管７８は、フランジ部８０と円筒部８２とを一体に設けるとともに、前記フランジ部８０は、ねじ８１がエンドプレート２０ａのねじ孔８３に螺合されることにより、前記エンドプレート２０ａに固定される。

酸化剤ガス供給連通孔５０ａの入口側端部及び燃料ガス供給連通孔５４ａの入口側端部には、酸化剤ガス整流部材８４及び燃料ガス整流部材８６が設けられる。酸化剤ガス整流部材８４及び燃料ガス整流部材８６は、例えば、金属薄板（例えば、ステンレスやチタン等）を屈曲成形して構成される。また、酸化剤ガス整流部材８４及び燃料ガス整流部材８６は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等の樹脂製板部材により構成してもよい。

酸化剤ガス整流部材８４の幅寸法（矢印Ｃ方向の寸法）Ｈ１は、酸化剤ガス供給連通孔５０ａの幅寸法Ｈ２と同一寸法（Ｈ１＝Ｈ２）に設定される。燃料ガス整流部材８６の幅寸法（矢印Ｃ方向の寸法）Ｈ３は、燃料ガス供給連通孔５４ａの幅寸法Ｈ４と同一寸法（Ｈ３＝Ｈ４）に設定される。

図２に示すように、酸化剤ガス整流部材８４は、酸化剤ガス供給連通孔５０ａに進入して配置され、酸化剤ガスの供給流通方向（矢印Ｆｃａ方向）に沿って連通孔開口断面積を減少させる傾斜部８８ａと、前記傾斜部８８ａの先端に屈曲して設けられる補強部８８ｂと、前記酸化剤ガス供給連通孔５０ａの外部に装着される板状部８８ｃとを一体に設ける。なお、傾斜部８８ａの先端には、補強部８８ｂが湾曲して設けられてもよい（図２中、二点鎖線参照）。

板状部８８ｃは、燃料電池スタック１０の互いに隣接する入口側端部構成部材間に、第１の実施形態では、絶縁プレート１８ａとエンドプレート２０ａとの間に、介装される。板状部８８ｃとエンドプレート２０ａ（又は絶縁プレート１８ａ）とは、固定構造９０により固定される。

固定構造９０は、板状部８８ｃに設けられる一体で構成される複数の突起部９０ａと、エンドプレート２０ａ（又は絶縁プレート１８ａ）に形成され、前記突起部９０ａが嵌合（係合）する１以上の穴部９０ｂとを有する。なお、板状部８８ｃに穴部を設ける一方、エンドプレート２０ａ（又は絶縁プレート１８ａ）に突起部を設けてもよい。

図３に示すように、燃料ガス整流部材８６は、燃料ガス供給連通孔５４ａに進入して配置され、燃料ガスの供給流通方向（矢印Ｆａｎ方向）に沿って連通孔開口断面積を減少させる傾斜部９２ａと、前記傾斜部９２ａの先端に屈曲して設けられる補強部９２ｂと、前記燃料ガス供給連通孔５４ａの外部に装着される板状部９２ｃとを一体に設ける。なお、傾斜部９２ａの先端には、補強部９２ｂが湾曲して設けられてもよい（図３中、二点鎖線参照）。

板状部９２ｃは、燃料電池スタック１０の互いに隣接する入口側端部構成部材間に、第１の実施形態では、絶縁プレート１８ａとエンドプレート２０ａとの間に、介装される。板状部９２ｃとエンドプレート２０ａ（又は絶縁プレート１８ａ）とは、固定構造９４により固定される。

固定構造９４は、板状部９２ｃに設けられる一体で構成される複数の突起部９４ａと、エンドプレート２０ａ（又は絶縁プレート１８ａ）に形成され、前記突起部９４ａが嵌合（係合）する１以上の穴部９４ｂとを有する。なお、板状部９２ｃに穴部を設ける一方、エンドプレート２０ａ（又は絶縁プレート１８ａ）に突起部を設けてもよい。

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及び図２に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、酸化剤ガス用の配管７８に供給されることにより、燃料電池スタック１０の酸化剤ガス供給連通孔５０ａに供給される。図１及び図３に示すように、水素含有ガス等の燃料ガスは、燃料ガス用の配管７８に供給されることにより、燃料電池スタック１０の燃料ガス供給連通孔５４ａに供給される。さらに、図１に示すように、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、冷却媒体用の配管７８に供給されることにより、燃料電池スタック１０の冷却媒体供給連通孔５２ａに供給される。

酸化剤ガスは、図２及び図４に示すように、酸化剤ガス供給連通孔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方向に移動して電解質膜・電極構造体３６のカソード電極４６に供給される。

一方、燃料ガスは、図３及び図４に示すように、燃料ガス供給連通孔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方向に移動し、電解質膜・電極構造体３６のアノード電極４４に供給される。

従って、各電解質膜・電極構造体３６では、カソード電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極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５０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部５９ｂを通り燃料ガス排出連通孔５４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体供給連通孔５２ａに供給された冷却媒体は、図４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、冷却媒体排出連通孔５２ｂから排出される。

この場合、第１の実施形態では、図２に示すように、酸化剤ガス整流部材８４は、酸化剤ガス供給連通孔５０ａの入口側端部に配置され、酸化剤ガスの供給流通方向（矢印Ｆｃａ方向）に沿って連通孔開口断面積を減少させる傾斜部８８ａを備えている。このため、傾斜部８８ａは、酸化剤ガス供給連通孔５０ａの上流側から流通する酸化剤ガスを入口側端部近傍で整流することができる。従って、特に、入口側端部に配置された発電セル１２ａに向かう酸化剤ガス流れを形成することが可能になる。これにより、積層されている各発電セル１２の各酸化剤ガス流路５６に対して酸化剤ガスを均等に供給することができる。

しかも、酸化剤ガス整流部材８４の板状部８８ｃは、酸化剤ガス供給連通孔５０ａの外部に装着されている。具体的には、板状部８８ｃは、絶縁プレート１８ａとエンドプレート２０ａとの間に介装されている。このため、板状部８８ｃは、互いに隣接する部材間、すなわち、絶縁プレート１８ａとエンドプレート２０ａとの間で容易且つ確実に挟持することが可能になる。従って、簡単且つコンパクトな構成で、酸化剤ガスを良好に整流することができる。

さらに、板状部８８ｃとエンドプレート２０ａ（又は絶縁プレート１８ａ）とは、固定構造９０により固定されている。固定構造９０は、板状部８８ｃに設けられる１以上の突起部９０ａと、エンドプレート２０ａ（又は絶縁プレート１８ａ）に形成され、前記突起部９０ａが嵌合する１以上の穴部９０ｂとを有している。これにより、簡単な構成からなる固定構造９０により、板状部８８ｃを容易且つ確実に固定することが可能になる。

一方、図３に示すように、燃料ガス整流部材８６は、燃料ガス供給連通孔５４ａの入口側端部に配置され、燃料ガスの供給流通方向（矢印Ｆａｎ方向）に沿って連通孔開口断面積を減少させる傾斜部９２ａを備えている。このため、傾斜部９２ａは、燃料ガス供給連通孔５４ａの上流側から流通する燃料ガスを入口側端部近傍で整流することができる。従って、特に、入口側端部に配置された発電セル１２ａに向かう燃料ガス流れを形成することが可能になる。これにより、積層されている各発電セル１２の各燃料ガス流路５８に対して燃料ガスを均等に供給することができる。

しかも、燃料ガス整流部材８６の板状部９２ｃは、燃料ガス供給連通孔５４ａの外部に装着されている。具体的には、板状部９２ｃは、絶縁プレート１８ａとエンドプレート２０ａとの間に介装されている。このため、板状部９２ｃは、互いに隣接する部材間、すなわち、絶縁プレート１８ａとエンドプレート２０ａとの間で容易且つ確実に挟持することが可能になる。従って、簡単且つコンパクトな構成で、燃料ガスを良好に整流することができる。

さらに、板状部９２ｃとエンドプレート２０ａ（又は絶縁プレート１８ａ）とは、固定構造９４により固定されている。固定構造９４は、板状部９２ｃに設けられる１以上の突起部９４ａと、エンドプレート２０ａ（又は絶縁プレート１８ａ）に形成され、前記突起部９４ａが嵌合する１以上の穴部９４ｂとを有している。これにより、簡単な構成からなる固定構造９４により、板状部９２ｃを容易且つ確実に固定することが可能になる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１００の一部断面説明図である。

なお、第２以降の実施形態では、酸化剤ガス供給連通孔５０ａのみについて説明するが、燃料ガス供給連通孔５４ａも、前記酸化剤ガス供給連通孔５０ａと同様に構成される。また、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。さらにまた、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、積層体１４の酸化剤ガス流れ方向上流側の端部に配設される発電セル１２ａを備えるとともに、前記発電セル１２ａ内には、酸化剤ガス整流部材１０２が設けられる。酸化剤ガス整流部材１０２は、酸化剤ガス供給連通孔５０ａの入口側端部に進入して配置され、酸化剤ガスの供給流通方向（矢印Ｆｃａ方向）に沿って連通孔開口断面積を減少させる傾斜部１０４ａと、前記傾斜部１０４ａの先端に屈曲して設けられる補強部１０４ｂと、前記酸化剤ガス供給連通孔５０ａの外部に装着される板状部１０４ｃとを一体に設ける。

板状部１０４ｃは、燃料電池スタック１００の互いに隣接する入口側端部構成部材間に、第２の実施形態では、発電セル１２ａを構成する第１金属セパレータ３８と第２金属セパレータ４０との間に、各表面に一体で形成されたシール部材を介して介装される。板状部１０４ｃには、必要に応じて固定構造が設けられる。

このように構成される第２の実施形態では、簡単且つコンパクトな構成で、酸化剤ガスを良好に整流することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１１０の一部断面説明図である。

燃料電池スタック１１０は、酸化剤ガス流れ方向上流側の端部に酸化剤ガス整流部材１１２を設ける。酸化剤ガス整流部材１１２は、エンドプレート２０ａ、絶縁プレート１８ａ及び積層体１４の入口側の各酸化剤ガス供給連通孔５０ａに進入して配置され、酸化剤ガスの供給流通方向（矢印Ｆｃａ方向）に沿って連通孔開口断面積を減少させる傾斜部１１４ａと、前記傾斜部１１４ａの先端に屈曲して設けられる補強部１１４ｂと、前記酸化剤ガス供給連通孔５０ａの外部に装着される板状部１１４ｃとを一体に設ける。

板状部１１４ｃは、燃料電池スタック１１０の互いに隣接する入口側端部構成部材間に、第３の実施形態では、エンドプレート２０ａと酸化剤ガス供給用の配管７８との間に、シール部材１１６、１１８を伴って介装される。板状部１１４ｃには、必要に応じて固定構造が設けられる。

このように構成される第３の実施形態では、簡単且つコンパクトな構成で、酸化剤ガスを良好に整流することが可能になる等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

しかも、燃料電池スタック１１０を組み付けた後、エンドプレート２０ａに配管７８を取り付ける際、酸化剤ガス整流部材１１２を組み込むことができる。従って、酸化剤ガス整流部材１１２の取り付け作業が容易に遂行されるという利点がある。

図８には、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する酸化剤ガス整流部材１２０が示される。酸化剤ガス整流部材１２０は、酸化剤ガス供給連通孔５０ａの入口側端部に進入して配置され、酸化剤ガスの供給流通方向（矢印Ｆｃａ方向）に沿って連通孔開口断面積を減少させる傾斜部１２２ａと、前記酸化剤ガス供給連通孔５０ａの外部に装着される板状部１２２ｂとを一体に設ける。傾斜部１２２ａは、矢印Ｆｃａ方向に向かって肉厚になる楔形状を有する。

図９には、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する酸化剤ガス整流部材１３０が示される。酸化剤ガス整流部材１３０は、酸化剤ガス供給連通孔５０ａの入口側端部に進入して配置され、酸化剤ガスの供給流通方向（矢印Ｆｃａ方向）に沿って連通孔開口断面積を減少させる傾斜部１３２ａと、前記酸化剤ガス供給連通孔５０ａの外部に装着される板状部１３２ｂとを一体に設ける。酸化剤ガス整流部材１３０は、全体が薄板状を有し、所定の曲率で湾曲させることにより、傾斜部１３２ａが形成される。

図１０には、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する酸化剤ガス整流部材１４０が示される。酸化剤ガス整流部材１４０は、酸化剤ガス供給連通孔５０ａの入口側端部に進入して配置され、酸化剤ガスの供給流通方向（矢印Ｆｃａ方向）に沿って連通孔開口断面積を減少させる傾斜部１４２ａと、前記酸化剤ガス供給連通孔５０ａの外部に装着される板状部１４２ｂとを一体に設ける。傾斜部１４２ａは、断面Ｖ字状を有するとともに、矢印Ｆｃａ方向に向かって酸化剤ガス供給連通孔５０ａ内に傾斜する。

図１１には、本発明の第７の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する酸化剤ガス整流部材１５０が示される。酸化剤ガス整流部材１５０は、酸化剤ガス供給連通孔５０ａの入口側端部に進入して配置され、酸化剤ガスの供給流通方向（矢印Ｆｃａ方向）に沿って連通孔開口断面積を減少させる傾斜部１５２ａと、前記傾斜部１５２ａの先端に屈曲して設けられる補強部１５２ｂと、前記酸化剤ガス供給連通孔５０ａの外部に装着される板状部１５２ｃとを一体に設ける。板状部１５２ｃは、酸化剤ガス供給連通孔５０ａの外部に３方向に突出しており、該３方向で挟み込まれる。

図１２には、本発明の第８の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する酸化剤ガス整流部材１６０が示される。酸化剤ガス整流部材１６０は、側部には、それぞれリブ１６２ａ、１６２ｂが設けられるとともに（図１２及び図１３参照）、その他は、酸化剤ガス整流部材８４と同様に構成されている。

このように構成される第４〜第８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。

１０、１００、１１０…燃料電池スタック
１２、１２ａ…発電セル １４…積層体
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート ３６…電解質膜・電極構造体
３８、４０…金属セパレータ ４２…固体高分子電解質膜
４４…アノード電極 ４６…カソード電極
５０ａ…酸化剤ガス供給連通孔 ５０ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
５２ａ…冷却媒体供給連通孔 ５２ｂ…冷却媒体排出連通孔
５４ａ…燃料ガス供給連通孔 ５４ｂ…燃料ガス排出連通孔
５６…酸化剤ガス流路 ５８…燃料ガス流路
６０…冷却媒体流路 ７８…配管
８４、１０２、１１２、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０…酸化剤ガス整流部材
８６…燃料ガス整流部材
８８ａ、９２ａ、１０４ａ、１１４ａ、１２２ａ、１３２ａ、１４２ａ、１５２ａ…傾斜部
８８ｂ、９２ｂ、１０４ｂ、１１４ｂ、１５２ｂ…補強部
８８ｃ、９２ｃ、１０４ｃ、１１４ｃ、１２２ｂ、１３２ｂ、１４２ｂ、１５２ｃ…板状部
９０、９４…固定構造 ９０ａ、９４ａ…突起部
９０ｂ、９４ｂ…穴部 １６２ａ、１６２ｂ…リブ

Claims (3)

1. 電解質の両側に電極が配設される電解質・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燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを流す反応ガス流路と、前記反応ガス流路に連通し且つ積層方向に貫通する反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔とが形成される燃料電池スタックであって、
   前記反応ガス供給連通孔の入口側端部には、反応ガス整流部材が設けられるとともに、
   前記反応ガス整流部材は、前記反応ガス供給連通孔に進入して配置され、前記反応ガスの供給流通方向に沿って連通孔開口断面積を減少させる傾斜部と、
   前記傾斜部に一体に設けられ、前記反応ガス供給連通孔の外部に装着される板状部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記板状部は、前記燃料電池スタックの互いに隣接する入口側端部構成部材間に介装されることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、前記板状部を前記入口側端部構成部材間に固定するために、互いに係合する孔部及び突起部を有する固定構造を備えることを特徴とする燃料電池スタック。

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