JP2015076234A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、反応ガス排出連通孔に滞留する水量を可及的に低減させることができ、液繋がりによる地絡の発生を抑制することを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０を構成する燃料電池１２は、第１セパレータ２４、第１電解質膜・電極構造体２６ａ、第２セパレータ２８、第２電解質膜・電極構造体２６ｂ及び第３セパレータ３０を有する。燃料電池１２には、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂ、燃料ガス供給連通孔４０ａ、燃料ガス排出連通孔４０ｂ、冷却媒体供給連通孔４２ａ及び冷却媒体排出連通孔４２ｂが形成される。酸化剤ガス排出連通孔３８ｂの外方には、酸化剤ガスを流通させる空間部７６が設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電解質膜の両側に電極が設けられた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面側にアノード電極が、他方の面側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより発電セルを構成している。燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気車両に組み込まれている。

燃料電池では、セパレータの面内に、アノード電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。一方、互いに隣接するセパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。

燃料電池では、積層方向に貫通して燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔と、酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔と、冷却媒体を流通させる冷却媒体連通孔とが設けられた、所謂、内部マニホールド型燃料電池が採用されている。燃料ガス連通孔は、燃料ガス供給連通孔及び燃料ガス排出連通孔を有し、酸化剤ガス連通孔は、酸化剤ガス供給連通孔及び酸化剤ガス排出連通孔を有し、冷却媒体連通孔は、冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔を有している。

この場合、燃料電池の発電反応時には、カソード側に生成水が生成されるため、特に酸化剤ガス排出連通孔に滞留水が存在し易い。一方、アノード側には、カソード側から生成水が逆拡散するとともに、結露等により、特に燃料ガス排出連通孔に滞留水が存在するおそれがある。そして、滞留水が増加すると、燃料電池システムとの接続部品と液繋がりにより電流が流れる地絡が発生するという問題がある。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックが知られている。この燃料電池スタックでは、セパレータの外周縁部に、燃料ガスを含む反応ガスと酸化剤ガスを含む反応ガスとをそれぞれ供給する二つの入口側連通孔と、各反応済みガスをそれぞれ排出する二つの出口側連通孔とを貫通して設けている。

さらに、入口側連通孔から供給された燃料ガスを含む反応ガスを、各単位燃料電池セルとアノード電極側のセパレータとの間に導いて、前記反応ガスの反応済みガスを出口側連通孔から排出している。一方、入口側連通孔から供給された酸化剤ガスを含む反応ガスを、各単位燃料電池セルとカソード電極側のセパレータとの間に導いて、前記酸化剤ガスを含む反応ガスの反応済みガスを出口側連通孔から排出している。

その際、少なくとも一方の出口側連通孔の排出口から見て奥側であって、積層方向の端部に、前記一方の出口側連通孔とこれに対応する入口側連通孔とを連結するバイパス流路を形成するバイパスプレート又は配管を設けている。バイパス流路を形成するバイパスプレート又は配管には、いずれか一方の反応ガスを排出口に対応する出口側連通孔に向かって供給する吐出孔が設けられている。

このため、生成水等が出口側連通孔の奥側に滞留しても、吐出孔から吹き出される反応ガスにより押し出され、滞留する生成水等の結露水の排水性を有効に向上させることができる、としている。

特許第４８１２９２０号公報

本発明は、この種の燃料電池スタックに関連してなされたものであり、簡単な構成で、反応ガス排出連通孔に滞留する水量を可及的に低減させることができ、液繋がりによる地絡の発生を抑制することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されている。燃料電池スタックには、燃料電池の積層方向に延在して酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス供給連通孔及び酸化剤ガス排出連通孔と、前記積層方向に延在して燃料ガスを流通させる燃料ガス供給連通孔及び燃料ガス排出連通孔とが形成されている。

そして、燃料電池の内部には、少なくとも酸化剤ガス排出連通孔又は燃料ガス排出連通孔の外方に酸化剤ガスを流通させるための空間部が設けられている。

また、この燃料電池スタックでは、燃料電池の積層方向両端には、エンドプレートが配設され、前記エンドプレート間は、連結部材により一体に連結されることが好ましい。ここで、連結部材には、酸化剤ガスである供給空気を空間部に供給した後、酸化剤ガス供給連通孔に導入する供給空気流路が形成されることが好ましい。

本発明によれば、少なくとも酸化剤ガス排出連通孔又は燃料ガス排出連通孔（以下、単に排出連通孔ともいう）の外方に設けられている空間部には、酸化剤ガスが流通されている。このため、排出連通孔の近傍には、比較的高温の酸化剤ガスを供給することができ、前記排出連通孔を有効に加温することが可能になる。従って、生成水や結露水が排出連通孔に滞留して蓄積されることを抑制することができる。

これにより、簡単な構成で、排出連通孔に滞留する水量を可及的に低減させることができ、液繋がりによる地絡の発生を抑制することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの第１エンドプレート側からの一部分解概略斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの第２エンドプレート側からの一部分解概略斜視説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池を構成する第２セパレータの正面説明図である。 前記燃料電池の、図３中、Ｖ−Ｖ線断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの第２セパレータの正面説明図である。

図１及び図２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、例えば、図示しない燃料電池電気自動車に搭載される。燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池１２が電極面を立位姿勢にして水平方向（矢印Ｂ方向）に積層される。なお、複数の燃料電池１２を重力方向に積層して燃料電池スタック１０を構成してもよい。

燃料電池１２の積層方向一端には、第１ターミナルプレート１４ａ、第１絶縁プレート１６ａ及び第１エンドプレート１８ａが、外方に向かって、順次、配設される。燃料電池１２の積層方向他端には、第２ターミナルプレート１４ｂ、第２絶縁プレート１６ｂ及び第２エンドプレート１８ｂが、外方に向かって、順次、配設される。

横長形状の第１エンドプレート１８ａの中央部からは、第１ターミナルプレート１４ａに接続された第１電力出力端子２０ａが外方に向かって延在する。横長形状の第２エンドプレート１８ｂの中央部からは、第２ターミナルプレート１４ｂに接続された第２電力出力端子２０ｂが外方に向かって延在する。第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂの各長辺間には、連結バー（連結部材）２１ａ、２１ｂの両端がねじ２２により固定される。第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂの各短辺間には、連結バー（連結部材）２３ａ、２３ｂの両端がねじ２２により固定される。なお、連結バー２３ｂの詳細は、後述する。

図３に示すように、燃料電池１２は、第１セパレータ２４、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２６ａ、第２セパレータ２８、第２電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２６ｂ及び第３セパレータ３０を有する。

第１セパレータ２４、第２セパレータ２８及び第３セパレータ３０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縦長形状の金属板により構成される。第１セパレータ２４、第２セパレータ２８及び第３セパレータ３０は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。第１セパレータ２４、第２セパレータ２８及び第３セパレータ３０は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。

第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂ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（陽イオン交換膜）３２を備える。固体高分子電解質膜３２は、アノード電極３４及びカソード電極３６に挟持される。アノード電極３４は、カソード電極３６よりも小さな平面寸法を有する段差ＭＥＡを構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、アノード電極３４は、カソード電極３６よりも大きな平面寸法を有してもよく、又は、前記カソード電極３６と同一の平面寸法を有してもよい。

アノード電極３４及びカソード電極３６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、例えば、固体高分子電解質膜３２の両面に形成される。

燃料電池１２の長辺方向（矢印Ａ方向）の一端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス排出連通孔４０ｂが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔３８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス排出連通孔４０ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。

燃料電池１２の長辺方向（矢印Ａ方向）の他端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４０ａ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３８ｂが設けられる。

燃料電池１２の互いに対向する長辺の両端縁部一方には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体供給連通孔４２ａが設けられる。燃料電池１２の互いに対向する長辺の両端縁部他方には、冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂが設けられる。

各冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａは、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス排出連通孔４０ｂに近接し、且つそれぞれ矢印Ｃ方向両側の各長辺に振り分けられる。各冷却媒体排出連通孔４２ｂ、４２ｂは、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂ及び燃料ガス供給連通孔４０ａにそれぞれ近接し、且つそれぞれ矢印Ｃ方向両側の各長辺に振り分けられる。

第１セパレータ２４の第１電解質膜・電極構造体２６ａに向かう面２４ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する波形状（又は直線状）の第１燃料ガス流路４４が形成される。第１燃料ガス流路４４は、矢印Ａ方向に延在し、その入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４６ａ及び出口バッファ部４６ｂが設けられる。

第１セパレータ２４の面２４ｂには、冷却媒体供給連通孔４２ａと冷却媒体排出連通孔４２ｂとを連通する冷却媒体流路４８の一部が形成される。冷却媒体流路４８の一部は、第１燃料ガス流路４４の裏面形状として形成される。冷却媒体流路４８は、矢印Ａ方向（第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂの長辺方向）に沿って延在する。

図４に示すように、第２セパレータ２８の第１電解質膜・電極構造体２６ａに向かう面２８ａには、酸化剤ガス供給連通孔３８ａと酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとを連通する波形状（又は直線状）の第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の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部５２ａ及び出口バッファ部５２ｂが設けられる。

図３に示すように、第２セパレータ２８の第２電解質膜・電極構造体２６ｂに向かう面２８ｂには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する波形状（又は直線状）の第２燃料ガス流路５４が形成される。第２燃料ガス流路５４の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部５６ａ及び出口バッファ部５６ｂが設けられる。

第３セパレータ３０の第２電解質膜・電極構造体２６ｂに向かう面３０ａには、酸化剤ガス供給連通孔３８ａと酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとを連通する波形状（又は直線状）の第２酸化剤ガス流路５８が形成される。第２酸化剤ガス流路５８の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６０ａ及び出口バッファ部６０ｂが設けられる。

第３セパレータ３０の面３０ｂには、冷却媒体流路４８の一部が形成される。冷却媒体流路４８の入口側には、前記冷却媒体流路４８を流路幅方向に挟んで一対の冷却媒体供給連通孔４２ａが設けられる。冷却媒体流路４８の出口側には、前記冷却媒体流路４８を流路幅方向に挟んで一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂが設けられる。

第１セパレータ２４は、燃料ガス供給連通孔４０ａと第１燃料ガス流路４４とを連通する複数の供給連結路６２ａと、燃料ガス排出連通孔４０ｂと前記第１燃料ガス流路４４とを連通する複数の排出連結路６２ｂとを有する。第２セパレータ２８は、燃料ガス供給連通孔４０ａと第２燃料ガス流路５４とを連通する複数の供給連結路６４ａと、燃料ガス排出連通孔４０ｂと前記第２燃料ガス流路５４とを連通する複数の排出連結路６４ｂとを有する。

供給連結路６２ａ及び排出連結路６２ｂには、ブリッジ部として蓋体６６ａ、６６ｂが配置される。供給連結路６４ａ及び排出連結路６４ｂには、ブリッジ部として蓋体６８ａ、６８ｂが配置される。

第１セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１セパレータ２４の外周端縁部を周回して第１シール部材７０が一体成形される。第２セパレータ２８の面２８ａ、２８ｂには、この第２セパレータ２８の外周端縁部を周回して第２シール部材７２が一体成形される。第３セパレータ３０の面３０ａ、３０ｂには、この第３セパレータ３０の外周端縁部を周回して第３シール部材７４が一体成形される。

第１シール部材７０、第２シール部材７２及び第３シール部材７４としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。

第１シール部材７０は、第１セパレータ２４のセパレータ面に沿って均一な厚さで延在するベースシール７０ａを有し、前記ベースシール７０ａには、前記第１セパレータ２４の外周形状に沿って肉厚な外周凸部７０ｂが一体成形される。ベースシール７０ａには、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を気密及び液密にシールするためのシール凸部７０ｃが一体成形される。

図３及び図４に示すように、第２シール部材７２は、第２セパレータ２８のセパレータ面に沿って均一な厚さで延在するベースシール７２ａを有し、前記ベースシール７２ａには、前記第２セパレータ２８の外周形状に沿って肉厚な外周凸部７２ｂが一体成形される。ベースシール７２ａには、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を気密及び液密にシールするためのシール凸部７２ｃが一体成形される。

図４に示すように、第２セパレータ２８の面２８ａにおいて、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂの外方には、外周凸部７２ｂとシール凸部７２ｃとに連結シール７２ｄ、７２ｄの両端が接続されて空間部７６が設けられる。空間部７６は、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂの外方に沿って略重力方向に延在する三角形状を有する。シール凸部７２ｃには、空間部７６と外部とを連通する上方の入口切り欠き部７８ａと下方の出口切り欠き部７８ｂとが形成される。

図３に示すように、第３シール部材７４は、第３セパレータ３０のセパレータ面に沿って均一な厚さで延在するベースシール７４ａを有し、前記ベースシール７４ａには、前記第３セパレータ３０の外周形状に沿って肉厚な外周凸部７４ｂが一体成形される。ベースシール７４ａには、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体を気密及び液密にシールするためのシール凸部７４ｃが一体成形される。

第３セパレータ３０の面３０ａには、第２セパレータ２８と同様に、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂの外方に空間部７６が形成される。第１セパレータ２４の面２４ｂには、同様に酸化剤ガス排出連通孔３８ｂの外方に空間部７６が形成される。なお、空間部７６は、第１セパレータ２４、第２セパレータ２８及び第３セパレータ３０の全てに設けてもよく、又は、いずれか１つ、あるいは２つに設けてもよい。また、空間部７６は、面２４ｂ、２８ａ及び３０ａに代えて、面２４ａ、２８ｂ及び３０ｂに設けてもよい。

図１に示すように、第１エンドプレート１８ａには、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び酸化剤ガス排出連通孔３８ｂに連通する酸化剤ガス入口マニホールド８０ａ及び酸化剤ガス出口マニホールド８０ｂが設けられる。第１エンドプレート１８ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａ及び燃料ガス排出連通孔４０ｂに連通する燃料ガス入口マニホールド８２ａ及び燃料ガス出口マニホールド８２ｂが設けられる。

図２に示すように、第２エンドプレート１８ｂには、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに連通する冷却媒体入口マニホールド８４ａと、一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに連通する冷却媒体出口マニホールド８４ｂとが設けられる。

図１、図２及び図４に示すように、連結バー２３ｂは、弾性を有するシート状のシール材（又は、封止材）８６を介装して第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとの間に固定される。シール材８６には、入口切り欠き部７８ａに連通する入口孔部８８ａと、出口切り欠き部７８ｂに連通する出口孔部８８ｂとが、長手方向に配列して形成される。入口孔部８８ａは、複数の入口切り欠き部７８ａに一体に連通する一方、出口孔部８８ｂは、複数の出口切り欠き部７８ｂに一体に連通してもよい。

連結バー２３ｂには、長手方向に延在して各入口孔部８８ａに一体に連通する供給空気入口流路９０ａと、長手方向に延在して各出口孔部８８ｂに一体に連通する供給空気出口流路９０ｂとが形成される。供給空気入口流路９０ａ及び供給空気出口流路９０ｂは、連結バー２３ｂのシール材８６に接する面２３ｂｆに長手方向に延在して切り欠いた溝部により形成され、供給空気流路を構成する。供給空気入口流路９０ａ及び供給空気出口流路９０ｂは、長手方向両端が封止されている。

図１に示すように、連結バー２３ｂには、供給空気入口流路９０ａに連通する入口配管９２ａ及び供給空気出口流路９０ｂに連通する出口配管９２ｂが接続される。入口配管９２ａには、図示しないが、燃料電池スタック１０の酸化剤ガス入口マニホールド８０ａに供給される酸化剤ガス（空気）の一部を分流して供給される。出口配管９２ｂは、各空間部７６から排出される酸化剤ガスを酸化剤ガス入口マニホールド８０ａに供給する。

なお、第１の実施形態では、空間部７６が酸化剤ガス排出連通孔３８ｂの外方に設けられているが、これに限定されるものではない。酸化剤ガス排出連通孔３８ｂに代えて、又は、前記酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとともに、燃料ガス排出連通孔４０ｂの外方に空間部７６を設けてもよい。また、シール材８６は、各燃料電池１２に一体的に設けてもよく、又は、前記シール材８６を不要にすることもできる。

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１に示すように、酸化剤ガス入口マニホールド８０ａから酸化剤ガス供給連通孔３８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。一方、燃料ガス入口マニホールド８２ａから燃料ガス供給連通孔４０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。また、図２に示すように、冷却媒体入口マニホールド８４ａから一対の冷却媒体供給連通孔４２ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３８ａから第２セパレータ２８の第１酸化剤ガス流路５０及び第３セパレータ３０の第２酸化剤ガス流路５８に導入される。酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体２６ａのカソード電極３６に供給される。さらに、残余の酸化剤ガスは、第２酸化剤ガス流路５８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体２６ｂのカソード電極３６に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａから第１セパレータ２４の第１燃料ガス流路４４に沿って水平方向（矢印Ｂ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体２６ａのアノード電極３４に供給される。また、残余の燃料ガスは、第２セパレータ２８の第２燃料ガス流路５４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体２６ｂのアノード電極３４に供給される。

従って、第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂでは、カソード電極３６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３４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電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂの各カソード電極３６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂに沿って矢印Ａ方向に流通する。第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂの各アノード電極３４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔４０ｂに沿って矢印Ａ方向に流通する。図１に示すように、酸化剤ガス及び燃料ガスは、第１エンドプレート１８ａの酸化剤ガス出口マニホールド８０ｂ及び燃料ガス出口マニホールド８２ｂを介して外部に排出される。

一方、上下一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、一方の燃料電池１２を構成する第１セパレータ２４と、他方の燃料電池１２を構成する第３セパレータ３０との間に形成された冷却媒体流路４８に導入される。

各冷却媒体供給連通孔４２ａから冷却媒体流路４８に供給される冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向に移動して第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂを冷却する。この冷却媒体は、さらに矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに排出される。

この場合、第１の実施形態では、図１、図２及び図４に示すように、連結バー２３ｂの供給空気入口流路９０ａには、酸化剤ガスが導入される。この酸化剤ガスは、燃料電池スタック１０の酸化剤ガス供給連通孔３８ａに供給される酸化剤ガスと同等の高温空気であり、供給空気入口流路９０ａに沿って流通する。その際、シール材８６には、酸化剤ガスの流通方向に沿って複数の入口孔部８８ａが配列されており、前記酸化剤ガスは、各入口孔部８８ａを通って各入口切り欠き部７８ａから各空間部７６に供給される。

このため、図４に示すように、空間部７６に供給された大気温よりも高温な空気（酸化剤ガス）は、前記空間部７６に隣接する酸化剤ガス排出連通孔３８ｂを加温することができる。従って、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂでは、生成水や結露水が滞留して蓄積されることを抑制することが可能になる。これにより、簡単な構成で、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂに滞留する水量を可及的に低減させることができ、液繋がりにより電流が流れる地絡の発生を抑制することが可能になるという効果が得られる。

次いで、空間部７６に導入された酸化剤ガスは、重力方向（矢印Ｃ方向下方）に流通して酸化剤ガス排出連通孔３８ｂを加温した後、出口切り欠き部７８ｂ及びシール材８６の出口孔部８８ｂを通って連結バー２３ｂの供給空気出口流路９０ｂに排出される。供給空気出口流路９０ｂに沿って流通する酸化剤ガスは、出口配管９２ｂを通って酸化剤ガス入口マニホールド８０ａに供給される。

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を構成する第２セパレータ１００の正面図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０を構成する第２セパレータ２８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。

第２セパレータ１００の面１００ａ（第２セパレータ２８の面２８ａに相当する）には、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂの外方に空間部１０２が設けられる。空間部１０２は、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂの外方に沿って重力方向に延在するとともに、前記酸化剤ガス排出連通孔３８ｂの下方に沿って水平方向に延在する略Ｌ字状を有する。

このように構成される第２の実施形態では、空間部１０２が酸化剤ガス排出連通孔３８ｂの下方に沿って水平方向に延在する形状を有するため、特に前記酸化剤ガス排出連通孔３８ｂの底部に滞留する水量を可及的に低減させることができるという効果が得られる。

なお、第１及び第２の実施形態では、燃料電池１２は、３枚のセパレータと２枚のＭＥＡとで構成され、前記燃料電池１２内に冷却媒体流路が設けられない、所謂、間引き冷却構造を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、２枚のセパレータ間に１枚のＭＥＡを挟持する燃料電池を用いることができる。この燃料電池は、所謂、各セル冷却構造である。

１０…燃料電池スタック １２…燃料電池
１８ａ、１８ｂ…エンドプレート
２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂ…連結バー
２４、２８、３０、１００…セパレータ
２６ａ、２６ｂ…電解質膜・電極構造体
３２…固体高分子電解質膜 ３４…アノード電極
３６…カソード電極 ３８ａ…酸化剤ガス供給連通孔
３８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔 ４０ａ…燃料ガス供給連通孔
４０ｂ…燃料ガス排出連通孔 ４２ａ…冷却媒体供給連通孔
４２ｂ…冷却媒体排出連通孔 ４４、５４…燃料ガス流路
４８…冷却媒体流路 ５０…酸化剤ガス流路
７０、７２、７４…シール部材 ７６、１０２…空間部
７８ａ…入口切り欠き部 ７８ｂ…出口切り欠き部
８８ａ…入口孔部 ８８ｂ…出口孔部
９０ａ…供給空気入口流路 ９０ｂ…排出空気出口流路
９２ａ…入口配管 ９２ｂ…出口配管

Claims (2)

1. 電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、前記燃料電池の積層方向に延在して酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス供給連通孔及び酸化剤ガス排出連通孔と、前記積層方向に延在して燃料ガスを流通させる燃料ガス供給連通孔及び燃料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、
   前記燃料電池の内部には、少なくとも前記酸化剤ガス排出連通孔又は前記燃料ガス排出連通孔の外方に前記酸化剤ガスを流通させるための空間部が設けられ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、前記燃料電池の積層方向両端には、エンドプレートが配設され、前記エンドプレート間は、連結部材により一体に連結されるとともに、
   前記連結部材には、前記酸化剤ガスである供給空気を前記空間部に供給した後、前記酸化剤ガス供給連通孔に導入する供給空気流路が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。

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