JP2015173093A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、端部セルの反応ガス分配不良を可及的に抑制することができ、良好な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、発電セル１２を備え、前記発電セル１２を構成する第１金属セパレータ２４には、燃料ガス流路４０に連通する供給孔部４２ａ及び入口通路部４４ａが形成される。第１インシュレータ１８ａには、凹部６８ａが形成され、前記凹部６８ａに流路形成部材７８ａが配置されることにより、入口流路部７２ａ及び入口連結孔部７０ａを有する連結流路部８７ａが構成される。
【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を備え、複数の前記発電セルが積層される積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、インシュレータ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。

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が積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に組み込まれている。

燃料電池スタックでは、積層されている各発電セルのアノード電極及びカソード電極に、それぞれ反応ガスである燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するため、所謂、内部マニホールドを構成する場合が多い。この内部マニホールドは、発電セルの積層方向に貫通して設けられる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔を備えている。そして、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路の入口側及び出口側には、反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が、それぞれ連通している。

内部マニホールド型燃料電池スタックでは、反応ガス入口連通孔から各発電セルの反応ガス流路に反応ガスを良好に供給するとともに、各電極面に沿って前記反応ガスを均一に供給することが望まれている。そこで、例えば、特許文献１には、膜電極接合体の表面を流れる反応ガスの流量分布に起因した発電分布の不均一を抑制するための燃料電池が開示されている。

この燃料電池では、電解質膜の両面に、それぞれ触媒電極を接合した膜電極接合体と、各触媒電極の表面にそれぞれ積層され、各触媒電極に供給すべき反応ガスを流すための流路構成部材と、を備えている。そして、触媒電極における発電に供する発電部分の平面形状は、該触媒電極の表面に積層された流路構成部材における反応ガスの流量分布に基づいて設定されている。

特開２００９−９３８８９号公報

しかしながら、上記の特許文献１では、構造が複雑化するとともに、製造コストが高騰するという問題がある。しかも、燃料電池スタックでは、反応ガス入口連通孔から各燃料電池に反応ガスを分配供給するため、特に反応ガス入口側の燃料電池（以下、端部セルともいう）に、前記反応ガスの分配不良が惹起し易い。従って、端部セルの発電性能が低下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、簡単な構成で、端部セルの反応ガス分配不良を可及的に抑制することができ、良好な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。

本発明に係る燃料電池スタックは、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複数の発電セルが積層される積層体を備えている。積層体の積層方向両側には、それぞれ端部部材であるターミナルプレート、インシュレータ及びエンドプレートが配設されている。積層体には、燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔、前記反応ガスを電極面に沿って流通させる反応ガス流路、及び前記反応ガス連通孔と前記反応ガス流路とを連通する通路部とが設けられている。

少なくとも１つの端部部材には、反応ガス連通孔と反応ガス流路を連通する連結流路部が設けられている。

また、この燃料電池スタックでは、少なくとも１つのセパレータに積層方向に貫通して形成される反応ガス孔部を備えることが好ましい。その際、通路部は、セパレータの一方の面側で反応ガス連通孔と反応ガス孔部とを連通し且つ前記セパレータの他方の面側で前記反応ガス孔部と反応ガス流路とを連通することが好ましい。

さらに、この燃料電池スタックでは、連結流路部は、インシュレータの内部に構成されることが好ましい。

さらにまた、この燃料電池スタックでは、連結流路部は、インシュレータとは別部材である流路形成部材と前記インシュレータとにより構成されることが好ましい。

また、この燃料電池スタックでは、連結流路部は、エンドプレートに取り付けられ、インシュレータに挿入される流路形成部材により構成されることが好ましい。

本発明によれば、端部部材には、反応ガス連通孔と反応ガス流路を連通する連結流路部が設けられている。このため、端部部材に隣接する端部セルには、通路部及び前記端部部材の連結流路部から反応ガス孔部に反応ガスが供給されている。従って、端部セルの反応ガス流路には、通路部及び連結流路部から反応ガスが導入されるため、簡単な構成で、前記端部セルの反応ガス分配不良を可及的に抑制することができる。これにより、燃料電池スタック全体として、良好な発電性能を確実に維持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。 前記燃料電池スタックを構成する第１インシュレータの一部分解斜視説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１インシュレータの要部斜視説明図である。 前記第１インシュレータの一部断面平面図である。 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分解概略斜視図である。 前記燃料電池スタックの、図８中、ＩＸ−ＩＸ線断面図である。 前記燃料電池スタックの要部概略斜視図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックの要部概略斜視図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックの要部概略斜視図である。 前記燃料電池スタックの、図１２中、ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。

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、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、それぞれ端部部材である第１ターミナルプレート１６ａ、第１インシュレータ１８ａ及び第１エンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される（図１参照）。積層体１４の積層方向他端には、それぞれ端部部材である第２ターミナルプレート１６ｂ、第２インシュレータ１８ｂ及び第２エンドプレート２０ｂ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、長方形に構成される第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート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てもよい。また、燃料電池スタック１０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てもよい。

発電セル１２は、図２及び図３に示すように、電解質膜・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１金属セパレータ２４及び第２金属セパレータ２６とを備える。第１金属セパレータ２４及び第２金属セパレータ２６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薄板を波状にプレス成形して構成される。なお、第１金属セパレータ２４及び第２金属セパレータ２６は、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２２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２８と、前記固体高分子電解質膜２８を挟持するカソード電極３０及びアノード電極３２とを備える。カソード電極３０及びアノード電極３２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２８の両面に形成されている。

アノード電極３２は、カソード電極３０よりも小さな平面寸法を有する。カソード電極３０は、固体高分子電解質膜２８と同一の平面寸法を有する。なお、カソード電極３０は、アノード電極３２よりも小さな平面寸法を有してもよい。

発電セル１２の長辺方向である矢印Ｂ方向（図３中、水平方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向（積層方向）に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）３８ｂが矢印Ｃ方向に配列して設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給し、冷却媒体入口連通孔３６ａは、冷却媒体を供給し、燃料ガス出口連通孔３８ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。

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、燃料ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）３４ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。燃料ガス入口連通孔３８ａは、燃料ガスを供給し、冷却媒体出口連通孔３６ｂは、冷却媒体を排出するとともに、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、酸化剤ガスを排出する。

図４に示すように、第１金属セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する燃料ガス流路（反応ガス流路）４０が形成される。燃料ガス流路４０は、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとに連通する複数本の直線状（又は波状）流路溝４０ａを有する。

第１金属セパレータ２４には、燃料ガス入口連通孔３８ａの近傍に複数の供給孔部（反応ガス孔部）４２ａが形成されるとともに、燃料ガス出口連通孔３８ｂの近傍に複数の排出孔部（反応ガス孔部）４２ｂが形成される。

第１金属セパレータ２４には、一方の面２４ｂ側で燃料ガス入口連通孔３８ａと供給孔部４２ａとを連通し且つ他方の面２４ａ側で前記供給孔部４２ａと燃料ガス流路４０とを連通する入口通路部４４ａが設けられる。第１金属セパレータ２４には、一方の面２４ｂ側で燃料ガス出口連通孔３８ｂと排出孔部４２ｂとを連通し且つ他方の面２４ａ側で前記排出孔部４２ｂと燃料ガス流路４０とを連通する出口通路部４４ｂが設けられる。

第２金属セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２６ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）４６が設けられる。酸化剤ガス流路４６は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとに連通する複数本の直線状（又は波状）流路溝４６ａを有する。

互いに隣接する第１金属セパレータ２４の面２４ｂと第２金属セパレータ２６の面２６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３６ａと冷却媒体出口連通孔３６ｂとに連通する冷却媒体流路４８が形成される。冷却媒体流路４８は、燃料ガス流路４０が形成された第１金属セパレータ２４の裏面形状と、酸化剤ガス流路４６が形成された第２金属セパレータ２６の裏面形状とが、重なり合って形成される。

図２及び図３に示すように、第１金属セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１金属セパレータ２４の外周端部を周回して、第１シール部材５０が一体化される。第２金属セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、この第２金属セパレータ２６の外周端部を周回して、第２シール部材５２が一体化される。

第１シール部材５０及び第２シール部材５２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等の弾性を有するシール部材が用いられる。

図１に示すように、第１ターミナルプレート１６ａ及び第２ターミナルプレート１６ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部５８ａ、５８ｂが設けられる。端子部５８ａ、５８ｂは、絶縁性筒体６０に挿入されて、第１インシュレータ１８ａ及び第２インシュレータ１８ｂの孔部６２ａ、６２ｂを貫通する。端子部５８ａ、５８ｂは、さらに第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂの孔部６４ａ、６４ｂを貫通して前記第１エンドプレート２０ａ及び前記第２エンドプレート２０ｂの外部に突出する。

第１インシュレータ１８ａ及び第１エンドプレート２０ａの矢印Ｂ方向一端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが形成される。第１インシュレータ１８ａ及び第１エンドプレート２０ａの矢印Ｂ方向他端縁部には、燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが形成される。

第１インシュレータ１８ａ及び第２インシュレータ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。第１インシュレータ１８ａは、中央部に平面形状が矩形状の溝部６６ａが設けられるとともに、この溝部６６ａの略中央に孔部６２ａが連通する。溝部６６ａには、第１ターミナルプレート１６ａが収容され、前記第１ターミナルプレート１６ａの端子部５８ａが絶縁性筒体６０を介装して孔部６２ａに挿入される。

図１及び図５に示すように、第１インシュレータ１８ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂを内包して平面形状が矩形状の凹部６８ａ、６８ｂが形成される。図５に示すように、凹部６８ａを構成する底面６８ａｅには、各発電セル１２の供給孔部４２ａと積層方向に連通する複数個の入口連結孔部７０ａが形成される。底面６８ａｅには、燃料ガス入口連通孔３８ａと入口連結孔部７０ａとを連通する複数本の入口流路部７２ａが形成されるとともに、前記入口連結孔部７０ａ及び前記入口流路部７２ａを周回して周溝７４ａが形成される。底面６８ａｅには、例えば、四隅に対応してねじ孔７６ａが形成される。

凹部６８ａには、流路形成部材７８ａが配設される。流路形成部材７８ａは、絶縁性材料、例えば、第１インシュレータ１８ａと同一の材料で形成され、立方体形状を有するとともに、燃料ガス入口連通孔３８ａを設ける。流路形成部材７８ａの底面６８ａｅに当接する当接面には、周溝８０ａが形成されるとともに、四隅に対応して孔部８２ａが形成される。なお、周溝７４ａ又は８０ａのいずれか一方のみを設けてもよい。

周溝７４ａ、８０ａには、Ｏリング８４ａが一体に配置され、各孔部８２ａに挿入されるねじ８６が各ねじ孔７６ａに螺合されることにより、流路形成部材７８ａが第１インシュレータ１８ａに固定される。流路形成部材７８ａは、ねじ止めに代えて、第１インシュレータ１８ａに接着により固定してもよい。なお、流路形成部材７８ａの当接面には、必要に応じて複数本の入口流路部（入口流路部７２ａに対応する）を設けてもよい。

第１インシュレータ１８ａの凹部６８ａに流路形成部材７８ａが配置されることにより、連結流路部８７ａが構成される。連結流路部８７ａは、第１インシュレータ１８ａの燃料ガス入口連通孔３８ａと、前記第１インシュレータ１８ａに隣接する発電セル１２（端部セル）の供給孔部４２ａとを連通させる流路である。

凹部６８ｂ側の構成は、上記の凹部６８ａ側の構成と同様である。凹部６８ｂでは、凹部６８ａと同一の構成要素に、同一の参照数字に符号ａに代えて符号ｂを付し、その詳細な説明は省略する。なお、凹部６８ｂ及び流路形成部材７８ｂにより連結流路部８７ｂが構成されるものであるが、この構成は、必要に応じて採用すればよい。また、連結流路部８７ａ又は連結流路部８７ｂの少なくとも一方のみを設けてもよい。さらに、連結流路部は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ又は酸化剤ガス出口連通孔３４ｂの少なくとも一方に設けてもよい。

第２インシュレータ１８ｂは、積層体１４側の端部が開口される凹部８８を有する。凹部８８を構成する底面８８ａの略中央には、孔部６２ｂが連通する。凹部８８には、断熱部材９０及び第２ターミナルプレート１６ｂが収容され、前記第２ターミナルプレート１６ｂの端子部５８ｂが絶縁性筒体６０を介装して孔部６２ｂに挿入される。

断熱部材９０は、例えば、２枚のカーボンプレート９２ａ間に波板形状の金属プレート９２ｂを挟んで構成される。金属プレート９２ｂの両面にカーボンプレート９２ａが当接することにより、これらの間に断熱用空間が形成される。なお、断熱部材９０は、カーボンプレート９２ａの枚数や金属プレート９２ｂの枚数を種々変更してもよく、あるいは、単一の金属プレート９２ｂを複数枚積層してもよい。

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、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、第１エンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口連通孔３４ａに供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、第１エンドプレート２０ａの燃料ガス入口連通孔３８ａに供給される。一方、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、第１エンドプレート２０ａの冷却媒体入口連通孔３６ａに供給される。

酸化剤ガスは、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３４ａから第２金属セパレータ２６の酸化剤ガス流路４６に導入され、矢印Ｂ方向に移動して電解質膜・電極構造体２２のカソード電極３０に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３８ａから第１金属セパレータ２４の燃料ガス流路４０に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２２のアノード電極３２に供給される。

従って、各電解質膜・電極構造体２２では、カソード電極３０に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３２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３０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３４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極３２に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３８ｂ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３６ａに供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ２４と第２金属セパレータ２６との間の冷却媒体流路４８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２２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３６ｂから排出される。

この場合、第１の実施形態では、図１及び図５に示すように、第１インシュレータ１８ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａを内包して矩形状の凹部６８ａが形成されている。そして、凹部６８ａの底面６８ａｅには、供給孔部４２ａに連通する入口連結孔部７０ａと、前記入口連結孔部７０ａを燃料ガス入口連通孔３８ａに連通させる入口流路部７２ａとが形成されている。凹部６８ａには、流路形成部材７８ａが配設されることにより、第１インシュレータ１８ａと流路形成部材７８ａとの間に、連結流路部８７ａが構成されている（図２参照）。

このため、図２に示すように、第１インシュレータ１８ａに隣接する発電セル１２（端部セル）には、入口通路部４４ａ及び連結流路部８７ａから供給孔部４２ａに燃料ガスが供給されている。従って、端部セルの燃料ガス流路４０には、入口通路部４４ａ及び連結流路部８７ａを通って燃料ガスが導入されている。

これにより、特に燃料ガスの分配が少ない端部セルにも、燃料ガスを良好に供給することができる。このため、簡単な構成で、端部セルの燃料ガス分配不良を可及的に抑制することができ、前記端部セルの発電性能を向上させ、燃料電池スタック１０全体として、良好な発電性能を確実に維持することが可能になるという効果が得られる。

一方、第１インシュレータ１８ａに形成された凹部６８ｂに流路形成部材７８ｂが配設されることにより、前記第１インシュレータ１８ａと前記流路形成部材７８ｂとの間には、連結流路部８７ｂが構成されている。従って、端部セルからの使用済み燃料ガスの排出処理が円滑に遂行されるという利点が得られる。

なお、第１の実施形態では、第１金属セパレータ２４の供給孔部４２ａ及び排出孔部４２ｂが形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、第１金属セパレータ２４に、供給孔部４２ａ及び排出孔部４２ｂに代えて、それぞれ複数の溝部と前記溝部を覆うカバー部材とを設けてもよい。また、少なくとも一方の端部部材に、入口連結孔部７０ａ又は出口連結孔部７０ｂに代えて互いに平行な連結流路部を設けてもよい。

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１インシュレータ１００の要部斜視説明図である。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１インシュレータ１８ａ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。

図６及び図７に示すように、第１インシュレータ１００には、燃料ガス入口連通孔３８ａを構成する内壁面３８ａｗに、複数本の入口流路部１０２が形成される。各入口流路部１０２は、開口断面が円柱形状を有して矢印Ｂ方向に延在するとともに、それぞれの一端が燃料ガス入口連通孔３８ａに連通孔する。各入口流路部１０２の他端は、それぞれ入口連結穴部１０４の一端に連通する。各入口連結穴部１０４の開放端である他端は、端部セルの供給孔部４２ａに連通する。

第１インシュレータ１００には、入口流路部１０２及び入口連結穴部１０４を有する連結流路部１０６が一体に構成される。このため、第２の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、部品点数が有効に削減されるという利点がある。なお、本願発明の構成は、酸化剤ガス流路４６側に適用してもよい。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１１０の一部分解概略斜視図である。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。

図８及び図９に示すように、燃料電池スタック１１０は、積層体１４の積層方向一端に外方に向かって、順次、配設される第１ターミナルプレート１６ａ、第１インシュレータ１１２及び第１エンドプレート１１４を備える。第１インシュレータ１１２及び第１エンドプレート１１４は、端部部材である。

第１エンドプレート１１４には、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂを内包して孔部１１６ａ、１１６ｂが形成される。孔部１１６ａ、１１６ｂには、カラー部材である流路形成部材１１８ａ、１１８ｂが挿入される。以下、流路形成部材１１８ａについて詳細に説明する一方、流路形成部材１１８ｂは、前記流路形成部材１１８ａに付した参照符号のａに代えてｂを付し、その詳細な説明は省略する。

流路形成部材１１８ａは、第１角筒部１２０ａ、フランジ部１２２ａ及び第２角筒部１２４ａから一体に形成され、前記第１角筒部１２０ａは、第１エンドプレート１１４の孔部１１６ａに嵌合する。図１０に示すように、フランジ部１２２ａは、複数本のねじ１２６を介して第１エンドプレート１１４に固定される。フランジ部１２２ａには、第１インシュレータ１１２とのシール性を確保するためにシール部材１２７が配設される。なお、フランジ部１２２ａは、第１エンドプレート１１４の積層方向の外側に設けてもよい。

図８及び図９に示すように、第１インシュレータ１１２には、第１エンドプレート１１４に対向する面に流路形成部材１１８ａの形状、具体的には、フランジ部１２２ａ及び第２角筒部１２４ａの形状に対応する段付き孔部１２８ａが形成される。図１０に示すように、第２角筒部１２４ａの内周面１２４ａｓには、内側の長尺面（矢印Ｃ方向に延在する鉛直面）に長手方向に延在するスリット１３０ａが形成される。スリット１３０ａには、第２角筒部１２４ａの先端面から形成される複数本の孔部１３２ａが一体に連通する。図９に示すように、複数本の孔部１３２ａは、入口通路部４４ａに対向して開口されており、連結流路部を構成する。

このように構成される第３の実施形態では、第１エンドプレート１１４の燃料ガス入口連通孔３８ａ、すなわち、流路形成部材１１８ａに供給された燃料ガスは、一部がスリット１３０ａに導入されている。スリット１３０ａに導入された燃料ガスは、複数本の孔部１３２ａに分配された後、入口通路部４４ａに直接供給されている。

このため、端部セルの燃料ガス流路４０には、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び複数本の孔部１３２ａから入口通路部４４ａを通って燃料ガスが導入されている。従って、特に燃料ガスの分配が少ない端部セルにも、燃料ガスを良好に供給することができ、簡単な構成で、端部セルの燃料ガス分配不良を可及的に抑制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。

図１１は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタック１４０の要部概略斜視図である。なお、第３の実施形態に係る燃料電池スタック１１０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。また、以下に説明する第５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１４０は、第１エンドプレート（端部部材）１４２を備え、前記第１エンドプレート１４２には、流路形成部材１１８ａに代えて流路形成部材１４４が取り付けられる。流路形成部材１４４は、内周面１２４ａｓにスリット１３０ａが形成されるとともに、前記スリット１３０ａには、第２角筒部１２４ａの先端面から形成されるスリット１４６が連通する。スリット１４６は、矢印Ｃ方向に長尺状に形成される。

第４の実施形態では、第３の実施形態の複数本の孔部１３２ａに代えて単一のスリット１４６が設けられている。このため、特に燃料ガスの分配が少ない端部セルにも、燃料ガスを良好に供給することができ、簡単な構成で、端部セルの燃料ガス分配不良を可及的に抑制することが可能になる等、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。

図１２は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタック１５０の要部概略斜視図である。

燃料電池スタック１５０は、第１エンドプレート（端部部材）１５２を備え、前記第１エンドプレート１５２には、流路形成部材１１８ａに代えて流路形成部材１５４が取り付けられる。流路形成部材１５４は、内周面１２４ａｓに傾斜スリット１５６が形成されるとともに、前記傾斜スリット１５６には、複数本の孔部１３２ａが連通する。図１３に示すように、傾斜スリット１５６を形成する側面１５６ａは、燃料ガス入口連通孔３８ａの燃料ガス流れ方向に対して外方に傾斜する。

このように構成される第５の実施形態では、傾斜スリット１５６が設けられるため、燃料ガス入口連通孔３８ａを流通する燃料ガスは、側面１５６ａの傾斜に沿って傾斜スリット１５６に円滑に流入することができる。

１０、１１０、１４０、１５０…燃料電池スタック
１２…発電セル １４…積層体
１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、１８ｂ、１００、１１２…インシュレータ
２０ａ、２０ｂ、１１４、１４２、１５２…エンドプレート
２２…電解質膜・電極構造体 ２４、２６…金属セパレータ
２８…固体高分子電解質膜 ３０…カソード電極
３２…アノード電極 ３４ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３４ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３６ａ…冷却媒体入口連通孔
３６ｂ…冷却媒体出口連通孔 ３８ａ…燃料ガス入口連通孔
３８ｂ…燃料ガス出口連通孔 ４０…燃料ガス流路
４２ａ…供給孔部 ４２ｂ…排出孔部
４４ａ…入口通路部 ４４ｂ…出口通路部
４６…酸化剤ガス流路 ４８…冷却媒体流路
５０、５２…シール部材 ６８ａ、６８ｂ、８８…凹部
７０ａ…入口連結孔部 ７２ａ、１０２…入口流路部
７８ａ、７８ｂ、１１８ａ、１１８ｂ、１４４、１５４…流路形成部材
８７ａ、８７ｂ、１０６…連結流路部 １０４…入口連結穴部
１３０ａ、１４６…スリット １３２ａ…孔部
１５６…傾斜スリット

Claims (5)

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を備え、複数の前記発電セルが積層される積層体の積層方向両側には、それぞれ端部部材であるターミナルプレート、インシュレータ及びエンドプレートが配設されるとともに、燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを前記積層方向に流通させる反応ガス連通孔、前記反応ガスを電極面に沿って流通させる反応ガス流路、及び前記反応ガス連通孔と前記反応ガス流路とを連通する通路部を備える燃料電池スタックであって、
   少なくとも一つの前記端部部材には、前記反応ガス連通孔と前記反応ガス流路を連通する連結流路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、少なくとも１つの前記セパレータに前記積層方向に貫通して形成される反応ガス孔部を備え、
   前記通路部は、前記セパレータの一方の面側で前記反応ガス連通孔と前記反応ガス孔部とを連通し且つ前記セパレータの他方の面側で前記反応ガス孔部と前記反応ガス流路とを連通することを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記連結流路部は、前記インシュレータの内部に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
4. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記連結流路部は、前記インシュレータとは別部材である流路形成部材と該インシュレータとにより構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
5. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記連結流路部は、前記エンドプレートに取り付けられ、前記インシュレータに挿入される流路形成部材により構成されることを特徴とする燃料電池スタック。

Images