JP2015225807A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、セパレータの誤組を可及的に抑制することができ、所望の燃料電池スタックを容易且つ効率的に組み立てることを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０を構成するアノード側セパレータ２６は、セパレータ面内中央Ｏを中心に点対称形状に設定される。セパレータ面内の短辺側の対称位置には、第１ノック孔５７ａと、前記第１ノック孔５７ａよりも小さな開口直径に設定される第２ノック孔５７ｂとが形成される。第１ノック孔５７ａには、第１ノックピン６０ａが挿入される一方、第２ノック孔５７ｂには、前記第１ノックピン６０ａよりも小径な第２ノックピン６０ｂが挿入される。
【選択図】図４

Description

本発明は、電解質膜の両側に電極を設け、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池を備え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一方側にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方側にカソード電極が、それぞれ設けられた電解質膜・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（バイポーラ板）によって挟持されることにより、燃料電池が構成されている。この燃料電池は、所定の数だけ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自動車に搭載されている。

車載用燃料電池スタックでは、相当に多数の発電セルが積層されている。このため、各発電セル同士を正確に位置決めするとともに、所望のシール性を確保する必要がある。そこで、例えば、特許文献１では、燃料電池を構成する平板状部品を正確に積層してセルを構成し、このセルも位置ずれすることなく積層して燃料電池を組み立てることのできる方法を提案している。

具体的には、図５に示すように、スタック加圧用の加圧板１にセル組立用位置決め穴２が穿設され、これに端面を面取りした長いノックピン３が挿入されて直立している。次に、位置決め穴２が穿設された燃料電池構成用平板状部品は、順次、それぞれの位置決め穴２にノックピン３を嵌合させることにより、セル４を構成している。さらに、所要のセル数だけ繰り返し積層してスタック５が構成された後、加圧プレートを用いて締め付け固定されている。

特開平０９−１３４７３４号公報

しかしながら、上記の組立方法では、燃料電池構成用平板状部品が、位置決め穴２にノックピン３が嵌合されてセル４を構成する際、前記燃料電池構成用平板状部品を反転させて配置するおそれがある。これにより、セル４の誤組が惹起され易く、所望のスタック５を効率的に組み立てることができないという問題がある。

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、セパレータの誤組を可及的に抑制することができ、所望の燃料電池スタックを容易且つ効率的に組み立て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、電解質膜の両側に電極を設け、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池を備えている。複数の燃料電池が積層されることにより、積層体が構成されている。

セパレータは、長方形状を有し、セパレータ面内中央を中心に点対称形状に構成されている。そして、セパレータ面内の短辺側の対称位置には、第１ノック孔と、前記第１ノック孔よりも小さな開口直径に設定される第２ノック孔とが形成されている。第１ノック孔には、燃料電池の積層方向に延在し、積層体を一体に貫通して位置決めを行う第１ノックピンが挿入されている。一方、第２ノック孔には、第１ノックピンよりも小径に構成され、積層方向に延在し、積層体を一体に貫通して位置決めを行う第２ノックピンが挿入されている。

また、この燃料電池スタックでは、第１ノックピンの直径は、第２ノック孔の開口直径よりも大径に設定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、セパレータには、第１ノック孔が形成される第１樹脂部と、第２ノック孔が形成される第２樹脂部と、が設けられることが好ましい。

さらにまた、セパレータ面内の一方の短辺には、酸化剤ガスを積層方向に流通させる酸化剤ガス供給連通孔が形成され、前記セパレータ面内の他方の短辺には、前記酸化剤ガスを前記積層方向に流通させる酸化剤ガス排出連通孔が形成されることが好ましい。その際、酸化剤ガス供給連通孔の開口面積は、酸化剤ガス排出連通孔の開口面積よりも小さく設定されるとともに、一方の短辺には、第１ノック孔が設けられ、且つ、他方の短辺には、第２ノック孔が設けられることが好ましい。

本発明によれば、セパレータ面内の対称位置に設けられた第１ノック孔と第２ノック孔とは、互いに異なる開口直径に設定されている。このため、セパレータが反転された姿勢では、第１ノックピンが、第２ノック孔に対する挿入用ノックピンとなっている。その際、第１ノックピンは、第２ノックピンよりも大径に設定される一方、第２ノック孔は、第１ノック孔よりも小さな開口直径に設定されている。

従って、第１ノックピンを第２ノック孔に挿入させることができず、簡単な構成で、セパレータの誤組を可及的に抑制することが可能になる。これにより、所望の燃料電池スタックを容易且つ効率的に組み立てることができる。

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。 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。 前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。 特許文献１に開示されている燃料電池の組立方法の説明図である。

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、複数の燃料電池１２が、立位姿勢で水平方向（矢印Ａ方向）又は矢印Ｃ方向（重力方向）に積層される積層体１３を有する。燃料電池スタック１０は、例えば、車載用燃料電池スタックを構成し、図示しない燃料電池車両（燃料電池電気自動車）に搭載される。

図１及び図２に示すように、積層体１３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。積層体１３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。

第１エンドプレート１８ａの中央側には、第１絶縁プレート１６ａの凹部を介して第１ターミナルプレート１４ａが収容されるとともに、前記第１ターミナルプレート１４ａに接続された第１出力端子１９ａが、前記第１エンドプレート１８ａの外方に延在する。第２エンドプレート１８ｂの中央側には、第２絶縁プレート１６ｂの凹部を介して第２ターミナルプレート１４ｂが収容されるとともに、前記第２ターミナルプレート１４ｂに接続された第２出力端子１９ｂが、前記第２エンドプレート１８ｂの外方に延在する。

第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂは、横長の長方形状を有するとともに、各長辺間には、積層体１３の外方に沿って第１連結バー２０ａが配置される。第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂの各短辺間には、積層体１３の外方に沿って第２連結バー２０ｂが配置される。第１連結バー２０ａ及び第２連結バー２０ｂは、それぞれ第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとにねじ２１を介して固定される。

図２及び図３に示すように、燃料電池１２は、電解質膜・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持するカソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６とを備える。カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６の外形形状は、それぞれセパレータ面内中央Ｏを中心に点対称形状に構成される。

カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ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板により構成される。カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６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。なお、カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６は、横長形状を有するとともに、長辺が水平方向（矢印Ｂ方向）に延在し且つ短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に延在するように構成される。なお、短辺が水平方向に延在し且つ長辺が重力方向に延在するように構成してもよい。

図３に示すように、燃料電池１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス供給連通孔２８ａと燃料ガス排出連通孔３０ｂとが上下に設けられる。酸化剤ガス供給連通孔２８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス排出連通孔３０ｂ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３０ａと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔２８ｂとが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔２８ａの開口面積は、酸化剤ガス排出連通孔２８ｂの開口面積よりも小さく設定されるとともに酸化剤ガス排出連通孔２８ｂは燃料電池１２の一端縁部にある酸化剤ガス供給連通孔２８ａよりも短手方向（矢印Ｃ方向）下方へと延在している。燃料ガス供給連通孔３０ａ及び燃料ガス排出連通孔３０ｂの開口面積は、酸化剤ガス供給連通孔２８ａの開口面積よりも小さく設定される。

燃料電池１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方側には、すなわち、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ及び燃料ガス排出連通孔３０ｂ側には、矢印Ａ方向に互いに連通して、２つの冷却媒体供給連通孔３２ａが設けられる。各冷却媒体供給連通孔３２ａは、冷却媒体を供給するものであり、互いに対向する辺に設けられる。

燃料電池１２の短辺方向の両端縁部他方側には、すなわち、燃料ガス供給連通孔３０ａ及び酸化剤ガス排出連通孔２８ｂ側には、矢印Ａ方向に互いに連通して、２つの冷却媒体排出連通孔３２ｂが設けられる。各冷却媒体排出連通孔３２ｂは、冷却媒体を排出するものであり、互いに対向する辺に設けられる。

図２及び図３に示すように、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（陽イオン交換膜）３４を備える。固体高分子電解質膜３４は、カソード電極３６及びアノード電極３８に挟持される。

カソード電極３６及びアノード電極３８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３４の両面に形成される。

カソード側セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２４ａには、酸化剤ガス供給連通孔２８ａと酸化剤ガス排出連通孔２８ｂとを連通する酸化剤ガス流路４０が形成される。酸化剤ガス流路４０は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

アノード側セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２６ａには、燃料ガス供給連通孔３０ａと燃料ガス排出連通孔３０ｂとを連通する燃料ガス流路４２が形成される。燃料ガス流路４２は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

アノード側セパレータ２６の面２６ｂと隣接するカソード側セパレータ２４の面２４ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔３２ａ、３２ａと冷却媒体排出連通孔３２ｂ、３２ｂとに連通する冷却媒体流路４４が形成される。冷却媒体流路４４は、電解質膜・電極構造体２２の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。

カソード側セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、このカソード側セパレータ２４の外周端縁部を周回して第１シール部材４６が一体成形される。アノード側セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、このアノード側セパレータ２６の外周端縁部を周回して第２シール部材４８が一体成形される。

第１シール部材４６及び第２シール部材４８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。

図３に示すように、燃料電池１２では、カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６の長辺側（図３中、上端部及び下端部）の中央に、それぞれ内部に切り欠いて切り欠き部５０ａ、５０ｂが形成される。切り欠き部５０ａ、５０ｂの略中央部位には、凸状部材５２ａ、５２ｂが一体又は別個に設けられる。凸状部材５２ａ、５２ｂは、例えば、樹脂材で形成され、カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６に一体構成される。また、凸状部材５２ａ、５２ｂは、カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６と一体の金属板からなり、表面に絶縁処理を施してもよい。なお、凸状部材５２ａ、５２ｂは、カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６の長辺側の各対角の対称位置に設けてもよい。

凸状部材５２ａ、５２ｂは、積層方向に配列されるとともに、複数の前記凸状部材５２ａ同士及び複数の前記凸状部材５２ｂ同士は、後述するように、各第１連結バー２０ａの凹状部６４（後述する）に一体に係合（嵌合）する。凸状部材５２ａ、５２ｂの外面位置は、燃料電池１２の長辺の外面５４ａ、５４ｂの位置よりも内方（内側）に配置される。

カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６の短辺側の一端部（図３中、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ側の短辺部）には、高さ方向中央位置から下方に離間して凹状部材（第１樹脂部）５６ａが一体又は別個に形成される。カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６の短辺側の他端部（図３中、酸化剤ガス排出連通孔２８ｂ側の短辺部）には、高さ方向中央位置から上方に離間して凹状部材（第２樹脂部）５６ｂが一体又は別個に形成される。

凹状部材５６ａは、例えば、凸状部材５２ａ、５２ｂと同様に樹脂材で形成され、酸化剤ガス供給連通孔２８ａと燃料ガス排出連通孔３０ｂとの間に配置される。凹状部材５６ｂは、例えば、凸状部材５２ａ、５２ｂと同様に樹脂材で形成され、酸化剤ガス排出連通孔２８ｂと燃料ガス供給連通孔３０ａとの間に配置される。各凹状部材５６ａ同士及び各凹状部材５６ｂ同士は、積層方向に配列されており、後述するように、各第２連結バー２０ｂの凸部６６が一体に係合（嵌合）する。

凹状部材５６ａには、位置決め用の第１ノック孔５７ａが形成される一方、凹状部材５６ｂには、位置決め用の第２ノック孔５７ｂが形成される。第１ノック孔５７ａと第２ノック孔５７ｂとは、セパレータ面内中央Ｏを中心とした短辺側の点対称位置に配置される。図４に示すように、第１ノック孔５７ａの開口直径Ｄ１は、第２ノック孔５７ｂの開口直径Ｄ２よりも大径に構成される（Ｄ１＞Ｄ２）。

図２に示すように、第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂには、それぞれ第１ノック孔５７ａと同軸上に第１穴部５８ａが、第２ノック孔５７ｂと同軸上に第２穴部５８ｂが、形成される。第１穴部５８ａには、積層方向に延在して円柱形状の第１ノックピン（位置決めノック）６０ａの両端が隙間なく嵌合するとともに、第２穴部５８ｂには、第２ノックピン（位置決めノック）６０ｂの両端が隙間なく嵌合する。第１ノックピン６０ａと第２ノックピン６０ｂはそれぞれ積層体１３とその両端に設けられた第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂに跨って配設される。

第１ノックピン６０ａは、第１ノック孔５７ａ内に隙間を設けて挿入される一方、第２ノックピン６０ｂは、第２ノック孔５７ｂ内に隙間を設けて挿入される。第１ノックピン６０ａの直径Ｄ３は、第１ノック孔５７ａの開口直径Ｄ１よりも小径に設定されるとともに（Ｄ３＜Ｄ１）、第２ノックピン６０ｂの直径Ｄ４は、第２ノック孔５７ｂの開口直径Ｄ２よりも小径に設定される（Ｄ４＜Ｄ２）。第２ノックピン６０ｂの直径Ｄ４、第２ノック孔５７ｂの開口直径Ｄ２、第１ノックピン６０ａの直径Ｄ３及び第１ノック孔５７ａの開口直径Ｄ１の順に大径に設定される（Ｄ４＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ１）。

第１ノックピン６０ａ及び第２ノックピン６０ｂは、好ましくは、ＳＵＳ（ステンレス）、アルミニウム、鉄、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂、カーボン等で形成される。なお、第１ノックピン６０ａと第２ノックピン６０ｂを前記の如き金属製材料等の導電性部材で構成する場合にその表面に絶縁コーティングを施すのが好ましい。

図４に示すように、第１連結バー２０ａは、押し出し成形された板状部材により構成される。第１連結バー２０ａは、断面屈曲形状を有し、燃料電池１２の凸状部材５２ａ（５２ｂ）が係合する凹状部６４が積層方向に延在して設けられる。第２連結バー２０ｂは、押し出し成形された板状部材により構成される。第２連結バー２０ｂは、燃料電池１２に対向する側面に、前記燃料電池１２の凹状部材５６ａ（５６ｂ）に係合する凸部６６が積層方向に延在して設けられる。

第１連結バー２０ａと積層体１３の外面部との間、及び第２連結バー２０ｂと前記積層体１３の外面部との間には、積層方向に延在して緩衝部材６８ａ、６８ｂが設けられる。緩衝部材６８ａ、６８ｂは、弾性を有する材料、例えば、エポキシ樹脂の他、シリコーンゴム等、第１シール部材４６及び第２シール部材４８と同様の材料で形成してもよい。また、緩衝部材６８ａ、６８ｂは、耐熱性、耐候性、耐薬品性等に優れる、例えば、ＥＰＤＭを主成分とした発泡ゴムを使用してもよい。勿論、緩衝部材６８ａ、６８ｂは必要に応じて設けられるものであって、場合によって省略できることは言うまでもない。

図１に示すように、第１エンドプレート１８ａには、全ての連通孔が形成される。全ての連通孔とは、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ、燃料ガス供給連通孔３０ａ、酸化剤ガス排出連通孔２８ｂ、燃料ガス排出連通孔３０ｂ、冷却媒体供給連通孔３２ａ及び冷却媒体排出連通孔３２ｂである。これらには、図示しないマニホールド部材が連結される。なお、第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとには、所望の連通孔を振り分けて形成してもよい。

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、第１エンドプレート１８ａの酸化剤ガス供給連通孔２８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔３０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体供給連通孔３２ａ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。

このため、図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔２８ａからカソード側セパレータ２４の酸化剤ガス流路４０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路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３０ａからアノード側セパレータ２６の燃料ガス流路４２に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路４２に沿って矢印Ｂ方向に酸化剤ガスの流れ方向とは対向するように移動し、電解質膜・電極構造体２２のアノード電極３８に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体２２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３８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、電解質膜・電極構造体２２のカソード電極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２８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体２２のアノード電極３８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３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、一対の冷却媒体供給連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６間の冷却媒体流路４４に導入される。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方向に移動して電解質膜・電極構造体２２を冷却する。この冷却媒体は、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３２ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

この場合、本実施形態では、図４に示すように、セパレータ面内中央Ｏを中心とした短辺側の点対称位置に設けられた第１ノック孔５７ａと第２ノック孔５７ｂとは、互いに異なる開口直径に設定されている。具体的には、第１ノック孔５７ａの開口直径Ｄ１は、第２ノック孔５７ｂの開口直径Ｄ２よりも大径に構成されている（Ｄ１＞Ｄ２）。

このため、任意の燃料電池１２が、他の燃料電池１２に対して反転された姿勢で配置されると、第１ノックピン６０ａが、第２ノック孔５７ｂに対する挿入用ノックピンとなる。その際、第１ノックピン６０ａは、第２ノックピン６０ｂよりも大径に設定される一方、第２ノック孔５７ｂは、第１ノック孔５７ａよりも開口直径が小さく設定されている。

具体的には、第２ノックピン６０ｂの直径Ｄ４、第２ノック孔５７ｂの開口直径Ｄ２、第１ノックピン６０ａの直径Ｄ３及び第１ノック孔５７ａの開口直径Ｄ１の順に大径に設定されている（Ｄ４＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ１）。従って、第１ノックピン６０ａを第２ノック孔５７ｂに挿入させることができず、簡単な構成で、燃料電池１２の誤組を可及的に抑制することが可能になる。これにより、所望の燃料電池スタック１０を容易且つ効率的に組み立てることができるという効果が得られる。

また、本実施形態では、セパレータ面内の一方の短辺には、酸化剤ガス供給連通孔２８ａが形成され、前記セパレータ面内の他方の短辺には、酸化剤ガス排出連通孔２８ｂが形成されている。その際、酸化剤ガス供給連通孔２８ａの開口面積は、酸化剤ガス排出連通孔２８ｂの開口面積よりも小さく設定されているとともに酸化剤ガス排出連通孔２８ｂは燃料電池１２の一端縁部にある酸化剤ガス供給連通孔２８ａよりも短手方向（矢印Ｃ方向）下方へと延在している。そして、一方の短辺には、第１ノック孔５７ａが設けられ、他方の短辺には、前記第１ノック孔５７ａよりも小径な第２ノック孔５７ｂが設けられている。

このため、一方の短辺には、小さな開口面積の酸化剤ガス供給連通孔２８ａと大径の第１ノック孔５７ａとが形成され、前記一方の短辺の強度を良好に保持することが可能になる。従って、カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６の強度低下を有効に抑制することができる。

なお、本実施形態では、１枚のＭＥＡ（電解質膜・電極構造体２２）を２枚のセパレータ（カソード側セパレータ２４及びアノード側セパレータ２６）間で挟持する、所謂、各セル冷却構造の燃料電池１２を用いている。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、２枚のＭＥＡと３枚のセパレータとを備える燃料電池が積層されるとともに、各燃料電池間に冷却媒体流路が形成される、所謂、間引き冷却構造を採用してもよい。また、本実施形態では第１穴部５８ａと第２穴部５８ｂに挿通される第１ノックピン６０ａと第２ノックピン６０ｂを長尺且つ一体的な棒状体として説明しているが、これらは長手方向に沿って２分割、３分割等分割した複数の棒状体を連結して一連の棒状体として構成可能であることは勿論である。

１０…燃料電池スタック １２…燃料電池
１３…積層体 １８ａ、１８ｂ…エンドプレート
２０ａ、２０ｂ…連結バー ２２…電解質膜・電極構造体
２４…カソード側セパレータ ２６…アノード側セパレータ
２８ａ…酸化剤ガス供給連通孔 ２８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
３０ａ…燃料ガス供給連通孔 ３０ｂ…燃料ガス排出連通孔
３２ａ…冷却媒体供給連通孔 ３２ｂ…冷却媒体排出連通孔
３４…固体高分子電解質膜 ３６…カソード電極
３８…アノード電極 ４０…酸化剤ガス流路
４２…燃料ガス流路 ４４…冷却媒体流路
４６、４８…シール部材 ５２ａ、５２ｂ…凸状部材
５６ａ、５６ｂ…凹状部材 ５７ａ、５７ｂ…ノック孔
５８ａ、５８ｂ…穴部 ６０ａ、６０ｂ…ノックピン
６４…凹状部 ６６…凸部

Claims (4)

1. 電解質膜の両側に電極を設け、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層される積層体を有する燃料電池スタックであって、
   前記セパレータは、長方形状を有し、セパレータ面内中央を中心に点対称形状に構成されるとともに、
   前記セパレータ面内の短辺側の対称位置には、第１ノック孔と、前記第１ノック孔よりも小さな開口直径に設定される第２ノック孔とが形成され、
   前記第１ノック孔には、前記燃料電池の積層方向に延在し、前記積層体を一体に貫通して位置決めを行う第１ノックピンが挿入される一方、
   前記第２ノック孔には、前記第１ノックピンよりも小径に構成され、前記積層方向に延在し、前記積層体を一体に貫通して位置決めを行う第２ノックピンが挿入さ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、前記第１ノックピンの直径は、前記第２ノック孔の開口直径よりも大径に設定され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、前記セパレータには、前記第１ノック孔が形成される第１樹脂部と、
   前記第２ノック孔が形成される第２樹脂部と、
   が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
4. 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、前記セパレータ面内の一方の短辺には、前記酸化剤ガスを前記積層方向に流通させる酸化剤ガス供給連通孔が形成され、
   前記セパレータ面内の他方の短辺には、前記酸化剤ガスを前記積層方向に流通させる酸化剤ガス排出連通孔が形成され、
   前記酸化剤ガス供給連通孔の開口面積は、前記酸化剤ガス排出連通孔の開口面積よりも小さく設定されるとともに、
   前記一方の短辺には、前記第１ノック孔が設けられ、且つ、前記他方の短辺には、前記第２ノック孔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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