JP2017168289A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】バッファ部の設計自由度を向上させるとともに、冷却媒体の配流を最適化させることを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２を備え、互いに隣接する発電セル１２の第１セパレータ２２と第３セパレータ２８との間には、冷却媒体流路５０が形成される。入口バッファ部５２ａ、７０ａ間に、入口ガイド部材７８ａが配設され、前記入口ガイド部材７８ａは、冷却媒体の配流を調整する配流調整部８０ａ〜８０ｄと、前記入口バッファ部５２ａ、７０ａに位置決めする位置決め部８２ａ〜８２ｃとを備える。
【選択図】図３

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。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方の面にカソード電極が、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。アノード電極及びカソード電極は、それぞれ触媒層（電極触媒層）とガス拡散層（多孔質カーボン）とを有している。

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、発電セル（単位燃料電池）を構成している。この発電セルは、所定の数だけ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使用されている。

燃料電池スタックでは、一方の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。さらに、各発電セルを構成し、互いに隣接するセパレータ間には、セパレータ面に沿って電極範囲内に冷却媒体を流すための冷却媒体流路が形成されている。

また、燃料電池スタックでは、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。内部マニホールド型燃料電池は、発電セルの積層方向に貫通して燃料ガスを流すための燃料ガス連通孔と、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス連通孔と、冷却媒体を流すための冷却媒体連通孔とを内部に備えている。

燃料ガス連通孔は、燃料ガスを供給する燃料ガス入口連通孔と、前記燃料ガスを排出する燃料ガス出口連通孔とを有している。酸化剤ガス連通孔は、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス入口連通孔と、前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔とを備えている。冷却媒体連通孔は、冷却媒体を供給する冷却媒体入口連通孔と、前記冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔とを備えている。

そこで、簡単な構成で、発電部全面にわたって冷却媒体を均等に供給することができ、温度の不均一による局所的な劣化や滞留水の発生を可及的に抑制することを課題として、例えば、特許文献１の燃料電池スタックが提案されている。この燃料電池スタックでは、冷却媒体流路の入口側及び前記冷却媒体流路の出口側に、それぞれ非対称三角形のバッファ部が設けられている。

そして、非対称三角形のバッファ部に対応して、一対の冷却媒体連通孔を構成するそれぞれの連結流路同士が、互いに異なる流路本数に設定されている。このため、バッファ部において、冷却媒体が流れ難い部位には、他の部位よりも前記冷却媒体を多量に供給することができ、冷却媒体流路全体に該冷却媒体を均等に供給することが可能になる、としている。

特開２０１４−１０３０２４号公報

本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、バッファ部の設計自由度を向上させるとともに、冷却媒体の配流を最適化させ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発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層されている。互いに隣接するセパレータ間には、セパレータ面に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成され、前記冷却媒体流路の入口側及び前記冷却媒体流路の出口側には、それぞれバッファ部が設けられている。入口側のバッファ部は、発電セルの積層方向に貫通する冷却媒体入口連通孔に連通する一方、出口側のバッファ部は、前記積層方向に貫通する冷却媒体出口連通孔に連通している。

バッファ部には、ガイド部材が、互いに隣接するセパレータ間に位置して離脱自在に配設されるとともに、前記ガイド部材は、冷却媒体の配流を調整する配流調整部と、前記バッファ部に位置決めする位置決め部と、を備えている。

また、セパレータの一方の面には、冷却媒体流路が形成されるとともに、前記セパレータの他方の面には、反応ガス流路と、前記反応ガス流路の入口側及び出口側にそれぞれ連通する反応ガスバッファ部とが形成されることが好ましい。その際、位置決め部は、反応ガスバッファ部に設けられるエンボス部の裏面形状である凹部により構成されることが好ましい。

さらに、冷却媒体流路の入口側には、前記冷却媒体流路を流路幅方向に挟んで冷却媒体を供給する一対の冷却媒体入口連通孔が設けられることが好ましい。一方、冷却媒体流路の出口側には、前記冷却媒体流路を流路幅方向に挟んで冷却媒体を排出する一対の冷却媒体出口連通孔が設けられることが好ましい。

本発明によれば、ガイド部材がバッファ部に位置決めされるとともに、前記ガイド部材には、配流調整部が設けられている。このため、配流調整部の形状を設定するだけで、発電セルの中央部及び前記発電セルの端部に冷却媒体を円滑且つ良好に分配することができる。従って、バッファ部の設計自由度を向上させるとともに、冷却媒体の配流を最適化させることが可能になる。

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの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。 前記燃料電池スタックを構成する冷却媒体流路に入口ガイド部材及び出口ガイド部材が配置された状態の斜視説明図である。 前記入口ガイド部材及び前記出口ガイド部材が配置された前記冷却媒体流路の正面説明図である。

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、複数の発電セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）、又は垂直方向（矢印Ｃ方向）に積層された積層体１４を備える。燃料電池スタック１０は、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。

図１及び図２に示すように、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、絶縁部材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に示すように、積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁部材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。

燃料電池スタック１０は、例えば、長方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る。なお、燃料電池スタック１０は、例えば、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、第１セパレータ２２、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）２４ａ、第２セパレータ２６、第２電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２４ｂ及び第３セパレータ２８を設ける。第１セパレータ２２、第２セパレータ２６及び第３セパレータ２８は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板等の縦長形状の金属板により構成される。

なお、第１セパレータ２２、第２セパレータ２６及び第３セパレータ２８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用いてもよい。また、発電セル１２は、単一のＭＥＡを有し、前記ＭＥＡを第１セパレータと第２セパレータとの間に挟持して構成してもよい。

図２に示すように、第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂは、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）３０を備える。固体高分子電解質膜３０は、アノード電極３２及びカソード電極３４により挟持される。アノード電極３２は、カソード電極３４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、これとは逆に、前記カソード電極３４よりも大きな平面寸法を有することもできる。また、アノード電極３２とカソード電極３４とは、同一の平面寸法に設定してもよい。

アノード電極３２及びカソード電極３４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３０の両面に形成される。

図３に示すように、発電セル１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）（水平方向）の一端縁部には、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び燃料ガス入口連通孔３８ａが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３６ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス入口連通孔３８ａは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給する。

発電セル１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の他端縁部には、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して、燃料ガスを排出する燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３６ｂが設けられる。

発電セル１２の矢印Ｃ方向（鉛直方向）の両端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び燃料ガス入口連通孔３８ａ側に位置して一対の冷却媒体入口連通孔４０ａが、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して設けられる。各冷却媒体入口連通孔４０ａは、冷却媒体を供給するとともに、互いに対向する長辺に設けられる。

発電セル１２の矢印Ｃ方向の両端縁部には、燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ側に位置して一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂが、それぞれ矢印Ａ方向に個別に連通して設けられる。各冷却媒体出口連通孔４０ｂは、冷却媒体を排出するとともに互いに対向する長辺に設けられる。なお、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを入れ替えて構成してもよい。

第１セパレータ２２の第１電解質膜・電極構造体２４ａに向かう面２２ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを連通する第１燃料ガス流路４２が形成される。第１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。

第１燃料ガス流路４２の入口側には、入口バッファ部４４ａが設けられる。入口バッファ部４４ａは、複数個のエンボス部４４ａｅを有し、前記エンボス部４４ａｅは、面２２ａから第１電解質膜・電極構造体２４ａ側に突出する凸形状を有する。第１燃料ガス流路４２の出口側には、出口バッファ部４４ｂが設けられる。出口バッファ部４４ｂは、複数個のエンボス部４４ｂｅを有し、前記エンボス部４４ｂｅは、面２２ａから第１電解質膜・電極構造体２４ａ側に突出する凸形状を有する。

燃料ガス入口連通孔３８ａと入口バッファ部４４ａ（第１燃料ガス流路４２）とは、複数の入口連結流路４６ａを介して連通する。燃料ガス出口連通孔３８ｂと出口バッファ部４４ｂ（第１燃料ガス流路４２）とは、複数の出口連結流路４６ｂを介して連通する。入口連結流路４６ａ及び出口連結流路４６ｂは、蓋体４８ａ及び蓋体４８ｂにより覆われる。

第１セパレータ２２の面２２ｂには、一対の冷却媒体入口連通孔４０ａと一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂを連通する冷却媒体流路５０の一部が形成される。冷却媒体流路５０の入口側には、入口バッファ部５２ａが設けられるとともに、前記冷却媒体流路５０の出口側には、出口バッファ部５２ｂが設けられる。

入口バッファ部５２ａは、面２２ａ側の燃料ガス用の入口バッファ部４４ａの裏面形状であり、複数個のエンボス部４４ａｅの裏面形状である複数個の凹部５２ａｅを有する。出口バッファ部５２ｂは、面２２ａ側の燃料ガス用の出口バッファ部４４ｂの裏面形状であり、複数個のエンボス部４４ｂｅの裏面形状である複数個の凹部５２ｂｅを有する。

第２セパレータ２６の第１電解質膜・電極構造体２４ａに向かう面２６ａには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路５４が形成される。第１酸化剤ガス流路５４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。第１酸化剤ガス流路５４の入口側には、入口バッファ部５６ａが設けられるとともに、前記第１酸化剤ガス流路５４の出口側には、出口バッファ部５６ｂが設けられる。

第２セパレータ２６の第２電解質膜・電極構造体２４ｂに向かう面２６ｂには、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂ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。第２燃料ガス流路５８の入口側には、入口バッファ部５６ａの裏面形状である入口バッファ部６０ａが設けられる。第２燃料ガス流路５８の出口側には、出口バッファ部５６ｂの裏面形状である出口バッファ部６０ｂが設けられる。

燃料ガス入口連通孔３８ａと入口バッファ部６０ａ（第２燃料ガス流路５８）とは、複数の入口連結流路６２ａを介して連通する。燃料ガス出口連通孔３８ｂと出口バッファ部６０ｂ（第２燃料ガス流路５８）とは、複数の出口連結流路６２ｂを介して連通する。入口連結流路６２ａ及び出口連結流路６２ｂは、蓋体６４ａ及び蓋体６４ｂにより覆われる。

第３セパレータ２８の第２電解質膜・電極構造体２４ｂに向かう面２８ａには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ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。

第２酸化剤ガス流路６６の入口側には、入口バッファ部６８ａが設けられる。入口バッファ部６８ａは、複数個のエンボス部６８ａｅを有し、前記エンボス部６８ａｅは、面２８ａから第２電解質膜・電極構造体２４ｂ側に突出する凸形状を有する。第２酸化剤ガス流路６６の出口側には、出口バッファ部６８ｂが設けられる。出口バッファ部６８ｂは、複数個のエンボス部６８ｂｅを有し、前記エンボス部６８ｂｅは、面２８ａから第２電解質膜・電極構造体２４ｂ側に突出する凸形状を有する。

第３セパレータ２８の面２８ｂには、冷却媒体流路５０の一部が形成される。冷却媒体流路５０の入口側には、入口バッファ部７０ａが設けられるとともに、前記冷却媒体流路５０の出口側には、出口バッファ部７０ｂが設けられる。

入口バッファ部７０ａは、面２８ａ側の酸化剤ガス用の入口バッファ部６８ａの裏面形状であり、複数個のエンボス部６８ａｅの裏面形状である複数個の凹部７０ａｅを有する。出口バッファ部７０ｂは、面２８ａ側の酸化剤ガス用の出口バッファ部６８ｂの裏面形状であり、複数個のエンボス部６８ｂｅの裏面形状である複数個の凹部７０ｂｅを有する。

第１セパレータ２２の面２２ａ、２２ｂには、この第１セパレータ２２の外周端縁部を周回して第１シール部材７２が一体成形される。第２セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、この第２セパレータ２６の外周端縁部を周回して第２シール部材７４が一体成形される。第３セパレータ２８の面２８ａ、２８ｂには、この第３セパレータ２８の外周端縁部を周回して第３シール部材７６が一体成形される。

第１シール部材７２、第２シール部材７４及び第３シール部材７６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。

互いに隣接する発電セル１２を構成し、冷却媒体流路５０を一体に形成する第１セパレータ２２と第３セパレータ２８との間には、樹脂製の入口ガイド部材７８ａ及び樹脂製の出口ガイド部材７８ｂが離脱自在に介装される。図３〜図５に示すように、入口ガイド部材７８ａは、冷却媒体流路５０の入口側である入口バッファ部５２ａ、７０ａ間に配置される。出口ガイド部材７８ｂは、冷却媒体流路５０の出口側である出口バッファ部５２ｂ、７０ｂ間に配置される。

入口ガイド部材７８ａは、冷却媒体の配流を調整する配流調整部８０ａ〜８０ｄと、位置決め部８２ａ〜８２ｃとを備え、これらが連結部８４により一体に連結される。配流調整部８０ａ〜８０ｄは、略長方形の薄板状を有し、幅狭な両側面が入口バッファ部５２ａ、７０ａ間に保持される。入口バッファ部５２ａ、７０ａ同士は、配流調整部８０ａ〜８０ｄの幅広な側面の幅寸法だけ離間する。

図４及び図５に示すように、配流調整部８０ａ〜８０ｄの幅狭な両側面には、それぞれの中央側を所定の長さ且つ所定の幅寸法に亘って切り欠いて隙間部８６ａ、８６ｂが形成される。配流調整部８０ａの幅狭な部位には、幅狭な連結部８４の一端が連結され、前記連結部８４の他端が位置決め部８２ａに連結される。位置決め部８２ａには、他の連結部８４の一端が連結されるとともに、前記他の連結部８４の他端は、配流調整部８０ｂの幅狭な部位に連結される。

以下、配流調整部８０ｂと配流調整部８０ｃ及び前記配流調整部８０ｃと配流調整部８０ｄは、それぞれ上記の配流調整部８０ａと前記配流調整部８０ｂの連結構成と同様の連結構成を有する。

位置決め部８２ａは、例えば、円柱形状を有し、両端がテーパ形状を有する。位置決め部８２ａの一端は、入口バッファ部５２ａの任意の凹部５２ａｅに挿入される一方、前記位置決め部８２ａの他端は、入口バッファ部７０ａの任意の凹部７０ａｅに挿入される。他の位置決め部８２ｂ、８２ｃは、上記の位置決め部８２ａと同様に構成される。なお、位置決め部８２ａ〜８２ｃの形状は、エンボス部の裏面形状に対応して四角形状や楕円形状等、種々の形状に設定することができる。

配流調整部８０ａ、８０ｂは、上方の冷却媒体入口連通孔４０ａに対応して位置及び角度が設定され、前記冷却媒体入口連通孔４０ａから導入される冷却媒体を、冷却媒体流路５０に円滑に案内する。配流調整部８０ｃ、８０ｄは、下方の冷却媒体入口連通孔４０ａに対応して位置及び角度が設定され、前記冷却媒体入口連通孔４０ａから導入される冷却媒体を、冷却媒体流路５０に円滑に案内する。

出口ガイド部材７８ｂは、上記の入口ガイド部材７８ａと同様に構成されており、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１に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの面内中央から離間した位置には、積層方向外方に延在する電力取り出し端子８８ａ、８８ｂが設けられる。電力取り出し端子８８ａ、８８ｂは、好ましくは、冷却媒体流路５０の冷却媒体入口連通孔４０ａよりも冷却媒体出口連通孔４０ｂに近い位置に設定される。

絶縁部材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。絶縁部材１８ａのターミナルプレート１６ａに対向する面には、中央部に矩形状の凹部９０ａが設けられるとともに、この凹部９０ａに孔部９２ａが連通する。ターミナルプレート１６ａの電力取り出し端子８８ａは、絶縁部材１８ａの孔部９２ａ及びエンドプレート２０ａの孔部９４ａを介して外部に露出する。

絶縁部材１８ｂのターミナルプレート１６ｂに対向する面には、中央部に矩形状の凹部９０ｂが設けられるとともに、この凹部９０ｂに孔部９２ｂが連通する。ターミナルプレート１６ｂの電力取り出し端子８８ｂは、孔部９２ｂからエンドプレート２０ｂの孔部９４ｂを介して外部に露呈する。

絶縁部材１８ａ、１８ｂ及びエンドプレート２０ａには、それぞれ一対の冷却媒体入口連通孔４０ａ及びそれぞれ一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂが形成される。絶縁部材１８ｂ及びエンドプレート２０ｂには、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが形成される。

図１及び図２に示すように、絶縁部材１８ａの凹部９０ａには、断熱部材９６及びターミナルプレート１６ａが収容される。断熱部材９６は、例えば、それぞれ材質の異なる少なくとも第１断熱部材９８と第２断熱部材１００とを備え、前記第１断熱部材９８と前記第２断熱部材１００とが交互に積層される。第１断熱部材９８は、例えば、金属プレートで構成される一方、第２断熱部材１００は、例えば、多孔性カーボンプレートで構成される。図示しないが、絶縁部材１８ｂの凹部９０ｂにも、同様に断熱部材９６及びターミナルプレート１６ｂが収容される。

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。

まず、図１に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、エンドプレート２０ｂの酸化剤ガス入口連通孔３６ａに供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、エンドプレート２０ｂ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、エンドプレート２０ａの一対の冷却媒体入口連通孔４０ａ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３６ａから第２セパレータ２６の第１酸化剤ガス流路５４及び第３セパレータ２８の第２酸化剤ガス流路６６に導入される。酸化剤ガスは、矢印Ｂ方向に移動して第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂの各カソード電極３４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セパレータ２２の第１燃料ガス流路４２及び第２セパレータ２６の第２燃料ガス流路５８に導入される。燃料ガスは、第１燃料ガス流路４２及び第２燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂの各アノード電極３２に供給される。

従って、第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂでは、各カソード電極３４に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極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、各カソード電極３４に供給されて一部が消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、各アノード電極３２に供給されて一部が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、図３に示すように、各冷却媒体入口連通孔４０ａに供給された冷却媒体は、互いに隣接する第１セパレータ２２と第３セパレータ２８との間の冷却媒体流路５０に導入される。冷却媒体は、互いに近接するように、矢印Ｃ方向に流通する。冷却媒体は、さらに矢印Ｂ方向に流通して第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂを冷却する。次いで、冷却媒体は、互いに離間するように、矢印Ｃ方向に流通して各冷却媒体出口連通孔４０ｂから排出される。

この場合、本実施形態では、図４及び図５に示すように、冷却媒体流路５０の入口側には、幅狭な両側面が入口バッファ部５２ａ、７０ａ間に保持されて入口ガイド部材７８ａが配設されている。入口ガイド部材７８ａは、冷却媒体の配流を調整する配流調整部８０ａ〜８０ｄと、位置決め部８２ａ〜８２ｃとが、連結部８４を介して一体に構成されている。

このため、上下一対の冷却媒体入口連通孔４０ａから入口バッファ部５２ａ、７０ａに導入された冷却媒体は、配流調整部８０ａ〜８０ｄに形成された隙間部８６ａ、８６ｂ及び各連結部８４の両側を通って案内されている。

従って、配流調整部８０ａ〜８０ｄの形状（隙間部８６ａ、８６ｂの寸法、位置及び角度等）を設定するだけで、発電セル１２の中央部及び前記発電セル１２の端部に冷却媒体を円滑且つ良好に分配することができる。これにより、入口バッファ部５２ａ、７０ａの設計自由度を向上させるとともに、冷却媒体の配流を最適化させることが可能になるという効果が得られる。

一方、冷却媒体流路５０の出口側には、幅狭な両側面が出口バッファ部５２ｂ、７０ｂ間に保持されて出口ガイド部材７８ｂが配設されている。出口ガイド部材７８ｂは、入口ガイド部材７８ａと同様に、冷却媒体の配流を調整する配流調整部８０ａ〜８０ｄと、位置決め部８２ａ〜８２ｃとが、連結部８４を介して一体に構成されている。

このため、冷却媒体は、出口バッファ部５２ｂ、７０ｂから一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂに円滑に排出される。従って、出口バッファ部５２ｂ、７０ｂの設計自由度を向上させるとともに、冷却媒体の配流を最適化させることが可能になる。

これにより、第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂの熱劣化や、積層体１４の端部に配置されている端部発電セル１２end（図２参照）の温度低下等を、確実に阻止することができる。

さらに、入口ガイド部材７８ａでは、位置決め部８２ａ〜８２ｃの一端が入口バッファ部５２ａの任意の凹部５２ａｅに挿入される一方、他端が入口バッファ部７０ａの任意の凹部７０ａｅに挿入されている。凹部５２ａｅは、エンボス部４４ａｅの裏面形状であり、凹部７０ａｅは、エンボス部６８ａｅの裏面形状である。

このため、入口ガイド部材７８ａを位置決めするために専用の加工を施す必要がなく、簡単且つ経済的に、前記入口ガイド部材７８ａを位置決め保持することが可能になる。

一方、出口ガイド部材７８ｂでは、位置決め部８２ａ〜８２ｃの一端が出口バッファ部５２ｂの任意の凹部５２ｂｅに挿入される一方、他端が出口バッファ部７０ｂの任意の凹部７０ｂｅに挿入されている。凹部５２ｂｅは、エンボス部４４ｂｅの裏面形状であり、凹部７０ｂｅは、エンボス部６８ｂｅの裏面形状である。

従って、出口ガイド部材７８ｂを位置決めするために専用の加工を施す必要がなく、簡単且つ経済的に、前記出口ガイド部材７８ｂを位置決め保持することが可能になる。なお、入口ガイド部材７８ａ及び出口ガイド部材７８ｂは、最適な配流が実現できる形状であればよく、本実施形態に限定されない。また、本実施形態では、入口ガイド部材７８ａと出口ガイド部材７８ｂとの両方を備えているが、必要に応じて、いずれか一方のみを備えていてもよい。

１０…燃料電池スタック １２…発電セル
１２end…端部発電セル １４…積層体
１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート １８ａ、１８ｂ…絶縁部材
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート ２２、２６、２８…セパレータ
２４ａ、２４ｂ…電解質膜・電極構造体 ３０…固体高分子電解質膜
３２…アノード電極 ３４…カソード電極
３６ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ３６ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３８ａ…燃料ガス入口連通孔 ３８ｂ…燃料ガス出口連通孔
４０ａ…冷却媒体入口連通孔 ４０ｂ…冷却媒体出口連通孔
４２、５８…燃料ガス流路
４４ａ、５２ａ、５６ａ、６０ａ、６８ａ、７０ａ…入口バッファ部
４４ａｅ、４４ｂｅ、６８ａｅ、６８ｂｅ…エンボス部
４４ｂ、５２ｂ、５６ｂ、６０ｂ、６８ｂ、７０ｂ…出口バッファ部
５０…冷却媒体流路
５２ａｅ、５２ｂｅ、７０ａｅ、７０ｂｅ…凹部
５４、６６…酸化剤ガス流路 ７８ａ…入口ガイド部材
７８ｂ…出口ガイド部材 ８０ａ〜８０ｄ…配流調整部
８２ａ〜８２ｃ…位置決め部 ８４…連結部
８６ａ、８６ｂ…隙間部

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を備え、複数の前記発電セルが積層されるとともに、互いに隣接する前記セパレータ間には、セパレータ面に沿って冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成され、前記冷却媒体流路の入口側及び前記冷却媒体流路の出口側には、それぞれバッファ部が設けられ、前記入口側の前記バッファ部は、前記発電セルの積層方向に貫通する冷却媒体入口連通孔に連通する一方、前記出口側の前記バッファ部は、前記積層方向に貫通する冷却媒体出口連通孔に連通する燃料電池スタックであって、
   前記バッファ部には、ガイド部材が、互いに隣接する前記セパレータ間に位置して離脱自在に配設されるとともに、
   前記ガイド部材は、前記冷却媒体の配流を調整する配流調整部と、
   前記バッファ部に位置決めする位置決め部と、
   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であって、前記セパレータの一方の面には、前記冷却媒体流路が形成されるとともに、
   前記セパレータの他方の面には、反応ガス流路と、前記反応ガス流路の入口側及び出口側にそれぞれ連通する反応ガスバッファ部とが形成され、
   前記位置決め部は、前記反応ガスバッファ部に設けられるエンボス部の裏面形状である凹部により構成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であって、前記冷却媒体流路の前記入口側には、前記冷却媒体流路を流路幅方向に挟んで前記冷却媒体を供給する一対の前記冷却媒体入口連通孔が設けられる一方、
   前記冷却媒体流路の出口側には、前記冷却媒体流路を前記流路幅方向に挟んで前記冷却媒体を排出する一対の前記冷却媒体出口連通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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