JP2020144986A

JP2020144986A - 燃料電池スタック

Info

Publication number: JP2020144986A
Application number: JP2019038403A
Authority: JP
Inventors: 秀晴内藤; Hideharu Naito; 孝介高木; Kosuke Takagi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2020-09-10
Anticipated expiration: 2039-03-04
Also published as: CN211295269U; JP7038073B2

Abstract

【課題】サポートバーに滞留する液水を抑制することができる燃料電池スタックを提供する。【解決手段】燃料電池スタック１０は、発電セル１２を複数積層した積層体１４と、積層体１４の積層方向の両端に設けられた一対のエンドプレート２４ａ、２４ｂとを備える。発電セル１２は、外周３３、３５から突出するタブ６０を持つセパレータ３０を有する。また、燃料電池スタック１０は、一対のエンドプレート２４ａ、２４ｂの底辺に跨って設けられると共に、タブ６０を収容可能な凹部７２を有するサポートバー７０Ｂを備える。サポートバー７０Ｂは、底部７４と、底部７４の両端から突出する側部７６とで凹部７２を構成しており、且つ液水を流出可能な開口部９２を底部７４に有する。【選択図】図４

Description

本発明は、複数の発電セルを積層した燃料電池スタックに関する。

燃料電池スタックは、特許文献１に示すように、燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電を行う発電セルを複数積層した積層体を備える。各発電セルは、アノード電極、電解質膜、カソード電極を積層した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）と、ＭＥＡを挟持するバイポーラ板である一対のセパレータとを有する。

また、特許文献１に開示のセパレータは、外方に突出するタブを外周に備える。タブは、積層体の一対のセパレータ間を延在する連結部材（サポートバー）の凹部に収容されている。これにより、衝撃時の荷重が燃料電池スタックにかかった際には、サポートバーにタブが係合して、セパレータ同士の位置ずれが防止される。

特開２０１６−１４３５４５号公報

ところで、燃料電池スタックでは、スタックケース内に生じる水蒸気が結露する等の理由により、サポートバーの凹部に水（液体）が滞留することがある。しかしながら、このようにサポートバーの凹部に滞留水が存在すると、滞留水及びサポートバーを介して発電セルのセパレータに微弱な電流が流れ地絡するおそれがある。

本発明は、上記の技術に関連してなされたものであり、簡単な構成によってサポートバーに液水が滞留することを抑制することができる燃料電池スタックを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一態様は、外周から突出するタブを持つセパレータを有する発電セルを複数積層した積層体と、前記積層体の積層方向の両端に設けられた一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートの底辺に跨って設けられると共に、前記タブを収容可能な凹部を有するサポートバーとを備える燃料電池スタックであって、前記サポートバーは、底部と、前記底部の両端から突出する側部とで前記凹部を構成しており、且つ液水を流出可能な開口部を前記底部又は前記側部に有する。

上記の燃料電池スタックは、サポートバーの凹部を構成する底部に開口部を有するという簡単な構成によって、凹部に溜まる液水を開口部から排出することができる。従って、燃料電池スタック内の水蒸気がサポートバーの凹部において結露しても、凹部での液水の滞留が抑制される。その結果、サポートバー及び液水を介した発電セルの地絡が生じ難くなり、燃料電池スタックは安全に発電を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの全体構成を示す分解斜視図である。発電セルの構成を示す分解斜視図である。発電セル及びサポートバーを収容した状態の燃料電池スタックの断面図である。サポートバーの一端部を拡大して示す斜視図である。燃料電池スタック内のサポートバーからの液水の流出状態を示す部分断面説明図である。変形例に係るサポートバーの一端部を拡大して示す斜視図である。

以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る燃料電池スタック１０は、単位燃料電池である発電セル１２を複数備える。複数の発電セル１２は、水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４に構成されている。燃料電池スタック１０は、例えば図示しない燃料電池自動車に、積層体１４の積層方向と車幅方向が一致するように搭載される。なお、積層体１４は、燃料電池自動車の搭載状態で、複数の発電セル１２を重力方向（矢印Ｃ方向）に積層していてもよい。

燃料電池スタック１０は、燃料電池自動車に積層体１４を搭載するために、積層体１４を収容可能なスタックケース１６を備える。また、スタックケース１６の一端側には、燃料電池スタック１０を含む図示しない燃料電池システムの配管、補機（デバイス）等が連結される。

スタックケース１６は、収容空間２０ａを有する筒状のケース本体２０と、ケース本体２０の両端を閉じる一対のエンドプレート２４ａ、２４ｂとを備える。ケース本体２０は、押出成形、鋳造等により、天板、一対の側板及び底板が連なる一体構造物として構成される。なお、ケース本体２０は、別体に構成された天板、一対の側板及び底板を接合した構成でもよい。

ケース本体２０の長手方向（矢印Ａ方向）両端部には、収容空間２０ａに連通する開放部２０ｂが設けられている。開放部２０ｂを囲うケース本体２０の両端面には、本体側ネジ穴２０ｃが複数形成されている。

収容空間２０ａにおいて、複数の発電セル１２の積層方向（矢印Ａ方向）一端側には、ターミナルプレート２２ａ、インシュレータ２３ａが外方に向かって順に配置される。また複数の発電セル１２の積層方向他端側には、ターミナルプレート２２ｂ、インシュレータ２３ｂが外方に向かって順に配置される。そして、ターミナルプレート２２ａ、インシュレータ２３ａを含む積層体１４の積層方向一端部には、エンドプレート２４ａが配置される。ターミナルプレート２２ｂ、インシュレータ２３ｂを含む積層体１４の積層方向他端部には、エンドプレート２４ｂが配置される。

一対のエンドプレート２４ａ、２４ｂの各々には、複数の締結孔２５が設けられている。複数の締結孔２５は、ケース本体２０の複数の本体側ネジ穴２０ｃに対向している。エンドプレート２４ａ、２４ｂは、燃料電池スタック１０の組立時に、ボルト２６が各締結孔２５を通して本体側ネジ穴２０ｃに螺合されることで、ケース本体２０に固定される。ケース本体２０とエンドプレート２４ａ、２４ｂの間には、燃料電池スタック１０の組立時に、ガスの漏出を遮断するシール部材２７（図５参照）が配置される。

このように構成された燃料電池スタック１０は、一対のエンドプレート２４ａ、２４ｂ間にて積層体１４を挟持し、一対のエンドプレート２４ａ、２４ｂを介してケース本体２０から積層方向（矢印Ａ方向）の締付荷重を積層体１４に付与する。締付荷重の調整は、インシュレータ２３ａ、２３ｂの厚さの調整又は厚さを調整したシム（不図示）の配置等により行う。この締付荷重によって、積層体１４を構成する複数の発電セル１２は、発電時における反応ガスの漏出等が抑制されると共に、発電面に適切な面圧が付与される。

図２に示すように、燃料電池スタック１０の発電セル１２は、樹脂枠付きＭＥＡ２８と、樹脂枠付きＭＥＡ２８を挟持する一対のセパレータ３２、３４とを備える（以下、２つのセパレータ３２、３４をまとめてセパレータ３０ともいう）。具体的には、樹脂枠付きＭＥＡ２８の一方面側に配置された第１セパレータ３２と、樹脂枠付きＭＥＡ２８の他方面側に配置された第２セパレータ３４とを有する。

発電セル１２の樹脂枠付きＭＥＡ２８は、電解質膜・電極構造体２８ａ（以下、「ＭＥＡ２８ａ」という）と、ＭＥＡ２８ａの外周部に接合され当該外周部を周回する樹脂枠部材３６とを備える。さらに、ＭＥＡ２８ａは、電解質膜３８と、電解質膜３８の一方の面に設けられたカソード電極４０と、電解質膜３８の他方の面に設けられたアノード電極４２とを有する。なお、ＭＥＡ２８ａは、樹脂枠部材３６を用いることなく、電解質膜３８を外方に突出させてもよい。樹脂枠部材３６には枠状のフィルム部材を用いてもよい。

電解質膜３８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）が適用される。なお、電解質膜３８は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。また図示は省略するが、アノード電極４２及びカソード電極４０は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子とイオン交換成分を含むペーストをガス拡散層の表面に一様に塗布して形成され、電解質膜３８に接合される電極触媒層とを有する。

樹脂枠部材３６は、ＭＥＡ２８ａの周囲に設けられることで、電解質膜３８のコストの低減を促すと共に、ＭＥＡ２８ａと第１及び第２セパレータ３２、３４との接触圧を適切に調整しシール性を確保する。この樹脂枠部材３６は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィンで構成される。

第１セパレータ３２は、一方の反応ガスである酸化剤ガス（例えば、酸素含有ガス）を流動させる酸化剤ガス流路４４を、樹脂枠付きＭＥＡ２８のカソード電極４０に対向する面３２ａに備える。酸化剤ガス流路４４は、第１セパレータ３２の矢印Ｂ方向に延在する複数本の突条部４４ａ間に形成された直線状流路溝又は波状流路溝によって構成される。

第２セパレータ３４は、他方の反応ガスである燃料ガス（例えば、水素含有ガス）を流動させる燃料ガス流路４６を、樹脂枠付きＭＥＡ２８のアノード電極４２に対向する面３４ａに備える（図２中では、便宜的に、ＭＥＡ２８ａのアノード電極４２上に燃料ガスの流動方向を示す）。燃料ガス流路４６は、第２セパレータ３４の矢印Ｂ方向に延在する複数本の突条部４６ａ間に形成された直線状流路溝又は波状流路溝によって構成される。

また、互いに積層される第１セパレータ３２の面３２ｂと第２セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷媒（例えば、水）を流動させる冷媒流路４８が設けられる。冷媒流路４８は、第１セパレータ３２の酸化剤ガス流路４４の裏面形状と、第２セパレータ３４の燃料ガス流路４６の裏面形状とが重なり合って形成される。

第１及び第２セパレータ３２、３４、樹脂枠部材３６の長手方向（矢印Ｂ方向）の一端部には、積層方向（矢印Ａ方向）に連通する酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、冷媒入口連通孔５２ａ及び燃料ガス出口連通孔５４ｂがそれぞれ設けられる。酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、冷媒入口連通孔５２ａ及び燃料ガス出口連通孔５４ｂは、短手方向（矢印Ｃ方向）に配列されている。酸化剤ガス入口連通孔５０ａは酸化剤ガスを酸化剤ガス流路４４に供給する。冷媒入口連通孔５２ａは冷媒を冷媒流路４８に供給する。燃料ガス出口連通孔５４ｂは燃料ガスを燃料ガス流路４６から排出する。

第１及び第２セパレータ３２、３４、樹脂枠部材３６の長手方向（矢印Ｂ方向）の他端部には、積層方向に連通する燃料ガス入口連通孔５４ａ、冷媒出口連通孔５２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂがそれぞれ設けられる。燃料ガス入口連通孔５４ａ、冷媒出口連通孔５２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂは、短手方向（矢印Ｃ方向）に配列されている。燃料ガス入口連通孔５４ａは燃料ガス流路４６に燃料ガスを供給する。冷媒出口連通孔５２ｂは冷媒流路４８から冷媒を排出する。酸化剤ガス出口連通孔５０ｂは酸化剤ガス流路４４から酸化剤ガスを排出する。

酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、酸化剤ガス出口連通孔５０ｂ、燃料ガス入口連通孔５４ａ、燃料ガス出口連通孔５４ｂ、冷媒入口連通孔５２ａ及び冷媒出口連通孔５２ｂは、積層体１４の積層方向一端側の構造部（ターミナルプレート２２ａ、インシュレータ２３ａ及びエンドプレート２４ａ）を貫通し、エンドプレート２４ａに接続される図示しない配管に連通する。なお酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、酸化剤ガス出口連通孔５０ｂ、燃料ガス入口連通孔５４ａ、燃料ガス出口連通孔５４ｂ、冷媒入口連通孔５２ａ、冷媒出口連通孔５２ｂの配置や形状は、図示例に限定されず、燃料電池スタック１０の仕様に応じて適宜設計し得る。

また、第１セパレータ３２の面３２ａには、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出し、樹脂枠部材３６に接触してシール（ビードシール）を形成する第１ビード部５６がプレス成形されている。第１ビード部５６は、酸化剤ガス流路４４の外周側を周回すると共に、燃料ガス入口連通孔５４ａ、燃料ガス出口連通孔５４ｂ、冷媒入口連通孔５２ａ及び冷媒出口連通孔５２ｂの周囲をそれぞれ囲み、酸化剤ガス流路４４への燃料ガスや冷媒の流入を防止する。

第２セパレータ３４の面３４ａには、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出し、樹脂枠部材３６に接触してシール（ビードシール）を形成する第２ビード部５８がプレス成形されている。第２ビード部５８は、燃料ガス流路４６の外周側を周回すると共に、酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、酸化剤ガス出口連通孔５０ｂ、冷媒入口連通孔５２ａ及び冷媒出口連通孔５２ｂの周囲をそれぞれ囲み、燃料ガス流路４６への酸化剤ガスや冷媒の流入を防止する。

セパレータ３０（第１及び第２セパレータ３２、３４）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、或いは金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板の断面を波形にプレス成形することで導電性を有する金属セパレータに構成される。なお、セパレータ３０は、カーボン材料又はカーボンと樹脂の混合材料により構成されたカーボンセパレータを適用してもよい。また、第１及び第２セパレータ３２、３４の外周３３、３５には、絶縁性樹脂材料が設けられていてもよい。さらに、第１及び第２セパレータ３２、３４は、ビードシールの代わりに弾性を有するゴムシールを用いてもよい。

第１セパレータ３２と第２セパレータ３４は、溶接、ろう付け、かしめ等の接合方法により、相互に接合されて接合セパレータに構成される。複数の発電セル１２は、製造時に接合セパレータと樹脂枠付きＭＥＡ２８を交互に積層することで積層体１４に形成される。これにより積層体１４は、第１セパレータ３２と樹脂枠付きＭＥＡ２８間の酸化剤ガス流路４４、樹脂枠付きＭＥＡ２８と第２セパレータ３４間の燃料ガス流路４６、及び第１セパレータ３２と第２セパレータ３４間の冷媒流路４８を順に繰り返した構造を呈する。

また図１〜図３に示すように、発電セル１２のセパレータ３０（第１及び第２セパレータ３２、３４）の各外周３３、３５には、複数のタブ（突出片）６０（例えば、一対のタブ６０）がそれぞれ設けられている。複数のタブ６０は、第１及び第２セパレータ３２、３４の長辺である上辺と下辺に設けられる。上辺側のタブ６０は、矢印Ｂ方向中央部に対して他端側に寄った位置にあり、下辺側のタブ６０は、矢印Ｂ方向中央部に対し一端側に寄った位置にある。なお、各外周３３、３５上におけるタブ６０の位置は特に限定されるものではない。また、一方のセパレータ３０のみにタブ６０を設け、他方のセパレータ３０にタブ６０を設けなくてもよい。

各タブ６０は、支持部６２、荷重受け部６４及びリブ６５を有する。支持部６２は、台形状を呈し、プレス成形によりセパレータ３０の外周３３、３５から外方（矢印Ｃ方向）に向かって突出するように一体成形される。リブ６５は、支持部６２に形成され、積層方向に突出すると共に支持部６２の幅方向（矢印Ｂ方向）に沿って延在している。

荷重受け部６４は、ろう付け、溶接等の接合部６３を介して支持部６２に接合される。荷重受け部６４は、その幅方向両側の各々が略三角形状に形成され、幅方向（矢印Ｂ方向）中心線を基準に対称形状を呈している。荷重受け部６４の中央部には、位置決め孔６６が形成されている。位置決め孔６６には、燃料電池スタック１０の製造時に複数の発電セル１２を位置決めするためのロッド６７（図５参照）が挿通される。ロッド６７の矢印Ａ方向両端部は、一対のエンドプレート２４ａ、２４ｂに固定される。一対のエンドプレート２４ａ、２４ｂの各々には、ロッド６７を通す孔部２４ａ１、２４ｂ１が複数設けられている。各孔部２４ａ１、２４ｂ１には第１固定部材６９ａ及び第２固定部材６９ｂ（図５参照）が設けられ、第１固定部材６９ａはロッド６７を貫通支持し、第２固定部材６９ｂはロッド６７の端部を覆うように支持する。

荷重受け部６４は、金属薄板により構成され、外周及び位置決め孔６６の内周が絶縁性樹脂材料により構成される。荷重受け部６４を構成する樹脂材料は、電気的な絶縁性能を備えていれば特に限定されず、例えば、ポリカーボネイト、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルフォン、フッ素樹脂等、又はインシュレータ２３ａ、２３ｂと同様の材料を適用することができる。なお、タブ６０の構成は、特に限定されず、例えば、支持部６２と荷重受け部６４が一体成形されていてもよい。荷重受け部６４の形状も、矩形状、台形状等に形成されていてもよい。

以上のタブ６０は、図１に示すように、複数の発電セル１２（セパレータ３０）の積層状態で、矢印Ａ方向に沿って一列に並ぶタブ列６８を構成する。本実施形態においてタブ列６８は、積層体１４の外周である上面と下面の各々に形成される。燃料電池スタック１０は、このタブ列６８（複数のタブ６０）を収容する凹部７２を有し、セパレータ３０の外周３３、３５に係合可能なサポートバー７０を備える。

図１及び図３に示すように、サポートバー７０は、各タブ列６８（タブ６０）に対応して、矩形状のセパレータ３０の４辺のうち一対の長辺（矢印Ｃ方向に位置する上辺と下辺）に１つずつ配置される。以下、セパレータ３０の上辺に位置するものをサポートバー７０Ａともいい、セパレータ３０の下辺に位置するものをサポートバー７０Ｂともいう。すなわち、サポートバー７０Ａは、一対のエンドプレート２４ａ、２４ｂの上辺に跨って設けられる一方で、サポートバー７０Ｂは、一対のエンドプレート２４ａ、２４ｂの底辺に跨って設けられる。

なお、タブ６０及びサポートバー７０の設置位置は、燃料電池自動車が受ける荷重の方向に応じて任意に設計してよい。例えば、サポートバー７０は、セパレータ３０の一対の長辺のうちいずれか１つに設けられるだけでもよい。或いは、セパレータ３０の上辺や下辺が短辺に構成されている場合はこの短辺に設けられてもよい。またサポートバー７０は、セパレータ３０の４辺全てに設けられてもよい。さらにまた、サポートバー７０は、セパレータ３０の一辺に対し複数設けられてもよい。

サポートバー７０は、ケース本体２０の矢印Ａ方向（発電セル１２の積層方向）の長さに略一致する全長に設定されている。図３及び図４に示すように、サポートバー７０の凹部７２は、タブ列６８（セパレータ３０のタブ６０）を収容するために積層体１４と対向する面に形成されている。凹部７２は、断面視で、底の角部７７がＲ形状を有する横長の溝であり、サポートバー７０の底部７４と一対の側部７６とに囲われている。この凹部７２は、サポートバー７０の延在方向（矢印Ａ方向）の全長にわたって形成される。

サポートバー７０は、タブ６０の幅方向（矢印Ｂ方向）の荷重を受けることが可能な適宜の剛性を有していれば、構成材料については特に限定されない。例えば、サポートバー７０の構成材料としては、アルミニウム、鉄、チタン等の金属材料を適用し得る。なお、サポートバー７０は、絶縁性樹脂材料により構成してもよく、又は金属製の本体に絶縁性樹脂部材を被覆して構成してもよい。この場合、タブ６０の外周を樹脂材料で覆うことなく金属材料だけで構成することも可能となる。

また、本実施形態において、サポートバー７０の矢印Ａ方向の一端部７１ａは、エンドプレート２４ａに接合される。その一方で、サポートバー７０の矢印Ａ方向の他端部７１ｂは、締付荷重を付与しないようにエンドプレート２４ｂに支持される。

具体的には図１に示すように、サポートバー７０の一端部７１ａには、一対の接合用穴部７８が形成される一方で、エンドプレート２４ａには、各接合用穴部７８に対応して一対の孔部８０が形成される。そして、一対の接合用穴部７８及び一対の孔部８０を跨いで一対の中空ノックピン８２及び一対の締結ボルト８４が挿入される。この際、締結ボルト８４は、中空ノックピン８２の中央部を通り、その挿入方向先端の雄ネジ部が接合用穴部７８の雌ネジ部に螺合される。これによりサポートバー７０の一端部７１ａとエンドプレート２４ａとが強固に締結される。なお、サポートバー７０の一端部７０ａに設けられる締結ボルト８４（及び接合用穴部７８）の数は、２つに限定されるものではない。

また、サポートバー７０の他端部７１ｂには、一対の第１穴８６が形成される一方で、エンドプレート２４ｂには、各第１穴８６に対応して一対の第２穴８８が形成される。第１穴８６と第２穴８８は、相互に対向し合うことで袋形状の空間を形成する。そして、一対の第１穴８６及び一対の第２穴８８を跨いで一対の中実ピン９０（又は中空のピン）が挿入される。これによりサポートバー７０の他端部７１ｂは、サポートバー７０に対し締付荷重を付与せずに、エンドプレート２４ｂに支持される。中実ピン９０に支持されたサポートバー７０の他端部７０ｂの他端面７０ｂ１とエンドプレート２４ｂとの間には、微小な隙間がある。つまり、本明細書における「支持」とは、サポートバー７０が中実ピン９０の軸方向に移動可能、且つ半径方向に移動不能であることを言う。

ここで既述したように、積層体１４（発電セル１２）の下辺側に設けられるサポートバー７０Ｂは、上方に向かって開放する凹部７２を有することで、スタックケース１６内に生じた水蒸気が結露して凹部７２に液水が滞留する可能性がある。或いは、発電セル１２の発電時に生じた生成水（液水）が積層体１４から凹部７２に落下して凹部７２に滞留する可能性がある。以下、凹部７２に滞留する液水を滞留水ともいう。

このため図１及び図４に示すように、サポートバー７０Ｂは、滞留水を流出可能な開口部９２を底部７４に備える。なお、積層体１４（発電セル１２）の上辺側に設けられるサポートバー７０Ａには、開口部９２が設けられていない。

本実施形態において、開口部９２は、サポートバー７０Ｂの一端部７１ａ及び他端部７１ｂにそれぞれ設けられた一対の切り欠き９４として構成されている。この切り欠き９４は、サポートバー７０Ｂの長手方向（矢印Ａ方向）の一端面７１ａ１及び他端面７１ｂ１から長手方向内側に向かって底部７４を短く切り欠くことで形成される。切り欠き９４は、底部７４を厚さ方向に貫通しており、凹部７２の底面（サポートバー７０Ｂの内面）と、底部７４の下面（サポートバー７０Ｂの外面）を連通させている。

切り欠き９４は、平面視で、矩形状に形成されている。切り欠き９４は、滞留水が円滑に排出される程度の切り欠き面積を有していればよい。なお、切り欠き９４の平面形状は、特に限定されず、半円形状や他の多角形状に形成されてもよい。また、本実施形態に係る切り欠き９４は、底部７４の厚さ方向に同形状に形成されているが、開口部９２は、底部７４の厚さ方向に向かってテーパ状等に形成されることで、面積や形状が変化していてもよい。

切り欠き９４は、サポートバー７０Ｂの底部７４と側部７６が連結する一対のＲ形状の角部７７よりも内側の平坦部分に設けられる。具体的には、切り欠き９４は、サポートバー７０Ｂの幅方向（矢印Ｂ方向）中心位置にあり、例えば、サポートバー７０の幅寸法の１／５以下の幅寸法に設定されている。なお、切り欠き９４は、図示例において一端面７１ａ１と他端面７１ｂ１に１つずつ形成されているが、２つ以上形成されてもよい。

図１及び図５に示すように、燃料電池スタック１０の組付状態において、上記のサポートバー７０Ｂは、一対のエンドプレート２４ａ、２４ｂとの各境界に切り欠き９４（開口部９２）をそれぞれ位置させる。この状態において、切り欠き９４の下方の開口側は、ケース本体２０の底板に対向する。従って、サポートバー７０Ｂの凹部７２に留まる滞留水は切り欠き９４に流動し、切り欠き９４を通して底板に落下する。

ケース本体２０は、エンドプレート２４ａ、２４ｂにより閉塞されていることで、セパレータ３０の外周３３、３５から離間した底板上の空間にて滞留水を貯めることができる。なお、スタックケース１６は、当該スタックケース１６の外部に滞留水を排出可能なドレン孔９１（図５中の破線参照）を、切り欠き９４の近くのケース本体２０又はエンドプレート２４ａ、２４ｂに備えているのが好ましい。

本実施形態に係る燃料電池スタック１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下その動作について説明する。

図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１０は、エンドプレート２４ａに連結された配管（不図示）を介して、酸化剤ガス入口連通孔５０ａに酸化剤ガスが供給され、燃料ガス入口連通孔５４ａに燃料ガスが供給され、冷媒入口連通孔５２ａに冷媒が供給され、発電が行われる。

酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔５０ａから第１セパレータ３２の酸化剤ガス流路４４に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ２８ａのカソード電極４０に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔５４ａから第２セパレータ３４の燃料ガス流路４６に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４６に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ２８ａのアノード電極４２に供給される。

各ＭＥＡ２８ａは、カソード電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４２に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電が行われる。カソード電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４４から酸化剤ガス出口連通孔５０ｂへと流動し、酸化剤ガス出口連通孔５０ｂに沿って排出される。同様に、アノード電極４２に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス流路４６から燃料ガス出口連通孔５４ｂへと流動し、燃料ガス出口連通孔５４ｂに沿って排出される。

また、冷媒入口連通孔５２ａに供給された冷媒は、第１セパレータ３２と第２セパレータ３４との間に形成された冷媒流路４８に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷媒は、ＭＥＡ２８ａを冷却した後、冷媒出口連通孔５２ｂから排出される。

そして、燃料電池スタック１０は、図３に示すように、各発電セル１２のタブ６０がサポートバー７０の凹部７２に配置されている。これにより例えば、燃料電池自動車が前方（矢印Ｂ方向）から衝撃を受けて燃料電池スタック１０に衝撃荷重がかかった場合でも、サポートバー７０の凹部７２にタブ６０が係合することで、各発電セル１２の横ずれが防止される。

また、燃料電池スタック１０のスタックケース１６内には、大気中の水蒸気及び発電時の生成水による水蒸気が含まれる。図５に示すように、この水蒸気は、特に燃料電池スタック１０の温度が低下した際に、サポートバー７０Ｂの凹部７２において結露する、又は積層体１４やロッド６７の表面において結露してこの結露水が凹部７２に落下する等により、凹部７２において滞留水となる。

この滞留水は、凹部７２に沿って矢印Ａ方向に流動し、切り欠き９４（開口部９２）に移動すると、切り欠き９４を通してサポートバー７０Ｂの下方に落下する。これにより、凹部７２に滞留水が留まることなく、セパレータ３０のタブ６０が滞留水により電気的に導通することが抑制される。

また、スタックケース１６の底板に落下した滞留水は、積層体１４から離間したスタックケース１６の底に溜まる。この滞留水は、燃料電池スタック１０の温度が上昇すると、時間経過に伴い自然気化する。

なお、本発明に係る燃料電池スタック１０は、上述の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、一対のエンドプレート２４ａ、２４ｂの各々にサポートバー７０を連結する（つまりサポートバー７０の他端部７１ｂを支持構造とせずに締結構造とする）ことで、サポートバー７０を用いて積層体１４に締付荷重を付与する構成でもよい。

また、サポートバー７０Ｂは、矢印Ａ方向の両端部（一端部７１ａ、他端部７１ｂ）の各々に開口部９２を備えることに限定されず、少なくとも一方の端部（端面）に開口部９２（切り欠き９４）を備えていればよい。例えば、燃料電池スタック１０は、矢印Ａ方向の両端部の高さが異なる（矢印Ｃ方向に傾く）ように燃料電池自動車に設置された場合、開口部９２は、矢印Ａ方向の両端部のうち低いほうの端部に設けられればよい。

さらに、サポートバー７０Ｂの開口部９２は、切り欠き９４として構成されることに限定されない。例えば、図６に示す変形例に係るサポートバー９６のように、開口部９２は、サポートバー９６の底部７４を貫通する貫通孔９８でもよい。この貫通孔９８は、平面視で正円形状を呈し、底部７４の幅方向中心位置に形成されている。なお、貫通孔９８の平面形状は、サポートバー９６の強度への影響が少ない正円形状が好ましいものの、これに限定されず、楕円形状、多角形状等に形成されてもよい。

また、貫通孔９８は、底部７４の延在方向（矢印Ａ方向）に沿って複数設けられてもよい。複数の貫通孔９８は、相互に等間隔に設けられるとよい。貫通孔９８の設置数は、サポートバー９６の強度への影響を勘案して適切に（例えば、一端部、他端部、中央部に各１つずつ等）設計されればよい。

さらに、サポートバー７０Ｂ、９６は、滞留水を流出可能な開口部９２として、切り欠き９４及び貫通孔９８の両方を備えた構成でもよい。またさらに、開口部９２（切り欠き９４又は貫通孔９８）は、サポートバー９６の底部７４に設けられるだけでなく、側部７６に設けられていてもよい。例えば、側部７６において底部７４の上面に連なる位置に開口部９２を備えていれば、側部７６の幅方向外側に向けて液水を良好に排出することができる。

上述の実施形態から把握し得る技術的思想及び効果について、以下に記載する。

燃料電池スタック１０は、サポートバー７０の凹部７２を構成する底部７４に開口部９２を有するという簡単な構成によって、凹部７２に溜まる液水（滞留水）を開口部９２から排出することができる。従って、燃料電池スタック１０内の水蒸気がサポートバー７０の凹部７２において結露しても、凹部７２での滞留水の滞留が抑制される。その結果、サポートバー７０及び滞留水を介した発電セル１２の地絡が生じ難くなり、燃料電池スタック１０は安定的に発電を行うことができる。

また、開口部９２は、少なくともサポートバー７０の長手方向の一端面７１ａ１に形成された切り欠き９４である。これにより、燃料電池スタック１０は、燃料電池自動車が傾いたとしても切り欠き９４を介して凹部７２から滞留水を良好に排出することができ、特にサポートバー７０の長手方向の端部側に滞留水が溜まることを防止することが可能となる。

また、開口部９２は、底部７４を貫通する貫通孔９８である。このように、貫通孔９８が底部７４に設けられていても、燃料電池スタック１０は、貫通孔９８を介して凹部７２から滞留水を良好に排出することができる。

１０…燃料電池スタック１２…発電セル
１４…積層体２４ａ、２４ｂ…エンドプレート
３０…セパレータ３３、３５…外周
６０…タブ７０、７０Ａ、７０Ｂ、９６…サポートバー
７１ａ…一端部７１ｂ…他端部
７２…凹部７４…底部
７６…側部９２…開口部
９４…切り欠き９８…貫通孔

Claims

外周から突出するタブを持つセパレータを有する発電セルを複数積層した積層体と、
前記積層体の積層方向の両端に設けられた一対のエンドプレートと、
前記一対のエンドプレートの底辺に跨って設けられると共に、前記タブを収容可能な凹部を有するサポートバーとを備える燃料電池スタックであって、
前記サポートバーは、底部と、前記底部の両端から突出する側部とで前記凹部を構成しており、且つ液水を流出可能な開口部を前記底部又は前記側部に有する
燃料電池スタック。
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、
前記開口部は、少なくとも前記サポートバーの長手方向の一端面に形成された切り欠きである
燃料電池スタック。
請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、
前記開口部は、前記底部を貫通する貫通孔である
燃料電池スタック。