JP2023144297A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】一対のセパレータのシールラインリブ構造内における反応ガスの圧損を低減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】単セルは積層方向において隣り合うシールシートのシールライン間に一対のセパレータのリブで構成されるシールラインリブ構造を有し、前記シールラインリブ構造内において、樹脂フレームが一対のセパレータに挟持され、前記シールラインリブ構造内の前記樹脂フレームの少なくとも一部に、当該樹脂フレームを積層方向に貫通する第１貫通孔が設けられている、燃料電池スタック。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料電池スタックに関する。

燃料電池については、様々な研究がなされている。
例えば特許文献１では、生成水が排出マニホールドに溜まることを抑制することができ、良好な排水性を確保することができる燃料電池が開示されている。
特許文献２では、燃料電池用のセパレータにおける排水性を高める技術が開示されている。

特開２０１７－１０７６６４号公報 特開２０１５－２２５７０９号公報

一対のセパレータのリブで構成されるシールラインリブ構造内の排水不良が発生するという問題がある。
シールラインリブ構造内の両面経路を効果的に使うためには、シールラインリブ構造内の樹脂フレームを挟んだ裏側からの排水も効果的に進められる構造とする必要がある。
シールラインリブ構造内を反応ガスが通る際、シールラインリブの断面積が小さいため、反応ガスの圧損増加が発生するという問題がある。
また、シールラインリブ構造内の樹脂フレームを挟んだ裏側が閉塞構造のため、セル積層時に内圧でオモテ面側に樹脂フレームが撓んでしまう場合があり、このような場合に反応ガスの圧損バラツキが発生するという問題がある。

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、一対のセパレータのシールラインリブ構造内における反応ガスの圧損を低減することができる燃料電池スタックを提供することを主目的とする。

本開示においては、一対のセパレータと当該一対のセパレータの間に配置される樹脂フレーム及び膜電極ガス拡散層接合体とを備えた単セルを複数積層したセル積層体を有し、隣り合う単セル間のシールにシールシートを用いた燃料電池スタックであって、
前記燃料電池スタックは、反応ガス排出マニホールドを有し、
前記セパレータは片面に反応ガス流路及び当該反応ガス流路から前記反応ガス排出マニホールドに反応ガスを排出する反応ガス導出部を有し、
前記反応ガス導出部は、平面視において前記反応ガス排出マニホールド近傍且つ前記膜電極ガス拡散層接合体側の所定の領域に配置され、
前記シールシートは、平面視において前記反応ガス排出マニホールドを囲いシールし、且つ、平面視において前記一対のセパレータの内の一方の前記セパレータの前記反応ガス導出部を横断し、且つ、前記セパレータのリブ上に配置されるシールラインを有し、
前記単セルは積層方向において隣り合う前記シールシートの前記シールライン間に前記一対のセパレータのリブで構成されるシールラインリブ構造を有し、
前記シールラインリブ構造内において、前記樹脂フレームが前記一対のセパレータに挟持され、
前記シールラインリブ構造内の前記樹脂フレームの少なくとも一部に、当該樹脂フレームを積層方向に貫通する第１貫通孔が設けられている、燃料電池スタックを提供する。

本開示の燃料電池スタックは、一対のセパレータのシールラインリブ構造内における反応ガスの圧損を低減することができる。

図１は、本開示の燃料電池スタックの反応ガス排出マニホールド付近を平面視したときの一例を示す平面模式図である。 図２は、図１のＡ－Ａ断面の一例を示す断面模式図である。 図３は、図１のＡ－Ａ断面の別の一例を示す断面模式図である。 図４は、本開示の燃料電池スタックの反応ガス排出マニホールド付近を平面視したときの別の一例を示す平面模式図である。

以下、本開示による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本開示の実施に必要な事柄（例えば、本開示を特徴付けない燃料電池スタックの一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本開示は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
また、図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
本明細書において数値範囲を示す「～」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
また、数値範囲における上限値と下限値は任意の組み合わせを採用できる。

本開示においては、一対のセパレータと当該一対のセパレータの間に配置される樹脂フレーム及び膜電極ガス拡散層接合体とを備えた単セルを複数積層したセル積層体を有し、隣り合う単セル間のシールにシールシートを用いた燃料電池スタックであって、
前記燃料電池スタックは、反応ガス排出マニホールドを有し、
前記セパレータは片面に反応ガス流路及び当該反応ガス流路から前記反応ガス排出マニホールドに反応ガスを排出する反応ガス導出部を有し、
前記反応ガス導出部は、平面視において前記反応ガス排出マニホールド近傍且つ前記膜電極ガス拡散層接合体側の所定の領域に配置され、
前記シールシートは、平面視において前記反応ガス排出マニホールドを囲いシールし、且つ、平面視において前記一対のセパレータの内の一方の前記セパレータの前記反応ガス導出部を横断し、且つ、前記セパレータのリブ上に配置されるシールラインを有し、
前記単セルは積層方向において隣り合う前記シールシートの前記シールライン間に前記一対のセパレータのリブで構成されるシールラインリブ構造を有し、
前記シールラインリブ構造内において、前記樹脂フレームが前記一対のセパレータに挟持され、
前記シールラインリブ構造内の前記樹脂フレームの少なくとも一部に、当該樹脂フレームを積層方向に貫通する第１貫通孔が設けられている、燃料電池スタックを提供する。

本開示においては、シールラインリブ構造内の樹脂フレームの全周（樹脂フレームが分離しない範囲）、または一部に複数の貫通孔を設け、シールラインリブ構造内の樹脂フレームを挟んだ裏側にもガスが流れる構造とすることで圧損を低減させる。シールラインリブ構造内の樹脂フレームに貫通孔を設けることで、内圧上昇を抑えて、樹脂フレームが積層方向の上面側に撓むことを抑制することができる。
したがって、本開示によれば、シールラインリブ構造内の樹脂フレームを挟んだオモテ側及び裏側の両面を反応ガス、および生成水の流れ部位として活用できるため、反応ガスの圧損を低減できる。また、樹脂フレーム撓み等による反応ガスの圧損のバラツキを低減することができる。さらに、生成水が反応ガス排出マニホールドに溜まることを抑制することができ、良好な排水性を確保することができる。

本開示においては、燃料ガス、及び、酸化剤ガスをまとめて反応ガスと称する。アノードに供給される反応ガスは、燃料ガスであり、カソードに供給される反応ガスは酸化剤ガスである。燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、水素であってもよい。酸化剤ガスは、酸素を含有するガスであり、酸素、空気、及び、乾燥空気等であってもよい。

本開示の燃料電池スタックは、一対のセパレータと当該一対のセパレータの間に配置される樹脂フレーム及び膜電極ガス拡散層接合体とを備えた単セルを複数積層したセル積層体を有し、隣り合う単セル間のシールにシールシートを用いる。

セル積層体は、単セルを複数個積層した積層体である。
セル積層体における単セルの積層数は特に限定されず、２～数百個であってもよい。

燃料電池の単セルは、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）を備える。
膜電極ガス拡散層接合体は、アノード側ガス拡散層及び、アノード触媒層及び、電解質膜及び、カソード触媒層及び、カソード側ガス拡散層をこの順に有する。

カソード（酸化剤極）は、カソード触媒層及びカソード側ガス拡散層を含む。
アノード（燃料極）は、アノード触媒層及びアノード側ガス拡散層を含む。
カソード触媒層及びアノード触媒層をまとめて触媒層と称する。
触媒層は、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有する担体等を備えていてもよい。
触媒金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）、及び、Ｐｔと他の金属とから成る合金（例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したＰｔ合金）等を用いることができる。
電解質としては、フッ素系樹脂等であってもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、ナフィオン溶液等を用いてもよい。
上記触媒金属は担体上に担持されており、各触媒層では、触媒金属を担持した担体（触媒担持担体）と電解質とが混在していてもよい。
触媒金属を担持するための担体は、例えば、一般に市販されているカーボンなどの炭素材料等が挙げられる。

カソード側ガス拡散層及びアノード側ガス拡散層をまとめてガス拡散層と称する。
ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。

電解質膜は、固体高分子電解質膜であってもよい。固体高分子電解質膜としては、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜等のフッ素系電解質膜、及び、炭化水素系電解質膜等が挙げられる。電解質膜としては、例えば、ナフィオン膜（デュポン社製）等であってもよい。

単セルは、樹脂フレーム及び膜電極ガス拡散層接合体を挟持する一対のセパレータを備える。一対のセパレータは、一方がアノードセパレータであり、もう一方がカソードセパレータである。本開示では、アノードセパレータとカソードセパレータとをまとめてセパレータという。
セパレータは、反応ガス及び冷媒等の流体を単セルの積層方向に流通させるための供給孔及び排出孔等の孔を有していてもよい。冷媒としては、低温時の凍結を防止するために例えばエチレングリコールと水との混合溶液を用いることができる。
供給孔は、燃料ガス供給孔、酸化剤ガス供給孔、及び、冷媒供給孔等が挙げられる。
排出孔は、燃料ガス排出孔、酸化剤ガス排出孔、及び、冷媒排出孔等が挙げられる。
セパレータは、ガス拡散層に接する面に反応ガス流路を有していてもよい。また、セパレータは、ガス拡散層に接する面とは反対側の面に燃料電池の温度を一定に保つための冷媒流路を有していてもよい。
セパレータは、反応ガス流路、冷媒流路等の流路を構成するリブを有していてもよい。
セパレータは、少なくとも冷媒流路側の面に供給孔及び排出孔等の孔を囲いシールシートのシールラインと位置合わせされたリブ（以下、シールラインリブと称する場合がある）を有していてもよい。シールラインリブは、平面視したときに、供給孔及び排出孔等の孔を囲うように配置されていてもよく、これらの複数の孔を全て囲うようにセパレータの外周縁部に沿って配置されていてもよい。また、シールラインリブは、シールシートのシールラインと位置合わせされて配置されていてもよい。
一対のセパレータのシールラインリブによりシールラインリブ構造が形成されてもよい。
アノードセパレータは、アノード側ガス拡散層に接する面に燃料ガス流路を有していてもよい。また、アノードセパレータは、アノード側ガス拡散層に接する面とは反対側の面に燃料電池の温度を一定に保つための冷媒流路を有していてもよい。
カソードセパレータは、カソード側ガス拡散層に接する面に酸化剤ガス流路を有していてもよい。また、カソードセパレータは、カソード側ガス拡散層に接する面とは反対側の面に燃料電池の温度を一定に保つための冷媒流路を有していてもよい。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、熱硬化樹脂、熱可塑樹脂、及び、樹脂繊維等の樹脂材、カーボン粉末、及び、カーボン繊維等のカーボン材を圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属（例えば、鉄、アルミニウム、及び、ステンレス等）板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
セパレータの形状は、長方形、横長６角形、横長８角形、円形、及び、長丸形状等であってもよい。

セパレータは、反応ガスマニホールドに隣接して配置され反応ガスマニホールド及び反応ガス流路と連通する反応ガス導出入部を有していてもよい。
反応ガス導出入部の本数は、特に限定されず、反応ガス流路の本数と同じであってもよい。
反応ガス導出入部は、平面視において反応ガスマニホールドを囲うように配置されるセパレータのシールラインリブを、反応ガス流路（及びガス分配部）と反応ガスマニホールドが連通するように、セパレータの面方向に貫通することにより設けられていてもよい。
反応ガス導出入部は、反応ガス流路が酸化剤ガス流路の場合は、酸化剤ガスマニホールドと連通する酸化剤ガス導出入部であり、反応ガス流路が燃料ガス流路の場合は、燃料ガスマニホールドと連通する燃料ガス導出入部である。反応ガス導出入部は、反応ガスマニホールドが反応ガス供給マニホールドの場合は、反応ガス導入部であり、反応ガスマニホールドが反応ガス排出マニホールドの場合は、反応ガス導出部である。

セパレータは、反応ガス導出部を有し、反応ガス導出部は、反応ガスマニホールド及び反応ガス流路と連通し、反応ガス流路から反応ガス排出マニホールドに反応ガスを排出する。
反応ガス導出部は、平面視において反応ガス排出マニホールド近傍且つ当該反応ガス排出マニホールドの膜電極ガス拡散層接合体側の領域の所定の領域に配置される。
反応ガス導出部は、平面視において反応ガス排出マニホールド近傍且つ当該反応ガス排出マニホールドの膜電極ガス拡散層接合体側の領域の所定の領域、及び、当該反応ガス排出マニホールドの膜電極ガス拡散層接合体側の領域と対向する側の領域の所定の領域に配置されていてもよい。
なお、反応ガス導出部は、反応ガス排出マニホールドの膜電極ガス拡散層接合体側の領域においては、平面視においてシールラインを横断するように、シールラインリブ構造内のセパレータのシールラインリブの反応ガス排出マニホールド側の側面と膜電極ガス拡散層接合体側の側面の両方をセパレータの面方向に貫通して、反応ガス排出マニホールドと反応ガス流路が連通するように配置されていてもよい。
また、反応ガス導出部は、反応ガス排出マニホールドの膜電極ガス拡散層接合体側の領域と対向する側の領域においては、シールラインリブ構造内のセパレータのシールラインリブの反応ガス排出マニホールド側の側面をセパレータの面方向に貫通して、シールラインリブ構造内の流路と反応ガス排出マニホールドが連通するように設けられていてもよい。
反応ガス排出マニホールドは、膜電極ガス拡散層接合体側の領域と、膜電極ガス拡散層接合体側の領域と対向する側の領域を有する。膜電極ガス拡散層接合体側の領域と対向する側の領域とは、単セルの面方向の外側の領域であってもよい。
膜電極ガス拡散層接合体側の領域の所定の領域は、膜電極ガス拡散層接合体側の領域の少なくとも一部の領域であればよい。
膜電極ガス拡散層接合体側の領域と対向する側の領域の所定の領域は、膜電極ガス拡散層接合体側の領域と対向する側の領域の少なくとも一部の領域であればよい。

セパレータは、反応ガス流路及び反応ガス導出入部と連通するガス分配部を有していてもよい。ガス分配部は、平面方向において、反応ガス導出入部の反応ガスマニホールドとは反対側の領域に隣接して配置され、反応ガスマニホールドから発電領域へガス流れを広げるか又は発電領域から反応ガスマニホールドへガス流れを収束させる部分である。ガス分配部は、反応ガスの入り口側ではガス流れを広げる構造を有する。ガス分配部は、反応ガスの出口側では、ガス流れを収束させる構造を有する。発電領域は、膜電極ガス拡散層接合体が配置されている領域である。

単セルは樹脂フレームを備える。
樹脂フレームは、膜電極ガス拡散層接合体の外周に配置され、且つ、カソードセパレータとアノードセパレータとの間に配置される。
樹脂フレームは、骨格部と、開口部と、孔を有していてもよい。
骨格部は、膜電極ガス拡散層接合体と接続する樹脂フレームの主要部分である。
開口部は、膜電極ガス拡散層接合体の保持領域であり、膜電極ガス拡散層接合体を収納するために骨格部の一部を貫通する領域である。開口部は、樹脂フレームにおいて、膜電極ガス拡散層接合体の周囲（外周部）に骨格部が配置される位置に配置されていればよく、樹脂フレームの中央に有していてもよい。
樹脂フレームの孔は、反応ガス、及び、冷媒等の流体を単セルの積層方向に流通させる。樹脂フレームの孔は、セパレータの孔と連通するように位置合わせされて配置されていてもよい。
樹脂フレームは、枠状のコア層と、コア層の両面に設けられた枠状の二つのシェル層、即ち、第１シェル層と第２シェル層とを含んでいてもよい。
第１シェル層及び第２シェル層は、コア層と同様に、コア層の両面に枠状に設けられていてもよい。

コア層は、ガスシール性、絶縁性を有する構造部材であればよく、燃料電池の製造工程での熱圧着時の温度条件下でも構造が変化しない材料により形成されていてもよい。具体的には、コア層の材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、シクロオレフィン、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＰＳＵ（ポリフェニルスルホン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、エポキシ樹脂等の樹脂等であってもよい。コア層の材料は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、フッ素系ゴム、シリコン系ゴム等のゴム材であってもよい。
コア層の厚さは、絶縁性を担保する観点から、５μｍ以上であってもよく、３０μｍ以上であってもよく、セル厚さを低減する観点から、１００μｍ以下であってもよく、９０μｍ以下であってもよい。

第１シェル層及び第２シェル層は、コア層とアノードセパレータ及びカソードセパレータとを接着してシール性を確保するために、他の物質との接着性が高く、熱圧着時の温度条件下で軟化し、コア層よりも粘度及び融点が低い性質を有していてもよい。具体的には、第１シェル層及び第２シェル層は、ポリエステル系及び変性オレフィン系等の熱可塑性樹脂であってもよく、変性エポキシ樹脂である熱硬化性樹脂であってもよい。
第１シェル層を構成する樹脂と第２シェル層を構成する樹脂とは、同種の樹脂であってもよく、異なる種類の樹脂であってもよい。コア層の両面にシェル層を設けることで、樹脂フレームと２つのセパレータとの間の加熱プレスによる接着が容易になる。
第１シェル層及び第２シェル層のそれぞれのシェル層の厚さは、接着性を担保する観点から、５μｍ以上であってもよく、３０μｍ以上であってもよく、セル厚さを低減する観点から、１００μｍ以下であってもよく、４０μｍ以下であってもよい。

樹脂フレームにおいて、第１シェル層及び第２シェル層は、それぞれアノードセパレータ及びカソードセパレータと接着する部分にのみに設けられていてもよい。コア層の一方の面に設けられた第１シェル層は、カソードセパレータと接着していてもよい。コア層の他方の面に設けられた第２シェル層は、アノードセパレータと接着していてもよい。そして、樹脂フレームは、一対のセパレータにより挟持されてもよい。

燃料電池スタックは、各供給孔が連通した供給マニホールド、及び、各排出孔が連通した排出マニホールド等の各孔が連通したマニホールドを有していてもよい。
供給マニホールドは、燃料ガス供給マニホールド、酸化剤ガス供給マニホールド、及び、冷媒供給マニホールド等が挙げられる。
排出マニホールドは、燃料ガス排出マニホールド、酸化剤ガス排出マニホールド、及び、冷媒排出マニホールド等が挙げられる。
本開示においては、燃料ガス供給マニホールド、及び、酸化剤ガス供給マニホールドをまとめて反応ガス供給マニホールドという。
本開示においては、燃料ガス排出マニホールド、及び、酸化剤ガス排出マニホールドをまとめて反応ガス排出マニホールドという。
本開示においては、燃料ガス供給マニホールド、及び、燃料ガス排出マニホールドをまとめて燃料ガスマニホールドという。
本開示においては、酸化剤ガス供給マニホールド、及び、酸化剤ガス排出マニホールドをまとめて酸化剤ガスマニホールドという。
本開示においては、燃料ガスマニホールド、及び、酸化剤ガスマニホールドをまとめて反応ガスマニホールドという。
本開示においては、冷媒供給マニホールド、及び、冷媒排出マニホールドをまとめて冷媒マニホールドという。
燃料電池スタックは、少なくとも反応ガス排出マニホールドを有し、通常さらに反応ガス供給マニホールド、冷媒マニホールドを有する。

シールシートは、隣り合う単セル間に配置され、隣り合う単セルのシール部材として用いられる。
シールシートは、ポリエステル系及び変性オレフィン系等の熱可塑性樹脂であってもよく、変性エポキシ樹脂である熱硬化性樹脂であってもよい。
シールシートの形状は、枠状であってもよい。シールシートのシールラインとなる枠は、セパレータのシールラインリブと位置合わせされていてもよい。シールシートは、セパレータの孔を除くセパレータの一面全体を覆う形状であってもよい。
シールシートのシールラインとなる枠の幅は、セパレータのシールラインリブの幅と同じであってもよく、セパレータのシールラインリブの幅よりも大きくてもよい。
シールシートは、平面視において反応ガス排出マニホールドを囲いシールし、且つ、平面視において一対のセパレータの内の一方のセパレータの反応ガス導出部を横断し、且つ、前記セパレータのリブ上に配置されるシールラインを有する。
一対のセパレータにおける平面視においてシールライン上に反応ガス導出部を有するセパレータに対向する対向セパレータは、当該シールライン上に反応ガス導出部を有していてもよく、有していなくてもよい。
ここでいう反応ガス排出マニホールドは、燃料ガス排出マニホールドであってもよく、酸化剤ガス排出マニホールドであってもよく、両方の排出マニホールドであってもよい。シールシートは、セパレータの孔を除くセパレータの一面全体を覆っていてもよい。

単セルは積層方向において隣り合うシールシートのシールライン間に一対のセパレータのリブで構成されるシールラインリブ構造を有する。
シールラインリブ構造内において、樹脂フレームが一対のセパレータに挟持される。

本開示においては、シールラインリブ構造内の樹脂フレームの少なくとも一部に、当該樹脂フレームを積層方向に貫通する第１貫通孔が設けられている。
すなわち、樹脂フレームは、シールラインリブ構造内の少なくとも一部に、当該樹脂フレームを積層方向に貫通する第１貫通孔を有する。
第１貫通孔は、シールラインリブ構造内の樹脂フレームの少なくとも一部に少なくとも１つ設けられていればよく、シールラインリブ構造内且つ平面視において反応ガス導出部を横断する領域の少なくとも一部に少なくとも１つ設けられていてもよく、シールラインリブ構造内の樹脂フレームの撓みの発生を抑制する観点から、シールラインリブ構造内の樹脂フレームの全周に所定の間隔を空けて等間隔に複数個設けられていてもよい。
一対のセパレータの内、シールラインリブ構造内において反応ガス導出部を有するセパレータと対向する対向セパレータのリブには、反応ガス排出マニホールド側の側面に当該リブを対向セパレータの面方向に貫通する第２貫通孔が設けられていてもよい。
第２貫通孔は、少なくとも１つ設けられていればよく、所定の間隔を空けて等間隔に複数個設けられていてもよい。
第２貫通孔は、第１貫通孔から流入してきた反応ガスを反応ガス排出マニホールドに流すことを可能にする。

図１は、本開示の燃料電池スタックの反応ガス排出マニホールド付近を平面視したときの一例を示す平面模式図である。
図１で示すように本開示の燃料電池スタックのシールシートは、平面視において反応ガス排出マニホールド１０を囲いシールするシールライン１１を有する。
セパレータ２０は反応ガス導出部２１を有する。
図示しないが、冷媒マニホールド、反応ガス供給マニホールドは、シールライン１１の外側の領域の任意の位置に設けられていてもよい。反応ガス排出マニホールド１０は、燃料ガス排出マニホールドであってもよく、酸化剤ガス排出マニホールドであってもよい。

図２は、図１のＡ－Ａ断面の一例を示す断面模式図である。図２中の矢印は、反応ガスの流れ方向を示す。図２において、右側が膜電極ガス拡散層接合体側であり、左側が反応ガス排出マニホールド側である。図２においては便宜のため単セルを１つのみ示したが、単セルが複数個積層されていてもよい。
図２で示すように、本開示の燃料電池スタックの単セルは、反応ガス排出マニホールド１０付近においては、セパレータ２０と対向セパレータ２２と、セパレータ２０と対向セパレータ２２の間に配置された樹脂フレーム２３とを有し、隣り合う単セルがシールシート２４によりシールされている。単セルは積層方向において隣り合うシールシート２４のシールライン１１間にセパレータ２０のシールラインリブと対向セパレータ２２のシールラインリブで構成されるシールラインリブ構造４０（一点鎖線で示す領域）を有する。
反応ガス導出部２１は、シールラインリブ構造４０内のセパレータ２０のシールラインリブの反応ガス排出マニホールド１０側の側面と膜電極ガス拡散層接合体側の側面の両方をセパレータ２０の面方向に貫通して、反応ガス排出マニホールド１０と反応ガス流路を連結するように配置されている。
シールラインリブ構造４０内の樹脂フレーム２３には、積層方向に貫通する第１貫通孔３０が設けられている。樹脂フレーム２３の第１貫通孔３０は、図１の点線で示すようにシールライン１１の領域の全周に等間隔に複数個設けられている。
これにより、シールラインリブ構造４０内の反応ガス導出部の断面積を大きくすることができ、反応ガスの圧損を低減することができる。また、単セルの積層時の内圧を低減し、樹脂フレーム２３の撓みの発生を抑制し、反応ガスの圧損バラツキの発生を抑制することができる。

図３は、図１のＡ－Ａ断面の別の一例を示す断面模式図である。図３において図２と同じ構成については同じ符号を用い、その説明は省略する。図３中の矢印は、反応ガスの流れ方向を示す。図３においては便宜のため単セルを１つのみ示したが、単セルが複数個積層されていてもよい。
図３で示すように、シールラインリブ構造４０内において対向セパレータ２２のシールラインリブには、シールライン１１上且つ反応ガス導出部２１を横断する領域の反応ガス排出マニホールド１０側の側面に当該シールラインリブを対向セパレータ２２の面方向に貫通する第２貫通孔３１が設けられていてもよい。
第２貫通孔３１は、第１貫通孔３０から流入してきた反応ガスを反応ガス排出マニホールド１０に流すことを可能にする。
これにより、水頭圧差を利用して、スムーズな排水をすることができる。

図４は、本開示の燃料電池スタックの反応ガス排出マニホールド付近を平面視したときの別の一例を示す平面模式図である。図４において図１と同じ構成については同じ符号を用い、その説明は省略する。なお、図４のＡ－Ａ断面模式図は、図２又は図３と同じであってもよい。
図４に示すように、本開示においては、セパレータ２０の反応ガス導出部２１は、平面視において反応ガス排出マニホールド１０の膜電極ガス拡散層接合体側の領域の所定の領域、及び、当該反応ガス排出マニホールド１０の膜電極ガス拡散層接合体側の領域と対向する側の領域の所定の領域に配置されていてもよい。
これにより、シールラインリブ構造４０内の排水性を向上させることができる。
なお、反応ガス導出部２１は、反応ガス排出マニホールド１０の膜電極ガス拡散層接合体側の領域においては、平面視においてシールライン１１を横断するように、シールラインリブ構造４０の反応ガス排出マニホールド１０側の側面と膜電極ガス拡散層接合体側の側面の両方をセパレータ２０の面方向に貫通して、反応ガス排出マニホールド１０と反応ガス流路が連通するように配置されていてもよい。
また、反応ガス導出部２１は、反応ガス排出マニホールド１０の膜電極ガス拡散層接合体側の領域と対向する側の領域においては、平面視においてシールラインリブ構造４０の反応ガス排出マニホールド１０側の側面をセパレータ２０の面方向に貫通して、シールラインリブ構造４０内の流路と反応ガス排出マニホールド１０が連通するように設けられていてもよい。

１０ 反応ガス排出マニホールド
１１ シールライン
２０ セパレータ
２１ 反応ガス導出部
２２ 対向セパレータ
２３ 樹脂フレーム
２４ シールシート
３０ 第１貫通孔
３１ 第２貫通孔
４０ シールラインリブ構造

Claims (1)

1. 一対のセパレータと当該一対のセパレータの間に配置される樹脂フレーム及び膜電極ガス拡散層接合体とを備えた単セルを複数積層したセル積層体を有し、隣り合う単セル間のシールにシールシートを用いた燃料電池スタックであって、
   前記燃料電池スタックは、反応ガス排出マニホールドを有し、
   前記セパレータは片面に反応ガス流路及び当該反応ガス流路から前記反応ガス排出マニホールドに反応ガスを排出する反応ガス導出部を有し、
   前記反応ガス導出部は、平面視において前記反応ガス排出マニホールド近傍且つ当該反応ガス排出マニホールドの前記膜電極ガス拡散層接合体側の領域の所定の領域に配置され、
   前記シールシートは、平面視において前記反応ガス排出マニホールドを囲いシールし、且つ、平面視において前記一対のセパレータの内の一方の前記セパレータの前記反応ガス導出部を横断し、且つ、前記セパレータのリブ上に配置されるシールラインを有し、
   前記単セルは積層方向において隣り合う前記シールシートの前記シールライン間に前記一対のセパレータのリブで構成されるシールラインリブ構造を有し、
   前記シールラインリブ構造内において、前記樹脂フレームが前記一対のセパレータに挟持され、
   前記シールラインリブ構造内の前記樹脂フレームの少なくとも一部に、当該樹脂フレームを積層方向に貫通する第１貫通孔が設けられている、燃料電池スタック。