JP4789448B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容す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（電解質）を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより燃料電池が構成されている。

この燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。

通常、この燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数（例えば、数十〜数百）だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。この燃料電池スタックは、燃料電池の内部抵抗の増大や反応ガスのシール性の低下等を阻止するために、積層されている各燃料電池同士を確実に加圧保持する必要がある。

そこで、例えば、特許文献１の燃料電池スタックが知られている。この燃料電池スタックは、図６に示すように、複数の単位セル１を積層した積層体２を備えるとともに、この積層体２の積層方向両端にエンドプレート３、３を介装して補助プレート４ａ、４ｂが配設されている。

積層体２の両側部に沿って、一対の締結バンド５、５が配置されている。締結バンド５、５及び補助プレート４ａ、４ｂの端部には、円筒状の連結部６がそれぞれの孔部が一直線上に並ぶように設けられている。そして、各連結部６に金属ピン７が挿入されることにより、締結バンド５、５及び補助プレート４ａ、４ｂが一体的に連結されている。

補助プレート４ａには、複数のボルト８が螺合する一方、補助プレート４ｂには、複数の皿ばね９が配設されている。従って、ボルト８が螺入されると、エンドプレート３が下方に押圧されるとともに、補助プレート４ｂに配置された皿ばね９が圧縮され、一対のエンドプレート３を介して積層体２に必要な締結圧が付与される、としている。

上記の特許文献１では、締結バンド５、５の各連結部６と補助プレート４ａ、４ｂの連結部６とに金属ピン７が一体的に嵌合しており、前記補助プレート４ａ、４ｂ間の距離が固定されている。このため、経時変化等によって燃料電池スタックの締め付け荷重が低下した際には、複数のボルト８を締め付けることにより、所望の締め付け荷重を維持する必要がある。

しかしながら、特許文献１では、燃料電池スタックの締め付け荷重を調整するために、専用部品である複数のボルト８を備えている。従って、専用部品の追加によって燃料電池スタックの重量が増加するとともに、前記燃料電池スタックは、単位セル１の積層方向に大型化するという問題がある。

そこで、例えば、特許文献２に開示されている燃料電池スタックでは、所定数の単セルを積層した積層体の外側に集電用電極（ターミナルプレート）を介装してエンドプレートが配設されるとともに、前記エンドプレートがヒンジ機構によってケースに連結されている。ケースは、エンドプレート間に上下及び左右に配設されるパネルを備えている。

これにより、特許文献２では、特許文献１のボルト８が不要になるとともに、薄肉状のエンドプレートを用いることができ、燃料電池スタック全体の小型化及び軽量化が容易に図られる。

特開２００１−１３５３４４号公報（図５） 特開２００２−２９８９０１号公報（図１）

ところで、上記の特許文献２では、ケースを構成する各パネルが平板状に構成されており、例えば、燃料電池スタックに捻れ方向に荷重が作用したり、振動が発生したりすると、前記パネルに変形が生じるおそれがある。このため、積層体が積層方向に対してずれてしまい、例えば、シール性が低下する場合がある。

その際、パネルの剛性を向上させるために、例えば、このパネルにリブを設けたリブ付きパネルを採用することが考えられる。ところが、リブ付きパネルでは、積層体の積層方向に荷重が付与される際に曲げ変形が発生することを阻止する必要がある。このため、パネルの両側（積層体側及び反対側）に、それぞれリブが設けられる場合がある。

しかしながら、リブが積層体側に突出すると、前記リブと前記積層体とが干渉するおそれがある。従って、リブ付きパネルと積層体との間には、リブから逃げるための隙間を設ける必要があり、燃料電池スタック全体が相当に大型化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、ケーシングの剛性を良好に維持するとともに、軽量化及び小型化が容易に遂行可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックである。

セパレータは、外周部に少なくとも１つの凹部を前記単位セルの積層方向で延在するように設け、ケーシングは、積層体の少なくとも１つの側部に配置される側板に、前記積層体側に突出して前記凹部に配設される第１リブ部と、前記積層体から離間する側に突出する第２リブ部とを設けるとともに、前記第１リブ部及び前記第２リブ部は、前記積層体の積層方向に延在して設けられる。

また、積層体は、一方の電極に供給される燃料ガスを積層方向に流す燃料ガス入口連通孔と、前記一方の電極から排出される前記燃料ガスを前記積層方向に流すとともに、前記燃料ガス入口連通孔とは対向位置に設けられる燃料ガス出口連通孔と、他方の電極に供給される酸化剤ガスを前記積層方向に流す酸化剤ガス入口連通孔と、前記他方の電極から排出される前記酸化剤ガスを前記積層方向に流すとともに、前記酸化剤ガス入口連通孔とは対向位置に設けられる酸化剤ガス出口連通孔とを有し、各入口連通孔及び各出口連通孔は前記積層体の外周に設けられている。

そして、凹部は、酸化剤ガス入口連通孔又は酸化剤ガス出口連通孔よりも燃料ガス入口連通孔又は燃料ガス出口連通孔に近接して設けられることが好ましい。燃料ガスマニホールド（燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔）は、酸化剤ガスマニホールド（酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔）よりも開口面積が小さいため、燃料ガス入口連通孔又は燃料ガス出口連通孔側のスペースに凹部を設けることにより、燃料ガス及び酸化剤ガスの吸排気の効率を良好に維持することができる。

さらに、セパレータは、矩形状に構成されるとともに、四隅に面取り部が設けられることが好ましい。例えば、ケーシングを構成する側板同士がボルト及びナットにより連結される際、面取り部によって前記ボルト及び前記ナットを逃げることが可能になり、燃料電池スタック全体の小型化が容易に図られる。

さらにまた、少なくとも酸化剤ガス入口連通孔、酸化剤ガス出口連通孔、燃料ガス入口連通孔又は燃料ガス出口連通孔の内壁面は、セパレータの面取り部に対応して面取り形状部を有することが好ましい。マニホールド内に生成水が生じた際に、面取り形状部の傾斜に沿って前記生成水を円滑に集めることができ、排水性を有効に向上させることが可能になる。

本発明では、ケーシングを構成する側板がリブ付きパネルを構成するため、平面状パネルに比べて剛性が向上する。従って、ケーシングに積層方向とは異なる方向、例えば、捻れ方向に荷重が付与されても、リブを介して良好に形状を保持するとともに、外部からの振動等にも影響されることがない。

しかも、セパレータの外周部には、側板のリブ部に対応して凹部が形成されるため、燃料電池スタックに衝撃が付与される際、前記リブ部と前記凹部との係合作用下に、積層体の平面内でのずれを有効に阻止することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０の一部分解概略斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部断面側面図である。

図１に示すように、燃料電池スタック１０は、複数の単位セル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、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８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。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁性スペーサ部材２２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、四角形に構成されるエンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含むケーシング２４により一体的に保持される。

図２及び図３に示すように、各単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３０と、前記電解質膜・電極構造体３０を挟持する薄板波形状の第１及び第２金属セパレータ３２、３４とを備える。

単位セル１２の長辺方向（図３中、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、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３６ａと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３８ｂとが設けられる。

単位セル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入口連通孔３８ａと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂは、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂよりも開口面積が大きく設定されている。

単位セル１２の上端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔４０ａ、４０ａが設けられるとともに、前記単位セル１２の下端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔４０ｂ、４０ｂが設けられる。

電解質膜・電極構造体３０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４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード側電極４４及びカソード側電極４６とを備える。

アノード側電極４４及びカソード側電極４６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４２の両面に形成される。

第１金属セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを連通する燃料ガス流路４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数の溝部により構成される。第１金属セパレータ３２の面３２ｂには、冷却媒体入口連通孔４０ａと冷却媒体出口連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の溝部により構成される。

第１金属セパレータ３２は、矩形状に構成されるとともに、例えば、四隅に面取り部５２が設けられる。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の各内壁面は、各面取り部５２に対応して面取り形状部５４を有する。

第１金属セパレータ３２の少なくとも外周部一辺に、本実施形態では、外周部四辺に、それぞれ凹部５６ａ〜５６ｄが設けられる。凹部５６ａ、５６ｂは、第１金属セパレータ３２の長辺（上辺及び下辺）の略中間位置に設けられる一方、凹部５６ｃ、５６ｄは、短辺（両側辺）にそれぞれ酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂよりも燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び燃料ガス入口連通孔３８ａに近接して設けられる。

第２金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数の溝部からなる酸化剤ガス流路５８が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路５８は、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとに連通する。第２金属セパレータ３４の面３４ｂには、第１金属セパレータ３２の面３２ｂと重なり合って冷却媒体流路５０が一体的に形成される。

第１金属セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、この第１金属セパレータ３２の外周端部を周回して第１シール部材６０が一体成形される。第１シール部材６０は、面３２ａで燃料ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び燃料ガス流路４８を囲繞してこれらを連通させる一方、面３２ｂで冷却媒体入口連通孔４０ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。

第２金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第２金属セパレータ３４の外周端部を周回して第２シール部材６２が一体成形される。第２シール部材６２は、面３４ａで酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス流路５８を囲繞してこれらを連通させる一方、面３４ｂで冷却媒体入口連通孔４０ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。

図２に示すように、第１及び第２シール部材６０、６２間には、固体高分子電解質膜４２の外周が直接ケーシング２４に接触することを阻止するために、シール６４が介装される。

図１及び図２に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの端部には、面方向に突出する板状の端子部６８ａ、６８ｂが形成される。端子部６８ａ、６８ｂには、例えば、走行用モータ等の負荷が接続される。

ケーシング２４は、図１に示すように、端板であるエンドプレート２０ａ、２０ｂと、積層体１４の側部に配置される複数の側板７０ａ〜７０ｄと、前記側板７０ａ〜７０ｄの互いに近接する端部同士を連結するアングル部材（例えば、Ｌアングル）７２ａ〜７２ｄと、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂと前記側板７０ａ〜７０ｄとを連結するそれぞれ長さの異なる連結ピン７４ａ、７４ｂとを備える。側板７０ａ〜７０ｄは、薄板金属製プレートで構成される。

エンドプレート２０ａ、２０ｂの上下各辺には、それぞれ２つの第１連結部７６ａ、７６ｂが突出形成されるとともに、両側の各辺には、それぞれ１つの第１連結部７６ｃ、７６ｄが突出形成される。第１連結部７６ａ〜７６ｄには、孔７７ａ〜７７ｄが貫通形成される。エンドプレート２０ａ、２０ｂの両側の各辺下端には、マウント用ボス部７８ａ、７８ｂが形成される。このボス部７８ａ、７８ｂが、図示しない搭載部位にボルト等を介して固定されることにより、燃料電池スタック１０を、例えば、車両に搭載する。

積層体１４の矢印Ｂ方向両側に配置される側板７０ａ、７０ｃの長手方向（矢印Ａ方向）両端には、第２連結部８０ａ、８０ｂが２つずつ形成される。積層体１４の上下両側に配置される側板７０ｂ、７０ｄの長手方向両端には、第２連結部８２ａ、８２ｂが３つずつ形成される。第２連結部８０ａ、８０ｂには、孔８１ａ、８１ｂが形成されるとともに、第２連結部８２ａ、８２ｂには、孔８３ａ、８３ｂが形成される。

側板７０ａ、７０ｃの各第２連結部８０ａ、８０ｂ間には、エンドプレート２０ａ、２０ｂの両側の各辺の第１連結部７６ｃ、７６ｄが配置されるとともに、これらに短尺な連結ピン７４ａが一体的に挿入されて、前記側板７０ａ、７０ｃが前記エンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。

同様に、側板７０ｂ、７０ｄの第２連結部８２ａ、８２ｂがエンドプレート２０ａ、２０ｂの上辺及び下辺の第１連結部７６ａ、７６ｂと交互に配置されるとともに、これらに長尺な連結ピン７４ｂが一体的に挿入されて、前記側板７０ｂ、７０ｄが前記エンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。

側板７０ａ〜７０ｄには、短手方向両端縁部にそれぞれ複数のねじ孔８４が形成される一方、アングル部材７２ａ〜７２ｄの各辺には、前記ねじ孔８４に対応して孔部８６が形成される。各孔部８６に挿入される各ねじ８７がねじ孔８４に螺合することにより、アングル部材７２ａ〜７２ｄを介して側板７０ａ〜７０ｄ同士が固定される。これにより、ケーシング２４が構成される（図４参照）。

なお、アングル部材７２ａ〜７２ｄにねじ孔を形成する一方、側板７０ａ〜７０ｄに孔部を形成し、前記アングル部材７２ａ〜７２ｄを前記側板７０ａ〜７０ｄの内方に配置した状態で、これらを一体的にねじ止めしてもよい。また、側板７０ａ〜７０ｄの内側面にナット又はねじ８７を固着して前記ナットにねじ８７又は前記ねじ８７にナットを螺合してもよい。

図１及び図５に示すように、側板７０ｂ、７０ｄには、積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）に延在して１つのリブ部８８ａと、前記リブ部８８ａの両側に配置される２つのリブ部８８ｂとが一体成形され、リブ付きパネルが構成される。１つのリブ部８８ａは、積層体１４側に、すなわち、凹部５６ａ、５６ｂ側に突出する一方、２つのリブ部８８ｂは、前記積層体１４から離間する側に突出する。

１つのリブ部８８ａの突出量と、２つのリブ部８８ｂの突出量とが同等に設定されることにより、側板７０ｂ、７０ｄの中立面ＮＳ上に前記側板７０ｂ、７０ｄの板厚中心ＰＣが配設される（図２参照）。第２連結部８２ａ、８２ｂに挿入される連結ピン７４ｂの中心Ｏは、側板７０ｂ、７０ｄの板厚中心ＰＣ及び中立面ＮＳ上に配設される。

ここで、側板７０ｂ、７０ｄの中立面とは、パネル断面の変形が微少であると仮定した場合に、この側板７０ｂ、７０ｄに曲げ応力が作用する際、理論的に応力及び歪みが０となると推定される面（伸縮が発生しない面）をいう。なお、側板７０ｂ、７０ｄの中立面ＮＳ上に連結ピン７４ｂの中心Ｏが配設されるとは、前記側板７０ｂ、７０ｄの中立軸（中立面が断面と交わる直線）と前記連結ピン７４ｂの軸芯とが同一平面上にあると換言することができる。

側板７０ａ、７０ｃには、図１及び図５に示すように、積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）に延在してそれぞれ１つのリブ部９０ａ、９０ｂが一体成形され、リブ付きパネルが構成される。リブ部９０ａは、積層体１４側に、すなわち、凹部５６ｄ、５６ｃ側に突出する一方、リブ部９０ｂは、前記積層体１４から離間する側に突出する。

リブ部９０ａ、９０ｂの突出量が同等に設定されることにより、側板７０ａ、７０ｃの中立面上に前記側板７０ａ、７０ｃの板厚中心が配設される。第２連結部８０ａ、８０ｂに挿入される連結ピン７４ａの中心は、側板７０ａ、７０ｃの板厚中心及び中立面上に配設される。

図１及び図４に示すように、エンドプレート２０ａの矢印Ｂ方向一端には、酸化剤ガス入口連通孔３６ａに連結される酸化剤ガス供給配管９２ａと、燃料ガス出口連通孔３８ｂに連結される燃料ガス排出配管９４ｂとが設けられる。エンドプレート２０ａの矢印Ｂ方向他端には、燃料ガス入口連通孔３８ａに連結される燃料ガス供給配管９４ａと、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに連結される酸化剤ガス排出配管９２ｂとが設けられる。

エンドプレート２０ａの上端部には、冷却媒体入口連通孔４０ａに連結される冷却媒体供給配管９６ａが設けられるとともに、前記エンドプレート２０ａの下端部には、冷却媒体出口連通孔４０ｂに連結される冷却媒体排出配管９６ｂが設けられる。

図１及び図２に示すように、スペーサ部材２２は、ケーシング２４の内周で位置決めされるように所定の寸法に設定された矩形状を有する。このスペーサ部材２２は、積層体１４の積層方向の長さ変動を吸収して前記積層体１４に所望の締め付け荷重を付与可能にするために、厚さが調整される。なお、積層体１４の積層方向の長さの変動が、第１及び第２金属セパレータ３２、３４自体の弾性等で吸収可能であれば、スペーサ部材２２を用いなくてもよい。

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。

この燃料電池スタック１０では、先ず、図４に示すように、エンドプレート２０ａにおいて、酸化剤ガス供給配管９２ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガス（空気）が供給されるとともに、燃料ガス供給配管９４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給配管９６ａ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、積層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数の単位セル１２に対し、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印Ａ方向に供給される。

図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３６ａから第２金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５８に導入され、電解質膜・電極構造体３０のカソード側電極４６に沿って移動する。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３２の燃料ガス流路４８に導入され、電解質膜・電極構造体３０のアノード側電極４４に沿って移動する。

従って、各電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４４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、発電が行われる。

次いで、カソード側電極４６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３６ｂに沿って流動した後、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス排出配管９２ｂから外部に排出される（図４参照）。同様に、アノード側電極４４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に排出されて流動し、エンドプレート２０ａの燃料ガス排出配管９４ｂから外部に排出される。

また、冷却媒体は、冷却媒体入口連通孔４０ａから第１及び第２金属セパレータ３２、３４間の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｃ方向に沿って流動する（図３参照）。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４０ｂを移動してエンドプレート２０ａの冷却媒体排出配管９６ｂから排出される（図４参照）。

この場合、本実施形態では、図１及び図５に示すように、側板７０ｂ、７０ｄは、両面側に突出するリブ部８８ａ、８８ｂを設けるとともに、側板７０ａ、７０ｃは、同様に両面側に突出するリブ部９０ａ、９０ｂを設けることにより、リブ付きパネルが構成されている。このため、側板７０ａ〜７０ｄは、平面状パネルに比べて剛性が有効に向上し、外部からの振動等にも影響されることがない。

さらに、図５に示すように、単位セル１２の外周部には、四辺に凹部５６ａ〜５６ｄが形成されている。そして、凹部５６ａ、５６ｂには、側板７０ｂ、７０ｄのリブ部８８ａ、８８ａが配設される一方、凹部５６ｃ、５６ｄには、側板７０ｃ、７０ａのリブ部９０ａ、９０ａが配設されている。これにより、燃料電池スタック１０に衝撃が付与される際、リブ部８８ａ、９０ａと凹部５６ａ〜５６ｄとの係合作用下に、積層体１４の平面内でのずれを有効に阻止することができるという効果が得られる。

さらに、単位セル１２では、矢印Ｂ方向一端に酸化剤ガス入口連通孔３６ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとが設けられるとともに、矢印Ｂ方向他端側に燃料ガス入口連通孔３８ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとが設けられ、凹部５６ｃ、５６ｄは、前記燃料ガス出口連通孔３８ｂと前記燃料ガス入口連通孔３８ａとに近接して形成されている。

燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び燃料ガス入口連通孔３８ａは、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂよりも開口面積が小さい。従って、凹部５６ｃ、５６ｄを燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び燃料ガス入口連通孔３８ａ側のスペースに設けることにより、燃料ガス及び酸化剤ガスの給排気の効率を良好に維持することが可能になる。

さらにまた、単位セル１２は、四隅に面取り部５２が設けられている。このため、図５に示すように、ケーシング２４をねじ８７により固定する際、面取り部５２によって前記ねじ８７を逃げることができ、燃料電池スタック１０全体の小型化が容易に図られる。

また、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、燃料ガス出口連通孔３８ｂ、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂの各内壁面には、各面取り部５２に対応して面取り形状部５４が設けられている。従って、特に、生成水や結露水が発生し易い酸化剤ガス出口連通孔３６ｂ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂでは、面取り形状部５４の傾斜に沿って水分を円滑に集めることが可能になり、排水性が有効に向上するという利点がある。

本発明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断面側面図である。 前記燃料電池スタックを構成する単位セルの分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの斜視説明図である。 ケーシングを構成する側板と前記単位セルとの係合状態を示す断面説明図である。 特許文献１の燃料電池スタックの概略説明図である。

符号の説明

１０…燃料電池スタック １２…単位セル
１４…積層体 １６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８…絶縁プレート ２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
２２…スペーサ部材 ２４…ケーシング
３０…電解質膜・電極構造体 ３２、３４…金属セパレータ
４２…固体高分子電解質膜 ４４…アノード側電極
４６…カソード側電極 ４８…燃料ガス流路
５０…冷却媒体流路 ５２…面取り部
５４…面取り形状部 ５６ａ〜５６ｄ…凹部
５８…酸化剤ガス流路 ６０、６２…シール部材
７０ａ〜７０ｄ…側板 ７２ａ〜７２ｄ…アングル部材
７４ａ、７４ｂ…連結ピン ８８ａ、８８ｂ、９０ａ、９０ｂ…リブ部
９２ａ…酸化剤ガス供給配管 ９２ｂ…酸化剤ガス排出配管
９４ａ…燃料ガス供給配管 ９４ｂ…燃料ガス排出配管
９６ａ…冷却媒体供給配管 ９６ｂ…冷却媒体排出配管

Claims (5)

1. 一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、セパレータにより挟持した単位セルを備え、前記単位セルが複数積層された積層体を箱状ケーシング内に収容する燃料電池スタックであって、
   前記セパレータは、外周部に少なくとも１つの凹部を前記単位セルの積層方向で延在するように設け、
   前記ケーシングは、前記積層体の少なくとも１つの側部に配置される側板に、前記積層体側に突出して前記凹部に配設される第１リブ部と、前記積層体から離間する側に突出する第２リブ部とを設けるとともに、前記第１リブ部及び前記第２リブ部は、前記積層体の積層方向に延在して設けられ、
   前記側板は、前記第１リブ部及び前記第２リブ部以外の部位で前記セパレータに当接する一方、該側板と該セパレータとが当接した状態で前記第１リブ部と前記凹部との間には隙間が形成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、
   前記凹部は、流体が前記積層体の積層方向に流通するように該積層体の少なくとも一側面に設けられた一対の流体連通孔の間に、設けら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、
   前記積層体は、一方の電極に供給される燃料ガスを積層方向に流す燃料ガス入口連通孔と、
   前記一方の電極から排出される前記燃料ガスを前記積層方向に流すとともに、前記燃料ガス入口連通孔とは対向位置に設けられる燃料ガス出口連通孔と、
   他方の電極に供給される酸化剤ガスを前記積層方向に流す酸化剤ガス入口連通孔と、
   前記他方の電極から排出される前記酸化剤ガスを前記積層方向に流すとともに、前記酸化剤ガス入口連通孔とは対向位置に設けられる酸化剤ガス出口連通孔と、
   を有し、各入口連通孔及び各出口連通孔は前記積層体の外周に設けられ、
   前記凹部は、前記酸化剤ガス入口連通孔又は前記酸化剤ガス出口連通孔よりも前記燃料ガス入口連通孔又は前記燃料ガス出口連通孔に近接して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、
   前記セパレータは、矩形状に構成されるとともに、四隅に面取り部が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
5. 請求項４記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記燃料ガス入口連通孔、前記燃料ガス出口連通孔、前記酸化剤ガス入口連通孔及び前記酸化剤ガス出口連通孔は、それぞれ前記積層体の四隅に対応して設けられ、
   少なくとも前記酸化剤ガス入口連通孔、前記酸化剤ガス出口連通孔、前記燃料ガス入口連通孔又は前記燃料ガス出口連通孔の内壁面は、前記セパレータの前記面取り部に対応して面取り形状部を有することを特徴とする燃料電池スタック。

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