JP5230155B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。より具体的には、本発明は、燃料電池スタックを安定的に動作させる技術に関する。

一般に、固体高分子形燃料電池スタックは、以下のように構成される。まず、固体高分子膜の一方の面にアノード、他方の面にカソードを接合して膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly：以下、「ＭＥＡ」と表記する）が構成される。次に、ＭＥＡのアノードに対向して燃料流路を設けたアノード側プレートと、ＭＥＡのカソードに対向して酸化剤流路を設けたカソード側プレートとでＭＥＡを挟んでセルが構成される。さらに、このセル間に冷却プレートを介在させて複数積層することにより積層体が形成され、この積層体の両端に端板を添えて締め付けることにより固体高分子形燃料電池スタックが構成される。

固体高分子形燃料電池スタックは、アノード側プレートに改質ガス等の燃料ガスを流通させるとともに、カソード側プレートに空気等の酸化剤ガスを流通させ、電解質膜を介して電気化学反応を生じさせることにより直流電力を発電する。電気化学反応は発熱反応であるため、冷却プレートに冷却水を流通させて各セルを冷却することにより、固体高分子形燃料電池スタックの正常な運転温度（たとえば、約７０〜８０［℃］）の維持が図られている。

固体高分子形燃料電池スタックにおいて、端板に隣接する両端部のセルは外気の影響を受けやすい。このため、両端部のセルは他の部分のセルに比べて温度が低くなる傾向がある
。セルの温度が低下すると、アノード側プレートまたはカソード側プレートの流路を流れる反応ガス中の水蒸気が流路内で凝縮することがあり、水蒸気が凝縮してできた凝縮水は、反応ガスの流れを阻害し、電池性能の低下を引き起こす。

このような現状を踏まえて、固体高分子形燃料電池スタックにおいて両端部のセルの温度低下を抑制する技術が望まれている。特許文献１には、両端の端板に冷却水を流すための流路を設け、運転温度に近い温度に昇温され、発電後に排出される冷却水を端板全面に設けられた流路に流して両端部のセルを加温する技術が開示されている。また、特許文献２には、両端部のセルの温度低下を抑制する技術が開示されている。
特開２００１−６８１４１号公報 特開２００２−１８４４４９号公報

特許文献１や特許文献２のように端板や導電プレートを特殊な構造としたり、端板の近傍に保温または加熱専用の部品を設置したりすることは製造コストの増加の要因となる。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コスト低減を図りつつ、端部の単電池の温度低下を抑制し、燃料電池スタックを安定的に動作させる技術の提供にある。

本発明のある態様は、燃料電池スタックである。当該燃料電池スタックは、燃料極と酸化剤極との間に電解質膜が設けられた単電池が複数積層された積層体と、前記単電池が発電した電流を外部へ導くために、前記積層体の両端部に位置する前記単電池にそれぞれ接する一対の集電体と、前記積層体を締め付ける締め付け力がかかる一対の端板と、前記一対の集電体のうち少なくとも一方の集電体と前記端板との間に配置され、前記集電体と前記端板との間を絶縁する絶縁体と、を備え、前記絶縁体は、前記端板に面する側および前記集電体に面する側の両方に設けられた凹部を有し、前記凹部に、断熱部材が充填されていることを特徴とする。

この態様によれば、安価な構造により、集電体から端板に熱が伝わりにくくなり、端板や絶縁体を介して外部に熱が逃げることを抑制できる。そのため、集電体が接する積層体の端部に位置するセルの温度低下を抑制し、燃料電池スタックを安定的に動作させることができる。

また、絶縁体が端板に面する側の凹部が複数の区画に分割され、各区画に断熱部材が充填されていてもよい。この場合に、隣接する区画を仕切る仕切り部材に隣接する区画同士を連通させる連通溝が形成され、連通溝に断熱部材が充填されていてもよい。また、端板に面する側に設けられた凹部に端板を支持する支持部が設けられていてもよい。

また、絶縁体が集電体に面する側の凹部が複数の区画に分割され、各区画に断熱部材が充填されていてもよい。隣接する区画を仕切る仕切り部材に隣接する区画同士を連通させる連通溝が形成され、連通溝に前記断熱部材が充填されていてもよい。

また、断熱部材が剛性を有し、端板に面する側に設けられた断熱部材が前記端板を支持する構造体を兼ねていてもよい。断熱部材が剛性を有し、集電体に面する側に設けられた断熱部材が集電体を支持する構造体を兼ねていてもよい。
上記いずれかの態様において、断熱部材が発泡体であってもよい。また、断熱部材が独立発泡体であってもよい。

なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。

本発明によれば、コスト低減を図りつつ、端部の単電池の温度低下を抑制し、燃料電池スタックを安定的に動作させることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。はじめに、本実施の形態に係る燃料電池スタックを好適に用いることができる燃料電池システムの一例について説明する。

（実施の形態１）
図１は、第１の実施の形態に係る燃料電池システム１０の全体構成を示す概略図である。なお、図１の概略図は、主に各構成の機能やつながりを模式的に示した図であり、各構成の位置関係または配置を限定するものではない。

燃料電池システム１０は、電源ユニット２０を備える。電源ユニット２０は、改質装置４０、燃料電池スタック５０、燃料用湿熱交換器６０、酸化剤用湿熱交換器７０、コンバータ９０、インバータ９２、制御装置１００を有する。本実施の形態の燃料用湿熱交換器６０および酸化剤用湿熱交換器７０は、タンクに貯留された水を用いて加湿対象の気体をバブリングすることにより、加湿対象の気体を所定の湿度に加湿することができる。

改質装置４０には、水処理装置４２で水処理が施された上水が改質用水として供給される。水処理装置４２は、逆浸透膜とイオン交換樹脂を用いて上水からの水を水処理する。水処理装置４２で水処理が施された水は、改質装置４０が有する改質器の水蒸気改質に用いられる。

燃料電池スタック５０で未反応のまま排出される改質ガスである電池オフガスは、気液分離装置４４を経由して改質装置４０に送られる。気液分離装置４４において、電池オフガスの気体成分のみが取り出されて改質装置４０に送られ、バーナの燃料に用いられる。また、気液分離装置４４は、電池オフガスと改質用水とが熱交換可能な熱交換機能を兼ね備え、電池オフガスの熱により改質用水が加熱される。

燃料電池スタック５０にて発生した直流電力は、コンバータ９０により所定電圧（たとえば２４Ｖ）の直流電力に変換された後、インバータ９２によって交流電力（たとえば１００Ｖ）に変換される。インバータ９２で変換された交流電力は系統９４へ出力される。また、コンバータ９０で変換された所定電圧の直流電力は、制御装置１００などの電源として利用される。

制御装置１００は、改質装置４０から供給される燃料の供給量および外部から取り込まれる空気の供給量を調節して、燃料電池スタック５０による発電量を制御する。この他に、制御装置１００は、冷却水用の配管に設けられた制御バルブの開度や、循環ポンプを調節して冷却水の水量を制御する。さらに、制御装置１００は、コンバータ９０およびインバータ９２等との間で電気信号を送受信して、これらの各種機器を制御する。制御装置１００はリモートコントローラ９６と赤外線通信が可能である。ユーザは、リモートコントローラ９６を用いて、燃料電池システム１０の動作設定をすることができる。

（燃料電池スタック）
次に、燃料電池スタック５０について詳述する。図２は、燃料電池スタック５０の概観を示す斜視図である。図３は、図２の燃料電池スタック５０をＡ１方向からみたときの側面図である。図４は、図２の燃料電池スタック５０をＡ２方向からみたときの側面図である。図５は、図２の燃料電池スタック５０をＡ３方向からみたときの側面図である。

燃料電池スタック５０は、セルが複数積層された積層体５１と、外部と電気的に接続するための接続端子８０がそれぞれ設けられた一対の集電体５３ａ，５３ｂ（以下、適宜集電体５３という）と、一対の端板１１０ａ，１１０ｂ（以下、適宜端板１１０という）と、集電体５３と端板１１０との間に配置され、集電体５３と端板１１０との間を絶縁する絶縁体５５ａ，５５ｂ（以下、適宜絶縁体５５という）と、を備える。

積層体５１は、図１に示す燃料極であるアノード５４と酸化剤極であるカソード５６との間に電解質膜としての固体高分子膜５２が設けられたセルが複数積層されたものである。集電体５３は、セルが発電した電流を外部へ導くために、積層体５１の両端部に位置するセルにそれぞれ接している。端板１１０は、積層体５１を締め付ける締め付け力が集電体５３および絶縁体５５を介して積層体５１の両端にかかるように、締結機構により締め付けられている。

燃料電池スタック５０は、ボルト１０４、ナット１０６、積層体５１にセル積層方向の圧縮加重を加える断面がＷ形状の複数のばね材１０８、等から構成される締結機構により締め付けられている。

燃料電池スタック５０は、燃料として水素ガスを用いるとともに、酸化剤として空気を用いて発電を行う。具体的には、燃料電池スタック５０を構成する各セル（単電池）において、固体高分子膜５２の一方の面に接するアノード５４では、式（１）で示す電極反応が起きる。一方、固体高分子膜５２の一方の面に接するカソード５６では、式（２）で示す電極反応が起きる。各セルは、冷却水プレート５８を流通する冷却水によって冷却され、約７０〜８０℃の適温に調節される。

（絶縁体）
更に、絶縁体５５ａについて説明する。図６は、本実施の形態に係る絶縁体５５ａを集電体が配置される側から見た正面図である。図７は、図６のＢ−Ｂ’断面図である。図８は、本実施の形態に係る絶縁体５５ａの側面図である。図９は、本実施の形態に係る絶縁体５５ａを端板１１０ａと接する側から見た背面図である。図１０は、本実施の形態に係る絶縁体５５ａを端板１１０ａと接する側から見た斜視図である。図１１は、本実施の形態に係る絶縁体５５ａを端板１１０ａと接する側から見た要部斜視図である。図１２は、本実施の形態に係る絶縁体５５と集電板の間に形成された空間に断熱部材が充填されていることを示す模式図である。

絶縁体５５ａは、図４や図６に示すように、端板１１０ａに対向する面に、空気が流入す
る酸化剤流入口１２０と、冷却水のエア抜きを行う冷却水エア抜き口１２２と、水素ガスが流入する燃料流入口１２４と、冷却水が排出される冷却水排出口１２６とが形成されている。絶縁体５５ａと端板１１０ａは、絶縁体５５ａに形成された各流路が端板１１０ａに設けられた貫通穴から突出するように重ね合わされて、締め付けられている。

また、絶縁体５５ｂは、図５に示すように、端板１１０ｂに対向する面に、空気に含まれる余分な成分を排出する酸化剤ドレン排出口１２８と、冷却水が流入する冷却水流入口１３０と、水素ガスに含まれる余分な成分を排出する燃料ドレン排出口１３２と、セルにおいて未反応の水素ガスが排出される燃料排出口１３４と、セルにおいて未反応の空気が排出される酸化剤排出口１３６とが形成されている。絶縁体５５ｂと端板１１０ｂは、絶縁体５５ｂに形成された各流路が端板１１０ｂに設けられた貫通穴から突出するように重ね合わされて、締め付けられている。

図６や図１０に示すように、絶縁体５５ａは、絶縁体５５ａが端板１１０ａと接する側の面に、絶縁体５５ａの長手方向に複数設けられた縦リブ２４０と、縦リブ２４０と交差する複数の横リブ２４２とが設けられている。縦リブ２４０および横リブ２４２は、端板１１０ａに押圧される被押圧部として機能する。また、端板１１０ａが縦リブ２４０および横リブ２４２を押圧したときに閉じた空間となる凹部２４４を有している。

横リブ２４２には、絶縁体５５ａの長手方向に隣接する凹部２４４と連通する連通溝２５０が設けられている。また、絶縁体５５ａの短手方向に並んだ一列の凹部２４４ａを形成する縦リブ２４０には、絶縁体５５ａの短手方向に隣接する凹部２４４ａと連通する連通溝２６０が設けられている。また、図６に示すように、絶縁体５５ａの側面中央部分にゲート２７０が設けられている。ゲート２７０が設けられた位置は、一列の凹部２４４ａの高さに対応しており、好ましくは、絶縁体５５ａの長手方向における一列の凹部２４４ａの中心に一致している。なお、各凹部２４４の縦リブ２４０および横リブ２４２における連通溝２５０、２６０の設置位置は本実施の形態に限られず、ゲート２７０から任意の経路を通っていずれの凹部２４４にも連通可能になるように設けられていればよい。

本実施の形態に係る絶縁体は、樹脂製の部材であり、一体成型により凹部やリブ等の形状を簡便に形成することができ、燃料電池スタックの製造コストや材料コストを低減することができる。樹脂の材料としては、ガラスファイバー入りのＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）が好ましい。この材料は熱的に安定であり、電気伝導度を上げる溶出物が非常に少なく、また耐スチーム性が高いため、燃料電池スタックは安定した発電を長期にわたり維持することができる。

また、図９に示すように、絶縁体５５ａの集電体５３ａが配置される側の面には、絶縁体５５ａの長手方向に複数設けられた縦リブ１４０と、縦リブ１４０と交差する複数の横リブ１４２とが設けられている。

絶縁体５５ａに形成された縦リブ１４０および横リブ１４２は、積層体５１が挟持されたときに集電体５３ａを押圧する押圧部として機能する。また、絶縁体５５ａが集電体５３ａを押圧したときに閉じた空間となる凹部１４４が、縦リブ１４０および横リブ１４２に囲まれた領域として形成されている。

横リブ１４２には、絶縁体５５ａの長手方向に隣接する凹部１４４と連通する連通溝１５０が設けられている。また、絶縁体５５ａの短手方向に並んだ一列の凹部１４４ａを形成する縦リブ１４０には、絶縁体５５ａの短手方向に隣接する凹部１４４ａと連通する連通溝１６０が設けられている。また、絶縁体５５ａの側面中央部分にゲート１７０が設けられている。ゲート１７０が設けられた位置は、一列の凹部１４４ａの高さに対応しており
、好ましくは、絶縁体５５ａの長手方向における一列の凹部１４４ａの中心に一致している。なお、各凹部１４４の縦リブ１４０および横リブ１４２における連通溝１５０、１６０の設置位置は本実施の形態に限られず、ゲート１７０から任意の経路を通っていずれの凹部１４４にも連通可能になるように設けられていればよい。

なお、絶縁体５５ａに形成されている縦リブ１４０および横リブ１４２は、集電体５３ａと当接する領域１４０ａ，１４２ａが集電体５３ａを介さずに積層体５１と当接する領域１４０ｂ，１４２ｂより凹んでいる。これにより、図９に示すように、絶縁体５５ａが集電体５３ａと当接しない領域より凹んだ領域に集電体５３ａを配置することができるので、燃料電池スタック５０をコンパクトにすることができる。

このような絶縁体５５ａを端板１１０ａと集電体５３ａとの間に配置すると、図１２に示すように、積層体５１が挟持されたときに、端板１１０と絶縁体５５との間に空間１８０が形成され、絶縁体５５と集電体５３との間に空間１８２が形成される。本実施の形態では、空間１８０、１８２に、それぞれ断熱部材１９０、１９２が充填されている。断熱部材として、発泡体、より好ましくは独立発泡体を用いることができる。独立発泡体とは、互いに独立した無数の気泡を有する発泡体である。独立発泡体は、樹脂の独立気泡からできているために空気の流れが遮断され、高い断熱性能を発揮する。発泡体は、このような独立気泡と細孔によって互いに連通した気泡からなる連続気泡とを有する。発泡体、または独立発泡体としては、例えば発泡ポリスチレン樹脂、発泡ポリエチレン樹脂のような樹脂発泡体を用いることができる。なお、断熱部材の熱伝導率は、0.04Ｗ／m・Ｋ以下が好ましく、0.03Ｗ／m・Ｋ以下がより好ましい。これによれば、積層体５１の端部に位置するセルの温度低下をより確実に抑制することができる。

なお、燃料電池スタック５０を組み付けた状態で、ゲート２７０から発泡ポリスチレン樹脂などの断熱部材１９０を注入し、樹脂を固化させることにより、空間１８０に断熱部材１９０を充填することができる。これにより、ゲート２７０から任意の連通溝２５０を経由して各凹部２４４に断熱部材１９０が注入され、各凹部２４４に一括して断熱部材１９０が充填される。この他、燃料電池スタック５０を組み付ける前に、絶縁体５５ａが端板１１０ａと接する側の面に平板を押圧した状態で、断熱部材１９０の注入を行ってもよい。

同様に、燃料電池スタック５０を組み付けた状態、または絶縁体５５ａが集電体５３ａと接する側の面に平板を押圧した状態で、ゲート１７０から発泡ポリスチレン樹脂などの断熱部材１９２を注入し、樹脂を固化させることにより、空間１８２に断熱部材１９２を充填することができる。これにより、ゲート２７０から任意の連通溝２５０を経由して各凹部２４４に断熱部材１９２が注入され、各凹部２４４に一括して断熱部材１９２が充填される。この他、燃料電池スタック５０を組み付ける前に、絶縁体５５ａが集電体５３ａと接する側の面に平板を押圧した状態で、断熱部材１９２の注入を行ってもよい。

以上説明したように、空間１８０、１８２に、それぞれ断熱部材１９０、１９２を充填することにより、集電体５３ａから端板１１０ａに熱が伝わりにくくなり、端板１１０ａや絶縁体５５ａを介して外部に熱が逃げることを抑制できる。そのため、集電体５３ａが接する積層体５１の端部に位置するセルの温度低下を抑制し、燃料電池スタック５０を安定的に動作させることができる。なお、本実施の形態に係る絶縁体５５ａのように、押圧部をリブにより構成することで、絶縁体５５ａ自体の強度を向上させることができるとともに、集電体５３ａを均一に押圧することができる。また、断熱部材１９０，１９２は安価な材料で構成することができるため、燃料電池スタック５０の端部における断熱性能を低コストにて実現することがでる。

また、本実施の形態に係る絶縁体５５ａに設けられた凹部２４４は、交差する複数の縦リブ２４０および横リブ２４２により複数形成されており、縦リブ２４０および横リブ２４２が端板１１０ａを押圧したときに互いに閉じられた複数の空間となる。そのため、複数の空間が互いに閉じられ連通していないので、集電体５３ａが発する熱が隣の空間に伝わりにくく、端部のセルの熱が拡散することを抑制することができる。

同様に、本実施の形態に係る絶縁体５５ａに設けられた凹部１４４は、交差する複数の縦リブ１４０および横リブ１４２により複数形成されており、縦リブ１４０および横リブ１４２が集電体５３ａを押圧したときに互いに閉じられた複数の空間となる。そのため、複数の空間が互いに閉じられ連通していないので、集電体５３ａが発する熱が隣の空間に伝わりにくく、端部のセルの熱が拡散することを抑制することができる。

また、絶縁体５５ａには、積層体５１の温度を適温にするための流体が流れる流路として冷却水排出口１２６が設けられている。

なお、絶縁体５５ｂの端板１１０ｂと接する側の面の構造は、絶縁体５５ａの端板１１０ａと接する側の面の構造と同様に形成される。また、絶縁体５５ｂの集電体５３ｂと接する側の面の構造は、絶縁体５５ｂの集電体５３ｂと接する側の面の構造と同様に形成される。

（断熱部材による端部セルの保温効果）
図１３は、上記実施の形態の燃料電池スタックにおける端部セルの保温効果を示すグラフである。具体的には、上記実施の形態の燃料電池スタックの構成（絶縁体の凹部に絶縁体の凹部に断熱部材がある構成）および当該燃料電池スタックから断熱部材を除去した構成のそれぞれについて、集電体付近の温度および端板最外部（空気と接する部分）の温度についてシミュレーション計算を行った。シミュレーション計算において、外気温を室温（２５℃）とし、端部セルから一定の発熱量（５Ｗ）があるという条件を設定した。この結果、図１３に示すように、絶縁体の凹部に断熱部材を設けた構成の方が、絶縁体の凹部に断熱部材を設けない構成に比べて、集電体付近の温度と端板最外部の温度との差が大きいことがわかる。すなわち、絶縁体の凹部に断熱部材を設けることにより、燃料電池スタックの端部セルの温度低下がさらに抑制され、燃料電池スタックの端部セルがより高い温度に保持されることが確認された。

ここで、本実施の形態に係る絶縁体５５ａに設けられる連通溝の変形例について説明する。

（変形例１）
図１４は、変形例１に係る絶縁体５５ａを端板１１０ａと接する側から見た要部斜視図である。変形例１では、縦リブ２４０と横リブ２４２とが交差する部分に連通溝２５０ａが設けられている。これにより、連通溝２５０ａを通じて４つの凹部２４４を連通させることができるので、断熱部材を注入する際に、断熱部材の流動を容易にさせることができる。また、第１の実施の形態に比べて連通溝の数を少なくすることができるので、絶縁体５５ａの金型加工をさらに容易にすることができる。なお、絶縁体５５ａの集電体５３ａと接する側の面の構造にも、同様な連通溝を設けることができる。

（変形例２）
図１５は、変形例２に係る絶縁体５５ａを端板１１０ａと接する側から見た要部斜視図である。変形例２では、連通溝に代えて縦リブ２４０および横リブ２４２の側面を貫通する連通穴２５２が設けられている。連通穴２５２の形状は、円形でも矩形状でもよい。なお、絶縁体５５ａの集電体５３ａと接する側の面の構造にも、同様な連通穴を設けることが
できる。

（変形例３）
図１６は、変形例３に係る絶縁体５５ａを端板１１０ａと接する側から見た要部斜視図である。変形例３では、凹部２４４と凹部１４４とを連通する連通穴２５４が設けられている。これにより、ゲート２７０から断熱部材を注入することにより、凹部２４４だけでなく、凹部１４４にも一度に断熱部材を充填することができ、製造工程を簡略化することができる。また、ゲート１７０が不要となるため、絶縁体５５ａの構造をより簡略化することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態の燃料電池スタックの基本構成は、第１の実施の形態と同様である。以下、本実施の形態における第１の実施の形態と異なる構成について説明する。図１７は、本実施の形態に係る絶縁体５５ａを端板１１０ａと接する側から見た要部斜視図である。本実施の形態では、縦リブおよび横リブに代えて柱状のボス３００が用いられている。ボス３００は、所定の間隔で、絶縁体５５ａの両面に設けられている。ボス３００の隙間に、上述した絶縁部材を充填することにより、安価に燃料電池スタックの端部に位置するセルの温度低下を抑制し、燃料電池スタックを安定的に動作させることができる。なお、絶縁体５５ａの集電体５３ａと接する側の面の構造にも、同様なボスを設けることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態の燃料電池スタックの基本構成は、第１の実施の形態と同様である。以下、本実施の形態における第１の実施の形態と異なる構成について説明する。図１８は、本実施の形態に係る絶縁体５５ａを端板１１０ａと接する側から見た要部斜視図である。本実施の形態では、リブおよびボスが省略された状態で、絶縁体５５ａの両面に設けられている。本実施の形態で用いられる断熱部材１９０、１９２として剛性を有する発泡体または独立発泡体が用いられる。これにより、断熱部材が１９０、１９２がそれぞれ端板１１０ａ、集電体５３ａを支える構造体を兼ねている。これにより、絶縁体５５ａをより簡便な構造にし、加工を容易にすることができる。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

第１の実施の形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す概略図である。 燃料電池スタックの概観を示す斜視図である。 図２の燃料電池スタックをＡ１方向からみたときの側面図である。 図２の燃料電池スタックをＡ２方向からみたときの側面図である。 図２の燃料電池スタックをＡ３方向からみたときの側面図である。 第１の実施の形態に係る絶縁体を集電体が配置される側から見た正面図である。 図６のＢ−Ｂ’断面図である。 第１の実施の形態に係る絶縁体の側面図である。 第１の実施の形態に係る絶縁体を端板と接する側から見た背面図である。 第１の実施の形態に係る絶縁体を端板と接する側から見た斜視図である。 第１の実施の形態に係る絶縁体を端板と接する側から見た要部斜視図である。 第１の実施の形態に係る絶縁体と集電板の間に形成された空間に断熱部材が充填されていることを示す模式図である。 第１実施の形態の燃料電池スタックにおける端部セルの保温効果を示すグラフである。 変形例１に係る絶縁体を端板と接する側から見た要部斜視図である。 変形例２に係る絶縁体を端板と接する側から見た要部斜視図である。 変形例３に係る絶縁体を端板と接する側から見た要部斜視図である。 第２の実施の形態に係る絶縁体を端板と接する側から見た要部斜視図である。 第３の実施の形態に係る絶縁体を端板と接する側から見た要部斜視図である。

１０ 燃料電池システム、 ２０ 電源ユニット、 ５０ 燃料電池スタック、 ５１ 積層体、 ５２ 固体高分子膜、 ５３ 集電体、 ５４ アノード、 ５５ 絶縁体、
５６ カソード、 １１０ 端板、 １４０ 縦リブ、 １４２ 横リブ、 １４４凹部、２４０ 縦リブ、２４２ 横リブ、２４４ 凹部

Claims (11)

1. 燃料極と酸化剤極との間に電解質膜が設けられた単電池が複数積層された積層体と、
   前記単電池が発電した電流を外部へ導くために、前記積層体の両端部に位置する前記単
   電池にそれぞれ接する一対の集電体と、
   前記積層体を締め付ける締め付け力がかかる一対の端板と、
   前記一対の集電体のうち少なくとも一方の集電体と前記端板との間に配置され、前記集電体と前記端板との間を絶縁する絶縁体と、
   を備え、
   前記絶縁体は、前記端板に面する側および前記集電体に面する側の両方に設けられた凹部を有し、
   前記凹部に、断熱部材が充填されていることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 前記端板に面する側の凹部が複数の区画に分割され、各区画に前記断熱部材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
3. 隣接する区画を仕切る仕切り部材に隣接する区画同士を連通させる連通溝が形成され、前記連通溝に前記断熱部材が充填されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池スタック。
4. 前記端板に面する側に設けられた凹部に前記端板を支持する支持部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
5. 前記集電体に面する側の凹部が複数の区画に分割され、各区画に前記断熱部材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
6. 隣接する区画を仕切る仕切り部材に隣接する区画同士を連通させる連通溝が形成され、前記連通溝に前記断熱部材が充填されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池スタック。
7. 前記端板に面する側に設けられた凹部が複数の区画に分割され、各区画に前記断熱部材
   が充填されているとともに、前記集電体に面する側に設けられた凹部が複数の区画に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
8. 前記端板に面する側に設けられた凹部において、隣接する区画を仕切る仕切り部材に隣接する区画同士を連通させる連通溝が形成され、前記連通溝に前記断熱部材が充填されているとともに、前記集電体に面する側に設けられた凹部において、隣接する区画を仕切る仕切り部材に隣接する区画同士を連通させる連通溝が形成され、前記連通溝に前記断熱部材が充填されていることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池スタック。
9. 前記断熱部材が剛性を有し、
   前記端板に面する側に設けられた前記断熱部材が前記端板を支持する構造体を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
10. 前記断熱部材が剛性を有し、
    前記集電体に面する側に設けられた前記断熱部材が前記集電体を支持する構造体を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
11. 前記断熱部材が発泡体からなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。