JP5383540B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、電解質・電極構造体と金属セパレータとが積層されるとともに、反応ガスを前記金属セパレータの面方向に流す反応ガス流路と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔とが形成される発電セルを備え、複数の前記発電セルが電極面を水平方向に沿って重力方向に積層され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）の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セル（単位セル）を備えている。

この種の燃料電池は、通常、車載用として使用される際、所望の発電力を得るために、所定数（例えば、数十〜数百）の発電セルを積層した燃料電池スタックとして使用されている。その際、燃料電池スタックは、一般的に、セパレータの面内に発電面に沿って反応ガスを流す反応ガス流路と、前記反応ガス流路に連通し、発電セルの積層方向に貫通する反応ガス連通孔とを設ける、所謂、内部マニホールドを採用している。

この種の内部マニホールド型燃料電池スタックでは、特に出口側マニホールド（反応ガス排出連通孔）近傍に、発電反応により生成された生成水が滞留するおそれがある。そこで、フラッディングによる不安定動作を回避するために、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子電解質型燃料電池が知られている。

上記の特許文献１は、ガス導入マニホールド孔、ガス排出マニホールド孔及びガス流路溝部を有し、前記ガス導入マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス導入口、及び前記ガス排出マニホールド孔と前記ガス流路溝部を連結するガス排出口を備えたガスマニホールド一体型セパレータを有する固体高分子電解質型燃料電池に関するものである。

この燃料電池は、ガス導入口、ガス排出口の少なくとも一方のガス流路溝部の少なくともガスマニホールド孔側の幅が広がっているガスマニホールド一体型セパレータで、固体高分子電解質と電極の接合体を挟んで積層したことを特徴としている。

これにより、ガス流路溝部とガスマニホールド孔の接続部のガスの流体抵抗を下げることができるので、ガスの流体抵抗が低くなる一方、前記ガス流路溝部でガス中の水分の一部が凝縮しても、ガス排出口から前記ガスマニホールド孔への凝縮水の排出が容易にできる、としている。

特許第４０６２７９７号公報

上記の特許文献１では、ガス排出口のガスマニホールド孔側の幅が広がっているため、前記ガス排出口から前記ガスマニホールド孔に凝縮水が連なって排出されてしまう。従って、積層されている発電セル間で液絡が惹起し、特にセパレータとして金属セパレータが使用される場合、電位差により前記金属セパレータ表面に腐食電流が発生し易い。

このため、金属セパレータの腐食により溶出される金属イオンを介して電解質膜の機能が低下するとともに、前記腐食による前記金属セパレータの薄肉化（穴あき）が生じ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、簡単な構成で、発電セル間の液絡の発生を可及的に阻止す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。

本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設した電解質・電極構造体と金属セパレータとが積層されるとともに、反応ガスを前記金属セパレータの面方向に流す反応ガス流路と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔とが形成される発電セルを備え、複数の前記発電セルが電極面を水平方向に沿って重力方向に積層される燃料電池スタックに関するものである。

この燃料電池スタックは、少なくとも反応ガス排出連通孔と反応ガス流路とを繋ぐ複数の連結流路を形成するブリッジ部が設けられるとともに、積層方向に隣接し且つ同一の反応ガスを流通させる少なくとも２つの前記反応ガス流路では、一方の前記反応ガス流路に繋がる前記連結流路間の凸部と、他方の前記反応ガス流路に繋がる前記連結流路間の凸部とが、前記積層方向に沿って互いに位置をずらして配置されている。

また、この燃料電池スタックは、一方の反応ガス流路に繋がる連結流路間の凸部と、他方の前記反応ガス流路に繋がる前記連結流路間の凸部とは、積層方向に沿って互いに一部を重なり合わせてオフセットして配置されることが好ましい。

さらに、この燃料電池スタックは、一方の反応ガス流路に繋がる連結流路間の凸部と、他方の前記反応ガス流路に繋がる前記連結流路間の凸部とは、積層方向に沿って互いに重なり合うことなく交互に配置されることが好ましい。

さらにまた、ブリッジ部は、ゴム材又は樹脂材で形成されることが好ましい。

また、この燃料電池スタックは、金属セパレータにシール部材が一体成形されるとともに、ブリッジ部は、前記シール部材で一体成形されることが好ましい。

本発明によれば、一方の反応ガス流路に繋がる連結流路間の凸部と、他方の前記反応ガス流路に繋がる前記連結流路間の凸部とが、積層方向に沿って互いに位置をずらして配置されている。このため、連結流路に沿って流通する結露水は、反応ガス排出連通孔に排出される際、積層方向に互いに連続することがない。従って、反応ガス排出連通孔における結露水の連続性（繋がり）が遮断され、簡単な構成で、単位セル間の液絡の発生を可及的に阻止することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池ユニットの分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 前記燃料電池スタックの、図２中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。 前記燃料電池スタックを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する第２金属セパレータの正面説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する第３金属セパレータの正面説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池ユニットの要部断面説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する燃料電池ユニットの分解斜視説明図である。 前記燃料電池ユニットの要部断面説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池ユニット（発電セル）１２が、電極面を水平方向に沿って重力方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を設ける。積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）の一端（上端）には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８ａ及びエンドプレート２０ａが上方に向かって配設される。積層体１４の積層方向の他端（下端）には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁プレート１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが下方に向かって配設される。

エンドプレート２０ａ、２０ｂには、複数の連結バー２１の両端が固定されており、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、積層方向に締め付け荷重が付与される。なお、エンドプレート２０ａ、２０ｂ間に、図示しないタイロッドを介して積層方向に締め付け荷重を付与してもよく、また、ボックス状のケーシングを介して積層方向に締め付け荷重を付与してもよい。

図２及び図３に示すように、各燃料電池ユニット１２は、第１金属セパレータ２２、第１電解質膜・電極構造体２４ａ、第２金属セパレータ２６、第２電解質膜・電極構造体２４ｂ及び第３金属セパレータ２８を設ける。

なお、本発明では、２つの単位セルを含んでいるが、３つ以上の単位セルを含む燃料電池ユニットを積層した燃料電池を採用することもできる。その際、後述する冷却媒体流路４４は、３つ以上の単位セル毎に形成される。

第１金属セパレータ２２、第２金属セパレータ２６及び第３金属セパレータ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、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第１金属セパレータ２２、第２金属セパレータ２６及び第３金属セパレータ２８は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。

燃料電池ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ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３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３２ａが設けられる。

燃料電池ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが設けられる。

燃料電池ユニット１２の短辺方向（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、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔３４ａが設けられるとともに、前記燃料電池ユニット１２の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔３４ｂが設けられる。

第１金属セパレータ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３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第１燃料ガス流路３６が形成される。第１燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第１燃料ガス流路３６の入口及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０が設けられる。

図４及び図５に示すように、入口バッファ部３８と燃料ガス入口連通孔３２ａとの間には、入口ブリッジ部４２が設けられるとともに、出口バッファ部４０と燃料ガス出口連通孔３２ｂとの間には、出口ブリッジ部４３が設けられる。入口ブリッジ部４２は、複数の凸部４２ａを備え、前記凸部４２ａ間には、複数の連結流路４２ｂが形成される。凸部４２ａは、燃料ガス入口連通孔３２ａの端部まで延在しており、連結流路４２ｂは、前記燃料ガス入口連通孔３２ａに隙間なく連通する。

出口ブリッジ部４３は、複数の凸部４３ａを備え、前記凸部４３ａ間には、複数の連結流路４３ｂが形成される。凸部４３ａは、燃料ガス出口連通孔３２ｂの端部まで延在しており、連結流路４３ｂは、前記燃料ガス出口連通孔３２ｂに隙間なく連通する。

第１金属セパレータ２２の面２２ｂには、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部（第１燃料ガス流路３６の裏面形状）が形成される。

第２金属セパレータ２６の第１電解質膜・電極構造体２４ａに向かう面２６ａには、図６に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路５０が形成される。第１酸化剤ガス流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第１酸化剤ガス流路５０の入口及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４が設けられる。

入口バッファ部５２と酸化剤ガス入口連通孔３０ａとの間には、入口ブリッジ部５６が設けられるとともに、出口バッファ部５４と酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとの間には、出口ブリッジ部５７が設けられる。入口ブリッジ部５６は、複数の凸部５６ａを備え、前記凸部５６ａ間には、複数の連結流路５６ｂが形成される。出口ブリッジ部５７は、複数の凸部５７ａを備え、前記凸部５７ａ間には、複数の連結流路５７ｂが形成される。

図２に示すように、第２金属セパレータ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３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂ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Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第２燃料ガス流路５８の入口及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部６０及び出口バッファ部６２が設けられる。

入口バッファ部６０と燃料ガス入口連通孔３２ａとの間には、入口ブリッジ部６４が設けられるとともに、出口バッファ部６２と燃料ガス出口連通孔３２ｂとの間には、出口ブリッジ部６５が設けられる。入口ブリッジ部６４は、複数の凸部６４ａを備え、前記凸部６４ａ間には、複数の連結流路６４ｂが形成される。凸部６４ａは、燃料ガス入口連通孔３２ａの端部まで延在しており、連結流路６４ｂは、前記燃料ガス入口連通孔３２ａに隙間なく連通する。

図２及び図４に示すように、出口ブリッジ部６５は、複数の凸部６５ａを備え、前記凸部６５ａ間には、複数の連結流路６５ｂが形成される。凸部６５ａは、燃料ガス出口連通孔３２ｂの端部まで延在しており、連結流路６５ｂは、前記燃料ガス出口連通孔３２ｂに隙間なく連通する。

図４に示すように、積層方向に隣接し且つ同一の反応ガスである燃料ガスを流通させる第１燃料ガス流路３６及び第２燃料ガス流路５８では、前記第１燃料ガス流路３６に繋がる連結流路４３ｂ間の凸部４３ａと、前記第２燃料ガス流路５８に繋がる連結流路６５ｂ間の凸部６５ａとが、積層方向に沿って互いに位置をずらして配置される。具体的には、凸部４３ａと凸部６５ａとは、積層方向に沿って互いに一部を重なり合わせてオフセットして配置される。

第１燃料ガス流路３６及び第２燃料ガス流路５８では、同様に前記第１燃料ガス流路３６に繋がる連結流路４２ｂ間の凸部４２ａと、前記第２燃料ガス流路５８に繋がる連結流路６４ｂ間の凸部６４ａとが、積層方向に沿って互いに位置をずらして、例えば、オフセットして配置される（図４及び図５参照）。

図７に示すように、第３金属セパレータ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３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ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Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第２酸化剤ガス流路６６の入口及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０が設けられる。

入口バッファ部６８と酸化剤ガス入口連通孔３０ａとの間には、入口ブリッジ部７２が設けられるとともに、出口バッファ部７０と酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとの間には、出口ブリッジ部７３が設けられる。入口ブリッジ部７２は、複数の凸部７２ａを備え、前記凸部７２ａ間には、複数の連結流路７２ｂが形成される。出口ブリッジ部７３は、複数の凸部７３ａを備え、前記凸部７３ａ間には、複数の連結流路７３ｂが形成される。

図６及び図７に示すように、積層方向に隣接し且つ同一の反応ガスである酸化剤ガスを流通させる第１酸化剤ガス流路５０及び第２酸化剤ガス流路６６では、前記第１酸化剤ガス流路５０の出口側に繋がる連結流路５７ｂ間の凸部５７ａと、前記第２酸化剤ガス流路６６の出口側に繋がる連結流路７３ｂ間の凸部７３ａとが、積層方向に沿って互いに位置をずらして配置される。具体的には、凸部５７ａと凸部７３ａとは、積層方向に沿って互いに一部を重なり合わせてオフセットして配置される。

第１酸化剤ガス流路５０及び第２酸化剤ガス流路６６では、同様に第１酸化剤ガス流路５０の入口側に繋がる連結流路５６ｂ間の凸部５６ａと、前記第１酸化剤ガス流路５０の入口側に繋がる連結流路７２ｂ間の凸部７２ａとが、積層方向に沿って互いに位置をずらして、例えば、オフセットして配置される。

第３金属セパレータ２８の面２８ｂには、図２に示すように、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４が形成される。冷却媒体流路４４は、第１燃料ガス流路３６及び第２酸化剤ガス流路６６の裏面形状（波形状）の重ね合わせにより形成される。

第１金属セパレータ２２の面２２ａ、２２ｂには、この第１金属セパレータ２２の外周端縁部を周回して第１シール部材７４が一体成形される。第２金属セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、この第２金属セパレータ２６の外周端縁部を周回して第２シール部材７６が一体成形されるとともに、第３金属セパレータ２８の面２８ａ、２８ｂには、この第３金属セパレータ２８の外周端縁部を周回して第３シール部材７８が一体成形される。

第１〜第３シール部材７４、７６、７８としては、例えば、絶縁性を有する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が用いられる。

入口ブリッジ部４２及び出口ブリッジ部４３は、第１金属セパレータ２２に対して第１シール部材７４で一体成形される。入口ブリッジ部５６、６４及び出口ブリッジ部５７、６５は、第２金属セパレータ２６に対して第２シール部材７６で一体成形される。入口ブリッジ部７２及び出口ブリッジ部７３は、第３金属セパレータ２８に対して第３シール部材７８で一体成形される。

なお、入口ブリッジ部４２、５６、６４及び７２と出口ブリッジ部４３、５７、６５及び７３とは、第１シール部材７４、第２シール部材７６及び第３シール部材７８とは別体に、絶縁性を有する樹脂材又はゴム材で形成してもよい。

第１及び第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂ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８０と、前記固体高分子電解質膜８０を挟持するアノード側電極８２及びカソード側電極８４とを備える。アノード側電極８２は、固体高分子電解質膜８０よりも小さな表面積を有する。

アノード側電極８２及びカソード側電極８４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とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜８０の両面に形成される。

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。

先ず、図２に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３２ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔３４ａに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、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２金属セパレータ２６の第１酸化剤ガス流路５０及び第３金属セパレータ２８の第２酸化剤ガス流路６６に導入される（図６及び図７参照）。この酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第１電解質膜・電極構造体２４ａのカソード側電極８４に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路６６に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体２４ｂのカソード側電極８４に供給される（図２参照）。

一方、燃料ガスは、図２に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａから第１金属セパレータ２２の第１燃料ガス流路３６及び第２金属セパレータ２６の第２燃料ガス流路５８に導入される。この燃料ガスは、第１燃料ガス流路３６に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第１電解質膜・電極構造体２４ａのアノード側電極８２に供給されるとともに、第２燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体２４ｂのアノード側電極８２に供給される。

従って、第１及び第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂでは、カソード側電極８４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極８２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、カソード側電極８４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３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード側電極８２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３２ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体入口連通孔３４ａに供給された冷却媒体は、図２に示すように、第１金属セパレータ２２と第３金属セパレータ２８との間に形成された冷却媒体流路４４に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、第１及び第２電解質膜・電極構造体２４ａ、２４ｂを冷却した後、冷却媒体出口連通孔３４ｂに排出される。

この場合、第１の実施形態では、図４及び図５に示すように、積層方向に隣接し且つ同一の反応ガスである燃料ガスを流通させる第１燃料ガス流路３６及び第２燃料ガス流路５８において、前記第１燃料ガス流路３６の出口側に繋がる連結流路４３ｂ間の凸部４３ａと、前記第２燃料ガス流路５８の出口側に繋がる連結流路６５ｂ間の凸部６５ａとが、積層方向に沿って互いに位置をずらして、具体的には、前記凸部４３ａと前記凸部６５ａとが、積層方向に沿って互いに一部を重なり合わせてオフセットして配置されている。

このため、図４に示すように、積層方向に互いに隣接する連結流路４３ｂ、６５ｂに沿って流通する結露水は、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される際、積層方向に互いに連続することがない。従って、燃料ガス出口連通孔３２ｂにおける結露水の連続性（繋がり）が遮断され、簡単な構成で、単位セル間の液絡の発生を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。

図６及び図７に示すように、第１酸化剤ガス流路５０及び第２酸化剤ガス流路６６においても同様に、前記第１酸化剤ガス流路５０の出口側に繋がる連結流路５７ｂ間の凸部５７ａと、前記第２酸化剤ガス流路６６の出口側に繋がる連結流路７３ｂ間の凸部７３ａとが、積層方向に沿って互いに位置をずらして、具体的には、前記凸部５７ａと前記凸部７３ａとは、積層方向に沿って互いに一部を重なり合わせてオフセットして配置されている。

これにより、積層方向に互いに隣接する連結流路５７ｂ、７３ｂに沿って流通する結露水は、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに排出される際、積層方向に互いに連続することがない。従って、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂにおける結露水の連続性（繋がり）が遮断され、簡単な構成で、単位セル間の液絡の発生を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。

また、第１燃料ガス流路３６の入口側に繋がる連結流路４２ｂ間の凸部４２ａと、第２燃料ガス流路５８の入口側に繋がる連結流路６４ｂ間の凸部６４ａとが、積層方向に沿って互いに位置をずらして、例えば、オフセットして配置されている。一方、第１酸化剤ガス流路５０の入口側に繋がる連結流路５６ｂ間の凸部５６ａと、第１酸化剤ガス流路５０の入口側に繋がる連結流路７２ｂ間の凸部７２ａとが、積層方向に沿って互いに位置をずらして、例えば、オフセットして配置されている。

このため、燃料ガス入口連通孔３２ａ及び酸化剤ガス入口連通孔３０ａにおける結露水の連続性（繋がり）が遮断されるという利点が得られる。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック９０を構成する燃料電池ユニット（発電セル）９２の要部断面説明図である。

なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック９０と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。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

燃料電池ユニット９２は、基本的に、第１金属セパレータ２２、第２金属セパレータ２６及び第３金属セパレータ２８を備える。第１金属セパレータ２２は、入口ブリッジ部４２に代えて入口ブリッジ部９４を備えるとともに、出口ブリッジ部４３に代えて出口ブリッジ部９５を備える。入口ブリッジ部９４は、複数の凸部９４ａを備え、前記凸部９４ａ間には、複数の連結流路９４ｂが形成される。出口ブリッジ部９５は、複数の凸部９５ａを備え、前記凸部９５ａ間には、複数の連結流路９５ｂが形成される。

第２金属セパレータ２６は、入口ブリッジ部６４に代えて入口ブリッジ部９６を備えるとともに、出口ブリッジ部６５に代えて出口ブリッジ部９７を備える。入口ブリッジ部９６は、複数の凸部９６ａを備え、前記凸部９６ａ間には、複数の連結流路９６ｂが形成される。出口ブリッジ部９７は、複数の凸部９７ａを備え、前記凸部９７ａ間には、複数の連結流路９７ｂが形成される。

第１燃料ガス流路３６の出口側に繋がる連結流路９５ｂ間の凸部９５ａと、前記第２燃料ガス流路５８の出口側に繋がる連結流路９７ｂ間の凸部９７ａとが、積層方向に沿って互いに位置をずらして配置される。具体的には、凸部９５ａと凸部９７ａとは、積層方向に沿って互いに重なり合うことなく交互に配置される。

同様に、第１燃料ガス流路３６の入口側に繋がる連結流路９４ｂ間の凸部９４ａと、前記第２燃料ガス流路５８の入口側に繋がる連結流路９６ｂ間の凸部９６ａとが、積層方向に沿って互いに位置をずらして配置される。具体的には、凸部９４ａと凸部９６ａとは、積層方向に沿って互いに重なり合うことなく交互に配置される。

なお、第１酸化剤ガス流路５０及び第２酸化剤ガス流路６６では、図示しないが、上記の第１燃料ガス流路３６及び第２燃料ガス流路５８と同様に、入口ブリッジ部７２及び出口ブリッジ部７３に代えて各凸部同士が積層方向に沿って互いに重なり合うことなく交互に配置される入口ブリッジ部及び出口ブリッジ部が設けられる。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その説明は省略する。

このように構成される第２の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。しかも、特に凸部９５ａと凸部９７ａとは、積層方向に沿って互いに重なり合うことなく交互に配置されている。このため、結露水が積層方向に連続することを、一層確実に阻止することができるという利点がある。

図９は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１００を構成する燃料電池ユニット（発電セル）１０２の分解斜視説明図である。

燃料電池ユニット１０２は、第１金属セパレータ１０４、電解質膜・電極構造体１０６及び第２金属セパレータ１０８を備える。第１金属セパレータ１０４は、入口ブリッジ部４２に代えて入口ブリッジ部１１０を備えるとともに、出口ブリッジ部４３に代えて出口ブリッジ部１１２を備える。入口ブリッジ部１１０は、複数の凸部１１０ａを備え、前記凸部１１０ａ間には、複数の連結流路１１０ｂが形成される。出口ブリッジ部１１２は、複数の凸部１１２ａを備え、前記凸部１１２ａ間には、複数の連結流路１１２ｂが形成される。

図１０に示すように、各燃料電池ユニット１０２では、積層方向に隣接する２つの燃料ガス流路５８において、一方の前記燃料ガス流路５８に繋がる連結流路１１０ｂ、１１２ｂ間の凸部１１０ａ、１１２ａと、他方の前記燃料ガス流路５８に繋がる連結流路１１０ｂ、１１２ｂ間の凸部１１０ａ、１１２ａとが、積層方向に沿って互いに位置をずらして配置される。

具体的には、積層方向に隣接する凸部１１０ａと凸部１１０ａとは、積層方向に沿って互いに重なり合うことなく交互に配置されるとともに、前記積層方向に隣接する凸部１１２ａと凸部１１２ａとは、積層方向に沿って互いに重なり合うことなく交互に配置される。

これにより、第３の実施形態では、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。なお、第３の実施形態では、第２の実施形態と同様の構成（交互配置）を採用しているが、第１の実施形態と同様の構成（オフセット配置）を採用してもよい。

１０、９０、１００…燃料電池スタック
１２、９２、１０２…燃料電池ユニット
１４…積層体
２２、２６、２８、１０４、１０８…金属セパレータ
２４ａ、２４ｂ、１０６…電解質膜・電極構造体
３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
３２ａ…燃料ガス入口連通孔 ３２ｂ…燃料ガス出口連通孔
３４ａ…冷却媒体入口連通孔 ３４ｂ…冷却媒体出口連通孔
３６、５８…燃料ガス流路
４２、５６、６４、７２、９４、９６、１１０…入口ブリッジ部
４２ａ、４３ａ、５６ａ、５７ａ、６４ａ、６５ａ、７２ａ、７３ａ、９４ａ、９５ａ、９６ａ、９７ａ、１１０ａ、１１２ａ…凸部
４２ｂ、４３ｂ、５６ｂ、５７ｂ、６４ｂ、６５ｂ、７２ｂ、７３ｂ、９４ｂ、９５ｂ、９６ｂ、９７ｂ、１１０ｂ、１１２ｂ…連結流路
４３、５７、６５、７３、９５、９７、１１２…出口ブリッジ部
４４…冷却媒体流路 ５０、６６…酸化剤ガス流路
７４，７６、７８…シール部材 ８０…固体高分子電解質膜
８２…アノード側電極 ８４…カソード側電極

Claims (5)

1. 電解質の両側に一対の電極を配設した電解質・電極構造体と金属セパレータとが積層されるとともに、反応ガスを前記金属セパレータの面方向に流す反応ガス流路と、前記反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔とが形成される発電セルを備え、複数の前記発電セルが電極面を水平方向に沿って重力方向に積層される燃料電池スタックであって、
   少なくとも前記反応ガス排出連通孔と前記反応ガス流路とを繋ぐ複数の連結流路を形成するブリッジ部が設けられるとともに、
   積層方向に隣接し且つ同一の前記反応ガスを流通させる少なくとも２つの前記反応ガス流路では、一方の前記反応ガス流路に繋がる前記連結流路間の凸部と、他方の前記反応ガス流路に繋がる前記連結流路間の凸部とが、前記積層方向に沿って互いに位置をずらして配置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、一方の前記反応ガス流路に繋がる前記連結流路間の凸部と、他方の前記反応ガス流路に繋がる前記連結流路間の凸部とは、前記積層方向に沿って互いに一部を重なり合わせてオフセットして配置されることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、一方の前記反応ガス流路に繋がる前記連結流路間の凸部と、他方の前記反応ガス流路に繋がる前記連結流路間の凸部とは、前記積層方向に沿って互いに重なり合うことなく交互に配置さ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、前記ブリッジ部は、ゴム材又は樹脂材で形成されることを特徴とする燃料電池スタック。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記金属セパレータにシール部材が一体成形されるとともに、
   前記ブリッジ部は、前記シール部材で一体成形されることを特徴とする燃料電池スタック。

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