JP5498847B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される発電ユニットを備え、前記発電ユニット間に冷却媒体を流通させる冷却媒体流路を形成して該発電ユニットが互いに積層されるとともに、前記発電ユニットの積層方向に貫通し、前記冷却媒体流路に連通する冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が設けら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（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した単位セル（発電ユニット）を備えている。

上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。また、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が、前記セパレータの面方向に沿って設けられている。

さらに、燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。その際、燃料電池では、単位セルの積層方向に貫通して燃料ガスを流すための燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔と、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔と、冷却媒体を流すための冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔とを内部に備える、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。

この種の燃料電池スタックでは、冷却媒体を循環させて燃料電池内部の温度を設定温度に調整している。ところが、燃料電池内部の温度は、部分的に設定温度以上の高温になるおそれがある。

そこで、燃料電池内部の温度むらを抑制するために、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、図９に示すように、複数の単位セル１が積層された燃料電池２を設けるとともに、第１、２の冷却液マニホールド（図示せず）を備えている。

各単位セル１の冷却液流路の一端は、第１の冷却液マニホールドで束ねられる一方、前記各単位セル１の冷却液流路の他端は、第２の冷却液マニホールドで束ねられている。第１の冷却液マニホールドと第２の冷却液マニホールドとには、管路３の両端が接続されており、前記管路３と個々の単位セル１の冷却液流路とを経由して、冷却液を循環させている。

管路３には、ラジエータ４及びポンプ５が配設されており、前記ラジエータ４は、前記管路３を流れる冷却液の熱を系外に放出するとともに、前記ポンプ５は、回転方向を反転させることができる。

燃料電池システムは、管路３の燃料電池２付近の位置に、温度センサ６及び７を備えている。温度センサ６は、冷却液が正方向に流れている場合の、燃料電池２に流れ込む前の冷却液の温度を測定する一方、温度センサ７は、冷却液が正方向に流れている場合の、前記燃料電池２から流出した冷却液の温度を測定している。

特開２００９−２４５８０２号公報

上記の特許文献１では、管路３の燃料電池２付近の位置に、温度センサ６及び７が設けられている。そして、温度センサ６は、燃料電池２に流れ込む前の冷却液の温度を測定する一方、温度センサ７は、前記燃料電池２から流出した冷却液の温度を測定している。従って、温度センサ６及び７は、燃料電池２を流通する冷却液の全量から温度を測定しており、前記燃料電池２の内部温度を正確に測定することができないという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、複数の発電ユニットが積層された燃料電池内部の温度を、簡単な構成で、正確に測定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が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される発電ユニットを備え、前記発電ユニット間に冷却媒体を流通させる冷却媒体流路を形成して該発電ユニットが互いに積層されるとともに、前記発電ユニットの積層方向に該発電ユニットを貫通し、前記冷却媒体流路に連通する冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が設けら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、冷却媒体流路に連通し、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔とは個別に設けられて積層方向に発電ユニットを貫通する冷却媒体連通路と、前記冷却媒体連通路内に挿入され、発電ユニットから前記冷却媒体連通路に排出される冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度測定装置とを備えている。

また、冷却媒体温度測定装置は、積層方向に配列される複数の温度計測部を備えることが好ましい。

さらに、この燃料電池スタックは、冷却媒体温度測定装置を冷却媒体連通路内に保持するための絶縁性保持部材を備え、前記絶縁性保持部材は、前記冷却媒体連通路を形成する発電ユニットの内壁面に嵌合する筒形状を有するとともに、前記絶縁性保持部材には、冷却媒体を前記冷却媒体連通路内で積層方向に流通させる通路部が、前記筒形状の軸方向に貫通して設けられることが好ましい。

さらにまた、冷却媒体温度測定装置は、冷却媒体連通路内に直接挿入されるとともに、前記冷却媒体連通路を形成する発電ユニットの内壁面には、冷却媒体を前記冷却媒体連通路内で積層方向に流通させるための通路部が形成されることが好ましい。

また、温度計測部は、熱電対であり、複数の前記熱電対は、冷却媒体温度測定装置を構成し積層方向に長尺な絶縁性ケーシング部材内に配置されることが好ましい。

本発明によれば、燃料電池スタックの内部に設けられた冷却媒体連通路内に、冷却媒体温度測定装置が挿入されている。しかも、冷却媒体連通路は、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔とは個別に設けられており、前記冷却媒体連通路を流通する冷却媒体の流量及び流速が有効に低減されている。このため、複数の発電ユニットが積層された燃料電池内部の温度を、簡単な構成で、正確に測定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を組み込む燃料電池システムの概略説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記発電ユニットを構成する第１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冷却媒体温度測定装置の説明図である。 前記冷却媒体温度測定装置の、図４中、Ｖ−Ｖ線断面図である。 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冷却媒体温度測定装置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冷却媒体温度測定装置の要部斜視説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する冷却媒体温度測定装置の説明図である。 特許文献１の燃料電池システムの説明図である。

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、燃料電池システム１１に組み込まれる。この燃料電池システム１１は、例えば、車両（図示せず）に搭載される車載用燃料電池システムを構成する。

燃料電池スタック１０は、発電ユニット１２を備え、複数の前記発電ユニット１２が、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層される。発電ユニット１２は、図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１６ａ、第２セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３セパレータ２０を設ける。第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０は、例えば、金属セパレータで構成されているが、カーボンセパレータ等により構成されてもよい。

図２に示すように、第１電解質膜・電極構造体１６ａは、第２電解質膜・電極構造体１６ｂよりも小さな表面積に設定される。第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂ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２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード側電極２４及びカソード側電極２６とを備える。アノード側電極２４は、カソード側電極２６よりも小さな表面積を有する段差型ＭＥＡを構成している。

アノード側電極２４及びカソード側電極２６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２２の両面に形成される。

発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、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。

発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、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。

発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の両端縁部上方には、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一対の冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａが設けられるとともに、前記発電ユニット１２の短辺方向の両端縁部下方には、前記冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂが設けられる。

各冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス入口連通孔３２ａに近接し、且つそれぞれ矢印Ｂ方向両側の各辺に振り分けられる。各冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂにそれぞれ近接し、且つそれぞれ矢印Ｂ方向両側の各辺に振り分けられる。

冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂの間、好ましくは、冷却媒体流路４４の幅方向の略中央部には、後述する冷却媒体流路４４に連通し且つ積層方向に貫通して冷却媒体連通路３５が設けられる。冷却媒体連通路３５は、冷却媒体入口連通孔３４ａ及び冷却媒体出口連通孔３４ｂとは個別に設けられるとともに、好ましくは、発電ユニット１２内の最高温度となる部位の近傍に設けられる。より具体的には、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂの近傍が好適である。

第１セパレータ１４の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａ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流路溝部３６ａを有するとともに、前記第１燃料ガス流路３６の入口近傍及び出口近傍には、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。

第１セパレータ１４の面１４ｂ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の一部である複数の流路溝部４４ａが形成される。流路溝部４４ａの入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４６ａ及び出口バッファ部４８ａが設けられる。

第２セパレータ１８の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａ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流路溝部５０ａを有する。第１酸化剤ガス流路５０の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４が設けられる。

第２セパレータ１８の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂ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流路溝部５８ａを有するとともに、前記第２燃料ガス流路５８の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６０及び出口バッファ部６２が設けられる。

第３セパレータ２０の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａ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流路溝部６６ａを有する。第２酸化剤ガス流路６６の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０が設けられる。

第３セパレータ２０の面２０ｂには、冷却媒体流路４４の一部である複数の流路溝部４４ｂが形成される。流路溝部４４ｂの入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４６ｂ及び出口バッファ部４８ｂが設けられる。

第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材７４が、個別に又は一体に設けられる。第２セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材７６が、個別に又は一体に設けられるとともに、第３セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３セパレータ２０の外周端縁部を周回して第３シール部材７８が、個別に又は一体に設けられる。

図３に示すように、第１セパレータ１４の面１４ｂでは、第１シール部材７４は、冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａを冷却媒体流路４４の入口側に連通する一方、冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂ及び冷却媒体連通路３５を前記冷却媒体流路４４の出口側に連通する。

同様に、第３セパレータ２０の面２０ｂでは、図２に示すように、第３シール部材７８は、冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａを冷却媒体流路４４の入口側に連通する一方、冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂ及び冷却媒体連通路３５を前記冷却媒体流路４４の出口側に連通する。

第１セパレータ１４は、燃料ガス入口連通孔３２ａと第１燃料ガス流路３６とを連通する複数の外側供給孔部８０ａ及び内側供給孔部８０ｂと、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第１燃料ガス流路３６とを連通する複数の外側排出孔部８２ａ及び内側排出孔部８２ｂとを有する。

第２セパレータ１８は、燃料ガス入口連通孔３２ａと第２燃料ガス流路５８とを連通する複数の供給孔部８４と、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第２燃料ガス流路５８とを連通する複数の排出孔部８６とを有する。

発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３セパレータ２０との間には、矢印Ｂ方向に延在する冷却媒体流路４４が形成される。

図１に示すように、複数の発電ユニット１２の積層方向（矢印Ａ方向）の一端には、ターミナルプレート９０ａ、絶縁プレート９２ａ及びエンドプレート９４ａが配設される。発電ユニット１２の積層方向の他端には、ターミナルプレート９０ｂ、絶縁プレート９２ｂ及びエンドプレート９４ｂが配設される。

エンドプレート９４ａには、図示しないが、燃料ガスの供給を行う燃料ガス供給マニホールド、前記燃料ガスの排出を行う燃料ガス排出マニホールド、酸化剤ガスの供給を行う酸化剤ガス供給マニホールド、前記酸化剤ガスの排出を行う酸化剤ガス排出マニホールドが設けられる。

エンドプレート９４ａには、さらに冷却媒体の供給を行う冷却媒体供給マニホールド９６ａ及び前記冷媒体の排出を行う冷却媒体排出マニホールド９６ｂが設けられるとともに、前記冷却媒体供給マニホールド９６ａ及び前記冷却媒体排出マニホールド９６ｂには、冷却媒体循環供給装置９８を構成する冷却媒体循環路１００が接続される。冷却媒体循環路１００には、循環ポンプ１０２とラジエータ（タンク機能を有する）１０４とが配設される。ラジエータ１０４には、冷却媒体排出路１０５を介して冷却媒体連通路３５が連通する。

燃料電池スタック１０は、冷却媒体連通路３５内に挿入されるとともに、発電ユニット１２から前記冷却媒体連通路３５に排出される冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度測定装置１０６を備える。

図４に示すように、冷却媒体温度測定装置１０６は、積層方向に長尺な絶縁性ケーシング部材１０８を備え、前記ケーシング部材１０８内には、複数、例えば、２つの熱電対（温度計測部）１１０、１１２が配置される。少なくとも熱電対１１０、１１２は、各測定点１１０ａ、１１２ａが燃料電池スタック１０の積層方向両端部近傍に配置される発電ユニット１２に対応して設けられる。なお、３つ以上の熱電対を設けるとともに、燃料電池スタック１０の積層方向の所定の位置に前記熱電対を配置してもよい。

ケーシング部材１０８は、絶縁性保持部材１１４を介して冷却媒体連通路３５内に保持される。保持部材１１４は、複数設けられるとともに、図４及び図５に示すように、冷却媒体連通路３５を形成する発電ユニット１２の内壁面３５ａに嵌合し且つケーシング部材１０８を嵌合する略円筒形状（筒形状）を有する。なお、実際上、組み立て作業等を考慮して、保持部材１１４の外周面と内壁面３５ａとの間には、隙間を設けてもよい。

保持部材１１４の外周部には、冷却媒体を冷却媒体連通路３５内で積層方向に流通させるための複数の通路部１１６が、軸方向に貫通して設けられる。保持部材１１４は、少なくとも温度測定が行われる発電ユニット１２の冷却媒体流路４４からの冷却媒体の流れを遮断しない位置に配置される。

図１に示すように、燃料電池スタック１０の外部には、熱電対１１０、１１２に接続される測定器１１８が配設される。測定器１１８は、熱電対１１０、１１２を介してそれぞれ積層方向両端側の発電ユニット１２から排出される冷却媒体の温度を検出する。

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には、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には、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａ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、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１８の第１酸化剤ガス流路５０及び第３セパレータ２０の第２酸化剤ガス流路６６に導入される。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（重力方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード側電極２６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１６ｂのカソード側電極２６に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３２ａから外側供給孔部８０ａを通って第１セパレータ１４の面１４ｂ側に移動する。さらに、燃料ガスは、内側供給孔部８０ｂから面１４ａ側に導入された後、第１燃料ガス流路３６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給される。

また、燃料ガスは、供給孔部８４を通って第２セパレータ１８の面１８ｂ側に移動する。このため、燃料ガスは、面１８ｂ側で第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１６ｂのアノード側電極２４に供給される。

従って、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂでは、カソード側電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４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、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂの各カソード側電極２６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。

第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、内側排出孔部８２ｂを通って第１セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部８２ａを通って、再度、面１４ａ側に移動し、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。

また、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部８６を通って面１８ａ側に移動する。この燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。

さらに、図１に示すように、冷却媒体循環供給装置９８を構成する冷却媒体循環路１００から燃料電池スタック１０に供給された冷却媒体は、左右一対の冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａに供給される（図２参照）。冷却媒体は、一方の発電ユニット１２を構成する第１セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３セパレータ２０との間に形成された冷却媒体流路４４に導入される。

図３に示すように、一対の冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａは、発電ユニット１２の上部側左右両端に酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス入口連通孔３２ａに近接する位置に振り分けて設けられている。

このため、各冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａから冷却媒体流路４４に供給される冷却媒体は、矢印Ｂ方向に且つ互いに近接する方向に供給される。そして、互いに近接する冷却媒体は、冷却媒体流路４４の矢印Ｂ方向中央部側で衝突して重力方向（矢印Ｃ方向下方）に移動した後、発電ユニット１２の下部側両側部に振り分けて設けられている各冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂに排出される。また、冷却媒体流路４４の下流に流動した冷却媒体の一部は、冷却媒体連通路３５に向かって重力方向に排出されている。

この場合、第１の実施形態では、冷却媒体温度測定装置１０６を構成するケーシング部材１０８内に、熱電対１１０、１１２が配置されるとともに、前記ケーシング部材１０８は、保持部材１１４を介して冷却媒体連通路３５内に保持されている（図４参照）。

しかも、冷却媒体連通路３５は、冷却媒体入口連通孔３４ａ及び冷却媒体出口連通孔３４ｂとは個別に設けられており、前記冷却媒体連通路３５を流通する冷却媒体の流量及び流速が有効に低減されている（図３参照）。

このため、複数の発電ユニット１２が積層された燃料電池スタック１０の内部温度を、簡単な構成で、正確に測定することが可能になるという効果が得られる。その上、極小流量の冷却媒体でも、燃料電池スタック１０の内部温度を正確に計測することができるとともに、少なくとも積層方向両端部近傍に２つの熱電対１１０、１１２が配置されることにより、積層方向に沿って前記燃料電池スタック１０の内部温度差を確実に計測することが可能になる。

さらに、冷却媒体連通路３５は、発電ユニット１２内の最高温度となる部位の近傍に設けられている。従って、冷却媒体連通路３５に排出される冷却媒体は、発電ユニット１２内の正確な内部温度に維持されており、燃料電池スタック１０の内部温度を一層正確に測定することができる。

また、ケーシング部材１０８を保持する保持部材１１４は、絶縁性を有している。これにより、短絡の発生を良好に抑制することが可能になる。

図６は、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冷却媒体温度測定装置１２０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１０を構成する冷却媒体温度測定装置１０６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の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。

冷却媒体温度測定装置１２０は、ケーシング部材１０８を冷却媒体連通路３５内に保持するための絶縁性保持部材１２２を備える。保持部材１２２は、複数、例えば、４つ設けられるとともに、各保持部材１２２の内周面は、ケーシング部材１０８の外周面に等角度間隔離間して固着される。

４つの保持部材１２２は、全体として略円筒形状を有し、冷却媒体連通路３５を形成する発電ユニット１２の内壁面３５ａに嵌合する。各保持部材１２２間には、冷却媒体を冷却媒体連通路３５内で積層方向に流通させる複数の通路部１２４が、軸方向に貫通して設けられる。

このように構成される第２の実施形態では、第１の実施形態の保持部材１１４に代えて複数の保持部材１２２を備えており、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図７は、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冷却媒体温度測定装置１３０の要部斜視説明図である。

冷却媒体温度測定装置１３０は、ケーシング部材１０８を冷却媒体連通路３５内に保持するための絶縁性保持部材１３２を備える。保持部材１３２は、複数、例えば、４つ設けられるとともに、各保持部材１３２の内周面は、ケーシング部材１０８の外周面に等角度間隔離間して固着される。

４つの保持部材１３２は、全体として略円筒形状を有し、且つ、冷却媒体連通路３５に沿って矢印Ａ方向（積層方向）に長尺形状を有する。保持部材１３２は、冷却媒体連通路３５を形成する発電ユニット１２の内壁面３５ａに嵌合するとともに、各保持部材１３２間には、冷却媒体を前記冷却媒体連通路３５内で積層方向に流通させる複数の通路部１３４が、軸方向に貫通して設けられる。

このように構成される第３の実施形態では、第１及び第２の実施形態の保持部材１１４、１２２に代えて複数の保持部材１３２を備えており、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。

図８は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタック１４０を構成する冷却媒体温度測定装置１４２の説明図である。

燃料電池スタック１４０は、冷却媒体連通路３５に代えて冷却媒体連通路１４４を設けるとともに、前記冷却媒体連通路１４４を構成する内壁面には、冷却媒体を該冷却媒体連通路１４４内で積層方向に流通させるための複数の通路部１４６が形成される。冷却媒体連通路１４４を構成する内壁面には、ケーシング部材１０８が直接嵌合する。

このように構成される第４の実施形態では、ケーシング部材１０８が冷却媒体連通路１１４に直接挿入されるため、保持部材１１４が不要になる。これにより、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる他、構成部品が削減されるという利点がある。

１０、１４０…燃料電池スタック １２…発電ユニット
１４、１８、２０…セパレータ １６ａ、１６ｂ…電解質膜・電極構造体
２２…固体高分子電解質膜 ２４…アノード側電極
２６…カソード側電極 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 ３５、１４４…冷却媒体連通路
３６、５８…燃料ガス流路 ４４…冷却媒体流路
５０、６６…酸化剤ガス流路 ７４、７６、７８…シール部材
９８…冷却媒体循環供給装置 １００…冷却媒体循環路
１０２…循環ポンプ １０４…ラジエータ
１０６、１２０、１３０、１４２…冷却媒体温度測定装置
１０８…ケーシング部材 １１０、１１２…熱電対
１１０ａ、１１２ａ…測定点 １１４、１２２、１３２…保持部材
１１６、１４６…通路部 １１８…測定器

Claims (5)

1. 電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される発電ユニットを備え、前記発電ユニット間に冷却媒体を流通させる冷却媒体流路を形成して該発電ユニットが互いに積層されるとともに、前記発電ユニットの積層方向に該発電ユニットを貫通し、前記冷却媒体流路に連通する冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が設けられる燃料電池スタックであって、
   前記冷却媒体流路に連通し、前記冷却媒体入口連通孔及び前記冷却媒体出口連通孔とは個別に設けられて前記積層方向に前記発電ユニットを貫通する冷却媒体連通路と、
   前記冷却媒体連通路内に挿入され、前記発電ユニットから前記冷却媒体連通路に排出される前記冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度測定装置と、
   を備え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、前記冷却媒体温度測定装置は、前記積層方向に配列される複数の温度計測部を備え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、前記冷却媒体温度測定装置を前記冷却媒体連通路内に保持するための絶縁性保持部材を備え、
   前記絶縁性保持部材は、前記冷却媒体連通路を形成する前記発電ユニットの内壁面に嵌合する筒形状を有するとともに、
   前記絶縁性保持部材には、前記冷却媒体を前記冷却媒体連通路内で前記積層方向に流通させる通路部が、前記筒形状の軸方向に貫通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又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記冷却媒体温度測定装置は、前記冷却媒体連通路内に直接挿入されるとともに、
   前記冷却媒体連通路を形成する前記発電ユニットの内壁面には、前記冷却媒体を前記冷却媒体連通路内で前記積層方向に流通させるための通路部が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２記載の燃料電池スタックにおいて、前記温度計測部は、熱電対であり、
   複数の前記熱電対は、前記冷却媒体温度測定装置を構成し前記積層方向に長尺な絶縁性ケーシング部材内に配置されることを特徴とする燃料電池スタック。

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