JP5816141B2

JP5816141B2 - Fuel cell stack

Info

Publication number: JP5816141B2
Application number: JP2012165950A
Authority: JP
Inventors: 秀忠小嶋; 成志好永
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2032-07-26
Also published as: JP2014026821A

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが積層される積層体を備え、前記積層体の両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設される燃料電池スタックに関する。 The present invention includes a laminate in which a power generation cell having an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are disposed on both sides of an electrolyte and a separator is laminated, and a terminal plate and an insulating plate are provided at both ends of the laminate. And a fuel cell stack provided with an end plate.

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ触媒層（電極触媒層）とガス拡散層（多孔質カーボン）とからなるアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、所定の数だけ積層して燃料電池スタックを構成するとともに、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 In general, a polymer electrolyte fuel cell employs a polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell comprises an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode each comprising a catalyst layer (electrode catalyst layer) and a gas diffusion layer (porous carbon) are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane ( MEA) is sandwiched between separators (bipolar plates). A predetermined number of fuel cells are stacked to form a fuel cell stack, and the fuel cell is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack.

ところで、燃料電池スタックでは、外部への放熱により他の発電セルに比べて温度低下が惹起され易い発電セルが存在している。例えば、積層方向端部に配置されている発電セル（以下、端部発電セルともいう）は、例えば、各発電セルによって発電された電荷を集める電力取り出し用ターミナルプレート（集電板）や、積層された発電セルを保持するために設けられたエンドプレート等からの放熱が多く、上記の温度低下が顕著になっている。 By the way, in the fuel cell stack, there is a power generation cell in which a temperature drop is likely to be caused by heat radiation to the outside as compared with other power generation cells. For example, a power generation cell (hereinafter also referred to as an end power generation cell) disposed at the end in the stacking direction is, for example, a power extraction terminal plate (current collector plate) that collects the electric power generated by each power generation cell, There is much heat radiation from an end plate or the like provided to hold the generated power generation cell, and the above-described temperature drop is remarkable.

この温度低下によって、端部発電セルでは、燃料電池スタックの中央部分の発電セルに比べて結露が発生し易く、生成水の排出性が低下して発電性能が低下するという不具合が指摘されている。 It has been pointed out that due to this temperature decrease, condensation is likely to occur in the end power generation cells as compared with the power generation cells in the center portion of the fuel cell stack, and the generated water discharge performance is reduced and power generation performance is reduced. .

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックが知られている。この特許文献１は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体がセパレータにより挟持された発電セルを複数積層した積層体を備え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、積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるダミーセルを備え、前記ダミーセルは、電解質・電極構造体に対応する導電性プレートと、前記導電性プレートを挟持するとともに、前記発電セルを構成する前記セパレータと同一のセパレータとを備えている。 Therefore, for example, a fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is known. This Patent Document 1 includes a fuel cell stack having a laminate in which a plurality of power generation cells each having a electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte and the electrolyte / electrode structure sandwiched between separators are laminated. It is about. The fuel cell stack includes a dummy cell disposed at at least one end in the stacking direction of the stack, and the dummy cell sandwiches the conductive plate and the conductive plate corresponding to the electrolyte / electrode structure. In addition, the same separator as the separator constituting the power generation cell is provided.

そして、発電セル間には、冷却媒体流路が形成される一方、積層体の端部に配設される発電セルとダミーセルとの間には、前記冷却媒体流路に対応して断熱空間部が形成されている。このため、低温始動時の端部セルの昇温遅れ及び前記端部セルの電圧降下を有効に阻止することができる、としている。 And while the cooling medium flow path is formed between the power generation cells, the heat insulating space portion corresponding to the cooling medium flow path is provided between the power generation cell and the dummy cell disposed at the end of the laminate. Is formed. For this reason, it is said that the temperature rise delay of the end cells and the voltage drop of the end cells can be effectively prevented during the cold start.

特許第４５７２０６２号公報Japanese Patent No. 4572206

上記の特許文献１では、ダミーセルを構成するセパレータは、冷却媒体流路と冷却媒体連通孔（冷却媒体をセパレータの積層方向に流通させる連通孔）との連通部位に薄板状の遮蔽部材を配設することにより、前記冷却媒体流路を閉塞された断熱空間部として構成している。 In the above-mentioned Patent Document 1, the separator constituting the dummy cell is provided with a thin plate-like shielding member at a communication portion between the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole (the communication hole for circulating the cooling medium in the stacking direction of the separator). Thus, the cooling medium flow path is configured as a closed heat insulating space.

ところで、セパレータとして、金属プレートにシール部材を一体成形した金属セパレータが使用されている。その際、金属セパレータには、冷却媒体流路と冷却媒体連通孔との連通部位に、シール部材を凹凸状に形成した連結流路を設ける場合がある。具体的には、複数の凸状部を設けることにより、前記凸状部間に溝部（凹状部）が形成され、複数の前記溝部が連結流路を構成している。 By the way, a metal separator in which a seal member is integrally formed on a metal plate is used as the separator. In this case, the metal separator may be provided with a connecting channel in which a sealing member is formed in a concavo-convex shape at a communication portion between the cooling medium channel and the cooling medium communication hole. Specifically, by providing a plurality of convex portions, groove portions (concave portions) are formed between the convex portions, and the plurality of groove portions constitute a connection flow path.

しかしながら、このような連結流路を閉塞するためには、薄板状の遮蔽部材により対応することができない。従って、金属プレートにシール部材を一体成形する際、連通部位を前記シール部材の一部で閉塞する必要があり、専用の成形装置（金型）が用いられている。これにより、他種類の成形装置を用意しなければならず、セパレータの製造コストが高騰するという問題がある。 However, in order to close such a connection flow path, it cannot respond by a thin plate-shaped shielding member. Therefore, when integrally forming the seal member on the metal plate, it is necessary to close the communication portion with a part of the seal member, and a dedicated molding device (mold) is used. As a result, another type of molding apparatus must be prepared, and there is a problem that the manufacturing cost of the separator increases.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、所望の端部セルを形成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。 The present invention solves this type of problem, and an object thereof is to provide a fuel cell stack capable of forming a desired end cell with a simple and economical configuration.

本発明は、電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが積層されるとともに、前記セパレータには、発電面に沿って反応ガスを流す反応ガス流路及び冷却媒体を流す冷却媒体流路と、前記反応ガス流路に連通し且つ積層方向に貫通する反応ガス連通孔、及び前記冷却媒体流路に連通し且つ前記積層方向に貫通する冷却媒体連通孔が形成される積層体を備え、前記積層体の両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設される燃料電池スタックに関するものである。 In the present invention, a power generation cell having an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are disposed on both sides of an electrolyte and a separator is laminated, and a reactive gas that flows a reaction gas along a power generation surface is disposed on the separator. A cooling medium flow path for flowing the flow path and the cooling medium, a reaction gas communication hole communicating with the reaction gas flow path and penetrating in the stacking direction, and a cooling medium communicating with the cooling medium flow path and penetrating in the stacking direction The present invention relates to a fuel cell stack that includes a laminated body in which communication holes are formed, and a terminal plate, an insulating plate, and an end plate are disposed at both ends of the laminated body.

この燃料電池スタックでは、積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に、前記積層体とターミナルプレートとの間に位置し、発電セルに対応して配設される端部セルを備えている。端部セルは、発電セルを構成するセパレータと同一構成の端部セパレータを有し、前記セパレータ及び前記端部セパレータは、冷却媒体流路と冷却媒体連通孔とを連結する連結流路がシール部材により形成されている。 In this fuel cell stack, at least one end portion in the stacking direction of the stacked body is provided with an end cell that is located between the stacked body and the terminal plate and is disposed corresponding to the power generation cell. The end cell has an end separator having the same configuration as that of the separator constituting the power generation cell, and the separator and the end separator have a connecting flow path that connects the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole as a sealing member. It is formed by.

連結流路は、内側シールラインと外側シールラインとの間で内側流路部と外側流路部とに２分割されている。そして、端部セパレータにのみ、内側流路部と外側流路部との間に位置して冷却媒体流路と冷却媒体連通孔とを閉塞する別体の凸状閉塞シールが設けられている。 The connecting flow path is divided into an inner flow path portion and an outer flow path portion between the inner seal line and the outer seal line. Only the end separator is provided with a separate convex blocking seal that is positioned between the inner flow path portion and the outer flow path portion and closes the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole.

また、この燃料電池スタックでは、端部セルは、電解質に対応する導電性プレートを有するダミー電解質・電極構造体を備えることが好ましい。 In this fuel cell stack, the end cell preferably includes a dummy electrolyte / electrode structure having a conductive plate corresponding to the electrolyte.

さらに、この燃料電池スタックでは、電解質・電極構造体は、一方の電極が他方の電極及び電解質よりも平面寸法が小さく設定されるとともに、内側シールラインは、前記電解質と前記一方の電極側のセパレータとの間に配置され、且つ、外側シールラインは、一対のセパレータ間に配置されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell stack, the electrolyte electrode assembly, together with the one electrode is planar dimensions are set to be smaller than the other electrode and electrolyte, the inner seal line, the electrolyte and the one electrode side separator The outer seal line is preferably disposed between the pair of separators.

本発明によれば、端部セルは、発電セルを構成するセパレータと同一構成の端部セパレータを使用し、前記端部セパレータは、２分割された連結流路を構成する内側流路部と外側流路部との間に位置して別体の凸状閉塞シールを設けるだけでよい。 According to the present invention, the end cell uses an end separator having the same configuration as that of the separator constituting the power generation cell, and the end separator is divided into the inner flow path portion and the outer side that form the divided flow path. It is only necessary to provide a separate convex closure seal positioned between the flow path portion.

このため、セパレータの共用化を図ることができ、成形装置を削減することが可能になる。しかも、冷却媒体流路を確実に閉塞することができる。これにより、燃料電池スタック全体を経済的且つ良好に構成することが可能になる。 For this reason, the separator can be shared, and the number of molding apparatuses can be reduced. In addition, the cooling medium flow path can be reliably closed. As a result, the entire fuel cell stack can be configured economically and satisfactorily.

本発明の第１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。1 is a partially exploded schematic perspective view of a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell stack taken along line II-II in FIG. 1. 前記燃料電池スタックを構成する発電セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation cell which comprises the said fuel cell stack. 前記発電セルを構成する第２金属セパレータの一方の面の説明図である。It is explanatory drawing of one surface of the 2nd metal separator which comprises the said electric power generation cell. 前記第２金属セパレータの他方の面の説明図である。It is explanatory drawing of the other surface of the said 2nd metal separator. 前記燃料電池スタックを構成する第１端部セルの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory view of the 1st end cell which constitutes the fuel cell stack. 前記端部セルを構成する第２金属セパレータの冷却媒体流路側の正面説明図である。It is front explanatory drawing by the side of the cooling medium flow path of the 2nd metal separator which comprises the said edge part cell. 前記第２金属セパレータの、図７中、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面説明図である。FIG. 8 is a sectional view of the second metal separator taken along line VIII-VIII in FIG. 7. 前記第２金属セパレータの、図７中、ＩＸ−ＩＸ線断面説明図である。FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view of the second metal separator taken along line IX-IX in FIG. 7. 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端部セルの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory view of the end cell which constitutes the fuel cell stack concerning a 2nd embodiment of the present invention. 前記端部セルを構成する第２金属セパレータの冷却媒体流路側の正面説明図である。It is front explanatory drawing by the side of the cooling medium flow path of the 2nd metal separator which comprises the said edge part cell. 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発電セルの要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the electric power generation cell which comprises the fuel cell stack concerning the 3rd Embodiment of this invention. 前記発電セルの一部断面説明図である。It is a partial cross section explanatory view of the power generation cell.

図１及び図２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、複数の発電セル１２が立位姿勢で水平方向（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、第１端部セル（ダミーセル）１６ａが配設されるとともに、前記積層体１４の積層方向他端には、第２端部セル（ダミーセル）１６ｂが配設される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 10 according to the first embodiment of the present invention includes a stacked body 14 in which a plurality of power generation cells 12 are stacked in the horizontal direction (arrow A direction) in a standing posture. Is provided. A first end cell (dummy cell) 16a is disposed at one end of the stack 14 in the stacking direction (arrow A direction), and a second end cell (dummy cell) is disposed at the other end of the stack 14 in the stacking direction. ) 16b is disposed.

第１端部セル１６ａには、ターミナルプレート２０ａ、絶縁プレート２２ａ及びエンドプレート２４ａが外方に向かって、順次、配設される。第２端部セル１６ｂには、後述する第２金属セパレータ８４、ターミナルプレート２０ｂ、絶縁プレート２２ｂ及びエンドプレート２４ｂが外方に向かって、順次、配設される。 In the first end cell 16a, a terminal plate 20a, an insulating plate 22a, and an end plate 24a are sequentially disposed outward. In the second end cell 16b, a second metal separator 84, a terminal plate 20b, an insulating plate 22b, and an end plate 24b described later are sequentially disposed outward.

燃料電池スタック１０は、例えば、長方形に構成されるエンドプレート２４ａ、２４ｂを端板として含む箱状ケーシング（図示せず）により一体的に保持され、あるいは、矢印Ａ方向に延在する複数のタイロッド（図示せず）により一体的に締め付け保持される。 The fuel cell stack 10 is, for example, integrally held by a box-like casing (not shown) including end plates 24 a and 24 b configured in a rectangular shape as end plates, or a plurality of tie rods extending in the direction of arrow A (Not shown) are integrally clamped and held.

ターミナルプレート２０ａ、２０ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部２６ａ、２６ｂが設けられる。端子部２６ａ、２６ｂは、絶縁性筒体２８に挿入されてエンドプレート２４ａ、２４ｂの外部に突出する。絶縁プレート２２ａ、２２ｂは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成されている。 Terminal portions 26a and 26b extending outward in the stacking direction are provided at substantially the center of the terminal plates 20a and 20b. The terminal portions 26a and 26b are inserted into the insulating cylinder 28 and project outside the end plates 24a and 24b. The insulating plates 22a and 22b are made of an insulating material such as polycarbonate (PC) or phenol resin.

絶縁プレート２２ａ、２２ｂは、中央部に矩形状の凹部３０ａ、３０ｂが設けられるとともに、この凹部３０ａ、３０ｂの略中央に孔部３２ａ、３２ｂが形成される。凹部３０ａ、３０ｂには、ターミナルプレート２０ａ、２０ｂが収容され、前記ターミナルプレート２０ａ、２０ｂの端子部２６ａ、２６ｂが絶縁性筒体２８を介装して孔部３２ａ、３２ｂに挿入される。 Insulating plates 22a and 22b are provided with rectangular recesses 30a and 30b at the center, and holes 32a and 32b are formed at substantially the center of the recesses 30a and 30b. The terminal plates 20a and 20b are accommodated in the recesses 30a and 30b, and the terminal portions 26a and 26b of the terminal plates 20a and 20b are inserted into the holes 32a and 32b with the insulating cylinder 28 interposed therebetween.

エンドプレート２４ａ、２４ｂの略中央部には、孔部３２ａ、３２ｂと同軸的に孔部３４ａ、３４ｂが形成される。エンドプレート２４ａ、２４ｂには、後述する酸化剤ガス供給連通孔４２ａ、燃料ガス供給連通孔４４ａ、２つの冷却媒体供給連通孔４６ａ、燃料ガス排出連通孔４４ｂ、２つの冷却媒体排出連通孔４６ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔４２ｂの内壁を囲繞して絶縁グロメット３５が装着される。 Hole portions 34a and 34b are formed coaxially with the hole portions 32a and 32b at substantially the center portions of the end plates 24a and 24b. The end plates 24a and 24b include an oxidant gas supply communication hole 42a, a fuel gas supply communication hole 44a, two cooling medium supply communication holes 46a, a fuel gas discharge communication hole 44b, two cooling medium discharge communication holes 46b, which will be described later. An insulating grommet 35 is attached so as to surround the inner wall of the oxidizing gas discharge communication hole 42b.

発電セル１２は、図３に示すように、電解質膜・電極構造体３６と、この電解質膜・電極構造体３６を挟持する第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ４０とを備える。 As shown in FIG. 3, the power generation cell 12 includes an electrolyte membrane / electrode structure 36, and a first metal separator 38 and a second metal separator 40 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 36.

第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ４０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薄板により構成される。金属薄板は、波形状にプレス加工することにより、鉛直断面凹凸形状に成形される。 The first metal separator 38 and the second metal separator 40 are made of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a metal thin plate whose surface is subjected to anticorrosion treatment. The metal thin plate is formed into a vertical cross-sectional uneven shape by pressing into a wave shape.

第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ４０は、横長形状を有するとともに、短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に延在し且つ長辺が水平方向（矢印Ｂ方向）に延在する（水平方向の積層）ように構成される。なお、短辺が水平方向に延在し且つ長辺が重力方向に延在するように構成してもよく、また、セパレータ面が水平方向に向かう（鉛直方向の積層）ように構成してもよい。 The first metal separator 38 and the second metal separator 40 have a horizontally long shape, the short side extends in the direction of gravity (arrow C direction), and the long side extends in the horizontal direction (arrow B direction) (horizontal). Direction stack). The short side may be configured to extend in the horizontal direction and the long side may be configured to extend in the gravitational direction, or the separator surface may be configured to extend in the horizontal direction (stacking in the vertical direction). Good.

発電セル１２の長辺方向（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、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供給連通孔４２ａと、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供給連通孔４４ａとが設けられる。 One end edge of the power generation cell 12 in the long side direction (arrow B direction) communicates with each other in the arrow A direction, and an oxidant gas supply communication hole 42a for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas. A fuel gas supply passage 44a for supplying a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, is provided.

発電セル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、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４４ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔４２ｂとが設けられる。 The other end edge in the long side direction of the power generation cell 12 communicates with each other in the direction of arrow A, and a fuel gas discharge communication hole 44b for discharging fuel gas, and an oxidant gas for discharging oxidant gas. A discharge communication hole 42b is provided.

発電セル１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方には、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２つの冷却媒体供給連通孔４６ａが設けられる。発電セル１２の短辺方向の両端縁部他方には、冷却媒体を排出するための２つの冷却媒体排出連通孔４６ｂが設けられる。 Two cooling medium supply communication holes 46a for supplying a cooling medium to each other in the direction of the arrow A are provided at one end of both ends in the short side direction (arrow C direction) of the power generation cell 12. Two cooling medium discharge communication holes 46b for discharging the cooling medium are provided on the other end of both ends in the short side direction of the power generation cell 12.

電解質膜・電極構造体３６は、例えば、フッ素系又は炭化水素系の固体高分子電解質膜４８と、前記固体高分子電解質膜４８を挟持するカソード電極５０及びアノード電極５２とを備える。 The electrolyte membrane / electrode structure 36 includes, for example, a fluorine-based or hydrocarbon-based solid polymer electrolyte membrane 48, and a cathode electrode 50 and an anode electrode 52 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 48.

カソード電極５０及びアノード電極５２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４８の両面に形成される。 The cathode electrode 50 and the anode electrode 52 are formed by uniformly applying a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof to the surface of the gas diffusion layer. And an electrode catalyst layer (not shown) to be formed. The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 48.

第１金属セパレータ３８の電解質膜・電極構造体３６に向かう面３８ａには、酸化剤ガス供給連通孔４２ａと酸化剤ガス排出連通孔４２ｂとを連通する酸化剤ガス流路５４が形成される。酸化剤ガス流路５４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５６ａ及び出口バッファ部５６ｂが設けられる。 An oxidant gas flow path 54 that connects the oxidant gas supply communication hole 42a and the oxidant gas discharge communication hole 42b is formed on the surface 38a of the first metal separator 38 facing the electrolyte membrane / electrode structure 36. An inlet buffer portion 56a and an outlet buffer portion 56b each having a plurality of embosses are provided in the vicinity of the inlet and the outlet of the oxidizing gas channel 54.

図４に示すように、第２金属セパレータ４０の電解質膜・電極構造体３６に向かう面４０ａには、燃料ガス供給連通孔４４ａと燃料ガス排出連通孔４４ｂとを連通する燃料ガス流路５８が形成される。燃料ガス流路５８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６０ａ及び出口バッファ部６０ｂが設けられる。 As shown in FIG. 4, on the surface 40a of the second metal separator 40 facing the electrolyte membrane / electrode structure 36, there is a fuel gas flow path 58 that connects the fuel gas supply communication hole 44a and the fuel gas discharge communication hole 44b. It is formed. In the vicinity of the inlet and the outlet of the fuel gas channel 58, an inlet buffer portion 60a and an outlet buffer portion 60b each having a plurality of embosses are provided.

図５に示すように、第２金属セパレータ４０の面４０ｂと第１金属セパレータ３８の面３８ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４６ａ、４６ａと冷却媒体排出連通孔４６ｂ、４６ｂとに連通する冷却媒体流路６２が形成される。冷却媒体流路６２は、電解質膜・電極構造体３６の電極範囲に亘って冷却媒体を流通させるとともに、前記冷却媒体流路６２の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ入口バッファ部６４ａ及び出口バッファ部６４ｂが設けられる。 As shown in FIG. 5, between the surface 40b of the second metal separator 40 and the surface 38b of the first metal separator 38, the cooling medium supply communication holes 46a and 46a and the cooling medium discharge communication holes 46b and 46b communicate. A cooling medium flow path 62 is formed. The cooling medium flow path 62 circulates the cooling medium over the electrode range of the electrolyte membrane / electrode structure 36, and the inlet buffer portion 64 a and the outlet buffer are provided near the inlet and the outlet of the cooling medium flow path 62, respectively. A portion 64b is provided.

図３に示すように、第１金属セパレータ３８の面３８ａ、３８ｂには、この第１金属セパレータ３８の外周端縁部を周回して第１シール部材６６が一体成形される。第２金属セパレータ４０の面４０ａ、４０ｂには、この第２金属セパレータ４０の外周端縁部を周回して第２シール部材６８が一体成形される。 As shown in FIG. 3, the first seal member 66 is integrally formed on the surfaces 38 a and 38 b of the first metal separator 38 around the outer peripheral edge of the first metal separator 38. A second seal member 68 is integrally formed on the surfaces 40 a and 40 b of the second metal separator 40 around the outer peripheral edge of the second metal separator 40.

第１シール部材６６及び第２シール部材６８としては、例えば、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等の弾性を有するシール部材が用いられる。 As the first seal member 66 and the second seal member 68, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber or the like, cushion material Alternatively, an elastic seal member such as a packing material is used.

第１シール部材６６は、第１金属セパレータ３８の面３８ａ、３８ｂにセパレータ面方向に沿って均一な厚さを有して平坦状に設けられる平坦状シール部６６ａと、前記平坦状シール部６６ａからセパレータ面方向に交差する方向（積層方向）に突出する凸状シール部６６ｂとを有する。 The first seal member 66 has a flat seal portion 66a provided on the surfaces 38a and 38b of the first metal separator 38 in a flat shape having a uniform thickness along the separator surface direction, and the flat seal portion 66a. And a convex seal portion 66b protruding in a direction intersecting the separator surface direction (stacking direction).

第１金属セパレータ３８の面３８ａには、第１シール部材６６を切り欠いて酸化剤ガス供給連通孔４２ａと酸化剤ガス流路５４とを連通する複数の連結通路７０ａが形成される。面３８ａには、第１シール部材６６を切り欠いて酸化剤ガス排出連通孔４２ｂと酸化剤ガス流路５４とを連通する複数の連結通路７０ｂが形成される。 A plurality of connecting passages 70 a are formed in the surface 38 a of the first metal separator 38 by notching the first seal member 66 and connecting the oxidizing gas supply communication hole 42 a and the oxidizing gas channel 54. A plurality of connecting passages 70 b are formed in the surface 38 a so as to communicate the oxidant gas discharge communication hole 42 b and the oxidant gas flow channel 54 by notching the first seal member 66.

第２シール部材６８は、第２金属セパレータ４０の面４０ａ、４０ｂにセパレータ面方向に沿って均一な厚さを有して平坦状に設けられる平坦状シール部６８ａと、前記平坦状シール部６８ａからセパレータ面方向に交差する方向（積層方向）に突出する凸状シール部６８ｂとを有する。 The second seal member 68 has a flat seal portion 68a provided on the surfaces 40a and 40b of the second metal separator 40 in a flat shape having a uniform thickness along the separator surface direction, and the flat seal portion 68a. And a convex seal portion 68b protruding in a direction intersecting the separator surface direction (stacking direction).

図４に示すように、第２金属セパレータ４０の面４０ａには、第２シール部材６８を切り欠いて燃料ガス供給連通孔４４ａと燃料ガス流路５８とを連通する複数の連結通路７２ａが形成される。面４０ａには、第２シール部材６８を切り欠いて燃料ガス排出連通孔４４ｂと燃料ガス流路５８とを連通する複数の連結通路７２ｂが形成される。 As shown in FIG. 4, a plurality of connecting passages 72 a are formed on the surface 40 a of the second metal separator 40 by notching the second seal member 68 and connecting the fuel gas supply communication hole 44 a and the fuel gas passage 58. Is done. A plurality of connecting passages 72b are formed in the surface 40a to cut the second seal member 68 and connect the fuel gas discharge communication hole 44b and the fuel gas passage 58.

図３及び図５に示すように、第２金属セパレータ４０の面４０ｂには、第２シール部材６８を構成する内側凸状シール部６８ｂｉ及び外側凸状シール部６８ｂｏが設けられる。内側凸状シール部６８ｂｉは、冷却媒体流路６２を周回する一方、外側凸状シール部６８ｂｏは、第２金属セパレータ４０の外周縁部を周回する。 As shown in FIGS. 3 and 5, the surface 40b of the second metal separator 40 is provided with an inner convex seal portion 68bi and an outer convex seal portion 68bo constituting the second seal member 68. The inner convex seal portion 68bi circulates around the cooling medium flow path 62, while the outer convex seal portion 68bo circulates around the outer peripheral edge portion of the second metal separator 40.

図５に示すように、面４０ｂには、第２シール部材６８を介して、一対の冷却媒体供給連通孔４６ａ、４６ａと冷却媒体流路６２とを連通する入口連結流路７４と、一対の冷却媒体排出連通孔４６ｂ、４６ｂと前記冷却媒体流路６２とを連通する出口連結流路７６とが設けられる。 As shown in FIG. 5, the surface 40 b has a pair of cooling medium supply communication holes 46 a, 46 a and an inlet connection flow path 74 communicating with the cooling medium flow path 62 via a second seal member 68, and a pair of Cooling medium discharge communication holes 46 b and 46 b and an outlet connection flow path 76 that communicates the cooling medium flow path 62 are provided.

入口連結流路７４は、内側凸状シール部６８ｂｉに一体成形される複数本の内側ガイド部（凸部）７５ａ間に設けられる内側流路部７４ａと、外側凸状シール部６８ｂｏに一体成形され、各内側流路部７４ａからそれぞれ所定の間隔だけ離間する複数本の外側ガイド部（凸部）７５ｂ間に設けられる外側流路部７４ｂとを有する。内側流路部７４ａ及び外側流路部７４ｂは、矢印Ｃ方向に所定の長さを有して延在する。 The inlet connection channel 74 is integrally formed with an inner channel portion 74a provided between a plurality of inner guide portions (convex portions) 75a integrally formed with the inner convex seal portion 68bi and an outer convex seal portion 68bo. And an outer channel portion 74b provided between a plurality of outer guide portions (convex portions) 75b spaced from each inner channel portion 74a by a predetermined distance. The inner flow path portion 74a and the outer flow path portion 74b have a predetermined length in the arrow C direction and extend.

入口連結流路７４では、切り欠き部位を設けて内側流路部７４ａと外側流路部７４ｂとに２分割することにより、シール性を向上させることができる。内側流路部７４ａから外側流路部７４ｂに亘ってシール部が一体で構成されると、変形し難くなり、シール性が低下するおそれがあるからである。以下に説明する出口連結流路７６でも、同様である。 In the inlet connection flow path 74, a sealing part can be improved by providing a notch part and dividing into two into the inner flow path part 74a and the outer flow path part 74b. This is because if the seal portion is formed integrally from the inner flow path portion 74a to the outer flow path portion 74b, it is difficult to be deformed and the sealing performance may be lowered. The same applies to the outlet connection channel 76 described below.

内側凸状シール部６８ｂｉにより内側シールライン７８ａが形成されるとともに、外側凸状シール部６８ｂｏにより外側シールライン７８ｂが形成される。内側流路部７４ａは、内側シールライン７８ａに沿って設けられる一方、外側流路部７４ｂは、外側シールライン７８ｂに沿って設けられる。 An inner seal line 78a is formed by the inner convex seal portion 68bi, and an outer seal line 78b is formed by the outer convex seal portion 68bo. The inner flow path portion 74a is provided along the inner seal line 78a, while the outer flow path portion 74b is provided along the outer seal line 78b.

出口連結流路７６は、内側凸状シール部６８ｂｉに一体成形される複数本の内側ガイド部（凸部）７７ａ間に設けられる内側流路部７６ａと、外側凸状シール部６８ｂｏに一体成形され、各内側流路部７６ａからそれぞれ所定の間隔だけ離間する複数本の外側ガイド部（凸部）７７ｂ間に設けられる外側流路部７６ｂとを有する。内側流路部７６ａは、内側シールライン８０ａに沿って形成されるとともに、外側流路部７６ｂは、外側シールライン８０ｂに沿って形成される。内側流路部７６ａ及び外側流路部７６ｂは、矢印Ｃ方向に所定の長さを有して延在する。 The outlet connecting flow path 76 is integrally formed with an inner flow path portion 76a provided between a plurality of inner guide portions (convex portions) 77a formed integrally with the inner convex seal portion 68bi and an outer convex seal portion 68bo. And an outer channel portion 76b provided between a plurality of outer guide portions (convex portions) 77b spaced from each inner channel portion 76a by a predetermined distance. The inner flow path portion 76a is formed along the inner seal line 80a, and the outer flow path portion 76b is formed along the outer seal line 80b. The inner channel portion 76a and the outer channel portion 76b extend with a predetermined length in the arrow C direction.

図６に示すように、第１端部セル１６ａは、ダミー電極構造体８２と、前記ダミー電極構造体８２を挟持する第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ（端部セパレータ）８４とを備える。 As shown in FIG. 6, the first end cell 16 a includes a dummy electrode structure 82 and a first metal separator 38 and a second metal separator (end separator) 84 that sandwich the dummy electrode structure 82. .

ダミー電極構造体８２は、固体高分子電解質膜４８に対応する金属プレート８６と、前記金属プレート８６を挟持するカソード側カーボンペーパ８８及びアノード側カーボンペーパ９０とを備える。カソード側カーボンペーパ８８は、カソード電極５０を構成するガス拡散層に対応する一方、アノード側カーボンペーパ９０は、アノード電極５２を構成するガス拡散層に対応する。 The dummy electrode structure 82 includes a metal plate 86 corresponding to the solid polymer electrolyte membrane 48, and cathode-side carbon paper 88 and anode-side carbon paper 90 that sandwich the metal plate 86. The cathode side carbon paper 88 corresponds to the gas diffusion layer constituting the cathode electrode 50, while the anode side carbon paper 90 corresponds to the gas diffusion layer constituting the anode electrode 52.

第２金属セパレータ８４は、第２金属セパレータ４０と同様に構成されており、それぞれ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。 The second metal separator 84 is configured in the same manner as the second metal separator 40, and the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第２金属セパレータ８４は、ダミー電極構造体８２側の面８４ａが、第２金属セパレータ４０の面４０ａと同一に構成される。第２金属セパレータ８４の面８４ｂには、図７に示すように、上部側の入口連結流路７４及び出口連結流路７６に沿って別体の凸状上側閉塞シール９２ａが設けられる。上側閉塞シール９２ａは、入口バッファ部６４ａの上部近傍から出口バッファ部６４ｂの上部近傍まで、矢印Ｂ方向に延在する長尺なライン状を有する。 The second metal separator 84 has the same surface 84 a on the dummy electrode structure 82 side as the surface 40 a of the second metal separator 40. As shown in FIG. 7, a separate convex upper blocking seal 92 a is provided on the surface 84 b of the second metal separator 84 along the upper inlet connection channel 74 and the outlet connection channel 76. The upper closing seal 92a has a long line shape extending in the arrow B direction from the vicinity of the upper portion of the inlet buffer portion 64a to the vicinity of the upper portion of the outlet buffer portion 64b.

図７〜図９に示すように、第２金属セパレータ８４では、通常の発電セル１２用のセパレータを用いて、内側シールライン８０ａと外側流路部７６ｂとの間に、上側閉塞シール９２ａが設けられている。上側閉塞シール９２ａは、第２シール部材６８を構成する内側凸状シール部６８ｂｉ及び外側凸状シール部６８ｂｏと同一高さに設定されるとともに（図８参照）、前記第２シール部材６８を構成する内側ガイド部７７ａ及び外側ガイド部７７ｂと同一高さに設定される（図９参照）。 As shown in FIGS. 7 to 9, in the second metal separator 84, an upper blocking seal 92 a is provided between the inner seal line 80 a and the outer flow path portion 76 b using a normal separator for the power generation cell 12. It has been. The upper closing seal 92a is set at the same height as the inner convex seal portion 68bi and the outer convex seal portion 68bo constituting the second seal member 68 (see FIG. 8), and constitutes the second seal member 68. It is set to the same height as the inner guide part 77a and the outer guide part 77b (see FIG. 9).

上側閉塞シール９２ａは、内側流路部７４ａと外側流路部７４ｂとの間に位置し、冷却媒体流路６２と上部側の冷却媒体供給連通孔４６ａとを閉塞する一方、内側流路部７６ａと外側流路部７６ｂとの間に位置し、前記冷却媒体流路６２と上部側の冷却媒体排出連通孔４６ｂとを閉塞する。上側閉塞シール９２ａは、一端側が内側流路部７４ａと外側流路部７４ｂとの間に配置されるとともに、他端側が内側流路部７６ａと外側流路部７６ｂとの間に配置される（図７及び図９参照）。上側閉塞シール９２ａは、上部側の冷却媒体供給連通孔４６ａと上部側の冷却媒体排出連通孔４６ｂとの間で、内側凸状シール部６８ｂｉと外側凸状シール部６８ｂｏとの間に配置される（図７及び図８参照）。 The upper closing seal 92a is located between the inner flow path portion 74a and the outer flow path portion 74b and closes the cooling medium flow path 62 and the upper cooling medium supply communication hole 46a, while the inner flow path portion 76a. The cooling medium flow path 62 and the cooling medium discharge communication hole 46b on the upper side are closed. One end side of the upper closing seal 92a is disposed between the inner channel portion 74a and the outer channel portion 74b, and the other end side is disposed between the inner channel portion 76a and the outer channel portion 76b ( (See FIG. 7 and FIG. 9). The upper closing seal 92a is disposed between the inner convex seal portion 68bi and the outer convex seal portion 68bo between the upper side cooling medium supply communication hole 46a and the upper side cooling medium discharge communication hole 46b. (See FIGS. 7 and 8).

第２金属セパレータ８４の面８４ｂには、下部側の入口連結流路７４及び出口連結流路７６に沿って別体の凸状下側閉塞シール９２ｂが設けられる。下側閉塞シール９２ｂは、入口バッファ部６４ａの下部近傍から出口バッファ部６４ｂの下部近傍まで、矢印Ｂ方向に延在する長尺なライン状を有する。 A separate convex lower blocking seal 92 b is provided on the surface 84 b of the second metal separator 84 along the lower inlet connecting channel 74 and outlet connecting channel 76. The lower closing seal 92b has a long line shape extending in the arrow B direction from the vicinity of the lower portion of the inlet buffer portion 64a to the vicinity of the lower portion of the outlet buffer portion 64b.

下側閉塞シール９２ｂは、内側ガイド部（凸部）７５ａ間に設けられる内側流路部７４ａと外側ガイド部（凸部）７５ｂ間に設けられる外側流路部７４ｂとの間に位置し、冷却媒体流路６２と下部側の冷却媒体供給連通孔４６ａとを閉塞する一方、内側ガイド部（凸部）７７ａ間に設けられる内側流路部７６ａと外側ガイド部（凸部）７７ｂ間に設けられる外側流路部７６ｂとの間に位置し、前記冷却媒体流路６２と下部側の冷却媒体排出連通孔４６ｂとを閉塞する。下側閉塞シール９２ｂは、一端側が内側流路部７４ａと外側流路部７４ｂとの間に配置されるとともに、他端側が内側流路部７６ａと外側流路部７６ｂとの間に配置される。下側閉塞シール９２ｂは、下部側の冷却媒体供給連通孔４６ａと下部側の冷却媒体排出連通孔４６ｂとの間で、内側凸状シール部６８ｂｉと外側凸状シール部６８ｂｏとの間に配置される。 The lower blocking seal 92b is located between the inner flow path portion 74a provided between the inner guide portions (convex portions) 75a and the outer flow passage portion 74b provided between the outer guide portions (convex portions) 75b, and is cooled. While closing the medium flow path 62 and the cooling medium supply communication hole 46a on the lower side, it is provided between the inner flow path part 76a and the outer guide part (convex part) 77b provided between the inner guide part (convex part) 77a. It is located between the outer flow path part 76b and closes the cooling medium flow path 62 and the cooling medium discharge communication hole 46b on the lower side. The lower closing seal 92b has one end side disposed between the inner channel portion 74a and the outer channel portion 74b, and the other end side disposed between the inner channel portion 76a and the outer channel portion 76b. . The lower blocking seal 92b is disposed between the inner convex seal portion 68bi and the outer convex seal portion 68bo between the lower side cooling medium supply communication hole 46a and the lower side cooling medium discharge communication hole 46b. The

上側閉塞シール９２ａ及び下側閉塞シール９２ｂは、第２シール部材６８とは別体に形成される。実質的には、発電セル１２を構成する第２金属セパレータ４０が製造された後、前記第２金属セパレータ４０に上側閉塞シール９２ａ及び下側閉塞シール９２ｂが接着されることにより、第１端部セル１６ａを構成する端部セパレータである第２金属セパレータ８４が製造される。上側閉塞シール９２ａ及び下側閉塞シール９２ｂは、例えば、シリコーンやＥＰＤＭ等で構成される。 The upper closing seal 92 a and the lower closing seal 92 b are formed separately from the second seal member 68. Substantially, after the second metal separator 40 constituting the power generation cell 12 is manufactured, the upper closing seal 92a and the lower closing seal 92b are bonded to the second metal separator 40, whereby the first end portion is formed. A second metal separator 84, which is an end separator constituting the cell 16a, is manufactured. The upper closing seal 92a and the lower closing seal 92b are made of, for example, silicone or EPDM.

図２に示すように、第２端部セル１６ｂは、ダミー電極構造体８２と、前記ダミー電極構造体８２を挟持する第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ４０とを備える。第２金属セパレータ４０に隣接して端部セパレータである第２金属セパレータ８４が配設され、前記第２金属セパレータ８４は、ターミナルプレート２０ｂ及び絶縁プレート２２ｂに当接する。 As shown in FIG. 2, the second end cell 16 b includes a dummy electrode structure 82, and a first metal separator 38 and a second metal separator 40 that sandwich the dummy electrode structure 82. A second metal separator 84, which is an end separator, is disposed adjacent to the second metal separator 40, and the second metal separator 84 contacts the terminal plate 20b and the insulating plate 22b.

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。 The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below.

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス供給連通孔４２ａ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、燃料ガス供給連通孔４４ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体供給連通孔４６ａ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。 First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas supply communication hole 42a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas supply communication hole 44a. Supplied. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the pair of cooling medium supply communication holes 46a.

このため、図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔４２ａから第１金属セパレータ３８の酸化剤ガス流路５４に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５４に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、発電面である電解質膜・電極構造体３６のカソード電極５０に供給される。 Therefore, as shown in FIG. 3, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 54 of the first metal separator 38 from the oxidant gas supply communication hole 42a. The oxidant gas moves in the arrow B direction (horizontal direction) along the oxidant gas flow path 54 and is supplied to the cathode electrode 50 of the electrolyte membrane / electrode structure 36 that is the power generation surface.

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４４ａから第２金属セパレータ４０の燃料ガス流路５８に供給される。燃料ガスは、図４に示すように、燃料ガス流路５８に沿って水平方向（矢印Ｂ方向）に移動し、発電面である電解質膜・電極構造体３６のアノード電極５２に供給される（図３参照）。 On the other hand, the fuel gas is supplied to the fuel gas flow path 58 of the second metal separator 40 from the fuel gas supply communication hole 44a. As shown in FIG. 4, the fuel gas moves in the horizontal direction (arrow B direction) along the fuel gas flow path 58 and is supplied to the anode electrode 52 of the electrolyte membrane / electrode structure 36 that is the power generation surface ( (See FIG. 3).

従って、電解質膜・電極構造体３６では、カソード電極５０に供給される酸化剤ガスと、アノード電極５２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。 Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 36, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 50 and the fuel gas supplied to the anode electrode 52 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer to generate power. Is called.

次いで、電解質膜・電極構造体３６のカソード電極５０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔４２ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体３６のアノード電極５２に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔４４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。 Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode electrode 50 of the electrolyte membrane / electrode structure 36 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas discharge communication hole 42b. On the other hand, the fuel gas supplied to and consumed by the anode electrode 52 of the electrolyte membrane / electrode structure 36 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas discharge communication hole 44b.

また、一対の冷却媒体供給連通孔４６ａに供給された冷却媒体は、図３に示すように、第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ４０間の冷却媒体流路６２に導入される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向（重力方向）内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向（水平方向）に移動して電解質膜・電極構造体３６を冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔４６ｂに排出される。 Further, the cooling medium supplied to the pair of cooling medium supply communication holes 46a is introduced into the cooling medium flow path 62 between the first metal separator 38 and the second metal separator 40 as shown in FIG. The cooling medium once flows in the direction of arrow C (gravity direction) and then moves in the direction of arrow B (horizontal direction) to cool the electrolyte membrane / electrode structure 36. The cooling medium moves outward in the direction of arrow C, and is then discharged to the pair of cooling medium discharge communication holes 46b.

この場合、第１の実施形態では、積層体１４の積層方向両端部に、第１端部セル１６ａ及び第２端部セル１６ｂが配設されている。このため、第１端部セル１６ａ及び第２端部セル１６ｂでは、冷却媒体流路６２が閉塞された断熱空間を構成している。従って、特に、低温始動時に積層体１４の端部に配置されている発電セル１２の昇温遅れや、前記発電セル１２の電圧低下を有効に阻止することができる。 In this case, in the first embodiment, the first end cell 16a and the second end cell 16b are disposed at both ends of the stacked body 14 in the stacking direction. For this reason, in the 1st end part cell 16a and the 2nd end part cell 16b, the heat insulation space where the cooling medium flow path 62 was obstruct | occluded is comprised. Therefore, in particular, it is possible to effectively prevent the temperature increase delay of the power generation cell 12 disposed at the end of the laminate 14 at the time of low temperature start and the voltage drop of the power generation cell 12.

しかも、第１端部セル１６ａは、図６及び図７に示すように、発電セル１２を構成する第２金属セパレータ４０と同一構成の端部セパレータである第２金属セパレータ８４を使用している。具体的には、発電セル１２を構成する第２金属セパレータ４０が製造された後、前記第２金属セパレータ４０に別部材である上側閉塞シール９２ａ及び下側閉塞シール９２ｂが接着等により固定されることにより、第１端部セル１６ａを構成する第２金属セパレータ８４が製造されている。 Moreover, as shown in FIGS. 6 and 7, the first end cell 16 a uses a second metal separator 84 that is an end separator having the same configuration as the second metal separator 40 that constitutes the power generation cell 12. . Specifically, after the second metal separator 40 constituting the power generation cell 12 is manufactured, the upper closing seal 92a and the lower closing seal 92b, which are separate members, are fixed to the second metal separator 40 by adhesion or the like. Thereby, the 2nd metal separator 84 which comprises the 1st edge part cell 16a is manufactured.

その際、上側閉塞シール９２ａは、内側流路部７４ａと外側流路部７４ｂとの間に配置されるだけで、冷却媒体流路６２と上部側の冷却媒体供給連通孔４６ａとを閉塞することができる。さらに、上側閉塞シール９２ａは、内側流路部７６ａと外側流路部７６ｂとの間に配置されるだけで、冷却媒体流路６２と上部側の冷却媒体排出連通孔４６ｂとを閉塞することが可能になる。従って、上側閉塞シール９２ａは、第２金属セパレータ８４の所望の部位に、簡単な作業で良好に設けることができ、作業性が有効に向上するという利点がある。 At that time, the upper closing seal 92a is only disposed between the inner flow path portion 74a and the outer flow path portion 74b, and closes the cooling medium flow path 62 and the upper cooling medium supply communication hole 46a. Can do. Furthermore, the upper closing seal 92a is only disposed between the inner flow passage portion 76a and the outer flow passage portion 76b, and can close the cooling medium flow passage 62 and the upper cooling medium discharge communication hole 46b. It becomes possible. Therefore, the upper closing seal 92a can be satisfactorily provided at a desired portion of the second metal separator 84 by a simple operation, and there is an advantage that workability is effectively improved.

同様に、下側閉塞シール９２ｂは、内側流路部７４ａと外側流路部７４ｂとの間に配置されるだけで、冷却媒体流路６２と下部側の冷却媒体供給連通孔４６ａとを閉塞することができる。さらに、下側閉塞シール９２ｂは、内側流路部７６ａと外側流路部７６ｂとの間に配置されるだけで、冷却媒体流路６２と下部側の冷却媒体排出連通孔４６ｂとを閉塞することが可能になる。従って、下側閉塞シール９２ｂは、第２金属セパレータ８４の所望の部位に、簡単な作業で良好に設けることができ、作業性が有効に向上するという利点がある。 Similarly, the lower closing seal 92b is only disposed between the inner flow path portion 74a and the outer flow path portion 74b, and closes the cooling medium flow path 62 and the lower cooling medium supply communication hole 46a. be able to. Further, the lower closing seal 92b is only disposed between the inner flow passage portion 76a and the outer flow passage portion 76b, and closes the cooling medium flow passage 62 and the lower cooling medium discharge communication hole 46b. Is possible. Therefore, the lower closing seal 92b can be satisfactorily provided at a desired portion of the second metal separator 84 by a simple operation, and there is an advantage that workability is effectively improved.

これにより、第１端部セル１６ａは、発電セル１２とセパレータの共用化を図ることができ、前記セパレータの成形装置を削減することが可能になる。しかも、冷却媒体流路６２を確実に閉塞することができる。このため、燃料電池スタック１０全体を経済的且つ良好に構成することが可能になる。 Thereby, the 1st end cell 16a can aim at common use of the power generation cell 12 and a separator, and it becomes possible to reduce the separator forming device. In addition, the cooling medium flow path 62 can be reliably closed. Therefore, the entire fuel cell stack 10 can be configured economically and satisfactorily.

図１０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端部セル１００の要部分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０を構成する第１端部セル１６ａ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。 FIG. 10 is an exploded perspective view of the main part of the end cell 100 constituting the fuel cell stack according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the 1st end cell 16a which comprises the fuel cell stack 10 which concerns on 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted. Similarly, in the third embodiment described below, detailed description thereof is omitted.

端部セル１００は、ダミー電極構造体８２と、前記ダミー電極構造体８２を挟持する第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ（端部セパレータ）１０２とを備える。 The end cell 100 includes a dummy electrode structure 82 and a first metal separator 38 and a second metal separator (end separator) 102 that sandwich the dummy electrode structure 82.

第２金属セパレータ１０２は、上記の第２金属セパレータ８４と略同一に構成される。第２金属セパレータ１０２では、２分割された上側閉塞シール９２ａ１及び９２ａ２と、２分割された下側閉塞シール９２ｂ１及び９２ｂ２とが設けられる。 The second metal separator 102 is configured substantially the same as the second metal separator 84 described above. In the second metal separator 102, an upper closing seal 92a1 and 92a2 divided into two parts and a lower closing seal 92b1 and 92b2 divided into two parts are provided.

図１１に示すように、上側閉塞シール９２ａ１は、外側ガイド部７５ｂに密着して液密性を確保した状態で、入口バッファ部６４ａの上部近傍から冷却媒体流路６２の流れ方向中央近傍まで、矢印Ｂ方向に延在する長尺なライン状を有する。上側閉塞シール９２ａ２は、外側ガイド部７７ｂに密着して液密性を確保した状態で、出口バッファ部６４ｂの上部近傍から冷却媒体流路６２の流れ方向中央近傍まで、矢印Ｂ方向に延在する長尺なライン状を有する。上側閉塞シール９２ａ１と上側閉塞シール９２ａ２とは、内側凸状シール部６８ｂｉと外側凸状シール部６８ｂｏとの間で互いに所定の間隔だけ離間して配置される。 As shown in FIG. 11, the upper closing seal 92a1 is in close contact with the outer guide portion 75b to ensure liquid tightness, from the vicinity of the upper portion of the inlet buffer portion 64a to the vicinity of the center in the flow direction of the cooling medium flow path 62, It has a long line shape extending in the direction of arrow B. The upper closing seal 92a2 extends in the arrow B direction from the vicinity of the upper portion of the outlet buffer portion 64b to the vicinity of the center in the flow direction of the cooling medium flow path 62 in a state where the upper sealing seal 92a2 is in close contact with the outer guide portion 77b to ensure liquid tightness. It has a long line shape. The upper closing seal 92a1 and the upper closing seal 92a2 are arranged at a predetermined distance from each other between the inner convex seal portion 68bi and the outer convex seal portion 68bo.

下側閉塞シール９２ｂ１は、外側ガイド部７５ｂに密着して液密性を確保した状態で、入口バッファ部６４ａの下部近傍から冷却媒体流路６２の流れ方向中央近傍まで、矢印Ｂ方向に延在する長尺なライン状を有する。下側閉塞シール９２ｂ２は、外側ガイド部７７ｂに密着して液密性を確保した状態で、出口バッファ部６４ｂの下部近傍から冷却媒体流路６２の流れ方向中央近傍まで、矢印Ｂ方向に延在する長尺なライン状を有する。下側閉塞シール９２ｂ１と下側閉塞シール９２ｂ２とは、内側凸状シール部６８ｂｉと外側凸状シール部６８ｂｏとの間で互いに所定の間隔だけ離間して配置される。 The lower closing seal 92b1 extends in the arrow B direction from the vicinity of the lower portion of the inlet buffer portion 64a to the vicinity of the center in the flow direction of the cooling medium flow path 62 in a state in which the lower sealing seal 92b1 is in close contact with the outer guide portion 75b to ensure liquid tightness. It has a long line shape. The lower closing seal 92b2 extends in the direction of arrow B from the vicinity of the lower portion of the outlet buffer portion 64b to the vicinity of the center of the flow direction of the cooling medium flow path 62 in a state in which the lower closing seal 92b2 is in close contact with the outer guide portion 77b to ensure liquid tightness. It has a long line shape. The lower closing seal 92b1 and the lower closing seal 92b2 are disposed at a predetermined distance from each other between the inner convex seal portion 68bi and the outer convex seal portion 68bo.

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。さらに、２分割された上側閉塞シール９２ａ１及び９２ａ２と、２分割された下側閉塞シール９２ｂ１及び９２ｂ２とを設けており、これらの接着時の作業性が一層向上するという利点がある。 In the second embodiment configured as described above, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Furthermore, the upper divided sealing seals 92a1 and 92a2 divided into two parts and the lower divided sealing seals 92b1 and 92b2 divided into two parts are provided, and there is an advantage that workability at the time of bonding is further improved.

図１２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発電セル１２０の要部分解斜視説明図である。 FIG. 12 is an exploded perspective view of the main part of the power generation cell 120 constituting the fuel cell stack according to the third embodiment of the present invention.

発電セル１２０は、電解質膜・電極構造体１２２と、この電解質膜・電極構造体１２２を挟持する第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ１２４とを備える。電解質膜・電極構造体１２２は、固体高分子電解質膜４８と、前記固体高分子電解質膜４８を挟持するアノード電極（一方の電極）５２及びカソード電極（他方の電極）５０とを備える。アノード電極５２は、カソード電極５０及び固体高分子電解質膜４８よりも小さな平面寸法（表面積）を有し、所謂、段差ＭＥＡを構成する。 The power generation cell 120 includes an electrolyte membrane / electrode structure 122 and a first metal separator 38 and a second metal separator 124 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 122. The electrolyte membrane / electrode structure 122 includes a solid polymer electrolyte membrane 48, and an anode electrode (one electrode) 52 and a cathode electrode (other electrode) 50 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 48. The anode electrode 52 has a smaller planar dimension (surface area) than the cathode electrode 50 and the solid polymer electrolyte membrane 48, and constitutes a so-called step MEA.

第２金属セパレータ１２４には、燃料ガス供給連通孔４４ａを燃料ガス流路５８に連通する供給孔部１２６と、前記燃料ガス流路５８を燃料ガス排出連通孔４４ｂに連通する排出孔部１２８とが形成される。 The second metal separator 124 includes a supply hole 126 that communicates the fuel gas supply communication hole 44a with the fuel gas flow path 58, and a discharge hole 128 that communicates the fuel gas flow path 58 with the fuel gas discharge communication hole 44b. Is formed.

図１３に示すように、発電セル１２０では、内側シールライン７８ａ、８０ａは、電解質膜・電極構造体１２２を構成する固体高分子電解質膜４８と第２金属セパレータ１２４との間に対応して配置され、且つ、外側シールライン７８ｂ、８０ｂは、前記電解質膜・電極構造体１２２の外方に位置し前記第２金属セパレータ１２４と第１金属セパレータ３８との間に対応して配置される。 As shown in FIG. 13, in the power generation cell 120, the inner seal lines 78 a and 80 a are disposed correspondingly between the solid polymer electrolyte membrane 48 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 122 and the second metal separator 124. The outer seal lines 78b and 80b are located outside the electrolyte membrane / electrode structure 122 and are disposed between the second metal separator 124 and the first metal separator 38.

図示しないが、第３の実施形態では、端部セルは、発電セル１２０を構成する電解質膜・電極構造体１２２に対応するダミー電極構造体と、前記ダミー電極構造体を挟持する第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ（端部セパレータ、第２金属セパレータ１２４に上側閉塞シール及び下側閉塞シールを個別に設けた構成）とを備える。 Although not shown, in the third embodiment, the end cell includes a dummy electrode structure corresponding to the electrolyte membrane / electrode structure 122 constituting the power generation cell 120, and a first metal separator sandwiching the dummy electrode structure. 38 and a second metal separator (an end separator, a configuration in which an upper closing seal and a lower closing seal are separately provided on the second metal separator 124).

従って、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。 Therefore, in the third embodiment, the same effect as in the first and second embodiments can be obtained.

１０…燃料電池スタック１２、１２０…発電セル
１４…積層体１６ａ、１６ｂ、１００…端部セル
３６、１２２…電解質膜・電極構造体
３８、４０、８４、１０２、１２４…金属セパレータ
４２ａ…酸化剤ガス供給連通孔４２ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
４４ａ…燃料ガス供給連通孔４４ｂ…燃料ガス排出連通孔
４６ａ…冷却媒体供給連通孔４６ｂ…冷却媒体排出連通孔
４８…固体高分子電解質膜５０…カソード電極
５２…アノード電極５４…酸化剤ガス流路
５８…燃料ガス流路６２…冷却媒体流路
６６、６８…シール部材６８ｂｉ…内側凸状シール部
６８ｂｏ…外側凸状シール部７４…入口連結流路
７４ａ、７６ａ…内側流路部７４ｂ、７６ｂ…外側流路部
７６…出口連結流路７８ａ、８０ａ…内側シールライン
７８ｂ、８０ｂ…外側シールライン８２…ダミー電極構造体
８６…金属プレート
９２ａ、９２ａ１、９２ａ２…上側閉塞シール
９２ｂ、９２ｂ１、９２ｂ２…下側閉塞シール DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12, 120 ... Power generation cell 14 ... Laminated body 16a, 16b, 100 ... End cell 36, 122 ... Electrolyte membrane and electrode structure 38, 40, 84, 102, 124 ... Metal separator 42a ... Oxidant Gas supply communication hole 42b ... Oxidant gas discharge communication hole 44a ... Fuel gas supply communication hole 44b ... Fuel gas discharge communication hole 46a ... Cooling medium supply communication hole 46b ... Cooling medium discharge communication hole 48 ... Solid polymer electrolyte membrane 50 ... Cathode Electrode 52 ... Anode electrode 54 ... Oxidant gas flow path 58 ... Fuel gas flow path 62 ... Cooling medium flow paths 66, 68 ... Seal member 68bi ... Inner convex seal part 68bo ... Outer convex seal part 74 ... Inlet connection flow path 74a, 76a ... Inner channel part 74b, 76b ... Outer channel part 76 ... Outlet connection channel 78a, 80a ... Inner seal lines 78b, 80b ... Outer Seal line 82 ... dummy electrode structures 86 ... metal plate 92a, 92a1,92a2 ... upper closure seal 92b, 92b1,92b2 ... lower closure seal

Claims

A power generation cell having an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are disposed on both sides of the electrolyte and a separator is laminated, and a cooling gas flow and a cooling gas flow through which the reaction gas flows along the power generation surface. A cooling medium flow path for flowing a medium, a reaction gas communication hole communicating with the reaction gas flow path and penetrating in the stacking direction, and a cooling medium communication hole communicating with the cooling medium flow path and penetrating in the stacking direction are formed. A fuel cell stack in which a terminal plate, an insulating plate, and an end plate are disposed at both ends of the laminate.
At least one end in the stacking direction of the stack includes an end cell located between the stack and the terminal plate and disposed corresponding to the power generation cell,
The end cell has an end separator having the same configuration as the separator constituting the power generation cell,
In the separator and the end separator, a connection flow path that connects the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole is formed by a seal member, and the connection flow path includes an inner seal line and an outer seal line. Is divided into an inner channel portion and an outer channel portion,
Only the end separator is provided with a separate convex blocking seal that is positioned between the inner flow path portion and the outer flow path portion and blocks the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole. A fuel cell stack characterized by that.

2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the end cell includes a dummy electrolyte / electrode structure having a conductive plate corresponding to the electrolyte.

The fuel cell stack according to claim 1 or 2, wherein the electrolyte / electrode structure is configured such that one electrode has a smaller plane dimension than the other electrode and the electrolyte,
The inner seal line, wherein an electrolyte is disposed between said separator on one electrode side, and the outer seal line, the fuel cell stack, characterized in that arranged between a pair of the separators.