JP6034270B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、電解質の両側に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を備え、複数の前記発電セルが積層される積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、絶縁部材及びエンドプレートが外方に向かって配設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、それぞれ電極触媒（電極触媒層）及び多孔質カーボン（ガス拡散層）を有するアノード電極とカソード電極とを配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、発電セルを構成している。

通常、発電セルを所定の数だけ積層した積層体を備えるとともに、前記積層体の積層方向両側には、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外方に向かって配設され、燃料電池スタックを構成している。この燃料電池スタックは、例えば、燃料電池電気自動車に搭載される車載用燃料電池スタックとして使用されている。

上記のように、複数個の発電セルを積層する際、前記発電セルを容易且つ迅速に組み立てるとともに、前記発電セルの分解及び組み立て作業を効率的に行うことが望まれている。このため、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池が知られている。

この燃料電池では、燃料電池を構成するセパレータ間が、第１樹脂製連結体により締結されている。従って、簡単な作業で、前記燃料電池の組み立てを効率的に行うことができる。さらに、組み立て後の燃料電池を分解する際には、第１樹脂製連結体が除去される一方、第２樹脂製連結体が、第１の締結部又は第２の締結部のいずれかに配置されている。これにより、燃料電池の再組み立てが容易且つ迅速に行われる、としている。

特許第５０４３０６４号公報

ところで、燃料電池スタックでは、例えば、積層体の端部とターミナルプレートとの間に、断熱構造として、発電セルと類似に構成されるダミーセル（非発電セル）や断熱部材を介装する技術が採用されている。このため、部品点数が相当に増加して取り扱いが煩雑化するとともに、燃料電池スタックの組み立て作業性が低下するという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、部品の取り扱いが簡素化するとともに、組み立て作業性を良好に向上させ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。

本発明に係る燃料電池スタックは、電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体を、セパレータ間に挟持する発電セルを備えている。複数の発電セルが積層される積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、絶縁部材及びエンドプレートが外方に向かって配設されている。

燃料電池スタックでは、セパレータの外周縁部には、樹脂締結部と樹脂保持部とが構成されている。樹脂締結部は、発電セル内で積層方向に配置された複数のセパレータ間を締結している。樹脂保持部は、少なくとも積層方向一端部に配置される端部発電セルを構成するセパレータを一方の絶縁部材に保持している。

樹脂締結部は、発電セルの一方の端部に配置されるセパレータに一体に設けられる樹脂突起部を有している。樹脂締結部は、樹脂突起部が設けられたセパレータ以外の他のセパレータに形成され、該樹脂突起部が一体に挿入される第１組み立て用孔部を有している。樹脂締結部は、さらに全てのセパレータに形成され、樹脂突起部に代えて別部材である樹脂連結部材が選択的に挿入される第２組み立て用孔部及び第３組み立て用孔部を有している。

樹脂保持部は、全てのセパレータに形成され、別部材である端部用樹脂連結部材が絶縁部材から端部発電セルの前記セパレータに一体に挿入される端部組み立て用孔部を有している。

本発明によれば、樹脂締結部を介して発電セルが一体化されるとともに、前記発電セルの再組み立て作業が迅速に遂行可能になる。しかも、端部発電セルは、樹脂保持部を介して絶縁部材に一体に保持されている。このため、部品の取り扱いが簡素化するとともに、組み立て作業性を良好に向上させることが可能になる。さらに、樹脂保持部は、全てのセパレータに設けられており、セパレータ構造の共通化を図ることができ、コストを良好に抑制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一部分解概略斜視図である。 前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。 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。 前記発電セルを構成する第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の、図３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の一部分解概略斜視図である。 前記燃料電池スタックの、図６中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 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。

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、複数の発電セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備える。

積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート（絶縁部材）１８ａ及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁部材１８ｂ及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向両端には、後述する第２金属セパレータ２６が配置され、前記第２金属セパレータ２６が絶縁部材１８ａ、１８ｂに当接する（図１及び図２参照）。

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２０ａ、２０ｂ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る。なお、燃料電池スタック１０は、例えば、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てもよい。エンドプレート２０ａには、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体の供給・排出口が設けられるが、エンドプレート２０ｂに一部の供給・排出口を設けてもよい。

発電セル１２は、図３に示すように、第１金属セパレータ２２、第１電解質膜・電極構造体（電解質・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。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、めっき処理鋼板等の縦長形状の金属板により構成されるが、カーボンセパレータを用いてもよい。

図２及び図３に示すように、第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体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３０を備える。固体高分子電解質膜３０は、アノード電極３２及びカソード電極３４により挟持される。アノード電極３２は、カソード電極３４よりも小さな平面寸法を有する段差ＭＥＡを構成しているが、これとは逆に、前記カソード電極３４よりも大きな平面寸法を有することもできる。

アノード電極３２及びカソード電極３４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を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布し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３０の両面に形成される。

図３に示すように、発電セル１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ及び燃料ガス入口連通孔３８ａが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３６ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス入口連通孔３８ａは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給する。

発電セル１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、燃料ガスを排出する燃料ガス出口連通孔３８ｂ及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３６ｂが設けられる。発電セル１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の両端縁部上方には、冷却媒体を供給する一対の冷却媒体入口連通孔４０ａが設けられる。発電セル１２の短辺方向の両端縁部下方には、冷却媒体を排出する一対の冷却媒体出口連通孔４０ｂが設けられる。

図３及び図４に示すように、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３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを連通する第１燃料ガス流路４２が形成される。燃料ガス入口連通孔３８ａと第１燃料ガス流路４２とは、複数の入口連結流路４３ａを介して連通する一方、燃料ガス出口連通孔３８ｂと前記第１燃料ガス流路４２とは、複数の出口連結流路４３ｂを介して連通する。第１金属セパレータ２２の面２２ｂには、冷却媒体入口連通孔４０ａと冷却媒体出口連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部が形成される。

図３に示すように、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、酸化剤ガス入口連通孔３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路４６が形成される。

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３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとを連通する第２燃料ガス流路４８が形成される。燃料ガス入口連通孔３８ａと第２燃料ガス流路４８とは、複数の入口連結流路４９ａを介して連通する一方、燃料ガス出口連通孔３８ｂと前記第２燃料ガス流路４８とは、複数の出口連結流路４９ｂを介して連通する。

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３６ａと酸化剤ガス出口連通孔３６ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路５０が形成される。第３金属セパレータ２８の面２８ｂには、冷却媒体流路４４の一部が形成される。

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５２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５４が一体成形される。第３金属セパレータ２８の面２８ａ、２８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５６が一体成形される。

第１シール部材５２、第２シール部材５４及び第３シール部材５６には、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。

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の外周縁部には、樹脂締結部６０ａ、６０ｂ及び６０ｃがそれぞれ一体で複数設けられる。樹脂締結部６０ａ、６０ｂ及び６０ｃは、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ポリイミド又はＡＢＳ樹脂等で構成される。

樹脂締結部６０ａ、６０ｂ及び６０ｃは、予め、絶縁樹脂で成形した成形品を、かしめや接着等によって第１金属セパレータ２２〜第３金属セパレータ２８を構成する金属プレートに設けられた切り欠き部に固定してもよい。あるいは、金属プレートの切り欠き部には、絶縁樹脂を一体で射出成形してもよい。

図３及び図４に示すように、第１金属セパレータ２２に設けられる樹脂締結部６０ａは、面２２ａ側に突出する連結ピン部（樹脂突起部）６２を一体形成する。図３に示すように、第２金属セパレータ２６及び第３金属セパレータ２８に設けられる樹脂締結部６０ｂ及び６０ｃには、連結ピン部６２が一体に挿入される第１孔部（第１組み立て用孔部）６４が積層方向に貫通形成される。

樹脂締結部６０ａ、６０ｂ及び６０ｃには、後述するリビルトピン（樹脂連結部材）７０が選択的に配置可能な、少なくとも第２孔部（第２組み立て用孔部）６６ａ及び第３孔部（第３組み立て用孔部）６６ｂが形成される。樹脂締結部６０ａ、６０ｂ及び６０ｃには、後述する樹脂ピン部材（端部用樹脂連結部材）９２が挿入される第４孔部（端部組み立て用孔部）６８が形成される。第２孔部６６ａ、第３孔部６６ｂ及び第４孔部６８は、積層方向において、各樹脂締結部６０ａ、６０ｂ及び６０ｃで同軸上に配置される。なお、第１孔部６４、第２孔部６６ａ、第３孔部６６ｂ及び第４孔部６８の樹脂締結部６０ａ、６０ｂ及び６０ｃでの平面上の配置位置は、本実施形態に限定されるものではなく、任意に設定することができる。

図３及び図５に示すように、連結ピン部６２に代えて用いられるリビルトピン７０は、樹脂締結部６０ａ〜６０ｃと同様に、絶縁樹脂で構成される。リビルトピン７０は、第１金属セパレータ２２の第２孔部６６ａ及び第３孔部６６ｂよりも大径に設定され、前記第１金属セパレータ２２の面２２ｂ側に当接する大径なフランジ部７０ａを有する。

フランジ部７０ａから膨出する柱体部７０ｂは、各第２孔部６６ａ又は第３孔部６６ｂに選択的に挿入される。柱体部７０ｂの先端は、後述する溶着処理によって大径化された頭部７０ｃを構成し、この頭部７０ｃは、第３金属セパレータ２８の面２８ｂ側に係止される。

なお、リビルトピン７０は、予め、頭部７０ｃを形成しておき、この頭部７０ｃに軸方向に複数のスリットを設けることにより径方向に拡縮自在に構成してもよい。

図１に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部７２ａ、７２ｂが設けられる。端子部７２ａ、７２ｂは、絶縁性筒体７４に挿入されて、絶縁部材１８ａ、１８ｂの孔部７６ａ、７６ｂに挿入される。端子部７２ａ、７２ｂは、エンドプレート２０ａ、２０ｂの孔部７８ａ、７８ｂを貫通して前記エンドプレート２０ａ、２０ｂの外部に突出する。

絶縁部材１８ａ、１８ｂ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。絶縁部材１８ａは、中央部に矩形状の凹部８０ａが設けられるとともに、この凹部８０ａの略中央に孔部７６ａが連通する。凹部８０ａには、ターミナルプレート１６ａが収容され、前記ターミナルプレート１６ａの端子部７２ａが絶縁性筒体７４を介装して孔部７６ａに挿入される。

絶縁部材１８ｂは、絶縁部材１８ａよりも肉厚に構成されるとともに、積層体１４側の端部が開口される凹部８０ｂを有する。凹部８０ｂを構成する底面略中央には、孔部７６ｂが連通する。絶縁部材１８ｂの外周縁部には、積層体１４の第４孔部６８と同軸的に段付き孔部８２が形成される（図２参照）。

絶縁部材１８ｂの凹部８０ｂには、導電性断熱部材８４及びターミナルプレート１６ｂが収容され、前記ターミナルプレート１６ｂの端子部７２ｂが絶縁性筒体７４を介装して孔部７６ｂに挿入される。断熱部材８４は、例えば、それぞれ材質の異なる少なくとも第１断熱部材８６と第２断熱部材８８とを備え、前記第１断熱部材８６と前記第２断熱部材８８とが交互に積層される。第１断熱部材８６は、例えば、波板状の金属プレートで構成される一方、第２断熱部材８８は、例えば、カーボンプレートで構成される。

なお、断熱部材８４は、例えば、波板状の２種類の金属プレートを交互に、例えば、２組（あるいは、３組）積層して構成してもよい。また、断熱部材８４は、空孔を保持し且つ通電性を有する部材であればよく、電気導電性を有する発泡金属、ハニカム形状金属（ハニカム部材）、又は多孔質カーボン（例えば、カーボンペーパ）のいずれかにより構成してもよい。断熱部材８４は、１枚でもよく、又は、複数枚を重ねてもよい。

図１及び図２に示すように、絶縁部材１８ｂの各段付き孔部８２には、大径側から保持部材、例えば、樹脂ピン部材９２が挿入される。樹脂ピン部材９２は、頭部９２ａが段付き孔部８２の段部壁面に当接するとともに、前記段付き孔部８２の小径側を貫通して第２金属セパレータ２６の第４孔部６８から第３金属セパレータ２８の前記第４孔部６８に一体に挿入される。

樹脂ピン部材９２の先端部（頭部９２ａとは反対の端部）は、第４孔部６８から外方に突出しており、前記先端部には、熱かしめ処理が施されることによって、大径のかしめ部９２ｂが設けられる。樹脂ピン部材９２及び第４孔部６８を介して樹脂保持部９４が構成される。

なお、絶縁部材１８ａ側には、絶縁部材１８ｂ側と同様に、樹脂ピン部材９２を使用してもよい。その際、絶縁部材１８ａに段付き孔部を形成し、前記絶縁部材１８ａに隣接する第２金属セパレータ２６及び第１金属セパレータ２２の第４孔部６８に樹脂ピン部材９２を一体に挿入すればよい。

このように構成される燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口連通孔３６ａに供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、エンドプレート２０ａの燃料ガス入口連通孔３８ａに供給される一方、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、前記エンドプレート２０ａの一対の冷却媒体入口連通孔４０ａに供給される。

酸化剤ガスは、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３６ａから第２金属セパレータ２６の第１酸化剤ガス流路４６及び第３金属セパレータ２８の第２酸化剤ガス流路５０に導入される。酸化剤ガスは、矢印Ｃ方向に移動して第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂの各カソード電極３４に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３８ａから第１金属セパレータ２２の第１燃料ガス流路４２及び第２金属セパレータ２６の第２燃料ガス流路４８に導入される。燃料ガスは、第１燃料ガス流路４２及び第２燃料ガス流路４８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及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂの各アノード電極３２に供給される。

従って、第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂでは、各カソード電極３４に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極３２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、カソード電極３４に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極３２に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体入口連通孔４０ａに供給された冷却媒体は、互いに隣接する第１金属セパレータ２２と第３金属セパレータ２８との間の冷却媒体流路４４に導入された後、先ず、矢印Ｂ方向に流通する。冷却媒体は、矢印Ｃ方向に流通して第１電解質膜・電極構造体２４ａ及び第２電解質膜・電極構造体２４ｂを冷却した後、矢印Ｂ方向に流通して各冷却媒体出口連通孔４０ｂから排出される。

この場合、第１の実施形態では、図５に示すように、第１金属セパレータ２２に設けられた樹脂締結部６０ａには、連結ピン部６２が一体成形されている。そして、連結ピン部６２は、第２金属セパレータ２６及び第３金属セパレータ２８の各第１孔部６４に挿入された後、前記連結ピン部６２の頭部６２ａの先端を溶着することにより、発電セル１２が組み付けられている。

次に、組み立て後の燃料電池スタック１０が、故障等による部品交換や解析等のために分解される際には、先ず、連結ピン部６２の頭部６２ａが除去されて各発電セル１２が互いに分離される。一方、個別に構成されているリビルトピン７０が用意される。

さらに、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が、積層される。この状態で、リビルトピン７０は、例えば、各第３孔部６６ｂに一体に挿入される。

図５に示すように、リビルトピン７０は、柱体部７０ｂが各第３孔部６６ｂに一体に挿入されるとともに、フランジ部７０ａが第１金属セパレータ２２に当接支持される。この状態で、柱体部７０ｂの先端には、例えば、溶着チップを介して溶着処理が施され、頭部７０ｃが形成される。従って、発電セル１２は、リビルトピン７０のフランジ部７０ａと頭部７０ｃとに一体的に挟持されて、再組み立てが行われる。

ここで、互いに隣接する発電セル１２では、一方の発電セル１２を構成する第３孔部６６ｂにリビルトピン７０が挿入されるとともに、他方の発電セル１２を構成する第２孔部６６ａにリビルトピン７０が挿入されている。このため、互いに隣接する発電セル１２では、各リビルトピン７０同士が積層方向に沿って千鳥状に配置されている。

さらに、第１の実施形態では、図２に示すように、絶縁部材１８ｂに凹部８０ｂが形成されるとともに、前記凹部８０ｂには、断熱部材８４及びターミナルプレート１６ｂが収容されている。そして、絶縁部材１８ｂに第２金属セパレータ２６が積層された状態で、各樹脂ピン部材９２が絶縁部材１８ｂの各段付き孔部８２から第２金属セパレータ２６及び第３金属セパレータ２８の各第４孔部６８に一体に挿入される。

次いで、樹脂ピン部材９２の先端部には、熱かしめ処理が施されてかしめ部９２ｂが設けられている。なお、樹脂ピン部材９２と絶縁部材１８ｂとを一体化する構成であればよく、熱かしめ処理の他、ねじ止め、クリップ、バンド等を採用することができる。

このように、第１の実施形態では、樹脂締結部６０ａ、６０ｂ及び６０ｃを介して発電セル１２が一体化されるとともに、前記発電セル１２の再組み立て作業が迅速に遂行可能になる。しかも、絶縁部材１８ｂに隣接する端部発電セルである第２金属セパレータ２６及び第３金属セパレータ２８は、樹脂保持部９４を介して前記絶縁部材１８ｂに一体に保持されている。

このため、部品の取り扱いが簡素化するとともに、組み立て作業性を良好に向上させることが可能になる。さらに、樹脂保持部９４を構成する第４孔部６８は、全てのセパレータである第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に設けられている。従って、セパレータ構造の共通化を図ることができ、コストを良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。

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１００を示す。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０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。

燃料電池スタック１００は、複数の発電セル１０２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１０４を備える。積層体１０４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１０６ａ、絶縁部材１０８ａ及びエンドプレート１１０ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体１０４の積層方向他端には、ターミナルプレート１０６ｂ、絶縁部材１０８ｂ及びエンドプレート１１０ｂが外方に向かって、順次、配設される。

発電セル１２は、図７及び図８に示すように、電解質膜・電極構造体１１２と、前記電解質膜・電極構造体１１２を挟持する第１金属セパレータ１１４及び第２金属セパレータ１１６とを備える。電解質膜・電極構造体１１２は、固体高分子電解質膜３０ａと、前記固体高分子電解質膜３０ａを挟持するアノード電極３２ａ及びカソード電極３４ａとを備える。固体高分子電解質膜３０ａは、アノード電極３２ａ及びカソード電極３４ａよりも大きな平面寸法を有している。

発電セル１０２の矢印Ｂ方向の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３６ａ、冷却媒体入口連通孔４０ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。発電セル１０２の矢印Ｂ方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３６ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

第１金属セパレータ１１４の電解質膜・電極構造体１１２に向かう面１１４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する燃料ガス流路４２ａが形成される。第２金属セパレータ１１６の電解質膜・電極構造体１１２に向かう面１１６ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する酸化剤ガス流路４６ａが設けられる。

互いに隣接する第１金属セパレータ１１４の面１１４ｂと第２金属セパレータ１１６の面１１６ｂとの間には、冷却媒体流路４４が形成される。冷却媒体流路４４は、燃料ガス流路４２ａの裏面形状と酸化剤ガス流路４６ａの裏面形状とが重なり合って形成される。

図８に示すように、第１金属セパレータ１１４及び第２金属セパレータ１１６の外周縁部には、樹脂締結部１１８ａ、１１８ｂがそれぞれ複数（本実施形態では、四隅に４カ所）設けられる。樹脂締結部１１８ａには、第４孔部６８、第１孔部６４、第２孔部６６ａ及び第３孔部６６ｂが上下に配列して設けられる。樹脂締結部１１８ｂには、第４孔部６８、連結ピン部６２、第２孔部６６ａ及び第３孔部６６ｂが上下に配列して設けられる。第２孔部６６ａ、第３孔部６６ｂ及び第４孔部６８は、積層方向において、各樹脂締結部１１８ａ、１１８ｂで同軸上に配置される。

図７に示すように、絶縁部材１０８ｂの凹部８０ｂには、導電性断熱部材１２０及びターミナルプレート１０６ｂが収容される。断熱部材１２０は、電気導電性を有する波板状の金属プレート１２２と、電気導電性を有する波板状の金属プレート１２４とを交互に、例えば、２組積層して構成される。

絶縁部材１０８ｂの凹部８０ｂには、断熱部材１２０及びターミナルプレート１０６ｂが収容され、前記絶縁部材１０８ｂに端部発電セル１０２_endが積層される。この状態で、各樹脂ピン部材９２が絶縁部材１０８ｂの各段付き孔部８２及び端部発電セル１０２_endの各第４孔部６８に一体に挿入されている。そして、樹脂ピン部材９２の先端部には、熱かしめ処理が施されてかしめ部９２ｂが設けられ、絶縁部材１０８ｂに端部発電セル１０２_endが一体化される。

このように構成される第２の実施形態では、樹脂締結部１１８ａ及び１１８ｂを介して発電セル１０２が一体化されるとともに、前記発電セル１０２の再組み立て作業が迅速に遂行可能になる。しかも、絶縁部材１０８ｂに隣接する端部発電セル１０２_endは、樹脂保持部９４を介して前記絶縁部材１０８ｂに一体に保持されている。

このため、部品の取り扱いが簡素化するとともに、組み立て作業性を良好に向上させることが可能になり、しかもコストを良好に抑制することができる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

１０、１００…燃料電池スタック １２、１２_end、１０２…発電セル
１４、１０４…積層体
１６ａ、１６ｂ、１０６ａ、１０６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、１８ｂ、１０８ａ、１０８ｂ…絶縁部材
２０ａ、２０ｂ、１１０ａ、１１０ｂ…エンドプレート
２２、２６、２８、１１４、１１６…金属セパレータ
２４ａ、２４ｂ、１１２…電解質膜・電極構造体
３０、３０ａ…固体高分子電解質膜 ３２、３２ａ…アノード電極
３４、３４ａ…カソード電極 ４２、４８…燃料ガス流路
４４…冷却媒体流路 ４６、５０…酸化剤ガス流路
５２、５４、５６…第１シール部材
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、１１８ａ、１１８ｂ…樹脂締結部
６２…連結ピン部 ６４、６６ａ、６６ｂ、６８…孔部
７０…リビルトピン ８４、１２０…断熱部材
９２…樹脂ピン部材 ９４…樹脂保持部

Claims (1)

1. 電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体を、セパレータ間に挟持する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、絶縁部材及びエンドプレートが外方に向って配設される燃料電池スタックであって、
   前記セパレータの外周縁部には、前記発電セル内で積層方向に配置された複数の前記セパレータ間を締結する樹脂締結部と、
   少なくとも積層方向一端部に配置される端部発電セルを構成する前記セパレータを一方の前記絶縁部材に保持する樹脂保持部と、
   が構成されるとともに、
   前記樹脂締結部は、前記発電セルの一方の端部に配置される前記セパレータに一体に設けられる樹脂突起部と、
   前記樹脂突起部が設けられた前記セパレータ以外の他の前記セパレータに形成され、該樹脂突起部が一体に挿入される第１組み立て用孔部と、
   全ての前記セパレータに形成され、前記樹脂突起部に代えて別部材である樹脂連結部材が選択的に挿入される第２組み立て用孔部及び第３組み立て用孔部と、
   を有する一方、
   前記樹脂保持部は、全ての前記セパレータに形成され、別部材である端部用樹脂連結部材が前記絶縁部材から前記端部発電セルの前記セパレータに一体に挿入される端部組み立て用孔部を有することを特徴とする燃料電池スタック。

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