JP6125883B2 - 燃料電池スタック - Google Patents
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Description
本発明は、電解質の両側にそれぞれ電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、積層方向に沿って燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔及び前記積層方向に沿って酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔が形成される発電ユニットを備え、複数の前記発電ユニットが積層される燃料電池スタックに関する。
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一方側にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・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、所定の数だけ積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
燃料電池では、通常、数十〜数百の燃料電池を積層して燃料電池スタックを構成している。その際、燃料電池自体及び前記燃料電池同士を正確に位置決めする必要があり、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。
この燃料電池は、図６に示すように、電解質層１Ａの両面に、燃料電極１Ｂと酸化剤電極１Ｃが配設される燃料電池セル１を、セパレータ２Ａ、２Ｂにより挟持して構成される単電池３を備えている。セパレータ２Ａ及び２Ｂには、保持ピン挿入側保持孔４ａ及び止め輪挿入側保持孔４ｂが形成されるとともに、電解質層１Ａには、これらに同軸的に孔部５が形成されている。
保持ピン６は、保持ピン挿入側保持孔４ａ、孔部５及び止め輪挿入側保持孔４ｂに向かって挿入されるとともに、先端部には、止め輪７が装着されることにより、単電池３が一体的に保持されている。
ところで、上記の単電池３では、セパレータ２Ａ及び２Ｂに、それぞれ段付き形状の保持ピン挿入側保持孔４ａ及び止め輪挿入側保持孔４ｂが形成されている。このため、孔加工作業が相当に煩雑なものとなるとともに、構成が複雑化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、簡単且つ経済的な構成で、発電ユニット内の位置決め及び前記発電ユニット間の位置決めを良好に行うとともに、燃料ガス連通孔のシール性を確保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、電解質の両側にそれぞれ電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、積層方向に沿って燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔及び前記積層方向に沿って酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔が形成される発電ユニットを備え、複数の前記発電ユニットが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では、発電ユニット内の位置決めを行うユニット内位置決め部と、前記発電ユニット間の位置決めを行うユニット間位置決め部と、前記ユニット内位置決め部及び前記ユニット間位置決め部に隣接した位置であって、前記ユニット内位置決め部及び前記ユニット間位置決め部よりも、前記燃料ガス連通孔側に近接した位置に設けられ、端部が変形することにより前記発電ユニット内を一体に固定する樹脂製固定部材と、を備えている。そして、ユニット内位置決め部及びユニット間位置決め部は、積層方向に延在する中心軸に対して同軸上に設定されるとともに、燃料ガス連通孔と酸化剤ガス連通孔との間で、前記酸化剤ガス連通孔よりも、前記燃料ガス連通孔側に近接して設けられている。
また、この燃料電池スタックでは、ユニット内位置決め部とユニット間位置決め部とは、同一の部材で構成されることが好ましい。
さらに、この燃料電池スタックでは、前記発電ユニットは、少なくとも３枚の前記セパレータが積層され、前記樹脂製固定部材は、積層された前記セパレータのうち、前記積層方向の一方端側のセパレータに形成されるとともに、前記積層方向の他方端側のセパレータに向けて延伸し、前記ユニット間位置決め部は、前記一方端側及び前記他方端側のセパレータとは異なる前記セパレータに形成されることが好ましい。
本発明によれば、発電ユニット内の位置決めを行うユニット内位置決め部と、発電ユニット間の位置決めを行うユニット間位置決め部とが、同軸上に設定されている。このため、２種類の位置決め構造を集中して且つコンパクトに構成することができ、燃料電池スタック全体を良好にコンパクト化することが可能になる。
また、端部が変形することにより発電ユニット内を一体に固定する樹脂製固定部材が、ユニット内位置決め部及びユニット間位置決め部に隣接した位置であって、前記ユニット内位置決め部及び前記ユニット間位置決め部よりも、前記燃料ガス連通孔側に近接した位置に設けられている。これにより、発電ユニット内が一体に固定される。このため、例えば、発電ユニットを移動させる際、発電ユニット内でユニット内位置決め部が離脱し、発電ユニット内における位置決めができなくなるという問題を有効に回避することが可能になる。
また、端部が変形することにより発電ユニット内を一体に固定する樹脂製固定部材が、ユニット内位置決め部及びユニット間位置決め部に隣接した位置であって、前記ユニット内位置決め部及び前記ユニット間位置決め部よりも、前記燃料ガス連通孔側に近接した位置に設けられている。これにより、発電ユニット内が一体に固定される。このため、例えば、発電ユニットを移動させる際、発電ユニット内でユニット内位置決め部が離脱し、発電ユニット内における位置決めができなくなるという問題を有効に回避することが可能になる。
しかも、ユニット内位置決め部及びユニット間位置決め部は、燃料ガス連通孔側に近接して設けられている。従って、例えば、燃料電池スタックに外部荷重が付与された際、燃料ガス連通孔の変位が規制されるため、前記燃料ガス連通孔のシールずれを有効に抑制することができる。
さらに、燃料ガス連通孔は、一般的に酸化剤ガス連通孔に比べて断面積が小さく設定されている。これにより、ユニット内位置決め部及びユニット間位置決め部が、燃料ガス連通孔と酸化剤ガス連通孔との間で、酸化剤ガス連通孔よりも、燃料ガス連通孔に近接して配置されるため、セパレータの面内スペース効率が向上し、前記セパレータを良好に小型化することが可能になる。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の発電ユニット１２を矢印Ａ方向（水平方向）又は矢印Ｃ方向（重力方向）に積層して構成される。燃料電池スタック１０は、例えば、車載用燃料電池スタックを構成し、図示しない燃料電池車両に搭載される。
図１〜図３に示すように、発電ユニット１２は、第１セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体（第１電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）１６ａ、第２セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体（第２電解質・電極構造体）（ＭＥＡ）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、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縦長形状の金属板により構成される。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、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。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、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。
第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体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電極２４及びカソード電極２６とを備える。アノード電極２４は、カソード電極２６よりも小さな平面寸法（表面寸法）を有する段差ＭＥＡを構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、アノード電極２４は、カソード電極２６よりも大きな平面寸法を有してもよく、又は、前記カソード電極２６と同一の平面寸法を有していてもよい。
アノード電極２４及びカソード電極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、例えば、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。
図１に示すように、発電ユニット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入口連通孔２８ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３０ｂが設けられる。
発電ユニット１２の長辺方向（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、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３０ａ、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２８ｂが設けられる。
発電ユニット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一対の冷却媒体入口連通孔３２ａが設けられる。発電ユニット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一対の冷却媒体出口連通孔３２ｂが設けられる。
各冷却媒体入口連通孔３２ａ、３２ａは、酸化剤ガス入口連通孔２８ａ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂに近接し、且つそれぞれ矢印Ｃ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３２ｂ、３２ｂは、酸化剤ガス出口連通孔２８ｂ及び燃料ガス入口連通孔３０ａにそれぞれ近接し、且つそれぞれ矢印Ｃ方向両側の各辺に振り分けられる。
図１及び図４に示すように、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３０ａと燃料ガス出口連通孔３０ｂとを連通する波形状（又は直線状）の第１燃料ガス流路３４が形成される。第１燃料ガス流路３４は、矢印Ｂ方向に延在し、そ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３６ａ及び出口バッファ部３６ｂ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３２ａと冷却媒体出口連通孔３２ｂとを連通する冷却媒体流路３８の一部が形成される。冷却媒体流路３８の一部は、第１燃料ガス流路３４の裏面形状である。
図５に示すように、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２８ａと酸化剤ガス出口連通孔２８ｂとを連通する波形状（又は直線状）の第１酸化剤ガス流路４０が形成される。第１酸化剤ガス流路４０の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部４２ａ及び出口バッファ部４２ｂが設けられる。
図１に示すように、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３０ａと燃料ガス出口連通孔３０ｂとを連通する波形状（又は直線状）の第２燃料ガス流路４４が形成される。第２燃料ガス流路４４の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部４６ａ及び出口バッファ部４６ｂ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２８ａと酸化剤ガス出口連通孔２８ｂとを連通する波形状（又は直線状）の第２酸化剤ガス流路４８が形成される。第２酸化剤ガス流路４８の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部５０ａ及び出口バッファ部５０ｂ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３８の一部が形成される。
第１セパレータ１４は、図４に示すように、燃料ガス入口連通孔３０ａと第１燃料ガス流路３４とを連通する複数の供給連結路５２ａと、燃料ガス出口連通孔３０ｂと前記第１燃料ガス流路３４とを連通する複数の排出連結路５２ｂとを有する。第２セパレータ１８は、図１に示すように、燃料ガス入口連通孔３０ａと第２燃料ガス流路４４とを連通する複数の供給連結路５４ａと、燃料ガス出口連通孔３０ｂと前記第２燃料ガス流路４４とを連通する複数の排出連結路５４ｂとを有する。
供給連結路５２ａ及び排出連結路５２ｂには、ブリッジ部として蓋体５６ａ、５６ｂが配置される。供給連結路５４ａ及び排出連結路５４ｂには、ブリッジ部として蓋体５８ａ、５８ｂが配置される。
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６０が一体成形される。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６２が一体成形される。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６４が一体成形される。
第１シール部材６０、第２シール部材６２及び第３シール部材６４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。
発電ユニット１２は、前記発電ユニット１２内の位置決めを行うユニット内位置決め部６６と、前記発電ユニット１２間の位置決めを行うユニット間位置決め部６８とを備える。
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の短辺側の外周縁部には、それぞれ一対の樹脂製板状部７０ａ、７０ｂ及び７０ｃが設けられる。一方の樹脂製板状部７０ａ、７０ｂ及び７０ｃは、各短辺において、燃料ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔２８ｂとの間で、且つ、前記燃料ガス入口連通孔３０ａに近接して設けられる。他方の樹脂製板状部７０ａ、７０ｂ及び７０ｃは、各短辺において、燃料ガス出口連通孔３０ｂと酸化剤ガス入口連通孔２８ａとの間で、且つ、前記燃料ガス出口連通孔３０ｂに近接して設けられる。
樹脂製板状部７０ａ、７０ｂ及び７０ｃは、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。
樹脂製板状部７０ａ、７０ｂ及び７０ｃ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セパレータ１４〜第３セパレータ２０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、樹脂製板状部７０ａ、７０ｂ及び７０ｃは、金属プレートの切り欠き部に絶縁樹脂を一体で射出成形してもよい。
図１及び図２に示すように、樹脂製板状部７０ａ、７０ｃには、ユニット内位置決め部６６を構成する円形状の孔部７２ａ、７２ｂが形成される。樹脂製板状部７０ｂの両面には、ユニット内位置決め部６６を構成するリング状の凸部７４ａ、７４ｂが積層方向に膨出形成される。凸部７４ａは、孔部７２ａに嵌合する一方、凸部７４ｂは、孔部７２ｂに嵌合し、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が、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂを介装して位置決めされる。
図４に示すように、第１セパレータ１４では、燃料ガス入口連通孔３０ａ側に隣接する孔部７２ａは、短辺の中央位置Ｔから上方に距離ｈだけオフセットする。燃料ガス出口連通孔３０ｂ側に隣接する孔部７２ａは、短辺の中央位置Ｔから下方に距離ｈだけオフセットし、各孔部７２ａ同士が互いに対称位置に配置される。
樹脂製板状部７０ｂには、図２に示すように、ユニット間位置決め部６８を構成する貫通孔（ノック孔）７６が形成される。各発電ユニット１２を構成する各貫通孔７６には、ノックピン７８が一体に挿入され、前記発電ユニット１２間の位置決めが行われる。
樹脂製板状部７０ａ、７０ｂ及び７０ｃには、ユニット内位置決め部６６及びユニット間位置決め部６８に隣接した位置に、発電ユニット１２内を一体に固定する固定部８０が設けられる。樹脂製板状部７０ａには、連結ピン部８２が積層方向に突出して一体に形成される。樹脂製板状部７０ｂ、７０ｃには、連結ピン部８２が挿入される孔部８４ａ、８４ｂが同軸上に形成され、固定部８０が構成される。
図３に示すように、連結ピン部８２は、孔部８４ａ、８４ｂに一体に挿入された状態で、先端部に加熱された溶着チップ（図示せず）が押圧されることにより溶融変形（拡径）されて頭部８２ａが形成される。
図１に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａには、第１電解質膜・電極構造体１６ａを位置決めするための樹脂製突起部８６ａが複数箇所に設けられる。樹脂製突起部８６ａは、角柱状（又は棒状）を有し、第１電解質膜・電極構造体１６ａの外周部の所望の位置に対応して配置される。図１及び図４に示すように、第１セパレータ１４の短辺側に設けられる各樹脂製突起部８６ａは、矢印Ｂ方向に沿って樹脂製板状部７０ａと配列されるように、前記樹脂製板状部７０ａ（及び固定部８０）に隣接して設けられる。
第２セパレータ１８の面１８ｂには、第２電解質膜・電極構造体１６ｂを位置決めするための樹脂製突起部８６ｂが複数箇所に設けられる。樹脂製突起部８６ｂは、角柱状（又は棒状）を有し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂの外周部の所望の位置に対応して配置される。図１に示すように、第２セパレータ１８の短辺側に設けられる各樹脂製突起部８６ｂは、矢印Ｂ方向に沿って樹脂製板状部７０ｂと配列されるように、前記樹脂製板状部７０ｂ（及び固定部８０）に隣接して設けられる。
なお、第２セパレータ１８の面１８ａや第３セパレータ２０の面２０ａには、必要に応じて、又は、上記の樹脂製突起部８６ａ、８６ｂに代えて、樹脂製突起部（図示せず）を設けることができる。
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１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２８ａ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３０ａに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３２ａ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。
酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２８ａから第２セパレータ１８の第１酸化剤ガス流路４０及び第３セパレータ２０の第２酸化剤ガス流路４８に導入される。酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路４０に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード電極２６に供給される。さらに、残余の酸化剤ガスは、第２酸化剤ガス流路４８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード電極２６に供給される。
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３０ａから第１セパレータ１４の第１燃料ガス流路３４に沿って水平方向（矢印Ｂ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード電極２４に供給される。また、残余の燃料ガスは、第２セパレータ１８の第２燃料ガス流路４４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極２４に供給される。
従って、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂでは、カソード電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極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電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂの各カソード電極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２８ｂ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のアノード電極２４に供給されて消費された燃料ガス、及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極２４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３０ｂに排出される。
一方、上下一対の冷却媒体入口連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、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３８に導入される。
各冷却媒体入口連通孔３２ａ、３２ａから冷却媒体流路３８に供給される冷却媒体は、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）に移動して第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂ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、一対の冷却媒体出口連通孔３２ｂ、３２ｂに排出される。
この場合、本実施形態では、図１〜図３に示すように、発電ユニット１２内の位置決めを行うユニット内位置決め部６６と、前記発電ユニット１２間の位置決めを行うユニット間位置決め部６８とが、同軸上に設定されている。このため、２種類の位置決め構造（ユニット内位置決め部６６及びユニット間位置決め部６８）を集中して且つコンパクトに構成することができ、燃料電池スタック１０全体を良好にコンパクト化することが可能になる。
しかも、ユニット内位置決め部６６及びユニット間位置決め部６８は、燃料ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂに近接して設けられている。従って、例えば、燃料電池スタック１０に外部荷重が付与された際、燃料ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂの変位が規制される。これにより、燃料ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂのシールずれを有効に抑制することができるという効果が得られる。
さらに、燃料ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂは、一般的に酸化剤ガス入口連通孔２８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２８ｂに比べて断面積が小さく設定されている。このため、ユニット内位置決め部６６及びユニット間位置決め部６８は、燃料ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂに近接して配置されるため、セパレータ面内のスペース効率が向上し、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を良好に小型化することが可能になる。
また、ユニット内位置決め部６６とユニット間位置決め部６８とは、同一の部材である樹脂製板状部７０ａ、７０ｂ及び７０ｃに構成されている。従って、構成の簡素化及び小型化が容易に図られる。
さらに、ユニット内位置決め部６６とユニット間位置決め部６８に隣接した位置に、発電ユニット１２内を一体に固定する固定部８０が設けられている。固定部８０では、図３に示すように、連結ピン部８２が孔部８４ａ、８４ｂに一体に挿入された状態で、先端部が溶融変形（拡径）されて頭部８２ａが形成され、発電ユニット１２内を一体に固定している。
これにより、例えば、発電ユニット１２を移動させる際、ユニット内位置決め部６６を構成する凸部７４ａ、７４ｂが、孔部７２ａ、７２ｂから離脱することを確実に抑制することができる。このため、発電ユニット１２内における位置決めができなくなるという問題を有効に回避することが可能になる。しかも、発電ユニット１２内では、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂが、特に固定部８０に隣接する樹脂製突起部８６ａ及び８６ｂを介して確実に位置決めされ、不要な移動が抑制される。
なお、本実施形態では、発電ユニット１２は、３枚のセパレータと２枚のＭＥＡとにより構成された、所謂、間引き冷却構造（第１電解質膜・電極構造体１６ａと第２電解質膜・電極構造体１６ｂとの間に冷却媒体流路が無い構造）を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、２枚のセパレータ間に１枚のＭＥＡを挟持した、所謂、各セル冷却構造の発電ユニットを用いることができる。
１０…燃料電池スタック １２…発電ユニット
１４、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…アノード電極
２６…カソード電極 ２８ａ…酸化剤ガス入口連通孔
２８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３０ａ…燃料ガス入口連通孔
３０ｂ…燃料ガス出口連通孔 ３２ａ…冷却媒体入口連通孔
３２ｂ…冷却媒体出口連通孔 ３４、４４…燃料ガス流路
３８…冷却媒体流路 ４０、４８…酸化剤ガス流路
６０、６２、６４…シール部材 ７０ａ〜７０ｃ…樹脂製板状部
７２ａ、７２ｂ、８４ａ、８４ｂ…孔部
７４ａ、７４ｂ…凸部 ７６…貫通孔
７８…ノックピン ８０…固定部
８２…連結ピン部 ８６ａ、８６ｂ…樹脂製突起部
１４、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…アノード電極
２６…カソード電極 ２８ａ…酸化剤ガス入口連通孔
２８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３０ａ…燃料ガス入口連通孔
３０ｂ…燃料ガス出口連通孔 ３２ａ…冷却媒体入口連通孔
３２ｂ…冷却媒体出口連通孔 ３４、４４…燃料ガス流路
３８…冷却媒体流路 ４０、４８…酸化剤ガス流路
６０、６２、６４…シール部材 ７０ａ〜７０ｃ…樹脂製板状部
７２ａ、７２ｂ、８４ａ、８４ｂ…孔部
７４ａ、７４ｂ…凸部 ７６…貫通孔
７８…ノックピン ８０…固定部
８２…連結ピン部 ８６ａ、８６ｂ…樹脂製突起部
Claims (3)
- 電解質の両側にそれぞれ電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、積層方向に沿って燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔及び前記積層方向に沿って酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔が形成される発電ユニットを備え、複数の前記発電ユニットが積層される燃料電池スタックであって、
前記発電ユニット内の位置決めを行うユニット内位置決め部と、
前記発電ユニット間の位置決めを行うユニット間位置決め部と、
前記ユニット内位置決め部及び前記ユニット間位置決め部に隣接した位置であって、前記ユニット内位置決め部及び前記ユニット間位置決め部よりも、前記燃料ガス連通孔側に近接した位置に設けられ、端部が変形することにより前記発電ユニット内を一体に固定する樹脂製固定部材と、
を備え、
前記ユニット内位置決め部及び前記ユニット間位置決め部は、前記積層方向に延在する中心軸に対して同軸上に設定されるとともに、前記燃料ガス連通孔と前記酸化剤ガス連通孔との間で、前記酸化剤ガス連通孔よりも前記燃料ガス連通孔側に近接して設けられることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記ユニット内位置決め部と前記ユニット間位置決め部とは、同一の部材で構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
- 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、
前記発電ユニットは、少なくとも３枚の前記セパレータが積層され、
前記樹脂製固定部材は、積層された前記セパレータのうち、前記積層方向の一方端側のセパレータに形成されるとともに、前記積層方向の他方端側のセパレータに向けて延伸し、
前記ユニット間位置決め部は、前記一方端側及び前記他方端側のセパレータとは異なる前記セパレータに形成されることを特徴とする燃料電池スタック。
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