JP6132827B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、電解質膜の両側に電極を設ける電解質膜・電極構造体と、セパレータとが水平方向に積層される複数の燃料電池を備え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にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方にカソード電極が、それぞれ設けられた電解質膜・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、燃料電池が構成されている。この燃料電池は、所定の数だけ積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車に搭載されている。

車載用燃料電池スタックでは、相当に多数の発電セルが積層されている。このため、各発電セル同士を正確に位置決めするとともに、所望のシール性を確保する必要がある。そこで、例えば、特許文献１では、燃料電池を構成する平板状部品を正確に積層してセルを構成し、このセルも位置ずれすることなく積層して燃料電池を組み立てることのできる方法を提案している。

具体的には、図９に示すように、スタック加圧用の加圧板１にセル組立用位置決め穴２が穿設され、これに端面を面取りした長いノックピン３が挿入されて直立している。次に、位置決め穴２が穿設された燃料電池構成用平板状部品は、順次、それぞれの位置決め穴２にノックピン３を嵌合させることにより、セル４を構成している。さらに、所要のセル数だけ繰り返し積層してスタック５が構成された後、加圧プレートを用いて締め付け固定されている。

特開平０９−１３４７３４号公報

ところで、ノックピン３は、円柱形状を有しており、複数のセル４が積層されたスタック５を位置決め保持している。従って、スタック５の横方向の剛性を確保するためには、ノックピン３は、相当に大きな直径に設定される必要がある。

一方、スタック５は、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車に搭載されている。このため、スタック５全体を良好に小型化することが望まれている。

しかしながら、相当に大径なノックピン３が使用されるため、セル４自体を小型化しようとすると、例えば、流体連通孔（燃料ガス連通孔、酸化剤ガス連通孔又は冷却媒体連通孔）の開口寸法を大きくすることができない。これにより、コンパクトな構成で発電効率の向上を図ることが困難にな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、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタックの横方向の剛性を有効に確保することができ、しかも流体連通孔の開口寸法を良好に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。

本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜の両側に電極を設ける電解質膜・電極構造体と、短辺及び長辺を有する横長形状のセパレータとが水平方向に積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されている。

セパレータは、少なくとも一方の短辺に沿って上下に２つの流体連通孔が設けられ、前記２つの流体連通孔の間には、ノックピンが挿入されるノック孔が形成されている。そして、ノックピンのセパレータ面方向に沿った断面形状は、前記長辺の方向に沿った寸法である横方向寸法が前記短辺に沿った寸法である縦方向寸法よりも長尺な扁平形状に設定されている。

また、この燃料電池スタックでは、扁平形状は、断面円形状のピン部材の上下を平坦状に切り欠くことにより設定されることが好ましい。

本発明によれば、ノックピンは、横方向寸法が縦方向寸法よりも長尺な扁平形状の断面形状に設定されている。このため、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタックの横方向の剛性を有効に確保することができる。

しかも、上下に２つの流体連通孔の間には、ノックピンが挿入されるノック孔が形成されている。ノックピンは、縦方向（上下方向）が短尺に設定されるため、上下に２つの流体連通孔は、それぞれのセパレータ短辺方向の開口寸法を十分に確保することが可能になる。これにより、発電効率の向上を図ることができる。

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の一部断面側面図である。 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池を構成するカソード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１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の断面説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックの断面説明図である。 特許文献１に開示されている燃料電池の組立方法の説明図である。

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、複数の燃料電池１２が、立位姿勢で水平方向（矢印Ａ方向）に積層される積層体１３を有する。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（燃料電池電気自動車）に搭載される。

図１及び図２に示すように、積層体１３の積層方向一端には、第１ターミナルプレート１４ａ、第１絶縁プレート１６ａ及び第１エンドプレート１８ａが、外方に向かって、順次、配設される。積層体１３の積層方向他端には、第２ターミナルプレート１４ｂ、第２絶縁プレート１６ｂ及び第２エンドプレート１８ｂが、外方に向かって、順次、配設される。

第１エンドプレート１８ａの中央側には、第１絶縁プレート１６ａの凹部を介して第１ターミナルプレート１４ａが収容される。第１ターミナルプレート１４ａに接続された第１出力端子１９ａは、第１エンドプレート１８ａの外方に延在する。第２エンドプレート１８ｂの中央側には、第２絶縁プレート１６ｂの凹部を介して第２ターミナルプレート１４ｂが収容される。第２ターミナルプレート１４ｂに接続された第２出力端子１９ｂは、第２エンドプレート１８ｂの外方に延在する。

第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂは、横長の長方形状を有するとともに、各長辺間には、積層体１３の外方に沿って第１連結バー２０ａが配置される。第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂの各短辺間には、積層体１３の外方に沿って第２連結バー２０ｂが配置される。第１連結バー２０ａ及び第２連結バー２０ｂは、それぞれ第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとにねじ２１を介して固定される（図１参照）。

図２及び図３に示すように、燃料電池１２は、電解質膜・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持するカソードセパレータ２４及びアノードセパレータ２６とを備える。カソードセパレータ２４、電解質膜・電極構造体２２及びアノードセパレータ２６は、水平方向に積層される。

カソードセパレータ２４及びアノードセパレータ２６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。カソードセパレータ２４及びアノードセパレータ２６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。なお、カソードセパレータ２４及びアノードセパレータ２６は、金属セパレータに代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。

カソードセパレータ２４及びアノードセパレータ２６は、横長形状を有するとともに、長辺が水平方向（矢印Ｂ方向）に延在し且つ短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に延在するように構成される。

図３に示すように、燃料電池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、酸化剤ガス供給連通孔（流体連通孔）２８ａと燃料ガス排出連通孔（流体連通孔）３０ｂとが上下に設けられる。酸化剤ガス供給連通孔２８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス排出連通孔３０ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。

燃料電池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、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔（流体連通孔）３０ａと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔（流体連通孔）２８ｂとが設けられる。

燃料電池１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方側には、すなわち、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ及び燃料ガス排出連通孔３０ｂ側には、矢印Ａ方向に互いに連通して、２つの冷却媒体供給連通孔３２ａが上下に設けられる。各冷却媒体供給連通孔３２ａは、冷却媒体を供給するものであり、互いに対向する辺に設けられる。

燃料電池１２の短辺方向の両端縁部他方側には、すなわち、燃料ガス供給連通孔３０ａ及び酸化剤ガス排出連通孔２８ｂ側には、矢印Ａ方向に互いに連通して、２つの冷却媒体排出連通孔３２ｂが上下に設けられる。各冷却媒体排出連通孔３２ｂは、冷却媒体を排出するものであり、互いに対向する辺に設けられる。

図２及び図３に示すように、電解質膜・電極構造体２２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（陽イオン交換膜）３４を備える。固体高分子電解質膜３４は、カソード電極３６及びアノード電極３８に挟持される。

カソード電極３６及びアノード電極３８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３４の両面に形成される。

カソードセパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２４ａには、酸化剤ガス供給連通孔２８ａと酸化剤ガス排出連通孔２８ｂとを連通する酸化剤ガス流路４０が形成される。酸化剤ガス流路４０は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

アノードセパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２６ａには、燃料ガス供給連通孔３０ａと燃料ガス排出連通孔３０ｂとを連通する燃料ガス流路４２が形成される。燃料ガス流路４２は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。

アノードセパレータ２６の面２６ｂと隣接するカソードセパレータ２４の面２４ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔３２ａ、３２ａと冷却媒体排出連通孔３２ｂ、３２ｂとに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、電解質膜・電極構造体２２の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。

カソードセパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、このカソードセパレータ２４の外周端縁部を周回して第１シール部材４６が一体成形される。アノードセパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、このアノードセパレータ２６の外周端縁部を周回して第２シール部材４８が一体成形される。

第１シール部材４６及び第２シール部材４８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。

図３に示すように、燃料電池１２では、カソードセパレータ２４及びアノードセパレータ２６の長辺側（図３中、上端部及び下端部）の中央に、それぞれ内部に切り欠いて切り欠き部５０ａ、５０ｂが形成される。切り欠き部５０ａ、５０ｂの略中央部位には、凸状部材５２ａ、５２ｂが一体又は別個に設けられる。凸状部材５２ａ、５２ｂは、例えば、樹脂材で形成され、カソードセパレータ２４及びアノードセパレータ２６に一体構成される。

なお、凸状部材５２ａ、５２ｂは、カソードセパレータ２４及びアノードセパレータ２６と一体の金属板からなり、表面に絶縁処理を施してもよい。また、凸状部材５２ａ、５２ｂは、カソードセパレータ２４及びアノードセパレータ２６の長辺側の各対角の対称位置に設けてもよい。

凸状部材５２ａ、５２ｂは、積層方向に配列されるとともに、複数の前記凸状部材５２ａ同士及び複数の前記凸状部材５２ｂ同士は、後述するように、各第１連結バー２０ａの凹状部６４に一体に係合（嵌合）する。凸状部材５２ａ、５２ｂの外面位置は、燃料電池１２の長辺の外面５４ａ、５４ｂの位置よりも内方（内側）に配置される。

カソードセパレータ２４及びアノードセパレータ２６の短辺側の一端部には、酸化剤ガス供給連通孔２８ａと燃料ガス排出連通孔３０ｂとの間に位置して、凹状部材５６ａが一体又は別個に形成される。カソードセパレータ２４及びアノードセパレータ２６の短辺側の他端部には、燃料ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔２８ｂとの間に位置して、凹状部材５６ｂが一体又は別個に形成される。

凹状部材５６ａ、５６ｂは、例えば、凸状部材５２ａ、５２ｂと同様に樹脂材で形成される。各凹状部材５６ａ同士及び各凹状部材５６ｂ同士は、積層方向に配列されており、後述するように、各第２連結バー２０ｂの凸部６６が一体に係合（嵌合）する。

凹状部材５６ａには、位置決め用の第１ノック孔５８ａが形成される一方、凹状部材５６ｂには、位置決め用の第２ノック孔５８ｂが形成される。図４に示すように、第１ノック孔５８ａは、正面視で円形孔部５８ａｃの上部を平坦面５８ａｕで仕切り且つ下部を平坦面５８ａｄで仕切った扁平状の開口形状を有する。第１ノック孔５８ａのセパレータ面方向に沿った開口断面形状は、横方向（矢印Ｂ方向）寸法が縦方向（矢印Ｃ方向）寸法よりも長尺に設定される。

第２ノック孔５８ｂは、正面視で円形孔部５８ｂｃの上部を平坦面５８ｂｕで仕切り且つ下部を平坦面５８ｂｄで仕切った扁平状の開口形状を有する。第２ノック孔５８ｂのセパレータ面方向に沿った開口断面形状は、横方向（矢印Ｂ方向）寸法が縦方向（矢印Ｃ方向）寸法よりも長尺に設定される。

図２に示すように、第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂには、それぞれ第１ノック孔５８ａと同軸上に第１穴部５９ａが、第２ノック孔５８ｂと同軸上に第２穴部５９ｂが、形成される。第１穴部５９ａには、燃料電池１２を積層方向に貫通して延在する断面扁平形状の第１ノックピン６０ａの両端が隙間なく嵌合する。第２穴部５９ｂには、燃料電池１２を積層方向に貫通して延在する断面扁平形状の第２ノックピン６０ｂの両端が隙間なく嵌合する。第１ノックピン６０ａと第２ノックピン６０ｂは、それぞれ積層体１３とその両端に設けられた第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂに跨って配設される。

図５に示すように、第１ノックピン６０ａは、第１ノック孔５８ａ内に挿入される一方、第２ノックピン６０ｂは、第２ノック孔５８ｂ内に挿入される。第１ノックピン６０ａは、正面視で断面円形状のピン部材６０ａｃの上下を切り欠くことにより、上部が平坦面６０ａｕで且つ下部が平坦面６０ａｄの扁平状に設定される。第１ノックピン６０ａのセパレータ面方向に沿った断面形状は、横方向（矢印Ｂ方向）寸法が縦方向（矢印Ｃ方向）寸法よりも長尺な扁平形状に設定される。

第２ノックピン６０ｂは、正面視で断面円形状のピン部材６０ｂｃの上下を切り欠くことにより、上部が平坦面６０ｂｕで且つ下部が平坦面６０ｂｄの扁平状に設定される。第２ノックピン６０ｂのセパレータ面方向に沿った断面形状は、横方向（矢印Ｂ方向）寸法が縦方向（矢印Ｃ方向）寸法よりも長尺な扁平形状に設定される。

第１ノックピン６０ａ及び第２ノックピン６０ｂは、好ましくは、ＳＵＳ（ステンレス）、アルミニウム、鉄の他、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂、カーボン等で形成される。なお、第１ノックピン６０ａと第２ノックピン６０ｂを、前記のような金属製材料等の導電性部材で構成する場合には、その表面に絶縁コーティングを施すことが好ましい。

図５に示すように、第１連結バー２０ａは、押し出し成形された板状部材により構成される。第１連結バー２０ａは、断面屈曲形状を有し、燃料電池１２の凸状部材５２ａ（５２ｂ）が係合する凹状部６４が積層方向に延在して設けられる。第２連結バー２０ｂは、押し出し成形された板状部材により構成される。第２連結バー２０ｂは、燃料電池１２に対向する側面に、前記燃料電池１２の凹状部材５６ａ（５６ｂ）に係合する凸部６６が積層方向に延在して設けられる。

第１連結バー２０ａと積層体１３の外面部との間、及び第２連結バー２０ｂと前記積層体１３の外面部との間には、積層方向に延在して緩衝部材６８ａ、６８ｂが設けられる。緩衝部材６８ａ、６８ｂは、弾性を有する材料、例えば、エポキシ樹脂の他、シリコーンゴム等、第１シール部材４６及び第２シール部材４８と同様の材料で形成してもよい。

緩衝部材６８ａ、６８ｂは、耐熱性、耐候性、耐薬品性等に優れる、例えば、ＥＰＤＭを主成分とした発泡ゴムを使用してもよい。緩衝部材６８ａ、６８ｂは、必要に応じて設けられるものであり、場合によって省略することができる。

図１に示すように、第１エンドプレート１８ａには、全ての流体連通孔が形成される。全ての流体連通孔とは、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ、燃料ガス供給連通孔３０ａ、酸化剤ガス排出連通孔２８ｂ、燃料ガス排出連通孔３０ｂ、冷却媒体供給連通孔３２ａ及び冷却媒体排出連通孔３２ｂである。これらには、図示しないマニホールド部材が連結される。なお、第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとには、所望の流体連通孔を振り分けて形成してもよい。

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、第１エンドプレート１８ａの酸化剤ガス供給連通孔２８ａ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３０ａ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３２ａ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、図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔２８ａからカソードセパレータ２４の酸化剤ガス流路４０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２２のカソード電極３６に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３０ａからアノードセパレータ２６の燃料ガス流路４２に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路４２に沿って矢印Ｂ方向に、酸化剤ガスの流れ方向とは対向するように移動し、電解質膜・電極構造体２２のアノード電極３８に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体２２では、カソード電極３６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３８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、電解質膜・電極構造体２２のカソード電極３６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２８ｂ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２２のアノード電極３８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３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、一対の冷却媒体供給連通孔３２ａに供給された冷却媒体は、カソードセパレータ２４及びアノードセパレータ２６間の冷却媒体流路４４に導入される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向に移動して電解質膜・電極構造体２２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３２ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

この場合、第１の実施形態では、図５に示すように、第１ノックピン６０ａ及び第２ノックピン６０ｂは、横方向寸法が縦方向寸法よりも長尺な断面扁平形状に設定されている。このため、燃料電池１２に横方向（矢印Ｂ方向）から荷重Ｆが付与された際、第１ノックピン６０ａ及び第２ノックピン６０ｂは、前記荷重Ｆを確実に受けることができる。従って、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタック１０の横方向の剛性を有効に確保することが可能になるという効果が得られる。

しかも、図４に示すように、上下に２つの流体連通孔である酸化剤ガス供給連通孔２８ａと燃料ガス排出連通孔３０ｂの間には、横長な扁平状の第１ノック孔５８ａが形成されている。これにより、酸化剤ガス供給連通孔２８ａ及び燃料ガス排出連通孔３０ｂのセパレータ短辺方向の開口寸法を十分に確保することができ、発電効率の向上を図ることが可能になる。

同様に、上下に２つの流体連通孔である燃料ガス供給連通孔３０ａと酸化剤ガス排出連通孔２８ｂとの間には、横長な扁平状の第２ノック孔５８ｂが形成されている。このため、燃料ガス供給連通孔３０ａ及び酸化剤ガス排出連通孔２８ｂのセパレータ短辺方向の開口寸法を十分に確保することができ、発電効率の向上を図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７０の断面説明図である。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以降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。

燃料電池スタック７０は、凹状部材５６ａ、５６ｂに代えて樹脂製の凹状部材７２ａ、７２ｂを備える。凹状部材７２ａには、位置決め用の第１ノック孔７４ａが形成される一方、凹状部材７２ｂには、位置決め用の第２ノック孔７４ｂが形成される。第１ノック孔７４ａ及び第２ノック孔７４ｂは、正面視で横長な長方形状（扁平形状）を有する。

第１ノック孔７４ａには、第１ノックピン７６ａが挿入されるとともに、第２ノック孔７４ｂには、第２ノックピン７６ｂが挿入される。第１ノックピン７６ａ及び第２ノックピン７６ｂは、正面視で横長な断面長方形状（扁平形状）を有する。

このように構成される第２の実施形態では、第１ノックピン７６ａ及び第２ノックピン７６ｂは、正面視で横長な長方形状を有している。このため、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタック７０の横方向の剛性を有効に確保することが可能になる等、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８０の断面説明図である。

燃料電池スタック８０は、凹状部材５６ａ、５６ｂに代えて樹脂製の凹状部材８２ａ、８２ｂを備える。凹状部材８２ａには、位置決め用の第１ノック孔８４ａが形成される一方、凹状部材８２ｂには、位置決め用の第２ノック孔８４ｂが形成される。第１ノック孔８４ａ及び第２ノック孔８４ｂは、正面視で横長な楕円形状（扁平形状）を有する。

第１ノック孔８４ａには、第１ノックピン８６ａが挿入されるとともに、第２ノック孔８４ｂには、第２ノックピン８６ｂが挿入される。第１ノックピン８６ａ及び第２ノックピン８６ｂは、正面視で横長な断面楕円形状（扁平形状）を有する。

このように構成される第３の実施形態では、第１ノックピン８６ａ及び第２ノックピン８６ｂは、正面視で横長な楕円形状を有している。このため、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタック８０の横方向の剛性を有効に確保することが可能になる等、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９０の断面説明図である。

燃料電池スタック９０は、凹状部材５６ａ、５６ｂを削除する一方、凸状部材５２ａ、５２ｂに代えて樹脂製の凸状部材９２ａ、９２ｂを備える。凸状部材９２ａには、位置決め用の第１ノック孔５８ａが形成される一方、凸状部材９２ｂには、位置決め用の第２ノック孔５８ｂが形成される。第１ノック孔５８ａには、第１ノックピン６０ａが挿入されるとともに、第２ノック孔５８ｂには、第２ノックピン６０ｂが挿入される。

このように構成される第４の実施形態では、凹状部材５６ａ、５６ｂを不要にすることが可能になるため、カソード電極３６及びアノード電極３８の横方向（矢印Ｂ方向）の寸法を長尺化させることができる。従って、燃料電池１２の発電領域を容易に拡大することが可能になるという効果が得られる。

また、第４の実施形態では、第１ノックピン６０ａ及び第２ノックピン６０ｂを用いている。これに代えて、第２の実施形態の第１ノックピン７６ａ及び第２ノックピン７６ｂ、又は第３の実施形態の第１ノックピン８６ａ及び第２ノックピン８６ｂを採用してもよい。

なお、第１〜第４の実施形態では、１枚のＭＥＡ（電解質膜・電極構造体２２）を２枚のセパレータ（カソードセパレータ２４及びアノードセパレータ２６）間で挟持する、所謂、各セル冷却構造の燃料電池１２を用いている。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、２枚のＭＥＡと３枚のセパレータとを備える燃料電池１２が積層されるとともに、各燃料電池１２間に冷却媒体流路が形成される、所謂、間引き冷却構造を採用してもよい。

また、第１ノックピン６０ａと第２ノックピン６０ｂ、第１ノックピン７６ａと第２ノックピン７６ｂ及び第１ノックピン８６ａと第２ノックピン８６ｂは、長尺且つ一体的な棒状体として用いられている。しかしながら、これらは、長手方向に沿って２分割や３分割等に分割された複数の棒状体を連結し、一連の棒状体として構成することも可能である。

さらにまた、第１ノックピン６０ａ又は第２ノックピン６０ｂの一方、第１ノックピン７６ａ又は第２ノックピン７６ｂの一方、及び第１ノックピン８６ａ又は第２ノックピン８６ｂの一方を省略し、単一のノックピンにより構成してもよい。

１０、７０、８０、９０…燃料電池スタック
１２…燃料電池 １３…積層体
１８ａ、１８ｂ…エンドプレート ２０ａ、２０ｂ…連結バー
２２…電解質膜・電極構造体 ２４…カソードセパレータ
２６…アノードセパレータ ２８ａ…酸化剤ガス供給連通孔
２８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔 ３０ａ…燃料ガス供給連通孔
３０ｂ…燃料ガス排出連通孔 ３２ａ…冷却媒体供給連通孔
３２ｂ…冷却媒体排出連通孔 ３４…固体高分子電解質膜
３６…カソード電極 ３８…アノード電極
４０…酸化剤ガス流路 ４２…燃料ガス流路
４４…冷却媒体流路 ４６、４８…シール部材
５２ａ、５２ｂ、９２ａ、９２ｂ…凸状部材
５６ａ、５６ｂ、７２ａ、７２ｂ、８２ａ、８２ｂ…凹状部材
５８ａ、５８ｂ、７４ａ、７４ｂ、８４ａ、８４ｂ…ノック孔
６０ａ、６０ｂ、７６ａ、７６ｂ、８６ａ、８６ｂ…ノックピン
６４…凹状部 ６６…凸部

Claims (2)

1. 電解質膜の両側に電極を設ける電解質膜・電極構造体と、短辺及び長辺を有する横長形状のセパレータとが水平方向に積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックであって、
   前記セパレータは、少なくとも一方の前記短辺に沿って上下に２つの流体連通孔が設けられ、前記２つの流体連通孔の間には、ノックピンが挿入されるノック孔が形成されるとともに、
   前記ノックピンのセパレータ面方向に沿った断面形状は、前記長辺の方向に沿った寸法である横方向寸法が前記短辺に沿った寸法である縦方向寸法よりも長尺な扁平形状に設定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、前記扁平形状は、断面円形状のピン部材の上下を平坦状に切り欠くことにより設定されることを特徴とする燃料電池スタック。

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