JP6224060B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の発電セルが積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックが収容されるスタックケースとを備える燃料電池システムに関する。

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一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ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。燃料電池は、通常、所定の数の発電セルが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燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に組み込まれている。

車載用燃料電池スタックでは、小型化且つ軽量化を図る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、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを覆うスタックカバーと、を備えている。そして、燃料電池スタックの少なくとも積層方向一端側が絶縁性のエンドプレートで支持されるとともに、スタックカバーの開口部が前記絶縁性のエンドプレートで閉塞されている。

これにより、絶縁性のエンドプレートでスタックカバーの開口部が閉塞されるため、前記エンドプレートがスタックケースの一部を構成して燃料電池スタックを覆うことになる。このため、外形寸法を小さくすることが可能となり、小型化及び軽量化が可能となる、としている。

特開２００９−１７０１６９号公報

ところで、上記の燃料電池では、エンドプレートとスタックカバーとの間には、前記スタックカバー内を気密且つ液密に保持するために、ループ状のシール部材が介装されている。その際、エンドプレートやスタックカバーの形状が複雑化すると、ループ状のシール部材では、該形状に倣って良好にシールすることが困難になる場合がある。

本発明は、この種の課題を解決するものであり、簡単な構成で、燃料電池スタックとスタックケースとの間を確実且つ良好にシールすることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する発電セルを有し、複数の前記発電セルが積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックが収容されるスタックケースとを備えている。

スタックケースは、発電セルの積層方向両端に配置される一対のエンドプレートを備えている。スタックケースは、さらに発電セルの側面に沿って配置される一対のサイドプレート、前記発電セルの上方に配置される上プレート及び前記発電セルの下方に配置される下プレートを備えている。

上プレートと一対のエンドプレート及び一対のサイドプレートとの間には、矩形ループ形状の上シール部材が介装されている。一方、下プレートと一対のエンドプレート及び一対のサイドプレートとの間には、矩形ループ形状の下シール部材が介装されている。そして、上シール部材の角部及び下シール部材の角部のうち少なくとも１つには長さ調整用の延長部が設けられている。

また、この燃料電池システムでは、延長部は、角部において外周側に突出するループ形状に形成される。

さらにまた、この燃料電池システムでは、一対のエンドプレート及び一対のサイドプレートには、上シール部材を収納する上溝部及び下シール部材を収納する下溝部が形成されることが好ましい。その際、上溝部及び下溝部は、上シール部材及び下シール部材の外周側にのみ凸部を有することが好ましい。

また、上シール部材の対向する２辺は、該２辺に交差する他の２辺と異なる高さ位置に配置されるとともに、下シール部材の対向する２辺は、該２辺に交差する他の２辺と異なる高さ位置に配置されることが好ましい。

本発明によれば、上シール部材の角部及び下シール部材の角部には、少なくとも一方の面部に調整用の延長部が設けられている。このため、シール部位が複雑な角部形状を有する際にも、長さ調整用の延長部が前記角部形状に沿って容易に変形することができる。従って、上シール部材及び／又は下シール部材は、種々の角部形状に倣って気密及び液密に配置されるため、簡単な構成で、燃料電池スタックとスタックケースとの間を確実且つ良好にシールすることが可能になる。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムを搭載する燃料電池電気自動車の概略平面説明図である。 前記燃料電池システムを構成するスタックケースの一部分解斜視説明図である。 前記燃料電池システムの前記スタックケースの一部を省略した要部分解斜視説明図である。 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。 前記スタックケースを構成する上プレートを上下反転させた状態の斜視説明図である。 前記スタックケースの平面説明図である。 前記スタックケースの一部拡大斜視図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０は、燃料電池電気自動車（燃料電池車両）１２のフロントボックス（所謂、モータルーム）１２ｆに搭載される。なお、燃料電池システム１０の収容場所は、フロントボックス１２ｆに限定されるものではなく、例えば、車両中央部床下や後部トランク近傍であってもよい。

燃料電池システム１０は、複数の発電セル１４が積層された燃料電池スタック１６と、前記燃料電池スタック１６が収容されるスタックケース１８とを備える（図２及び図３参照）。発電セル１４は、電極面を立位姿勢にして燃料電池電気自動車１２の車長方向（車両前後方向）（矢印Ａ方向）に交差する車幅方向（矢印Ｂ方向）に積層される。なお、発電セル１４は、鉛直方向（車高方向）（矢印Ｃ方向）に積層されてもよい。

複数の発電セル１４が矢印Ｂ方向に積層されて積層体１４ａｓが構成される。積層体１４ａｓの積層方向一端には、第１ターミナルプレート２０ａ、第１絶縁プレート２２ａ及び第１エンドプレート２４ａが、外方に向かって、順次、配設される。積層体１４ａｓの積層方向他端には、第２ターミナルプレート２０ｂ、第２絶縁プレート２２ｂ及び第２エンドプレート２４ｂが、外方に向かって、順次、配設される。

横長形状（長方形状）の第１エンドプレート２４ａの略中央部（中央部から偏心してもよい）からは、第１ターミナルプレート２０ａに接続された第１電力出力端子２６ａが外方に向かって延在する。横長形状（長方形状）の第２エンドプレート２４ｂの略中央部からは、第２ターミナルプレート２０ｂに接続された第２電力出力端子２６ｂが外方に向かって延在する（図２参照）。

第１エンドプレート２４ａと第２エンドプレート２４ｂとの各辺間には、それぞれ各辺の中央位置に対応して一定の長さを有する連結バー２８が配置される。連結バー２８の両端は、ねじ３０により第１エンドプレート２４ａと第２エンドプレート２４ｂとに固定され、複数の積層された発電セル１４に積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。

図４に示すように、発電セル１４は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）３２と、前記電解質膜・電極構造体３２を挟持するカソードセパレータ３４及びアノードセパレータ３６とを備える。

カソードセパレータ３４及びアノードセパレータ３６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、チタン板、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製薄板により構成される。カソードセパレータ３４及びアノードセパレータ３６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３４及びアノードセパレータ３６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３４及びアノードセパレータ３６は、横長形状を有するとともに、長辺が水平方向（矢印Ａ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。

発電セル１４の長辺方向（矢印Ａ方向）の一端縁部には、それぞれ矢印Ｂ方向に個別に連通して、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス供給連通孔４０ａが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔３８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス供給連通孔４０ａは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給する。

発電セル１４の長辺方向の他端縁部には、それぞれ矢印Ｂ方向に個別に連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４０ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとが設けられる。

発電セル１４の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方側（水平方向一端側）には、すなわち、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス供給連通孔４０ａ側には、２つの冷却媒体供給連通孔４２ａが設けられる。２つの冷却媒体供給連通孔４２ａは、冷却媒体を供給するために、それぞれ矢印Ｂ方向に連通しており、対向する辺に上下に設けられる。

発電セル１４の短辺方向の両端縁部他方側（水平方向他端側）には、すなわち、燃料ガス排出連通孔４０ｂ及び酸化剤ガス排出連通孔３８ｂ側には、２つの冷却媒体排出連通孔４２ｂが設けられる。２つの冷却媒体排出連通孔４２ｂは、冷却媒体を排出するために、それぞれ矢印Ｂ方向に連通しており、対向する辺に上下に設けられる。

電解質膜・電極構造体３２は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜４４と、前記固体高分子電解質膜４４を挟持するカソード電極４６及びアノード電極４８とを備える。

カソード電極４６及びアノード電極４８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４４の両面に形成される。

カソードセパレータ３４の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３４ａには、酸化剤ガス供給連通孔３８ａと酸化剤ガス排出連通孔３８ｂとを連通する酸化剤ガス流路５０が形成される。酸化剤ガス流路５０は、矢印Ａ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３６の電解質膜・電極構造体３２に向かう面３６ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する燃料ガス流路５２が形成される。燃料ガス流路５２は、矢印Ａ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。なお、酸化剤ガス流路５０と燃料ガス流路５２とは、互いに同一の流れ方向を有する並行流を構成しているが、これに限定されるものではなく、互いに異なる流れ方向を有する対向流を構成してもよい。

アノードセパレータ３６の面３６ｂと隣接するカソードセパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４２ａ、４２ａと冷却媒体排出連通孔４２ｂ、４２ｂとに連通する冷却媒体流路５４が形成される。冷却媒体流路５４は、水平方向に延在しており、電解質膜・電極構造体３２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３４の面３４ａ、３４ｂには、このカソードセパレータ３４の外周端縁部を周回して第１シール部材５６が一体成形される。アノードセパレータ３６の面３６ａ、３６ｂには、このアノードセパレータ３６の外周端縁部を周回して第２シール部材５８が一体成形される。

第１シール部材５６及び第２シール部材５８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２及び図３に示すように、第１エンドプレート２４ａには、酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａ、酸化剤ガス排出マニホールド部材６０ｂ、燃料ガス供給マニホールド部材６２ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材６２ｂが取り付けられる。酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド部材６０ｂは、酸化剤ガス供給連通孔３８ａ及び酸化剤ガス排出連通孔３８ｂに連通する。燃料ガス供給マニホールド部材６２ａ及び燃料ガス排出マニホールド部材６２ｂは、燃料ガス供給連通孔４０ａ及び燃料ガス排出連通孔４０ｂに連通する。

図１に示すように、第２エンドプレート２４ｂには、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに連通する冷却媒体供給マニホールド部材６３ａが取り付けられる。第２エンドプレート２４ｂには、一対の冷却媒体排出連通孔４２ｂに連通する冷却媒体排出マニホールド部材６３ｂが取り付けられる。

図２及び図３に示すように、第１エンドプレート２４ａの車長方向先端部には、上下の各角部にそれぞれ内側に湾曲する湾曲面６４ｆが形成される。第１エンドプレート２４ａの車長方向後端部には、上下の各角部にそれぞれ内側に湾曲する湾曲面６４ｂが形成される。湾曲面６４ｆと湾曲面６４ｂとは、それぞれ異なる曲率半径に設定されるが、同一の曲率半径を有してもよい。

第１エンドプレート２４ａの上面内側（積層体１４ａｓ側）には、上溝部６６ｕが矢印Ａ方向全面に亘って形成され、前記上溝部６６ｕの外方には、上凸部６８ｕが矢印Ａ方向全面に亘って形成される。第１エンドプレート２４ａの下面内側（積層体１４ａｓ側）には、下溝部６６ｄが矢印Ａ方向全面に亘って形成され、前記下溝部６６ｄの外方には、下凸部６８ｄが矢印Ａ方向全面に亘って形成される。第１エンドプレート２４ａの外周面には、複数のねじ穴７０が形成される。

なお、第２エンドプレート２４ｂは、上記の第１エンドプレート２４ａと同様に構成されており、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。

スタックケース１８は、車幅方向（矢印Ｂ方向）両端の２辺（面）が第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂにより構成される。スタックケース１８の車長方向（矢印Ａ方向）両端の２辺（面）は、横長プレート形状の前方サイドプレート７２及び後方サイドプレート７４により構成される。スタックケース１８の車高方向（矢印Ｃ方向）両端の２辺（面）は、上プレート７６及び下プレート７８により構成される。上プレート７６及び下プレート７８は、横長プレート形状を有する。

なお、スタックケース１８は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂとは別部材で構成される一対のエンドプレートを用いてもよい。各エンドプレートは、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの外方に配置される。

前方サイドプレート７２及び後方サイドプレート７４は、例えば、押し出し成形や鋳造、又は機械加工等により形成される。前方サイドプレート７２は、鉛直方向に配置される横長プレート形状を有し、スタックケース１８の内方に膨出する内側膨出部７２ａ、７２ｂが上下に形成される。

前方サイドプレート７２の上面内側（積層体１４ａｓ側）には、上溝部８０ｕが矢印Ｂ方向全面に亘って形成され、前記上溝部８０ｕの外方には、上凸部８２ｕが矢印Ｂ方向全面に亘って形成される。上溝部８０ｕの矢印Ｂ方向両端には、幅広な平坦面８０ｕｓが設けられる。前方サイドプレート７２の下面内側（積層体１４ａｓ側）には、下溝部８０ｄが矢印Ｂ方向全面に亘って形成され、前記下溝部８０ｄの外方には、下凸部８２ｄが矢印Ｂ方向全面に亘って形成される。下溝部８０ｄの矢印Ｂ方向両端には、幅広な平坦面８０ｄｓが設けられる。

前方サイドプレート７２の上面及び下面には、複数のねじ穴７０が形成される。前方サイドプレート７２の垂直面には、矢印Ｂ方向両端縁部にそれぞれ孔部８４が上下に形成される。孔部８４に挿入されるボルト８６は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの側面に設けられたねじ穴７０に螺合する。

図２に示すように、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの上面は、前方サイドプレート７２の上面よりも距離ｔ１だけ高い位置（異なる高さ）に配置される。第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの下面は、前方サイドプレート７２の下面よりも距離ｔ２だけ低い位置（異なる高さ）に配置される。

図３に示すように、後方サイドプレート７４は、鉛直方向に配置される横長プレート形状を有し、スタックケース１８の内方に膨出する内側膨出部７４ａ、７４ｂが上下に形成される。なお、後方サイドプレート７４は、上記の前方サイドプレート７２と同様に構成されており、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。

図２に示すように、上プレート７６は、互いに接合される一対のプレス板（プレス成形板）である外側プレート８８と内側プレート９０とを備える。外側プレート８８及び内側プレート９０間には、積層方向（矢印Ｂ方向）に沿って延在するプレート両端部（矢印Ａ方向の両端部）に対応して角柱部材９２ａ、９２ｂが介装される。角柱部材９２ａは、角柱部材９２ｂよりも矢印Ａ方向に幅広に構成される。

図５に示すように、内側プレート９０は、矢印Ａ方向両端でスタックケース１８側（内側）に湾曲する。内側プレート９０の矢印Ａｆ方向先端側では、左右にアール部Ｒ１、Ｒ２が設けられるとともに、前記アール部Ｒ１と前記アール部Ｒ２とは、異なる周長を有する。内側プレート９０の矢印Ａｂ方向先端側では、左右にアール部Ｒ３、Ｒ４が設けられるとともに、前記アール部Ｒ３と前記アール部Ｒ４とは、異なる周長を有する。また、全てのアール部Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ異なる周長に設定される。なお、アール部Ｒ１とアール部Ｒ３とは、同一の周長であってもよく、アール部Ｒ２とアール部Ｒ４とは、同一の周長であってもよい。

内側プレート９０は、スタックケース１８の内周面を構成し、薄板状を有するとともに、発電セル１４の外周形状に沿って湾曲形状又は屈曲形状あるいは両方の形状を有する。外側プレート８８と内側プレート９０とは、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等により固定される。

図２に示すように、下プレート７８は、互いに接合される一対のプレス板（プレス成形板）である外側プレート９４と内側プレート９６とを備える。外側プレート９４及び内側プレート９６間には、積層方向（矢印Ｂ方向）に沿って延在するプレート両端部（矢印Ａ方向の両端部）に対応して角柱部材９８ａ、９８ｂが介装される。角柱部材９８ａは、角柱部材９８ｂよりも矢印Ａ方向に幅広に構成される。

内側プレート９６は、矢印Ａ方向両端でスタックケース１８側（内側）に湾曲する。内側プレート９６の矢印Ａｆ方向先端側では、左右にアール部Ｒ５、Ｒ６が設けられるとともに、前記内側プレート９６の矢印Ａｂ方向先端側では、左右にアール部Ｒ７、Ｒ８が設けられる。アール部Ｒ５〜Ｒ８は、それぞれ異なる周長を有してもよく、又は任意の２つが同一の周長を有してもよい。

内側プレート９６は、スタックケース１８の内周面を構成し、薄板状を有するとともに、発電セル１４の外周形状に沿って湾曲形状又は屈曲形状あるいは両方の形状を有する。外側プレート９４と内側プレート９６とは、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等により固定される。

上プレート７６と、第１エンドプレート２４ａ、第２エンドプレート２４ｂ、前方サイドプレート７２及び後方サイドプレート７４との間には、矩形ループ形状の上シール部材１００ｕが介装される。

上シール部材１００ｕは、図２及び図６に示すように、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの各上溝部６６ｕに配置される２つの辺１００ｕａ、１００ｕｂを有する。上シール部材１００ｕは、前方サイドプレート７２及び後方サイドプレート７４の各上溝部８０ｕに配置される２つの辺１００ｕｃ、１００ｕｄを有する。２つの辺１００ｕｃ、１００ｕｄは、２つの辺１００ｕａ、１００ｕｂよりも低い位置（異なる高さ）に配置される（図２参照）。

上シール部材１００ｕは、断面四角形状（又は断面円形状）を有し、４つの各角部には、それぞれ長さ調整用の延長部１０２ｆＲ、１０２ｆＬ、１０２ｂＲ及び１０２ｂＬが設けられる。延長部１０２ｆＲ、１０２ｆＬ、１０２ｂＲ及び１０２ｂＬは、各角部において外周側に突出するループ形状に形成される。延長部１０２ｆＲ、１０２ｆＬ、１０２ｂＲ及び１０２ｂＬは、それぞれ異なる形状を有するが、同一形状を有してもよい。

なお、シール部位の形状に応じて、延長部１０２ｆＲ、１０２ｆＬ、１０２ｂＲ及び１０２ｂＬの中、少なくとも１つのみを設けることもできる。また、一方の対角位置、例えば、延長部１０２ｆＲ及び１０２ｂＬのみを設けることも可能である。後述する下シール部材１００ｄでも、延長部の設置位置や設置個数は、適宜選択することができる。さらに、上シール部材１００ｕ又は下シール部材１００ｄの一方にのみ延長部を設けてもよい。

延長部１０２ｆＬ、１０２ｆＲは、矢印Ａｆ方向先端側に設けられ、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの矢印Ａｆ方向先端側の各平坦面８０ｕｓ上に配置される。延長部１０２ｂＬ、１０２ｂＲは、矢印Ａｂ方向先端側に設けられ、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの矢印Ａｂ方向先端側の各平坦面８０ｕｓ上に配置される。

図２に示すように、下プレート７８と、第１エンドプレート２４ａ、第２エンドプレート２４ｂ、前方サイドプレート７２及び後方サイドプレート７４との間には、矩形ループ形状の下シール部材１００ｄが介装される。

下シール部材１００ｄは、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの各下溝部６６ｄに配置される２つの辺１００ｄａ、１００ｄｂを有する。下シール部材１００ｄは、前方サイドプレート７２及び後方サイドプレート７４の各下溝部８０ｄに配置される２つの辺１００ｄｃ、１００ｄｄを有する。２つの辺１００ｄｃ、１００ｄｄは、２つの辺１００ｄａ、１００ｄｂよりも高い位置（異なる高さ）に配置される。

下シール部材１００ｄは、断面四角形状（又は断面円形状）を有し、４つの各角部には、それぞれ長さ調整用の延長部１０４ｆＲ、１０４ｆＬ、１０４ｂＲ及び１０４ｂＬが設けられる。延長部１０４ｆＲ、１０４ｆＬ、１０４ｂＲ及び１０４ｂＬは、各角部において外周側に突出するループ形状に形成される。延長部１０４ｆＲ、１０４ｆＬ、１０４ｂＲ及び１０４ｂＬは、それぞれ異なる形状を有するが、同一形状を有してもよい。

延長部１０４ｆＬ、１０４ｆＲは、矢印Ａｆ方向先端側に設けられ、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの矢印Ａｆ方向先端側の各平坦面８０ｄｓ上に配置される。延長部１０４ｂＬ、１０４ｂＲは、矢印Ａｂ方向先端側に設けられ、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの矢印Ａｂ方向先端側の各平坦面８０ｄｓ上に配置される。

上プレート７６及び下プレート７８には、それぞれにボルト挿入用の孔部８４が形成される。各孔部８４に挿入されるボルト８６が、ねじ穴７０に螺合することにより、スタックケース１８の各構成部品は、互いに固定されるとともに、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂに固定される。

このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。

まず、図２及び図３に示すように、第１エンドプレート２４ａの酸化剤ガス供給マニホールド部材６０ａから酸化剤ガス供給連通孔３８ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。第１エンドプレート２４ａの燃料ガス供給マニホールド部材６２ａから燃料ガス供給連通孔４０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。

さらに、第２エンドプレート２４ｂでは、図１に示すように、冷却媒体供給マニホールド部材６３ａから一対の冷却媒体供給連通孔４２ａ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４に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３８ａからカソードセパレータ３４の酸化剤ガス流路５０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極４６に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａからアノードセパレータ３６の燃料ガス流路５２に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路５２に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極４８に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体３２では、カソード電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４８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。これにより、燃料電池電気自動車１２は、燃料電池システム１０からの電力により走行する。

次いで、電解質膜・電極構造体３２のカソード電極４６に供給されて一部が消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３８ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体３２のアノード電極４８に供給されて一部が消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔４０ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

また、一対の冷却媒体供給連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、カソードセパレータ３４及びアノードセパレータ３６間の冷却媒体流路５４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Ａ方向に移動して電解質膜・電極構造体３２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４２ｂに沿って矢印Ｂ方向に排出される。

この場合、本実施形態では、図２及び図６に示すように、上シール部材１００ｕの角部には、それぞれ長さ調整用の延長部１０２ｆＲ、１０２ｆＬ、１０２ｂＲ及び１０２ｂＬが設けられている。下シール部材１００ｄの角部には、図２に示すように、それぞれ長さ調整用の延長部１０４ｆＲ、１０４ｆＬ、１０４ｂＲ及び１０４ｂＬが設けられている。

このため、スタックケース１８の上部シール部位が、複雑な角部形状を有する際にも、延長部１０２ｆＲ、１０２ｆＬ、１０２ｂＲ及び１０２ｂＬが前記角部形状に沿って変形することができる。一方、スタックケース１８の下部シール部位が、複雑な角部形状を有する際にも、延長部１０４ｆＲ、１０４ｆＬ、１０４ｂＲ及び１０４ｂＬが前記角部形状に沿って容易に変形する。

従って、上シール部材１００ｕ及び下シール部材１００ｄは、種々の角部形状に倣って気密及び液密に配置されるため、簡単な構成で、燃料電池スタック１６とスタックケース１８との間を確実且つ良好にシールすることが可能になるという効果が得られる。

さらに、図２に示すように、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの上面は、前方サイドプレート７２の上面よりも距離ｔ１だけ高い位置に配置されている。図７に示すように、上シール部材１００ｕは、辺１００ｕｃが前方サイドプレート７２の上溝部８０ｕに配置される一方、辺１００ｕａが第１エンドプレート２４ａの上溝部６６ｕに配置されている。

上シール部材１００ｕでは、辺１００ｕａと辺１００ｕｃとが互いに異なる高さ位置に配置されており、これらが一体化される角部に設けられた延長部１０２ｆＬは、平坦面８０ｕｓ上に配置されている。これにより、延長部１０２ｆＬは、辺１００ｕａと辺１００ｕｃとの高さの相違に対応して、平坦面８０ｕｓ上を任意に移動（変形）することができる。このため、延長部１０２ｆＬによるシール機能を良好に確保することが可能になる。

さらにまた、図５に示すように、内側プレート９０の矢印Ａｆ方向先端側では、左右にアール部Ｒ１、Ｒ２が設けられるとともに、前記アール部Ｒ１と前記アール部Ｒ２とは、異なる周長を有している。その際、内側プレート９０の矢印Ａｆ方向先端側には、上シール部材１００ｕの延長部１０２ｆＬ、１０２ｆＲが設けられており、長さ調整が良好に遂行される。

なお、下シール部材１００ｄでは、上記の上シール部材１００ｕと同様の効果を得ることができる。

１０…燃料電池システム １２…燃料電池電気自動車
１２ｆ…フロントボックス １４…発電セル
１４ａｓ…積層体 １６…燃料電池スタック
１８…スタックケース ２４ａ、２４ｂ…エンドプレート
３２…電解質膜・電極構造体 ３４…カソードセパレータ
３６…アノードセパレータ ３８ａ…酸化剤ガス供給連通孔
３８ｂ…酸化剤ガス排出連通孔 ４０ａ…燃料ガス供給連通孔
４０ｂ…燃料ガス排出連通孔 ４２ａ…冷却媒体供給連通孔
４２ｂ…冷却媒体排出連通孔 ４４…固体高分子電解質膜
４６…カソード電極 ４８…アノード電極
５０…酸化剤ガス流路 ５２…燃料ガス流路
５４…冷却媒体流路
６０ａ…酸化剤ガス供給マニホールド部材
６０ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド部材
６２ａ…燃料ガス供給マニホールド部材
６２ｂ…燃料ガス排出マニホールド部材
６３ａ…冷却媒体供給マニホールド部材
６３ｂ…冷却媒体排出マニホールド部材
６６ｄ、８０ｄ…下溝部 ６６ｕ、８０ｕ…上溝部
６８ｄ、８２ｄ…下凸部 ６８ｕ、８２ｕ…上凸部
７２…前方サイドプレート ７４…後方サイドプレート
７６…上プレート ７８…下プレート
８８、９４…外側プレート ９０、９６…内側プレート
１００ｄ…下シール部材 １００ｕ…上シール部材
１０２ｂＬ、１０２ｂＲ、１０２ｆＬ、１０２ｆＲ、１０４ｂＬ、１０４ｂＲ、１０４ｆＬ、１０４ｆＲ…延長部

Claims (3)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する発電セルを有し、複数の前記発電セルが積層された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックが収容されるスタックケースとを備える燃料電池システムであって、
   前記スタックケースは、前記発電セルの積層方向両端に配置される一対のエンドプレート、前記発電セルの側面に沿って配置される一対のサイドプレート、前記発電セルの上方に配置される上プレート及び前記発電セルの下方に配置される下プレートにより構成されるとともに、
   前記上プレートと前記一対のエンドプレート及び前記一対のサイドプレートとの間には、矩形ループ形状の上シール部材が介装される一方、
   前記下プレートと前記一対のエンドプレート及び前記一対のサイドプレートとの間には、矩形ループ形状の下シール部材が介装され、
   前記上シール部材の角部及び前記下シール部材の角部のうち少なくとも１つには長さ調整用の延長部が設けられ、
   前記延長部は、前記角部において外周側に突出するループ形状に形成されることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１記載の燃料電池システムであって、前記一対のエンドプレート及び前記一対のサイドプレートには、前記上シール部材を収納する上溝部及び前記下シール部材を収納する下溝部が形成されるとともに、
   前記上溝部及び前記下溝部は、該上シール部材及び該下シール部材の外周側にのみ凸部を有することを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池システムであって、前記上シール部材の対向する２辺は、該２辺に交差する他の２辺と異なる高さ位置に配置されるとともに、
   前記下シール部材の対向する２辺は、該２辺に交差する他の２辺と異なる高さ位置に配置されることを特徴とする燃料電池システム。

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