JP6499249B1 - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、軽量化及びスペースの有効化を図ることができる燃料電池スタックを提供する。【解決手段】燃料電池スタック１０では、積層体１４の発電セル１２を構成する第２金属セパレータ３６に設けられたセル電圧端子１０４が導線１１０を介して電圧検出装置１０９に接続されている。四角形状の発電セル１２の所定の角部に最も近い燃料ガス出口連通孔４２ｂには、所定の角部を指向した傾斜面４７が設けられる。積層体１４には、各発電セル１２の所定の角部を切り欠いて形成されるとともに積層方向に沿って延在した導線収納部１１２が設けられる。導線１１０は、積層方向に沿って導線収納部１１２に収納されている。【選択図】図５

Description

本発明は、複数の発電セルが互いに積層されて構成された積層体を備えた燃料電池スタックに関する。

例えば、燃料電池スタックを構成する各発電セルは、電解質膜の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体を金属セパレータで挟持することにより構成されている。

この種の燃料電池スタックでは、各発電セルが所望の発電性能を有しているか否か検出する必要がある。このため、一般的に、金属セパレータに設けられたセル電圧端子を電圧検出装置に接続して、発電時の各発電セル又は所定数の発電セルのセル電圧を検出する作業が行われている。

例えば、特許文献１には、各セル電圧端子に接続されたコネクタから延びるハーネスが連結ハーネスを介して電圧検出装置に接続された構成が開示されている。この連結ハーネスは、燃料電池スタックのケーシングの外表面に設けられるとともに発電セルの積層方向に延在している。

特許第４８８６４０６号公報

本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、小型化、軽量化及びスペースの有効化を図ることができる燃料電池スタックを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、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が配設されてなる電解質膜・電極構造体と前記電解質膜・電極構造体の両側に配設された金属セパレータとを有する複数の四角形状の発電セルが互いに積層されて構成された積層体を備え、前記積層体には、前記発電セルの積層方向に流体を流通させるための複数の連通孔が形成され、前記金属セパレータに設けられたセル電圧端子が導線を介して電圧検出装置に接続された燃料電池スタックであって、前記複数の連通孔のうち四角形状の前記発電セルの所定の角部に最も近い連通孔には、前記所定の角部を指向した傾斜部が設けられ、前記積層体には、各前記発電セルの前記所定の角部を切り欠いて形成されるとともに前記積層方向に沿って延在した導線収納部が設けられ、前記導線は、前記積層方向に沿って前記導線収納部に収納されていることを特徴とする。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記積層体は、複数の前記発電セルが水平方向に積層されて構成され、前記導線収納部は、各前記発電セルのうち下方に位置する一方の角部を切り欠いて形成されていてもよい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記セル電圧端子は、前記金属セパレータのうち前記導線収納部に隣接する辺に設けられていてもよい。

上記の燃料電池スタックにおいて、各前記セル電圧端子には、前記導線が延出したコネクタが接続され、各前記コネクタは、複数の前記発電セルに跨るように配置され、前記積層方向に互いに隣接する前記発電セルの前記セル電圧端子に接続された前記コネクタは、前記辺の延在方向にオフセットしていてもよい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記積層体には、各前記金属セパレータの前記辺に形成された凹部が前記積層方向に互いに連通することによって形成されて前記コネクタが配置されたコネクタ配置溝が前記辺の延在方向に複数設けられていてもよい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記積層体を収納するケーシングを備え、前記導線収納部は、前記ケーシングの内面に対向していてもよい。

上記の燃料電池スタックにおいて、各前記発電セルは、前記導線収納部を形成する傾斜縁部を有し、前記傾斜縁部は、前記傾斜部と平行であってもよい。

上記の燃料電池スタックにおいて、前記積層体には、冷却媒体が流通可能な冷却媒体流路が形成され、前記発電セルのうち下方に位置する他方の角部には、前記積層方向に延在して前記燃料電池スタックの前記冷却媒体流路から冷却媒体を排出させるための冷却媒体排出孔が形成されていてもよい。

本発明によれば、各発電セルの所定の角部を切り欠いて形成された導線収納部に導線を収納しているため、燃料電池スタックの小型化、軽量化及びスペースの有効化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの斜視図である。 図１の燃料電池スタックにおいてサイドパネルを省略した斜視図である。 図２の燃料電池スタックを構成する発電セルの分解斜視図である。 第１金属セパレータを説明するための一部断面平面図である。 第２金属セパレータを説明するための一部断面平面図である。 図５の第２金属セパレータの拡大平面図である。 コネクタ配置溝を説明するための模式図である。

以下、本発明に係る燃料電池スタックについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１０は、ケーシング２６内に収容されて単位燃料電池を構成する発電セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）に複数積層された積層体１４を備える。燃料電池スタック１０は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載される。

積層体１４の積層方向一端（矢印Ａ１方向）には、ターミナルプレート１６ａ、インシュレータ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。なお、ターミナルプレート１６ａは、インシュレータ１８ａに形成された図示しない凹部内に設けられている。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、インシュレータ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。なお、ターミナルプレート１６ｂは、インシュレータ１８ｂに形成された図示しない凹部内に設けられている。

エンドプレート２０ａ、２０ｂは、横長（縦長でもよい）の長方形状を有するとともに、各辺間には、連結バー２２が配置される。各連結バー２２は、両端をエンドプレート２０ａ、２０ｂの内面にボルト２３を介して固定され、複数の積層された発電セル１２に積層方向（矢印Ａ方向）の締め付け荷重を付与する。

エンドプレート２０ａの中央部には、ターミナルプレート１６ａに接続された出力端子２４ａが延在している。エンドプレート２０ｂの中央部には、ターミナルプレート１６ｂに接続された出力端子２４ｂが延在している（図１参照）。

図１、図４及び図５において、燃料電池スタック１０は、エンドプレート２０ａ、２０ｂを端板とするケーシング２６を備える。ケーシング２６は、２枚のエンドプレート２０ａ、２０ｂと、積層体１４を積層方向と直交する方向から覆う４枚のサイドパネル２８ａ〜２８ｄとを有する。サイドパネル２８ａ〜２８ｄは、ボルト３０によりエンドプレート２０ａ、２０ｂの側面に固定されている。

図３に示すように、発電セル１２は、長方形状（四角形状）に形成されている。発電セル１２は、外周に樹脂フィルム付きＭＥＡ３２と、樹脂フィルム付きＭＥＡ３２の一方面側（矢印Ａ１方向）に配置された第１金属セパレータ３４と、樹脂フィルム付きＭＥＡ３２の他方面側（矢印Ａ２方向）に配置された第２金属セパレータ３６とを備える。

発電セル１２の長辺方向である水平方向の一端側（矢印Ｂ１方向の一端側）には、積層方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体入口連通孔４０ａ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体入口連通孔４０ａ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂは、鉛直方向（矢印Ｃ方向）に配列して設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。冷却媒体入口連通孔４０ａは、冷却媒体、例えば、水を供給する。燃料ガス出口連通孔４２ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。

発電セル１２の長辺方向の他端側（矢印Ｂ２方向の他端側）には、積層方向に互いに連通して、燃料ガス入口連通孔４２ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂが設けられる。燃料ガス入口連通孔４２ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂは、鉛直方向に配列して設けられる。燃料ガス入口連通孔４２ａは、燃料ガスを供給する。冷却媒体出口連通孔４０ｂは、冷却媒体を排出する。酸化剤ガス出口連通孔３８ｂは、酸化剤ガスを排出する。

すなわち、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ、冷却媒体入口連通孔４０ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ、燃料ガス入口連通孔４２ａ、燃料ガス出口連通孔４２ｂは、各発電セル１２（樹脂フィルム５２、第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６）に形成されるとともに、矢印Ａ１方向のインシュレータ１８ａとエンドプレート２０ａにも形成されている（図１及び図２参照）。

酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ、冷却媒体入口連通孔４０ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ、燃料ガス入口連通孔４２ａ、燃料ガス出口連通孔４２ｂの配置は、本実施形態に限定されるものではなく、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。

図６に示すように、燃料ガス出口連通孔４２ｂは、積層方向（矢印Ａ方向）から視て五角形状に形成されている。具体的には、燃料ガス出口連通孔４２ｂは、上面４４と２つの側面４５、４６と２つ傾斜面４７、４８とによって形成されている。上面４４は、水平方向（矢印Ｂ方向）に沿って延在している。２つの側面４５、４６は、上面４４のうち水平方向の両端から鉛直下向に延在している。

傾斜面４７（傾斜部）は、側面４５の下端から下方に向かって矢印Ｂ２方向に傾斜している。傾斜面４７は、四角形状の発電セル１２のうち下方に位置する一方（矢印Ｂ１方向）の角部（所定の角部）を指向している。傾斜面４８は、側面４６の下端から下方に向かって矢印Ｂ１方向に傾斜している。傾斜面４７と傾斜面４８とは、下端で互いに連結している。

図３〜図５において、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ、冷却媒体入口連通孔４０ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ、燃料ガス入口連通孔４２ａのそれぞれの形状は、燃料ガス出口連通孔４２ｂと同様に形成されている。ただし、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ、冷却媒体入口連通孔４０ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ、燃料ガス入口連通孔４２ａのそれぞれの形状は、任意に変更可能であり、積層方向から視て四角形状に形成されていてもよい。

図３に示すように、樹脂フィルム付きＭＥＡ３２は、電解質膜・電極構造体５０と、電解質膜・電極構造体５０の外周部に設けられた枠形状の樹脂フィルム５２とを備える。電解質膜・電極構造体５０は、電解質膜５４と、電解質膜５４を挟持するカソード電極５６及びアノード電極５８とを有する。

電解質膜５４は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。電解質膜５４は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。

カソード電極５６は、電解質膜５４の矢印Ａ１方向の面に接合されている。アノード電極５８は、電解質膜５４の矢印Ａ２方向の面に接合されている。カソード電極５６及びアノード電極５８のそれぞれは、電極触媒層とガス拡散層とを含む。電極触媒層は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される。ガス拡散層は、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなる。

樹脂フィルム５２の内周端面は、電解質膜５４の外周端面に近接、重なる又は当接する。樹脂フィルム５２は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィンで構成される。なお、樹脂フィルム５２を用いることなく、電解質膜５４を外方に突出させてもよい。また、外方に突出した電解質膜５４の両側に枠形状のフィルムを設けてもよい。

第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６のそれぞれは、四角形状（長方形状）に形成されている。第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６のそれぞれは、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の断面を波形にプレス成形して構成される。互いに隣接する発電セル１２における一方の発電セル１２の第１金属セパレータ３４と、他方の発電セル１２の第２金属セパレータ３６とは、外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合されている。

図３及び図４に示すように、第１金属セパレータ３４の樹脂フィルム付きＭＥＡ３２に向かう面３４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する酸化剤ガス流路６０が設けられる。酸化剤ガス流路６０は、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに流体的に連通する。酸化剤ガス流路６０は、矢印Ｂ方向に延在する直線状流路溝６０ａを有する。複数の直線状流路溝６０ａに代えて、複数の波状流路溝が設けられてもよい。

図４において、酸化剤ガス入口連通孔３８ａと酸化剤ガス流路６０との間には、第１金属セパレータ３４の面３４ａに設けられた矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部６２ａからなるエンボス列を複数有する入口バッファ部６４ａが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔３８ｂと酸化剤ガス流路６０との間には、第１金属セパレータ３４の面３４ａに設けられた矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部６２ｂからなるエンボス列を複数有する出口バッファ部６４ｂが設けられる。

なお、第１金属セパレータ３４の、酸化剤ガス流路６０とは反対側の面３４ｂには、入口バッファ部６４ａの上記エンボス列間に、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部６６ａからなるエンボス列が設けられるとともに、出口バッファ部６４ｂの上記エンボス列間に、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部６６ｂからなるエンボス列が設けられる。エンボス部６６ａ、６６ｂは、冷媒面側のバッファ部を構成する。

第１金属セパレータ３４の面３４ａには、プレス成形により第１シールライン６７が樹脂フィルム付きＭＥＡ３２（図３参照）に向かって一体で凸形状に膨出成形される。第１シールライン６７は、複数の連通孔ビード部６８、内側ビード部７０、外側ビード部７２を有する。第１シールライン６７は、ビードシールでなくてもよく、弾性を有するゴムシールを一体又は別体で設けてもよい。

連通孔ビード部６８は、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ、冷却媒体入口連通孔４０ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ、燃料ガス入口連通孔４２ａ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂの周囲をそれぞれ個別に周回する。各連通孔ビード部６８は、連通孔（酸化剤ガス入口連通孔３８ａ等）の形状に対応した形状（本実施形態では、五角形状）に形成されている。

内側ビード部７０は、酸化剤ガス流路６０、入口バッファ部６４ａ、出口バッファ部６４ｂ、酸化剤ガス入口連通孔３８ａを囲む連通孔ビード部６８、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂを囲む連結孔ビード部６８を囲むように設けられる。

外側ビード部７２は、内側ビード部７０よりも外側に設けられるとともに第１金属セパレータ３４の外周に沿って延在するように設けられる。外側ビード部７２のうち燃料ガス出口連通孔４２ｂを構成する傾斜面４７に対向する部位は、傾斜面４７に対して略平行に延在している。

図３及び図５に示すように、第２金属セパレータ３６の樹脂フィルム付きＭＥＡ３２に向かう面３６ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する燃料ガス流路７４が形成される。燃料ガス流路７４は、燃料ガス入口連通孔４２ａ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂに流体的に連通する。燃料ガス流路７４は、矢印Ｂ方向に延在する直線状流路溝７４ａを有する。複数の直線状流路溝７４ａに代えて、複数の波状流路溝が設けられてもよい。

図５において、燃料ガス入口連通孔４２ａと燃料ガス流路７４との間には、第２金属セパレータ３６の面３６ａに設けられた矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部７６ａからなるエンボス列を複数有する入口バッファ部７８ａが設けられる。燃料ガス出口連通孔４２ｂと燃料ガス流路７４との間には、第２金属セパレータ３６の面３６ａに設けられた矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部７６ｂからなるエンボス列を複数有する出口バッファ部７８ｂが設けられる。

なお、第２金属セパレータ３６の、燃料ガス流路７４とは反対側の面３６ｂには、入口バッファ部７８ａの上記エンボス列間に、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部８０ａからなるエンボス列が設けられるとともに、出口バッファ部７８ｂの上記エンボス列間に、矢印Ｃ方向に並ぶ複数個のエンボス部８０ｂからなるエンボス列が設けられる。エンボス部８０ａ、８０ｂは、冷媒面側のバッファ部を構成する。

第２金属セパレータ３６の面３６ａには、プレス成形により第２シールライン８２が樹脂フィルム付きＭＥＡ３２（図３参照）に向かって一体で凸形状に膨出成形される。第２シールライン８２は、複数の連通孔ビード部８４、内側ビード部８６、外側ビード部８８を有する。第２シールライン８２は、ビードシールでなくてもよく、弾性を有するゴムシールを一体又は別体で設けてもよい。

連通孔ビード部８４は、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ、冷却媒体入口連通孔４０ａ、冷却媒体出口連通孔４０ｂ、燃料ガス入口連通孔４２ａ及び燃料ガス出口連通孔４２ｂの周囲をそれぞれ個別に周回する。各連通孔ビード部８４は、連通孔（酸化剤ガス入口連通孔３８ａ等）の形状に対応した形状（本実施形態では、五角形状）に形成されている。

内側ビード部８６は、燃料ガス流路７４、入口バッファ部７８ａ、出口バッファ部７８ｂ、燃料ガス入口連通孔４２ａを囲む連通孔ビード部８４、燃料ガス出口連通孔４２ｂを囲む連通孔ビード部８４を囲むように設けられる。内側ビード部８６のうち燃料ガス出口連通孔４２ｂを構成する傾斜面４７に対向する部位は、傾斜面４７に対して略平行に延在している。

外側ビード部８８は、内側ビード部８６よりも外側に設けられるとともに第２金属セパレータ３６の外周に沿って延在するように設けられる。外側ビード部８８のうち燃料ガス出口連通孔４２ｂを構成する傾斜面４７に対向する部位は、傾斜面４７に対して略平行に延在している。

図３に示すように、互いに接合される第１金属セパレータ３４の面３４ｂと第２金属セパレータ３６の面３６ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔４０ａと冷却媒体出口連通孔４０ｂとに流体的に連通する冷却媒体流路９０が形成される。冷却媒体流路９０は、酸化剤ガス流路６０が形成された第１金属セパレータ３４の裏面形状と、燃料ガス流路７４が形成された第２金属セパレータ３６の裏面形状とが重なり合って形成される。

図３及び図４において、発電セル１２において、第１金属セパレータ３４の外周縁部には、第１荷重受け部９２ａ及び第２荷重受け部９２ｂが設けられている。第１荷重受け部９２ａは、第１金属セパレータ３４の上方の長辺における矢印Ｂ方向の中央よりも矢印Ｂ２方向にずれた位置に接合されている。第２荷重受け部９２ｂは、第１金属セパレータ３４の下方の長辺における矢印Ｂ方向の略中央に接合されている。

また、図３及び図５において、第２金属セパレータ３６の外周縁部には、第１荷重受け部９４ａ及び第２荷重受け部９４ｂが設けられている。第１荷重受け部９４ａは、第２金属セパレータ３６の上方の長辺における矢印Ｂ方向の中央よりも矢印Ｂ２方向にずれた位置に接合されている。第２荷重受け部９４ｂは、第２金属セパレータ３６の下方の長辺における矢印Ｂ方向の略中央に接合されている。

図４及び図５に示すように、サイドパネル２８ｄの内面には、第１荷重受け部９２ａ、９４ａを矢印Ｂ方向から挟むように下方に突出した一組の第１突出部９６ａが設けられている。サイドパネル２８ｃの内面には、第２荷重受け部９２ｂ、９４ｂを矢印Ｂ方向から挟むように上方に突出した一組の第２突出部９６ｂが設けられている。

燃料電池スタック１０に矢印Ｂ方向に沿った外部荷重（衝撃荷重）が作用すると、第１荷重受け部９２ａ、９４ａが第１突出部９６ａに接触するとともに第２荷重受け部９２ｂ、９４ｂが第２突出部９６ｂに接触する。そのため、外部荷重により発電セル１２が矢印Ｂ方向に位置ずれすることを抑制することができる。第１荷重受け部９２ａ、９４ａ、第２荷重受け部９２ｂ、９４ｂ、第１突出部９６ａ及び第２突出部９６ｂを設ける位置は、任意に変更可能である。

図３〜図５に示すように、発電セル１２のうち下方に位置する矢印Ｂ２方向の角部には、積層方向に互いに連通する冷却媒体排出孔９８が形成されている。冷却媒体排出孔９８は、燃料電池スタック１０のメンテナンス時に冷却媒体流路９０から燃料電池スタック１０の外部に冷媒を排出するための孔である。冷却媒体排出孔９８は、図示しない流路を介して冷却媒体流路９０に連通している。

発電セル１２のうち冷却媒体排出孔９８の上方に位置する角部には、積層方向に互いに連通する空気排出孔１００が形成されている。空気排出孔１００は、冷却媒体入口連通孔４０ａから冷却媒体を供給する際に、冷却媒体流路９０内の空気を排出するための孔である。空気排出孔１００は、図示しない流路を介して冷却媒体流路９０に連通している。

発電セル１２の長辺方向の一端（矢印Ｂ１方向の端）には、積層方向（矢印Ａ方向）に互いに連通する６つの凹部１０２ａ〜１０２ｆが形成されている。凹部１０２ａ、凹部１０２ｂ、凹部１０２ｃ、凹部１０２ｄ、凹部１０２ｅ、凹部１０２ｆは、上方から下方に向かってこの順番で並列している。上方に位置する３つの凹部１０２ａ〜１０２ｃは矢印Ｃ方向に等間隔に設けられ、下方に位置する３つの凹部１０２ｄ〜１０２ｆは矢印Ｃ方向に等間隔に設けられている。凹部１０２ｃと凹部１０２ｄとの間隔は、３つの凹部１０２ａ〜１０２ｃの間隔と３つの凹部１０２ｄ〜１０２ｆの間隔よりも広い。

凹部１０２ａ〜１０２ｆは、第１金属セパレータ３４の長辺方向の一端（第１金属セパレータ３４の矢印Ｂ１方向の短辺）と第２金属セパレータ３６の長辺方向の一端（第２金属セパレータ３６の矢印Ｂ１方向の短辺）とに形成されている。樹脂フィルム５２の長辺方向の一端は、第１金属セパレータ３４の長辺方向の一端及び第２金属セパレータ３６の長辺方向の一端よりも他端側（矢印Ｂ２方向）に位置している。

具体的には、樹脂フィルム５２の長辺方向の一端は、第１金属セパレータ３４の外側ビード部７２（第２金属セパレータ３６の外側ビード部８８）に位置している。そのため、樹脂フィルム５２には、凹部１０２ａ〜１０２ｆが形成されていない（図３参照）。これにより、樹脂フィルム５２に凹部１０２ａ〜１０２ｆを形成する場合と比較して、樹脂フィルム５２の材料コスト及び加工コストを低減することができる。

図３〜図７に示すように、各発電セル１２の第２金属セパレータ３６には、電解質膜・電極構造体５０で発生する電圧を検出するためのセル電圧端子１０４が１つずつ設けられている。なお、セル電圧端子１０４は、第１金属セパレータ３４に設けられていてもよいし、第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６の両方に設けられていてもよい。セル電圧端子１０４は、第２金属セパレータ３６に一体的に設けられるとともに金属表面が外部に露呈している。セル電圧端子１０４は、第２金属セパレータ３６の複数の凹部１０２ａ〜１０２ｆのいずれか１つの底辺から矢印Ｂ１方向に突出している。

図７において、本実施形態では、積層方向に連続して配置された６つの発電セル１２のセル電圧端子１０４は、互いに異なる高さにある凹部１０２ａ〜１０２ｆ内に位置している。すなわち、積層方向に互いに隣り合うセル電圧端子１０４の間には、５つの発電セル１２が位置している。具体的には、複数のセル電圧端子１０４は、矢印Ａ２方向に向かって、凹部１０２ａ、凹部１０２ｂ、凹部１０２ｃ、凹部１０２ｄ、凹部１０２ｅ、凹部１０２ｆの順番で位置するように並んでいる。ただし、複数のセル電圧端子１０４の配置は、互いに隣接する発電セル１２のセル電圧端子１０４が互いに異なる高さにある凹部１０２ａ〜１０２ｆ内に位置していればよく、図７の例に限定されない。

図２、図４〜図７に示すように、各セル電圧端子１０４には、コネクタ１０６が接続されている。各コネクタ１０６は、積層体１４に形成された６つのコネクタ配置溝１０８ａ〜１０８ｆのいずれかに配置されている。コネクタ配置溝１０８ａ〜１０８ｆは、各凹部１０２ａ〜１０２ｆが積層方向に互いに連通することによって形成されている。すなわち、コネクタ配置溝１０８ａ、コネクタ配置溝１０８ｂ、コネクタ配置溝１０８ｃ、コネクタ配置溝１０８ｄ、コネクタ配置溝１０８ｅ、コネクタ配置溝１０８ｆは、上方から下方に向かってこの順番で位置している。

図２及び図７において、積層方向に連続して配置された６つの発電セル１２のセル電圧端子１０４に接続されたコネクタ１０６は、互いに異なるコネクタ配置溝１０８ａ〜１０８ｆ内に位置している。具体的には、複数のコネクタ１０６は、矢印Ａ２方向に向かってコネクタ配置溝１０８ａ、コネクタ配置溝１０８ｂ、コネクタ配置溝１０８ｃ、コネクタ配置溝１０８ｄ、コネクタ配置溝１０８ｅ、コネクタ配置溝１０８ｆの順番で位置するように並んでいる。すなわち、積層方向に互いに隣接する発電セル１２のセル電圧端子１０４に接続されたコネクタ１０６は、第２金属セパレータ３６の一方の短辺の延在方向（矢印Ｃ方向）にオフセットしている。

コネクタ１０６の矢印Ａ方向の寸法は、発電セル１２の厚さ寸法（矢印Ａ方向に沿った寸法）よりも大きい。つまり、コネクタ１０６は、複数の発電セル１２に跨った状態でコネクタ配置溝１０８ａ〜１０８ｆに配置されている。同一のコネクタ配置溝１０８ａ〜１０８ｆに配置された隣り合うコネクタ１０６の間には、所定の隙間が形成されている。また、コネクタ１０６は、コネクタ配置溝１０８ａ〜１０８ｆから矢印Ｂ１方向に突出している。

図１〜図７において、各コネクタ１０６には、ケーシング２６の外側（サイドパネル２８ａの外面）に設けられた電圧検出装置１０９（図１参照）と各セル電圧端子１０４とを電気的に接続するための導線１１０が設けられている。導線１１０は、各コネクタ１０６から下方に延出した第１導線部１１０ａと、これら第１導線部１１０ａが束ねられた第２導線部１１０ｂとを有する。なお、図２及び図７では、第１導線部１１０ａの図示を省略している。

第２導線部１１０ｂは、ケーシング２６内で積層方向（矢印Ａ方向）に延在し、サイドパネル２８ａに形成された開口部１１１を介してケーシング２６の外部に導出されて電圧検出装置１０９に接続されている。

図２〜図６に示すように、第２導線部１１０ｂは、積層方向に延在した状態で積層体１４に形成された導線収納部１１２に収納されている。導線収納部１１２は、各発電セル１２のうち下方に位置する矢印Ｂ１方向の角部が切り欠かれることにより形成されている。

すなわち、発電セル１２には、四角形状の発電セル１２の下方の矢印Ｂ１方向の角部（所定の角部）を斜めに直線状に切り欠くことにより形成された傾斜縁部１１４が形成されている。図３において、傾斜縁部１１４は、樹脂フィルム５２、第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６のそれぞれに形成されている。図６に示すように、傾斜縁部１１４は、燃料ガス出口連通孔４２ｂの傾斜面４７に対して平行に延在している。換言すれば、燃料ガス出口連通孔４２ｂの傾斜面４７は、傾斜縁部１１４を指向している。

傾斜縁部１１４は、第２金属セパレータ３６のうち矢印Ｂ１方向の短辺（セル電圧端子１０４が設けられた短辺）に連なっている。第２金属セパレータ３６の長辺に平行な線分Ｌと傾斜縁部１１４とのなす角度（切欠き角度θ）は、例えば、３０°に設定されている。この場合、導線収納部１１２を適度な大きさにすることができる。ただし、切欠き角度θは、任意に設定可能である。

次に、このように構成される燃料電池スタック１０の動作について説明する。

まず、図１及び図２に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガス、例えば、空気は、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス入口連通孔３８ａ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４２ａに供給される。純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、エンドプレート２０ａ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及び図４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３８ａから第１金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路６０に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路６０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体５０のカソード電極５６に供給される。

一方、図３及び図５に示すように、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔４２ａから第２金属セパレータ３６の燃料ガス流路７４に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路７４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体５０のアノード電極５８に供給される。

従って、各電解質膜・電極構造体５０では、カソード電極５６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極５８に供給される燃料ガスとが、電気化学反応により消費されて、発電が行われる。

次いで、図３において、カソード電極５６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３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極５８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４２ｂ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、第１金属セパレータ３４と第２金属セパレータ３６との間に形成された冷却媒体流路９０に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体５０を冷却した後、冷却媒体出口連通孔４０ｂから排出される。

本実施形態は、以下の効果を奏する。

燃料電池スタック１０では、各発電セル１２の第２金属セパレータ３６に設けられたセル電圧端子１０４が導線１１０を介して電圧検出装置１０９に接続されている。そして、四角形状の発電セル１２の所定の角部（下方に位置する一方の角部）に最も近い燃料ガス出口連通孔４２ｂには、所定の角部を指向した傾斜面４７が設けられている。積層体１４には、各発電セル１２（樹脂フィルム５２、第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６）の所定の角部を切り欠いて形成されるとともに積層方向に沿って延在した導線収納部１１２が設けられている。導線１１０を構成する第２導線部１１０ｂは、積層方向に沿って導線収納部１１２に収納されている。

この場合、各発電セル１２の所定の角部を切り欠いて形成された導線収納部１１２に第２導線部１１０ｂを収納しているため、燃料電池スタック１０の小型化、軽量化及びスペースの有効化を図ることができる。

積層体１４は、複数の発電セル１２が水平方向に積層されて構成されている。そして、導線収納部１１２は、各発電セル１２のうち下方に位置する一方（矢印Ｂ１方向）の角部を切り欠いて形成されている。そのため、第２導線部１１０ｂが重力の作用によって下方に撓んだ場合であっても、第２導線部１１０ｂが発電セル１２に接触することを抑えることができる。

セル電圧端子１０４は、第２金属セパレータ３６のうち導線収納部１１２に隣接する短辺（矢印Ｂ１方向に位置する短辺）に設けられている。これにより、セル電圧端子１０４の近くに導線収納部１１２を配置することができるため、導線１１０の全長を比較的短くすることができる。

セル電圧端子１０４には、導線１１０が延出したコネクタ１０６が接続され、各コネクタ１０６は、複数の発電セル１２に跨るように配置されている。そして、積層方向に互いに隣接する発電セル１２のセル電圧端子１０４に接続されたコネクタ１０６は、第２金属セパレータ３６の矢印Ｂ１方向に位置する短辺の延在方向（矢印Ｃ方向）にオフセットしている。これにより、コネクタ１０６が比較的大きい場合であっても複数のコネクタ１０６が互いに干渉することを抑えることができる。

積層体１４には、第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６に形成された凹部１０２ａ〜１０２ｆが積層方向に互いに連通することによって形成されてコネクタ１０６が配置されたコネクタ配置溝１０８ａ〜１０８ｆが第２金属セパレータ３６の短辺の延在方向（矢印Ｃ方向）に沿って複数設けられている。この場合、コネクタ配置溝１０８ａ〜１０８ｆ内にコネクタ１０６を配置するため、燃料電池スタック１０の一層の小型化及び軽量化を図ることができる。

燃料電池スタック１０は、積層体１４を収納するケーシング２６を備える。導線収納部１１２は、ケーシング２６の内面に対向している。これにより、第２導線部１１０ｂをケーシング２６により保護することができる。

各発電セル１２は、導線収納部１１２を形成する傾斜縁部１１４を有し、傾斜縁部１１４は、傾斜面４７と平行である。そのため、導線収納部１１２を効率的に広くすることができる。

積層体１４には、冷媒が流通可能な冷却媒体流路９０が形成されている。発電セル１２（樹脂フィルム５２、第１金属セパレータ３４及び第２金属セパレータ３６）のうち下方に位置する他方（矢印Ｂ２方向）の角部には、積層方向に延在して燃料電池スタック１０のメンテナンス時に冷却媒体流路９０から冷却媒体を排出させるための冷却媒体排出孔９８が形成されている。この場合、燃料電池スタック１０のメンテナンス時に冷却媒体を冷却媒体排出孔９８から排出させることができる。

本発明は、上述した構成に限定されない。導線収納部１１２は、発電セル１２の下方の一方の角部を円弧状に切り欠くことにより形成してもよい。また、導線収納部１１２は、発電セル１２の上方の一方の角部を切り欠くことにより形成してもよい。

凹部１０２ａ〜１０２ｆ及びコネクタ配置溝１０８ａ〜１０８ｆの数は、２以上であることが好ましいが、任意に設定可能である。燃料電池スタック１０では、凹部１０２ａ〜１０２ｆ及びコネクタ配置溝１０８ａ〜１０８ｆを省略してもよい。また、燃料電池スタック１０では、ケーシング２６を構成するサイドパネル２８ａ〜２８ｄを省略してもよい。

傾斜縁部１１４は、導線収納部１１２に最も近い連通孔を構成する壁面の傾斜面４７（傾斜部）に対して平行に延在していなくてもよい。また、上記の実施形態では、導線収納部１１２に最も近い連通孔が燃料ガス出口連通孔４２ｂである例を示したが、導線収納部１１２に最も近い連通孔は、燃料ガス入口連通孔４２ａ、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ又は酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ等であっても構わない。

本発明に係る燃料電池スタックは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…燃料電池スタック １２…発電セル
１４…積層体 ３４…第１金属セパレータ
３６…第２金属セパレータ ４２ｂ…燃料ガス出口連通孔
４７、４８…傾斜面 ５０…電解質膜・電極構造体
５４…電解質膜 ５６…カソード電極
５８…アノード電極 ９８…冷却媒体排出孔
１０２ａ〜１０２ｆ…凹部 １０４…セル電圧端子
１０６…コネクタ １０８ａ〜１０８ｆ…コネクタ配置溝
１０９…電圧検出装置 １１０…導線
１１２…導線収納部 １１４…傾斜縁部

Claims (8)

1. 電解質膜の両側に電極が配設されてなる電解質膜・電極構造体と前記電解質膜・電極構造体の両側に配設された金属セパレータとを有する複数の四角形状の発電セルが互いに積層されて構成された積層体を備え、
   前記積層体には、前記発電セルの積層方向に流体を流通させるための複数の連通孔が形成され、
   前記金属セパレータに設けられたセル電圧端子が導線を介して電圧検出装置に接続された燃料電池スタックであって、
   前記複数の連通孔のうち四角形状の前記発電セルの所定の角部に最も近い連通孔には、前記所定の角部を指向した傾斜部が設けられ、
   前記積層体には、各前記発電セルの前記所定の角部を切り欠いて形成されるとともに前記積層方向に沿って延在した導線収納部が設けられ、
   前記導線は、前記積層方向に沿って前記導線収納部に収納されている、
   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、
   前記積層体は、複数の前記発電セルが水平方向に積層されて構成され、
   前記導線収納部は、各前記発電セルのうち下方に位置する一方の角部を切り欠いて形成されている、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１又は２に記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記セル電圧端子は、前記金属セパレータのうち前記導線収納部に隣接する辺に設けられている、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
4. 請求項３記載の燃料電池スタックにおいて、
   各前記セル電圧端子には、前記導線が延出したコネクタが接続され、
   各前記コネクタは、複数の前記発電セルに跨るように配置され、
   前記積層方向に互いに隣接する前記発電セルの前記セル電圧端子に接続された前記コネクタは、前記辺の延在方向にオフセットしている、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
5. 請求項４記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記積層体には、各前記金属セパレータの前記辺に形成された凹部が前記積層方向に互いに連通することによって形成されて前記コネクタが配置されたコネクタ配置溝が前記辺の延在方向に複数設けられている、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記積層体を収納するケーシングを備え、
   前記導線収納部は、前記ケーシングの内面に対向している、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
   各前記発電セルは、前記導線収納部を形成する傾斜縁部を有し、
   前記傾斜縁部は、前記傾斜部と平行である、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
   前記積層体には、冷却媒体が流通可能な冷却媒体流路が形成され、
   前記発電セルのうち下方に位置する他方の角部には、前記積層方向に延在して前記燃料電池スタックの前記冷却媒体流路から冷却媒体を排出させるための冷却媒体排出孔が形成されている、
   ことを特徴とする燃料電池スタック。

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