JP6606435B2 - 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、筒状のスタックカバーの両側の開口部が、シール部及びエンドプレートで閉塞されることにより、燃料電池スタックを防水するためのスタックケースが構成されている。その際、スタックケース内は、特に燃料ガスの漏れを確実に防止するために、気密に保持する必要がある。このため、シール構造が複雑化し易く、経済的ではないという問題がある。

本発明は、この種の課題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、スタックケース内を気密に保持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。

この燃料電池システムでは、エンドプレートとサイドプレートとの合わせ面には、前記合わせ面に沿って上下方向に延在するシール部材が配置されている。そして、シール部材の端部は、一部が上プレート又は下プレートの内面に向かって合わせ面から突出するとともに、前記合わせ面に沿った断面がＴ形状であるＴ形端部を構成している。

また、この燃料電池システムでは、Ｔ形端部は、横方向の幅寸法と縦方向の幅寸法とが同一寸法に設定されることが好ましい。

さらに、この燃料電池システムでは、上プレート又は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、矩形のループ形状を有する矩形シール部材が介装されることが好ましい。その際、矩形シール部材は、シール部材のＴ形端部に重なり合っていることが好ましい。

本発明によれば、シール部材のＴ形端部は、合わせ面から突出して上プレート又は下プレートの内面に当接することにより、弾性変形する。このため、シール部材と上プレート又は下プレートの内面とは、比較的広範囲に亘って密着することができ、例えば、スタックケース内部から外部に燃料ガスが漏洩することを確実に防止する。従って、簡単且つ経済的な構成で、スタックケース内を気密に保持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前方サイドプレートの斜視説明図である。 前記前方サイドプレートの一部拡大正面図である。 前記スタックケースの一部省略平面説明図である。 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（積層体１４ａｓ）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。発電セル１４の４つの角部は、それぞれ湾曲形状を有する。

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方向に個別に連通しており、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方向に個別に連通しており、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と酸化剤ガス排出マニホールド部材６０ｂとは、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とは、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとに連通する。

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る。

第１エンドプレート２４ａの矢印Ａ方向両端（両短辺）には、それぞれ外方に突出する肉薄の突起部６７が形成されるとともに、前記突起部６７の内側（積層体１４ａｓ側）には、シール面６８ａが形成される。シール面６８ａは、後述する前方サイドプレート７２及び後方サイドプレート７４に対向し且つ上下方向に平坦状に延在する。第１エンドプレート２４ａの外周面には、複数のボス部７０が形成され、各ボス部７０には、ねじ穴７０ａ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する。

図５に示すように、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、上溝部８０ｕと同様に下溝部８０ｄ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。

図５に示すように、前方サイドプレート７２の矢印Ｂ方向両端（両短辺）には、それぞれ薄肉部８２が形成されるとともに、前記薄肉部８２には、積層体１４ａｓに対向するシール面６８ｂが形成される。シール面６８ｂは、上下方向に平坦状に延在する。シール面６８ｂは、薄肉部８２に形成されたボス部８３を避けて上下に湾曲部位を有する。ボス部８３は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの短辺に形成されたボス部７０に当接するとともに、前記ボス部８３に設けられる孔部８３ａは、前記ボス部７０のねじ穴７０ａと同軸上に配置される。

第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂのシール面６８ａと前方サイドプレート７２のシール面６８ｂとは、互いに対向して合わせ面を構成する。各合わせ面には、上下方向に延在するシール部材８４が配設される。シール部材８４は、断面長方形状（又は正方形状）を有するとともに、上部にＴ形端部８４ｔが一体に設けられる。なお、シール部材８４の下部は、直線形状を有しているが、上部と同様にＴ形端部８４ｔを設けてもよい。

図６に示すように、Ｔ形端部８４ｔは、合わせ面に沿った断面がＴ形状を有し、横方向の幅寸法Ｌと縦方向の幅寸法Ｍとが同一寸法に設定される。Ｔ形端部８４ｔは、合わせ面の上端（上溝部８０ｕ）から上方に長さＴだけ突出する。

図２及び図３に示すように、前方サイドプレート７２の上面及び下面には、ねじ穴７０ａを有する複数のボス部７０が形成される。前方サイドプレート７２の垂直面に形成された孔部８３ａにボルト８６が挿入され、前記ボルト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７０ａに螺合する（図３参照）。

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する。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が、同一の幅寸法を有してもよい。

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。

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が、同一の幅寸法を有してもよい。

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、矩形のループ形状を有する上シール部材（矩形シール部材）１００ｕが介装される。

上シール部材１００ｕは、図２及び図７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、及び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。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。延長部１０２ｆＲ、１０２ｆＬ、１０２ｂＲ及び１０２ｂＬは、それぞれシール部材８４のＴ形端部８４ｔの先端面に当接する（図７及び図８参照）。

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、矩形のループ形状を有する下シール部材（矩形シール部材）１００ｄが介装される。

図７に示すように、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、及び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。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。

図２に示すように、上プレート７６及び下プレート７８には、それぞれ複数のボルト挿入用の孔部８３ａが形成される。各孔部８３ａに挿入されるボルト８６が、ねじ穴７０ａ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３及び図５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のシール面６８ａと前方サイドプレート７２のシール面６８ｂとは、互いに対向して合わせ面を構成している。各合わせ面には、上下方向に延在するシール部材８４が配設されるとともに、前記シール部材８４は、上部にＴ形端部８４ｔを一体に設けている。

そして、シール部材８４のＴ形端部８４ｔは、合わせ面から上方に突出して上プレート７６の内面、具体的には、上シール部材１００ｕに当接することにより、弾性変形する（図８参照）。このため、シール部材８４と上シール部材１００ｕ（上プレート７６の内面）とは、比較的広範囲に亘って密着することができ、スタックケース１８の内部から外部に燃料ガスが漏洩することを確実に防止する。従って、簡単且つ経済的な構成で、スタックケース１８内を気密に保持することが可能になるという効果が得られる。

さらに、図６に示すように、Ｔ形端部８４ｔは、合わせ面に沿った断面がＴ形状を有し、横方向の幅寸法Ｌと縦方向の幅寸法Ｍとが同一寸法に設定されている。これにより、シール部材８４は、第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂのシール面６８ａと前方サイドプレート７２のシール面６８ｂとに押圧挟持される際、全体の面圧を均一に維持することができる。このため、特に燃料ガスの漏洩を良好に阻止することが可能になる。

なお、後方サイドプレート７４では、上記の前方サイドプレート７２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
６８ａ、６８ｂ…シール面 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 ８４…シール部材
８４ｔ…Ｔ形端部 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、
   前記エンドプレートと前記サイドプレートとの合わせ面には、前記合わせ面に沿って上下方向に延在するシール部材が配置され、
   前記シール部材の端部は、一部が前記上プレート又は前記下プレートの内面に向かって前記合わせ面から突出するとともに、該合わせ面に沿った断面がＴ形状であるＴ形端部を構成す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Ｔ形端部は、横方向の幅寸法と縦方向の幅寸法とが同一寸法に設定され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、前記上プレート又は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、矩形のループ形状を有する矩形シール部材が介装されるとともに、
   前記矩形シール部材は、前記シール部材の前記Ｔ形端部に重なり合っていることを特徴とする燃料電池システム。

Images