JPWO2014080760A1 - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

複数の燃料電池単セルＣを互いに積層一体化した少なくとも二つ以上のセルモジュールＭと、セルモジュールＭ間に介装されるシールプレートＰとを備えると共に、シールプレートＰが、セルモジュールＭの周縁部との間をシールするシール部材５２，５３を備え、セルモジュールＭとシールプレートＰとの間におけるシール内側領域に、積層方向に荷重を伝達するための部材接触手段１１，１２を設けた燃料電池スタックＦＳとし、積層方向の荷重伝達が良好に行われるようにした。

Description

本発明は、複数の燃料電池単セルを積層した構造を有する燃料電池スタックに関するものである。

この種の燃料電池スタックとしては、燃料電池スタック構造とした名称において特許文献１に開示されたものがある。特許文献１に開示された燃料電池スタック構造は、セルを複数重ねて多セルモジュールを構成し、その多セルモジュールをセル積層方向に複数かつ直列に配列し、多セルモジュール間をビードガスケットにてシールしたものである。

日本国特開２００５−１９０７０６号公報

しかしながら、上記したような燃料電池スタック構造では、多セルモジュール同士の間に、ビードガスケットのような異種部材を介装した構成であることから、部材の寸法誤差等により積層方向の荷重伝達が不充分になることがあり、これにより、各セル（燃料電池単セル）の発電性能にばらつき等が生じるおそれがあった。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、二つ以上のセルモジュールと、セルモジュール間に介装される新たなシールプレートとを備えた燃料電池スタックにおいて、積層方向の荷重伝達を良好にす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している。

本発明の燃料電池スタックは、複数の燃料電池単セルを互いに積層一体化した少なくとも二つ以上のセルモジュールと、セルモジュール間に介装されるシールプレートとを備えている。シールプレートは、その周縁部に、セルモジュールの周縁部との間をシールするシール部材を備えている。そして、燃料電池スタックは、セルモジュールとシールプレートとの間におけるシール内側領域に、積層方向に荷重を伝達するための部材接触手段を設けた構成としており、上記構成を従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の燃料電池スタックは、上記構成を採用したことにより、二つ以上のセルモジュールと、セルモジュール間に介装されるシールプレートとを備えた燃料電池スタックにおいて、積層方向の荷重伝達を良好にすることができる。これにより、各燃料電池単セルの面圧や接触抵抗の均一化、並びに各燃料電池単セルの発電機能の均一化を実現する。

燃料電池スタックの斜視図（Ａ）、及び斜視分解図（Ｂ）である。 セルモジュールの平面図（Ａ）及びシールプレートの平面図（Ｂ）である。 本発明に係わる燃料電池スタックの一実施例を説明するセルモジュール間部分の断面図である。 本発明に係わる燃料電池スタックの他の実施形態を説明するセルモジュール間部分の断面図である。 接着剤硬化温度とセルモジュールの変形量及び接触面積との関係を示すグラフ（Ａ）、並びにセルモジュールの説明図（Ｂ）である。 燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する各々断面図（Ａ）（Ｂ）である。 燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する各々断面図（Ａ）（Ｂ）である。

〈第１実施形態〉
図１に示す燃料電池スタックＦＳは、とくに図１（Ｂ）に示すように、複数の燃料電池単セルＣを互いに積層一体化した少なくとも二つ以上のセルモジュールＭと、セルモジュールＭ間に介装されるシールプレートＰとを備えている。図示例の燃料電池単セルＣ及びシールプレートＰは、図２に示すように、ほぼ同等の縦横寸法を有する長方形状を成している。なお、図１（Ｂ）には、２つのセルモジュールＭと、１つのシールプレートＰを示しているが、実際には、それ以上の数のセルモジュールＭ及びシールプレートＰを積層する。

また、燃料電池スタックＦＳは、セルモジュールＭの積層方向の両端部に、エンドプレート５６Ａ，５６Ｂを夫々配置し、燃料電池単セルＣの長辺側となる両面（図１中で上下面）に、締結板５７Ａ，５７Ｂが設けてあると共に、短辺側となる両面に、補強板５８Ａ，５８Ｂが設けてある。各締結板５７Ａ，５７Ｂ及び補強板５８Ａ，５８Ｂは、図示しないボルトにより両エンドプレート５６Ａ，５６Ｂに連結する。

このようにして、燃料電池スタックＦＳは、図１（Ａ）に示すようなケース一体型構造となり、各セルモジュールＭ及びシールプレートＰを積層方向に拘束・加圧して個々の燃料電池単セルＣに所定の接触面圧を加え、ガスシール性や導電性等を良好に維持する。

図３は、燃料電池単セルＣの短辺方向に沿った燃料電池スタックＦＳの要部の断面図である。燃料電池単セルＣは、膜電極接合体１と、膜電極接合体１を挟持する一対のセパレータ２，２を備えると共に、膜電極接合体１と各セパレータ２，２との間にカソードガス及びアノードガスの夫々のガス流路ＧＣ，ＧＡを形成する。

膜電極接合体１は、一般に、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly)と呼ばれるものであって、詳細な図示は省略するが、固体高分子から成る電解質層をカソード電極層とアノード電極層とで挟持した構造を有している。この膜電極接合体１は、その外周に樹脂製のフレーム（図示せず）を一体化ものとなっていて、フレームに、反応ガスの供給及び排出を行うためのマニホールド穴などを形成することができる。

各セパレータ２は、図３に示すように、表裏反転形状を有する金属製の板部材であって、例えばステンレス製であり、プレス加工により適宜の形状に成形することができる。セパレータ２は、少なくとも膜電極接合体１に対応する部分が断面凹凸形状に形成してある。このセパレータ２は、断面凹凸形状を長辺方向に連続的に有しており、膜電極接合体１に波形凸部を接触させると共に、波形凹部と膜電極接合体１との間にカソード及びアノードのガス流路ＧＣ，ＧＡを形成する。

上記の燃料電池単セルＣは、図２（Ａ）に示すように、短辺両側に、各々三個ずつのマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３，Ｈ４〜Ｈ６が配列してある。これらのマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６は、膜電極接合体１のフレームや各セパレータ２の同じ位置に夫々形成してあり、燃料電池単セルＣを構成した際に互いに連通する。

図２の左側に示す各マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３は、上側から、カソードガス供給用（Ｈ１）、冷却液排出用（Ｈ２）及びアノードガス排出用（Ｈ３）であり、積層方向に互いに連通して夫々の流路を形成する。また、図２の右側に示す各マニホールド穴Ｈ４〜Ｈ６は、上側から、アノードガス供給用（Ｈ４）、冷却液供給用（Ｈ５）及びカソードガス排出用（Ｈ６）であり、積層方向に互いに連通して夫々の流路を形成する。各マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の供給及び排出の位置関係は、一部又は全部が逆であっても良い。

なお、図示を省略したが、膜電極接合体１のフレームと各セパレータ２の縁部同士の間や、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周囲には、シール材が配置してある。これらのシール材は、後記する接着剤としても機能するもので、膜電極接合体１とセパレータ２とを気密的に接合する。この際、膜電極接合体１のフレーム及びセパレータ２の縁部に配置したシール材は、各ガス流路ＧＣ，ＧＡの気密性を維持する。また、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周囲に配置したシール材は、気密性を維持する一方で、各層間に応じた流体を供給するために該当する箇所に開口を有している。

上記の燃料電池単セルＣは、所定枚数を積層してセルモジュールＭを形成する。このとき、隣接する燃料電池単セルＣ同士の間には、冷却液（例えば水）の流路Ｆを形成し、隣接するセルモジュールＭ同士の間にも冷却液の流路Ｆを形成する。したがって、前記シールプレートＰは、セルモジュールＭ同士の間、すなわち冷却液の流路Ｆ内に配置されている。

前記シールプレートＰは、上記した燃料電池単セルＣとは別体にして形成してあり、図２（Ｂ）に示すように、プレート基板５０の両端部に、燃料電池単セルＣと同様のマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６が形成してある。

プレート基板５０は、導電性の一枚の金属板を成形したものであり、平面視において上記した燃料電池単セルＣとほぼ同じ形状で同じ大きさに形成してある。このプレート基板５０を導電性の金属板で形成することにより、経時的に安定した通電を行うことができる。

シールプレートＰは、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の各周囲に、シール部材５１が、また、そのプレート基板５０の最外周縁部に、外周シール部材５２が、さらに、その外周シール部材５２の内側に、所要の間隔をおいて内周シール部材５３が、夫々全周にわたって無端状に形成してある。各マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周囲に設けた各シール部材５１は、これらを互いに独立させて形成している。

上記のシールプレートＰは、外周シール部材５２により、外部からの雨水等の浸入を防止すると共に、内周シール材５３により、セルモジュールＭ間の流路Ｆを流通する冷却液の漏出を防止し、このほか、電気的な絶縁をも図っている。さらに、シールプレートＰは、セルモジュールＭからシール部材５１〜５３を剥がすようにして、容易に取り外すことが可能になっている。

燃料電池スタックＦＳは、上記したように、複数の燃料電池単セルＣを互いに積層一体化した少なくとも二つ以上のセルモジュールＭと、セルモジュールＭ間に介装されるシールプレートＰとを備えると共に、シールプレートＰが、セルモジュールＭの周縁部との間をシールする外周及び内周のシール部材５３，５３を備えている。

要するに、燃料電池スタックＦＳは、燃料電池単セルＣで構成されるセルモジュールＭ同士の間に、異種部材であるシールプレートＰを介装したものとなっている。そこで、燃料電池スタックＦＳは、積層方向の荷重伝達を良好するために、セルモジュールＭとシールプレートＰとの間におけるシール内側領域に、積層方向に荷重を伝達するための部材接触手段を設けている。

図３に示す実施形態の燃料電池スタックＦＳは、前記部材接触手段が、セルモジュールＭのシール内側領域に形成した凸部１１と、シールプレートＰに形成され且つ両側のセルモジュールＭの凸部同士を接触させるための開口部１２を備えたものとなっている。つまり、この実施形態では、凸部１１及び開口部１２で部材接触手段を構成している。

ここで、セルモジュールＭに形成した凸部１１は、先述したセパレータ２の波形凸部を利用している。すなわち、前記凸部１１は、少なくともセルモジュールＭの積層端部の燃料電池単セルＣにおいて、この燃料電池単セルＣの積層外側のセパレータ２の波形凸部を規定よりも高く設定することで形成することができる。

また、前記凸部１１は、燃料電池単セルＣの少なくとも一方のセパレータ２において、例えば中央領域の波形凸部を規定よりも僅かに高くし、このセパレータ２を用いた燃料電池単セルＣを積層することでも形成し得る。このような燃料電池単セルＣを積層すると、各セパレータ２の波形凸部の余剰高さ分が合成されて、後記する図５及び図６に示すように、セルモジュールＭがその中央部分を膨出させた状態に曲成される。このように、セルモジュールＭの曲成により形成した凸曲面を凸部１１とすることもできる。なお、図５及び図６では、凸曲面の曲率を誇張して示しており、実際には曲率半径が大きく凸曲面であり、見かけ上は平坦面にかなり近いものである。

シールプレートＰの開口部１２は、先述の外周及び内周のシール部材５２，５３よりも内側において、両側のセルモジュールＭの凸部１１が突入可能な大きさに形成してあり、その内部で両側のセルモジュールＭの凸部１１同士を接触させる。したがって、一方のセルモジュールＭの凸部１１の突出高さは、シールプレートＰの厚さの半分程度である。

上記の燃料電池スタックＦＳは、二つ以上のセルモジュールＭと、セルモジュールＭ間に介装されるシールプレートＰとを備えた構造において、部材接触手段すなわちシールプレートＰの開口部１２を通して、隣接するセルモジュールＭの凸部１１同士が接触しているので、部材間の寸法誤差等があるとしても、積層方向の荷重伝達を良好にすることができる。

つまり、燃料電池スタックＦＳは、セルモジュールＭ同士の間に異種部材（シールプレートＰ）を介装した構造において、積層方向に充分な荷重伝達を行うことができる。これにより、各燃料電池単セルＣの面圧や接触抵抗の均一化を実現して、各燃料電池単セルＣの発電機能の均一化を実現することができる。

また、燃料電池スタックＦＳは、上記した荷重伝達の向上、面圧や接触抵抗の均一化に伴って、シールプレートＰの外周及び内周のシール部材５２，５３に作用する面圧も充分で且つ均一なものとなり、シールプレートＰのシール性能を向上させることができる。

さらに、燃料電池スタックＦＳは、セルモジュールＭに対してシールプレートＰを容易に取り外し可能にしたので、いずれかの燃料電池単セルＣに不具合が生じた場合に、その燃料電池単セルＣを含むセルモジュールＭのみの交換することが可能になり、その他の燃料電池単セルＣ並びにセルモジュールＭを継続的に使用することができるという利点がある。

〈第２実施形態〉
図４は、本発明に係わる燃料電池スタックの他の実施形態を示す図である。なお、以下の実施形態においては、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図示の燃料電池スタックＦＳは、積層方向に荷重を伝達するための部材接触手段が、セルモジュールＭのシール内側領域に形成した凸部１１と、シールプレートＰに形成され且つ両側のセルモジュールＭの凸部１１同士を接触させるための開口部１２を備えている。さらに、この実施形態では、前記凸部１１が、図４中に仮想線で示すように、セルモジュールＭの曲成により形成した凸曲面になっている。

この実施形態の燃料電池スタックＦＳにおいて、燃料電池単セルＣは、先の実施形態で説明したように、膜電極接合体１のフレームとセパレータ２の縁部同士の間に、シール機能と接触機能を有するシール材Ｓが設けてあり、発電中に発熱するので、シール材Ｓには熱硬化性接着剤が使用される。

ここで、膜電極接合体１のフレームは樹脂製であり、セパレータ２は金属製である。このような異種材料同士を熱硬化性接着剤で接合すると、硬化後に接着剤が収縮し、その結果、燃料電池単セルＣは、外周部の収縮に伴って中央部が膨出変形する。したがって、このような燃料電池単セルＣを複数積層してセルモジュールＭを構成すると、各燃料電池単セルＣの膨出変形分が合成されて、図５及び図６に示すようにセルモジュールＭがその中央部分を膨出させた状態に曲成される。このセルモジュールＭの曲成により形成した凸曲面を凸部１１としている。

図５（Ａ）は、接着剤硬化温度とセルモジュールＭの変形量及び接触面積との関係を示すグラフであり、図５（Ｂ）は、セルモジュールＭの説明図である。すなわち、セルモジュールＭでは、接着剤が加熱硬化した時の温度がフリー状態の温度であるから、図５（Ａ）に示すように、硬化温度と室温（RT）との温度差が大きいほど、その後の熱収縮量が大きくなる。その結果、図５（Ｂ）に示すように、接着剤を塗布した外周部（Tedge）が積極的に収縮し、外周部と中央部（Tcent）との差（ΔT）が大きくなる。また、外周部と中央部との厚さの差は、図５（Ｂ）に示す如く接触面積と反比例する。そこで、硬化温度の異なる接着剤（シール材Ｓ）を選択するなどしてセルモジュールＭを製造することで、そのセルモジュールＭの両面を凸曲面にすることができ、膨出量を調整することも可能である。

上記の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様に、セルモジュールＭと、セルモジュールＭ間に介装されるシールプレートＰとを備えた構造において、シールプレートＰの開口部１２を通して、隣接するセルモジュールＭの凸部１１同士が接触しているので、部材間の寸法誤差等があるとしても、積層方向の荷重伝達を良好にすることができる。

また、各燃料電池単セルＣの面圧や接触抵抗を均一にして、各燃料電池単セルＣの発電機能の均一化を実現することができると共に、シールプレートＰの外周及び内周のシール部材５２，５３に作用する面圧も充分で且つ均一なものにして、シールプレートＰのシール性能を向上させることができる。

ところで、上記のセルモジュールＭは、理想的には、燃料電池単セルＣが平坦で均一な厚さを有していれば、これを積層した際の面圧の分布も均一なものとなる。しかし、上述したように、膜電極接合体１の樹脂製のフレームと金属製のセパレータ２とを熱硬化性接着剤で接合すると、燃料電池単セルＣの中央部が膨出した状態になる。

そこで、本発明では、燃料電池単セルＣの膨出により形成されたセルモジュールＭの凸曲面と、セルモジュールＭ間に改装するシールプレートＰとを巧みに利用して、凸曲面による凸部１１とセパレータ２の開口部１２とで部材接触手段を構成し、これにより、積層方向の荷重伝達を良好にし、シールプレートＰの外周及び内周のシール部材５２，５３に作用する面圧を充分で且つ均一なものにしている。

〈第３実施形態〉
図６は、本発明に係わる燃料電池スタックの他の実施形態を示す図である。なお、以下の実施形態においては、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図６（Ａ）（Ｂ）に示す各々の燃料電池スタックＦＳは、積層方向に荷重を伝達するための部材接触手段として、セルモジュールＭのシール内側領域に形成した凸部１１を備えている。この突部１１は、図３に示す如くセパレータ２の波形凸部を利用した凸曲面や、図４に示す如く熱硬化性接着剤を用いることで生じる燃料電池単セルＣの膨出変形を利用した凸曲面のいずれであっても良い。

図６（Ａ）に示す燃料電池スタックＦＳは、部材接触手段として、上記の突部１１と、シールプレートＰに形成した開口部１２を備えている。また、図６（Ｂ）に示す燃料電池スタックＦＳは、部材接触手段として、上記の突部１１と、シールプレートＰに形成され且つ両側のセルモジュールＭの凸部１１を接触させる薄肉部１３を備えている。

上記の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様に、部材間の寸法誤差等があるとしても、積層方向の荷重伝達を良好にすることができ、各燃料電池単セルＣの面圧や接触抵抗の均一化を実現して、各燃料電池単セルＣの発電機能の均一化を実現することができると共に、シールプレートＰのシール性能を向上させることができる。また、シールプレートＰに開口部１２や薄肉部１３を形成することで、シールプレートＰの軽量化や材料の歩留まり向上などの効果があり、冷却液の流通性の向上を図ることも可能である。

〈第４実施形態〉
図７は、本発明に係わる燃料電池スタックの他の実施形態を示す図である。図７（Ａ）（Ｂ）に示す各々の燃料電池スタックＦＳは、積層方向に荷重を伝達するための部材接触手段として、セルモジュールＭのシール内側領域に形成した凸部１１を備えている。この突部１１は、図３に示す如くセパレータ２の波形凸部を利用した凸曲面や、図４に示す如く熱硬化性接着剤を用いることで生じる燃料電池単セルＣの膨出変形を利用した凸曲面のいずれであっても良い。

図７（Ａ）に示す燃料電池スタックＦＳは、部材接触手段として、上記の突部１１と、シールプレートＰに形成した開口部１２と、前記開口部１２内に配置されるスペーサ１４を備えている。この実施形態の場合は、両側のセルモジュールＭの凸部１１が、開口部１２に突入してスペーサ１４に接触する。

また、図７（Ｂ）に示す燃料電池スタックＦＳは、セルモジュールＭの部材接触手段として、上記の突部１１と、セルモジュールＭとシールプレートＰの間に介装されるスペーサ１５を備えている。この実施形態の場合は、開口部の無いシールプレートＰを使用しており、スペーサ１５は、セルモジュールＭの凸部１１の外周部分、すなわち凸部１１により形成されたセルモジュールＭとシールプレートＰとの隙間に配置してある。

なお、スペーサ１４，１５は、シールプレートＰにシール部材５１〜５３を成形する際に同時に成形することも可能である。例えば、シールプレートＰにゴム材を射出成形して、シール部材５１〜５３及びスペーサ１４，１５を同時に成形する。

上記の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様に、部材間の寸法誤差等があるとしても、積層方向の荷重伝達を良好にすることができ、各燃料電池単セルＣの面圧や接触抵抗の均一化を実現して、各燃料電池単セルＣの発電機能の均一化を実現することができると共に、シールプレートＰのシール性能を向上させることができる。また、スペーサ１４，１５の採用により、荷重伝達をより向上させるための調整の自由度が高められるほか、スペーサ１４，１５に弾性体を採用することで荷重伝達の向上や積層方向の変位吸収などの効果も得られる。

さらに、図６及び図７に示す各燃料電池スタックＦＳは、セルモジュールＭの変形量やシールプレートＰの厚さなどに応じて、各実施形態に示した凸部１１、開口部１２，薄肉部１３、及びスペーサ１４，１５を適宜選択したり、組み合わせたりすることが可能であり、設計の自由度が高いものとなる。さらに、スペーサは、その数や形状を自由に設定することが可能である。

本発明に係わる燃料電池スタックは、その構成が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更したり、上記各実施形態の構成を適宜組み合わせたりすることが可能である。

Ｃ 燃料電池単セル
ＦＳ 燃料電池スタック
Ｍ セルモジュール
Ｐ シールプレート
１１ 凸部（部材接触手段）
１２ 開口部（部材接触手段）
１３ 薄肉部（部材接触手段）
１４ １５ スペーサ（部材接触手段）
５２ 外周シール部材
５３ 内周シール部材

【０００２】
した少なくとも二つ以上のセルモジュールと、セルモジュール間に介装されるシールプレートとを備えている。シールプレートは、その周縁部に、セルモジュールの周縁部との間をシールするシール部材を備えている。そして、燃料電池スタックは、セルモジュールとシールプレートとの間におけるシール内側領域に、積層方向に荷重を伝達するための部材接触手段を設け、燃料電池単セルが、膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備えており、前記部材接触手段が、隣接するセルモジュールの積層端部のセパレータ同士を対向させて積層方向に荷重を伝達する手段である構成としており、上記構成を従来の課題を解決するための手段としている。
発明の効果
［０００７］
本発明の燃料電池スタックは、上記構成を採用したことにより、二つ以上のセルモジュールと、セルモジュール間に介装されるシールプレートとを備えた燃料電池スタックにおいて、積層方向の荷重伝達を良好にすることができる。これにより、各燃料電池単セルの面圧や接触抵抗の均一化、並びに各燃料電池単セルの発電機能の均一化を実現する。
図面の簡単な説明
［０００８］
［図１］燃料電池スタックの斜視図（Ａ）、及び斜視分解図（Ｂ）である。
［図２］セルモジュールの平面図（Ａ）及びシールプレートの平面図（Ｂ）である。
［図３］本発明に係わる燃料電池スタックの一実施例を説明するセルモジュール間部分の断面図である。
［図４］本発明に係わる燃料電池スタックの他の実施形態を説明するセルモジュール間部分の断面図である。
［図５］接着剤硬化温度とセルモジュールの変形量及び接触面積との関係を示すグラフ（Ａ）、並びにセルモジュールの説明図（Ｂ）である。
［図６］燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する各々断面図（Ａ）（Ｂ）である。
［図７］燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する各々断面図（Ａ）（

【０００３】
Ｂ）である。
発明を実施するための形態
［０００９］
＜第１実施形態＞
図１に示す燃料電池スタックＦＳは、とくに図１（Ｂ）に示すように、複数の燃料電池単セルＣを互いに積層一体化した少なくとも二つ以上のセルモジュールＭと、セルモジュールＭ間に介装されるシールプレートＰとを備えている。図示例の燃料電池単セルＣ及びシールプレートＰは、図２に示すように、ほぼ同等の縦横寸法を有する長方形状を成している。なお、図１（Ｂ）には、２つのセルモジュールＭと、１つのシールプレートＰを示しているが、実際には、それ以上の数のセルモジュールＭ及びシールプレートＰを積層する。
［００１０］
また、燃料電池スタックＦＳは、セルモジュールＭの積層方向の両端部に、エンドプレート５６Ａ，５６Ｂを夫々配置し、燃料電池単セルＣの長辺側となる両面（図１中で上下面）に、締結板５７Ａ，５７Ｂが設けてあると共に、短辺側となる両面に、補強板５８Ａ，５８Ｂが設けてある。各締結板５７Ａ，５７Ｂ及び補強板５８Ａ，５８Ｂは、図示しないボルトにより両エンドプレート５６Ａ，５６Ｂに連結する。
［００１１］
このようにして、燃料電池スタックＦＳは、図１（Ａ）に示すようなケースー体型構造となり、各セルモジュールＭ及びシールプレートＰを積層方向に拘束・加圧して個々の燃料電池単セルＣに所定の接触面圧を加え、ガスシール性や導電性等を良好に維持する。
［００１２］
図３は、燃料電池単セルＣの短辺方向に沿った燃料電池スタックＦＳの要部の断面図である。燃料電池単セルＣは、膜電極接合体１と、膜電極接合体１を挟持する一対のセパレータ２，２を備えると共に、膜電極接合体１と各セパレータ２，２との間にカソードガス及びアノードガスの夫々のガス流路ＧＣ，ＧＡを形成する。
［００１３］
膜電極接合体１は、一般に、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ばれるものであって、詳細な図示は省略するが、固体高分子から成る電解質

【０００４】
層をカソード電極層とアノード電極層とで挟持した構造を有している。この膜電極接合体１は、その外周に樹脂製のフレーム（図示せず）を一体化したものとなっていて、フレームに、反応ガスの供給及び排出を行うためのマニホールド穴などを形成することができる。
［００１４］
各セパレータ２は、図３に示すように、表裏反転形状を有する金属製の板部材であって、例えばステンレス製であり、プレス加工により適宜の形状に成形することができる。セパレータ２は、少なくとも膜電極接合体１に対応する部分が断面凹凸形状に形成してある。このセパレータ２は、断面凹凸形状を長辺方向に連続的に有しており、膜電極接合体１に波形凸部を接触させると共に、波形凹部と膜電極接合体１との間にカソード及びアノードのガス流路ＧＣ，ＧＡを形成する。
［００１５］
上記の燃料電池単セルＣは、図２（Ａ）に示すように、短辺両側に、各々三個ずつのマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３，Ｈ４〜Ｈ６が配列してある。これらのマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６は、膜電極接合体１のフレームや各セパレータ２の同じ位置に夫々形成してあり、燃料電池単セルＣを構成した際に互いに連通する。
［００１６］
図２の左側に示す各マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３は、上側から、カソードガス供給用（Ｈ１）、冷却液排出用（Ｈ２）及びアノードガス排出用（Ｈ３）であり、積層方向に互いに連通して夫々の流路を形成する。また、図２の右側に示す各マニホールド穴Ｈ４〜Ｈ６は、上側から、アノードガス供給用（Ｈ４）、冷却液供給用（Ｈ５）及びカソードガス排出用（Ｈ６）であり、積層方向に互いに連通して夫々の流路を形成する。各マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の供給及び排出の位置関係は、一部又は全部が逆であっても良い。
［００１７］
なお、図示を省略したが、膜電極接合体１のフレームと各セパレータ２の縁部同士の間や、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周囲には、シール材が配置してある。これらのシール材は、後記する接着剤としても機能するもので、膜電極接合体１とセパレータ２とを気密的に接合する。この際、膜電極接合体１のフレーム及びセパレータ２の縁部に配置したシール材は、各ガス流路ＧＣ，ＧＡの気密性を維持する。また、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周囲に配置したシール材は、気密性を維持する一方で、各層間に応じた流体を供給するために該当する箇所に開口を有している。

【０００１】
技術分野
［０００１］
本発明は、複数の燃料電池単セルを積層した構造を有する燃料電池スタックに関するものである。
背景技術
［０００２］
この種の燃料電池スタックとしては、燃料電池スタック構造とした名称において特許文献１に開示されたものがある。特許文献１に開示された燃料電池スタック構造は、セルを複数重ねて多セルモジュールを構成し、その多セルモジュールをセル積層方向に複数かつ直列に配列し、多セルモジュール間をビードガスケットにてシールしたものである。
先行技術文献
特許文献
［０００３］
特許文献１：日本国特開２００５−１９０７０６号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
［０００４］
しかしながら、上記したような燃料電池スタック構造では、多セルモジュール同士の間に、ビードガスケットのような異種部材を介装した構成であることから、部材の寸法誤差等により積層方向の荷重伝達が不充分になることがあり、これにより、各セル（燃料電池単セル）の発電性能にばらつき等が生じるおそれがあった。
［０００５］
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、二つ以上のセルモジュールと、セルモジュール間に介装される新たなシールプレートとを備えた燃料電池スタックにおいて、積層方向の荷重伝達を良好にす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している。
課題を解決するための手段
［０００６］
本発明の燃料電池スタックは、複数の燃料電池単セルを互いに積層一体化

【０００２】
した少なくとも二つ以上のセルモジュールと、セルモジュール間に介装されるシールプレートとを備えている。シールプレートは、その周縁部に、セルモジュールの周縁部との間をシールするシール部材を備えている。そして、燃料電池スタックは、セルモジュールとシールプレートとの間におけるシール内側領域に、積層方向に荷重を伝達するための部材接触手段を設け、燃料電池単セルが、膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備えており、前記部材接触手段が、隣接するセルモジュールの積層端部のセパレータ同士を対向させて積層方向に荷重を伝達する手段であって、セルモジュールのシール内側領域に形成した凸部と、シールプレートに形成され且つ両側のセルモジュールの凸部を接触させる薄肉部を備えている構成としており、上記構成を従来の課題を解決するための手段としている。
発明の効果
［０００７］
本発明の燃料電池スタックは、上記構成を採用したことにより、二つ以上のセルモジュールと、セルモジュール間に介装されるシールプレートとを備えた燃料電池スタックにおいて、積層方向の荷重伝達を良好にすることができる。これにより、各燃料電池単セルの面圧や接触抵抗の均一化、並びに各燃料電池単セルの発電機能の均一化を実現する。
図面の簡単な説明
［０００８］
［図１］燃料電池スタックの斜視図（Ａ）、及び斜視分解図（Ｂ）である。
［図２］セルモジュールの平面図（Ａ）及びシールプレートの平面図（Ｂ）である。
［図３］本発明に係わる燃料電池スタックの一実施例を説明するセルモジュール間部分の断面図である。
［図４］本発明に係わる燃料電池スタックの他の実施形態を説明するセルモジュール間部分の断面図である。
［図５］接着剤硬化温度とセルモジュールの変形量及び接触面積との関係を示すグラフ（Ａ）、並びにセルモジュールの説明図（Ｂ）である。
［図６］燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する各々断面図（Ａ）（Ｂ）である。
［図７］燃料電池スタックのさらに他の実施形態を説明する各々断面図（Ａ）（

Claims (5)

1. 複数の燃料電池単セルを互いに積層一体化した少なくとも二つ以上のセルモジュールと、
   セルモジュール間に介装されるシールプレートとを備えると共に、
   シールプレートが、セルモジュールの周縁部との間をシールするシール部材を備え、
   セルモジュールとシールプレートとの間におけるシール内側領域に、積層方向に荷重を伝達するための部材接触手段を設けたことを特徴とする燃料電池スタック。
2. 前記部材接触手段が、セルモジュールのシール内側領域に形成した凸部と、シールプレートに形成され且つ両側のセルモジュールの凸部を接触させる薄肉部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
3. 前記部材接触手段が、セルモジュールのシール内側領域に形成した凸部と、シールプレートに形成され且つ両側のセルモジュールの凸部同士を接触させるための開口部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
4. 前記凸部が、セルモジュールの曲成により形成した凸曲面であることを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料電池スタック。
5. 前記部材接触手段が、セルモジュールとシールプレートとの間に介装されるスペーサを備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。

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