JP2014175114A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つコンパクトな構成で、端部セルへの反応ガスの分配性を向上させることができ、しかも前記端部セルの発電性能を良好に確保することを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２が積層される積層体１４の両端部に、インシュレータ１８ａ、１８ｂが配設される。インシュレータ１８ｂの凹状収容部６６ｂには、断熱部材７０ｂ及びターミナルプレート１６ｂが収容される。インシュレータ１８ｂの積層体１４側の端面１８ｂｅには、燃料ガス供給連通孔３８ａに連通する凹部７４ａが形成され、前記凹部７４ａには、複数本の円柱部７６が設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが積層される積層体を備え、前記積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、インシュレータ及びエンドプレートが配設される燃料電池スタックに関する。

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両側に、それぞれ電極触媒（電極触媒層）及び多孔質カーボン（ガス拡散層）を有するアノード電極とカソード電極とを配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持する発電セルを構成している。発電セルを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使用されている。

通常、燃料電池は、所望の発電力を得るために、発電セルを所定数（例えば、数十〜数百）だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。このため、燃料電池スタック内では、各発電セルに反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）を均等に分配することが困難となっている。

そこで、各発電セルに反応ガスを均等に分配することを目的として、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックが提案されている。この燃料電池スタックでは、複数の燃料電池セルが積層されるとともに、積層された前記燃料電池セルの周縁部に積層方向に配列された入口マニホールドから燃料ガス、酸化剤ガス若しくは冷却媒体を各燃料電池セルに形成したガス流路若しくは冷却媒体流路にそれぞれ流入させ、各ガス流路若しくは冷却媒体流路から同じく前記燃料電池セルの周縁部に積層方向に配列された出口マニホールドにそれぞれ排出させるように構成されている。

そして、燃料電池スタックは、燃料ガス、酸化剤ガス若しくは冷却媒体の少なくとも一つの出口マニホールドを、上流域から下流域に亘り、各燃料電池セルに形成したガス流路若しくは冷却媒体流路の出口に臨んでそれらに連通する第１室と、前記燃料電池スタックの外部への排出口に連なる第２室と、に分割する間仕切り手段と、前記間仕切り手段に設けられて前記第１室と前記第２室とを連通口により連通させる連通手段と、を備えている。

このため、積層方向の流れにより生じる上下流間の圧力差が大きい出口マニホールドにおいても、前記出口マニホールド内における各燃料電池セルの流路からの流出部近傍での積層方向圧力分布が緩和され、各燃料電池セルへの流体の分配を均一化することができる、としている。

特開２００９−４３５４２号公報

しかしながら、上記の燃料電池スタックでは、出口マニホールドを第１室と第２室とに分割する間仕切り手段が、前記出口マニホールドに配設されている。このため、出口マニホールドは、相当に大きな開口形状を有しており、燃料電池スタック全体が大型化するという問題がある。

しかも、間仕切り手段を用いても、積層方向の最端部に配置されている燃料電池セルには、流体が円滑に供給されないおそれがある。

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、端部セルへの反応ガスの分配性を向上させることができ、しかも前記端部セルの発電性能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。

本発明は、電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが積層される積層体を備え、前記積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、インシュレータ及びエンドプレートが配設されるとともに、少なくとも燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを、電極面に沿って流通させる反応ガス流路と、前記反応ガス流路の入口側に連通し、前記反応ガスを前記積層方向に流通させる反応ガス供給連通孔と、前記反応ガス流路の出口側に連通し、前記反応ガスを前記積層方向に流通させる反応ガス排出連通孔とが設けられる燃料電池スタックに関するものである。

この燃料電池スタックでは、一方のエンドプレートには、反応ガス供給連通孔に連通する反応ガス入口と、反応ガス排出連通孔に連通する反応ガス出口とが形成され、他方のエンドプレート側に隣接するインシュレータには、少なくとも前記反応ガス供給連通孔に連通する凹部が形成されるとともに、前記凹部には、複数の突起部位が設けられている。

また、この燃料電池スタックでは、突起部位は、インシュレータとは別部材に設けられ、前記インシュレータの凹部の底部側又は開口部側に装着されることが好ましい。

さらに、この燃料電池スタックでは、突起部位は、パンチングメタル又は多孔体により構成されることが好ましい。

さらにまた、この燃料電池スタックでは、インシュレータは、積層体に対向する面に凹状収容部を設けるとともに、前記凹状収容部には、断熱部材及びターミナルプレートが収容されることが好ましい。

本発明によれば、反応ガス供給連通孔の奥側に配置されたインシュレータには、前記反応ガス供給連通孔に連通する凹部が形成されるとともに、前記凹部には、複数の突起部位が設けられている。このため、インシュレータにおいて、反応ガス供給連通孔に連なるチャンバ（凹部）では、突起部位により反応ガスの流速を低下させることができる。従って、突起部位を有するインシュレータに隣接する発電セル、すなわち、端部セルには、反応ガスを円滑且つ確実に導入することが可能になる。

これにより、簡単且つコンパクトな構成で、端部セルへの反応ガスの分配性を向上させることができ、しかも前記端部セルの発電性能を良好に確保することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。 前記燃料電池スタックの、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 前記燃料電池スタックを構成する発電セルの分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックを構成するインシュレータの一部斜視説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面説明図である。 前記インシュレータの一部斜視説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するインシュレータの一部斜視説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するインシュレータの一部分解斜視説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックの一部断面説明図である。 前記インシュレータの一部斜視説明図である。

図１及び図２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、複数の発電セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備える。積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１６ａ、インシュレータ（絶縁プレート）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（図２参照）。

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（絶縁プレート）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。燃料電池スタック１０は、専用の断熱部材、例えば、発電しないセル構造体（ダミーセル）を不要にする。

図１に示すように、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２４が配置される。各連結バー２４は、両端をエンドプレート２０ａ、２０ｂの内面にボルト２６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。なお、燃料電池スタック１０では、エンドプレート２０ａ、２０ｂを端板とする筐体を備え、前記筐体内に積層体１４を収容するように構成してもよい。

発電セル１２は、図３及び図４に示すように、電解質膜・電極構造体３０が、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４に挟持される。第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４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を波形にプレス成形して構成される金属セパレータを採用しているが、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。

発電セル１２の矢印Ｂ方向（図４中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）３６ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔（反応ガス排出連通孔）３８ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。

発電セル１２の矢印Ｂ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（反応ガス供給連通孔）３８ａ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔（反応ガス排出連通孔）３６ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。

発電セル１２の矢印Ｃ方向の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔４０ａが設けられる。発電セル１２の矢印Ｃ方向の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔４０ｂが設けられる。

第１セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、酸化剤ガス供給連通孔３６ａと酸化剤ガス排出連通孔３６ｂとに連通する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）４２が設けられる。酸化剤ガス流路４２は、水平方向（矢印Ｂ方向）に延在する複数本の流路溝を有する。

第２セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、燃料ガス供給連通孔３８ａと燃料ガス排出連通孔３８ｂとに連通する燃料ガス流路（反応ガス流路）４４が設けられる。燃料ガス流路４４は、水平方向（矢印Ｂ方向）に延在する複数本の流路溝を有する。

互いに隣接する発電セル１２を構成する第１セパレータ３２の面３２ｂと、第２セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４０ａと冷却媒体排出連通孔４０ｂとを連通する冷却媒体流路４６が設けられる。

第１セパレータ３２と第２セパレータ３４とには、シール部材４８とシール部材５０とが、一体的又は個別に設けられる。シール部材４８、５０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使用される。

電解質膜・電極構造体３０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜（又は炭化水素系膜）に水が含浸された固体高分子電解質膜５２と、前記固体高分子電解質膜５２を挟持するカソード電極５４及びアノード電極５６とを備える。

固体高分子電解質膜５２は、カソード電極５４及びアノード電極５６よりも大きな平面寸法（表面寸法）を有している。なお、電解質膜・電極構造体３０は、カソード電極５４とアノード電極５６とが互いに異なる平面寸法（表面寸法）に設定される段差ＭＥＡを構成してもよい。

カソード電極５４及びアノード電極５６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、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とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜５２の両面に形成されている。

図２に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部５８ａ、５８ｂが設けられる。端子部５８ａ、５８ｂは、絶縁性筒体６０に挿入されて、インシュレータ１８ａ、１８ｂの孔部６２ａ、６２ｂ及びエンドプレート２０ａ、２０ｂの孔部６４ａ、６４ｂを貫通して前記エンドプレート２０ａ、２０ｂの外部に突出する。

エンドプレート２０ａには、酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ、燃料ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス排出連通孔３８ｂが形成される。エンドプレート２０ｂには、冷却媒体供給連通孔４０ａ及び冷却媒体排出連通孔４０ｂが形成される。エンドプレート２０ａには、図示しないが、酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ、燃料ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス排出連通孔３８ｂの内周に、例えば、絶縁グロメット等による絶縁被膜が設けられ、絶縁性が確保されている。エンドプレート２０ｂには、冷却媒体供給連通孔４０ａ及び冷却媒体排出連通孔４０ｂの内周に、例えば、絶縁グロメット等による絶縁被膜が設けられ、絶縁性が確保されている。

インシュレータ１８ａ、１８ｂは、絶縁性材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成されている。インシュレータ１８ａ、１８ｂの中央部には、積層体１４側の端部が開口される凹状収容部６６ａ、６６ｂが形成される。凹状収容部６６ａ、６６ｂを構成する底面６８ａ、６８ｂの略中央には、孔部６２ａ、６２ｂが連通する。

図２及び図３に示すように、凹状収容部６６ａには、断熱部材７０ａ及びターミナルプレート１６ａが収容される。凹状収容部６６ｂには、断熱部材７０ｂ及びターミナルプレート１６ｂが収容される。

断熱部材７０ａは、発電セル１２（積層体１４）を構成する第１セパレータ３２の外周部を枠状に切断した波板状の金属製のプレート３２Ｐと、第２セパレータ３４の外周部を枠状に切断した波板状の金属製のプレート３４Ｐとを交互に、例えば、２組積層して構成される。断熱部材７０ａでは、プレート３２Ｐ、３４Ｐが当接することにより、これらの間に断熱用空間が形成される。プレート３２Ｐ、３４Ｐの外周寸法は、インシュレータ１８ａの凹状収容部６６ａの内周寸法と同等に設定される。

なお、発電セル１２が３種類の異なるセパレータから構成される場合には、３枚のセパレータを交互に積層してもよい。また、断熱部材７０ａは、プレート３２Ｐ、３４Ｐを１組、又は３組以上で構成してもよく、単一のプレート３２Ｐを複数枚積層してもよく、あるいは、単一のプレート３４Ｐを複数枚積層してもよい。さらに、発電セル用の金属セパレータではなく、端部専用の金属セパレータでもよい。

また、断熱部材７０ａは、空孔を保持し且つ通電性を有する部材であればよく、電気導電性を有する発泡金属、ハニカム形状金属（ハニカム部材）、又は多孔質カーボン（例えば、カーボンペーパ）のいずれかにより構成してもよい。断熱部材７０ａは、１枚でもよく、又は、複数枚を重ねてもよい。さらにまた、断熱部材７０ａは、例えば、金属プレートとカーボンプレートとを交互に積層してもよい。

なお、断熱部材７０ｂは、上記の断熱部材７０ａ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、エンドプレート２０ｂ（他方のエンドプレート）に隣接するインシュレータ１８ｂには、積層体１４側の端面（凹状収容部６６ｂが設けられる面）１８ｂｅに、酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ、燃料ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス排出連通孔３８ｂに連通する凹部７２ａ、７２ｂ、７４ａ及び７４ｂがそれぞれ所定の深さに形成される。

凹部７２ａ、７２ｂ、７４ａ及び７４ｂの開口断面形状は、酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ、燃料ガス供給連通孔３８ａ及び燃料ガス排出連通孔３８ｂの開口断面形状と同一形状に設定される。凹部７２ａ、７２ｂ、７４ａ及び７４ｂの底面には、突起部位として、それぞれ複数本の円柱部７６が一体成形される（図５参照）。

図３に示すように、円柱部７６の先端面７６ｅは、インシュレータ１８ｂの額縁状の端面１８ｂｅと同一平面上に配置される。なお、円柱部７６の先端面７６ｅは、端面１８ｂｅよりも低い高さに、すなわち、凹部７２ａ、７２ｂ、７４ａ及び７４ｂの深さよりも浅く設定されてもよい（図３中、二点鎖線参照）。

また、インシュレータ１８ｂには、少なくとも酸化剤ガス供給連通孔３６ａ及び燃料ガス供給連通孔３８ａに対向する凹部７２ａ及び凹部７４ａを設ければよい。酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ及び燃料ガス排出連通孔３８ｂに対向する凹部７２ｂ凹部７４ｂは、必要に応じて設けることができる。

図３に示すように、積層体１４のインシュレータ１８ａ側の積層方向端部に配置される第２セパレータ３４は、シール部材５０が前記インシュレータ１８ａの額縁状の端面１８ａｅに当接する。積層体１４のインシュレータ１８ｂ側の積層方向端部に配置される第１セパレータ３２は、シール部材４８が前記インシュレータ１８ｂの端面１８ｂｅに当接する。

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、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス供給連通孔３６ａ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の燃料ガス供給連通孔３８ａ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２０ｂの冷却媒体供給連通孔４０ａに供給される。

酸化剤ガスは、図４に示すように、酸化剤ガス供給連通孔３６ａから第１セパレータ３２の酸化剤ガス流路４２に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４２に沿って水平方向（矢印Ｂ方向）に流動しながら、電解質膜・電極構造体３０を構成するカソード電極５４に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３８ａから第２セパレータ３４の燃料ガス流路４４に導入される。この燃料ガスは、燃料ガス流路４４に沿って水平方向（矢印Ｂ方向）に流動しながら、電解質膜・電極構造体３０を構成するアノード電極５６に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体３０では、カソード電極５４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極５６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、発電が行われる。

次いで、カソード電極５４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３６ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、アノード電極５６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３８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体供給連通孔４０ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４間の冷却媒体流路４６に導入された後、矢印Ｃ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体排出連通孔４０ｂから排出される。

この場合、第１の実施形態では、図３に示すように、インシュレータ１８ｂの積層体１４側の面には、燃料ガス供給連通孔３８ａに連通する凹部７４ａが形成されるとともに、前記凹部７４ａには、複数本の円柱部７６が設けられている。このため、エンドプレート２０ａ側から燃料ガス供給連通孔３８ａに沿って積層方向に流通する燃料ガスは、積層体１４を通過してチャンバとしての凹部７４ａに導入される。

その際、図５に示すように、複数本の円柱部７６により燃料ガスの流れが乱されて、前記燃料ガスの流速が低下する。従って、積層体１４のインシュレータ１８ｂ側の積層方向端部に配置される発電セル１２、すなわち、端部セルでは、燃料ガスが燃料ガス供給連通孔３８ａから燃料ガス流路４４に円滑且つ確実に供給される（図３参照）。

さらに、インシュレータ１８ｂには、図２に示すように、酸化剤ガス供給連通孔３６ａに連通する凹部７２ａが形成されるとともに、前記凹部７２ａには、複数本の円柱部７６が設けられている。これにより、エンドプレート２０ａ側から酸化剤ガス供給連通孔３６ａに沿って積層方向に流通する酸化剤ガスは、積層体１４を通過してチャンバとしての凹部７２ａに導入され、流速が低下されている。

このため、積層体１４のインシュレータ１８ｂ側の積層方向端部に配置される発電セル１２、すなわち、端部セルでは、酸化剤ガスが酸化剤ガス供給連通孔３６ａから酸化剤ガス流路４２に円滑且つ確実に供給される。

従って、簡単且つコンパクトな構成で、端部セルへの燃料ガス及び酸化剤ガスの分配性を向上させることができる。しかも、端部セルの発電性能を良好に確保することが可能になるという効果が得られる。

また、インシュレータ１８ａの凹状収容部６６ａには、断熱部材７０ａ及びターミナルプレート１６ａが収容されている。一方、インシュレータ１８ｂの凹状収容部６６ｂには、断熱部材７０ｂ及びターミナルプレート１６ｂが収容されている。これにより、断熱部材７０ａ、７０ｂ及びターミナルプレート１６ａ、１６ｂの外周部からの放熱を良好に抑制することができ、端部セルの温度低下を確実に阻止す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８０の一部断面説明図を示す。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８０は、インシュレータ１８ｂに代えてインシュレータ８２を備える。インシュレータ８２には、燃料ガス供給連通孔３８ａに連通する凹部８４が形成される。なお、インシュレータ８２には、酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ及び燃料ガス排出連通孔３８ｂに連通する凹部（図示せず）が形成されているが、その説明は省略する。以下に示す他の実施形態でも同様である。

図６及び図７に示すように、凹部８４の底面には、突起部位として、複数本の四角錐部８６が一体成形される。四角錐部８６の先端は、インシュレータ８２の額縁状の端面（積層体１４側の面）８２ｅと同一平面上に配置される。

このように構成される第２の実施形態では、図６に示すように、燃料ガスが積層体１４を通過してチャンバとしての凹部８４に導入される。その際、複数本の四角錐部８６により燃料ガスの流れが乱されて、前記燃料ガスの流速が低下する。

従って、積層体１４のインシュレータ８２側の積層方向端部に配置される発電セル１２、すなわち、端部セルでは、燃料ガスが燃料ガス供給連通孔３８ａから燃料ガス流路４４に円滑且つ確実に供給される等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック９０を構成するインシュレータ（インシュレータ１８ｂに相当する）９２の一部斜視説明図を示す。

インシュレータ９２には、燃料ガス供給連通孔３８ａに連通する凹部９４が形成されるとともに、前記凹部９４の底面には、突起部位として、複数本の円錐部９６が一体成形される。円錐部９６の先端は、インシュレータ９２の額縁状の端面（積層体１４側の面）９２ｅと同一平面上に配置される。

このように構成される第３の実施形態では、凹部９４に複数本に円錐部９６が設けられている。これにより、燃料ガスの流速を低下させることができ、端部セルに前記燃料ガスを円滑且つ確実に供給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９は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタック１００を構成するインシュレータ（インシュレータ１８ｂに相当する）１０２の一部分解斜視説明図を示す。

インシュレータ１０２には、燃料ガス供給連通孔３８ａに連通する凹部１０４が形成されるとともに、前記凹部１０４には、突起部位として、突起部材１０６が収容される。突起部材１０６は、凹部１０４の底面に貼り付けられる板状部１０８と、前記板状部１０８に一体成形される複数本の四角錐部１１０とを有する。四角錐部１１０の先端は、インシュレータ１０２の額縁状の端面（積層体１４側の面）１０２ｅと同一平面上に配置される。

このように構成される第４の実施形態では、複数本の四角錐部１１０が板状部１０８に一体成形された突起部材１０６を備えている。このため、突起部位の製造作業が簡素化され、前記突起部位を経済的且つ確実に製造することが可能になるとともに、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第４の実施形態では、板状部１０８に複数本の四角錐部１１０（第２の実施形態に相当）が一体成形されているが、これに限定されるものではない。例えば、板状部１０８に、円柱部（第１の実施形態の円柱部７６に相当）や円錐部（第３の実施形態の円錐部９６に相当）を一体成形してもよい。

図１０は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタック１２０の一部断面説明図を示す。

燃料電池スタック１２０は、インシュレータ１８ｂに代えてインシュレータ１２２を備える。インシュレータ１２２には、燃料ガス供給連通孔３８ａに連通する凹部１２４が形成されるとともに、前記凹部１２４の開口部側には、段部を介して開口する広口部１２４ａが設けられる。なお、凹部１２４は、エンドプレート２０ｂの厚みまで入り込んでいてもよい。

広口部１２４ａには、突起部位として、パンチングメタル１２６が取り付けられる。図１０及び図１１に示すように、パンチングメタル１２６には、複数個の円形状の孔部１２６ａが形成される。なお、孔部１２６ａは、矩形状や長方形状の孔部でもよい。

このように構成される第５の実施形態では、図１０に示すように、燃料ガスが積層体１４を通過してパンチングメタル１２６に衝突して流速が低下するとともに、孔部１２６ａを通ってチャンバとしての凹部１２４に導入される。

さらに、燃料ガスは、凹部１２４から孔部１２６ａを通って、積層体１４のインシュレータ１２２側の積層方向端部に配置される発電セル１２、すなわち、端部セルに供給される。これにより、燃料ガスは、端部セルに円滑且つ確実に供給される等、上記の第１〜第４の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、第５の実施形態では、パンチングメタル１２６を用いているが、これに代えて、多孔体（例えば、多孔質部材等）を使用することができる。

１０、８０、９０、１００、１２０…燃料電池スタック
１２…発電セル １４…積層体
１６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、１８ｂ、８２、９２、１０２、１２２…インシュレータ
２０ａ、２０ｂ…エンドプレート ３０…電解質膜・電極構造体
３２、３４…セパレータ ３２Ｐ、３４Ｐ…プレート
３６ａ…酸化剤ガス供給連通孔 ３６ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
３８ａ…燃料ガス供給連通孔 ３８ｂ…燃料ガス排出連通孔
４０ａ…冷却媒体供給連通孔 ４０ｂ…冷却媒体排出連通孔
４２…酸化剤ガス流路 ４４…燃料ガス流路
４６…冷却媒体流路 ４８、５０…シール部材
５２…固体高分子電解質膜 ５４…カソード電極
５６…アノード電極 ６６ａ、６６ｂ…凹状収容部
７０ａ、７０ｂ…断熱部材
７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂ、８４、９４、１０４、１２４…凹部
７６…円柱部 ８６、１１０…四角錐部
９６…円錐部 １０６…突起部材
１０８…板状部 １２４ａ…広口部
１２６…パンチングメタル

Claims (4)

1. 電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが積層される積層体を備え、前記積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、インシュレータ及びエンドプレートが配設されるとともに、少なくとも燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを、電極面に沿って流通させる反応ガス流路と、前記反応ガス流路の入口側に連通し、前記反応ガスを前記積層方向に流通させる反応ガス供給連通孔と、前記反応ガス流路の出口側に連通し、前記反応ガスを前記積層方向に流通させる反応ガス排出連通孔とが設けられる燃料電池スタックであって、
   一方の前記エンドプレートには、前記反応ガス供給連通孔に連通する反応ガス入口と、前記反応ガス排出連通孔に連通する反応ガス出口とが形成され、
   他方の前記エンドプレート側に隣接する前記インシュレータには、少なくとも前記反応ガス供給連通孔に連通する凹部が形成されるとともに、前記凹部には、複数の突起部位が設けら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、前記突起部位は、前記インシュレータとは別部材に設けられ、該インシュレータの前記凹部の底部側又は開口部側に装着され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記載の燃料電池スタックにおいて、前記突起部位は、パンチングメタル又は多孔体により構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記インシュレータは、前記積層体に対向する面に凹状収容部を設けるとともに、
   前記凹状収容部には、断熱部材及び前記ターミナルプレートが収容されることを特徴とする燃料電池スタック。

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