JP2023168114A - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

【課題】トルネード構造の閉塞を抑制することができる燃料電池スタックを提供する。【解決手段】膜電極ガス拡散層接合体と、１対のセパレータと、セパレータ同士を接着させる枠状の樹脂シートと、を備える単セルを複数積層した燃料電池スタックであって、一方のセパレータにおいて、反応ガス供給孔及び反応ガス排出孔の少なくとも一方にトルネード構造が設けられており、トルネード構造は、反応ガス供給孔又は反応ガス排出孔の周囲を仕切る隔壁と、隔壁の周囲を囲み、反応ガスの流通が可能なトルネード部と、を有し、トルネード部は反応ガス流路と連通しており、隔壁は反応ガス供給孔又は反応ガス排出孔とトルネード部とを接続する複数の貫通孔を有しており、他方のセパレータは、樹脂シートを挟んで、一方の前記セパレータの前記トルネード部に対応する位置に空間を形成しており、樹脂シートは空間側に撓んでいる。【選択図】図６

Description

本願は燃料電池スタックに関する。

燃料電池スタックは燃料ガス及び酸化剤ガスとの電気化学反応によって電気エネルギーを取り出す発電装置であり、複数の単セルを積層して形成される。単セルは、電解質膜の両面に１対の触媒層及びガス拡散層が配置された膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｇａｓｓ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、ＭＥＧＡの両面を挟持する１対のセパレータとから形成されている。

セパレータは反応ガス（燃料ガス又は酸化剤ガス）を面方向に流通させる流路と、反応ガスを単セルの積層方向に流通させる反応ガス供給孔及び反応ガス排出孔を有している。そして、複数の単セルを反応ガス供給孔及び反応ガス排出孔が連通するように配置することにより、燃料電池スタックにおいて、反応ガスを内部に供給するための反応ガス入口マニホールドと、反応ガスを排出するための反応ガス出口マニホールドとを形成している。

ここで、単セルにおいて、燃料ガスはアノード側に流通し、酸化剤ガスはカソード側に流通する必要がある。そのため、一方の電極側を流通する反応ガスが他方の電極側に漏れることを防止する必要がある。そこで、単セルは、ガスバリア性を有する樹脂シートを１対のセパレータ間に配置し、樹脂シートで１対のセパレータ同士を接着することにより、上記の問題を防止している。

樹脂シートはガスバリア性を有するコア層とコア層の両面に配置される接着層とを有しており、セパレータの反応ガス供給孔及び反応ガス排出孔に対応する位置にそれぞれ貫通孔が設けられている。

このような燃料電池スタックの構造は例えば特許文献１に記載されている。特許文献１は、樹脂シートのマニホールド排水淵部に貫通孔を設け、貫通孔を介して発電により生成する液水の排出を促進する燃料電池スタックを開示している。

特開２０２１－１８０１５４号公報

セパレータは応反応ガス孔（反応ガス供給孔及び反応ガス排出孔）の周辺部にトルネード構造を有する場合がある。トルネード構造は、反応ガス孔の周囲を仕切る隔壁と、隔壁の周囲を囲むトルネード部とを有し、トルネード部は反応ガス流路と接続しており、隔壁は反応ガス孔とトルネード部とを接続する複数の貫通孔を有している。そして、反応ガスは貫通孔を介してトルネード部と反応ガス孔との間を流通することができる。

このように、セパレータがトルネード構造を有することにより、貫通孔を介した複数の反応ガスの流通経路を設けることができるため、例えばフラッディングにより１つの流通経路が閉塞されたとしても、その他の流通経路に反応ガスを流通させることができ、フラディングによる発電効率の低下を抑制することができる。

しかしながら、高出力時において、発電により生成される生成水の量は通常運転時よりも増加するため、多量に生成された生成水によりフラッディングが発生し、反応ガスの流通が阻害され、発電効率が低下する問題がある。

そこで、本開示の主な目的は、フラッディングを抑制することができる燃料電池スタックを提供することである。

本開示は上記課題を解決するための一つの態様として、膜電極ガス拡散層接合体と、膜電極ガス拡散層接合体を挟持する１対のセパレータと、１対のセパレータの間、且つ、膜電極ガス拡散層接合体の周囲に配置されセパレータ同士を接着させる枠状の樹脂シートと、を備える単セルを複数積層した燃料電池スタックであって、セパレータは、反応ガスをセパレータの面方向に流す反応ガス流路と、反応ガスを単セルの積層方向に流通させるための反応ガス供給孔及び反応ガス排出孔とを有し、樹脂シートは、膜電極ガス拡散層接合体を収容する開口部と、樹脂シート反応ガス供給孔及び樹脂シート反応ガス排出孔とを有し、燃料電池スタックは、反応ガス供給孔及び樹脂シート反応ガス供給孔が連通するように配置されることにより形成された反応ガス供給マニホールド、並びに、反応ガス排出孔及び樹脂シート反応ガス排出孔が連通するように配置されることにより形成された反応ガス排出マニホールドを有し、一方のセパレータにおいて、反応ガス供給孔及び反応ガス排出孔の少なくとも一方にトルネード構造が設けられており、トルネード構造は、反応ガス供給孔又は反応ガス排出孔の周囲を仕切る隔壁と、隔壁の周囲を囲み、反応ガスの流通が可能なトルネード部と、を有し、トルネード部は反応ガス流路と連通しており、他方のセパレータは、樹脂シートを挟んで、一方のセパレータのトルネード部に対応する位置に空間を形成しており、樹脂シートは空間側に撓んでいる、燃料電池スタックを提供する。

本開示の燃料電池スタックは、フラッディングを抑制することができる。

燃料電池スタック１００の斜視図である。 単セル５０の分解斜視図である。 アノード側セパレータ２０ａのＭＥＧＡ１０と接する面を積層方向から観察した概略図である。 カソード側セパレータ３０ｂのＭＥＧＡ１０と接する面を積層方向から観察した概略図である。 樹脂シート３０を積層方向から観察した概略図である。 アノード側セパレータ２０ａの燃料ガス供給孔２２ａにトルネード構造４０が設けられている場合の、単セル５０の燃料ガス供給マニホールドに着目した拡大図である。 図６のＶＩＩ－ＶＩＩで切断した断面図である。 図６のＶＩＩＩ―ＶＩＩＩで切断した断面図である。 生成水Ｗにより反応ガスの流通が阻害されている様子を表す断面図である。

［燃料電池スタック］
本開示の燃料電池スタックについて、一実施形態である燃料電池スタック１００を用いて説明する。図１に燃料電池スタック１００の斜視図を示した。図２に単セル５０の分解斜視図を示した。

図１に示した通り、燃料電池スタック１００は、単セル５０が複数積層されて形成されている。燃料電池スタック１００において、セル５０の積層数は特に限定されないが、典型的には２～２００である。燃料電池スタック１００は、積層方向の両端にエンドプレートを備えていてもよい。燃料電池スタック１００は、隣接する単セル５０の間にガスケットを配置してもよい。ガスケットの材料は、例えばシリコーンゴム等が挙げられる。

＜単セル５０＞
図２に示した通り、単セル５０は、膜電極ガス拡散層接合体１０（以下、「ＭＥＧＡ１０」ということがある。）と、膜電極ガス拡散層接合体１０を挟持する１対のセパレータ（アノード側セパレータ２０ａ、カソード側セパレータ２０ｂ）と、１対のセパレータの間、且つ、膜電極ガス拡散層接合体１０の周囲に配置され、１対のセパレータ同士を接着させる枠状の樹脂シート３０と、を備えている。

（膜電極ガス拡散層接合体）
ＭＥＧＡ１０は、アノードに燃料ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスが供給されることにより生じる電気化学反応により、電気エネルギーを取り出す発電装置である。燃料ガスとは、水素や改質ガス等である。酸化剤ガスとは、酸素や空気等である。

ＭＥＧＡ１０は電解質膜の両面にそれぞれ触媒層（アノード触媒層、カソード触媒層）及びガス拡散層（アノードガス拡散層、カソードガス拡散層）が形成されたものである。アノード触媒層及びアノードガス拡散層がアノードとして機能し、カソード触媒層及びカソードガス拡散層がカソードとして機能する。

電解質膜としては、例えばフッ素系樹脂等の固体高分子型電解質膜が挙げられる。触媒層は、電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有するカーボン粒子等を備えていてもよい。触媒金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）、及び、Ｐｔと他の金属とから成る合金（例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したＰｔ合金）等を用いることができる。ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であればよい。導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。

＜セパレータ＞
セパレータはアノード側セパレータ２０ａ及びカソード側セパレータ２０ｂを有している。単セル５０において、１対のセパレータはＭＥＧＡ１０を挟持している。１対のセパレータはいずれも、ＭＥＧＡ１０と接する面に反応ガスの流路である溝が形成されており、反応ガスをＭＥＧＡ１０に供給可能な構造を有している。また、１対のセパレータは導電性を有し、ＭＥＧＡ１０により発電された電気を集電する集電体としての機能を有する。

セパレータは反応ガスを面方向に流通させる流路（反応ガス流路）と、反応ガスを単セル５０の積層方向に流通させる反応ガス供給孔及び反応ガス排出孔を有している。反応ガス流路とセパレータ側反応ガスマニホールドとは連通しており、反応ガスが流通可能なように構成されている。また、セパレータは、冷媒を単セル５０の積層方向に流通させる冷媒供給孔及び冷媒排出孔を有している。ここで、反応ガスとは、燃料ガスと酸化剤ガスとを合わせた概念である。冷媒とは冷却水又は冷却空気等である。

図３にアノード側セパレータ２０ａのＭＥＧＡ１０と接する面を積層方向から観察した概略図を示した。また、図４にカソード側セパレータ２０ｂのＭＥＧＡ１０と接する面を積層方向から観察した概略図を示した。

反応ガス流路はセパレータのうちＭＥＧＡ１０と接する面に設けられている。反応ガスは反応ガス流路を通り、ＭＥＧＡ１０とセパレータとの間を流通する。これにより、ＭＥＧＡ１０において電気化学反応が生じる。アノード側セパレータ２０ａには燃料ガス流路２１ａが設けられており、カソード側セパレータ２０ｂには酸化剤ガス流路２１ｂが設けられている。

反応ガス供給孔及び反応ガス排出孔は反応ガスが積層方向に流通する貫通孔であり、反応ガスが外部から供給される方向に流通する方を反応ガス供給孔とし、反応ガスが外部に排出される方向に流通する方を反応ガス排出孔とする。反応ガス供給孔は、燃料ガスが流通する燃料ガス供給孔と、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス供給孔とを有する。反応ガス排出孔は、燃料ガスが流通する燃料ガス排出孔と、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス排出孔とを有する。

これらの反応ガス供給孔及び反応ガス排出孔は、アノード側セパレータ２０ａ及びカソード側セパレータ２０ｂのいずれにも形成されている。図３に示した通り、アノード側セパレータ２０ａは燃料ガス供給孔２２ａ、燃料ガス排出孔２３ａ、酸化剤ガス供給孔２４ａ、及び酸化剤ガス排出孔２５ａを有する。図４に示した通り、カソード側セパレータ２０ｂは燃料ガス供給孔２２ｂ、燃料ガス排出孔２３ｂ、酸化剤ガス供給孔２４ｂ、及び酸化剤ガス排出孔２５ｂを有する。

冷媒流路は、セパレータのうちＭＥＧＡ１０と接する面とは反対の面、すなわち、反応ガス流路が設けられていない側の面に設けられる。一例として、図２にアノード側セパレータ２０ａに設けられた冷媒流路３１ｃを示した。図示していないが、カソード側セパレータ２０ｂも冷媒流路を有している。冷媒は冷媒流路を通り、隣接する単セル５０間を流通する。これにより、発電等により温度が上昇した単セル５０を冷却することができる。

冷媒供給孔及び冷媒排出孔は冷媒が流通する貫通孔であり、冷媒が外部から供給される方向に流通する方を冷媒供給孔とし、冷媒が外部に排出される方向に流通する方を冷媒排出孔とする。これらの冷媒供給孔及び冷媒排出孔は、アノード側セパレータ２０ａ及びカソード側セパレータ２０ｂのいずれにも形成されている。図３に示した通り、アノード側セパレータ２０ａは冷媒供給孔２６ａ及び冷媒排出孔２７ａを有する。図４に示した通り、カソード側セパレータ２０ｂは冷媒供給孔２６ｂ及び冷媒排出孔２７ｂを有する。

セパレータはガス不透過の導電性部材から構成される。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成形した金属（例えば、鉄、アルミニウム、チタン及び、ステンレス等）の板等が挙げられる。

＜樹脂シート＞
樹脂シート３０は１対のセパレータの間、且つ、膜電極ガス拡散層接合体１０の周囲に配置され、１対のセパレータ同士を接着させる枠状の部材である。樹脂シート３０、ＭＥＧＡ１０に供給される反応ガスのクロスリークや発電要素の触媒層同士の電気的な短絡を防止するための部材である。図５に樹脂シート３０を積層方向から観察した概略図を示した。

樹脂シート３０は、ＭＥＧＡ１０を収納する開口部３１と、反応ガスが流通する樹脂シート反応ガス供給孔及び樹脂シート反応ガス排出孔とを有する。また、樹脂シート３０は、冷媒が流通する樹脂シート冷媒供給孔３６及び樹脂シート冷媒排出孔３７を有してもよい。

開口部３１はＭＥＧＡ１０を収納するための貫通孔であり、ＭＥＧＡ１０の周囲を囲うように形成されている。開口部３１の大きさはＭＥＧＡ１０の大きさに合わせて適宜設定する。

樹脂シート反応ガス供給孔及び樹脂シート反応ガス排出孔は、反応ガスが積層方向に流通する貫通孔である。燃料ガスが外部から供給される方向に流通する方を樹脂シート反応ガス供給孔とし、酸化剤ガスが外部に排出される方向に流通する方を樹脂シート反応ガス排出孔とする。図５に示したとおり、樹脂シート３０は、樹脂シート燃料ガス供給孔３２、樹脂シート燃料ガス排出孔３３、樹脂シート酸化剤ガス供給孔３４、及び樹脂シート酸化剤ガス排出孔３５を有している。

樹脂シート冷媒供給孔３６及び樹脂シート冷媒排出孔３７は、冷媒が積層方向に流通する貫通孔である。冷媒が外部から供給される方向に流通する方を樹脂シート冷媒供給孔３６とし、冷媒が外部に排出される方向に流通する方を樹脂シート冷媒排出孔３７とする。

樹脂シート３０は、樹脂シートはガスバリア性を有するコア層と、コア層の両面に配置される接着層とを有する。

コア層はガスシール性及び絶縁性を有する部材であればよく、燃料電池の製造工程での熱圧着時の温度条件下でも構造が変化しない樹脂により形成されていてもよい。コア層の材料は特に限定されず、公知の樹脂を用いることができる。例えば、コア層はポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂及びポリフェニルエーテル系樹脂から選択される少なくとも１種の樹脂を含んでいてもよい。また、コア層は上記樹脂のうち、軟化温度が１４０℃以上の樹脂を５０重量％以上含有してもよい。軟化温度が１４０℃以上の樹脂とは、例えばポリフェニルエーテル系樹脂である。

コア層の厚さは、ガスシール性及び絶縁性を担保する観点から、５μｍ以上であってもよく、３０μｍ以上であってもよく、セル厚さを低減する観点から、１００μｍ以下であってもよく、９０μｍ以下であってもよい。

接着層は、樹脂シート３０を介して、１対のセパレータ同士を接着する部材である。接着層は、セパレータと接触する部分にのみ設けられていてもよい。通常、接着層は樹脂シート３０の外枠に沿って設けられている。

接着層は、樹脂シート３０とセパレータとを接着してシール性を確保するために、他の物質との接着性が高く、熱圧着時の温度条件下で軟化し、樹脂シート３０よりも粘度及び融点が低い性質を有していてもよい。具体的には接着層は、ポリエステル系及び変性オレフィン系等の熱可塑性樹脂であってもよく、変性エポキシ樹脂である熱硬化性樹脂であってもよい。例えば、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、エポキシ変性ポリエチレン、エポキシ変性ポリプロピレン、酸変性ポリエチレン、及び、酸変性ポリプロピレン等であってもよい。

接着層の厚さは、接着性を担保する観点から、５μｍ以上であってもよく、３０μｍ以上であってもよく、セル厚さを低減する観点から、１００μｍ以下であってもよく、４０μｍ以下であってもよい。

セル化時の温度において、樹脂シート３０の弾性率は７００ＭＰａ以下でもよい。後述するように、樹脂シート３０を撓ませ易くするためである。より撓ませ易くする観点から、樹脂シート３０の弾性率は５００ＭＰａ以下でもよい。下限は特に限定されないが、例えば樹脂シート３０の弾性率は１００ＭＰａ以上でもよい。ここで、セル化温度は実際に用いるセル化温度を意味する。セル化温度は接着層の融点以上であればよい。例えば、１２０℃以上でもよく、１５０℃以上でもよい。ただし、樹脂シートの圧縮クリープを防止する観点から、２００℃以下とする。

＜マニホールド＞
燃料電池スタック１００は、反応ガス供給孔及び樹脂シート反応ガス供給孔が連通するように配置されることにより形成された反応ガス供給マニホールド、及び、反応ガス排出孔及び樹脂シート反応ガス排出孔が連通するように配置されることにより形成された反応ガス排出マニホールドを有する。図１に示した通り、反応ガス供給マニホールドは燃料ガス供給マニホールド１０２及び酸化剤ガス供給マニホールド１０４を有する。反応ガス排出マニホールドは燃料ガス排出マニホールド１０３及び酸化剤ガス排出マニホールド１０５を有する。

燃料ガス供給マニホールド１０２は燃料ガス供給孔２２ａ、２２ｂ及び樹脂シート燃料ガス供給孔３２が連通するように配置されることにより形成されている。燃料ガス排出マニホールド１０３は燃料ガス排出孔２３ａ、２３ｂ及び樹脂シート燃料ガス排出孔３３が連通するように配置されることにより形成されている。酸化剤ガス供給マニホールド１０４は酸化剤ガス供給孔２４ａ、２４ｂ及び樹脂シート酸化剤ガス供給孔３４が連通するように配置されることにより形成されている。酸化剤ガス排出マニホールド１０４は酸化剤ガス排出孔２４ａ、２４ｂ及び樹脂シート酸化剤ガス排出孔３４が連通するように配置されることにより形成されている。

また、燃料電池スタック１００は、冷媒供給孔２６ａ、２６ｂ及び樹脂シート冷媒供給孔３６が連通するように配置されることにより形成された冷媒供給マニホールド１０６、並びに、冷媒排出孔２７ａ、２７ｂ及び樹脂シート冷媒排出孔３７が連通するように配置されることにより形成された冷媒排出マニホールド１０７を有していてもよい。

これらのマニホールドに反応ガス又は冷媒が流通することにより、各単セル５０に反応ガス又は冷媒を供給することができる。

＜トルネード構造＞

図６に一例として、アノード側セパレータ２０ａ（上述の一方のセパレータ）の燃料ガス排出孔２３ａにトルネード構造４０が設けられている場合の、単セル５０の燃料ガス供給マニホールドを積層方向から観察した拡大図を示した。なお、図６では、アノード側セパレータ２０の内部構造を便宜的に透過して、実線で示している。また、図７に図６のＶＩＩ－ＶＩＩで切断した断面図、図８に図６のＶＩＩＩ―ＶＩＩＩで切断した断面図を示した。

図６～図８に示したように、アノード側セパレータ２０ａの燃料ガス排出孔２３ａにトルネード構造４０が設けられている。トルネード構造４０は、燃料ガス排出孔２３ａの周囲を仕切る隔壁４１と、隔壁４１の外側の周囲を囲み、燃料ガスの流通が可能なトルネード部４２と、を有している。また、隔壁４１は燃料ガス排出孔２３ａとトルネード部４２とを接続する複数の貫通孔４３を有している。

隔壁４１は燃料ガス排出孔２３ａの周囲を仕切り、燃料ガスが周囲に漏れないようにする部材である。一方で、隔壁４１は複数の貫通孔４３を有しており、貫通孔４３を介して、燃料ガスは燃料ガス排出孔２３ａとトルネード部４２との間を流通する。

貫通孔４３の配置位置は特に限定されず、いずれの位置に設けられていてもよい。貫通孔を複数設けることにより、フラッディングにより１つの流通経路が閉塞されたとしても、他の流通経路を確保することができるためである。図６では、隔壁４１の燃料ガス流路２１ａ側及びこれとは反対側にそれぞれ複数の貫通孔４３が配置されている。

トルネード部４２は反応ガス流路２１ａと連通しており、燃料ガスが流通可能である。従って、反応ガスは、図６の矢印で示したように、燃料ガス排出孔２３ａから貫通孔４３を介してトルネード部４２に流れ、トルネード部４２を流通して燃料ガス流路２１ａに到達する。ここで、トルネード部４２の燃料ガス流路２１ａ側を除く外側の周囲に隔壁（不図示）が設けられており、トルネード部４２に燃料ガスが流通しやすいように工夫されていてもよい。

アノード側セパレータ２０ａはトルネード構造４０を有する場合、対となるカソード側セパレータ２０ｂ（上述の他方のセパレータ）は、樹脂シート３０を挟んで、アノード側セパレータ２０ａのトルネード部４２に対応する位置に空間４４を形成している（図７、図８参照）。空間４４はアノード側セパレータ２０ａのトルネード部４２に対応する位置であって、カソード側セパレータ２０ｂと樹脂シート３０とに囲まれることにより形成される。具体的には、空間４４は底部４４ａと、底部４４ａから立設する側壁４４ｂ、４４ｃと、樹脂シート３０とに囲まれることにより形成された空間である。通常、側壁４４ｂ、４４ｃの端部４４ｄ、４４ｅと樹脂シート３０とが接着しているため、空間４４は閉塞している。図７、図８では、側壁４４ｂ、４４ｃの端部４４ｄ、４４ｅと樹脂シート３０とが接着している部分をシールライン４５ａ、４５ｂとして表した。

上述した通り、セパレータがトルネード構造を有することにより、貫通孔を介した複数の反応ガスの流通経路を設けることができる。例えばフラッディングにより１つの流通経路が閉塞されたとしても、その他の流通経路に反応ガスを流通させることができる。従って、トルネード構造によりフラディングによる発電効率の低下を抑制することができる。しかしながら、高出力時において、発電により生成される生成水の量は通常運転時よりも増加するため、多量に生成された生成水によりフラッディングが発生し、反応ガスの流通が阻害され、発電効率が低下する問題がある。図９に生成水Ｗにより反応ガスの流通が阻害されている様子を表す断面図を示した。

そこで、樹脂シート３０は、このような問題を抑制するために、空間４４側に撓んでいる。これにより、トルネード部４２の断面積を確保し、高出力時においても、反応ガスの流通を担保することができる。また、図７、図８に示した通り、撓んだ部分に生成水Ｗを貯留することができる。これらの効果が相まって、フラディングを抑制することができる。

樹脂シート３０は、トルネート部４２に対応する部分のうち少なくとも一部が撓んでいればよく、全体が撓んでいてもよい。樹脂シートの撓みはカソード側セパレータ２０ｂ（底部４４ａ）に接触するまで撓ませてもよい。これにより、樹脂シートを安定に保持することができる。また、生成水Ｗの貯留量を増加することができる。樹脂シート３０の撓みは、トルネート部４２に対応する空間４４にのみ生じさせてもよい。

樹脂シートを撓ませる方法は、例えば次のとおりである。１対のセパレータと樹脂シート３０とを接着して、単セル５０を作製する際に（セル化時に）、セル内部にガス圧をかけながら、加圧接着させる。あるいは、樹脂シート３０を撓ませてから単セル５０を組み立てる。

（補足）
上記では、アノード側セパレータ２０ａにトルネード構造が設けられている例を示したが、本開示はこれに限定されない。トルネード構造はカソード側セパレータ２０ｂに設けられていてもよい。また、上記では、燃料ガス排出孔にトルネード構造が設けられている例を示したが、本開示はこれに限定されない。トルネード構造は、燃料ガス供給孔に設けられていてもよく、酸化剤ガス供給孔に設けられていてもよく、酸化剤ガス排出孔に設けられていてもよい。フラディングによる問題をより抑制する観点から、トルネード構造は反応ガス排出孔（燃料ガス排出孔、酸化剤ガス排出孔）に設けられていてもよい。樹脂シート３０の撓みが設けられる位置も同様である。

従って、本開示においては、１対のセパレータのうち一方のセパレータにおいて、反応ガス供給孔及び反応ガス排出孔の少なくとも一方にトルネード構造が設けられており、トルネード構造は、反応ガス供給孔又は反応ガス排出孔の周囲を仕切る隔壁と、隔壁の周囲を囲み、反応ガスの流通が可能なトルネード部と、を有し、トルネード部は反応ガス流路と接続しており、隔壁は反応ガス供給孔又は反応ガス排出孔とトルネード部とを接続する複数の貫通孔を有しており、他方のセパレータは、樹脂シートを挟んで、一方のセパレータのトルネード部に対応する位置に空間を形成しており、樹脂シートは空間側に撓んでいる。

以上、本開示の燃料電池スタックについて、一実施形態を用いて説明した。本開示の燃料電池スタックは、樹脂シートが所定の撓みを有しているため、フラディングを抑制することができる。

１０ 発電要素
２０ａ アノード側セパレータ
２０ｂ カソード側セパレータ
２１ａ 燃料ガス流路
２１ｂ 酸化剤ガス流路
２１ｃ 冷媒流路
２２ａ、２２ｂ 燃料ガス供給孔
２３ａ、２３ｂ 燃料ガス排出孔
２４ａ、２４ｂ 酸化剤ガス供給孔
２５ａ、２５ｂ 酸化剤ガス排出孔
２６ａ、２６ｂ 冷媒供給孔
２７ａ、２７ｂ 冷媒排出孔
３０ 樹脂シート
３１ 開口部
３２ 樹脂シート燃料ガス供給孔
３３ 樹脂シート燃料ガス排出孔
３３ａ 切り込み
３４ 樹脂シート酸化剤ガス供給孔
３５ 樹脂シート酸化剤ガス排出孔
３６ 樹脂シート冷媒供給孔
３７ 樹脂シート冷媒排出孔
４０ トルネード構造
４１ 隔壁
４２ トルネード部
４３ 貫通孔
４４ 空間
４４ａ 底部
４４ｂ、４４ｃ 側壁
４４ｄ、４４ｅ 端部
４５ａ、４５ｂ シールライン
５０ 単セル
１００ 燃料電池スタック
１０２ 燃料ガス供給マニホールド
１０３ 燃料ガス排出マニホールド
１０４ 酸化剤ガス供給マニホールド
１０５ 酸化剤ガス排出マニホールド
１０６ 冷媒供給マニホールド
１０７ 冷媒排出マニホールド

Claims (1)

1. 膜電極ガス拡散層接合体と、前記膜電極ガス拡散層接合体を挟持する１対のセパレータと、１対の前記セパレータの間、且つ、前記膜電極ガス拡散層接合体の周囲に配置され前記セパレータ同士を接着させる枠状の樹脂シートと、を備える単セルを複数積層した燃料電池スタックであって、
   前記セパレータは、反応ガスを前記セパレータの面方向に流す反応ガス流路と、前記反応ガスを前記単セルの積層方向に流通させるための反応ガス供給孔及び反応ガス排出孔とを有し、
   前記樹脂シートは、前記膜電極ガス拡散層接合体を収容する開口部と、樹脂シート反応ガス供給孔及び樹脂シート反応ガス排出孔とを有し、
   前記燃料電池スタックは、前記反応ガス供給孔及び前記樹脂シート反応ガス供給孔が連通するように配置されることにより形成された反応ガス供給マニホールド、並びに、前記反応ガス排出孔及び前記樹脂シート反応ガス排出孔が連通するように配置されることにより形成された反応ガス排出マニホールドを有し、
   一方の前記セパレータにおいて、前記反応ガス供給孔及び前記反応ガス排出孔の少なくとも一方にトルネード構造が設けられており、
   前記トルネード構造は、前記反応ガス供給孔又は前記反応ガス排出孔の周囲を仕切る隔壁と、前記隔壁の周囲を囲み、反応ガスの流通が可能なトルネード部と、を有し、
   前記トルネード部は前記反応ガス流路と連通しており、
   他方の前記セパレータは、前記樹脂シートを挟んで、一方の前記セパレータの前記トルネード部に対応する位置に空間を形成しており、
   前記樹脂シートは前記空間側に撓んでいる、
   燃料電池スタック。