JP5781958B2

JP5781958B2 - 燃料電池スタック

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Publication number: JP5781958B2
Application number: JP2012035129A
Authority: JP
Inventors: 秀忠小嶋; 秀晴内藤; 成志好永; 由介奈良
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2032-02-21
Also published as: JP2013171721A

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層される複数の発電セルと、前記発電セルの積層方向両端に配置される端部セルとを備え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電解質膜の両側に、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、一対のセパレータによって挟持した発電セル（単位セル）を備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

一般的に、燃料電池スタックでは、外部への放熱により他の発電セルに比べて温度低下が惹起され易い発電セルが存在している。例えば、積層方向端部に配置されている発電セル（以下、端部発電セルともいう）は、例えば、各発電セルによって発電された電流を集める電力取り出し用ターミナルプレート（集電板）や、積層された発電セルを保持するために設けられたエンドプレート等からの放熱が多く、上記の温度低下が顕著になっている。

この温度低下によって、端部発電セルでは、燃料電池スタックの中央部分の発電セルに比べて結露が発生し易く、生成水の排出性が低下して発電性能が低下するという不具合が指摘されている。

そこで、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。この燃料電池は、図７に示すように、加熱装置１を備えるとともに、前記加熱装置１は、加熱部２と銅材製のガス通流部３とから構成されている。加熱部２は、銅材を用いて加圧板４の本体部とほぼ同一の厚さ寸法を持つ円筒状の外形と、その内部に円筒状の空洞部２ａを持つとともに、前記加圧板４の本体部に装着されている。ガス通流部３は、空洞部２ａを内側から気密に塞ぐとともに、中心部に酸化剤ガスを通流させる貫通穴３ａが形成されている。

空洞部２ａには、電気絶縁板５に設けられている熱媒通流用の通流路５ａを介して、単位燃料電池の積層体を冷却することでその温度が上昇された熱媒が供給されている。

特開平１０−１２２６２号公報

しかしながら、上記の特許文献１では、加圧板４に加熱装置１が組み込まれており、構造が相当に複雑化してしまう。これにより、燃料電池全体が複雑化且つ大型化し、経済的ではないという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、所望の発電性能を確実に維持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、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、発電面に平行して冷却媒体を流通させる冷却媒体流路と、前記冷却媒体流路に連通し、前記冷却媒体を積層方向に流通させる冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔とを有する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される積層体の積層方向両端には、前記発電セルの前記セパレータと同一のセパレータを設ける端部セルが配置さ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、積層体の冷却媒体供給連通孔の流れ方向下流側に配置される下流側端部セルは、発電セルの冷却媒体排出連通孔と同軸上に設けられ、前記冷却媒体排出連通孔から冷却媒体が供給される下流側冷却媒体供給連通孔と、前記下流側冷却媒体供給連通孔から導入される前記冷却媒体を、前記発電面に平行して流通させる下流側冷却媒体流路と、前記下流側冷却媒体流路から前記冷却媒体を排出するとともに、前記発電セルの前記冷却媒体供給連通孔と同軸上に設けられる下流側冷却媒体排出連通孔とを有している。

また、この燃料電池スタックでは、積層体と下流側端部セルとの間には、冷却媒体供給連通孔と下流側冷却媒体排出連通孔とを遮断する閉塞部位を有する一方、冷却媒体排出連通孔と下流側冷却媒体供給連通孔とを連通する中間プレートが介装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、中間プレートは、セパレータと同一部材であり、冷却媒体供給連通孔と下流側冷却媒体排出連通孔とに同軸上に配置される連通孔を、一体成形されたシール部材により閉塞することが好ましい。

さらにまた、この燃料電池スタックでは、積層体と端部セルとの積層方向両端には、エンドプレートが配設されるとともに、冷却媒体供給連通孔の流れ方向上流側に配置される一方のエンドプレートには、前記冷却媒体供給連通孔に繋がる冷却媒体供給マニホールド及び冷却媒体排出連通孔に繋がる冷却媒体排出マニホールドが設けられ、前記冷却媒体供給連通孔の流れ方向下流側に配置される他方のエンドプレートには、下流側冷却媒体排出連通孔に繋がる下流側冷却媒体排出マニホールドが設けられることが好ましい。

また、この燃料電池スタックでは、積層体の冷却媒体供給連通孔の流れ方向上流側に配置される上流側端部セルは、発電面に平行な上流側冷却媒体流路と、前記冷却媒体供給連通孔と同軸上に配置される上流側冷却媒体供給連通孔と、冷却媒体排出連通孔と同軸上に配置される上流側冷却媒体排出連通孔とを有するとともに、前記上流側冷却媒体供給連通孔と前記上流側冷却媒体流路とが遮断される一方、前記上流側冷却媒体排出連通孔と前記上流側冷却媒体流路とが連通することが好ましい。

本発明によれば、発電セルの冷却媒体流路を流通して昇温した冷却媒体は、冷却媒体排出連通孔に排出された後、下流側端部セルの下流側冷却媒体供給連通孔に供給されている。そして、高温の冷却媒体は、下流側冷却媒体流路を流通して下流側冷却媒体排出連通孔に排出されることにより、下流側端部セルが良好に保温される。これにより、簡単且つ経済的な構成で、所望の発電性能を確実に維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１中、ＩＩ−ＩＩ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要部分解斜視説明図である。前記発電セルを構成する第２金属セパレータの正面説明図である。前記燃料電池スタックを構成する上流側端部セルの要部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下流側端部セルの要部分解斜視説明図である。特許文献１に開示されている燃料電池の一部断面説明図である。

図１及び図２に示すように、本発明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、外方から第１端部セル１６ａ及び第２端部セル１６ｂが配設される。積層体１４の積層方向他端には、第３端部セル１６ｃ及び第４端部セル１６ｄが配設される。なお、積層体１４の一端と他端とでは、端部セルの数が異なってもよく、また、前記端部セルは、３枚以上でもよい。

第１端部セル１６ａ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、配設される一方、第４端部セル１６ｄ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。

燃料電池スタック１０は、例えば、四角形に構成される第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂを端板として含む箱状ケーシング（図示せず）により一体的に保持され、あるいは、矢印Ａ方向に延在する複数のタイロッド（図示せず）により一体的に締め付け保持される。

図１に示すように、第１ターミナルプレート２０ａ及び第２ターミナルプレート２０ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部２６ａ、２６ｂが設けられる。端子部２６ａ、２６ｂは、絶縁性筒体２８に挿入されて第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの外部に突出する。第１絶縁プレート２２ａ及び第２絶縁プレート２２ｂ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。

第１絶縁プレート２２ａ及び第２絶縁プレート２２ｂは、中央部に矩形状の凹部３０ａ、３０ｂが設けられるとともに、この凹部３０ａ、３０ｂの略中央に孔部３２ａ、３２ｂが形成される。凹部３０ａ、３０ｂには、第１ターミナルプレート２０ａ及び第２ターミナルプレート２０ｂが収容され、前記第１ターミナルプレート２０ａ及び第２ターミナルプレート２０ｂの端子部２６ａ、２６ｂが絶縁性筒体２８を介装して孔部３２ａ、３２ｂに挿入される。第１エンドプレート２４ａ及び第２エンドプレート２４ｂの略中央部には、孔部３２ａ、３２ｂと同軸的に孔部３４ａ、３４ｂが形成される。

発電セル１２は、図２及び図３に示すように、電解質膜・電極構造体３６と、前記電解質膜・電極構造体３６を挟持する第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ４０とを備える。第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ４０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板で構成されるが、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ４０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。

図３に示すように、第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ４０は、横長形状（長方形状）を有するとともに、短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に向かって配設される。なお、短辺が水平方向（矢印Ｂ方向）に向かって、又はセパレータ面が水平方向に向かって、配設されてもよい。

発電セル１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、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４２ａと、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４４ｂとが設けられる。

発電セル１２の長辺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４４ａと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔４２ｂとが設けられる。

発電セル１２の短辺方向（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２つの冷却媒体供給連通孔４６ａが設けられる。発電セル１２の短辺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２つの冷却媒体排出連通孔４６ｂが設けられる。なお、冷却媒体供給連通孔４６ａ及び冷却媒体排出連通孔４６ｂは、それぞれ１つでもよい。

図２に示すように、電解質膜・電極構造体３６は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜４８と、前記固体高分子電解質膜４８を挟持するカソード電極５０及びアノード電極５２とを備える。アノード電極５２は、カソード電極５０よりも小さな表面積に設定されるとともに、前記カソード電極５０は、固体高分子電解質膜４８と同等の表面積に設定され、所謂、段差ＭＥＡを構成する。

カソード電極５０及びアノード電極５２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４８の両面に形成される。

図３に示すように、第１金属セパレータ３８の電解質膜・電極構造体３６に向かう面３８ａには、酸化剤ガス供給連通孔４２ａと酸化剤ガス排出連通孔４２ｂとを連通する酸化剤ガス流路５４が形成される。酸化剤ガス流路５４は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状凸部５４ａ間に形成されるとともに、前記酸化剤ガス流路５４の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部５６ａ及び出口バッファ部５６ｂが設けられる。

図４に示すように、第２金属セパレータ４０の電解質膜・電極構造体３６に向かう面４０ａには、燃料ガス供給連通孔４４ａと燃料ガス排出連通孔４４ｂとを連通する燃料ガス流路５８が形成される。燃料ガス流路５８は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の波状凸部５８ａ間に形成されるとともに、前記燃料ガス流路５８の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部６０ａ及び出口バッファ部６０ｂが設けられる。

第２金属セパレータ４０の面４０ｂと第１金属セパレータ３８の面３８ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔４６ａと冷却媒体排出連通孔４６ｂとに連通する冷却媒体流路６２が形成される（図３参照）。冷却媒体流路６２は、電解質膜・電極構造体３６の電極範囲を周回して矢印Ｃ方向に冷却媒体を流通させる。

冷却媒体流路６２は、酸化剤ガス流路５４を構成する波状凸部５４ａの裏面形状と、燃料ガス流路５８を構成する波状凸部５８ａの裏面形状とを、互いに位相をずらして重ね合わせることにより、矢印Ｃ方向に延在して形成される。

第１金属セパレータ３８の面３８ａ、３８ｂには、この第１金属セパレータ３８の外周端縁部を周回して第１シール部材６４が一体成形される。第２金属セパレータ４０の面４０ａ、４０ｂには、この第２金属セパレータ４０の外周端縁部を周回して第２シール部材６６が一体成形される。第１シール部材６４及び第２シール部材６６としては、例えば、弾性を有する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が用いられる。

第１シール部材６４は、面３８ａ側で酸化剤ガス流路５４と酸化剤ガス供給連通孔４２ａ及び酸化剤ガス排出連通孔４２ｂとを連通し、且つこれらを囲繞する凸状シール部６４ａを有する。

図４に示すように、第２シール部材６６は、第２金属セパレータ４０の面４０ａで、燃料ガス流路５８と複数の供給孔部６８ａ及び複数の排出孔部６８ｂとを連通し、且つこれらを囲繞する凸状シール部６６ａを有する。図３に示すように、供給孔部６８ａは、燃料ガス供給連通孔４４ａに連通する一方、排出孔部６８ｂは、燃料ガス排出連通孔４４ｂに連通する。

第２シール部材６６は、第２金属セパレータ４０の面４０ｂで、冷却媒体流路６２と冷却媒体供給連通孔４６ａ及び冷却媒体排出連通孔４６ｂとを連通し、且つこれらを囲繞する凸状シール部６６ｂを有する。

図２に示すように、第１端部セル１６ａ及び第２端部セル１６ｂは、冷却媒体供給連通孔４６ａの流れ方向上流側に配置される上流側端部セルを構成する。図２及び図５に示すように、第１端部セル１６ａ及び第２端部セル１６ｂは、それぞれダミー電極構造体７０と、前記ダミー電極構造体７０を挟持する第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ７２とを備える。

ダミー電極構造体７０は、固体高分子電解質膜４８に対応する金属プレート７４と、前記金属プレート７４を挟持するカソード側カーボンペーパ７６及びアノード側カーボンペーパ７８とを備える。カソード側カーボンペーパ７６は、カソード電極５０を構成するガス拡散層に対応する一方、アノード側カーボンペーパ７８は、アノード電極５２を構成するガス拡散層に対応する。

第１金属セパレータ３８は、発電セル１２を構成する第１金属セパレータ３８と同一であり、共通に使用される。第２金属セパレータ７２は、発電セル１２を構成する第２金属セパレータ４０と略同一であり、共通に使用される。第２金属セパレータ７２には、第２シール部材６６が設けられるとともに、面４０ｂ側には、冷却媒体流路（上流側冷却媒体流路）６２_ｄｅｌと冷却媒体供給連通孔（上流側冷却媒体供給連通孔）４６ａとを遮断する凸状シール部６６ｃが設けられる。冷却媒体流路６２_ｄｅｌは、冷却媒体排出連通孔（上流側冷却媒体排出連通孔）４６ｂにのみ連通し、冷却媒体が滞留する。

図２に示すように、第３端部セル１６ｃ及び第４端部セル１６ｄは、冷却媒体供給連通孔４６ａの流れ方向下流側に配置される下流側端部セルを構成する。図２及び図６に示すように、第３端部セル１６ｃは、ダミー電極構造体７０と、前記ダミー電極構造体７０を挟持する第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ（中間プレート）８０とを備える。

第２金属セパレータ８０は、発電セル１２を構成する第２金属セパレータ４０と略同一であり、共通に使用される。第２金属セパレータ８０は、第２シール部材６６が設けられるとともに、前記第２シール部材６６は、冷却媒体供給連通孔４６ａにトリミング処理を行うことがなく、前記冷却媒体供給連通孔４６ａの位置にシール閉塞部位６６ｄを設ける。なお、中間プレートは、金属セパレータとは別部材により構成して介装してもよい。

第４端部セル１６ｄは、ダミー電極構造体７０と、前記ダミー電極構造体７０を挟持する第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ８２とを備える。

第２金属セパレータ８２は、発電セル１２を構成する第２金属セパレータ４０と略同一であり、共通に使用される。第２金属セパレータ８２は、矢印Ｃ方向の上端縁部に冷却媒体排出連通孔４６ｂ_ｒｅｖが設けられるとともに、矢印Ｃ方向の下端縁部に冷却媒体供給連通孔４６ａ_ｒｅｖが設けられる。

第２金属セパレータ８２の冷却媒体供給連通孔（下流側冷却媒体供給連通孔）４６ａ_ｒｅｖは、発電セル１２の冷却媒体排出連通孔４６ｂと同軸上に配置される。第２金属セパレータ８２の冷却媒体排出連通孔（下流側冷却媒体排出連通孔）４６ｂ_ｒｅｖは、発電セル１２の冷却媒体供給連通孔４６ａと同軸上に配置される。第２金属セパレータ８２の冷却媒体流路６２_ｒｅｖは、冷却媒体を鉛直下方向から上方に流通させる。

図２に示すように、第３端部セル１６ｃに隣接する発電セル１２では、第１金属セパレータ３８に第１シール部材６４が設けられるとともに、前記第１シール部材６４は、冷却媒体排出連通孔４６ｂにトリミング処理を行うことがなく、前記冷却媒体排出連通孔４６ｂの位置にシール閉塞部位６４ｂを設けることが好ましい。なお、トリミング処理により開口を設けてもよい。

図１に示すように、冷却媒体供給連通孔４６ａの流れ方向上流側に配置される第１エンドプレート（一方のエンドプレート）２４ａには、発電セル１２の酸化剤ガス供給連通孔４２ａ、酸化剤ガス排出連通孔４２ｂ、燃料ガス供給連通孔４４ａ、燃料ガス排出連通孔４４ｂ、冷却媒体供給連通孔４６ａ及び冷却媒体排出連通孔４６ｂに連通する酸化剤ガス供給マニホールド８４ａ、酸化剤ガス排出マニホールド８４ｂ、燃料ガス供給マニホールド８６ａ、燃料ガス排出マニホールド８６ｂ、冷却媒体供給マニホールド８８ａ及び冷却媒体排出マニホールド８８ｂが設けられる。

冷却媒体供給連通孔４６ａの流れ方向下流側に配置される第２エンドプレート（他方のエンドプレート）２４ｂには、下流側冷却媒体排出連通孔である冷却媒体排出連通孔４６ｂ_ｒｅｖに繋がる冷却媒体排出マニホールド（下流側冷却媒体排出マニホールド）８８ｂ_ｒｅｖが設けられる。

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、第１エンドプレート２４ａに設けられている酸化剤ガス供給マニホールド８４ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給マニホールド８６ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体供給マニホールド８８ａ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３に示すように、発電セル１２では、酸化剤ガスが酸化剤ガス供給連通孔４２ａから第１金属セパレータ３８の酸化剤ガス流路５４に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５４に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、電解質膜・電極構造体３６のカソード電極５０に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４４ａから第２金属セパレータ４０の供給孔部６８ａを通って燃料ガス流路５８に供給される。燃料ガスは、図４に示すように、燃料ガス流路５８に沿って水平方向（矢印Ｂ方向）に移動し、電解質膜・電極構造体３６のアノード電極５２に供給される（図３参照）。

従って、電解質膜・電極構造体３６では、カソード電極５０に供給される酸化剤ガスと、アノード電極５２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。

次いで、電解質膜・電極構造体３６のカソード電極５０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４２ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。一方、電解質膜・電極構造体３６のアノード電極５２に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部６８ｂを通り燃料ガス排出連通孔４４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、一対の冷却媒体供給連通孔４６ａに供給された冷却媒体は、図３に示すように、第１金属セパレータ３８及び第２金属セパレータ４０間の冷却媒体流路６２に導入される。冷却媒体は、矢印Ｃ方向（重力方向）に移動して電解質膜・電極構造体３６を冷却した後、一対の冷却媒体排出連通孔４６ｂに排出される。

この場合、本実施形態では、図６に示すように、第３端部セル１６ｃを構成する第２金属セパレータ８０は、冷却媒体供給連通孔４６ａの位置にシール閉塞部位６６ｄが設けられている。このため、積層体１４に沿って冷却媒体供給連通孔４６ａを流通する冷却媒体は、シール閉塞部位６６ｄを介して第３端部セル１６ｃの内部及び第４端部セル１６ｄの内部に移動することが阻止される（図２及び図６参照）。

その際、積層体１４の冷却媒体流路６２に沿って流通し昇温された冷却媒体は、第３端部セル１６ｃの冷却媒体排出連通孔４６ｂを通って第４端部セル１６ｄ側に流動する。第４端部セル１６ｄでは、発電セル１２の冷却媒体排出連通孔４６ｂと同軸上に冷却媒体供給連通孔４６ａ_ｒｅｖが設けられている。

従って、高温の冷却媒体は、第３端部セル１６ｃと第４端部セル１６ｄとの間に形成された冷却媒体流路６２_ｒｅｖに沿って鉛直下方向から上方に流通した後、冷却媒体排出連通孔４６ｂ_ｒｅｖに排出されている。これにより、下流側端部セルである第３端部セル１６ｃ及び第４端部セル１６ｄは、冷却媒体流路６２_ｒｅｖを高温の冷却媒体が流通することによって良好に保温される。このため、簡単且つ経済的な構成で、所望の発電性能を確実に維持することが可能になるという効果が得られる。

一方、図２及び図５に示すように、第１端部セル１６ａ及び第２端部セル１６ｂを構成する第２金属セパレータ７２には、冷却媒体流路６２_ｄｅｌと冷却媒体供給連通孔４６ａとを遮断する凸状シール部６６ｃが設けられている。従って、第１エンドプレート２４ａの冷却媒体供給マニホールド８８ａから導入された冷却媒体は、第１端部セル１６ａ及び第２端部セル１６ｂの冷却媒体供給連通孔４６ａを通って発電セル１２に供給される。

さらに、発電セル１２の冷却に使用されて昇温された冷却媒体は、第１端部セル１６ａ及び第２端部セル１６ｂの冷却媒体排出連通孔４６ｂに流通する。ここで、第１端部セル１６ａ及び第２端部セル１６ｂでは、各冷却媒体流路６２_ｄｅｌは、冷却媒体排出連通孔４６ｂにのみ連通している。

これにより、高温の冷却媒体は、冷却媒体排出連通孔４６ｂから冷却媒体流路６２_ｄｅｌに供給され、前記冷却媒体流路６２_ｄｅｌに高温の冷却媒体が滞留している。このため、簡単且つ経済的な構成で、第１端部セル１６ａ及び第２端部セル１６ｂを良好に保温することができる。

さらにまた、第１端部セル１６ａ〜第４端部セル１６ｄでは、発電セル１２を構成する第１金属セパレータ３８が使用されるとともに、前記発電セル１２を構成する第２金属セパレータ４０と略同一の第２金属セパレータ７２、８０及び８２が使用されている。従って、セパレータ成形用の金型数を良好に削減することができ、製造コストの高騰を抑制することが可能になるという効果が得られる。

１０…燃料電池スタック１２…発電セル
１４…積層体１６ａ〜１６ｄ…端部セル
２４ａ、２４ｂ…エンドプレート３６…電解質膜・電極構造体
３８、４０、７２、８０、８２…金属セパレータ
４２ａ…酸化剤ガス供給連通孔４２ｂ…酸化剤ガス排出連通孔
４４ａ…燃料ガス供給連通孔４４ｂ…燃料ガス排出連通孔
４６ａ、４６ａ_ｒｅｖ…冷却媒体供給連通孔
４６ｂ、４６ｂ_ｒｅｖ…冷却媒体排出連通孔
４８…固体高分子電解質膜５０…カソード電極
５２…アノード電極５４…酸化剤ガス流路
５８…燃料ガス流路６２、６２_ｄｅｌ、６２_ｒｅｖ…冷却媒体流路
６４、６６…シール部材６４ｂ、６６ｄ…シール閉塞部位
７０…ダミー電極構造体８４ａ…酸化剤ガス供給マニホールド
８４ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド８６ａ…燃料ガス供給マニホールド
８６ｂ…燃料ガス排出マニホールド８８ａ…冷却媒体供給マニホールド
８８ｂ、８８ｂ_ｒｅｖ…冷却媒体排出マニホールド

Claims

電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、発電面に平行して冷却媒体を流通させる冷却媒体流路と、前記冷却媒体流路に連通し、前記冷却媒体を積層方向に流通させる冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔とを有する発電セルを備え、複数の前記発電セルが積層される積層体の積層方向両端には、前記発電セルの前記セパレータと同一のセパレータを設ける端部セルが配置される燃料電池スタックであって、
前記積層体の前記冷却媒体供給連通孔の流れ方向下流側に配置される下流側端部セルは、前記発電セルの前記冷却媒体排出連通孔と同軸上に設けられ、該冷却媒体排出連通孔から前記冷却媒体が供給される下流側冷却媒体供給連通孔と、
前記下流側冷却媒体供給連通孔から導入される前記冷却媒体を、前記発電面に平行して流通させる下流側冷却媒体流路と、
前記下流側冷却媒体流路から前記冷却媒体を排出するとともに、前記発電セルの前記冷却媒体供給連通孔と同軸上に設けられる下流側冷却媒体排出連通孔と、
を有することを特徴とする燃料電池スタック。
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記積層体と前記下流側端部セルとの間には、前記冷却媒体供給連通孔と前記下流側冷却媒体排出連通孔とを遮断する閉塞部位を有する一方、前記冷却媒体排出連通孔と前記下流側冷却媒体供給連通孔とを連通する中間プレートが介装されることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、前記中間プレートは、前記セパレータと同一部材であり、
前記冷却媒体供給連通孔と前記下流側冷却媒体排出連通孔とに同軸上に配置される連通孔を、一体成形されたシール部材により閉塞することを特徴とする燃料電池スタック。
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、前記積層体と前記端部セルとの積層方向両端には、エンドプレートが配設されるとともに、
前記冷却媒体供給連通孔の流れ方向上流側に配置される一方のエンドプレートには、該冷却媒体供給連通孔に繋がる冷却媒体供給マニホールド及び前記冷却媒体排出連通孔に繋がる冷却媒体排出マニホールドが設けられ、
前記冷却媒体供給連通孔の流れ方向下流側に配置される他方のエンドプレートには、前記下流側冷却媒体排出連通孔に繋がる下流側冷却媒体排出マニホールドが設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックであって、前記積層体の前記冷却媒体供給連通孔の流れ方向上流側に配置される上流側端部セルは、前記発電面に平行な上流側冷却媒体流路と、
前記冷却媒体供給連通孔と同軸上に配置される上流側冷却媒体供給連通孔と、
前記冷却媒体排出連通孔と同軸上に配置される上流側冷却媒体排出連通孔と、
を有するとともに、
前記上流側冷却媒体供給連通孔と前記上流側冷却媒体流路とが遮断される一方、前記上流側冷却媒体排出連通孔と前記上流側冷却媒体流路とが連通することを特徴とする燃料電池スタック。