(57)【要約】【課題】冷却流体流通路に変位吸収部材を配設したときにも、セルユニットに曲げモーメントが生じることを防止する。【解決手段】二つのセパレータ４０，４１間に膜電極接合体３０を配設した複数のセルユニットＡ１を積層すると共に、隣接するセルユニットＡ１間に冷却流体を流通させるための冷却流体流通路Ｓ３ａ，Ｓ３ｂを夫々形成した燃料電池スタック１０において、冷却流体流通路Ｓ３ａ，Ｓ３ｂに、セルユニットＡ１の積層方向αにおける変位を吸収する複数の変位吸収突起５０を有する変位吸収部材Ｃａ，Ｃｂを設けると共に、変位吸収部材Ｃａ，Ｃｂの変位吸収突起５０が、セルユニットＡ１に生じる曲げモーメントを相殺するように配設した。【選択図】図６
2014003004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つのセパレータ間に膜電極接合体を配設した複数のセルユニットを積層すると共に、隣接するセルユニット間に冷却流体を流通させるための冷却流体流通路を夫々形成した燃料電池スタックにおいて、
冷却流体流通路に、セルユニットの積層方向における変位を吸収する複数の変位吸収突起を有する変位吸収部材を設けると共に、
変位吸収部材の変位吸収突起が、セルユニットに生じる曲げモーメントを相殺するように配設してあることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
セルユニットのアノードセパレータ側の冷却流体流通路に配設した変位吸収部材と、同セルユニットのカソードセパレータ側の冷却流体流通路に配設した変位吸収部材とを、互いの各変位吸収突起の荷重点が、セルユニットの積層方向において重なり合うように配置してあ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。
【請求項３】
セルユニットのアノードセパレータ側の冷却流体流通路に配設した変位吸収部材の変位吸収突起の基端部に作用する基端部荷重点と、同セルユニットのカソードセパレータ側の冷却流体流通路に配設した変位吸収部材の変位吸収突起の先端部に作用する先端部側荷重点とが、セルユニットの積層方向において重なり合うように配置してあ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。
【請求項４】
複数の変位吸収突起を一列に配置した奇数の突起列を有し、
各突起列のうちの中央の突起列を、冷却流体の流通方向と並行な中心線上に配置し、その中心線上に配置した突起列の変位吸収突起に作用する荷重点と、その中心線上に配置した突起列に並列している突起列の変位吸収突起に作用する荷重点との距離を等しくしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
奇数の変位吸収突起を一列に配置した奇数の突起列を有し、
各変位吸収突起のうちの中央の変位吸収突起を、冷却流体の流通方向と直交する中心線上に配列し、その中心線よりも流通方向の上流側に位置する変位吸収突起の先端部に作用する先端側荷重点と、その中心線よりも流通方向の下流側に位置する変位吸収突起の基端部に作用する基端側荷重点とを中心線対称に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
複数の変位吸収突起を一列に配置した奇数の突起列を有し、
各突起列のうちの中央の突起列を、冷却流体の流通方向と平行な中心線上に配置し、その中心線を挟む両側の突起列を中心線対称に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
複数の変位吸収突起を一列に配置した偶数の突起列を有し、
冷却流体の流通方向と平行な中心線を挟む両側に、突起列を中心線対称に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
中心線を挟んで最も内側に位置する二つの突起列の変位吸収突起を互いに同じ向きに傾斜させ、且つ、その外側に位置する突起列の変位吸収突起の傾斜を、一列毎に互いに異なる向きに傾斜させたことを特徴とする請求項６又は７に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
隣り合う冷却流体流通路毎に変位吸収突起を上下反転させて配設したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
変位吸収突起が、互いに交わる向きに傾けて複数配列してあり、
互いに対向する当該変位吸収突起同士の各セパレータとの接触部位が、冷却流体の流通方向又はこれと直交する方向において逆向きに配置してあることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１１】
変位吸収突起が、互いに独立して形成してあることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１２】
変位吸収突起が、板状体として形成してあり、その板厚面を流体流通方向に直角に向けて配列してあることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池スタック。
【請求項１３】
冷却流体の流通方向と交差する平面において互いに交わる向きに傾けた変位吸収突起を、その流通方向において交互に配列したことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルユニットを積層して成る燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のセルユニットとしては、燃料電池単セルとして特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の燃料電池単セルは、発電に寄与する領域に凹凸形状からなる燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を形成した膜電極接合体と、この膜電極接合体の一面に配置され、少なくとも配置される側の面が平坦な第１のセパレータと、膜電極接合体の他面に配置され、少なくとも配置される側の面が平坦な第２のセパレータとを備えている。
【０００３】
また、上記の燃料電池単セルは、第１のセパレータ又は第２のセパレータの何れかに接して設けられ且つ冷媒を流通させる冷媒流路（冷却流体流通路）を形成した波板形状の冷却板と、冷却板の上に配置される第３のセパレータとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４４３２５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したような従来の燃料電池単セルでは、本発明における変形吸収部材に相当する冷却板に作用する荷重点が、隣り合う燃料電池単セル間で対向していないときには、隣り合う燃料電池単セルの冷却板に作用する荷重点の位置によって、燃料電池単セル全体に曲げモーメントが発生し、セパレータの応力が増大して燃料電池単セルを損傷する虞があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、冷却流体流通路に変位吸収部材を配設したときにも、セルユニットに曲げモーメントが生じるのを防止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】
【０００７】
本発明の燃料電池スタックは、二つのセパレータ間に膜電極接合体を配設した複数のセルユニットを積層すると共に、隣接するセルユニット間に冷却流体を流通させるための冷却流体流通路を夫々形成した構造を有している。
【０００８】
そして、燃料電池スタックは、冷却流体流通路に、セルユニットの積層方向における変位を吸収する複数の変位吸収突起を有する変位吸収部材を設けると共に、変位吸収部材の変位吸収突起が、セルユニットに生じる曲げモーメントを相殺するように配設してある構成としており、上記構成をもって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】
【０００９】
本発明の燃料電池スタックによれば、冷却流体流通路に変位吸収部材を配設したときにも、セルユニットに曲げモーメントが生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの外観斜視図である。
【図２】同上の燃料電池スタックを分解して示す分解斜視図である。
【図３】同上の燃料電池スタックの一部をなす一例に係るセルユニットの平面図である。
【図４】図３に示すセルユニットを複数積み重ねるとともに、そのＩ‐Ｉ線に沿う部分拡大断面図である。
【図５】セルユニットの上下に区画形成された冷却流体流通路にそれぞれ配置する変位吸収部材の斜視図である。
【図６】図５に示す変位吸収部材を配設した３つのセルユニットをβ方向からみた部分断面図（Ａ）、及びその変位吸収部材を他の配設例を示す部分断面図（Ｂ）である。
【図７】セルユニットのアノードセパレータ側の冷却流体流通路に配置した第二の実施形態に係る変位吸収部材の平面図（Ａ）、及びセルユニットのカソードセパレータ側の冷却流体流通路に配置した他例に係る変位吸収部材の平面図（Ｂ）である。
【図８】セルユニットのアノードセパレータ側の冷却流体流通路に配置した第三の実施形態に係る変位吸収部材の平面図（Ａ）、及びセルユニットのカソードセパレータ側の冷却流体流通路に配置した第三の他例に係る変位吸収部材の平面図（Ｂ）である。
【図９】同上の第三の実施形態に係る変位吸収部材を冷却流体流通路に配設した状態を示す部分拡大断面図である。
【図１０】セルユニットのアノードセパレータ側の冷却流体流通路に配置した第四の実施形態に係る変位吸収部材の平面図（Ａ）、及びセルユニットのカソードセパレータ側の冷却流体流通路に配置した第四の他例に係る変位吸収部材の平面図（Ｂ）である。
【図１１】第五の実施形態に係る変位吸収部材の平面図（Ａ）、及びその部分拡大図（Ｂ）である。
【図１２】同上の第五の実施形態に係る変位吸収部材を冷却流体流通路に配設した状態を示す部分拡大断面図である。
【図１３】図３に示すＩ‐Ｉ線に相当する断面における部分断面図である。
【図１４】セルユニットのアノードセパレータと、そのセルユニットに隣り合う他のセルユニットのカソードセパレータとの間に区画形成される冷却流体流通路に配置した変位吸収部材の斜視図（Ａ）、セルユニットのカソードセパレータと、その一のセルユニットに隣り合う他のセルユニットのアノードセパレータとの間に区画形成される冷却流体流通路に配置する変位吸収部材の斜視図（Ｂ）である。
【図１５】二つの冷却流体流通路にそれぞれ配置した変位吸収部材に作用する荷重を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〈第一実施形態〉
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックの外観斜視図であり、図２は、その燃料電池スタックを分解して示す分解斜視図である。また、図３は、その燃料電池スタックを構成するセルユニットの平面図であり、図４は、図３に示すセルユニットを複数積み重ねた状態において、そのＩ‐Ｉ線に沿う部分拡大断面図である。
【００１２】
本発明の一実施形態に係る燃料電池スタック１０は、例えば、車両に搭載される固体高分子電解質型のものである。図１及び図２に示す燃料電池スタック１０は、一対のエンドプレート１１，１２の間に、集電板１３，１４及びセルユニットＡ１を複数積層し、且つ、両エンドプレート１１，１２により、複数のセルユニットＡ１同士を挟圧するようにして締結板１５，１６及び補強板１７，１７によって拘束したケース一体型構造のものである。なお、図２中において、符号１８で示すものはボルトであり、符号１９で示すものはスペーサである。
【００１３】
セルユニットＡ１は、膜電極接合体３０の両側に、それぞれ互いに異なる発電用ガスを流通させるためのガス流通路Ｓ１，Ｓ２（図４参照）を区画形成するようにしてアノード，カソードセパレータ４０，４１を配設したものである。発電用ガスは、水素含有ガス及び酸素含有ガスである。
【００１４】
膜電極接合体３０は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と呼ばれるものであり、例えば固体高分子からなる電解質膜をアノード電極とカソード電極（いずれも図示しない）とで挟んだ構造を有しており、樹脂製のフレーム２０（図２参照）の中央部分に配置してある。
【００１５】
上記の膜電極接合体３０は、図４に示すガス流通路Ｓ１に流通する水素含有ガスをアノード電極に供給すると共に、同図に示すガス流通路Ｓ２に流通する酸素含有ガスをカソード電極に供給することにより発電する。
【００１６】
図３に示すように、セルユニットＡ１の両側方には、水素含有ガス又は酸素含有ガスの供給及び排出を行うためのマニホールド部Ｈが夫々形成してある。一側方のマニホールド部Ｈは、マニホールド孔Ｈ１〜Ｈ３からなる。各マニホールド孔Ｈ１〜Ｈ３は、酸素含有ガス供給用（Ｈ１）、冷却流体供給用（Ｈ２）及び水素含有ガス供給用（Ｈ３）であり、図１、図２及び図４に示す積層方向αに夫々の流路を形成する。この実施形態における冷却流体は水であるが、これに限るものではなく、他の冷却用媒体を用いることもできる。
【００１７】
他側方のマニホールド部Ｈは、マニホールド孔Ｈ４〜Ｈ６からなる。各マニホールド孔Ｈ４〜Ｈ６は、水素含有ガス排出用（Ｈ４）、冷却流体排出用（Ｈ５）及び酸素含有ガス排出用（Ｈ６）であり、図１及び図２に示す積層方向αに夫々の流通路を形成する。なお、供給用と排出用は、一部又は全部が逆の位置関係でもよい。
【００１８】
フレーム２０は、例えば射出成形によって膜電極接合体３０と一体化してあり、この実施形態においては、積層方向αから見た正面視において横長方形にしている。アノード及びカソードのセパレータ４０，４１は、夫々ステンレス等の金属板を波形にプレス成形したものであり、フレーム２０とほぼ同じ形状で且つほぼ同じ大きさに形成してある。これらのセパレータ４０，４１は、波形状の断面を長辺方向に連続的に有し、波形の谷部により発電用ガスや冷却流体の流通路を形成する。
【００１９】
上記の構成を備えたセルユニットＡ１では、フレーム２０の一方側から他方側又は他方側から一方側に向けて水素含有ガス、酸素含有ガス及び冷却流体が流通する。すなわち、発電用ガス及び冷却流体は、セルユニットＡ１の長辺方向が流通方向βである。
【００２０】
上記の膜電極接合体３０及びアノード及びカソードのセパレータ４０，４１は、これらの周縁にシーリングを施して液密的に接合することによりセルユニットＡ１を構成している。図４に示すように、互いに積層した三つのセルユニットＡ１，Ａ１，Ａ１のうち、中央のセルユニットＡ１のアノード及びカソードのセパレータ４０，４１と図示上側のセルユニットＡ１のカソードセパレータ４１、図示下側のセルユニットＡ１のアノードセパレータ４０同士を液密的に接合し、それらの間に冷却流体を流通させるための冷却流体流通路Ｓ３ａ，Ｓ３ｂを形成している。
【００２１】
また、フレーム２０及びアノード及びカソードセパレータ４０，４１の夫々のマニホールドＨが互いに連通して、セルユニットＡ１の積層方向αにおける発電用ガス連通孔及び冷却流体連通孔を形成している。
【００２２】
図５は、セルユニットの上下に区画形成された冷却流体流通路に夫々配置する変位吸収部材の斜視図であり、図６（Ａ）は、図５に示す変位吸収部材を配設した３つのセルユニットをβ方向からみた部分断面図であり、図６（Ｂ）は、その変位吸収部材の他の例を示す部分断面図である。
【００２３】
この実施形態の燃料電池スタック１０は、冷却流体流通路Ｓ３ａ，Ｓ３ｂに、セルユニットＡ１の積層方向αにおける変位を吸収する複数の変位吸収突起５０を有する変位吸収部材Ｃａ，Ｃｂを設けると共に、変位吸収部材Ｃａ，Ｃｂの変位吸収突起５０が、セルユニットＡ１に生じる曲げモーメントを相殺するように配設してある。
【００２４】
この実施形態の変位吸収部材Ｃａ，Ｃｂは、互いに同一の構造のものであり、冷却流体流通路Ｓ３ｂに配置した変位吸収部材Ｃｂを、冷却流体流通路Ｓ３ａに配置した変位吸収部材Ｃａに対し、冷却流体の流通方向βにおいて１８０度回転させた状態で配置している。このような部品の共通化により、コストの低減を図っているが、これに限るものではない。以下においては、一方の冷却流体流通路Ｓ３ａに配置した変位吸収部材Ｃａについて説明し、他方の冷却流体流通路Ｓ３ｂに配設した変位吸収部材Ｃｂについては、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２５】
変位吸収部材Ｃａは、図４〜６に示すように、導電性の金属板からなる基板５１に複数の変位吸収突起５０を一体成形したものである。変位吸収突起５０は、流通方向βに一定間隔で配置して突起列とし、流通方向βに直交する方向γに５つの突起列Ｃ１〜Ｃ５を一定間隔で配置している。このとき、各変位吸収突起５０は、図４に示すように、セパレータ４０，４１の波形の山部に対応する間隔で配置してあると共に、図６に示すように、基端側加重点Ｐ１及び先端側荷重点Ｐ２が流通方向βに整列している。
【００２６】
なお、本実施形態においては、説明の簡略化のために、５つの突起列Ｃ１〜Ｃ５を例示しているが、実際には、さらに多数の変位吸収突起５０を縦横に配置する。
【００２７】
変位吸収突起５０は、冷却流体流通路Ｓ３ａ内を流通する冷却流体の流通方向βと平行な平面において同一方向に傾斜しており、且つ互いに同じ形状で同じ大きさの板状体にして形成してある。
【００２８】
この変位吸収突起５０は、先端部を自由端とし且つ基端部を固定端とした片持ち梁構造であって、流通方向βから見たときに横長方形を成しており、基板５１から切り起こすことにより一体に形成してある。
【００２９】
また、変位吸収突起５０は、基板５１から所要の角度で傾斜している連結片５０Ａと、この連結片５０Ａよりも浅い角度に傾斜している接触片５０Ｂとを形成したものであり、自由端である接触片５０Ｂがカソードセパレータ４１に弾性的に当接する。この変位吸収突起５０は、鋭角を成す板面部を流通方向βの下流側に向けて配列している。
【００３０】
そして、燃料電池スタック１０は、セルユニットＡ１のアノードセパレータ側の冷却流体流通路Ｓ３ａに配設した変位吸収部材Ｃａと、同セルユニットＡ１のカソードセパレータ側の冷却流体流通路Ｓ３ｂに配設した変位吸収部材Ｃｂとを、互いの各変位吸収突起５０の荷重点が、セルユニットＡ１の積層方向αにおいて重なり合うように配置してある。
【００３１】
とくに、この実施形態では、セルユニットＡ１のアノードセパレータ４０側の冷却流体流通路Ｓ３ａに配設した変位吸収部材Ｃａの変位吸収突起５０に作用する基端側荷重点Ｐ１と、同セルユニットＡ１のカソードセパレータ４１側の冷却流体流通路Ｓ３ｂに配設した変位吸収部材Ｃｂの変位吸収突起５０に作用する先端側荷重点Ｐ２とが、セルユニットＡ１の積層方向αにおいて互いに重なり合うように配置してある。
【００３２】
上記した変位吸収突起５０の基端側荷重点Ｐ１は、変位吸収突起５０の基端部に作用する荷重を示すものである。また、変位吸収突起５０の先端側荷重点Ｐ２は、変位吸収突起５０の先端部に作用する荷重を示すものである。なお、上記した「荷重点」という文言は、冷却流体の流通方向βに直交する直交方向γから見たときの表現であって、流通方向βから見たときは「荷重線」となるものであるが、それらは同じ意味である。
【００３３】
変位吸収突起５０を上記のように配列することにより、一方の変位吸収部材Ｃａの変位吸収突起５０の基端側荷重点Ｐ１に作用する荷重の方向と、他方の変位吸収部材Ｃｂの変位吸収突起５０の先端側荷重点Ｐ２に作用する荷重の方向とが、互いに向き合って積層方向αに一致しているので、その間に介在するセルユニットＡ１に曲げモーメントが生じることがない。
【００３４】
上記した変位吸収突起５０は、打ち抜き加工等の切断加工や、エッチング加工等のように材料の除去を伴う加工により、縁取りした部分を折り曲げることで微細構造に形成することもできる。
【００３５】
図６（Ｂ）に示す燃料電池スタック１０は、セルユニットＡ１のアノードセパレータ４０側の冷却流体流通路Ｓ３ａに配設した変位吸収部材Ｃａを、上下逆向きにして配設したものである。この場合にも、一方の変位吸収部材Ｃａの変位吸収突起５０の基端側荷重点Ｐ１に作用する荷重の方向と、他方の変位吸収部材Ｃｂの変位吸収突起５０の基端側荷重点Ｐ１に作用する荷重の方向とが、互いに向き合って積層方向αに一致する。また、一方の変位吸収部材Ｃａの変位吸収突起５０の先端側荷重点Ｐ２に作用する荷重の方向と、他方の変位吸収部材Ｃｂの変位吸収突起５０の先端側荷重点Ｐ２に作用する荷重の方向とが、互いに向き合って積層方向αに一致する。これにより、両変位吸収部材Ｃａ，Ｃｂの間に介在する各セルユニットＡ１に曲げモーメントが生じることがない。
【００３６】
〈第二実施形態〉
図７（Ａ）は、セルユニットのアノードセパレータ側の冷却流体流通路に配置した第二の実施形態に係る変位吸収部材の平面図であり、（Ｂ）は、セルユニットのカソードセパレータ側の冷却流体流通路に配置した他例に係る変位吸収部材の平面図である。第二の実施形態に係る変位吸収部材Ｃｃは、突起列Ｃ１〜Ｃ６の配列形態が相違している。各突起列Ｃ１〜Ｃ６は、流通方向βにおいて夫々５つの変位吸収突起５０ａ〜５０ｅを一列に配置したものである。
【００３７】
この変位吸収部材Ｃｃは、各突起列Ｃ１〜Ｃ６の中央に配置した変位吸収突起５０ｃの基端側荷重点Ｐ１及び先端側荷重点Ｐ２を二分する位置を、流通方向βに直交する方向γにおいて通過する中心線Ｏ１から、流通方向βの上流側及び下流側における各変位吸収突起５０ａ〜５０ｅの各基端側荷重点Ｐ１及び先端側荷重点Ｐ２までの寸法を夫々等しくしたものである。なお、荷重点Ｐ１，Ｐ２は、一部の変位吸収突起５０に図示したが、当然全ての変位吸収突起５０に存在する。
【００３８】
具体的には、中心線Ｏ１から変位吸収突起５０ｃの基端側荷重点Ｐ１の寸法をＬ１としたとき、その変位吸収突起５０ｃの先端側荷重点Ｐ２の寸法もＬ１としている。変位吸収突起５０ｂと変位吸収突起５０ｄとの関係においては、中心線Ｏ１から変位吸収突起５０ｂの先端側荷重点Ｐ２までの寸法をＬ２としたとき、その中心線Ｏ１から変位吸収突起５０ｄの基端側荷重点Ｐ１までの寸法をＬ２としている。また、中心線Ｏ１から変位吸収突起５０ｂの基端側荷重点Ｐ１までの寸法をＬ３としたとき、その中心線Ｏ１から変位吸収突起５０ｄの先端側荷重点Ｐ２までの寸法をＬ３としている。
【００３９】
変位吸収突起５０ａと変位吸収突起５０ｅとの関係においては、中心線Ｏ１から変位吸収突起５０ａの先端側荷重点Ｐ２までの寸法をＬ４としたとき、その中心線Ｏ１から変位吸収突起５０ｅの基端側荷重点Ｐ１までの寸法をＬ４としている。また、中心線Ｏ１から変位吸収突起５０ａの基端側荷重点Ｐ１までの寸法をＬ５としたとき、その中心線Ｏ１から変位吸収突起５０ｅの先端側荷重点Ｐ２までの寸法をＬ５としている。
【００４０】
上記した第二の実施形態に係る変位吸収部材Ｃｃは、図７（Ａ）に示す向きにして冷却流体流通路Ｓ３ａに配置する一方、その変位吸収部材Ｃｃを、図７（Ｂ）に示すように、面内方向に１８０度回転させた状態にして冷却流体流通路Ｓ３ｂに配置する。
【００４１】
これにより、一方の冷却流体流通路Ｓ３ａに配置した変位吸収部材Ｃｃの変位吸収突起５０の基端側荷重点Ｐ１に作用する荷重の方向と、他方の冷却流体流通路Ｓ３ｂに配置した変位吸収部材Ｃｃの変位吸収突起５０の先端側荷重点Ｐ２に作用する荷重の方向とが、互いに向き合って積層方向αに一致し、これら間に介在するセルユニットＡ１に曲げモーメントが生じることがない。また、一種類の変位吸収部材Ｃｃを用いればよいので、製造コストの低減を図ることができる。
【００４２】
〈第三実施形態〉
図８（Ａ）は、セルユニットのアノードセパレータ側の冷却流体流通路に配置した第三の他例に係る変位吸収部材の平面図であり、（Ｂ）は、セルユニットのカソードセパレータ側の冷却流体流通路に配置した第三の実施形態に係る変位吸収部材の平面図である。図９は、第三の実施形態に係る変位吸収部材を冷却流体流通路に配設した状態を示す部分拡大断面図である。
【００４３】
第三の実施形態に係る変位吸収部材Ｃｄは、突起列Ｃ１〜Ｃ５の配列形態が上述したものと相違している。突起列Ｃ１〜Ｃ５は、流通方向βにおいて夫々５つの変位吸収突起５０ａ〜５０ｅを配列したものである。
【００４４】
図示の変位吸収部材Ｃｄは、各突起列Ｃ１〜Ｃ５の中央に配列した突起列Ｃ３を、流通方向βと平行な中心線Ｏ２上に位置させているとともに、他の突起列Ｃ２，Ｃ１，Ｃ４，Ｃ５を互いに等間隔Ｗ１，Ｗ２（図９参照）に配置している。
【００４５】
図８（Ａ）において上側となる第１の突起列Ｃ１を形成する各変位吸収突起５０ａ〜５０ｅは、上記した冷却流体流通路Ｓ３ａ内を流通する冷却流体の流通方向βと平行な平面において同一方向に傾斜し、且つ互いに同じ形状で同じ大吉舎の板状体に形成してある。これらの変位吸収突起５０ａ〜５０ｅは、鋭角を成す板面部を流通方向βの下流側に向けて配列してある。
【００４６】
第２の突起列Ｃ２を形成する変位吸収突起５０ａ〜５０ｅは、冷却流体流通路Ｓ３ａ内を流通する冷却流体の流通方向βと平行な平面において、第１の突起列Ｃ１のものとは逆方向に傾斜し、且つ互いに同じ形状で同じ大きさの板状体に形成してある。すなわち、これらの変位吸収突起５０ａ〜５０ｅは、鋭角を成す板面部を流通方向βの上流側に向けて配列している。
【００４７】
この実施形態においては、奇数列Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５の変位吸収突起５０を流通方向βの下流側に向けて傾斜させ、偶数列Ｃ２，Ｃ４の変位吸収突起５０を流通方向βの上流側に向けて傾斜させている。
【００４８】
また、各列の隣り合う変位吸収突起５０ａ〜５０ｅ，５０ａ〜５０ｅの各基端側荷重点Ｐ１及び先端側荷重点Ｐ２は、流通方向βに直交する方向γにおいて一直線上に配列してある。
【００４９】
上記した第三の実施形態に係る変位吸収部材Ｃｄは、図８（Ａ）に示す向きにして冷却流体流通路Ｓ３ａに配置する一方、同一構成の別の変位吸収部材Ｃｄを、図（Ｂ）に示すように、面内方向に１８０度回転させた状態にして冷却流体流通路Ｓ３ｂに配置する。
【００５０】
これにより、一方の冷却流体流通路Ｓ３ａに配置した変位吸収部材Ｃｄの変位吸収突起５０の基端側荷重点Ｐ１に作用する荷重の方向と、他方の冷却流体流通路Ｓ３ｂに配置した変位吸収部材Ｃｃの変位吸収突起５０の先端側荷重点Ｐ２に作用する荷重の方向とが、互いに向き合って積層方向αに一致し、それらの間に介在するセルユニットＡ１に曲げモーメントが生じることがない。また、奇数列Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５と偶数列Ｃ２，Ｃ４とで変位吸収突起５０の傾斜方向を逆向きにすることで、流通方向βにおける荷重の偏りを抑制することができる。
【００５１】
〈第四実施形態〉
図１０（Ａ）は、セルユニットのアノードセパレータ側の冷却流体流通路に配置した第四の実施形態に係る変位吸収部材の平面図であり、（Ｂ）は、セルユニットのカソードセパレータ側の冷却流体流通路に配置した第四の実施形態に係る変位吸収部材の平面図である。
【００５２】
第四の実施形態に係る変位吸収部材Ｃｅは、突起列Ｃ１〜Ｃ６の配列形態が上記したものと相違している。突起列Ｃ１〜Ｃ６は、流通方向βにおいて夫々５つの変位吸収突起５０ａ〜５０ｅを一列に配置したものである。
【００５３】
この変位吸収部材Ｃｅは、流通方向βに平行な中心線Ｏ２の両側に、他の突起列Ｃ３，Ｃ２，Ｃ１、Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６を互いに等間隔Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３にして配列している。
【００５４】
図１０（Ａ）において上側となる第１の突起列Ｃ１を形成する変位吸収突起５０ａ〜５０ｅは、一方の冷却流体流通路Ｓ３ａ内を流通する冷却流体の流通方向βと平行な平面において同一方向に傾斜し、且つ、互いに同じ形状で同じ大きさの板状体に形成してある。これらの変位吸収突起５０ａ〜５０ｅは、鋭角を成す板面部を流通方向βの上流側に向けて配置してある。
【００５５】
第２の突起列Ｃ２をなす変位吸収突起５０ａ〜５０ｅは、一方の冷却流体流通路Ｓ３ａ内を流通する冷却流体の流通方向βと平行な平面において、上記突起列Ｃ１のものとは逆方向に傾斜し、且つ、互いに同じ形状で同じ大きさの板状体に形成してある。これらの変位吸収突起５０ａ〜５０ｅは、鋭角を成す板面部を流通方向βの下流側に向けて配置してある。
【００５６】
この実施形態においては、奇数列Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５の変位吸収突起５０は、鋭角を成す板面部を流通方向βの上流側に向けて傾斜させ、偶数列Ｃ２，Ｃ４，Ｃ６の変位吸収突起５０は、鋭角を成す板面部を流通方向βの下流側に向けて傾斜させている。
【００５７】
また、各列の隣り合う変位吸収突起５０ａ〜５０ｅ，５０ａ〜５０ｅの各基端側荷重点Ｐ１及び先端側荷重点Ｐ２は、直交方向γにおいて一直線上に配列している。
【００５８】
上記した第四の実施形態に係る変位吸収部材Ｃｅは、図１０（Ａ）に示す向きにして一方の冷却流体流通路に配置する一方、同一構成の別の変位吸収部材Ｃｅを、図１０（Ｂ）に示すように、面内方向に１８０度回転させた状態にして、他方の冷却流体流通路に配置する。
【００５９】
これにより、上述したように、一方の冷却流体流通路Ｓ３ａに配置した変位吸収部材Ｃｅの変位吸収突起５０ａ〜５０ｅの基端側荷重点Ｐ１に作用する荷重の方向と、他方の冷却流体流通路Ｓ３ｂに配置した変位吸収部材Ｃｅの変位吸収突起５０ａ〜５０ｅの先端側荷重点Ｐ２に作用する荷重の方向とが、互いに向き合って積層方向αに一致し、これらの間に介在するセルユニットＡ１に曲げモーメントが生じないことは、上記したものと同様である。
【００６０】
〈第五実施形態〉
図１１（Ａ）は、第五の実施形態に係る変位吸収部材の平面図であり、（Ｂ）は、その部分拡大図である。図１２は、その第五の実施形態に係る変位吸収部材を冷却流体流通路に配設した状態を示す部分拡大断面図である。
【００６１】
第五の実施形態に係る変位吸収部材Ｃｆは、導電性の金属板からなる基板５１Ａに突起列Ｃ１〜Ｃ５を互いに独立して、且つ一体成形したものである。各突起列Ｃ１〜Ｃ５は、互いに同じ一定幅にした帯状体に形成してあると共に、流通方向βにおいて、４つの上側荷重点Ｐ２ａ〜ｄと４つの下側荷重点Ｐ１ａ〜ｄとを有する例えば正弦波形に凹凸形成したものである。
【００６２】
この変位吸収部材Ｃｆは、各突起列Ｃ１〜Ｃ５の中央に配置した上側荷重点Ｐ２ｃと下側荷重点Ｐ１ｂとを二分する位置において、上記した直交方向γと並行な中心線Ｏ１から、流通方向βの上流側及び下流側における各上側荷重点Ｐ２ａ〜ｄと下側荷重点Ｐ１ａ〜ｄまでの各寸法Ｌ１〜Ｌ４をそれぞれ等しくしている。この実施形態においては、上側荷重点Ｐ２ａ〜ｄが上記した先端側荷重点に相当し、また、下側荷重点Ｐ１ａ〜ｄが基端側荷重点に夫々相当する。
【００６３】
具体的には、中心線Ｏ１から上側荷重点Ｐ２ｃと、その中心線Ｏ１から下側荷重点Ｐ１ｂとの寸法をＬ１としている。同様にして、中心線Ｏ１から上側荷重点Ｐ２ｂまでの寸法をＬ２としたとき、その中心線Ｏ１から下側荷重点Ｐ１ｃまでの寸法をＬ２としている。また、中心線Ｏ１から下側荷重点Ｐ１ａまでの寸法をＬ３としたとき、その中心線Ｏ１から上側荷重点Ｐ２ｄまでの寸法をＬ３としている。同様にして、中心線Ｏ１から上側荷重点Ｐ２ａまでの寸法をＬ４としたとき、その中心線Ｏ１から下側荷重点Ｐ１ｄまでの寸法をＬ４としている。
【００６４】
換言すると、上記各突起列Ｃ１〜Ｃ５を形成する上側荷重点Ｐ２ａ〜ｄ及び下側荷重点Ｐ１ａ〜ｄは、流通方向βに沿う一定間隔にし、且つ突起列Ｃ１〜Ｃ５をなすようにして配列してある。各変位吸収突起５０同士の基端側荷重点Ｐ１及び先端側荷重点Ｐ２同士、図６（Ａ）に示すように、流通方向βにおいて一列に整列させている。また、突起列Ｃ１〜Ｃ５は、流通方向βと直交する方向γにおいて互いに一定間隔をおいて配列してある。
【００６５】
上記した第五の実施形態に係る変位吸収部材Ｃｆは、図１２に示すように、一方の冷却流体流通路に配置する一方、その変位吸収部材Ｃｆを、面内方向に１８０度回転させた状態にして他方の冷却流体流通路に配置する。
【００６６】
これにより、一方の冷却流体流通路Ｓ３ａに配置した変位吸収部材Ｃｆの下側荷重点Ｐ１ａ〜ｄに作用する荷重の方向と、冷却流体流通路Ｓ３ｂに配置した変位吸収部材Ｃｆの上側荷重点Ｐ２ａ〜ｄに作用する荷重の方向とが、互いに向き合って積層方向αに一致し、これらの間に介在する各セルユニットＡ１に曲げモーメントが生じることがない。
【００６７】
〈第六実施形態〉
次に、図１３〜１５を参照して、第六の実施形態に係る変位吸収部材について説明する。図１３は、図３に示すＩ‐Ｉ線に相当する断面における部分断面図であり、図１４（Ａ）は、セルユニットのアノードセパレータと、そのセルユニットに隣り合う他のセルユニットのカソードセパレータとの間に区画形成される冷却流体流通路に配置した変位吸収部材の斜視図であり、（Ｂ）は、一のセルユニットのカソードセパレータと、その一のセルユニットに隣り合う他のセルユニットのアノードセパレータとの間に区画形成される冷却流体流通路に配置する変位吸収部材の斜視図である。
【００６８】
また、図１５は、二つの冷却流体流通路に夫々配置した変位吸収部材に作用する荷重を説明するための斜視図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００６９】
図１３に示すように、互いに積層した三つのセルユニットＡ１，Ａ１，Ａ１のうち、中央のセルユニットＡ１のアノード，カソードセパレータ４０，４１と、図示上側のセルユニットＡ１のカソードセパレータ４１´、図示下側のセルユニットＡ１のアノードセパレータ４０´同士を液密的に接合し、それらの間に冷却流体を流通させるための冷却流体流通路Ｓ３ａ，Ｓ３ｂを形成している。なお、以下に示す二つの変位吸収部材Ｃｇ，Ｃｇは、互いに同一のものを採用しているが、これに限るものではない。
【００７０】
この実施形態においては、一方のセルユニットＡ１のアノードセパレータ４０側の冷却流体流通路Ｓ３ａに配設した変位吸収部材Ｃｇと、その一方のセルユニットＡ１のカソードセパレータ４１´側の冷却流体流通路Ｓ３ｂに配設した変位吸収部材Ｃｇとを、これらの各変位吸収突起５０，５０同士を互いに対向させ、且つ、互いに対向する変位吸収突起５０，５０に作用する荷重の方向が向き合うように配置している。なお、変位吸収突起５０，５０に作用する荷重は、セルユニットＡ１の積層方向αに作用する荷重である。
【００７１】
変位吸収部材Ｃｇは、上記したように互いに同一構造になっているので、以下には、一方の冷却流体流通路Ｓ３ａに配置したものについて説明し、他方の冷却流体流通路Ｓ３ｂに配設したものについては、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７２】
変位吸収部材Ｃｇは、図１４（Ａ）に示すように、上記した一方の冷却流体流通路Ｓ３ａを流通する冷却流体の流通方向βに沿う突起列Ｃ１〜Ｃ５を、その流通方向βと直交する直交方向γにおいて互いに所定の間隔で複数列設してなるものである。なお、本実施形態においては、説明の簡略化のために、Ｃ１〜Ｃ５で示す５つの突起列を例示している。
【００７３】
各突起列Ｃ１〜Ｃ５は、直交方向γにおいて互いに一定の間隔で配列された複数の変位吸収突起５０からなり、それらは導電性の金属板からなる基板５１に一体成形してある。「一定の間隔」は、それら変位吸収突起５０，５０の幅Ｗ１（図１３参照）以上にしているが、これに限るものではない。
【００７４】
図示の第１、第３及び第５の突起列Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５を形成する変位吸収突起５０は、冷却流体流通路Ｓ３ａ内を流通する冷却流体の流通方向βと直交する直交方向γにおいて同一方向に傾斜し、且つ、互いに同じ形状で同じ大きさの板状体に形成してある。
【００７５】
この変位吸収突起５０は、流通方向βに直交する方向γから見たときに横長方形であり、且つ、流通方向β方向から見たときに左右逆向きに傾斜しており、基板５１から切り起こすことにより一体成形してある。
【００７６】
これらの変位吸収突起５０は、基板５１から所要の角度で傾斜している連結片５０Ａと、この連結片５０Ａよりも浅い角度に傾斜している接触片５０Ｂとからなるものであり、自由端である接触片５０ｂＢカソードセパレータ４１´に弾性的に当接する。変位吸収突起５０は、その板厚面を流通方向βに直角に向けて配列している。
【００７７】
上記の変位吸収部材Ｃｇは、図１３及び図１５に示すように、基板５１をアノート側セパレータ４０に当接させ、且つ、変位吸収突起５０の接触片５０ｂをカソードセパレータ４１´に弾性的に接触させた状態にして、冷却流体流通路Ｓ３ａに配設してある。
【００７８】
他方、第２及び第４の突起列Ｃ２，Ｃ４を形成する変位吸収突起５０は、冷却流体流通路Ｓ３ａ内を流通する冷却流体の流通方向βにおいて、先の突起列Ｃ１，Ｃ３，Ｃ５を形成する変位吸収突起５０とは逆方向に傾斜し、且つ、互いに同じ形状で同じ大きさの板状体に形成してある。これらの変位吸収突起５０は、直交方向γから見たときに横長方形であり、基板５１から切り起こすことにより一体成形してある。変位吸収突起５０は、流通方向βに直角に向けて配列していることは、上記したものと同じである。
【００７９】
上記した突起列Ｃ１〜Ｃ５は、流通方向βに直交する方向γにおいて、中心線Ｏ２を中心とする中心線対称にして配置してある。各突起列Ｃ１〜Ｃ５の中央に配置した第３の突起列Ｃ３を、直交方向γに平行な中心線Ｏ２上に位置させていると共に、他の突起列Ｃ２，Ｃ１、Ｃ４，Ｃ５を互いに等間隔Ｗ１，Ｗ２に配置している。
【００８０】
他方の冷却流体流通路Ｓ３ｂに配置した変位吸収部材Ｃｇは、上記一方の冷却流体流通路Ｓ３ａに配置した変位吸収部材Ｃｇと同一のものであるが、冷却流体の流通方向βにおいて１８０度回転させた状態で配置してある。
【００８１】
換言すると、図１４（Ｂ）に示すように、セルユニットＡ１のアノード側の冷却流体流通路Ｓ３ａに配設した変位吸収部材Ｃｇと、他方の冷却流体流通路Ｓ３ｂに配設した変位吸収部材Ｃｇの各変位吸収突起５０，５０同士を互いに対向させ、且つ互いに対向する変位吸収突起５０，５０同士の各セパレータ４１´との接触部位が冷却流体の流通方向βにおいて逆向きとなるように配置している。
【００８２】
さらには、一方の冷却流体流通路Ｓ３ａに配置した変位吸収部材Ｃｇの変位吸収突起５０の基端側荷重点Ｐ１に作用する荷重の方向と、冷却流体流通路Ｓ３ｂに配置した変位吸収部材Ｃｃの変位吸収突起５０の先端側荷重点Ｐ２に作用する荷重の方向とが、互いに向き合って積層方向αに一致し、それらの間に介在するセルユニットＡ１に曲げモーメントあ生じることがない。
【００８３】
以上の構成により、図１５に示すように、変位吸収部材Ｃａの変位吸収突起５０の連結片５０ａの基部５０ａ´に下向きに作用する荷重Ｆａの方向と、冷却流体流通路Ｓ３ｂに配設した変位吸収部材Ｃｂの変位吸収突起５０の接触片５０ｂに上向きに作用する荷重Ｆｂの方向とが、積層方向αに一致する。また、変位吸収部材Ｃａの変位吸収突起５０の接触片５０ｂに上向きに作用する荷重の方向と、変位吸収部材Ｃｂの変位吸収突起５０の連結片５０ａの基部５０ａ´に下向きに作用する荷重の方向とが、積層方向αに一致する。
【００８４】
上記各実施形態の燃料電池スタック１０によれば、次の効果を得ることができる。
すなわち、二つのセパレータ４０，４１間に膜電極接合体３０を配設した複数のセルユニットＡ１を積層すると共に、隣接するセルユニットＡ１間に冷却流体を流通させるための冷却流体流通路Ｓ３ａ，Ｓ３ｂを夫々形成した燃料電池スタック１０において、冷却流体流通路Ｓ３ａ，Ｓ３ｂに、セルユニットＡ１の積層方向における変位を吸収する複数の変位吸収突起５０を有する変位吸収部材Ｃａ〜Ｃｇを設けると共に、変位吸収部材Ｃａ〜Ｃｇの変位吸収突起５０が、セルユニットＡ１に生じる曲げモーメントを相殺するように配設したことにより、セルユニットＡ１に曲げモーメントが生じるのを防止し、セルユニットＡ１の損傷を未然阻止することができる。
【００８５】
また、セルユニットＡ１のアノードセパレータ側の冷却流体流通路Ｓ３ａに配設した変位吸収部材Ｃａと、同セルユニットＡ１のカソードセパレータ側の冷却流体流通路Ｓ３ｂに配設した変位吸収部材Ｃｂとを、互いの各変位吸収突起５０の荷重点が、セルユニットＡ１の積層方向において重なり合うように配置したことにより、双方の荷重点における荷重の方向が互いに向き合って積層方向αに一致し、その間に介在するセルユニットＡ１に曲げモーメントが生じるのを防止することができる。
【００８６】
さらに、セルユニットＡ１のアノードセパレータ側の冷却流体流通路Ｓ３ａに配設した変位吸収部材Ｃａの変位吸収突起５０の基端部に作用する基端部荷重点Ｐ１と、同セルユニットＡ１のカソードセパレータ側の冷却流体流通路Ｓ３ｂに配設した変位吸収部材Ｃｂの変位吸収突起５０の先端部に作用する先端部側荷重点Ｐ１とが、セルユニットＡ１の積層方向において重なり合うように配置したことから、双方の荷重点Ｐ１，Ｐ２における荷重の方向が互いに向き合って積層方向αに一致し、その間に介在するセルユニットＡ１に曲げモーメントが生じるのを防止することができる。
【００８７】
さらに、変位吸収部材Ｃａ〜Ｃｇにおける変位吸収突起５０の向きや配列を工夫し、とくに、変位吸収突起５０を、冷却流体の流通方向βと直交する方向γにおいて中心線対称に配置することにより、互いに同一の変位吸収部材の向きを変えて配置するだけで、上記の効果を得られるため、部品点数を削減することができ、製造コストの低減などを図ることができる。
【００８８】
さらに、変位吸収突起５０を互いに逆向きに配置することにより、発生する荷重が逆向きとなり、変位吸収部材全体で曲げモーメントが生じるのを防ぐことができる。さらに、変位吸収突起５０が、互いに独立して形成してあるので、周囲に配設されている変位吸収突起の影響を防ぐことができる。さらに、変位吸収突起５０が、板状体に形成してあり、その板厚面を流通方向βに直角に向けて配列することにより、上記の曲げモーメントを防止する効果に加えて、冷却流体の流通性をより一層良好にすることができる。
【００８９】
さらに、変位吸収突起５０を、基板５１から切り起こして一体形成することにより、突起部分を別に形成してから接合するなどの工程が不要で簡便に製造することができる。また、接合部等が無いために、突起を接合により形成する場合に比べて、変位吸収突起５０が基板５１と接する辺縁部の強度確保がしやすく信頼性の向上を図ることができる。
【００９０】
以上のように、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態で説明した構成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において構成の細部を適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００９１】
３０  膜電極接合体
４０，４１  セパレータ
５０  変位吸収突起
Ａ１  セルユニット
Ｃａ〜Ｃｈ  変位吸収部材
Ｐ１  基端部側荷重点
Ｐ２  先端部側荷重点
Ｓ１，Ｓ２  ガス流通路
Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ  冷却流体流通路
α  積層方向
β  流通方向
γ  流通方向に直交する方向
【図１】
2014003004.tif 000003
【図２】
2014003004.tif 000004
【図３】
2014003004.tif 000005
【図４】
2014003004.tif 000006
【図５】
2014003004.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014003004.tif 000009
【図８】
2014003004.tif 000010
【図９】
2014003004.tif 000011
【図１０】
2014003004.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2014003004.tif 000015
【図１４】
2014003004.tif 000016
【図１５】
2014003004.tif 000017