(57)【要約】【課題】簡単な構成で、燃料電池の誤組み付けを容易且つ確実に阻止することを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０は、発電ユニット１２の積層方向一端に配置されるインシュレータ１０２ｂを備える。インシュレータ１０２ｂの第２金属セパレータ１８に接触する面側には、前記第２金属セパレータ１８の入口バッファ部を構成するライン状凸部５２ａｇに対応する入口側裏受け部１２０ａと、該第２金属セパレータ１８の出口バッファ部を構成するライン状凸部５２ｂｇに対応する出口側裏受け部１２０ｂとが設けられる。ライン状凸部５２ａｇとライン状凸部５２ｂｇとは、非点対称に構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に、それぞれ電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、前記セパレータには、電極面に沿って少なくとも燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路と、発電領域外で前記反応ガス流路の入口側に連通し前記反応ガスを均等に流通させる入口バッファ部と、前記発電領域外で前記反応ガス流路の出口側に連通し前記反応ガスを均等に流通させる出口バッファ部とを備え、前記燃料電池の積層方向の両端には、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であって、
前記ターミナルプレートは、前記インシュレータよりも小さな平面寸法を有し、該インシュレータに形成された凹部に収容されるとともに、
前記インシュレータは、前記燃料電池の積層体の端部を構成する前記セパレータに直接接触する部位に、該セパレータの前記入口バッファ部に対応する入口側裏受け部、及び前記出口バッファ部に対応する出口側裏受け部が設けられ、且つ、前記入口側裏受け部と前記出口側裏受け部とは、非点対称に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記セパレータには、前記反応ガスを前記積層方向に流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が形成されるとともに、
前記反応ガス流路と前記反応ガス入口連通孔とに接続される前記入口バッファ部と、前記反応ガス流路と前記反応ガス出口連通孔とに接続される前記出口バッファ部とは、それぞれライン状凸部を有し、
前記入口バッファ部の前記ライン状凸部と前記出口バッファ部の前記ライン状凸部とは、非点対称に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、前記セパレータには、冷却媒体を前記積層方向に流通させる冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が形成されるとともに、
少なくとも前記反応ガス入口連通孔、前記反応ガス出口連通孔、前記冷却媒体入口連通孔及び前記冷却媒体出口連通孔は、点対称の位置に設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に、それぞれ電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池の積層方向の両端には、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。
【背景技術】
【０００２】
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一方側にアノード電極が、他方側にカソード電極が、それぞれ設けられた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持している。燃料電池は、通常、複数積層されて燃料電池スタックを構成するとともに、前記燃料電池スタックは、例えば、燃料電池電気自動車に搭載されて車載用燃料電池システムとして使用されている。
【０００３】
燃料電池スタックでは、複数の燃料電池が積層された積層体の積層方向両端に、それぞれ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、順次、積層されている。例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックでは、積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に、前記積層体とターミナルプレートとの間に位置し、燃料電池に対応して、所謂、ダミーセルが配設されている。ダミーセルは、電解質膜の代わりに金属板を用いており、発電による生成水が生成されないため、前記ダミーセル自体が断熱層として機能することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７２７９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の燃料電池スタックでは、セパレータ又は電解質膜・電極構造体の少なくとも一方に、燃料電池の積層方向に貫通して反応ガス連通孔である燃料ガス入口連通孔、酸化剤ガス入口連通孔、燃料ガス出口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔が設けられるとともに、冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が前記積層方向に貫通して設けられた内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。
【０００６】
その際、例えば、各連通孔の他、位置決め用ノック孔、バッファ部の外形及びシール部材の形状等が点対称位置に設けられたセパレータが採用されている。このため、燃料電池が、所望の姿勢から面内で１８０度回転（反転）した姿勢で積層されても、積層方向両端には、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ことがある。
【０００７】
しかしながら、反応ガスや冷却媒体の流配や圧損バランス等の関係から、例えば、入口側のバッファ部と出口側のバッファ部とでは、異なる構成を採用する場合がある。また、各連通孔でも、入口側と出口側とで開口面積が異なる構成を有する場合がある。従って、燃料電池が反転した状態で組み付けられると、所望の発電性能が得られないという問題がある。
【０００８】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、燃料電池の誤組み付けを容易且つ確実に阻止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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、電解質膜の両側に、それぞれ電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、前記セパレータには、電極面に沿って少なくとも燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路と、発電領域外で前記反応ガス流路の入口側に連通し前記反応ガスを均等に流通させる入口バッファ部と、前記発電領域外で前記反応ガス流路の出口側に連通し前記反応ガスを均等に流通させる出口バッファ部とを備え、前記燃料電池の積層方向の両端には、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ものである。
【００１０】
この燃料電池スタックでは、ターミナルプレートは、インシュレータよりも小さな平面寸法を有し、前記インシュレータに形成された凹部に収容されている。そして、インシュレータは、燃料電池の積層体の端部を構成するセパレータに直接接触する部位に、前記セパレータの入口バッファ部に対応する入口側裏受け部、及び出口バッファ部に対応する出口側裏受け部が設けられ、且つ、前記入口側裏受け部と前記出口側裏受け部とは、非点対称に構成されている。
【００１１】
また、この燃料電池スタックでは、セパレータには、反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス入口連通孔及び反応ガス出口連通孔が形成されるとともに、反応ガス流路と前記反応ガス入口連通孔とに接続される入口バッファ部と、前記反応ガス流路と前記反応ガス出口連通孔とに接続される出口バッファ部とは、それぞれライン状凸部を有し、前記入口バッファ部の前記ライン状凸部と前記出口バッファ部の前記ライン状凸部とは、非点対称に構成されることが好ましい。
【００１２】
さらに、この燃料電池スタックでは、セパレータには、冷却媒体を積層方向に流通させる冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔が形成されるとともに、少なくとも反応ガス入口連通孔、反応ガス出口連通孔、前記冷却媒体入口連通孔及び前記冷却媒体出口連通孔は、点対称の位置に設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、インシュレータは、隣接するセパレータに接触する部位に、入口バッファ部に対応する入口側裏受け部と、出口バッファ部に対応する出口側裏受け部とが設けられるとともに、前記入口側裏受け部と前記出口側裏受け部とは、非点対称に構成されている。
【００１４】
このため、セパレータが反転（面内中心を支点にして１８０゜回転）した際、前記セパレータの入口バッファ部及び出口バッファ部と、インシュレータの出口側裏受け部及び入口側裏受け部とが積層方向に重なり合うことがない。従って、簡単な構成で、燃料電池の誤組み付けを容易且つ確実に阻止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。
【図４】前記燃料電池スタックの、図３中、ＩＶ−ＩＶ線断面説明図である。
【図５】前記燃料電池スタックの、図３中、Ｖ−Ｖ線断面説明図である。
【図６】前記発電ユニットを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図７】前記発電ユニットを構成する第２金属セパレータの一方の面の説明図である。
【図８】前記第２金属セパレータの他方の面の説明図である。
【図９】前記第２金属セパレータの、図８中、ＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【図１０】前記発電ユニットを構成する第１電解質膜・電極構造体の一方の面の説明図である。
【図１１】前記発電ユニットを構成する第２電解質膜・電極構造体の一方の面の説明図である。
【図１２】前記燃料電池スタックを構成する一方のインシュレータの正面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、複数の発電ユニット（燃料電池）１２が立位姿勢で水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１３を備える。なお、積層体１３は、複数の発電ユニット１２を重力方向（矢印Ｃ方向）に積層してもよい。
【００１７】
積層体１３の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１００ａ、インシュレータ１０２ａ及びエンドプレート１０４ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体１３の積層方向他端には、ターミナルプレート１００ｂ、インシュレータ１０２ｂ及びエンドプレート１０４ｂが外方に向かって、順次、配設される。
【００１８】
燃料電池スタック１０は、例えば、長方形に構成されるエンドプレート１０４ａ、１０４ｂ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。
【００１９】
図２〜図５に示すように、発電ユニット１２は、第１金属セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体１６ａ、第２金属セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ２０を設ける。第１金属セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体１６ａ、第２金属セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ２０は、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って積層されるとともに、電極面が重力方向に沿った鉛直姿勢で且つ水平方向（矢印Ｂ方向）に長尺な横長形状を有する。
【００２０】
第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０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横長形状の金属板により構成される。第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０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。
【００２１】
なお、金属セパレータに代えて、カーボンセパレータを使用してもよい。第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、後述するように、連通孔、バッファ部外形及びシール部材形状等が点対称の位置に設けられる。点対称とは、平面内で１８０゜回転して位置が重なる関係をいう。
【００２２】
図３に示すように、発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、具体的には、第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０の長辺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入口連通孔２２ａ、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出口連通孔２４ｂが設けられる。
【００２３】
発電ユニット１２の長辺方向（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入口連通孔２４ａ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔２２ｂが設けられる。
【００２４】
発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔２２ａに近接し、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一対の冷却媒体入口連通孔２５ａが設けられる。発電ユニット１２の短辺方向の両端縁部には、燃料ガス入口連通孔２４ａに近接し、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一対の冷却媒体出口連通孔２５ｂが設けられる。
【００２５】
図６に示すように、第１金属セパレータ１４の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとに連通する第１酸化剤ガス流路２６が形成される。
【００２６】
第１酸化剤ガス流路２６は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（又は直線状流路溝部）２６ａを有するとともに、前記第１酸化剤ガス流路２６の入口近傍と出口近傍とには、入口バッファ部２８ａと出口バッファ部２８ｂとが設けられる。
【００２７】
入口バッファ部２８ａは、複数のエンボス２８ａｅと１以上のライン状凸部（ガイドベーン）２８ａｇとを有する。出口バッファ部２８ｂは、複数のエンボス２８ｂｅと１以上のライン状凸部（ガイドベーン）２８ｂｇとを有する。ライン状凸部２８ａｇとライン状凸部２８ｂｇとは、それぞれ酸化剤ガスの配流や圧損バランスを考慮して設けられており、互いに非点対称（さらに、必要に応じて、異なる長さや異なる個数）に構成される。第１金属セパレータ１４が１８０゜回転（反転）された際、ライン状凸部２８ａｇとライン状凸部２８ｂｇとは、互いに重なり合わない位置に配置される。
【００２８】
入口バッファ部２８ａと酸化剤ガス入口連通孔２２ａとの間には、ブリッジ部を構成する複数本の入口連結溝３０ａが形成される。出口バッファ部２８ｂと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとの間には、ブリッジ部を構成する複数本の出口連結溝３０ｂが形成される。
【００２９】
図３に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔２５ａと冷却媒体出口連通孔２５ｂとを連通する冷却媒体流路３８が形成される。冷却媒体流路３８は、第１酸化剤ガス流路２６の裏面形状と後述する第２燃料ガス流路５８の裏面形状とが重なり合って形成される。
【００３０】
図７に示すように、第２金属セパレータ１８の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂとを連通する第１燃料ガス流路４０が形成される。第１燃料ガス流路４０は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（又は直線状流路溝部）４０ａを有する。燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍には、複数の供給孔部４２ａが形成されるとともに、燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍には、複数の排出孔部４２ｂが形成される。
【００３１】
図８に示すように、第２金属セパレータ１８の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路５０が形成される。第２酸化剤ガス流路５０は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（又は直線状流路溝部）５０ａを有する。
【００３２】
第２酸化剤ガス流路５０の入口近傍と出口近傍とには、入口バッファ部５２ａと出口バッファ部５２ｂとが設けられる。入口バッファ部５２ａは、複数のエンボス５２ａｅと１以上のライン状凸部（ガイドベーン）５２ａｇとを有する。出口バッファ部５２ｂは、複数のエンボス５２ｂｅと１以上のライン状凸部（ガイドベーン）５２ｂｇとを有する。
【００３３】
ライン状凸部５２ａｇとライン状凸部５２ｂｇとは、それぞれ酸化剤ガスの配流や圧損バランスを考慮して設けられており、互いに非点対称（さらに、必要に応じて、異なる長さや異なる個数）に構成される。
【００３４】
第２金属セパレータ１８が１８０゜回転（反転）された際、ライン状凸部５２ａｇとライン状凸部５２ｂｇとは、互いに重なり合わない位置に配置される。図９に示すように、エンボス５２ａｅは、ライン状凸部５２ａｇよりも高さＳだけ積層方向（矢印Ａ方向）に高く設定される。同様に、エンボス５２ｂｅは、ライン状凸部５２ｂｇよりも高さＳだけ高く設定される。
【００３５】
なお、上記とは反対に、ライン状凸部５２ａｇは、エンボス５２ａｅよりも積層方向の高さを高く設定してもよい。また、第１金属セパレータ１４の入口バッファ部２８ａ及び出口バッファ部２８ｂは、上記の入口バッファ部５２ａ及び出口バッファ部５２ｂと同様に構成してもよい。さらに、本発明は、エンドプレート１０４ａ側又はエンドプレート１０４ｂ側の少なくとも一方に適用することができる。
【００３６】
図８に示すように、入口バッファ部５２ａと酸化剤ガス入口連通孔２２ａとの間には、ブリッジ部を構成する複数本の入口連結溝５３ａが形成される。出口バッファ部５２ｂと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとの間には、ブリッジ部を構成する複数本の出口連結溝５３ｂが形成される。
【００３７】
図３に示すように、第３金属セパレータ２０の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂに連通する第２燃料ガス流路５８が形成される。第２燃料ガス流路５８は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（又は直線状流路溝部）５８ａを有する。
【００３８】
燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍には、複数の供給孔部６０ａが形成されるとともに、燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍には、複数の排出孔部６０ｂが形成される。図３及び図４に示すように、供給孔部６０ａは、第２金属セパレータ１８の供給孔部４２ａよりも内側（燃料ガス流路側）に配置される一方、排出孔部６０ｂは、前記第２金属セパレータ１８の排出孔部４２ｂよりも内側（燃料ガス流路側）に配置される。
【００３９】
第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、第２燃料ガス流路５８の裏面形状である冷却媒体流路３８の一部が形成される。第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、前記第３金属セパレータ２０に隣接する第１金属セパレータ１４の面１４ｂが積層されることにより、冷却媒体流路３８が一体に設けられる。
【００４０】
第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１金属セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材６８が一体成形される。第２金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２金属セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材７０が一体成形されるとともに、第３金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３金属セパレータ２０の外周端縁部を周回して第３シール部材７２が一体成形される。
【００４１】
第１シール部材６８、第２シール部材７０及び第３シール部材７２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材が用いられる。
【００４２】
図６に示すように、第１シール部材６８は、第１金属セパレータ１４の面１４ａにおいて、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと、第１酸化剤ガス流路２６との外周を連通する第１凸状シール部６８ａを有する。第１シール部材６８は、図３に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ｂにおいて、冷却媒体入口連通孔２５ａ及び冷却媒体出口連通孔２５ｂと冷却媒体流路３８との外周を連通する第２凸状シール部６８ｂを有する。
【００４３】
図７に示すように、第２シール部材７０は、第２金属セパレータ１８の面１８ａにおいて、供給孔部４２ａ及び排出孔部４２ｂと、第１燃料ガス流路４０とを囲繞してこれらを連通させる第１凸状シール部７０ａを有する。
【００４４】
図８に示すように、第２シール部材７０は、面１８ｂにおいて、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと、第２酸化剤ガス流路５０との外周を連通する第２凸状シール部７０ｂを有する。
【００４５】
図３に示すように、第３シール部材７２は、第３金属セパレータ２０の面２０ａにおいて、供給孔部６０ａ及び排出孔部６０ｂと、第２燃料ガス流路５８とを囲繞してこれらを連通する第１凸状シール部７２ａを有する。
【００４６】
第３シール部材７２は、第３金属セパレータ２０の面２０ｂにおいて、冷却媒体入口連通孔２５ａ及び冷却媒体出口連通孔２５ｂと冷却媒体流路３８との外周を連通する第２凸状シール部７２ｂを有する。
【００４７】
図２に示すように、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂ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７４と、前記固体高分子電解質膜７４を挟持するカソード電極７６及びアノード電極７８とを備える。カソード電極７６は、アノード電極７８及び固体高分子電解質膜７４の平面寸法よりも小さな平面寸法を有する段差型ＭＥＡを構成している。
【００４８】
なお、カソード電極７６、アノード電極７８及び固体高分子電解質膜７４は、同一の平面寸法に設定してもよく、前記アノード電極７８は、前記カソード電極７６及び固体高分子電解質膜７４の平面寸法よりも小さな平面寸法を有していてもよい。
【００４９】
カソード電極７６及びアノード電極７８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７４の両面に形成される。
【００５０】
第１電解質膜・電極構造体１６ａは、カソード電極７６の終端部外方に位置して固体高分子電解質膜７４の外周縁部に第１樹脂枠部材８０が、例えば、射出成形等により一体成形される。第２電解質膜・電極構造体１６ｂは、カソード電極７６の終端部外方に位置して固体高分子電解質膜７４の外周縁部に第２樹脂枠部材８２が、例えば、射出成形等により一体成形される。第１樹脂枠部材８０及び第２樹脂枠部材８２を構成する樹脂材としては、例えば、汎用プラスチックの他、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチック等が採用される。
【００５１】
図３に示すように、第１樹脂枠部材８０のカソード電極７６側の面には、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと第１酸化剤ガス流路２６の入口側との間に位置して入口バッファ部８４ａが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと第１酸化剤ガス流路２６の出口側との間に位置して、出口バッファ部８４ｂが設けられる。入口バッファ部８４ａ及び出口バッファ部８４ｂは、それぞれ複数のエンボスと複数の直線流路とを有する。以下に説明する他のバッファ部も、同様である。
【００５２】
図１０に示すように、第１樹脂枠部材８０のアノード電極７８側の面には、燃料ガス入口連通孔２４ａと第１燃料ガス流路４０との間に位置して入口バッファ部８６ａが設けられるとともに、燃料ガス出口連通孔２４ｂと前記第１燃料ガス流路４０との間に位置して、出口バッファ部８６ｂが設けられる。
【００５３】
図３に示すように、第２電解質膜・電極構造体１６ｂに設けられる第２樹脂枠部材８２は、カソード電極７６側の面に、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと第２酸化剤ガス流路５０との間に位置して入口バッファ部８８ａを設ける。酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと第２酸化剤ガス流路５０との間には、出口バッファ部８８ｂが形成される。
【００５４】
第２樹脂枠部材８２のアノード電極７８側の面には、図１１に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａと第２燃料ガス流路５８との間に位置して入口バッファ部９０ａが設けられる。燃料ガス出口連通孔２４ｂと第２燃料ガス流路５８との間に位置して、出口バッファ部９０ｂが設けられる。
【００５５】
発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３金属セパレータ２０との間には、冷却媒体流路３８が形成される。
【００５６】
図１に示すように、積層体１３の積層方向両端には、第２金属セパレータ１８が配置される。積層方向両端の各第２金属セパレータ１８に隣接するターミナルプレート１００ａ、１００ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部１０６ａ、１０６ｂが設けられる。端子部１０６ａ、１０６ｂは、絶縁性筒体１０８に挿入されてエンドプレート１０４ａ、１０４ｂの外部に突出する。インシュレータ１０２ａ、１０２ｂ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。
【００５７】
インシュレータ１０２ａ、１０２ｂは、中央部に矩形状の凹部１１０ａ、１１０ｂが設けられるとともに、この凹部１１０ａ、１１０ｂの略中央に孔部１１２ａ、１１２ｂが形成される。凹部１１０ａ、１１０ｂには、ターミナルプレート１００ａ、１００ｂが収容され、前記ターミナルプレート１００ａ、１００ｂの端子部１０６ａ、１０６ｂが絶縁性筒体１０８を介装して孔部１１２ａ、１１２ｂに挿入される。
【００５８】
エンドプレート１０４ａ、１０４ｂの略中央部には、孔部１１２ａ、１１２ｂと同軸的に孔部１１４ａ、１１４ｂが形成される。エンドプレート１０４ａ、１０４ｂには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ、燃料ガス入口連通孔２４ａ、２つの冷却媒体入口連通孔２５ａ、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂ、燃料ガス出口連通孔２４ｂ及び２つの冷却媒体出口連通孔２５ｂが形成される。
【００５９】
インシュレータ１０２ａの第２金属セパレータ１８に接触する面側の外周部には、前記第２金属セパレータ１８の面１８ａ側の凹凸形状に対応して凹凸形状部を設けてもよい。
【００６０】
図１２に示すように、インシュレータ１０２ｂの第２金属セパレータ１８に接触する面側には、前記第２金属セパレータ１８の面１８ｂ側の凹凸形状に対応して凹凸形状部１２０が設けられる。凹凸形状部１２０は、第２金属セパレータ１８の入口バッファ部５２ａを構成するライン状凸部５２ａｇに対応する入口側裏受け部１２０ａと、出口バッファ部５２ｂを構成するライン状凸部５２ｂｇに対応する出口側裏受け部１２０ｂとを有する。
【００６１】
図５に示すように、入口側裏受け部１２０ａは、エンボス５２ａｅとライン状凸部５２ａｇとの段差に対応してインシュレータ１０２ｂの面から高さＳだけ突出して形成される。出口側裏受け部１２０ｂは、同様にインシュレータ１０２ｂの面から高さＳだけ突出して形成される。入口側裏受け部１２０ａと出口側裏受け部１２０ｂとは、互いに非点対称に構成される。
【００６２】
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。
【００６３】
先ず、図１に示すように、エンドプレート１０４ａを介して、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ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、燃料ガス入口連通孔２４ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔２５ａ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。
【００６４】
このため、酸化剤ガスは、図３及び図５に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２２ａから入口バッファ部８４ａを通って第１金属セパレータ１４の第１酸化剤ガス流路２６に供給される。酸化剤ガスの一部は、酸化剤ガス入口連通孔２２ａから入口バッファ部８８ａを通って第２金属セパレータ１８の第２酸化剤ガス流路５０に導入される。
【００６５】
酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路２６に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード電極７６に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード電極７６に供給される。
【００６６】
一方、燃料ガスは、図３及び図４に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａから供給孔部４２ａを通って入口バッファ部８６ａに供給される。燃料ガスは、入口バッファ部８６ａを通って第２金属セパレータ１８の第１燃料ガス流路４０に供給される。燃料ガスの一部は、燃料ガス入口連通孔２４ａから供給孔部６０ａを通って入口バッファ部９０ａに供給される。燃料ガスは、入口バッファ部９０ａを通って第３金属セパレータ２０の第２燃料ガス流路５８に供給される。
【００６７】
燃料ガスは、第１燃料ガス流路４０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード電極７８に供給されるとともに、第２燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極７８に供給される。
【００６８】
従って、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂでは、各カソード電極７６に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極７８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。
【００６９】
次いで、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂの各カソード電極７６に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部８４ｂ、８８ｂから酸化剤ガス出口連通孔２２ｂに排出される（図３参照）。
【００７０】
第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極７８に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部８６ｂ、９０ｂから排出孔部４２ｂ、６０ｂを通って燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出される。
【００７１】
一方、左右一対の冷却媒体入口連通孔２５ａに供給された冷却媒体は、図３に示すように、各冷却媒体入口連通孔２５ａから冷却媒体流路３８に供給される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向に移動して第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂを冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔２５ｂに排出される。
【００７２】
この場合、本実施形態では、図１２に示すように、インシュレータ１０２ｂの第２金属セパレータ１８に接触する面側には、前記第２金属セパレータ１８の入口バッファ部５２ａを構成するライン状凸部５２ａｇに対応する入口側裏受け部１２０ａと、該第２金属セパレータ１８の出口バッファ部５２ｂを構成するライン状凸部５２ｂｇに対応する出口側裏受け部１２０ｂとが設けられている。
【００７３】
そして、入口側裏受け部１２０ａと出口側裏受け部１２０ｂとは、それぞれインシュレータ１０２ｂの面から高さＳだけ突出して形成されるとともに、互いに非点対称に構成されている。一方、図９に示すように、エンボス５２ａｅは、ライン状凸部５２ａｇよりも高さＳだけ積層方向に高く設定されている。さらに、エンボス５２ｂｅは、ライン状凸部５２ｂｇよりも高さＳだけ積層方向に高く設定されている。
【００７４】
このため、第２金属セパレータ１８が、所望の姿勢でインシュレータ１０２ｂに当接する際には、図５に示すように、入口側裏受け部１２０ａとライン状凸部５２ａｇとが確実に当接している。なお、出口側裏受け部１２０ｂとライン状凸部５２ｂｇとは、同様に確実に当接している。
【００７５】
ここで、第２金属セパレータ１８が、正規の姿勢から１８０゜回転（反転）した状態で、インシュレータ１０２ｂに当接する場合がある。その際、第２金属セパレータ１８のライン状凸部５２ａｇ及びライン状凸部５２ｂｇと、インシュレータ１０２ｂの出口側裏受け部１２０ｂ及び入口側裏受け部１２０ａとは、積層方向に互いに重なり合うことがない。図８に示すように、ライン状凸部５２ａｇとライン状凸部５２ｂｇとが、互いに非点対称に構成されているからである。
【００７６】
従って、インシュレータ１０２ｂの出口側裏受け部１２０ｂ及び入口側裏受け部１２０ａは、ライン状凸部５２ａｇ及びライン状凸部５２ｂｇよりも高さの高いエンボス５２ａｅ及びエンボス５２ｂｅに当接する。
【００７７】
これにより、インシュレータ１０２ｂと第２金属セパレータ１８との当接部位には、がたつき等が発生し、誤組み付けであることが容易に了解される。このため、本実施形態では、簡単な構成で、発電ユニット１２の誤組み付けを容易且つ確実に阻止することが可能になるという効果が得られる。
【００７８】
なお、本実施形態で、第１電解質膜・電極構造体１６ａと第２電解質膜・電極構造体１６ｂとの間に冷却媒体流路が設けられない、所謂、間引き冷却構造を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、各電解質膜・電極構造体毎に冷却媒体流路を設ける各セル冷却構造にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０…燃料電池スタック            １２…発電ユニット
１３…積層体                      １４、１８、２０…金属セパレータ
１６ａ、１６ｂ…電解質膜・電極構造体
２２ａ…酸化剤ガス入口連通孔      ２２ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
２４ａ…燃料ガス入口連通孔        ２４ｂ…燃料ガス出口連通孔
２５ａ…冷却媒体入口連通孔        ２５ｂ…冷却媒体出口連通孔
２６、５０…酸化剤ガス流路
２８ａ、５２ａ、８４ａ、８６ａ、８８ａ、９０ａ…入口バッファ部
２８ｂ、５２ｂ、８４ｂ、８６ｂ、８８ｂ、９０ｂ…出口バッファ部
２８ａｅ、２８ｂｅ、５２ａｅ、５２ｂｅ…エンボス
２８ａｇ、２８ｂｇ、５２ａｇ、５２ｂｇ…ライン状凸部
３８…冷却媒体流路                ４０、５８…燃料ガス流路
６８、７０、７２…シール部材      ７４…固体高分子電解質膜
７６…カソード電極                ７８…アノード電極
８０、８２…樹脂枠部材            １００ａ、１００ｂ…ターミナルプレート
１０２ａ、１０２ｂ…インシュレータ
１０４ａ、１０４ｂ…エンドプレート
１２０…凹凸形状部                １２０ａ…入口裏受け部
１２０ｂ…出口裏受け部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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