(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体を一対のセパレータで挟持して成る単セルを複数枚積層して構成される燃料電池スタックであって、
隣接する単セル同士の間に、冷却液を流通させる冷却液流路を形成すると共に、この冷却液流路内に配置して単セル間の変位を吸収する変位吸収部材を備えており、
変位吸収部材が、冷却液流路における冷却液の流路抵抗を低減する流路抵抗低減手段を備え、
流路抵抗低減手段が、冷却液の渦流を抑止することにより流路抵抗を低減する手段であることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
流路抵抗低減手段が、冷却液流通方向の任意の位置において変位吸収手段の同流通方向の投影面積を減少させることにより流路抵抗を低減する手段で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】
セパレータの冷却液流路側の表面が、断面凹凸形状を冷却液流通方向に連続的に有し、
変位吸収部材が、厚さ方向の変形に伴ってセパレータとの接触部分が面内方向に移動する部材であり、且つ接触部分の移動方向を冷却液流通方向に合わせて配置してあることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
変位吸収部材が、基板の片面に多数のばね機能部を配列した構造を有すると共に、
ばね機能部が、基端を基板への固定端とし且つ先端を自由端とした片持ち梁構造である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】
ばね機能部が、基板から切り起こした状態に形成してあることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
ばね機能部が、その外周に抜き加工部を設けて、基板から切り起こした状態に形成してあることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
流路抵抗低減手段が、ばね機能部の自由端から固定端に至る範囲に形成した開口部及び切欠部の少なくとも一方であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
流路抵抗低減手段が、ばね機能部の自由端と固定端との間に形成してあることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
ばね機能部が、固定端から自由端に向けて幅寸法が減少する形状であることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
変位吸収部材が、ばね機能部の自由端を冷却液流通方向の下流側に向けて配置してあることを特徴とする請求項４〜９のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１１】
流路抵抗低減手段としての開口部及び切欠部が、曲線により形成されていることを特徴とする請求項７〜９及び１５のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１２】
変位吸収部材は、冷却液流路内の位置に応じて形状が異なるばね機能部が配置してあることを特徴とする請求項４〜１１及び１５のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１３】
変位吸収部材は、冷却液流路における冷却液流通方向の両側の流路面積が小さくなるようにばね機能部が配置してあることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池スタック。
【請求項１４】
変位吸収部材は、冷却液流路内の位置に応じて隣接するばね機能部同士の間隔が異なるように配置してあることを特徴とする請求項４〜１１及び１５のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項１５】
流路抵抗低減手段が、変位吸収部材におけるばね機能部同士の間に設けた通路で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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）などの燃料電池に関し、とくに、積層した単セル同士の間に冷却液流路を形成した構造を有する燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、上記したような燃料電池スタックとしては、例えば特許文献１に燃料電池として記載されているものがある。特許文献１に記載の燃料電池は、複数枚の燃料電池セルを積層したものである。燃料電池セルは、ＭＥＡ（膜電極接合体）の両側に、断面凹凸形状を有する水素極と、同じく断面凹凸形状の排水層を含む酸素極とを備えており、水素極及び酸素極の外側には、夫々の極との間に水素流路及び酸素流路を形成する平板セパレータを備えている。また、燃料電池は、酸素極側に冷媒流路部を備えている。【０００３】
冷媒流路部は、２枚の平板セパレータと、その間に挟まれた予圧プレートを備え、両平板セパレータの間を冷却水の流路としている。予圧プレートは、断面波形状を成して、厚さ方向（スタック積層方向）に弾性変形可能であり、燃料電池の各構成部品の形状誤差により局所的に生じた荷重を分散して、各構成部品に均等な荷重を印加するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特許第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スタックでは、冷却水の流路内に予圧プレートを配置しているので、流路の圧力損失が大きく、その一方で、予圧プレートには所定のばね特性が不可欠であるから、予圧プレートのばね特性を維持しつつ流路の圧力損失を低減することが困難であるという問題点があり、このような問題点を解決することが従来の課題であった。【０００６】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、積層した単セル同士の間に冷却液流路を形成すると共に、その冷却液流路に変位吸収部材を配置した構造を有する燃料電池スタックにおいて、変位吸収部材のばね特性を維持しつつ、冷却液流路の圧力損失を低減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】
本発明に係わる燃料電池スタックは、膜電極接合体を一対のセパレータで挟持して成る単セルを複数枚積層して構成したものであり、隣接する単セル同士の間に、冷却液を流通させる冷却液流路を形成すると共に、この冷却液流路内に配置して単セル間の変位を吸収する変位吸収部材を備えている。そして、燃料電池スタックは、変位吸収部材が、冷却液流路における冷却液の流路抵抗を低減する流路抵抗低減手段を備え、流路抵抗低減手段が、冷却液の渦流を抑止することにより流路抵抗を低減する手段で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】
【０００８】
本発明に係わる燃料電池スタックによれば、積層した単セル同士の間に冷却液流路を形成すると共に、その冷却液流路に変位吸収部材を配置した構造を有する燃料電池スタックにおいて、変位吸収部材のばね特性を維持しつつ、冷却液の渦流を抑止して、冷却液流路の圧力損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係わる燃料電池スタックの一実施形態を説明する分解斜視図（Ａ）、及び組み立て後の斜視図（Ｂ）である。
【図２】図１に示す燃料電池スタックを構成する単セルを説明する分解状態の平面図（Ａ）、及び組み立て後の平面図（Ｂ）である。
【図３】図２（Ｂ）中のＡ−Ａ線に基づく断面図である。
【図４】変位吸収部材を説明する斜視図（Ａ）、及びばね機能部付近の断面図（Ｂ）である。
【図５】ばね機能部の他の実施形態を説明する各々冷却液流通方向の正面図（Ａ）〜（Ｅ）である。
【図６】ばね機能部のさらに他の実施形態を説明する切り起こし前の斜視図（Ａ）、切り起こし後の斜視図（Ｂ）、及び断面図（Ｃ）である。
【図７】変位吸収部材のさらに他の実施形態を説明する冷却液流通方向の正面図である。
【図８】変位吸収部材のさらに他の実施形態を説明する平面図である。
【図９】変位吸収部材のさらに他の実施形態を説明する断面図（Ａ）、及び斜視図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〈第１実施形態〉
以下、図面に基づいて、本発明に係わる燃料電池スタックの一実施形態を説明する。この実施形態燃料電池スタックは、固体高分子電解質型の単セルを複数枚積層して成るものであって、例えば、電気自動車等の車両の電源として用いられる。
【００１１】
図１（Ａ）に示す燃料電池スタックＦＳは、矩形板状を成す単セルＣを複数枚積層して積層体Ｓを構成し、この積層体Ｓに対して、積層方向の一端部（図１中で右側端部）に、集電板５４Ａ及びスペーサ５５を介してエンドプレート５６Ａが設けてあると共に、他端部に、集電板５４Ｂを介してエンドプレート５６Ｂが設けてある。また、燃料電池スタックＦＳは、積層体Ｓに対し、単セルＣの長辺側となる両面（図１中で上下面）に、締結板５７Ａ，５７Ｂが設けてあると共に、短辺側となる両面に、補強板５８Ａ，５８Ｂが設けてある。
【００１２】
上記の燃料電池スタックＦＳは、各締結板５７Ａ，５７Ｂ及び補強板５８Ａ，５８ＢをボルトＢにより両エンドプレート５６Ａ，５６Ｂに連結する。このようにして、燃料電池スタックＦＳは、図１（Ｂ）に示すようなケース一体型構造となり、積層体Ａをその積層方向に拘束・加圧して個々の単セルＣに所定の接触面圧を付与し、ガスシール性や導電性等を良好に維持する。
【００１３】
単セルＣは、図２に示すように、周囲にフレーム５１を有する膜電極接合体１と、フレーム５１及び膜電極接合体１との間にカソード及びアノードのガス流路（ＧＣ，ＧＡ）を形成する一対のセパレータ２，２を備えている。そして、単セルＣは、両ガス流路（ＧＣ，ＧＡ）におけるガスの流れ方向を互いに逆方向にした構造になっている。なお、カソードガスは、酸素含有ガス（空気）であり、アノードガスは、水素含有ガスである。
【００１４】
膜電極接合体１は、一般に、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly)と呼ばれるものであって、図３に示すように、固体高分子から成る電解質層１１をカソード電極層１２とアノード電極層１３とで挟持した構造を有している。両電極層１２，１３は、詳細な図示を省略したが、電解質層１１に接する電極触媒層と、その外側に配置したガス拡散層を夫々有している。
【００１５】
フレーム５１は、中央に膜電極接合体１を配置した状態にして、樹脂成形（例えば射出成形）により前記膜電極接合体１と一体化してある。また、フレーム５１は、短辺両側に、各々三個ずつのマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３，Ｈ４〜Ｈ６が配列してあり、各マニホールド穴群から膜電極接合体１に至る領域が整流用のディフューザ部Ｄとなる。フレーム５１及び両セパレータ２，２は、いずれもほぼ同等の縦横寸法を有する長方形状である。
【００１６】
さらに、フレーム５１は、ディフューザ部Ｄの両面に、図２に示す如く円形状の複数の突部５２が縦横に配列してある。これらの突部５２は、膜電極接合体１の経時変化などによって単セルＣに厚さ方向の変位が生じた際に、セパレータ２，２に接触して反応用ガスの流通空間を維持するものである。
【００１７】
各セパレータ２は、表裏反転形状を有する金属製の板部材であって、例えばステンレス製であり、プレス加工により適宜形状に成形し得る。図示例のセパレータ２は、少なくとも膜電極接合体１に対応する中央部分が断面凹凸形状に形成してある。
【００１８】
各セパレータ２は、図２に示すように、断面凹凸形状を長辺方向に連続的に有し、さらに、図３に断面を示すように、膜電極接合体１に波形凸部を接触させると共に、波形凹部により、膜電極接合体１との間にカソード側のガス流路ＧＣ及びアノード側のガス流路ＧＡを形成する。また、各セパレータ２は、両端部に、フレーム５１の各マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６と同等のマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６を有している。
【００１９】
上記のフレーム５１及び両セパレータ２，２において、図２中で左側に示す各マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ３は、上側から、アノードガス供給用（Ｈ１）、冷却液排出用（Ｈ２）及びカソードガス排出用（Ｈ３）であり、積層方向に互いに連通して夫々の流路を形成する。また、図２中で右側に示す各マニホールド穴Ｈ４〜Ｈ６は、上側から、カソードガス供給用（Ｈ４）、冷却液供給用（Ｈ５）及びアノードガス排出用（Ｈ６）であり、積層方向に互いに連通して夫々の流路を形成する。
【００２０】
さらに、単セルＣは、図２に示すように、フレーム５１と各セパレータ２の縁部同士の間や、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周囲に、ガスシールＳＬが設けてある。単セルＣを複数枚積層した状態では、単セルＣ同士すなわち隣接するセパレータ２同士の間にもガスシールＳＬを設ける。このガスシールＳＬは、夫々の層間を気密的に分離すると共に、カソードガス、アノードガス及び冷却液の夫々の流通域にその流体だけが流れるように、該当するマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ６の周縁部に開口を設けたり、その周縁部に配置しない構造とする。
【００２１】
上記の単セルＣを複数枚積層して成る燃料電池スタックＦＳは、図３に示すように、隣接する単セルＣ同士の間に、冷却液流路Ｆを形成しており、この冷却液流路Ｆに、単セルＣ間の変位を吸収する変位吸収部材５を介装した構造になっている。
【００２２】
そして、燃料電池スタックＦＳは、変位吸収部材５が、冷却液流路Ｆにおける冷却液の流路抵抗を低減する流路抵抗低減手段を備えている。この流路抵抗低減手段は、冷却液流通方向の任意の位置において変位吸収手段の同流通方向の投影面積を減少させたり、冷却液の渦流を抑止したりして、流路抵抗を低減する手段である。
【００２３】
変位吸収部材５は、概略的には、厚さ方向の変形に伴ってセパレータ２との接触部分が面内方向に移動する部材である。ここで、燃料電池スタックＦＳは、図２及び図３に基づいて説明したように、セパレータ２の冷却液流路Ｆ側の表面が、断面凹凸形状を冷却液流通方向に連続的に有しており、その連続方向が冷却液流通方向である。つまり、図２中で左右方向、図３中で紙面垂直方向が、冷却液流通方向である。この燃料電池スタックＦＳにおいて、変位吸収部材５は、接触部分の移動方向が冷却液流通方向に合うように配置してある。
【００２４】
この実施形態の変位吸収部材５は、薄い金属プレートを素材とし、図４（Ａ）に一部を示すように、基板５Ａの片面に多数のばね機能部５Ｂを縦横に配列した構成である。この変位吸収部材５は、導電性を有し、変位吸収機能に加えて単セルＣ同士を電気的に接続するコネクタとしても機能する。ばね機能部５Ｂは、基板５Ａ側を固定端Ｋとし且つ先端側を自由端Ｊとした舌片状の片持ち梁構造である。この実施形態のばね機能部５Ｂは、四角形状であるが、その形状がとくに限定されるものではない。
【００２５】
上記の変位吸収部材５は、厚さ方向の変形に伴ってセパレータ２との接触部分が面内方向に移動するものとなる。つまり、変位吸収部材５は、図４（Ｂ）に示すように、基板５Ａが一方側（図４中で下側）の単セルのセパレータ２に接触し、ばね機能部５Ｂの自由端Ｊが他方側の単セルのセパレータ２に接触する。この変位吸収部材５は、両セパレータ２，２の間隔が変化すると、ばね機能部５Ｂが実線で示す状態から仮想線で示す状態（又はその逆）に回動し、ばね機能部５Ｂの傾斜角度が変化するのに伴って、自由端Ｊと他方のセパレータ２との接触部分が距離Ｌ分だけ面内方向に移動する。
【００２６】
そして、変位吸収部材５は、上記の接触部分の移動方向が、図４中で矢印Ｂ方向である冷却液流通方向に合うように配置してあり、この際、ばね機能部５Ｂの自由端Ｊを冷却液流通方向の下流側に向けて配置してある。なお、ばね機能部５Ｂは、図４では断面が平坦であるが、適当な断面形状を選択することができ、例えば、自由端Ｊを湾曲させてセパレータ２との接触部分を曲面にすれば、セパレータ２に対する摺動がより円滑になる。
【００２７】
さらに、変位吸収部材５は、ばね機能部５Ｂが、基板５Ａから切り起した状態に形成してあり、これにより、基板５Ａには、ばね機能部５Ｂに対応する開口部５Ｃが形成されている。このような変位吸収部材５は、プレス加工等によって一枚の素材から容易に製造することが可能である。
【００２８】
上記の変位吸収部材５では、冷却液流通方向（矢印Ｂ方向）を横切る方向に配列したばね機能部５Ｂ同士の間の通路６が、流路抵抗低減手段に相当する。すなわち通路６は、冷却液流通方向の任意の位置において変位吸収手段５の同流通方向の投影面積を減少させることにより流路抵抗を低減する手段に相当する。この実施形態では、ばね機能部５Ｂが縦横に配列してあるので、通路６は冷却液流通方向に連続したものとなる。
【００２９】
上記の燃料電池スタックＦＳは、隣接する単セルＣ同士の間の冷却液流路Ｆに冷却液を流通させると共に、各ガス流路ＧＣ，ＧＡにより膜電極接合体１にアノードガス及びカソードガスを供給して、電気化学反応により電気エネルギーを発生する。そして、単セルＣの内部の熱膨脹や膜電極構造体１の膨潤が生じた場合に、これに伴って積層方向に生じる変位を変位吸収部材５により吸収する。
【００３０】
また、燃料電池スタックＦＳは、冷却液流路Ｆに変位吸収部材５が介在した構造であるが、その変位吸収部材５には、冷却液流路Ｆの流路抵抗低減手段としての通路６が設けてあるので、冷却液の流通が円滑なものとなる。これにより、燃料電池スタックＦＳは、変位吸収部材５の良好なばね特性を維持しつつ、冷却液流路Ｆの圧力損失を低減することができ、ひいては冷却液供給用のポンプの小型軽量化なども図ることができる。
【００３１】
さらに、燃料電池スタックＦＳは、冷却液流通方向の任意の位置において変位吸収手段５の同流通方向の投影面積を減少させることにより流路抵抗を低減する手段（通路６）を採用したことから、簡単な構成で冷却液の円滑な流通を可能にし、冷却液流路Ｆの圧力損失を低減する。
【００３２】
さらに、燃料電池スタックＦＳは、セパレータ２の冷却液流路Ｆ側の表面が、断面凹凸形状を冷却液流通方向に連続的に有し、変位吸収部材５が、厚さ方向の変形に伴ってセパレータ２との接触部分が面内方向に移動する部材であり、且つ接触部分の移動方向を冷却液流通方向に合わせて配置してある。このため、燃料電池スタックＦＳは、変位吸収部材５が面内方向に移動した場合に、変位吸収部材５の一部がセパレータ２の凹部に落ち込むようなことがなく、双方の接触状態を良好に維持し得る。これに加えて、一枚のセパレータ２の両面側をガス流路ＣＧ（ＣＡ）及び冷却液流路Ｆとして有効に利用できるので、単セルＣの薄型化、さらには燃料電池スタックＦＳの小型軽量化に貢献し得る。
【００３３】
さらに、燃料電池スタックＦＳは、変位吸収部材５が、基板５Ａの片面に多数のばね機能部５Ｂを配列した構造を有すると共に、ばね機能部５Ｂが、基端を基板５Ａへの固定端Ｋとし且つ先端を自由端Ｊとした片持ち梁構造であることから、簡単な構造で厚さ方向の変位を充分に吸収する機能を確保することができ、製造コストも安価である。また、変位吸収部材５は、ばね機能部５Ｂの形状が簡単で小ピッチでも形成し易く、ばね剛性を小さくすることができる。このようにばね剛性が小さくなると、ばね特性が、変位に対して荷重変動の少ないものとなり、運転時の圧縮方向の変位や経時劣化によるへたりが生じても、面圧変動が小さいので各部品の電気接触抵抗が安定する。
【００３４】
さらに、燃料電池スタックＦＳは、変位吸収部材５におけるばね機能部５Ｂが、基板５Ａから切り起こした状態に形成してあることから、先述の如く一枚の素材をプレス加工することにより容易に製造することができる。また、変位吸収部材５は、ばね機能部５Ｂの切り起こしにより開口部５Ｃを有するものとなるので、この開口部５Ｃを通して冷却液が上下方向に流通することとなり、これにより圧力損失の低減に加えて冷却効果の向上を図ることができる。
【００３５】
さらに、燃料電池スタックＦＳは、変位吸収部材５が、ばね機能部５Ｂの自由端Ｊを冷却液流通方向の下流側に向けて配置してあることから、ばね機能部５Ｂが冷却液流通方向に傾斜した状態となって、ばね機能部５Ｂの下流側での渦流の発生が抑制され、冷却液流路Ｆの圧力損失をより低減することが可能である。
【００３６】
ここで、積層した単セルＣ同士の間の冷却液流路Ｆに変位吸収部材５を配置した構造を有する燃料電池スタックＦＳでは、変位吸収部材５による冷却液流路Ｆの圧力損失と、変位吸収部材５のばね機能及び単セルＣ間のコネクタとしての導電機能とが、相反する関係にある。つまり、冷却液流路Ｆの圧力損失を低減するには、抵抗が極力小さくなる形状や大きさの変位吸収部材５を採用すれば良いが、そのようにすると、変位吸収部材５のばね機能や導電機能が低下するのである。
【００３７】
これに対して、上記実施形態で説明した燃料電池スタックＦＳでは、変位吸収部材５において、流路抵抗低減手段としての通路６を設けることにより、冷却液流通方向の任意の位置において同流通方向の投影面積を減少させている。さらには、変位吸収部材５において、厚さ方向の変形に伴うセパレータ２との接触部分の移動方向を冷却液流通方向に合わせて配置したり、ばね機能部５Ｂを片持ち梁構造にしたり、ばね機能部５Ｂを基板５Ａから切り起こして開口部５Ｃを形成したり、ばね機能部５Ｂの自由端Ｊを冷却液流通方向の下流側に向けて配置したりしている。
【００３８】
これにより、上記の燃料電池スタックＦＳは、積層した単セルＣ同士の間の冷却液流路Ｆに変位吸収部材５を配置した構造において、変位吸収部材５による冷却液流路Ｆの圧力損失の低減と、変位吸収部材５の充分なばね機能及びコネクタとしての充分な導電機能との両立を実現している。
【００３９】
〈第２実施形態〉
図５は、本発明に係わる燃料電池スタックを構成する変位吸収部材の他の実施形態を説明する図である。図５は、冷却液流通方向において上流側から下流側を見た状態を示す断面図である。なお、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４０】
図５（Ａ）〜（Ｅ）に示す変位吸収部材５は、基板５Ａの片面に、片持ち梁構造のばね機能部５Ｂを配置したものであり、冷却液流通方向の任意の位置において変位吸収手段５の同流通方向の投影面積を減少させることにより流路抵抗を低減する流路抵抗低減手段を備えている。より具体的には、この実施形態の流路抵抗低減手段は、ばね機能部５Ｂの自由端Ｊから固定端Ｋに至る範囲に形成した開口部及び切欠部の少なくとも一方である。
【００４１】
なお、この実施形態の切欠部は、図４に示した四角形状のばね機能部５Ｂを基本構成とした場合に、その一部を切欠いた状態にした部分である。よって、切欠部は、ばね機能部５Ｂの形成後に一部を切除して形成したり、ばね機能部５Ｂを切り起こす際に同時形成したりすることができる。
【００４２】
図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すばね機能部５Ｂは、固定端Ｋから自由端Ｊに向けて幅寸法が減少する形状である。すなわち、図５（Ａ）に示すばね機能部５Ｂは、自由端Ｊを含む両側に矩形状の切欠部１６，１６が設けてあり、固定端Ｋから自由端Ｊに向けて幅寸法が段階的に減少している。また、図５（Ｂ）に示すばね機能部５Ｂは、自由端Ｊを含む両側に三角形状の切欠部１６，１６を設けて、全体として台形状を成し、固定端Ｋから自由端Ｊに向けて幅寸法が次第に減少している。
【００４３】
上記のばね機能部５Ｂを有する変位吸収部材５は、切欠部１６により冷却液流路Ｆを拡大して、冷却液の流通をより円滑なものにし、冷却液流路Ｆの圧力損失を低減し得る。また、変位吸収部材５は、固定端Ｋから自由端Ｊに向けて幅寸法が減少する形状のばね機能部５Ｂを採用したことにより、圧力損失の低減と同時に、ばね機能部５Ｂの固定端Ｋ側の幅寸法を充分に確保して、ばね材に急激な強度の変化を与えずに、ばね特性を良好に維持することができる。
【００４４】
図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示すばね機能部５Ｂは、流路抵抗低減手段が、自由端Ｊから固定端Ｋに至る範囲のうちの、自由端Ｊと固定端Ｋとの間に設けてある。要するに、流路抵抗低減手段は、自由端Ｊ及び固定端Ｋを含まない双方の中間位置に設けてある。すなわち、図５（Ｃ）に示すばね機能部５Ｂは、その両側に三角形の切欠部１６，１６が設けてある。また、図５（Ｄ）に示すばね機能部５Ｂは、その中間に、矩形の開口部２６が設けてある。
【００４５】
上記のばね機能部５Ｂを有する変位吸収部材５は、切欠部１６又は開口部２６により冷却液流路Ｆを拡大して、冷却液の流通をより円滑なものにし、冷却液流路Ｆの圧力損失を低減し得る。また、変位吸収部材５は、切欠部１６又は開口部２６をばね機能部５Ｂの自由端Ｊと固定端Ｋとの間に形成したことから、ばね機能部５Ｂの自由端Ｊとセパレータ２との接触面積を充分に確保して、導電性に影響を及ぼすことなく冷却液流路Ｆの圧力損失を低減させることができる。
【００４６】
図５（Ｅ）に示すばね機能部５Ｂは、自由端Ｊと固定端Ｋとの間に流路抵抗低減手段を設けたものであって、その両側にＵ字形の切欠部３６，３６が設けてある。この切欠部３６は、Ｕ字形の開放部分の両側もＲ形状となっていて、全てが曲線により形成されている。このような切欠部３６は、冷却液の渦流を抑止することにより流路抵抗を低減する流路抵抗低減手段に相当する。
【００４７】
上記のばね機能部５Ｂを有する変位吸収部材５は、先の実施形態と同様に、ばね機能部５Ｂの自由端Ｊとセパレータ２との接触面積を充分に確保して、導電性に影響を及ぼすことなく冷却液流路Ｆの圧力損失を低減するほか、曲線で形成した切欠部３６を設けたことから、ばね機能部５Ｂの下流側での渦流の発生が抑制され、冷却液流路Ｆの圧力損失をより低減することが可能である。とくに、ばね機能部５Ｂは、図４（Ｂ）に示すように、自由端Ｊを冷却液流通方向の下流側に向けた姿勢にすると、切欠部３６の曲線が冷却液の流れ方向に沿う状態となり、渦流の抑制効果がより高いものとなる。
【００４８】
また、図５（Ａ）〜（Ｅ）に示す各ばね機能部５Ｂを有する変位吸収部材５は、いずれも一枚の素材をプレス加工することにより、容易に製造することができる。また、流路抵抗低減手段としては、各切欠部１６，３６及び開口部２６と、先の実施形態で説明した通路６とを備えたものとなり、双方の機能が相俟って、冷却液流路Ｆの圧力損失のさらなる低減を実現する。
【００４９】
上記の実施形態の燃料電池スタックは、変位吸収部材５において、ばね機能部５Ｂを固定端Ｋから自由端Ｊに向けて幅寸法が減少する形状にしたり、ばね機能部５Ｂの自由端Ｊから固定端Ｋに至る範囲若しくは自由端Ｊと固定端Ｋとの間に切欠部１６，１６や開口部２６を形成したり、切欠部１６，１６や開口部２を曲線により形成したりしている。これにより、燃料電池スタックは、先の実施形態と同様に、変位吸収部材５による冷却液流路Ｆの圧力損失の低減と、変位吸収部材５の充分なばね機能及びコネクタとしての充分な導電機能との両立を実現する。
【００５０】
〈第３実施形態〉
図６は、本発明に係わる燃料電池スタックを構成する変位吸収部材のさらに他の実施形態を示す図である。図示の変位吸収部材５は、ばね機能部５Ｂが、基板５Ａから切り起こした状態に形成したものであり、とくに図６（Ａ）に示すように、ばね機能部５Ｂが、その外周に抜き加工部５Ｄを設けて、基板５Ａから切り起こした状態に形成してある。
【００５１】
抜き加工部５Ｄは、変位吸収部材５のプレス加工時において打ち抜き形成することが可能である。これにより、変位吸収部材５は、図６（Ｂ）に示すように、ばね機能部５Ｂよりも一回り大きい開口部（抜き加工部を含む開口部）５Ｃを有するものとなる。
【００５２】
上記のばね機能部５Ｂを有する変位吸収部材５は、開口部５Ｃを通した冷却液の流通がより円滑なものになる。つまり、先の図４に示すばね機能部５Ｂを有する変位吸収部材５では、開口部５Ｃを通して冷却液が上下に流通するが、ばね機能部５Ｂの幅寸法と開口部５Ｃの幅寸法とが同程度であるから、冷却液はばね機能部５Ｂを回り込むようにして開口部５Ｃに流入する。
【００５３】
これに対して、この実施形態の変位吸収部材５は、ばね機能部５Ｂの幅寸法よりも開口部５Ｃの幅寸法の方が抜き加工部５Ｄの分だけ大きいので、図６（Ｃ）に示すように、開口部５Ｃに対して冷却液が流入し易くなる。これにより、変位吸収部材５は、そのばね特性を良好に維持しつつ、冷却液流路Ｆの圧力損失をさらに低減する。このような変位吸収部材５を備えた燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様に、変位吸収部材５による冷却液流路Ｆの圧力損失の低減と、変位吸収部材５の充分なばね機能及びコネクタとしての充分な導電機能との両立を実現する。
【００５４】
〈第４実施形態〉
図７に示す変位吸収部材５は、冷却液流路Ｆ内の位置に応じて形状が異なるばね機能部５Ｂが配置してあり、とくに、冷却液流路Ｆにおける冷却液流通方向（図７で紙面垂直方向）の両側の流路面積が小さくなるようにばね機能部５Ｂが配置してある。
【００５５】
具体的には、変位吸収部材５は、基板５Ａに、四角形状のばね機能部５Ｂを縦横に配列したものであって、流路抵抗低減手段としての断面三角形状の切欠部１６を有するばね機能部５Ｂと、切欠部の無いばね機能部５Ｂを備えている。
【００５６】
そして、図示例の変位吸収部材５は、冷却液流通方向を横切る方向（図７で左右方向）に七列のばね機能部５Ｂが配置してあり、中央に、最も大きい切欠部１６Ａを有するばね機能部５Ｂを配置し、その両側の二列に、中央よりも小さい切欠部１６Ｂを有するばね機能部５Ｂを配置し、さらに両側の二列に、さらに小さい切欠部１６Ｃを有するばね機能部５Ｂを配置し、最も外側の二列に、切欠部の無いばね機能部５Ｂを配置している。
【００５７】
このように、変位吸収部材５は、冷却液流路Ｆの中央から外側にかけて、切欠部の大きさを次第に小さくし、且つ最外側で切欠部を無くすことにより、冷却液流路Ｆにおける冷却液流通方向の両側の流路面積が小さくなるようにしている。
【００５８】
上記の変位吸収部材５は、冷却液流路Ｆ内の位置に応じて形状が異なるばね機能部５Ｂを配置することにより、冷却液の流路抵抗を部分的に変化させ、冷却液の配流を調整することができる。また、変位吸収部材５は、図示例のように、冷却液流路Ｆにおける冷却液流通方向の両側の流路面積が小さくなるようにばね機能部５Ｂを配置することにより、中央部での流路抵抗が低くなって、その中央部に冷却液が流れやすくなる。
【００５９】
つまり、単セルＣは、図２に示すように、中央部に膜電極接合体１による発電領域を有しているので、運転時の温度分布は中央部で高くなる。そこで、上記の変位吸収部材５は、冷却液の流れを中央部に集中させることで、単セルＣを効率良く冷却することができ、発電性能の向上にも貢献し得るものとなる。このようにして、燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様に、変位吸収部材５による冷却液流路Ｆの圧力損失の低減と、変位吸収部材５の充分なばね機能及びコネクタとしての充分な導電機能との両立を実現する。
【００６０】
〈第５実施形態〉
図８に示す変位吸収部材５は、冷却液流路Ｆ内の位置に応じて隣接するばね機能部５Ｂ同士の間隔が異なるように配置してある。変位吸収部材５は、先の実施形態と同様に、流路抵抗低減手段としての断面三角形状の切欠部１６を有するばね機能部５Ｂを備えている。
【００６１】
そして、図示例の変位吸収部材５は、図中矢印Ｂ方向で示す冷却液流通方向を横切る方向に五列のばね機能部５Ｂを配列し、中央列から外側にかけて、同列のばね機能部５Ｂ同士の間隔を次第に大きくしている。これにより、変位吸収部材５は、中央列から外側にかけて、ばね機能部５の個数が次第に減少している。
【００６２】
上記の変位吸収部材５は、冷却液流路Ｆ内の位置に応じて隣接するばね機能部５Ｂ同士の間隔が異なるように配置することにより、先の実施形態と同様に、冷却液の流路抵抗を部分的に変化させ、冷却液の配流を調整することができる。このような変位吸収部材５を備えた燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様に、変位吸収部材５による冷却液流路Ｆの圧力損失の低減と、変位吸収部材５の充分なばね機能及びコネクタとしての充分な導電機能との両立を実現する。
【００６３】
〈第６実施形態〉
図９に示す変位吸収部材１５は、薄い金属プレートをコルゲート加工により波形状に成形した構成である。この変位吸収部材１５は、厚さ方向の変形に伴ってセパレータ２との接触部分が面内方向に移動するものとなる。つまり、変位吸収部材１５は、図９（Ａ）に示すように、隣接する単セルの各セパレータ２に波形の頂部が接触しており、両セパレータ２，２の間隔が変化すると、実線で示す状態から仮想線で示す状態に潰れるように変形し、波形の連続方向に距離Ｌ分だけ伸長する。これにより、変位吸収部材１５は、セパレータ２との接触部分が面内方向に移動する。
【００６４】
そして、変位吸収部材１５は、上記の接触部分の移動方向が、図９中で矢印Ｂ方向である冷却液流通方向に合うように配置してあり、図９（Ｂ）に示すように、選択された複数箇所に円形の開口部４６が形成してある。この実施形態の変位吸収部材１５では、開口部４６が、冷却液流通方向の任意の位置において当該変位吸収手段１５の同流通方向の投影面積を減少させることにより流路抵抗を低減する流路抵抗低減手段に相当する。
【００６５】
上記の変位吸収部材１５を備えた燃料電池スタックにあっても、先の実施形態と同様に、単セルの内部の熱膨脹や膜電極構造体の膨潤が生じた場合に、これに伴って積層方向に生じる変位を変位吸収部材１５により吸収し、また、その変位吸収部材１５が、流路抵抗低減手段としての開口部４６を備えているので、冷却液の流通が円滑なものとなる。
【００６６】
このようにして、燃料電池スタックは、変位吸収部材１５の良好なばね特性を維持しつつ、冷却液流路Ｆの圧力損失を低減し、変位吸収部材５による冷却液流路Ｆの圧力損失の低減と、変位吸収部材５の充分なばね機能及びコネクタとしての充分な導電機能との両立を実現する。さらに、上記の変位吸収手段１５は、開口部４６を円形、すなわち曲線により形成しているので、開口部４６の下流側での渦流の発生が抑制され、冷却液流路Ｆの圧力損失をより低減し得るものとなる。
【００６７】
本発明に係わる燃料電池スタックは、その構成が上記各実施形態のみ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。例えば、本発明の燃料電池スタックは、上記各実施形態の構成を組み合わせたり、変位吸収部材の板厚や弾性力、変位吸収部材におけるばね機能部の形状、大きさ、個数、配置及び冷却液流通方向に対する向き、並びに流路抵抗低減手段である切欠部や開口部の形状、大きさ、個数及び配置などを変更したりすることができる。
【００６８】
このような構成により、燃料電池スタックは、積層した単セル同士の間の冷却液流路に変位吸収部材を配置した構造において、変位吸収部材による冷却液流路の圧力損失の低減と、変位吸収部材の充分なばね機能及びコネクタとしての充分な導電機能との両立を実現することができる。
【符号の説明】
【００６９】
Ｃ  単セル
Ｆ  冷却液流路
ＦＳ  燃料電池スタック
１  膜電極接合体
２  セパレータ
５  １５  変位吸収部材
５Ａ  基板
５Ｂ  ばね機能部
５Ｃ  開口部
５Ｄ  抜き加工部
６  通路（流路抵抗低減手段）
１６  ３６  切欠部（流路抵抗低減手段）
２６  ４６  開口部（流路抵抗低減手段）
Ｊ  ばね機能部の自由端
Ｋ  ばね機能部の固定端
【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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