(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々複数の燃料電池セルを積層して一体化することにより形成された、互いに隣接する少なくとも２つのセルモジュールと、
前記セルモジュールのセパレータの間に画成された冷却流体を流通させるための冷却用流通路に介装されるシールプレートであって、
導電性の金属プレートと、
二種類の発電用ガスを分離して流通させて前記複数の燃料電池セルに流入出させるための複数のマニホールド孔が形成されたマニホールド部と、
各マニホールド孔の周縁部に設けられた、当該マニホールド孔を流通する発電用ガスをシールするためのシール部材と、
前記冷却流体用のマニホールド孔と、
各冷却用流通路の断面を低減または変化させることにより、前記冷却用流通路を流通する前記冷却流体の圧力損失を低減または調整する圧力損失調整部と、
を備えたシールプレートと、
を備えたことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記圧力損失調整部が、前記冷却流体の流通方向と平行な複数の第１のスリットを有す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】
前記燃料電池セルの一部をなすセパレータには、前記冷却流体が流通する凹部と、前記シールプレートに当接する凸部とが交互に形成されており、
前記凹部に臨む位置に前記第１のスリットを形成していることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記圧力損失調整部が、前記燃料電池セルのマニホールド部と発電領域との間のディフューザ領域に配設された第２のスリットを有し、該第２のスリットは、前記冷却流体の流通領域の中心から前記冷却流体の流通方向と直交する方向において、前記流通領域の中心から離間する方向に向けて開口面積が次第に増大する形状に形成されてい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】
前記圧力損失調整部が、前記冷却流体の流通方向と平行な複数の溝を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記燃料電池セルの一部をなすセパレータにシール部材が配設されており、
前記シールプレートにおける前記シール部材が配設されていない部位に、前記第２のスリットを形成してい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７】
各燃料電池セルの一対のセパレータのいずれか一方のセパレータが、前記セルモジュールの外側に突出する電圧測定用タブを有すると共に、
各電圧測定用タブが、セル積層方向に延びる直線をなすように配列されており、
少なくとも各電圧測定用タブの配列の両側に、コネクタシール部材を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記コネクタシール部材が、セル積層方向に連続した膜状部材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９】
前記シールプレートが、外周部に沿って形成された、当該シールプレートとこれに隣接する燃料電池セルとの間をシールする外周シール部材を備えており、
前記コネクタシール部材が、前記外周シール部材に連続する別体のシール部材であることを特徴とする請求項８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、燃料電池スタックに適用されるシールプレート、及びこのシールプレートを用いた燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−１９０７０６号公報は、セルを複数重ねて多セルモジュールを構成し、その多セルモジュールをセル積層方向に複数かつ直列に配列し、多セルモジュール間をビードガスケットにてシールした燃料電池スタック構造を開示している。上記多セルモジュールのビードガスケットに接触する端部セルのセパレータの面剛性を多セルモジュールの中央セルのセパレータの面剛性よりも大きくし、具体的には、多セルモジュールの端部セルのセパレータに平板を重ねて、端部セルのセパレータの面剛性を中央セルのセパレータの面剛性よりも大きくしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記燃料電池スタック構造では、多セルモジュール間の冷媒通路に平板を配設するため、平板によって冷却水の圧力損失が増大してしまう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課題であった。
【０００４】
本発明は、冷却用流通路における圧力損失を低減または調整できるシールプレートと、これを用いた燃料電池スタックの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、複数の燃料電池セルを互いに積層一体化した少なくとも二つ以上のセルモジュール間に区画形成された、冷却流体を流通させるための冷却用流通路に介装して用いられるシールプレートである。このシールプレートは、マニホールド部と、シール部材と、圧力損失調整部とを有している。マニホールド部には、燃料電池セルを流通する二種類の発電用ガスを互いに分離して流入出させるための複数のマニホールド孔が形成されている。シール部材は、各マニホールド孔の周縁部に設けられ、当該マニホールド孔を流通する発電用ガスをシールする。圧力損失調整部は、冷却流体が冷却用流通路に流通する際の圧力損失を低減または調整する。
【０００６】
本発明の他の態様は、上記シールプレートを互いに隣接するセルモジュール間に介装した燃料電池スタックである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの概略外観斜視図である。
【図２】図２は、セルモジュールを構成するセパレータ、膜電極接合体及びシールプレートの配置を説明する図であり、図２（Ａ）は、一方側の面の平面図、図２（Ｂ）は、他方側の面の平面図である。
【図３】図３は、カソード側セパレータおよび膜電極接合体を示す図であり、図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示す膜電極接合体の拡大平面図、図３（Ｂ）は、図２（Ａ）に示すカソード側セパレータの拡大平面図である。
【図４】図４は、図２に示すシールプレートの拡大平面図である。
【図５】図５は、図１の燃料電池スタックの部分拡大図であって、図４に示すＣ‐Ｃ線に沿う断面図である。
【図６】図６は、水素含有ガス供給用のマニホールド孔の辺縁部に設けたシール部材の詳細を示す図であり、図６（Ａ）は、当該シール部材を中心とした詳細を示す部分拡大図、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に包囲線ＩＩで示す部分の部分拡大図である。
【図７】図７は、燃料電池スタックの部分拡大断面図であり、図７（Ａ）は、図４に示すＤ‐Ｄ線に沿う断面図、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に包囲線ＩＩＩで示す部分の部分拡大図である。
【図８】図８は、マニホールド孔の辺縁部に設けた他例に係るシール部材の詳細を示す図であり、図８（Ａ）は、当該シール部材を中心とした詳細を示す部分拡大図であって、図４に示すＥ‐Ｅ線に沿う断面図、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に包囲線ＩＶで示す部分の部分拡大図である。
【図９】図９は、他例に係る内周シール部材の詳細を示す図であり、図９（Ａ）は、当該内周シール部材を中心とした詳細を示す部分拡大図であって、図４に示すＣ‐Ｃ線に沿う断面図、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に包囲線ＩＶで示す部分の部分拡大図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態に係るシールプレートの平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施形態に係るシールプレートの平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施形態に係るシールプレートの平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第５の実施形態に係るシールプレートの平面図である。
【図１４】図１４は、図４に示すＶ−Ｖ線に沿う断面を拡大して示す部分拡大図であり、セパレータとシールプレートとの相対的な位置関係を示している。
【図１５】図１５は、図１４においてプレート基板の厚みを大きくした例において、図４に示すＶ−Ｖ線に沿う断面と同等の位置における断面を拡大して示す部分拡大図である。
【図１６】図１６は、図４に示すＶ−Ｖ線に沿う断面と同等の位置における断面を拡大して示す部分拡大図である。
【図１７】図１７は、図４に示すＶ−Ｖ線に沿う断面と同等の位置における断面を拡大して示す部分拡大図である。
【図１８】図１８は、本発明の第６の実施形態に係るシールプレートの平面図である。
【図１９】図１９は、本発明の第７の実施形態に係るシールプレートの平面図である。
【図２０】図２０は、本発明の第８の実施形態に係るシールプレートの平面図である。
【図２１】図２１は、図２０に示すシールプレートの端部の拡大平面図である。
【図２２】図２２は、本発明の第９の実施形態に係るシールプレートを示す図であり、図２２（Ａ）は、当該シールプレートの平面図、図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）に示すＶＩＩ‐ＶＩＩ線に沿う断面を部分的に拡大して示す部分拡大図である。
【図２３】図２３は、本発明の第１０の実施形態に係る燃料電池スタックを説明する要部の断面図である。
【図２４】図２４は、図２３の燃料電池スタックを説明する図であり、図２４（Ａ）は、図２３のセルモジュールの平面図、図２４（Ｂ）は、図２３の燃料電池スタックの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【０００９】
〈第１実施形態〉
図１に示す一例に係る燃料電池スタックＡは、互いに隣接するセルモジュールＭ，Ｍ同士の間にシールプレートＰ１を介装すると共に、これらのセルモジュールＭをエンドプレート１０，１１により図示上下両側から挟圧した構成である。
【００１０】
セルモジュールＭは、所要の枚数からなる燃料電池セル２０を積層方向Ｚに積層し一体化たものである。セルモジュールＭの外壁面（積層方向Ｚの両端面以外の側面）は、後述するセルフレーム３０の鍔部３２同士を接着剤９により互いに接着して構成されている。これにより、セルモジュールＭの内部への浸水を防止するとともに電気的な絶縁を図っている。なお、図１には、５枚の燃料電池セル２０を積層接着したセルモジュールＭを例示しているが、その枚数に限るものではない。また、図１では、接着剤層を省略して示している。
【００１１】
燃料電池セル２０は、セルフレーム３０（図２，３参照）の両側に、一対のセパレータ４０，４１を配設したものである。燃料電池セル２０は、積層方向Ｚから見た正面視において横長方形を有する。本明細書においては、積層方向Ｚに直交する方向で、燃料電池セル２０の長手方向に平行な方向をＸ方向、このＸ方向および積層方向Ｚに直交する方向で、燃料電池セル２０の短手方向に平行な方向をＹ方向とする。一対のセパレータ４０，４１は、セルフレーム３０との間に、それぞれ異なる二種類の発電用ガスを流通させるためのガス流通路Ｆ１，Ｆ２を区画形成する。二種類の発電用ガスは、水素含有ガスと酸素含有ガスであり、一対のセパレータは、アノード側セパレータ４０及びカソード側セパレータ４１である。
【００１２】
セルフレーム３０は、絶縁部材であって、具体的には樹脂製である。セルフレーム３０は、燃料電池セル２０の積層方向Ｚから見た正面視において横長方形を有する。また、セルフレーム３０は、一定の板厚を有する基板３１と、基板３１の表裏両面の全周囲にわたって積層方向Ｚに突出するように形成された鍔部３２とを有する。セルフレーム３０の中央部分には、膜電極接合体（ＭＥＡ）３３が配設される。セルフレーム３０のＸ方向両端部（膜電極接合体３３のＸ方向両外側）には、マニホールド部ＭＬ，ＭＲが配設されている。
【００１３】
膜電極接合体３３は、例えば、固体高分子から成る電解質膜を、一対の電極により挟持した構造を有している。
【００１４】
マニホールド部ＭＬ，ＭＲは、燃料電池セル２０に対して水素含有ガス、酸素含有ガス及び冷却流体の流入出を夫々行う。マニホールド部ＭＬ，ＭＲと膜電極接合体３３との間には、水素含有ガス又は酸素含有ガスの流通領域であるディフューザ領域Ｄ，Ｄが形成してある。なお、本実施形態における冷却流体は、例えば水である。
【００１５】
Ｘ方向一側のマニホールド部ＭＬは、マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ３を有する。各マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ３は、それぞれ酸素含有ガス供給用（Ｍ１）、冷却流体供給用（Ｍ２）及び水素含有ガス供給用（Ｍ３）である。マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ３は、燃料電池スタックＡにおいて、それぞれ積層方向Ｚに連続する３つの流通路を形成している。
【００１６】
Ｘ方向他側のマニホールド部ＭＲは、マニホールド孔Ｍ４〜Ｍ６を有する。各マニホールド孔Ｍ４〜Ｍ６は、それぞれ水素含有ガス排出用（Ｍ４）、冷却流体排出用（Ｍ５）及び酸素含有ガス排出用（Ｍ６）である。マニホールド孔Ｍ４〜Ｍ６は、燃料電池スタックＡにおいて、それぞれ積層方向Ｚに連続する３つの流通路を形成している。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。
【００１７】
ディフューザ領域Ｄは、セルフレーム３０とセパレータ４０，４１との各間、すなわち、セルフレーム３０の両面側に夫々形成されている。各ディフューザ領域Ｄには、図示しない円錐台形にした複数の突起が所要の間隔で配設されている。複数の突起は、セルフレーム３０とセパレータ４０，４１との間に介在してこれらを互いに離間させる。
【００１８】
ここで、図２（Ａ）は、カソード及びアノードのセパレータ４０，４１、セルフレーム３０及び膜電極接合体３３、並びにシールプレートＰ１の一方側の面を示す図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す各部材を図２上下方向の軸回りに裏返して、各部材の他方側の面を示す図である。よって、図２（Ａ）に示す各部材は、最下段に示すシールプレートＰ１の面が上側となるように順次積層する。また、図２（Ｂ）に示す各部材は、最上段に示すアノード側セパレータ４０の面が上側となるように順次積層する。
【００１９】
セルフレーム３０には、図２及び図３（Ａ）に示すように、外縁部の全周にわたる部分、及びマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６の周囲の部分に、接着シール８０が連続的に設けてある。このとき、接着シール８０は、図２（Ａ）に示すセルフレーム３０のカソード面においては、酸素含有ガスを流通させるために、酸素含有ガスの供給用及び排出用のマニホールド孔Ｍ１，Ｍ６の部分で開放してあり、それ以外のマニホールド孔Ｍ２〜Ｍ５を囲繞している。
【００２０】
また、接着シール８０は、図２（Ｂ）に示すセルフレーム３０のアノード面では、水素含有ガスを流通させるために、水素含有ガスの供給用及び排出用のマニホールド孔Ｍ３，Ｍ４の部分で開放してあり、それ以外のマニホールド孔Ｍ１，Ｍ２，Ｍ５及びＭ６を囲繞している。
【００２１】
セパレータ４０，４１は、図２及び図３（Ｂ）に示すように、それぞれステンレス等の金属板をプレス成形したものであり、上記セルフレーム３０の鍔部３２の内側領域に配設できる大きさの横長方形に形成してある。
【００２２】
セパレータ４０（４１）は、図３（Ｂ）に示すように、膜電極接合体３３に対向する中央部分には、凹凸部が形成してある。凹凸部では、各々Ｘ方向に連続して延在する複数の凹部（凹条）４１ａ（４０ａ）と凸部（凸条）４１ｂ（４０ｂ）とが設けられている。複数の凹部（凹条）４１ａ（４０ａ）と凸部（凸条）４１ｂ（４０ｂ）とは、Ｙ方向に交互に並設されている。また、セパレータ４０（４１）のＸ方向両端部には、セルフレーム３０の各マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６に対応するマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６が形成してある。水素含有ガス供給用マニホールド孔Ｍ３からガス流通路Ｆ１に流入した水素含有ガスは、Ｘ方向一側のディフューザ領域Ｄで分岐し、アノード側セパレータ４０のセルフレーム３０側の面に形成された複数の凹部４０ａの内部を流れ、Ｘ方向他側のディフューザ領域Ｄで合流したのち、水素含有ガス排出用マニホールド孔Ｍ４から排出される。また、酸素含有ガス供給用マニホールド孔Ｍ１からガス流通路Ｆ２に流入した酸素含有ガスは、Ｘ方向一側のディフューザ領域Ｄで分岐し、カソード側セパレータ４１のセルフレーム３０側の面に形成された複数の凹部４１ａの内部を流れ、Ｘ方向他側のディフューザ領域Ｄで合流したのち、酸素含有ガス排出用マニホールド孔Ｍ６から排出される。
【００２３】
また、セパレータ４０，４１には、セルフレーム３０と同様に、外縁部の全周にわたる部分、及びマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６の周囲の部分に、接着シール８０が連続的に設けてある。このとき、接着シール８０は、酸素含有ガス、水素含有ガス及び冷却流体を夫々の層間に流通させるために、図２（Ａ）及び２（Ｂ）に示すように、夫々の層間に該当するマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６の部分で開放してあり、それ以外のマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６を囲繞している。
【００２４】
燃料電池スタックＡは、セルモジュールＭにおいて、互いに隣接する燃料電池セル２０，２０同士の相対向するセパレータ４０，４１の間に、冷却流体の流通路（以下、「冷却用流通路」という。）Ｆ３を区画形成している。セパレータ４０，４１の冷却用流通路Ｆ３側の面に形成された凹部４０ａ，４１ａが、冷却用流通路Ｆ３の一部を画成しており、凹部４０ａ，４１ａの内部を冷却流体が流通する。また、隣接する二つのセルモジュールＭ，Ｍ同士の間の空間、より具体的には、最外側に配置した燃料電池セル２０，２０同士の対向当接する鍔部３２により囲繞形成される空間も冷却用流通路Ｆ３になっている。そして、燃料電池スタックＡは、セルモジュールＭ，Ｍ同士の間の冷却用流通路Ｆ３に、本発明の第１の実施形態に係るシールプレートＰ１を介装している。セパレータ４０，４１の冷却用流通路Ｆ３側の面に形成された凸部４０ｂ，４１ｂは、その上面又は頂部においてシールプレートＰ１に当接している。
【００２５】
本実施形態に係るシールプレートＰ１は、燃料電池セル２０とは別体にして形成されている。図２及び図４に示すように、プレート基板５０は、そのＸ方向両端部にマニホールド部ＭＬ，ＭＲを有する。プレート基板５０の中央部分には、第１の例に係る圧力損失調整部Ｂ１が形成されている。マニホールド部ＭＬ，ＭＲと圧力損失調整部Ｂ１の間（セルフレーム３０のＸ方向一側および他側のディフューザ領域Ｄに対向する位置）には、シールプレートＰ１のディフューザ領域Ｄ１，Ｄ１がある。
【００２６】
プレート基板５０は、導電性の一枚の金属板を成形したものであり、平面視において燃料電池セル２０とほぼ同じ形状で同じ大きさに形成してある。このプレート基板５０を導電性の金属板で形成することにより、長期間安定した通電性を保つことができる。プレート基板５０のマニホールド部ＭＬ，ＭＲには、セルフレーム３０およびセパレータ４０，４１の各マニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６に対応するマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６が形成されている。
【００２７】
このシールプレートＰ１は、セルモジュールＭのマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６に対応するマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６を有し、セルモジュールＭ，Ｍ間に介装したときに、互いのマニホールド孔Ｍ１〜Ｍ６を連続させて一連の流通路を形成する。
【００２８】
シールプレートＰ１は、酸素含有ガス及び水素含有ガスの流通に用いるマニホールド孔Ｍ１，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ６を区画形成するプレート基板５０の各辺縁部に、第１シール部材としてのシール部材５１〜５４が設けてある。マニホールド孔Ｍ１，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ６の辺縁部に設けた各シール部材５１〜５４は、互いに独立して形成してある。なお、当然のことながら、冷却流体の流通に用いるマニホールド孔Ｍ２，Ｍ５は、シール部材を設けずに、開放状態である。本実施形態では、冷却流体は、冷却用流通路Ｆ３内をマニホールド孔Ｍ２からマニホールド孔Ｍ５に向かう方向に流れる。このマニホールド孔Ｍ２からマニホールド孔Ｍ５に向かう方向は、上記Ｘ方向とほぼ平行であるため、本明細書においては、マニホールド孔Ｍ２からマニホールド孔Ｍ５に向かって流れる冷却流体の流通方向をＸ方向とも称する。
【００２９】
また、シールプレートＰ１は、図５にも示すように、プレート基板５０の最外周縁部に沿って第２シール部材としての外周シール部材５５が設けてあり、さらに、第１シール部材と第２シール部材との間には、第３のシール部材が設けてある。この実施形態の第３のシール部材は、外周シール部材５５の内側に所要の間隔をおいて平行配置した内周シール部材５６である。これらのシール部材５１〜５６には、より好ましい実施形態として、電気的絶縁性を有する材料から成るものを採用することができる。なお、図５において符号９で示すものは接着剤である。
【００３０】
また、各シール部材５１〜５４を独立させた構造としているので、それら各シール部材５１〜５４の設計（高さ、幅、形状）を独立して設定することができる。これにより、シールする部位により流体が異なり、これに応じてシール部材の劣化環境が異なるので、それに応じてシール部材５１〜５４の設計を個別に行なうことができ、燃料電池スタックＡの信頼性を向上させられる。
【００３１】
ここで、燃料電池スタックＡでは、図５に示すように、燃料電池セル２０同士を接合する接着剤９と第３のシール部材である内周シール部材５６とが、セルモジュールＭの積層方向Ｚに延びる直線をなすように、直線的に配列されている。図５の例では、セルフレーム３０と各セパレータ４０，４１とを接合する接着剤９と内周シール部材５６とが、積層方向Ｚに延びる直線をなすように、直線的に配列されている。
【００３２】
圧力損失調整部Ｂ１は、冷却用流通路Ｆ３において、これを流通する冷却流体の圧力損失を低減または調整する機能を有する。圧力損失調整部Ｂ１は、シールプレートＰ１のアクティブエリア、又はアクティブエリア近傍、若しくはそれら双方の領域において、冷却用流通路Ｆ３の断面（冷却用流通路Ｆ３の流路壁の一部を構成する部分の断面）を低減または変化させることによって（すなわち、冷却用流通路Ｆ３の流路断面積を増加または変化させることによって）、圧力損失を低減または調整する。
【００３３】
上記冷却用流通路Ｆ３の断面の低減は、冷却流体の流通方向（本実施形態では、Ｘ方向）及び当該流通方向と直交する方向（本実施形態では、Ｙ方向）の双方を含むものである。本明細書において「アクティブエリア」は、燃料電池セル２０の発電領域、すなわち、膜電極接合体３３に対向する領域を指す。
【００３４】
本実施形態において示す圧力損失調整部Ｂ１は、シールプレートＰ１のアクティブエリアに設けられている。この圧力損失調整部Ｂ１は、プレート基板５０の長軸中心線Ｏ１に平行に形成された上流側スリット列６０、下流側スリット列６１及びその長軸中心線Ｏ１と直交する短軸中心線Ｏ２に平行な二つのスリット６２，６２からなる。長軸中心線Ｏ１は、プレート基板５０の短辺（Ｙ方向に平行な辺）を二分する位置に想定し、短軸中心線Ｏ２は、プレート基板５０の長辺（Ｘ方向に平行な辺）を二分する位置に想定したものである。
【００３５】
上流側スリット列６０は、冷却流体の流通方向の上流側に配列した８本のスリット６０ａからなり、それらのスリット６０ａは、Ｘ方向と平行にしかつ互いに同じ長さ及び幅にして配列形成されている。下流側スリット列６１は、冷却流体の流通方向の下流側に配列した８本のスリット６１ａからなり、それらのスリット６１ａは、上記スリット６０ａと同じくＸ方向と平行にしかつ互いに同じ長さ及び幅にして配列形成されている。
【００３６】
シールプレートＰ１は、燃料電池セル２０を流通する二種類の発電用ガスを互いに分離して流入出させるための複数のマニホールド孔Ｍ１，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ６を有し、それら各マニホールド孔Ｍ１，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ６の周縁部に、これらを流通する発電用ガスをシールするためのシール部材５１〜５４が設けてあり、且つ、冷却用流通路Ｆ３に流通する冷却流体の圧力損失を低減または調整する圧力損失調整部Ｂ１を備えている。
【００３７】
これにより、シールプレートＰ１及びこれを用いた燃料電池スタックＡは、隣接するセルモジュールＭ，Ｍ同士の間の冷却用流通路Ｆ３における圧力損失を低減または調整することができ、例えば、隣接する燃料電池セル２０，２０同士の間にも冷却用流通路を有する燃料電池スタックにおいては、全ての冷却用流通路における冷却流体の流量のばらつきを抑制することができる。
【００３８】
また、シールプレートＰ１は、圧力損失調整部Ｂ１が、冷却流体の流通方向（本実施形態では、Ｘ方向）に平行な複数のスリット６０ａ，６１ａを有するものとしたことから、冷却用流通路Ｆ３の圧力損失をより効果的に低減または調整することができる。
【００３９】
さらに、上記のシールプレートＰ１及びこれを用いた燃料電池スタックＡは、シール部材５１〜５４を備えたシールプレートＰ１がセルモジュールＭに対して容易に取外し可能である。これにより、燃料電池スタックＡは、シール部材５１〜５４が劣化してもシールプレートＰ１のみ交換すればよく、燃料電池セル２０並びにセルモジュールＭを継続的に使用することができる。
【００４０】
また、燃料電池スタックＡは、シールプレートＰ１が、外周部に沿って、燃料電池セル２０との間をシールする第２のシール部材としての外周シール部材５５を備えているので、外部からの雨水等の浸入を確実に阻止することができる。
【００４１】
さらに、燃料電池スタックＡは、シールプレートＰ１が、第１のシール部材５１〜５４と第２のシール部材としての外周シール部材５５との間に、第３のシール部材としての内周シール部材５６を備えていることから、外部からの雨水等の浸入を阻止するのに加えて、冷却用流通路Ｆ３を流通する冷却流体の漏出を確実に防止することができる。
【００４２】
さらに、燃料電池スタックＡは、第１〜第３のシール部材５１〜５６として電気絶縁性を有する部材を採用することで、上記の防水や漏出防止の効果に加えて、燃料電池セル２０とシールプレートＰ１との間において、発電領域（アクティブエリア）以外の領域の絶縁性を確保して、発電領域での導電性を高めている。
【００４３】
さらに、燃料電池スタックＡでは、燃料電池セル２０同士を接合する接着剤９と第３のシール部材である内周シール部材５６とが、セルモジュールＭの積層方向Ｚに延びる直線をなすように直線的に配列されたので、接着剤９及び内周シール部材５６の弾性作用により、膜電極接合体３３の膨潤等によって生じる燃料電池スタックＡの積層方向Ｚの変位を吸収することができ、各燃料電池セル２０に作用する面圧を一定にすることができる。また、図５に示したように、セルフレーム３０と各セパレータ４０，４１とを接合する接着剤９と内周シール部材５６とを、積層方向Ｚに延びる直線をなすように直線的に配列することで、上記の変位吸収機能をより高めることができる。
【００４４】
以下、図６〜図９に基づいて、上記燃料電池スタックＡの細部の他例を説明する。
図６（Ａ）は、酸素含有ガス供給用のマニホールド孔Ｍ１の辺縁部に連成されたシール部材を中心とした詳細を示す部分拡大図であって、図５で示すシール部材５１の周囲を拡大したものであり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に包囲線Ｉで示す部分の部分拡大図である。シール部材５１は、断面横長方形のシール基台５１ａ上に断面三角形にしたシールリップ５１ｂが突出して形成してある。
【００４５】
このシール部材５１は、シールに関与するものであり、弾性変形可能な公知のゴム材である。本実施形態のシール部材５１は、シール基台５１ａの外下半部を段差状にして、マニホールド孔Ｍ１の近傍におけるプレート基板５０の一主面（図示上面）５０ａと側壁面５０ｂを被覆するように成形してあり、シールリップ５１ｂをプレート基板５０の側壁面５０ｂよりも当該マニホールド孔Ｍ１の内方（図６において右方）に偏移させている。すなわち、シールリップ５１ｂは、マニホールド孔Ｍ１を形成したプレート基板５０の側方に偏移させて形成してある。
【００４６】
上記構成を備えたシール部材５１は、シールリップ５１ｂが、上側に隣接する燃料電池セル２０のカソード側のセパレータ４１に接触しており、セパレータ４０，４１及びプレート基板５０の３つの部材のうち、図６に包囲線ＩＩで示す部位のように、アノード側のセパレータ４０とプレート基板５０が互いに間隙の生じないゼロタッチで当接（直接当接）していても、シール部材５１は、同図中に符号５２ａで示す如くプレート基板５０との接着厚さを確保することができる。
【００４７】
また、シール部材５１は、カソード側のセパレータ４１とプレート基板５０の間だけでなく、アノード側のセパレータ４０とプレート基板５０の間をもシールすることができる。つまり、一つのシール部材５１で、セパレータ４０，４１及びプレート基板５０の３つの部材間をシールすることができ、部材間の簡略化及び小型化を実現する。
【００４８】
また、シール部材５１は、プレート基板５０の両面に連続させると、セパレータ４０，４１やプレート基板５０の変位などに伴って割れや断裂が生じ易くなる。これに対し、上記シール部材５１は、プレート基板５０の主面５０ａから側壁面５０ｂを被覆するようにして、プレート基板５０の片面に設けてあるので、セパレータ４０，４１やプレート基板５０が変位しても、割れや断裂を防止することができる。なお、本実施形態においては、シール部材５１を例として説明しているが、他のシール部材５２〜５４についても同様である。
【００４９】
図７（Ａ）は、燃料電池スタックＡの部分拡大断面図で、図４に示すＤ‐Ｄ線に沿う断面であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に包囲線ＩＩＩで示す部分の部分拡大図である。すなわち、図７には、上記した水素含有ガス供給用のマニホールド孔Ｍ３を区画するプレート基板５０の各辺縁部と、これの辺縁部に形成したシール部材５２を示している。
【００５０】
シール部材５２は、断面横長方形にしたシール基台５２ａの下面に、断面三角形にしたシールリップ５２ｂが突出させて形成してある。このシール部材５２は、上記したものと同様にシールに関与するものであり、弾性変形可能な公知の例えばゴム材である。
【００５１】
本実施形態においては、シール基台５２ａの外上半部を段差状にして、マニホールド孔Ｍ３を区画するプレート基板５０の一主面（図示下面）５０ｃと側壁面５０ｂを被覆するように成形し、シールリップ５２ｂをプレート基板５０の側壁面５０ｂよりも当該マニホールド孔Ｍ３の内方（図７において左方）に偏移させている。すなわち、シールリップ５２ｂは、マニホールド孔Ｍ３を形成したプレート基板５０の側方に偏移させて形成してあり、プレート基板５０の主面から外れた位置に形成してある。
【００５２】
上記構成を備えたシール部材５２は、シールリップ５２ｂが、下側に隣接する燃料電池セル２０のアノード側のセパレータ４０に接触しており、セパレータ４０，４１及びプレート基板５０の３つの部材のうち、図７に包囲線ＩＩＩで示す部位のように、カソード側のセパレータ４１とプレート基板５０が互いに間隙の生じないゼロタッチで当接（直接当接）していても、シール部材５１は、アノード側のセパレータ４０とプレート基板５０の間だけでなく、カソード側のセパレータ４１とプレート基板５０の間をもシールすることができる。
【００５３】
つまり、一つのシール部材５２で、セパレータ４０，４１及びプレート基板５０の３つの部材間をシールすることができ、部材間の簡略化及び小型化を実現する。さらに、シール部材５２は、図６に示すシール部材５１と同様に、セパレータ４０，４１やプレート基板５０が変位しても、割れや断裂を防止することができる。
【００５４】
図６に示すシール部材５１と、図７に示すシール部材５２は、プレート基板５０の上下面に相対的に配設される。すなわち、冷却媒体の流通方向（本実施形態では、Ｘ方向）に平行な長軸中心線Ｏ１を間にして、酸素含有ガス供給用のマニホールド孔Ｍ１の辺縁部に形成したシール部材５１の上向きのシールリップ５１ｂと、水素含有ガス供給用のマニホールド孔Ｍ３の辺縁部に形成したシール部材５２の下向きのシールリップ５２ｂとを、プレート基板５０の上下面に相対的に配設する。これにより、シールを安定して行なうことができる。
【００５５】
これは、一つのシール部材で３枚のプレート（２つの空間）のシールをするとき、マニホールド孔部分において直接当接する２枚の部材の組み合わせが異なるので、上記のシール部材５１，５２を上下に相対的に配置することで、夫々の組合せの相違に対応することができ、プレート基板５０の両面において安定したシールを実現する。また、ガス流路とシール部材の高さを両立させられるので小型化を図ることができると共に、シール部材の高さ（厚み）を充分に確保でき、シールの信頼性を向上させられる。
【００５６】
図８（Ａ）は、マニホールド孔の辺縁部に連成された他例に係るシール部材を中心とした詳細を示す部分拡大図で、図４に示すＥ‐Ｅ線に沿う断面であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に包囲線ＩＶで示す部分の部分拡大図である。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。
【００５７】
同図に示すマニホールド孔Ｍ４を区画形成するプレート基板５０の辺縁部５０ｄは、そのプレート基板５０の表面から上側に離れるように折曲形成されている。これに対して、シール部材５３は、マニホールド孔Ｍ４を区画形成するプレート基板５０の辺縁部５０ｄの全周にわたって無端状に形成してある。
【００５８】
シール部材５３は、弾性変形可能な公知の例えばゴム材であり、断面横長方形にしたシール基台５３ａの上面にシールリップ５３ｂが突出させて形成してある。このシールリップ５３ｂは断面三角形に形成されており、上記したものと同様にシールに関与するものである。
【００５９】
シール部材５３は、シール基台５３ａの外半部を、マニホールド孔Ｍ４を区画するプレート基板５０の二つの主面（図示上下面）５０ａ，５０ｃ及び側壁面５０ｂを被覆するように成形固定することにより、シールリップ５３ｂをプレート基板５０側壁面５０ｂよりも当該マニホールド孔Ｍ４の内方（図８において右方）に偏移させている。すなわち、シールリップ５３ｂは、マニホールド孔Ｍ４を形成したプレート基板５０の側方に偏移させて形成してある。
【００６０】
上記のシール部材５３は、先の実施形態と同様に、セパレータ４０，４１及びプレート基板５０の３つの部材間をシールすることができるほか、マニホールド孔の内周面を全体的に被覆することで、絶縁性をより高めることができる。
【００６１】
図９（Ａ）は、他例に係る内周シール部材を中心とした詳細を示す部分拡大図で、図４に示すＣ‐Ｃ線に沿う断面であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）中の包囲線Ｖで示す部分の部分拡大図である。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。
【００６２】
内周シール部材５６Ａを配設するプレート基板５０には、その内周シール部材５６Ａの高さを勘案して、シール配設凹部５０ｅ，５０ｅが上下両面に延在形成してある。内周シール部材５６Ａは、弾性変形可能な公知の例えばゴム材であり、断面横長方形のシール基台５６ａ上に断面三角形にしたシールリップ５６ｂが突出させて形成してある。
【００６３】
プレート基板５０にシール配設凹部５０ｅ，５０ｅを形成することにより、プレート基板５０を部分的に薄肉化すると同時に、内周シール部材５６Ａを厚肉化し得る。これにより、許容圧縮量の大きい（シメシロの大きい）シール部材を採用することができる。さらに、シール部材をなすゴムの圧縮率を低減させることができ、シール部材の設計のロバスト性の向上やへたり寿命の向上を実現する。
【００６４】
上記の各シール部材５１〜５６を備えたシールプレートＰ１は、先述した燃料電池スタックＡに適用され、セルモジュールＭに対して容易に取外し可能なため、シール部材５１〜５６が劣化してもシールプレートＰ１のみ交換すればよいので、燃料電池セル２０並びにセルモジュールＭの継続使用に貢献することができる。
【００６５】
図１０〜図１４は、本発明の第２〜第５の実施形態に係るシールプレートのそれぞれ平面図である。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。
【００６６】
〈第２実施形態〉
図１０に示す本発明の第２の実施形態に係るシールプレートＰ２は、第２の例に係る圧力損失調整部Ｂ２を設けたものである。図示の圧力損失調整部Ｂ２は、プレート基板５０の長軸中心線Ｏ１に平行に形成された上流側スリット列６０Ａ、下流側スリット列６１Ａ及びその長軸中心線Ｏ１と直交する短軸中心線Ｏ２に平行な二つのスリット６２，６２からなる。
【００６７】
上流側スリット列６０Ａは、冷却流体の流通方向の上流側に配列した１０本のスリット６０ｂからなる。本実施形態においては、長軸中心線Ｏ１を挟む両側に、互いに所要の間隔Ｗ１をおいて５本のスリット６０ｂずつ振り分けて配列している。各スリット６０ｂは、上記したスリット６０ａよりも幅狭にしかつ互いに同じ長さ及び幅に形成しているとともに、互いに平行にして配列されている。
【００６８】
下流側スリット列６１Ａは、冷却流体の流通方向の下流側に配列した１０本のスリット６１ｂからなる。各スリット６１ｂは、上記したスリット６０ｂと同じ形状で同じ大きさを有し、且つ同じ配列にしたものであり、本実施形態においては、長軸中心線Ｏ１を挟む両側に、互いに所要の間隔Ｗ１をおいて５本のスリット６１ｂずつ振り分けて配列している。
【００６９】
上記構成を備えたシールプレートＰ２は、隣接するセルモジュールＭ，Ｍ同士の間の冷却用流通路Ｆ３における圧力損失を低減または調整することができ、例えば、隣接する燃料電池セル２０，２０同士の間にも冷却用流通路を有する燃料電池スタックにおいては、全ての冷却用流通路における冷却流体の流量のばらつきを抑制することができる。
【００７０】
〈第３実施形態〉
図１１に示す本発明の第３の実施形態に係るシールプレートＰ３は、第３の例に係る圧力損失調整部Ｂ３を設けたものである。図示の圧力損失調整部Ｂ３は、プレート基板５０の長軸中心線Ｏ１に平行に形成された上流側スリット列６０Ｂ、下流側スリット列６１Ｂ及びその長軸中心線Ｏ１と直交する短軸中心線Ｏ２に平行な二つのスリット６２，６２からなる。
【００７１】
上流側スリット列６０Ｂは、冷却流体の流通方向の上流側に配列した１５本のスリット６０ｃを、Ｙ方向に等間隔にしかつ互いに平行にして配列されている。下流側スリット列６１Ｂは、冷却流体の流通方向の下流側に配列した８本のスリット６１ｃからなる。各スリット６１ｃは、スリット６０ｃと同形同大のものであり、それらスリット６０ｃの二倍の間隔にして配列したものである。
【００７２】
上記構成を備えたシールプレートＰ３は、先の実施形態と同様に、隣接するセルモジュールＭ，Ｍ同士の間の冷却用流通路Ｆ３における圧力損失を低減または調整することができるほか、冷却用流通路Ｆ３の上流側と下流側の圧力損失を調整することもできる。さらに、例えば、隣接する燃料電池セル２０，２０同士の間にも冷却用流通路を有する燃料電池スタックにおいては、全ての冷却用流通路における冷却流体の流量のばらつきを抑制することができる。
【００７３】
〈第４実施形態〉
図１２に示す本発明の第４の実施形態に係るシールプレートＰ４は、第４の例に係る圧力損失調整部Ｂ４を設けたものである。図示の圧力損失調整部Ｂ４は、プレート基板５０の長軸中心線Ｏ１に平行に形成された上流側スリット列６０Ｃ、下流側スリット列６１Ｃ及びその長軸中心線Ｏ１と直交する短軸中心線Ｏ２に平行な二つのスリット６２，６２からなる。
【００７４】
上流側スリット列６０Ｃは、冷却流体の流通方向の上流側に配列した８本のスリット６０ｄを、Ｙ方向に等間隔にしかつ互いに平行にして配列されている。スリット６０ｄは、上記したスリット６０ａと同形同大のものである。下流側スリット列６１Ｃは、冷却流体の流通方向の下流側に配列した７本のスリット６１ｄからなる。スリット６１ｄは、スリット６０ｄと同じ形状で同じ大きさのものであり、上記Ｘ方向から見て（Ｙ方向位置において）、それぞれスリット６０ｄの間に位置するようにして、Ｙ方向に等間隔且つ互いに平行に配列されている。
【００７５】
上記構成を備えたシールプレートＰ４は、先の実施形態と同様に、隣接するセルモジュールＭ，Ｍ同士の間の冷却用流通路Ｆ３における圧力損失を低減または調整することができるほか、冷却用流通路Ｆ３の上流側と下流側の圧力損失を調整することもできる。さらに、例えば、隣接する燃料電池セル２０，２０同士の間にも冷却用流通路を有する燃料電池スタックにおいては、全ての冷却用流通路における冷却流体の流量のばらつきを抑制することができる。
【００７６】
〈第５実施形態〉
図１３に示す本発明の第５の実施形態に係るシールプレートＰ５は、第５の例に係る圧力損失調整部Ｂ５を設けたものである。図示の圧力損失調整部Ｂ５は、プレート基板５０の長軸中心線Ｏ１に平行に形成された上流側スリット列６０Ｄ、下流側スリット列６１Ｄ及びその長軸中心線Ｏ１と直交する短軸中心線Ｏ２に平行な二つのスリット６２，６２からなる。
【００７７】
上流側スリット列６０Ｄは、冷却流体の流通方向の上流側に配列した８本のスリット６０ｅ〜６０ｈ、６０ｅ〜６０ｈを、Ｙ方向に等間隔且つ互いに平行に配列されている。スリット６０ｅ〜６０ｈは、Ｙ方向両外側からＹ方向中心側（長軸中心線Ｏ１）にかけて順次配列されており、スリット６０ｅからスリット６０ｈにかけて次第に全長が短くなるようにしたものである。下流側スリット列６１Ｄは、冷却流体の流通方向の下流側に配列した８本のスリット６０ｅ〜６０ｈ、６０ｅ〜６０ｈを、Ｙ方向に等間隔且つ互いに平行に配列されている。
【００７８】
上記構成を備えたシールプレートＰ５にあっても、先の実施形態と同様に、隣接するセルモジュールＭ，Ｍ同士の間の冷却用流通路Ｆ３における圧力損失を低減または調整することができ、例えば、隣接する燃料電池セル２０，２０同士の間にも冷却用流通路を有する燃料電池スタックにおいては、全ての冷却用流通路における冷却流体の流量のばらつきを抑制することができる。
【００７９】
ここで、図１４は、上記した図４に示すＶ−Ｖ線に沿う断面を拡大して示す部分拡大図であり、セパレータとともにその相対的な位置関係を示している。また、図１５は、図１４においてプレート基板の厚みを大きくした例において、図４に示すＶ−Ｖ線に沿う断面と同等の位置における断面を拡大して示す部分拡大図である。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。
【００８０】
図１４に示すシールプレートＰ１とセパレータ４０，４１とは、プレート基板５０のスリット６０ａが、セパレータ４０，４１の凸部４０ｂ，４１ｂに当接挟持されておらず、スリット６０ａを凹部４０ａ，４１ａに臨む位置関係にしたものである。このとき、スリット６０ａが凹部４０ａ，４１ａの開口部の寸法（幅）Ｗ２よりも小さい幅に形成されている場合には、凹部４０ａ，４１ａを面内方向（図１４左右方向）に偏らせて、凹部４０ａ、４１ａ内におけるスリット６０ａの位置を調整し、プレート基板の凹部４０ａ，４１ａ内（冷却用流通Ｆ３内）への突出寸法Ｗ３，Ｗ４を調整することができる。
【００８１】
このように、プレート基板５０の凹部４０ａ，４１ａ内への突出寸法Ｗ３，Ｗ４を調整することによって、冷却用流通路の圧力損失を低減または調整することができる。また、シールプレートＰ１とセパレータ４０，４１を上記の位置関係にした場合には、図１５にプレート基板５０´を示すように、その厚みＴを大きくしても調整することができる。
【００８２】
図１６，１７は、図４に示すＶ‐Ｖ線に沿う断面と同等の位置における断面を拡大して示す部分拡大図である。図１６に示すシールプレートＰ１とセパレータ４０，４１とは、プレート基板５０に形成されたスリットの配列ピッチが、セパレータ４０，４１の凹部４０ａ，４１ａ及び凸部４０ｂ，４１ｂの配列ピッチの２倍になっているものであり、また、スリット６０ａを凹部４０ａ，４１ａの開口部の寸法Ｗ２とほぼ同じ幅に形成したものである。
【００８３】
図１７に示すシールプレートＰ１とセパレータ４０，４１とは、セパレータ４０，４１の凹凸部４０ａ，４１ａ、４０ｂ，４１ｂの配列ピッチと、プレート基板５０に形成したスリット６０ａとが同じピッチであり、また、スリット６０ａを凹部４０ａ，４１ａの開口部の寸法Ｗ２と同じ幅に形成したものである。
【００８４】
図１６，１７に示す構成では、スリット６０ａを形成していない基板部分を一対のセパレータ４０，４１の凸部４０ｂ，４１ｂで挟持しているので、導電性を阻害することなく、面圧の抜け（部分的な減少）を防止できるとともに、セパレータ等に変形を生じさせることがない。
【００８５】
図１８，１９は、本発明の第６，第７の実施形態に係るシールプレートのそれぞれ平面図である。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。
【００８６】
〈第６実施形態〉  
本発明に係る第６の実施形態に係るシールプレートＰ６は、第６の例に係る圧力損失調整部Ｂ６を設けたものである。図示の圧力損失調整部Ｂ６，Ｂ６は、冷却用流通路Ｆ３において、これを流通する冷却流体の圧力損失を低減または調整する機能を有する。圧力損失調整部Ｂ６，Ｂ６は、そのアクティブエリア近傍の領域において、冷却用流通路Ｆ３の断面（冷却用流通路Ｆ３の流路壁の一部を構成する部分の断面）を低減または変化させることによって（すなわち、冷却用流通路Ｆ３の流路断面積を増加または変化させることによって）、圧力損失を低減または調整する。
【００８７】
本実施形態の圧力損失調整部Ｂ６，Ｂ６は、シールプレートＰ６の両ディフューザ領域（セルフレーム３０のＸ方向一側および他側のディフューザ領域Ｄに対向する領域）Ｄ１に配設されている。各圧力損失調整部Ｂ６は、長軸中心線Ｏ１からシールプレートＰ６の短辺の両側部に向けて平面視における開口面積が増大する形状にした開口（以下、「開口Ｂ６」と記す）である。すなわち、開口Ｂ６は、Ｙ軸方向中心側からＹ方向外側に向かうに従って、Ｘ方向の開口幅が増大する。開口Ｂ６は、短軸中心線Ｏ２に平行な長辺７０ａ、長軸中心線Ｏ１に平行な短辺７０ｂ，７０ｂ及び長辺７０ｃにより区画形成されている。長辺７０ｃは、Ｙ方向両外側からＹ方向中心側（長軸中心線Ｏ１側）にかけて開口内方に突出するように曲成されている（Ｙ方向中心側がよりＸ方向外側に位置するように湾曲している）。
【００８８】
上記構成を備えたシールプレートＰ６は、開口Ｂ６（スリット）がディフューザ領域Ｄ１に配設されている。開口Ｂ６は、冷却流体の流通領域の中心から冷却流体の流通方向と直交する方向において、その中心から離間する方向に向けて開口面積が次第に増大する形状に形成されている。  
【００８９】
これにより、先の実施形態と同様に、隣接するセルモジュールＭ，Ｍ同士の間の冷却用流通路Ｆ３における圧力損失を低減または調整することができ、とくに、スリットの冷却流体の流通方向（本実施形態では、Ｘ方向）に沿った長さを、プレート基板５０の幅方向（本実施形態では、Ｙ方向）の中心側で小さくし、端部（Ｙ方向外側）で大きくできるので、冷却用流通路Ｆ３に形成された複数のチャネル間で圧力損失の調整を行う（例えば、圧力損失のばらつきを抑える）ことができる。また、例えば、隣接する燃料電池セル２０，２０同士の間にも冷却用流通路を有する燃料電池スタックにおいては、全ての冷却用流通路における冷却流体の流量のばらつきを抑制することができる。
【００９０】
〈第７実施形態〉
本発明に係る第７の実施形態に係るシールプレートＰ７は、第７の例に係る圧力損失調整部Ｂ７，Ｂ７を設けたものである。図示の圧力損失調整部Ｂ７は、シールプレートＰ７のアクティブエリア近傍の領域、本実施形態においては、両ディフューザ領域Ｄ１に配設されている。この圧力損失調整部Ｂ７は、長軸中心線Ｏ１からシールプレートＰ７の短辺の両側部に向けて平面視における開口面積が増大する形状にした開口（以下、「開口Ｂ７」と記す）である。すなわち、開口Ｂ７は、Ｙ軸方向中心側からＹ方向外側に向かうに従って、Ｘ方向の開口幅が増大する。開口Ｂ７は、短軸中心線Ｏ２に平行な長辺７０ａ、長軸中心線Ｏ１に平行な短辺７０ｂ，７０ｂ及び長辺７０ｃにより区画形成されている。長辺７０ｃは、Ｙ方向両外側からＹ方向中心側（長軸中心線Ｏ１側）にかけて開口内方に突出するように曲成されている（Ｙ方向中心側がよりＸ方向外側に位置するように湾曲している）。また、長辺７０ａおよび長辺７０ｃのＹ方向中央部には、長軸中心線Ｏ１に一致させて（長軸中心線Ｏ１の位置に）長辺７０ａおよび長辺７０ｃを連結する連結片７０ｄが配設されている。
【００９１】
上記構成を備えたシールプレートＰ７にあっても、開口Ｂ７（スリット）がディフューザ領域Ｄ１に配設されており、冷却流体の流通領域の中心から当該流通方向と直交する方向において、その中心から離間する方向に向けて開口面積が次第に増大する形状に形成されている。
【００９２】
これにより、シールプレートＰ７は、先の実施形態と同様に、隣接するセルモジュールＭ，Ｍ同士の間の冷却用流通路Ｆ３における圧力損失を低減または調整することができ、とくに、スリットの冷却流体の流通方向（本実施形態では、Ｘ方向）に沿った長さを、プレート基板５０の幅方向の中心で小さくし、端部で大きくできるので、チャネル間の圧力損失の調整を行なうことができる。また、長軸中心線Ｏ１に一致させて連結片７０ｄを配設したことにより、圧力損失の低減または調整機能を有しつつ、連結片７０ｄが補強部となってシールプレートＰ７の変形を防止する。さらに、例えば、隣接する燃料電池セル２０，２０同士の間にも冷却用流通路を有する燃料電池スタックにおいては、全ての冷却用流通路における冷却流体の流量のばらつきを抑制することができる。
【００９３】
〈第８実施形態〉
図２０は、本発明の第８の実施形態に係るシールプレートの説明図、図２１は、図２０に示すシールプレートの端部の拡大平面図であり、セパレータの接着シール８０を重ねて示している。なお、上述した各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。
【００９４】
圧力損失調整部Ｂ８は、冷却用流通路Ｆ３において、これを流通する冷却流体の圧力損失を低減または調整する機能を有する。圧力損失調整部Ｂ８は、膜電極接合体３３に対向する領域であるアクティブエリア、又はアクティブエリア近傍、若しくはそれら双方の領域において、冷却用流通路Ｆ３の断面（冷却用流通路Ｆ３の流路壁の一部を構成する部分の断面）を低減または変化させることによって（すなわち、冷却用流通路Ｆ３の流路断面積を増加または変化させることによって）、圧力損失を低減または調整する。冷却用流通路Ｆ３の断面の低減は、冷却流体の流通方向（本実施形態では、Ｘ方向）及び当該流通方向と直交する方向（本実施形態では、Ｙ方向）の双方を含むものである。
【００９５】
圧力損失調整部Ｂ８は、アクティブエリア近傍の両ディフューザ領域Ｄ１に配設してある。この圧力損失調整部Ｂ８は、図２１にも示すように、セルモジュールＭ間に形成した冷却用流通路Ｆ３に流通する冷却流体の圧力損失を低減または調整するための開口部７１を有しており、前記開口部７１が、冷却流体の流通方向（本実施形態では、Ｘ方向）に交差する方向（本実施形態では、Ｙ方向）に架設した補強用の長連結片７１ｃ及び短連結片７１ｄを有している。
【００９６】
具体的には、開口部７１は、略Ｔ字状の形状を有しており、短軸中心線Ｏ２に平行な細長い長方形の大開口部７１ａと、長軸中心線Ｏ１上に配設された小開口部７１ｂとを有する。また、開口部７１は、大開口部７１ａの短軸中心線Ｏ２寄りに、長連結片７１ｃが大開口部７１ａの短辺間に架設されている。長連結片７１ｃにより大開口部７１ａの一部が区分けされ、これを短軸中心線Ｏ２に沿ったスリット６２にしている。さらに、開口部７１では、小開口部７１ｂのＸ方向中間部分に、短連結片７１ｄが架設されている。
【００９７】
このとき、短連結片７１ｄは、セルフレーム３０に配設した接着シール８０のシール部分８０ａに対向する位置に配設してあり、これにより、シール部分８０ａを押さえるようにしている。長連結片７１ｃは、セルフレーム３０のディフューザ領域Ｄに対向する位置に配設されている。これらの長短の連結片７１ｃ、７１ｄは、セルフレーム３０のディフューザ領域Ｄの変形を抑える働きをする。
【００９８】
上記のシールプレートＰ８は、燃料電池セル２０の一部をなすセパレータ（図２１に接着シールのみを示す）にシール部材（８０）が配設されており、上記シール部材（８０）が配設されていない部位にスリット６２を形成している。
【００９９】
これにより、シールプレートＰ８は、先の実施形態と同様に、隣接するセルモジュールＭ，Ｍ同士の間の冷却用流通路Ｆ３における圧力損失を低減または調整することができ、また、例えば、隣接する燃料電池セル２０，２０同士の間にも冷却用流通路を有する燃料電池スタックにおいては、全ての冷却用流通路における冷却流体の流量のばらつきを抑制することができる。
【０１００】
さらに、上記のシールプレートＰ８は、Ｙ方向にシール部分８０ａが配置される部分に短連結片７１ｄを配設すると共に、シール部材（８０）が配設されていない部位にスリット６２を有しているので、例えばガス圧が冷却水圧よりも大きくなって、その差圧が作用しても、接着シールであれば剥がす方向への力、圧縮シールであればシメシロ（許容圧縮量）を減らす方向への力を作用させないようにすることができる。これにより、接着シールの信頼性や耐久性を向上させることができる。
【０１０１】
さらに、燃料電池スタックＡにおいて、上記シールプレートＰ８は、セルモジュールＭ間に形成した冷却用流通路Ｆ３に流通する冷却流体の圧力損失を低減または調整するための開口部７１を有すると共に、開口部７１が、冷却流体の流通方向（本実施形態では、Ｘ方向）に交差する方向（本実施形態では、Ｙ方向）に架設した長短の補強用連結片７１ｃ、７１ｄを有する構成としたことにより、開口部７１による圧力損失の調整機能を確保しつつセルフレーム３０のディフューザ領域Ｄの変形を抑えることができる。
【０１０２】
すなわち、燃料電池スタックＡは、シールプレートＰ８に開口部７１を設けることで上述の如く圧力損失を調整し得るのであるが、起動時などに発電用ガスの圧力を意図的に増減させて運転する場合があり、このような運転を行うと、シールプレートＰ８やセルフレーム３０が厚さ方向に変形すると共に、発電用ガスや冷却流体の流量が不安定になって脈動が生じることがある。そこで、シールプレートＰ８の開口部７１に補強用連結片７１ｃ、７１ｄを設けることで、運転状態に左右されることなく、シールプレートＰ８やセルフレーム３０の変形を防止して、冷却用流通路Ｆ３の容量を安定させる。これにより、冷却流体の流量も安定し、良好な冷却機能と発電機能を維持し得るものとなる。
【０１０３】
〈第９実施形態〉
図２２（Ａ）は、本発明の第９の実施形態に係るシールプレートの平面図、図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）に示すＶＩＩ‐ＶＩＩ線に沿う断面を部分的に拡大して示す部分拡大図である。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。
【０１０４】
図２２に示す本発明の第９の実施形態に係るシールプレートＰ９は、第９の例に係る圧力損失調整部Ｂ９を設けたものである。図示の圧力損失調整部Ｂ９は、プレート基板５０の長軸中心線Ｏ１に平行に形成された複数の溝からなる上流側溝列６０Ｅ、下流側溝列６１Ｅ及びその長軸中心線Ｏ１と直交する短軸中心線Ｏ２に平行な二つのスリット６２，６２からなる。
【０１０５】
上流側溝列６０Ｅは、冷却流体の流通方向の上流側に配列した８本の溝６０ｉからなる。本実施形態においては、長軸中心線Ｏ１を挟む両側に、互いに所要の間隔Ｗ１をおいて４本の溝６０ｉずつ振り分けて配列してある。それらの溝６０ｉは、プレート基板５０の両面の対向する部位を、エッチングや絞り加工により減肉させることにより、所要の厚みだけ薄く形成したものであり、上記したスリット６０ａとほぼ同じ幅に且つ互いに同じ長さ及び間隔に形成してあると共に、互いに平行にして配列してある。
【０１０６】
下流側溝列６１Ｅは、冷却流体の流通方向の下流側に配列した６本の溝６１ｊからなる。溝６１ｊは、溝６０ｉと同じ形状で同じ大きさのものであり、それら溝６０ｉと同じ配列にしたものである。
【０１０７】
上記のシールプレートＰ９は、圧力損失調整部Ｂ９が、冷却流体の流通方向と平行な複数の溝６０ｉ，６１ｉを有するものであることから、貫通したスリットを有するものと同様に、隣接するセルモジュールＭ，Ｍ同士の間の冷却用流通路Ｆ３における圧力損失を低減または調整することができ、とくに、溝６０ｉ，６１ｉの深さを調整することによっても、圧力損失の低減または調整を図ることができる。また、例えば、隣接する燃料電池セル２０，２０同士の間にも冷却用流通路を有する燃料電池スタックにおいては、全ての冷却用流通路における冷却流体の流量のばらつきを抑制することができる。
【０１０８】
上述したシールプレートＰ１〜Ｐ９は、燃料電池スタックＡに適用して、以下の効果を得ることができる。すなわち、シールプレートＰ１〜Ｐ９はセルモジュールＭに対して容易に取外しできるため、一のシールプレートＰ１〜Ｐ９のシール部材５１〜５６が劣化しても当該シールプレートＰ１〜Ｐ９のみ交換すればよく、セルモジュールＭを継続使用できる。また、一つのセルモジュールＭが故障した場合には、そのセルモジュールＭのみ交換すればよく、シールプレートＰ１〜Ｐ９を継続使用することができる。
【０１０９】
さらに、シールプレートＰ１〜Ｐ９を燃料電池スタックＡの一の冷却用流通路Ｆ３に介装したときに、他の冷却用流通路Ｆ３との圧力損失（又は冷却水流量）を合わせることができる。さらに、セルモジュールＭの端部に配設した燃料電池セル２０と、そのセルモジュールＭ内に配設した燃料電池セル２０における冷却流体のセル間流量のばらつきを低減することができる。なお、圧力損失調整部の構成は、燃料電池スタック及びシールプレートの各種条件などに応じて、上記各実施形態に例示したものを適宜組み合わせることが可能である。
【０１１０】
上述した各実施形態においては、隣接するセルモジュールＭ間に区画形成される空間を冷却媒体の流通路として例について説明したが、その空間を流通路としない場合でもシールプレートを介装した構成にすることが可能である。
【０１１１】
〈第１０実施形態〉
図２３は、本発明に係わる燃料電池スタックの第１０実施形態を説明する図である。図２４（Ａ）は、図２３に示すセルモジュールの平面図であり、図２４（Ｂ）は燃料電池スタックの斜視図である。ここで、図２３（Ａ）は、シール部材を説明する都合上、セルモジュールに、図示しないシールプレートのシール部材のみを重ねて示したものである。なお、先の各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を省略する。
【０１１２】
図示の燃料電池スタックＡは、個々の燃料電池セル２０の電圧測定を行うために、各燃料電池セル２０の一方のセパレータ（図示例ではカソード側セパレータ）４１の外周部の一部に延長部４１Ｅを設け、この延長部４１Ｅから連続してスタック外側へ突出する電圧測定用タブ４１Ｔを有している。
【０１１３】
延長部４１Ｅは、図２３に示すように、燃料電池セル２０のセルフレーム３０との間、及び隣接する燃料電池セル２０のセルフレーム３０との間に、絶縁性を有する接着シール部９０を設けてその間を密封し、セパレータ４１間の短絡や、外部からの雨水等の侵入を防止している。また、電圧測定用タブ４１Ｔは、各燃料電池セル２０の同じ位置に設けることで、図２４（Ｂ）に示す如く積層方向Ｚに延びる直線をなすように直線的に配列される。この一列に並んだ電圧測定用タブ４１Ｔからなるタブ列に、図示しないコネクタが装着される。
【０１１４】
また、燃料電池スタックＡは、少なくとも電圧測定用タブ４１Ｔの配列（タブ列）の両側に、コネクタシール部材５７が設けてある。このコネクタシール部材５７は、少なくともセルモジュールＭのセル積層方向Ｚにわたって連続した膜状部材であり、図示例では、セル積層方向Ｚの一端側（図２３では下端側、図２４Ｂでは上端側）において、シールプレートＰ１の外周シール部材５５に接触して連続状態になる。このコネクタシール部材５７は、外周シール部材５５とは別体である。
【０１１５】
さらに、上記のコネクタシール部材５７は、セルモジュールＭとシールプレートＰ１とを交互に積層して燃料電池スタックＡを構成した際に、セル積層方向Ｚの他端側（図２３では上端側、図２４Ｂでは下端側）において、隣接するセルモジュールＭのコネクタシール部材５７と接触して連続状態になる。これにより、各セルモジュールＭのコネクタシール部材５７は、積層方向Ｚに連続状態になる。
【０１１６】
上記構成を備えた燃料電池スタックＡは、各燃料電池セル２０の一対のセパレータ４０，４１のいずれか一方のセパレータ４１が、セルモジュールＭの外側に突出する電圧測定用タブ４１Ｔを有すると共に、各電圧測定用タブ４１Ｔが、セル積層方向Ｚに延びる直線をなすように直線的に配列されており、少なくとも各電圧測定用タブ４１Ｔの配列の両側に、コネクタシール部材５７を備えていることから、先の各実施形態と同様に、シール部材５１〜５７が劣化してもシールプレートＰ１のみ交換すればよく、セルモジュールＭを継続使用できる効果を有するほかに、スタック外側に突出した電圧測定用タブ４１Ｔの周囲の防水性を高めることができる。
【０１１７】
また、燃料電池スタックＡは、コネクタシール部材５７が、セル積層方向Ｚにわたって連続した膜状の部材であるため、電圧測定用タブ４１Ｔに接続したコネクタに密着し易く、双方の接続部分の防水性をより高めることができる。
【０１１８】
さらに、燃料電池スタックＡは、コネクタシール部材５７が、シールプレートＰ１の外周シール部材５５と別体であり且つ連続状態になっているので、上記した防水性の向上のほか、シールプレートＰ１だけを取り外すことが可能であり、あるいはコネクタシール部材５７だけを取り外すことも可能である。
【０１１９】
なお、コネクタシール部材５７は、複数のセルモジュールＭ又は燃料電池スタックＡの全体にわたる一体構造にしたり、外周シール部材５５と一体構造にしたり、燃料電池スタックＡの組み立て後に互いに接合して一体化したりすることが可能である。
【０１２０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。例えば、上述した各実施形態においては、各セルモジュールＭをなす燃料電池セル２０を互いに同一の積層枚数にしているが、各セルモジュールＭをなす燃料電池セル２０を互いに異なる枚数としてもよい。
【０１２１】
上述した各実施形態においては、シールプレート全体を導電性の金属材で形成したものを例示したが、シールプレートは、少なくともアクティブエリアを導電性材で形成すればよい。通常、シールプレートは、経時的に安定した導電性を確保するために表面処理を行うが、この表面処理もアクティブエリアのみに行えばよい。これにより、処理の効率化を図ることができる。また、アクティブエリアの材料としてカーボン材を用いてもよい。この場合、表面処理は不要となる。
【０１２２】
各実施形態に示す圧力損失調整部が複数のスリット又は溝を有するものとして説明したが、スリットと溝とを混在させた構成にしてもよい。
【０１２３】
本出願は、２０１２年３月９日に出願された日本国特許願第２０１２−０５３３１４号、および２０１２年１２月１８日に出願された日本国特許願第２０１２−２７５４７４号に基づく優先権を主張しており、これらの出願の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明によれば、燃料電池スタックにおいて、セルモジュール間に形成した冷却用流通路における圧力損失を低減または調整することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
２０  燃料電池セル
４０，４１  セパレータ
４０ａ，４１ａ  凹部
４０ｂ，４１ｂ  凸部
４１Ｔ  電圧測定用タブ
５１〜５４  シール部材
５５  外周シール部材
５７  コネクタシール部材
６２  スリット
６０ｉ，６１ｉ  溝
８０  接着シール（シール部材）
Ａ  燃料電池スタック
Ｂ１〜Ｂ９  圧力損失調整部
Ｄ  ディフューザ領域
Ｆ３  冷却用流通路
Ｍ  セルモジュール
Ｍ１〜Ｍ６  マニホールド孔
Ｐ１〜Ｐ９  シールプレート
【図１】
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【図２】
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【図３（Ａ）】
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【図３（Ｂ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６（Ａ）】
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【図６（Ｂ）】
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【図７（Ａ）】
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【図７（Ｂ）】
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【図８（Ａ）】
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【図８（Ｂ）】
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【図９（Ａ）】
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【図９（Ｂ）】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２（Ａ）】
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【図２２（Ｂ）】
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【図２３】
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【図２４（Ａ）】
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【図２４（Ｂ）】
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