(57)【要約】【課題】簡単且つ経済的な構成で、所望の発電性能を維持することを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０は、積層体１４の積層方向一端側に端部セパレータ１８ａ、ターミナルプレート２０ａ、絶縁プレート２２ａ及びエンドプレート２４ａが配設される。絶縁プレート２２ａには、ターミナルプレート２０ａを収容するための凹部３０ａが形成されるとともに、この凹部３０ａの外方に位置して、燃料ガス入口連通孔５４ａと燃料ガス出口連通孔５４ｂとを連通し、結露水を排出するためのバイパス流路８０が形成される。端部セパレータ１８ａには、バイパス流路８０を覆って絶縁シール部材８８が設けられ、前記バイパス流路８０と共に結露水を流す絶縁された流路が構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体が、セパレータを介装して複数積層された積層体を備え、前記積層体には、積層方向に貫通して少なくとも一方の反応ガスを流す反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔が形成されるとともに、前記積層体の両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート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、
前記積層体と前記エンドプレートとの間には、前記反応ガス供給連通孔と前記反応ガス排出連通孔とを連通するバイパス流路が形成されるとともに、
前記バイパス流路は、絶縁シール部材により覆わ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、前記積層体の端部に配設される端部セパレータを備え、
前記絶縁プレートの中央部には、前記ターミナルプレートを収容する凹部が設けられるとともに、
前記絶縁プレートと前記端部セパレータとの間には、前記凹部の外方に位置して前記バイパス流路が形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１記載の燃料電池スタックにおいて、前記積層体の端部に配設される端部セパレータを備え、
前記端部セパレータと前記積層体との間には、前記バイパス流路が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記積層体を構成する前記セパレータには、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路を囲繞してシール部材が設けられる一方、
前記絶縁シール部材は、前記シール部材と積層方向に部分的に重なり合うことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記反応ガス供給連通孔と前記反応ガス排出連通孔とに連通し、前記電極に前記反応ガスを供給する反応ガス流路を備え、
前記反応ガス供給連通孔から前記反応ガス流路に前記反応ガスを供給する導入部は、撥水化されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、前記バイパス流路を構成する流路面は、親水化さ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、電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体が、セパレータを介装して複数積層された積層体を備え、前記積層体には、積層方向に貫通して少なくとも一方の反応ガスを流す反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔が形成されるとともに、前記積層体の両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート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】
一般的に、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（電解質）の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）を、セパレータによって挟持した発電セルを構成している。この種の発電セルは、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
この発電セルにおいて、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
【０００４】
燃料電池スタックは、通常、反応ガスである酸化剤ガス及び燃料ガスを、カソード側電極及びアノード側電極に供給するために、前記燃料電池スタックを積層方向に貫通して形成される酸化剤ガス供給連通孔及び燃料ガス供給連通孔（反応ガス供給連通孔）と、前記酸化剤ガス及び燃料ガスを前記カソード側電極及び前記アノード側電極から排出するために、前記燃料電池スタックを積層方向に貫通して形成される酸化剤ガス排出連通孔及び燃料ガス排出連通孔（反応ガス排出連通孔）とを備えている。
【０００５】
ところで、特に、酸化剤ガス排出連通孔には、電極発電面で反応により生成された生成水が導入され易く、この酸化剤ガス排出連通孔に滞留水が存在する場合が多い。一方、燃料ガス排出連通孔では、生成水の逆拡散や結露等により滞留水が発生するおそれがある。
【０００６】
さらに、燃料電池スタックの始動時や運転再開時に、酸化剤ガスや燃料ガスを前記燃料電池スタックに供給する配管の温度が低下し、結露水が発生する場合がある。このため、結露水が酸化剤ガス供給連通孔や燃料ガス供給連通孔に導入し易い。しかも、燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスや燃料ガスは、電解質膜の乾燥を阻止するために予め加湿されている場合がある。これにより、酸化剤ガス排出連通孔や燃料ガス排出連通孔が、滞留水によって縮小又は閉塞され易く、酸化剤ガスや燃料ガスの流れが妨げられて発電性能が低下するという問題がある。
【０００７】
そこで、例えば、特許文献１に開示された固体高分子電解質型燃料電池が知られている。この燃料電池では、図１０に示すように、セパレータ１を備えており、このセパレータ１の上部には、入口マニホールド２ａが設けられるとともに、前記セパレータ１の下部には、出口マニホールド２ｂが設けられている。入口マニホールド２ａと出口マニホールド２ｂとは、上下に延在する複数のガス流路溝３を介して連通している。
【０００８】
入口マニホールド２ａには、ガス入口４ａが連通する一方、出口マニホールド２ｂには、ガス出口４ｂが連通している。セパレータ１には、ガス入口４ａから鉛直下方向に延在した後、水平方向に延在してガス出口４ｂに連結されるガス分岐溝５が形成されている。
【０００９】
このような構成において、ガス入口４ａから導入される反応ガスに水滴が混入すると、この水滴は前記ガス入口４ａから下方に延在するガス分岐溝５に導かれてガス出口４ｂに排出されている。このため、ガス通流溝３に供給される反応ガスに含まれる水滴が微量に抑制され、発電特性の低下を阻止することができる、としている。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−２８４０９６号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記の特許文献１では、セパレータ１にガス通流溝３の外方に位置して、すなわち、発電面の外方に位置してバイパス通路であるガス分岐溝５が形成されている。これにより、セパレータ１の面内を発電面として有効に活用することができず、燃料電池スタック全体を効率的に小型化することができないという問題がある。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、所望の発電性能を確保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】
【００１３】
本発明は、電解質の両側に一対の電極が配設される電解質・電極構造体が、セパレータを介装して複数積層された積層体を備え、前記積層体には、積層方向に貫通して少なくとも一方の反応ガスを流す反応ガス供給連通孔及び反応ガス排出連通孔が形成されるとともに、前記積層体の両端には、ターミナルプレート、絶縁プレート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る。
【００１４】
そして、積層体とエンドプレートとの間には、反応ガス供給連通孔と反応ガス排出連通孔とを連通するバイパス流路が形成されるとともに、前記バイパス流路は、絶縁シール部材により覆われている。
【００１５】
また、積層体の端部に配設される端部セパレータを備え、絶縁プレートの中央部には、ターミナルプレートを収容する凹部が設けられるとともに、前記絶縁プレートと前記端部セパレータとの間には、前記凹部の外方に位置してバイパス流路が形成されることが好ましい。これにより、部品点数を有効に削減することができ、経済的であるとともに、小型化が容易に図られる。
【００１６】
さらに、積層体の端部に配設される端部セパレータを備え、前記端部セパレータと前記積層体との間には、バイパス流路が形成されることが好ましい。このため、構成が有効に簡素化される。
【００１７】
さらにまた、積層体を構成するセパレータには、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路を囲繞してシール部材が設けられる一方、絶縁シール部材は、前記シール部材と積層方向に部分的に重なり合うことが好ましい。従って、絶縁シール部材は、シール部材のシール荷重受け（裏受け）として機能するため、シールラインを良好に保持することが可能になる。
【００１８】
また、反応ガス供給連通孔と反応ガス排出連通孔とに連通し、電極に反応ガスを供給する反応ガス流路を備え、前記反応ガス供給連通孔から前記反応ガス流路に前記反応ガスを供給する導入部は、撥水化されることが好ましい。さらに、バイパス流路を構成する流路面は、親水化されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、反応ガス供給連通孔と反応ガス排出連通孔とを連通するバイパス流路が形成されるため、前記バイパス流路を介して結露水を良好に排出することができる。しかも、バイパス流路は、絶縁シール部材により覆われているため、結露水は絶縁された流路を流れることになる。これにより、結露水を介して発電セル間に短絡が発生したり、外部への漏電が惹起したりすることを阻止することができ、簡単且つコンパクトな構成で、所望の発電性能を確保することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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１０の一部分解概略斜視図であり、図２は、燃料電池スタック１０の、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００２１】
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、端部セパレータ１８ａ、ターミナルプレート２０ａ、絶縁プレート２２ａ及びエンドプレート２４ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端には、端部セパレータ１８ｂ、ターミナルプレート２０ｂ、絶縁プレート２２ｂ及びエンドプレート２４ｂが外方に向かって、順次、配設される。
【００２２】
燃料電池スタック１０は、例えば、四角形に構成されるエンドプレート２４ａ、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。
【００２３】
ターミナルプレート２０ａ、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に挿入されてエンドプレート２４ａ、２４ｂの外部に突出する。絶縁プレート２２ａ、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。
【００２４】
絶縁プレート２２ａ、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、ターミナルプレート２０ａ、２０ｂが収容され、前記ターミナルプレート２０ａ、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。
【００２５】
エンドプレート２４ａ、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。エンドプレート２４ａ、２４ｂには、後述する酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、冷却媒体入口連通孔５２ａ、燃料ガス出口連通孔５４ｂ、燃料ガス入口連通孔５４ａ、冷却媒体出口連通孔５２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂの内壁を囲繞して絶縁グロメット３５が装着される。
【００２６】
発電セル１２は、図３に示すように、電解質膜・電極構造体３６と、この電解質膜・電極構造体３６を挟持する第１及び第２金属セパレータ３８、４０とを備える。第１及び第２金属セパレータ３８、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をプレス成形して構成されるが、例えば、カーボン部材等で構成してもよい。
【００２７】
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４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード側電極４４及びカソード側電極４６とを備える。アノード側電極４４は、カソード側電極４６よりも小さな表面積を有している。
【００２８】
アノード側電極４４及びカソード側電極４６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を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布し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４２の両面に形成されている。
【００２９】
発電セル１２の矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）の一端縁部には、積層方向である矢印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５０ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔５２ａ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５４ｂが、矢印Ｃ方向（鉛直方向）に配列して設けられる。
【００３０】
燃料電池スタック１０の矢印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５４ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔５２ｂ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５０ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。
【００３１】
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、例えば、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向に延在する酸化剤ガス流路５６が設けられる。この酸化剤ガス流路５６は、酸化剤ガス入口連通孔５０ａと酸化剤ガス出口連通孔５０ｂとに連通する。
【００３２】
図４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、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向（矢印Ｃ方向）に延在する燃料ガス流路５８が形成される。第１金属セパレータ３８には、燃料ガス入口連通孔５４ａを燃料ガス流路５８に連通するための複数の供給孔部５９ａと、前記燃料ガス流路５８を燃料ガス出口連通孔５４ｂに連通するための複数の排出孔部５９ｂとが形成される。
【００３３】
図３に示すように、第１金属セパレータ３８の面３８ａには、燃料ガス入口連通孔５４ａと供給孔部５９ａとの間に位置して、燃料ガスを導入するための導入部５９ｃが設けられる。この導入部５９ｃは、撥水化される。撥水処理は、例えば、導入部５９ｃにシリコーンゴムやフッ素ゴムの被膜処理を施すことによりなされる他、撥水塗料の塗布によりなされる。撥水塗料としては、例えば、ＰＴＥＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレンプロピレン）、ＰＦＡ（四フッ化エチレンとパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体）、又はそれ以外のフッ素系樹脂が使用される。さらに、導入部５９ｃに対応して後述する第１絶縁部材６２の表面を粗くし、又は前記第１絶縁部材６２の成形用金型の表面を粗くしてもよい。導入部５９ｃでは、水との接触角が９０度以上に設定される。
【００３４】
図３に示すように、第１金属セパレータ３８の面３８ｂと第２金属セパレータ４０の面４０ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔５２ａと冷却媒体出口連通孔５２ｂとに連通する冷却媒体流路６０が形成される。この冷却媒体流路６０は、例えば、矢印Ｂ方向に直線状に延在する。
【００３５】
図２〜図４に示すように、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の外周端部を周回して、第１絶縁部材６２が一体化されるとともに、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の外周端部を周回して、第２絶縁部材６４が一体化される。
【００３６】
第１及び第２絶縁部材６２、６４には、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が用いられる。
【００３７】
図４に示すように、第１絶縁部材６２は、第１金属セパレータ３８の面３８ａに内側シール部６６ａと外側シール部６６ｂとを一体成形する。内側シール部６６ａは、燃料ガス流路５８と供給孔部５９ａ及び排出孔部５９ｂとを覆う一方、外側シール部６６ｂは、前記面３８ａの外周端部を覆っている。この外側シール部６６ｂにより酸化剤ガス入口連通孔５０ａ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂに連通する通路６８ａ、６８ｂが設けられている。
【００３８】
第１絶縁部材６２は、図３に示すように、第１金属セパレータ３８の面３８ｂに内側シール部６６ｃと外側シール部６６ｄとを一体成形する。内側シール部６６ｃは、冷却媒体流路６０と冷却媒体入口連通孔５２ａ及び冷却媒体出口連通孔５２ｂとを覆って設けられる。冷却媒体流路６０と冷却媒体入口連通孔５２ａ及び冷却媒体出口連通孔５２ｂとは、通路７０ａ、７０ｂを介して連通する。内側シール部６６ａ、６６ｃ同士及び外側シール部６６ｂ、６６ｄ同士は、第１金属セパレータ３８を挟んで互いに略重なり合うように構成される。
【００３９】
第２絶縁部材６４は、第２金属セパレータ４０の面４０ａに一体成形される平面状シール部７２ａと、面４０ｂに一体成形される平面状シール部７２ｂとを有する。平面状シール部７２ａは、酸化剤ガス入口連通孔５０ａと酸化剤ガス出口連通孔５０ｂとを酸化剤ガス流路５６に連通する段差７４ａ、７４ｂを設ける。平面状シール部７２ｂは、冷却媒体入口連通孔５２ａ及び冷却媒体出口連通孔５２ｂを冷却媒体流路６０に連通するための段差７６ａ、７６ｂを設ける。
【００４０】
図５に示すように、絶縁プレート２２ａには、凹部３０ａが設けられる面７８に、この凹部３０ａの外方に位置して燃料ガス入口連通孔５４ａと燃料ガス出口連通孔５４ｂとを繋ぐバイパス流路８０が形成される。このバイパス流路８０は、断面矩形状の溝部を形成する流路面８０ａを有しており（図２参照）、燃料ガス入口連通孔５４ａの最下端位置に連通する一方、燃料ガス出口連通孔５４ｂの下端から上方に離間した位置に連通する。この燃料ガス出口連通孔５４ｂの下端には、バイパス流路８０の下方に位置して結露水を溜めるためのバッファ部８２が設けられる。
【００４１】
流路面８０ａは、親水化される。親水処理は、例えば、流路面８０ａにガラスコート、オゾン処理、界面活性剤や光触媒の塗布、親水性被膜、塩素化又はプラズマ処理等が採用される。流路面８０ａでは、水との接触角が９０度以下に設定される。
【００４２】
バイパス流路８０は、燃料ガス入口連通孔５４ａから鉛直下方向に延在した後、約９０度屈曲して水平方向に延在し、燃料ガス出口連通孔５４ｂに連通する形状に設定される。すなわち、バイパス流路８０は、燃料電池スタック１０が組み付けられた状態で、第１金属セパレータ３８に設けられている第１絶縁部材６２の中、例えば、内側シール部６６ａ、６６ｃと積層方向に部分的に重なり合う形状を有している。
【００４３】
端部セパレータ１８ａは、基本的には第２金属セパレータ４０と同様に構成されている。図１に示すように、この端部セパレータ１８ａの絶縁プレート２２ａに向かう面８４には、酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、冷却媒体入口連通孔５２ａ、燃料ガス出口連通孔５４ｂ、燃料ガス入口連通孔５４ａ、冷却媒体出口連通孔５２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂを周回して絶縁シール部材８６が設けられる。
【００４４】
面８４には、燃料ガス入口連通孔５４ａと燃料ガス出口連通孔５４ｂとを繋ぐとともに、絶縁プレート２２ａのバイパス流路８０に対応して絶縁シール部材８８が設けられる。絶縁シール部材８８は、図２に示すように、バイパス流路８０を覆って絶縁プレート２２ａの面７８に密着する凸部８８ａ、８８ｂを一体的に備える。
【００４５】
燃料ガス入口連通孔５４ａ及び燃料ガス出口連通孔５４ｂを囲繞する絶縁シール部材８６は、絶縁シール部材８８の凸部８８ａ、８８ｂ間に対応して切り欠かれており、バイパス流路８０の両端を前記燃料ガス入口連通孔５４ａ及び前記燃料ガス出口連通孔５４ｂに連通している。絶縁シール部材８６、８８は、樹脂やゴム材等の絶縁材料で構成される。
【００４６】
絶縁プレート２２ｂは、上記の絶縁プレート２２ａと同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
端部セパレータ１８ｂは、基本的に第１金属セパレータ３８と同様に構成される。図２及び図６に示すように、この端部セパレータ１８ｂの絶縁プレート２２ｂに向かう面９０には、バイパス流路８０を覆って絶縁シール部材９２が設けられる。この絶縁シール部材９２は、バイパス流路８０を挟んで絶縁プレート２２ｂに密着する凸部９２ａ、９２ｂを一体的に設けている。面９０には、酸化剤ガス入口連通孔５０ａ、冷却媒体入口連通孔５２ａ、燃料ガス出口連通孔５４ｂ、燃料ガス入口連通孔５４ａ、冷却媒体出口連通孔５２ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔５０ｂを周回して絶縁シール部材９４が設けられる。
【００４８】
上記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。
【００４９】
先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔５０ａに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５４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔５２ａに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。
【００５０】
酸化剤ガスは、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔５０ａから第２金属セパレータ４０の酸化剤ガス流路５６に導入され、矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向に移動して電解質膜・電極構造体３６のカソード側電極４６に供給される。
【００５１】
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５４ａから供給孔部５９ａを通って第１金属セパレータ３８の燃料ガス流路５８に導入される。この燃料ガスは、燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｂ方向に蛇行しながら鉛直下方向に移動し、電解質膜・電極構造体３６のアノード側電極４４に供給される。
【００５２】
従って、各電解質膜・電極構造体３６では、カソード側電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４４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。
【００５３】
次いで、カソード側電極４６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔５０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード側電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部５９ｂを通り燃料ガス出口連通孔５４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５４】
また、冷却媒体入口連通孔５２ａ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と第２金属セパレータ４０との間に形成される冷却媒体流路６０に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３６を冷却した後、冷却媒体出口連通孔５２ｂから排出される（図２参照）。
【００５５】
この場合、第１の実施形態では、燃料電池スタック１０の燃料ガス入口近傍に対応して、端部セパレータ１８ａと絶縁プレート２２ａとの間にバイパス流路８０が形成されるとともに、前記バイパス流路８０は、燃料ガス入口連通孔５４ａ及び燃料ガス出口連通孔５４ｂに連通している。
【００５６】
このため、燃料電池スタック１０を始動する時や、前記燃料電池スタック１０の運転を再開する時に、燃料ガスを前記燃料電池スタック１０に供給する配管（図示せず）の温度が低下して結露水が発生した際、この結露水は、燃料ガス入口連通孔５４ａに連通するバイパス流路８０に排出される。従って、結露水は、バイパス流路８０から燃料ガス出口連通孔５４ｂに送られた後、エンドプレート２４ａから外部に排出される。
【００５７】
その際、バイパス流路８０を構成する流路面８０ａは、親水化されている。このため、排水性の向上を図ることが可能になり、バイパス流路８０における結露水の滞留を可及的に阻止し、良好な排水効果を得ることができる。
【００５８】
しかも、燃料ガス入口連通孔５４ａと供給孔部５９ａとの間に設けられる導入部５９ｃは、撥水化されている。これにより、燃料ガス入口連通孔５４ａに流入した結露水が、導入部５９ｃを通って発電セル１２内に浸入することを確実に阻止することが可能になる。従って、燃料ガス入口連通孔５４ａの結露水は、バイパス流路８０に円滑且つ確実に排出されるという効果がある。
【００５９】
さらに、第１の実施形態では、絶縁プレート２２ａにバイパス流路８０が形成されるとともに、この絶縁プレート２２ａに積層される端部セパレータ１８ａには、前記バイパス流路８０を覆って絶縁シール部材８８が設けられている（図２参照）。このため、燃料ガス入口連通孔５４ａから排出された結露水は、絶縁プレート２２ａと絶縁シール部材８８とにより形成される絶縁された流路に沿って、燃料ガス出口連通孔５４ｂに排出される。
【００６０】
これにより、第１の実施形態では、結露水により発電セル１２間の短絡や燃料電池スタック１０の外部への漏電を阻止することができ、簡単且つコンパクトな構成で、所望の発電性能を確保することが可能になるという効果が得られる。
【００６１】
しかも、絶縁プレート２２ａには、ターミナルプレート２０ａを収容する凹部３０ａが形成されるとともに、この凹部３０ａの外方に位置してバイパス流路８０が形成されている。従って、部品点数を有効に削減することができ、経済的であるとともに、燃料電池スタック１０全体の小型化が容易に図られる。
【００６２】
さらにまた、端部セパレータ１８ａに設けられる絶縁シール部材８８は、実質的に積層体１４の各内側シール部６６ａ、６６ｃと積層方向に部分的に重なり合っている。このため、絶縁シール部材８８は、シール荷重受け（裏受け）としての機能を有し、シールラインを良好に保持することが可能になる。
【００６３】
また、第１の実施形態では、燃料ガス入口連通孔５４ａの奥側に位置して、絶縁プレート２２ｂにバイパス流路８０が形成されるとともに、前記バイパス流路８０を覆って絶縁シール部材９２が設けられている（図２及び図６参照）。これにより、例えば、燃料電池スタック１０が自動車等の車両に搭載される際、積層方向が水平方向から傾斜した場合にも、積層方向両端に設けられているバイパス流路８０のいずれかを介して結露水の排水が有効に行われるという利点がある。
【００６４】
さらに、各バイパス流路８０は、燃料ガス入口連通孔５４ａの最下端位置に設けられており、前記燃料ガス入口連通孔５４ａから前記バイパス流路８０に結露水を確実に排出することが可能になる。一方、バイパス流路８０は、燃料ガス出口連通孔５４ｂの下端部から上方に所定距離だけ離間した位置に連通している。従って、燃料ガス出口連通孔５４ｂからバイパス流路８０への結露水の逆流を防止するとともに、燃料電池スタック１０が傾斜したとしても、結露水の排水が有効に遂行される。
【００６５】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１００の一部分解斜視説明図であり、図８は、前記燃料電池スタック１００の冷却媒体出口連通孔５２ｂの近傍における断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００６６】
燃料電池スタック１００は、積層体１４を備え、この積層体１４の積層方向端部には、端部発電セル又はダミーセル（発電セル１２と同一の構成を有し且つ発電を行わないセル）等の端部セル１２ａが配設される。この端部セル１２ａは、電解質膜・電極構造体３６（又は電解質膜・電極構造体３６と同一形状の部材、以下同様）と、第１及び第２金属セパレータ１０２、４０とを備える。
【００６７】
第１金属セパレータ１０２の外方側の面１０２ａには、第１絶縁部材６２を切り欠いて燃料ガス入口連通孔５４ａと燃料ガス出口連通孔５４ｂとを連結するバイパス流路１０４が形成される。第１絶縁部材６２には、バイパス流路１０４を構成する流路面１０４ａに親水処理が施される。例えば、流路面１０４ａに親水塗料を塗布し、又は親水材料を混合することにより、所望の親水性を与えることができる。
【００６８】
端部セル１２ａと絶縁プレート２２ａとの間には、端部セパレータ１０６が介装される。この端部セパレータ１０６は、端部セル１２ａを構成する第１金属セパレータ１０２に対向する面１０６ａに、バイパス流路１０４を覆って絶縁シール部材１０８が設けられる（図８及び図９参照）。絶縁シール部材１０８は、凸部１０８ａ、１０８ｂを有し、前記凸部１０８ａ、１０８ｂは、バイパス流路１０４を挟んで第１金属セパレータ１０２の面１０２ａに密着する。なお、凸部１０８ａ、１０８ｂ間の面に、親水処理を施してもよい。
【００６９】
バイパス流路１０４は、面１０２ａ内に種々の形状に設定することができるが、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、絶縁シール部材１０８が内側シール部６６ａ、６６ｃと積層方向に部分的に重なるように、前記バイパス流路１０４の形状が設定される。
【００７０】
このように構成される第２の実施形態では、燃料ガス入口連通孔５４ａに導入される水分は、バイパス流路１０４を介して円滑に排出されるとともに、このバイパス流路１０４は、絶縁シール部材１０８に覆われている。従って、結露水は、絶縁された流路であるバイパス流路１０４を流れ、この結露水を介して発電セル１２間に短絡が惹起したり、燃料電池スタック１００の外部に漏電が惹起したりすることがない。
【００７１】
しかも、バイパス流路１０４を構成する流路面１０４ａは、親水化されている。このため、排水性の向上を図ることが可能になり、バイパス流路１０４における結露水の滞留を可及的に阻止し、良好な排水効果を得ることができる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７２】
なお、第１及び第２の実施形態では、燃料ガス入口連通孔５４ａと燃料ガス出口連通孔５４ｂとの間にバイパス流路８０、１０４を設けているが、これに限定されるものではない。例えば、酸化剤ガス入口連通孔５０ａと酸化剤ガス出口連通孔５０ｂとの間に、同様に構成されるバイパス流路を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１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セルの分解斜視説明図である。
【図４】前記発電セルを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図５】前記燃料電池スタックを構成する絶縁プレートの正面説明図である。
【図６】前記燃料電池スタックを構成する端部セパレータの正面説明図である。
【図７】本発明の第２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８】前記燃料電池スタックの冷却媒体出口連通孔の近傍における断面説明図である。
【図９】前記燃料電池スタックを構成する端部セパレータの正面説明図である。
【図１０】従来技術に係る固体高分子電解質型燃料電池を構成するセパレータの正面説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、１００…燃料電池スタック        １２…発電セル
１４…積層体
１８ａ、１８ｂ、１０６…端部セパレータ
２０ａ、２０ｂ…ターミナルプレート    ２２ａ、２２ｂ…絶縁プレート
２４ａ、２４ｂ…エンドプレート        ３０ａ、３０ｂ…凹部
３６…電解質膜・電極構造体            ３８、４０、１０２…金属セパレータ
４２…固体高分子電解質膜              ４４…アノード側電極
４６…カソード側電極                  ５０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
５０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔          ５２ａ…冷却媒体入口連通孔
５２ｂ…冷却媒体出口連通孔            ５４ａ…燃料ガス入口連通孔
５４ｂ…燃料ガス出口連通孔            ５６…酸化剤ガス流路
５８…燃料ガス流路                    ５９ａ…供給孔部
５９ｂ…排出孔部                      ５９ｃ…導入部
６０…冷却媒体流路                    ６２、６４…絶縁部材
６６ａ、６６ｃ…内側シール部          ６６ｂ、６６ｄ…外側シール部
７２ａ、７２ｂ…平面状シール部        ８０、１０４…バイパス流路
８０ａ、１０４ａ…流路面              ８２…バッファ部
８６、８８、９２、９４、１０８…絶縁シール部材
８８ａ、８８ｂ、９２ａ、９２ｂ、１０８ａ、１０８ｂ…凸部
【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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