(57)【要約】      （修正有）【課題】十分なシール性を確保し、セパレータプレートの塑性変形を抑制することが可能な電池スタックの提供。【解決手段】積層される発電用の複数の単セル１４５と、積層される単セルの両面に夫々配置されたセパレータプレート１５０，１６０と、セパレータプレートから突出し、単セルの周縁をシールするシール部１５４と、を備え、セパレータプレートは、シール部の面方向両側であって、セパレータプレートの面方向に第１の距離Ｌ１だけ隔たった位置に設けられ、セパレータプレートの面から単セル方向に屈曲されて、シール部を、単セルの積層方向に移動可能に支持する第１屈曲部１５１と、シール部の外縁であって、第１屈曲部よりシール部側において単セル方向とは逆方向に屈曲され、単セルが燃料電池スタックとして積層された状態では隣接するセパレータプレートに当接する凸部１５３を形成する第２屈曲部１５２と、を備える燃料電池スタック。【選択図】図４
2018133272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックであって、
積層される発電用の複数の単セルと、
前記積層される単セルの両面にそれぞれ配置されたセパレータプレートと、
前記セパレータプレートから突出し、前記単セルの周縁をシールするシール部と、
を備え、
前記セパレータプレートは、
前記シール部の面方向両側であって、前記セパレータプレートの面方向に第１の距離だけ隔たった位置に設けられ、前記セパレータプレートの面から前記単セル方向に屈曲されて、前記シール部を、前記単セルの積層方向に移動可能に支持する第１屈曲部と、
前記シール部の外縁であって、前記第１屈曲部より前記シール部側において前記単セル方向とは逆方向に屈曲され、前記単セルが燃料電池スタックとして積層された状態では隣接するセパレータプレートに当接する凸部を形成する第２屈曲部と、
を備えた燃料電池スタック。
【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関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、セパレータプレートに隣接する部材と線状に接触してシールを行うシールライン形成用突出部を設け、燃料電池スタックを締結する時に、この突出部を弾性変形させ、その反力を用いてシールすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−４７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
セパレータプレートを積層して加圧することでシールラインの形成を行うとき、セパレータプレートに設けられたシールライン形成用突出部が弾性変形するバネとして機能していれば、そのバネの変形量（ストローク）と、シール圧はほぼ比例する。しかし、セパレータプレートの材料としてチタンのような硬い材料を用いる場合には、締結の際に強い荷重が掛かるとシールライン形成用突出部が塑性変形し、締結前の状態に戻らない場合がある。また、この場合、その後、シールライン形成用突出部を締結時の位置まで圧縮しても、ストロークが小さいので、バネが弱く十分なシール圧を確保できない可能性がある。他方、セパレータプレートの材料として、柔らかい材料を用いると、シールライン形成用突出部を、その弾性変形の領域で用いることができるが、反力が弱いため、十分なシール性を確保できないという問題がある。したがって、燃料電池を締結するときに、十分なシール性を確保でき、かつ、塑性変形を抑制できるセパレータの構成が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池スタックが提供される。この燃料電池スタックは、積層される発電用の複数の単セルと、前記積層される単セルの両面にそれぞれ配置されたセパレータプレートと、前記セパレータプレートから突出し、前記単セルの周縁をシールするシール部と、を備える。前記セパレータプレートは、前記シール部の面方向両側であって、前記セパレータプレートの面方向に第１の距離だけ隔たった位置に設けられ、前記セパレータプレートの面から前記単セル方向に屈曲されて、前記シール部を、前記単セルの積層方向に移動可能に支持する第１屈曲部と、前記シール部の外縁であって、前記第１屈曲部より前記シール部側において前記単セル方向とは逆方向に屈曲され、前記単セルが燃料電池スタックとして積層された状態では隣接するセパレータプレートに当接する凸部を形成する第２屈曲部と、を備える。
この形態によれば、凸部先端が隣接するセパレータプレートに接触する前は、バネを構成する部分は、セパレータプレートにおけるシール部の両側の第１屈曲部の間の部分であり、第１の距離の大きさがあるので、塑性変形し難い。燃料電池スタックとして組み立てられ、積層方向に加圧圧縮されて固定されると、凸部先端が、隣接するセパレータプレートに接触した状態となる。バネを構成する部分は、凸部先端の間の部分であり、凸部先端が隣接するセパレータプレートに接触する前よりもセパレータプレートのバネ定数が大きくなり十分なシール性を確保できる。すなわち、この形態によれば、十分なシール性を確保でき、かつ、セパレータプレートの塑性変形を抑制できる。
【０００７】
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池スタック、燃料電池、燃料電池用セパレータプレート等の種々の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】燃料電池スタックの外観を模式的に示す説明図。
【図２】発電ユニットを模式的に示す説明図。
【図３】第１セパレータプレートを示す説明図。
【図４】発電ユニットの断面の一部を示す説明図。
【図５】燃料電池モジュールの断面の一部を示す説明図。
【図６】第１実施形態の燃料電池スタックの締結における各状態を示す説明図。
【図７】バネのストロークとシール圧、バネ定数との関係を示す説明図。
【図８】第２実施形態の燃料電池スタックの締結における各状態を示す説明図。
【図９】第３実施形態の燃料電池スタックの締結における各状態を示す説明図。
【図１０】第４実施形態における締結における各状態を示す説明図。
【図１１】変形例１の発電ユニットの構成を示す説明図。
【図１２】変形例２の発電ユニットの構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
・第１実施形態：
図１は、燃料電池スタック１０の外観を模式的に示す説明図である。燃料電池スタック１０は、燃料電池モジュール２００と、ターミナルプレート２１０、２２０と、絶縁プレート２３０と、エンドプレート２４０、２５０を備える。燃料電池モジュール２００は、複数の発電ユニット１００を有する。ターミナルプレート２１０、２２０は、積層された燃料電池モジュール２００の両側にそれぞれ配置されており、積層された燃料電池モジュール２００から電圧、電流を取り出すために用いられる。絶縁プレート２３０は、ターミナルプレート２１０の外側に配置されている。なお、燃料電池スタック１０と燃料電池スタック１０が搭載される車両のボディとの固定場所によっては、ターミナルプレート２２０の外側に絶縁プレートが配置される構成であってもよい。また、ターミナルプレート２１０の外側及びターミナルプレート２２０の外側の両方に絶縁プレート２３０が配置される構成であってもよい。エンドプレート２４０、２５０は、燃料電池モジュール２００と、ターミナルプレート２１０、２２０と、絶縁プレート２３０と、を締結するために燃料電池スタック１０の両側に配置されている。
【００１０】
図２は、発電ユニット１００を模式的に示す説明図である。発電ユニット１００は、フレーム１４０と、第１セパレータプレート１５０と、第２セパレータプレート１６０と、を備える。フレーム１４０は、第１セパレータプレート１５０と、第２セパレータプレート１６０と、に挟まれている。フレーム１４０は、樹脂で形成された略長方形の額縁形状を有している。フレーム１４０の中央部には、後述する膜電極接合体ガス拡散層接合体（「ＭＥＧＡ」とも呼ぶ。図示せず）が支持されている。本実施形態では、発電ユニット１００のうち、フレーム１４０とＭＥＧＡとを合わせて「単セル」と呼ぶ。したがって、単セルは、２つのセパレータプレート１５０、１６０を含まない。第２セパレータプレート１６０の対向する辺には、開口部３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６（以下「３０１〜３０６」と略す。）が設けられており、これらの開口部３０１〜３０６が連通して、図１に示したマニホールド３０１〜３０６を形成している。そのため、本実施形態では、開口部とマニホールドに、同じ符号を用いている。フレーム１４０と、第１セパレータプレート１５０についても同様の開口部を有する。なお、図２では、フレーム１４０と、第１セパレータプレート１５０の開口部は、第２セパレータプレート１６０によって見えない状態であり、第２セパレータプレート１６０の開口部３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０のみが見えるように図示されている。
【００１１】
図３は、第１セパレータプレート１５０を示す説明図である。第１セパレータプレート１５０は、金属で形成された略長方形の板状部材である。第１セパレータプレート１５０の対向する辺には、開口部３０１〜３０６が開けられており、これらの開口部３０１〜３０６が連通して、図１に示したマニホールド３０１〜３０６を形成している。第１セパレータプレート１５０は、その中央部に、流路形成領域１８０が設けられている。流路形成領域１８０には、反応ガスや冷媒を流すための流路が形成される。第１セパレータプレート１５０は、開口部３０１〜３０６の周り及び流路形成領域１８０の周りに、フレーム１４０に向かって突出し、単セルの周縁をシールするシール部１５４を備える。このシール部１５４が、フレーム１４０に押圧されることにより、反応ガスや冷媒のリークを抑制するためのシールラインが形成される。なお、第２セパレータプレート１６０についても同様にフレーム１４０に向かって突出するシール部を備える。
【００１２】
図４は、発電ユニット１００の断面の一部を示す説明図である。発電ユニット１００は、単セル１４５と、単セル１４５の両面のそれぞれ配置される第１セパレータプレート１５０と第２セパレータプレート１６０を備える。単セル１４５は、ＭＥＧＡと、ＭＥＧＡを外縁から支持するフレーム１４０と、を備える。
【００１３】
ＭＥＧＡは、触媒層が塗工された電解質膜１１０と、電解質膜１１０の両面に配置されたガス拡散層１２０、１２５と、を備える。電解質膜１１０は、プロトン伝導性を有する電解質膜で形成されている。電解質膜としては、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマのようなフッ素系電解質樹脂（イオン交換樹脂）が用いられる。触媒層は、触媒（例えば白金、あるいは白金を含む合金）を担持したカーボンと、アイオノマとを有している。両面に触媒層が塗工された電解質膜１１０を「膜電極接合体」とも呼ぶ。ガス拡散層１２０、１２５は、カーボンペーパーやカーボン不織布などの多孔性の部材で構成されている。フレーム１４０は、ＭＥＧＡを外縁から支持する額縁形状を有する樹脂製の部材である。
【００１４】
第１セパレータプレート１５０は、略長方形の金属製の薄板状の部材である。第１セパレータプレート１５０は、平坦部１５９と、シール部１５４と、２つの第１屈曲部１５１と、２つの第２屈曲部１５２と、２つの凸部１５３を備える。シール部１５４は、平坦部１５９から単セル１４５のフレーム１４０方向に突出し、フレーム１４０と接触して、単セル１４５の周辺をシールする。シール部１５４は、接着剤１７０によって、フレーム１４０に接着されている。２つの第１屈曲部１５１は、第１セパレータプレート１５０の面方向に第１の距離Ｌ１だけ隔たった位置に設けられている。２つの第１屈曲部１５１は、第１セパレータプレート１５０を平坦部１５９が為す面から単セル１４５方向に屈曲させてシール部１５４を形成し、シール部１５４を単セル１４５の積層方向に移動可能に支持している。
【００１５】
第２屈曲部１５２は、シール部１５４の外縁であって第１屈曲部１５１よりシール部１５４側において、単セル１４５方向とは逆方向に屈曲している。ここで、シール部１５４の外縁とは、シール部１５４よりもＭＥＧＡ側および単セル１４５の外縁側の両方を意味している。第２屈曲部１５２は、第２屈曲部１５２と、第１屈曲部１５１との間で、単セル１４５のフレーム１４０と反対側に凸となる凸部１５３を形成している。２つの凸部１５３の頂部の間隔は第２の距離Ｌ２であり、第２の距離Ｌ２は、第１の距離Ｌ１よりも短い。本実施形態では、フレーム１４０から凸部１５３の頂部までの高さＨ２は、フレーム１４０から平坦部１５９までの高さＨ１よりも少し低い。この凸部１５３は、後述するように、単セル１４５が燃料電池スタック１０として積層された状態で、隣接する発電ユニット１００の第２セパレータプレート１６０に当接する。
【００１６】
第２セパレータプレート１６０は、略長方形の金属製の薄板状の部材である。第２セパレータプレート１６０は、平坦部１６９と、シール部１６４と、２つの屈曲部１６１とを備える。シール部１６４は、平坦部１６９から単セル１４５のフレーム１４０方向に突出し、フレーム１４０と接触して、単セル１４５の周辺をシールする。シール部１６４は、接着剤１７０により、フレーム１４０に接着されている。２つの屈曲部１６１は、第２セパレータプレート１６０平坦部１６９が為す面から単セル１４５方向に屈曲させてシール部１６４を形成し、シール部１６４を単セル１４５の積層方向に移動可能に支持している。なお、２つの屈曲部１６１は、単セル１４５の法線方向から見たときに、シール部１６４がシール部１５４とちょうど重なるようにシール部１６４を形成できる位置に設けられている。単セル１４５の法線方向から見たときに、シール部１６４とシール部１５４とが重なると、２つのセパレータプレート１５０、１６０や単セル１４５が傾かず、安定する。
【００１７】
図５は、燃料電池モジュール２００の断面の一部を示す説明図である。燃料電池モジュール２００は、積層された複数の発電ユニット１００を備える。なお、各発電ユニット１００は、単セル１４５を含んでいるため、単セル１４５が積層されているとも言える。発電ユニット１００が積層された状態では、ある発電ユニット１００の第１セパレータプレート１５０の平坦部１５９は、隣接する発電ユニット１００の第２セパレータプレート１６０の平坦部１６９とほぼ重なっている。そして、平坦部１５９と平坦部１６９とは、溶接点ＷＰで溶接されている。なお、平坦部１５９と平坦部１６９とは、溶接される代わりに、接着剤で接着されていてもよい。また、平坦部１５９と平坦部１６９との間に、例えばゴムや樹脂で形成されたシール部材を設けてもよい。なお、図５に示す状態は、発電ユニット１００が単に重ねられた状態であり、燃料電池スタック１０を形成するための締結荷重が掛けられていない状態である。そのため、凸部１５３は、隣接する発電ユニット１００の第２セパレータプレート１６０の平坦部１６９に当接していない。
【００１８】
図６は、第１実施形態の燃料電池スタック１０の締結における各状態を示す説明図ある。図６では、図示の都合上、単セル１４５のフレーム１４０近傍のみを図示している。第１状態は、シール部１５４、１６４がフレーム１４０に接した状態を示している。第２状態は、燃料電池スタック１０に締結荷重が掛けられて締結が完了した状態を示している。中間状態は、第１状態と第２状態の中間の状態を示している。
【００１９】
（１）第１状態
第１状態では、発電ユニット１００は、積層方向にＷ１のピッチで配置されている。図４で説明したように、フレーム１４０から凸部１５３の頂部までの高さＨ２は、フレーム１４０から平坦部１５９までの高さＨ１よりも低い。そのため、第１状態では、凸部１５３の頂部は、隣接する発電ユニット１００の第２セパレータプレート１６０の平坦部１６９と当接していない。２つの第１屈曲部１５１の間の間隔は、図４で説明したようにＬ１である。
【００２０】
（２）中間状態
中間状態では、第１状態から発電ユニット１００の積層方向にｓｔ１だけ圧縮され、発電ユニット１００は、Ｗ２（Ｗ２＝Ｗ１−ｓｔ１）のピッチで配置されている。中間状態では、凸部１５３の頂部は、隣接する発電ユニット１００の第２セパレータプレート１６０の平坦部１６９と、ちょうど当接する。２つの凸部１５３の頂部の間隔は、図４で説明したようにＬ２である。
【００２１】
（３）第２状態
第２状態では、発電ユニット１００は、中間状態から発電ユニット１００の積層方向にさらに圧縮されており、２つの発電ユニット１００がＷ３（Ｗ３＜Ｗ２）のピッチで配置されている状態である。第２状態は、第１状態から比較すれば、ｓｔ２だけ圧縮されている。
【００２２】
第１状態から中間状態までは、第１セパレータプレート１５０のうちの２つの第１屈曲部１５１の間の長さＬ１の部分がバネを形成している。そして、中間状態で凸部１５３の頂部が平坦部１６９と当接すると、第１セパレータプレート１５０のうちの２つの凸部１５３の頂部の間の長さＬ２の部分がバネを形成する。中間状態から第２状態までは、２つの凸部１５３の頂部の間、すなわち、長さＬ２の部分がバネを形成している。すなわち、第１状態から中間状態までは、長さＬ１の部分がバネを形成し、中間状態でバネの長さがＬ１からＬ２に短くなり、その後、第２状態まで長さＬ２の部分がバネを形成するようにバネの長さが変化する。
【００２３】
一般に、板バネでは、バネの強さ（バネ定数）は、長さの３乗に反比例する。本実施形態のバネは、第１セパレータプレート１５０により形成される板バネである。本実施形態では、図６に示すように、第１状態から中間状態までは、中間状態から第２状態までよりも、バネを形成する部分の長さが長くなっている。したがって、第１状態から中間状態までは、バネが弱く（バネ定数が小さく）、中間状態から第２状態までは、バネが強い（バネ定数が大きい）。
【００２４】
図７は、バネのストロークとシール圧、バネ定数との関係を示す説明図である。図７の上のグラフの横軸はストロークであり、縦軸はシール圧であり、下のグラフの横軸はストロークであり、縦軸はバネ定数である。ストロークは、シール部１５４、１６４がフレーム１４０とちょうど接触したときを（第１状態）を０として、発電ユニット１００が第１状態からどれだけ圧縮されたかを示している。シール圧は、バネの力をシール部１５４の面積で割ったものである。シール部１５４の面積が変わらなければ、シール圧は、ストロークにほぼ比例する。
【００２５】
グラフの傾きは、バネの強さ（バネ定数）に対応する。第１実施形態では、第１状態（ストロークが０）から中間状態（ストロークがｓｔ１）までは、２つの第１屈曲部１５１の間の長さＬ１の部分がバネとなるので、バネが弱い。一方、中間状態（ストロークがｓｔ１）から第２状態（ストロークがｓｔ２）までは、２つの凸部１５３の頂部の間の長さＬ２の部分がバネとなるので、バネが強い。したがって、図７に示す上のグラフでは、グラフの傾きが、ストロークがｓｔ１以降で急になる。そして、中間状態と第２状態との間でシール圧が要求シール圧を超える。バネは、歪（％）がある大きさとなるまで変形すると塑性変形する。ここで、本実施形態では、バネの歪（％）は（ストローク／バネの長さ）×１００で示される。第１実施形態では、第１状態から中間状態までのバネの長さＬ１が長いので、同じストロークだけ変形させても、その間の歪は小さく、第１セパレータプレート１５０は、塑性変形し難い。
【００２６】
第２屈曲部１５２と凸部１５３を備えない場合、第１状態から第２状態に至るまで、第１セパレータプレート１５０のバネの強さ（長さ）は、変化しない。かかる場合、第１セパレータプレート１５０を柔らかい金属で形成すると、バネ定数が小さいため、十分なシール圧を得ることができないおそれがある。一方、バネ定数を大きくしようとして第１セパレータプレート１５０を硬い金属で形成すると、硬い金属は、柔らかい金属に比べて小さい歪で塑性変形するので、同じストロークだけ変形させた場合、塑性変形し易くなる。なお、第１セパレータプレート１５０を硬い金属で形成しても、バネの長さを大きくすれば、歪を小さくして塑性変形し難くすることも可能である。しかし、その場合、発電領域ではないバネの長さが大きくなってしまうため、燃料電池スタック１０が大きくなってしまう。
【００２７】
以上、第１実施形態によれば、第１屈曲部１５１と、隣接する発電ユニット１００の第２セパレータプレート１６０に当接する凸部１５３を形成する第２屈曲部１５２と、凸部１５３とを備えるので、中間状態でバネ定数を大きくできる。その結果、十分なシール性を確保でき、かつ、第１セパレータプレート１５０の塑性変形を抑制できる。また、燃料電池スタック１０を小さくできる。
【００２８】
・第２実施形態：
図８は、第２実施形態の燃料電池スタック１０の締結における各状態を示す説明図である。第２実施形態の発電ユニット１００は、第１実施形態と比較すると、シール部１５４、１６４は、フレーム１４０と接着剤１７０で接着されていない点が異なっている。
【００２９】
図８では、図６の中間状態に対応する図を省略し、代わりに、燃料電池スタック１０を締結した後に締結荷重が抜かれて締結が解除された状態である第３状態を図示している。第２状態までは、第１実施形態と状態の変化が同じであるため、説明を省略する。第２状態から燃料電池スタック１０を締結する締結荷重が抜かれると、第３状態となる。締結荷重が抜かれると、積層方向に圧縮されていたガス拡散層１２０、１２５（図４）が、積層方向に伸びる。第３状態では、発電セル１００のピッチがＷ１＋αに広がっている。その結果、シール部１５４、１６４はフレーム１４０から離間する。
【００３０】
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、第２屈曲部１５２と、凸部１５３を備えるので、中間状態でバネ定数を大きくできる。その結果、十分なシール性を確保でき、かつ、第１セパレータプレート１５０の塑性変形を抑制できる。また、燃料電池スタック１０を小さくできる。
【００３１】
第２実施形態では、第１実施形態と比較して、さらに、以下の効果を有する。第１実施形態では、シール部１５４、１６４は接着剤１７０によってフレーム１４０と接着されているため、ガス拡散層１２０、１２５が伸びようとするストロークが大きい場合には、シール部１５４、１６４をフレーム１４０から剥離しようとする剥離力がかかる。あるいは、２つのセパレータプレート１５０、１６０に応力がかかる。これに対し、第２実施形態では、シール部１５４、１６４はフレーム１４０から離間するため、２つのセパレータプレート１５０、１６０に応力がかからない。したがって、２つのセパレータプレート１５０、１６０の応力による変形を抑制できる。
【００３２】
第１実施形態では、シール部１５４、１６４の両方が、フレーム１４０と接着剤１７０で接着されており、第２実施形態では、シール部１５４、１６４の両方が、フレーム１４０と接着剤１７０で接着されていないが、いずれか一方のシール部を接着剤１７０でフレーム１４０に接着し、他方のシール部を接着剤でフレーム１４０に接着しないように構成してもよい。
【００３３】
・第３実施形態：
図９は、第３実施形態の燃料電池スタック１０の締結における各状態を示す説明図である。第３実施形態の発電ユニット１００は、第１実施形態と比較すると、シール部１５４、１６４は、フレーム１４０と接する部分にゴム製のシール部剤１７５を備えている点が異なっている。
【００３４】
第２状態までは、第１実施形態と状態の変化が同じであるため、説明を省略する。第２状態から燃料電池スタック１０を締結する締結荷重が抜かれると、第３状態となる。締結荷重が抜かれると、積層方向に圧縮されていたガス拡散層１２０、１２５（図４）が、積層方向に伸びる。第３状態では、発電セル１００のピッチがＷ１＋αに広がっている。その結果、シール部１５４、１６４は、シール部材１７５とともにフレーム１４０から離間する。
【００３５】
第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１屈曲部１５１と、隣接する発電ユニット１００の第２セパレータプレート１６０に当接する凸部１５３を形成する第２屈曲部１５２と、を備えるので、中間状態でバネ定数を大きくできる。その結果、十分なシール性を確保でき、かつ、第１セパレータプレート１５０の塑性変形を抑制できる。また、燃料電池スタック１０を小さくできる。
【００３６】
第３実施形態では、第２実施形態と同様に、シール部１５４、１６４はフレーム１４０から離間するため、より大きなストローク変化に対しても２つのセパレータプレート１５０、１６０に応力がかからない。したがって、２つのセパレータプレート１５０、１６０の応力による変形を抑制できる。シール部剤１７５を備えることで、第２実施形態と比較して、シール性を向上できる。
【００３７】
第３実施形態では、シール部１５４、１６４は、フレーム１４０と接する部分にシール部剤１７５が設けられているが、ゴム製以外のシール部材１７５であってもよい。また、シール部１５４、１６４へのシール部材１７５の配置は、塗工によって行われても良く、シール部１５４、１６４にシール部材１７５を固定するのでは無く、単にシール部１５４、１６４とフレームとの間にシール部材１７５を配置する構成であってもよい。
【００３８】
第３実施形態では、シール部材を備えることで、シール部１５４、１６４のフレーム１４０側のキズや異物による凹凸を緩和できる。
【００３９】
・第４実施形態：
図１０は、第４実施形態における締結における各状態を示す説明図である。第１実施形態では、シール部１６４がフレーム１４０と接触する部分の幅は、シール部１５４と同程度の幅を有していたが、第４実施形態では、シール部１５４の幅よりも狭くなっている。
【００４０】
第４実施形態においても、第１実施形態と同様に、第２屈曲部１５２と、凸部１５３とを備えるので、中間状態でバネ定数を大きくできる。その結果、十分なシール性を確保でき、かつ、第１セパレータプレート１５０の塑性変形を抑制できる。また、燃料電池スタック１０を小さくできる。
【００４１】
第４実施形態では、第１実施形態の効果に加えて、さらに、以下の効果を有する。シール圧は締結力を接触面積で割った値に比例するため、シール部１６４がフレーム１４０と接触する部分の幅を狭くした方がシール性を向上できる。
【００４２】
第４実施形態では、第２セパレータプレート１６０のシール部１６４の幅を第１セパレータプレート１５０のシール部１５４よりも狭くしたが、第１セパレータプレート１５０のシール部１５４の幅を第２セパレータプレート１６０のシール部１６４の幅よりも狭くしても良い。また、一方のシール部の幅を狭くして、他方のシール部の幅をそれよりも広くする構造は、構造を安定させる。
【００４３】
・変形例１：
図１１は、変形例１の発電ユニット１００の構成を示す説明図である。変形例１の発電ユニット１００では、第１セパレータプレート１５０において、フレーム１４０から凸部１５３の頂部までの高さＨ２が、フレーム１４０から平坦部１５９のまでの高さＨ１とほぼ等しくなっている。また、第２セパレータプレート１６０において、さらに屈曲部１６２を備え、屈曲部１６１と屈曲部１６２の間に平坦部１６５を備える。フレーム１４０から平坦部１６５までの高さは、フレームから平坦部１６９までの高さよりも低くなっている。
【００４４】
変形例１では、燃料電池スタック１０を形成するための締結荷重が掛けられたときには、第１状態から中間状態までは、凸部１５３の頂部は平坦部１６５に接触せず、中間状態で凸部１５３の頂部は平坦部１６５に接触する。したがって、第１実施形態と同様に、中間状態でバネ定数を大きくでき、その結果、十分なシール性を確保でき、かつ、第１セパレータプレート１５０の塑性変形を抑制できる。
【００４５】
・変形例２：
図１２は、変形例２の発電ユニット１００の構成を示す説明図である。変形例２では、第１セパレータプレート１５０は、凸部１５３と、第１屈曲部１５１との間に、さらに、第３屈曲部１５５と、第２凸部１５６とを備える。２つの第２凸部１５６頂部の間隔は、２つの第１屈曲部１５１の間隔よりも短く、２つの凸部１５３の頂部の間隔よりも長い。フレーム１４０から第２凸部１５６の頂部までの高さＨ３は、フレーム１４０から平坦部１５９までの高さＨ１と、フレーム１４０から凸部１５３の頂部までの高さＨ２との間の高さである。
【００４６】
変形例２では、燃料電池スタック１０を形成するための締結荷重が掛けられて第１状態から第２状態に至る間に、２つの中間状態を有する。第１中間状態では、第２凸部１５６の頂部が第２セパレータプレート１６０の平坦部１６９に接触する。これにより、バネの長さが短くなり、バネ定数が大きくなる。さらに燃料電池スタック１０を形成するための締結荷重が掛けられると、第２中間状態となる。第２中間状態では、第２凸部１５６の頂部に加えて凸部１５３の頂部が第２セパレータプレート１６０の平坦部１６９に接触する。これによりさらにバネの長さが短くなり、バネ定数が大きくなる。
【００４７】
変形例２では、２つの中間状態でそれぞれバネ定数を大きくできる。その結果、十分なシール性を確保でき、かつ、第１セパレータプレート１５０の塑性変形を抑制できる。
【００４８】
なお、変形例１と変形例２との両方を備える構成であってもよい。この場合、第２セパレータプレート１６０は、フレーム１４０からの高さが、フレーム１４０から平坦部１６５までと、フレーム１４０から平坦部１６９までの間の高さである平坦部を備える。また、フレーム１４０から第２凸部１５６の頂部までの高さＨ３と、フレーム１４０から平坦部１５９までの高さＨ１と、フレーム１４０から凸部１５３の頂部までの高さＨ２は、ほぼ同じ高さである。
【００４９】
変形例３は、変形例２と同様に、２つの中間状態を有し、２つの中間状態でそれぞれバネ定数を大きくできる。その結果、十分なシール性を確保でき、かつ、第１セパレータプレート１５０の塑性変形を抑制できる。
【００５０】
なお、変形例２において、第１セパレータプレート１５０の凸部の数は、変形例２における数よりも増やしても良く、変形例３において、第１セパレータプレート１５０の凸部の数や第２セパレータプレート１６０の平坦部の数は、変形例３における数よりも増やしてもよい。
【００５１】
上記実施形態および変形例では、第１セパレータプレート１５０をバネとする例として説明したが、第２セパレータプレート１６０に同様のバネの構成を採用しても良い。
【００５２】
上記実施形態および変形例において、溶接点ＷＰの位置や接着剤の塗布位置は、平坦部１５９、１６９の中央でも良く、偏っていても良い。また、溶接点ＷＰや接着剤の塗布位置は、１箇所でも複数箇所でも良い。
【００５３】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０…燃料電池スタック
１００…発電ユニット
１１０…電解質膜
１２０、１２５…ガス拡散層
１４０…フレーム
１４５…単セル
１５０…第１セパレータプレート
１５１…第１屈曲部
１５２…第２屈曲部
１５３…凸部
１５４…シール部
１５５…第３屈曲部
１５６…第２凸部
１５９…平坦部
１６０…第２セパレータプレート
１６１…屈曲部
１６２…屈曲部
１６４…シール部
１６５…平坦部
１６９…平坦部
１７０…接着剤
１７５…シール部材
１８０…流路形成領域
２００…燃料電池モジュール
２１０…ターミナルプレート
２２０…ターミナルプレート
２３０…絶縁プレート
２４０、２５０…エンドプレート
３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６…マニホールド（開口部）
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３…凸部のフレームからの高さ
Ｌ１…第１の距離
Ｌ２…第２の距離
ｓｔ１、ｓｔ２…ストローク
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３…発電ユニットのピッチ
ＷＰ…溶接点
【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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