(57)【要約】【課題】高品質に且つ歩留まり良くダミーセルを得られることにより、製造コストの低減を図りつつ、発電安定性を向上させることが可能な燃料電池スタックを提供する。【解決手段】燃料電池スタック１０は、発電セル１２を複数積層した積層体１４と、積層体１４の積層方向の一端側に配設される第１ダミーセル１８を少なくとも備える。発電セル１２は、第２ガス拡散層９６を有する電解質膜・電極構造体８０と、樹脂枠部材８２と、第１セパレータ３２と、第２セパレータ３６、第３セパレータ３８とを有する。第１ダミーセル１８は、電解質膜・電極構造体８０に対応するダミー構造体１１０と、樹脂枠部材８２と、第１セパレータ３２、ダミー第１セパレータ１０８、ダミー第２セパレータ１３０とを備える。ダミー構造体１１０のうち平面寸法が最大となる第３導電性多孔質体１１６の平面寸法は、第２ガス拡散層９６の平面寸法より大きい。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に導電多性孔質体からなるガス拡散層を有する電極がそれぞれ配設された電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の外周を周回する樹脂枠部材と、前記電解質膜・電極構造体を挟むセパレータとを有する発電セルを複数積層した積層体、及び前記積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるダミーセルを備える燃料電池スタックであって、
前記ダミーセルは、前記電解質膜・電極構造体に対応するダミー構造体と、前記ダミー構造体の外周を周回する前記樹脂枠部材と、前記ダミー構造体を挟むダミーセパレータと、を備え、
前記ダミー構造体は、第１導電性多孔質体と、該第１導電性多孔質体より平面寸法が大きい第２導電性多孔質体と、該第２導電性多孔質体より平面寸法が大きい第３導電性多孔質体とを積層して形成され、
前記第３導電性多孔質体の平面寸法は、前記ガス拡散層の平面寸法より大きい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、
前記第２導電性多孔質体は、前記ダミー構造体の積層方向中央に配置され、
前記樹脂枠部材は、
前記第１導電性多孔質体の外周端面より外方に延在する前記第２導電性多孔質体の外周露呈部に当接する当接面と、
前記第２導電性多孔質体の外周端面より外方に延在する前記第３導電性多孔質体の外周露呈部に接合部を介して接合される接合面と、
を有し、
前記接合部は、前記第３導電性多孔質体の外周露呈部の周方向に断続的に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２記載の燃料電池スタックにおいて、
前記接合部は、溶融させた前記樹脂枠部材の一部を、前記第３導電性多孔質体の外周露呈部に含浸させた含浸部を有することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池スタックにおいて、
前記樹脂枠部材の一部は、前記樹脂枠部材の厚さ方向に突出するように、前記樹脂枠部材の前記接合面より外周側に設けられた樹脂突起部であることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記第１導電性多孔質体と、前記第２導電性多孔質体と、前記第３導電性多孔質体とは同じ材料からなることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項２〜４の何れか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記樹脂枠部材は、外周縁部と、前記外周縁部の内周端から第１段差面を介して全周に亘って内方に突出した棚部と、前記棚部の内周端から第２段差面を介して全周に亘って内方に突出した薄肉部とを有し、
前記第３導電性多孔質体の外周露呈部に臨む前記樹脂枠部材の前記棚部に前記接合面が設けられ、
前記第２導電性多孔質体の外周露呈部は、前記樹脂枠部材の前記薄肉部に臨み、且つ前記薄肉部から該第２導電性多孔質体の外周露呈部に向かって突出する土手部の突出端面である前記当接面と当接し、
前記第１導電性多孔質体の外周端面は、前記樹脂枠部材の内周端面に対向することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池スタックにおいて、
前記第２導電性多孔質体の厚さは、前記第２段差面の高さよりも大きいことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項８】
請求項６又は７記載の燃料電池スタックにおいて、
前記樹脂枠部材の前記薄肉部と、前記第３導電性多孔質体との間には、空間が形成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、電解質膜・電極構造体と、電解質膜・電極構造体の外周を周回する樹脂枠部材と、セパレータとを有する発電セルを複数積層した積層体、及び積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるダミーセルを備え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固体高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ともいう）を採用している。燃料電池は、電解質膜の一方の面にアノード電極が配設され、他方の面にカソード電極が配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。
【０００３】
電解質膜・電極構造体をセパレータで挟持することにより、発電セルが構成され、複数個の発電セルを積層することにより、積層体が構成される。この積層体の積層方向両端に、各発電セルによって発電された電荷を集める電力取り出し用のターミナルプレートや、発電セルを積層状態で保持するためのエンドプレート等が設けられて燃料電池スタックが構成される。
【０００４】
ところで、積層体の積層方向の端部側（以下、単に端部側ともいう）は、ターミナルプレート等を介した放熱が促されること等から、該積層体の積層方向の中央側に比べ低温となり易い。外気温等の影響を受けて積層体の端部側が低温となり結露が生じると、反応ガスの拡散性が低下し、燃料電池スタックの発電安定性が低下する懸念がある。
【０００５】
そこで、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側に、いわゆる、ダミーセルが配設されている。ダミーセルでは、電解質膜の代わりに金属板を用いていることから、発電を行わず、生成水も生じない。このため、ダミーセル自体が、ターミナルプレートと積層体との間で、断熱層として機能する。従って、上記のようにダミーセルを配設することで、積層体の端部側の温度低下を抑制できる。つまり、燃料電池スタックが外気温の影響を受けることを抑制して、発電安定性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、高品質に且つ歩留まり良くダミーセルを得られることにより、製造コストの低減を図りつつ、発電安定性を向上させ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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明は、電解質膜の両側に導電多性孔質体からなるガス拡散層を有する電極がそれぞれ配設された電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体の外周を周回する樹脂枠部材と、前記電解質膜・電極構造体を挟むセパレータとを有する発電セルを複数積層した積層体、及び前記積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に配設されるダミーセルを備える燃料電池スタックであって、前記ダミーセルは、前記電解質膜・電極構造体に対応するダミー構造体と、前記ダミー構造体の外周を周回する前記樹脂枠部材と、前記ダミー構造体を挟むダミーセパレータと、を備え、前記ダミー構造体は、第１導電性多孔質体と、該第１導電性多孔質体より平面寸法が大きい第２導電性多孔質体と、該第２導電性多孔質体より平面寸法が大きい第３導電性多孔質体とを積層して形成され、前記第３導電性多孔質体の平面寸法は、前記ガス拡散層の平面寸法より大きいことを特徴とする。
【０００９】
この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、ダミー構造体を備えるダミーセルが配設される。このダミーセルは、電解質膜・電極構造体に対応してダミー構造体を備えるため、換言すると、電解質膜・電極構造体を備えていないため、発電を行うことがなく、発電による生成水も生じない。これによって、ダミーセル自体が断熱層として機能するとともに、ダミーセルで結露が生じることを抑制できる。このようなダミーセルを、積層体の積層方向の少なくとも一方の端部側に設けることで、積層体の端部側の断熱性を高めることができる。このため、低温環境下においても、積層体の端部側の温度が中央側に比して低温となることを抑制できる。
【００１０】
さらに、積層体の端部側の断熱性を高めることができるため、燃料電池スタックを氷点下環境で始動する場合であっても、積層体の全体を有効に昇温させることができる。これによって、積層体の端部側で生成水等が凍結して、電圧低下が生じることを抑制できる。
【００１１】
上記のように、発電を行わないダミーセルのダミー構造体では、発電を行う発電セルの電解質膜・電極構造体と同様の寸法公差とする必要がない。また、ダミー構造体の外周には、電解質膜・電極構造体の外周に設けられる樹脂枠部材と同一に構成される樹脂枠部材が設けられる。このため、第３導電性多孔質体の平面寸法をガス拡散層の平面寸法より大きくすることにより、ダミー構造体と樹脂枠部材との接合面積を、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材との接合面積に比して大きくすることができる。
【００１２】
これによって、樹脂枠部材とダミー構造体との位置決め精度や接合強度を容易に向上させることができる。その結果、樹脂枠部材とダミー構造体とを、ガタツキ等を生じさせることなく、より確実に接合してダミーセルを得ることが可能になる。
【００１３】
以上から、この燃料電池スタックによれば、高品質に且つ歩留まり良くダミーセルを得られることにより、該燃料電池スタックの製造コストを低減しつつ、発電安定性を向上させることができる。
【００１４】
上記の燃料電池スタックにおいて、前記第２導電性多孔質体は、前記ダミー構造体の積層方向中央に配置され、前記樹脂枠部材は、前記第１導電性多孔質体の外周端面より外方に延在する前記第２導電性多孔質体の外周露呈部に当接する当接面と、前記第２導電性多孔質体の外周端面より外方に延在する前記第３導電性多孔質体の外周露呈部に接合部を介して接合される接合面と、を有し、前記接合部は、前記第３導電性多孔質体の外周露呈部の周方向に断続的に形成されることが好ましい。
【００１５】
樹脂枠部材と電解質膜・電極構造体の外周とを気密に接合してクロスリーク等を抑制する発電セルとは異なり、発電を行わないダミーセルではクロスリークを抑制する必要がない。従って、上記のように断続的に接合部を形成することで、ダミー構造体と樹脂枠部材との接合工程を簡素化して、燃料電池スタックの製造効率を向上させることが可能になる。
【００１６】
上記の燃料電池スタックにおいて、前記接合部は、溶融させた前記樹脂枠部材の一部を、前記第３導電性多孔質体の外周露呈部に含浸させた含浸部を有することが好ましい。この場合、第３導電性多孔質体の内部に樹脂枠部材の一部が含浸しているため、例えば、互いの間のみに接着剤を介在させて接合した樹脂枠部材及びダミー構造体に比して、樹脂枠部材及びダミー構造体の接合強度を高めることができる。
【００１７】
上記の燃料電池スタックにおいて、前記樹脂枠部材の一部は、前記樹脂枠部材の厚さ方向に突出するように、前記樹脂枠部材の前記接合面より外周側に設けられた樹脂突起部であることが好ましい。この場合、簡単な構成で容易且つ良好に接合部を形成して、効率的にダミーセルを得ることが可能になる。ひいては、燃料電池スタックの製造効率を向上させることができる。
【００１８】
上記の燃料電池スタックにおいて、前記第１導電性多孔質体と、前記第２導電性多孔質体と、前記第３導電性多孔質体とは同じ材料からなることが好ましい。この場合、例えば、電解質膜・電極構造体の電解質膜の代わりに金属板を用いることで、該金属板をガス拡散層を構成する導電性多孔質体で挟持してなる比較例に係るダミーセルに比して、接触抵抗を低減させることができる。これによって、燃料電池スタックの内部抵抗を減少させることができるため、発電効率を高めることができる。
【００１９】
上記の燃料電池スタックにおいて、前記樹脂枠部材は、外周縁部と、前記外周縁部の内周端から第１段差面を介して全周に亘って内方に突出した棚部と、前記棚部の内周端から第２段差面を介して全周に亘って内方に突出した薄肉部とを有し、前記第３導電性多孔質体の外周露呈部に臨む前記樹脂枠部材の前記棚部に前記接合面が設けられ、前記第２導電性多孔質体の外周露呈部は、前記樹脂枠部材の前記薄肉部に臨み、且つ前記薄肉部から該第２導電性多孔質体の外周露呈部に向かって突出する土手部の突出端面である前記当接面と当接し、前記第１導電性多孔質体の外周端面は、前記樹脂枠部材の内周端面に対向することが好ましい。
【００２０】
上記の燃料電池スタックにおいて、前記第２導電性多孔質体の厚さは、前記第２段差面の高さよりも大きいことが好ましい。
【００２１】
上記の燃料電池スタックにおいて、前記樹脂枠部材の前記薄肉部と、前記第３導電性多孔質体との間には、空間が形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高品質に且つ歩留まり良くダミーセルを得られることにより、燃料電池スタックの製造コストの低減を図りつつ、発電安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの分解斜視図である。
【図２】図１の燃料電池スタックのＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】発電セルの分解斜視図である。
【図４】第１セパレータの酸化剤ガス流路側の正面図である。
【図５】第２セパレータの酸化剤ガス流路側の正面図である。
【図６】第３セパレータの冷却媒体流路側の正面図である。
【図７】樹脂枠付きＭＥＡのアノード電極側の正面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である。
【図９】樹脂枠付きダミー構造体の第３導電性多孔質体側の正面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【図１１】ダミー構造体の分解斜視図である。
【図１２】ダミー第１セパレータ及びダミー第２セパレータの第２空間側の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明に係る燃料電池スタックについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。
【００２５】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る燃料電池スタック１０は、複数の発電セル１２が水平方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）又は重力方向（矢印Ｃ１、Ｃ２方向）に積層された積層体１４を備える。燃料電池スタック１０は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載される。
【００２６】
図２に示すように、積層体１４の積層方向一端側（矢印Ａ１側）には、第１端部発電ユニット１６、第１ダミーセル１８及び第２ダミーセル２０が外方に向かって配置される。また、積層体１４の積層方向他端側（矢印Ａ２側）には、第２端部発電ユニット２２及び第３ダミーセル２４が外方に向かって配置される。積層体１４の第２ダミーセル２０よりも外方側（矢印Ａ１側）には、ターミナルプレート２６ａ、インシュレータ２８ａ及びエンドプレート３０ａがこの順に積層される。積層体１４の第３ダミーセル２４よりも外方側（矢印Ａ２側）には、ターミナルプレート２６ｂ、インシュレータ２８ｂ及びエンドプレート３０ｂがこの順に積層される。
【００２７】
図１に示すように、長方形状からなるエンドプレート３０ａ、３０ｂの各辺間には、連結バー（不図示）が配置される。各連結バーは、両端をエンドプレート３０ａ、３０ｂの内面にボルト（不図示）等を介して固定され、複数の積層された発電セル１２に積層方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）の締め付け荷重を付与する。なお、燃料電池スタック１０では、エンドプレート３０ａ、３０ｂを端板とする筐体を備え、前記筐体内に積層体１４等を収容するように構成してもよい。
【００２８】
図３に示すように、発電セル１２は、第１セパレータ３２と、樹脂枠付きＭＥＡ３４と、第２セパレータ３６と、樹脂枠付きＭＥＡ３４と、第３セパレータ３８とがこの順に積層されて構成される。第１セパレータ３２、第２セパレータ３６及び第３セパレータ３８のそれぞれは、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板等により構成され、平面が矩形状であるとともに、プレス加工等により、断面凹凸形状に成形される。
【００２９】
図１及び図３に示すように、各セパレータ３２、３６、３８の長辺方向の一端側（矢印Ｂ１側）の縁部には、それぞれ矢印Ａ１、Ａ２方向（積層方向）に個別に連通して、酸化剤ガス入口連通孔４０及び燃料ガス出口連通孔４２が設けられる。酸化剤ガス入口連通孔４０は、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス出口連通孔４２は、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。これらの酸化剤ガス及び燃料ガスを総称して反応ガスともいう。
【００３０】
各セパレータ３２、３６、３８の長辺方向の他端側（矢印Ｂ２側）の縁部には、それぞれ矢印Ａ１、Ａ２方向に個別に連通して、燃料ガスを供給する燃料ガス入口連通孔４４及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔４６が設けられる。なお、これらの酸化剤ガス入口連通孔４０、燃料ガス出口連通孔４２、燃料ガス入口連通孔４４、酸化剤ガス出口連通孔４６を総称して反応ガス連通孔ともいう。
【００３１】
各セパレータ３２、３６、３８の短辺方向（矢印Ｃ１、Ｃ２方向）両端縁部の矢印Ｂ１側には、矢印Ａ１、Ａ２方向に個別に連通して、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔４８がそれぞれ設けられる。各セパレータ３２、３６、３８の短辺方向の両端縁部の矢印Ｂ２側には、矢印Ａ１、Ａ２方向に個別に連通して、冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔５０がそれぞれ設けられる。
【００３２】
図３に示すように、第１セパレータ３２の矢印Ａ１側の面３２ａには、冷却媒体入口連通孔４８と冷却媒体出口連通孔５０とを連通する冷却媒体流路５２が形成される。冷却媒体入口連通孔４８と冷却媒体流路５２との間には、複数本の入口連結溝５４ａが形成される。冷却媒体流路５２と冷却媒体出口連通孔５０との間には、複数本の出口連結溝５４ｂが形成される。また、第１セパレータ３２の面３２ａには、冷却媒体入口連通孔４８、冷却媒体出口連通孔５０、冷却媒体流路５２、入口連結溝５４ａ、出口連結溝５４ｂを一体に囲んで、その内部を面方向の外部とシールするシール部材５５が設けられている。
【００３３】
図４に示すように、第１セパレータ３２の矢印Ａ２側の面３２ｂには、酸化剤ガス入口連通孔４０と酸化剤ガス出口連通孔４６とに連通する酸化剤ガス流路５６が形成される。酸化剤ガス流路５６は、互いに並列する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）からなる。
【００３４】
酸化剤ガス流路５６の入口側端部には、発電領域外に位置して酸化剤ガス入口バッファ部５８が連なる一方、該酸化剤ガス流路５６の出口側端部には、発電領域外に位置して酸化剤ガス出口バッファ部６０が連なる。
【００３５】
酸化剤ガス入口バッファ部５８と酸化剤ガス入口連通孔４０との間には、複数本の入口連結溝６２ａが形成される。酸化剤ガス出口バッファ部６０と酸化剤ガス出口連通孔４６との間には、複数本の出口連結溝６２ｂが形成される。第１セパレータ３２の面３２ｂには、酸化剤ガス入口連通孔４０、酸化剤ガス出口連通孔４６、酸化剤ガス流路５６、酸化剤ガス入口バッファ部５８、酸化剤ガス出口バッファ部６０、入口連結溝６２ａ、出口連結溝６２ｂを一体に囲んで、その内部を面方向の外部とシールするシール部材６３が設けられている。第１セパレータ３２では、酸化剤ガス流路５６の裏面形状が、冷却媒体流路５２の一部を構成する（図２及び図３参照）。
【００３６】
図３に示すように、第２セパレータ３６の矢印Ａ１側の面３６ａには、燃料ガス入口連通孔４４と燃料ガス出口連通孔４２とに連通する燃料ガス流路６６が形成される。燃料ガス流路６６は、互いに並列する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）からなる。
【００３７】
燃料ガス流路６６の入口側端部には、発電領域外に位置して燃料ガス入口バッファ部６８が連なる一方、該燃料ガス流路６６の出口側端部には、発電領域外に位置して燃料ガス出口バッファ部７０が連なる。燃料ガス入口バッファ部６８と燃料ガス入口連通孔４４との間には、第２セパレータ３６を厚さ方向に貫通する複数個の燃料ガス供給孔部７２ａが設けられる。燃料ガス出口バッファ部７０と燃料ガス出口連通孔４２との間には、第２セパレータ３６を厚さ方向に貫通する複数個の燃料ガス排出孔部７２ｂが設けられる。
【００３８】
第２セパレータ３６の面３６ａには、燃料ガス流路６６、燃料ガス入口バッファ部６８、燃料ガス出口バッファ部７０、燃料ガス供給孔部７２ａ、燃料ガス排出孔部７２ｂを一体に囲んで、その内部を面方向の外部とシールするシール部材７３が設けられている。
【００３９】
図５に示すように、第２セパレータ３６の矢印Ａ２側の面３６ｂは、シール部材７１で囲われた燃料ガス供給孔部７２ａ及び燃料ガス排出孔部７２ｂが設けられていることを除いて、第１セパレータ３２の矢印Ａ２側の面３２ｂ（図４参照）と同様に構成することができる。すなわち、第２セパレータ３６の面３６ｂには、酸化剤ガス入口連通孔４０と酸化剤ガス出口連通孔４６とに連通する酸化剤ガス流路５６が設けられる。また、第２セパレータ３６の面３６ｂには、酸化剤ガス入口バッファ部５８と、酸化剤ガス出口バッファ部６０と、入口連結溝６２ａと、出口連結溝６２ｂと、シール部材６３とが形成される。
【００４０】
第２セパレータ３６の面３６ｂ側では、燃料ガス供給孔部７２ａ及び燃料ガス排出孔部７２ｂの各々と、酸化剤ガス入口バッファ部５８及び酸化剤ガス出口バッファ部６０とがシール部材６３、７１によって遮断されている。
【００４１】
図３に示すように、第３セパレータ３８の矢印Ａ１側の面３８ａは、第２セパレータ３６の矢印Ａ１側の面３６ａと同様に構成することができる。すなわち、第３セパレータ３８の面３８ａには、燃料ガス入口連通孔４４と燃料ガス出口連通孔４２とに連通する燃料ガス流路６６が設けられる。また、第３セパレータ３８の面３８ａには、燃料ガス入口バッファ部６８と、燃料ガス出口バッファ部７０と、燃料ガス供給孔部７２ａと、燃料ガス排出孔部７２ｂと、シール部材７３とが形成される。
【００４２】
図６に示すように、第３セパレータ３８の矢印Ａ２側の面３８ｂは、シール部材７１で囲われた燃料ガス供給孔部７２ａ及び燃料ガス排出孔部７２ｂが設けられていることを除いて、第１セパレータ３２の矢印Ａ１側の面３２ａ（図３参照）と同様に構成することができる。すなわち、第３セパレータ３８の面３８ｂには、冷却媒体流路５２と、入口連結溝５４ａと、出口連結溝５４ｂと、シール部材５５とが設けられる。第３セパレータ３８の面３８ｂ側では、燃料ガス供給孔部７２ａ及び燃料ガス排出孔部７２ｂの各々の内部と、冷却媒体流路５２、入口連結溝５４ａ及び出口連結溝５４ｂとがシール部材５５、７１によって遮断されている。
【００４３】
図２に示すように、互いに隣接する第３セパレータ３８の矢印Ａ２側の面３８ｂの冷却媒体流路５２と、第１セパレータ３２の矢印Ａ１側の面３２ａの冷却媒体流路５２とが対向して、その内部を冷却媒体が流通可能となっている。
【００４４】
図３、図５及び図６に示すように、第２セパレータ３６及び第３セパレータ３８では、上記のようにシール部材７１、７３が設けられるため、燃料ガス入口連通孔４４を矢印Ａ１側から矢印Ａ２側へと流通する燃料ガスは、燃料ガス供給孔部７２ａを、矢印Ａ２側から矢印Ａ１側へと流通して燃料ガス入口バッファ部６８及び燃料ガス流路６６へ流入する。また、燃料ガス流路６６を流通して燃料ガス出口バッファ部７０に流入した燃料ガスは、燃料ガス排出孔部７２ｂを矢印Ａ１側から矢印Ａ２側へと流通した後、燃料ガス出口連通孔４２を矢印Ａ２側から矢印Ａ１側へと流通する。
【００４５】
各セパレータ３２、３６、３８の両面には、該セパレータ３２、３６、３８の外周端縁部を周回する不図示の弾性体からなるシール部材がそれぞれ一体成形される。
【００４６】
図３、図７及び図８に示すように、樹脂枠付きＭＥＡ３４は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）８０の外周に樹脂枠部材８２が接合されて構成される。図８に示すように、電解質膜・電極構造体８０は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ともいう）８４を備える。なお、電解質膜８４は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。電解質膜８４は、カソード電極８６及びアノード電極８８により挟持される。
【００４７】
電解質膜・電極構造体８０は、カソード電極８６の平面寸法がアノード電極８８及び電解質膜８４の平面寸法よりも小さい段差型ＭＥＡを構成している。なお、カソード電極８６、アノード電極８８及び電解質膜８４は、同一の平面寸法に設定してもよい。また、アノード電極８８は、カソード電極８６及び電解質膜８４よりも小さな平面寸法を有してもよい。
【００４８】
カソード電極８６は、電解質膜８４の一端側（矢印Ａ１側）の面８４ａに接合される第１電極触媒層９０と、該第１電極触媒層９０に積層される第１ガス拡散層９２とを有する。第１電極触媒層９０は、第１ガス拡散層９２よりも大きな平面寸法であり、第１ガス拡散層９２の外周端面９２ａから外方に突出する外周露呈部９０ａを有する。また、第１電極触媒層９０は、電解質膜８４よりも小さな平面寸法である。
【００４９】
アノード電極８８は、電解質膜８４の他端側（矢印Ａ２側）の面８４ｂに接合される第２電極触媒層９４と、該第２電極触媒層９４に積層される第２ガス拡散層９６とを有する。第２電極触媒層９４及び第２ガス拡散層９６は、同一の平面寸法を有するとともに、電解質膜８４と同一（又は同一未満）の平面寸法に設定される。
【００５０】
第１電極触媒層９０は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第１ガス拡散層９２の表面に一様に塗布して形成される。第２電極触媒層９４は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第２ガス拡散層９６の表面に一様に塗布して形成される。
【００５１】
第１ガス拡散層９２及び第２ガス拡散層９６は、カーボンペーパ又はカーボンクロス等の導電性多孔質体から形成される。第２ガス拡散層９６の平面寸法は、第１ガス拡散層９２の平面寸法よりも大きく設定される。図７に示すように、第２ガス拡散層９６の長辺の長さはＸ１であり、短辺の長さはＸ２である。
【００５２】
樹脂枠部材８２は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＬＣＰ（リキッドクリスタルポリマー）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又は変性ポリオレフィン等の樹脂材から構成される。この樹脂材は、例えば、フィルム等により構成してもよい。
【００５３】
図３に示すように、樹脂枠部材８２は枠形状であり、酸化剤ガス入口連通孔４０を含む連通孔４０、４２、４４、４６、４８、５０からなる連通孔群の内側に配置され、各連通孔４０、４２、４４、４６、４８、５０が形成されない。また、図８に示すように、樹脂枠部材８２は、外周端８２ａ（図７参照）からその内側に所定の長さに亘って外周縁部８２ｂが設けられ、該外周縁部８２ｂからさらに内側に内側膨出部８２ｃが設けられる。
【００５４】
内側膨出部８２ｃは、外周縁部８２ｂの内周端から内側に向かって、第１段差面８２ｄを介して延在する棚部８２ｅと、該棚部８２ｅの内周端から内側に向かって第２段差面８２ｆを介して延在する薄肉部８２ｇとが設けられる。棚部８２ｅは、外周縁部８２ｂより薄肉であり、薄肉部８２ｇは、棚部８２ｅより薄肉である。また、第１段差面８２ｄ、棚部８２ｅ、第２段差面８２ｆ及び薄肉部８２ｇは、樹脂枠部材８２の全周に亘って設けられている。棚部８２ｅの矢印Ａ２側の面８２ｅａには、電解質膜８４の面８４ａの外周縁部が当接する。薄肉部８２ｇの内周端には、第１電極触媒層９０の外周露呈部９０ａに対向する土手部８２ｈが全周に亘って設けられる。また、薄肉部８２ｇの、土手部８２ｈと第２段差面８２ｆとの間には溝部８２ｈａが設けられる。
【００５５】
図７に示すように、樹脂枠部材８２の長辺方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）の両端部に配置される第１段差面８２ｄ同士の距離はＹ１であり、該樹脂枠部材８２の短辺方向（矢印Ｃ１、Ｃ２方向）の両端部に配置される第１段差面８２ｄ同士の距離はＹ２である。樹脂枠部材８２の４辺の第１段差面８２ｄと、電解質膜８４及びアノード電極８８の４辺の外周端面１０１とのそれぞれは、互いに距離Ｌ１をおいて離間する。つまり、第１段差面８２ｄと外周端面１０１との間隔は、その全周に亘って同じ距離Ｌ１に設定される。
【００５６】
電解質膜８４の面８４ａの溝部８２ｈａに臨む部分及び第１電極触媒層９０の外周露呈部９０ａには、該外周露呈部９０ａを周回するように接着剤９８ａが充填されて接着剤層９８が設けられる。この接着剤層９８は、樹脂枠部材８２の内周端面８２ｉと第１ガス拡散層９２の外周端面９２ａとの間にも満たされる。接着剤９８ａとしては、例えば、高分子やフッ素系エラストマーを好適に用いることができるが、特にこれに限定されるものではない。接着剤９８ａは、液体や固体、熱可塑性や熱硬化性等に制限されるものではない。
【００５７】
樹脂枠部材８２と第２ガス拡散層９６の外周縁部とは、接着用樹脂を用いた第１接合部１００により一体化される。図７に示すように、第１接合部１００は、第２ガス拡散層９６の外周縁部を周回するように設けられる。図８に示すように、第１接合部１００は、例えば、樹脂枠部材８２に一体成形される樹脂突起部１００ａを加熱変形させて構成することができる。この場合、第１接合部１００は、第１樹脂含浸部１００ｂと、第１溶融凝固部１００ｃとから形成される。
【００５８】
第１樹脂含浸部１００ｂは、溶融した樹脂突起部１００ａを、第２ガス拡散層９６の外周縁部に含浸させることで形成される。第１溶融凝固部１００ｃは、互いの離間距離がＬ１となるように配置された樹脂枠部材８２の第１段差面８２ｄと、電解質膜８４及びアノード電極８８の外周端面１０１との間に、溶融させた樹脂突起部１００ａを流入させて凝固させることで形成される。図７及び図８では、第１溶融凝固部１００ｃと一体化した棚部８２ｅの表面及び第１段差面８２ｄを二点鎖線で示す。
【００５９】
第１電極触媒層９０の外周露呈部９０ａ及び第１ガス拡散層９２の外周端面９２ａを周回するように接着剤層９８が設けられることや、第２ガス拡散層９６の外周縁部を周回するように第１接合部１００が設けられることにより、カソード電極８６及びアノード電極８８間のクロスリーク等が防止されている。
【００６０】
図３に示すように、樹脂枠部材８２のカソード電極８６側（矢印Ａ１側）の面８２ｊには、酸化剤ガス入口バッファ部１０２ａ及び酸化剤ガス出口バッファ部１０２ｂが設けられる。樹脂枠部材８２のアノード電極８８側（矢印Ａ２側）の面８２ｋには、図７に示すように、燃料ガス入口バッファ部１０５ａ及び燃料ガス出口バッファ部１０５ｂが設けられる。
【００６１】
図２に示すように、第１端部発電ユニット１６は、矢印Ａ１側から矢印Ａ２側に向かって、第１セパレータ３２と、樹脂枠付きダミー構造体１０６と、ダミー第１セパレータ１０８と、樹脂枠付きＭＥＡ３４と、第３セパレータ３８とが、この順に積層されて構成される。
【００６２】
図９及び図１０に示すように、樹脂枠付きダミー構造体１０６は、ダミー構造体１１０の外周に樹脂枠部材８２が接合されて構成される。図１０及び図１１に示すように、ダミー構造体１１０は、平面寸法（表面積／外形寸法）がそれぞれ異なる３枚の第１導電性多孔質体１１２と、第２導電性多孔質体１１４と、第３導電性多孔質体１１６とを、矢印Ａ１側から矢印Ａ２側に向かってこの順に積層して構成される。平面寸法の大きさの関係は、第１導電性多孔質体１１２＜第２導電性多孔質体１１４＜第３導電性多孔質体１１６となっている。
【００６３】
従って、図１０に示すように、第３導電性多孔質体１１６の外周縁部には、全周に亘って第２導電性多孔質体１１４の外周端面１１４ａよりも外方に突出する外周露呈部１１６ａが設けられる。第２導電性多孔質体１１４の外周縁部には、全周に亘って第１導電性多孔質体１１２の外周端面１１２ａよりも外方に突出する外周露呈部１１４ｂが設けられる。
【００６４】
ダミー構造体１１０のうち、平面寸法が最大となる第３導電性多孔質体１１６の平面寸法は、第２ガス拡散層９６の平面寸法より大きい。図９に示すように、第３導電性多孔質体１１６の長辺の長さはＺ１であり、第３導電性多孔質体１１６の短辺の長さはＺ２である。従って、これらＺ１及びＺ２と、第２ガス拡散層９６の長辺の長さＸ１及び短辺の長さＸ２との関係は、Ｚ１＞Ｘ１、Ｚ２＞Ｘ２となる。樹脂枠部材８２の４辺の第１段差面８２ｄと、第３導電性多孔質体１１６の４辺の外周端面１１６ｂとのそれぞれは、互いに距離Ｌ２をおいて離間する。つまり、第１段差面８２ｄと外周端面１１６ｂとの間隔は、その全周に亘って同じ距離Ｌ２に設定される。
【００６５】
第１導電性多孔質体１１２と第２導電性多孔質体１１４と第３導電性多孔質体１１６は同じ材料からなるとともに、第１ガス拡散層９２又は第２ガス拡散層９６を構成する導電性多孔質体と同一の材料を用いて構成することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、第１導電性多孔質体１１２、第２導電性多孔質体１１４、第３導電性多孔質体１１６のそれぞれの厚さを、第２ガス拡散層９６を構成する導電性多孔質体と同一の厚さに設定した。これによって、該導電性多孔質体の平面寸法を上記のように調整することで、ダミー構造体１１０をさらに容易に得ることができる。
【００６７】
図１０に示すように、積層された第１導電性多孔質体１１２と第２導電性多孔質体１１４は接着剤層１１８ａにより接合され、第２導電性多孔質体１１４と第３導電性多孔質体１１６は接着剤層１１８ｂにより接合されている。接着剤層１１８ａ、１１８ｂは、接着剤層９８と同様に、接着剤９８ａを使用してもよい。
【００６８】
第３導電性多孔質体１１６の外周露呈部１１６ａと、樹脂枠部材８２の棚部８２ｅの矢印Ａ２側の面８２ｅａ（接合面）とが第２接合部１２０（接合部）を介して接合されることで、樹脂枠付きダミー構造体１０６が構成される。この際、樹脂枠部材８２の溝部８２ｈａには、第３導電性多孔質体１１６の外周露呈部１１６ａの矢印Ａ１側の一部と、第２導電性多孔質体１１４の外周露呈部１１４ｂの矢印Ａ１側の一部が臨む。土手部８２ｈの突出端面８２ｈｂ（当接面）には、第２導電性多孔質体１１４の外周露呈部１１４ｂの矢印Ａ１側が当接する。
【００６９】
矢印Ａ１、Ａ２方向において、第２導電性多孔質体１１４の外周縁部は、第３導電性多孔質体１１６と溝部８２ｈａとの間に配置される。樹脂枠部材８２の内周端面８２ｉは、積層方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）と垂直な方向において、第２導電性多孔質体１１４の外周端面１１４ａと、第１導電性多孔質体１１２の外周端面１１２ａとの間に位置する。樹脂枠部材８２の内周端面８２ｉに、第１導電性多孔質体１１２の外周端面１１２ａが間隔を置いて臨む。第２段差面８２ｆの高さは、第２導電性多孔質体１１４の厚さよりも小さい。
【００７０】
図９に示すように、第２接合部１２０は、第３導電性多孔質体１１６の外周縁部に対して、周方向に断続的に設けられる。図１０に示すように、第２接合部１２０は、例えば、樹脂枠部材８２に一体成形される樹脂突起部１２０ａを部分的に加熱変形させて構成することができる。この場合、第２接合部１２０は、第２樹脂含浸部１２０ｂと、第２溶融凝固部１２０ｃとから形成される。なお、樹脂突起部１２０ａのうち、第２接合部１２０を構成しない部分、換言すると、加熱変形させずに残存した部分は、機械加工等により除去してもよい。
【００７１】
第２樹脂含浸部１２０ｂは、溶融した樹脂突起部１２０ａを、第３導電性多孔質体１１６の外周縁部に含浸させることで形成される。第２溶融凝固部１２０ｃは、互いの離間距離がＬ２となるように配置された樹脂枠部材８２の第１段差面８２ｄと、第３導電性多孔質体１１６の外周端面１１６ｂとの間に、溶融させた樹脂突起部１２０ａを流入させて凝固させることで形成される。図１０では、第２溶融凝固部１２０ｃと一体化した棚部８２ｅの表面及び第１段差面８２ｄを二点鎖線で示す。
【００７２】
上記の通り、第２ガス拡散層９６の長さＸ１、Ｘ２の各々は、第３導電性多孔質体１１６の長さＺ１、Ｚ２に比して小さい。このため、図７及び図９に示すように、樹脂枠部材８２の第１段差面８２ｄ同士の距離Ｙ１、Ｙ２と第２ガス拡散層９６の長さＸ１、Ｘ２との差である離間距離Ｌ１は、第１段差面８２ｄ同士の距離Ｙ１、Ｙ２と第３導電性多孔質体１１６の長さＺ１、Ｚ２との差である離間距離Ｌ２より大きくなる（Ｌ１＞Ｌ２）。
【００７３】
なお、第１接合部１００及び第２接合部１２０は、接着剤層９８と同様に、接着剤９８ａを使用してもよい。
【００７４】
図２、図３及び図１２に示すように、ダミー第１セパレータ１０８は、燃料ガス供給孔部７２ａに代えて入口遮断部１２２ａが設けられ、燃料ガス排出孔部７２ｂに代えて出口遮断部１２２ｂが設けられていることを除いて第２セパレータ３６と同様に構成されている。つまり、ダミー第１セパレータ１０８の他端側（矢印Ａ２側）の面１０８ｂは、図４に示す第１セパレータ３２の他端側（矢印Ａ２側）の面３２ｂと同様に構成される。
【００７５】
図２及び図４に示すように、ダミー第１セパレータ１０８の他端側（矢印Ａ２側）の面１０８ｂと樹脂枠付きＭＥＡ３４のカソード電極８６側（矢印Ａ１側）との間には、酸化剤ガス流路５６に対応する第１空間１２４が設けられる。図４に示すように、第１空間１２４は、入口連結溝６２ａ及び出口連結溝６２ｂ内に形成された連通路１２５を介して、酸化剤ガス入口連通孔４０と酸化剤ガス出口連通孔４６とに連通する。このため、酸化剤ガス流路５６と同様に酸化剤ガスが流通可能となっている。
【００７６】
図２及び図１２に示すように、ダミー第１セパレータ１０８の一端側（矢印Ａ１側）の面１０８ａと樹脂枠付きダミー構造体１０６の第３導電性多孔質体１１６側（矢印Ａ２側）との間には、燃料ガス流路６６に対応する第２空間１２６が設けられる。第２空間１２６は、入口遮断部１２２ａにより、燃料ガス入口連通孔４４と遮断されるとともに、出口遮断部１２２ｂにより、燃料ガス出口連通孔４２と遮断される。つまり、入口遮断部１２２ａ及び出口遮断部１２２ｂ（以下、これらを総称して遮断部ともいう）により、第２空間１２６に燃料ガスが流れることが規制されるため、該第２空間１２６の内部には断熱空間が形成される。
【００７７】
なお、入口遮断部１２２ａ及び出口遮断部１２２ｂの何れか一方のみを設けることによって、第２空間１２６に燃料ガスが流れることを規制し、断熱空間を形成してもよい。また、本実施形態では、遮断部は、ダミー第１セパレータ１０８に燃料ガス供給孔部７２ａ及び燃料ガス排出孔部７２ｂ（図３参照）を貫通形成しないことで構成される。しかしながら、特にこれに限定されるものではなく、例えば、遮断部は、ダミー第１セパレータ１０８に貫通形成された燃料ガス供給孔部７２ａ及び燃料ガス排出孔部７２ｂを閉塞して構成することも可能である。図１２に示すように、ダミー第１セパレータ１０８の面１０８ａには、第２空間１２６を囲んで、その内部を面方向の外部とシールするシール部材１２７が設けられている。
【００７８】
図２に示すように、第１ダミーセル１８は、矢印Ａ１側から矢印Ａ２側に向かって、第１セパレータ３２（ダミーセパレータ）と、樹脂枠付きダミー構造体１０６と、ダミー第１セパレータ１０８（ダミーセパレータ）と、樹脂枠付きダミー構造体１０６と、ダミー第２セパレータ１３０（ダミーセパレータ）とが、この順に積層されて構成される。
【００７９】
図２、図３及び図１２に示すように、ダミー第２セパレータ１３０は、燃料ガス供給孔部７２ａに代えて入口遮断部１２２ａが設けられ、燃料ガス排出孔部７２ｂに代えて出口遮断部１２２ｂが設けられていることを除いて第３セパレータ３８と同様に構成されている。
【００８０】
つまり、図２、図３及び図６に示すように、ダミー第２セパレータ１３０の他端側（矢印Ａ２側）の面１３０ｂは、シール部材７１で囲われた燃料ガス供給孔部７２ａ及び燃料ガス排出孔部７２ｂが設けられていないことを除いて、第３セパレータ３８の矢印Ａ２側の面３８ｂと同様に構成される。このため、ダミー第２セパレータ１３０の面１３０ｂは、図３に示す第１セパレータ３２の一端側（矢印Ａ１側）の面３２ａと同様に構成することができる。また、図２及び図１２に示すように、ダミー第２セパレータ１３０の矢印Ａ１側の面１３０ａは、ダミー第１セパレータ１０８の矢印Ａ１側の面１０８ａと同様に構成される。
【００８１】
図２に示すように、第１ダミーセル１８では、ダミー第２セパレータ１３０の矢印Ａ２側の面１３０ｂと第１端部発電ユニット１６の第１セパレータ３２との間に、冷却媒体流路５２が設けられる。図２及び図１１に示すように、第１ダミーセル１８では、ダミー第２セパレータ１３０の矢印Ａ１側の面（１３０ａ）と樹脂枠付きダミー構造体１０６の第３導電性多孔質体１１６側（矢印Ａ２側）との間に、燃料ガス流路６６に対応する第２空間１２６が設けられる。
【００８２】
第２ダミーセル２０は、矢印Ａ１側から矢印Ａ２側に向かって、第１セパレータ３２（ダミーセパレータ）、樹脂枠付きダミー構造体１０６、ダミー第２セパレータ１３０（ダミーセパレータ）の順に積層される。このため、第２ダミーセル２０では、ダミー第２セパレータ１３０の矢印Ａ１側の面１３０ａと樹脂枠付きダミー構造体１０６の第３導電性多孔質体１１６側（矢印Ａ２側）との間に第２空間１２６が設けられる。第３ダミーセル２４は、第２ダミーセル２０と同様に構成される。
【００８３】
第２端部発電ユニット２２は、矢印Ａ１側からＡ２側に向かって、第１セパレータ３２と、樹脂枠付きＭＥＡ３４と、第２セパレータ３６と、樹脂枠付きダミー構造体１０６と、ダミー第２セパレータ１３０とが、この順に積層されて構成される。このため、第２端部発電ユニット２２では、ダミー第２セパレータ１３０の矢印Ａ１側の面１３０ａと樹脂枠付きダミー構造体１０６の第３導電性多孔質体１１６側（矢印Ａ２側）との間に第２空間１２６が設けられる。
【００８４】
ターミナルプレート２６ａ、２６ｂは、電気導電性を有する材料から構成され、例えば、銅、アルミニウム又はステンレススチール等の金属で構成される。図１に示すように、ターミナルプレート２６ａ、２６ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部１３２ａ、１３２ｂがそれぞれ設けられる。
【００８５】
端子部１３２ａは、絶縁性筒体１３４ａに挿入されてインシュレータ２８ａの孔部１３６ａ及びエンドプレート３０ａの孔部１３８ａを貫通し、該エンドプレート３０ａの外部に突出する。端子部１３２ｂは、絶縁性筒体１３４ｂに挿入されてインシュレータ２８ｂの孔部１３６ｂ及びエンドプレート３０ｂの孔部１３８ｂを貫通し、該エンドプレート３０ｂの外部に突出する。
【００８６】
インシュレータ２８ａ、２８ｂ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る。インシュレータ２８ａ、２８ｂの中央部には、積層体１４に向かって開口される凹部１４０ａ、１４０ｂが形成され、該凹部１４０ａ、１４０ｂは、孔部１３６ａ、１３６ｂに連通する。
【００８７】
インシュレータ２８ａ及びエンドプレート３０ａには、反応ガス連通孔が設けられる。一方、インシュレータ２８ｂ及びエンドプレート３０ｂには、冷却媒体入口連通孔４８及び冷却媒体出口連通孔５０が設けられる。
【００８８】
凹部１４０ａには、ターミナルプレート２６ａ及び断熱体１４２が収容され、凹部１４０ｂには、ターミナルプレート２６ｂ及び断熱体１４２が収容される。断熱体１４２は、一対の電気伝導性を有する断熱プレート１４４間に電気伝導性を有する断熱部材１４６が挟持されて構成される。断熱プレート１４４は、例えば、平坦な形状を有する多孔性カーボンプレートで構成されるとともに、断熱部材１４６は、断面波板状の金属製のプレートで構成される。
【００８９】
なお、断熱プレート１４４は、断熱部材１４６と同一の材料で構成してもよい。また、断熱体１４２は、１枚の断熱プレート１４４と１枚の断熱部材１４６とを備えてもよい。さらに、ターミナルプレート２６ａ、２６ｂと、インシュレータ２８ａ、２８ｂの凹部１４０ａ、１４０ｂの底部との間に、樹脂製スペーサ（不図示）を介装してもよい。
【００９０】
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。まず、図１に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、エンドプレート３０ａの酸化剤ガス入口連通孔４０に供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、エンドプレート３０ａの燃料ガス入口連通孔４４に供給される。純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、エンドプレート３０ｂの冷却媒体入口連通孔４８にそれぞれ供給される。
【００９１】
酸化剤ガス入口連通孔４０に供給された酸化剤ガスは、図４及び図５に示すように、入口連結溝６２ａの内部に形成された連通路１２５を介して酸化剤ガス流路５６及び第１空間１２４に流入する。これによって、酸化剤ガスが、矢印Ｂ１、Ｂ２方向に移動しながら、各電解質膜・電極構造体８０のカソード電極８６と、ダミー構造体１１０の積層方向の一端側（第１導電性多孔質体１１２側、矢印Ａ１側）に供給される。
【００９２】
図３に示すように、燃料ガス入口連通孔４４に供給された燃料ガスは、燃料ガス供給孔部７２ａを介して、第２セパレータ３６及び第３セパレータ３８の燃料ガス流路６６にそれぞれ流入する。これによって、燃料ガスが、矢印Ｂ１、Ｂ２方向に移動しながら、各電解質膜・電極構造体８０のアノード電極８８に供給される。一方、図１２に示すように、ダミー第１セパレータ１０８及びダミー第２セパレータ１３０の第２空間１２６には、入口遮断部１２２ａによって燃料ガスの流入が遮断される。
【００９３】
上記のようにして反応ガスが供給された電解質膜・電極構造体８０では、各カソード電極８６に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極８８に供給される燃料ガスとが、第１電極触媒層９０及び第２電極触媒層９４内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００９４】
次いで、各カソード電極８６に供給されて一部が消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路５６及び第１空間１２４のそれぞれから出口連結溝６２ｂの内部に形成された連通路１２５を介して酸化剤ガス出口連通孔４６に排出される。そして、エンドプレート３０ａの酸化剤ガス出口連通孔４６を介して燃料電池スタック１０の外部に排出される。
【００９５】
同様に、各アノード電極８８に供給されて一部が消費された燃料ガスは、燃料ガス流路６６から燃料ガス排出孔部７２ｂの内部を介して燃料ガス出口連通孔４２に排出される。そして、エンドプレート３０ａの燃料ガス出口連通孔４２を介して燃料電池スタック１０の外部に排出される。
【００９６】
この際、第２空間１２６は、出口遮断部１２２ｂによって燃料ガス出口連通孔４２とも遮断されている。このため、第２空間１２６には、上記の通り、入口遮断部１２２ａによって燃料ガスの流入が遮断されることに加えて、出口遮断部１２２ｂによって燃料ガス出口連通孔４２から燃料ガスが進入することも回避されている。その結果、第２空間１２６は、遮断部によって燃料ガスの流通が遮断され、断熱空間として機能する。
【００９７】
また、各冷却媒体入口連通孔４８に供給された冷却媒体は、互いに隣接するダミー第２セパレータ１３０と第１セパレータ３２間の冷却媒体流路５２、及び互いに隣接する第３セパレータ３８と第１セパレータ３２との間の冷却媒体流路５２に導入される。矢印Ｃ１側の各冷却媒体入口連通孔４８から導入された冷却媒体と、矢印Ｃ２側の冷却媒体入口連通孔４８から導入された冷却媒体は、互いに接近するように矢印Ｃ１、Ｃ２方向に沿って流通してから、矢印Ｂ２側に向かって流通し、電解質膜・電極構造体８０を冷却しながら、互いに離間するように矢印Ｃ１、Ｃ２方向に沿って流通し、各冷却媒体出口連通孔５０から排出される。
【００９８】
以上から、本実施形態に係る燃料電池スタック１０の各ダミーセル（第１ダミーセル１８、第２ダミーセル２０、第３ダミーセル２４）は、発電セル１２の電解質膜・電極構造体８０に対応してダミー構造体１１０を備える。つまり、各ダミーセルは、電解質膜８４や第１電極触媒層９０及び第２電極触媒層９４を備えていないため、発電を行うことがなく、発電による生成水も生じない。これによって、各ダミーセル自体が断熱層として機能するとともに、各ダミーセルで結露が生じることを抑制できる。
【００９９】
このような第１ダミーセル１８及び第２ダミーセル２０を積層体１４の矢印Ａ１側の端部に配設し、第３ダミーセル２４を積層体１４の矢印Ａ２側の端部に配設することで、積層体１４の端部側の断熱性を高めることができる。このため、低温環境下においても、積層体１４の端部側の温度が中央側に比して低温となることを抑制できる。
【０１００】
さらに、積層体１４の端部側の断熱性を高めることができるため、燃料電池スタック１０を氷点下環境で始動する場合であっても、積層体１４の全体を有効に昇温させることができる。これによって、積層体１４の端部側で生成水等が凍結して、電圧低下が生じることを抑制できる。
【０１０１】
上記のように、発電を行わない各ダミーセルのダミー構造体１１０では、発電を行う発電セル１２の電解質膜・電極構造体８０と同様の寸法公差とする必要がない。また、ダミー構造体１１０の外周には、電解質膜・電極構造体８０の外周に設けられる樹脂枠部材８２と同一に構成される樹脂枠部材８２が設けられる。
【０１０２】
このため、第３導電性多孔質体１１６の平面寸法を、第２ガス拡散層９６の平面寸法より大きくすることにより、ダミー構造体１１０と樹脂枠部材８２との接合面積を、電解質膜・電極構造体８０と樹脂枠部材８２との接合面積に比して大きくすることができる。これによって、樹脂枠部材８２とダミー構造体１１０との接合強度を向上させることができる。
【０１０３】
樹脂枠付きダミー構造体１０６を製造するべく、接合前の樹脂枠部材８２とダミー構造体１１０との位置合わせを行う際、樹脂枠部材８２の第１段差面８２ｄと第３導電性多孔質体１１６の外周端面１１６ｂとの距離Ｌ２に応じて位置調整を行うことができる。このため、上記のように第３導電性多孔質体１１６の平面寸法を大きくして、距離Ｌ２を小さくすることで、樹脂枠部材８２とダミー構造体１１０との位置決め精度を向上させることができる。
【０１０４】
以上から、この燃料電池スタック１０では、樹脂枠部材８２とダミー構造体１１０とを、ガタツキ等を生じさせることなく、より確実に接合して各ダミーセルを得ることができる。すなわち、高品質に且つ歩留まり良く各ダミーセルを得ることができる。これによって、燃料電池スタック１０の製造コストを低減しつつ、燃料電池スタック１０の発電安定性を向上させることができる。
【０１０５】
また、樹脂枠部材８２と電解質膜・電極構造体８０の外周とを気密に接合してクロスリーク等を抑制する発電セル１２とは異なり、発電を行わない各ダミーセルでは、クロスリークを抑制する必要がない。従って、上記のように断続的に第２接合部１２０を形成することで、ダミー構造体１１０と樹脂枠部材８２との接合工程を簡素化して、燃料電池スタック１０の製造効率を向上させることが可能になる。なお、第２接合部１２０は、ダミー構造体１１０を周回するように形成されてもよい
【０１０６】
第２接合部１２０は、樹脂枠部材８２の一部として樹脂突起部１２０ａが、第３導電性多孔質体１１６に含浸した第２樹脂含浸部１２０ｂを有する。これによって、例えば、互いの間のみに接着剤を介在させて接合した樹脂枠部材８２及びダミー構造体１１０に比して、樹脂枠部材８２及びダミー構造体１１０の接合強度を高めることができる。
【０１０７】
上記の通り、第２樹脂含浸部１２０ｂは、第３導電性多孔質体１１６の外周露呈部１１６ａに対して、周方向に断続的に設けられることとした。これによって、第３導電性多孔質体１１６の外周露呈部１１６ａを周回するように第２樹脂含浸部１２０ｂを設ける場合に比して、樹脂枠部材８２を変形（溶融）させる際に加熱する部分を縮小できる。その結果、樹脂枠部材８２に加熱による反り等が生じることを抑制できる。
【０１０８】
また、上記の実施形態では、第３導電性多孔質体１１６の外周縁部に第２接合部１２０（第２樹脂含浸部１２０ｂ）を設け、第１導電性多孔質体１１２や第２導電性多孔質体１１４に第２接合部１２０（第２樹脂含浸部１２０ｂ）を設けないこととした。これによっても、樹脂枠部材８２とダミー構造体１１０との接合工程を簡素化できるとともに、樹脂枠部材８２に加熱による反り等が生じることを抑制できる。
【０１０９】
さらに、樹脂枠部材８２の一部として樹脂突起部１２０ａを加熱変形させることにより、簡単な構成で容易且つ良好に第２接合部１２０を形成することができるため、一層効率的に各ダミーセルを得ることが可能になる。ひいては、燃料電池スタック１０の製造効率を向上させることができる。
【０１１０】
燃料電池スタック１０では、３枚の第１導電性多孔質体１１２、第２導電性多孔質体１１４、第３導電性多孔質体１１６が同じ材料からなることとした。このため、例えば、導電性多孔質体で金属板を挟持した比較例に係るダミーセル（不図示）と比べて、本実施形態に係る燃料電池スタック１０の各ダミーセルでは、ダミー構造体１１０における接触抵抗を低減させることができる。これによって、燃料電池スタック１０の内部抵抗を減少させることができるため、発電効率を高めることができる。なお、３枚の第１導電性多孔質体１１２、第２導電性多孔質体１１４、第３導電性多孔質体１１６は、互いに異なる材料から構成されてもよい。
【０１１１】
本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【０１１２】
上記の実施形態に係る燃料電池スタック１０では、積層体１４の矢印Ａ１側に第１端部発電ユニット１６と、第１ダミーセル１８と、第２ダミーセル２０とを積層し、積層体１４の矢印Ａ２側に第２端部発電ユニット２２と、第３ダミーセル２４とを積層することとした。
【０１１３】
このように、積層体１４の矢印Ａ１側、換言すると、酸化剤ガスの入口側に対して、積層体１４の矢印Ａ２側、換言すると、酸化剤ガスの出口側よりも多数のダミーセルを配設することで、発電セル１２に結露水が進入することをより効果的に抑制することを可能とした。しかしながら、燃料電池スタック１０は、積層体１４の積層方向の少なくとも一端側にダミーセルを備えていればよく、該ダミーセルの個数も特に限定されるものではない。
【０１１４】
また、発電セル１２と第１ダミーセル１８又は第３ダミーセル２４との間に第１端部発電ユニット１６又は第２端部発電ユニット２２を介在させることで、積層体１４の積層方向の両端部で発電を行う第１端部発電ユニット１６及び第２端部発電ユニット２２内の電解質膜・電極構造体８０を、他の電解質膜・電極構造体８０と同様の条件で冷却することを可能とした。その結果、積層体１４全体における発熱と冷却のバランスを同等とすることができるため、発電性能及び発電安定性のさらなる向上を図ることができる。
【０１１５】
しかしながら、第１端部発電ユニット１６及び第２端部発電ユニット２２は必須の構成要素ではなく、燃料電池スタック１０は、第１端部発電ユニット１６及び第２端部発電ユニット２２の何れか一方のみを備えてもよいし、何れも備えていなくてもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１０…燃料電池スタック                  １２…発電セル
１４…積層体                            １８…第１ダミーセル
２０…第２ダミーセル                    ２４…第３ダミーセル
３２…第１セパレータ                    ３４…樹脂枠付きＭＥＡ
８２…樹脂枠部材                        １０６…樹脂枠付きダミー構造体
１０８…ダミー第１セパレータ            １１０…ダミー構造体
１１２…第１導電性多孔質体              １１４…第２導電性多孔質体
１１６…第３導電性多孔質体              １３０…ダミー第２セパレータ
【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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