(57)【要約】【課題】低コストで高品質に得られるダミーセルにより、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、燃料電池スタック用のダミーセル及びダミーセルの製造方法を提供する。【解決手段】燃料電池スタック１０では、発電セル１２を複数積層した積層体１４の積層方向の一端側に第１ダミーセル１６が配設される。第１ダミーセル１６は、ダミー構造体１０４と、ダミー樹脂枠部材１０６と、ダミー接合セパレータ１０２とを有する。ダミー樹脂枠部材１０６の第１樹脂シート４６ａの内周には、第２樹脂シート４６ｂの内周端４７よりも内方に延在する内周露呈部４８が設けられる。内周露呈部４８と、ダミー構造体１０４の第１導電性多孔質シート１０４ａとの積層部１０５ａに断続的に設けられた第１熱溶着部１０８ａによりダミー樹脂枠部材１０６とダミー構造体１０４とが接合される。【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性多孔質シート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ダミー樹脂枠部材と、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、積層した２枚の導電性多孔質シートを有し、
前記ダミー樹脂枠部材は、積層した２枚の枠状の樹脂シートを有し、一方の前記樹脂シートの内周は、他方の前記樹脂シートの内周端よりも内方に延在し、
前記ダミー樹脂枠部材と前記ダミー構造体とは、前記一方の樹脂シートの内周の少なくとも一方の面と、前記導電性多孔質シートの外周との積層部に断続的に設けられた熱溶着部により接合されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
電解質膜の両側に導電性多孔質シート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ダミー樹脂枠部材と、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、積層した２枚の導電性多孔質シートを有し、
前記ダミー樹脂枠部材は、１枚の枠状の樹脂シートからなり、
前記ダミー樹脂枠部材と前記ダミー構造体とは、該ダミー樹脂枠部材の少なくとも一方の面と、前記導電性多孔質シートの外周との積層部に断続的に設けられた熱溶着部により接合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又は２記載の燃料電池スタックにおいて、
積層した２枚の前記導電性多孔質シートの間に前記ダミー樹脂枠部材の内周が介在し、
前記熱溶着部は、前記ダミー樹脂枠部材の内周の一方の面と一方の前記導電性多孔質シートの外周との積層部に設けられた第１熱溶着部と、前記ダミー樹脂枠部材の内周の他方の面と他方の前記導電性多孔質シートの外周との積層部に設けられた第２熱溶着部と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、
前記第１熱溶着部と、前記第２熱溶着部は、前記積層方向の位置が互いに異なることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池スタックにおいて、
前記導電性多孔質シートの外周の周方向に、前記第１熱溶着部と前記第２熱溶着部とが交互に配置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１〜５の何れか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記ダミー樹脂枠部材の外周には、前記積層体の積層方向に酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔と、前記積層体の積層方向に燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔と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７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記ダミー樹脂枠部材は、前記発電セルの前記樹脂枠部材と同一に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の燃料電池スタックにおいて、
一方の前記導電性多孔質シートは、前記発電セルの前記電解質膜の一方に配設される前記ガス拡散層と同一に構成され、
他方の前記導電性多孔質シートは、前記発電セルの前記電解質膜の他方に配設される前記ガス拡散層と同一に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項９】
電解質膜の両側に導電性多孔質シート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を備える燃料電池スタックの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燃料電池スタック用のダミーセルであって、
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ダミー樹脂枠部材と、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、積層した２枚の導電性多孔質シートを有し、
前記ダミー樹脂枠部材は、積層した２枚の枠状の樹脂シートを有し、一方の前記樹脂シートの内周は、他方の前記樹脂シートの内周端よりも内方に延在し、
前記ダミー樹脂枠部材と前記ダミー構造体とは、前記一方の樹脂シートの内周の少なくとも一方の面と、前記導電性多孔質シートの外周との積層部に断続的に設けられた熱溶着部により接合されることを特徴とする燃料電池スタック用のダミーセル。
【請求項１０】
電解質膜の両側に導電性多孔質シート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を備える燃料電池スタックの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燃料電池スタック用のダミーセルであって、
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ダミー樹脂枠部材と、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、積層した２枚の導電性多孔質シートを有し、
前記ダミー樹脂枠部材は、１枚の枠状の樹脂シートからなり、
前記ダミー樹脂枠部材と前記ダミー構造体とは、該ダミー樹脂枠部材の少なくとも一方の面と、前記導電性多孔質シートの外周との積層部に断続的に設けられた熱溶着部により接合されることを特徴とする燃料電池スタック用のダミーセル。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の燃料電池スタック用のダミーセルにおいて、
積層した２枚の前記導電性多孔質シートの間に前記ダミー樹脂枠部材の内周が介在し、
前記熱溶着部は、前記ダミー樹脂枠部材の内周の一方の面と一方の前記導電性多孔質シートの外周との積層部に設けられた第１熱溶着部と、前記ダミー樹脂枠部材の内周の他方の面と他方の前記導電性多孔質シートの外周との積層部に設けられた第２熱溶着部とを有することを特徴とする燃料電池スタック用のダミーセル。
【請求項１２】
請求項１１記載の燃料電池スタック用のダミーセルにおいて、
前記第１熱溶着部と、前記第２熱溶着部は、前記積層方向の位置が互いに異なることを特徴とする燃料電池スタック用のダミーセル。
【請求項１３】
請求項１２記載の燃料電池スタック用のダミーセルにおいて、
前記導電性多孔質シートの外周の周方向に、前記第１熱溶着部と前記第２熱溶着部とが交互に配置されることを特徴とする燃料電池スタック用のダミーセル。
【請求項１４】
請求項９〜１３の何れか１項に記載の燃料電池スタック用のダミーセルにおいて、
前記ダミー樹脂枠部材の外周には、前記積層体の積層方向に酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔と、前記積層体の積層方向に燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔とが形成されることを特徴とする燃料電池スタック用のダミーセル。
【請求項１５】
請求項９〜１４の何れか１項に記載の燃料電池スタック用のダミーセルにおいて、
前記ダミー樹脂枠部材は、前記発電セルの前記樹脂枠部材と同一に構成されることを特徴とする燃料電池スタック用のダミーセル。
【請求項１６】
請求項９〜１５の何れか１項に記載の燃料電池スタック用のダミーセルにおいて、
一方の前記導電性多孔質シートは、前記発電セルの前記電解質膜の一方に配設される前記ガス拡散層と同一に構成され、
他方の前記導電性多孔質シートは、前記発電セルの前記電解質膜の他方に配設される前記ガス拡散層と同一に構成されることを特徴とする燃料電池スタック用のダミーセル。
【請求項１７】
電解質膜の両側に導電性多孔質シート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を備える燃料電池スタックの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の製造方法であって、
積層した２枚の導電性多孔質シートを有し、前記電解質膜・電極構造体に対応するダミー構造体と、枠状の樹脂シートを有するダミー樹脂枠部材とを接合することで、前記ダミー構造体の外周を前記ダミー樹脂枠部材が周回する樹脂枠付きダミー構造体を得る接合工程と、
前記樹脂枠付きダミー構造体をダミーセパレータで挟んで前記ダミーセルを得る積層工程と、
を有し、
前記接合工程では、前記ダミー樹脂枠部材の内周と、前記導電性多孔質シートの外周とを積層し、熱溶着により断続的に熱溶着部を形成することで、前記ダミー樹脂枠部材と前記ダミー構造体とを接合することを特徴とするダミーセルの製造方法。
【請求項１８】
請求項１７記載のダミーセルの製造方法において、
前記接合工程では、積層した２枚の前記導電性多孔質シートの間に前記ダミー樹脂枠部材の内周を介在させ、前記ダミー樹脂枠部材の内周の一方の面と一方の前記導電性多孔質シートの外周とを熱溶着して第１熱溶着部を形成し、且つ前記ダミー樹脂枠部材の内周の他方の面と他方の前記導電性多孔質シートの外周とを熱溶着して第２熱溶着部を形成することを特徴とするダミーセルの製造方法。
【請求項１９】
請求項１８記載のダミーセルの製造方法において、
前記接合工程では、前記第１熱溶着部と前記第２熱溶着部とを、前記積層方向の位置が互いに異なるように形成することを特徴とするダミーセルの製造方法。
【請求項２０】
請求項１９記載のダミーセルの製造方法において、
前記接合工程では、前記第１熱溶着部を形成した後、前記第２熱溶着部を形成して、前記導電性多孔質シートの外周の周方向に、前記第１熱溶着部と前記第２熱溶着部とを交互に配置することを特徴とするダミーセルの製造方法。
【請求項２１】
請求項１９記載のダミーセルの製造方法において、
前記接合工程では、前記第１熱溶着部と前記第２熱溶着部とを交互に形成して、前記導電性多孔質シートの外周の周方向に、前記第１熱溶着部と前記第２熱溶着部とを交互に配置することを特徴とするダミーセルの製造方法。
【請求項２２】
請求項１７〜２１の何れか１項に記載のダミーセルの製造方法において、
前記接合工程の後に、前記積層体の積層方向に酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔と、前記積層体の積層方向に冷却媒体を流通させる冷却媒体連通孔と、前記積層体の積層方向に燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔とを前記ダミー樹脂枠部材の外周に穿設することを特徴とするダミーセルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、燃料電池スタック用のダミーセル及びダミーセルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、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の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備える。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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。このダミーセルでは、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】
【０００５】
【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】
【０００６】
本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、低コストで高品質に得られるダミーセルにより、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、燃料電池スタック用のダミーセル及びダミーセルの製造方法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】
【０００７】
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性多孔質シート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、電解質膜・電極構造体の外周を周回する樹脂枠部材と、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、ダミーセルは、電解質膜・電極構造体に対応するダミー構造体と、ダミー構造体の外周を周回するダミー樹脂枠部材と、ダミー構造体を挟むダミーセパレータと、を備え、ダミー構造体は、積層した２枚の導電性多孔質シートを有し、ダミー樹脂枠部材は、積層した２枚の枠状の樹脂シートを有し、一方の樹脂シートの内周は、他方の樹脂シートの内周端よりも内方に延在し、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とは、一方の樹脂シートの内周の少なくとも一方の面と、導電性多孔質シートの外周との積層部に断続的に設けられた熱溶着部により接合されることを特徴とする。
【０００８】
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、発電セルの電解質膜・電極構造体に代えて、ダミー構造体を備えるダミーセルが配設される。ダミーセルでは、ダミー構造体の外周にダミー樹脂枠部材が熱溶着部により接合されている。このため、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とが、例えば、接着剤により接合される場合とは異なり、接着剤のはみ出しやずれ等が生じることがなく、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とを小さい接合代で高精度且つ高強度に接合することができる。
【０００９】
その結果、ダミーセルの品質を向上させることや、ダミーセルの小型化を容易に図ることが可能になる。また、接着剤を硬化させる時間を不要にできる分、ダミーセルの製造効率を向上させて、該ダミーセルの製造コストを低減することができる。さらに、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とが断続的に設けられた熱溶着部により接合されたダミーセルでは、これらが接着剤により接合されたダミーセルに比して、燃料電池スタックの発電時に生じる通電ロスを低減することができる。
【００１０】
上記のように、２枚の導電性多孔質シートを接合してなるダミーセルでは、電解質膜や電極触媒層を備えていないため、発電が行われず、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。このダミーセルを、上記のように、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。つまり、発電安定性を向上させることができる。
【００１１】
また、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、積層体の全体を良好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。
【００１２】
以上から、この燃料電池スタックでは、低コストで高品質に得られるダミーセルにより、該燃料電池スタックの発電安定性を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明は、電解質膜の両側に導電性多孔質シート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、電解質膜・電極構造体の外周を周回する樹脂枠部材と、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、ダミーセルは、電解質膜・電極構造体に対応するダミー構造体と、ダミー構造体の外周を周回するダミー樹脂枠部材と、ダミー構造体を挟むダミーセパレータと、を備え、ダミー構造体は、積層した２枚の導電性多孔質シートを有し、ダミー樹脂枠部材は、１枚の枠状の樹脂シートからなり、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とは、該ダミー樹脂枠部材の少なくとも一方の面と、導電性多孔質シートの外周との積層部に断続的に設けられた熱溶着部により接合されることを特徴とする。
【００１４】
この燃料電池スタックも、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とが熱溶着部により接合されるため、例えば、これらが接着剤により接合される場合に比して、低コストで高品質に得ることができる。また、このダミーセルを、積層体の積層方向の少なくとも一端部に配設することで、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。
【００１５】
上記の燃料電池スタックにおいて、積層した２枚の導電性多孔質シートの間にダミー樹脂枠部材の内周が介在し、熱溶着部は、ダミー樹脂枠部材の内周の一方の面と一方の導電性多孔質シートの外周との積層部に設けられた第１熱溶着部と、ダミー樹脂枠部材の内周の他方の面と他方の導電性多孔質シートの外周との積層部に設けられた第２熱溶着部とを有することが好ましい。この場合、第１熱溶着部及び第２熱溶着部により、ダミー樹脂枠部材の両面と２枚の導電性多孔質シートとをそれぞれ接合することができるため、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とを一層高強度に接合す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、第１熱溶着部と、第２熱溶着部は、積層方向の位置が互いに異なることが好ましい。この場合、例えば、第１熱溶着部及び第２熱溶着部が積層方向に同位置に設けられる場合に比して、ダミーセルの厚さが部分的に増大することを抑制できる。このようなダミーセルによれば、発電セルに積層しても、該発電セルに局所的な面圧上昇が生じることを抑制できるため、電解質膜にクリープ等が生じることを抑制でき、電解質膜の耐久性を向上させることができる。
【００１７】
上記の燃料電池スタックにおいて、導電性多孔質シートの外周の周方向に、第１熱溶着部と第２熱溶着部とが交互に配置されることが好ましい。この場合、ダミー構造体とダミー樹脂枠部材とを、簡素な接合工程により十分な強度で接合することができ、しかも、ダミーセルに積層された発電セルに局所的な面圧上昇が生じることを効果的に抑制することが可能になる。
【００１８】
上記の燃料電池スタックにおいて、ダミー樹脂枠部材の外周には、積層体の積層方向に酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔と、積層体の積層方向に燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔とが形成されることが好ましい。上記の通り、この燃料電池スタックでは、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体との接合代を小さくすることができるため、ダミー樹脂枠部材の外周に酸化剤ガス連通孔や、燃料ガス連通孔を設ける際の設計自由度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、ダミー樹脂枠部材は、発電セルの樹脂枠部材と同一に構成されることが好ましい。この場合、ダミーセルのダミー樹脂枠部材を、発電セルの樹脂枠部材と共通の構成とすることができるため、ダミーセルを一層簡単且つ経済的な構成とすることができる。
【００２０】
上記の燃料電池スタックにおいて、一方の導電性多孔質シートは、発電セルの電解質膜の一方に配設されるガス拡散層と同一に構成され、他方の導電性多孔質シートは、発電セルの電解質膜の他方に配設されるガス拡散層と同一に構成されることが好ましい。この場合、ダミーセルの導電性多孔質シートを、発電セルのガス拡散層と共通の構成とすることができるため、ダミーセルを一層簡単且つ経済的な構成とすることができる。
【００２１】
また、本発明は、電解質膜の両側に導電性多孔質シート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、電解質膜・電極構造体の外周を周回する樹脂枠部材と、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を備える燃料電池スタックの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燃料電池スタック用のダミーセルであって、電解質膜・電極構造体に対応するダミー構造体と、ダミー構造体の外周を周回するダミー樹脂枠部材と、ダミー構造体を挟むダミーセパレータと、を備え、ダミー構造体は、積層した２枚の導電性多孔質シートを有し、ダミー樹脂枠部材は、積層した２枚の枠状の樹脂シートを有し、一方の樹脂シートの内周は、他方の樹脂シートの内周端よりも内方に延在し、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とは、一方の樹脂シートの内周の少なくとも一方の面と、導電性多孔質シートの外周との積層部に断続的に設けられた熱溶着部により接合されることを特徴とする。
【００２２】
この燃料電池スタック用のダミーセルは、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とが熱溶着部により接合されるため、例えば、これらが接着剤により接合される場合に比して、低コストで高品質に得ることができる。また、このダミーセルは、積層体の積層方向の少なくとも一端部に配設されることで、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。
【００２３】
また、本発明は、電解質膜の両側に導電性多孔質シート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、電解質膜・電極構造体の外周を周回する樹脂枠部材と、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を備える燃料電池スタックの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燃料電池スタック用のダミーセルであって、電解質膜・電極構造体に対応するダミー構造体と、ダミー構造体の外周を周回するダミー樹脂枠部材と、ダミー構造体を挟むダミーセパレータと、を備え、ダミー構造体は、積層した２枚の導電性多孔質シートを有し、ダミー樹脂枠部材は、１枚の枠状の樹脂シートからなり、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とは、該ダミー樹脂枠部材の少なくとも一方の面と、導電性多孔質シートの外周との積層部に断続的に設けられた熱溶着部により接合されることを特徴とする。
【００２４】
この燃料電池スタック用のダミーセルは、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とが熱溶着部により接合されるため、例えば、これらが接着剤により接合される場合に比して、低コストで高品質に得ることができる。また、このダミーセルは、積層体の積層方向の少なくとも一端部に配設されることで、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。
【００２５】
上記の燃料電池スタック用のダミーセルにおいて、積層した２枚の導電性多孔質シートの間にダミー樹脂枠部材の内周が介在し、熱溶着部は、ダミー樹脂枠部材の内周の一方の面と一方の導電性多孔質シートの外周との積層部に設けられた第１熱溶着部と、ダミー樹脂枠部材の内周の他方の面と他方の導電性多孔質シートの外周との積層部に設けられた第２熱溶着部とを有することが好ましい。この場合、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とを一層高強度に接合することが可能になる。
【００２６】
上記の燃料電池スタック用のダミーセルにおいて、第１熱溶着部と、第２熱溶着部は、積層方向の位置が互いに異なることが好ましい。この場合、発電セルに積層しても、該発電セルに局所的な面圧上昇が生じることを抑制できるため、電解質膜の耐久性を向上させることができる。
【００２７】
上記の燃料電池スタック用のダミーセルにおいて、導電性多孔質シートの外周の周方向に、第１熱溶着部と第２熱溶着部とが交互に配置されることが好ましい。この場合、ダミー構造体とダミー樹脂枠部材とを、簡素な接合工程により十分な強度で接合すること、及びダミーセルに積層された発電セルの局所的な面圧上昇を抑制することが可能になる。
【００２８】
上記の燃料電池スタック用のダミーセルにおいて、ダミー樹脂枠部材の外周には、積層体の積層方向に酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔と、積層体の積層方向に燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔とが形成されることが好ましい。上記の通り、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体との接合代を小さくすることができる分、ダミー樹脂枠部材の外周に酸化剤ガス連通孔や、燃料ガス連通孔を設ける際の設計自由度を高めることができる。
【００２９】
上記の燃料電池スタック用のダミーセルにおいて、ダミー樹脂枠部材は、発電セルの樹脂枠部材と同一に構成されることが好ましい。この場合、ダミーセルを一層簡単且つ経済的な構成とすることができる。
【００３０】
上記の燃料電池スタック用のダミーセルにおいて、一方の導電性多孔質シートは、発電セルの電解質膜の一方に配設されるガス拡散層と同一に構成され、他方の導電性多孔質シートは、発電セルの電解質膜の他方に配設されるガス拡散層と同一に構成されることが好ましい。この場合、ダミーセルを一層簡単且つ経済的な構成とすることができる。
【００３１】
さらに、本発明は、電解質膜の両側に導電性多孔質シート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、電解質膜・電極構造体の外周を周回する樹脂枠部材と、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を備える燃料電池スタックの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の製造方法であって、積層した２枚の導電性多孔質シートを有し、電解質膜・電極構造体に対応するダミー構造体と、枠状の樹脂シートを有するダミー樹脂枠部材とを接合することで、ダミー構造体の外周をダミー樹脂枠部材が周回する樹脂枠付きダミー構造体を得る接合工程と、樹脂枠付きダミー構造体をダミーセパレータで挟んでダミーセルを得る積層工程と、を有し、接合工程では、ダミー樹脂枠部材の内周と、導電性多孔質シートの外周とを積層し、熱溶着により断続的に熱溶着部を形成することで、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とを接合することを特徴とする。
【００３２】
このダミーセルの製造方法によれば、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体を熱溶着部により接合するため、例えば、これらを接着剤により接合する場合に比して、低コストで高品質にダミーセルを得ることができる。このダミーセルは、積層体の積層方向の少なくとも一端部に配設されることで、燃料電池スタックの発電安定性を向上させることができる。
【００３３】
上記のダミーセルの製造方法において、接合工程では、積層した２枚の導電性多孔質シートの間にダミー樹脂枠部材の内周を介在させ、ダミー樹脂枠部材の内周の一方の面と一方の導電性多孔質シートの外周とを熱溶着して第１熱溶着部を形成し、且つダミー樹脂枠部材の内周の他方の面と他方の導電性多孔質シートの外周とを熱溶着して第２熱溶着部を形成することが好ましい。この場合、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体とを一層高強度に接合することが可能になる。
【００３４】
上記のダミーセルの製造方法において、接合工程では、第１熱溶着部と第２熱溶着部とを、積層方向の位置が互いに異なるように形成することが好ましい。この場合、発電セルに積層しても、該発電セルに局所的な面圧上昇が生じることを抑制可能なダミーセルを得ることができ、燃料電池スタックの電解質膜の耐久性を向上させることができる。
【００３５】
上記のダミーセルの製造方法において、接合工程では、第１熱溶着部を形成した後、第２熱溶着部を形成して、導電性多孔質シートの外周の周方向に、第１熱溶着部と第２熱溶着部とを交互に配置することとしてもよい。
【００３６】
また、上記のダミーセルの製造方法において、接合工程では、第１熱溶着部と第２熱溶着部とを交互に形成して、導電性多孔質シートの外周の周方向に、第１熱溶着部と第２熱溶着部とを交互に配置することとしてもよい。
【００３７】
これらの場合、ダミー構造体とダミー樹脂枠部材とを、簡素な接合工程により十分な強度で接合すること、及びダミーセルに積層された発電セルの局所的な面圧上昇を抑制することが可能になる。
【００３８】
上記のダミーセルの製造方法において、接合工程の後に、積層体の積層方向に酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連通孔と、積層体の積層方向に冷却媒体を流通させる冷却媒体連通孔と、積層体の積層方向に燃料ガスを流通させる燃料ガス連通孔とをダミー樹脂枠部材の外周に穿設することが好ましい。上記の通り、ダミー樹脂枠部材とダミー構造体との接合代を小さくすることができる分、ダミー樹脂枠部材の外周に酸化剤ガス連通孔や、燃料ガス連通孔を設ける際の設計自由度を高めることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、低コストで高品質に得られるダミーセルにより、燃料電池スタックの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】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの斜視図である。
【図２】燃料電池スタックの積層方向に沿う要部断面図である。
【図３】発電セルの分解斜視図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】第１セパレータ及びダミー第１セパレータの酸化剤ガス流路側の正面図である。
【図６】第２セパレータの燃料ガス流路側の正面図である。
【図７】ダミー第２セパレータの断熱空間側の正面図である。
【図８】樹脂枠付きダミー構造体の第１導電性多孔質シート側の正面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線矢視断面図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明に係る燃料電池スタック、燃料電池スタック用のダミーセル及びダミーセルの製造方法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。
【００４２】
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。
【００４３】
図２に示すように、積層体１４の積層方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）の一端側（矢印Ａ１側）には、第１ダミーセル１６、第２ダミーセル１８、ターミナルプレート２０ａ、インシュレータ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の積層方向の他端側（矢印Ａ２側）には、ターミナルプレート２０ｂ、インシュレータ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。インシュレータ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る。
【００４４】
図１に示すように、矩形状からなるエンドプレート２４ａ、２４ｂの各辺間には、連結バー２６が配置される。各連結バー２６は、両端がエンドプレート２４ａ、２４ｂ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２４ａ、２４ｂを端板とする筐体を備え、該筐体内に積層体１４等を収容するように構成してもよい。
【００４５】
図２及び図３に示すように、発電セル１２は、樹脂枠付きＭＥＡ２８と、該樹脂枠付きＭＥＡ２８を挟持する第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２とを有する。第１セパレータ３０及び第２セパレータ３２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薄板の断面を波形にプレス成形して構成される。第１セパレータ３０と第２セパレータ３２とは、外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合され、接合セパレータ３３を構成する。
【００４６】
図３及び図４に示すように、樹脂枠付きＭＥＡ２８は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２８ａと、電解質膜・電極構造体２８ａの外周に接合されるとともに該外周を周回する樹脂枠部材４６とを備える。電解質膜・電極構造体２８ａは、電解質膜４０と、電解質膜４０の一方の面４０ａ（矢印Ａ２側の面）に設けられたアノード電極４２と、電解質膜４０の他方の面４０ｂ（矢印Ａ１側の面）に設けられたカソード電極４４とを有する。図４に示すように、本実施形態では、カソード電極４４の平面寸法がアノード電極４２及び電解質膜４０の平面寸法よりも小さいことにより、電解質膜・電極構造体２８ａは段差型ＭＥＡを構成する。また、電解質膜４０の平面寸法が、カソード電極４４の平面寸法と同一となっている。なお、カソード電極４４、アノード電極４２及び電解質膜４０を同一の平面寸法に設定してもよいし、アノード電極４２をカソード電極４４及び電解質膜４０よりも小さな平面寸法としてもよい。
【００４７】
電解質膜４０は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜等の固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）であり、アノード電極４２及びカソード電極４４に挟持される。なお、電解質膜４０は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することもできる。
【００４８】
カソード電極４４は、電解質膜４０の面４０ｂに接合されるカソード電極触媒層４４ａと、カソード電極触媒層４４ａに積層されるカソードガス拡散層４４ｂとを有する。アノード電極４２は、電解質膜４０の面４０ａに接合されるアノード電極触媒層４２ａと、アノード電極触媒層４２ａに積層されるアノードガス拡散層４２ｂとを有する。
【００４９】
カソード電極触媒層４４ａ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カソードガス拡散層４４ｂの表面に一様に塗布されて形成される。アノード電極触媒層４２ａ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アノードガス拡散層４２ｂの表面に一様に塗布されて形成される。カソードガス拡散層４４ｂ及びアノードガス拡散層４２ｂ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シートから形成される。カソード電極触媒層４４ａとカソードガス拡散層４４ｂとの間、及びアノード電極触媒層４２ａとアノードガス拡散層４２ｂとの間の少なくとも一方には、不図示の多孔質層を設けてもよい。
【００５０】
樹脂枠部材４６は、２枚の枠状の樹脂シートとして、第１樹脂シート４６ａと第２樹脂シート４６ｂとを有する。第１樹脂シート４６ａと第２樹脂シート４６ｂとは積層され、互いの積層面同士の間に介在する接着剤層４６ｃにより接合されている。第２樹脂シート４６ｂの外形寸法は、第１樹脂シート４６ａの外形寸法よりも大きく、第２樹脂シート４６ｂの内周には、第１樹脂シート４６ａの内周端４７よりも内方に延在する内周露呈部４８が設けられている。接着剤層４６ｃは、内周露呈部４８を含む第２樹脂シート４６ｂの全面に設けられている。
【００５１】
樹脂枠部材４６の内周露呈部４８は、電解質膜・電極構造体２８ａの外周部における電解質膜４０とアノード電極触媒層４２ａとの間に介在する。接着剤層４６ｃが、内周露呈部４８の電解質膜４０に臨む面４８ａも併せて覆うように設けられることで、該接着剤層４６ｃを介して、内周露呈部４８と電解質膜４０とが接合される。これによって、電解質膜・電極構造体２８ａの外周に樹脂枠部材４６が設けられている。
【００５２】
第１樹脂シート４６ａ及び第２樹脂シート４６ｂを構成する樹脂材料としては、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が挙げられる。
【００５３】
図３に示すように、発電セル１２のうち接合セパレータ３３及び樹脂枠部材４６の長辺方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）の一端側（矢印Ｂ１側）の縁部には、積層方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、２つの冷却媒体入口連通孔３６ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、複数の冷却媒体入口連通孔３６ａ及び複数の燃料ガス出口連通孔３８ｂは、それぞれ、燃料電池スタック１０のターミナルプレート２０ｂ、インシュレータ２２ｂ及びエンドプレート２４ｂを除く構成を、積層方向に貫通している。
【００５４】
燃料ガス出口連通孔３８ｂは、例えば、水素含有ガス等の燃料ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、例えば、酸素含有ガス等の酸化剤ガスを供給する。冷却媒体入口連通孔３６ａは、冷却媒体を供給する。
【００５５】
これらの連通孔は上下方向（矢印Ｃ１、Ｃ２方向）に配列して設けられる。具体的には、酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、上下方向に離間して配置された２つの冷却媒体入口連通孔３６ａの間に配置されている。２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂのうち、一方は、上側の冷却媒体入口連通孔３６ａの上方に配置され、他方は、下側の冷却媒体入口連通孔３６ａの下方に配置されている。
【００５６】
発電セル１２のうち、第１セパレータ３０、第２セパレータ３２及び樹脂枠部材４６の長辺方向の他端側（矢印Ｂ２側）の縁部には、積層方向に互いに連通して、燃料ガス入口連通孔３８ａ、２つの冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが設けられる。燃料ガス入口連通孔３８ａ、２つの冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、それぞれ、燃料電池スタック１０のターミナルプレート２０ｂ、インシュレータ２２ｂ及びエンドプレート２４ｂを除く構成を、積層方向に貫通している。
【００５７】
燃料ガス入口連通孔３８ａは、燃料ガスを供給する。冷却媒体出口連通孔３６ｂは、冷却媒体を排出する。酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、酸化剤ガスを排出する。なお、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂを燃料ガス連通孔ともいう。また、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂを酸化剤ガス連通孔ともいう。さらに、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び冷却媒体出口連通孔３６ｂを冷却媒体連通孔ともいう。
【００５８】
これらの連通孔は上下方向に配列して設けられる。具体的には、燃料ガス入口連通孔３８ａは、上下方向に離間して配置された２つの冷却媒体出口連通孔３６ｂの間に配置されている。２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂのうち、一方は、上側の冷却媒体出口連通孔３６ｂの上方に配置され、他方は、下側の冷却媒体出口連通孔３６ｂの下方に配置されている。
【００５９】
これらの連通孔の配置は、本実施形態に限定されるものではない。要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。本実施形態と異なり、一対の冷却媒体入口連通孔３６ａが燃料ガス入口連通孔３８ａの上下方向（矢印Ｃ１、Ｃ２方向）の両側に設けられ、一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂが酸化剤ガス入口連通孔３４ａの上下方向の両側に設けられてもよい。また、本実施形態では、燃料ガス出口連通孔３８ｂ、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、冷却媒体入口連通孔３６ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂのそれぞれを２個ずつ設けたが、それぞれを１個ずつ設けてもよい。
【００６０】
酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、燃料ガス入口連通孔３８ａよりも開口面積が大きい。酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、図示のように、例えば六角形状に形成される。酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、六角形状以外の形状（四角形状等）に形成されてもよい。一対の酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、図示のように、例えば三角形状に形成される。酸化剤ガス出口連通孔３４ｂの形状は、各角部が丸く形成された三角形状、あるいは、各角部が直線状に面取りされた三角形状（実質的に六角形状）であってもよい。
【００６１】
燃料ガス入口連通孔３８ａは、図示のように、例えば六角形状に形成される。燃料ガス入口連通孔３８ａは、六角形状以外の形状（四角形状等）に形成されてもよい。一対の燃料ガス出口連通孔３８ｂは、図示のように、例えば三角形状に形成される。燃料ガス出口連通孔３８ｂの形状は、各角部が丸く形成された三角形状、あるいは、各角部が直線状に面取りされた三角形状（実質的に六角形状）であってもよい。
【００６２】
一対の冷却媒体入口連通孔３６ａ及び一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂは、例えば三角形状に形成される。一対の冷却媒体入口連通孔３６ａ及び一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂの各々は、三角形状の頂点が酸化剤ガス流路４９側及び燃料ガス流路５８側を向くように形成されている。一対の冷却媒体入口連通孔３６ａ及び一対の冷却媒体出口連通孔３６ｂの形状は、各角部が丸く形成された三角形状、あるいは、各角部が直線状に面取りされた三角形状（実質的に六角形状）であってもよい。
【００６３】
図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス入口連通孔３８ａは、それぞれ、エンドプレート２４ａに設けられた入口３５ａ、３７ａ、３９ａに連通する。また、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂは、それぞれ、エンドプレート２４ａに設けられた出口３５ｂ、３７ｂ、３９ｂに連通する。
【００６４】
図５に示すように、第１セパレータ３０の樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かう面３０ａには、例えば、矢印Ｂ１、Ｂ２方向に延在する酸化剤ガス流路４９が設けられる。酸化剤ガス流路４９は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに流体的に連通する。酸化剤ガス流路４９は、矢印Ｂ１、Ｂ２方向に延在する複数本の凸部４９ａ間に直線状流路溝（又は波状流路溝）４９ｂを有する。
【００６５】
酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス流路４９との間には、プレス成形により、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出した複数個のエンボス部を有する入口バッファ部５０ａが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔３４ｂと酸化剤ガス流路４９との間には、プレス成形により、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出した複数個のエンボス部を有する出口バッファ部５０ｂが設けられる。
【００６６】
第１セパレータ３０の面３０ａには、プレス成形により、複数のメタルビードシール５２が樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって一体に膨出成形される。メタルビードシール５２に代えて、弾性材料からなる凸状弾性シールが設けられてもよい。複数のメタルビードシール５２は、外側ビード部５２ａと、内側ビード部５２ｂと、複数の連通孔ビード部５２ｃとを有する。外側ビード部５２ａは、面３０ａの外周縁部を周回する。内側ビード部５２ｂは、酸化剤ガス流路４９、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂの外周を周回し且つこれらを連通させる。
【００６７】
複数の連通孔ビード部５２ｃは、燃料ガス入口連通孔３８ａ、２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂ、２つの冷却媒体入口連通孔３６ａ及び２つの冷却媒体出口連通孔３６ｂをそれぞれ周回する。なお、外側ビード部５２ａは、必要に応じて設ければよく、不要にすることもできる。
【００６８】
図６に示すように、第２セパレータ３２の樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かう面３２ａには、例えば、矢印Ｂ１、Ｂ２方向に延在する燃料ガス流路５８が形成される。燃料ガス流路５８は、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂに流体的に連通する。燃料ガス流路５８は、矢印Ｂ１、Ｂ２方向に延在する複数本の凸部５８ａ間に直線状流路溝（又は波状流路溝）５８ｂを有する。
【００６９】
燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス流路５８との間には、プレス成形により、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出した複数個のエンボス部を有する入口バッファ部６０ａが設けられる。燃料ガス出口連通孔３８ｂと燃料ガス流路５８との間には、プレス成形により、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって突出した複数個のエンボス部を有する出口バッファ部６０ｂが設けられる。
【００７０】
第２セパレータ３２の面３２ａには、プレス成形により、複数のメタルビードシール６２が、樹脂枠付きＭＥＡ２８に向かって膨出成形される。当該メタルビードシール６２に代えて、弾性材料からなる凸状弾性シールが設けられてもよい。複数のメタルビードシール６２は、外側ビード部６２ａと、内側ビード部６２ｂと、複数の連通孔ビード部６２ｃとを有する。外側ビード部６２ａは、面３２ａの外周縁部を周回する。内側ビード部６２ｂは、外側ビード部６２ａよりも内側で、燃料ガス流路５８、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂの外周を周回し且つこれらを連通させる。
【００７１】
複数の連通孔ビード部６２ｃは、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ、２つの冷却媒体入口連通孔３６ａ及び２つの冷却媒体出口連通孔３６ｂをそれぞれ周回する。なお、外側ビード部６２ａは、必要に応じて設ければよく、不要にすることもできる。
【００７２】
図２及び図３において、溶接又はロウ付けにより互いに接合される第１セパレータ３０の面３０ｂと第２セパレータ３２の面３２ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３６ａと冷却媒体出口連通孔３６ｂとに流体的に連通する冷却媒体流路６６が形成される。冷却媒体流路６６は、酸化剤ガス流路４９が形成された第１セパレータ３０の裏面形状と、燃料ガス流路５８が形成された第２セパレータ３２の裏面形状とが重なり合って形成される。
【００７３】
図２に示すように、第１ダミーセル１６は、樹脂枠付きダミー構造体９０と、該樹脂枠付きダミー構造体９０を挟持するダミー第１セパレータ９２及びダミー第２セパレータ９４（ダミーセパレータ）とを有する。ダミー第１セパレータ９２は、第１セパレータ３０と同一に構成される。このため、図５に示すように、ダミー第１セパレータ９２の樹脂枠付きダミー構造体９０に向かう面９２ａには、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び２つの酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに流体的に連通する酸化剤ガス流路４９が設けられる。
【００７４】
ダミー第２セパレータ９４は、図２及び図７に示すように、樹脂枠付きダミー構造体９０に向かう面９４ａに、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂとの連通が遮断された燃料ガス流路５８（図６参照）に対応する断熱空間９６が設けられていることを除いて、第２セパレータ３２と同一に構成される。具体的には、図７に示すように、ダミー第２セパレータ９４の面９４ａには、第２セパレータ３２の内側ビード部６２ｂ（図６参照）に代えて、断熱空間９６を周回する内側ビード部９８が設けられている。また、ダミー第２セパレータ９４の面９４ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂの外周を周回する連通孔ビード部１００が設けられている。
【００７５】
なお、ダミー第２セパレータ９４は、第２セパレータ３２と同一のセパレータを用い、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂのそれぞれと、燃料ガス流路５８との間を液状シール等によって閉塞することで構成してもよい。
【００７６】
ダミー第１セパレータ９２とダミー第２セパレータ９４とは、外周を溶接、ろう付け、かしめ等により一体に接合され、ダミー接合セパレータ１０２を構成する。また、互いに接合されるダミー第１セパレータ９２の面９２ｂとダミー第２セパレータ９４の面９４ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔３６ａと冷却媒体出口連通孔３６ｂとに流体的に連通する冷却媒体流路６６が形成される。
【００７７】
なお、図２に示すように、第１ダミーセル１６の積層体１４に臨む側のダミー接合セパレータ１０２は、ダミー第２セパレータ９４と第１セパレータ３０とを接合して構成され、積層体１４の矢印Ａ１側の端部に配設された発電セル１２ａと共有されるため、接合セパレータ３３としても機能する。
【００７８】
図８及び図９に示すように、樹脂枠付きダミー構造体９０は、ダミー構造体１０４と、該ダミー構造体１０４の外周に接合されるとともに該外周を周回するダミー樹脂枠部材１０６とを備える。図９に示すように、ダミー構造体１０４は、２枚の導電性多孔質シートとして、第１導電性多孔質シート１０４ａと第２導電性多孔質シート１０４ｂとを有する。本実施形態では、第１導電性多孔質シート１０４ａと第２導電性多孔質シート１０４ｂとは、互いの間に接着剤層等を介在させることなく直接積層される。なお、第１導電性多孔質シート１０４ａの外周を除く部分と、第２導電性多孔質シート１０４ｂの外周を除く部分とは、互いの間に介在する不図示の接着剤層によって接合されていてもよい。
【００７９】
本実施形態では、第１導電性多孔質シート１０４ａは、発電セル１２の電解質膜・電極構造体２８ａに備えられるカソードガス拡散層４４ｂ（図４参照）と同一に構成される。また、第２導電性多孔質シート１０４ｂは、発電セル１２の電解質膜・電極構造体２８ａに備えられるアノードガス拡散層４２ｂ（図４参照）と同一に構成される。このため、第２導電性多孔質シート１０４ｂの平面寸法が、第１導電性多孔質シート１０４ａの平面寸法より大きい。なお、第１導電性多孔質シート１０４ａとカソードガス拡散層４４ｂとは、互いに異なる材料特性、寸法、形状であってもよい。また、第２導電性多孔質シート１０４ｂとアノードガス拡散層４２ｂとは、互いに異なる材料特性、寸法、形状であってもよい。
【００８０】
図４及び図９に示すように、ダミー樹脂枠部材１０６は、樹脂枠部材４６の接着剤層４６ｃに代えて、接着剤層１０６ａが形成されることを除いて樹脂枠部材４６と同一に構成される。図９に示すように、ダミー樹脂枠部材１０６では、第１樹脂シート４６ａと第２樹脂シート４６ｂとが、互いに対向する積層面内にのみ介在する接着剤層１０６ａにより接合されている。第２樹脂シート４６ｂの内周には、第１樹脂シート４６ａの内周端４７よりも内方に延在する内周露呈部４８が設けられている。なお、接着剤層１０６ａは接着剤層４６ｃと同様に、内周露呈部４８を含む第２樹脂シート４６ｂの全面に設けられていてもよい。
【００８１】
ダミー樹脂枠部材１０６の内周露呈部４８は、ダミー構造体１０４の外周部における第１導電性多孔質シート１０４ａと第２導電性多孔質シート１０４ｂの間に介在する。この際、図９及び図１０に示すように、第１樹脂シート４６ａの内周縁部は、接着剤層１０６ａ及び第２樹脂シート４６ｂを介して、第２導電性多孔質シート１０４ｂの外周縁部と重なり合う部分を有する。このため、第１樹脂シート４６ａの内周端４７から周方向の外側にＬａの距離を置いて第２導電性多孔質シート１０４ｂの外周端部１０４ｂａが配置される。
【００８２】
内周露呈部４８の第１導電性多孔質シート１０４ａに臨む面４８ａと、第１導電性多孔質シート１０４ａとの積層部１０５ａには、第１熱溶着部１０８ａが設けられている。内周露呈部４８の第２導電性多孔質シート１０４ｂに臨む面４８ｂと、第２導電性多孔質シート１０４ｂとの積層部１０５ｂには、第２熱溶着部１０８ｂが設けられている。
【００８３】
第１熱溶着部１０８ａは、溶融した内周露呈部４８が第１導電性多孔質シート１０４ａの細孔に進入した状態で固化することにより形成されている。このため、第１熱溶着部１０８ａによって、第２樹脂シート４６ｂと第１導電性多孔質シート１０４ａとが十分な接合強度で接合される。同様に、第２熱溶着部１０８ｂは、溶融した内周露呈部４８が第２導電性多孔質シート１０４ｂの細孔に進入した状態で固化することにより形成されている。このため、第２熱溶着部１０８ｂによって、第２樹脂シート４６ｂと第２導電性多孔質シート１０４ｂとが十分な接合強度で接合される。これらによって、ダミー構造体１０４の外周にダミー樹脂枠部材１０６が設けられている。
【００８４】
図８に示すように、第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂ（熱溶着部）のそれぞれは、ダミー構造体１０４の外周にスポット状で断続的に設けられる。また、第１熱溶着部１０８ａと第２熱溶着部１０８ｂは、ダミー構造体１０４の外周の周方向に交互に配置される。さらに、図９に示すように、第１熱溶着部１０８ａと第２熱溶着部１０８ｂとは、積層方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）の位置が互いに異なるように配設される。
【００８５】
第２ダミーセル１８は、第１ダミーセル１６と同様に、樹脂枠付きダミー構造体９０を、ダミー第１セパレータ９２とダミー第２セパレータ９４とで挟持することにより構成される。
【００８６】
図１に示すように、燃料電池スタック１０には、燃料電池スタック１０の運転時（発電時）に燃料電池スタック１０内のカソード側で生じた生成水を排出するための第１ドレン７２と、該生成水を燃料電池スタック１０内のアノード側から排出するための第２ドレン８２が設けられている。図３、図５〜図８に示すように、樹脂枠部材４６、各セパレータ（第１セパレータ３０、第２セパレータ３２、ダミー第１セパレータ９２、ダミー第２セパレータ９４）において、第１ドレン７２及び第２ドレン８２は、積層方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に貫通形成されている。
【００８７】
第１ドレン７２は、燃料電池スタック１０のエンドプレート２４ｂ側の端部（例えば、インシュレータ２２ｂ）に設けられた図示しない第１連結流路を介して、上側の酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに連通している。第１ドレン７２は、下側の酸化剤ガス出口連通孔３４ｂの底部よりも下方に配置されている。
【００８８】
第２ドレン８２は、燃料電池スタック１０のエンドプレート２４ｂ側の端部（例えば、インシュレータ２２ｂ）に設けられた図示しない第２連結流路を介して、上側の燃料ガス出口連通孔３８ｂに連通している。第２ドレン８２は、下側の燃料ガス出口連通孔３８ｂの底部よりも下方に配置されている。
【００８９】
図３、図５〜図７に示すように、各セパレータにおいて、第１ドレン７２及び第２ドレン８２のそれぞれの外周には、生成水の漏れを防止するためのビードシール７２ａ、８２ａが設けられている。ビードシール７２ａ、８２ａは、各セパレータの厚さ方向にそれぞれ隣接する樹脂枠付きＭＥＡ２８側に向かって突出し且つ第１ドレン７２又は第２ドレン８２を囲むリング状に形成されている。
【００９０】
燃料電池スタック１０は、基本的には上記のように構成される。以下、本実施形態に係る燃料電池スタック用のダミーセルの製造方法について、燃料電池スタック１０の第１ダミーセル１６を得る場合を例に挙げて説明する。
【００９１】
まず、ダミー構造体１０４の外周にダミー樹脂枠部材１０６を接合することで、樹脂枠付きダミー構造体９０を得る接合工程を行う。具体的に、接合工程では、図９又は図１０に示すように、ダミー構造体１０４の外周部における第１導電性多孔質シート１０４ａと第２導電性多孔質シート１０４ｂの間に、ダミー樹脂枠部材１０６の内周露呈部４８を介在させる。この際、上記の通り、第１樹脂シート４６ａの内周端４７と第２導電性多孔質シート１０４ｂの外周端部１０４ｂａとの距離がＬａとなるように、第１樹脂シート４６ａの内周縁部と、第２導電性多孔質シート１０４ｂの外周縁部とを重ねる。
【００９２】
なお、本実施形態では、この時点におけるダミー樹脂枠部材１０６の縁部には、燃料ガス連通孔、酸化剤ガス連通孔、冷却媒体連通孔の何れも設けられていない。
【００９３】
そして、熱溶着装置１２０を用いた熱溶着により、内周露呈部４８の面４８ａと第１導電性多孔質シート１０４ａとの積層部１０５ａに対して、ダミー構造体１０４の外周の周方向にスポット状の第１熱溶着部１０８ａを断続的に複数形成する。また、内周露呈部４８の面４８ｂと第２導電性多孔質シート１０４ｂとの積層部１０５ｂに対して、ダミー構造体１０４の外周の周方向にスポット状の第２熱溶着部１０８ｂを断続的に複数形成する。
【００９４】
第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂを形成する順序は特に限定されるものではなく、例えば、複数の第１熱溶着部１０８ａを全て形成した後に、複数の第２熱溶着部１０８ｂを形成してもよい。また、第１熱溶着部１０８ａと第２熱溶着部１０８ｂとを１つずつ交互に形成していくことで、最終的に複数の第１熱溶着部１０８ａと、複数の第２熱溶着部１０８ｂとを得てもよい。さらに、第１熱溶着部１０８ａと第２熱溶着部１０８ｂとを同時に形成してもよい。
【００９５】
本実施形態では、熱溶着装置１２０は、基台部１２２ａ、１２２ｂと、電気ヒータ等により加熱されることで昇温可能な加熱棒体１２４ａ、１２４ｂとを備える。
【００９６】
熱溶着装置１２０では、例えば、図９に示すように、第１熱溶着部１０８ａを形成する場合、基台部１２２ａと、昇温させた加熱棒体１２４ａとの間で、積層部１０５ａの所定の箇所を挟み、加熱しながら加圧する。この際、積層部１０５ａの第１導電性多孔質シート１０４ａ側に加熱棒体１２４ａを臨ませる。これによって、第１導電性多孔質シート１０４ａを介して内周露呈部４８の面４８ａ側に、加熱棒体１２４ａの熱を伝導させることができる。その結果、内周露呈部４８が溶融して生じた溶融樹脂が、第１導電性多孔質シート１０４ａの細孔に進入する。加熱棒体１２４ａによる加熱を停止して、第１導電性多孔質シート１０４ａの細孔に進入した溶融樹脂を固化させることで、第１熱溶着部１０８ａを形成することができる。
【００９７】
なお、熱溶着装置１２０は、例えば、加熱棒体１２４ａを１個のみ備え、積層部１０５ａの所定の箇所を順次挟んでいき、複数の第１熱溶着部１０８ａを１個ずつ形成することで、第１熱溶着部１０８ａを小さい荷重で形成可能としてもよい。また、熱溶着装置１２０は、例えば、加熱棒体１２４ａを複数個備え、積層部１０５ａの所定の箇所を複数ずつ又は全て同時に挟んで、複数個の第１熱溶着部１０８ａを同時に形成することで、第１熱溶着部１０８ａを効率的に形成可能としてもよい。
【００９８】
熱溶着装置１２０では、例えば、図１０に示すように、第２熱溶着部１０８ｂを形成する場合、基台部１２２ｂと、昇温させた加熱棒体１２４ｂとの間で、積層部１０５ｂの所定の箇所を挟み、加熱しながら加圧する。この際、積層部１０５ｂの第２導電性多孔質シート１０４ｂ側に加熱棒体１２４ｂを臨ませる。これによって、第２導電性多孔質シート１０４ｂを介して内周露呈部４８の面４８ｂ側に、加熱棒体１２４ｂの熱を伝導させることができる。その結果、内周露呈部４８が溶融して生じた溶融樹脂が、第２導電性多孔質シート１０４ｂの細孔に進入する。加熱棒体１２４ｂによる加熱を停止して、第２導電性多孔質シート１０４ｂの細孔に進入した溶融樹脂を固化させることで、第２熱溶着部１０８ｂを形成することができる。
【００９９】
なお、熱溶着装置１２０は、例えば、加熱棒体１２４ｂを１個のみ備え、積層部１０５ｂの所定の箇所を順次挟んでいき、複数の第２熱溶着部１０８ｂを１個ずつ形成することで、第２熱溶着部１０８ｂを小さい荷重で形成可能としてもよい。一方、熱溶着装置１２０は、例えば、加熱棒体１２４ｂを複数個備え、積層部１０５ｂの所定の箇所を複数ずつ又は全て同時に挟んで、複数個の第２熱溶着部１０８ｂを同時に形成することで、第２熱溶着部１０８ｂを効率的に形成可能としてもよい。
【０１００】
熱溶着装置１２０を用いた熱溶着では、積層部１０５ａにおける基台部１２２ａと加熱棒体１２４ａとで挟む位置、及び積層部１０５ｂにおける基台部１２２ｂと加熱棒体１２４ｂとで挟む位置をそれぞれ調整することで、第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂの配置を調整することができる。これによって、第１熱溶着部１０８ａと第２熱溶着部１０８ｂとを、図８に示すように、ダミー構造体１０４の外周の周方向に交互に配置し、図９及び図１０に示すように、積層方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）の位置が互いに異なるように配置する。
【０１０１】
なお、本実施形態では、加熱棒体１２４ａ、１２４ｂの積層部１０５ａ、１０５ｂに当接する当接面は円形状であり、この加熱棒体１２４ａ、１２４ｂを用いることで、図８に示すように、平面視で円形状の第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂが形成されることとする。しかしながら、加熱棒体１２４ａ、１２４ｂの当接面の形状及び第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂの平面視の形状は、特に円形状に限定されるものではない。例えば、四角形状や、他の多角形状でもよい。また、第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂは、上記の熱溶着装置１２０に代えて、例えば、レーザ加熱装置等の種々の加熱装置（不図示）を用いても形成することが可能である。
【０１０２】
また、本実施形態の熱溶着装置１２０では、第１熱溶着部１０８ａを形成する基台部１２２ａ及び加熱棒体１２４ａとは別の基台部１２２ｂ及び加熱棒体１２４ｂによって第２熱溶着部１０８ｂを形成することとした。しかしながら、特にこれには限定されず、例えば、熱溶着装置１２０は、共通の基台部１２２ａ及び加熱棒体１２４ａを用いて、第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂの両方をそれぞれ形成するようにしてもよい。この場合、第１熱溶着部１０８ａを形成する場合には、積層部１０５ａの第１導電性多孔質シート１０４ａ側に加熱棒体１２４ａを臨ませる。一方、第２熱溶着部１０８ｂを形成する場合には、積層部１０５ｂの第２導電性多孔質シート１０４ｂ側に加熱棒体１２４ａを臨ませる。
【０１０３】
次に、上記のようにして得られた樹脂枠付きダミー構造体９０のダミー樹脂枠部材１０６の縁部に、上記の配置となるように、燃料ガス連通孔、酸化剤ガス連通孔、冷却媒体連通孔をそれぞれ穿設する。
【０１０４】
次に、樹脂枠付きダミー構造体９０を、図２に示すように、ダミー接合セパレータ１０２で挟む積層工程を行う。具体的には、ダミー第１セパレータ９２の面９２ａが、樹脂枠付きダミー構造体９０の第１導電性多孔質シート１０４ａ側に臨み、ダミー第２セパレータ９４の面９４ａが樹脂枠付きダミー構造体９０の第２導電性多孔質シート１０４ｂ側に臨むようにダミー接合セパレータ１０２で樹脂枠付きダミー構造体９０を挟む。これによって、第１ダミーセル１６を得ることができる。なお、第２ダミーセル１８も第１ダミーセル１６と同様にして得ることができる。
【０１０５】
上記のようにして得られる第１ダミーセル１６及び第２ダミーセル１８を備える燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【０１０６】
まず、図１に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガス（例えば、空気）は、エンドプレート２４ａの酸化剤ガス入口連通孔３４ａ（入口３５ａ）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２４ａの燃料ガス入口連通孔３８ａ（入口３９ａ）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２４ａの冷却媒体入口連通孔３６ａ（入口３７ａ）に供給される。
【０１０７】
酸化剤ガスは、図５に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３４ａから第１セパレータ３０及びダミー第１セパレータ９２の酸化剤ガス流路４９に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４９に沿って矢印Ｂ１、Ｂ２方向に移動し、電解質膜・電極構造体２８ａのカソード電極４４及びダミー構造体１０４に供給される。
【０１０８】
一方、燃料ガスは、図６に示すように、燃料ガス入口連通孔３８ａから第２セパレータ３２の燃料ガス流路５８に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｂ１、Ｂ２方向に移動し、電解質膜・電極構造体２８ａのアノード電極４２に供給される。
【０１０９】
この際、図７に示すように、ダミー第２セパレータ９４の断熱空間９６では、該断熱空間９６を周回する内側ビード部９８と、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び２つの燃料ガス出口連通孔３８ｂの外周を周回する連通孔ビード部１００によって、燃料ガスの流通が遮断されている。
【０１１０】
積層体１４の各電解質膜・電極構造体２８ａでは、カソード電極４４に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４２に供給される燃料ガスとが、カソード電極触媒層４４ａ及びアノード電極触媒層４２ａ内で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。
【０１１１】
次いで、図３に示すように、カソード電極４４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３４ｂに沿って矢印Ａ１、Ａ２方向に排出される。同様に、アノード電極４２に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３８ｂに沿って矢印Ａ１、Ａ２方向に排出される。
【０１１２】
また、冷却媒体入口連通孔３６ａに供給された冷却媒体は、第１セパレータ３０と第２セパレータ３２との間、第１セパレータ３０とダミー第２セパレータ９４との間、及びダミー第１セパレータ９２とダミー第２セパレータ９４との間にそれぞれ形成された冷却媒体流路６６に導入された後、矢印Ｂ１、Ｂ２方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２８ａ等を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３６ｂから排出される。
【０１１３】
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１６及び第２ダミーセル１８）では、ダミー構造体１０４の外周にダミー樹脂枠部材１０６が第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂ（熱溶着部）により接合されている。このため、ダミー樹脂枠部材１０６とダミー構造体１０４とが、例えば、不図示の接着剤により接合される場合とは異なり、接着剤のはみ出しやずれ等が生じることがなく、ダミー樹脂枠部材１０６とダミー構造体１０４とを小さい接合代で高精度且つ高強度に接合することができる。
【０１１４】
その結果、各ダミーセルの品質を向上させることや、各ダミーセルの小型化を容易に図ることが可能になる。また、接着剤を硬化させる時間を不要にできる分、各ダミーセルの製造効率を向上させて、その製造コストを低減することができる。さらに、ダミー樹脂枠部材１０６とダミー構造体１０４とが、上記の通りスポット状で断続的に設けられた第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂにより接合されたダミーセルでは、これらがダミー構造体１０４の外周に連続して設けられた接着剤により接合されたダミーセルに比して、燃料電池スタック１０の発電時に生じる通電ロスを低減することができる。
【０１１５】
上記のように、第１導電性多孔質シート１０４ａと第２導電性多孔質シート１０４ｂとを接合して構成される各ダミーセルでは、電解質膜４０や電極触媒層４２ａ、４４ａを備えていないため、発電が行われず、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、ダミーセルで結露が生じることを抑制できる。各ダミーセルを、上記のように、積層体１４の積層方向の一端部に設けることで、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。つまり、発電安定性を向上させることができる。
【０１１６】
また、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の全体を良好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。
【０１１７】
従って、この燃料電池スタック１０では、低コストで高品質に得られる各ダミーセルにより、発電安定性を向上させることができる。
【０１１８】
ところで、燃料電池スタック１０では、酸化剤ガス入口連通孔３４ａの入口３５ａ側には、加湿された状態の酸化剤ガスが供給される。この酸化剤ガス中の水が結露して、液体の結露水が生じ、該結露水が発電セル１２に飛び込むと、燃料ガス及び酸化剤ガスの拡散性が低下する場合がある。
【０１１９】
この燃料電池スタック１０では、酸化剤ガス入口連通孔３４ａの入口３５ａ側（矢印Ａ１側）に第１ダミーセル１６及び第２ダミーセル１８が備えられ、これらのダミーセルには、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路４９が設けられている。このため、酸化剤ガスに結露水が含まれていた場合であっても、該結露水を各ダミーセルによって捕集することができる。その結果、発電セル１２に結露水が飛び込むことを抑制できるため、燃料電池スタック１０の発電安定性のさらなる向上を図ることが可能になる。
【０１２０】
一方、上記の実施形態では、各ダミーセルに燃料ガスが流通しない断熱空間９６が設けられることで、各ダミーセルよる断熱性をさらに高めることができるとともに、発電のための電気化学反応に寄与せずに燃料電池スタック１０から排出される燃料ガスを減らすことができる。
【０１２１】
上記の通り、燃料電池スタック１０では、第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂにより、内周露呈部４８の両面４８ａ、４８ｂと第１導電性多孔質シート１０４ａ、第２導電性多孔質シート１０４ｂとをそれぞれ接合することとした。これによって、ダミー樹脂枠部材１０６とダミー構造体１０４とを一層高強度に接合することができる。なお、第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂの何れか一方により、ダミー樹脂枠部材１０６とダミー構造体１０４とを接合することとしてもよい。
【０１２２】
また、第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂは、ダミー構造体１０４の外周に断続的に設けられることとした。この場合、ダミー構造体１０４の外周に連続して第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂを設けるよりも、簡素な工程で効率よく各ダミーセルを得ることができる。
【０１２３】
上記の通り、燃料電池スタック１０では、第１熱溶着部１０８ａと第２熱溶着部１０８ｂを、積層方向の位置が互いに異なるように配設した。この場合、例えば、第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂが積層方向に同位置に設けられる場合に比して、各ダミーセルの厚さが部分的に増大することを抑制できる。このような各ダミーセルによれば、発電セル１２に積層しても、該発電セル１２に局所的な面圧上昇が生じることを抑制できるため、電解質膜４０にクリープ等が生じることを抑制でき、電解質膜４０の耐久性を向上させることができる。
【０１２４】
また、ダミー構造体１０４の周方向に、第１熱溶着部１０８ａと第２熱溶着部１０８ｂとが交互に配置されることとした。この場合、ダミー構造体１０４とダミー樹脂枠部材１０６とを、簡素な接合工程により十分な強度で接合することができ、しかも、各ダミーセルに積層された発電セル１２に局所的な面圧上昇が生じることを効果的に抑制することが可能になる。
【０１２５】
この燃料電池スタック１０では、上記の通り、ダミー樹脂枠部材１０６とダミー構造体１０４との接合代を小さくすることができるため、ダミー樹脂枠部材１０６の外周に酸化剤ガス連通孔や、燃料ガス連通孔を設ける際の設計自由度を高めることができる。
【０１２６】
上記の通り、燃料電池スタック１０では、ダミー樹脂枠部材１０６と樹脂枠部材４６とが同一に構成されることとした。この場合、各ダミーセルのダミー樹脂枠部材１０６を、発電セル１２の樹脂枠部材４６と共通の構成とすることができるため、各ダミーセルを一層簡単且つ経済的な構成とすることができる。なお、ダミー樹脂枠部材１０６と樹脂枠部材４６とは、互いに異なる材料特性、寸法、形状であってもよい。
【０１２７】
また、第１導電性多孔質シート１０４ａは、カソードガス拡散層４４ｂと同一に構成され、第２導電性多孔質シート１０４ｂは、アノードガス拡散層４２ｂと同一に構成されることとした。この場合、各ダミーセルの第１導電性多孔質シート１０４ａ及び第２導電性多孔質シート１０４ｂのそれぞれを、発電セル１２のカソードガス拡散層４４ｂ及びアノードガス拡散層４２ｂと共通の構成とすることができるため、各ダミーセルを一層簡単且つ経済的な構成とすることができる。
【０１２８】
本発明は上述した実施形態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、種々の改変が可能である。
【０１２９】
例えば、第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂは、積層方向における互いの位置が異なっていれば、各々の形状や個数、積層部１０５ａ、１０５ｂに対するその他の配置等は、上記した実施形態に特に限定されるものではない。例えば、第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂは、矢印Ｃ１、Ｃ２方向の位置及び矢印Ｂ１、Ｂ２方向の位置の少なくとも何れか一方が互いに異なっていることとしてもよい。また、第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂは、ダミー構造体１０４の外周に対して、交互に設けられていなくてもよいし、それぞれ連続的に設けられていてもよい。
【０１３０】
上記の実施形態では、ダミー樹脂枠部材１０６が、積層した第１樹脂シート４６ａ及び第２樹脂シート４６ｂから構成されることとしたが、特にこれに限定されるものではない。例えば、ダミー樹脂枠部材１０６は、１枚の枠状の樹脂シート（不図示）から構成されてもよい。
【０１３１】
ダミー樹脂枠部材１０６が１枚の樹脂シートからなる場合であっても、上記の実施形態と同様に設けられる第１熱溶着部１０８ａ及び第２熱溶着部１０８ｂにより、該ダミー樹脂枠部材１０６とダミー構造体１０４とを接合することができる。すなわち、例えば、ダミー樹脂枠部材１０６の内周の一方の面と第１導電性多孔質シート１０４ａの外周との積層部に第１熱溶着部１０８ａを形成することができる。また、ダミー樹脂枠部材１０６の内周の他方の面と第２導電性多孔質シート１０４ｂの外周との積層部に第２熱溶着部１０８ｂを形成することができる。このため、１枚の樹脂シートからなるダミー樹脂枠部材１０６を備えるダミーセルも、第１樹脂シート４６ａ及び第２樹脂シート４６ｂからなるダミー樹脂枠部材１０６を備えるダミーセルと同様の作用効果を得ることができる。
【０１３２】
また、樹脂枠部材４６も１枚の枠状の樹脂シートから構成されてもよい。この場合も、樹脂枠部材４６が第１樹脂シート４６ａ及び第２樹脂シート４６ｂからなる場合と同様にして電解質膜・電極構造体２８ａに接合することが可能である。
【０１３３】
上記の実施形態に係るダミーセルの製造方法では、接合工程の後であって、積層工程の前に、ダミー樹脂枠部材１０６の縁部に、燃料ガス連通孔、酸化剤ガス連通孔、冷却媒体連通孔をそれぞれ穿設したが特にこれには限定されない。例えば、接合工程の前にダミー樹脂枠部材１０６の縁部に各連通孔を穿設してもよい。
【０１３４】
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側の端部に、２個のダミーセル（第１ダミーセル１６、第２ダミーセル１８）を積層することとした。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が可能となる。しかしながら、燃料電池スタック１０は、積層体１４の積層方向の矢印Ａ２側の端部にダミーセルを備えてもよいし、積層方向の両端部にダミーセルを備えてもよい。また、ダミーセルの個数も２個に限定されるものではなく、１個でもよく、２個より多い複数個であってもよい。
【０１３５】
上記の実施形態では、２枚の金属セパレータ間に電解質膜・電極構造体を挟持したセルユニットを構成し、各セルユニット間に冷却媒体流路を形成する、所謂、各セル冷却構造を採用している。これに対して、例えば、３枚以上の金属セパレータと２枚以上の電解質膜・電極構造体を備え、金属セパレータと電解質膜・電極構造体とを交互に積層したセルユニットを構成してもよい。その際、各セルユニット間には、冷却媒体流路が形成される、所謂、間引き冷却構造が構成される。
【符号の説明】
【０１３６】
１０…燃料電池スタック                  １２…発電セル
１４…積層体                            １６…第１ダミーセル
１８…第２ダミーセル                    ４６ａ…第１樹脂シート
４６ｂ…第２樹脂シート                  ４８…内周露呈部
９０…樹脂枠付きダミー構造体            ９２…ダミー第１セパレータ
９４…ダミー第２セパレータ              １０４…ダミー構造体
１０４ａ…第１導電性多孔質シート        １０４ｂ…第２導電性多孔質シート
１０５ａ、１０５ｂ…積層部              １０６…ダミー樹脂枠部材
１０８ａ…第１熱溶着部                  １０８ｂ…第２熱溶着部
【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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