(57)【要約】【課題】簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタックに締め付け荷重を付与するとともに、端部セルの反応ガス分配不良を可及的に抑制することを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａに挿入される締め付け部材７２ａを備える。締め付け部材７２ａは、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ内を第１領域３４ａ１と第２領域３４ａ２とに区分する。第１領域３４ａ１は、各発電セル１２の酸化剤ガス流路４２に連通する一方、第２領域３４ａ２は、前記酸化剤ガス流路４２から遮断される。締め付け部材７２ａには、第１領域３４ａ１と第２領域３４ａ２とを連通する開口部７８ｅが設けられる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが積層される積層体を備え、前記積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、インシュレータ及びエンドプレートが配設されるとともに、燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを前記積層方向に流通させる反応ガス連通孔、及び前記反応ガスを電極面に沿って流通させる反応ガス流路を有し、前記反応ガス連通孔内に前記積層方向に延在して挿入され、両端が前記エンドプレートに固定されて前記積層体に前記積層方向の締め付け荷重を付与する締め付け部材を備える燃料電池スタックであって、
前記締め付け部材は、前記反応ガス連通孔内を第１領域と第２領域とに区分するとともに、前記第１領域は、各発電セルの前記反応ガス流路に連通する一方、前記第２領域は、前記反応ガス流路から遮断され、
前記締め付け部材には、前記積層体の積層方向端部に配置される１以上の前記発電セルの前記反応ガス流路に連通する位置に対応し、前記第１領域と前記第２領域とを連通させる開口部を設け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、前記エンドプレートには、前記締め付け部材を囲繞してマニホールド部材が設けられるとともに、
前記締め付け部材は、前記反応ガス連通孔内に配置されて前記積層方向に延在する板状本体部と、
前記板状本体部の両端に、該積層方向に交差する方向且つ前記第２領域を閉塞する方向に屈曲して形成され、前記エンドプレートに固定される取り付け部と、
を有し、
前記取り付け部には、前記マニホールド部材の内部と前記第２領域とを連通させる孔部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、電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが積層される積層体を備え、前記積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、インシュレータ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】
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固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒（電極触媒層）及び多孔質カーボン（ガス拡散層）を有するアノード電極とカソード電極とを配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を有している。電解質膜・電極構造体は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されることにより、発電セルが構成されている。発電セルを所定の数だけ積層した燃料電池スタックが、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
燃料電池スタックでは、発電セルの積層方向に所望の締め付け荷重を付与する必要がある。このため、例えば、燃料電池スタックの積層方向両端に配置されている各エンドプレートを端板として含む箱状ケーシング（図示せず）を備え、前記箱状ケーシングにより各発電セルを一体的に保持する構成が採用されている。あるいは、各エンドプレート間を積層方向に延在する複数のタイロッドにより一体的に締め付け保持することにより、各発電セルに締め付け荷重を付与する構成が採用されている。
【０００４】
一方、特許文献１に開示されている燃料電池では、複数の発電セルが積層された積層体に、積層方向に貫通して貫通孔が設けられるとともに、前記貫通孔にボルトが挿入されている。ボルトは、少なくとも片側に設けられた環状弾性体を介して積層体を締結している。また、特許文献１には、反応ガス連通孔に締結用ボルトを挿入する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３３８８７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料電池スタックでは、反応ガス入口連通孔から各発電セルに反応ガスを分配供給するため、積層方向端部、特に反応ガス入口側端部の発電セル（以下、端部セルともいう）に、前記反応ガスの分配不良が惹起し易い。従って、端部セルには、発電不良が発生するという問題があり、上記の特許文献１では、この種の問題に対応することができない。
【０００７】
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、燃料電池スタックに締め付け荷重を付与するとともに、端部セルの反応ガス分配不良を可及的に抑制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】
【０００８】
本発明に係る燃料電池スタックは、電解質の両側に電極が配設される電解質・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが積層される積層体を備えている。積層体の積層方向両側には、ターミナルプレート、インシュレータ及びエンドプレートが配設されている。積層体には、燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを積層方向に流通させる反応ガス連通孔、及び前記反応ガスを電極面に沿って流通させる反応ガス流路が設けられている。
【０００９】
燃料電池スタックは、反応ガス連通孔内に積層方向に延在して挿入され、両端がエンドプレートに固定されて積層体に前記積層方向の締め付け荷重を付与する締め付け部材を備えている。
【００１０】
締め付け部材は、反応ガス連通孔内を第１領域と第２領域とに区分するとともに、前記第１領域は、各発電セルの反応ガス流路に連通する一方、前記第２領域は、前記反応ガス流路から遮断されている。そして、締め付け部材には、積層体の積層方向端部に配置される１以上の発電セルの反応ガス流路に連通する位置に対応し、第１領域と第２領域とを連通させる開口部が設けられている。
【００１１】
また、この燃料電池スタックでは、エンドプレートには、締め付け部材を囲繞してマニホールド部材が設けられるとともに、前記締め付け部材は、反応ガス連通孔内に配置されて積層方向に延在する板状本体部を有することが好ましい。その際、板状本体部の両端には、積層方向に交差する方向且つ第２領域を閉塞する方向に屈曲して取り付け部が形成され、前記取り付け部がエンドプレートに固定されることが好ましい。この場合、前記取り付け部に前記マニホールド部材の内部と前記第２領域とを連通させる孔部が形成されるとより好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、締め付け部材は、反応ガス連通孔内に挿入されて積層方向に延在するとともに、両端が各エンドプレートに固定されている。このため、燃料電池スタック内には、締め付け部材を挿入するための専用の開口部（例えば、孔部）が不要になり、簡単且つコンパクトな構成で、前記燃料電池スタックに締め付け荷重を付与することができる。
【００１３】
しかも、締め付け部材には、積層体の積層方向端部に配置される１以上の発電セルの反応ガス流路に連通する位置に対応して開口部が設けられている。従って、第２領域に供給された反応ガスは、開口部を通って第１領域に供給された反応ガスに合流した後、積層方向端部の発電セル、すなわち、端部セルを含む発電セルの反応ガス流路に導入される。
【００１４】
これにより、締め付け部材は、燃料電池スタックの積層方向に締め付け荷重を付与する機能と、端部セルの反応ガス流路に反応ガスを良好に供給する機能とを有することができる。このため、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタックに締め付け荷重を付与するとともに、端部セルの反応ガス分配不良を可及的に抑制することが可能になる。従って、燃料電池スタック全体として、良好な発電性能を確実に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの要部を透視した概略斜視図である。
【図２】前記燃料電池スタックの一部分解斜視説明図である。
【図３】前記燃料電池スタックの、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記燃料電池スタックの、図２中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】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６】前記燃料電池スタックを構成する締め付け部材の概略斜視図である。
【図７】前記燃料電池スタックを構成する他の締め付け部材の概略斜視図である。
【図８】従来例及び本実施形態において、積層方向と燃料ガス流量との関係説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１及び図２に示すように、本発明の第１の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、第１ターミナルプレート１６ａ、第１インシュレータ１８ａ及び第１エンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される（図１参照）。積層体１４の積層方向他端には、第２ターミナルプレート１６ｂ、第２インシュレータ１８ｂ及び第２エンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。
【００１７】
発電セル１２は、図３〜図５に示すように、電解質膜・電極構造体２２と、前記電解質膜・電極構造体２２を挟持する第１金属セパレータ２４及び第２金属セパレータ２６とを備える。第１金属セパレータ２４及び第２金属セパレータ２６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を波形にプレス成形して構成される。なお、第１金属セパレータ２４及び第２金属セパレータ２６に代えて、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。
【００１８】
電解質膜・電極構造体２２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２８と、前記固体高分子電解質膜２８を挟持するアノード電極３０及びカソード電極３２とを備える。固体高分子電解質膜２８は、アノード電極３０及びカソード電極３２よりも大きな表面積を有している。なお、電解質膜・電極構造体２２は、アノード電極３０とカソード電極３２とが互いに異なる表面積に設定される段差ＭＥＡを構成してもよい。
【００１９】
アノード電極３０及びカソード電極３２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２８の両面に形成されている。
【００２０】
発電セル１２の矢印Ｂ方向（図５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、酸化剤ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）３８ｂが矢印Ｃ方向に配列して設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂは、矢印Ｃ方向に配列して設けられ、前記酸化剤ガス入口連通孔３４ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。冷却媒体入口連通孔３６ａは、冷却媒体を供給し、燃料ガス出口連通孔３８ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。
【００２１】
発電セル１２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、燃料ガス入口連通孔（反応ガス連通孔）３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔（反応ガス連通孔）３４ｂが、矢印Ｃ方向に配列して設けられる。燃料ガス入口連通孔３８ａは、燃料ガスを供給し、冷却媒体出口連通孔３６ｂは、冷却媒体を排出するとともに、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂは、酸化剤ガスを排出する。
【００２２】
第１金属セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する燃料ガス流路（反応ガス流路）４０が形成される。燃料ガス流路４０は、燃料ガス入口連通孔３８ａと燃料ガス出口連通孔３８ｂとに連通する。
【００２３】
第２金属セパレータ２６の電解質膜・電極構造体２２に向かう面２６ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する酸化剤ガス流路（反応ガス流路）４２が設けられる。酸化剤ガス流路４２は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａと酸化剤ガス出口連通孔３４ｂとに連通する。
【００２４】
互いに隣接する第１金属セパレータ２４の面２４ｂと第２金属セパレータ２６の面２６ｂ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とに連通する冷却媒体流路４４が形成される。冷却媒体流路４４は、燃料ガス流路４０が形成された第１金属セパレータ２４の裏面形状と、酸化剤ガス流路４２が形成された第２金属セパレータ２６の裏面形状とが、重なり合って形成される。
【００２５】
図３〜図５に示すように、第１金属セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１金属セパレータ２４の外周端部を周回して、第１シール部材４８が一体化される。第２金属セパレータ２６の面２６ａ、２６ｂには、この第２金属セパレータ２６の外周端部を周回して、第２シール部材５０が一体化される。
【００２６】
第１シール部材４８及び第２シール部材５０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等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００２７】
図２に示すように、第１ターミナルプレート１６ａ及び第２ターミナルプレート１６ｂの略中央には、積層方向外方に延在する端子部５８ａ、５８ｂが設けられる。端子部５８ａ、５８ｂは、絶縁性筒体６０に挿入されて、第１インシュレータ１８ａ及び第２インシュレータ１８ｂの孔部６２ａ、６２ｂを貫通する。端子部５８ａ、５８ｂは、さらに第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂの孔部６４ａ、６４ｂを貫通して前記第１エンドプレート２０ａ及び前記第２エンドプレート２０ｂの外部に突出する。
【００２８】
第１インシュレータ１８ａ及び第１エンドプレート２０ａの矢印Ｂ方向一端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが形成される。第１インシュレータ１８ａ及び第１エンドプレート２０ａの矢印Ｂ方向他端縁部には、燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂが形成される。第２インシュレータ１８ｂ及び第２エンドプレート２０ｂは、上記の第１インシュレータ１８ａ及び第１エンドプレート２０ａと同様に構成される。
【００２９】
図３に示すように、第１インシュレータ１８ａ及び第２インシュレータ１８ｂ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。第１インシュレータ１８ａは、中央部に矩形状の凹部６６ａが設けられるとともに、この凹部６６ａの略中央に孔部６２ａが連通する。凹部６６ａには、第１ターミナルプレート１６ａ及び断熱部材６８ａが収容され、前記第１ターミナルプレート１６ａの端子部５８ａが絶縁性筒体６０を介装して孔部６２ａに挿入される。なお、第１ターミナルプレート１６ａと断熱部材６８ａとは、互いの配置位置を反対に設定することができる。
【００３０】
第２インシュレータ１８ｂは、中央部に矩形状の凹部６６ｂが設けられるとともに、この凹部６６ｂの略中央に孔部６２ｂが連通する。凹部６６ｂには、第２ターミナルプレート１６ｂ及び断熱部材６８ｂが収容され、前記第２ターミナルプレート１６ｂの端子部５８ｂが絶縁性筒体６０を介装して孔部６２ｂに挿入される。なお、第２ターミナルプレート１６ｂと断熱部材６８ｂとは、互いの配置位置を反対に設定することができる。
【００３１】
断熱部材６８ａ、６８ｂは、波板状の金属プレート７０ａと波板状の金属プレート７０ｂとを交互に、例えば、２組積層して構成される。金属プレート７０ａは、例えば、発電セル１２を構成する第１金属セパレータ２４の外周部を枠状に切断した部材により構成される。金属プレート７０ｂは、例えば、第２金属セパレータ２６の外周部を枠状に切断した部材により構成される。
【００３２】
なお、断熱部材６８ａ、６８ｂは、金属プレート７０ａ、７０ｂを１組、又は３組以上で構成してもよく、単一の金属プレート７０ａを複数枚積層してもよく、あるいは、単一の金属プレート７０ｂを複数枚積層してもよい。さらに、発電セル用の金属セパレータではなく、端部専用の金属セパレータでもよい。
【００３３】
また、断熱部材６８ａ、６８ｂは、空孔を保持し且つ通電性を有する部材であればよく、電気導電性を有する発泡金属、ハニカム形状金属（ハニカム部材）、又は多孔質カーボン（例えば、カーボンペーパ）のいずれかにより構成してもよい。断熱部材６８ａ、６８ｂは、１枚でもよく、又は、複数枚を重ねてもよい。
【００３４】
図１に示すように、燃料電池スタック１０は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ内に積層方向に延在して挿入され、第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂに固定される締め付け部材７２ａを備える。締め付け部材７２ａは、積層体１４に積層方向の締め付け荷重を付与する。
【００３５】
同様に、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂには、締め付け部材７２ｂが挿入され、冷却媒体入口連通孔３６ａには、締め付け部材７４ａが挿入されるとともに、冷却媒体出口連通孔３６ｂには、締め付け部材７４ｂが挿入される。さらに、燃料ガス入口連通孔３８ａには、締め付け部材７６ａが挿入されるとともに、燃料ガス出口連通孔３８ｂには、締め付け部材７６ｂが挿入される。
【００３６】
図４及び図６に示すように、締め付け部材７２ａは、酸化剤ガス入口連通孔３４ａを形成する上下内壁面に摺接して矢印Ａ方向に延在する板状本体部７８ａを有する。板状本体部７８ａは、幅方向を上下に向けて且つ酸化剤ガス入口連通孔３４ａ内で外方に偏った位置（酸化剤ガス流路４２から離間する方向）に配置される。
【００３７】
板状本体部７８ａは、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ内を第１領域３４ａ１と第２領域３４ａ２とに区分するとともに、前記第１領域３４ａ１は、前記第２領域３４ａ２よりも開口断面積（幅寸法）が大きく設定される。第１領域３４ａ１は、各発電セル１２の酸化剤ガス流路４２に連通する一方、第２領域３４ａ２は、前記酸化剤ガス流路４２から遮断される。
【００３８】
締め付け部材７２ａは、板状本体部７８ａの両端に積層方向に交差する方向に且つ第２領域３４ａ２を閉塞する方向に屈曲して取り付け部７８ｂ、７８ｃを設ける。取り付け部７８ｂは、ねじ８０を介して第１エンドプレート２０ａの外面側に固定されるとともに、取り付け部７８ｃは、ねじ８０を介して第２エンドプレート２０ｂの外面側に固定される。
【００３９】
図４に示すように、取り付け部７８ｂ（７８ｃ）の長さｈ１は、酸化剤ガス入口連通孔３４ａの開口幅ｈ２よりも短尺（ｈ１＜ｈ２）に設定される。取り付け部７８ｂ（７８ｃ）は、取り付け作業時に、酸化剤ガス入口連通孔３４ａに挿入される必要があるからである。
【００４０】
取り付け部７８ｂには、開口部（孔部）７８ｄが形成される。板状本体部７８ａには、積層体１４の積層方向端部に配置される１以上の発電セル１２の酸化剤ガス流路４２に連通する位置に対応し、第１領域３４ａ１と第２領域３４ａ２とを連通する開口部７８ｅが設けられる。開口部７８ｅは、矢印Ａ方向に長尺に形成され、１以上の酸化剤ガス流路４２に跨って開口する。
【００４１】
なお、締め付け部材７２ｂは、上記の締め付け部材７２ａと同様に構成されており、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、締め付け部材７２ｂには、開口部７８ｄ、７８ｅを設けなくてもよい。さらに、締め付け部材７４ａ、７４ｂは、必要に応じて設けられるものであり、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
図７に示すように、締め付け部材７６ａは、燃料ガス入口連通孔３８ａを形成する上下内壁面に摺接して矢印Ａ方向に延在する板状本体部８２ａを有する。板状本体部８２ａは、幅方向を上下に向けて且つ燃料ガス入口連通孔３８ａ内で外方に偏った位置（燃料ガス流路４０から離間する方向）に配置される。
【００４３】
板状本体部８２ａは、燃料ガス入口連通孔３８ａ内を第１領域３８ａ１と第２領域３８ａ２とに区分するとともに、前記第１領域３８ａ１は、前記第２領域３８ａ２よりも開口断面積（幅寸法）が大きく設定される。第１領域３８ａ１は、各発電セル１２の燃料ガス流路４０に連通する一方、第２領域３８ａ２は、前記燃料ガス流路４０から遮断される。
【００４４】
締め付け部材７６ａは、板状本体部８２ａの両端に積層方向に交差する方向に且つ第２領域３８ａ２を閉塞する方向に屈曲して取り付け部８２ｂ、８２ｃを設ける。取り付け部８２ｂは、ねじ８０を介して第１エンドプレート２０ａの外面側に固定されるとともに、取り付け部８２ｃは、ねじ８０を介して第２エンドプレート２０ｂの外面側に固定される。図７に示すように、取り付け部８２ｂ、８２ｃの長さｈ３は、燃料ガス入口連通孔３８ａの開口幅ｈ４よりも短尺（ｈ３＜ｈ４）に設定される。
【００４５】
取り付け部８２ｂには、開口部（孔部）８２ｄが形成される。板状本体部８２ａには、積層体１４の積層方向端部に配置される１以上の発電セル１２の燃料ガス流路４０に連通する位置に対応し、第１領域３８ａ１と第２領域３８ａ２とを連通する開口部８２ｅが設けられる。開口部８２ｅは、矢印Ａ方向に長尺に形成され、１以上の燃料ガス流路４０に跨って開口する。この場合、開口部８２ｅを取り付け部８２ｃ側に設けてもよい。これに伴って、開口部８２ｄもまた取り付け部８２ｃ側に設ける等の対応をすればよい。
【００４６】
なお、締め付け部材７６ｂは、上記の締め付け部材７６ａと同様に構成されており、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、締め付け部材７６ｂには、開口部８２ｄ、８２ｅを設けなくてもよい。
【００４７】
第１エンドプレート２０ａと第２エンドプレート２０ｂとは、締め付け部材７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂ、７６ａ及び７６ｂにより固定され、積層方向に締め付け荷重が付与される。なお、第１エンドプレート２０ａの内側又は第２エンドプレート２０ｂの内側には、必要に応じて荷重調整用のシムを配置してもよい。
【００４８】
図２に示すように、第１エンドプレート２０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂに連通する酸化剤ガス供給マニホールド８４ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド８４ｂが装着される。第１エンドプレート２０ａには、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び冷却媒体出口連通孔３６ｂに連通する冷却媒体供給マニホールド８６ａ及び冷却媒体排出マニホールド８６ｂが装着される。第１エンドプレート２０ａには、燃料ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂに連通する燃料ガス供給マニホールド８８ａ及び燃料ガス排出マニホールド８８ｂが装着される。
【００４９】
第２エンドプレート２０ｂは、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ、冷却媒体入口連通孔３６ａ及び燃料ガス出口連通孔３８ｂが、それぞれ閉塞部材（図示せず）により閉塞される。第２エンドプレート２０ｂは、燃料ガス入口連通孔３８ａ、冷却媒体出口連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔３４ｂもまたそれぞれ閉塞部材（図示せず）により閉塞される。なお、第１エンドプレート２０ａ側を閉塞部材（図示せず）により閉塞する一方、第２エンドプレート２０ｂ側に、前記第１エンドプレート２０ａに装着された酸化剤ガス供給マニホールド８４ａ、酸化剤ガス排出マニホールド８４ｂ、冷却媒体供給マニホールド８６ａ、冷却媒体排出マニホールド８６ｂ及び燃料ガス供給マニホールド８８ａ、燃料ガス排出マニホールド８８ｂを装着してもよいことは勿論である。
【００５０】
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。
【００５１】
先ず、図２に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、第１エンドプレート２０ａの酸化剤ガス供給マニホールド８４ａから酸化剤ガス入口連通孔３４ａに供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、第１エンドプレート２０ａの燃料ガス供給マニホールド８８ａから燃料ガス入口連通孔３８ａ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、第１エンドプレート２０ａの冷却媒体供給マニホールド８６ａから冷却媒体入口連通孔３６ａに供給される。
【００５２】
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２金属セパレータ２６の酸化剤ガス流路４２に導入され、矢印Ｂ方向に移動して電解質膜・電極構造体２２のカソード電極３２に供給される。
【００５３】
一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３８ａから第１金属セパレータ２４の燃料ガス流路４０に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路４０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２２のアノード電極３０に供給される。
【００５４】
従って、各電解質膜・電極構造体２２では、カソード電極３２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３０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。
【００５５】
次いで、カソード電極３２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Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極３０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Ａ方向に排出される。
【００５６】
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金属セパレータ２４と第２金属セパレータ２６との間の冷却媒体流路４４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２２を冷却した後、冷却媒体出口連通孔３６ｂから排出される。
【００５７】
この場合、本実施形態では、図４及び図６に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３４ａには、締め付け部材７２ａが挿入されている。そして、締め付け部材７２ａの両端に設けられた取り付け部７８ｂ、７８ｃは、第１エンドプレート２０ａ及び第２エンドプレート２０ｂに固定されている。
【００５８】
同様に、図１に示すように、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂには、締め付け部材７２ｂが挿入され、冷却媒体入口連通孔３６ａには、締め付け部材７４ａが挿入されるとともに、冷却媒体出口連通孔３６ｂには、締め付け部材７４ｂが挿入されている。燃料ガス入口連通孔３８ａには、締め付け部材７６ａが挿入されるとともに、燃料ガス出口連通孔３８ｂには、締め付け部材７６ｂが挿入されている。
【００５９】
このため、燃料電池スタック１０内には、各締め付け部材を挿入するための専用の開口部（例えば、孔部）が不要になり、簡単且つコンパクトな構成で、前記燃料電池スタック１０に締め付け荷重を付与することができる。
【００６０】
さらに、図４及び図６に示すように、締め付け部材７２ａは、酸化剤ガス入口連通孔３４ａ内を、酸化剤ガス流路４２に連通する第１領域３４ａ１と、前記酸化剤ガス流路４２から遮断される第２領域３４ａ２とに区分している。しかも、締め付け部材７２ａの板状本体部７８ａには、端部セルを含む１以上の発電セル１２の酸化剤ガス流路４２に連通する位置に対応し、第１領域３４ａ１と第２領域３４ａ２とを連通する開口部７８ｅが設けられている。
【００６１】
従って、締め付け部材７２ａでは、取り付け部７８ｂの開口部７８ｄを通って第２領域３４ａ２に供給された酸化剤ガスは、開口部７８ｅを通って第１領域３４ａ１に供給されている。この酸化剤ガスは、第１領域３４ａ１を流通する酸化剤ガスに合流した後、端部セルを含む１以上の発電セル１２の酸化剤ガス流路４２に導入されている。
【００６２】
これにより、締め付け部材７２ａは、燃料電池スタック１０の積層方向に締め付け荷重を付与する機能と、端部セルの酸化剤ガス流路４２に酸化剤ガスを良好に供給する機能とを有することができる。このため、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタック１０に締め付け荷重を付与するとともに、端部セルの酸化剤ガス分配不良を可及的に抑制することが可能になる。
【００６３】
一方、締め付け部材７２ｂは、酸化剤ガス出口連通孔３４ｂ内に積層方向に延在して設けられている。締め付け部材７２ｂには、端部セルを含む１以上の発電セル１２の酸化剤ガス流路４２に連通する位置に対応し、開口部７８ｅが設けられている。従って、端部セルを含む１以上の発電セル１２の酸化剤ガス流路４２から排出される酸化剤ガスは、第１領域３４ａ１と第２領域３４ａ２とに分岐して流通することができ、前記酸化剤ガスの排出性が良好に向上するという利点がある。
【００６４】
また、図１及び図７に示すように、締め付け部材７６ａは、燃料ガス入口連通孔３８ａ内を、燃料ガス流路４０に連通する第１領域３８ａ１と、前記燃料ガス流路４０から遮断される第２領域３８ａ２とに区分している。しかも、締め付け部材７６ａの板状本体部８２ａには、端部セルを含む１以上の発電セル１２の燃料ガス流路４０に連通する位置に対応し、第１領域３８ａ１と第２領域３８ａ２とを連通する開口部８２ｅが設けられている。
【００６５】
これにより、締め付け部材７６ａでは、図７に示すように、取り付け部８２ｂの開口部８２ｄを通って第２領域３８ａ２に供給された燃料ガスは、開口部８２ｅを通って第１領域３８ａ１に供給されている。この燃料ガスは、第１領域３８ａ１を流通する燃料ガスに合流した後、端部セルを含む１以上の発電セル１２の燃料ガス流路４０に導入されている。
【００６６】
このため、締め付け部材７６ａは、燃料電池スタック１０の積層方向に締め付け荷重を付与する機能と、端部セルの燃料ガス流路４０に燃料ガスを良好に供給する機能とを有することができる。特に、燃料ガスは、端部セルの燃料ガス分配性が低下し易く、図８に示すように、積層体１４の両端部で前記燃料ガスの流量が減少する傾向がある（図８中、従来例参照）。これに対して、本実施形態では、端部セルに対しても、他の発電セル１２と同様に燃料ガスを良好に供給することができる。
【００６７】
従って、簡単且つコンパクトな構成で、燃料電池スタック１０に締め付け荷重を付与するとともに、端部セルの燃料ガス分配不良を可及的に抑制することが可能になる。
【００６８】
一方、締め付け部材７６ｂは、燃料ガス出口連通孔３８ｂ内に積層方向に延在して設けられている。締め付け部材７６ｂには、端部セルを含む１以上の発電セル１２の燃料ガス流路４０に連通する位置に対応し、開口部８２ｅが設けられている。従って、端部セルを含む１以上の発電セル１２の燃料ガス流路４０から排出される燃料ガスは、第１領域３８ａ１と第２領域３８ａ２とに分岐して流通することができ、前記燃料ガスの排出性が良好に向上する。
【００６９】
これにより、本実施形態では、燃料電池スタック１０全体として、良好な発電性能を確実に維持することができるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００７０】
１０…燃料電池スタック              １２…発電セル
１４…積層体                        １６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８ａ、１８ｂ…インシュレータ      ２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
２２…電解質膜・電極構造体          ２４、２６…金属セパレータ
２８…固体高分子電解質膜            ３０…アノード電極
３２…カソード電極                  ３４ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３４ａ１、３４ａ２、３８ａ１、３８ａ２…領域
３４ｂ…酸化剤ガス出口連通孔        ３６ａ…冷却媒体入口連通孔
３６ｂ…冷却媒体出口連通孔          ３８ａ…燃料ガス入口連通孔
３８ｂ…燃料ガス出口連通孔          ４０…燃料ガス流路
４２…酸化剤ガス流路                ４４…冷却媒体流路
４８、５０…シール部材              ６６ａ、６６ｂ…凹部
６８ａ、６８ｂ…断熱部材
７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂ、７６ａ、７６ｂ…締め付け部材
７８ａ、８２ａ…板状本体部          ７８ｂ、７８ｃ、８２ｂ、８２ｃ…取り付け部
７８ｄ、７８ｅ、８２ｄ、８２ｅ…開口部
【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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