(57)【要約】【課題】種々の異なる設置スペースにも、同一の構成で容易に対応することができ、汎用性に優れるとともに、経済的な燃料電池スタックを提供する。【解決手段】単位セル１２は、電解質膜・電極構造体１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１および第２セパレータ１６、１８とを備える。電解質膜・電極構造体１４を構成するアノード側電極２８およびカソード側電極３０は、１辺の長さＬ１が１４０ｍｍ〜２００ｍｍの略正方形に構成されている。第１および第２セパレータ１６、１８は、１辺の長さＬ２が２００ｍｍ〜３００ｍｍの略正方形に構成されている。【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を設けた電解質・電極構造体が、セパレータを介装して複数積層して構成されるとともに、車両に搭載される車載用燃料電池スタックであって、
前記電極は、１辺の長さが１４０ｍｍ〜２００ｍｍの略正方形に構成され、
前記セパレータは、１辺の長さが２００ｍｍ〜３００ｍｍの略正方形に構成されることを特徴とする車載用燃料電池スタック。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記セパレータは、互いに平行な２辺側に、反応ガスの供給側連通孔と排出側連通孔とが積層方向に貫通して形成される一方、
前記２辺に交差する互いに平行な他の２辺側に、冷却媒体の供給側連通孔と排出側連通孔とが前記積層方向に貫通して形成されることを特徴とする車載用燃料電池スタック。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、略正方形状の前記電極の中心と、略正方形状の前記セパレータの中心とが、略一致するように設定されることを特徴とする車載用燃料電池スタック。
【請求項４】
請求項２記載の燃料電池スタックにおいて、前記セパレータの面内には、前記反応ガスの前記供給側連通孔と前記排出側連通孔とに連通して前記電極に該反応ガスを供給するための直線状反応ガス流路が設けられることを特徴とする車載用燃料電池スタック。
【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、前記燃料電池スタックは、前記車両への搭載条件に対応して、積層方向を略鉛直方向に指向させて２組の燃料電池スタックを並列配置させる第１組み付けユニットと、
前記積層方向を略鉛直方向に指向させて４組の燃料電池スタックを正面視で正方形状に並列配置させる第２組み付けユニットと、
前記積層方向を略水平方向に指向させて２組の燃料電池スタックを並列配置させる第３組み付けユニットと、
前記積層方向を略水平方向に指向させて４組の燃料電池スタックを正面視で正方形状に並列配置させる第４組み付けユニットと、
に選択的に構成されることを特徴とする車載用燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体が、セパレータを介装して複数積層して構成されるとともに、車両に搭載される車載用燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。
【０００３】
この種の燃料電池は、通常、電解質（電解質膜）・電極構造体およびセパレータを所定数だけ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。前記燃料電池スタックにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、触媒電極上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード側電極側へと移動し、その移動の間に生じた電子が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。カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード側電極において、前記水素イオン、前記電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、上記の燃料電池スタックを、車載用として、例えば、フロントボックスに組み込む燃料電池システムが知られている（米国特許第５，６６２，１８４号公報参照）。この従来技術では、図１８に示すように、車体１のフロントボックス２には、進行方向（矢印Ｘ方向）先端側に位置してラジエータ３が配設されるとともに、車体フレーム４の外方には、前輪５がフロント軸６を介して回転可能に配置されている。
【０００５】
このフロント軸６は、モータ７により回転駆動されるものであり、前記モータ７に電力を供給するための一対の燃料電池スタック８は、酸化剤ガス供給用のコンプレッサ９を挟んでかつ車体フレーム４の内方に位置して装着されている。なお、図示していないが、車体１の後部（トランク）側には、燃料タンク、改質器および燃料ガス供給用のコンプレッサ等が配置されている。燃料電池スタック８は、複数組の単位セル８ａを水平方向（矢印Ｘ方向）に積層して構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の燃料電池スタック８を型式の異なる車両に搭載する際、設置用のスペースが変更されて、単位セル８ａを構成する電極の形状や反応ガス連通孔の寸法等を、再度設計する必要が生じている。さらに、車両の型式によって、燃料電池スタック８を搭載する位置が異なる場合が多い。例えば、床下、フロントボックス、トランクボックスあるいは天井等が設置位置に設定されており、これらの設置位置は、形状やスペース等が種々異なっている。
【０００７】
これにより、型式の異なる種々の車両に燃料電池スタック８を搭載する場合、異なるスペースや設置位置等の搭載条件に応じて専用の燃料電池スタック８を用意する必要がある。このため、燃料電池スタック８の設計工数や部品の製造設備が増大し、コストが相当に高騰するという問題が指摘されている。
【０００８】
その際、例えば、特開平１１−６７２５９号公報に開示されているように、電極部およびマニホールド部を正方形に構成した内部マニホールド型セパレータを備える燃料電池のスタック構造を適用することが考えられる。複数組の燃料電池スタック同士を、水平方向や鉛直方向に並列して配置し易いからである。
【０００９】
しかしながら、上記の従来技術では、車両に搭載することを考慮しておらず、電極部およびマニホールドを正方形に構成しているだけである。従って、複数組の燃料電池スタック同士を並列して配置した際に、並列方向の全体寸法が大きくなり過ぎたり、高出力が要求される際に、電極面積が小さいために積層枚数が増大して積層方向の寸法が長尺化したりし易い。このため、形状やスペースの異なる種々の車載用設置位置に、燃料電池スタックを有効に配置することができないという問題がある。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、種々の異なる車載用設置位置にも、同一のセル構成で容易に対応することができ、汎用性に優れるとともに、経済的な車載用燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る車載用燃料電池スタックでは、１辺の長さが１４０ｍｍ〜２００ｍｍの略正方形に構成される電極と、１辺の長さが２００ｍｍ〜３００ｍｍの略正方形に構成されるセパレータとを備えている。このため、燃料電池スタック全体を有効に小型化することができる。
【００１２】
燃料電池スタックを車両に搭載する際、この車両の型式によって燃料電池スタック用設置位置の形状やスペース等が種々変更される。この場合、電極の１辺の長さが１４０ｍｍ〜２００ｍｍの略正方形に構成されており、電極面積を有効に確保することができるため、所望の出力を得る際に、積層枚数を増大させる必要がない。なお、電極面積が２００ｃｍ２以下では、スタック容積が大幅に増加する一方、電極面積が４００ｃｍ２を超えると、電極面内のガス圧損が大きくなってしまう。
【００１３】
また、セパレータの１辺の長さが２００ｍｍ〜３００ｍｍの略正方形に構成されており、燃料電池スタックを並列させる際に、並列方向の寸法が必要以上に拡大することがない。
【００１４】
従って、燃料電池スタックは、積層枚数、積層方向、並列方向または並列組数等を適宜設定することにより、種々の車両の異なる設置位置にも容易かつ良好に組み込むことが可能になる。
【００１５】
さらに、本発明の請求項２に係る燃料電池スタックでは、セパレータの互いに平行な２辺側に、反応ガスの供給側連通孔と排出側連通孔とが積層方向に貫通して形成される一方、前記２辺に交差する互いに平行な他の２辺側に、冷却媒体の供給側連通孔と排出側連通孔とが前記積層方向に貫通して形成されている。
【００１６】
これにより、セパレータの面内を有効かつ効率的に利用することができ、燃料電池スタック全体の小型化が容易に図られる。しかも、セパレータの１辺の長さが２００ｍｍ〜３００ｍｍの略正方形に構成されており、必要なガスを流すのに最適な供給側連通孔および排出側連通孔の開口断面積を確保することが可能になる。
【００１７】
さらにまた、本発明の請求項３に係る燃料電池スタックでは、略正方形状の電極の中心と、略正方形状のセパレータの中心とが、略一致するように設定されている。従って、セパレータに供給側連通孔および排出側連通孔を対称に設けることができ、電極面内での反応の均一化を図って発電性能の向上が可能になる。
【００１８】
また、本発明の請求項４に係る燃料電池スタックでは、セパレータの面内に、反応ガスの供給側連通孔と排出側連通孔とに連通して電極に前記反応ガスを供給するための直線状反応ガス流路が設けられている。このため、反応ガス流路を流れる反応ガスのガス圧損が有効に低減され、良好な発電性能を維持することができる。
【００１９】
さらに、本発明の請求項５に係る燃料電池スタックでは、車両への搭載条件に対応して、積層方向を略鉛直方向に指向させて２組の燃料電池スタックを並列配置させる第１組み付けユニットと、前記積層方向を略鉛直方向に指向させて４組の燃料電池スタックを正面視で正方形状に並列配置させる第２組み付けユニットと、前記積層方向を略水平方向に指向させて２組の燃料電池スタックを並列配置させる第３組み付けユニットと、前記積層方向を略水平方向に指向させて４組の燃料電池スタックを正面視で正方形状に並列配置させる第４組み付けユニットとに選択的に構成されている。
【００２０】
このため、車両内における燃料電池スタック用設置位置の形状やスペースに対応して、第１乃至第４組み付けユニットのいずれかを選択するだけでよく、各車両毎に個別に燃料電池スタックの設計、開発および専用設備の構築等を行う必要がない。これにより、同一のセル構成で対応することができ、燃料電池スタック全体のセル構成の簡素化を図るとともに、前記燃料電池スタックの製造コストを大幅に削減することが可能になる。さらに、高出力を必要とする大型車では、燃料電池スタックの組数や積層枚数を増加するだけでよく、電極面を変更する必要がないため、容易かつ経済的に対応することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０を構成する単位セル１２の要部分解斜視説明図であり、図２は、前記単位セル１２の一部断面図である。
【００２２】
単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１４と、前記電解質膜・電極構造体１４を挟持する第１および第２セパレータ１６、１８とを備える。電解質膜・電極構造体１４と第１および第２セパレータ１６、１８との間には、後述する連通孔の周囲および電極面（発電面）の外周を覆って、ガスケット等のシール部材１９が介装されている。単位セル１２が矢印Ａ方向に複数積層されることにより、燃料電池スタック１０が構成される。
【００２３】
単位セル１２の積層方向（矢印Ａ方向）に交差する矢印Ｂ方向（図１中、水平方向）の一端縁部には、積層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供給側連通孔２０ａと、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排出側連通孔２２ｂとが設けられる。
【００２４】
単位セル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、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給側連通孔２２ａと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出側連通孔２０ｂとが設けられる。
【００２５】
単位セル１２の下端縁部には、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体を供給するための冷却媒体供給側連通孔２４ａが設けられるとともに、前記単位セル１２の上端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出側連通孔２４ｂが設けられる。
【００２６】
電解質膜・電極構造体１４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てなる固体高分子電解質膜（電解質）２６と、該固体高分子電解質膜２６を挟持するアノード側電極２８およびカソード側電極３０とを備える。アノード側電極２８およびカソード側電極３０は、カーボンペーパー等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されてなる電極触媒層とをそれぞれ有する。
【００２７】
図１および図３に示すように、電解質膜・電極構造体１４を構成するアノード側電極２８およびカソード側電極３０は、１辺の長さＬ１の略正方形に構成されている。本実施形態では、実際上、長さＬ１が１４０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲内に設定される。
【００２８】
図１および図４に示すように、第１セパレータ１６のカソード側電極３０に対向する面１６ａには、前記カソード側電極３０に沿って酸化剤ガスを供給するための直線状酸化剤ガス流路（反応ガス流路）３２が形成される。酸化剤ガス流路３２は、酸化剤ガス供給側連通孔２０ａおよび酸化剤ガス排出側連通孔２０ｂに連通するとともに、矢印Ｂ方向に延在する複数本の流路溝を備える。図４に示すように、第１セパレータ１６は、１辺の長さＬ２の略正方形に構成されている。本実施形態では、実際上、長さＬ２が２００ｍｍ〜３００ｍｍの範囲内に設定される。
【００２９】
図１に示すように、第２セパレータ１８のアノード側電極２８に対向する面１８ａには、前記アノード側電極２８に沿って燃料ガスを供給するための直線状燃料ガス流路（反応ガス流路）３４が形成される。燃料ガス流路３４は、酸化剤ガス流路３２と同様に構成されており、燃料ガス供給側連通孔２２ａおよび燃料ガス排出側連通孔２２ｂに連通するとともに、矢印Ｂ方向に延在する複数本の流路溝を備える。
【００３０】
第２セパレータ１８の面１８ａとは反対の面１８ｂには、直線状冷却媒体流路３６が設けられる。この冷却媒体流路３６は、鉛直方向（矢印Ｃ方向）に平行に延在する所定本数の流路溝を設けており、前記流路溝の両端は、冷却媒体供給側連通孔２４ａと、冷却媒体排出側連通孔２４ｂとに連通している。この第２セパレータ１８は、第１セパレータ１６と同様に１辺の長さがＬ２（例えば、２００ｍｍ〜３００ｍｍ）の正方形に構成されている。シール部材１９の中央部には、アノード側電極２８およびカソード側電極３０に対応して開口部４０が形成されている（図１参照）。
【００３１】
このように構成される燃料電池スタック１０は、後述する車両の搭載条件に対応して、以下に詳述するように、第１組み付けユニット５０、第２組み付けユニット５２、第３組み付けユニット５４および第４組み付けユニット５６に選択的に構成される（図５〜図８参照）。
【００３２】
図５に示すように、第１組み付けユニット５０は、積層方向（矢印Ａ方向）を略鉛直方向に指向させて２組の燃料電池スタック１０が並列して配置される。第１組み付けユニット５０の幅寸法が２×Ｌ２、奥行きがＬ２、高さがＨであり、積層枚数を設定することによって高さ方向の寸法（Ｈ）が変更可能である。
【００３３】
図６に示すように、第２組み付けユニット５２は、積層方向（矢印Ａ方向）を略鉛直方向に指向させて４組の燃料電池スタック１０が正面視（矢印Ｓ方向）で正方形状に並列配置される。第２組み付けユニット５２の幅寸法が２×Ｌ２、奥行きが２×Ｌ２、高さがＨであり、高さ方向の寸法が変更可能である。
【００３４】
図７に示すように、第３組み付けユニット５４は、積層方向（矢印Ａ方向）を略水平方向に指向させて２組の燃料電池スタック１０が並列して配置される。第３組み付けユニット５４の幅寸法が２×Ｌ２、奥行きがＬ０、高さがＬ２であり、積層枚数を設定することによって奥行き方向の寸法（Ｌ０）が変更可能である。
【００３５】
図８に示すように、第４組み付けユニット５６は、積層方向（矢印Ａ方向）を略水平方向に指向させて４組の燃料電池スタック１０が正面視（矢印Ｓ方向）で正方形状に並列して配置される。第４組み付けユニット５６の幅寸法が２×Ｌ２、奥行きがＬ０、高さが２×Ｌ２であり、奥行き方向の寸法（Ｌ０）が変更可能である。
【００３６】
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。
【００３７】
図１に示すように、燃料電池スタック１０を構成する各単位セル１２内には、水素含有ガス等の燃料ガスと、酸素含有ガスである空気等の酸化剤ガスと、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体とが供給される。矢印Ａ方向に連通している酸化剤ガス供給側連通孔２０ａに供給された酸化剤ガスは、図１および図４に示すように、第１セパレータ１６の酸化剤ガス流路３２に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路３２を介して矢印Ｂ方向に流動することにより、電解質膜・電極構造体１４を構成するカソード側電極３０に供給される。
【００３８】
一方、燃料ガスは、図１に示すように、矢印Ａ方向に連通している燃料ガス供給側連通孔２２ａから燃料ガス流路３４に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路３４に沿って矢印Ｂ方向に流れることにより、電解質膜・電極構造体１４を構成するアノード側電極２８に供給される。
【００３９】
従って、各電解質膜・電極構造体１４では、カソード側電極３０に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２８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、発電が行われる（図２参照）。
【００４０】
次いで、カソード側電極３０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出側連通孔２０ｂに排出される（図４参照）。同様に、アノード側電極２８に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出側連通孔２２ｂに排出される（図１参照）。
【００４１】
また、冷却媒体供給側連通孔２４ａに供給された冷却媒体は、第２セパレータ１８の冷却媒体流路３６に導入される。この冷却媒体は、冷却媒体流路３６に沿って鉛直上方向に移動して電解質膜・電極構造体１４を冷却した後、冷却媒体排出側連通孔２４ｂに排出される。
【００４２】
この場合、本実施形態では、電解質膜・電極構造体１４を構成するアノード側電極２８およびカソード側電極３０は、１辺の長さＬ１が１４０ｍｍ〜２００ｍｍの略正方形に構成されている。このため、アノード側電極２８およびカソード側電極３０は、所望の電極面積を確保することができ、車載用として必要な高出力化を図る際にも積層枚数が増大することがなく、燃料電池スタック１０全体の積層方向の寸法を短尺化することが可能になる。
【００４３】
すなわち、アノード側電極２８およびカソード側電極３０の電極面積と、燃料電池スタック１０のスタック容量および電極面内のガス圧損とは、図９に示す関係を有している。これにより、電極面積が２００ｃｍ２以下では、スタック容量が大幅に増加する一方、前記電極面積が４００ｃｍ２を超えると、面内ガス圧損が大きくなってしまう。従って、電極面積が２００ｃｍ２〜４００ｃｍ２の範囲内に設定されれば、面内ガス圧損を制御しつつスタック容積を削減することができる。
【００４４】
また、図１０は、２００ｃｍ２、３００ｃｍ２および４００ｃｍ２の各電極面積における電極面の縦横比と面内ガス圧損との関係を示している。なお、図１１Ａに示すように、電極面の縦横比０．５とは、縦寸法Ｍ１と横寸法Ｎ１とがＭ１：Ｎ１＝１：２の関係であり、図１１Ｂに示すように、縦横比１とは、縦寸法Ｍ２と横寸法Ｎ２とがＭ２：Ｎ２＝１：１の関係であり、図１１Ｃに示すように、縦横比１．２とは、縦寸法Ｍ３と横寸法Ｎ３とがＭ３：Ｎ３＝１．２：１の関係である。
【００４５】
これにより、電極面が略正方形状に設定されることによって、面内ガス圧損を有効に低減することが可能になる。その際、酸化剤ガス流路３２および燃料ガス流路３４が直線状に構成されており、酸化剤ガスおよび燃料ガスのガス圧損の低減が良好に図られる。
【００４６】
さらに、略正方形状のアノード側電極２８およびカソード側電極３０の中心と、略正方形状の第１および第２セパレータ１６、１８の中心とが、略一致するように設定されている。従って、第１および第２セパレータ１６、１８に酸化剤ガス供給側連通孔２０ａ、燃料ガス供給側連通孔２２ａ、酸化剤ガス排出側連通孔２０ｂおよび燃料ガス排出側連通孔２２ｂを対称に配置することができ、電極面内での反応の均一化を図って発電性能の向上が可能になる。
【００４７】
さらにまた、第１および第２セパレータ１６、１８は、１辺の長さＬ２が２００ｍｍ〜３００ｍｍの略正方形に構成されている。このため、例えば、図５に示すように、２組の燃料電池スタック１０が並列される第１組み付けユニット５０では、幅寸法が２×Ｌ２、すなわち、４００ｍｍ〜６００ｍｍとなり、特に車載に最も適した大きさに構成することができる。
【００４８】
これにより、燃料電池スタック１０は、積層枚数、積層方向、並列方向または並列組数等を適宜設定することにより、種々の車両の異なる設置位置にも容易かつ良好に組み込むことが可能になるという効果が得られる。
【００４９】
具体的には、図１２に示すように、所謂、ミニバンタイプの車両６０では、フロントボックス６２が燃料電池スタック用設定位置であり、このフロントボックス６２に第１組み付けユニット５０が搭載される。この第１組み付けユニット５０は、積層方向を略鉛直方向に指向させて２組の燃料電池スタック１０が並列して配置される。
【００５０】
また、図１３に示すように、所謂、セダンタイプの車両６４では、フロントボックス６６に第１組み付けユニット５０が搭載され、あるいは、後部シート６８の後方に、第４組み付けユニット５６が、前記後部シート６８の傾斜に略平行するように搭載される。第４組み付けユニット５６は、積層方向を車両６４の略進行方向に指向して配置される。
【００５１】
さらに、図１４に示すように、所謂、ワンボックスタイプの車両７０では、フロントボックス７２に第１組み付けユニット５０が搭載され、あるいは、床下７４に第２組み付けユニット５２が搭載される。第２組み付けユニット５２は、積層方向を略鉛直方向に指向して配置される。
【００５２】
さらにまた、図１５に示すように、所謂、レクレエーショナルビークル（ＲＶ）タイプの車両７６では、図１４に示す車両７０と同様に、フロントボックス７８に第１組み付けユニット５０が搭載され、あるいは、床下８０に第２組み付けユニット５２が搭載される。
【００５３】
また、図１６に示すように、所謂、トラックタイプの車両８２では、前輪８４の上方に第１組み付けユニット５０が搭載され、あるいは、床下８６に第３組み付けユニット５４が搭載される。第３組み付けユニット５４は、積層方向を車両８２の略進行方向に指向して配置される。
【００５４】
さらに、図１７に示すように、所謂、バスタイプの車両８８では、床下９０に第２組み付けユニット５２が搭載され、あるいは、車両後部９２に第１組み付けユニット５０、または第３組み付けユニット５４が搭載され、あるいは、車両最後端９４に第４組み付けユニット５６が搭載され、あるいは、天井９６に第２組み付けユニット５２が搭載される。
【００５５】
このように、本実施形態では、種々の異なる車両６０、６４、７０、７６、８２および８８に燃料電池スタック１０を搭載する際に、それぞれの設置条件に対応して第１乃至第４組み付けユニット５０、５２、５４および５６のいずれかが選択される。このため、各車両６０、６４、７０、７６、８２および８８毎に個別に燃料電池スタック１０の設計、開発および専用設備の構築が不要になり、同一の単位セル１２により対応することができる。これにより、燃料電池スタック１０全体の構成を有効に簡素化するとともに、製造コストを大幅に削減することが可能になるという利点が得られる。
【００５６】
さらに、高出力を必要とする大型車、例えば、車両８２、８８では、第１組み付けユニット５０、第２組み付けユニット５２または第３組み付けユニット５４の積層数を増加するだけでよく、高出力化に伴って、アノード側電極２８およびカソード側電極３０の電極面積等の変更が不要となる。従って、簡単かつ経済的な構成で、燃料電池スタック１０の高出力化に容易に対応することができる。
【００５７】
また、単位セル１２では、第１および第２セパレータ１６、１８の互いに平行な２辺側に、酸化剤ガス供給側連通孔２０ａ、燃料ガス供給側連通孔２２ａと、酸化剤ガス排出側連通孔２０ｂ、燃料ガス排出側連通孔２２ｂとが設けられる一方、前記２辺に交差する互いに平行な他の２辺側に、冷却媒体供給側連通孔２４ａおよび冷却媒体排出側連通孔２４ｂが設けられる。このため、第１および第２セパレータ１６、１８の面内を有効かつ効率的に利用することができ、燃料電池スタック１０全体の小型化が容易に図られる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックでは、１辺の長さが１４０ｍｍ〜２００ｍｍの略正方形に構成される電極と、１辺の長さが２００ｍｍ〜３００ｍｍの略正方形に構成されるセパレータとを備えている。このため、燃料電池スタック全体を有効に小型化することができるとともに、積層枚数や積層方向等を適宜設定することにより、種々の異なる車載用設置位置に容易かつ良好に組み込むことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する単位セルの要部分解斜視図である。
【図２】前記単位セルの一部断面図である。
【図３】前記単位セルを構成する電解質膜・電極構造体の正面説明図である。
【図４】前記単位セルを構成する第１セパレータの正面説明図である。
【図５】第１組み付けユニットの説明図である。
【図６】第２組み付けユニットの説明図である。
【図７】第３組み付けユニットの説明図である。
【図８】第４組み付けユニットの説明図である。
【図９】電極面積とスタック容量および電極面内のガス圧損との関係を示す図である。
【図１０】電極面の縦横比と面内ガス圧損との関係を示す図である。
【図１１】図１１Ａは、電極面の縦横比０．５の説明図であり、図１１Ｂは縦横比１の説明図であり、図１１Ｃは縦横比１．２の説明図である。
【図１２】ミニバンタイプの車両に前記燃料電池スタックを搭載する際の説明図である。
【図１３】セダンタイプの車両に前記燃料電池スタックを搭載する際の説明図である。
【図１４】ワンボックスタイプの車両に前記燃料電池スタックを搭載する際の説明図である。
【図１５】レクレエーショナルビークルタイプの車両に前記燃料電池スタックを搭載する際の説明図である。
【図１６】トラックタイプの車両に前記燃料電池スタックを搭載する際の説明図である。
【図１７】バスタイプの車両に前記燃料電池スタックを搭載する際の説明図である。
【図１８】従来技術に係る燃料電池スタックをフロントボックスに組み込んだ状態の平面説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池スタック　　　　　１２…単位セル
１４…電解質膜・電極構造体　　　１６、１８…セパレータ
１９…シール部材　　　　　　　　２０ａ…酸化剤ガス供給側連通孔
２０ｂ…酸化剤ガス排出側連通孔　２２ａ…燃料ガス供給側連通孔
２２ｂ…燃料ガス排出側連通孔　　２４ａ…冷却媒体供給側連通孔
２４ｂ…冷却媒体排出側連通孔　　２６…固体高分子電解質膜
２８…アノード側電極　　　　　　３０…カソード側電極
３２…酸化剤ガス流路　　　　　　３４…燃料ガス流路
３６…冷却媒体流路
５０、５２、５４、５６…組み付けユニット
６０、６４、７０、７６、８２、８８…車両
６２、６６、７２、７８…フロントボックス
６８…後部シート　　　　　　　　７４、８０、８６、９０…床下
８４…前輪　　　　　　　　　　　９２…車両後部
９４…車両最後端　　　　　　　　９６…天井
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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