(57)【要約】【課題】複数の発電部が平面状に配設されるセルユニットを積層して大出力化を図るとともに、簡単かつコンパクトな構成で、前記発電部を良好に冷却することを可能にする。【解決手段】複数のセルユニット１４は、矢印Ａ方向に積層されて筐体１２内に収容される。セルユニット１４は、ＭＥＡユニット１６と、このＭＥＡユニット１６を挟持する電気絶縁性の第１および第２セパレータ１７ａ、１７ｂとを備える。第２セパレータ１７ｂには、面方向に沿って冷却媒体を流すためのガイド溝７２が設けられる。筐体１２内には、積層されたセルユニット１４が収容されることにより、各セルユニット１４のガイド溝７２に一体的に連通する冷却媒体供給路７４ａおよび冷却媒体排出路７４ｂが形成される。【選択図】図１
2004273264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質をアノード側電極とカソード側電極とで挟んだ複数の発電部が、平面状に配設されるセルユニットを備える燃料電池スタックであって、
前記セルユニットを複数積層して収容する筐体を備え、
前記セルユニットは、複数の前記発電部を挟持する一対の電気絶縁性セパレータを設け、少なくとも一方の前記電気絶縁性セパレータは、前記発電部に対向する面とは反対の面に、面方向に沿って冷却媒体を流すための複数のガイド溝を設けるとともに、
前記筐体内には、各セルユニットの前記ガイド溝に一体的に連通する冷却媒体流路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２】
請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記セルユニットは、積層方向に連通する反応ガス供給連通孔および反応ガス排出連通孔を備えるとともに、
前記筐体内で前記反応ガス供給連通孔および前記反応ガス排出連通孔と前記冷却媒体流路とを遮断するためのシール部材が設けら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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質をアノード側電極とカソード側電極とで挟んだ複数の発電部が、平面状に配設されるセルユニットを備える燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、固体高分子形燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜（電解質）を採用している。この電解質膜の両側に、それぞれカーボンを主体とする基材に貴金属系の電極触媒層を接合したアノード側電極およびカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体（発電部）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持した単位セルを備えている。通常、この単位セルは、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。
【０００３】
この種の燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は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。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
ところで、他の燃料電池では、複数の単位セルを平面状に１列または複数列に配設し、各単位セル同士を電気的に直列に接続した平面形燃料電池が採用されている。例えば、図１０に示す平面形燃料電池（特許文献１参照）では、電解質層１ａ〜１ｄを挟んで空気極（カソード極）２ａ〜２ｄと燃料極（アノード極）３ａ〜３ｄとを対設した複数個の単位セル４ａ〜４ｄを、同じ極が同じ面に並ぶように平面に配列している。単位セル４ａ〜４ｄは、導電性のＺ字状接続板５ａ〜５ｃにより接続されて、各単位セル４ａ〜４ｄが電気的に直列に接続されている。
【０００５】
具体的には、Ｚ字状接続板５ａが単位セル４ａの空気極２ａと単位セル４ｂの燃料極３ｂとを接続し、Ｚ字状接続板５ｂが単位セル４ｂの空気極２ｂと単位セル４ｃの燃料極３ｃとを接続し、Ｚ字状接続板５ｃが単位セル４ｃの空気極２ｃと単位セル４ｄの燃料極３ｄとを接続している。単位セル４ａの燃料極３ａは、陰極側電流端子６ａに接続される一方、単位セル４ｄの空気極２ｄは、陽極側電流端子６ｂに接続されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−５６８５５号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池は、自動車等の車両用燃料電池として使用される場合、作動電圧と電流との関係から、通常、１台当たり２００セル〜６００セルの燃料電池が必要となっている。このため、上記の特許文献１では、複数の平面形燃料電池を直列接続して高電圧を得る燃料電池を構成することが望まれる。
【０００８】
その際、燃料電池では、大出力化を図ることによって発熱による影響が顕著になり、液体による冷却構造が必要になる。しかしながら、特許文献１は、出力の小さな平面形燃料電池に関するものであって、この種の冷却構造について何ら考慮されていない。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、複数の発電部が平面状に配設されるセルユニットを積層して大出力化を図るとともに、簡単かつコンパクトな構成で、前記発電部を良好に冷却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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料電池スタックでは、電解質をアノード側電極とカソード側電極とで挟んだ複数の発電部が、平面状に配設されるセルユニットを備え、前記セルユニットが複数積層されて筐体内に収容されている。
【００１１】
そして、セルユニットは、複数の発電部を挟持する一対の電気絶縁性セパレータを設け、少なくとも一方の電気絶縁性セパレータは、前記発電部に対向する面とは反対の面に、面方向に沿って冷却媒体を流すための複数のガイド溝を設ける。一方、筐体内には、各セルユニットのガイド溝に一体的に連通する冷却媒体流路が形成される。
【００１２】
このように、電気絶縁性セパレータを使用することにより、金属製セパレータに比べて容易かつ経済的にセパレータを製作することができる。さらに、冷却媒体用のガイド溝を良好に電気的絶縁構造にすることが可能になり、冷却媒体の絶縁性を保持する必要がなく、液絡や地絡等を確実に防止することができる。従って、燃料電池専用冷却媒体やイオン交換器等の液絡防止装置が不要になり、冷却構造の簡素化およびコストの削減が図られるとともに、定期的なメンテナンスが不要になる。
【００１３】
特に、冷却媒体として、絶縁性が高いものの氷点下で凍結し易い純水を用いる必要がない。これにより、例えば、凍結防止用のアルコール等を使用することがなく、電解質膜に酸化等の劣化が惹起することを阻止するとともに、系統部品のイオン溶出防止構造が不要になる。
【００１４】
しかも、ガイド溝が電気絶縁性セパレータの面方向に沿って設けられており、この電気絶縁性セパレータの表面積が有効に拡大し、冷却効率が一層向上する。その上、隣接するセルユニットの電気絶縁性セパレータ同士を接触させた状態で、前記電気絶縁性セパレータ間にガイド溝を形成することができる。このため、筐体に振動等の衝撃が作用した際に、互いに接触する電気絶縁性セパレータ同士が触れ止め機能を有し、前記衝撃によるセルユニットへの影響を良好に回避することが可能になる。
【００１５】
さらに、各セルユニット毎に個別の冷却構造を組み込んだり、各セルユニットを個別の容器で囲ったりする必要がなく、部品点数の削減を図って燃料電池スタック全体の小型化および簡素化が図られる。しかも、各セルユニットを、個別にかつ容易に交換することができ、取り扱い作業性が良好に向上する。
【００１６】
また、本発明の請求項２に係る燃料電池スタックでは、セルユニットは、積層方向に連通する反応ガス供給連通孔および反応ガス排出連通孔を備えるとともに、筐体内で前記反応ガス供給連通孔および前記反応ガス排出連通孔と冷却媒体流路とを遮断するためのシール部材が設けられる。このため、筐体内では、簡単な構成で、反応ガスと冷却媒体とを確実にシールすることができる。
【００１７】
【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の概略斜視説明図である。
【００１８】
燃料電池スタック１０は筐体１２を備え、この筐体１２内には、複数のセルユニット１４が矢印Ａ方向に積層して収容される。図２および図３に示すように、セルユニット１４は、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）ユニット１６と、このＭＥＡユニット１６の両面に配置される第１および第２セパレータ１７ａ、１７ｂとを備える。
【００１９】
セルユニット１４の矢印Ｂ方向の一端縁部には、積層方向である矢印Ａ方向に連通して、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔１８ａと、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入口連通孔２０ａとが、矢印Ｃ方向一端側に配列して設けられる。セルユニット１４の矢印Ｂ方向の一端縁部には、矢印Ａ方向に連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔１８ｂと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔２０ｂとが、矢印Ｃ方向他端側に配列して設けられる。
【００２０】
ＭＥＡユニット１６は、例えば、パーフルオロスルホン酸ポリマーの薄膜である固体高分子電解質膜２２を備える。この固体高分子電解質膜２２を共通の電解質として、複数の電解質膜・電極構造体（発電部）２４（１）〜２４（ｎ）が構成される。この電解質膜・電極構造体２４（１）〜２４（ｎ）は、図２に示すように、固体高分子電解質膜２２の面内に、矢印Ｂ方向および矢印Ｃ方向に所定の数ずつ配列して設けられる。
【００２１】
図３に示すように、固体高分子電解質膜２２の両面２２ａ、２２ｂには、後述する電極が設けられていない部分に対応して補強用フィルム、例えば、シリコンフィルム２６ａ、２６ｂが設けられる。この固体高分子電解質膜２２には、所定の位置に複数の孔部２７が形成される（図２参照）。
【００２２】
電解質膜・電極構造体２４（１）は、固体高分子電解質膜２２の一方の面２２ａに設けられるカソード側電極２８と、前記固体高分子電解質膜２２の他方の面２２ｂに設けられるアノード側電極３０とを備える。カソード側電極２８およびアノード側電極３０は、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を固体高分子電解質膜２２の面２２ａ、２２ｂに塗布して構成されている。カソード側電極２８には、第１導電性拡散層３２が設けられるとともに、アノード側電極３０には、第２導電性拡散層３４が設けられる。
【００２３】
電解質膜・電極構造体２４（２）〜２４（ｎ）は、上記の電解質膜・電極構造体２４（１）と同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
図４および図５に示すように、電解質膜・電極構造体２４（１）の第１導電性拡散層３２は、カソード側電極２８の外周から隣接する電解質膜・電極構造体２４（２）に向かって突出する第１端部３２ａを設ける。電解質膜・電極構造体２４（２）の第２導電性拡散層３４は、アノード側電極３０の外周から隣接する電解質膜・電極構造体２４（１）に向かって突出する第２端部３４ａを設ける。
【００２５】
第１および第２端部３２ａ、３４ａは、固体高分子電解質膜２２およびシリコンフィルム２６ａ、２６ｂを挟んで重なり合う重合部位を有しており、この重合部位同士は、前記固体高分子電解質膜２２および前記シリコンフィルム２６ａ、２６ｂを貫通する導電部材、例えば、導電性リベット部材３６により電気的に接続される。リベット部材３６は、外周面にシール材３８が塗布されており、固体高分子電解質膜２２の両面を気密に遮断する。このリベット部材３６は、かしめ処理が施されることにより、第１および第２端部３２ａ、３４ａ側にフランジ部３６ａ、３６ｂが形成される。
【００２６】
図３および図５に示すように、電解質膜・電極構造体２４（２）の第１導電性拡散層３２は、隣接する電解質膜・電極構造体２４（３）側に向かって突出する第１端部３２ａを設ける。電解質膜・電極構造体２４（３）の第２導電性拡散層３４は、隣接する電解質膜・電極構造体２４（２）側に向かって突出する第２端部３４ａを設ける。第１および第２端部３２ａ、３４ａの重合部位同士は、リベット部材３６を介して電気的に結合される。以下、電解質膜・電極構造体２４（３）〜２４（ｎ）も同様にして電気的に直列に接続される。
【００２７】
第１および第２セパレータ１７ａ、１７ｂは、非導電性の伝熱材補強プラスチック製成形体で構成される。図２および図６に示すように、第１セパレータ１７ａのＭＥＡユニット１６に対向する面３９ａには、矢印Ｃ方向一端側に矢印Ｂ方向に延在して供給マニホールド４０が形成されるとともに、矢印Ｃ方向他端側に矢印Ｂ方向に延在して排出マニホールド４２が形成される。供給マニホールド４０は、凹部形状を有しており、燃料ガス入口連通孔１８ａに連通する。排出マニホールド４２は、同様に凹部形状を有しており、燃料ガス出口連通孔１８ｂに連通する。
【００２８】
面３９ａには、供給マニホールド４０から排出マニホールド４２に向かって燃料ガスを供給するための燃料ガス流路４４が形成される。この燃料ガス流路４４は、矢印Ｃ方向に延在して供給マニホールド４０と排出マニホールド４２とに連通する複数本の流路溝を備えている。面３９ａには、電解質膜・電極構造体２４（１）〜２４（ｎ）の各アノード側電極３０を収容するための矩形状溝部４６が形成されるとともに、所定の位置に複数のシール付きねじ孔４８が形成される。
【００２９】
面３９ａには、燃料ガス入口連通孔１８ａ、燃料ガス出口連通孔１８ｂ、供給マニホールド４０、排出マニホールド４２および燃料ガス流路４４を覆ってシール５０が焼き付け等により設けられる。第１セパレータ１７ａは、−（マイナス）側の端子５２が電解質膜・電極構造体２４（１）のアノード側電極３０に接続可能に設けられる。面３９ａとは反対の面３９ｂから両側部にわたってシール部材５３ａが固着される。このシール部材５３ａは、燃料ガス入口連通孔１８ａ、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂおよび燃料ガス出口連通孔１８ｂの近傍に設けられており、これらを筐体１２内で後述する冷却媒体流路から遮断する機能を有する。
【００３０】
図７に示すように、第２セパレータ１７ｂのＭＥＡユニット１６に対向する面５５ａには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａに連通して矢印Ｂ方向に延在する供給マニホールド５４と、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに連通して矢印Ｂ方向に延在する排出マニホールド５６とが形成される。供給マニホールド５４と排出マニホールド５６とは、矢印Ｃ方向に延在する複数本の流路溝を備えた酸化剤ガス流路５８を介して連通する。
【００３１】
面５５ａには、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂ、供給マニホールド５４、排出マニホールド５６および酸化剤ガス流路５８を覆ってシール５９が焼き付け等により設けられる。
【００３２】
面５５ａには、電解質膜・電極構造体２４（１）〜２４（ｎ）の各カソード側電極２８に対応して矩形状の溝部６０が形成される。面５５ａには、所定の位置にシール付き孔部６２が形成されており、図２に示すように、前記シール付き孔部６２からＭＥＡユニット１６の孔部２７を貫通して第２セパレータ１７ｂのシール付きねじ孔４８に締結ねじ６４が螺合してセルユニット１４が一体化される。第２セパレータ１７ｂには、電解質膜・電極構造体２４（ｎ）のカソード側電極２８に接続可能な＋（プラス）側の端子６６が設けられる。
【００３３】
図２に示すように、第２セパレータ１７ｂの面５５ａとは反対側の面５５ｂには、矢印Ｃ方向に延在してリブ７０が設けられ、前記リブ７０間には、前記第２セパレータ１７ｂの面方向に沿って冷却媒体を流すための複数のガイド溝７２が形成される。
【００３４】
面５５ｂには、燃料ガス入口連通孔１８ａ、酸化剤ガス入口連通孔２０ａ、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂおよび燃料ガス出口連通孔１８ｂに近接してシール部材５３ｂが設けられる。このシール部材５３ｂは、面５５ｂから第２セパレータ１７ｂの側面にわたって設けられる。第１および第２セパレータ１７ａ、１７ｂが重ね合わされた際、シール部材５３ａ、５３ｂによりセルユニット１４を周回するシール構造が構成される。
【００３５】
筐体１２は、図１に示すように、アルミニウム外板樹脂で構成されており、複数のセルユニット１４を積層して収容する室１２ａ内には、各セルユニット１４のガイド溝７２に一体的に連通する冷却媒体供給路（冷却媒体流路）７４ａおよび冷却媒体排出路（冷却媒体流路）７４ｂが設けられる。
【００３６】
図１および図８に示すように、冷却媒体供給路７４ａは、筐体１２の内壁面と積層される複数のセルユニット１４の矢印Ｃ１方向端面との間に形成されるとともに、冷却媒体排出路７４ｂは、前記筐体１２の内壁面と前記セルユニット１４の矢印Ｃ２方向端面との間に形成される。筐体１２の下面には、矢印Ｃ１方向端縁部に冷却媒体供給路７４ａに連通して冷却媒体入口７６ａが形成される一方、前記筐体１２の上面には、矢印Ｃ２方向端縁部に冷却媒体排出路７４ｂに連通して冷却媒体出口７６ｂが形成される。
【００３７】
図１に示すように、複数のセルユニット１４が矢印Ａ方向に積層されることにより、各セルユニット１４に設けられているシール部材５３ａ、５３ｂからなるシール構造が互いに積層され、筐体１２内は、室１２ａと反応ガス室１２ｂとに遮断される。この反応ガス室１２ｂには、筐体カバー７８が設けられる。
【００３８】
図９に示すように、各セルユニット１４間には、連通口連結用スペーサ８０ａ、８０ｂが介装される。スペーサ８０ａには、燃料ガス入口連通孔１８ａと酸化剤ガス入口連通孔２０ａとが形成されるとともに、スペーサ８０ｂには、酸化剤ガス出口連通孔２０ｂと燃料ガス出口連通孔１８ｂとが形成される（図２参照）。
【００３９】
各セルユニット１４の端子５２は、ターミナル締結ボルト８２ａにより一体的に締結される一方、端子６６は、ターミナル締結ボルト８２ｂを介して一体的に締結される。
【００４０】
このように構成される燃料電池スタック１０を製造する作業について、以下に説明する。
【００４１】
まず、図２に示すように、第１および第２セパレータ１７ａ、１７ｂ間にＭＥＡユニット１６が挟持された状態で、シール付き孔部６２に締結ねじ６４が挿入されて、この締結ねじ６４の先端がシール付きねじ孔４８に螺合する。これにより、第１セパレータ１７ａ、ＭＥＡユニット１６および第２セパレータ１７ｂが一体的に締め付け固定され、セルユニット１４が得られる。
【００４２】
そこで、各セルユニット１４同士が矢印Ａ方向に積層されるとともに、スペーサ８０ａ、８０ｂが介装される。所定数のセルユニット１４が積層された後、ターミナル締結ボルト８２ａ、８２ｂがそれぞれ端子５２、６６を一体的に貫通し、前記端子５２同士および前記端子６６同士が一体的に締結される。この積層体は、図１に示すように、筐体１２内に配置されることにより、各セルユニット１４のシール部材５３ａ、５３ｂが互いに密着し、筐体１２内に室１２ａと反応ガス室１２ｂとが互いに遮断されて形成される。
【００４３】
室１２ａには、セルユニット１４の積層体が収容されることにより、冷却媒体入口７６ａに連通する冷却媒体供給路７４ａと、冷却媒体出口７６ｂに連通する冷却媒体排出路７４ｂとが形成され、前記冷却媒体供給路７４ａおよび前記冷却媒体排出路７４ｂは、各セルユニット１４のガイド溝７２に一体的に連通している。
【００４４】
次に、上記の燃料電池スタック１０の動作について説明する。
【００４５】
まず、図１に示すように、筐体１２内には、酸化剤ガス入口連通孔２０ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔１８ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。また、冷却媒体入口７６ａには、冷却液である冷却媒体が供給される。
【００４６】
このため、酸化剤ガスは、図７に示すように、第２セパレータ１７ｂの面５５ａに形成される供給マニホールド５４に一旦導入された後、酸化剤ガス流路５８に供給される。酸化剤ガスは、複数の流路溝を介して矢印Ｃ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２４（１）〜２４（ｎ）の各カソード側電極２８に供給される。未使用の酸化剤ガスは、排出マニホールド５６から酸化剤ガス出口連通孔２０ｂに排出される。
【００４７】
一方、燃料ガスは、図６に示すように、第１セパレータ１７ａの面３９ａに形成される供給マニホールド４０に導入され、この供給マニホールド４０に連通する燃料ガス流路４４に供給される。この燃料ガス流路４４では、燃料ガスが矢印Ｃ方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体２４（１）〜２４（ｎ）の各アノード側電極３０に供給される。未使用の燃料ガスは、排出マニホールド４２を通って燃料ガス出口連通孔１８ｂから排出される。
【００４８】
従って、電解質膜・電極構造体２４（１）〜２４（ｎ）では、各カソード側電極２８に供給される酸化剤ガスと、各アノード側電極３０に供給される燃料ガスとが電気化学反応により消費され、発電が行われる。これにより、端子５２、６６間には、全ての発電部である電解質膜・電極構造体２４（１）〜２４（ｎ）が電気的に直列に接続され、所望の電圧を発生させることができる。
【００４９】
この場合、本実施形態では、各セルユニット１４は、ＭＥＡユニット１６と、このＭＥＡユニット１６を挟持する第１および第２セパレータ１７ａ、１７ｂとを備えるとともに、前記第１および第２セパレータ１７ａ、１７ｂが電気絶縁性セパレータにより構成されている。このため、第１および第２セパレータ１７ａ、１７ｂを、金属製セパレータで構成するものに比べて容易かつ経済的に製作することができる。
【００５０】
さらに、第２セパレータ１７ｂに冷却媒体用のガイド溝７２が設けられており、このガイド溝７２を良好に電気的絶縁構造にすることが可能になる。このため、冷却媒体の絶縁性を保持する必要がないため、液絡や地絡等を確実に阻止することができる。従って、燃料電池専用冷却媒体やイオン交換器等の液絡防止装置が不要になり、冷却構造の簡素化およびコストの削減が図られるという効果が得られる。
【００５１】
特に、冷却媒体として、氷点下で凍結し易い純水を用いる必要がなく、例えば、凍結防止用のアルコール等を使用することがなく、固体高分子電解質膜２２に酸化等の劣化が惹起することを阻止するとともに、イオン溶出防止構造が不要になる。
【００５２】
しかも、ガイド溝７２は、第２セパレータ１７ｂの面方向に沿って設けられており、前記第２セパレータ１７ｂの表面積が有効に拡大し、冷却効率が一層向上するという利点がある。その上、隣接するセルユニット１４の第１および第２セパレータ１７ａ、１７ｂ同士を接触させた状態で、前記第１および第２セパレータ１７ａ、１７ｂ間に冷却媒体供給用のガイド溝７２が形成される。これにより、例えば、筐体１２に振動等の衝撃が作用した際に、互いに接触する第１および第２セパレータ１７ａ、１７ｂ同士が触れ止め機能を有し、前記衝撃によるセルユニット１４への影響を良好に回避することが可能になる。
【００５３】
さらに、本実施形態では、所定数のセルユニット１４が筐体１２内に積層して収容されるだけで、このセルユニット１４の端面と前記筐体１２の内壁面との間に、冷却媒体供給路７４ａおよび冷却媒体排出路７４ｂが形成される。従って、各セルユニット１４毎に個別の冷却構造を組み込んだり、各セルユニット１４を個別の容器で囲ったりする必要がなく、部品点数の削減を図って燃料電池スタック１０全体の小型化および簡素化が図られる。しかも、各セルユニット１４を個別にかつ容易に交換することができ、取り扱い作業性が良好に向上するという効果がある。
【００５４】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックでは、電気絶縁性セパレータに冷却媒体用のガイド溝を設けることにより、このガイド溝を良好に電気的絶縁構造にすることができ、液絡や地絡等を確実に防止することが可能になる。従って、燃料電池専用冷却媒体やイオン交換器等の液絡防止装置が不要になり、冷却構造の簡素化およびコストの削減が図られるとともに、定期的なメンテナンスが不要になる。
【００５５】
特に、冷却媒体として、絶縁性が高いものの氷点下で凍結し易い純水を用いる必要がない。これにより、例えば、凍結防止用のアルコール等を使用することがなく、電解質膜に酸化等の劣化が惹起することを阻止するとともに、系統部品のイオン溶出防止構造が不要になる。
【００５６】
さらにまた、ガイド溝が電気絶縁性セパレータの面方向に沿って設けられており、この電気絶縁性セパレータの表面積が有効に拡大し、冷却効率が一層向上する。しかも、各セルユニット毎に個別の冷却構造を組み込んだり、各セルユニットを個別の容器で囲ったりする必要がなく、部品点数の削減を図って燃料電池スタック全体の小型化および簡素化が図られる。さらに、各セルユニットは、個別にかつ容易に交換が遂行され、取り扱い作業性が良好に向上する。
【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の概略斜視説明図である。
【図２】セルユニットの要部分解斜視説明図である。
【図３】前記セルユニットの要部断面説明図である。
【図４】前記セルユニットを構成するＭＥＡユニットの接続状態を示す説明図である。
【図５】前記ＭＥＡユニットの正面図である。
【図６】前記セルユニットを構成する第１セパレータの正面図である。
【図７】前記セルユニットを構成する第２セパレータの正面図である。
【図８】前記燃料電池スタックを構成する筐体内の冷却媒体供給路および冷却媒体排出路の説明図である。
【図９】積層された前記セルユニットの一部斜視説明図である。
【図１０】特許文献１に係る平面形燃料電池の要部断面説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池スタック            １２…筐体
１４…セルユニット                １６…ＭＥＡユニット
１７ａ、１７ｂ…セパレータ        ２２…固体高分子電解質膜
２４（１）〜２４（ｎ）…電解質膜・電極構造体
２８…カソード側電極              ３０…アノード側電極
５３ａ、５３ｂ…シール部材        ７２…ガイド溝
７４ａ…冷却媒体供給路            ７４ｂ…冷却媒体排出路
７６ａ…冷却媒体入口              ７６ｂ…冷却媒体出口
８０ａ、８０ｂ…スペーサ
【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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