(57)【要約】【課題】簡単且つ経済的な構成で、積層方向中央側のユニットセルが重力方向に垂れ下がるように撓むことを確実に阻止することを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０は、積層される複数のユニットセル１２を備える。ユニットセル１２は、締結機構９０を構成する樹脂製クリップ９８により一体化される。燃料電池スタック１０では、積層方向中央側に配置されるユニットセル１２ａは、積層方向両端側に配置されるユニットセル１２に取り付けられた樹脂製クリップ９８による締付荷重よりも、締結機構９０ａを構成する樹脂製クリップ９８ｍｉｄによる締結荷重が大きくなるように設定されている。【選択図】図２
2013206604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるユニットセルを備え、各ユニットセルは、それぞれ締結部材により一体化されるとともに、複数の前記ユニットセルが積層される燃料電池スタックであって、
積層方向中央側に配置される前記ユニットセルは、積層方向両端側に配置される前記ユニットセルよりも、前記締結部材による締結荷重が大きく設定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、前記締結部材は、前記ユニットセルに積層方向に貫通形成された孔部に一体に挿入される樹脂製クリップを備え、
前記樹脂製クリップは、前記ユニットセルの積層方向両端面に係合して該ユニットセル毎に前記締結荷重を付与する第１係止部及び第２係止部を有するとともに、
前記第１係止部と前記第２係止部との距離を、前記ユニットセルの積層方向の厚さに応じて設定することにより、前記締結荷重を大きく調整す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、積層方向中央側に配置される前記ユニットセルの前記セパレータは、積層方向両端側に配置される前記ユニットセルの前記セパレータよりも、積層方向の厚さが大きく設定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、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるユニットセルを備え、各ユニットセルは、それぞれ締結部材により一体化されるとともに、複数の前記ユニットセルが積層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の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セル（単位セル）を備えている。この種の燃料電池では、通常、数十〜数百の単位セルが積層されて車載用燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
上記の車載用燃料電池スタックでは、燃料電池自体及び前記燃料電池同士を正確に位置決めする必要があり、例えば、特許文献１に開示された燃料電池スタックが知られている。
【０００４】
この燃料電池スタックは、複数のセパレータを積層方向に一体に保持する接続部材と、前記接続部材により一体に保持される前記セパレータの中、少なくとも１つのセパレータの外周部に設けられ、他のセパレータの外周部より外方に突出して外部からの荷重を受けるための樹脂製ガイド部とを備えている。
【０００５】
これにより、燃料電池自体のずれによるシール性の低下を良好に阻止することができ、しかもセパレータの短絡を確実に阻止することが可能になる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料電池スタックでは、複数の燃料電池の積層方向両端に、エンドプレートが配設されるとともに、前記エンドプレート間には、積層方向に締め付け荷重が付与されている。
【０００８】
その際、特に車載用として数百の燃料電池（ユニットセル）が積層される場合、スタック中央側に配設されている燃料電池には、締め付け荷重が十分に伝達されないおそれがある。このため、積層方向中央側の燃料電池は、シール線圧が低下し易くなり、スタックの中央側が下方に垂れ下がるように撓みが発生するという問題がある。
【０００９】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、積層方向中央側のユニットセルが重力方向下方に垂れ下がるように撓むことを確実に阻止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】
【００１０】
本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層されるユニットセルを備え、各ユニットセルは、それぞれ締結部材により一体化されるとともに、複数の前記ユニットセルが積層される燃料電池スタックに関するものである。
【００１１】
この燃料電池スタックでは、積層方向中央側に配置されるユニットセルは、積層方向両端側に配置される前記ユニットセルよりも、締結部材による締結荷重が大きく設定されている。
【００１２】
また、この燃料電池スタックでは、締結部材は、ユニットセルに積層方向に貫通形成された孔部に一体に挿入される樹脂製クリップを備え、前記樹脂製クリップは、前記ユニットセルの積層方向両端面に係合して該ユニットセル毎に前記締結荷重を付与する第１係止部及び第２係止部を有するとともに、前記第１係止部と前記第２係止部との距離を、前記ユニットセルの積層方向の厚さに応じて設定することにより、前記締結荷重を調整することが好ましい。
【００１３】
さらに、この燃料電池スタックでは、積層方向中央側に配置されるユニットセルのセパレータは、積層方向両端側に配置されるユニットセルのセパレータよりも、積層方向の厚さが大きく設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、積層方向中央側に配置されるユニットセルの締結荷重は、積層方向両端側に配置されるユニットセルの締結荷重よりも大きく設定されている。このため、積層方向の締め付け荷重が伝わり難い積層方向中央側のユニットセルは、簡単且つ経済的な構成で、重力方向下方に撓むことを確実に阻止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの概略側面図である。
【図２】前記燃料電池スタックの要部断面説明図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成するユニットセルの分解斜視説明図である。
【図４】前記ユニットセルする第２セパレータの正面説明図である。
【図５】前記ユニットセルを構成する第３セパレータの正面説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成するユニットセルの分解斜視説明図である。
【図７】前記燃料電池スタックの要部断面説明図である。
【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、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両（図示せず）に搭載される車載用燃料電池スタックを構成する。
【００１７】
燃料電池スタック１０は、複数のユニットセル１２が矢印Ａ方向（水平方向）に積層されるとともに、前記ユニットセル１２の積層方向一端には、ターミナルプレート１４ａ、絶縁プレート１６ａ及びエンドプレート１８ａが配設される。ユニットセル１２の積層方向他端には、ターミナルプレート１４ｂ、絶縁プレート１６ｂ及びエンドプレート１８ｂが配設される（図１参照）。
【００１８】
エンドプレート１８ａ、１８ｂ間は、複数本のタイロッド２０及びナット２２により締め付けられており、前記エンドプレート１８ａ、１８ｂ間には、積層方向に所望の締め付け荷重が付与される。なお、タイロッド２０及びナット２２に代えて、エンドプレート１８ａ、１８ｂを端板とするケーシング内に、複数のユニットセル１２を収容してもよい。
【００１９】
図２及び図３に示すように、ユニットセル１２は、第１セパレータ２４、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２６ａ、第２セパレータ２８、第２電解質膜・電極構造体２６ｂ及び第３セパレータ３０を設ける。
【００２０】
第１セパレータ２４、第２セパレータ２８及び第３セパレータ３０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板により構成される。第１セパレータ２４、第２セパレータ２８及び第３セパレータ３０は、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。なお、第１セパレータ２４、第２セパレータ２８及び第３セパレータ３０は、金属セパレータに代えて、カーボンセパレータ等を使用してもよい。
【００２１】
第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂ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３２と、前記固体高分子電解質膜３２を挟持するアノード電極３４及びカソード電極３６とを備える。
【００２２】
アノード電極３４は、固体高分子電解質膜３２及びカソード電極３６よりも小さな表面積を有する、所謂、段差型ＭＥＡを構成している。なお、アノード電極３４とカソード電極３６とは、同一の表面積を有していてもよく、又は、前記アノード電極３４は、前記カソード電極３６よりも大きな表面積を有していてもよい。
【００２３】
アノード電極３４及びカソード電極３６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が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布され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３２の両面に形成される。
【００２４】
図３に示すように、ユニットセル１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス（空気等）を供給するための酸化剤ガス入口連通孔４０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガス（水素ガス等）を供給するための燃料ガス入口連通孔４２ａが設けられる。
【００２５】
ユニットセル１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔４２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔４０ｂが設けられる。
【００２６】
ユニットセル１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔４４ａが設けられるとともに、前記ユニットセル１２の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔４４ｂが設けられる。
【００２７】
第１セパレータ２４の第１電解質膜・電極構造体２６ａに向かう面２４ａには、燃料ガス入口連通孔４２ａと燃料ガス出口連通孔４２ｂとを連通する第１燃料ガス流路４６が形成される。第１燃料ガス流路４６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第１燃料ガス流路４６の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４８及び出口バッファ部５０が設けられる。
【００２８】
第１セパレータ２４の面２４ｂには、冷却媒体入口連通孔４４ａと冷却媒体出口連通孔４４ｂとを連通する冷却媒体流路５２の一部が形成される。冷却媒体流路５２は、第１燃料ガス流路４６（及び後述する第２酸化剤ガス流路６６）の裏面形状である。
【００２９】
第２セパレータ２８の第１電解質膜・電極構造体２６ａに向かう面２８ａには、図４に示すように、酸化剤ガス入口連通孔４０ａと酸化剤ガス出口連通孔４０ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路５４が形成される。第１酸化剤ガス流路５４は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第１酸化剤ガス流路５４の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部５６及び出口バッファ部５８が設けられる。
【００３０】
図３に示すように、第２セパレータ２８の第２電解質膜・電極構造体２６ｂに向かう面２８ｂには、燃料ガス入口連通孔４２ａと燃料ガス出口連通孔４２ｂとを連通する第２燃料ガス流路６０が形成される。第２燃料ガス流路６０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有するとともに、前記第２燃料ガス流路６０の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ表側と裏側とに交互に突出する複数のエンボスを有する入口バッファ部６２及び出口バッファ部６４が設けられる。
【００３１】
図５に示すように、第３セパレータ３０の第２電解質膜・電極構造体２６ｂに向かう面３０ａには、酸化剤ガス入口連通孔４０ａと酸化剤ガス出口連通孔４０ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路６６が形成される。
【００３２】
第２酸化剤ガス流路６６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第２酸化剤ガス流路６６の入口（上端部）及び出口（下端部）近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０が設けられる。
【００３３】
第３セパレータ３０の面３０ｂには、図３に示すように、冷却媒体入口連通孔４４ａと冷却媒体出口連通孔４４ｂとを連通する冷却媒体流路５２の一部が形成される。冷却媒体流路５２は、互いに隣接する第１燃料ガス流路４６及び第２酸化剤ガス流路６６の裏面形状（波形状）の重ね合わせにより形成される。
【００３４】
第１セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、この第１セパレータ２４の外周端縁部を周回して第１シール部材７４が一体成形される。第２セパレータ２８の面２８ａ、２８ｂには、この第２セパレータ２８の外周端縁部を周回して第２シール部材７６が一体成形されるとともに、第３セパレータ３０の面３０ａ、３０ｂには、この第３セパレータ３０の外周端縁部を周回して第３シール部材７８が一体成形される。
【００３５】
第１シール部材７４、第２シール部材７６及び第３シール部材７８としては、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材が用いられる。
【００３６】
図３に示すように、第１セパレータ２４には、燃料ガス入口連通孔４２ａと第１燃料ガス流路４６とを連通する複数の外側供給孔部８０ａ及び複数の内側供給孔部８０ｂとが設けられる。第１セパレータ２４には、燃料ガス出口連通孔４２ｂと第１燃料ガス流路４６とを連通する複数の外側排出孔部８２ａ及び複数の内側排出孔部８２ｂが設けられる。
【００３７】
図３及び図４に示すように、第２セパレータ２８には、燃料ガス入口連通孔４２ａと第２燃料ガス流路６０とを連通する複数の供給孔部８４と、燃料ガス出口連通孔４２ｂと前記第２燃料ガス流路６０とを連通する複数の排出孔部８６とが形成される。
【００３８】
燃料電池スタック１０は、図２及び図３に示すように、ユニットセル１２を構成する第１セパレータ２４、第２セパレータ２８及び第３セパレータ３０同士を、第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂを介して積層方向に締結荷重を付与するための締結機構９０を備える。
【００３９】
締結機構９０は、第１セパレータ２４の外周縁部の複数部位に設けられた樹脂板９２ａに形成される複数の第１孔部９２、第２セパレータ２８の外周縁部の複数部位に設けられた樹脂板９４ａに形成される複数の第２孔部９４、及び第３セパレータ３０の外周縁部の複数部位に設けられた樹脂板９６ａに形成される複数の第３孔部９６を有する。
【００４０】
各ユニットセル１２内では、第１孔部９２、第２孔部９４及び第３孔部９６は、積層方向に対して同一位置（同軸上）に設定される。なお、隣り合うユニットセル１２では、好ましくは、第１孔部９２〜第３孔部９６の配置位置が、積層方向に対して互いにオフセットして設けられる。
【００４１】
図２に示すように、第３孔部９６の直径は、第１孔部９２及び第２孔部９４の直径よりも小径に設定されるとともに、前記第１孔部９２と前記第２孔部９４とは、同一の直径に設定される。第１孔部９２、第２孔部９４及び第３孔部９６には、締結部材、例えば、絶縁性樹脂製クリップ９８が積層方向に一体に挿入される。
【００４２】
各樹脂製クリップ９８は、円柱状の首部９８ａを有し、前記首部９８ａの一端には、頭部（第１係止部）９８ｂが形成される一方、前記首部９８ａの他端には、大径なフランジ部（第２係止部）９８ｃが設けられる。樹脂製クリップ９８では、頭部９８ｂ側から首部９８ａの途上まで延在するスリット９８ｄが必要に応じて形成される。樹脂製クリップ９８は、首部９８ａの長さ、すなわち、頭部９８ｂの端部からフランジ部９８ｃの端部までの距離Ｌが設定される。
【００４３】
樹脂製クリップ９８の首部９８ａと頭部９８ｂとの境界部位が、第３セパレータ３０の第３孔部９６に嵌合して前記第３セパレータ３０の樹脂板９６ａの端面に係止される。さらに、樹脂製クリップ９８の大径なフランジ部９８ｃは、第１セパレータ２４の樹脂板９２ａの端面に、第１孔部９２を周回して当接することにより、第１セパレータ２４、第２セパレータ２８及び第３セパレータ３０は、第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂを介装して積層方向に一体に保持される。
【００４４】
積層方向中央側に配置される少なくとも１つ（２以上でもよい）のユニットセル１２ａの締結機構９０ａは、積層方向両端側に配置されるユニットセル１２の締結機構９０よりも、締結荷重が大きく設定される。具体的には、締結機構９０ａを構成する樹脂製クリップ９８ｍｉｄは、頭部９８ｂの端部からフランジ部９８ｃの端部までの距離Ｌ１が設定されるとともに、前記距離Ｌ１は、締結機構９０を構成する樹脂製クリップ９８の距離Ｌよりも短尺に設定される（Ｌ１＜Ｌ）。
【００４５】
第１の実施形態では、ユニットセル１２ａを構成する第１セパレータ２４、第２セパレータ２８又は第３セパレータ３０の少なくともいずれかを、ユニットセル１２を構成する同一部材（第１セパレータ２４、第２セパレータ２８又は第３セパレータ３０）よりも積層方向の厚さ（樹脂板９２ａの端面から第３孔部９６の端面までの厚さ）が大きく設定される。なお、積層方向両端部から中央部に向かって、段階的に距離Ｌを大きくしてもよい。
【００４６】
また、ユニットセル１２ａの積層方向の厚さが、ユニットセル１２の積層方向の厚さよりも十分に大きい場合には、距離Ｌ１＝距離Ｌ、又は、距離Ｌ１＜距離Ｌに設定することもできる。例えば、ユニットセル１２ａを構成する第１セパレータ２４及び第２セパレータ２８の厚さ自体を、ユニットセル１２を構成する第１セパレータ２４及び第２セパレータ２８の厚さよりも大きく設定してもよい。
【００４７】
さらに、締結部材は、樹脂製クリップ９８に限定されるものではなく、金属製クリップでもよい。また、コ字状のクリップで外周を締結してもよい。
【００４８】
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。
【００４９】
先ず、図３に示すように、酸化剤ガス入口連通孔４０ａ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４２ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔４４ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００５０】
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔４０ａから第２セパレータ２８の第１酸化剤ガス流路５４及び第３セパレータ３０の第２酸化剤ガス流路６６に導入される（図４及び図５参照）。この酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路５４に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体２６ａのカソード電極３６に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路６６に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体２６ｂのカソード電極３６に供給される（図３参照）。
【００５１】
一方、燃料ガスは、図３に示すように、燃料ガス入口連通孔４２ａから第１セパレータ２４の外側供給孔部８０ａを通って前記第１セパレータ２４の面２４ｂ側に移動する。さらに、燃料ガスは、内側供給孔部８０ｂから面２４ａ側に導入され、第１燃料ガス流路４６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体２６ａのアノード電極３４に供給される。
【００５２】
また、燃料ガスは、第２セパレータ２８の供給孔部８４を通って面２８ｂ側に移動する。このため、燃料ガスは、面２８ｂ側で第２燃料ガス流路６０に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体２６ｂのアノード電極３４に供給される。
【００５３】
従って、第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂでは、カソード電極３６に供給される酸化剤ガスと、アノード電極３４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。
【００５４】
次いで、第１電解質膜・電極構造体２６ａ及び第２電解質膜・電極構造体２６ｂの各カソード電極３６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４０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。
【００５５】
第１電解質膜・電極構造体２６ａのアノード電極３４に供給されて消費された燃料ガスは、図３に示すように、内側排出孔部８２ｂを通って第１セパレータ２４の面２４ｂ側に導出される。面２４ｂ側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部８２ａに導入され、再度、面２４ａ側に移動する。このため、燃料ガスは、外側排出孔部８２ａから燃料ガス出口連通孔４２ｂに排出される。
【００５６】
また、第２電解質膜・電極構造体２６ｂのアノード電極３４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部８６を通って面２８ａ側に移動する。この燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔４２ｂに排出される。
【００５７】
一方、冷却媒体入口連通孔４４ａに供給された冷却媒体は、図３に示すように、互いに隣接する第１セパレータ２４と第３セパレータ３０との間に形成された冷却媒体流路５２に導入された後、矢印Ｂ方向に流通する。この冷却媒体は、第１及び第２電解質膜・電極構造体２６ａ、２６ｂを冷却した後、冷却媒体出口連通孔４４ｂに排出される。
【００５８】
この場合、第１の実施形態では、図２に示すように、積層方向中央側に配置されるユニットセル１２ａの締結機構９０ａは、積層方向両端側に配置されるユニットセル１２の締結機構９０よりも、締結荷重が大きく設定されている。すなわち、締結機構９０ａを構成する樹脂製クリップ９８ｍｉｄは、頭部９８ｂの端部からフランジ部９８ｃの端部までの距離Ｌ１が設定されるとともに、前記距離Ｌ１は、締結機構９０を構成する樹脂製クリップ９８の距離Ｌよりも短尺に設定されている（Ｌ１＜Ｌ）。
【００５９】
このため、ユニットセル１２ａには、他のユニットセル１２よりも積層方向に大きな締結荷重が付与され、前記ユニットセル１２ａ全体を、強固且つ確実に一体化することができる。従って、特に、積層方向の締め付け荷重が伝わり難い積層方向中央側のユニットセル１２ａは、簡単且つ経済的な構成で、重力方向下方に撓むことを確実に阻止することが可能になるという効果が得られる。
【００６０】
しかも、第１の実施形態では、ユニットセル１２ａを構成する第１セパレータ２４、第２セパレータ２８又は第３セパレータ３０の少なくともいずれかは、ユニットセル１２を構成する同一部材（第１セパレータ２４、第２セパレータ２８又は第３セパレータ３０）よりも、積層方向の厚さが大きく設定されている。
【００６１】
これにより、ユニットセル１２ａ全体の厚さ方向の圧縮量は、他のユニットセル１２全体の厚さ方向の圧縮量よりも大きくなる。このため、ユニットセル１２ａでは、第１シール部材７４、第２シール部材７６及び第３シール部材７８が大きく圧縮されてシール線圧が高くなり、シール線圧の低下を良好に抑制することができる。従って、ユニットセル１２ａが重力方向下方に撓むことを可及的に阻止することが可能になる。
【００６２】
なお、第１の実施形態では、ユニットセル１２ａが樹脂製クリップ９８に代えて樹脂製クリップ９８ｍｉｄを用いるとともに、前記ユニットセル１２ａを構成する第１セパレータ２４、第２セパレータ２８又は第３セパレータ３０の少なくともいずれかが、ユニットセル１２を構成する同一部材よりも、積層方向の厚さを大きく設定しているが、これに限定されるものではない。
【００６３】
例えば、樹脂製クリップ９８ｍｉｄのみを用いるとともに、ユニットセル１２と同一の厚さを有するユニットセル１２ａを使用することも可能である。一方、ユニットセル１２よりも厚さの大きなユニットセル１２ａを用いるとともに、樹脂製クリップ９８を使用することもできる。さらに、積層方向中央側の締結機構９０ａの数を、両端側の締結機構９０の数よりも多く設定してもよい。また、以下に説明する第２の実施形態でも、同様である。
【００６４】
図６及び図７に示すように、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１００を構成するユニットセル１０２は、第１セパレータ１０４及び第２セパレータ１０６間に電解質膜・電極構造体２６を挟持する。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と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。
【００６５】
第１セパレータ１０４の電解質膜・電極構造体２６に向かう面１０４ａには、燃料ガス流路１０８が形成されるとともに、第２セパレータ１０６の前記電解質膜・電極構造体２６に向かう面１０６ａには、酸化剤ガス流路１１０が形成される。互いに隣接する第１セパレータ１０４の面１０４ｂと第２セパレータ１０６の面１０６ｂとの間には、冷却媒体流路５２が形成される。
【００６６】
燃料電池スタック１００は、ユニットセル１０２を構成する第１セパレータ１０４及び第２セパレータ１０６同士が、電解質膜・電極構造体２６を介装して締結機構１１２により積層方向に締結荷重を付与される。
【００６７】
締結機構１１２は、第１セパレータ１０４の外周縁部に設けられた樹脂板１１４ａに形成される複数の第１孔部１１４と、第２セパレータ１０６の外周縁部に設けられた樹脂板１１６ａに形成される複数の第２孔部１１６とを有する。
【００６８】
図７に示すように、第２孔部１１６の直径は、第１孔部１１４の直径よりも小径に設定される。第１孔部１１４及び第２孔部１１６に、締結部材、例えば、絶縁性樹脂製クリップ９８が挿入される。
【００６９】
樹脂製クリップ９８の首部９８ａと頭部９８ｂとの境界部位が、第２セパレータ１０６の第２孔部１１６に嵌合して前記第２セパレータ１０６の樹脂板１１６ａの端面に係止される。樹脂製クリップ９８の大径なフランジ部９８ｃは、第１セパレータ１０４の樹脂板１１４ａの端面に、第１孔部１１４を周回して当接することにより、第１セパレータ１０４及び第２セパレータ１０６は、電解質膜・電極構造体２６を介装して積層方向に一体に保持される。
【００７０】
積層方向中央側に配置されるユニットセル１０２ａの締結機構１１２ａは、積層方向両端側に配置されるユニットセル１０２の締結機構１１２よりも、締結荷重が大きく設定される。具体的には、第１の実施形態と同様である。
【００７１】
このように、第２の実施形態では、積層方向中央側に配置されるユニットセル１０２ａの締結機構１１２ａは、積層方向両端側に配置されるユニットセル１０２の締結機構１１２よりも、締結荷重が大きく設定されている。
【００７２】
このため、特に積層方向の締め付け荷重が伝わり難い積層方向中央側のユニットセル１０２ａは、簡単且つ経済的な構成で、重力方向下方に撓むことを確実に阻止することが可能になる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７３】
１０、１００…燃料電池スタック      １２、１０２…ユニットセル
２４、２８、３０、１０４、１０６…セパレータ
２６、２６ａ、２６ｂ…電解質膜・電極構造体
３２…固体高分子電解質膜            ３４…アノード電極
３６…カソード電極                  ４０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
４０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔        ４２ａ…燃料ガス入口連通孔
４２ｂ…燃料ガス出口連通孔          ４４ａ…冷却媒体入口連通孔
４４ｂ…冷却媒体出口連通孔          ４６、６０…燃料ガス流路
５２…冷却媒体流路                  ５４、６６…酸化剤ガス流路
７４、７６、７８…シール部材        ９０、９０ａ、１１２…締結機構
９２、９４、９６、１１４、１１６…孔部
９２ａ、９４ａ、９６ａ、１１４ａ、１１６ａ…樹脂板
９８、９８ｍｉｄ…樹脂製クリップ    ９８ａ…首部
９８ｂ…頭部                        ９８ｃ…フランジ部
９８ｄ…スリット
【図１】
2013206604.tif 000003
【図２】
2013206604.tif 000004
【図３】
2013206604.tif 000005
【図４】
2013206604.tif 000006
【図５】
2013206604.tif 000007
【図６】
2013206604.tif 000008
【図７】
2013206604.tif 000009