(57)【要約】【課題】簡単且つコンパクトな構成で、特に衝撃荷重に対するタフネスを向上させるとともに、発電ユニット間に位置決め構造を不要にすることを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１０を構成する第１金属セパレータ３０、第２金属セパレータ３４及び第３金属セパレータ３６には、第１締結部材の凹部に収容される第１樹脂ガイド９６ａ、第２樹脂ガイド１０６ａ及び第３樹脂ガイド１１６ａが設けられる。第２樹脂ガイド１０６ａの両面には、第１樹脂ガイド９６ａを嵌合させる第１凹部１０８ａと、第３樹脂ガイド１１６ａを嵌合させる第２凹部１１０ａとが形成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に電極が配設される第１電解質膜・電極構造体及び第２電解質膜・電極構造体を有し、第１セパレータ、前記第１電解質膜・電極構造体、第２セパレータ、前記第２電解質膜・電極構造体及び第３セパレータの順に積層される発電ユニットを設け、複数の前記発電ユニットが積層された積層体の積層方向両端には、第１エンドプレート及び第２エンドプレートが設けられる燃料電池スタックであって、
前記第１エンドプレートと前記第２エンドプレートとを連結して積層方向に延在する締結部材を備えるとともに、
前記第１セパレータ、前記第２セパレータ及び前記第３セパレータには、前記締結部材の凹部に収容される第１樹脂ガイド、第２樹脂ガイド及び第３樹脂ガイドが外方に膨出して設けられる一方、
前記第２樹脂ガイドの積層方向一端面には、前記第１樹脂ガイドを嵌合させる第１凹部が形成され、前記第２樹脂ガイドの積層方向他端面には、前記第３樹脂ガイドを嵌合させる第２凹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、第１セパレータ、第１電解質膜・電極構造体、第２セパレータ、第２電解質膜・電極構造体及び第３セパレータの順に積層される発電ユニットを設け、複数の前記発電ユニットが積層される燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、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。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方側にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方側にカソード電極が、それぞれ設けられた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。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、燃料電池（発電ユニット）が構成されている。この燃料電池は、所定の数だけ積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車に搭載されている。
【０００３】
燃料電池スタックでは、特に車載用として使用される際、相当に多数の発電ユニットを積層する必要がある。このため、各発電ユニット同士を正確且つ強固に位置決め保持しなければならない。
【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が知られている。この燃料電池スタックでは、第１エンドプレートの長辺と第２エンドプレートの長辺とを連結して積層方向に延在する締結部材を備えている。そして、燃料電池の長辺側の側部には、積層方向に配列される凸状部が形成される一方、締結部材には、複数の前記凸状部が一体に係合する凹状部が前記積層方向に延在して設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１７９０３２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、簡単且つコンパクトな構成で、特に衝撃荷重に対するタフネスを向上させるとともに、発電ユニット間に位置決め構造を不要に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】
【０００７】
本発明に係る燃料電池スタックは、電解質膜の両側に電極が配設される第１電解質膜・電極構造体及び第２電解質膜・電極構造体を有している。第１セパレータ、第１電解質膜・電極構造体、第２セパレータ、第２電解質膜・電極構造体及び第３セパレータの順に積層されて、発電ユニットが構成されている。複数の発電ユニットが積層された積層体の積層方向両端には、第１エンドプレート及び第２エンドプレートが設けられている。
【０００８】
燃料電池スタックは、第１エンドプレートと第２エンドプレートとを連結して積層方向に延在する締結部材を備えている。そして、第１セパレータ、第２セパレータ及び第３セパレータには、締結部材の凹部に収容される第１樹脂ガイド、第２樹脂ガイド及び第３樹脂ガイドが外方に膨出して設けられている。その際、第２樹脂ガイドの積層方向一端面には、第１樹脂ガイドを嵌合させる第１凹部が形成され、前記第２樹脂ガイドの積層方向他端面には、第３樹脂ガイドを嵌合させる第２凹部が形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第２樹脂ガイドの第１凹部には、第１樹脂ガイドが嵌合するとともに、前記第２樹脂ガイドの第２凹部には、第３ガイドが嵌合している。このため、第１樹脂ガイド、第２樹脂ガイド及び第３樹脂ガイドは、互いに入れ子状に係合している。従って、燃料電池スタックに外部荷重が付与された際、前記外部荷重を確実に受けることができ、発電ユニット内の位置ずれを可及的に抑制することが可能になる。
【００１０】
これにより、簡単且つコンパクトな構成で、特に衝撃荷重に対するタフネスを向上させるとともに、発電ユニット間に位置決め構造を不要にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】前記燃料電池スタックの内部を示す、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。
【図４】前記燃料電池スタックの、図３中、ＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】前記発電ユニットを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。
【図６】前記発電ユニットを構成する第２金属セパレータの正面説明図である。
【図７】前記発電ユニットの、図２中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】前記発電ユニットの要部分解斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に示すように、本発明の実施形態に係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に搭載される。燃料電池スタック１０は、複数の発電ユニット１２が電極面を立位姿勢にして水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体を有する。なお、複数の発電ユニット１２を重力方向（矢印Ｃ方向）に積層して燃料電池スタック１０を構成してもよい。
【００１３】
発電ユニット１２の積層方向一端には、ターミナルプレート１４ａと絶縁プレート１６ａとを介装して第１エンドプレート１８ａが配設される。発電ユニット１２の積層方向他端には、ターミナルプレート１４ｂと絶縁プレート１６ｂとを介装して第２エンドプレート１８ｂが配設される。第１エンドプレート１８ａの略中央部からは、ターミナルプレート１４ａに接続された出力端子１９ａが延在する一方、第２エンドプレート１８ｂの略中央部からは、ターミナルプレート１４ｂに接続された出力端子１９ｂが延在する。
【００１４】
第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂは、横長の長方形状を有するとともに、各長辺間には、第１締結部材（連結バー）２０ａ、２０ａがボルト２２を介して固定される。第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂの各短辺間には、第２締結部材（連結バー）２０ｂ、２０ｂがボルト２２を介して固定される。
【００１５】
図２に示すように、第１締結部材２０ａは、断面屈曲形状を有し、凹状部２４が積層方向に延在して設けられる。第２締結部材２０ｂは、板形状を有し、凸状部２６が積層方向に延在して設けられる。
【００１６】
図３及び図４に示すように、発電ユニット１２は、第１金属セパレータ３０、第１樹脂枠付きＭＥＡ３２ａ、第２金属セパレータ３４、第２樹脂枠付きＭＥＡ３２ｂ及び第３金属セパレータ３６を積層する。
【００１７】
第１金属セパレータ３０、第２金属セパレータ３４及び第３金属セパレータ３６は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板等により構成される。第１金属セパレータ３０、第２金属セパレータ３４及び第３金属セパレータ３６は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第１金属セパレータ３０、第２金属セパレータ３４及び第３金属セパレータ３６に代えて、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。
【００１８】
図３に示すように、発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向（積層方向）に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔４０ｂが設けられる。具体的には、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び燃料ガス出口連通孔４０ｂは、第１金属セパレータ３０、第２金属セパレータ３４及び第３金属セパレータ３６の長辺方向の一端縁部に設けられる。酸化剤ガス入口連通孔３８ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス出口連通孔４０ｂは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。
【００１９】
発電ユニット１２の長辺方向（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入口連通孔４０ａ、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３８ｂが設けられる。
【００２０】
発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ側に、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４２ａが上下に設けられる。発電ユニット１２の短辺方向の両端縁部には、燃料ガス入口連通孔４０ａ側に、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔４２ｂが上下に設けられる。
【００２１】
図５に示すように、第１金属セパレータ３０の第１樹脂枠付きＭＥＡ３２ａに向かう面３０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３８ａと酸化剤ガス出口連通孔３８ｂとに連通する第１酸化剤ガス流路４４が形成される。第１酸化剤ガス流路４４は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（直線状流路溝部でもよい）４４ａを有する。
【００２２】
第１酸化剤ガス流路４４の入口側と酸化剤ガス入口連通孔３８ａとの間には、複数本の入口連結溝４６ａが形成される。第１酸化剤ガス流路４４の出口側と酸化剤ガス出口連通孔３８ｂとの間には、複数本の出口連結溝４６ｂが形成される。
【００２３】
図３に示すように、第１金属セパレータ３０の面３０ｂには、一対の冷却媒体入口連通孔４２ａと一対の冷却媒体出口連通孔４２ｂとに連通する冷却媒体流路４８の一部が形成される。
【００２４】
第２金属セパレータ３４の第１樹脂枠付きＭＥＡ３２ａに向かう面３４ａには、燃料ガス入口連通孔４０ａと燃料ガス出口連通孔４０ｂとに連通する第１燃料ガス流路５０が形成される。第１燃料ガス流路５０は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（直線状流路溝部でもよい）５０ａを有する。
【００２５】
燃料ガス入口連通孔４０ａの近傍には、前記燃料ガス入口連通孔４０ａと第１燃料ガス流路５０とを連通する複数の供給流路溝部５２ａが形成される。複数の供給流路溝部５２ａは、蓋体５４ａにより覆われる。燃料ガス出口連通孔４０ｂの近傍には、前記燃料ガス出口連通孔４０ｂと第１燃料ガス流路５０とを連通する複数の排出流路溝部５２ｂが形成される。複数の排出流路溝部５２ｂは、蓋体５４ｂにより覆われる。
【００２６】
図６に示すように、第２金属セパレータ３４の第２樹脂枠付きＭＥＡ３２ｂに向かう面３４ｂには、酸化剤ガス入口連通孔３８ａと酸化剤ガス出口連通孔３８ｂとに連通する第２酸化剤ガス流路５６が形成される。第２酸化剤ガス流路５６は、矢印Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（直線状流路溝部でもよい）５６ａを有する。
【００２７】
第２酸化剤ガス流路５６の入口側と酸化剤ガス入口連通孔３８ａとの間には、複数本の入口連結溝５８ａが形成される。第２酸化剤ガス流路５６の出口側と酸化剤ガス出口連通孔３８ｂとの間には、複数本の出口連結溝５８ｂが形成される。
【００２８】
図３に示すように、第３金属セパレータ３６の第２樹脂枠付きＭＥＡ３２ｂに向かう面３６ａには、燃料ガス入口連通孔４０ａと燃料ガス出口連通孔４０ｂとに連通する第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Ｂ方向に延在する複数の波状流路溝部（直線状流路溝部でもよい）６０ａを有する。
【００２９】
燃料ガス入口連通孔４０ａの近傍には、前記燃料ガス入口連通孔４０ａと第２燃料ガス流路６０とを連通する複数の供給流路溝部６２ａが形成される。複数の供給流路溝部６２ａは、蓋体６４ａにより覆われる。燃料ガス出口連通孔４０ｂの近傍には、前記燃料ガス出口連通孔４０ｂと第２燃料ガス流路６０とを連通する複数の排出流路溝部６２ｂが形成される。複数の排出流路溝部６２ｂは、蓋体６４ｂにより覆われる。
【００３０】
第３金属セパレータ３６の面３６ｂには、第２燃料ガス流路６０の裏面形状である冷却媒体流路４８の一部が形成される。第３金属セパレータ３６の面３６ｂには、前記第３金属セパレータ３６に隣接する第１金属セパレータ３０の面３０ｂが積層されることにより、冷却媒体流路４８が一体に設けられる。
【００３１】
第１金属セパレータ３０の面３０ａ、３０ｂには、この第１金属セパレータ３０の外周端縁部を周回して第１シール部材６６が一体成形される。第２金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第２金属セパレータ３４の外周端縁部を周回して第２シール部材６８が一体成形される。第３金属セパレータ３６の面３６ａ、３６ｂには、この第３金属セパレータ３６の外周端縁部を周回して第３シール部材７０が一体成形される。
【００３２】
第１シール部材６６、第２シール部材６８及び第３シール部材７０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。
【００３３】
図３及び図５に示すように、第１シール部材６６は、均一の厚さを有して第１金属セパレータ３０の面３０ａ、３０ｂの面方向に沿って延在する平面シール部６６ａを有する。平面シール部６６ａからは、凸状シール部６６ｂが厚さ方向に一体に膨出形成される。
【００３４】
図３及び図６に示すように、第２シール部材６８は、均一の厚さを有して第２金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂの面方向に沿って延在する平面シール部６８ａを有する。平面シール部６８ａからは、凸状シール部６８ｂが厚さ方向に一体に膨出形成される。
【００３５】
図３に示すように、第３シール部材７０は、均一の厚さを有して第３金属セパレータ３６の面３６ａ、３６ｂの面方向に沿って延在する平面シール部７０ａを有する。平面シール部７０ａからは、凸状シール部７０ｂが厚さ方向に一体に膨出形成される。
【００３６】
図３及び図４に示すように、第１樹脂枠付きＭＥＡ３２ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ３２ｂは、それぞれ電解質膜・電極構造体７２を備える。電解質膜・電極構造体７２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（陽イオン交換膜）７４と、前記固体高分子電解質膜７４を挟持するアノード電極７６及びカソード電極７８とを備える。
【００３７】
固体高分子電解質膜７４は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用してもよい。カソード電極７８は、固体高分子電解質膜７４及びアノード電極７６よりも小さな平面寸法を有する段差ＭＥＡを構成する。
【００３８】
なお、アノード電極７６、カソード電極７８及び固体高分子電解質膜７４は、同一の平面寸法に設定してもよい。また、アノード電極７６は、カソード電極７８及び固体高分子電解質膜７４の平面寸法よりも小さな平面寸法を有していてもよい。
【００３９】
アノード電極７６及びカソード電極７８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、例えば、固体高分子電解質膜７４の両面に形成される。
【００４０】
第１樹脂枠付きＭＥＡ３２ａは、固体高分子電解質膜７４の外周を周回するとともに、アノード電極７６及びカソード電極７８に接合される第１樹脂枠部材８０を備える。第１樹脂枠部材８０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）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）又はｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル樹脂）等で構成される。
【００４１】
第２樹脂枠付きＭＥＡ３２ｂは、固体高分子電解質膜７４の外周を周回するとともに、アノード電極７６及びカソード電極７８に接合される第２樹脂枠部材８２を備える。第２樹脂枠部材８２は、第１樹脂枠部材８０と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
図３に示すように、第１樹脂枠部材８０のカソード電極７８側の面には、酸化剤ガス入口連通孔３８ａと第１酸化剤ガス流路４４の入口側との間に位置して入口バッファ部８４ａが設けられる。第１樹脂枠部材８０のカソード電極７８側の面には、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂと第１酸化剤ガス流路４４の出口側との間に位置して、出口バッファ部８４ｂが設けられる。入口バッファ部８４ａ及び出口バッファ部８４ｂは、複数本のライン状凸部及びエンボス部を有するが、前記エンボス部のみを有してもよい。以下に説明するバッファ部は、同様に構成される。
【００４３】
第１樹脂枠部材８０のアノード電極７６側の面には、燃料ガス入口連通孔４０ａと第１燃料ガス流路５０との間に位置して入口バッファ部８６ａが設けられる。第１樹脂枠部材８０のアノード電極７６側の面には、燃料ガス出口連通孔４０ｂと第１燃料ガス流路５０との間に位置して、出口バッファ部８６ｂが設けられる。
【００４４】
第２樹脂枠付きＭＥＡ３２ｂに設けられる第２樹脂枠部材８２は、カソード電極７８側の面に、酸化剤ガス入口連通孔３８ａと第２酸化剤ガス流路５６との間に位置して入口バッファ部８８ａが設けられる。第２樹脂枠部材８２のカソード電極７８側の面には、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂと第２酸化剤ガス流路５６との間に位置して、出口バッファ部８８ｂが形成される。
【００４５】
第２樹脂枠部材８２のアノード電極７６側の面には、燃料ガス入口連通孔４０ａと第２燃料ガス流路６０との間に位置して入口バッファ部９０ａが設けられる。第２樹脂枠部材８２のアノード電極７６側の面には、燃料ガス出口連通孔４０ｂと第２燃料ガス流路６０との間に位置して、出口バッファ部９０ｂが設けられる。
【００４６】
発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１金属セパレータ３０と、他方の発電ユニット１２を構成する第３金属セパレータ３６との間には、冷却媒体流路４８が形成される。
【００４７】
図３〜図５に示すように、第１金属セパレータ３０の長辺側の両側部（上端部及び下端部）中央に、それぞれ内部に切り欠いて切り欠き部９２ａ、９２ｂが形成される。第１金属セパレータ３０には、切り欠き部９２ａ、９２ｂの略中央部位に位置して樹脂部材９４ａ、９４ｂが一体成形される。樹脂部材９４ａ、９４ｂには、凸状部である第１樹脂ガイド９６ａ、９６ｂが一体に設けられる。
【００４８】
第１金属セパレータ３０の短辺側の両端部（左右両側部）の略中央には、それぞれ樹脂部材９８ａ、９８ｂが一体成形される。樹脂部材９８ａ、９８ｂには、凹部１００ａ、１００ｂが一体に形成される。
【００４９】
図３、図４及び図６に示すように、第２金属セパレータ３４の長辺側の両側部（上端部及び下端部）中央に、それぞれ内部に切り欠いて切り欠き部１０２ａ、１０２ｂが形成される。第２金属セパレータ３４には、切り欠き部１０２ａ、１０２ｂの略中央部位に位置して樹脂部材１０４ａ、１０４ｂが一体成形される。樹脂部材１０４ａ、１０４ｂには、凸状部である第２樹脂ガイド１０６ａ、１０６ｂが一体に設けられる。
【００５０】
第２樹脂ガイド１０６ａ、１０６ｂの積層方向一端面（第１金属セパレータ３０に向かう面）には、第１樹脂ガイド９６ａ、９６ｂが嵌合する第１凹部１０８ａ、１０８ｂが形成される。第１凹部１０８ａ、１０８ｂは、第２樹脂ガイド１０６ａ、１０６ｂの外周縁部をコ字状に所定の厚さだけ残して形成される。第１樹脂ガイド９６ａ、９６ｂは、第２樹脂ガイド１０６ａ、１０６ｂよりも外形寸法が短尺に構成される（図４、図７及び図８参照）。
【００５１】
第２樹脂ガイド１０６ａ、１０６ｂの積層方向他端面（第３金属セパレータ３６に向かう面）には、後述する第３樹脂ガイド１１６ａ、１１６ｂが嵌合する第２凹部１１０ａ、１１０ｂが形成される。第２凹部１１０ａ、１１０ｂは、第２樹脂ガイド１０６ａ、１０６ｂの外周縁部をコ字状に所定の厚さだけ残して形成される。第３樹脂ガイド１１６ａ、１１６ｂは、第２樹脂ガイド１０６ａ、１０６ｂよりも短尺に構成される。
【００５２】
図３及び図４に示すように、第３金属セパレータ３６の長辺側の両側部（上端部及び下端部）中央に、それぞれ内部に切り欠いて切り欠き部１１２ａ、１１２ｂが形成される。第３金属セパレータ３６には、切り欠き部１１２ａ、１１２ｂの略中央部位に位置して樹脂部材１１４ａ、１１４ｂが一体成形される。樹脂部材１１４ａ、１１４ｂには、凸状部である第３樹脂ガイド１１６ａ、１１６ｂが一体に設けられる。第３樹脂ガイド１１６ａ、１１６ｂは、第１樹脂ガイド９６ａ、９６ｂと同様に構成される。
【００５３】
第２金属セパレータ３４及び第３金属セパレータ３６の各短辺側の両端部（左右両側部）の略中央には、それぞれ樹脂部材９８ａ、９８ｂが一体成形される。樹脂部材９８ａ、９８ｂには、凹部１００ａ、１００ｂが一体に形成される。
【００５４】
図１に示すように、第１エンドプレート１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス入口連通孔４０ａ、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ及び燃料ガス出口連通孔４０ｂが形成される。これらは、図示しないマニホールド部材に連結される。第１エンドプレート１８ａ（又は第２エンドプレート１８ｂ）には、一対の冷却媒体入口連通孔４２ａ及び一対の冷却媒体出口連通孔４２ｂが形成されるとともに、これらには、図示しないマニホールド部材が連結される。
【００５５】
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。
【００５６】
先ず、図１に示すように、第１エンドプレート１８ａの酸化剤ガス入口連通孔３８ａには、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４０ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、上下一対の冷却媒体入口連通孔４２ａには、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。
【００５７】
このため、図３に示すように、酸化剤ガスは、一部が酸化剤ガス入口連通孔３８ａから入口バッファ部８４ａを通って第１金属セパレータ３０の第１酸化剤ガス流路４４に供給される。酸化剤ガスは、他の一部が酸化剤ガス入口連通孔３８ａから入口バッファ部８８ａを通って第２金属セパレータ３４の第２酸化剤ガス流路５６に導入される。
【００５８】
酸化剤ガスは、図３、図５及び図６に示すように、第１酸化剤ガス流路４４に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、第１樹脂枠付きＭＥＡ３２ａのカソード電極７８に供給される。また、酸化剤ガスは、第２酸化剤ガス流路５６に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２樹脂枠付きＭＥＡ３２ｂのカソード電極７８に供給される。
【００５９】
一方、燃料ガスは、図３に示すように、燃料ガス入口連通孔４０ａから供給流路溝部５２ａ、６２ａに導入される。供給流路溝部５２ａでは、燃料ガスが、入口バッファ部８６ａを通って第２金属セパレータ３４の第１燃料ガス流路５０に供給される。供給流路溝部６２ａでは、燃料ガスが、入口バッファ部９０ａを通って第３金属セパレータ３６の第２燃料ガス流路６０に供給される。
【００６０】
燃料ガスは、第１燃料ガス流路５０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第１樹脂枠付きＭＥＡ３２ａのアノード電極７６に供給される。また、燃料ガスは、第２燃料ガス流路６０に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２樹脂枠付きＭＥＡ３２ｂのアノード電極７６に供給される。
【００６１】
従って、第１樹脂枠付きＭＥＡ３２ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ３２ｂでは、各カソード電極７８に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極７６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。
【００６２】
次いで、第１樹脂枠付きＭＥＡ３２ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ３２ｂの各カソード電極７８に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部８４ｂ、８８ｂを通って酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに排出される。第１樹脂枠付きＭＥＡ３２ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ３２ｂのアノード電極７６に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部８６ｂ、９０ｂを通って燃料ガス出口連通孔４０ｂに排出される。
【００６３】
一方、上下一対の冷却媒体入口連通孔４２ａに供給された冷却媒体は、冷却媒体流路４８に導入される。冷却媒体は、各冷却媒体入口連通孔４２ａから冷却媒体流路４８に供給され、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向に移動して第１樹脂枠付きＭＥＡ３２ａ及び第２樹脂枠付きＭＥＡ３２ｂを冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、上下一対の冷却媒体出口連通孔４２ｂに排出される。
【００６４】
この場合、本実施形態では、図１及び図２に示すように、一対の第１締結部材２０ａは、第１エンドプレート１８ａの長辺と第２エンドプレート１８ｂの長辺とを連結するとともに、各第１締結部材２０ａには、凹状部２４が設けられている。上方の凹状部２４には、第１樹脂ガイド９６ａ、第２樹脂ガイド１０６ａ及び第３樹脂ガイド１１６ａが嵌合している。一方、下方の凹状部２４には、第１樹脂ガイド９６ｂ、第２樹脂ガイド１０６ｂ及び第３樹脂ガイド１１６ｂが嵌合している。
【００６５】
さらに、図４、図７及び図８に示すように、第２樹脂ガイド１０６ａの両面には、第１凹部１０８ａと第２凹部１１０ａとが設けられている。そして、第１凹部１０８ａには、第１樹脂ガイド９６ａが嵌合する一方、第２凹部１１０ａには、第３樹脂ガイド１１６ａが嵌合している。
【００６６】
このため、第１樹脂ガイド９６ａ、第２樹脂ガイド１０６ａ及び第３樹脂ガイド１１６ａは、互いに入れ子状に係合している。また、第２樹脂ガイド１０６ｂは、上記の第２樹脂ガイド１０６ａと同様に構成されている。
【００６７】
従って、図２に示すように、燃料電池スタック１０に車両走行方向後方に向かって外部荷重Ｆが付与された際、前記外部荷重Ｆを確実に受けることができる。これにより、発電ユニット１２内の位置ずれを可及的に抑制することが可能になる。
【００６８】
このため、簡単且つコンパクトな構成で、特に衝撃荷重に対するタフネスを向上させるとともに、発電ユニット１２間に位置決め構造を不要にすることができるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００６９】
１０…燃料電池スタック              １２…発電ユニット
１８ａ、１８ｂ…エンドプレート      ２０ａ、２０ｂ…締結部材
２４…凹状部                        ２６…凸状部
３０、３４、３６…金属セパレータ    ３２ａ、３２ｂ…樹脂枠付きＭＥＡ
３８ａ…酸化剤ガス入口連通孔        ３８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
４０ａ…燃料ガス入口連通孔          ４０ｂ…燃料ガス出口連通孔
４２ａ…冷却媒体入口連通孔          ４２ｂ…冷却媒体出口連通孔
４４、５６…酸化剤ガス流路          ４８…冷却媒体流路
５０、６０…燃料ガス流路            ６６、６８、７０…シール部材
７２…電解質膜・電極構造体          ７４…固体高分子電解質膜
７６…アノード電極                  ７８…カソード電極
８０、８２…樹脂枠部材
９４ａ、９４ｂ、９８ａ、９８ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１１４ａ、１１４ｂ…樹脂部材
９６ａ、９６ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、１１６ａ、１１６ｂ…樹脂ガイド
１００ａ、１００ｂ、１０８ａ、１０８ｂ、１１０ａ、１１０ｂ…凹部
【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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