(57)【要約】【課題】本発明の目的は、エンドセルに設けられるシール材の使用量を低減させることができる燃料電池を提供することにある。【解決手段】本発明は、燃料電池セルが複数積層される燃料電池積層体と、発電に要する流体が出入りする前記燃料電池積層体の積層方向端部と反対側の積層方向端部に配置されるエンドセルと、を有する燃料電池であって、前記エンドセルは前記燃料電池積層体側から順に複数のプレートが積層されたものであり、複数のプレートの内、第１プレートに形成される第１流体入口及び第１流体出口が、前記第１プレートより積層方向外側に配置される第２プレートにより覆われ、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に、前記第１流体入口と前記第１流体出口とを連通する第１連通路が形成される。【選択図】図６
2009164051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルが複数積層される燃料電池積層体と、発電に要する流体が出入りする前記燃料電池積層体の積層方向端部と反対側の積層方向端部に配置されるエンドセルと、を有する燃料電池であって、前記エンドセルは前記燃料電池積層体側から順に複数のプレートが積層されたものであり、
複数のプレートの内、第１プレートに形成される第１流体入口及び第１流体出口が、前記第１プレートより積層方向外側に配置される第２プレートにより覆われ、
前記第１プレートと前記第２プレートとの間に、前記第１流体入口と前記第１流体出口とを連通する第１連通路が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池であって、前記第１プレートに形成される第２流体入口及び第２流体出口が前記第２プレートにより覆われ、
前記第１プレートと前記第２プレートとの間に、前記第２流体入口と前記第２流体出口とを連通する第２連通路が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池であって、前記第１プレートに形成される第３流体入口及び第３流体出口と積層方向に連通するように前記第２プレートに形成される第３流体入口及び第３流体出口は、前記第２プレートより積層方向外側に配置される第３プレートにより覆われ、
前記第２プレートと前記第３プレートとの間に、前記第３流体入口と前記第３流体出口とを連通する第３連通路が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池であって、前記第１プレートに形成される第２流体入口及び第２流体出口と積層方向に連通するように前記第２プレートに形成される第２流体入口及び第２流体出口は、前記第２プレートより積層方向外側に配置される第３プレートにより覆われ、
前記第２プレートと前記第３プレートとの間に、前記第２流体入口と前記第２流体出口とを連通する第２連通路が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池であって、前記第１プレート及び前記第２プレートに形成される第３流体入口及び第３流体出口と積層方向に連通するように前記第３プレートに形成される第３流体入口及び第３流体出口は、前記第３プレートより積層方向外側に配置される第４プレートにより覆われ、
前記第３プレートと前記第４プレートとの間に、前記第３流体入口と前記第３流体出口とを連通する第３連通路が形成されることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項２又は４記載の燃料電池であって、前記燃料電池積層体の端部に形成される第３流体入口及び第３流体出口は、前記第１プレートにより覆われることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池であって、前記エンドセルのプレートを構成する材料は、導電性樹脂であることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものであり、特に、燃料電池端部に配置されるエンドセルの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、燃料電池セルが複数積層された燃料電池積層体を備える燃料電池が実用化されている。燃料電池セルは、電解質膜を介して配置される一対の電極（アノード極及びカソード極）を含む膜−電極アッセンブリと、膜−電極アッセンブリを挟持する一対の燃料電池用セパレータとを有する。燃料電池セルの発電時には、アノード極に供給するアノードガスを水素ガス、カソード極に供給するカソードガスを酸素ガスとした場合、アノード極側では、水素ガスが水素イオン及び電子に分解され、水素イオンは電解質膜中を通りカソード極側に、電子は外部回路を通じてカソード極に到達する。一方、カソード極側では、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水を生成する反応が行われ、エネルギを放出する。
【０００３】
しかし、燃料電池積層体の積層方向端部に位置する燃料電池セルは、積層方向中央に位置する燃料電池セルより放熱量が多く、温度が低下し易いため、積層方向端部に位置する燃料電池セルでは、凝縮水が発生し易い。凝縮水が積層方向端部に位置する燃料電池セルに滞留すると、低温環境下における燃料電池の起動時間を遅延させ、発電性能の低下をもたらす場合がある。
【０００４】
このため、近年においては、燃料電池積層体の積層方向端部に、燃料電池の発電に寄与しないエンドセルを配置する（すなわち、燃料電池積層体の積層方向端部に位置する燃料電池セルより外側にエンドセルを配置する）ことにより、積層方向端部に位置する燃料電池セルからの放熱を抑制して、発電性能の低下を抑制する燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１，２）。
【０００５】
通常、エンドセルは複数のプレートが積層されたものであるが、当該プレートに流体（アノードガス、カソードガス、冷却水）入口及び流体出口と連通する連通路溝を形成し、燃料電池に供給された流体をエンドセルの流体入口から連通路溝（具体的には、後述する連通路）を通過させ、流体出口から排出させることによって、燃料電池セルのコンタミネーションを抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献３）。
【０００６】
図１４（Ａ−１，２）は、通常のエンドセルを構成する第１，２プレートの一方の面を示す模式平面図であり、図１４（Ｂ−１，２）は、通常のエンドセルを構成する第１，２プレートの他方の面を示す模式平面図である。図１４（Ｂ−１）に示すように、第１プレート８０の他方の面には、流体連通路溝８２（例えばアノードガス連通路溝）が形成されている。流体連通路溝８２が形成された第１プレート８０の面と図１４（Ａ−２）に示す第２プレート８４との面を合わせることにより、第１プレート８０と第２プレート８４との間に、第１流体入口８６（例えばアノードガス入口）と第１流体出口８８（例えばアノードガス出口）とを連通する流体連通路が形成される。このように、第１流体入口８６と第１流体出口８８とを連通する流体連通路を設け、流体連通路に流体を流すことによって、流体中のコンタミ成分が捕捉される。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２７００６６号公報
【特許文献２】特開２００６−２３６６８１号公報
【特許文献３】特開２００６−３３２００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のようなエンドセルは、エンドセルを構成する複数のプレート全てに、第１流体入口８６及び出口８８（例えばアノードガス入口及び出口）、第２流体入口９０及び出口９２（例えばカソードガス入口及び出口）、第３流体入口９４及び出口９６（例えば冷却水入口及び出口）が形成されている。そのため、プレートに形成された各流体入口及び出口の周囲には、流体漏れ等を防止するシール材９８（図１４では点線で表す）を配置する必要がある。その結果、シール材の使用量が多くなり、燃料電池の製造コストが高くなる。
【０００９】
本発明の目的は、エンドセルに設けられるシール材の使用量を低減させることができる燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、燃料電池セルが複数積層される燃料電池積層体と、発電に要する流体が出入りする前記燃料電池積層体の積層方向端部と反対側の積層方向端部に配置されるエンドセルと、を有する燃料電池であって、前記エンドセルは前記燃料電池積層体側から順に複数のプレートが積層されたものであり、複数のプレートの内、第１プレートに形成される第１流体入口及び第１流体出口が、前記第１プレートより積層方向外側に配置される第２プレートにより覆われ、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に、前記第１流体入口と前記第１流体出口とを連通する第１連通路が形成される。
【００１１】
また、前記燃料電池において、前記第１プレートに形成される第２流体入口及び第２流体出口が前記第２プレートにより覆われ、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に、前記第２流体入口と前記第２流体出口とを連通する第２連通路が形成されることが好ましい。
【００１２】
また、前記燃料電池において、前記第１プレートに形成される第３流体入口及び第３流体出口と積層方向に連通するように前記第２プレートに形成される第３流体入口及び第３流体出口は、前記第２プレートより積層方向外側に配置される第３プレートにより覆われ、前記第２プレートと前記第３プレートとの間に、前記第３流体入口と前記第３流体出口とを連通する第３連通路が形成されることが好ましい。
【００１３】
また、前記燃料電池において、前記第１プレートに形成される第２流体入口及び第２流体出口と積層方向に連通するように前記第２プレートに形成される第２流体入口及び第２流体出口は、前記第２プレートより積層方向外側に配置される第３プレートにより覆われ、前記第２プレートと前記第３プレートとの間に、前記第２流体入口と前記第２流体出口とを連通する第２連通路が形成されることが好ましい。
【００１４】
また、前記燃料電池において、前記第１プレート及び前記第２プレートに形成される第３流体入口及び第３流体出口と積層方向に連通するように前記第３プレートに形成される第３流体入口及び第３流体出口は、前記第３プレートより積層方向外側に配置される第４プレートにより覆われ、前記第３プレートと前記第４プレートとの間に、前記第３流体入口と前記第３流体出口とを連通する第３連通路が形成されることが好ましい。
【００１５】
また、前記燃料電池において、前記燃料電池積層体の端部に形成される第３流体入口及び第３流体出口は、前記第１プレートにより覆われることが好ましい。
【００１６】
また、前記燃料電池において、前記エンドセルのプレートを構成する材料は、導電性樹脂であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、エンドセルに設けられるシール材の使用量を低減させる燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池の構成の一例を示す模式側面図である。図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池の模式斜視図である。図１，２に示すように、燃料電池１は、燃料電池セル１０が複数積層された燃料電池積層体１２と、燃料電池積層体１２の積層方向両端に配置されるエンドセル１４，１６と、エンドセル１４，１６の外側に配置されるターミナルプレート１８と、燃料電池１の一方の端部に配置されるカソードガス導入管２０、カソードガス排出管２２、アノードガス導入管２４、アノードガス排出管２６、冷却水導入管２８、冷却水排出管３０を有する。
【００２０】
ターミナルプレート１８は、燃料電池積層体１２を締め付けるプレッシャープレート及び集電体としての機能を有するものである。また、エンドセル１４，１６が導電性を有するものであれば、エンドセル１４，１６の外側にターミナルプレート１８を配置しても、燃料電池積層体１２とエンドセル１４，１６との間にターミナルプレート１８を配置してもよい。エンドセル１４，１６が絶縁性であれば、燃料電池積層体１２とエンドセル１４，１６との間にターミナルプレート１８を配置するか、エンドセル１４，１６の外側にターミナルプレート１８（ここでは、集電体の機能を有していなくてもよい）を配置し、燃料電池積層体１２から電力が取り出せるように、燃料電池積層体１２とエンドセル１４，１６との間に集電体、集電リードを配置する必要がある。
【００２１】
カソードガス導入管２０、カソードガス排出管２２、アノードガス導入管２４、アノードガス排出管２６、冷却水導入管２８、冷却水排出管３０は、一方のエンドセル１４、ターミナルプレート１８を介して燃料電池積層体１２に接続されている。各導入管は、燃料電池積層体１２に供給される流体（アノードガス、カソードガス、冷却水）が通過するものであり、各排出管は、燃料電池積層体１２から排出される流体が通過するものである。
【００２２】
燃料電池積層体１２は、燃料電池セル１０が複数積層されたものである。本実施形態では、燃料電池セル１０を２０層積層したものを例として以下説明するが、燃料電池セル１０の積層数はこれに限定されるものではない。図３は、本発明の実施形態に用いられる燃料電池セルの構成の一例を示す模式断面図である。図３に示すように、燃料電池セル１０は、膜−電極アッセンブリ３２と、膜−電極アッセンブリ３２を挟持するアノード極セパレータ３４及びカソード極セパレータ３６と、シール材４０とを備える。本実施形態に用いられる燃料電池セルの膜−電極アッセンブリ３２は、電解質膜４１と、電解質膜４１を介して配置されるアノード極４２及びカソード極４４とを備えるものである。アノード極セパレータ３４の電解質膜４１側の空洞部は、アノードガス流路４６であり、カソード極セパレータ３６の電解質膜４１側の空洞部は、カソードガス流路４８であり、電解質膜４１側と反対側のアノード極セパレータ３４及びカソード極セパレータ３６の空洞部は、冷却水流路５０である。
【００２３】
図４（Ａ）は、本実施形態に用いられるアノード極セパレータの構成の一例を示す模式平面図であり、図４（Ｂ）は、本実施形態に用いられるカソード極セパレータの構成の一例を示す模式平面図である。図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、アノード極セパレータ３４及びカソード極セパレータ３６は、ガス流路溝（アノードガス流路溝４６ａ又はカソードガス流路溝４８ａ）、アノードガス入口５２、アノードガス出口５４、カソードガス入口５６、カソードガス出口５８、冷却水入口６０、冷却水出口６２、冷却水流路溝（不図示）を備える。ガス流路溝は、複数のリブ（不図示）により分割形成されている。
【００２４】
また、アノード極セパレータ３４には、アノードガス等のガス漏れ、アノードガスとその他の流体との混流等を防止するために、アノード極セパレータ３４の外周部、カソードガス入口及び出口（５６，５８）、冷却水入口及び出口（６０，６２）にシール材４０（図中では点線で表す）が配置される。また、カソード極セパレータ３６には、カソードガス等のガス漏れ、カソードガスとその他の流体との混流等を防止するために、カソード極セパレータ３６の外周部、アノードガス入口及び出口（５２，５４）、冷却水入口及び出口（６０，６２）にシール材４０（図中では点線で表す）が配置される。
【００２５】
次に、燃料電池１の流体の流れについて説明する。アノードガスは、図２に示すアノードガス導入管２４を通り、ターミナルプレート１８、エンドセル１４を介して、各燃料電池セル１０（及びエンドセル１６）に供給される。燃料電池セル１０に供給されたアノードガスは、図４（Ａ）に示すアノードガス入口５２を介してアノードガス流路溝４６ａ（実質的には図３に示すアノードガス流路４６）を通り、アノードガス出口５４から排出され、図２に示すアノードガス排出管２６を通り、燃料電池外１へ排出される。カソードガスは、図２に示すカソードガス導入管２０を通り、ターミナルプレート１８、エンドセル１４を介して、各燃料電池セル１０（及びエンドセル１６）に供給される。燃料電池セル１０に供給されたカソードガスは、図４（Ｂ）に示すカソードガス入口５６を介してカソードガス流路溝４８ａ（実質的には図３に示すカソードガス流路４８）を通り、カソードガス入口５８から排出され、図２に示すカソードガス排出管２２を通り、燃料電池１外へ排出される。また、冷却水は、図２に示す冷却水導入管２８を通り、ターミナルプレート１８、エンドセル１４を介して、各燃料電池セル１０（及びエンドセル１４）に供給される。燃料電池セル１０に供給された冷却水は、図４に示す冷却水入口６０を介し、図３に示す冷却水流路５０を通り、冷却水出口６２から排出され、図２に示す冷却水排出管３０を通り、燃料電池１外へ排出される。エンドセル１６に供給される流体の流れについては、後述する。
【００２６】
次に、エンドセルについて説明する。図５は、燃料電池積層体へ流体が出入りする側の端部と反対側の端部に設けられるエンドセルの構成の一例を示す模式断面図である。図５に示すようにエンドセル１６は、燃料電池積層体１２側から第１プレート６４、第２プレート６６の順で配置されている。
【００２７】
図６（Ａ−１，２）は、燃料電池積層体側の第１，２プレートの構成の一例を示す模式平面図であり、図６（Ｂ−１，２）は、燃料電池積層体と反対側（ターミナルプレート側）の第１，２プレートの構成の一例を示す模式平面図である。本明細書では、アノードガスを第１流体、カソードガスを第２流体、冷却水を第３流体として説明するがこれに制限されるものではなく、カソードガス又は冷却水を第１流体、アノードガス又は冷却水を第２流体、アノードガス又はカソードガスを第３流体としてもよい。
【００２８】
図６（Ａ−１）及び（Ｂ−１）に示すように、第１プレート６４は、第１流体入口５２ａ（例えばアノードガス入口）、第１流体出口５４ａ（例えばアノードガス出口）、第２流体入口５６ａ（例えばカソードガス入口）、第２流体出口５８ａ（例えばカソードガス出口）、第３流体入口６０ａ（例えば冷却水入口）、第３流体出口６２ａ（例えば冷却水出口）を有する。第１プレート６４の第１流体入口５２ａは燃料電池セル１０のアノードガス入口５２と積層方向に連通し、第１プレート６４の第１流体出口５４ａは燃料電池セル１０のアノードガス出口５４と積層方向に連通し、第１プレート６４の第２流体入口５６ａは燃料電池セル１０のカソードガス入口５６と積層方向に連通し、第１プレート６４の第２流体出口５８ａは燃料電池セル１０のカソードガス出口５８と連通し、第１プレート６４の第３流体入口６０ａは燃料電池セル１０の冷却水入口６０と連通し、第１プレート６４の第３流体出口６２ａは燃料電池セル１０の冷却水出口６２と連通する。また、図６（Ｂ−１）に示すように、ターミナルプレート１８側（第２プレート６６側）の第１プレート６４の面に第１流体連通路溝７０（例えばアノードガス連通路溝）が形成されることにより、第１プレート６４と第２プレート６６との間に、第１流体入口５２ａと第１流体出口５４ａとを連通する図５の第１流体連通路７２（例えばアノードガス連通路）が形成される。第１流体連通路７２の流路形状は特に制限されるものではない。また、第１流体連通路溝７０は、第１プレート６４側に形成されたものを例としたが、第２プレート６６側に第１流体連通路溝７０を形成することにより、上記第１流体連通路７２を形成してもよい。このように、流体入口と流体出口とを連通する連通路を設けることにより、流体へ流れ込んだコンタミ成分を効果的に捕捉することができる。
【００２９】
また、プレートを流れる流体の漏れ、混流等を防止するために、図６（Ａ−１）に示すように燃料電池積層体１２側の第１プレート６４の面には、第１プレート６４の外周、各流体入口及び出口の外周にシール材４０（図中では点線で表す）が配置されている。また、図６（Ｂ−１）に示すように第２プレート６６側の第１プレート６４の面には、第１プレート６４の外周、第２流体入口及び出口（５６ａ，５８ａ）、第３流体入口及び出口（６０ａ，６２ａ）の外周にシール材４０（図中では点線で表す）が配置されている。
【００３０】
図６（Ａ−２）及び（Ｂ−２）に示すように、第２プレート６６は、第２流体入口５６ａ、第２流体出口５８ａ、第３流体入口６０ａ、第３流体出口６２ａを有する。すなわち、第２プレートには、第１流体入口５２ａ及び第１流体出口５４ａが形成されておらず、第１プレート６４の第１流体入口５２ａ及び第１流体出口５４ａは、第２プレート６６に覆われている。したがって、第１プレート６４の第１流体入口５２ａを通る第１流体（例えばアノードガス）は、第２プレート６６以降のプレート（第３プレート６８等）には流れず、第１流体連通路溝７０（図５に示す第１流体連通路７２）を通り、第１プレート６４の第１流体出口５４ａから排出される（すなわち、第１流体は第２プレート６６で折り返す）。流体が第１流体連通路溝７０に流れることにより第１流体中のコンタミ成分を捕捉することができる。なお、第１プレート６４及び第２プレート６６のその他の流体入口及び出口は、それぞれ積層方向に連通しているため、第２流体（例えばカソードガス）、第３流体（例えば冷却水）は、第２プレート６６以降のプレートにも流れる。
【００３１】
また、プレートを流れる流体の漏れ、混流等を防止するために、図６（Ａ−２）に示すように燃料電池積層体側の第２プレート６６の面には、第２プレート６４の外周、第２流体入口及び出口（５６ａ，５８ａ）、第３流体入口及び出口（６０ａ，６２ａ）の外周にシール材４０（図中では点線で表す）が配置される。また、図６（Ｂ−２）に示すようにターミナルプレート１８側の第２プレート６６の面には、第２プレート６４の外周、第２流体入口及び出口（５６ａ，５８ａ）、第３流体入口及び出口（６０ａ，６２ａ）の外周にシール材４０（図中では点線で表す）が配置される。通常、第２プレート６６に第１流体入口５２ａ、第１流体出口５４ａが形成されている場合には、ターミナルプレート１８側の第２プレート６６面の第１流体入口５２ａ、第１流体出口５４ａの外周にシール材４０を配置する必要がある。しかし、本実施形態では、第２プレートに第１流体入口５２ａ及び第１流体出口５４ａが形成されていないため、ターミナルプレート１８側の第２プレート６６面において、通常形成される第１流体入口５２ａ及び第１流体出口５４ａの外周にシール材４０を配置する必要はなく、シール材４０の使用量を低減させることができる。
【００３２】
図７（Ａ−１，２）は、燃料電池積層体側の第１，２プレートの構成の他の一例を示す模式平面図であり、図７（Ｂ−１，２）は、燃料電池積層体と反対側（ターミナルプレート側）の第１，２プレートの構成の他の一例を示す模式平面図である。
【００３３】
図７（Ｂ−１）に示すように、ターミナルプレート１８側の第１プレート６４の面には第１流体連通路溝７０（例えばアノードガス連通路溝）、第２流体連通路溝７４が形成され、第１プレート６４と第２プレート６６との間に、第１流体入口５２ａと第１流体出口５４ａとを連通する第１流体連通路及び第２流体入口５６ａと第２流体出口５８ａとを連通する第２流体連通路が形成される。第１流体及び第２流体が第１流体連通路溝７０及び第２流体連通路溝７４に流れることにより、第１流体及び第２流体中のコンタミ成分を捕捉することができる。
【００３４】
図７（Ａ−２）及び（Ｂ−２）に示すように、第２プレート６６には、第１，２流体入口（５２ａ，５６ａ）、第１，２流体出口（５４ａ，５８ａ）が形成されておらず、第１プレート６４の第１，２流体入口（５２ａ，５６ａ）、第１，２流体出口（５４ａ，５８ａ）は、第２プレート６６に覆われている。通常、第２プレート６６に第１，２流体入口（５２ａ，５６ａ）、第１，２流体出口（５４ａ，５８ａ）が形成されている場合には、ターミナルプレート１８側の第２プレート６６面の第１，２流体入口（５２ａ，５６ａ）、第１，２流体出口（５４ａ，５８ａ）の外周にもシール材４０を配置する必要がある。しかし、本実施形態では、当該流体入口及び出口が形成されていないため、ターミナルプレート１８側の第２プレート６６面において、通常形成される当該流体入口及び出口の外周にシール材４０を配置する必要はなく、シール材４０の使用量を低減させることができる。また、第２プレートによって、第１プレートの第１〜３流体入口、第１〜３流体出口が覆われ、第１プレートと第２プレートとの間に、第１流体連通路、第２流体連通路、第３流体連通路が形成されてもよい。
【００３５】
上記形態のように、第１プレート６４及び第２プレート６６に、積層方向に連通する第３流体入口６０ａ及び出口６２ａ（例えば冷却水入口及び出口）が形成されている場合には、第２プレート６６の第３流体入口６０ａ及び出口６２ａは、第２プレート６６より積層方向外側に配置される第３プレートにより覆われ、第２プレート６６と第３プレートとの間に、第３流体入口６０ａと第３流体出口６２ａとを連通する第３流体連通路が形成されることが好ましい。図８（Ａ−１〜３）は、燃料電池積層体側の第１〜３プレートの構成の一例を示す模式平面図であり、図８（Ｂ−１〜３）は、燃料電池積層体と反対側（ターミナルプレート側）の第１〜３プレートの構成の一例を示す模式平面図である。図７に示すプレートと同様の構成については同一の符合を付し、また同様の構成についての説明は省略する。図８（Ａ−３）に示すように、燃料電池積層体１２側の第３プレート６８の面には第３流体連通路溝７８（例えば冷却水連通路溝）が形成され、第２プレート６６と第３プレート６８との間に、第３流体入口６０ａと第３流体出口６２ａとを連通する第３流体連通路が形成される。第３流体が第３流体連通路溝７８に流れることにより、第３流体中のコンタミ成分を捕捉することができる。
【００３６】
また、図８（Ａ−３）及び（Ｂ−３）に示すように、第２プレート６６より積層方向外側に配置される第３プレート６８には、第３流体入口及び出口（６０ａ，６２ａ）が形成されておらず、第２プレート６６の第３流体入口及び出口（６０ａ，６２ａ）は、第３プレート６８に覆われている。このように本実施形態では、第３プレートには、流体入口及び出口が形成されていないため、ターミナルプレート１８側の第３プレート６８面には、シール材４０を配置する必要はなく、シール材４０の使用量をより低減させることができる。
【００３７】
図６に示すように、第２プレート６６に第２流体入口及び出口（５６ａ，５８ａ）が形成されている場合には、第２プレート６６に第２流体入口及び出口（５６ａ，５８ａ）は、第２プレート６６より積層方向外側に配置される第３プレートにより覆われ、第２プレート６６と第３プレートとの間に第２連通路が形成されることが好ましい。以下にその一例を説明する。図９は、燃料電池積層体へ流体が出入りする側の端部と反対側の端部に設けられるエンドセルの構成の他の一例を示す模式断面図である。図９に示すようにエンドセル１６は、燃料電池積層体１２側から第１プレート６４、第２プレート６６、第３プレート６８の順で配置されている。図１０（Ａ−１〜３）は、燃料電池積層体側の第１〜３プレートの構成の他の一例を示す模式平面図であり、図１０（Ｂ−１〜３）は、燃料電池積層体と反対側（ターミナルプレート側）の第１〜３プレートの構成の他の一例を示す模式平面図である。図６に示すプレートと同様の構成については同一の符合を付し、また同様の構成についての説明は省略する。
【００３８】
図１０（Ａ−３）及び（Ｂ−３）に示すように、第３プレート６８は、第３流体入口６０ａ、第３流体出口６２ａを有する。また、図１０（Ａ−３）に示すように、燃料電池積層体１２側の第３プレート６８の面に第２流体連通路溝７４が形成され、第３プレート６８と第２プレート６６との間に、第２流体入口５６ａと第２流体出口５８ａとを連通する第２流体連通路７６（図９に示す）が形成される。また、第３プレート６８には、第２流体入口及び出口（５６ａ，５８ａ）が形成されておらず、第２プレート６６の第２流体入口及び出口（５６ａ，５８ａ）は、第３プレート６８に覆われている。したがって、（第１プレート６４及び）第２プレート６６の第２流体入口５６ａを通る第２流体（例えばカソードガス）は、第３プレート６８以降のプレート（ターミナルプレート１８等）には流れず、第２流体連通路溝７４（図９に示す第２流体連通路７６）を通り、第２プレート６６の第２流体出口５８ａから排出される。第２流体が第２流体連通路溝７４に流れることにより、第２流体中のコンタミ成分を捕捉することができる。特に、第１流体連通路溝７０と第２流体連通路溝７４とをそれぞれ別のプレートに形成する方が、同一プレートの同一面に形成するより、流体の混流を効果的に防ぐことができる点で好ましい。
【００３９】
また、プレートを通過する流体の漏れ、混流等を防止するために、図１０（Ａ−３）に示すように燃料電池積層体側の第３プレート６８の面には、第３プレート６４の外周、第３流体入口及び出口（６０ａ，６２ａ）の外周にシール材４０（図中では点線で表す）が配置される。また、図１０（Ｂ−３）に示すようにターミナルプレート１８側の第３プレート６８の面には、第３プレート６４の外周（第３流体入口及び出口（６０，６２）の一部）にシール材４０（図中では点線で表す）が配置される。通常、第３プレート６６に第１流体入口５２ａ、第１流体出口５４ａ、第２流体入口５６ａ、第２流体出口５８ａが形成されている場合には、第１流体入口５２ａ、第１流体出口５４ａ、第２流体入口５６ａ、第２流体出口５８ａの外周にシール材４０が配置される。しかし、本実施形態では、第２プレート６６には、第１流体入口及び出口（５２ａ，５４ａ）が形成されておらず、また、第３プレート６８には、第１流体入口及び出口（５２ａ，５４ａ）、第２流体入口及び出口（５６ａ，５８ａ）が形成されていないため、当該箇所の外周にシール材４０を配置する必要はなく、シール材４０の使用量を低減させることができる。
【００４０】
また、図１０に示すように、第１〜３プレートに、第３流体入口及び出口（６０ａ，６２ａ）が形成されている場合には、第３プレート６８の第３流体入口及び出口（６０ａ，６２ａ）は、第３プレート６８より積層方向外側に配置される第４プレートにより覆われ、第３プレート６８と第４プレートとの間に、第３流体入口６０ａと第３流体出口６２ａとを連通する第３流体連通路が形成されることが好ましい。図１１（Ａ−１〜４）は、燃料電池積層体側の第１〜４プレートの構成の一例を示す模式平面図であり、図１１（Ｂ−１〜４）は、燃料電池積層体と反対側（ターミナルプレート側）の第１〜４プレートの構成の一例を示す模式平面図である。図１０に示すプレートと同様の構成については同一の符合を付し、また同様の構成についての説明は省略する。図１１（Ａ−４）に示すように、燃料電池積層体１２側の第４プレート６９の面には第３流体連通路溝７８（例えば冷却水連通路溝）が形成され、第３プレート６８と第４プレート６９との間に、第３流体入口６０ａと第３流体出口６２ａとを連通する第３流体連通路が形成される。そして、第３流体が第３流体連通路溝７８に流れることにより、第３流体中のコンタミ成分が捕捉される。図１１（Ａ−４）及び（Ｂ−４）に示すように、第３プレート６８より積層方向外側に配置される第４プレート６９には、第３流体入口及び出口（６０ａ，６２ａ）が形成されておらず、第３プレート６８の第３流体入口及び出口（６０ａ，６２ａ）は、第４プレート６８に覆われている。このように、本実施形態では、第４プレートには流体入口及び出口が形成されていないため、ターミナルプレート１８側の第４プレート６８面には、シール材４０を配置する必要はなく、シール材４０の使用量を低減することができる。
【００４１】
図１２（Ａ−１，２）及び図１３（Ａ−１〜３）は、燃料電池積層体側のプレートの構成の他の一例を示す模式平面図であり、図１２（Ｂ−１，２）及び図１３（Ａ−１〜３）は、燃料電池積層体と反対側（ターミナルプレート側）のプレートの構成の他の一例を示す模式平面図である。図１２及び１３に示すプレートにおいて、図６及び１０に示すプレートと同様の構成については同一の符合を付し、また、同様の構成についての説明は省略する。図１２及び１３に示すように第１プレートには、第３流体入口及び出口が設けられていない。そのため、燃料電池積層体の第３流体入口及び出口（例えば、燃料電池用セパレータの冷却水入口及び出口）は、第１プレートにより覆われる。したがって、通常形成される第３流体入口及び出口の外周にシール材４０を配置する必要がないため、シール材の使用量をより減らすことができる。第３流体が他の流体に比べて、コンタミ成分量の少ない流体、例えば冷却水であれば、エンドセルに設けられる連通路溝によりコンタミ成分を捕捉する必要がほとんどないため、エンドセルを構成するプレートに第３流体入口及び出口、第３流体連通路溝を必ずしも設ける必要はない。
【００４２】
次に、燃料電池積層体１２へ流体が出入りする側の端部に設けられるエンドセル１４について説明する。エンドセル１４は、複数のプレートを積層したものである。当該プレートには、各流体導入管に流れる流体を燃料電池積層体１２へ供給し、燃料電池積層体１２から排出される流体を各流体排出管へ流す必要があるため、例えば図４に示す燃料電池用セパレータのように各流体入口及び出口が形成されている。また、コンタミ成分を捕捉するために、プレート間に流体入口と流体出口とを連通する流体連通路が形成されてもよい。
【００４３】
エンドセル１４，１６のプレートを構成する材料は、例えば、金属、樹脂、導電性樹脂等が挙げられるが、燃料電池積層体１２端部の放熱の抑制、導電性の点で導電性樹脂であることが好ましい。プレートを構成する材料として金属を用いる場合、エンドセル１４，１６の熱伝導率が高く、燃料電池積層体１２端部の放熱を十分に抑制することができない場合があるため、プレート間、プレートと燃料電池積層体１２の間、又はプレートとターミナルプレート１８の間の少なくともいずれか１つの間に断熱性樹脂シートを配置することが好ましい。断熱性樹脂シートを構成する材料としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱効硬化性樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。プレートを構成する材料として樹脂を用いる場合、エンドセルは絶縁性となるため、燃料電池積層体１２から電力を取り出せるように、例えば、燃料電池積層体１２とエンドセル（１４，１６）との間に集電板又は集電リードを配置する必要がある。プレートを構成する材料として導電性樹脂を用いる場合には、上記断熱性樹脂シート、上記集電板等を必要としないため、燃料電池１の構成を簡略化し、燃料電池１の省スペース化を図ることができる。導電性樹脂は、カーボンとフェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱効硬化性樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド等の熱可塑性樹脂等の樹脂とを混合したものである。
【００４４】
本実施形態に用いられる燃料電池用セパレータ（アノード極セパレータ３４、カソード極セパレータ３６）は、金属系セパレータ、カーボン系セパレータ等特に制限されるものではない。
【００４５】
本実施形態に用いられる電解質膜４１は、電子伝達性を有さずプロトン伝導性を有するものであれば特に制限されるものではない。例えば、パーフルオロスルホン酸系の樹脂膜、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜等が挙げられる。
【００４６】
また、アノード極４２及びカソード極４４はそれぞれ、触媒層と拡散層とを備える。拡散層は反応ガスの拡散性が高い材料であれば特に制限されるものではない。例えば、カーボンクロス、カーボンペーパ等の多孔質カーボン材料等が挙げられる。触媒層は、例えば、白金、ルテニウム等の金属触媒を担持したカーボンとパーフルオロスルホン酸系の電解質等とを混合して拡散層、又は電解質膜上に成膜したものである。上記カーボンとしては、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック等が用いられる。
【００４７】
本実施形態に用いられるシール材４０は、一般的に使用される熱硬化性樹脂、例えば、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が用いられる。
【００４８】
上記本実施形態に係る燃料電池セル及び燃料電池積層体は、例えば、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源、自動車用電源、家庭用電源等として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の構成の一例を示す模式側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池の模式斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に用いられる燃料電池セルの構成の一例を示す模式断面図である。
【図４】本実施形態に用いられる燃料電池用セパレータの構成の一例を示す模式平面図である。
【図５】燃料電池積層体へ流体が出入りする側の端部と反対側の端部に設けられるエンドセルの構成の一例を示す模式断面図である。
【図６】（Ａ）は燃料電池積層体側の第１，２プレートの構成の一例を示す模式平面図であり、（Ｂ）は燃料電池積層体と反対側（ターミナルプレート側）の第１，２プレートの構成の一例を示す模式平面図である。
【図７】（Ａ）は燃料電池積層体側の第１，２プレートの構成の他の一例を示す模式平面図であり、（Ｂ）は燃料電池積層体と反対側（ターミナルプレート側）の第１，２プレートの構成の他の一例を示す模式平面図である。
【図８】（Ａ）は燃料電池積層体側の第１〜３プレートの構成の一例を示す模式平面図であり、（Ｂ）は燃料電池積層体と反対側（ターミナルプレート側）の第１〜３プレートの構成の一例を示す模式平面図である。
【図９】燃料電池積層体へ流体が出入りする側の端部と反対側の端部に設けられるエンドセルの構成の他の一例を示す模式断面図である。
【図１０】（Ａ）は燃料電池積層体側の第１〜３プレートの構成の他の一例を示す模式平面図であり、（Ｂ）は燃料電池積層体と反対側（ターミナルプレート側）の第１〜３プレートの構成の他の一例を示す模式平面図である。
【図１１】（Ａ）は燃料電池積層体側の第１〜４プレートの構成の一例を示す模式平面図であり、（Ｂ）は燃料電池積層体と反対側（ターミナルプレート側）の第１〜４プレートの構成の一例を示す模式平面図である。
【図１２】（Ａ）は燃料電池積層体側のプレートの構成の他の一例を示す模式平面図であり、（Ｂ）は燃料電池積層体と反対側（ターミナルプレート側）のプレートの構成の他の一例を示す模式平面図である。
【図１３】（Ａ）は燃料電池積層体側のプレートの構成の他の一例を示す模式平面図であり、（Ｂ）は燃料電池積層体と反対側（ターミナルプレート側）のプレートの構成の他の一例を示す模式平面図である。
【図１４】（Ａ）は通常のエンドセルを構成する第１，２プレートの一方の面を示す模式平面図であり、（Ｂ）は通常のエンドセルを構成する第１，２プレートの他方の面を示す模式平面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  燃料電池、１０  燃料電池セル、１２  燃料電池積層体、１４，１６  エンドセル、１８  ターミナルプレート、２０  カソードガス導入管、２２  カソードガス排出管、２４  アノードガス導入管、２６  アノードガス排出管、２８  冷却水導入管、３０  冷却水排出管、３２  膜−電極アッセンブリ、３４  アノード極セパレータ、３６  カソード極セパレータ、４０，９８  シール材、４１  電解質膜、４２  アノード極、４４  カソード極、４６  アノードガス流路、４６ａ  アノードガス流路溝、４８  カソードガス流路、４８ａ  カソードガス流路溝、５０  冷却水流路、５２  アノードガス入口、５２ａ，８６  第１流体入口、５４  アノードガス出口、５４ａ，８８  第１流体出口、５６  カソードガス入口、５６ａ，９０  第２流体入口、５８  カソードガス出口、５８ａ，９２  第２流体出口、６０  冷却水入口、６０ａ，９４  第３流体入口、６２  冷却水出口、６２ａ，９６  第３流体出口、６４，６６，６８，６９，８０，８４  プレート、７０，８４  第１流体連通路溝、７２  第１流体連通路、７４  第２流体連通路溝、７６  第２流体連通路、７８  第３流体連通路溝。
【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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