WO2017013710A1 - 燃料電池スタック - Google Patents

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WO2017013710A1
WO2017013710A1 PCT/JP2015/070557 JP2015070557W WO2017013710A1 WO 2017013710 A1 WO2017013710 A1 WO 2017013710A1 JP 2015070557 W JP2015070557 W JP 2015070557W WO 2017013710 A1 WO2017013710 A1 WO 2017013710A1
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cooling medium
seal
fuel cell
gas
power generation
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和弘 影山
里美 古川
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Nissan Motor Co Ltd
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell stack.
  • a fuel cell stack that includes a fuel cell module in which fuel cell cells having a membrane electrode assembly having a power generation unit and two separators sandwiching the membrane electrode assembly are stacked.
  • a fuel cell module in which fuel cell cells having a membrane electrode assembly having a power generation unit and two separators sandwiching the membrane electrode assembly are stacked.
  • a gas introduction hole and a gas discharge hole, and a cooling medium introduction hole and a cooling medium discharge hole are formed. Further, in the fuel cell, a gas flow path is formed so as to communicate with the gas introduction hole and the gas discharge hole.
  • a cooling medium flow path communicating with the cooling medium introduction hole and the cooling medium discharge hole is formed between adjacent fuel cells of the fuel cell module.
  • an object of the present invention is to obtain a fuel cell stack that can more reliably suppress deterioration in cooling efficiency while achieving downsizing.
  • a fuel cell of a fuel cell stack according to an aspect of the present invention is formed with a gas seal projection and a cooling medium seal projection that protrude from at least one of the two separators toward the membrane electrode assembly side. .
  • a recess serving as a cooling medium flow path is formed on the opposite side of the gas seal protrusion and the cooling medium seal protrusion from the membrane electrode assembly side.
  • deviates from the electric power generation part cooling part of a cooling medium is provided in at least any one of the said gas seal protrusion and a cooling medium seal protrusion.
  • the recess formed on the back side of the seal projection is used as the cooling medium flow path, it is not necessary to take an extra space for forming the seal projection. As a result, it is possible to reduce the size of the separator, and consequently to reduce the size of the fuel cell stack.
  • a resistance portion that suppresses the flow of the cooling medium in the direction away from the power generation portion cooling portion is provided on at least one of the gas seal protrusion and the cooling medium seal protrusion.
  • FIG. 1A and 1B are views showing a fuel cell stack according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a perspective view showing the fuel cell stack, and FIG. 1B is an exploded perspective view showing the fuel cell stack. It is a top view which decomposes
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3.
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating an anode separator according to a first comparative example, in which FIG. 8A is a partially enlarged plan view of the anode separator, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along a line CC in FIG.
  • FIG. 1A and 1B are views showing an anode-side separator according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a partially enlarged plan view of the anode-side separator, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line EE in FIG.
  • FIG. 9C is a cross-sectional view taken along the line FF in FIG. It is a top view which partially enlarges and shows the anode side separator concerning 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 12A and 12B are views showing an anode side separator according to a third embodiment of the present invention, in which FIG. 12A is a partially enlarged plan view of the anode side separator, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line HH in FIG. FIG. FIG.
  • FIG. 14 is a view showing an anode-side separator according to a third comparative example, in which (A) is a partially enlarged plan view showing the anode-side separator, and (B) is a sectional view taken along the line II in FIG. 13 (A). .
  • FIGS. 14A and 14B are views showing an anode-side separator according to a fourth embodiment of the present invention, in which FIG. 14A is a partially enlarged plan view of the anode-side separator, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line JJ in FIG. FIG.
  • FIG. 6C is a plan view showing a partially enlarged anode side separator according to a second modification
  • FIG. 10C is a plan view showing a partially enlarged anode side separator according to a third modification.
  • the fuel cell stack FS includes a fuel cell module M in which a plurality of fuel cells C are stacked.
  • a plurality of substantially rectangular plate-like fuel cell modules M are formed, and a substantially rectangular plate-like seal plate P is interposed between adjacent fuel cell modules M, M. .
  • the stacked body A is formed by stacking the plurality of fuel cell modules M via the seal plate P.
  • FIG. 1B illustrates a stacked body A having two fuel cell modules M and M and one seal plate P interposed therebetween, but a larger number of fuels It is also possible to laminate the battery module M and the seal plate P.
  • the case 10 includes fastening plates 11, 12, reinforcing plates 13, 14, and end plates 15, 16.
  • the fastening plate 11, 12, the reinforcing plates 13, 14 and the end plates 15, 16 form a substantially rectangular parallelepiped shape. Is formed.
  • end plates 15 and 16 are respectively disposed at both ends in the stacking direction of the stacked body A so as to cover both end surfaces in the stacking direction of the stacked body A. Then, with the end plates 15 and 16 disposed at both ends in the stacking direction of the stacked body A, the fastening plates 11 and 12 are disposed so as to cover the long side of the fuel cell module M, and the fuel cell module M Reinforcing plates 13 and 14 are arranged so as to cover the short side.
  • the fastening direction by a bolt is the stacking direction of the stacked body A, so that the fuel cell module M and the seal plate P are connected to the end plate 15, 16 is sandwiched in the stacking direction of the stacked body A.
  • a predetermined pressure is applied to the fuel cell C, and the gas sealability, conductivity, etc. are maintained well. Can do.
  • the fuel cell module M is obtained by stacking fuel cells C having a required number.
  • the outer wall surface of the fuel cell module M is constituted by a flange portion 22 and an adhesive 60 of the membrane electrode assembly 20 described later (see FIG. 5). This prevents water from entering the fuel cell module M and electrically insulates it.
  • FIG. 5 illustrates the fuel cell module M in which four fuel cells C are stacked and bonded, but the number of fuel cells C is not limited to this.
  • the fuel cell C includes a membrane electrode assembly 20, and two separators 30 and 40 that are provided on both sides of the membrane electrode assembly 20 and sandwich the membrane electrode assembly 20. Have.
  • the membrane electrode assembly 20 has a substantially rectangular shape when viewed from the stacking direction of the fuel cells C, and includes a power generation unit 23 disposed at the center and a frame portion provided so as to surround the power generation unit 23. 21.
  • the frame portion 21 can be formed of a resin that is an insulating member.
  • the collar part 22 which protrudes from both front and back both surfaces is formed in the outer peripheral part of front and back both surfaces of the frame part 21 over the perimeter.
  • the power generation unit 23 is also referred to as MEA (Membrane Electrode Assembly), and includes, for example, an electrolyte membrane made of a solid polymer and a pair of electrodes (anode and cathode) that sandwich the electrolyte membrane.
  • MEA Membrane Electrode Assembly
  • the membrane electrode assembly 20 is sandwiched with the power generation unit 23 covered by two separators.
  • the anode-side separator 30 is disposed so as to cover the anode side of the power generation unit 23, and the cathode-side separator 40 is disposed so as to cover the cathode side of the power generation unit 23.
  • Each of the anode-side separator 30 and the cathode-side separator 40 is formed by press-molding a metal plate such as stainless steel, and is formed in a substantially rectangular shape having a size that can be disposed in the inner region of the flange portion 22 of the membrane electrode assembly 20. It is.
  • a gas flow path 70 for distributing power generation gas is defined.
  • the two types of power generation gas are a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas.
  • two types of gas flow paths 70 are defined, that is, a hydrogen-containing gas flow path 71 through which the hydrogen-containing gas flows and an oxygen-containing gas flow path 72 through which the oxygen-containing gas flows.
  • the hydrogen-containing gas flow channel 71 is partitioned between the anode-side surface 20 a of the membrane electrode assembly 20 and the membrane-electrode assembly-side surface 30 b of the anode-side separator 30.
  • An oxygen-containing gas flow path 72 is defined between the cathode-side surface 20 b of the membrane electrode assembly 20 and the membrane-electrode assembly-side surface 40 b of the cathode-side separator 40.
  • a coolant flow path 80 through which the coolant flows is defined. That is, the surface 30a opposite to the membrane electrode assembly side of the anode separator 30 of one fuel cell C and the surface 40a opposite to the membrane electrode assembly side of the cathode separator 40 of the other fuel cell C.
  • the cooling medium flow path 80 is formed between the two.
  • the power generation unit 23 is cooled by the cooling medium by forming the cooling medium flow path 80 and circulating the cooling medium.
  • the cooling medium it is preferable to use a fluid that can circulate in the cooling medium flow path 80.
  • water can be used as the cooling medium.
  • the fuel cell C is formed with gas introduction holes ML1 and ML3 into which power generation gas is introduced and gas discharge holes MR1 and MR3 through which the power generation gas is discharged. Further, the fuel cell C is formed with a cooling medium introduction hole ML2 into which a cooling medium for cooling the power generation unit is introduced and a cooling medium discharge hole MR2 into which the cooling medium is discharged.
  • the oxygen-containing gas introduction hole ML1, the cooling medium introduction hole ML2, and the hydrogen-containing gas introduction hole ML3 are provided at one end in the longitudinal direction of the membrane electrode assembly 20 and the two separators 30 and 40, respectively. Is formed.
  • an oxygen-containing gas discharge hole MR1, a cooling medium discharge hole MR2, and a hydrogen-containing gas discharge hole MR3 are formed at the other ends in the longitudinal direction of the membrane electrode assembly 20 and the two separators 30 and 40, respectively. Yes.
  • the supply and discharge may be partially or entirely reversed in positional relationship.
  • the membrane electrode assembly 20 and the two separators 30 and 40 are laminated so that the oxygen-containing gas introduction holes ML1 of the membrane electrode assembly 20 and the two separators 30 and 40 communicate with each other.
  • a gas introduction hole ML1 is formed in the cell C.
  • the gas introduction holes ML1 and ML3 and the gas discharge holes MR1 and MR3, the cooling medium introduction hole ML2 and the cooling medium discharge hole MR2 are formed.
  • the gas introduction holes ML1 and ML3 and the gas discharge holes MR1 and MR3 communicate with the gas flow path 70.
  • the oxygen-containing gas introduction hole ML1 and the oxygen-containing gas discharge hole MR1 communicate with the oxygen-containing gas flow path 72, and the hydrogen-containing gas introduction hole ML3 and the hydrogen-containing gas discharge hole MR3 are in the hydrogen-containing gas flow path. 71 is communicated.
  • cooling medium introduction hole ML2 and the cooling medium discharge hole MR2 communicate with the cooling medium flow path 80.
  • the introduction holes ML1 to ML3 and the discharge holes MR1 to MR3 are also formed in the fuel cell module M in which the fuel cells C are stacked, the seal plate P, and the end plates 15 and 16. Then, the stacked body A and the fuel cell stack FS are formed so that holes having the same reference numerals such as the introduction holes ML1 communicate with each other in the stacking direction.
  • manifold portions ML and MR such as an oxygen-containing gas introduction manifold and an oxygen-containing gas discharge manifold are formed by communicating holes having the same reference numerals in the stacking direction.
  • the oxygen-containing gas is introduced from the oxygen-containing gas introduction hole ML1 functioning as the oxygen-containing gas introduction manifold into the oxygen-containing gas flow path 72, and oxygen in the oxygen-containing gas is supplied to the cathode of the power generation unit 23.
  • the surplus oxygen-containing gas that is supplied is discharged from the oxygen-containing gas flow path 72 to the oxygen-containing gas discharge hole MR1 that functions as an oxygen-containing gas discharge manifold.
  • the hydrogen-containing gas is introduced into the water-containing gas flow channel 71 from the hydrogen-containing gas introduction hole ML3 that functions as a hydrogen-containing gas introduction manifold, and the hydrogen in the hydrogen-containing gas is supplied to the anode of the power generation unit 23, so The hydrogen-containing gas is discharged from the hydrogen-containing gas passage 71 to the hydrogen-containing gas discharge hole MR3 that functions as a hydrogen-containing gas discharge manifold.
  • a diffuser region 25 that is a region through which a hydrogen-containing gas or an oxygen-containing gas flows is formed between the manifold portions ML and MR of the membrane electrode assembly 20 and the power generation unit 23.
  • a plurality of frustoconical protrusions 25a are arranged at a required interval.
  • the diffuser regions 25 are formed between the membrane electrode assembly 20 and the separators 30 and 40, that is, on both sides of the membrane electrode assembly 20.
  • the cooling medium is introduced into the cooling medium flow path 80 from the cooling medium introduction hole ML2 that functions as the cooling medium introduction manifold, and the power generation unit 23 is cooled while the cooling medium flows in the cooling medium flow path 80. Then, the cooling medium flowing in the cooling medium flow path 80 is discharged from the cooling medium flow path 80 to the cooling medium discharge hole MR2 that functions as a cooling medium discharge manifold.
  • the fuel cell C is formed with a seal portion 90, and the movement of the power generation gas and the cooling medium is suppressed by the seal portion 90.
  • the seal portion 90 is a seal protrusion 92 that protrudes from at least one of the separators 30 and 40 toward the membrane electrode assembly 20 on the adhesive seal material 91 provided on the membrane electrode assembly 20. It is formed by contacting.
  • thermosetting resin material such as an olefin resin is generally used, but is not limited thereto.
  • a concave portion 33a serving as the cooling medium flow path 80 is formed on the side of the seal projection 92 opposite to the membrane electrode assembly 20 side.
  • seal portion 90 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • an adhesive seal material 91 constituting a part of the seal portion 90 is formed on the surface of the membrane electrode assembly 20.
  • the adhesive seal material 91 is formed on both surfaces of the membrane electrode assembly 20 (the anode side surface 20a and the cathode side surface 20b).
  • FIG. 3 illustrates the adhesive seal material 91 formed on the anode-side surface 20a of the membrane electrode assembly 20.
  • the adhesive seal material 91 formed on the cathode-side surface 20b of the membrane electrode assembly 20 is such that a gas seal material 91A described later is not around the oxygen-containing gas introduction hole ML1 and the oxygen-containing gas discharge hole MR1, but a hydrogen-containing gas.
  • 3 is different from FIG. 3 in that it is formed in the introduction hole ML3 and the hydrogen-containing gas discharge hole MR3.
  • the adhesive seal material 91 includes a gas seal material 91A surrounding the oxygen-containing gas introduction hole ML1 and the oxygen-containing gas discharge hole MR1, as shown in FIG.
  • the gas sealing material 91A double surrounds the oxygen-containing gas introduction hole ML1 and the oxygen-containing gas discharge hole MR1.
  • the adhesive sealing material 91 includes a cooling medium sealing material 91B that surrounds the cooling medium introduction hole ML2 and the cooling medium discharge hole MR2.
  • the adhesive seal material 91 includes an outer peripheral seal material 91C that surrounds the outer periphery of the anode-side surface 20a of the membrane electrode assembly 20.
  • a portion adjacent to each other of the contour defining the region of the gas seal material 91A and the contour defining the region of the cooling medium seal material 91B is the common seal material 91D.
  • a portion adjacent to each other of the contour defining the region of the cooling medium sealing material 91B and the contour defining the region of the outer peripheral sealing material 91C is used as a common sealing material 91E.
  • region of 91 C of outer periphery seals is made into the common sealing material 91F.
  • the arrangement area of the adhesive seal material 91 can be reduced, and the membrane electrode The joined body 20 can be downsized.
  • the anode-side separator 30 is formed with a seal projection 92 constituting a part of the seal portion 90 on the surface 30b on the membrane electrode assembly 20 side.
  • the seal projection 92 has the anode separator 30 on the membrane electrode assembly 20 side so that a concave portion 33a serving as the cooling medium flow path 80 is formed on the opposite side (surface 30a side) to the membrane electrode assembly 20 side. It is formed by protruding.
  • FIG. 4 the seal protrusion 92 formed on the anode side separator 30 is illustrated.
  • a gas seal projection 92A described later is not around the oxygen-containing gas introduction hole ML1 and the oxygen-containing gas discharge hole MR1, but the hydrogen-containing gas introduction hole ML3 and the hydrogen-containing gas discharge. 4 is different from FIG. 4 in that it is formed in the hole MR3.
  • the seal protrusion 92 includes a gas seal protrusion 92A that surrounds the oxygen-containing gas introduction hole ML1 and the oxygen-containing gas discharge hole MR1.
  • the gas seal protrusion 92A double surrounds the oxygen-containing gas introduction hole ML1 and the oxygen-containing gas discharge hole MR1.
  • the seal protrusion 92 includes a cooling medium seal protrusion 92B surrounding the periphery of the cooling medium introduction hole ML2 and the cooling medium discharge hole MR2.
  • the seal protrusion 92 includes an outer peripheral seal protrusion 92 ⁇ / b> C that surrounds the outer periphery of the anode-side separator 30.
  • a portion adjacent to each other between the contour defining the region of the gas seal projection 92A and the contour defining the region of the cooling medium seal projection 92B is defined as a common seal projection 92D.
  • a portion adjacent to each other of the contour defining the region of the cooling medium seal projection 92B and the contour defining the region of the outer peripheral seal projection 92C is a common seal projection 92E.
  • a portion adjacent to each other is defined as a common seal projection 92F.
  • the seal protrusion 92 can be shared to have the functions as the cooling medium seal protrusion 92B and the outer peripheral seal protrusion 92C, the arrangement area of the seal protrusion 92 can be reduced, and the anode-side separator 30 can be reduced. Can be miniaturized.
  • the gas seal projection 92A contacts the gas seal material 91A to form the gas seal portion 90A.
  • the cooling medium seal protrusion 92B contacts the cooling medium seal material 91B to form the cooling medium seal portion 90B.
  • the outer peripheral seal protrusion 92C abuts on the outer peripheral seal material 91C to form the outer peripheral seal portion 90C.
  • the common seal protrusions 92D, 92E, and 92F abut on the common seal members 91D, 91E, and 91F, respectively, thereby forming the common seal portions 90D, 90E, and 90F.
  • the seal portion 90 formed on the anode-side surface 20a of the membrane electrode assembly 20 is formed from the oxygen-containing gas introduction hole ML1, the oxygen-containing gas discharge hole MR1, and the oxygen-containing gas flow path 72.
  • a gas seal portion 90A that suppresses the outflow of the oxygen-containing gas is provided.
  • the seal portion 90 formed on the anode-side surface 20 a of the membrane electrode assembly 20 includes a cooling medium seal portion 90 ⁇ / b> B that suppresses the inflow of the cooling medium between the separator 30 and the membrane electrode assembly 20. Yes.
  • the gas seal portion 90A and the cooling medium seal portion 90B include corresponding portions of the common seal portions 90D, 90E, and 90F, respectively.
  • the oxygen-containing gas supplied between the membrane electrode assembly 20 and the cathode-side separator 40 from the manifold part ML via the oxygen-containing gas introduction hole ML1 is supplied to the manifold part MR via the oxygen-containing gas discharge hole MR1.
  • a discharge channel is formed.
  • a gas seal (Not shown) is formed on the cathode-side surface 20 b of the membrane electrode assembly 20 . Further, a cooling medium seal portion (not shown) that suppresses the inflow of the cooling medium between the separator 40 and the membrane electrode assembly 20 is also formed.
  • the hydrogen-containing gas supplied between the membrane electrode assembly 20 and the anode-side separator 30 from the manifold part ML via the hydrogen-containing gas introduction hole ML3 is supplied to the manifold part MR via the hydrogen-containing gas discharge hole MR3.
  • a discharge channel is formed.
  • the cooling medium seal portion 90B also has a function as a gas seal that suppresses the power generation gas from flowing out into the cooling medium introduction hole ML2 and the cooling medium discharge hole MR2.
  • seal portion 90 it is possible to prevent the power generation gas and the cooling medium from flowing out of the fuel cell stack FS.
  • the seal portion 90 by forming the seal portion 90 with the adhesive seal material 91 and the seal protrusion 92, the separators 30 and 40 and the membrane electrode assembly 20 can be sealed in a close contact state. it can. As a result, when the pressure of the power generation gas or the cooling medium is applied to the seal portion 90, it is possible to prevent the sealing performance from being weakened, and to seal more reliably.
  • an adhesive seal material 60 is formed between the membrane electrode assemblies 20 to bond the frame portions 21 of the membrane electrode assemblies 20 at the outer edge portions.
  • the adhesive seal material 60 is a seal formed between the frame portions 21 at the outer edge portion of the membrane electrode assembly 20.
  • the membrane electrode assembly 20 has a shape that is slightly larger than the separators 30 and 40, and the outer edge of the frame portion 21 protrudes from the separators 30 and 40.
  • a flange portion 22 is formed on the outer edge portion of the frame portion 21 so as to protrude from both the front and back surfaces.
  • the thickness of the outer edge portion of the frame portion 21 is set to be substantially equal to the distance between the laminated membrane electrode assemblies 20.
  • the outer edge portions are bonded to each other by an adhesive seal material 60, thereby forming an outer edge portion seal that can prevent liquid such as rainwater from entering from the outside.
  • a seal plate P is interposed between the fuel cell modules M and M, and a compression seal member S ⁇ b> 1 is interposed between the seal plate P and the concave shape of the separators 30 and 40. Is provided. Further, a compression seal member S2 is provided between the seal plate P and a portion where the outer edge seal of the membrane electrode assembly 20 is provided.
  • the compression seal members S1 and S2 are made of a rubber material such as silicone rubber, and are bonded to the seal plate P.
  • the separators 30 and 40 and the compression seal members S1 and S2 are not bonded, or are bonded with an adhesive force weaker than the adhesive force between the seal plate P and the compression seal members S1 and S2.
  • the compression seal member S1 is disposed in the cooling medium flow path 80 formed between the seal plate P and the separators 30 and 40, and the compression seal member S1 causes the membrane electrode assembly 20 to swell and heat. Displacement in the stacking direction of the fuel cells C due to expansion or the like is absorbed.
  • a pressure loss adjusting portion P2 is formed on the substrate P1 of the seal plate P (see FIG. 1B).
  • the cooling medium flow path 80 through which the cooling medium flows is defined between the fuel cells C stacked so that the fuel cell modules M are adjacent to each other.
  • the cooling medium flow path 80 and the gas flow path 70 are defined by providing the separators 30 and 40 with the uneven shapes 32 and 42.
  • the recessed part 33 formed in the separator 30 has comprised the cooling medium flow path 80 which connects the cooling medium introduction hole ML2 and the cooling medium discharge hole MR2.
  • a recess 33 (recess 33a) is also formed on the side opposite to the membrane electrode assembly 20 side of the seal projection 92, and the recess 33a formed on the back side of the seal projection 92 is also a cooling medium.
  • a part of the flow path 80 is formed.
  • the cooling medium flow path 80 has a common portion formed by the seal protrusion 92 that constitutes a part of the seal portion 90. By doing so, the separator can be made smaller than when the cooling medium flow path 80 is formed separately from the seal portion 90.
  • the cooling medium flow path 80 includes a constricted portion 81 having a protrusion 32a and a recessed portion 32b, and a common portion 82 common to the recessed portion shape forming the cooling medium seal portion 90B. And. Further, the cooling medium flow path 80 includes a diffuser portion 83 that diffuses the cooling medium in the short direction and a power generation portion cooling portion 84 that cools the power generation portion 23.
  • the constricted portion 81 is a cooling medium flow path 80 in a section ac in FIG.
  • the cooling medium supplied from the cooling medium introduction hole ML2 passes through the narrowed portion 81, the cooling medium is rectified and a flow toward the common portion 82 is formed.
  • the common part 82 is the cooling medium flow path 80 in the cd section of FIG. In the common portion 82, a flow path extending in the vertical direction of FIG. Therefore, most of the cooling medium flowing into the common portion 82 from the narrowed portion 81 flows into the diffuser portion 83, while a part of the cooling medium flows in the vertical direction in FIG.
  • the diffuser part 83 is a cooling medium flow path 80 in the right section from d in FIG. 6, and is a part that communicates the constriction part 81 and the power generation part cooling part 84.
  • the diffuser portion 83 has a function of diffusing the cooling medium flowing in through the narrowed portion 81 in the short direction (vertical direction in FIG. 6A) and flowing it to the power generating portion cooling portion 84. As shown in FIG. 6 f, a portion of the separator 30 that forms the diffuser portion 83 is provided with a plurality of hemispherical protrusions 32 c that protrude toward the adjacent separator. The diffusion of the cooling medium passing through the diffuser portion 83 is promoted.
  • the power generation unit cooling unit 84 is provided in a portion overlapping the power generation unit 23 of the membrane electrode assembly 20 in the separator as viewed from the stacking direction.
  • the power generation section cooling section 84 is a plurality of straight flow paths formed by providing a plurality of uneven shapes 31 and 41 that are parallel to each other. Then, when the cooling medium passes through the power generation section cooling section 84, the heat generated in the power generation section 23 that becomes high temperature due to the exothermic reaction during power generation is absorbed by the cooling medium, and the power generation section 23 is cooled.
  • the cooling medium supplied from the cooling medium introduction hole ML2 to the cooling medium flow path 80 flows from the common portion 82 into the recess 33a on the back side of the cooling medium seal protrusion 92B formed on the cooling medium introduction hole ML2 side. .
  • the cooling medium seal protrusion 92B and the gas seal protrusion 92A share a common protrusion. That is, the recess 33a on the back side of the cooling medium seal projection 92B communicates with the recess 33a on the back side of the gas seal projection 92A. Therefore, as shown in FIG. 7, the cooling medium flows into the recess 33a on the gas seal side, and there is a possibility that a side flow g2 that bypasses the power generation section cooling section 84 and flows toward the cooling medium discharge hole MR2 may occur.
  • the flow g of the cooling medium may branch into a regular flow g1 that passes through the power generation unit cooling unit 84 and a side flow g2 that bypasses the power generation unit cooling unit 84 (see FIG. 7). .
  • the side flow g2 arises, since the regular flow g1 which passes the electric power generation part cooling part 84 will decrease, the cooling performance of the electric power generation part 23 may fall.
  • the generation of the side flow g2 that bypasses the electric part cooling unit 84 is suppressed, and the decrease in the normal flow g1 passing through the power generation unit cooling unit 84 can be suppressed as much as possible.
  • the resistance portion 50 is provided on at least one of the gas seal protrusion 92A and the cooling medium seal protrusion 92B so that the flow of the cooling medium in the direction away from the power generation section cooling section 84 (side flow g2) can be suppressed. I made it.
  • a throttle part 51 resistor part 50
  • the narrowed portion 51 can be formed by reducing the depth of the concave portion 33a formed on the back side of the seal projection 92 or reducing the lateral width of the concave portion 33a.
  • the gas seal projection 92A is provided with the throttle portion 51 in which the depth of the concave portion 33a is reduced, and the cooling medium seal projection 92B that is located on the downstream side of the cooling medium introduction hole ML2 and extends in the short direction.
  • a narrowed portion 51 in which the lateral width of the recess 33a is narrowed is provided.
  • the outer peripheral seal projection 92C is also provided with a throttle portion 51 in which the depth of the concave portion 33a is reduced.
  • the cooling medium easily flows in the recess 33a formed on the back side of the seal projection 92, and the side flow g2 is easily generated.
  • the throttle part 51 as the resistance part 50 is formed on the seal protrusion 92.
  • the flow passage cross-sectional area in the passage direction of the cooling medium in the throttle portion 51 becomes smaller than the flow passage cross-sectional area of the recess 33a in the portion where the throttle portion 51 is not formed. Therefore, the pressure loss when the cooling medium passes through the recess 33a formed on the back side of the seal projection 92 can be increased.
  • generation of the side flow g2 of the cooling medium can be suppressed, and the normal flow g1 passing through the power generation unit cooling unit 84 can be increased.
  • by increasing the normal flow g1 passing through the power generation unit cooling unit 84 it is possible to suppress the cooling efficiency of the power generation unit 23 from being decreased.
  • the adhesive seal material 91 between the membrane electrode assembly 20 and the separator 30 is applied thickly.
  • the fuel cell stack FS includes the membrane electrode assembly 20 having the power generation unit 23 and the two separators 30 and 40 that sandwich the membrane electrode assembly 20.
  • a fuel cell module M in which cells C are stacked is provided.
  • the fuel cell C is introduced with gas introduction holes ML1 and 3 through which power generation gas is introduced, gas discharge holes MR1 and 3 through which power generation gas is discharged, and a cooling medium for cooling the power generation unit.
  • a cooling medium introduction hole ML2 and a cooling medium discharge hole MR2 through which the cooling medium is discharged are formed.
  • the power generation unit 23 is disposed between the two separators 30 and 40 in the fuel cell C, and a gas flow path 70 communicating with the gas introduction holes ML1 and ML3 and the gas discharge holes MR1 and 3 is formed. Has been.
  • the fuel battery cell C includes a gas seal portion 90A that suppresses the outflow of power generation gas from the gas introduction holes ML1, 3, gas discharge holes MR1, 3, and the gas flow path 70, separators 30, 40, and membrane electrodes.
  • a cooling medium seal portion 90B that suppresses the inflow of the cooling medium to and from the joined body 20 is formed.
  • a cooling medium having a power generation unit cooling unit 84 that communicates with the cooling medium introduction hole ML2 and the cooling medium discharge hole MR2 and cools the power generation unit 23.
  • a flow path 80 is formed.
  • gas seal portion 90A protrudes from at least one of the two separators 30 and 40 in the fuel cell C to the membrane electrode assembly side, and the coolant flows on the side opposite to the membrane electrode assembly side.
  • a gas seal projection 92 ⁇ / b> A in which a recess 33 a that becomes the path 80 is formed is provided.
  • cooling medium seal portion 90B protrudes from at least one of the two separators 30 and 40 in the fuel cell C to the membrane electrode assembly side, and on the opposite side to the membrane electrode assembly side.
  • a cooling medium seal protrusion 92 ⁇ / b> B in which a recess 33 a that becomes the flow path 80 is formed is provided.
  • At least one of the gas seal protrusion 90A and the cooling medium seal protrusion 90B is provided with a resistance portion 50 that suppresses the flow of the cooling medium in the direction away from the power generation portion cooling portion 84.
  • the recess 33a formed on the back side of the seal projection 92 is used as the cooling medium flow path 80, it is not necessary to take an extra space for forming the seal projection 92. As a result, it is possible to reduce the size of the separators 30 and 40, and consequently, it is possible to reduce the size of the fuel cell stack FS.
  • At least one of the gas seal protrusion 92A and the cooling medium seal protrusion 92B is provided with a resistance section 50 that suppresses the flow of the cooling medium in the direction away from the power generation section cooling section 84 (side flow g2). As a result, more cooling medium flows to the power generation unit cooling unit 84, and it is possible to more reliably suppress deterioration of the cooling efficiency.
  • the pressure loss generated when the cooling medium passes through the recess 33a is increased by the resistance unit 50, thereby suppressing the flow of the cooling medium.
  • the resistance portion 50 has the throttle portion 51 formed on the gas seal protrusion 90A or the cooling medium seal protrusion 90B.
  • the throttle portion 51 By forming the throttle portion 51, the pressure loss when the cooling medium passes through the recess 33a formed on the back side of the seal projection 92 can be increased, and the occurrence of the side flow g2 of the cooling medium is suppressed. Will be able to. As a result, it is possible to suppress the cooling efficiency of the power generation unit 23 from decreasing.
  • the part 50 is provided.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that the resistance portion 50 is provided by forming the bent portion 52 on at least one of the gas seal projection 92A and the cooling medium seal projection 92B. ing.
  • the bent portion 52 is formed by bending a part of the cooling medium seal projection 90B in a staggered manner.
  • Providing such a resistance portion 50 can also increase the pressure loss when the cooling medium passes through the recess 33a formed on the back side of the seal projection 92, and suppress the generation of the side flow g2 of the cooling medium. Will be able to.
  • the part 50 is provided.
  • the separator 30 communicates with the recess 33 a and the flow of the cooling medium in the direction away from the power generation unit cooling unit 84 is directed to the power generation unit cooling unit 84.
  • a second recess 53 that is changed into a flow is formed.
  • the flow of the cooling medium in the direction away from the power generation section cooling section 84 can be returned to the flow toward the power generation section cooling section 84.
  • the resistance part 50 is provided in the downstream rather than the communication part 53a with the 2nd recessed part 53 in the recessed part 33a.
  • the second recess 53 that changes the flow of the cooling medium in the direction away from the power generation unit cooling unit 84 to the flow toward the power generation unit cooling unit 84 is provided. It communicates with the recess 33a. Therefore, the side flow g2 can be efficiently returned by the normal flow g1.
  • the resistance portion 50 is provided on the downstream side of the communication portion 53a with the second recess 53 in the recess 33a. Therefore, there is an advantage that the cooling medium easily stays in the vicinity of the second recess 53, and the side flow g2 can be more efficiently returned to the normal flow g1.
  • the part 50 is provided.
  • the resistance portion 50 has a blocking portion 54 that blocks the communication of the recess 33a.
  • the blocking portion 54 is formed by providing the separator 30 with a flat section without providing the recess 33a partially.
  • a blocking portion 54 is provided at a connecting portion between the gas seal projection 92A and the cooling medium seal projection 92B that is located downstream of the cooling medium introduction hole ML2 and extends in the short direction. Forming.
  • the resistance part 50 has the interruption
  • the gas seal or the cooling medium seal in the blocking portion 54 is formed. Needs to be formed only with an adhesive sealant. Therefore, the holding power of the adhesive seal material may be weakened by the power generation gas generated between the membrane electrode assembly 20 and the separators 30 and 40 or the pressure h of the cooling medium.
  • At least one of the start point 54a and the end point 54b of the blocking portion 54 in the gas seal projection 92A or the cooling medium seal projection 92B is provided between the membrane electrode assembly 20 and the separators 30 and 40. You may make it form the holding
  • FIG. 15A illustrates the holding portion 55 formed by cutting both the start point 54a and the end point 54b of the blocking portion 54 into a rectangular shape.
  • the adhesive sealing material 91 can be hooked on the start point 54a and the end point 54b. Therefore, even if the gas pressure h is applied to the gas seal portion between the membrane electrode assembly 20 and the separators 30 and 40 in the flat section, it is possible to prevent the holding force of the adhesive seal material 91 from being reduced. .
  • FIG. 15B illustrates a holding portion 55 formed by a shape in which the adhesive seal material 91 is squeezed and sandwiched between the start point 54a and the end point 54b.
  • FIG. 15C illustrates the holding portion 55 formed by bending the start point 54a and the end point 54b into a zigzag shape.
  • the shape of the start point and the end point is not limited to this, and various shapes can be adopted as long as the shape increases the holding power of the adhesive seal material.

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Abstract

燃料電池スタック(FS)の燃料電池セル(C)には、2枚のセパレータ(30,40)のうち少なくともいずれか一方のセパレータから膜電極接合体側に突出するガスシール突起(92A)および冷却媒体シール突起(92B)が形成されている。このガスシール突起(92A)および冷却媒体シール突起(92B)の膜電極接合体側とは反対側には、冷却媒体流路(80)となる凹部(33a)が形成されている。そして、ガスシール突起(92A)および冷却媒体シール突起(92B)の少なくともいずれか一方に、冷却媒体の発電部冷却部(84)から外れる方向への流れを抑制する抵抗部(50)が設けられている。

Description

燃料電池スタック
 本発明は、燃料電池スタックに関する。
 従来、燃料電池スタックとして、発電部を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持する2枚のセパレータと、を有する燃料電池セルが積層された燃料電池モジュールを備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
 この特許文献1に記載の燃料電池セルには、ガス導入孔およびガス排出孔と、冷却媒体導入孔および冷却媒体排出孔と、が形成されている。また、燃料電池セルには、ガス流路がガス導入孔およびガス排出孔と連通するように形成されている。
 一方、燃料電池モジュールの互いに隣り合う燃料電池セルの間には、冷却媒体導入孔および冷却媒体排出孔に連通する冷却媒体流路が形成されている。
特表2015-510218号公報
 上記従来の技術でも、燃料電池スタックの小型化を図ったり、冷却効率の悪化を抑制することは可能であるが、燃料電池スタックのさらなる小型化を図ったり、冷却効率の悪化をより確実に抑制できるようにしたほうが好ましい。
 そこで、本発明は、小型化を図りつつ冷却効率が悪化してしまうのをより確実に抑制することのできる燃料電池スタックを得ることを目的とする。
 本発明のある態様に係る燃料電池スタックの燃料電池セルには、2枚のセパレータのうち少なくともいずれか一方のセパレータから膜電極接合体側に突出するガスシール突起および冷却媒体シール突起が形成されている。前記ガスシール突起および前記冷却媒体シール突起の膜電極接合体側とは反対側には、冷却媒体流路となる凹部が形成されている。そして、前記ガスシール突起および冷却媒体シール突起の少なくともいずれか一方に、冷却媒体の発電部冷却部から外れる方向への流れを抑制する抵抗部が設けられている。
 本発明によれば、シール突起の裏側に形成された凹部を冷却媒体流路としているため、シール突起の形成スペースを余分に取る必要がなくなる。その結果、セパレータの小型化を図ることが可能となり、ひいては、燃料電池スタックの小型化を図ることが可能となる。
 また、ガスシール突起および冷却媒体シール突起の少なくともいずれか一方に、冷却媒体の発電部冷却部から外れる方向への流れを抑制する抵抗部を設けている。その結果、より多くの冷却媒体が発電部冷却部へと流れることになり、冷却効率が悪化してしまうのをより確実に抑制することができるようになる。
 このように、本発明によれば、小型化を図りつつ冷却効率が悪化してしまうのをより確実に抑制することのできる燃料電池スタックを得ることができる。
本発明の第1実施形態にかかる燃料電池スタックを示す図であって、(A)は燃料電池スタックを示す斜視図、(B)は燃料電池スタックを示す分解斜視図である。 本発明の第1実施形態にかかる燃料電池セルを分解して示す平面図である。 本発明の第1実施形態にかかる膜電極接合体を示す平面図である。 本発明の第1実施形態にかかるアノード側セパレータを示す平面図である。 図3のA-A断面図である。 本発明の第1実施形態にかかる冷却媒体流路を説明する図であって、(A)はアノード側セパレータの一部を拡大して示す平面図、(B)は図6(A)のB-B断面図である。 第1比較例にかかるアノード側セパレータを一部拡大して示す平面図である。 第1比較例にかかるアノード側セパレータを示す図であって、(A)はアノード側セパレータを一部拡大して示す平面図、(B)は図8(A)のC-C断面図、(C)は図8(A)のD-D断面図である。 本発明の第1実施形態にかかるアノード側セパレータを示す図であって、(A)はアノード側セパレータを一部拡大して示す平面図、(B)は図9(A)のE-E断面図、(C)は図9(A)のF-F断面図である。 本発明の第2実施形態にかかるアノード側セパレータを一部拡大して示す平面図である。 第2比較例にかかるアノード側セパレータを示す図であって、(A)はアノード側セパレータを一部拡大して示す平面図、(B)は図11(A)のG-G断面図である。 本発明の第3実施形態にかかるアノード側セパレータを示す図であって、(A)はアノード側セパレータを一部拡大して示す平面図、(B)は図12(A)のH-H断面図である。 第3比較例にかかるアノード側セパレータを示す図であって、(A)はアノード側セパレータを一部拡大して示す平面図、(B)は図13(A)のI-I断面図である。 本発明の第4実施形態にかかるアノード側セパレータを示す図であって、(A)はアノード側セパレータを一部拡大して示す平面図、(B)は図14(A)のJ-J断面図である。 本発明の第4実施形態の変形例にかかるアノード側セパレータを示す図であって、(A)は第1変形例にかかるアノード側セパレータを一部拡大して示す平面図、(B)は第2変形例にかかるアノード側セパレータを一部拡大して示す平面図、(C)は第3変形例にかかるアノード側セパレータを一部拡大して示す平面図である。
 以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
 (第1実施形態)
 本実施形態にかかる燃料電池スタックFSは、図1(B)に示すように、複数の燃料電池セルCが積層された燃料電池モジュールMを有している。
 本実施形態では、略矩形板状の燃料電池モジュールMが複数形成されており、互いに隣接する燃料電池モジュールM,M同士の間には、略矩形板状のシールプレートPが介装されている。
 このように、複数の燃料電池モジュールMをシールプレートPを介して積層することで積層体Aが形成されている。なお、図1(B)には、2つの燃料電池モジュールM,Mと、その間に介装される1枚のシールプレートPを有する積層体Aを例示しているが、それ以上の数の燃料電池モジュールMおよびシールプレートPを積層することも可能である。
 そして、この積層体Aをケース10内に収容することで、図1(A)に示すようなケース一体型の燃料電池スタックFSが形成される。
 ケース10は、締結板11,12と、補強板13,14と、エンドプレート15,16とを備えており、締結板11,12、補強板13,14およびエンドプレート15,16によって略直方体状に形成されている。
 具体的には、積層体Aの積層方向両端部に、積層体Aの積層方向両端面を覆うようにエンドプレート15,16がそれぞれ配置されている。そして、エンドプレート15,16を積層体Aの積層方向両端部に配置した状態で、燃料電池モジュールMの長辺側を覆うように締結板11,12が配置されるとともに、燃料電池モジュールMの短辺側を覆うように補強板13,14が配置されている。
 かかる状態で、図示せぬボルトにより締結板11,12および補強板13,14をエンドプレート15,16に締結させることで、積層体Aが収容された略直方体状のケース10が形成されている。
 このとき、図1(A)および図1(B)に示すように、図示せぬボルトによる締結方向を積層体Aの積層方向としているため、燃料電池モジュールMおよびシールプレートPがエンドプレート15,16によって積層体Aの積層方向に挟圧されることとなる。このように、燃料電池モジュールMおよびシールプレートPを積層体Aの積層方向に挟圧することで、燃料電池セルCに所定の圧力が加えられてガスシール性や導電性等を良好に維持することができる。
 燃料電池モジュールMは、上述したように、所要の枚数からなる燃料電池セルCを積層したものである。この燃料電池モジュールMの外壁面は、後述する膜電極接合体20の鍔部22と接着剤60とによって構成されている(図5参照)。これにより、燃料電池モジュールMの内部への浸水を防止するとともに電気的な絶縁を図っている。なお、図5には、燃料電池モジュールMとして4枚の燃料電池セルCを積層して接着したものを例示しているが、燃料電池セルCの枚数はこれに限られるものではない。
 燃料電池セルCは、図2に示すように、膜電極接合体20と、膜電極接合体20の両側に設けられて、膜電極接合体20を挟持する2枚のセパレータ30,40と、を有している。
 膜電極接合体20は、燃料電池セルCの積層方向から見た状態で略長方形状をしており、中央部に配置された発電部23と、発電部23を囲うように設けられたフレーム部21と、を有している。このフレーム部21は、例えば、絶縁部材である樹脂によって形成することができる。また、フレーム部21の表裏両面の外周部には、表裏両面から突出する鍔部22が全周に亘って形成されている。
 発電部23は、MEA(Membrane Electrode Assembly)とも呼称されるものであり、例えば、固体高分子から成る電解質膜と、電解質膜を挟持する一対の電極(アノードおよびカソード)と、を備えている。
 そして、膜電極接合体20は、2枚のセパレータによって発電部23が覆われた状態で挟持されている。
 具体的には、発電部23のアノード側を覆うようにアノード側セパレータ30を配置するとともに、発電部23のカソード側を覆うようにカソード側セパレータ40を配置している。
 アノード側セパレータ30およびカソード側セパレータ40は、それぞれステンレス等の金属板をプレス成形したものであり、膜電極接合体20の鍔部22の内側領域に配設可能な大きさの略長方形に形成してある。
 かかる構成をした燃料電池セルCには、発電用ガスを流通させるためのガス流路70が区画形成されている。本実施形態では、異なる二種類の発電用ガスが用いられている。具体的には、二種類の発電用ガスは水素含有ガスおよび酸素含有ガスである。
 したがって、燃料電池セルCには、水素含有ガスが流通する水素含有ガス流路71および酸素含有ガスが流通する酸素含有ガス流路72の2種類のガス流路70が区画形成されている。
 具体的には、図5に示すように、水素含有ガス流路71が、膜電極接合体20のアノード側の面20aとアノード側セパレータ30の膜電極接合体側の面30bとの間に区画形成されている。また、酸素含有ガス流路72が、膜電極接合体20のカソード側の面20bとカソード側セパレータ40の膜電極接合体側の面40bとの間に区画形成されている。
 そして、燃料電池セルCの水素含有ガス流路71に水素含有ガスを送り込むことで、水素含有ガス流路71に臨むアノードに水素が供給される。一方、燃料電池セルCの酸素含有ガス流路72に酸素含有ガスを送り込むことで、酸素含有ガス流路72に臨むカソードに酸素が供給される。このように、アノードに水素が供給されるとともに、カソードに酸素が供給されることで、電気化学反応により発電が行われる。
 また、燃料電池モジュールMの互いに隣り合うように積層された燃料電池セルCの間には、冷却媒体が流通する冷却媒体流路80が区画形成されている。すなわち、一方の燃料電池セルCのアノード側セパレータ30における膜電極接合体側とは反対側の面30aと、他方の燃料電池セルCのカソード側セパレータ40における膜電極接合体側とは反対側の面40aと、の間に冷却媒体流路80を形成している。
 このように、冷却媒体流路80を形成して冷却媒体を流通させることで、発電部23を冷却媒体によって冷却させている。冷却媒体としては、冷却媒体流路80内を流通させることができる流体を用いるのが好ましく、例えば、水を冷却媒体として用いることができる。
 また、燃料電池セルCには、発電用ガスが導入されるガス導入孔ML1,ML3および発電用ガスが排出されるガス排出孔MR1,MR3が形成されている。さらに、燃料電池セルCには、発電部冷却用の冷却媒体が導入される冷却媒体導入孔ML2および冷却媒体が排出される冷却媒体排出孔MR2が形成されている。
 本実施形態では、膜電極接合体20および2枚のセパレータ30,40の長手方向の一方の端部に、酸素含有ガス導入孔ML1、冷却媒体導入孔ML2、および水素含有ガス導入孔ML3がそれぞれ形成されている。また、膜電極接合体20および2枚のセパレータ30,40の長手方向の他方の端部に、酸素含有ガス排出孔MR1、冷却媒体排出孔MR2、および水素含有ガス排出孔MR3がそれぞれ形成されている。なお、供給用と排出用は一部または全部が逆の位置関係でもよい。
 そして、膜電極接合体20および2枚のセパレータ30,40の酸素含有ガス導入孔ML1同士が連通するように、膜電極接合体20および2枚のセパレータ30,40を積層させることで、燃料電池セルCにガス導入孔ML1が形成されるようにしている。なお、膜電極接合体20および2枚のセパレータ30,40を積層させた際には、他の導入孔および排出孔も同様に、同一の符号が付されている孔同士がそれぞれ積層方向に連通している。
 こうして、燃料電池セルCに、ガス導入孔ML1,ML3およびガス排出孔MR1,MR3、冷却媒体導入孔ML2および冷却媒体排出孔MR2を形成している。
 このガス導入孔ML1,ML3およびガス排出孔MR1,MR3は、ガス流路70に連通している。
 具体的には、酸素含有ガス導入孔ML1および酸素含有ガス排出孔MR1が酸素含有ガス流路72に連通しており、水素含有ガス導入孔ML3および水素含有ガス排出孔MR3が水素含有ガス流路71に連通している。
 一方、冷却媒体導入孔ML2および冷却媒体排出孔MR2は、冷却媒体流路80に連通している。
 さらに、図1に示すように、燃料電池セルCを積層した燃料電池モジュールM、シールプレートP、エンドプレート15,16にも、導入孔ML1~ML3および排出孔MR1~MR3が形成されている。そして、導入孔ML1同士等、同一の符号が付されている孔同士がそれぞれ積層方向に連通するように、積層体Aおよび燃料電池スタックFSを形成している。
 このように、同一の符号が付されている孔同士をそれぞれ積層方向に連通させることで、酸素含有ガス導入マニホールドや酸素含有ガス排出マニホールド等のマニホールド部ML,MRを形成している。
 かかる構成とすることで、酸素含有ガス導入マニホールドとして機能する酸素含有ガス導入孔ML1から酸素含有ガス流路72に酸素含有ガスが導入されて、酸素含有ガス中の酸素が発電部23のカソードに供給され、余剰の酸素含有ガスが酸素含有ガス流路72から酸素含有ガス排出マニホールドとして機能する酸素含有ガス排出孔MR1に排出されることとなる。
 一方、水素含有ガス導入マニホールドとして機能する水素含有ガス導入孔ML3から水含有ガス流路71に水素含有ガスが導入されて、水素含有ガス中の水素が発電部23のアノードに供給され、余剰の水素含有ガスが、水素含有ガス流路71から水素含有ガス排出マニホールドとして機能する水素含有ガス排出孔MR3に排出されることとなる。
 なお、本実施形態では、膜電極接合体20のマニホールド部ML,MRと発電部23との間には、水素含有ガスまたは酸素含有ガスが流通する領域であるディフューザ領域25が形成されている。このディフューザ領域25には、円錐台形にした複数の突起25aが所要の間隔で配設されている。また、ディフューザ領域25は、膜電極接合体20とセパレータ30,40との各間、すなわち、膜電極接合体20の両面側に夫々形成されている。
 そして、冷却媒体導入マニホールドとして機能する冷却媒体導入孔ML2から冷却媒体流路80に冷却媒体が導入されて、冷却媒体が冷却媒体流路80内を流れながら発電部23を冷却する。そして、冷却媒体流路80内を流れる冷却媒体は、冷却媒体流路80から冷却媒体排出マニホールドとして機能する冷却媒体排出孔MR2に排出されることとなる。
 また、本実施形態では、燃料電池セルCには、シール部90が形成されており、発電用ガスおよび冷却媒体の移動がこのシール部90によって抑制されている。
 すなわち、燃料電池セルCにシール部90を形成することで、各流通経路内において発電用ガス同士が混合してしまったり、発電用ガスと冷却媒体とが混合してしまったりするのを抑制できるようにしている。
 本実施形態では、シール部90は、膜電極接合体20に設けた接着シール材91に、セパレータ30,40のうち少なくともいずれか一方のセパレータから膜電極接合体20側に突出させたシール突起92を当接させることで形成されている。
 なお、接着シール材91としては、オレフィン系樹脂などの熱硬化性樹脂素材が一般的に用いられるが、これに限定されるものではない。
 さらに、本実施形態では、シール突起92の膜電極接合体20側とは反対側には、冷却媒体流路80となる凹部33aが形成されている。
 以下では、図3および図4を用いて、本実施形態にかかるシール部90について説明する。
 まず、図3に示すように、シール部90の一部を構成する接着シール材91が膜電極接合体20の面上に形成されている。本実施形態では、接着シール材91は、膜電極接合体20の両面(アノード側の面20aおよびカソード側の面20b)に形成されている。
 なお、図3では、膜電極接合体20のアノード側の面20aに形成された接着シール材91を例示している。膜電極接合体20のカソード側の面20bに形成される接着シール材91は、後述するガスシール材91Aが、酸素含有ガス導入孔ML1および酸素含有ガス排出孔MR1の周囲ではなく、水素含有ガス導入孔ML3および水素含有ガス排出孔MR3に形成されている点が図3と異なっている。
 接着シール材91は、図3に示すように、酸素含有ガス導入孔ML1および酸素含有ガス排出孔MR1の周囲を囲うガスシール材91Aを備えている。本実施形態では、ガスのシール性を高めるため、ガスシール材91Aが酸素含有ガス導入孔ML1および酸素含有ガス排出孔MR1の周囲を2重に囲っている。
 また、接着シール材91は、図3に示すように、冷却媒体導入孔ML2および冷却媒体排出孔MR2の周囲を囲う冷却媒体シール材91Bを備えている。
 また、接着シール材91は、図3に示すように、膜電極接合体20のアノード側の面20aの外周を囲う外周シール材91Cを備えている。
 ここで、本実施形態では、ガスシール材91Aの領域を画成する輪郭と冷却媒体シール材91Bの領域を画成する輪郭のうち互いに隣り合う部分を共通シール材91Dとしている。
 さらに、冷却媒体シール材91Bの領域を画成する輪郭と外周シール材91Cの領域を画成する輪郭のうち互いに隣り合う部分を共通シール材91Eとしている。そして、ガスシール材91Aの領域を画成する輪郭と外周シール材91Cの領域を画成する輪郭のうち互いに隣り合う部分を共通シール材91Fとしている。
 このように、接着シール材91の一部を共用化して冷却媒体シール材91Bおよび外周シール材91Cとしての機能を持たせることで、接着シール材91の配置領域を小さくすることができ、膜電極接合体20の小型化を図ることができる。
 一方、図4に示すように、アノード側セパレータ30には、シール部90の一部を構成するシール突起92が膜電極接合体20側の面30bに形成されている。このシール突起92は、膜電極接合体20側とは反対側(面30a側)に冷却媒体流路80となる凹部33aが形成されるように、アノード側セパレータ30を膜電極接合体20側に突出させることで形成されている。
 なお、図4では、アノード側セパレータ30に形成されたシール突起92を例示している。カソード側セパレータ40に形成されるシール突起92は、後述するガスシール突起92Aが、酸素含有ガス導入孔ML1および酸素含有ガス排出孔MR1の周囲ではなく、水素含有ガス導入孔ML3および水素含有ガス排出孔MR3に形成されている点が図4と異なっている。
 シール突起92は、図4に示すように、酸素含有ガス導入孔ML1および酸素含有ガス排出孔MR1の周囲を囲うガスシール突起92Aを備えている。本実施形態では、ガスのシール性を高めるため、ガスシール突起92Aが酸素含有ガス導入孔ML1および酸素含有ガス排出孔MR1の周囲を2重に囲っている。
 また、シール突起92は、図4に示すように、冷却媒体導入孔ML2および冷却媒体排出孔MR2の周囲を囲う冷却媒体シール突起92Bを備えている。
 また、シール突起92は、図4に示すように、アノード側セパレータ30の外周を囲う外周シール突起92Cを備えている。
 ここで、本実施形態では、ガスシール突起92Aの領域を画成する輪郭と冷却媒体シール突起92Bの領域を画成する輪郭のうち互いに隣り合う部分を共通シール突起92Dとしている。
 さらに、冷却媒体シール突起92Bの領域を画成する輪郭と外周シール突起92Cの領域を画成する輪郭のうち互いに隣り合う部分を共通シール突起92Eとしている。そして、ガスシール突起92Aの領域を画成する輪郭と外周シール突起92Cの領域を画成する輪郭のうち互いに隣り合う部分を共通シール突起92Fとしている。
 このように、シール突起92の一部を共用化して冷却媒体シール突起92Bおよび外周シール突起92Cとしての機能を持たせることで、シール突起92の配置領域を小さくすることができ、アノード側セパレータ30の小型化を図ることができる。
 そして、膜電極接合体20のアノード側の面20aにアノード側セパレータ30を積層させた際に、シール突起92が接着シール材91に当接してシール部90が形成されるようにしている。
 具体的には、ガスシール突起92Aがガスシール材91Aに当接してガスシール部90Aが形成される。また、冷却媒体シール突起92Bが冷却媒体シール材91Bに当接して冷却媒体シール部90Bが形成される。さらに、外周シール突起92Cが外周シール材91Cに当接して外周シール部90Cが形成される。そして、共通シール突起92D,92E,92Fが共通シール材91D,91E,91Fにそれぞれ当接して共通シール部90D,90E,90Fが形成される。
 このように、本実施形態では、膜電極接合体20のアノード側の面20aに形成されたシール部90は、酸素含有ガス導入孔ML1、酸素含有ガス排出孔MR1および酸素含有ガス流路72からの酸素含有ガスの流出を抑制するガスシール部90Aを備えている。また、膜電極接合体20のアノード側の面20aに形成されたシール部90は、セパレータ30と膜電極接合体20との間への冷却媒体の流入を抑制する冷却媒体シール部90Bを備えている。なお、ガスシール部90Aおよび冷却媒体シール部90Bは、それぞれ共通シール部90D,90E,90Fの該当する部位を含んでいる。
 こうして、マニホールド部MLから酸素含有ガス導入孔ML1を介して膜電極接合体20とカソード側セパレータ40との間に供給された酸素含有ガスを、酸素含有ガス排出孔MR1を介してマニホールド部MRへ排出する流路が形成される。
 一方、膜電極接合体20のカソード側の面20bには、水素含有ガス導入孔ML3、水素含有ガス排出孔MR3および水素含有ガス流路71からの水素含有ガスの流出を抑制するガスシール部(図示せず)が形成されている。また、セパレータ40と膜電極接合体20との間への冷却媒体の流入を抑制する冷却媒体シール部(図示せず)も形成されている。
 こうして、マニホールド部MLから水素含有ガス導入孔ML3を介して膜電極接合体20とアノード側セパレータ30との間に供給された水素含有ガスを、水素含有ガス排出孔MR3を介してマニホールド部MRへ排出する流路が形成される。
 また、マニホールド部MLから冷却媒体導入孔ML2を介してアノード側セパレータ30とカソード側セパレータ40との間に供給された冷却媒体を、冷却媒体排出孔MR2を介してマニホールド部MRへ排出する流路が形成される。この冷却媒体シール部90Bは、発電用ガスが冷却媒体導入孔ML2および冷却媒体排出孔MR2へ流出してしまうのを抑制するガスシールとしての機能も有している。
 このように、シール部90を形成することで、発電用ガスおよび冷却媒体が燃料電池スタックFSの外部へ流出するのが抑制される。
 また、本実施形態で示したように、接着シール材91とシール突起92によりシール部90を形成することで、セパレータ30,40と膜電極接合体20とを密着させた状態でシールすることができる。その結果、シール部90に発電用ガスや冷却媒体の圧力が加わった場合にシール性が弱まってしまうことが抑制され、より確実にシールすることができる。
 ところで、図5に示すように、膜電極接合体20同士の間には、膜電極接合体20のフレーム部21同士を外縁部で接着する接着シール材60が形成されている。接着シール材60は、膜電極接合体20の外縁部で、フレーム部21同士の間で形成されるシールである。図5に示すように、膜電極接合体20はセパレータ30,40より一回り大きい形状をしており、フレーム部21の外縁部はセパレータ30,40からはみ出た状態となっている。
 さらに、フレーム部21の外縁部には、表裏両面から突出する鍔部22が形成されている。そして、この鍔部22を形成することで、フレーム部21の外縁部の厚さが、積層される膜電極接合体20間の距離とほぼ等しい厚さとなるようにしている。そして、外縁部同士の間は接着シール材60により接着されており、これにより、雨水などの液体が外部から浸入してしまうのを抑制することができる外縁部シールを形成している。
 さらに、図5に示すように、燃料電池モジュールM,M間には、シールプレートPが介装されており、シールプレートPとセパレータ30,40の凹部形状との間には圧縮シール部材S1が設けられている。また、シールプレートPと、膜電極接合体20の外縁部シールが設けられる箇所との間には、圧縮シール部材S2が設けられている。
 圧縮シール部材S1、S2は、シリコーンゴム等のゴム材により構成されており、シールプレートPに接着されている。なお、セパレータ30,40と圧縮シール部材S1、S2の間は、接着されない、または、シールプレートPと圧縮シール部材S1、S2の間の接着力よりも弱い接着力で接着される。
 そして、圧縮シール部材S1は、シールプレートPとセパレータ30,40との間に形成される冷却媒体流路80に配置されており、この圧縮シール部材S1により、膜電極接合体20の膨潤や熱膨張等による燃料電池セルCの積層方向への変位が吸収されるようにしている。
 なお、シールプレートPの基板P1には、圧力損失調整部P2が形成されている(図1(B)参照)。
 また、上述したように、燃料電池モジュールMの互いに隣り合うように積層された燃料電池セルCの間には、冷却媒体が流通する冷却媒体流路80が区画形成されている。本実施形態では、この冷却媒体流路80およびガス流路70は、セパレータ30,40に凹凸形状32,42を設けることで区画形成されている。
 そして、セパレータ30に形成された凹部33が冷却媒体導入孔ML2と冷却媒体排出孔MR2とを連通する冷却媒体流路80をなしている。
 さらに、本実施形態では、シール突起92の膜電極接合体20側とは反対側にも凹部33(凹部33a)が形成されており、このシール突起92の裏側に形成された凹部33aも冷却媒体流路80の一部をなしている。このように、冷却媒体流路80は、シール部90の一部を構成するシール突起92で形成される共通部分を有している。こうすることで、冷却媒体流路80をシール部90とは別個に形成した場合よりもセパレータを小型化させることができる。
 さらに、本実施形態では、冷却媒体流路80は、図6に示すように、突部32aと凹部32bとを有する狭窄部81と、冷却媒体シール部90Bをなす凹部形状と共通する共通部分82と、を備えている。さらに、冷却媒体流路80は、冷却媒体を短手方向に拡散させるディフューザ部83と、発電部23を冷却する発電部冷却部84と、を備えている。
 狭窄部81は、図6のa-c区間の冷却媒体流路80である。冷却媒体導入孔ML2から供給された冷却媒体が狭窄部81を通過することで、冷却媒体が整流されて共通部分82へ向かう流れが形成される。
 共通部分82は、図6のc-d区間の冷却媒体流路80である。共通部分82には、図6(A)の上下方向に延在する流路が形成される。そのため、狭窄部81から共通部分82に流入した冷却媒体は、大部分がディフューザ部83に流れる一方で、一部の冷却媒体は図6(A)の上下方向に流れてしまう。
 ディフューザ部83は、図6のdより右の区間の冷却媒体流路80であり、狭窄部81と発電部冷却部84とを連通する部位である。
 このディフューザ部83は、狭窄部81を介して流入した冷却媒体を短手方向(図6(A)の上下方向)に拡散させて発電部冷却部84に流す機能を有している。なお、図6のfに示すように、セパレータ30のディフューザ部83を形成する部分には、隣り合うセパレータに向かって突出する半球形の突起部32cが複数設けられており、この突起部32cによってディフューザ部83を通過する冷却媒体の拡散を促進している。
 発電部冷却部84は、積層方向から視た状態で、セパレータにおける膜電極接合体20の発電部23と重なる部位に設けられている。本実施形態では、発電部冷却部84は、互いに平行な複数の凹凸形状31,41を設けることで形成される複数の直線流路である。そして、この発電部冷却部84を冷却媒体が通過することによって、発電時の発熱反応により高温となる発電部23で生じた熱が冷却媒体に吸収されて、発電部23が冷却される。
 このように、冷却媒体導入孔ML2から冷却媒体流路80に供給された冷却媒体は、共通部分82から冷却媒体導入孔ML2側に形成された冷却媒体シール突起92Bの裏側の凹部33aに流入する。
 さらに、本実施形態では、冷却媒体シール突起92Bとガスシール突起92Aとは隣り合う突起が共通化されている。すなわち、冷却媒体シール突起92Bの裏側の凹部33aとガスシール突起92Aの裏側の凹部33aとが連通している。そのため、図7に示すように、冷却媒体がガスシール側の凹部33aに流入し、発電部冷却部84を迂回して冷却媒体排出孔MR2へ向かう脇流れg2が発生するおそれがある。
 このように、冷却媒体の流れgは、発電部冷却部84を通過する正規の流れg1と、発電部冷却部84を迂回する脇流れg2とに分岐してしまうおそれがある(図7参照)。そして、脇流れg2が生じると、発電部冷却部84を通過する正規の流れg1が減少するため、発電部23の冷却性能が低下してしまう場合がある。
 そこで、本実施形態では、電部冷却部84を迂回する脇流れg2の発生を抑制して発電部冷却部84を通過する正規の流れg1の減少を極力抑制できるようにした。
 具体的には、ガスシール突起92Aおよび冷却媒体シール突起92Bの少なくともいずれか一方に抵抗部50を設け、冷却媒体の発電部冷却部84から外れる方向への流れ(脇流れg2)を抑制できるようにした。
 本実施形態では、図9に示すように、ガスシール突起92Aおよび冷却媒体シール突起92Bの両方に、流通路の断面積が小さくなるように絞り部51(抵抗部50)を形成したものを例示している。この絞り部51は、シール突起92の裏側に形成される凹部33aの深さを浅くしたり、凹部33aの横幅を狭くしたりすることで形成することができる。
 本実施形態では、ガスシール突起92Aに凹部33aの深さを浅くした絞り部51を設けるとともに、冷却媒体導入孔ML2の下流側に位置し、短手方向に延在する冷却媒体シール突起92Bに、凹部33aの横幅を狭くした絞り部51を設けている。さらに、外周シール突起92Cにも凹部33aの深さを浅くした絞り部51を設けている。
 ところで、図8に示す比較例1のセパレータ300では、シール突起92に絞り部51(抵抗部50)が形成されていないため、シール突起92の裏側に形成された凹部33aの流路の断面積が大きくなっている。そのため、シール突起92の裏側に形成された凹部33a内を冷却媒体が流れやすく、脇流れg2が発生しやすくなっている。
 これに対して、本実施形態では、抵抗部50としての絞り部51をシール突起92に形成している。これにより、絞り部51における冷却媒体の通過方向の流路断面積が、絞り部51が形成されていない部位における凹部33aの流路断面積よりも小さくなる。したがって、冷却媒体がシール突起92の裏側に形成された凹部33a内を通過する際の圧力損失を大きくすることができる。その結果、冷却媒体の脇流れg2の発生を抑制することができ、発電部冷却部84を通過する正規の流れg1を増大させることができる。このように、発電部冷却部84を通過する正規の流れg1を増大させることで、発電部23の冷却効率が減少してしまうのを抑制できるようになる。
 なお、凹部33aを浅くすることで絞り部51を形成した場合、膜電極接合体20とセパレータ30の間の接着シール材91が厚く塗布されることとなる。
 以上説明したように、本実施形態にかかる燃料電池スタックFSは、発電部23を有する膜電極接合体20と、膜電極接合体20を挟持する2枚のセパレータ30,40と、を有する燃料電池セルCが積層された燃料電池モジュールMを備えている。
 また、燃料電池セルCには、発電用ガスが導入されるガス導入孔ML1,3と、発電用ガスが排出されるガス排出孔MR1,3と、発電部冷却用の冷却媒体が導入される冷却媒体導入孔ML2と、冷却媒体が排出される冷却媒体排出孔MR2と、が形成されている。
 また、燃料電池セルCにおける2枚のセパレータ30,40の間には、発電部23が配置されるとともに、ガス導入孔ML1,3およびガス排出孔MR1,3に連通するガス流路70が形成されている。
 また、燃料電池セルCには、ガス導入孔ML1,3、ガス排出孔MR1,3およびガス流路70からの発電用ガスの流出を抑制するガスシール部90Aと、セパレータ30,40と膜電極接合体20との間への冷却媒体の流入を抑制する冷却媒体シール部90Bと、が形成されている。
 また、燃料電池モジュールMの互いに隣り合う燃料電池セルCの間には、冷却媒体導入孔ML2および冷却媒体排出孔MR2に連通するとともに、発電部23を冷却する発電部冷却部84を有する冷却媒体流路80が形成されている。
 また、ガスシール部90Aは、燃料電池セルCにおける2枚のセパレータ30,40のうち少なくともいずれか一方のセパレータから膜電極接合体側に突出するとともに、膜電極接合体側とは反対側に冷却媒体流路80となる凹部33aが形成されたガスシール突起92Aを備えている。
 さらに、冷却媒体シール部90Bは、燃料電池セルCにおける2枚のセパレータ30,40のうち少なくともいずれか一方のセパレータから膜電極接合体側に突出するとともに、膜電極接合体側とは反対側に冷却媒体流路80となる凹部33aが形成された冷却媒体シール突起92Bを備えている。
 そして、ガスシール突起90Aおよび冷却媒体シール突起90Bの少なくともいずれか一方に、冷却媒体の発電部冷却部84から外れる方向への流れを抑制する抵抗部50が設けられている。
 このように、本実施形態では、シール突起92の裏側に形成された凹部33aを冷却媒体流路80としているため、シール突起92の形成スペースを余分に取る必要がなくなる。その結果、セパレータ30,40の小型化を図ることが可能となり、ひいては、燃料電池スタックFSの小型化を図ることが可能となる。
 また、ガスシール突起92Aおよび冷却媒体シール突起92Bの少なくともいずれか一方に、冷却媒体の発電部冷却部84から外れる方向への流れ(脇流れg2)を抑制する抵抗部50を設けている。その結果、より多くの冷却媒体が発電部冷却部84へと流れることになり、冷却効率が悪化してしまうのをより確実に抑制することができるようになる。
 このように、本実施形態によれば、小型化を図りつつ冷却効率が悪化してしまうのをより確実に抑制することのできる燃料電池スタックを得ることができる。
 また、本実施形態では、冷却媒体が凹部33aを通過する際に生じる圧力損失を抵抗部50によって増大させることで、冷却媒体の流れを抑制するようにしている。
 このように、冷却媒体がシール突起92の裏側に形成された凹部33a内を通過する際の圧力損失を大きくすることで、冷却媒体の脇流れg2の発生を抑制することができ、発電部冷却部84を通過する正規の流れg1を増大させることができる。
 また、本実施形態によれば、抵抗部50がガスシール突起90Aまたは冷却媒体シール突起90Bに形成された絞り部51を有している。
 この絞り部51を形成することで、冷却媒体がシール突起92の裏側に形成された凹部33a内を通過する際の圧力損失を大きくすることができ、冷却媒体の脇流れg2の発生を抑制することができるようになる。その結果、発電部23の冷却効率が減少してしまうのを抑制できるようになる。
 (第2実施形態)
 本実施形態にかかるセパレータ30Aにおいても、ガスシール突起92Aおよび冷却媒体シール突起92Bの少なくともいずれか一方に、冷却媒体の発電部冷却部84から外れる方向への流れ(脇流れg2)を抑制する抵抗部50を設けている。
 ここで、本実施形態においては、ガスシール突起92Aおよび冷却媒体シール突起92Bの少なくともいずれか一方に屈曲部52を形成することで抵抗部50を設けている点が上記第1実施形態とは異なっている。
 本実施形態では、図10に示すように、冷却媒体シール突起90Bの一部を千鳥状に折り曲げることで屈曲部52を形成している。
 このような抵抗部50を設けることでも、冷却媒体がシール突起92の裏側に形成された凹部33a内を通過する際の圧力損失を大きくすることができ、冷却媒体の脇流れg2の発生を抑制することができるようになる。
 (第3実施形態)
 本実施形態にかかるセパレータ30Bにおいても、ガスシール突起92Aおよび冷却媒体シール突起92Bの少なくともいずれか一方に、冷却媒体の発電部冷却部84から外れる方向への流れ(脇流れg2)を抑制する抵抗部50を設けている。
 ここで、本実施形態においては、図12に示すように、セパレータ30に、凹部33aに連通するとともに、冷却媒体の発電部冷却部84から外れる方向への流れを、発電部冷却部84に向かう流れに変化させる第2の凹部53を形成している。
 この第2の凹部53を設けることで、冷却媒体の発電部冷却部84から外れる方向への流れを、発電部冷却部84に向かう流れに復帰させることができる。
 さらに、本実施形態では、抵抗部50が、凹部33aにおける第2の凹部53との連通部53aよりも下流側に設けられている。
 ところで、図11の比較例2に示すように、抵抗部50を設けただけでは、冷却媒体の脇流れg2の発生を抑制することはできるが、脇流れg2を正規の流れg1に効率的に復帰させることが難しかった。
 これに対して、本実施形態では、図12に示すように、冷却媒体の発電部冷却部84から外れる方向への流れを、発電部冷却部84に向かう流れに変化させる第2の凹部53を凹部33aに連通させている。そのため、脇流れg2を正規の流れg1により効率的に復帰させることができるようになる。
 特に、本実施形態では、抵抗部50を凹部33aにおける第2の凹部53との連通部53aよりも下流側に設けている。そのため、冷却媒体が第2の凹部53の近傍に滞留しやすくなって、より効率的に脇流れg2を正規の流れg1に復帰させることができるようになるという利点がある。
 (第4実施形態)
 本実施形態にかかるセパレータ30Cにおいても、ガスシール突起92Aおよび冷却媒体シール突起92Bの少なくともいずれか一方に、冷却媒体の発電部冷却部84から外れる方向への流れ(脇流れg2)を抑制する抵抗部50を設けている。
 ここで、本実施形態においては、図14に示すように、抵抗部50が凹部33aの連通を遮断する遮断部54を有するようにしている。
 本実施形態では、セパレータ30に凹部33aを部分的に設けずに平坦となる区間を有するようにすることで、遮断部54を形成している。
 具体的には、図14に示すように、ガスシール突起92Aと冷却媒体導入孔ML2の下流側に位置し、短手方向に延在する冷却媒体シール突起92Bとの連結部分に遮断部54を形成している。
 ところで、図13に示すように、シール突起92の裏側に形成された凹部33aが連通していると、冷却媒体の脇流れg2の発生を抑制することが難しい。
 これに対して、本実施形態では、抵抗部50が凹部33aの連通を遮断する遮断部54を有するようにしている。
 こうすることで、凹部33aに流れ込んだ冷却媒体が脇に流れてしまうのを遮断することができ、冷却媒体の脇流れg2の発生を抑制することができる。その結果、発電部冷却部84を通過する正規の流れg1を増大させることができ、冷却効率が悪化してしまうのをより確実に抑制することができるようになる。
 なお、本実施形態のように、セパレータ30に凹部33aを部分的に設けずに平坦となる区間を有するようにすることで、遮断部54を形成すると、遮断部54におけるガスシールまたは冷却媒体シールを、接着シール材のみで形成する必要がある。そのため、膜電極接合体20とセパレータ30,40との間で生じる発電用ガスや冷却媒体の圧力hによって、接着シール材の保持力が弱まってしまう場合がある。
 そこで、図15に示すように、ガスシール突起92Aまたは冷却媒体シール突起92Bにおける遮断部54の始点54aおよび終点54bの少なくとも一方に、膜電極接合体20とセパレータ30,40との間に設けられる接着シール材91を保持可能な保持部55を形成するようにしてもよい。
 図15(A)には、遮断部54の始点54aおよび終点54bの両方を矩形上に切り取られた形状とすることで形成された保持部55を例示している。このような形状とすることで、始点54aと終点54bに接着シール材91を引っかけることができる。そのため、平坦区間における膜電極接合体20とセパレータ30,40間のガスシール部にガスの圧力hが加わったとしても、接着シール材91の保持力が低減してしまうのを抑制することができる。
 また、図15(B)には、始点54aと終点54bとの間で接着シール材91を絞って挟むような形状とすることで形成された保持部55を例示している。
 このような形状としても、接着シール材91の保持力が低減してしまうのを抑制することができる。
 また、図15(C)には、始点54aと終点54bとを千鳥状に折り曲げた形状とすることで形成された保持部55を例示している。
 このような形状としても、接着シール材91の保持力が低減してしまうのを抑制することができる。
 なお、始点と終点の形状はこれに限定されず、接着シール材の保持力を高める形状であれば様々な形状のものを採用することができる。
 以上、本発明にかかる燃料電池スタックについて、上記各実施形態を例にして説明したが、本発明は、上記各実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。
 例えば、上記各実施形態で示した抵抗部を適宜組み合わせることも可能であるし、抵抗部の形成位置を適宜設定することも可能である。
 また、各構成部材の形状、個数、配置位置、および材質等を適宜変更することも可能である。
 本発明によれば、小型化を図りつつ冷却効率が悪化してしまうのをより確実に抑制することのできる燃料電池スタックを得ることができる。
 FS 燃料電池スタック
 M 燃料電池モジュール
 C 燃料電池セル
 20 膜電極接合体
 23 発電部
 30、30A、30B、30C アノード側セパレータ
 33a 凹部
 40 カソード側セパレータ
 50 抵抗部
 51 絞り部
 52 屈曲部
 53 第2の凹部
 54 遮断部
 54a 始端
 54b 終端
 55 保持部
 70 ガス流路
 80 冷却媒体流路
 84 発電部冷却部
 90 シール部
 90A ガスシール部
 90B 冷却媒体シール部
 91 シール材
 92 シール突起
 92A ガスシール突起
 92B 冷却媒体突起
 ML1 酸素含有ガス供給用(ガス導入孔)
 ML2 冷却媒体供給用(冷却媒体導入孔)
 ML3 水素含有ガス供給用(ガス導入孔)
 MR1 酸素含有ガス排出用(ガス排出孔)
 MR2 冷却媒体排出用(冷却媒体排出孔)
 MR3 水素含有ガス排出用(ガス排出孔)

Claims (6)

  1.  発電部を有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟持する2枚のセパレータと、を有する燃料電池セルが積層された燃料電池モジュールを備える燃料電池スタックにおいて、
     前記燃料電池セルには、発電用ガスが導入されるガス導入孔と、前記発電用ガスが排出されるガス排出孔と、発電部冷却用の冷却媒体が導入される冷却媒体導入孔と、前記冷却媒体が排出される冷却媒体排出孔と、が形成されており、
     前記燃料電池セルにおける前記2枚のセパレータの間には、前記発電部が配置されるとともに、前記ガス導入孔および前記ガス排出孔に連通するガス流路が形成されており、
     前記燃料電池セルには、前記ガス導入孔、前記ガス排出孔および前記ガス流路からの前記発電用ガスの流出を抑制するガスシール部と、前記セパレータと前記膜電極接合体との間への前記冷却媒体の流入を抑制する冷却媒体シール部と、が形成されており、
     前記燃料電池モジュールの互いに隣り合う燃料電池セルの間には、前記冷却媒体導入孔および前記冷却媒体排出孔に連通するとともに、前記発電部を冷却する発電部冷却部を有する冷却媒体流路が形成されており、
     前記ガスシール部は、前記燃料電池セルにおける前記2枚のセパレータのうち少なくともいずれか一方のセパレータから前記膜電極接合体側に突出するとともに、前記膜電極接合体側とは反対側に前記冷却媒体流路となる凹部が形成されたガスシール突起を備えており、
     前記冷却媒体シール部は、前記燃料電池セルにおける前記2枚のセパレータのうち少なくともいずれか一方のセパレータから前記膜電極接合体側に突出するとともに、前記膜電極接合体側とは反対側に前記冷却媒体流路となる凹部が形成された冷却媒体シール突起を備えており、
     前記ガスシール突起および前記冷却媒体シール突起の少なくともいずれか一方に、前記冷却媒体の前記発電部冷却部から外れる方向への流れを抑制する抵抗部が設けられていることを特徴とする燃料電池スタック。
  2.  前記冷却媒体が前記凹部を通過する際に生じる圧力損失を前記抵抗部によって増大させることで、前記冷却媒体の流れを抑制することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタック。
  3.  前記抵抗部が前記ガスシール突起または前記冷却媒体シール突起に形成された絞り部を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池スタック。
  4.  前記セパレータには、前記凹部に連通するとともに、前記冷却媒体の前記発電部冷却部から外れる方向への流れを、前記発電部冷却部に向かう流れに変化させる第2の凹部が形成されており、
     前記抵抗部が、前記凹部における前記第2の凹部との連通部よりも下流側に設けられていることを特徴とする請求項1~3のうちいずれか1項に記載の燃料電池スタック。
  5.  前記抵抗部が前記凹部の連通を遮断する遮断部を有することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタック。
  6.  前記ガスシール突起または前記冷却媒体シール突起における前記遮断部の始点および終点の少なくとも一方には、前記膜電極接合体と前記セパレータとの間に設けられる接着シール材を保持可能な保持部が形成されていることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池スタック。
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