JP6628166B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、固体電解質を燃料極と空気極とで挟んだ構造を有するセル構造体とセパレータとを交互に積層した燃料電池スタックの改良に関するものである。

従来の燃料電池スタックとしては、燃料電池のシール構造の名称で特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の燃料電池スタックは、複数のセルを積層して成るものである。セルは、セルプレート、アノード集電体、セルフレーム及びセパレータを有している。そして、燃料電池スタックは、積層方向に隣接するセル同士において、一方のセルのセルフレームに、シール溝を形成すると共に、他方のセルのセパレータに、シール溝に相対向する突起部を形成している。そして、燃料電池スタックは、シール溝と突起部との間に、ガス流路を封止するシール部材を配置した構造を有している。シール部材は、燃料電池の作動温度範囲内において軟化する特性を有するものである。

日本国特開２０１５−１０９２２５号公報

しかしながら、上記したような従来の燃料電池スタックでは、セパレータに、アノード側とカソード側との差圧や熱変形が生じると、同セパレータに形成した突起部も変形し、これにより、シール部材に、積層方向の引っ張り力やこれに交差する方向の剪断力が直接的に加わる。このため、従来の燃料電池スタックでは、シール部材の耐久性が低下する虞があるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、セパレータに、アノード側とカソード側との差圧や熱変形による面内方向の負荷が生じても、それらの負荷によるセパレータの変位を抑制してシール機能を維持することができる燃料電池スタックを提供することを目的としている。

本発明に係わる燃料電池スタックは、発電領域の周囲にフレームを備えたセル構造体と、セパレータとを交互に積層した構造を有するものである。この燃料電池スタックは、前記セパレータの両面側に配置した前記セル構造体のうちの一方のセル構造体のフレームと前記セパレータとの周縁部同士の間を封止するシール部材を備えている。

また、燃料電池スタックは、前記セパレータは、前記シール部材を横断する断面において、前記シール部材に当接する第１当接部と、前記第１当接部の両側で他方のセル構造体のフレームに当接する夫々の第２当接部と、前記第１当接部の両端と前記夫々の第２当接部とを連接するための夫々の連接部とを備えて、前記第１当接部を頂部とする凸形状を形成すると共に、夫々の前記第２当接部は、他方のセル構造体のフレームとの固定部を有することを特徴としている。

本発明に係わる燃料電池スタックは、上記構成を採用したことにより、第１当接部、両側の連接部、及び固定部を有する両側の第２当接部が、隣接するセル構造体のフレーム同士の間で凸形状を維持し、シール部材に積層方向の引っ張り力やこれに交差する方向の剪断力が直接的に加わるのを防止する。これにより、燃料電池スタックは、セパレータに、アノード側とカソード側との差圧や熱変形による面内方向の負荷が生じても、その負荷によるセパレータの変位を抑制してシール機能を維持することができる。

本発明に係わる燃料電池スタックの第１実施形態を示す分解斜視図である。 図１に示す燃料電池スタックの周縁部の断面図である。 シール部材付近で生じる力の伝達を説明する断面図である。 シール部材付近で生じる反力の伝達を説明する断面図である。 燃料電池スタックの第２実施形態を示す要部の断面図である。 フレームとセパレータに適用可能な材料の温度特性を例示するグラフである。 燃料電池スタックの第３実施形態を示す要部の断面図である。 燃料電池スタックの第４実施形態を示す要部の断面図である。 燃料電池スタックの第５実施形態を示す要部の断面図である。 燃料電池スタックの第６実施形態を示す要部の断面図である。

〈第１実施形態〉
図１は、本発明に係わる燃料電池スタックの一例を概略的に示す図である。図示の燃料電池スタックＦＳは、発電領域１の周囲にセルフレーム２を備えたセル構造体３と、セパレータ４とを交互に積層した構造を有している。

セル構造体３は、平面矩形を成すプレート状の多層構造体であり、図２に一部を示すように、固体電解質５の一方の面（図２中で上面）に空気極６を有すると共に、他方の面に燃料極７を有している。また、セル構造体３は、燃料極７側に、発泡金属等の多孔質材から成る支持プレート８を有している。このセル構造体３は、支持プレート８により、燃料極７へのガス透過性を維持しつつ機械的強度を高めたものであり、例えば、メタルサポートセルと称されることがある。

この実施形態のセル構造体３は、空気極６側に、エキスパンドメタルや金属メッシュ等のガス透過性を有する材料から成る補強プレート９を備えており、空気極６へのガス透過性を維持しつつ機械的強度をより一層高めている。また、セル構造体３は、電解質５，燃料極６及び空気極７の周囲に、金属製の第１フレーム２Ａを一体的に有すると共に、支持プレート８の周囲に、第２フレーム２Ｂを一体的に有している。この第２フレームは、多孔質材から成る支持プレート８の周縁部を加圧して緻密化したものである。

これにより、セル構造体３は、電解質５，空気極６及び燃料極７を配置した中央部を発電領域１とし、この発電領域１の周囲に、第１及び第２のフレーム２Ａ，２Ｂから成るフレーム２を有する構造になっている。

セパレータ４は、ステンレス等の金属材料から成ると共に、セル構造体３に対応した平面矩形の部材であり、プレス加工により凹凸を有する表裏反転形状に成形してある。このセパレータ４は、隣接するセル構造体３，３の間に介装され、図２中で上側の一方のセル構造体３との間に、燃料ガス（水素含有ガス又は水素ガス）のガス流路Ｇ１を形成し、他方のセル構造体３との間に、空気（酸化剤ガス）のガス流路Ｇ２を形成する。

ここで、セル構造体３のフレーム２、及びセパレータ４の一方の短辺部分には、燃料ガスの供給用マニホールド穴Ｈ１、及び空気の排出用マニホールド穴Ｈ２が夫々形成してある。また、他方の短辺部分には、燃料ガスの排出用マニホールド穴Ｈ３、及び空気の供給用マニホールド穴Ｈ４が夫々形成してある。これらのマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ４は、セル構造体３及びセパレータ４の積層状態において、互いに連通して燃料ガスや空気を流通させるマニホールドを夫々形成する。

燃料電池スタックＦＳは、図１に示すように、上記のセル構造体３とセパレータ４とを交互に積層し、その積層体の上下に、集電板１０Ａ，１０Ｂを介してエンドプレートＥ１，Ｅ２を配置する。そして、燃料電池スタックＦＳは、両側のエンドプレートＥ１，Ｅ２をボルト・ナット類で連結して積層体を拘束する。エンドプレートＥ１，Ｅ２の連結には、必要に応じて、積層荷重を付与するためのスプリングを配置する。

なお、図１には２枚のセル構造体３を示したが、実際にはより多数のセル構造体３を積層し、また、個々のセル構造体３の両面にガス流路Ｇ１，Ｇ２を形成するため、セパレータ４の数はセル構造体３の数よりも１枚多くなる。さらに、集電板１０Ａ，１０Ｂ及び一方のエンドプレートＥ２には、セル構造体３と同様のマニホールド穴Ｈ１〜Ｈ４が形成してある。

上記の燃料電池スタックＦＳにおいて、各部材間には、図１中で点線で示すシール部材Ｓが配置してある。主なシール部材Ｓとしては、セル構造体３とセパレータ４との周縁部同士の間に配置したものと、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ４の周囲に配置したものがある。

セル構造体３とセパレータ４との周縁部同士の間に配置したシール部材Ｓは、その全周にわたって無端状に設けてあり、ガス流路Ｇ１，Ｇ２を気密的に封止する。また、マニホールド穴Ｈ１〜Ｈ４の周囲に配置したシール部材Ｓは、ガス流路Ｇ１，Ｇ２に燃料ガスや空気を夫々流通させるために、少なくとも一部が開放してあり、それ以外の部分では、層間を封止して燃料ガスや空気の流通領域を気密的に分離している。

すなわち、上記の燃料電池スタックＦＳは、図２に示すように、セパレータ４の両面側に配置したセル構造体３，３のうちの一方のセル構造体３のフレーム２（２Ｂ）とセパレータ４との周縁部同士の間を封止するシール部材Ｓを備えた構造になっている。

シール部材Ｓは、その材料がとくに限定されないが、より望ましくは、低結晶化ガラス等のガラス材を用いることができ、ガスシール機能だけでなく、部材同士の接着機能、及び電気絶縁機能を有するものである。なお、以下の説明では、図２中の上側のセル構造体３を一方のセル構造体３、下側のセル構造体３を他方のセル構造体３とする。

そして、燃料電池スタックＦＳは、図２及び図３に示すように、セパレータ４が、シール部材Ｓを横断する断面において、第１当接部１１と、その両側の第２当接部１２と、同じく両側の連接部１３とを備えて、第１当接部１１を頂部とする凸形状を形成している。これらの各部１１〜１３は、図示の断面形状が、シール部材Ｓに沿う方向（図２及び図３の紙面垂直方向）に連続している。

第１当接部１１は、シール部材Ｓに当接する平坦部分であり、一方のセル構造体３のフレーム２（第２フレーム２Ｂ）との間でシール部材Ｓを挟持する。第２当接部１２は、第１当接部１１の両側において、他方のセル構造体３のフレーム２（第１フレーム）に当接する平坦部分であり、フレーム２への固定部１４を有している。この実施形態の固定部１４は、フレーム２との溶接部である。

連接部１３は、第１当接部１１の両端と各第２当接部１２，１２とを連接するための部分である。これにより、セパレータ４は、シール部材Ｓを横断する断面において、第１当接部１１を頂部（頂辺）とし、且つ両連接部１３，１３を斜辺とする台形状の凸形状をフレーム２との間で形成している。

この実施形態のセパレータ４は、各第２当接部１２，１２と連接部１３，１３とが成す角度α１を、９０度よりも大きくした構造にしている。また、セパレータ４は、夫々の第２当接部１２，１２と連接部１３，１３とが成す角度α１を、互いに等しくした構造にしている。

さらに、セパレータ４は、第１及び第２の当接部１１，１２が互いに平行（実質的に平行）であるから、当然、第１当接部１１と各連接部１３とが成す角度α２も９０度より大きく、第１当接部１１の両側において互いに等しい角度である。これらの角度α１，α２は、とくに限定されるものではないが、９０度よりも大きい場合は、第１当接部１１に加わる下方向の力を第２当接部１２の面内方向の力として良好に変換し且つ伝達し得る範囲であることが望ましい。

上記構成を備えた燃料電池スタックＦＳは、ガス流路Ｇ１，Ｇ２に燃料ガス及び空気を導入して、これらのガスを空気極６及び燃料極７に夫々供給し、セル構造体３の発電領域１における電気化学反応により電気エネルギーを発生する。

また、上記の燃料電池スタックＦＳでは、運転中において、セパレータ４に、アノード側とカソード側との差圧や、面内方向（面に沿う方向）の熱変形よる負荷が生じる。これに対して、燃料電池スタックＦＳは、セパレータ４において、第１当接部１１、両連接部１３，１３、及び固定部１４を有する両第２当接部１２，１２が、隣接するセル構造体３，３のフレーム２，２同士の間で凸形状を維持する。つまり、燃料電池スタックＦＳは、隣接するセル構造体３，３同士の間で、セパレータ４の凸形状が負荷に抗する。

より具体的には、燃料電池スタックＦＳは、図３中に太い矢印で示すように、層間に圧縮方向の力が生じた場合には、細い矢印で示すように、その力が連接部１３に沿って伝達されて、第２当接部１２に沿う方向に伝達される。このとき、燃料電池スタックＦＳは、両第２当接部１２，１２が夫々の固定部１４，１４によりフレーム２に固定されているので、圧縮方向の力を受けても、凸形状が潰れることなく維持される。

また、燃料電池スタックＦＳは、図４に示すように、上記の力伝達に対して反力（抗力）が生じ、その反力は、両側の第２当接部１２，１２から夫々の連結部１３に伝達されて、シール部材Ｓを圧縮する方向に作用する。このとき、各連接部１３に沿う反力は、第１当接部１１にも伝達され、第１当接部１１において相殺される。

このようにして、燃料電池スタックＦＳは、上記実施形態の構成を採用したことにより、第１当接部１１、両連接部１３，１３、及び固定部１４を有する両第２当接部１２，１２が、隣接するセル構造体３のフレーム２，２同士の間で第１当接部１１を頂部とする凸形状を維持し、シール部材Ｓに積層方向の引っ張り力やこれに交差する方向の剪断力が直接的に加わるのを防止する。

これにより、燃料電池スタックＦＳは、セパレータ４に、アノード側とカソード側との差圧や熱変形による面内方向（主面に沿う方向）負荷が生じても、その負荷によるセパレータ４の変位を抑制して、シール部材Ｓによるシール機能を維持することができる。

また、燃料電池スタックＦＳは、夫々の第２当接部と連接部とが成す角度α１を９０度よりも大きくしたので、図３示す第１当接部１１から各第２当接部１２への力の伝達や、図４に示す第２当接部１２から第１当接部１１への反力の伝達及び相殺が良好に行われ、セパレータ４の凸形状を維持する。また、セパレータ４は、上記角度α１を９０度よりも大きい鈍角にすることで、プレス加工により容易に成形することができる。

さらに、燃料電池スタックＦＳは、夫々の第２当接部１２と連接部１３，１３とが成す角度α１を互いに等しくしているので、凸形状の左右のバランスが良好になり、負荷に対する変形をより確実に防止し得るものとなる。

さらに、燃料電池スタックＦＳは、第２当接部１２のフレーム２への固定部１４を溶接部としているので、極めて簡単な構造にして、確実な変位抑制の機能を得ることができ、量産性にも優れたものとなる。なお、固定部１４は、溶接部に限定されることはなく、フレーム２の材料等に応じて、ろう付け、シール材及び接着剤などを採用しても構わない。

さらに、燃料電池スタックＦＳは、プレス加工により成形したセパレータ４を採用したうえで、その変位を抑制し得るので、量産性に優れ、セル構造体３の低コスト化や薄型化などに貢献することができる。

図５〜図１０は、本発明に係わる燃料電池スタックの第２〜第６実施形態を説明する図である。以下の各実施形態においては、第１実施形態と同等の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

〈第２実施形態〉
図５に要部を示す燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様の基本構成を有する。この燃料電池スタックＦＳは、セパレータ４の両面側に配置した一方及び他方のセル構造体３，３のうちの他方（図中で下側）のセル構造体３、すなわち第２当接部１２が当接するセル構造体３のフレーム２と、セパレータ４の材料を好適に選択したものである。

燃料電池スタックＦＳは、他方のセル構造体３のフレーム２の線膨張係数が、セパレータ４の線膨張係数よりも大きい構成としている。ここで、この実施形態のフレーム２は、第１実施形態（図２参照）で説明したように、第１及び第２のフレーム２Ａ、２Ｂを上下に重ねた構成である。そこで、少なくともセパレータ４側となる第１フレーム２Ａの線膨張係数を、セパレータ４の線膨張係数よりも大きくしている。なお、この実施形態のシール部材Ｓは、ガラス材から成るものとする。

図６は、好適な材料の一例を挙げたもので、第１フレーム２Ａに用いる「Crofer22H（登録商標）」と、セパレータ４に用いる「AluchromYHf（登録商標）」の温度による線膨張係数の変化を示すグラフである。両材料は、温度上昇に伴って線膨張係数が増加し、この際、夫々の近似線が互いにほぼ平行な関係を示す。このように、互いに固定される第１フレーム２Ａ及びセパレータ４の材料は、近似線が互いにほぼ平行、すなわち温度変化に係わらず線膨張係数の差の変化が少ないものが好ましい。なお、これらの材料は、図６に例示したものに限定されない。

上記の燃料電池スタックＦＳは、運転開始により高温になった場合には、ガラス材から成るシール部材Ｓが軟化する。この際、第１フレーム２Ａは、セパレータ４の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有するので、図５中に黒矢印で示すように、面内方向に伸長する。これにより、セパレータ４には、同じく黒矢印で示すように、凸形状を潰す方向の力が作用し、軟化したシール部材Ｓが過剰に圧縮されないようにする。つまり、燃料電池スタックＦＳは、高温時にシール部材Ｓを圧縮してしまうと、運転停止して低温になった際に、シール部材Ｓが圧縮された状態で硬化し、シール機能が損なわれる虞がある。そこで、燃料電池スタックＦＳでは、高温時におけるシール部材Ｓの過剰な変形を未然に阻止し、充分なシール機能を維持する。

また、燃料電池スタックＦＳは、運転停止により温度が低下した場合には、図５中に白矢印で示すように、面内方向にセパレータ４が収縮する。これにより、セパレータ４には、同じく白矢印で示すように、凸形状の高さを増す方向の力が作用し、第１当接部１１と一方のフレーム２（第２フレーム２Ｂ）との間でシール部材Ｓを挟持して、充分なシール機能を維持する。

上記実施形態の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様に、セパレータ４に、アノード側とカソード側との差圧や熱変形による面内方向に負荷が生じても、凸形状を維持し、その負荷によるセパレータ４の変位を抑制してシール機能を維持することができる。また、燃料電池スタックＦＳは、とくに、セパレータ４の線膨張係数をフレーム２（第１フレーム２Ａ）の線膨張係数よりも大きくすることで、運転の開始及び停止に伴う温度変化に対して、常にシール部材Ｓによる良好なシール機能を維持することができる。

〈第３実施形態〉
図７に要部を示す燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様の基本構成を有し、セパレータ４が、少なくとも一方の連接部１３と第２当接部１２との間に、相対向するフレーム２，２同士を支持する屈曲部１５を連続的に有している。図示例では、両方の連接部１３と第２当接部１２との間に、屈曲部１５を有している。

すなわち、本発明の燃料電池スタックＦＳは、各第２当接部１２と連接部１３とが成す角度α１を９０度よりも大きくしている。ただし、この実施形態の燃料電池スタックＦＳは、第２当接部１２と連接部１３との間に屈曲部１５が存在するので、より厳密には、各第２当接部１２の延長線と連接部１３とが成す角度α１を９０度よりも大きくしている。このように、燃料電池スタックＦＳは、第１実施形態（図２，図３参照）のように連接部１３と第２当接部１２とが直接的に連続したものであっても良いし、この実施形態のように、連接部１３と第２当接部１２とが屈曲部１５を介して間接的に連続したものであっても良い。

この実施形態の燃料電池スタックＦＳにおいて、各第２当接部１２と連接部１３とが成す角度α１は、第２当接部１２がフレーム２上に重なっているので、実質的に、フレーム２と連接部１３とが成す角度α１とみなすこともできる。

屈曲部１５は、シール部材Ｓを横断する断面において、ほぼ同じ長さの第１及び第２の傾斜辺１５Ａ，１５Ｂを有する。第１傾斜辺１５Ａは、連接部１３の下端から、図中で上側である一方のセル構造体３のフレーム２（第２フレーム２Ｂ）に至る。第２傾斜辺１５Ｂは、第１傾斜辺１５Ａの上端から第２当接部１２の端部に至る。これにより、屈曲部１５は、フレーム２との間で二等辺三角形を形成する。

上記実施形態の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様に、隣接するセル構造体３のフレーム２，２同士の間でセパレータ４の凸形状を維持し、差圧や熱変形に伴う負荷によるセパレータ４の変位を抑制する。これに加えて、燃料電池スタックＦＳは、相対向するフレーム２，２同士にセパレータ４の屈曲部１５が突き当たり、両フレーム２，２を支持し、且つ両フレーム２，２の間隔を維持する。

これにより、上記の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様の作用効果が得られるうえに、セパレータ４の変位を抑制しつつシール部材Ｓに負荷が直接的に加わるのを防止して、良好なシール機能をより確実に維持することができる。

また、燃料電池スタックＦＳは、第１当接部１１、連接部１３、屈曲部１５及び第２当接部１２が、互いに折れ曲がりながら連続しているので、セパレータ４におけるシール部材Ｓの配置部分の機械的強度が高められる。これにより、燃料電池スタックＦＳは、シールラインの変位をより確実に抑制して、シール機能のさらなる向上に貢献し得る。

〈第４実施形態〉
図８に要部を示す燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様の基本構成を備えると共に、シール部材Ｓを横断する断面において、第１当接部１１が、シール部材Ｓを保持する溝部１６を有している。よって、溝部１６は、シール部材Ｓに沿う方向に連続している。図示の溝部１６は、第１当接部１１の両端側に突起１６Ａ，１６Ａを形成して、両突起１６Ａ，１６Ａの間を凹状に形成したものである。

また、上記の燃料電池スタックＦＳは、セパレータ４が、図中左側の一方側では、連接部１３と第２当接部１２とが直接連続しており、他方側では、連接部１３と第２当接部１２とが、屈曲部１５を介して連続したものとなっている。

上記構成を備えた燃料電池スタックＦＳは、例えば、ガラス材や樹脂等から成るシール部材Ｓ、すなわち塗布後に硬化してシール機能を発揮するシール部材Ｓを用いる場合に、そのシール部材Ｓを溝部１６に塗布する。この燃料電池スタックＦＳでは、運転時の高温でシール部材Ｓが軟化した場合に、その流出を防止することができ、シール部材Ｓを溝部１６に留めて封止機能を維持することができる。

また、上記の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様の作用効果が得られるうえに、セパレータ４の第１当接部１１が、溝部１６及び両側の突起１６Ａ，１６Ａによって表裏反転した凹凸状に形成されるので、機械的強度が高められる。これにより、シールラインの変位を抑制し、シール機能のさらなる向上を図ることができる。

〈第５実施形態〉
先述した第１実施形態（図２、図３参照）では、連接部１３と第２当接部１２とが角度α１を成すように連続した構成を例示した。これに対して、図９に要部を示す燃料電池スタックＦＳは、連接部１３が下端側で湾曲しており、その曲線を介して第２当接部１２に連続している。

ここで、本発明の燃料電池スタックＦＳは、各第２当接部１２と連接部１３とが成す角度α１を９０度よりも大きくしたものである。この実施形態の燃料電池スタックＦＳは、連接部１３の下端が湾曲しているので、厳密には、連接部の直線部分の延長線（図９にはオフセットした位置に示している）と第２当接部１２とが成す角度α１を９０度よりも大きくしている。

上記の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様に、例えば、図９中に太い矢印で示すように、層間に圧縮方向の力が生じた場合には、右側の細い矢印で示すように、その力が連接部１３を介して第２当接部１２に伝達され、この際、第２当接部１２が固定部１４でフレーム２に固定されているので、凸形状が潰れることなく維持される。また、燃料電池スタックＦＳでは、連接部１３と第２当接部１２とが曲線で連続しているので、第１当接部１１に加わる力が、曲線に沿って第２当接部１２に滑らかに伝達される。

上記の燃料電池スタックＦＳにあっても、先の実施形態と同様に、セパレータ４の変位を抑制しつつシール部材Ｓに負荷が直接的に加わるのを防止して、良好なシール機能をより確実に維持することができる。

〈第６実施形態〉
図１０に要部を示す燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様の基本構成を有すると共に、セパレータ４において、夫々の第２当接部１２，１２と連接部１３，１３とが成す角度α１を９０度よりも小さくした構成である。これにより、セパレータ４は、第１当接部１１を頂部とする逆台形の凸形状を形成している。

上記セパレータ４は、第１当接部１１と第２当接部１２とが実質的に平行であるから、第１当接部１１と連接部１３とが成す角度α２も９０度より小さいものとなる。また、上記の各角度α１，α２は、第１当接部１１の両側において夫々等しい角度である。

上記構成を備えた燃料電池スタックＦＳでは、例えば、図１０中の太い矢印で示すように、積層方向の圧縮荷重を受けた場合、同図中の細い矢印で示すように、連接部１３に沿って傾斜した下向きの力が発生する。その力は、凸形状の垂直下に向く力と、凸形状の中心に向く力となる。また、反力（抗力）は、各矢印とは逆向きである。

この際、燃料電池スタックＦＳは、固定部１４により第２当接部１２がフレーム２に固定してあるので、第２当接部１２の位置が変わることはなく、また、凸形状の左右から中心に向く力が相殺され、結果としてセパレータ４の凸形状を維持する。これにより、上記の燃料電池スタックＦＳは、先の実施形態と同様に、セパレータ４の変位を抑制しつつシール部材Ｓに負荷が直接的に加わるのを防止して、良好なシール機能をより確実に維持することができる。

なお、第１〜５の実施形態では、第２当接部１２と連接部１３とが成す角度α１を９０度よりも大きいものとし、第６実施形態では、第２当接部１２と連接部１３とが成す角度α１を９０度よりも小さいものとした。本発明に係わる燃料電池スタックＦＳは、第２当接部１２と連接部１３とが成す角度α１を９０度にすることも構わない。

この場合、燃料電池スタックＦＳは、連接部１３に作用する下向きの力が、フレーム２に直接伝わると共に、固定部１４により第２当接部１２の変位が阻止されているので、セパレータ４の凸形状を維持する。これにより、燃料電池スタックＦＳは、セパレータ４の変位を抑制しつつシール部材Ｓに負荷が直接的に加わるのを防止して、良好なシール機能をより確実に維持する。

本発明に係わる燃料電池スタックは、その構成が上記各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更したり、上記各実施形態の構成を適宜組み合わせたりすることが可能である。

ＦＳ 燃料電池スタック
Ｓ シール部材
１ 発電領域
２ フレーム
３ セル構造体
４ セパレータ
１１ 第１当接部
１２ 第２当接部
１３ 連接部
１４ 固定部
１５ 屈曲部
１６ 溝部

Claims (7)

1. 発電領域の周囲にフレームを備えたセル構造体と、セパレータとを交互に積層した構造を有する燃料電池スタックであって、
   前記セパレータの両面側に配置した前記セル構造体のうちの一方のセル構造体のフレームと前記セパレータとの周縁部同士の間を封止するシール部材を備えており、
   前記セパレータは、前記シール部材を横断する断面において、
   前記シール部材に当接する第１当接部と、前記第１当接部の両側で他方のセル構造体のフレームに当接する夫々の第２当接部と、前記第１当接部の両端と前記夫々の第２当接部とを連接するための夫々の連接部とを備えて、前記第１当接部を頂部とする凸形状を形成すると共に、
   夫々の前記第２当接部は、他方のセル構造体のフレームとの固定部を有することを特徴とする燃料電池スタック。
2. 夫々の前記第２当接部と連接部とが成す角度を９０度よりも大きくした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. 夫々の前記第２当接部と連接部とが成す角度を等しくしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池スタック。
4. 前記他方のセル構造体におけるフレームの線膨張係数が、前記セパレータの線膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
5. 前記第２当接部における固定部が、他方のセル構造体のフレームとの溶接部であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
6. 前記セパレータが、少なくとも一方の連接部と第２当接部との間に、相対向するフレーム同士を支持する屈曲部を連続的に有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。
7. 前記第１当接部が、前記シール部材を保持する溝部を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池スタック。

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