JP6892463B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池スタックに関する。

例えば、特許文献１には、電解質膜・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが複数積層されてなるセル積層体を備えた燃料電池スタックが開示されている。セル積層体の積層方向の端部には、ターミナルプレート、インシュレータ（絶縁プレート）及びエンドプレートが外方に向かって順次配設されている。

ターミナルプレートには、発電セルが発電した電力を外部に取り出すための電力導出部（ターミナル端子部）が電気的に接続されている。電力導出部は、セル積層体の積層方向に沿ってエンドプレートの外側までインシュレータ及びエンドプレートを貫通して延びている。

特許第４１７４０２５号公報

ところで、ターミナルプレートの外周側には、反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）や冷却媒体等の流体の漏れを防止するためのシール部が設けられる。上述した燃料電池スタックでは、電力導出部がセル積層体の積層方向に沿ってエンドプレートの外側まで延出しているため、電力導出部がシール部を横切ることはない。つまり、ターミナルプレートの外周のシール性が確保されている。しかしながら、燃料電池スタックが積層方向に長くなるという不都合がある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、ターミナルプレートの外周のシール性を確保しつつ積層方向に沿った長さを短縮化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する。

本発明の一態様は、電解質膜・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが複数積層されてなるセル積層体を備え、前記セル積層体の積層方向の端部には、ターミナルプレート、インシュレータ及びエンドプレートが外方に向かって順次配設され、前記ターミナルプレートには、前記発電セルが発電した電力を外部に取り出すための電力導出部が電気的に接続され、前記インシュレータの前記セル積層体に対向する面には、前記ターミナルプレートを周回するように流体の漏れを防止するためのシール部が設けられた燃料電池スタックであって、前記電力導出部は、前記インシュレータを前記積層方向に貫通するように延在した第１導体部と、前記インシュレータの前記セル積層体とは反対側に配置された状態で前記第１導体部から前記インシュレータの外周端よりも外側に延出した第２導体部と、を有し、前記第２導体部が前記エンドプレートよりも前記セル積層体の積層方向内側に位置することにより、前記電力導出部は、前記エンドプレートよりも前記積層方向の外側に突出しない、燃料電池スタックである。

本発明によれば、電力導出部がエンドプレートよりもセル積層体の積層方向内側で外部接続部に接続される。換言すれば、電力導出部は、エンドプレートの積層方向外側に突出しない。そのため、セル積層体の積層方向に沿った燃料電池スタックの長さを短縮化することができる。また、第２導体部は、インシュレータの前記セル積層体とは反対側に配置された状態でインシュレータの外周端よりも外側に延出している。つまり、第２導体部は、インシュレータのシール部を横切らないため、ターミナルプレートの外周のシール性を確保することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池スタックを備えた燃料電池システムの一部断面平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った一部省略断面図である。 発電セルの分解斜視図である。 第１内側インシュレータ及び第１ターミナルプレートの積層方向内側からの平面図である。 第１内側インシュレータの積層方向外側からの平面図である。 第１内側インシュレータ（第２内側インシュレータ）と第１電力導出部（第２電力導出部）との一部省略分解斜視図である。 第２内側インシュレータ及び第２ターミナルプレートの積層方向内側からの平面図である。 第２内側インシュレータの積層方向外側からの平面図である。

以下、本発明に係る燃料電池スタックを備えた燃料電池システムについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１に示す燃料電池システム１２は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車に搭載されるものである。ただし、燃料電池システム１２は、定置型としても用いることができる。

図１及び図２に示すように、燃料電池システム１２は、燃料電池スタック１０、燃料電池用補機１４、補機ケース１６及びコンタクタユニット１８（図２参照）を備える。

燃料電池スタック１０は、複数の発電セル２０が水平方向（矢印Ａ方向）に積層されてなるセル積層体２２を備える。発電セル２０は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する。発電セル２０は、例えば、横長（又は縦長）の長方形状の固体高分子型燃料電池である。

図３に示すように、発電セル２０の矢印Ｂ方向（水平方向）の一端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体入口連通孔２６ａ及び燃料ガス出口連通孔２８ｂが矢印Ｃ方向（上下方向）に沿って設けられている。酸化剤ガス入口連通孔２４ａは、酸素含有ガス等の酸化剤ガスを供給する。冷却媒体入口連通孔２６ａは、純水、エチレングリコール、オイル等の冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔２８ｂは、水素含有ガス等の燃料ガスを排出する。

各発電セル２０に設けられた酸化剤ガス入口連通孔２４ａは、積層方向（矢印Ａ方向）に互いに連通する。各発電セル２０に設けられた冷却媒体入口連通孔２６ａは、積層方向に互いに連通する。各発電セル２０に設けられた燃料ガス出口連通孔２８ｂは、積層方向に互いに連通する。

発電セル２０の矢印Ｂ方向の他端縁部には、燃料ガス入口連通孔２８ａ、冷却媒体出口連通孔２６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２４ｂが矢印Ｃ方向に沿って設けられている。燃料ガス入口連通孔２８ａは、燃料ガスを供給する。冷却媒体出口連通孔２６ｂは、冷却媒体を排出する。酸化剤ガス出口連通孔２４ｂは、酸化剤ガスを排出する。

各発電セル２０に設けられた燃料ガス入口連通孔２８ａは、積層方向に互いに連通する。各発電セル２０に設けられた冷却媒体出口連通孔２６ｂは、積層方向に互いに連通する。各発電セル２０に設けられた酸化剤ガス出口連通孔２４ｂは、積層方向に互いに連通する。

図２及び図３に示すように、発電セル２０は、枠付き電解質膜・電極構造体（以下、「枠付きＭＥＡ３０」という。）と、枠付きＭＥＡ３０の両側に配置された第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４とを備える。

枠付きＭＥＡ３０は、電解質膜・電極構造体（以下、「ＭＥＡ３６」という。）と、ＭＥＡ３６の外周部に設けられた枠部材３８とを備える。ＭＥＡ３６は、電解質膜４０と、電解質膜４０の一方の面４０ａに設けられたカソード電極４２と、電解質膜４０の他方の面４０ｂに設けられたアノード電極４４とを有する。

電解質膜４０は、例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜）である。固体高分子電解質膜は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である。電解質膜４０は、カソード電極４２及びアノード電極４４に挟持される。電解質膜４０は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を使用することができる。

枠部材３８は、四角環状（四角枠状）に形成されている。枠部材３８の内周端部は、カソード電極４２の外周端部とアノード電極４４の外周端部に挟持されている。ただし、枠部材３８は、電解質膜４０に対して一体的に設けられていてもよい。

カソード電極４２は、電解質膜４０の一方の面４０ａに接合される第１電極触媒層と、第１電極触媒層に積層される第１ガス拡散層とを有する。アノード電極４４は、電解質膜４０の他方の面４０ｂに接合される第２電極触媒層と、第２電極触媒層に積層される第２ガス拡散層とを有する。

第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４は、横長（又は縦長）の長方形状を有する。第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４のそれぞれは、導電性を有する材料によって構成されている。具体的には、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４のそれぞれは、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成される。

第１セパレータ３２の枠付きＭＥＡ３０に向かう面（以下、「表面３２ａ」という。）には、酸化剤ガス入口連通孔２４ａと酸化剤ガス出口連通孔２４ｂとに連通する酸化剤ガス流路４６が設けられる。

第１セパレータ３２の表面３２ａには、流体（酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体）の外部への漏れを防止するため、第１シールライン４８が設けられている。

図３において、第１シールライン４８は、酸化剤ガス入口連通孔２４ａ、酸化剤ガス流路４６及び酸化剤ガス出口連通孔２４ｂを周回し且つこれらを連通させる。また、第１シールライン４８は、冷却媒体入口連通孔２６ａ、冷却媒体出口連通孔２６ｂ、燃料ガス入口連通孔２８ａ及び燃料ガス出口連通孔２８ｂを個別に周回する。

図２において、第１シールライン４８は、枠付きＭＥＡ３０の枠部材３８に気密及び液密に当接する。第１シールライン４８は、第１ビードシール５０及び第１樹脂材５２を含む。第１ビードシール５０は、プレス成形によって、第１セパレータ３２の表面３２ａから枠付きＭＥＡ３０に向かって膨出成形される。第１樹脂材５２は、第１ビードシール５０の突出端面に印刷又は塗布等により固着される。

第１樹脂材５２は、枠部材３８に固着されていてもよい。第１樹脂材５２は、設けられていなくてもよい。この場合、第１ビードシール５０は、枠付きＭＥＡ３０の枠部材３８に直接当接する。第１シールライン４８は、第１ビードシール５０に代えて、枠付きＭＥＡ３０の枠部材３８に向かって突出する弾性体からなる凸状シール部を含んでいてもよい。

図２及び図３に示すように、第２セパレータ３４の枠付きＭＥＡ３０に向かう面（以下、「表面３４ａ」という。）には、燃料ガス入口連通孔２８ａと燃料ガス出口連通孔２８ｂとに連通する燃料ガス流路５４が設けられる。

第２セパレータ３４の表面３４ａには、流体（酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体）の外部への漏れを防止するため、第２シールライン５６が設けられている。

図３において、第２シールライン５６は、燃料ガス入口連通孔２８ａ、燃料ガス流路５４及び燃料ガス出口連通孔２８ｂを周回し且つこれらを連通させる。第２シールライン５６は、冷却媒体入口連通孔２６ａ、冷却媒体出口連通孔２６ｂ、酸化剤ガス入口連通孔２４ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２４ｂを個別に周回する。

図２において、第２シールライン５６は、枠付きＭＥＡ３０の枠部材３８に気密及び液密に当接する。第２シールライン５６は、第２ビードシール５８及び第２樹脂材６０を含む。第２ビードシール５８は、プレス成形によって、第２セパレータ３４の表面３４ａから枠付きＭＥＡ３０に向かって膨出成形されている。第２樹脂材６０は、第２ビードシール５８の突出端面に印刷又は塗布等により固着される。

第２樹脂材６０は、枠部材３８に固着されていてもよい。第２樹脂材６０は、設けられていなくてもよい。この場合、第２ビードシール５８は、枠付きＭＥＡ３０の枠部材３８に直接当接する。第２シールライン５６は、第２ビードシール５８に代えて、枠付きＭＥＡ３０の枠部材３８に向かって突出する弾性体からなる凸状シール部を含んでいてもよい。

図２及び図３に示すように、互いに隣接する第１セパレータ３２の面３２ｂと第２セパレータ３４の面３４ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔２６ａと冷却媒体出口連通孔２６ｂとに連通する冷却媒体流路６１が矢印Ｂ方向に延在して形成されている。冷却媒体流路６１は、燃料ガス流路５４の裏面形状と酸化剤ガス流路４６の裏面形状とによって形成される。

図１及び図２に示すように、セル積層体２２の積層方向一端（矢印Ａ１方向の端）には、第１ターミナルプレート６２ａ、第１内側インシュレータ６４ａ、第１外側インシュレータ６６ａ及び第１エンドプレート６８ａが外方に向かって順次配設される。

第１ターミナルプレート６２ａは、導電性を有する材料、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、又はこれらを主成分とする金属により構成される。第１ターミナルプレート６２ａは、四角形状に形成されている（図４参照）。

第１内側インシュレータ６４ａ及び第１外側インシュレータ６６ａは、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成される。第１内側インシュレータ６４ａ及び第１外側インシュレータ６６ａは、横長（又は縦長）の長方形状に形成されている（図４参照）。

第１内側インシュレータ６４ａと第１外側インシュレータ６６ａとは、互いに同一の材料、形状、大きさ等で構成されていてもよいし、互いに異なる材料、形状、大きさ等で構成されていてもよい。

図４において、第１内側インシュレータ６４ａ及び第１外側インシュレータ６６ａの矢印Ｂ方向の一端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔２４ａ、冷却媒体入口連通孔２６ａ及び燃料ガス出口連通孔２８ｂが矢印Ｃ方向に沿って設けられている。第１内側インシュレータ６４ａ及び第１外側インシュレータ６６ａの矢印Ｂ方向の他端縁部には、燃料ガス入口連通孔２８ａ、冷却媒体出口連通孔２６ｂ及び酸化剤ガス出口連通孔２４ｂが矢印Ｃ方向に沿って設けられている。

図２及び図４に示すように、第１内側インシュレータ６４ａのうち積層方向内側に向かう面６４ａｉには、第１ターミナルプレート６２ａが配置される四角形状の第１凹部７０ａが形成されている。

第１内側インシュレータ６４ａのセル積層体２２に対向する面６４ａｉには、第１ターミナルプレート６２ａを周回するように流体（燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体）の漏れを防止するための第１シール部７２ａが設けられている。第１シール部７２ａは、セル積層体２２の積層方向の一端（矢印Ａ１方向の端）に位置する第２セパレータ３４の第２シールライン５６に当接する。

図４において、第１シール部７２ａは、第１ターミナルプレート６２ａを周回する。また、第１シール部７２ａは、酸化剤ガス入口連通孔２４ａ、酸化剤ガス出口連通孔２４ｂ、冷却媒体入口連通孔２６ａ、冷却媒体出口連通孔２６ｂ、燃料ガス入口連通孔２８ａ及び燃料ガス出口連通孔２８ｂを個別に周回する。

図２及び図４に示すように、第１シール部７２ａは、第１内側インシュレータ６４ａの面６４ａｉに形成された第１シール凹部７４ａに配置される。第１シール部７２ａは、例えば、横断面が矩形状に形成されており、弾性を有する高分子材料からなる。このような高分子材料としては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム等が挙げられる。第１シール部７２ａは、第１シール凹部７４ａの底面に対して接合されている。第１シール部７２ａの位置、大きさ、形状等は、適宜設定可能である。

図５及び図６に示すように、第１内側インシュレータ６４ａのうち積層方向外側に向かう面６４ａｏには、複数の凹部７６ａが形成されることによってリブ７８ａが設けられている。凹部７６ａの内部の空気が断熱層として機能する。凹部７６ａ及びリブ７８ａの位置、大きさ及び形状等は、適宜設定可能である。

図２において、第１外側インシュレータ６６ａのうち積層方向内側に向かう面６６ａｉには、第１内側インシュレータ６４ａのリブ７８ａの端面７８ａｏに当接する図示しないリブが設けられている。このリブとリブとの間の空気が断熱層として機能する。

図１及び図２に示すように、セル積層体２２の積層方向他端（矢印Ａ２方向の端）には、第２ターミナルプレート６２ｂ、第２内側インシュレータ６４ｂ、第２外側インシュレータ６６ｂ及び第２エンドプレート６８ｂが外方に向かって順次配設される。

第２ターミナルプレート６２ｂは、導電性を有する材料、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、又はこれらを主成分とする金属により構成される。第２ターミナルプレート６２ｂは、四角形状に形成されている（図７参照）。

第２内側インシュレータ６４ｂ及び第２外側インシュレータ６６ｂは、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）やフェノール樹脂等で形成される。第２内側インシュレータ６４ｂ及び第２外側インシュレータ６６ｂは、横長（又は縦長）の長方形状に形成されている（図７参照）。

第２内側インシュレータ６４ｂと第２外側インシュレータ６６ｂとは、互いに同一の材料、形状、大きさ等で構成されていてもよいし、互いに異なる材料、形状、大きさ等で構成されていてもよい。

図２及び図７に示すように、第２内側インシュレータ６４ｂのうち積層方向内側に向かう面６４ｂｉには、第２ターミナルプレート６２ｂが配置される四角形状の第２凹部７０ｂが形成されている。

第２内側インシュレータ６４ｂのセル積層体２２に対向する面６４ｂｉには、第２ターミナルプレート６２ｂを周回するように流体（燃料ガス、酸化剤ガス、冷却媒体）の漏れを防止するための第２シール部７２ｂが設けられている。第２シール部７２ｂは、セル積層体２２の積層方向の他端（矢印Ａ２方向の端）に位置する第１セパレータ３２の第１シールライン４８に当接する。第２シール部７２ｂは、第２ターミナルプレート６２ｂを周回する。

第２シール部７２ｂは、第２内側インシュレータ６４ｂの面６４ｂｉに形成された第２シール凹部７４ｂに配置される。第２シール部７２ｂは、例えば、横断面が矩形状に形成されており、弾性を有する高分子材料からなる。このような高分子材料としては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム等が挙げられる。第２シール部７２ｂは、第２シール凹部７４ｂの底面に対して接合されている。第２シール部７２ｂの位置、大きさ、形状等は、適宜設定可能である。

図６及び図８に示すように、第２内側インシュレータ６４ｂのうち積層方向外側に向かう面６４ｂｏには、複数の凹部７６ｂが形成されることによってリブ７８ｂが設けられている。凹部７６ｂの内部の空気が断熱層として機能する。凹部７６ｂ及びリブ７８ｂの位置、大きさ及び形状等は、適宜設定可能である。

図２において、第２外側インシュレータ６６ｂのうち積層方向内側に向かう面６６ｂｉには、第２内側インシュレータ６４ｂのリブ７８ｂの端面７８ｂｏに当接する図示しないリブが設けられている。このリブとリブとの間の空気が断熱層として機能する。

図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１０は、スタック本体７９（セル積層体２２、第１ターミナルプレート６２ａ、第１内側インシュレータ６４ａ、第１外側インシュレータ６６ａ、第２ターミナルプレート６２ｂ、第２内側インシュレータ６４ｂ及び第２外側インシュレータ６６ｂ）を収容するスタックケース８０を有する。

スタックケース８０は、外周ケース部８２、第１エンドプレート６８ａ及び第２エンドプレート６８ｂを有する。外周ケース部８２は、セル積層体２２の積層方向と直交する方向からスタック本体７９の側面を覆う。外周ケース部８２は、四角筒状に形成されている。外周ケース部８２は、下壁部（図示せず）、上壁部８２ｕ、左右の側壁部８２ｓを有する。上壁部８２ｕとセル積層体２２との間には、隙間Ｓが形成されている（図２参照）。

第１エンドプレート６８ａは、外周ケース部８２の一端にねじ部材等の複数の図示しない締結部材によって連結されている。第２エンドプレート６８ｂは、外周ケース部８２の他端にねじ部材等の複数の締結部材８４によって連結されている。第１エンドプレート６８ａ及び第２エンドプレート６８ｂは、セル積層体２２に積層方向内側の締付荷重を付与する。

図１において、燃料電池用補機１４は、インジェクタ、エゼクタ、水素ポンプ、バルブ類等の燃料ガス系補機（燃料ガス供給デバイス）を有する。補機ケース１６は、燃料電池用補機１４を保護する保護ケースであって、第１エンドプレート６８ａに連結されている。

図２において、コンタクタユニット１８は、上壁部８２ｕの外面（例えば、上面）に配置されている。コンタクタユニット１８は、スイッチボックスであって、コンタクタ８６（開閉器）と、コンタクタ８６を収容した状態で外周ケース部８２の外面に配置されたコンタクタケース８８とを含む。

コンタクタ８６には、第１ターミナルプレート６２ａに第１電力導出部９０ａを介して電気的に接続される第１外部接続部９２ａと、第２ターミナルプレート６２ｂに第２電力導出部９０ｂを介して電気的に接続される第２外部接続部９２ｂとが設けられている。

上壁部８２ｕには、第１外部接続部９２ａが挿通する第１開口部９４ａと、第２外部接続部９２ｂが挿通する第２開口部９４ｂとが形成されている。第１外部接続部９２ａは、コンタクタ８６から第１開口部９４ａを介してスタックケース８０内に延びている。第２外部接続部９２ｂは、コンタクタ８６から第２開口部９４ｂを介してスタックケース８０内に延びている。

図２及び図６に示すように、第１電力導出部９０ａは、発電セル２０が発電した電力を外部に取り出すための電力線である。第１電力導出部９０ａは、第１導体部９６及び第２導体部９８を有する。第１導体部９６は、第１内側インシュレータ６４ａを積層方向に貫通するように積層方向に沿って延在した円柱部材である。

第１導体部９６は、円柱部材に限定されず、角柱部材、筒状部材等であってもよい。第１導体部９６は、導電性を有する材料、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、又はこれらを主成分とする金属によって形成されている。第１導体部９６は、金属以外の導電性を有する材料で形成されていてもよい。

図２において、第１導体部９６のうちセル積層体２２側の端面９６ｉは、第１ターミナルプレート６２ａに接合されている。第１導体部９６と第１ターミナルプレート６２ａとの接合手段は、溶接が好適であるが、ボルト、リベット、かしめ、接着剤等であってもよい。

図４において、第１導体部９６は、第１ターミナルプレート６２ａの中央よりも上方且つ側方にずれて位置している。第１導体部９６のうちセル積層体２２とは反対側の端面９６ｏには、ねじ穴１００が形成されている（図２及び図６参照）。

第１導体部９６の第１ターミナルプレート６２ａに対する接合位置は、適宜設定可能である。第１導体部９６及び第１ターミナルプレート６２ａは、一体成形品であってもよい。

図２及び図６に示すように、第２導体部９８は、帯状のプレート（バスバー）である。第２導体部９８は、導電性を有する材料、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、又はこれらを主成分とする金属によって形成されている。第２導体部９８は、第１内側インシュレータ６４ａのセル積層体２２とは反対側（矢印Ａ１方向）に配置された状態で第１導体部９６から第１内側インシュレータ６４ａの上方の外周端よりも外側に延出している。第２導体部９８は、ろう付け、加締め、溶接又はねじ止め等により、第１エンドプレート６８ａよりもセル積層体２２の積層方向内側で第１外部接続部９２ａに電気的に接続される。

第２導体部９８は、Ｌ字状の一体成形品であり、第１延出部１０２及び第２延出部１０４を含む。第１延出部１０２は、第１内側インシュレータ６４ａの面６４ａｏに沿って矢印Ｃ方向（上下方向）に沿って延びている。具体的には、第１延出部１０２は、第１内側インシュレータ６４ａと第１外側インシュレータ６６ａとの間に配置されている。第１延出部１０２は、第１外側インシュレータ６６ａの面６６ａｉに形成された凹部１０５内に配置されている（図２参照）。第１延出部１０２は、第１内側インシュレータ６４ａのリブ７８ａの端面７８ａｏに接触（又は近接）している。

第１延出部１０２の一端部（下端部）には、ねじ部材である締結部材１０６が挿通する孔１０８が形成されている。締結部材１０６は、ねじ穴１００に螺合することにより、第１導体部９６と第２導体部９８とを互いに接合する。

第１延出部１０２には、回り止め部１１０が設けられている。回り止め部１１０は、締結部材１０６を中心とした第１延出部１０２の回転を防止する。回り止め部１１０は、第１延出部１０２の延出方向の中間部分に形成された２つの貫通孔１１２と、第１内側インシュレータ６４ａから突出して２つの貫通孔１１２のそれぞれに挿通する２つの突起１１４とを含む。

２つの貫通孔１１２は、第１延出部１０２の幅方向（矢印Ｂ方向）に並んでいる（図６参照）。突起１１４は、円柱状に形成されている。各突起１１４は、第１内側インシュレータ６４ａのリブ７８ａの端面７８ａｏから突出している。

締結部材１０６は、ねじ部材に限定されず、加締め、リベット等であってもよい。貫通孔１１２及び突起１１４の位置、大きさ、数、形状等は、適宜設定可能である。突起１１４は、第１内側インシュレータ６４ａに対して別部品として接合されていてもよい。突起１１４は、第１外側インシュレータ６６ａに設けられていてもよい。

回り止め部１１０は、締結部材１０６を中心とした第１延出部１０２の回転を防止することができればどのように構成されていてもよい。回り止め部１１０は、第２延出部１０４に設けられていてもよい。また、回り止め部１１０は、第２導体部９８を第１導体部９６に接合するための締結部材１０６を複数設けることにより構成してもよい。第１導体部９６及び第２導体部９８は、一体成形品であってもよい。第２導体部９８は、第１導体部９６に対して溶接又は接着されていてもよい。

図２において、第１延出部１０２の他端部（上端部、延出端部）は、上壁部８２ｕと第１外側インシュレータ６６ａとの間の隙間Ｓに位置している。第２延出部１０４は、第１延出部１０２の延出端部からセル積層体２２が位置する側（矢印Ａ２方向）に延出している。第２延出部１０４とセル積層体２２とは、互いに離間している。

第２延出部１０４の延出端部は、セル積層体２２と上壁部８２ｕとの間に位置している。第２延出部１０４の延出端部には、第２延出部１０４の延出端部が第１外部接続部９２ａに接続される。第２導体部９８は、第１延出部１０２に第２延出部１０４を接合することによって形成されていてもよい。

図２及び図６に示すように、第２電力導出部９０ｂは、第１電力導出部９０ａと同様に構成されている。そのため、第２電力導出部９０ｂの構成の説明については省略する。

次に、上記のように構成された燃料電池スタック１０の作用を説明する。

図３に示すように、酸素含有ガス等の酸化剤ガス、例えば、空気は、酸化剤ガス入口連通孔２４ａに供給される。水素含有ガス等の燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２８ａに供給される。純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、冷却媒体入口連通孔２６ａに供給される。

酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２４ａから第１セパレータ３２の酸化剤ガス流路４６に導入される。そして、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４６に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ３６のカソード電極４２に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔２８ａから第２セパレータ３４の燃料ガス流路５４に導入される。そして、燃料ガスは、燃料ガス流路５４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、ＭＥＡ３６のアノード電極４４に供給される。

従って、各ＭＥＡ３６では、カソード電極４２に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４４に供給される燃料ガスとが、第１電極触媒層及び第２電極触媒層内で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。

次いで、カソード電極４２に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４６から酸化剤ガス出口連通孔２４ｂへと流動し、酸化剤ガス出口連通孔２４ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。同様に、アノード電極４４に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス流路５４から燃料ガス出口連通孔２８ｂへと流動し、燃料ガス出口連通孔２８ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

また、冷却媒体入口連通孔２６ａに供給された冷却媒体は、互いに接合された第１セパレータ３２と第２セパレータ３４との間に形成された冷却媒体流路６１に導入された後、矢印Ｂ方向に流れる。この冷却媒体は、ＭＥＡ３６を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２６ｂから排出される。

この場合、本実施形態に係る燃料電池スタック１０は、以下の効果を奏する。

電力導出部（第１電力導出部９０ａ及び第２電力導出部９０ｂ）は、インシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）を積層方向に貫通するように延在した第１導体部９６と、インシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）のセル積層体２２とは反対側に配置された状態で第１導体部９６からインシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）の外周端よりも外側に延出した第２導体部９８と、を有する。第２導体部９８は、エンドプレート（第１エンドプレート６８ａ及び第２エンドプレート６８ｂ）よりもセル積層体２２の積層方向内側に位置する。

このような構成によれば、電力導出部（第１電力導出部９０ａ及び第２電力導出部９０ｂ）がエンドプレート（第１エンドプレート６８ａ及び第２エンドプレート６８ｂ）よりもセル積層体２２の積層方向内側で外部接続部（第１外部接続部９２ａ及び第２外部接続部９２ｂ）に接続される。換言すれば、電力導出部（第１電力導出部９０ａ及び第２電力導出部９０ｂ）は、エンドプレート（第１エンドプレート６８ａ及び第２エンドプレート６８ｂ）の積層方向外側に突出しない。

そのため、セル積層体２２の積層方向に沿った燃料電池スタック１０の長さを短縮化することができる。また、第２導体部９８は、インシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）のセル積層体２２とは反対側に配置された状態でインシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）の外周端よりも外側に延出している。つまり、第２導体部９８は、インシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）のシール部（第１シール部７２ａ及び第２シール部７２ｂ）を横切らないため、ターミナルプレート（第１ターミナルプレート６２ａ及び第２ターミナルプレート６２ｂ）の外周のシール性を良好に確保することができる。

第２導体部９８は、第１導体部９６からインシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）に沿ってインシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）の外周端よりも外側に延出した第１延出部１０２と、第１延出部１０２の延出端部からセル積層体２２が位置する側に延出した第２延出部１０４と、を含む。

このような構成によれば、第１延出部１０２よりもセル積層体２２が位置する側で第２導体部９８を外部接続部（第１外部接続部９２ａ及び第２外部接続部９２ｂ）に接続することができる。

燃料電池スタック１０は、積層方向と直交する方向からセル積層体２２、ターミナルプレート（第１ターミナルプレート６２ａ及び第２ターミナルプレート６２ｂ）及びインシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）を覆う外周ケース部８２を備える。外周ケース部８２には、外部接続部（第１外部接続部９２ａ及び第２外部接続部９２ｂ）が挿通する開口部（第１開口部９４ａ及び第２開口部９４ｂ）が形成され、第２導体部９８の延出端部には、外部接続部（第１外部接続部９２ａ及び第２外部接続部９２ｂ）が接続される。

このような構成によれば、簡易な構成で第２導体部９８を外部接続部（第１外部接続部９２ａ及び第２外部接続部９２ｂ）に容易に接続することができる。

燃料電池スタック１０は、第１導体部９６と第２導体部９８とを互いに接合する締結部材１０６と、締結部材１０６を中心とした第２導体部９８の回転を防止する回り止め部１１０と、を備える。

このような構成によれば、燃料電池スタック１０の組み立てを容易に行うことができる。

回り止め部１１０は、インシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）から突出して第２導体部９８に係合する複数の突起１１４を有する。

このような構成によれば、簡易な構成により締結部材１０６を中心とした第２導体部９８の回転を防止することができる。

燃料電池スタック１０は、セル積層体２２の積層方向外側でインシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）とエンドプレート（第１エンドプレート６８ａ及び第２エンドプレート６８ｂ）との間に配設された外側インシュレータ（第１外側インシュレータ６６ａ及び第２外側インシュレータ６６ｂ）を備える。エンドプレート（第１エンドプレート６８ａ及び第２エンドプレート６８ｂ）は、外側インシュレータ（第１外側インシュレータ６６ａ及び第２外側インシュレータ６６ｂ）にセル積層体２２の積層方向内側に向かう締付荷重を付与する。外側インシュレータ（第１外側インシュレータ６６ａ及び第２外側インシュレータ６６ｂ）のうちインシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）に対向する面６６ａｉ、６６ｂｉには、第２導体部９８が配置される凹部１０５が形成されている。

このような構成によれば、セル積層体２２に積層方向内側に向かう締付荷重を付与しつつ第２導体部９８をインシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）の外周端よりも外側に延出させることができる。

インシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）のうちセル積層体２２とは反対側を指向する面６４ａｏ、６４ｂｏには、リブ７８ａ、７８ｂが形成されている。

このような構成によれば、リブ７８ａ、７８ｂによって、インシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）の剛性を高めることができる。

本発明は上述した構成に限定されない。第２導体部９８の第１延出部１０２は、第１導体部９６からインシュレータ（第１内側インシュレータ６４ａ及び第２内側インシュレータ６４ｂ）の外周端よりも外側まで側方又は下方に延出していてもよい。

本発明に係る燃料電池スタックは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…燃料電池スタック １２…燃料電池システム
２０…発電セル ２２…セル積層体
３２…第１セパレータ ３４…第２セパレータ
３６…ＭＥＡ（電解質膜・電極構造体）
６２ａ…第１ターミナルプレート ６２ｂ…第２ターミナルプレート
６４ａ…第１内側インシュレータ（インシュレータ）
６４ｂ…第２内側インシュレータ（インシュレータ）
６６ａ…第１外側インシュレータ ６６ｂ…第２外側インシュレータ
６８ａ…第１エンドプレート ６８ｂ…第２エンドプレート
７２ａ…第１シール部 ７２ｂ…第２シール部
８２…外周ケース部 ９０ａ…第１電力導出部
９０ｂ…第２電力導出部 ９２ａ…第１外部接続部
９２ｂ…第２外部接続部 ９４ａ…第１開口部
９４ｂ…第２開口部 ９６…第１導体部
９８…第２導体部 １０２…第１延出部
１０４…第２延出部 １０５…凹部
１０６…締結部材 １１０…回り止め部
１１４…突起

Claims (7)

1. 電解質膜・電極構造体とセパレータとを有する発電セルが複数積層されてなるセル積層体を備え、
   前記セル積層体の積層方向の端部には、ターミナルプレート、インシュレータ及びエンドプレートが外方に向かって順次配設され、
   前記ターミナルプレートには、前記発電セルが発電した電力を外部に取り出すための電力導出部が電気的に接続され、
   前記インシュレータの前記セル積層体に対向する面には、前記ターミナルプレートを周回するように流体の漏れを防止するためのシール部が設けられた燃料電池スタックであって、
   前記電力導出部は、
   前記インシュレータを前記積層方向に貫通するように延在した第１導体部と、
   前記インシュレータの前記セル積層体とは反対側に配置された状態で前記第１導体部から前記インシュレータの外周端よりも外側に延出した第２導体部と、を有し、
   前記第２導体部が前記エンドプレートよりも前記セル積層体の積層方向内側に位置することにより、前記電力導出部は、前記エンドプレートよりも前記積層方向の外側に突出しない、燃料電池スタック。
   
2. 請求項１記載の燃料電池スタックであって、
   前記第２導体部は、
   前記第１導体部から前記インシュレータに沿って前記インシュレータの外周端よりも外側に延出した第１延出部と、
   前記第１延出部の延出端部から前記セル積層体が位置する側に延出した第２延出部と、を含む、燃料電池スタック。
3. 請求項２記載の燃料電池スタックであって、
   前記燃料電池スタックは、前記積層方向と直交する方向から前記セル積層体、前記ターミナルプレート及び前記インシュレータを覆う外周ケース部を備え、
   前記外周ケース部には、外部接続部が挿通する開口部が形成され、
   前記第２導体部の延出端部には、前記外部接続部が接続される、燃料電池スタック。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池スタックであって、
   前記燃料電池スタックは、
   前記第１導体部と前記第２導体部とを互いに接合する締結部材と、
   前記締結部材を中心とした前記第２導体部の回転を防止する回り止め部と、を備える、燃料電池スタック。
5. 請求項４記載の燃料電池スタックであって、
   前記回り止め部は、前記インシュレータから突出して前記第２導体部に係合する複数の突起を有する、燃料電池スタック。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池スタックであって、
   前記燃料電池スタックは、前記セル積層体の積層方向外側で前記インシュレータと前記エンドプレートとの間に配設された外側インシュレータを備え、
   前記エンドプレートは、前記外側インシュレータに前記セル積層体の積層方向内側に向かう締付荷重を付与し、
   前記外側インシュレータのうち前記インシュレータに対向する面には、前記第２導体部が配置される凹部が形成されている、燃料電池スタック。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池スタックであって、
   前記インシュレータのうち前記セル積層体とは反対側を指向する面には、リブが形成されている、燃料電池スタック。

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