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JP7104008B2 - Fuel cell stack - Google Patents
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Description

本発明は、発電セルを複数積層した積層体の積層方向の少なくとも一方の端部にダミーセルが積層された燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a fuel cell stack in which dummy cells are laminated at at least one end in a stacking direction of a laminated body in which a plurality of power generation cells are stacked.

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜(以下、単に電解質膜ともいう)を採用している。燃料電池は、電解質膜の一方の面にアノード電極が配設され、他方の面にカソード電極が配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。 Generally, a polymer electrolyte fuel cell employs a solid polymer electrolyte membrane (hereinafter, also simply referred to as an electrolyte membrane) made of a polymer ion exchange membrane. The fuel cell includes an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is disposed on one surface of the electrolyte membrane and a cathode electrode is disposed on the other surface.

電解質膜・電極構造体をセパレータで挟持することにより、発電セルが構成され、複数個の発電セルを積層することにより、積層体が構成される。この積層体の積層方向両端に、各発電セルによって発電された電荷を集める電力取り出し用のターミナルプレートや、発電セルを積層状態で保持するためのエンドプレート等が設けられて燃料電池スタックが構成される。 A power generation cell is formed by sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure with a separator, and a laminated body is formed by laminating a plurality of power generation cells. A fuel cell stack is configured by providing terminal plates for collecting electric charges generated by each power generation cell, end plates for holding the power generation cells in a stacked state, and the like at both ends of the stack in the stacking direction. To.

ところで、積層体の積層方向の端部側(以下、単に端部側ともいう)は、ターミナルプレート等を介した放熱が促されること等から、該積層体の積層方向の中央側に比べ低温となり易い。外気温等の影響を受けて積層体の端部側が低温となり結露が生じると、燃料ガス及び酸化剤ガス(反応ガス)の拡散性が低下し、燃料電池スタックの発電安定性が低下する懸念がある。 By the way, the end side of the laminated body in the laminating direction (hereinafter, also simply referred to as the end side) is lower in temperature than the central side in the laminating direction of the laminated body because heat dissipation is promoted through the terminal plate or the like. easy. If the end side of the laminate becomes cold due to the influence of the outside temperature and dew condensation occurs, the diffusivity of the fuel gas and oxidant gas (reaction gas) will decrease, and there is a concern that the power generation stability of the fuel cell stack will decrease. be.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックでは、積層体の積層方向の少なくとも一方の端部側に、いわゆる、ダミーセルが配設されている。このダミーセルでは、電解質膜の代わりに金属板を用いていることから、発電を行わず、生成水も生じない。このため、ダミーセル自体が、ターミナルプレートと積層体との間で、断熱層として機能する。従って、上記のようにダミーセルを配設することで、積層体の端部側の温度低下を抑制できる。つまり、燃料電池スタックが外気温の影響を受けることを抑制して、発電安定性を向上させることができる。 Therefore, for example, in the fuel cell stack disclosed in Patent Document 1, so-called dummy cells are arranged on at least one end side of the laminated body in the stacking direction. Since this dummy cell uses a metal plate instead of the electrolyte membrane, it does not generate electricity and does not generate generated water. Therefore, the dummy cell itself functions as a heat insulating layer between the terminal plate and the laminated body. Therefore, by arranging the dummy cells as described above, it is possible to suppress the temperature drop on the end side of the laminated body. That is, it is possible to suppress the influence of the outside air temperature on the fuel cell stack and improve the power generation stability.

特許第4727972号公報Japanese Patent No. 4727972

本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、低温始動性を向上させることができるとともに、発電安定性を向上させ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。 The present invention has been made in connection with this kind of technique, and an object of the present invention is to provide a fuel cell stack capable of improving low temperature startability and power generation stability.

本発明の一態様は、発電セルが複数積層された積層体と、前記積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に積層されたダミー構造と、を備え、各前記発電セルは、第1電解質膜・電極構造体と、第2電解質膜・電極構造体と、第1セパレータと、第2セパレータと、第3セパレータとを有し、前記第1セパレータ、前記第1電解質膜・電極構造体、前記第2セパレータ、前記第2電解質膜・電極構造体及び前記第3セパレータが順に積層されている燃料電池スタックであって、前記ダミー構造は、電解質膜・電極構造体に対応するダミー導電体と、前記ダミー導電体を挟むダミーセパレータと、を有し、前記積層体の前記積層方向の端部に配設される前記発電セルである端部発電セルと、該端部発電セルに隣接する前記ダミー構造との間には、冷却媒体が流通する冷却媒体流路が設けられ、前記ダミー構造は、前記積層方向の外側端部に配設される端部ダミーセルを有し、前記端部ダミーセルは、前記ダミー導電体が2枚の前記ダミーセパレータで挟持されて形成される
One aspect of the present invention includes a laminated body in which a plurality of power generation cells are laminated, and a dummy structure in which the laminated bodies are laminated at at least one end in the stacking direction, and each power generation cell is a first electrolyte. It has a film / electrode structure, a second electrolyte film / electrode structure, a first separator, a second separator, and a third separator, and the first separator, the first electrolyte film / electrode structure, and the like. A fuel cell stack in which the second separator, the second electrolyte film / electrode structure, and the third separator are laminated in this order, and the dummy structure is a dummy conductor corresponding to the electrolyte film / electrode structure. The end power generation cell, which is the power generation cell having the dummy separator sandwiching the dummy conductor and arranged at the end of the stack in the stacking direction, and the end power generation cell adjacent to the end power generation cell. A cooling medium flow path through which a cooling medium flows is provided between the dummy structure and the dummy structure, and the dummy structure has an end dummy cell arranged at an outer end portion in the stacking direction, and the end dummy cell is provided. , The dummy conductor is sandwiched between the two dummy separators .

この燃料電池スタックでは、端部発電セルと、該端部発電セルに隣接するダミー構造との間に冷却媒体が流通する冷却媒体流路が設けられる。例えば、氷点下等の低温環境下で燃料電池スタックを起動(低温始動)する場合、発電等に伴い冷却媒体の温度は端部発電セルよりも高くなる。このため、上記のように冷却媒体流路を設けて、該冷却媒体流路を流通する冷却媒体の熱を端部発電セルに伝え易くすることで、低温環境下であっても端部発電セルを速やかに昇温させることが可能になる。ひいては、燃料電池スタックの低温始動性を向上させることができる。 In this fuel cell stack, a cooling medium flow path through which a cooling medium flows is provided between an end power generation cell and a dummy structure adjacent to the end power generation cell. For example, when the fuel cell stack is started (low temperature start) in a low temperature environment such as below freezing point, the temperature of the cooling medium becomes higher than that of the end power generation cell due to power generation or the like. Therefore, by providing the cooling medium flow path as described above and facilitating the heat transfer of the cooling medium flowing through the cooling medium flow path to the end power generation cell, the end power generation cell can be easily transferred even in a low temperature environment. It becomes possible to raise the temperature quickly. As a result, the low temperature startability of the fuel cell stack can be improved.

また、ダミーセルは、発電セルの電解質膜・電極構造体に代えて、ダミー導電体を備える。つまり、ダミーセルは、固体高分子電解質膜や電極触媒層を備えていないため、発電を行うことがなく、発電による生成水も生じない。これによって、ダミーセル自体が断熱層として機能するとともに、ダミーセルで結露が生じることを抑制できる。このようなダミーセルを、積層体の積層方向の少なくとも一方の端部側に積層することで、積層体の端部側の断熱性を高めることができる。このため、積層体の端部側の温度が中央側に比して低温となることを抑制でき、これによって、燃料電池スタックの発電安定性を向上させることができる。 Further, the dummy cell includes a dummy conductor instead of the electrolyte membrane / electrode structure of the power generation cell. That is, since the dummy cell does not have a solid polymer electrolyte membrane or an electrode catalyst layer, it does not generate electricity and does not generate water generated by the power generation. As a result, the dummy cell itself functions as a heat insulating layer, and the formation of dew condensation on the dummy cell can be suppressed. By laminating such dummy cells on at least one end side of the laminated body in the laminating direction, the heat insulating property on the end side of the laminated body can be improved. Therefore, it is possible to prevent the temperature on the end side of the laminated body from becoming lower than that on the center side, thereby improving the power generation stability of the fuel cell stack.

本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the fuel cell stack which concerns on embodiment of this invention. 図1の燃料電池スタックのII-II線矢視断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of the fuel cell stack of FIG. 発電セルの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of a power generation cell. 第1セパレータの酸化剤ガス流路側(第1ダミーセパレータ及び第2ダミーセパレータの第1空間側)の正面図である。It is a front view of the oxidant gas flow path side of the 1st separator (the 1st space side of the 1st dummy separator and the 2nd dummy separator). 第2セパレータの酸化剤ガス流路側の正面図である。It is a front view of the oxidant gas flow path side of the 2nd separator. 第3セパレータの冷却媒体流路側の正面図である。It is a front view of the cooling medium flow path side of the 3rd separator. 第2ダミーセパレータ及び第3ダミーセパレータの第2空間側の正面図である。It is a front view of the 2nd dummy separator and the 3rd dummy separator on the 2nd space side.

本発明に係る燃料電池スタック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詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。 A suitable embodiment of the fuel cell stack according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following figures, components having the same or similar functions and effects may be designated by the same reference numerals, and repeated description may be omitted.

図1及び図2に示すように、本実施形態に係る燃料電池スタック10は、複数の発電セル12が水平方向(矢印A1、A2方向)又は重力方向(矢印C1、C2方向)に積層された積層体14を備える。この燃料電池スタック10は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車等の燃料電池車両に搭載される。 As shown in FIGS. 1 and 2, in the fuel cell stack 10 according to the present embodiment, a plurality of power generation cells 12 are stacked in the horizontal direction (arrows A1 and A2 directions) or in the gravity direction (arrows C1 and C2 directions). The laminated body 14 is provided. The fuel cell stack 10 is mounted on a fuel cell vehicle such as a fuel cell electric vehicle (not shown), for example.

図2に示すように、以下では、積層体14の積層方向一端側(矢印A1側)に配設される発電セル12を第1端部発電セル12aともいう。また、積層体14の積層方向他端側(矢印A2側)に配設される発電セル12を第2端部発電セル12bともいう。本実施形態では、第1端部発電セル12a及び第2端部発電セル12bのそれぞれは、積層体14の積層方向の最端部に配設されている。 As shown in FIG. 2, in the following, the power generation cell 12 arranged on one end side (arrow A1 side) of the laminated body 14 in the stacking direction is also referred to as a first end power generation cell 12a. Further, the power generation cell 12 arranged on the other end side (arrow A2 side) of the laminated body 14 in the stacking direction is also referred to as a second end power generation cell 12b. In the present embodiment, each of the first-end power generation cell 12a and the second-end power generation cell 12b is arranged at the end of the laminated body 14 in the stacking direction.

積層体14の第1端部発電セル12aには、ダミー構造15aが積層されている。ダミー構造15aは、中間ダミーセル16及び第1端部ダミーセル18を有する。すなわち、第1端部発電セル12aには、中間ダミーセル16及び第1端部ダミーセル18が外方に向かってこの順に積層される。 A dummy structure 15a is laminated on the first end power generation cell 12a of the laminated body 14. The dummy structure 15a has an intermediate dummy cell 16 and a first end dummy cell 18. That is, the intermediate dummy cell 16 and the first end dummy cell 18 are laminated outward in this order on the first end power generation cell 12a.

また、積層体14の第2端部発電セル12bには、ダミー構造15bが積層されている。ダミー構造15bは、第2端部ダミーセル20を有する。すなわち、第2端部発電セル12bには、第2端部ダミーセル20が積層される。なお、中間ダミーセル16、第1端部ダミーセル18及び第2端部ダミーセル20を総称して、「ダミーセル」ともいう。 Further, a dummy structure 15b is laminated on the second end power generation cell 12b of the laminated body 14. The dummy structure 15b has a second end dummy cell 20. That is, the second end dummy cell 20 is laminated on the second end power generation cell 12b. The intermediate dummy cell 16, the first end dummy cell 18, and the second end dummy cell 20 are also collectively referred to as a “dummy cell”.

積層体14の第1端部ダミーセル18よりも外方側(矢印A1側)には、ターミナルプレート26a、インシュレータ28a及びエンドプレート30aがこの順に積層される。積層体14の第2端部ダミーセル20よりも外方側(矢印A2側)には、ターミナルプレート26b、インシュレータ28b及びエンドプレート30bがこの順に積層される。 The terminal plate 26a, the insulator 28a, and the end plate 30a are laminated in this order on the outer side (arrow A1 side) of the first end dummy cell 18 of the laminated body 14. The terminal plate 26b, the insulator 28b, and the end plate 30b are laminated in this order on the outer side (arrow A2 side) of the second end dummy cell 20 of the laminated body 14.

図1に示すように、矩形状からなるエンドプレート30a、30bの各辺間には、連結バー(不図示)が配置される。各連結バーは、両端をエンドプレート30a、30bの内面にボルト(不図示)等を介して固定され、複数の積層された発電セル12に積層方向(矢印A1、A2方向)の締め付け荷重を付与する。なお、不図示ではあるが、燃料電池スタック10では、エンドプレート30a、30bを端板とする筐体を備え、前記筐体内に積層体14等を収容するように構成してもよい。 As shown in FIG. 1, a connecting bar (not shown) is arranged between each side of the rectangular end plates 30a and 30b. Both ends of each connecting bar are fixed to the inner surfaces of the end plates 30a and 30b via bolts (not shown), and a tightening load in the stacking direction (arrows A1 and A2) is applied to the plurality of stacked power generation cells 12. do. Although not shown, the fuel cell stack 10 may include a housing having end plates 30a and 30b as end plates, and may be configured to accommodate the laminated body 14 and the like in the housing.

図3に示すように、発電セル12は、第1セパレータ32と、第1電解質膜・電極構造体34aと、第2セパレータ36と、第2電解質膜・電極構造体34bと、第3セパレータ38とがこの順に積層されて構成される。第1セパレータ32、第2セパレータ36及び第3セパレータ38(これらを総称して「セパレータ」ともいう)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、めっき処理鋼板等により構成され、平面が矩形状であるとともに、プレス加工等により、断面凹凸形状に成形される。 As shown in FIG. 3, the power generation cell 12 includes a first separator 32, a first electrolyte membrane / electrode structure 34a, a second separator 36, a second electrolyte membrane / electrode structure 34b, and a third separator 38. And are laminated in this order. Each of the first separator 32, the second separator 36, and the third separator 38 (collectively referred to as "separator") is composed of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or the like, and has a flat surface. In addition to being rectangular, it is formed into an uneven cross-sectional shape by press working or the like.

図3に示すように、セパレータ32、36、38の長辺方向の一端側(矢印B1側)の縁部には、それぞれ矢印A1、A2方向(積層方向)に個別に連通して、酸化剤ガス入口連通孔40及び燃料ガス出口連通孔42が設けられる。酸化剤ガス入口連通孔40には、例えば、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。燃料ガス出口連通孔42には、例えば、水素含有ガス等の燃料ガスが排出される。これらの酸化剤ガス及び燃料ガスを総称して反応ガスともいう。 As shown in FIG. 3, the oxidants are individually communicated with the edges of the separators 32, 36, and 38 on the long side direction (arrow B1 side) in the arrow A1 and A2 directions (stacking directions), respectively. A gas inlet communication hole 40 and a fuel gas outlet communication hole 42 are provided. An oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 40. A fuel gas such as a hydrogen-containing gas is discharged to the fuel gas outlet communication hole 42. These oxidant gas and fuel gas are also collectively referred to as reaction gas.

セパレータ32、36、38の長辺方向の他端側(矢印B2側)の縁部には、それぞれ矢印A1、A2方向に個別に連通して、燃料ガスが供給される燃料ガス入口連通孔44及び酸化剤ガスが排出される酸化剤ガス出口連通孔46が設けられる。なお、これらの酸化剤ガス入口連通孔40、燃料ガス出口連通孔42、燃料ガス入口連通孔44、酸化剤ガス出口連通孔46を総称して「反応ガス連通孔」ともいう。 Fuel gas inlet communication holes 44 to which fuel gas is supplied by individually communicating with the edges of the separators 32, 36, and 38 on the other end side (arrow B2 side) in the long side direction in the directions of arrows A1 and A2, respectively. And the oxidant gas outlet communication hole 46 from which the oxidant gas is discharged is provided. The oxidant gas inlet communication hole 40, the fuel gas outlet communication hole 42, the fuel gas inlet communication hole 44, and the oxidizer gas outlet communication hole 46 are also collectively referred to as “reaction gas communication hole”.

セパレータ32、36、38の短辺方向(矢印C1、C2方向)両端縁部の矢印B1側には、矢印A1、A2方向に個別に連通して、冷却媒体が供給される一対の冷却媒体入口連通孔48がそれぞれ設けられる。冷却媒体としては、純水やエチレングリコール、オイル等を用いることができる。セパレータ32、36、38の短辺方向の両端縁部の矢印B2側には、矢印A1、A2方向に個別に連通して、冷却媒体が排出される一対の冷却媒体出口連通孔50がそれぞれ設けられる。 A pair of cooling medium inlets to which cooling media are supplied by individually communicating in the arrows A1 and A2 directions on the arrow B1 side of both end edges of the separators 32, 36, and 38 in the short side directions (arrows C1 and C2 directions). Communication holes 48 are provided respectively. As the cooling medium, pure water, ethylene glycol, oil or the like can be used. A pair of cooling medium outlet communication holes 50 are provided on the arrow B2 side of both end edges of the separators 32, 36, and 38 in the short side direction so as to communicate individually in the arrows A1 and A2 directions and discharge the cooling medium. Be done.

図3に示すように、第1セパレータ32の矢印A1側の面32aには、冷却媒体入口連通孔48と冷却媒体出口連通孔50とを連通する冷却媒体流路52が形成される。冷却媒体入口連通孔48と冷却媒体流路52との間には、複数本の入口連結溝54aが形成される。冷却媒体流路52と冷却媒体出口連通孔50との間には、複数本の出口連結溝54bが形成される。また、第1セパレータ32の面32aには、冷却媒体入口連通孔48、冷却媒体出口連通孔50、冷却媒体流路52、入口連結溝54a、出口連結溝54bを一体に囲んで、その内部を面方向の外部とシールするシール部材55が設けられている。 As shown in FIG. 3, a cooling medium flow path 52 that communicates the cooling medium inlet communication hole 48 and the cooling medium outlet communication hole 50 is formed on the surface 32a of the first separator 32 on the arrow A1 side. A plurality of inlet connecting grooves 54a are formed between the cooling medium inlet communication hole 48 and the cooling medium flow path 52. A plurality of outlet connecting grooves 54b are formed between the cooling medium flow path 52 and the cooling medium outlet communication hole 50. Further, on the surface 32a of the first separator 32, the cooling medium inlet communication hole 48, the cooling medium outlet communication hole 50, the cooling medium flow path 52, the inlet connecting groove 54a, and the outlet connecting groove 54b are integrally surrounded, and the inside thereof is surrounded. A sealing member 55 that seals the outside in the surface direction is provided.

図4に示すように、第1セパレータ32の矢印A2側の面32bには、酸化剤ガス入口連通孔40と酸化剤ガス出口連通孔46とに連通する酸化剤ガス流路56が形成される。酸化剤ガス流路56は、互いに並列する複数本の波状流路溝(又は直線状流路溝)からなる。 As shown in FIG. 4, an oxidant gas flow path 56 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 40 and the oxidant gas outlet communication hole 46 is formed on the surface 32b on the arrow A2 side of the first separator 32. .. The oxidant gas flow path 56 is composed of a plurality of wavy flow path grooves (or linear flow path grooves) that are parallel to each other.

酸化剤ガス流路56の入口側端部には、発電領域外に位置して酸化剤ガス入口バッファ部58が連なる一方、該酸化剤ガス流路56の出口側端部には、発電領域外に位置して酸化剤ガス出口バッファ部60が連なる。 The oxidant gas inlet buffer portion 58 located outside the power generation region is connected to the inlet side end of the oxidant gas flow path 56, while the outlet side end of the oxidant gas flow path 56 is outside the power generation region. The oxidant gas outlet buffer portion 60 is connected to the position at.

酸化剤ガス入口バッファ部58と酸化剤ガス入口連通孔40との間には、複数本の入口連結溝62aが形成される。酸化剤ガス出口バッファ部60と酸化剤ガス出口連通孔46との間には、複数本の出口連結溝62bが形成される。第1セパレータ32の面32bには、酸化剤ガス入口連通孔40、酸化剤ガス出口連通孔46、酸化剤ガス流路56、酸化剤ガス入口バッファ部58、酸化剤ガス出口バッファ部60、入口連結溝62a、出口連結溝62bを一体に囲んで、その内部を面方向の外部とシールするシール部材63が設けられている。第1セパレータ32では、酸化剤ガス流路56の裏面形状が、冷却媒体流路52の一部を構成する(図2及び図3参照)。 A plurality of inlet connecting grooves 62a are formed between the oxidant gas inlet buffer portion 58 and the oxidant gas inlet communication hole 40. A plurality of outlet connecting grooves 62b are formed between the oxidant gas outlet buffer portion 60 and the oxidant gas outlet communication hole 46. On the surface 32b of the first separator 32, an oxidant gas inlet communication hole 40, an oxidizer gas outlet communication hole 46, an oxidizer gas flow path 56, an oxidizer gas inlet buffer portion 58, an oxidizer gas outlet buffer portion 60, and an inlet A sealing member 63 is provided that integrally surrounds the connecting groove 62a and the outlet connecting groove 62b and seals the inside thereof with the outside in the surface direction. In the first separator 32, the shape of the back surface of the oxidant gas flow path 56 forms a part of the cooling medium flow path 52 (see FIGS. 2 and 3).

図3に示すように、第2セパレータ36の矢印A1側の面36aには、燃料ガス入口連通孔44と燃料ガス出口連通孔42とに連通する燃料ガス流路66が形成される。燃料ガス流路66は、互いに並列する複数本の波状流路溝(又は直線状流路溝)からなる。 As shown in FIG. 3, a fuel gas flow path 66 communicating with the fuel gas inlet communication hole 44 and the fuel gas outlet communication hole 42 is formed on the surface 36a of the second separator 36 on the arrow A1 side. The fuel gas flow path 66 is composed of a plurality of wavy flow path grooves (or linear flow path grooves) that are parallel to each other.

燃料ガス流路66の入口側端部には、発電領域外に位置して燃料ガス入口バッファ部68が連なる一方、該燃料ガス流路66の出口側端部には、発電領域外に位置して燃料ガス出口バッファ部70が連なる。燃料ガス入口バッファ部68と燃料ガス入口連通孔44との間には、第2セパレータ36を厚さ方向に貫通する複数個の燃料ガス供給孔部72aが設けられる。燃料ガス出口バッファ部70と燃料ガス出口連通孔42との間には、第2セパレータ36を厚さ方向に貫通する複数個の燃料ガス排出孔部72bが設けられる。 The fuel gas inlet buffer portion 68 is connected to the inlet side end of the fuel gas flow path 66 located outside the power generation region, while the outlet side end of the fuel gas flow path 66 is located outside the power generation region. The fuel gas outlet buffer section 70 is connected to the fuel gas outlet buffer section 70. A plurality of fuel gas supply holes 72a penetrating the second separator 36 in the thickness direction are provided between the fuel gas inlet buffer portion 68 and the fuel gas inlet communication hole 44. A plurality of fuel gas discharge holes 72b that penetrate the second separator 36 in the thickness direction are provided between the fuel gas outlet buffer portion 70 and the fuel gas outlet communication hole 42.

第2セパレータ36の面36aには、燃料ガス流路66、燃料ガス入口バッファ部68、燃料ガス出口バッファ部70、燃料ガス供給孔部72a、燃料ガス排出孔部72bを一体に囲んで、その内部を面方向の外部とシールするシール部材73が設けられている。 A fuel gas flow path 66, a fuel gas inlet buffer portion 68, a fuel gas outlet buffer portion 70, a fuel gas supply hole portion 72a, and a fuel gas discharge hole portion 72b are integrally surrounded on the surface 36a of the second separator 36. A sealing member 73 is provided to seal the inside with the outside in the surface direction.

図5に示すように、第2セパレータ36の矢印A2側の面36bは、シール部材71で囲われた燃料ガス供給孔部72a及び燃料ガス排出孔部72bが設けられていることを除いて、第1セパレータ32の矢印A2側の面32b(図4参照)と同様に構成することができる。すなわち、第2セパレータ36の面36bには、酸化剤ガス入口連通孔40と酸化剤ガス出口連通孔46とに連通する酸化剤ガス流路56が設けられる。また、第2セパレータ36の面36bには、酸化剤ガス入口バッファ部58と、酸化剤ガス出口バッファ部60と、入口連結溝62aと、出口連結溝62bと、シール部材63とが形成される。 As shown in FIG. 5, the surface 36b on the arrow A2 side of the second separator 36 is provided with the fuel gas supply hole 72a and the fuel gas discharge hole 72b surrounded by the seal member 71, except that the surface 36b is provided with the fuel gas discharge hole 72b. It can be configured in the same manner as the surface 32b (see FIG. 4) on the arrow A2 side of the first separator 32. That is, the surface 36b of the second separator 36 is provided with an oxidant gas flow path 56 that communicates with the oxidant gas inlet communication hole 40 and the oxidant gas outlet communication hole 46. Further, on the surface 36b of the second separator 36, an oxidant gas inlet buffer portion 58, an oxidant gas outlet buffer portion 60, an inlet connecting groove 62a, an outlet connecting groove 62b, and a seal member 63 are formed. ..

第2セパレータ36の面36b側では、燃料ガス供給孔部72a及び燃料ガス排出孔部72bの各々と、酸化剤ガス入口バッファ部58及び酸化剤ガス出口バッファ部60とがシール部材63、71によって遮断されている。 On the surface 36b side of the second separator 36, each of the fuel gas supply hole 72a and the fuel gas discharge hole 72b, and the oxidant gas inlet buffer portion 58 and the oxidant gas outlet buffer portion 60 are sealed by the sealing members 63 and 71. It is blocked.

図3に示すように、第3セパレータ38の矢印A1側の面38aは、第2セパレータ36の矢印A1側の面36aと同様に構成することができる。すなわち、第3セパレータ38の面38aには、燃料ガス入口連通孔44と燃料ガス出口連通孔42とに連通する燃料ガス流路66が設けられる。また、第3セパレータ38の面38aには、燃料ガス入口バッファ部68と、燃料ガス出口バッファ部70と、燃料ガス供給孔部72aと、燃料ガス排出孔部72bと、シール部材73とが形成される。 As shown in FIG. 3, the surface 38a on the arrow A1 side of the third separator 38 can be configured in the same manner as the surface 36a on the arrow A1 side of the second separator 36. That is, the surface 38a of the third separator 38 is provided with a fuel gas flow path 66 that communicates with the fuel gas inlet communication hole 44 and the fuel gas outlet communication hole 42. Further, on the surface 38a of the third separator 38, a fuel gas inlet buffer portion 68, a fuel gas outlet buffer portion 70, a fuel gas supply hole portion 72a, a fuel gas discharge hole portion 72b, and a seal member 73 are formed. Will be done.

図6に示すように、第3セパレータ38の矢印A2側の面38bは、シール部材71で囲われた燃料ガス供給孔部72a及び燃料ガス排出孔部72bが設けられていることを除いて、第1セパレータ32の矢印A1側の面32a(図3参照)と同様に構成することができる。すなわち、第3セパレータ38の面38bには、冷却媒体流路52と、入口連結溝54aと、出口連結溝54bと、シール部材55とが設けられる。第3セパレータ38の面38b側では、燃料ガス供給孔部72a及び燃料ガス排出孔部72bの各々と、冷却媒体流路52、入口連結溝54a及び出口連結溝54b等とがシール部材55、71によって遮断されている。 As shown in FIG. 6, the surface 38b on the arrow A2 side of the third separator 38 is provided with the fuel gas supply hole portion 72a and the fuel gas discharge hole portion 72b surrounded by the seal member 71, except that the fuel gas supply hole portion 72a and the fuel gas discharge hole portion 72b are provided. It can be configured in the same manner as the surface 32a (see FIG. 3) on the arrow A1 side of the first separator 32. That is, the surface 38b of the third separator 38 is provided with the cooling medium flow path 52, the inlet connecting groove 54a, the outlet connecting groove 54b, and the seal member 55. On the surface 38b side of the third separator 38, each of the fuel gas supply hole 72a and the fuel gas discharge hole 72b, the cooling medium flow path 52, the inlet connecting groove 54a, the outlet connecting groove 54b, and the like are sealed members 55 and 71. Is blocked by.

図2に示すように、積層体14で互いに隣接する発電セル12において、第3セパレータ38の矢印A2側の面38bの冷却媒体流路52と、第1セパレータ32の矢印A1側の面32aの冷却媒体流路52とが対向して、その内部を冷却媒体が流通可能となっている。すなわち、積層体14では隣接する発電セル12同士の間に冷却媒体が流通する冷却媒体流路52が設けられる。 As shown in FIG. 2, in the power generation cells 12 adjacent to each other in the laminated body 14, the cooling medium flow path 52 of the surface 38b on the arrow A2 side of the third separator 38 and the surface 32a on the arrow A1 side of the first separator 32 The cooling medium flow path 52 faces the cooling medium flow path 52, and the cooling medium can flow through the inside thereof. That is, in the laminated body 14, a cooling medium flow path 52 through which a cooling medium flows is provided between adjacent power generation cells 12.

図3、図5及び図6に示すように、第2セパレータ36及び第3セパレータ38では、上記のようにシール部材71、73が設けられるため、燃料ガス入口連通孔44を矢印A1側から矢印A2側へと流通する燃料ガスは、燃料ガス供給孔部72aを、矢印A2側から矢印A1側へと流通して燃料ガス入口バッファ部68及び燃料ガス流路66へ流入する。また、燃料ガス流路66を流通して燃料ガス出口バッファ部70に流入した燃料ガスは、燃料ガス排出孔部72bを矢印A1側から矢印A2側へと流通した後、燃料ガス出口連通孔42を矢印A2側から矢印A1側へと流通する。各セパレータ32、36、38の両面には、該セパレータ32、36、38の外周端縁部を周回する不図示の弾性体からなるシール部材がそれぞれ一体成形される。 As shown in FIGS. 3, 5 and 6, since the sealing members 71 and 73 are provided in the second separator 36 and the third separator 38 as described above, the fuel gas inlet communication hole 44 is indicated by an arrow from the arrow A1 side. The fuel gas flowing to the A2 side flows through the fuel gas supply hole portion 72a from the arrow A2 side to the arrow A1 side and flows into the fuel gas inlet buffer portion 68 and the fuel gas flow path 66. Further, the fuel gas flowing through the fuel gas flow path 66 and flowing into the fuel gas outlet buffer portion 70 flows through the fuel gas discharge hole portion 72b from the arrow A1 side to the arrow A2 side, and then the fuel gas outlet communication hole 42. Is circulated from the arrow A2 side to the arrow A1 side. On both sides of each of the separators 32, 36, 38, a sealing member made of an elastic body (not shown) orbiting the outer peripheral edge of the separators 32, 36, 38 is integrally molded.

図3に示すように、第1電解質膜・電極構造体34a及び第2電解質膜・電極構造体34bは、互いに略同様に構成される。これらの第1電解質膜・電極構造体34a及び第2電解質膜・電極構造体34bを総称して「電解質膜・電極構造体」ともいう。電解質膜・電極構造体34a、34bは、その外周に樹脂枠部材82が接合されている。図2に示すように、電解質膜・電極構造体34a、34b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固体高分子電解質膜(以下、単に電解質膜ともいう)84を備える。なお、電解質膜84は、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質を使用してもよい。電解質膜84は、カソード電極86及びアノード電極88により挟持される。 As shown in FIG. 3, the first electrolyte membrane / electrode structure 34a and the second electrolyte membrane / electrode structure 34b are configured in substantially the same manner as each other. These first electrolyte membrane / electrode structure 34a and second electrolyte membrane / electrode structure 34b are also collectively referred to as "electrolyte film / electrode structure". A resin frame member 82 is bonded to the outer periphery of the electrolyte membrane / electrode structures 34a and 34b. As shown in FIG. 2, the electrolyte membrane / electrode structures 34a and 34b include, for example, a solid polymer electrolyte membrane (hereinafter, also simply referred to as an electrolyte membrane) 84 which is a thin film of perfluorosulfonic acid containing water. In addition to the fluorine-based electrolyte, the electrolyte membrane 84 may use an HC (hydrocarbon) -based electrolyte. The electrolyte membrane 84 is sandwiched between the cathode electrode 86 and the anode electrode 88.

カソード電極86は、電解質膜84の一端側(矢印A1側)の面に接合される不図示の第1電極触媒層と、該第1電極触媒層に積層される第1ガス拡散層92とを有する。アノード電極88は、電解質膜84の他端側(矢印A2側)の面に接合される不図示の第2電極触媒層と、該第2電極触媒層に積層される第2ガス拡散層96とを有する。 The cathode electrode 86 includes a first electrode catalyst layer (not shown) bonded to a surface on one end side (arrow A1 side) of the electrolyte film 84, and a first gas diffusion layer 92 laminated on the first electrode catalyst layer. Have. The anode electrode 88 includes a second electrode catalyst layer (not shown) bonded to the other end side (arrow A2 side) of the electrolyte film 84, and a second gas diffusion layer 96 laminated on the second electrode catalyst layer. Has.

第1電極触媒層は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第1ガス拡散層92の表面に一様に塗布して形成される。第2電極触媒層は、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が、イオン導電性高分子バインダとともに第2ガス拡散層96の表面に一様に塗布して形成される。第1ガス拡散層92及び第2ガス拡散層96は、カーボンペーパ又はカーボンクロス等の導電性多孔質体から形成される。 The first electrode catalyst layer is formed, for example, by uniformly coating the surface of the first gas diffusion layer 92 with porous carbon particles on which a platinum alloy is supported on the surface together with an ion conductive polymer binder. The second electrode catalyst layer is formed, for example, by uniformly coating the surface of the second gas diffusion layer 96 together with porous carbon particles on which a platinum alloy is supported on the surface together with an ion conductive polymer binder. The first gas diffusion layer 92 and the second gas diffusion layer 96 are formed of a conductive porous body such as carbon paper or carbon cloth.

樹脂枠部材82は、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PPA(ポリフタルアミド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(リキッドクリスタルポリマー)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、m-PPE(変性ポリフェニレンエーテル樹脂)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)又は変性ポリオレフィン等の樹脂材から構成される。この樹脂材は、例えば、フィルム等により構成してもよい。 The resin frame member 82 includes, for example, PPS (polyphenylene sulfide), PPA (polyphthalamide), PEN (polyethylene naphthalate), PES (polyester sulfone), LCP (liquid crystal polymer), PVDF (polyfluoride vinylidene), and the like. It is composed of a resin material such as silicone resin, fluororesin, m-PPE (modified polyphenylene ether resin), PET (polyethylene terephthalate), PBT (polybutylene terephthalate) or modified polyolefin. This resin material may be made of, for example, a film or the like.

図3に示すように、樹脂枠部材82は枠形状であり、酸化剤ガス入口連通孔40を含む連通孔40、42、44、46、48、50からなる連通孔群の内側に配置され、各連通孔40、42、44、46、48、50が形成されない。樹脂枠部材82のカソード電極86側(矢印A1側)の面には、酸化剤ガス入口バッファ部102a及び酸化剤ガス出口バッファ部102bが設けられる。不図示ではあるが、樹脂枠部材82のアノード電極88側(矢印A2側)の面には、燃料ガス入口バッファ部及び燃料ガス出口バッファ部が設けられる。 As shown in FIG. 3, the resin frame member 82 has a frame shape and is arranged inside a communication hole group including communication holes 40, 42, 44, 46, 48, 50 including an oxidant gas inlet communication hole 40. The communication holes 40, 42, 44, 46, 48, 50 are not formed. An oxidant gas inlet buffer portion 102a and an oxidant gas outlet buffer portion 102b are provided on the surface of the resin frame member 82 on the cathode electrode 86 side (arrow A1 side). Although not shown, a fuel gas inlet buffer portion and a fuel gas outlet buffer portion are provided on the surface of the resin frame member 82 on the anode electrode 88 side (arrow A2 side).

図2に示すように、積層体14の第1端部発電セル12aの積層方向外側(矢印A1側)に隣接する中間ダミーセル16は、矢印A1側から矢印A2側に向かって、第1ダミーセパレータ105と、第1ダミー導電体106aと、第2ダミーセパレータ108と、第2ダミー導電体106bと、第3ダミーセパレータ130とが、この順に積層されて形成される。第1ダミー導電体106a及び第2ダミー導電体106bは、互いに略同様に構成される。これらの第1ダミー導電体106a及び第2ダミー導電体106bを総称して「ダミー導電体」ともいう。 As shown in FIG. 2, the intermediate dummy cell 16 adjacent to the outside of the first end power generation cell 12a of the laminated body 14 in the stacking direction (arrow A1 side) is a first dummy separator from the arrow A1 side toward the arrow A2 side. The 105, the first dummy conductor 106a, the second dummy separator 108, the second dummy conductor 106b, and the third dummy separator 130 are laminated and formed in this order. The first dummy conductor 106a and the second dummy conductor 106b are configured in substantially the same manner as each other. These first dummy conductor 106a and second dummy conductor 106b are also collectively referred to as "dummy conductor".

図2~図4に示すように、第1ダミーセパレータ105(図2、図4)は、第1セパレータ32と同様に構成されている。すなわち、第1ダミーセパレータ105の一端側(矢印A1側)の面105aには冷却媒体流路52(図3参照)が設けられる。また、図2に示すように、第1ダミーセパレータ105の他端側(矢印A2側)の面105bと第1ダミー導電体106aとの間には、酸化剤ガス流路56に対応する第1空間109が設けられる。 As shown in FIGS. 2 to 4, the first dummy separator 105 (FIGS. 2 and 4) is configured in the same manner as the first separator 32. That is, a cooling medium flow path 52 (see FIG. 3) is provided on the surface 105a on one end side (arrow A1 side) of the first dummy separator 105. Further, as shown in FIG. 2, between the surface 105b on the other end side (arrow A2 side) of the first dummy separator 105 and the first dummy conductor 106a, a first one corresponding to the oxidant gas flow path 56 is formed. Space 109 is provided.

図4に示すように、第1空間109は、入口連結溝62a及び出口連結溝62b内に形成された連通路125を介して、酸化剤ガス入口連通孔40と酸化剤ガス出口連通孔46とに連通する。このため、酸化剤ガス流路56と同様に酸化剤ガスが流通可能となっている。 As shown in FIG. 4, the first space 109 includes the oxidant gas inlet communication hole 40 and the oxidant gas outlet communication hole 46 via the communication passage 125 formed in the inlet connecting groove 62a and the outlet connecting groove 62b. Communicate with. Therefore, the oxidant gas can be circulated in the same manner as the oxidant gas flow path 56.

図2に示すように、ダミー導電体106a、106bは、平面寸法(表面積/外形寸法)がそれぞれ異なる3枚の導電性多孔質体107を積層して構成される。3枚の導電性多孔質体107は、例えば、互いに同じ材料からなるとともに、第1ガス拡散層92又は第2ガス拡散層96を構成する導電性多孔質体と同一の材料を用いて構成することができる。なお、ダミー導電体106a、106bは、上記の構成に限定されるものではなく、導電性を示す部材であればよく、該部材の個数も特に限定されない。 As shown in FIG. 2, the dummy conductors 106a and 106b are formed by stacking three conductive porous bodies 107 having different plane dimensions (surface area / external dimensions). The three conductive porous bodies 107 are made of, for example, the same materials as each other, and are made of the same material as the conductive porous bodies constituting the first gas diffusion layer 92 or the second gas diffusion layer 96. be able to. The dummy conductors 106a and 106b are not limited to the above configuration, and may be any member exhibiting conductivity, and the number of the members is not particularly limited.

ダミー導電体106a、106bの外周には、不図示のダミー樹脂枠部材が一体化されている。ダミー樹脂枠部材は、図3に示す発電セル12の樹脂枠部材82と略同様に構成することができる。 A dummy resin frame member (not shown) is integrated on the outer periphery of the dummy conductors 106a and 106b. The dummy resin frame member can be configured in substantially the same manner as the resin frame member 82 of the power generation cell 12 shown in FIG.

図7に示すように、第2ダミーセパレータ108は、燃料ガス供給孔部72a(図3参照)に代えて入口遮断部122aが設けられ、燃料ガス排出孔部72b(図3参照)に代えて出口遮断部122bが設けられていることを除いて第2セパレータ36(図3参照)と同様に構成されている。 As shown in FIG. 7, the second dummy separator 108 is provided with an inlet blocking portion 122a in place of the fuel gas supply hole portion 72a (see FIG. 3), and replaces the fuel gas discharge hole portion 72b (see FIG. 3). It is configured in the same manner as the second separator 36 (see FIG. 3) except that the outlet blocking portion 122b is provided.

つまり、第2ダミーセパレータ108の他端側(矢印A2側)の面108b(図2参照)は、図5のシール部材71で囲われた燃料ガス供給孔部72a及び燃料ガス排出孔部72bが設けられていないことを除いて、第2セパレータ36の矢印A2側の面36bと同様に構成される。このため、第2ダミーセパレータ108の面108bは、図4に示す第1セパレータ32の他端側(矢印A2側)の面32bと同様に構成される。 That is, on the surface 108b (see FIG. 2) on the other end side (arrow A2 side) of the second dummy separator 108, the fuel gas supply hole portion 72a and the fuel gas discharge hole portion 72b surrounded by the seal member 71 of FIG. 5 are formed. It is configured in the same manner as the surface 36b on the arrow A2 side of the second separator 36, except that it is not provided. Therefore, the surface 108b of the second dummy separator 108 is configured in the same manner as the surface 32b on the other end side (arrow A2 side) of the first separator 32 shown in FIG.

図2に示すように、第2ダミーセパレータ108の他端側(矢印A2側)の面108bと第2ダミー導電体106bとの間には、酸化剤ガス流路56に対応する第1空間109が設けられる。図2及び図7に示すように、第2ダミーセパレータ108の一端側(矢印A1側)の面108aと第1ダミー導電体106aとの間には、燃料ガス流路66に対応する第2空間126が設けられる。 As shown in FIG. 2, between the surface 108b on the other end side (arrow A2 side) of the second dummy separator 108 and the second dummy conductor 106b, a first space 109 corresponding to the oxidant gas flow path 56 Is provided. As shown in FIGS. 2 and 7, a second space corresponding to the fuel gas flow path 66 is provided between the surface 108a on one end side (arrow A1 side) of the second dummy separator 108 and the first dummy conductor 106a. 126 is provided.

第2空間126は、入口遮断部122aにより、燃料ガス入口連通孔44と遮断されるとともに、出口遮断部122bにより、燃料ガス出口連通孔42とが遮断される。つまり、入口遮断部122a及び出口遮断部122b(以下、これらを総称して遮断部ともいう)により、第2空間126に燃料ガスが流れることが規制されるため、該第2空間126の内部には断熱空間が形成される。なお、入口遮断部122a及び出口遮断部122bの何れか一方のみを設けることによって、第2空間126に燃料ガスが流れることを規制し、断熱空間を形成してもよい。 The second space 126 is blocked from the fuel gas inlet communication hole 44 by the inlet blocking portion 122a, and is blocked from the fuel gas outlet communication hole 42 by the outlet blocking portion 122b. That is, since the inlet blocking portion 122a and the outlet blocking portion 122b (hereinafter, collectively referred to as a blocking portion) regulate the flow of fuel gas into the second space 126, the inside of the second space 126 is inside. A heat insulating space is formed. By providing only one of the inlet blocking portion 122a and the outlet blocking portion 122b, the flow of fuel gas to the second space 126 may be restricted and a heat insulating space may be formed.

図7に示すように、第2ダミーセパレータ108の一端側(矢印A1側)の面108aには、第2空間126を囲んで、その内部を面方向の外部とシールするシール部材127が設けられている。 As shown in FIG. 7, on the surface 108a on one end side (arrow A1 side) of the second dummy separator 108, a sealing member 127 that surrounds the second space 126 and seals the inside thereof with the outside in the surface direction is provided. ing.

図2の第3ダミーセパレータ130の他端側(矢印A2側)の面130bは、図3に示す第1セパレータ32の一端側(矢印A1側)の面32aと略鏡像の関係に構成される。また、図7に示すように、第3ダミーセパレータ130の一端側(矢印A1側)の面130aは、第2ダミーセパレータ108の一端側(矢印A1側)の面108aと同様に構成される。 The surface 130b on the other end side (arrow A2 side) of the third dummy separator 130 in FIG. 2 is configured to have a substantially mirror image relationship with the surface 32a on one end side (arrow A1 side) of the first separator 32 shown in FIG. .. Further, as shown in FIG. 7, the surface 130a on one end side (arrow A1 side) of the third dummy separator 130 is configured in the same manner as the surface 108a on one end side (arrow A1 side) of the second dummy separator 108.

図2に示すように、第3ダミーセパレータ130の他端側(矢印A2側)の面130bと第1端部発電セル12aの第1セパレータ32との間に冷却媒体流路52が設けられる。また、第3ダミーセパレータ130の一端側(矢印A1側)の面130aと第2ダミー導電体106bとの間に、燃料ガス流路66に対応する第2空間126が設けられる。 As shown in FIG. 2, a cooling medium flow path 52 is provided between the surface 130b on the other end side (arrow A2 side) of the third dummy separator 130 and the first separator 32 of the first end power generation cell 12a. Further, a second space 126 corresponding to the fuel gas flow path 66 is provided between the surface 130a on one end side (arrow A1 side) of the third dummy separator 130 and the second dummy conductor 106b.

第1端部ダミーセル18は、中間ダミーセル16の積層方向外側(矢印A1側)に隣接して設けられる。すなわち、第1端部発電セル12aと第1端部ダミーセル18との間に中間ダミーセル16が配設される。第1端部ダミーセル18は、矢印A1側から矢印A2側に向かって、第2ダミーセパレータ108と、第2ダミー導電体106bと、第3ダミーセパレータ130とがこの順に積層されて形成される。 The first end dummy cell 18 is provided adjacent to the outside of the intermediate dummy cell 16 in the stacking direction (arrow A1 side). That is, the intermediate dummy cell 16 is arranged between the first end power generation cell 12a and the first end dummy cell 18. The first end dummy cell 18 is formed by laminating a second dummy separator 108, a second dummy conductor 106b, and a third dummy separator 130 in this order from the arrow A1 side to the arrow A2 side.

このため、第1端部ダミーセル18では、積層方向外側(矢印A1側)に配設された第2ダミーセパレータ108の矢印A2側の面108bと第2ダミー導電体106bとの間に第1空間109が設けられる。第2ダミーセパレータ108の矢印A1側の面108aと後述する断熱体142との間に第2空間126が設けられる。 Therefore, in the first end dummy cell 18, the first space is between the surface 108b on the arrow A2 side of the second dummy separator 108 arranged on the outside in the stacking direction (arrow A1 side) and the second dummy conductor 106b. 109 is provided. A second space 126 is provided between the surface 108a on the arrow A1 side of the second dummy separator 108 and the heat insulating body 142 described later.

また、第1端部ダミーセル18では、積層方向内側(矢印A2側)に配設された第3ダミーセパレータ130の矢印A1側の面130aと第2ダミー導電体106bとの間に第2空間126が設けられる。第3ダミーセパレータ130の矢印A2側の面130bと、中間ダミーセル16の第1ダミーセパレータ105との間に冷却媒体流路52が設けられる。 Further, in the first end dummy cell 18, the second space 126 is between the surface 130a on the arrow A1 side of the third dummy separator 130 arranged inside the stacking direction (arrow A2 side) and the second dummy conductor 106b. Is provided. A cooling medium flow path 52 is provided between the surface 130b on the arrow A2 side of the third dummy separator 130 and the first dummy separator 105 of the intermediate dummy cell 16.

積層体14の第2端部発電セル12bの積層方向外側(矢印A2側)に隣接する第2端部ダミーセル20は、矢印A1側から矢印A2側に向かって、第1ダミーセパレータ105と、第1ダミー導電体106aと、第2ダミーセパレータ108とが、この順に積層されて形成される。 The second end dummy cell 20 adjacent to the outer side (arrow A2 side) of the second end power generation cell 12b of the laminated body 14 is the first dummy separator 105 and the first dummy cell separator 105 from the arrow A1 side toward the arrow A2 side. The 1 dummy conductor 106a and the second dummy separator 108 are laminated and formed in this order.

このため、第2端部ダミーセル20では、積層方向内側(矢印A1側)に配設された第1ダミーセパレータ105の矢印A1側の面105aと、第2端部発電セル12bの第3セパレータ38との間に冷却媒体流路52が設けられる。第1ダミーセパレータ105の矢印A2側の面105bと第1ダミー導電体106aとの間に第1空間109が設けられる。 Therefore, in the second end dummy cell 20, the surface 105a on the arrow A1 side of the first dummy separator 105 arranged inside the stacking direction (arrow A1 side) and the third separator 38 of the second end power generation cell 12b. A cooling medium flow path 52 is provided between the two. A first space 109 is provided between the surface 105b on the arrow A2 side of the first dummy separator 105 and the first dummy conductor 106a.

また、第2端部ダミーセル20では、積層方向外側(矢印A2側)に配設された第2ダミーセパレータ108の矢印A1側の面108aと第1ダミー導電体106aとの間に第2空間126が設けられる。この第2ダミーセパレータ108の矢印A2側の面108bと断熱体142との間に第1空間109が設けられる。 Further, in the second end dummy cell 20, the second space 126 is between the surface 108a on the arrow A1 side of the second dummy separator 108 arranged on the outside in the stacking direction (arrow A2 side) and the first dummy conductor 106a. Is provided. A first space 109 is provided between the surface 108b on the arrow A2 side of the second dummy separator 108 and the heat insulating body 142.

なお、第1端部ダミーセル18及び第2端部ダミーセル20を構成可能なセパレータは、上記に限定されるものではない。例えば、第1端部ダミーセル18は、矢印A1側から矢印A2側に向かって、第2ダミーセパレータ108、第1ダミー導電体106a、第1ダミーセパレータ105の順に積層して形成されてもよい。第2端部ダミーセル20は、矢印A1側から矢印A2側に向かって、第3ダミーセパレータ130、第2ダミー導電体106b、第2ダミーセパレータ108の順に積層して形成されてもよい。 The separators that can form the first end dummy cell 18 and the second end dummy cell 20 are not limited to the above. For example, the first end dummy cell 18 may be formed by stacking the second dummy separator 108, the first dummy conductor 106a, and the first dummy separator 105 in this order from the arrow A1 side to the arrow A2 side. The second end dummy cell 20 may be formed by laminating the third dummy separator 130, the second dummy conductor 106b, and the second dummy separator 108 in this order from the arrow A1 side to the arrow A2 side.

ターミナルプレート26a、26bは、導電性を有する材料から構成され、例えば、銅、アルミニウム又はステンレススチール等の金属で構成される。図1に示すように、ターミナルプレート26a、26bの略中央には、積層方向外方に延在する端子部132a、132bがそれぞれ設けられる。 The terminal plates 26a and 26b are made of a conductive material, for example, a metal such as copper, aluminum or stainless steel. As shown in FIG. 1, terminal portions 132a and 132b extending outward in the stacking direction are provided at substantially the center of the terminal plates 26a and 26b, respectively.

端子部132aは、絶縁性筒体134aに挿入されてインシュレータ28aの孔部136a及びエンドプレート30aの孔部138aを貫通し、該エンドプレート30aの外部に突出する。端子部132bは、絶縁性筒体134bに挿入されてインシュレータ28bの孔部136b及びエンドプレート30bの孔部138bを貫通し、該エンドプレート30bの外部に突出する。 The terminal portion 132a is inserted into the insulating tubular body 134a, penetrates the hole portion 136a of the insulator 28a and the hole portion 138a of the end plate 30a, and projects to the outside of the end plate 30a. The terminal portion 132b is inserted into the insulating tubular body 134b, penetrates the hole portion 136b of the insulator 28b and the hole portion 138b of the end plate 30b, and projects to the outside of the end plate 30b.

インシュレータ28a、28bは、絶縁性材料、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。インシュレータ28a、28bの中央部には、積層体14に向かって開口される凹部140a、140bが形成され、該凹部140a、140bは、孔部136a、136bに連通する。 The insulators 28a and 28b are made of an insulating material such as polycarbonate (PC) or phenol resin. Recesses 140a and 140b opened toward the laminated body 14 are formed in the central portions of the insulators 28a and 28b, and the recesses 140a and 140b communicate with the holes 136a and 136b.

インシュレータ28a及びエンドプレート30aには、反応ガス連通孔が設けられる。一方、インシュレータ28b及びエンドプレート30bには、冷却媒体入口連通孔48及び冷却媒体出口連通孔50が設けられる。 The insulator 28a and the end plate 30a are provided with reaction gas communication holes. On the other hand, the insulator 28b and the end plate 30b are provided with a cooling medium inlet communication hole 48 and a cooling medium outlet communication hole 50.

凹部140aには、ターミナルプレート26a及び断熱体142が収容され、凹部140bには、ターミナルプレート26b及び断熱体142が収容される。断熱体142は、一対の導電性を有する断熱プレート144間に導電性を有する断熱部材146が挟持されて構成される。断熱プレート144は、例えば、平坦な形状を有する多孔性カーボンプレートで構成されるとともに、断熱部材146は、断面波板状の金属製のプレートで構成される。 The recess 140a houses the terminal plate 26a and the heat insulating body 142, and the recess 140b houses the terminal plate 26b and the heat insulating body 142. The heat insulating body 142 is configured by sandwiching a conductive heat insulating member 146 between a pair of conductive heat insulating plates 144. The heat insulating plate 144 is made of, for example, a porous carbon plate having a flat shape, and the heat insulating member 146 is made of a metal plate having a corrugated cross section.

なお、断熱プレート144は、断熱部材146と同一の材料で構成してもよい。また、断熱体142は、1枚の断熱プレート144と1枚の断熱部材146とを備えてもよい。さらに、ターミナルプレート26a、26bと、インシュレータ28a、28bの凹部140a、140bの底部との間に、樹脂製スペーサ(不図示)を介装してもよい。 The heat insulating plate 144 may be made of the same material as the heat insulating member 146. Further, the heat insulating body 142 may include one heat insulating plate 144 and one heat insulating member 146. Further, a resin spacer (not shown) may be interposed between the terminal plates 26a and 26b and the bottoms of the recesses 140a and 140b of the insulators 28a and 28b.

基本的には、上記のように構成される燃料電池スタック10の動作について説明する。先ず、図1に示すように、矢印A1側に配設されたエンドプレート30aの酸化剤ガス入口連通孔40に酸化剤ガスが供給され、燃料ガス入口連通孔44に燃料ガスが供給され、矢印A2側に配設されたエンドプレート30bの冷却媒体入口連通孔48に冷却媒体が供給される。 Basically, the operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described. First, as shown in FIG. 1, the oxidant gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 40 of the end plate 30a arranged on the arrow A1 side, and the fuel gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 44. The cooling medium is supplied to the cooling medium inlet communication hole 48 of the end plate 30b arranged on the A2 side.

酸化剤ガス入口連通孔40に供給された酸化剤ガスは、図4及び図5に示すように、入口連結溝62aの内部に形成された連通路125を介して酸化剤ガス流路56及び第1空間109に流入する。これによって、酸化剤ガスが、矢印B1、B2方向に移動しながら、各電解質膜・電極構造体34a、34bのカソード電極86と、ダミー導電体106a、106bに供給される。 As shown in FIGS. 4 and 5, the oxidant gas supplied to the oxidant gas inlet communication hole 40 passes through the oxidant gas flow path 56 and the second passage 125 formed inside the inlet connecting groove 62a. It flows into one space 109. As a result, the oxidant gas is supplied to the cathode electrodes 86 of the electrolyte membrane / electrode structures 34a and 34b and the dummy conductors 106a and 106b while moving in the directions of arrows B1 and B2.

図3に示すように、燃料ガス入口連通孔44に供給された燃料ガスは、燃料ガス供給孔部72aを介して、第2セパレータ36及び第3セパレータ38の燃料ガス流路66にそれぞれ流入する。これによって、燃料ガスが、矢印B1、B2方向に移動しながら、各電解質膜・電極構造体34a、34bのアノード電極88に供給される。一方、図7に示すように、第2ダミーセパレータ108及び第3ダミーセパレータ130の第2空間126は、入口遮断部122aによって燃料ガスの流入が遮断される。 As shown in FIG. 3, the fuel gas supplied to the fuel gas inlet communication hole 44 flows into the fuel gas flow path 66 of the second separator 36 and the third separator 38, respectively, through the fuel gas supply hole portion 72a. .. As a result, the fuel gas is supplied to the anode electrodes 88 of the electrolyte membrane / electrode structures 34a and 34b while moving in the directions of arrows B1 and B2. On the other hand, as shown in FIG. 7, the inflow of fuel gas is blocked by the inlet blocking portion 122a in the second space 126 of the second dummy separator 108 and the third dummy separator 130.

上記のようにして反応ガスが供給された電解質膜・電極構造体34a、34bでは、各カソード電極86に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極88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。 In the electrolyte membrane / electrode structures 34a and 34b to which the reaction gas is supplied as described above, the oxidant gas supplied to each cathode electrode 86 and the fuel gas supplied to each anode electrode 88 are first. Power is generated by being consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer and the second electrode catalyst layer.

次いで、各カソード電極86に供給されて一部が消費された酸化剤ガスは、図4及び図5に示すように、酸化剤ガス流路56及び第1空間109のそれぞれから出口連結溝62bの内部に形成された連通路125を介して酸化剤ガス出口連通孔46に排出される。そして、図1のエンドプレート30aの酸化剤ガス出口連通孔46を介して燃料電池スタック10の外部に排出される。 Next, as shown in FIGS. 4 and 5, the oxidant gas supplied to each cathode electrode 86 and partially consumed is discharged from each of the oxidant gas flow path 56 and the first space 109 to the outlet connecting groove 62b. It is discharged to the oxidant gas outlet communication hole 46 through the communication passage 125 formed inside. Then, it is discharged to the outside of the fuel cell stack 10 through the oxidant gas outlet communication hole 46 of the end plate 30a of FIG.

同様に、各アノード電極88に供給されて一部が消費された燃料ガスは、図3に示すように、燃料ガス流路66から燃料ガス排出孔部72bの内部を介して燃料ガス出口連通孔42に排出される。そして、図1のエンドプレート30aの燃料ガス出口連通孔42を介して燃料電池スタック10の外部に排出される。 Similarly, as shown in FIG. 3, the fuel gas supplied to each anode electrode 88 and partially consumed is a fuel gas outlet communication hole from the fuel gas flow path 66 through the inside of the fuel gas discharge hole 72b. It is discharged to 42. Then, it is discharged to the outside of the fuel cell stack 10 through the fuel gas outlet communication hole 42 of the end plate 30a of FIG.

この際、図7に示すように、第2空間126は、出口遮断部122bによって燃料ガス出口連通孔42とも遮断されている。このため、第2空間126には、上記の通り、入口遮断部122aによって燃料ガスの流入が遮断されることに加えて、出口遮断部122bによって燃料ガス出口連通孔42から燃料ガスが進入することも回避されている。その結果、第2空間126は、遮断部122a、122bによって燃料ガスの流通が遮断され、断熱空間として機能する。 At this time, as shown in FIG. 7, the second space 126 is also blocked from the fuel gas outlet communication hole 42 by the outlet blocking portion 122b. Therefore, as described above, the inflow of fuel gas is blocked by the inlet blocking portion 122a and the fuel gas enters the second space 126 through the fuel gas outlet communication hole 42 by the outlet blocking portion 122b. Is also avoided. As a result, the second space 126 functions as a heat insulating space because the flow of fuel gas is blocked by the blocking portions 122a and 122b.

各冷却媒体入口連通孔48に供給された冷却媒体は、図2に示すように、互いに隣接する発電セル12の第1セパレータ32と第3セパレータ38との間の冷却媒体流路52に導入される。また、第1端部発電セル12aの第1セパレータ32と中間ダミーセル16の第3ダミーセパレータ130との間の冷却媒体流路52、第2端部発電セル12bの第3セパレータ38と第2端部ダミーセル20の第1ダミーセパレータ105との間の冷却媒体流路52、及び中間ダミーセル16の第1ダミーセパレータ105と第1端部ダミーセル18の第3ダミーセパレータ130との間の冷却媒体流路52のそれぞれに導入される。つまり、第1端部発電セル12a及び第2端部発電セル12b(これらを総称して端部発電セルともいう)と、該端部発電セル12a、12bに隣接するダミー構造15a、15bとの間には冷却媒体流路52が設けられ、該冷却媒体流路52に冷却媒体が流通する。 As shown in FIG. 2, the cooling medium supplied to each cooling medium inlet communication hole 48 is introduced into the cooling medium flow path 52 between the first separator 32 and the third separator 38 of the power generation cells 12 adjacent to each other. To. Further, the cooling medium flow path 52 between the first separator 32 of the first end power generation cell 12a and the third dummy separator 130 of the intermediate dummy cell 16, and the third separator 38 and the second end of the second end power generation cell 12b. The cooling medium flow path 52 between the first dummy separator 105 of the partial dummy cell 20 and the cooling medium flow path between the first dummy separator 105 of the intermediate dummy cell 16 and the third dummy separator 130 of the first end dummy cell 18. Introduced in each of 52. That is, the first end power generation cell 12a and the second end power generation cell 12b (collectively referred to as the end power generation cell) and the dummy structures 15a and 15b adjacent to the end power generation cells 12a and 12b. A cooling medium flow path 52 is provided between them, and a cooling medium flows through the cooling medium flow path 52.

図3及び図6に示すように、矢印C1側の各冷却媒体入口連通孔48から導入された冷却媒体と、矢印C2側の冷却媒体入口連通孔48から導入された冷却媒体は、互いに接近するように矢印C1、C2方向に沿って流通してから、矢印B2側に向かって流通し、電解質膜・電極構造体34a、34bを冷却しながら、互いに離間するように矢印C1、C2方向に沿って流通し、各冷却媒体出口連通孔50から排出される。 As shown in FIGS. 3 and 6, the cooling medium introduced from each cooling medium inlet communication hole 48 on the arrow C1 side and the cooling medium introduced from the cooling medium inlet communication hole 48 on the arrow C2 side approach each other. After flowing along the directions of arrows C1 and C2, it flows toward the arrow B2 side, and while cooling the electrolyte membrane / electrode structures 34a and 34b, it flows along the directions of arrows C1 and C2 so as to be separated from each other. Is distributed and discharged from each cooling medium outlet communication hole 50.

上記の通り、本実施形態に係る燃料電池スタック10では、端部発電セル12a、12bと、該端部発電セル12a、12bに隣接するダミー構造15a、15bとの間に冷却媒体が流通する冷却媒体流路52が設けられる。例えば、氷点下等の低温環境下で燃料電池スタック10を起動(低温始動)する場合、発電に伴い冷却媒体の温度は端部発電セル12a、12bよりも高くなる。なお、燃料電池スタック10の外部で不図示のヒータ等により冷却媒体を加熱することで、該冷却媒体の温度を端部発電セル12a、12bの温度より高くしてもよい。このため、上記のように冷却媒体流路52を設けて、該冷却媒体流路52を流通する冷却媒体の熱を端部発電セル12a、12bに伝え易くすることで、低温環境下であっても端部発電セル12a、12bを速やかに昇温させることが可能になる。ひいては、燃料電池スタック10の低温始動性を向上させることができる。 As described above, in the fuel cell stack 10 according to the present embodiment, cooling in which a cooling medium flows between the end power generation cells 12a and 12b and the dummy structures 15a and 15b adjacent to the end power generation cells 12a and 12b. A medium flow path 52 is provided. For example, when the fuel cell stack 10 is started (low temperature start) in a low temperature environment such as below freezing point, the temperature of the cooling medium becomes higher than that of the end power generation cells 12a and 12b due to power generation. By heating the cooling medium outside the fuel cell stack 10 with a heater or the like (not shown), the temperature of the cooling medium may be higher than the temperatures of the end power generation cells 12a and 12b. Therefore, by providing the cooling medium flow path 52 as described above and facilitating the heat transfer of the cooling medium flowing through the cooling medium flow path 52 to the end power generation cells 12a and 12b, the heat of the cooling medium flow path 52 can be easily transferred to the end power generation cells 12a and 12b in a low temperature environment. It is possible to quickly raise the temperature of the end power generation cells 12a and 12b. As a result, the low temperature startability of the fuel cell stack 10 can be improved.

また、燃料電池スタック10の各ダミーセル16、18、20は、発電セル12の電解質膜・電極構造体34a、34bに代えてダミー導電体106a、106bを備える。つまり、ダミーセル16、18、20は、電解質膜84や第1電極触媒層及び第2電極触媒層を備えていないため、発電を行うことがなく、発電による生成水も生じない。これによって、ダミーセル16、18、20自体が断熱層として機能するとともに、ダミーセル16、18、20で結露が生じることを抑制できる。 Further, each of the dummy cells 16, 18 and 20 of the fuel cell stack 10 includes dummy conductors 106a and 106b instead of the electrolyte membrane / electrode structures 34a and 34b of the power generation cell 12. That is, since the dummy cells 16, 18 and 20 do not include the electrolyte membrane 84, the first electrode catalyst layer and the second electrode catalyst layer, they do not generate electricity and do not generate water generated by the power generation. As a result, the dummy cells 16, 18 and 20 themselves function as a heat insulating layer, and the formation of dew condensation on the dummy cells 16, 18 and 20 can be suppressed.

このようなダミーセル16、18、20を有するダミー構造15a、15bを、積層体14の積層方向の少なくとも一方の端部側に積層することで、積層体14の端部側の断熱性を高めることができる。このため、積層体14の端部側の温度が中央側に比して低温となることを抑制でき、低温環境下においても、積層体14の端部側で生成水等が凍結すること等による電圧低下の発生を抑制することができる。その結果、燃料電池スタック10の発電安定性を向上させることができる。 By laminating the dummy structures 15a and 15b having such dummy cells 16, 18 and 20 on at least one end side of the laminated body 14 in the laminating direction, the heat insulating property on the end side of the laminated body 14 is enhanced. Can be done. Therefore, it is possible to prevent the temperature on the end side of the laminate 14 from becoming lower than that on the center side, and even in a low temperature environment, the generated water or the like freezes on the end side of the laminate 14. It is possible to suppress the occurrence of voltage drop. As a result, the power generation stability of the fuel cell stack 10 can be improved.

さらに、上記のようにダミー構造15a、15bにより積層体14の端部側の断熱性が高められることによっても、積層体14の端部を含めた全体を有効に昇温させることが可能となり、低温始動性を向上させることができる。以上から、本実施形態に係る燃料電池スタック10によれば、低温始動性を向上させることができるとともに、発電安定性を向上させることができる。 Further, as described above, the dummy structures 15a and 15b enhance the heat insulating property on the end side of the laminated body 14, so that the entire temperature including the end portion of the laminated body 14 can be effectively raised. The low temperature startability can be improved. From the above, according to the fuel cell stack 10 according to the present embodiment, it is possible to improve the low temperature startability and the power generation stability.

上記の実施形態に係る燃料電池スタック10のダミー構造15a、15bは、積層方向の外側端部に配設される端部ダミーセル18、20を有し、端部ダミーセル18、20は、ダミー導電体106a、106bが2枚のダミーセパレータ105、108、130で挟持されて形成されることとした。この場合、簡素な構成の端部ダミーセル18、20により、積層体14の端部側の断熱性を高めることができる。 The dummy structures 15a and 15b of the fuel cell stack 10 according to the above embodiment have end dummy cells 18 and 20 arranged at outer ends in the stacking direction, and the end dummy cells 18 and 20 are dummy conductors. It was decided that 106a and 106b were formed by being sandwiched between two dummy separators 105, 108 and 130. In this case, the end dummy cells 18 and 20 having a simple structure can enhance the heat insulating property on the end side of the laminated body 14.

上記の実施形態に係る燃料電池スタック10のダミー構造15a、15bは、端部発電セル12a、12bと端部ダミーセル18、20との間に配設される中間ダミーセル16を有し、中間ダミーセル16は、第1ダミー導電体106aと、第2ダミー導電体106bと、第1ダミーセパレータ105と、第2ダミーセパレータ108と、第3ダミーセパレータ130とを有し、第1ダミーセパレータ105、第1ダミー導電体106a、第2ダミーセパレータ108、第2ダミー導電体106b、第3ダミーセパレータ130が順に積層されて形成されることとした。 The dummy structures 15a and 15b of the fuel cell stack 10 according to the above embodiment have intermediate dummy cells 16 arranged between the end power generation cells 12a and 12b and the end dummy cells 18 and 20, and the intermediate dummy cells 16 Has a first dummy conductor 106a, a second dummy conductor 106b, a first dummy separator 105, a second dummy separator 108, and a third dummy separator 130, and the first dummy separator 105 and the first dummy separator 105 It was decided that the dummy conductor 106a, the second dummy separator 108, the second dummy conductor 106b, and the third dummy separator 130 are laminated in this order.

このような中間ダミーセル16は、発電セル12と同様の積層構造を有するため、簡単に製造することができ、しかも、複数のダミー導電体106a、106bやダミーセパレータ105、108、130を備える分、積層体14の端部側の断熱性を効果的に高めることができる。 Since such an intermediate dummy cell 16 has a laminated structure similar to that of the power generation cell 12, it can be easily manufactured, and moreover, it is provided with a plurality of dummy conductors 106a and 106b and dummy separators 105, 108 and 130. The heat insulating property on the end side of the laminated body 14 can be effectively enhanced.

上記の実施形態に係る燃料電池スタック10では、端部ダミーセル18、20の積層方向の外側端部に配設されるダミーセパレータ108は、第2ダミーセパレータ108と同様に構成されることとした。この場合、端部ダミーセル18、20の製造工程を簡素化しつつ、隣接する端部発電セル12a、12b又は中間ダミーセル16との間に容易に冷却媒体流路52を設けることが可能になる。 In the fuel cell stack 10 according to the above embodiment, the dummy separator 108 disposed at the outer end portion of the end dummy cells 18 and 20 in the stacking direction is configured in the same manner as the second dummy separator 108. In this case, the cooling medium flow path 52 can be easily provided between the adjacent end power generation cells 12a and 12b or the intermediate dummy cell 16 while simplifying the manufacturing process of the end dummy cells 18 and 20.

上記の実施形態に係る燃料電池スタック10では、端部ダミーセル18、20と中間ダミーセル16との間には、冷却媒体が流通する冷却媒体流路52が設けられることとした。この場合、冷却媒体流路52を流通する冷却媒体の熱によって、低温環境下であっても端部発電セル12a、12bを速やかに昇温させることができ、また、積層体14の端部側の断熱性を高めることができる。これによって、低温始動性及び発電安定性を一層良好に向上させることができる。 In the fuel cell stack 10 according to the above embodiment, the cooling medium flow path 52 through which the cooling medium flows is provided between the end dummy cells 18 and 20 and the intermediate dummy cell 16. In this case, the heat of the cooling medium flowing through the cooling medium flow path 52 can quickly raise the temperature of the end power generation cells 12a and 12b even in a low temperature environment, and the end side of the laminated body 14 can be raised. It is possible to improve the heat insulating property of. Thereby, the low temperature startability and the power generation stability can be further improved.

上記の実施形態に係る燃料電池スタック10では、積層体14の積層方向の両方の端部にダミー構造15a、15bがそれぞれ積層されることとした。この場合、積層体14の両端部側の断熱性を高めることができるため、低温始動性及び発電安定性を一層効果的に向上させることができる。 In the fuel cell stack 10 according to the above embodiment, the dummy structures 15a and 15b are laminated on both ends of the laminated body 14 in the stacking direction, respectively. In this case, since the heat insulating property on both ends of the laminated body 14 can be improved, the low temperature startability and the power generation stability can be further effectively improved.

ところで、燃料電池スタック10では、酸化剤ガス入口連通孔40には、加湿された状態の酸化剤ガスが供給される。この酸化剤ガス中の水が結露して、液体の結露水が生じ、該結露水が発電セル12に飛び込むと、燃料ガス及び酸化剤ガスの拡散性が低下する場合がある。 By the way, in the fuel cell stack 10, the oxidant gas in a humidified state is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 40. When the water in the oxidant gas condenses to form liquid dew water, and the dew water jumps into the power generation cell 12, the diffusibility of the fuel gas and the oxidant gas may decrease.

上記の実施形態に係る燃料電池スタック10では、積層体14の積層方向端部にダミーセル16、18、20が備えられ、これらのダミーセル16、18、20には、酸化剤ガスが流通する第1空間109が設けられている。このため、酸化剤ガスに結露水が含まれていた場合であっても、該結露水を各ダミーセル16、18、20によって捕集することができるため、発電セル12に結露水が飛び込むことを抑制できる。特に、積層体14の酸化剤ガスが供給される一端側(矢印A1側)に、他端側(矢印A2側)よりも多数のダミーセル16、18を配設することで、発電セル12に結露水が進入することをより効果的に抑制することができる。その結果、燃料電池スタック10の発電安定性のさらなる向上を図ることが可能になる。 In the fuel cell stack 10 according to the above embodiment, dummy cells 16, 18 and 20 are provided at the stacking direction ends of the laminated body 14, and the first dummy cells 16, 18 and 20 through which the oxidant gas flows. Space 109 is provided. Therefore, even if the oxidant gas contains dew condensation water, the dew condensation water can be collected by the dummy cells 16, 18 and 20, so that the dew condensation water jumps into the power generation cell 12. Can be suppressed. In particular, by disposing a larger number of dummy cells 16 and 18 on one end side (arrow A1 side) of the laminated body 14 to which the oxidizing agent gas is supplied than on the other end side (arrow A2 side), dew condensation occurs on the power generation cell 12. The ingress of water can be suppressed more effectively. As a result, it becomes possible to further improve the power generation stability of the fuel cell stack 10.

一方、上記の実施形態では、各ダミーセル16、18、20には、遮断部122a、122bにより、燃料ガスが流通しない第2空間126(断熱空間)が設けられることで、各ダミーセル16、18、20よる断熱性をさらに高めることができるとともに、発電のための電気化学反応に寄与せずに燃料電池スタック10から排出される燃料ガスを減らすことができる。 On the other hand, in the above embodiment, the dummy cells 16, 18 and 20 are provided with the second space 126 (insulation space) through which the fuel gas does not flow by the blocking portions 122a and 122b. The heat insulating property of 20 can be further improved, and the fuel gas discharged from the fuel cell stack 10 can be reduced without contributing to the electrochemical reaction for power generation.

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。 The present invention is not particularly limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist thereof.

上記の実施形態では、ダミー構造15aは、第1端部ダミーセル18及び中間ダミーセル16を有し、ダミー構造15bは、第2端部ダミーセル20を備えることとした。しかしながら、特にこれには限定されない。例えば、変形例に係る燃料電池スタック10では、ダミー構造15a、15bは、上記の中間ダミーセル16と同様に構成されたダミーセルを少なくとも1個備え、上記の第1端部ダミーセル18及び第2端部ダミーセル20を備えていなくてもよい。 In the above embodiment, the dummy structure 15a includes the first end dummy cell 18 and the intermediate dummy cell 16, and the dummy structure 15b includes the second end dummy cell 20. However, it is not particularly limited to this. For example, in the fuel cell stack 10 according to the modified example, the dummy structures 15a and 15b include at least one dummy cell having the same configuration as the intermediate dummy cell 16 described above, and the first end dummy cell 18 and the second end portion described above. The dummy cell 20 may not be provided.

また、燃料電池スタック10は、積層体14の積層方向の少なくとも一端側にダミー構造15a、15bを備えていればよく、各ダミー構造15a、15bが有するダミーセル16、18、20の個数も特に限定されるものではない。また、ダミーセル16、18、20を構成するダミー導電体106a、106bやダミーセパレータ105、108、130の個数や構成等も特に限定されるものではない。ダミーセル16、18、20は発電を行うことなく、隣接する発電セル12との間に冷却媒体流路52を形成可能に構成されればよい。 Further, the fuel cell stack 10 may be provided with dummy structures 15a and 15b on at least one end side of the laminated body 14 in the stacking direction, and the number of dummy cells 16, 18 and 20 included in each of the dummy structures 15a and 15b is particularly limited. It is not something that is done. Further, the number and configuration of the dummy conductors 106a and 106b and the dummy separators 105, 108 and 130 constituting the dummy cells 16, 18 and 20 are not particularly limited. The dummy cells 16, 18 and 20 may be configured so that the cooling medium flow path 52 can be formed between the dummy cells 16 and 18 and 20 and the adjacent power generation cells 12 without generating power.

10…燃料電池スタック 12…発電セル
12a、12b…端部発電セル 14…積層体
15a、15b…ダミー構造 16…中間ダミーセル
18…第1端部ダミーセル 20…第2端部ダミーセル
32…第1セパレータ 34a…第1電解質膜・電極構造体
34b…第2電解質膜・電極構造体 36…第2セパレータ
38…第3セパレータ 105…第1ダミーセパレータ
106a…第1ダミー導電体 106b…第2ダミー導電体
108…第2ダミーセパレータ 130…第3ダミーセパレータ
10 ... Fuel cell stack 12 ... Power generation cell 12a, 12b ... End power generation cell 14 ... Laminated body 15a, 15b ... Dummy structure 16 ... Intermediate dummy cell 18 ... First end dummy cell 20 ... Second end dummy cell 32 ... First separator 34a ... 1st electrolyte membrane / electrode structure 34b ... 2nd electrolyte membrane / electrode structure 36 ... 2nd separator 38 ... 3rd separator 105 ... 1st dummy separator 106a ... 1st dummy conductor 106b ... 2nd dummy conductor 108 ... 2nd dummy separator 130 ... 3rd dummy separator

Claims (5)

発電セルが複数積層された積層体と、
前記積層体の積層方向の少なくとも一方の端部に積層されたダミー構造と、を備え、
各前記発電セルは、第1電解質膜・電極構造体と、第2電解質膜・電極構造体と、第1セパレータと、第2セパレータと、第3セパレータとを有し、前記第1セパレータ、前記第1電解質膜・電極構造体、前記第2セパレータ、前記第2電解質膜・電極構造体及び前記第3セパレータが順に積層されている燃料電池スタックであって、
前記ダミー構造は、電解質膜・電極構造体に対応するダミー導電体と、前記ダミー導電体を挟むダミーセパレータと、を有し、
前記積層体の前記積層方向の端部に配設される前記発電セルである端部発電セルと、該端部発電セルに隣接する前記ダミー構造との間には、冷却媒体が流通する冷却媒体流路が設けられ
前記ダミー構造は、前記積層方向の外側端部に配設される端部ダミーセルを有し、
前記端部ダミーセルは、前記ダミー導電体が2枚の前記ダミーセパレータで挟持されて形成される、燃料電池スタック。
A laminated body in which multiple power generation cells are laminated, and
A dummy structure laminated at at least one end in the stacking direction of the laminated body is provided.
Each of the power generation cells has a first electrolyte membrane / electrode structure, a second electrolyte membrane / electrode structure, a first separator, a second separator, and a third separator, and the first separator, the said. A fuel cell stack in which the first electrolyte membrane / electrode structure, the second separator, the second electrolyte membrane / electrode structure, and the third separator are laminated in this order.
The dummy structure has a dummy conductor corresponding to the electrolyte membrane / electrode structure and a dummy separator sandwiching the dummy conductor.
A cooling medium through which a cooling medium flows between an end power generation cell, which is a power generation cell, arranged at an end of the laminated body in the stacking direction and a dummy structure adjacent to the end power generation cell. A flow path is provided ,
The dummy structure has an end dummy cell arranged at the outer end in the stacking direction.
The end dummy cell is a fuel cell stack formed by sandwiching the dummy conductor between two dummy separators .
請求項記載の燃料電池スタックにおいて、
前記ダミー構造は、前記端部発電セルと前記端部ダミーセルとの間に配設される中間ダミーセルを有し、
前記中間ダミーセルは、第1ダミー導電体と、第2ダミー導電体と、第1ダミーセパレータと、第2ダミーセパレータと、第3ダミーセパレータとを有し、前記第1ダミーセパレータ、前記第1ダミー導電体、前記第2ダミーセパレータ、前記第2ダミー導電体及び前記第3ダミーセパレータが順に積層されている、燃料電池スタック。
In the fuel cell stack according to claim 1 .
The dummy structure has an intermediate dummy cell disposed between the end power generation cell and the end dummy cell.
The intermediate dummy cell has a first dummy conductor, a second dummy conductor, a first dummy separator, a second dummy separator, and a third dummy separator, and the first dummy separator and the first dummy separator. A fuel cell stack in which a conductor, the second dummy separator, the second dummy conductor, and the third dummy separator are laminated in this order.
請求項記載の燃料電池スタックにおいて、
前記端部ダミーセルの前記積層方向の前記外側端部に配設される前記ダミーセパレータは、前記第2ダミーセパレータと同様に構成される、燃料電池スタック。
In the fuel cell stack according to claim 2 .
The dummy separator disposed at the outer end portion of the end dummy cell in the stacking direction is a fuel cell stack having the same configuration as the second dummy separator.
請求項2又は3記載の燃料電池スタックにおいて、
前記端部ダミーセルと前記中間ダミーセルとの間には、冷却媒体が流通する前記冷却媒体流路が設けられる、燃料電池スタック。
In the fuel cell stack according to claim 2 or 3 .
A fuel cell stack in which the cooling medium flow path through which a cooling medium flows is provided between the end dummy cell and the intermediate dummy cell.
請求項1~4の何れか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記積層体の前記積層方向の両方の端部に前記ダミー構造がそれぞれ積層される、燃料電池スタック。
In the fuel cell stack according to any one of claims 1 to 4 .
A fuel cell stack in which the dummy structure is laminated on both ends of the laminated body in the stacking direction.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005019223A (en) 2003-06-26 2005-01-20 Honda Motor Co Ltd Fuel cell stack
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JP2010073448A (en) 2008-09-18 2010-04-02 Honda Motor Co Ltd Fuel cell stack

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005019223A (en) 2003-06-26 2005-01-20 Honda Motor Co Ltd Fuel cell stack
JP2005085531A (en) 2003-09-05 2005-03-31 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2006147506A (en) 2004-11-25 2006-06-08 Honda Motor Co Ltd Fuel cell stack
JP2008192368A (en) 2007-02-01 2008-08-21 Honda Motor Co Ltd Fuel cell stack
JP2009043493A (en) 2007-08-07 2009-02-26 Honda Motor Co Ltd Fuel cell stack
JP2010073448A (en) 2008-09-18 2010-04-02 Honda Motor Co Ltd Fuel cell stack

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