JP5265455B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路が設けられる発電ユニットを備え、前記発電ユニット間に冷却媒体を流通させる冷却媒体流路を形成して該発電ユニットが互いに積層される燃料電池スタックに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持した単位セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の単位セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。

上記の燃料電池では、一方のセパレータの面内に、アノード側電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路が設けられるとともに、他方のセパレータの面内に、カソード側電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路が設けられている。また、セパレータ間には、冷却媒体を流すための冷却媒体流路が、前記セパレータの面方向に沿って設けられている。

さらに、この種の燃料電池では、単位セルの積層方向に貫通して燃料ガスを流すための燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔と、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔と、冷却媒体を流すための冷却媒体入口連通孔及び冷却媒体出口連通孔とを内部に備える、所謂、内部マニホールド型燃料電池を構成する場合が多い。

内部マニホールド型燃料電池として、例えば、特許文献１に開示されている固体高分子型燃料電池が知られている。この燃料電池は、図６に示すように、長方形状のセパレータ１を備えている。セパレータ１の長手方向一端部側には、燃料ガス供給孔２ａ、酸化剤ガス供給孔３ａ及び一対の冷却水供給孔４ａ１、４ａ２が形成されるとともに、前記セパレータ１の長手方向他端部側には、燃料ガス排出孔２ｂ、酸化剤ガス排出孔３ｂ及び一対の冷却水排出孔４ｂ１、４ｂ２が形成されている。

セパレータ１の面内には、冷却水用の凹溝５ａを備える冷却水流路５が長手方向に延在して設けられている。冷却水流路５の入口側は、入口接続通路６ａを介して一対の冷却水供給孔４ａ１、４ａ２に連通する一方、前記冷却水流路５の出口側は、出口接続通路６ｂを介して一対の冷却水排出孔４ｂ１、４ｂ２に連通している。

特開２００７−２１３９７１号公報

上記の特許文献１では、セパレータ１の左右両端の角部に、それぞれ一対の冷却水供給孔４ａ１、４ａ２及び冷却水排出孔４ｂ１、４ｂ２が設けられている。このため、電極部（図示せず）の左右合流部における冷却水の流配性が低下し易く、局部的に高温になる部位（ヒートスポット）が惹起されるおそれがある。

特に、燃料ガス及び酸化剤ガスの流れと冷却水の流れとは、並行流れに設定されている。従って、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の下流部と冷却水流路５の下流部とが一致し、該下流部が高温になり易いという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、冷却媒体の合流部位の流配性を向上させることができ、発電機能に必要な冷却性能を確保することが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。

本発明は、電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路が設けられる発電ユニットを備え、前記発電ユニット間に冷却媒体を流通させる冷却媒体流路を形成して該発電ユニットが互いに積層される燃料電池スタックに関するものである。

この燃料電池スタックは、セパレータの一端側の互いに対向する一方の２辺には、それぞれ冷却媒体を流すための冷却媒体入口連通孔が、積層方向に貫通して設けられるとともに、前記セパレータの他端側の互いに対向する前記２辺には、それぞれ前記冷却媒体を流すための冷却媒体出口連通孔が、前記積層方向に貫通して設けられ、少なくとも一対の前記冷却媒体出口連通孔の間には、冷却媒体流路に連通し且つ積層方向に貫通して補助連通孔が設けられている。

また、この燃料電池スタックは、一対の冷却媒体入口連通孔の間には、冷却媒体流路に連通し且つ積層方向に貫通して補助連通孔が設けられることが好ましい。

さらに、セパレータは、長方形状を有し、前記セパレータの長辺の一端側に、反応ガス入口連通孔である酸化剤ガス入口連通孔と燃料ガス入口連通孔とが互いに位置をずらして個別に設けられ、前記セパレータの長辺の他端側に、反応ガス出口連通孔である酸化剤ガス出口連通孔と燃料ガス出口連通孔とが互いに位置をずらして個別に設けられるとともに、前記セパレータの前記酸化剤ガス入口連通孔及び前記燃料ガス入口連通孔の近傍に、一対の冷却媒体入口連通孔又は一対の冷却媒体出口連通孔が短辺方向に振り分けて設けられ、前記セパレータの前記酸化剤ガス出口連通孔及び前記燃料ガス出口連通孔の近傍に、一対の前記冷却媒体出口連通孔又は一対の前記冷却媒体入口連通孔が短辺方向に振り分けて設けられることが好ましい。

さらにまた、この燃料電池スタックは、冷却媒体流路の入口側及び出口側にそれぞれ連結される冷却媒体用のバッファ部を備え、補助連通孔は、前記バッファ部に形成されることが好ましい。

本発明によれば、冷却媒体流路の出口側では、冷却媒体が、一対の冷却媒体出口連通孔に振り分けられて排出されるとともに、前記冷却媒体出口連通孔間に設けられている補助連通孔に排出されている。このため、特に、冷却媒体流路の出口側における冷却媒体の流配性が向上し、簡単な構成で、発電機能に必要な冷却性能を確保することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの、図１中、ＩＩ−ＩＩ線断面説明図である。 前記発電ユニットを構成する第１セパレータの正面説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 特許文献１のセパレータの説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、発電ユニット１２を備え、複数の前記発電ユニット１２が、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに積層される。

発電ユニット１２は、図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１６ａ、第２セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３セパレータ２０を設ける。第１セパレータ１４、第２セパレータ１８及び第３セパレータ２０は、例えば、カーボンセパレータや金属セパレータにより構成される。

第１電解質膜・電極構造体１６ａは、第２電解質膜・電極構造体１６ｂよりも小さな表面積に設定される。第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２と、前記固体高分子電解質膜２２を挟持するアノード側電極２４及びカソード側電極２６とを備える。アノード側電極２４は、カソード側電極２６よりも小さな表面積を有する段差型ＭＥＡを構成している。

アノード側電極２４及びカソード側電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。

図１に示すように、発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の上端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔３０ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔３２ａが設けられる。

発電ユニット１２の長辺方向（矢印Ｃ方向）の下端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔３２ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔３０ｂが設けられる。

発電ユニット１２の短辺方向（矢印Ｂ方向）の両端縁部上方には、矢印Ａ方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための一対の冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａが設けられるとともに、前記発電ユニット１２の短辺方向の両端縁部下方には、前記冷却媒体を排出するための一対の冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂが設けられる。

各冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス入口連通孔３２ａに近接し、且つそれぞれ矢印Ｂ方向両側の各辺に振り分けられる。各冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂ及び燃料ガス出口連通孔３２ｂにそれぞれ近接し、且つそれぞれ矢印Ｂ方向両側の各辺に振り分けられる。

冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａの間には、後述する冷却媒体流路４４に連通し且つ積層方向に貫通して入口側補助連通孔３５ａが設けられる。冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂの間、好ましくは、冷却媒体流路４４の幅方向の略中央部には、後述する冷却媒体流路４４に連通し且つ積層方向に貫通して出口側補助連通孔３５ｂが設けられる。なお、第１の実施形態では、入口側補助連通孔３５ａ及び出口側補助連通孔３５ｂの中、少なくとも出口側補助連通孔３５ｂを設けるだけでもよい。

図１に示すように、第１セパレータ１４の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第１燃料ガス流路３６が形成される。第１燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の流路溝部３６ａを有するとともに、前記第１燃料ガス流路３６の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部３８及び出口バッファ部４０が設けられる。

第１セパレータ１４の面１４ｂには、冷却媒体入口連通孔３４ａと冷却媒体出口連通孔３４ｂとを連通する冷却媒体流路４４の一部である複数の流路溝部４４ａが形成される。流路溝部４４ａの入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４６ａ及び出口バッファ部４８ａが設けられる。

第２セパレータ１８の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第１酸化剤ガス流路５０が形成される。第１酸化剤ガス流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の流路溝部５０ａを有する。第１酸化剤ガス流路５０の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部５２及び出口バッファ部５４が設けられる。

第２セパレータ１８の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂには、燃料ガス入口連通孔３２ａと燃料ガス出口連通孔３２ｂとを連通する第２燃料ガス流路５８が形成される。第２燃料ガス流路５８は、矢印Ｃ方向に延在する複数の流路溝部５８ａを有するとともに、前記第２燃料ガス流路５８の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６０及び出口バッファ部６２が設けられる。

第３セパレータ２０の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路６６が形成される。第２酸化剤ガス流路６６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の流路溝部６６ａを有する。第２酸化剤ガス流路６６の入口近傍及び出口近傍には、入口バッファ部６８及び出口バッファ部７０が設けられる。

第３セパレータ２０の面２０ｂには、冷却媒体流路４４の一部である複数の流路溝部４４ｂが形成される。流路溝部４４ｂの入口近傍及び出口近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部４６ｂ及び出口バッファ部４８ｂが設けられる。

図１及び図２に示すように、第１セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材７４が、個別に又は一体に設けられる。第２セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材７６が、個別に又は一体に設けられるとともに、第３セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３セパレータ２０の外周端縁部を周回して第３シール部材７８が、個別に又は一体に設けられる。

図３に示すように、第１セパレータ１４の面１４ｂでは、第１シール部材７４は、冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａ及び入口側補助連通孔３５ａを、冷却媒体流路４４の入口側に連通する一方、冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂ及び出口側補助連通孔３５ｂを、前記冷却媒体流路４４の出口側に連通する。

同様に、第３セパレータ２０の面２０ｂでは、図１に示すように、第３シール部材７８は、冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａ及び入口側補助連通孔３５ａを、冷却媒体流路４４の入口側に連通する一方、冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂ及び出口側補助連通孔３５ｂを、前記冷却媒体流路４４の出口側に連通する。

第１セパレータ１４は、燃料ガス入口連通孔３２ａと第１燃料ガス流路３６とを連通する複数の外側供給孔部８０ａ及び内側供給孔部８０ｂと、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第１燃料ガス流路３６とを連通する複数の外側排出孔部８２ａ及び内側排出孔部８２ｂとを有する。

第２セパレータ１８は、燃料ガス入口連通孔３２ａと第２燃料ガス流路５８とを連通する複数の供給孔部８４と、燃料ガス出口連通孔３２ｂと前記第２燃料ガス流路５８とを連通する複数の排出孔部８６とを有する。

発電ユニット１２同士が互いに積層されることにより、一方の発電ユニット１２を構成する第１セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３セパレータ２０との間には、矢印Ｂ方向に延在する冷却媒体流路４４が形成される。

こ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、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、酸化剤ガス入口連通孔３０ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔３２ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａ及び入口側補助連通孔３５ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ１８の第１酸化剤ガス流路５０及び第３セパレータ２０の第２酸化剤ガス流路６６に導入される。この酸化剤ガスは、第１酸化剤ガス流路５０に沿って矢印Ｃ方向（重力方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード側電極２６に供給されるとともに、第２酸化剤ガス流路６６に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード側電極２６に供給される。

一方、燃料ガスは、図２に示すように、燃料ガス入口連通孔３２ａから外側供給孔部８０ａを通って第１セパレータ１４の面１４ｂ側に移動する。さらに、燃料ガスは、内側供給孔部８０ｂから面１４ａ側に導入された後、第１燃料ガス流路３６に沿って重力方向（矢印Ｃ方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給される（図１参照）。

また、燃料ガスは、図２に示すように、供給孔部８４を通って第２セパレータ１８の面１８ｂ側に移動する。このため、図１に示すように、燃料ガスは、面１８ｂ側で第２燃料ガス流路５８に沿って矢印Ｃ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給される。

従って、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂでは、カソード側電極２６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極２４に供給される燃料ガスとが、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、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂの各カソード側電極２６に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に排出される。

第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、内側排出孔部８２ｂを通って第１セパレータ１４の面１４ｂ側に導出される。面１４ｂ側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部８２ａを通って、再度、面１４ａ側に移動し、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。

また、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード側電極２４に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部８６を通って面１８ａ側に移動する。この燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３２ｂに排出される。

一方、左右一対の冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａ及び入口側補助連通孔３５ａに供給された冷却媒体は、図１に示すように、一方の発電ユニット１２を構成する第１セパレータ１４と、他方の発電ユニット１２を構成する第３セパレータ２０との間に形成された冷却媒体流路４４に導入される。

図３に示すように、一対の冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａは、発電ユニット１２の上部側左右両端に酸化剤ガス入口連通孔３０ａ及び燃料ガス入口連通孔３２ａに近接する位置に振り分けて設けられている。

このため、各冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａから冷却媒体流路４４に供給される冷却媒体は、矢印Ｂ方向に且つ互いに近接する方向に供給される。そして、互いに近接する冷却媒体は、冷却媒体流路４４の矢印Ｂ方向中央部側で衝突して重力方向（矢印Ｃ方向下方）に移動した後、発電ユニット１２の下部側両側部に振り分けて設けられている各冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂに排出される。

この場合、第１の実施形態では、冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａ間に設けられている入口側補助連通孔３５ａから供給される冷却媒体は、冷却媒体流路４４の矢印Ｂ方向中央部側に導入される。従って、冷却媒体流路４４の入口側では、冷却媒体の矢印Ｂ方向の入口側合流部位Ｐ１（図３参照）に、入口側補助連通孔３５ａから重力方向に前記冷却媒体が供給されている。これにより、冷却媒体が流れ難い入口側合流部位Ｐ１における前記冷却媒体の流配性が向上し、前記入口側合流部位Ｐ１に局部的に高温になる部位（ヒートスポット）が惹起されることを阻止することができる。

しかも、第１の実施形態では、冷却媒体流路４４の出口側に流動した冷却媒体は、冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂに振り分け排出されるとともに、前記冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂ間に設けられている出口側補助連通孔３５ｂに排出されている（図３参照）。

このため、冷却媒体流路４４の出口側では、冷却媒体が出口側合流部位Ｐ２から出口側補助連通孔３５ｂに向かって重力方向に排出されている。従って、冷却媒体が流れ難い出口側合流部位Ｐ２における冷却媒体の流配性が向上し、前記出口側合流部位Ｐ２に局部的に高温になる部位（ヒートスポット）が惹起されることを阻止することが可能になる。

特に、冷却媒体流路４４における冷却媒体の流れは、第１及び第２燃料ガス流路３６、５８の燃料ガスの流れや第１及び第２酸化剤ガス流路５０、６６の酸化剤ガスの流れと、並行流れ（重力流れ）に設定されている。その際、冷却媒体の下流部は、燃料ガスの下流部及び酸化剤ガスの下流部と一致するため、該下流部（出口側合流部位Ｐ２）が高温になり易い。

これにより、冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂ間に出口側補助連通孔３５ｂを設けることによって、出口側合流部位Ｐ２での流配性が良好に向上し、簡単な構成で、発電機能に必要な冷却性能を確保することが可能になるという効果が得られる。

また、冷却媒体流路４４を流れる冷却媒体は、第２酸化剤ガス流路６６を流れる酸化剤ガスの流れに対して並行（重力方向）に設定されている。従って、第２酸化剤ガス流路６６の上流部における冷却媒体流量の増加に伴う高加湿領域が拡大され、抵抗過電圧が低減する。

一方、第２酸化剤ガス流路６６（及び第１酸化剤ガス流路５０）の下流部側では、加温された冷却媒体が供給されて生成水の水蒸気化が促進され、フラッディングの抑制による濃度過電圧の低減が図られる。このため、発電ユニット１２内での出力及び耐久性が向上するとともに、第２酸化剤ガス流路６６（及び第１酸化剤ガス流路５０）の上流側から下流側における湿度環境の均一化が図られ、固体高分子電解質膜２２の含水による膨張が均一化されて、スタック撓みの抑制が遂行される。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック９０を構成する発電ユニット９２の要部分解斜視説明図である。

なお、第１の実施形態に係る発電ユニット１２と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

発電ユニット９２は、第１セパレータ９４、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）９６及び第２セパレータ９８を備える。第１セパレータ９４及び第２セパレータ９８は、例えば、カーボンセパレータや金属セパレータにより構成される。

第１セパレータ９４の面１４ａには、第１燃料ガス流路３６が形成されるとともに、面１４ｂには、冷却媒体流路４４を構成する流路溝部４４ａが形成される。第２セパレータ９８の面２０ａには、第１酸化剤ガス流路５０が形成されるとともに、面２０ｂには、冷却媒体流路４４を構成する流路溝部４４ｂが形成される。各発電ユニット９２毎に、冷却媒体流路４４が形成される。

電解質膜・電極構造体９６は、固体高分子電解質膜２２ａと、前記固体高分子電解質膜２２ａを挟持するアノード側電極２４ａ及びカソード側電極２６ａとを備える。

このように構成される第２の実施形態では、冷却媒体出口連通孔３４ｂ、３４ｂ間に出口側補助連通孔３５ｂが設けられる一方、必要に応じて、冷却媒体入口連通孔３４ａ、３４ａ間に入口側補助連通孔３５ａが設けられている。

従って、出口側合流部位Ｐ２及び入口側合流部位Ｐ１における冷却媒体の流配性が向上し、前記出口側合流部位Ｐ２及び前記入口側合流部位Ｐ１に局部的に高温になる部位（ヒートスポット）が惹起されることを阻止することができる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図５は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック１００を構成する発電ユニット１０２の要部分解斜視説明図である。

発電ユニット１０２は、第１セパレータ１０４、第１電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）１６ａ、第２セパレータ１０６、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３セパレータ１０８を設ける。

第１セパレータ１０４の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａには、第１燃料ガス流路３６が形成される。第１燃料ガス流路３６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波形状流路溝部１１０を有する。第１セパレータ１０４の面１４ｂには、冷却媒体流路４４の一部である複数の波形状流路溝部１１２ａが形成される。

第２セパレータ１０６の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａには、第１酸化剤ガス流路５０が形成される。第１酸化剤ガス流路５０は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波形状流路溝部１１４を有する。第２セパレータ１０６の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂには、第２燃料ガス流路５８が形成される。第２燃料ガス流路５８は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波形状流路溝部１１６を有する。

第３セパレータ１０８の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａには、酸化剤ガス入口連通孔３０ａと酸化剤ガス出口連通孔３０ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路６６が形成される。第２酸化剤ガス流路６６は、矢印Ｃ方向に延在する複数の波形状流路溝部１１８を有する。第３セパレータ１０８の面２０ｂには、冷却媒体流路４４の一部である複数の流路溝部１１２ｂが形成される。

このように構成される第３の実施形態では、出口側合流部位Ｐ２及び入口側合流部位Ｐ１における冷却媒体の流配性が向上し、前記出口側合流部位Ｐ２及び前記入口側合流部位Ｐ１に局部的に高温になる部位（ヒートスポット）が惹起されることを阻止することができる等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

１０、９０、１００…燃料電池スタック
１２、９２、１０２…発電ユニット
１４、１８、２０、９４、９８、１０４、１０６、１０８…セパレータ
１６ａ、１６ｂ、９６…電解質膜・電極構造体
２２、２２ａ…固体高分子電解質膜 ２４、２４ａ…アノード側電極
２６、２６ａ…カソード側電極 ３０ａ…酸化剤ガス入口連通孔
３０ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ３２ａ…燃料ガス入口連通孔
３２ｂ…燃料ガス出口連通孔 ３４ａ…冷却媒体入口連通孔
３４ｂ…冷却媒体出口連通孔 ３５ａ…入口側補助連通孔
３５ｂ…出口側補助連通孔 ３６、５８…燃料ガス流路
３８、４６ａ、４６ｂ、５２、６０、６８…入口バッファ部
４０、４８ａ、４８ｂ、５４、６２、７０…出口バッファ部
４４…冷却媒体流路 ５０、６６…酸化剤ガス流路

Claims (4)

1. 電解質の両側に一対の電極が設けられる電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記セパレータの電極対向面には、前記電極に沿って燃料ガス又は酸化剤ガスである反応ガスを供給する反応ガス流路が設けられる発電ユニットを備え、前記発電ユニット間に冷却媒体を流通させる冷却媒体流路を形成して該発電ユニットが互いに積層される燃料電池スタックであって、
   前記セパレータの一端側の互いに対向する２辺には、それぞれ前記冷却媒体を流すための冷却媒体入口連通孔が、積層方向に貫通して設けられるとともに、
   前記セパレータの他端側の互いに対向する前記２辺には、それぞれ前記冷却媒体を流すための冷却媒体出口連通孔が、前記積層方向に貫通して設けられ、
   少なくとも一対の前記冷却媒体出口連通孔の間には、前記冷却媒体流路に連通し且つ前記積層方向に貫通して補助連通孔が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、一対の前記冷却媒体入口連通孔の間には、前記冷却媒体流路に連通し且つ前記積層方向に貫通して補助連通孔が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池スタックにおいて、前記セパレータは、長方形状を有し、
   前記セパレータの長辺の一端側に、反応ガス入口連通孔である酸化剤ガス入口連通孔と燃料ガス入口連通孔とが互いに位置をずらして個別に設けられ、
   前記セパレータの長辺の他端側に、反応ガス出口連通孔である酸化剤ガス出口連通孔と燃料ガス出口連通孔とが互いに位置をずらして個別に設けられるとともに、
   前記セパレータの前記酸化剤ガス入口連通孔及び前記燃料ガス入口連通孔の近傍に、一対の前記冷却媒体入口連通孔又は一対の前記冷却媒体出口連通孔が短辺方向に振り分けて設けられ、
   前記セパレータの前記酸化剤ガス出口連通孔及び前記燃料ガス出口連通孔の近傍に、一対の前記冷却媒体出口連通孔又は一対の前記冷却媒体入口連通孔が短辺方向に振り分けて設けられることを特徴とす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において、前記冷却媒体流路の入口側及び出口側にそれぞれ連結される冷却媒体用のバッファ部を備え、
   前記補助連通孔は、前記バッファ部に形成されることを特徴とする燃料電池スタック。

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