JP7070291B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池を構成する燃料電池スタックに関する。

固体高分子形燃料電池は、複数の単セルを積層して構成された燃料電池スタックを備えている（例えば、特許文献１参照）。
同文献１に記載の単セルは、膜電極接合体、膜電極接合体を厚さ方向において挟持する一対のセパレータ、及び膜電極接合体と一対のセパレータとの間にそれぞれ設けられた一対の多孔体流路板を備えている。膜電極接合体は、電解質膜がその厚さ方向において一対の電極により挟持されたものであり、燃料電池の発電部を構成している。

多孔体流路板は、複数の凹凸が交互に並んだ網目状のガス流路部を有している。膜電極接合体と上記凹凸とにより区画される部分は、燃料ガスや酸化剤ガスの流路として機能する。

単セルには、燃料ガスを供給する燃料ガス供給マニホールドと、燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニホールドとが面方向において発電部を挟んで設けられている。単セルには、燃料ガス供給マニホールドと多孔体流路板のガス流路部とを接続する複数の接続流路が並設されている。

また、単セルには、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給マニホールドと、酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出マニホールドとが面方向において発電部を挟んで設けられている。単セルには、酸化剤ガス供給マニホールドと多孔体流路板のガス流路部とを接続する複数の接続流路が並設されている。

燃料ガス供給マニホールドを通じて供給される燃料ガスは、接続流路を通じて多孔体流路板のガス流路部に流入し、燃料ガス排出マニホールドに向かって流れる際に発電部のアノード側に流入する。

また、酸化剤ガス供給マニホールドを通じて供給される酸化剤ガスは、接続流路を通じて多孔体流路板のガス流路部に流入し、酸化剤ガス排出マニホールドに向かって流れる際に発電部のカソード側に流入する。

そして、発電部において燃料ガスと酸化剤ガスとが電気化学反応することにより発電が行われる。
なお、多孔体流路板のガス流路部を通過した後の燃料ガス及び酸化剤ガスは、燃料ガス排出マニホールド及び酸化剤ガス排出マニホールドを通じてそれぞれ排出される。

特開２００８－１０８５７３号公報

ところで、こうした従来の燃料電池スタックでは、燃料ガスや酸化剤ガス（以下、反応ガスと総称する）を供給する供給マニホールドが、接続流路が接続されるガス流路部の縁部の延在方向における一部に対応した位置に設けられている。そのため、供給マニホールドから接続流路を通じて供給される反応ガスは、ガス流路部の上記縁部の一部に流入することとなり、発電部のうち反応ガスが流入しない部分、すなわち発電に寄与しない部分が生じることとなる。また、反応ガスをガス流路部の上記縁部の全体に流入させるべく、当該縁部の延在方向の全体にわたって複数の接続通路を並設すると、以下の不都合が生じるおそれがある。すなわち、上記延在方向において供給マニホールドから離間する側の接続流路は、ガス流路部を流れるガスの流れ方向に対して傾斜して延在することとなる。そのため、反応ガスがガス流路部に流入した後に、上記延在方向の外側、すなわち発電部の外側に向かって流れること、所謂脇流れが生じる。こうした脇流れした反応ガスは、発電に寄与しないため、燃料電池の発電効率を低下させるおそれがある。

本発明の目的は、発電効率の低下を抑制できる燃料電池スタックを提供することにある。

上記目的を達成するための燃料電池スタックは、膜電極接合体を有する発電部と、前記発電部を挟持する一対のセパレータと、前記一対のセパレータの少なくとも一方と前記発電部との間に設けられ、反応ガスを流通させる網目状のガス流路部を有する多孔体流路板と、を備える単セルが複数積層されてなる燃料電池スタックであって、前記単セルには、前記反応ガスを供給する供給マニホールドと、前記供給マニホールドと前記ガス流路部の縁部とを接続するとともに前記縁部の延在方向において並設された複数の接続流路と、が設けられており、前記供給マニホールドは、前記延在方向において前記縁部の第１端から離間した位置に設けられており、前記複数の接続流路のうち前記延在方向において前記第１端側の最も外側に接続される接続流路は、前記供給マニホールドから前記第１端側に向かって延在する第１流路部と、前記第１流路部の下流側から屈曲するとともに前記延在方向の内側を指向して前記縁部に接続される第２流路部と、を有している。

同構成によれば、供給マニホールドがガス流路部の縁部の延在方向において同縁部の第１端から離間した位置に設けられている。また、上記延在方向において上記第１端側の最も外側に接続される接続流路が、第１流路部と、第１流路部の下流側から屈曲するとともに延在方向の内側を指向して上記縁部に接続される第２流路部とを有している。このため、上記延在方向において上記第１端側の最も外側に接続される接続流路を流れる反応ガスは、接続流路の第２流路部を通過することで、上記延在方向の内側に向かって流れることとなる。これにより、ガス流路部に流入した反応ガスが発電部の外側に向かって流れること、所謂脇流れを抑制することができる。したがって、燃料電池の発電効率の低下を抑制することができる。

上記燃料電池スタックにおいて、前記供給マニホールドは、前記延在方向において前記縁部の中央よりも前記第１端とは反対の第２端側に偏倚した位置に設けられており、前記複数の接続流路のうち前記延在方向において前記第２端側の最も外側に位置する接続流路は、前記延在方向の内側を指向して前記縁部に接続されていることが好ましい。

同構成によれば、供給マニホールドがガス流路部の縁部の延在方向において縁部の中央よりも第１端とは反対の第２端側に偏倚した位置に設けられている。また、複数の接続流路のうち上記延在方向において第２端側の最も外側に位置する接続流路が、延在方向の内側を指向して縁部に接続されている。このため、上記延在方向において上記第２端側の最も外側に接続される接続流路を流れる反応ガスは、上記延在方向の内側に向かって流れることとなる。これにより、上記延在方向の両側において、ガス流路部に流入した反応ガスが発電部の外側に向かって流れることを抑制することができる。したがって、燃料電池の発電効率の低下を一層抑制できる。

上記燃料電池スタックにおいて、前記供給マニホールドは、前記延在方向において前記縁部の前記第１端及び前記第１端とは反対の第２端の双方から離間した位置に設けられており、前記複数の接続流路のうち前記延在方向において前記第２端側の最も外側に接続される接続流路は、前記供給マニホールドから前記第２端側に向かって延在する第３流路部と、前記第３流路部の下流側から屈曲するとともに前記延在方向の内側を指向して前記縁部に接続される第４流路部と、を有していることが好ましい。

同構成によれば、供給マニホールドがガス流路部の縁部の延在方向において同縁部の第１端及び第２端の双方から離間した位置に設けられている。また、上記延在方向において上記第２端側の最も外側に接続される接続流路が、第３流路部と、第３流路部の下流側から屈曲するとともに延在方向の内側を指向して上記縁部に接続される第４流路部とを有している。このため、上記延在方向において上記第２端側の最も外側に接続される接続流路を流れる反応ガスは、接続流路の第４流路部を通過することで、上記延在方向の内側に向かって流れることとなる。これにより、上記延在方向の両側において、ガス流路部に流入した反応ガスが発電部の外側に向かって流れることを抑制することができる。したがって、燃料電池の発電効率の低下を一層抑制できる。

上記燃料電池スタックにおいて、前記複数の接続流路は、前記多孔体流路板を前記発電部と挟持する前記セパレータに形成されていることが好ましい。
上記構成によれば、セパレータに接続流路が設けられているため、単セルの製造工程において、多孔体流路板とセパレータとを接合して接合体を形成し、同接合体を発電部などと積層して単セルを製造することで、接続流路と多孔体流路板との位置決めを容易に行うことができる。したがって、燃料電池スタックを容易に製造することができる。

本発明によれば、燃料電池の発電効率の低下を抑制することができる。

燃料電池スタックの一実施形態について、燃料電池スタックの単セルの構成を示す分解斜視図。 同実施形態の多孔体流路板の一部を示す斜視図。 同実施形態の第２セパレータの接続流路を中心とした平面図。 同実施形態の燃料電池スタックの幅方向における端部を示す断面図。 第１変更例における第２セパレータの接続流路を中心とした平面図。 第２変更例における第２セパレータの接続流路を中心とした平面図。 第３変更例における第２セパレータの接続流路を中心とした平面図。

以下、図１～図４を参照して、一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の燃料電池スタックは、固体高分子形燃料電池を構成するものであり、平面視略長方形板状をなす複数の単セル１０が積層された構造を有している。単セル１０は、発電部１１を構成する膜電極ガス拡散層接合体（Membrane Electrode Gas Diffusion Layer Assembly、以下、ＭＥＧＡ３０）、ＭＥＧＡ３０を厚さ方向において挟持する第１セパレータ２０及び第２セパレータ６０、並びにＭＥＧＡ３０と第２セパレータ６０との間に設けられる多孔体流路板５０を備えている。

ＭＥＧＡ３０は、エポキシ樹脂などの樹脂材料からなる枠部材４０の内側に嵌め込まれている。枠部材４０、第１セパレータ２０及び第２セパレータ６０はいずれも平面視略長方形板状をなしており、同一の外形寸法を有している。枠部材４０は、第１セパレータ２０と第２セパレータ６０とにより厚さ方向において挟持される。

第１セパレータ２０は、発電部１１のアノード側に配置される。また、第２セパレータ６０は、発電部１１のカソード側に配置される。
多孔体流路板５０は、平面視略長方形状をなし、酸化剤ガスを流通させる網目状のガス流路部５１を有している（図２参照）。多孔体流路板５０は、ガス流路部５１の互いに平行な二対の辺と単セル１０の互いに平行な二対の辺とがそれぞれ平行をなすようにして配置される。

以降において、単セル１０の長方形の長辺に沿った方向を長手方向Ｘと称し、同長方形の短辺に沿った方向を幅方向Ｙと称する。
また、ガス流路部５１のうち長手方向Ｘの一方（図１の平面視における左方）の縁部５０ａにおける幅方向Ｙの一方側（図１の平面視における下側）の端を第１端５０ｂ、他方側の端を第２端５０ｃと称する。本実施形態においては、縁部５０ａは、幅方向Ｙに沿って延在している。すなわち、縁部５０ａの延在方向は、幅方向Ｙと一致している。

＜単セル１０＞
図１に示すように、単セル１０には、燃料ガス（例えば水素ガス）を供給する燃料ガス供給マニホールド１２と、燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニホールド１３とが長手方向Ｘにおいて発電部１１を挟んで設けられている。燃料ガス供給マニホールド１２及び燃料ガス排出マニホールド１３は、単セル１０を厚さ方向において貫通している。より詳しくは、燃料ガス供給マニホールド１２は、幅方向Ｙにおけるガス流路部５１の縁部５０ａの中央よりも第２端５０ｃ側に偏倚した位置に設けられる一方、燃料ガス排出マニホールド１３は、幅方向Ｙにおけるガス流路部５１の縁部５０ａの中央よりも第１端５０ｂ側に偏倚した位置に設けられている。

単セル１０には、酸化剤ガス（例えば空気）を供給する酸化剤ガス供給マニホールド１４と、酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出マニホールド１５とが長手方向Ｘにおいて発電部１１を挟んで設けられている。より詳しくは、酸化剤ガス供給マニホールド１４は、発電部１１に対して燃料ガス排出マニホールド１３側に設けられる一方、酸化剤ガス排出マニホールド１５は、発電部１１に対して燃料ガス供給マニホールド１２側に設けられている。酸化剤ガス供給マニホールド１４は、幅方向Ｙにおけるガス流路部５１の縁部５０ａの中央よりも第２端５０ｃ側に偏倚した位置に設けられる一方、酸化剤ガス排出マニホールド１５は、幅方向Ｙにおけるガス流路部５１の縁部５０ａの中央よりも第１端５０ｂ側に偏倚した位置に設けられている。

また、単セル１０には、冷却水を供給する冷却水供給マニホールド１６と、冷却水を排出する冷却水排出マニホールド１７とが長手方向Ｘにおいて発電部１１を挟んで設けられている。より詳しくは、冷却水供給マニホールド１６は、幅方向Ｙにおいて燃料ガス供給マニホールド１２と酸化剤ガス排出マニホールド１５との間に位置している。また、冷却水排出マニホールド１７は、幅方向Ｙにおいて燃料ガス排出マニホールド１３と酸化剤ガス供給マニホールド１４との間に位置している。

各マニホールド１２～１７は、単セル１０（第１セパレータ２０、枠部材４０、及び第２セパレータ６０）を貫通している。
次に、単セル１０の各構成について詳細に説明する。

＜第１セパレータ２０＞
図１及び図４に示すように、第１セパレータ２０は、ステンレス鋼などの金属板材からなり、略長方形板状をなしている。第１セパレータ２０の中央部には、ＭＥＧＡ３０が当接される。また、第１セパレータ２０の中央部よりも外周側の部分には、枠部材４０が当接される。

第１セパレータ２０の上記中央部には、長手方向Ｘに沿って延びる溝状の複数の燃料ガス流路２１が幅方向Ｙに並設されている。第１セパレータ２０における燃料ガス供給マニホールド１２と燃料ガス流路２１との間には、燃料ガス供給マニホールド１２と燃料ガス流路２１とを接続する複数の燃料ガス供給流路２２が幅方向Ｙに並設されている。また、燃料ガス流路２１と燃料ガス排出マニホールド１３との間には、燃料ガス流路２１と燃料ガス排出マニホールド１３とを接続する複数の燃料ガス排出流路２３が幅方向Ｙに並設されている。

図４に示すように、第１セパレータ２０における燃料ガス流路２１とは反対側の面には、溝状の複数の冷却水流路２４が形成されている。冷却水流路２４は、幅方向Ｙにおいて互いに隣り合う燃料ガス流路２１同士の間の部分に１つずつ形成されており、冷却水供給マニホールド１６と冷却水排出マニホールド１７とに連通されている。なお、図１では、冷却水流路２４の図示を省略している。

＜ＭＥＧＡ３０＞
図４に示すように、ＭＥＧＡ３０は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、以下、ＭＥＡ３１）と、ＭＥＡ３１を挟持するアノード側ガス拡散層３２及びカソード側ガス拡散層３３とを備えている。ＭＥＧＡ３０は、全体として平面視略長方形状をなしている。

ＭＥＡ３１は、プロトン導電性を有する電解質膜３４と、電解質膜３４を挟持するアノード側電極触媒層３５及びカソード側電極触媒層３６とを備えている。
各電極触媒層３５，３６には、発電部１１における反応ガスの電気化学反応を促進するための触媒（例えば白金）が担持されている。

各ガス拡散層３２，３３は、反応ガスをＭＥＡ３１の面方向に拡散させるためのものであり、カーボンペーパーやカーボンクロスなどのガス透過性及び導電性を有する材料により形成されている。

＜多孔体流路板５０＞
図１及び図２に示すように、多孔体流路板５０は、例えばステンレス鋼板からなる基材をロール成形することにより形成される。

図２に一部を拡大して示すように、多孔体流路板５０のガス流路部５１は、長手方向Ｘに沿って延在する平棒状の平坦部５２を備えている。
ガス流路部５１は、平坦部５２に対してＭＥＧＡ３０側に突出する第１凸部５３と、平坦部５２に対して第２セパレータ６０側に突出する第１凹部５４とを有し、第１凸部５３及び第１凹部５４が長手方向Ｘにおいて交互に配置されて波形状をなす第１波状部５５を備えている。

ガス流路部５１は、平坦部５２に対してＭＥＧＡ３０側に突出する第２凸部５６と、平坦部５２に対して第２セパレータ６０側に突出する第２凹部５７とを有し、第２凸部５６及び第２凹部５７が長手方向Ｘにおいて交互に配置されて波形状をなす第２波状部５８を備えている。

第１波状部５５は、平坦部５２の幅方向Ｙの両側に配置されている。第２波状部５８は、第１波状部５５の平坦部５２とは反対側に配置されている。
各凸部５３，５６の頂面は、ＭＥＧＡ３０のカソード側ガス拡散層３３に当接される。また、各凹部５４，５７の底面とは反対側の面は、第２セパレータ６０に当接される（図４参照）。

第１波状部５５の第１凸部５３と第２波状部５８の第２凹部５７とが幅方向Ｙにおいて隣り合うとともに、第１波状部５５の第１凹部５４と第２波状部５８の第２凸部５６とが幅方向Ｙにおいて隣り合うように、第１波状部５５と第２波状部５８とが幅方向Ｙにおいて隣り合っている。

なお、本実施形態では、幅方向Ｙの両側において最も外側に位置する第１波状部５５の側方に長手方向Ｘに沿って延在する平棒状の側縁部５９が配置されている。側縁部５９は、多孔体流路板５０の厚さ方向において平坦部５２と同一の位置に設けられている。また、側縁部５９は、ロール成形時にガス流路部５１が形成されない部分である。なお、図２においては、幅方向Ｙの一方の側縁部５９のみを図示している。

平坦部５２、第１波状部５５、第２波状部５８、及び側縁部５９は、幅方向Ｙにおいて各々が隣接する部分において互いに連結されている。
ガス流路部５１のうち、第１波状部５５及び第２波状部５８とＭＥＧＡ３０との間には、酸化剤ガスが流れる。また、平坦部５２と第２セパレータ６０との間には、反応ガスの電気化学反応により生成された生成水が流れる。

本実施形態では、多孔体流路板５０は、第２セパレータ６０に対して溶接により接合されている。
＜第２セパレータ６０＞
図１及び図３に示すように、第２セパレータ６０は、ステンレス鋼などの金属板材からなり、略長方形板状をなしている。第２セパレータ６０は、平板状の中央部６１を有している（図４参照）。この中央部６１には、多孔体流路板５０が当接される。また、第２セパレータ６０の中央部６１よりも外周側の部分、より詳しくは、各マニホールド１２～１７よりも外周側の部分には、枠部材４０に向かって突出する平面視長方形環状のシール部６０ａが形成されている。シール部６０ａは、枠部材４０に当接されることで第２セパレータ６０と枠部材４０との間をシールする。

第２セパレータ６０には、酸化剤ガス供給マニホールド１４とガス流路部５１の縁部５０ａとを接続する複数の溝状の接続流路６２が設けられている。複数の接続流路６２は、縁部５０ａの幅方向Ｙ（延在方向）の全体にわたって接続されている。

複数の接続流路６２のうち幅方向Ｙにおいて縁部５０ａの第１端５０ｂ側に位置するものは、酸化剤ガス供給マニホールド１４から第１端５０ｂ側に向かって延在する第１流路部６４と、第１流路部６４の下流側から屈曲するとともに幅方向Ｙの内側を指向して縁部５０ａに接続される第２流路部６５とを有している。第１流路部６４は、酸化剤ガス供給マニホールド１４から第１端５０ｂ側に向かって長手方向Ｘに対して傾斜して延在している。第２流路部６５は、幅方向Ｙの内側を指向して長手方向Ｘに対して傾斜して延在している。

本実施形態では、幅方向Ｙにおいて縁部５０ａの第１端５０ｂ側の最も外側に位置する接続流路６２及び当該接続流路６２と並設される複数の接続流路６２が、第１流路部６４と第２流路部６５とを有している。以降において、第１流路部６４及び第２流路部６５を有する接続流路６２を第１接続流路６３と称する。

また、複数の接続流路６２のうち幅方向Ｙにおいて縁部５０ａの第２端５０ｃ側に位置するものは、幅方向Ｙの内側を指向して縁部５０ａに接続されている。
本実施形態では、幅方向Ｙにおいて縁部５０ａの第２端５０ｃ側の最も外側に位置する接続流路６２及び当該接続流路６２と並設される複数の接続流路６２が、幅方向Ｙの内側を指向して長手方向Ｘに対して傾斜して延在するとともに縁部５０ａに接続されている。以降において、これらの接続流路６２を第２接続流路６６と称する。

また、図１に示すように、第２セパレータ６０には、ガス流路部５１の縁部５０ｄと酸化剤ガス排出マニホールド１５とを接続する溝状の複数の接続流路６７が設けられている。複数の接続流路６７は、縁部５０ｄの幅方向Ｙの全体にわたって接続されている。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）燃料電池スタックの単セル１０には、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給マニホールド１４と、酸化剤ガス供給マニホールド１４とガス流路部５１の縁部５０ａとを接続するとともに縁部５０ａの幅方向Ｙにおいて並設された複数の接続流路６２とが設けられている。酸化剤ガス供給マニホールド１４は、縁部５０ａの幅方向Ｙにおいて縁部５０ａの第１端５０ｂから離間した位置に設けられている。複数の接続流路６２のうち幅方向Ｙにおいて第１端５０ｂ側の最も外側に接続される接続流路６２は、酸化剤ガス供給マニホールド１４から第１端５０ｂ側に向かって延在する第１流路部６４と、第１流路部６４の下流側から屈曲するとともに幅方向Ｙの内側を指向して縁部５０ａに接続される第２流路部６５とを有している。

こうした構成によれば、酸化剤ガス供給マニホールド１４が縁部５０ａの幅方向Ｙにおいて縁部５０ａの第１端５０ｂから離間した位置に設けられている。また、幅方向Ｙにおいて第１端５０ｂ側の最も外側に接続される接続流路６２が、第１流路部６４と、第１流路部６４の下流側から屈曲するとともに幅方向Ｙの内側を指向して縁部５０ａに接続される第２流路部６５とを有している。このため、幅方向Ｙにおいて第１端５０ｂ側の最も外側に接続される接続流路６２を流れる反応ガスは、接続流路６２の第２流路部６５を通過することで、幅方向Ｙの内側に向かって流れることとなる。これにより、ガス流路部５１に流入した反応ガスが発電部１１の幅方向Ｙの外側に向かって流れること、所謂脇流れを抑制することができる。したがって、燃料電池の発電効率の低下を抑制することができる。

（２）酸化剤ガス供給マニホールド１４は、幅方向Ｙにおいて縁部５０ａの中央よりも第２端５０ｃ側に偏倚した位置に設けられている。複数の接続流路６２のうち幅方向Ｙにおいて第２端５０ｃ側の最も外側に位置する接続流路６２は、幅方向Ｙの内側を指向して縁部５０ａに接続されている。

こうした構成によれば、酸化剤ガス供給マニホールド１４がガス流路部５１の縁部５０ａの幅方向Ｙにおいて縁部５０ａの中央よりも第２端５０ｃ側に偏倚した位置に設けられている。また、複数の接続流路６２のうち幅方向Ｙにおいて第２端５０ｃ側の最も外側に位置する接続流路６２が、幅方向Ｙの内側を指向して縁部５０ａに接続されている。このため、幅方向Ｙにおいて第２端５０ｃ側の最も外側に接続される接続流路６２を流れる反応ガスは、幅方向Ｙの内側に向かって流れることとなる。これにより、幅方向Ｙの両側において、ガス流路部５１に流入した反応ガスが発電部１１の外側に向かって流れることを抑制することができる。したがって、燃料電池の発電効率の低下を一層抑制できる。

（３）幅方向Ｙにおいて縁部５０ａの第１端５０ｂ側の最も外側に位置する接続流路６２及び当該接続流路６２と並設される複数の接続流路６２が、第１流路部６４と第２流路部６５とを有している。

こうした構成によれば、縁部５０ａの第１端５０ｂ側を流れる反応ガスは、接続流路６２の第２流路部６５を通過することで、幅方向Ｙの内側に向かって流れることとなる。これにより、ガス流路部５１に流入した反応ガスが発電部１１の幅方向Ｙの外側に向かって流れること、所謂脇流れを抑制することができる。したがって、燃料電池の発電効率の低下をより一層抑制することができる。

（４）幅方向Ｙにおいて縁部５０ａの第２端５０ｃ側の最も外側に位置する接続流路６２及び当該接続流路６２と並設される複数の接続流路６２が、幅方向Ｙの内側を指向して長手方向Ｘに対して傾斜して延在するとともに縁部５０ａに接続されている。

こうした構成によれば、縁部５０ａの第２端５０ｃ側を流れる反応ガスは、幅方向Ｙの内側に向かって流れることとなる。これにより、ガス流路部５１に流入した反応ガスが発電部１１の外側に向かって流れることを抑制することができる。したがって、燃料電池の発電効率の低下を一層抑制できる。

（５）複数の接続流路６２は、多孔体流路板５０を発電部１１と挟持する第２セパレータ６０に形成されている。
こうした構成によれば、第２セパレータ６０に接続流路６２が設けられているため、単セル１０の製造工程において、多孔体流路板５０と第２セパレータ６０とを接合して接合体を形成し、同接合体を発電部１１などと積層して単セル１０を製造することで、接続流路６２と多孔体流路板５０との位置決めを容易に行うことができる。したがって、燃料電池スタックを容易に製造することができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
なお、以下の図５～図７にそれぞれ示す第１～第３変更例において、上記実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すとともに、対応する構成については、それぞれ「１００」、「２００」、「３００」を加算した符号を付すことにより、重複した説明を省略する。

・第２接続流路６６に代えて、図５に示す接続流路１６６を採用することもできる。すなわち、接続流路１６６は、酸化剤ガス供給マニホールド１４から長手方向Ｘに沿って延びるとともにガス流路部５１の縁部５０ａに接続されている。

・図６に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド２１４を幅方向Ｙの中央、すなわち幅方向Ｙにおいて縁部５０ａの第１端５０ｂ及び第２端５０ｃの双方から離間した位置に設けることもできる。この場合、複数の接続流路２６２は、以下の構成を有することが好ましい。すなわち、複数の接続流路２６２のうち、縁部５０ａの第１端５０ｂ側に位置するものは、上記実施形態と同様にして、第１流路部２６４及び第２流路部２６５を有する第１接続流路２６３である。また、複数の接続流路２６２のうち、縁部５０ａの第２端５０ｃ側に位置するものは、酸化剤ガス供給マニホールド２１４から第２端５０ｃ側に向かって延在する第３流路部２６８と、第３流路部２６８の下流側から屈曲するとともに幅方向Ｙの内側を指向して縁部５０ａに接続される第４流路部２６９とを有している。

こうした構成によれば、第３流路部２６８を流れる酸化剤ガスは、第４流路部２６９を通過してガス流路部５１に流入することで、幅方向Ｙの内側に向かって流れることとなる。これにより、幅方向Ｙ（縁部５０ａの延在方向）の両側において、ガス流路部５１に流入した酸化剤ガスが発電部１１の外側に向かって流れることを抑制することができる。したがって、燃料電池の発電効率の低下を一層抑制できる。

・図７に示すように、幅方向Ｙにおける中央部６１の両側に複数の酸化剤ガス供給マニホールド３１４及び酸化剤ガス排出マニホールド３１５が長手方向Ｘに互いに間隔をおいて設けられている第２セパレータ３６０においても本発明を適用することができる。この場合、複数の酸化剤ガス供給マニホールド３１４のうち長手方向Ｘの最も外側に位置するものから、中央部６１（ガス流路部５１）に向かって延びる複数の接続流路３６２のうち、長手方向Ｘの最も外側に接続されるものを含む複数の接続流路３６２は、第１流路部３６４及び第２流路部３６５を有している。この場合であっても、上記作用効果（１）に準じた作用効果を奏することができる。

・ガス流路部５１は平面視長方形状をなすものに限定されず、他に例えば、平面視六角形状や、台形などの多角形状をなすものであってもよい。
・ガス流路部５１の縁部５０ａの延在方向は幅方向Ｙと一致していなくてもよい。すなわち、ガス流路部５１の縁部５０ａが、幅方向Ｙに対して傾斜して延在していてもよい。

・上記実施形態及び第１～第３変更例において、第１流路部及び第２流路部又は第３流路部及び第４流路部を有する接続流路は、当該接続流路の並び方向（ガス流路部５１の縁部５０ａの延在方向）における最も外側にのみ設けられていてもよいし、上記並び方向に複数設けられていてもよい。

・接続流路６２は、第２セパレータ６０に形成されるものに限定されず、枠部材４０における第２セパレータ６０に対向する面に形成することもできるし、第２セパレータ６０及び枠部材４０の双方に形成することもできる。

・発電部１１のアノード側に配置される第１セパレータ２０に代えて、カソード側に配置される多孔体流路板５０及び第２セパレータ６０に準じた構成の多孔体流路板及びセパレータを採用することもできる。

・多孔体流路板は、本実施形態のガス流路部５１を有するものに限定されず、周知の形状を有する多孔体流路板を適宜用いることもできる。

１０…単セル、１１…発電部、１２，３１２…燃料ガス供給マニホールド、１３，２１３，３１３…燃料ガス排出マニホールド、１４，２１４，３１４…酸化剤ガス供給マニホールド、１５，３１５…酸化剤ガス排出マニホールド、１６，３１６…冷却水供給マニホールド、１７，２１７，３１７…冷却水排出マニホールド、２０…第１セパレータ、２１…燃料ガス流路、２２…燃料ガス供給流路、２３…燃料ガス排出流路、２４…冷却水流路、３０…ＭＥＧＡ、３１…ＭＥＡ、３２…アノード側ガス拡散層、３３…カソード側ガス拡散層、３４…電解質膜、３５…アノード側電極触媒層、３６…カソード側電極触媒層、４０…枠部材、５０…多孔体流路板、５０ａ…縁部、５０ｂ…第１端、５０ｃ…第２端、５０ｄ…縁部、５１…ガス流路部、５２…平坦部、５３…第１凸部、５４…第１凹部、５５…第１波状部、５６…第２凸部、５７…第２凹部、５８…第２波状部、５９…側縁部、
６０，１６０，２６０，３６０…第２セパレータ、６０ａ，１６０ａ，２６０ａ，３６０ａ…シール部、６１，１６１，２６１，３６１…中央部、６２，１６２，２６２，３６２…接続流路、６３，２６３…第１接続流路、６４，２６４，３６４…第１流路部、６５，２６５，３６５…第２流路部、６６，１６６…第２接続流路、６７…接続流路、２６８…第３流路部、２６９…第４流路部。

Claims (2)

1. 膜電極接合体を有する発電部と、前記発電部を挟持する一対のセパレータと、前記一対のセパレータの少なくとも一方と前記発電部との間に設けられ、反応ガスを流通させる網目状のガス流路部を有する多孔体流路板と、を備える単セルが複数積層されてなる燃料電池スタックであって、
   前記単セルには、前記反応ガスを供給する供給マニホールドと、前記供給マニホールドと前記ガス流路部の縁部とを接続するとともに前記縁部の延在方向において並設された複数の接続流路と、が設けられており、
   前記供給マニホールドは、前記延在方向において前記縁部の第１端及び前記第１端とは反対の第２端の双方から離間した位置に設けられており、
   前記複数の接続流路は、前記多孔体流路板を前記発電部と挟持する前記セパレータに形成されており、
   前記複数の接続流路のうち前記延在方向において前記第１端側の最も外側に接続される接続流路は、前記供給マニホールドから前記第１端側に向かって延在する第１流路部と、前記第１流路部の下流側から屈曲するとともに前記延在方向の内側を指向して前記縁部に接続される第２流路部と、を有しており、
   前記複数の接続流路のうち前記延在方向において前記第２端側の最も外側に接続される接続流路は、前記供給マニホールドから前記第２端側に向かって延在する第３流路部と、前記第３流路部の下流側から屈曲するとともに前記延在方向の内側を指向して前記縁部に接続される第４流路部と、を有している、
   燃料電池スタック。
2. 膜電極接合体を有する発電部と、前記発電部を挟持する一対のセパレータと、前記一対のセパレータの少なくとも一方と前記発電部との間に設けられ、反応ガスを流通させる網目状のガス流路部を有する多孔体流路板と、を備える単セルが複数積層されてなる燃料電池スタックであって、
   前記単セルには、前記反応ガスを供給する供給マニホールドと、前記供給マニホールドと前記ガス流路部の縁部とを接続するとともに前記縁部の延在方向において並設された複数の接続流路と、が設けられており、
   前記供給マニホールドは、前記延在方向において前記縁部の第１端及び前記第１端とは反対の第２端の双方から離間した位置に設けられており、
   前記発電部が嵌め込まれており、前記セパレータとの間に前記多孔体流路板を配置して該多孔体流路板を前記セパレータと前記発電部とによって挟持する枠部材を備え、
   前記複数の接続流路は、溝状であり、前記セパレータにおける前記枠部材と向かい合う面、および、前記枠部材における前記セパレータと向かい合う面、のうち少なくとも前記枠部材における前記セパレータと向かい合う面に形成されており、
   前記複数の接続流路のうち前記延在方向において前記第１端側の最も外側に接続される接続流路は、前記供給マニホールドから前記第１端側に向かって延在する第１流路部と、前記第１流路部の下流側から屈曲するとともに前記延在方向の内側を指向して前記縁部に接続される第２流路部と、を有しており、
   前記複数の接続流路のうち前記延在方向において前記第２端側の最も外側に接続される接続流路は、前記供給マニホールドから前記第２端側に向かって延在する第３流路部と、前記第３流路部の下流側から屈曲するとともに前記延在方向の内側を指向して前記縁部に接続される第４流路部と、を有している、
   燃料電池スタック。

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