JP3505010B2 - 燃料電池およびその締付方法 - Google Patents

燃料電池およびその締付方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池およびそ
の締付方法に関し、一層詳細には、それぞれ単位燃料電
池セルを離間配置するセパレータに締付圧発生手段を設
け、外部環境の変化、熱的変化あるいは化学的反応に基
因する前記締付圧発生手段の作用下に該単位燃料電池セ
ルに対する締付力を増減せしめるようにした燃料電池お
よびその締付方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、固体高分子電解質膜型燃料電池
は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜と、この電解
質膜の両側にそれぞれ配置されるアノード側電極板およ
びカソード側電極板とからなる単位燃料電池セルを有
し、このように構成される単位燃料電池セルを複数個積
層して構成される。この場合、前記のように積層される
単位燃料電池セル間にはセパレータが介装されるととも
に、該電解質膜とアノード側電極板とカソード側電極板
とを適度に加湿すべく、前記セパレータに水が供給され
る。従って、セパレータからの水分の供給によってアノ
ード側に供給された燃料ガス、例えば、水素ガスは、ア
ノード側電極板上で水素イオン化され、適度に加湿され
た電解質膜を介して多孔質カーボンからなるカソード側
電極板へと移動する。カソード側電極板には、酸化剤ガ
ス、例えば、酸素ガスが供給されているために、このカ
ソード側電極板において、前記水素イオンと酸素とが反
応して水を生成し、一方、その間に生じた電子が、外部
回路に取り出され、電気エネルギとして利用されるに至
る。特開平６−２０７１３号公報は、この種の燃料電池
セルを示している。
【０００３】ところで、以上のような構成では、複数の
燃料電池セルはそれぞれのセルを貫通するスタッドボル
トによってしっかりと緊締されている。水素ガス等の燃
料ガスおよび酸素ガス等の酸化剤ガスのような燃料電池
作動ガスが燃料電池の外部に漏洩することを防ぎ、ま
た、それぞれの燃料電池セルにおいて、電極板と固体高
分子電解質膜、電極板とセパレータとの間のイオン導
電、電子導電にかかる接触抵抗のバラツキに基因して取
り出される出力に変化が生ずることなく、安定して該燃
料電池セルから所望の電圧を得るためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ように、スタッドボルトで確実に緊締していても、例え
ば、この種の燃料電池が電気自動車用駆動源として用い
られることによって受ける振動、あるいは経年変化等に
基因してそれぞれの燃料電池セルに対する緊締状態が弛
緩する懸念がある。そして、このように緊締状態が弛緩
すると、前記のように、複数の燃料電池セル間でイオン
導電抵抗、相互の接触抵抗のバラツキ等が生ずるに至
り、個々の燃料電池セルから同等の出力を得ることが困
難となり、結局、この種の燃料電池としての出力の安定
性が確保されなくなる。
【０００５】本発明は前記の不都合を克服するためにな
されたものであって、複数の燃料電池セル間に出力の差
異が小さく、出力自体が一層安定化する燃料電池および
その締付方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、第１の発明では、アノード側電極板およびカソー
ド側電極板を有する発電部とセパレータとを備えた燃料
電池セルを複数個積層した燃料電池において、前記セパ
レータはその内部に密閉空間を画成した室を含み、前記
室内に熱の吸収・放出によって膨張・収縮する充填材を
設け、前記充填材の熱の吸収・放出に基因して前記セパ
レータが少なくとも前記アノード側電極板またはカソー
ド側電極板のいずれか一方に変位することにより、それ
ぞれの燃料電池セルに対する締付力の増減を行うことを
特徴とする。
【０００７】また、第２の発明によれば、アノード側電
極板およびカソード側電極板を有する発電部とセパレー
タとを備えた燃料電池セルを複数個積層した燃料電池に
おいて、前記セパレータはその内部に密閉空間を画成し
た室を含み、前記室内に熱の吸収・放出によって変形す
る充填材を設け、前記充填材の変形に基因して前記セパ
レータが少なくとも前記アノード側電極板またはカソー
ド側電極板のいずれか一方に変位することにより、それ
ぞれの燃料電池セルに対する締付力の増減を行うことを
特徴とする。
【０００８】さらにまた、第３の発明によれば、アノー
ド側電極板およびカソード側電極板を有する発電部とセ
パレータとを備えた燃料電池セルを複数個積層した燃料
電池において、前記セパレータはその内部に密閉空間を
画成した室を含み、前記室内に無機化合物または有機化
合物を含浸して膨張・収縮する充填材を設け、前記充填
材の膨張・収縮に基因して前記セパレータが少なくとも
前記アノード側電極板またはカソード側電極板のいずれ
か一方に変位することにより、それぞれの燃料電池セル
に対する締付力の増減を行うことを特徴とする。
【０００９】またさらに、第４の発明によれば、アノー
ド側電極板およびカソード側電極板を有する発電部とセ
パレータとを備えた燃料電池セルを複数個積層した燃料
電池において、前記セパレータはその内部に密閉空間を
画成した室を含み、前記室内に熱の吸収・放出によって
膨張・収縮する第１の充填材と、無機化合物または有機
化合物を含浸して膨張・収縮する第２の充填材とを設
け、前記第１の充填材の熱の吸収・放出と第２の充填材
の膨張・収縮に基因して前記セパレータが少なくとも前
記アノード側電極板またはカソード側電極板のいずれか
一方に変位することにより、それぞれの燃料電池セルに
対する締付力の増減を行うことを特徴とする。
【００１０】さらにまた、第５の発明によれば、アノー
ド側電極板およびカソード側電極板を有する発電部とセ
パレータとを備えた燃料電池セルを複数個積層した燃料
電池において、前記セパレータはその内部に密閉空間を
画成した室を含み、前記室内に熱の吸収・放出によって
熱分解してガスを生起する第１の充填材または化学的反
応によってガスを生起する第２の充填材を設け、前記熱
分解または前記化学的反応により発生するガスによって
前記室内の容積を膨張させて、前記セパレータが少なく
とも前記アノード側電極板またはカソード側電極板のい
ずれか一方に変位することにより、それぞれの燃料電池
セルに対する締付力の増加を行うことを特徴とする。
【００１１】さらに、第６の発明によれば、アノード側
電極板およびカソード側電極板を有する発電部とセパレ
ータとを備えた燃料電池セルを複数個積層した燃料電池
において、前記セパレータの一部が、熱に基因して少な
くともアノード側電極板またはカソード側電極板のいず
れか一方に変位することにより、それぞれの燃料電池セ
ルに対する締付力の増減を行うことを特徴とする。
【００１２】さらにまた、第７の発明によれば、アノー
ド側電極板およびカソード側電極板を有する発電部とセ
パレータとを備えた燃料電池セルを複数個積層した燃料
電池において、前記セパレータはその内部に当該燃料電
池セル自体を冷却するために冷媒を供給する冷却空間を
画成するとともに、該冷却空間内に前記冷媒によって膨
張する充填材を配設し、前記充填材の膨張によって前記
セパレータが少なくとも前記アノード側電極板またはカ
ソード側電極板のいずれか一方に変位することにより、
それぞれの燃料電池セルに対する締付力の増加を行うこ
とを特徴とする。
【００１３】第１の発明によれば、室内の充填材が所定
の温度で、例えば、膨張する。その結果、該膨潤作用下
にセパレータがアノード側電極板またはカソード側電極
板を押圧する。結局、この押圧作用により前記電極板が
より一層密着性を確保し、イオン導電抵抗、接触抵抗等
が低減する。従って、安定した出力が該燃料電池から得
られる。
【００１４】一方、前記室内に設けられる充填材につ
き、所定温度で収縮するものを選択しておけば、当該所
定温度下に収縮した状態で燃料電池セルを組み込み、次
いで燃料電池をその作動温度に戻すことによって該充填
材が膨張するために、前記と同様にアノード側電極板ま
たはカソード側電極板が押圧される。
【００１５】第２の発明では、充填材に熱の吸収・また
は放出によって変形する部材を選択している。従って、
所定温度における充填剤の変形がアノード側電極板また
はカソード側電極板の変位作用を惹起せしめ、電極板の
密着性を向上させる。
【００１６】第３の発明では、充填材につき、無機化合
物または有機化合物の含浸によって膨張・収縮する部材
を選択している。従って、この発明では、充填材が膨張
または収縮して前記２つの発明と同一の作用を営む。
【００１７】第４の発明では、熱の吸収・放出によって
膨張・収縮する第１の充填材と、無機化合物または有機
化合物の含浸によって膨張・収縮する第２の充填剤とを
併用している。従って、第１の充填材または第２の充填
材が選択的にあるいは両者相俟ってアノード側電極板ま
たはカソード側電極板を変位せしめて締付圧を調整でき
る。
【００１８】第５の発明では、熱の吸収・放出によって
熱分解してガスを生起する第１の充填材と、化学的反応
によってガスを生ずる第２の充填材とを併用している。
このため、第１の充填材の熱分解、または第２の充填材
の化学的反応により発生するガスによって該室内の容積
が膨張してアノード側電極板とカソード側電極板のいず
れか一方を変位させる。この結果、燃料電池セルの締付
圧が増加する。
【００１９】第６の発明では、特に、前記の第１乃至第
５の発明で特定される充填材を用いることなく、直接、
セパレータを熱に基因して変形させて、アノード側電極
板あるいはカソード側電極板に対する接触圧を増加させ
ている。これによっても、前記第１〜第５の発明と同様
の効果が得られる。
【００２０】また、第７の発明では、セパレータ内に設
けられた室の内部の充填材に冷媒を供給し、該冷媒によ
って前記充填材を膨潤させ、アノード側電極板またはカ
ソード側電極板への密着力を増している。前記第１乃至
第６の発明と同様の効果が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明に係る燃料電池についてそ
の締付方法との関係において好適な実施形態を挙げ、添
付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２２】燃料電池１０は、ここでは、固体高分子電
解質膜型燃料電池を示す。
【００２３】なお、本実施形態では、前記の通り、固体
高分子電解質膜型燃料電池を好適な実施形態として掲げ
るが、特に、セパレータ部の加圧構造については、直接
メタノール／空気燃料電池、アルカリ電解質型燃料電
池、燐酸型燃料電池、溶融炭酸型燃料電池、および固体
電解質膜型燃料電池と実質的に同様である。よって、本
発明は、これらの燃料電池に対しても適用可能である。
【００２４】さて、この燃料電池１０は、図１乃至図４
に示すように、基本的に発電部１２とセパレータ部１４
とから構成される。前記セパレータ部１４は、緻密質か
らなる第１のセパレータ１６と第２のセパレータ１８と
を含む。図から容易に諒解される通り、矩形状の第１セ
パレータ１６には横方向に平行に複数のリブ２０が突設
され、隣接するリブ２０、２０の間に燃料ガス供給用の
通路２２が画成される。一方、第２セパレータ１８は、
図４に示すように、断面が略Ｃ字状であって、一側面側
に前記第１セパレータ１６が嵌合する孔部２４が画成さ
れ、この孔部２４は該第２セパレータ１８内に画成され
た室２５と連通している。この第２セパレータ１８の他
側面側に縦方向に平行に複数のリブ２６が突設され、こ
れによって、隣接する前記リブ２６、２６の間に酸化剤
ガス、例えば、空気を供給するための通路２８が画成さ
れる（図２並びに図３参照）。
【００２５】さらに、前記第２セパレータ１８について
説明すると、図１乃至図３から諒解される通り、該第２
セパレータ１８の左枠１８ａには直方体状の貫通孔３４
が画成され、また、右枠１８ｂには別の貫通孔３６がそ
れぞれ画成されている。前記左枠１８ａには貫通孔３４
から孔部２４に連通する複数の細孔３８が画成され、一
方、右枠１８ｂには貫通孔３６から前記孔部２４に連通
する複数の細孔４０が画成されている（図１参照）。従
って、前記第２セパレータ１８の孔部２４に第１セパレ
ータ１６が嵌合すると、該第１セパレータ１６の通路２
２を介して細孔３８と細孔４０とが相互に連通するに至
る。なお、図４から容易に諒解される通り、第１セパレ
ータ１６が第２セパレータ１８の孔部２４に嵌合すると
き、前記第１セパレータ１６と第２セパレータ１８との
間に導電性の合成樹脂ゴム、または導電性樹脂の如きシ
ール部材３０が係着される。
【００２６】一方、該第２セパレータ１８の上枠１８ｃ
には直方体状の貫通孔４２が画成され、また、下枠１８
ｄには別の貫通孔４４がそれぞれ画成されている。前記
上枠１８ｃには貫通孔４２から通路２８に連通する複数
の細孔４６が画成されるとともに、下枠１８ｄには貫通
孔４４から前記通路２８に連通する複数の細孔４８が画
成されている。従って、複数の細孔４６と細孔４８とは
通路２８を介して互いに連通状態にある。
【００２７】第２セパレータ１８の上枠１８ｃと左枠１
８ａとによって形成される隅角部には連通孔５０が、ま
た、下枠１８ｄと右枠１８ｂとによって形成される隅角
部には連通孔５２が画成されている。該連通孔５０と５
２とは第１セパレータ１６が第２セパレータ１８の孔部
２４に嵌合することによって画成される室２５に斜め方
向から連通している（図４参照）。
【００２８】次に、発電部１２について説明する。発電
部１２は固体高分子電解質膜６０とその両面に設けられ
た第１の電極触媒層６２ａと第２の電極触媒層６２ｂを
備えている。前記第１と第２の電極触媒層６２ａ、６２
ｂの大きさは孔部２４を画成する第２セパレータ１８の
内側端縁と略同じ大きさである。なお、図において、前
記固体高分子電解質膜６０と電極触媒層６２ａ、６２ｂ
とが一体構成されたものが例示されているが、前記固体
高分子電解質膜６０と電極触媒層６２ａ、６２ｂをそれ
ぞれ分離構成してもよいことは勿論である。
【００２９】図５はガスケット６６の構造を示す。な
お、ガスケット６８は、実質的にガスケット６６と同じ
形状である。従って、ガスケット６６について詳細に説
明し、ガスケット６８の説明は省略する。そこで、前記
ガスケット６６、６８は、図８に示すように、第２セパ
レータ１８と固体高分子電解質膜６０との間で挟持され
る。前記ガスケット６６、６８には、後述するように、
燃料ガスおよび酸化剤ガスが燃料電池１０として積層さ
れた複数の第１セパレータ１６、第２セパレータ１８の
間で通流可能なように、貫通孔７０、７２、７４、７
６、連通孔７８、８０および大孔８２が画成されてい
る。従って、発電部１２とセパレータ部１４とが組み込
まれた時、第２セパレータ１８の貫通孔３４とガスケッ
ト６６、６８の貫通孔７０とが連通し、貫通孔３６と貫
通孔７２とが連通し、貫通孔４２と貫通孔７４とが連通
し、さらに貫通孔４４と貫通孔７６とが連通する。大孔
８２には第１セパレータ１６の複数のリブ２０が入り込
む。
【００３０】 本実施形態では、この場合、前記第２セ
パレータ１８内に画成された室２５内に充填材８３ａ〜
８３ｇのいずれか、またはこれらの組み合わせからなる
充填材８３が設けられる。
【００３１】以上のように構成される発電部１２とセパ
レータ部１４とは、次のように組み合わされる。すなわ
ち、第２セパレータ１８の孔部２４に第１セパレータ１
６が嵌合し、シール部材３０は第１セパレータ１６と第
２セパレータ１８とをシールし、且つ電気的に接続す
る。この場合、室２５内には十分な充填材８３を予め配
設しておく。該充填材８３として、本実施形態では陽イ
オン交換樹脂または陰イオン交換樹脂を採用している。
そこで、第２セパレータ１８の孔部２４に第１セパレー
タ１６が嵌合される際、該第１セパレータ１６によって
前記充填材８３を構成する陽イオン交換樹脂または陰イ
オン交換樹脂はその体積を縮めるほどに押圧される。次
に、ガスケット６６が第１セパレータ１６側にあって第
２セパレータ１８に接合し、ガスケット６８は第２セパ
レータ１８のリブ２６側の面に接合する。次いで、ガス
ケット６６とガスケット６８の間に発電部１２が介装さ
れる。なお、その積層固定に際しては、図６に示すよう
に、第２セパレータ１８の貫通孔３４、４２に連通する
管継手７９、８４と連通孔５２に連通する管継手８８を
有するエンドプレート９２、および貫通孔３６、４２に
連通する管継手８１、８６および連通孔５０に連通する
管継手９０が装着されたエンドプレート９４をその両端
に配設し、締付ボルト９６ａ〜９６ｄでその四隅を強く
かつ均等に締め付ける。
【００３２】エンドプレート９４の詳細を図７に示す。
前記エンドプレート９４はエンドプレート９２と実質的
に同一の大きさを有する板体からなり、第２セパレータ
１８の貫通孔３６に対応して管継手８１と連通する孔部
１０２が、また、貫通孔４４に対して管継手８６と連通
する孔部１０６が画成されている。さらに、連通孔５０
に対応して管継手９０と連通する孔部１０７が画成され
ている。なお、図中、参照符号１１２ａ〜１１２ｄは前
記締付ボルト９６ａ〜９６ｄの一端部が挿入される締付
用孔部を示す。
【００３３】ここで、前記室２５に予め充填される充填
材８３について説明する。充填材８３は、前記した通
り、 熱の吸収・放出によって膨張・収縮する充填材
８３ａ、 熱の吸収・放出によって変形する充填材８
３ｂ、 無機化合物または有機化合物の含浸によって
膨張・収縮する充填材８３ｃ、 室２５内に充填され
る物質自体が燃料電池の作動温度に基因して熱分解し、
あるいは充填される物質間の化学的反応によって、燃料
電池の作動温度よりも低い温度の沸点を有するガスを発
生する充填材８３ｄ、 熱の吸収・放出によってガス
を発生する充填材８３ｅ、 熱の吸収・放出によって
ガスを放出・吸収する充填材８３ｆ、 熱によって変
位する充填材８３ｇ、に分けることができる。勿論、こ
れらのいずれかの二以上の任意の組み合わせ、若しく
は、これらの充填材８３を、不都合のない限り、すべて
組み合わせてもよい。
【００３４】次に、前記〜の充填材８３ａ〜８３ｇ
について例示する。
【００３５】の充填材８３ａについて この充填材８３ａは、好適には、燃料電池の作動温度以
下の温度の沸点を有する物質であって、この場合、当該
物質および該物質相互間で反応性を示す物質、または当
該物質が接する燃料電池の構成要素に対して反応性を示
さない物質、さらに前記反応性を示す物質と示さない物
質との混合物質であってもよい。好適には、以下に示さ
れる物質が採用される。
【００３６】無機化合物：水、アンモニア、二酸化炭素
（ドライアイスを含む）、アルゴン、窒素、水素、ヘリ
ウム、ネオン、ラドン、キセノン、クリプトン、酸素 有機化合物： ・アルコール：メタノール、エタノール、イソプロパノ
ール ・アルデヒド／ケトン：アセトアルデヒド、アセトン、
エチルメチルケトン、ホルムアルデヒド ・エーテル：エチルプロピルエーテル、エチルメチルエ
ーテル、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル、ジイソ
プロピルエーテル ・飽和炭化水素：メタン、エタン、プロパン、ブタン、
ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、イソヘキサン ・環状化合物：シクロブタン、シクロプロパン、シクロ
ヘキサン、シクロペンタン、ヘキサフルオロベンゼン、
ペルフルオロシクロヘキサン ・エステル：蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸メチル、酢
酸エチル、酢酸ビニル
【００３７】の充填材８３ｂについて この充填材８３ｂは、一方向または二方向に変形する記
憶効果を生ずる形状記憶合金若しくはこれらの組み合わ
せであってもよい。例としては、ニッケル・チタン合金
や銅・亜鉛・アルミニウム合金であることが好ましい。
この場合、これらの形状記憶合金の形状はコイルスプリ
ング状あるいはランダムなコイル状であると好適であ
る。
【００３８】さらに、この充填材８３ｂは形状記憶樹脂
であってもよい。この種の形状記憶樹脂としては、ポリ
ノルボルネン樹脂、ポリエステルを主要成分としたポリ
マーアロイ、ウレタンエラストマー、トランスポリイソ
プレン架橋樹脂が好ましい。
【００３９】の充填材８３ｃについて この充填材８３ｃは、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換
樹脂あるいはこれらのイオン交換樹脂の混合物からな
る。この種のイオン交換樹脂は球状または膜状に形成さ
れ、その乾燥状態と湿潤状態の度合いによる変化、ある
いは酸またはアルカリ水溶液あるいは塩の水溶液を用い
た化学的処理により、官能基のイオン形が変化すること
により、膨潤し、収縮し、あるいは変形する状態を利用
する。
【００４０】 陽イオン交換樹脂としては、母体構造が
スチレン系、メタクリル系、アクリル系、ポリテトラフ
ルオロエチレンのいずれかであり、官能基がスルホン酸
基、カルボン酸基、アミノ燐酸基、ジチオカルバミン酸
基、イミノジ酢酸基、アミノカルボン酸基のいずれかで
ある。
【００４１】 陰イオン交換樹脂としては、母体構造が
スチレン系、メタクリル系、アクリル系、フェノール
系、ポリテトラフルオロエチレンのいずれかであり、官
能基が第４級アンモニウム塩基、第２級アミン基、第３
級アミン基のいずれかである。
【００４２】なお、膨張を伴う官能基のイオン形の変化
を例示すれば、陽イオン交換樹脂の場合、Ｎａ形→Ｈ
形、Ｈ形→Ｎａ形、Ｈ形→アンモニウム形が好適であ
り、一方、陰イオン交換樹脂の場合、ＣＩ形→ＯＨ形、
ＯＨ形→ＣＩ形が好ましい。
【００４３】また、前記充填材８３ｃは吸水性ゲルまた
は吸水性樹脂であってもよい。ある種の吸水性ゲルまた
は吸水性樹脂は乾燥状態や湿潤状態の度合いによってそ
の形態が変化する。好ましくは、アクリル酸、ビニルア
ルコール共重合体やアクリル酸ソーダ重合体等を掲げる
ことができる。
【００４４】 さらに、前記充填材８３ｃはスメクタイ
ト系粘土鉱物またはポリアミドあるいはこれらのハイブ
リッド材料であってもよい。これらの材料中に導入され
る流体の量による湿潤状態の度合いで形態が変化するか
らである。
【００４５】 さらにまた、無機化合物または有機化合
物の含浸によって膨張・収縮する充填材８３ｃは前記の
陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、吸水性ゲルまた
は樹脂、スメクタイト系粘土鉱物、またはポリアミド、
あるいはこれらのハイブリッド材料、さらにこれらの混
合物であってもよい。
【００４６】 またさらに、前記の無機化合物、有機化
合物、スメクタイト系粘土鉱物またはポリアミドの如き
物質で、膨張・収縮する充填材と、熱の吸収・放出によ
って膨張・収縮する充填材の両方が反応を示すことのな
い組み合わせで、これらの物質が接する燃料電池の構成
要素と反応しない物質（複数の混合物質であってもよ
い）を用いてもよい。
【００４７】の充填材８３ｄについて この充填材８３ｄとして、水素ガス、窒素ガス、炭酸ガ
ス、アンモニアガス、酸素ガスが発生する物質の組み合
わせを掲げることができる。この場合、以下に掲げる物
質が好適である。
【００４８】ａ．水素ガスが発生する物質の組み合わせ ｂ．金属と酸：亜鉛または遷移金属と塩酸、アルカリ土
類金属と酸 ｃ．金属と塩基：アルミニウムまたはケイ素と水酸化ナ
トリウム、アルカリ金属とアンモニア ｄ．金属と水：アルカリ金属またはアルカリ土類金属と
水 ｅ．金属とアルコール：アルカリ金属またはアルカリ土
類金属とアルコール ｆ．金属水素化物と水：水素化リチウムまたはアルカリ
土類金属の水素化物と水 水素化ホウ素ナトリウムまたは水素化アルミニウムナト
リウムと水
【００４９】、の充填材８３ｅ、８３ｆについて この充填材８３ｅ、８３ｆとして、以下に示す燃料電池
作動温度以下で大気圧以上の水素放出圧を示す金属水素
化物を用いると好適である。すなわち、 ・固体高分子電解質膜型燃料電池 ： １２０℃以下 ・直接メタノール／空気燃料電池 ： １００℃以下 ・アルカリ電解質型燃料電池 ： １００℃以下 ・燐酸型燃料電池 ： ２００℃以下 ・溶融炭酸塩型燃料電池 ： ６５０℃以下 ・固体電解質膜型燃料電池 ： １０００℃以下
【００５０】の充填材８３ｇについて この充填材８３ｇとしては、前記・の形状記憶合金の
中、以下に示す燃料電池作動温度以下の作動温度を持つ
形状記憶合金を用いると好適である。 ・固体高分子電解質膜型燃料電池 ： １２０℃以下 ・直接メタノール／空気燃料電池 ： １００℃以下 ・アルカリ電解質型燃料電池 ： １００℃以下 ・燐酸型燃料電池 ： ２００℃以下 ・溶融炭酸塩型燃料電池 ： ６５０℃以下 ・固体電解質膜型燃料電池 ： １０００℃以下
【００５１】次に、以上のように構成される本実施形態
に係る燃料電池の作用について説明する。単位燃料電池
セルをスタックして構成される燃料電池１０の作動時に
は、図６に示すように、燃料ガスが図示しない燃料ガス
供給源からエンドプレート９２の管継手７９、ガスケッ
ト６６（６８）の貫通孔７０、第２セパレータ１８の貫
通孔３４、細孔３８を介して第１セパレータ１６の通路
２２に供給され、酸化剤ガスが図示しない酸化剤ガス供
給源からエンドプレート９２の管継手８４、ガスケット
６６（６８）の貫通孔７４、第２セパレータ１８、貫通
孔４２、細孔４６を介して通路２８に供給される。
【００５２】これと同時に、冷却水としての水、または
水とアルコールとの混合液がエンドプレート９２の管継
手８８から連通孔５２に達し、充填材８３が充填された
室２５に至り、当該室２５の内圧を上昇させる。ここ
で、本実施形態において、充填材８３ｃとして、陽イオ
ン交換樹脂または陰イオン交換樹脂が配設されている。
従って、水の含浸によって前記充填材８３ｃは膨潤する
に至る。その結果、第１セパレータ１６を電極触媒層６
２ｂ側に変位させ、若しくは変形させる。従って、前記
充填材８３ｃと第１セパレータ１６との変位作用または
変形作用によって第１セパレータ１６のリブ２０は電極
触媒層６２ｂに均等に圧接し、ひいては第２セパレータ
１８に対し、固体高分子電解質膜６０を圧接することに
なり、イオン導電性、電子導電性が損なわれることなく
且つ接触抵抗が増加することはなく、逆に減少する。一
方、通路２２に供給された燃料ガスの中、未反応の燃料
ガスは貫通孔３６を通過し、エンドプレート９４の孔部
１０２を経て管継手８１から排出される。酸化剤ガスも
同様に、その一部が第２セパレータ１８の貫通孔４４に
至り、管継手８６から排出される。
【００５３】さらに、燃料電池１０の作動が終わり、
水、または水とアルコールの混合液の流入が停止される
と、前記室２５の水が第２セパレータ１８の連通孔５２
を経て、エンドプレート９２の管継手９０から外部に排
出され、前記イオン交換樹脂の含水率が低下すると、当
該室２５の内圧が低下する。従って、第１セパレータ１
６側への面圧力も低下し、組み立て時の圧力に戻る。
【００５４】このように、本実施形態に係る燃料電池に
よれば、第１セパレータ１６と第２セパレータ１８とに
よって画成された室２５に水を導入することによって、
充填材８３ｃの膨潤作用並びに第１セパレータ１６の変
形作用によって固体高分子電解質膜６０に対する押圧力
が一挙に増大するため、接触抵抗が増大することもな
い。
【００５５】さらに、前記発電部１２の乾燥状態に応じ
て水の供給量を増減させるが、その際、燃料電池１０に
画成された室２５から直接水分を供給しているため、固
体高分子電解質膜６０の湿潤に対する応答性が高い。
【００５６】さらにまた、供給される水の圧力（ＰＨ2
Ｏ）が燃料ガスである水素ガス（ＰＨ2）および酸化剤
ガスである酸素ガス（ＰＯ2）よりも高く設定されてお
り、しかも、第２セパレータ１８を緻密質で構成してい
るため、第１セパレータ１６の通路２２に水が浸入する
だけであって、燃料ガスと酸化剤ガスが前記室２５で混
合されることが確実に阻止でき、安全性が確保される。
【００５７】なお、前記実施形態では、流体として水を
選択しているが、この水に代えて、アルコール、また
は、前記の通り、水とアルコールの混合溶液とし、さら
には水とメタノールの混合溶液とすることができる。水
とメタノールの混合溶液の場合に、セパレータ１８のア
ノード側構成要素を緻密質に代えて多孔質体とすると、
アノード側電極板に水とメタノールの混合溶液が供給さ
れるために、直接型のメタノール燃料電池とすることが
できる。
【００５８】しかも、充填材８３ｃとしてイオン交換樹
脂を採用し、冷媒としての水を室２５内に供給すると、
該室２５内が冷却水質を維持するための水質管理セクシ
ョンとして機能させることができる。すなわち、イオン
交換樹脂によってバッテリスタックから溶け出すおそれ
のある他の金属イオン中、陽イオン等を除去し、あるい
は大気中の炭酸ガスの冷却水中への混合による炭酸イオ
ンの除去もできる。
【００５９】なお、前記の第１の実施形態において、セ
パレータ部１４は、第１セパレータ１６と第２セパレー
タ１８とに分離構成されているが、第２セパレータ１８
をさらに室２５が画成されるセパレータ本体１５０と第
３セパレータ１５２に分離することができる。これを図
８に示す。
【００６０】第３セパレータ１５２は、セパレータ本体
１５０の前記第１セパレータ１６とは反対側に画成され
た孔部に嵌合するものであり、図２に示す第２セパレー
タ１８と同様に、酸化剤ガス供給用通路２８と同じ垂直
方向に延在する酸化剤ガス供給用通路１５４を多数並列
に画成している。この図８に示す実施形態においては、
第１セパレータ１６と第３セパレータ１５２との間に画
成される室２５の内部に前記充填材８３ａ〜８３ｇのい
ずれか、またはその任意の組み合わせからなる充填材が
設けられる。従って、充填材８３ａ〜８３ｇが前記の
〜 の充填材からなるとき、温度、化学的反応等によっ
て第１セパレータ１６と第３セパレータ１５２は互いに
離間する方向へと変形して電極触媒層６２ａ、６２ｂに
対する押圧力を増大させる。
【００６１】ところで、前記実施形態では、燃料電池１
０を冷却し、あるいは燃料電池１０をしっかりと緊締す
るための力を増大させるべく、室２５に充填材８３を設
けるとともに、それぞれこの室２５は他の単位燃料電池
セルとの間で連通している。これを、ここでは開放型と
称するものとする。
【００６２】そこで、この開放型に対し、密閉型と称さ
れる燃料電池も考えられる。すなわち、一つの単位燃料
電池セルの室２５が他の単位燃料電池セルの室２５との
連通を阻止される構造のものをいう。具体的には、前記
の実施形態において連通路５０、５２が設けられていな
い構造である。この密閉型の燃料電池の構造を模式的に
図９、図１０および図１１に示す。なお、これらの図に
おいて、前記実施形態と同一の構成要素には同一の参照
符号を付し、その詳細な説明を省略する。これらの図か
ら容易に諒解されるとおり、セパレータ本体１５０をア
ノード側セパレータ本体１５０ａとカソード側セパレー
タ本体１５０ｂとに分離構成し、アノード側セパレータ
本体１５０ａに第１セパレータ１６を嵌合し、一方、カ
ソード側セパレータ本体１５０ｂに第３セパレータ１５
２を嵌合して、これらのセパレータ本体１５０ａ、１５
０ｂの間に充填材８３を設けるための室１５６を画成し
ている。前記第３セパレータ１５２には前記第１セパレ
ータ１６の通路２２に直交するように酸化剤ガスを供給
するための通路１５４が画成されている。
【００６３】そして、図１０に示すように、一方のエン
ドプレート９２に対してカソード側セパレータ本体１５
０ａをガスケット６６を介して装着し、前記エンドプレ
ート９２と前記アノード側セパレータ本体１５０ａとの
間に充填材８３を設けるための室１５７ａを画成する。
カソード側セパレータ本体１５０ｂに対してガスケット
６８を臨ませ、このガスケット６８と次なるガスケット
６６との間で電極触媒層６２ａ、固体高分子電解質膜６
０、電極触媒層６２ｂとからなる発電部１２を挟持す
る。従って、カソード側セパレータ本体１５０ｂは、電
極触媒層６２ａに接触することになる。なお、電極触媒
層６２ｂは、アノード側セパレータ本体１５０ａに接触
する（図１１参照）。このような構成を採用して、最終
のエンドプレート９４に対してはガスケット６８を介し
てアノード側セパレータ本体１５０ａが装着される。ア
ノード側セパレータ本体１５０ａは、その内部に設けら
れている第１セパレータ１６が電極触媒層６２ｂに当接
することになる。なお、他方のエンドプレート９４とガ
スケット６６と第１セパレータ１６との間に充填材８３
を設けるための室１５７ｂを画成する。
【００６４】以上のように室１５６、１５７ａ、１５７
ｂがいずれも他の単位燃料電池セルの室と連通していな
い密閉型の燃料電池において、該室１５６、１５７ａ、
１５７ｂに充填材８３が設けられる。この室１５６、１
５７ａ、１５７ｂには、前記の実施形態とは異なり、水
あるいはメタノール、水とメタノールとの混合液等が連
通孔５０、５２を介して導入されることはない。すなわ
ち、外部環境温度あるいは化学的処理若しくは熱等によ
って膨張、収縮あるいは変形する充填材８３が選択され
て前記室１５６、１５７ａ、１５７ｂに装填されている
ために、アノード側セパレータ本体１５０ａおよび／ま
たはカソード側セパレータ本体１５０ｂを該充填材８３
が押圧し、電極触媒層６２ａ、６２ｂにしっかりと圧着
する。この結果、燃料電池１０に十分な緊締力が与えら
れることになる。
【００６５】図１２乃至図１５にさらに他の実施形態を
示す。この実施形態においては、特に、前記実施形態に
示されているセパレータ本体１５０に代えてセパレータ
本体２００を採用するとともに、第４のセパレータ２０
２を採用している。
【００６６】セパレータ本体２００は、前記実施形態に
おけるセパレータ本体１５０と極めて類似しているが、
この場合、前記セパレータ本体１５０を構成している水
平方向に延在する複数の細孔３８、４０並びに垂直方向
に延在する複数の細孔４６、４８に代替して、その断面
中央部分に充填材８３が設けられる室２０４が画成され
ている点で前記セパレータ本体１５０と若干の差異があ
る。そして、このセパレータ本体２００の両側部に大き
く開口する孔部にカソード側押圧板２０６が嵌合し、か
つ他方側にアノード側押圧板２０８が嵌合する。
【００６７】第４セパレータ２０２は、一方の側面から
他方の側面へと大きく貫通する開口部２１０に第１の実
施形態における第１セパレータ１６と第２の実施形態に
おける第３セパレータ１５２とを一体的に合わせた構造
のセパレータ板２１２を嵌合している。なお、図中、参
照符号２１４は、第２実施形態におけるアノード側セパ
レータ本体１５０ａと同一のセパレータ本体を示し、ま
た、参照符号２１６は、カソード側セパレータ本体１５
０ｂと同一のセパレータ本体を示す。
【００６８】これらのセパレータ本体２００、第４セパ
レータ２０２、セパレータ本体２１４、２１６は、図１
４に示すような順序でエンドプレート９２と９４との間
に配置されている。図１５はそれを組み立てた模式的縦
断面図である。
【００６９】そこで、以上のような構成において、室２
５または室２０４に前記の充填材８３ａ〜８３ｇを設け
た場合について、図１６以降を参照して以下に説明す
る。
【００７０】 熱の吸収・放出によって膨張・収縮す
る充填材８３ａを用いた場合（図１６参照） 充填材８３ａは燃料電池の組み立て時までは沸点よりも
低い温度に維持される。組み立てが完了して室温に戻さ
れると、充填材８３ａは沸点以上となるために、膨張し
て燃料電池に対する締付圧を増すとともに発電される電
流密度も増加する。
【００７１】 熱の吸収・放出によって変形する充填
材８３ｂを用いた場合（図１７参照） 燃料電池完成時まで変形する充填材８３ｂ（形状記憶合
金または形状記憶樹脂）の作動温度以下に維持される。
燃料電池完成時以降にこの燃料電池が作動を行おうとす
るとき、前記形状記憶合金または形状記憶樹脂の作動温
度以上に温められる。この結果、この作動温度以上に至
った時点で当該形状記憶合金または形状記憶樹脂は変形
して燃料電池セルの締付圧が増加し、かつ電流密度も増
加する。その際、二方向性効果のある形状記憶合金また
は形状記憶樹脂を用いると、一方向性のものよりもさら
に締付圧を任意に調整することができる。これを図１７
に破線で示す。すなわち、燃料電池の組み立て時および
燃料電池完成時には、形状記憶合金乃至形状記憶樹脂が
作動温度以上で伸びきるようにばねコイル状またはラン
ダムコイル状の形を整えておき、作動温度以上に昇温し
たときに、アノード側およびカソード側電極触媒層に対
してこれらの形状記憶合金乃至形状記憶樹脂が押し広げ
られるように作用する。
【００７２】一方、燃料電池の発電のために、温度制御
特性の向上を図るべく、図１８に示すように、温度制御
用熱交換器３００、冷媒タンク３０２、循環ポンプ３０
４、バルブ３０６を管路３０８で連通し、このバルブ３
０６を図６に示す管継手８８を介して連通孔５０に接続
し、室２５を経て連通孔５２からバルブ３０８を介し再
び温度制御用熱交換器３００に至る循環系を構成する。
【００７３】なお、ここで、一方向性効果を生ずる形状
記憶合金あるいは形状記憶樹脂単品を充填している場合
に、燃料電池セルの温度が形状記憶合金あるいは形状記
憶樹脂の作動温度を超えると、セパレータ内に充填され
た充填材８３が伸び、締付圧を発生する。この場合、燃
料電池の発電が停止または終了し、あるいは燃料電池の
温度が室温に戻ったとしても、一方向性のために締付圧
力は保持されたままの状態が続く。
【００７４】一方、二方向性効果のある形状記憶合金若
しくは形状記憶樹脂を複数組組み合わせて充填材８３と
して使用した場合、燃料電池の温度がそれぞれの形状記
憶合金の作動温度を超えると、セパレータ内に充填され
ている当該形状記憶合金または形状記憶樹脂が順次伸
び、締付圧を段階的に増加させることができる。
【００７５】燃料電池の発電が停止し、または終了した
とき、燃料電池の温度が室温に戻る過程では二方向性の
ために締付圧が段階的に減少するに至る（図１９参
照）。
【００７６】 無機化合物または有機化合物の含浸に
よって膨張、収縮する充填材８３ｃを用いた場合（図２
０参照） この場合、燃料電池セルの組み立てに際しては、乾燥状
態にあるイオン交換樹脂を充填材８３ｃとして用い、室
２５あるいは室２０４内に室温下に充填する。このよう
な状態で該室温条件下に燃料電池セルを組み立て、図２
０のように、管継手８８を介して連通孔５０に管路４０
０を接続する。そして、この管路４００に連通する管路
４０２には、バルブ４０４を嵌挿するとともに水タンク
４０６を連通する。一方、当該管路４００はさらに管路
４０８と連通し、この管路４０８にバルブ４１０を介装
するとともにその他の媒体用のタンク４１２を連結す
る。さらにまた、管路４００は管路４１４と連通し、こ
の管路４１４にバルブ４１６が介装される。管路４１４
には、酸またはアルカリ溶液を貯留するためのタンク４
１８が接続される。なお、連通孔５２にはバルブ４２０
を介装する管路４２２が連通している。
【００７７】以上のような状況下に、管路４００に介装
されたバルブ４０４、４１０および４１６を開く。これ
によって、乾燥状態にある充填材８３に水タンク４０６
から水を供給し、第１の充填材８３を構成するイオン交
換樹脂を湿潤させて膨張せしめる。この結果、燃料電池
セルに対する締付圧が発生する。
【００７８】次に、前記充填材８３の一部を構成する他
のイオン交換樹脂を膨張せしめるべく、タンク４１８の
酸またはアルカリ溶液をバルブ４１６を開成して供給す
る。その際、バルブ４０４は閉じられることは勿論であ
る。
【００７９】続いて、燃料電池セル内に遊離したイオン
を除去するために、純水によって洗浄を行う。水タンク
４０６から純水を供給すれば、この種の洗浄作用は容易
に達成されることが理解できよう。
【００８０】水以外の注入を行ってイオン交換樹脂を湿
潤させることにより膨張せしめるためには、その他の媒
体を貯留するタンク４１２内にイオン交換樹脂を溶解し
ない媒体を貯留させておけばよい。
【００８１】 以上のような構成では、燃料電池の発電
時の締付圧は、イオン交換樹脂の樹脂自体が湿潤するこ
と、あるいは、イオン変換によって樹脂が膨張すること
により締付圧が上昇することによって締付圧が合算され
て現れることになる。燃料電池の発電が停止し、または
終了して燃料電池自体の温度が室温に戻ると、イオン交
換樹脂の湿潤に基因する締付圧あるいはイオン交換樹脂
の湿潤とイオン型変換による樹脂の膨張による締付圧は
もとの状態に戻ることになる。
【００８２】 物質自体の熱分解または化学反応によ
ってガスを生ずる充填材８３ｄを用いた場合（図２１参
照） この種の充填材８３ｄを用いた場合には、燃料電池とし
ては密閉型のものが好ましいが、場合によっては、燃料
電池セルを組み立てた後に連通孔５０、５２を完全に閉
塞するタイプのものでもよい。この充填材８３ｄを用い
る場合には、燃料電池セルとセパレータとの組み立ては
室温で行い、充填材８３ｄの熱分解温度は燃料電池作動
温度領域に存在するものを選択する。従って、室温下に
組み立てられた燃料電池が発電作用を営むと、セパレー
タあるいは燃料セル自体の温度が上昇し、充填材８３ｄ
の熱分解温度を超えると容積が増大し、セパレータ内の
圧力が上昇して締付圧を発生する。熱分解が終了する
と、発生したガス圧は燃料電池発電時の電流密度の増加
現象に伴うセルの内部抵抗に基因する発熱によって上昇
降下を繰り返し、その圧力変化が締付圧の変化となって
現れる。燃料電池がその発電を中止し、若しくは終了し
た時、燃料電池セルの温度が室温に戻る。この過程で
は、温度が下がることによって低下したガス圧に応じた
締付圧に当該圧力が減少するに至る。
【００８３】 熱の吸収・放出によってガスを発生す
る充填材８３ｅを用いた場合（図２２および図２３参
照） 燃料電池セル組み立て時には、室２５または室２０４に
化学的反応が可能な物質を充填材８３ｅとして配設して
おく。燃料電池セルを組み立てた後、連通孔５０に管路
５００を接続する。この管路５００には、バルブ５０
２、５０４が介装され、このバルブ５０４側に反応剤Ｂ
またはＢ＋Ｃ…を貯留するタンク５０６を接続する。一
方、管路５０８をバルブ５１０を介して連通孔５２に接
続する。管路５０８には真空ポンプ５１２が連結されて
いる。
【００８４】このような構成において、先ず、燃料電池
セルを室温下に組み立てる。その際、予め、室２５若し
くは室２０４に化学的反応を惹起する充填材８３ｅを充
填しておく。そこで、真空ポンプ５１２を駆動して燃料
電池セル内に存在するガス、例えば、燃料電池セル保管
用の不活性ガス（窒素、アルゴン、ヘリウム等）を前記
真空ポンプ５１２で脱気除去する。そして、この真空ポ
ンプ５１２によって燃料電池セル内を減圧状態に保ちな
がら、反応剤ＢまたはＢ＋Ｃ…をタンク５０６からバル
ブ５０４、５０２の開成作用下に当該燃料電池セル内に
送り込む。
【００８５】充填材８３ｅとこのタンク５０６から供給
された物質とが反応して発熱作用を営むとき、図２３に
示すように、一時的な温度上昇が得られる。
【００８６】前記のように、充填材８３ｅとタンク５０
６から供給された物質によって生起される化学的反応に
より発生したガス圧は、前記化学的反応が可逆的な平行
状態を得ることが可能な場合には、タンク５０６からの
物質の供給量に関係なく反応系の平行状態に応じたガス
圧値に留まる。従って、そのガス圧値で燃料電池セルが
締め付けられることになる。
【００８７】一方、充填材８３ｅと化学的反応が可逆的
な平行状態を有しない場合には、タンク５０６から供給
される物質の仕込み量に応じたガスが発生する。この結
果、燃料電池完成後のセパレータの内圧を選択する物質
如何によって事前に選択可能である。なお、このような
構成では、燃料電池が発電作用を営むと、その締付圧は
当該燃料電池から得られる電流密度の増加・減少に伴っ
て変動する内部抵抗に依存する。すなわち、内部抵抗が
変化することによってガス圧が上昇若しくは下降する。
【００８８】燃料電池がその発電作用を停止しまたは終
了したとき、セル温度自体が室温に戻ると、セパレータ
内のガスの温度も室温になるために、化学的反応によっ
て生起したガス発生時の締付圧の状態に戻ることにな
る。
【００８９】 熱の吸収・放出によってガスを放出・
吸収する充填材８３ｆを用いた場合（図２３参照） この実施形態においては、セパレータ組み立て時に予め
化学的反応させる物質を室２５または２０４内に充填す
る。燃料電池セルの組み立てが完成した後、予め充填し
ておいた物質と反応する物質を、図２２に示すように、
タンク５０６から供給する。その際に、真空ポンプ５１
２を用いて燃料電池セル内に存在する、例えば、燃料電
池セル保管用の不活性ガス（窒素、アルゴン、ヘリウム
等）を脱気除去しておく。
【００９０】そこで、燃料電池セル内を減圧状態に維持
したままで前記の如くタンク５０６から予め充填してお
いた物質と反応する物質を供給すると、充填材８３ｅと
の間で化学的反応が生ずるに至る。反応が発熱反応の場
合には、図２３に示すように、一時的な温度上昇を生起
する。化学的反応によって発生したガス圧は、当該化学
的反応が可逆的な平行状態を有する場合には、前記のよ
うにタンク５０６から供給される物質の量に関係なく反
応系の平行状態に応じた値に留まる。
【００９１】一方、化学的反応が可逆的な平行状態を有
しない場合には、物質の供給量に応じたガスを発生す
る。このため、燃料電池完成後のセパレータの内圧を物
質の供給量に応じて事前に選択することができる。
【００９２】燃料電池が発電した際の締付圧は、電流密
度の増加あるいは減少に伴う燃料電池セルの内部抵抗の
発熱量の変化として捉えられる。たとえば、発熱量が大
になるとガス圧が上昇し、発熱量が小になるとガス圧は
下降する。
【００９３】燃料電池の発電作用が停止し、若しくは終
了すると、燃料電池セルの温度が室温に戻される。この
結果、セパレータ内のガスの温度も室温に戻るため、充
填材８３ｅとタンク５０６から供給される物質に基づく
化学的反応によって当初得られた、すなわち、ガス発生
時の締付圧の状態に戻ることになる。また、セパレータ
の組み立ては室温で行い、室２５若しくは室２０４に金
属水素化物を設ける。当該金属水素化物の分解温度は、
燃料電池作動領域に存在することから、複数の金属水素
化物の組み合わせを考慮してもよい。この実施形態で
は、しかしながら、単一の金属水素化物を用いている。
【００９４】そこで、燃料電池の組み立て時に、充填材
８３ｇは、金属水素化物の水素放出温度を超えるとこれ
が水素ガスを放出するに至るため、セパレータの圧力が
上昇して締付圧を発生する。水素ガスの放出が終了する
と、水素ガスに基づく圧力は燃料電池発電時の電流密度
の増加・減少に伴うセルの内部抵抗に基因した発熱によ
って上昇あるいは降下するに至る。従って、その圧力変
化が水素ガスによる燃料電池セルの締付圧として現れて
くる。
【００９５】燃料電池の発電作用が一時的に停止し、ま
たは終了すると、室温に戻る過程でセルの温度が下が
り、放出した水素ガスを金属水素化物が吸収し始める。
従って、水素ガスの圧力は低下し、締付圧も減少する。
燃料電池セルの温度が室温に戻ると、締付圧は燃料電池
セルの組み立て完成時と同様の値を示すことになる。
【００９６】 熱によって変位する充填材８３ｇを用
いた場合（図２５参照） この実施形態では、先ず、燃料電池セルの組み立てを室
温下で行う。その際、第１セパレータ１６あるいは第３
セパレータ１５２を形状記憶合金そのもので構成してお
く。そこで、形状記憶合金の作動温度は、燃料電池の作
動温度と室温の間に存在するものを選択し、その際、一
方向に形状を変化させる形状記憶合金と二方向に形状を
変化させることができる形状記憶合金のいずれであって
もよい。
【００９７】このような構成において、温度制御特性を
向上させるために、図１８と同様に、温度制御用熱交換
器、冷媒タンク、循環ポンプをそれぞれ連通孔５０、５
２に連結しておく。そこで、一方向性効果を生ずる形状
記憶合金を用いた場合には、燃料電池の作動温度が当該
形状記憶合金の作動温度を超えると、第１セパレータ１
６と第３セパレータ１５２とが変位して締付圧を増加さ
せる。燃料電池の発電作用が停止し、または終了し、セ
ルの温度が室温に戻っても、一方向性効果のために締付
圧は保持されたままの状態が続くことになる。
【００９８】一方、二方向性効果の形状記憶合金を複数
組み合わせた場合に、それぞれの形状記憶合金の作動温
度を超えるように燃料電池セルに所定の温度が発生する
と、燃料電池内のそれぞれの形状記憶合金が順次変形し
て、締付圧は段階的に増加するに至る。燃料電池の発電
作用が停止または終了し、あるいは、セルの温度が戻る
過程では、二方向性効果のために締付圧は段階的に減少
することになる（図２５参照）。
【００９９】
【発明の効果】本発明に係る燃料電池およびその締付方
法によれば、以下の効果が得られる。
【０１００】本発明によれば、セパレータの内部に膨張
・収縮する充填材、あるいは化学的反応を惹起する物
質、さらには物質自体が熱等に基因して変形するものを
配置し、これによって燃料電池セルをその組み立て終了
後、またはその作動時に締め付けるように構成してい
る。従って、単位燃料電池セルに対する締付圧が平均化
し、取り出される出力が実質的に略等しくなる、すなわ
ち、イオン導電および電子導電にかかる接触抵抗等のバ
ラツキもなく、安定して出力を取り出せるという効果が
得られる。
【０１０１】さらにまた、きわめて簡単な構造で均等に
締付圧を得ることができるため、廉価に製造することが
できるという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池の一部省略分解斜視図で
ある。
【図２】図１のセパレータの別の方向から見た斜視図で
ある。
【図３】図２のセパレータの一部切欠斜視図である。
【図４】図１に示す燃料電池の分解断面図である。
【図５】図１の燃料電池に組み込まれるガスケットの斜
視図である。
【図６】図１に示す燃料電池セルの組み立て状態の斜視
図である。
【図７】一方のエンドプレートの斜視図である。
【図８】他の実施形態のセパレータの分解斜視図であ
る。
【図９】本発明に係るセパレータの概略縦断面図であ
る。
【図１０】図９に示すセパレータと燃料電池とエンドプ
レートの組み合わせ状態を示す概略構成図である。
【図１１】図１０の燃料電池セルをスタックした状態の
縦断面図である。
【図１２】第１セパレータと第２セパレータと第４セパ
レータの配置状態を示す縦断面図である。
【図１３】セパレータ本体の縦断面図である。
【図１４】図１２と図１３と既に述べたガスケットとを
組み合わせるための分解縦断面図である。
【図１５】図１４に示すそれぞれの構成要素を組み付け
た状態の縦断面図である。
【図１６】温度と締付圧と電流密度との関係を示す特性
曲線図である。
【図１７】形状記憶合金等を充填材として用いた場合の
温度と締付圧と電流密度の関係を示す特性曲線図であ
る。
【図１８】本発明に係る燃料電池に冷媒系を組み込んだ
状態の概略構成図である。
【図１９】イオン交換樹脂を充填材として用いた際の温
度と締付圧と電流密度との関係を示す特性曲線図であ
る。
【図２０】無機化合物または有機化合物を含浸させるこ
とにより締付圧を発生するための燃料電池の概略構成を
示す縦断面図である。
【図２１】充填物質が熱分解することによって締付圧を
発生するための温度と締付圧と電流密度との関係を示す
グラフである。
【図２２】化学的反応によって締付圧を発生するための
系を組み込む燃料電池の概略構成縦断面図である。
【図２３】化学的物質を付加することによって締付圧を
発生する温度と締付圧と電流密度との関係を示す特性曲
線図である。
【図２４】金属水素化物から放出される水素の圧力を利
用して締付圧を発生するための温度と締付圧と電流密度
との関係を示すグラフである。
【図２５】形状記憶合金または形状記憶樹脂を用いるこ
とによって燃料電池セルを構成する部材を変形して締付
圧を発生するための温度と締付圧と電流密度との関係を
示すグラフである。
【符号の説明】
１０…燃料電池 １６、１８、１５２、２
０２…セパレータ ２０、２６…リブ ３０…シール部材 ６０…固体高分子電解質膜 ６２ａ、６２ｂ…電極触
媒層 ６６、６８…ガスケット ８３、８３ａ〜８３ｈ…
充填材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/02 - 8/24

Claims (48)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】アノード側電極板およびカソード側電極板
    を有する発電部とセパレータとを備えた燃料電池セルを
    複数個積層した燃料電池において、前記セパレータはそ
    の内部に密閉空間を画成した室を含み、前記室内に熱の
    吸収・放出によって膨張・収縮する充填材を設け、前記
    充填材の熱の吸収・放出に基因して前記セパレータが少
    なくとも前記アノード側電極板またはカソード側電極板
    のいずれか一方に変位することにより、それぞれの燃料
    電池セルに対する締付力の増減を行うことを特徴とする
    燃料電池。
  2. 【請求項２】請求項１記載の燃料電池において、熱の吸
    収・放出によって膨張・収縮する充填材は燃料電池作動
    温度以下の温度の沸点を有することを特徴とする燃料電
    池。
  3. 【請求項３】請求項２記載の燃料電池において、前記充
    填材は燃料電池の構成要素に対し非反応性の物質からな
    ることを特徴とする燃料電池。
  4. 【請求項４】請求項３記載の燃料電池において、前記充
    填材は無機化合物または有機化合物からなることを特徴
    とする燃料電池。
  5. 【請求項５】請求項４記載の燃料電池において、前記無
    機化合物または前記有機化合物が以下に示されるものの
    いずれか一つ若しくはそれらの適宜の組み合わせからな
    ることを特徴とする燃料電池。 無機化合物：水、アンモニア、二酸化炭素（ドライアイ
    スを含む）、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、ネオ
    ン、ラドン、キセノン、クリプトン、酸素 有機化合物： ・アルコール：メタノール、エタノール、イソプロパノ
    ール ・アルデヒド／ケトン：アセトアルデヒド、アセトン、
    エチルメチルケトン、ホルムアルデヒド ・エーテル：エチルプロピルエーテル、エチルメチルエ
    ーテル、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル、ジイソ
    プロピルエーテル ・飽和炭化水素：メタン、エタン、プロパン、ブタン、
    ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、イソヘキサン ・環状化合物：シクロブタン、シクロプロパン、シクロ
    ヘキサン、シクロペンタン、ヘキサフルオロベンゼン、
    ペルフルオロシクロヘキサン ・エステル：蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸メチル、酢
    酸エチル、酢酸ビニル
  6. 【請求項６】アノード側電極板およびカソード側電極板
    を有する発電部とセパレータとを備えた燃料電池セルを
    複数個積層した燃料電池において、前記セパレータはそ
    の内部に密閉空間を画成した室を含み、前記室内に熱の
    吸収・放出によって変形する充填材を設け、前記充填材
    の変形に基因して前記セパレータが少なくとも前記アノ
    ード側電極板またはカソード側電極板のいずれか一方に
    変位することにより、それぞれの燃料電池セルに対する
    締付力の増減を行うことを特徴とする燃料電池。
  7. 【請求項７】請求項６記載の燃料電池において、前記熱
    の吸収・放出によって変形する充填材は一方向または二
    方向に変形する、記憶効果を有する形状記憶合金である
    ことを特徴とする燃料電池。
  8. 【請求項８】請求項６または７記載の燃料電池におい
    て、前記充填材はコイルスプリング状またはランダムコ
    イル状であることを特徴とする燃料電池。
  9. 【請求項９】請求項６乃至８のいずれか１項に記載の燃
    料電池において、前記充填材はニッケル・チタン合金ま
    たは銅・亜鉛・アルミニウム合金であることを特徴とす
    る燃料電池。
  10. 【請求項１０】請求項６記載の燃料電池において、前記
    熱の吸収・放出によって変形する充填材は形状記憶樹脂
    であることを特徴とする燃料電池。
  11. 【請求項１１】請求項１０記載の燃料電池において、形
    状記憶樹脂は、ポリノルボルネン樹脂、ポリエステルを
    主要成分としたポリマーアロイ、ウレタンエラストマ
    ー、トランスポリイソプレン架橋樹脂のいずれか若しく
    はこれらの組み合わせからなることを特徴とする燃料電
    池。
  12. 【請求項１２】アノード側電極板およびカソード側電極
    板を有する発電部とセパレータとを備えた燃料電池セル
    を複数個積層した燃料電池において、前記セパレータは
    その内部に密閉空間を画成した室を含み、前記室内に無
    機化合物または有機化合物を含浸して膨張・収縮する充
    填材を設け、前記充填材の膨張・収縮に基因して前記セ
    パレータが少なくとも前記アノード側電極板またはカソ
    ード側電極板のいずれか一方に変位することにより、そ
    れぞれの燃料電池セルに対する締付力の増減を行うこと
    を特徴とする燃料電池。
  13. 【請求項１３】請求項１２記載の燃料電池において、前
    記充填材は陽イオン交換樹脂または陰イオン交換樹脂あ
    るいは陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合物で
    あることを特徴とする燃料電池。
  14. 【請求項１４】請求項１３記載の燃料電池において、前
    記陽イオン交換樹脂は、母体構造がスチレン系、メタク
    リル系、アクリル系、ポリテトラフルオロエチレンであ
    り、官能基がスルホン酸基、カルボン酸基、アミノ燐酸
    基、ジチオカルバミン酸基、イミノジ酢酸基、アミノカ
    ルボン酸基のいずれかであり、前記陰イオン交換樹脂
    は、母体構造がスチレン系、メタクリル系、アクリル
    系、フェノール系、ポリテトラフルオロエチレンであ
    り、官能基が第４級アンモニウム塩基、第２級アミン
    基、第３級アミン基のいずれかであることを特徴とする
    燃料電池。
  15. 【請求項１５】請求項１２記載の燃料電池において、前
    記充填材が吸水性ゲルまたは吸水性樹脂材であることを
    特徴とする燃料電池。
  16. 【請求項１６】請求項１５記載の燃料電池において、前
    記充填材がアクリル酸、ビニルアルコール共重合体また
    はアクリル酸ソーダ重合体であることを特徴とする燃料
    電池。
  17. 【請求項１７】請求項１２記載の燃料電池において、前
    記充填材がスメクタイト系粘土鉱物またはポリアミドあ
    るいはスメクタイト系粘土鉱物とポリアミドとの混合物
    であることを特徴とする燃料電池。
  18. 【請求項１８】請求項１７記載の燃料電池において、前
    記充填材に無機化合物あるいは有機化合物のいずれか一
    つが含浸されることを特徴とする燃料電池。
  19. 【請求項１９】請求項１８記載の燃料電池において、無
    機化合物、有機化合物が以下に示されるもののいずれか
    一つ若しくはそれらの適宜の組み合わせからなることを
    特徴とする燃料電池。 無機化合物：水、アンモニア 有機化合物： ・アルコール：メタノール、エタノール、イソプロパノ
    ール ・アルデヒド／ケトン：アセトアルデヒド、アセトン、
    エチルメチルケトン、ホルムアルデヒド ・エーテル：エチルプロピルエーテル、エチルメチルエ
    ーテル、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル、ジイソ
    プロピルエーテル
  20. 【請求項２０】アノード側電極板およびカソード側電極
    板を有する発電部とセパレータとを備えた燃料電池セル
    を複数個積層した燃料電池において、前記セパレータは
    その内部に密閉空間を画成した室を含み、前記室内に熱
    の吸収・放出によって膨張・収縮する第１の充填材と、
    無機化合物または有機化合物を含浸して膨張・収縮する
    第２の充填材とを設け、前記第１の充填材の熱の吸収・
    放出と第２の充填材の膨張・収縮に基因して前記セパレ
    ータが少なくとも前記アノード側電極板またはカソード
    側電極板のいずれか一方に変位することにより、それぞ
    れの燃料電池セルに対する締付力の増減を行うことを特
    徴とする燃料電池。
  21. 【請求項２１】請求項２０記載の燃料電池において、第
    １の充填材は燃料電池の作動温度以下の温度の沸点を有
    する物質であることを特徴とする燃料電池。
  22. 【請求項２２】請求項２１記載の燃料電池において、第
    １の充填材が以下に示されるもののいずれか一つ若しく
    はそれらの適宜の組み合わせからなることを特徴とする
    燃料電池。 無機化合物：水、アンモニア、二酸化炭素（ドライアイ
    スを含む）、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、ネオ
    ン、ラドン、キセノン、クリプトン、酸素 有機化合物： ・アルコール：メタノール、エタノール、イソプロパノ
    ール ・アルデヒド／ケトン：アセトアルデヒド、アセトン、
    エチルメチルケトン、ホルムアルデヒド ・エーテル：エチルプロピルエーテル、エチルメチルエ
    ーテル、ビエチルエーテル、ジメチルエーテル、ジイソ
    プロピルエーテル ・飽和炭化水素：メタン、エタン、プロパン、ブタン、
    ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、イソヘキサン ・環状化合物：シクロブタン、シクロプロパン、シクロ
    ヘキサン、シクロペンタン、ヘキサフルオロベンゼン、
    ペルフルオロシクロヘキサン ・エステル：蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸メチル、酢
    酸エチル、酢酸ビニル
  23. 【請求項２３】請求項２０乃至２２のいずれか１項に記
    載の燃料電池において、第２の充填材は、イオン交換樹
    脂、吸水性ゲル、吸水性樹脂、スメクタイト系粘土鉱
    物、ポリアミドのいずれか一つまたはこれらの任意の組
    み合わせからなる混合物であることを特徴とする燃料電
    池。
  24. 【請求項２４】請求項２３記載の燃料電池において、第
    ２の充填材を構成するイオン交換樹脂は、陽イオン交換
    樹脂または陰イオン交換樹脂のいずれか一方であって、 前記陽イオン交換樹脂の母体構造がスチレン系、メタク
    リル系、アクリル系、ポリテトラフルオロエチレンであ
    り、官能基がスルホン酸基、カルボン酸基、アミノ燐酸
    基、ジチオカルバミン酸基、イミノジ酢酸基、アミノカ
    ルボン酸基のいずれかであり、 前記陰イオン交換樹脂の母体構造がスチレン系、メタク
    リル系、アクリル系、フェノール系、テフロン系であ
    り、官能基が第４級アンモニウム塩基、第２級アミン
    基、第３級アミン基のいずれかであることを特徴とする
    燃料電池。
  25. 【請求項２５】アノード側電極板およびカソード側電極
    板を有する発電部とセパレータとを備えた燃料電池セル
    を複数個積層した燃料電池において、前記セパレータは
    その内部に密閉空間を画成した室を含み、前記室内に熱
    の吸収・放出によって熱分解してガスを生起する第１の
    充填材または化学的反応によってガスを生起する第２の
    充填材を設け、前記熱分解または前記化学的反応により
    発生するガスによって前記室内の容積を膨張させて、前
    記セパレータが少なくとも前記アノード側電極板または
    カソード側電極板のいずれか一方に変位することによ
    り、それぞれの燃料電池セルに対する締付力の増加を行
    うことを特徴とする燃料電池。
  26. 【請求項２６】請求項２５記載の燃料電池において、第
    １の充填材はそれ自体の物性によって該燃料電池の作動
    温度に基因する熱分解により発生したガスによって前記
    室の容積を変化せしめることを特徴とする燃料電池。
  27. 【請求項２７】請求項２５または２６記載の燃料電池に
    おいて、第２の充填材は燃料電池の作動温度よりも低い
    温度の沸点を有するガスを発生することを特徴とする燃
    料電池。
  28. 【請求項２８】請求項２５乃至２７のいずれか１項に記
    載の燃料電池において、前記発生するガスは水素ガスで
    あって、前記水素ガスは金属と酸、金属と塩基、金属と
    水、金属とアルコール、金属水素化物と水の以下の組み
    合せから発生することを特徴とする燃料電池。 ・金属と酸：亜鉛または遷移金属と塩酸、アルカリ土類
    金属と酸 ・金属と塩基：アルミニウムまたはケイ素と水酸化ナト
    リウム、アルカリ金属とアンモニア ・金属と水：アルカリ金属またはアルカリ土類金属と水 ・金属とアルコール：アルカリ金属またはアルカリ土類
    金属とアルコール ・金属水素化物と水：水素化リチウムまたはアルカリ土
    類金属の水素化物と水、水素化ホウ素ナトリウムまたは
    水素化アルミニウムナトリウムと水
  29. 【請求項２９】請求項２５乃至２７のいずれか１項に記
    載の燃料電池において、前記発生するガスは窒素ガスで
    あって、前記窒素ガスは亜硝酸アンモニウムの加熱分解
    から得られることを特徴とする燃料電池。
  30. 【請求項３０】請求項２５乃至２７のいずれか１項に記
    載の燃料電池において、前記発生するガスは炭酸ガスで
    あって、前記炭酸ガスは炭酸塩と酸、炭酸水素ナトリウ
    ムの加熱分解、炭酸塩の加熱分解、炭酸塩と金属酸化物
    のいずれかから得られ、 炭酸塩と酸は炭酸カルシウムと塩酸であり、 炭酸塩の加熱分解は炭酸マグネシウムの加熱分解であ
    り、 炭酸塩と金属酸化物は酸化ケイ素と炭酸ナトリウムの共
    融反応であることを特徴とする燃料電池。
  31. 【請求項３１】請求項２５乃至２７のいずれか１項に記
    載の燃料電池において、前記発生するガスはアンモニア
    ガスであって、 前記アンモニアガスはアンモニウム塩と塩基、金属窒化
    物と水、アミドと水、アンモニウム塩の加熱分解のいず
    れかから得られ、 アンモニウム塩と塩基は塩化アンモニウムと水酸化カル
    シウムであり、 金属窒化物と水は窒化マグネシウムまたは窒化カルシウ
    ムと水であり、 アミドと水はナトリウムアミドと水であり、 アンモニウム塩の加熱分解は炭酸アンモニウムの加熱分
    解であることを特徴とする燃料電池。
  32. 【請求項３２】請求項２５乃至２７のいずれか１項に記
    載の燃料電池において、前記発生するガスは酸素ガスで
    あって、 前記酸素ガスは金属酸化物と酸化剤、塩と酸化剤、酸化
    剤の分解、金属酸化物の分解、塩の分解のいずれかから
    得られ、 金属酸化物と酸化剤は酸化銀または酸化鉛と過酸化水
    素、酸化鉛と硫酸、過マンガン酸カリウムと過酸化水
    素、過マンガン酸カリウムと過酸化水素と硫酸、二酸化
    マンガンと過酸化水素と硫酸のいずれかであり、 塩と酸化剤はさらし粉と過酸化水素であり、 酸化剤の分解は過酸化水素の分解であり、 金属酸化物の分解は酸化銅、または酸化銀の熱分解であ
    り、 塩の分解は塩素酸カリウムの熱分解であることを特徴と
    する燃料電池。
  33. 【請求項３３】請求項２７記載の燃料電池において、第
    ２の充填剤は、以下の燃料電池作動温度以下で大気圧以
    上の水素ガス放出圧を示す金属水素化物であることを特
    徴とする燃料電池。 ・固体高分子電解質膜型燃料電池 ： １２０℃以下 ・直接メタノール／空気燃料電池 ： １００℃以下 ・アルカリ電解質型燃料電池 ： １００℃以下 ・燐酸型燃料電池 ： ２００℃以下 ・溶融炭酸塩型燃料電池 ： ６５０℃以下 ・固体電解質膜型燃料電池 ： １０００℃以下
  34. 【請求項３４】アノード側電極板およびカソード側電極
    板を有する発電部とセパレータとを備えた燃料電池セル
    を複数個積層した燃料電池において、前記セパレータは
    その内部に密閉空間を画成した室を含み、前記セパレー
    タの一部が、以下に示す燃料電池作動温度以下の作動温
    度を持つ形状記憶合金であり、熱に基因して少なくとも
    アノード側電極板またはカソード側電極板のいずれか一
    方に変位することによって、それぞれの燃料電池セルに
    対する締付力の増減を行うことを特徴とする燃料電池。 ・固体高分子電解質膜型燃料電池 ： １２０℃以下 ・直接メタノール／空気燃料電池 ： １００℃以下 ・アルカリ電解質型燃料電池 ： １００℃以下 ・燐酸型燃料電池 ： ２００℃以下 ・溶融炭酸塩型燃料電池 ： ６５０℃以下 ・固体電解質膜型燃料電池 ： １０００℃以下
  35. 【請求項３５】アノード側電極板およびカソード側電極
    板を有する発電部とセパレータとを備えた燃料電池セル
    を複数個積層した燃料電池において、 前記セパレータはその内部に当該燃料電池セル自体を冷
    却するために冷媒を供給する冷却空間を画成するととも
    に、該冷却空間内に前記冷媒によって膨張する充填材を
    配設し、前記充填材の膨張によって前記セパレータが少
    なくとも前記アノード側電極板またはカソード側電極板
    のいずれか一方に変位することにより、それぞれの燃料
    電池セルに対する締付力の増加を行うことを特徴とする
    燃料電池。
  36. 【請求項３６】請求項３５記載の燃料電池において、前
    記冷媒が水またはアルコール、あるいは水とアルコール
    の混合液であることを特徴とする燃料電池。
  37. 【請求項３７】請求項３５または３６記載の燃料電池に
    おいて、前記充填材がイオン交換樹脂または吸水性ポリ
    マーであることを特徴とする燃料電池。
  38. 【請求項３８】請求項３５乃至３７のいずれか１項に記
    載の燃料電池において、前記セパレータは多孔質体から
    なることを特徴とする燃料電池。
  39. 【請求項３９】請求項３８記載の燃料電池において、前
    記多孔質体は炭素繊維からなることを特徴とする燃料電
    池。
  40. 【請求項４０】請求項３５乃至３９のいずれか１項に記
    載の燃料電池において、前記充填材に供給される冷媒が
    水とメタノールの混合溶剤であることを特徴とする燃料
    電池。
  41. 【請求項４１】アノード側電極板およびカソード側電極
    板を有する発電部とセパレータとを備えた燃料電池セル
    を複数個積層した燃料電池の締付方法において、 前記セパレータはその内部に当該燃料電池セル自体を冷
    却するために冷媒を供給する冷却空間を画成するととも
    に、該冷却空間内に配設された充填材に前記冷媒を供給
    して該充填材を膨潤させ、前記セパレータが少なくとも
    前記アノード側電極板またはカソード側電極板のいずれ
    か一方に変位することにより、それぞれの燃料電池セル
    に対する締付力の増加を行うことを特徴とする燃料電池
    の締付方法。
  42. 【請求項４２】アノード側電極板およびカソード側電極
    板を有する発電部とセパレータとを備えた燃料電池セル
    を複数個積層した燃料電池の締付方法において、 前記燃料電池の所定位置の前記セパレータの内部に画成
    された室に備えられた充填材の沸点よりも低い温度に該
    セパレータを冷却し、 前記セパレータを冷却したままの状態で前記燃料電池セ
    ルを積層して燃料電池スタックを組み立て、 前記組み立てられた燃料電池を前記充填材の沸点以上の
    温度に高め、 該充填材の熱膨張により前記燃料電池セルを締め付ける
    ことを特徴とする燃料電池の締付方法。
  43. 【請求項４３】請求項４２記載の方法において、前記充
    填材の沸点以上の温度は該燃料電池を組み立てる室内の
    室温であることを特徴とする燃料電池の締付方法。
  44. 【請求項４４】請求項４２または４３記載の方法におい
    て、前記燃料電池セルの締付圧は、該燃料電池の発電時
    に生ずる電流密度の増加または減少に伴って生ずる燃料
    電池セルの内部抵抗の変動に基因して、充填材の熱膨張
    による圧力の増加または減少により変化することを特徴
    とする燃料電池の締付方法。
  45. 【請求項４５】アノード側電極板およびカソード側電極
    板を有する発電部とセパレータとを備えた燃料電池セル
    を複数個積層した燃料電池の締付方法において、 前記燃料電池の所定位置の前記セパレータの内部に画成
    された室に備えられた充填材が、無機化合物または有機
    化合物を含浸して膨張または収縮することにより、前記
    セパレータが少なくとも前記アノード側電極板またはカ
    ソード側電極板のいずれか一方に変位してそれぞれの燃
    料電池セルに対する締付力の増減を行うことを特徴とす
    る燃料電池の締付方法。
  46. 【請求項４６】請求項４５記載の方法において、前記無
    機化合物または前記有機化合物を含浸して膨張または収
    縮する前記充填材は、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換
    樹脂、吸水性ゲル、吸水性樹脂、スメクタイト系粘土鉱
    物およびポリアミドのいずれか一つまたはこれらの任意
    の組み合わせであることを特徴とする燃料電池の締付方
    法。
  47. 【請求項４７】アノード側電極板およびカソード側電極
    板を有する発電部とセパレータとを備えた燃料電池セル
    を複数個積層した燃料電池の締付方法において、 前記燃料電池の所定位置の前記セパレータの内部に画成
    された室内に備えられた充填材がそれ自体化学的反応ま
    たは該燃料電池の作動温度による熱分解でガスを発生
    し、前記ガスの圧力に基因して前記室内の容積を膨張さ
    せ、前記セパレータが少なくとも前記アノード側電極板
    またはカソード側電極板のいずれか一方に変位すること
    により、それぞれの燃料電池セルに対する締付力の増加
    を行うことを特徴とする燃料電池の締付方法。
  48. 【請求項４８】アノード側電極板およびカソード側電極
    板を有する発電部とセパレータとを備えた燃料電池セル
    を複数個積層した燃料電池の締付方法において、 前記燃料電池の所定位置の前記セパレータの内部に画成
    された室に備えられた充填材が熱の吸収または放出によ
    ってガスを発生または吸収し、該ガスの発生または吸収
    によって前記室内の容積を変化させることにより、前記
    セパレータが少なくとも前記アノード側電極板またはカ
    ソード側電極板のいずれか一方に変位することにより、
    それぞれの燃料電池セルに対する締付力の増減を行うこ
    とを特徴とする燃料電池の締付方法。
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