JP5351003B2 - 燃料電池スタック及びその始動方法 - Google Patents

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端には、一対のエンドプレートが設けられて前記燃料電池に積層方向に荷重を付与する燃料電池スタック及びその始動方法に関する。

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発電ユニットを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数（例えば、数百）の発電ユニットを積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

この種の燃料電池では、カソード側電極に供給される酸化剤ガス（例えば、空気）と、アノード側電極に供給される燃料ガス（例えば、水素含有ガス）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ている。このため、発電により水が生成されており、生成水の滞留を防止するために、前記生成水を除去する必要がある。

そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムは、燃料電池スタックのセル積層方向の締付荷重を調節可能な圧力制御機構と、運転停止時に、前記圧力制御機構によって前記燃料電池スタックの締付荷重を調節しつつガス流路へガスを供給して掃気するガス供給処理を行う制御部と、を備えている。

これにより、運転停止時に、燃料電池スタックの締付荷重を調節することにより、生成水をガス流路へ円滑に導き出しつつガス流路内に供給したガスによって水を円滑に排出させることができる。具体的には、運転停止時に、締付荷重を減少させることにより、セル内におけるセル構成要素間の接触面圧を低減させて排水性を向上させ、生成水の排出の円滑化を図ることができる、としている。

特開２００７−１１５４９２号公報

ところで、燃料電池スタックには、反応ガスの供給及び排出を行うためのガスマニホールドが取り付けられており、このガスマニホールドでは、放熱が大きいため、結露し易い。従って、燃料電池スタックの運転が停止された後、再度、起動させる際に、ガスマニホールド内の結露水が、前記燃料電池スタック内に流入する場合がある。このため、ガスマニホールド側のセル（燃料電池）では、ガス流路に結露水が滞留し易くなり、ガス供給量の不足によりセル電圧が低下して発電性能の悪化及びセルの劣化等が惹起されるという問題がある。

しかしながら、上記の特許文献１では、燃料電池スタック全体の締付荷重を調節するだけであり、ガスマニホールド側のセルに付与される前記締付荷重のみを低下させることができない。これにより、発電性能が低下し、効率的な発電処理が遂行されな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、簡単な構成及び工程で、外部から流入する結露水を確実に除去することができ、燃料電池の発電性能を良好に向上させることが可能な燃料電池スタック及びその始動方法を提供することを目的とする。

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端には、一対のエンドプレートが設けられて前記燃料電池に積層方向に荷重を付与する燃料電池スタック及びその始動方法に関するものである。

この燃料電池スタックは、少なくとも一方のエンドプレートに隣接して配置される燃料電池に付与される荷重を、積層方向中央側に配置される前記燃料電池に付与される前記荷重よりも小さく調整する荷重調整機構を備えている。

ここで、荷重調整機構は、燃料電池スタック内に配設されるプレート部材と、前記プレート部材を積層方向一方に移動させることにより、該プレート部材の積層方向他方の面側に配置される燃料電池に付与される荷重を、該プレート部材の前記積層方向一方の面側に配置される前記燃料電池に付与される前記荷重よりも小さく調整する稼動部とを備える。

さらに、この燃料電池スタックの始動方法は、燃料電池スタックの始動時に、少なくとも一方のエンドプレートに隣接して配置される燃料電池に付与される荷重を、積層方向中央側に配置される前記燃料電池に付与される前記荷重よりも小さく調整している。

さらにまた、この始動方法では、燃料電池スタック内に配設されるプレート部材を、積層方向一方に移動させることにより、該プレート部材の積層方向他方の面側に配置される燃料電池に付与される荷重を、該プレート部材の前記積層方向一方の面側に配置される前記燃料電池に付与される前記荷重よりも小さく調整する。

本発明によれば、積層方向端部側に配置される燃料電池に付与される荷重が、積層方向中央側に配置される前記燃料電池に付与される前記荷重よりも小さく調整されている。このため、積層方向端部側に配置される燃料電池の反応ガス流路は、流路断面積が拡大され、反応ガスは、結露水を伴って前記反応ガス流路に沿って容易に流通することができる。

従って、燃料電池の電圧低下を抑制することが可能になり、発電性能の悪化及び燃料電池の劣化を阻止することができる。これにより、簡単な構成及び工程で、外部から流入する結露水を確実に除去することが可能になり、燃料電池の発電性能を良好に向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの概略側面説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの断面説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する荷重調整機構の斜視説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックの概略側面説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックの概略側面説明図である。

図１及び図２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、複数の燃料電池１２が矢印Ａ方向（水平方向又は鉛直方向）に積層されるとともに、前記燃料電池１２の積層方向一端には、ターミナルプレート１４ａ、絶縁プレート１６ａ及びエンドプレート１８ａが配設される。燃料電池１２の積層方向他端には、ターミナルプレート１４ｂ、絶縁プレート１６ｂ及びエンドプレート１８ｂが配設される。

図３及び図４に示すように、燃料電池１２は、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２０が、第１及び第２セパレータ２２、２４に挟持される。第１及び第２セパレータ２２、２４は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した縦長形状の金属板により構成される。第１及び第２セパレータ２２、２４は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第１及び第２セパレータ２２、２４は、例えば、カーボンセパレータにより構成してもよい。

燃料電池１２の矢印Ｃ方向（図３中、鉛直方向）の上端縁部には、積層方向である矢印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２６ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔２８ａ、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３０ａが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。

燃料電池１２の矢印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３０ｂ、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔２８ｂ、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２６ｂが、矢印Ｂ方向に配列して設けられる。

第１セパレータ２２の電解質膜・電極構造体２０に向かう面２２ａには、酸化剤ガス入口連通孔２６ａと酸化剤ガス出口連通孔２６ｂとに連通する酸化剤ガス流路３２が設けられる。

第２セパレータ２４の電解質膜・電極構造体２０に向かう面２４ａには、燃料ガス入口連通孔３０ａと燃料ガス出口連通孔３０ｂとに連通する燃料ガス流路３４が設けられる。

互いに隣接する燃料電池１２を構成する第１セパレータ２２の面２２ｂと、第２セパレータ２４の面２４ｂとの間には、冷却媒体入口連通孔２８ａと冷却媒体出口連通孔２８ｂとを連通する冷却媒体流路３６が設けられる。

第１セパレータ２２の面２２ａ、２２ｂには、第１シール部材３８が、一体的又は個別に設けられるとともに、第２セパレータ２４の面２４ａ、２４ｂには、第２シール部材４０が、一体的に又は個別に設けられる。

第１及び第２シール部材３８、４０は、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコンゴム、フロロシリコンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン、又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材を使用する。

電解質膜・電極構造体２０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４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するカソード側電極４４及びアノード側電極４６とを備える。

カソード側電極４４及びアノード側電極４６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、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とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４２の両面に形成されている。

図１に示すように、例えば、鋼材製（ＳＵＳ材）のエンドプレート１８ａ及びエンドプレート１８ｂ間には、複数本の連結部材５０が架け渡される。連結部材５０は、例えば、鋼材製（ＳＵＳ材）の長尺な板状を有し、燃料電池スタック１０の長辺側に２本ずつで、且つ、前記燃料電池スタック１０の短辺側に１本ずつ配設される。連結部材５０の矢印Ａ方向の両端部は、ボルト５２を介してエンドプレート１８ａ及びエンドプレート１８ｂの側部に固定され、前記エンドプレート１８ａ、１８ｂ間には、積層方向に所定の締め付け荷重が付与される。

エンドプレート１８ａには、酸化剤ガス入口連通孔２６ａ、燃料ガス入口連通孔３０ａ、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂに連通する酸化剤ガス供給マニホールド５４ａ、燃料ガス供給マニホールド５６ａ、酸化剤ガス排出マニホールド５４ｂ及び燃料ガス排出マニホールド５６ｂが設けられる。エンドプレート１８ｂには、冷却媒体入口連通孔２８ａ及び冷却媒体出口連通孔２８ｂに連通する冷却媒体供給マニホールド５８ａ及び冷却媒体排出マニホールド５８ｂが設けられる。

燃料電池スタック１０は、少なくともエンドプレート１８ａに隣接して配置される所定数の燃料電池１２に付与される荷重を、積層方向中央側に配置される前記燃料電池１２に付与される前記荷重よりも小さく調整する荷重調整機構６０を備える。

図１、図２及び図５に示すように、荷重調整機構６０は、燃料電池スタック１０内に、エンドプレート１８ａ側に近接して配設される導電性プレート部材６２と、前記プレート部材６２を積層方向に移動させるロッド部（稼動部）６４とを備える。プレート部材６２には、酸化剤ガス入口連通孔２６ａ、冷却媒体入口連通孔２８ａ、燃料ガス入口連通孔３０ａ、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂ、冷却媒体出口連通孔２８ｂ及び燃料ガス出口連通孔３０ｂが形成される（図５参照）。

複数、例えば、４本のロッド部６４は、プレート部材６２の四隅とエンドプレート１８ｂとに両端が固着される。ロッド部６４は、連結部材５０よりも線膨張係数（熱膨張係数）の大きな材料で構成される。例えば、連結部材５０が鋼材で構成される際、ロッド部６４は、例えば、アルミニウム材や樹脂材等で構成される。ロッド部６４には、必要に応じて絶縁処理が施される。

燃料電池スタック１０内では、常温時、すなわち、前記燃料電池スタック１０の発電が停止されている際、プレート部材６２は、ロッド部６４を介してエンドプレート１８ｂ側に押圧力を付与する。このため、プレート部材６２のエンドプレート１８ａ側（積層方向他方の面側）に配置される燃料電池１２に付与される荷重は、前記プレート部材６２のエンドプレート１８ｂ側（積層方向一方の面側）に配置される燃料電池１２に付与される荷重よりも小さく調整される。

燃料電池スタック１０が発電を行っている際、発電による発熱によって、ロッド部６４は、連結部材５０よりも大きく伸張し、プレート部材６２の両側に配置される各燃料電池１２に付与される荷重が同等に調整される。このような関係に調整されるように、ロッド部６４の材料及び寸法等が、発熱温度（例えば、７０℃〜８０℃）に対応して予め設定される。

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及び図２に示すように、エンドプレート１８ａの酸化剤ガス供給マニホールド５４ａから酸化剤ガス入口連通孔２６ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給マニホールド５６ａから燃料ガス入口連通孔３０ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、エンドプレート１８ｂの冷却媒体供給マニホールド５８ａから冷却媒体入口連通孔２８ａに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、図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２６ａから第１セパレータ２２の酸化剤ガス流路３２に導入される。酸化剤ガスは、矢印Ｃ方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体２０を構成するカソード側電極４４に供給される。

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔３０ａから第２セパレータ２４の燃料ガス流路３４に導入される。この燃料ガスは、矢印Ｃ方向に移動しながら、電解質膜・電極構造体２０を構成するアノード側電極４６に供給される。

従って、電解質膜・電極構造体２０では、カソード側電極４４に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４６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、発電が行われる。

次いで、カソード側電極４４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２６ｂに沿って矢印Ａ方向に移動し、エンドプレート１８ａの酸化剤ガス排出マニホールド５４ｂに排出される。一方、アノード側電極４６に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔３０ｂに沿って矢印Ａ方向に移動し、燃料ガス排出マニホールド５６ｂに排出される。

また、冷却媒体入口連通孔２８ａに供給された冷却媒体は、第１及び第２セパレータ２２、２４間の冷却媒体流路３６に導入され、矢印Ｃ方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体２０を冷却した後、冷却媒体出口連通孔２８ｂに排出される。この冷却媒体は、エンドプレート１８ｂの冷却媒体排出マニホールド５８ｂに排出される。

次いで、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０の始動方法について、説明する。

上述した燃料電池スタック１０による発電が停止されると、この燃料電池スタック１０はソーク処理（待機処理）に移行する。このため、燃料電池スタック１０は、発電温度（例えば、７０℃〜８０℃）から外気温度に冷却され、この外気温度が低温である程、酸化剤ガス供給マニホールド５４ａ、燃料ガス供給マニホールド５６ａ、酸化剤ガス排出マニホールド５４ｂ及び燃料ガス排出マニホールド５６ｂには、放熱による結露水が発生し易い。

そして、ソーク後に燃料電池スタック１０が起動される際、プレート部材６２には、ロッド部６４を介してエンドプレート１８ｂ側に押圧力が付与されている。このため、プレート部材６２のエンドプレート１８ａ側に配置される燃料電池１２に付与される荷重は、前記プレート部材６２のエンドプレート１８ｂ側に配置される燃料電池１２に付与される荷重よりも小さく調整されている。

従って、エンドプレート１８ａとプレート部材６２との間に配置されている燃料電池１２は、電解質膜・電極構造体２０内への第１及び第２セパレータ２２、２４の入り込み量が少ない。これにより、酸化剤ガス流路３２及び燃料ガス流路３４の流路高さが大きくなって流路断面積が拡大され、酸化剤ガス及び燃料ガスの流通性が向上して流量が増加する。

ここで、燃料電池スタック１０が起動されると、酸化剤ガス供給マニホールド５４ａから酸化剤ガス入口連通孔２６ａに酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給マニホールド５６ａから燃料ガス入口連通孔３０ａに燃料ガスが供給される。

その際、特に燃料ガスは、図示しないエゼクタを介して燃料電池スタック１０に循環されているため、前記燃料ガスの流速が比較的低くなっている。このため、燃料ガス流路３４の出口側に結露水が滞留すると、前記燃料ガス流路３４に供給される燃料ガスにより前記結露水を燃料ガス出口連通孔３０ｂに吹き飛ばすことができないおそれがある。

この場合、第１の実施形態では、エンドプレート１８ａ側に配置される燃料電池１２の荷重が小さく調整されており、燃料ガス流路３４の流路高さが大きく調整されている。従って、燃料ガスは、結露水を伴って燃料ガス流路３４を容易且つ円滑に流通することができ、前記結露水を燃料ガス出口連通孔３０ｂから燃料ガス排出マニホールド５６ｂに確実に排出させることが可能になる。

このため、燃料電池１２の電圧低下を抑制することが可能になり、発電性能の悪化及び燃料電池の劣化を阻止することができる。これにより、簡単な構成及び工程で、外部から流入する結露水を確実に除去することが可能になり、燃料電池１２の発電性能を良好に向上させることができるという効果が得られる。

燃料電池スタック１０の発電が継続されると、この燃料電池スタック１０の温度が上昇する。ここで、ロッド部６４は、連結部材５０よりも線膨張係数（熱膨張係数）の大きな材料で構成されている。

従って、荷重調整機構６０では、発電による温度上昇により、ロッド部６４は、連結部材５０よりも大きく伸張し、プレート部材６２の両側に配置される各燃料電池１２に付与される荷重が同等に調整される。このため、燃料電池スタック１０全体に良好な締め付け荷重を付与することができ、効率的な発電が遂行可能になる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック７０の概略側面説明図である。

なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０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。

燃料電池スタック７０は、少なくともエンドプレート１８ａに隣接して配置される燃料電池１２に付与される荷重を、積層方向中央側に配置される前記燃料電池１２に付与される前記荷重よりも小さく調整する荷重調整機構７２を備える。

荷重調整機構７２は、燃料電池スタック１０内に、エンドプレート１８ａ側に近接して配設される導電性プレート部材７４と、前記プレート部材７４を積層方向に移動させるシリンダ（稼動部）７６とを備える。複数、例えば、４本のシリンダ７６は、エンドプレート１８ａに固着されるとともに、各シリンダ７６からプレート部材７４側にロッド７８が延在する。各ロッド７８は、プレート部材７４の四隅に固定される。

シリンダ７６が滅勢（ＯＦＦ）されている状態では、プレート部材７４の両側に配置される各燃料電池１２に付与される荷重が同等に調整される。一方、シリンダ７６が付勢（ＯＮ）されている状態では、ロッド７８が矢印Ａ１方向（エンドプレート１８ｂ側）に突出する。このため、プレート部材７４のエンドプレート１８ａ側（積層方向他方の面側）に配置される燃料電池１２に付与される荷重は、前記プレート部材７４のエンドプレート１８ｂ側（積層方向一方の面側）に配置される燃料電池１２に付与される荷重よりも小さく調整される。

このように構成される第２の実施形態では、ソーク後に燃料電池スタック１０が起動される際、シリンダ７６が付勢されてロッド７８が矢印Ａ１方向に突出している。従って、プレート部材７４は、矢印Ａ１方向、すなわち、エンドプレート１８ｂ側に押圧され、前記プレート部材７４のエンドプレート１８ａ側に配置される燃料電池１２に付与される荷重は、前記プレート部材７４の前記エンドプレート１８ｂ側に配置される燃料電池１２に付与される荷重よりも小さく調整されている。

これにより、酸化剤ガス流路３２及び燃料ガス流路３４の流路高さが大きくなって、酸化剤ガス及び燃料ガスの流通性が向上して流量が増加する。このため、特に燃料ガスは、結露水を伴って燃料ガス流路３４を容易且つ円滑に流通することができる。従って、簡単な構成及び工程で、外部から流入する結露水を確実に除去することが可能になり、燃料電池１２の発電性能を良好に向上させることができる等、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

燃料電池スタック７０の起動が行われた後、各シリンダ７６が滅勢（ＯＦＦ）される。これにより、プレート部材７４に対する押圧力が解除され、前記プレート部材７４の両側に配置される各燃料電池１２に付与される荷重が同等に調整される。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタック８０の概略側面説明図である。

燃料電池スタック８０は、両方のエンドプレート１８ａ、１８ｂに隣接する積層方向両端部側に配置される燃料電池１２に付与される荷重を、積層方向中央側に配置される前記燃料電池１２に付与される前記荷重よりも小さく調整する荷重調整機構８２を備える。

荷重調整機構８２は、燃料電池スタック８０内に、エンドプレート１８ａ、１８ｂ側に近接して配設される一対の導電性プレート部材８４ａ、８４ｂと、前記プレート部材８４ａ、８４ｂを前記積層方向に対して互いに近接及び離間する方向に移動させるロッド部（稼動部）８６とを備える。

複数、例えば、４本のロッド部８６は、プレート部材８４ａ、８４ｂの四隅に両端が固着される。ロッド部８６は、連結部材５０よりも線膨張係数（熱膨張係数）の大きな材料で構成される。

このように構成される第３の実施形態では、ソーク後に燃料電池スタック１０が起動される際、プレート部材８４ａ、８４ｂには、ロッド部８６を介して互いに近接する方向に押圧力が付与されている。このため、プレート部材８４ａのエンドプレート１８ａ側に配置される燃料電池１２及びプレート部材８４ｂのエンドプレート１８ｂ側に配置される燃料電池１２に付与される荷重は、前記プレート部材８４ａ、８４ｂ間に配置される燃料電池１２に付与される荷重よりも小さく調整されている。

従って、エンドプレート１８ａ、１８ｂに近接する燃料電池１２では、酸化剤ガス流路３２及び燃料ガス流路３４の流路高さが大きくなって、酸化剤ガス及び燃料ガスの流通性が向上して流量が増加している。これにより、燃料電池スタック８０の積層方向両端に配置されて比較的低温になり易い燃料電池１２の発電性能を良好に向上させることが可能になるという効果が得られる。

燃料電池スタック８０の発電が継続されると、この燃料電池スタック８０の温度が上昇する。ここで、ロッド部８６は、連結部材５０よりも線膨張係数（熱膨張係数）の大きな材料で構成されている。

従って、荷重調整機構８２では、発電による温度上昇により、ロッド部８６は、連結部材５０よりも大きく伸張し、プレート部材８４ａ、８４ｂの距離が広がる。このため、燃料電池スタック８０の両側に配置される燃料電池１２に付与される荷重と、プレート部材８４ａ、８４ｂ間に配置される燃料電池１２に付与される荷重とが同等に調整される。

なお、第３の実施形態では、エンドプレート１８ａに燃料ガス供給マニホールド５６ａ及び燃料ガス排出マニホールド５６ｂが設けられる一方、エンドプレート１８ｂに酸化剤ガス供給マニホールド５４ａ及び酸化剤ガス排出マニホールド５４ｂを設けてもよい。

また、荷重調整機構８２は、ロッド部８６を備えているが、これに限定されるものではなく、第２の実施形態と同様にシリンダを用いてもよい。さらに、第１〜第３の実施形態に代えて、稼動部として、モータやトグル機構等を採用することも可能である。

１０、７０、８０…燃料電池スタック １２…燃料電池
１８ａ、１８ｂ…エンドプレート ２０…電解質膜・電極構造体
２２、２４…セパレータ ２６ａ…酸化剤ガス入口連通孔
２６ｂ…酸化剤ガス出口連通孔 ２８ａ…冷却媒体入口連通孔
２８ｂ…冷却媒体出口連通孔 ３０ａ…燃料ガス入口連通孔
３０ｂ…燃料ガス出口連通孔 ３２…酸化剤ガス流路
３４…燃料ガス流路 ３６…冷却媒体流路
３８、４０…シール部材 ４２…固体高分子電解質膜
４４…カソード側電極 ４６…アノード側電極
５０…連結部材 ５４ａ…酸化剤ガス供給マニホールド
５４ｂ…酸化剤ガス排出マニホールド ５６ａ…燃料ガス供給マニホールド
５６ｂ…燃料ガス排出マニホールド ５８ａ…冷却媒体供給マニホールド
５８ｂ…冷却媒体排出マニホールド ６０、７２、８２…荷重調整機構
６２、７４、８４ａ、８４ｂ…プレート部材
６４、８６…ロッド部 ７６…シリンダ

Claims (4)

1. 電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端に設けられた一対のエンドプレート間に連結部材が架け渡されることによって前記燃料電池に積層方向に荷重を付与する燃料電池スタックであって、
   少なくとも一方の前記エンドプレートに隣接して配置される前記燃料電池に付与される前記荷重を、積層方向中央側に配置される前記燃料電池に付与される前記荷重よりも小さく調整する荷重調整機構を備え、
   前記荷重調整機構は、前記燃料電池スタック内に配設されるプレート部材と、
   前記プレート部材を積層方向一方に移動させることにより、該プレート部材の積層方向他方の面側に配置される前記燃料電池に付与される前記荷重を、該プレート部材の前記積層方向一方の面側に配置される前記燃料電池に付与される前記荷重よりも小さく調整する稼動部と、
   を備え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、前記稼動部が、前記連結部材よりも線膨張係数が大きな材料からな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、前記一対のエンドプレートの一方に反応ガス供給マニホールドが設けられるとともに、前記反応ガス供給マニホールドが設けられたエンドプレートと、前記プレート部材との間の燃料電池に付与される前記荷重を、残余の燃料電池に付与される前記荷重よりも小さく調整することを特徴とする燃料電池スタック。
4. 電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向両端に設けられた一対のエンドプレート間に連結部材が架け渡されることによって前記燃料電池に積層方向に荷重を付与する燃料電池スタックの始動方法であって、
   前記燃料電池スタックの始動時に、前記燃料電池スタック内に配設されるプレート部材を、積層方向一方に移動させることにより、該プレート部材の積層方向他方の面側に配置される前記燃料電池に付与される前記荷重を、該プレート部材の前記積層方向一方の面側に配置される前記燃料電池に付与される前記荷重よりも小さく調整することで、少なくとも一方の前記エンドプレートに隣接して配置される前記燃料電池に付与される前記荷重を、積層方向中央側に配置される前記燃料電池に付与される前記荷重よりも小さく調整することを特徴とする燃料電池スタックの始動方法。

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