WO2019058902A1 - バネ部材、燃料電池ユニット、燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの製造方法 - Google Patents

バネ部材、燃料電池ユニット、燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの製造方法 Download PDF

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WO2019058902A1
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separator
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基 柳沼
典拓 田島
公一 川崎
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日産自動車株式会社
日本発條株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a spring member for use in a fuel cell stack, a fuel cell unit, a fuel cell stack, and a method of manufacturing the fuel cell stack.
  • the fuel cell stack has a spring member that generates a resilient force that presses the separator toward the power generation cell.
  • the spring member when the fuel cell stack is used, the spring member is heated to a high temperature by heat generated from the power generation cell.
  • the spring member is more susceptible to creep deformation when the temperature of the spring member becomes higher as the spring constant is higher. Therefore, when a spring member having a high spring constant is used when stacking the cell units, the spring member creeps and deforms when using the fuel cell stack, and a sufficient surface pressure can be secured between the power generation cell and the separator. It may disappear.
  • the current collection resistance between the power generation cells and the separators may be increased to lower the power generation performance.
  • An object of the present invention is to provide a spring member, a fuel cell unit, a fuel cell stack, and a method of manufacturing the fuel cell stack, which can prevent a decrease in power generation performance caused by creep deformation of the spring member.
  • the spring member of the present invention for achieving the above object is a spring member for use in a fuel cell stack, wherein the first spring member generates a resilient force for pressing the separator toward the power generation cell, and the first spring And a second spring member that generates a resilient force independently of the member.
  • the spring constant of the first spring member is reduced by heating the spring member.
  • the spring member functions as a high reaction force spring when the spring constant of the first spring member is larger than the spring constant of the second spring member in a state before heating, and in the state after heating, the first spring member Since the spring constant of the spring member is smaller than that before heating, it functions as a low reaction force spring.
  • a first spring member that generates a resilient force that presses the separator toward the power generation cell
  • a second spring member that generates the resilient force independently of the first spring member.
  • the spring member functioning as a high reaction force spring is arranged because the spring constant of the first spring member is larger than the spring constant of the second spring member.
  • the spring constant of the said 1st spring member is reduced by heating the said spring member, and the said spring member is functioned as a low reaction force spring.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the fuel cell stack of FIG. 1 disassembled into a cover, a cell stack assembly and an external manifold.
  • FIG. 3 is a perspective view of the cell stack assembly of FIG. 2 disassembled into an air shelter, an upper end plate, a stack and a lower end plate.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the stack of FIG. 3 disassembled into an upper module unit, a plurality of middle module units and a lower module unit.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the upper module unit of FIG. 4;
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the middle module unit of FIG. 4;
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the lower module unit of FIG.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the unit of FIGS. 5 to 7;
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the metal support cell assembly of FIG. 8;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the metal support cell assembly taken along line 10-10 of FIG. 8; It is a perspective view which shows the separator of FIG. 8 from the cathode side (The side which visually recognized the separator 102 from the upper direction similarly to FIG. 8). It is a perspective view which shows the separator of FIG. 11 partially (area
  • FIG. 13 is a cross-sectional view partially (a region 15 in FIG. 11) in a state where the metal support cell assembly of FIG. 8 and a separator and a current collection auxiliary layer are stacked.
  • FIG. 13 is a perspective view which shows typically the flow of anode gas and cathode gas in a fuel cell stack.
  • FIG. 13 is a perspective view which shows typically the flow of the cathode gas in a fuel cell stack.
  • FIG. 16 is a schematic perspective view showing a part of a second grid spring according to Modification 4; FIG.
  • FIG. 18 is a schematic perspective view showing a part of a first grid spring according to Modification 4; It is a schematic perspective view which shows a part of grid spring of the state which laminated
  • FIG. It is a schematic sectional drawing which shows a part of grid spring of the state which laminated
  • FIG. 7 It is a schematic sectional drawing which shows a part of grid spring of the state which laminated
  • FIG. It is a perspective view of the 1st grid spring concerning modification 7.
  • FIG. It is a perspective view of the 2nd grid spring concerning modification 7.
  • FIG. It is a perspective view of the grid spring of the state which laminated
  • arrows representing X, Y, and Z are used to indicate the orientations of members constituting the fuel cell stack.
  • the direction of the arrow represented by X indicates the lateral direction X of the fuel cell stack.
  • the direction of the arrow represented by Y indicates the longitudinal direction Y of the fuel cell stack.
  • the direction of the arrow represented by Z indicates the stack (height) direction Z of the fuel cell stack.
  • the fuel cell 100 is configured by sandwiching the cell stack assembly 100M from above and below by the external manifold 111 for supplying gas from the outside and a cover 112 for protecting the cell stack assembly 100M. There is.
  • the cell stack assembly 100M is covered by an air shelter 110 which sandwiches the fuel cell stack 100S from above and below by the lower end plate 108 and the upper end plate 109 and seals the cathode gas CG. Configured.
  • the fuel cell stack 100S is configured by stacking an upper module unit 100P, a plurality of middle module units 100Q, and a lower module unit 100R, as shown in FIGS.
  • Upper module unit 100P includes upper collector plate 106 for outputting electric power generated by cell unit 100T to the outside, and an end plate, in which a plurality of stacked cell units 100T (corresponding to a fuel cell unit) are output.
  • the module end 105 corresponding to the above is sandwiched from above and below.
  • the middle module unit 100Q is configured by sandwiching a plurality of stacked cell units 100T from above and below by a pair of module ends 105.
  • the lower module unit 100R is configured by sandwiching a plurality of stacked cell units 100T from above and below by the module end 105 and the lower current collector plate 107.
  • the cell unit 100T includes a metal support cell assembly 101 provided with a power generation cell 101M that generates electric power by the supplied gas, a separator 102 for separating adjacent power generation cells 101M, and a metal support cell assembly 101 and a separator 102. And a sealing member 104 for partially sealing the gap between the power generation cell 101M and the other power generation cell 101M to be in conductive contact with the one power generation cell 101M and a separator toward the other power generation cell 101M adjacent to one power generation cell 101M.
  • a grid spring 120 is included which generates a resilient force to press 102.
  • the joined body 100U is configured by a metal support cell assembly 101 and a separator 102, as shown in FIG.
  • the metal support cell assembly 101 and the separator 102 are formed by annularly joining the respective outer edges along the joining line V.
  • the cell unit 100T is configured by arranging the sealing member 104 between the joined body 100U and the joined body 100U which are vertically adjacent to each other.
  • the metal support cell assembly 101 is provided with a power generation cell 101M that generates power using the supplied gas.
  • the power generation cell 101M is configured by sandwiching the electrolyte 101S between the electrode on the fuel electrode side (anode 101T) and the electrode on the oxidant electrode side (cathode 101U). ing.
  • the metal support cell 101N is configured of a power generation cell 101M and a support metal 101V that supports the power generation cell 101M from one side.
  • the metal support cell assembly 101 is configured of a pair of metal support cells 101N and a cell frame 101W that holds the pair of metal support cells 101N from the periphery.
  • the electrolyte 101S transmits oxide ions from the cathode 101U toward the anode 101T.
  • the electrolyte 101S does not pass gas and electrons while passing oxide ions.
  • the electrolyte 101S is formed in a rectangular shape.
  • the electrolyte 101S is made of, for example, solid oxide ceramics such as stabilized zirconia in which yttria, neodymium oxide, samaria, gadoria, scandia and the like are solid-solved.
  • the anode 101T is a fuel electrode, and an anode gas AG (for example, hydrogen) and oxide ions are reacted to generate an oxide of the anode gas AG and to take out electrons.
  • the anode 101T is resistant to a reducing atmosphere, transmits the anode gas AG, has high electrical conductivity, and has a catalytic action of causing the anode gas AG to react with oxide ions.
  • the anode 101T is formed of a rectangular shape larger than the electrolyte 101S.
  • the anode 101T is made of, for example, a cemented carbide in which a metal such as nickel and an oxide ion conductor such as yttria-stabilized zirconia are mixed.
  • the cathode 101U is an oxidant electrode, which reacts electrons with cathode gas CG (eg, oxygen contained in air) to convert oxygen molecules into oxide ions.
  • the cathode 101 U is resistant to an oxidizing atmosphere, permeates the cathode gas CG, has high electrical conductivity, and has a catalytic action of converting oxygen molecules into oxide ions.
  • the cathode 101U is formed in a rectangular shape smaller than the electrolyte 101S.
  • the cathode 101U is made of, for example, an oxide such as lanthanum, strontium, manganese or cobalt.
  • the support metal 101V supports the power generation cell 101M from the side of the anode 101T, as shown in FIGS. 9 and 10.
  • the support metal 101V has gas permeability, high electrical conductivity, and sufficient strength.
  • the support metal 101V is formed of a rectangular shape sufficiently larger than the anode 101T.
  • the support metal 101V is made of, for example, a corrosion resistant alloy containing nickel or chromium, a corrosion resistant steel, or stainless steel.
  • the cell frame 101W holds the metal support cell 101N from the periphery.
  • the cell frame 101W is formed in a thin rectangular shape.
  • the cell frame 101W is provided with a pair of openings 101k along the longitudinal direction Y.
  • Each of the pair of openings 101k of the cell frame 101W has a rectangular through hole, and is slightly smaller than the outer shape of the support metal 101V.
  • the cell frame 101W is made of metal and is insulated using an insulating material or a coating. The insulating material is formed, for example, by fixing aluminum oxide to the cell frame 101W.
  • the metal support cell assembly 101 is joined to the cell frame 101W by joining the outer edge of the support metal 101V to the inner edge of the opening 101k of the cell frame 101W.
  • the cell frame 101 W is a circular extension (first extension 101 p, the first extension 101 p, The second extending portion 101 q and the third extending portion 101 r are provided.
  • the cell frame 101W is provided with circular extending portions (the fourth extending portion 101s and the fifth extending portion 101t) extending in the surface direction from two places separated from the center of the other side along the longitudinal direction Y ing.
  • the first extending portion 101p, the second extending portion 101q and the third extending portion 101r, and the fourth extending portion 101s and the fifth extending portion 101t separate a pair of openings 101k. , Alternately located along the longitudinal direction Y.
  • the cell frame 101W includes an anode-side first inlet 101a, an anode-side second inlet 101b, and an anode-side third inlet 101c for passing (inflowing) the anode gas AG.
  • the first extension portion 101p, the second extension portion 101q, and the third extension portion 101r are provided.
  • the cell frame 101W is provided with an anode-side first outlet 101d and an anode-side second outlet 101e, through which the anode gas AG passes (outflows), in the fourth extending portion 101s and the fifth extending portion 101t.
  • the inlet and the outlet are so-called manifolds.
  • the cathode side first inlet 101f for passing (inflowing) the cathode gas CG is provided in the space between the first extending portion 101p and the second extending portion 101q.
  • the cell frame 101W is provided with a cathode-side second inlet 101g for passing (inflowing) the cathode gas CG in a space between the second extending portion 101q and the third extending portion 101r.
  • the cell frame 101W is provided with a cathode side first outlet 101h through which the cathode gas CG passes (outflows), on the right side in FIG. 9 with respect to the fourth extending portion 101s.
  • the cell frame 101W is provided with a cathode-side second outlet 101i for passing (outflowing) the cathode gas CG in the space between the fourth extending portion 101s and the fifth extending portion 101t.
  • the cell frame 101W is provided with a cathode-side third outlet 101j that allows the cathode gas CG to pass (outflow), on the left side in FIG. 9 with respect to the fifth extension portion 101t.
  • the inlet and the outlet of the cathode gas CG correspond to the space between the outer peripheral surface of the cell frame 101 W and the inner side surface of the air shelter 110.
  • the separator 102 defines a flow passage portion 102L which is a flow passage of the anode gas AG and the cathode gas CG between the separator 102 and the power generation cell 101M.
  • the separator 102 is in conductive contact with the metal support cell 101N.
  • the separator 102 is disposed to face the metal support cell assembly 101.
  • the separator 102 has the same outer shape as the metal support cell assembly 101.
  • the separator 102 is made of metal, and is insulated using an insulating material or a coating except for a region (flow passage portion 102L) facing the pair of power generation cells 101M.
  • the insulating material is formed, for example, by fixing aluminum oxide to the separator 102.
  • the separators 102 are provided side by side in the longitudinal direction Y so as to face the pair of flow generating cells 101M.
  • the flow path extending along the gas flow direction (short direction X) is the gas flow direction (short). It is formed by arranging in the direction (longitudinal direction Y) orthogonal to the hand direction X).
  • the flow path portion 102L is provided with concave portions 102y at regular intervals so as to be recessed downward from the flat portion 102x in the plane of the longitudinal direction Y and the lateral direction X. It is provided.
  • the recess 102 y extends in the gas flow direction (short direction X).
  • the recess 102 y is slightly recessed downward from the lower end of the separator 102.
  • the flow path portion 102L is provided with convex portions 102z at regular intervals so as to protrude upward from the flat portion 102x.
  • the protrusions 102z extend along the gas flow direction (short direction X).
  • the protrusion 102 z slightly protrudes upward from the upper end of the separator 102.
  • the concave portion 102y and the convex portion 102z are alternately provided along the longitudinal direction Y with the flat portion 102x therebetween.
  • the gap between the flow path portion 102L and the metal support cell assembly 101 located below is formed as a flow path of the anode gas AG.
  • the anode gas AG flows from the anode-side second inlet 102b or the like of the separator 102 shown in FIG. 13 through the plurality of grooves 102q shown in FIGS. 13 and 14 into the flow channel portion 102L on the anode side.
  • the separators 102 flow from the anode side first inlet 102a, the anode side second inlet 102b, and the anode side third inlet 102c on the anode side, as shown in FIGS.
  • the separator 102 uses the gap between the flow path portion 102L and the metal support cell assembly 101 located above (left in FIG. 15) as the flow path of the cathode gas CG. Configured.
  • the cathode gas CG passes from the cathode side first inlet 102 f and the cathode side second inlet 102 g of the separator 102 shown in FIG. 11 to the cathode side beyond the cathode outer edge 102 p of the separator 102 shown in FIGS. 11 and 12. Flows into the flow path portion 102L of the In the separator 102, as shown in FIG. 12, the outer edge 102p on the cathode side is thinner than the other portions.
  • the separator 102 has an anode side first inlet for passing the anode gas AG so as to be positioned relative to the metal support cell assembly 101 along the stacking direction Z.
  • An anode side second inlet 102b, an anode side third inlet 102c, an anode side first outlet 102d, and an anode side second outlet 102e are provided.
  • the separator 102 has a cathode side first inlet 102 f, a cathode side second inlet 102 g, and a cathode side first inlet 102 f for passing the cathode gas CG so that the separator 102 is positioned relative to the metal support cell assembly 101 along the stacking direction Z.
  • One outlet 102h, a cathode side second outlet 102i, and a cathode side third outlet 102j are provided.
  • the inlet and the outlet of the cathode gas CG correspond to the space between the outer peripheral surface of the separator 102 and the inner side surface of the air shelter 110.
  • the grid spring 120 is in conductive contact with the power generation cell 101M via the current collection auxiliary layer 103, as shown in FIG.
  • the current collection auxiliary layer 103 forms a space for passing the cathode gas CG between the power generation cell 101M and the grid spring 120 while equalizing the surface pressure, thereby assisting the electrical contact between the power generation cell 101M and the grid spring 120. It is
  • the current collection auxiliary layer 103 is a so-called expanded metal.
  • the current collection auxiliary layer 103 is disposed between the power generation cell 101M and the flow path portion 102L of the separator 102.
  • the current collection auxiliary layer 103 has an outer shape similar to that of the power generation cell 101M.
  • the current collection auxiliary layer 103 is formed of a wire mesh in which openings such as rhombus are provided in a grid.
  • the sealing member 104 is a so-called gasket having a spacer and a sealing function.
  • the sealing member 104 is disposed between the cell frame 101W and the separator 102, partially seals the gap between the cell frame 101W and the separator 102 to allow gas flow. Restrict.
  • the sealing member 104 is directed from the anode side inlet (for example, the anode side first inlet 102 a) and the anode side outlet (for example, the anode side first outlet 102 d) of the separator 102 toward the flow path on the cathode side of the separator 102.
  • the anode gas AG is prevented from being mixed.
  • the module end 105 is a plate for holding the lower end or the upper end of the plurality of stacked cell units 100T, as shown in FIGS.
  • the module end 105 is disposed at the lower end or the upper end of the plurality of stacked cell units 100T.
  • the module end 105 has an outer shape similar to that of the cell unit 100T.
  • the module end 105 is made of a conductive material that does not transmit gas, and is insulated using an insulating material or a coating except for a region facing the power generation cell 101 M and the other module end 105.
  • the insulating material is configured, for example, by fixing aluminum oxide to the module end 105.
  • the module end 105 has an anode side first inlet 105a for passing the anode gas AG, an anode side second inlet 105b, and an anode side third so that the relative position is aligned with the cell unit 100T along the stacking direction Z.
  • An inlet 105c, an anode side first outlet 105d, and an anode side second outlet 105e are provided.
  • the module end 105 has a cathode side first inlet 105 f for passing the cathode gas CG, a cathode side second inlet 105 g, and a cathode side first so that the relative position is aligned with the cell unit 100 T along the stacking direction Z.
  • An outlet 105 h, a cathode side second outlet 105 i and a cathode side third outlet 105 j are provided.
  • the inlet and the outlet of the cathode gas CG correspond to the space between the outer peripheral surface of the module end 105 and the inner surface of the air shelter 110.
  • the upper current collecting plate 106 shown in FIG. 5 is for outputting the power generated by the cell unit 100T to the outside.
  • the upper current collecting plate 106 is disposed at the upper end of the upper module unit 100P.
  • the upper current collecting plate 106 has an outer shape similar to that of the cell unit 100T.
  • the upper current collecting plate 106 is provided with a terminal (not shown) connected to an external current-carrying member.
  • the upper current collector plate 106 is made of a conductive material that does not transmit gas, and is insulated using an insulating material or a coating except for the region facing the power generation cell 101M of the cell unit 100T and the part of the terminal.
  • the insulating material is configured, for example, by fixing aluminum oxide to the upper current collecting plate 106.
  • the lower current collecting plate 107 shown in FIG. 7 is for outputting the power generated by the cell unit 100T to the outside.
  • the lower current collector plate 107 is disposed at the lower end of the lower module unit 100R.
  • the lower current collector plate 107 has an outer shape similar to that of the upper current collector plate 106.
  • Lower current collector plate 107 is provided with a terminal (not shown) connected to an external current-carrying member.
  • the lower current collector plate 107 is made of a conductive material that does not transmit gas, and is insulated using an insulating material or a coating except for the region facing the power generation cell 101M of the cell unit 100T and the terminal portion.
  • the insulating material is formed, for example, by fixing aluminum oxide to the lower current collector plate 107.
  • the lower current collector plate 107 has an anode side first inlet 107a, an anode side second inlet 107b, and an anode side, which allow the anode gas AG to pass through so that the relative position is aligned with the cell unit 100T along the stacking direction Z.
  • a third inlet 107c, an anode side first outlet 107d and an anode side second outlet 107e are provided.
  • the lower current collecting plate 107 has a cathode side first inlet 107f for passing the cathode gas CG, a cathode side second inlet 107g, and a cathode side to allow the cathode gas CG to pass through in the stacking direction Z relative to the cell unit 100T.
  • a first outlet 107h, a cathode side second outlet 107i and a cathode side third outlet 107j are provided.
  • the inlet and the outlet of the cathode gas CG correspond to the space between the outer peripheral surface of the lower current collecting plate 107 and the inner side surface of the air shelter 110.
  • the lower end plate 108 holds the fuel cell stack 100S from below as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the lower end plate 108 is disposed at the lower end of the fuel cell stack 100S.
  • the lower end plate 108 has an outer shape similar to that of the cell unit 100T except for a part.
  • the lower end plate 108 is formed by linearly extending both ends along the longitudinal direction Y in order to form an inlet and an outlet of the cathode gas CG.
  • the lower end plate 108 is formed sufficiently thicker than the cell unit 100T.
  • the lower end plate 108 is made of, for example, metal, and the upper surface in contact with the lower collector plate 107 is insulated using an insulating material or a coating.
  • the insulating material is formed, for example, by fixing aluminum oxide to the lower end plate 108.
  • the lower end plate 108 has an anode-side first inlet 108a, an anode-side second inlet 108b, and an anode-side first inlet 108a through which the anode gas AG passes so that the relative position is aligned with the cell unit 100T along the stacking direction Z.
  • a three inlet 108c, an anode side first outlet 108d and an anode side second outlet 108e are provided.
  • the lower end plate 108 has a cathode side first inlet 108 f, a cathode side second inlet 108 g, and a cathode side first inlet 108 f for passing the cathode gas CG so as to be positioned relative to the cell unit 100 T in the stacking direction Z.
  • One outlet 108 h, a cathode side second outlet 108 i and a cathode side third outlet 108 j are provided.
  • the upper end plate 109 holds the fuel cell stack 100S from above as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the upper end plate 109 is disposed at the upper end of the fuel cell stack 100S.
  • the upper end plate 109 has the same outer shape as the lower end plate 108.
  • the upper end plate 109 unlike the lower end plate 108, does not have a gas inlet and outlet.
  • the upper end plate 109 is made of, for example, metal, and the lower surface in contact with the upper current collector plate 106 is insulated using an insulating material or a coating.
  • the insulating material is formed, for example, by fixing aluminum oxide to the upper end plate 109.
  • the air shelter 110 forms a flow path of the cathode gas CG with the fuel cell stack 100S.
  • the air shelter 110 covers the fuel cell stack 100S sandwiched by the lower end plate 108 and the upper end plate 109 from above.
  • the air shelter 110 forms an inlet and an outlet for the cathode gas CG which is a component of the fuel cell stack 100S by the gap between the inner side surface of the air shelter 110 and the side surface of the fuel cell stack 100S.
  • the air shelter 110 is in the form of a box and opens at the bottom and part of the side.
  • the air shelter 110 is made of, for example, metal, and the inside surface is insulated using an insulating material or a coating.
  • the insulating material is configured, for example, by fixing aluminum oxide to the air shelter 110.
  • the external manifold 111 is shown in FIGS. 1 and 2 and supplies gas from the outside to the plurality of cell units 100T.
  • the outer manifold 111 is disposed below the cell stack assembly 100M.
  • the outer manifold 111 has an outer shape that simplifies the shape of the lower end plate 108.
  • the outer manifold 111 is formed sufficiently thicker than the lower end plate 108.
  • the outer manifold 111 is made of, for example, metal.
  • the external manifold 111 has an anode-side first inlet 111a, an anode-side second inlet 111b, and an anode-side third inlet 111a through which the anode gas AG is passed so that the relative position is aligned with the cell unit 100T along the stacking direction Z.
  • An inlet 111c, an anode side first outlet 111d and an anode side second outlet 111e are provided.
  • the external manifold 111 has a cathode side first inlet 111f, a cathode side second inlet 111g, and a cathode side first so that the relative position is aligned along the stacking direction Z with the cell unit 100T that passes the cathode gas CG.
  • An outlet 111h, a cathode side second outlet 111i, and a cathode side third outlet 111j are provided.
  • the cover 112 covers and protects the cell stack assembly 100M, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the cover 112 sandwiches the cell stack assembly 100M together with the external manifold 111 from above and below.
  • the cover 112 has a box shape and is open at the bottom.
  • the cover 112 is made of, for example, metal, and the inner surface is insulated by an insulating material.
  • FIG. 16A is a perspective view schematically showing the flow of the anode gas AG in the fuel cell stack 100S.
  • FIG. 16B is a perspective view schematically showing the flow of the cathode gas CG in the fuel cell stack 100S.
  • the anode gas AG is supplied to the anode 101T of each power generation cell 101M through an inlet of each of the outer manifold 111, the lower end plate 108, the module end 105, the separator 102, and the metal support cell assembly 101. That is, the anode gas AG is distributed to the flow path on the anode side provided in the gap between the separator 102 and the metal support cell assembly 101 alternately stacked from the external manifold 111 to the upper end collector plate 106. Is supplied. Thereafter, the anode gas AG reacts in the power generation cell 101M, passes through the outlet of each component described above, and is exhausted in the state of exhaust gas.
  • the anode gas AG passes through the anode side first inlet 102a, the anode side second inlet 102b and the anode side third inlet 102c of the separator 102 located at the bottom of FIG. 16A in FIG. 16A, and the metal support cell assembly
  • the gas flows into the flow path portion 102L of the separator 102 positioned above in FIG. It is supplied to the anode 101T of the power generation cell 101M of the support cell assembly 101.
  • the anode gas AG after reacting at the anode 101T flows out from the flow path portion 102L of the separator 102 located in the upper part of FIG. 16A in the state of exhaust gas, and the anode side first outlet 101d of the metal support cell assembly 101. And, it passes through the anode side second outlet 101e and is discharged to the outside through the anode side first outlet 102d and the anode side second outlet 102e of the separator 102 located at the lower side in FIG. 16A.
  • the cathode gas CG is supplied to the cathode 101U of the power generation cell 101M through an inlet of each of the outer manifold 111, the lower end plate 108, the module end 105, the separator 102, and the metal support cell assembly 101. That is, the cathode gas CG is distributed to the cathode-side flow path provided in the gap between the metal support cell assembly 101 and the separator 102 alternately stacked from the external manifold 111 to the upper end collector plate 106. Is supplied. Thereafter, the cathode gas CG reacts in the power generation cell 101M, passes through the outlet of each component described above, and is exhausted in the state of exhaust gas.
  • the inlet and the outlet of the cathode gas CG in each of the above components are constituted by the gap between the outer peripheral surface of each component and the inner side surface of the air shelter 110.
  • the cathode gas CG passes through the cathode-side first inlet 102f and the cathode-side second inlet 102g of the separator 102 located in the lower part of FIG. 16B and flows into the flow path portion 102L of the separator 102.
  • the cathode gas CG after reacting at the cathode 101U flows out from the flow path portion 102L of the separator 102 located below in FIG. 16B in the state of exhaust gas, and the cathode side first outlet 102h of the separator 102, It passes through the cathode side second outlet 102i and the cathode side third outlet 102j and is discharged to the outside.
  • the grid spring 120 (corresponding to a spring member), as shown in FIG. 15, FIG. 17, FIG. 18A, and FIG. 18B, includes a first spring member 121 that generates a resilient force to press the separator 102 toward the power generation cell 101M. And a second spring member 122 that generates a resilient force independently of the first spring member 121.
  • the grid spring 120 has a flat substrate 125 (corresponding to the first base and the second base).
  • the first spring member 121 has a plurality of first upright pieces 130A (corresponding to a spring portion) which can be elastically deformed by being erected to be a cantilever from the substrate 125.
  • the second spring member 122 is formed to be a cantilever from the substrate 125 and has a plurality of elastically deformable second upright pieces 130B (corresponding to a spring portion).
  • the rising pieces 130A and 130B function as springs that generate surface pressure between the substrate 125 and the cathode 101U and between the separator 102 and the anode 101T by generating elastic force in the stacking direction Z.
  • the upright pieces 130A and 130B are disposed in the surface direction of the substrate 125.
  • the first upright piece 130A is disposed at the corner and at the center of the substrate 125.
  • the first standing pieces 130A and the second standing pieces 130B are alternately arranged so that the directions of standing rise face each other in the longitudinal direction Y.
  • the installation area of the first standing pieces 130A occupying the substrate 125 is 10% or more and 60% or less, preferably 20% or more and 50% or less.
  • the spring constant k1 of the first standing piece 130A decreases when the grid spring 120 is heated.
  • the heating temperature and heating time of the grid spring 120 will be described in the method of manufacturing the fuel cell stack 100S described later.
  • the grid spring 120 functions as a high reaction force spring because the spring constant k1 of the first upright piece 130A is larger than the spring constant k2 of the second upright piece 130B.
  • the term "high reaction force spring” means a spring that generates a reaction force necessary to support a component to be assembled when laminating the cell unit 100T.
  • the reaction force required to support the parts to be assembled is, for example, about 100N.
  • low reaction force spring means a spring that generates a reaction force necessary to absorb the displacement and deformation of members (separator 102 and power generation cell 101M) in the stacking direction Z.
  • the reaction force required to absorb the displacement or deformation of the members in the stacking direction Z is, for example, about 50% to 80% of the reaction force required to support the components to be assembled.
  • the reaction force generated by the first standing piece 130A is the second standing It is larger than the reaction force generated by the piece 130B.
  • the stress acting on the first standing pieces 130A is larger than the stress acting on the second standing pieces 130B. Therefore, when the grid spring 120 is heated, the first erecting piece 130A is creep-deformed in preference to the second erecting piece 130B, and the spring constant k1 of the first erecting piece 130A decreases.
  • the spring constant k1 of the first upright piece 130A is equal to or less than the spring constant k2 of the second upright piece 130B.
  • the first standing pieces 130 ⁇ / b> A extend from the substrate 125 toward the separator 102 in a curved manner, and the tips thereof contact the separator 102.
  • the second upright piece 130 ⁇ / b> B extends from the substrate 125 toward the separator 102 while curving, and the tip of the second upright piece 130 ⁇ / b> B contacts the separator 102.
  • the standing pieces 130 generate a resilient force in the stacking direction Z of the cell unit 100T by bending and deforming.
  • the bending angle ⁇ 1 of the first upright piece 130A with respect to the substrate 125 is larger than the bending angle ⁇ 2 of the second upright piece 130B with respect to the substrate 125.
  • the thickness H1 of the first standing piece 130A is substantially constant from the substrate 125 toward the separator 102.
  • the thickness H 2 of the second upright piece 130 B is smaller from the substrate 125 toward the separator 102.
  • the cross section coefficient of the first upright piece 130A is larger than the cross section coefficient of the second upright piece 130B.
  • width B1 of the 1st standing piece 130A is larger than width B2 of the 2nd standing piece 130B.
  • the width B 2 of the second upright piece 130 B is smaller from the substrate 125 toward the separator 102.
  • the width B1 and the plate thickness H1 of the first erecting piece 130A and the width B2 and the plate thickness H2 of the second erecting piece 130B are not particularly limited as long as the sectional coefficient of the first erecting piece 130A is larger than the sectional coefficient of the second erecting piece 130B. It is not limited.
  • the method of manufacturing the fuel cell stack 100S includes a step S1 of stacking the cell unit 100T, and a step S2 of decreasing the spring constant K of the grid spring 120.
  • step S1 of stacking the cell unit 100T the first erecting piece 130A that generates a resilient force that presses the separator 102 toward the power generation cell 101M and the first raised piece 130A generate a resilient force independently.
  • a grid spring 120 having a second standing piece 130B.
  • the grid spring 120 which functions as a high reaction force spring is arranged because the spring constant k1 of the first standing piece 130A is larger than the spring constant k2 of the second standing piece 130B.
  • the grid spring 120 is heated from the first temperature T1 to the second temperature T2 for a time ⁇ t, whereby the first erecting piece 130A is obtained. Creep deformation. As a result, the spring constant k1 of the first standing piece 130A decreases. As the spring constant k1 of the first standing piece 130A decreases, the spring constant K of the grid spring 120 decreases, and the grid spring 120 functions as a low reaction force spring.
  • the second temperature T2 is higher than the temperature T3 at the time of use of the fuel cell stack 100S.
  • the first temperature T1 is a normal temperature
  • the second temperature T2 is about 700 ° C.
  • the temperature T3 is about 600 ° C.
  • the heating time ⁇ t is about one hour.
  • the heating of the grid spring 120 is performed in a test run of the fuel cell stack 100S before shipment of the fuel cell stack 100S.
  • the grid spring 120 is heated using thermal energy generated from the power generation cell 101M at the time of trial operation of the fuel cell stack 100S or thermal energy of the high temperature cathode 101U gas supplied to the power generation cell 101M.
  • step S1 of stacking the cell unit 100T a stress larger than the yield point is applied to the first spring member 121 by relatively bringing one power generation cell 101M and the separator 102 closer by a distance ⁇ d.
  • the first spring member 121 is caused to yield.
  • the grid spring 120 is independent of the first erecting piece 130A that generates a resilient force that presses the separator 102 toward the power generation cell 101M, and the first erecting piece 130A. And a second standing piece 130B that generates a resilient force to press the separator 102 toward the power generation cell 101M.
  • the grid spring 120 can be regarded as a spring which connected in parallel the 1st standing piece 130A and the 2nd standing piece 130B which each function as an independent spring.
  • the spring constant K of the grid spring 120 is equal to the sum of the spring constant k1 of the first standing piece 130A and the spring constant k2 of the second standing piece 130B, as shown in the following equation.
  • the first standing pieces 130A creep and deform preferentially to the second standing pieces 130B. Thereby, as shown to FIG. 22A, the spring constant k1 of the 1st standing piece 130A falls.
  • the spring constant of the first standing piece 130A before creep deformation is k11
  • the spring constant of the second standing piece 130B is k21
  • the spring constant of the first standing piece 130A after creep deformation is k12
  • the second standing The spring constant of the piece 130B is indicated by k22.
  • the heating temperature exceeds the first threshold value Tc1
  • the first erecting piece 130A undergoes creep deformation and the spring constant k1 decreases.
  • the second threshold Tc2 the second rising pieces 130B also creep and deform, and both the spring constant k1 of the first rising pieces 130A and the spring constant k2 of the second rising pieces 130B decrease.
  • the third threshold Tc3 the spring constant k12 of the first erecting piece 130A after creep deformation becomes equal to or less than the spring constant k22 of the second erecting piece 130B.
  • the third threshold Tc3 is approximately 600.degree.
  • the fuel cell stack 100S has an electrolyte 101S sandwiched between the anode 101T and the cathode 101U from both sides, and is a flow path that is a flow path of gas between the power generation cell 101M that generates power by the supplied gas and the power generation cell 101M.
  • This is a fuel cell stack 100S in which a plurality of cell units 100T each having a section 102L formed therein and a separator 102 in conductive contact with the anode 101T are stacked.
  • the fuel cell stack 100S is configured such that the first erecting piece 130A that generates a resilient force that presses the separator 102 toward the power generation cell 101M and the second erected piece that generates a resilient force independently of the first erected piece 130A.
  • the spring constant k1 of the first standing piece 130A decreases as the grid spring 120 is heated.
  • the grid spring 120 functions as a low reaction force spring because the spring constant k1 of the first standing piece 130A is larger than the spring constant k2 of the second standing piece 130B.
  • the grid spring 120 functions as a low reaction force spring because the spring constant k1 of the first upright piece 130A is smaller than the state before heating.
  • the spring constant k1 of the first rising piece 130A is the second rising piece 130B. Is larger than the spring constant k 2 of
  • the grid spring 120 functions as a low reaction force spring because the spring constant k1 of the first erecting piece 130A is smaller than the state before the heating. Therefore, the creep resistance of the grid spring 120 is improved, and even when the grid spring 120 becomes high temperature when the fuel cell stack 100S is used, the second upright piece 130B allows the anode 101T and the separator 102 to be separated. Also, sufficient surface pressure can be stably maintained between the cathode 101 U and the grid spring 120. Therefore, according to the method of manufacturing the fuel cell stack 100S, the cell unit 100T, the grid spring 120, and the fuel cell stack 100S, it is possible to prevent the reduction in the power generation performance due to the creep deformation of the grid spring 120.
  • the fuel cell stack 100S is a solid oxide fuel cell (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) using solid oxide ceramics as the electrolyte 101S, the operating temperature is about 700 to 1000 ° C. Very expensive. For this reason, the grid spring 120 is relatively susceptible to creep deformation during operation as compared to a solid polymer membrane fuel cell. With the above configuration, the fuel cell stack 100S can maintain the power generation performance even in long-term operation in a high temperature state.
  • SOFC Solid Oxide Fuel Cell
  • the spring constant k1 of the first spring member 121 in the method of manufacturing the fuel cell stack 100S, the cell unit 100T, the grid spring 120, and the fuel cell stack 100S is the second spring member 122 in the state after heating of the grid spring 120. Or less of the spring constant k2.
  • the spring constant K in the state after heating of the grid spring 120 can be more reliably reduced. Therefore, the creep resistance of the grid spring 120 can be more reliably improved.
  • the first erecting piece 130A extends while curving from the substrate 125, and the tip thereof contacts the separator 102.
  • the second upright piece 130 ⁇ / b> B extends while curving from the substrate 125, and the tip thereof contacts the separator 102.
  • the grid spring 120 generates a resilient force by bending and deforming the first upright piece 130A and the second upright piece 130B.
  • the bending angle ⁇ 1 of the first rising piece 130A with respect to the substrate 125 is the second rising piece 130B with respect to the second rising piece 130B. Is greater than the bending angle ⁇ 2.
  • the bending angle ⁇ 1 of the first erecting piece 130A and the bending angle ⁇ 2 of the second erecting piece 130B are adjusted.
  • the spring constant of the first standing piece 130A and the spring constant of the second standing piece 130B can be adjusted by a simple method.
  • the cross section coefficient of the first upright piece 130A is larger than the cross section coefficient of the second upright piece 130B.
  • the section coefficient of the first erecting piece 130A and the section coefficient of the second erecting piece 130B are simply adjusted.
  • the spring constant of the first standing piece 130A and the spring constant of the second standing piece 130B can be adjusted by the method.
  • the width B2 of the second upright piece 130B is smaller from the substrate 125 toward the separator 102.
  • the bending rigidity of the second upright piece 130B becomes larger as the distance from the side contacting the separator 102 increases. Therefore, a bending stress acts more equally in the 2nd standing piece 130B. Therefore, since the stress acting on the second standing pieces 130B can be dispersed, the creep deformation of the second standing pieces 130B can be more reliably suppressed.
  • the thickness H2 of the second upright piece 130B is smaller from the substrate 125 toward the separator 102.
  • the bending rigidity of the second upright piece 130B becomes larger as the distance from the side in contact with the separator 102 increases. Thereby, a bending stress acts more equally in the 2nd standing piece 130B. Therefore, since the stress acting on the second standing pieces 130B can be dispersed, the creep deformation of the second standing pieces 130B can be more reliably suppressed.
  • the grid spring 120 extends the first erecting piece 130A and the second erecting piece 130B along the surface direction of the separator 102. Will be placed.
  • a first upright piece 130A is disposed at the corner and at the center of the grid spring 120.
  • the anode is formed by the first erecting piece 130A having a spring constant larger than the second erecting piece 130B at the first temperature T1.
  • the separator 102 can be uniformly pressed in the surface direction toward 101T. Therefore, the assembly accuracy of the parts when stacking the cell unit 100T is improved.
  • the force in the stacking direction Z is applied to the first erecting piece 130A by bringing the power generation cells 101M and the separator 102 relatively close to each other.
  • the first standing piece 130A is caused to yield.
  • the first erecting piece 130A is plastically deformed by yielding the first erecting piece 130A.
  • creep deformation of the first standing piece 130A can be promoted. Therefore, as the spring constant k1 of the first standing piece 130A decreases, the spring constant K of the grid spring 120 can be further reliably reduced. As a result, the creep resistance of the grid spring 120 can be further reliably improved.
  • the first erecting piece 130A and the second erecting piece 130B are both configured as cantilevers as a form for causing bending deformation.
  • the form of the rising piece 130 is not particularly limited as long as bending deformation occurs.
  • the first standing pieces 130A may be in the form of hoop springs as shown in FIGS. 23A and 23B.
  • the first spring constant K1 of the first standing piece 130A can be obtained by the simple configuration of using the first standing piece 130A as a hoop spring.
  • the spring constant of the two upright pieces 130B can be easily made larger.
  • the second upright piece 130B may be an equal moment beam.
  • the equal moment beam means that the second moment of area is constant along the extending direction of the second upright piece 130B.
  • the second upright piece 130B has an opening 210 for moment adjustment.
  • the width of the opening 210 increases from the substrate 125 toward the tip of the second upright piece 130B.
  • the opening 210 has a triangular shape.
  • the second spring member 122 may further include a restricting portion 220 that restricts the displacement of the second upright piece 130B in the stacking direction Z.
  • the restricting portion 220 extends from the second upright piece 130 ⁇ / b> B toward the substrate 125.
  • the restricting portion 220 has a shape in which a part of the second upright piece 130B is cut out to be erected.
  • the opening 210 for adjusting the moment can be formed along with the formation of the restricting portion 132.
  • the second upright piece 130B is an equal moment beam. Therefore, a bending stress acts more equally in the 2nd standing piece 130B. Therefore, since the stress acting on the second standing pieces 130B can be dispersed, the creep deformation of the second standing pieces 130B can be more reliably suppressed.
  • the second upright piece 130B has the regulating portion 132 which regulates the displacement of the second upright piece 130B in the stacking direction Z.
  • the fuel cell stack 100S can prevent the second upright piece 130B from being bent and deformed excessively. Therefore, the surface pressure can be more reliably applied between the cathode 101 U and the substrate 125 and between the anode 101 T and the separator 102.
  • the grid spring 120 is configured by disposing the first standing piece 130A and the second standing piece 130B on the one substrate 125.
  • the grid spring 120 may be configured by disposing the first rising pieces 130A and the second rising pieces 130B on different substrates 125.
  • the grid spring 120 has a first grid spring 120A (see FIG. 25B) and a second grid spring 120B (see FIG. 25A) that generates a resilient force independently of the first grid spring 120A.
  • the grid spring 120 is configured by stacking the second grid spring 120B on the first grid spring 120A (see FIG. 25C).
  • the first grid spring 120A is formed of a flat first substrate 125A (corresponding to a first base) and a cantilever beam from the first substrate 125A, and a plurality of elastically deformable first standing pieces 130A are formed. And (corresponding to a first spring portion).
  • the second grid spring 120B is formed to be cantilevered from the flat second substrate 125B (corresponding to the second base) and the second substrate 125B, and a plurality of elastically deformable second standing pieces 130B are formed. And (corresponding to a second spring portion).
  • the thickness H2 of the second standing piece 130B is smaller than the thickness H1 of the first standing piece 130A.
  • the thickness H1 of the first upright piece 130A and the thickness of the first substrate 125A are the same.
  • the thickness H2 of the second substrate 125B is the same as the thickness of the second upright piece 130B.
  • the second substrate 125B has an opening 310 for receiving the first upright piece 130A.
  • the opening 310 accommodates the first upright piece 130A in a state where the second grid spring 120B is stacked on the first grid spring 120A (see FIG. 25C).
  • the grid spring 120 is formed by stacking the second grid spring 120B on the first grid spring 120A.
  • the first grid spring 120A and the second grid spring 120B can be formed in independent steps, the manufacture of the first grid spring 120A and the second grid spring 120B with different spring constants can be facilitated.
  • the thickness H2 of the second upright piece 130B is smaller than the thickness H1 of the first upright piece 130A.
  • anode 101T and separator 102 can be pressed by the 1st standing piece 130A whose board thickness is larger than the 2nd standing piece 130B.
  • the first erecting piece 130A can be preferentially creep-deformed.
  • the spring constant K of the grid spring 120 can be further reliably reduced as the spring constant k1 of the first upright piece 130A decreases. Therefore, the creep resistance of the grid spring 120 can be further reliably improved.
  • the grid spring 120 has a positioning mechanism 410 for positioning between the first rising piece 130A and the second rising piece 130B; It may further have a circulation part 420 which circulates gas from one side to the other side in the stacking direction Z of the first grid spring 120A and the second grid spring 120B.
  • the second grid spring 120B has an opening 310 for receiving the first upright piece 130A.
  • the positioning mechanism 410 has a recess 411 at an edge portion forming the opening 310 and a protrusion 412 fitted to the recess 411 in the first substrate 125A.
  • the flow-through portion 420 has a first opening 421 opened in the thickness direction of the first substrate 125A and a second opening 422 opened in the thickness direction of the second substrate 125B.
  • the first opening 421 and the second opening 422 communicate with each other in a state in which the first grid spring 120A and the second grid spring 120B overlap.
  • the first opening 421 and the second opening 422 are offset in the lateral direction X when the grid spring 120 in a state in which the first grid spring 120A and the second grid spring 120B are stacked is viewed in plan ( See Figure 26C).
  • the first standing pieces 130A and the second standing pieces 130B are disposed along the short direction X.
  • the recess 411 is formed in the vicinity of the center of the edge along the lateral direction X that constitutes the opening 310.
  • the convex portion 412 is disposed between one first upright piece 130A and the other first upright piece 130A.
  • the convex portion 412 is directed to the side on which the second grid spring 120B is disposed, and the first standing piece 130A of the first substrate 125A and the other It has a shape in which a portion sandwiched between the first standing piece 130A and the first standing piece 130A is curved.
  • the first opening 421 is disposed on the first substrate 125A at a position different from that of the first upright piece 130A.
  • the second upright piece 130B has a shape in which a part of the second substrate 125B is cut away to be erected.
  • the second opening 422 is formed along with the formation of the second upright piece 130B.
  • the grid spring 120 has the positioning mechanism 410 for positioning between the first rising piece 130A and the second rising piece 130B. Thereby, positioning between the first erecting piece 130A and the second erecting piece 130B when laminating the first grid spring 120A and the second grid spring 120B can be easily performed. Therefore, according to the fuel cell stack 100S, the grid spring 120 can be easily manufactured.
  • the gas is circulated from one side to the other side in the stacking direction Z of the first grid spring 120A and the second grid spring 120B. And a distribution unit 420.
  • the gas can be distributed from one side to the other side in the stacking direction of the first grid spring 120A and the second grid spring 120B. Therefore, the amount of gas supplied to the power generation cell 101M increases, so the power generated by the power generation cell 101M can be increased.
  • the first rising pieces 130A and the second rising pieces 130B may be arranged to overlap in the stacking direction Z.
  • the first standing pieces 130A press the separator 102 at the first temperature T1, as shown in FIG. 27C. As shown in FIG. 27D, the first standing pieces 130A restrict deformation of the second standing pieces 130B in the stacking direction Z at the second temperature T2.
  • the first erecting piece 130A excessively deforms the second erecting piece 130B in the stacking direction Z. It can prevent. As a result, surface pressure can be more reliably applied between the cathode 101 U and the substrate 125 and between the anode 101 T and the separator 102.
  • the rising piece 130 may have a positioning mechanism 510 for positioning the rising piece 130, as shown in FIG.
  • the positioning mechanism 510 includes a bonding positioning portion 520 for bonding the rising pieces 130 to the separator 102, a surface direction positioning portion 530 for positioning the separator 102 in the surface direction, and a stacking direction positioning portion 540 for positioning the stacking direction Z. And.
  • the bonding positioning portion 520 has a flat portion 521 in surface contact with the separator 102. In the flat portion 521, the upright pieces 130 are welded to the separator 102.
  • the surface direction positioning portion 530 positions the upright piece 130 in the surface direction of the separator 102 by being abutted against the recess 102 y of the separator 102.
  • the surface direction positioning portion 530 extends from the flat portion 521 toward the recess 102 y of the separator 102.
  • the tip of the surface direction positioning portion 530 is bent toward the recess side of the recess 102 y.
  • the stacking direction positioning portion 540 extends in the stacking direction Z from the upstanding piece 130 toward the separator 102.
  • the stacking direction positioning unit 540 abuts the separator 102 when the rising piece 130 is displaced, thereby restricting the displacement of the rising piece 130 in the stacking direction Z. This can prevent the upright pieces 130 from being excessively deformed in the stacking direction Z.
  • the grid spring 120 has the positioning mechanism 510 for positioning the upright piece 130.
  • the grid spring 120 when arranging grid spring 120 between power generation cell 101M and separator 102, positioning of grid spring 120 can be performed easily. Therefore, according to the fuel cell stack 100S, the fuel cell stack 100S can be easily manufactured.
  • the grid spring 120 generates a resilient force independently of the first grid spring 120A, which disappears when the grid spring 120 is heated, and the first grid spring 120A. And a grid spring 120B.
  • the first grid spring 120A is made of a material that disappears when the grid spring 120 is heated from the first temperature T1 to the second temperature T2.
  • the first grid spring 120A can be made of, for example, carbon paper.
  • the second grid spring 120B has a second upright piece 130B.
  • the configuration of the second upright piece 130B is the same as that according to the above-described embodiment.
  • the first grid spring 120A presses the separator 102 with the frame 610 in a state before the grid spring 120 is heated.
  • the first grid spring 120A disappears when the grid spring 120 is heated.
  • the constant K can be further reliably reduced. Therefore, the creep resistance of the grid spring 120 is further reliably improved.
  • the first temperature, the second temperature, the third temperature, and the heating time are not limited to the values described above in the description of the embodiment.
  • the heating of the grid spring is not limited to the heating by the above-described trial operation before shipping, and may be combined with the firing of the seal material or the like used for the fuel cell stack to heat the grid spring.
  • the thickness of the grid spring is gradually reduced toward the tip in order to make it easy to bend, but it goes without saying that the thickness may be constant as in the other embodiments.

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Abstract

【課題】バネ部材のクリープ変形に起因した発電性能の低下を防止できるバネ部材、燃料電池ユニット、燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの製造方法を提供する。 【解決手段】グリッドバネは、発電セルに向かってセパレータ１０２を押圧する弾発力を発生させる第１起立片１３０Ａと、第１起立片１３０Ａとは独立して弾発力を発生させる第２起立片１３０Ｂと、を有し、第１起立片のバネ定数は、グリッドバネが加熱されることによって低下し、加熱前の状態では、第１起立片のバネ定数が第２起立片のバネ定数よりも大きいことによって高反力バネとして機能し、加熱後の状態では、第１起立片のバネ定数が加熱前の状態よりも小さいことによって低反力バネとして機能する。

Description

バネ部材、燃料電池ユニット、燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの製造方法
　本発明は、燃料電池スタックに用いるバネ部材、燃料電池ユニット、燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの製造方法に関する。
　従来から、燃料電池スタックは、電解質を両側から一対の電極で狭持してなり、供給されたガスによって発電する発電セルと、発電セルとの間にガスの流通路である流路部を区画形成するセパレータと、を有する燃料電池ユニットを複数積層してなる（例えば、特許文献１参照）。
　上記燃料電池スタックは、発電セルに向かってセパレータを押圧する弾発力を発生させるバネ部材を有する。
特開２０１３－９７９８２号公報
　燃料電池ユニットを積層する際には、組み付けられる部品をバネ部材によって支持し、部品同士を密着させた状態で組み付ける必要があるため、高いばね定数を備えたばね部材を用いる必要がある。
　一方、ばね部材は、燃料電池スタックの使用時において、発電セルから発生する熱などによって高温になる。ばね部材は、ばね定数が高いほど、ばね部材が高温になったときにクリープ変形し易い。そのため、高いばね定数を備えたばね部材をセルユニットの積層時に使用した場合、燃料電池スタックの使用時においては、ばね部材がクリープ変形し、発電セルとセパレータとの間に十分な面圧を確保できなくなる可能性がある。その結果、上記燃料電池スタックは、発電セルとセパレータとの間の集電抵抗が増加して、発電性能が低下する可能性があるという問題がある。
　本発明の目的は、バネ部材のクリープ変形に起因した発電性能の低下を防止できるバネ部材、燃料電池ユニット、燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの製造方法を提供することである。
　上記目的を達成するための本発明のバネ部材は、燃料電池スタックに用いるバネ部材であって、発電セルに向かってセパレータを押圧する弾発力を発生させる第１バネ部材と、前記第１バネ部材とは独立して弾発力を発生させる第２バネ部材と、を有する。前記第１バネ部材のバネ定数は、前記バネ部材が加熱されることによって低下する。前記バネ部材は、加熱前の状態では、前記第１バネ部材のバネ定数が前記第２バネ部材のバネ定数よりも大きいことによって高反力バネとして機能し、加熱後の状態では、前記第１バネ部材のバネ定数が加熱前の状態よりも小さいことによって低反力バネとして機能する。
　上記目的を達成するための本発明の燃料電池スタックの製造方法において、燃料電池ユニットを積層する際には、前記発電セルに向かって前記セパレータを押圧する弾発力を発生させる第１バネ部材と、前記第１バネ部材とは独立して前記弾発力を発生させる第２バネ部材と、を有するバネ部材を配置する。前記バネ部材を配置する際には、前記第１バネ部材のバネ定数が前記第２バネ部材のバネ定数よりも大きいことによって高反力バネとして機能する前記バネ部材を配置する。当該製造方法では、前記燃料電池ユニットを積層した後に、前記バネ部材を加熱することによって、前記第１バネ部材のバネ定数を低下させ、前記バネ部材を低反力バネとして機能させる。
第１実施形態の燃料電池スタックを示す斜視図である。 図１の燃料電池スタックをカバーとセルスタックアッセンブリーおよび外部マニホールドに分解した状態を示す斜視図である。 図２のセルスタックアッセンブリーをエアーシェルターと上部エンドプレートとスタックおよび下部エンドプレートに分解した状態を示す斜視図である。 図３のスタックを上部モジュールユニットと複数の中部モジュールユニットおよび下部モジュールユニットに分解した状態を示す斜視図である。 図４の上部モジュールユニットを分解して示す斜視図である。 図４の中部モジュールユニットを分解して示す斜視図である。 図４の下部モジュールユニットを分解して示す斜視図である。 図５～図７のユニットを分解して示す斜視図である。 図８のメタルサポートセルアッセンブリーを分解して示す斜視図である。 図８の１０－１０線に沿うメタルサポートセルアッセンブリーの断面図である。 図８のセパレータをカソード側（図８と同じくセパレータ１０２を上方から視認した側）から示す斜視図である。 図１１のセパレータを部分的（図１１中の領域１２）に示す斜視図である。 図８のセパレータをアノード側（図８と異なりセパレータ１０２を下方から視認した側）から示す斜視図である。 図１３のセパレータを部分的（図１３中の領域１４）に示す斜視図である。 図８のメタルサポートセルアッセンブリーとセパレータおよび集電補助層を積層した状態で部分的（図１１中の領域１５）に示す断面図である。 燃料電池スタックにおけるアノードガスおよびカソードガスの流れを模式的に示す斜視図である。 燃料電池スタックにおけるカソードガスの流れを模式的に示す斜視図である。 燃料電池スタックにおけるアノードガスの流れを模式的に示す斜視図である。 実施形態に係るセルユニットについて、集電補助層を省略して示す平面図である。 実施形態に係るグリッドバネの斜視図である。 実施形態に係るグリッドバネの一部を示す平面図である。 図１５において破線１９で囲む領域の拡大図である。 実施形態に係る燃料電池スタックの製造方法を説明するための図であって、燃料電池スタックの熱履歴を示す図である。 実施形態に係る燃料電池スタックの製造方法を説明するための図であって、燃料電池スタックの一部を示す概略断面図である。 実施形態に係るグリッドバネのバネ定数を説明するための模式図である。 実施形態に係る燃料電池スタックの動作を説明するための図であって、第１温度においてグリッドバネに作用する反力を模式的に示す断面図である。 実施形態に係る第１バネ部材および第２バネ部材のクリープ変形によるバネ定数の変化を模式的に示す図である。 実施形態に係る燃料電池スタックの動作を説明するための図であって、第２温度においてグリッドバネに作用する反力を模式的に示す断面図である。 変形例１に係るグリッドバネの一部を示す平面図である。 変形例１に係るグリッドバネの一部を示す概略側面図である。 変形例２に係るグリッドバネの一部を示す平面図である。 変形例２に係るグリッドバネの一部を示す概略側面図である。 変形例３に係る第２グリッドバネの一部を示す概略斜視図である。 変形例３に係る第１グリッドバネの一部を示す概略斜視図である。 変形例３に係る第１グリッドバネと第２グリッドバネを積層した状態のグリッドバネの一部を示す概略斜視図である。 変形例３に係るグリッドバネの概略断面図である。 変形例４に係る第２グリッドバネの一部を示す概略斜視図である。 変形例４に係る第１グリッドバネの一部を示す概略斜視図である。 変形例４に係る第１グリッドバネと第２グリッドバネを積層した状態のグリッドバネの一部を示す概略斜視図である。 変形例５に係る第１グリッドバネの一部を示す概略側面図である。 変形例５に係る第２グリッドバネの一部を示す概略側面図である。 変形例５に係る第１グリッドバネと第２グリッドバネを積層した状態のグリッドバネの一部を示す概略断面図であって、グリッドバネが第１温度のときの図である。 変形例５に係る第１グリッドバネと第２グリッドバネを積層した状態のグリッドバネの一部を示す概略断面図であって、グリッドバネが第２温度のときの図である。 変形例６に係るグリッドバネの概略断面図である。 変形例７に係る第１グリッドバネの斜視図である。 変形例７に係る第２グリッドバネの斜視図である。 変形例７に係る第１グリッドバネと第２グリッドバネを積層した状態のグリッドバネの斜視図である。 変形例７に係る第１グリッドバネと第２グリッドバネを積層した状態のグリッドバネの一部を示す概略断面図である。
　以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図面において、同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面において、各部材の大きさや比率は、実施形態の理解を容易にするために誇張し、実際の大きさや比率とは異なる場合がある。
　各図において、Ｘ、Ｙ、およびＺで表す矢印を用いて、燃料電池スタックを構成する部材の方位を示している。Ｘによって表す矢印の方向は、燃料電池スタックの短手方向Ｘを示している。Ｙによって表す矢印の方向は、燃料電池スタックの長手方向Ｙを示している。Ｚによって表す矢印の方向は、燃料電池スタックの積層（高さ）方向Ｚを示している。
　（燃料電池１００の構成）
　燃料電池１００は、図１および図２に示すように、セルスタックアッセンブリー１００Ｍを、外部からガスを供給する外部マニホールド１１１と、セルスタックアッセンブリー１００Ｍを保護するカバー１１２によって上下から挟み込んで、構成している。
　セルスタックアッセンブリー１００Ｍは、図２および図３に示すように、燃料電池スタック１００Ｓを、下部エンドプレート１０８と上部エンドプレート１０９によって上下から挟み込み、カソードガスＣＧを封止するエアーシェルター１１０によって覆って、構成している。
　燃料電池スタック１００Ｓは、図３および図４に示すように、上部モジュールユニット１００Ｐ、複数の中部モジュールユニット１００Ｑおよび下部モジュールユニット１００Ｒを積層して、構成している。
　上部モジュールユニット１００Ｐは、図５に示すように、複数積層したセルユニット１００Ｔ（燃料電池ユニットに相当）を、セルユニット１００Ｔで発電された電力を外部に出力する上部集電板１０６と、エンドプレートに相当するモジュールエンド１０５によって上下から挟み込んで構成している。
　中部モジュールユニット１００Ｑは、図６に示すように、複数積層したセルユニット１００Ｔを、一対のモジュールエンド１０５によって上下から挟み込んで構成している。
　下部モジュールユニット１００Ｒは、図７に示すように、複数積層したセルユニット１００Ｔを、モジュールエンド１０５と下部集電板１０７によって上下から挟み込んで構成している。
　セルユニット１００Ｔは、図８に示すように、供給されたガスによって発電する発電セル１０１Ｍを設けたメタルサポートセルアッセンブリー１０１、隣り合う発電セル１０１Ｍを隔てるセパレータ１０２、およびメタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２との隙間を部分的に封止してガスの流れを制限する封止部材１０４、一の発電セル１０１Ｍと導通接触するとともに、一の発電セル１０１Ｍに隣接する他の発電セル１０１Ｍに向かってセパレータ１０２を押圧する弾発力を発生させるグリッドバネ１２０を含んでいる。
　接合体１００Ｕは、図８に示すように、メタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２によって、構成している。接合体１００Ｕにおいて、メタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２は、図８に示すように、各々の外縁を接合ラインＶに沿って環状に接合して構成する。セルユニット１００Ｔは、上下に隣り合う接合体１００Ｕと接合体１００Ｕの間に封止部材１０４を配置して構成している。
　以下、燃料電池スタック１００Ｓを構成毎に説明する。
　メタルサポートセルアッセンブリー１０１は、図８～図１０に示すように、供給されたガスによって発電する発電セル１０１Ｍを設けたものである。
　メタルサポートセルアッセンブリー１０１において、発電セル１０１Ｍは、図９および図１０に示すように、電解質１０１Ｓを燃料極側の電極（アノード１０１Ｔ）と酸化剤極側の電極（カソード１０１Ｕ）で挟み込んで構成している。メタルサポートセル１０１Ｎは、発電セル１０１Ｍと、発電セル１０１Ｍを一方から支持するサポートメタル１０１Ｖによって構成している。メタルサポートセルアッセンブリー１０１は、一対のメタルサポートセル１０１Ｎと、一対のメタルサポートセル１０１Ｎを周囲から保持するセルフレーム１０１Ｗによって構成している。
　電解質１０１Ｓは、図９および図１０に示すように、カソード１０１Ｕからアノード１０１Ｔに向かって酸化物イオンを透過させるものである。電解質１０１Ｓは、酸化物イオンを通過させつつ、ガスと電子を通過させない。電解質１０１Ｓは、長方体形状から形成されている。電解質１０１Ｓは、例えば、イットリア、酸化ネオジム、サマリア、ガドリア、スカンジア等を固溶した安定化ジルコニアなどの固体酸化物セラミックスからなる。
　アノード１０１Ｔは、図９および図１０に示すように、燃料極であって、アノードガスＡＧ（例えば水素）と酸化物イオンを反応させて、アノードガスＡＧの酸化物を生成するとともに電子を取り出す。アノード１０１Ｔは、還元雰囲気に耐性を有し、アノードガスＡＧを透過させ、電気伝導度が高く、アノードガスＡＧを酸化物イオンと反応させる触媒作用を有する。アノード１０１Ｔは、電解質１０１Ｓよりも大きい長方体形状から形成されている。アノード１０１Ｔは、例えば、ニッケル等の金属、イットリア安定化ジルコニア等の酸化物イオン伝導体を混在させた超硬合金からなる。
　カソード１０１Ｕは、図９および図１０に示すように、酸化剤極であって、カソードガスＣＧ（例えば空気に含まれる酸素）と電子を反応させて、酸素分子を酸化物イオンに変換する。カソード１０１Ｕは、酸化雰囲気に耐性を有し、カソードガスＣＧを透過させ、電気伝導度が高く、酸素分子を酸化物イオンに変換する触媒作用を有する。カソード１０１Ｕは、電解質１０１Ｓよりも小さい長方体形状から形成されている。カソード１０１Ｕは、例えば、ランタン、ストロンチウム、マンガン、コバルト等の酸化物からなる。
　サポートメタル１０１Ｖは、図９および図１０に示すように、発電セル１０１Ｍをアノード１０１Ｔの側から支持するものである。サポートメタル１０１Ｖは、ガス透過性を有し、電気伝導度が高く、十分な強度を有する。サポートメタル１０１Ｖは、アノード１０１Ｔよりも十分に大きい長方体形状から形成されている。サポートメタル１０１Ｖは、例えば、ニッケルやクロムを含有する耐食合金や耐食鋼、ステンレス鋼からなる。
　セルフレーム１０１Ｗは、図８～図１０に示すように、メタルサポートセル１０１Ｎを周囲から保持するものである。セルフレーム１０１Ｗは、薄い長方形状から形成している。セルフレーム１０１Ｗは、一対の開口部１０１ｋを、長手方向Ｙに沿って設けている。セルフレーム１０１Ｗの一対の開口部１０１ｋは、それぞれ長方形状の貫通口からなり、サポートメタル１０１Ｖの外形よりも若干小さい。セルフレーム１０１Ｗは、金属からなり、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、セルフレーム１０１Ｗに酸化アルミニウムを固着させて構成する。セルフレーム１０１Ｗの開口部１０１ｋの内縁に、サポートメタル１０１Ｖの外縁を接合することによって、セルフレーム１０１Ｗにメタルサポートセルアッセンブリー１０１を接合している。
　セルフレーム１０１Ｗは、図９および図１０に示すように、長手方向Ｙに沿った一辺の右端と中央と左端から、面方向に延ばした円形状の延在部（第１延在部１０１ｐ、第２延在部１０１ｑおよび第３延在部１０１ｒ）を設けている。セルフレーム１０１Ｗは、長手方向Ｙに沿った他辺の中央から離間した２箇所から、面方向に延ばした円形状の延在部（第４延在部１０１ｓおよび第５延在部１０１ｔ）を設けている。セルフレーム１０１Ｗにおいて、第１延在部１０１ｐ、第２延在部１０１ｑおよび第３延在部１０１ｒと、第４延在部１０１ｓおよび第５延在部１０１ｔは、一対の開口部１０１ｋを隔てて、長手方向Ｙに沿って交互に位置している。
　セルフレーム１０１Ｗは、図９および図１０に示すように、アノードガスＡＧを通過（流入）させるアノード側第１流入口１０１ａ、アノード側第２流入口１０１ｂ、アノード側第３流入口１０１ｃを、第１延在部１０１ｐ、第２延在部１０１ｑおよび第３延在部１０１ｒに設けている。セルフレーム１０１Ｗは、アノードガスＡＧを通過（流出）させるアノード側第１流出口１０１ｄおよびアノード側第２流出口１０１ｅを、第４延在部１０１ｓおよび第５延在部１０１ｔに設けている。流入口および流出口は、いわゆる、マニホールドである。
　セルフレーム１０１Ｗは、図９に示すように、カソードガスＣＧを通過（流入）させるカソード側第１流入口１０１ｆを、第１延在部１０１ｐと第２延在部１０１ｑの間の空間に設けている。セルフレーム１０１Ｗは、カソードガスＣＧを通過（流入）させるカソード側第２流入口１０１ｇを、第２延在部１０１ｑと第３延在部１０１ｒの間の空間に設けている。セルフレーム１０１Ｗは、カソードガスＣＧを通過（流出）させるカソード側第１流出口１０１ｈを、第４延在部１０１ｓよりも図９中の右側に設けている。セルフレーム１０１Ｗは、カソードガスＣＧを通過（流出）させるカソード側第２流出口１０１ｉを、第４延在部１０１ｓと第５延在部１０１ｔの間の空間に設けている。セルフレーム１０１Ｗは、カソードガスＣＧを通過（流出）させるカソード側第３流出口１０１ｊを、第５延在部１０１ｔよりも図９中の左側に設けている。セルフレーム１０１Ｗにおいて、カソードガスＣＧの流入口および流出口は、セルフレーム１０１Ｗの外周面とエアーシェルター１１０の内側面との空間に相当する。
　セパレータ１０２は、図１５に示すように、発電セル１０１Ｍとの間にアノードガスＡＧおよびカソードガスＣＧの流通路である流路部１０２Ｌを区画形成する。セパレータ１０２は、メタルサポートセル１０１Ｎに導通接触する。
　セパレータ１０２は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１と対向して配置している。セパレータ１０２は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１と同様の外形形状からなる。セパレータ１０２は、金属からなり、一対の発電セル１０１Ｍと対向する領域（流路部１０２Ｌ）を除いて、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、セパレータ１０２に酸化アルミニウムを固着させて構成する。セパレータ１０２は、一対の流路部１０２Ｌを、一対の発電セル１０１Ｍと対向するように長手方向Ｙに並べて設けている。
　セパレータ１０２において、流路部１０２Ｌは、図８および図１１～図１５に示すように、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って延ばした流路を、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）と直交する方向（長手方向Ｙ）に並べることによって形成している。流路部１０２Ｌは、図１２、図１４および図１５に示すように、長手方向Ｙおよび短手方向Ｘの面内において平坦な平坦部１０２ｘから下方に凹むように、凹部１０２ｙを一定の間隔で設けている。凹部１０２ｙは、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って延びている。凹部１０２ｙは、セパレータ１０２の下端から下方に向かって若干凹んでいる。流路部１０２Ｌは、図１２、図１４および図１５に示すように、平坦部１０２ｘから上方に突出するように、凸部１０２ｚを一定の間隔で設けている。凸部１０２ｚは、ガスの流れの方向（短手方向Ｘ）に沿って延びている。凸部１０２ｚは、セパレータ１０２の上端から上方に向かって若干突出している。流路部１０２Ｌは、凹部１０２ｙと凸部１０２ｚを、平坦部１０２ｘを隔てて、長手方向Ｙに沿って交互に設けている。
　セパレータ１０２は、図１５に示すように、流路部１０２Ｌと、その下方（図１５中では右方）に位置するメタルサポートセルアッセンブリー１０１との隙間を、アノードガスＡＧの流路として構成している。アノードガスＡＧは、図１３に示すセパレータ１０２のアノード側第２流入口１０２ｂ等から、図１３および図１４に示す複数の溝１０２ｑを通り、アノード側の流路部１０２Ｌに流入する。セパレータ１０２は、図１３および図１４に示すように、複数の溝１０２ｑを、アノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂ、アノード側第３流入口１０２ｃから、それぞれアノード側の流路部１０２Ｌに向かって放射状に形成している。セパレータ１０２は、図１２および図１５に示すように、流路部１０２Ｌと、その上方（図１５中では左方）に位置するメタルサポートセルアッセンブリー１０１との隙間を、カソードガスＣＧの流路として構成している。カソードガスＣＧは、図１１に示すセパレータ１０２のカソード側第１流入口１０２ｆおよびカソード側第２流入口１０２ｇから、図１１および図１２に示すセパレータ１０２のカソード側の外縁１０２ｐを越えて、カソード側の流路部１０２Ｌに流入する。セパレータ１０２は、図１２に示すように、カソード側の外縁１０２ｐを、他の部分よりも肉薄に形成している。
　セパレータ１０２は、図８、図１１および図１３に示すように、メタルサポートセルアッセンブリー１０１と積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂ、アノード側第３流入口１０２ｃ、アノード側第１流出口１０２ｄおよびアノード側第２流出口１０２ｅを設けている。セパレータ１０２は、メタルサポートセルアッセンブリー１０１と積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソードガスＣＧを通過させるカソード側第１流入口１０２ｆ、カソード側第２流入口１０２ｇ、カソード側第１流出口１０２ｈ、カソード側第２流出口１０２ｉおよびカソード側第３流出口１０２ｊを設けている。セパレータ１０２において、カソードガスＣＧの流入口および流出口は、セパレータ１０２の外周面とエアーシェルター１１０の内側面との空間に相当する。
　グリッドバネ１２０は、図１５に示すように、集電補助層１０３を介して発電セル１０１Ｍと導通接触する。
　集電補助層１０３は、発電セル１０１Ｍとグリッドバネ１２０との間にカソードガスＣＧを通す空間を形成しつつ面圧を均等にして、発電セル１０１Ｍとグリッドバネ１２０との電気的な接触を補助するものである。
　集電補助層１０３は、いわゆる、エキスパンドメタルである。集電補助層１０３は、発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２の流路部１０２Ｌとの間に配置している。集電補助層１０３は、発電セル１０１Ｍと同様の外形形状からなる。集電補助層１０３は、菱形等の開口を格子状に設けた金網状からなる。
　封止部材１０４は、スペーサーとシールの機能を備え、いわゆるガスケットである。
　封止部材１０４は、図８および図９に示すように、セルフレーム１０１Ｗとセパレータ１０２との間に配置され、セルフレーム１０１Ｗとセパレータ１０２との隙間を部分的に封止してガスの流れを制限する。
　封止部材１０４は、セパレータ１０２のアノード側流入口（例えばアノード側第１流入口１０２ａ）およびアノード側流出口（例えばアノード側第１流出口１０２ｄ）から、セパレータ１０２のカソード側の流路に向かって、アノードガスＡＧが混入することを防止する。
　モジュールエンド１０５は、図５～図７に示すように、複数積層したセルユニット１００Ｔの下端または上端を保持するプレートである。
　モジュールエンド１０５は、複数積層したセルユニット１００Ｔの下端または上端に配置している。モジュールエンド１０５は、セルユニット１００Ｔと同様の外形形状からなる。モジュールエンド１０５は、ガスを透過させない導電性材料からなり、発電セル１０１Ｍおよび他のモジュールエンド１０５と対向する一部の領域を除いて、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、モジュールエンド１０５に酸化アルミニウムを固着させて構成する。
　モジュールエンド１０５は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１０５ａ、アノード側第２流入口１０５ｂ、アノード側第３流入口１０５ｃ、アノード側第１流出口１０５ｄおよびアノード側第２流出口１０５ｅを設けている。モジュールエンド１０５は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソードガスＣＧを通過させるカソード側第１流入口１０５ｆ、カソード側第２流入口１０５ｇ、カソード側第１流出口１０５ｈ、カソード側第２流出口１０５ｉおよびカソード側第３流出口１０５ｊを設けている。モジュールエンド１０５において、カソードガスＣＧの流入口および流出口は、モジュールエンド１０５の外周面とエアーシェルター１１０の内側面との空間に相当する。
　上部集電板１０６は、図５に示し、セルユニット１００Ｔで発電された電力を外部に出力するものである。
　上部集電板１０６は、上部モジュールユニット１００Ｐの上端に配置している。上部集電板１０６は、セルユニット１００Ｔと同様の外形形状からなる。上部集電板１０６は、外部の通電部材と接続される端子（不図示）を設けている。上部集電板１０６は、ガスを透過させない導電性材料からなり、セルユニット１００Ｔの発電セル１０１Ｍと対向する領域および端子の部分を除いて、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、上部集電板１０６に酸化アルミニウムを固着させて構成する。
　下部集電板１０７は、図７に示し、セルユニット１００Ｔで発電された電力を外部に出力するものである。
　下部集電板１０７は、下部モジュールユニット１００Ｒの下端に配置している。下部集電板１０７は、上部集電板１０６と同様の外形形状からなる。下部集電板１０７は、外部の通電部材と接続される端子（不図示）を設けている。下部集電板１０７は、ガスを透過させない導電性材料からなり、セルユニット１００Ｔの発電セル１０１Ｍと対向する領域および端子の部分を除いて、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、下部集電板１０７に酸化アルミニウムを固着させて構成する。
　下部集電板１０７は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１０７ａ、アノード側第２流入口１０７ｂ、アノード側第３流入口１０７ｃ、アノード側第１流出口１０７ｄおよびアノード側第２流出口１０７ｅを設けている。下部集電板１０７は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソードガスＣＧを通過させるカソード側第１流入口１０７ｆ、カソード側第２流入口１０７ｇ、カソード側第１流出口１０７ｈ、カソード側第２流出口１０７ｉおよびカソード側第３流出口１０７ｊを設けている。下部集電板１０７において、カソードガスＣＧの流入口および流出口は、下部集電板１０７の外周面とエアーシェルター１１０の内側面との空間に相当する。
　下部エンドプレート１０８は、図２および図３に示すように、燃料電池スタック１００Ｓを下方から保持するものである。
　下部エンドプレート１０８は、燃料電池スタック１００Ｓの下端に配置している。下部エンドプレート１０８は、一部を除いて、セルユニット１００Ｔと同様の外形形状からなる。下部エンドプレート１０８は、カソードガスＣＧの流入口および排出口を形成するために、長手方向Ｙに沿った両端を直線状に伸長させて形成している。下部エンドプレート１０８は、セルユニット１００Ｔよりも十分に厚く形成している。下部エンドプレート１０８は、例えば、金属からなり、下部集電板１０７と接触する上面を、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、下部エンドプレート１０８に酸化アルミニウムを固着させて構成する。
　下部エンドプレート１０８は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１０８ａ、アノード側第２流入口１０８ｂ、アノード側第３流入口１０８ｃ、アノード側第１流出口１０８ｄおよびアノード側第２流出口１０８ｅを設けている。下部エンドプレート１０８は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソードガスＣＧを通過させるカソード側第１流入口１０８ｆ、カソード側第２流入口１０８ｇ、カソード側第１流出口１０８ｈ、カソード側第２流出口１０８ｉおよびカソード側第３流出口１０８ｊを設けている。
　上部エンドプレート１０９は、図２および図３に示すように、燃料電池スタック１００Ｓを上方から保持するものである。
　上部エンドプレート１０９は、燃料電池スタック１００Ｓの上端に配置している。上部エンドプレート１０９は、下部エンドプレート１０８と同様の外形形状からなる。上部エンドプレート１０９は、下部エンドプレート１０８と異なり、ガスの流入口および排出口を設けていない。上部エンドプレート１０９は、例えば、金属からなり、上部集電板１０６と接触する下面を、絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、上部エンドプレート１０９に酸化アルミニウムを固着させて構成する。
　エアーシェルター１１０は、図２および図３に示すように、燃料電池スタック１００Ｓとの間において、カソードガスＣＧの流路を形成するものである。
　エアーシェルター１１０は、下部エンドプレート１０８と上部エンドプレート１０９によって挟み込まれた燃料電池スタック１００Ｓを上方から覆っている。エアーシェルター１１０は、エアーシェルター１１０の内側面と燃料電池スタック１００Ｓの側面との隙間の部分によって、燃料電池スタック１００Ｓの構成部材のカソードガスＣＧの流入口と流出口を形成する。エアーシェルター１１０は、箱形状からなり、下部の全てと側部の一部を開口している。エアーシェルター１１０は、例えば、金属からなり、内側面を絶縁材またはコーティングを用いて絶縁している。絶縁材は、例えば、エアーシェルター１１０に酸化アルミニウムを固着させて構成する。
　外部マニホールド１１１は、図１および図２に示し、外部から複数のセルユニット１００Ｔにガスを供給するものである。
　外部マニホールド１１１は、セルスタックアッセンブリー１００Ｍの下方に配置している。外部マニホールド１１１は、下部エンドプレート１０８の形状を単純化した外形形状からなる。外部マニホールド１１１は、下部エンドプレート１０８よりも十分に厚く形成している。外部マニホールド１１１は、例えば、金属からなる。
　外部マニホールド１１１は、セルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、アノードガスＡＧを通過させるアノード側第１流入口１１１ａ、アノード側第２流入口１１１ｂ、アノード側第３流入口１１１ｃ、アノード側第１流出口１１１ｄおよびアノード側第２流出口１１１ｅを設けている。外部マニホールド１１１は、カソードガスＣＧを通過させるセルユニット１００Ｔと積層方向Ｚに沿って相対的な位置が合うように、カソード側第１流入口１１１ｆ、カソード側第２流入口１１１ｇ、カソード側第１流出口１１１ｈ、カソード側第２流出口１１１ｉおよびカソード側第３流出口１１１ｊを設けている。
　カバー１１２は、図１および図２に示すように、セルスタックアッセンブリー１００Ｍを被覆して保護するものである。
　カバー１１２は、セルスタックアッセンブリー１００Ｍを、外部マニホールド１１１とともに上下から挟み込んでいる。カバー１１２は、箱形状からなり、下部を開口させている。カバー１１２は、例えば、金属からなり、内側面を絶縁材によって絶縁している。
　（燃料電池スタック１００Ｓにおけるガスの流れ）
　図１６Ａは、燃料電池スタック１００ＳにおけるアノードガスＡＧの流れを模式的に示す斜視図である。図１６Ｂは、燃料電池スタック１００ＳにおけるカソードガスＣＧの流れを模式的に示す斜視図である。
　アノードガスＡＧは、外部マニホールド１１１、下部エンドプレート１０８、モジュールエンド１０５、セパレータ１０２、およびメタルサポートセルアッセンブリー１０１の各々の流入口を通過して、各々の発電セル１０１Ｍのアノード１０１Ｔに供給される。すなわち、アノードガスＡＧは、外部マニホールド１１１から終端の上部集電板１０６に至るまで、交互に積層されたセパレータ１０２とメタルサポートセルアッセンブリー１０１との隙間に設けられたアノード側の流路に分配して供給される。その後、アノードガスＡＧは、発電セル１０１Ｍで反応し、上記の各構成部材の各々の流出口を通過して排ガスの状態で排出される。
　アノードガスＡＧは、図１６Ａにおいて、図１６Ａの下方に位置するセパレータ１０２のアノード側第１流入口１０２ａ、アノード側第２流入口１０２ｂおよびアノード側第３流入口１０２ｃを通過し、メタルサポートセルアッセンブリー１０１のアノード側第１流入口１０１ａ、アノード側第２流入口１０１ｂおよびアノード側第３流入口１０１ｃを通過した後、図１６Ａの上方に位置するセパレータ１０２の流路部１０２Ｌに流入して、メタルサポートセルアッセンブリー１０１の発電セル１０１Ｍのアノード１０１Ｔに供給される。アノード１０１Ｔで反応した後のアノードガスＡＧは、排気ガスの状態で、図１６Ａの上方に位置するセパレータ１０２の流路部１０２Ｌから流出して、メタルサポートセルアッセンブリー１０１のアノード側第１流出口１０１ｄおよびアノード側第２流出口１０１ｅを通過し、図１６Ａ中の下方に位置するセパレータ１０２のアノード側第１流出口１０２ｄおよびアノード側第２流出口１０２ｅを通過して外部に排出される。
　カソードガスＣＧは、外部マニホールド１１１、下部エンドプレート１０８、モジュールエンド１０５、セパレータ１０２、およびメタルサポートセルアッセンブリー１０１の各々の流入口を通過して、発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕに供給される。すなわち、カソードガスＣＧは、外部マニホールド１１１から終端の上部集電板１０６に至るまで、交互に積層されたメタルサポートセルアッセンブリー１０１とセパレータ１０２との隙間に設けられたカソード側の流路に分配して供給される。その後、カソードガスＣＧは、発電セル１０１Ｍで反応し、上記の各構成部材の各々の流出口を通過して排ガスの状態で排出される。上記の各構成部材におけるカソードガスＣＧの流入口および流出口は、各々の構成部材の外周面と、エアーシェルター１１０の内側面との間の隙間によって、構成している。
　カソードガスＣＧは、図１６Ｂにおいて、図１６Ｂの下方に位置するセパレータ１０２のカソード側第１流入口１０２ｆおよびカソード側第２流入口１０２ｇを通過し、そのセパレータ１０２の流路部１０２Ｌに流入して、メタルサポートセルアッセンブリー１０１の発電セル１０１Ｍのカソード１０１Ｕに供給される。カソード１０１Ｕで反応した後のカソードガスＣＧは、排気ガスの状態で、図１６Ｂ中の下方に位置するセパレータ１０２の流路部１０２Ｌから流出して、そのセパレータ１０２のカソード側第１流出口１０２ｈ、カソード側第２流出口１０２ｉおよびカソード側第３流出口１０２ｊを通過して外部に排出される。
　（グリッドバネ１２０）
　グリッドバネ１２０（バネ部材に相当）は、図１５、図１７、図１８Ａ、図１８Ｂに示すように、発電セル１０１Ｍに向かってセパレータ１０２を押圧する弾発力を発生させる第１バネ部材１２１と、第１バネ部材１２１とは独立して弾発力を発生させる第２バネ部材１２２と、を有する。
　グリッドバネ１２０は、平坦な基板１２５（第１基部および第２基部に相当）を有する。
　第１バネ部材１２１は、基板１２５から片持ち梁となるように起立させて形成し弾性変形可能な複数の第１起立片１３０Ａ（バネ部に相当）を有する。第２バネ部材１２２は、基板１２５から片持ち梁となるように起立させて形成し弾性変形可能な複数の第２起立片１３０Ｂ（バネ部に相当）を有する。
　起立片１３０Ａ、１３０Ｂは、積層方向Ｚに弾発力を発生させることによって、基板１２５とカソード１０１Ｕとの間およびセパレータ１０２とアノード１０１Ｔとの間に面圧を生じさせるバネとして機能する。
　起立片１３０Ａ、１３０Ｂは、基板１２５の面方向に配置されている。基板１２５の隅部および中央部には、第１起立片１３０Ａが配置されている。第１起立片１３０Ａおよび第２起立片１３０Ｂは、起立の向きが互いに長手方向Ｙに対向するように交互に配置されている。基板１２５に占める第１起立片１３０Ａの設置面積は、１０％以上６０％以下であり、好ましくは、２０％以上５０％以下である。
　第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１は、グリッドバネ１２０が加熱されると低下する。グリッドバネ１２０の加熱温度および加熱時間は、後述する燃料電池スタック１００Ｓの製造方法において説明する。
　グリッドバネ１２０の加熱前の状態では、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が第２起立片１３０Ｂのバネ定数ｋ２よりも大きいことによって、グリッドバネ１２０は高反力バネとして機能する。本明細書において「高反力バネ」とは、セルユニット１００Ｔを積層する際に、組み付けられる部品を支持するのに必要な反力を発生させるバネを意味する。組み付けられる部品を支持するのに必要な反力は、例えば、１００Ｎ程度である。グリッドバネ１２０の加熱前の状態における第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１と第２起立片１３０Ｂのバネ定数ｋ２との比は、ｋ１：ｋ２＝１．５～３：１程度である。
　グリッドバネ１２０の加熱後の状態では、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が加熱前の状態よりも小さいことによって、グリッドバネ１２０は低反力バネとして機能する。本明細書において「低反力バネ」とは、積層方向Ｚにおける部材（セパレータ１０２や発電セル１０１Ｍ）の変位や変形を吸収するのに必要な反力を発生させるバネを意味する。積層方向Ｚにおける部材の変位や変形を吸収するのに必要な反力は、例えば、上述した組み付けられる部品を支持するのに必要な反力の５０％～８０％程度である。加熱前の状態における第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１１と加熱後の状態における第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１２との比は、ｋ１１：ｋ１２＝１：０．２～０．５程度である。
　グリッドバネ１２０の加熱前の状態において、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が第２起立片１３０Ｂのバネ定数ｋ２よりも大きいことによって、第１起立片１３０Ａが発生させる反力は、第２起立片１３０Ｂが発生させる反力よりも大きい。これにより、第１起立片１３０Ａに作用する応力は、第２起立片１３０Ｂに作用する応力よりも大きい。そのため、グリッドバネ１２０が加熱されると、第１起立片１３０Ａが第２起立片１３０Ｂよりも優先してクリープ変形し、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が低下する。
　グリッドバネ１２０の加熱後の状態において、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１は、第２起立片１３０Ｂのバネ定数ｋ２以下である。
　第１起立片１３０Ａは、基板１２５からセパレータ１０２に向かって湾曲しつつ延びており、その先端部がセパレータ１０２に接触する。第２起立片１３０Ｂは、基板１２５からセパレータ１０２に向かって湾曲しつつ延びており、その先端部がセパレータ１０２に接触する。起立片１３０は、曲げ変形することによって、セルユニット１００Ｔの積層方向Ｚに弾発力を発生させる。
　基板１２５に対する第１起立片１３０Ａの曲げ角度θ１は、基板１２５に対する第２起立片１３０Ｂの曲げ角度θ２よりも大きい。
　第１起立片１３０Ａの板厚Ｈ１は、基板１２５からセパレータ１０２に向かって略一定である。第２起立片１３０Ｂの板厚Ｈ２は、基板１２５からセパレータ１０２に向かって小さい。
　第１起立片１３０Ａの断面係数は、第２起立片１３０Ｂの断面係数よりも大きい。
　図１７Ｂに示すように、第１起立片１３０Ａの幅Ｂ１は、第２起立片１３０Ｂの幅Ｂ２よりも大きい。第２起立片１３０Ｂの幅Ｂ２は、基板１２５からセパレータ１０２に向かって小さい。
　第１起立片１３０Ａの幅Ｂ１や板厚Ｈ１および第２起立片１３０Ｂの幅Ｂ２や板厚Ｈ２は、第１起立片１３０Ａの断面係数が第２起立片１３０Ｂの断面係数よりも大きい限りにおいて特に限定されない。
　（燃料電池スタック１００Ｓの製造方法）
　燃料電池スタック１００Ｓの製造方法は、セルユニット１００Ｔを積層する工程Ｓ１と、グリッドバネ１２０のバネ定数Ｋを低下させる工程Ｓ２と、を有する。
　セルユニット１００Ｔを積層する工程Ｓ１では、発電セル１０１Ｍに向かってセパレータ１０２を押圧する弾発力を発生させる第１起立片１３０Ａと、第１起立片１３０Ａとは独立して弾発力を発生させる第２起立片１３０Ｂと、を有するグリッドバネ１２０を配置する。
　グリッドバネ１２０を配置する際には、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が第２起立片１３０Ｂのバネ定数ｋ２よりも大きいことによって高反力バネとして機能するグリッドバネ１２０を配置する。
　図２０Ａに示すように、グリッドバネ１２０のバネ定数Ｋを低下させる工程Ｓ２では、時間Δｔの間、グリッドバネ１２０を第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２に加熱することによって、第１起立片１３０Ａをクリープ変形させる。これにより、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が低下する。第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１の低下に伴って、グリッドバネ１２０のバネ定数Ｋが低下し、グリッドバネ１２０は低反力バネとして機能するようになる。
　第２温度Ｔ２は、燃料電池スタック１００Ｓの使用時の温度Ｔ３よりも高い。第１温度Ｔ１は常温、第２温度Ｔ２は７００℃程度、温度Ｔ３は６００℃程度である。加熱時間Δｔは、１時間程度である。
　グリッドバネ１２０の加熱は、燃料電池スタック１００Ｓの出荷前における燃料電池スタック１００Ｓの試運転において行う。グリッドバネ１２０の加熱は、燃料電池スタック１００Ｓの試運転時に発電セル１０１Ｍから発生する熱エネルギーや、発電セル１０１Ｍに供給される高温のカソード１０１Ｕガスが有する熱エネルギーを利用して行う。
　図２０Ｂに示すように、セルユニット１００Ｔを積層する工程Ｓ１では、一の発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２とを相対的に距離Δｄだけ近づけることによって、第１バネ部材１２１に降伏点よりも大きな応力を作用させ、第１バネ部材１２１を降伏させる。
　＜燃料電池スタック１００Ｓの動作＞　上述したように、グリッドバネ１２０は、発電セル１０１Ｍに向かってセパレータ１０２を押圧する弾発力を発生させる第１起立片１３０Ａと、第１起立片１３０Ａとは独立して、発電セル１０１Ｍに向かってセパレータ１０２を押圧する弾発力を発生させる第２起立片１３０Ｂと、を有する。
　図２１Ａに示すように、グリッドバネ１２０は、各々が独立したバネとして機能する第１起立片１３０Ａと第２起立片１３０Ｂとを並列接続したバネとみなすことができる。グリッドバネ１２０のバネ定数Ｋは、下記式に示すように、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１と第２起立片１３０Ｂのバネ定数ｋ２との和に等しい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　グリッドバネ１２０の加熱前の状態では、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が第２起立片１３０Ｂのバネ定数ｋ２よりも大きい。これにより、グリッドバネ１２０の加熱前の状態では、下記式に示すように、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が支配的である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図２１Ｂに示すように、グリッドバネ１２０の加熱前の状態において、燃料電池スタック１００Ｓに積層方向Ｚの押圧力Ｆ０を加えると、第１起立片１３０Ａが発生させる高反力Ｆ１によって、組み付けられる部品（発電セル１０１Ｍやセパレータ１０２等）が支持される。そのため、部品同士を密着させた状態で組み付けることができる。
　グリッドバネ１２０を加熱すると、第１起立片１３０Ａが第２起立片１３０Ｂよりも優先的にクリープ変形する。これにより、図２２Ａに示すように、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が低下する。
　図２２Ａでは、クリープ変形前の第１起立片１３０Ａのバネ定数をｋ１１、第２起立片１３０Ｂのバネ定数をｋ２１で示し、クリープ変形後の第１起立片１３０Ａのバネ定数をｋ１２、第２起立片１３０Ｂのバネ定数をｋ２２で示している。
　加熱温度が第１閾値Ｔｃ１を超えると、第１起立片１３０Ａはクリープ変形してバネ定数ｋ１が低下する。加熱温度が第２閾値Ｔｃ２を超えると、第２起立片１３０Ｂもクリープ変形して、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１および第２起立片１３０Ｂのバネ定数ｋ２のいずれも低下する。加熱温度が第３閾値Ｔｃ３を超えるとクリープ変形後の第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１２は、第２起立片１３０Ｂのバネ定数ｋ２２以下となる。第３閾値Ｔｃ３は、６００℃程度である。
　第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が低下すると、グリッドバネ１２０全体のバネ定数Ｋが低下する。これにより、グリッドバネ１２０に作用する力は低反力Ｆ２となり、グリッドバネ１２０の耐クリープ性が向上する。そのため、燃料電池スタック１００Ｓの使用時において、グリッドバネ１２０が発生させる弾発力によって、アノード１０１Ｔとセパレータ１０２との間およびカソード１０１Ｕとグリッドバネ１２０との間に十分な面圧を安定して確保できる。
　以上説明した実施形態の作用効果を説明する。
　燃料電池スタック１００Ｓは、電解質１０１Ｓを両側からアノード１０１Ｔおよびカソード１０１Ｕで狭持してなり、供給されたガスによって発電する発電セル１０１Ｍと、発電セル１０１Ｍとの間にガスの流通路である流路部１０２Ｌを区画形成するとともにアノード１０１Ｔと導通接触するセパレータ１０２と、を有するセルユニット１００Ｔを複数積層した燃料電池スタック１００Ｓである。燃料電池スタック１００Ｓは、発電セル１０１Ｍに向かってセパレータ１０２を押圧する弾発力を発生させる第１起立片１３０Ａと、第１起立片１３０Ａとは独立して弾発力を発生させる第２起立片１３０Ｂと、を備えるグリッドバネ１２０を有する。第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１は、グリッドバネ１２０が加熱されることによって低下する。加熱前の状態では、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が第２起立片１３０Ｂのバネ定数ｋ２よりも大きいことによって、グリッドバネ１２０は低反力バネとして機能する。加熱後の状態では、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が加熱前の状態よりも小さいことによって、グリッドバネ１２０は低反力バネとして機能する。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法によれば、グリッドバネ１２０の加熱前の状態では、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が第２起立片１３０Ｂのバネ定数ｋ２よりも大きい。これにより、セルユニット１００Ｔを積層する際に、第１起立片１３０Ａが発生させる高反力によって、組み付けられる部品（発電セル１０１Ｍやセパレータ１０２等）を支持し、部品同士を密着させた状態で組み付けることができる。一方、グリッドバネ１２０の加熱後の状態では、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１が加熱前の状態よりも小さいことによって、グリッドバネ１２０は低反力バネとして機能する。そのため、グリッドバネ１２０の耐クリープ性が向上し、燃料電池スタック１００Ｓの使用時においてグリッドバネ１２０が高温になった場合であっても、第２起立片１３０Ｂによって、アノード１０１Ｔとセパレータ１０２との間およびカソード１０１Ｕとグリッドバネ１２０との間に十分な面圧を安定して確保できる。従って、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法によれば、グリッドバネ１２０のクリープ変形に起因した発電性能の低下を防止できる。
　特に、本実施形態に係る燃料電池スタック１００Ｓは、電解質１０１Ｓとして固体酸化物セラミックスを用いた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ　Ｏｘｉｄｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）であるため、稼働温度が約７００～１０００℃と非常に高い。このため、固体高分子膜形燃料電池に比べて、稼働時にグリッドバネ１２０が比較的クリープ変形し易い。上記構成により、燃料電池スタック１００Ｓは、高温状態での長期間の運転においても発電性能を維持できる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法における第１バネ部材１２１のバネ定数ｋ１は、グリッドバネ１２０の加熱後の状態において、第２バネ部材１２２のバネ定数ｋ２以下である。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法によれば、グリッドバネ１２０の加熱後の状態におけるバネ定数Ｋをより確実に低下させることができる。そのため、グリッドバネ１２０の耐クリープ性をより確実に向上させることができる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法において、第１起立片１３０Ａは、基板１２５から湾曲しつつ延びており、その先端部がセパレータ１０２に接触する。また、第２起立片１３０Ｂは、基板１２５から湾曲しつつ延びており、その先端部がセパレータ１０２に接触する。そして、グリッドバネ１２０は、第１起立片１３０Ａおよび第２起立片１３０Ｂが曲げ変形することによって弾発力を発生させる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法によれば、曲げ変形という簡便な構成によって、弾発力を発生させることができる。そのため、かかる燃料電池スタック１００Ｓおよび燃料電池スタック１００Ｓの製造方法によれば、燃料電池スタック１００Ｓの製造が容易になる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法において、基板１２５に対する第１起立片１３０Ａの曲げ角度θ１は、第２起立片１３０Ｂに対する第２起立片１３０Ｂの曲げ角度θ２よりも大きい。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法によれば、第１起立片１３０Ａの曲げ角度θ１および第２起立片１３０Ｂの曲げ角度θ２を調整するという簡便な方法によって、第１起立片１３０Ａのバネ定数および第２起立片１３０Ｂのバネ定数を調整できる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法において、第１起立片１３０Ａの断面係数は、第２起立片１３０Ｂの断面係数よりも大きい。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法によれば、第１起立片１３０Ａの断面係数および第２起立片１３０Ｂの断面係数を調整するという簡便な方法によって、第１起立片１３０Ａのバネ定数および第２起立片１３０Ｂのバネ定数を調整できる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法において、第２起立片１３０Ｂの幅Ｂ２は、基板１２５からセパレータ１０２に向かって小さい。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法によれば、第２起立片１３０Ｂの曲げ剛性が、セパレータ１０２に接触する側から遠ざかるにつれて大きくなる。これにより、第２起立片１３０Ｂにおいて、曲げ応力がより均等に作用する。そのため、第２起立片１３０Ｂに作用する応力を分散させることができるから、第２起立片１３０Ｂのクリープ変形をより確実に抑制できる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法において、第２起立片１３０Ｂの板厚Ｈ２は、基板１２５からセパレータ１０２に向かって小さい。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法によれば、第２起立片１３０Ｂの曲げ剛性が、セパレータ１０２に接触する側から遠ざかるにつれて大きくなる。これにより、第２起立片１３０Ｂにおいて、曲げ応力がより均等に作用する。そのため、第２起立片１３０Ｂに作用する応力を分散させることができるから、第２起立片１３０Ｂのクリープ変形をより確実に抑制できる。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法において、グリッドバネ１２０は、第１起立片１３０Ａおよび第２起立片１３０Ｂを、セパレータ１０２の面方向に沿って配置してなる。グリッドバネ１２０の隅部および中央部には、第１起立片１３０Ａが配置されている。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法によれば、第１温度Ｔ１において第２起立片１３０Ｂよりも大きなバネ定数を備える第１起立片１３０Ａによって、アノード１０１Ｔに向かってセパレータ１０２を面方向に均等に押圧できる。そのため、セルユニット１００Ｔを積層する際の部品の組付け精度が向上する。
　また、かかる燃料電池スタック１００Ｓの製造方法において、発電セル１０１Ｍを積層する際には、一の発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２とを相対的に近づけることによって第１起立片１３０Ａに積層方向Ｚの力を作用させ、第１起立片１３０Ａを降伏させる。
　かかる燃料電池スタック１００Ｓの製造方法によれば、第１起立片１３０Ａを降伏させることによって、第１起立片１３０Ａが塑性変形する。これにより、グリッドバネ１２０を加熱した際に、第１起立片１３０Ａのクリープ変形を促進させることができる。そのため、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１の低下に伴って、グリッドバネ１２０のバネ定数Ｋをさらに確実に低下させることができる。その結果、グリッドバネ１２０の耐クリープ性をさらに確実に向上させることができる。
　（変形例１）
　上述した実施形態では、第１起立片１３０Ａおよび第２起立片１３０Ｂは、曲げ変形を生じさせる形態として、ともに片持ち梁として構成した。しかしながら、起立片１３０の形態は、曲げ変形を生じる限りにおいて特に限定されない。
　第１起立片１３０Ａは、図２３Ａおよび図２３Ｂに示すように、フープバネの形態としてもよい。
　本変形例に係る燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、第１起立片１３０Ａをフープバネにするという簡便な構成によって、第１起立片１３０Ａの第１バネ定数Ｋ１を、第２起立片１３０Ｂのバネ定数よりも容易に大きくできる。
　（変形例２）
　また、第２起立片１３０Ｂは、図２４Ａおよび図２４Ｂに示すように、等モーメント梁としてもよい。等モーメント梁とは、断面二次モーメントが、第２起立片１３０Ｂの延びている方向に沿って一定であることを意味する。
　第２起立片１３０Ｂは、モーメント調整用の開口部２１０を有する。開口部２１０の幅は、基板１２５から第２起立片１３０Ｂの先端に向かうにつれて大きくなっている。開口部２１０は、三角形形状を備える。
　第２バネ部材１２２は、積層方向Ｚにおける第２起立片１３０Ｂの変位を規制する規制部２２０をさらに有してもよい。
　規制部２２０は、第２起立片１３０Ｂから基板１２５側に向かって延びている。規制部２２０は、第２起立片１３０Ｂの一部を切り欠いて起立させた形状を備える。モーメント調整用の開口部２１０は、規制部１３２の形成とともに形成し得る。
　本変形例に係る燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、第２起立片１３０Ｂは、等モーメント梁である。これにより、第２起立片１３０Ｂにおいて、曲げ応力がより均等に作用する。そのため、第２起立片１３０Ｂに作用する応力を分散させることができるから、第２起立片１３０Ｂのクリープ変形をより確実に抑制できる。
　また、本変形例に係る燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、第２起立片１３０Ｂは、積層方向Ｚにおける第２起立片１３０Ｂの変位を規制する規制部１３２を有する。これにより、燃料電池スタック１００Ｓは、第２起立片１３０Ｂが過度に曲げ変形することを防止できる。そのため、カソード１０１Ｕと基板１２５との間およびアノード１０１Ｔとセパレータ１０２との間にさらに確実に面圧を付与できる。
　（変形例３）
　上述した実施形態では、グリッドバネ１２０は、第１起立片１３０Ａおよび第２起立片１３０Ｂを一の基板１２５に配置することによって構成された。しかしながら、図２５Ａ、図２５Ｂ、図２５Ｃおよび図２５Ｄに示すように、グリッドバネ１２０は、第１起立片１３０Ａおよび第２起立片１３０Ｂを異なる基板１２５に配置することによって構成してもよい。
　グリッドバネ１２０は、第１グリッドバネ１２０Ａ（図２５Ｂ参照）と、第１グリッドバネ１２０Ａとは独立して弾発力を発生させる第２グリッドバネ１２０Ｂ（図２５Ａ参照）と、を有する。グリッドバネ１２０は、第１グリッドバネ１２０Ａに第２グリッドバネ１２０Ｂを積層して構成される（図２５Ｃ参照）。
　第１グリッドバネ１２０Ａは、平坦な第１基板１２５Ａ（第１基部に相当）と、第１基板１２５Ａから片持ち梁となるように起立させて形成し弾性変形可能な複数の第１起立片１３０Ａ（第１バネ部に相当）と、を有する。
　第２グリッドバネ１２０Ｂは、平坦な第２基板１２５Ｂ（第２基部に相当）と、第２基板１２５Ｂから片持ち梁となるように起立させて形成し弾性変形可能な複数の第２起立片１３０Ｂ（第２バネ部に相当）と、を有する。
　第２起立片１３０Ｂの板厚Ｈ２は、第１起立片１３０Ａの板厚Ｈ１よりも薄い。
　第１起立片１３０Ａの板厚Ｈ１と第１基板１２５Ａの板厚とは同じである。第２基板１２５Ｂの板厚Ｈ２と第２起立片１３０Ｂの板厚とは同じである。
　第２基板１２５Ｂは、第１起立片１３０Ａを収容する開口部３１０を有する。開口部３１０は、第１グリッドバネ１２０Ａに第２グリッドバネ１２０Ｂが積層された状態において第１起立片１３０Ａを収容する（図２５Ｃ参照）。
　本変形例に係る燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、グリッドバネ１２０は、第１グリッドバネ１２０Ａに第２グリッドバネ１２０Ｂを積層してなる。これにより、第１グリッドバネ１２０Ａと第２グリッドバネ１２０Ｂとを互いに独立した工程で形成できるから、バネ定数の異なる第１グリッドバネ１２０Ａおよび第２グリッドバネ１２０Ｂの製造を容易にできる。
　本変形例に係る燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、第２起立片１３０Ｂの板厚Ｈ２は、第１起立片１３０Ａの板厚Ｈ１よりも薄い。これにより、セルユニット１００Ｔを積層する際に、第２起立片１３０Ｂよりも板厚が大きい第１起立片１３０Ａによって、アノード１０１Ｔとセパレータ１０２とを押し付けることができる。このとき、第２起立片１３０Ｂよりも第１起立片１３０Ａの方が作用する応力が大きいから、グリッドバネ１２０が加熱されたときに、第１起立片１３０Ａを優先的にクリープ変形させることができる。これにより、第１起立片１３０Ａのバネ定数ｋ１の低下に伴って、グリッドバネ１２０のバネ定数Ｋをさらに確実に低下させることができる。そのため、グリッドバネ１２０の耐クリープ性をさらに確実に向上させることができる。
　（変形例４）
　変形例３において上述した形態において、図２６Ａ、図２６Ｂおよび図２６Ｃに示すように、グリッドバネ１２０は、第１起立片１３０Ａと第２起立片１３０Ｂとの間の位置決めを行う位置決め機構４１０と、第１グリッドバネ１２０Ａと第２グリッドバネ１２０Ｂの積層方向Ｚにおける一の側から他の側にガスを流通させる流通部４２０と、をさらに有してもよい。
　第２グリッドバネ１２０Ｂは、第１起立片１３０Ａを収容する開口部３１０を有する。位置決め機構４１０は、開口部３１０を構成する縁部に凹部４１１を有するとともに、凹部４１１に嵌合する凸部４１２を第１基板１２５Ａに有する。
　流通部４２０は、第１基板１２５Ａの板厚方向に開口する第１開口部４２１と、第２基板１２５Ｂの板厚方向に開口する第２開口部４２２と、を有する。第１開口部４２１と第２開口部４２２とは、第１グリッドバネ１２０Ａと第２グリッドバネ１２０Ｂを重ねた状態において連通する。第１開口部４２１と第２開口部４２２とは、第１グリッドバネ１２０Ａと第２グリッドバネ１２０Ｂを積層した状態のグリッドバネ１２０を平面視した際に、短手方向Ｘにオフセットしている（図２６Ｃ参照）。
　第１起立片１３０Ａおよび第２起立片１３０Ｂは、短手方向Ｘに沿って配置されている。凹部４１１は、開口部３１０を構成する短手方向Ｘに沿う縁部の中央付近に形成されている。凸部４１２は、一の第１起立片１３０Ａと他の第１起立片１３０Ａとの間に配置されている。凸部４１２は、第１グリッドバネ１２０Ａに第２グリッドバネ１２０Ｂを積層したときに第２グリッドバネ１２０Ｂが配置される側に向かって、第１基板１２５Ａにおいて一の第１起立片１３０Ａと他の第１起立片１３０Ａとの間に挟まれた部位を湾曲させた形状を備える。
　第１開口部４２１は、第１基板１２５Ａにおいて、第１起立片１３０Ａとは異なる位置に配置されている。
　第２起立片１３０Ｂは、第２基板１２５Ｂの一部を切り欠いて起立させた形状を備える。第２開口部４２２は、第２起立片１３０Ｂの形成とともに形成される。
　本変形例に係る燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、グリッドバネ１２０は、第１起立片１３０Ａと第２起立片１３０Ｂとの間の位置決めを行う位置決め機構４１０を有する。これにより、第１グリッドバネ１２０Ａと第２グリッドバネ１２０Ｂとを積層する際の第１起立片１３０Ａと第２起立片１３０Ｂとの間の位置決めを容易に行うことができる。そのため、かかる燃料電池スタック１００Ｓによれば、グリッドバネ１２０を容易に製造できる。
　また、本変形例に係る燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、第１グリッドバネ１２０Ａと第２グリッドバネ１２０Ｂの積層方向Ｚにおける一の側から他の側にガスを流通させる流通部４２０を有する。これにより、第１グリッドバネ１２０Ａと第２グリッドバネ１２０Ｂの積層方向における一の側から他の側にガスを流通させることができる。そのため、発電セル１０１Ｍに供給されるガスの量が増加するから、発電セル１０１Ｍにおいて発電される電力を大きくすることができる。
　（変形例５）
　上述した変形例３および変形例４では、第１グリッドバネ１２０Ａに第２グリッドバネ１２０Ｂが積層された状態において、第１起立片１３０Ａと第２起立片１３０Ｂとは、グリッドバネ１２０の平面視において異なる位置に配置されていた。
　しかしながら、図２７Ａ、図２７Ｂ、図２７Ｃおよび図２７Ｄに示すように、第１起立片１３０Ａと第２起立片１３０Ｂとは、積層方向Ｚにおいて重なって配置されていてもよい。
　第１起立片１３０Ａは、第１温度Ｔ１において、図２７Ｃに示すように、セパレータ１０２を押圧する。第１起立片１３０Ａは、第２温度Ｔ２において、図２７Ｄに示すように、第２起立片１３０Ｂの積層方向Ｚにおける変形を規制する。
　本変形例に係る燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、第２温度Ｔ２において、第１起立片１３０Ａは、第２起立片１３０Ｂが積層方向Ｚに過度に変形することを防止できる。その結果、カソード１０１Ｕと基板１２５との間およびアノード１０１Ｔとセパレータ１０２との間にさらに確実に面圧を付与できる。
　（変形例６）
　起立片１３０は、図２８に示すように、起立片１３０の位置決めを行う位置決め機構５１０を有してもよい。
　位置決め機構５１０は、セパレータ１０２に起立片１３０を接合するための接合位置決め部５２０と、セパレータ１０２の面方向における位置決めを行う面方向位置決め部５３０と、積層方向Ｚの位置決めを行う積層方向位置決め部５４０と、を有する。
　接合位置決め部５２０は、セパレータ１０２に対して面接触する平面部５２１を有する。平面部５２１において、起立片１３０は、セパレータ１０２に溶接接合される。
　面方向位置決め部５３０は、セパレータ１０２の凹部１０２ｙに付き当てられることによって、セパレータ１０２の面方向における起立片１３０の位置決めを行う。面方向位置決め部５３０は、平面部５２１から、セパレータ１０２の凹部１０２ｙに向かって延びている。面方向位置決め部５３０の先端は、凹部１０２ｙの凹み側に向かって屈曲している。
　積層方向位置決め部５４０は、起立片１３０から、セパレータ１０２に向かって積層方向Ｚに延びている。積層方向位置決め部５４０は、起立片１３０が変位したときにセパレータ１０２に当接することによって、起立片１３０の積層方向Ｚの変位を規制する。これにより、起立片１３０が積層方向Ｚに過度に変形することを防止できる。
　変形例に係る燃料電池スタック１００Ｓ、セルユニット１００Ｔおよびグリッドバネ１２０によれば、グリッドバネ１２０は、起立片１３０の位置決めを行う位置決め機構５１０を有する。これにより、発電セル１０１Ｍとセパレータ１０２との間にグリッドバネ１２０を配置する際に、グリッドバネ１２０の位置決めを容易に行うことができる。そのため、かかる燃料電池スタック１００Ｓによれば、燃料電池スタック１００Ｓの製造を容易に行うことができる。
　（変形例７）
　図２９Ａおよび図２９Ｂに示すように、グリッドバネ１２０は、グリッドバネ１２０が加熱されると消失する第１グリッドバネ１２０Ａと、第１グリッドバネ１２０Ａとは独立して弾発力を発生させる第２グリッドバネ１２０Ｂと、を有してもよい。
　第１グリッドバネ１２０Ａは、グリッドバネ１２０が第１温度Ｔ１から第２温度Ｔ２に加熱されると消失する材料で構成される。第１グリッドバネ１２０Ａは、例えば、カーボンペーパーによって構成できる。
　第２グリッドバネ１２０Ｂは、第２起立片１３０Ｂを有する。第２起立片１３０Ｂの構成は、上述した実施形態に係るものと同じでる。
　図２７Ｃに示すように、第１グリッドバネ１２０Ａは、枠体６１０（第１バネ部に相当）と、第２グリッドバネ１２０Ｂに積層された際に第２グリッドバネ１２０Ｂの第２起立片１３０Ｂを収容する開口部６２０と、を有する。
　第１グリッドバネ１２０Ａは、グリッドバネ１２０の加熱前の状態において、図２７Ｄに示すように、枠体６１０によってセパレータ１０２を押圧する。
　本変形例によっても、上述した実施形態と同様に、グリッドバネ１２０のクリープ変形に起因した燃料電池スタック１００Ｓの発電性能の低下を防止できる。
　また、本変形例にかかるセルユニット１００Ｔ、グリッドバネ１２０および燃料電池スタック１００Ｓの製造方法によれば、グリッドバネ１２０が加熱されると第１グリッドバネ１２０Ａが消失するから、グリッドバネ１２０全体のバネ定数Ｋをさらに確実に小さくできる。そのため、グリッドバネ１２０の耐クリープ性がさらに確実に向上する。
　そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。
　例えば、第１温度、第２温度、第３温度および加熱時間は、実施形態の説明において上述した値に限定されない。
　また、グリッドバネの加熱は、上述した出荷前の試運転による加熱に限定されず、燃料電池スタックに用いられるシール材料等の焼成と合わせて、グリッドバネを加熱してもよい。
　なお、第１実施形態ではグリッドバネの板厚は、たわみ易くするため先端に向けて漸減させたが、他の実施形態のように一定とするものでも良いことはもちろんである。
　本出願は、２０１７年９月２２日に出願された日本国特許出願第２０１７－１８２９８１号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として引用されている。
１００　　燃料電池スタック、
１００Ｍ　セルスタックアッセンブリー、
１００Ｓ　スタック、
１００Ｔ　セルユニット、
１００Ｕ　接合体、
１００Ｐ　上部モジュールユニット、
１００Ｑ　中部モジュールユニット、
１００Ｒ　下部モジュールユニット、
１０１　　メタルサポートセルアッセンブリー、
１０１Ｍ　発電セル、
１０１Ｎ　メタルサポートセル、
１０１Ｓ　電解質、
１０１Ｔ　アノード（燃料極）、
１０１Ｕ　カソード（酸化剤極）、
１０１Ｖ　サポートメタル、
１０１Ｗ　セルフレーム、
１０１ｋ　開口部、
１０２　　セパレータ、
１０２Ｌ　流路部、
１０２ｐ　外縁、
１０２ｑ　溝、
１０２ｘ　平坦部、
１０２ｙ　アノード側突起、
１０２ｚ　カソード側突起、
１０３　　集電補助層、
１０４　　封止部材、
１０５　　モジュールエンド、
１０６　　上部集電板、
１０７　　下部集電板、
１０８　　下部エンドプレート、
１０９　　上部エンドプレート、
１１０　　エアーシェルター、
１１１　　外部マニホールド、
１０１ａ，１０２ａ，１０５ａ，１０７ａ，１０８ａ，１１１ａ　アノード側第１流入口、
１０１ｂ，１０２ｂ，１０５ｂ，１０７ｂ，１１１ｂ，１０８ｂ　アノード側第２流入口、
１０１ｃ，１０２ｃ，１０５ｃ，１０７ｃ，１１１ｃ，１０８ｃ　アノード側第３流入口、
１０１ｄ，１０２ｄ，１０８ｄ，１０７ｄ，１１１ｄ，１０５ｄ　アノード側第１流出口、
１０１ｅ，１０２ｅ，１０５ｅ，１０７ｅ，１１１ｅ，１０８ｅ　アノード側第２流出口、
１０１ｆ，１０８ｆ，１０２ｆ，１０５ｆ，１０７ｆ，１１１ｆ　カソード側第１流入口、
１０１ｇ，１０２ｇ，１０５ｇ，１０７ｇ，１０８ｇ，１１１ｇ　カソード側第２流入口、
１０１ｈ，１０２ｈ，１１１ｈ，１０５ｈ，１０７ｈ，１０８ｈ　カソード側第１流出口、
１０１ｉ，１０２ｉ，１０５ｉ，１０７ｉ，１０８ｉ，１１１ｉ　カソード側第２流出口、
１０１ｊ，１０２ｊ，１０５ｊ，１０７ｊ，１０８ｊ，１１１ｊ　カソード側第３流出口、
１１２　　　カバー、
１２０　　グリッドバネ（バネ部材）、
１２０Ａ　第１グリッドバネ（第１バネ部材）、
１２０Ｂ　第２グリッドバネ（第２バネ部材）、
１２１　　第１バネ部材、
１２２　　第２バネ部材、
１２５Ａ　第１基板、
１２５Ｂ　第２基板、
１３０Ａ　第１起立片（バネ部）、
１３０Ｂ　第２起立片（バネ部）、
３１０　　開口部、
４１０、５１０　位置決め機構、
４２０　　流通部、
Ｖ　　　　接合ライン、
ＡＧ　　　アノードガス、
ＣＧ　　　カソードガス、
Ｘ　　　　（燃料電池スタックの）短手方向、
Ｙ　　　　（燃料電池スタックの）長手方向、
Ｚ　　　　（燃料電池スタックの）積層方向。

Claims (19)

  1. 　電解質を両側から一対の電極で狭持してなり、供給されたガスによって発電する発電セルと、前記発電セルとの間に前記ガスの流通路である流路部を区画形成するとともに前記電極と導通接触するセパレータと、を有する燃料電池ユニットを複数積層した燃料電池スタックに用いるバネ部材であって、
    　前記発電セルに向かって前記セパレータを押圧する弾発力を発生させる第１バネ部材と、前記第１バネ部材とは独立して前記弾発力を発生させる第２バネ部材と、を有し、
    　前記第１バネ部材のバネ定数は、前記バネ部材が加熱されることによって低下し、
    　加熱前の状態では、前記第１バネ部材のバネ定数が前記第２バネ部材のバネ定数よりも大きいことによって高反力バネとして機能し、
    　加熱後の状態では、前記第１バネ部材のバネ定数が加熱前の状態よりも小さいことによって低反力バネとして機能する、バネ部材。
  2. 　加熱後の状態では、前記第１バネ部材のバネ定数は、前記第２バネ部材のバネ定数以下である、請求項１に記載のバネ部材。
  3. 　前記第１バネ部材は、前記セパレータから離間して配置される第１基部と、前記第１基部から前記セパレータに向かって湾曲しつつ延びており、先端部が前記セパレータに接触する第１バネ部と、を有し、
    　前記第２バネ部材は、前記セパレータから離間して配置される第２基部と、前記第２基部から前記セパレータに向かって湾曲しつつ延びており、先端部が前記セパレータに接触する第２バネ部と、を有し、
    　前記第１バネ部材は、前記第１バネ部が曲げ変形することによって前記弾発力を発生させるとともに、前記第２バネ部材は、前記第２バネ部が曲げ変形することによって前記弾発力を発生させる、請求項１または請求項２に記載のバネ部材。
  4. 　前記第１基部に対する前記第１バネ部の曲げ角度は、前記第２基部に対する前記第２バネ部の曲げ角度よりも大きい、請求項３に記載のバネ部材。
  5. 　前記第１バネ部の断面係数は、前記第２バネ部の断面係数よりも大きい、請求項３または請求項４に記載のバネ部材。
  6. 　前記第２バネ部の幅は、前記第２基部から前記セパレータに向かって小さい、請求項３～５のいずれか１項に記載のバネ部材。
  7. 　前記第２バネ部の板厚は、前記第２基部から前記セパレータに向かって小さい、請求項３～６のいずれか１項に記載のバネ部材。
  8. 　前記バネ部材は、前記第１バネ部材に前記第２バネ部材を積層してなる、請求項３～７のいずれか１項に記載のバネ部材。
  9. 　前記第２バネ部材の板厚は、前記第１バネ部材の板厚よりも薄く、
    　前記第２基部は、前記第１バネ部を収容する開口部を有する、請求項８に記載のバネ部材。
  10. 　前記バネ部材は、前記第１バネ部材と前記第２バネ部材との間の位置決めを行う位置決め機構と、前記第１バネ部材と前記第２バネ部材の積層方向における一の側から他の側に前記ガスを流通させる流通部を有する、請求項９に記載のバネ部材。
  11. 　前記第１バネ部材に前記第２バネ部材を積層した状態において、前記第１バネ部および前記第２バネ部は、前記燃料電池ユニットの積層方向において重なる位置に配置されている、請求項８～１０のいずれか１項に記載のバネ部材。
  12. 　前記第１バネ部は、フープバネである、請求項３～１１のいずれか１項に記載のバネ部材。
  13. 　前記第２バネ部材は、前記燃料電池ユニットの積層方向における当該第２バネ部の変位を規制する規制部を有し、
    　前記第２バネ部は、等モーメント梁である、請求項３～１２のいずれか１項に記載のバネ部材。
  14. 　電解質を両側から一対の電極で狭持してなり、供給されたガスによって発電する発電セルと、前記発電セルとの間に前記ガスの流通路である流路部を区画形成するとともに前記発電セルに導通接触するセパレータと、請求項１～１３のいずれか１項に記載のバネ部材と、を有する燃料電池ユニット。
  15. 　前記バネ部材は、前記セパレータに対して当該バネ部材の位置決めを行う位置決め機構を有する、請求項１４に記載の燃料電池ユニット。
  16. 　前記バネ部材は、前記第１バネ部材および前記第２バネ部材を、前記セパレータの面方向に沿って配置してなり、
    　前記第１バネ部材は、少なくとも、前記バネ部材の隅部および中央部に配置されている、請求項１４または１５に記載の燃料電池ユニット。
  17. 　請求項１４～１６のいずれか１項に記載の燃料電池ユニットを複数積層した燃料電池スタック。
  18. 　電解質を両側から一対の電極で狭持してなり、供給されたガスによって発電する発電セルと、前記発電セルとの間に前記ガスの流通路である流路部を区画形成するとともに前記発電セルの前記電極と導通接触するセパレータと、を有する燃料電池ユニットを複数積層した燃料電池スタックを製造する方法であって、
    　前記燃料電池ユニットを積層する際には、前記発電セルに向かって前記セパレータを押圧する弾発力を発生させる第１バネ部材と、前記第１バネ部材とは独立して前記弾発力を発生させる第２バネ部材と、を有するバネ部材を配置し、
    　前記バネ部材を配置する際には、前記第１バネ部材のバネ定数が前記第２バネ部材のバネ定数よりも大きいことによって高反力バネとして機能する前記バネ部材を配置し、
    　前記燃料電池ユニットを積層した後に、前記バネ部材を加熱することによって、前記第１バネ部材のバネ定数を低下させ、前記バネ部材を低反力バネとして機能させる、燃料電池スタックの製造方法。
  19. 　前記燃料電池ユニットを積層する際には、一の前記発電セルと前記セパレータとを相対的に近づけることによって、前記第１バネ部材に、前記燃料電池ユニットの積層方向の力を作用させ、当該第１バネ部材を降伏させる、請求項１８に記載の燃料電池スタックの製造方法。
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