(57)【要約】【課題】ばねを用いず、セルスタック長さの縮み変位を吸収し燃料電池セルスタックに荷重を負荷可能な荷重負荷装置、又荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックを提供する。【解決手段】荷重負荷装置１は、上記セルスタック２を収容するためのスタックケース１０と、これの上端部に対向して設けられ、上下方向に回動可能となるよう基端側が上端部に取り付けられると共に先端側がケース内方に向けて配置された一対の変位追従部１１と、これの途中部位から吊り下げられた下部プレート１２１と上記セルスタック２の上部に載置される上部プレート１２３とを備える吊り下げ部１２と、吊り下げ部１２の吊り下げ位置１２０よりケース内方側で変位追従部１１に上面が接すると共に上部プレート１２３に下面が接する加圧プレート１３とを有する。荷重負荷装置付き燃料電池セルスタック３は、荷重負荷装置１を用いてセル積層方向に荷重が負荷可能とされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質層（２１）と該固体電解質層（２１）の一方面に設けられたアノード層（２２ａ）と上記固体電解質層（２１）の他方面に設けられたカソード層（２２ｃ）とを備えた燃料電池単セル（２０）がセパレータ（２３）を介して多数積層されており、ガスシール部材（２４）によるガスシール部位（２５）を含む燃料電池セルスタック（２）に対し、セル積層方向に荷重を加えるための荷重負荷装置（１）であって、
上記燃料電池セルスタック（２）を収容するためのスタックケース（１０）と、
該スタックケース（１０）の上端部に対向して設けられており、上下方向に回動可能となるように基端側が上記上端部に取り付けられるとともに先端側がケース内方に向けて配置されている少なくとも一対の変位追従部（１１）と、
上記変位追従部（１１）の途中部位から吊り下げられており、上記燃料電池セルスタック（２）を載置するための下部プレート（１２１）と該下部プレート（１２１）に載置される上記燃料電池セルスタック（２）の上部に載置される上部プレート（１２３）とを備える吊り下げ部（１２）と、
該吊り下げ部（１２）の吊り下げ位置（１２０）よりもケース内方側にて上記変位追従部（１１）に上面が接するとともに、上記上部プレート（１２３）に下面が接する加圧プレート（１３）と、
を有することを特徴とする荷重負荷装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の荷重負荷装置（１）において、
上記加圧プレート（１３）と上記上部プレート（１２３）とが、互いの中央部において接するように構成されていることを特徴とする荷重負荷装置（１）。
【請求項３】
請求項１または２に記載の荷重負荷装置（１）において、
上記加圧プレート（１３）は、上記上部プレート（１２３）に接触させるための半球状の突起部（１３０）を上記下面に備えていることを特徴とする荷重負荷装置（１）。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の荷重負荷装置（１）において、
二対の上記変位追従部（１１）を有していることを特徴とする荷重負荷装置（１）。
【請求項５】
請求項４に記載の荷重負荷装置（１）において、
上記変位追従部（１１）は、その途中部位にそれぞれ長穴（１１０）を備えており、
上記吊り下げ部（１２）は、さらに、隣り合う各変位追従部（１１）の上記長穴（１１０）を貫通する一対の貫通シャフト（１２４）と、該貫通シャフト（１２４）のそれぞれの両端部に上端部が連結されるととともに、下端部が上記下部プレート（１２１）に固定された四本の吊り下げシャフト（１２６）とを有していることを特徴とする荷重負荷装置（１）。
【請求項６】
請求項５に記載の荷重負荷装置（１）において、
上記四本の吊り下げシャフト（１２６）は、上記加圧プレート（１３）、上記上部プレート（１２３）および上記燃料電池セルスタック（２）を貫通するように設けられていることを特徴とする荷重負荷装置（１）。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の荷重負荷装置（１）を用いてセル積層方向に荷重が負荷可能とされていることを特徴とする荷重負荷装置付き燃料電池セルスタック（３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重負荷装置および荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体電解質層と、固体電解質層の一方面に設けられたアノード層と、固体電解質層の他方面に設けられたカソード層とを備えた燃料電池単セルが、セパレータを介して多数積層されてなる燃料電池セルスタックが知られている。上記燃料電池セルスタックは、一般に、セル積層方向に荷重が負荷された状態で使用される。
【０００３】
例えば、特許文献１には、セル積層方向に荷重を付与するための荷重付与機構を備えた燃料電池セルスタックが開示されている。同文献では、燃料電池セルスタックの運転状況によって変動する荷重変動に追従するためにばねにより荷重を付与する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５１０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術は、以下の点で改良の余地がある。すなわち、燃料電池セルスタックは、燃料電池単セルに供給される燃料ガス等のガスが外部へリークしないように、通常、ガスシール部材によるガスシールが施されている。ガスシール部材は、常温で硬く、高温で軟化する性質を有している。そのため、常温にて燃料電池セルスタックを組み立てると、ガスシール部材が硬いために燃料電池セルスタック中におけるガスシール部位に隙間が生じることになる。しかし、電池運転時の高温では、ガスシール部材は軟化するとともに上記セル積層方向に加えられた荷重によって変形する。そのため、電池組み立て時に生じた燃料電池セルスタック中の隙間は、ガスシール部材によって塞がれることになる。
【０００６】
ところが、ガスシール部材は、燃料電池セルスタックを構成する他の部材に比べて収縮率が大きい。そのため、燃料電池セルスタックの積層数が増えるにつれ、ガスシール部材が軟化した際にセルスタック長さの縮み変位が大きくなる。それ故、従来のばね等による荷重負荷装置では、上記縮み変位を吸収しきれず、燃料電池セルスタックに負荷される荷重が抜けてしまうといった問題が発生する。また、上記荷重の抜けを防ぐためにばね長を大きくすることも考えられるが、装置の複雑化、大型化を招くため現実的ではない。
【０００７】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、ばねを用いることなく、セルスタック長さの縮み変位を吸収して燃料電池セルスタックに荷重を負荷可能な荷重負荷装置、また、荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックを提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、固体電解質層と該固体電解質層の一方面に設けられたアノード層と上記固体電解質層の他方面に設けられたカソード層とを備えた燃料電池単セルがセパレータを介して多数積層されており、ガスシール部材によるガスシール部位を含む燃料電池セルスタックに対し、セル積層方向に荷重を加えるための荷重負荷装置であって、
上記燃料電池セルスタックを収容するためのスタックケースと、
該スタックケースの上端部に対向して設けられており、上下方向に回動可能となるように基端側が上記上端部に取り付けられるとともに先端側がケース内方に向けて配置されている少なくとも一対の変位追従部と、
上記変位追従部の途中部位から吊り下げられており、上記燃料電池セルスタックを載置するための下部プレートと該下部プレートに載置される上記燃料電池セルスタックの上部に載置される上部プレートとを備える吊り下げ部と、
該吊り下げ部の吊り下げ位置よりもケース内方側にて上記変位追従部に上面が接するとともに、上記上部プレートに下面が接する加圧プレートと、
を有することを特徴とする荷重負荷装置にある（請求項１）。
【０００９】
本発明の他の態様は、上記荷重負荷装置を用いてセル積層方向に荷重が負荷可能とされていることを特徴とする荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックにある（請求項７）。
【発明の効果】
【００１０】
上記荷重負荷装置は、上記構成を有している。そのため、吊り下げ部の下部プレート上に燃料電池セルスタックが載置されると、燃料電池セルスタックの自重が吊り下げ部を介して変位追従部に加えられる。ここで、吊り下げ部は、変位追従部の途中部位から吊り下げられている。また、変位追従部の基端部はスタックケースの上端部に取り付けられている。また、吊り下げ部の吊り下げ位置よりもケース内方側にて変位追従部と加圧プレートの上面とが接している。そのため、変位追従部に加えられた上記自重は、スタックケースの上端部と加圧プレートとに分配される。そして、加圧プレートに分配された上記自重が加圧プレートを介して燃料電池セルスタックに負荷される。また、電池運転時の高温により、電池組み立て時よりもセルスタック長さが縮まった場合には、加圧プレートおよび上部プレートが下方に移動することになる。この際、上記下方への移動に伴って変位追従部も基端側を基点として下方に回動して追従することができる。そのため、このような場合であっても、変位追従部より加圧プレートに加えられた上記自重が加圧プレートを介して燃料電池セルスタックに負荷される。
【００１１】
また、上記荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックは、上記荷重負荷装置を用いてセル積層方向に荷重が負荷可能とされているので、ばねを用いることなく、セルスタック長さの縮み変位を吸収して燃料電池セルスタックに荷重を負荷することができる。
【００１２】
よって、本発明によれば、ばねを用いることなく、セルスタック長さの縮み変位を吸収して燃料電池セルスタックに荷重を負荷することが可能な荷重負荷装置、これを用いた荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の荷重負荷装置および荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックを模式的に示した正面図である。
【図２】実施例１の荷重負荷装置および荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックを模式的に示した左側面図（右側面図は左側面図と同一であるので省略する）である。
【図３】実施例１の荷重負荷装置および荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックを模式的に示した平面図である。
【図４】実施例１の荷重負荷装置が適用される燃料電池セルスタックから燃料電池単セルとこれを挟持する上下のセパレータを取り出して模式的に示した斜視図である。
【図５】図４の分解斜視図である。
【図６】図４におけるＶＩ−ＶＩ線断面を模式的に示した断面図である。
【図７】図４におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面を模式的に示した断面図である。
【図８】セルスタック長さの縮み変位を吸収して燃料電池セルスタックに対して荷重が負荷される様子を模式的に示した図であり、（ａ）はセルスタック長さがＬのとき、（ｂ）はセルスタック長さがＬ’（但し、Ｌ’＜Ｌ）のときの状態を示す。
【図９】図８におけるＡ＝２０ｍｍ、Ｂ＝２０ｍｍとしたときに、変位追従部の長手方向と水平方向との間のなす角θ（°）と、セルスタック長さの縮み変位Ｌ−Ｌ’（ｍｍ）との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図１０】図８におけるＡ＝２０ｍｍ、Ｂ＝２０ｍｍとしたときに、変位追従部の長手方向と水平方向との間のなす角θ（°）と、自重に対し加圧プレートへかかる荷重の荷重係数との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図１１】実施例２の荷重負荷装置および荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックを模式的に示した正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上記荷重負荷装置において、燃料電池セルスタックは、ガスシール部材によるガスシール部位を含んでいる。ガスシール部材としては、例えば、ガラスシール材などを例示することができる。燃料電池セルスタックは、電池組み立て後にガスシール材によって形成された隙間をセル積層方向に有することができる。
【００１５】
上記荷重負荷装置において、加圧プレートと上部プレートとは、互いの中央部において接するように構成することができる（請求項２）。
【００１６】
この場合は、ガスシール部材の厚みや燃料電池セルスタックの温度分布によりガスシール部材の軟化速度に違いが生じ、その結果、燃料電池単セルおよびセパレータの平行度が乱れ、傾きが生じた場合であっても、加圧プレートの中央部により上部プレートの中央部が加圧される。そのため、この場合は、燃料電池セルスタックに上部プレートが片当たりした状態で荷重が負荷され難く、上記傾きを吸収して加圧を行うことができる。
【００１７】
上記荷重負荷装置において、加圧プレートは、上部プレートに接触させるための半球状の突起部を下面に備える構成とすることができる（請求項３）。
【００１８】
この場合は、半球状の突起部の先端を上部プレートに点接触させることができるので、燃料電池セルスタックに上記傾きが生じた場合でも、上部プレートを比較的均一に加圧することができる。加圧プレートは、好ましくは、下面の中央部に上部プレートの中央部に接触させるための半球状の突起部を備えた構成とすることができる。この場合は、上記傾きを吸収した均一な加圧を行うのに有利である。
【００１９】
上記荷重負荷装置は、二対の上記変位追従部を有する構成とすることができる（請求項４）。
【００２０】
この場合は、吊り下げ部の下部プレートを二対の変位追従部から吊り下げることができる。そのため、この場合は、燃料電池セルスタックに荷重を負荷する際のバランスに優れる。また、二対の変位追従部により加圧プレートを介して上部プレートにバランスよく荷重を負荷することができる。
【００２１】
上記荷重負荷装置は、上記変位追従部が、その途中部位にそれぞれ長穴を備えており、上記吊り下げ部は、さらに、隣り合う各変位追従部の長穴を貫通する一対の貫通シャフトと、この貫通シャフトのそれぞれの両端部に上端部が連結されるととともに、下端部が下部プレートに固定された四本の吊り下げシャフトとを有する構成とすることができる（請求項５）。
【００２２】
この場合は、吊り下げ部の下部プレート上に燃料電池セルスタックが載置された際に、燃料電池セルスタックの自重を、吊り下げシャフトを介して二対の変位追従部に加えることができる。そのため、この場合は、比較的簡素な構成でセルスタック長さの縮み変位を吸収して燃料電池セルスタックに荷重を負荷することが可能な荷重負荷装置が得られる。また、従来のようにセルスタック長さの縮み変位を吸収するためにばね長を大きくする必要もないので、装置の小型化を図りやすい利点がある。
【００２３】
なお、この場合、上記荷重負荷装置は、設計上、組み立て後の燃料電池セルスタックを荷重負荷装置に組み付けた状態において、上記変位追従部の長手方向と水平方向との間のなす角θが、０°以上９０°未満となるように構成することができる。好ましくは、上記なす角θは、製造容易性等の観点から、０°より大きく９０°未満となるように構成することができる。なお、上記なす角θは、後述するＡ：Ｂの比率などを考慮して適正な範囲を選択することができる。
【００２４】
また、上記荷重負荷装置において、上記四本の吊り下げシャフトは、加圧プレート、上部プレートおよび燃料電池セルスタックを貫通するように設けることができる（請求項６）。
【００２５】
この場合は、燃料電池セルスタックの横ずれを抑制しやすくなる。また、加圧プレートの横ずれも抑制しやすいので、均一な加圧に寄与することができる。また、四本の吊り下げシャフトは、加圧プレート、上部プレートおよび燃料電池セルスタックの四隅に配置することができる。
【００２６】
なお、上記荷重負荷装置は、上記各構成を任意に組み合わせることが可能であり、また、上記荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックは、上記各構成を任意に組み合わせてなるいずれの上記荷重負荷装置も用いることが可能である。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例の荷重負荷装置、荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックについて、図面を用いて説明する。なお、鉛直方向を下方、鉛直方向と反対方向を上方、鉛直方向と垂直な方向を水平方向とする。また、同一部材については同一の符号を用いて説明する。
【００２８】
（実施例１）
実施例１の荷重負荷装置、荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックについて、図１〜図１０を用いて説明する。図１〜図７に示すように、荷重負荷装置１は、燃料電池セルスタック２に対し、セル積層方向に圧縮の荷重を加えるためのものである。また、荷重負荷装置付き燃料電池セルスタック３は、荷重負荷装置１を用いてセル積層方向に圧縮の荷重が負荷可能とされている。
【００２９】
燃料電池セルスタック２は、図４および図５に示すように、燃料電池単セル２０がセパレータ２３を介して多数積層されており、ガスシール部材２４によるガスシール部位２５を含んでいる。燃料電池単セル２０は、固体電解質層２１と、固体電解質層２１の一方面に設けられたアノード層２２ａと、固体電解質層２１の他方面に設けられたカソード層２２ｃとを備えている。本例では、固体電解質層２１は、酸化ジルコニウム系酸化物である、８ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３を含むイットリア安定化ジルコニア（以下、８ＹＳＺ）より板状に形成されている。固体電解質層２１の厚みは、限定されるものではないが、例えば、１０μｍ程度とすることができる。固体電解質層２１は、アノード層２２ａおよびカソード層２２ｃの形成領域の外側に、セル積層方向にガスを流通させるための複数の連通孔２１０を有している。連通孔２１０は、具体的には、第１連通孔２１１、第２連通孔２１２、第３連通孔２１３、第４連通孔２１４から構成されている。第１連通孔２１１と第２連通孔２１２、第３連通孔２１３と第４連通孔２１４とは、互いに隣接して配置されており、第１連通孔２１１と第４連通孔２１４、第２連通孔２１２と第３連通孔２１３とは対向して配置されている。また、本例では、アノード層２２ａは、Ｎｉと８ＹＳＺとのサーメットから形成されている。アノード層２２ａの厚みは、限定されるものではないが、例えば、５０μｍ程度とすることができる。カソード層２２ｃは、Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８（以下、ＬＳＣＦ）より形成されている。カソード層２２ｃの厚みは、限定されるものではないが、例えば、８００μｍ程度とすることができる。なお、上述の材料構成から分かるように、本例にいう燃料電池は、固体電解質として固体酸化物セラミックスを用いた固体酸化物形の燃料電池である。アノード層２２ａに供給する燃料ガスとしては水素が用いられ、カソード層２２ｃに供給する酸化剤ガスとしては空気が用いられる。
【００３０】
セパレータ２３は、具体的には、燃料ガスや酸化剤ガス等のガスを流通させることが可能なガス流路２３１を有している。より具体的には、セパレータ２３は、フェライト系ステンレス鋼より形成されており、一方面にガス流路２３１を有している。セパレータ２３は、ガス流路２３１の形成面側が燃料電池単セル２０側を向くように交互に配置される。ガス流路２３１の一端は、ガスを導入するためのガス導入孔２３２と連通されており、ガス流路２３１の他端は、ガス流路２３１を流れたガスを導出するためのガス導出孔２３３に連通されている。また、ガス導入孔２３２、ガス導出孔２３３の周囲には、ガス導入孔２３２、ガス導出孔２３３に隣接させてガス導入孔側流通孔２３４、ガス導出孔側流通孔２３５がそれぞれ形成されている。これらの各孔は、図５に示すように、燃料電池単セル２０のアノード層２２ａ側にセパレータ２３が積層された場合、ガス導入孔２３２と第１連通孔２１１、ガス導入孔側流通孔２３４と第２流通孔２１２、ガス導出孔２３３と第３連通孔２１３、ガス導出孔側流通孔２３５と第４流通孔２１４とが、それぞれ同軸となるように配置されている。また、燃料電池単セル２０のカソード層２２ｃ側にセパレータ２３が積層された場合、ガス導入孔２３２と第２連通孔２１２、ガス導入孔側流通孔２３４と第１流通孔２１１、ガス導出孔２３３と第４連通孔２１４、ガス導出孔側流通孔２３５と第３流通孔２１３とが、それぞれ同軸となるように配置されている。
【００３１】
ガスシール部材２４は、少なくとも燃料電池単セル２０のアノード層２２ａに供給される燃料ガスが外部にリークしないようにガスシールするためのものである。本例では、燃料電池単セル２０のカソード層２２ｃに供給される酸化剤ガスも併せて外部にリークしないようにガスシールするよう構成されている。具体的には、ガスシール部材２４によるガスシール部位２５は、図４および図５に示すように、ガス流路２３１、ガス導入孔２３２、ガス導出孔２３３、ガス導入孔側流通孔２３４、ガス導出孔側流通孔２３５の外周を取り囲むように設けてある。また、ガスシール部材２４は、具体的には、ガラスシール材であり、図６および図７に示すように、上記外周を取り囲むように形成した溝部２５１から突出させた状態で配置されている。したがって、本例の燃料電池セルスタック２は、常温での電池組み立て後、燃料電池単セル２０とセパレータ２３との間、隣り合うセパレータ２３同士の間などに、ガスシール部材２４により形成された隙間２６がセル積層方向に生じる。
【００３２】
荷重負荷装置１は、スタックケース１０と、少なくとも一対の変位追従部１１と、吊り下げ部１２と、加圧プレート１３とを有している。
【００３３】
スタックケース１０は、燃料電池セルスタック２を収容するためのものである。本例では、具体的には、スタックケース１０は、底板部１０１と、底板部１０１の両縁部より上方に延びる一対の側板部１０２とを有している。側板部１０２は、上端縁の両縁部から上方に突出する一対の支持部１０３を有している。支持部１０３間には、支持部１０３間を連結する連結シャフト１０４が設けられている。連結シャフト１０４の両端は、支持部１０３を貫通させてナット部材１０５により固定されている。なお、スタックケース１０は、燃料電池セルスタック２を収容することができれば、特に限定されるものではない。例えば、スタックケース１０は、フレーム部材により略直方体状等に構成することも可能である。
【００３４】
本例の荷重負荷装置１は、図１〜図３に示すように、二対の変位追従部１１を有している。各対において、対を形成する変位追従部１１は、それぞれスタックケース１０の上端部に対向して設けられており、上下方向に回動可能となるように基端側がスタックケース１０の上端部に取り付けられるとともに先端側がケース内方に向けて配置されている。本例では、二対の変位追従部１１は、それぞれ離間して配置されている。また、各変位追従部１１の基端側は、スタックケース１０の上端部に設けた連結シャフト１０４を貫通させてある。これにより、各変位追従部１１は、連結シャフト１０４を支点として上下方向に回動可能とされている。また、各変位追従部１１は、板状を呈しており、板面の途中部位にそれぞれ長穴１１０を備えており、長穴１１０の長手方向は、変位追従部１１の長手方向と一致させてある。また、本例では、設計上、組み立て後の燃料電池セルスタック２（ガスシール部材２４が軟化する前）を荷重負荷装置１に組み付けた状態において、変位追従部１１の長手方向と水平方向との間のなす角θ（図８（ｂ）参照）がほぼ０°となるように構成されている。
【００３５】
吊り下げ部１２は、変位追従部１１の途中部位から吊り下げられており、燃料電池セルスタック２を載置するための下部プレート１２１と、下部プレート１２１に載置される燃料電池セルスタック２の上部に載置される上部プレート１２３とを備えている。本例では、具体的には、吊り下げ部１２は、さらに、隣り合う各変位追従部１１の長穴１１０を貫通する一対の貫通シャフト１２４と、一対の貫通シャフト１２４のそれぞれの両端部に上端部が連結されるととともに、下端部が下部プレート１２１に固定された四本の吊り下げシャフト１２６とを有している。また、吊り下げシャフト１２６の上端部は、貫通シャフト１２４の両端部に形成した平板部１２５の貫通孔に貫通させてあり、貫通させた上端部はナット部材１２７により固定されている。一方、吊り下げシャフト１２６の下端部は、下部プレート１２１の四隅に形成した雌螺子孔１２２に螺合されている。なお、四本の吊り下げシャフト１２６は、加圧プレート１３、上部プレート１２３および燃料電池セルスタック２の四隅に配置されている。
【００３６】
加圧プレート１３は、吊り下げ部１２における下部プレート１２１に燃料電池セルスタック２が載置された場合に、吊り下げ部１２の吊り下げ位置１２０よりもケース内方側にて変位追従部１１に上面が接するとともに、上部プレート１２３に下面が接するように構成されている。本例では、加圧プレート１３は、上部プレート１２３に接触させるための半球状の突起部１３０を下面に備えている。そして、加圧プレート１３と上部プレート１２３とは、互いの中央部において点接触にて接するように構成されている。
【００３７】
本例では、加圧プレート１３、上部プレート１２３および燃料電池セルスタック２の外周部における四隅にシャフト用貫通孔１４がセル積層方向に沿ってそれぞれ設けられている。そして、四本の吊り下げシャフト１２６は、それぞれこれらシャフト用貫通孔１４内を貫通させることによって、加圧プレート１３、上部プレート１２３および燃料電池セルスタック２を貫通するように構成されている。
【００３８】
荷重負荷装置付き燃料電池セルスタック３は、上述した荷重負荷装置１を用いて燃料電池セルスタック２のセル積層方向に圧縮の荷重が負荷可能とされている。
【００３９】
次に、本例の荷重負荷装置、荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックの作用効果について説明する。
【００４０】
荷重負荷装置１は、上記構成を有している。そのため、図８（ａ）示すように、吊り下げ部１２の下部プレート１２１上に、電池組み立て後のセルスタック長さがＬである燃料電池セルスタック２が載置されると、燃料電池セルスタック２の自重が吊り下げ部１２を介して変位追従部１１に加えられる。ここで、吊り下げ部１２は、変位追従部１１の途中部位から吊り下げられている。また、変位追従部１１の基端部はスタックケース１０の上端部に取り付けられている。また、吊り下げ部１２の吊り下げ位置１２０よりもケース内方側にて変位追従部１１と加圧プレート１３の上面とが接している。そのため、変位追従部１１に加えられた上記自重は、スタックケース１０の上端部と加圧プレート１３とに分配される。そして、加圧プレート１３に分配された上記自重が加圧プレート１３を介して燃料電池セルスタック２に負荷される。また、図８（ｂ）示すように、電池運転時の高温により、電池組み立て時よりもセルスタック長さが縮まり、セルスタック長さがＬよりも小さいＬ’となった場合には、加圧プレート１３および上部プレート１２３が下方に移動することになる。この際、上記下方への移動に伴って変位追従部１１も基端側を基点として下方に回動して追従することができる。そのため、このような場合であっても、変位追従部１１より加圧プレート１３に加えられた上記自重が加圧プレート１３を介して燃料電池セルスタック２に負荷される。なお、本例の場合、図８（ｂ）に示すように、連結シャフト１０４と吊り下げ部１２の吊り下げ位置１２０との間の距離をＡ、変位追従部１１および加圧プレート１３の接点と吊り下げ位置１２０との間の距離をＢ、燃料電池セルスタック２の自重をＰとすると、変位追従部１１と加圧プレート１３との各接点における荷重は、本例では４点で支持しているため（Ｐ×Ａ）/｛４×（Ａ＋Ｂ）｝となる。支持点数が本例と異なる場合は、１箇所当たりの荷重はその支持点数で割ることにより求めることができる。なお、本例では、変位追従部１１におけるＡ：Ｂの寸法比は約１：２とされている。
【００４１】
ここで、例えば、上記Ａ＝２０ｍｍ、Ｂ＝２０ｍｍとしたときに、変位追従部１１の長手方向と水平方向との間のなす角θ（°）と、セルスタック長さの縮み変位Ｌ−Ｌ’（ｍｍ）との関係をシミュレーションした結果を図８に示す。また、上記なす角θ（°）と、自重に対し加圧プレート１３へかかる荷重の荷重係数との関係をシミュレーションした結果を図９に示す。その結果、図８に示すように、上記なす角θが大きくなるにつれて上記縮み変位が大きくなるが、図９に示すように、上記なす角θが大きくなって上記縮み変位が大きくなった場合でも、自重により加圧プレート１３を介して上部プレート１２３へ加圧することができることがわかる。
【００４２】
また、荷重負荷装置１は、加圧プレート１３が、下面の中央部に上部プレート１２３の中央部に接触させるための半球状の突起部１３０を備えており、加圧プレート１３と上部プレート１２３とが互いの中央部において半球状の突起部１３０を介して接している。そのため、荷重負荷装置１は、ガスシール部材２４の厚みや燃料電池セルスタック２の温度分布によりガスシール部材２４の軟化速度に違いが生じ、その結果、燃料電池単セル２０およびセパレータ２３の平行度が乱れ、傾きが生じた場合であっても、加圧プレート１３の中央部により上部プレート１２３の中央部が加圧される。特に、半球状の突起部１３０の先端を上部プレート１２３に点接触させることができるので、燃料電池セルスタック２に上記傾きが生じた場合でも、上部プレート１２３を比較的均一に加圧することができる。そのため、荷重負荷装置１は、燃料電池セルスタック２に上部プレート１２３が片当たりした状態で荷重が負荷され難く、上記傾きを吸収して均一な加圧を行うことができる。
【００４３】
また、荷重負荷装置１は、二対の変位追従部１１を有しており、吊り下げ部１２の下部プレート１２１を二対の変位追従部１１から吊り下げることができる。そのため、荷重負荷装置１は、燃料電池セルスタック２に荷重を負荷する際のバランスに優れる。また、二対の変位追従部１１により加圧プレート１３を介して上部プレート１２３にバランスよく荷重を負荷することができる。
【００４４】
また、荷重負荷装置１は、各変位追従部１１が、その途中部位にそれぞれ長穴１１０を備えており、吊り下げ部１２は、さらに、隣り合う各変位追従部１１の長穴１１０を貫通する一対の貫通シャフト１２４と、一対の貫通シャフト１２４のそれぞれの両端部に上端部が連結されるととともに、下端部が下部プレート１２１に固定された四本の吊り下げシャフト１２６とを有する構成とされている。そのため、荷重負荷装置１は、吊り下げ部１２の下部プレート１２１上に燃料電池セルスタック２が載置された際に、燃料電池セルスタック２の自重を、吊り下げシャフト１２６を介して二対の変位追従部１１に加えることができる。そのため、この場合は、比較的簡素な構成でセルスタック長さの縮み変位を吸収して燃料電池セルスタック２に荷重を負荷することが可能な荷重負荷装置１が得られる。また、従来のようにセルスタック長さの縮み変位を吸収するためにばね長を大きくする必要もないので、装置の小型化を図りやすい利点がある。
【００４５】
また、荷重負荷装置１は、四本の吊り下げシャフト１２６が、加圧プレート１３、上部プレート１２３および燃料電池セルスタック２を貫通するように設けられている。そのため、荷重負荷装置１は、燃料電池セルスタック２の横ずれを抑制しやすくなる。また、加圧プレート１３の横ずれも抑制しやすいので、均一な加圧に寄与することができる。
【００４６】
荷重負荷装置付き燃料電池セルスタック３は、荷重負荷装置１を用いてセル積層方向に荷重が負荷可能とされているので、ばねを用いることなく、セルスタック長さの縮み変位を吸収して燃料電池セルスタック２に荷重を負荷することができる。
【００４７】
（実施例２）
実施例２の荷重負荷装置、荷重負荷装置付き燃料電池セルスタックについて、図１１を用いて説明する。図１１に示すように、本例の荷重負荷装置１は、設計上、組み立て後の燃料電池セルスタック２を荷重負荷装置１に組み付けた状態において、変位追従部１１の長手方向と水平方向との間のなす角θが０°より大きく９０°未満となるように構成されている点、変位追従部１１におけるＡ：Ｂの寸法比を約１：１とした点で、実施例１の荷重負荷装置１と異なっている。また、実施例２の荷重負荷装置付き燃料電池セルスタック３は、実施例２の荷重負荷装置１を用いて燃料電池セルスタック２のセル積層方向に荷重が負荷可能とされている点で、実施例１の荷重負荷装置付き燃料電池セルスタック３と異なっている。なお、その他の構成は実施例１と同様であるので、実施例１の記載を準用する。
【００４８】
実施例２の荷重負荷装置１、荷重負荷装置付き燃料電池セルスタック３は、実施例１の荷重負荷装置１、荷重負荷装置付き燃料電池セルスタック３と同様の作用効果を奏することができる。
【００４９】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  荷重負荷装置
２  燃料電池セルスタック
２０  燃料電池単セル
２１  固体電解質層
２２ａ  アノード層
２２ｃ  カソード層
２３  セパレータ
２４  ガスシール部材
２５  ガスシール部位
１０スタックケース
１１  変位追従部
１２  吊り下げ部
１２１  下部プレート
１２３  上部プレート
１３  加圧プレート
３  荷重負荷装置付き燃料電池セルスタック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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