(57)【要約】【課題】  スタック本体の経年的な長さの変化を正確に把握することができる燃料電池を提供する。【解決手段】  複数のセル２が積層されたスタック本体３を備える燃料電池１において、スタック本体３の長さの変化を把握するための表示としての計測部材１５を定位置に固定した。スタック本体３のセル積層方向（クリープが生じる方向）に沿う長さの変化を把握するための表示が定位置に設けられているので、従来のように診断の度にスタック本体３に定規を添わせるのとは異なり、長さを計測するための基準が常に一定になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルが積層されたスタック本体を備える燃料電池であって、
前記スタック本体のセル積層方向に沿う長さの変化を把握するための表示が、当該スタック本体の一方の端部との相対距離が一定の位置に設けられている燃料電池。
【請求項２】
前記スタック本体の一端が、前記スタック本体を支持するフレームに固定されるとともに、前記スタック本体の他端が、前記フレームに対して変位可能に支持され、
前記表示は、前記スタック本体の他端と対比される位置に設けられている請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記表示が、前記フレームに固定されている請求項１または請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記表示が、セルモニタ押さえ板に固定されている請求項１または請求項２記載の燃料電池。
【請求項５】
複数のセルが積層されたスタック本体を含む燃料電池と、前記スタック本体の一方の端部との相対距離が一定の位置に設けられたセンサとを備えた燃料電池システムであって、
前記センサにより前記スタック本体のセル積層方向に沿う長さの変位を測定し、測定値と閾値との比較により警告をだす警告手段を有する燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のセルが積層されたスタック本体を備える燃料電池および燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池においては、長期間にわたって使用されると、時間の経過とともにスタック本体の歪みが増加するクリープ現象が生じ、スタック本体の積層方向の長さが徐々に短くなることが知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。従来は、スタック本体の長さを定期的に計測し、スタック本体が実用上問題のない長さであるか否かを診断していた。具体的には、スタック本体に直線定規を添わせ、セルの積層方向に沿うスタック本体の長さを計測していた。
【特許文献１】特開２００２−３５８９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような計測の仕方では、スタック本体と定規との相対位置が診断の度に異なってしまい、一定の基準のもとにスタック本体の長さの変化を把握することが困難であった。このようなスタック本体と定規との相対位置の相違は、計測を行う作業員が異なればさらに大きくなることも予想されるため、根本的な問題の解決が望まれていた。
【０００４】
本発明は、スタック本体の経年的な長さの変化を正確に把握することができる燃料電池および燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、次のような構成の燃料電池を採用する。すなわち、本発明の燃料電池は、複数のセルが積層されたスタック本体を備える燃料電池であって、前記スタック本体のセル積層方向に沿う長さの変化を把握するための表示が、当該スタック本体の一方の端部との相対距離が一定の位置に設けられている。
【０００６】
本発明の燃料電池によれば、スタック本体のセル積層方向（クリープが生じる方向）に沿う長さ（以下、単に「スタック本体の長さ」と称する。）の変化を把握するための表示が基準位置（スタック本体の一方の端部）に対して定位置に設けられているので、従来のように診断の度にスタック本体に定規を添わせるのとは異なり、長さを計測するための基準が常に一定になる。
【０００７】
本発明の燃料電池においては、前記スタック本体の一端を、前記スタック本体を支持するフレームに固定するとともに、前記スタック本体の他端を、前記フレームに対して変位可能に支持し、前記表示を、前記スタック本体の他端と対比される位置に設けることが望ましい。また、本発明の燃料電池においては、前記表示を、前記フレームに固定してもよいし、複数のセルモニタをスタック本体側に押さえ付けて保持するセルモニタ押さえ板に固定してもよい。
【０００８】
本発明の燃料電池によれば、スタック本体が、一端をフレームに固定されるとともに他端をフレームに対して変位可能に支持され、スタック本体の長さの変化を把握するための表示は、スタック本体の他端と対比される位置に設けられる。例えば、単セル内あるいは単セル間に介設される、接着剤やガスケット等からなるシール材が、繰り返し伸縮することによって起こり得るクリープ現象によって、スタック本体の他端が変位するので、スタック本体の他端と表示とを対比することにより、スタック本体の長さの変化を把握することが可能となる。
【０００９】
本発明の燃料電池システムは、複数のセルが積層されたスタック本体を含む燃料電池と、前記スタック本体の一方の端部との相対距離が一定の位置に設けられたセンサとを備えた燃料電池システムであって、前記センサにより前記スタック本体のセル積層方向に沿う長さの変位を測定し、測定値と閾値との比較により警告をだす警告手段を有する。
【００１０】
このような構成によれば、スタック本体の経年的な寿命を容易かつ的確に把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来のように診断の度にスタック本体に定規を添わせるのとは異なり、長さを計測するための基準が常に一定になる。したがって、スタック本体の経年的な長さの変化を正確に把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜第１の実施形態＞
本発明の燃料電池の第１の実施形態を、図１から図３に示して説明する。本実施形態の燃料電池１は、図１および図２に示すように、基本単位であるセル２が複数積層されたスタック本体３と、スタック本体３を支持するフレーム５とを備えている。セル２の積層方向に沿うスタック本体３の一端には、ターミナルプレート７が配置され、その外側に絶縁プレート８が配置されている。さらにその外側には、フレーム５を構成するエンドプレート９ａが配置されている。
【００１３】
また、スタック本体３の他端には、ターミナルプレート７が配置され、その外側に絶縁プレート８が配置され、さらにその外側にはプレッシャプレート１３が配置されている。各ターミナルプレート７には、出力端子６が設けられている。プレッシャプレート１３の外側には、フレーム５を構成するエンドプレート９ｂが、プレッシャプレート１３から離間して配置されており、プレッシャプレート１３とエンドプレート９ｂとの間には、バネ部材１４が介装されている。
【００１４】
スタック本体３の両端に配置された２枚のエンドプレート９ａ，９ｂの間には、セル２の積層方向に沿って複数のテンションプレート１１が架設されている。各テンションプレート１１は、両方の端部を各エンドプレート９ａ，９ｂにボルト１２によってそれぞれ固定されており、２枚のエンドプレート９ａ，９ｂとともにフレーム５を構成している。
【００１５】
２枚のエンドプレート９ａ，９ｂが各テンションプレート１１を介して連結される際、バネ部材１４には圧縮力が導入されており、バネ部材１４はスタック本体３に対してセル２の積層方向に付勢力を作用させている。バネ部材１４の付勢力に対する反力は各テンションプレート１１が負担しており、これによってテンションプレート１１には張力が作用している。
【００１６】
セル２は、詳細な図示は省略するが、イオン交換膜からなる電解質膜を一対の電極で挟んだＭＥＡ（Membrane-Electrode Assembly）と、ＭＥＡを挟む一対のセパレータとを備えている。各セパレータの基材はカーボンまたはメタルから形成されており、導電性を有している。
【００１７】
スタック本体３には、各セル２内のＭＥＡに酸化ガスを供給する酸化ガスマニホールド２０ａと、同じく各セル２内のＭＥＡに燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガスマニホールド２０ｂと、ＭＥＡにおける酸化ガスと水素ガスとの電気化学反応によって発生する熱を回収する冷媒マニホールド２０ｃとが、入口側、出口側に分かれて設けられている（各マニホールド２０ａ〜２０ｃは、実際にはそれぞれ別に設けられているが、図２では酸化ガスマニホールド２０ａのみを図示している）。
【００１８】
スタック本体３の一端に配置されたエンドプレート９ａには、入口側の各マニホールド２０ａ〜２０ｃに連通しスタック本体３に各種の流体を供給する流体配管２１と、出口側の各マニホールド２０ａ〜２０ｃに連通しスタック本体３を流通した各種の流体を排出する流体配管２２とが接続されている。
【００１９】
酸化ガスマニホールド２０ａを通じて各セル２に酸化ガスが供給されるとともに、水素ガスマニホールド２０ｂを通じて各セル２に水素ガスが供給されると、各セル２に供給された酸化ガスおよび水素ガスは、ＭＥＡにおいて電気化学反応を起こし、起電力と熱とを発生させる。各セル２において発生した起電力は、ターミナルプレート７に設けられた出力端子６から取り出すことができる。
【００２０】
各セル２において発生した熱は、冷媒マニホールド２０ｃを通じて各セル２に供給された冷媒によって回収される。酸化ガスと水素ガスとが反応することによって生じた水は、同様に冷媒マニホールド２０ｃを通じて冷媒とともに系外に排出される。
【００２１】
スタック本体３を支持するフレーム５には、スタック本体３の長さを計測するための計測部材１５が固定されている。計測部材１５は、具体的には直線定規の態様をなしており、長さ方向に目盛（表示）が刻まれている。この計測部材１５は、その一端をエンドプレート９ａに突き当てられるとともにセル２の積層方向に沿って配置され、テンションプレート１１に固定されている。また、計測部材１５は、スタック本体３と干渉しないようにスタック本体３から離間した位置に固定されている。
【００２２】
上記のように構成された燃料電池１においては、スタック本体３が、一端をエンドプレート９ａに固定されるとともに他端をエンドプレート９ｂに対して変位可能に支持されており、スタック本体３の長さの変化を把握するための表示となる計測部材１５は、スタック本体３の他端と対比される位置に設けられている。
【００２３】
また、この燃料電池１の単セル２内や、隣り合う単セル２間あるいは所定数の単セル２群間には、例えば接着剤やガスケット等からなるシール材が介設されている。このシール材は、単セル２内及び単セル２間を流通する酸化ガス，燃料ガス，及び冷媒（例えば、冷却水）をシールするものである。
【００２４】
そして、例えば単セル２内あるいは単セル２間に介設されるシール材が繰り返し伸縮することによって起こると考えられるクリープ現象がスタック本体３に生じると、スタック本体３の他端が長さ方向に変位するので、スタック本体３の他端と計測部材１５とを対比することにより、スタック本体３の長さの変化を把握することが可能である。スタック本体３の長さを計測する際には、図３に示すように、スタック本体３と計測部材１５とを正面から見据えるようにして、スタック本体３の他端に設けられたプレッシャプレート１３の端面Ｘが指し示す目盛を読み取り、スタック本体３が実用上問題のない長さであるか否かを診断する。
【００２５】
上記のように構成された燃料電池１によれば、スタック本体３の長さの変化を把握するための表示となる計測部材１５が、フレーム５を構成するテンションプレート１１に固定されることにより、当該スタック本体３の一方の端部との相対距離が一定となるように定位置に設けられているので、従来のように診断の度にスタック本体３に定規を添わせるのとは異なり、長さを計測するための基準が常に一定になる。したがって、スタック本体３の経年的な長さの変化を正確に把握することができる。
【００２６】
ところで、本実施形態においては、スタック本体３よりも長い計測部材１５をスタック本体３に沿って固定したが、実際には計測部材１５にそれだけの長さは必要なく、例えばスタック本体３の他端が経年的に変位すると予想される範囲をカバーするだけの長さの計測部材を用意し、その予想される範囲に固定すればよい。また、別途に計測部材を設けなくても、燃料電池を構成する部品、例えばテンションプレート等に目盛を刻み、計測部材として兼用しても構わない。
【００２７】
さらに、スタック本体３の長さを厳密に調べる必要はないので、目盛は設けず、スタック本体３の他端が経年的に変位すると予想される範囲中に、スタック本体３が実用上問題ない長さの臨界を示す目印を付けるだけでもよい。この目印を表示にして、スタック本体３の他端が目印を越えていなければ正常、目印を越えれば点検を要する、といった具合にスタック本体３の長さの変化を認識することができる。また、目印の代わりに、例えば青色，黄色，赤色等のように複数段階に色分けされたインジケータを付してもよい。
【００２８】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の燃料電池の第２の実施形態を、図４に示して説明する。なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して詳しい説明は省略する。本実施形態の燃料電池２４においては、上述したスタック本体３がふたつ、図示しないフレームに、間を詰めて並列に配置されている。これらふたつのスタック本体３の上面には、長手方向に沿ってセルモニタ押さえ板２５が固定されている。
【００２９】
セルモニタとは、各セル２または複数のセル２毎に設けられてセル電圧を計測する計測端子のことであり、セルモニタ押さえ板２５は、複数のセルモニタをスタック本体３側に押さえ付けてスタック本体３上に保持している。なお、セルモニタはセルモニタ押さえ板２５の下に隠れている。
【００３０】
セルモニタ押さえ板２５は、セル２の積層方向に沿って配置され、かついずれのスタック本体３とも干渉しないように各スタック本体３から離間した位置に固定されている。このセルモニタ押さえ板２５には、各スタック本体３の長さの変化を把握できるように、一方のスタック本体３側にも、他方のスタック本体３側にも目盛２６が刻まれている。
【００３１】
本実施形態においても、各スタック本体３の長さを計測する際には、スタック本体３とセルモニタ押さえ板２５とを正面から見据えるようにして、スタック本体３の他端に設けられたプレッシャプレートの端面が指し示すセルモニタ押さえ板２５の目盛２６を読み取り、スタック本体３が実用上問題のない長さであるか否かを診断する。
【００３２】
上記のように構成された燃料電池２４によっても、長さを計測するための基準が常に一定になるので、各スタック本体３の経年的な長さの変化を正確に把握することができる。また、セルモニタ押さえ板２５に目盛２６を刻んで計測部材として兼用するので、部品数を増やす必要がない。
【００３３】
ところで、本実施形態においては、スタック本体３よりも長いセルモニタ押さえ板２５に目盛２６を刻んで長さの表示としたが、実際にはそれだけの長さは必要なく、例えばスタック本体３の他端が経年的に変位すると予想される範囲をカバーするだけの範囲に目盛２６を刻むだけでもよい。また、目盛２６は設けず、スタック本体３の他端が経年的に変位すると予想される範囲中に、スタック本体３が実用上問題ない長さの臨界を示す目印を付けるだけでもよい。また、目印の代わりに、例えば青色，黄色，赤色等のように複数段階に色分けされたインジケータを付してもよい。
【００３４】
＜他の実施形態＞
上記第１、第２の各実施形態においては、スタック本体３の長さの変化を作業員が視認するようにしたが、電気的または機械的な計測手段（例えば、変位センサ）を、スタック本体３の長さの変化を把握するための表示として設置してもよい。例えば、複数のセル２が積層されたスタック本体３を含む燃料電池１と、スタック本体３の一方の端部との相対距離が一定の位置に設けられたセンサとを備えた燃料電池システムにおいて、当該センサとして、スタック本体３の他端の変位を検出する素子、例えば光センサや接触型のスイッチを設け、それらの検出値（スタック本体３のセル積層方向に沿う長さの変位の測定値）が所定の閾値を越えたら、または該閾値に達したら警告を発するアラーム等の警告手段を設ける等して状況を周知するようにしてもよい。このような構成によれば、スタック本体３の経年的な寿命を容易かつ的確に把握することが可能となる。
【００３５】
また、燃料電池をケース内に収容して使用する場合には、ケースの外から表示を視認することができるように視認用の窓をケースに設けておく。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の燃料電池の第１の実施形態を示す図であって、燃料電池の全体を斜め上方から見た斜視図である。
【図２】図１に示した燃料電池の側断面図である。
【図３】図１に示した燃料電池を上方から見た平面図である。
【図４】本発明の燃料電池の第２の実施形態を示す図であって、燃料電池の全体を斜め上方から見た斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１，２４…燃料電池、２…セル、３…スタック本体、５…フレーム、１５…計測部材、２５…セルモニタ押さえ板、２６…目盛
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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