(57)【要約】【課題】燃料電池を放電させる際の燃料電池の劣化を抑制する。【解決手段】膜電極アセンブリ１３と膜電極アセンブリ１３に供給される反応ガスを流す反応ガス流路２１，２２が形成された導電体のセパレータ１４，１５とを含むセル２７を積層したセル積層体１０と、積層方向にセル積層体１０を貫通する放電穴１１と、を含む燃料電池の放電方法であって、先端部分に金属ブラシ６１が取り付けられた電荷抜き棒６０を放電穴１１に抜き差しして電荷抜き棒６０の金属ブラシ６１を放電穴１１の内面に積層方向に順次接触させ、各セル２７に残留している電荷を順次放電させる。【選択図】図４
2011146165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、積層方向に前記セル積層体を貫通する貫通穴と、を含む燃料電池の放電方法であって、
少なくともその一部に導電性の弾力部材が取り付けられた電荷抜き棒を前記貫通穴に抜き差しして前記電荷抜き棒の前記弾力部材を前記貫通穴の内面に積層方向に順次接触させ、各セルに残留している電荷を順次放電させる放電工程と、
を含む燃料電池の放電方法。
【請求項２】
膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、積層方向に前記セル積層体を貫通し、その内面に積層方向に延びて前記各セパレータの端面が露出する導電領域と、前記各セパレータの端面に絶縁層を設けた絶縁領域とを含む貫通穴と、軸方向に沿って弾力部材が帯状に並べて取り付けられた第１の接触領域と、軸方向に対して斜め方向に沿って前記弾力部材が帯状に並べて取り付けられた第２の接触領域と、を含み、前記第１、第２の接触領域が前記貫通穴の前記導電領域に接触しないように前記貫通穴に挿入された電荷抜き棒と、を含む燃料電の放電方法であって、
前記電荷抜き棒を第１の接触領域から第２の接触領域の方向に向かって回転させて、前記電荷抜き棒の前記第２の接触領域の前記弾力部材を前記貫通穴の内面の前記導電領域に積層方向に順次接触させ、各セルに残留している電荷を順次放電させること、
を特徴とする燃料電池の放電方法。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池の放電方法であって、
前記電荷抜き棒を第１の接触領域から第２の接触領域の方向に向かって前記第１の接触領域が前記貫通穴の導電領域の位置に来るまで回転させること、
を特徴とする燃料電池の放電方法。
【請求項４】
膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、積層方向に前記セル積層体を貫通する貫通穴と、を含む燃料電池の前記貫通穴に差し込んで前記各セルに残留している電荷を順次放電させる燃料電池の放電用導電部材であって、
棒状の本体と、
少なくとも本体の一部に取り付けられた導電性の弾力部材と、を含む燃料電池の放電用導電部材。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池の放電用導電部材であって、
前記弾力部材が軸方向に沿って帯状に並べて取り付けられた第１の接触領域と、前記弾力部材が軸方向に対して斜め方向に沿って帯状に並べて取り付けられた第２の接触領域と、を含む燃料電池の放電用導電部材。
【請求項６】
燃料電池であって、
膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、
積層方向に前記セル積層体を貫通するよう設けられ、少なくともその一部に導電性の弾力部材が取り付けられた電荷抜き棒が抜き差しされる貫通穴と、
前記貫通穴の内面に設けられ、積層方向に延びて前記各セパレータの端面が露出する導電領域と、
前記貫通穴の内面に設けられ、前記各セパレータの端面に絶縁層を設けた絶縁領域と、
を有する燃料電池。
【請求項７】
燃料電池であって、
膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、
積層方向に前記セル積層体を貫通し、その内面に積層方向に延びて前記各セパレータの端面が露出する導電領域と、前記各セパレータの端面に絶縁層を設けた絶縁領域とを含む貫通穴と、
軸方向に沿って弾力部材が帯状に並べて取り付けられた第１の接触領域と、軸方向に対して斜め方向に沿って前記弾力部材が帯状に並べて取り付けられた第２の接触領域と、を含み、前記第１、第２の接触領域が前記貫通穴の前記導電領域に接触しないように前記貫通穴に回転自在に挿入された電荷抜き棒と、を有し、
前記電荷抜き棒は、第１の接触領域から第２の接触領域の方向に向かって回転して、前記電荷抜き棒の前記第２の接触領域の前記弾力部材が前記貫通穴の内面の前記導電領域に積層方向に順次接触し、各セルに残留している電荷を順次放電させること、
を特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の構造及び燃料電池の放電方法並びに燃料電池の放電に用いられる放電用導電部材の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質の両側に触媒層を有する燃料側電極と酸化剤側電極とが対向して配置して構成された膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）の両側を各電極に燃料ガス、酸化剤ガスを供給するセパレータによって挟持して構成された単位セルを複数個積層し、所定の電圧を得られるセル積層体（スタック）として構成されている。
【０００３】
このような燃料電池は、燃料側電極には燃料ガス、例えば、水素が供給され、酸化剤側電極には、酸化剤ガス、例えば、空気が供給される。燃料側電極に供給された燃料ガス中の水素は、触媒層で水素イオン化され、適度に加湿された電解質を介して酸化剤側電極へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。酸化剤側電極においては、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
このような燃料電池を停止させる際には、燃料側電極への水素ガスの供給、酸化剤側電極への酸化剤ガスの供給を停止させるが、水素ガスや酸化剤ガスは燃料電池を停止させた後も燃料電池の内部に残留している場合が多く、燃料電池を停止させた後にも残留している水素ガス、酸化剤ガスによって発電反応が進み、停止後の燃料電池のセル積層体に電荷が残留する場合がある。
【０００５】
一方、燃料電池は、数百枚のセルを積層して構成されているので、一部のセルに不良が発生した場合には、セル積層体を分解して不良セルを交換することが必要となる。この場合、燃料電池の残留電荷が自然に放電するまで放置した後に分解することが多く行なわれている。しかし、残留電荷が自然に放電するまでにはかなりの時間がかかり、長いサービス時間が必要となってしまうという問題があった。また、短時間に残留電荷を放電する方法としては、燃料電池のプラス側の出力端とマイナス側の出力端とを短絡させて電荷を放電させる方法も考えられるが、この方法では、放電の際に残留燃料が多いセルにも残留燃料が少ないセルにも同量の電流が流れてしまい、残留燃料の少ないセルでは膜電極アセンブリの触媒中の炭素を分解してしまう場合があり、セルの劣化を招いてしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、燃料電池のセル積層体の側面に積層方向に延びる導電体を接触させて、各セルと導電体とを接触させ、セルから直接導電体に電荷を流して残留する電荷を開放する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−７１５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された従来技術は、燃料電池の各セルに導電体を接触させて電荷を開放するので、隣接するセル間には電流が流れず、膜電極アセンブリの触媒の分解、劣化という問題は生じないようにも思える。しかし、燃料電池のセル積層体は多くのセルを積層して構成されているため、セルの積層の際に生じる積層ズレのため、その側面は平坦ではなく各セルで凹凸がある。このため、特許文献１に記載された従来技術では、積層方向の延びる導電体をセル積層体の側面に接触させても、すべてのセルが導電体と接触せず、十分に放電ができない場合があった。また、導電体がいくつかのセルに飛び飛びに接触した場合、接触しているセルの間では同一の電流が流れてしまうので、導電体と接触しているセルの間に残留燃料が少ないセルが含まれていると、そのセルの触媒中の炭素が分解されてセルの劣化が発生してしまう場合があるという問題があった。更に、導電体に接触しているセルの間隔が大きくなると、導電体と接触しているセル間の電圧が高くなり、導電体を接触させた際にセル間でスパークが発生し、セルが損傷、劣化する場合があるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、燃料電池を放電させる際の燃料電池の劣化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料電池の放電方法は、膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、積層方向に前記セル積層体を貫通する貫通穴と、を含む燃料電池の放電方法であって、少なくともその一部に導電性の弾力部材が取り付けられた電荷抜き棒を前記貫通穴に抜き差しして前記電荷抜き棒の前記弾力部材を前記貫通穴の内面に積層方向に順次接触させ、各セルに残留している電荷を順次放電させる放電工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の燃料電池の放電方法は、膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、積層方向に前記セル積層体を貫通し、その内面に積層方向に延びて前記各セパレータの端面が露出する導電領域と、前記各セパレータの端面に絶縁層を設けた絶縁領域とを含む貫通穴と、軸方向に沿って弾力部材が帯状に並べて取り付けられた第１の接触領域と、軸方向に対して斜め方向に沿って前記弾力部材が帯状に並べて取り付けられた第２の接触領域と、を含み、前記第１、第２の接触領域が前記貫通穴の前記導電領域に接触しないように前記貫通穴に挿入された電荷抜き棒と、を含む燃料電の放電方法であって、前記電荷抜き棒を第１の接触領域から第２の接触領域の方向に向かって回転させて、前記電荷抜き棒の前記第２の接触領域の前記弾力部材を前記貫通穴の内面の前記導電領域に積層方向に順次接触させ、各セルに残留している電荷を順次放電させること、を特徴とする
【００１２】
本発明の燃料電池の放電用導電部材は、膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、積層方向に前記セル積層体を貫通する貫通穴と、を含む燃料電池の前記貫通穴に差し込んで前記各セルに残留している電荷を順次放電させる放電用導電部材であって、棒状の本体と、少なくとも本体の一部に取り付けられた導電性の弾力部材と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の燃料電池の放電用導電部材において、前記弾力部材が軸方向に沿って帯状に並べて取り付けられた第１の接触領域と、前記弾力部材が軸方向に対して斜め方向に沿って帯状に並べて取り付けられた第２の接触領域と、を含むこととしても好適である。
【００１４】
本発明の燃料電池は、膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、積層方向に前記セル積層体を貫通するよう設けられ、少なくともその一部に導電性の弾力部材が取り付けられた電荷抜き棒が抜き差しされる貫通穴と、前記貫通穴の内面に設けられ、積層方向に延びて前記各セパレータの端面が露出する導電領域と、前記貫通穴の内面に設けられ、前記各セパレータの端面に絶縁層を設けた絶縁領域と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の燃料電池は、膜電極アセンブリと前記膜電極アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス流路が形成された導電体のセパレータとを含むセルを積層したセル積層体と、積層方向に前記セル積層体を貫通し、その内面に積層方向に延びて前記各セパレータの端面が露出する導電領域と、前記各セパレータの端面に絶縁層を設けた絶縁領域とを含む貫通穴と、軸方向に沿って弾力部材が帯状に並べて取り付けられた第１の接触領域と、軸方向に対して斜め方向に沿って前記弾力部材が帯状に並べて取り付けられた第２の接触領域と、を含み、前記第１、第２の接触領域が前記貫通穴の前記導電領域に接触しないように前記貫通穴に回転自在に挿入された電荷抜き棒と、を有し、前記電荷抜き棒は、第１の接触領域から第２の接触領域の方向に向かって回転して、前記電荷抜き棒の前記第２の接触領域の前記弾力部材が前記貫通穴の内面の前記導電領域に積層方向に順次接触し、各セルに残留している電荷を順次放電させること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、燃料電池を放電させる際の燃料電池の劣化を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態における燃料電池の断面を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態における燃料電池のセルの構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態における燃料電池の放電穴に電荷抜き棒を挿入した状態を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態における燃料電池の放電穴差し込んだ電荷抜き棒を回転させた状態を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態における燃料電池スタックに電荷抜き棒をセットした状態を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態における燃料電池スタックに挿入される電荷抜き棒の斜視図である。
【図８】本発明の他の実施形態における燃料電池スタックに挿入される電荷抜き棒の側面図と断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態における燃料電池スタックの放電穴の詳細を示す説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態における燃料電池スタックの放電穴の電荷抜き棒を回転させた際の動作を示す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施形態における燃料電池スタックの放電穴の詳細を示す説明図である。
【図１２】本発明の他の実施形態における燃料電池スタックに電荷抜き棒をセットした状態とその動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本実施形態の放電方法が用いられる燃料電池について図面を参照しながら説明する。図１に示す様に、燃料電池２００は、高分子イオン交換膜からなる電解質の両側に触媒層を有するアノード（燃料極）とカソード（酸化剤極）とが対向して配置して構成された膜電極アセンブリ１３と膜電極アセンブリ１３を挟持する導電体のセパレータ１４，１５とを含むセル２７を複数積層したセル積層体１０と、セル積層体１０の両端の集電板１８と、集電板１８の両端のインシュレータ１７と、インシュレータ１７の両端のエンドプレート１６とが順次積層され、図示しないタイロッドなどによって締め付けられて構成された燃料電池スタック１００と、絶縁体或いは表面が絶縁されたケーシング５１を含んでいる。燃料電池スタック１００は、ケーシング５１の内面に設けられたブラケット５３に各エンドプレート１６が固定されることによってケーシング５１の内部に固定される。燃料電池スタック１００の内部には、燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒を流す燃料ガスマニホールド１２ａ，１２ｄ，酸化剤ガスマニホールド１２ｃ，１２ｆ，冷媒マニホールド１２ｂ，１２ｅが設けられている。各マニホールド１２ａから１２ｆは一方のエンドプレート１６の側に貫通し、反応ガス、冷媒を供給、排出する配管２４，２５，２６に接続され、各配管２４，２５，２６はケーシング５１を貫通して外部に延びている。また、燃料電池スタック１００は、セル積層体１０、集電板１８、インシュレータ１７、エンドプレート１６を貫通する貫通穴である放電穴１１を備えている。ケーシング５１は、燃料電池スタック１００がケーシング５１の内部に固定された際に、放電穴１１の位置と対向する位置にケーシング５１を貫通する開口５２が設けられている。この開口５２には蓋５４が取り付けられている。
【００１９】
本実施形態の放電方法は、燃料電池２００の停止後、分解前に、蓋５４をはずし、燃料電池スタック１００に設けられている放電穴１１が見通せるようにした後、開口５２を通して放電用導電部材である電荷抜き棒６０をセル２７の積層方向に向かって放電穴１１に差し込む。電荷抜き棒６０は、その先端部分に半径方向に向かって突出するように導電性を有する弾力部材である金属ブラシ６１が取り付けられているので、電荷抜き棒６０を放電穴１１に差し込んでいくと、金属ブラシ６１はセル２７に順次接触し、各セル２７に残留している電荷を順次放電させていくものである。
【００２０】
図２、図３を参照しながら、本実施形態の放電方法が用いられる燃料電池スタック１００の構造について説明する。図２に示すように、燃料電池スタック１００は、その内部に電解質膜を備え、両側の面にそれぞれアノード（燃料極）とカソード（酸化剤極）とが配置された膜電極アセンブリ１３と、膜電極アセンブリ１３をアノード側から挟み込む金属製のアノード側セパレータ１４と、膜電極アセンブリ１３をカソード側から挟み込む金属製のカソード側セパレータ１５とによって構成されるセル２７が多数積層されている。図２に示すようにアノード側セパレータ１４には、折り曲げ加工によって膜電極アセンブリ１３のカソードに燃料ガスを供給する燃料ガス流路２１が形成され、カソード側セパレータ１５には折り曲げ加工によって膜電極アセンブリ１３のカソードに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路２２が形成されている。アノード側セパレータ１４、カソード側セパレータ１５は互いの山の部分が接するように積層されており、各セパレータ１４，１５の接する側にはセル２７を冷却する冷媒流路２３が構成される。
【００２１】
金属製の各セパレータ１４，１５の間の各流路２１，２２を構成する折り曲げが無い部分には、各セパレータ１４，１５の折り曲げ高さの合計高さから各セパレータ１４，１５の厚さを差し引いた厚さの絶縁材で構成されたスペーサ１９が設けられている。また、膜電極アセンブリ１３の両側の各セパレータ１４，１５の間の膜電極アセンブリ１３が設けられていない部分には、膜電極アセンブリ１３と略同様の厚さの絶縁材のスペーサ２０が設けられている。このように、セル積層体１０は、中央部分の厚さ、すなわち、膜電極アセンブリ１３、アノード側セパレータ１４の折り曲げ高さ、カソード側セパレータ１５の折り曲げ高さの合計厚さと、セル積層体１０の周辺部分の各セパレータ１４，１５の板厚さとスペーサ１９，２０の厚さの合計とが同じとなるように構成され、各セル２７を積層できる様な構造となっている。
【００２２】
図３に示すように、各セパレータ１４，１５の燃料ガス流路２１、酸化剤ガス流路２２の設けられていない周辺部分、スペーサ２０の膜電極アセンブリ１３の設けられていない領域には、それぞれ四角孔２４ａから２４ｆと、放電穴１１を構成する丸孔３３が設けられている。また、図３では図示を省略しているが、スペーサ２０と同様スペーサ１９の周辺領域にも、それぞれ四角孔２４ａから２４ｆと、放電穴１１を構成する丸孔３３が設けられている。図２、図３に示すように、各セパレータ１４，１５、膜電極アセンブリ１３、スペーサ１９，２０が積層されると、積層された各四角孔２４ａから２４ｆはそれぞれ燃料ガスマニホールド１２ａ，１２ｄ，酸化剤ガスマニホールド１２ｃ，１２ｆ，冷媒マニホールド１２ｂ，１２ｅを形成し、丸孔３３は放電穴１１を形成する。そして、アノード側セパレータ１４の燃料ガス流路２１は四角孔２４ａ，２４ｄ及び四角孔２４ａ，２４ｄによって構成される燃料ガスマニホールド１２ａ，１２ｄと連通し、燃料ガスは燃料ガスマニホールド１２ａからセパレータ１４の燃料ガス流路２１を経て燃料ガスマニホールド１２ｄに流れる。また、同様に酸化剤ガスは酸化剤ガスマニホールド１２ｆから酸化剤ガス流路２２を経て酸化剤ガスマニホールド１２ｃに流れ、冷媒は冷媒マニホールド１２ｂから図示しない冷媒流路２３を経て冷媒マニホールド１２ｅに流れる。
【００２３】
図２に示すように一方のエンドプレート１６、インシュレータ１７、集電板１８にも各セパレータ１４，１５と同様の四角孔２４ａから２４ｆが設けられ、外部からエンドプレート１６を通して燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒が出入りすることができるよう構成されている。また、両側のエンドプレート１６、インシュレータ１７，集電板１８にはアノード側セパレータ１４と同様の丸孔３３が設けられ、図２に示すように、放電穴１１は燃料電池スタック１００を貫通するように構成されている。そして、放電穴１１の内面には、アノード側セパレータ１４に設けられた丸孔３３の内周面、スペーサ１９に設けられた丸孔３３の内周面、カソード側セパレータ１５に設けられた丸孔３３の内周面、スペーサ２０に設けられた丸孔３３の内周面が順次連続して現れることとなる。また、放電穴１１の両端の内面は、エンドプレート１６，インシュレータ１７、集電板１８にそれぞれ設けられた丸孔３３の内周面によって構成される。また、同様に、図１，図３に示す各マニホールド１２ａから１２ｆの内面には、アノード側セパレータ１４に設けられた四角孔２４ａから２４ｆ内周面、スペーサ１９に設けられた四角孔２４ａから２４ｆの内周面、カソード側セパレータ１５に設けられた四角孔２４ａから２４ｆの内周面、スペーサ２０に設けられた四角孔２４ａから２４ｆの内周面が順次連続して現れる。また、各マニホールド１２ａから１２ｆの一端の内面は、エンドプレート１６，インシュレータ１７、集電板１８にそれぞれ設けられた四角孔２４ａから２４ｆの内周面によって構成される。
【００２４】
図４に示すように、燃料電池スタック１００はアノード側セパレータ１４、膜電極アセンブリ１３、カソード側セパレータ１５、スペーサ１９，２０が積層されており、放電穴１１は、アノード側セパレータ１４、カソード側セパレータ１５、スペーサ１９，２０に設けられた各丸孔３３の内周面によって構成されている。燃料電池スタック１００はアノード側セパレータ１４、カソード側セパレータ１５、スペーサ１９，２０の丸孔３３の位置には寸法公差があることと、これらを積層する際の積層位置にも公差があることから、図４に示すように放電穴１１の内面は滑らかな面ではなく、段差ができる。このため、例えば、単純な導電体の丸棒を放電穴１１に挿入しても、放電穴１１の内面に突出する長さの大きい部分のみ丸棒に接触することとなる。この際、丸棒に接触するセル２７、あるいは各セパレータ１４，１５の積層方向の間隔が大きい場合には、導電体と接触しているセル２７間の電圧が高くなり、導電体を接触させた際にセル２７間でスパークが発生してセル２７が損傷、劣化する場合がある。本実施形態の放電方法では、先端部分に半径方向に向かって突出するように導電性を有する弾力部材である金属ブラシ６１を取り付けた電荷抜き棒６０を用いることで各セル２７の損傷を抑制しつつ、各セル２７に残留している電荷を開放することができる。
【００２５】
図４に示すように、本実施形態の放電方法に用いられる電荷抜き棒６０は、その先端部分に半径方向に突出するように金属ブラシ６１が取り付けられており、この金属ブラシ６１の取り付けられている先端部分は金属などの導電性部材で構成されている。この先端から電荷抜き棒６０を回転させながら放電穴１１に挿入していくと、金属ブラシ６１は、最初にカソード側セパレータ１５ａの丸孔３３の端面に接触し、次にアノード側セパレータ１４ａの丸孔３３ａの内面に接する。アノード側セパレータ１４ａは金属製で、丸孔３３ａの内面も金属面であることから、金属ブラシ６１は丸孔３３ａの内面、アノード側セパレータ１４ａを介して膜電極アセンブリ１３ａのアノードと接触する。そして、更に電荷抜き棒６０を放電穴１１に挿入していくと、金属ブラシ６１は金属製のカソード側セパレータ１５ｂに設けられた丸孔３３ｂの金属製の内面に接触し、金属ブラシ６１は丸孔３３ｂの内面、カソード側セパレータ１５ｂを介して膜電極アセンブリ１３ａのカソードと接触する。すると、セル２７ａのアノードとカソードとは、金属ブラシ６１と電荷抜き棒６０によって短絡される。
【００２６】
図５に示すように、アノード側セパレータ１４ａとカソード側セパレータ１５ｂに設けられた各丸孔３３ａ，３３ｂは、その製造公差と、積層公差のために、各丸孔３３ａ，３３ｂの内面は互いに少しずれている。図５は、単純に上下方向に長さｄだけ各丸孔３３ａ，３３ｂがずれた状態で、放電穴１１の内面に高さｄの段差ができている状態を示している。電荷抜き棒６０に取り付けられた金属ブラシ６１は、弾力性があるので、図５に示すように、電荷抜き棒６０を放電穴１１に挿入して、電荷抜き棒６０を回転させると、図５に示す下側で放電穴１１の内側に突出している丸孔３３ａの内面に対しては金属ブラシ６１の毛６１ａの先端が大きく弾性変形して丸孔３３ａの内面に追従しながら丸孔３３ａの端面と接触する。また、図５に示す下側で放電穴１１の内面から凹んだ状態となっている丸孔３３ｂの端面に対しては、金属ブラシ６１の毛６１ｂの先端が少しだけ撓んで電荷抜き棒６０の回転に追従していく。反対に図５の上側では、丸孔３３ｂの内面が放電穴１１の内側に突出し、丸孔３３ａの内面は放電穴１１の内側から凹んでいるので、図５に示す下側と反対に金属ブラシ６１の毛６１ｂは大きく撓んで丸孔３３ｂの内面に接触し、金属ブラシ６１の毛６１ａは少しだけ撓んで丸孔３３ａの内面に接触しながら電荷抜き棒６０の回転に従って各丸孔３３ａ，３３ｂの内周を擦っていく。このように、電荷抜き棒６０に取り付けられた金属ブラシ６１は、弾性変形することによって放電穴１１の内面にできる段差に応じて変形し、金属製の各セパレータ１４，１５の各丸孔３３の内面に確実に接触することができる。
【００２７】
このため、電荷抜き棒６０の先端の金属ブラシ６１は確実にアノード側セパレータ１４ａとカソード側セパレータ１５ｂに設けられた各丸孔３３ａ，３３ｂの内周と接触し、膜電極アセンブリ１３ａのアノードとカソードとが金属ブラシ６１と電荷抜き棒６０によって短絡され、燃料ガス流路２１ａに残留していた燃料ガスが発電によって消費されるとともに、膜電極アセンブリ１３ａに残留していた電荷が開放される。この際、酸化剤ガス流路２２は大気に連通しているので、残留している燃料ガスが消費される際に十分に酸素が供給され、残留している水素は十分に消費される。一つの膜電極アセンブリ１３ａで発生する発電電圧は、通常１Ｖ程度であるので、一つの膜電極アセンブリ１３ａのアノードとカソードとを短絡しても短絡の際の電圧差はせいぜい１Ｖと低い電圧であり、短絡の際にスパーク等が発生することが無い。また、放電電流は短絡された最初のセル２７ａに残留していた燃料ガスの容量に応じた大きさとなり、燃料ガスが少ないにかかわらず大きな短絡電流が流れてしまうようなことがなく、膜電極アセンブリ１３ａの触媒を劣化させ、燃料電池の劣化を抑制することができる。
【００２８】
図４に示すように、電荷抜き棒６０を更に放電穴１１に差し込んでいくと、次のアノード側セパレータ１４ｂ、カソード側セパレータ１５にそれぞれ設けられた丸孔３３の内と金属ブラシ６１とが接触して次のセル２７ｂが短絡され、次の燃料ガス流路２１ｂに残留している燃料ガスが発電によって消費されると共に、セル２７ｂに残留している電荷が開放される。このように、放電穴１１に挿入された電荷抜き棒６０は、挿入されるにつれて金属ブラシ６１が各セパレータ１４，１５に設けられた丸孔３３の内側に接触して各セル２７を順次短絡していく。そして、電荷抜き棒６０が燃料電池スタック１００の反対側端まで差し込まれると、全てのセル２７に残留している電荷が開放される。
【００２９】
電荷抜き棒６０を燃料電池スタック１００の反対端まで差し込んだ後、電荷抜き棒６０を回転させながら放電穴１１から引き抜く、或いは、反対側端から電荷抜き棒６０を引き抜くと燃料電池スタック１００の放電工程を完了する。放電工程が完了したら、図１に示したケーシング５１を開放して内部から燃料電池スタック１００を取り出して、積層方向の通しボルトをはずして燃料電池スタック１００を分解する。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態の放電方法は、燃料電池スタック１００の各セル２７に残留している電荷を順次開放することができ、燃料電池スタック１００を放電させる際の燃料電池スタック１００の劣化を抑制することができる。
【００３１】
以上説明した実施形態では、燃料電池スタック１００を放電するために電荷抜き棒６０を放電穴１１に挿入することとして説明したが、電荷抜き棒６０を挿入するのは放電穴１１に限らず、セル積層体１０を貫通している穴であればよく、例えば、各マニホールド１２ａから１２ｆでもよい。
【００３２】
図６から図１０を参照して本発明の他の実施形態について説明する。図１から図５を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。図６に示すように、本実施形態の放電方法が用いられる燃料電池スタック１００は、図１から図５を参照して説明した実施形態のように燃料電池２００が停止した後に各セル２７に残留している電荷を除去する電荷抜き棒６０を放電穴１１に抜き差しするのではなく、燃料電池スタック１００の放電穴１１の中に電荷抜き棒６０を回転自在に取り付けたものである。
【００３３】
図６に示すように、燃料電池スタック１００は、図１から図５を参照して説明した実施形態の放電方法が用いられる燃料電池スタック１００と同様、アノード側セパレータ１４とカソード側セパレータ１５との間に膜電極アセンブリ１３を挟みこんだセル２７を複数積層し、その両端にエンドプレート１６、インシュレータ１７、集電板１８が重ね合わされて、図示しない通しボルトによって締め付けて積層固定されている。燃料電池スタック１００にはアノード側セパレータ１４、カソード側セパレータ１５にそれぞれ設けられた丸孔３３によって構成される放電穴１１が設けられており、その内面は、図４で説明したのと同様、多数の段差を有している。
【００３４】
図７に示すように、電荷抜き棒６０は、金属などの導電性の丸棒の本体６２と、本体６２からその半径方向に突出するよう取り付けられた弾性部材である金属ブラシ帯６３、６４と、回転用のつまみ６８が設けられたヘッド６７と、ヘッド６７と本体６２とを接続する接続部６５とを備えている。ヘッド６７の本体６２が取り付けられる側には、本体６２よりも少し外径が小さいネック部６６が設けられている。
【００３５】
図６、図７に示すように、金属ブラシ帯６３には、本体６２の軸方向に沿って、ヘッド６７側から先端６９側に向かって直線状に多数の導電体の弾性部材の毛が並べて配置され、第１の接触領域を構成する。また、金属ブラシ帯６４には、本体６２の軸方向と斜め方向に沿って、ヘッド６７側から先端６９側に向かって直線状に多数の導電体の弾性部材の毛が並べて配置され、第２の接触領域を構成する。本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、ヘッド６７側では、金属ブラシ帯６３と金属ブラシ帯６４とは、本体６２の円周方向に９０度だけずらした位置となっている。そして、図７（ｃ）に示すように、金属ブラシ帯６４は、先端６９に向かうにつれて、金属ブラシ帯６３との円周方向の角度が小さくなるように本体６２の軸方向に対して斜め方向、或いは螺旋状に先端６９に向かって延びている。そして、金属ブラシ帯６３と金属ブラシ帯６４の先端側の端部では、各金属ブラシ帯６３，６４の本体６２の円周方向の角度のズレが無く、ほぼ同一位置に隣接して配置されている。
【００３６】
図６に示すように、放電穴１１の内面には各セパレータ１４，１５の丸孔３３の内端面の一部を絶縁性の部材で覆った絶縁領域３４と、金属製のセパレータ１４，１５に設けられた丸孔３３の金属の端面が露出した導電領域３３ｓとを備えている。図９に、絶縁領域３４に構成の例を示す。図９に示すように、各スペーサ１９，２０に設けられる丸孔３３ｐは、各セパレータ１４，１５に設けられる丸孔３３よりも若干内径が大きく、各セパレータ１４，１５に設けられた丸孔３３の各内周は、放電穴１１の内側に少しだけ突出する。そして、この突出している丸孔３３の周縁の一部に絶縁性の樹脂やゴムなどで成形されたキャップ３４ａが取り付けられている。図１０（ａ）に示すように、キャップ３４ａは、丸孔３３の上側３／４ほどの範囲に設けられており、キャップ３４ａによって覆われている範囲は放電穴１１の絶縁領域３４である。また、下側１／４の丸孔３３の内周面にはキャップ３４ａが取り付けられて折らず、丸孔３３の金属製の端面かそのまま露出し、導電領域３３ｓとなっている。
【００３７】
図６及び図１０（ａ）に示すように、電荷抜き棒６０は、金属ブラシ帯６３、６４が放電穴１１の導電領域３３ｓに接触しないように、軸方向に延びる金属ブラシ帯６３が絶縁体のキャップ３４ａの中央となるように放電穴１１に挿入される。図６、図１０（ａ）では、図中の上方向がキャップ３４ａの中央となるので、金属ブラシ帯６３が上側となるように放電穴１１に挿入されている。図８（ｂ）に示すように電荷抜き棒６０のヘッド６７側では金属ブラシ帯６３，６４の本体６２の周方向の角度は９０度となっているので、図１０（ａ）に示すように金属ブラシ帯６３が上側となるように放電穴１１に挿入されると、ヘッド６７側の金属ブラシ帯６４は、真横に位置し、図８（ｃ）に示すように金属ブラシ帯６４は先端６９側に行くに従って、金属ブラシ帯６３に近接してくる。従って、金属ブラシ帯６３が上側となるように電荷抜き棒６０を放電穴１１に挿入すると、金属ブラシ帯６３、６４はそれぞれ放電穴１１の絶縁領域３４に接しており、導電領域３３ｓには接していない。
【００３８】
図６に示すように、電荷抜き棒６０が挿入される側のエンドプレート１６には各セパレータ１４，１５に設けられている丸孔３３よりも若干内径が大きい丸孔３５が設けられ、電荷抜き棒６０の先端６９側のエンドプレート１６には電荷抜き棒６０の本体６２と略同径で本体６２を指示する丸型の凹部である支持部１６ｃが設けられている。また、支持部１６ｃのセル２７側には、各セパレータ１４，１５の丸孔３３と略同径の円筒部１６ｂが設けられている。先端６９側に配置されている集電板１８とエンドプレート１６の内面と、円筒部１６ｂと支持部１６ｃの内面には例えば樹脂などで構成された絶縁層が設けられており、電荷抜き棒６０とエンドプレート１６とが接触しないように構成されている。電荷抜き棒６０のヘッド６７側のネック部６６には絶縁性でリング状のシール部材７０が取り付けられ、電荷抜き棒６０のヘッド６７側は、このシール部材７０を介してエンドプレート１６に設けられた丸孔３５に保持されている。
【００３９】
このように、構成された燃料電池スタック１００に残存している電荷を放電する工程について説明する。図１０（ａ）に示すように、放電穴１１に取り付けられた電荷抜き棒６０の各金属ブラシ帯６３，６４はいずれも放電穴１１の絶縁領域３４に接触しており、導電領域３３ｓには接触していない。
【００４０】
燃料電池スタック１００の電荷を放電させる際には、図７，図８に示すように、電荷抜き棒６０のヘッド６７に設けられたつまみ６８を第１接触領域である金属ブラシ帯６３の側から第２接触領域である金属ブラシ帯６４の方向に向かって各図に示す矢印の方向に向かって回転させる。すると図１０（ｂ）に示す様に、金属ブラシ帯６４のヘッド６７の部分が放電穴１１の導電領域３３ｓに移動してくる。導電領域３３ｓに移動した金属ブラシ帯６４の毛は、図４、図５に示す毛６１ａと同様、段差のある放電穴１１の内面に接触し、金属ブラシ帯６４の毛と本体６２とを介してヘッド６７側のセル２７のアノードとカソードとを短絡して燃料ガス流路２１ａに残留していた燃料ガスが発電によって消費されるとともに、膜電極アセンブリ１３に残留していた電荷が開放される。金属ブラシ帯６４は電荷抜き棒６０の軸方向に斜め、或いは螺旋状に配置されていることから、電荷抜き棒６０を回転させると、金属ブラシ帯６４と放電穴１１との接触する位置は電荷抜き棒６０のヘッド６７側からしだいに先端６９側に移動していく。これによって、金属ブラシ帯６４と本体６２とによって短絡されて残留している電荷が放電されるセル２７は、電荷抜き棒６０のヘッド６７側から先端６９側に積層方向に沿って移動していく。そして、図１０（ｃ）に示すように、電荷抜き棒６０の軸方向に延びる金属ブラシ帯６３が放電穴１１の導電領域３３ｓに移動すると、金属ブラシ帯６３と本体６２とによって全てのセル２７のアノードとカソードとが短絡された状態となり、燃料電池スタック１００に残留している電荷の放電が終了する。この際、電荷抜き棒６０のつまみ６８はちょうど１８０度回転した状態となっている。
【００４１】
本実施形態は、先に説明した実施形態と同様、燃料電池スタック１００の各セル２７に残留している電荷を順次開放することができ、燃料電池スタック１００を放電させる際の燃料電池スタック１００の劣化を抑制することができることに加えて、電荷抜き棒６０のつまみの位置を確認することによって、燃料電池スタック１００に残留している電荷の放電工程が終了していることが確認でき、燃料電池スタック１００に残留している電荷を放電しないで燃料電池スタック１００の分解を行ってしまうことを抑制することができるという効果を奏する。また、各セル２７を順次短絡させて放電させた後、金属ブラシ帯６３が放電穴１１の導電領域３３ｓに留まるようにすることで、燃料電池スタック１００で新たな残留電圧が発生することを抑制することができる。
【００４２】
以上説明した本実施形態は、燃料電池スタック１００に電荷抜き棒６０を常時差し込んでおき、分解の際に電荷抜き棒６０を回転させて残留している電荷を放電することとして説明したが、分解の前に、電荷抜き棒６０の各金属ブラシ帯６３，６４が放電穴１１の導電領域３３ｓに接触しないように燃料電池スタック１００の放電穴１１に電荷抜き棒６０を挿入した後、電荷抜き棒６０を回転させて残留している電荷を放電させるようにしてもよいし、図１から図５を参照して説明した実施形態と同様、電荷抜き棒６０の金属ブラシ帯６３，６４が放電穴１１の導電領域３３ｓに接触するように電荷抜き棒６０を回転させながら放電穴１１に挿入するようにしてもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、放電穴１１の絶縁領域３４は絶縁性のキャップ３４ａを各セパレータ１４，１５の丸孔３３の内周縁の一部に取り付けて構成するものとして説明したが、図１１に示すように、各スペーサ１９，２０の一方側端部に各セパレータ１４，１５の丸孔３３の内面を覆うカバー３７を設けて構成することとしてもよい。この場合、カバー３７の切り欠き部３８は丸孔３３の金属面の端面が露出する導電領域３３ｓとなる。本実施形態は図９を参照して説明した実施形態よりも絶縁領域３４を構成する部品数を低減することができ、簡便な構成とすることができる。
【００４４】
図１２を参照しながら、本発明の参考例について説明する。図１２（ａ）に示すように本参考例は、図１から図５を参照して説明した先端部分に金属ブラシ６１が取り付けられた電荷抜き棒６０に端板７１、７２を取り付け、端板７１，７２の間に円筒状の導電性の膜７３を取り付けたものである。本参考例の電荷抜き棒６０の端板７１，７２は放電穴１１の内径よりも若干小さな大きさとなっている。先に図１から図５を参照して説明したように、電荷抜き棒６０を回転させながら放電穴１１に挿入して、各セル２７に残留している電荷を順次開放した後、端板７１，７２と膜７３とで構成される袋状部分に圧縮空気などを注入する。すると、図１２（ｂ）に示すように、膜７３は内部の気圧の上昇で放電穴１１の内面に押し付けられ、放電穴１１の各セル２７を短絡する。このように、本参考例は、各セル２７を順次短絡させて放電させた後、導電性の膜７３によって各セル２７を短絡状態に保ち、燃料電池スタック１００で新たな残留電圧が発生することを抑制することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  セル積層体、１１  放電穴、１２ａ，１２ｄ  燃料ガスマニホールド、１２ｂ，１２ｅ  冷媒マニホールド、１２ｃ，１２ｆ  酸化剤ガスマニホールド、１３，１３ａ  膜電極アセンブリ、１４，１４ａ，１４ｂ  アノード側セパレータ、１５，１５ａ，１５ｂ  カソード側セパレータ、１６  エンドプレート、１６ｂ  円筒部、１６ｃ  支持部、１７  インシュレータ、１８  集電板、１９，２０  スペーサ、２１  燃料ガス流路、２２  酸化剤ガス流路、２３  冷媒流路、２４，２５，２６  配管、２４ａ〜２４ｆ  四角孔、２７  セル、３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｐ，３５  丸孔、３３ｓ  導電領域、３４  絶縁領域、３４ａ  キャップ、３７  カバー、３８  切り欠き部、５１  ケーシング、５２  開口、５３  ブラケット、５４  蓋、６０  電荷抜き棒、６１  金属ブラシ、６１ａ，６１ｂ  毛、６２  本体、６３，６４  金属ブラシ帯、６５  接続部、６６  ネック部、６７  ヘッド、６８  回転用つまみ、６９  先端、７０  シール部材、７１，７２  端板、７３  膜、１００  燃料電池スタック、２００  燃料電池。
【図１】
2011146165.tif 000003
【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】
2011146165.tif 000011
【図１０】
2011146165.tif 000012
【図１１】
2011146165.tif 000013
【図１２】
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