(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ことが可能な燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池スタック１００は、セル積層体１０、集電板１８、スペーサ１９，２０、エンドプレート１６を覆うテンションプレート１７により形成される空間を有する。この空間は燃料電池スタック１００の各セル２７に帯電している電荷を放電させるための棒部材である電荷抜き棒を挿入可能な挿入空隙１１である。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、挿入空隙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。燃料電池２００の停止後、燃料電池スタック１００の各セル２７に接触するように導電体の電荷抜き棒６０が開口５２を通って挿入空隙１１に差し込まれ、燃料電池２００内部の電荷が放電される。【選択図】図１
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【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、
各セルを密着させるために前記セル積層体を両側から挟む２枚のエンドプレート同士を固定する締結用プレートが前記セル積層体の積層方向に沿った端面を覆い前記セル積層体との間に棒部材を挿入可能な挿入空隙を形成する締結用プレートと、
前記挿入空隙に突出するように各セルに設けられ、前記挿入空隙に前記棒部材が差し込まれた際に前記棒部材と接触する導電性の接触板と、
を有する燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記締結用プレートは、積層方向に沿った前記セル積層体の二つの端面を覆い、二つの面が交わった角部と前記セル積層体との間に前記棒部材を挿入可能な挿入空隙を形成し、
前記接触板は、角部の挿入空隙に前記棒部材が差し込まれた際に前記棒部材と接触する導電性の接触板である燃料電池。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記締結用プレートは、前記棒部材を導く案内手段を有し、
前記案内手段と前記棒部材とは絶縁され、前記案内手段は前記挿入空隙に差し込まれた前記棒部材の位置を規定する燃料電池。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の燃料電池であって、
前記接触板は、前記挿入空隙に前記棒部材が差し込まれた際に前記接触板の先端が前記棒部材差し込み方向に押しつけられて弾性変形し、その反発力によってその先端が前記棒部材側面に圧接する薄板である燃料電池。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の燃料電池であって、
前記棒部材は、導電部材で構成され、放射状に植え付けられた導電性のファイバ状のブラシ構造であり、
前記接触板に前記ブラシ構造が順次接触する燃料電池。
【請求項６】
請求項３に記載の燃料電池であって、
前記案内手段は、前記締結用プレートに設けられた半形又は多角形の断面を有する溝である燃料電池。
【請求項７】
請求項３に記載の燃料電池であって、
前記棒部材は、絶縁部材で構成され、長手方向に伸びる突起が設けられている本体と、前記本体の前記突起と反対側の面に長手方向に延びて設けられる導電部分で構成される導電部とを含み、
前記案内手段は、前記棒部材の突起がはまり込む溝である燃料電池。
【請求項８】
請求項３又は４に記載の燃料電池であって、
前記接触板は、導電性の薄板で構成されたセパレータと一体に形成されている燃料電池。
【請求項９】
請求項３又は４に記載の燃料電池であって、
前記接触板は、セパレータに取り付けられた薄板である燃料電池。
【請求項１０】
燃料電池の放電方法であって、
膜電極アセンブリと前記膜アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス炉が形成された導電体のセパレータとを含む積層したセル積層体と、各セルを密着させるために前記セル積層体を両側から挟む２枚のエンドプレート同士を固定する締結用プレートが前記セル積層体の積層方向に沿った端面を覆い前記セル積層体との間に棒部材を挿入可能な挿入空隙を形成する締結用プレートと、前記挿入空間に突出するように各セルに設けられ、前記挿入空間に前記棒部材が差し込まれた際に前記棒部材と接触する導電性の接触板とを備える燃料電池を準備する工程と、
長手方向に伸びる導電部分を含む棒部材を前記挿入空間に差し込み、前記棒部材の導電部分と前記接触板に積層方向に順次接触させ、前記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。
【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その放電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、高分子イオン交換膜を有する電解質の両側に触媒層を設けた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。この際、燃料電池内では、発電に伴って加湿ガスや生成水により高加湿状態となっており、燃料電池の締め付け荷重を解放して電解質膜・電極構造体とセパレータとが分離されて作業環境下に放置されると、湿度環境が急激に変化することで電解質膜の折れ曲がりや、電解質膜が損傷するという問題がある。そこで、特許文献１では、電解質膜・電極構造に荷重が付与された状態で、分解作業雰囲気と同等の湿度に設定された不活性ガスによるパージが行われることで湿度環境の相違による変形を低減する技術が開示されている。また、特許文献１の場合では、燃料電池の残留電荷は不活性ガスによるパージにより自然に放電されることになる。
【０００６】
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。
【０００７】
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２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１６６４９５号公報
【特許文献２】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】
【０００９】
特許文献２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、隣接していない（飛び越えた）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２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。
【００１０】
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複数の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。
【００１１】
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が可能な燃料電池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】
【００１２】
以上のような目的を達成するために、本発明に係る燃料電池は、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、各セルを密着させるために前記セル積層体を両側から挟む２枚のエンドプレート同士を固定する締結用プレートが前記セル積層体の積層方向に沿った端面を覆い前記セル積層体との間に棒部材を挿入可能な挿入空隙を形成する締結用プレートと、前記挿入空隙に突出するように各セルに設けられ、前記挿入空隙に前記棒部材が差し込まれた際に前記棒部材と接触する導電性の接触板と、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の実施形態において、前記締結用プレートは、積層方向に沿った前記セル積層体の二つの端面を覆い、二つの面が交わった角部と前記セル積層体との間に前記棒部材を挿入可能な挿入空隙を形成し、前記接触板は、角部の挿入空隙に前記棒部材が差し込まれた際に前記棒部材と接触する導電性の接触板としても好適である。また、前記締結用プレートは、前記棒部材を導く案内手段を有し、前記案内手段と前記棒部材とは絶縁され、前記案内手段は前記挿入空隙に差し込まれた前記棒部材の位置を規定することとしても好適である。また、前記接触板は、前記挿入空隙に前記棒部材が差し込まれた際に前記接触板の先端が前記棒部材差し込み方向に押しつけられて弾性変形し、その反発力によってその先端が前記棒部材側面に圧接する薄板としても好適である。
【００１４】
本発明の実施形態において、前記棒部材は、導電部材で構成され、放射状に植え付けられた導電性のファイバ状のブラシ構造であり、前記接触板に前記ブラシ構造が順次接触する棒部材としても好適である。また、前記案内手段は、前記締結用プレートに設けられた半形又は多角形の断面を有する溝であっても良いし、また、前記棒部材は、絶縁部材で構成され、長手方向に伸びる突起が設けられている本体と、前記本体の前記突起と反対側の面に長手方向に延びて設けられる導電部分で構成される導電部とを含み、前記案内手段は、前記棒部材の突起がはまり込む溝であっても良い。
また、前記接触板は、導電性の薄板で構成されたセパレータと一体に形成された接触板であっても良いし、前記接触板は、セパレータに取り付けられた薄板でも良い。
【００１５】
本発明の実施形態における燃料電池の放電方法は、膜電極アセンブリと前記膜アセンブリに供給される反応ガスを流す反応ガス炉が形成された導電体のセパレータとを含む積層したセル積層体と、各セルを密着させるために前記セル積層体を両側から挟む２枚のエンドプレート同士を固定する締結用プレートが前記セル積層体の積層方向に沿った端面を覆い前記セル積層体との間に棒部材を挿入可能な挿入空隙を形成する締結用プレートと、前記挿入空間に突出するように各セルに設けられ、前記挿入空間に前記棒部材が差し込まれた際に前記棒部材と接触する導電性の接触板とを備える燃料電池を準備する工程と、長手方向に伸びる導電部分を含む棒部材を前記挿入空間に差し込み、前記棒部材の導電部分と前記接触板に積層方向に順次接触させ、前記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。
【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構成図である。
【図２】図１に示したセル積層体の構成を示す構成図である。
【図３】図１に示したセル積層体のセル構造を示す斜視図である。
【図４】図１に示した電荷抜き棒を挿入可能な挿入空隙の構造を示す説明図である。
【図５】図１に示した電荷抜き棒と挿入空隙の接触板との接触状態を示す説明図である。
【図６】図４に示した挿入空隙の他の形状を示す説明図である。
【図７】図４に示した挿入空隙の他の形状を示す説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態における燃料電池の構成を示す構成図である。
【図９】図８に示した電荷抜き棒を挿入可能な挿入空隙の構造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挿入空隙の構成を示す説明図である。
【図１１】図１０に示した挿入空隙に挿入可能な電荷抜き棒の他の形状を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１９】
第１の実施形態：図１はケーシング５１の内部に燃料電池スタック１００を有する燃料電池２００を示している。燃料電池２００は、高分子イオン交換膜を有する電解質の両側に触媒層を設けてアノード（燃料極）とカソード極（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を挟んで支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、集電板の片側を絶縁するスペーサ１９と、２枚のエンドプレート１６の間にあるセル積層体１０を締め付けるテンションプレート１７及びボルト９３と、これらによって組み立てられた燃料電池スタック１００と、絶縁体あるいは表面が絶縁処理されたケーシング５１と、を含んでいる。
【００２０】
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によりケーシング５１の内部に固定されている。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。
【００２１】
燃料電池スタック１００は、セル積層体１０、集電板１８、スペーサ１９、エンドプレート１６を覆うテンションプレート１７により形成される空間を有している。この空間は、燃料電池スタック１００の各セル２７に帯電している電荷を放電させるための棒部材である電荷抜き棒を挿入可能な挿入空隙１１である。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、挿入空隙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が取り付けられており、燃料電池２００内部の電荷を放電させるため、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の各セル２７に接触するように導電体の電荷抜き棒６０が開口５２を通って挿入空隙１１に差し込まれ、その後、抜き出される。
【００２２】
次に、燃料電池スタックの構造について述べる。図２は燃料電池スタック１００の構造を示している。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。
【００２３】
図２に示すアノード側セパレータ１４には、金属製の薄板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にも同様に金属製の薄板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。
【００２４】
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。
【００２５】
図３は図１のセル積層体の一部を斜視図で示したものである。図３に示すように、各セパレータ１４，１５とスペーサ２０との中央部分にはセルの主要構成が配置され、周辺部には燃料ガス流路２１、酸化剤ガス流路２２、挿入空隙１１、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１９の周辺領域にも、四角孔２４とマニホールド１２、挿入空隙１１が設けられている。
【００２６】
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２４，マニホールド１２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と、挿入空隙１１の一部と、を形成する。
【００２７】
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と燃料ガスマニホールド１２ｄとを連通し、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。
【００２８】
図３に示すように、エンドプレート１６，アノード側セパレータ１４及びスペーサ２０の上端中央部には半円状の切り欠きと、テンションプレート１７の中央部にはエンドプレート両端まで伸びる凸部と、が設けられて電荷抜き棒を挿入することが可能な挿入空隙が形成されている。また、挿入空隙を形成するカソード側セパレータ１５の半円形の切り込みの下部には接触板３２が設けられている。
【００２９】
図４は図１に示した電荷抜き棒を挿入可能な挿入空隙１１の断面構造を示している。挿入空隙１１は、カソード側セパレータ１５の半円形の切り込みとテンションプレート１７に設けられた半円形の凸部によって形成されている。テンションプレート１７の内側には絶縁性のライナ９２が設けられ、カソード側セパレータ１５とテンションプレート１７とを密着させるシール材９１が挿入空隙１１の両側に設けられている。このような構成により、挿入空隙１１に挿入された電荷抜き棒とテンションプレート１７とはライナ９２で絶縁され、接触板３２以外の導通を防止している。図４の斜線部分に示すように接触板３２は、カソード側セパレータ１５と一体に構成され、セル積層体を組み立てるとその一部が半円形の切り込みの下部から内側に向かって高さｂだけ突出した部分である接触板３２が複数の歯を形成する。
【００３０】
図５は図１に示した電荷抜き棒６０と挿入空隙１１の接触板３２との接触状態を示している。接触板３２の高さｂは挿入空隙１１に電荷抜き棒６０が挿入された際に隣接する接触板３２同士が接触しないよう、間隔aよりも小さい長さとなっている。次に、図５を用いて放電工程を５つの段階に分けて説明する。
【００３１】
（第１段階）：燃料電池を停止し、酸化剤ガス流路２２を大気と連通させた状態とする。次に、電荷抜き棒６０が挿入空隙１１に差し込まれると、電荷抜き棒６０の先端は最初のカソード側セパレータ１５ａの接触板３２ａの先端に接触する。最初のカソード側セパレータ１５ａは最初のアノード側セパレータ１４ａを介して最初の膜電極アセンブリ１３ａのアノード側と電気的に接続されているので、接触板３２ａを介して電荷抜き棒６０と膜電極アセンブリ１３ａのアノード側とが電気的に接続される。
【００３２】
（第２段階）：さらに電荷抜き棒６０が挿入空間１１の中に差し込まれると、接触板３２ａは電荷抜き棒６０の先端によって挿入方向に押し付けられ、弾性変形していく。電荷抜き棒６０の先端が図５の点線６０ａで示す位置まで挿入されていくと、接触板３２ａはその先端又は先端部分の側面が電荷抜き棒６０の側面（図５に示す下側の面）に接触する程度に変形する。接触板３２ａは弾性変形の反発力で電荷抜き棒６０の側面（図５に示す下面）に圧接し、電荷抜き棒６０が差し込まれるとその側面を擦り、電荷抜き棒６０と接触状態を保つことになる。
【００３３】
（第３段階）：電荷抜き棒６０の先端が図５に示す点線６０ｂで示す位置まで挿入されると、電荷抜き棒６０が二番目のカソード側セパレータ１５ｂの接触板３２ｂの先端に接触し、その先端が電荷抜き棒６０の側面に圧接するように弾性変形する。二番目のカソード側セパレータ１５ｂは最初の膜電極アセンブリ１３ａのカソードに接触しているので、最初の接触板３２ａと二番目の接触板３２ｂとが共に電荷抜き棒６０の側面に圧接すると、最初の膜電極アセンブリ１３ａのアノードとカソードが電荷抜き棒６０によって短絡され、燃料ガス流路２１ａに残留している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。
【００３４】
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発電によって消費される際に十分な酸素が供給され、残留している燃料ガス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限定的なものとなり、膜電極アセンブリ１３ａの触媒の劣化を抑制することができる。
【００３５】
（第４段階）：電荷抜き棒６０の先端が図５に示す実線６０ｃで示す位置まで挿入されると、電荷抜き棒６０が三番目のカソード側セパレータ１５ｃの接触板３２ｃの先端に接触し、その先端が電荷抜き棒６０によって弾性変形する。三番目のカソード側セパレータ１５ｃは二番目の膜電荷アセンブリ１３ｂのカソードに接触しているので、二番目の接触板３２ｂと三番目の接触板３２ｃとが共に電荷抜き棒６０の側面に圧接すると、２番目の膜電極アセンブリ１３ｂのアノードとカソードとが電荷抜き棒６０によって短絡し、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、膜電極アセンブリ１３ｂに残留していた電荷が開放される。このように、電荷抜き棒６０を挿入空隙１１に挿入していくと、挿入方向にセル２７ａ、２７ｂ・・・の電荷が順次放電され、電荷抜き棒６０が燃料電池スタック１００の挿入空隙１１を貫通するとセル積層体１０のすべてのセル２７に残留している電荷が開放される。
【００３６】
さらに、挿入空隙１１に挿入された電荷抜き棒６０は、挿入されるに従い各セル２７の電荷を順次開放した後も各接触板３２は電荷抜き棒６０に圧接し続け、各セル２７の短絡状態が継続される。これによって、燃料ガス流路２１に残留しているガスが再度セル内に流れ一度開放されたセル２７が再度電荷を帯びることを抑制することができると共に、全てのセル２７に残留している電荷をスムーズに開放でき、放電の際に各膜電極アセンブリ１３の触媒が劣化し、燃料電池が劣化してしまうことを抑制することができる。
【００３７】
（第５段階）：電荷抜き棒６０が燃料電池スタック１００を貫通し、その先端が燃料電池スタック１００の差し込み側と反対側のエンドプレート１６から突出したら、電荷抜き棒６０を抜き取る方向に動かす。挿入空隙１１から電荷抜き棒６０を抜き出すに従い、図５のように差し込み方向に向かって斜めに弾性変形していた接触板３２に係る荷重が開放され、接触板３２は当初のように。挿入空隙１１に内面に対して略垂直に突出する位置に戻る。そして、電荷抜き棒６０を完全に抜き出すと、燃料電池スタック１００の残留電荷の放電工程が終了する。
【００３８】
本実施形態に係る図５の放電工程では、電荷抜き棒６０を差し込んだ後、抜き出すこととしたが、これに限らず、ケーシング５１の一方の開口５２から電荷抜き棒６０を挿入して反対側の開口５２から抜き出すようにしてもよい。また、図５の燃料電池スタック１００では、接触板３２をカソード側セパレータに設けることとして説明したが、これに限らず、接触板３２をアノード側セパレータに設けるようにしてもよく、電荷抜き棒６０は、作業者が持つ根元部分を絶縁材によって構成するようにしてもよい。さらに、図４に示した挿入空隙１１は半円形を組み合わせる形状としたが、これに限定するものではない。次に、挿入空隙のその他の形状について説明する。
【００３９】
図６は図４に示した挿入空隙１１の他の形状を示している。図６（Ａ）はテンションプレート側に設けた電荷抜き棒６０のガイド形状として三角形形状を採用したテンションプレート１７ａと三角形状に嵌り合うような突起を有する電荷抜き棒６１であり、図６（Ｂ）は台形形状を採用したテンションプレート１７ｂと丸棒形状の電荷抜き棒６０である。図６に示したＡ１〜Ａ３及びＢ１〜Ｂ３は電荷抜き棒６０，６１との接触面又は接触点を示している。図６（Ｂ）に示すように、テンションプレート１７ａ，１７ｂは各辺に丸棒の電荷抜き棒６０，６１の外周が接する大きさとなっている。このため、本実施形態では、挿入空隙１１に差し込まれた円形断面及び突起を有する円形断面の電荷抜き棒６０，６１は各接触点にて支持されることで作業者によらず接触板３２と適切な接触を保持することが可能となっている。
【００４０】
図７は図４に示した挿入空隙の他の形状を示している。図７（Ａ）はカソード側セパレータの端部に窪みを設けることなく、テンションプレート側に深いＵ字溝を採用したテンションプレート１７ｃであり、図７（Ｂ）は図４のカソード側セパレータに２つの接触板３２を採用したカソード側セパレータ１５を採用したものである。図７（Ａ）の挿入空隙１１ｃにおいて特徴的な事項は、カソード側セパレータ１５のフラットな端面をそのまま用い、確実に放電するために放電板３２のみを形成したことである。このような形状にすることにより、カソード側セパレータ１５の形状変更を最小限に抑えることが可能となる。また、図７（Ａ）の挿入空間１１ｃでは、燃料電池セルに残留する電荷を確実に開放させることを主目的としたものである。このように接触板３２を増やすことにより、残留する電荷が大きい場合でも放電が可能となる。挿入空隙１１ｃに電荷抜き棒６０が挿入された際に接触板３２と電荷抜き棒６０との断面との重なり長さｂは、作業者によらず常に一定の長さになり、接触板３２を確実に電荷抜き棒６０に接触させることができる。
【００４１】
第２の実施形態：図８は本発明の他の実施形態における燃料電池の構成を示している。なお、図１から図３を参照して説明した実施形態は金属製の薄板を折り曲げて流路を形成したアノード側セパレータとカソード側セパレータで膜電極アセンブルを挟み込んだセル２７を多数積層したものであるが、本実施形態ではセパレータ７２は厚みのあるカーボンセパレータ又は金属製のセパレータで、その両側面に燃料ガス流路７４が溝として形成さており、各セパレータ７２の間には絶縁性のガスケット７７が挟み込まれ、各膜電極アセンブリ１３以外の領域では隣接するセパレータはお互いに絶縁されている。また、一方の面が集電板１８に接し、他方の面が膜電極アセンブリ１３に接するセパレータ７１，７２は、膜電極アセンブリ１３に接する側の面に酸化剤ガス流路７５，燃料ガス流路７４が設けられている。
【００４２】
各セパレータ７１，７２、ガスケット７７、エンドプレート１６，スペーサ１９及びテンションプレート１７には電荷抜き棒６０を挿入可能な挿入空隙１１が形成されている。図８の拡大図に示すように、セパレータ７２の一端面には、凹部７２ａが設けられ、この凹部７２ａにはまり込むように薄い金属製の薄板８０が取り受けられている。セパレータ７２の凹部７２ａに取り付けられた薄板８０の表面は、セパレータ７２の凹部７２ａの設けられている側の凹部７２ａ以外の面と同一面となっている。図８に示すように、薄板８０は、セパレータ７２の凹部７２ａにちょうどはまりこむ大きさで、その一部に挿入空隙１１に向かって突出する接触部８１を有している。
【００４３】
図９は図８に示した電荷抜き棒を挿入可能な挿入空隙の構造を示している。電荷抜き棒６０が挿入空隙１１に挿入された場合には、薄板８０と電荷抜き棒６０は接触部８１の長さｃだけ重なるよう構成されている。図１から図３で説明した実施形態と同様、電荷抜き棒６０が挿入空隙１１に挿入された際には、接触部８１の長さｃの先端部分は挿入方向に向かって弾性変形して電荷抜き棒６０に圧接して各セル２７の残留電荷を開放する。
【００４４】
第３の実施形態：図１０は本発明の他の実施形態における挿入空隙の構成を示している。図１から図９を参照して説明した実施形態では、テンションプレート１７とカソード側セパレータ１５によって形成される挿入空隙を用いたが、図１０の実施形態では、燃料電池スタック１００の四隅に形成される隙間と２面を覆うＬ字テンションプレート９９で形成される挿入空隙１１を用いている。また、カソード側セパレータ１５に接触板３２を設けて、電荷抜き棒６０を挿入空隙１１に挿入した際の確実な放電を実現している。なお、図１から図１０を参照して説明した実施形態では、電荷抜き棒６０は導電性の丸棒であったが、これに限るものではなく、例えば導電性のブラシ状の突起を有する電荷抜き棒としてもよい。
【００４５】
図１１は図１０に示した挿入空隙に挿入可能な電荷抜き棒の他の形状を示している。図１１示した電荷抜き棒９０は、絶縁性のシャフト９６の外周に導電性ファイバによるブラシ状突起９５がシャフト長手方向にねじりながら伸びる３本の導電性ラインに植え付けられている。さらに、シャフトは、シャフトを挿入空隙１１に密着するように保持するＯリング９７と、シャフトの一端に設けられたボルト状のボルトヘッド９４と、を有している。また、図１１の断面図に示した電荷抜き棒９０は、シャフト９６の長手方向にねじりながら伸びるブラシ状突起９５を有しており、ボルトヘッド９４を反時計回りに回すことでブラシ状突起９５と薄板（８０ａ〜８０ｄ）とを順次接触させることが可能である。このような電荷抜き棒９０を用いることにより、接触板の機能を果たす薄板８０との電気的な接続により放電が可能となる。
【００４６】
以上、上述したように、電荷抜き棒を燃料電池の挿入空間に差し込み、電荷抜き棒の導電部分と燃料電池セルの接触板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により、燃料電池を放電させる際の燃料電池の劣化を抑制できる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  セル積層体、１１  挿入空隙、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  膜電極アセンブリ、１４  アノード側セパレータ、１５  カソード側セパレータ、１６  エンドプレート、１７  テンションプレート、１８  集電板、１９，２０  スペーサ、２１，７４  燃料ガス流路、２２，７５  酸化剤ガス流路、２３  冷媒流路、２４，２５，２６  配管、２７  セル、３２  接触板、５１  ケーシング、５２  開口、５３  ブラケット、５４  蓋、６０，６１，９０  電荷抜き棒、７１，７２  セパレータ、７７  ガスケット、８０  薄板、８１  接触部、９１  シール材、９２  ライナ、９３  ボルト、９５  ブラシ状突起、９６  シャフト、１００  燃料電池スタック、２００  燃料電池。
【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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