(57)【要約】      （修正有）【課題】発電停止後に進行する燃料電池の劣化を抑制することができる技術を提供する。【解決手段】燃料電池は、セパレータ２００と、発電プレート３００と、締結部とを備え、発電プレート３００には、ＭＥＡ３２０、アノードガス拡散部３１０、ガスシール部３６０が形成され、ガスシール部３６０は、締結部による発電停止後に軽減された締結荷重Ｌｆに応じて形状復帰することによって、アノードガス拡散部３１０を大気に連通させる空隙３６５を形成する。【選択図】図５
2011108405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池であって、
前記電気化学反応を行う反応部がそれぞれ形成された複数の発電部材と、
前記複数の発電部材の各々の間に積層され、前記複数の発電部材の各々を隔離する複数の隔離部材と、
前記複数の発電部材および前記複数の隔離部材を締結する締結部であって、前記複数の発電部材および前記複数の隔離部材が積層された積層方向に発生する締結荷重を発電停止後に軽減する締結部と
を備え、
前記発電部材は、
前記反応部と前記隔離部材との間に形成され、前記反応部に前記反応ガスを拡散させるガス拡散部と、
前記ガス拡散部を囲繞する形状に成形され、前記締結部による締結荷重に応じて弾性変形することによって前記反応部と前記隔離部材との間で前記ガス拡散部を密閉状態にするガス密閉部と
を含み、
前記ガス密閉部は、前記締結部による発電停止後に軽減された締結荷重に応じて形状復帰することによって、前記ガス拡散部を大気に連通させる空隙を形成する、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記ガス密閉部は、
前記ガス拡散部の外周に沿って連続して成形された第１層部と、
前記第１層部に重ね合わせて前記ガス拡散部の外周に沿って不連続に成形された第２層部と
を含む、燃料電池。
【請求項３】
前記締結部における前記積層方向の熱膨張率は、前記複数の膜電極接合体および前記複数の隔離部材を含む前記締結部によって締結される被締結体における前記積層方向の熱膨張率よりも小さい、請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記締結部は、前記積層方向に前記複数の膜電極接合体および前記複数の隔離部材を圧縮する圧縮荷重を発電中に発生させると共に、該圧縮荷重を発電停止後に軽減する荷重発生装置を含む、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の一形態として、反応ガスの電気化学反応を行う反応部が形成された複数の発電部材を備え、これら複数の発電部材の各々の間を複数のセパレータ（隔離部材）で隔離した燃料電池が知られている。燃料電池の反応部としては、炭素を含む材料で成形されたアノード電極およびカソード電極の間に、プロトン伝導体である電解質膜を接合した膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、以下「ＭＥＡ」と呼ぶ）が知られている。ＭＥＡとセパレータとの間には、ＭＥＡに反応ガスを拡散させるガス拡散部が形成され、ガス拡散部の外周には、ＭＥＡとセパレータとの間でガス拡散部を密閉状態にするシール部（ガス密閉部）が形成されている（特許文献１および特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１４１０１号公報
【特許文献２】特開２００７−１６５１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、燃料電池の発電停止後、カソード電極側のガス拡散部から空気を排出する排出口から空気が逆流し易い発電部材では、アノード電極側に残留する反応ガスの部分的な欠乏に伴うカソード電位の上昇により、カソード電極を構成する炭素の酸化によってカソード電極が劣化してしまう場合があるという問題があった。カソード電極の劣化は、結果的に、燃料電池の発電性能を低下させてしまう。
【０００５】
本発明は、上記した課題を踏まえ、発電停止後に進行する燃料電池の劣化を抑制することができる技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］  適用例１の燃料電池は、反応ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池であって、前記電気化学反応を行う反応部がそれぞれ形成された複数の発電部材と、前記複数の発電部材の各々の間に積層され、前記複数の発電部材の各々を隔離する複数の隔離部材と、前記複数の発電部材および前記複数の隔離部材を締結する締結部であって、前記複数の発電部材および前記複数の隔離部材が積層された積層方向に発生する締結荷重を発電停止後に軽減する締結部とを備え、前記発電部材は、前記反応部と前記隔離部材との間に形成され、前記反応部に前記反応ガスを拡散させるガス拡散部と、前記ガス拡散部を囲繞する形状に成形され、前記締結部による締結荷重に応じて弾性変形することによって前記反応部と前記隔離部材との間で前記ガス拡散部を密閉状態にするガス密閉部とを含み、前記ガス密閉部は、前記締結部による発電停止後に軽減された締結荷重に応じて形状復帰することによって、前記ガス拡散部を大気に連通させる空隙を形成することを特徴とする。適用例１の燃料電池によれば、発電停止後にガス密閉部によって形成される空隙を通じてガス拡散部を大気で換気することができる。これによって、反応部に残留する反応ガスにおける部分的な濃度差の発生を抑制することができる。その結果、発電停止後に進行する燃料電池の劣化を抑制することができる。
【０００８】
［適用例２］  適用例１の燃料電池であって、前記ガス密閉部は、前記ガス拡散部の外周に沿って連続して成形された第１層部と、前記第１層部に重ね合わせて前記ガス拡散部の外周に沿って不連続に成形された第２層部とを含むとしても良い。適用例２の燃料電池によれば、発電停止後に空隙を形成するガス密閉部を容易に成形することができる。
【０００９】
［適用例３］  適用例１または適用例２の燃料電池であって、前記締結部における前記積層方向の熱膨張率は、前記複数の膜電極接合体および前記複数の隔離部材を含む前記締結部によって締結される被締結体における前記積層方向の熱膨張率よりも小さいとしても良い。適用例３の燃料電池によれば、反応ガスの電気化学反応に伴う反応熱によって温度が上昇し発電停止後に低下する燃料電池において、締結部と被締結体との間の熱膨張率の差によって、発電停止後に締結荷重を容易に軽減することができる。
【００１０】
［適用例４］  適用例１ないし適用例３のいずれかの燃料電池であって、前記締結部は、前記積層方向に前記複数の膜電極接合体および前記複数の隔離部材を圧縮する圧縮荷重を発電中に発生させると共に、該圧縮荷重を発電停止後に軽減する荷重発生装置を含むとしても良い。適用例４の燃料電池によれば、荷重発生装置による圧縮荷重によって、締結荷重を容易に制御することができる。
【００１１】
本発明の形態は、燃料電池に限るものではなく、例えば、燃料電池の密閉構造、燃料電池の構成部材、燃料電池を備える車両、燃料電池を運転する燃料電池システム、燃料電池を運転する方法、燃料電池を運転するプログラムなどの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池における積層部の詳細構成を示す説明図である。
【図３】シール一体型ＭＥＡの詳細を示す説明図である。
【図４】シール一体型ＭＥＡの詳細を示す説明図である。
【図５】発電停止時におけるガスシール部の状態を示す説明図である。
【図６】定常発電時におけるガスシール部の状態を示す説明図である。
【図７】第２実施例における燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用した燃料電池システムについて説明する。
【００１４】
Ａ．第１実施例：
図１は、燃料電池システム１０の構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、反応ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池２０を備え、燃料電池システム１０の外部に電力を供給するために燃料電池２０を運転する。本実施例では、燃料電池システム１０は、燃料電池２０で発電した電力を利用して走行する車両に搭載されるシステムであるが、他の実施形態として、住宅や施設の電源として設置されるシステムに適用しても良いし、電気で作動する電気機械機器に電源として搭載されるシステムに適用しても良い。
【００１５】
燃料電池システム１０の燃料電池２０は、反応ガスの供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。本実施例では、燃料電池２０に供給される反応ガスは、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを含む。燃料電池２０に供給された燃料ガスは、酸素との電気化学反応の進行に伴って水素濃度が低下し、アノードオフガスとして燃料電池２０から排出される。本実施例では、燃料電池２０に用いられる燃料ガスは、水素タンクや水素吸蔵合金に貯蔵した水素ガスであるが、炭化水素系燃料を改質して得られる水素ガスであっても良い。本実施例では、燃料電池システム１０は、燃料ガスを循環して再利用する循環方式のシステムであり、アノードオフガスは、燃料ガスとして再利用される。燃料電池２０に供給された酸化ガスは、水素との電気化学反応の進行に伴って酸素濃度が低下し、カソードオフガスとして燃料電池２０から排出される。本実施例では、燃料電池２０に用いられる酸化ガスは、大気中から取り込んだ空気である。燃料電池２０の詳細構成については後述する。
【００１６】
燃料電池システム１０は、燃料電池２０の他、燃料ガス給排部３０と、冷却水給排部４０と、酸化ガス給排部５０と、運転制御部９０とを備える。燃料電池システム１０の燃料ガス給排部３０は、運転制御部９０からの制御信号に基づいて、燃料電池２０に燃料ガスを供給すると共に、燃料電池２０から排出されるアノードオフガスを処理する。燃料電池システム１０の冷却水給排部４０は、運転制御部９０からの制御信号に基づいて、燃料電池２０を冷却する冷却水を循環させる。燃料電池システム１０の酸化ガス給排部５０は、運転制御部９０からの制御信号に基づいて、燃料電池２０に酸化ガスを供給すると共に、燃料電池２０から排出されるカソードオフガスを処理する。燃料電池システム１０の運転制御部９０は、燃料ガス給排部３０、冷却水給排部４０、酸化ガス給排部５０に電気的に接続され、燃料電池２０の運転を制御する。
【００１７】
図１に示すように、燃料電池システム１０の燃料電池２０は、積層部２１と、締結部２５とを備える。燃料電池２０の積層部２１は、反応ガスの電気化学反応によって発電するための複数の構成部材を積層して形成され、燃料電池２０の締結部２５は、積層部２１の構成部材を積層した状態で積層部２１を締結する。つまり、積層部２１は、締結部２５によって締結される被締結部である。
【００１８】
燃料電池２０の締結部２５は、積層部２１の構成部材が積層された積層方向Ｄｓに積層部２１を圧縮する締結荷重Ｌｆを発生させる。締結部２５による締結荷重Ｌｆは、燃料電池２０の発電停止後に軽減される。本実施例では、締結部２５における積層方向Ｄｓの熱膨張率ＣＥｆは、積層部２１における積層方向Ｄｓの熱膨張率ＣＥｓよりも小さい。これによって、発電に伴う反応ガスの反応熱によって燃料電池２０の温度が上昇すると、積層部２１の熱膨張量が締結部２５よりも大きいため、締結荷重Ｌｆは増大する。その後、発電停止後に燃料電池２０の温度が低下すると、締結荷重Ｌｆは発電中よりも軽減される。
【００１９】
本実施例では、締結部２５は、第１連結部材５１０と、第１エンドプレート５２０と、サイドメンバ５６０と、第２エンドプレート５８０と、第２連結部材５９０とを備える。締結部２５の第１エンドプレート５２０および第２エンドプレート５８０は、積層部２１における積層方向Ｄｓの両端から積層部２１を挟持する。締結部２５のサイドメンバ５６０は、積層部２１の積層方向Ｄｓに沿って第１エンドプレート５２０と第２エンドプレート５８０との間に設けられている。サイドメンバ５６０の一端は、第１連結部材５１０によって第１エンドプレート５２０に連結され、サイドメンバ５６０の他端は、第２連結部材５９０によって第２エンドプレート５８０に連結されている。
【００２０】
燃料電池２０の積層部２１は、反応ガスの電気化学反応によって発電するための複数の構成部材として、第１インシュレータ１１０と、第１ターミナル１２０と、複数のセパレータ２００と、複数の発電プレート３００と、第２ターミナル４８０と、第２インシュレータ４９０とを備える。積層部２１における複数のセパレータ２００は、複数の発電プレート３００の各々の間に積層され、これら複数の発電プレート３００の各々を隔離する隔離部材である。積層部２１における複数の発電プレート３００は、反応ガスから直接的に電気を取り出す電気化学反応を行う反応部がそれぞれ形成された発電部材である。セパレータ２００および発電プレート３００の詳細構成については後述する。
【００２１】
積層部２１の第１ターミナル１２０および第２ターミナル４８０は、交互に積層された複数のセパレータ２００および複数の発電プレート３００における積層方向Ｄｓの両端にそれぞれ積層され、複数の発電プレート３００の各々で発生する電気を集電する。積層部２１の第１インシュレータ１１０および第２ターミナル４８０は、第１ターミナル１２０および第２ターミナル４８０の外側にそれぞれ積層され、第１ターミナル１２０および第２ターミナル４８０を締結部２５から電気的に絶縁する。
【００２２】
図２は、燃料電池２０における積層部２１の詳細構成を示す説明図である。積層部２１の各構成部材は、隣接する部材間で相互に連通する複数の貫通孔を有し、これらの貫通孔が連結することによって複数の流路が積層部２１の内部に形成されている。本実施例では、燃料電池システム１０は、積層部２１の内部に形成された複数の流路を通じて、燃料ガスの供給（矢印Ｈ＿ＩＮ）、アノードオフガスの排出（矢印Ｈ＿ＯＵＴ）、酸化ガスの供給（矢印Ａ＿ＩＮ）、カソードオフガスの排出（矢印Ａ＿ＯＵＴ）、冷却水の供給（矢印Ｗ＿ＩＮ）、冷却水の排出（矢印Ｗ＿ＯＵＴ）の各処理を行う。
【００２３】
燃料電池２０のセパレータ２００は、燃料ガスおよび酸化ガスを発電プレート３００に導入する機能、アノードオフガスおよびカソードオフガスを発電プレート３００から排出する機能、発電プレート３００で発生する電気を集電する機能、冷却水によって発電プレート３００を冷却する機能を備える。セパレータ２００は、発電プレート３００で発生する電気を集電するのに十分な導電性を有すると共に、反応ガスおよび冷却水を流す上で十分な耐久性、耐熱性、ガス不透過性を有する材料を用いて形成される。本実施例では、セパレータ２００の材料は、ステンレスであるが、チタンやチタン合金などの金属の他、カーボン樹脂、導電性セラミックスであっても良い。本実施例では、セパレータ２００は、カソードプレート２１０と、中間プレート２２０と、アノードプレート２３０とを備え、これら複数の板状部材を積層して形成される積層型のセパレータである。
【００２４】
燃料電池２０の発電プレート３００は、反応ガスから直接的に電気を取り出す電気化学反応を行う反応部として膜電極接合体（ＭＥＡ）３２０を備え、発電プレート３００は、ＭＥＡ３２０の他、更に、アノードガス拡散部３１０と、カソードガス拡散部３３０と、シールガスケット３４０とを備える。発電プレート３００のアノードガス拡散部３１０は、ＭＥＡ３２０のアノード側とセパレータ２００との間に形成され、ＭＥＡ３２０のアノード側に燃料ガスを拡散させる。発電プレート３００のカソードガス拡散部３３０は、ＭＥＡ３２０のカソード側とセパレータ２００との間に形成され、ＭＥＡ３２０のカソード側に酸化ガスを拡散させる。本実施例では、アノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０は、反応ガスの透過に十分な連続した複数の気孔を形成する導電性の多孔体であり、本実施例では、発泡金属であるが、金属メッシュであっても良い。本実施例では、シールガスケット３４０は、ＭＥＡ３２０に射出成形されており、ＭＥＡ３２０およびシールガスケット３４０は、シール一体型膜電極接合体（以下、「シール一体型ＭＥＡ」と呼ぶ）３５０を形成する。
【００２５】
図３および図４は、シール一体型ＭＥＡ３５０の詳細を示す説明図である。図３には、積層方向Ｄｓから見たシール一体型ＭＥＡ３５０を図示し、図４には、図３に図示す切断面Ａ−Ａでシール一体型ＭＥＡ３５０を切断した断面を図示した。
【００２６】
発電プレート３００のＭＥＡ３２０は、図４に示すように、アノード電極層３２２とカソード電極層３２３との間に電解質膜３２１を挟持して接合したシート状の部材である。ＭＥＡ３２０の電解質膜３２１は、プロトンを伝導するプロトン伝導体であり、本実施例では、アイオノマ樹脂製の電解質膜の一つであるパーフルオロスルホン酸イオン交換膜である。ＭＥＡ３２０のアノード電極層３２２およびカソード電極層３２３は、ガス透過性、導電性、撥水性を有する部材であり、本実施例では、白金や白金合金を担持した炭素担体を含む材料で形成されている。前述したように、ＭＥＡ３２０のアノード電極層３２２側には、セパレータ２００との間にアノードガス拡散部３１０が形成され、ＭＥＡ３２０のカソード電極層３２３側には、セパレータ２００との間にカソードガス拡散部３３０が形成される。本実施例では、電解質膜３２１の両面には、アノード電極層３２２およびカソード電極層３２３をそれぞれ取り囲むように、電解質膜３２１を補強する補強フィルム３２９が接合されている。
【００２７】
発電プレート３００のシールガスケット３４０は、弾性を有する絶縁性の樹脂材料で形成され、図３および図４に示すように、ＭＥＡ３２０を中央部に取り囲む形状に成形されている。本実施例では、シールガスケット３４０の材料は、シリコンゴムであるが、ブチルゴムやフッ素ゴムであっても良い。シールガスケット３４０は、ガスシール部３６０と、流路シール部３８１，３８２，３８４，３８５，３８５，３８６と、流路貫通孔３９１，３９２，３９４，３９５，３９５，３９６とを備え、これらの部位は、シールガスケット３４０の両面にそれぞれ形成されている。
【００２８】
シールガスケット３４０の流路貫通孔３９１，３９２，３９４，３９５，３９５，３９６は、積層方向Ｄｓに沿ってシールガスケット３４０を貫通する孔であり、積層部２１の内部に形成される各種流路の一部をそれぞれ形成する。流路シール部３８１，３８２，３８４，３８５，３８５，３８６は、流路貫通孔３９１，３９２，３９４，３９５，３９５，３９６をそれぞれ囲繞する形状に成形され積層方向Ｄｓに沿って（すなわち、セパレータ２００に向けて）突出する凸部であり、流路貫通孔３９１，３９２，３９４，３９５，３９５，３９６を流れる流体をセパレータ２００との間で密閉状態にする密閉部である。
【００２９】
シールガスケット３４０のガスシール部３６０は、ＭＥＡ３２０のアノード電極層３２２側およびカソード電極層３２３側、すなわちアノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０をそれぞれ囲繞する形状に成形され積層方向Ｄｓに沿って突出する凸部である。ガスシール部３６０は、締結部２５による締結荷重Ｌｆに応じて弾性変形することによって、アノード電極層３２２とセパレータ２００との間でアノードガス拡散部３１０を、およびカソード電極層３２３とセパレータ２００との間でカソードガス拡散部３３０をそれぞれ密閉状態にするガス密閉部として機能する。
【００３０】
本実施例では、ガスシール部３６０は、第１層部３６１と、第２層部３６２とを備え、図３および図４に示すように、ガスシール部３６０の第１層部３６１は、アノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０の外周にそれぞれ沿って連続して成形され、ガスシール部３６０の第２層部３６２は、積層方向Ｄｓから第１層部３６１に重ね合わせてアノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０の外周にそれぞれ沿って不連続に成形されている。すなわち、第１層部３６１は、アノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０の外周をそれぞれ途切れることなく囲繞するが、その第１層部３６１に重なる第２層部３６２は、間隔を空けてアノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０の外周をそれぞれ囲繞する。締結部２５による締結荷重Ｌｆに応じて弾性変形した第１層部３６１が第２層部３６２の隙間に入り込むことによってガスシール部３６０をガス密閉部として機能させるために、第１層部３６１の積層方向Ｄｓの高さ（肉厚）は、第２層部３６２の積層方向Ｄｓの高さ（肉厚）よりも大きいことが好ましい。本実施例では、第１層部３６１および第２層部３６２は同じ材質であるが、他の実施形態において、弾性係数が異なる異種材質であっても良い。
【００３１】
図３および図４には、図の分かり易さを目的として、ガスシール部３６０の第２層部３６２には、断面であるか否かにかかわらず、ハッチングを施した。本実施例では、第２層部３６２の成形部（ハッチングを施した部位）と非成形部との割合は略同じであるが、他の実施形態において、成形部が非成形部より多くても良いし、少なくても良い。本実施例では、第２層部３６２における一つの成形部の大きさ（長さ）は、一つの非成形部の大きさ（長さ）と略同じであるが、他の実施形態において、成形部が非成形部よりも大きくても良いし、小さくても良い。ガスシール部３６０をガス密閉部として機能させる剛性を維持するため、第２層部３６２における成形部の数は、積層方向Ｄｓから見た第２層部３６２の形状の各辺に少なくとも一つあることが好ましく、各辺に少なくとも二つ以上あることがより好ましい。本実施例では、第２層部３６２の成形部の数は合計１０個であるが、他の実施形態において、１０個以上であっても良いし、１０個より少なくても良い。
【００３２】
図５は、発電停止時におけるガスシール部３６０の状態を示す説明図であり、図６は、定常発電時におけるガスシール部３６０の状態を示す説明図である。なお、図３および図４と同様に、図５および図６においても、ガスシール部３６０の第２層部３６２にはハッチングを施した。
【００３３】
図５には、燃料電池２０における発電を停止した後、燃料電池２０の温度が５０℃よりも低下した場合におけるガスシール部３６０の状態を示し、この状態における締結部２５の締結荷重Ｌｆを、締結荷重Ｌｆ＿ｏｆｆとして示す。図６には、燃料電池２０における発電を開始した後、発電に伴う反応熱によって燃料電池２０の温度が５０℃以上になった場合におけるガスシール部３６０の状態を示し、この状態における締結部２５の締結荷重Ｌｆを、締結荷重Ｌｆ＿ｏｎとして示す。前述したように、積層方向Ｄｓの熱膨張率は締結部２５よりも積層部２１の方が大きいため、５０℃以上の温度下における定常発電時の締結荷重Ｌｆ＿ｏｎは、５０℃よりも低下した温度下における発電停止時の締結荷重Ｌｆ＿ｏｆｆよりも大きい。
【００３４】
図５に示すように、定常発電時の締結荷重Ｌｆ＿ｏｎよりも軽減された締結荷重Ｌｆ＿ｏｆｆの下では、第１層部３６１に第２層部３６２が埋没しない状態にガスシール部３６０が形状復帰して、第２層部３６２の非成形部に対応する位置に、ガスシール部３６０およびセパレータ２００によって区画された空隙３６５が形成される。空隙３６５は、アノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０をそれぞれ大気に連通させるため、空隙３６５が形成された状態では、ガスシール部３６０は、ガス密閉部として機能しない。これによって、アノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０は空隙３６５を通じて大気に開放され、アノードガス拡散部３１０に残留する燃料ガスの消費が促進される。
【００３５】
図６に示すように、発電停止時の締結荷重Ｌｆ＿ｏｆｆよりも大きな締結荷重Ｌｆ＿ｏｎの下では、第１層部３６１に第２層部３６２が埋没した状態にガスシール部３６０が弾性変形して、締結荷重Ｌｆ＿ｏｆｆの下で形成されていた空隙３６５は消滅する。これによって、ガスシール部３６０は、ガス密閉部として機能し、アノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０はセパレータ２００との間に密閉される。
【００３６】
以上説明した第１実施例の燃料電池システム１０によれば、発電停止後にガスシール部３６０によって形成される空隙３６５を通じてアノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０を大気で換気することができる。これによって、ＭＥＡ３２０のアノード電極層３２２に残留する燃料ガスにおける部分的な濃度差の発生を抑制することができる。その結果、発電停止後に進行する燃料電池２０の劣化を抑制することができる。
【００３７】
また、ガスシール部３６０は、アノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０の外周に沿って連続して成形された第１層部３６１と、第１層部３６１に重ね合わせてアノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０の外周に沿って不連続に成形された第２層部３６２とを備えることから、発電停止後に空隙３６５を形成するガスシール部３６０を容易に成形することができる。
【００３８】
また、締結部２５における積層方向Ｄｓの熱膨張率ＣＥｆは、積層部２１における積層方向Ｄｓの熱膨張率ＣＥｓよりも小さいことから、反応ガスの電気化学反応に伴う反応熱によって温度が上昇し発電停止後に低下する燃料電池２０において、締結部２５と積層部２１との間の熱膨張率の差によって、発電停止後に締結荷重Ｌｆを容易に軽減することができる。
【００３９】
Ｂ．第２実施例：
図７は、第２実施例における燃料電池システム１０の構成を示す説明図である。第２実施例における燃料電池システム１０は、締結部２５が油圧制御部５７１および油圧シリンダ４７２を備える点を除き、第１実施例と同様である。燃料電池システム１０の油圧制御部５７１および油圧シリンダ４７２は、油圧に応じた荷重を発生させる荷重発生装置であり、油圧制御部５７１は、運転制御部９０からの制御信号に基づいて、油圧シリンダ４７２に供給される油圧を制御し、油圧シリンダ４７２は、積層方向Ｄｓに積層部２１を圧縮する圧縮荷重を、油圧制御部５７１によって制御される油圧に応じて発生させる。
【００４０】
油圧制御部５７１は、運転制御部９０からの信号に基づいて燃料電池２０における発電が実行中であると判断すると、締結部２５が積層部２１を締結する荷重が締結荷重Ｌｆ＿ｏｎとなるように、油圧シリンダ４７２による圧縮荷重を制御する。他方、油圧制御部５７１は、運転制御部９０からの信号に基づいて燃料電池２０における発電が停止中であると判断すると、締結部２５が積層部２１を締結する荷重が締結荷重Ｌｆ＿ｏｎから締結荷重Ｌｆ＿ｏｆｆに軽減されるように、油圧シリンダ４７２による圧縮荷重を制御する。
【００４１】
以上説明した第２実施例の燃料電池システム１０によれば、第１実施例と同様に、発電停止後に進行する燃料電池２０の劣化を抑制することができる。また、油圧制御部５７１および油圧シリンダ４７２による圧縮荷重によって締結荷重Ｌｆを容易に制御することができる。
【００４２】
Ｃ．他の実施形態：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施例では、いわゆる循環方式の燃料電池について説明したが、他の実施形態において、燃料電池に一旦供給された燃料ガスを使い切るいわゆるデッドエンド方式の燃料電池に本発明を適用しても良い。
【００４３】
また、前述の実施例では、アノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０の各々を密閉状態にするガスシール部３６０が発電停止後に空隙３６５を形成するものとしたが、他の実施形態において、アノードガス拡散部３１０およびカソードガス拡散部３３０の一方を密閉状態にするガスシール部が発電停止後に空隙３６５を形成し、他方のガス拡散部を密閉状態にするガスシール部は、発電停止後に空隙３６５を形成することなく密閉状態を維持しても良い。
【００４４】
また、前述の実施例では、ガスシール部３６０を第１層部３６１および第２層部３６２から成る２層構造で形成したが、他の実施形態において、第１層部３６１および第２層部３６２から成る形状を一層で形成しても良いし、三層以上で形成しても良い。また、前述の実施例では、ガスシール部３６０においてセパレータ２００に接触する側（すなわち、第２層部３６２側）に空隙３６５を形成したが、他の実施形態において、例えば、第１層部３６１に重ねられた第２層部３６２の上に、更に、連続的に成形された第３の層を重ねることによって、ガスシール部３６０の中腹に空隙３６５を形成しても良い。
【符号の説明】
【００４５】
１０…燃料電池システム
２０…燃料電池
２１…積層部
２５…締結部
３０…燃料ガス給排部
４０…冷却水給排部
５０…酸化ガス給排部
９０…運転制御部
１１０…第１インシュレータ
１２０…第１ターミナル
２００…セパレータ
２１０…カソードプレート
２２０…中間プレート
２３０…アノードプレート
３００…発電プレート
３１０…アノードガス拡散部
３２０…ＭＥＡ
３２１…電解質膜
３２２…アノード電極層
３２３…カソード電極層
３２９…補強フィルム
３３０…カソードガス拡散部
３４０…シールガスケット
３５０…シール一体型ＭＥＡ
３６０…ガスシール部
３６１…第１層部
３６２…第２層部
３６５…空隙
３８１…流路シール部
３９１…流路貫通孔
４７２…油圧シリンダ
４８０…第２ターミナル
４９０…第２インシュレータ
５１０…第１連結部材
５２０…第１エンドプレート
５６０…サイドメンバ
５７１…油圧制御部
５８０…第２エンドプレート
５９０…第２連結部材
Ｌｆ＿ｏｆｆ…締結荷重
Ｌｆ＿ｏｎ…締結荷重
Ｌｆ…締結荷重
Ｄｓ…積層方向
ＣＥｆ…熱膨張率
ＣＥｓ…熱膨張率
【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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