(57)【要約】【課題】スタックと、その下方に配置された電力変換回路基板とを接続するハーネスにおける電力ロスを低減し、また、エージング時の作業性を良好にすることを目的とする。【解決手段】スタック１と、その下方に配置されスタック１の集電板と電気的に接続された電力変換回路基板１６とを備え、集電板は、冷却水マニホールドの冷却水入口及び冷却水出口よりも上方から電流を取り出す上部端子１１と、スタック１の下部から電流を取り出す下部端子１２とを備え、電力変換回路基板１６は、下部端子１２のみとハーネス１７で電気的に接続されるように構成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜−電極接合体を一対のセパレータで挟んだセルが略水平方向に多数積層された積層体の積層方向の両端に、一対の集電板を備えたスタックと、
前記スタックの下方に配置され前記集電板と電気的に接続された電力変換回路基板と、を備えた燃料電池システムであって、
前記スタックは、前記セルを貫通して前記セルに反応ガスを供給排出する反応ガスマニホールドと、前記セルを貫通して前記セルで発電時に発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールドとを有しており、
前記集電板のそれぞれは、前記冷却水マニホールドの冷却水入口及び冷却水出口よりも上方から電流を取り出す上部端子と、前記スタックの下部から電流を取り出す下部端子とを備え、
前記電力変換回路基板は、前記下部端子のみとハーネスで電気的に接続されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記上部端子は、前記集電板の上端面よりも上方に突出しており、前記下部端子は、前記集電板の下端面よりも下方に突出している、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記電力変換回路基板は、前記電力変換回路基板における上部に、前記ハーネスで前記下部端子と電気的に接続される接続端子を備えた、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記冷却水入口は、前記冷却水出口よりも上方に位置し、前記冷却水は、前記セルに対して上から下に向かって流れる、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記反応ガスマニホールドの反応ガス入口は、前記反応ガスマニホールドの反応ガス出口よりも上方に位置し、前記反応ガスは、前記セルに対して上から下に向かって流れる、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システムに用いられるスタックのエージング方法であって、
前記スタックの前記上部端子と、エージング装置とを、ハーネスで電気的に接続してエージングを行う、スタックのエージング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタックと、このスタックに接続された電力変換回路基板とを備えた固体高分子型の燃料電池システムと、それに用いられるスタックのエージング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの酸化剤ガスを電気化学的に反応させて、電気と熱を同時に発生させるものである。
【０００３】
固体高分子型の燃料電池は、電解質膜−電極接合体（以下、「ＭＥＡ」という）を一対のセパレータで挟んだセルで構成されている。
【０００４】
ＭＥＡは、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜（以下、「電解質膜」ともいう）の両主面に一対の電極を備えている。
【０００５】
セパレータは、ＭＥＡの両面に配置されてＭＥＡを機械的に固定すると共に、隣接するＭＥＡ同士を互いに電気的に直列に接続するため導電性を有している。
【０００６】
セパレータのＭＥＡと接触する面には、電極に水素や空気などの反応ガスを供給し、且つ反応により発生したガスや余剰のガスを運び去るためのガス流路となる溝が形成されている。セパレータのＭＥＡと接触する面と反対の面には、反応により発生した熱を回収する冷却水を供給排出するための冷却水流路となる溝が形成されている。
【０００７】
多くの燃料電池は、ＭＥＡとセパレータを数多く重ねた積層構造を採っており、さらにその積層方向の両端には、反応によって発生した電気を外部に取り出すための一対の集電板が配されている。このような積層体をスタックと呼ぶ。
【０００８】
スタックは、セルを貫通してセパレータのガス流路に反応ガスを供給排出する反応ガスマニホールドと、セルを貫通してセパレータの冷却水流路に冷却水を供給排出する冷却水マニホールドを有している。
【０００９】
スタックで発生した電流は、集電板と電気的に接続された電力変換回路基板によって調整されたのち、燃料電池システムの外部へと取り出される。集電板と電力変換回路基板はハーネスで接続されており、集電板には、ハーネスを取り付けるための端子が設けられている。
【００１０】
燃料電池システム内におけるスタックと電力変換回路基板の位置関係は、レイアウトの都合により様々な形態を採ることができ、図７に示すように、スタック３１の上方に電力変換回路基板３２を配置して両者をハーネス３３で接続する場合（例えば、特許文献１参照）や、図８と図９に示すように、スタック３１の前後左右方向（横方向、略水平方向）に電力変換回路基板３２を配置して両者をハーネス３３で接続する場合（例えば、特許文献２参照）などがある。
【００１１】
どちらの場合も、隔壁３４により燃料電池システムの筐体内を、スタック３１と燃料改質器を配置した空間と、電力変換回路基板３２などの高電圧回路を配置した空間とに区分けしている。
【００１２】
スタック３１と電力変換回路基板３２が、特許文献１と特許文献２のいずれの位置関係にある場合でも、接続するハーネス３３の長さを可能な限り短くすることで、ハーネス３３のＩＲ損による電力ロスを最小限にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１０−０９２７５０号公報
【特許文献２】特開２００９−１５８４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記従来例のようにスタック３１の上方やスタック３１の前後左右方向（横方向、略水平方向）に電力変換回路基板３２を配置する場合には、スタック３１の上部に集電板の端子を設けることが一般的である。
【００１５】
スタック３１の下方に電力変換回路基板３２を配置する場合は、スタック３１の上部に集電板の端子を設けると、ハーネス３３が長くなるので、スタック３１の下部に集電板の端子を設けることが考えられる。
【００１６】
ところで、スタックの製造工程において、ＭＥＡを構成する材料である電解質膜およびイオノマーが水分を失ったり、触媒層の製造プロセス中で触媒表面に不純物が付着したりすると、組立直後のＭＥＡおよびスタックが本来発生すべき性能を発揮できない。
【００１７】
そこで、燃料電池システムの製造過程において、スタックは組み立てられてから燃料電池システムに搭載される前に、電解質膜およびイオノマーを湿潤させたり、触媒の表面をクリーニングしたりすることを目的として、スタックをエージング装置に接続して、スタックの活性化処理としての予備的な発電をさせたり、スタックの性能検査をしたりする。
【００１８】
エージング時にはスタックの端子とエージング装置がハーネスで電気的に接続される。スタックの下部に集電板の端子を設けていると、ハーネスの取り付けの作業性が悪いために端子やハーネスを損壊してしまう可能性がある。また、ハーネスとの接続が不十分となり接触抵抗が高くなってしまう可能性がある。いずれも、端子に電流が流れる際に不安全となることが考えられる。
【００１９】
エージング装置のハーネスおよびその付近には、種々の計測用の配線なども配置されるため、スタックの下部にある集電板の端子に取り付けを行う際には、燃料電池システムへ搭載する時よりも作業性の悪化への影響が大きい。
【００２０】
なお、スタックの下部に集電板の端子を設けて、エージング時にはスタックの上下を逆向きにして、上下反転させたスタックとエージング装置を接続することが考えられる。
【００２１】
しかしながら、上下反転させたスタックをその状態で保持することが構造的に困難であったり、もし、反応ガスと冷却水がスタックの内部を重力方向に流れるように設計されている場合には、反応ガスと冷却水を本来の入口側からスタックに流入させるためにエージング時は反応ガスと冷却水がスタックの内部を重力に逆らうように流れることになる、もしくは、反応ガスと冷却水がスタックの内部を重力方向に流れるようにエージング時は反応ガスと冷却水を本来の出口側からスタックに流入させることになるために、性能検査の結果が本来の性能と異なる可能性があるという課題がある。
【００２２】
本発明は、上記課題に鑑み、スタックの下方に電力変換回路基板を配置しても、電力ロ
スを最小限にすると共に、エージング時の作業性の良好な燃料電池システムと、それに用いられるスタックのエージング方法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】
【００２３】
上記課題を解決するため、本発明の燃料電池システムは、電解質膜−電極接合体を一対のセパレータで挟んだセルが略水平方向に多数積層された積層体の積層方向の両端に一対の集電板を備えたスタックと、前記スタックの下方に配置され前記集電板と電気的に接続された電力変換回路基板と、を備えた燃料電池システムであって、前記スタックは、前記セルを貫通して前記セルに反応ガスを供給排出する反応ガスマニホールドと、前記セルを貫通して前記セルで発電時に発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールドとを有しており、前記集電板のそれぞれは、前記冷却水マニホールドの冷却水入口及び冷却水出口よりも上方から電流を取り出す上部端子と、前記スタックの下部から電流を取り出す下部端子とを備え、前記電力変換回路基板は、前記下部端子のみとハーネスで電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２４】
この構成によって、スタックの下方に電力変換回路基板を配置しても、スタックと電力変換回路基板を接続するハーネスの長さを短くすることができるため、ハーネスのＩＲ損による電力ロスを最小限にすることができる。さらに、エージング時には上部端子をエージング装置との接続に利用することができるため、エージングの作業性が良好になる。
【００２５】
また、本発明のスタックのエージング方法は、上記の本発明の燃料電池システムに用いられるスタックのエージング方法であって、前記スタックの前記上部端子と、エージング装置とを、ハーネスで電気的に接続してエージングを行うことを特徴とし、この方法によって、エージングの作業性が良好になる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、スタックの下方に電力変換回路基板を配置し、スタックの下部端子のみとハーネスで接続されているため、ハーネスの長さを短くすることができ、ハーネスのＩＲ損による電力ロスを最小限にすることができる。これにより発電効率の高い燃料電池システムを提供することができる。
【００２７】
スタックの下方に電力変換回路基板を配置することで、万が一スタックから水素などの可燃性の燃料ガスが漏れた場合でも、これらの燃料ガスは空気よりも軽くスタックの上方へ流れていくため、高電圧となる電力変換回路基板に流入する可能性が低くなり、引火などの不具合が発生する可能性が低い。これにより安全性の高い燃料電池システムを提供することができる。
【００２８】
さらに、エージング時には上部端子をエージング装置との接続に利用することができるため、エージング時の作業性も確保でき、生産性の高い燃料電池システムを提供することができる。
【００２９】
また、本発明のスタックのエージング方法は、本発明の燃料電池システムに用いられるスタックの上部端子とエージング装置とをハーネスで電気的に接続してエージングを行うので、エージングの作業性が良好になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１の燃料電池システムに用いられるスタックを一対の冷却水マニホールドの中心軸を含む平面で切断した場合の断面を示す概略縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１の燃料電池システムに用いられるスタックを各マニホールドの出入口側から見た場合の概略側面図
【図３】本発明の実施の形態１の燃料電池システムの構成を示す概略縦断面図
【図４】本発明の実施の形態１の燃料電池システムに用いられるスタックの外観斜視図
【図５】本発明の実施の形態１の燃料電池システムに用いられるスタックをエージングしている時のスタックとエージング装置の接続状態を示す概略側面図
【図６】本発明の実施の形態１の燃料電池システムにおけるスタックと電力変換回路基板の接続状態を示す要部概略側面図
【図７】特許文献１に開示された従来の燃料電池システムにおけるスタックと電力変換回路基板の接続状態を示す要部概略斜視図
【図８】特許文献２に開示された従来の燃料電池システムにおけるスタックと電力変換回路基板の接続状態を示す要部概略上面図
【図９】特許文献２に開示された従来の燃料電池システムにおけるスタックと電力変換回路基板の接続状態を示す要部概略側面図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
第１の発明は、電解質膜−電極接合体を一対のセパレータで挟んだセルが略水平方向に多数積層された積層体の積層方向の両端に一対の集電板を備えたスタックと、前記スタックの下方に配置され前記集電板と電気的に接続された電力変換回路基板と、を備えた燃料電池システムであって、前記スタックは、前記セルを貫通して前記セルに反応ガスを供給排出する反応ガスマニホールドと、前記セルを貫通して前記セルで発電時に発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールドとを有しており、前記集電板のそれぞれは、前記冷却水マニホールドの冷却水入口及び冷却水出口よりも上方から電流を取り出す上部端子と、前記スタックの下部から電流を取り出す下部端子とを備え、前記電力変換回路基板は、前記下部端子のみとハーネスで電気的に接続されていることを特徴とする。
【００３２】
この構成によって、スタックの下方に電力変換回路基板を配置しても、スタックの上部端子と電力変換回路基板をハーネスで接続する場合よりも、スタックと電力変換回路基板を接続するハーネスの長さを短くすることができるため、ハーネスのＩＲ損による電力ロスを小さくすることができる。
【００３３】
また、スタックの下方に電力変換回路基板を配置することで、万が一スタックから水素などの可燃性の燃料ガスが漏れた場合でも、これらの燃料ガスは空気よりも軽くスタックの上方へ流れていくため、高電圧となる電力変換回路基板に流入する可能性が低くなり、引火などの不具合が発生する可能性を低くすることができる。
【００３４】
さらに、エージング時には上部端子をエージング装置との接続に利用することができるため、エージング時の作業性も確保できる。
【００３５】
第２の発明は、第１の発明における前記上部端子が、前記集電板の上端面よりも上方に突出しており、前記下部端子が、前記集電板の下端面よりも下方に突出していることを特徴とする。
【００３６】
この構成によって、上部端子をスタックの（積層体の）上端面よりも上方に突出させることができるため、エージング時の作業性をより向上することができる。また、下部端子をスタックの（積層体の）下端面よりも下方に突出させることができるため、スタックと電力変換回路基板を接続するハーネスの長さをさらに短くすることができ、ハーネスのＩＲ損による電力ロスをさらに小さくすることができる。
【００３７】
第３の発明は、第１または第２の発明における前記電力変換回路基板が、前記電力変換回路基板における上部に、前記ハーネスで前記下部端子と電気的に接続される接続端子を
備えたことを特徴とする。
【００３８】
この構成によって、スタックと電力変換回路基板を接続するハーネスの長さをさらに短くすることができ、ハーネスのＩＲ損による電力ロスをさらに小さくすることができる。
【００３９】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明における前記冷却水入口が、前記冷却水出口よりも上方に位置し、前記冷却水が、前記セルに対して上から下に向かって流れることを特徴とする。
【００４０】
この構成によって、スタックの上部の温度をより低くすることができる。エージング時に上部端子を使用する際、スタックの温度がより低い上部に集電板の上部端子が位置することになる。
【００４１】
エージング時にスタックの性能検査のために燃料電池システム搭載時よりも高い電流や高い温度で発電させることがあれば、集電板の上部端子は、より高温になるため、不安全となる可能性が考えられる。スタックの上部の温度をより低くした構成で、エージング時に上部端子を使用することで、上部端子の温度をより低く抑えることができる。これにより、エージング時の安全性を向上することができる。
【００４２】
第５の発明は、第４の発明における前記反応ガスマニホールドの反応ガス入口が、前記反応ガスマニホールドの反応ガス出口よりも上方に位置し、前記反応ガスが、前記セルに対して上から下に向かって流れることを特徴とする。
【００４３】
この構成によって、スタックの上部に反応ガス入口と冷却水入口が互いに近接して位置することになる。反応ガス入口付近では反応ガスの濃度が高いために発電反応が集中して起こることから、この付近のスタック温度がより高くなるが、冷却水入口が反応ガス入口付近にあることで効率的に冷却することができ、反応ガス入口付近の温度上昇を抑制することができる。
【００４４】
これにより、スタックの上部と下部の温度分布をより均一化することができるため、高温による局所的な劣化を抑制することができ、その結果、スタックの耐久性を向上させることができる。
【００４５】
また、スタック内の反応ガス流路で凝縮水が発生した場合でも、反応ガスの流れと重力を利用して凝縮水をスタックの反応ガス出口から排出することができ、反応ガス流路で発生した凝縮水が反応ガスの流れを妨げることを抑制できる。
【００４６】
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明における燃料電池システムに用いられるスタックのエージング方法であって、前記スタックの前記上部端子と、エージング装置とを、ハーネスで電気的に接続してエージングを行うことを特徴とする。
【００４７】
この方法によって、下部端子に接続する場合よりも、スタックとエージング装置をハーネスで接続する際の作業性を良好にすることができる。スタックの端子とハーネスとの接続が不十分なために不安全になることを抑制することができる。これにより、エージング時の作業効率と安全性を向上することができる。
【００４８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００４９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の燃料電池システムに用いられるスタックを一対の冷却水マニホールドの中心軸を含む平面で切断した場合の断面を示す概略縦断面図である。図２は本発明の実施の形態１の燃料電池システムに用いられるスタックを各マニホールドの出入口側から見た場合の概略側面図である。図３は本発明の実施の形態１の燃料電池システムの構成を示す概略縦断面図である。
【００５０】
図４は本発明の実施の形態１の燃料電池システムに用いられるスタックの外観斜視図である。図５は本発明の実施の形態１の燃料電池システムに用いられるスタックをエージングしている時のスタックとエージング装置の接続状態を示す概略側面図である。図６は本発明の実施の形態１の燃料電池システムにおけるスタックと電力変換回路基板の接続状態を示す要部概略側面図である。
【００５１】
図１から図６に示すように、本実施の形態の燃料電池システム１５に用いられるスタック１は、ＭＥＡ２を一対のセパレータ３で挟んだセル４ａを多数積層した積層体４の積層方向の両端に一対の集電板５を備える。スタック１に締結圧力を与えて一体として保持するため、一対の集電板５における積層体４と対向する面と反対側の面に（集電板５のさらに外側に）一対の端板６を配置し、環状バンド２２で両端板６を、積層体４と一対の集電板５と一対の端板６が積層方向に圧縮される力が加わるように締結する。
【００５２】
スタック１は、セル４ａを貫通してセル４ａに反応ガスを供給排出する反応ガスマニホールド７と、セル４ａを貫通してセル４ａで発電時に発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールド８とを有している。
【００５３】
スタック１を一対の冷却水マニホールド８の中心軸を含む平面で切断した場合の断面を示す図１では、反応ガスマニホールド７が示されていないが、スタック１を一対の反応ガスマニホールド７の中心軸を含む平面で切断した場合の断面は、図１の冷却水マニホールド８と冷却水入口９と冷却水出口１０を、反応ガスマニホールド７と反応ガス入口１３と反応ガス出口１４に、それぞれ置き換えた構成に相当する。
【００５４】
集電板５は、冷却水マニホールド８の冷却水入口９及び冷却水出口１０よりも上方から電流を取り出す上部端子１１と、スタック１の下部から電流を取り出す下部端子１２とを備える。上部端子１１はスタック１の上面から上方に突出しており、下部端子１２はスタック１の積層部分の下面から下方に突出している。なお、一対の端板６には下部端子１２よりも下方に突出する脚部６ａが一体に設けられる。
【００５５】
一対の端板６のうちの一方の端板６には、反応ガスマニホールド７の反応ガス入口１３及び反応ガス出口１４、冷却水マニホールド８の冷却水入口９及び冷却水出口１０がそれぞれ設けられている。反応ガスは水素などの燃料ガスと空気などの酸化剤ガスが必要となるため、反応ガス入口１３及び反応ガス出口１４はそれぞれ二つずつ設けられている。
【００５６】
燃料電池システム１５の筐体内において、スタック１の下方に電力変換回路基板１６が配置され、下部端子１２のみとハーネス１７によって電気的に接続されている。スタック１で発電した電力は、電力変換回路基板１６で調整されたのち、燃料電池システム１５の外部へと取り出される。電力変換回路基板１６は、昇圧回路やインバータ回路などの回路類と電圧センサーや電流センサーなどのセンサー類などから構成される。
【００５７】
スタック１には空気ブロア１８から一方の反応ガス入口１３に空気が供給され、発電に使用された後の余剰なガスは一方の反応ガス出口１４から排出される。また、燃料改質器１９から他方の反応ガス入口１３に水素を含む燃料ガスが供給され、発電に使用された後の余剰なガスは他方の反応ガス出口１４から燃料改質器１９に備えられたバーナーへと供
給され、燃料改質器１９の温度を維持するためにバーナーの燃焼に用いられる。燃料改質器１９には燃料ガスの原料となる都市ガスなどの原料ガスが燃料電池システム１５の外部から供給され、水素を含む燃料ガスへと改質される。
【００５８】
スタック１には、熱交換器２０から冷却水入口９に冷却水が供給され、スタック１を流れる冷却水によって、発電によってスタック１で発生した熱を回収した後、冷却水出口１０から再び熱交換器２０へと戻される。
【００５９】
熱交換器２０には貯湯槽２１から温度の低い温水が供給され、冷却水と熱交換して温度が高められた後、再び貯湯槽２１へと戻される。貯湯槽２１からは温水が燃料電池システム１５の外部へと供給され、代わりに外部から水が補給される。
【００６０】
本実施の形態は、スタック１の下方に電力変換回路基板１６が配置され、下部端子１２のみとハーネス１７によって電気的に接続されていることを特徴とする。これにより、ハーネス１７の長さを短くすることができる。下方とは、電力変換回路基板１６の上端面がスタック１の下端面と同じ高さか低い位置にあることを言う。電力変換回路基板１６がスタック１よりも大幅に下方にあるとハーネス１７の長さが長くなってしまうため、スタック１の近傍に配置することが好ましい。
【００６１】
本実施の形態では、スタック１の上部に配置された集電板５の端子を上部端子１１と呼んでいるが、上部端子１１はスタック１の上端面、つまり集電板５の上端面よりも上方に突出していることが好ましい。これにより、エージング時の作業性をより向上することができる。
【００６２】
上部端子１１の他の構成として、集電板５の上端面と同じ高さで水平方向に突出している構成や、集電板５の上端面よりも低い高さで水平方向に突出している構成なども採ることができる。
【００６３】
本実施の形態では、スタック１の下部に配置された集電板５の端子を下部端子１２と呼んでいるが、下部端子１２はスタック１の下端面、つまり集電板５の下端面よりも下方に突出していることが好ましい。これにより、スタック１と電力変換回路基板１６を接続するハーネス１７の長さを短くすることができる。
【００６４】
下部端子１２の他の構成として、集電板５の下端面と同じ高さで水平方向に突出している構成や、集電板５の下端面よりも高い位置で水平方向に突出している構成なども採ることができる。
【００６５】
集電板５の形状としては、積層されるセパレータ３やＭＥＡ２と同じ面積を有する長方形の板に、端子が突出した形状であることが一般的である。集電板５の端子（上部端子１１と下部端子１２）とハーネス１７の接続は、確実な接続を確保するためにボルトとナットを使用することが一般的である。
【００６６】
従って、ボルトを挿入するためのボルトを入れる穴があいている。あるいはＵ字端子形状でも良い。ハーネス１７の取り付け作業性をより良くするために、あらかじめ集電板５の端子（上部端子１１と下部端子１２）部または、ハーネス１７の端子部にカシメナットが付けることが好ましい。
【００６７】
集電板５の材質としては、アルミや真鍮など導電率の高い金属が使用される。さらに、セパレータ３と接する部分およびハーネス１７と接する部分には、接触抵抗が低く耐食性の高い、金などの金属によるメッキあるいはカーボンコートなどを施していることが好ま
しい。
【００６８】
スタック１における冷却水入口９及び冷却水出口１０の配置は、種々の位置を採ることができるが、冷却水入口９が冷却水出口１０よりも上方に位置し、冷却水が、セル４ａに対して上方から下方に向かって流れることが好ましい。
【００６９】
これにより、上部端子１１の温度をより低く抑えることができる。また、エージング時に上部端子１１を使用する際、上部端子１１の温度が上昇することになった場合でも、上部端子１１の温度をより低く抑えることができるため、安全性を向上することができる。
【００７０】
スタック１における反応ガス入口１３および反応ガス出口１４の配置は、種々の位置を採ることができるが、冷却水入口９が冷却水出口１０よりも上方に位置し、冷却水が、セル４ａに対して上方から下方に向かって流れる構成の場合には、反応ガス入口１３が反応ガス出口１４よりも上方に位置し、反応ガスが、セル４ａに対して上方から下方に向かって流れることが好ましい。
【００７１】
これにより、発電反応が集中して起こる反応ガス入口１３付近の温度をより低く抑えることができる。スタック１の上部と下部の温度分布をより均一化することができるため、スタック１の耐久性を向上させることができる。
【００７２】
本実施の形態では、スタック１の側面を囲むように環状バンド２２を配置して、環状バンド２２が端板６を締結する力でスタック１を一体として固定している。スタック１の端板６を締結する方法としては、他に複数のボルトとナットを用いる方法もあるが、環状バンド２２を用いることで構造を簡易にすることができ、また、スタック１の組み立ての作業性も向上するため、より好ましい。
【００７３】
環状バンド２２の上端は、スタック１の上端面と同じ高さか上端面よりも低い位置となるように配置されており、上部端子１１にエージング装置のハーネスを取り付ける際の障害とならない構成となっている。
【００７４】
同様に、環状バンド２２の下端は、スタック１（脚部６ａを除く）の下端面と同じ高さか下端面よりも高い位置となるように配置されており、下部端子１２に電力変換回路基板１６と接続するためのハーネス１７を取り付ける際の障害とならない構成となっている。
【００７５】
スタック１の下部（下面の四隅）には、端板６と一体に構成された脚部６ａが下方に突出している。脚部６ａの高さは、下部端子１２がスタック１（脚部６ａを除く）の下端面よりも下方に突出している長さよりも高くなっており、スタック１を平坦な台の上に設置した場合でも下部端子１２が台と接触しないようになっている。
【００７６】
脚部６ａは、下部端子１２に意図せず人の手や導電性の物体などが接触して危険にならないように下部端子１２を保護する役割もある。一方で、下部端子１２に電力変換回路基板１６と接続するためのハーネス１７を取り付ける際の障害とならないよう、隣接する脚部６ａの間にハーネス１７や工具を挿入できるだけの隙間が設けられている。
【００７７】
本発明のスタック１は、上部端子１１と、エージング装置とを、ハーネスで電気的に接続してエージングを行うことが好ましい。ハーネスはエージング装置専用のものを使用しても良いし、燃料電池システム１５に搭載されるハーネス１７を使用しても良い。
【００７８】
上部端子１１および下部端子１２は、ハーネスを接続することができる範囲で、可能な限り短く構成される。これにより、端子でのＩＲ損による電力ロスを低減することができ
る。
【００７９】
このため、スタック１をエージング装置２３の平坦な作業台の上に設置した場合、スタック１の下方には下部端子１２の長さに対応した狭い空間しか確保することができず、ハーネス１７を取り付けたり、固定用のボルトを回したりする際の作業空間が十分に取れない。しかしながら、図５に示すように、エージング時に上部端子１１を使用することで、エージング時の作業効率と安全性を向上することができる。
【００８０】
以上のように本実施の形態の燃料電池システム１５は、ＭＥＡ２を一対のセパレータ３で挟んだセル４ａが略水平方向に多数積層された積層体４の積層方向の両端に一対の集電板５を備えたスタック１と、スタック１の下方に配置され集電板５と電気的に接続された電力変換回路基板１６と、を備える。
【００８１】
そして、スタック１は、セル４ａを貫通してセル４ａに反応ガスを供給排出する反応ガスマニホールド７と、セル４ａを貫通してセル４ａで発電時に発生する熱を回収する冷却水を供給排出する冷却水マニホールド８とを有している。
【００８２】
また、集電板５のそれぞれは、冷却水マニホールド８の冷却水入口９及び冷却水出口１０よりも上方から電流を取り出す上部端子１１と、スタック１の下部から電流を取り出す下部端子１２とを備える。また、電力変換回路基板１６は、下部端子１２のみとハーネス１７で電気的に接続されている。
【００８３】
この構成によって、スタック１の下方に電力変換回路基板１６を配置しても、スタック１の上部端子１１と電力変換回路基板１６とをハーネス１７で接続する場合よりも、スタック１と電力変換回路基板１６を接続するハーネス１７の長さを短くすることができるため、ハーネス１７のＩＲ損による電力ロスを小さくすることができる。
【００８４】
また、スタック１の下方に電力変換回路基板１６を配置することで、万が一スタック１から水素などの可燃性の燃料ガスが漏れた場合でも、これらの燃料ガスは空気よりも軽くスタック１の上方へ流れていくため、高電圧となる電力変換回路基板１６に流入する可能性が低くなり、引火などの不具合が発生する可能性を低くすることができる。
【００８５】
さらに、エージング時には上部端子１１をエージング装置２３との接続に利用することができるため、エージング時の作業性も確保できる。
【００８６】
また、本実施の形態におけるスタック１では、上部端子１１が集電板５の上端面よりも上方に突出しており、下部端子１２が集電板５の下端面よりも下方に突出している。
【００８７】
この構成により、上部端子１１をスタック１の（積層体４の）上端面よりも上方に突出させることができるため、上部端子１１をスタック１の側面の上部から突出させた場合よりもエージング時の作業性をより向上することができる。また、下部端子１２をスタック１の（積層体４の）下端面よりも下方に突出させることができるため、下部端子１２をスタック１の側面の下部から突出させた場合よりもスタック１と電力変換回路基板１６を接続するハーネス１７の長さをさらに短くすることができ、ハーネスのＩＲ損による電力ロスをさらに小さくすることができる。
【００８８】
また、スタック１の側面を囲むように環状バンド２２を配置して、環状バンド２２が端板６を締結する力でスタック１を一体として固定している場合は、上部端子１１と下部端子１２が環状バンド２２の邪魔にならない。
【００８９】
なお、上部端子１１または下部端子１２がスタック１の側面から突出している場合は、上部端子１１または下部端子１２が環状バンド２２によるスタック１の締結、一体化の邪魔にならないように、特に環状バンド２２が金属製（導電性）の場合は、上部端子１１または下部端子１２が環状バンド２２に接触しないように、環状バンド２２に、上部端子１１または下部端子１２を避ける切り欠きや穴が必要になり、その切り欠きや穴が環状バンド２２の製造コストを高めたり、環状バンド２２の強度を低下させたりする。
【００９０】
また、本実施の形態における電力変換回路基板１６は、電力変換回路基板１６における上部に、ハーネス１７で下部端子１２と電気的に接続される接続端子１６ａを備えたことにより、電力変換回路基板１６における上部以外の箇所に接続端子１６ａを備えた場合よりも、スタック１と電力変換回路基板１６を接続するハーネス１７の長さをさらに短くすることができ、ハーネス１７のＩＲ損による電力ロスをさらに小さくすることができる。
【００９１】
また、本実施の形態におけるスタック１の冷却水入口９が、冷却水出口１０よりも上方に位置し、冷却水が、セル４ａに対して上から下に向かって流れるので、スタック１の上部の温度を他の部分よりも低くすることができる。スタック１のエージング時に上部端子１１を使用する際、スタック１の温度がより低い上部に集電板５の上部端子１１が位置することになる。
【００９２】
エージング時にスタック１の性能検査のために燃料電池システム１５搭載時よりも高い電流や高い温度で発電させることがあれば、集電板５の上部端子１１は、より高温になるため、不安全となる可能性が考えられる。
【００９３】
本実施の形態は、スタック１の上部の温度をより低くした構成で、エージング時に上部端子１１を使用することで、上部端子１１の温度をより低く抑えることができる。これにより、エージング時の安全性を向上することができる。
【００９４】
また、本実施の形態におけるスタック１の反応ガスマニホールド７の反応ガス入口１３が、反応ガスマニホールド７の反応ガス出口１４よりも上方に位置し、反応ガスが、セル４ａに対して上から下に向かって流れることによって、スタック１の上部に反応ガス入口１３と冷却水入口９が互いに近接して位置することになる。反応ガス入口１３付近では反応ガスの濃度が高いために発電反応が集中して起こることから、この付近のスタック１の温度がより高くなるが、冷却水入口９が反応ガス入口１３の付近（近傍）にあることで効率的に冷却することができ、反応ガス入口１３の付近（近傍）の温度上昇を抑制することができる。
【００９５】
これにより、スタック１の上部と下部の温度分布をより均一化することができるため、高温による局所的な劣化を抑制することができ、その結果、スタック１の耐久性を向上させることができる。
【００９６】
また、スタック１内の反応ガス流路で凝縮水が発生した場合でも、反応ガスの流れと重力を利用して凝縮水をスタック１の反応ガス出口１４から排出することができ、反応ガス流路で発生した凝縮水が反応ガスの流れを妨げることを抑制できる。
【００９７】
また、本実施の形態でのスタック１のエージングは、スタック１の上部端子１１と、エージング装置２３とを、ハーネス１７で電気的に接続してエージングを行う。
【００９８】
このスタック１のエージング方法によって、下部端子１２にエージング装置２３をハーネス１７で接続する場合よりも、スタック１とエージング装置２３をハーネス１７で接続する際の作業性を良好にすることができる。スタック１の端子とハーネス１７との接続が
不十分なために不安全になることを抑制することができる。これにより、エージング時の作業効率と安全性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明の燃料電池システムは、スタックと電力変換回路基板を接続するハーネスの長さを短くすることができ、また、エージング時の作業性を確保することができるため、家庭用コージェネレーション用をはじめとする多様な方式の燃料電池システムとして好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１００】
１  スタック
２  ＭＥＡ
３  セパレータ
４  積層体
４ａ  セル
５  集電板
６  端板
６ａ  脚部
７  反応ガスマニホールド
８  冷却水マニホールド
９  冷却水入口
１０  冷却水出口
１１  上部端子
１２  下部端子
１３  反応ガス入口
１４  反応ガス出口
１５  燃料電池システム
１６  電力変換回路基板
１６ａ  接続端子
１７  ハーネス
２３  エージング装置
【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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