(57)【要約】【課題】積層されてセルスタックを構成している各セルの面に作用する締結力の面内分布を均一化する。【解決手段】膜−電極アッセンブリとセパレータ２０とを積層することによってセルを構成し、該セルを複数積層することによってセルスタックを構成している燃料電池において、セパレータ２０の縁辺に形成された凹部２６に少なくとも一部が収まる板状のテンション部材２９を配置し、該テンション部材２９を利用してセルスタックに対して積層方向への荷重を付与する。凹部２６は、セパレータ２０の四隅から当該セパレータ２０の幅方向に突出するように形成されたコーナ部２５の間に形成されている。テンション部材２９の外面２９ａとコーナ部２５の外面２５ａとは面一になっていることが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜−電極アッセンブリとセパレータとを積層することによってセルを構成し、該セルを複数積層することによってセルスタックを構成している燃料電池において、
前記セパレータの縁辺に形成された凹部に少なくとも一部が収まる板状のテンション部材を配置し、該テンション部材を利用して前記セルスタックに対して積層方向への荷重を付与することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記凹部は、前記セパレータの四隅から当該セパレータの幅方向に突出するように形成されたコーナ部の間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記テンション部材の外面と前記コーナ部の外面とが面一になっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記セパレータのうち、前記テンション部材によって挟まれた領域からはみ出た部分の縁に沿って反応ガスおよび冷却水の各流体用のマニホールドが設けられているとともに、前記セルに形成されている前記反応ガスの流路のうち少なくとも前記膜−電極アッセンブリと対向している部分が当該テンション部材によって挟まれた領域内に位置していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
膜−電極アッセンブリとセパレータとを積層することによってセルを構成し、該セルを複数積層することによってセルスタックを構成している燃料電池において、
前記セパレータは、略矩形状の領域および該矩形状領域から当該セパレータの面方向に突出するように形成されたはみ出し領域からなり、
反応ガスおよび冷却水の各流体用のマニホールドであって前記はみ出し領域内に一部が位置しているものは、少なくとも他の一部が前記矩形状領域に位置している
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、燃料電池に関する。さらに詳述すると、本発明は、複数積層したセパレータ等を締結するための構成の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池（例えば固体高分子形燃料電池）は、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）をセパレータで挟んだセルを複数積層することによって構成されている。この場合、セルスタックを積層方向に締め付けるための構造例として、スタック両端を支持板で挟み、両支持板を複数のボルトによって締め付けるというものがある。また、この場合、セパレータの縁辺のうち窪んだ部分にボルトを配置するという構造も提案されている（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００４−１８５９４０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、上述のようにセルスタックを複数のボルトを利用して締め付けるという従来構造の場合、積層されている各セルの面内に作用する締結荷重が不均一になりやすいという問題がある。
【０００４】
また、上述のような燃料電池として、セパレータのうち矩形状の領域からはみ出た部分内にマニホールドの全部が収容された構成のものも開示されているが、これだと別の問題が生じうる。すなわち、このような構成だと、マニホールドと、ＭＥＡが設けられた発電領域内とを連通するための連絡通路（連通路）が、流れの方向を変換する部分を要するため複雑化するとともに、当該連絡通路長が長くなるため流路抵抗を招く（図３参照）。
【０００５】
そこで、本発明は、積層されてセルスタックを構成している各セルの面に作用する締結力の面内分布を均一化できるようにした構造、あるいは、マニホールドと発電領域内とを連通するため連絡通路の構成が複雑化するのを回避するとともに流路抵抗を低減できるようにした構造のうち、少なくともいずれか一方を備えた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】
【０００６】
かかる課題を解決するため、本発明は、膜−電極アッセンブリとセパレータとを積層することによってセルを構成し、該セルを複数積層することによってセルスタックを構成している燃料電池において、前記セパレータの縁辺に形成された凹部に少なくとも一部が収まる板状のテンション部材を配置し、該テンション部材を利用して前記セルスタックに対して積層方向への荷重を付与することとしている。
【０００７】
本発明者は、従来のようにボルトを利用して圧縮荷重を作用させる構造、一例として対向する支持板の四隅を例えば４本のボルトで締め付ける構造の場合、各ボルト間における圧縮荷重のバランスをとり難いことから、バランスの偏りに伴ってセルスタックにおける面圧の偏りが生じやすく、各セルの面内に作用する締結荷重が不均一になりやすい点に着目し、かかる問題を解決しうる構成を知見するに至った。かかる知見に基づく本発明において荷重を付与するための構造体は、対向する支持板と支持板とを例えば一対の板状のテンション部材で繋ぐという構成、つまりは従前よりも剛性の高い構成となっている。このため、かかるテンション部材を利用して支持板間に圧縮荷重を作用させた場合、当該荷重のバランスをとりやすく、積層されている各セルの面内に作用する締結荷重が不均一になるのを抑えやすい。
【０００８】
また、本発明の燃料電池において、前記凹部は、前記セパレータの四隅から当該セパレータの幅方向に突出するように形成されたコーナ部の間に形成されている。セパレータの四隅を幅方向に突出させた形状とすることにより、コーナ部間に形成されるスペース（凹部）にテンション部材の一部または全部を収めることが可能となる。
【０００９】
さらに、かかる燃料電池においては、前記テンション部材の外面と前記コーナ部の外面とが面一になっていることが好ましい。この場合、各スペース（凹部）にテンション部材が完全に収まった状態となり、テンション部材を含めた状態でのセルスタックの全体形状を例えば矩形状とすることができる。こうした場合、外面から突出する部位がなくなることから移動体等に収容しやすく、扱いやすい燃料電池とすることが可能となる。
【００１０】
また、かかる燃料電池においては、前記セパレータのうち、前記テンション部材によって挟まれた領域からはみ出た部分の縁に沿って反応ガスおよび冷却水の各流体用のマニホールドが設けられているとともに、前記セルに形成されている前記反応ガスの流路のうち少なくとも前記膜−電極アッセンブリと対向している部分が当該テンション部材によって挟まれた領域内に位置していることが好ましい。セパレータのうち各種流体（燃料ガスや酸化ガスなど）が流れる流路が形成されている部分は特に発電に寄与する部分であり、これに対し、本発明によれば当該発電に寄与する部分の締結力を均一にすることが可能となる。
【００１１】
さらに、セパレータの形状とマニホールドの配置についても検討した本発明者は、連絡通路の複雑化と流路抵抗の増大を有効に抑えうる技術を知見するに至った。本発明はかかる知見に基づくものでもあり、膜−電極アッセンブリとセパレータとを積層することによってセルを構成し、該セルを複数積層することによってセルスタックを構成している燃料電池において、前記セパレータは、略矩形状の領域および該矩形状領域から当該セパレータの面方向に突出するように形成されたはみ出し領域からなり、反応ガスおよび冷却水の各流体用のマニホールドであって前記はみ出し領域内に一部が位置しているものは、少なくとも他の一部が前記矩形状領域に位置していることを特徴とするものである。
【００１２】
このような燃料電池の場合、セパレータのうち矩形状の領域からはみ出た部分（はみ出し領域）は、いずれかのマニホールドをすべて収容することはなく、当該マニホールドの一部しか収容していない。このため、発電領域とマニホールドとの連絡通路（連通路）の構成を簡略化するとともに当該連絡通路の流路長を短くすることが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、積層されてセルスタックを構成している各セルの面に作用する締結力の面内分布を均一化すること、あるいは、マニホールドと発電領域内とを連通するため連絡通路の構成が複雑化するのを回避するとともに流路抵抗を低減することという課題のうち、少なくともいずれか一方の課題を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１〜図４に本発明にかかる燃料電池システムの実施形態を示す。本実施形態における燃料電池システムは、膜−電極アッセンブリとセパレータとを積層することによってセルを構成し、該セルを複数積層することによってセルスタックを構成しているもので、本実施形態ではこのような燃料電池において、セパレータの縁辺に形成された凹部２６に断面の少なくとも一部が収まる板状のテンション部材（以下、テンションプレートともいう）２９を配置し、該テンションプレート２９を利用してセルスタックに対して積層方向への荷重を付与することとしている。
【００１６】
以下に説明する実施形態においては、まず、燃料電池１を構成するセル２の概略構成について説明し、その後、複数のセル２が積層されて構成される燃料電池１について説明する。
【００１７】
図１に本実施形態における燃料電池１のセル２の概略構成を示す。なお、このようなセル２によって構成される燃料電池１は、例えば燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）の車載発電システムとして利用可能なものであるがこれに限られることはなく、各種移動体（例えば船舶や飛行機など）やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の燃料電池としても用いることが可能である。
【００１８】
セル２は、膜−電極アッセンブリ（以下ＭＥＡ；Membrane Electrode Assemblyと呼ぶ）３０と、ＭＥＡ３０を挟持する一対のセパレータ２０ａ，２０ｂとで構成されている（図１参照）。ＭＥＡ３０および各セパレータ２０ａ，２０ｂはおよそ矩形の板状に形成されている。また、ＭＥＡ３０はその外形が各セパレータ２０ａ，２０ｂの外形よりも小さくなるように形成されている。さらに、ＭＥＡ３０と各セパレータ２０ａ，２０ｂとは、それらの間の周辺部を第１シール部材１３ａ、第２シール部材１３ｂとともにモールドされている。
【００１９】
ＭＥＡ３０は、高分子材料のイオン交換膜からなる高分子電解質膜（以下、単に電解質膜ともいう）３１と、電解質膜３１を両面から挟んだ一対の電極３２ａ，３２ｂ（アノードおよびカソード）とで構成されている。これらのうち、電解質膜３１は、各電極３２ａ，３２ｂよりも僅かに大きくなるように形成されている。この電解質膜３１には、その周縁部３３を残した状態で各電極３２ａ，３２ｂが例えばホットプレス法により接合されている。
【００２０】
ＭＥＡ３０を構成する電極３２ａ，３２ｂは、その表面に付着された白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材（拡散層）で構成されている。一方の電極（アノード）３２ａには燃料ガスとしての水素ガス、他方の電極（カソード）３２ｂには空気や酸化剤などの酸化ガスが供給され、これら２種類のガスによりＭＥＡ３０内で電気化学反応が生じてセル２の起電力が得られるようになっている。
【００２１】
セパレータ２０ａ，２０ｂは、ガス不透過性の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属（メタル）が挙げられる。本実施形態のセパレータ２０ａ，２０ｂの基材は板状のメタルで形成されているものであり（メタルセパレータ）、この基材の電極３２ａ，３２ｂ側の面には耐食性に優れた膜（例えば金メッキで形成された皮膜）が形成されている。
【００２２】
また、セパレータ２０ａ，２０ｂの両面には、複数の凹部によって構成される溝状の流路が形成されている。これら流路は、例えば板状のメタルによって基材が形成されている本実施形態のセパレータ２０ａ，２０ｂの場合であればプレス成形によって形成することができる。このようにして形成される溝状の流路は酸化ガスのガス流路３４や水素ガスのガス流路３５、あるいは冷却水流路３６を構成している。より具体的に説明すると、セパレータ２０ａの電極３２ａ側となる内側の面には水素ガスのガス流路３５が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている（図１参照）。同様に、セパレータ２０ｂの電極３２ｂ側となる内側の面には酸化ガスのガス流路３４が複数形成され、その裏面（外側の面）には冷却水流路３６が複数形成されている（図１参照）。例えば本実施形態の場合、セル２におけるこれらガス流路３４およびガス流路３５は互いに平行となるように形成されている。さらに、本実施形態においては、隣接する２つのセル２，２に関し、一方のセル２のセパレータ２０ａの外面と、これに隣接するセル２のセパレータ２０ｂの外面とを付き合わせた場合に両者の冷却水流路３６が一体となり断面が例えば矩形の流路が形成される構造となっている（図１参照）。なお、隣接するセル２，２のセパレータ２０ａとセパレータ２０ｂは、それらの間における周辺の部分がシール部材によりモールドされるようになっている。
【００２３】
また、セパレータ２０ａ，２０ｂの長手方向の端部付近（本実施形態の場合であれば、図１中向かって左側に示す一端部の近傍）には、酸化ガスの入口側のマニホールド１５ａ、水素ガスの出口側のマニホールド１６ｂ、および冷却水の出口側のマニホールド１７ｂが形成されている。例えば本実施形態の場合、これらマニホールド１５ａ，１６ｂ，１７ｂは各セパレータ２０ａ，２０ｂに設けられた略矩形ないしは台形の透孔によって形成されている（図１参照）。さらに、セパレータ２０ａ，２０ｂのうち反対側の端部には、酸化ガスの出口側のマニホールド１５ｂ、水素ガスの入口側のマニホールド１６ａ、および冷却水の入口側のマニホールド１７ａが形成されている。本実施形態の場合、これらマニホールド１５ｂ，１６ａ，１７ａも略矩形ないしは台形の透孔によって形成されている（図１参照）。
【００２４】
上述のような各マニホールドのうち、セパレータ２０ａにおける水素ガス用の入口側マニホールド１６ａと出口側マニホールド１６ｂは、セパレータ２０ａに溝状に形成されている入口側の連絡通路６１および出口側の連絡通路６２を介してそれぞれが水素ガスのガス流路３５に連通している。同様に、セパレータ２０ｂにおける酸化ガス用の入口側マニホールド１５ａと出口側マニホールド１５ｂは、セパレータ２０ｂに溝状に形成されている入口側の連絡通路６３および出口側の連絡通路６４を介してそれぞれが酸化ガスのガス流路３４に連通している（図１参照）。さらに、各セパレータ２０ａ，２０ｂにおける冷却水の入口側マニホールド１７ａと出口側マニホールド１７ｂは、各セパレータ２０ａ，２０ｂに溝状に形成されている入口側の連絡通路６５および出口側の連絡通路６６を介してそれぞれが冷却水流路３６に連通している。ここまで説明したような各セパレータ２０ａ，２０ｂの構成により、セル２には、酸化ガス、水素ガスおよび冷却水が供給されるようになっている。ここで具体例を挙げておくと、例えば水素ガスは、セパレータ２０ａの入口側マニホールド１６ａから連絡通路６１を通り抜けてガス流路３５に流入し、ＭＥＡ３０の発電に供された後、連絡通路６２を通り抜けて出口側マニホールド１６ｂに流出することになる。
【００２５】
第１シール部材１３ａ、第２シール部材１３ｂは、ともに枠状でありほぼ同一形状に形成されている部材である（図１参照）。これらのうち、第１シール部材１３ａはＭＥＡ３０とセパレータ２０ａとの間に設けられるもので、より詳細には、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ａのうちガス流路３５の周囲の部分との間に介在するように設けられる。また、第２シール部材１３ｂは、ＭＥＡ３０とセパレータ２０ｂとの間に設けられるもので、より詳細には、電解質膜３１の周縁部３３と、セパレータ２０ｂのうちガス流路３４の周囲の部分との間に介在するように設けられる。
【００２６】
さらに、隣接するセル２，２のセパレータ２０ｂとセパレータ２０ａとの間には、枠状の第３シール部材１３ｃが設けられている（図１参照）。この第３シール部材１３ｃは、セパレータ２０ｂにおける冷却水流路３６の周囲の部分と、セパレータ２０ａにおける冷却水流路３６の周囲の部分との間に介在するように設けられてこれらの間をシールする部材である。ちなみに、本実施形態のセル２においては、セパレータ２０ａ，２０ｂにおける流体の各種通路（３４〜３６，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，６１〜６６）のうち、各種流体の入口側のマニホールド１５ａ，１６ａ，１７ａおよび出口側のマニホールド１５ｂ，１６ｂ，１７ｂが、第１シール部材１３ａ、第２シール部材１３ｂや第３シール部材１３ｃの外側に位置する通路ということになる（図１参照）。
【００２７】
以上のように構成されたセル２は、複数積層されてスタック（セルスタック）３を構成する。また、このようにセル２が積層されて形成されたスタック３は、締結手段などを利用して積層方向への圧縮荷重を作用させることによって締め付けられる。ここで、本実施形態では、スタック３の両端を支持板８，９で挟むとともに、これら対向する支持板８，９どうしを繋ぐように板状のテンションプレート２９を配置し、該テンションプレート２９も使ってスタック３に対して積層方向へ荷重を作用させることとしている（図２参照）。
【００２８】
このような板状のテンション部材（テンションプレート）２９を採用した本実施形態の燃料電池１の利点について説明すると以下のとおりである。すなわち、従来のようにボルトを利用して圧縮荷重を作用させる構造、例えば対向する支持板８，９の四隅を４本のボルトで締め付ける構造だと、各ボルト間における圧縮荷重のバランスをとり難いためにバランスの偏りを生じやすいということがあったが、これに対し、本実施形態においては、対向する支持板８，９と支持板８，９とを繋ぐようにテンションプレート２９を配置し、該テンションプレート２９をも使って積層方向への圧縮荷重を作用させることとしている。この場合、従前よりも剛性の高い構成の締結手段を構築することができ、かかるテンションプレート２９を利用して支持板８，９間に圧縮荷重を作用させた場合、当該荷重のバランスをとりやすく、積層されている各セル２の面内に作用する締結荷重が不均一になるのを抑えやすいという利点がある。
【００２９】
さらに本実施形態では、セパレータ２０の縁辺に関し、上述したテンションプレート２９の少なくとも一部が収まるような凹部２６が形成された形状としている（図２参照）。こうした場合、当該凹部２６中にテンションプレート２９の少なくとも一部が収まるから、締結手段を一体にした状態で表面の凹凸の少ないスタック３を構成することが可能となる。
【００３０】
ここで、このような凹部２６は、例えばセパレータ２０の四隅から当該セパレータ２０の外側に向かって突出するようにコーナ部２５を形成し、２つのコーナ部２５によって挟まれたスペースを利用して形成することができる（図２参照）。このようにセパレータ２０の一部を突出させて凹部２６を形成する手法によれば、例えば既に設計されて実用化されているようなセパレータ２０に対しても適用しやすいという利点がある。すなわち、従来のセパレータ２０の外部にコーナ部２５を追加した形状ないしは構造となるから大幅な設計変更を伴わずに済むし、流体流路の変更や修正も必要ない。
【００３１】
例えば本実施形態では、セパレータ２０の四隅から当該セパレータ２０の幅方向に突出するようにコーナ部２５を形成することとしている（図１、図２参照）。ここでいう幅方向とはセパレータ２０の形状等において異なりうるが、例えば各流体の流れる方向（一端のマニホールド１５ａ，１６ｂ，１７ｂから他端のマニホールド１５ｂ，１６ａ，１７ａへと向かう方向）が長手方向と一致している本実施形態のセパレータ２０の場合であれば短手方向、つまり流体流れの左右両方向である。ただし、本実施形態においては幅方向が当該セパレータ２０の短手方向と一致していたがこれは一例に過ぎず、このように短手方向に一致していなくても構わない。
【００３２】
また、上述のようなコーナ部２５の形状も特に限定されるものではないが、例えば本実施形態では凹部２６を構成する辺を斜辺とし、幅方向に突出するに従い幅狭となるような台形状としている（図１、図２参照）。こうした場合、各コーナ部２５は根元ほど幅広となるため強度（例えば曲げ強度）という面で有利となりうる。また、本実施形態では四隅の各コーナ部２５を互いに線対称ないしは点対称の同形状に形成しているが、これらコーナ部２５の形状や大きさを互いに異ならせることも可能である。一例を挙げれば、流体流路（ガス流路３４，３５、冷却水流路３６）を挟んだ左右にてコーナ部２５の大きさや形状、ひいては凹部２６の大きさや形状を異ならせることも可能である。
【００３３】
さらに、本実施形態においては、テンションプレート２９の外面２９ａと各コーナ部２５の外面２５ａとが面一になるようにしている（図２参照）。こうした場合には、幅方向両側に形成された各凹部２６にテンションプレート２９が完全に収まる状態とすることができるから、テンションプレート２９を含めた状態でのスタック３の断面形状を矩形あるいはこれに近似した形状とし、スタック全体形状を例えば直方体あるいはこれに近似した形状とすることが可能となる。こうした場合、当該スタック３の外面ないしは外郭から突出する部位がなくなることから移動体等に収容しやすく、扱いやすい燃料電池１を形成しやすくなる等の点で好ましい。
【００３４】
加えて、本実施形態においては、セパレータ２０のうち、テンションプレート２９によって挟まれた領域からはみ出た部分の縁に沿うようにして反応ガス（酸化ガスおよび水素ガス）ならびに冷却水の各流体用のマニホールド１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂを設けている（図２参照）。また、セル２に形成されている反応ガスの流路（酸化ガスのガス流路３４、水素ガスのガス流路３５）のうち、少なくともＭＥＡ３０と対向する部分が上述のテンションプレート２９によって挟まれた領域内に位置するようにしている（図２参照）。セパレータ２０のうち水素ガスや酸化ガス用の流路が形成されている部分は特に発電に寄与する部分であるのに対し、このように当該部分を所定領域内に含めるようにした本実施形態の燃料電池１によれば、当該発電に寄与する部分に対する締結力を均一化することが可能となっている。
【００３５】
ここで、上述したセパレータ２０の形状と各マニホールド１５ａ〜１７ｂの配置については以下のようになっていることが好ましい。すなわち、セパレータ２０が、略矩形状の領域および該矩形状領域から当該セパレータ２０の面方向に突出するように形成されたはみ出し領域（本実施形態の場合、例えばコーナ部２５）とからなる場合、当該コーナ部（はみ出し領域）２５内に一部が位置するマニホールド１５ａ〜１７ｂは、少なくとも他の一部が矩形状領域に位置していることである（図２参照）。
【００３６】
例えば、従前の燃料電池にみられたように、セパレータ２０のうち矩形状の領域からはみ出た部分（はみ出し領域）内にマニホールドの全部が収容された構成となっていると構成上好ましくない（図３参照）。すなわち、当該マニホールド（図３中では符号１５’で示す）３４とＭＥＡが設けられた発電領域内とを連通するための連絡通路（図３中では符号６４’で示す）が、流れの方向を変換する部分を要するため複雑化するとともに、当該連絡通路６４’の長さが長くなるため流路抵抗を招きかねない（図３参照）。
【００３７】
これに対し、本実施形態における燃料電池１の場合、セパレータ２０のうち矩形状の領域からはみ出たはみ出し領域（コーナ部２５）は、例えばマニホールド１５ｂをすべて収容することはなく、当該マニホールド１５ｂの一部しか収容していない。このため、発電領域とマニホールド１５ｂとの連絡通路（例えば連絡通路６４）の構成を簡略化するとともに当該連絡通路の流路長を短くすることが可能である（図２参照）。このことは、他のマニホールドおよび連絡通路についても同様である。
【００３８】
ここで、上述した構成の本実施形態の燃料電池１は、セル（単セル）２が積層されたスタック構造となっている、この燃料電池１は、複数のセル２を積層したスタック３を有し、スタック３の両端に位置するセル２，２の外側に順次、出力端子（図示省略）付きの集電板４，５、絶縁板６，７およびエンドプレート８，９が各々配置された構造となっている。また、燃料電池１は、例えば両エンドプレート８，９間を架け渡すようにして配置されたテンションプレート２９が各エンドプレート８，９にボルト２７等で固定されることにより、セル２の積層方向に所定の締結力がかかった状態となっている。
【００３９】
あるいは、ばね等の弾性部材（付勢手段）１１を利用して所定の締結力（圧縮力）を作用させることとしてもよい。一例として図４に示す燃料電池１は、スタック３と、第１の集電板４と、第２の集電板５と、第１のインシュレータ６と、第２のインシュレータ７と、第１のプレッシャープレート（支持板）８と、第２のプレッシャープレート（支持板）９と、プレッシャープレート１０と、弾性部材１１と、ボルト２７と、ナット２８と、テンションプレート２９とを有している（図４参照）。スタック３は、積層された複数のセル２、第１の集電板４、第１のインシュレータ６、第２の集電板５、第２のインシュレータ７によって構成されている（図４参照）。
【００４０】
第１の集電板４は、セル２の積層方向における一端と電気的に直接接続するための端子であり、第２の集電板５は、セル２の積層方向における他端と電気的に直接接続するための端子である。第１のインシュレータ６は、第１の集電板４と第１のプレッシャープレート８との間を絶縁する絶縁体であり、第２のインシュレータ７は、第２の集電板５とプレッシャープレート１０との間を電気的に絶縁する絶縁体である。
【００４１】
第１のプレッシャープレート８は、スタック３側からの圧縮荷重を受けるプレートであり、第１のプレッシャープレート８の側端にボルト２７と螺合する複数の孔（図示せず）を有している。第１のプレッシャープレート８の外側の面には、例えば酸化ガスの供給口８ａおよび排気口８ｂ、燃料ガスの供給口８ｃおよび排気口８ｄが設けられている。
【００４２】
第２のプレッシャープレート９は、プレッシャープレート１０と間隔をおいて配置されたプレートであり、テンションプレート２９のロッド部２９ａが貫通する複数の孔（図示せず）を有している。この第２のプレッシャープレート９は、弾性部材１１による押圧力を受ける。
【００４３】
プレッシャープレート１０は、弾性部材１１による押圧力によってスタック３を第１のプレッシャープレート８側に押付けるプレートである。
【００４４】
弾性部材１１は、プレッシャープレート１０を介してスタック３に押圧力を付与するための弾性体であり、第２のプレッシャープレート９とプレッシャープレート１０との間に複数（例えば４つ）配置されている。このような弾性部材１１としては、例えば圧縮コイルスプリングや皿ばね等を用いることができる。
【００４５】
テンションプレート２９は、第１のプレッシャープレート８と第２のプレッシャープレート９を締結するための平板状のプレートとして設けられている。ここで示しているテンションプレート２９は、スタック３の外側で積層方向に配置され、ボルト２７にて第１のプレッシャープレート８の側端に締結するための複数の孔（図示せず）を有し、第２のプレッシャープレート９の孔（図示せず）を貫通するロッドが溶接された複数のロッド部２９ａを有する。テンションプレート２９は、例えば２枚で一対とされ、スタック３を挟んで対向するように配置されている（図４参照）。
【００４６】
ボルト２７は、テンションプレート２９を第１のプレッシャープレート８に取り付けるための取付部材であり、テンションプレート２９の孔（図示せず）を貫通し、第１のプレッシャープレート８の側端の孔（図示せず）で螺合する。ナット２８は、弾性部材１１によって押圧された第２のプレッシャープレート９を受けるための部材であり、第２のプレッシャープレート９の孔（図示せず）を貫通したロッド部２９ａの先端で螺合する。
【００４７】
なお、スタック３には、燃料電池１の運転状態を監視し制御するためにセル２の電圧を測定するためのセルモニタ（図示省略）が設けられている。燃料電池１においては、この電圧測定結果に基づく出力等の制御が行われる。なお、図４においては集電板として２個を例示したが（符号４，５で示した集電板）、このようなセルモニタによる電圧監視を実行するためには、セル積層方向に沿った所定の複数箇所にさらに別の出力端子（および集電板）をあらかじめ設けておき、セル電圧を監視しながらこれら別の出力端子に切り換えられるようにしておくことが望ましい。
【００４８】
以上、ここまで説明した本実施形態の燃料電池１によれば、積層されてスタック３を構成している各セル２の面に作用する締結力の面内分布を均一化（ないしは均質化）することが可能である。すなわち、上述した燃料電池１においては、板状のテンション部材（テンションプレート）２９で第１のプレッシャープレート８と第２のプレッシャープレート９とを締結しているため、捻りに対する剛性、曲げ剛性に優れ、ねじれに対する抵抗力が大きいという利点がある。このため、剛性の高い締結手段を構成できるから、エンドプレート（支持板）８，９間に作用させる圧縮荷重のバランスをとり、積層されている各セル２の面内に作用する締結荷重を均一にすることが可能である。
【００４９】
このように各セル２の面内にて作用する荷重を均一にした場合の利点としては以下のようなことを挙げることができる。すなわち、例えば固体高分子電解質形燃料電池において、アノード側では、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動するとともに、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子（隣接のＭＥＡ３０のアノードで生成した電子がセパレータ２０を通ってくる）から水を生成する反応が行われる。このような電気化学反応が正常に行われるには、スタック３の締結荷重がスタック３の電極部の横断面全域にわたって均一で、しかも大きく変動しないことが必要である。また、カソードでの水生成反応では熱が出るので、セパレータ２０間には、各セル２にあるいは複数個のセル２毎に、冷却媒体（通常は冷却水）が流れる流路が形成されており、燃料電池１を冷却している。そのため、燃料電池１の環境温度は、運転停止時の周囲温度（例えば、２０℃）と運転時の冷却媒体温度（例えば、約８０℃）との間に繰り返し変化し、それによって締結荷重も変動する。また、膜や電極のクリープ現象によっても荷重は変わりうる。このような状況に対し、本実施形態で説明した燃料電池１によればセル面内荷重をより均一にすることができるから、電池内における電気化学反応をより正常な状態で継続させうるという点で有利である。
【００５０】
以上に加え、本実施形態の燃料電池１においては、テンションプレート２９の外面２９ａと各コーナ部２５の外面２５ａとが面一になるようにしているから、各凹部２６にテンションプレート２９を収めた状態とすることができる（図２参照）。また、これにより、スタック３の外面ないしは外郭から突出する部位をなくし、扱いやすい燃料電池１とすることも可能である。
【００５１】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述した実施形態では各流体流路がストレート流路であるものを例示したが（図１参照）、これに限らず、例えばサーペンタイン流路であってももちろん本発明の適用が可能である。
【００５２】
また、本実施形態では板状のテンション部材２９の好例としてテンションプレートを例示したがこのような板状のものに限られるわけではない。例えば矩形のフレームに斜交い等が設けられた部材であっておよそ板状でない場合であっても、板状と同程度の剛性を有するものであればテンションプレートと同様にテンション部材２９として適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態を示す分解斜視図で、本実施形態における燃料電池のセルを分解して示すものである。
【図２】セパレータの外形形状の一例、および当該セパレータの凹部に収まるテンションプレートの一例を示す概略断面図である。
【図３】セパレータのうち矩形状の領域からはみ出た部分内にマニホールドの全部が収容されている場合の当該構造部分を示す参考図である。
【図４】テンションプレート等によって構成される締結手段の一例を示す燃料電池の側面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…燃料電池、２…セル、３…スタック（セルスタック）、２０…セパレータ、２５…コーナ部（はみ出し領域）、２５ａ…コーナ部の外面、２６…凹部、２９…テンションプレート（テンション部材）、２９ａ…テンションプレート（テンション部材）の外面、３０…ＭＥＡ（膜−電極アッセンブリ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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