(57)【要約】【課題】特に締め付け構造部品を不要にし、所望の燃料電池スタックを良好且つ効率的に組み立てることを可及的に抑制する。【解決手段】燃料電池スタック１０の組み立て方法では、基台プレート６４上に基準シム部材２４ａを介して半数の燃料電池１２、第２ターミナルプレート１４ｂ、第２絶縁プレート１６ｂ及び第２エンドプレート１８ｂが積層される。次いで、積層された燃料電池１２の積層方向の長さｈが測定される。この長さｈから積層体全長が推定され、推定された前記積層体全長に基づいて、基準シム部材２４ａの厚さが設定される。【選択図】図６
2016062852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層された積層体の積層方向両端に、外方に向かってターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設されるとともに、前記エンドプレート間には、前記積層体の積層方向中央に積層荷重調整用シム部材が配置される燃料電池スタックの組み立て方法であって、
一方の前記エンドプレート、一方の前記絶縁プレート、一方の前記ターミナルプレート及び前記積層体の半数の前記燃料電池を積層して半積層ユニットを得る工程と、
前記半積層ユニットの少なくとも積層された前記燃料電池の積層方向の長さを測定する工程と、
測定された該半積層ユニットの長さから前記積層体の前記積層方向の全長を推定し、推定された前記全長から前記シム部材の厚さを設定する工程と、
設定された厚さを有する前記シム部材を、前記半積層ユニットに配置する工程と、
前記シム部材に残り半数の前記燃料電池を積層して前記積層体を得、さらに前記積層体に他方の前記ターミナルプレート、他方の前記絶縁プレート及び他方の前記エンドプレートを積層する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。
【請求項２】
請求項１記載の組み立て方法において、前記半積層ユニットを得る工程では、半数の前記燃料電池を重力方向に沿って積層した後、最上位の前記燃料電池上に、一方の前記ターミナルプレート、一方の前記絶縁プレート及び一方の前記エンドプレートの順に積層することを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の組み立て方法において、前記エンドプレート間に連結部材を固定することにより、該エンドプレート間の離間間隔を一定に保持した燃料電池スタックを得る工程を有することを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の両側に電極が設けられた電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有し、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックの組み立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面側にアノード電極が、他方の面側にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セルを構成している。燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層し、積層方向両端にエンドプレートを配設することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両に組み込まれている。
【０００３】
燃料電池スタックを組み立てる際には、例えば、スタッドボルトを鉛直姿勢に配置し、前記スタッドボルトを介して電解質膜・電極構造体及びセパレータを重力方向に、順次、積層している。その際、車載用燃料電池スタックでは、相当に多数の発電セルが積層されている。このため、多数の発電セルが積層された積層体は、積層方向に対して曲がった形状（発電セル同士が互いにずれた形状）を有するおそれがある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池スタックの製造方法が知られている。この製造方法では、積層体の積層方向における中間位置に中間プレートを設け、該中間プレートに前記積層方向に沿ってボルト部材を前記積層方向に直交する方向の移動を規制した状態で設けている。そして、中間プレートの一方の面を上面とし、該上面上に単位燃料電池セル及びセパレータを縦方向に積層している。さらに、上下を反転させることで、中間プレートの他方の面を上面とし、該上面上に単位燃料電池セル及びセパレータを縦方向に積層している。
【０００５】
このため、中間プレートに対して両側に積層体を分割して積層させるため、単位燃料電池セル及びセパレータの厚さ方向に累積する形状誤差を実質的に半分程度に抑えることができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５９２９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記の燃料電池スタックでは、積層方向両側に締め付け構造部が設けられている。締め付け構造部は、構造部品として各スタッドボルトを挿通させるバックアッププレートと、前記バックアッププレートとエンドプレートとの間に介装される皿ばねとを有している。
【０００８】
本発明は、この種の燃料電池スタックに関連してなされたものであり、特別な締め付け構造部品を不要にし、所望の燃料電池スタックを良好且つ効率的に組み立てることが可能な燃料電池スタックの組み立て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】
【０００９】
本発明に係る燃料電池スタックの組み立て方法は、電解質膜の両側に一対の電極が設けられる電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される燃料電池を有している。複数の燃料電池が積層された積層体の積層方向両端には、外方に向かってターミナルプレート、絶縁プレート及びエンドプレートが配設されている。その際、エンドプレート間には、積層体の積層方向中央に積層荷重調整用シム部材が配置されている。
【００１０】
この組み立て方法は、一方のエンドプレート、一方の絶縁プレート、一方のターミナルプレート及び積層体の半数の燃料電池を積層して半積層ユニットを得た後、前記半積層ユニットの少なくとも積層された前記燃料電池の積層方向の長さを測定している。そして、測定された半積層ユニットの長さから積層体の積層方向の全長を推定し、推定された前記全長からシム部材の厚さを設定している。
【００１１】
次いで、設定された厚さを有するシム部材を、半積層ユニットに配置した後、前記シム部材に残り半数の燃料電池を積層して積層体を得ている。さらに、積層体には、他方のターミナルプレート、他方の絶縁プレート及び他方のエンドプレートが積層されている。
【００１２】
また、半積層ユニットを得る工程では、半数の燃料電池を重力方向に沿って積層した後、最上位の前記燃料電池上に、一方のターミナルプレート、一方の絶縁プレート及び一方のエンドプレートの順に積層することが好ましい。
【００１３】
さらに、この組み立て方法では、エンドプレート間に連結部材を固定することにより、該エンドプレート間の離間間隔を一定に保持した燃料電池スタックを得る工程を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、積層体の半数の燃料電池が積層された状態で、積層方向の長さが測定され、この測定された長さから推定される積層体の全長に基づいて、シム部材の厚さが設定されている。このため、簡単な構成で、積層体の積層精度を向上させることができ、所望の燃料電池スタックを良好且つ効率的に組み立てることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの第１エンドプレート側からの概略斜視説明図である。
【図２】前記燃料電池スタックの一部断面側面図である。
【図３】前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の要部分解斜視説明図である。
【図４】前記燃料電池スタックの組み立て方法において、基台プレート上にノックピンが配置された状態の説明図である。
【図５】前記組み立て方法において、基台プレート上に半数の前記燃料電池、一方のターミナルプレート、一方の絶縁プレート及び一方のエンドプレートが積層された状態の説明図である。
【図６】前記組み立て方法において、半数の前記燃料電池の積層方向の長さを測定する際の説明図である。
【図７】前記組み立て方法において、図６で組み立てられた半積層ユニットが反転される際の説明図である。
【図８】前記組み立て方法において、前記半積層ユニット上に、厚さが設定されたシム部材を配置する際の説明図である。
【図９】前記組み立て方法において、前記半積層ユニット上に、残り半数の前記燃料電池が積層されて前記燃料電池スタックが組み立てられた際の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、例えば、図示しない燃料電池電気自動車に搭載される。燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池１２が電極面を立位姿勢にして水平方向（矢印Ｂ方向）に積層される積層体１３を備える。なお、複数の燃料電池１２を重力方向（矢印Ｃ方向）に積層して燃料電池スタック１０を構成してもよい。
【００１７】
積層体１３の積層方向一端には、第１ターミナルプレート１４ａ、第１絶縁プレート１６ａ及び第１エンドプレート１８ａが、外方に向かって、順次、配設される。積層体１３の積層方向他端には、第２ターミナルプレート１４ｂ、第２絶縁プレート１６ｂ及び第２エンドプレート１８ｂが、外方に向かって、順次、配設される。
【００１８】
図２に示すように、第１絶縁プレート１６ａの中央には、凹部１６ａｒを介して第１ターミナルプレート１４ａが収容される。第１ターミナルプレート１４ａに接続された第１出力端子２０ａは、第１エンドプレート１８ａの外方に延在する。第２絶縁プレート１６ｂの中央には、凹部１６ｂｒを介して第２ターミナルプレート１４ｂが収容される。第２ターミナルプレート１４ｂに接続された第２出力端子２０ｂは、第２エンドプレート１８ｂの外方に延在する。
【００１９】
図１に示すように、第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとの各辺間には、連結バー２２の両端がねじ２３により固定され、複数の積層された燃料電池１２に積層方向（矢印Ｂ方向）の締め付け荷重を付与する。第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとは、互いの離間距離が一定に保持された状態で、固定される。
【００２０】
燃料電池スタック１０は、積層体１３内の積層方向の任意の位置に、例えば、前記積層体１３の積層方向中央に、導電性を有するシム部材２４が介装される。シム部材２４は、燃料電池１２と同一の外形寸法を有するとともに、第１エンドプレート１８ａ及び第２エンドプレート１８ｂと同一の材料で構成することができる。
【００２１】
図２及び図３に示すように、燃料電池１２は、電解質膜・電極構造体２６と、前記電解質膜・電極構造体２６を挟持する第１金属セパレータ２８及び第２金属セパレータ３０とを備える。
【００２２】
第１金属セパレータ２８及び第２金属セパレータ３０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第１金属セパレータ２８及び第２金属セパレータ３０は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、第１金属セパレータ２８及び第２金属セパレータ３０に代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
【００２３】
図３に示すように、第１金属セパレータ２８及び第２金属セパレータ３０は、横長形状を有するとともに、長辺が水平方向（矢印Ａ方向）に延在し且つ短辺が重力方向（矢印Ｃ方向）に延在するように構成される。なお、短辺が水平方向に延在し且つ長辺が重力方向に延在するように構成してもよい。
【００２４】
燃料電池１２の長辺方向（矢印Ａ方向）の一端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、酸化剤ガス供給連通孔３２ａ及び燃料ガス供給連通孔３４ａが設けられる。酸化剤ガス供給連通孔３２ａは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、燃料ガス供給連通孔３４ａは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給する。
【００２５】
燃料電池１２の長辺方向の他端縁部には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、燃料ガスを排出する燃料ガス排出連通孔３４ｂ及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出連通孔３２ｂが設けられる。
【００２６】
燃料電池１２の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部一方側（酸化剤ガス供給連通孔３２ａ側）には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、上下２つ（一対）の冷却媒体供給連通孔３６ａが設けられる。冷却媒体供給連通孔３６ａは、冷却媒体を供給するとともに、後述する冷却媒体流路４８を流路幅方向（矢印Ｃ方向）に挟んで上下に設けられる。
【００２７】
燃料電池１２の短辺方向の両端縁部他方側（酸化剤ガス排出連通孔３２ｂ側）には、矢印Ｂ方向に互いに連通して、上下２つ（一対）の冷却媒体排出連通孔３６ｂが設けられる。冷却媒体排出連通孔３６ｂは、冷却媒体を排出するとともに、冷却媒体流路４８を流路幅方向に挟んで上下に設けられる。
【００２８】
シム部材２４には、図示しないが、酸化剤ガス供給連通孔３２ａ、酸化剤ガス排出連通孔３２ｂ、燃料ガス供給連通孔３４ａ、燃料ガス排出連通孔３４ｂ、冷却媒体供給連通孔３６ａ及び冷却媒体排出連通孔３６ｂが設けられる。
【００２９】
図２及び図３に示すように、電解質膜・電極構造体２６は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜３８と、前記固体高分子電解質膜３８を挟持するカソード電極４０及びアノード電極４２とを備える。
【００３０】
カソード電極４０及びアノード電極４２は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）を有する。白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子は、ガス拡散層の表面に一様に塗布されて電極触媒層（図示せず）が形成される。電極触媒層は、固体高分子電解質膜３８の両面に形成される。
【００３１】
第１金属セパレータ２８の電解質膜・電極構造体２６に向かう面２８ａには、酸化剤ガス供給連通孔３２ａと酸化剤ガス排出連通孔３２ｂとを連通する酸化剤ガス流路４４が形成される。酸化剤ガス流路４４は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。
【００３２】
第２金属セパレータ３０の電解質膜・電極構造体２６に向かう面３０ａには、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとを連通する燃料ガス流路４６が形成される。燃料ガス流路４６は、矢印Ａ方向に延在する複数本の波状流路溝（又は直線状流路溝）により形成される。
【００３３】
第２金属セパレータ３０の面３０ｂと隣接する第１金属セパレータ２８の面２８ｂとの間には、冷却媒体供給連通孔３６ａ、３６ａと冷却媒体排出連通孔３６ｂ、３６ｂとに連通する冷却媒体流路４８が形成される。冷却媒体流路４８は、水平方向に延在しており、電解質膜・電極構造体２６の電極範囲にわたって冷却媒体を流通させる。
【００３４】
第１金属セパレータ２８の面２８ａ、２８ｂには、この第１金属セパレータ２８の外周端縁部を周回して第１シール部材５０が一体成形される。第２金属セパレータ３０の面３０ａ、３０ｂには、この第２金属セパレータ３０の外周端縁部を周回して第２シール部材５２が一体成形される。
【００３５】
第１シール部材５０及び第２シール部材５２としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
【００３６】
図３に示すように、燃料電池１２の長辺方向の一端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔３２ａと燃料ガス供給連通孔３４ａとの間に位置して第１ノック孔５４ａが形成される。燃料電池１２の長辺方向の他端縁部には、酸化剤ガス排出連通孔３２ｂと燃料ガス排出連通孔３４ｂとの間に位置して第２ノック孔５４ｂが形成される。シム部材２４、第１絶縁プレート１６ａ、第１エンドプレート１８ａ、第２絶縁プレート１６ｂ及び第２エンドプレート１８ｂには、それぞれ第１ノック孔５４ａと第２ノック孔５４ｂとが形成される。
【００３７】
図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１０には、第１エンドプレート１８ａから第２エンドプレート１８ｂを貫通して、すなわち、第１ノック孔５４ａに一体に挿入されて第１ノックピン５６ａが配置される。燃料電池スタック１０には、第２ノック孔５４ｂに一体に挿入されて第２ノックピン５６ｂが配置される。第１ノックピン５６ａ及び第２ノックピン５６ｂは、好ましくは、ＳＵＳ（ステンレス）、アルミニウム、鉄、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂、カーボン等で形成される。なお、第１ノックピン５６ａ及び第２ノックピン５６ｂの表面には、絶縁性被膜を設けることが好ましい。
【００３８】
第１ノックピン５６ａの両端縁部には、ねじ部５６ａｓが設けられる一方、第２ノックピン５６ｂの両端縁部には、ねじ部５６ｂｓが設けられる。各ねじ部５６ａｓにナット５８ａが螺合するとともに、各ねじ部５６ｂｓにナット５８ｂが螺合する。
【００３９】
シム部材２４の一方の面には、第１金属セパレータ２８が当接するとともに、前記シム部材２４の他方の面には、第２金属セパレータ３０が当接する。シム部材２４と第１金属セパレータ２８との間、及び前記シム部材２４と第２金属セパレータ３０との間には、それぞれ冷却媒体流路４８が形成される。
【００４０】
図２に示すように、シム部材２４の一方の鉛直面には、第１ノックピン５６ａに当接する固定ねじ（イモネジ）５９ａがねじ込まれるねじ穴２４ｈａが形成される。シム部材２４の他方の鉛直面には、第２ノックピン５６ｂに当接する固定ねじ（イモネジ）５９ｂがねじ込まれるねじ穴２４ｈｂが形成される。
【００４１】
図１に示すように、第１エンドプレート１８ａの長辺方向一端部には、酸化剤ガス供給マニホールド６０ａ及び燃料ガス供給マニホールド６２ａが設けられる。第１エンドプレート１８ａの長辺方向他端部には、酸化剤ガス排出マニホールド６０ｂ及び燃料ガス排出マニホールド６２ｂが設けられる。酸化剤ガス供給マニホールド６０ａと酸化剤ガス排出マニホールド６０ｂとは、酸化剤ガス供給連通孔３２ａと酸化剤ガス排出連通孔３２ｂとに連通する。燃料ガス供給マニホールド６２ａと燃料ガス排出マニホールド６２ｂとは、燃料ガス供給連通孔３４ａと燃料ガス排出連通孔３４ｂとに連通する。
【００４２】
第２エンドプレート１８ｂには、図示しないが、上下の冷却媒体供給連通孔３６ａに一体に連通する冷却媒体供給マニホールドと、上下の冷却媒体排出連通孔３６ｂに一体に連通する冷却媒体排出マニホールドとが設けられる。
【００４３】
このように構成される燃料電池スタック１０を組み立てる本実施形態に係る組み立て方法について、以下に説明する。
【００４４】
先ず、図４に示すように、基台プレート６４が用意される。基台プレート６４は、燃料電池１２よりも大きな外形寸法を有し、第１ノックピン５６ａ、第２ノックピン５６ｂ及び第１出力端子２０ａ（第２出力端子２０ｂ）に対応してそれぞれ孔部６４ａが形成される。
【００４５】
基台プレート６４上には、基準シム部材２４ａが載置される。基準シム部材２４ａは、予め規定の厚さに設定されており、燃料電池１２の外形形状と同一の外形形状、すなわち、長方形状を有する。基台プレート６４の孔部６４ａには、第１ノックピン５６ａ及び第２ノックピン５６ｂが略中間長さまで挿入される。基準シム部材２４ａの側方に形成されたねじ穴２４ｈａ、２４ｈｂには、固定ねじ５９ａ、５９ｂがねじ込まれることにより、第１ノックピン５６ａ及び第２ノックピン５６ｂが前記基準シム部材２４ａに固定される。
【００４６】
次いで、図５に示すように、基準シム部材２４ａ上には、燃料電池１２が燃料電池スタック１０を構成する積層体１３の半数だけ重力方向に沿って積層される。その際、各燃料電池１２は、それぞれ図示しない固定手段により一体的に固定され、前記燃料電池１２毎に、第１ノックピン５６ａ及び第２ノックピン５６ｂに挿入される。
【００４７】
積層体１３の半数の燃料電池１２が、基準シム部材２４ａ上に水平積層される。そして、最上位の燃料電池１２上には、第２ターミナルプレート（一方のターミナルプレート）１４ｂ、第２絶縁プレート（一方の絶縁プレート）１６ｂ及び第２エンドプレート（一方のエンドプレート）１８ｂが、順次、積層される。
【００４８】
図６に示すように、第１ノックピン５６ａの上端に設けられているねじ部５６ａｓにナット５８ａが螺合される一方、第２ノックピン５６ｂの上端に設けられているねじ部５６ｂｓにナット５８ｂが螺合される。このため、半積層ユニット６６が得られる。半積層ユニット６６では、少なくとも積層体１３の半数の燃料電池１２の積層方向の長さｈが、図示しない測長器により測定される。
【００４９】
ここで、半積層ユニット６６では、積層体１３の半数の燃料電池１２の積層方向の長さｈが測定されている。そして、測定された長さｈから、残りの半数の燃料電池１２を加えた積層体１３全体の積層方向の長さ（全長）が推定される。この推定された積層体１３の全長に対応して、シム部材２４の厚さｔ（図８）が設定される。
【００５０】
積層体１３に使用される複数の燃料電池１２は、通常、同一のロットで製造された部品により構成されている。従って、半数の燃料電池１２の積層方向の長さｈを測定すれば、残り半数の燃料電池１２の積層方向の長さも、同様に長さｈと推定することができ、積層体１３の全長を正確に推定することが可能になる。
【００５１】
なお、基準シム部材２４ａの厚さは、予め設定されている。従って、基台プレート６４の上面から最上位の燃料電池１２までの長さを測定し、長さｈを算出してもよい。あるいは、基台プレート６４（厚さは予め設定されている）の下面から最上位の燃料電池１２までの長さを測定してもよい。
【００５２】
さらにまた、半積層ユニット６６全体の積層方向の長さを検出し、その検出長さから、基準シム部材２４ａの厚さ、第２絶縁プレート１６ｂの厚さ及び第２エンドプレート１８ｂの厚さを除くことにより、長さｈを算出してもよい。
【００５３】
そして、半積層ユニット６６は、一対の仮止めバンド６８により仮止めされた状態で、上下反転された後、図７に示すように、第２エンドプレート１８ｂが基台プレート６４上に載置される。基台プレート６４では、孔部６４ａから下方に突出するねじ部５６ａｓ、５６ｂｓの端部に前記孔部６４ａよりも大径な固定ナット７０ａ、７０ｂが螺合される。従って、第１ノックピン５６ａ及び第２ノックピン５６ｂは、基台プレート６４に固定される。
【００５４】
基準シム部材２４ａでは、固定ねじ５９ａ、５９ｂが弛緩されて第１ノックピン５６ａ及び第２ノックピン５６ｂから離脱された後、前記基準シム部材２４ａが半積層ユニット６６から取り出される。
【００５５】
次に、図８に示すように、厚さｔが設定されたシム部材２４は、最上位の燃料電池１２上に配置される。シム部材２４は、ねじ穴２４ｈａ、２４ｈｂに固定ねじ５９ａ、５９ｂが螺合することにより、第１ノックピン５６ａ及び第２ノックピン５６ｂに固定される。そこで、シム部材２４上には、積層体１３の残りの半数の燃料電池１２が重力方向に沿って積層される（水平積層）。このため、図９に示すように、基台プレート６４上には、シム部材２４を中間に配置した積層体１３が得られる。
【００５６】
積層体１３上には、第１ターミナルプレート（他方のターミナルプレート）１４ａ、第１絶縁プレート（他方の絶縁プレート）１６ａ及び第１エンドプレート（他方のエンドプレート）１８ａが、順次、積層される。第１ノックピン５６ａの上端のねじ部５６ａｓには、ナット５８ａが螺合される一方、第２ノックピン５６ｂの上端のねじ部５６ｂｓには、ナット５８ｂが螺合される。
【００５７】
さらに、第１ノックピン５６ａ及び第２ノックピン５６ｂの下端に螺合する固定ナット７０ａ、７０ｂが取り外され、燃料電池スタック１０が基台プレート６４から離脱された後、９０°反転される。その際、第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとは、連結バー２２がねじ止めされることにより、互いの離間間隔を一定に保持した燃料電池スタック１０が得られる（図１参照）。
【００５８】
この場合、本実施形態では、先ず、積層体１３を構成する燃料電池１２の半数の前記燃料電池１２が積層された半積層ユニット６６が得られている。そして、この半積層ユニット６６の積層方向の長さ、例えば、積層された燃料電池１２の積層方向の長さｈが測定され、この測定された長さｈから前記積層体１３の全長が推定される。
【００５９】
そして、推定された積層体１３の全長に基づいて、シム部材２４の厚さｔが設定され、この厚さｔを有する前記シム部材２４が、積層体１３の積層方向中央部に配置されている。具体的には、燃料電池スタック１０は、第１エンドプレート１８ａと第２エンドプレート１８ｂとの離間距離が一定に維持されており、積層体１３の全長が変動すると、前記積層体１３に付与される積層方向の締め付け荷重が変動する。
【００６０】
従って、積層体１３の全長の変動に応じて、積層荷重調整用のシム部材２４の厚さｔが設定されることにより、前記積層体１３を構成する各燃料電池１２には、所望の積層荷重（締め付け荷重）を付与することが可能になる。その際、積層体１３の全長に対応するシム部材２４の厚さｔと前記積層体１３に付与される積層荷重との関係は、予めマップ等により設定されていることが好ましい。
【００６１】
これにより、簡単な構成で、積層体１３の積層精度を向上させることができ、所望の燃料電池スタック１０を良好且つ効率的に組み立てることが可能になるという効果が得られる。しかも、燃料電池スタック１０には、特別な締め付け構造部品が不要になり、部品点数が削減されるとともに、経済的である。
【００６２】
次いで、燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００６３】
先ず、図１に示すように、第１エンドプレート１８ａの酸化剤ガス供給マニホールド６０ａから酸化剤ガス供給連通孔３２ａには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。第１エンドプレート１８ａの燃料ガス供給マニホールド６２ａから燃料ガス供給連通孔３４ａには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。
【００６４】
一方、第２エンドプレート１８ｂの冷却媒体供給マニホールド（図示せず）から上下一対の冷却媒体供給連通孔３６ａには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
【００６５】
このため、図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３２ａから第１金属セパレータ２８の酸化剤ガス流路４４に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路４４に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２６のカソード電極４０に供給される。
【００６６】
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔３４ａから第２金属セパレータ３０の燃料ガス流路４６に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路４６に沿って矢印Ａ方向に移動し、電解質膜・電極構造体２６のアノード電極４２に供給される。
【００６７】
従って、電解質膜・電極構造体２６では、カソード電極４０に供給される酸化剤ガスと、アノード電極４２に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
【００６８】
次いで、電解質膜・電極構造体２６のカソード電極４０に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔３２ｂに沿って矢印Ｂ方向に流通し、第１エンドプレート１８ａの酸化剤ガス排出マニホールド６０ｂから排出される（図１〜３参照）。一方、電解質膜・電極構造体２６のアノード電極４２に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔３４ｂに沿って矢印Ｂ方向に流通し、燃料ガス排出マニホールド６２ｂから排出される。
【００６９】
また、図３に示すように、一対の冷却媒体供給連通孔３６ａに供給された冷却媒体は、第１金属セパレータ２８及び第２金属セパレータ３０間の冷却媒体流路４８に導入される。冷却媒体は、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ａ方向に移動して電解質膜・電極構造体２６を冷却する。冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体排出連通孔３６ｂに沿って矢印Ｂ方向に流通する。冷却媒体は、第２エンドプレート１８ｂの冷却媒体排出マニホールド（図示せず）から排出される。
【符号の説明】
【００７０】
１０…燃料電池スタック              １２…燃料電池
１４ａ、１４ｂ…ターミナルプレート  １６ａ、１６ｂ…絶縁プレート
１８ａ、１８ｂ…エンドプレート      ２４…シム部材
２４ａ…基準シム部材                ２６…電解質膜・電極構造体
２８、３０…金属セパレータ          ３２ａ…酸化剤ガス供給連通孔
３２ｂ…酸化剤ガス排出連通孔        ３４ａ…燃料ガス供給連通孔
３４ｂ…燃料ガス排出連通孔          ３６ａ…冷却媒体供給連通孔
３６ｂ…冷却媒体排出連通孔          ３８…固体高分子電解質膜
４０…カソード電極                  ４２…アノード電極
４４…酸化剤ガス流路                ４６…燃料ガス流路
４８…冷却媒体流路                  ５０、５２…シール部材
５４ａ、５４ｂ…ノック孔            ５６ａ、５６ｂ…ノックピン
５８ａ、５８ｂ…ナット              ５９ａ、５９ｂ…固定ねじ
６４…基台プレート                  ６６…半積層ユニット
【図１】
2016062852.tif 000003
【図２】
2016062852.tif 000004
【図３】
2016062852.tif 000005
【図４】
2016062852.tif 000006
【図５】
2016062852.tif 000007
【図６】
2016062852.tif 000008
【図７】
2016062852.tif 000009
【図８】
2016062852.tif 000010
【図９】
2016062852.tif 000011