(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体とセパレータとを有する複数の単位セルを積層した積層体が、ケーシング内に収容される燃料電池スタックの組み立て方法であって、
前記燃料電池スタックが実際に運転される際、積層方向に作用する発電最大荷重以上の設定荷重を、前記積層体に対して前記積層方向に付与する第１の工程と、
前記積層体内の反応ガス流路及び冷却媒体流路に、圧力流体を供給する第２の工程と、
前記ケーシングを組み立てた状態で、前記ケーシング内に前記設定荷重を付与する第３の工程と、
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、前記第１の工程では、前記積層体への前記設定荷重の付与を複数回だけ繰り返す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記載の組み立て方法において、前記第３の工程では、前記ケーシングを構成し前記積層体の側部に配置されるサイドパネルの歪みを検出することにより、前記燃料電池スタックに前記積層方向に付与される締め付け荷重を確認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４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の組み立て方法において、前記第３の工程では、前記第１の工程及び第２の工程が終了した前記積層体を、前記ケーシング内に収容した状態で、前記ケーシング内で前記積層体に対して前記設定荷重を付与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５】
請求項４記載の組み立て方法において、前記ケーシング内に、所定数の前記単位セルに代えて設定荷重付与機構を配置し、前記設定荷重付与機構により前記積層体に対して前記設定荷重を付与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、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとを有する複数の単位セルを積層した積層体が、ケーシング内に収容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（電解質）を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより燃料電池が構成されている。
【０００３】
通常、この燃料電池は、所望の発電力を得るために、所定数（例えば、数十〜数百）だけ積層した燃料電池スタックとして使用されている。この燃料電池スタックは、燃料電池の内部抵抗の増大や反応ガスのシール性の低下等を阻止するために、積層されている各燃料電池同士を確実に加圧保持する必要がある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池積層体締め付け構造が知られている。この特許文献１では、図１２に示すように、燃料電池積層体１が一組のエンドプレート２に挟持され、このエンドプレート２が、締め付けボルト４の締め付け作用下に締め付け板５により予め仮締めされている。
【０００５】
燃料電池積層体１は、圧力容器８に装着されている。この圧力容器８では、燃料電池積層体１は、積層方向を鉛直方向に向けて一方の締め付け板５を圧力容器底架台６に載せるとともに、加圧板７が他方の締め付け板５に配置されている。燃料電池積層体１には、アクチュエータ９を介して加圧板７から圧力が付与されるとともに、前記燃料電池積層体１の高さ減少が圧力容器８の外部に設けられたダイヤルゲージＧにより検出されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−９３１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１では、アクチュエータ９の作用下に加圧板７を介して燃料電池積層体１に所定の締め付け荷重を付与し、締め付けボルト４を締め付けて燃料電池スタックを組み付けた後に、前記燃料電池積層体１を構成するセパレータの厚さ、シール部材の厚さ及び電解質膜の厚さ等が前記締め付け荷重によって変化し易い。
【０００８】
例えば、燃料電池積層体１にプレス荷重を付与した状態で放置すると、時間の経過に伴ってプレス荷重、すなわち、締め付け荷重が減少する、所謂、荷重抜けが発生してしまう。この荷重抜けは、実際上、数十％になる場合があり、燃料電池積層体１全体の寸法が安定するまで、比較的長時間にわたって前記燃料電池積層体１を加圧した状態で放置する必要がある。これにより、燃料電池スタックの組立時間が相当に長時間となってしまい、生産性が著しく低下するという問題が指摘されている。
【０００９】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池スタック全体を所望の締め付け荷重に確実に保持することができ、荷重抜けを有効に阻止するとともに、最適な面圧を付与す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】
【００１０】
本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとを有する複数の単位セルを積層した積層体が、ケーシング内に収容される燃料電池スタックの組み立て方法に関するものである。
【００１１】
この組み立て方法は、燃料電池スタックが実際に運転される際、積層方向に作用する発電最大荷重以上の設定荷重を、積層体に対して前記積層方向に付与する第１の工程と、前記積層体内の反応ガス流路及び冷却媒体流路に、圧力流体を供給する第２の工程と、ケーシングを組み立てた状態で、前記ケーシング内に前記設定荷重を付与する第３の工程とを有している。
【００１２】
また、第１の工程では、積層体への設定荷重の付与を複数回だけ繰り返すことが好ましい。
【００１３】
さらに、第３の工程では、ケーシングを構成し積層体の側部に配置されるサイドパネルの歪みを検出することにより、燃料電池スタックに積層方向に付与される締め付け荷重を確認することが好ましい。
【００１４】
さらにまた、第３の工程では、第１の工程及び第２の工程が終了した積層体を、ケーシング内に収容した状態で、前記ケーシング内で前記積層体に対して設定荷重を付与することが好ましい。
【００１５】
また、ケーシング内に、所定数の前記単位セルに代えて設定荷重付与機構を配置し、前記設定荷重付与機構により積層体に対して設定荷重を付与することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、積層体に対し、発電最大荷重以上の設定荷重が付与されて荷重抜けが阻止されるとともに、圧力流体が供給されてシールの分担荷重が調整されている。一方、ケーシングが組み立てられた状態で、前記ケーシング内に設定荷重が付与されている。このため、ケーシングが初期変形した後、燃料電池スタックの最終組み立てが行われている。これにより、荷重抜けを有効に阻止するとともに、ケーシング内の積層体に対して最適な面圧を確実に付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る組み立て方法が適用される燃料電池スタック１０の一部分解概略斜視図であり、図２は、前記燃料電池スタック１０の一部断面側面図である。
【００１８】
燃料電池スタック１０は、複数の単位セル１２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層された積層体１４を備える。積層体１４の積層方向（矢印Ａ方向）一端には、ターミナルプレート１６ａ、絶縁プレート１８及びエンドプレート２０ａが外方に向かって、順次、配設される。積層体１４の積層方向他端には、ターミナルプレート１６ｂ、絶縁性スペーサ部材２２（絶縁プレート１８を用いてもよい）及びエンドプレート２０ｂが外方に向かって、順次、配設される。燃料電池スタック１０は、四角形に構成されるエンドプレート２０ａ、２０ｂを端板として含むケーシング２４により一体的に保持される。
【００１９】
図２及び図３に示すように、各単位セル１２は、電解質膜・電極構造体（電解質・電極構造体）３０と、前記電解質膜・電極構造体３０を挟持する薄板波形状の第１及び第２金属セパレータ３２、３４とを備える。なお、第１及び第２金属セパレータ３２、３４に代替して、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
【００２０】
単位セル１２の長辺方向（図３中、矢印Ｂ方向）の一端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔３８ａ、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔４０ｂが設けられる。
【００２１】
単位セル１２の長辺方向の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔４０ａ、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔３８ｂ、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔３６ｂが設けられる。
【００２２】
電解質膜・電極構造体３０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４２と、前記固体高分子電解質膜４２を挟持するアノード側電極４４及びカソード側電極４６とを備える。
【００２３】
アノード側電極４４及びカソード側電極４６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜４２の両面に形成される。
【００２４】
第１金属セパレータ３２の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３２ａには、燃料ガス供給連通孔４０ａと燃料ガス排出連通孔４０ｂとを連通する燃料ガス流路４８が形成される。この燃料ガス流路４８は、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部により構成される。第１金属セパレータ３２の面３２ｂには、冷却媒体供給連通孔３８ａと冷却媒体排出連通孔３８ｂとを連通する冷却媒体流路５０が形成される。この冷却媒体流路５０は、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部により構成される。
【００２５】
第２金属セパレータ３４の電解質膜・電極構造体３０に向かう面３４ａには、例えば、矢印Ｂ方向に延在する複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路５２が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路５２は、酸化剤ガス供給連通孔３６ａと酸化剤ガス排出連通孔３６ｂとに連通する。第２金属セパレータ３４の面３４ｂには、第１金属セパレータ３２の面３２ｂと重なり合って冷却媒体流路５０が一体的に形成される。
【００２６】
第１金属セパレータ３２の面３２ａ、３２ｂには、この第１金属セパレータ３２の外周端縁部を周回して第１シール部材５４が一体成形される。第１シール部材５４は、面３２ａで燃料ガス供給連通孔４０ａ、燃料ガス排出連通孔４０ｂ及び燃料ガス流路４８を囲繞してこれらを連通させる一方、面３２ｂで冷却媒体供給連通孔３８ａ、冷却媒体排出連通孔３８ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。
【００２７】
第２金属セパレータ３４の面３４ａ、３４ｂには、この第２金属セパレータ３４の外周端縁部を周回して第２シール部材５６が一体成形される。第２シール部材５６は、面３４ａで酸化剤ガス供給連通孔３６ａ、酸化剤ガス排出連通孔３６ｂ及び酸化剤ガス流路５２を囲繞してこれらを連通させる一方、面３４ｂで冷却媒体供給連通孔３８ａ、冷却媒体排出連通孔３８ｂ及び冷却媒体流路５０を囲繞してこれらを連通させる。
【００２８】
図２に示すように、第１及び第２シール部材５４、５６間には、固体高分子電解質膜４２の外周が、直接、ケーシング２４に接触することを阻止するために、シール５７が介装される。
【００２９】
図１に示すように、ターミナルプレート１６ａ、１６ｂの略中央部には、積層方向に突出する棒状の端子部５８ａ、５８ｂが形成される。端子部５８ａ、５８ｂには、例えば、走行用モータ等の負荷が接続される。
【００３０】
ケーシング２４は、端板であるエンドプレート２０ａ、２０ｂと、積層体１４の側部に配置される複数の側板（サイドパネル）６０ａ〜６０ｄと、前記側板６０ａ〜６０ｄの互いに近接する端部同士を連結するアングル部材（例えば、Ｌアングル）６２ａ〜６２ｄと、前記エンドプレート２０ａ、２０ｂと前記側板６０ａ〜６０ｄとを連結するそれぞれ長さの異なる連結ピン６４ａ、６４ｂとを備える。側板６０ａ〜６０ｄは、例えば、薄板金属製プレートで構成される。
【００３１】
エンドプレート２０ａ、２０ｂの上下各辺には、それぞれ２つの第１連結部６６ａ、６６ｂが突出形成されるとともに、両側の各辺には、それぞれ１つの第１連結部６６ｃ、６６ｄが突出形成される。第１連結部６６ａ〜６６ｄには、孔６７ａ〜６７ｄが貫通形成される。エンドプレート２０ａ、２０ｂの両側の各辺下端には、マウント用ボス部６８ａ、６８ｂが形成される。このボス部６８ａ、６８ｂが、図示しない搭載部位にボルト等を介して固定されることにより、燃料電池スタック１０を、例えば、車両に搭載する。
【００３２】
積層体１４の矢印Ｂ方向両側に配置される側板６０ａ、６０ｃの長手方向（矢印Ａ方向）両端には、第２連結部７０ａ、７０ｂが２つずつ形成される。積層体１４の上下両側に配置される側板６０ｂ、６０ｄの長手方向両端には、第２連結部７２ａ、７２ｂが３つずつ形成される。第２連結部７０ａ、７０ｂには、孔７１ａ、７１ｂが形成されるとともに、第２連結部７２ａ、７２ｂには、孔７３ａ、７３ｂが形成される。
【００３３】
側板６０ａ、６０ｃの各第２連結部７０ａ、７０ｂ間には、エンドプレート２０ａ、２０ｂの両側の各辺の第１連結部６６ｃ、６６ｄが配置されるとともに、これらに短尺な連結ピン６４ａが一体的に挿入されて第１ヒンジ構造７５ａが構成される。この第１ヒンジ構造７５ａにより、側板６０ａ、６０ｃがエンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。
【００３４】
同様に、側板６０ｂ、６０ｄの第２連結部７２ａ、７２ｂがエンドプレート２０ａ、２０ｂの上辺及び下辺の第１連結部６６ａ、６６ｂと交互に配置されるとともに、これらに長尺な連結ピン６４ｂが一体的に挿入されて第２ヒンジ構造７５ｂが構成される。この第２ヒンジ構造７５ｂにより、側板６０ｂ、６０ｄがエンドプレート２０ａ、２０ｂに取り付けられる。
【００３５】
側板６０ａ〜６０ｄには、短手方向両端縁部にそれぞれ複数のねじ孔７４が形成される一方、アングル部材６２ａ〜６２ｄの各辺には、前記ねじ孔７４に対応して孔部７６が形成される。各孔部７６に挿入される各ねじ７７がねじ孔７４に螺合することにより、アングル部材６２ａ〜６２ｄを介して側板６０ａ〜６０ｄ同士が固定される。これにより、ケーシング２４が構成される（図４参照）。
【００３６】
なお、アングル部材６２ａ〜６２ｄにねじ孔を形成する一方、側板６０ａ〜６０ｄに孔部を形成し、前記アングル部材６２ａ〜６２ｄを前記側板６０ａ〜６０ｄの内方に配置した状態で、これらを一体的にねじ止めしてもよい。
【００３７】
このように構成される燃料電池スタック１０を組み立てる方法について、図５に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
【００３８】
先ず、図１に示すように、側板６０ａ〜６０ｄの各両面には、それぞれ積層方向（矢印Ａ方向）の歪みを検出する２つの第１歪みゲージ８０ａと、前記積層方向に交差する方向の歪みを検出する２つの第２歪みゲージ８０ｂとが、配置される。歪みの測定は、各２つの第１歪みゲージ８０ａ及び第２歪みゲージ８０ｂを用いた４アクティブゲージ法により行われる。側板６０ａ〜６０ｄの内側の面には、第１歪みゲージ８０ａと第２歪みゲージ８０ｂとの間に位置して温度センサ８２が配置される。
【００３９】
そこで、燃料電池スタック１０の各種設定が行われる（図５中、ステップＳ１）。具体的には、燃料電池スタック１０全体の締め付け荷重Ｐ１が設定される。
【００４０】
なお、締め付け荷重Ｐ１が設定されるとともに、第１及び第２シール部材５４、５６の分担荷重及び電解質膜・電極構造体３０の分担荷重等も、予め設定される。
【００４１】
次いで、複数の単位セル１２が積層されて積層体１４が得られるとともに、ステップＳ２に進んで、この積層体１４の積層方向両端外方に配置されるエンドプレート２０ａ、２０ｂ間には、発電最大荷重Ｐ２以上の設定荷重Ｐ３が付与される（図６参照）。ここで、発電最大荷重Ｐ２とは、燃料電池スタック１０が実際に運転される際、発電による電解質膜・電極構造体３０の膨潤による荷重上昇が最大面圧となる荷重をいう。
【００４２】
このため、積層体１４では、電解質膜・電極構造体３０と、第１及び第２金属セパレータ３２、３４とが圧縮変形し、積層体１４の積層方向の寸法（スタック寸法）が減少する。そして、積層体１４に対する設定荷重Ｐ３の付与を一旦停止した後、再度、この設定荷重Ｐ３を付与する動作を複数回、例えば、３回だけ行う。
【００４３】
これにより、積層体１４全体の寸法の変化は、所定の範囲内に収束される。この状態では、積層体１４に締め付け荷重Ｐ１を付与する際に、電極面圧のばらつきが所定の範囲内に抑えられる。
【００４４】
さらに、ステップＳ３に進んで、積層体１４に対し、圧力流体の供給が行われる。具体的には、酸化剤ガス供給連通孔３６ａから酸化剤ガス流路５２に圧力流体（例えば、圧力空気）が供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔４０ａから燃料ガス流路４８には、圧力流体（例えば、圧力空気）が供給される。
【００４５】
このため、酸化剤ガス流路５２及び燃料ガス流路４８内の圧力が上昇し、第１及び第２シール部材５４、５６、電解質膜・電極構造体３０並びに第１及び第２金属セパレータ３２、３４では、ストレスが除去される。
【００４６】
さらに、冷却媒体供給連通孔３８ａから冷却媒体流路５０に圧力流体（例えば、圧力空気）が供給されることにより、第１及び第２シール部材５４、５６、電解質膜・電極構造体３０並びに第１及び第２金属セパレータ３２、３４では、ストレスが除去される。
【００４７】
これにより、圧力流体圧及び荷重変動を介して、図７に示すように、第１及び第２シール部材５４、５６の分担荷重及び電解質膜・電極構造体３０の分担荷重が、良好に是正される。なお、図７中、スタック圧縮荷重Ｐ１´は、処理前初期荷重であり、スタック圧縮荷重（締め付け荷重）Ｐ１は、設定荷重である。また、図７中、点線が処理前である一方、実線が処理後である。
【００４８】
上記のように、ステップＳ３が終了した積層体１４は、ケーシング２４内に収容され、この状態で、前記ケーシング２４内に設定荷重Ｐ３が付与される（ステップＳ４）。
【００４９】
その際、図８に示すように、１以上の所定数の単位セル１２に代えて、設定荷重付与機構９０が配置される。設定荷重付与機構９０は、可撓性容器９２を備え、この可撓性容器９２内には、加圧用液体を充填するためのキャビティ９４が形成される。容器９２には、キャビティ９４に連通する配管９６が設けられるとともに、この配管９６は、図示しないが、ケーシング２４に設けられる開口部や溝部から外部に取り出され、加圧液体供給部に接続される。なお、ケーシング２４内には、設定荷重付与機構９０により付与される荷重を検出するためのロードセンサ（図示せず）等を配置してもよい。
【００５０】
そこで、配管９６を介して可撓性容器９２のキャビティ９４に流体が圧入されると、この可撓性容器９２が矢印Ａ方向に膨張する。このため、積層体１４全体が矢印Ａ方向に伸長し、ケーシング２４には、矢印Ａ方向の荷重が付与される。従って、ケーシング２４には、それぞれのエンドプレート２０ａ、２０ｂを互いに離間する方向に押圧する荷重が付与され、側板６０ａ〜６０ｄに設けられている各歪みゲージ８０ａ、８０ｂは、前記側板６０ａ〜６０ｄの面方向の歪みを検出する。
【００５１】
上記の歪みゲージ８０ａ、８０ｂにより検出された歪みデータに基づいて、側板６０ａ〜６０ｄに付与される荷重（以下、パネル荷重ともいう）が検出される。そして、図９に示すように、パネル荷重が設定荷重Ｐ３になるまで、設定荷重付与機構９０が制御されることにより、このパネル荷重の変動に伴う側板６０ａ〜６０ｄの寸法変化が検出される。
【００５２】
さらに、パネル荷重が設定荷重Ｐ３に至った後、このパネル荷重が減少される。その際、側板６０ａ〜６０ｄには、初期ならしによる変形が発生し、パネル寸法が変動する。
【００５３】
一方、側板６０ａ〜６０ｄの内面側には、温度センサ８２が装着されており、前記側板６０ａ〜６０ｄの温度が検出されている。従って、温度Ｔ１〜Ｔ３によるパネル荷重とパネル歪みとの関係は、図１０に示すように校正されている。
【００５４】
次いで、図１１には、パネル（側板６０ａ〜６０ｄ）の連結ピン間の距離Ｌ（パネル長さ）と、スタック圧縮荷重Ｐとの関係が示されている。これにより、パネルには、初期永久伸びによるパネル初期変形が惹起されている。
【００５５】
上記のステップＳ４が終了した後、設定荷重付与機構９０がケーシング２４から取り出されるとともに、所定数の単位セル１２がこのケーシング２４内に戻される。これにより、燃料電池スタック１０が組み付けられる。
【００５６】
上記のように、燃料電池スタック１０が組み付けられた後、ステップＳ５に進んで、初期発電工程が行われる。この初期発電工程では、発電中に、温度、湿度及びガス圧によるスタック荷重の変動をモニタするとともに、発電最大荷重Ｐ２を確認する。そして、電解質膜・電極構造体３０と第１及び第２シール部材５４、５６との荷重分担や、締め付け荷重Ｐ１及び設定荷重Ｐ３の調整が行われる。
【００５７】
さらに、ステップＳ６に進んで、発電耐久の確認工程が行われる。具体的には、発電を連続して行いながら、発電時の締め付け荷重Ｐ１の低下、シール性及び抵抗過電圧により、電解質膜・電極構造体３０と、第１及び第２シール部材５４、５６の荷重分担、締め付け荷重Ｐ１及び設定荷重Ｐ３の決定が行われる。
【００５８】
この場合、本実施形態では、積層体１４に対し、発電最大荷重Ｐ２以上の設定荷重Ｐ３が付与されて荷重抜けが阻止されるとともに、燃料ガス流路４８、冷却媒体流路５０及び酸化剤ガス流路５２には、圧力空気が供給されて第１及び第２シール部材５４、５６の分担荷重が調整されている。
【００５９】
次いで、積層体１４がケーシング２４内に収容された状態で、設定荷重付与機構９０を介して前記ケーシング２４内に設定荷重Ｐ３が付与されている。従って、ケーシング２４は、初期変形が行われた後、燃料電池スタック１０の最終組み立てが行われている。
【００６０】
これにより、積層体１４及びケーシング２４は、発電時の荷重抜けを有効に阻止することができ、しかも、前記ケーシング２４内の前記積層体１４に対して最適な面圧を確実に付与することができるという効果が得られる。
【００６１】
なお、本実施形態では、ケーシング２４の初期変形処理を行う際に、このケーシング２４内に設定荷重付与機構９０を配置した積層体１４が収容されているが、これに限定されるものではない。例えば、積層体１４に対応する治具を用意し、この治具を設定荷重付与機構９０又は他の設定荷重付与機構とともにケーシング２４内に収容し、前記ケーシング２４の初期変形処理を行ってもよい。その後、治具に代えて、積層体１４をケーシング２４内に収容すればよい。
【００６２】
次いで、燃料電池スタック１０の動作について、説明する。
【００６３】
この燃料電池スタック１０では、先ず、図４に示すように、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス供給連通孔３６ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス供給連通孔４０ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔３８ａに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。このため、積層体１４では、矢印Ａ方向に重ね合わされた複数の単位セル１２に対し、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却媒体が矢印Ａ方向に供給される。
【００６４】
図３に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔３６ａから第２金属セパレータ３４の酸化剤ガス流路５２に導入され、電解質膜・電極構造体３０のカソード側電極４６に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔４０ａから第１金属セパレータ３２の燃料ガス流路４８に導入され、電解質膜・電極構造体３０のアノード側電極４４に沿って移動する。
【００６５】
従って、各電解質膜・電極構造体３０では、カソード側電極４６に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極４４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、発電が行われる。
【００６６】
次いで、カソード側電極４６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３６ｂに沿って流動した後、エンドプレート２０ａから外部に排出される。同様に、アノード側電極４４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４０ｂに排出されて流動し、エンドプレート２０ａから外部に排出される。
【００６７】
また、冷却媒体は、冷却媒体供給連通孔３８ａから第１及び第２金属セパレータ３２、３４間の冷却媒体流路５０に導入された後、矢印Ｂ方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体３０を冷却した後、冷却媒体排出連通孔３８ｂを移動してエンドプレート２０ａから排出される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る組み立て方法が適用される燃料電池スタックの一部分解概略斜視図である。
【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単位セルの分解斜視説明図である。
【図４】前記燃料電池スタックの斜視説明図である。
【図５】前記組み立て方法を説明するフローチャートである。
【図６】スタック圧縮荷重とスタック寸法との関係図である。
【図７】スタック圧縮荷重と分担荷重との関係図である。
【図８】ケーシング内に設定荷重付与機構が配置された状態の一部断面説明図である。
【図９】パネル荷重とパネル寸法との関係図である。
【図１０】温度に対応するパネル荷重とパネル歪みとの関係図である。
【図１１】パネル長さとスタック圧縮荷重との関係図である。
【図１２】特許文献１に開示されている燃料電池積層体締め付け構造の説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０…燃料電池スタック          １２…単位セル
１４…積層体                    １６ａ、１６ｂ…ターミナルプレート
１８…絶縁プレート              ２０ａ、２０ｂ…エンドプレート
２２…スペーサ部材              ２４…ケーシング
３０…電解質膜・電極構造体      ３２、３４…金属セパレータ
４２…固体高分子電解質膜        ４４…アノード側電極
４６…カソード側電極            ４８…燃料ガス流路
５０…冷却媒体流路              ５２…酸化剤ガス流路
５４、５６…シール部材          ６０ａ〜６０ｄ…側板
９０…設定荷重付与機構          ９２…可撓性容器
９４…キャビティ                ９６…配管
【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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【図１２】
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