(57)【要約】上部および下部のエンドプレート（４５、５８）の間に配置される上部および下部のターミナルプレート（５６）間に配置される燃料電池アセンブリ（２４）を有する電気化学燃料電池スタック（２０）である。場合によっては、スペーサプレート（５２）をエンドプレート（４５、５８）とターミナルプレート（５６）の間に挿入することができる。エンドプレート（４５、５８）および／またはスペーサプレート（５２）は、燃料電池アセンブリ（２４）に対して全体に均一な圧縮負荷をかけるように一定の外形面を有することができる。ターミナルプレート（５６）、スペーサプレート（５２）およびエンドプレート（４５、５８）は１つに連結して燃料電池アセンブリ（２４）を圧縮する剛性のエンドアセンブリ（３２、３４）を形成することができる。
2005522857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層構造に配置されて反対側の第１および第２の端部がある燃料電池アセンブリを形成する複数の燃料電池と、
対向する内面および外面を備え、前記内面を前記燃料電池アセンブリに向けて前記燃料電池アセンブリの前記第１および第２の端部にそれぞれ隣接して配置され、前記燃料電池アセンブリに対して圧縮力を伝えるように一定の間隔をあけて保持される第１および第２のエンドプレートであって、少なくとも１つの外形面が、前記燃料電池アセンブリに対して前記圧縮力が全体に均一に伝えられるように前記第１および第２のエンドプレートの少なくとも１つの前記内面上に形成されたエンドプレートとを備える電気化学燃料電池スタック。
【請求項２】
前記少なくとも１つの外形面が、前記少なくとも１つのエンドプレートから前記燃料電池アセンブリに向かって延びる請求項１に記載のスタック。
【請求項３】
前記少なくとも１つの外形面は、凸状に起伏付けられ、その結果、前記少なくとも１つのエンドプレートがその周辺から中心にかけて増加する厚みを有し、前記エンドプレートの中心で厚みが最大になる請求項２に記載のスタック。
【請求項４】
前記少なくとも１つの外形面が、前記第１および第２のエンドプレートの前記各内面のそれぞれに形成され、そこから前記燃料電池アセンブリに向かって延びる請求項１に記載のスタック。
【請求項５】
積層構造に配置されて反対側の第１および第２の端部がある燃料電池アセンブリを形成する複数の燃料電池と、
対向する内面および外面を備える第１および第２のスペーサプレートであって、第１および第２のスペーサプレートの前記内面を前記燃料電池アセンブリの前記第１および第２の端部に向けて前記燃料電池アセンブリの前記第１および第２の端部にそれぞれ隣接して配置される第１および第２のスペーサプレートと、
対向する内面および外面を備える第１および第２のエンドプレートであって、第１および第２のエンドプレートの前記内面を前記第１および第２のスペーサプレートの前記外面にそれぞれ向けて前記第１および第２のスペーサプレートにそれぞれ隣接して配置され、前記第１および第２のスペーサプレートおよび前記燃料電池アセンブリに対して圧縮力を伝えるように一定の間隔をあけて保持される第１および第２のエンドプレートと、
前記燃料電池アセンブリに対して前記圧縮力が全体に均一に伝えられるように、前記第１のエンドプレート、前記第２のエンドプレート、前記第１のスペーサプレートおよび前記第２のスペーサプレートの少なくとも１つに形成された少なくとも１つの外形面とを備える電気化学燃料電池スタック。
【請求項６】
前記少なくとも１つの外形面が、前記第１および第２のスペーサプレートの少なくとも１つの前記外面上に形成され、そこから前記隣接エンドプレートに向かって延びる請求項５に記載のスタック。
【請求項７】
前記少なくとも１つの外形面が、前記第１および第２のスペーサプレートの前記各外面のそれぞれに形成され、そこから前記各第１および第２のエンドプレートに向かって延びる請求項６に記載のスタック。
【請求項８】
前記少なくとも１つの外形面が、前記第１および第２のスペーサプレートの少なくとも１つの前記内面上に形成され、そこから前記燃料電池アセンブリに向かって延びる請求項５に記載のスタック。
【請求項９】
前記少なくとも１つの外形面が、前記第１および第２のスペーサプレートの前記各内面のそれぞれに形成され、そこから前記燃料電池アセンブリに向かって延びる請求項８に記載のスタック。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの外形面が、前記第１および第２のスペーサプレートの少なくとも１つの前記外面上に形成され、そこから前記隣接するエンドプレートに向かって伸張し、
前記少なくとも１つの外形面が、前記第１および第２のスペーサプレートの少なくとも１つの前記内面上に形成され、そこから前記燃料電池アセンブリに向かって延びる請求項５に記載のスタック。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの外形面が、前記第１および第２のエンドプレートの少なくとも１つの前記内面上に形成され、そこから前記燃料電池アセンブリに向かって延びる請求項５に記載のスタック。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの外形面が、前記第１および第２のエンドプレートの前記各内面のそれぞれに形成され、そこから前記燃料電池アセンブリに向かって延びる請求項１１に記載のスタック。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの外形面が、前記第１および第２のエンドプレートの少なくとも１つの前記内面上に形成され、そこから前記燃料電池アセンブリに向かって伸張し、
前記少なくとも１つの外形面が、前記第１および第２のスペーサプレートの少なくとも１つの前記外面上に形成され、そこから前記隣接するエンドプレートに向かって延びる請求項５に記載のスタック。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの外形面が、前記第１および第２のエンドプレートの少なくとも１つの内面上に形成され、そこから前記燃料電池アセンブリに向かって伸張し、
前記少なくとも１つの外形面が、前記第１および第２のスペーサプレートの少なくとも１つの前記内面上に形成され、そこから前記燃料電池アセンブリに向かって延びる請求項５に記載のスタック。
【請求項１５】
積層構造に配置されて反対側の第１および第２の端部がある燃料電池アセンブリを形成する複数の燃料電池と、
前記燃料電池アセンブリの前記第１および第２の端部にそれぞれ隣接して配置される第１および第２のターミナルプレートと、
前記各ターミナルプレートを前記燃料電池アセンブリと前記第１および第２のエンドプレートの間にそれぞれ介在させて前記第１および第２のターミナルプレートにそれぞれ隣接して配置されている第１および第２のエンドプレートと、
その剛性が隣接するエンドプレートの剛性に貢献するように前記隣接するエンドプレートにしっかりと固定された、前記第１および第２のターミナルプレートの少なくとも１つのターミナルプレートと、
前記燃料電池アセンブリに対して圧縮力を伝えるように一定の間隔をあけて保持される前記第１および第２のエンドプレートとを備える電気化学燃料電池スタック。
【請求項１６】
前記第１および第２のターミナルプレートの各剛性が前記第１および第２のエンドプレートの剛性にそれぞれ貢献するように、前記第１および第２のターミナルプレートがそれぞれ隣接するエンドプレートにしっかりと固定された請求項１５に記載のスタック。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのターミナルプレートが、少なくとも１つの機械的留め具によって前記隣接するエンドプレートにしっかりと固定された請求項１５に記載のスタック。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのターミナルプレートが、接着剤によって前記隣接するエンドプレートにしっかりと固定された請求項１５に記載のスタック。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのターミナルプレートと前記隣接するエンドプレートの間に介在させた少なくとも１つのスペーサプレートであって、少なくとも１つのスペーサプレートの剛性が前記取り付けたエンドプレートの前記剛性に貢献するように、前記少なくとも１つのターミナルプレートおよび前記隣接するエンドプレートにしっかりと固定された少なくとも１つのスペーサプレートをさらに含む請求項１５に記載のスタック。
【請求項２０】
前記第１のターミナルプレートと前記第１のエンドプレートの間に介在させた第１のスペーサプレートおよび前記第２のターミナルプレートと前記第２のエンドプレートの間に介在させた第２のスペーサプレートを備え、
前記第１のターミナルプレート、前記第１のスペーサプレートおよび前記第１のエンドプレートが、前記第１のターミナルプレートの剛性と前記第１のスペーサプレートの剛性が前記第１のエンドプレートの剛性に貢献するように、一緒にしっかりと固定されており、
前記第２のターミナルプレート、前記第２のスペーサプレートおよび前記第２のエンドプレートが、前記第２のターミナルプレートの剛性と前記第２のスペーサプレートの剛性が前記第２のエンドプレートの剛性に貢献するように、一緒にしっかりと固定されている、請求項１９に記載のスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に関し、さらに具体的に述べると、積み重ねて配置し、圧縮して保持した燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは一般に、１つずつ積み重ねられお互いに圧縮されて保持された複数の燃料電池を含む。この積み重ねられた複数の燃料電池は、圧縮されて複数の燃料電池を圧縮関係で保持する燃料電池アセンブリを形成している。一般に、各燃料電池はアノード層、カソード層、およびこのアノード層とカソード層の間に置かれた電解質を含んでいる。燃料電池アセンブリは、スタックの各燃料電池を詰め込んで１つにするためにかなりの圧縮力を必要とする。圧縮力の必要性は、燃料電池内部の反応物の内部ガス圧力と、これに加えて電池の内部構成部品間で良好な電気的接触を保持する必要性から生じている。一般に、単位面積当たりの力は合計で約１３．７〜１４．４ｋｇ／ｃｍ2（１９５〜２０５ｐｓｉ）であり、これは電池の活性部分全体（自動車用サイズスタックの場合、一般に４９７〜１０００ｃｍ2（７７〜１５５平方インチ））にわたって均一に分布している。それゆえ、面積が約５１６ｃｍ2（８０平方インチ）の燃料電池については、このサイズのスタックの代表的な合計圧縮力は約７０３１〜７４８４ｋｇ（１５，５００〜１６，５００ポンド）になる。
【０００３】
典型的な従来技術の燃料電池スタック構造体は、燃料電池アセンブリに対して圧縮力をかけ、保持するのに剛性のエンドプレートを使用することに焦点を合わせていた。この圧縮される燃料電池アセンブリは、一対の剛性エンドプレートの間に置かれる。圧縮力を保持するためにこのエンドプレートはさらに一緒に圧縮され、間隔をあけて保持される。エンドプレートはいろいろな手段によって間隔をあけて保持することができる。たとえば、各エンドプレートを通して延びる棒材を使用して、エンドプレートに対して圧縮力を伝えかつエンドプレートを間隔をあけて保持することができる。この結合棒材は一般に燃料電池アセンブリの外部にあり、エンドプレートの外周に沿った位置にある。エンドプレートを間隔をあけて保持し燃料電池アセンブリに対して圧縮力を維持するために、燃料電池アセンブリの全長にわたって伸張し、エンドプレートに取り付けられるサイドプレートも使用されてきた。
【０００４】
燃料電池アセンブリに伝えるべき大きな圧縮力およびこの圧縮力を伝えなければならない燃料電池アセンブリの活性部分の大きさのために、剛性のエンドプレートの周辺に沿った手段により間隔をあけて保持される剛性のエンドプレートは、たわみを生じ、燃料電池アセンブリの活性部分全体にわたって全体的に均一な圧縮力を伝えない傾向がある。すなわち、剛性エンドプレートの中心部分がたわみ、剛性エンドプレートの中心部分の下の活性部分に加えられる力は、剛性エンドプレートの周辺に沿った活性部分に加えられる力ほど大きくない。
【０００５】
活性部分上に全体に均一な圧縮分布を与える従来技術の試みとして、外部結合棒材を備えた非常に薄い剛性エンドプレート、燃料電池アセンブリを突き抜ける内部結合棒材を備えた剛性エンドプレート、ガスブラダ用のくぼみを備えた半剛性エンドプレート、およびエンドプレートの中心部分の上に位置し、エンドプレートに対して選択的に移動してエンドプレートの中心部分に沿って圧縮力を伝えるねじ等の控えめな力を及ぼす部材を使用する方法があった。
【０００６】
外部結合棒材を備えた剛性エンドプレートにおいては、全体の圧縮力がこの結合棒材で支えられるように、ねじ山をつけた複数の結合棒材が上部エンドプレートの周辺から燃料電池アセンブリの外側に沿って下部エンドプレートまで延びる。このエンドプレートは、全体の小さな（セルあたりほぼ０．０２５ｍｍ（１ミル）未満）たわみを達成するように十分に厚いものでなければならない。このシステムの不利な点は、エンドプレートの全長が最も大きく、活性部分全体にわたって均一な力を発生するためになんら他の方法を採用していないため他のすべての選択肢と比較してエンドプレートを非常に厚くしなければならないということにある。
【０００７】
燃料電池アセンブリを突き抜ける内部結合棒材を備えた剛性エンドプレートにおいては、エンドプレートの中心部分近くに結合棒材を配置することができるように結合棒材が燃料電池の中心を通って延びる。それで曲げ力の全範囲は上部エンドプレートの幅全体には伸びておらず、どちらかというと狭い範囲が得られている。この構成にはエンドプレートの範囲の長さを低減し、より薄いエンドプレートを用いる機能をもたらす利点があるが、棒材が燃料電池アセンブリを突き抜けられるように複雑な双極プレート密封機構を必要とする欠点がある。
【０００８】
ガスブラダ用のくぼみを備えた半剛性エンドプレートにおいては、上部エンドプレートの下面がくりぬかれ、ブラダがエンドプレートのくぼみ内に配置され、このブラダが加圧されてスタックの望ましい圧縮負荷を与える。上部エンドプレート自体はその際多少曲がることができ、一方、ブラダは活性部分全体に均一な力の分布を保持する。この構成は、かなり曲げることができるので上部エンドプレートの構造部品をより薄くできるという利点があるが、エンドプレートにくぼみを必要とし、エンドプレートの全体的な厚さが著しく増加するという結果を伴う欠点がある。
【０００９】
控えめな力を及ぼす部材を使用する方法においては、控えめな力を及ぼす部材がエンドプレートの中心部分の上に位置し、エンドプレートに対して選択的に移動してエンドプレートの中心部分に沿って圧縮力を伝える。この構成は、控えめな力を及ぼす部材が上に位置しているエンドプレートの種々の位置に加えられる圧縮力を細かく調整する利点があるが、控えめな力を及ぼす部材を保持する余分な機構を必要とし、燃料電池アセンブリの活性部分上で全体に均一な力の分布を得るために様々な控えめな力を及ぼす部材を繰り返ししっかり締めるプロセスを必要とする欠点がある。
【００１０】
したがって、必要とされるのは、過度に厚いエンドプレートを必要とせず、エンドプレート中心部分に圧縮力を加える余分な手段を使用せずに燃料電池アセンブリの活性部分に沿って全体的に均一な圧縮力を加えるエンドプレートを有する燃料電池スタック構造である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、燃料電池アセンブリを圧縮し、燃料電池アセンブリの活性部分に対して全体に均一な圧縮力を伝える燃料電池スタック構造を与える装置を提供することにある。さらに詳細に述べると、本発明は、燃料電池アセンブリの活性部分に対する圧縮力の分布を向上するエンドプレートの設計に関する変形形態を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電気化学燃料電池スタックは、積層構造に配置されて燃料電池アセンブリを形成する複数の燃料電池を含む。この燃料電池アセンブリは反対側の第１および第２の端部を有している。対向する内面および外面を備える第１および第２のエンドプレートがこの燃料電池アセンブリの第１および第２の端部にそれぞれ隣接して配置されている。このエンドプレートの内面は燃料電池アセンブリの各端部に面している。第１および第２のエンドプレートは、上記燃料電池アセンブリに対して圧縮力を伝えるように間隔をあけて保持される。第１または第２のエンドプレートの少なくとも１つの内面は、燃料電池アセンブリに対して全体に均一な圧縮力が伝えられるように起伏付けられている。この起伏内面は、少なくとも１つのエンドプレートから燃料電池アセンブリの端部に向かって延びるように起伏付けることができる。起伏内面を備えたエンドプレートは、エンドプレートの周辺から中心にかけてその厚みが増加し、エンドプレートの中心で厚みが最大になるような輪郭を有していることが好ましい。場合によっては、第１および第２のエンドプレート両方の内面に、燃料電池アセンブリに対して全体に均一な圧縮負荷がかけられるようにこの第１および第２のエンドプレートから燃料電池アセンブリの第１および第２の端部のそれぞれに向かって延びるように起伏付けることができる。
【００１３】
本発明の別の実施形態において、電気化学燃料電池スタックは、積層構造に配置されて燃料電池アセンブリを形成する複数の燃料電池を含む。この燃料電池アセンブリは反対側の第１および第２の端部を有している。対向する内面および外面を備える第１および第２のスペーサプレートがこの燃料電池アセンブリの第１および第２の端部にそれぞれ隣接して配置されている。このスペーサプレートの内面は燃料電池アセンブリの各端部に面している。対向する内面および外面を備える第１および第２のエンドプレートが、各スペーサプレートを各エンドプレートと燃料電池アセンブリの各端部の間に置いてこの第１および第２のスペーサプレートにそれぞれ隣接して配置されている。エンドプレートの内面はスペーサプレートの外面に面している。第１および第２のエンドプレートは、各スペーサプレートおよび上記燃料電池アセンブリに対して圧縮力を伝えるように間隔をあけて保持されている。各スペーサプレートまたは各エンドプレートの少なくとも１つの面の少なくとも１つは、燃料電池アセンブリに対して全体に均一な圧縮力が伝えられるように起伏付けられている。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態において、電気化学燃料電池スタックは、積層構造に配置されて燃料電池アセンブリを形成する複数の燃料電池を含む。この燃料電池アセンブリは反対側の第１および第２の端部を有している。第１および第２のターミナルプレートがこの燃料電池アセンブリの第１および第２の端部にそれぞれ隣接して配置されている。第１および第２のエンドプレートが、この各ターミナルプレートを各エンドプレートと燃料電池アセンブリの各端部の間に置いてこの第１および第２のターミナルプレートにそれぞれ隣接して配置されている。第１および第２のターミナルプレートの少なくとも１つのターミナルプレートは、その剛性が取り付けたエンドプレートの剛性に貢献するように第１または第２のエンドプレートの１つに取り付けられる。上記第１および第２のエンドプレートは、燃料電池アセンブリに対して圧縮力を伝えるように間隔をあけて保持される。場合によっては、燃料電池スタックは少なくとも１つのスペーサプレートを含むこともできる。この少なくとも１つのスペーサプレートは、第１または第２のエンドプレートの１つに取り付けられる上記少なくとも１つのターミナルプレートの間に置かれる。少なくとも１つのスペーサプレートが、その剛性が上記の取り付けたエンドプレートの剛性に貢献するように、少なくとも１つのターミナルプレートおよび第１または第２のエンドプレートの１つに取り付けられる。
【００１５】
本発明の別の応用分野は、本明細書に与えられた詳細な説明から明白となろう。詳細な説明および具体的な実施例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、これらは単に説明のためだけのものであり、本発明の範囲を限定しようとするものではないことを理解されたい。
【００１６】
本発明は、詳細な説明と添付した図面からより完全に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下の好ましい実施形態についての説明は、例示的な性格のものに過ぎず、決して本発明、その応用先または用途を限定しようとするものではない。
図１および２について説明すると、本発明の好ましい実施形態による電気化学燃料電池スタック２０が示されている。この燃料電池スタック２０は、積層構造に配置されて反対側の上部および下部の端部２６、２８を有し、その間の、図１０Ａに示す圧縮長さが３０であり圧縮してない長さが３１である燃料電池アセンブリ２４を形成する複数の燃料電池２２を含んでいる。燃料電池アセンブリ２４は、上部および下部のエンドアセンブリ３２、３４間に置かれる。上部および下部エンドアセンブリ３２、３４は、側壁によって一定の間隔をあけて保持される。現段階で好ましい実施形態において、この側壁は少なくとも１つのサイドプレート３６を含む。サイドプレート３６は、上記の上部および下部エンドアセンブリ３２、３４が燃料電池アセンブリ２４に対して圧縮力を伝えるようにこのエンドアセンブリ３２、３４を一定の間隔をあけて保持する。知られている燃料電池スタック技術によれば、燃料電池スタック２０は、燃料電池アセンブリ２４に出入りする反応物および冷却流体を供給、排出する入口３７、出口３８および通路（図示せず）を備えている。
【００１８】
図４で分かるように、燃料電池アセンブリ２４は、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）４０およびＭＥＡ４０の反対側の配置された一対の双極プレートアセンブリ４２を有する多段の繰り返し単位すなわち燃料電池２２を備えている。各双極プレートアセンブリ４２は、２つのガス分配層４２ｇ間に介在させた冷却材分配層４２ｃから成っている。冷却材分配層４２ｃとガス分配層４２ｇ間には、冷却材を含みアノードおよびカソードの各ガス流を分離する透過性の分離板４４が配置されている。ＭＥＡ４０があるセルのアノードガス分配層４２ｇａと隣接するセルのカソードガス分配層４２ｇ間に配置されて、燃料電池２２が形成される。ＭＥＡ４０は、従来技術で知られているように、様々な形を取ることができる。たとえば、ＭＥＡ４０としては高分子電解質膜が可能である。この高分子電解質膜は、概略０．０１８ミクロン程度の厚さを有する薄い強化膜であることが好ましい。この薄い強化された高分子電解質膜は、概略０．１８ｍｍ（０．００７インチ）の厚さを有する従来技術の燃料電池で使用される高分子電解質膜よりずっと薄いものである。本発明で使用される薄くて強化された高分子電解質膜は、燃料電池アセンブリ２４の長さ３０のより小さなパーセンテージに相当し、従来技術の燃料電池スタックで使用されるより厚い高分子電解質膜よりずれまたは応力緩和が著しく少ない。
【００１９】
各燃料電池２２は積層構造に配置されて燃料電池アセンブリ２４を形成する。お互いに隣接して積み重ねられて燃料電池アセンブリ２４を形成する燃料電池２２の数は変えることができる。燃料電池アセンブリ２４を形成するのに用いられる燃料電池２２の数は、燃料電池スタック２０の要求によって変わってくる。すなわち、より大きなすなわちより強力な燃料電池スタック２０が要求される場合は、燃料電池アセンブリ２４の燃料電池２２の数は増加することになる。従来技術で知られているように、燃料電池２２は、より効率的にしより多くの出力を発生するように圧縮する必要がある。したがって、燃料電池アセンブリ２４は上部および下部のエンドアセンブリ３２、３４の間で圧縮される。燃料電池アセンブリ２４の活性部分（図示せず）は、燃料電池アセンブリ２４の効率を最大化し、各燃料電池２２を燃料電池アセンブリ２４内部に納めるために均一に圧縮されることが好ましい。
【００２０】
再び図２および３について説明すると、上部エンドアセンブリ３２は、燃料電池アセンブリ２４の上端部２６に隣接した位置にある。上部エンドアセンブリ３２は、対向する内面および外面４６、４８を有する上部エンドプレート４５を備えている。上部エンドプレート４５の内面４６は、燃料電池アセンブリ２４の上端部２６に面している。上部エンドプレート４５は、流体通路と連結した種々の入口３７および出口３８が燃料電池アセンブリ２４から燃料電池スタック２０の外部まで延びることができるように多数の開口部５０を有している。流体通路に連結した入口３７および出口３８を有する燃料電池スタック２０の端部は「湿った端部」とも呼ばれる。
【００２１】
下部エンドアセンブリ３４は、燃料電池アセンブリ２４の下端部２８に隣接した位置にある。下部エンドアセンブリ３４は、対向する内面および外面６０、６２を有する下部エンドプレート５８を備えている。下部エンドプレート５８は、下部エンドプレート５８の内面６０が燃料電池アセンブリ２４の下端部２８に面するように向けられている。流体通路に連結している下部エンドアセンブリ３４を通り抜ける入口および出口がまったく無い場合、燃料電池スタック２０の下端部２８は「乾いた端部」としても知られる。
【００２２】
場合によっては、好ましいことであるが、燃料電池アセンブリ２４と上部および／または下部エンドプレート４５、５８の間に１つまたは複数のスペーサプレート５２を配置してもよい。このスペーサプレート５２は、その内面５４を燃料電池アセンブリ２４の端部２６、２８に向け、かつその外面５５をエンドプレート４５、５８の内面５４、６０に向けて、エンドプレート４５、５８と燃料電池アセンブリ２４の端部２６、２８の間に配置されている。ターミナルプレート５６が燃料電池アセンブリ２４の端部２６、２８上に配置される場合は、スペーサプレート５２がその内面５４をターミナルプレート５６に向けてターミナルプレート５６とエンドプレート４５、５８の間に配置されている。スペーサプレート５２はエンドプレート４５、５８をターミナルプレート５６と分離している。スペーサプレート５２は、スペーサプレート５２の厚さ５７が燃料電池アセンブリ２４の長さ３０と位置合わせされるようにエンドアセンブリ３２、３４内で適応させる。この好ましい実施形態は、上部および下部のエンドアセンブリ３２、３４に付随するスペーサプレート５２を示しているが、当業者はスペーサプレート５２の数および位置は燃料電池スタック２０の設計および用途に応じて変えられることを理解するであろう。
【００２３】
上部および下部エンドプレート４５、５８はそれぞれ、内面４６、６０を外面４８、６２と分離する周辺の側壁６４を有している。上部および下部エンドプレート４５、５８上の周辺側壁６４は、燃料電池アセンブリ２４の長さ３０と位置を合わせている。図に示されるように、燃料電池スタック２０は一般に形が矩形であり、上部および下部エンドプレート４５、５８もまた形が矩形であることが好ましい。矩形の上部および下部エンドプレート４５、５８の周辺側壁６４は、一般的にお互いに直行する第１および第２の対の対向する側壁６６、６８で構成されている。第１および第２の対の対向する側壁６６、６８はそれぞれ、サイドプレート３６を上部および下部エンドプレート４５、５８に固定するためのねじ山付き留め具８０を受け入れる１つまたは複数のねじを切った孔７０を有している。
【００２４】
上記したように、上部および下部エンドアセンブリ３２、３４は燃料電池アセンブリ２４に対して圧縮力を伝える。燃料電池アセンブリ２４に伝えられた圧縮力は、一定の間隔をあけて保持される上部および下部エンドプレート４５、５８によって発生される。上部および下部エンドプレート４５、５８は、サイドプレート３６により一定の間隔をあけて保持されることが好ましい。各サイドプレート３６は反対側の第１および第２の端部７２、７４およびそれらの間に長さ７６を有する。各サイドプレート３６は、サイドプレート３６の長さ７６を燃料電池アセンブリ２４の長さと位置を合わせて、第１の端部７２が上部エンドプレート４５に隣接し、第２の端部７４が下部エンドプレート５８に隣接するように燃料電池スタック２０上で適応させる。場合によっては、好ましいことであるが、サイドプレート３６はエンドプレート４５、５８の周辺側壁６４全体に沿って延びる。各サイドプレート３６の第１および第２の端部７２、７４は、燃料電池アセンブリ２４を圧縮した際に上部および下部エンドプレート４５、５８の周辺側壁６４のねじを切った孔７０と位置が揃うもう１つの開口部７８を有する。各サイドプレート３６の第１および／または第２の端部７２、７４どちらかの開口部７８は、上部および下部エンドプレート４５、５８を一定の間隔をあけて保持できるように溝の形であることが好ましい。この溝は、燃料電池スタック２０の種々の部品の大きさの違いを考慮したものであり、上部および下部エンドプレート４５、５８を今までどおり一定の間隔をあけて保持することができる。ねじ山付き留め具８０は、サイドプレート３６を上部および下部エンドプレート４５、５８に取り付けるのに使用することが好ましいが、当業者は、請求項によって規定されるような本発明の範囲から逸脱することなく、サイドプレート３６を上部および下部エンドプレート４５、５８に取り付ける他の手段を用いることができることを理解するであろう。この点に関しては、サイドプレート３６とエンドプレート４５、５８が形成する結合は、それらの間の境界面における相対的回転が十分に難しいものでなければならない。たとえば、サイドプレート３６の第１および／または第２の端部７２、７４は、リベットまたはピン等の他の機械的固定手段によって、または溶接、ろう付けまたは接着剤接合等の様々な接合手段によって上部および／または下部エンドプレート４５、５８にそれぞれ固定することができ、これらもやはり本発明の精神の範囲内である。さらにまた、サイドプレート３６の対向する端部７２、７４を対向するエンドプレート４５、４８に取り付け、各エンドプレートを一定の間隔をあけて保持しつつ、サイドプレート３６の端部７２、７４の１つを曲げて、エンドプレート４５、４８の１つの上に配置されてエンドプレート４５、４８を保持することができる保持部品（図示せず）を形成することができることを理解されたい。
【００２５】
必要に応じて、各サイドプレート３６は、ターミナルプレート５６上のターミナルブロック８３が燃料電池スタック２０の外部まで延びることを可能にする１つまたは複数の開口部８２を有することができる。各サイドプレート３６は電気的に接地され、電磁気的外乱から燃料電池アセンブリ２４を保護することが好ましい。各サイドプレート３６は金属製であることが同じく好ましい。上部および下部エンドプレート４５、５８を一定の間隔をあけて保持するのに使用されるサイドプレート３６は、上部および下部エンドプレート４５、５８を一定の間隔をあけて保持するために必要な大きさにされ、一方、上部および下部エンドプレート４５、５８が燃料電池アセンブリ２４に対して圧縮力を伝え、保持する。サイドプレート３６の幅は相対的に広いので、圧縮負荷を支えるのに必要な引張強さを与えるために比較的小さな厚さが要求される。本発明のこの態様は、燃料電池アセンブリの周辺および／または燃料電池アセンブリを通して軸ロッドを使用する従来の方法に勝る重量低減を意味する。
【００２６】
１つまたは複数のサイドプレート３６が燃料電池アセンブリ２４の少なくとも一部を囲って燃料電池アセンブリ２４を偶然の損傷から保護することが好ましい。サイドプレート３６が燃料電池アセンブリ２４全体を囲って、燃料電池アセンブリ２４および燃料電池スタック２０の保護カバーを提供することがより好ましい。したがって、サイドプレート３６は、燃料電池アセンブリ２４および燃料電池スタック２０を、衝撃、吹き出しまたはその他の攻撃の結果としての損傷から保護しつつサイドプレート３６が衝撃、吹き出しおよびその他いろいろな性質の攻撃に耐えることができるように必要な大きさにされる。こういうふうに、サイドプレート３６は、燃料電池アセンブリ２４に対して圧縮負荷を伝え、保持する上部および下部エンドプレート４５、５８を一定の間隔をあけて保持する機能を果たすだけでなく、燃料電池アセンブリ２４および燃料電池スタック２０の保護筐体も提供する。保護機能を果たすためにサイドプレート３６を使用することにより、従来の燃料電池スタックで行われていたように、燃料電池スタック２０に対する偶発的な吹き出し、衝撃、またはその他の攻撃からの保護のために燃料電池スタック２０のまわりに構造物を追加する必要が無くなる。
【００２７】
場合によって、上部エンドアセンブリ３２および／または下部エンドアセンブリ３４に含まれるスペーサプレート５２はいろいろな目的に役立つ。すなわち、スペーサプレート５２は１つまたは複数の理由で燃料電池スタック２０に含めることができる。たとえば、スペーサプレート５２は、上部および／または下部エンドプレート４５、５８をターミナルプレート５６と分離するのに使用することができる。上記したように、ターミナルプレート５６は、電導性であり、燃料電池スタック２０からターミナルブロック８３を経由して電流を取り出すのに使用される。上部および／または下部エンドプレート４５、５８が電導性の場合、上部および／または下部エンドプレート４５、５８とターミナルプレート５６間に位置するスペーサプレート５２が、上部および／または下部エンドプレート４５、５８とターミナルプレート５６を電気的に絶縁することができる。スペーサプレート５２は燃料電池スタック２０の全体の寸法を調節するのに使用することもできる。すなわち、以下においてもっと詳細に説明するように、１つまたは複数のスペーサプレート５２を燃料電池アセンブリ２４と上部および／または下部エンドプレート４５、５８の間に配置して、エンドアセンブリ３２、３４が今まで通り燃料電池アセンブリ２４に対して圧縮力を伝えるようにしながら、所定長さの燃料電池スタック２０を提供することができる。現段階で好ましいものとして、（各）スペーサプレート５２は、十分な電気絶縁性を与え、燃料電池スタック２０の寸法を均一にするために約８〜１８ｍｍの範囲の厚さ５７を有している。しかしながら、当業者は、特定の用途や設計仕様が（各）スペーサプレート５２の厚さ５７の範囲を要求することを理解するであろう。以下でさらに詳細に説明するように、スペーサプレート５２は、燃料電池アセンブリ２４に対して全体に均一な圧縮力を伝えるために上部および／または下部エンドプレート４５、５８と組み合わせて使用することもできる。
【００２８】
スペーサプレート５２は非導電性であり、これによって燃料電池スタック２０の種々の部品を電気的に絶縁することができることが好ましい。したがって、スペーサプレート５２はプラスチックなどの非導電性材料で作ることが好ましい。スペーサプレート５２はエンジニアリング等級の高機能プラスチックで作ることがよりいっそう好ましい。１つまたは複数のスペーサプレート５２を作るのに使用されるエンジニアリング等級の高機能プラスチックは、上部および／または下部エンドプレート４５、５８から燃料電池アセンブリ２４の各上部および下部の端部２６、２８に圧縮負荷を移すように燃料電池アセンブリ２４にかけられる圧縮負荷の大きさのもとでは相対的に非圧縮性（すなわち、応力緩和が小さい）である。特に、ポリエチレンサルファイドが、スペーサプレート５２を作る特に有効な材料であることが分かっている。ポリエチレンサルファイドとしては、Ｃｈｅｖｒｏｎ  Ｐｈｉｌｌｉｐｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌ．Ｐ．がＲＹＴＯＮ  ＰＰＳブランドで販売しているものおよび独国フランクフルトのＣｅｌａｎｅｓｅ  ＡＧがＦＯＲＴＲＯＮブランドで販売しているものが入手できる。図７で分かるように、スペーサプレート５２は、スペーサプレート５２の重量を低減させる１つまたは複数の開口部８４を有することが好ましい。
【００２９】
上で述べたように、上部および下部エンドプレート４５、５８は、サイドプレート３６により一定の間隔をあけて保持され、燃料電池アセンブリ２４に対して圧縮負荷を伝える。前に説明したように、上部および下部エンドプレート４５、５８は、サイドプレート３６により一定の間隔をあけて保持される。燃料電池アセンブリ２４の上部および下部端部２６、２８で発生された圧縮負荷は、周辺側壁６４からの距離によって変化し、周辺側壁６４に沿って圧縮負荷が最大になり、上部および下部エンドプレート４５、５８の中心において最小になる。すなわち、上部および下部エンドプレート４５、５８は周辺側壁６４に沿って保持されているに過ぎないので、上部および下部エンドプレート４５、５８は燃料電池アセンブリ２４に対する圧縮負荷および上部および下部エンドプレート４５、５８の周辺側壁６４がさらに遠方へ移動することができないことに対応して変形または一方にたわむことになる。燃料電池スタック２０の効率は、燃料電池アセンブリ２４の活性部分を通してかけられている均一な圧縮負荷に部分的に依存しているので、燃料電池アセンブリ２４の活性部分全体にわたって全体的に均一な圧縮負荷を保持することが望ましい。
【００３０】
全体的に均一な圧縮負荷を得る１つの手段は、上部および下部エンドプレート４５、５８で生じるたわみが燃料電池アセンブリ２４の効率に最小限の影響を及ぼすように上部および下部エンドプレート４５、５８の厚さを増加させることによってこのエンドプレートを剛性にすることである。しかしながら、この厚さを与えると過度に厚い上部および下部エンドプレート４５、５８の方向に進み、燃料電池スタック２０に過度の重量が加わる可能性があり、これによって燃料電池スタックの重量効率および体積効率が減少する。相対的に剛性のエンドプレート４５、５８を設ける必要性を避けるため、スペーサプレート５２の剛性およびターミナルプレート５６の剛性がエンドアセンブリ３２、３４の全体的な剛性に貢献するように、エンドプレート４５、５８は場合によってスペーサプレート５２およびターミナルプレート５６に取り付けることができ、これによって燃料電池アセンブリ２４の活性部分を通して全体的に均一な圧縮負荷をかけるのに必要なエンドプレート４５、５８の厚さを低減する。すなわち、図７Ａ〜Ｂで分かるように、ターミナルプレート５６、スペーサプレート５２およびエンドプレート４５、５８を１つに結びつけてそれらの剛性を結合し、燃料電池アセンブリ２４の活性部分に全体的に均一な圧縮負荷を伝えることができるエンドアセンブリ３２、３４を形成することができる。図７Ａで分かるように、ターミナルプレート５６を、ねじ山をつけたボルトまたはねじ等の機械的留め具８６によってスペーサプレート５２に連結することができ、その後結合されたターミナルプレート５６とスペーサプレート５２を機械的留め具８７を介してエンドプレート４５、５８の１つに結合することができる。別法として、ターミナルプレート５６、スペーサプレート５２およびエンドプレート４５、５８の１つのすべてを、各構成部品間に介在させた接着層８８により取り付けることができる。これによって、ターミナルプレート５６の剛性とスペーサプレート５２の剛性がエンドプレート４５、５８の剛性と結びついて、燃料電池アセンブリ２４の活性部分に全体的に均一な圧縮負荷をかけることができるエンドアセンブリ３２、３４を形成し、ターミナルプレート５６またはスペーサプレート５２をエンドプレート４５、５８へ取り付けることなく必要になるのは薄いエンドプレート４５、５８である。
【００３１】
別法、および／または追加の方法として、エンドプレート４５、５８および／またはスペーサプレート５２は、エンドプレート４５、５８のたわみを補償し、過度に厚いエンドプレート４５、５８の使用を要することなく燃料電池アセンブリ２４の活性部分に全体的に均一な圧縮負荷を伝える、形作られた面を有することができる。すなわち、上部エンドプレート４５および単一のスペーサプレート５２を示しただけの図５Ａ〜Ｇで分かるように、上部エンドプレート４５が周辺側壁６４に沿って最小になり、上部エンドプレート４５の中心で最大になる寸法を有するように、上部エンドプレート４５の内面４６は、上部エンドプレート４５から燃料電池アセンブリ２４の上端部２６に向かって曲がるように寸法を定めることができる。上部エンドプレート４５の内面４６の形は、燃料電池アセンブリ２４の活性部分に望ましい大きさの圧縮負荷を伝えながら、上部エンドプレート４５が下部エンドプレート５８から一定の間隔をあけて周辺側壁６４に沿って保持される結果として上部エンドプレート４５で生じるたわみを補償するように起伏付けられる。図６Ａ〜Ｃは上部エンドプレート４５の内面４６の例示的な起伏を示している。図から分かるように、上部エンドプレート４５はそのほぼ中心で厚さが最大になる。
【００３２】
別法、および／または追加の方法として、スペーサプレート５２は、上部エンドプレート４５で生じるたわみを補償するように起伏付けられる内面および／または外面５４、５５を有することができる。すなわち、スペーサプレート５２は、厚さがスペーサプレート５２の周辺に沿って最小になり、スペーサプレート５２の中心で最大になるように構成することができる。たとえば、図５Ｇに示すように、エンドプレート４５により燃料電池アセンブリ２４の活性部分に対して全体的に均一な圧縮負荷が伝えられるように、スペーサプレート５２の内面５４は、スペーサプレート５２から燃料電池アセンブリ２４の上端部２６に向かって延びるように起伏付けることができ、あるいは図５Ｅで分かるように、スペーサプレート５２の外面５５は、スペーサプレート５２から上部エンドプレート４５に向かって延びるように起伏付けることができる。別法として、図５Ｆで分かるように、燃料電池アセンブリ２４の活性部分に対して全体的に均一な圧縮負荷が伝えられるように、スペーサプレート５２の内面および外面５４、５５の両方がスペーサプレート５２からそれぞれ燃料電池アセンブリ２４の上端部２６および上部エンドプレート４５の内面４６に向かって延びるように起伏付けることができる。
【００３３】
スペーサプレート５２の内面および外面５４、５５およびエンドプレート４５の内面４６の形に関する様々な組み合わせが図５Ａ〜Ｇに示されている。この上部エンドプレート４５および／またはスペーサプレート５２の表面の起伏形状は、燃料電池アセンブリ２４の上部および下部端部２６、２８の両方が全体的に均一な圧縮負荷を受けるように、上部エンドプレート４５のたわみだけでなく下部エンドプレート５８のたわみも補償するように寸法決めすることができる。同様に、下部エンドアセンブリ３４内の、下部エンドプレート５８の内面６０とスペーサプレート５２の内面および外面５４、５５もまた、下部エンドアセンブリ３４の各部品が燃料電池アセンブリ２４の活性部分に対して全体的に均一な圧縮負荷が伝えるように、同じようにして起伏付ける、または形作ることができることを理解されたい。当業者は、燃料電池アセンブリ２４の活性部分全体でより均一な圧縮負荷を得るために、内面４６がその中に様々な局部的特徴を形成することができることを理解するであろう。したがって、上部エンドアセンブリ３２の各部品および／または下部エンドアセンブリ３４の各部品は、燃料電池アセンブリ２４の活性部分に対して全体的に均一な圧縮負荷をかけるために、単独でまたは同時にその表面を起伏付けし、形作ることができることを理解されたい。さらに、各種の図に示された大きさは、例示のために誇張されていることを理解すべきであり、燃料電池スタック２０の各部品を基準にした寸法になっていると解釈すべきではない。すなわち、エンドプレート４５、５８のたわみおよびエンドプレート４５、５８および／またはスペーサプレート５２の各表面に形作ることによる補正は、本発明の原理をよりよく例示するために誇張されていることを理解されたい。燃料電池スタック２０の種々の部品を説明するために使用されている上部および下部という用語は、絶対的な基準として解釈すべきではなく、むしろ燃料電池スタック２０の各部品の相対的関係を与えるものと解釈すべきであることも理解されたい。
【００３４】
全体に矩形の構成であるとして燃料電池スタック２０を説明、例示したが、燃料電池スタック２０の形は多様な形状を取ることができるが、これらもやはり請求項によって規定したように本発明の範囲内であることを理解されたい。たとえば、燃料電池スタック２０は円筒形にすることができ、上部および下部のエンドアセンブリ３２、３４に加えて燃料電池アセンブリ２４もまた円筒形になるであろう。燃料電池スタック２０が円筒形の場合、サイドプレート３６は単一の円筒形スリーブにし、その中に上部および下部エンドアセンブリ３２、３４および燃料電池アセンブリ２４を挿入することができる。サイドプレート３６を円筒形スリーブの一部にし、これで燃料電池スタック２０の各部品を囲うことも可能である。したがって、サイドプレートという用語は平らな板に限定されるべきではなく、ちらかと言えば、燃料電池スタック２０の特定の形によって決まるように平らであるまたは湾曲しているまたは様々な形をとる可能性があるプレートと解釈すべきである。
【００３５】
前に述べたように、燃料電池スタック２０は、燃料電池アセンブリ２４をより効率的にするように圧縮負荷をかけて保持されている燃料電池アセンブリ２４を有する。本発明は、圧縮負荷のもとで燃料電池アセンブリ２４を有する燃料電池スタック２０を作る様々な方法をさらに含んでいる。第１の方法、所定圧縮負荷法（Ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ  Ｌｏａｄ  Ｍｅｔｈｏｄ）においては、図９Ａ、９Ｂおよび図１１に示されるように、燃料電池アセンブリ２４および／または燃料電池スタック２０は、燃料電池アセンブリ２４に対して所定の大きさＦの内部圧縮負荷を生じる外部圧縮負荷で圧縮される。その後、サイドプレート３６が上部および下部エンドプレート４５、５８に固定されて、外部圧縮負荷が燃料電池アセンブリ２４および／または燃料電池スタック２０から取り除かれた際に上部および下部エンドプレート４５、５８を一定の間隔をあけて保持する。以下においてより詳細に説明するように、外部圧縮負荷が取り除かれた後に上部および下部エンドプレート４５、５８が一定の間隔をあけて保持されるので、上部および下部エンドプレート４５、５８によって内部圧縮負荷が燃料電池アセンブリ２４に付与されたまま残る。
【００３６】
第２の方法、所定圧縮距離法（Ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）においては、図１０Ａ、１０Ｂおよび図１２に示されるように、燃料電池アセンブリ２４および／または燃料電池スタック２０は、外部圧縮負荷Ｃによって所定の距離Ｄだけ圧縮される。言い換えると、外部圧縮負荷は燃料電池アセンブリ２４を所定の距離Ｄ圧縮するのに十分な大きさである。（以下においてより詳細に説明するように）その後、サイドプレート３６が上部および下部エンドプレート４５、５８に取り付けられる。それから外部圧縮負荷が取り除かれる。上部および下部エンドプレート４５、５８は一定の間隔をあけたままである。燃料電池アセンブリ２４は、一般に所定の距離Ｄ圧縮されたまま維持され燃料電池アセンブリ２４に対して内部圧縮負荷を付与する。
【００３７】
上で述べたように、所定の大きさＦの圧縮負荷のもとで燃料電池アセンブリ２４を有する燃料電池スタック２０を作る所定圧縮負荷法（Ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ  Ｌｏａｄ  Ｍｅｔｈｏｄ）は、燃料電池スタック２０に外部圧縮負荷をかけることを含んでいる。この所定圧縮負荷法は、１）燃料電池アセンブリ２４を、燃料電池アセンブリ２４の上端部２６が上部エンドプレート４５に隣接し、燃料電池アセンブリ２４の下端部２８が下部エンドプレート５８に隣接する状態で、上部および下部エンドプレート４５、５８の間に配置する工程と、２）燃料電池アセンブリ２４が圧縮され、所定の大きさＦの内部圧縮力を受けるようにエンドプレート４５、５８の少なくとも１つに外部圧縮力をかける工程と、３）サイドプレート３６の第１および第２の端部７２、７４を上部および下部エンドプレート４５、５８にそれぞれ取り付けてサイドプレート３６をエンドプレート４５、５８に取り付ける工程と、４）エンドプレート４５、５８の少なくとも１つにかけられた外部圧縮力を取り除き、これによって上部および下部エンドプレート４５、５８が一定の間隔をあけたまま残って燃料電池アセンブリ２４に対して一般に所定の大きさＦに等しい圧縮力を保持する工程とを含む。これにより所定圧縮負荷法は、燃料電池アセンブリ２４に付与された、一般に所定の大きさＦに等しい圧縮力を有する燃料電池スタック２０を提供する。
【００３８】
対照的に、燃料電池スタック２０を組み立てるのに所定圧縮距離法（Ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）が用いられる場合は、燃料電池スタック２０および／または燃料電池アセンブリ２４は、所定の大きさＦの圧縮力で圧縮されるのと反対に所定距離Ｄだけ圧縮される。所定距離Ｄの基準点は、燃料電池アセンブリ２４自体の全長にすることができる。したがって、燃料電池アセンブリ２４を所定距離Ｄ圧縮することだけさらに言及し、燃料電池スタック２０の圧縮には言及しない。しかしながら、燃料電池アセンブリ２４を所定距離Ｄ圧縮することは、燃料電池スタック２０を所定距離Ｄ圧縮することによって行うこともできることを理解されたい。所定距離Ｄは、燃料電池スタック２０の効率的な運転をもたらす燃料電池アセンブリ２４への圧縮力の付加に対応することが好ましい。燃料電池アセンブリ２４を圧縮する所定距離Ｄは種々様々なやり方で決定することができる。たとえば、所定距離Ｄは、以下においてより詳細に説明するように、燃料電池アセンブリ２４を構成する各燃料電池２２について一定距離圧縮するとして計算で求めることができ、あるいは数が知られた燃料電池２２を有する燃料電池アセンブリ２４を圧縮する場合について過去の経験の経験的データに基づいて求めることができる。所定距離Ｄがいったん決められると、燃料電池スタック２０および／または燃料電池アセンブリ２４が所定距離Ｄ圧縮されるように燃料電池スタック２０に外部圧縮負荷がかけられる。その後、サイドプレート３６が上部および下部エンドプレート４５、５８に固定され、外部圧縮負荷が取り除かれる。得られた燃料電池スタック２０は、所定距離Ｄ圧縮され、燃料電池スタック２０の効率的な運転に対応する内部圧縮負荷を有する燃料電池アセンブリ２４を有する。
【００３９】
所定距離Ｄが計算に基づく場合（すなわち、各燃料電池について一定距離圧縮するとした場合）、各燃料電池２２はある距離だけ圧縮される。燃料電池アセンブリ２４を圧縮する所定距離Ｄは、燃料電池アセンブリ２４内にある燃料電池２２の数ｎに、各燃料電池２２が圧縮される予定の一定距離ｄを掛けることによって計算することができる。式によって言い換えると、Ｄ＝ｎ×ｄである。各燃料電池２２を圧縮する一定距離は、燃料電池アセンブリ２４の効率的な運転をもたらすことに一般的に対応する大きさの、燃料電池２２に対する圧縮力を与えるように選ばれる。すなわち、各燃料電池２２が圧縮される予定の一定距離ｄは、燃料電池２２の物性および燃料電池２２が効率的に動作するのに必要な圧縮量に基礎をおいている。得られた燃料電池スタック２０は、所定距離Ｄ圧縮され、燃料電池アセンブリ２４の効率的な運転に対応する圧縮負荷を有する燃料電池アセンブリ２４を有する。
【００４０】
経験的データに基づく場合、燃料電池アセンブリ２４を圧縮する所定距離Ｄは、各燃料電池２２を一定距離圧縮するのと反対に知られた圧縮負荷によって燃料電池アセンブリ２４を圧縮する場合について過去の経験から決定することができる。得られた所定距離Ｄは両方の方法で同じになるかもしれない。燃料電池アセンブリ２４を構成する燃料電池２２の組成が全体に均一なので、各種の燃料電池２２について、燃料電池２２の数と、大きさが知られた圧縮力を燃料電池アセンブリ２４が受ける場合に生じる燃料電池アセンブリ２４および／または燃料電池スタック２０の圧縮された距離との間で一般的な関係を設定することができる。燃料電池アセンブリ２４に対して望ましい大きさの圧縮力を伝えるために燃料電池アセンブリ２４を圧縮する所定距離Ｄを、燃料電池アセンブリ２４を構成する燃料電池２２の数に基づいて求めるのにこの関係を用いることができる。たとえば、経験的データによれは、５０個の燃料電池および２００個の燃料電池を有する各燃料電池アセンブリはそれぞれＸおよび４Ｘの距離だけ圧縮され所望の大きさの圧縮力を伝えることが示される。１００個の同様な燃料電池２２で構成される燃料電池アセンブリ２４を有する燃料電池スタック２０は２Ｘの距離圧縮され、この関係に基づき燃料電池アセンブリ２４に対して一般に同一の所望の大きさの圧縮力を伝えるはずである。
【００４１】
あるタイプの燃料電池２２はどれもその組成においていくらかの違いがあるので、燃料電池アセンブリ２４に対して伝えられた結果としての圧縮力は異なる可能性がある。得られた圧縮力の違いの量は相関関係の精度および燃料電池２２のばらつきによって変わる。得られた圧縮力は、望ましい大きさぐらいの許容範囲内で変動する結果、その違いが燃料電池スタック２０の効率に及ぼす影響は無視できるものであることが好ましい。これによって経験的データの方法は、燃料電池アセンブリ２４が所定距離Ｄ圧縮された場合、燃料電池アセンブリ２４の効率的運転に対応する所望の大きさに一般的に等しい圧縮力を受ける燃料電池アセンブリ２４を有する燃料電池スタック２０を提供する。
【００４２】
上で述べたように、スペーサプレート５２は所定のまたは均一な長さＬの燃料電池スタック２０を形成するのに使用することもできる。すなわち、スペーサプレート５２は、燃料電池スタック２０が所定のまたは均一な長さＬになるように空間を占めるために燃料電池スタック２０で使用することができる。均一な長さＬは多くの利点をもたらす。たとえば、均一な長さＬによって、燃料電池スタックが簡単に入れ替えでき、燃料電池スタック２０が用いられる装置が、燃料電池スタック２０用の標準化された間隔を有すことが可能になる。
【００４３】
本発明は図１３ａおよび１３ｂに示すように、均一な長さＬを有する燃料電池スタック２０に対して様々な組み立て順序を提供する。燃料電池スタック２０の望ましい所定のまたは均一な長さＬは、工業規格などの知られた長さか、または選ばれた長さのどちらも可能である。どちらの場合も、全体的な長さＬは知られた量である。上部および下部エンドプレート４５、５８、燃料電池スタック２０で使用される任意のターミナルプレート５６、およびエンドアセンブリ３２、３４のその他任意の部品の厚さは測定することができ、それゆえ知られた量でもある。これらの知られた量／寸法に基づけば、燃料電池アセンブリ２４が設置される燃料電池スタック２０内の空間は計算することができ、したがって知られた量でもある。すなわち、燃料電池アセンブリ２４が設置される燃料電池スタック２０内の空間の長さは、燃料電池スタック２０の所定のまたは均一な長さＬから、エンドプレート４５、５８、任意のターミナルプレート５６およびエンドアセンブリ３２、３４を構成するその他任意の部品の寸法を差し引いたものに等しい。唯一の知られていない寸法は、燃料電池アセンブリ２４の圧縮された長さ３０である。この燃料電池アセンブリ２４の圧縮された長さ３０は、上記したように、燃料電池スタック２０を作るのに使用した方法および燃料電池アセンブリ２４を構成する燃料電池２２の数によって変わる可能性がある。
【００４４】
上で述べたように、スペーサプレート５２は、一般に所定の大きさＦに等しい圧縮負荷が燃料電池アセンブリ２４に伝えられた状態で所定のまたは均一な長さＬの燃料電池スタック２０を作る所定圧縮負荷法の場合に使用することができる。これを行うために、１つまたは複数のスペーサプレート５２を結合したときの必要な厚さを確認できるように燃料電池アセンブリ２４の圧縮された長さ３０または燃料電池スタック２０の圧縮された長さ３０を求める必要がある。
【００４５】
燃料電池アセンブリ２４の圧縮された長さ３０は、（１）図９Ａで分かるように、所定の大きさＦの内部圧縮負荷が得られるような外部圧縮負荷で燃料電池アセンブリ２４を圧縮し、圧縮された長さ３０を測定すること、または（２）図９Ｂで分かるように、燃料電池アセンブリ２４に対して所定の大きさＦの内部圧縮負荷が伝えられるように外部負荷で燃料電池スタック２０を圧縮し、（Ａ）燃料電池アセンブリ２４の圧縮された長さ３０を測定するか、または（Ｂ）燃料電池スタック２０の圧縮された長さ３０を測定し、エンドプレート４５、５８、ターミナルプレート５６およびエンドアセンブリ３２、３４のその他任意の部品の知られた各寸法を差し引くことによって燃料電池アセンブリ２４の圧縮された長さ３０を計算することのどちらかによって求めることができる。燃料電池アセンブリ２４の圧縮された長さ３０がいったん決められると、燃料電池アセンブリ２４または燃料電池スタック２０から外部圧縮負荷を取り除くことができる。燃料電池アセンブリ２４の圧縮された長さ３０は、所定のまたは均一な長さＬの燃料電池スタック２０を作るためにスペーサプレート５２を結合したときの必要な厚さを計算するのに用いられる。このスペーサプレート５２を結合したときの必要な厚さは、（前に説明したように）燃料電池アセンブリ２４が配置される予定の空間の長さと燃料電池アセンブリ２４の圧縮された長さ３０の差に等しい。したがって、スペーサプレート５２を結合したときの必要な厚さが計算できる。
【００４６】
別法として、所定の大きさＦの燃料電池アセンブリ２４に対する内部圧縮負荷を有する燃料電池スタック２０の圧縮された長さを用いることができる。燃料電池スタック２０の圧縮された長さは、燃料電池アセンブリ２４に対して所定の大きさＦの内部圧縮負荷が伝えられるように外部圧縮負荷で燃料電池スタック２０を圧縮し、その後、燃料電池スタック２０の圧縮された長さを測定することによって求めることができる。次に、燃料電池スタックに対する外部圧縮負荷が取り除かれる。燃料電池スタック２０の所定のまたは均一な長さＬと燃料電池スタック２０の測定された圧縮長さの差を計算する。この計算された差がスペーサプレート５２を結合したときの必要な厚さになる。
【００４７】
スペーサプレート５２を結合したときの必要な厚さがいったん求められると、必要な結合厚さを有する１つまたは複数のスペーサプレート５２が選択される。選択されたスペーサプレート５２が上部および／または下部エンドプレート４５、５８と燃料電池アセンブリ２４の上部および／または下部端部２６、２８の間にそれぞれ配置される。スペーサプレート５２を結合したときの必要な厚さが燃料電池アセンブリ２４の長さ３０と位置合わせされるようにスペーサプレート５２を適応させる。燃料電池スタック２０はその後、燃料電池スタック２０が全体に所定のまたは均一な長さＬになるように、燃料電池スタック２０に外部圧縮負荷をかけて圧縮される。所定のまたは均一な長さＬを有する燃料電池スタック２０の得られた内部圧縮負荷は一般に所定の大きさＦに等しくなるべきである。次にサイドプレート３６が、上部および下部エンドプレート４５、５８が燃料電池スタック２０を全体に所定のまたは均一な長さＬに保持するように、上部および下部エンドプレート４５、５８に固定される。最後に、外部圧縮負荷が燃料電池スタック２０から取り除かれる。燃料電池アセンブリ２４が全体に所定の大きさＦの圧縮力で圧縮されて、得られた燃料電池スタック２０は一般に所定のまたは均一な長さＬに等しい長さを有する。
【００４８】
燃料電池スタック２０を作成する所定圧縮距離法（Ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）もまた、所定のまたは均一な長さＬの燃料電池スタック２０を作るためにスペーサプレート５２を用いることができる。スペーサプレート５２の必要な結合厚さは、燃料電池スタック２０にとって望ましい所定のまたは均一な長さＬ、燃料電池アセンブリ２４の圧縮された長さ３０、およびエンドアセンブリ３２、３４を構成する各部品の厚さに基づいている。燃料電池アセンブリ２４の圧縮された長さ３０は、燃料電池アセンブリ２４の圧縮されてない長さ３１から所定距離Ｄを差し引くことによって計算される。燃料電池スタック２０の所定のまたは均一な長さＬから、燃料電池アセンブリ２４の圧縮された長さ３０、エンドプレート４５、５８、ターミナルプレート５６およびエンドアセンブリ３２、３４を構成するその他任意部品の各寸法を差し引いてスペーサプレート５２の必要な結合厚さを得る。次に、スペーサプレート５２の結合厚さが一般に必要な全体的厚さに等しくなるようにスペーサプレート５２が選択される。その後、上で説明したように、選択されたスペーサプレート５２が燃料電池スタック２０に追加される。得られた燃料電池スタック２０は一般に望ましい所定のまたは均一な長さＬ、全体に所定距離Ｄだけ圧縮された燃料電池アセンブリ２４および燃料電池アセンブリ２４の効率運転に対応する内部圧縮負荷を有する。
【００４９】
本明細書で「全体に、一般に（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ）」という副詞について用語が量を表現する場合は、説明される要因の大きさが望ましい大きさに対して許容範囲内にあることを意味していると理解されたい。
【００５０】
本発明の説明は例示的な性格のものに過ぎず、それゆえ、本発明の要旨から逸脱しない変形形態は本発明の範囲内に入るものである。このような変形形態は本発明の精神と範囲から逸脱するものとはみなされない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の電気化学燃料電池スタックの斜視図である。
【図２】図１の電気化学燃料電池スタックを線２−２に沿ってみた簡易断面図である。
【図３】電気化学燃料電池スタックへのサイドプレートの取り付けを示す図１の電気化学燃料電池スタックの部分分解斜視図である。
【図４】燃料電池の詳細を示す簡易部分図である。
【図５】図５Ａは本発明の電気化学燃料電池スタックのエンドプレートおよびスペーサプレートの種々の形状の断面図である。            図５Ｂは本発明の電気化学燃料電池スタックのエンドプレートおよびスペーサプレートの種々の形状の断面図である。            図５Ｃは本発明の電気化学燃料電池スタックのエンドプレートおよびスペーサプレートの種々の形状の断面図である。            図５Ｄは本発明の電気化学燃料電池スタックのエンドプレートおよびスペーサプレートの種々の形状の断面図である。            図５Ｅは本発明の電気化学燃料電池スタックのエンドプレートおよびスペーサプレートの種々の形状の断面図である。            図５Ｆは本発明の電気化学燃料電池スタックのエンドプレートおよびスペーサプレートの種々の形状の断面図である。            図５Ｇは本発明の電気化学燃料電池スタックのエンドプレートおよびスペーサプレートの種々の形状の断面図である。
【図６】図６Ａは本発明の原理によるエンドプレートの形状を付けた内面の平面図である。            図６Ｂは図６Ａのエンドプレートを線Ｂ−Ｂに沿ってみた断面図である。            図６Ｃは図６Ａのエンドプレートを線Ｃ−Ｃに沿ってみた断面図である。
【図７−Ａ】エンドアセンブリの各部品を取り付ける様々なやり方を示す本発明の電気化学燃料電池スタックのエンドアセンブリの部分断面図である。
【図７−Ｂ】エンドアセンブリの各部品を取り付ける様々なやり方を示す本発明の電気化学燃料電池スタックのエンドアセンブリの部分断面図である。
【図８】スペーサプレートの重量を減少させるために使用する穴を示す、本発明の電気化学燃料電池スタックで使用するスペーサプレートの斜視図である。
【図９】図９Ａは所定の大きさＦの圧縮力を受ける燃料電池アセンブリおよび燃料電池スタックの各圧縮を示す図１の電気化学燃料電池スタックの簡易断面図である。            図９Ｂは所定の大きさＦの圧縮力を受ける燃料電池アセンブリおよび燃料電池スタックの各圧縮を示す図１の電気化学燃料電池スタックの簡易断面図である。
【図１０】図１０Ａは燃料電池アセンブリおよび燃料電池スタックを所定の距離Ｄ圧縮した状態を示す図１の電気化学燃料電池スタックの簡易断面図である。              図１０Ｂは燃料電池アセンブリおよび燃料電池スタックを所定の距離Ｄ圧縮した状態を示す図１の電気化学燃料電池スタックの簡易断面図である。
【図１１】本発明の原理によって燃料電池スタックを作成する所定力圧縮法（Ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  Ｆｏｒｃｅ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）の各ステップを示す流れ図である。
【図１２】本発明の原理によって燃料電池スタックを作成する所定圧縮距離法（Ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）の各ステップを示す流れ図である。
【図１３−Ａ】所定長さまたは均一長さの燃料電池スタックを作成するためにスペーサプレートを使用する各ステップを示す流れ図である。
【図１３−Ｂ】所定長さまたは均一長さの燃料電池スタックを作成するためにスペーサプレートを使用する各ステップを示す流れ図である。
【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８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３−Ａ】
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【図１３−Ｂ】
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【国際調査報告】
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