(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
重ね合わされた発電体の組立体（２）を含むスタックであって、前記発電体はスタック軸線に沿って積層されている、スタックと、
前記組立体を軸線方向に留めるエンドプレート（５、６）と、
少なくとも１つのピンと張られたワイヤにより形成された少なくとも１つの環状のシートを含む、少なくとも１つの保持巻き体（９）と、を備え、
前記ワイヤは、前記スタック及びエンドプレートに複数回巻付けられた形態で、前記スタックに巻き付けられており、
前記保持巻き体は、前記スタックを取り囲むとともに前記エンドプレート（５、６）上で支持され、これにより、前記スタック及び前記プレートは互いに圧迫するように保持されており、
前記ピンと張られたワイヤの端部は、前記エンドプレートの少なくとも１つに固定されていることを特徴とする、燃料電池。
【請求項２】
前記保持巻き体（９）は、前記エンドプレート（５、６）の支持部分（１８、１９、２０、２１）上で支持される部分（２４、２５、２６、２７）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記保持巻き体（９）は、前記エンドプレート（５、６）の離間した丸み付き支持部分（１８、１９、２０、２１）上で支持される丸み付き部分（２４、２５、２６、２７）と、これら支持される部分を接続する自由部分（１４、１５、２８、２９）とを含むことを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項４】
前記保持巻き体（９）の前記丸み付き部分及び前記自由部分は、接線方向に接続することを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記保持巻き体（９）は、前記エンドプレート（５、６）の溝（１２、１３）の中へ延びることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記保持巻き体（９）は、前記エンドプレート（５、６）の前記溝（１２、１３）内に埋設されることを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記巻き体（９）を形成する前記ワイヤの前記端部は、前記エンドプレート上に、接着されるか又はくさび留めによって保持されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記プレートは、前記組立体（３）に対して横方向に突出したタブ（３０、３１、３２、３３）を有し、その中に前記溝（１２、１３）が延びることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項９】
前記スタック軸線に対して垂直方向に離間した幾つかの平行な保持巻き体（９）を備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記保持巻き体（９）の前記ワイヤは、熱硬化性樹脂含侵ガラス繊維（ＣＶＲ）製であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の分野、特に自動車での使用に適した燃料電池の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電気化学反応により、一般に水素である燃料及び一般に酸素である酸化剤から電気エネルギーを発生させることを可能にする。
【０００３】
固体電解質プロトン交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、通常、電気化学的発電体を形成する、プレートの形態のユニットセルのスタックを含み、ユニットセルの各々は、隣接するユニットセルからバイポーラプレートによって分離されている。各ユニットセルは、例えば硫黄化パーフルオロ化ポリマー材料製のイオン交換膜の形態の固体電解質で分離された、アノード要素及びカソード要素を含む。通常の代替的な実施形態によれば、各バイポーラプレートは、一方の側面上で、この側面に隣接したユニットセルに燃料を供給し、もう一方の側面上で、この側面に隣接したユニットセルに酸化剤を供給し、バイポーラプレートによるこれら供給動作は、並行して行われる。
【０００４】
バイポーラプレートとユニットセルとの連続的なスタックは、支持圧力下で保持され、この支持圧力は、良好な電気的接触及び所望の気密性を保証しなければならない。通常、スタックは、タイロッドによって接続された剛直なエンドプレートを含み、支持圧力に対する温度及び湿度の影響を制限するためにばね要素が挿入されている。しかしながら、かかる解決策は、完全に満足なものであるとは言い難い。
【０００５】
特許文献１、特許文献２、特許文献、特許文献４及び特許文献５は、ピンと張られたストラップの部分によって取り囲まれたプレートスタックを記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０５６０８４号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／００４２４９３号明細書
【特許文献３】米国特許第５９９３９８７３号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／００９３８９０号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１４／０３５６７５３号明細書
【発明の概要】
【０００７】
一実施形態によれば、スタック軸線に沿って重ね合わされた発電体の組立体とこの組立体を軸線方向に留めるエンドプレートとを含むスタックを備えた、燃料電池が提示される。
【０００８】
燃料電池は、スタックのまわりに複数の巻の形態で巻き付けられた少なくとも１つのピンと張られたワイヤの、少なくとも１つのシートを含む、少なくとも１つの保持巻き体をさらに備え、この保持巻き体は、スタックを取り囲むとともにエンドプレート上に支持されており、ピンと張られたワイヤの端部は、エンドプレートの少なくとも１つに固定されている。
【０００９】
保持巻き体は、エンドプレートの支持部分上で支持される部分を含むことができる。
【００１０】
保持巻き体は、エンドプレートの離間した丸み付き支持部分上で支持される丸み付き部分と、これら支持される部分を接続する自由部分とを含むことができる。
【００１１】
保持巻き体の丸み付き部分及び自由部分は、有利には、接線方向に接続することができる。
【００１２】
保持巻き体は、エンドプレートの溝の中へ延びることができる。
【００１３】
保持巻き体は、エンドプレートの溝内に埋設することができる。
【００１４】
巻き体を形成するワイヤの端部は、エンドプレート上に、接着されるか又はくさび留めによって保持され得る。
【００１５】
プレートは、組立体に対して横方向に突出したタブを有することができ、その中に溝が延びる。
【００１６】
燃料電池は、スタック軸線に対して垂直に離間したいくつかの平行な保持巻き体を備えることができる。
【００１７】
有利には、保持巻き体のワイヤは、熱硬化性樹脂含侵ガラス繊維（ＣＶＲ）製とすることができる。
【００１８】
燃料電池を、図面に示された非限定的な例によってここで説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電気化学的発電体の組立体と、エンドプレートと、保持巻き体とを含む燃料電池の斜視図を示す。
【図２】図１の電気化学的発電体の組立体の部分分解斜視図を示す。
【図３】電気化学的発電体の組立体を取り外した、図１の燃料電池の部分の斜視図を示す。
【図４】図１の燃料電池のスタック軸線に沿った、保持巻き体を通る断面図を示す。
【図５】図１の燃料電池用の保持巻き体を製造するための装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示すように、燃料電池１は、スタック軸線に沿って重ね合わされた電気化学的発電体４の組立体３で作り上げられたスタック２と、組立体３を軸線方向に把持するエンドプレート５及び６とを備える。
【００２１】
図２により詳細に示されているように、例として、組立体２は、バイポーラプレート６によって分離された、プレートの形態の複数のユニットセル５を備える。各ユニットセル５は、３つの重ね合わされた層、すなわちアノード、電解質及びカソードを備える。各バイポーラプレート６は、一方の側面上で、この側面に隣接したユニットセルに燃料を供給し、もう一方の側面上で、この側に隣接したユニットセルに酸化剤を供給する。組立体２は、これらの供給動作をエンドプレート５及び６の少なくとも一方を介してもたらすようにレイアウトされたチャネルを備える。燃料電池１のスタック２の外部の、液圧式接続及び電気的接続のための部材は、図示していない。
【００２２】
組立体２は、平行六面体の形態である。エンドプレート５及び６は、厚く剛直であり、組立体２に対して横方向に突出している。
【００２３】
図１、図３及び図４に示すように、燃料電池１は、スタック２のまわりに巻き付けられた少なくとも１つのピンと張られたワイヤの、１つ又はそれより多くの重ね合わされたシートを有する、複数ターンの巻き体９を備え、巻き体９は、スタック２を取り囲むとともにエンドプレート５及び６上で支持されている。これらの巻き体９は、所望の気密性及び所望の電気的接触をもたらすために、組立体２のプレート並びにエンドプレート５及び６を、互いに圧迫するように堅固に保持するために用いられる。図示した例において、３つの巻き体９が設けられ、スタック２の軸線に対して垂直に互いに距離をおいて平行に形成される
【００２４】
各保持巻き体９は、エンドプレート５及び６の外面内に配置された溝１２及び１３内に埋設される対向する部分１０及び１１を有するとともに、中間の対向する横部分１４及び１５を有し、これら横部分は、支持されておらず、上記埋設部分１０及び１１を接続し、スタック軸線に沿って、組立体３の反対側の側面１６及び１７に対して平行に、これら側面から所定距離をおいて延びている。
【００２５】
溝１２及び１３の底部は、丸みを帯びた、四分円の形態の、スタックの軸線に対して離間した端部分１８、１９及び２０、２１をそれぞれ有するとともに、より深い中央部分２２及び２３を有する。
【００２６】
各保持巻き体９は、それぞれ、対応する溝１２及び１３の丸み付き端部分１８、１９及び２０、２１上で支持される、丸み付きのコーナー部分２４、２５及び２６、２７を有する。丸み付き端部分１８、１９及び２０、２１は、溝１２及び１３の中央部の上方に延びた、支持されていない対向する中間部２８及び２９によって連結され、支持されていない対向する横部分１４及び１５に連結する。
【００２７】
したがって、各保持巻き体９は、丸み付きコーナー部分を有する矩形の環状ストリップの形態であり、支持されていないその対向する中間部分１４及び１５並びにその対向する中間部分２８及び２９は、溝１２及び１３の丸み付き支持部分１８、１９及び２０、２１上で支持される丸み付きコーナー部分２４、２５及び２６、２７を接線方向に接合する。
【００２８】
溝１２及び１３の丸み付き支持部分１８、１９及び２０、２１が十分な半径を有することができるように、エンドプレート５及び６は、突出した対向するタブ３０、３１及び３２、３３を有し、これらは、組立体３の側面１６及び１７に対して横方向に延び、その中へ溝１２及び１３の丸み付き端部分１８、１９及び２０、２１が延びており、これらのタブはまた、エンドプレート５及び６を組立体３に対して位置決めする。
【００２９】
各保持巻き体９を形成するワイヤの端部分は、エンドプレート５及び６のうちの１つに固定されること、または、一方がエンドプレート５に固定され、他方がエンドプレート６に固定されることが可能である。
【００３０】
例えば、各保持巻き体９を形成するワイヤの端部分は、溝１２に開口した、エンドプレート５の斜めの補助的な外溝３４及び３５の中へ延び、適切な接着手段によって又はくさび留めのための付加的な機械的手段によってこれらの溝内に固定される。
【００３１】
好ましくは、各保持巻き体９を形成するワイヤは、一般に略語ＣＶＲと称される熱硬化性樹脂含浸ガラス繊維で作られる。かかる材料は、特定の弾性を示すと同時に引張り強さを有するという利点を有するので、巻き体９は、スタック２における所望の支持圧力を得ること、及び、上述の所望の気密性及び所望の電気的接触を提供することを可能にする一方で、特に温度及び湿度の変動に起因するスタック２の寸法の変動を吸収及び補償するのに好適である。
【００３２】
各巻き体９の丸み付きコーナー部分２４、２５及び２６、２７は、巻き体のワイヤが制限された曲げ応力を受けるような半径を有する。
【００３３】
図５に示すように、各保持巻き体９は、リール様に製造することができる。
【００３４】
スタック２を形成し、これを一時的に例えばクランプによって保持すると、スタック２は、スタック軸線に対して垂直な回転中心軸３７に従ってスタック２を回転させることが可能な回転機３６に装着される。
【００３５】
ワイヤ３８の端は、補助的な溝３４又は３５のうちの１つに固定され、このワイヤは供給リール３９から来たものである。
【００３６】
スタック２及び供給リール３９を回転させて、ワイヤ３８をエンドプレート５及び６の溝１２及び１３に係合させてスタック２に巻き付け、ワイヤ３８には、偏向滑車４２及び４３上を通るワイヤ３８の部分を下方へ引っ張る滑車４１から吊り下げられた釣り合いおもり４０によって張力がかけられているので、ワイヤの３８のこの部分は、Ｕ字形を形成するようになっている。
【００３７】
スタック２のまわりにワイヤ３８の１つのシート又は幾つかの重なり合ったシートが生成された後、ワイヤ３８を他の補助溝３４又は３５内に係合させる。ワイヤ３８は、この補助溝内に接着され、ワイヤ３８は、この接着箇所を越えたところで切断される。
【００３８】
同じ動作を行って、他の保持巻き体９を生成する。
【００３９】
代替的な実施形態において、保持巻き体９は、順々に生成することができ、接続溝４４を有するエンドプレート５は、ワイヤ３８を生成された巻き体からこれから生成される隣の巻き体へ通すことを可能にする。
【符号の説明】
【００４０】
１：燃料電池
２：スタック
３：組立体
４：電気化学的発電体
５、６：エンドプレート
９：保持巻き体
１２、１３：溝
１６、１７：組立体の側面
１８、１９、２０、２１：エンドプレートの支持部分
２４、２５、２６、２７：保持巻き体の支持される部分
１４、１５、２８、２９：保持巻き体の自由部分
３０、３１、３２、３３：タブ
３４、３５：補助的な溝
３６：回転機
３７：回転中心軸
３８：ワイヤ
３９：供給リール
４０：釣り合いおもり
４１、４２、４３：滑車
【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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