(57)【要約】【課題】燃料電池スタックを締結し、かつ、ねじれを抑制する締め付け機構を備えた燃料電池スタックを提供する。【解決手段】本発明による燃料電池スタック（５０）は側面（３０）の対角線方向からエンドプレート（２、３）を締結する線状部材（４）を備える。この線状部材（４）はエンドプレート（２、３）間に挟まれた燃料電池セルを押さえ付け、かつ、燃料電池スタック（５０）のねじれを抑制する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックにおいて、
一方向に積層された多数の燃料電池セルの積層体と、
前記積層体の両端に配置された２枚のエンドプレートと、
前記両端のエンドプレートを燃料電池スタックの側面の対角線方向から締め付ける線状部材と、
前記両端のエンドプレートに設けた前記線状部材の端部を保持する保持機構と、を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２】
前記保持機構は前記線状部材の張力を調節する弾性体を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記線状部材は前記燃料電池セルの積層方向に対して４５度以下の角度をなすことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記弾性線状部材を一つの側面に２以上備え、前記それぞれの弾性線状部材は前記燃料電池セルの積層方向に対して４５度以下の角度をなすことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記２以上の線状部材のそれぞれが前記燃料電池セルの積層方向に対して同一角度をなすことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記線状部材は隣接する側面上に配置された前記線状部材と異なる方向に傾くように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記保持機構として、前記エンドプレートに設けたフランジを備え、前記線状部材と結合したピンを前記フランジで係止したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記保持機構として、前記エンドプレートに段付孔を設け、この段付孔の段付部で前記線状部材と結合したピンを係止することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記弾性体は、前記線状部材の端部に連結されたボルトに螺合するナットと、前記保持機構としてエンドプレートに設けられたフランジまたは段付孔との間に介装され、前記線状部材の張力を調整可能にするように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記燃料電池スタックの側面上で前記燃料電池セルの積層方向に対して平行となるように前記両端のエンドプレートを締結する線状部材をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池スタック。
【請求項１１】
前記燃料電池スタックの各側面を締結する前記線状部材は連続した一の線状部材からなることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池スタック。
【請求項１２】
一方向に積層された多数の燃料電池セルの積層体と、前記積層体の両端に配置された２枚のエンドプレートとを備えた燃料電池スタックにおいて、
線状部材で前記両端のエンドプレートを対角線方向から締め付けることを特徴とする締結方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池スタックの締め付けに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００１−１２６７５０号公報は、線状部材を燃料電池セルの積層方向に巻きつけることにより燃料電池セルおよびサイドプレートを締結した燃料電池スタックを開示している。これにより、小型の燃料電池スタック面圧のばらつきを抑える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この燃料電池スタックの締結方法では、燃料電池セルの積層方向に押さえつける力は働くが、積層方向と垂直方向に押さえつける力は働かない。したがって、車両の振動や加速等により燃料電池スタックにねじれ方向の力が働いたとき、この線状部材ではねじれを抑制することはできない。
【０００４】
したがって、本発明の目的は燃料電池スタックのねじれを効果的に抑制することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明による燃料電池スタックは、一方向に積層された燃料電池セルの積層体、積層体の両端に配置されたエンドプレート、およびエンドプレート間を燃料電池スタックの側面の対角線方向から締め付ける線状部材を備える。
【０００６】
また、一方向に積層された多数の燃料電池セルの積層体と、前記積層体の両端に配置された２枚のエンドプレートとを備えた燃料電池スタックにおける締結方法として、線状部材で前記両端のエンドプレートを対角線方向から締め付ける。
【０００７】
【発明の効果】
以上のような構成にすることにより、対角線方向に配した線状部材の張力により燃料電池スタックのねじれを抑制し、かつ、線状部材の固有の弾性により燃料電池スタックの積層方向の伸縮を吸収する効果が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態につき、図１から図８にしたがって説明する。
【０００９】
図１を参照すると、燃料電池スタック５０は燃料電池セル積層部１、燃料電池セル積層部１の両端に設けられたエンドプレート２、３、およびエンドプレート２、３に掛けられた固有の弾性を持つ線状部材としてのワイヤ４を備える。
【００１０】
燃料電池セル積層部１は多数の燃料電池セルが一方向に積層されて構成される。エンドプレート２、３はこの燃料電池セル積層体１を挟み込むように燃料電池セル積層体１の両端に配置される。エンドプレート２、３はワイヤ４により締め付けられ、燃料電池セル積層体１を所定の圧力で押し付ける。エンドプレート２、３には、ワイヤ４を保持するための機構１１、１２が設けられる。
【００１１】
ワイヤ４は隣接する２つの側面３０の一方に配されたワイヤ４と異なる方向に傾くように配置され、各側面３０の対角線上に設けられたエンドプレート２の保持機構１１とエンドプレート３の保持機構１２とを結合する。
【００１２】
ワイヤ４ａは一方のエンドプレート３の一つの角部９０から側面３０ａの対角線上をエンドプレート２の角９２に向かって伸びる。角部９０から伸びるもう一つのワイヤ４ｃは側面３０ａと隣接する側面３０ｃの対角線上を通り、エンドプレート２の角９２と対角をなす角９１に向かって伸びる。
【００１３】
一方、エンドプレート３の角部９０と対角をなす角９４から伸びるワイヤ４ｂは側面３０ｂの対角線上を通り、対角９１に向かって伸びる。エンドプレート３の角９４から伸びるもう一つのワイヤ４ｄは側面３０ｄの対角線上を通り、対角９２に向かって伸びる。
【００１４】
ワイヤ４は燃料電池セル積層部１に十分な締め付け力を付与し、かつ、ねじれに対抗する反力を生むため、積層方向に対し角度αが４５度以下となるように配置される。
【００１５】
エンドプレート３を方向Ｆにねじるような力が加わったとき、ワイヤ４ａ、４ｂは伸張して張力が増加する。これに対し、ワイヤ４ａ、４ｂは元の長さに戻ろうとするため、ねじれの力に対し反力が作用し、燃料電池スタック５０がねじれるのを抑制する。逆に、方向Ｇにねじれの力が加わったとき、ワイヤ４ｃ、４ｄが伸張してねじれを抑制する。
【００１６】
また、ワイヤ４のような固有の弾性を持つ部材で締め付けることにより、温度差などによる燃料電池スタック５０の積層方向の伸縮も吸収する。
【００１７】
次に、図２から図８を参照して、エンドプレート２、３に設けられたワイヤ４の保持機構１１、１２の構造を説明する。
【００１８】
エンドプレート３に設けられた保持機構１１はワイヤ４の一端を保持し、図２で示すように、エンドプレート３から突出したフランジ１３を備える。ワイヤ４はピン１４に結合され、ピン１４の頭部がフランジ１３の穴に引っかかることにより、ワイヤ４はエンドプレート３に結合される。フランジ１３には、図３に示すように、ピン１４を横から挿入するための開口部を設けることもできる。これにより、組み付け時の作業が容易となる。
【００１９】
図４、５に示すように、保持機構１１として、エンドプレート２、３の燃料電池セル積層部１から突出した部分にピン１４の段付孔１５を設けることもできる。この場合、エンドプレート２、３のサイズは大きくなるが、フランジ１３を用いた保持機構１１より強度を上げることができる。また、エンドプレート２に出っ張りができるのを防止できる。
【００２０】
エンドプレート２に設けられた保持機構１２はワイヤ４の他端を保持し、図６に示すように、エンドプレート３から突出したフランジ１３を備える。フランジ１３の穴にはボルト１８が挿入され、ボルト１８の燃料電池セル積層部１側にはワイヤ４が結合される。ボルト１８の燃料電池セル積層部１の反対側には、ナット１７がねじこまれ、フランジ１３とナット１７の間には弾性体であるバネ１６とワッシャ１９が介装される。この構造により、ナット１７のねじ込み量を調整することで、ワイヤ４の張力を簡単に調節することができる。これにより、燃料電池セルの面圧のばらつきを防止できる。
【００２１】
保持機構１２にはフランジ１３の代わりに、図７、８に示すように、エンドプレート２の隅部にボルト１８を収容するための段付孔２０を斜めに設けることができる。バネ１６の一端は段付孔２０の段部に当たり、ワイヤ４は引っ張り反力を受ける。したがって、エンドプレート３からのフランジ１３による出っ張りをなくし、燃料電池スタック５０を小型化できる。
【００２２】
図９に示すように、燃料電池セル積層体１が積層方向に対し垂直に長い場合には、両エンドプレートの角部を結ぶと、角度αが４５度以下になるようにワイヤ４を配置できない場合がある。この場合には、角度αが４５度以下となるように２以上のワイヤ４ｒ、４ｓを互いに平行になるように配置する。また、ワイヤ４の傾き方向は対になる側面３０において、互いに対象となるように配置する。
【００２３】
これにより、燃料電池スタック５０のねじれを抑え、燃料電池セル積層体１締結し、かつ、燃料電池セルに均一な面圧を付与することが可能となる。
【００２４】
このように、互いに隣接する側面３０上に異なる傾きを持つワイヤ４を配置することにより、燃料電池スタック５０のねじれを抑え、かつ、燃料電池セル積層体１を締結することができる。また、線状部材を積層方向に対して４５度以下とすることで、燃料電池セルを締結し、かつ、ねじれを抑制できる。さらに、保持機構に弾性体を備えることで、線状部材の張力を調整し、燃料電池セルの面圧を簡単に均一にできる。
【００２５】
次に、図１０を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同一の構成要素には同一の参照番号を付す。この実施形態によると、燃料電池スタック５０は、第１の実施形態に加え、側面３０上に積層面と直交するように設置された線状部材としてのワイヤ４０を備える。このワイヤ４０は対となる側面に設置されたワイヤ４０と積層方向に伸びる中心線８０を挟んで対称になるように設置される。一例として、側面３０ｃ上に配置されたワイヤ４０ａは対になる側面３０ｄ上に配置されたワイヤ４０ｂと中心線８０を挟んで対称となるように配置される。ワイヤ４０の保持機構は第１の実施形態で説明したワイヤ４の保持機構１１、１２と同一である。
【００２６】
これにより、サイドプレート２、３に積層面と直交する方向から燃料電池セル積層部１を締結する力を加え、燃料電池セルに均等な面圧がかかるようにエンドプレート２、３を締め付けることができる。図９では側面３０ｃ、３０ｄにワイヤ４０ａ、４０ｂを有する燃料電池スタック５０を示すが、側面３０ａ、３０ｂにもワイヤ４０を設けてもよい。
【００２７】
このように、燃料電池セルの積層方向に平行となるワイヤ４０を設けることにより、燃料電池セルに均等な面圧がかかるようにすることができる。
【００２８】
次に、図１１を参照して、第３の実施態様を説明する。第１の実施形態と同一の構成要素には同一の参照番号を付す。この実施形態によると、燃料電池スタック５０の各側面３０を締結するワイヤ４５は一本のワイヤ４５から構成される。各側面３０におけるワイヤ４５の配置位置および他の部分の構成は第１の実施態様と同じである。
【００２９】
一端のエンドプレート２には、その一つの角部にワイヤ４５を保持する２つの保持機構７１、７２が設けられる。この保持機構７１、７２は第１の実施形態で説明した保持機構１１、１２とそれぞれ同じ構造である。また、保持機構７１、７２を有するエンドプレート２の対角をなす角にはワイヤ４５が通過する孔７４が設けられている。
【００３０】
一方、保持機構７１、７２を有さない他方のエンドプレート３には、保持機構７１と側面３０ｃの対角線上に孔７３が設けられ、保持機構７２と側面３０ｂの対角線上に孔７５が設けられる。　保持機構７１から発したワイヤ４５は各孔７３、７４、７５を通り、保持機構７２に達する。
【００３１】
一本のワイヤ４５で燃料電池セル積層体１を締結することにより、ワイヤ４５の張力を一定にでき、複数のワイヤで締結する場合よりも、簡単に燃料電池セルの面圧を均一にすることができる。
【００３２】
本発明を、構造的と方法的特徴に関してある程度特定的な言葉で説明したが、本明細書に開示した手段は本発明を実施する好ましい形態を含むものであり、本発明はこれら図示し記載された特定の特徴に制限されないことを理解されたい。したがって、本発明は、均等の原則に従って適切に解釈される特許請求の範囲に記載された範囲内におけるいかなる形態または変更についても含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料電池スタックを説明する概略構成図である。
【図２】本発明による弾性線状部材の保持機構の構成図である。
【図３】本発明による弾性線状部材の保持機構の構成図である。
【図４】本発明による弾性線状部材の保持機構の構成図である。
【図５】本発明による弾性線状部材の保持機構の構成図である。
【図６】本発明による弾性線状部材の保持機構の構成図である。
【図７】本発明による弾性線状部材の保持機構の構成図である。
【図８】本発明による弾性線状部材の保持機構の断面図である。
【図９】本発明による１つの側面に２の弾性線状部材を有する燃料電池スタックを説明する概略構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態を説明する概略構成図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態を説明する概略構成図である。
【符号の説明】
１　燃料電池セル積層体
２、３　エンドプレート
４、４０、４５　ワイヤ（線状部材）
１１、１２　保持機構
１３　フランジ
１４　ピン
１５　段付孔
１６　バネ（弾性体）
１７　ナット
１８　ボルト
【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】
2004063172.tif 000009
【図８】
2004063172.tif 000010
【図９】
2004063172.tif 000011
【図１０】
2004063172.tif 000012
【図１１】
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