(57)【要約】  燃料セルスタック組立体は、２つの対向する平行な端部表面を画成するスタック内における複数の燃料セルを含む。端部プレートがスタックのそれぞれの対向する端部表面に配置される。それぞれの端部プレートは、２つの対向する平行な端部表面のうちのそれぞれの１つの近位にあり且つ当該の１つと加圧関係にある加圧表面を画成する。連結機構が端部プレートに取り付けられ、それによりスタック内の燃料セルは加圧状態に維持されることとなる。端部プレートのうちの少なくとも１つ、好適には両方は、加圧表面を画成する事前形成された要素を含み、事前形成された要素は、事前形成された要素が負荷を受けない場合には加圧表面が凸状表面となり、それに対して、燃料セルを加圧状態に保持するための負荷が印加される場合には、連結機構の要素間の事前形成された要素が湾曲することにより加圧表面が実質的に平坦表面となるよう、事前決定された曲率を有するよう構成される。これにより、より少数且つより軽量な構成品を用いて、燃料セルスタックの端部表面全域にわたり均一な圧力分布がもたらされることとなる。
2015519693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの対向する平行な端部表面を画成するスタック内における複数の燃料セルと、
前記スタックのそれぞれの対向する端部表面における端部プレートであって、それぞれの端部プレートは、前記２つの対向する平行な端部表面のうちのそれぞれの１つの近位にあり且つ前記それぞれの１つと加圧関係にある加圧表面を画成する、端部プレートと、
前記端部プレートに取り付けられ、それにより前記スタック内の前記燃料セルを加圧状態に保持する、連結機構と
を含み、
前記端部プレートのうちの少なくとも１つは前記加圧表面を画成する事前形成された要素を含み、前記事前形成された要素は、前記事前形成された要素が負荷を受けない場合には前記加圧表面が凸状表面となり、それに対して、前記燃料セルを加圧状態に保持するための前記負荷が印加される場合には、前記連結機構の要素間の前記事前形成された要素が湾曲することにより前記加圧表面が実質的に平坦表面となるよう、事前決定された曲率を有するよう構成される、
燃料セルスタック組立体。
【請求項２】
前記連結機構は１対のクリップを含み、それぞれのクリップは、前記事前形成された要素の１対の対向縁部のうちの一方に係合するよう構成された係合部材を含み、それぞれのクリップは、前記事前形成された要素の前記それぞれの縁部に沿って延長するよう構成される、請求項１に記載の燃料セルスタック組立体。
【請求項３】
それぞれのクリップは前記事前形成された要素の前記それぞれの縁部の相当な部分に沿って延長する、請求項２に記載の燃料セルスタック組立体。
【請求項４】
前記事前形成された要素は、前記クリップのうちのそれぞれの１つに係合し且つ前記それぞれの１つを保持するために、前記１対の対向縁部のうちのそれぞれの近位にある前記表面に凹陥部を有する、請求項２に記載の燃料セルスタック組立体。
【請求項５】
それぞれのクリップはＣ字形状クリップを含む、請求項４に記載の燃料セルスタック組立体。
【請求項６】
前記事前形成された要素の前記加圧表面は前記１対の対向縁部間で延長する線に沿って凸状であり、前記１対の対向縁部に平行に延長する線に沿って平坦である、請求項２に記載の燃料セルスタック組立体。
【請求項７】
それぞれクリップは前記事前形成された要素のそれぞれの凹陥縁部に前記クリップがスナップ嵌合することができるよう十分な弾性挙動を示す、請求項２に記載の燃料セルスタック組立体。
【請求項８】
それぞれのクリップは前記スタックの前記平行な端部表面に対して垂直な平面で延長し、それぞれのクリップは前記平面から外れるよう湾曲するために前記弾性挙動を示すよう構成される、請求項７に記載の燃料セルスタック組立体。
【請求項９】
それぞれのクリップは前記スタックの前記平行な端部表面により画成される平面間で長手方向軸に沿って延長し、それぞれのクリップは前記長手方向軸に沿って伸張するために前記弾性挙動を示すよう構成される、請求項７に記載の燃料セルスタック組立体。
【請求項１０】
それぞれのクリップは前記長手方向軸に沿って弾性を提供するよう構成された前記長手方向軸に沿った蛇行構造体を含む、請求項９に記載の燃料セルスタック組立体。
【請求項１１】
前記端部プレートの両方は請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の事前形成された要素を含む、請求項１に記載の燃料セルスタック組立体。
【請求項１２】
燃料セルスタック組立体を組み立てる方法であって、
２つの対向する平行な端部表面を画成するスタック内において複数の燃料セルを積層することと、
前記スタックのそれぞれの対向する端部表面に端部プレートを配置することであって、それぞれの端部プレートは、前記２つの対向する平行な端部表面のうちのそれぞれの１つの近位に加圧表面を画成し、前記端部プレートのうちの少なくとも１つは、前記事前形成された要素が負荷下にない場合には前記加圧表面が凸状表面となるように事前決定された曲率を有する、事前形成された要素である、ことと、
前記端部プレートに連結機構を取り付け、それにより前記端部プレート加圧表面を、前記スタックの前記対向する平行な端部表面との加圧関係にもたらし、それにより前記スタック内の前記燃料セルを加圧状態に保持することであって、前記負荷を印加することは、前記少なくとも１つの事前形成された要素の湾曲を生じさせ、それにより前記加圧表面が、前記組み立てられたスタック組立体の前記負荷の下で実質的に平坦表面となることと、
を含む方法。
【請求項１３】
２つの対向する平行な端部表面を画成するスタック内における複数の燃料セルと、
前記スタックのそれぞれの対向する端部表面における端部プレート組立体であって、それぞれの端部プレート組立体は、前記２つの対向する平行な端部表面のうちのそれぞれの１つの近位にあり且つ前記それぞれの１つと加圧関係にある加圧表面を画成する端部プレート組立体と、
前記端部プレートに取り付けられ、それにより前記スタック内の前記燃料セルを加圧条件下に維持する連結機構であって、前記スタックの前記平行な端部表面により画成される平面間で長手方向軸に沿って延長するクリップを含み、それぞれのクリップは前記長手方向軸に沿って伸張するために弾性挙動を示すよう構成された、連結機構と
を含む、燃料セルスタック組立体。
【請求項１４】
それぞれのクリップは前記長手方向軸に沿って弾性を提供するよう構成された前記長手方向軸に沿った蛇行構造体を含む、請求項１３に記載の燃料セルスタック組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気化学的燃料セルスタックを組み立てるための好適な方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料セルスタックはスタック構成へと層ごとに積み重ねられた一連の個別的な燃料セルを含む。それぞれのセル自体が、様々な積層された構成品（例えばポリマー電解質膜、ガス拡散層、流体流プレートなど）と、流体密性を保持し且つ流体燃料およびオキシダント分布を膜の活性表面に提供するための様々なシーリングガスケットと、を含み得る。スタックのそれぞれの端部表面において、タイロッドにより一緒に連結された１対の圧力端部プレートが、スタックを一緒に保持することと、スタック内のセルに対して加圧状態を保持することと、を行うために、従来使用された。
【０００３】
スタックの個々の構成品の全部が互いに対して適切な加圧関係に保持されるよう、端部プレートにより燃料セルスタックの端部に印加される圧力がスタックの表面の全域にわたり十分に均一であることが非常に重要である。特にシーリングガスケットは、燃料および／またはオキシダントがそれぞれのセルの活性表面に正しく輸送されることと、燃料および／またはオキシダントが漏れないことと、が達成されるよう適切な流体流路が確実に画成されるために、それぞれの燃料セルの面積全域にわたり適切な加圧状態に保持されなければならない。
【０００４】
従来、均一な圧力は、スタックの端部の表面全体にわたり十分に過剰な圧力を保持する能力を有する頑丈且つ強固な端部プレートを提供することにより、保持された。その結果、端部プレートが必要な加圧条件下で顕著に変形することがないよう十分に強固であることと、端部プレートが不均一な圧縮力を印加しないことと、が確実に達成されるためには、端部プレートは大きく且つ重いものとならざるを得ない。大きく且つ重い端部プレートを使用すると、燃料セルスタックは望ましい規模および重量を超過してしまう。代替的なアプローチは、より軽量の端部プレートを使用することであるが、しかしその場合には、圧縮力が印加されたときに端部プレート構造体が変形する効果を緩和するための機構が追加されることとなる。
【０００５】
米国特許第６０４００７２号に記載のアプローチでは、端部プレートを介して負荷を伝達するための燃料セルスタックを包囲するバンドまたはストラップと、圧縮負荷の分布を制御する調節可能要素のアレイと、が使用され、それにより、クランプ機構のサイズおよび重量の最小化が図られている。
【０００６】
他のアプローチが米国特許出願第２００６／０１９４０９４号に記載され、当該アプローチでは、スタックに向かって凸状に湾曲する圧力シールドを有する端部プレートと、圧力シールドに向かって凸状に湾曲する担持プレートと、が用いられる。担持プレートは、望ましい圧縮力のみが燃料セルスタックの平坦要素に伝達されるよう、凸状に湾曲する圧力シールドから燃料セルのスタックの次の平坦要素への遷移要素として機能する。
【０００７】
これらの両文献では、均一な圧力分布を維持することの重要性が認識されている。しかし両文献では、燃料セルスタック組立体が加圧条件下に置かれた際に生じる端部プレートの湾曲を打ち消すために、端部プレート組立体に追加的な要素を導入することを伴う解決策が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、より軽量の端部プレートを用いて燃料セルスタックの端部表面全域にわたって均一な圧力分布を確実に達成する改善された様式を提供することである。本発明の他の目的は構造が簡略化され且つ構成品数が低減された燃料セルスタック組立体を提供することである。これらの目的の一部または全部は、本発明の１つまたは複数の実施形態により達成され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様によれば、本発明は燃料セルスタック組立体を含み、この燃料セルスタック組立体は、
２つの対向する平行な端部表面を画成するスタック内における複数の燃料セルと、
スタックのそれぞれの対向する端部表面における端部プレートであって、それぞれの端部プレートは、２つの対向する平行な端部表面のうちのそれぞれの１つの近位に位置し且つ当該のそれぞれの１つと圧縮関係にある圧縮表面を画成する端部プレートと、
端部プレートに取り付けられ、それによりスタック内の燃料セルを加圧状態に保持する、連結機構と、
を含み、
端部プレートのうちの少なくとも１つは加圧表面を画成する事前形成された要素を含み、当該事前形成された要素は、事前形成された要素が負荷を受けない場合には加圧表面が凸状表面となり、それに対して、燃料セルを加圧状態に保持するための負荷が印加される場合には、連結機構の要素間の事前形成された要素が湾曲することにより圧縮表面が実質的に平坦表面となるよう、事前決定された曲率を有するよう構成される。
【００１０】
連結機構は１対のクリップを含み得る。ここで、１つまたはそれぞれのクリップは、事前形成された要素の１対の対向縁部のうちの一方に係合するよう構成された係合部材を含み、１つまたはそれぞれのクリップは、事前形成された要素のそれぞれの縁部に沿って延長するよう構成される。１つまたはそれぞれのクリップは、事前形成された要素のそれぞれの縁部の相当な部分に沿って延長し得る。事前形成された要素は、クリップのうちのそれぞれの１つに係合し且つ当該の１つを保持するために、１対の対向縁部のうちのそれぞれの近位にある表面に凹陥部を有し得る。１つまたはそれぞれのクリップはＣ字形状のクリップを含み得る。事前形成された要素の加圧表面は、前記１対の対向縁部の間で延長する線に沿って凸状であり、前記１対の対向縁部に平行に延長する線に沿って平坦であり得る。１つまたはそれぞれのクリップは、事前形成された要素のそれぞれの凹陥縁部にクリップがスナップ嵌合することができるよう十分な弾性挙動を示し得る。１つまたはそれぞれのクリップはスタックの平行な端部表面に対して垂直な平面で延長し得、１つまたはそれぞれのクリップは、前記平面から外れるよう湾曲するために前記弾性挙動を示すよう構成され得る。１つまたはそれぞれのクリップは、スタックの平行な端部表面により画成される平面間で長手方向軸に沿って延長し得、１つまたはそれぞれのクリップは、長手方向軸に沿って伸張するために前記弾性挙動を示すよう構成され得る。１つまたはそれぞれのクリップは長手方向軸に沿って弾性を提供するよう構成された長手方向軸に沿った蛇行構造体を含み得る。前記端部プレートの両方は、上述例のいずれかで画定された事前形成された要素を含み得る。
【００１１】
他の態様によれば、本発明は燃料セルスタック組立体を組み立てる方法を提供し、この方法は、
２つの対向する平行な端部表面を画成するスタック内において複数の燃料セルを積層することと、
スタックのそれぞれの対向する端部表面に端部プレートを配置することであって、それぞれの端部プレートは、２つの対向する平行な端部表面のうちのそれぞれの１つの近位に加圧表面を画成し、端部プレートのうちの少なくとも１つは、事前形成された要素が負荷下にない場合には加圧表面が凸状表面となるように事前決定された曲率を有する、事前形成された要素である、ことと、
端部プレートに連結機構を取り付け、それにより端部プレート加圧表面を、スタックの対向する平行な端部表面との加圧関係にもたらし、それによりスタック内の燃料セルを加圧状態に保持することであって、負荷を印加することは、少なくとも１つの事前形成された要素の湾曲を生じさせ、それにより加圧表面が、組み立てられたスタック組立体の負荷の下で実質的に平坦表面となることと、
を含む。
【００１２】
他の態様によれば、本発明は燃料セルスタック組立体を提供し、この燃料セルスタック組立体は、
２つの対向する平行な端部表面を画成するスタック内における複数の燃料セルと、
スタックのそれぞれの対向する端部表面における端部プレート組立体であって、それぞれの端部プレート組立体は、２つの対向する平行な端部表面のうちのそれぞれの１つの近位にあり且つ当該の１つと加圧関係にある加圧表面を画成する、端部プレート組立体と、
端部プレートに取り付けられ、それによりスタック内の燃料セルを加圧条件下に維持する連結機構であって、スタックの平行な端部表面により画成される平面間で長手方向軸に沿って延長するクリップを含み、それぞれのクリップは長手方向軸に沿って伸張するために弾性挙動を示すよう構成された、連結機構と、
を含む。
【００１３】
それぞれのクリップは長手方向軸に沿って弾性を提供するよう構成された長手方向軸に沿った蛇行構造体を含み得る。
【００１４】
本発明の実施形態について、以下の添付の図面を参照しながら、例示として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】燃料セルスタックとともに使用するための事前形成された端部プレートの斜視図である。
【図２】事前形成された端部プレートおよびＣ字クリップ連結機構を採用する、側部開放型・空冷式燃料セルスタックの斜視断面図である。
【図３】図２の側部開放型・空冷式燃料セルスタックの斜視図である。
【図４】事前形成された端部プレートと、寸法順応性を可能にする可撓性クリップとを採用する、側部開放型・空冷式燃料セルスタックの斜視図である。
【図５】寸法順応性を可能にするための端部プレートおよびクリップ組立体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示で説明する燃料セルスタック組立体は、大量生産、軽量化、製造の簡略化、およびコストの削減に対して好適な設計を採用することが望ましい電子民生品内の燃料セルに対して、特に、しかし非排他的に、好適である。加えて、本開示で説明する組立体は、均一な層流の空気流とカソード電極での空気分布とを促進するために、カソード組立体に対して開放された遮るものがないアクセスを必要とする空冷式・開放カソード型燃料セルスタックに対して、特に、しかし非排他的に、好適である。燃料セルスタックにおけるカソード組立体の全域にわたる従来のタイロッドまたはタイバーなどの固定器具は空気流に混乱を生じさせ得る。本開示で説明する燃料セルスタック端部プレートは、均一に印加された圧縮圧力が燃料セル電極の表面積全域に印加されることを保証する。
【００１７】
これらの利点は、電極全域にわたって必要とされる均一な圧縮力により生成される湾曲に抵抗する大きい機構的端部プレート組立体を用いることなく、達成される。本開示で説明する構成は、小型化された電子製品（係る電子製品内では、端部プレート組立体が燃料セルスタックの比率に対して不釣り合いに大きくなり得る）に要求されるより小さいスタック組立体に対して特に有益である。
【００１８】
本開示で説明する燃料セルスタック組立体の設計は、少ない個数の端部プレート構成品を用いて、最小限の製造処理および比較的低い技術材料の使用のみを要求しつつ、達成される。製造プロセスは、反復性を支援する低コスト機械化組立プロセスとなることが可能である。
【００１９】
本開示で説明する端部プレート組立体は熱的な膨張・収縮に対する許容も提供する。
図１を参照すると、燃料セルスタックの端部プレート１はそれぞれ、単一の事前形成されたシートの弾性材料（例えばバネ鋼など）を含む。図１は、図２〜図４のそれぞれに図示する燃料セルスタック１０、４０のための上部端部プレート１を図示する。それぞれの端部プレート１は、燃料セルスタック１０の端部表面に当接する加圧表面２と、燃料セルスタック１０の本体から離間する方向に面する外側表面３（図１に示す端部プレート１の上部表面）と、を含む。それぞれの端部プレート１は略平坦シートとして製作されるが、端部プレートが非負荷／非付勢状態にあるときには加圧表面２（図１では下方向きの表面）がある程度凸状となるよう、事前形成された曲率を有する。表面積の大部分が略均一な肉厚であるシートの場合には、外側（上部）表面３は凹状となるであろう。しかし端部プレート１の肉厚が均一ではない場合には、外側（上部）表面３は、加圧表面２が凸状であるにも関わらず、平坦または凸状表面を有し得る。端部プレート１は、２つの対向縁部のうちのそれぞれにおいて係合表面４も含み、この係合表面４については後でより詳細に説明する。
【００２０】
図２は組み立てられた燃料セルスタック１０の断面図を図示し、図３は完全な状態の燃料セルスタックを図示する。１対の事前形成された端部プレート１が、スタック内の複数の燃料セルプレート５を互いに対して加圧平行関係に維持するための加圧機構を提供する位置において図示される。２つのＣ字クリップ６の形態にある連結機構が端部プレートを定位置に維持する。図３に見られるようにスタックは、開放空気流表面１５（前面側）および１６（背面側）を含む。これらの表面は、開放カソード型燃料セルスタックの空気流入表面および空気流出表面を提供する。
【００２１】
組立ての際の燃料セルプレート５の望ましい加圧負荷により、非負荷状態では凸状であるそれぞれの加圧表面２が実質的に平坦に配置されることとなるような、十分に硬質であるが弾性を有する物質からそれぞれの端部プレート１が製作されることが、特定的な特徴である。連結機構（例えばＣ字クリップ６）を適用すると端部プレート１のうちのそれぞれに湾曲が生じ、それにより加圧表面２の両方は平坦となり、互いに対して比較的平行となる。その結果、正確に均一な圧力が燃料セルスタックの両方の端部表面７上に加えられることとなる。事前形成された端部プレート１のうちのそれぞれに対する肉厚、剛性、および平面から外れる弾性変形は、スタック１０に対して平坦且つ均一な圧力が加えられることが保証されることとなるよう、選択される。要約すると「事前形成」された端部プレート１という表現は、要求される燃料セルスタック組立体圧縮圧力においては端部プレート１が平坦且つ互いに対して平行な関係を取ることとなるよう、無負荷状態で端部プレートに事前決定された曲率が与えられることを示すことを意図するものである。無負荷時における事前決定された曲率は、組立体および立ち上げの間にスタック組立体が最初に慣らされ、次に定着することができるように、選択され得る。燃料セルスタック組立体において、立ち上げの前または立ち上げ中に、スタックが、例えば拡散層または様々なガスケットなどの層の塑性変形の結果として、わずかに圧縮する短い期間が存在し得る。無負荷時における端部プレートの事前決定された曲率は、燃料セルスタックの立ち上げの後に端部プレートが平坦且つ互いに対して平行な関係を取るよう、上述の短時間の圧縮を吸収するよう構成され得る。
【００２２】
組立ての際、要求される組立体寸法において、Ｃ字クリップ６が燃料セルスタックのそれぞれの側部およびそれぞれの端部に適用され、それにより端部プレート１が互いに対して効果的に固定されることとなる。全般的な態様において、それぞれの端部プレート１は、燃料セルスタックを加圧条件下に維持するために連結機構と係合するための連結用特徴物を含む。図２〜図４に示す構成では、連結機構はＣ字クリップ６を含む。それぞれの端部プレート１は表面３の部分８を含み、部分８は、凹陥部が施され、２つの対向縁部１３に沿って延長し、Ｃ字クリップが部分８に取り付けられる。図示の構成では、凹陥部分８は、外側表面３における「逆ベベル」の形態である。
【００２３】
Ｃ字クリップ６のそれぞれは、逆ベベル角度に対応する逆位置合わせ角度を湾曲端部１１のそれぞれに有し、それにより端部プレート１の凹陥部分８に噛み合う傾斜表面１２が画成される。この角度は、Ｃ字クリップをプレートに係合させるためのスナップ嵌合を提供する他にも、クリップ６が端部プレート１から偶然に脱落することに抵抗するための脱落抵抗もクリップ６に提供する。
【００２４】
図２および図３に見られ得るように、Ｃ字クリップ６のそれぞれは事前形成された端部プレートの対向縁部１３（好適には対向縁部１３の相当な部分）に沿って延長し、それにより、対向縁部１３の主要な部分に沿って圧縮力を提供する。これにより均一な圧縮力が対向縁部に沿って確保されることとなる。しかしＣ字クリップが空気流表面１５、１６の表面積全域で露出された状態となってしまう。Ｃ字クリップは、露出されたコーナー部分１４を残して対向縁部１３に沿って延長し得る。このコーナー部分１４は、セル電圧監視用タブ１７がスタック内の１つまたは複数のセル５から出ることを可能にするために用いられ得る。このことは空気流表面１５、１６に妨げがない状態を維持しつつ達成される。他の構成では、Ｃ字クリップは対向縁部１３に沿って完全に連続的である必要はなく、集められた圧縮負荷が端部プレート上に印加された状態で端部プレートが平坦状態に確実に保たれるように端部プレート１が十分な程度に保持されるならば、間欠的であってもよい。
【００２５】
好適な構成では、端部プレート１における事前形成された曲率は、係合表面４を有する１対の対向縁部１３間で延長する直線に沿った１つの次元において（例えば図２に示すx軸方向に）凸状である。対照的に、端部プレート１は、非付勢状態および付勢状態の両方において、１対の対向縁部１３に平行な直線に沿って（例えば図２に示すy軸方向に）平坦である。従ってクリップ６は、端部プレートに平面性を与えるためには端部プレートの端部から端部に（x軸方向に沿って）湾曲するのみでよい。しかし他の構成では、２つの次元において（例えばx軸方向およびy軸方向の両方で）凸性が示されてもよい。
【００２６】
Ｃ字クリップ６を端部プレート１に係合するための係合機構が端部プレート１の外側表面３における凹陥部８として図示されているが、この構成を反転させて、端部プレート１の外側表面３における突起部分と、Ｃ字クリップの湾曲端部１１に対応する凹陥部、またはＣ字クリップ６の両端部における、当該突起部分を摩擦して通過しなければならない係止突起と、が提供されてもよい。当業者は、Ｃ字クリップを定位置に保持する保持力または好適なデテントを提供する様々な可能な構造体を容易に具体化し得る。
【００２７】
クリップ６のうちのそれぞれは、事前形成された端部プレートのそれぞれの凹陥縁部にクリップ６がスナップ嵌合することができる十分な弾性挙動を示すよう構成される。この弾性挙動は、好適には、スタック１０の対向縁部１３間で延長する長手方向平面からクリップが外れることができる可撓性を含む。そのような湾曲により、湾曲端部１１により画成されるＣ字クリップの「歯」が効果的に開放されることとなる。従って全般的な態様において、それぞれのＣ字クリップ６は、スタック１０の平行な端部表面７に対して垂直な平面において延長し、それぞれのＣ字クリップ６は当該表面から外れるよう湾曲する弾性挙動を示すよう構成される。
【００２８】
図２および図３は燃料セル端部プレート組立体の全体と連結機構とがわずか４つの構成品で提供されることを図示し、これら４つの構成品は、正確な圧縮負荷、均一な圧力がスタックの平行な端部表面の表面積全域にわたり印加されるよう、特に製作されたものである。これは、上記で参照した先行技術において記載される複雑な複部構成の端部プレート組立体と比較して、相当なコストの削減と、製造および組立ての簡略化と、を表す。
【００２９】
燃料セルスタックの動作中、セルの加熱がセル上の電気的負荷の関数として発生する。それにより、通常動作中の燃料セルスタックに熱膨張および収縮が生じることとなる。燃料セルスタックの熱膨張および収縮はバネ懸架状態にある端部プレート１構成品により吸収される。Ｃ字クリップで固定される端部は、図２および図３の設計では、寸法的により拘束され得るが、これは燃料セルプレートのマニホールド領域上であり、従って、より制限された効果を有する。しかしＣ字クリップの有利な設計は、燃料セルスタックの熱膨張および収縮に対するより大きい許容度が可能になるよう作られ得る。係る設計が図４に示される。
【００３０】
図４は燃料セルスタック４０を図示し、この燃料セルスタック４０においては、それぞれのＣ字クリップ４１が、Ｃ字クリップ４１が長手方向に弾性的に延長および収縮することを可能にする一連のスリット４２および湾曲部４３を含む蛇行構造体として製作される。この蛇行構造体は、事前形成された端部プレート１が燃料セルスタックのそれぞれの端部表面７に対して実質的な平面平行関係を維持するように最適な圧縮力または略最適な圧縮力が端部プレート１上で保持される一方で、通常の熱サイクル下にある燃料セルスタックにより要求される拡張および収縮に理想的に合致する適切な程度の拡張および収縮が提供されるよう、設計されるべきである。他の点において、Ｃ字クリップ４１に対する設計上のオプションおよび代替品は図２および図３のＣ字クリップ６に関連して説明したＣ字クリップと同様であり得る。
【００３１】
従って全般的な態様において、それぞれのＣ字クリップ４１は、スタック４０の平行な端部表面７により画成される平面間の長手方向軸に沿って延長し、それぞれのＣ字クリップ４１は長手方向軸に沿って湾曲（すなわち伸張）する弾性挙動を示すよう構成される。
【００３２】
この全般的な態様は、図４に示す蛇行構造体に対する代替物により実現され得る。例えばＣ字クリップは、燃料セルスタックの熱サイクル下で長手方向の拡張および収縮を可能にするスリットよりもむしろ、面外のアパーチャまたは輪郭を有する構造体として具体化され得る。
【００３３】
クリップを事前形成された端部プレート１に係合する代替的な方法は、スポット溶接、螺刻取り付け、リベットなどを含み得る。
【００３４】
事前形成された端部プレートに取り付けられた、スタック内の燃料セルを加圧条件下に維持するための連結機構を提供する代替的な方法は、スポット溶接された細片もしくは棒状体、螺刻取り付け、リベット、またはストラップ／バンドを含み得る。
【００３５】
それぞれのＣ字クリップ４１が燃料セルスタック４０の平行な端部表面により画成される平面間の長手方向軸に沿って延長し、且つそれぞれのＣ字クリップが長手方向軸に沿って湾曲（すなわち伸張）する弾性挙動を示すよう構成された全般的な態様は、他の状況においても用いられ得る。例えば図５を参照すると、端部プレートおよび圧縮組立体５０が図示される。この圧縮組立体５０においてＣ字クリップ５１は２つ以上の蛇行構造体５２を含む。なおそれぞれの蛇行構造体５２は、Ｃ字クリップ５１が長手方向に弾性的に拡張および収縮することができるよう一連のスリット５３および湾曲部５４を含む。図４の事例と同じく、蛇行構造体５２は、事前形成された端部プレート５５が燃料セルスタックのそれぞれの端部表面（図５には図示せず）に対して実質的な平面平行関係を維持するように最適な圧縮力または略最適な圧縮力が端部プレート５５上で保持される一方で、通常の熱サイクル下にある燃料セルスタックにより要求される拡張および収縮に理想的に合致する適切な程度の拡張および収縮が提供されるよう、設計されるべきである。
【００３６】
それぞれのＣ字クリップ４１が燃料セルスタック４０の平行な端部表面により画成される平面間の長手方向軸に沿って延長し、且つそれぞれのＣ字クリップが長手方向軸に沿って湾曲（すなわち伸張）する弾性挙動を示すよう構成された全般的な態様は、図５に示すような代替的な端部プレート構成に対しても用いられ得る。端部プレート５５は、マスタープレート５６およびスレーブプレート５７を含む複部構成端部プレートを含み得、マスタープレート５６はスレーブプレート５７に対して加圧状態で当接する。
【００３７】
本開示で説明する事前形成された端部プレートのさらなる利点は、従来の高耐性端部プレートと比較して端部プレートが軽量化されるために、スタックの両端における熱質量の大規模化が回避されることである。スタックの両端における熱質量が大きいと、端部プレートの近位におけるスタック内の１つまたは複数のセルの加熱および冷却における熱的遅延が生じることとなり得る。これは遅延するセルの性能に悪影響を及ぼし得る。本開示で説明した事前形成された軽量の端部プレートは、スタック内で最も端部側に位置するセルに対する熱的効果がほとんどなくなり、それによりスタック内の電極の動的熱応答が統一化され、電極内の熱的遅延が防止されることとなるよう、構成され得る。さらなる結果は、層を熱的に分離する必要がなくなり得ることである。さらに代替的な結果として、事前形成された端部プレートが熱的に制御され得、それにより、重厚な端部プレートに起因する熱的遅延も低減され得ることとなる。
【００３８】
他の実施形態も添付の請求項の範囲に含まれることを意図する。
【図１】
2015519693.tif 000003
【図２】
2015519693.tif 000004
【図３】
2015519693.tif 000005
【図４】
2015519693.tif 000006
【図５】
2015519693.tif 000007
【国際調査報告】
2015519693.tif 000008
2015519693.tif 000009
2015519693.tif 000010
2015519693.tif 000011