(57)【要約】【課題】  積層方向と垂直方向の荷重によるセルの位置ずれを抑制することができる燃料電池を提供する。【解決手段】  燃料電池（１００）は、複数のセルを含む積層部品が積層された燃料電池スタック（１０）と、燃料電池スタックの少なくともいずれかの側壁に接触するように配置され燃料電池スタックの上端に設けられた第１接続部（２０）と下端に設けられた第２接続部（３５）とに接続された外部拘束部材（３１）と、積層部品の積層方向において燃料電池スタックに印加する荷重を調整する荷重調整手段（５０）とを備え、第１接続部および第２接続部の少なくとも一方は、積層部品の積層方向と略垂直方向に移動可能であり荷重調整手段に接続されていることを特徴とする。【選択図】        図１
2007242485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを含む積層部品が積層された燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの少なくともいずれかの側壁に接触するように配置され、前記燃料電池スタックの上端に設けられた第１接続部と下端に設けられた第２接続部とに接続された外部拘束部材と、
前記積層部品の積層方向において前記燃料電池スタックに印加する荷重を調整する荷重調整手段とを備え、
前記第１接続部および前記第２接続部の少なくとも一方は、前記積層部品の積層方向と略垂直方向に移動可能であり、前記荷重調整手段に接続されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記荷重調整手段は、前記第１接続部および前記第２接続部の少なくとも一方に対し前記積層部品の積層方向と略垂直方向に荷重を印加することによって、前記燃料電池スタックに荷重を印加することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第１接続部および前記第２接続部のうち前記荷重調整手段に接続されていない接続部は、前記燃料電池スタック上端または下端に固定されていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記外部拘束部材を前記燃料電池スタックの側壁側に押圧するための押圧手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記外部拘束部材は、前記燃料電池スタックのいずれかの側壁に２つ設けられており、
前記２つの外部拘束部材は、互いに交差す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】
前記外部拘束部材は、前記燃料電池スタックの側壁のうち対向する２面にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７】
前記外部拘束部材は、前記燃料電池スタックの側壁４面にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記外部拘束部材は、前記燃料電池スタックの側壁に沿って回転するローラ部材であ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】
前記第１接続部および前記第２接続部の少なくとも一方は、前記燃料電池スタックの上面または下面に沿って回転するローラ部材であ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般的には水素及び酸素を燃料として電気エネルギーを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れかつ高いエネルギー効率を実現できることから、今後のエネルギー供給システムとして広く開発が進められてきている。
【０００３】
一般に、燃料電池は、複数のセルが積層され、積層方向に所定の荷重をかけて締結されたスタック構造を有している。この場合、セルの熱膨張等の内力を吸収することができない。そこで、積層方向に弾性を有する板バネを用いてセルの積層体を締結する技術が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４１９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、板バネが積層方向に弾性を有することから、積層方向と垂直方向に荷重がかかった場合にセルの位置がずれる可能性がある。
【０００６】
本発明は、積層方向と垂直方向の荷重によるセルの位置ずれを抑制することができる燃料電池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】
【０００７】
本発明に係る燃料電池は、複数のセルを含む積層部品が積層された燃料電池スタックと、燃料電池スタックの少なくともいずれかの側壁に接触するように配置され燃料電池スタックの上端に設けられた第１接続部と下端に設けられた第２接続部とに接続された外部拘束部材と、積層部品の積層方向において燃料電池スタックに印加する荷重を調整する荷重調整手段とを備え、第１接続部および第２接続部の少なくとも一方は積層部品の積層方向と略垂直方向に移動可能であり荷重調整手段に接続されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る燃料電池においては、外部拘束部材が燃料電池スタックの側壁に接触していることから、積層方向と垂直方向の荷重による積層部品の位置ずれを抑制することができる。また、第１接続部および第２接続部の少なくとも一方が積層方向と略垂直方向に移動することによって、積層部品の熱膨張等の内力を吸収することができる。また、移動可能な接続部が荷重調整手段に接続されていることから、接続部が移動しても燃料電池スタックに積層方向の荷重を印加することができる。それにより、積層部品の位置ずれを抑制することができる。
【０００９】
荷重調整手段は、第１接続部および第２接続部の少なくとも一方に対し積層部品の積層方向と略垂直方向に荷重を印加することによって、燃料電池スタックに荷重を印加してもよい。また、第１接続部および第２接続部のうち荷重調整手段に接続されていない接続部は、燃料電池スタック上端または下端に固定されていてもよい。この場合、荷重調整手段を上端または下端のいずれか一方に設ければ燃料電池スタックに積層方向の荷重を印加することができる。
【００１０】
外部拘束部材を燃料電池スタックの側壁側に押圧するための押圧手段をさらに備えていてもよい。この場合、積層部品の積層方向と垂直方向の位置ずれを抑制することができる。また、外部拘束部材は、燃料電池スタックのいずれかの側壁に２つ設けられており、２つの外部拘束部材は、互いに交差していてもよい。
【００１１】
外部拘束部材は、燃料電池スタックの側壁のうち対向する２面にそれぞれ設けられていてもよい。この場合、各積層部品の位置ずれをより効率よく抑制することができる。また、外部拘束部材は、燃料電池スタックの側壁４面にそれぞれ設けられていてもよい。この場合、各積層部品の位置ずれを確実に防止することができる。
【００１２】
外部拘束部材は、燃料電池スタックの側壁に沿って回転するローラ部材であってもよい。この場合、外部拘束部材と燃料電池スタックとの摩擦が低減される。したがって、セルの熱膨張等によって積層部品が移動する際の積層部品の破損を抑制することができる。
【００１３】
第１接続部および第２接続部の少なくとも一方は、燃料電池スタックの上面または下面に沿って回転するローラ部材であってもよい。この場合、第１接続部または第２接続部と燃料電池スタックの上面との摩擦が低減される。それにより、セルの熱膨張等による内力吸収の応答性が向上する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、積層方向と垂直方向の荷重による積層部品の位置ずれを抑制することができる。また、積層部品の熱膨張等の内力を吸収することができる。さらに、接続部が移動しても燃料電池スタックに積層方向の荷重を印加することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の第１実施例に係る燃料電池１００の概略図である。図１（ａ）は燃料電池１００の平面図であり、図１（ｂ）は燃料電池１００の正面図であり、図１（ｃ）は燃料電池１００の左側面図であり、図１（ｄ）は燃料電池１００の右側面図である。図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、燃料電池１００は、燃料電池スタック１０、固定部２０、外部拘束部材３１，３２，３５および弾性部材５０を含む。
【００１７】
燃料電池スタック１０は、図１（ｂ）に示すように、複数の積層部品が積層された構造を有する。具体的には、燃料電池スタック１０は、複数のセルが上下に積層されたセルモジュールの上端および下端のそれぞれにターミナル、インシュレータおよびエンドプレートが順に積層された構造を有する。セルモジュールの各セルは、セパレータ、アノード、電解質、カソードおよびセパレータが順に積層された構造を有し、燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電を行う。
【００１８】
本実施例においては、セルモジュールにおけるセルの積層数は、例えば、数百程度である。ターミナルは、各セルからの発生電力を外部に取り出すための配線等を備える。インシュレータは、絶縁体から構成され、各セルからの発生電力の漏電を防止する。エンドプレートは、セルモジュールを挟持するためのプレートである。
【００１９】
図１（ｂ）〜（ｄ）に示すように、固定部２０は、燃料電池スタック１０の下端の背面側に左側面側から右側面側に延びるように固定された部材である。固定部２０は、左端部に連結部２１を備え、右端部に連結部２２を備える。外部拘束部材３１，３２は、上下方向に傾斜して伸びる棒状部材であり、ゴム、樹脂等の絶縁材料、表面に硬質ゴム等の絶縁材料がコーティングされた金属等から構成される。したがって、外部拘束部材３１，３２が燃料電池スタック１０の各積層部品に接触しても燃料電池スタック１０が短絡することはない。
【００２０】
図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、外部拘束部材３１は、燃料電池スタック１０の左側面に接触するように配置されている。外部拘束部材３１の下端は、固定部２０の連結部２１に連結されている。外部拘束部材３１は、連結部２１を支点として燃料電池スタック１０の左側面上において可動である。一方、図１（ｂ）および図１（ｄ）に示すように、外部拘束部材３２は、燃料電池スタック１０の右側面に接触するように配置されている。外部拘束部材３２の下端は、固定部２０の連結部２２に連結されている。外部拘束部材３２は、連結部２２を支点として燃料電池スタック１０の右側面上において可動である。
【００２１】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、外部拘束部材３５は、燃料電池スタック１０の上面において左側面側から右側面側に伸びるように配置された棒状部材である。外部拘束部材３５は、左端部に連結部４１を備え、右端部に連結部４２を備える。外部拘束部材３１の上端は連結部４１に連結され、外部拘束部材３２の上端は連結部４２に連結されている。また、外部拘束部材３５の中央部は、弾性部材５０の一端に接続されている。弾性部材５０は、バネ等からなる。弾性部材５０は、外部拘束部材３５を正面側に引張るように付勢されている。例えば、弾性部材５０の他端は、燃料電池１００が搭載されるフレーム等に接続されていてもよく、燃料電池スタック１０の正面側のいずれかの箇所に接続されていてもよい。
【００２２】
このように、外部拘束部材３１，３２の下端が固定部２０に連結されかつ外部拘束部材３５が正面側に引張られることから、外部拘束部材３５は、各積層部品の積層方向と略垂直方向に移動しつつ燃料電池スタック１０に荷重を印加することができる。具体的には、外部拘束部材３５は燃料電池スタック１０の上面に沿って移動しつつ燃料電池スタック１０の上面を下方に押圧する。それにより、各積層部品間の面圧が増大する。その結果、燃料電池スタック１０の各積層部品の位置ずれを抑制することができる。また、外部拘束部材３１，３２が燃料電池スタック１０の左側面および右側面に接触していることから、各積層部品の左右方向の位置ずれを防止することができる。
【００２３】
さらに、熱膨張、クリープ等による各積層部品の積層方向への変位を弾性部材５０の伸縮によって吸収することができる。図２は、各積層部品が積層方向に膨張した場合における燃料電池１００の左側面図である。図２に示すように、各積層部品が積層方向に膨張すると、外部拘束部材３５は燃料電池スタック１０の上面に沿って背面側に移動する。このように、外部拘束部材３１が連結部２１を支点として傾斜角を変化させることによって、各積層部品は積層方向に変位することができる。
【００２４】
一方、外部拘束部材３５は、弾性部材５０の引張力によって下方に押圧力を印加し続ける。この場合、各積層部品に対して所定の荷重を印加し続けることが可能である。それにより、各セルにおいて所定の面圧が発生する。その結果、燃料電池１００の高い発電効率を維持することができる。
【００２５】
なお、外部拘束部材３１，３２，３５の構造および形状は特に限定されないが、燃料電池スタック１０との間の摩擦力を低減させることができるものであることが好ましい。例えば、外部拘束部材３１，３２，３５は、ローラ状の部材であってもよい。以下、説明する。
【００２６】
図３は、外部拘束部材３１，３２，３５の構造の一例を示す図である。図３（ａ）に示すように、外部拘束部材３５は、図１の連結部４１，４２を両端に含む棒状部材を軸として燃料電池スタック１０の上面に沿って回転しつつ移動するローラ部材であってもよい。この場合、外部拘束部材３５の回転によって外部拘束部材３５と燃料電池スタック１０の上面との間の摩擦が低減される。それにより、外部拘束部材３５はスムーズに移動することができる。その結果、各積層部品の変位吸収の応答性が向上する。
【００２７】
また、図３（ｂ）に示すように、外部拘束部材３１は、内蔵された棒状材料４３を軸とするローラ部材であってもよい。棒状材料４３の上端は図１の連結部４１に接続され、棒状材料４３の下端は連結部２１に接続される。それにより、外部拘束部材３１は、棒状部材４３を軸として燃料電池スタック１０の左側面に沿って回転しつつ移動することができる。この場合、外部拘束部材３１の回転によって外部拘束部材３１と各積層部品との間の摩擦が低減される。それにより、外部拘束部材３１はスムーズに移動することができる。その結果、各積層部品の変位吸収の応答性が向上する。外部拘束部材３２も外部拘束部材３１と同様の構成を有していてもよい。
【００２８】
（変形例）
図４は、第１実施例に係る燃料電池１００の変形例の正面図である。図４に示すように、外部拘束部材３５は、長さ方向に２分割され、かつ、収縮する方向に付勢された弾性部材４４によって接続されていてもよい。この場合、外部拘束部材３１，３２は、それぞれ燃料電池スタック１０の左側面および右側面を押圧する。それにより、外部拘束部材３１，３２による各積層部品の拘束力が向上する。その結果、各積層部品の位置ずれをより効率よく防止することができる。
【００２９】
なお、本実施例においては、外部拘束部材３５が第１接続部に相当し、固定部２０が第２接続部に相当し、弾性部材５０が荷重調整手段に相当し、弾性部材４４が押圧手段に相当し、燃料電池スタック１０の左側面、右側面、背面および正面が側壁に相当する。
【実施例２】
【００３０】
続いて、本発明の第２実施例に係る燃料電池１００ａについて説明する。図５は、燃料電池１００ａの概略図である。図５（ａ）は燃料電池１００ａの平面図であり、図５（ｂ）は燃料電池１００ａの正面図であり、図５（ｃ）は燃料電池１００ａの左側面図であり、図５（ｄ）は燃料電池１００ａの右側面図である。図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように、燃料電池１００ａは、燃料電池スタック１０、固定部２０ａ、外部拘束部材３１，３５ａおよび弾性部材５０ａを備える。なお、前述した実施例１と同一符号を付した部材は、実施例１と同様のものであり、同様の位置に配置されている。
【００３１】
固定部２０ａは、連結部２２を備えていない他は実施例１の固定部２０と同様のものであり、同様の位置に固定されている。外部拘束部材３５ａは、燃料電池スタック１０の上面上に配置された棒状部材である。外部拘束部材３５ａは、左端部に連結部４１ａを備える。外部拘束部材３１の上端は、連結部４１ａに連結されている。外部拘束部材３５ａの右端部は、弾性部材５０ａの一端に接続されている。弾性部材５０ａの他端は、燃料電池スタック１０の上端のエンドプレートの右側面に設けられた固定部４５に接続されている。弾性部材５０ａは、外部拘束部材３１を右側面側に引張るように付勢されている。
【００３２】
このように、外部拘束部材３１の下端が固定部２０ａに連結されかつ外部拘束部材３５ａが右側面側に引張られることから、外部拘束部材３５ａは、各積層部品の積層方向と略垂直方向に移動する。具体的には、外部拘束部材３５ａは燃料電池スタック１０の上面に沿って正面側に移動する。この場合、外部拘束部材３５ａは、燃料電池スタック１０の上面を下方に押圧する。それにより、燃料電池スタック１０の各積層部品の位置ずれを抑制することができる。また、弾性部材５０ａの引張力によって外部拘束部材３１が燃料電池スタック１０の左側面を押圧することから、各積層部品の左側面方向への位置ずれを防止することができる。
【００３３】
さらに、各積層部品が積層方向に膨張すると、外部拘束部材３５ａは、燃料電池スタック１０の上面に沿って背面側に移動する。このように、外部拘束部材３１が連結部２１を支点として傾斜角を変化させることによって、各積層部品は積層方向に変位することができる。一方、弾性部材５０ａの引張力によって外部拘束部材３５ａは下方に押圧力を印加し続ける。この場合、各積層部品に対して所定の荷重を印加し続けることが可能である。それにより、各セルにおいて所定の面圧が発生する。その結果、燃料電池１００ａの高い発電効率を維持することができる。
【００３４】
なお、本実施例においても、外部拘束部材３１，３５ａは図３で示したようなローラ状部材であってもよい。この場合、外部拘束部材３１，３５ａと燃料電池スタック１０との間の摩擦を低減することができる。また、弾性部材５０ａの他端は外部に接続されていてもよい。
【００３５】
なお、本実施例においては、外部拘束部材３５ａが第１接続部に相当し、固定部２０ａが第２接続部に相当し、弾性部材５０ａが荷重調整手段および押圧手段に相当する。
【実施例３】
【００３６】
続いて、本発明の第３実施例に係る燃料電池１００ｂについて説明する。図６は、燃料電池１００ｂの概略図である。図６（ａ）は燃料電池１００ｂの平面図であり、図６（ｂ）は燃料電池１００ｂの正面図であり、図６（ｃ）は燃料電池１００ｂの左側面図であり、図６（ｄ）は燃料電池１００ｂの右側面図である。図６（ａ）〜図６（ｄ）に示すように、燃料電池１００ｂは、燃料電池スタック１０、固定部２０ｂ、外部拘束部材３１，３５ｂおよび弾性部材５０ｂを備える。なお、前述した実施例１と同一符号を付した部材は、実施例１と同様のものであり、同様の位置に配置されている。
【００３７】
固定部２０ｂは、連結部２２を備えていない他は実施例１の固定部２０と同様のものであり、同様の位置に固定されている。外部拘束部材３５ｂは、燃料電池スタック１０の上面上に配置された棒状部材である。外部拘束部材３５ｂは、左端部に連結部４１ｂを備える。外部拘束部材３１の上端は、連結部４１ｂに連結されている。外部拘束部材３５ｂは、右端部に縮径部を備える。燃料電池スタック１０上には、外部拘束部材３５ｂの縮径部が前後方向に摺動可能なスライダフレーム２３が設けられている。それにより、外部拘束部材３５ｂは、スライダフレーム２３に沿って前後方向に移動可能である。弾性部材５０ｂは第１実施例の弾性部材５０と同様の材料から構成され、外部拘束部材３５ｂを正面側に引張るように付勢されている。弾性部材５０ｂは、外部に接続されていてもよく、燃料電池スタック１０の正面側のいずれかの箇所に接続されていてもよい。
【００３８】
このように、外部拘束部材３１の下端が固定部２０ｂに連結されかつ外部拘束部材３５ｂが右側面側に引張られることから、外部拘束部材３５ｂは、各積層部品の積層方向と略垂直方向に移動する。具体的には、外部拘束部材３５ｂは燃料電池スタック１０の上面に沿って正面側に移動する。この場合、外部拘束部材３５ａは、燃料電池スタック１０の上面を下方に押圧する。それにより、燃料電池スタック１０の各積層部品の位置ずれを抑制することができる。
【００３９】
さらに、各積層部品が積層方向に膨張すると、外部拘束部材３５ｂは、燃料電池スタック１０の上面に沿って背面側に移動する。このように、外部拘束部材３１が連結部２１を支点として傾斜角を変化させることによって、各積層部品は積層方向に変位することができる。一方、弾性部材５０ｂの引張力によって外部拘束部材３５ｂは下方に押圧力を印加し続ける。この場合、各積層部品に対して所定の荷重を印加し続けることが可能である。それにより、各セルにおいて所定の面圧が発生する。その結果、燃料電池１００ｂの高い発電効率を維持することができる。
【００４０】
なお、本実施例に係る外部拘束部材３１，３５ｂ、スライダフレーム２３を燃料電池スタック１０の各側面に設けることによって、燃料電池スタックの４側面を拘束することが可能である。したがって、各積層部品の位置ずれを確実に防止することができる。
【００４１】
なお、本実施例においても、外部拘束部材３１，３５ｂは図３で示したようなローラ状部材であってもよい。この場合、外部拘束部材３１，３５ｂと燃料電池スタック１０との間の摩擦を低減することができる。
【００４２】
（変形例）
図７は、第３実施例に係る燃料電池１００ｂの変形例の正面図である。図７に示すように、スライダフレーム２３は、燃料電池スタック１０の上端のエンドフレームの右側面に設けられ、外部拘束部材３５ｂは左側面から右側面にかけて伸びていてもよい。この場合、外部拘束部材３５ｂによって燃料電池スタック１０の上面を効率よく押圧することができる。その結果、各積層部品の位置ずれをより効率よく抑制することができる。
【００４３】
なお、本実施例においては、外部拘束部材３５ｂが第１接続部に相当し、固定部２０ｂが第２接続部に相当し、弾性部材５０ｂが荷重調整手段に相当する。
【実施例４】
【００４４】
続いて、本発明の第４実施例に係る燃料電池１００ｃについて説明する。図８は、燃料電池１００ｃの概略図である。図８（ａ）は燃料電池１００ｃの平面図であり、図８（ｂ）は燃料電池１００ｃの底面図であり、図８（ｃ）は燃料電池１００ｃの正面図であり、図８（ｄ）は燃料電池１００ｃの左側面図であり、図８（ｅ）は燃料電池１００ｃの右側面図である。図８（ａ）〜図８（ｅ）に示すように、燃料電池１００ｃは、燃料電池スタック１０、固定部２０ｃａ，２０ｃｂ、外部拘束部材３１，３２ｃ，３５ｃａ，３５ｃｂおよび弾性部材５０ｃを備える。なお、前述した実施例１と同一符号を付した部材は、実施例１と同様のものであり、同様の位置に配置されている。
【００４５】
固定部２０ｃａは、連結部２２を備えていない他は実施例１の固定部２０と同様のものであり、同様の位置に配置されている。固定部２０ｃｂは、連結部２１を備えていない他は実施例１の固定部２０と同様のものであり、燃料電池スタック１０の下面の正面側に左側面から右側面に延びるように固定されている。
【００４６】
外部拘束部材３２ｃは、外部拘束部材３１と同様の構造を有する。外部拘束部材３２ｃは、燃料電池スタック１０の右側面に接触するように配置されている。外部拘束部材３２ｃの下端は、固定部２０ｃｂの連結部２２に連結されている。外部拘束部材３２ｃは、連結部２２を支点として燃料電池スタック１０の右側面上において可動である。
【００４７】
外部拘束部材３５ｃａ，３５ｃｂは、燃料電池スタック１０の上面に配置された棒状部材である。外部拘束部材３５ｃａは、左端部に径が小さい連結部４１ｃａを備える。外部拘束部材３５ｃａの右端部は、弾性部材５０ｃの一端に接続されている。外部拘束部材３５ｃｂは、右端部に径が小さい連結部４１ｃｂを備える。外部拘束部材３５ｃｂの左端部は、弾性部材５０ｃの他端に接続されている。弾性部材５０ｃは、伸張する方向に付勢されている。連結部４１ｃａ，４１ｃｂは、図８（ａ）および図８（ｃ）に示すように、第３実施例のスライダフレーム３２と同様のスライダフレームに前後方向に摺動可能に保持されていてもよい。この場合、弾性部材５０ｃの付勢力によって外部拘束部材３１，３２ｃが燃料電池スタック１０から離れることを防止することができる。なお、説明の簡略化のため、このスライダフレームは図８（ｄ）および図８（ｅ）においては省略してある。
【００４８】
このように、外部拘束部材３１の下端が固定部２０ｃａに連結されかつ弾性部材５０ｃの伸張力によって外部拘束部材３５ｃａが正面側に付勢されることから、外部拘束部材３５ｃａは、各積層部品の積層方向と略垂直方向に移動しつつ燃料電池スタック１０に荷重を印加することができる。具体的には、外部拘束部材３５ｃａは燃料電池スタック１０の上面に沿って移動しつつ燃料電池スタック１０の上面を下方に押圧する。
【００４９】
一方、外部拘束部材３２ｃの下端が固定部２０ｃｂに固定されかつ弾性部材５０ｃの伸張力によって外部拘束部材３５ｃｂが背面側に付勢されることから、外部拘束部材３５ｃｂは、各積層部品の積層方向と略垂直方向に移動しつつ燃料電池スタック１０に荷重を印加することができる。具体的には、外部拘束部材３５ｃｂは燃料電池スタック１０の上面に沿って移動しつつ燃料電池スタック１０の上面を下方に押圧する。それにより、各積層部品間の面圧が増大する。その結果、燃料電池スタック１０の各積層部品の位置ずれを抑制することができる。また、外部拘束部材３１，３２ｃが燃料電池スタック１０の左側面および右側面に接触していることから、各積層部品の左右方向の位置ずれを防止することができる。
【００５０】
さらに、各積層部品が積層方向に膨張すると、外部拘束部材３５ｃａは燃料電池スタック１０の上面に沿って背面側に移動するとともに外部拘束部材３５ｃｂは燃料電池スタック１０の上面に沿って正面側に移動する。このように、外部拘束部材３１が連結部２１を支点として傾斜角を変化させかつ外部拘束部材３２ｃが連結部２２を支点として傾斜角を変化させることによって、各積層部品は積層方向に変位することができる。一方、弾性部材５０ｃの伸長力によって外部拘束部材３５ｃａ，ｃｂは下方に押圧力を印加し続ける。この場合、各積層部品に対して所定の荷重を印加し続けることが可能である。それにより、各セルにおいて所定の面圧が発生する。その結果、燃料電池１００ｃの高い発電効率を維持することができる。
【００５１】
なお、本実施例においても、外部拘束部材３１，３２ｃ，３５ｃａ，３５ｃｂは図３で示したようなローラ状部材であってもよい。この場合、外部拘束部材３１，３２ｃ，３５ｃａ，３５ｃｂと燃料電池スタック１０との間の摩擦を低減することができる。
【００５２】
本実施例においては、外部拘束部材３５ｃａ，３５ｃｂが第１接続部に相当し、固定部２０ｃａ，２０ｃｂが第２接続部に相当し、弾性部材５０ｃが荷重調整手段および押圧手段に相当する。
【実施例５】
【００５３】
続いて、本発明の第５実施例に係る燃料電池１００ｄについて説明する。図９は、燃料電池１００ｄの概略図である。図９（ａ）は燃料電池１００ｄの平面図であり、図９（ｂ）は燃料電池１００ｄの底面図であり、図９（ｃ）は燃料電池１００ｄの正面図であり、図９（ｄ）は燃料電池１００ｄの左側面図であり、図９（ｅ）は燃料電池１００ｄの右側面図である。図９（ａ）〜図９（ｅ）に示すように、燃料電池１００ｄは、燃料電池スタック１０、固定部２０ｄａ〜２０ｄｄおよび外部拘束部材３１ｄ〜３４ｄ，３５ｄａ〜３５ｄｄを備える。なお、前述した実施例１と同一符号を付した部材は、実施例１と同様のものであり、同様の位置に配置されている。
【００５４】
固定部２０ｄａ〜２０ｄｄは、燃料電池スタック１０の下面の各角部に固定されている。固定部２０ｄａ〜２０ｄｄは、それぞれ連結部２１ｄを備える。外部拘束部材３１ｄ〜３４ｄは、実施例１の外部拘束部材３１と同様の構造を有し、上下に傾斜して伸びるように配置されている。外部拘束部材３１ｄは燃料電池スタック１０の左側面に接触し、外部拘束部材３２ｄは燃料電池スタック１０の正面に接触し、外部拘束部材３３ｄは燃料電池スタック１０の右側面に接触し、外部拘束部材３４ｄは燃料電池スタック１０の背面に接触している。外部拘束部材３１ｄ〜３４ｄの下端は、それぞれ固定部２０ｄａ〜２０ｄｄの連結部２１ｄに連結されている。外部拘束部材３１ｄ〜３４ｄは、連結された連結部２１ｄを支点として燃料電池スタック１０の各面上において可動である。
【００５５】
外部拘束部材３５ｄａ〜３５ｄｄは、燃料電池スタック１０の上面に配置された棒状部材である。外部拘束部材３５ｄａ〜３５ｄｄは、それぞれ一端に径が小さい連結部４１ｄａ〜４１ｄｄを備える。連結部４１ｄａ〜４１ｄｄは、それぞれ外部拘束部材３１ｄ〜３４ｄの上端部に連結されている。連結部４１ｄａ〜４１ｄｄは、図９（ａ）に示すように、第３実施例のスライダフレーム３２と同様のスライダフレームに摺動可能に保持されていてもよい。この場合、弾性部材５０ｄの付勢力によって外部拘束部材３１ｄ〜３４ｄが燃料電池スタック１０から離れることを防止することができる。なお、説明の簡略化のため、このスライダフレームは図９（ｃ）〜図９（ｅ）においては省略してある。
【００５６】
弾性部材５０ｄは、燃料電池スタック１０の上端のエンドプレート上に配置されている。弾性部材５０ｄは、固定部材５００からエンドプレート上で各角部方向の四方に伸びるバネ５０１〜バネ５０４が接続された構造を有する。バネ５０１〜バネ５０４は、それぞれ外部拘束部材３５ｄａ〜３５ｄｄの他端に接続されている。バネ５０１〜５０４は、それぞれ伸張する方向に付勢されている。
【００５７】
燃料電池１００ｄにおいては、バネ５０１〜５０４の伸張力によって外部拘束部材３５ｄａ〜３５ｄｄは、各積層部品の積層方向と略垂直方向に移動する。具体的には、外部拘束部材３５ｄａは正面側に移動し、外部拘束部材３５ｄｂは右面側に移動し、外部拘束部材３５ｄｃは背面側に移動し、外部拘束部材３５ｄｄは左面側に移動する。それにより、外部拘束部材３１ｄ〜３４ｄの傾斜角度が大きくなる。この場合、外部拘束部材３５ｄａ〜３５ｄｄは燃料電池スタック１０の上面を下方に押圧する。それにより、燃料電池スタック１０の各積層部品の位置ずれを抑制することができる。また、外部拘束部材３１ｄ〜３４ｄが燃料電池スタックの積層方向と垂直方向の各面に接触していることから、各積層部品の位置ずれを防止することができる。
【００５８】
さらに、各積層部品が積層方向に膨張すると、外部拘束部材３５ｄａは背面側に移動し、外部拘束部材３５ｄｂは左面側に移動し、外部拘束部材３５ｄｃは正面側に移動し、外部拘束部材３５ｄｄが右面側に移動する。したがって、外部拘束部材３１ｄ〜３４ｄの傾斜角度が小さくなる。それにより、各積層部品は積層方向に変位することができる。一方、弾性部材５０ｄの伸張力によって外部拘束部材３５ｄａ〜３５ｄｄは下方に押圧力を印加し続ける。この場合、各積層部品に対して所定の荷重を印加し続けることが可能である。それにより、各セルにおいて所定の面圧が発生する。その結果、燃料電池１００ｄの高い発電効率を維持することができる。
【００５９】
なお、本実施例においても、外部拘束部材３１ｄ〜３４ｄ，３５ｄａ〜３５ｄｄは図３で示したようなローラ状部材であってもよい。この場合、外部拘束部材３１ｄ〜３４ｄ，３５ｄａ〜３５ｄｄと燃料電池スタック１０との間の摩擦を低減することができる。
【００６０】
なお、本実施例においては、外部拘束部材３５ｄａ〜３５ｄｄが第１接続部に相当し、固定部２０ｄａ〜２０ｄｄが第２接続部に相当し、弾性部材５０ｄが荷重調整手段および押圧手段に相当する。
【実施例６】
【００６１】
続いて、本発明の第６実施例に係る燃料電池１００ｅについて説明する。図１０は、燃料電池１００ｅの概略図である。図１０（ａ）は燃料電池１００ｅの平面図であり、図１０（ｂ）は燃料電池１００ｅの正面図であり、図１０（ｃ）は燃料電池１００ｅの左側面図であり、図１０（ｄ）は燃料電池１００ｅの右側面図である。図１０（ａ）〜図１０（ｅ）に示すように、燃料電池１００ｅは、燃料電池スタック１０、固定部２０ｅａ，２０ｅｂ、外部拘束部材３１ｅ〜３４ｅ，３５ｅａ，３５ｅｂおよび弾性部材５０ｅを備える。なお、前述した実施例１と同一符号を付した部材は、実施例１と同様のものであり、同様の位置に配置されている。
【００６２】
固定部２０ｅａ，２０ｅｂは、燃料電池スタック１０の下端のエンドプレート下に左側面から右側面側に伸びるように固定された部材である。固定部２０ｅａは背面側に設けられ、固定部材２０ｅｂは正面側に設けられている。固定部２０ｅａは、左端部に連結部２１ｅａを備え、右端部に連結部２１ｅｂを備える。固定部２０ｅｂは、左端部に連結部２１ｅｃを備え、右端部に連結部２１ｅｄを備える。
【００６３】
外部拘束部材３５ｅａ，３５ｅｂは、燃料電池スタック１０の上面において左右方向に伸びる棒状部材である。外部拘束部材３５ｅａは正面側に配置され、外部拘束部材３５ｅｂは背面側に配置されている。外部拘束部材３５ｅａは、左端部に連結部４１ｅａを備え、右端部に連結部４１ｅｂを備える。外部拘束部材３５ｅｂは、左端部に連結部４１ｅｃを備え、右端部に連結部４１ｅｄを備える。
【００６４】
外部拘束部材３１ｅ〜３４ｅは、上下方向に傾斜して伸びる棒状部材である。連結部４１ｅａ〜４１ｅｄは、それぞれ外部拘束部材３１ｅ〜３４ｅの上端部に連結されている。外部拘束部材３１ｅ，３３ｅは燃料電池スタック１０の左側面に接触するように配置され、互いに交差している。外部拘束部材３２ｅ，３４ｅは燃料電池スタック１０の右側面に接触するように配置され、互いに交差している。
【００６５】
図１０（ｂ）に示すように、外部拘束部材３１ｅ，３３ｅが交差する箇所においては、外部拘束部材３３ｅは燃料電池スタック１０側に偏心し、外部拘束部材３１ｅは燃料電池スタック１０と反対側に偏心している。この場合、交差部において外部拘束部材３１ｅと外部拘束部材３３ｅとは接触しない。それにより、外部拘束部材３１ｅと外部拘束部材３３ｅとの交差角度は可変である。外部拘束部材３２ｅ，３４ｅが交差する箇所においては、外部拘束部材３４ｅは燃料電池スタック１０側に偏心し、外部拘束部材３２ｅは燃料電池スタック１０と反対側に偏心している。それにより、外部拘束部材３２ｅと外部拘束部材３４ｅとの交差角度は可変である。外部拘束部材３１ｅ〜３４ｅの下端は、それぞれ連結部２１ｅａ〜２１ｅｄに連結されている。外部拘束部材３１ｅ〜３４ｅは、それぞれ連結部２１ｅａ〜２１ｅｄを支点として燃料電池スタック１０の各面上において可動である。
【００６６】
弾性部材５０ｅの一端は外部拘束部材３５ｅａの中央部に接続され、弾性部材５０ｅの他端は外部拘束部材３５ｅｂの中央部に接続されている。弾性部材５０ｅは、伸張する方向に付勢されている。この場合、外部拘束部材３５ｅａ，３５ｅｂは、各積層部品の積層方向と略垂直方向に移動する。具体的には、外部拘束部材３５ｅａは燃料電池スタック１０の上面に沿って正面側に移動し、外部拘束部材３５ｅｂは燃料電池スタック１０の上面に沿って背面側に移動する。それにより、外部拘束部材３１ｅ〜３４ｅの傾斜角度は大きくなる。その結果、外部拘束部材３５ｅａ，３５ｅｂは、燃料電池スタック１０を下方に押圧する。それにより、燃料電池スタック１０の各積層部品の位置ずれを抑制することができる。また、外部拘束部材３１ｅ〜３４ｅが燃料電池スタックの左側面および右側面に接触していることから、左右方向における各積層部品の位置ずれを防止することができる。
【００６７】
さらに、各積層部品が積層方向に膨張すると、外部拘束部材３５ｅａは燃料電池スタック１０の上面に沿って背面側に移動し、外部拘束部材３５ｅｂは燃料電池スタック１０の上面に沿って正面側に移動する。したがって、外部拘束部材３１ｅ〜３４ｅの傾斜角度が小さくなる。それにより、各積層部品は積層方向に変位することができる。一方、弾性部材５０ｅの伸張力によって外部拘束部材３５ｅａ〜３５ｅｄは下方に押圧力を印加し続ける。この場合、各積層部品に対して所定の荷重を印加し続けることが可能である。それにより、各セルにおいて所定の面圧が発生する。その結果、燃料電池１００ｅの高い発電効率を維持することができる。
【００６８】
なお、本実施例においても、外部拘束部材３１ｅ〜３４ｅ，３５ｅａ，３５ｅｂは図３で示したようなローラ状部材であってもよい。ただし、外部拘束部材３１ｅ〜３４ｅは交差部以外の箇所がローラ状部材になっている必要がある。この場合、外部拘束部材３１ｅ〜３４ｅ，３５ｅａ，３５ｅｂと燃料電池スタック１０との間の摩擦を低減することができる。
【００６９】
（変形例）
図１１は、第６実施例に係る燃料電池１００ｅの変形例の左側面図である。図１１に示すように、固定部２０ｅａ，２０ｅｂの代わりに外部拘束部材３５ｅａ，３５ｅｂをそれぞれ外部拘束部材３１ｅ〜３４ｅの下端に連結し、外部拘束部材３５ｅａ〜３５ｅｄを弾性部材５０ｅで接続してもよい。
【００７０】
なお、本実施例においては、外部拘束部材３５ｅａ，３５ｅｂが第１接続部に相当し、固定部２０ｅａ，２０ｅｂが第２接続部に相当し、弾性部材５０ｅが荷重調整手段に相当する。
【実施例７】
【００７１】
続いて、本発明の第７実施例に係る燃料電池１００ｆについて説明する。図１２は、燃料電池１００ｆの概略図である。図１２（ａ）は燃料電池１００ｆの平面図であり、図１２（ｂ）は燃料電池１００ｆの正面図であり、図１２（ｃ）は燃料電池１００ｆの左側面図であり、図１２（ｄ）は燃料電池１００ｆの右側面図である。図１２（ａ）〜図１２（ｄ）に示すように、燃料電池１００ｆが図１の燃料電池１００と異なる点は、弾性部材５０の代わりに複数のアクチュエータ６０を備えている点およびアクチュエータ６０を制御する制御部７０を備えている点である。
【００７２】
アクチュエータ６０は、それぞれ外部拘束部材３５の連結部４１，４２に接続されている。アクチュエータ６０は、制御部７０の指示に従って外部拘束部材３５を各積層部品の積層方向と略垂直方向に移動させる。具体的には、アクチュエータ６０は、外部拘束部材３５を前後方向に移動させる。アクチュエータ６０には歪ゲージが内蔵されている。制御部７０は、歪ゲージの計測値が所定の値になるようにアクチュエータ６０を正面方向に移動させる。それにより、外部拘束部材３５によって燃料電池スタック１０を下方に押圧することができるとともに、熱膨張等による各積層部品の変位を吸収することができる。
【００７３】
なお、アクチュエータ６０の代わりに油圧シリンダが設けられていてもよい。この場合、外部拘束部材３５の下向きの荷重を計測する荷重計を設けて荷重計の計測値が所定の値になるように油圧シリンダの圧力を制御することによって、アクチュエータ６０と同様の作用を実現することができる。
【００７４】
なお、本実施例においては、外部拘束部材３５が第１接続部に相当し、固定部２０が第２接続部に相当し、アクチュエータ６０が荷重調整手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１実施例に係る燃料電池の概略図である。
【図２】各積層部品が積層方向に膨張した場合における燃料電池の左側面図である。
【図３】外部拘束部材の構造の一例を示す図である。
【図４】第１実施例に係る燃料電池の変形例の正面図である。
【図５】第２実施例に係る燃料電池の概略図である。
【図６】第３実施例に係る燃料電池の概略図である。
【図７】第３実施例に係る燃料電池の変形例の正面図である。
【図８】第４実施例に係る燃料電池の概略図である。
【図９】第５実施例に係る燃料電池の概略図である。
【図１０】第６実施例に係る燃料電池の概略図である。
【図１１】第６実施例に係る燃料電池の変形例の左側面図である。
【図１２】第７実施例に係る燃料電池の概略図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  燃料電池スタック
２０  固定部材
２１，２２，４１，４２  連結部
３１，３２，３３，３４，３５  外部拘束部材
５０  弾性部材
６０  アクチュエータ
７０  制御部
１００  燃料電池
【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】
2007242485.tif 000008
【図７】
2007242485.tif 000009
【図８】
2007242485.tif 000010
【図９】
2007242485.tif 000011
【図１０】
2007242485.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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