(57)【要約】【課題】燃料電池の面圧を均一に維持することができ、パッケージ効率を向上させることができる燃料電池用スタック締結機器を提供する。【解決手段】本発明は、スタック両端部に装着されたエンドプレートを締結するワイヤーと、アップエンドプレートの上部に装着されて、前記ワイヤーのテンションを調整するテンショナーと、前記テンショナーの上下移動を案内するために中央溝を備え、前記テンショナーを囲む構造で形成されるテンションガイドと、前記テンショナー両側に設置され、スタック上部のワイヤーを案内する上部ガイドと、ダウンエンドプレートの下部両側に装着されて、スタック下部のワイヤーを案内する下部ガイドと、を含めて構成され、前記テンショナーはアップエンドプレートの上部にテンションボルトで装着されて、ネジ移動方式により上下の高さが調節され、前記ワイヤーのテンションを調整することを特徴とする。【選択図】  図２
2009146877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタック両端部に装着されたエンドプレートを締結するワイヤーと、
アップエンドプレートの上部に装着されて、前記ワイヤーのテンションを調整するテンショナーと、
前記テンショナーの上下移動を案内するために中央溝を備え、前記テンショナーを囲む構造で形成されるテンションガイドと、
前記テンショナー両側に設置され、スタック上部のワイヤーを案内する上部ガイドと、
ダウンエンドプレートの下部両側に装着されて、スタック下部のワイヤーを案内する下部ガイドと、
を含めて構成されることを特徴とする燃料電池用スタック締結機器。
【請求項２】
前記テンショナーはアップエンドプレートの上部にテンションボルトで装着されて、ネジ移動方式により上下の高さが調節され、前記ワイヤーのテンションを調整することを特徴とする請求項１記載の燃料電池用スタック締結機器。
【請求項３】
前記テンショナー、上部ガイドおよび下部ガイドは、前記ワイヤーが装着される部位に案内溝が形成され、前記ワイヤーが互いに絡まらないようにすることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用スタック締結機器。
【請求項４】
前記下部ガイドは、引っかけ溝が前記下部ガイド案内溝に直角に形成され、前記ワイヤーの両端部には前記引っかけ溝に差し込まれる引っかけ金具が装着されることを特徴とする請求項３記載の燃料電池用スタック締結機器。
【請求項５】
前記ワイヤーはピアノ鋼線または形状記憶合金からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池用スタック締結機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池用スタック締結機器に係り、より詳しくは、燃料電池スタックにワイヤーを使用して締結し、ワイヤーの広い弾性領域を活用することによって燃料電池の面圧を均一に維持することができ、少ない材料の使用により高強度の締結力を確保することで、燃料電池を軽量化し、パッケージ効率性を大幅向上させることができる燃料電池用スタック締結機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に燃料電池スタックとは、単位セルを反復的に積層した電気エネルギーの発生装置を言う。
このような燃料電池スタックは、分離板、ガス拡散層（ＧＤＬ）、ガスケットなどが１００〜２００個ずつ積層され、その両端をエンドプレートで支持する。
また、両端のエンドプレートは、通常、バンドまたは長い全ネジ山（ｆｕｌｌ ｔｈｒｅａｄ ｏｆ ａ ｓｃｒｅｗ）を利用して締結する。
しかし、スタック構成中、ゴム材質からなるガスケットは粘弾性を有しており、時間の経過につれて初期の締結力が低下する傾向があり、スタックが作動する温度によってもその特性が異なり、均一な締結力を維持することが難しい。
【０００３】
このようなガスケットの不安定な締結力を補完するために、両端のエンドプレートはボルトまたはバンドにより締結している。
以下、添付図面を参照して従来の燃料電池スタック締結構造の問題点を説明する。
図１（ａ）は従来のボルト式の燃料電池スタック締結構造の断面図、図１（ｂ）は従来のバンド式の燃料電池スタック締結構造の断面図である。
図１（ａ）に示す通り、ボルト１０を使用してエンドプレート２０を締結する場合、スタック５０の全体積が増加してスタック５０をパッケージ化することが難しい他、ボルト１０によりスタック５０の重量が増加し、さらに、ボルト１０の長さ方向に荷重が作用する際、ネジ部に応力が集中してその部位が容易に破損する問題がある。
図１（ｂ）に示す通り、バンド３０を使用してエンドプレート２０を締結する場合、スタック６０の面圧調整が不可能となり、また、バンド３０のサイズが不均一であるため、初期面圧コントロールが難しい問題がある。
【特許文献１】特開２００７−２９４２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は前記のような問題点を勘案してなされたものであり、本発明の目的は、燃料電池の面圧を均一に維持することができ、パッケージ効率を向上させることができる燃料電池用スタック締結機器の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するための本発明は、スタック両端部に装着されたエンドプレートを締結するワイヤーと、アップエンドプレートの上部に装着されて、前記ワイヤーのテンションを調整するテンショナーと、前記テンショナーの上下移動を案内するために中央溝を備え、前記テンショナーを囲む構造で形成されるテンションガイドと、前記テンショナー両側に設置され、スタック上部のワイヤーを案内する上部ガイドと、ダウンエンドプレートの下部両側に装着されて、スタック下部のワイヤーを案内する下部ガイドと、を含めて構成されることを特徴とする。
【０００６】
前記テンショナーはアップエンドプレートの上部にテンションボルトで装着されて、ネジ移動方式により上下の高さが調節され、前記ワイヤーのテンションを調整することを特徴とする。
【０００７】
前記テンショナー、上部ガイドおよび下部ガイドは、前記ワイヤーが装着される部位に案内溝が形成され、前記ワイヤーが互いに絡まらないようにすることを特徴とする。
【０００８】
前記下部ガイドは、引っかけ溝が前記下部ガイド案内溝に直角に形成され、前記ワイヤーの両端部には前記引っかけ溝に差し込まれる引っかけ金具が装着され、前記ワイヤーはピアノ鋼線または形状記憶合金からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による燃料電池用スタック締結機器は下記の効果を有する。
１）燃料電池スタックにワイヤーを使用して締結し、ワイヤーの広い弾性領域を活用することによって燃料電池の面圧を均一に維持することができる。
２）少ない材料により高強度の締結力を確保することで、燃料電池を軽量化し、パッケージ効率を大幅向上させることができる。
３）テンショナーの上下移動によりワイヤーの張力を調節し、燃料電池の面圧を調整し、燃料電池の面圧と直結する張力を容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して詳しく説明する。
【実施例】
【００１１】
図２は本発明による燃料電池スタック締結器具の上部斜視図であり、図３は図２の下部斜視図であり、図４〜図６は本発明による燃料電池スタック締結器具の詳細図である。
図２および図３に示す通り、本発明による燃料電池スタック締結器具は、アップエンドプレート１００の上部に装着されたテンショナー１１０および上部ガイド１３０にワイヤー２００を巻き、ダウンエンドプレート１４０の下部に装着された下部ガイド１５０に引っかけ金具１６０を挿入して燃料電池スタックを締結することで、燃料電池の面圧を均一に維持することができる。
【００１２】
本発明に使用されるワイヤー２００は、一端部が下部ガイド１５０の引っかけ溝１５１に差し込まれる引っかけ金具１６０と連結され、アップエンドプレート１００の上部に装着された上部ガイド１３０およびテンショナー１１０に巻かれ、下部ガイド１５０の異なる引っかけ溝に引っかけ金具を介して装着される。
ここで、ワイヤー２００はピアノ線が好ましいが、実施例ではスプリング鋼製であり、その直径は０．１〜５ｍｍで必要に応じてより合せてロープを作り使用することが可能である。
特に、スプリング鋼の断面の直径が約１ｍｍである場合、破裂荷重が約１２３０Ｎであり、引張強度が約１５１６ＭＰａに達する。
【００１３】
更に、ピアノ線が線引き（Ｄｒａｗｉｎｇ）などの工程を通してワイヤー２００で製作されると、既存のボルトやバンドなどで発生していた不純物、気孔などの欠陥を最小にし、理論値に近い強度を得ることで、燃料電池スタックの軽量化およびパッケージ化に寄与できる。
併せて、ワイヤー２００として超弾性合金を使用する際、弾性領域をスプリング鋼に比べ、約８〜１０倍増加させることができ、形状記憶合金を使用する際は、燃料電池作動温度（摂氏約８０℃）でスタックの熱膨張による面圧変化に対するワイヤー２００の補正が容易に行われる。
【００１４】
ワイヤー２００のテンションを調整するために、アップエンドプレート１００の上部には図４に示す複数のテンショナー１１０がテンションボルト１１１により装着され、ネジ式により上下位置の調節が可能であり、その高さによってワイヤー２００のテンションを調節する。
即ち、ネジを一方向に回転させてテンショナーが上昇する場合、ワイヤーのテンションは増加し、ネジを前記と反対方向に回転させ、テンショナーが下降する場合、ワイヤーのテンションが減少することで、ワイヤーの張力状態によってテンショナーの高さを調節して燃料電池の面圧を維持させることができる。
【００１５】
この時、テンショナー１１０の上面には一定間隔で案内溝１１２が形成されて、テンショナー１１０により支持されたワイヤー２００が互いに絡まらないようにする。
また、テンショナー１１０が装着される位置にテンショナー１１０の代りに、ワイヤー２００を巻くラチェットホイールを設置することが可能であり、この場合、ワイヤー２００の長さに対する調整範囲が大きくなり、ワイヤー２００の初期締結時、プレスをしなくともワイヤー２００を組立てることが可能となる。
テンショナー１１０の両端部には中央溝が形成された“コ”字型のテンションガイド１２０がテンショナー１１０を包む形で装着され、テンショナー１１０の上下移動を案内する。
【００１６】
ここで、テンションガイド１２０には両端部がアップエンドプレート１００の上面に接するように平たい突出面１２１が形成されるが、この突出面１２１にボルト１２２が結合され、テンションガイド１２０がアップエンドプレート１００に固定される。
図５に示した通り、アップエンドプレート１００の上部であるテンショナー１１０の両側には上部ガイド１３０がボルト１３２により装着され、テンショナー１１０の両側に伸びるワイヤー２００を下方向にガイドする。
この時、上部ガイド１３０はワイヤー２００が接する２面に案内溝１３１が形成され、ワイヤー２００が互いに干渉しないようにする。この上部ガイド１３０の案内溝１３１はワイヤー２００への応力集中を防止するために、曲面に加工することが好ましい。
【００１７】
図５および図６に示す通り、ダウンエンドプレート１４０の下面には下部ガイド１５０がボルト１５３で装着され、ダウンエンドプレート１４０に進入するワイヤー２００をガイドする。
ここで、下部ガイド１５０は一面に上部ガイド１３０と同様に、一定間隔の案内溝１５２が形成され、この下部ガイド１５０の案内溝の片側には引っかけ溝１５１が直角に形成され、ワイヤー２００端部に装着された引っかけ金具１６０が差し込まれる。
【００１８】
即ち、ワイヤー２００の両端部に装着された引っかけ金具１６０がダウンエンドプレート１４０の両側に設置された下部ガイド１５０の引っかけ溝１５１に差し込まれることで、ワイヤー２００は一定テンションで張りを維持し、ワイヤー２００が巻かれたテンショナー１１０の高さによってそのテンションが調節される。
そして、引っかけ金具１６０は円筒形金属部材で長く形成され、多数のワイヤー２００が一定間隔で連結される。
【００１９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は従来ボルト式燃料電池スタック締結構造の断面図であり、（ｂ）は従来のバンド式燃料電池スタック締結構造の断面図である。
【図２】本発明による燃料電池スタック締結器具の上部斜視図である。
【図３】図２の下部斜視図である。
【図４】本発明による燃料電池スタック締結器具の詳細図である。
【図５】本発明による燃料電池スタック締結器具の詳細図である。
【図６】本発明による燃料電池スタック締結器具の詳細図である。
【符号の説明】
【００２１】
１００  アップエンドプレート
１１０  テンショナー
１２０  テンションガイド
１３０  上部ガイド
１４０  ダウンエンドプレート
１５０  下部ガイド
１６０  引っかけ金具
２００  ワイヤー
【図１】
2009146877.tif 000003
【図４】
2009146877.tif 000004
【図５】
2009146877.tif 000005
【図６】
2009146877.tif 000006
【図２】
2009146877.tif 000007
【図３】
2009146877.tif 000008