JP2009266735A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】セル締結力を適正にした上での電池性能の低下抑制と燃料電池に衝撃が加わった場合の不具合対処の両立を図る。
【解決手段】燃料電池１０は、中間プレート１２０とエンドプレート１１０との間にハの字状に掛け渡した２本のリンクプレート１３０により、エンドプレート１１０での右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬの間と、中間プレート１２０での右方連結箇所ＣＳＲと左方連結箇所ＣＳＬの間とを節として、中間プレート１２０とその上下のエンドプレート１１０とを連結する。下端側のエンドプレート１１０は固定され、上端側のエンドプレート１１０は揺動可能に保持され、中間プレート１２０は非固定とされている。中間プレート１２０は左右方向から外力が加わると変位し、この中間プレート１２０における節の変位とこれに伴うリンクプレート１３０の回転とエンドプレート１１０の揺動を起こす。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の燃料電池セルを積層して締結する燃料電池に関する。

燃料電池セルを締結するには、セル積層方向に延びるシャフトをエンドプレート間に配置してシャフトを両端で固定する手法の他、リンク機構にて燃料電池セルを締結する手法も採用されている（例えば、特許文献１）。

こうした燃料電池は、車両等の移動体への搭載がなされつつあり、例えば車両搭載に当たっては、車両走行中に加わることがある衝撃に対しての対処が種々提案されている（例えば、特許文献２）。この特許文献では、燃料電池にセル積層方向と交差する方向から加わる衝撃を、燃料電池の搭載箇所から離れたエネルギ吸収部や燃料電池に近接配置された緩衝材などで緩和することがなされている。

特表２００６−５０６７８０号公報 特開２００３−１２３７７９号公報

ところで、燃料電池セルは衝撃の有無に拘わらず積層方向に沿って締結されており、その締結の程度、即ち締結力の大きさは、締結力によるセル面圧が膜電極接合体の損傷等を起こさない程度に往々にして制限されている。こうすることで、電池性能の低下が抑制されている。その一方、上記したように衝撃緩和が図られたとしても、燃料電池にセル積層方向と交差する方向から衝撃が加わることには変わりはない。このため、衝撃の程度によっては、積層状態にある燃料電池セルのズレが起きことが危惧されている。こうした事態を回避するには、燃料電池セルの積層方向に沿った締結力を予め大きくしておくことが有効であるが、締結力増大によりセル面圧も高くなって膜電極接合体の損傷等による電池性能の低下も予想されるので、締結力増大での衝撃対処には限界があった。なお、特許文献１で提案されたリンク機構によるセル締結では、積層済みセルのある箇所のセルの取り外しには有益であるものの、リンク機構の構成上、上記した衝撃対処については改善の余地が残されていた。

本発明は、上記した課題を踏まえ、セル締結力を適正にした上での電池性能の低下抑制と燃料電池に衝撃が加わった場合の不具合対処の両立を図ることをその目的とする。

上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。

[適用：燃料電池]
複数の燃料電池セルを積層して締結する燃料電池であって、
燃料電池両端に位置して積層済みの前記燃料電池セルを挟持する一対のエンドプレートと、
該一対のエンドプレートの一方のエンドプレートと他方のエンドプレートとに掛けて掛け渡されて連結され、プレートとの連結箇所間を節とするリンクプレートを有し、該リンクプレートにより、前記燃料電池セルの積層状態を維持する初期締結力を前記燃料電池セルの積層方向に沿って及ぼす締結力付与リンク機構とを備え、
該締結力付与リンク機構は、
前記積層方向と交差する方向から前記燃料電池セルに外力が加わると、該外力の向きに沿った前記節の変位と該変位に追従した前記連結箇所を中心とする前記リンクプレートの回転とを起こし、該回転したリンクプレートにより、前記外力がない場合における前記初期締結力よりも大きな締結力を前記燃料電池セルに付与する
ことを要旨とする。

上記構成の燃料電池では、締結力付与リンク機構が有するリンクプレートにて、積層済みの燃料電池セルに対してその積層方向に沿った初期締結力を及ぼすので、この初期締結力を膜電極接合体の損傷等を起こさない程度とすれば、電池性能の低下を抑制できる。その一方、セル積層方向と交差する方向から燃料電池セルに外力が加わると、当該外力が加わった状況においては、プレートとの連結箇所間の節を外力の向きに沿って変位させると共に、この変位に追従して、リンクプレートをその連結箇所を中心に回転させる。そして、この回転したリンクプレートにより、外力がない場合における初期締結力よりも大きな締結力を燃料電池セルに付与するので、積層済み燃料電池セルのズレと言った不具合を締結力増大により効果的に抑制できる。しかも、この締結力増大を上記した外力が加わったときのみにしかもたらさないので、外力が加わることのない通常運転時には、適正な初期締結力により電池性能の低下を抑制できる。この場合、一旦加わった外力が消失すれば、リンクプレートには連結箇所を中心とした回転を起こす力が掛からなくなるので、リンクプレートはリンク機構を構成する故に、元の状態に復帰しようとする。よって、リンクプレートの復帰により締結力は初期締結力に戻るので、締結力増大も解消され、電池性能の低下抑制の上では有益である。そして、リンクプレートの復帰をもたらすよう付勢すれば、速やかに締結力増大を解消でき、望ましい。

上記した燃料電池は、次のような態様とすることができる。例えば、前記一対のエンドプレートで挟持された積層済みの前記燃料電池セルの間に介在する中間プレートを備えるようにした上で、前記一方のエンドプレートを固定し、前記他方のエンドプレートを前記リンクプレートの連結箇所の中央において揺動するよう保持し、前記中間プレートを非固定とする。その上で、前記締結力付与リンク機構は、前記一方のエンドプレートと前記中間プレートとの間と、前記他方のエンドプレートと前記中間プレートとの間とに、それぞれ２本の前記リンクプレートをハの字状にプレートに連結し、前記非固定の前記中間プレートにおける前記連結箇所間の節を前記変位を起こす節とし、前記非固定の前記中間プレートにおける前記節の長さを、前記固定されたエンドプレートにおける前記連結箇所間の節の長さおよび前記揺動するエンドプレートにおける前記連結箇所間の節の長さより長くしている。こうすれば、セル積層方向と交差する方向から外力が加わることで、非固定の中間プレートは外力を受けてその力の向きに沿って移動して、この中間プレートでの節が変位しようとし、他方のエンドプレートはこの外力を受けて揺動しようとする。このため、外力が加わった側ではエンドプレートと中間プレートとの間が延び、外力が加わった側と反対側ではエンドプレートと中間プレートとの間が縮むよう、２本のリンクプレートが上記した節の変位に追従して連結箇所を中心に回転する。よって、外力が加わった側と反対側の燃料電池セルの周縁側での締結力を増大させ、この増大した締結力によりセルのズレと言った不具合を防止できる。しかも、締結力増大を燃料電池セルの周縁側で起こすに過ぎないので、セル中央に位置する膜電極接合体における不用意な面圧増加を抑制できることから、膜電極接合体の損傷回避の上から有益である。

他の態様としては、前記一対のエンドプレートで挟持された積層済みの前記燃料電池セルの間に介在する中間プレートを備えるようにした上で、前記一対のエンドプレートの両者を非固定とし、前記中間プレートを固定する。その上で、前記締結力付与リンク機構は、前記一方のエンドプレートと前記中間プレートとの間と、前記他方のエンドプレートと前記中間プレートとの間とに、それぞれ２本の前記リンクプレートをハの字状にプレートに連結し、前記非固定の前記一方および他方のエンドプレートにおける前記連結箇所間の節を前記変位を起こす節とし、前記固定された前記中間プレートにおける前記節の長さを、前記非固定の一方のエンドプレートにおける前記節の長さおよび前記非固定の他方のエンドプレートにおける前記節の長さより短くしている。こうすれば、セル積層方向と交差する方向から外力が加わることで両エンドプレートは、非固定であるが故に、この外力を受けてその力の向きに沿って移動して、この両エンドプレートでの節が変位しようとする。このため、外力が加わった側ではエンドプレートと中間プレートとの間が延び、外力が加わった側と反対側ではエンドプレートと中間プレートとの間が縮むよう傾斜し、この際に、２本のリンクプレートが上記した変位に追従して連結箇所を中心に回転する。よって、この態様であっても、外力が加わった側と反対側の燃料電池セルの周縁側での締結力を増大させ、この増大した締結力により上記した効果を奏することができる。

また、前記一対のエンドプレートで挟持された積層済みの前記燃料電池セルの間に介在する中間プレートを備えるようにした上で、前記一対のエンドプレートの両者を非固定とし、前記中間プレートを固定する。その上で、前記締結力付与リンク機構は、前記一方のエンドプレートと前記中間プレートとの間と、前記他方のエンドプレートと前記中間プレートとの間とに、それぞれ２本の前記リンクプレートを交差させてプレートに連結し、前記非固定の前記一方および他方のエンドプレートにおける前記連結箇所間の節を前記変位を起こす節とし、前記固定された前記中間プレートにおける前記節の長さを、前記非固定の一方のエンドプレートにおける前記節の長さおよび前記非固定の他方のエンドプレートにおける前記節の長さより長くした態様とすることもできる。この態様であっても、セル積層方向と交差する方向から外力が加わることで両エンドプレートは、非固定であるが故に、この外力を受けてその力の向きに沿って移動して、この両エンドプレートでの節が変位しようとする。このため、外力が加わった側ではエンドプレートと中間プレートとの間が延び、外力が加わった側と反対側ではエンドプレートと中間プレートとの間が縮むよう傾斜し、この際に、２本のリンクプレートが連結箇所を中心に回転する。よって、この態様であっても、外力が加わった側と反対側の燃料電池セルの周縁側での締結力を増大させ、この増大した締結力により上記した効果を奏することができる。

この場合、前記中間プレートを前記一対のエンドプレートの間の中央に位置させた上で、前記一方のエンドプレートにおける前記節の長さと前記他方のエンドプレートにおける前記節の長さとは等しくできる。こうすれば、セル積層方向に交差して加わる外力の方向が正逆どちらの向きであっても、締結力増大を燃料電池セルの周縁側で起こしてセルの不用意なズレ防止、膜電極接合体における不用意な面圧増加の抑制が可能となる。また、中間プレートの上下での燃料電池セルの挙動を対称にできる。この結果、外力の方向に対する汎用性が高まるので、燃料電池の搭載の仕方の自由度が高まる。

また、中間プレートを用いずに一対のエンドプレートをリンクプレートにて連結するようにもできる。つまり、前記一方のエンドプレートを固定し、前記他方のエンドプレートを非固定する。その上で、前記締結力付与リンク機構は、前記一方のエンドプレートと前記他方のエンドプレートとの間に２本の前記リンクプレートをハの字状にプレートに連結し、前記非固定の前記他方のエンドプレートにおける前記連結箇所間の節を前記変位を起こす節とし、前記固定された前記一方のエンドプレートにおける前記節の長さを、前記非固定の前記他方のエンドプレートにおける前記節の長さより短くしている。この態様であっても、外力が加わった側と反対側の燃料電池セルの周縁側での締結力を増大させ、この増大した締結力により上記した効果を奏することができる。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の実施例としての燃料電池１０の全体構成を概略的に示す説明図、図２は燃料電池１０におけるリンクプレート１３０とエンドプレート１１０との連結の様子を破断して示す説明図、図３は電池保持シャフトＫＳとエンドプレート１１０との係合の様子を破断して示す説明図、図４はセル積層方向に交差して外力が加わった場合における燃料電池１０の挙動を示す説明図である。

図１に示すように、燃料電池１０は、複数の燃料電池セル１００を図における上下に位置する一対のエンドプレート１１０の間に積層して備え、両エンドプレート間の積層セルの中間位置に中間プレート１２０を備える。それぞれの燃料電池セル１００は、電解質膜の両側に電極を接合させた図示しない膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備え、その両側を多孔質のガス拡散層とした上で、セパレータを有する。なお、ＭＥＡやガス拡散層およびセパレータについては、本発明の要旨と直接関係しないので図示を簡略化し、その説明についても省略する。

燃料電池１０は、燃料電池セル１００の積層状態の確保のため、中間プレート１２０とその上下のエンドプレート１１０との間に２本のリンクプレート１３０をハの字状に掛け渡している。リンクプレート１３０は、ステンレス等の金属鋼板から形成された板状体であり、端部の貫通孔１３２に、連結ピン１４０のシャフト部１４２を嵌合させた上で、連結ピン１４０の雄ネジ部１４４をエンドプレート１１０に螺合させてエンドプレート１１０および中間プレート１２０に連結される。エンドプレート１１０と中間プレート１２０の両プレートは、その端面側にシャフト部１４２より大径の凹所１１２を備える。よって、連結ピン１４０をその雄ネジ部１４４によりエンドプレート１１０に固定することで、２本のリンクプレート１３０は、プレートとの連結箇所（詳しくはシャフト部１４２）において回転可能となり、中間プレート１２０とその上下のエンドプレート１１０とを連結する。つまり、中間プレート１２０とその上下のエンドプレート１１０の間にハの字状に掛け渡された２本のリンクプレート１３０は、連結ピン１４０によるエンドプレート１１０での二つの連結箇所、即ち右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬの間と、連結ピン１４０による中間プレート１２０での右方連結箇所ＣＳＲと左方連結箇所ＣＳＬの間とを節として、中間プレート１２０とその上下のエンドプレート１１０とを連結する。なお、説明の便宜上、エンドプレート１１０と当該プレート間に積層済みの燃料電池セル１００を、以下の説明に際して適宜、燃料電池スタックと称することとする。

このようにしてリンクプレート１３０にて連結された燃料電池１０は、図１に示すように、その搭載物、例えば車両における固定構造物ＫＤ、ＫＵの間に組み込まれ、図１における下端側のエンドプレート１１０を固定構造物ＫＤに固定し、上端側のエンドプレート１１０をリンクプレート１３０の右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬとの中央において揺動可能に保持する。つまり、上端側のエンドプレート１１０は、右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬとの中央に開けられた有底孔１１４（図３参照）に固定構造物ＫＵから延びた電池保持シャフトＫＳのシャフト部ＫＳＳを遊嵌させることで、有底孔１１４を揺動中心として揺動可能とされている。そして、燃料電池１０は、中間プレート１２０を、上記の両エンドプレートに対してリンクプレート１３０にて連結させるに留めて、非固定のフリーの状態としている。このため、中間プレート１２０は、図１における左右方向に変位可能となり、この中間プレート１２０におけるリンクプレート１３０の右方連結箇所ＣＳＲと左方連結箇所ＣＳＬとの間の節も変位を起こす。この場合、非固定の中間プレート１２０における右方連結箇所ＣＳＲと左方連結箇所ＣＳＬとの間の節の長さは、図１に示すように、固定されたエンドプレート１１０における右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬとの間の節の長さおよび揺動するエンドプレート１１０における右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬとの節の長さより長くされている。

本実施例では、既述したように平行な位置関係にある一対のエンドプレート１１０の間隔、およびこの両エンドプレートをリンクプレート１３０で連結することによりリンクプレート１３０が燃料電池スタックの積層状態を維持するために及ぼす締結力（初期締結力）を、セル積層数や燃料電池セル１００の定常発電運転を確保するための適正なセル面圧を考慮しつつ、定めた。そして、燃料電池スタックは、定常発電運転時には、図１に示すように一対のエンドプレート１１０と中間プレート１２０が平行に並んだ状態の初期位置を取り、この初期位置に燃料電池スタックがある場合には、それぞれの燃料電池セル１００は、図中に黒塗り矢印で示す締結力（初期締結力）をエンドプレート１１０を介して受け、この初期締結力に対応する適正なセル面圧を受けて支障なく発電運転する。

今、図４に示すように、図中白抜き矢印で示す外力Ｒがセル積層方向に交差して加わったとする。こうした状況は、燃料電池１０を例えば車両に搭載してセル積層方向と交差する方向が車両の前後方向となるようにした上で、車両に前後方向から衝撃が加わったような場合が想定される。この外力Ｒは、燃料電池スタックに図における右方から左方に作用するので、非固定の中間プレート１２０は、この外力Ｒを受けて左方側に移動して、この中間プレート１２０での節も左方側に変位する。こうした節の変位に伴い、上端側のエンドプレート１１０にあっては、この外力Ｒを受けること、および中間プレート１２０での節の変位に追従したリンクプレート１３０の各連結箇所（右方連結箇所ＣＳＲ等）を中心とするリンクプレート１３０の回転とにより、揺動しようとする。

このため、図４に示すように、外力Ｒが加わった側ではエンドプレート１１０と中間プレート１２０との間が延び、外力Ｒが加わった側と反対側（即ち中間プレート１２０での節が変位した側）ではエンドプレート１１０と中間プレート１２０との間が縮むよう、それぞれのリンクプレート１３０が上記した節の変位に追従して連結箇所を中心に回転する。よって、本実施例の燃料電池１０は、この回転したリンクプレート１３０により、外力Ｒが加わった側と反対側の燃料電池セル１００の周縁側での締結力を外力Ｒがない場合における初期締結力より増大させ、この増大した締結力を燃料電池セルに付与するので、積層済み燃料電池セルのズレと言った不具合を締結力増大により効果的に抑制できる。しかも、本実施例の燃料電池１０では、こうした締結力増大を燃料電池セルの周縁側で起こすに過ぎないので、セル中央に位置する膜電極接合体（ＭＥＡ）における不用意な面圧増加を抑制できることから、ＭＥＡの損傷回避の上からも有益である。

また、本実施例の燃料電池１０では、上記した外力Ｒが加わって中間プレート１２０の移動、即ちこの中間プレート１２０での節の変位が起きたときのみにしか締結力を増大させない。よって、外力Ｒが加わることのない通常運転時には、適正な初期締結力により燃料電池セル１００のそれぞれでの電池性能の低下を抑制できる。

また、本実施例では、一旦加わった外力Ｒが消失すれば、増大していた締結力を受けてリンクプレート１３０やそれぞれの燃料電池セル１００に蓄積されていた力も消失する。よって、揺動していたエンドプレート１１０は他方のエンドプレート１１０と平行になるよう戻ると共に、節の変位をもたらしたリンクプレート１３０についても元の状態に復帰するので、燃料電池スタックは初期位置に復帰する。このため、締結力増大は外力消失後に速やかに解消されて、燃料電池セル１００が受ける力は初期締結力に戻るので、各セルでの面圧増大による電池性能の低下は外力消失後に速やかに抑制できる。

また、本実施例の燃料電池１０では、一対のエンドプレート１１０とその間の中間プレート１２０とが平行に並んだ初期状態において、中間プレート１２０を一対のエンドプレート１１０の間の中央に位置させた上で、両エンドプレート１１０における節の長さを等しくした。具体的には、中間プレート１２０とエンドプレート１１０および２本のリンクプレート１３０とで、等脚台形形状の四節回転リンク機構を構成し、当該リンク機構を中間プレート１２０を挟んで対称とした。よって、図４に示す外力Ｒの向きと逆向きに外力が加わっても、図４に示す向きで外力Ｒが加わった場合と同様に締結力増大を起こすことができる。つまり、本実施例の燃料電池１０によれば、セル積層方向に交差して加わる外力の方向が正逆どちらの向きであっても、締結力増大を燃料電池セルの周縁側で起こしてセルの不用意なズレ防止、ＭＥＡにおける不用意な面圧増加の抑制が可能となる。また、中間プレート１２０の上下での燃料電池セルの挙動を対称にできる。この結果、本実施例の燃料電池１０によれば、外力の方向に対する汎用性が高まるので、燃料電池の搭載の仕方の自由度が高まる。例えば、燃料電池１０Ａを車両に搭載した場合には、車両前方からの外力入力のみならず、車両後方からの外力入力に対しても、上記利点を発揮できる。

次に、他の実施例について説明する。図５は他の実施例としての燃料電池１０Ａの全体構成を概略的に示す説明図、図６はセル積層方向に交差して外力Ｒが加わった場合における燃料電池１０Ａの挙動を示す説明図である。この実施例は、中間プレート１２０Ａを固定して、その上下のエンドプレート１１０を非固定とした点に特徴がある。

図示するように、燃料電池１０Ａは、既述した燃料電池１０と同様、複数の燃料電池セル１００を積層した燃料電池スタックを、図における上下のエンドプレート１１０Ａとその中間位置の中間プレート１２０Ａで挟持する。そして、この実施例の燃料電池１０Ａにあっても、連結ピン１４０によるエンドプレート１１０Ａでのリンクプレート１３０の右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬの間と、連結ピン１４０による中間プレート１２０Ａでのリンクプレート１３０の右方連結箇所ＣＳＲと左方連結箇所ＣＳＬの間とを節として、中間プレート１２０Ａとその上下のエンドプレート１１０Ａとを連結する。

そして、この燃料電池１０Ａにあっては、中間プレート１２０Ａを図示しない固定構造物に固定し、その上下のエンドプレート１１０Ａを、中間プレート１２０Ａに対してリンクプレート１３０にて連結させるに留めて、非固定のフリーの状態としている。このため、上下のエンドプレート１１０Ａは、図５における左右方向に変位可能となり、このエンドプレート１１０Ａにおけるリンクプレート１３０の右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬとの間の節も変位を起こす。この場合、固定された中間プレート１２０Ａにおける右方連結箇所ＣＳＲと左方連結箇所ＣＳＬとの間の節の長さは、図５に示すように、非固定の上下のエンドプレート１１０Ａにおける右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬとの間の節の長さより短くされている。そして、このようにプレートを連結したリンクプレート１３０により、既述した実施例と同様、それぞれの燃料電池セル１００には、適正な初期締結力が付与されている。

この実施例の燃料電池１０Ａは、図６に示す左右方向の図中白抜き矢印で示す外力Ｒがセル積層方向に交差して加わった場合においても、既述した燃料電池１０と同様に外力Ｒが加わった際の締結力増大をもたらす。図で説明すると、外力Ｒが加わると、非固定の上下のエンドプレート１１０Ａは、この外力Ｒを受けて左方側に移動して、このエンドプレート１１０Ａでの節も左方側に変位する。こうした節の変位に追従して、リンクプレート１３０は、その各連結箇所（右方連結箇所ＣＳＲ等）を中心として回転する。つまり、外力Ｒが加わった側ではエンドプレート１１０Ａと中間プレート１２０Ａとの間が延び、外力Ｒが加わった側と反対側（即ちエンドプレート１１０Ａでの節が変位した側）ではエンドプレート１１０Ａと中間プレート１２０Ａとの間が縮むよう、それぞれのリンクプレート１３０が上記した節の変位に追従して連結箇所を中心に回転する。よって、本実施例の燃料電池１０Ａによっても、既述した燃料電池１０と同様、回転したリンクプレート１３０により、外力Ｒが加わった側と反対側の燃料電池セル１００の周縁側での締結力を外力Ｒがない場合における初期締結力より増大させ、この増大した締結力を燃料電池セルに付与する。この結果、燃料電池１０Ａによっても、燃料電池１０と同様の効果を奏することができる。

次に、また別の実施例について説明する。この実施例は、リンクプレート１３０Ｂを交差して掛け渡す点に特徴がある。図７はまた別の実施例の燃料電池１０Ｂの全体構成を概略的に示す説明図、図８はリンクプレート１３０Ｂの交差の様子を概略的に示す説明図である。

図示するように、燃料電池１０Ｂは、燃料電池１０Ａと同様、中間プレート１２０Ｂを固定し、その上下のエンドプレート１１０Ｂを非固定とした上で、中間プレート１２０Ｂとその上下のエンドプレート１１０Ｂを、交差させたリンクプレート１３０Ｂによって連結する。それぞれのリンクプレート１３０Ｂは、図８に示すように、交差箇所に凹所１３６Ｒを備え、この凹所が重なり合うようにして交差し、中間プレート１２０Ｂとその上下のエンドプレート１１０Ｂを連結する。そして、この燃料電池１０Ｂであっても、非固定の上下のエンドプレート１１０Ｂは、図７における左右方向に変位可能となり、このエンドプレート１１０Ｂにおけるリンクプレート１３０Ｂの右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬとの間の節も変位を起こす。この場合、固定された中間プレート１２０Ｂにおける右方連結箇所ＣＳＲと左方連結箇所ＣＳＬとの間の節の長さは、図７に示すように、非固定の上下のエンドプレート１１０Ｂにおける右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬとの間の節の長さより長くされている。そして、このようにプレートを連結したリンクプレート１３０Ｂにより、既述した実施例と同様、それぞれの燃料電池セル１００には、適正な初期締結力が付与されている。

この実施例の燃料電池１０Ｂは、図７に示す左右方向から外力がセル積層方向に交差して加わった場合においても、既述した燃料電池１０Ａと同様に外力が加わった際の締結力増大をもたらす。つまり、非固定の上下のエンドプレート１１０Ｂは、この外力を受けて外力の作用する側に移動して、このエンドプレート１１０Ｂでの節の変位を起こしつつ、こうした節の変位に追従したリンクプレート１３０Ｂの各連結箇所（右方連結箇所ＣＳＲ等）を中心とした回転を起こす。よって、既述した燃料電池１０Ａと同様、外力Ｒが加わった側ではエンドプレート１１０Ｂと中間プレート１２０Ｂとの間が延び、外力Ｒが加わった側と反対側（即ちエンドプレート１１０Ｂでの節が変位した側）ではエンドプレート１１０Ｂと中間プレート１２０Ｂとの間が縮むよう、それぞれの交差したリンクプレート１３０Ｂが上記した節の変位に追従して連結箇所を中心に回転する。このため、本実施例の燃料電池１０Ｂによっても、既述した燃料電池１０、１０Ａと同様、回転したリンクプレート１３０Ｂにより、外力Ｒが加わった側と反対側の燃料電池セル１００の周縁側での締結力を外力Ｒがない場合における初期締結力より増大させ、この増大した締結力を燃料電池セルに付与する。この結果、燃料電池１０Ｂによっても、燃料電池１０と同様の効果を奏することができる。

次に、中間プレートを用いない燃料電池への適用について説明する。図９は一対のエンドプレートだけで燃料電池セル１００を積層締結した燃料電池１０Ｃの全体構成を概略的に示す説明図、図１０はセル積層方向に交差して外力Ｒが加わった場合における燃料電池１０Ｃの挙動を示す説明図である。

図示するように、この燃料電池１０Ｃでは、図５で説明した固定済みの中間プレート１２０Ａを、固定構造物ＫＤに固定したエンドプレート１１０Ｃとし、非固定でフリーのエンドプレート１１０Ａをハの字状に掛け渡したリンクプレート１３０にて連結させている。このため、エンドプレート１１０Ａは、図９における左右方向に変位可能となり、このエンドプレート１１０Ａにおけるリンクプレート１３０の右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬとの間の節も変位を起こす。この場合、固定されたエンドプレート１１０Ｃにおける右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬとの間の節の長さは、図９に示すように、非固定のエンドプレート１１０Ａにおける右方連結箇所ＥＳＲと左方連結箇所ＥＳＬとの間の節の長さより短くされている。そして、このようにプレートを連結したリンクプレート１３０により、既述した実施例と同様、それぞれの燃料電池セル１００には、適正な初期締結力が付与されている。

この燃料電池１０Ｃにあっても、燃料電池１０Ａと同様、エンドプレート１１０Ａの移動と当該プレートにおける節の変位、およびこの変位に追従したリンクプレート１３０の回転を起こす。よって、燃料電池１０Ｃによっても、外力が加わった場合の締結力増大を図ることで既述した効果を奏することができる。

以上、本発明の実施の形態を実施例にて説明したが、本発明は上記した実施例や変形例の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。例えば、上記の実施例では、同じ長さのリンクプレート１３０を用いるようにしたが、２本のリンクプレート１３０において、長さの長短があってもよい。

また、次のように変形することもできる。図１１は図１相当図であり変形例の燃料電池１０Ｄの全体構成を概略的に示す説明図、図１２は図４相当図でありセル積層方向に交差して外力が加わった場合における変形例の燃料電池１０Ｄの挙動を示す説明図である。図示するように、この燃料電池１０Ｄは、揺動する上端側のエンドプレート１１０と固定構造物ＫＵとの間に、左右のバネ部材１５０Ｒ、１５０Ｌを備える。このバネ部材１５０Ｒ、１５０Ｌは、その付勢力を上端側のエンドプレート１１０に及ぼすので、この上端側のエンドプレート１１０は、通常、下端側のエンドプレート１１０と平行に位置する。ところが、エンドプレート１１０は、既述したようにシャフト部ＫＳＳにて揺動可能に保持されていることから、図１１のように両エンドプレートが平行な状態では、バネ部材１５０Ｒ、１５０Ｌの付勢力は、燃料電池スタックに直接及ぶことはない。そして、この燃料電池１０Ｃにあっても、両エンドプレートをリンクプレート１３０で連結することにより、燃料電池スタックの積層状態を維持するために及ぼす締結力（初期締結力）が既述したように付与されている。

そして、この変形例の燃料電池１０Ｄでは、一旦加わった外力Ｒが消失すれば、バネ部材１５０Ｒ、１５０Ｌはそのバネ力を揺動済みのエンドプレート１１０に及ぼす。よって、燃料電池１０Ｄによれば、バネの付勢力により、節の変位をもたらしたリンクプレート１３０の復帰、延いては燃料電池スタックの初期位置復帰を促進させてセル締結力を速やかに初期締結力に戻すことができる。この結果、各セルでの面圧増大による電池性能の低下を外力消失後により速やかに抑制できる。

図１３は図５相当図であり変形例の燃料電池１０Ｅの全体構成を概略的に示す説明図、図１４は図６相当図でありセル積層方向に交差して外力が加わった場合における変形例の燃料電池１０Ｅの挙動を示す説明図、図１５は図９相当図でありまた別の変形例の燃料電池１０Ｆの全体構成を概略的に示す説明図、図１６は図１０相当図でありセル積層方向に交差して外力が加わった場合におけるまた別の変形例の燃料電池１０Ｆの挙動を示す説明図である。図示するように、これら変形例の燃料電池１０Ｅ〜１０Ｆによっても、バネ部材１５０Ｒ、１５０Ｌのバネ力をエンドプレート１１０Ａに及ぼしているが、このバネ力は後述した外力消失後のプレート復帰のためのものとされ、燃料電池セル１００の締結には関与しないようになっている。そして、このように配したバネ部材により、外力消失後の速やかな初期締結力への復帰、並びに電池性能低下の抑制を図ることができる。

本発明の実施例としての燃料電池１０の全体構成を概略的に示す説明図である。 燃料電池１０におけるリンクプレート１３０とエンドプレート１１０との連結の様子を破断して示す説明図である。 電池保持シャフトＫＳとエンドプレート１１０との係合の様子を破断して示す説明図である。 セル積層方向に交差して外力が加わった場合における燃料電池１０の挙動を示す説明図である。 他の実施例としての燃料電池１０Ａの全体構成を概略的に示す説明図である。 セル積層方向に交差して外力Ｒが加わった場合における燃料電池１０Ａの挙動を示す説明図である。 また別の実施例の燃料電池１０Ｂの全体構成を概略的に示す説明図である。 リンクプレート１３０Ｂの交差の様子を概略的に示す説明図である。 一対のエンドプレートだけで燃料電池セル１００を積層締結した燃料電池１０Ｃの全体構成を概略的に示す説明図である。 セル積層方向に交差して外力Ｒが加わった場合における燃料電池１０Ｃの挙動を示す説明図である。 図１相当図であり変形例の燃料電池１０Ｄの全体構成を概略的に示す説明図である。 図４相当図でありセル積層方向に交差して外力が加わった場合における変形例の燃料電池１０Ｄの挙動を示す説明図である。 図５相当図であり変形例の燃料電池１０Ｅの全体構成を概略的に示す説明図である。 図６相当図でありセル積層方向に交差して外力が加わった場合における変形例の燃料電池１０Ｅの挙動を示す説明図である。 図９相当図でありまた別の変形例の燃料電池１０Ｆの全体構成を概略的に示す説明図である。 図１０相当図でありセル積層方向に交差して外力が加わった場合におけるまた別の変形例の燃料電池１０Ｆの挙動を示す説明図である。

符号の説明

１０、１０Ａ〜１０Ｆ…燃料電池
１００…燃料電池セル
１１０、１１０Ａ〜１１０Ｃ…エンドプレート
１１２…凹所
１１４…有底孔
１２０、１２０Ａ〜１２０Ｂ…中間プレート
１３０…リンクプレート
１３０Ｂ…リンクプレート
１３２…貫通孔
１３６Ｒ…凹所
１４０…連結ピン
１４２…シャフト部
１４４…雄ネジ部
１５０Ｒ…バネ部材
１５０Ｌ…バネ部材
ＫＤ…固定構造物
ＫＳ…電池保持シャフト
ＫＳＳ…シャフト部
ＫＵ…固定構造物
ＥＳＬ…左方連結箇所
ＣＳＬ…左方連結箇所
ＥＳＲ…右方連結箇所
ＣＳＲ…右方連結箇所

Claims (6)

1. 複数の燃料電池セルを積層して締結する燃料電池であって、
   燃料電池両端に位置して積層済みの前記燃料電池セルを挟持する一対のエンドプレートと、
   該一対のエンドプレートの一方のエンドプレートと他方のエンドプレートとに掛けて掛け渡されて連結され、プレートとの連結箇所間を節とするリンクプレートを有し、該リンクプレートにより、前記燃料電池セルの積層状態を維持する初期締結力を前記燃料電池セルの積層方向に沿って及ぼす締結力付与リンク機構とを備え、
   該締結力付与リンク機構は、
   前記積層方向と交差する方向から前記燃料電池セルに外力が加わると、該外力の向きに沿った前記節の変位と該変位に追従した前記連結箇所を中心とする前記リンクプレートの回転とを起こし、該回転したリンクプレートにより、前記外力がない場合における前記初期締結力よりも大きな締結力を前記燃料電池セルに付与する
   燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記一対のエンドプレートで挟持された積層済みの前記燃料電池セルの間に介在する中間プレートを備え、
   前記一方のエンドプレートを固定し、前記他方のエンドプレートを前記リンクプレートの連結箇所の中央において揺動するよう保持し、前記中間プレートを非固定とし、
   前記締結力付与リンク機構は、
   前記一方のエンドプレートと前記中間プレートとの間と、前記他方のエンドプレートと前記中間プレートとの間とに、それぞれ２本の前記リンクプレートをハの字状にプレートに連結し、
   前記非固定の前記中間プレートにおける前記連結箇所間の節を前記変位を起こす節とし、前記非固定の前記中間プレートにおける前記節の長さを、前記固定されたエンドプレートにおける前記連結箇所間の節の長さおよび前記揺動するエンドプレートにおける前記連結箇所間の節の長さより長くしている
   燃料電池。
3. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記一対のエンドプレートで挟持された積層済みの前記燃料電池セルの間に介在する中間プレートを備え、
   前記一対のエンドプレートの両者を非固定とし、前記中間プレートを固定し、
   前記締結力付与リンク機構は、
   前記一方のエンドプレートと前記中間プレートとの間と、前記他方のエンドプレートと前記中間プレートとの間とに、それぞれ２本の前記リンクプレートをハの字状にプレートに連結し、
   前記非固定の前記一方および他方のエンドプレートにおける前記連結箇所間の節を前記変位を起こす節とし、前記固定された前記中間プレートにおける前記節の長さを、前記非固定の一方のエンドプレートにおける前記節の長さおよび前記非固定の他方のエンドプレートにおける前記節の長さより短くしている
   燃料電池。
4. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記一対のエンドプレートで挟持された積層済みの前記燃料電池セルの間に介在する中間プレートを備え、
   前記一対のエンドプレートの両者を非固定とし、前記中間プレートを固定し、
   前記締結力付与リンク機構は、
   前記一方のエンドプレートと前記中間プレートとの間と、前記他方のエンドプレートと前記中間プレートとの間とに、それぞれ２本の前記リンクプレートを交差させてプレートに連結し、
   前記非固定の前記一方および他方のエンドプレートにおける前記連結箇所間の節を前記変位を起こす節とし、前記固定された前記中間プレートにおける前記節の長さを、前記非固定の一方のエンドプレートにおける前記節の長さおよび前記非固定の他方のエンドプレートにおける前記節の長さより長くしている
   燃料電池。
5. 請求項２ないし請求項４いずれかに記載の燃料電池であって、
   前記中間プレートは、前記一対のエンドプレートの間の中央に位置し、
   前記一方のエンドプレートにおける前記節の長さと前記他方のエンドプレートにおける前記節の長さとは等しくされている
   燃料電池。
6. 請求項１に記載の燃料電池であって、
   前記一方のエンドプレートを固定し、前記他方のエンドプレートを非固定とし、
   前記締結力付与リンク機構は、
   前記一方のエンドプレートと前記他方のエンドプレートとの間に２本の前記リンクプレートをハの字状にプレートに連結し、
   前記非固定の前記他方のエンドプレートにおける前記連結箇所間の節を前記変位を起こす節とし、前記固定された前記一方のエンドプレートにおける前記節の長さを、前記非固定の前記他方のエンドプレートにおける前記節の長さより短くしている
   燃料電池。

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