JP4153491B2 - 燃料電池スタックの圧縮システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に関し、特に、平板型燃料電池スタックを圧縮するシステムに関する。より具体的には、本発明は、高温型燃料電池のスタックに対する圧縮荷重を維持する機械的システムに関する。

燃料電池は、水素又はメタンなどの燃料に蓄積された化学エネルギーを、電気化学反応によって、電気エネルギーに直接変換する装置である。これは、従来の発電方法とは異なる。従来の発電方法においては、まず、熱を発生するために燃料を燃焼させなければならず、次に、熱を機械的エネルギーに変換し、最終的には、その機械的エネルギーを電気に変換しなければならない。燃料電池により採用される、より直接的な変換プロセスは、効率の向上及び汚染物質放出量の減少という２つの点で、従来の手段と比較し、著しく大きな利点を有する。

一般に、燃料電池は、バッテリと同様に、負電極（アノード）と正電極（カソード）とを有し、これら２つの電極は、電極間で帯電イオンを伝導する働きをする電解質により離間される。しかし、バッテリとは異なり、アノードに燃料が供給され、カソードにオキシダントが供給される限り、燃料電池は電力を発生し続ける。これを実現するために、アノード及びカソードに隣接してガスのフローフィールドが設けられ、燃料とオキシダントガスは、それらのフィールドを介して供給される。有用な電力レベルを発生するために、各燃料電池の間に導電性分離板を挟んだ状態で、多数の個別の燃料電池を直列に積層しなければならない。

従来の燃料電池スタックは、通常、直列に積層された数百個の燃料電池を有する。適正な動作を実現するためには、スタック中における全ての電池の間で、密接な接触が維持されなければならない。スタックの寿命が持続している間、スタックのあらゆる動作条件に対して、適切な接触が存在していなければならない。この条件を達成する上で、考慮すべき要因には、電池構成要素の製造許容誤差、動作中の電池構成要素の熱膨張が均一ではないこと、及び電池構成要素の長期間にわたる圧密によって生じるスタックの収縮が含まれる。

従って、燃料電池スタックを圧縮するために使用されるシステムには、多様な条件が課される。電池構成要素を密接に接触させるために、システムは、使用初期の段階で、製造許容差を克服するのに十分な荷重を加えなければならない。また、荷重は、動作中に、スタック内部で必然的に起こる熱勾配によって、電池が剥離するのを防止するのに十分な大きさでなければならない。同時に、圧縮荷重は、補助スタックハードウェア及び圧縮システム自体に要求される追従に対して不当な要求を課すので、寿命中にスタックを過剰に収縮させるほど大きな荷重であってはならない。さらに要求される条件は、スタック寿命の終了時まで、適切なスタック圧力が維持されるように保証するために、システムが完全には弛緩しないことである。

従来の燃料電池スタック構造は、スタックに圧縮荷重を加えるためのいくつかのメカニズムのうちの１つを使用する。米国特許第４，４３０，３９０号は、ばね部材を用いることについて説明している。ばね部材は、燃料電池スタックのマニホルドの内部に位置し、端板に装着され、端板を互いに押し付けあう。この構造は、溶融炭酸塩型スタック及び固体酸化物型スタックなどの高温システムには望ましくない。それは、高温環境に耐えるために、ばね部材を過剰に大型にしなければならず、かつ入手しにくい耐食性材料を用いて製造しなければならないからである。米国特許第４，６９２，３９１号は、ボルト又はねじ付きロッドなどの堅牢な引っ張り部材により、端板が直接的に結合される構造を説明している。しかし、実際には、このシステムは、スタックが収縮する際において、スタックの圧縮を維持するための荷重追従能力を提供するものではない。

米国特許第５，６８６，２００号は、スタック中の個別の電池に荷重を加えるために使用される細いねじりワイヤばね又はリボンばねを説明する。この構造においては、電池の中央領域に適切な荷重が供給されることを確実ならしめるほどには、ばねが装着される分離板を十分に堅牢に構成できないと考えられる。そのため、この構造は、面積の広い燃料電池には適していない。米国特許第５，７８９，０９１号は、連続する複数の圧縮バンドの使用について説明している。これらの圧縮バンドは、スタックの周囲に巻き付けられ、引っ張り状態に維持される。この方法も、スタックに対する追従が不適切であり、長期間にわたり重大なクリープが起こるという欠点を有する。

米国特許第５，００９，９６８号は、端板（エンドプレート）の厚さ方向の温度勾配を最小限にし、それにより、端板の熱ひずみを最小限にするように、薄い端板構造を利用するスタック圧縮システムについて説明している。さらに、端板に対する圧力板の熱ひずみの影響を最小限にするために、圧力板と端板との間で、弾性圧力パッドを使用することについて説明している。このような薄い端板構造においては、電気抵抗が過剰に大きくなり、電流の収集が不均一になるため、この構造にも問題がある。

米国特許第６，４１３，６６５号は、本出願の譲受人により以前に採用されたスタック圧縮方法の１つについて説明している。この方法によれば、頂部端板をわたすために、剛性タイバーが使用される。タイバーと、スタックの底部付近にある機械的リンク機構に、剛性タイロッドが結合される。このリンク機構は、底部端板の下方に配置されたばねアセンブリにタイロッドを結合する。ばねアセンブリは、タイロッドに対して、ほぼ直角を成すように方向が定められる。リンク機構を構成する機械的構成要素のため、この構造は複雑であり、経済的でない。

本出願の譲受人により以前に採用された別のスタック圧縮方法は、スタックに圧縮を加えるために、加圧ベローズを利用している。スタックを収納する容器の内部に、一連の大きなベローズが配置されている。ベローズは、スタックの両端部の、圧縮板と端板との間に配置される。圧縮板は、剛性タイロッドによって一体に結合され、ベローズは、窒素によって加圧されることにより、スタックに荷重を加える。このシステムの場合、ごくわずかでもガスが漏れると、ベローズが減圧してしまうため、機械的システムと比べて信頼性に欠ける。また、燃料電池容器内部の高温環境に耐えるように、ベローズを設計しなければならないため、高価なベローズとなってしまう。この構造のさらに別の問題は、スタック圧縮荷重が維持されることを確実にするために、能動的な制御ガス供給システムを設けなければならないことである。この構造のさらに別の欠点は、ベローズに対して保守（メンテナンス）を実行する必要があるときに、容器を開いて、隣接する圧縮板を除去しなければならないことである。

本発明の目的は、従来における燃料電池スタック圧縮システムの上記欠点及びその他の欠点を克服することである。本発明の他の目的は、組み立て及び保守が容易であり、かつ組み立て及び保守に要する費用が相対的に安価な圧縮システムを提供することである。本発明のさらに他の目的は、スタックの動作寿命を延ばすことができる燃料電池スタック圧縮システムを提供することである。本発明のさらに他の目的は、容器を分解する必要なく、圧縮力を調整できるように、容器の内部に収納された燃料電池スタックと組み合わせて使用するための圧縮システムを提供することである。本発明の他の目的は、燃料電池スタックの動作中における圧縮板の撓みに対応する圧縮システムを提供することである。本発明のさらに他の目的は、燃料電池スタックが水平に配置されるか、又は垂直に配置されるかに関わらず、使用できる圧縮システムを提供することである。

上記の目的及びその他の目的は、本発明により実現される。本発明は、少なくとも一部が燃料電池スタック容器の外側にある圧縮アセンブリを有する燃料電池スタック圧縮システムを提供することにより、従来の圧縮システムの欠点を克服する。本発明の圧縮システムは、第１及び第２の端部を有する燃料電池スタックと組み合わせて使用され、燃料電池スタックは、スタックの第１及び第２の端部に面する第１及び第２の端壁（エンドウォール）を有する容器の内部に封入される。圧縮システムは、容器の内側に位置するとともに、スタックの第１の端部にある第１の圧縮板と；容器の外側に位置するとともに、スタックの第２の端壁に当接しかつスタックの第２の端部に面する第２の圧縮板と；スタックの１つの面に沿って延出し、各々が、第１の圧縮板に結合された第１の端部と、容器の第２の端壁に向かって延出する第２の端部とを有する少なくとも１つの部材と；各々が１つの部材の第２の端部に結合され、一部が容器の外側に配置されている少なくとも１つの圧縮アセンブリとを含む。

本発明の上記の特徴及び観点、並びにその他の特徴及び観点は、添付の図面と関連させて、以下の詳細な説明を読むことにより、さらに明らかになるであろう。

図１は、本発明の原理に従った圧縮システム１００を示す。圧縮システム１００は、全体が容器１１の内部に封入されている燃料電池スタック７と組み合わされて使用される。燃料電池スタック７は、容器１１の第１の端壁１１Ａに面する第１の端部７Ａと、容器１１の第２の端壁１１Ｂに面する第２の端部７Ｂとを有する。燃料電池スタック７は、その第１の端部７Ａに端板８をさらに有し、第２の端部７Ｂに端板９をさらに有する。容器１１は、円筒形の壁１１Ｃと、壁１１Ａ〜１１Ｃの内面における複数の部分にある断熱材の層１０とをさらに含む。

動作中に、スタック７の構成要素が変化する間、スタック構成要素の電気的接触を維持するように、圧縮システム１００は、スタック７の端板８及び９に圧縮力を加える働きをする。図示されるように、圧縮システム１００は、第１の端部３Ａ及び第２の端部３Ｂを有する部材又はロッド３を含む。圧縮システムは、第１の圧縮板４及び第２の圧縮板５と、複数の圧縮アセンブリ１００Ａとをさらに含む。圧縮アセンブリ１００Ａはロッド３に力を加え、その結果、ロッド３は圧縮板４に力を加える。圧縮板４は、スタック７を圧縮板５に圧接し、それにより、スタックを圧縮する。

本発明の原理に従えば、各々の圧縮アセンブリ１００Ａの一部は、容器１１の外側に配置される。さらに、本発明によれば、圧縮板５も容器の外側に配置される。

特に、圧縮板５は、例えば、容器１１の端壁１１Ｂの外面１１ＢＡに溶接されることにより、装着又は取り付けされる。各圧縮アセンブリ１００Ａは、圧縮板５のポケット５Ａに装着された圧縮パック１を含む。各圧縮アセンブリ１００Ａは、容器１１の端壁１１Ｂの内面１１ＢＢに装着された結合アセンブリ２をさらに含む。結合アセンブリ２は、対応する圧縮パック１をロッド３の第２の端部３Ｂに結合する。各ロッド３の第１の端部３Ａは、例えば、ナット及び座金によって圧縮板４に装着される。

この構成によって、圧縮パック１及び結合アセンブリ２は、ロッド３の第２の端部３Ｂに力を伝達する。この力はロッドにより伝送され、その結果、ロッドの第１の端部３Ａは圧縮板４に力を加え、圧縮板４をスタック７に圧接する。この力は、容器１１の第２の端壁１１Ｂを介して圧縮板５に伝達され、圧縮板５により吸収される。これにより、スタックは、スタック構成要素の接触を維持するための圧縮力を受けることになる。

圧縮パック１は、スタック７を圧縮し、動作中にスタックが収縮したときの追従を行うのに十分な力をロッド３に加えるためのエネルギーを蓄積する。以下に、図２及び図３に関してさらに説明するように、この実施形態においては、圧縮パック１は、スタックにおける電池間の接触を最大限にするように配列された複数のばねを含む。

ばねアセンブリは、加圧ベローズを採用する圧縮パックと比較して、信頼性を向上し、低コストを実現し、かつ能動的な制御を必要としない。しかし、圧縮パック１を製造する際に、加圧ベローズ又はそれと同様の構成要素を使用できることも、本発明の意図の中に含まれる。いずれの場合にも、使用されるパックの種類に関わらず、本発明によれば、パック１は容器１１の外側に配置される。これにより、パック１により安価な材料を使用できるようになり、また、圧縮システムの調整及び修理のために、パックに手を加えることが容易になる。

図１に示されるように、圧縮パック１をロッド３に結合する結合アセンブリ２の各々は、密封ベローズ型の結合部である。この種の結合部は、必要な力の伝達を行うばかりでなく、熱膨張が原因となるロッドの回転によって起こる、ロッド３の横方向及び長手方向へのずれにも対応する。同様に、この種の結合部は、以下でさらに説明するように、容器１１からのガス漏れを防止する。

さらに図１からわかるように、第１の圧縮板４及び第２の圧縮板５は、コンプライアント分離材料６により、第１のスタック端板８及び第２のスタック端板９から、機械的に分離される。コンプライアント分離材料６は、圧縮板４及び５が撓みうる状態になっても、端板８及び９を平坦な状態に維持する。圧縮板４及び５と、コンプライアント分離材料６との関係については、図５に関して、以下にさらに詳細に説明する。

図２を参照すると、各圧縮パック１は、複数の同心ばねを有するばねアセンブリ１Ａを含み、同心ばねのうち最も外側の２つのばねは、コイルばね２１、２２である。最も内側のばねは、以下に図４に関してさらに詳細に説明する通り、非線形に減少する荷重プロファイルを実現するように、平行に配列された一連の皿形円板２３、又は波形ばねである。複数のばね２１及び２２と、皿形円板２３とが、シャフト２６の周囲に配置される。シャフト２６は、係留板２４と、ばねアセンブリに対して固定台板として作用する圧縮板のポケット５Ａとの間に延出する。シャフト２６を取り囲むスペーサ２７は、ポケット５Ａ及び係留板２４から皿形円板２３を離間させる。シャフト２６の第１の端部２６Ａにある調整自在のナット２５は、ばね、円板及びスペーサをシャフト上に保持する。

スペーサ２７の厚さは、シャフト２６のストロークにおける所定のポイントで、皿形円板２３が圧縮し始めるような厚さに選択される。また、皿形円板２３はシャフト２６の軸に沿って、コイルばね２１、２２を適正に位置決めする働きもする。さらに、スペーサ２７と皿形円板２３との組み合わせは、皿形円板が完全に平坦になった後、ばねアセンブリ１Ａの内部でシャフト２６に対する確動ストッパを形成する。燃料電池が最初に圧縮されている間、外部ストッパ機構を必要とせず、また、ばねを座屈させることなく、このストッパ構造により、スタックに非常に大きな圧力を加えることが可能になる。一般に、このような圧縮パック１の構成は、電池間の接触を最大限にすると共に、スタックの過剰なクリープを防止する。

図２及び図３の実施形態においては、燃料電池スタック７が収縮するにつれて、非線形に減少する荷重又は圧縮力を燃料電池スタック７に与えるように、ばねアセンブリ１Ａの同心ばね２１〜２３は、圧縮されない状態にあるとき、１つ以上のばねが異なる長さを有するように形成される。図示されている実施形態の場合、圧縮されない状態の皿形円板パック２３は、圧縮されない状態のコイルばね２１及び２２より長さが短い。これにより、以下に図４に関してさらに詳細に説明するように、長期間にわたる総スタック収縮を最小限に抑えつつ、スタック寿命の早い段階で適切な圧密圧力が得られる。

前述のように、本発明によれば、圧縮パック１は容器１１の外側に配置されるため、安価な低温材料を用いて圧縮パック１を製造できる。さらに、保守又は修理を行うために、あるいは、必要に応じてスタック圧縮荷重を調整するために、パック１に容易に手を加えることができる。スタック圧縮荷重を調整すべき場合には、保守担当者は、レンチで圧縮パックのシャフト２６を把持し、ナット２５を回して、必要に応じてばねを締め付けるか又は緩めるかいずれかの作業を行うことになるであろう。

この実施形態においては、圧縮パック１は、スタック７の角（コーナー）部に、それぞれ配置され、パックの軸がロッド３と平行になるように方向付けされる。これにより、従来の圧縮システムで必要であったレバー及び軸受は、不要になる。また、図２に示されるように、ばねアセンブリ１Ａを圧縮板５のポケット５Ａに装着することにより、各ばねアセンブリが外側へ突出する長さが最小限に抑えられ、その結果、構造の全長が短縮されるため、好都合である。

さらに、図２及び図３は、圧縮アセンブリ１００Ａの結合アセンブリ２の２つの異なる構成を示す。図２においては、結合アセンブリ２は、第１の部分２８Ａ及び第２の部分２８Ｂを有する結合部材２８を含む。第１の部分２８Ａは、容器１１における第２の端壁１１Ｂの内面１１ＢＢに当接する。さらに、結合部材２８の各部分２８Ａ及び２８Ｂには、結合部の中央部分３１まで延出するねじ孔２８Ｃが設けられる。

圧縮パック１のばねアセンブリ１Ａのシャフト２６は、結合部材２８の部分２８Ａにある孔２８Ｃに螺合され、ロッド３は、部分２８Ｂの孔２８Ｃに螺合される。これにより、圧縮パック１はロッド３に結合される。

結合部材２８における第１の部分２８Ａの両端部に、フランジ３０が設けられる。ベローズ２９は、フランジ３０に装着され、フランジ３０の間に延出する。

結合部材２８をこのような構成にすることによって、容器１１の内側にあるガスは、容器の外側にあるガスから完全に密封される。さらに、ベローズ２９は、スタック構成要素の変化又はクリープに対応するために、結合部材２８を軸方向に運動させると共に、スタックの熱膨張によってロッド３が回転する間に、側方向に運動させる。

図３の結合アセンブリ２の場合には、アセンブリは、円筒形の結合部材４１を具備し、ロッド３の端部は、この結合部材４１を貫通して、密封状態で摺動する。部材４１は、その一端部に、フランジ４１Ａを含む。フランジ４１Ａの間に、可撓性ベローズ３９が配置される。

このような構成の結合部材４１では、部材は、ロッド３に対して、すべりシールとして作用する。また、ベローズ３９は、結合部４１をロッド３と整列させるように作用するので、結合部は、軸方向の全範囲にわたって運動する必要がない。この結合部材４１の場合、ベローズ３９として、より安価なベローズを使用できるが、ロッド３と結合部との間の境界面３８における漏れの危険性は、高くなる。

図４は、本発明の圧縮システム１００によって実現可能なスタック荷重プロファイルの一例を示すグラフである。図示されるように、図４の荷重プロファイルにおいては、スタック寿命の開始時に、高い荷重が加えられ、スタックが収縮するにつれて、荷重は非線形に減少する。

特に、スタックの初期圧縮中、図２及び図３に示される圧縮パックの皿形円板パック２３は、完全に平坦化又は圧縮され、その際、荷重は初期圧縮圧力の約７０％まで減少する。この初期圧縮段階の間、スタックの収縮は、ほとんど又は全く起こらない。次に、スタックが１インチ〜１．５インチ収縮するにつれて、スタック圧縮圧力は、初期圧力の７０％から２０％まで降下し、圧縮パックのコイルばね２１、２２と、皿形円板パック２３は、並行して、部分圧縮状態で協働している。スタックの収縮が１．５インチを超えると、皿形円板はそれ以上圧縮されなくなり、部分的に圧縮されたコイルばね２１、３２のみが、スタックに力又は荷重を加える。

再び図１を参照すると、第１の圧縮板４及び第２の圧縮板５は、圧縮パック１からの荷重を、ロッド３を介して第１のスタック端板８及び第２のスタック端板９に配分する構造部材であることがわかる。端板の面を非常に堅牢かつ平坦に維持し、圧縮荷重を受けた第２の圧縮板５の撓みに対応するため、並びに電流を収集する端板８及び９と、燃料電地スタック７の端部電池との密接で均一な電気的接触を維持するために、スタック７の両端部にある堅牢な端板構造は、コンプライアント材料６により、対応する圧縮板から機械的に隔離される。通常、材料６は、細孔質シリカ断熱材（Microtherm, Inc.及びThermal Ceramics, Inc.により製造される材料など）であればよい。

断熱材の他にも、コンプライアント材料６は、可撓性を与えかつ構造を支える他の適切な材料から製造されてもよい。一般に、コンプライアント材料は、圧縮板の撓みを補償するためのばねのように作用する弾性材料、又は、そのような撓みを補償するために永久的な形状を呈する多孔質構造でなければならない。いずれの場合にも、荷重を受けたときの圧縮板の撓みは、避けられない。

前述のように、本発明の圧縮システム１００においては、第２の圧縮板５は、容器１１の外面１１ＢＡにおける所定の位置に固定され、圧縮パック１を装着するために使用される。また、先に説明したように、第１の圧縮板４は容器１１の内部に配置される。様々な動作条件の下で、熱膨張によってスタック７を収縮させ、拡張させ、湾曲させるように、第１の圧縮板４は自在に動くことができる。板４自体は、ロッド３及び圧縮アセンブリ１からの圧縮荷重を受ける。このように、第２の圧縮板５は静止したままであるが、第１の圧縮板４は第２の圧縮板５に向かう方向に押圧される。

図５は、第１の圧縮板４への、ロッド３の端部３Ａの装着をさらに詳細に示す。圧縮板のポケット４Ａは、ロッド端部３Ａを受け入れる。その後、ナット及び座金などの装着部材が、ロッドを板に結合する。

図６に示される周知の圧縮システムにおいては、スタック４７を断熱材５０によって封入している容器５１の内部にある加圧ベローズ４６は、スタックの両端部において、スタック端板４９及びロッド４３を介してスタックを圧縮するために使用される。この周知の圧縮システムとは対照的に、本発明は、一端部からのみスタックを収縮させる。図６に示されるシステムは、マニホルドガスケットに加えられるすべり応力を最小限にするために、両端部からスタックの収縮に追従する。しかし、実験によれば、それらのガスケットは、一端部の方向からのみのスタックの運動を受入れ可能であることが判明した。これは、本発明の圧縮システム１００により許容される種類の運動である。運動を一端部の方向のみに限定すると、スタックのガス供給排出システムに、運動を組み込む必要がなくなるため、燃料電池スタックの構造にとっては、さらに好都合である。

さらに、スタックを封入している容器の外側に、本発明に係る圧縮システム１００の圧縮アセンブリの全体又は一部を配置する構成は、図６のシステムに示される加圧ベローズ、又は周知のスタック圧縮システムに同様に配置された他の圧縮要素と比較して、有利である。例えば、図６に示されるシステムの場合、加圧ベローズ４６は、圧縮板４５と端板４９との間に配置されるため、ベローズの圧力を調整するとき、保守を行うとき、又はベローズを交換するときには、スタックの動作を中断させ、スタック容器を開放し、圧縮システムを分解しなければならない。これに対し、本発明の圧縮システムにおいては、スタック容器を開放せずに、あるいは他の作業により燃料電池スタックの動作を妨害せずに、ばねアセンブリを修理できる。

あらゆるケースにおいて、以上説明した装置、方法及び構成は、本発明の適用用途を表す数多くの潜在的な特定の実施形態を単に例示しているにすぎないことは理解されるべきである。本発明の原理に従って、本発明の趣旨の範囲から逸脱せずに、数多くの他の変形構成を容易に考案することができる。

図１は、本発明の圧縮システムを示す燃料電池スタックの横断面図である。 図２は、図１に示されるような本発明の圧縮システムにおける圧縮パック及びベローズ形結合部の詳細図である。 図３は、図１に示されるような本発明の圧縮システムにおける別のベローズすべり軸シールの詳細図である。 図４は、図１の燃料電池スタック圧縮システムによって実現可能な１つのスタック荷重プロファイルを示すグラフである。 図５は、図１の圧縮システムにおいてコンプライアント材料により端板から隔離された圧縮板のうちの一方の詳細な横断面図である。 図６は、加圧されたベローズが、端板を介してスタックに荷重を加える、従来の圧縮システムを示す燃料電池スタックの横断面図である。

Claims (51)

1. 第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の端部及び第２の端部にそれぞれ面する第１の端壁及び第２の端壁を有する容器の内部に封入された燃料電池スタックに対して、圧縮力を供給する圧縮システムにおいて、
   前記容器の内部に、燃料電池スタックの第１の端部に面するように配置される第１の圧縮板、及び前記容器の外側に、前記容器の第２の端壁に当接しかつ燃料電池スタックの第２の端部に面するように配置される第２の圧縮板と；
   １つ以上の部材であって、各部材は、前記容器の内部で、前記燃料電池スタックの１つの面に沿って延出し、前記第１の圧縮板に結合された第１の端部と、前記容器の前記第２の端壁に少なくとも向かって延出する第２の端部とを有する部材と；
   １つ以上の圧縮アセンブリであって、各圧縮アセンブリの少なくとも一部は、前記容器の外側に配置されており、各圧縮アセンブリを、前記１つ以上の部材のうちの１つの部材における第２の端部に対してシールしながら結合する結合アセンブリを含む圧縮アセンブリと
   を含み、
   各圧縮アセンブリは、その圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材と軸方向に整列されており、
   前記圧縮アセンブリの各々の前記一部は、その圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部に力を加える圧縮パックを含み、
   前記圧縮アセンブリの各々における前記結合アセンブリは、その圧縮アセンブリの圧縮パックを、前記圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部に結合し、各圧縮アセンブリの圧縮パック及び結合アセンブリは、一体となって、その圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部に加えられる力を通して、前記第１の圧縮板へ圧縮力を伝達し、
   各圧縮アセンブリの結合アセンブリは、その圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部と係合する結合部材を含み、各結合部材は、その結合部材と係合している１つ以上の部材のうちの１つが、熱膨張によって回転するにつれて、１つ以上の部材のうちの１つの部材に対して、軸方向及び側方向へ運動することを特徴とする圧縮システム。
2. 第１のコンプライアント材料の層及び第２のコンプライアント材料の層をさらに含み、前記第１のコンプライアント材料の層は、前記燃料電池スタックの前記第１の端板と、前記第１の圧縮板との間に配置され、前記第２のコンプライアント材料の層は、前記第２の端板と、前記容器の第２の端壁の内面との間に配置される請求項１記載の圧縮システム。
3. 各圧縮アセンブリの結合アセンブリの少なくとも一部は、前記容器の内部に配置される請求項１記載の圧縮システム。
4. 各圧縮アセンブリの結合アセンブリは、完全に前記容器の内部に配置される請求項１記載の圧縮システム。
5. 各圧縮アセンブリの結合アセンブリ及び圧縮パックは、互いに軸方向に整列され、かつその圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材と軸方向に整列される請求項１記載の圧縮システム。
6. 各圧縮アセンブリの結合アセンブリの少なくとも一部は、前記容器の内部に配置される請求項５記載の圧縮システム。
7. 各圧縮アセンブリの結合アセンブリは、完全に前記容器の内部に配置される請求項６記載の圧縮システム。
8. 各圧縮アセンブリの結合部材は、前記容器の内部に配置される請求項１記載の圧縮システム。
9. 各圧縮アセンブリの結合部材は、前記容器の第２の端壁の内面と係合する請求項１記載の圧縮システム。
10. 各圧縮アセンブリの結合部材は、その結合部材が係合している１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部を包囲し、各圧縮アセンブリの結合部材は、その結合部材の長さに沿って、互いに離間して配置された第１及び第２のフランジと、前記第１及び第２のフランジの間に配置されたベローズとを含む請求項９記載の圧縮システム。
11. 各結合部材の第２のフランジは、前記容器の第２の端壁の内面に当接する請求項１０記載の圧縮システム。
12. 各結合部材は、第１の部分と、第２の部分とを有し、各結合部材の第２の部分は、前記容器の第２の壁の内面に当接するとともに、前記結合部材の第２のフランジを有する請求項１１記載の圧縮システム。
13. 各圧縮アセンブリの結合部材は、第１の部分に、その結合部材が係合している１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部が螺合する第１のねじ孔を有し、第２の部分に、その圧縮アセンブリの圧縮パックの一部が螺合する第２のねじ孔を有する請求項１２記載の圧縮システム。
14. 各圧縮アセンブリの結合部材は、その結合部材が係合している１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部と、その圧縮アセンブリの圧縮パックとを係合させるために、１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部を、結合部材を密封状態で貫通させるように構成される請求項１２記載の圧縮システム。
15. 前記圧縮パックの各々は、ばねアセンブリを含む請求項１記載の圧縮システム。
16. 圧縮アセンブリの各ばねアセンブリは、その圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材と整列される請求項１５記載の圧縮システム。
17. 圧縮アセンブリの各ばねアセンブリは、固定台板と；固定台板から離間して配置された係留板と；台板と、係留板との間に配置された１つ以上のばねと；１つ以上のばねの中心を貫通するシャフトとを含み、前記シャフトの第１の端部は、前記係留板に装着され、前記シャフトの第２の端部は、その圧縮アセンブリの結合アセンブリと係合する請求項１５記載の圧縮システム。
18. 各ばねアセンブリの固定台板は、前記第２の圧縮板に形成されたポケットにより形成される請求項１７記載の圧縮システム。
19. 各々の前記ばねアセンブリは、複数の同心ばねを含む請求項１７記載の圧縮システム。
20. 前記ばねアセンブリが、非線形に減少する圧縮荷重を燃料電池スタックに与えるように、前記複数のばねのうちの少なくとも２つのばねは、圧縮されない状態にあるとき、異なる長さを有する請求項１９記載の圧縮システム。
21. 各々の前記ばねアセンブリは、内側ばね、中央コイルばね及び外側コイルばねを含む請求項１９記載の圧縮システム。
22. 前記内側ばねは、皿形円板パックの形態をとり；
    前記皿形円板パックは、圧縮されない状態にあるとき、圧縮されない状態の前記中央コイルばね及び外側コイルばねより短い長さである請求項２１記載の圧縮システム。
23. 各々の前記ばねアセンブリは、そのばねアセンブリのシャフトの１つまたは両方の端部に配置された１つ以上のスペーサ部材を含む請求項２２記載の圧縮システム。
24. 各圧縮アセンブリの結合アセンブリは、その結合アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部と、その圧縮アセンブリのばねアセンブリのシャフトの第２の端部とにそれぞれ結合される第１の部分及び第２の部分を有する結合部材を含む請求項１７記載の圧縮システム。
25. 各圧縮アセンブリの結合アセンブリの結合部材の前記第１の部分及び第２の部分は、それぞれ、ねじ部分を有し、その圧縮アセンブリに結合された前記１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部は、結合部材の第１の部分のねじ部分に螺合され、その圧縮アセンブリのばねアセンブリのシャフトは、結合部材の第２の部分のねじ部分に螺合される請求項２４記載の圧縮システム。
26. 結合部材の各ねじ部分は、結合部材のねじ孔である請求項２５記載の圧縮システム。
27. 各結合部材は、
    その結合部材の前記第２の部分の両端部にそれぞれ形成された第１及び第２のフランジと；
    その結合部材の前記第１及び第２のフランジに装着され、かつそれらのフランジの間に配置された可撓性ベローズとをさらに含み、
    その結合部材に結合された１つ以上の部材のうちの１つの部材が、熱膨張によって回転するのにつれて、前記ベローズは、その結合部材に結合された１つ以上の部材のうちの１つの部材及びその結合部材に結合されたばね部材のシャフトに対して、結合部材を軸方向に運動させると共に、１つ以上の部材のうちの１つの部材に対して、結合部材を側方向へ運動させる請求項２６記載の圧縮システム。
28. 前記結合部材の各々の第２の部分は、前記容器の第２の端壁の内面に当接する請求項２７記載の圧縮システム。
29. 各ばねアセンブリは、固定台板と；固定台板から離間して配置された係留板と；台板と係留板との間に配置された１つ以上のばねとを含み、
    そのばねアセンブリと整列された１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部は、そのばねアセンブリの１つ以上のばねの中心を貫通し、そのばねアセンブリの係留板に装着される請求項１５記載の圧縮システム。
30. 各ばねアセンブリの固定台板は、第２の圧縮板にあるポケットにより形成される請求項２９記載の圧縮システム。
31. 各圧縮アセンブリの結合アセンブリは、その圧縮アセンブリに結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部を、その圧縮アセンブリのばねアセンブリの係留板に装着する装着部材を含む請求項３０記載の圧縮システム。
32. 各圧縮アセンブリの結合アセンブリは、第１及び第２の部分を有する結合部材をさらに含み、結合部材は、その圧縮アセンブリに結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部の周囲に配置され、結合部材は、１つ以上の部材のうちの１つの部材と共に、すべり軸シールを形成する請求項３１記載の圧縮システム。
33. 各圧縮アセンブリの結合アセンブリの結合部材は、
    その結合部材の第２の部分の両端部にそれぞれ形成された第１及び第２のフランジと；
    その結合部材の第１及び第２のフランジに装着され、かつそれらのフランジの間に配置された可撓性ベローズとをさらに含み、
    ベローズは、結合部材を、結合部材と共にすべり軸シールを形成する１つ以上の部材のうちの１つの部材と整列させる請求項３２記載の圧縮システム。
34. 各々の前記ばねアセンブリは、複数の同心ばねを含む請求項３３記載の圧縮システム。
35. 前記ばねアセンブリが、非線形に減少する圧縮荷重を燃料電池スタックに与えるように、前記複数のばねのうちの少なくとも２つのばねは、圧縮されない状態にあるとき、異なる長さを有する請求項３４記載の圧縮システム。
36. 各々の前記ばねアセンブリは、内側ばね、中央コイルばね及び外側コイルばねを含む請求項３５記載の圧縮システム。
37. 前記内側ばねは、皿形円板パックの形態をとり；
    前記皿形円板パックは、圧縮されない状態にあるとき、圧縮されない状態の前記中央コイルばね及び外側コイルばねより短い長さである請求項３６記載の圧縮システム。
38. 各々の前記ばねアセンブリは、そのばねアセンブリを貫通する１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部の周囲に配置された１つ以上のスペーサ部材を含み、前記１つ以上のスペーサ部材は、前記皿形円板パックと、前記第２の圧縮板との間に配置される請求項３７記載の圧縮システム。
39. 前記第２の圧縮板は、前記圧縮システムに対して不動であり、前記圧縮力は、記容器の内部で、第１の圧縮板を前記第２の圧縮板に向かう方向に押圧する請求項１載の圧縮システム。
40. 第１のコンプライアント材料の層及び第２のコンプライアント材料の層をさらに含み、前記第１のコンプライアント材料の層は、前記燃料電池スタックの前記第１の端板と、前記第１の圧縮板との間に配置され、前記第２のコンプライアント材料の層は、前記第２の端板と、前記容器の第２の端壁の内面との間に配置される請求項１記載の圧縮システム。
41. 前記第１及び第２のコンプライアント材料の層は、細孔質シリカから形成される請求項４０記載の圧縮システム。
42. 前記燃料電池スタックおよび前記容器は、水平に配置される請求項１記載の圧縮システム。
43. 第１及び第２の端部を有する燃料電池スタックと；
    前記燃料電池スタックを封入する容器であって、前記燃料電池スタックの前記第１の端部及び第２の端部にそれぞれ面する第１及び第２の端壁を有する容器と；
    燃料電池スタックに圧縮力を与える圧縮システムであって、前記容器の内部に、燃料電池スタックの第１の端部に面するように配置された第１の圧縮板、及び前記容器の外側に、前記容器の第２の端壁に当接しかつ燃料電池スタックの第２の端部に面するように配置された第２の圧縮板と；
    １つ以上の部材であって、各部材は、前記容器の内部で、スタックの１つの面に沿って延出し、各部材は、前記第１の圧縮板に結合された第１の端部と、前記容器の前記第２の端壁に少なくとも向かって延出する第２の端部とを有する部材と；
    １つ以上の圧縮アセンブリであって、各圧縮アセンブリの少なくとも一部は、前記容器の外側に配置されており、各圧縮アセンブリを、前記１つ以上の部材のうちの１つの部材における第２の端部に対してシールしながら結合する結合アセンブリを含む圧縮アセンブリと
    を含み、
    各圧縮アセンブリは、その圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材と軸方向に整列されており、
    前記圧縮アセンブリの各々の前記一部は、その圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部に力を加える圧縮パックを含み、
    前記圧縮アセンブリの各々における前記結合アセンブリは、その圧縮アセンブリの圧縮パックを、前記圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部に結合し、各圧縮アセンブリの圧縮パック及び結合アセンブリは、一体となって、その圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部に加えられる力を通して、前記第１の圧縮板へ圧縮力を伝達し、
    各圧縮アセンブリの結合アセンブリは、その圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部と係合する結合部材を含み、各結合部材は、その結合部材と係合している１つ以上の部材のうちの１つが、熱膨張によって回転するにつれて、１つ以上の部材のうちの１つの部材に対して、軸方向及び側方向へ運動することを特徴とする燃料電池システム。
44. 各圧縮アセンブリの結合部材は、その結合部材が係合している１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部を包囲し、各圧縮アセンブリの結合部材は、その結合部材の長さに沿って互いに離間して配置された第１及び第２のフランジと；前記第１及び第２のフランジの間に配置されたベローズとを含む請求項４３記載の燃料電池システム。
45. 各圧縮アセンブリの結合部材は、第１の部分に、その結合部材が係合している１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部が螺合する第１のねじ孔を有し、第２の部分に、その圧縮アセンブリの圧縮パックの一部が螺合する第２の孔を有し、前記第２の部分は、前記容器の第２の端壁の内面に当接する請求項４４記載の燃料電池システム。
46. 各圧縮アセンブリの結合部材は、その結合部材が係合している１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部と、その圧縮アセンブリの圧縮パックとを係合させるために、１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部を、結合部材に密封状態で貫通させるように構成される請求項４４記載の燃料電池システム。
47. 各圧縮アセンブリの圧縮パックは、ばねアセンブリを含み、ばねアセンブリは、容器の第２の端壁の外面に装着された台板と；台板から離間して配置された係留板と；台板と、係留板との間に配置された１つ以上のばねと；１つ以上のばねの中心を貫通するシャフトとを有し、前記シャフトの第１の端部は、前記係留板に装着され、前記シャフトの第２の端部は、その圧縮アセンブリの結合アセンブリと係合する請求項４３記載の燃料電池システム。
48. 各圧縮アセンブリは、ばねアセンブリを含み、ばねアセンブリは、前記容器の前記第２の端壁の外面に装着された台板と；固定台板から離間して配置された係留板と；台板と係留板との間に配置された１つ以上のばねとを有し、
    そのばねアセンブリと整列された１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部は、そのばねアセンブリの１つ以上のばねの中心を貫通し、そのばねアセンブリの係留板に装着される請求項４３記載の燃料電池システム。
49. 第１のコンプライアント材料の層及び第２のコンプライアント材料の層をさらに含み、前記第１のコンプライアント材料の層は、前記燃料電池スタックの前記第１の端板と、前記第１の圧縮板との間に配置され、前記第２のコンプライアント材料の層は、前記第２の端板と、前記容器の第２の端壁の内面との間に配置される請求項４３記載の燃料電池システム。
50. 第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の端部及び第２の端部にそれぞれ面する第１の端壁及び第２の端壁を有する容器の内部に封入された燃料電池スタックに対して、圧縮力を供給する圧縮システムにおいて、
    前記容器の内部に、燃料電池スタックの第１の端部に面するように配置される第１の圧縮板、及び前記容器の外側に、前記容器の第２の端壁に当接しかつ燃料電池スタックの第２の端部に面するように配置される第２の圧縮板と；
    １つ以上の部材であって、各部材は、前記容器の内部で、前記燃料電池スタックの１つの面に沿って延出し、前記第１の圧縮板に結合された第１の端部と、前記容器の前記第２の端壁に少なくとも向かって延出する第２の端部とを有する部材と；
    １つ以上の圧縮アセンブリであって、各圧縮アセンブリの少なくとも一部は、前記容器の外側に配置されており、各圧縮アセンブリを、前記１つ以上の部材のうちの１つの部材における第２の端部に対してシールしながら結合する結合アセンブリを含む圧縮アセンブリと
    を含み、
    各圧縮アセンブリは、その圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材と軸方向に整列されており、
    前記圧縮アセンブリの各々の前記一部は、その圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部に力を加える圧縮パックを含み、
    前記圧縮アセンブリの各々における前記結合アセンブリは、その圧縮アセンブリの圧縮パックを、前記圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部に結合し、各圧縮アセンブリの圧縮パック及び結合アセンブリは、一体となって、その圧縮アセンブリが結合されている１つ以上の部材のうちの１つの部材の第２の端部に加えられる力を通して、前記第１の圧縮板へ圧縮力を伝達し、
    前記圧縮パックの各々は、ばねアセンブリを含み、
    前記圧縮パックの各ばねアセンブリは、固定台板と；該固定台板から離間して配置された係留板と；該固定台板と、該係留板との間に配置された複数の同心ばねを含む１つ以上のばねと；該１つ以上のばねの中心を貫通するシャフトとを含み、前記シャフトの第１の端部は、前記係留板に装着され、前記シャフトの第２の端部は、その圧縮アセンブリの結合アセンブリと係合するように構成されており、
    前記ばねアセンブリが、非線形に減少する圧縮荷重を燃料電池スタックに与えるように、前記複数のばねのうちの少なくとも２つのばねは、圧縮されない状態にあるとき、異な る長さを有することを特徴とする圧縮システム。
51. 燃料電池システムであって、
    第１端部と第２端部とを有する燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタックを封入し、前記燃料電池スタックの前記第１端部に面した第１側壁と前記燃料電池スタックの前記第２端部に面した第２側壁と有した容器と、
    請求項５０に記載の圧縮システムと
    を含むことを特徴とする燃料電池システム。

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