JP5011343B2 - 燃料電池スタック - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池スタック（fuel cell stack）に関し、特に、高い剛性ならびに安定した化学／電気化学特性のエンドプレートを備える燃料電池スタックに関する。

陽子（プロトン）交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell = PEMFC）または高分子薄膜燃料電池は、その単電池としての燃料電池１００組成が図１に示すように、中心部分が膜電極アセンブリー（Membrane Electrode Assembly = MEA）１１０であり、膜電極アセンブリー１１０の両側が気体拡散層（Gas Diffusion Layer = GDL）１２０，１３０であり、かつバイポーラプレート（bipolar plate）１４０，１５０間に位置する。上述した膜電極アセンブリー１１０は、陽子交換膜（proton exchange membrane）１１１と、その両側に塗布された触媒層（catalyst layer）１１２，１１３から組成され、燃料電池１００反応が必要とする流体がバイポーラプレート内の流路（flow channel）１６０，１７０ならびに気体拡散層１２０，１３０の伝送分布を経由する時、触媒層１１２，１１３において電気化学反応を発生させる。燃料電池１００の陽極側（anode side）の反応に必要な流体が水素（hydrogen）または加湿水素（humid hydrogen）であり、反応流体が膜電極アセンブリーの陽極側の触媒層１１２に接触する時、酸化反応：Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻を発生させ、前記した一酸化反応の発生させた電子が外部電気回路により導通して、水素イオンが陽子交換膜１１１を透過して膜電極アセンブリー１１０の陰極側（cathode side）へ到達し、陰極側の加湿酸素（humid oxygen）または加湿空気（humid air）が膜電極アセンブリーの陰極側触媒層１１３において還元反応：Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→２Ｈ_２Ｏを発生させる。注意すべきは、陽子交換膜１１１が水分を含有する薄膜であり、水素イオンだけを含有する水分子を経由して伝送通過させ、その他の気体分子が透過できないことである。

上記から分かるように、燃料電池１００は、水素および酸素を電気化学反応による転換を経て電力を発生させ、反応産物がクリーンな水であり、環境に対する汚染を引き起こさず、しかも燃料電池は、効率が良く反応が速い等の特性を備えるので、未来の代替エネルギー発展の選択項目の１つとなっている。また、単一の燃料電池１００は、直列に積み重ねて燃料電池スタック（fuel cell stack）とし電圧を向上させることができ、図２に示すように、異なる発電ニーズならびに応用に適合するものである。図２は、従来技術にかかる燃料電池スタックの側面を示す説明図であり、両側のエンドプレート（end plate）２１０，２２０と多数組のロック部材２３０とを利用して多数個の単電池１００（図２上中央）を緊密に積み重ね、反応流体２６１が反応流体入口多岐管（inlet manifold）２６０から燃料電池スタック２００へ進入し、均等に各単電池１００に分布され、反応により発生した電子が燃料電池スタック２００両側の集電板（current collector）２４０，２５０を介して燃料電池外部に導かれてユーザーの利用に供され、反応後の流体２７１が反応流体出口多岐管（outlet manifold）２７０を経て燃料電池スタック２００から流出する。また、冷却流体２８２が冷却流体入口多岐管２８０から燃料電池スタック２００へ進入し、燃料電池スタック２００を操作時に合理的な温度範囲に維持し、冷却流体出口多岐管２８１が冷却後の流体２８３を燃料電池スタック２００からスムーズに排出できる。

燃料電池スタック２００の性能表現に影響を与えるキーポイントの１つは、電池実装時の両側のエンドプレート２１０，２２０および多数個のロック部材２３０が提供するクランプ圧力（clamping pressure）の大きさである。図１と図２とにおいて、クランプ圧力が大き過ぎる時、膜電極アセンブリー１１０が圧力によって変形し、ひどい時には膜電極アセンブリー１１０を破壊して、水素イオン伝達能力が低下してしまい；クランプ圧力が小さ過ぎる時、膜電極アセンブリー１１０およびバイポーラプレート１４０，１５０間の界面接触電気抵抗が増加して、このような２種類の状況がいずれも燃料電池スタック２００の性能を低下させる。もう１つの燃料電池スタック２００の性能に影響を与える要因は、エンドプレート２１０，２２０材料の化学／電気化学特性の安定性であり、エンドプレート２１０，２２０の反応流体出入口多岐管２７０，２６０および冷却流体出入口多岐管２８１，２８０の主要な機能は、温度６０〜８０℃ならびに９０％を超える相対湿度の反応流体２６１，２７１および冷却流体２８２，２８３を伝送することであり、不安定な特性であれば多岐管の表面を腐食剥落させ、その腐食剥落物が流路１６０，１７０を詰まらせて、膜電極アセンブリー１１０を汚染毒化するとともに、電池性能を低下させる。

従って、エンドプレート２１０，２２０および多数個のロック部材２３０が、多数個の単電池を実装する時に適当で均等なクランプ圧力を提供するだけでなく、しかもエンドプレート２１０，２２０が、燃料電池スタック２００の操作温度・湿度および圧力において、高い剛性ならびに安定した化学／電気化学特性を備えて、初めて燃料電池スタック２００の機能効果を維持できるとともに、その使用寿命を延長することができる。

発明の目的

そこで、この発明の目的は、安定した燃料電池性能を維持できる燃料電池スタックを提供することにある。

この発明は、燃料電池スタックを提供し、それが第１エンドプレートと、第２エンドプレートと、少なくとも１つの燃料電池と、第１集電板と、第２集電板とを含む。第１エンドプレートが第１エンドプレート構造部材および第１エンドプレート多岐管（manifold）部材を含み、第１エンドプレート多岐管が第１エンドプレート構造部材と互いに重なり合い、かつ第１エンドプレート構造部材の剛性が前記第１エンドプレート多岐管部材の剛性よりも大きく、第１エンドプレート多岐管部材が少なくとも１つの第１開放多岐管および少なくとも１つの第１封鎖多岐管を有し、そのうち、前記第１開放多岐管が外部に連通している。第２エンドプレートが第２エンドプレート構造部材および第２エンドプレート多岐管部材を含み、第２エンドプレート構造部材が少なくとも１つの第２貫通孔を有し、第２エンドプレート多岐管部材が前記第２エンドプレート構造部材と互いに重なり合い、第１エンドプレート多岐管部材および第２エンドプレート多岐管部材が第１エンドプレート構造部材および前記第２エンドプレート構造部材の間に位置し、かつ第２エンドプレート構造部材の剛性が第２エンドプレート多岐管部材の剛性よりも大きく、第２エンドプレート多岐管部材が少なくとも１つの第２開放多岐管および少なくとも１つの第２封鎖多岐管を有し、そのうち、前記第２開放多岐管が外部に連通している。少なくとも１つの燃料電池が第１多岐管部材および第２多岐管部材の間に配置され、かつ少なくとも１つの燃料電池の内部が多数個の流路を有して、対応する第１開放多岐管・第１封鎖多岐管・第２開放多岐管ならびに第２封鎖多岐管にそれぞれ連通する。第１集電板が第１エンドプレート多岐管部材および少なくとも１つの燃料電池間に配置され、第２集電板が第２エンドプレート多岐管部材および少なくとも１つの燃料電池間に配置される。

この発明の実施形態中、上記した第１エンドプレート構造部材または前記第２エンドプレート構造部材の材質が、金属材質である。

この発明の実施形態中、上記した第１エンドプレート構造部材または前記第２エンドプレート構造部材の材質が、鉄合金・非鉄合金・アルミニウム合金・チタン合金およびステンレススチールよりなるグループから１つを選択するものである。

この発明の実施形態中、上記した第１エンドプレート多岐管部材および第２エンドプレート多岐管部材の材質が、高分子材料である。

この発明の実施形態中、上記した第１エンドプレート多岐管部材および第２エンドプレート多岐管部材の材質が、ラバー・プラスチックおよび繊維複合材料よりなるグループから１つを選択するものである。

この発明の実施形態中、上記した第１エンドプレート多岐管部材および第２エンドプレート多岐管部材が、少なくとも１つの燃料電池に対向する一側にそれぞれ凹陥部を有して、それぞれ第１集電板および第２集電板を収納するために使用され、第１エンドプレート多岐管部材および前記第１集電板を共同で少なくとも１つの燃料電池に寄りかからせるとともに、第２エンドプレート多岐管部材および第２集電板を共同で少なくとも１つの燃料電池に寄りかからせるものである。

この発明の実施形態中、燃料電池スタックが多数個の外接管路を含み、それぞれ対応する第１開放多岐管および第２開放多岐管に連接されるものである。

この発明の実施形態中、上記した各第１開放多岐管および各第２開放多岐管が、それぞれエンド平面を有して、対応する外接管路と接合するために用いるものである。

この発明の実施形態中、燃料電池スタックが更に多数個のＯ型リングを含んで、それぞれ多数個のエンド平面ならびにそれが対応する多数個の外接管路間に配置し、かつ各エンド平面が環状溝を有して、Ｏ型リングを収納するために用いるものである。

この発明の実施形態中、上記した外接管路がフランジ（flange）を有して、対応する第１開放多岐管または第２開放多岐管のエンド平面上にロックされるものである。

この発明の実施形態中、燃料電池スタックが更に多数個のボルトを含み、多数個の外接管路および対応する多数個のエンド平面間にロックされるものである。

この発明の実施形態中、上記した各外接管路とその対応する第１開放多岐管または第２開放多岐管とが一体成形の構造である。

この発明の実施形態中、燃料電池スタックが更に少なくとも１つのクランプアセンブリーを含み、第１エンドプレート構造部材の外側および第２エンドプレート構造部材の外側に荷重をクランプする力を加えて、第１エンドプレート構造部材・第１エンドプレート多岐管部材・第１集電板・少なくとも１つの燃料電池・第２集電板・第２エンドプレート多岐管部材および第２エンドプレート構造部材をクランプするものである。

この発明の実施形態中、上記したクランプアセンブリーが第１荷重部材および第２荷重部材と連接材と２つの弾性材とを含む。第１荷重部材および第２荷重部材がそれぞれ第１エンドプレート構造部材の外側および第２エンドプレート構造部材の外側に配置される。連接材が第１エンドプレート構造部材ならびに第２エンドプレート構造部材を貫通するとともに、第１荷重部材および第２荷重部材を連接する。２つの弾性材がそれぞれ第１荷重部材および第１エンドプレート構造部材間と第２荷重部材および第２エンドプレート構造部材間とに配置される。

この発明の実施形態中、上記した弾性材がコイル型ばね又は圧縮ばねである。

この発明の実施形態中、上記した第１エンドプレート構造部材の外側および第２エンドプレート構造部材の外側がそれぞれ凹穴を有して、第１荷重部材および第２荷重部材を収納するために用いるものである。

この発明の実施形態中、上記した第１荷重部材または第２荷重部材が底板とストッパーとを備える。底板が第１傾倒面を有して、対応する弾性材に傾倒する。ストッパーが底板の第１傾倒面上に配置されて、弾性材が過圧する時に、第１エンドプレート構造部材ならびに第２エンドプレート構造部材に対抗するために用いられる。

この発明の実施形態中、上記した第１エンドプレート構造部材が少なくとも１つの第１貫通孔を有して、第１開放多岐管が第１貫通孔内に位置するとともに外界へ連通し、第１封鎖多岐管が第１エンドプレート構造部材内へ延伸するものである。

この発明の実施形態中、上記した第２エンドプレート構造部材が少なくとも１つの第２貫通孔を有して、第２開放多岐管が第２貫通孔内に位置するとともに外界へ連通し、第２封鎖多岐管が第２エンドプレート構造部材内へ延伸するものである。

この発明の実施形態中、上記した第１エンドプレート多岐管部材が第１窪みを有して、第１エンドプレート構造部材が第１窪み内に嵌入されるものである。

この発明の実施形態中、上記した第２エンドプレート多岐管部材が第２窪みを有して、第２エンドプレート構造部材が第２窪み内に嵌入されるものである。

この発明の実施形態中、燃料電池スタックが更に２つの弾性材を含み、それぞれ第１エンドプレート多岐管部材および第１エンドプレート構造部材間と第２エンドプレート多岐管部材および第２エンドプレート構造部材間とに配置されるものである。

作用

上記に基づいて、この発明は、２種類または２種類以上の材料を利用して複合エンドプレートを組成し、それが燃料電池スタックの操作温度・圧力・湿度のもとで、良好な剛性ならびに安定した化学／電気化学的特性を維持させるものである。この発明は、更に、異なる材料の性質により良好な抗腐食性・電気絶縁性・低い熱伝導損失および軽い重量を同時に備えた複合エンドプレートを設計できるので、燃料電池スタックの機能効果を向上させる。

つまり、この発明は、エンドプレート構造部材およびエンドプレート多岐管部材の材料選択を通じて、複合エンドプレートを組成し、エンドプレートが高い剛性・良好な抗腐食性ならびに電気絶縁性・安定した化学／電気化学的特性などの利点を同時に備えることができ、この発明のエンドプレートは、更に、一層の保温材料を加えて、燃料電池操作時の熱伝導損失を少なくし、更に安定した燃料電池効率を維持できるとともに、燃料電池の耐久性を向上させる。この発明の実装メカニズムにより適当かつ均等なクランプ圧力を提供することができ、燃料電池の界面電気抵抗を減らして電池性能を向上させる。また、この発明の部材設計は簡単で、量産方式を利用して製造コストを削減することができ、かつ実装が容易で、あらゆる燃料電池の設計に適用することができ、応用上、極めて便利である。

単一な燃料電池の構造を示す説明図である。 従来技術にかかる燃料電池スタックを示す側面図である。 この発明の実施形態にかかる燃料電池スタックを示す斜視図である。 この発明の実施形態にかかる燃料電池エンドプレートを示す斜視図である。 図４の燃料電池エンドプレートのA1-A2 / B1-B2面に沿って示した実装断面図である。 この発明の実施形態にかかる燃料電池エンドプレートおよび圧縮実装メカニズムを示す分解斜視図である。 この発明の実施形態にかかる外接管路を示す斜視図である。 この発明の実施形態にかかる荷重部材を示す斜視図である。 この発明の実施形態の燃料電池エンドプレートおよび圧縮実装メカニズムを示す斜視図である。 図９の燃料電池エンドプレートおよび圧縮実装メカニズムをC1-C2面に沿って示した断面図である。 この発明の別な実施形態にかかる燃料電池エンドプレートのA1-A2 / B1-B2面に沿って示した断面図である。 この発明の更に別な実施形態にかかる燃料電池エンドプレートのA1-A2 / B1-B2面に沿って示した断面図である。

以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図３は、この発明の実施形態にかかる燃料電池スタックを示す斜視図であり、図４は、この発明の実施形態にかかる燃料電池スタックのエンドプレートを示す分解斜視図であり、図５は、図４の燃料電池エンドプレートのA1-A2 / B1-B2面に沿った実装断面図である。図３と図４と図５とにおいて、第１エンドプレート３１０が第１エンドプレート構造部材３１１および第１エンドプレート多岐管部材３１２を含み、第１エンドプレート構造部材３１１と第１エンドプレート多岐管部材３１２とが互いに重なり合い、かつ第１エンドプレート構造部材３１１の剛性が第１エンドプレート多岐管部材３１２の剛性よりも大きい。第１エンドプレート多岐管部材３１２が少なくとも１つの第１開放多岐管３１３および第１封鎖多岐管３１４を有し、そのうち、第１開放多岐管３１３が外界に連通して、燃料電池操作時に必要な反応流体または冷却流体を通過させることができる（図２）。

第２エンドプレート３２０が第２エンドプレート構造部材３２１および第２エンドプレート多岐管部材３２２を含み、第２エンドプレート構造部材３２１が少なくとも１つの第２貫通孔３２５（図６右上）を有し、第２エンドプレート構造部材３２１と第２エンドプレート多岐管部材３２２とが互いに重なり合い、かつ第２エンドプレート構造部材３２１の剛性が第２エンドプレート多岐管部材３２２の剛性よりも大きい。上記した第１エンドプレート多岐管部材３１２および第２エンドプレート多岐管部材３２２が第１エンドプレート構造部材３１１および第２エンドプレート構造部材３２１の間に配置される。第２エンドプレート多岐管部材３２２が少なくとも１つの第２開放多岐管３２３および少なくとも１つの第２封鎖多岐管３２４を有し、そのうち、第２開放多岐管３２３が外界へ連通し、燃料電池操作時に必要な反応流体または冷却流体を通過させることができる。

この実施形態の燃料電池スタックは、少なくとも１つの燃料電池３３０と、第１集電板３４０と、第２集電板３５０とを含む（図３・図６）。この発明は、燃料電池３３０の数量を限定しておらず、この実施形態は、多数個の積み重ねられた燃料電池３３０を図示して説明している。積み重ねられた燃料電池３３０は、第１エンドプレート多岐管部材３１２および第２エンドプレート多岐管部材３２２の間に位置し、かつ、それらの燃料電池３３０内に多数個の流路を有し、それぞれ対応する第１開放多岐管３１３・第１封鎖多岐管３１４・第２開放多岐管３２３および第２封鎖多岐管３２４と連通し、反応流体または冷却流体が燃料電池スタック３００外部から各単電池としての燃料電池３３０内部へ均等に伝送分布される。第１集電板３４０が第１エンドプレート多岐管部材３１２および燃料電池３３０間に配置され、第２集電板３５０が第２エンドプレート多岐管部材３２２および上記燃料電池３３０間に配置される。上記した第１，２集電板３４０，３５０は、反応流体が電気化学反応を経て発生させた電子を燃料電池外部へ導通させてユーザーの利用に供することができる。

また、この実施形態の第１エンドプレート構造部材３１１または第２エンドプレート構造部材３２１は、金属材質とすることができ、例えば、鉄合金・非鉄合金・アルミニウム合金・チタン合金およびステンレススチールよりなるグループのうちの１つであり、第１エンドプレート３１０，第２エンドプレート３２０が必要とする高い機械的剛性を提供できる。第１エンドプレート多岐管部材３１２および第２エンドプレート多岐管部材３２２は、第１集電板３４０，第２集電板３５０により反応流体または冷却流体と直接接触するので、化学／電気化学的特性の安定性が高く、電気絶縁性が良く、熱損失が小さくて抗腐食性の良い高分子材料、例えば、ラバー・プラスチックおよび繊維複合材料よりなるグループのうち１つである。

この発明の実施形態にかかる燃料電池エンドプレートおよび圧縮実装メカニズムを図６に示しており、図７は、この発明のエンドプレート外接管路３６０の斜視図である。図６と図７とにおいて、燃料電池スタック３００（図３）は、多数個の外接管路３６０を有しており、それぞれ対応する第１開放多岐管３１３および第２開放多岐管３２３に連接し、そのうち、第１開放多岐管３１３および第２開放多岐管３２３がそれぞれエンド平面３１３ａ，３２３ａを有して、対応する外接管路３６０との接合に用いられ、各エンド平面３１３ａ，３２３ａ上に環状溝３１３ｂ，３２３ｂを有して、上記したエンド平面３１３ａ，３２３ａおよび外接管路３６０間に配置されるＯ型リング３７０を収納するために用いられ、良好な気密効果を提供する。また、各外接管路３６０がフランジ３６１を有し、この実施形態中、フランジ３６１に少なくとも１つ以上の円弧孔を設けて、多数個のボルト３８０が外接管路３６０と対応するエンド平面３１３ａ，３２３ａ間をロックすることができるとともに、外接管路３６０の方向を回動できるようにして、外接管路３６０を接合する時に便利なものとする。

この発明の燃料電池スタックは、更に、少なくとも１つのクランプアセンブリー３９０を含んで、第１エンドプレート構造部材３１１の外側および第２エンドプレート構造部材３２１の外側に荷重クランプ力を加えるために用いられ、第１エンドプレート構造部材３１１・第１エンドプレート多岐管部材３１２・第１集電板３４０・少なくとも１つの燃料電池３３０（図３）・第２集電板３５０・第２エンドプレート多岐管部材３２２および第２エンドプレート構造部材３２１を順番にクランプする。上記したクランプアセンブリー３９０が第１荷重部材３９１および第２荷重部材３９２と連接材３９３（図６下中央）と２つの弾性材３９４とを含み、そのうち、第１荷重部材３９１および第２荷重部材３９２がそれぞれ第１エンドプレート構造部材３１１の外側および第２エンドプレート構造部材３２１の外側に配置され、連接材３９３が第１エンドプレート構造部材３１１および第２エンドプレート構造部材３２１を貫通するとともに、第１荷重部材３９１および第２荷重部材３９２を連接し、２つの弾性材３９４がそれぞれ第１荷重部材３９１および第１エンドプレート構造部材３１１間と第２荷重部材３９２および第２エンドプレート構造部材３２１間とに配置されるが、弾性材３９４を圧縮可能な部材、例えば、コイル型ばね又は圧縮ばねとして、荷重クランプを受け止めるために用いられる。

この実施形態の第１エンドプレート多岐管部材３１２および第２エンドプレート多岐管部材３２２は、燃料電池３３０（図３）に対向する一側において、それぞれ凹陥部３１６，３２６を有して、実装時にそれぞれ第１集電板３４０および第２集電板３５０を収納でき、第１エンドプレート多岐管部材３１２および第１集電板３４０が燃料電池３３０の一側に同時に寄りかかることができ、第２エンドプレート多岐管部材３２２および第２集電板３５０が燃料電池３３０の別な一側に同時に寄りかかることができる。また、第１エンドプレート構造部材３１１の外側ならびに第２エンドプレート構造部材３２１の外側がそれぞれ凹穴３１７，３２７を有して、実装時に第１荷重部材３９１および第２荷重部材３９２を収納できる。

図８は、この実施形態にかかる荷重部材を示す斜視図であり、図８に示すように、第１荷重部材３９１，第２荷重部材３９２が底板３９１ａとストッパー３９１ｂとを有し、底板３９１ａが第１傾倒面３９１ｃを有して、対応する弾性材３９４に傾倒するとともに、弾性材３９４圧縮時の対応する反作用力を受け止め；ストッパー３９１ｂが第１傾倒面３９１ｃ上に配置されて、弾性材３９４が過圧される時に第１エンドプレート構造部材３１１または第２エンドプレート構造部材３２１に対抗して弾性材３９４を保護し、不適当な実装圧力が弾性材３９４を破壊することを防止する。上記したストッパー３９１ｂは、内ねじ山を含むことができ、実装時に内ねじ山を利用して連接材３９３（外ねじ山）とロックすることができる。

また、この実施形態の燃料電池スタックの第１エンドプレート３１０は、第１エンドプレート構造部材３１１と第１エンドプレート多岐管部材３１２とを重ね合わせて形成されており（図５）、第１エンドプレート構造部材３１１が少なくとも１つの第１貫通孔３１５を有し、燃料電池実装時に、第１開放多岐管３１３が対応する第１貫通孔３１５内に取り付けられるとともに外界へ連通し、外接管路３６０に接合することができ、第１封鎖多岐管３１４が第１エンドプレート構造部材３１１内へ延伸して回流室を形成して、反応流体を更に均等に各燃料電池内へ分布させることができる。第２エンドプレート構造部材３２１および第２エンドプレート多岐管部材３２２が同様な方式で実装組み合わされて、第２開放多岐管３２３が対応する第２貫通孔３２５内に取り付けられるとともに外界へ連通し、第２封鎖多岐管３２４が第２エンドプレート構造部材３２１内へ延伸して回流室を形成する。この実施形態の第１エンドプレート３１０および第２エンドプレート３２０は、主に、構成される部材の材料特性が異なることを利用し、適切な材料選択を通して、重ね合わせた後に、第１エンドプレート３１０および第２エンドプレート３２０が高い機械的剛性・電気絶縁性ならびに安定した化学／電気化学的特性などの性質を同時に備えるものとできる。第１エンドプレート３１０および第２エンドプレート３２０は、この実施形態に記載した２部材重合形成だけでなく、更に、実装時に一層の保温材料を加えて第１エンドプレート３１０および第２エンドプレート３２０に保温効果を併せ持たせて熱伝導損失を少なくし、燃料電池の操作温度を維持し、その性能表現を安定させる。この実施形態の燃料電池エンドプレートおよび圧縮実装メカニズムを図９に示し、図１０は、図９のC1-C2面に沿って示した断面図である。

図１１は、この発明の別な実施形態にかかる燃料電池エンドプレートA1-A2 / B1-B2面（図４・図５）を示す断面図である。外接管路３６０が非ロック方式で第１エンドプレート多岐管部材３１２，第２エンドプレート多岐管部材３２２に接合されるものであって、製造時に各外接管路３６０と対応する第１開放多岐管３１３または第２開放多岐管３２３と一体成形することにより、後続の実装ロック工程を省略でき、かつ外接管路３６０と第１エンドプレート多岐管部材３１２，第２エンドプレート多岐管部材３２２の間に気体漏れの問題がなくなり、実装および使用上の利便性を増加させる。

図１２は、この発明の更に別な実施形態にかかる燃料電池エンドプレートA1-A2 / B1-B2面（図４・図５）を示す断面図である。この実施形態中、第１エンドプレート多岐管部材３１２および第２エンドプレート多岐管部材３２２がそれぞれ第１窪み３１８ならびに第２窪み３２８を有し、第１エンドプレート構造部材３１１および第２エンドプレート構造部材３２１がそれぞれ第１窪み３１８ならびに第２窪み３２８内に嵌入される。このような実装方式は、第１エンドプレート多岐管部材３１２，第２エンドプレート多岐管部材３２２および第１エンドプレート構造部材３１１，第２エンドプレート構造部材３２１の間に位置する弾性材３１８ａ，３２８ａと組み合わせて、完全なクランプ圧力伝達を提供することができる。

以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

３００ 燃料電池スタック
３１０ 第１エンドプレート
３１１ 第１エンドプレート構造部材
３１２ 第１エンドプレート多岐管部材
３２０ 第２エンドプレート
３２１ 第２エンドプレート構造部材
３３０ （単一な）燃料電池
３４０ 第１集電板
３５０ 第２集電板
３６０ 外接管路
３９０ クランプアセンブリー
３９１ 第１荷重部材
３９２ 第２荷重部材
３９３ 連接材

Claims (22)

1. 第１エンドプレート構造部材、および、前記第１エンドプレート構造部材と互いに重なり合い、かつ前記第１エンドプレート構造部材の剛性よりも剛性が小さく、少なくとも１つの第１開放多岐管および少なくとも１つの第１封鎖多岐管を有し、前記第１開放多岐管が外部に連通している第１エンドプレート多岐管部材を備える、第１エンドプレートと、
   少なくとも１つの第２貫通孔を有する第２エンドプレート構造部材、および、前記第２エンドプレート構造部材と互いに重なり合い、かつ前記第２エンドプレート構造部材の剛性よりも剛性が小さく、少なくとも１つの第２開放多岐管および少なくとも１つの第２封鎖多岐管を有し、前記第２開放多岐管が外部に連通している第２エンドプレート多岐管部材を備える、第２エンドプレートと、
   前記第１エンドプレート多岐管部材および前記第２エンドプレート多岐管部材間に配置され、前記第１開放多岐管、前記第１封鎖多岐管、前記第２開放多岐管および前記第２封鎖多岐管のそれぞれに対応して連通する多数個の流路を内部に有する少なくとも１つの燃料電池と、
   前記第１エンドプレート多岐管部材および前記少なくとも１つの燃料電池間に配置される第１集電板と、
   前記第２エンドプレート多岐管部材および前記少なくとも１つの燃料電池間に配置される第２集電板と
   を含み、
   前記第１エンドプレート多岐管部材および前記第２エンドプレート多岐管部材が前記第１エンドプレート構造部材および前記第２エンドプレート構造部材間に位置する燃料電池スタック。
2. 前記第１エンドプレート構造部材または前記第２エンドプレート構造部材の材質が、金属材質である請求項１記載の燃料電池スタック。
3. 前記第１エンドプレート構造部材または前記第２エンドプレート構造部材の材質が、鉄合金、非鉄合金、アルミニウム合金、チタン合金およびステンレススチールよりなるグループから１つを選択するものである請求項２記載の燃料電池スタック。
4. 前記第１エンドプレート多岐管部材および前記第２エンドプレート多岐管部材の材質が、高分子材料である請求項１から３の何れかに記載の燃料電池スタック。
5. 前記第１エンドプレート多岐管部材および前記第２エンドプレート多岐管部材の材質が、ラバー、プラスチックおよび繊維複合材料よりなるグループから１つを選択するものである請求項４記載の燃料電池スタック。
6. 前記第１エンドプレート多岐管部材および前記第２エンドプレート多岐管部材が、前記した少なくとも１つの燃料電池に対向する一側にそれぞれ凹陥部を有して、それぞれ前記第１集電板および前記第２集電板を収納するために使用され、前記第１エンドプレート多岐管部材および前記第１集電板を共同で前記した少なくとも１つの燃料電池に寄りかからせるとともに、前記第２エンドプレート多岐管部材および前記第２集電板を共同で前記した少なくとも１つの燃料電池に寄りかからせる、ものである請求項１から５の何れかに記載の燃料電池スタック。
7. 更に、複数個の外接管路を含み、それぞれ対応する前記第１開放多岐管および前記第２開放多岐管に連接されるものである請求項１から６の何れかに記載の燃料電池スタック。
8. 各第１開放多岐管および各第２開放多岐管が、それぞれエンド平面を有して、対応する前記外接管路と接合するために用いるものである請求項７記載の燃料電池スタック。
9. 更に、複数個のＯ型リングを含んで、それぞれ前記した複数個のエンド平面ならびにそれが対応する前記した複数個の外接管路間に配置し、かつ各エンド平面が環状溝を有して、前記Ｏ型リングを収納するために用いるものである請求項８記載の燃料電池スタック。
10. 前記複数個の外接管路の各々がフランジを有して、対応する前記第１開放多岐管または前記第２開放多岐管の前記エンド平面上にロックされるものである請求項８記載の燃料電池スタック。
11. 更に、複数個のボルトを含み、前記した複数個の外接管路および対応する前記した多数個のエンド平面間にロックされるものである請求項１０記載の燃料電池スタック。
12. 前記複数個の外接管路の各々とその対応する前記第１開放多岐管または前記第２開放多岐管とが一体成形の構造である請求項７から１１の何れかに記載の燃料電池スタック。
13. 更に、少なくとも１つのクランプアセンブリーを含み、前記クランプアセンブリーが前記第１エンドプレート構造部材の外側および前記第２エンドプレート構造部材の外側に荷重クランプを施し、前記第１エンドプレート構造部材、前記第１エンドプレート多岐管部材、前記第１集電板、前記した少なくとも１つの燃料電池、前記第２集電板、前記第２エンドプレート多岐管部材および前記第２エンドプレート構造部材をクランプするものである請求項１から１２の何れかに記載の燃料電池スタック。
14. 前記クランプアセンブリーが、
    それぞれ前記第１エンドプレート構造部材の外側および前記第２エンドプレート構造部材の外側に配置された第１荷重部材および第２荷重部材と、
    前記第１エンドプレート構造部材および前記第２エンドプレート構造部材を貫通するとともに、前記第１荷重部材および前記第２荷重部材を連接する連接材と、
    それぞれ前記第１荷重部材および前記第１エンドプレート構造部材間と前記第２荷重部材および前記第２エンドプレート構造部材間とに配置される２つの弾性材と
    を含む請求項１３記載の燃料電池スタック。
15. 前記した複数の弾性材が、コイル型ばね又は圧縮ばねである請求項１４記載の燃料電池スタック。
16. 前記第１エンドプレート構造部材の外側および前記第２エンドプレート構造部材の外側がそれぞれ凹穴を有して、前記第１荷重部材および前記第２荷重部材を収納するために用いるものである請求項１４または１５に記載の燃料電池スタック。
17. 前記第１荷重部材または前記第２荷重部材が、
    第１傾倒面を有して、対応する前記弾性材に傾倒する底板と、
    前記底板の前記第１傾倒面上に配置されて、前記弾性材が過圧する時に、前記第１エンドプレート構造部材ならびに前記第２エンドプレート構造部材に対抗するために用いられるストッパーと
    を備えるものである請求項１４から１６の何れかに記載の燃料電池スタック。
18. 前記第１エンドプレート構造部材が少なくとも１つの第１貫通孔を有して、前記第１開放多岐管が前記第１貫通孔内に位置するとともに外界へ連通し、前記第１封鎖多岐管が前記第１エンドプレート構造部材内へ延伸するものである請求項１から１７の何れかに記載の燃料電池スタック。
19. 前記第２エンドプレート構造部材が少なくとも１つの第２貫通孔を有して、前記第２開放多岐管が前記第２貫通孔内に位置するとともに外界へ連通し、前記第２封鎖多岐管が前記第２エンドプレート構造部材内へ延伸するものである請求項１８記載の燃料電池スタック。
20. 前記第１エンドプレート多岐管部材が第１窪みを有して、前記第１エンドプレート構造部材が前記第１窪み内に嵌入されるものである請求項１から１９の何れかに記載の燃料電池スタック。
21. 前記第２エンドプレート多岐管部材が第２窪みを有して、前記第２エンドプレート構造部材が前記第２窪み内に嵌入されるものである請求項２０記載の燃料電池スタック。
22. 更に、２つの弾性材を含み、それぞれ前記第１エンドプレート多岐管部材および前記第１エンドプレート構造部材間と前記第２エンドプレート多岐管部材および前記第２エンドプレート構造部材間とに配置されるものである請求項２１記載の燃料電池スタック。

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