JP6609189B2 - 電気化学スタックの圧縮システム - Google Patents

Description

[001]本発明の開示の実施態様は、電気化学セルに関し、より特定には、高差圧電気化学セルスタックに圧縮力を適用するためのシステムに関する。

[002]電気化学セルは、化学反応により電流を発生させるのに使用される。電気化学セル技術は、燃料電池や水素圧縮機のように、例えば運搬用車両、携帯用の電力供給、および固定式の電力生産などの様々な技術のための、化石燃料などの従来の動力源の有望な代替物を提供する。電気化学セルは、プロトン源（例えば、水素、天然ガス、メタノール、ガソリンなど）の化学エネルギーを、酸素または別の酸化剤との化学反応を介して電気に変換する。この化学反応は、典型的には、電気、熱、および水を生成する。

[003]基礎的な高差圧電気化学セルは、負電荷を有するアノード（anode）、正電荷を有するカソード（cathode）、および電解質と呼ばれるイオン伝導性材料を含む。様々な電気化学セル技術において様々な電解質材料が利用されている。プロトン交換膜（ＰＥＭ）セルは、例えば、電解質として高分子のイオン伝導性膜を利用している。

[004]電気を発生させるために、電気化学セルのアノード側に例えば水素ガスなどの燃料を送達してもよく、ここで水素を正電荷を有するプロトンと負電荷を有する電子とに分けることができる。次いでプロトンは、ＰＥＭなどの電解質膜を通ってセルのカソード側に移動することができる。ＰＥＭは、正電荷を有するプロトンのみがセルのカソード側に通過するように設計されていてもよい。負電荷を有する電子を、強制的に外部の電気負荷回路を通過してセルのカソード側に到達させることができ、そうすることによって使用可能な電流を生成することができる。酸素をセルのカソード側に送達してもよく、そこで酸素がプロトンおよび電子と反応して、廃棄物として水分子および熱を形成する可能性がある。

[005]個々の電気化学セルのカソード、電解質膜、およびアノードは、集合的に「膜電極接合体」（ＭＥＡ）を形成でき、これは、バイポーラプレートの両側で支持され得る。ＭＥＡの電極に、バイポーラプレート中に形成されたチャネルまたは溝を介して水素および酸素などのガスを供給できる。

[006]単一のセルは、一般的に、電流に応じて約０．２〜１ボルトの比較的小さい電位しか生産できない。総電圧出力を増加させるためには、個々の電気化学セルを、典型的には連続的に、一緒にスタックして、電気化学セルスタックを形成してもよい。スタック中の個々のセルの数は、用途とその用途に必要なスタックからの出力量によって決まる可能性がある。

[007]電気化学セルスタックは、水素および酸素のフローを受け取って、それらを個々のセルに分配させることができる。適切なセルスタックの作動は、個々のセル、セルの構成要素、およびフローコンジット間の有効なシールを維持することが必要となる場合がある。したがって、各セルの内部構成要素間の十分な電気的接触を維持するためには、スタック中の電気化学セルを互いに圧縮する必要がある場合がある。セル間の圧縮量は、接触抵抗、電気伝導、および膜多孔率に影響を与える可能性があることから、電気化学セルの全体的な性能に影響を与える可能性がある。したがって、セル間の接触を維持し性能を高めるためには、電気化学セルスタック全体にわたり均一な圧縮が分配されることが典型的である。

[008]セルスタックに圧縮力を適用するために、しばしばタイロッド、バンド、および／またはばねが使用される場合がある。これらの圧縮メカニズムは、典型的には、電気化学セルスタックの両端に配置されたエンドプレートの使用を必要とする。例えば、エンドプレートは、セルスタックの各端部をキャップしていてもよいし、タイロッドは、１つのエンドプレートから他方に伸長していてもよく、ここでエンドプレートはいずれも、外表面に沿ってスタックの外部にあるか、またはスタックのセル中の開口部を通ってスタック内にある。タイロッドを締めたりまたは緩めたりすることにより、エンドプレートを互いに近づけるかまたは離してスタックにかかる圧縮の量を調整することができる。いくつかの場合において、エンドプレートからエンドプレートにバンドを渡してスタックの周りを包むことによっても、圧縮を維持することができる。タイロッドおよび／またはバンドの圧縮力に耐えるために、エンドプレートおよびロッドをより厚くして反りまたはひび割れを防ぐことが必要な場合がある。これは、セルスタックのサイズおよび重量を増すことに加えて、電気化学セルシステムのコストも増す可能性がある。高圧作動はセル分離の増加を引き起こす可能性があるため、スタック圧縮の問題は、高圧電気化学セルスタックではさらに複雑になり得る。したがって、費用効率が高く、コンパクトで軽量の圧縮システムが求められている。さらに、長期間にわたり、且つ様々な作動条件下において、電気化学セルスタック中で圧縮を維持できるシステムが求められている。

[009]本発明の開示は、電気化学セルと共に使用するための向上した圧縮システムの設計を対象とする。特に、本発明の開示は、電気化学セルと共に使用するための調整可能な圧縮構造の設計を対象とする。このようなデバイスは、これらに限定されないが、水素圧縮機、燃料電池、電解セル、水素精製装置、および水素エキスパンダー（hydrogen expander）などの高差圧下で作動する電気化学セルで使用される可能性がある。

[010]本発明の開示の実施態様は、電気化学セルスタックに圧縮力を適用するためのシステムを対象とする。

[011]一実施態様によれば、電気化学セルスタックの圧縮システムは、スタック配置中に軸に沿って並べられた複数の電気化学セルが含有されるように設計された一体型の中空フレームを包含していてもよく、ここで該フレームは、規定された形状を有し、電気化学セルスタックが挿入されたときに、その外表面の周りに連続する境界を形成し、該フレームは、複数の繊維で形成されている。

[012]本開示の様々な実施態様は、以下の形態の１つまたはそれより多くを包含し得る：フレームは、異なる材料で構成される複数の繊維で形成されていてもよく；フレームは、繊維で形成された多層を包含していてもよく；フレームは、繊維で形成された多層の少なくとも１つとの間に配置された摩擦低減層を包含していてもよく；フレームは、少なくとも２つの対向する壁面を包含していてもよく；フレームはさらに、フレームの端部領域に配置された少なくとも１つの端部ブロックが含有されるように設計されていてもよく；フレームはさらに、電気化学セルスタックに圧縮力が適用されるように設計された少なくとも１つの圧縮メカニズムが含有されるように設計されていてもよく；圧縮メカニズムは、少なくとも１つのジブを包含していてもよく；圧縮メカニズムは、加熱されたときに膨張するように設計されていてもよく；圧縮メカニズムは、２つの別個の部分間に伸長する１つまたはそれより多くの内部打込みねじを包含していてもよく、ここで内部打込みねじを一方向で回転させると、２つの部分がさらに互いに離れるように移動し、内部打込みねじを逆方向で回転させると、２つの部分が互いに近づくように移動し；フレームは、複数の異なるサイズの電気化学セルスタックが収容されるように設計されていてもよい。

[013]別の実施態様によれば、電気化学スタックの圧縮システムは、規定の形状を有する構造であって、電気化学スタックが形成されるように軸に沿って直列に並べられた複数の電気化学セルと、電気化学スタックに隣接し且つその軸に沿って配置された電気化学スタックに圧縮力が適用されるように設計された少なくとも１つの圧縮メカニズムとを受け入れ含有するように設計された、構造を包含していてもよく、ここで該構造は、電気化学スタックと少なくとも１つの圧縮メカニズムとが含有されるときに、それらを取り囲む連続する境界を形成する。

[014]本開示の様々な実施態様は、以下の形態の１つまたはそれより多くを包含し得る：圧縮メカニズムは、少なくとも１つのジブを包含していてもよく；圧縮メカニズムは、温度の上昇に応答して膨張するように設計されたブロックを包含していてもよく；圧縮メカニズムは、内部打込みねじを第一の方向で回転させると圧縮メカニズムのサイズが増加し、内部打込みねじを第一の方向と逆の第二の方向で回転させると圧縮メカニズムのサイズが減少するように設計された内部打込みねじを包含していてもよく；構造は、巻かれた繊維（wound fiber）で形成されていてもよく；繊維は、非導電性繊維であってもよく；繊維は、炭素繊維であってもよく；電気化学スタックの軸に沿った構造の高さは、圧縮メカニズムを受け入れたときに圧縮メカニズムによって電気化学スタックに適用された荷重に応答して変化することができる。

[015]本開示の様々な実施態様における予荷重をかける方法は、構造に電気化学スタックを挿入すること、構造に少なくとも１つの圧縮メカニズムを挿入すること、圧縮システム内で予め決められた荷重が適用されるように圧縮メカニズムを設計すること、および電気化学スタックの軸に沿った構造の高さの変化を測定して、圧縮メカニズムによって適用される荷重を決定することを包含していてもよい。

[016]本方法の様々な実施態様は、前記構造に少なくとも１つの端部ブロックを挿入することをさらに包含していてもよく；圧縮メカニズムは、２つのジブを包含していてもよく、さらに圧縮メカニズムの設計は、２つのジブを互いに割り込ませることを包含していてもよく；圧縮メカニズムの設計は、圧縮メカニズムを膨張させるために圧縮システムの温度を増加させることを包含していてもよく；圧縮メカニズムの設計は、圧縮メカニズムを膨張させるために複数の内部打込みねじを回転させることを包含する。

[017]本発明の開示の別の実施態様によれば、電気化学スタックの圧縮システムは、規定の形状を有し、複数の巻かれた繊維で形成された一体型の中空構造と；電気化学スタックが形成されるように軸に沿って直列に並べられた複数の電気化学セルであって、ここで電気化学スタックは、構造内に含有されている、電気化学セルと；構造内に含有されており、構造の端部領域に配置された少なくとも１つの端部ブロックと；構造内に含有されている少なくとも１つの圧縮メカニズムであって、ここで少なくとも１つの圧縮メカニズムは、電気化学スタックに圧縮力が適用されるように設計されている、圧縮メカニズムを包含していてもよく、ここで、構造が、電気化学スタックの外表面、少なくとも１つの端部ブロック、および少なくとも１つの圧縮メカニズムの周りに、且つそれらに隣接して連続する境界を形成するように、電気化学スタック、少なくとも１つの端部ブロック、および少なくとも１つの圧縮メカニズムは、構造内で直列に含有される。

[018]本開示の様々な実施態様は、以下の形態の１つまたはそれより多くを包含し得る：繊維は、圧縮力の変化に応答して伸縮するように設計されていてもよく；少なくとも１つの圧縮メカニズムは、ジブを包含していてもよく；少なくとも１つの圧縮メカニズムは、膨張するように設計されていてもよい。

[019]本実施態様の追加の目的および利点は、以下の説明において部分的に説明されており、さらにその説明から部分的に明白であるか、または本実施態様の実施により知見が得られる可能性がある。本実施態様の目的および利点は、特に添付の特許請求の範囲で指摘された要素および組み合わせを用いて認識および達成されると予想される。

[020]前述の一般的な説明と以下の詳細な説明はいずれも単に典型的で説明的なものにすぎず、発明を特許請求したものに限定しないことが理解されるものとする。

[021]添付の図面は、本明細書に取り入れられその一部を構成しており、本開示の実施態様を例示し、その説明と共に本開示の原理を説明するのに役立つ。

図１は、本発明の開示の実施態様に係る典型的な電気化学セルの分解図を例示する。 図２Ａは、本発明の開示の実施態様に係る典型的な電気化学セル圧縮システムを例示する。 図２Ｂは、本発明の開示の実施態様に係る典型的な電気化学セル圧縮システムを例示する。 図２Ｃは、図２Ａの典型的な電気化学セル圧縮システムの断面を例示する。 図３Ａは、本発明の開示の典型的な実施態様に係る電気化学セル圧縮システムに関する典型的な圧縮メカニズムを例示する。 図３Ｂは、図３Ａの典型的な圧縮メカニズムの代替の図を例示する。 図４は、本発明の開示の典型的な実施態様に係る電気化学セル圧縮システムに関する典型的な圧縮メカニズムを例示する。

[029]以下、後述される本発明の開示の典型的な実施態様について詳細に述べ、添付の図面で例示する。可能な限り、同じまたは類似の部品を指す場合は図面全体にわたり同じ参照番号を使用する。

[030]本明細書において、水素、酸素、および水を採用するＰＥＭ電気化学セルの例示的な実施態様を参照しながら本発明の開示を説明したが、本発明の開示のデバイスおよび方法は、これらに限定されないが、水素圧縮機、燃料電池、電解セル、水素精製装置、および水素エキスパンダー（hydrogen expander）などの様々な種類の電気化学セルで採用できることが理解される。当業界において通常の技術を有する者や本明細書で示された教示を入手する機会を有する者であれば、追加の改変、用途、実施態様、および全て本開示の範囲内に当てはまる等価体の置換について認識しているものと予想される。したがって、本開示は、前述の説明または以下の説明により限定されるとみなされないものとする。

[031]本発明の開示の他の機構および利点および潜在的な使用は、添付の図面を参照する以下の本開示の説明から当業者に明らかになると予想される。

[032]図１は、本発明の開示の実施態様に係る個々の電気化学セル１０を表す。図１に示される分解側面図において、セル１０は、中央の電解質膜８を包含する。電解質膜８は、アノード７Ａとカソード７Ｂとの間に配置されていてもよい。電解質膜８、アノード７Ａ、およびカソード７Ｂが一緒になってＭＥＡ３を形成していてもよい。アノード７Ａに供給された水素原子を、電気化学的に電子とプロトンとに分けることができる。このプロセスでは、電子は電気回路（示さず）を介してカソード７Ｂに流れて、電気を発生させることができ、一方でプロトンは電解質膜８を通過してカソード７Ｂに到達することができる。カソード７Ｂでは、プロトンは、カソード７Ｂに供給される電子および酸素と反応して、水および熱を生成することができる。

[033]電解質膜８は、アノード７Ａをカソード７Ｂから電気的に絶縁することができる。電解質膜８は、好適であればどのような膜であってもよく、例えばＰＥＭ膜などである。電解質膜８は、純粋な高分子膜または複合膜で形成されていてもよく、このような複合膜は、高分子マトリックス中に埋め込まれた、例えばシリカ、ヘテロポリ酸、層状の金属リン酸塩、リン酸塩、およびリン酸ジルコニウムを包含していてもよい。電解質膜８は、プロトンを透過させることができるが電子を伝達させないものでもよい。アノード７Ａおよびカソード７Ｂは、触媒を含有する多孔質炭素電極を包含していてもよい。触媒材料、例えば白金または他のあらゆる好適な材料は、酸素と燃料との反応の速度を高めることができる。

[034]セル１０の用途および所定の荷重要件に応じて、ＭＥＡ３のサイズおよび形状を増加または減少させてもよい。例えば、所定の用途および要件に従って、ＭＥＡ３の厚さ、長さ、または幅を調整してもよい。加えて、所定の用途に従って、アノード７Ａおよびカソード７Ｂにおける触媒材料の濃度を調整してもよい。アノード７Ａおよびカソード７Ｂにおける触媒材料の濃度ならびに電解質膜８の厚さはそれぞれ、ＭＥＡ３の合計厚さに影響を与える可能性がある。

[035]いくつかの実施態様において、電気化学セル１０は、場合により、ＭＥＡ３の両側に１つまたはそれより多くの導電性のフロー構造５を包含していてもよい。フロー構造５は、セル１０内のガスおよび液体の輸送を可能にする拡散媒体として役立つ可能性がある。またフロー構造５は、電気伝導を促進し、電気化学セル１０からの熱および水の除去に役立ち、電解質膜８への機械的な支持体を提供する可能性がある。フロー構造５は、例えば、流れ場、ガス拡散層（ＧＤＬ）、またはあらゆる好適なそれらの組み合わせを包含していてもよい。フロー構造５は、「フリット」タイプの焼結された金属、層状の構造、例えばスクリーンパックおよびエキスパンドメタル、および三次元の多孔質基板で形成されていてもよい。典型的な多孔質金属基板は、異なる平均孔径を有する２つの別個の層からなっていてもよい。このようなフロー構造５は、例えば、金属もしくは金属合金、例えばステンレス鋼、チタン、アルミニウム、ニッケル、鉄、およびニッケル−クロム合金、またはそれらのあらゆる組み合わせなどの、あらゆる好適な材料で形成されていてもよい。加えて、フロー構造５は、好適なコーティング、例えば炭素、金、または窒化チタンなどの耐食性コーティングを包含していてもよい。

[036]電解質膜の両側における反応物ガスは異なる圧力で存在することが多く、例えば、作動圧力は、およそ０ｐｓｉｄ〜１５，０００ｐｓｉｄの範囲であってもよく、それによりＭＥＡ３を通じて圧力差が生じる。例えば、電気化学セルが水素圧縮機として設計される場合、膜のカソード側におけるフロー構造は、アノード側におけるフロー構造より高い圧力に晒される。圧力差は、ＭＥＡ３を高圧側から低圧側に移動させる力をＭＥＡ３に付与する可能性がある。この移動は、接触圧力の低下と、高圧側におけるＭＥＡ３の接触表面のフロー構造５からの分離を引き起こす可能性がある。圧力低下とそれに続くＭＥＡ３の接触表面と高圧フロー構造５との分離は、電気伝導を低下させ、両者間の接触抵抗を増加させて、電気化学セル１０の効率を低下させる可能性がある。

[037]セル１０はさらに、フロー構造５とＭＥＡ３の両端に、２つのバイポーラプレート２Ａ、２Ｂを包含していてもよい。バイポーラプレート２Ａは、電気化学セル１０の高圧側に配置されていてもよい し、バイポーラプレート２Ｂは、電気化学セル１０の低圧側に配置されていてもよい。バイポーラプレート２Ａ、２Ｂは、スタック中で、セル１０を隣接する電気化学セル（示さず）から隔てていてもよい。いくつかの実施態様において、電気化学セルスタック中の２つの隣接するセルは、共通のバイポーラプレートを共有していてもよい。

[038]バイポーラプレート２Ａ、２Ｂは、電流コレクタとしても作用し、それぞれの電極表面に燃料および酸化体を到達させるためのアクセスチャネルを提供していてもよく、さらに排気ガスを用いて電気化学セル１０作動中に形成された水を除去するためのチャネルを提供していてもよい。またバイポーラプレート２Ａ、２Ｂは、例えば、水、グリコール、またはそれらの組み合わせなどの冷却流体用のアクセスチャネルを提供していてもよい。バイポーラプレート２Ａ、２Ｂは、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、チタン、銅、ニッケル−クロム合金、グラファイト、またはその他のあらゆる好適な導電性材料もしくは材料の組み合わせから作製してもよい。

[039]図２Ａ〜２Ｃは、本発明の開示の実施態様に係る典型的な電気化学セルスタックの圧縮システム２０を示す。圧縮システム２０内にそれぞれ個々のセル１０をスタックして、電気化学セルスタック１１を形成することができる。スタック１１は、あらゆる好適な数のセル１０で構成されていてもよい。スタック１１は、端部ブロック１２Ａと１２Ｂとの間に配置されていてもよく、端部ブロック１２Ａおよび１２Ｂは、スタック１１の各端部に配置されていてもよい。端部ブロック１２Ａ、１２Ｂは、十分な圧縮強度を有する、あらゆる好適な金属、プラスチック、もしくはセラミック材料、例えば、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、鋳鉄、チタン、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、アルミナ、またはそれらのあらゆる組み合わせで形成されていてもよい。

[040]スタック１１および端部ブロック１２Ａ、１２Ｂは、構造１５中に格納されていてもよい。巻かれた繊維構造１５は、電気化学セルシステムの重量またはサイズを顕著に増加させずに高圧電気化学セルスタックの格納が可能な弾性フレームを提供することができる。構造１５は、その中にスタック１１および端部ブロック１２Ａ、１２Ｂが配置される規定の形状を有するフレームを形成していてもよい。図２Ａは、伸長し丸みを帯びた構造１５を表すが、構造１５は、例えば、長方形、卵形、円形、または四角形などのあらゆる好適な形状であってもよい。構造１５の壁は、スタック１１および端部ブロック１２Ａ、１２Ｂ、ならびに構造１５の外表面に沿って連続する境界を形成していてもよいし、さらに、スタック１１および端部ブロック１２Ａ、１２Ｂの前部および／または後部を取り巻いていてもよいし、またはそうでなくてもよい。構造１５中に格納された端部ブロック１２Ａ、１２Ｂ、スタック１１、および他のあらゆる構成要素が、片側において構造１５の壁と同一平面に配置されるように設計されていてもよいし、または上記構成要素が構造１５内に引っ込んでいてもよいし、または上記構成要素が構造１５からはみ出ていてもよいし、またはあらゆる好適なそれらの組み合わせであってもよい。

[041]構造１５は、端部ブロック１２Ａ、１２Ｂおよびあらゆる好適な数の電気化学セル１０を包含し得るスタック１１が格納されるような寸法を有していてもよい。いくつかの実施態様において、構造１５のサイズ、例えば高さＨ、長さＬ（図２Ｃに示される）、および／または幅は様々であってもよく、例えば構造１５は、以下でさらに論じられるように、予荷重がかかっている間伸張するように設計されていてもよい。構造１５は、電気化学セルシステム全体のサイズが実質的に増加しないように、望ましい内容物、例えば電気化学スタック１１および端部ブロック１２Ａ、１２Ｂがぴったりとはまるような寸法を有していてもよい。

[042]いくつかの実施態様において、構造１５は、伸縮可能な巻かれた繊維で形成されていてもよい。例えば、構造１５は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、またはアラミド（例えば、ケブラー（KEVLAR（登録商標）））繊維などの、巻かれた繊維で形成されていてもよい。このような繊維は、スタック１１が短絡を起こす可能性を低減するために非導電性であってもよい。いくつかの実施態様において、構造１５は、金属繊維、例えば鋼、ステンレス鋼、またはアルミニウム、または合金、例えばインコネルで形成されていてもよい。構造１５は、均質な繊維で形成されていてもよいし、または異なる繊維の混合物で形成されていてもよい。加えて、構造１５は、エポキシマトリックスもしくは繊維を一緒に結合させるのに好適な他の材料と共に形成されていてもよいし、またはそれらなしで形成されていてもよい。図２Ｃで示されるように、構造１５の壁は、厚さ「ｔ」を有していてもよい。巻かれた繊維の材料特性、例えば引張強度、および壁の厚さｔは、スタック１１において望ましい圧縮力が達成されるように選択してもよい。構造１５を構成する繊維は、一緒に巻き取られて、中にスタック１１と様々な他の構成要素を適合させる１つの一体型のフレームユニットを形成していてもよい。

[043]図２Ｂに示される実施態様などのいくつかの実施態様において、構造１５は、多層１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃで形成されていてもよい。図２Ｂは３層を表しているが、多層化された構造１５の実施態様は、あらゆる好適な数の層を包含していてもよい。各層は、均質な繊維または異なる繊維の組み合わせで形成されていてもよい。これらの層は、例えば結合または固定メカニズムを介して互いに接着されていてもよいし、または接着されておらず、例えば摩擦を介して一緒に保持されていてもよい。加えて、一部の層は接着されているが、他の層は接着されていなくてもよい。多層の実施態様において、構造１５は、層間に１つまたはそれより多くの滑り面４を包含していてもよい。滑り面４は、分離層で形成されていてもよいし、もしくは層の１つにおけるコーティング、例えばポリテトラフルオロエチレン（例えば、テフロン（TEFLON（登録商標）））、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ナイロン、ポリエチレン、またはポリマー層もしくはコーティング、または層間の摩擦を減少させるのに好適な他のあらゆる摩擦低減材料で形成されていてもよい。滑り面４は、取り入れられる場合、各層の間に包含されていてもよいし、または全ての層数より少ない数の層の間に包含されていてもよい。滑り面４を包含することで、特により厚い構造壁を有する実施態様において、構造１５および圧縮システム２０内の応力の量を低下させることができる。

[044]いくつかの実施態様において、端部ブロック１２Ａ、１２Ｂは、端部ブロック１２Ａ、１２Ｂの一方または両方が構造１５内で移動できるように構造１５にはまるように設計されていてもよい。例えば、端部ブロック１２Ａ、１２Ｂは、構造１５の壁に沿って滑らせることができる。この形態は、構造１５中の応力を減少させる可能性があることから、構造１５がより薄い壁を取り入れることも可能にする。このような実施態様において、端部ブロック１２Ａ、１２Ｂは、好適な摩擦低減材料またはコーティング、例えばポリテトラフルオロエチレン（例えば、テフロン（登録商標））、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ナイロン、ポリエチレンを包含していてもよい。他の実施態様において、端部ブロック１２Ａ、１２Ｂは、構造１５の壁に接着されていてもよいし、またはそれとは別に端部ブロック１２Ａ、１２Ｂは、一度構造１５に挿入されたら滑らないように設計されていてもよい。

[045]本開示の別の形態によれば、圧縮システム２０は、構造１５内の電気化学スタック１１の均一な圧縮を促進するために１つまたはそれより多くのジブを包含していてもよい。ジブは、２つの平行な面に対して垂直方向にジブを割り込ませるときに、構造１５中の２つの平行な面が離れるようにするための楔として作用し得る。例えば、図２Ａ〜２Ｃで示されるように、スタック１１および端部ブロック１２Ａがそれらの平行な方向を維持しながら離れるように、電気化学セルスタック１１と端部ブロック１２Ａとの間にジブ１４Ａ、１４Ｂが挿入されていてもよい。ジブ１４Ｂは、平面と、逆側の傾斜面とを有していてもよい。ジブ１４Ｂは、平面がスタック１１に隣接して配置され、傾斜面が上を向くように構造１５に挿入されてもよい。ジブ１４Ｂは、上を向いた傾斜面が、詰め込まれる構造１５の前面に向かって下方に傾くように配置されていてもよい。次いでジブ１４Ａは、ジブ１４Ｂに隣接して挿入されてもよく、２つのジブが一緒に打ち込まれてもよい。またジブ１４Ａは、平面と、ジブ１４Ｂの傾いた面の余角になる角度で傾いた逆側の傾斜面とを有していてもよい。ジブ１４Ａの傾斜面がジブ１４Ｂの傾斜面に隣接して挿入されて、ジブ１４Ｂの傾斜面も構造１５の前面に向かって下方に傾くようになっていてもよい。したがって、ジブ１４Ａが構造１５に挿入されて１４Ｂに対して打ち込まれると、相補的な傾きが互いにスライドして、ジブ１４Ａ、１４Ｂの平面を相互に且つ端部ブロック１２Ａおよびスタック１１に向かってさらに押し開くことが可能になる。スタック１１に望ましい圧縮力がかかるまで、ジブ１４Ａを構造１５に挿入することができる。

[046]ジブ１４Ｂはまた、構造１５からのジブ１４Ａ、１４Ｂの挿入および除去に役立つように設計されたグリップ部分を包含していてもよい。いくつかの実施態様において、ジブ１４Ｂは、ジブ１４Ａが挿入されるときのジブ１４Ｂの動きを低減するために、構造１５の壁に固定されるように設計された、１つまたはそれより多くのグリップメカニズムを包含していてもよい。ジブ１４Ｂのグリップメカニズムは、構造１５の内部表面に固定させてもよいし、またはジブ１４Ｂから伸長して、構造１５のエッジおよび／もしくは外面に固定させてもよい。例えば、図２Ａは、ジブ１４Ｂから外側にはみ出て、構造１５の逆の壁のエッジに固定されたフック９を表す。フック９は、ジブ１４Ａが挿入されるときに、ジブ１４Ｂがそれ以上構造１５の中へスライドしないようにすることができる。ジブ１４Ｂは、あらゆる好適なグリップメカニズムまたはグリップメカニズムの組み合わせ、例えば、くぎまたはフックのような突起部を包含していてもよいし、またはジブ１４Ａをジブ１４Ｂに割り込ませるときに動きを低減するための表面加工した表面を包含していてもよい。グリップメカニズムは、あらゆる好適なサイズ、形状、および方向であってもよい。いくつかの実施態様において、ジブ１４Ｂの厚い端部は、ジブ１４Ａが打ち込まれるときに固定表面に押し付けられるので、セルスタック１１に対する平行移動を防ぐことができる。

[047]２つのジブ１４Ａ、１４Ｂが表されているが、あらゆる好適な数のジブが圧縮システム２０に包含されていてもよい。加えて、ジブ１４Ａ、１４Ｂは、あらゆる好適な位置で包含されていてもよく、例えば、ジブ１４Ａ、１４Ｂは、スタック１１と端部ブロック１２Ｂとの間に配置されていてもよい し、またはスタック１１のどちらかの側にジブのセットが配置されていてもよい。

[048]ジブ１４Ａ、１４Ｂは、あらゆる好適な材料、例えば鋼、ステンレス鋼、セラミック、またはアルミニウムで形成されていてもよい。またジブ１４Ａ、１４Ｂは、摩損を低減したり、または圧縮システム２０に挿入しやすくしたりするために、潤滑剤などのあらゆる好適なコーティングを有していてもよい。このような好適な摩擦低減材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、テフロン（登録商標））、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ナイロン、ポリエチレン、または他の潤滑性のポリマーコーティング、または他のあらゆる好適な材料が挙げられる。

[049]ジブ１４Ａ、１４Ｂは、構造１５への挿入に好適なあらゆる形状およびサイズであってもよい。例えば、いくつかの実施態様において、ジブ１４Ａ、１４Ｂのサイズおよび形状は、構造１５の内部領域のサイズおよび形状を少なくとも部分的に反映していてもよい。ジブ１４Ａ、１４Ｂは、あらゆる好適な角度で設計されてもよい。ジブ１４Ａ、１４Ｂが設計される角度は、少なくとも部分的に、必要となるスタック１１の予荷重に基づいていてもよく、このような予荷重は、スタック１１の用途および付随する出力要件に基づいていてもよい。またジブ１４Ａ、１４Ｂのサイズおよび形状は、部分的に、構造１５のサイズと比較したスタック１１のサイズに基づいていてもよい。例えば、同じサイズの構造１５が、異なるサイズのスタック１１を格納するのに使用できる。したがって、より大きいジブ１４Ａ、１４Ｂをより小さいスタック１１と共に使用して、適切な圧縮力を適用することもできるし、逆もまた同様である。

[050]ジブ１４Ａ、１４Ｂを使用して、スタック１１に圧縮を適用し、均一な荷重を維持し、システム２０を安定化させて、平面性をもたらすことができる。組み立てる間に、圧縮システム２０の構成要素、例えばスタック１１および端部ブロック１２Ａ、１２Ｂが構造１５に挿入されてもよい。この段階では、電気化学セル１０間の接触を維持するために、スタック１１に予め決められた圧縮力が適用されるように、構造１５は「予荷重」がかかっているかまたは事前に伸張していてもよい。これは、ジブ１４Ａ、１４Ｂなどの圧縮メカニズムを使用して達成することができる。他の構成要素が挿入されたら、全てのギャップが埋まるように、ジブ１４Ａ、１４Ｂを構造１５に挿入してもよい。構造１５内で、例えばスタック１１などの周りの構成要素において望ましい圧縮荷重が達成される程十分にジブ１４Ａ、１４Ｂの平行面が離れさせられるまで、ジブ１４Ａ、１４Ｂを互いに押し込んでもよい。予荷重がかっている間にジブ１４Ａ、１４Ｂが一緒に打ち込まれると、巻かれた繊維構造１５の壁内の張力が増加して、繊維を伸張させることができる。それにより、構造１５の高さＨを高くすることができる。構造１５の膨張の量は、少なくとも部分的に、壁の厚さｔと構造１５を構成する繊維のタイプによって決まる場合がある。予荷重がかかっている間の構造１５の高さＨにおける変化の測定は、スタック１１に適用されている圧縮力を表すことができ、さらに予荷重条件のより正確な制御を可能にする可能性がある。したがって、開示された圧縮メカニズムと共に巻かれた繊維の構造１５が使用される場合、システム２０は、スタック１１に圧縮荷重を正確に且つ効果的に適用するための、軽量で低コストのシステムを提供することができる。

[051]作動中、スタック中のガス圧が増加するにつれて、スタック１１にかかる圧縮荷重は、セル１０を分離させるまで減少する可能性がある。この時点で、構造１５は、その予荷重がかけられた場合の値より大きく伸張し始める可能性がある。したがって、作動中、スタック１１が構造１５よりも熱くなる場合、構造１５は、差次的な熱膨張によって予荷重がかけられた場合の値より大きく伸張させられる可能性があり、スタックに適用された力は、増加すると予想される。したがって、作動中の圧縮力損失の可能性を低下させるために、構造１５およびあらゆる圧縮メカニズムの材料を、それらの熱的性質に基づいて選択してもよい。

[052]いくつかの実施態様において、システム２０は、ジブ１４Ａ、１４Ｂの代わりに、またはそれらに加えて、他の圧縮メカニズムを包含していてもよい。例えば、図３Ａおよび３Ｂで示されるように、いくつかの実施態様において、１つまたはそれより多くの熱膨張ブロック２１は、スタック１１に圧縮を適用するのに使用できる。ブロック２１を、スタック１１の温度より低い温度に冷却してもよい。予荷重がかかっている間、冷却したブロック２１を圧縮システム２０に挿入してもよい。構造１５の内部でブロック２１の温度が上昇するにつれて、ブロック２１は膨張する可能性があり、したがってスタック１１に圧縮が適用される可能性がある。ブロック２１は、例えば、好適な金属、金属合金、またはセラミックなどの、好適な熱膨張特徴を有するあらゆる材料または材料の組み合わせで形成されていてもよい。いくつかの実施態様において、ブロック２１は、構造１５のものより高い熱膨張係数を有する材料で形成されていてもよい。このような実施態様において、スタック１１およびブロック２１が作動温度（一般的には３０〜１００℃）に達すると、ブロック２１は、構造１５より大きく膨張する可能性がある。このような膨張により、スタック１１の圧縮荷重を発生させることができる。

[053]熱的に活性化された圧縮メカニズムの利点の１つは、ブロック２１を構造１５により簡単に挿入できることである。熱膨張前にブロック２１を挿入することで、圧縮システム２０の周りの構成要素への摩耗や応力を低減することができる。例えば、図３Ａで示されるように、予荷重がかかっている間、最初にブロック２１が挿入される場合、圧縮システム２０中にギャップ１７が存在していてもよい。ブロック２１が温められると、ブロック２１が膨張して周りのスペースを埋めるために、ギャップ１７をなくすることができる（図３Ｂに示される）。ギャップ１７がなくなったら、ブロック２１の連続的な膨張により、スタック１１が圧縮され始め、圧縮荷重がかかる可能性がある。ブロック２１の熱的性質は、構造１５中のスタック１１のサイズおよびギャップ１７のサイズに基づき、望ましい圧縮荷重が付与されるように選んでもよい。挿入されたブロック２１と端部ブロック１２Ａとの間にギャップ１７が示されているが、ブロック２１は、ブロック２１のどちらかの側、またはブロック２１の両側にギャップ１７が発生するように配置されていてもよいことが理解されると予想される。さらに、ギャップ１７は、構造１５内のあらゆる領域で発生していてもよい。

[054]本明細書では膨張する部材としてブロック２１を説明しているが、ブロック２１の代わりに、またはそれに加えて、端部ブロック１２Ａまたは１２Ｂの１つまたはそれより多くが熱圧縮がもたらされるように設計されていてもよい。さらにジブ１４Ａ、１４Ｂも、楔として使用することにより、加えて熱膨張を介してそれらに圧縮をかけられるような好適な材料で作製されていてもよい。加えて、複数の熱膨張ブロック２１を使用してもよいし、または熱膨張ブロック２１およびジブ１４Ａ、１４Ｂの組み合わせが構造１５に挿入されていてもよい。

[055]本発明の開示の他の実施態様は、さらに他の圧縮メカニズムを包含していてもよい。図４で示されるように、内部打込みねじを用いたねじ式圧縮ユニット１９を使用して、圧縮荷重を適用することができる。圧縮ユニット１９は、構造１５から取り外せるように設計されていてもよいし、または構造１５に接着されていてもよい。図４で示されるように、ねじ山のあるねじ１８を、圧縮ユニット１９のベース１６Ｂから伸長させてもよい。ねじ１８の逆の端部を、圧縮ユニット１９のブロック１６Ａ中のそれに対応するねじ山のある差込口（示さず）に入れることができる。ねじ１８を一方向で回転させると、ブロック１６Ａ中のねじ山のある差込口にねじ１８をさらに嵌め込むことになり、ブロック１６Ａをベース１６Ｂ近傍に移動させ、１６Ａと１６Ｂとの間のギャップを減少させることができる。１６Ａと１６Ｂとの間のギャップを減少させることは、スタック１１に適用された圧縮力を低下させる可能性がある。ねじ１８を逆方向で回転させると、ブロック１６Ａ中のねじ山のある差込口からねじ１８を抜くことになり、ブロック１６Ａをベース１６Ｂから離れるように移動させ、１６Ａと１６Ｂとの間のギャップを増加させることができる。１６Ａと１６Ｂとの間のギャップを増加させることは、スタック１１に適用された圧縮力を増加させる可能性がある。予荷重がかかっている間、ブロック１６Ａとベース１６Ｂとの間にギャップがわずかしかないかまたはまったくない状態で、圧縮ユニット１９が構造１５に挿入されてもよい。スタック１１に望ましい圧縮力を適用するために、挿入したねじ１８を回転させて、ブロック１６Ａとベース１６Ｂとの間のギャップが増加するようにしてもよい。

[056]図４には４つのねじ１８が表されているが、あらゆる好適な数のねじ山のある構成要素が圧縮ユニット１９に包含されていてもよい。加えて、ねじ山のある構成要素は、ベース１６Ｂ上にあらゆる好適な配置で分布していてもよい。ねじ１８は、あらゆる好適な形状またはサイズであってもよく、あらゆる好適な材料、例えばあらゆる金属、金属合金、またはセラミックで形成されていてもよい。あらゆる数の圧縮ユニット１９がシステム２０に取り入れられてもよいし、圧縮ユニット１９は、ジブ１４Ａ、１４Ｂおよび熱膨張ブロック２１のいずれかまたはその両方の代わりに、またはそれらに加えて使用されてもよい。さらに、いくつかの実施態様において、圧縮ユニット１９はまた、これまでに説明した構成要素または圧縮メカニズムの１つに取り入れられていてもよい。例えば、端部ブロック１２Ａ、１２Ｂ、ジブ１４Ａ、１４Ｂ、またはブロック２１の１つまたはそれより多くが、内部打込みねじを包含していてもよい。

[057]開示された圧縮システム２０の実施態様のうちいくつかにおける１つの追加の利点は（全体的なスタックのサイズおよび重量の低減に加えて）、圧縮システム２０は、異なるサイズの電気化学スタックを収容できることである。ジブ１４Ａ、１４Ｂ、熱膨張ブロック２１、および／または圧縮ユニット１９を取り入れることによって、構造１５は、異なる適用および出力レベルに好適な異なる数の電気化学セルを有する異なるサイズの電気化学セルスタックが受け入れられるように設計されていてもよい。より少ない電気化学セル１０を有するより小さいスタック１１が構造１５に含有される場合、あらゆる余分なスペースを埋めて望ましい圧縮力を適用するために、予荷重がかかっている間、スタック１１の周りに、より大きい圧縮メカニズムまたはより多くの数の圧縮メカニズムの組み合わせを挿入してもよい。その代わりに、より多くのセル１０を有するより大きい電気化学セルスタック１１が構造１５中に格納される場合、スタック１１の周りに、より小さい圧縮メカニズムまたはより少ない圧縮メカニズムを挿入してもよい。したがって、同じ基礎構造１５が、異なる適用および異なる出力レベルに適切な異なるサイズの電気化学セルスタックを格納できる場合がある。これは、様々な適用に好適な様々な電気化学セルスタックのサイズを格納するのに１つの標準的な構造１５を生産すればよいため、製造コストを低減する可能性がある。したがって、同じ基礎的な技術によって、様々なセル数およびサイズのスタックのための構造を生産することができる。上述した異なる数または異なるタイプの圧縮メカニズムを取り入れることによって、同じ構造１５が長期間にわたり多様な作動条件を受け入れることができるであろう。

[058]加えて、構造１５の壁の厚さおよび構造１５を形成するのに選択された繊維のタイプに応じて、多様な電気化学セルスタックのサイズを受け入れさせることができる。さらに、構造１５の多層の実施態様において、構造１５は、１つまたはそれより多くの層が他の層から取り外しまたは分離可能になるように設計されていてもよい。例えば、１つまたはそれより多くの層が、別の層内に重ね合わされていてもよいし、周りの層から完全に除去することが可能であってもよい。図２Ｂに示されるもののような実施態様において、層１３Ａは、例えば、層１３Ｂ内に重ね合わされていて、層１３Ｂから取り外すことができ、さらに滑り面４が除去を容易にする可能性がある。構造１５に挿入しようとする電気化学セルスタック１１のサイズに応じて、目下適用可能な作動条件に構造１５を適合させるために１つまたはそれより多くの層を除去してもよい。

[059]上述した実施態様の適用は、高圧条件下で作動する電気化学セルなどの電気化学セルの性能を向上させることができる。

[060]本発明の開示の多くの機構および利点は、詳細な説明から明白であることから、添付の特許請求の範囲は、このような、本発明の開示の本質および範囲内に当てはまる本発明の開示の機構および利点の全てを網羅することが意図されている。さらに、当業者であれば容易に多数の改変およびバリエーションに想到すると予想されることから、例示および説明された正確な構築および操作に本発明の開示を限定することは望ましくなく、したがって、全ての好適な改変および等価物が利用でき、本発明の開示の範囲内に含まれる。

[061]さらに、当業者であれば、本開示が基礎とする概念は、本発明の開示の数々の目的を実行するための他の構造、方法、およびシステムを設計する基礎として容易に利用できることを理解しているものと予想される。したがって、特許請求の範囲は、前述の説明によって限定されるとみなされないものとする。
［発明の態様］
［１］
電気化学セルスタックの圧縮システムであって、
スタック配置中に軸に沿って並べられた複数の電気化学セルが含有されるように設計された一体型の中空フレーム
を含み、ここで該フレームは、規定の形状を有し、電気化学セルスタックが挿入されたときに、その外表面の周りに連続する境界を形成し、該フレームは、複数の繊維で形成されている、上記圧縮システム。
［２］
前記フレームが、異なる材料で構成される複数の繊維で形成されている、１に記載の圧縮システム。
［３］
前記フレームが、繊維で形成された多層を包含する、１に記載の圧縮システム。
［４］
前記フレームが、繊維で形成された多層の少なくとも１つとの間に配置された摩擦低減層を包含する、３に記載の圧縮システム。
［５］
前記フレームが、少なくとも２つの対向する壁面を包含する、１に記載の圧縮システム。
［６］
前記フレームがさらに、前記フレームの端部領域に配置された少なくとも１つの端部ブロックが含有されるように設計されている、１に記載の圧縮システム。
［７］
前記フレームがさらに、電気化学セルスタックに圧縮力が適用されるように設計された少なくとも１つの圧縮メカニズムが含有されるように設計されている、１に記載の圧縮システム。
［８］
圧縮メカニズムが、少なくとも１つのジブを包含する、７に記載の圧縮システム。
［９］
圧縮メカニズムが、加熱されたときに膨張するように設計されている、７に記載の圧縮システム。
［１０］
圧縮メカニズムが、２つの別個の部分間に伸長する１つまたはそれより多くの内部打込みねじを包含し、ここで内部打込みねじを一方向で回転させると、２つの部分がさらに互いに離れるように移動し、内部打込みねじを逆方向で回転させると、２つの部分が互いに近づくように移動する、７に記載の圧縮システム。
［１１］
前記フレームが、複数の異なるサイズの電気化学セルスタックが収容されるように設計されている、１に記載の圧縮システム。
［１２］
電気化学スタックの圧縮システムであって、
規定の形状を有する構造であって、
電気化学スタックが形成されるように軸に沿って直列に並べられた複数の電気化学セルと；
電気化学スタックに隣接し且つその軸に沿って配置された電気化学スタックに圧縮力が適用されるように設計された少なくとも１つの圧縮メカニズムと
を受け入れ含有するように設計された、構造
を含み、ここで該構造は、電気化学スタックと少なくとも１つの圧縮メカニズムとが含有されるときに、それらを取り囲む連続する境界を形成する、上記圧縮システム。
［１３］
圧縮メカニズムが、少なくとも１つのジブを包含する、１２に記載の圧縮システム。
［１４］
圧縮メカニズムが、温度の上昇に応答して膨張するように設計されたブロックを包含する、１２に記載の圧縮システム。
［１５］
圧縮メカニズムが、内部打込みねじを包含し、ここで内部打込みねじを第一の方向で回転させると圧縮メカニズムのサイズが増加し、内部打込みねじを第一の方向と逆の第二の方向で回転させると圧縮メカニズムのサイズが減少するように内部打込みねじが設計されている、１２に記載の圧縮システム。
［１６］
前記構造が、巻かれた繊維で形成される、１２に記載の圧縮システム。
［１７］
前記繊維が、非導電性繊維である、１２に記載の圧縮システム。
［１８］
前記繊維が、炭素繊維である、１２に記載の圧縮システム。
［１９］
電気化学スタックの軸に沿った前記構造の高さが、圧縮メカニズムを受け入れたときに圧縮メカニズムによって電気化学スタックに適用された荷重に応答して変化する、１２に記載の圧縮システム。
［２０］
１２に記載の圧縮システムに予荷重をかける方法であって、
前記構造に電気化学スタックを挿入すること；
前記構造に少なくとも１つの圧縮メカニズムを挿入すること；
圧縮システム内で予め決められた荷重が適用されるように圧縮メカニズムを設計すること；
電気化学スタックの軸に沿った前記構造の高さの変化を測定して、圧縮メカニズムによって適用される荷重を決定すること
を含む、上記方法。
［２１］
前記構造に少なくとも１つの端部ブロックを挿入することをさらに含む、２０に記載の方法。
［２２］
圧縮メカニズムが、２つのジブを包含し、圧縮メカニズムの設計が、２つのジブを互いに割り込ませることを包含する、２０に記載の方法。
［２３］
圧縮メカニズムの設計が、圧縮メカニズムを膨張させるために圧縮システムの温度を増加させることを包含する、２０に記載の方法。
［２４］
圧縮メカニズムの設計が、圧縮メカニズムを膨張させるために複数の内部打込みねじを回転させることを包含する、２０に記載の方法。
［２５］
電気化学スタックの圧縮システムであって、
規定の形状を有し、複数の巻かれた繊維で形成された一体型の中空構造と；
電気化学スタックが形成されるように軸に沿って直列に並べられた複数の電気化学セルであって、ここで電気化学スタックは、該構造内に含有されている、電気化学セルと；
該構造内に含有されており、該構造の端部領域に配置された少なくとも１つの端部ブロックと；
該構造内に含有されている少なくとも１つの圧縮メカニズムであって、ここで少なくとも１つの圧縮メカニズムは、電気化学スタックに圧縮力が適用されるように設計されている、圧縮メカニズムと
を含み、ここで該構造が、電気化学スタックの外表面、少なくとも１つの端部ブロック、および少なくとも１つの圧縮メカニズムの周りに、且つそれらに隣接して連続する境界を形成するように、電気化学スタック、少なくとも１つの端部ブロック、および少なくとも１つの圧縮メカニズムは、該構造内で直列に含有される、上記圧縮システム。
［２６］
前記繊維が、圧縮力の変化に応答して伸縮するように設計されている、２５に記載の圧縮システム。
［２７］
少なくとも１つの圧縮メカニズムが、ジブを包含する、２５に記載の圧縮システム。
［２８］
少なくとも１つの圧縮メカニズムが、膨張するように設計されている、２５に記載の圧縮システム。

２Ａ、２Ｂ バイポーラプレート
３ ＭＥＡ
４ 滑り面
５ フロー構造
７Ａ アノード
７Ｂ カソード
８ 電解質膜
９ フック
１０ 電気化学セル
１１ 電気化学セルスタック
１２Ａ、１２Ｂ 端部ブロック
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ 多層
１４Ａ、１４Ｂ ジブ
１５ 構造
１６Ｂ ベース
１６Ａ ブロック
１７ ギャップ
１８ ねじ山のあるねじ
１９ ねじ式圧縮ユニット
２０ 圧縮システム
２１ 熱膨張ブロック

Claims (15)

1. 電気化学セルスタックの圧縮システムであって、
   スタック配置中に軸に沿って並べられた複数の電気化学セルが含有されるように設計された一体型の中空フレーム、ここで該電気化学セルスタック全体が該中空フレーム内に含有されるように設計されている、
   該電気化学セルスタックの対向する端部に位置するように設計された一対の端部ブロック；
   該電気化学セルスタックに隣接し且つその軸に沿って配置された、該電気化学セルスタックに圧縮力を適用するように設計された少なくとも１つの圧縮メカニズム、ここで該圧縮メカニズムは、該電気化学セルスタックと該端部ブロックの一つとの間に挿入された複数のジブを含み、該複数のジブの各々は平らな表面と、逆側の傾斜した表面とを有し、第一のジブの平らな表面は該電気化学セルスタックに隣接しており、そして第二のジブの傾斜した表面は、第一のジブの傾斜した表面の余角になる角度で傾いており、且つ該第一のジブの傾斜した表面に隣接して挿入されている
   を含み、ここで該中空フレームは、規定の形状を有し、該電気化学セルスタックが挿入されたときに、その外表面の周りに連続する境界を形成し、そして該中空フレームは複数の繊維で形成されており、
   該中空フレームは繊維で形成された複数の層を包含し、かつ該繊維で形成された複数の層の少なくとも１つとの間に配置された摩擦低減層を包含する、
   上記圧縮システム。
2. 前記フレームが、異なる材料で構成される複数の繊維で形成されている、請求項１に記載の圧縮システム。
3. 前記フレームが、少なくとも２つの対向する壁面を包含する、請求項１に記載の圧縮システム。
4. 前記圧縮メカニズムが、加熱されたときに膨張するように設計されている、請求項１に記載の圧縮システム。
5. 前記フレームが、複数の異なるサイズの電気化学セルスタックが収容されるように設計されている、請求項１に記載の圧縮システム。
6. 電気化学スタックの圧縮システムであって、
   規定の形状を有する構造であって、
   電気化学スタックが形成されるように軸に沿って直列に並べられた複数の電気化学セル、ここで該電気化学スタック全体が該構造内に含有されるように設計されている；
   該電気化学スタックの対向する端部に位置するように設計された一対の端部ブロック；及び
   該電気化学スタックに隣接し且つその軸に沿って配置された、該電気化学スタックに圧縮力を適用するように設計された少なくとも１つの圧縮メカニズム、ここで該圧縮メカニズムは、該電気化学スタックと該端部ブロックの一つとの間に挿入された複数のジブを含み、該複数のジブの各々は平らな表面と、逆側の傾斜した表面とを有し、第一のジブの平らな表面は該電気化学スタックに隣接しており、そして第二のジブの傾斜した表面は、第一のジブの傾斜した表面の余角になる角度で傾いており、且つ該第一のジブの傾斜した表面に隣接して挿入されている
   を受け入れ含有するように設計された、構造
   を含み、ここで該構造は巻かれた繊維で形成されており、且つ該電気化学スタックと該少なくとも１つの圧縮メカニズムとが含有されるときに、それらを取り囲む連続する境界を形成し、
   該構造は巻かれた繊維で形成された複数の層を包含し、かつ該巻かれた繊維で形成された複数の層の少なくとも１つとの間に配置された摩擦低減層を包含する、
   上記圧縮システム。
7. 前記圧縮メカニズムが、温度の上昇に応答して膨張するように設計されたブロックを包含する、請求項６に記載の圧縮システム。
8. 前記繊維が、非導電性繊維である、請求項６に記載の圧縮システム。
9. 前記繊維が、炭素繊維である、請求項６に記載の圧縮システム。
10. 前記電気化学スタックの軸に沿った前記構造の高さが、前記圧縮メカニズムを受け入れたときに前記圧縮メカニズムによって前記電気化学スタックに適用された荷重に応答して変化する、請求項６に記載の圧縮システム。
11. 請求項６に記載の圧縮システムに予荷重をかける方法であって、
    前記構造に前記電気化学スタックを挿入すること；
    前記構造に前記少なくとも１つの端部ブロックを挿入すること；
    前記構造に前記少なくとも１つの圧縮メカニズムを挿入すること、ここで前記圧縮メカニズムは２つのジブを有する；
    前記電気化学スタックと前記少なくとも１つの端部ブロックとの間で２つの前記ジブを互いに割り込ませることによって、圧縮システム内で予め決められた荷重が適用されるように前記圧縮メカニズムを設計すること；
    前記電気化学スタックの軸に沿った前記構造の高さの変化を測定して、前記圧縮メカニズムによって適用される荷重を決定すること
    を含む、上記方法。
12. 前記圧縮メカニズムの設計が、前記圧縮メカニズムを膨張させるために前記圧縮システムの温度を増加させることを包含する、請求項１１に記載の方法。
13. 電気化学スタックの圧縮システムであって、
    規定の形状を有し、複数の巻かれた繊維で形成された一体型の中空構造；
    電気化学スタックが形成されるように軸に沿って直列に並べられた複数の電気化学セル、ここで該電気化学スタック全体が該中空構造内に含有されるように設計されている；
    該中空構造内に含有されており、該中空構造の端部領域に配置された少なくとも１つの端部ブロック；並びに
    該中空構造内に含有されている少なくとも１つの圧縮メカニズム、ここで該少なくとも１つの圧縮メカニズムは、該電気化学スタックに圧縮力を適用するように設計されており、そして少なくとも１つの該圧縮メカニズムは、該電気化学スタックと該少なくとも１つの端部ブロックの一つとの間に挿入された一対のジブを含み、該一対のジブの各々は平らな表面と、逆側の傾斜した表面とを有し、第一のジブの平らな表面は該電気化学スタックに隣接しており、第二のジブの傾斜した表面は、第一のジブの傾斜した表面の余角になる角度で傾いており、かつ該第一のジブの傾斜した表面に隣接して挿入されている
    を含み、ここで該中空構造が、該電気化学スタックの外表面、該少なくとも１つの端部ブロック、および該少なくとも１つの圧縮メカニズムの周りに、且つそれらに隣接して連続する境界を形成するように、該電気化学スタック、該少なくとも１つの端部ブロック、および該少なくとも１つの圧縮メカニズムは、該中空構造内で直列に含有され、
    該中空構造は巻かれた繊維で形成された複数の層を包含し、かつ該巻かれた繊維で形成された複数の層の少なくとも１つとの間に配置された摩擦低減層を包含する、
    上記圧縮システム。
14. 前記繊維が、圧縮力の変化に応答して伸縮するように設計されている、請求項１３に記載の圧縮システム。
15. 前記少なくとも１つの圧縮メカニズムが、膨張するように設計されている、請求項１３に記載の圧縮システム。

Images