JP2007529866A - 燃料電池のマニホールドのケーブルを用いた端部締付構造 - Google Patents

Abstract

燃料セルスタック（７）の対向面上の一対の反応ガス用のマニホールド（１１及び１２）は、燃料電池（１４）へシールされているとともに、荷重ケーブル（１７）により与えられる押圧手段によってプレート（８）を押圧している。マニホールドの端部から外方へ延びる複数のピン（２２）と、ターンバックル（２４）によって緊張状態で閉環状にピンに巻き掛けられた緊張ケーブル（１７）と、を有する緊張システム手段によって、マニホールドの中央部と端末のプレートとの間の漏れが防がれる。

Description

本発明は、複数のピンに巻き掛けられた緊張状態のケーブルを用いた手段によって、燃料電池スタックの対向面上の２つのマニホールドを互いに引き寄せることによって、燃料電池の反応物のマニホールドの端部同士を締め付ける（ｃｌａｍｐｉｎｇ）ものに関する。

従来知られている燃料電池パワープラントの一部である、燃料電池スタックが図１に示されている。図１において、燃料電池スタック７は、押圧プレートすなわち端末プレート８と、燃料の入口／出口用のマニホールド９と、燃料ターン（ｔｕｒｎ）用のマニホールド１０と、空気／冷却剤の入口／出口用のマニホールド１１と、空気ターン用のマニホールド１２と、を有している。上記のマニホールド９〜１２は、フォーム（ｆｏａｍ）ガスケットやシリコンラバーの他、例えば２００３年７月１５日出願の継続中の米国特許出願第１０／６１９，４０６号に示される、他の可能なシール材によって、押圧プレート８の端部と燃料電池１４の端部にシールされている。上記の押圧プレートは、周知のように、タイロッド１５によって互いに締め付けられている。上記マニホールドは荷重ケーブル１７によってスタックへ押し付けられている。空気／冷却剤用のマニホールドはスタックの中心線の近傍１８で漏れを生じることがあり、その理由は、マニホールドが低いプロフィール（すなわち、図１に示すように上端から下端までの高さが低い形態）であり、このためにスタックの圧縮荷重やシールの予荷重に抗する十分な強度（ｓｔｉｆｆ）が得られず、この結果、中央部での漏れを生じるのに十分なたわみ（ｄｅｆｌｅｃｔｉｎｇ）を招くのである。

自動車の分野では、クランプのような様々な保持部品と同様にマニホールドの寸法が大幅に制限されるので、燃料電池パワープラントの容積が非常に制限される。

本発明の目的には、非常に少ない容積で、燃料電池パワープラントの容積の増加を招くことなく、燃料電池スタック上に取り付けられる他の部品への接近（アクセス）を妨げることなく、最小限の機械的構成で、組立が容易であり、既存の燃料電池スタックからの改変が容易であり、かつ、締付力の調整が容易な、燃料電池パワープラントに対するマニホールドのシールの提供が含まれる。

本発明では、複数のピンが燃料電池の反応ガス用のマニホールドの端部へ挿入され、その端部の表面からピンが外方へ延在し、そこに張力を付与し得る締付ケーブルが複数のピンにわたって巻き掛けられている。更なる発明では、プーリと同様、締付ケーブルを保持するように、ピンに溝が設けられている。更なる発明では、締付ケーブルはターンバックルの手段によって、完全な閉環状に結合されて、ケーブルの張力を調整可能であり、一旦なされた調整を保持するロックナットを備えている。

ピンは燃料電池スタックから外方へ延びるガス及び水の入口及び出口用の複数のパイプの間に配置されているため、ピンは燃料電池スタックの全長までは延在していない。締付力はターンバックルによって容易に調整可能である。好ましくはケーブルがプラスチックで被覆されたワイヤーロープで構成され、これによって周辺部に対する所期の電気絶縁性能が得られる。本発明の締付ケーブルは、簡素で、要求される機械的構成が最小限で、組立・製造が容易で、かつ、既存のシステムへの適用が容易である。必要であれば、本発明の緊張状態のケーブルを、爆発の発生に応じて減圧させるように設計することもできる。

本発明の他の目的，特徴及び利点は、添付の図面に図示されるような、後述する具体的な実施例の詳細な説明を考慮することにより更に明白となるであろう。

図２を参照して、４つの溝付ピン２２はマニホールド１１，１２の端部に設けられた孔へ固着され、これらにケーブル２３がピン２２の周囲に巻き掛けられて、ロックナット２５を有するターンバックル２４で無端状に閉じられている。

必要であれば、また押圧プレート８上の他の器具と干渉することなく適切な空間やクリアランスを設けることが可能であれば、それぞれのマニホールドの端部から外方へ延びる単一のピンを利用して本発明を実施しても良い。

本発明の一つの利点は、ケーブルが燃料電池スタックの他の部分と干渉することのないように、ピンをその空間内の任意の位置に配置することができることである。実際には、スタックの一方の端部上の複数のピンが他方の端部上の複数のピンと対称位置に整列されている必要はない。一方の端部上のピン同士を、他方の端部上のピン同士よりも近接させても良い。必要であれば、またスタックの中央部の近傍にクリアランスがあれば、一対のピンのみを用いても良い；但し、一対のピンの実施では、ターンバックルによるケーブルの張力調整を容易に行えるように適切なクリアランスが与えられる。

図３にはターンバックル２４及びロックナット２５を更に詳細に示している。締付ケーブル２３は、その表面上に絶縁体３１が設けられたワイヤーケーブル３０で構成される。カラー３４は、中空状でねじが切られたターンバックルナット３５に通した後、ケーブル２３にかしめられる（ｃｒｉｍｐｅｄ）。ターンバックルナット３５はカラー３４の周りを回転自在である。ねじが切られたスタッド（ボルト）３８はケーブルの他端にかしめられ、これにロックナット３５が螺合されている。そして、所望の張力が得られるまで、ターンバックルナット３５がスタッド３８に回し込まれる。図４にピン２２を拡大して示す。

被覆されたケーブルに代えて、ソリッドワイヤー；プラスチック，織りワイヤーや合成ストラップによって張力を与えるようにしても良い。”ケーブル”の用語は、本明細書では、複数のマニホールド間を締め付ける張力が得られる様々な構造物として定義される。”ピン”の用語は、本明細書では、ねじ，ボルト，はと目（ｅｙｅｌｅｔ）の他、ケーブルによって与えられる張力を支持可能なマニホールド上の様々な構造物を含んだものとして定義される。

従来のマニホールドの漏れを招く燃料電池スタックを示し、断片化，一部破断化，簡素化，及び典型化された斜視図。 本発明に係るマニホールドの漏れを防ぐ締付ケーブルとピンを備えた燃料燃料電池スタックを示し、断片化，一部破断化，簡素化，及び典型化された斜視図。 ターンバックルとケーブルを示す一部破断正面図。 図２の構成で用いられるピンを示す破断斜視図。

Claims (3)

1. タイロッド（１５）により押圧プレート（８）間に圧縮状態で隣接配置された複数の燃料電池（１４）と、
   少なくとも反応ガスを吸入及び排出する少なくとも一対のマニホールド（９〜１２）と、を有し、上記マニホールドの少なくとも一対（１１，１２）が、燃料電池スタックの対向面にそれぞれ配置されており、上記マニホールドは、緊張状態の荷重ケーブル（１７）とシール材を用いた手段によって、上記押圧プレートと燃料電池の端部に対して気密状態に保持されており、
   かつ、各マニホールドの端部に設けられ、それぞれのマニホールドの端面から外方へ延びる少なくとも一つのピン（２２）と、
   上記ピンの周りに閉環状に緊張状態で延在し、上記ピン同士を引き締めることにより、上記マニホールド同士を互いに締め付けて、上記押圧プレートとマニホールドの表面（１８）での上記シール材を介したガス漏れを防止するケーブル（２３）と、
   を有することを特徴とする燃料電池スタック。
2. 上記ケーブル（２３）が、張力調整用のターンバックル（２４）によって互いに引き寄せられる２つの端部を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。
3. 上記一対のマニホールド（１１，１２）の各端部にそれぞれ２つのピン（２２）が配置され、上記ケーブル（２３）の一つが上記端部上の４つのピンに巻き掛けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池スタック。

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