BRPI1002082A2

BRPI1002082A2 - cÉlula de combustÍvel

Info

Publication number: BRPI1002082A2
Application number: BRPI1002082-9A
Authority: BR
Inventors: Shigeru Watanabe; Kenichi Oba
Original assignee: Nok Corp
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2011-07-26
Also published as: JP2011014310A; US20100330461A1; CA2707794C; JP5321291B2; US8329355B2; CA2707794A1

Abstract

<B>CÉLULA DE COMBUSTÍVEL.<D> A presente invenção refere-se a uma célula de combustível, em que um corpe elástico provê uma primeira protuberância T10 que abrange o perimetro do furo de passagem no membro de placa 40 e a borda dianteira da qual abrat ge a região inteira e adere ajustadamente no membro de placa 40, provê uma segunda protuberância S20 que está disposta dentro da região de colocação da membrana de reação 10 de modo a abranger o perímetro da camaca de difusão de gás, e provê uma terceira protuberância S30 que está disposta para abranger a região na qual a primeira protuberância T10 está disposta e a região na qual a segunda protuberância S20 está disposta, e está disposta fora da região de colocação para a membrana de reação, e a borda dianteira da qual abrange a região inteira e adere ajustadamente em um separador 30.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CÉLULA DE COMBUSTÍVEL".

Referência Cruzada a Pedidos Relativos

Este pedido reivindica o benefício e prioridade do Pedido de Pa-tente Japonesa N0 2009-156059, depositada em 30 de Julho de 2009. Adescrição inteira do pedido acima está aqui incorporada por referência.

Campo

A presente invenção refere-se a uma célula de combustível.Antecedentes

A presente seção provê as informações de antecedentes relati-vas à presente descrição, as quais não são necessariamente a técnica anterior.

Geralmente, uma célula de combustível (célula de combustívelde membrana de eletrólito de polímero) está estruturada como uma pilha decélulas que sobrepõe múltiplas células únicas. Neste aspecto, uma célulaúnica é uma estrutura constituída de uma membrana de eletrólito, uma ca-mada de catalisador disposta para envolver a membrana de eletrólito, e umacamada de difusão de gás disposta para envolver ambas as anteriores. Alémdisso, os eletrodos estão estruturados pela camada de catalisador e a ca-mada de difusão de gás, com a superfície que faceia a membrana de eletró-lito sendo o anodo, e a outra superfície faceante sendo o catodo. Um com-bustível que inclui o hidrogênio é fluído sobre o lado de anodo, e um agenteoxidante que inclui o oxigênio é fluido sobre o lado de catodo, gerando eletri-cidade pela reação na camada de catalisador.

A seção seguinte descreve uma célula de combustível de acordocom um exemplo de tecnologia anterior referenciando as figuras 7 a 12. Maisainda, com este exemplo de tecnologia anterior, está provida uma membra-na de reação estruturada pela integração de uma membrana de eletrólito euma camada de catalisador disposta em cada lado da membrana de eletróli-to. A figura 7 é um desenho em vista plana de uma porção da estrutura decélula única na célula de combustível de acordo com o exemplo de tecnolo-gia anterior. A figura 8 é um desenho em corte transversal típico (um cortetransversal da linha BB na figura 7) do componente estrutural de célula únicana célula de combustível de acordo com o exemplo de tecnologia anterior. Afigura 9 é um desenho em corte transversal típico no qual foi executado umdesenvolvimento de componente do componente estrutural de célula únicana célula de combustível de acordo com o exemplo de tecnologia anterior. Afigura 10 é um desenho em vista plana de uma porção da membrana de rea-ção de acordo com o exemplo de tecnologia anterior. A figura 11 é um dese-nho em vista plana de uma porção da gaxeta que tem integralmente providaa camada de difusão de gás de acordo com o exemplo de tecnologia anteri-or. A figura 12 é um desenho em vista plana de uma porção do separador deacordo com o exemplo de tecnologia anterior.

Como acima descrito, a célula de combustível é uma estrutura,na qual uma única célula provê múltiplos separadores sobrepostos. A expli-cação seguinte descreve somente o componente estruturai de célula únicaque está estruturado pelos membros que estruturam a célula única.

O componente estrutural de célula única 200 está estruturadopela membrana de reação 210, a gaxeta 220 que provê a camada de difusãode gás de lado de anodo 221a e a camada de difusão de gás de lado de ca-todo 221b dispostas de modo a envolver a membrana de reação 210, e umpar de separadores 230 dispostos de modo a envolver todos os anteriores.

Além disso, no componente estrutural de célula única 200, estádisposto um coletor de combustível R10 para suprir o combustível para acamada de difusão de gás de lado de anodo 221a, e disposto um coletor deagente oxidante R20 para suprir um agente oxidante para a camada de difu-são de gás de lado de catodo 221b. Mais ainda, no componente estruturalde célula única 200, está também disposto um coletor de água de resfria-mento R30 como a rota de fluxo para a água de resfriamento (vide figura 7).

A seção seguinte descreve a gaxeta 220 referenciando a figura11 especificamente. A gaxeta 220 está estruturada pela camada de difusãode gás de lado de anodo 221a, pela camada de difusão de gás de lado decatodo 221b, um corpo elástico 225 disposto integralmente com as últimas.Além disso, no corpo elástico 225, estão formados um primeiro furo de pas-sagem 222 que forma uma parte do coletor de combustível R10, um segun-do furo de passagem 223 que forma uma parte do coletor de agente oxidan-te R20, e um terceiro furo de passagem 224 que forma uma parte do coletorde água de resfriamento R30. Mais ainda, no corpo elástico 225, está dis-posta uma protuberância S que adere ajustadamente no qual como um se-parador 230. Nas figuras 7 e 11, a posição desta protuberância S dispostaestá mostrada pela linha tracejada SL.

A seção seguinte descreve o separador 230 referenciando a fi-gura 12 especificamente. A figura 12(a) mostra a superfície do lado de ano-do, e a figura 12(b) mostra a superfície do lado de catodo. No separador230, estão formados um primeiro furo de passagem 232 que forma uma par-te do coletor de combustível R10, um segundo furo de passagem 233 queforma uma parte do coletor de agente oxidante R20, e um terceiro furo depassagem 234 que forma uma parte do coletor de água de resfriamentoR30. Este sendo o caso, na superfície do lado de anodo do separador 230,está formada uma seção rebaixada 235a adjacente ao primeiro furo de pas-sagem 232, e está formada, de modo a passar através da seção rebaixada235a, uma pluralidade de canais 231a que forma uma rota de fluxo entre oprimeiro furo de passagem 232 e a camada de difusão de gás de lado deanodo 221a. Mais ainda, na superfície do lado de catodo do separador 230,está formada uma seção rebaixada 235b adjacente ao segundo furo de pas-sagem 233, e está formada, de modo a passar através da seção rebaixada235b, uma pluralidade de canais 231b que forma uma rota de fluxo entre osegundo furo de passagem 233 e a camada de difusão de gás de lado decatodo 221b.

Este sendo o caso, dentro da seção rebaixada 235a e da seçãorebaixada 235b, estão instaladas respectivas ocorrências de membro deplaca (ponte) 240, de tal modo a atravessar a pluralidade de canais 231a e231b.

Com a estrutura acima descrita, o combustível do coletor decombustível R10 (primeiros furos de passagem 222 e 232) é enviado para acamada de difusão de gás de lado de anodo 221a, e o agente oxidante docoletor de agente oxidante R20 (segundos furos de passagem 223 e 233) éenviado para a camada de difusão de gás de lado de catodo 221b. Destemodo, o hidrogênio contido no combustível e o agente oxidante reagem, re-sultando em eletricidade.

Neste caso, a protuberância S disposta sobre o corpo elástico225 está disposta para o propósito de isolar as regiões companheiras paraas quais respectivamente fluem o combustível, o agente oxidante, e a águade resfriamento. Para ser específico, a protuberância S é estabelecida paraformar regiões ajustadamente vedadas, e a maioria de seus componentesmanifesta a função de uma protuberância de vedação. Basicamente, estádisposta para respectivamente abranger a camada de difusão de gás de la-do de anodo 221a, a camada de difusão de gás de lado de catodo 221b, eos furos de passagem que formam uma parte de cada coletor.

Como acima descrito, com este exemplo de tecnologia anterior,uma pluralidade de canais 231a e 231b está formada no separador 230 demodo a enviar o combustível para a camada de difusão de gás de lado deanodo 221a e o agente oxidante para a camada de difusão de gás de ladode catodo 221b. Este sendo o caso, o membro de placa 240 está preso demodo a atravessar a pluralidade de 231a e 231b, e a protuberância S é feitapara aderir ajustadamente em um modo que atravessa o membro de placa240 (figura 7). A seção seguinte explica a razão para adotar este tipo de es-trutura. Mais ainda, como o lado de anodo e o lado de catodo são de umaestrutura idêntica, a explicação seguinte utiliza o lado de catodo como umexemplo.

O agente oxidante que flui através do coletor de agente oxidanteR20 é enviado para a camada de difusão de gás de lado de catodo 221b,como acima descrito. Consequentemente, com a tecnologia anterior, erasuficiente utilizar um espaço para conectar a região espacial do coletor deagente oxidante R20 na região espacial que faceia a camada de difusão degás de lado de catodo 221b, e desde que seja assegurada uma rota de fluxopara o agente oxidante, então o canal, o membro de placa, e a protuberânciaacima descritos não são necessários. Por outro lado, de modo que o agenteoxidante que flui do coletor de agente oxidante R20 não vaze para o lado deanodo, no lado de anodo, a protuberância que abrange o coletor de agenteoxidante R20 é necessária. Portanto, de modo a causar uma adesão maisconfiável da protuberância S1 no separador 230 e por meio disto manifestarum desempenho de vedação, é necessário suportar a protuberância S1 dolado oposto. Neste ponto, com o exemplo de tecnologia anterior, de modo asuportar o lado oposto da protuberância S1, está disposta uma protuberân-cia (protuberância S2 na figura 8) ajustadamente aderida contra o separador230 em uma posição idêntica diretamente atrás da protuberância S1. No en-tanto, se existir somente a disposição desta protuberância S2, resultará emum bloqueio entre a região espacial do coletor de agente oxidante R20 e aregião espacial que faceia a camada de difusão de gás de lado de catodo221b. Consequentemente, após ter estabelecido a pluralidade de canais231b que tornam-se as rotas de fluxo para o agente oxidante, é estabelecidoum membro de placa 240 de modo que a protuberância S2 não seja empur-rada para dentro do canal 231b.

Como acima descrito, as ocorrências de protuberância S dispos-tas sobre o corpo elástico 225, aqueles componentes que atravessam a se-ção entre o coletor e a camada de difusão de gás para a qual o gás é envia-do do coletor não estão dispostos para o propósito de formar uma regiãoajustadamente vedada pela sua presença, mas estão dispostos para supor-tar a protuberância (protuberância de vedação) no lado oposto.

Este sendo o caso, de modo a manifestar um desempenho devedação estável, durante a condição na qual o membro de placa 240 foi pre-so nas seções rebaixadas 235a e 235b no separador 230, é ideal que nãoseja gerada uma diferença em dimensão para a superfície do separador 230.

No entanto, para tornar favorável a instalabilidade, uma folga éestabelecida entre a superfície lateral interna das seções rebaixadas 235a e235b e a superfície lateral externa do membro de placa 240. Como umaconseqüência, por exemplo, como mostrado pela seção X da figura 8, umespaço é gerado entre a superfície lateral interna das seções rebaixadas235a e 235b e a superfície lateral externa do membro de placa 240. Alémdisso, uma diferença em dimensão pode também ser gerada na seção mos-trada por X1 da figura 7, devido ao impacto de uma aberração dimensionalpara a profundidade das seções rebaixadas 235a e 235b e a espessura domembro de placa 240. Mais ainda, a membrana de reação 210 é abrangidapela gaxeta 220 que tem uma área de superfície maior do que a membranade reação 210, e portanto uma diferença em dimensão pode também sergerada na vizinhança de borda da membrana de reação 210 (seção X2 dafigura 7, por exemplo).

As folgas e diferenças de dimensão acima descritas podem im-pactar adversamente o desempenho de vedação.

Mais ainda, a membrana de reação 210 que estrutura o compo-nente estrutural de célula única mostrado nas figuras 7 a 9 está estruturadade modo que a área de superfície seja menor do que aquela do separador230, como mostrado na figura 10(a). Em relação a isto, quando utilizandouma membrana de reação que é de tamanho idêntico àquele do separador230, tal como a membrana de reação 21OX mostrada na figura 10(b), é a umgrau permitida a eliminação do problema de desempenho de vedação redu-zido devido à existência de uma diferença em dimensão. No entanto, amembrana é, em geral, excepcionalmente dispendiosa, e portanto é desejá-vel utilizar aquela a qual tenha uma área tão pequena quanto possível, dis-pondo a membrana somente na vizinhança da região de reação para o hi-drogênio e o agente oxidante.Sumário

Esta seção provê um sumário geral da descrição, e não é umadescrição abrangente de seu escopo total ou de todas as suas característi-cas.

O propósito desta invenção é prover uma célula de combustívelcapaz de aperfeiçoar o desempenho de vedação.

Esta invenção implementa os seguintes meios para resolver oproblema acima descrito.

Especificamente, a célula de combustível desta invenção estáestruturada por uma pluralidade de uma célula única sobreposta, cada umadas quais está estruturada de uma membrana de reação estruturada poruma membrana de eletrólito e uma camada de catalisador disposta em cadalado da membrana de eletrólito, de um par de uma camada de difusão degás disposto de modo a envolver a membrana de reação, e um par de umasuperfície faceante de um separador disposto de modo a envolver todas asanteriores, em que a célula de combustível é uma que, no par de um sepa-rador, no lado externo da região de colocação para a membrana de reação,tem respectivamente disposto um furo de passagem que forma uma parte decada um de um coletor que passa através da direção de sobreposição dascélulas únicas, em que, na periferia do par de uma camada de difusão degás, existe para cada uma integralmente disposta um corpo elástico, em queno par de um separador, existe para cada uma formada uma seção rebaixa-da disposta na região que inclui o furo de passagem, e formada uma plurali-dade de um canal de modo a passar através da seção rebaixada e que for-ma uma rota de fluxo entre o furo de passagem e a camada de difusão degás, e cada separador do par de um separador também possui furos de pas-sagem que formam uma parte de cada coletor, e provê um membro de placaque está preso dentro da seção rebaixada de modo a atravessar a pluralida-de de um canal, e em que o corpo elástico provê uma primeira protuberânciaque abrange o perímetro do furo de passagem no membro de placa, e aborda dianteira da qual abrange a região inteira e adere ajustadamente nomembro de placa, e provê uma segunda protuberância que está dispostadentro da região de colocação para a membrana de reação, de modo a a-branger o perímetro da camada de difusão de gás, e provê uma terceira pro-tuberância disposta para abranger a região na qual a primeira protuberânciaestá disposta e a região na qual a segunda protuberância está disposta, eestá disposta fora da região de colocação para a membrana de reação, e aborda dianteira da qual abrange a região inteira e adere ajustadamente noseparador.

Pela utilização desta invenção, uma primeira protuberância temuma borda dianteira que abrange a região inteira e adere ajustadamente nomembro de placa. Consequentemente, esta não passa sobre uma diferençade dimensão possível entre o membro de placa e o separador, e portantopermite manifestar um desempenho de vedação estável. Após o que, pelautilização de uma segunda protuberância é permitido suprimir o vazamentode gás de reação (combustível e agente oxidante) para o exterior da regiãode reação. Além disso, pela utilização de uma terceira protuberância é per-mitido suprimir o vazamento de fluido dentro da célula de combustível para oexterior da célula de combustível. Além disso, a terceira protuberância estádisposta de modo a abranger a região em que a primeira protuberância estádisposta e a região em que a segunda protuberância está disposta, por meiodisto permitindo suprimir o vazamento para o exterior da célula de combustí-vel de fluido que vazou destas regiões. Mais ainda, a terceira protuberânciaestá disposta fora da região da membrana de reação, e portanto a sua bordadianteira abrange a região inteira e adere ajustadamente no separador, sempassar sobre uma diferença de dimensão a qual pode ser produzida pelamembrana de reação.

Este sendo o caso, é preferível que o corpo elástico disposto naperiferia de uma do par de uma camada de difusão de gás e o corpo elásticodisposto na periferia da outra do par de uma camada de difusão de gás se-jam integralmente estruturados por uma formação unificada, e que pela arti-culação de um componente, o qual é parte do corpo elástico integralmenteestruturado e está entre o par de uma camada de difusão, existe a coloca-ção do par de uma camada de difusão de gás de modo a envolver a mem-brana de reação.

Pela disposição deste modo, é permitido reduzir a quantidade decomponentes. Além disso, pode ser facilmente executado o alinhamento deposição da relação de colocação do par de camadas de difusão de gás emrelação à membrana de reação.

Áreas de aplicabilidades adicionais ficarão aparentes da descri-ção aqui provida. A descrição e os exemplos específicos neste sumário es-tão destinados para propósitos de ilustração somente e não pretendem limi-tar o escopo da presente descrição.

DesenhosOs desenhos aqui descritos são para propósitos ilustrativos so-mente de modalidades selecionadas e não de todas as implementaçõespossíveis, e não pretendem limitar o escopo da presente descrição.

A figura 1 é um desenho em vista plana de uma porção do com-ponente estrutural de célula única na célula de combustível de acordo comuma modalidade desta invenção;

a figura 2 é um desenho em corte transversal típico (um cortetransversal da linha AA na figura 1) do componente estrutural de célula únicana célula de combustível de acordo com a modalidade desta invenção;

a figura 3 é um desenho em corte transversal típico no qual foiexecutado um desenvolvimento de componente do componente estrutural decélula única na célula de combustível de acordo com a modalidade destainvenção;

a figura 4 é um desenho em vista plana de uma porção da mem-brana de reação de acordo com a modalidade desta invenção;

a figura 5 é um desenho em vista plana de uma porção da gaxe-ta que tem integralmente provida a camada de difusão de gás de acordocom a modalidade desta invenção;

a figura 6 é um desenho em vista plana de uma porção do sepa-rador de acordo com a modalidade desta invenção;

a figura 7 é um desenho em vista plana de uma porção da estru-tura de célula única na célula de combustível de acordo com o exemplo detecnologia anterior;

a figura 8 é um desenho em corte transversal típico (um cortetransversal da linha BB na figura 7) do componente estrutural de célula únicana célula de combustível de acordo com o exemplo de tecnologia anterior;

a figura 9 é um desenho em corte transversal típico no qual foiexecutado um desenvolvimento de componente do componente estrutural decélula única na célula de combustível de acordo com o exemplo de tecnolo-gia anterior;

a figura 10 é um desenho em vista plana de uma porção damembrana de reação de acordo com o exemplo de tecnologia anterior;a figura 11 é um desenho em vista plana de uma porção da ga-xeta que tem integralmente provida a camada de difusão de gás de acordocom o exemplo de tecnologia anterior; e

a figura 12 é um desenho em vista plana de uma porção do se-parador de acordo com o exemplo de tecnologia anterior.

Os números de referência correspondentes indicam as partescorrespondentes através de todas as diversas vistas dos desenhos.

Descrição Detalhada

Exemplos de modalidades serão agora descritos mais comple-tamente com referência aos desenhos acompanhantes.

Modo para Implementar a Invenção

A seção seguinte descreve em detalhes, como um exemplo ba-seado em uma modalidade, um modo para implementar a invenção, referen-ciando os desenhos. No entanto, no grau não especificamente registrado, asdimensões, os materiais, as formas, e a colocação relativa de componentesestruturais registrados nesta modalidade não têm a intenção de limitar o es-copo da invenção a somente estes fatores.

Modalidade

A seção seguinte descreve uma célula de combustível de acordocom uma modalidade desta invenção referenciando os desenhos. Mais ain-da, como acima notado, a célula de combustível é uma estrutura que provêuma pilhas de células de múltiplas células únicas sobrepostas. A pluralidadede células únicas que estrutura a pilha de células é toda de uma estruturaidêntica. Consequentemente, na descrição seguinte, está descrito somente ocomponente estrutural de célula única estruturado por membros que estrutu-ram a célula única, e uma descrição detalhada da pilha de células é omitida.Mais ainda, a forma da célula única de acordo com esta modalidade é umaforma simétrica que duplica sobre a linha de centro L, e nas figuras 1, 4, 5, e6, somente um lado da linha de centro L está mostrado.

Componente Estrutural de Célula Única

O componente estrutural de célula única 100 está estruturado damembrana de reação 10, da gaxeta 20 que provê a camada de difusão degás de lado de anodo 21a e a camada de difusão de gás de lado de catodo21b dispostas de modo a envolver a membrana de reação 10, e um par deseparadores 30 dispostos de modo a envolver todas as anteriores (vide figu-ras 1 a 3). A membrana de reação 10 de acordo com esta modalidade é umamembrana integralmente estruturada de uma membrana de eletrólito para aqual está disposta em ambos os lados uma camada de catalisador (CCM).

Mais ainda, a célula única de componente estrutural de célulaúnica 100 está estruturada da membrana de reação 10, da gaxeta 20 queprovê a camada de difusão de gás de lado de anodo 21a e a camada de di-fusão de gás de lado de catodo 21b dispostas de modo a envolver a mem-brana de reação 10, e as superfícies faceantes do par de separadores 30dispostos de modo a envolver todas as anteriores. Para ser específico, parao par de separadores 30, a superfície que não é uma superfície faceante (nafigura 2, a superfície superior do separador 30 de lado superior e a superfíciede lado inferior do separador 30 de lado inferior) não faz parte da estruturada célula única mostrada na figura 2, mas quando a pilha de células for es-truturada, a superfície torna-se um componente estrutural da célula únicarespectivamente adjacente à célula única que está sendo descrita.

Além disso, no componente estrutural de célula única 100, estádisposto um coletor de combustível R1, sendo uma rota de fluxo para ocombustível, para suprir o combustível para a camada de difusão de gás delado de anodo 21a, e disposto um coletor de agente oxidante R2, sendo umarota de fluxo para o agente oxidante, para suprir o agente oxidante para acamada de difusão de gás de lado de catodo 21b. Mais ainda, no componen-te estrutural de célula única 100, está também disposto um coletor de águade resfriamento R3, sendo uma rota de fluxo para o fluido de resfriamento(figura 1).

Uma pilha de células está estruturada por uma múltipla sobrepo-sição da célula única (componente estrutural de célula única 100) como aci-ma estruturado. Mais ainda, a pilha de células, como acima descrito, é umaestrutura de múltiplas células únicas sobrepostas, e não requer ilustração,de modo que esta não está especificamente ilustrada. Este sendo o caso,uma célula de combustível está estruturada pela instalação de um compo-nente adequado tal como um membro de retenção para reter as múltiplascélulas únicas (componente estrutural de célula única) em um estado sobre-posto dentro da pilha de células, por exemplo.

Gaxeta

A seção seguinte descreve a gaxeta 20 referenciando a figura 5especificamente. A gaxeta 20 está estruturada de um par de uma camada dedifusão de gás GDL (a camada de difusão de gás de lado de anodo 21a e acamada de difusão de gás de lado de catodo 21b), e do corpo elástico 25disposto integralmente com as anteriores. Mais especificamente, o corpoelástico 25 está integralmente estabelecido na periferia da camada de difu-são de gás causando impregnação através de moldagem por injeção de umaresina liqüefeita na camada de difusão de gás.

Além disso, no corpo elástico 25 estão formados um primeirofuro de passagem 22 que forma uma parte do coletor de combustível R10,um segundo furo de passagem 23 que forma uma parte do coletor de agenteoxidante R20, e um terceiro furo de passagem 24 que forma uma parte docoletor de água de resfriamento R30. Mais ainda, no corpo elástico 25, estãodispostas as protuberâncias S10a, S10b, S20a, S20b, S30a, S30b, T10a, eT10b, que aderem ajustadamente em tal separador 30. Nas figuras 1 e 5, asposições nas quais estas protuberâncias estão dispostas estão mostradaspor linhas tracejadas S10aL, SIObL1 S20aL, S20bL, S30aL, S30bL, T10aL, eT10bL.

A gaxeta 20 de acordo com esta modalidade é uma estruturaque tem provido um corpo elástico 25 integralmente estruturado pela forma-ção unificada do corpo elástico disposto na periferia da camada de difusãode gás de lado de anodo 21a e do corpo elástico disposto na periferia dacamada de difusão de gás de lado de catodo 21b. Então, pela articulação docomponente 25R do corpo elástico 25, o qual está entre a camada de difu-são de gás de lado de anodo 21a e a camada de difusão de gás de lado decatodo 21b, existe a adoção de uma estrutura que coloca a camada de difu-são de gás de lado de anodo 21a e a camada de difusão de gás de lado decatodo 21b de modo a envolver a membrana de reação 10 (vide figuras 2, 3e 5).

Separador

A seção seguinte descreve o separador 30 referenciando a figu-ra 6 especificamente. A figura 6(a) mostra a superfície do lado de anodo, e afigura 6(b) mostra a superfície do lado de catodo. No separador 30, estãoformados um primeiro furo de passagem 32 que forma uma parte do coletorde combustível R10, um segundo furo de passagem 33 que forma uma partedo coletor de agente oxidante R20, e um terceiro furo de passagem 34 queforma uma parte do coletor de água de resfriamento R30.

Este sendo o caso, na superfície do lado de anodo do separador30, está formada em uma seção rebaixada 35a disposta em uma região queinclui o primeiro furo de passagem 32, e está formada, de modo a passaratravés da seção rebaixada 35a, uma pluralidade de canais 31a que formamuma rota de fluxo entre o primeiro furo de passagem 32 e a camada de difu-são de gás de lado de anodo 21a. Mais ainda, na superfície do lado de cato-do do separador 30, está formada em uma seção rebaixada 35b disposta emuma região que inclui o segundo furo de passagem 33, e está formada, demodo a passar através da seção rebaixada 35b, uma pluralidade de canais31b que formam uma rota de fluxo entre o segundo furo de passagem 33 e acamada de difusão de gás de lado de catodo 21b.

Este sendo o caso, na região rebaixada 35a e na região rebai-xada 35b, estão instaladas respectivas ocorrências de membro de placa 40.Neste caso, o membro de placa 40 possui um furo de passagem 41 que for-ma parte do coletor, e está preso de modo a atravessar sobre a pluralidadede canais 31a e 31b.

Com a estrutura acima descrita, o combustível do coletor decombustível R1 (primeiros furos de passagem 22 e 32) é enviado para a ca-mada de difusão de gás de lado de anodo 21a, e o agente oxidante do cole-tor de agente oxidante R2 (segundos furos de passagem 23 e 33) é enviadopara a camada de difusão de gás de lado de catodo 21b. Deste modo, o hi-drogênio contido no combustível e o agente oxidante reagem, resultando emeletricidade.

Protuberâncias Dispostas sobre o Corpo Elástico

A seguinte seção descreve em detalhes as protuberâncias S10a,S10b, S20a, S20b, S30a, S30b, T10a, e T10b providas sobre o corpo elásti-co 25. Estas protuberâncias estão estabelecidas de modo a isolar as regiõescompanheiras para as quais respectivamente fluem o combustível, o agenteoxidante, e a água de resfriamento. Das protuberâncias providas sobre ocorpo elástico 25 de acordo com esta modalidade, as protuberâncias S10a,S10b, S20a, S20b, S30a, S30b estão dispostas para formar regiões ajusta-damente vedadas, e T10a, e T10b estão dispostas para suportar a protube-rância do lado oposto (lado de superfície traseira). Mais ainda, a letra de su-fixo "a" mostra uma protuberância no lado de anodo, a letra de sufixo "b"mostra uma protuberância no lado de catodo, e quando nem "a" nem "b" es-tá sufixado, isto indica nenhuma discriminação de qualquer lado. Mais ainda,o sufixo "L" mostra uma região na qual a protuberância está colocada. Nafigura 5, está mostrada a condição na qual a superfície do lado no qual asprotuberâncias não estão dispostas é a superfície que faceia para cima.

Com o corpo elástico 25 de acordo com esta modalidade, sãoestabelecidos, como classificações principais, quatro tipos de protuberâncias(daqui em diante denominadas primeira protuberância T10, segunda protu-berância S20, terceira protuberância S30, e quarta protuberância S10).

A primeira protuberância T10 abrange o perímetro do furo depassagem 41 no membro de placa 40, e a borda dianteira relativa está estru-turada para abranger a região inteira e aderir ajustadamente no membro deplaca 40. Na posição diretamente atrás desta primeira protuberância T10,está disposta a quarta protuberância S10.

Na quarta protuberância S10, uma quarta protuberância S10aestá disposta no lado de anodo e uma quarta protuberância S10b está dis-posta no lado de catodo. A quarta protuberância S10a é estabelecida paraimpedir que o agente oxidante vaze para a camada de difusão de gás delado de anodo 21a e a quarta protuberância S10b é estabelecida para impe-dir que o agente oxidante vaze para a camada de difusão de gás de lado decatodo 21b. As bordas dianteiras das quartas protuberâncias S10a e S10babrangem as regiões inteiras e aderem ajustadamente no separador 30.

Este sendo o caso, diretamente atrás das quartas protuberân-cias S10a e S10b estão dispostas as primeiras protuberâncias T10b e T10apara suportar as quartas protuberâncias S10a e S10b. Deste modo, umaforça de reação elástica é obtida, e as quartas protuberâncias S10a e S10bsão mais confiavelmente aderidas no separador 30.

A segunda protuberância S20 está disposta dentro da região decolocação para a membrana de reação 10, de modo a abranger o perímetrode camada de difusão de gás. Mais ainda, na segunda protuberância S20,uma segunda protuberância S20a está disposta no lado de anodo e umasegunda S20b está disposta no lado de catodo. A segunda protuberânciaS20a é estabelecida para abranger o perímetro da camada de difusão degás de lado de anodo 21a, e a segunda protuberância S20b é estabelecidapara abranger o perímetro da camada de difusão de gás de lado de catodo21b. Deste modo, o gás de reação (o combustível e o agente oxidante) éimpedido de vazar para o exterior da região de reação.

A terceira protuberância S30 está disposta para abranger a regi-ão na qual a primeira protuberância T10 está disposta (idêntica à região naqual a quarta protuberância S10 está disposta) e a região na qual a segundaprotuberância S20 está disposta, e está disposta de modo que a borda dian-teira relativa abrange a região inteira e adere ajustadamente no separador30. Mais ainda, a terceira protuberância S30 possui um componente paraabranger o perímetro do coletor de água de resfriamento R3 (assim como osterceiros furos de passagem 24 e 34 que formam parte do coletor) (vide figu-ra 5). Além disso, a terceira protuberância S30 tem uma terceira protuberân-cia S30a disposta no lado de anodo e uma terceira protuberância S30b dis-posta no lado de catodo.

Atributos Superiores desta Modalidade

Como acima descrito, com a célula de combustível (célula única)de acordo com esta modalidade, a primeira protuberância T10 tem uma bor-da dianteira que abrange a região inteira e adere ajustadamente no membrode placa 40. Deste modo, com esta modalidade, mesmo se uma diferençaem dimensão for gerada entre o membro de placa 40 e o separador 30, aprotuberância (primeira protuberância T10) disposta para abranger o períme-tro do coletor (assim como os furos de passagem que formam uma parte docoletor) não atravessa a diferença em dimensão. Consequentemente, épermitido um desempenho de vedação manifestadamente estável.

Além disso, pela utilização da segunda protuberância S20, o gásde reação (o hidrogênio incluído no combustível e o agente oxidante) é im-pedido de vazar para o exterior da região de reação.

Mais ainda, pela utilização da terceira protuberância S30, os flui-dos dentro da célula de combustível são impedidos de vazar para o exteriorda célula de combustível. Portanto, como a terceira protuberância S30 estádisposta para abranger a região na qual a primeira protuberância T10 estádisposta (idêntica à região na qual a quarta protuberância S10 está disposta)e a região na qual a segunda protuberância S20 está disposta, é permitida asupressão de vazamento para o exterior da célula de combustível de fluidoque vazou destas regiões. Mais ainda, a terceira protuberância S30 está dis-posta fora da região da membrana de reação, e portanto a sua borda diantei-ra abrange a região inteira e adere ajustadamente no separador, sem passaruma diferença de dimensão a qual pode ser produzida pela membrana dereação, e por meio disto é manifestado um desempenho de vedação estável.

Portanto, pela utilização da célula de combustível de acordo comesta modalidade, é permitida a adoção de uma estrutura para a qual os cole-tores estão formados no lado externo de uma região na qual a membrana dereação 10 está disposta, tornando desnecessária a fabricação da membranade reação 10 geralmente dispendiosa no mesmo tamanho que o separador30, e por meio disto restringindo o aumento de custo. Mesmo assim, é tam-bém permitido evitar um impacto adverso sobre o desempenho de vedaçãopor uma diferença de dimensão que pode ser gerada pela membrana de re-ação 10.

Além disso, com esta modalidade, é adotada uma gaxeta 20 quetem provido o corpo elástico 25 integralmente estruturado pela formação uni-ficada de um corpo elástico que está disposto na periferia da camada de di-fusão de gás de lado de anodo 21a com um corpo elástico que está dispostona periferia da camada de difusão de gás de lado de catodo 21b.

Consequentemente, em comparação com o que estruturou estesseparadamente, é permitida uma redução da quantidade de componentes.Mais ainda, pode ser facilmente executado o alinhamento de posição da re-lação de colocação do par de uma camada de difusão de gás em relação àmembrana de reação.

A descrição acima das modalidades foi provida para propósitosde ilustração e de descrição. Esta não pretende ser exaustiva ou limitar ainvenção. Os elementos ou características individuais de uma modalidadeespecífica geralmente não estão limitados àquela modalidade específica,mas, onde aplicável, são intercambiáveis e podem ser utilizados em umamodalidade selecionada, mesmo se não especificamente mostrados ou des-critos. A mesma pode também ser variada em muitos modos. Tais variaçõesnão devem ser consideradas como um afastamento da invenção, e todastais modificações pretendem estar incluídas dentro do escopo da invenção.

Listagem de Referência

10 Membrana de Reação20 Gaxeta21a Camada de Difusão de Gás de Lado de Anodo21b Camada de Difusão de Gás de Lado de Catodo22 Primeiro Furo de Passagem23 Segundo Furo de Passagem24 Terceiro Furo de Passagem25 Corpo Elástico30 Separador31a, 31b Canal32 Primeiro Furo de Passagem33 Segundo Furo de Passagem34 Terceiro Furo de Passagem35a, 35b Seção Rebaixada40 Membro de Placa41 Furo de Passagem100 Componente Estrutural de Célula ÚnicaR1 Coletor de CombustívelR2 Coletor de Agente OxidanteR3 Coletor de Água de ResfriamentoS10 Quarta ProtuberânciaS20 Segunda ProtuberânciaS30 Terceira ProtuberânciaT10 Primeira Protuberância

Claims

1. Célula de combustível que está estruturada por uma plurali-dade de células únicas sobrepostas, cada uma das quais está estruturadade uma membrana de reação que inclui uma membrana de eletrólito e umacamada de catalisador disposta em cada lado da membrana de eletrólito, deum par de camadas de difusão de gás disposto de modo a envolver a mem-brana de reação, e um par de superfícies faceantes de um par de separado-res disposto de modo a envolver todas as anteriores,em que a célula de combustível é uma que, no par de separado-res, no lado externo da região de colocação para a membrana de reação,tem respectivamente disposto um furo de passagem que forma uma parte decada um de um coletor que passa através da direção de sobreposição dascélulas únicas,em que, na periferia do par de camadas de difusão de gás, exis-te para cada uma integralmente disposta um corpo elástico,em que no par de separadores, existe para cada uma formadauma seção rebaixada disposta na região que inclui o furo de passagem, eformada uma pluralidade de canais de modo a passar através da seção re-baixada e que forma uma rota de fluxo entre o furo de passagem e a cama-da de difusão de gás,e cada separador do par de separadores também possui furosde passagem que formam uma parte de cada coletor, e provê um membrode placa que está preso dentro da seção rebaixada de modo a atravessar apluralidade de canais,e em que o corpo elástico provê uma primeira protuberância queabrange o perímetro do furo de passagem no membro de placa, e a bordadianteira da qual abrange a região inteira e adere ajustadamente no membrode placa,e provê uma segunda protuberância que está disposta dentro daregião de colocação para a membrana de reação, de modo a abranger operímetro da camada de difusão de gás,e provê uma terceira protuberância disposta para abranger aregião na qual a primeira protuberância está disposta e a região na qual asegunda protuberância está disposta, e está disposta fora da região de colo-cação para a membrana de reação, e a borda dianteira da qual abrange aregião inteira e adere ajustadamente no separador.

2. Célula de combustível de acordo com a reivindicação 1, emque o corpo elástico está disposto na periferia de uma do par de camadas dedifusão de gás e o corpo elástico disposto na periferia da outra do par decamadas de difusão de gás estão integralmente estruturados por uma for-mação unificada, e pela articulação de um componente o qual é parte docorpo elástico integralmente estruturado e está entre o par de camadas dedifusão, existe a colocação do par de camadas de difusão de gás de modo aenvolver a membrana de reação.