JP2004522261A - 燃料電池板 - Google Patents

Abstract

本発明による燃料電池装置は、少なくとも一方の電池板に配置した弾性密封ビード３６、３８により互いに間隔を置いて重ね合わせた互いに平行に向き合う少なくとも２枚の板３０、３２を備える。弾性密封ビード３６は、各板３０、３２間の電解液のような流体流れの制御を容易にすることができ従って流体密封ビードと呼ばれる。各板３０、３２はこれ等の２枚の板を前記したように向き合わせにただし互いに間隔を置いて固定するように少なくとも１個のボルト穴を含む。この穴のまわりに配置した各別のビードは穴荷重補償ビード３８として作用する。好適とする１実施例では流体密封ビード３６は或る一様な厚さを持つが、しかし穴荷重補償ビード３８は、流体密封ビード３６の厚さより薄い別の厚さを持つ。しかしこの同じ実施例で流体密封ビードより広い。別の実施例では流体密封ビードの厚さは、ボルト穴に対する流体密封ビードの任意の部分の近接度の関数として変化し、各穴ビードの厚さはボルト締め連結における予期される通常比較的高い応力荷重に適応するように比較的薄くしてある。すなわちボルト荷重が板区域にわたり比較的均等に広がるから本発明により互いに組合う板にわたり改良された荷重応力分布が生ずる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力を生ずる改良された燃料電池アセンブリ、ことにボルト締め連結（ｂｏｌｔｅｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）により相互に固定した各別の燃料電池板（ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｐｌａｔｅ）に適用する改良された密封構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに重ね合わせてボルト締めした（ｓｔａｃｋｅｄ ａｎｄ ｂｏｌｔｅｄ）複数枚の燃料電池板間の流体流れ制御用の燃料電池板面に弾性密封ビードを当てがうことはよく知られている。典型的な燃料電池構造では燃料電池装置の従来の組立て作業中には複数枚のこのような燃料電池板を互いに平行に向かい合せてサンドイッチ状に重ねる（ｓａｎｄｗｉｃｈｅｄ）。これ等の燃料電池板は互いに隣接する任意の２枚の燃料電池板の少なくとも一方の燃料電池板面に隣接して接合した弾性密封ビードにより互いに間隔を置いて保持してある。これ等の密封ビードは、これ等の燃料電池板間に流体が流れる通路又は流路を形成する。すなわち、当業者には明らかなように流体電解質を使いエネルギーをこのようにして移送する。
【０００３】
従来の燃料電池に使う燃料電池板は、これ等の燃料電池板が黒鉛を含む複合体から形成してあるからもろい。すなわち燃料電池の構成、製作又は修理の間にもろい燃料電池板が破損したり損傷したりしないようにするためにこれ等の燃料電池板の取扱いに関して特別の注意を払わなければならない。もろい燃料電池板の物理的屈曲又はひび割れを防ぐように燃料電池の製造後の取扱いにも、このような注意を払わなければならない。
【０００４】
もろさの問題は、重ねた燃料電池板の周辺のまわりに配分された各穴によるボルト締め連結（ｂｏｌｔｅｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）の使用によってとくに大きくなる。このような場合に各穴は、各燃料電池板間の電解質の流れを制御するようにした流体密封ビードを含む燃料電池板中間区域からかなりの距離を隔てる。すなわち各燃料電池板を互いに固定するためのボルト締め連結にトルクを加えることにより、中間に位置する流体密封ビードが各燃料電池板の周縁部のまわりのボルトの締付けに反作用を及ぼす際に各板に実際上曲げモーメントが加わる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は改良された燃料電池板構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明燃料電池板構造では、通常もろい燃料電池板の過応力又はひび割れを防ぐようにこれ等の燃料電池板を互いに固定するために使用する各ボルト穴のまわりの区域にわたり密封ビード厚さを制御する。すなわち、本発明による複数の互いに平行に重ね合わせた燃料電池板は、任意の２枚の互いに向き合う燃料電池板の少なくとも一方に配置した複数の各別の密封ビードにより互いに隔離する。好適な実施例では密封ビードは、正確な厚さを生ずるようにスクリーン印刷技術（ｓｃｒｅｅｎ−ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）により燃料電池板の面に当てがわれる。密封ビードは、弾性を持ちエラストマー質材料で形成するのがよく、このような燃料電池板を従来の燃料電池板製法のもとに相互にボルト締めしたときに生成する応力レベルの変化に適合する変化する厚さ又は燃料電池板面高さを持つ。すなわちボルト締め連結による複数の燃料電池板の相互取付け時に、ビードは重ねた燃料電池板間に所望の分離距離（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を保つことができる。
【発明の効果】
【０００７】
最高の局部的応力区域が典型的にはボルト穴にすぐ隣接する領域に生ずるから本発明は、ボルト穴から比較的小さい間隔を置いて通常流体流れを受入れるようにした流体密封ビードに対するよりもボルト穴のまわりの高さ又は厚さが一層小さい密封ビードを提供するものである。この同じ好適な実施例でボルト穴のまわりの密封ビードは、流体密封ビードに比べて厚さは一層薄いが、一層広い（ｗｉｄｅｒ）。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
すなわち本発明の燃料電池板は、燃料電池板の応力部分及び関連する早期劣化を最少にするように、同じ燃料電池板を共用するする流体密封ビードに対してボルト穴のまわりで密封ビードの補償厚さ（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）及び補償広さ（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｗｉｄｔｈ）を持つ。
【０００９】
図１及び２には従来の燃料電池板１０を示してある。燃料電池板１０は、電池板ボルト締め後にビード間流体通路区域１８内の電解液の流れの適当な制御に適合した幅及び高さを持つように形成した連続した単一の流体密封ビード１６を備える。複数の燃料電板の一部が燃料電池を構成するが、燃料電池板１２は図示のようにビードを備えない。燃料電池板１２は、燃料電池板１０に配置したのと同様な連続ビード１６を備える。
【００１０】
とくに図２に明らかなように各燃料電池板１０、１２の１対の互いに組合うボルト穴２０は通常ボルト（図示してない）により互いに締付ける。互いに締付けたときにボルトは上部板１２に下側１４を弾性エラストマー質ビード１６の上部に向かい下方に引付ける。当業者には明らかなようにボルトにうかつに過度のトルクが加わると、ビード１６を過度に圧縮し、ビード１６から間隔を隔てた燃料電池板１０、１２のボルト締め区域２０を互いに湾曲させ各燃料電池板１０、１２に望ましくない曲げ応力を生ずる。このような応力により各燃料電池板１０、１２に応力ひび割れが生ずるのは明らかであり、これ等のひび割れにより最終的に、とくに各燃料電池板を黒鉛を含むようなもろい複合体から形成する場合に各燃料電池板従って協働する燃料電池アセンブリの早過ぎ破損を招く。
【実施例】
【００１１】
図３及び４に示すように１対の互いに組合う燃料電池板３０、３２は本発明の好適な実施例により構成してある。下部の燃料電池板３０は図示のように弾性ビード３６、３８を備える。上部の燃料電池板３２は、説明の便宜上ビードを備えないように示してあるが工業的燃料電池アセンブリを形成するのに互いに平行な黒鉛板の重なりを協働させた場合にビード３６、３８を備えることが多い。この場合に述べる用途に典型的に使われる燃料電池板は、それぞれ１／４インチの厚さ範囲を持ち流体流れを容易にするみぞ（図示してない）を含むことが多い。
【００１２】
各ビード３６は流体密封ビードと呼ばれ、互いに隣接するビード３６の長さは、各燃料電池板３０、３２をボルト連結（図示してない）を介し各穴４０により相互にボルト締めした後、燃料電池板３０、３２の間に適当な流体みぞ（ｆｌｕｉｄ ｃｈａｎｎｅｌ）４４、４６を保持するようにしてある。第１の好適な実施例では、隣接する流体密封ビードであるビード３６は図４に示すように単一の厚さＴを持つ。通常圧さＴは０．１０インチを適当とする。
【００１３】
又ビード３８は、密封ビードよりもボルト荷重補償ビード（ｂｏｌｔ ｌｏａｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｂｅａｄ）として作用する。すなわちビード３８は荷重補償ビードと呼ばれ、このためにビード３８は各ボルト穴４０の近くに配置してある。各ビード３８は、各燃料電池板３０、３２のボルト締め連結区域４０で予期される比較的高い局部的荷重に適応するように単一の比較的薄い厚さを持つ。厚さｔは約０．０５インチである。ビード３８は又、一層高いボルト締め連結荷重を一層広い区域にわたり広げるようにビード３６より実質的に幅が広い（ｗｉｄｅｒ）。すなわちビード３８はとくに、各燃料電池板３０、３２の相互ボルト締めに伴う板曲げモーメントに反作用を及ぼすようにしてある。
【００１４】
前記した好適な実施例において、連続したビード（ｃｏｎｔｉｇｕｏｕｓ ｂｅａｄ）３６は、両燃料電池板３２、３０間の弾性分離障壁（ｒｅｓｉｌｉｅｎｔ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂａｒｒｉｅｒ）として作用する。連続したビード３６の内部境界は前記した燃料電池電解液の流体みぞ４４、４６を形成する。このような流体みぞ４４、４６は、通常各燃料電池板３０、３２の中間区域に限定されるが、ボルト荷重補償ビードであるビード３８は通常燃料電池板３０、３２の周縁部４８のまわりに配置した穴４０に位置する。図４により当業者には明らかなように荷重補償ビードであるビード３８は流体密封ビードであるビード３６より厚さが一層薄くなければならない。さらにビード３８も又ビード３６より広い（ｗｉｄｅｒ）場合に、とくに有利である。すなわち一層薄いが一層広いボルト荷重補償ビードであるビード３８は、各燃料電池板３０、３２の曲げに有効に抵抗する。この考え方を直観的に理解するには、図４に示すように各ビード３６、３８の相対厚さを逆にするだけでよい。この場合各燃料電池板３０、３２の周縁部４８の一層厚いビード３８は、燃料電池板３０、３２の周縁部４８の厚い方のビード３８が流体みぞ４４、４６を適当に密封するのにビード３６の頂部に対し上部の燃料電池板３２を容易には固定できない。実際上、穴４０のボルト締めにより生ずる圧縮力は、各燃料電池板３０、３２の周縁部４８のまわり全体にわたっている。
【００１５】
とくに図３に明らかなように、なるべくは、共にエラストマー質材料から成る弾性のビード３６、３８の付着は、スクリーン印刷（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）により容易に得られる。当業者には明らかなようにスクリーン印刷は、提案された構造を得るのに必要な厚さ及び広さ（ｗｉｄｔｈ）に共に適合させる。
【００１６】
最終的に前記したビード３６、３８は一様な厚さを持つが本発明では各ビードがボルト穴からの距離の関数として（ａｓ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｓｔａｎｃｅ）厚さが選択的に変化してもよいことを意図している。すなわち各ビード３６、３８は可変の厚さを持ち、それぞれ各ビードの任意の部分に対する各ボルト穴の近接度の関数として（ａｓ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）板応力の変化を減らすようにしてある。しかしいずれの場合においても第１の密封ビードは、当業者には明らかなように、前記ビード穴の任意の１つから最も遠いことを指示する最大厚さを持つ。
【００１７】
以上の説明は本発明を例示したもので限定するものではないのはもちろんである。従って本発明の範囲はその精神を逸脱しないで種種の変化変型を行うことができるのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】流体密封ビードすなわち穴から間隔を置いた区域内すなわち穴に協働しない区域内だけの密封ビードだけを含む従来の燃料電池板の平面図である。
【図２】図１の２−２線に沿う断面図である
【図３】流体通路区域と共にボルト穴区域の付近の変化する高さ又は厚さを持つ密封ビードを備えた本発明の好適な実施例の燃料電池板の平面図である。
【図４】図３の４−４線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０、１２ 燃料電池板
１６ ビード
３０、３２ 燃料電池板
３６、３８ 弾性ビード
４０ ボルト穴

Claims (10)

1. 相互に平行に整合し、しかも互いに近接して間隔を置いて向き合った少なくとも２枚の板であって、これ等の各板はそれぞれ少なくとも１個のボルト穴を備え、前記一方の板の前記各穴は他方の前記板の少なくとも１個の穴に整合して成る少なくとも２枚の板と、
   前記各穴から間隔を置いた前記板のうちの一方の板の表面の一部分上に配置した第１の弾性ビードであって、この弾性ビードは、第１の厚さを持ち、前記各板の間に弾性隔離障壁を備えるのに適し、前記隔離区域に、前記各穴を貫通するボルト部材を介し前記各板を相互に固定するときに、前記各板の間に密封みぞを形成して成る第１の弾性ビードと、
   前記板の前記一方の板の前記穴のまわりにこの穴に隣接して配置した第２の弾性ビードであって、この第２弾性ビードが、前記第１の弾性ビードの前記第１の厚さより薄い第２の厚さを備えて成る第２の弾性ビードと、
   を備えた装置において、
   前記第１及び第２のビードの前記の互いに異なる厚さにより、前記各板のボルト締め固定時に、前記各板の全体にわたって減少した応力レベル変化を生ずるようにして成る装置。
2. 前記弾性ビードを、エラストマー質材料で構成した請求項１の装置。
3. 前記第２の弾性ビードを前記第１の弾性ビードより広くした請求項２の装置。
4. 前記板が、比較的もろい材料で形成した燃料電池板である請求項３の装置。
5. 前記板が、黒鉛材料で形成した燃料電池板である請求項３の装置。
6. それぞれ前記第１及び第２の弾性ビードを前記各板の一方の側に配置した複数の燃料電池板を、サンドイッチ状に重ねた請求項４の装置。
7. 複数の前記穴を、前記各板に形成し、前記穴の多数を任意の特定の燃料電池板の縁部に位置させた請求項６の装置。
8. 前記第１及び第２の弾性ビードが、それぞれ流体密封ビード及び穴ボルト荷重補償ビードとして作用するようにした請求項７の装置。
9. 前記第１及び第２の弾性ビードが、それぞれ前記板内の各ボルト穴の前記第１の弾性ビードに対する近接度の関数として板応力の変化を減らすのに適する複数の厚さを備えた請求項１の装置。
10. 前記ボルト穴を、前記各板の周辺のまわりに配置し、前記第１の弾性ビードが、この第１の弾性ビードに対する前記各穴の任意の１個の穴の近接度の関数として可変の厚さを持ち、又前記第１の弾性ビードが前記穴の任意の１個の穴から最も遠い箇所で最高の厚さを持つようにした請求項９の装置。