JP2007329125A - 改善された燃料電池設計のためのシール支持用の拡散媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池スタック10は、スタック内の二極式プレートの間のシール領域を通して、直線的なカソード流れチャンネルと、直線的なアノード流れチャンネルとを備える。燃料電池スタックは、スタックヘッダーと活性領域12との間でスタックの活性領域の周りを延在するシール部を備える。カソード流れチャンネルがシール領域を通してカソード入口ヘッダー14及びカソード出口ヘッダー16まで延在する位置及びアノード流れチャンネルがシール領域を通してアノード入口ヘッダー18及びアノード出口ヘッダー20まで延在する位置において、膜の一方の側の拡散媒体層は、シール部の荷重を提供するため延在する。
【選択図】図1
Description
図15は、カソード出口ヘッダー16における、シール半部分184及び186と膜116との間のシム180及び182を示している。
図29は、シール部270と膜326との間のシム364と、膜326とシール部272との間のシム366とを示している。
図31は、燃料電池382を通した燃料電池スタック380の断面図である。本実施例では、燃料電池スタック380は、打ち抜き二極式プレートを備え、該プレートそれ自体がシール部を提供している。燃料電池スタック380は、活性領域384と、カソード入口ヘッダー386と、カソード出口ヘッダー388と、アノード入口ヘッダー390と、アノード出口ヘッダー392と、冷却流体入口ヘッダー394と、冷却流体出口ヘッダー396と、を備えている。シール部398は、燃料電池382の周囲回りに延在している。シール部400は、カソード入口ヘッダー386と活性領域384との間に設けられ、シール部402は、カソード出口ヘッダー388と活性領域384との間に設けられ、シール部404は、アノード入口ヘッダー390と活性領域384との間に設けられ、シール部406は、アノード出口ヘッダー392と活性領域384との間に設けられ、シール部408は、冷却流体入口ヘッダー394と活性領域384との間に設けられ、シール部410は、冷却流体出口ヘッダー396と活性領域384との間に設けられている。上述したように、この設計におけるシール部の全ては、二極式プレートの構成によって提供されている。
Claims (27)
- 複数の積み重ねられた燃料電池を備える燃料電池スタックであって、該燃料電池の各々は活性領域を備え、前記燃料電池スタックは、
複数の膜であって、前記スタック内の前記燃料電池の各々が膜を備える、前記複数の膜と、
複数の拡散媒体層であって、前記燃料電池の各々が、該燃料電池のアノード側部のアノード側拡散媒体層と、該燃料電池のカソード側部のカソード側拡散媒体層と、を備える、前記複数の拡散媒体層と、
前記拡散媒体層に隣接して前記スタック内の燃料電池の間に配置された複数の二極式プレートであって、該二極式プレートは前記燃料電池内で前記アノード側拡散媒体層に面したアノード流れチャンネルと、前記燃料電池内で前記カソード側拡散媒体層に面したカソード流れチャンネルと、冷却流体流れチャンネルとを備える、前記複数の二極式プレートと、
アノード反応ガスの流れを前記アノード流れチャンネルに差し向けるアノード入口ヘッダーと、
前記アノード流れチャンネルからの前記アノード反応ガスの流れを受け入れるアノード出口ヘッダーと、
カソード反応ガスの流れを前記カソード流れチャンネルに差し向けるカソード入口ヘッダーと、
前記カソード流れチャンネルからの前記カソード反応ガスの流れを受け入れるカソード出口ヘッダーと、
冷却流体を前記冷却流体流れチャンネルに差し向ける冷却流体入口ヘッダーと、
前記冷却流体流れチャンネルからの前記冷却流体を受け入れる冷却流体出口ヘッダーと、
前記スタック内で前記反応ガスの流れ及び前記冷却流体の流れを取り囲むためのシール構成部であって、該シール構成部は、前記カソード出口ヘッダーと各燃料電池の前記活性領域との間に設けられたカソードヘッダーシール部を備え、前記カソード流れチャンネルは、前記カソード出口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルであり、前記シール構成部は、前記アノード出口ヘッダーと各燃料電池の前記活性領域との間に設けられたアノードヘッダーシール部を更に備え、前記アノード流れチャンネルは、前記アノード出口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルである、前記シール構成部と、
を備える、燃料電池スタック。 - 前記シール構成部は、前記燃料電池の各々において、前記冷却流体入口ヘッダーと前記活性領域との間で2つの別個のシール部を備え、前記冷却流体流れチャンネルは、前記冷却流体入口ヘッダーと前記活性領域との間でシール領域を通して直線的な流れチャンネルである、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記シール構成部は、前記燃料電池の各々の周りに延在する周囲シール部を有する単一部品のシール部と、前記アノード入口ヘッダー及び前記活性領域の間のシールセグメントと、前記アノード出口ヘッダー及び前記活性領域の間のシールセグメントと、前記カソード入口ヘッダー及び前記活性領域の間のシールセグメントと、前記カソード出口ヘッダー及び前記活性領域の間のシールセグメントとを備える、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記シール構成部は、前記燃料電池の各々の周りに延在する周囲シール部と、各燃料電池において前記アノード入口ヘッダーの周りを延在する第1のシールループと、各燃料電池において前記アノード出口ヘッダーの周りを延在する第2のシールループと、各燃料電池において前記カソード入口ヘッダーの周りを延在する第3のシールループと、各燃料電池において前記カソード出口ヘッダーの周りを延在する第4のシールループと、を備える、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記シール構成部は、各燃料電池において前記冷却流体入口ヘッダーの周りを延在する第5のシールループと、各燃料電池において前記冷却流体出口ヘッダーの周りを延在する第6のシールループとを更に備える、請求項4に記載の燃料電池スタック。
- 前記複数の二極式プレートは、複合二極式プレートである、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記複数の二極式プレートは、打ち抜き二極式プレートである、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記打ち抜き二極式プレートの区分は、前記シール構成部を提供する、請求項7に記載の燃料電池スタック。
- 前記燃料電池の各々における前記カソード側拡散媒体層は、前記カソード出口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域を通って延在し、前記燃料電池の各々における前記アノード側拡散媒体層は、前記アノード出口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域を通って延在する、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- シール部の支持を提供するように、前記燃料電池のシール位置で前記シール部と前記膜との間に配置されたシムを更に備える、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記シムは、燃料電池サブガスケットの一部である、請求項10に記載の燃料電池スタック。
- 前記燃料電池の各々における前記シムは、単一部品のシムであるように結合される、請求項10に記載の燃料電池スタック。
- 前記燃料電池の各々における前記膜は、前記シール構成部によって提供されたシール領域を通して直線的に延在する、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記スタックは、車両に搭載された燃料電池システムの一部である、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 複数の積み重ねられた燃料電池を備える燃料電池スタックであって、該燃料電池の各々は活性領域を備え、前記燃料電池スタックは、シール構成部を備え、該シール構成部は、カソード入口ヘッダーと各燃料電池の活性領域との間に設けられたカソード入口ヘッダーシール部を備え、カソード流れチャンネルは前記カソード入口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルであり、各燃料電池におけるカソード側拡散媒体層は、前記カソード入口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域を通って延在し、前記シール構成部は、カソード出口ヘッダーと各燃料電池の活性領域との間に設けられたカソード出口ヘッダーシール部を更に備え、カソード流れチャンネルは前記カソード出口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルであり、各燃料電池におけるカソード側拡散媒体層は、前記カソード出口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域を通って延在し、前記シール構成部は、アノード入口ヘッダーと各燃料電池の活性領域との間に設けられたアノード入口ヘッダーシール部を更に備え、アノード流れチャンネルは前記アノード入口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルであり、各燃料電池におけるアノード側拡散媒体層は、前記アノード入口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域を通って延在し、前記シール構成部は、アノード出口ヘッダーと各燃料電池の活性領域との間に設けられたアノード出口ヘッダーシール部を更に備え、アノード流れチャンネルは前記アノード出口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルであり、各燃料電池におけるアノード側拡散媒体層は、前記アノード出口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域を通って延在している、燃料電池スタック。
- 前記シール構成部は、前記燃料電池の各々の周りに延在する周囲シール部を有する単一部品のシール部と、前記アノード入口ヘッダー及び前記活性領域の間のシールセグメントと、前記アノード出口ヘッダー及び前記活性領域の間のシールセグメントと、前記カソード入口ヘッダー及び前記活性領域の間のシールセグメントと、前記カソード出口ヘッダー及び前記活性領域の間のシールセグメントとを備える、請求項15に記載の燃料電池スタック。
- 前記シール構成部は、前記燃料電池の各々の周りに延在する周囲シール部と、各燃料電池において前記アノード入口ヘッダーの周りを延在する第1のシールループと、各燃料電池において前記アノード出口ヘッダーの周りを延在する第2のシールループと、各燃料電池において前記カソード入口ヘッダーの周りを延在する第3のシールループと、各燃料電池において前記カソード出口ヘッダーの周りを延在する第4のシールループと、を備える、請求項15に記載の燃料電池スタック。
- 複数の積み重ねられた燃料電池を備える燃料電池スタックであって、該燃料電池の各々は活性領域を備え、前記燃料電池スタックは、
複数の膜であって、前記スタック内の前記燃料電池の各々が膜を備える、前記複数の膜と、
複数の拡散媒体層であって、前記燃料電池の各々が、該燃料電池のアノード側部のアノード側拡散媒体層と、該燃料電池のカソード側部のカソード側拡散媒体層と、を備える、前記複数の拡散媒体層と、
前記拡散媒体層に隣接して前記スタック内の燃料電池の間に配置された複数の二極式プレートであって、該二極式プレートは前記燃料電池内で前記アノード側拡散媒体層に面したアノード流れチャンネルと、前記燃料電池内で前記カソード側拡散媒体層に面したカソード流れチャンネルと、冷却流体流れチャンネルとを備える、前記複数の二極式プレートと、
アノード反応ガスの流れを前記アノード流れチャンネルに差し向けるアノード入口ヘッダーと、
前記アノード流れチャンネルからの前記アノード反応ガスの流れを受け入れるアノード出口ヘッダーと、
カソード反応ガスの流れを前記カソード流れチャンネルに差し向けるカソード入口ヘッダーと、
前記カソード流れチャンネルからの前記カソード反応ガスの流れを受け入れるカソード出口ヘッダーと、
冷却流体を前記冷却流体流れチャンネルに差し向ける冷却流体入口ヘッダーと、
前記冷却流体流れチャンネルからの前記冷却流体を受け入れる冷却流体出口ヘッダーと、
前記スタック内で前記反応ガスの流れ及び前記冷却流体の流れを取り囲むためのシール構成部であって、該シール構成部は、前記カソード入口ヘッダーと各燃料電池の活性領域との間に設けられたカソード入口ヘッダーシール部を備え、前記カソード流れチャンネルは前記カソード入口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルであり、各燃料電池における前記カソード側拡散媒体層は、前記カソード入口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域を通って延在し、前記シール構成部は、前記カソード出口ヘッダーと各燃料電池の活性領域との間に設けられたカソード出口ヘッダーシール部を更に備え、前記カソード流れチャンネルは前記カソード出口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルであり、各燃料電池におけるカソード側拡散媒体層は、前記カソード出口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域を通って延在し、前記シール構成部は、前記アノード入口ヘッダーと各燃料電池の活性領域との間に設けられたアノード入口ヘッダーシール部を更に備え、前記アノード流れチャンネルは前記アノード入口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルであり、各燃料電池における前記アノード側拡散媒体層は、前記アノード入口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域を通って延在し、前記シール構成部は、前記アノード出口ヘッダーと各燃料電池の活性領域との間に設けられたアノード出口ヘッダーシール部を更に備え、前記アノード流れチャンネルは前記アノード出口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルであり、各燃料電池における前記アノード側拡散媒体層は、前記アノード出口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域を通って延在する、前記シール構成部と、
を備える燃料電池スタック。 - 前記シール構成部は、前記燃料電池の各々において、前記冷却流体入口ヘッダーと前記活性領域との間で2つの別個のシール部を更に備え、前記冷却流体流れチャンネルは、前記冷却流体入口ヘッダーと前記活性領域との間でシール領域を通して直線的な流れチャンネルであり、前記シール構成部は、前記燃料電池の各々において、前記冷却流体出口ヘッダーと前記活性領域との間で2つの別個のシール部を更に備え、前記冷却流体流れチャンネルは、前記冷却流体出口ヘッダーと前記活性領域との間でシール領域を通して直線的な流れチャンネルである、請求項18に記載の燃料電池スタック。
- 前記シール構成部は、前記燃料電池の各々の周りに延在する周囲シール部を有する単一部品のシール部と、前記アノード入口ヘッダー及び前記活性領域の間のシールセグメントと、前記アノード出口ヘッダー及び前記活性領域の間のシールセグメントと、前記カソード入口ヘッダー及び前記活性領域の間のシールセグメントと、前記カソード出口ヘッダー及び前記活性領域の間のシールセグメントとを備える、請求項18に記載の燃料電池スタック。
- 前記シール構成部は、前記燃料電池の各々の周りに延在する周囲シール部と、各燃料電池において前記アノード入口ヘッダーの周りを延在する第1のシールループと、各燃料電池において前記アノード出口ヘッダーの周りを延在する第2のシールループと、各燃料電池において前記カソード入口ヘッダーの周りを延在する第3のシールループと、各燃料電池において前記カソード出口ヘッダーの周りを延在する第4のシールループと、各燃料電池において前記冷却流体入口ヘッダーの周りを延在する第5のシールループと、各燃料電池において前記冷却流体出口ヘッダーの周りを延在する第6のシールループと、を備える、請求項18に記載の燃料電池スタック。
- 前記複数の二極式プレートは、複合二極式プレートである、請求項18に記載の燃料電池スタック。
- 前記複数の二極式プレートは、打ち抜き二極式プレートである、請求項18に記載の燃料電池スタック。
- 前記打ち抜き二極式プレートの区分は、前記シール構成部を提供する、請求項23に記載の燃料電池スタック。
- 複数の積み重ねられた燃料電池を備える燃料電池スタックであって、該燃料電池の各々は活性領域を備え、前記燃料電池スタックは、シール構成部を備え、該シール構成部は、カソード入口ヘッダーと各燃料電池の活性領域との間に設けられたカソード入口ヘッダーシール部を備え、カソード流れチャンネルは前記カソード入口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルであり、シムが前記カソード入口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域においてシール部の支持を提供し、前記シール構成部は、カソード出口ヘッダーと各燃料電池の活性領域との間に設けられたカソード出口ヘッダーシール部を更に備え、カソード流れチャンネルは前記カソード出口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルであり、シムが前記カソード出口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域においてシール部の支持を提供し、各燃料電池におけるカソード側拡散媒体層は、前記カソード出口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域を通って延在し、前記シール構成部は、アノード入口ヘッダーと各燃料電池の活性領域との間に設けられたアノード入口ヘッダーシール部を更に備え、アノード流れチャンネルは前記アノード入口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルであり、シムが前記アノード入口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域においてシール部の支持を提供し、前記シール構成部は、アノード出口ヘッダーと各燃料電池の活性領域との間に設けられたアノード出口ヘッダーシール部を更に備え、アノード流れチャンネルは前記アノード出口ヘッダーと前記活性領域との間の直線的な流れチャンネルであり、シムが前記アノード出口ヘッダーと前記活性領域との間のシール領域においてシール部の支持を提供する、燃料電池スタック。
- 前記シムは、燃料電池サブガスケットの一部である、請求項25に記載の燃料電池スタック。
- 前記燃料電池の各々における前記シムは、単一部品のシムであるように結合される、請求項25に記載の燃料電池スタック。
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