JP2010532085A - 燃料電池スタックおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、本発明の好ましい態様を詳細に参照し、その実施例を添付の図面に示す。本発明の方法および対応する工程は、システムの詳細な説明と合せて記述する。
Claims (40)
- 燃料電池スタックであって、
a)第1の略平坦面を有する第1の略平坦プレート本体を含む、少なくとも1つのバイポーラプレート組立体、但し、前記第1の面は、
i)反応物がそこを通過するための、前記第1のプレート本体により画定された開口、
ii)その上に画定された第1の反応物流動場、および
iii)前記開口を実質的に包囲する前記第1の面上の第1の隆起表面であって、隣接するバイポーラプレート組立体の面上の第2の表面と結合するように適合かつ構成されており、前記隆起表面同士が結合されると、前記第1の隆起表面と前記第2の表面とが流れ阻止部を生成する、前記第1の隆起表面
を含む、
b)前記第1の反応物流動場と動作可能に連通する第1の膜電極接合体、
c)前記第1の流体流路を介して前記反応物流動場と流体連通する反応物マニホルドであって、前記燃料電池スタックを通過する反応物の移送を容易化するように適合、かつ構成されている、前記反応物マニホルド、および
d)前記セパレータプレート、膜電極接合体および反応物マニホルドのまわりに配置されたカプセル化材料の層であって、前記流れ阻止部によって、第1のプレート本体により画定された開口中に流入するのが実質的に防止されている、前記カプセル化材料の層、を含む前記燃料電池スタック。 - 流れ阻止部は、カプセル化材料がスタック中に導入される前に、そこを通るガス流を可能にするように、適合かつ構成されている、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 流れ阻止部は、カプセル化材料がスタック中に導入される前に、そこを通るガス流を抑制するように、適合かつ構成されている、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 第1の隆起表面が、電気絶縁体である材料を含む、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 第1の隆起表面が、第1のプレート本体および第2のプレート本体と異なる材料で構成されている、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 流れ阻止部が、開口を包囲するOリングを含む、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 第1の隆起表面が、第1のプレート本体との組み合わせで単体構造を構成する、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 第1の隆起表面が概して環状である、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 第1の隆起表面が、開口を完全に包囲する、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 第1の隆起表面が、その広がりに沿って少なくとも1つの分断部をその中に含む、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 開口を実質的に包囲する、第2の隆起表面をさらに含む、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 第2の隆起表面が、第1の隆起表面を実質的に包囲する、請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 燃料電池スタックを製作する方法であって、
a)第1の略平坦面を有する第1のバイポーラプレート組立体を設けること、但し、前記第1の面は、
i)反応物がそこを通過するための、前記第1のプレート本体により画定された第1の開口、
ii)前記第1の面上に画定された第1の反応物流動場、および
iii)前記第1の開口を実質的に包囲する、前記第1の面上の第1の隆起表面を含む、
b)前記第1の反応物流動場と連通して、第1の膜電極接合体の第1の側部を配置すること、
c)膜電極接合体の第2の側部と連通して、第2の略平坦面を有する第2のバイポーラプレート組立体を配置してスタックを形成すること、但し、前記第2の面は、
i)反応物がそこを通過するための、前記第2のプレート本体により画定された第2の開口、
ii)前記第2の面上に画定された第2の反応物流動場、および
iii)前記開口を実質的に包囲する前記第2の面上の受け面であって、前記第1の隆起表面と受け面は嵌まり合って流れ阻止部を画定する、前記受け面を含む、
d)カプセル化材料中に前記スタックをカプセル化すること、但し、前記流れ阻止部によって、前記カプセル化材料が前記第1のプレート本体によって画定される前記開口中に流入することが実質的に防止されている
を含む、前記燃料電池スタックを製作する方法。 - 流れ阻止部は、カプセル化材料がスタック中に導入される前に、そこを通るガス流を可能にするように、適合かつ構成されている、請求項13に記載の方法。
- 流れ阻止部は、カプセル化材料がスタック中に導入される前に、そこを通るガス流を抑制するように、適合かつ構成されている、請求項13に記載の方法。
- 第1の隆起表面が、電気絶縁体である材料を含む、請求項13に記載の方法。
- 第1の隆起表面が、第1のプレート本体および第2のプレート本体と異なる材料で構成されている、請求項13に記載の方法。
- 流れ阻止部が、開口を包囲するOリングを含む、請求項13に記載の方法。
- 第1の隆起表面が、第1のプレート本体との組み合わせで単体構造を構成する、請求項13に記載の方法。
- 第1の隆起表面が概して環状である、請求項13に記載の方法。
- 燃料電池スタックであって、
a)第1の略平坦プレート本体を含む、バイポーラプレート組立体、但し、前記第1の平坦プレート本体は、
i)第1の反応物流動場を画定する第1の略平坦面、
ii)前記プレート本体を貫通して前記第1の面に達する第1の開口と、前記開口から前記プレートの周辺部に向かって延びる第2の平坦面内の第1の開放チャネルとを画定する、第2の略平坦面であって、前記第1の流動場、第1の開口および第1の開放チャネルは第1の流体流路を画定する、前記第2の略平坦面、
b)前記第1の反応物流動場と動作可能に連通する第1の面を有する第1の膜電極接合体、
c)前記第1の流体流路を介して前記反応物流動場と流体連通する反応物マニホルドであって、前記燃料電池スタックを通過する反応物の移送を容易化するように適合かつ構成されている、前記反応物マニホルド、および
d)前記セパレータプレート、膜電極接合体および反応物マニホルドのまわりに配置されたカプセル化材料の層であって、少なくとも部分的に前記反応物マニホルドと境界を接している、前記カプセル化材料の層、
を含む前記燃料電池スタック。 - バイポーラプレート組立体は、第2の略平坦プレート本体をさらに含み、該第2の略平坦プレート本体は、
a)第3の略平坦面、および
b)前記第2の面と密着する第4の略平坦面を有する、請求項21に記載の燃料電池スタック。 - a)第3の略平坦面が第2の反応物流動場を画定し、
b)第4の略平坦面が、第2のプレートを貫通する第2の開口と、開口から第2のプレートの周辺部に向かって延びる、第4の平坦面における第2の開放チャネルとを画定し、前記第2の流動場、第2の開口および第2の開放チャネルがさらに協働して第2の流体流路を画定する、請求項22に記載の燃料電池スタック。 - 第2の反応物流動場と動作可能に連通する第1の面を有する、第2の膜電極接合体をさらに含む、請求項23に記載の燃料電池スタック。
- 第2および第4の面が協働して、冷却剤流動場から前記プレートの周辺部に向かって延びるチャネルを含む、セパレータプレート内部の冷却剤流動場を画定する、請求項22に記載の燃料電池スタック。
- 第2および第4の面が協働して、(i)バイポーラアセンブリ組立体の第1および第3の平坦面の少なくとも一方の上の反応物流動場から、前記バイポーラプレート組立体の周辺部に向かって延びる、反応物流れ通路、および(ii)バイポーラプレート組立体内部の冷却材流動場から、バイポーラプレート組立体の周辺部に向かって延びる冷却材流れ通路、の内の少なくと一方を画定する、請求項22に記載の燃料電池スタック。
- 少なくとも1つの流れ通路が、バイポーラプレート組立体の縁端のポートの位置で終端し、該ポートが少なくとも部分的に第2および第4の面によって画定された外周を有する、請求項26に記載の燃料電池スタック。
- ポートに近接するプレートの縁端が、プレナム成形インサートを受け入れるための凹部を画定する、請求項27に記載の燃料電池スタック。
- 第2の平坦面が、第1の開口および第1の開放チャネルを実質的に包囲する、シール材チャネルをその中に画定する、請求項21に記載の燃料電池スタック。
- シール材チャネルが、第1のプレート本体の周辺部に近接する第1および第2の端部を含む、請求項29に記載の燃料電池スタック。
- シーリングチャネル内に配置されたカプセル化材料をさらに含む、請求項29に記載の燃料電池スタック。
- シーリングチャネル内に配置されたカプセル化材料が、反応物チャネルを冷却剤チャネルから実質的に流体的に絶縁する、請求項31に記載の燃料電池スタック。
- 第1のプレート本体および第2のプレート本体が、第2の平坦面および第4の平坦面において互いに接合された一体構造である、請求項32に記載の燃料電池スタック。
- 第1のプレート本体および第2のプレート本体が導電性接着剤シールで接合されている、請求項33に記載の燃料電池スタック。
- 導電性接着剤シールが、(i)第1のプレート本体および第2のプレート本体の材料と化学的に適合性のある樹脂材料、および(ii)接着材料からなる群から選択される材料で形成されている、請求項34に記載の燃料電池スタック。
- 燃料電池スタックを製作する方法であって、
a)第1の略平坦プレート本体を含むバイポーラプレートを設けること、但し該第1の略平坦プレート本体は、
i)第1の反応物流動場を画定する第1の略平坦面、
ii)前記プレートを貫通して前記第1の面に達する第1の開口と、前記開口から前記プレートの周辺部に向かって延びる、第2の平坦面内の第1の開放チャネルとを画定する、第2の略平坦面であって、前記第1の流動場、第1の開口および第1の開放チャネルは第1の流体流路を画定する、前記第2の略平坦面を有する、
b)第1の膜電極接合体を第1の反応物流動場と動作可能に流体連通するように位置決めすること、および
c)セパレータプレートおよび膜電極接合体をカプセル化材料の層の中にカプセル化すること、但し、反応物マニホルドは、少なくとも部分的に前記カプセル化材料によって画定され、前記反応物マニホルドは、燃料電池スタックを通過する反応物の移送を容易化するように適合かつ構成されている、
を含む前記方法。 - カプセル化する工程が、燃料電池の周辺部の一部分と協働して、(i)酸化物マニホルド、(ii)還元剤マニホルドおよび(iii)冷却剤マニホルドの内の少なくとも1つの内部表面を画定する、請求項36に記載の方法。
- 燃料電池の周辺部の一部分が、(i)膜電極接合体の縁端、(ii)プレートの縁端の少なくとも一方を含む、請求項37に記載の方法。
- 反応物マニホルドを画定するカプセル化工程中に、型空隙中に少なくとも1つの脱着可能なランナー型を挿入することをさらに含む、請求項36に記載の方法。
- 燃料電池およびランナー型のまわりに材料を成形して反応物マニホルドを形成することをさらに含む、請求項39に記載の方法。
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