JP3511206B2 - 複数の並列燃料電池サブスタックを有するｐｅｍ型燃料電池アッセンブリ - Google Patents
複数の並列燃料電池サブスタックを有するｐｅｍ型燃料電池アッセンブリInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は該して流体流動プレ
ートおよび他の構成要素を配置することによって燃料電
池スタックアッセンブリを形成する燃料電池に関する。
特に、本発明は複数の統合された燃料電池サブスタック
を有する改良された燃料電池スタックアッセンブリを提
供する。本発明は、例えば積み重ねられた流体流動プレ
ートを含む多様な装置に適用できるが、特に陽子変換膜
を使用する燃料電池に好適である。
ートおよび他の構成要素を配置することによって燃料電
池スタックアッセンブリを形成する燃料電池に関する。
特に、本発明は複数の統合された燃料電池サブスタック
を有する改良された燃料電池スタックアッセンブリを提
供する。本発明は、例えば積み重ねられた流体流動プレ
ートを含む多様な装置に適用できるが、特に陽子変換膜
を使用する燃料電池に好適である。
【０００２】
【本発明の背景】陽子変換膜（ＰＥＭ）燃料電池は、燃
料および酸化剤の化学エネルギを直接電気エネルギに変
える。ＰＥＭ燃料電池は電気エネルギを発生する既存の
手段に比して多くの利点を提供する。例えば、それらは
比較的低温で動作し、したがってウォームアップ時間を
ほとんど、または全く必要としないし、クリーンであり
（典型的には水と空気を排出する）、効率的であり、一
般的な原料である燃料／酸化剤（水素、空気／酸素）は
豊富に供給される。
料および酸化剤の化学エネルギを直接電気エネルギに変
える。ＰＥＭ燃料電池は電気エネルギを発生する既存の
手段に比して多くの利点を提供する。例えば、それらは
比較的低温で動作し、したがってウォームアップ時間を
ほとんど、または全く必要としないし、クリーンであり
（典型的には水と空気を排出する）、効率的であり、一
般的な原料である燃料／酸化剤（水素、空気／酸素）は
豊富に供給される。
【０００３】一般のＰＥＭ型燃料電池の中心物は、反応
流体（例えば水素および空気／酸素ガス）の通過を防ぎ
ながら、燃料電池のアノード側から燃料電池のカソード
側への陽子（すなわちＨ＋イオン）の通過を許容する固
体の電解質ポリマー（ＰＥＭ）である。
流体（例えば水素および空気／酸素ガス）の通過を防ぎ
ながら、燃料電池のアノード側から燃料電池のカソード
側への陽子（すなわちＨ＋イオン）の通過を許容する固
体の電解質ポリマー（ＰＥＭ）である。
【０００４】図１は既存のＰＥＭ型燃料電池を示す。Ｐ
ＥＭのアノード側の反応は、陽子（Ｈ＋）および電子を
生成する。電子が外部の導電体を経由して膜のカソード
側へ伝わる間に、陽子はカソード側へ膜を通過する。カ
ソード側において、陽子と電子は、酸素ガスと反応して
水を生成する。アノードからカソードへの外部の電子の
流れは、燃料電池の反応によって作り出された電気エネ
ルギであり、負荷に対して電気を供給するために用いる
ことができる。
ＥＭのアノード側の反応は、陽子（Ｈ＋）および電子を
生成する。電子が外部の導電体を経由して膜のカソード
側へ伝わる間に、陽子はカソード側へ膜を通過する。カ
ソード側において、陽子と電子は、酸素ガスと反応して
水を生成する。アノードからカソードへの外部の電子の
流れは、燃料電池の反応によって作り出された電気エネ
ルギであり、負荷に対して電気を供給するために用いる
ことができる。
【０００５】より具体的には、図１に示されるように、
ＰＥＭ燃料電池１００は水素の流れのためのアノード側
の流体流動プレート１０２と、アノード領域１０４と、
陽子交換膜１０６と、カソード領域１０８と、酸素また
は酸素を含む空気の流れのためのカソード側流体流動プ
レート１１０とを有してなる。領域１０４および１０８
は一般にガス拡散手段（図示しない）を含む。アノード
側流体流動プレートにおいて水素マニホールド１１２か
ら導入された水素ガスはアノード側流体流動プレート１
０２のフルード流路１２４に沿って伝わり、また、アノ
ード領域１０４に向けて流路に垂直な方向に拡散する。
アノード領域１０４において、水素ガスは酸化されて水
素原子核（Ｈ＋イオンまたは陽子）と電子を形成する。
Ｈ＋イオンは陽子交換膜１０６を介してカソード領域１
０６に伝わるが、水素ガス自体は陽子交換膜１０６を通
り抜けない。
ＰＥＭ燃料電池１００は水素の流れのためのアノード側
の流体流動プレート１０２と、アノード領域１０４と、
陽子交換膜１０６と、カソード領域１０８と、酸素また
は酸素を含む空気の流れのためのカソード側流体流動プ
レート１１０とを有してなる。領域１０４および１０８
は一般にガス拡散手段（図示しない）を含む。アノード
側流体流動プレートにおいて水素マニホールド１１２か
ら導入された水素ガスはアノード側流体流動プレート１
０２のフルード流路１２４に沿って伝わり、また、アノ
ード領域１０４に向けて流路に垂直な方向に拡散する。
アノード領域１０４において、水素ガスは酸化されて水
素原子核（Ｈ＋イオンまたは陽子）と電子を形成する。
Ｈ＋イオンは陽子交換膜１０６を介してカソード領域１
０６に伝わるが、水素ガス自体は陽子交換膜１０６を通
り抜けない。
【０００６】上述した反応によって形成された電子は、
アノード領域１０４からアノード側流体流動プレート１
０２と、伝導性のコレクタプレート１１４に導かれる。
電子はコレクタプレート１１４から外部の導電体１１６
を通り負荷１１８へ流れ、負荷から燃料電池のカソード
側へ流れる。カソード側において、純粋な、または空気
の成分としての酸素ガスは、酸素マニホールド１２２か
らカソード側の流体流動プレート１１０のチャネル１２
０に導入される。酸素は、膜１０６を通って来た陽子
（Ｈ＋）および外部の導電体から来た電子と反応し、水
を形成する。
アノード領域１０４からアノード側流体流動プレート１
０２と、伝導性のコレクタプレート１１４に導かれる。
電子はコレクタプレート１１４から外部の導電体１１６
を通り負荷１１８へ流れ、負荷から燃料電池のカソード
側へ流れる。カソード側において、純粋な、または空気
の成分としての酸素ガスは、酸素マニホールド１２２か
らカソード側の流体流動プレート１１０のチャネル１２
０に導入される。酸素は、膜１０６を通って来た陽子
（Ｈ＋）および外部の導電体から来た電子と反応し、水
を形成する。
【０００７】ＰＥＭ燃料電池には、以下の２つの化学反
応がある。
応がある。
【０００８】
Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− （アノード側）
Ｏ２ ＋ ４Ｈ ＋ ４ｅ− → ２Ｈ２Ｏ （カソード側）
それぞれの燃料電池は、一般に０．４から０．９ボルト
のオーダーの比較的小さい電圧を発する。より高い電圧
を達成するためには、燃料電池はしばしば燃料電池スタ
ック（以下さらに説明する）内に直列につながれた複数
の層とされる。
のオーダーの比較的小さい電圧を発する。より高い電圧
を達成するためには、燃料電池はしばしば燃料電池スタ
ック（以下さらに説明する）内に直列につながれた複数
の層とされる。
【０００９】さらに、ＰＥＭ燃料電池の研究活動は、常
により小さいスタック（例えば１ないし５ｋＷ）に集中
している。しかし、スタックのコストを低減し続けなが
ら（例えばスタック内のプレートおよびジョイントの数
を最小化する）、高いスタックの電圧を維持し、より高
い電力調整効率を提供するという並行するニーズがあ
る。これら相反するニーズに対応するため、新規な流体
流動プレートおよび燃料電池スタックの設計が要求され
ている。
により小さいスタック（例えば１ないし５ｋＷ）に集中
している。しかし、スタックのコストを低減し続けなが
ら（例えばスタック内のプレートおよびジョイントの数
を最小化する）、高いスタックの電圧を維持し、より高
い電力調整効率を提供するという並行するニーズがあ
る。これら相反するニーズに対応するため、新規な流体
流動プレートおよび燃料電池スタックの設計が要求され
ている。
【００１０】
【発明の開示】簡単に説明すると、本発明は１つの態様
においては、燃料電池の流体流動プレートアッセンブリ
を有してなる。流体流動プレートアッセンブリは、少な
くとも１つの流路と、周囲が燃料電池のマニホールドの
断面を構成するマニホールド穴とを有する流体流動プレ
ートを含む。流体流動プレートは、多数の流体流動サブ
プレートに分けられ、それぞれの流体流動サブプレート
は、プレートアッセンブリの他の流体流動サブプレート
から電気的に絶縁されている。少なくとも１つの流路
は、流体流動プレートの多数の流体流動サブプレートの
少なくとも１つの流体流動サブプレートへの、またはそ
れからの流体の通信のためのマニホールド穴と交差す
る。改良された実施形態としては、燃料電池はＰＥＭ型
燃料電池スタックと、流体流動プレート内の分離された
伝導性の部材を有するそれぞれの流体流動サブプレート
とを有してなる。
においては、燃料電池の流体流動プレートアッセンブリ
を有してなる。流体流動プレートアッセンブリは、少な
くとも１つの流路と、周囲が燃料電池のマニホールドの
断面を構成するマニホールド穴とを有する流体流動プレ
ートを含む。流体流動プレートは、多数の流体流動サブ
プレートに分けられ、それぞれの流体流動サブプレート
は、プレートアッセンブリの他の流体流動サブプレート
から電気的に絶縁されている。少なくとも１つの流路
は、流体流動プレートの多数の流体流動サブプレートの
少なくとも１つの流体流動サブプレートへの、またはそ
れからの流体の通信のためのマニホールド穴と交差す
る。改良された実施形態としては、燃料電池はＰＥＭ型
燃料電池スタックと、流体流動プレート内の分離された
伝導性の部材を有するそれぞれの流体流動サブプレート
とを有してなる。
【００１１】他の態様において、本発明は並列に配置さ
れ、複数の層を有する複数の燃料電池サブスタックを含
む燃料電池アッセンブリを有してなる。複数の層のうち
少なくともいくつかの層は、燃料電池サブスタックの間
の分けられた層を有する。１つの分けられた層は、少な
くとも１つの流路と、周囲が燃料電池のマニホールドの
断面を構成するマニホールド穴を有する流体流動プレー
トを含む流体流動プレートアッセンブリである。流体流
動プレートは複数の流体流動サブプレートに分けられ、
流体流動サブプレートのそれぞれは、プレートアッセン
ブリの他の全ての流体流動サブプレートから電気的に絶
縁されている。流路の少なくとも１つは、プレートアッ
センブリ内の複数のサブプレートのうち少なくとも１つ
の流体流動サブプレートへの、またはそれからら流体の
通信のためのマニホールド穴と交叉する。さらなる態様
において、本発明はＰＥＭ型燃料電池スタックのための
膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を有してなる。膜電極ア
ッセンブリは、２つの主表面と電解質層の主表面に貼り
つけられた複数の触媒領域とを有する固形の電解質層を
含む。ＰＥＭ型の燃料電池スタックは、並列に配置され
た複数の燃料電池サブスタックを有し、ＭＥＡは複数の
並列燃料電池サブスタックによって分けられるように設
計されている。分けられたときに、固形の電解質層の主
表面の少なくともいくつかの触媒領域は、ＰＥＭ型燃料
電池スタックを構成する複数の燃料電池サブスタックの
異なる燃料電池サブスタックと整列する。さらに別の態
様において、本発明は並列に配置された複数の燃料電池
サブスタックを有する燃料電池アッセンブリをもたら
し、燃料電池サブスタックのそれぞれはＰＥＭ型燃料電
池を構成する。複数の並列燃料電池サブスタックは複数
の層を有し、複数の層のうち少なくともいくつかの層は
燃料電池サブスタックの間に分けられている。１つの分
けられた層は、２つの主表面と電解質層のそれぞれの主
表面に貼りつけられた複数の触媒領域を有する固形の電
解質層を含む膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を構成す
る。固形の電解質層の主表面の少なくともいくつかの触
媒領域は、複数の燃料電池サブスタックの別の燃料電池
サブスタックと整列してその一部を構成し、これによっ
てＭＰＡは燃料電池アッセンブリ中の少なくとも２つの
燃料電池サブスタックの間で分けられる。さらに別の態
様において、本発明は、第１のエンドプレートおよび第
２のエンドプレートとの間に配置された複数の層を含む
ＰＥＭ型燃料電池スタックを含む。複数の層は、複数の
並列燃料電池サブスタックを定義する。複数の層のうち
少なくともいくつかの層は、複数の並列サブスタックの
少なくとも２つのサブスタックによって分けられる。さ
らに、分けられた層は、周囲がＰＥＭ型燃料電池スタッ
クの流体マニホールド一部を構成するマニホールド穴を
それぞれ含む。流体マニホールドは、複数の並列燃料電
池サブスタックの中間にあるＰＥＭ型燃料電池スタック
の内部に配置され、マニホールド穴は、層を分ける少な
くとも２つの間に配置されている。改良として、分けら
れた層は、分けられた流体流動プレートアッセンブリま
たは分けられた膜電極アッセンブリを、上に要約したよ
うに有してもよい。
れ、複数の層を有する複数の燃料電池サブスタックを含
む燃料電池アッセンブリを有してなる。複数の層のうち
少なくともいくつかの層は、燃料電池サブスタックの間
の分けられた層を有する。１つの分けられた層は、少な
くとも１つの流路と、周囲が燃料電池のマニホールドの
断面を構成するマニホールド穴を有する流体流動プレー
トを含む流体流動プレートアッセンブリである。流体流
動プレートは複数の流体流動サブプレートに分けられ、
流体流動サブプレートのそれぞれは、プレートアッセン
ブリの他の全ての流体流動サブプレートから電気的に絶
縁されている。流路の少なくとも１つは、プレートアッ
センブリ内の複数のサブプレートのうち少なくとも１つ
の流体流動サブプレートへの、またはそれからら流体の
通信のためのマニホールド穴と交叉する。さらなる態様
において、本発明はＰＥＭ型燃料電池スタックのための
膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を有してなる。膜電極ア
ッセンブリは、２つの主表面と電解質層の主表面に貼り
つけられた複数の触媒領域とを有する固形の電解質層を
含む。ＰＥＭ型の燃料電池スタックは、並列に配置され
た複数の燃料電池サブスタックを有し、ＭＥＡは複数の
並列燃料電池サブスタックによって分けられるように設
計されている。分けられたときに、固形の電解質層の主
表面の少なくともいくつかの触媒領域は、ＰＥＭ型燃料
電池スタックを構成する複数の燃料電池サブスタックの
異なる燃料電池サブスタックと整列する。さらに別の態
様において、本発明は並列に配置された複数の燃料電池
サブスタックを有する燃料電池アッセンブリをもたら
し、燃料電池サブスタックのそれぞれはＰＥＭ型燃料電
池を構成する。複数の並列燃料電池サブスタックは複数
の層を有し、複数の層のうち少なくともいくつかの層は
燃料電池サブスタックの間に分けられている。１つの分
けられた層は、２つの主表面と電解質層のそれぞれの主
表面に貼りつけられた複数の触媒領域を有する固形の電
解質層を含む膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を構成す
る。固形の電解質層の主表面の少なくともいくつかの触
媒領域は、複数の燃料電池サブスタックの別の燃料電池
サブスタックと整列してその一部を構成し、これによっ
てＭＰＡは燃料電池アッセンブリ中の少なくとも２つの
燃料電池サブスタックの間で分けられる。さらに別の態
様において、本発明は、第１のエンドプレートおよび第
２のエンドプレートとの間に配置された複数の層を含む
ＰＥＭ型燃料電池スタックを含む。複数の層は、複数の
並列燃料電池サブスタックを定義する。複数の層のうち
少なくともいくつかの層は、複数の並列サブスタックの
少なくとも２つのサブスタックによって分けられる。さ
らに、分けられた層は、周囲がＰＥＭ型燃料電池スタッ
クの流体マニホールド一部を構成するマニホールド穴を
それぞれ含む。流体マニホールドは、複数の並列燃料電
池サブスタックの中間にあるＰＥＭ型燃料電池スタック
の内部に配置され、マニホールド穴は、層を分ける少な
くとも２つの間に配置されている。改良として、分けら
れた層は、分けられた流体流動プレートアッセンブリま
たは分けられた膜電極アッセンブリを、上に要約したよ
うに有してもよい。
【００１２】言い換えると、本発明は、並列に配置され
た複数の燃料電池サブスタックを有する燃料電池スタッ
クのための多様で新規な流体流動プレートおよび膜電極
アッセンブリに関する。説明した構成は、スタックの電
圧と、スタック内のプレートおよび他の層の数の最小化
によるコストの低減とを擬制にすることなく、より小さ
い全体のスタックのサイズを許容し、または構成する。
本発明に従ったフルサイズの流体流動プレートアッセン
ブリは、複数の流体流動サブプレートを伴なって設計さ
れ、それぞれの流体流動プレートは燃料電池スタックを
構成する複数のサブスタックのうち１つのサブスタック
の一部を構成する。導電性の流体流動サブプレートは、
他のそれぞれの流体流動プレートから横方向に電気的に
絶縁され、サブスタックは、より高い出力電圧を提供す
べくメインの燃料電池スタック内で直列、並列、または
それらの組合せにおいて電気的につながれている。４つ
のサブスタックの実施形態について以下詳細に説明され
るが、そこに存在する概念は、２つまたはそれ以上のサ
ブスタックを有するいかなる燃料電池スタックに適用さ
れ、またはそれらを構成してもよい。
た複数の燃料電池サブスタックを有する燃料電池スタッ
クのための多様で新規な流体流動プレートおよび膜電極
アッセンブリに関する。説明した構成は、スタックの電
圧と、スタック内のプレートおよび他の層の数の最小化
によるコストの低減とを擬制にすることなく、より小さ
い全体のスタックのサイズを許容し、または構成する。
本発明に従ったフルサイズの流体流動プレートアッセン
ブリは、複数の流体流動サブプレートを伴なって設計さ
れ、それぞれの流体流動プレートは燃料電池スタックを
構成する複数のサブスタックのうち１つのサブスタック
の一部を構成する。導電性の流体流動サブプレートは、
他のそれぞれの流体流動プレートから横方向に電気的に
絶縁され、サブスタックは、より高い出力電圧を提供す
べくメインの燃料電池スタック内で直列、並列、または
それらの組合せにおいて電気的につながれている。４つ
のサブスタックの実施形態について以下詳細に説明され
るが、そこに存在する概念は、２つまたはそれ以上のサ
ブスタックを有するいかなる燃料電池スタックに適用さ
れ、またはそれらを構成してもよい。
【００１３】本発明に従い、マニホールドおよびボルト
は燃料電池スタックの中央において複数のサブスタック
の間に備わっている。燃料電池アッセンブリの中央にボ
ルトを含むことによって、締付け圧力はよりよく分配さ
れ、エンドプレートのたわみは最小化される。燃料電池
アッセンブリ内のさまざまなプレートの間に接着剤を用
いると、ボルト止めの必要はさらに低減することができ
る。さらに、他の態様において、１つの膜電極アッセン
ブリ（ＭＥＡ）は、好ましくはＰＥＭ型燃料電池アッセ
ンブリの異なるサブスタックの中のＰＥＭ型燃料電池に
よって分けられているとよく、アッセンブリの異なるサ
ブスタックに整列させられた膜の領域にわたって異なる
電圧ポテンシャルが存在しているとよい。ＭＥＡは材料
の使用を最適化した構成において形成される。
は燃料電池スタックの中央において複数のサブスタック
の間に備わっている。燃料電池アッセンブリの中央にボ
ルトを含むことによって、締付け圧力はよりよく分配さ
れ、エンドプレートのたわみは最小化される。燃料電池
アッセンブリ内のさまざまなプレートの間に接着剤を用
いると、ボルト止めの必要はさらに低減することができ
る。さらに、他の態様において、１つの膜電極アッセン
ブリ（ＭＥＡ）は、好ましくはＰＥＭ型燃料電池アッセ
ンブリの異なるサブスタックの中のＰＥＭ型燃料電池に
よって分けられているとよく、アッセンブリの異なるサ
ブスタックに整列させられた膜の領域にわたって異なる
電圧ポテンシャルが存在しているとよい。ＭＥＡは材料
の使用を最適化した構成において形成される。
【００１４】上に述べた本発明の対象、利点および特徴
等は、以下詳細に説明する本発明のいくつかの好適な実
施形態を、添付の図面と結びつけて検討することによっ
てより容易に理解されるであろう。
等は、以下詳細に説明する本発明のいくつかの好適な実
施形態を、添付の図面と結びつけて検討することによっ
てより容易に理解されるであろう。
【００１５】
【発明の最適な実施形態】概して述べると、本発明は、
ＰＥＭアッセンブリ内に並列に「統合された」複数の燃
料電池サブスタックを備え付けることによってサブスタ
ックは所定の燃料電池の層を分けることを含む多様な新
規の特徴を有する燃料電池アッセンブリを有してなる。
例えば、分けられた流体流動プレートアッセンブリが設
けられ、プレートは複数の流体流動サブプレートに分割
され、そのそれぞれは導電性を有し、プレートアッセン
ブリ内の他のサブプレートからは絶縁されている。サブ
プレートはそれぞれ燃料電池アッセンブリのそれぞれの
サブスタックに整列してその一部を構成する。燃料電池
アッセンブリのコンパクト化は、さらにサブスタックの
間のアッセンブリの中央に流体マニホールドを設け、ア
ッセンブリの中央に１つまたはそれ以上のボルトか、他
の構造部材を設けて所望の締付力を良好に分配すること
によって達成される。本発明のさらなる特徴は、燃料電
池アッセンブリ内の複数のサブスタックの間の電解質層
を分けることを含み、異なる電解質の領域は異なるサブ
スタックの一部を構成する。このような電解質の異なる
領域は、異なる印加電圧ポテンシャルを有し得る。非伝
導性および伝導性の接着剤が燃料電池アッセンブリ内で
ガスケットの代用として、また一般に燃料電池アッセン
ブリのエンドプレート間に加えられる締付力を低減する
ために使用され得る。
ＰＥＭアッセンブリ内に並列に「統合された」複数の燃
料電池サブスタックを備え付けることによってサブスタ
ックは所定の燃料電池の層を分けることを含む多様な新
規の特徴を有する燃料電池アッセンブリを有してなる。
例えば、分けられた流体流動プレートアッセンブリが設
けられ、プレートは複数の流体流動サブプレートに分割
され、そのそれぞれは導電性を有し、プレートアッセン
ブリ内の他のサブプレートからは絶縁されている。サブ
プレートはそれぞれ燃料電池アッセンブリのそれぞれの
サブスタックに整列してその一部を構成する。燃料電池
アッセンブリのコンパクト化は、さらにサブスタックの
間のアッセンブリの中央に流体マニホールドを設け、ア
ッセンブリの中央に１つまたはそれ以上のボルトか、他
の構造部材を設けて所望の締付力を良好に分配すること
によって達成される。本発明のさらなる特徴は、燃料電
池アッセンブリ内の複数のサブスタックの間の電解質層
を分けることを含み、異なる電解質の領域は異なるサブ
スタックの一部を構成する。このような電解質の異なる
領域は、異なる印加電圧ポテンシャルを有し得る。非伝
導性および伝導性の接着剤が燃料電池アッセンブリ内で
ガスケットの代用として、また一般に燃料電池アッセン
ブリのエンドプレート間に加えられる締付力を低減する
ために使用され得る。
【００１６】本発明の上述した特徴およびその他の特徴
は、４つの並列の流体流動サブスタックを有するＰＥＭ
型燃料電池アッセンブリの実施形態について以下説明さ
れる。この業において経験を積んだ者は、ここに説明さ
れる新規な特徴は、２つまたはそれ以上並列に設けられ
たサブスタックを有するいかなる燃料電池スタックにも
適用し得ることが認識できるであろう。さらに、このコ
ンセプトは好ましくはＰＥＭ型燃料電池アッセンブリ内
で利用されることが好ましいが、多くの特徴は他の種類
の電気化学的燃料電池にも適用できる。
は、４つの並列の流体流動サブスタックを有するＰＥＭ
型燃料電池アッセンブリの実施形態について以下説明さ
れる。この業において経験を積んだ者は、ここに説明さ
れる新規な特徴は、２つまたはそれ以上並列に設けられ
たサブスタックを有するいかなる燃料電池スタックにも
適用し得ることが認識できるであろう。さらに、このコ
ンセプトは好ましくはＰＥＭ型燃料電池アッセンブリ内
で利用されることが好ましいが、多くの特徴は他の種類
の電気化学的燃料電池にも適用できる。
【００１７】図２および図３は本発明の原理に従った特
徴が組み込まれる燃料電池アッセンブリの基本構造を示
す。概して２００で示される燃料電池アッセンブリ（ま
たはスタック）はエンドプレート２０２および２０４
と、絶縁層２０６および２０８と、それぞれの端の電流
コレクタ／コンダクタプレート２１０および２１２を含
む。複数の並列につながれた燃料電池２１４がエンドプ
レート間に積み重ねられた関係で配置されている。通
常、このような複数の燃料電池２１４は、図１に示すよ
うな並列につながれた複数のＰＥＭ型燃料電池１００を
有して構成され得る。
徴が組み込まれる燃料電池アッセンブリの基本構造を示
す。概して２００で示される燃料電池アッセンブリ（ま
たはスタック）はエンドプレート２０２および２０４
と、絶縁層２０６および２０８と、それぞれの端の電流
コレクタ／コンダクタプレート２１０および２１２を含
む。複数の並列につながれた燃料電池２１４がエンドプ
レート間に積み重ねられた関係で配置されている。通
常、このような複数の燃料電池２１４は、図１に示すよ
うな並列につながれた複数のＰＥＭ型燃料電池１００を
有して構成され得る。
【００１８】並列につながれた燃料電池の個々の層２１
８は、スタックの複数の燃料電池に流体を供給し、流体
を取り除き、さもなければ流体を通じさせ、または供給
するための流体マニホールド２２０を形成する整列され
た開口を含むスタック２００を構成する。構造部材また
はボルト２１６は、燃料電池の層に所望の圧縮力を与え
るために利用される。一例として、燃料電池の層は平方
インチあたり約２００ないし４００ポンドに相当する圧
縮力を与えられる。
８は、スタックの複数の燃料電池に流体を供給し、流体
を取り除き、さもなければ流体を通じさせ、または供給
するための流体マニホールド２２０を形成する整列され
た開口を含むスタック２００を構成する。構造部材また
はボルト２１６は、燃料電池の層に所望の圧縮力を与え
るために利用される。一例として、燃料電池の層は平方
インチあたり約２００ないし４００ポンドに相当する圧
縮力を与えられる。
【００１９】本発明に従った燃料電池アッセンブリの一
例を図４ないし図９に示す。この実施形態において、PE
M型燃料電池の４つのサブスタックは２つのエンドプレ
ート間で並列に配置されている。
例を図４ないし図９に示す。この実施形態において、PE
M型燃料電池の４つのサブスタックは２つのエンドプレ
ート間で並列に配置されている。
【００２０】３００にて示される燃料電池アッセンブリ
（またはスタック）の分解組立立面図を図４に示す。ア
ッセンブリ３００は第１のエンドプレート３０２と第２
のエンドプレート３０４との間に位置する複数の能動層
を含む。エンドプレート３０２および３０４は、４つの
サブスタック３２０のそれぞれの端に配置されたコレク
タプレート３１０をそれぞれ受けるための凹部３０６お
よび３０８を含む。代替的に、エンドプレート３０２お
よび３０４は、公衆に譲渡され、「カレント・コンダク
ティング・エンド・プレート・オブ・フューエル・セル
・アッセンブリ（燃料電池アッセンブリの導電性エンド
プレート）」と題された通し番号08/884,452の合衆国特
許の教示に従って構成されてもよく、それは完全に参照
としてここに組み入れられる。
（またはスタック）の分解組立立面図を図４に示す。ア
ッセンブリ３００は第１のエンドプレート３０２と第２
のエンドプレート３０４との間に位置する複数の能動層
を含む。エンドプレート３０２および３０４は、４つの
サブスタック３２０のそれぞれの端に配置されたコレク
タプレート３１０をそれぞれ受けるための凹部３０６お
よび３０８を含む。代替的に、エンドプレート３０２お
よび３０４は、公衆に譲渡され、「カレント・コンダク
ティング・エンド・プレート・オブ・フューエル・セル
・アッセンブリ（燃料電池アッセンブリの導電性エンド
プレート）」と題された通し番号08/884,452の合衆国特
許の教示に従って構成されてもよく、それは完全に参照
としてここに組み入れられる。
【００２１】それぞれのコレクションプレート３１０に
隣り合って、（例えば）複合の、または単極性の流体流
動プレートアッセンブリ３３０は、本発明に従い、分け
られた層として形成されている。代替的に、プレート３
３０は、冷却板または統合された冷却兼流体流動プレー
トを有し得る。燃料電池アッセンブリ３００のそれぞれ
のサブスタック３２０の中のアノードおよびカソードの
個々のガス拡散層３３２、３３２’は、分けられた膜ま
たは固形の電解質アッセンブリ（ＭＥＡ）３３４をサン
ドイッチする。本発明に従った分けられた層として形成
された複合の双極性の流体流動プレートアッセンブリ３
４０はスタック３００を完成する。ＭＥＡ３３４の中心
線の間の中央層は、スタック３００内で繰り返す燃料電
池ユニット３４２を構成する。例えば、燃料電池アッセ
ンブリは、スタック内で並べて一緒に圧縮され、本発明
に従った複数の並列サブスタックを定義する２つの燃料
電池ユニット３４２から、１００以上のこのような燃料
電池ユニット３４２を有して構成され得る。
隣り合って、（例えば）複合の、または単極性の流体流
動プレートアッセンブリ３３０は、本発明に従い、分け
られた層として形成されている。代替的に、プレート３
３０は、冷却板または統合された冷却兼流体流動プレー
トを有し得る。燃料電池アッセンブリ３００のそれぞれ
のサブスタック３２０の中のアノードおよびカソードの
個々のガス拡散層３３２、３３２’は、分けられた膜ま
たは固形の電解質アッセンブリ（ＭＥＡ）３３４をサン
ドイッチする。本発明に従った分けられた層として形成
された複合の双極性の流体流動プレートアッセンブリ３
４０はスタック３００を完成する。ＭＥＡ３３４の中心
線の間の中央層は、スタック３００内で繰り返す燃料電
池ユニット３４２を構成する。例えば、燃料電池アッセ
ンブリは、スタック内で並べて一緒に圧縮され、本発明
に従った複数の並列サブスタックを定義する２つの燃料
電池ユニット３４２から、１００以上のこのような燃料
電池ユニット３４２を有して構成され得る。
【００２２】図４および図５もまたスタックの周囲の構
造部材またはボルト３６０と、アッセンブリにエンドプ
レート３０２および３０４を介して加えられる圧縮力を
良好に分配するためのサブスタックの中央部の構造部材
またはボルト３６０を図示している。この実施形態にお
いて、流体マニホールドの継ぎ手３７０はエンドプレー
ト３０２の周囲に示されている。上述したように、１以
上の流体マニホールドもまたサブスタックの中央の燃料
電池アッセンブリの中に配置され得る。
造部材またはボルト３６０と、アッセンブリにエンドプ
レート３０２および３０４を介して加えられる圧縮力を
良好に分配するためのサブスタックの中央部の構造部材
またはボルト３６０を図示している。この実施形態にお
いて、流体マニホールドの継ぎ手３７０はエンドプレー
ト３０２の周囲に示されている。上述したように、１以
上の流体マニホールドもまたサブスタックの中央の燃料
電池アッセンブリの中に配置され得る。
【００２３】本発明に従った流体流動プレートの一実施
形態が図５および図６に示されている。この流体流動プ
レート４００は双極性の板、単極性の板、複合された
（例えばアノード冷却器またはカソード冷却器）単極性
の板、または冷却板であり得る。特定の例としては、プ
レート４００は、主流路４０４を伴う第1の主表面４０
２と、同様の主流路４０４’（破線にて示す）を伴う第
２の主表面とを有する双極性の流体流動プレートを構成
し得る。
形態が図５および図６に示されている。この流体流動プ
レート４００は双極性の板、単極性の板、複合された
（例えばアノード冷却器またはカソード冷却器）単極性
の板、または冷却板であり得る。特定の例としては、プ
レート４００は、主流路４０４を伴う第1の主表面４０
２と、同様の主流路４０４’（破線にて示す）を伴う第
２の主表面とを有する双極性の流体流動プレートを構成
し得る。
【００２４】流体流動プレート４００は非伝導性材料ま
たは領域４１０と、それぞれが燃料電池アッセンブリの
それぞれのサブスタック（３２０）内で１つの層を構成
する導電性部材または流れ領域４２０を有する。それぞ
れの伝導性の流れ領域４２０は、プレートアッセンブリ
４００の他のサブプレートから電気的に絶縁されたサブ
プレートを有する。流路４０４、取入口／ポート４０
６、および出口／ポート４０８は、並列の流体流動サブ
プレート４２０に流体を供給し、またはそこから流体を
取り去るためのそれぞれのマニホールド４３０および４
３０’と流体が連通するようになっている。図示したよ
うな単一の反応物の取入口マニホールドおよび単一の反
応物の出口マニホールドへの代替として、専用の反応物
の取入口および出口、または複数の反応物の取入口およ
び出口がプレートアッセンブリ４００のそれぞれの主表
面のそれぞれのサブプレート４２０上の１以上のオープ
ンフェイス流体流路のために設けられ得る。多様な代替
実施形態を含む流体流動プレートアッセンブリ４００の
構造の詳細な説明は、「イージリィ・フォーマブル・フ
ューエル・セル・アッセンブリ・フルード・フロー・プ
レート・ハビング・コンダクティビティ・アンド・イン
クリースド・ノン・コンダクティブ・マテリアル」と題
され、上述したように組み入れられた特許出願において
提供されている。
たは領域４１０と、それぞれが燃料電池アッセンブリの
それぞれのサブスタック（３２０）内で１つの層を構成
する導電性部材または流れ領域４２０を有する。それぞ
れの伝導性の流れ領域４２０は、プレートアッセンブリ
４００の他のサブプレートから電気的に絶縁されたサブ
プレートを有する。流路４０４、取入口／ポート４０
６、および出口／ポート４０８は、並列の流体流動サブ
プレート４２０に流体を供給し、またはそこから流体を
取り去るためのそれぞれのマニホールド４３０および４
３０’と流体が連通するようになっている。図示したよ
うな単一の反応物の取入口マニホールドおよび単一の反
応物の出口マニホールドへの代替として、専用の反応物
の取入口および出口、または複数の反応物の取入口およ
び出口がプレートアッセンブリ４００のそれぞれの主表
面のそれぞれのサブプレート４２０上の１以上のオープ
ンフェイス流体流路のために設けられ得る。多様な代替
実施形態を含む流体流動プレートアッセンブリ４００の
構造の詳細な説明は、「イージリィ・フォーマブル・フ
ューエル・セル・アッセンブリ・フルード・フロー・プ
レート・ハビング・コンダクティビティ・アンド・イン
クリースド・ノン・コンダクティブ・マテリアル」と題
され、上述したように組み入れられた特許出願において
提供されている。
【００２５】簡単に要約すると、プレートアッセンブリ
４００の非伝導性領域４１０は伝導性サブプレート４２
０の平行流路４１４間に隣接する通信する流体のための
複数の半円または曲がっている流体路４１２を含む。領
域４１０はまた燃料電池アッセンブリを一緒に締め付け
るために使用される構造部材またはボルトを受け入れる
ため、全体を通して設けられた複数の開口４４０も含み
得る。さらに、領域４１０は、適切な冷却剤マニホール
ド４５２と流体が連通している１またはそれ以上の冷却
剤流路４５０を保持し得る。
４００の非伝導性領域４１０は伝導性サブプレート４２
０の平行流路４１４間に隣接する通信する流体のための
複数の半円または曲がっている流体路４１２を含む。領
域４１０はまた燃料電池アッセンブリを一緒に締め付け
るために使用される構造部材またはボルトを受け入れる
ため、全体を通して設けられた複数の開口４４０も含み
得る。さらに、領域４１０は、適切な冷却剤マニホール
ド４５２と流体が連通している１またはそれ以上の冷却
剤流路４５０を保持し得る。
【００２６】概念的には、本発明の顕著な特徴は、導電
性サブプレートの分離と、複数のサブプレートのＰＥＭ
型燃料電池アッセンブリ内に含むための単一の流体流動
プレートアッセンブリへの統合を含む。さらに、このよ
うなアッセンブリ内に、例えば、非伝導性領域４１０を
通じて、プレートの内部にボルトまたはマニホールドを
含むことによって実質的かつ商業的な利点がもたらされ
る。サブプレート４２０を適切に離間させることによっ
て、冷却もまたプレートに統合される。すなわち、サブ
プレート自体が反応物／生成物を燃料電池アッセンブリ
の異なるサブスタックに伝達させる。代替的に、流路４
０６および４０８はそれ自体が冷却剤、加湿材、または
他の生成物をアッセンブリ内のサブスタックに伝達す
る。特に、プレートアッセンブリ４００は双極性プレー
ト、単極性プレート、複合単極性プレート、または冷却
板を有し得る。さらに、伝導性サブプレート４２０の数
と構成は、本発明に従って構成された燃料電池アッセン
ブリ内で利用される並列のサブスタックの数および配置
と一致して変更され得る。（図１１参照）図５に戻る
と、本発明に従った燃料電池ユニット３４２’は、並列
に配置され、それぞれ横方向に電気的に絶縁された複数
の燃料電池ユニットを構成する。これらの複数の燃料電
池ユニットは燃料電池アッセンブリ内で積み重ねられ、
燃料電池の複数の並列のサブスタックを横方向に定義す
る。これら燃料電池の並列のサブスタックは、本発明に
従った燃料電池ユニットの所定の層を分ける。さらに、
複数の並列サブスタックは、例えば燃料電池アッセンブ
リのエンドプレート内のバスバーを介して電気的に直列
につながれる。
性サブプレートの分離と、複数のサブプレートのＰＥＭ
型燃料電池アッセンブリ内に含むための単一の流体流動
プレートアッセンブリへの統合を含む。さらに、このよ
うなアッセンブリ内に、例えば、非伝導性領域４１０を
通じて、プレートの内部にボルトまたはマニホールドを
含むことによって実質的かつ商業的な利点がもたらされ
る。サブプレート４２０を適切に離間させることによっ
て、冷却もまたプレートに統合される。すなわち、サブ
プレート自体が反応物／生成物を燃料電池アッセンブリ
の異なるサブスタックに伝達させる。代替的に、流路４
０６および４０８はそれ自体が冷却剤、加湿材、または
他の生成物をアッセンブリ内のサブスタックに伝達す
る。特に、プレートアッセンブリ４００は双極性プレー
ト、単極性プレート、複合単極性プレート、または冷却
板を有し得る。さらに、伝導性サブプレート４２０の数
と構成は、本発明に従って構成された燃料電池アッセン
ブリ内で利用される並列のサブスタックの数および配置
と一致して変更され得る。（図１１参照）図５に戻る
と、本発明に従った燃料電池ユニット３４２’は、並列
に配置され、それぞれ横方向に電気的に絶縁された複数
の燃料電池ユニットを構成する。これらの複数の燃料電
池ユニットは燃料電池アッセンブリ内で積み重ねられ、
燃料電池の複数の並列のサブスタックを横方向に定義す
る。これら燃料電池の並列のサブスタックは、本発明に
従った燃料電池ユニットの所定の層を分ける。さらに、
複数の並列サブスタックは、例えば燃料電池アッセンブ
リのエンドプレート内のバスバーを介して電気的に直列
につながれる。
【００２７】燃料電池ユニット３４２’のそれぞれは、
並列に設けられたサブスタックの異なる１つに整列させ
られた互い違いの領域内のアノードおよびカソード触媒
５０４を有する膜または固形電解質アッセンブリ５０３
を含む。好ましくは、固形の電解質５０２は、例えばデ
ュポン社によって製造され、ナフィオンの商標のもとに
販売されているようなポリマーを使用して作られた固形
ポリマー電解質である。さらに、スルホン酸グループの
ような能動的な電解質がポリマー内で利用され得る。他
の例において、固形のポリマー電解質は、Ｗ．Ｌ．ゴア
・アンド・アソシエイツ（エルクトン、メアリランド）
によって製造され、「ゴア・セレクト」という商標の下
に販売されている材料によって形成されてもよい。触媒
５０４（例えば白金）は、固形のポリマー電解質のアノ
ードおよびカソード側における化学反応を可能とする。
電解質および触媒領域は、「膜電極アッセンブリ５０
３」（ＭＥＡ）として参照される。
並列に設けられたサブスタックの異なる１つに整列させ
られた互い違いの領域内のアノードおよびカソード触媒
５０４を有する膜または固形電解質アッセンブリ５０３
を含む。好ましくは、固形の電解質５０２は、例えばデ
ュポン社によって製造され、ナフィオンの商標のもとに
販売されているようなポリマーを使用して作られた固形
ポリマー電解質である。さらに、スルホン酸グループの
ような能動的な電解質がポリマー内で利用され得る。他
の例において、固形のポリマー電解質は、Ｗ．Ｌ．ゴア
・アンド・アソシエイツ（エルクトン、メアリランド）
によって製造され、「ゴア・セレクト」という商標の下
に販売されている材料によって形成されてもよい。触媒
５０４（例えば白金）は、固形のポリマー電解質のアノ
ードおよびカソード側における化学反応を可能とする。
電解質および触媒領域は、「膜電極アッセンブリ５０
３」（ＭＥＡ）として参照される。
【００２８】ＭＥＡ５０３は、ＭＥＡ５０３の反対側に
ある所与の燃料電池サブスタックのアノードおよびカソ
ードとともに、別個のサブスタックの個々のアノードお
よびカソードガス拡散層（ＧＤＬｓ）５１０の間にサン
ドイッチされている。ＧＤＬｓ５１０は例えば炭素織物
または炭素繊維紙のような弾力があり伝導性の材料を伴
って形成され得る。ガス拡散層の一実施形態において、
多孔性の炭素クロスまたは紙はカーボンブラックのスラ
リを吹き込まれ、テフロン（Ｒ）材料とともに焼結され
る。アノードおよびカソードのＧＤＬｓは、図５の燃料
電池ユニット３４２’のそれぞれの端において、サブプ
レート４２０内のアノードおよびカソード流路内を流れ
る燃料（例えば水素）および酸化剤（例えば空気／酸
素）とともに固形ポリマー電解質５０２の触媒作用をお
よぼされた場所５０２の間の電気化学的伝導体として働
く。さらに、ＧＤＬｓはまた微細な多孔と巨視的な多孔
との組合せをＭＥＡの表面に与える。微細な多孔は、反
応物ガスの分子がサブプレート４２０の流路からＭＥＡ
の表面へ概して長手方向へ通ることを許容する。巨視的
な多孔はＭＥＡのカソード面において形成された生成物
の水が、触媒粒子が水浸しになることを防ぐために概し
て長手方向に流れて取り除かれることを許容する。
ある所与の燃料電池サブスタックのアノードおよびカソ
ードとともに、別個のサブスタックの個々のアノードお
よびカソードガス拡散層（ＧＤＬｓ）５１０の間にサン
ドイッチされている。ＧＤＬｓ５１０は例えば炭素織物
または炭素繊維紙のような弾力があり伝導性の材料を伴
って形成され得る。ガス拡散層の一実施形態において、
多孔性の炭素クロスまたは紙はカーボンブラックのスラ
リを吹き込まれ、テフロン（Ｒ）材料とともに焼結され
る。アノードおよびカソードのＧＤＬｓは、図５の燃料
電池ユニット３４２’のそれぞれの端において、サブプ
レート４２０内のアノードおよびカソード流路内を流れ
る燃料（例えば水素）および酸化剤（例えば空気／酸
素）とともに固形ポリマー電解質５０２の触媒作用をお
よぼされた場所５０２の間の電気化学的伝導体として働
く。さらに、ＧＤＬｓはまた微細な多孔と巨視的な多孔
との組合せをＭＥＡの表面に与える。微細な多孔は、反
応物ガスの分子がサブプレート４２０の流路からＭＥＡ
の表面へ概して長手方向へ通ることを許容する。巨視的
な多孔はＭＥＡのカソード面において形成された生成物
の水が、触媒粒子が水浸しになることを防ぐために概し
て長手方向に流れて取り除かれることを許容する。
【００２９】図７ないし図９は、図４ないし図６の燃料
電池アッセンブリ内に並列に配置された燃料電池サブス
タックの電気的な結合についての本発明の一実施形態を
図示する。図７において、単純化されたエンドプレート
３０２は、それぞれのサブスタックの一端で電流を導く
埋めこまれたコレクタプレートと並んで示されている。
例えば負荷（図示しない）の駆動のような電気的接続７
０２および７０４は、燃料電池アッセンブリのためにつ
くられている。図８は、サブスタックの反対側の端にお
いて電流を導くためコレクタプレート３１０が再び埋め
こまれた反対側のエンドプレート３１０を図示する。図
７ないし図９の例において、燃料電池アッセンブリの並
列の燃料電池サブスタックは、バスバー７１０、７１２
および７１４を介して電気的に直列につながれている。
例として、バスバー７１０および７１２はエンドプレー
ト３０４内に埋め込まれたものとして示され、バー７１
４はエンドプレート３０２内に埋め込まれている。図９
は、アッセンブリの燃料電池サブスタック３２０の電気
的な互いの連結の概略を示す。
電池アッセンブリ内に並列に配置された燃料電池サブス
タックの電気的な結合についての本発明の一実施形態を
図示する。図７において、単純化されたエンドプレート
３０２は、それぞれのサブスタックの一端で電流を導く
埋めこまれたコレクタプレートと並んで示されている。
例えば負荷（図示しない）の駆動のような電気的接続７
０２および７０４は、燃料電池アッセンブリのためにつ
くられている。図８は、サブスタックの反対側の端にお
いて電流を導くためコレクタプレート３１０が再び埋め
こまれた反対側のエンドプレート３１０を図示する。図
７ないし図９の例において、燃料電池アッセンブリの並
列の燃料電池サブスタックは、バスバー７１０、７１２
および７１４を介して電気的に直列につながれている。
例として、バスバー７１０および７１２はエンドプレー
ト３０４内に埋め込まれたものとして示され、バー７１
４はエンドプレート３０２内に埋め込まれている。図９
は、アッセンブリの燃料電池サブスタック３２０の電気
的な互いの連結の概略を示す。
【００３０】図７および図８はまた本発明に従った燃料
電池サブスタックの中間に設けられた流体マニホールド
を整列させるためのマニホールド開口８００をも示す。
さらに、例として、開口８１２が、再び燃料電池アッセ
ンブリ内の圧縮力をより良好に分配すべく、構造部材を
受け入れるために設けられている。この分野において経
験を積んだ者は、燃料電池サブスタックの中間のマニホ
ールドおよびボルト開口の多様な数および位置を本発明
に従って想像し得ることが認識できるだろう。
電池サブスタックの中間に設けられた流体マニホールド
を整列させるためのマニホールド開口８００をも示す。
さらに、例として、開口８１２が、再び燃料電池アッセ
ンブリ内の圧縮力をより良好に分配すべく、構造部材を
受け入れるために設けられている。この分野において経
験を積んだ者は、燃料電池サブスタックの中間のマニホ
ールドおよびボルト開口の多様な数および位置を本発明
に従って想像し得ることが認識できるだろう。
【００３１】図１０は本発明に従った流体流動プレート
アッセンブリ１０００の代替的な実施形態を示す。この
アッセンブリは、上述したような燃料電池アッセンブリ
のそれぞれの燃料電池サブスタックと整列されてその一
部形成する複数の流体流動サブプレート１００２を含
む。それぞれの流体流動サブプレート１００２は、非伝
導性領域１００４によって電気的に絶縁されている。こ
の実施形態において、ＰＥＭ燃料電池アッセンブリは想
定され、開口１０１０はプレートアッセンブリ１０００
に設けられる。これらの開口は、水素の流体を流体流動
サブプレート１００２に提供する水素取入口マニホール
ドの断面を形成する周囲を有する。出口マニホールドは
開口１０２０と整列し得る。同じく流体流動サブプレー
ト１００２の中間に設けられた空気／酸素マニホールド
は開口１０３０と整列する。
アッセンブリ１０００の代替的な実施形態を示す。この
アッセンブリは、上述したような燃料電池アッセンブリ
のそれぞれの燃料電池サブスタックと整列されてその一
部形成する複数の流体流動サブプレート１００２を含
む。それぞれの流体流動サブプレート１００２は、非伝
導性領域１００４によって電気的に絶縁されている。こ
の実施形態において、ＰＥＭ燃料電池アッセンブリは想
定され、開口１０１０はプレートアッセンブリ１０００
に設けられる。これらの開口は、水素の流体を流体流動
サブプレート１００２に提供する水素取入口マニホール
ドの断面を形成する周囲を有する。出口マニホールドは
開口１０２０と整列し得る。同じく流体流動サブプレー
ト１００２の中間に設けられた空気／酸素マニホールド
は開口１０３０と整列する。
【００３２】この実施形態において、燃料電池アッセン
ブリは、空気がマニホールドを通って４つの並列のサブ
スタックのそれぞれのカソード流領域に供給され、直接
大気中に排出される大気圧スタックとして構成される。
従って、それぞれの燃料流サブプレートは、カソード流
領域の端が流体流動プレートアッセンブリの外側の端の
近くまで延長され、空気の大気中への排出が可能となる
ように配列される。再び、空気／酸素マニホールドおよ
び水素燃料の取入口／返送マニホールドの特定の位置、
数、および構成は要求に応じて変更することができる。
ブリは、空気がマニホールドを通って４つの並列のサブ
スタックのそれぞれのカソード流領域に供給され、直接
大気中に排出される大気圧スタックとして構成される。
従って、それぞれの燃料流サブプレートは、カソード流
領域の端が流体流動プレートアッセンブリの外側の端の
近くまで延長され、空気の大気中への排出が可能となる
ように配列される。再び、空気／酸素マニホールドおよ
び水素燃料の取入口／返送マニホールドの特定の位置、
数、および構成は要求に応じて変更することができる。
【００３３】図１１は、本発明に従った流体流動プレー
トアッセンブリのさらに別の実施形態を示す。このプレ
ートアッセンブリ１１００は、非伝導性領域１１０２と
複数の伝導性領域１１０４とを含む。それぞれの伝導性
領域１１０４は、非伝導性材料１１０２によって隣接す
るサブプレートから電気的に絶縁された流体流動サブプ
レートを有する。取入口および出口マニホールドは、通
り抜けて延在する単一の流路１１０６に流体を提供し、
サブプレートの複数の流体流動領域を定義する。単一の
流路はそれぞれの伝導性のサブプレート内の並列の流路
を含み、領域１１０２内の流体通路は、３つの流体流動
サブプレートの流路と相互につながっている。
トアッセンブリのさらに別の実施形態を示す。このプレ
ートアッセンブリ１１００は、非伝導性領域１１０２と
複数の伝導性領域１１０４とを含む。それぞれの伝導性
領域１１０４は、非伝導性材料１１０２によって隣接す
るサブプレートから電気的に絶縁された流体流動サブプ
レートを有する。取入口および出口マニホールドは、通
り抜けて延在する単一の流路１１０６に流体を提供し、
サブプレートの複数の流体流動領域を定義する。単一の
流路はそれぞれの伝導性のサブプレート内の並列の流路
を含み、領域１１０２内の流体通路は、３つの流体流動
サブプレートの流路と相互につながっている。
【００３４】この分野で経験を積んだ者は上述した説明
から本発明は複数の並列燃料電池サブスタックを有する
燃料電池スタックのための流体流動プレートおよび膜電
極アッセンブリを提供することに気付くであろう。説明
された構造は、スタックの電圧およびスタックのプレー
トおよび他の層の数を最小化することによるスタックの
コスト低減を犠牲にすることなく、より小さいスタック
全体のサイズを許容／構成する。本発明に従ったフルサ
イズの流体流動プレートアッセンブリは、複数の流体流
動サブプレートを伴って設計され、そのそれぞれは燃料
電池アッセンブリを構成する並列サブスタックのうちの
１つのサブスタックの一部を構成する。伝導性の流体流
動サブプレートは、お互いに横方向に電気的に絶縁さ
れ、主な燃料電池スタック内で電気的に直列につなが
れ、高い出力電圧を提供する。４つのサブスタックの実
施形態について説明されたが、この概念は２つまたはそ
れ以上のサブスタックを有するいかなる電気化学的燃料
電池スタックにも適用される。
から本発明は複数の並列燃料電池サブスタックを有する
燃料電池スタックのための流体流動プレートおよび膜電
極アッセンブリを提供することに気付くであろう。説明
された構造は、スタックの電圧およびスタックのプレー
トおよび他の層の数を最小化することによるスタックの
コスト低減を犠牲にすることなく、より小さいスタック
全体のサイズを許容／構成する。本発明に従ったフルサ
イズの流体流動プレートアッセンブリは、複数の流体流
動サブプレートを伴って設計され、そのそれぞれは燃料
電池アッセンブリを構成する並列サブスタックのうちの
１つのサブスタックの一部を構成する。伝導性の流体流
動サブプレートは、お互いに横方向に電気的に絶縁さ
れ、主な燃料電池スタック内で電気的に直列につなが
れ、高い出力電圧を提供する。４つのサブスタックの実
施形態について説明されたが、この概念は２つまたはそ
れ以上のサブスタックを有するいかなる電気化学的燃料
電池スタックにも適用される。
【００３５】本発明に従い、マニホールドおよびボルト
は複数のサブスタックの間に備わっている。燃料電池ア
ッセンブリの中央にボルトを含むことによって、締付圧
力は良好に分配され、エンドプレートの撓みは最小化さ
れる。さらに、他の態様において、単一の膜電極アッセ
ンブリ（ＭＥＡ）は、好ましくはＰＥＭ型燃料電池アッ
センブリの異なるサブスタック中でＰＥＭ型燃料電池に
よって分けられる。ＭＥＡはアッセンブリの異なるサブ
スタックに整列させられた膜領域にわたって異なる電圧
ポテンシャルを有してもよい。ＭＥＡは材料の使用を最
適化した構成において形成される。
は複数のサブスタックの間に備わっている。燃料電池ア
ッセンブリの中央にボルトを含むことによって、締付圧
力は良好に分配され、エンドプレートの撓みは最小化さ
れる。さらに、他の態様において、単一の膜電極アッセ
ンブリ（ＭＥＡ）は、好ましくはＰＥＭ型燃料電池アッ
センブリの異なるサブスタック中でＰＥＭ型燃料電池に
よって分けられる。ＭＥＡはアッセンブリの異なるサブ
スタックに整列させられた膜領域にわたって異なる電圧
ポテンシャルを有してもよい。ＭＥＡは材料の使用を最
適化した構成において形成される。
【００３６】本発明は特定の好適な実施形態に従ってこ
こに詳細に説明されたが、多様な変更および変化が当業
者によって行われ得る。例えば、燃料電池スタック内の
それぞれの流体流動アッセンブリの非伝導性材料と隣接
する膜電極アッセンブリとの間に非伝導性の接着剤を使
用することができるし、伝導性の接着剤が燃料電池スタ
ック内の流体流動プレートアッセンブリの伝導性サブプ
レートと隣接する膜電極アッセンブリの関連する触媒の
領域との間に配置され得る。燃料電池アッセンブリ内で
様々なプレートの間に接着剤を用いることによってボル
ト止めの必要性をさらに減らすことができる。したがっ
て、特許請求の範囲によって、このような変更および変
化の全ては本発明の真の思想および範囲内のものとして
カバーされる。 ［図面の簡単な説明］
こに詳細に説明されたが、多様な変更および変化が当業
者によって行われ得る。例えば、燃料電池スタック内の
それぞれの流体流動アッセンブリの非伝導性材料と隣接
する膜電極アッセンブリとの間に非伝導性の接着剤を使
用することができるし、伝導性の接着剤が燃料電池スタ
ック内の流体流動プレートアッセンブリの伝導性サブプ
レートと隣接する膜電極アッセンブリの関連する触媒の
領域との間に配置され得る。燃料電池アッセンブリ内で
様々なプレートの間に接着剤を用いることによってボル
ト止めの必要性をさらに減らすことができる。したがっ
て、特許請求の範囲によって、このような変更および変
化の全ては本発明の真の思想および範囲内のものとして
カバーされる。 ［図面の簡単な説明］
【図１】本発明に従った流体流動プレートアッセンブリ
を使用できるＰＥＭ燃料電池の立断面図である。
を使用できるＰＥＭ燃料電池の立断面図である。
【図２】本発明の流体流動プレートアッセンブリ、膜電
極アッセンブリおよび並列サブスタックの概念が組み込
まれた燃料電池アッセンブリの一実施形態の立断面図で
ある。
極アッセンブリおよび並列サブスタックの概念が組み込
まれた燃料電池アッセンブリの一実施形態の立断面図で
ある。
【図３】図２の燃料電池アッセンブリの実施形態の等角
投影図である。
投影図である。
【図４】本発明に従い、分けられた流れプレートと分け
られたＭＥＡ層を伴なう複数の並列燃料電池サブスタッ
クを有する燃料電池アッセンブリの一実施形態の分解組
立図である。
られたＭＥＡ層を伴なう複数の並列燃料電池サブスタッ
クを有する燃料電池アッセンブリの一実施形態の分解組
立図である。
【図５】図４の燃料電池アッセンブリの実施形態の部分
的な分解組立図である。
的な分解組立図である。
【図６】図４および図５の流体流動プレートアッセンブ
リの拡大図であって、本発明の一態様に従った複数の導
電体と流体流動サブプレート４２０とを示す図である。
リの拡大図であって、本発明の一態様に従った複数の導
電体と流体流動サブプレート４２０とを示す図である。
【図７】図４のエンドプレート３０２を示す図であっ
て、燃料電池アッセンブリのそれぞれのサブスタックの
一端の電流コレクタプレートと、サブスタックの２つの
電気的な並列結合とを示す図である。
て、燃料電池アッセンブリのそれぞれのサブスタックの
一端の電流コレクタプレートと、サブスタックの２つの
電気的な並列結合とを示す図である。
【図８】図４のエンドプレート３０４を示す図であっ
て、燃料電池アッセンブリのそれぞれのサブスタックの
反対側の端のコレクタプレートと、サブスタックの異な
る２つのペアの電気的な並列結合とを示す図である。
て、燃料電池アッセンブリのそれぞれのサブスタックの
反対側の端のコレクタプレートと、サブスタックの異な
る２つのペアの電気的な並列結合とを示す図である。
【図９】本発明に従った燃料電池アッセンブリの図４な
いし図８の４つのサブスタックの電気的な並列結合を示
す図である。
いし図８の４つのサブスタックの電気的な並列結合を示
す図である。
【図１０】空気／酸素が直接大気中に排出される本発明
に従った流体流動プレートアッセンブリの代替実施形態
を示す図である。
に従った流体流動プレートアッセンブリの代替実施形態
を示す図である。
【図１１】３つの導電体と、流体流動サブプレート１１
０４がプレートアッセンブリ内に定義され、３つのサブ
プレートのそれぞれに流体を供給する単独のオープンフ
ェイス流体流動チャネルを利用する本発明に従った流体
流動プレートアッセンブリのもうひとつの実施形態を示
す図である。
０４がプレートアッセンブリ内に定義され、３つのサブ
プレートのそれぞれに流体を供給する単独のオープンフ
ェイス流体流動チャネルを利用する本発明に従った流体
流動プレートアッセンブリのもうひとつの実施形態を示
す図である。
１００ ＰＥＭ型燃料電池
１０２ 流体流動プレート
１０４ アノード領域
１０６ 陽子交換膜
１０８ カソード領域
１１０ 流体流動プレート
１１２ 水素マニホールド
１１４ コレクタプレート
１１６ 導電体
１１８ 負荷
２００ 燃料電池アッセンブリ（スタック）
２０２ エンドプレート
２０４ エンドプレート
２０６ 絶縁層
２０８ 絶縁層
２１０ コレクタプレート
２１２ コレクタプレート
２１４ 燃料電池
２１６ ボルト
２１８ 層
２２０ 流体マニホールド
３００ 燃料電池スタック
３０２ エンドプレート
３０４ エンドプレート
３０６ 凹部
３０８ 凹部
３１０ コレクションプレート
３３０ 流体流動プレートアッセンブリ
３２０ 燃料電池サブスタック
３３２ ガス拡散層
３３２’ ガス拡散層
３４０ 流体流動プレートアッセンブリ
３４２ 燃料電池ユニット
３６０ ボルト
３７０ 継ぎ手
４００ 流体流動プレート
４０２ 主表面
４０４ 流路
４０６ 取入口／ポート
４０８ 出口／ポート
４１０ 非伝導性領域
４１２ 流体路
４１４ 平行流路
４２０ 導電性サブプレート（流れ領域）
４３０ 流体マニホールド
４３０’ 流体マニホールド
４４０ 開口
４５０ 冷却剤流路
４５２ 冷却剤マニホールド
５０２ 固形電解質
５０３ 膜電極アッセンブリ
５０４ 触媒
５１０ ガス拡散層
７１０ バスバー
７１２ バスバー
７１４ バスバー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−273696（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−233126（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−185778（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−17451（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−338342（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−171925（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−349511（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−349512（ＪＰ，Ａ)
特表 平９−501007（ＪＰ，Ａ)
米国特許5629104（ＵＳ，Ａ)
米国特許5069985（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/00 - 8/24
Claims (51)
- 【請求項１】 ＰＥＭ型燃料電池の流体流動プレートア
ッセンブリであって、少なくとも１つの流路（４０４）
を有する流体流動プレート（４００）を有し、前記流体
流動プレートは複数の流体流動サブプレート（４２０）
に分けられ、それぞれの流体流動サブプレートは前記複
数の流体流動サブプレートの他の流体流動サブプレート
から電気的に絶縁され、前記少なくとも１つの流路は前
記流体流動プレートの前記複数の流体流動サブプレート
の少なくとも１つの流体流動サブプレートに流体を送
り、または該流体流動サブプレートから流体を送られ、
前記流体流動プレート（４００）はさらに前記複数の流
体流動サブプレートの中間の前記流体流動プレートを通
して冷却剤を伝達する少なくとも１つの冷却剤流路（４
５０）を有することを特徴とする流体流動プレートアッ
センブリ。 - 【請求項２】 前記流体流動プレート（４００）は複数
の伝導性部材が内部に配置された非伝導性部材（４１
０）を有し、流体流動サブプレート（４２０）のそれぞ
れは前記複数の伝導性部材の異なる１つを有し、前記非
伝導性部材はそれぞれの伝導性部材を前記複数の伝導性
部材の他の伝導性部材から電気的に絶縁する請求項１に
記載の流体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項３】 前記少なくとも１つの流路（４０４）は
部分的に前記非伝導性部材に存在し、部分的に前記複数
の伝導性部材の少なくとも１つの伝導性部材に存在する
請求項２に記載の流体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項４】 前記少なくとも１つの流路（４０４）は
複数の流路を有し、前記複数の流路のそれぞれの流路は
部分的に前記非伝導性部材（４１０）に存在し、部分的
に前記複数の伝導性部材の異なる伝導性部材に存在し、
それぞれの流路は前記複数の流体流動サブプレートを構
成する前記複数の伝導性部材の関連する伝導性部材に流
体を送り、または該伝導性部材から流体を送られる請求
項３に記載の流体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項５】 前記少なくとも１つの流路（４０４）は
前記複数の流体流動サブプレート（４２０）の前記複数
の伝導性部材の少なくとも２つの伝導性部材に流体を送
り、または該伝導性部材から流体を送られる請求項３に
記載の流体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項６】 前記ＰＥＭ型燃料電池は流体マニホール
ド（４３０）を有し、前記少なくとも１つの流路（４０
４）は前記流体マニホールドと交叉し、前記流体マニホ
ールドは酸素または空気のいずれか１つの取入口と、酸
素または空気の出口と、加湿用水の取入口と、加湿用空
気の出口と、冷却剤の取入口と、冷却剤の出口と、水素
の取入口と、水素の出口とを有する請求項４または５に
記載の流体流動サブプレートアッセンブリ。 - 【請求項７】 前記少なくとも１つの流路（４０４）は
前記複数の伝導性部材の少なくとも１つの伝導性部材内
の複数の平行流路部（４１４）と、前記非伝導性部材
（４１０）内の複数の湾曲流路部（４１２）とを有し、
前記複数の湾曲流路部は前記伝導性部材内で前記複数の
平行流路に整列させられて前記伝導性部材の前記複数の
平行流路部は前記非伝導性部材の前記複数の湾曲流路部
と流体が連通するようにされ、相互に前記少なくとも１
つの流路の蛇行した構成を定義する請求項２に記載の流
体流動サブプレートアッセンブリ。 - 【請求項８】 前記少なくとも１つの伝導性部材の前記
複数の平行流路部（４１４）は陸地から仕切られたオー
プンフェイスの流路部を有する請求項７に記載の流体流
動プレートアッセンブリ。 - 【請求項９】 前記流体流動プレート（４００）は双極
性流体流動プレートまたは単極性流体流動プレートの１
つを有し、前記複数の伝導性部材は前記流体流動プレー
トの第１の主表面（４０２）と前記流体流動プレートの
第２の主表面との間に延在して電気的に連結している請
求項２に記載の流体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項１０】 前記ＰＥＭ型燃料電池は複数の並列の
燃料電池サブスタック（３２０）を定義する複数の層を
有する燃料電池スタック（３００）を有し、前記流体流
動プレートアッセンブリは、それぞれ前記燃料電池スタ
ックの前記複数の燃料電池サブスタックのそれぞれの燃
料電池サブスタックの部分を構成する前記複数の層の１
つの層と、前記流体流動プレートアッセンブリの少なく
ともいくつかの流体流動サブプレート（４２０）を有す
る請求項２に記載の流体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項１１】 前記燃料電池スタック（３００）は複
数の流体マニホールドを有し、前記流体流動プレート
（４００）は少なくとも２つの流体流動サブプレート
（４２９）の中間の少なくとも１つのマニホールド穴を
含み、前記少なくとも１つの中間のマニホールド穴は前
記燃料電池スタックの前記複数の流体マニホールドの少
なくとも１つの流体マニホールドの内側の一部を構成す
る周囲を有する請求項１０に記載の流体流動プレートア
ッセンブリ。 - 【請求項１２】 少なくとも２つの流体流動サブプレー
トの中間の前記少なくとも１つのマニホールド穴は前記
非伝導性部材（４１０）内に形成されている請求項１１
に記載の流体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項１３】 前記少なくとも１つの流路（４０４）
は反応物流体、生成物流体または加湿剤流体の少なくと
も１つを伝達する請求項２に記載の流体流動プレートア
ッセンブリ。 - 【請求項１４】 前記少なくとも１つの冷却剤流路（４
５０）は前記流体流動プレート（４００）の前記非伝導
性部材内に配置されている請求項１３に記載の流体流動
プレートアッセンブリ。 - 【請求項１５】 前記非伝導性部材（４１０）はさらに
前記伝導性部材の少なくとも２つの中間の構造開口を含
み、前記構造開口は前記燃料電池の少なくとも１つの構
造部材（３６０）が複数の流体流動サブプレートの中間
の前記流体流動プレートアッセンブリを通って延在する
ことを許容する請求項２に記載の流体流動プレートアッ
センブリ。 - 【請求項１６】 前記複数の流体流動プレートは一列に
並べられた少なくとも２つの流体流動プレートを有し、
前記少なくとも１つの流路（４０４）は前記少なくとも
２つの一列に並べられた流体流動プレートに流体を送
り、または該流体流動プレートから流体を送られる請求
項２に記載の流体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項１７】 前記ＰＥＭ型燃料電池は大気圧燃料電
池スタックを有し、前記複数の流体流動サブプレートの
それぞれの流体流動サブプレート（４２０）は酸素また
は空気の１つを直接大気に排出する請求項１に記載の流
体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項１８】 ＰＥＭ型燃料電池を有し、並列に配置
され複数の層を有する燃料電池サブスタック（３２０）
と、前記燃料電池サブスタックの間の分けられた層を有
する前記複数の層の少なくともいくつかの層を有し、前
記少なくともいくつかの分けられた層の１つの分けられ
た層は流体流動プレートアッセンブリを有し、前記流体
流動プレートアッセンブリは(i)少なくとも１つの流路
（４０４）を有する流体流動プレート（４００）を有
し、(ii)前記流体流動プレートは複数の流体流動サブプ
レート（４２０）に分割され、それぞれの流体流動サブ
プレートは複数の流体流動サブプレートの他の流体流動
サブプレートから電気的に絶縁され、それぞれの流体流
動サブプレートは燃料電池アッセンブリの前記複数の並
列の燃料電池サブスタック（３２０）のそれぞれの１つ
の一部を構成し、(iii)前記少なくとも１つの流路は前
記流体流動プレートの前記複数の流体流動サブプレート
の少なくとも１つに流体を送り、または該流体流動サブ
プレートから流体を送られ、(iv)前記流体流動プレート
（４００）はさらに前記複数の流体流動サブプレートの
中間の前記流体流動プレートを通して冷却剤を伝達する
少なくとも１つの冷却剤流路を有するＰＥＭ型燃料電池
アッセンブリ（３００）。 - 【請求項１９】 第１のエンドプレート（３０２）およ
び第２のエンドプレート（３０４）をさらに有し、前記
複数の並列の燃料電池サブスタック（３２０）は前記第
１のエンドプレートと前記第２のエンドプレートの間に
配置され、前記第１のエンドプレートおよび前記第２の
エンドプレートは前記複数の並列の燃料電池サブスタッ
クを電気的に直列に連結する導電体（３１０）を含む請
求項１８に記載のＰＥＭ型燃料電池アッセンブリ。 - 【請求項２０】 前記流体流動プレート（４００）は複
数の伝導性部材が内部に配置された非伝導性部材（４１
０）を有し、それぞれの流体流動サブプレート（４２
０）は前記伝導性部材の異なる１つを有し、前記非伝導
性部材はそれぞれの伝導性部材を流体流動プレートの他
の伝導性部材から電気的に絶縁する請求項１９に記載の
ＰＥＭ型燃料電池アッセンブリ。 - 【請求項２１】 前記少なくとも１つの流路（４０４）
は部分的に前記非伝導性部材内に存在し、部分的に前記
複数の伝導性部材の少なくとも１つの伝導性部材内に存
在する請求項２０に記載のＰＥＭ型燃料電池アッセンブ
リ。 - 【請求項２２】 前記少なくとも１つの流路（４０４）
は前記複数の伝導性部材の少なくとも１つの伝導性部材
内の複数の平行流路部（４１４）と、前記非伝導性部材
（４１０）内の複数の湾曲流路部（４１２）とを有し、
前記複数の湾曲流路部は少なくとも１つの伝導性部材内
の前記複数の平行流路部と整列させられて前記伝導性部
材内の前記複数の平行流路部は前記伝導性部材内の前記
複数の湾曲流路部と流体が連通し、相互に前記少なくと
も１つの流路の蛇行した構成を定義する請求項２１に記
載のＰＥＭ型燃料電池アッセンブリ。 - 【請求項２３】 前記少なくとも１つの伝導性部材内の
前記複数の平行流路部は陸地から仕切られたオープンフ
ェイス流路部を有する請求項２２に記載のＰＥＭ型燃料
電池アッセンブリ。 - 【請求項２４】 前記流体流動プレート（４００）は双
極性の流体流動プレートまたは単極性の流体流動プレー
トの１つを有し、前記複数の伝導性部材は前記流体流動
プレートの第１の主表面（４０２）および前記流体流動
プレートの第２の主表面との間に延在して電気的に連結
する請求項２３に記載のＰＥＭ型燃料電池アッセンブ
リ。 - 【請求項２５】 前記ＰＥＭ型燃料電池アッセンブリは
複数の流体マニホールドを有し、前記複数の流体マニホ
ールドの少なくとも１つの流体マニホールドは前記ＰＥ
Ｍ型燃料電池アッセンブリ内で前記燃料電池サブスタッ
ク（３２０）と平行に延在し、前記ＰＥＭ型燃料電池ア
ッセンブリの少なくとも２つの燃料電池サブスタックの
中間に配置されている請求項２０に記載のＰＥＭ型燃料
電池アッセンブリ。 - 【請求項２６】 少なくとも１つの流路（１１０６）を
もつ流体流動プレート（１１００）を有するＰＥＭ型燃
料電池の流体流動プレートアッセンブリであって、前記
流体流動プレートは複数の流体流動サブプレートに分け
られ、流体流動サブプレートのそれぞれは前記複数の流
体流動サブプレートの他の流体流動サブプレートから電
気的に絶縁され、前記少なくとも１つの流路（１１０
６）は複数の平行流路部を有し、前記複数の平行流路部
は、少なくとも２つの流体流動サブプレート間に延在
し、かつ、前記流体流動プレート（１１００）の少なく
とも２つの流体流動サブプレートに流体を送り、または
該流体流動サブプレートから流体を送られることを特徴
とする流体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項２７】 前記流体流動プレート（１１００）は
複数の伝導性部材（１１０４）が内部に配置された非伝
導性材料（１１０２）を有し、流体流動サブプレートの
それぞれは前記複数の伝導性部材の異なる１つを有し、
前記非伝導性材料はそれぞれの伝導性部材を前記複数の
伝導性部材の他の伝導性部材から電気的に絶縁する請求
項２６に記載の流体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項２８】 前記少なくとも１つの流路（１１０
６）は部分的に前記非伝導性材料（１１０２）内に存在
し、部分的に前記複数の伝導性部材の少なくとも２つの
伝導性部材（１１０４）内に存在する請求項２７に記載
の流体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項２９】 前記ＰＥＭ型燃料電池は流体マニホー
ルドを有し、前記少なくとも１つの流路（１１０６）は
前記流体マニホールドと交叉し、前記流体マニホールド
は酸素／空気の取入口と、酸素／空気の出口と、加湿水
の取入口と、加湿水の出口と、冷却剤の取入口と、冷却
剤の出口と、水素の取入口と、水素の出口との１つを有
する請求項２８に記載の流体流動プレートアッセンブ
リ。 - 【請求項３０】 前記非伝導性材料（１１０２）内の複
数の湾曲流路部をさらに有し、前記複数の湾曲流路部は
少なくとも２つの伝導性部材（１１０４）内の前記複数
の平行流路部と整列されることによって前記少なくとも
２つの伝導性部材（１１０４）内の前記複数の平行流路
部は前記非伝導性材料内の前記複数の湾曲流路部と流体
が連通し、ともに前記少なくとも１つの流路の蛇行した
構成を定義する請求項２８に記載の流体流動プレートア
ッセンブリ。 - 【請求項３１】 前記少なくとも２つの伝導性部材（１
１０４）内の前記複数の平行流路部は、陸地から仕切ら
れたオープンフェイスの流路を有する請求項３０に記載
の流体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項３２】 前記流体流動プレート（１１００）は
双極性の流体流動プレートまたは単極性の流体流動プレ
ートの１つを有し、前記複数の伝導性部材は前記流体流
動プレートの第１の主表面と前記流体流動プレートの第
２の主表面との間に延在し、それらを電気的につないで
いる請求項２７に記載の流体流動プレートアッセンブ
リ。 - 【請求項３３】 前記ＰＥＭ型燃料電池は複数の並列の
燃料電池サブスタックを定義する複数の層を有する燃料
電池スタックを有し、前記流体流動プレートアッセンブ
リは、前記複数の層の１つの層と、前記燃料電池スタッ
クの前記複数の燃料電池サブスタックの関連する燃料電
池サブスタックの一部をそれぞれ構成する前記流体流動
プレートアッセンブリの少なくともいくつかの流体流動
サブプレートとを有する請求項２７に記載の流体流動プ
レートアッセンブリ。 - 【請求項３４】 前記非伝導性材料（４１０）は少なく
とも２つの前記複数の伝導性部材の中間の構造開口をさ
らに含み、前記構造開口は前記ＰＥＭ型燃料電池の少な
くとも１つの構造部材（３６０）が複数の流体流動サブ
プレート（４２０）の中間の前記流体流動プレートアッ
センブリを通って延在することを許容する請求項２７に
記載の流体流動プレートアッセンブリ。 - 【請求項３５】 前記複数の流体流動プレートは、一列
に並べられた少なくとも２つの流体流動プレートを有
し、前記少なくとも１つの流路（１１０６）は前記一列
に並べられた少なくとも２つの流体流動プレートにそれ
ぞれ流体を送り、または該流体流動プレートから流体を
送られる請求項２７に記載の流体流動プレートアッセン
ブリ。 - 【請求項３６】 前記ＰＥＭ型燃料電池は大気圧燃料電
池スタックを有し、前記複数の流体流動サブプレートの
それぞれの流体流動サブプレートは酸素または空気の１
つを大気中に直接排出する請求項２６に記載の流体流動
プレートアッセンブリ。 - 【請求項３７】 並列に配置され、ＰＥＭ型燃料電池を
構成する複数の層を有する複数の燃料電池サブスタック
を有するＰＥＭ型燃料電池アッセンブリであって、前記
複数の層の少なくともいくつかの層は前記燃料電池サブ
スタックの間で分けられた層を有し、前記少なくともい
くつかの分けられた層の１つの分けられた層は流体流動
プレートアッセンブリを有し、前記流体流動プレートア
ッセンブリは、（ｉ）少なくとも１つの流路（１１０
６）を有する流体流動プレート（１１００）を含み、
（ii）前記流体流動プレートは複数の流体流動サブプレ
ートに分けられ、それぞれの流体流動サブプレートは前
記複数の流体流動サブプレートの他の流体流動サブプレ
ートから電気的に絶縁され、それぞれの流体流動サブプ
レートは前記ＰＥＭ型燃料電池アッセンブリの前記複数
の並列の燃料電池サブスタックの関連する１つの一部を
構成し、(iii)前記少なくとも１つの流路（１１０６）
は複数の平行流路部を有し、(iv)前記複数の並列流路部
は、少なくとも２つの流体流動サブプレート間に延在
し、かつ、前記流体流動プレート（１１００）の少なく
とも２つの流体流動サブプレートへ流体を送り、または
該流体流動サブプレートから流体を送られるＰＥＭ型燃
料電池アッセンブリ。 - 【請求項３８】 第１のエンドプレートおよび第２のエ
ンドプレートをさらに有し、前記複数の並列の燃料電池
サブスタックは前記第１のエンドプレートと前記第２の
エンドプレートとの間に配置され、前記第１のエンドプ
レートおよび前記第２のエンドプレートは前記複数の並
列の燃料電池サブスタックを電気的に直列に連結する導
電体を含む請求項３７に記載のＰＥＭ型燃料電池アッセ
ンブリ。 - 【請求項３９】 前記流体流動プレート（１１００）は
複数の伝導性部材（１１０４）が内部に配置された非伝
導性材料（１１０２）を有し、流体流動サブプレートの
それぞれは前記伝導性部材の異なる１つを有し、前記非
伝導性材料（１１０２）は伝導性材料（１１０４）のそ
れぞれを流体流動プレート（１１００）の他の伝導性部
材から電気的に絶縁する請求項３８に記載のＰＥＭ型燃
料電池アッセンブリ。 - 【請求項４０】 前記少なくとも１つの流路（１１０
６）は部分的に非伝導性材料（１１０２）内に存在し、
部分的に前記複数の伝導性部材の少なくとも２つの伝導
性部材（１１０４）内に存在する請求項３９に記載のＰ
ＥＭ型燃料電池アッセンブリ。 - 【請求項４１】 前記少なくとも１つの流路（１１０
６）は、前記非伝導性材料（１１０２）内の複数の湾曲
流路部を有し、複数の湾曲流路部は前記複数の平行流路
部と整列されることによって前記導電性部材（１１０
４）の前記複数の平行流路部は前記伝導性部材の前記複
数の湾曲流路部と流体が連通し、ともに前記少なくとも
１つの流路（１１０６）の蛇行する構成を定義する請求
項４０に記載のＰＥＭ型燃料電池アッセンブリ。 - 【請求項４２】 前記少なくとも１つの伝導性部材（１
１０４）の前記複数の並列流路部は陸地から仕切られた
オープンフェイスの流路部を有する請求項２２に記載の
ＰＥＭ型燃料電池アッセンブリ。 - 【請求項４３】 前記流体流動プレート（１１００）は
双極性の流体流動プレートまたは単極性の流体流動プレ
ートの１つを有し、前記複数の伝導性部材（１１０４）
は、前記流体流動プレート（１１００）の第１の主表面
と前記流体流動プレート（１１００）の第２の主表面と
の間に延在し、それらを電気的につないでいる請求項４
２に記載のＰＥＭ型燃料電池アッセンブリ。 - 【請求項４４】 前記ＰＥＭ型燃料電池アッセンブリは
複数の流体マニホールドを有し、前記複数の流体マニホ
ールドの少なくとも１つの流体マニホールドは前記ＰＥ
Ｍ型燃料電池アッセンブリ内で前記燃料電池サブスタッ
クと平行に延在し、前記ＰＥＭ型燃料電池アッセンブリ
の少なくとも２つの燃料電池サブスタックの中間に配置
されている請求項３９に記載のＰＥＭ型燃料電池アッセ
ンブリ。 - 【請求項４５】 第１のエンドプレート（３０２）およ
び第２のエンドプレート（３０４）の間に配置された複
数の層を有し、前記複数の層は複数の横方向にずらされ
た燃料電池サブスタック（３２０）を定義し、前記複数
の層の少なくともいくつかの層は前記複数の並列の燃料
電池サブスタックの少なくとも２つのサブスタックによ
って分けられ、前記少なくともいくつかの分けられた層
は流体流動プレートアッセンブリ（５０３）および膜電
極アッセンブリを有し、前記流体流動プレートアッセン
ブリ（５０３）は内部に配置複数の伝導性サブプレート
（４２０）が配置された非伝導性材料（４１０）を有
し、前記非伝導性材料は前記流体流動プレートアッセン
ブリ内で前記伝導性サブプレートを電気的に絶縁し、前
記流体流動プレートアッセンブリの前記非伝導性材料
（４１０）と前記膜電極アッセンブリとの間に非伝導性
接着剤が配置されているＰＥＭ型燃料電池スタック。 - 【請求項４６】前記少なくともいくつかの層は周囲が燃
料電池スタックの流体マニホールドの断面を構成するマ
ニホールド穴をそれぞれ含む前記分けられた層を有し、
前記マニホールド穴は前記層を分ける前記少なくとも２
つのサブスタック間に配置され、前記流体マニホールド
は前記複数の横方向にずらされた燃料電池サブスタック
の中間の前記燃料電池スタックの内側に配置されている
請求項４５に記載のＰＥＭ型燃料電池スタック。 - 【請求項４７】 前記複数の並列の燃料電池サブスタッ
クの少なくとも２つのサブスタック（３２０）の中間の
前記燃料電池スタック内に延在する少なくとも１つの構
造部材（３６０）をさらに有し、前記構造部材は前記燃
料電池スタックへの圧縮力の付加を可能にする請求項４
５に記載のＰＥＭ型燃料電池スタック。 - 【請求項４８】 前記第１のエンドプレート（３０２）
および前記第２のエンドプレート（３０４）は前記複数
の並列の燃料電池サブスタックを電気的につなぐ導電体
（３１０）を含む請求項４５に記載のＰＥＭ型燃料電池
スタック。 - 【請求項４９】 前記複数の層の少なくともいくつかの
層は前記複数の燃料電池サブスタックの１つの燃料電池
サブスタック専用である請求項４５に記載のＰＥＭ型燃
料電池スタック。 - 【請求項５０】 前記少なくともいくつかの専用の層は
ガス拡散層（ＧＤＬ）（５１０）を有し、１つの燃料電
池サブスタック（３２０）のすくなくとも１つのＧＤＬ
は前記分けられた燃料流れプレートアッセンブリと前記
分けられた膜電極アッセンブリとの間に挟まれている請
求項３７に記載のＰＥＭ型燃料電池スタック。 - 【請求項５１】 前記膜電極アッセンブリ（５０３）は
固形電解質層（５０２）のそれぞれの主表面に貼りつけ
られた複数の触媒領域（５０４）を含み、それぞれの主
表面の前期複数の触媒領域は前記主表面上で横方向にず
らされ、前記燃料電池スタックは前記流体流動プレート
アッセンブリの前記伝導性サブプレートと前記膜電極ア
ッセンブリの少なくともいくつかの触媒領域との間に配
置された伝導性の接着剤を有する請求項４５に記載のＰ
ＥＭ型燃料電池スタック。
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