【手続補正書】
【提出日】平成16年11月25日(2004.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
その厚みを貫通する少なくとも１つの膜電極接合体マニホールド開口を有する膜電極接合体であって、前記膜電極接合体マニホールド開口のそれぞれが、その周囲を第１のシール材で接合されている前記膜電極接合体と、
その厚みを貫通する少なくとも１つの燃料流動場マニホールド開口を有する燃料流動場であって、該燃料流動場に分配する燃料反応物を供給するマニホールドに一致しない燃料流動場マニホールド開口のそれぞれが、その周囲を第２のシール材で接合されている前記燃料流動場と、
その厚みを貫通する少なくとも１つの酸化剤流動場マニホールド開口を有する酸化剤流動場であって、該酸化剤流動場に分配するための酸化物反応物を供給するマニホールドに一致しない酸化剤流動場マニホールド開口のそれぞれが、その周囲を第３のシール材で接合されている前記酸化剤流動場とを含み、
前記膜電極接合体、前記燃料流動場、および前記酸化剤流動場が、互いに関係してスタックに組み立てられ、それによって前記膜電極接合体マニホールド開口、前記燃料流動場マニホールド開口、および前記酸化剤流動場マニホールド開口が位置合わせされており、かつ
前記膜電極接合体、前記燃料流動場、および前記酸化剤流動場の周縁が、一緒に樹脂でカプセル化され、それによって燃料電池カセットの周辺全体が樹脂でカプセル化されている、燃料電池カセット。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
その厚みを貫通する少なくとも１つのマニホールド開口を有する非多孔質セパレータプレートをさらに含み、
膜電極接合体、燃料流動場、酸化剤流動場、およびセパレータプレートが、互いに関係してスタックに組み立てられ、それによって膜電極接合体マニホールド開口、燃料流動場マニホールド開口、酸化剤流動場マニホールド開口、およびセパレータプレートマニホールド開口が位置合わせされており、かつ
前記膜電極接合体、前記燃料流動場、前記酸化剤流動場および前記セパレータプレートの周縁が、一緒に樹脂でカプセル化され、それによって燃料電池カセットの周辺全体が樹脂でカプセル化されている、請求項１に記載の燃料電池カセット。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
圧縮手段が、
その厚みを貫通する少なくとも１つの反応物マニホールド開口を有する第１のハウジング部品と、
第２のハウジング部品と、
前記第１のハウジング部品と前記第２のハウジング部品を連結する結合手段とを含み、
前記スタック形成物が、前記第１のハウジング部品と前記第２のハウジング部品との間に挿入されており、それによって前記第１のハウジング部品の前記反応物マニホールド開口が、前記スタック形成物の前記反応物マニホールドチャネルと位置合わせされている、請求項８に記載の燃料電池スタック。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
第１のハウジング部品が、開口形成体基部と、該開口形成体基部から延びて第１の収納区画を画定する開口形成体側壁とを有し、第２のハウジング部品が開口形成体上部と、該開口形成体上部から延びて第２の収納区画を画定する開口形成体側壁とを有すると共に、スタック形成物が、前記開口形成体基部と前記開口形成体上部の間に挿入され、これによって前記スタック形成物が、前記第１の収納区画および前記第２の収納区画に収容されて、結合手段が、前記第１のハウジング部品の開口形成体側壁と前記第２のハウジング部品の開口形成体側壁との接続部で、前記第１のハウジング部品と前記第２のハウジング部品とを連結している、請求項９に記載の燃料電池スタック。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
第１のハウジング部品および第２のハウジング部品が、熱硬化性ポリマーである、請求項１０に記載の燃料電池スタック。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１５】
第１のハウジング部品および第２のハウジング部品が、充填材入りポリマー複合材である、請求項１０に記載の燃料電池スタック。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２３】
燃料電池カセットがその厚みを貫通する少なくとも１つのマニホールド開口を有する少なくとも１つの非多孔質セパレータプレートを有すると共に、
前記非多孔質セパレータプレート、冷却剤流動場、膜電極接合体、および反応物流動場を互いに関係して組み立てて、前記非多孔質セパレータプレートマニホールド開口が、反応物流動場マニホールド開口および膜電極接合体マニホールド開口と位置合わせされ、それによって、スタック形成物の厚みを貫通する少なくとも１つのマニホールドチャネルを画定するように前記スタック形成物を形成するステップをさらに含み、
前記非多孔質セパレータプレート、前記膜電極接合体、および前記反応物流動場の周縁間に接合部を形成し、それによって前記スタック形成物の周辺全体を樹脂でカプセル化する、請求項２０に記載の燃料電池カセットの製造方法。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
電気化学ＰＥＭ電池、特にＰＥＭ燃料電池はよく知られている。ＰＥＭ燃料電池は、実質上環境排出物を出すことなく、化学エネルギーを電気エネルギーに変換し、エネルギーが蓄積されるのではなく、供給燃料から抽出される点において、バッテリとは異なる。したがって、燃料電池は、充電／放電サイクルに束縛されることなく、燃料が連続的に供給される限り、特定の出力を維持することができる。燃料電池研究および商業化に巨額の投資がなされていることは、この技術が市場においてかなりの可能性を有することを示している。しかしながら、従来型の発電技術と比較すると、燃料電池のコストの高いことが、その潜在的な普及を遅らせてきた。燃料電池の製造および組立コストは、必要となる材料および労働力のために、多大になる可能性があり、燃料電池の価格の８５％までが製造コストとなる可能性がある。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
必然的に、ＭＥＡのＧＤＬ部分などの、スタック構成要素のあるものは、反応物および副生成物を、燃料電池スタック中、およびスタック外、またスタック内部に分布させるために多孔質にされる。スタック内の要素に孔隙があることによって、スタック構成要素間（またはスタックの外部）での液体またはガスの漏洩を防止する手段と共に、これらの多孔質要素が環境に暴露されることによって乾燥するのを防止する手段も必要となる。この目的で、通常、ガスケットまたはその他のシール材が、ＭＥＡと流動場などのその他のスタック構成要素の間、またはスタック周辺部分の上に設けられる。これらのシール手段は、エラストマー材料または接着材料であり、一般に、シールされる特定の表面に、配置、嵌合、形成されるか、または直接塗布される。このような工程は、労働集約型であり、大量生産には向かず、燃料電池のコストを増大させる。また、これらの工程のばらつきによって、生産歩留とデバイス信頼性が悪化する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
Krasijらの米国特許第５，２６４，２９９号には、２つの多孔質支持層の間に挟まれたＰＥＭを有する燃料電池モジュールが記載されており、この多孔質支持層は、反応物を触媒層に分布させ、この触媒層内では、支持層の周辺部分が、エラストマー材料でシールされ、これによってＰＥＭが支持層と結合されて、支持層の開放細孔が、エラストマー材料で充填されて、流体不透過性となる。エラストマー材料は凝固して、ＰＥＭおよび支持層組立体の流体不透過性フレームを形成する。
Bealらの米国特許第５，５２３，１７５号は、支持層上に複数のガス分配チャネルを備え、開放細孔のシールに親水性材料を使用する、米国特許第５，２６４，２９９号の改良型を記載している。しかしながら、この改良は、ＭＥＡと支持プレートの間のギャップの問題を取り上げていない。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
燃料電池カセットは、
その厚みを貫通する少なくとも１つのＭＥＡマニホールド開口を有するＭＥＡであって、該膜電極接合体マニホールド開口のそれぞれが、その周囲を第１のシール材で接合されている前記ＭＥＡと、
その厚みを貫通する少なくとも１つの燃料流動場マニホールド開口を有する燃料流動場であって、該燃料流動場に分配する燃料反応物を供給するマニホールドに一致しない燃料流動場マニホールド開口のそれぞれが、その周囲を第２のシール材で接合されている前記燃料流動場と、
その厚みを貫通する少なくとも１つの酸化剤流動場マニホールド開口を有する酸化剤流動場であって、該酸化剤流動場に分配するための酸化剤反応物を供給するマニホールドに一致しない酸化剤流動場マニホールド開口のそれぞれが、その周囲を第３のシール材で接合されている前記酸化剤流動場とを含み、
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
内部ポートおよび燃料電池構成要素の周縁をシーリングする革新的な工程も開示される。これらの工程は、本発明の燃料電池カセットおよびそのような燃料電池カセットを含む燃料電池スタックを、多様な設計組立体として製造するように適合させることが可能である。具体的には、好ましい実施態様において、内部マニホールド開口と外部周辺カプセルの接合は、真空補助式樹脂移行成形（ＶＡＲＴＭ）を使用して行い、この成形方法は、燃料電池カセットの多孔質構成要素内の必要な場所にシーリング材料を本質的に配置すると共に、真空によって構成要素の開放周縁にシール材を注入して、燃料電池カセットの周辺全体を同時にカプセル化する。別の実施態様においては、このカプセル化は、溶融熱ポリマー樹脂の射出を適切に配置することによって達成することもできる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
例えば、図２は燃料電池カセット１を示し、１つのユニットセル７の組立体は、（次の順序で）、セパレータプレート６、燃料流動場３、ＭＥＡ２、および酸化剤流動場４で構成されている。これは、当該技術においては「バイポーラ燃料電池配置」と呼ばれている。図２においては、バイポーラ燃料電池配置ユニットセル７は、２つ以上のユニットセル７を重ねることができることを示すために、２つ以上重ねてあるが、図１ａに示す組立体とは異なり、冷却剤流動場が使用されていない。通常のバイポーラ型燃料電池スタックカセットにおいては、ユニットセル７は、追加の各ユニットセル７によって、燃料電池カセット１の電圧出力が増大するために、通常は図２に示すよりも多数、重ねられる。
図３は、ユニットセルを１つだけ有する、燃料電池カセット１を示す。図３でわかるように、低電圧燃料電池カセット１組立体は、燃料流動場３、ＭＥＡ２および酸化剤流動場４からのみで構成することができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
再び図１ａを参照すると、ＭＥＡ２は、商業サプライから購入するか、または、Grotらの米国特許第５，３３０，８６０号、Swathirajanらの米国特許第５，３１６，８７１号、およびWilsonの米国特許第５，２１１，９８４号に記載された方法などの、当該技術で公知の様々な製造方法によって製造することができる。一般に、それぞれが膜の反対面にある陽極側および陰極側が、白金またはその合金などの微細化された触媒粒、またはその表面上に触媒を有する微細化されたカーボン粒子を含む。触媒粒子または触媒を坦持するカーボン粒子は、ポリマー接着剤または、通常プロトン伝導性ポリマーおよび／またはフッ素化ポリマーのいずれかを含むマトリックス中に分散される。好ましい一実施態様においては、ＭＥＡ２は、転写方法（decal process）を用いて構築し、この方法では触媒インクを、テフロン（Teflon（登録商標））素材、カプトン（Kapton(登録商標)）素材（両者とも、米国E. I. duPont de Nemours and Companyにより市販されている）上に、塗布、塗装、噴霧、またはスクリーン印刷し、その結果得られる転写を、前記素材から膜表面に転移させて、通常は熱と圧力を加えて接着する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
本発明のＭＥＡ２は、ＭＥＡ２の厚みを貫通する、１つまたは複数のマニホールド開口９を含み、これによって燃料、酸化剤、および必要な場合には冷却剤を燃料電池カセット１中に出し入れすることができる。このようなマニホールド開口９は、金型を使用してＭＥＡ２に穿孔するか、ＭＥＡ２中にレーザ加工するか、または当該技術において公知のその他の適切な方法で成形する。この開口９の数と寸法は、燃料電池カセット１の設計反応物および冷却剤を燃料電池カセット中に分配するのに必要なアクセスマニホールドの形状と直径に応じて変えることができる。一般に、そのようなマニホールド開口９は円形をしているが、開口９は、本方法の有用性を限定することなく、任意の形状に形成することができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
図１ｂに示す好ましい実施態様においては、ＭＥＡ２は、燃料アクセスに２つ、酸化剤アクセスに２つ、冷却剤アクセスに２つの合計で６つの円形マニホールド開口９を有する。しかし、前記のように、当業者であれば、開口９の数と位置は、燃料電池カセット１に用いられる特定の組立体設計に依存することに気づくであろう。例えば図２に示す組立体においては、冷却剤流動場はない。したがって、燃料電池カセット１中の冷却剤アクセスは不要であり、そのような冷却剤アクセス用のマニホールド開口も不要である。燃料電池カセット１を効率的に動作させるためには、ＭＥＡ２の各マニホールド開口９は、その周囲をシール材によって接合することによって、ガスおよび液体の燃料電池カセット１中への分配を、流動場によって制御できるようにすると共に、マニホールド開口９からＭＥＡ２への反応物の漏出を防止する。図５は、周囲１０を接合された各マニホールド開口を有するＭＥＡ２を示す。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
燃料電池カセット１の多孔質構成要素に含まれる特定のマニホールド開口９の周囲接合１０は、圧力差を使用して達成され、この圧力差によって、シール材が、マニホールド開口９周辺の多孔質構成要素の間隙に引き込まれて、その中に含浸される。好ましい一実施態様においては、この圧力差は、真空補助式樹脂移行成形によって達成される。
図１ａに示す実施態様においては、多孔質構成要素には、ＭＥＡ２のＧＤＬ、および燃料、酸化剤および冷却剤流動場３、４、５が含まれるが、セパレータプレート６は非多孔質であり、どのマニホールド開口の周囲にも接合を必要としない。当業者に公知のその他の燃料電池カセット設計には、その他の多孔質構成要素を含み、これらを本明細書に記載する方法を用いて接合してもよい。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
このような周囲接合１０のための真空補助式樹脂移行成形法は、好ましくは、最初にＭＥＡ２と同じマニホールド開口形成を備える非多孔質ポリマースペーサ膜１６を切削することによって達成される。一時に複数のＭＥＡ２が接合されている場合には、ＭＥＡ２およびスペーサ膜１６を、互いに積み上げて、ＭＥＡ２のマニホールド開口９およびスペーサ膜１６を位置合わせして、ＭＥＡ／スペーサ膜組立体１１を形成する。次いで、このＭＥＡ／スペーサ膜組立体１１は、図６に示すように、ポートシール固定具１２（ＰＳＦ：port-seal-fixture）内に配置される。ポートシール固定具１２は、型１３、上部シール／圧縮プレート１４、ボルト１５および真空孔２７とを含む。好ましい実施態様においては、各ＭＥＡ構成要素のマニホールド開口の数および位置は、図１ｂに示すように、６つのマニホールドチャネル２９が、ＭＥＡ／スペーサ膜組立体内に形成される。次いで、ボルト１５が、ＭＥＡ／スペーサ膜組立体１１の４つの角のマニホールドチャネル２９を貫通して配置されて、圧縮手段として作用すると共に、ＭＥＡ／スペーサ膜組立体１１を、ＭＥＡ２の表面に直角方向のシール材流に対してシールする。しかしながら、当業者であれば、外部プレス、ボルト締め、または帯締めを含む、ＭＥＡ／スペーサ膜組立体１１の表面全体にわたって荷重を均一に分布させることのできる任意の圧縮手段は、圧縮手段として利用できることに気づくであろう。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
好ましい熱可塑性エラストマーシール材には、限定はされないが、９２２３−２（米国、the Minnesota Mining and Manufacturing Companyが市販）およびＡＹ１０５／ＨＹ９９１（米国、Ciba Specialty Chemical Corporationが市販）などのエポキシレジン、Ａｒａｌｄｉｔｅ（登録商標）２０１８（米国、Ciba Specialty Chemical Corporationが市販）などのＰＵＲ樹脂、ＦＥＣ２２３４（米国、Morton International, Inc.が市販）などのＡＬＩＰＳ樹脂、ＳＹＬＧＡＲＤ（登録商標）１７０Ａ／Ｂ（米国、Dow Corning Corporationが市販）、Ｆｌｕｏｒｅｌ（登録商標）樹脂（米国、the Minnesota Mining and Manufacturing Companyが市販）、Ｆｌｕｏｒｏｌａｓｔ（登録商標）樹脂（米国、Lauren International, Incが市販）、ウレタン、シリコーン、フルオロシリコーン、およびビニルエステルが含まれる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
燃料電池カセット１を効率的に動作させるためには、マニホールド開口９は、燃料電池カセット１全体に分布するガスおよび液体を制御するために、流動場３、４、５などの燃料電池カセット１内で使用する様々な多孔質構成要素上でも接合しなくてはならない。前述のように、ＭＥＡ２では、燃料／酸化剤のスタック中への分配が、反応物流動場３、４を介して生じるときに、すべてのマニホールド開口９を接合１０することを必要とする。ＭＥＡ２とは異なり、各流動場３、４、５では、反応物または冷却剤が、流動場に分布することが必要であり、そのような反応物または冷却剤が誤った流動場に漏出するのを防止することが望ましい。例えば、酸化剤流動場４において、酸素（純酸素または空気中酸素）が燃料電池カセット１に進入するためのマニホールド開口９は開放したままにして、酸化剤がＭＥＡ２を横断して拡散できるようにしなくてはならない。これらの多孔質構成要素は、追加のマニホールド開口９を有して、燃料電池カセット１を介しての、他の流動場への分配のためのマニホールドアクセスを可能にし、これらの残りのマニホールド開口９は、ガスまたは冷却剤が誤った流動場に拡散するのを防止するために接合しなくてはならない。したがって、各流動場３、４、５は、接合または非接合マニホールド開口９の配置が異なることになる。各流動場構成要素に対してマニホールド開口９接合を達成するために、ＭＥＡ２上にマニホールド開口９を接合するための、上記の好ましい方法を使用するが、ボルト１５は、そのような流動場３、４、５上で接合しないままにするマニホールド開口９を貫通して配置する。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
燃料電池カセット１のすべての多孔質構成要素が、いったん、反応物または冷却剤の分布に必要とされないマニホールド開口９の周囲で接合されると、多孔質および非多孔質を含めたすべての構成要素が、最終燃料電池カセット１設計組立体に組み立てられる。再び図１ａを参照すると、好ましい一実施態様において、最終燃料電池カセット１設計組立体は、（次に示す順序の）次の構成要素からなる。それは、セパレータプレート６、燃料流動場３、ＭＥＡ２、および酸化剤流動場４、セパレータプレート６、冷却剤流動場５、セパレータプレート６、燃料流動場３、ＭＥＡ２、酸化剤流動場４、およびセパレータプレート６である。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
周縁カプセル化は、圧力差を使用することによって実施し、この圧力差によって樹脂をすべての多孔質構成要素の間隙と、構成要素どうしを分離している空間内に、引き込み、その間に樹脂を含浸させる。好ましい一実施態様においては、この圧力差は、真空補助式樹脂移行成形によって達成される。好ましくは、組立体に覆いをするために、一片の非多孔質ポリマースペーサ１６膜を、燃料電池カセット１の最終設計組立体の上面側および底面側の両方に配置する。
次いで、カセット／膜組立体２０は、図７に示すような、縁部カプセル化固定具（ＥＥＦ）１９内に配置する。ＥＥＦ１９は、型３０、上面シール／真空プレート２１、マニホールドチャネル２９への真空取付具３１および圧縮手段からなる。この上面シール／真空プレート２１は、２つの機能を果たす。すなわち、荷重をカセット／膜組立体２０に均一に分布させると共に、各マニホールドチャネル２９に均一に真空を導入するための取付具３１を収容する。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
圧縮手段は、流動可能樹脂が、最少量の樹脂を使用しながら、非多孔質構成要素を完全にカプセル化することを確実にするために必要である。カセット／膜組立体２０には、その表面全体に荷重を均一に分布させるために十分なコンプライアンスがなくてはならない。いくつかの技術を使用して、必要な荷重と、外部プレス、ボルト締め、帯締めを含む圧縮手段とを提供することができる。好ましくは、誘導機構を使用して、上面シール／真空プレート２１が、ＥＥＦ１９の基台に平行になるようにする。
好ましい一方法においては、トルクボルト１５またはハンドプレスを用いて、最初にカセット／膜組立体２０に圧縮荷重が加えられる。カセット／膜組立体２０を完全にカプセル化するために、自由流動樹脂１７を、カセット／膜組立体２０の周辺外側の、型３０内に注ぐ。多孔質構成要素のマニホールド開口９の周囲接合に有用な任意の樹脂を、燃料電池カセット１の周辺のカプセル化に使用することができる。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
樹脂１７は、ＥＥＦ１９の型３０内に置かれて、凝固する。いったん硬化が完了すると、上面シール／真空プレート２１を除去し、続いて非多孔質膜１６層を燃料電池カセット１の両側から取り外す。次いで、余剰樹脂を除去するため、燃料電池カセット１の上面および底面をトリミングし、かつ縁部を削る。次に図８は、本発明の燃料電池カセット１を２つ含む、燃料電池スタック２２を示す。このような燃料電池スタック２２においては、エンドプレート２３および、ボルト１５などのさらなる圧縮手段を追加して、燃料電池スタック２２内の接触を確実にする。通常、エンドプレート２３は、反応物および冷却剤の流れのための内部チャネルと共に、圧縮用のボルトおよびガスケットを備える、重量のある金属構造である。いくつかのエンドプレート構成が、当業者には周知である。また、電極２８が、動作中の燃料電池スタックから電気エネルギーを取り出すために提供される。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図８には燃料電池カセット１を２つ含む燃料電池スタック２２を示してあるが、その他任意の数の燃料電池カセット１を、燃料電池システムの最終出力要件に応じて、燃料電池スタック２２に使用することができる。より低い出力要件で十分である場合には、燃料電池スタックは、エンドプレートまたはその他の圧縮手段を追加した、ただ一つの燃料電池カセットで構成することもできる。図８のように燃料電池スタックに複数の燃料電池カセット１を利用する場合には、各燃料電池カセットは、すべての燃料電池カセット１のマニホールド開口が、燃料電池スタック２２を貫通するマニホールドチャネル２９を形成するように位置合わせしなくてはならない。
代替案として、本発明のさらなる実施態様においては、燃料電池スタック２２は、本発明の燃料電池カセット１を、図９に示すように２つのハウジング部品２４内に収容して、製造することができる。この実施態様によれば、図８に示す燃料電池スタック２２内の圧縮手段に必要な、高価でかさばる器具の多くが不要となり、またエンドプレート２３もボルト１５も必要としない。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
本発明の１つまたは複数の燃料電池カセット１は、第１のハウジング部品２４の基礎部分の収容区画内に配置される。図９に示す実施態様では、３つのそのような燃料電池カセット１が、燃料電池スタック２２に使用されている。複数の燃料電池カセット１を積み重ねる場合には、すべての燃料電池カセット１のマニホールド開口９が位置合わせされるように、燃料電池カセット１を積み重ねなくてはならない。次いで、第２のハウジング部品２４の上部を、第２のハウジング部品２４の側壁部分が、第１のハウジング部品２４の側壁部分上に載るように配置することができる。第１および第２のハウジング部品２４の両方が、図９の実施態様に示すような、マニホールド開口９を包含する場合には、第１のハウジング部品２４の反応物マニホールド開口９を、第２のハウジング部品２４のマニホールド開口９および燃料電池カセット１のマニホールド開口と位置合わせして、燃料電池スタック２２および両ハウジング部品２４の厚みを通過するマニホールドチャネル２９を形成する。しかしながら、実施態様によっては、ハウジング部品２４の一方だけがマニホールド開口９を包含し、かつマニホールドチャネル２９は、燃料電池カセット１と、ハウジング部品２４の１つだけを貫通するだけにすることができる。マニホールドチャネル２９がいったん形成されると、ボルトまたはその他の機械的な結合手段を用いることもできるが、好ましくはシール材２５によって２つのハウジング部品２４が結合される。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図９の好ましい実施態様においては、シーリングは、最初に２つのハウジング部品２４に圧縮手段を適用することによって達成される。圧縮手段は、圧盤プレス、締結具または当該技術において周知の他の圧縮手段でよい。次いで、注入成型法によって、シール材２５が、第１および第２のハウジング部品２４の側壁部分の接続部に注入される。シール材２５は、燃料電池システム内の作動温度に耐える能力などの、作動中の燃料電池システムで遭遇する状態に対して必要とされる化学的および機械的な性質に関して選択される。シール材２５はポリプロピレンが好ましいが、ウレタンまたはエポキシなどの当該技術で公知のその他のポリマーシール材も使用することができる。使用できるシール材には、限定はされないが、Ａｒａｌｄｉｔｅ（登録商標）２０１８（米国、Ciba Specialty Chemical Corporationが市販）などのＰＵＲ樹脂、ＦＥＣ２２３４（米国、Morton International, Inc.が市販）などのＡＬＩＰＳ樹脂、ＳＹＬＧＡＲＤ（登録商標）１７０Ａ／Ｂ（米国、Dow Corning Corporationが市販）、Ｆｌｕｏｒｅｌ（登録商標）樹脂（米国、the Minnesota Mining and Manufacturing Companyが市販）、Ｆｌｕｏｒｏｌａｓｔ（登録商標）樹脂（米国、Lauren International, Incが市販）、シリコーン、フルオロシリコーン、およびビニルエステルがある。いったんシール材２５が凝固すると、燃料電池スタック２２の圧縮は、２つのシール付きハウジング部品２４によって本質的に提供されるので、圧縮手段は取り外す。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
【図１ａ】本発明の燃料電池カセットの一実施態様を示す、横断面図である。
【図１ｂ】本発明の燃料電池カセットの一実施態様を示す、上面図である。
【図２】本発明の燃料電池カセットの第２の実施態様を示す、横断面図である。
【図３】本発明の燃料電池カセットの第３の実施態様を示す、横断面図である。
【図４】本発明の燃料電池カセットのさらに別の実施態様を示す、横断面図である。
【図５】各マニホールドポートがその周囲で接合されている、本発明に使用するＭＥＡの上面図である。
【図６】ＭＥＡとスペーサ膜の組立体を包含する、本発明の製造に使用する、ポートシール固定具を示す断面図である。
【図７】燃料電池カセット組立体設計を包含する、本発明の製造に使用する、縁部カプセル化固定具を示す断面図および上面図である。
【図８】追加のエンドプレートおよび圧縮手段を備えた、本発明の燃料電池カセットからなる燃料電池スタックの横断面図である。
【図９】燃料電池カセットが、２つのシールされたハウジング部品に、通常の燃料電池スタックとしての使用のために包含されている、本発明の燃料電池カセットの切欠側面図である。