(57)【要約】【課題】複数の燃料電池スタックアセンブリを提供する。【解決手段】少なくとも１つの壁を持つ複数の燃料電池スタックを有するアセンブリである。少なくとも１つのマニホールド部分が、燃料電池スタックのそれぞれの少なくとも１つの壁の外側に提供される。一対の複数の燃料電池スタック用の少なくとも１つのマニホールド部分は、この一対の複数の燃料電池スタック上のマニホールド部分の少なくとも１つの間の中間壁を持つ対向面上にある。複数の燃料電池スタックのアセンブリを形成する方法もまた開示される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池スタックのアセンブリであって、
少なくとも１つの壁を有する複数の燃料電池スタックと、
前記複数の燃料電池スタックのそれぞれの前記少なくとも１つの壁の外側に提供された少なくとも１つのマニホールド部分と、
を備え、
一対の前記複数の燃料電池スタック用の前記少なくとも１つのマニホールド部分は、前記一対の前記複数の燃料電池スタック上の前記マニホールド部分の前記少なくとも１つの間の中間壁を持つ対向面上にある、アセンブリ。
【請求項２】
前記中間壁は、結合して分離板となり、前記分離板は前記複数の燃料電池スタック内に端部密封を形成する樹脂を含む、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記複数の燃料電池スタックのそれぞれの角および前記マニホールド部分の隣り合う部分の間に分離板が存在する、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
少なくとも３つの燃料電池スタックが存在する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記３つの燃料電池のうちの少なくとも１つは、２つ目の前記少なくとも３つの燃料電池スタックを持つ１つ目の前記少なくとも１つのマニホールド部分の間に中間壁を持つ前記対向面を有し、他方の前記少なくとも１つのマニホールド部分は、３つ目の前記燃料電池スタックの間の別の中間壁を持つ別の対向面上にある、請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項６】
少なくとも４つの燃料電池スタックが存在する、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記少なくとも４つの前記燃料電池スタックのそれぞれが、前記マニホールド部分と前記中間壁のうちの関連する一方を持つ前記少なくとも２つの対向面を有する、請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
圧力プレートが、前記アセンブリの端部に設置され、前記圧力プレートのうちの少なくとも１つを貫通するように延伸する燃料供給ライン、燃料戻りライン、酸素含有ガス供給、および酸素含有ガス戻りラインが存在する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項９】
燃料は、前記燃料電池スタック内の燃料電池にわたり、前記燃料電池にわたる前記酸素含有ガスの流れ方向にほぼ垂直である流れ方向に流れる、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記複数の燃料電池スタックはそれぞれ少なくとも４つの壁を有し、少なくとも４つの前記マニホールド部分が存在し、前記マニホールド部分のうちの１つは燃料供給マニホールドであり、前記マニホールド部分のうちの１つは燃料戻りマニホールドであり、前記マニホールド部分のうちの１つは酸素含有ガス用の供給であり、前記マニホールド部分のうちの４つ目は前記酸素含有ガス用の戻りマニホールドである、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記複数の燃料電池スタックの少なくとも１つは、
少なくとも２つの壁と、
前記壁のうちの対向する壁に提供されるターンマニホールドと、
を備え、
前記少なくとも２つの壁は、該少なくとも２つの壁の外側に提供される、少なくとも３つのマニホールド部分と、前記壁のうちの一方の外側に提供される入口および出口マニホールド部分と、を有する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記燃料電池スタックの少なくとも１つは、前記少なくとも２つの壁のうちの一方に少なくとも１つの密封壁を有し、前記少なくとも２つの壁のうちの前記２つ目に関連付けられる前記マニホールドの一部分がいかなるマニホールド部分も含まない、請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記複数の燃料電池スタックの前記少なくとも１つは少なくとも３つの壁を含み、前記少なくとも３つの壁のうちの１つ目および２つ目は一緒に燃料入口マニホールド部分、燃料排出マニホールド部分、および酸素含有ガス入口マニホールドならびに酸素含有ガス出口マニホールド部分を提供する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記マニホールドはまた、前記複数の燃料電池スタックの少なくとも１つのための冷却剤入口および排出口も提供する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
複数の燃料電池スタックのアセンブリを形成する方法であって、
燃料電池の複数のスタックを金型に入れるステップと、
前記複数の燃料電池スタックの周りに樹脂を注入するステップと、
を含み、
前記樹脂は、前記複数の燃料電池スタックのそれぞれの少なくとも１つの壁の外側に少なくとも１つのマニホールド部分を形成するように制御され、前記複数の燃料電池スタック用の前記少なくとも１つのマニホールド部分のうちの少なくとも１つが、前記一対の前記複数の燃料電池スタック上の前記マニホールド部分のうちの少なくとも１つの間にある中間壁を持つ対向面上にある、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、複数の燃料電池スタックと、このスタック用に提供される共通のマニホールドとを含むアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は既知であり、典型的に燃料の供給を受けるアノードを含む。この燃料は、一例においては水素（Ｈ2）であり得る。アノードは膜によってカソードから離間されている。カソードは、酸素を含有するガスの供給を受ける。このガスは酸素または空気であり得る。燃料がアノードを通過し、酸素がカソードを通過し、電気エネルギーを生成する反応が起こる。
【０００３】
燃料電池は、スタックと呼ばれるアセンブリにおいてしばしば利用される。加えて、複数のスタックが存在し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
先行技術において、燃料を供給するためのマニホールドと酸素含有ガスを供給するためのマニホールドは、複数のスタックのそれぞれにおける燃料電池のうちのそれぞれに別々に供給されていた。
【０００５】
さらに、燃料用のポートと酸素含有ガス用のポートは、単一の圧力プレートに形成され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
少なくとも１つの壁を持つ複数の燃料電池スタックを有するアセンブリである。少なくとも１つのマニホールド部分が、燃料電池スタックのそれぞれの少なくとも１つの壁の外側に提供される。一対の複数の燃料電池スタック用の少なくとも１つのマニホールド部分は、この一対の複数の燃料電池スタック上のマニホールド部分の少なくとも１つの間の中間壁を持つ対向面上にある。複数の燃料電池スタックのアセンブリを形成する方法もまた開示される。
【０００７】
これらおよび他の特徴は、以下の図面および明細書から最適に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】複数の燃料電池スタックのアセンブリを概略的に示す。
【図２Ａ】図１のアセンブリの断面図を概略的に示す。
【図２Ｂ】別の特徴を示す。
【図３】図１のアセンブリを形成するための金型を示す。
【図４Ａ】１番目の可能なマニホールドの配置を示す。
【図４Ｂ】２番目の可能なマニホールドの配置を示す。
【図４Ｃ】３番目の可能なマニホールドの配置を示す。
【図４Ｄ】４番目の可能なマニホールドの配置を示す。
【図４Ｅ】５番目の可能なマニホールドの配置を示す。
【図４Ｆ】６番目の可能なマニホールドの配置を示す。
【図４Ｇ】７番目の可能なマニホールドの配置を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に示されるアセンブリ２０は、複数の燃料電池スタック２２、２４、２６、２８を含む。共通のマニホールド３０が、複数のスタック２２、２４、２６、２８の周りに成形される。示されるように、酸素マニホールド部分３２はスタック２６の内面の１つに形成され、２つ目の酸素マニホールド部分３４はスタック２８の内面に形成される。面は互いに向かい合っている。共通壁３３は、マニホールド部分３２と３４とを分離する。同様に、マニホールド部分３６はスタック２２、２４の内面上の共通壁３５から分離されている。
【００１０】
外部酸素マニホールド部分６２、６４は、スタック２２、２４、２６、２８の外面上に形成される。外壁６０は、マニホールド部分６２、６４の外側にある。端部分離板６６はマニホールド部分６２と６４とを分離し、酸素マニホールド６２、６４をマニホールド部分８８、９０からさらに分離する。端部分離板６６は、そこで結合してスタック２２、２４、２６、２８となる角６８、７０を有するように見受けられることができる。これは、スタック中間マニホールド部分、例えば、部分６２、８２の角に密封を提供する。
【００１１】
それぞれのセルに縁端部密封を提供するという概念は、以下に開示される特許から既知である。マニホールド材料はセルの角からセルに進入し、燃料電池の縁端部に含浸し、スタックの層を接着し、セルの縁端部からの漏出を密封する。しかしながら、これは単一のスタックについて既知であり、上記に開示されるように複数ではない。
【００１２】
中央燃料マニホールドは、部分８０、８２ならびに共通分離板壁８４、マニホールド部分８８、９０ならびに分離板壁８６とともに示される。
【００１３】
やはり、スタック２２、２４、２６、２８のそれぞれがマニホールド部分８０、８２、８８、９０の１つの壁を提供する内面を有する。スタック２２、２４、２６、２８の外面上に、および外壁１０２の内側に外部燃料マニホールド部分１００が存在する。
【００１４】
中央分離板４０は、それぞれのスタック２２、２４、２６、２８の角５０と結合して密封を提供する。同様の角密封は、角分離板８３および中間分離板４２ならびに４４、および角５２ならびに６８において発生する。８００で略図として示されるように、樹脂の一部分が角およびスタック内の隣り合う燃料電池の間で結合する。これは１つの角５０において示されるのみであるが、類似する密封が、それぞれの燃料電池スタックのそれぞれの角、およびスタック内のそれぞれの隣り合う燃料電池の間で発生し得るということが認識されるべきである。
【００１５】
樹脂はそれぞれのセルの角で結合すると、それぞれのセルの縁端部に沿って移動し、必要に応じてそれぞれのセルの縁端部を密封する。例えば、８００から開始して、樹脂はチャネルに、またはスタック２６内のそれぞれのセル内に進入し得る。樹脂用のこのチャネルは、スタック２６とマニホールド部分３２との間のセルの縁端部に平行にかつ近接して伸び、樹脂が燃料拡散層の縁端部は密封するが、酸素流れフィールドは密封しないことを可能にする。同様に、樹脂用の別のチャネルは、スタック２６とマニホールド部分８０との間のセルの縁端部に平行にかつ近接して伸び、樹脂が燃料拡散層の縁端部は密封するが、酸素流れフィールドは密封しないことを可能にする。マニホールド３０は、射出成形されるか、またはスタック２２、２４、２６、２８の周囲に別様に成形されることができる。一体型マニホールドは、ゆえに、燃料用の供給マニホールド、使用済み燃料用の戻りマニホールド、酸素を含有するガス用の供給マニホールド、および酸素を含有するガス用の戻りマニホールドを提供することができる。
【００１６】
図２Ａに示されるように、供給ライン１１４は、タンクＯ2からアセンブリ２０へと酸素含有ガスを提供し得る。これは、スタック内の１組の燃料電池Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのうちの１つの上にある圧力プレート１１０を通過し得る。前述の「隣り合う燃料電池」とは、燃料電池Ａ〜Ｅのうちの向かい合う燃料電池のことである。ゆえに、上記に開示したように、実際には燃料電池Ａ〜Ｅの間の角、または縁端部に沿って樹脂があり得る。スタック２６、２８の中に５つの燃料電池Ａ〜Ｅが示されているが、ずっと多くが典型的に提供され得るということが理解されるべきである。対向圧力プレート１１２は、燃料タンクＦからの燃料供給２００を含む。供給２００は、戻り２０４と同じく概略的に示される。
【００１７】
酸素含有ガス入口または供給ライン１１４はスタック２６と２８との間の中央位置に示されているが、供給は内面マニホールド部分３２／３４ではなく外面マニホールド部分６２にあることもできるということが理解されるべきである。さらに、供給が一対のスタック、例えば、２２、２４の内面にあること、および他のスタック２６、２８の外面にあることは可能である。
【００１８】
燃料供給２００および戻り２０４は図２Ａにおいて概略的に示されているが、当業者は図１に示されるような燃料マニホールドの配置から判断して、圧力プレート１１２を通って燃料をどのように供給するのかを認識するであろう。
【００１９】
図１に示されるようなマニホールド部分の配置は、燃料が通る方向にほぼ垂直な方向に流れる酸素含有ガスによって最適に促進され得る。
【００２０】
図２Ｂは、燃料電池Ａを示す。既知であるように、供給通路層１５０は、アノード１５２を通って燃料を提供し得る。アノード１５２は膜１５４によってカソード１５６から分離されている。
【００２１】
層１５８内の酸素含有ガス用の複数の通路１５９が示される。既知であるように、酸素含有ガスがカソード１５６を通って通過する（層１５８内の通路）一方で、燃料はアノード１５２を通って方向Ｘに沿って通過し、膜を通って反応が起きる。電気が生成され、図２Ｂに概略的に示される使用３００で用いられる。
【００２２】
単一金型により成形されたマニホールドの使用は、燃料電池の複数のスタックのアセンブリを簡素化する。図１において４つのスタックが示されているが、他の数のスタックが利用され得る。一例として、わずか２つのスタックでも本開示の利益を享受し得る。しかしながら、より多数のスタックが提供されることができ、より多数のスタックがある場合には当業者は対を成すマニホールドを内面および対向面で分離する中央壁をどのように提供するのかを認識するであろう。
【００２３】
図３は、金型３０２を概略的に示す。スタック２２、２４、２６、２８は金型３０２の中に設置される。遮断構造Ｓがスタック２２の外面に設置され、および類似する構造が隣り合うスタック２４、２６、２８に設置され得る。遮断構造は金型の一部であり得、当業者はかかる構造をどのように提供するのかを認識するであろう。他方では、遮断構造の間の角は、金型３０２の内部とスタック２２、２４、２６、２８の角との間のアクセスを提供し得る。図３は、極めて概略的であるということが理解されるべきである。ゆえに、遮断構造Ｓは、図１に図示されるようなマニホールド部分を提供するが、また樹脂が流れて数個の分離板部分を形成することをも可能にするように、実際にはより複雑な形状を有し得る。射出成形可能な樹脂３００等の適切な材料が金型３０２に射出され、空間４００を埋める。樹脂が硬化すると、マニホールド３０等のマニホールドが残存し得る。
【００２４】
任意の数の成形技術が利用され得、および図２Ａに概略的に図示されるように入口および出口構造を形成されるように利用され得る。一例として、Ｐｒｏｔｏｎｅｘ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって開示され、および例えば米国特許第７，３０６，８６４号に識別されるような成形技術が開示されるマニホールドを形成するために利用され得る。この成形技術は、単一の燃料電池の周囲にマニホールドを形成するために過去に利用されてきたが、しかしながら、本開示と組み合わされると、当業者はどのように開示されるマニホールドを形成するかを認識するであろう。
スタックは正方形として示されるが、他の形状および非長方形でさえも本開示による恩恵を享受する。
【００２５】
スタック、２２、２４、２６、２８はすべて正方形として示され、４つの側面を有する。前述のように、他の形状も本開示の範囲内となり得る。ゆえに、本明細書は、複数の燃料電池スタックのそれぞれに「少なくとも４つの壁」が存在することを主張する。これは直線の縁端部を必要とせず、単に境界を意味する。
【００２６】
これまでの図は、マニホールド部分の第１の配置、および燃料電池スタックを通る流れ方向を開示する。図４Ａ〜図４Ｇは、いくつもの可能な代替的構成を示す。これらの代替的構成のうちの任意の１つが他のものと組み合わされ、完全なアセンブリに達するように用いられることができる。
【００２７】
一例として、図４Ａは、燃料電池スタック５０２がマニホールド壁５０１、酸素含有空気マニホールドであり得るマニホールド部分５０６、および入口マニホールド部分５０４Ａから出口マニホールド部分５０４Ｂへの「ワンパス」の燃料流れを有するアセンブリ５００を示す。図１に開示されるように、これは本質的に流れ方向である。
【００２８】
図４Ｂは、燃料電池スタック５１２が酸素含有空気供給マニホールド部分であり得、図４Ａに開示されるように「ワンパス」であり得るマニホールド部分５０６を有する代替５１０を示す。しかしながら、ここでは燃料供給は、燃料入口マニホールド部分５１８、燃料ターンマニホールド部分５１６、および燃料出口マニホールド部分５１４を含む。このマニホールドはゆえに、燃料が入口５１８へ、燃料電池を通ってターンマニホールド部分５１６へ、次に出口マニホールド部分５１４へと戻るように流れることを可能にし得る。やはり、外壁５１１が存在する。
【００２９】
図４Ｃは、やはりマニホールド部分５０６を有する燃料電池スタック５２２を有するアセンブリ５２０を示す。燃料入口マニホールド部分５２６は燃料電池スタック２２の１つの壁上に形成され、および燃料はスタック５２２を通って流れ、対向壁５２８に当たり、次に燃料入口マニホールド部分５２６と同一の側面にある燃料出口マニホールド部分５２４へと戻る。やはり、外壁５２１が識別される。
【００３０】
燃料電池スタック５３２を有するアセンブリ５３０が図４Ｄに図示される。本実施形態において、やはりマニホールド部分５０６が存在する。単一の燃料入口マニホールド５３４が存在し、燃料はスタック５３２を通って対向壁５３３へと流れる。出口マニホールドは存在せず、および本実施形態は燃料の１００％消費を想定している。
【００３１】
図４Ｅは、燃料電池スタック５４２を有するアセンブリ５４０を示す。スタック５４２の外壁に密封５４４が存在する。本実施形態には、３つの対を成すマニホールド部分が存在する。一例として、燃料入口マニホールド部分５５０、燃料出口マニホールド部分５５２、空気入口マニホールド部分５４６、および空気出口マニホールド部分５４８が存在する。加えて、ここでは冷却剤出口マニホールド部分５５６へと続く冷却剤入口マニホールド部分５５４が存在する。ここで、やはり外壁５４１が存在する。
【００３２】
図４Ｆは、やはり、外部密封壁５４４、ならびに冷却剤マニホールド部分５６４、５６６を有するアセンブリ５６０を示す。単一の燃料マニホールド５６８および単一の空気マニホールド５７０が存在する。マニホールド部分５６８、５７０は、図４Ｄの「出口のない」実施形態、または図５Ｂまたは図５Ｃに示されるような戻り実施形態のうちの１つのように動作し得る。やはり、外壁５６１が図示される。
【００３３】
図４Ｃ〜図４Ｆは、密封壁に関連付けられるマニホールドの一部分がいかなるマニホールド部分も含んでいない、１つの壁上の少なくとも１つの密封壁５２８、５３３、または５４４を示していると言うことができる。
【００３４】
図４Ｇは、燃料マニホールド入口部分５８４、燃料出口マニホールド部分５８６、酸素含有空気入口マニホールド部分５８８、出口マニホールド部分５９０、および冷却剤入口部分５９４、ならびに冷却剤出口マニホールド部分５９２を有するまた別のアセンブリ５８０を示す。ここでやはり外壁５８１が存在する。
【００３５】
実施形態４Ａ〜４Ｇのそれぞれに共通するのは、壁５０１、５１１、５２１、５３１、５４１、５６１、または５８１であり得る壁のうちの１つが隣り合う燃料電池スタックからの別のアセンブリと共有され得るということである。これらの番号付けされた壁が図示されているが、図４Ａ〜図４Ｇの実施形態のマニホールド部分の外側に設置されたうちの任意の壁であることができ、これが別の燃料電池スタックと共有されている中間壁である。
【００３６】
本発明の一実施形態が開示されたが、本開示の範囲内で特定の修正が行われ得ることを当業者は認識するであろう。したがって、本開示の真の範囲および内容を決定するために、以下の特許請求の範囲が検討されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
2015072907.tif 000007
【図４Ｂ】
2015072907.tif 000008
【図４Ｃ】
2015072907.tif 000009
【図４Ｄ】
2015072907.tif 000010
【図４Ｅ】
2015072907.tif 000011
【図４Ｆ】
2015072907.tif 000012
【図４Ｇ】
2015072907.tif 000013