(57)【要約】  本発明は、燃料電池組み立て体に関し、具体的には、当該組み立て体のシール改善に係る。実施例は、燃料電池組み立て体（２００）を有し、燃料電池組み立て体は、膜電極組立体（１０４）、カソード分離プレート（２０８）、ガスケット１０５、及び、金属シム（差込調整板）１０７を含んでいる。カソード分離プレート（２０８）は、一連に延びる起伏を有し、対向関係にある第１及び第２端部の間に空気流路が設けられている。ガスケット（１０５）は、分離プレート（２０８）と膜電極組立体（１０４）の間に設けられて、膜電極組立体（１０４）の周端部に流体シールを形成する。金属シム（１０７）は、ガスケット（１０５）と分離プレート（２０８）との間に配置されて膜電極組立体（１０４）の周端部を覆っている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極組立体と、カソード分離プレートと、ガスケットと、金属シムとを含む燃料電池組立体であって、
前記カソード分離プレートは、一連に延びる起伏を有し、対向関係にある第１及び第２端部の間に空気流路が設けられており、
前記ガスケットは、前記分離プレートと前記膜電極組立体の間に設けられて、前記膜電極組立体の周端部に流体シールを形成し、
前記金属シムは、前記ガスケットと前記分離プレートとの間に配置されて前記膜電極組立体の周端部を覆っており、また、前記分離プレートと一体化したものであって、第１及び第２細長片を有しており、
前記第１及び第２細長片は、前記分離プレートの起伏を横断するように長軸方向に延びており、また、前記分離プレートの第１及び第２端部のそれぞれに沿って延びている、
燃料電池組立体。
【請求項２】
請求項１に記載された燃料電池組立体であって、前記金属シムは、ステンレス鋼で形成されている、燃料電池組立体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された燃料電池組立体であって、前記金属シムは、５０〜１５０μｍの範囲の厚みを有している、燃料電池組立体。
【請求項４】
請求項３に記載された燃料電池組立体であって、前記金属シムは、１００μｍ程度の名目上の厚みを有している、燃料電池組立体。
【請求項５】
膜電極組立体と、カソード分離プレートと、ガスケットと、金属シムとを含む燃料電池組立体であって、
前記カソード分離プレートは、一連に延びた起伏を有し、対向関係にある第１及び第２端部の間に空気流路が設けられており、
前記ガスケットは、前記分離プレートと前記膜電極組立体の間に設けられ、前記膜電極組立体の周端部において流体シール機能をもたらし、
前記金属シムは、前記ガスケットと前記分離プレートとの間に配置されて前記膜電極組立体の周端部を覆い、１以上の係合手段を有しており、
前記係合手段は、前記分離プレートの対応する端部と係合し、前記金属シムに対する前記分離プレートの側方位置を保持する、
燃料電池組立体。
【請求項６】
請求項５に記載された燃料電池組立体であって、前記金属シムは、独立したフレームであって、前記膜電極組立体の拡散層を包囲する、燃料電池組立体。
【請求項７】
燃料電池組立体の形成方法であって、
膜電極組立体を設ける工程と、
一連に延びる起伏を有するカソード分離プレートを設けて、前記分離プレートの対向関係にある第１及び第２端部の間に空気流路を設ける工程と、
前記膜電極組立体の拡散層を包囲するために用いられるガスケットを、前記分離プレートと前記膜電極組立体の間に介在させる工程と、
前記ガスケットと前記分離プレートの間に介在して前記膜電極組立体を覆う金属シムを設ける工程と、
前記膜電極組立体の厚み、前記分離プレート、前記ガスケット、及び、前記金属シムを介して機械的圧縮を加え、前記膜電極組立体の周端部に流体シールを形成する工程とを含んでおり、
前記金属シムは、前記分離プレートと一体化したものであって、第１及び第２細長片を有しており、
前記第１及び第２細長片は、前記分離プレートの起伏を横断するように長軸方向に延びており、また、前記分離プレートの対向関係にある第１及び第２端部のそれぞれに沿って延びている、
燃料電池組立体の形成方法。
【請求項８】
燃料電池組立体の形成方法であって、
膜電極組立体を設ける工程と、
一連に延びる起伏を有するカソード分離プレートを設けて、前記分離プレートの対向関係にある第１及び第２端部の間に空気流路を設ける工程と、
前記膜電極組立体の拡散層を包囲するために用いられるガスケットを、前記分離プレートと前記膜電極組立体の間に介在させる工程と、
前記ガスケットと前記分離プレートの間に介在して前記膜電極組立体を覆う金属シムを設ける工程と、
前記膜電極組立体の厚み、前記分離プレート、前記ガスケット、及び、前記金属シムを介して機械的圧縮を加え、前記膜電極組立体の周端部に流体シールを形成する工程とを含んでおり、
前記金属シムは、１以上の係合手段を有しており、
前記係合手段は、前記分離プレートの対応する端部と係合し、前記金属シムに対する前記分離プレートの側方位置を保持する、
燃料電池組立体の形成方法。
【請求項９】
対向関係にある第１及び第２面と、対向関係にある第１及び第２端部と、一連に延びる起伏と、第１及び第２細長片とを含む燃料電池分離プレートであって、
前記第１及び第２端部の間には、空気流路が設けられており、
前記第１及び第２細長片は、前記一連の起伏を横断するように長軸方向に延びており、また、第１及び第２端部に沿って延びている、
燃料電池分離プレート。
【請求項１０】
燃料電池分離プレートの形成方法であって、
対向関係にある第１及び第２端部と、対向関係にある第３及び第４端部を有する金属プレートを設ける工程と、
前記金属プレートを切って、前記第１及び第２端部に沿って長軸方向に延びる第１及び第２細長片を形成する工程と、
前記金属プレートに一連の起伏を設けて、起伏領域を形成し、前記第１及び第２端部の間に空気流路を設ける工程と、
前記第１及び第２端部のそれぞれに沿って前記第１及び第２細長片を折り畳んで、第２面上における前記起伏領域の端部を覆う工程とを含む、
燃料電池分離プレートの形成方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載された燃料電池分離プレートの形成方法であって、
前記第１及び第２細長片は、前記第１及び第２端部のそれぞれに沿って前記金属プレートに取り付けられた状態を保持し、また、前記第３端部を向く、燃料電池分離プレートの形成方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載された燃料電池分離プレートの形成方法であって、
前記金属プレートを切断する工程は、前記金属プレートの第１及び第２端部と平行な第１及び第２切断線に沿って、前記金属プレートの第４端部から前記第３端部に向けて前記金属プレートを切断する工程を含む、
燃料電池分離プレートの形成方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載された燃料電池分離プレートの形成方法であって、前記第１及び第２切断線は、部分的に前記金属プレートの前記第３端部に向かって延びている、燃料電池分離プレートの形成方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載された燃料電池分離プレートの形成方法であって、
前記第１及び第２細長片を折り畳む工程は、前記第１及び第２切断線と前記第３端部の間に延びる前記第１及び第２折線を形成する工程を含んでおり、
前記第１及び第２折線は、前記第１及び第２端部と平行となる、
燃料電池分離プレートの形成方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載された燃料電池分離プレートの形成方法であって、
前記第１及び第２細長片は、前記第１及び第２細長片の折り畳み工程の後、前記金属プレートの前記第２面の対向関係にある部分との間で結合を形成することによって、前記第４端部の方を向いて前記金属プレートに取り付けられる、
燃料電池分離プレートの形成方法。
【請求項１６】
図４乃至図９を参照して実施的に説明された燃料電池組立体。
【請求項１７】
図４乃至図９を参照して実施的に説明された燃料電池組立体の形成方法。
【請求項１８】
図４乃至図９を参照して実施的に説明された燃料電池分離プレート。
【請求項１９】
図４乃至図９を参照して実質的に説明された燃料電池分離プレートの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池組立体に関するものであって、特に、このような組立体のシールの向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
オープンカソード型の燃料電池スタックにおいて、空気流は、各燃料電池のカソード側を横切断するように導かれ、酸化剤が、典型的には拡散層を介して、燃料電池の膜電極組立体（MEA）のカソード側に供給される。スタック全体にわたって一様な流れを得るために、一般的な構成においては、スタックの対向面間で電池スタックを横切断するように平行に空気を流すことがある。そのため、空気は燃料電池を横切って流れ、一端から反対側の他端に向かう。
【０００３】
スタックの各電池を横切断する十分な空気流を得る典型的な手段は、スタックの全重量を低く抑える一方、波形のカソード分離プレートを使用することである。このような分離プレートは、燃料電池用電解質のカソード側と電気的結合を形成するとともに、下方にある拡散層を横切断する空気流の流路を構成する。
【０００４】
従来の波形カソード分離プレートを使用することによる問題点は、各セルの開放端において、下方にある電解質層及び介在するガスケット部材との間欠的な接続になってしまうことである。このため、その下方にある層を分離することになり、例えばスタックの熱循環の間に、最終的には漏れを引き起こす可能性がある。電池の下方にある層と接触する部分の間は、例えば、起伏の間隔を小さくすることによって小さくすることができるが、電池を横切って設けられる空気流路の容量を減少させる。漏れの可能性を低下させる手段は、燃料電池の活性化領域を包囲するガスケット領域の幅を増加することである。しかしながら、この手段によると、電池の活性化領域の比率が低下し、それ故、電池の効率が低下する。これは、端部のガスケット領域が電池面積全体に対して高い比率を占める小型燃料電池スタックの場合に、特に問題となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、上述した問題の１つ以上を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、膜電極組立体と、カソード分離プレートと、ガスケットと、金属シム（金属差込板）とを含む燃料電池組立体が提供される。
【０００７】
前記カソード分離プレートは、一連に延びる起伏を有し、対向関係にある第１及び第２端部の間に空気流路が設けられている。
【０００８】
前記ガスケットは、前記分離プレートと前記膜電極組立体の間に設けられて、前記膜電極組立体の周端部に流体シールを形成する。
【０００９】
前記金属シムは、前記ガスケットと前記分離プレートとの間に配置されて前記膜電極組立体の周端部を覆っており、また、前記分離プレートと一体化したものであって、第１及び第２細長片を有している。
【００１０】
前記第１及び第２細長片は、前記分離プレートの起伏を横断するように長軸方向に延びており、また、前記分離プレートの第１及び第２端部のそれぞれに沿って延びている。
【００１１】
上記発明の利点は、前記金属シムが、分離プレートとガスケットの下方シーリング領域との間に、より均一なシーリング圧を供給することである。これは、前記金属シムが、ガスケットやＭEA材料よりも高い剛性材料で構成されていて、それにより、起伏を有する分離プレートによって供給される間欠圧力プロファイルが、より均一に印加されることに起因するものである。前記金属シムは、前記分離プレートのＭＥＡと対向する面に沿って、起伏頂部を橋渡しし、起伏頂部に印加される圧力の一部を、起伏頂部間の領域に伝える。これは、分離プレートの起伏に沿う空気流に対する障害を生じることなく、下方の膜電極組立体の周りにおける漏洩可能性を低減させる。上述した形態、即ち、分離プレートと一体化された金属シムの一つの利点は、前記分離プレート及び前記金属シムが共通部品として作製でき、それによって、燃料電池組み立てプロセスにおいて用いられる部品点数が減少し、金属シム及び分離プレートを、単一シート原料から一体化部品として形成する際、材料の消費を低減し得ることである。
【００１２】
金属シムは、分離プレートと同じ材料で構成することができる。金属シムとして好ましい材料の一つは、ステンレス鋼、即ち、クロム合金鋼であり、これは、燃料電池内のような湿った酸化性環境で使用するのに適している。金属シムは、好ましくは、５０μｍ〜１５０μｍの範囲の厚みを持つものとする。ある好ましい実施例では、金属シムは、約１００μｍの呼び厚さである。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、膜電極組立体と、カソード分離プレートと、ガスケットと、金属シムとを含む燃料電池組立体が提供される。前記カソード分離プレートは、一連に延びた起伏を有し、対向関係にある第１端部及び第２端部の間に空気流路をもたらす。前記ガスケットは、前記分離プレートと前記膜電極組立体の間に設けられ、前記膜電極組立体の周端部において流体シール機能をもたらす。前記金属シムは、前記ガスケットと前記分離プレートとの間に配置されて前記膜電極組立体の周端部を覆い、１以上の係合手段を有している。前記係合手段は、前記分離プレートの対応する端部と係合し、前記金属シムに対する前記分離プレートの側方位置を保持する。
【００１４】
金属シムが、１以上の係合手段を含むことの利点は、組立中に複数の部品が互いに動いてしまうことの可能性を低減し得ることである。
【００１５】
前記金属シムは、分離プレートとは別の部品として供給してもよく、その場合には、金属シムは、膜電極組立体の拡散層の部分取り巻くように配置されたフレームの形態をとることができる。
【００１６】
本発明の第３の態様によれば、燃料電池組立体の形成方法が提供される。この形成方法は、
膜電極組立体を設ける工程と、
一連に延びる起伏を有するカソード分離プレートを設けて、前記分離プレートの対向関係にある第１及び第２端部の間に空気流路を設ける工程と、
前記膜電極組立体の拡散層を包囲するために用いられるガスケットを、前記分離プレートと前記膜電極組立体の間に介在させる工程と、
前記ガスケットと前記分離プレートの間に介在して前記膜電極組立体を覆う金属シムを設ける工程と、
前記膜電極組立体の厚み、前記分離プレート、前記ガスケット、及び、前記金属シムを介して機械的圧縮を加え、前記膜電極組立体の周端部に流体シールを形成する工程とを含んでおり、
前記金属シムは、前記分離プレートと一体化したものであって、第１及び第２細長片を有しており、
前記第１及び第２細長片は、前記分離プレートの起伏を横断するように長軸方向に延びており、また、前記分離プレートの対向関係にある第１及び第２端部のそれぞれに沿って延びている。
【００１７】
本発明の第４の態様によれば、燃料電池組立体の形成方法が提供される。この形成方法は、
膜電極組立体を設ける工程と、
一連に延びる起伏を有するカソード分離プレートを設けて、前記分離プレートの対向関係にある第１及び第２端部の間に空気流路を設ける工程と、
前記膜電極組立体の拡散層を包囲するために用いられるガスケットを、前記分離プレートと前記膜電極組立体の間に介在させる工程と、
前記ガスケットと前記分離プレートの間に介在して前記膜電極組立体を覆う金属シムを設ける工程と、
前記膜電極組立体の厚み、前記分離プレート、前記ガスケット、及び、前記金属シムを介して機械的圧縮を加え、前記膜電極組立体の周端部に流体シールを形成する工程とを含んでおり、
前記金属シムは、１以上の係合手段を有しており、
前記係合手段は、前記分離プレートの対応する端部と係合し、前記金属シムに対する前記分離プレートの側方位置を保持する。
【００１８】
本発明の第５の態様によれば、燃料電池分離プレートが提供される。この燃料電池分離プレートは、対向関係にある第１及び第２面と、対向関係にある第１及び第２端部と、一連に延びる起伏と、第１及び第２細長片とを含む。前記第１及び第２端部の間には、空気流路が設けられており、前記第１及び第２細長片は、前記一連の起伏を横断するように長軸方向に延びており、また、第１及び第２端部に沿って延びている。
【００１９】
本発明の第５の態様に係る分離プレートは、カソード空気流路と金属シム部品に関して、燃料電池内で一部品となる改良された支持を提供し、それによって組立工数を低減するという利点を持つ。
【００２０】
本発明の第６の態様によれば、燃料電池分離プレートの形成方法が提供される。この燃料電池分離プレートの形成方法は、
対向関係にある第１及び第２端部と、対向関係にある第３及び第４端部を有する金属プレートを設ける工程と、
前記金属プレートを切って、前記第１及び第２端部に沿って長軸方向に延びる第１及び第２細長片を形成する工程と、
前記金属プレートに一連の起伏を設けて、起伏領域を形成し、前記第１及び第２端部の間に空気流路を設ける工程と、
前記第１及び第２端部のそれぞれに沿って前記第１及び第２細長片を折り畳んで、第２面上における前記起伏領域の端部を覆う工程とを含む。
【００２１】
上述した燃料電池分離プレートの形成方法の利点は、分離金属シムによらざるを得なかった荷重拡散機構が、波形プレートの一部分として提供され、分離プレートの製造プロセスの間中、形成されることである。
【００２２】
第１及び第２細長片は、好ましくは、金属プレートの第３端部に向かい、当該金属プレートに取り付けられた状態を保持する。前記金属プレートを切断する工程は、前記金属プレートの第１及び第２端部と実質的に平行な第１及び第２切断線に沿って、前記金属プレートの第４端部から前記第３端部に向けて前記金属プレートを切断する工程を含む。前記第１及び第２切断線は、好ましくは、金属プレートの第３端部までは延びていない。
【００２３】
前記第１及び第２細長片を折り畳む工程は、前記第１及び第２切断線と前記第３端部の間に延びる前記第１及び第２折線を形成する工程を含んでおり、前記第１及び第２折線は、前記第１及び第２端部と実質的に平行となる。
【００２４】
前記第１及び第２細長片は、前記第１及び第２細長片の折り畳み工程の後、前記金属プレートの前記第２面の対向関係にある部分との間で、例えば、スポット溶接、又は、接合によって、前記第４端部の方を向いて前記金属プレートに取り付けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の実施形態について、実施例、及び、添付の図面を参照して説明する。
【図１】典型的な燃料電池組立体１００の分解斜視図である。
【図２】波形カソード分離プレートの端部の詳細斜視図である。
【図３】組み立てられた図１に示す燃料電池の端部の詳細断面斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る典型的な燃料電池組立体の分解斜視図である。
【図５】組み立てられた図４の燃料電池の端部の詳細断面斜視図である。
【図６】組み立てられた図４の燃料電池の一部詳細斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る典型的な燃料電池組立体の分解斜視図である。
【図８】図７に示す燃料電池組立体の波形分離プレートの斜視図である。
【図９】起伏工程の後、折り畳み及び結合工程の前の段階にある図８の波形分離プレートの斜視図である。
【図１０】本発明に係る典型的な方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、典型的な燃料電池組立体１００の分解斜視図である。燃料電池組立体１００は、順に、アノードプレート１０１と、アノード側拡散層１０２と、アノードガスケット１０３と、膜電極組立体（MEA）１０４と、カソードガスケット１０５と、カソード側拡散層１０６と、波形カソード分離プレート１０８と、電池のアノード側に燃料を供給する一対のマニホールド・ガスケット１０９ａ，１０９ｂとを含んでいる。
【００２７】
図２は、図１の燃料電池組立体１００に用いられる典型的な波形カソード分離プレート１０８の一般的な形態を示しており、プレート１０８は、対向関係にある第１及び第２面２０４，２０５を有している。プレート１０８は、一連に延びる起伏２０１を有しており、対向関係にある第１端部及び第２端部の間に空気流路２０２が設けられている。図２には、第１端部２０７が示されている。プレート１０８の起伏２０１は、第１面２０４に隆起部２１３を含んでおり、第２面２０５に隆起部２１４を含んでいる。プレート１０８の第２端部も同様の形態となっている。ＭＥＡ１０４のカソード側に酸化剤を供給するために、第１面２０４における隆起部２１３と第２面２０５の間に画定された空気流路２０２は、プレートとその下にある電池組立体の拡散層１０６の間において、空気がそのプレートに沿って流れる流路を構成している。第２面における隆起部２１４と第１面２０４の間に画定された他方の空気流路２０６は、空気がプレート１０８と隣接する電池の間において、プレート１０８に沿って流れて、冷却作用をもたらすように構成されている。
【００２８】
波形カソード分離プレート１０８は、ガスケット１０５及びＭＥＡ１０４を間欠的に支えている。プレート１０８がガスケット１０５と接触しない領域、即ち、空気流路２０２がプレート１０８を通じて設けられている領域において、ガスケット１０５は、プレート１０８が第２面における起伏の隆起部に沿って直に接触している部分ほどには、圧縮圧力が加わっていない。このように圧力が低下すると、ガスケット１０３，１０５が部分的に隣接する層から分離する可能性がある。このため、ある環境では、漏れが生じてしまう。
【００２９】
図３に、波形カソード分離プレート１０８による間欠的な支持の効果が示されている。図３は、２つの剛性プレート３０１，３０２の対向面間で組み立てられて、保持された単一の燃料電池組立体における有限要素解析の出力結果を概略的に示している。燃料電池組立体の端部領域３１０の拡大図は、ガスケット１０５の柔軟性に起因して、ギャップ３０５がＭＥＡ１０４のサブガスケット領域３０３とアノー側ガスケット１０３の間に形成されている状態を示している。サブガスケット領域３０３は、カソード分離プレート１０８によって押さえつけられていないカソード側拡散層１０６の変形を引き起こす。この場合、結果として生じるギャップ３０５は、燃料電池組立体の略端部３０６まで延びて、電池のアノード側から燃料ガス（水素）が漏れる危険性が生じる。
【００３０】
図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池組立体２００を示している。組立体２００の構成は、分離金属シム１０７を有する点を除いて、図１に示した組立体と同じである。金属シム１０７は、ＭＥＡ１０４の周端部の上方において、カソード側ガスケット１０５とカソード分離プレート１０８の間に介在している。即ち、金属シム１０７は、図３に示したＭＥＡサブガスケット３０３の外側部と一致する。
【００３１】
金属シム１０７は、分離プレート１０８の一連の起伏を横切って長軸方向に延びた第１及び第２細長片４０１，４０２を備えるフレームである。第１及び第２細長片４０１，４０２は、プレート１０８の第１及び第２端部２０７，２０８のそれぞれに沿って延びており、燃料電池が組み立てられると、細長片４０１，４０２は、プレート１０８の第２面にわたる起伏の隆起部２１４を架橋する。
【００３２】
図５は、図３と同様に、単一の燃料電池組立体における有限要素解析の出力結果を概略的に示しているが、この場合、アノードガスケット１０５とカソード分離プレート１０８の間に金属シム１０７が含まれている。図３の燃料電池の場合とは異なって、金属シム１０７を使用することによって、ＭＥＡサブガスケット３０３とアノードガスケット１０３の間にあるギャップ３０５が実質的に縮小し、電池からのアノードガス漏れの可能性が低下する。これは、一般的にポリエステル等のポリマー材料で形成されたカソードガスケットと比較して、金属シム材の引張剛性が増加した結果である。図示した例として、ステンレス鋼は約２００ＧＰａの引張剛性（ヤング率）を有していることがあるのに対して、ポリエステルフィルムは、約３ＧＰａの引張剛性を有している。このように材料剛性の増加が二桁の大きさに近づくことによって、分離プレート１０８が直に接触しない領域において、金属シム１０７がガスケット材１０３の外側への移動に効果的に抵抗することになる。
【００３３】
別の実施形態においては、図５に示したカソードガスケット１０５が省かれ、ＭＥＡのサブガスケット領域３０３によって、金属シム１０７とＭＥＡの間にガスケットが設けられてもよい。代替的に、ガスケット素材は、ＭＥＡに向き合う金属シム１０７の一面に設けられてもよい。流体シールは、燃料電池のカソード側には要求されない。これは、波形分離プレートは、オープンカソード型の燃料電池組立体の部品として用いられるためである。厚みを介して機械的圧縮を加えることで形成される大事な流体シールは、代わりにアノード側に位置し、アノードガスが電池の外に漏れ出ることを防止する。
【００３４】
図６は、本発明の実施形態にしたがった組み立てられた燃料電池２００の一部の斜視図である。係合手段６０１は、金属シム１０７に設けられ、波形プレート１０８の端部６０２と係合している。係合手段６０１は、金属シム１０７にプレート１０８の端部６０２を保持し、第１及び第２端部２０７，２０８と平行な方向において、プレート１０８の金属シム１０７に対する側方移動を防止する。同様の係合手段（図示省略）が金属シム１０７の反対側に設けられ、プレート１０８の反対側の端部と係合していてもよい。図示された実施形態において、係合手段６０１は、金属シム１０７の平面から外に屈曲した金属シムの一部分を含んでいる。そのためプレート１０８の対向関係にある第１及び第２面は、端部６０２に沿って、係合手段６０１で保持されている。係合手段６０１は、このような屈曲部を複数含んでいる。その屈曲部は、金属シムの内周に沿って延びており、プレート１０８の端部６０２に沿って、対向関係にある第１及び第２面と係合している。
【００３５】
さらに別の実施形態において、プレート１０８及び金属シムは、例えばスポット溶接又は接着剤といった手段によって、互いに結合されていてもよい。部品が結合されていることの利点は、燃料電池組立体の組立てにおいて、金属シム及びプレートを一体部品として扱うことができるため、工程数を減らすことができるということにある。
【００３６】
図７は、上述したものとは異なる分離プレート７０８を有する本発明にしたがった燃料電池組立体７００を示している。この実施形態において、金属シムは、分離プレートと一体化しており、第１及び第２細長片を含んでいる。この第１及び第２細長片は、分離プレートの起伏を横断するように長軸方向に延びており、また、対向関係にあるプレートの第１及び第２端部のそれぞれに沿って延びている。燃料電池のその他の構成要素は、他の実施形態に関して上述したとおりであり、図７において、同一の参照符号が付されている。
【００３７】
図７に示す実施形態において、アノード側ガスケット１０３だけが、組立体７００に設けられている。カソード側ガスケットは、分離プレート７０８とＭＥＡ１０４のサブガスケット領域の結合によって設けられる。
【００３８】
分離プレート７０８は、図８及び９に分離した状態で示されている。図８は、プレート７０８の完成した形態を示しているが、図９は、部分的に形成された状態のプレート７０８を示している。プレート７０８は、上述した実施形態の波形分離プレート１０８の全ての特徴を含んでおり、また、プレート７０８は、プレート７０８の対向関係にある第１及び第２端部７０３，７０４のそれぞれに沿って、長軸方向に延びる第１及び第２細長片７０１，７０２を有している。細長片７０１，７０２は、第１及び第２切断線９０１，９０２（図９）に沿って平坦な原料プレートを切断することによって形成される。切断線９０１，９０２は、プレート７０８の基本形を形成するようにスタンピング操作によって形成することができる。図１０には、プレート７０８を形成する一連の操作の概略が示されている。図１０は、平坦な原料プレートが供給されるところ（ステップ１００１）から始まる。
【００３９】
切断工程（ステップ１００２）の後、例えばプレートを１組のギア付きローラを通すことによって、プレート７０８の中央部分の波形形状が形成される（ステップ１００３）。代替的に、プレート７０８は、スタンピング操作によって起伏を形成することもできる。実施形態によっては、切断及びスタンピング操作が一工程でなされてもよいが、この場合、ある程度のプレス絞り作業に耐え得るプレートが形成される材料、及び、起伏の隆起部間で薄肉化する作業が必要となる。
【００４０】
切断及び起伏工程の後、細長片７０１，７０２は、折り畳まれる（ステップ１００４）。細長片は、プレート７０８の第１及び第２端部７０３，７０４に沿って起伏の隆起部を覆い、かつ、プレート７０８の対向関係に有る第３及び第４端部７０５，７０６の間を延びる。第１及び第２折線９０３，９０４は、図９においてプレート７０８に示されており、第１及び第２切断線９０１，９０２とプレート７０８の第３端部７０５の間に延びている。第１及び第２折線９０３，９０４は、プレートの第１及び第２端部７０３，７０４と平行になっている。
【００４１】
最終工程は、プレート７０８の第４端部７０６に向かう点で、細長片７０１，７０２の自由端を、プレート７０８に結合する工程（ステップ１００５）を含むものとすることができ、プレート７０８の隆起した部分に対する細長片７０１，７０２の側方移動を防止する結合領域７１１（図８）を形成する。
【００４２】
その他の実施形態についても、特許請求の範囲に意図的に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年5月21日(2014.5.21)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極組立体と、カソード分離プレートと、ガスケットと、金属シムとを含む燃料電池組立体であって、
前記カソード分離プレートは、一連に延びる起伏を有し、対向関係にある第１及び第２端部の間に空気流路が設けられており、
前記ガスケットは、前記分離プレートと前記膜電極組立体の間に設けられて、前記膜電極組立体の周端部に流体シールを形成し、
前記金属シムは、前記ガスケットと前記分離プレートとの間に配置されて前記膜電極組立体の周端部を覆っており、また、前記分離プレートと一体化したものであって、第１及び第２細長片を有しており、
前記第１及び第２細長片は、前記分離プレートの起伏を横断するように長軸方向に延びており、また、前記分離プレートの第１及び第２端部のそれぞれに沿って延びている、
燃料電池組立体。
【請求項２】
請求項１に記載された燃料電池組立体であって、前記金属シムは、ステンレス鋼で形成されている、燃料電池組立体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された燃料電池組立体であって、前記金属シムは、５０〜１５０μｍの範囲の厚みを有している、燃料電池組立体。
【請求項４】
請求項３に記載された燃料電池組立体であって、前記金属シムは、１００μｍ程度の名目上の厚みを有している、燃料電池組立体。
【請求項５】
膜電極組立体と、カソード分離プレートと、ガスケットと、金属シムとを含む燃料電池組立体であって、
前記カソード分離プレートは、一連に延びた起伏を有し、対向関係にある第１及び第２端部の間に空気流路が設けられており、
前記ガスケットは、前記分離プレートと前記膜電極組立体の間に設けられ、前記膜電極組立体の周端部において流体シール機能をもたらし、
前記金属シムは、前記ガスケットと前記分離プレートとの間に配置されて前記膜電極組立体の周端部を覆い、１以上の係合手段を有しており、
前記係合手段は、前記分離プレートの対応する端部と係合し、前記金属シムに対する前記分離プレートの側方位置を保持する、
燃料電池組立体。
【請求項６】
請求項５に記載された燃料電池組立体であって、前記金属シムは、独立したフレームであって、前記膜電極組立体の拡散層を包囲する、燃料電池組立体。
【請求項７】
燃料電池組立体の形成方法であって、
膜電極組立体を設ける工程と、
一連に延びる起伏を有するカソード分離プレートを設けて、前記分離プレートの対向関係にある第１及び第２端部の間に空気流路を設ける工程と、
前記膜電極組立体の拡散層を包囲するために用いられるガスケットを、前記分離プレートと前記膜電極組立体の間に介在させる工程と、
前記ガスケットと前記分離プレートの間に介在して前記膜電極組立体を覆う金属シムを設ける工程と、
前記膜電極組立体の厚み、前記分離プレート、前記ガスケット、及び、前記金属シムを介して機械的圧縮を加え、前記膜電極組立体の周端部に流体シールを形成する工程とを含んでおり、
前記金属シムは、前記分離プレートと一体化したものであって、第１及び第２細長片を有しており、
前記第１及び第２細長片は、前記分離プレートの起伏を横断するように長軸方向に延びており、また、前記分離プレートの対向関係にある第１及び第２端部のそれぞれに沿って延びている、
燃料電池組立体の形成方法。
【請求項８】
燃料電池組立体の形成方法であって、
膜電極組立体を設ける工程と、
一連に延びる起伏を有するカソード分離プレートを設けて、前記分離プレートの対向関係にある第１及び第２端部の間に空気流路を設ける工程と、
前記膜電極組立体の拡散層を包囲するために用いられるガスケットを、前記分離プレートと前記膜電極組立体の間に介在させる工程と、
前記ガスケットと前記分離プレートの間に介在して前記膜電極組立体を覆う金属シムを設ける工程と、
前記膜電極組立体の厚み、前記分離プレート、前記ガスケット、及び、前記金属シムを介して機械的圧縮を加え、前記膜電極組立体の周端部に流体シールを形成する工程とを含んでおり、
前記金属シムは、１以上の係合手段を有しており、
前記係合手段は、前記分離プレートの対応する端部と係合し、前記金属シムに対する前記分離プレートの側方位置を保持する、
燃料電池組立体の形成方法。
【請求項９】
対向関係にある第１及び第２面と、対向関係にある第１及び第２端部と、一連に延びる起伏と、第１及び第２細長片とを含む燃料電池分離プレートであって、
前記第１及び第２端部の間には、空気流路が設けられており、
前記第１及び第２細長片は、前記一連の起伏を横断するように長軸方向に延びており、また、第１及び第２端部に沿って延びている、
燃料電池分離プレート。
【請求項１０】
燃料電池分離プレートの形成方法であって、
対向関係にある第１及び第２端部と、対向関係にある第３及び第４端部を有する金属プレートを設ける工程と、
前記金属プレートを切って、前記第１及び第２端部に沿って長軸方向に延びる第１及び第２細長片を形成する工程と、
前記金属プレートに一連の起伏を設けて、起伏領域を形成し、前記第１及び第２端部の間に空気流路を設ける工程と、
前記第１及び第２端部のそれぞれに沿って前記第１及び第２細長片を折り畳んで、第２面上における前記起伏領域の端部を覆う工程とを含む、
燃料電池分離プレートの形成方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載された燃料電池分離プレートの形成方法であって、
前記第１及び第２細長片は、前記第１及び第２端部のそれぞれに沿って前記金属プレートに取り付けられた状態を保持し、また、前記第３端部を向く、燃料電池分離プレートの形成方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載された燃料電池分離プレートの形成方法であって、
前記金属プレートを切断する工程は、前記金属プレートの第１及び第２端部と平行な第１及び第２切断線に沿って、前記金属プレートの第４端部から前記第３端部に向けて前記金属プレートを切断する工程を含む、
燃料電池分離プレートの形成方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載された燃料電池分離プレートの形成方法であって、前記第１及び第２切断線は、部分的に前記金属プレートの前記第３端部に向かって延びている、燃料電池分離プレートの形成方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載された燃料電池分離プレートの形成方法であって、
前記第１及び第２細長片を折り畳む工程は、前記第１及び第２切断線と前記第３端部の間に延びる前記第１及び第２折線を形成する工程を含んでおり、
前記第１及び第２折線は、前記第１及び第２端部と平行となる、
燃料電池分離プレートの形成方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載された燃料電池分離プレートの形成方法であって、
前記第１及び第２細長片は、前記第１及び第２細長片の折り畳み工程の後、前記金属プレートの前記第２面の対向関係にある部分との間で結合を形成することによって、前記第４端部の方を向いて前記金属プレートに取り付けられる、
燃料電池分離プレートの形成方法。
【国際調査報告】
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2014526788.tif 000014
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