(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの入口を有するマニホルドであって、この入口から前記マニホルドの一方向に沿った流体の流れを促進する少なくとも１つの表面を有するマニホルドと、
前記一方向と平行に配置され、第１の部分、第２の部分及び第３の部分を有するバッフルと、
を備えた燃料電池に用いるアッセンブリであって、
前記第１の部分は、前記第２の部分より前記入口に近く、
前記第２の部分は、前記第３の部分より前記入口に近く、
前記第１の部分は、前記一方向と直交する第１の幅を有し、
前記第２の部分は、前記一方向と直交する第２の幅を有し、
前記第２の幅は、前記第１の幅より小さく、
前記第３の部分は、前記一方向と直交する第３の幅を有し、
前記第３の幅は、前記第２の幅より大きい、アッセンブリ。
【請求項２】
前記バッフルの第１の部分は、前記第１の幅と直交する第１の長さを有し、
前記バッフルの第２の部分は、前記第２の幅と直交する第２の長さを有し、
前記バッフルの第３の部分は、前記第３の幅と直交する第３の長さを有し、
前記第１の長さは、前記第２の長さより短く、
前記第２の長さは、前記第３の長さより長い、ことを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項３】
前記第１の長さは、前記第３の長さと同じ長さであり、前記第１の幅は前記第３の幅と同じ幅である、ことを特徴とする請求項２に記載のアッセンブリ。
【請求項４】
前記第１の部分及び前記第３の部分の対向する縁部と前記マニホルドの表面との間のインタフェースが当該インタフェースを通る流体流をブロックするように、前記第１の部分及び前記第３の部分は、前記縁部が前記マニホルドの表面に近接した状態で前記マニホルドの表面に対して配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項５】
前記バッフルは、平面のシートを含むことを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項６】
前記バッフルは、前記シートと前記マニホルドの表面との間に配置された少なくとも１つのディフレクタを有し、前記少なくとも１つのディフレクタは、前記一方向に沿って移動する少なくとも一部の流体流の方向を他の方向へと変えるように配置されている、ことを特徴とする請求項５に記載のアッセンブリ。
【請求項７】
前記少なくとも１つのディフレクタは、前記少なくとも一部の流体流の方向を前記一方向と直交する方向に移動するように変える、ことを特徴とする請求項６に記載のアッセンブリ。
【請求項８】
少なくとも１つのディフレクタは、前記バッフルの第１の部分における、前記マニホルドの表面に対向する側に配置された第１のディフレクタ部材と、前記バッフルの第３の部分における、前記マニホルドの表面に対向する側に配置された第２のディフレクタ部材と、を含む、ことを特徴とする請求項６に記載のアッセンブリ。
【請求項９】
前記バッフルは、前記マニホルドの入口と前記第１の部分との間に第４の部分を有し、前記第４の部分は、前記第１の幅より小さい第４の幅と、前記第１の長さより短い第４の長さと、を有する、ことを特徴とする請求項２に記載のアッセンブリ。
【請求項１０】
前記バッフルは、前記第２の部分が位置する前記第３の部分の側の反対側にある他方の側に第５の部分を有し、前記第５の部分は、前記第３の幅より小さい第５の幅と、前記第３の長さより短い第５の長さと、を有する、ことを特徴とする請求項９に記載のアッセンブリ。
【請求項１１】
前記マニホルドは、前記一方向と平行に延びる長さを有し
前記バッフルは、前記マニホルドの前記長さに対応する全長を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項１２】
前記マニホルドは、前記一方向と直交する幅を有し、この幅は、前記第１の幅、前記第２の幅及び前記第３の幅の各々より大きい、ことを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項１３】
複数の燃料電池スタックアッセンブリ構成部品を有し、
前記バッフルは、前記マニホルドの表面と前記燃料電池スタックアッセンブリ構成部品との間に位置し、
前記第１の部分は、流体が前記マニホルドの表面から前記燃料電池スタックアッセンブリ構成部品に向けて移動するのを防ぐ第１の領域を画成し、
前記第２の部分は、前記マニホルドの表面から少なくともいくつかの燃料電池スタックアッセンブリ構成部品に亘る流体流路を有する第２の領域を画成し、
前記第３の部分は、流体が前記マニホルドの表面から前記燃料電池スタックアッセンブリ構成部品に向けて移動するのを防ぐ第３の領域を画成する、ことを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項１４】
前記バッフルは、前記第１の部分と前記入口との間に第４の部分を有し、
前記バッフルは、前記第２の部分が位置する前記第３の部分の側の反対側にある他方の側に第５の部分を有し、
前記第４の部分は、前記マニホルドの表面から少なくともいくつかの燃料電池スタックアッセンブリ構成部品に亘る流体流路を有する第４の領域を画成し、
前記第５の部分は、前記マニホルドの表面から少なくともいくつかの燃料電池スタックアッセンブリ構成部品に亘る流体流路を有する第５の領域を画成する、ことを特徴とする請求項１３に記載のアッセンブリ。
【請求項１５】
前記第２の領域の流れ受入能力は、前記第４の領域の流れ受入能力及び前記第５の領域の流れ受入能力より大きい、ことを特徴とする請求項１４に記載のアッセンブリ。
【請求項１６】
前記第１の部分は、前記一方向と平行に整列した２つの縁部を有し、
前記第１の部分の縁部は、前記縁部と前記マニホルドの表面との間の流体の流れを防ぐように前記マニホルドの表面に隣接して受容され、
前記第３の部分は、前記一方向と平行に整列した２つの縁部を有し、
前記第３の部分の縁部は、前記縁部と前記マニホルドの表面との間の流体の流れを防ぐように前記マニホルドの表面に隣接して受容される、ことを特徴とする請求項１３に記載のアッセンブリ。
【請求項１７】
前記第１及び第３の部分の各縁部と前記マニホルドの表面との間のインタフェースはシールを含む、ことを特徴とする請求項１６に記載のアッセンブリ。
【請求項１８】
前記シールは、前記縁部と前記マニホルドの表面とが直接接触することによりなる、ことを特徴とする請求項１７に記載のアッセンブリ。
【請求項１９】
前記インタフェースにシール部材を有することを特徴とする請求項１７に記載のアッセンブリ。
【請求項２０】
前記マニホルドはＶ字形の断面形状を有する、ことを特徴とする請求項１３に記載のアッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池マニホルドに用いられるバッフルに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電気化学反応に基づいて電気を発生させるために有用である。水素や酸素などの反応物は、例えば、マニホルドを用いて燃料電池に供給される。マニホルドの設計上の１つの問題点は、いかに反応物を的確に燃料電池スタックアッセンブリの様々な場所に供給するかということである。
【０００３】
例えば、酸素の供給源である空気は、通常、相対的に速い速度でマニホルドに供給される。マニホルドに流入する空気は、マニホルド入口の内側の拡張領域に向けて拡散する傾向にある。高速の空気流は、燃料電池スタックアッセンブリの面に亘って均等に空気を分配させる上で問題となる。
【０００４】
燃料電池スタックアッセンブリ内で反応物を均等に分配することにより、燃料電池の運転寿命が向上するとともに、異なる運転条件に対応することができる。燃料電池スタックアッセンブの局所的な不足部分に対する不均等な分配も可能である。アノード及びカソードの構成部品は、所望の機能を実現するために、適切な量の反応物を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マニホルドからの適切な反応物の分配を実現する従来の試みとしては、マニホルド自体に異なるチャネルを付加するものが多くあった。このような試みにより、マニホルドの構造がより複雑なものとなった。ある例では、マニホルドの付加的な複雑性は、適切な反応物の分配に寄与せず、付加的な複雑性からはほとんど利益を得ることがない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施例によれば、燃料電池に用いるアッセンブリは、マニホルドを備える。マニホルドは、少なくとも１つの入口と、この入口からマニホルドの一方向に沿った流体の流れを促進する少なくとも１つの表面と、を有する。バッフルは、流れの一方向と略平行に配置されている。バッフルは、第１の部分、第２の部分及び第３の部分を有する。第１の部分は、第２の部分より入口に近い。第２の部分は、第３の部分より入口に近い。第１の部分は、前記一方向と略直交する第１の幅を有する。第２の部分は、前記一方向と略直交する第２の幅を有する。第２の幅は、第１の幅より小さい。第３の部分は、前記一方向と略直交する第３の幅を有する。第３の幅は、第２の幅より大きい。
【０００７】
開示する少なくとも１つの実施例の種々の特徴及び利点は、後述する発明を実施するための形態から当業者に明らかになるであろう。発明を実施するための形態に付随する図面について以下に簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な燃料電池アッセンブリの概略図。
【図２】本発明の実施例により設計された例示的なマニホルド及びバッフル構造の斜視図。
【図３】図２の実施例の正面図。
【図４】図３の線４−４に沿った断面図。
【図５】例示的なバッフル構造及び対応する流体供給領域の概略図。
【図６】図４の線６−６に沿った部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、例示的な燃料電池システム２０の一部を概略的に示している。燃料電池アッセンブリ（ＣＳＡ）２２は、周知のように構成された個別の燃料電池ユニットを複数含んでいる。各燃料電池ユニットは、電気を発生させるために周知の方法で電気化学反応を生じさせるカソード及びアノードを有する。マニホルド２４は、水素や酸素などの反応物を、ＣＳＡ２２内の燃料電池ユニットに供給するように設けられている。なお、説明を目的として、ＣＳＡ２２に酸素を供給するためにマニホルド２４を用いるものとする。また、説明のため、マニホルド２４には、ＣＳＡ２２の酸素の供給源として空気が流入するものとする。
【００１０】
図２は、マニホルド２４の内部が見えるように、ＣＳＡ２２から分離したマニホルド２４を示している。入口２６は、マニホルド２４に空気を導くために適切に配置された導管に接続されるように構成されている。マニホルド２４内の表面２８は、流路を画成し、マニホルド２４に流入した空気は、この流路に沿って流れる。図２では、入口２６から流入し表面２８に沿って流れる空気の流れ方向を矢印３０で示している。
【００１１】
マニホルド２４内には、マニホルド２４からＣＳＡ２２へと空気を分配するために、バッフル３２が配置されている。バッフル３２は、ＣＳＡ２２の個々の燃料電池ユニットへと所望のように空気を分配するように構成されている。
【００１２】
バッフル３２は、相対的に入口２６の近くに位置する第１の部分３４を有している。入口２６が位置する第１の部分３４の側の反対側にある他方の側には第２の部分３６が位置している。第２の部分３６よりも入口２６から離れた位置に第３の部分３８が位置している。
【００１３】
図３に示すように、第１の部分３４は、第１の長さＬ1及び第１の幅Ｗ1を有する。第２の部分３６は、第２の長さＬ2及び第２の幅Ｗ2を有する。本実施例では、第１の長さＬ1は、第２の長さＬ2より短い。第１の幅Ｗ1は、第２の幅Ｗ2より大きい。第３の部分３８は、第３の長さＬ3と、第１の幅Ｗ1と同じ大きさの幅と、を有する。本実施例では、第３の長さＬ3は、第１の長さＬ1と同じ長さである。
【００１４】
第１の部分３４、第２の部分３６及び第３の部分３８の異なる寸法により、マニホルド２４からＣＳＡ２２の構成部品へとより均等に流体を分配することが促進される。
【００１５】
例示的なバッフルは、第１の部分３４と入口２６との間に位置する第４の部分４０を有する。本実施例では、第４の部分４０は、第２の部分３６の第２の幅Ｗ2と同じ幅を有する。第４の部分４０は、第１の長さＬ1より短い長さＬ4を有する。第５の部分４２は、バッフル３２の反対側の端部近傍に位置している。本実施例では、第５の部分４２は、第４の長さＬ4と同じ長さの第５の長さＬ5を有する。第５の部分４２は、第２の部分３６の第２の幅Ｗ2と等しい幅を有する。
【００１６】
バッフル３２の様々な部分により、異なる流れ分配領域が画成される。マニホルド２４に流入する空気は、ＣＳＡ２２に向けて流れるときに、これらの領域を通過する。
【００１７】
取付部材４８は、マニホルド２４内の所望の位置にバッフル３２を固定する。
【００１８】
図４に示すように、例示的なバッフル３２は、マニホルド２４内でバッフル３２と表面２８との間に配置されたディフレクタ５０を有する。ディフレクタ５０は、マニホルド２４を流れる空気の流路内に面を形成する。ディフレクタ５０の面は、ＣＳＡ２２に向けた所望とする流体の分配を促進するように、マニホルド２４内の空気の流れを偏向つまり方向を変える。図示の実施例では、図４に示すように、ディフレクタ５０は、Ｌ字形の断面形状を有する。ディフレクタ５０は、バッフル３２の一方の側にそれぞれ接続されている。本実施例では、バッフル３２は、略平面のシートを含む。他の実施例では、ディフレクタ５０は、バッフル３２の一部として成型又は形成される。
【００１９】
図５は、ディフレクタ５０を有するバッフル３２を設けた結果生じるマニホルド内の流体の流れを概略的に示している。表面２８に沿った流れの方向を矢印３０で概略的に示す。入口２６に流入した空気流の一部は、バッフル３２の第１の部分３４に設けられたディフレクタ５０に衝突する。矢印３０Ａで概略的に示すように、一部の空気流はディフレクタ５０により方向が変えられ、流れ方向３０と異なる方向に偏向される。本実施例では、符号３０Ａで概略的に示す空気流は、バッフル３２の第４の部分４０に向けて移動する傾向にある。符号３０Ｂで概略的に示すように、大部分の空気流は、バッフル３２の第２の部分３６に対応するマニホルドの領域へと移動する傾向にある。符号３０Ｃで概略的に示す他の空気流は、他方のディフレクタ５０に衝突する。この他方のディフレクタ５０は、バッフル３２の第３の部分３８に対応している。符号３０Ｃで概略的に示す空気流の少なくとも一部は、第２の部分３６へと戻る傾向にある。
【００２０】
さらに、符号３０Ｄで概略的に示す空気流は、バッフル３２の第５の部分４２に向けて移動する。
【００２１】
バッフル３２の異なる部分は、ＣＳＡ２２に空気を分配するのに有用な異なる流体流領域を画成している。本実施例では、第２の部分３６は、第２の部分３６の対向する両側に流体流領域５２を画成している。流体流領域５２は、破線で概略的に示されており、バッフルの縁部は、図における略長方形の領域を画定している。符号３０Ｃで示す空気流の一部とともに、符号３０Ｂで示す空気流は、流体流領域５２を通ってＣＳＡ２２へと流れる。
【００２２】
バッフル３２の第４の部分４０により、符号５４で示す他の流体分配領域が画定されている。図から分かるように、流体流領域５４は、流体流領域５２より小さい。これは、バッフル３２における第４の部分４０及び第２の部分３６の寸法が異なっているためである。バッフル３２の第５の部分４２により、他の流体分配領域５６が画成されている。
【００２３】
第１の部分３４及び第３の部分３８は、マニホルドの表面２８からＣＳＡ２２に向けて流体が流れるのを防ぐ流体供給領域を画成する。バッフル３２の他の部分と比較して、第１の部分３４及び第３の部分３８のより大きな幅Ｗ1は、マニホルド２４の対応する部分からＣＳＡ２２に向かう空気流を効果的にブロックする。
【００２４】
図６は、マニホルド２４の表面２８とバッフル３２との間のインタフェース（境界面）におけるシールを含んだ構成を概略的に示している。シールは、第１の部分３４及び第３の部分３８に対応する流体供給領域におけるＣＳＡ２２に向けた流体流を防ぐ。本実施例では、第１の部分３４は、表面２８に隣接して受容される縁部６０，６２を有する。本実施例では、上記インタフェースにシール部材６４が設けられており、このシール部材は、当該インタフェースを密封し、インタフェースに沿ったＣＳＡ２２への流体の流れを防ぐ。シール部材６４は、別個の部分片でかつバッフル３２に用いられている材料とは異なる材料で形成される。他の実施例では、シール部材６４は、バッフル３２の第１の部分３４及び第３の部分３８の一部として形成される。さらに別の実施例では、シール部材は設けられず、ＣＳＡ２２に向かう流体流に対してインタフェースを閉じるために、縁部６０，６２に沿った面が表面２８に直接接してマニホルド内に受容される。
【００２５】
異なる寸法を有するバッフル３２の部分により、所望とするマニホルド２４からＣＳＡ２２への流体流の分配が促進される。マニホルド、対応するＣＳＡ及び流体供給機構の特定の構成を示したことにより、上記説明の利益を受ける当業者であれば、所望の流体の分配を実現して特定の要求を満たすために、バッフル３２の異なる部分の異なる寸法をどのように調整又は調節すればよいかを理解されるであろう。一実施例では、バッフル構造は、流体分配領域５２，５４，５６に亘って均一な流れをもたらす。一実施例によれば、そのような流れは、異なる領域間においてその差が約５％の範囲内にあれば、上記の異なる領域に亘って均一であるとみなされる。
【００２６】
上記の説明は、限定的なものではなく例示的なものである。当業者であれば、開示した実施例に対して、本開示の本質から逸脱することなく種々の変更や修正がなされることを理解されるであろう。本発明に付与される法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによって判断され得る。
【図１】
0006275267.tif 000002
【図２】
0006275267.tif 000003
【図３】
0006275267.tif 000004
【図４】
0006275267.tif 000005
【図５】
0006275267.tif 000006
【図６】
0006275267.tif 000007