(57)【要約】燃料電池ガスケットアセンブリを燃料電池スタックの１つの面の周囲とマニホールドとの間に配置することにより、燃料電池スタックと関連して使用される燃料電池ガスケットアセンブリ。スタック側面の周囲は、スタックの動作中に、異なる大きさで膨張する複数の周囲部分を含む。ガスケットがスタック側面の周囲およびマニホールドとの接触を維持するように、ガスケットアセンブリは、複数ある所定の部分に沿ってそれぞれ異なる圧縮性を有する部材や複数のあらかじめ選択されたセクションに組み込まれた弾性シム有する部材を具備する。本発明のガスケットアセンブリの構造は、燃料電池スタックにおけるバイポーラプレートの成長や終端電池の成長に対応しかつスタックとマニホールド構造との間のガスシールを維持する従順な燃料電池ガスケットアセンブリを提供する。
2006528822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックの側面の周囲とマニホールドとの間に配置されるガスケットアセンブリであって、
前記ガスケットアセンブリにおける複数の所定部分で圧縮性が異なり、
前記ガスケットアセンブリにおけるあらかじめ選択されたセクション内に弾性シムを備えていることを特徴とするガスケットアセンブリ。
【請求項２】
前記燃料電子スタックの側面には、前記燃料電池スタックが備えるエンドプレートの端面の部分によって形成された対向する第１の周囲部分および第２の周囲部分と、前記燃料電池スタックが備えるバイポーラプレートの端面における端部によって形成された対向する第３の周囲部分および第４の周囲部分とが設けられており、
前記エンドプレートよりも前記バイポーラプレートの膨張の程度が大きいことに起因して、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分よりも、前記第３の周囲部分および前記第４の周囲部分よりも膨張するものであり、
さらに、前記ガスケットアセンブリは、圧縮性が異なる複数の前記所定部分を有する部材を備えており、
前記部材は、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分に適合した第１の部分および第２の部分と、前記第３の周囲部分および前記第４の周囲部分に適合した第３の部分および第４の部分とを備え、
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分の圧縮性は、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の圧縮性よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項３】
前記部材における前記第１の部分、前記第２の部分、前記第３の部分および前記第４の部分は、繊維質素材の層によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項４】
前記繊維質素材は、ジルコニアフェルトであることを特徴とする請求項３に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項５】
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分の圧縮性が、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の圧縮性よりも小さくなるような材料を、前記部材における前記第1の部分と前記第２の部分との前記層に充填したことを特徴とする請求項３に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項６】
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分は、初期の厚さに対して約３０％ないし約６０％まで圧縮可能となっており、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分は、初期の厚さに対して約５０％ないし約８０％まで圧縮可能となっていることを特徴とする請求項５に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項７】
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分の初期の厚さは、０．２０８ないし０．３０８インチであり、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の初期の厚さも、０．２０８ないし０．３０８インチであることを特徴とする請求項６に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項８】
前記材料は、シリカ粉末であることを特徴とする請求項５に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項９】
前記弾性シムの一部は、前記部材における前記第１の部分と前記第２の部分とに組み込まれていることを特徴とする請求項２に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項１０】
前記弾性シムは、前記弾性シムに弾性をもたらすよう前記弾性シムに沿って設けられた複数のセクションを備えることを特徴とする請求項９に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項１１】
前記弾性シムの各セクションは、前記弾性シムが属する平面に対して外側に向かって延出していることを特徴とする請求項１０に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項１２】
前記弾性シムは、平坦な本体を含み、前記弾性シムの各セクションは、該セクションの一端が前記平坦な本体に結合されたままとなるよう、前記平坦な本体から切り離されて形成されたことを特徴とする請求項１１に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項１３】
前記弾性シムの各セクションは、前記平坦な本体の長さ方向に沿って間隔を空けて設けられており、各セクションの前記一端は、それぞれ各セクションにおいて同一の側に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項１４】
前記弾性シムにおける各セクションは、前記弾性シムが従順性を発揮するよう、前記平坦な本体から角度θをなしていることを特徴とする請求項１２に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項１５】
前記弾性シムを包囲するラップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項１６】
前記ラップは、前記弾性シムの一方の側だけを封鎖していることを特徴とする請求項１５に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項１７】
前記弾性シムにおける前記一方の側は、前記燃料電池スタックの内側の面に対して適合した側であることを特徴とする請求項１６に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項１８】
前記弾性シムおよび前記ラップは金属製の材料を含むことを特徴とする請求項１５に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項１９】
前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の各端は、前記燃料電池スタックにおける前記側面の前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分に対して面するように設けられており、前記弾性シムの一部は、前記第３の部分および前記第４の部分の各端に組み込まれていることを特徴とする請求項９に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項２０】
前記部材における前記第１の部分、前記第２の部分、前記第３の部分および前記第４の部分は、繊維質の弾性材料の層によって形成されており、
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分に組み込まれている前記弾性シムの一部は、前記第１の部分および前記第２の部分の前記繊維質の弾性材料の層の間に配置されており、
前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の端に組み込まれている前記弾性シムの一部は、前記第３の部分および前記第４の部分の前記繊維質の弾性材料の層の間に配置されていることを特徴とする請求項１９に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項２１】
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分の前記層には、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分よりも前記第１の部分および前記第２の部分の圧縮性が小さくなるような材料が充填されていることを特徴とする請求項２０に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項２２】
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分は、初期の厚さに対して約３０％ないし約６０％まで圧縮可能となっており、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分は、初期の厚さに対して約５０％ないし約８０％まで圧縮可能となっていることを特徴とする請求項２１に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項２３】
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分の初期の厚さは、０．２０８ないし０．３０８インチであり、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の初期の厚さも、０．２０８ないし０．３０８インチであることを特徴とする請求項２２
に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項２４】
前記材料は、シリカ粉末であることを特徴とする請求項２１に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項２５】
前記弾性シムは、前記弾性シムに弾性をもたらすよう前記弾性シムに沿って設けられた複数のセクションを備えることを特徴とする請求項２１に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項２６】
前記弾性シムの各セクションは、前記弾性シムが属する平面に対して外側に向かって延出していることを特徴とする請求項２５に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項２７】
前記弾性シムは、平坦な本体を含み、前記弾性シムの各セクションは、該セクションの一端が前記平坦な本体に結合されたままとなるよう、前記平坦な本体から切り離されて形成されたことを特徴とする請求項２６に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項２８】
前記弾性シムの各セクションは、前記平坦な本体の長さ方向に沿って間隔を空けて設けられており、各セクションの前記一端は、それぞれ各セクションにおいて同一の側に設けられていることを特徴とする請求項２７に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項２９】
前記弾性シムにおける各セクションは、前記弾性シムが従順性を発揮するよう、前記平坦な本体に対して角度θをなしていることを特徴とする請求項２８に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項３０】
前記弾性シムを包囲するラップをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項３１】
前記ラップは、前記弾性シムの一方の側だけを封鎖していることを特徴とする請求項３０に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項３２】
前記弾性シムにおける前記一方の側は、前記燃料電池スタックの内側の面に対して適合した側であることを特徴とする請求項３１に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項３３】
前記弾性シムおよび前記ラップは金属製の材料を含むことを特徴とする請求項３０に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項３４】
前記弾性シムが組み込まれた部材を含むことを特徴とする請求項１に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項３５】
前記弾性シムに弾力性をもたらすための前記弾性シムに沿って設けられた複数のセクションを含むことを特徴とする請求項３４に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項３６】
前記弾性シムの各セクションは、前記弾性シムが属する平面に対して外側に向かって延出していることを特徴とする請求項３５に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項３７】
前記弾性シムは、平坦な本体を含み、前記弾性シムの各セクションは、該セクションの一端が前記平坦な本体に結合されたままとなるよう、前記平坦な本体から切り離されて形成されたことを特徴とする請求項３６に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項３８】
前記弾性シムの各セクションは、前記平坦な本体の長さ方向に沿って間隔を空けて設けられており、各セクションの前記一端は、それぞれ各セクションにおいて同一の側に設けられていることを特徴とする請求項３７に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項３９】
前記弾性シムにおける各セクションは、前記弾性シムが従順性を発揮するよう、前記平坦な本体に対して角度θをなしていることを特徴とする請求項３８に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項４０】
前記弾性シムを包囲するラップをさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項４１】
前記ラップは、前記弾性シムの一方の側だけを封鎖していることを特徴とする請求項４０に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項４２】
前記弾性シムにおける前記一方の側は、前記燃料電池スタックの内側の面に対して適合した側であることを特徴とする請求項４１に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項４３】
前記弾性シムおよび前記ラップは金属製の材料を含むことを特徴とする請求項４０に記載のガスケットアセンブリ。
【請求項４４】
燃料電池スタックアセンブリであって、
燃料電池スタックと、
マニホールドと、
ガスケットアセンブリと
を含み、
前記燃料電池スタックは、
前記燃料電池スタックの両端に設けられるエンドプレートと、
前記エンドプレート間に積層された複数の燃料電池と
を含み、複数の前記燃料電池と前記エンドプレートとによって前記燃料電池の少なくとも１つの側面が規定されており、
前記マニホールドは、前記燃料電池スタックの前記側面に隣接した設けられており、
前記ガスケットアセンブリは、前記燃料電池スタックの前記側面の周囲と、前記マニホールドとの間に配置されるものであって、前記ガスケットアセンブリにおける複数の所定部分で圧縮性が異なり、前記ガスケットアセンブリにおけるあらかじめ選択されたセクション内に弾性シムを備えている
ことを特徴とする燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項４５】
前記燃料電子スタックの側面には、前記燃料電池スタックが備えるエンドプレートの端面の部分によって形成された対向する第１の周囲部分および第２の周囲部分と、前記燃料電池スタックが備えるバイポーラプレートの端面における端部によって形成された対向する第３の周囲部分および第４の周囲部分とが設けられており、
前記エンドプレートよりも前記バイポーラプレートの膨張の程度が大きいことに起因して、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分よりも、前記第３の周囲部分および前記第４の周囲部分よりも膨張するものであり、
さらに、前記ガスケットアセンブリは、圧縮性が異なる複数の前記所定部分を有する部材を備えており、
前記部材は、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分に適合した第１の部分および第２の部分と、前記第３の周囲部分および前記第４の周囲部分に適合した第３の部分および第４の部分とを備え、
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分の圧縮性は、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の圧縮性よりも小さいことを特徴とする請求項４４に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項４６】
前記部材における前記第１の部分、前記第２の部分、前記第３の部分および前記第４の部分は、繊維質素材の層によって形成されていることを特徴とする請求項４５に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項４７】
前記繊維質素材は、ジルコニアフェルトであることを特徴とする請求項４６に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項４８】
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分の圧縮性が、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の圧縮性よりも小さくなるような材料を、前記部材における前記第1の部分と前記第２の部分との前記層に充填したことを特徴とする請求項４６に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項４９】
前記材料は、シリカ粉末であることを特徴とする請求項４８に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項５０】
前記弾性シムの一部は、前記部材における前記第１の部分と前記第２の部分とに組み込まれていることを特徴とする請求項４５に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項５１】
前記弾性シムは、前記弾性シムに弾性をもたらすよう前記弾性シムに沿って設けられた複数のセクションを備えることを特徴とする請求項５０に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項５２】
前記弾性シムの各セクションは、前記弾性シムが属する平面に対して外側に向かって延出していることを特徴とする請求項５１に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項５３】
前記弾性シムを包囲するラップをさらに含むことを特徴とする請求項５２に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項５４】
前記ラップは、前記弾性シムの一方の側だけを封鎖していることを特徴とする請求項５３に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項５５】
前記弾性シムにおける前記一方の側は、前記燃料電池スタックの内側の面に対して適合した側であることを特徴とする請求項５４に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項５６】
前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の各端は、前記燃料電池スタックにおける前記側面の前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分に対して面するように設けられており、前記弾性シムの一部は、前記第３の部分および前記第４の部分の各端に組み込まれていることを特徴とする請求項５０に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項５７】
前記部材における前記第１の部分、前記第２の部分、前記第３の部分および前記第４の部分は、繊維質の弾性材料の層によって形成されており、
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分に組み込まれている前記弾性シムの一部は、前記第１の部分および前記第２の部分の前記繊維質の弾性材料の層の間に配置されており、
前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の端に組み込まれている前記弾性シムの一部は、前記第３の部分および前記第４の部分の前記繊維質の弾性材料の層の間に配置されていることを特徴とする請求項５６に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項５８】
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分の前記層には、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分よりも前記第１の部分および前記第２の部分の圧縮性が小さくなるような材料が充填されていることを特徴とする請求項５７に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項５９】
前記材料は、シリカ粉末であることを特徴とする請求項５８に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項６０】
前記弾性シムは、前記弾性シムに弾性をもたらすよう前記弾性シムに沿って設けられた複数のセクションを備えることを特徴とする請求項５８に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項６１】
前記弾性シムの各セクションは、前記弾性シムが属する平面に対して外側に向かって延出していることを特徴とする請求項５８に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項６２】
前記弾性シムを包囲するラップをさらに含むことを特徴とする請求項６１に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項６３】
前記ラップは、前記弾性シムの一方の側だけを封鎖していることを特徴とする請求項６２に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項６４】
前記弾性シムにおける前記一方の側は、前記燃料電池スタックの内側の面に対して適合した側であることを特徴とする請求項６３に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項６５】
前記弾性シムおよび前記ラップは金属製の材料を含むことを特徴とする請求項６２に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項６６】
前記弾性シムが組み込まれた部材を含むことを特徴とする請求項４４に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項６７】
前記弾性シムに弾力性をもたらすための前記弾性シムに沿って設けられた複数のセクションを含むことを特徴とする請求項６６に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項６８】
前記弾性シムの各セクションは、前記弾性シムが属する平面に対して外側に向かって延出していることを特徴とする請求項６７に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項６９】
前記弾性シムを包囲するラップをさらに含むことを特徴とする請求項６８に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項７０】
前記ラップは、前記弾性シムの一方の側だけを封鎖していることを特徴とする請求項６９に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項７１】
前記弾性シムにおける前記一方の側は、前記燃料電池スタックの内側の面に対して適合した側であることを特徴とする請求項７０に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【請求項７２】
前記弾性シムおよび前記ラップは金属製の材料を含むことを特徴とする請求項７１に記載の燃料電池スタックアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、高温となる燃料電池スタックとマニホールドアセンブリとの間で使用されるシーリングガスケットに関する。とりわけ、本発明は、燃料電池スタックのエンドプレートとバイポーラプレートとの境界面においてガスの密閉状態を維持するための組み込み弾性シムを有するガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池スタックは、通常、数百個の燃料電池が直列に配置されることにより、いくつかのスタックフェース（スタック側面）を形成している。外部マニホールド型スタックの場合、燃料電池は、端部が開放されたままとなっており、ガスは、燃料電池スタックのそれぞれの側面に対してシーリングされたマニホールドやパンを介して通流する。本発明の譲受人により所有される米国特許第６，４１３，６６５号に記載されているように、マニホールドと対応するスタック面との間のガス漏れを防止するために、マニホールドアセンブリは、燃料電池スタックに当接する状態で押圧される。さらに、ガス漏れを回避しかつ燃料電池スタックをマニホールドから誘電分離するために、マニホールドは、例えば、米国特許第４，４６７，０１８号に開示されるようなマニホールドガスケットを具備する。従って、マニホールドは、燃料およびオキシダントガスを燃料電池に供給するとともに、スタックにおけるそのようなガスの流れを誘導するためのシーリング流路を形成する。
【特許文献１】米国特許第６，４１３，６６５号公報
【特許文献２】米国特許第４，４６７，０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
燃料電池スタックの性能を維持するために、マニホールドは、スタックの寿命が尽きるまで十分な性能を発揮し続けなければならない。従って、マニホールドガスケットは、燃料電池スタックの動作に要求される条件の下で、スタックの寿命が続く限り、そのシーリングの有効性を維持しなければならない。
【０００４】
高温燃料電池スタックにおいては、スタックの寿命が尽きるまで、マニホールドガスケットがシーリング効果を維持するという上述の要求を満たすことは困難である。それは、スタックの環境によってスタックおよびスタック構成要素の寸法が長期間の動作中に変化してしまうためである。そのような変化は、スタック燃料電池のバイポーラプレートと、スタックのエンドプレートとにおいて特に顕著となる。これは、それぞれが異なる速度で成長することで、両者の寸法の差が増加していくからである。
【０００５】
特に、溶融炭酸塩形燃料電池スタックの動作中、時間の経過に伴い、通常はスタック燃料ガスの中に存在する一酸化炭素または二酸化炭素から、バイポーラプレートが炭素を吸収する現象である浸炭によって、スタックのバイポーラプレートが成長する。例えば、ある種類の溶融炭酸塩形燃料電池スタックにおいては、１４，５００時間の動作期間にわたり、各バイポーラプレートは、長さ方向に１／１０インチ、すなわち、全長に対して０．２１％を超え、幅方向には１／２０インチ、すなわち、幅全体に対して０．１９％を超えるほどの成長を示す。他の種類の溶融炭酸塩形燃料電池スタックにおけるバイポーラプレートの成長も、動作時間に応じてかなりの大きさになる。
【０００６】
溶融炭酸塩形燃料電池における上述のバイポーラプレートの成長は、スタックのエンドプレートの成長とつりあわない。この成長差は、スタックのそれぞれの端面を歪ませる。特に、エンドプレートの各端面と隣接する終端電池のバイポーラプレートの端面との境界面に段差状の遷移部分が生じる。また、スタックの端部におけるバイポーラプレートの成長と比較して、スタックの中央部分におけるバイポーラプレートの成長が大きいために、スタックの中央では、スタックの端面が外側へ膨出しようとする。
【０００７】
図１は、スタックのエンドプレートとバイポーラプレートとの境界面における段差状の遷移部分について最悪のケースの一例を示している。図から理解できるように、図１に示される成長の大きさの相違によって、スタック面に当接するマニホールドガスケットには、応力が作用する。スタックの中央では、上述の膨出によって、さらに応力が発生する。それらの応力は、ガスケットの損傷を招くことがある。
【０００８】
従来の材料より成長の小さいバイポーラプレートの材料を選択することにより、この応力を減少しようという試みがなされている。しかし、この方法により、この問題が軽減されたものの、依然として不十分であった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、従来のマニホールドガスケットの上述した欠点および他の欠点を克服し、特に、燃料電池スタックの動作中に、スタックとマニホールドとの境界面においてガスシールに加わる応力を低減することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、バイポーラプレートの成長に対応し、スタックの動作中、スタック面とマニホールドとの間のガスシールを維持する変形された燃料電池スタック−マニホールドガスケットを提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、燃料電池スタック−マニホールド境界面で使用するためのシーリングガスケットを、信頼性が高く、安価で、かつ製造および設置が容易なものとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的および他の目的は、スタックとマニホールドとの境界面で使用するための従順なマニホールドガスケットを提供することにより、従来の燃料電池スタックシーリングガスケットの欠点を克服することで達成される。本発明のガスケットは、複数のスタック面を有する燃料電池スタックと関連して使用され、燃料電池スタックのフェース（側面）の周囲とマニホールドとの間に配置される。燃料電池スタックの側面の周囲には、燃料電池スタックの動作中に、それぞれ異なる量で膨張する複数の周囲部分が存在する。ガスケットは、スタック側面の周囲とマニホールドとの接触を維持するような部材を含む。当該部材としては、複数ある所定部分においてそれぞれ異なる圧縮性を発揮する部材や、複数のあらかじめ選択されたセクションに組み込まれた弾性シムを含む部材、または、複数ある所定部分においてそれぞれ異なる圧縮性を発揮しつつ、複数のあらかじめ選択されたセクションに組み込まれた弾性シムを含む部材などである。本発明のガスケットの構造によって、燃料電池スタックにおけるバイポーラプレートの成長の影響を補償し、マニホールドとスタックとの境界面におけるガスシールを維持する従順なマニホールドガスケットが提供される。
【００１３】
本発明による燃料電池スタックは、スタックの少なくとも終端電池に金属（ステンレス鋼）のバイポーラプレートを備え、スタック側面の周囲とマニホールドとの間に従順なガスケットを備える。ガスケットは、複数ある所定部分においてそれぞれ異なる圧縮性を有する部材、複数のあらかじめ選択されたセクションに組み込まれた弾性シムを含む部材、または、複数ある所定部分においてそれぞれ異なる圧縮性を有しつつ、複数のあらかじめ選択されたセクションに組み込まれた弾性シムを有する部材を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の上記の特徴および観点、並びにその他の特徴および観点は、添付の図面と関連して以下の詳細な説明を読むことにより、さらに明らかになるであろう。
【００１５】
本発明は、燃料電池スタックとマニホールドとの境界面で使用されるべき従順なガスケットにおいて、所定の複数の部分でそれぞれ異なる圧縮性を有するか、もしくは、あらかじめ選択された複数のセクションに組み込まれた弾性シムを有する部材、またはこれらの双方を有する部材を組み合わせることにより、従来技術における燃料電池スタック−マニホールドガスケットの上述のような欠点を克服する。図３Ａおよび図３Ｂは、本発明に従った燃料電池スタック１５および関連する従順なガスケット１０を示している。ガスケット１０は、スタック１５のフェース（側面）１６と向かい合うような関係で配置されるべきでありかつ縁部がスタック面の周囲部分に当接すべきであるマニホールドに対してシールを形成する。
【００１６】
燃料電池スタック１５は、エンドプレート１５ａおよび１５ｂの間に積層配置された複数の燃料電池１８を具備する。スタック側面１６は、燃料電池１８に含まれるバイポーラプレート１９の端面並びにエンドプレート１５ａおよび１５ｂの端面により規定される。前述のように、ガスケット１０はスタック側面１６の周囲部分に当接する。
【００１７】
図示されるように、ガスケット１０は、エンドプレート１５ａおよび１５ｂの端面の中央部分により形成される第１の周囲部分および第２の周囲部分に当接する第１の部材２０および第２の部材２１を具備する。ガスケット１０は、スタック側面の第３の周囲部分および第４の周囲部分に当接する第３の部材２４および第４の部材２５をさらに具備する。第３および第４のスタック側面部分は、バイポーラプレート１９の両端部における端面の一部並びにエンドプレート１５ａおよび１５ｂの端面の端部分により形成される。
【００１８】
ここに示される形態の場合、各ガスケット部材２０、２１、２４および２５は、例えば、Zirkar ZYF 100のようなジルコニアフェルト、アルミナフェルトなどの繊維質素材、あるいはそれに類似する繊維質素材またはフェルト材料から成る層から製造される。ガスケット部材には、シリカ粉末またはそれに類似する非金属粉末材料が充填されてもよい。さらに、以下でさらに詳細に説明するように、繊維質層間のガスケット部材における選択された複数のセクションに弾性シムが組み込まれ、燃料電池スタックの動作中に、弾性シムはガスケットのコンプライアンス（従順性）を実現するためのばねとして作用する。
【００１９】
前述したように、時間が経過するにつれ、スタック１５の動作に伴ってバイポーラプレート１９が成長する。この成長は、浸炭によって起こり、バイポーラプレート１９が配置された燃料電池の平面と平行な長さ方向および幅方向のそれぞれで生じる。縦向きスタックまたは横向きスタックを形成するために、各方向における成長の大きさは、燃料電池がエンドプレート１５ａおよび１５ｂの間で縦方向に積層されるかまたは横方向に積層されるかによって決まる。いずれの場合にも、一般に、スタックの向きに関わらず、バイポーラプレートの成長は、エンドプレート１５ａおよび１５ｂの成長よりも大きい。
【００２０】
バイポーラプレート１９とエンドプレート１５ａおよび１５ｂとの成長の大きさに差があるため、燃料電池スタック１５の動作中、端面１６の周囲部分は、時間の経過につれて異なる大きさで膨張する。先に説明したように、この膨張の結果、バイポーラプレートとエンドプレートとの境界面に段差状の遷移が生じる。さらに、スタックの中心にあるバイポーラプレートは、スタックの端部のバイポーラプレートよりも大きく成長するので、スタックの中心で膨出が起こることになる。上述した構成を有するガスケット１０は、スタック側面とその面に当接して配置されたマニホールドとの間のシールを維持するように、それらの影響を補償するのに特に適している。特に、ガスケット１０における複数の所定部分にそれぞれ異なる圧縮性を適用したり、ガスケット１０のあらかじめ選択された複数のセクションに弾性シムを組み込んだりすることで、ガスケットにおいて増加する歪みに対応できる。また、スタックの長期動作を通してシーリングの有効性を維持するよう、コンプライアンス（従順性）および追従作用が提供されることになる。
【００２１】
図４Ａおよび図４Ｂは、図３Ｂのガスケット１０およびスタック１５のそれぞれのエンドプレート１５ａにおいて燃料電池１８の一方の端部に沿って切断された詳細な横断面図である。これらの図は、ガスケット１０の第１の部材２０および第３の部材２４を示す。これらの部材は、それぞれ、ガスケット１０の第２の部材２１および第４の部材２５と構成の上では類似している。特に、図４Ａを参照すると、エンドプレート１５ａにのみ当接する第１の部材２０は、複数の層２０ａ、２０ｂおよび２０ｃを含み、各層は、前述のように、この場合にはジルコニアフェルト（ZYF 100）またはそれに類似する繊維質フェルト材料であることが好ましい圧縮可能な材料から製造される。第１の部材２０の圧縮性を低下させ、また、ガスの漏れを減少させるために、層２０ａ、２０ｂ、２０ｃの各々には、さらにシリカ粉末が充填されてもよい。
【００２２】
図４Ｂを参照すると、第３の部材２４の中央部分は、バイポーラプレート１０の一端部でバイポーラプレート１９の端面に隣接して位置するが、第３の部材２４の端部は、エンドプレート１５ａ、１５ｂの端面の端部に隣接して位置する。第３の部材２４も、複数の層２４ａ、２４ｂおよび２４ｃを具備する。これらの層の各々も、部材２０の層と同様に、ジルコニアフェルト材料である圧縮可能な材料から製造される。しかし、各層はシリカまたは他の粉末を充填されず、従って、部材２４は部材２０とは異なる（部材２０より大きい）圧縮性を有する。
【００２３】
なお、部材２０〜２５の各々について、３つの層が示されているが、各部材は、これとは異なる数の層を有してもよい。従って、２つの層または４つ以上の層によって形成された部材も、本発明と矛盾するものではない。
【００２４】
本発明のガスケット１０の一例においては、第１の部材２０および第２の部材２１におけるシリカ充填層の各々は、公称の厚さが約０．０８０インチであり、寿命の開始時に、当初の厚さの約５０％まで圧縮可能であった。これに対し、充填されない第３の部材２４および第４の部材２５の各層も、同様に、公称の厚さが約０．０８０インチであったが、図５に関して以下にさらに説明されるように、当初の厚さの５０％を超えるまで圧縮可能であった。各層の公称の厚さは、ガスケット部材１０の構造および使用される特定の材料などの要因に応じて異なってもよい。さらに、層の材料として、ジルコニアフェルトの代わりに他の繊維質フェルト材料が使用されてもよい。
【００２５】
しかし、どのような材料が選択されるかに関わらず、ここに図示されるケースの第１の部材２０および第２の部材２１にはシリカ粉末が充填されるが、第３の部材２４および第４の部材２５には充填されない。このように、エンドプレート１５ａ、１５ｂの端面およびバイポーラプレート１９の端面に対して、ガスケット１０が上述したように異なる圧縮性を発揮することで、ガスケット部材を選択的に充填することにより、エンドプレートとバイポーラプレートとの成長の相違（バイポーラプレートの成長のほうが大きい）が補償されることになる。
【００２６】
特に、前述したように、シリカを充填された第１の部材２０および第２の部材２１は、充填されない第３の部材２４および第４の部材２５よりも低い圧縮性を有する。先に説明したように、図３Ａおよび図３Ｂに示した通り、エンドプレート１５ａ、１５ｂの端部における端面は、第１の部材２０および第２の部材２１に当接するとともに、ガスケット１０の第３の部材２４および第４の部材２５の端部領域に当接する。スタック１５の動作中、エンドプレートは、わずかな寸法の変化を示し、従って、隣接するガスケット部材２０、２１またはガスケット部材２４、２５の隣接部分に対して、圧縮荷重をほとんどまたは全く加えない。これとは対照的に、第３の部材２４および第４の部材２５の中央部分は、バイポーラプレート１９の隣接する端面の大きな成長によって、著しく大きな圧縮荷重を受ける。しかし、充填されていない第３の部材２４および第４の部材２５の圧縮性が大きいため、部材はこの大きな成長と圧縮荷重に対処することができる。
【００２７】
図５は、シリカが充填されたガスケット材料および充填されていないガスケット材料の相対圧縮性を示す。図５に示されるように、１００ｐｓｉの圧力を受けたとき、シリカが充填されたZYF 100による材料は当初の厚さの約４５％に圧縮されうる。しかし、圧力が１００ｐｓｉを越えると、充填されたZYF 100が示す圧縮性の増加は小さくなる。一般に、充填されたZYF 100材料を、当初の厚さの５５〜５８％を超えて圧縮することは不可能である。シリカ充填ZYF 100材料に対して、充填されていない材料は、はるかに大きな圧縮性またはコンプライアンスを発揮する。特に、未充填ZYF 100は、約５０ｐｓｉで、当初の厚さの６０％も圧縮可能であり、１００ｐｓｉでは、当初の厚さの７０％も圧縮可能である。これにより、未充填材料は相当に大きなバイポーラプレートの成長に対応できる。さらに詳細に説明すると、図５の水平の線は、バイポーラプレートの成長によってガスケットに加わる平均ひずみを表している。これにより、ガスケットは当初の厚さの約５５％に圧縮される。従って、図５に示されるように、未充填ZYF 100をガスケット部材で使用することにより、バイポーラプレートのさらなる大きな成長にも対応できる。それにより、必要に応じてガスケットのコンプライアンスが増大されることになる。
【００２８】
前述したように、シリカ粉末によってガスケット部材に選択的に荷重を加えることにより、スタックの動作中、特定のガスケット荷重、使用される材料および特定のガスケット構造に応じて、ガスケットの追従を容易に実現できる。特に、選択されたガスケット部材を未充填のままにする一方で、シリカ粉末または他の類似した圧縮可能な粉末材料によって、ガスケット部材に選択的に荷重を加えることにより、ガスケットは、側面ごとのさらに大きなバイポーラプレートの成長（２４ｍｉｌｓの範囲）に対応できることが確認された。
【００２９】
ガスケット１０のガスケット部材をシリカまたは類似した粉末によって選択的に充填することに加えて、バイポーラプレートが成長した結果として発生するスタック−マニホールドの応力にさらに対応するために、本発明は、ガスケット部材において選択された複数のセクションに組み込まれる弾性シムの使用をさらに意図している。ここで図示される事例のシムは、高温での大きな応力という条件に耐えることが可能なInconel 718、Waspaloy、Rene-41、または、これに類似する高強度超合金材料などの超合金金属材料のシートを具備する。
【００３０】
特に、図４Ａおよび図４Ｂに戻って説明すると、シム３５は、第１の部材２０および第２の部材２１にその長さ全体に沿って組み込まれるとともに、エンドプレート１５ａ、１５ｂのそれぞれ対応する面に当接する第３の部材２４および第４の部材２５の部分に組み込まれる。特に、図４Ａおよび図４Ｂの詳細な横断面図に部分的に示されるように、各ガスケット部材におけるシム３５は、例えば、第１のガスケット部材２０の層２０ａと層２０ｂとの間および第３のガスケット部材２４の端部の層２４ａと層２４ｂとの間等のガスケット部材の２つの層の間に、それらの層と平行に配置される。
【００３１】
図６Ａは、各ガスケット部材における組み込み弾性シム３５が見えるように、ガスケット部材の圧縮性材料から成る最上部の層が除去された状態のガスケット１０およびスタック１５の角部分の詳細な図である。前述したように、各シム３５は、それが組み込まれているガスケット部材と平行に延在している。さらに、図４Ａおよび図４Ｂ並びに図６Ａからわかるように、各シム３５は、一般に細長い矩形の本体を有し、その複数の部分４０は、片持ち構造を規定するように本体から外側へと延出している。部分４０は、シム３５の本体の長さに沿って、同じ向きのＵ字形の切り込みまたはパンチ穴を製造することにより形成できる。ここで、それにより形成された部分４０は一方の側でシムに接合されたままの状態である。図４Ａおよび図４Ｂの詳細図にさらに明確に示されるように、各部分４０は、シム本体から同一の方向に、ほぼ同一の角度qで、上方へ隆起または屈曲している。図示されるケースにおいては、部分４０は矩形の平坦な部分であり、角度qは約２°〜５０°の範囲である。
【００３２】
なお、部分４０の形状は、平坦な矩形の形状に限定されない。従って、部分４０は別の形状、すなわち、矩形以外の形状であってもよく、平坦でなくてもよい。すなわち、何らかの形態で湾曲するか、または巻き上げられていてもよいが、本発明に従って、ガスケットに対して構造支持およびコンプライアンスを与えることに変わりはない。さらに、角度qは部分４０の構成に基づいて変更されてもよい。
【００３３】
図４Ａ、図４Ｂおよび図６Ａに示されるような構造の場合、各シム３５の部分４０は、協働してばねとして作用する。このばねは、第１のガスケット部材２０および第２のガスケット部材２１、並びにガスケット部材２４、２５の端部を、一方の側ではスタックのエンドプレート１５ａ、１５ｂの端面に圧接し、他方の側では関連するマニホールドに圧接する。前述したように、バイポーラプレート１９が成長するにつれて、バイポーラプレートは、未充填の第３の部材２４および第４の部材２５の中央部分を外側へ押し出して圧縮する。バイポーラプレートが成長し続けると、シリカを充填されたガスケット部材２０、２１に加わる荷重は最終的に減少する。特に、第３のガスケット部材２４および第４のガスケット部材２５の最大圧縮点を越えると、マニホールドは、第１の部材２０および第２の部材２１から離間するように押し出される。第１の部材２０および第２の部材２１に加わるマニホールドの荷重が減少するにつれて、第１の部材２０および第２の部材２１の各々、並びに第３の部材２４および第４の部材２５の端部に組み込まれた弾性シム３５は膨張し、シム３５が組み込まれている層を互いに引き離し、それにより、荷重の減少に対応するためのさらに大きなコンプライアンスをガスケットに与える（例えば、このコンプライアンスの増加は、約２０ｍｉｌｓまでの範囲であってもよい）。
【００３４】
さらに図６Ａおよび図６Ｂの詳細図に示されるように、各ガスケット部材は、誘電性部材４５に隣接して配置される。特に、図６Ａの線６Ｂ‐６Ｂに沿ったガスケット１０の横断面図である図６Ｂからわかるように、ガスケット部材２１は誘電性条片４５の上に配置される。誘電性条片４５は、ガスケット材料５２およびマイカ５５から成る層によりマニホールド５０から分離される。図示される実施形態においては、誘電体をマニホールドから適切に電気的に分離しかつ電圧隔離のための大きな容量を与えるために、誘電体条片４５と金属マニホールド５０との間で、マイカから成る２つの層５５が使用される。
【００３５】
図７は、スタック側面に当接するガスケット１０の面全体を示す斜視図である。第１の部材２０および第２の部材２１の各々、並びに第３の部材２４および第４の部材２５の端部領域にある組み込みシム３５が見えるように、ガスケット１０は最上層を除去した状態で示されている。図からわかるように、未充填の第３の部材２４および第４の部材２５の中央部分はシム要素を含まないため、それらの領域は、先に説明したようにバイポーラプレートの成長に対応するための最大限の圧縮性を発揮する。
【００３６】
図８は、充填されたガスケット部材２０、２１に加わる荷重または圧力の減少とバイポーラプレートの成長との関係をグラフの形で示している。充填された第１のガスケット部材２０および第２のガスケット部材２１に加わる圧力は、プレートの成長が全くないかまたは最小限である燃料電池スタック動作の開始時に最も大きい。バイポーラプレートが成長し、未充填の第３のガスケット部材２４および第４のガスケット部材２５の中央部分を圧縮し続け、最終的に、エンドプレート１５ａ、１５ｂの端面に隣接して、充填された部材２０、２１から離間するように押し出されるまで、それに対応して、充填された部材２０、２１に加えられる荷重は徐々に減少する。バイポーラプレートが約０．０２インチ成長した後、充填されたガスケット部材２０、２１に対する荷重は急激に減少し、成長が０．０２インチであるときの約１９３ｐｓｉから、成長が０．０５インチ以上になったときの圧力０まで低下する。先に図４Ａ、図４Ｂおよび図６に関して説明したように、第１のガスケット部材２０および第２のガスケット部材２１の各々の層の間、並びに第３の部材２４および第４の部材２５の端部に組み込まれた弾性シム３５は、それらの部材を膨張させ、バイポーラプレートのさらに大きな成長に対応する。
【００３７】
図９は、応力が増加する間におけるガスケット１０の各弾性シム３５の撓みを示したグラフである。応力が約２０ｐｓｉになるまでは、焼成され、成形され、時効硬化された超合金から製造されたシムは、最大で約０．０１３インチの撓みを示す。２０ｐｓｉを超えると、片持ち構造のシムの追加的な撓みは最小限となる。
【００３８】
図１０〜図１２は、金属ラップ６１をさらに含むように変形された形態の弾性シム３５を示している。ラップ６１は、片持ち部分４０の両面４０Ａおよび４０Ｂに対向する平坦な層６１Ａおよび６１Ｂを両側に有する。側壁６１Ｃは、層６１Ａおよび６１Ｂを結合し、シム３５の一方の縁部３５Ａを封鎖する。
【００３９】
使用中、図１０〜図１２のシム３５は、ラップ６１の側壁６１Ｃがスタックの内側に向いた状態、すなわち、スタックの中心に向かう状態で、ガスケット１０の層の中に配置される。従って、側壁６１Ｃは、シム３５を通り、ガスケット１０を通過するガスの流れを遅らせるのを助ける。また、ラップは、層が片持ち部分４０と相互に作用することによって起こる可能性があるガスケット層の損傷を抑制する。これにより、ガスケット１０全体のコンプライアンスが向上する。
【００４０】
あらゆる場合において、上記の装置、方法および構成は、単に、本発明の適用用途を表す多数の潜在的な特定の実施形態の一例を示すにすぎないことは理解されるべきである。本発明の趣旨の範囲から逸脱せずに、本発明の原理に従って、数多くの多様な他の構成を容易に考案できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、スタック終端電池およびスタックバイポーラプレートの成長の相違を示す燃料電池スタックの一部の詳細な側面図である。
【図２】図２は、典型的な４００セル燃料電池スタックにおけるバイポーラプレートの成長を示すグラフである。
【図３Ａ】図３Ａは、燃料電池スタックに当接する本発明の従順なガスケットの図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａのガスケットおよび燃料電池スタックの部分斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、スタックのエンドプレートで切断された図３Ａのガスケットおよび燃料電池スタックの詳細な横断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、スタックの燃料電池の対応する整列された端部で切断された図３Ａのガスケットの詳細な部分横断面図である。
【図５】図５は、シリカ充填ジルコニアガスケット材料および未充填ジルコニアガスケット材料において起こるひずみを、応力の関数として表すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、組み込みシムが見えるように最上部のガスケット層を除去した状態で、燃料電池スタックの面に当接するガスケット面を示す図３Ａのガスケットの角部分の詳細な図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの線６Ｂ‐６Ｂに沿った図６Ａのガスケットの横断面図である。
【図７】図７は、組み込みシムが見えるようにガスケット材料の最上層を除去した状態で、スタックに当接するガスケットの全面を示す図３Ａのガスケットの斜視図である。
【図８】図８は、シリカ充填ガスケット部材にかかる負荷とバイポーラプレートの成長との関係を表すグラフである。
【図９】図９は、応力が増加する間の図３Ａのガスケットにおける弾性シムの撓みを表すグラフである。
【図１０】、
【図１１】、
【図１２】図１０〜図１２は、図３Ａのガスケットで使用するための変形弾性シムを示す図である。
【図２】
2006528822.tif 000003
【図３Ａ】
2006528822.tif 000004
【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
2006528822.tif 000006
【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
2006528822.tif 000009
【図６Ｂ】
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【図７】
2006528822.tif 000011
【図８】
2006528822.tif 000012
【図９】
2006528822.tif 000013
【図１０】
2006528822.tif 000014
【図１１】
2006528822.tif 000015
【図１２】
2006528822.tif 000016
【図１】
2006528822.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月25日(2006.4.25)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックの側面の周囲とマニホールドとの間に配置されるガスケットアセンブリを含むアセンブリであって、
前記ガスケットアセンブリにおける複数の所定部分で圧縮性が異なり、
前記ガスケットアセンブリにおけるあらかじめ選択されたセクション内に弾性シムを備え、さらに
前記燃料電子スタックの側面には、前記燃料電池スタックが備えるエンドプレートの端面の部分によって形成された対向する第１の周囲部分および第２の周囲部分と、前記燃料電池スタックが備えるバイポーラプレートの端面における端部によって形成された対向する第３の周囲部分および第４の周囲部分とが設けられており、
前記エンドプレートよりも前記バイポーラプレートの膨張の程度が大きいことに起因して、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分よりも、前記第３の周囲部分および前記第４の周囲部分よりも膨張するものであり、
さらに、前記ガスケットアセンブリは、圧縮性が異なる複数の前記所定部分を有する部材を備えており、
前記部材は、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分に適合した第１の部分および第２の部分と、前記第３の周囲部分および前記第４の周囲部分に適合した第３の部分および第４の部分とを備え、
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分の圧縮性は、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の圧縮性よりも小さいことを特徴とするアセンブリ。
【請求項２】
燃料電池スタックの側面の周囲とマニホールドとの間に配置されるガスケットアセンブリを含むアセンブリであって、
前記ガスケットアセンブリにおける複数の所定部分で圧縮性が異なり、
前記ガスケットアセンブリにおけるあらかじめ選択されたセクション内に弾性シムを備え、さらに
前記ガスケットアセンブリは、前記弾性シムが組み込まれた部材を含み、
前記弾性シムは、前記弾性シムに弾力性をもたらすための前記弾性シムに沿って設けられた複数のセクションを含み、前記弾性シムの各セクションは、前記弾性シムが属する平面に対して外側に向かって延出しており、さらに
前記ガスケットアセンブリは、前記弾性シムを包囲するラップをさらに含むことを特徴とするアセンブリ。
【請求項３】
アセンブリであって、
燃料電池スタックと、
マニホールドと、
ガスケットアセンブリと
を含み、
前記燃料電池スタックは、
前記燃料電池スタックの両端に設けられるエンドプレートと、
前記エンドプレート間に積層された複数の燃料電池と
を含み、複数の前記燃料電池と前記エンドプレートとによって前記燃料電池の少なくとも１つの側面が規定されており、
前記マニホールドは、前記燃料電池スタックの前記側面に隣接した設けられており、
前記ガスケットアセンブリは、前記燃料電池スタックの前記側面の周囲と、前記マニホールドとの間に配置されるものであって、前記ガスケットアセンブリの長さ方向における複数の所定部分で圧縮性が異なり、前記ガスケットアセンブリにおけるあらかじめ選択されたセクション内に弾性シムを備えている
ことを特徴とするアセンブリ。
【請求項４】
前記燃料電子スタックの側面には、前記燃料電池スタックが備えるエンドプレートの端面の部分によって形成された対向する第１の周囲部分および第２の周囲部分と、前記燃料電池スタックが備えるバイポーラプレートの端面における端部によって形成された対向する第３の周囲部分および第４の周囲部分とが設けられており、
前記エンドプレートよりも前記バイポーラプレートの膨張の程度が大きいことに起因して、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分よりも、前記第３の周囲部分および前記第４の周囲部分よりも膨張するものであり、
さらに、前記ガスケットアセンブリは、圧縮性が異なる複数の前記所定部分を有する部材を備えており、
前記部材は、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分に適合した第１の部分および第２の部分と、前記第３の周囲部分および前記第４の周囲部分に適合した第３の部分および第４の部分とを備え、
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分の圧縮性は、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の圧縮性よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記ガスケットアセンブリは、前記弾性シムが組み込まれた部材を含むことを特徴とする請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記部材における前記第１の部分、前記第２の部分、前記第３の部分および前記第４の部分は、繊維質素材の層によって形成されていることを特徴とする請求項１または４に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記繊維質素材は、ジルコニアフェルトであることを特徴とする請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記弾性シムの一部は、前記部材における前記第１の部分と前記第２の部分とに組み込まれていることを特徴とする請求項１または４に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の各端は、前記燃料電池スタックにおける前記側面の前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分に対して面するように設けられており、前記弾性シムの一部は、前記第３の部分および前記第４の部分の各端に組み込まれていることを特徴とする請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記部材における前記第１の部分、前記第２の部分、前記第３の部分および前記第４の部分は、繊維質の弾性材料の層によって形成されており、
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分に組み込まれている前記弾性シムの一部は、前記第１の部分および前記第２の部分の前記繊維質の弾性材料の層の間に配置されており、
前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の端に組み込まれている前記弾性シムの一部は、前記第３の部分および前記第４の部分の前記繊維質の弾性材料の層の間に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分の前記層には、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分よりも前記第１の部分および前記第２の部分の圧縮性が小さくなるような材料が充填されていることを特徴とする請求項１０に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分は、初期の厚さに対して約３０％ないし約６０％まで圧縮可能となっており、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分は、初期の厚さに対して約５０％ないし約８０％まで圧縮可能となっていることを特徴とする請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記部材における前記第１の部分および前記第２の部分の初期の厚さは、０．２０８ないし０．３０８インチであり、前記部材における前記第３の部分および前記第４の部分の初期の厚さも、０．２０８ないし０．３０８インチであることを特徴とする請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記材料は、シリカ粉末であることを特徴とする請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記弾性シムは、前記弾性シムに弾性をもたらすよう前記弾性シムに沿って設けられた複数のセクションを備えることを特徴とする請求項５、８、１１の何れかに記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記弾性シムの各セクションは、前記弾性シムが属する平面に対して外側に向かって延出していることを特徴とする請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記弾性シムは、平坦な本体を含み、前記弾性シムの各セクションは、該セクションの一端が前記平坦な本体に結合されたままとなるよう、前記平坦な本体から切り離されて形成されたことを特徴とする請求項２または１６に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記弾性シムの各セクションは、前記平坦な本体の長さ方向に沿って間隔を空けて設けられており、各セクションの前記一端は、それぞれ各セクションにおいて同一の側に設けられていることを特徴とする請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記弾性シムにおける各セクションは、前記弾性シムが従順性を発揮するよう、前記平坦な本体に対して角度θをなしていることを特徴とする請求項１４に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記弾性シムを包囲するラップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記ラップは、前記弾性シムの一方の側だけを封鎖していることを特徴とする請求項２または２０に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記弾性シムにおける前記一方の側は、前記燃料電池スタックの内側の面に対して適合した側であることを特徴とする請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
前記弾性シムおよび前記ラップは金属製の材料を含むことを特徴とする請求項２または２０に記載のアセンブリ。
【国際調査報告】
2006528822.tif 000018