(57)【要約】【課題】良好な密封効果の達成と、パッケージの時間と手間の削減と、密封コストの低減と、軽量化を図ること。【解決手段】第一極板と第二極板を含み、第一極板が、膜電極接合体の陽極を収容するために用いる第一凹部と、前記第一凹部を囲んで設けられた少なくとも１つの第一密封凸枠を含み、前記第二極板が、前記第一凹部に相対して設置され、膜電極接合体の陰極を収容するために用いる第二凹部と、前記第二凹部を囲んで設けられた少なくとも１つの第一密封凹溝を含み、前記第一密封凹溝が前記第一密封凸枠に相対して設置され、そのうち、前記第一密封凸枠と第一密封凹溝が膜電極接合体のプロトン交換膜辺縁を挟持するために用いられる。【選択図】図１Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池のパッケージ構造であって、
第一極板と、前記第一極板の下方に設置された第二極板を含み、
前記第一極板が、膜電極接合体の陽極を収容するために用いる第一凹部と、前記第一凹部を囲んで設けられた少なくとも１つの第一密封凸枠を含み、
前記第二極板が、前記第一凹部に相対して設置され、前記膜電極接合体の陰極を収容するために用いる第二凹部と、前記第二凹部を囲んで設けられた少なくとも１つの第一密封凹溝を含み、
前記第一密封凹溝が前記第一密封凸枠に相対して設置され、前記第一密封凸枠と前記第一密封凹溝が前記膜電極接合体のプロトン交換膜辺縁を挟持するために用いられることを特徴とする、
燃料電池のパッケージ構造。
【請求項２】
前記第一密封凸枠の断面形状が、半円形、方形、Ｖ字形、Ｗ字形及びその組み合わせから構成されるグループから選択した形状であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池のパッケージ構造。
【請求項３】
前記第一極板がさらに、少なくとも１つの突起を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池のパッケージ構造。
【請求項４】
前記第二極板がさらに、前記突起に相対して設置された少なくとも１つの位置決め孔を含むことを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池のパッケージ構造。
【請求項５】
さらに、前記膜電極接合体の前記プロトン交換膜辺縁と、前記第一密封凹溝、前記第一密封凸枠を接着するために用いる接着剤を含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池のパッケージ構造。
【請求項６】
前記第二極板がさらに、前記第一密封凹溝と前記第二凹部を囲んで設けられ、パッキンを収容するために用いるパッキン凹溝を含み、そのうち、前記パッキン凹溝の深さが前記パッキンの厚さよりやや小さいことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池のパッケージ構造。
【請求項７】
さらに前記パッキンと、前記パッキン凹溝、前記第一極板を接着するために用いる接着剤を含むことを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池のパッケージ構造。
【請求項８】
燃料電池のパッケージ構造であって、
第一極板と、前記第一極板の下方に設置された第二極板を含み、
前記第一極板が、膜電極接合体の陽極を収容するために用いる第一凹部と、前記第一凹部を囲んで設けられた少なくとも１つの第二密封凸枠を含み、
前記第二密封凸枠の上面に第二密封凹溝が設けられ、前記第二極板が、前記第一凹部に相対して設置され、前記膜電極接合体の陰極を収容するために用いる第二凹部と、前記第二凹部を囲んで設けられた少なくとも１つの第三密封凸枠を含み、
前記第三密封凸枠の上面に第四密封凸枠が設けられ、そのうち、前記第二密封凹溝と前記第四密封凸枠が前記膜電極接合体のプロトン交換膜辺縁を挟持するために用いられることを特徴とする、
燃料電池のパッケージ構造。
【請求項９】
前記第四密封凸枠の断面形状が、半円形、方形、Ｖ字形、Ｗ字形及びその組み合わせから構成されるグループから選択した形状であることを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池のパッケージ構造。
【請求項１０】
前記第一極板がさらに、少なくとも１つの突起を含むことを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池のパッケージ構造。
【請求項１１】
前記第二極板がさらに、前記突起に対応する少なくとも１つの位置決め孔を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の燃料電池のパッケージ構造。
【請求項１２】
さらに、前記膜電極接合体の前記プロトン交換膜辺縁と、前記第二密封凹溝、前記第四密封凸枠を接着するために用いる接着剤を含むことを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池のパッケージ構造。
【請求項１３】
前記第二極板がさらに、前記第三密封凸枠と前記第二凹部を囲んで設けられ、パッキンを収容するために用いるパッキン凹溝を含み、そのうち、前記パッキンの厚さが前記パッキン凹溝の深さよりやや大きいことを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池のパッケージ構造。
【請求項１４】
さらに、前記パッキンと、前記パッキン凹溝、前記第一極板を接着するために用いる接着剤を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の燃料電池のパッケージ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパッケージ構造に関し、特に、燃料電池のパッケージ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油価格の上昇と世界の工業の迅速な発展に伴い、地球上の利用可能な資源は徐々に不足し始めており、各種代替エネルギーが次々に生み出されつつある。エネルギー技術は低汚染、繰り返しの使用可能及び高いエネルギー変換効率の目標に向かって発展を開始している。このため、高エネルギー変換効率の燃料電池がエネルギー技術発展の注目の的となっている。
【０００３】
燃料電池はその電解質の種類に基づき、プロトン交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cell，  ＰＥＭＦＣ）、アルカリ型燃料電池（alkaline fuel cell，ＡＦＣ）、燐酸型燃料電池（phosphoric acid fuel cell，ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（molten carbonate fuel cell，ＭＣＦＣ）と固体酸化物燃料電池（solid oxide fuel cell，ＳＯＦＣ）に分けることができる。
上述の各種燃料電池において、プロトン交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は起動速度が速く、動作温度が比較的低く、比較的高いパワー密度を有し、且つ電解液の腐蝕と溢散の問題がないため、最も歓迎されている。
【０００４】
プロトン交換膜燃料電池スタックは、極板とＭＥＡの組み合わせから成り、基本的に極板−ＭＥＡ−極板の順に相互に重ねられて電池スタックを成すか、或いは複雑な極板−ＭＥＡ−双極板−ＭＥＡ…−極板の組み合わせで電池スタックを成す。
燃料はこのスタック中でＭＥＡまで流れて反応するが、（双）極板とＭＥＡの間で漏れ出して汚染や短絡を招きやすい。
従来技術は密封パッキン（O-ring、Seal）や密封弾性体を使用し、複雑なプロセスと設計、及び多重の密封パッキンで密封効果を達成しているが、この方法は時間と手間がかかり、コストと電池スタックの重量が増加するだけでなく、密封効果も期待されるほどの効果が達せられない。
【０００５】
このため、従来の燃料電池のパッケージ構造には時間と手間がかかり、密封コストが高く、電池スタック重量が重い等の問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、本発明の目的は、凹凸構造を利用して膜電極接合体のプロトン交換膜辺縁を挟持し、別途接着剤やパッキンを使用せずに良好な密封効果を達し、従来の燃料電池のパッケージ構造における時間と手間がかかり、密封コストが高く、電池スタック重量が重い等の問題を解決した、燃料電池のパッケージ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池のパッケージ構造は、主に第一極板と第二極板を含み、そのうち、前記第一極板は膜電極接合体の陽極を収容するために用いる第一凹部と、前記第一凹部を囲んで設けられた少なくとも１つの第一密封凸枠を含み、前記第二極板は前記第一凹部に相対して設けられ、膜電極接合体の陰極を収容するために用いる第二凹部と、前記第二凹部を囲んで設けられ、前記第一密封凸枠に相対して設置された少なくとも１つの第一密封凹溝を含み、前記第一密封凸枠と前記第一密封凹溝が膜電極接合体のプロトン交換膜辺縁を挟持するために用いられる。
【０００８】
このほか、本発明が提供する別の燃料電池のパッケージ構造は、主に第一極板と第二極板を含み、そのうち、前記第一極板が膜電極接合体の陽極を収容するために用いる第一凹部と、前記第一凹部を囲んで設けられた少なくとも１つの第二密封凸枠を含み、前記第二密封凸枠の上面に第二密封凹溝が形成され、前記第二極板は前記第一極板の下方に設置され、かつ前記第一凹部に相対して設けられた膜電極接合体の陰極を収容するために用いる第二凹部と、前記第二凹部を囲んで設けられた少なくとも１つの第三密封凸枠を含み、前記第三密封凸枠の上面に第四密封凸枠が形成され、そのうち、前記第二密封凹溝と前記第四密封凸枠が膜電極接合体のプロトン交換膜辺縁を挟持するために用いられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、凹凸構造を利用して膜電極接合体のプロトン交換膜辺縁を挟持し、別途接着剤やパッキンを使用せずに良好な密封効果を達し、従来の燃料電池のパッケージ構造における時間と手間がかかり、密封コストが高く、電池スタック重量が重い等の問題を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施例及びその効果について、以下、図面に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１Ａから図１Ｃに実施例１の第一極板の正面図及び断面図、第二極板の正面図及び断面図、そして組み立て断面図をそれぞれ示す。
【００１２】
そのうち、前記第一極板１１は、膜電極接合体１３の陽極１３２を収容するために用いる第一凹部１１２と、前記第一凹部１１２を囲んで設けられた第一密封凸枠１１１を含む。
本実施例は二組の第一密封凸枠１１１を使用しているが、第一密封凸枠１１１の数量は実際の必要に応じて一組或いは二組以上に変えることができる。
【００１３】
第二極板１２は、前記第一凹部１１２に相対して設置され、膜電極接合体１３の陰極１３３を収容するために用いる第二凹部１２２と、前記第二凹部１２２を囲んで設けられた少なくとも１つの第一密封凹溝１２１を含む。
前記第一密封凹溝１２１は前記第一密封凸枠１１１に相対して設置され、前記第一密封凸枠１１１と第一密封凹溝１２１が膜電極接合体１３のプロトン交換膜辺縁１３１を挟持するために用いられる。
【００１４】
実施例１の第一密封凸枠１１１の断面形状は、図１Ａに示す方形に限られず、その他に半円形、Ｖ字形及びＷ字形等の各種形状とすることができる。
第一密封凸枠１１１の断面形状がどのような形状であっても、凹凸構造を利用して膜電極接合体１３のプロトン交換膜辺縁１３１を挟持し、且つ同時に密封効果を達成することが本発明では重要である。
【実施例２】
【００１５】
図２Ａから図２Ｃに実施例２の第一極板の正面図及び断面図、第二極板の正面図及び断面図、そして組み立て断面図をそれぞれ示す。
実施例２と実施例１の違いは、実施例２にはパッキン凹溝２３、パッキン２４、少なくとも１つの突起２１及び少なくとも１つの位置決め孔２２がある点である。
【００１６】
パッキン凹溝２３は前記第一密封凹溝１２１と第二凹部１２２を囲んで設けられ、パッキン２４を収容するために用いられ、そのうちパッキン２４の厚さはパッキン凹溝２３の深さよりやや大きいものとする。
【００１７】
突起２１及び位置決め孔２２により、第一極板１１、第二極板１２及び膜電極接合体１３を組み立てる過程において、組み立て人員の不適切な操作により膜電極接合体１３が損傷を受ける状況の発生を回避することができる。
【００１８】
このほか、本実施例は選択的に接着剤（図示しない）を第一密封凸枠１１１と第一密封凹溝１２１表面に塗布し、さらに密封性を高めることもでき、そのうち、接着剤はシリコン樹脂（silicon resin）、エポキシ樹脂（epoxy resin）、アクリル樹脂（acrylic resin）及びその組み合わせから組成されるグループから選択することができる。
【００１９】
上記を受けて、接着剤はポリエステル（polyester）及びポリウレタン（polyurethane）から組成される二成分系樹脂を使用することもできる。
【実施例３】
【００２０】
図３Ａから図３Ｃに実施例３の第一極板の正面図及び断面図、第二極板の正面図及び断面図、そして組み立て断面図をそれぞれ示す。
【００２１】
そのうち、前記第一極板３１は、膜電極接合体１３の陽極１３２を収容するために用いる第一凹部３１３と、前記第一凹部３１３を囲んで設けられた少なくとも１つの第二密封凸枠３１１を含み、前記第二密封凸枠３１１の上面に第二密封凹溝３１２が形成される。
【００２２】
前記第二極板３２は、前記第一凹部３１３に相対して設置され、膜電極接合体１３の陰極１３３を収容するために用いる第二凹部３２３と、前記第二凹部３２３を囲んで設けられた少なくとも１つの第三密封凸枠３２１を含む。
前記第三密封凸枠３２１の上面に第四密封凸枠３２２が設けられ、そのうち、前記第二密封凹溝３１２と第四密封凸枠３２２が膜電極接合体１３のプロトン交換膜辺縁１３１を挟持するために用いられ、密封効果を達することができる。
【００２３】
本実施例は第二密封凹溝３１２を第二密封凸枠３１１の上面に設置し、第四密封凸枠３２２を第三密封凸枠３２１の上面に設置して、第二密封凹溝３１２と第四密封凸枠３２２を利用し、膜電極接合体１３のプロトン交換膜辺縁１３１を挟持して、同時に密封効果を達する。
【００２４】
本発明の技術内容について、上記のように最良の実施例に基づき開示したが、上記説明は本発明を限定するものではなく、関連技術を熟知した者が本発明の要旨を逸脱せずに行う変更や修飾はすべて本発明の範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】実施例１の第一極板の正面図及び断面図である。
【図１Ｂ】実施例１の第二極板の正面図及び断面図である。
【図１Ｃ】実施例１の組み立て断面図である。
【図２Ａ】実施例２の第一極板の正面図及び断面図である。
【図２Ｂ】実施例２の第二極板の正面図及び断面図である。
【図２Ｃ】実施例２の組み立て断面図である。
【図３Ａ】実施例３の第一極板の正面図及び断面図である。
【図３Ｂ】実施例３の第二極板の正面図及び断面図である。
【図３Ｃ】実施例３の組み立て断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１、３１    第一極板
１１１        第一密封凸枠
１１２        第一凹部
１２、３２    第二極板
１２１        第一密封凹溝
１２２        第二凹部
１３          膜電極接合体
１３１        プロトン交換膜辺縁
１３２        陽極
１３３        陰極
２１          突起
２２          位置決め孔
２３          パッキン凹溝
２４          パッキン
３１１        第二密封凸枠
３１２        第二密封凹溝
３１３        第一凹部
３２１        第三密封凸枠
３２２        第四密封凸枠
３２３        第二凹部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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