(57)【要約】      （修正有）【課題】改良された燃料電池モジュールを提供して燃料電池の安全性を向上させる。【解決手段】燃料電池モジュール１は、統合型アノード流路板１０と、カソード板１２と、アレイＭＥＡ（膜電極接合体）１６と、プリモールド接着板１４とを含む。統合型アノード流路板は流路板を備える。流路板の一側にはアノード集電板１１０の屈曲可能な導電ラグ１１０ａを収容するための凹部が設置されている。屈曲可能なラグはカソード板１２上のカソード集電板１２０に電気的に接続される。アレイＭＥＡは複数のＭＥＡユニット１１６とプロトン交換膜を含む。プリモールド接着板は対応するＭＥＡユニットを収容するための開口を備える。プリモールド接着板は２枚の接着層の間に挟まれた中間リジッドフレームを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池モジュールであって、
アノード集電板の外に突き出る導電ラグを収容するための凹部が一側に設けられる流路板を備える統合型アノード流路板と、
少なくとも１枚のカソード集電板を備えるカソード板と、
前記統合型アノード流路板とカソード板との間に設置され、少なくとも１つのＭＥＡユニット（膜電極接合体）とプロトン交換膜を備えるアレイＭＥＡと、
前記統合型アノード流路板とアレイＭＥＡとの間、及びカソード板とアレイＭＥＡとの間に設置され、前記ＭＥＡユニットを収容するための開口を備え、２枚の接着層の間に挟まれた中間フレームにより構成されたプリモールド接着板とを含み、
前記アノード集電板の導電ラグは屈曲可能でカソード板と電気的に接続される、燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記流路板と導電ラグの間の凹部には第一接着フィルムが設置され、第一接着フィルム及び第二接着フィルムは前記凹部に設けられた導電ラグを封じ込める、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記統合型アノード流路板は更に、第二接着フィルムの上に貼り合わせられたフレームを含む、請求項２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記接着層はプリプレグ、エポキシ樹脂、ポリウレタン（ＰＵ）樹脂、またはシリコーン樹脂を含む、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記プロトン交換膜はフッ素系またｓは炭化水素系プロトン交換膜を含む、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記ＭＥＡユニットはプロトン交換膜の上に固定される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項７】
前記統合型アノード流路板、カソード板、アレイＭＥＡ及びプリモールド接着板の対応する位置には位置決め孔が設けられる、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項８】
前記ＭＥＡの圧縮は、プリモールド接着板の中間フレームの厚さを調整することで制御される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項９】
前記ＭＥＡの圧縮は、燃料電池モジュールに用いられるプリモールド接着板の総数を調整することで制御される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１０】
前記カソード板には熱を放散するためのダミー金属パターンが設置される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１１】
前記カソード板には電気デバイスが埋め込まれる、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１２】
前記電気デバイスは能動電気デバイスまたは受動電気デバイスを含む、請求項１１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１３】
前記流路板は複数の流路を含み、流路はバー型または蛇行型の流路である、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１４】
前記流路板の本体基板は射出成形法で製作される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１５】
前記流路板は射出成形用のポリマー材料から製作される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１６】
前記射出成形用のポリマー材料は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリマープラスチック基板、またはエンジニアリングプラスチックの化合物を含む、請求項１５に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１７】
前記カソード集電板はＰＣＢ（プリント回路基板）プロセスで製作される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１８】
燃料電池モジュールであって、
リジッドフレックス基板から製作され、複数のスルーホールが設けられたアノード集電板と導電ラグとを備えるアノード板と、
複数の流路が設けられた流路板と、
少なくとも１枚のカソード集電板を備えるカソード板と、
前記アノード流路板とカソード板との間に設置され、少なくとも１つのＭＥＡとプロトン交換膜とを備えるアレイＭＥＡと、
前記アノード板とアレイＭＥＡとの間、及びカソード板とアレイＭＥＡとの間に設置され、前記ＭＥＡに対応する開口を備える接着層とを含む、燃料電池モジュール。
【請求項１９】
前記導電ラグはフレキシブル基板、金属シート、または付加金属から製作される、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２０】
前記カソード板には熱を放散するためのダミー金属パターンが設置される、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２１】
前記カソード板には電気デバイスが埋め込まれる、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２２】
前記電気デバイスは能動電気デバイスまたは受動電気デバイスを含む、請求項２１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２３】
前記流路板は複数の流路を含み、流路はバー型または蛇行型の流路である、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２４】
前記流路板の本体基板は射出成形法で製作される、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２５】
前記流路板は射出成形用のポリマー材料から製作される、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２６】
前記射出成形用のポリマー材料は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリマープラスチック基板、またはエンジニアリングプラスチックの化合物を含む、請求項２５に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２７】
前記アノード集電板はＰＣＢプロセスで製作される、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２８】
前記カソード集電板はＰＣＢプロセスで製作される、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池技術の分野に関し、特に燃料漏れの問題を解決できるフラットパネル直接メタノール燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料の酸化反応による自由エネルギー変化を電気エネルギーに変換する電気化学的な電池である。メタノールを燃料として用いる燃料電池は通常、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）と称する。ＤＭＦＣは、気体または液体のメタノールを空気と結合して電気を生成する。ＤＭＦＣ技術は実行可能な燃料電池技術として広く受け入れられ、電気装置、乗り物、軍用設備、航空宇宙工業などの応用分野にて利用される。
【０００３】
通常の電池と同じく、ＤＭＦＣは２種類の電気化学反応を利用して直流電流を供給する。反応は、反応物が継続的に供給される電極で発生する。負電極（アノード）にはメタノールが供給され、正電極（カソード）には空気が供給される。電流を供給するとき、メタノールはアノード電解触媒層で電気化学的に酸化され電子を生成する。電子は外部回路を通してカソード電解触媒層に移動し、そこで酸素とともに還元反応して消費される。この回路は電解質の中のプロトンの移動により電池内で継続される。１つのメタノール（ＣＨ３ＯＨ）分子と１つの水分子（Ｈ２Ｏ）とは６つの水素原子を供給する。これを混合物としてＤＭＦＣに注入すれば、混合物は反応して１つの二酸化炭素分子、６つのプロトン（Ｈ＋）、及び６つの電子を生成し、それにより電流が発生する。メタノールと水で生成したプロトンと電子は、酸素と反応して水を生成する。メタノール・水の混合物は水素を貯蔵・運搬する簡易な手段として利用され、これは、液体か気体の水素を貯蔵タンクに貯蔵する応用例より好適である。
【０００４】
ＤＭＦＣモジュールは通常、集電板（電荷収集板とも称する）と流路板を含み、両素子は重要な役割を果たしている。集電板は電気化学反応により生成された電子を収集し、流路板は燃料の分配を管理・制御する。従来の流路板の設計は、燃料を燃料チャネルを通して膜電極接合体（ＭＥＡ）に順調に流せることに焦点を置く。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のフラットパネルＤＭＦＣは開発が成熟期に入って、その性能と信頼性は相対的に高い。しかし、従来のフラットパネルＤＭＦＣはまだ液漏れなどの欠点を抱えている。従来の問題を解決できるフラットパネルＤＭＦＣを提供することが必要である。
【０００６】
前記理由に鑑み、本発明の主な目的は、改良された燃料電池モジュールを提供して燃料電池の安全性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池モジュールは、統合型アノード流路板と、カソード板と、アレイＭＥＡ（膜電極接合体）と、プリモールド接着板とを含む。統合型アノード流路板は流路板を備える。流路板の一側にはアノード集電板の屈曲可能な導電ラグを収容するための凹部が設置されている。屈曲可能なラグはカソード板上のカソード集電板に電気的に接続される。アレイＭＥＡは複数のＭＥＡユニットとプロトン交換膜を含む。プリモールド接着板は対応するＭＥＡユニットを収容するための開口を備える。プリモールド接着板は２枚の接着層の間に挟まれた中間リジッドフレームを含む。
【０００８】
他の視点から見れば、燃料電池モジュールは、リジッドフレックス基板から製作され、複数のスルーホールが設けられたアノード集電板と導電ラグを備えるアノード板と、複数の流路が設けられた流路板と、少なくとも１枚のカソード集電板を備えるカソード板と、前記アノード流路板とカソード板の間に設置され、少なくとも１つのＭＥＡとプロトン交換膜を備えるアレイＭＥＡと、前記アノード板とアレイＭＥＡの間及びカソード板とアレイＭＥＡの間に設置され、前記ＭＥＡに対応する開口を備える接着層とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明にかかる装置の特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図を参照にして以下に説明する。
【００１０】
前述のように、フラットパネルＤＭＦＣは開発が成熟期に入って、その性能と信頼性は相対的に高い。しかし、従来のフラットパネルＤＭＦＣはまだ液漏れなどの欠点を抱えている。プリプレグ中間接着膜とＭＥＡの間の間隙が漏れ経路であると考えられる。この間隙は、プリプレグ中間接着膜とＭＥＡの接着不良による層間剥離が原因で引き起こされる。
【００１１】
実際の応用例では、燃料漏れはアノード集電板（ＡＣＣ）側にも発生すると判明している。この場合、集電板と隣接した接着材の界面が考えられる漏れ経路である。アノード集電板の近くにこの漏れ経路が形成される原因は、相互接続ラグの屈曲や金属と接着材の熱膨張係数の差による応力である。前記界面は、ＩＥＣ基準準拠の熱衝撃実験を実行するときに破壊されることもある。
【００１２】
図１と図２を参照する。図１は本発明の好ましい実施例による燃料電池モジュール１（２Ｗの燃料電池を例にする）の分解図であり、図２は図１に示す燃料電池モジュール１の組立後の斜視図である。
【００１３】
図１と図２に示すように、本発明の好ましい実施例によれば、燃料電池モジュール１は、統合型アノード流路板１０と、カソード板（空気と接触する）１２と、プリモールド接着板１４と、アレイＭＥＡ１６とを含み、これらの素子は相互に貼り合わせられている。
【００１４】
前記統合型アノード流路板１０は、アノード板と流路板の組み合わせである。その構造の詳細については下に詳述する。前記カソード１２はＰＣＢ（印刷回路基板）プロセスで製作するか、または石墨（グラファイト）もしくは金属で製作することができるが、これに限らない。
【００１５】
プリモールド接着板１４とアレイＭＥＡ１６は貼り合わせられており、貼り合わせられたプリモールド接着板１４とアレイＭＥＡ１６は統合型アノード流路板１０とカソード板１２の間に設けられている。動作時に各ＭＥＡユニット１６の両側をそれぞれ、統合型アノード流路板１０のアノード集電板１１０と、カソード板１２のカソード集電板１２０と直接に接触させるために、プリモールド接着板１４には、アレイＭＥＡ１６の対応するＭＥＡユニット１１６を収容するための開口が設けられている。
【００１６】
前記アノード集電板１１０は、燃料のメタノールを酸化させて得た電子を収集することを担当する。収集された電子は集電板とカソード板１２に接続される回路を通して伝送される。集電板には、反応物と燃料電池の生成物のチャネルとして機能するスルーホールが設けられている。
【００１７】
アノード集電板１１０は金、白金、銀、アルミニウム、クロム、チタン、カドミウムなどの金属、金属酸化物、または各種のステンレス鋼などの金属合金で製作することができる。また、アノード集電板１１０は炭素、石墨、ＦＲ４、ＦＲ５、またはその他好適な複合材などの非金属材料で製作することができる。アノード集電板１１０ａ、１１０ｂの製作は、電気めっき、無電解めっき、スパッタリング、またはその他好適な化学的または物理的な成長法で導電層を基板に堆積する工程を含みうる。
【００１８】
プリモールド接着板１４は統合型アノード流路板１０の基板物質とカソード板１２の基板物質に対して良好かつ安定した接着力を有する。アノード流路板１０とカソード板１２の基板物質としては通常、ガラス繊維またはプラスチック基板を含む。プリモールド接着板１４の実施例としては熱圧型プリプレグ接着材を含むことが好ましい。熱圧型プリプレグ接着材は高温で溶融してアノード流路板１０とカソード板１２を貼り合わせる。
【００１９】
図３に示すように、本発明の好ましい実施例によれば、プリモールド接着板１４は中間フレーム１４１と接着フィルム１４２を備える。中間フレーム１４１は２枚の接着フィルム１４２の間に挟まれる。望ましくは、中間フレーム１４１は、ＦＲ５などの密度がより高い材料で製作される。
【００２０】
プリモールド接着板１４は優れた接着特性を有するのみならず、ＭＥＡ圧縮制御において重要な役割を果たしている。プリモールド接着板１４の中間フレーム１４１の厚さ、または燃料電池モジュールに用いるプリモールド接着板１４の総数を調整することで、ＭＥＡユニットの圧縮率は適切に制御できる。前記接着フィルム１４２は流路板、電極板、及びＭＥＡと良好かつ安定した接着能力を有することが望ましい。接着フィルム１４２の好ましい例としてはプリプレグ、エポキシ樹脂、ポリウレタン（ＰＵ）樹脂、またはシリコーン樹脂があるが、これに限らない。
【００２１】
本発明の好ましい実施例によれば、アレイＭＥＡ１６は、デュポン社のＮａｆｉｏｎ（登録商標）（フッ素系）のような１枚のプロトン交換膜１６ａの上でアレイ方式で統合された複数のＭＥＡユニット１１６を含む。当然のことながらプロトン交換膜１６ａとして炭化水素系のプロトン交換膜もある。アレイＭＥＡ１６は整列、貼り合わせ、圧着を容易にして組み立てる際に整列の精度を改善する。また、このような独特なアレイＭＥＡ１６を用いることにより、ＭＥＡユニット１１６外の接着表面積は増加する。
【００２２】
好ましい実施例によれば、統合型アノード流路板１０、カソード板１２、プリモールド接着板１４、及びアレイＭＥＡ１６には対応する位置決めスルーホール２０２が設けられている。例えば、位置決めスルーホール２０２は各層の隅に設置されている。位置決めスルーホール２０２は燃料電池モジュールの各層の整列を可能にする。
【００２３】
更に、図９に示すように、アレイＭＥＡ１６の大きさと形状は燃料電池モジュールの他層と実質的に同一である。したがって、アレイＭＥＡ１６はより大きい接着表面積を提供することができる。アレイＭＥＡ１６とプリモールド接着板１４の間の界面付着を改善するために、ＭＥＡユニット１１６の周辺部に沿ってプロトン交換膜１６ａに複数の孔１２６を設置することができる。孔１２６により圧着・貼合時に接着剤が流れ込むことが可能となる。
【００２４】
本発明による燃料電池モジュール１の他の特徴は、統合型アノード流路板１０に燃料漏れを防ぐための改良設計が施されたことにある。図４と図５を参照する。図４は図１に示す統合型アノード流路板１０の分解図であり、図５は図４に示す統合型アノード流路板１０の組立後の斜視図である。
【００２５】
図４と図５に示すように、統合型アノード流路板１０は、熱圧着して貼り合わせられた流路板１０２と、接着フィルム１０４ａ、１０４ｂと、アノード集電板１１０と、フレーム１０８とを含む。
【００２６】
各アノード集電板１１０は、外に突き出るような、カソード板１２と常に電気的に接続される屈曲可能なラグ１１０ａを備える。組立後にラグ１１０ａを屈曲させることにより、燃料電池モジュール１のユニットセルは直列または並列接続となる。接着フィルム１０４ａ、１０４ｂはプリプレグまたはエポキシ樹脂を含む。接着フィルム１０４ａ、１０４ｂとフレーム１０８は、圧着・貼合後にアノード集電板１１０を露出させる開口を備える。
【００２７】
図６と図７を参照する。図６は本発明による流路板１０２の斜視図である。図７はアノード集電板１１０と組み合わせられたアノード集電板１１０の斜視図である。図６と図７に示すように、本発明は更に、アノード集電板１１０のラグ１１０ａの位置に対応するように流路板１０２に凹部１０２ａを設けることを特徴とする。凹部１０２ａを設けることにより、ラグ１１０ａを流路板１０２に固くはめ込んで固定することができる。
【００２８】
図８は本発明によるラグと流路板に設けた凹部を示す断面図である。図８に示すように、ラグ１１０ａは接着フィルム１０４ａ、１０４ｂの間に挟まれて凹部１０２ａの中にはめ込まれている。接着フィルム１０４ａ、１０４ｂはラグ１１０ａを凹部１０２ａの中に封じ込む。ラグ１１０ａと、接着フィルム１０４ａ、１０４ｂと、流路板１０２との界面付着は改善され、燃料漏れの問題はそれにより防止される。
【００２９】
図１０は本発明の好ましい実施例によるカソード板の一部を示す斜視図である。図１０に示すように、カソード板１２はカソード集電板１２０と、セルユニットと直列か並列接続するための回路トレースを含む。カソード集電板１２０の表面は耐腐食処理が施されており、電気化学的腐食に耐えうる。カソード板１２は標準ＰＣＢプロセスと互換性のある方法で製作される。例えば、カソード板１２の製作方法は、銅張積層板（ＣＣＬ）を所要のサイズに切る工程と、カソード集電板１２０にスルーホール１２０ａを開ける工程と（望ましくは、スルーホール１２０ａの総面積はカソード集電板１２０の表面積の４０％を占める）、銅張積層板とスルーホール１２０ａの内面に化学的銅めっき膜を積層する工程と、ドライフィルムで銅張積層板をマスキングしてカソード集電板１２０を露出させる工程と、ドライフィルムをめっきマスクとして用いる工程と、ドライフィルムで覆われない領域に銅膜とスズ／鉛膜をめっきする工程と、ドライフィルムをはがす工程と、銅膜と化学的銅めっき膜をエッチングしてスズ／鉛膜で覆われない領域から除去する工程と、スズ／鉛膜エッチングして除去する工程とを含む。後の半田付けプロセスで基板の損傷または短絡を防ぐために、ソルダーレジスト層を設けることができる。その後、ニッケル／金、スズ／鉛または化学的銀膜などの保護層を電極にめっきする。
【００３０】
カソード板１２には熱を放散する金属パターン２３０が設置されている。この金属パターン２３０は大きな表面積を有する任意のダミー金属パターンである。金属パターン２３０は多層基板のうち任意の銅膜（銅層）である。なお、金属パターン２３０は、ＤＭＦＣを制御するエネルギー管理システム（ＥＭＳ）と統合される埋め込み型能動回路として用いることができる。回路のレイアウトは燃料電池の機能上の要求に応じて調整することが好ましい。
【００３１】
また、コンデンサ、抵抗器、インダクター、またはＩＣチップなどの電子デバイス２４０をカソード板１２の中またはその表面に埋め込むことができる。本発明によれば、電子デバイス２４０は燃料電池の温度をモニターすることができるか、または短絡保護機能を有する。
【００３２】
図１１は本発明の他実施例による燃料電池モジュール１ａの部品を示す分解図である。図１１に示すように、燃料電池モジュール１ａは、流路板１０２、アノード板１０ａ、カソード板１２、接着層１０４、及びアレイＭＥＡ１６を含んだスタック集合体を備える。燃料電池モジュール１と燃料電池モジュール１ａの相違点は、燃料電池モジュール１ａの流路板１０２とアノード板１０ａが統合されていないことにある。そうすると、アノード板１０ａの集電領域の開孔率は流路板を考慮せずに個別に設計することができる。
【００３３】
本発明による電極板は回路基板または金属の集電板で製作されるので、流路板の設計はより柔軟である。流路板は、ＭＥＡサポートと電流伝導の問題を考慮せずとも能動型と受動型燃料電池の要求を満足することができる。例えば、流路板はバー型または蛇行型であるが、これに限らない。なお、本発明による流路板１０２は片面型または両面型である。本発明の好ましい実施例によれば、流路板１０２の本体基板は、射出成形法で成形可能なポリマー材料、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリマープラスチック基板、またはエンジニアリングプラスチックの化合物から製作される。前記射出成形用のポリマー材料は充填剤と同時に注入することができる。前記充填剤は改質剤、フローティング剤、離型剤などである。
【００３４】
図１１では、接着層１０４は熱圧型接着シートで、流路板１０２、アノード板１０、カソード板１２、及びアレイＭＥＡ１６のプロトン交換膜と良好かつ安定した接着能力を有する。接着層１０４の好ましい例としてはプリプレグ接着剤、エポキシ樹脂、ポリウレタン（ＰＵ）樹脂、またはシリコーン樹脂がある。接着層１０４はＭＥＡ領域に対応する開口を備える。当然のことながら、接着層１０４は図３に示すプリモールド接着板１４と取り替えることができる。
【００３５】
図１２は図１１に示す燃料電池モジュール１ａのアノード板１０ａを表す斜視図である。図１２に示すように、アノード板１０ａはアノード集電板３１０と、セルユニットと直列か並列接続するための回路トレースを含む。アノード板１０ａは標準ＰＣＢプロセスと互換性のある方法で製作される。例えば、アノード板１０ａの製作方法は、銅張積層板を所要のサイズに切る工程と、アノード集電板３１０にスルーホール３２０ａを開ける工程と（望ましくは、スルーホール３２０ａの総面積はアノード集電板３１０の表面積の４０％を占める）、銅張積層板とスルーホール３２０ａの内面に化学的銅めっき膜を積層する工程と、ドライフィルムで銅張積層板をマスキングしてアノード集電板３１０を露出させる工程と、ドライフィルムをめっきマスクとして用いる工程と、ドライフィルムで覆われない領域に銅膜とスズ／鉛膜をめっきする工程と、ドライフィルムをはがす工程と、銅膜と化学的銅めっき膜をエッチングしてスズ／鉛膜で覆われない領域から除去する工程と、スズ／鉛膜エッチングして除去する工程とを含む。
【００３６】
本発明によれば、アノード板１０ａはフレキシブル基板、リジッド基板、またはリジッドフレックス基板で製作される。アノード板１０ａは更に屈曲可能な導電ラグ３１０ａを備える。望ましくは、導電ラグ３１０ａは、セルユニット間の直列または並列接続を容易にするフレキシブル基板により構成される。当然のことながら、前記屈曲可能な導電ラグ３１０ａ以外、セルユニット間の直列または並列接続は金属板、ワイヤーポイントソルダリング、または従来の半田付け法で実現することができ、望ましくはワイヤーポイントソルダリングで実現される。金属板を用いる場合は、金属板を屈曲させてからポイント半田付け法で固定して導通させる。付加金属（ｅｘｔｒａ  ｍｅｔａｌ）を用いる場合は、短距離の場合は直接半田付け法を利用することができる。長距離の場合では、ワイヤーなどの導電材をスズなどの導電金属とともに半田付けすることができる。例えば、ワイヤーの一端を板の縁部に引っ張って半田付けしてセルユニット間の直列・並列接続を形成する。フラットパネル燃料電池のセルユニットの直列・並列接続には問題がある。本発明はＰＣＢプロセスでカソードまたはアノード板を製作することでこの問題を解決することができる。
【００３７】
図１３は本発明による燃料電池システム４００の組立図である。図１３に示すように、燃料電池システム４００は複数の燃料電池モジュール１ａにより構成される。リベット、ねじ、またはその他好適な物理的止め具などの係止部材４０２は複数の燃料電池モジュール１ａを固定するために用いられる。係止部材４０２は、各燃料電池モジュール１ａの隅に設けられた対応するスルーホールを通過する。係止部材４０２は燃料電池モジュール１ａの間に電流を伝導することができる。当然のことながら、燃料電池モジュール１ａは図２に示す燃料電池モジュール１と取り替えることができる。なお、本発明による燃料電池モジュールには水素、メタノールなど複数種の燃料を適用することができる。
【００３８】
以上は本発明に好ましい実施例であって、本発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、本発明の精神の下においてなされ、本発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の好ましい実施例による燃料電池モジュールの分解図である。
【図２】図１に示す燃料電池モジュールの組立後の斜視図である。
【図３】図１に示すプリモールド接着板の分解図である。
【図４】図１に示す統合型アノード流路板の分解図である。
【図５】図４に示す統合型アノード流路板の組立後の斜視図である。
【図６】本発明による流路板の斜視図である。
【図７】アノード集電板と組み合わせられたアノード集電板のを斜視図である。
【図８】本発明によるラグと流路板に設けた凹部を示す断面図である。
【図９】アレイＭＥＡの平面図である。
【図１０】本発明の好ましい実施例によるカソード板の一部を示す斜視図である。
【図１１】本発明の他実施例による燃料電池モジュールの部品を示す分解図である。
【図１２】図１１に示す燃料電池モジュールのアノード板を表す斜視図である。
【図１３】本発明による燃料電池システムの組立図である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月5日(2008.6.5)
【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】
燃料電池モジュールであって、
アノード集電板の外に突き出る導電ラグを収容するための凹部が一側に設けられる流路板を備える統合型アノード流路板と、
少なくとも１枚のカソード集電板を備えるカソード板と、
前記統合型アノード流路板とカソード板との間に設置され、少なくとも１つのＭＥＡユニット（膜電極接合体）とプロトン交換膜を備えるアレイＭＥＡと、
前記統合型アノード流路板とアレイＭＥＡとの間、及びカソード板とアレイＭＥＡとの間に設置され、前記ＭＥＡユニットを収容するための開口を備え、２枚の接着層の間に挟まれた中間フレームにより構成されたプリモールド接着板とを含み、
前記アノード集電板の導電ラグは屈曲可能でカソード板と電気的に接続される、燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記流路板と導電ラグの間の凹部には第一接着フィルムが設置され、第一接着フィルム及び第二接着フィルムは前記凹部に設けられた導電ラグを封じ込める、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記統合型アノード流路板は更に、第二接着フィルムの上に貼り合わせられたフレームを含む、請求項２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記接着層はプリプレグ、エポキシ樹脂、ポリウレタン（ＰＵ）樹脂、またはシリコーン樹脂を含む、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記プロトン交換膜はフッ素系または炭化水素系プロトン交換膜を含む、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記ＭＥＡユニットはプロトン交換膜の上に固定される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項７】
前記統合型アノード流路板、カソード板、アレイＭＥＡ及びプリモールド接着板の対応する位置には位置決め孔が設けられる、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項８】
前記ＭＥＡの圧縮は、プリモールド接着板の中間フレームの厚さを調整することで制御される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項９】
前記ＭＥＡの圧縮は、燃料電池モジュールに用いられるプリモールド接着板の総数を調整することで制御される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１０】
前記カソード板には熱を放散するためのダミー金属パターンが設置される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１１】
前記カソード板には電気デバイスが埋め込まれる、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１２】
前記電気デバイスは能動電気デバイスまたは受動電気デバイスを含む、請求項１１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１３】
前記流路板は複数の流路を含み、流路はバー型または蛇行型の流路である、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１４】
前記流路板の本体基板は射出成形法で製作される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１５】
前記流路板は射出成形用のポリマー材料から製作される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１６】
前記射出成形用のポリマー材料は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリマープラスチック基板、またはエンジニアリングプラスチックの化合物を含む、請求項１５に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１７】
前記カソード集電板はＰＣＢ（プリント回路基板）プロセスで製作される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１８】
燃料電池モジュールであって、
リジッドフレックス基板から製作され、複数のスルーホールが設けられたアノード集電板と導電ラグとを備えるアノード板と、
複数の流路が設けられた流路板と、
少なくとも１枚のカソード集電板を備えるカソード板と、
前記アノード流路板とカソード板との間に設置され、少なくとも１つのＭＥＡとプロトン交換膜とを備えるアレイＭＥＡと、
前記アノード板とアレイＭＥＡとの間、及びカソード板とアレイＭＥＡとの間に設置され、前記ＭＥＡに対応する開口を備える接着層とを含む、燃料電池モジュール。
【請求項１９】
前記導電ラグはフレキシブル基板、金属シート、または付加金属から製作される、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２０】
前記カソード板には熱を放散するためのダミー金属パターンが設置される、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２１】
前記カソード板には電気デバイスが埋め込まれる、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２２】
前記電気デバイスは能動電気デバイスまたは受動電気デバイスを含む、請求項２１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２３】
前記流路板は複数の流路を含み、流路はバー型または蛇行型の流路である、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２４】
前記流路板の本体基板は射出成形法で製作される、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２５】
前記流路板は射出成形用のポリマー材料から製作される、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２６】
前記射出成形用のポリマー材料は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリマープラスチック基板、またはエンジニアリングプラスチックの化合物を含む、請求項２５に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２７】
前記アノード集電板はＰＣＢプロセスで製作される、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項２８】
前記カソード集電板はＰＣＢプロセスで製作される、請求項１８に記載の燃料電池モジュール。