JPH03102772A - 燃料電池のドライシール - Google Patents
燃料電池のドライシールInfo
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- JPH03102772A JPH03102772A JP2241060A JP24106090A JPH03102772A JP H03102772 A JPH03102772 A JP H03102772A JP 2241060 A JP2241060 A JP 2241060A JP 24106090 A JP24106090 A JP 24106090A JP H03102772 A JPH03102772 A JP H03102772A
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- fuel cell
- dry seal
- sealing strip
- seal
- sealing
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- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
- H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Sustainable Energy (AREA)
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、リン酸燃料電池（リン酸電解質燃料電池とも
言う）に関し、より詳細には、かかる燃料電池のための
オーバラップ状態の可撓性周囲ドライシールに関する。
言う）に関し、より詳細には、かかる燃料電池のための
オーバラップ状態の可撓性周囲ドライシールに関する。
リン酸燃料電池は、電気エネルギーを生ぜしめる燃料と
酸化体の電気化学的反応が生ずるような環境を備えてい
る。各燃料電池は、アノードと、カソード組立体と、こ
れらの間に配置されたマトリックスとを有する。セルの
形状は任意であってよいが、通常は矩形であり、交互に
積み重ねられて燃料電池のスタックを構成し、燃料およ
び酸素を燃料電池に供給したり使用済みのガスを燃料電
池から除表するマニホルドがスタックの両側に設けられ
ている。燃料電池は黒鉛製のバイポーラプレートの間に
配置され、これらバイポーラプレートはその両側に、燃
料例えば水素をアノードに供給するか、或いは酸化体例
えば酸素をカソードに供給する複数の溝を備えている。
酸化体の電気化学的反応が生ずるような環境を備えてい
る。各燃料電池は、アノードと、カソード組立体と、こ
れらの間に配置されたマトリックスとを有する。セルの
形状は任意であってよいが、通常は矩形であり、交互に
積み重ねられて燃料電池のスタックを構成し、燃料およ
び酸素を燃料電池に供給したり使用済みのガスを燃料電
池から除表するマニホルドがスタックの両側に設けられ
ている。燃料電池は黒鉛製のバイポーラプレートの間に
配置され、これらバイポーラプレートはその両側に、燃
料例えば水素をアノードに供給するか、或いは酸化体例
えば酸素をカソードに供給する複数の溝を備えている。
アノード組立体は、黒鉛基材紙上に解媒層を被着して形
成したものである。カソード組立体も、黒鉛基材紙上に
解媒層を被着して形成したものである。アノードおよび
カソードの解媒層の間には、多孔性の黒鉛層および炭化
珪素の層が設けられ、これらの層は一緒になってマトリ
ックスを構成している。炭化珪素層は、電子がアノード
組立体から同一の燃料電池のカソード組立体に移動しな
いようにし、かくして電気的な短絡が生じないようにす
る絶縁体として働く。アノード組立体とカソード組立体
の双方の部分およびマトリックス組立体の全体は電解質
、即ちリン酸を浸透させるに充分な多孔性および親水性
を有している。解媒の存在下で高温状態のガスがアノー
ドに供給されると、水素がイオン化されて電子が放出さ
れることになる。水素イオンは電解質中を拡散して同一
の燃料電池内のカソードの解媒層内で酸素および自由電
子と反応する。水素から放出された電子は導電性バイボ
ーラプレートを通って次の燃料電池のカソードに流れ、
或いは端に位置した燃料電池の場合では外部回路に流れ
る。燃料電池のスタックの端に位置した燃料電池は、一
方の端に位置した燃料電池のアノードと他方の端に位置
した燃料電池のカソードを接続する負荷電流を生ぜしめ
る電子を発生する。
成したものである。カソード組立体も、黒鉛基材紙上に
解媒層を被着して形成したものである。アノードおよび
カソードの解媒層の間には、多孔性の黒鉛層および炭化
珪素の層が設けられ、これらの層は一緒になってマトリ
ックスを構成している。炭化珪素層は、電子がアノード
組立体から同一の燃料電池のカソード組立体に移動しな
いようにし、かくして電気的な短絡が生じないようにす
る絶縁体として働く。アノード組立体とカソード組立体
の双方の部分およびマトリックス組立体の全体は電解質
、即ちリン酸を浸透させるに充分な多孔性および親水性
を有している。解媒の存在下で高温状態のガスがアノー
ドに供給されると、水素がイオン化されて電子が放出さ
れることになる。水素イオンは電解質中を拡散して同一
の燃料電池内のカソードの解媒層内で酸素および自由電
子と反応する。水素から放出された電子は導電性バイボ
ーラプレートを通って次の燃料電池のカソードに流れ、
或いは端に位置した燃料電池の場合では外部回路に流れ
る。燃料電池のスタックの端に位置した燃料電池は、一
方の端に位置した燃料電池のアノードと他方の端に位置
した燃料電池のカソードを接続する負荷電流を生ぜしめ
る電子を発生する。
米国特許第４，３７４．１８５号は、凹凸なエッジを有
するリン酸燃料電池のスタックを記載しており、かかる
凹凸な縁部は、パン形状のガスマニホルドを包囲してい
て、ポリテトラフルオロエチレン、即ち気密シールが得
られるよう燃料電池のスタックのフェースに存在する凹
凸なエッジを補償するに充分な可撓性をもつ材料で形威
されたシールを備えたフランジに係合している。
するリン酸燃料電池のスタックを記載しており、かかる
凹凸な縁部は、パン形状のガスマニホルドを包囲してい
て、ポリテトラフルオロエチレン、即ち気密シールが得
られるよう燃料電池のスタックのフェースに存在する凹
凸なエッジを補償するに充分な可撓性をもつ材料で形威
されたシールを備えたフランジに係合している。
本発明の目的は、リン酸を利用しないでシールを形成し
、製造および燃料電池内への取付けが容易な可撓性のあ
る燃料電池ドライエツジシールを提供すると共に、燃料
電池のスタックのフェースに沿って良好なマニホルド封
止状態が容易に得られるようバイポーラプレートの、エ
ッジに対するシールの整列関係が取れるようにすること
にある。
、製造および燃料電池内への取付けが容易な可撓性のあ
る燃料電池ドライエツジシールを提供すると共に、燃料
電池のスタックのフェースに沿って良好なマニホルド封
止状態が容易に得られるようバイポーラプレートの、エ
ッジに対するシールの整列関係が取れるようにすること
にある。
本発明のもう１つの目的は、燃料電池の使用開始の際に
燃料電池とエッジシールとの間に加えられる燃料電池へ
の圧縮力を正しく分布させることにある。燃料電池と黒
鉛製プレートとの間に適当な電気的接触関係を生ぜしめ
るに充分な力がなければならず、しかも可撓性の層を圧
縮することによって適正な封止機能を確実に発揮させる
に充分な力がなければならない。
燃料電池とエッジシールとの間に加えられる燃料電池へ
の圧縮力を正しく分布させることにある。燃料電池と黒
鉛製プレートとの間に適当な電気的接触関係を生ぜしめ
るに充分な力がなければならず、しかも可撓性の層を圧
縮することによって適正な封止機能を確実に発揮させる
に充分な力がなければならない。
一般に、導電性の黒鉛製プレートの間に位置したアノー
ド組立体、カソード組立体及びマトリックス組立体を有
する燃料電池の可撓性ドライエッジシールは本発明によ
れば、アノード組立体とカソード組立体のうち一方を包
囲する第１のほぼ不浸透性のシールストリップおよびア
ノード組立体とカソード組立体のうち他方を包囲する第
２のほぼ不浸透性のシールストリップを有している。第
１のシールストリップは第２のシールストリップよりも
幅が広く、可撓性のシールストリップがシールストリッ
プのうち一方に接合されている。
ド組立体、カソード組立体及びマトリックス組立体を有
する燃料電池の可撓性ドライエッジシールは本発明によ
れば、アノード組立体とカソード組立体のうち一方を包
囲する第１のほぼ不浸透性のシールストリップおよびア
ノード組立体とカソード組立体のうち他方を包囲する第
２のほぼ不浸透性のシールストリップを有している。第
１のシールストリップは第２のシールストリップよりも
幅が広く、可撓性のシールストリップがシールストリッ
プのうち一方に接合されている。
シールストリップはそれぞれ全体的に、導電性の黒鉛製
プレートの外周部に合致するような寸法形状に設定され
、．燃料電池のエッジに隣接してドライシールを形成す
るよう黒鉛製プレートの間に位置し、このドライシール
により、電池のスタックのフェースへのガスマニホルド
の取付けが容易になる。
プレートの外周部に合致するような寸法形状に設定され
、．燃料電池のエッジに隣接してドライシールを形成す
るよう黒鉛製プレートの間に位置し、このドライシール
により、電池のスタックのフェースへのガスマニホルド
の取付けが容易になる。
本発明の内容は添付の図面を参照して以下の詳細な説明
を読むと一層明らかになろう。なお、図中、同一の参照
符号は同一の部分を示している。
を読むと一層明らかになろう。なお、図中、同一の参照
符号は同一の部分を示している。
今図面を詳細に参照し、特に第１図を参照すると、リン
酸燃料電池１の一部が示されており、かかる燃料電池１
は燃料電池のスタック（図示せず）の状態に配置されて
いる。燃料電池１は、一対の導電性バイポーラプレート
９の間又は導電性バイポーラプレート９と導電性エンド
プレート（図示せず）との間に配置されたアノード組立
体３、マトリックス組立体５及びカソード組立体７を有
する。バイポーラプレート９は黒鉛で作られ、ガス状の
燃料および酸素を燃料電池に供給したり燃料電池から使
用後のガスを除去する溝１１、１３を有している。また
、バイポーラプレート９の間には、燃料電池１の構成要
素を包囲する燃料電池エツジシールｌ４が設けられてい
る。燃料電池エツジシール１４は供給されたガスを燃料
電池内に閉じ込めると共に燃料電池の外周部でこれらガ
スが混合しないようにする。周囲フランジ１６を備えた
パン形状のマニホルド１５が燃料電池の両側および両端
で溝１１、１３の端を覆っており、燃料、即ち水素の割
合が高いガスおよび空気から得た酸素を燃料電池１に供
給し、そして燃料電池から使用済みのガスを取り出す。
酸燃料電池１の一部が示されており、かかる燃料電池１
は燃料電池のスタック（図示せず）の状態に配置されて
いる。燃料電池１は、一対の導電性バイポーラプレート
９の間又は導電性バイポーラプレート９と導電性エンド
プレート（図示せず）との間に配置されたアノード組立
体３、マトリックス組立体５及びカソード組立体７を有
する。バイポーラプレート９は黒鉛で作られ、ガス状の
燃料および酸素を燃料電池に供給したり燃料電池から使
用後のガスを除去する溝１１、１３を有している。また
、バイポーラプレート９の間には、燃料電池１の構成要
素を包囲する燃料電池エツジシールｌ４が設けられてい
る。燃料電池エツジシール１４は供給されたガスを燃料
電池内に閉じ込めると共に燃料電池の外周部でこれらガ
スが混合しないようにする。周囲フランジ１６を備えた
パン形状のマニホルド１５が燃料電池の両側および両端
で溝１１、１３の端を覆っており、燃料、即ち水素の割
合が高いガスおよび空気から得た酸素を燃料電池１に供
給し、そして燃料電池から使用済みのガスを取り出す。
ガスの漏出を阻止するガスケット１７がマニホルドのフ
ランジ１６と燃料電池１との間に設けられている。１つ
の問題は、燃料電池が、アノード３、カソード７、マト
リックス５およびマニホルド１５を封止状態で装着する
必要のあるバイポーラプレート９およびエンドプレート
のスタックで構成されているということである。この封
止状態は、閉じ込めるのが難しく、もし大気中に漏れる
と爆発の危険のある水素を漏洩させないようにするに充
分なものでなければならない。従って、バイポーラプレ
ート及び燃料電池エッジシール１４によってガスケット
１７に与えられる封止面はできるだけスムースであるこ
とが必要である。
ランジ１６と燃料電池１との間に設けられている。１つ
の問題は、燃料電池が、アノード３、カソード７、マト
リックス５およびマニホルド１５を封止状態で装着する
必要のあるバイポーラプレート９およびエンドプレート
のスタックで構成されているということである。この封
止状態は、閉じ込めるのが難しく、もし大気中に漏れる
と爆発の危険のある水素を漏洩させないようにするに充
分なものでなければならない。従って、バイポーラプレ
ート及び燃料電池エッジシール１４によってガスケット
１７に与えられる封止面はできるだけスムースであるこ
とが必要である。
燃料電池ドライシール１４は電解質、即ちリン酸が燃料
電池１の外縁部または外周部に到達しないようにし、ま
た、燃料電池１を包囲すると共にバイポーラプレート９
の間にシールを形成するように配置されている。燃料電
池ドライシール１４は、アノード組立体３を包囲する第
１のほぼ不浸透性のシールストリップまたはフレーム２
３と、カソード組立体７を包囲する第２のほぼ不浸透性
のシールストリップまたはフレーム２５と、全体として
マトリックス組立体５の周りに配置されていて第２のシ
ールストリップ２５に接合されたほぼ不浸透性の可撓性
シールストリップ２７とから成る。第１のシールストリ
ップ２３は第２のシールストリップ２５および可撓性シ
ールストリップ２７よりも幅が広い。シールストリップ
２３、２５は連続していて、バイポーラプレート９の外
周部と符合又は合致する外周部を備えた額縁状の構造体
を形成している。可撓性のシールストリップ部材２７は
エキスパンデッド状のテフロンの個々のストリップで構
成されている。このようにする理由は、エキスパンデッ
ド状テフロンはフレーム状のシールを構成するに必要な
種々の寸法の状態で入手するのが容易でないからである
。燃料電池の構成要素３、５、７と同様に、シールスト
リップ２３、２５、２７は、バイポーラプレート９の間
で次々に積み重ね状態になっていて、燃料電池１の外周
部にドライシールを形成している。
電池１の外縁部または外周部に到達しないようにし、ま
た、燃料電池１を包囲すると共にバイポーラプレート９
の間にシールを形成するように配置されている。燃料電
池ドライシール１４は、アノード組立体３を包囲する第
１のほぼ不浸透性のシールストリップまたはフレーム２
３と、カソード組立体７を包囲する第２のほぼ不浸透性
のシールストリップまたはフレーム２５と、全体として
マトリックス組立体５の周りに配置されていて第２のシ
ールストリップ２５に接合されたほぼ不浸透性の可撓性
シールストリップ２７とから成る。第１のシールストリ
ップ２３は第２のシールストリップ２５および可撓性シ
ールストリップ２７よりも幅が広い。シールストリップ
２３、２５は連続していて、バイポーラプレート９の外
周部と符合又は合致する外周部を備えた額縁状の構造体
を形成している。可撓性のシールストリップ部材２７は
エキスパンデッド状のテフロンの個々のストリップで構
成されている。このようにする理由は、エキスパンデッ
ド状テフロンはフレーム状のシールを構成するに必要な
種々の寸法の状態で入手するのが容易でないからである
。燃料電池の構成要素３、５、７と同様に、シールスト
リップ２３、２５、２７は、バイポーラプレート９の間
で次々に積み重ね状態になっていて、燃料電池１の外周
部にドライシールを形成している。
第１のシールストリップ２３を他の２つのシールストリ
ップ２５、２７よりも幅広く形成することにより、マト
リックス組立体５は第１のシールストリップ２３にオー
バーラップし、このオーバラップ部分はカソード組立体
７の一部およびマトリックス５に浸透する電解質、即ち
リン酸と協働してシールストリップ２３、２５、２７の
周囲ドライ部分のすぐ内側でアノード３、カソード７と
の間にウェットシールを形成しているが、このウェット
シールによって電解質は燃料電池１の外周部に到達する
のが阻止される。
ップ２５、２７よりも幅広く形成することにより、マト
リックス組立体５は第１のシールストリップ２３にオー
バーラップし、このオーバラップ部分はカソード組立体
７の一部およびマトリックス５に浸透する電解質、即ち
リン酸と協働してシールストリップ２３、２５、２７の
周囲ドライ部分のすぐ内側でアノード３、カソード７と
の間にウェットシールを形成しているが、このウェット
シールによって電解質は燃料電池１の外周部に到達する
のが阻止される。
シールストリップ２３、２５、２７は、テフロン或いは
耐酸性の他の材料で作られていて、シールを形成するに
十分な可撓性がある。第１のストリップ２３および第２
のストリップ２５の材質はテフロンであるが、これらに
可撓性があるとは考えられない。可撓性シールストリッ
プ２７はエキスパンデッド状テフロンで形成され、これ
は他の２つのストリップ２３、２５よりも一層可撓性が
高いので、３つのシールストリップ２３、２５、２７は
全体としては良好なシールを形成するに十分な可撓性を
持つことになる。３つすべてのシールストリップ２３、
２５、２７の厚さは、製造公差および組立て時の公差の
蓄積に起因して生じる燃料電池の構成要素即ちアノード
３、カソード７およびマトリックス組立体５の厚さのば
らつきを補償すると共に、燃料電池１の使用開始の際に
、燃料電池の構成要素３、５、７と、オーバラップ状態
の可撓性燃料電池ドライエッジシール１４との間に加え
られる所要の圧縮加重を正しく分布させるように選択さ
れる。
耐酸性の他の材料で作られていて、シールを形成するに
十分な可撓性がある。第１のストリップ２３および第２
のストリップ２５の材質はテフロンであるが、これらに
可撓性があるとは考えられない。可撓性シールストリッ
プ２７はエキスパンデッド状テフロンで形成され、これ
は他の２つのストリップ２３、２５よりも一層可撓性が
高いので、３つのシールストリップ２３、２５、２７は
全体としては良好なシールを形成するに十分な可撓性を
持つことになる。３つすべてのシールストリップ２３、
２５、２７の厚さは、製造公差および組立て時の公差の
蓄積に起因して生じる燃料電池の構成要素即ちアノード
３、カソード７およびマトリックス組立体５の厚さのば
らつきを補償すると共に、燃料電池１の使用開始の際に
、燃料電池の構成要素３、５、７と、オーバラップ状態
の可撓性燃料電池ドライエッジシール１４との間に加え
られる所要の圧縮加重を正しく分布させるように選択さ
れる。
第２図および第３図に示す額縁状のドライシールは、周
囲接合部が無＜、シたがってエッジシールのトリミング
を行う必要がないという利点があるが、製造，費用が高
くつく。第４図に示すような真直ぐなストリップを用い
てもよいが、真直ぐなストリップを用いると４つの接合
部が必要になり、これは材料が非常に弾力のあるもので
なければ、漏れの問題が幾分生じることになる。
囲接合部が無＜、シたがってエッジシールのトリミング
を行う必要がないという利点があるが、製造，費用が高
くつく。第４図に示すような真直ぐなストリップを用い
てもよいが、真直ぐなストリップを用いると４つの接合
部が必要になり、これは材料が非常に弾力のあるもので
なければ、漏れの問題が幾分生じることになる。
第５図は、２つの接合部３１しか存在しないような態様
でアノード組立体３を包囲するよう配置されたＬ字形ス
トリップ２ ３ ａ， ２ ３ ｂの第１の対を示して
いる。Ｌ字形ストリップ２３ａ，２３ｂは、対をなすＬ
字形ストリップ２ ３ ａ， ２ ３ ｂのそれぞれの
一方の末端が、対をなすＬ字形シールストリップ２３ａ
，２３ｂのそれぞれの他方の末端に隣接して位置し、対
の接合部３１が燃料電池１の対角線方向反対側のコーナ
ーに隣接して燃料電池１の両側に位置するように配置さ
れている。
でアノード組立体３を包囲するよう配置されたＬ字形ス
トリップ２ ３ ａ， ２ ３ ｂの第１の対を示して
いる。Ｌ字形ストリップ２３ａ，２３ｂは、対をなすＬ
字形ストリップ２ ３ ａ， ２ ３ ｂのそれぞれの
一方の末端が、対をなすＬ字形シールストリップ２３ａ
，２３ｂのそれぞれの他方の末端に隣接して位置し、対
の接合部３１が燃料電池１の対角線方向反対側のコーナ
ーに隣接して燃料電池１の両側に位置するように配置さ
れている。
接合部３１により空隙又は隙間が生じるが、この空間は
、Ｌ字形シールストリップ２ ３ ａ， ２ ３ ｂと
バイポーラプレート９との間の製造公差に対応するよう
増減され、かかる空間の増減によりＬ字形シールストリ
ップ２３ａ，２３ｂの外周部がバイポーラプレート９の
外周部と符合又は合致し、或いはぴったりと装着でき、
それによりパン形状のマニホルド１５のフランジ１６を
密着できるほぼスムースな封止面が得られ、この場合、
可撓性のドライシール２３ａ，２３ｂのエッジをトリミ
ングしてバイポーラプレート９の縁部と面一をなすよう
にする必要はない。また、接合部３１は水素、即ち燃料
のマニホルド１５と流体連通状態になるように位置して
いる。燃料ガスは、Ｌ字形シールストリップ２３ａ，２
３ｂによって包囲されたアノード３に供給されるので、
接合部３１は燃料を取り扱うマニホルド１５と流体連通
状態におかれ、従って同一ガスを取り扱うマニホルドへ
の漏入或いはマニホルドからの漏出が生じるようになる
。アノードとカソードの間に生じる漏洩の問題に鑑みて
、接合部３１はコーキング材で充填されている。Ｌ字形
ストリップ２３ａ，２３ｂの脚部は非対称形であり、一
方の脚部は他方の脚部よりも幅が広くかつ長くなってい
る。幅広の脚部は、その長さ方向に延びると共に電解質
用ウィック（図示せず）を受け入れる複数の矩形のスロ
ット状開口２９を有している。
、Ｌ字形シールストリップ２ ３ ａ， ２ ３ ｂと
バイポーラプレート９との間の製造公差に対応するよう
増減され、かかる空間の増減によりＬ字形シールストリ
ップ２３ａ，２３ｂの外周部がバイポーラプレート９の
外周部と符合又は合致し、或いはぴったりと装着でき、
それによりパン形状のマニホルド１５のフランジ１６を
密着できるほぼスムースな封止面が得られ、この場合、
可撓性のドライシール２３ａ，２３ｂのエッジをトリミ
ングしてバイポーラプレート９の縁部と面一をなすよう
にする必要はない。また、接合部３１は水素、即ち燃料
のマニホルド１５と流体連通状態になるように位置して
いる。燃料ガスは、Ｌ字形シールストリップ２３ａ，２
３ｂによって包囲されたアノード３に供給されるので、
接合部３１は燃料を取り扱うマニホルド１５と流体連通
状態におかれ、従って同一ガスを取り扱うマニホルドへ
の漏入或いはマニホルドからの漏出が生じるようになる
。アノードとカソードの間に生じる漏洩の問題に鑑みて
、接合部３１はコーキング材で充填されている。Ｌ字形
ストリップ２３ａ，２３ｂの脚部は非対称形であり、一
方の脚部は他方の脚部よりも幅が広くかつ長くなってい
る。幅広の脚部は、その長さ方向に延びると共に電解質
用ウィック（図示せず）を受け入れる複数の矩形のスロ
ット状開口２９を有している。
第６図は、Ｌ字形ストリップ２５ａ，２５ｂの第２の対
を示しており、これらストリップ２５ａ１２５ｂはＬ字
形ストリップ２３ａ，２３ｂと類似しているが、これら
程幅が広くなく、またＬ字形ストリップ２３ａ，２３ｂ
と同一の燃料電池１の側部で反対側に位置したコーナー
に隣接した接合部３２を有しており、従って接合部３２
は空気または酸素を取り扱うマニホルド１５と連通状態
にある。また、接合部３２には、Ｌ字形シールストリッ
プ２ ５ ａ， ２ ５ ｂとバイポーラプレート９を
互いに周囲を合致させて、その結果生じた隙間があり、
この隙間の大きさは燃料電池の構成要素の製造公差で決
まる。Ｌ字形ストリップ２５ａ，２５ｂの脚部は非対称
形であり、ほぼ同一の幅をもっているが長い方の脚部は
各端に幅の広い部分を有している。
を示しており、これらストリップ２５ａ１２５ｂはＬ字
形ストリップ２３ａ，２３ｂと類似しているが、これら
程幅が広くなく、またＬ字形ストリップ２３ａ，２３ｂ
と同一の燃料電池１の側部で反対側に位置したコーナー
に隣接した接合部３２を有しており、従って接合部３２
は空気または酸素を取り扱うマニホルド１５と連通状態
にある。また、接合部３２には、Ｌ字形シールストリッ
プ２ ５ ａ， ２ ５ ｂとバイポーラプレート９を
互いに周囲を合致させて、その結果生じた隙間があり、
この隙間の大きさは燃料電池の構成要素の製造公差で決
まる。Ｌ字形ストリップ２５ａ，２５ｂの脚部は非対称
形であり、ほぼ同一の幅をもっているが長い方の脚部は
各端に幅の広い部分を有している。
第７図は、好ましくはＬ字形でない形状の可撓性のスト
リップ２７を示しており、可撓性のストリップは極めて
弾力があり取扱いが困難なのでＬ字形ストリップの対の
一方、好ましくは第２の対２５ａ，２５ｂに接合されて
いる。これはストリップ２５ａ，２５ｂを選択した理由
はこれらが可撓性ストリップと本質的に同一の寸法形状
を有しているからである。可撓性ストリップ２７の材質
であるエキスパンデッド状テフロンは、同一作業で所定
サイズに切断される前に、Ｌ字形ストリップ２ ５ ａ
， ２ ５ ｂの材質であるテフロンに接合される。ス
トリップ２７は接合部３３、３５を有している。接合部
３５および接合部３３は組立ての際、突き合わされて閉
じられる。
リップ２７を示しており、可撓性のストリップは極めて
弾力があり取扱いが困難なのでＬ字形ストリップの対の
一方、好ましくは第２の対２５ａ，２５ｂに接合されて
いる。これはストリップ２５ａ，２５ｂを選択した理由
はこれらが可撓性ストリップと本質的に同一の寸法形状
を有しているからである。可撓性ストリップ２７の材質
であるエキスパンデッド状テフロンは、同一作業で所定
サイズに切断される前に、Ｌ字形ストリップ２ ５ ａ
， ２ ５ ｂの材質であるテフロンに接合される。ス
トリップ２７は接合部３３、３５を有している。接合部
３５および接合部３３は組立ての際、突き合わされて閉
じられる。
第８図は、接合部３７が互いに当接してこれらの間に本
質的に隙間がないように配置されたＬ字形シールストリ
ップ２３ｃ，２３ｄを示している。
質的に隙間がないように配置されたＬ字形シールストリ
ップ２３ｃ，２３ｄを示している。
しかしながら、Ｌ字形シールストリップの脚部は所要長
さよりも長く、Ｌ字形シールストリップ２３Ｃ，２３ｄ
の外周部は、バイポーラプレート９の外周部よりも僅か
に広く、従って、バイポーラプレート９と組合わせた時
、シールストリップ２３ｃ，２３ｄをトリミングしてそ
れらの外周部をバイポーラプレート９の外周部に合致さ
せると共に接合部３７を本質的に隙間のない状態で当接
させるのが良い。
さよりも長く、Ｌ字形シールストリップ２３Ｃ，２３ｄ
の外周部は、バイポーラプレート９の外周部よりも僅か
に広く、従って、バイポーラプレート９と組合わせた時
、シールストリップ２３ｃ，２３ｄをトリミングしてそ
れらの外周部をバイポーラプレート９の外周部に合致さ
せると共に接合部３７を本質的に隙間のない状態で当接
させるのが良い。
また、第９図に示すようにＩ一字形ストリップ２５ｃ，
２５ｄは、これら燃料電池１内に組み込むと、接合部３
９が互いに当接するように作られており、バイポーラプ
レート９の外周部にオーバーラップし、そして組立ての
際にトリミングされてバイポーラプレート９と而一の状
態になり、それによりバイボーラプレート９の外周部と
合致する。
２５ｄは、これら燃料電池１内に組み込むと、接合部３
９が互いに当接するように作られており、バイポーラプ
レート９の外周部にオーバーラップし、そして組立ての
際にトリミングされてバイポーラプレート９と而一の状
態になり、それによりバイボーラプレート９の外周部と
合致する。
第１０図に示すストリップ２７は、端部が互いに当接す
ると共にこれらストリップ２７がｌ７字形ストリップ２
５ｃ，２５ｄの内縁部に整列するよ゛う取付けられ、次
にストリップ２７をＬ字形ストリップ２５ｃ，２５ｄに
接合し、その状態でトリミングしてＬ字形ストリップ２
５ｃ，２５ｄの周囲に合致させる。弾力のある可撓性ス
トリップ２７の取扱いを容易にするため、エキスパンデ
ッド状テフロン材料を厚い支持紙（図示せず）に接合し
、可撓性ストリップを支持紙に沿って所定サイズに裁断
する。可撓性ストリップ２７を１７字形ストリップ２５
ｃ，２５ｄに接合してトリミングした後、支持紙を取り
外す。また、接合部４１、４３は本質的に隙間がない状
態で互いに当接するよう形成されている。
ると共にこれらストリップ２７がｌ７字形ストリップ２
５ｃ，２５ｄの内縁部に整列するよ゛う取付けられ、次
にストリップ２７をＬ字形ストリップ２５ｃ，２５ｄに
接合し、その状態でトリミングしてＬ字形ストリップ２
５ｃ，２５ｄの周囲に合致させる。弾力のある可撓性ス
トリップ２７の取扱いを容易にするため、エキスパンデ
ッド状テフロン材料を厚い支持紙（図示せず）に接合し
、可撓性ストリップを支持紙に沿って所定サイズに裁断
する。可撓性ストリップ２７を１７字形ストリップ２５
ｃ，２５ｄに接合してトリミングした後、支持紙を取り
外す。また、接合部４１、４３は本質的に隙間がない状
態で互いに当接するよう形成されている。
上述のドライシール１４は、燃料電池１の周囲の内側の
電解質を封止して電解質が周囲へ到達しないようにし、
それにより可撓性のドライシールｌ４が構成され、その
厚さを、燃料要素の横成要素の神々の公差に対応すると
共にドライシール１４とこの中に収納される燃料電池構
成要素との間に加えられる圧縮力を正しく分布させるよ
う選択できるという利点がある。
電解質を封止して電解質が周囲へ到達しないようにし、
それにより可撓性のドライシールｌ４が構成され、その
厚さを、燃料要素の横成要素の神々の公差に対応すると
共にドライシール１４とこの中に収納される燃料電池構
成要素との間に加えられる圧縮力を正しく分布させるよ
う選択できるという利点がある。
上述の好ましい実施例は本発明者の現在考え得る本発明
の最適態様であるが、当業者であれば本発明の多くの設
計変更および改造を想到できることは明らかであろう。
の最適態様であるが、当業者であれば本発明の多くの設
計変更および改造を想到できることは明らかであろう。
従って、上述の実施例は例示的に考えられるべきであり
、特許請求の範囲に記載されているような本発明の多く
の設計変更および改造は、当業者には明らかであると考
えられる。かくして、特許請求の範囲は、かかる設計変
更および改造が本発明の精神および範囲に属すると考え
られる限りこれらを包含するものである。
、特許請求の範囲に記載されているような本発明の多く
の設計変更および改造は、当業者には明らかであると考
えられる。かくして、特許請求の範囲は、かかる設計変
更および改造が本発明の精神および範囲に属すると考え
られる限りこれらを包含するものである。
第１図は、本発明に従って構成されたドライシールを有
する燃料電池の部分断面等角図である。 第２図は、ドライシールのシール部分のうち１つの平面
図である。 第３図は、ドライシールの別のシール部分の平面図であ
る。 第４図は、ドライシールの可撓性シール部分の平面図で
ある。 第５図、第６図および第７図はそれぞれ、第２図、第３
図および第４図に示すシール部分の変形例の平面図であ
る。 第８図、第９図および第１０図はそれぞれ、第５図、第
６図および第７図に示すシール部分の変形例の平面図で
ある。 ［主要な参照符号の説明］ １・・・燃料電池、３・・・アノード組立体、５・・・
マトリックス組立体、７・・・カソード組立体、９・・
・導電性プレート、１４・・・ドライシール、２３・・
・第１のシールストリップ、２５・・●第２のシールス
トリップ、２７・・・可撓性シールストリップ、３１、
３２、３３、３５、３７、３９、４１、４３・・・接合
部。
する燃料電池の部分断面等角図である。 第２図は、ドライシールのシール部分のうち１つの平面
図である。 第３図は、ドライシールの別のシール部分の平面図であ
る。 第４図は、ドライシールの可撓性シール部分の平面図で
ある。 第５図、第６図および第７図はそれぞれ、第２図、第３
図および第４図に示すシール部分の変形例の平面図であ
る。 第８図、第９図および第１０図はそれぞれ、第５図、第
６図および第７図に示すシール部分の変形例の平面図で
ある。 ［主要な参照符号の説明］ １・・・燃料電池、３・・・アノード組立体、５・・・
マトリックス組立体、７・・・カソード組立体、９・・
・導電性プレート、１４・・・ドライシール、２３・・
・第１のシールストリップ、２５・・●第２のシールス
トリップ、２７・・・可撓性シールストリップ、３１、
３２、３３、３５、３７、３９、４１、４３・・・接合
部。
Claims (22)
- （１）２つの導電性プレートの間に位置したアノード組
立体、カソード組立体及びマトリックス組立体を有する
燃料電池のドライシールであって、アノード組立体とカ
ソード組立体のうち一方を包囲した第１のほぼ不浸透性
シールストリップと、アノード組立体とカソード組立体
の他方を包囲した第２のほぼ不浸透性のシールストリッ
プと、前記シールストリップのうちの一方に接合された
可撓性シールストリップとから成り、第１のシールスト
リップは第２のシールストリップよりも幅が広く、前記
シールストリップはそれぞれ全体として、導電性プレー
トの外周部に合致するような寸法形状に設定され、また
、電解質を燃料電池の周囲エッジから出ないようにする
と共に滑らかな封止外面を備えるドライシールを燃料電
池の縁部に隣接して形成するよう導電性プレートの間に
配置されていることを特徴とする燃料電池のドライシー
ル。 - （２）シールストリップは連続して配置されていて、導
電性プレートの外周部と合致する外周部を有するフレー
ムを形成し、アノード組立体、カソード組立体およびマ
トリックス組立体はそれぞれ対応のシールストリップの
中に収納されていることを特徴とする請求項第１項記載
のドライシール。 - （３）マトリックスは吸収性があって電解質で含浸状態
になり、第１のシールストリップにオーバラップし、こ
のオーバラップ部分と電解質が協働して第１のシールス
トリップと、アノード組立体およびカソード組立体のう
ち一方との間に周囲ウェットシールを形成し、それによ
りアノード組立体およびカソード組立体の周囲における
燃料ガスと酸化体ガスの混合を阻止することを特徴とす
る請求項第１項記載のドライシール。 - （４）シールはそれぞれ４つの脚部で構成され、対向関
係ある脚部はほぼ対称形であることを特徴とする請求項
第１項記載のドライシール。 - （５）第１および第２のシールストリップの材質はテフ
ロンであり、可撓性ストリップの材質は、第１および第
２のシールストリップの材質であるテフロンよりも実質
的に可撓性が高いエキスパンデッド状テフロンであるこ
とを特徴とする請求項第１項記載のドライシール。 - （６）第１のシールストリップはＬ字形のほぼ不浸透性
のシールストリップの第１の対からなり、第２のシール
ストリップはＬ字形のほぼ不浸透性シールストリップの
第２の対からなり、可撓性シールストリップはＬ字形シ
ールストリップの第２の対に接合された可撓性シールス
トリップからなり、第１のシールストリップは第２のシ
ールストリップおよび可撓性シールストリップよりも幅
が広いことを特徴とする請求項第１項記載のドライシー
ル。 - （７）Ｌ字形シールストリップは非対称形であることを
特徴とする請求項第６項記載のドライシール。 - （８）Ｌ字形シールストリップは、各対の各Ｌ字形シー
ルストリップの一方の末端が、対を構成するシールスト
リップの他方の末端の内側に隣接して位置するよう配置
され、従って対の接合部は燃料電池の互いに反対側で且
つ燃料電池の対角線方向反対側のコーナーに隣接して位
置することを特徴とする請求項第６項記載のドライシー
ル。 - （９）第１の対のシールストリップの接合部は、第２の
対のシールストリップおよび可撓性シールストリップの
接合部が位置するコーナーとは異なる燃料電池のコーナ
ーに位置していることを特徴とする請求項第８項記載の
ドライシール。 - （１０）アノード組立体はシールストリップの第１の対
の中に収納され、マトリックス組立体およびカソード組
立体はシールストリップの第２の対および可撓性シール
ストリップの中に収納されていることを特徴とする請求
項第６項記載のドライシール。 - （１１）シールストリップの対は、燃料電池内に配置さ
れたとき、導電性プレートの外周部よりも僅かに広い外
周部を有し、各対のシールストリップは互いに当接した
状態で導電性プレートの外周部と面一をなすようにトリ
ミングされることを特徴とする請求項第８項記載のドラ
イシール。 - （１２）シールストリップの対は、燃料電池内に配置さ
れたとき、導電性プレートの外周部と合致する外周部を
有し、各対のシールストリップの接合部には狭い隙間が
形成され、該隙間の幅は導電性プレートおよびシールス
トリップの製造公差に従ってまちまちであることを特徴
とする請求項第８項記載のドライシール。 - （１３）酸化体としての空気の一対のマニホルドが燃料
電池の対角線方向反対側のコーナーに隣接して燃料電池
の両側に設けられていることを特徴とする請求項第８項
記載のドライシール。 - （１４）燃料電池内に配置されたときのシールストリッ
プの対の接合部の外周部は、導電性プレートの外周部と
合致するようトリミングされ、シールストリップは該接
合部で当接することを特徴とする請求項第８項記載のド
ライシール。 - （１５）一対の燃料マニホルドが燃料電池の対角線方向
反対側のコーナーに隣接して燃料電池の両側に設けられ
、アノード組立体を包囲するシールストリップの対の接
合部は燃料マニホルドと接触状態に配置されていること
を特徴とする請求項第８項記載のドライシール。 - （１６）第１および第２のシールストリップの材質はテ
フロンであり、可撓性ストリップの材質は、第１および
第２のシールストリップの材質であるテフロンよりも実
質的に可撓性が高いエキスパンデッド状テフロンである
ことを特徴とする請求項第８項記載のドライシール。 - （１７）第２のシールストリップは２つの脚部と、脚部
が互いに結合する拡大部分と、脚部の一方の末端に設け
られた拡大部分とを有することを特徴とする請求項第６
項記載のドライシール。 - （１８）拡大部分のそれぞれには孔が貫通して設けられ
ていることを特徴とする請求項第１７項記載のドライシ
ール。 - （１９）第１のシールストリップの脚部のうち一方は他
方よりも幅が広く、広幅の脚部は該脚部の長さ方向に延
びる複数の個々のスロット状開口を有することを特徴と
する請求項１第１７項記載のドライシール。 - （２０）第１のシールストリップの脚部のうち一方は他
方よりも幅が広く、広幅の脚部は該脚部の長さ方向に延
びる複数の個々のスロット状開口を有することを特徴と
する請求項第６項記載のドライシール。 - （２１）各シールストリップの厚さは、燃料電池を構成
する構成要素の厚さの公差の合計に対応すると共に燃料
電池スタックの状態に組立てる際にシールと燃料電池の
構成要素との間に加えられる圧縮力を正しく分布させる
よう選択され、シールに加わる圧縮力は、シールを導電
性プレート上のその周辺位置から変位せないで燃料電池
の幅全体に加わる任意又はあらゆる横方向圧力差に抵抗
するに充分なものでなければならないことを特徴とする
請求項第５項記載のドライシール。 - （２２）第１および第２のシールストリップは燃料電池
の組立てを容易にするため隣接関係にある導電性プレー
トに接合されることを特徴とする請求項第１項記載のド
ライシール。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US405,716 | 1989-09-11 | ||
| US07/405,716 US4978590A (en) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | Dry compliant seal for phosphoric acid fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03102772A true JPH03102772A (ja) | 1991-04-30 |
Family
ID=23604915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2241060A Pending JPH03102772A (ja) | 1989-09-11 | 1990-09-11 | 燃料電池のドライシール |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4978590A (ja) |
| JP (1) | JPH03102772A (ja) |
| CA (1) | CA2020642A1 (ja) |
| GB (1) | GB2236010B (ja) |
| IT (1) | IT1246444B (ja) |
| SE (1) | SE9002379L (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2024008252A (ja) * | 2022-07-07 | 2024-01-19 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池セル |
Families Citing this family (14)
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|---|---|---|---|---|
| US5173373A (en) * | 1989-09-14 | 1992-12-22 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Gasket for fuel cell |
| US5156929A (en) * | 1991-03-18 | 1992-10-20 | United Technologies Corporation | Fuel cell stack liquid electrolyte migration prevention arrangement |
| US5284718A (en) * | 1991-09-27 | 1994-02-08 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell membrane electrode and seal assembly |
| US5298342A (en) * | 1992-10-20 | 1994-03-29 | M-C Power Corporation | Fuel cell crossover arrestor and pressure seal |
| US6811916B2 (en) * | 2001-05-15 | 2004-11-02 | Neah Power Systems, Inc. | Fuel cell electrode pair assemblies and related methods |
| DE10201145A1 (de) * | 2002-01-15 | 2003-07-31 | H2 Interpower Brennstoffzellen | Brennstoffzelle oder Hydrolyseur und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle oder eines Hydrolyseurs |
| WO2004012620A2 (en) | 2002-08-05 | 2004-02-12 | Liquidmetal Technologies | Metallic dental prostheses made of bulk-solidifying amorphous alloys and method of making such articles |
| US20070003782A1 (en) * | 2003-02-21 | 2007-01-04 | Collier Kenneth S | Composite emp shielding of bulk-solidifying amorphous alloys and method of making same |
| JP5043427B2 (ja) | 2003-03-18 | 2012-10-10 | リキッドメタル テクノロジーズ，インコーポレイティド | バルク凝固アモルファス合金製の電流集電板 |
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| WO2004091828A1 (en) * | 2003-04-14 | 2004-10-28 | Liquidmetal Technologies, Inc. | Continuous casting of foamed bulk amorphous alloys |
| FR2875057B1 (fr) | 2004-09-09 | 2006-10-20 | Air Liquide | Joint d'etancheite et plaque de cellules de pile a combustible, cellules resultantes et pile a combustible comprenant un empilement de telles cellules |
| WO2006060081A2 (en) * | 2004-10-19 | 2006-06-08 | Liquidmetal Technologies, Inc. | Metallic mirrors formed from amorphous alloys |
| US8063843B2 (en) * | 2005-02-17 | 2011-11-22 | Crucible Intellectual Property, Llc | Antenna structures made of bulk-solidifying amorphous alloys |
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|---|---|---|---|---|
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| CA962021A (en) * | 1970-05-21 | 1975-02-04 | Robert W. Gore | Porous products and process therefor |
| US4007059A (en) * | 1975-08-20 | 1977-02-08 | General Motors Corporation | Electrochemical cell electrode separator and method of making it and fuel cell containing same |
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| US4728533A (en) * | 1982-09-30 | 1988-03-01 | Engelhard Corporation | Process for forming integral edge seals in porous gas distribution plates utilizing a vibratory means |
| US4732637A (en) * | 1983-04-11 | 1988-03-22 | Engelhard Corporation | Method of fabricating an integral gas seal for fuel cell gas distribution assemblies |
| US4738905A (en) * | 1986-12-03 | 1988-04-19 | International Fuel Cells Corporation | Manifold seal structure for fuel cell stack |
| US4728585A (en) * | 1986-12-24 | 1988-03-01 | International Fuel Cells Corporation | Fuel cell stack with combination end-pressure plates |
| US4756981A (en) * | 1986-12-29 | 1988-07-12 | International Fuel Cells | Seal structure for an electrochemical cell |
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1989
- 1989-09-11 US US07/405,716 patent/US4978590A/en not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-07-06 SE SE9002379A patent/SE9002379L/xx not_active Application Discontinuation
- 1990-07-06 CA CA002020642A patent/CA2020642A1/en not_active Abandoned
- 1990-07-30 GB GB9016649A patent/GB2236010B/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-09-04 IT IT02136990A patent/IT1246444B/it active IP Right Grant
- 1990-09-11 JP JP2241060A patent/JPH03102772A/ja active Pending
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| GB2236010A (en) | 1991-03-20 |
| SE9002379L (sv) | 1991-03-12 |
| IT9021369A1 (it) | 1992-03-04 |
| US4978590A (en) | 1990-12-18 |
| SE9002379D0 (sv) | 1990-07-06 |
| IT9021369A0 (it) | 1990-09-04 |
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