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技術 燃料セルコンポーネントおよび燃料セルアセンブリ

出願人 アウディアクチェンゲゼルシャフト
発明者 リッジウェイ,クリストファーカーネヴェイル,クリストファー,ジョンハリントン,マイケル,ディー.
出願日 2015年1月23日 (5年10ヶ月経過) 出願番号 2015-010774
公開日 2015年6月25日 (5年5ヶ月経過) 公開番号 2015-118943
状態 特許登録済
技術分野 ガスケットシール 燃料電池(本体)
主要キーワード エラストマシール 界面シール 熱硬化性エラストマ 冷却剤チャネル クランプ締め 物質供給源 外部マニホルド 積層関係
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年6月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (12)

課題

ボンドフィルム燃料セルコンポーネントへの固定方法およびその燃料セルコンポーネントの配置を提供する。

解決手段

一例のボンドフィルムの燃料セルコンポーネントへの固定方法が、燃料セルコンポーネントに隣接するようにボンドフィルムを位置決めし、射出成形シールからの熱エネルギーを用いてボンドフィルムを溶解させることを含む。

概要

背景

燃料セルスタックアセンブリ(CSA)は公知であり、一般に複数の個々の燃料セルを含む。個々の燃料セルは、ポリマ電解質膜(PEM)を有する一体式電極アセンブリ(UEA)などのコンポーネントを含む。

個々の燃料セルは、通常、一体式電極アセンブリのアノード側に一つのバイポーラプレートを含むとともに、その一体式電極アセンブリのカソード側にもう一つのバイポーラプレートを含む。バイポーラプレートは、一体式電極アセンブリに燃料および酸化剤を伝達する導管構築する。燃料セルは周知のように電気エネルギーを発生させるように燃料および酸化剤を利用する。一部の燃料セルスタックアセンブリは燃料および酸化剤の流れを制御するようにエラストマシールを使用する。

概要

ボンドフィルムの燃料セルコンポーネントへの固定方法およびその燃料セルコンポーネントの配置を提供する。 一例のボンドフィルムの燃料セルコンポーネントへの固定方法が、燃料セルコンポーネントに隣接するようにボンドフィルムを位置決めし、射出成形シールからの熱エネルギーを用いてボンドフィルムを溶解させることを含む。

目的

本発明は、ボンドフィルムの燃料セルコンポーネントへの固定方法およびその燃料セルコンポーネントの配置を提供する

効果

実績

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請求項1

第1の燃料セルコンポーネントに隣接するようにボンドフィルム位置決めし、射出成形シールからの熱エネルギーを用いて前記ボンドフィルムを溶解させることを備えた、ボンドフィルムの燃料セルコンポーネントへの固定方法

請求項2

前記第1の燃料セルコンポーネントを第2の燃料セルコンポーネントに対して固定するように前記ボンドフィルムを溶解させたのちに、前記ボンドフィルムを硬化させることを特徴とする請求項1に記載のボンドフィルムの燃料セルコンポーネントへの固定方法。

請求項3

前記第1の燃料セルコンポーネントおよび前記第2の燃料セルコンポーネントが燃料セルプレートであり、前記位置決めが、前記燃料セルプレートの間に前記ボンドフィルムを位置決めすることを備えることを特徴とする請求項2に記載のボンドフィルムの燃料セルコンポーネントへの固定方法。

請求項4

前記ボンドフィルムおよび前記燃料セルコンポーネントを保持するモールド内に前記射出成形シールを射出することを特徴とする請求項1に記載のボンドフィルムの燃料セルコンポーネントへの固定方法。

請求項5

前記溶解時に前記ボンドフィルムを圧縮するように前記射出成形シールを用いることを特徴とする請求項1に記載のボンドフィルムの燃料セルコンポーネントへの固定方法。

請求項6

第1の燃料セルプレートと、前記燃料セルプレートの第1の側に配置されるとともに、該燃料セルプレートと別の燃料セルコンポーネントとの間の境界面を密封するように構成されたシール面を有する射出成形シールと、前記燃料セルプレートの前記第1の側と反対側の第2の側に固定されるように配置されたボンドフィルムと、を備え、前記射出成形シールからの熱エネルギーが、前記ボンドフィルムを少なくとも部分的に溶解させることを特徴とする燃料セルコンポーネント配置。

請求項7

前記射出成形シールが、熱硬化性エラストマシールであることを特徴とする請求項6に記載の燃料セルコンポーネント配置。

請求項8

前記ボンドフィルムが、熱可塑性ボンドシールであることを特徴とする請求項6に記載の燃料セルコンポーネント配置。

請求項9

前記射出成形シールが、前記ボンドフィルムと接触するように前記第1の燃料セルプレートの開口部を通して延在することを特徴とする請求項6に記載の燃料セルコンポーネント配置。

請求項10

前記ボンドフィルムが、前記第1の燃料セルプレートを第2の燃料セルプレートに対して固定することを特徴とする請求項6に記載の燃料セルコンポーネント配置。

請求項11

前記射出成形シールが、前記第1の燃料セルプレートに対して成形された第1のシール部と、前記第2の燃料セルプレートに対して成形された第2のシール部と、を備えることを特徴とする請求項10に記載の燃料セルコンポーネント配置。

請求項12

前記射出成形シールが、前記燃料セルプレートの開口部と、前記第2の燃料セルプレートの開口部と、を通して延在するとともに、2つの互いに反対側を向いたシール面を有することを特徴とする請求項10に記載の燃料セルコンポーネント配置。

請求項13

前記ボンドフィルムが、前記燃料セルプレートを一体式電極アセンブリに固定することを特徴とする請求項6に記載の燃料セルコンポーネント配置。

請求項14

前記ボンドフィルムが、前記射出成形シールの射出成形時に、硬化されるように構成されることを特徴とする請求項6に記載の燃料セルコンポーネント配置。

請求項15

アノードプレートと、前記アノードプレートと積層関係に配置されたカソードプレートと、前記アノードプレートを前記カソードプレートに固定するように配置されたボンドフィルムと、前記アノードプレートまたは前記カソードプレートの少なくとも一つに近接して配置されるとともに、別の燃料セルコンポーネントと接触するように構成されたシール面を有する射出成形シールと、を備え、前記射出成形シールからの熱エネルギーが前記ボンドフィルムを溶解させることを特徴とする燃料セルアセンブリ

請求項16

前記射出成形シールの射出成形時に、前記ボンドフィルムが硬化されるように構成されることを特徴とする請求項15に記載の燃料セルアセンブリ。

請求項17

前記射出成形シールが、前記ボンドフィルムを溶解させるのに十分に高い硬化温度を有することを特徴とする請求項15に記載の燃料セルアセンブリ。

技術分野

0001

本発明は概して燃料電池に関し、特に燃料セルプレートの、別の燃料セルプレートに対する固定、封止に関する。

背景技術

0002

燃料セルスタックアセンブリ(CSA)は公知であり、一般に複数の個々の燃料セルを含む。個々の燃料セルは、ポリマ電解質膜(PEM)を有する一体式電極アセンブリ(UEA)などのコンポーネントを含む。

0003

個々の燃料セルは、通常、一体式電極アセンブリのアノード側に一つのバイポーラプレートを含むとともに、その一体式電極アセンブリのカソード側にもう一つのバイポーラプレートを含む。バイポーラプレートは、一体式電極アセンブリに燃料および酸化剤を伝達する導管構築する。燃料セルは周知のように電気エネルギーを発生させるように燃料および酸化剤を利用する。一部の燃料セルスタックアセンブリは燃料および酸化剤の流れを制御するようにエラストマシールを使用する。

発明が解決しようとする課題

0004

本発明は、ボンドフィルムの燃料セルコンポーネントへの固定方法およびその燃料セルコンポーネントの配置を提供する。

課題を解決するための手段

0005

一例のボンドフィルムの燃料セルコンポーネントへの固定方法が、燃料セルコンポーネントに隣接するようにボンドフィルムを位置決めし、射出成形シールからの熱エネルギーを用いてボンドフィルムを溶解させることを含む。

0006

一例の燃料セルコンポーネント配置が、燃料セルプレートを含む。射出成形シールが燃料セルプレートの一方の側に配置される。射出成形シールは、燃料セルプレートと別の燃料セルコンポーネントとの間の境界面を密封するシール面を有する。ボンドフィルムが、燃料セルプレートのもう一方の側の、射出成形シールと反対側に固定されるように構成される。射出成形シールからの熱エネルギーが、ボンドフィルムを溶解させる。

0007

一例の燃料セルアセンブリが、積層関係に配置されたアノードプレートおよびカソードプレートを含む。ボンドフィルムが、アノードプレートをカソードプレートに固定するように配置される。射出成形シールが、アノードプレート、カソードプレート、またはその両方に近接するように配置される。射出成形シールは、別の燃料セルコンポーネントに対して密封するように構成されたシール面を有する。

0008

本発明の様々な特徴および利点が、以下の詳細な説明から当業者にとって明らかとなるであろう。詳細な説明に添付の図面を以下のように簡単に説明する。

図面の簡単な説明

0009

一例のセルスタックアセンブリの概略図。
図1のセルスタックアセンブリ内の燃料セルの分解正面図。
図2の燃料セルの分解背面図。
図1のセルスタックアセンブリとともに使用するマニホルド分解組立図
図2の線4−4に沿って切断した断面図。
モールド内における図2の燃料セルの正確な縮尺ではない選択された部分を示す、図3の線5−5に沿って切断した断面図。
モールド内における別の例の燃料セルの選択された部分を示す断面図。
モールド内におけるさらに別の例の燃料セルの選択された部分を示す断面図。
モールド内におけるさらに別の例の燃料セルの選択された部分を示す断面図。
モールド内におけるさらに別の例の燃料セルの選択された部分を示す断面図。
図2の燃料セルのコンポーネントを固定するための一例の方法の流れを示す図。

実施例

0010

図1〜5を参照すると、一例の燃料セルスタックアセンブリ(CSA)10が、燃料セル12を含み、複数のその他の燃料セル12a,12bと積層関係に配置される。この例では、プレッシャプレート13がセルスタックアセンブリ10内の燃料セル12〜12bをクランプ締めする。一例ではセルスタックアセンブリ10の燃料セルに型締力印加するようにボルト(図示せず)が用いられる。

0011

一例の燃料セル12がポリマ電解質膜(PEM)を有する一体式電極アセンブリ(UEA)14を含む。一体式電極アセンブリ14は、燃料および酸化剤が供給されたときに周知のように電気エネルギーを提供する。

0012

一例の燃料セル12は、一体式電極アセンブリ14に燃料および酸化剤を流体の形態で供給する燃料プレート18およびカソードプレート22などのバイポーラプレートを含む。その他の燃料セルは他の種類の燃料セル流体プレートおよびコンポーネントを含みうる。

0013

この例では、燃料プレート18は、水素などの燃料を一体式電極アセンブリ14に供給するように構成された複数の燃料チャネル26を構築する。一部の例では、燃料プレート18はアノードプレートと呼ばれる。

0014

この例では、カソードプレート22の片側が、空気などの酸化剤を燃料セル12aの一体式電極アセンブリへと供給するように構成された酸化剤チャネル30を構築する。カソードプレート22の反対側が、燃料プレート18に亘って冷却剤通流させるように構成された冷却剤チャネル34を構築し、冷却剤は燃料セル12から熱エネルギーを運ぶ。一部の例では、カソードプレート22はカソードプレートと呼ばれる。

0015

一例の燃料セル12は、燃料セル12aの一体式電極アセンブリと接触するように、カソードプレート22の酸化剤チャネル側から離れて延在するシールアセンブリ36を含む。シールアセンブリ36は、プレート22内部に構築された凹部40内に保持される部位を含む。一例のシールアセンブリ36は、射出成形されたFKM熱硬化性エラストマ界面シールなどの、熱硬化性エラストマシールである。シールアセンブリ36は、2つの独立したL字状部分を含む。

0016

シール36は、セルスタックアセンブリ10内の燃料セル12の頂部に燃料セル12aが積層されたときに、その燃料セル12aにおける一体式電極アセンブリの下方を向く面と直接接触する接触面48を含む。この例では、接触面48は、燃料セル12aの一体式電極アセンブリと直接接触する4つの隆起した突出部52を含む。

0017

一例のシールアセンブリ36は、燃料セル12aと積層関係に配置されたときに、酸化剤などの燃料セル流体の、セルスタックアセンブリ10からの移動を制限する。

0018

一例のセルスタックアセンブリ10は外部にマニホルドが配される。すなわち、セルスタックアセンブリ10内の複数の燃料セル12に燃料、酸化剤、および冷却剤を供給するように複数の外部マニホルド54が用いられる。別の例では、セルスタックアセンブリ10は、内部にマニホルドが配されたセルスタックアセンブリである。

0019

一例の燃料セル12は、燃料プレート18の燃料チャネル側を一体式電極アセンブリ14に固定するボンドフィルム56のストリップを含む。ボンドフィルム56はまた、セルスタックアセンブリ10からの燃料セル流体の流れを制限するように燃料プレート18と一体式電極アセンブリ14との間の境界面を密封する。ボンドフィルム56のストリップはこの例ではI字形であり、セルスタックアセンブリ10の外側縁に沿って配置される。

0020

また一例の燃料セル12は、プレート18をプレート22に対して固定するボンドフィルム64のストリップを含む。ボンドフィルム64はまた、セルスタックアセンブリ10からの燃料セル流体の移動を制限するようにプレート18とプレート22との間の境界面を密封する。ボンドフィルム64のストリップはこの例ではL字形であり、セルスタックアセンブリ10の外側縁に沿って配置される。

0021

一例のボンドフィルム56,64は、DYNEON THV登録商標)などの熱可塑性エラストマ、またはポリエチレンなどの汎用熱可塑性フィルムである。ボンドフィルム56,64の温度を上昇させることにより、ボンドフィルム56,64の部位を溶解させる。溶解部分が硬化して、ボンドフィルム56,64と接触するコンポーネントを固定する。

0022

引き続き図3を参照しながら図6を参照すると、上部モールド68および下部モールド72が、プレート22、ボンドフィルム64およびプレート18を保持するように構成される。上部モールド68と凹部40とがキャビティ76を画定する。液状物質、この例ではエラストマが、物質供給源78からキャビティ76へと少なくとも一つの湯口80を通して射出される。液状物質がキャビティ76内で硬化されて、シール36を形成する。

0023

射出成形時に、一例のボンドフィルム64がプレート22とプレート18との間に保持される。一部の熱エネルギーがシール36からプレート22を通してボンドフィルム64へと移動する。熱エネルギーによりボンドフィルム64が溶解し、次いで冷却、硬化されて、プレート22をプレート18に対して保持する。射出成形からの熱エネルギーを用いたボンドフィルム64の硬化により、燃料セル12の部位を単一の射出成形ステップ一体化させる。

0024

この例では、液状物質をキャビティ76内に射出成形することにより、プレート22をプレート18に向かって下方へと押圧する。理解されるように、この射出成形からの圧力により、プレート22のプレート18との接合を向上させる。

0025

図7を参照すると、別の例では、上に向けられたシール136aがプレート122に隣接して射出成形されるとともに、下に向けられたシール136bがプレート118に隣接して射出成形される。この例では、上部モールド168および下部モールド172がそれぞれ少なくとも一つの湯口180を含む。

0026

また、この例では、シール136a,136bの一方または両方からの熱エネルギーがボンドフィルム164へと移動してボンドフィルム164を溶解させ、次いで冷却、硬化されてプレート122をプレート118に対して固定する。溶解および硬化時に射出成形圧力がボンドフィルム164を圧縮することにより、プレート122のプレート118との接合を向上させる。

0027

図8を参照すると、さらに別の例では、シールが、上に向けられたシール部236aと、下に向けられたシール部236bと、を含む。射出成形時にプレート222およびプレート218がそれぞれ液状物質をシール部236bへと連通させる開口部84の部位を構築する。シールの連結部236cが開口部84内で凝固し、上に向けられたシール部236aと下に向けられたシール部236bとを連結する。

0028

この例では、一つまたは複数の部位236a,236b,236cからの熱エネルギーが内側ボンドフィルム部264aおよび外側ボンドフィルム部264bへと移動する。その熱エネルギーがボンドフィルム部264a,264bを溶解させ、次いで冷却、硬化されてプレート222をプレート218に対して固定する。溶解および硬化時に射出成形圧力がボンドフィルム部264a,264bを圧縮することにより、プレート222のプレート218との接合を向上させる。

0029

特に、この例では、上に向けられたシール部236aおよび下に向けられたシール部236bがシールの連結部236cに対して放射状に拡大される。したがって、理解されるように、シール236a〜236cおよびボンドフィルム264a,264bの両方がプレート222とプレート218との間の相対的なずれを制限する。

0030

図9を参照すると、さらに別の例では、シールが、上に向けられたシール部336aと、拡張部336bと、を含む。プレート322が開口部88を構築し、ここで拡張部336bが硬化されるように液状物質を保持する。

0031

一例の拡張部336bがボンドフィルム364と直接接触する。上に向けられたシール部336aおよび拡張部336bのうちの一つまたは複数からの一部の熱エネルギーがボンドフィルム364へと移動してボンドフィルム364を溶解させ、次いで冷却、硬化されて、プレート322をプレート318に対して固定する。シール材料によりボンドフィルム364に及ぼされる射出成形圧力が、溶解および硬化時にボンドフィルム364を圧縮し、それによりプレート122のプレート118との接合を向上させる。

0032

図10を参照すると、さらに別の例では、上部モールド468および下部モールド472が、プレート422、ボンドフィルム464、プレート418、ボンドフィルム456、および一体式電極アセンブリ414などの、燃料セル412の部位を保持するように構成される。上部モールド468と、上部モールド468の凹部440と、がキャビティ476を画定する。液状物質が少なくとも一つの湯口480を通してキャビティ476内に射出される。液状物質がキャビティ476内で硬化されて、シール436を形成する。

0033

この例では、シール436からの熱エネルギーがボンドフィルム464およびボンドフィルム456を溶解させる。ボンドフィルム464がプレート418に対してプレート422を硬化および保持する。ボンドフィルム456が一体式電極アセンブリ414に対してプレート418を硬化および保持する。シール436の射出成形時にボンドフィルム464およびボンドフィルム456を硬化することにより単一のステップで燃料セル412を一体化させる。シール材料によって及ぼされる射出成形圧力がボンドフィルム464およびボンドフィルム456を圧縮し、それによりボンドフィルム464,456の接合を向上させる。

0034

図11を参照すると、燃料セルコンポーネントの、別の燃料セルコンポーネントに対する固定の一例の方法500が、ステップ592において第1のコンポーネントをボンドフィルムと接触させ、ステップ594において第2のコンポーネントをボンドフィルムと接触させるステップ590を含む。この方法は、ステップ596において第3のコンポーネントを射出成形するときにボンドフィルムを溶解させる。この方法500は、成形処理時にボンドフィルムを圧縮してもよい。一例では、第3のコンポーネントの硬化に必要な温度が、ボンドフィルムの溶融温度適合される。

0035

本発明の例示はシールからボンドフィルムへと移動する熱エネルギーについて記載するものである。こうした記載は(シールを形成する)液状物質からボンドフィルムへの熱エネルギーの移動を含むことが当業者および本発明の開示から利益を享受する者にとって理解されるであろう。理解されるように、シールおよびボンドフィルムの材質は、ボンドフィルムの溶融温度がシールにとって適切な射出成形温度と一致するように選択されうる。

0036

開示の実施例の特徴は、燃料セルにおける複数のプレートの、単一の製造ステップでの成形および接合を含み、それにより燃料セルコンポーネントに対するシールの適用の処理時間および製造時間を低減させる。

0037

上記の記載は本質的に限定的なものではなく例示に過ぎない。開示の実施例に対する種々の変更および修正が当業者にとって明らかとなるであろう。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のみ画定される。

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