JP3495700B2 - 燃料電池用の区画化流れチャンネル - Google Patents
燃料電池用の区画化流れチャンネルInfo
- Publication number
- JP3495700B2 JP3495700B2 JP2000379014A JP2000379014A JP3495700B2 JP 3495700 B2 JP3495700 B2 JP 3495700B2 JP 2000379014 A JP2000379014 A JP 2000379014A JP 2000379014 A JP2000379014 A JP 2000379014A JP 3495700 B2 JP3495700 B2 JP 3495700B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- section
- fuel cell
- segment
- gas
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2210/00—Heat exchange conduits
- F28F2210/10—Particular layout, e.g. for uniform temperature distribution
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
係り、より詳しくは、該燃料電池のための反応物流れ場
に関する。
て提案されてきた。そのような燃料電池の一つがPEM
(即ち、陽子交換膜)燃料電池である。PEM燃料電池
は、従来の分野で周知され、その各々の電池の中に、薄
い(即ち、約0.0038cm〜約0.0178cm
(0.0015〜0.007インチ))陽子伝達性ポリ
マー膜電極を含み、該膜電極の一方の表面にアノード電
極フィルム(即ち、約0.0051cm(0.002イ
ンチ))、その反対側の表面にカソード電極フィルム
(即ち、約0.0051cm(0.002インチ))が
形成された、いわゆる膜電極アセンブリ(以下、「ME
A」という)を備える。そのような膜電極は、当該技術
分野で周知されており、とりわけ、米国特許番号5,2
72,017号及び3,134,697号、並びに、電
源誌、第29巻(1990年度)の367〜387頁に
説明されている。一般に、そのような膜電極はイオン交
換樹脂から作られ、典型的には、E.I.デュポン・ダ
・ネモース&Coから市販されている、例えば「NAF
IONTM」などのフッ素置換されたスルホン酸ポリマー
などを含む。これに対し、アノード及びカソードフィル
ムは、典型的には、(1)細かく分割された炭素粒子、
これらの炭素粒子の内側及び外側表面に担持された非常
に細かく分割された触媒粒子、及びこの触媒粒子及び炭
素粒子と混ざり合った陽子伝達性材料(例えば、NAF
IONTM)を含み、或いは、(2)ポリテトラフルオレ
エチレン(PTFE)の結合材料中に分散された、炭素
無しの触媒粒子を典型的に備える。そのようなMEA及
び燃料電池の一つが1993年12月21日に発行され
た米国特許番号5,272,017号で説明され、本発
明の出願人に譲渡されている。
多孔質のガス透過性の伝達材料のシートの間に挟まれて
いる。この拡散層は、MEAのアノード及びカソードの
表面に対して圧し、(1)アノード及びカソードのため
の主要な電流コレクター、及び、(2)MEAのための
機械的支持として役立つ。適切な主要電流コレクターシ
ートは、炭素、グラファイトペーパー、布、或いは、細
かいメッシュの貴金属スクリーン、などからなる。当該
技術分野で周知されているように、ガスは、この主要電
流コレクターシートを通って、MEAと接触するため移
動することができる。
は、一対の導電性プレートの間に圧される。これらの導
電性プレートは、主要な電流コレクターから電流を収集
し、スタックの内側から、並びに、単極性プレートの場
合にはスタックの端部でスタックの外側から隣接する電
池の間で電流を伝達するための第2の電流コレクターと
して役立つ。第2の電流収集プレートは、アノード及び
カソードの表面に亘って燃料電池のガス状反応物(例え
ば、H2及びO2/空気)を分配する少なくとも一つのい
わゆる「流れ場」を各々含む。流れ場は、主要な電流コ
レクターと係合し、それらの間に複数の流れチャンネル
を画成する複数のランドを備える。これらの流れチャン
ネルを通って、ガス状反応物はチャンネルの一端部の供
給マニホルド及びチャンネルの他端部の排気マニホルド
の間を流れる。蛇行状の流れチャンネルが知られてお
り、これは、蛇行流れチャンネルの各々の区間部が同じ
蛇行流れチャンネルの少なくとも一つの他の区間部と境
界を接するように多数のU字状カーブ及びスイッチバッ
グを形成した後にのみ供給及び排気マニホルドを接続す
る(米国特許番号5,108,849号を見よ)。
気マニホルドの間の圧力降下は、燃料電池を設計する上
でかなりの重要性を持つ。所望の圧力降下を提供する方
法の一つが、供給マニホルド及び排気マニホルドの間に
延在する流れチャンネルの長さを変更することである。
蛇行チャンネルは、これまでのところ流れチャンネルの
長さを変更するため使用されてきた。蛇行チャンネル
は、これらの区間部を分離させるランドと対面する膜電
極アセンブリを反応物に曝すように、拡散層を介して同
じチャンネルの隣接する区間部間のガスの制限された運
動を可能にするため設計されている。この点に関し、ガ
スは、流れチャンネルにおいて上流区間部を下流区間部
から分離させるランドの上方/下方にある拡散層を通し
て移動することによって、チャンネルの上流区間部(即
ち、圧力がより高い)から、同じチャンネルの下流区間
部(即ち、ガス圧力がより低い)まで流れることができ
る。しかしながら、チャンネルの区間部が非常に長すぎ
るとき、同じ流れチャンネルの隣接する区間部間、又
は、区間部の端部の間(即ち、それらが次の隣接する区
間部を連結するため折り返すところ)及び又は隣接する
供給マニホルド又は排出マニホルドの間に過度の圧力降
下が発生し得る。そのような過度の圧力降下は、ガス状
反応物が、チャンネルの長さ全体を通って流れるという
より、隣接する区間部又は端部及び両マニホルドの間を
過度に短絡する結果を生じさせる。そのような流れは、
それが区間部の間のランドと対面する膜電極アセンブリ
上で反応することができる反応物の量を超えたとき、過
剰であると考えられる。
で、同じチャンネルの隣接する区間部間、及び、区間部
の端部と隣接する供給/排出マニホルド間でガス状反応
物が短絡的に流れることを防止することにより、効率的
に作動するPEM燃料電池を提供することを目的とす
る。
め、本発明は、同じチャンネルの隣接する区間部間、及
び、区間部の端部と隣接する供給/排出マニホルド間
で、比較的低い圧力降下を有する流れチャンネルの形態
を提供する。
配列されたセグメント即ちステージに小分割され、且
つ、そのセグメントの各々が区間部が比較的短いそれ自
身の蛇行形態を有する流れチャンネルを提供することに
よって、上記した従来技術の問題点を解決する。その結
果、(a)同じチャンネルの隣接した区間部の間、
(b)区間部の端部及び同じチャンネルの隣接した橋渡
し部の間、或いは、(c)区間部の端部に隣接したマニ
ホルドの間で、圧力降下がほとんど存在しなくなる。本
発明は、(1)カソード面及びアノード面を両側に有す
る陽子交換膜、(2)カソード面と係合するガス透過性
の導電性カソード電流コレクター、(3)アノード面と
係合するガス透過性の導電性アノード電流コレクター、
及び、(4)ガス透過性の導電性カソード及びアノード
電流コレクターのうち少なくとも一つと係合し、該一つ
のガス透過性の電流コレクターに対面するガス流れ場を
画成する電流収集プレートを含む一般的な型式のPEM
燃料電池の改善に関する。この改善は、電流コレクター
と係合し且つ実質的に等しい長さの蛇行ガス流れチャン
ネルを画成する複数のランドからなる流れ場を含んでい
る。蛇行ガス流れチャンネルの各々は、ガス供給マニホ
ルド及びガス排出マニホルドの間に延びる第1の概略方
向に沿って配置された複数の連続的にリンクされた蛇行
セグメントを備える。各々のセグメントは、ガスを第1
の圧力で該セグメントに受け入れるための入口区間部
と、該ガスを該第1の圧力より小さい第2の圧力で該セ
グメントから排出するための出口区間部と、該入口区間
部及び該出口区間部の中間にある少なくとも1つの中間
区間部と、を有する。幾つかの中間区間部は、チャンネ
ルの一端部から他端部まで圧力降下を増加させるため使
用することができる。各チャンネルに対する該入口区間
部、該出口区間部及び該中間区間部は、同じチャンネル
の少なくとも1つの他の区間部と少なくとも部分的に境
界を接している。該中間区間部の各端部に形成された折
り返し部(例えばU字状カーブ)は、該中間区間部を同
じチャンネルの隣接する区間部に接続する、本発明の一
実施態様では、各チャンネルは、供給マニホルド及び排
出マニホルドの間で延びる概略方向に連続的に配列され
た、少なくとも3つの蛇行セグメントを備える。各チャ
ンネルの橋渡し部は、第1の概略方向と交わる第2の概
略方向に延在し(即ち、チャンネルを通過するガス流れ
の方向に)、ある一つのセグメントの出口区間部を、該
一つのセグメントの下流にある次に隣接するセグメント
の入口区間部に結合させる。最も好ましくは、一つのセ
グメントの入口区間部に最も近い中間区間部の端部(即
ち、高い圧力領域)は、該一つのセグメントから橋渡し
部へのガスのバイパスを減少するため、同じセグメント
の出口区間部に最も近い中間区間部の端部(即ち、低い
圧力領域)よりも、橋渡し部から更に遠く隔てられてい
る。中間区間部の端部は、隣接する供給マニホルド又は
排出マニホルドから同様に間隔を隔てられている。好ま
しくは、隣接するチャンネルの入口区間部が互いに境界
を接し、隣接するチャンネルの出口区間部が互いに境界
を接するが、入口区間部は出口区間部と境界を接してい
ないように、隣接するチャンネルが互いの鏡像であるの
がよい。その理由は、ジェフリー・ロックの名前で19
98年1月0日に出願され、本出願の出願人に譲渡され
た、係属中の米国特許出願シリアル番号09/016,
127号に記載されている。
るその特定の実施形態の詳細な説明を考慮するとき、よ
り良く理解されるであろう。
性PEM燃料電池スタックが、導電性の液体冷却型両極
性プレート8により互いに分離される一対の膜電極アセ
ンブリ(MEAs)4及び6を有する状態を表してい
る。膜電極アセンブリ4及び6と両極性プレート8と
は、ステンレス鋼製クランピングプレート10及び12
と、単極性端部接触プレート14及び16と、の間に一
緒に積み重ねられている。単極性端部接触プレート14
及び16、並びに、両極性プレート8は、各々が、燃料
ガス及び酸化ガス(即ち、H2及びO2)を膜電極アセン
ブリ4及び6のアノード及びカソード面に分配するため
プレート面に形成された複数のチャンネルからなる流れ
場18、20、22及び24を含む。非導電性ガスケッ
ト26、28、30及び32は、燃料電池スタックの幾
つかのプレートの間にシール部及び電気的絶縁を提供す
る。多孔質のガス透過性の導電性シート34、36、3
8及び40は、拡散層として知られ、膜電極アセンブリ
4及び6の電極面を押し、電極用の主要な電流コレクタ
ー、並びに、特に膜電極アセンブリ4及び6が流れ場の
流れチャンネルにかかる位置で、そうでなければ支持さ
れない位置で膜電極アセンブリの機械的支持として役立
つ。適切な主要電流コレクターは、炭素/グラファイト
の紙/布、細かいメッシュ貴金属スクリーン、連続気泡
貴金属発泡体(open cellnoble metal foams)などを備
える。これらは、電極上でリセットするためガスがそこ
を通って流れることを可能にする一方で電極からの電流
を伝達させる。両極性プレート8が、膜電極アセンブリ
4のアノード面上の主要電流コレクター36に対して、
及び、膜電極アセンブリ6のカソード面上の主要電流コ
レクター38に対して押す一方で、端部接触エレメント
14及び16は、主要電流コレクター34及び40を各
々押している。酸素は、適切な供給配管系統42を介し
て貯蔵タンク46から燃料電池スタックのカソード側に
供給され、水素は、適切な供給配管系統44を介して貯
蔵タンク48から燃料電池スタックのアノード側に供給
される。好ましくは、O2タンク46を無くし、空気が
周囲からカソード側に供給されるのがよい。好ましく
は、H2タンク48を無くし、水素がメタノール又は液
体炭化水素(例えばガソリン)を触媒反応で生成する改
質器からアノードに供給されるのがよい。膜電極アセン
ブリのH2及びO2/空気の両方の側のための排気配管系
統(図示せず)も、H2を減らしたアノードガスをアノ
ード流れ場から取り出すため、及び、O2を減らしたカ
ソードガスをカソード流れ場から取り出すため、設けら
れている。必要とされるとき、追加の配管系統50、5
2及び54が、両極性プレート8及び端部プレート1
4、16に液体冷却剤を供給するため設けられる。プレ
ート8及び端部プレート14、16から冷却剤を排出す
るための適切な配管系統も設けられるが、図示されてい
ない。
たときの、両極性プレート56、第1の主要多孔性電流
コレクター57、膜電極アセンブリ59及び第2の主要
多孔性電流コレクター61の等角破断図である。第2の
両極性プレート(図示せず)は、一つの完成した電池を
形成するため第2の主要な電流コレクター61の下に配
置される。同様に、主要電流コレクター及びMEA(図
示せず)の別の組が最上シート58の上に配置される。
両極性プレート56は、第1の外側金属シート58、第
2の外側金属シート60、及び、第1の金属シート58
及び第2の金属シート60に内接してブレイズ溶接され
た内側スペーサー金属シート62を含む。金属シート5
8、60及び62は、可能な限り薄く作られ(例えば、
約0.0051〜0.051cm(約0.002〜0.
02インチ)厚)、打ち抜き加工、フォトエッチング
(即ち、フォトリソグラフィーマスクを通して)、或い
は、シート金属を成形するための任意の他の従来プロセ
スによって成形することができる。外側シート58は、
複数のランド64により特徴付けられる反応ガス流れ場
を提供するように形成される。これらのランドは、それ
らの間に複数の蛇行ガス流れチャンネル66を画成し、
これらのチャンネルを通って、燃料電池の反応ガス(即
ちH2又はO2)が、両極性プレートの一エッジ部68の
近傍からその反対側エッジ部70の近傍まで蛇行経路内
を流れる。燃料電池が完全に組み立てられたとき、これ
らのランド64は、主要電流コレクター61を圧し、次
いで膜電極アセンブリ59を圧する。燃料電池作動中に
は、電流は、主要電流コレクターからランド64を通
り、従ってスタックを通って流れる。反応ガスは、ヘッ
ダー即ち供給マニホルド溝72からチャンネル66に供
給され、排出マニホルド溝74を介してチャンネル66
から出る。供給マニホルド溝72は、流れ場の一端部で
プレート56のエッジ部68に隣接して配置され、排出
マニホルド溝74は、流れ場の他端部で燃料電池の反対
側エッジ部70に隣接して配置される。その代わりに、
供給及び排出マニホルドを、プレート56の同じエッジ
部(即ち、68又は70)に隣接して配置することがで
きる。金属シート58の下側は、複数の***部(図示せ
ず)を備え、これらの***部は、それらの間に複数の溝
(図示せず)を画成し、燃料電池の作動の間にこれらの
溝を通って冷却剤が通過する。
いる。シート60の内側(即ち冷却材側)が図2に示さ
れている。流れ場の冷却剤側は、複数の***部(図示せ
ず)を備え、それらの間に複数の溝(図示せず)を画成
し、それらの溝を通って冷却剤が両極性プレートの一つ
のエッジ部69から反対側のエッジ部71に流れる。シ
ート58のように、シート60の外側は、その上に複数
のランド(図示せず)を持ち、これらのランドは複数の
チャンネルを画成し、これらのチャンネルを通って反応
ガスが流れる。内側金属スペーサーシート62は、外側
シート58及び60に内接し、冷却剤がシート60の冷
却剤側の溝と、シート58の冷却剤側の溝との間を流れ
ることを可能にするため、その中に複数の開口84を備
え、これによって薄層状境界層を壊して乱流を惹起す
る。従って、外側シート58及び60の内側面とより効
率的な熱交換が各々可能となる。好ましくは、シート5
8、60及び62は一緒にブレイズ溶接される。
に沿って取られた拡大断面図であり、複数のランド6
4、これらのランド64により画成された反応物流れチ
ャンネル66、及び、該チャンネル66の反応物流れの
方向と交わる方向に冷却剤を流すためプレート58の下
側にある冷却溝68を示す。
を最も良く表しており、図2のプレート58の2次元図
である。図4の円で囲まれた部分を拡大した図5も見
よ。この流れ場は、複数の流れチャンネル66a〜66
jを備え、これらの流れチャンネルは、ガス反応物(例
えば空気)を流れチャンネル66a〜66jに分配する
入口供給マニホルド72に一端部を接続され、流れチャ
ンネル66a〜66jから出るガス反応物を収集するた
めの排気マニホルドに他端部を接続されている。各々の
流れチャンネル66a〜66jは、互いにリンクされた
複数のセグメントA〜Eを備えている。これらのセグメ
ントは、入口供給マニホルド72から、与えられたチャ
ンネル66a〜66jに入るガスが、それが流れチャン
ネル66a〜66jから出て排出マニホルド74に至ま
で、そのセグメントA〜Eの全てを通って流れるよう
に、入口供給マニホルド及び排出マニホルドの間の方向
に概略延びている。各々のセグメントA〜Eは、それ自
身の蛇行形態を有し、ガスがセグメントA〜Eに流入す
るところの入口区間部76と、ガスがセグメントA〜E
から流出するところの出口区間部78と、入口区間部7
6及び出口区間部78の間に各々配置された少なくとも
1つの中間区間部80と、を含む。与えられたチャンネ
ルの各々の区間部(即ち、入口、中間又は出口)は、同
じチャンネルの少なくとも1つの他の区間部と境界を接
する。中間区間部は、同じチャンネルの2つの区間部と
境界を接する。中間区間部80の各端部における折り返
し部82、86、88及び90は、該中間区間部80
を、同じ流れチャンネルの次の隣接する区間部に接続す
る。この隣接する区間部は、入口区間部76、出口区間
部78又は別の中間区間部80のいずれかである。各流
れチャンネルを、各々がそれ自体の蛇行形態を有する順
次リンクされたセグメントに分解することによって、各
蛇行チャンネルの区間部は、比較的短くなり、従って、
一つの区間部と、同じチャンネル内の次の隣接する区間
部との間の圧力降下が比較的小さくなる。これによっ
て、一つの区間部から、介在されたランドの上方を超え
たり下方をくぐるような、次の区間部への短絡を無くす
ことができる。同様に、中間区間部の端部82、86、
88及び90と、同じチャンネルの隣接するセクショ
ン、即ち、隣接する供給マニホルド又は排出マニホルド
との間の圧力降下が比較的小さくなる。
92により次のセグメントに直列に接続される。この橋
渡し部92は、下流セグメントの出口区間部を上流セグ
メントの入口区間部に接続する。図示の実施形態では、
橋渡し部92は、流れチャンネルが延在する概略方向
(即ち、供給マニホルドから排出マニホルドまで)と交
わる方向に延在する。好ましくは、中間区間部の折り返
し部82、86、88及び90は、その場所で短絡を更
に無くすため、橋渡し部92とは異なる間隔配置を各々
有する。この点に関し、圧力降下(ΔP)が最大となる
端部86及び90においてU字状湾曲端部と橋渡し部9
0との間のより大きい間隔配置が存在し、ΔPがより小
さくなる端部82及び88では、より少ない間隔配置と
なる。従って、例えば、セグメントD及びE(図4を見
よ)の間のように、U字状湾曲端部82は、U字状湾曲
端部86より橋渡し部92により近い。というのは、端
部86は、端部82での圧力より低い圧力であり、その
結果、橋渡し部92及び端部82の間より、橋渡し部9
2及び端部86の間の圧力降下をより大きくさせるから
である。同じ間隔配置が、セグメントAの中間区間部及
び供給マニホルド72の端部、並びに、セグメントEの
中間区間部及び排出マニホルド74の端部に亘って存在
する。
い中間区間部94(一つの中間区間部のみが図示されて
いる)を有することを除いて図4と類似しており、特
に、カソード反応物(即ち、O2)を取り扱う上で有用
である。この点に関し、多数の中間区間部を利用する図
4の形態は、特にアノード反応物、即ち水素を取り扱う
上で有用である。膜電極アセンブリの両側に、異なって
構成された流れチャンネルを持つことによって、H2及
び空気の各々が膜電極アセンブリに亘って非常に高すぎ
る圧力降下を生成すること無く、同一圧力付近で燃料電
池に供給されるとき、H2及び空気の両方に対して入口
マニホルド及び出口マニホルドの間で実質的に同じ圧力
降下を維持することが可能となる。
示されたが、本発明は、上記例にのみ限定されるもので
はなく、請求の範囲によってのみ画定される。
である。
MEA及び両極性プレートの等角破断図である。
大断面図である。
る。
る。
形態を示す図4の類似図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 (1)カソード面及びアノード面を両側
に有する陽子交換膜、(2)前記カソード面と係合する
ガス透過性の導電性カソード電流コレクター、(3)前
記アノード面と係合するガス透過性の導電性アノード電
流コレクター、(4)前記ガス透過性の導電性カソード
及びアノード電流コレクターのうち少なくとも一つと係
合し、該一つのガス透過性の電流コレクターに対面する
ガス流れ場を画成する電流収集プレートであって、該流
れ場は、前記一つの電流コレクターと係合し且つ実質的
に等しい長さの蛇行ガス流れチャンネルを画成する複数
のランドを含む、PEM燃料電池であって、 前記チャンネルの各々は、(a)ガス供給マニホルド及
びガス排出マニホルドの間に延びる第1の概略方向に沿
って配置された複数の連続的にリンクされた蛇行セグメ
ントであって、該セグメントは、ガスを第1の圧力で該
セグメントに受け入れるための入口区間部と、該ガスを
該第1の圧力より小さい第2の圧力で該セグメントから
排出するための出口区間部と、該入口区間部及び該出口
区間部の中間にある少なくとも1つの中間区間部と、各
チャンネルに対する該入口区間部、該出口区間部及び該
中間区間部は、同じチャンネルの少なくとも1つの他の
区間部と少なくとも部分的に境界を接しており、更に前
記中間区間部を同じチャンネルの隣接する区間部に接続
する、該中間区間部の各端部に形成された折り返し部
と、を有する、前記蛇行セグメントと、(b)一つのセ
グメントの前記出口区間部を同じチャンネルの該一つの
セグメントの下流にある次に隣接するセグメントの入口
区間部に連結させる橋渡し部と、を含むことを特徴とす
る、PEM燃料電池。 - 【請求項2】 前記セグメントは、前記入口区間部及び
前記出口区間部の中間に複数の前記中間区間部を各々備
える、請求項1に記載のPEM燃料電池。 - 【請求項3】 前記チャンネルの各々は、少なくとも3
つの前記連続的にリンクされた蛇行セグメントを含む、
請求項1に記載のPEM燃料電池。 - 【請求項4】 前記入口区間部は、前記セグメントの第
1の側部に沿って配置され、前記出口区間部は、該セグ
メントの前記第1の側部とは反対側にある第2の側部に
沿って配置され、前記橋渡し部は、前記第1の概略方向
と交わる第2の概略方向に延在する、請求項1に記載の
PEM燃料電池。 - 【請求項5】 作動中に前記橋渡し部の圧力に最も近い
圧力となる前記中間区間部の端部は、前記橋渡し部から
第1の距離だけ隔てられ、作動中に、前記橋渡し部の圧
力から最も離れた圧力となる前記中間区間部の端部は、
前記第1の距離より小さい第2の距離だけ前記橋渡し部
から隔てられる、請求項4に記載のPEM燃料電池。 - 【請求項6】 前記燃料電池に供給される前記アノード
及びカソード反応物の圧力が実質的に同じになるとき、
前記カソードに対する前記供給マニホルド及び前記排出
マニホルドの間の圧力降下が、前記アノードに対する前
記供給マニホルド及び前記排出マニホルドの間の圧力降
下と実質的に同じになることを可能にするように、前記
カソード電流収集プレートは、前記アノード電流収集プ
レートにより画成された流れチャンネルより長さが短い
流れチャンネルを有する流れ場を画成する、請求項1に
記載のPEM燃料電池。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/459592 | 1999-12-13 | ||
US09/459,592 US6309773B1 (en) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | Serially-linked serpentine flow channels for PEM fuel cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001176525A JP2001176525A (ja) | 2001-06-29 |
JP3495700B2 true JP3495700B2 (ja) | 2004-02-09 |
Family
ID=23825412
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000379014A Expired - Fee Related JP3495700B2 (ja) | 1999-12-13 | 2000-12-13 | 燃料電池用の区画化流れチャンネル |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6309773B1 (ja) |
EP (1) | EP1109241B1 (ja) |
JP (1) | JP3495700B2 (ja) |
CA (1) | CA2323147A1 (ja) |
DE (1) | DE60040897D1 (ja) |
Families Citing this family (59)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6503653B2 (en) * | 2001-02-23 | 2003-01-07 | General Motors Corporation | Stamped bipolar plate for PEM fuel cell stack |
US6878477B2 (en) * | 2001-05-15 | 2005-04-12 | Hydrogenics Corporation | Fuel cell flow field plate |
US20020172852A1 (en) * | 2001-05-15 | 2002-11-21 | David Frank | Flow field plate for a fuel cell and fuel cell assembly incorporating the flow field plate |
US20050095492A1 (en) * | 2001-05-15 | 2005-05-05 | Hydrogenics Corporation | Fuel cell stack |
US6852439B2 (en) * | 2001-05-15 | 2005-02-08 | Hydrogenics Corporation | Apparatus for and method of forming seals in fuel cells and fuel cell stacks |
US6780536B2 (en) * | 2001-09-17 | 2004-08-24 | 3M Innovative Properties Company | Flow field |
DE10158772C1 (de) * | 2001-11-23 | 2003-06-26 | Reinz Dichtungs Gmbh & Co Kg | Brennstoffzellensystem |
DE10204598A1 (de) * | 2002-02-05 | 2003-08-07 | Volkswagen Ag | Verfahren zur Verbesserung eines Wärme- und Stofftransports in einer Diffusionsschicht einer Brennstoffzelle und entsprechende Brennstoffzelle |
US6998188B2 (en) * | 2002-02-19 | 2006-02-14 | Petillo Phillip J | Fuel cell components |
US6699614B2 (en) * | 2002-03-18 | 2004-03-02 | General Motors Corporation | Converging/diverging flow channels for fuel cell |
US6924052B2 (en) * | 2002-04-24 | 2005-08-02 | General Motors Corporation | Coolant flow field design for fuel cell stacks |
US6773841B2 (en) * | 2002-04-25 | 2004-08-10 | General Motors Corporation | Fuel cell having insulated coolant manifold |
US7081316B2 (en) * | 2002-04-30 | 2006-07-25 | General Motors Corporation | Bipolar plate assembly having transverse legs |
JP4245308B2 (ja) * | 2002-05-16 | 2009-03-25 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 燃料電池 |
DE10232871A1 (de) | 2002-07-19 | 2004-02-05 | Daimlerchrysler Ag | Brennstoffzelle mit interner Gasregulierung |
US6887610B2 (en) * | 2003-01-21 | 2005-05-03 | General Motors Corporation | Joining of bipolar plates in proton exchange membrane fuel cell stacks |
US20040151971A1 (en) * | 2003-01-31 | 2004-08-05 | Rock Jeffrey Allan | PEM fuel cell with flow-field having a branched midsection |
US20040151960A1 (en) * | 2003-01-31 | 2004-08-05 | Rock Jeffrey Allan | Flow restrictors in fuel cell flow-field |
AU2003293468A1 (en) * | 2003-01-31 | 2004-08-30 | General Motors Corporation | Flow restrictors in fuel cell flow-field |
US7195836B2 (en) * | 2003-03-07 | 2007-03-27 | General Motors Corporation | Polymeric separator plates |
US6864004B2 (en) * | 2003-04-03 | 2005-03-08 | The Regents Of The University Of California | Direct methanol fuel cell stack |
US7459227B2 (en) * | 2003-04-18 | 2008-12-02 | General Motors Corporation | Stamped fuel cell bipolar plate |
CA2522735A1 (en) * | 2003-05-16 | 2004-11-25 | Hydrogenics Corporation | Symmetrical flow field plates |
US20050014059A1 (en) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Ultracell Corporation | Micro fuel cell architecture |
US20050069749A1 (en) * | 2003-08-15 | 2005-03-31 | David Frank | Flow field plate arrangement |
US6974648B2 (en) * | 2003-09-12 | 2005-12-13 | General Motors Corporation | Nested bipolar plate for fuel cell and method |
EP1678348A4 (en) * | 2003-09-22 | 2007-06-13 | Hydrogenics Corp | ELECTROLYSOR CELL ARRANGEMENT |
WO2005028712A1 (en) * | 2003-09-22 | 2005-03-31 | Hydrogenics Corporation | Electrolyzer cell stack system |
US7353085B2 (en) | 2003-09-22 | 2008-04-01 | Hydrogenics Corporation | Electrolyzer cell stack system |
US20050095494A1 (en) * | 2003-11-03 | 2005-05-05 | Fuss Robert L. | Variable catalyst loading based on flow field geometry |
US7214442B2 (en) * | 2003-12-02 | 2007-05-08 | Los Alamos National Security, Llc | High specific power, direct methanol fuel cell stack |
US8486575B2 (en) * | 2004-02-05 | 2013-07-16 | GM Global Technology Operations LLC | Passive hydrogen vent for a fuel cell |
US7618734B2 (en) * | 2004-05-19 | 2009-11-17 | General Motors Corporation | Branched fluid channels for improved fluid flow through fuel cell |
US7531264B2 (en) * | 2004-06-07 | 2009-05-12 | Hyteon Inc. | Fuel cell stack with even distributing gas manifolds |
US7524575B2 (en) * | 2004-06-07 | 2009-04-28 | Hyteon Inc. | Flow field plate for use in fuel cells |
US20060008695A1 (en) * | 2004-07-09 | 2006-01-12 | Dingrong Bai | Fuel cell with in-cell humidification |
KR100563226B1 (ko) | 2004-08-10 | 2006-03-21 | 한국생산기술연구원 | 연료전지용 분리판 |
US7314680B2 (en) * | 2004-09-24 | 2008-01-01 | Hyteon Inc | Integrated fuel cell power module |
US7686937B2 (en) * | 2004-09-28 | 2010-03-30 | Honda Motor Co., Ltd. | Separator plates, ion pumps, and hydrogen fuel infrastructure systems and methods for generating hydrogen |
KR100626034B1 (ko) * | 2004-11-13 | 2006-09-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 바이폴라 플레이트 및 직접액체연료전지 스택 |
KR100647666B1 (ko) * | 2004-11-29 | 2006-11-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | 바이폴라 플레이트 및 직접액체연료전지 스택 |
US7348094B2 (en) * | 2004-12-10 | 2008-03-25 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Enhanced flowfield plates |
US7479333B2 (en) | 2004-12-13 | 2009-01-20 | Hyteon, Inc. | Fuel cell stack with multiple groups of cells and flow passes |
US20060188763A1 (en) * | 2005-02-22 | 2006-08-24 | Dingrong Bai | Fuel cell system comprising modular design features |
US20060210855A1 (en) * | 2005-03-15 | 2006-09-21 | David Frank | Flow field plate arrangement |
US20060210857A1 (en) * | 2005-03-15 | 2006-09-21 | David Frank | Electrochemical cell arrangement with improved mea-coolant manifold isolation |
US7829231B2 (en) * | 2005-04-22 | 2010-11-09 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Fuel cell design with an integrated heat exchanger and gas humidification unit |
KR100722093B1 (ko) * | 2005-10-19 | 2007-05-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지용 막전극 어셈블리, 이의 제작방법, 및 이를채용한 연료전지 시스템 |
US8455155B2 (en) * | 2006-11-22 | 2013-06-04 | GM Global Technology Operations LLC | Inexpensive approach for coating bipolar plates for PEM fuel cells |
US20080199752A1 (en) * | 2007-02-20 | 2008-08-21 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Electrochemical stack with pressed bipolar plate |
US8227136B2 (en) * | 2008-10-30 | 2012-07-24 | GM Global Technology Operations LLC | Using ionomer to militate against membrane buckling in the tenting region |
WO2013016127A2 (en) | 2011-07-22 | 2013-01-31 | 8 Rivers Capital, Llc | Heat exchanger comprising one or more plate assemblies with a plurality of interconnected channels and related method |
WO2014035395A1 (en) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Utc Power Corporation | Fuel cell component having selected cooling capacity distribution |
JP2019086278A (ja) * | 2017-11-03 | 2019-06-06 | ドゥサン ヘヴィー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド | 一体型構造を含む印刷基板型熱交換器 |
DK3792576T3 (da) | 2018-09-04 | 2023-01-09 | Ovh | Vandblok med en fluidledning |
DE202018004979U1 (de) * | 2018-10-25 | 2020-01-28 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | Plattenartiger Flüssigkeitsbehälter und Batterietemperieranordnung |
CN113871647B (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-01 | 浙江天能氢能源科技有限公司 | 一种燃料电池空冷一体化膜电极结构及其制备方法 |
CN114976101B (zh) * | 2022-05-26 | 2024-07-05 | 西安交通大学 | 一端密封陶瓷扁管支撑型固体氧化物燃料电池/电解池以及电池堆结构 |
CN117352767B (zh) * | 2023-12-04 | 2024-02-23 | 无锡黎曼机器人科技有限公司 | 蛇形流道板伸缩调节机构及液流电池蛇形流道装配*** |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4988583A (en) * | 1989-08-30 | 1991-01-29 | Her Majesty The Queen As Represented By The Minister Of National Defence Of Her Majesty's Canadian Government | Novel fuel cell fluid flow field plate |
US5863671A (en) | 1994-10-12 | 1999-01-26 | H Power Corporation | Plastic platelet fuel cells employing integrated fluid management |
US5514487A (en) * | 1994-12-27 | 1996-05-07 | Ballard Power Systems Inc. | Edge manifold assembly for an electrochemical fuel cell stack |
US6099984A (en) * | 1997-12-15 | 2000-08-08 | General Motors Corporation | Mirrored serpentine flow channels for fuel cell |
US5945232A (en) * | 1998-04-03 | 1999-08-31 | Plug Power, L.L.C. | PEM-type fuel cell assembly having multiple parallel fuel cell sub-stacks employing shared fluid plate assemblies and shared membrane electrode assemblies |
JP4542640B2 (ja) * | 1999-02-23 | 2010-09-15 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
-
1999
- 1999-12-13 US US09/459,592 patent/US6309773B1/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-10-11 CA CA002323147A patent/CA2323147A1/en not_active Abandoned
- 2000-10-18 DE DE60040897T patent/DE60040897D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-10-18 EP EP00122709A patent/EP1109241B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-12-13 JP JP2000379014A patent/JP3495700B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE60040897D1 (de) | 2009-01-08 |
EP1109241B1 (en) | 2008-11-26 |
EP1109241A3 (en) | 2004-10-20 |
JP2001176525A (ja) | 2001-06-29 |
EP1109241A2 (en) | 2001-06-20 |
US6309773B1 (en) | 2001-10-30 |
CA2323147A1 (en) | 2001-06-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3495700B2 (ja) | 燃料電池用の区画化流れチャンネル | |
JP3495698B2 (ja) | 燃料電池用の流れチャンネル | |
US6099984A (en) | Mirrored serpentine flow channels for fuel cell | |
JP3917975B2 (ja) | 燃料電池用の近付いたり離れたりする流れチャンネル | |
JP3754673B2 (ja) | Pem燃料電池スタックのための型押し式二極式プレート | |
US7112385B2 (en) | Flow restrictors in fuel cell flow-field | |
US7592089B2 (en) | Fuel cell with variable porosity gas distribution layers | |
TW466792B (en) | Sheet metal bipolar plate design for polymer electrolyte membrane fuel cells | |
JP4598287B2 (ja) | 燃料電池スタックおよび燃料電池スタックの運転方法 | |
US20050064270A1 (en) | Fuel cell bipolar separator plate | |
US8298714B2 (en) | Tunnel bridge with elastomeric seal for a fuel cell stack repeating unit | |
US20040151974A1 (en) | PEM fuel cell with flow-field having a branched midsection | |
JP2006514404A (ja) | 分岐した中間部分を有する流界を備えたpem燃料電池 | |
JP2006514405A (ja) | 燃料電池の流れ場における流れ制限器 | |
WO2004070855A2 (en) | Flow restrictors in fuel cell flow-field |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071121 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081121 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091121 Year of fee payment: 6 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091121 Year of fee payment: 6 |
|
S303 | Written request for registration of pledge or change of pledge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R316303 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091121 Year of fee payment: 6 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091121 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091121 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101121 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101121 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111121 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111121 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111121 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111121 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111121 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121121 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121121 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121121 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121121 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121121 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121121 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121121 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121121 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121121 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131121 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131121 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131121 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131121 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131121 Year of fee payment: 10 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |