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公開番号2024180356
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-26
出願番号2024096470
出願日2024-06-14
発明の名称絶縁性の基準面インサート
出願人プラグパワーインコーポレイテッド
代理人個人,個人
主分類H01M 8/2465 20160101AFI20241219BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料電池構成要素の損傷を最小限にし、かつ、加わる可能性のある物理的及び電気的な力による燃料電池システムの運転の混乱を最小限にする燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池プレート200は、第1の表面、第1の表面の反対側の第2の表面、周辺縁部、周辺縁部から間隔を置いて配置された位置合わせ孔、及び該位置合わせ孔215に受承されたインサート216を備えている。該インサートは、位置合わせ部材を受承するための通路の境界を定める環状部分と、環状部分の軸方向両端から経方向に燃料電池プレートの第1の表面及び第2の表面の上を伸びるフランジとを備えている。該インサートは電気的に絶縁性であり、かつ環状カンチレバースナップ接合部の環状カンチレバー部分を備えて、環状本体が位置合わせ孔の中に挿入されてその中でスナップ嵌合を形成するのを可能とし、かつそこから外れるのを阻止及び/又は防止することができる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面と、周辺縁部と、前記周辺縁部から間隔を置いて配置されており前記第１の表面から前記第２の表面へと伸びる位置合わせ孔とを有する本体、及び
絶縁性のインサートであって、
前記位置合わせ孔に受承され、かつ位置合わせ部材を受承するための通路の境界を定めている、環状部分と、
前記環状部分の軸方向両端のフランジであって、前記環状部分から径方向に伸びるフランジと
を具備するインサートを、
前記本体が前記フランジの間に位置するように具備している、燃料電池プレート。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記本体はバイポーラ型の燃料電池プレートを構成する、請求項１に記載の燃料電池プレート。
【請求項３】
前記絶縁性のインサートは弾性変形可能な材料をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池プレート。
【請求項４】
前記フランジは第１のフランジ及び第２のフランジを含み、前記第１のフランジは前記第２のフランジよりも径方向により長く伸びる、請求項１に記載の燃料電池プレート。
【請求項５】
前記第１の表面は第１の陥凹部分及び第１の残余部分を含み、前記第１の陥凹部分は、前記第１の残余部分と比較して陥凹しており、かつ前記位置合わせ孔の第１の開口部について周方向に境界を定めている、請求項１に記載の燃料電池プレート。
【請求項６】
前記フランジは第１のフランジ及び第２のフランジを含み、前記第１のフランジは、前記第１の陥凹部分において前記第１の残余部分と同じ高さになるように軸方向に伸びる、請求項５に記載の燃料電池プレート。
【請求項７】
前記第２の表面は第２の陥凹部分及び第２の残余部分を含み、前記第２の陥凹部分は、前記第２の残余部分と比較して陥凹しており、かつ前記位置合わせ孔の第２の開口部について周方向に境界を定めている、請求項５に記載の燃料電池プレート。
【請求項８】
前記フランジは第１のフランジ及び第２のフランジを含み、前記第１のフランジは、前記第１の陥凹部分において前記第１の残余部分と同じ高さになるように軸方向に伸び、かつ前記第２のフランジは、前記第２の陥凹部分において前記第２の残余部分と同じ高さになるように軸方向に伸びる、請求項７に記載の燃料電池プレート。
【請求項９】
前記フランジは第１のフランジ及び第２のフランジを含み、前記第１のフランジは、前記陥凹した第１の陥凹部分に沿って径方向に伸び、かつ前記第１の残余部分と連絡している、請求項５に記載の燃料電池プレート。
【請求項１０】
前記フランジは第１のフランジ及び第２のフランジを含み、前記第１のフランジは前記環状部分から径方向に外側に伸びる留め具を有し、前記留め具は、
傾斜縁部及び停止縁部を具備し、前記停止縁部と、前記環状部分と、前記第２のフランジとによって、前記本体を受承するための空洞の境界が定められており、
前記傾斜縁部は、加えられた力に応じた前記空洞内への前記本体の挿入を可能とするように構成されており、かつ
前記停止縁部は、前記本体が前記空洞から外れるのを阻止するように構成されている、
請求項１に記載の燃料電池プレート。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して燃料電池スタックを支持する方法及びシステムに関し、より具体的には、衝撃、振動、及び燃料電池スタックシステムの短絡に起因する損傷を最小限にするための、燃料電池スタックを支持するシステム及び方法に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料及び酸化体を電気及び熱へと電気化学的に変換するが、作動中のイオン移動をもたらすために使用される電解質の種類（例えば固体酸化物、溶融炭酸塩、アルカリ、リン酸、又は固体高分子）に従って分類することができる。さらに、燃料電池アセンブリは、多数の用途のために数多くの環境（例えば、自動車環境、航空宇宙環境、産業環境、居住環境）において使用することができる。
【０００３】
プロトン交換膜（本明細書中では以降「ＰＥＭ」とする）燃料電池は、水素のような燃料及び空気のような酸化体の化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。ＰＥＭは、燃料電池の「アノード」側から燃料電池の「カソード」側へのプロトン（すなわちＨ＋イオン）の通過を可能にすると同時に反応物流体（例えば水素ガス及び空気ガス）の通過は防止する、販売（sold）高分子電解質である。膜電極アセンブリ（本明細書中では以降「ＭＥＡ」とする）は、燃料をＰＥＭのアノード側へ及び酸化体をカソード側へと方向付ける流路を各々有している２枚の導電性プレートの間に位置付けられる。
【０００４】
２以上の燃料電池を互いに接続してアセンブリの全体的な電力出力を増大させることが可能である。一般的に、電池は直列に接続され、この場合プレートの片側面は１個の電池のアノードプレートとしての役割を果たし、該プレートの反対側は隣接する電池のカソードプレートである。これらは一般にバイポーラプレート（本明細書中では以降「ＢＰＰ」とする）と呼ばれる。あるいは、１個の電池のアノードプレートが、隣接する電池の別個のカソードプレートに電気的に接続される。一般にこれら２枚のプレートは背中合わせに接続され、互いに接着される（例えば接着剤、溶接、又はポリマーによって接着される）ことが多い。この接着された対は一体となり、アノードプレート及びカソードプレートが電気的に正極及び負極に相当するので、バイポーラプレートと呼ばれることも多い。そのような連続して接続された多数の燃料電池は、燃料電池スタックと呼ばれる。スタックは典型的には、燃料及び酸化体をそれぞれアノード及びカソードの流れ場チャネルへと方向付ける手段を備えている。スタックは通常、燃料電池内における水素及び酸素の発熱反応によって生じた熱を吸収するために、冷却剤流体をスタック内の内部チャネルへと方向付ける手段を備えている。スタックは一般的に、生成水のみならず余分な燃料ガス及び酸化体ガスを排出する手段を備えている。
【０００５】
スタックはさらに、数ある構成要素の中でも特に、エンドプレート、絶縁体、膜電極アセンブリ、ガスケット、セパレータプレート、電気的コネクタ、及びコレクタプレートも備え、これらは電気を生成するように設計された実働スタックを形成するように統合される。様々なプレートを、特定の機能の遂行を容易にするために、相互に当接させ、かつ相互に接続させることができる。
【０００６】
燃料電池プレートは、様々な状況において、例えば乗り物（例えばフォークリフトのような商用車及び自動車のような乗用車）において、建築物において（例えば工業用、商業用、及び居住用建造物のバックアップ電力として）、並びに電力貯蔵所において（例えば送電網のための長期エネルギー貯蔵所として）、電力を提供するための燃料電池スタックに利用されることが可能である。各々の状況において、また燃料電池プレートの製造中に、燃料電池プレートは、燃料電池プレート及び／又は燃料電池スタックを損傷するおそれのある物理的な力（例えば振動、鈍力、及び／又は圧縮力）や電流／電気刺激を受ける可能性がある。地震活動が、そのような物理的な力をさらに強く引き起こすことも考えられる。
【０００７】
燃料電池プレートは、燃料電池プレートの製造時又は燃料電池スタックへの組立て時に様々な場所に受承される可能性があり、多くの場合、燃料電池を製造工程の必要に応じて適所に、又は燃料電池スタック中の他の燃料電池プレートに対して適所に保持するために、該プレートに位置合わせ部材を挿入する必要がある。燃料電池プレートを静止状態に保持するために位置合わせ部材が使用されうる各々の事例には、位置合わせ部材と燃料電池プレートとの接触が、燃料電池プレートの物理的な変形若しくは短絡、又は燃料電池スタックの機能に関するその他の問題を引き起こすおそれがあるという危険性が存在する。この危険性は、少なくとも位置合わせ部材が製造時に挿入される時、位置合わせ部材が燃料電池スタックの組立て中に挿入される時、及び位置合わせ部材が燃料電池システムの運転中に存在している時に存在する。
【０００８】
よって、燃料電池構成要素の損傷を最小限にし、かつ、加わる可能性のある物理的及び電気的な力を原因とした燃料電池システムの運転の混乱を最小限にするために、改善された燃料電池システム、及び改善された燃料電池プレート製造方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、第１の態様において、第１の表面、第１の表面の反対側の第２の表面、周辺縁部、周辺縁部から間隔を置いて配置された位置合わせ孔、及び該位置合わせ孔に受承されたインサートを備えた、燃料電池プレートを提供する。インサートは、位置合わせ部材を受承するための通路の境界を定める環状部分と、環状部分の軸方向両端から径方向に燃料電池プレートの第１の表面及び第２の表面の上を伸びるフランジとを備えている。
【００１０】
本発明は、第２の態様において、電気的に絶縁性の材料で形成された環状本体を備えたインサートを提供する。環状本体は、径方向に外側の表面と、位置合わせ部材を受承するための通路の境界を定める径方向に内側の表面と、軸方向端と、軸方向両端に位置する、燃料電池プレートを受承するための空洞の境界を定めるフランジとを備えている。フランジは第１のフランジ及び第２のフランジを備え、第１のフランジは、傾斜縁部及び径方向に外側の表面から径方向に伸びる停止縁部を備えて留め具を形成している。留め具及び環状本体は、環状カンチレバースナップ接合部の弾性変形可能なカンチレバー部分を形成して、環状本体を燃料電池プレートの位置合わせ孔に挿入することが可能となっている。
（【００１１】以降は省略されています）

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