誘電体フレーム構体及び燃料電池マニホルド
各々が第１の面及び前記第１の面と対向する第２の面と、第１の端部分及び第２の端部分とを有する複数のセグメントを利用する誘電体フレームを有する構体。第１の端部分及び第２の端部分の各々は、端面と、その端部分の端面からセグメントの長さに沿って、第１の面から第２の面まで延出する切欠きとを有する。フレームのセグメントは、セグメントの第１の面が整列され、前記セグメントの第２の面が整列され、且つ１つのセグメントの第１の端部分の端面が隣接するセグメントの第２の端部分の端面と当接するような当接関係で配列される。このように、当接したセグメントの第１の端部分及び第２の端部分の切欠きはキー溝を形成し、キー溝の中にキーが配置され、当接したセグメントを一体に保持する。本発明によれば、セグメントのうちいくつかのセグメントの第１の面に、切欠きに隣接して凹部が設けられる。凹部は、セグメントの厚み方向に傾斜し、溝穴の先端部、すなわち、セグメントの長さに沿って最も遠い位置にある溝穴の端部に隣接し、その端部で終わる傾斜面として形成されるのが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、燃料電池スタックにおいて使用するためのフレーム構体及びマニホルドに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、炭化水素燃料に蓄積された化学エネルギーを電気エネルギーに電気化学反応によって直接変換する装置である。一般に、燃料電池は、帯電イオンを伝導する働きをする電解質により互いに分離されたアノード及びカソードを具備する。有用な電力レベルを発生するために、多数の個別の燃料電池が直列に積み重ねられ、燃料電池スタックを形成する。
【０００３】
燃料電池スタックは、内付けマニホルド形スタック又は外付けマニホルド形スタックであればよい。内付けマニホルド形スタックの場合、通常、燃料及びオキシダントを送り出すためのガス流路は、燃料電池プレートに内蔵される。外付けマニホルド形スタックにおいては、燃料電池プレートはその両端部で開放されており、ガスは燃料電池スタックのそれぞれの面に対して密封されたマニホルドを介して電池へ送り出される。いずれの型の燃料電池スタックにおいても、マニホルドは、燃料電池に燃料ガス及びオキシダントガスを送り出すための密封流路を形成し、それらのガスが周囲環境及び他のマニホルドへ漏れ出すのを阻止する。このようなマニホルドの機能は、燃料電池スタックの動作条件でスタックの寿命が継続する限り実行されなければならない。
【０００４】
マニホルドの縁部と燃料電池スタック面との間に確立されるガスシールは、マニホルド性能の重要な一面である。燃料電池スタックは、通常、導電性であり、その長さに沿って縁部からマニホルドに至る電位勾配を有する。金属材料によるマニホルドは、この燃料電池スタックから電気的に絶縁されなければならない。マニホルドとスタックとを電気的に絶縁し、マニホルドとスタックとの間の短絡の発生を防止し、且つ起電力により促進されるスタックからマニホルドまでの電解質の移動を制御するために、金属製マニホルドと燃料電池スタックとの間で、誘電絶縁体が使用されていた。誘電絶縁体は、通常、もろいセラミック材料又はマイカ材料から製造されるため、燃料電池の動作中にマニホルドシステムに加わる熱応力及び機械応力又は化学反応の結果として損傷を受ける可能性がある。更に、電池の構成要素は、高温、高圧の条件下でクリープを発生し、緻密化するので、燃料電池スタックは、通常、時間が経過するにつれて収縮する。そのような収縮や、燃料電池スタック寸法の変化は、スタックの動作中に、マニホルドシステムに対して更に応力を加える。従って、マニホルド密封システムの誘電絶縁体の損傷を防止し、マニホルドとスタックとの間の電気的絶縁及び電解質移動抑止を有効に維持するように、熱応力及び機械応力を少なくとも部分的に吸収可能なマニホルドシステムが必要とされる。
【０００５】
マニホルドシステムの構成要素の可撓性を改善し、熱によるスタックの膨張、収縮及びその結果として発生する誘電絶縁体に対する機械応力に更に適切に対応するために、構成要素の変更が行なわれてきた。マニホルドシステムにおいて現在使用されている従来の誘電絶縁体は、通常、スタックと共に絶縁体を膨張、収縮させることができる複数の互いに連動するセグメントを具備する。そのような誘電絶縁体構造の一例は、米国特許第４，４１４，２９４号公報に開示される。特に、’２９４号特許は、摺動自在のスプライン継手により互いに結合された複数のセグメントを有する矩形の絶縁体を開示する。それらのスプライン継手の各々は、絶縁体セグメントの隣接する端部分により形成されるキー溝に嵌合するスプラインキーを含む。’２９４号特許に示され且つ説明されるように、キー溝に嵌合するキーは、キー溝の形状に一致した形状を有し、十分なガス密封を実現するために、キー溝の厚さに沿って延出する。
【０００６】
更に、マニホルドのガス密封能力を向上し、誘電絶縁体の損傷を減少するために、可撓性マニホルドも開発されている。本出願と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／２６４，８６６号は、そのような可撓性マニホルドシステムの一例を開示する。特に、'８６６号出願は、複合折れ目により結合された複数のパン部分を含むマニホルド本体と、マニホルド本体の複合折れ目に対応する位置に厚さの一部を切欠いて形成された複数の切溝を有する複数のレール部材を含むレール構体とを有するマニホルドシステムを開示する。'８６６号出願のマニホルドシステムの折れ目及び切溝は、マニホルド構体に可撓性を与え、マニホルドの縁部とスタック面との間で成立するガスシールを改善する。'８６６号出願におけるマニホルド本体及びレール構体は、誘電絶縁体によりスタックから電気的に絶縁され、誘電絶縁体は、レール部材から突出する丸形又は円筒形のステンレス鋼ピンを使用してレール構体に固着される。
【特許文献１】米国特許第４，４１４，２９４号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１０／２６４，８６６号号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の構造に関連する共通の問題点の１つは、誘電絶縁体の接合領域、すなわち、キー溝及びピン差込み穴の周囲の領域においてセラミック電解質移動防止剤及び電気絶縁体が破損したり亀裂を生じたりすることである。そのような亀裂又は破損は、スタックの膨張、収縮中にキー及びピンが誘電絶縁体に対して作用し、その結果、機械応力が発生し、力が加えられることによって発生する。
【０００８】
共通する他の問題点は、絶縁体のキー溝領域及びキーの鋭く尖った縁部が原因となって、誘電絶縁体に当接するガスケットに引裂きや浸食が発生することである。そのような亀裂、破損及び浸食の結果、ガスシールは破断され、マニホルドシステムとスタックとの間の電気的絶縁は損なわれる。従って、誘電体の障害を減少し、スタックの動作中機械的な力を絶縁体から排除するためには、接合領域、特にキー溝領域及びピンの周囲の領域において誘電絶縁体に加わる応力を最小限にする手段が必要とされる。
【０００９】
従って、本発明の目的は、上記の欠点を克服するように設計された連動セグメントを有する誘電体フレーム部材を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、当接するガスケットの引裂き及び浸食を防止するように適合された誘電体フレーム部材を提供することである。
【００１１】
本発明の更に別の目的は、誘電体フレーム部材に対する機械応力を減少する改善されたピン構造を有する燃料電池スタックマニホルドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の原理に従えば、上記の目的及び他の目的は、各々が第１の面及びそれに対向する第２の面と、第１の端部分及び第２の端部分とを有する複数のセグメントを利用する誘電体フレームを有する構体において実現される。第１の端部分及び第２の端部分の各々は、端面と、端部分の端面からセグメントの長さに沿って、第１の面から第２の面まで延出する切欠きとを有する。フレームのセグメントは、セグメントの第１の面が整列され、前記セグメントの第２の面が整列され、且つ１つのセグメントの第１の端部分の端面が隣接するセグメントの第２の端部分の端面に当接するような当接関係で配列される。このように、当接したセグメントの第１の端部分及び第２の端部分の切欠きはキー溝を形成し、キー溝の中にキーが配置され、当接したセグメントを一体に保持し、ガスシールを形成する。
【００１３】
本発明によれば、セグメントのうちいくつかのセグメントの第１の面に、切欠きに隣接して凹部が設けられる。凹部は、セグメントの厚み方向に傾斜する傾斜面であって、溝穴の先端部、すなわち、セグメントの長さに沿って最も遠い位置にある溝穴の端部に隣接し、その位置で終わるような傾斜面として形成されるのが好ましい。セグメントは、凹部を有するセグメントの各々の端部が、同様に凹部を有するセグメントの端部と当接し、その結果形成されるキー溝が、その両端部に凹部を有するように配列される。また、本発明によれば、そのようなキー溝に配置される各キーは傾斜した端部を有し、傾斜端部は、キーの厚み方向に傾斜し、キー溝の両端部で凹部に当接する。更に、凹部を有する各セグメントは、その第１の面の端部に、その凹部と当接する切欠きを有する端部分を含む端面に隣接して、セグメントの厚み方向に傾斜する部分を有する。更に、凹部を有するセグメントは、第１の面の縁部及び端部分の端面の縁部において面取りされる。
【００１４】
このような構成により、フレームは、燃料電池スタックをマニホルドから絶縁するために使用された場合、従来より適切に力を処理できる。また、フレームは、フレームと燃料電池スタックとの間に配置されたガスケットの一体性を保持できる。
【００１５】
以下に開示される本発明の実施形態においては、フレームの全ての垂直セグメントの第１の面に、それぞれのセグメントの第１の端部分及び第２の端部分にある切欠きの先端部に隣接して凹部が設けられる。これに対し、水平セグメントの場合には、垂直セグメントの第１の端部分と当接する第２の端部分にのみ第１の面に凹部が設けられる。本実施形態においては、更に、水平部材の第２の端部分は、Ｔ字形又はＬ字形のいずれかである。更に、開示される実施形態では、セグメントのうちいくつかのセグメントの第２の面にも、切欠きに隣接して凹部が設けられる。それらの凹部は、セグメントの厚み方向に延出し、それぞれ対応する切欠きの縁部全体に沿って延出する傾斜面により形成される。最後に、本実施形態においては、切欠きは長楕円形を半分に割った形状であるので、キー溝及びキーは長楕円形の形状である。
【００１６】
本発明の別の面によれば、上記の目的及び他の目的は、周囲に沿って分散配置された複数のピンを有し、より適切に誘電体フレームと係合するマニホルド構体において実現される。特に、フレームの開口部に受入れられる各々のピンは、互いに対向する外面を含む端部分を有し、それらの外面は、ピンの本体の厚み方向に内側に向かって傾斜した後、ピンの軸と一線に並んで端部分の末端部まで広がる。本発明の好適な形態においては、ピンは、前述の端部分を有するように形成された円筒形の本体を有する。
【００１７】
本発明の更に別の面においては、誘電体フレーム部材のピン受入れ穴に挿入される誘電体本体を有するインサートが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、外付けマニホルド形燃料電池スタック１０１と共に使用するための本発明の原理に従ったマニホルド１０２及び誘電体フレーム構体１００を示す。図示されるように、マニホルド１０２は、誘電体フレーム構体１００により端板（エンドプレート）１０１ｂから電気的に絶縁される。この場合、誘電体フレーム構体１００は、誘電体フレーム部材１０４と複数の絶縁ガスケット１０６、１０８、１１０とを含む。マニホルド１０２は、マニホルド本体１０２ａと、マニホルド本体１０２ａに結合されたマニホルドレール構体１０２ｂとを有する。マニホルド本体１０２ａは、本明細書中に参考として取り入れられている’８６６号出願に記載されているような可撓性構成を有するのが好ましい。図示されるように、また、'８６６号出願に更に詳細に説明されているように、マニホルド本体１０２ａは、レール構体１０２ｂがマニホルド本体１０２ａを取り囲むように、レール構体１０２ｂの中に嵌込まれる。マニホルド１０２は金属を素材としており、マニホルドを燃料電池スタック１０１から電気的に絶縁する誘電体フレーム構体１００に隣接して配置される。図示されるように、誘電体フレーム部材１０４及び絶縁ガスケット１０６、１０８、１１０のスタック側平面に沿った形状及び寸法は、マニホルドレール構体１０２ｂの形状及び寸法にほぼ対応する。
【００１９】
絶縁ガスケットは、第１のマニホルド側ガスケット１０６と、第２のマニホルド側ガスケット１０８と、圧縮自在のスタック側ガスケット１１０とを含む。第１のガスケット１０６は、マイカ又は他の適切な電気絶縁材料から製造可能である。第２のガスケット１０８は、ジルコニアフェルト、又はそれに類似する温度特性、誘電特性及びガスフローインピーダンス特性を有する他の任意の適切な材料から製造可能である。第１のマニホルド側ガスケット１０６は、マニホルドレール構体１０２ｂと第２のマニホルド側ガスケット１０８との間に当接関係で配置され、第２のマニホルド側ガスケット１０８は、誘電体フレーム部材１０４に当接する。第１のマニホルド側ガスケット１０６及び第２のマニホルド側ガスケット１０８は、誘電体及びマニホルドの面、特に、誘電体接合部及びマニホルドの面の凹凸に従った形状を有することにより、誘電体フレーム部材１０４とマニホルド１０２との間にシールを形成する。
【００２０】
圧縮自在のスタック側ガスケット１１０は、ガスケット１０８と同様に、ジルコニアフェルト、又はそれに類似する温度特性、誘電特性及びガスフローインピーダンス特性を有する他の任意の適切な材料から製造可能である。圧縮自在のスタック側ガスケット１１０は、誘電体フレーム部材１０４のスタック側の面と燃料電池スタックの面１０１ａとの間に当接関係で配置される。
【００２１】
以下に更に詳細に説明されるように、マニホルド１０２のレール構体１０２ｂは、誘電体フレーム構体１００と係合して誘電体フレーム構体１００を保持する。特に、レール構体１０２ｂは、その周囲に分散配置された複数のピン（図１には図示せず）を含む。それらのピンは、第１のガスケット１０６及び第２のガスケット１０８の周囲にそれぞれ配置された複数の貫通開口１０６ａ、１０８ａと、誘電体フレーム部材の周囲に分散配置された複数の開口１０５とに受入れられ、それらの開口と係合する。開口１０６ａ、１０８ａ、１０５の位置は、レール構体に形成されたピンと整列する。
【００２２】
図１に示されるように、誘電体フレーム部材１０４の開口１０５は、誘電体フレーム部材１０４の厚みを一部貫通し、丸い形状の開口１０５ａと、楕円形の形状の開口１０５ｂとを含んでもよい。組み立てられた状態にあるとき、ピンは、第１のガスケット１０６、第２のガスケット１０８及び誘電体フレーム部材１０４の開口１０６ａ、１０８ａ、１０５と係合する。ピンと開口との係合後、燃料電池スタックの膨張、収縮に伴ってガスケット１０６、１０８及び誘電体フレーム部材１０４がマニホルドと共に移動可能となり、その結果、マニホルド１０２に関するガスケット及びフレーム部材による側方運動が防止される。
【００２３】
図１に概略的に示されるように、また、以下に更に詳細に示されるように、誘電体フレーム部材１０４は、端部で一体に接合された複数のセグメント１１２から形成される。特に、セグメント１１２の端部分（エンドポーション）１１２ａは、当接する端部分が一体となってキー溝１１２ｂを規定するように構成され、そのキー溝１１２ｂにキー１１４が嵌合される。このように、誘電体フレーム部材１０４が燃料電池スタック１０１及びマニホルド構成要素と共に膨張、収縮できるように、セグメント１１２は一体に保持される。本発明によれば、以下に更に詳細に説明されるように、キー１１４及びキー溝１１２ｂは、セグメント１１２に当接するガスケットの滑り（スリップ）を促進し、当接するガスケットの引裂きや浸食を防止するように構成される。
【００２４】
誘電体フレーム部材１０４の更に詳細な図が、図２Ａ及び図２Ｂに示される。図２Ａは、セグメント１１２の整列された第１の面（サーフェイス）１１２Ａにより形成される誘電体フレーム部材１０４の第１の面１０４Ａを示す。面１０４Ａは、スタック側ガスケット１１０に当接する。図２Ｂは、セグメント１１２の整列された第２の面１１２Ｂにより形成される誘電体フレーム部材１０４の反対側の面１０４Ｂを示す。面１０４ｂは、第２のマニホルド側ガスケット１０８に当接する。各セグメント１１２は、第３の面１１２Ｃ及びその反対側の第４の面１１２Ｄを更に含み、それらの面は、面１１２Ａ及び１１２Ｂの端部の両端に結合する。各フレームセグメント１１２は、セラミック材料又は他の適切な誘電体材料から製造可能である。
【００２５】
図示されるように、セグメント１１２はいくつかの構成要素を有する。それらの構成要素は、端部分が「棒状」である垂直セグメントと、各々が細い「棒状」の端部分及び「Ｔ字形」の端部分を有する上部水平セグメントと、各々が細い「棒状」の端部分及び「Ｌ字形」の端部分を有する下部水平セグメントとを含む。図示される構造の場合、２つの上部水平セグメントがフレームの上部１０４Ａを形成し、２つの下部水平セグメントがフレームの底部１０４Ｂを形成し、第１の組の垂直セグメントがフレームの一方の側１０４Ｃを形成し、垂直に配置された第２の組のセグメントがフレーム１０４の反対の側１０４Ｄを形成する。それらのセグメントは、それぞれのキー１１４と、セグメント１１２の当接する端部分１１２ａにあるキー溝１１２とにより結合される。図示されるように、キー溝は、垂直セグメントの「棒状」端部分と、下部水平セグメントの「棒状」端部分及び「Ｌ字形」端部分と、上部水平セグメントの「棒状」端部分及び「Ｔ字形」端部分の下部の短い脚部とにおいて形成される。セグメントを一体に当接させた結果、誘電体フレーム部材１０４は矩形形状となる。
【００２６】
フレーム部材と組み合わせて使用される構体の形状により指定される誘電体フレーム部材１０４の所望の形状に応じて、本発明のセグメント１１２は、図示される構成以外の構成を有してもよいことがわかる。従って、例えば、セグメントは全て棒状セグメントであってもよく、その場合には、端部分１１２ａは、当接したセグメントが所望のキー溝を形成するように当接する適切な形状を有していなければならない。
【００２７】
本発明の原理に従って、セグメント１１２の端部分１１２ａは、形成されるキー溝１１２ｂが隣接するガスケットの滑りを促進し、引裂きなどによるガスケットの劣化を減少するように構成される。更に、キー１１４も、滑りを助け且つそのような劣化を減少するように構成される。
【００２８】
図２Ｃ及び図２Ｄは、垂直セグメントの端部分１１２ａの１つを両側の面１１２Ａ及び１１２Ｂからそれぞれ見た図である。図示される構成の場合、セグメントの他方の端部分も同様の構造であり、その他の垂直セグメントの端部分も全て同一の構造である。更に、図示される構成の場合、下部水平部材の「Ｌ字形」端部分及び上部水平部材の「Ｔ字形」端部分の下部も同一の構造である。
【００２９】
図２Ｃ及び図２Ｄからわかるように、端部分１１２ａは、端部分の端面（エンドサーフェイス）１１２Ｅから本体の長さに沿って本体の中へ延出する切欠き１１３を含む。切欠き１１３は、セグメントの面１１２Ａと面１１２Ｂとの間に延出し、セグメントの面１１２Ｃ及び１１２Ｄから離間している。図示されるように、切欠きは長楕円形を半分に割った形状であり、切欠きの先端部１１３ａは丸い形である。本発明によれば、切欠き１１３の先端部１１３ａ、すなわち、セグメントの長さに沿って最も遠い位置にある端部において、第１の面１１２Ａに凹部１１２Ａａが設けられる。図示されるように、凹部は、セグメント１１２の本体の厚み方向に傾斜し且つ切欠き１１３の先端部１１３ａの縁部（エッジ）で終わる傾斜面として形成される。面１１２Ａの平坦な部分１１２Ａｂは、凹部の端から延出し、凹部１１３が切欠きに突当たる場所に隣接する切欠きの縁部で終端する。更に図から明らかなように、面１１２Ａは、端面１１２Ｅに隣接して、別の傾斜部分１１２Ａｃを含む。
【００３０】
従って、２つの隣接するセグメント１１２の図２Ｃ及び図２Ｄに示されるような端部分が当接するような位置関係で配置された場合、その結果形成されるキー溝は長楕円形の形状を有することがわかる。また、キー溝の境界は、セグメントの切欠き１１３の先端部１１３ａにより規定されるキー溝の両端部において、傾斜する凹部の面（傾斜する凹部１１２Ａａにより形成される）により規定される。キー溝は、セグメントの当接する端面１１２Ｅにより形成されるキー溝の側面に、別の傾斜面（面１１２Ａｃにより形成される）を有する。それらの傾斜面が存在することにより、急な面接触が減少する。それにより、フレームセグメントと、セグメントに隣接する部材との間の滑り接触が促進され、その結果、部材間の相互作用及び引裂きが減少する。これは、特にフレームセグメントに隣接して配置されたガスケットに関して当てはまる。
【００３１】
この滑り作用を更に促進し、急激な接触を少なくするために、上述のキー溝と共に使用される各々のキー１１４は、対応するキー溝の両端部にある傾斜した凹部に当接するのに適する傾斜面を有するように構成される。図３Ａ及び図３Ｂは、そのように適合されたキー１１４を示す。キー１１４は、フレームセグメント１１２と同一又は同様の誘電体材料から形成される。
【００３２】
図示されるように、キー１１４は、上面１１４Ａ及び下面１１４Ｂと、中央部分１１４Ｃと、中央部分１１４Ｃの両側に隣接する２つの丸形の端部分１１４Ｄ、１１４Ｅとを含むほぼ長楕円形の円筒形状を有する。このほぼ長楕円形の形状は、キー溝１１３の長楕円形の形状に嵌合する。
【００３３】
キー１１４の上面１１４Ａの両端部１１４Ａａ及び１１４Ａｂは、キーの厚み方向に傾斜している。上述のように、キー１１４がキー溝１１２ｂの中に配置されたとき、傾斜した端部１１４Ａａ及び１１４Ａｂは、キー溝の隣接する端部と境を接する凹部１１２Ａａと接触する。従って、キー１１４の傾斜した端部は、フレームセグメントに隣接して配置された部材との相互作用に際して、急激な接触の少ない傾斜面を形成する。これにより、滑りが促進され、隣接する部材の引裂き又は破損などによる損傷が少なくなる。
【００３４】
フレーム１０４の損傷を更に防止するために、フレームセグメント１１２の選択された面とキー１１２Ａの選択された面との間の縁部を面取りできる。従って、図２Ｃに示されるように、第１の面１１２Ａと端面１１２Ｅとの間の縁部並びに第１の面１１２Ａと側面１１２Ｃ及び１１２Ｄとの間の縁部が面取りされている。同様に、側面１１２Ｃ、１１２Ｄと端面１１２Ｅとの間の縁部も面取りされている。最後に、キー１１４の上面１１４ａと中央部分及び端部分１１４Ｃ〜１１４Ｅとの間の縁部も同様に面取りされている。
【００３５】
本発明の一実施形態においては、凹部１１２Ａａの傾斜と、面１１２Ａｃの傾斜と、キー端部１１４Ａａ及び１１４Ａｂの傾斜とは同一に形成される。１０〜３０°の範囲の傾斜が使用可能である。また、面取りされる縁部に使用できる傾斜は、３５〜６０°である。
【００３６】
開示される実施形態においては、図２Ｂに示されるように、凹部１１２Ａａを有する各セグメント１１２の面１１２Ｂにも、凹部１１２Ｂａが設けられている。この凹部は、切欠き１１３の縁部全体を取り囲み、同様にセグメントと隣接する部材との相互作用を緩和するために傾斜している。この傾斜に使用できる角度は１０〜３０°である。
【００３７】
尚、切欠き１１３は長楕円形を半分に割った形状であり、その結果、キー溝は長楕円形であるように図示されているが、他の形状も使用可能である。従って、例えば、切欠きとして、部分楕円形又は部分矩形の形状も使用でき、その場合、キー溝は楕円形又は矩形となる。そのような場合、キー溝の形状に対応するために、キー１１４の形状が変更されることは言うまでもない。
【００３８】
更に図１Ａ及び図１Ｂからわかるように、図示される本発明の形態においては、フレーム１０４の上部水平セグメント及び下部水平セグメントの隣接する「棒状」端部分１１２ａのキー溝は長楕円形の形状であるが、隣接した凹部を含まない。同様に、それらのキー溝において使用される長楕円形のキーは、傾斜した端部を含まない平坦な上面を有する。これは、フレーム１０４のセグメントのそれらの部分が、該当する領域において、垂直セグメントほど滑りの改善を必要としないためである。しかし、滑りの改善が望まれる場合には、垂直セグメントと同様に、端部分及びキーの傾斜した端部に凹部を形成できる。
【００３９】
図２Ａ及び図２Ｂに示される誘電体フレーム部材１０４の構成においては、水平セグメント及び垂直セグメントの幅は、レール構体１０２ｂの対応する水平部材及び垂直部材の幅に対応するように選択されている。更に、上部水平セグメント１１２の「Ｔ字形」端部分１１２ａの上方脚部は、レール構体１０２ｂの水平部材の同様の上方脚部に適合する。
【００４０】
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、図１のマニホルド１０２を更に詳細に示す平面図及び側面図である。図示されるように、また、先に説明したように、マニホルド１０２は、マニホルド本体１０２ａと、マニホルドレール構体１０２ｂとを具備する。マニホルド本体１０２ａは、'８６６号特許出願に詳細に説明されているように、複合折れ目１３２により分離された複数のパン部分１３０を形成する可撓性構成を有する。複合折れ目１３２により、マニホルド１０２は燃料電池スタックの形状に適合できる。複数のレール部材１３４ａ〜ｄから形成されるレール構体１０２ｂは、マニホルド本体１０２ａを取り囲む。
【００４１】
垂直レール部材１３４ａ、１３４ｂは、マニホルド本体１０２ａの長さに沿って延出し、レール構体１０２ｂの側方レールを形成する。一方、水平レール部材１３４ｃ及び１３４ｄは、マニホルド本体１０２ａの上部及び底部を囲み、それぞれ、構体１０２ｂの上部レール及び底部レールを形成する。図４Ａに示されるように、レール構体１０２ｂの側方レール１３４ａ、１３４ｂは、構体１０２ｂの上部レール部材１３４ｃを越えて突出し、延長部分１３６を形成する。延長部分１３６は、燃料電池スタックの動作中にマニホルド１０２が膨張する余裕を与え、図１に示されるように、誘電体フレーム部材１０４及び絶縁ガスケット１０６、１０８、１１０の対応する部分と整列する。
【００４２】
'８６６号特許出願に更に詳細に説明されるように、また、図４Ｂに示されるように、構体１０２ｂの水平レール部材１３４ａ、１３４ｂは、部材の厚みの一部を貫通する複数の切欠き又は切溝１３８を含む。切溝１３８の位置は、マニホルド本体１０２ａの複合折れ目１３２と整列する。マニホルド本体１０２ａの複合折れ目１３４と、レール部材１３４ａ、１３４ｂの切溝１３８とが、マニホルド１０２に可撓性を与えていることがわかる。
【００４３】
図１に関して説明され且つ図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、マニホルド１０２は、スタック側の面の周囲に沿って分散配置された複数のピン１４０を含む。ピン１４０は、レール構体１０２ｂから延出し、図１に示される誘電体構体１００に形成された溝穴又は開口と係合する。特に、ピン１４０は、誘電体フレーム部材１０４の個々のセグメント１１２を、スタック面１０１ａ及びマニホルド面により規定される平面の中で、マニホルドレール構体１０２ｂに対して拘束して位置決めする。特に、ピン１４０は、誘電体フレーム部材１０４と絶縁ガスケット１０６、１０８との平面内並進運動並びにピン１４０に関する部材１０４及びガスケット１０６、１０８の回転を抑止する。ピン１４０は、レール構体１０２ｂを形成する材料と同一であるか又はそれに類似する金属材料から製造可能である。
【００４４】
図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、垂直レール１３４ａ、１３４ｂの各々は、切溝１３８の両側に形成された少なくとも１つのピン１４０を含み、更に、レールの端部の付近にピン１４０を含む。レールの端部付近のピンは、それぞれ対応するレールの延長部材１３６に形成され、スタックが動いている間に絶縁ガスケットを所定の場所により適切に維持するように、延長部分にある切欠き１３６ａの中に摺動自在に装着される。各垂直レール１３４ｃ、１３４ｄは、レールの中央付近に２つのピン１４０を含む。
【００４５】
先に図１に関して説明したように、ピン１４０は、マニホルド側ガスケット１０６、１０８の開口１０６ａ、１０８ａ及び誘電体フレーム部材１０４の開口１０５に嵌合する。これにより、マニホルド１０２及び誘電体フレーム構体１００は一体に保持され、マニホルド及びスタックに対する誘電体フレーム構体構成要素の側方への動きは最小限に抑えられる。
【００４６】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明によるピン１４０の各々の構成を更に詳細に示す斜視図及び側面図である。ピンがこのような構成であれば、特に開口１０５及びその周囲の領域において、マニホルドにより誘電体フレーム部材１０４に加えられる応力が減少される。更に、この構成は、ピン１４０が誘電体フレーム構体の溝穴と係合したとき、マニホルドを誘電体フレーム構体に対して回動させる。
【００４７】
図５Ａに示されるように、各々のピン１４０は、テーパされた形状の上端部１４６を含むほぼ円筒形の本体１４１を有する。特に、ピン１４０の上端部１４６の両側面１４６Ａ及び１４６Ｂは、ピンの厚み方向にテーパ、すなわち、傾斜されて、傾斜セグメント１４６Ａａ及び１４６Ｂａを形成する。それらのセグメントの後に、直上へ、すなわち、本体１４１の軸と平行に延出するセグメント１４６Ａｂ及び１４６Ｂｂが続く。その結果、ピンの端面１４７は長楕円形の形状になり、セグメント１４６Ａｂ、１４６Ｂｂの縁部に対向する直線状の縁部１４７Ａ及び１４７Ｂが形成される。また、ピンの円筒形本体には、対向する丸形の縁部１４７Ｃ及び１４７Ｄが形成される。誘電体フレーム部材１０４に対する損傷を引き起こすおそれがある鋭く尖った縁部をなくすために、丸形の縁部１４７Ｃ及び１４７Ｄは面取りされる。
【００４８】
セグメント１４６Ａａ及び１４６Ｂａに使用可能な傾斜角度は、マニホルド及び誘電体フレーム構体の条件に応じて、１０〜６０°の範囲である。
【００４９】
図６Ａは、誘電体フレーム構体１００と係合したマニホルド１０２のスタック側の面１４２から見た図である。図示されるように、誘電体フレーム部材１０４の水平セグメント１１２の幅の一部は、マニホルドレール構体１０２ｂの水平レール１３４ｃ〜ｄの幅を越える。これにより、スタック（図示せず）とマニホルド１０２との間のガス密封及び電気絶縁が更に向上する。
【００５０】
図６Ａ〜図６Ｃを参照すると、圧縮自在のスタック側ガスケット１１０のマニホルド側の面１１０ａ１のあらかじめ選択された複数の領域に滑り面１１０が設けられ、更に、ガスケット１１０のスタック側の面１１０ｂ１のあらかじめ選択された複数の領域に滑り面１１０ｂが設けられる。滑り面構造の詳細は、本出願と同一の譲受人に譲渡された同時係属米国特許出願公開第１１／０２２，９７７号に説明されている。特に、マニホルド側の面１１０ａ１の滑り面１１０ａは、ガスケットの垂直レール１１０ｃに形成され、スタック側の面１１０ｂ１の滑り面１１０ｂは、ガスケット１１０の水平レール１１０ｄに沿って形成される。マニホルド側滑り面１１０ａは、スタック面１０１ａとマニホルドの誘電体フレーム部材１０４との相対運動を容易にし、一方、スタック側滑り面１１０ｂは、スタック端板１０１ｂ、１０１ｃと圧縮自在のガスケット１１０との相対運動を容易にする。
【００５１】
ピン１４０と誘電体フレーム構体１００との係合及び滑り面１１０ａ、１１０ｂの構造が、図６Ｂ及び図６Ｃに詳細に示される。それらの図は、それぞれ、図６Ａにおいて「Ｂ」及び「Ｃ」の文字を付した円により囲まれた領域において線６Ｂ‐６Ｂ及び線６Ｃ‐６Ｃに沿ったマニホルド１０２及び誘電体フレーム構体１００を示す横断面図である。
【００５２】
図６Ｂ及び図６Ｃに示されるように、レール構体１０２ｂのレール部材１３４ａに形成されたピン１４０は、第１のマニホルド側ガスケット１０６及び第２のマニホルド側ガスケット１０８の対応する溝穴又は開口１０６ａ、１０８ａにそれぞれ挿入されて、それらの絶縁ガスケットをマニホルド１０２ａと係合させ、マニホルド１０２に関するガスケットの側方運動を阻止する。その後、ピン１４０は、誘電体フレーム部材１０４の対応する開口１０５に挿入されて、部材１０４をマニホルド１０２と係合させる。図からわかるように、開口１０５は、部材の厚みの一部を貫通し、開口の深さは、開口１０５の中へ延出するピン部分の長さを越えていてもよい。先に説明したようなピン１４０の構成により、特に、絶縁ガスケット１０６、１０８が誘電体フレーム部材１０４とマニホルド１０２との間で圧縮され、ピン１４０が更に開口の中へ押込まれたときに、開口１０５及びその周囲の領域において誘電体フレーム部材１０４に加わる応力が減少される。更に、ピンの構造は、誘電体フレーム部材１０４に対してマニホルド１０２が回動することによって部材１０４に対し加えられる応力を減少する。
【００５３】
更に、圧縮自在のガスケット１１０の垂直レール部材１１０ｃに沿ったマニホルド側滑り面１１０ａが図６Ｂに示され、水平レール部材、垂直レール部材１１０ｄに沿ったスタック側滑り面１１０ｂが図６Ｃに示される。図６Ｂに示されるように、また、先に説明したように、滑り面１１０ａは、誘電体フレーム部材１０４に当接するように、ガスケットレール部材１１０ｃのマニホルド側の面１１０ａ１にある。これに対し、滑り面１１０ｂは、レール部材１１０ｄのスタック側の面１１０ｂ１にあり、燃料電池スタックの端板１０１ｂ、１０１ｃに当接する。前述のように、各滑り面の詳細は、先に挙げた同時係属出願の中で説明されている。
【００５４】
尚、ピン１４０は、円筒形以外の形状を有するピンを含んでもよい。特に、レール部材のいくつかの位置で長楕円形のピンを使用でき、それらのピンは、誘電体フレーム部材１０４の対応する長楕円形の穴１０５（図１を参照）と係合する。長楕円形のピンは、完全に円筒形のテーパなしの本体を有してもよい。
【００５５】
本発明の更に別の面においては、誘電体フレーム部材の穴１０５にインサート１１を設けることができる。インサート１１は穴１０５に挿入され、ピン１４０の本体部分を受入れ且つ本体部分の少なくとも一部を取り囲む誘電体本体を有する。それらのインサートは、誘電体フレーム１０４をピン１４０から更に電気的に絶縁し、その結果、誘電体フレーム１０４をレール構体１０２ｂ及びマニホルド１０２から電気的に絶縁する。更に、インサートは、ピンによりフレームの穴の面に加えられるヘルツ接触応力を軽減する。
【００５６】
図７Ａ〜図７Ｄ、図８Ａ〜図８Ｄ、図９Ａ〜図９Ｄ及び図１０Ａ〜図１０Ｄは、インサート１１の種々の形態を示す。各インサート１１は、一端部１２Ａに開口１２Ｂを有する細長いシェル１２として形成された誘電体本体を有する。対応するピンを受入れるために、インサート１１が対応する穴１０５に装着されたとき、開口１２Ｂは穴から顔を出す。シェル１２は、開口１２Ｂから反対側の端部１２Ｄに向かって延出する細長い溝穴１２Ｃを有する。溝穴１２Ｃは、端部１２Ｄに向かって広がる。図示されている構造の場合、溝穴は、シェルのある長さに沿って一定の幅を有するが、それに続いて、漏斗形状に幅が広がる。溝穴１２Ｃが形成されているために、対応するピン本体を過剰に取り囲むこと又はピン本体と重なり合うことが防止され、熱の影響によるピンの成長が可能になる。
【００５７】
図７Ａ〜図７Ｄ及び図８Ａ〜図８Ｄのシェル１２は円筒形であり、同様に円筒形の形状を有する穴１０５及びピンと共に使用されるためのものである。図９Ａ〜図９Ｄ及び図１０Ａ〜図１０Ｄのシェルは長楕円形であり、同様に長楕円形の形状を有する穴１０５及びピン１４０と共に使用されるためのものである。
【００５８】
更に、図７Ａ〜図７Ｄ及び図９Ａ〜図９Ｄのシェルは、底面が平坦である穴１０５と共に使用される。従って、それらのシェルは、端部１２Ｄに開口１２Ｅを有する。これに対し、図８Ａ〜図８Ｄ及び図１０Ａ〜図１０Ｄのシェルは、底面が丸形で閉鎖されている穴１０５に対して使用され、そのため、それらのシェルの端部１２Ｄは、閉鎖された丸形の部分又はクラウン１２Ｆを有する。更に、丸形部分又はクラウン１２Ｆの両側は、開口１２Ｆ１及び１２Ｆ２によって拡張されており、一方の開口１２Ｆ１は溝穴１２Ｃと連通する。クラウン１２Ｆは、インサートが穴に組付けられたときに、シェル１２が穴１０５の丸形の底面で隆起するのを阻止する。
【００５９】
誘電体本体１２は、例えば、マイカなどの誘電抵抗率が高い誘電体から製造可能である。また、約０．００６インチの厚さを有するシェルを使用可能である。用途に応じて、それより厚いシェル又は薄いシェルも使用できることは言うまでもない。
【００６０】
尚、任意の数の絶縁ガスケット及び誘電体フレーム部材を含む誘電体フレーム構体に本発明の原理が適用される。更に、本発明に従った誘電体フレーム構体及びマニホルド構造は、それぞれのスタック面の全て又は一部にマニホルドが外付けされた燃料電池スタック並びに任意の数の面及びマニホルドを有するスタックと組合わせて使用されてよい。
【００６１】
いずれの場合においても、以上説明した構造は、単に、本発明の適用を表現する数多くの可能な特定の実施形態を例示しているにすぎない。本発明の趣旨の範囲から逸脱せずに、本発明の原理に従って数多くの多様な他の構造を容易に考案できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
本発明の上記の特徴及び面並びに他の特徴及び面は、添付の図面と関連させて以下の詳細な説明を読むことにより、更に明らかになるであろう。
【図１】図１は、本発明の原理に従ったマニホルド及び誘電体フレーム構体を有する外付けマニホルド形燃料電池スタックを示す斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、スタック側及びマニホルド側から見た図１の構体の誘電体フレーム部材を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、スタック側及びマニホルド側から見た図１の構体の誘電体フレーム部材を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａ及び図２Ｂの誘電体フレーム部材の１つのセグメントの端部分の両側面から示す斜視図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ａ及び図２Ｂの誘電体フレーム部材の１つのセグメントの端部分の両側面から示す斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２Ａ及び図２Ｂの誘電体フレーム部材において使用されるキーを示す斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示されるキーを示す側面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明によるマニホルド本体及びレール構体を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａのマニホルド本体及びレール構体を示す側面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図４Ａ及び図４Ｂのマニホルド及びレール構体のピン構成を示す斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａのピンを示す側面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、誘電体フレームに装着された図１のマニホルド及び誘電体フレーム構体を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａにおいて円「Ｂ」で囲まれた図６Ａの構体の部分の線６Ｂ‐６Ｂに沿った詳細横断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ａにおいて円「Ｃ」で囲まれた図６Ａの構体の部分の線６Ｃ‐６Ｃに沿った詳細横断面図である。
【図７Ａ】、
【図７Ｂ】、
【図７Ｃ】、
【図７Ｄ】、
【図８Ａ】、
【図８Ｂ】、
【図８Ｃ】、
【図８Ｄ】、
【図９Ａ】、
【図９Ｂ】、
【図９Ｃ】、
【図９Ｄ】、
【図１０Ａ】、
【図１０Ｂ】、
【図１０Ｃ】、
【図１０Ｄ】図７Ａ〜図７Ｄ、図８Ａ〜図８Ｄ、図９Ａ〜図９Ｄ及び図１０Ａ〜図１０Ｄは、図１の構体の誘電体フレーム部材の穴においてインサートとして使用されるインサートの種々の形態を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、燃料電池スタックにおいて使用するためのフレーム構体及びマニホルドに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、炭化水素燃料に蓄積された化学エネルギーを電気エネルギーに電気化学反応によって直接変換する装置である。一般に、燃料電池は、帯電イオンを伝導する働きをする電解質により互いに分離されたアノード及びカソードを具備する。有用な電力レベルを発生するために、多数の個別の燃料電池が直列に積み重ねられ、燃料電池スタックを形成する。
【０００３】
燃料電池スタックは、内付けマニホルド形スタック又は外付けマニホルド形スタックであればよい。内付けマニホルド形スタックの場合、通常、燃料及びオキシダントを送り出すためのガス流路は、燃料電池プレートに内蔵される。外付けマニホルド形スタックにおいては、燃料電池プレートはその両端部で開放されており、ガスは燃料電池スタックのそれぞれの面に対して密封されたマニホルドを介して電池へ送り出される。いずれの型の燃料電池スタックにおいても、マニホルドは、燃料電池に燃料ガス及びオキシダントガスを送り出すための密封流路を形成し、それらのガスが周囲環境及び他のマニホルドへ漏れ出すのを阻止する。このようなマニホルドの機能は、燃料電池スタックの動作条件でスタックの寿命が継続する限り実行されなければならない。
【０００４】
マニホルドの縁部と燃料電池スタック面との間に確立されるガスシールは、マニホルド性能の重要な一面である。燃料電池スタックは、通常、導電性であり、その長さに沿って縁部からマニホルドに至る電位勾配を有する。金属材料によるマニホルドは、この燃料電池スタックから電気的に絶縁されなければならない。マニホルドとスタックとを電気的に絶縁し、マニホルドとスタックとの間の短絡の発生を防止し、且つ起電力により促進されるスタックからマニホルドまでの電解質の移動を制御するために、金属製マニホルドと燃料電池スタックとの間で、誘電絶縁体が使用されていた。誘電絶縁体は、通常、もろいセラミック材料又はマイカ材料から製造されるため、燃料電池の動作中にマニホルドシステムに加わる熱応力及び機械応力又は化学反応の結果として損傷を受ける可能性がある。更に、電池の構成要素は、高温、高圧の条件下でクリープを発生し、緻密化するので、燃料電池スタックは、通常、時間が経過するにつれて収縮する。そのような収縮や、燃料電池スタック寸法の変化は、スタックの動作中に、マニホルドシステムに対して更に応力を加える。従って、マニホルド密封システムの誘電絶縁体の損傷を防止し、マニホルドとスタックとの間の電気的絶縁及び電解質移動抑止を有効に維持するように、熱応力及び機械応力を少なくとも部分的に吸収可能なマニホルドシステムが必要とされる。
【０００５】
マニホルドシステムの構成要素の可撓性を改善し、熱によるスタックの膨張、収縮及びその結果として発生する誘電絶縁体に対する機械応力に更に適切に対応するために、構成要素の変更が行なわれてきた。マニホルドシステムにおいて現在使用されている従来の誘電絶縁体は、通常、スタックと共に絶縁体を膨張、収縮させることができる複数の互いに連動するセグメントを具備する。そのような誘電絶縁体構造の一例は、米国特許第４，４１４，２９４号公報に開示される。特に、’２９４号特許は、摺動自在のスプライン継手により互いに結合された複数のセグメントを有する矩形の絶縁体を開示する。それらのスプライン継手の各々は、絶縁体セグメントの隣接する端部分により形成されるキー溝に嵌合するスプラインキーを含む。’２９４号特許に示され且つ説明されるように、キー溝に嵌合するキーは、キー溝の形状に一致した形状を有し、十分なガス密封を実現するために、キー溝の厚さに沿って延出する。
【０００６】
更に、マニホルドのガス密封能力を向上し、誘電絶縁体の損傷を減少するために、可撓性マニホルドも開発されている。本出願と同一の譲受人に譲渡された米国特許出願第１０／２６４，８６６号は、そのような可撓性マニホルドシステムの一例を開示する。特に、'８６６号出願は、複合折れ目により結合された複数のパン部分を含むマニホルド本体と、マニホルド本体の複合折れ目に対応する位置に厚さの一部を切欠いて形成された複数の切溝を有する複数のレール部材を含むレール構体とを有するマニホルドシステムを開示する。'８６６号出願のマニホルドシステムの折れ目及び切溝は、マニホルド構体に可撓性を与え、マニホルドの縁部とスタック面との間で成立するガスシールを改善する。'８６６号出願におけるマニホルド本体及びレール構体は、誘電絶縁体によりスタックから電気的に絶縁され、誘電絶縁体は、レール部材から突出する丸形又は円筒形のステンレス鋼ピンを使用してレール構体に固着される。
【特許文献１】米国特許第４，４１４，２９４号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１０／２６４，８６６号号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の構造に関連する共通の問題点の１つは、誘電絶縁体の接合領域、すなわち、キー溝及びピン差込み穴の周囲の領域においてセラミック電解質移動防止剤及び電気絶縁体が破損したり亀裂を生じたりすることである。そのような亀裂又は破損は、スタックの膨張、収縮中にキー及びピンが誘電絶縁体に対して作用し、その結果、機械応力が発生し、力が加えられることによって発生する。
【０００８】
共通する他の問題点は、絶縁体のキー溝領域及びキーの鋭く尖った縁部が原因となって、誘電絶縁体に当接するガスケットに引裂きや浸食が発生することである。そのような亀裂、破損及び浸食の結果、ガスシールは破断され、マニホルドシステムとスタックとの間の電気的絶縁は損なわれる。従って、誘電体の障害を減少し、スタックの動作中機械的な力を絶縁体から排除するためには、接合領域、特にキー溝領域及びピンの周囲の領域において誘電絶縁体に加わる応力を最小限にする手段が必要とされる。
【０００９】
従って、本発明の目的は、上記の欠点を克服するように設計された連動セグメントを有する誘電体フレーム部材を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、当接するガスケットの引裂き及び浸食を防止するように適合された誘電体フレーム部材を提供することである。
【００１１】
本発明の更に別の目的は、誘電体フレーム部材に対する機械応力を減少する改善されたピン構造を有する燃料電池スタックマニホルドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の原理に従えば、上記の目的及び他の目的は、各々が第１の面及びそれに対向する第２の面と、第１の端部分及び第２の端部分とを有する複数のセグメントを利用する誘電体フレームを有する構体において実現される。第１の端部分及び第２の端部分の各々は、端面と、端部分の端面からセグメントの長さに沿って、第１の面から第２の面まで延出する切欠きとを有する。フレームのセグメントは、セグメントの第１の面が整列され、前記セグメントの第２の面が整列され、且つ１つのセグメントの第１の端部分の端面が隣接するセグメントの第２の端部分の端面に当接するような当接関係で配列される。このように、当接したセグメントの第１の端部分及び第２の端部分の切欠きはキー溝を形成し、キー溝の中にキーが配置され、当接したセグメントを一体に保持し、ガスシールを形成する。
【００１３】
本発明によれば、セグメントのうちいくつかのセグメントの第１の面に、切欠きに隣接して凹部が設けられる。凹部は、セグメントの厚み方向に傾斜する傾斜面であって、溝穴の先端部、すなわち、セグメントの長さに沿って最も遠い位置にある溝穴の端部に隣接し、その位置で終わるような傾斜面として形成されるのが好ましい。セグメントは、凹部を有するセグメントの各々の端部が、同様に凹部を有するセグメントの端部と当接し、その結果形成されるキー溝が、その両端部に凹部を有するように配列される。また、本発明によれば、そのようなキー溝に配置される各キーは傾斜した端部を有し、傾斜端部は、キーの厚み方向に傾斜し、キー溝の両端部で凹部に当接する。更に、凹部を有する各セグメントは、その第１の面の端部に、その凹部と当接する切欠きを有する端部分を含む端面に隣接して、セグメントの厚み方向に傾斜する部分を有する。更に、凹部を有するセグメントは、第１の面の縁部及び端部分の端面の縁部において面取りされる。
【００１４】
このような構成により、フレームは、燃料電池スタックをマニホルドから絶縁するために使用された場合、従来より適切に力を処理できる。また、フレームは、フレームと燃料電池スタックとの間に配置されたガスケットの一体性を保持できる。
【００１５】
以下に開示される本発明の実施形態においては、フレームの全ての垂直セグメントの第１の面に、それぞれのセグメントの第１の端部分及び第２の端部分にある切欠きの先端部に隣接して凹部が設けられる。これに対し、水平セグメントの場合には、垂直セグメントの第１の端部分と当接する第２の端部分にのみ第１の面に凹部が設けられる。本実施形態においては、更に、水平部材の第２の端部分は、Ｔ字形又はＬ字形のいずれかである。更に、開示される実施形態では、セグメントのうちいくつかのセグメントの第２の面にも、切欠きに隣接して凹部が設けられる。それらの凹部は、セグメントの厚み方向に延出し、それぞれ対応する切欠きの縁部全体に沿って延出する傾斜面により形成される。最後に、本実施形態においては、切欠きは長楕円形を半分に割った形状であるので、キー溝及びキーは長楕円形の形状である。
【００１６】
本発明の別の面によれば、上記の目的及び他の目的は、周囲に沿って分散配置された複数のピンを有し、より適切に誘電体フレームと係合するマニホルド構体において実現される。特に、フレームの開口部に受入れられる各々のピンは、互いに対向する外面を含む端部分を有し、それらの外面は、ピンの本体の厚み方向に内側に向かって傾斜した後、ピンの軸と一線に並んで端部分の末端部まで広がる。本発明の好適な形態においては、ピンは、前述の端部分を有するように形成された円筒形の本体を有する。
【００１７】
本発明の更に別の面においては、誘電体フレーム部材のピン受入れ穴に挿入される誘電体本体を有するインサートが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、外付けマニホルド形燃料電池スタック１０１と共に使用するための本発明の原理に従ったマニホルド１０２及び誘電体フレーム構体１００を示す。図示されるように、マニホルド１０２は、誘電体フレーム構体１００により端板（エンドプレート）１０１ｂから電気的に絶縁される。この場合、誘電体フレーム構体１００は、誘電体フレーム部材１０４と複数の絶縁ガスケット１０６、１０８、１１０とを含む。マニホルド１０２は、マニホルド本体１０２ａと、マニホルド本体１０２ａに結合されたマニホルドレール構体１０２ｂとを有する。マニホルド本体１０２ａは、本明細書中に参考として取り入れられている’８６６号出願に記載されているような可撓性構成を有するのが好ましい。図示されるように、また、'８６６号出願に更に詳細に説明されているように、マニホルド本体１０２ａは、レール構体１０２ｂがマニホルド本体１０２ａを取り囲むように、レール構体１０２ｂの中に嵌込まれる。マニホルド１０２は金属を素材としており、マニホルドを燃料電池スタック１０１から電気的に絶縁する誘電体フレーム構体１００に隣接して配置される。図示されるように、誘電体フレーム部材１０４及び絶縁ガスケット１０６、１０８、１１０のスタック側平面に沿った形状及び寸法は、マニホルドレール構体１０２ｂの形状及び寸法にほぼ対応する。
【００１９】
絶縁ガスケットは、第１のマニホルド側ガスケット１０６と、第２のマニホルド側ガスケット１０８と、圧縮自在のスタック側ガスケット１１０とを含む。第１のガスケット１０６は、マイカ又は他の適切な電気絶縁材料から製造可能である。第２のガスケット１０８は、ジルコニアフェルト、又はそれに類似する温度特性、誘電特性及びガスフローインピーダンス特性を有する他の任意の適切な材料から製造可能である。第１のマニホルド側ガスケット１０６は、マニホルドレール構体１０２ｂと第２のマニホルド側ガスケット１０８との間に当接関係で配置され、第２のマニホルド側ガスケット１０８は、誘電体フレーム部材１０４に当接する。第１のマニホルド側ガスケット１０６及び第２のマニホルド側ガスケット１０８は、誘電体及びマニホルドの面、特に、誘電体接合部及びマニホルドの面の凹凸に従った形状を有することにより、誘電体フレーム部材１０４とマニホルド１０２との間にシールを形成する。
【００２０】
圧縮自在のスタック側ガスケット１１０は、ガスケット１０８と同様に、ジルコニアフェルト、又はそれに類似する温度特性、誘電特性及びガスフローインピーダンス特性を有する他の任意の適切な材料から製造可能である。圧縮自在のスタック側ガスケット１１０は、誘電体フレーム部材１０４のスタック側の面と燃料電池スタックの面１０１ａとの間に当接関係で配置される。
【００２１】
以下に更に詳細に説明されるように、マニホルド１０２のレール構体１０２ｂは、誘電体フレーム構体１００と係合して誘電体フレーム構体１００を保持する。特に、レール構体１０２ｂは、その周囲に分散配置された複数のピン（図１には図示せず）を含む。それらのピンは、第１のガスケット１０６及び第２のガスケット１０８の周囲にそれぞれ配置された複数の貫通開口１０６ａ、１０８ａと、誘電体フレーム部材の周囲に分散配置された複数の開口１０５とに受入れられ、それらの開口と係合する。開口１０６ａ、１０８ａ、１０５の位置は、レール構体に形成されたピンと整列する。
【００２２】
図１に示されるように、誘電体フレーム部材１０４の開口１０５は、誘電体フレーム部材１０４の厚みを一部貫通し、丸い形状の開口１０５ａと、楕円形の形状の開口１０５ｂとを含んでもよい。組み立てられた状態にあるとき、ピンは、第１のガスケット１０６、第２のガスケット１０８及び誘電体フレーム部材１０４の開口１０６ａ、１０８ａ、１０５と係合する。ピンと開口との係合後、燃料電池スタックの膨張、収縮に伴ってガスケット１０６、１０８及び誘電体フレーム部材１０４がマニホルドと共に移動可能となり、その結果、マニホルド１０２に関するガスケット及びフレーム部材による側方運動が防止される。
【００２３】
図１に概略的に示されるように、また、以下に更に詳細に示されるように、誘電体フレーム部材１０４は、端部で一体に接合された複数のセグメント１１２から形成される。特に、セグメント１１２の端部分（エンドポーション）１１２ａは、当接する端部分が一体となってキー溝１１２ｂを規定するように構成され、そのキー溝１１２ｂにキー１１４が嵌合される。このように、誘電体フレーム部材１０４が燃料電池スタック１０１及びマニホルド構成要素と共に膨張、収縮できるように、セグメント１１２は一体に保持される。本発明によれば、以下に更に詳細に説明されるように、キー１１４及びキー溝１１２ｂは、セグメント１１２に当接するガスケットの滑り（スリップ）を促進し、当接するガスケットの引裂きや浸食を防止するように構成される。
【００２４】
誘電体フレーム部材１０４の更に詳細な図が、図２Ａ及び図２Ｂに示される。図２Ａは、セグメント１１２の整列された第１の面（サーフェイス）１１２Ａにより形成される誘電体フレーム部材１０４の第１の面１０４Ａを示す。面１０４Ａは、スタック側ガスケット１１０に当接する。図２Ｂは、セグメント１１２の整列された第２の面１１２Ｂにより形成される誘電体フレーム部材１０４の反対側の面１０４Ｂを示す。面１０４ｂは、第２のマニホルド側ガスケット１０８に当接する。各セグメント１１２は、第３の面１１２Ｃ及びその反対側の第４の面１１２Ｄを更に含み、それらの面は、面１１２Ａ及び１１２Ｂの端部の両端に結合する。各フレームセグメント１１２は、セラミック材料又は他の適切な誘電体材料から製造可能である。
【００２５】
図示されるように、セグメント１１２はいくつかの構成要素を有する。それらの構成要素は、端部分が「棒状」である垂直セグメントと、各々が細い「棒状」の端部分及び「Ｔ字形」の端部分を有する上部水平セグメントと、各々が細い「棒状」の端部分及び「Ｌ字形」の端部分を有する下部水平セグメントとを含む。図示される構造の場合、２つの上部水平セグメントがフレームの上部１０４Ａを形成し、２つの下部水平セグメントがフレームの底部１０４Ｂを形成し、第１の組の垂直セグメントがフレームの一方の側１０４Ｃを形成し、垂直に配置された第２の組のセグメントがフレーム１０４の反対の側１０４Ｄを形成する。それらのセグメントは、それぞれのキー１１４と、セグメント１１２の当接する端部分１１２ａにあるキー溝１１２とにより結合される。図示されるように、キー溝は、垂直セグメントの「棒状」端部分と、下部水平セグメントの「棒状」端部分及び「Ｌ字形」端部分と、上部水平セグメントの「棒状」端部分及び「Ｔ字形」端部分の下部の短い脚部とにおいて形成される。セグメントを一体に当接させた結果、誘電体フレーム部材１０４は矩形形状となる。
【００２６】
フレーム部材と組み合わせて使用される構体の形状により指定される誘電体フレーム部材１０４の所望の形状に応じて、本発明のセグメント１１２は、図示される構成以外の構成を有してもよいことがわかる。従って、例えば、セグメントは全て棒状セグメントであってもよく、その場合には、端部分１１２ａは、当接したセグメントが所望のキー溝を形成するように当接する適切な形状を有していなければならない。
【００２７】
本発明の原理に従って、セグメント１１２の端部分１１２ａは、形成されるキー溝１１２ｂが隣接するガスケットの滑りを促進し、引裂きなどによるガスケットの劣化を減少するように構成される。更に、キー１１４も、滑りを助け且つそのような劣化を減少するように構成される。
【００２８】
図２Ｃ及び図２Ｄは、垂直セグメントの端部分１１２ａの１つを両側の面１１２Ａ及び１１２Ｂからそれぞれ見た図である。図示される構成の場合、セグメントの他方の端部分も同様の構造であり、その他の垂直セグメントの端部分も全て同一の構造である。更に、図示される構成の場合、下部水平部材の「Ｌ字形」端部分及び上部水平部材の「Ｔ字形」端部分の下部も同一の構造である。
【００２９】
図２Ｃ及び図２Ｄからわかるように、端部分１１２ａは、端部分の端面（エンドサーフェイス）１１２Ｅから本体の長さに沿って本体の中へ延出する切欠き１１３を含む。切欠き１１３は、セグメントの面１１２Ａと面１１２Ｂとの間に延出し、セグメントの面１１２Ｃ及び１１２Ｄから離間している。図示されるように、切欠きは長楕円形を半分に割った形状であり、切欠きの先端部１１３ａは丸い形である。本発明によれば、切欠き１１３の先端部１１３ａ、すなわち、セグメントの長さに沿って最も遠い位置にある端部において、第１の面１１２Ａに凹部１１２Ａａが設けられる。図示されるように、凹部は、セグメント１１２の本体の厚み方向に傾斜し且つ切欠き１１３の先端部１１３ａの縁部（エッジ）で終わる傾斜面として形成される。面１１２Ａの平坦な部分１１２Ａｂは、凹部の端から延出し、凹部１１３が切欠きに突当たる場所に隣接する切欠きの縁部で終端する。更に図から明らかなように、面１１２Ａは、端面１１２Ｅに隣接して、別の傾斜部分１１２Ａｃを含む。
【００３０】
従って、２つの隣接するセグメント１１２の図２Ｃ及び図２Ｄに示されるような端部分が当接するような位置関係で配置された場合、その結果形成されるキー溝は長楕円形の形状を有することがわかる。また、キー溝の境界は、セグメントの切欠き１１３の先端部１１３ａにより規定されるキー溝の両端部において、傾斜する凹部の面（傾斜する凹部１１２Ａａにより形成される）により規定される。キー溝は、セグメントの当接する端面１１２Ｅにより形成されるキー溝の側面に、別の傾斜面（面１１２Ａｃにより形成される）を有する。それらの傾斜面が存在することにより、急な面接触が減少する。それにより、フレームセグメントと、セグメントに隣接する部材との間の滑り接触が促進され、その結果、部材間の相互作用及び引裂きが減少する。これは、特にフレームセグメントに隣接して配置されたガスケットに関して当てはまる。
【００３１】
この滑り作用を更に促進し、急激な接触を少なくするために、上述のキー溝と共に使用される各々のキー１１４は、対応するキー溝の両端部にある傾斜した凹部に当接するのに適する傾斜面を有するように構成される。図３Ａ及び図３Ｂは、そのように適合されたキー１１４を示す。キー１１４は、フレームセグメント１１２と同一又は同様の誘電体材料から形成される。
【００３２】
図示されるように、キー１１４は、上面１１４Ａ及び下面１１４Ｂと、中央部分１１４Ｃと、中央部分１１４Ｃの両側に隣接する２つの丸形の端部分１１４Ｄ、１１４Ｅとを含むほぼ長楕円形の円筒形状を有する。このほぼ長楕円形の形状は、キー溝１１３の長楕円形の形状に嵌合する。
【００３３】
キー１１４の上面１１４Ａの両端部１１４Ａａ及び１１４Ａｂは、キーの厚み方向に傾斜している。上述のように、キー１１４がキー溝１１２ｂの中に配置されたとき、傾斜した端部１１４Ａａ及び１１４Ａｂは、キー溝の隣接する端部と境を接する凹部１１２Ａａと接触する。従って、キー１１４の傾斜した端部は、フレームセグメントに隣接して配置された部材との相互作用に際して、急激な接触の少ない傾斜面を形成する。これにより、滑りが促進され、隣接する部材の引裂き又は破損などによる損傷が少なくなる。
【００３４】
フレーム１０４の損傷を更に防止するために、フレームセグメント１１２の選択された面とキー１１２Ａの選択された面との間の縁部を面取りできる。従って、図２Ｃに示されるように、第１の面１１２Ａと端面１１２Ｅとの間の縁部並びに第１の面１１２Ａと側面１１２Ｃ及び１１２Ｄとの間の縁部が面取りされている。同様に、側面１１２Ｃ、１１２Ｄと端面１１２Ｅとの間の縁部も面取りされている。最後に、キー１１４の上面１１４ａと中央部分及び端部分１１４Ｃ〜１１４Ｅとの間の縁部も同様に面取りされている。
【００３５】
本発明の一実施形態においては、凹部１１２Ａａの傾斜と、面１１２Ａｃの傾斜と、キー端部１１４Ａａ及び１１４Ａｂの傾斜とは同一に形成される。１０〜３０°の範囲の傾斜が使用可能である。また、面取りされる縁部に使用できる傾斜は、３５〜６０°である。
【００３６】
開示される実施形態においては、図２Ｂに示されるように、凹部１１２Ａａを有する各セグメント１１２の面１１２Ｂにも、凹部１１２Ｂａが設けられている。この凹部は、切欠き１１３の縁部全体を取り囲み、同様にセグメントと隣接する部材との相互作用を緩和するために傾斜している。この傾斜に使用できる角度は１０〜３０°である。
【００３７】
尚、切欠き１１３は長楕円形を半分に割った形状であり、その結果、キー溝は長楕円形であるように図示されているが、他の形状も使用可能である。従って、例えば、切欠きとして、部分楕円形又は部分矩形の形状も使用でき、その場合、キー溝は楕円形又は矩形となる。そのような場合、キー溝の形状に対応するために、キー１１４の形状が変更されることは言うまでもない。
【００３８】
更に図１Ａ及び図１Ｂからわかるように、図示される本発明の形態においては、フレーム１０４の上部水平セグメント及び下部水平セグメントの隣接する「棒状」端部分１１２ａのキー溝は長楕円形の形状であるが、隣接した凹部を含まない。同様に、それらのキー溝において使用される長楕円形のキーは、傾斜した端部を含まない平坦な上面を有する。これは、フレーム１０４のセグメントのそれらの部分が、該当する領域において、垂直セグメントほど滑りの改善を必要としないためである。しかし、滑りの改善が望まれる場合には、垂直セグメントと同様に、端部分及びキーの傾斜した端部に凹部を形成できる。
【００３９】
図２Ａ及び図２Ｂに示される誘電体フレーム部材１０４の構成においては、水平セグメント及び垂直セグメントの幅は、レール構体１０２ｂの対応する水平部材及び垂直部材の幅に対応するように選択されている。更に、上部水平セグメント１１２の「Ｔ字形」端部分１１２ａの上方脚部は、レール構体１０２ｂの水平部材の同様の上方脚部に適合する。
【００４０】
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、図１のマニホルド１０２を更に詳細に示す平面図及び側面図である。図示されるように、また、先に説明したように、マニホルド１０２は、マニホルド本体１０２ａと、マニホルドレール構体１０２ｂとを具備する。マニホルド本体１０２ａは、'８６６号特許出願に詳細に説明されているように、複合折れ目１３２により分離された複数のパン部分１３０を形成する可撓性構成を有する。複合折れ目１３２により、マニホルド１０２は燃料電池スタックの形状に適合できる。複数のレール部材１３４ａ〜ｄから形成されるレール構体１０２ｂは、マニホルド本体１０２ａを取り囲む。
【００４１】
垂直レール部材１３４ａ、１３４ｂは、マニホルド本体１０２ａの長さに沿って延出し、レール構体１０２ｂの側方レールを形成する。一方、水平レール部材１３４ｃ及び１３４ｄは、マニホルド本体１０２ａの上部及び底部を囲み、それぞれ、構体１０２ｂの上部レール及び底部レールを形成する。図４Ａに示されるように、レール構体１０２ｂの側方レール１３４ａ、１３４ｂは、構体１０２ｂの上部レール部材１３４ｃを越えて突出し、延長部分１３６を形成する。延長部分１３６は、燃料電池スタックの動作中にマニホルド１０２が膨張する余裕を与え、図１に示されるように、誘電体フレーム部材１０４及び絶縁ガスケット１０６、１０８、１１０の対応する部分と整列する。
【００４２】
'８６６号特許出願に更に詳細に説明されるように、また、図４Ｂに示されるように、構体１０２ｂの水平レール部材１３４ａ、１３４ｂは、部材の厚みの一部を貫通する複数の切欠き又は切溝１３８を含む。切溝１３８の位置は、マニホルド本体１０２ａの複合折れ目１３２と整列する。マニホルド本体１０２ａの複合折れ目１３４と、レール部材１３４ａ、１３４ｂの切溝１３８とが、マニホルド１０２に可撓性を与えていることがわかる。
【００４３】
図１に関して説明され且つ図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、マニホルド１０２は、スタック側の面の周囲に沿って分散配置された複数のピン１４０を含む。ピン１４０は、レール構体１０２ｂから延出し、図１に示される誘電体構体１００に形成された溝穴又は開口と係合する。特に、ピン１４０は、誘電体フレーム部材１０４の個々のセグメント１１２を、スタック面１０１ａ及びマニホルド面により規定される平面の中で、マニホルドレール構体１０２ｂに対して拘束して位置決めする。特に、ピン１４０は、誘電体フレーム部材１０４と絶縁ガスケット１０６、１０８との平面内並進運動並びにピン１４０に関する部材１０４及びガスケット１０６、１０８の回転を抑止する。ピン１４０は、レール構体１０２ｂを形成する材料と同一であるか又はそれに類似する金属材料から製造可能である。
【００４４】
図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、垂直レール１３４ａ、１３４ｂの各々は、切溝１３８の両側に形成された少なくとも１つのピン１４０を含み、更に、レールの端部の付近にピン１４０を含む。レールの端部付近のピンは、それぞれ対応するレールの延長部材１３６に形成され、スタックが動いている間に絶縁ガスケットを所定の場所により適切に維持するように、延長部分にある切欠き１３６ａの中に摺動自在に装着される。各垂直レール１３４ｃ、１３４ｄは、レールの中央付近に２つのピン１４０を含む。
【００４５】
先に図１に関して説明したように、ピン１４０は、マニホルド側ガスケット１０６、１０８の開口１０６ａ、１０８ａ及び誘電体フレーム部材１０４の開口１０５に嵌合する。これにより、マニホルド１０２及び誘電体フレーム構体１００は一体に保持され、マニホルド及びスタックに対する誘電体フレーム構体構成要素の側方への動きは最小限に抑えられる。
【００４６】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明によるピン１４０の各々の構成を更に詳細に示す斜視図及び側面図である。ピンがこのような構成であれば、特に開口１０５及びその周囲の領域において、マニホルドにより誘電体フレーム部材１０４に加えられる応力が減少される。更に、この構成は、ピン１４０が誘電体フレーム構体の溝穴と係合したとき、マニホルドを誘電体フレーム構体に対して回動させる。
【００４７】
図５Ａに示されるように、各々のピン１４０は、テーパされた形状の上端部１４６を含むほぼ円筒形の本体１４１を有する。特に、ピン１４０の上端部１４６の両側面１４６Ａ及び１４６Ｂは、ピンの厚み方向にテーパ、すなわち、傾斜されて、傾斜セグメント１４６Ａａ及び１４６Ｂａを形成する。それらのセグメントの後に、直上へ、すなわち、本体１４１の軸と平行に延出するセグメント１４６Ａｂ及び１４６Ｂｂが続く。その結果、ピンの端面１４７は長楕円形の形状になり、セグメント１４６Ａｂ、１４６Ｂｂの縁部に対向する直線状の縁部１４７Ａ及び１４７Ｂが形成される。また、ピンの円筒形本体には、対向する丸形の縁部１４７Ｃ及び１４７Ｄが形成される。誘電体フレーム部材１０４に対する損傷を引き起こすおそれがある鋭く尖った縁部をなくすために、丸形の縁部１４７Ｃ及び１４７Ｄは面取りされる。
【００４８】
セグメント１４６Ａａ及び１４６Ｂａに使用可能な傾斜角度は、マニホルド及び誘電体フレーム構体の条件に応じて、１０〜６０°の範囲である。
【００４９】
図６Ａは、誘電体フレーム構体１００と係合したマニホルド１０２のスタック側の面１４２から見た図である。図示されるように、誘電体フレーム部材１０４の水平セグメント１１２の幅の一部は、マニホルドレール構体１０２ｂの水平レール１３４ｃ〜ｄの幅を越える。これにより、スタック（図示せず）とマニホルド１０２との間のガス密封及び電気絶縁が更に向上する。
【００５０】
図６Ａ〜図６Ｃを参照すると、圧縮自在のスタック側ガスケット１１０のマニホルド側の面１１０ａ１のあらかじめ選択された複数の領域に滑り面１１０が設けられ、更に、ガスケット１１０のスタック側の面１１０ｂ１のあらかじめ選択された複数の領域に滑り面１１０ｂが設けられる。滑り面構造の詳細は、本出願と同一の譲受人に譲渡された同時係属米国特許出願公開第１１／０２２，９７７号に説明されている。特に、マニホルド側の面１１０ａ１の滑り面１１０ａは、ガスケットの垂直レール１１０ｃに形成され、スタック側の面１１０ｂ１の滑り面１１０ｂは、ガスケット１１０の水平レール１１０ｄに沿って形成される。マニホルド側滑り面１１０ａは、スタック面１０１ａとマニホルドの誘電体フレーム部材１０４との相対運動を容易にし、一方、スタック側滑り面１１０ｂは、スタック端板１０１ｂ、１０１ｃと圧縮自在のガスケット１１０との相対運動を容易にする。
【００５１】
ピン１４０と誘電体フレーム構体１００との係合及び滑り面１１０ａ、１１０ｂの構造が、図６Ｂ及び図６Ｃに詳細に示される。それらの図は、それぞれ、図６Ａにおいて「Ｂ」及び「Ｃ」の文字を付した円により囲まれた領域において線６Ｂ‐６Ｂ及び線６Ｃ‐６Ｃに沿ったマニホルド１０２及び誘電体フレーム構体１００を示す横断面図である。
【００５２】
図６Ｂ及び図６Ｃに示されるように、レール構体１０２ｂのレール部材１３４ａに形成されたピン１４０は、第１のマニホルド側ガスケット１０６及び第２のマニホルド側ガスケット１０８の対応する溝穴又は開口１０６ａ、１０８ａにそれぞれ挿入されて、それらの絶縁ガスケットをマニホルド１０２ａと係合させ、マニホルド１０２に関するガスケットの側方運動を阻止する。その後、ピン１４０は、誘電体フレーム部材１０４の対応する開口１０５に挿入されて、部材１０４をマニホルド１０２と係合させる。図からわかるように、開口１０５は、部材の厚みの一部を貫通し、開口の深さは、開口１０５の中へ延出するピン部分の長さを越えていてもよい。先に説明したようなピン１４０の構成により、特に、絶縁ガスケット１０６、１０８が誘電体フレーム部材１０４とマニホルド１０２との間で圧縮され、ピン１４０が更に開口の中へ押込まれたときに、開口１０５及びその周囲の領域において誘電体フレーム部材１０４に加わる応力が減少される。更に、ピンの構造は、誘電体フレーム部材１０４に対してマニホルド１０２が回動することによって部材１０４に対し加えられる応力を減少する。
【００５３】
更に、圧縮自在のガスケット１１０の垂直レール部材１１０ｃに沿ったマニホルド側滑り面１１０ａが図６Ｂに示され、水平レール部材、垂直レール部材１１０ｄに沿ったスタック側滑り面１１０ｂが図６Ｃに示される。図６Ｂに示されるように、また、先に説明したように、滑り面１１０ａは、誘電体フレーム部材１０４に当接するように、ガスケットレール部材１１０ｃのマニホルド側の面１１０ａ１にある。これに対し、滑り面１１０ｂは、レール部材１１０ｄのスタック側の面１１０ｂ１にあり、燃料電池スタックの端板１０１ｂ、１０１ｃに当接する。前述のように、各滑り面の詳細は、先に挙げた同時係属出願の中で説明されている。
【００５４】
尚、ピン１４０は、円筒形以外の形状を有するピンを含んでもよい。特に、レール部材のいくつかの位置で長楕円形のピンを使用でき、それらのピンは、誘電体フレーム部材１０４の対応する長楕円形の穴１０５（図１を参照）と係合する。長楕円形のピンは、完全に円筒形のテーパなしの本体を有してもよい。
【００５５】
本発明の更に別の面においては、誘電体フレーム部材の穴１０５にインサート１１を設けることができる。インサート１１は穴１０５に挿入され、ピン１４０の本体部分を受入れ且つ本体部分の少なくとも一部を取り囲む誘電体本体を有する。それらのインサートは、誘電体フレーム１０４をピン１４０から更に電気的に絶縁し、その結果、誘電体フレーム１０４をレール構体１０２ｂ及びマニホルド１０２から電気的に絶縁する。更に、インサートは、ピンによりフレームの穴の面に加えられるヘルツ接触応力を軽減する。
【００５６】
図７Ａ〜図７Ｄ、図８Ａ〜図８Ｄ、図９Ａ〜図９Ｄ及び図１０Ａ〜図１０Ｄは、インサート１１の種々の形態を示す。各インサート１１は、一端部１２Ａに開口１２Ｂを有する細長いシェル１２として形成された誘電体本体を有する。対応するピンを受入れるために、インサート１１が対応する穴１０５に装着されたとき、開口１２Ｂは穴から顔を出す。シェル１２は、開口１２Ｂから反対側の端部１２Ｄに向かって延出する細長い溝穴１２Ｃを有する。溝穴１２Ｃは、端部１２Ｄに向かって広がる。図示されている構造の場合、溝穴は、シェルのある長さに沿って一定の幅を有するが、それに続いて、漏斗形状に幅が広がる。溝穴１２Ｃが形成されているために、対応するピン本体を過剰に取り囲むこと又はピン本体と重なり合うことが防止され、熱の影響によるピンの成長が可能になる。
【００５７】
図７Ａ〜図７Ｄ及び図８Ａ〜図８Ｄのシェル１２は円筒形であり、同様に円筒形の形状を有する穴１０５及びピンと共に使用されるためのものである。図９Ａ〜図９Ｄ及び図１０Ａ〜図１０Ｄのシェルは長楕円形であり、同様に長楕円形の形状を有する穴１０５及びピン１４０と共に使用されるためのものである。
【００５８】
更に、図７Ａ〜図７Ｄ及び図９Ａ〜図９Ｄのシェルは、底面が平坦である穴１０５と共に使用される。従って、それらのシェルは、端部１２Ｄに開口１２Ｅを有する。これに対し、図８Ａ〜図８Ｄ及び図１０Ａ〜図１０Ｄのシェルは、底面が丸形で閉鎖されている穴１０５に対して使用され、そのため、それらのシェルの端部１２Ｄは、閉鎖された丸形の部分又はクラウン１２Ｆを有する。更に、丸形部分又はクラウン１２Ｆの両側は、開口１２Ｆ１及び１２Ｆ２によって拡張されており、一方の開口１２Ｆ１は溝穴１２Ｃと連通する。クラウン１２Ｆは、インサートが穴に組付けられたときに、シェル１２が穴１０５の丸形の底面で隆起するのを阻止する。
【００５９】
誘電体本体１２は、例えば、マイカなどの誘電抵抗率が高い誘電体から製造可能である。また、約０．００６インチの厚さを有するシェルを使用可能である。用途に応じて、それより厚いシェル又は薄いシェルも使用できることは言うまでもない。
【００６０】
尚、任意の数の絶縁ガスケット及び誘電体フレーム部材を含む誘電体フレーム構体に本発明の原理が適用される。更に、本発明に従った誘電体フレーム構体及びマニホルド構造は、それぞれのスタック面の全て又は一部にマニホルドが外付けされた燃料電池スタック並びに任意の数の面及びマニホルドを有するスタックと組合わせて使用されてよい。
【００６１】
いずれの場合においても、以上説明した構造は、単に、本発明の適用を表現する数多くの可能な特定の実施形態を例示しているにすぎない。本発明の趣旨の範囲から逸脱せずに、本発明の原理に従って数多くの多様な他の構造を容易に考案できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
本発明の上記の特徴及び面並びに他の特徴及び面は、添付の図面と関連させて以下の詳細な説明を読むことにより、更に明らかになるであろう。
【図１】図１は、本発明の原理に従ったマニホルド及び誘電体フレーム構体を有する外付けマニホルド形燃料電池スタックを示す斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、スタック側及びマニホルド側から見た図１の構体の誘電体フレーム部材を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、スタック側及びマニホルド側から見た図１の構体の誘電体フレーム部材を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａ及び図２Ｂの誘電体フレーム部材の１つのセグメントの端部分の両側面から示す斜視図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ａ及び図２Ｂの誘電体フレーム部材の１つのセグメントの端部分の両側面から示す斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２Ａ及び図２Ｂの誘電体フレーム部材において使用されるキーを示す斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示されるキーを示す側面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明によるマニホルド本体及びレール構体を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａのマニホルド本体及びレール構体を示す側面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図４Ａ及び図４Ｂのマニホルド及びレール構体のピン構成を示す斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａのピンを示す側面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、誘電体フレームに装着された図１のマニホルド及び誘電体フレーム構体を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａにおいて円「Ｂ」で囲まれた図６Ａの構体の部分の線６Ｂ‐６Ｂに沿った詳細横断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ａにおいて円「Ｃ」で囲まれた図６Ａの構体の部分の線６Ｃ‐６Ｃに沿った詳細横断面図である。
【図７Ａ】、
【図７Ｂ】、
【図７Ｃ】、
【図７Ｄ】、
【図８Ａ】、
【図８Ｂ】、
【図８Ｃ】、
【図８Ｄ】、
【図９Ａ】、
【図９Ｂ】、
【図９Ｃ】、
【図９Ｄ】、
【図１０Ａ】、
【図１０Ｂ】、
【図１０Ｃ】、
【図１０Ｄ】図７Ａ〜図７Ｄ、図８Ａ〜図８Ｄ、図９Ａ〜図９Ｄ及び図１０Ａ〜図１０Ｄは、図１の構体の誘電体フレーム部材の穴においてインサートとして使用されるインサートの種々の形態を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体フレームを具備し、前記誘電体フレームは、
複数のセグメントであって、各セグメントは、第１の面及び前記第１の面に対向する第２の面と、第１の端部分及び第２の端部分とを有し、前記第１の端部分及び前記第２の端部分の各々は、端面と、前記端部分の前記端面から前記セグメントの長さに沿って、前記第１の面から前記第２の面まで延出する切欠きとを有し、
前記複数のセグメントは、それぞれの前記第１の面が整列されるとともに前記第２の面も整列されており、１つのセグメントの第１の端部分の端面は隣接したセグメントの第２の端部分の端面に当接しており、且つ該当接したセグメントの該第１の端部の切欠きと該第２の端部分の切欠きとがキー溝を形成するような当接関係で配列されたセグメントと、
前記当接したセグメントを一体に保持するように前記キー溝の中にそれぞれ配置された複数のキーと
を含み、
前記セグメントのうちいくつかは、該セグメントの第１の面において、該セグメントの第１の端部分及び第２の端部分のうち１つ以上に、前記切欠きに隣接して凹部を有する構体。
【請求項２】
前記凹部のぞれぞれは、それぞれ対応するセグメントの厚み方向に傾斜した面を具備する請求項１記載の構体。
【請求項３】
前記凹部のそれぞれは、それぞれ対応する切欠きの先端部に隣接し、前記先端部は、前記切欠きを有する前記セグメントの前記端部分の前記端面から最も遠い位置にある請求項２記載の構体。
【請求項４】
前記凹部のそれぞれの後に、平坦であり、隣接した前記切欠きの部分で終わる面が続いている請求項３記載の構体。
【請求項５】
前記切欠きのそれぞれは、一部長楕円形の形状を有し、長楕円形形状の湾曲部分は前記切欠きの前記先端部である請求項３記載の構体。
【請求項６】
前記切欠きが隣接した凹部を有する前記セグメントの各端部分は、同様に前記切欠きが隣接した凹部を有するセグメントの端部分と当接している請求項３記載の構体。
【請求項７】
前記凹部を有する各セグメントの第１の面は、前記切欠きが凹部に隣接している端部分の端面に隣接したセグメントの厚み方向に傾斜している請求項３記載の構体。
【請求項８】
前記セグメントの凹部の傾斜角度は、前記セグメントの端面に隣接した前記セグメントの第１の面の傾斜角度と等しい請求項６記載の構体。
【請求項９】
前記凹部のそれぞれの前記傾斜角度は同一である請求項８記載の構体。
【請求項１０】
前記凹部のそれぞれの前記傾斜角度は１０〜３０°の範囲である請求項９記載の構体。
【請求項１１】
前記キーの各々は、第１の面及び前記第１の面に対向する第２の面を有し、各キーの前記第１の面は、そのキーにより一体に保持される前記当接しているセグメントの前記第１の面と整列され、隣接した凹部を有する前記切欠きにより規定されたキー溝の中の各キーの前記第１の面の両端部は、そのキーの厚み方向に傾斜している請求項７記載の構体。
【請求項１２】
１つのセグメントの各凹部の傾斜角度と、切欠きがその凹部に隣接しているセグメントの端部分の端面に隣接したセグメントの第１の面の傾斜角度と、その凹部に隣接したキーの端部の傾斜角度とは互いに等しい請求項１１記載の構体。
【請求項１３】
各凹部の傾斜角度は１０〜３０°の範囲である請求項１２記載の構体。
【請求項１４】
各セグメントは、前記第１の面と前記第２の面とを接合する第３の面及び前記第３の面に対向する第４の面を有し、各セグメントの切欠きは、そのセグメントの第３の面及び第４の面から離間して配置され、セグメントの第３の面及び第４の面に接合する前記第１の面の縁部は面取りされ、セグメントの第１の端部分及び第２の端部分の各端面に接合する第１の面の縁部は面取りされ、セグメントの第１の端部分及び第２の端部分のうち１つ以上の端部分の端面に接合する第３の面及び第４の面の縁部は面取りされている請求項１２記載の構体。
【請求項１５】
前記凹部のそれぞれの傾斜角度は１０〜３０°の範囲であり、各面取りの角度は３５〜６０°の範囲である請求項１４記載の構体。
【請求項１６】
前記凹部を有する各セグメントの前記第２の面は、前記切欠きの周囲に沿って、前記凹部に隣接して別の凹部を有し、前記別の凹部は傾斜面を具備する請求項１１記載の構体。
【請求項１７】
前記凹部及び前記別の凹部の各々の面の傾斜は１０〜３０°の範囲である請求項１６記載の構体。
【請求項１８】
前記複数のセグメントは、水平に配置された第１の組のセグメントと、前記水平に配置された第１の組のセグメントから垂直方向に離間して配置された水平に配置された第２の組のセグメントと、垂直に配置された第１の組のセグメントと、前記垂直に配置された第１の組のセグメントから水平方向に離間して配置された垂直に配置された第２の組のセグメントとを含み、
前記水平に配置された第１の組のセグメントのうち第１の端セグメントは、前記垂直に配置された第１の組のセグメントのうち第１の端セグメントと当接し、
前記水平に配置された第１の組のセグメントのうち第２の端セグメントは、前記水平に配置された第２の組のセグメントのうち第１の端セグメントと当接し、
前記水平に配置された第２の組のセグメントのうち第１の端セグメントは、前記垂直に配置された第１の組のセグメントのうち第２の端セグメントと当接し、
前記水平に配置された第２の組のセグメントのうち第２の端セグメントは、前記垂直に配置された第２の組のセグメントのうち第２の端セグメントと当接している請求項１１記載の構体。
【請求項１９】
前記水平に配置された第１の組のセグメントのうち前記第１の端セグメント及び前記第２の端セグメントの各々と、前記水平に配置された第２の組のセグメントのうち前記第１の端セグメント及び前記第２の端セグメントの各々とは、垂直に延出して、それぞれ対応する垂直に配置されたセグメントと当接する端部分の第１の部分を有し、前記水平に配置された第１の組のセグメントのうち前記第１の端セグメント及び前記第２の端セグメントの各々は、前記第１の部分を有する前記端部分において前記第１の部分とは反対の側へ垂直方向に延出する延長部分を有する請求項１８記載の構体。
【請求項２０】
各切欠きは一部長楕円形の形状を有し、前記キーの各々は長楕円形の形状である請求項１１記載の構体。
【請求項２１】
前記キーの各々は、第１の面及び前記第１の面に対向する第２の面を有し、各キーの前記第１の面は、そのキーにより一体に保持された前記当接したセグメントの前記第１の面と整列され、隣接した凹部を有する切欠きにより規定されるキー溝の中の各キーの前記第１の面の両端部は、そのキーの厚み方向に傾斜している請求項１記載の構体。
【請求項２２】
スタック面を有する燃料電池スタックと、前記スタック面に当接したマニホルドとを更に具備し、前記誘電体フレームは、前記マニホルドと前記スタック面との間に配置される請求項２１記載の構体。
【請求項２３】
前記フレームと前記スタックの前記面との間に配置されたガスケットと、前記フレームと前記マニホルドとの間に配置された少なくとも１つの別のガスケットとを更に具備する請求項２２記載の構体。
【請求項２４】
前記マニホルドは、前記マニホルドの周囲に沿って分散配置された複数のピンを含み、前記別のガスケットは、前記ピンと整列され前記ピンが貫通する複数の貫通開口部を含み、前記セグメントは、前記ピンと整列され前記ピンを受入れる複数の開口部を含む請求項２３記載の構体。
【請求項２５】
前記ピンの各々は、そのピンの上端部に、該ピンの本体の厚み方向に傾斜し、その後、該ピンの端面までまっすぐ上へ延出する互いに対向した面を有する請求項２４記載の構体。
【請求項２６】
前記ピンの長さは、前記ピンを受入れる前記セグメントの開口部の長さより短い請求項２５記載の構体。
【請求項２７】
前記ピンの各々は円筒形の本体を有し、前記端面は長楕円形である請求項２５記載の構体。
【請求項２８】
周囲に沿って分散配置された１つ以上のピンを含むマニホルドを具備し、前記ピンの各々は、そのピンの上端部に、前記ピンの本体の厚み方向に傾斜し、その後、該ピンの端面までまっすぐ上へ延出する互いに対向する面を有する構体。
【請求項２９】
前記ピンの各々は円筒形の本体を有し、前記端面は長楕円形である請求項２８記載の構体。
【請求項３０】
前記長楕円形の端面の丸形の縁部は面取りされる請求項２９記載の構体。
【請求項３１】
前記マニホルドは、マニホルド本体と、前記本体の周囲に装着され、前記ピンが延出するレール構体とを更に含む請求項２８記載の構体。
【請求項３２】
前記レール構体は、第１の側面及び前記第１の側面とは反対の側にある第２の側面と、第３の側面及び前記第３の側面とは反対の側にある第４の側面とを含み、前記第１の側面及び前記第２の側面は、前記第３の側面及び前記第４の側面と接続してフレームを形成し、前記第１の側面及び前記第２の側面は、前記第４の側面を越えて延出して延長部分を形成する請求項３１記載の構体。
【請求項３３】
前記延長部分の各々はピンを摺動自在に支持する請求項３２記載の構体。
【請求項３４】
前記延長部分の各々は、前記ピンが摺動自在に保持される切欠きを含む請求項３３記載の構体。
【請求項３５】
前記本体は、複合折れ目により互いに離間された複数のパン部分を有し、前記レール構体は、前記複合折れ目と一線に整列された複数の切溝を有する請求項３４記載の構体。
【請求項３６】
前記傾斜角度は１０〜３０°の範囲である請求項２８記載の構体。
【請求項３７】
前記マニホルドは、前記マニホルドの周囲に沿って配置された長楕円形の形状をした１つ以上の別のピンを含む請求項２８記載の構体。
【請求項３８】
前記別のピンの各々は、テーパ形状を含まない完全円筒形の本体を有する請求項３７記載の構体。
【請求項３９】
周囲に沿って分散配置された複数の開口部を有する誘電体フレームと、
前記開口部のうち１つ以上の中に配置されるインサートとを具備し、前記インサートの各々は、対応する開口部に挿入される部材を受入れ且つ部分的に取り囲むように構成された誘電体本体を具備する構体。
【請求項４０】
前記誘電体本体は、対応する開口部の外側に面する第１の端部に開口を有する細長いシェルを具備する請求項３９記載の構体。
【請求項４１】
前記細長いシェルは、該細長いシェルの長さに沿って、該細長いシェルの前記第１の端部に設けられた前記開口から前記第１の端部とは反対の側にある前記細長いシェルの第２の端部に向かって走る溝穴を有する請求項４０記載の構体。
【請求項４２】
前記溝穴は、第１の距離に沿って一定の幅を有し、それに続いて拡張して漏斗形状を呈する請求項４１記載の構体。
【請求項４３】
前記細長いシェルは、前記第１の端部とは反対の側にある前記細長いシェルの第２の端部に開口を有する請求項４１記載の構体。
【請求項４４】
前記細長いシェルは、円筒形及び長楕円形のうち一方の形状を有する請求項４３記載の構体。
【請求項４５】
前記細長いシェルは、前記第１の端部の反対側に、閉鎖された丸形の第２の端部を有する請求項４１記載の構体。
【請求項４６】
前記細長いシェルは、前記閉鎖された丸形の第２の端部の両側壁部分に、別の互いに対向する開口を有する請求項４５記載の構体。
【請求項４７】
前記別の開口のうち一方は前記溝穴と連通する請求項４６記載の構体。
【請求項４８】
前記細長いシェルは、円筒形及び長楕円形のうち一方の形状を有する請求項４７記載の構体。
【請求項４９】
前記誘電体本体はマイカから形成される請求項３９記載の構体。
【請求項５０】
ピンであって、該ピンの本体の厚み方向に傾斜し、その後、該ピンの端面までまっすぐ上へ延出する互いに対向した面を上端部に有するピン。
【請求項５１】
第１の端部にある開口と、前記第１の端部の反対の側にあり、開放状態及び閉鎖状態のうち一方である、丸い形状をした第２の端部とを有する細長いシェルとして形成された誘電体本体を具備するインサート。
【請求項５２】
前記細長いシェルは、該細長いシェルの長さに沿って、該細長いシェルの前記第１の端部に設けられた前記開口から前記第１の端部とは反対の側にある前記細長いシェルの第２の端部まで走る溝穴を有する請求項５１記載のインサート。
【請求項５３】
前記溝穴は、第１の距離に沿って一定の幅を有し、それに続いて拡張して漏斗形状を呈する請求項５２記載のインサート。
【請求項５４】
前記細長いシェルは、円筒形及び長楕円形のうち一方の形状を有する請求項５２記載のインサート。
【請求項５５】
前記細長いシェルは、閉鎖された丸形の第２の端部と、前記閉鎖された丸形の第２の端部の両側壁部分にある別の互いに対向した開口とを有する請求項５２記載のインサート。
【請求項５６】
前記別の開口のうち一方は前記溝穴と連通する請求項５５記載の構体。
【請求項５７】
前記誘電体本体はマイカから形成される請求項５１記載の構体。
【請求項１】
誘電体フレームを具備し、前記誘電体フレームは、
複数のセグメントであって、各セグメントは、第１の面及び前記第１の面に対向する第２の面と、第１の端部分及び第２の端部分とを有し、前記第１の端部分及び前記第２の端部分の各々は、端面と、前記端部分の前記端面から前記セグメントの長さに沿って、前記第１の面から前記第２の面まで延出する切欠きとを有し、
前記複数のセグメントは、それぞれの前記第１の面が整列されるとともに前記第２の面も整列されており、１つのセグメントの第１の端部分の端面は隣接したセグメントの第２の端部分の端面に当接しており、且つ該当接したセグメントの該第１の端部の切欠きと該第２の端部分の切欠きとがキー溝を形成するような当接関係で配列されたセグメントと、
前記当接したセグメントを一体に保持するように前記キー溝の中にそれぞれ配置された複数のキーと
を含み、
前記セグメントのうちいくつかは、該セグメントの第１の面において、該セグメントの第１の端部分及び第２の端部分のうち１つ以上に、前記切欠きに隣接して凹部を有する構体。
【請求項２】
前記凹部のぞれぞれは、それぞれ対応するセグメントの厚み方向に傾斜した面を具備する請求項１記載の構体。
【請求項３】
前記凹部のそれぞれは、それぞれ対応する切欠きの先端部に隣接し、前記先端部は、前記切欠きを有する前記セグメントの前記端部分の前記端面から最も遠い位置にある請求項２記載の構体。
【請求項４】
前記凹部のそれぞれの後に、平坦であり、隣接した前記切欠きの部分で終わる面が続いている請求項３記載の構体。
【請求項５】
前記切欠きのそれぞれは、一部長楕円形の形状を有し、長楕円形形状の湾曲部分は前記切欠きの前記先端部である請求項３記載の構体。
【請求項６】
前記切欠きが隣接した凹部を有する前記セグメントの各端部分は、同様に前記切欠きが隣接した凹部を有するセグメントの端部分と当接している請求項３記載の構体。
【請求項７】
前記凹部を有する各セグメントの第１の面は、前記切欠きが凹部に隣接している端部分の端面に隣接したセグメントの厚み方向に傾斜している請求項３記載の構体。
【請求項８】
前記セグメントの凹部の傾斜角度は、前記セグメントの端面に隣接した前記セグメントの第１の面の傾斜角度と等しい請求項６記載の構体。
【請求項９】
前記凹部のそれぞれの前記傾斜角度は同一である請求項８記載の構体。
【請求項１０】
前記凹部のそれぞれの前記傾斜角度は１０〜３０°の範囲である請求項９記載の構体。
【請求項１１】
前記キーの各々は、第１の面及び前記第１の面に対向する第２の面を有し、各キーの前記第１の面は、そのキーにより一体に保持される前記当接しているセグメントの前記第１の面と整列され、隣接した凹部を有する前記切欠きにより規定されたキー溝の中の各キーの前記第１の面の両端部は、そのキーの厚み方向に傾斜している請求項７記載の構体。
【請求項１２】
１つのセグメントの各凹部の傾斜角度と、切欠きがその凹部に隣接しているセグメントの端部分の端面に隣接したセグメントの第１の面の傾斜角度と、その凹部に隣接したキーの端部の傾斜角度とは互いに等しい請求項１１記載の構体。
【請求項１３】
各凹部の傾斜角度は１０〜３０°の範囲である請求項１２記載の構体。
【請求項１４】
各セグメントは、前記第１の面と前記第２の面とを接合する第３の面及び前記第３の面に対向する第４の面を有し、各セグメントの切欠きは、そのセグメントの第３の面及び第４の面から離間して配置され、セグメントの第３の面及び第４の面に接合する前記第１の面の縁部は面取りされ、セグメントの第１の端部分及び第２の端部分の各端面に接合する第１の面の縁部は面取りされ、セグメントの第１の端部分及び第２の端部分のうち１つ以上の端部分の端面に接合する第３の面及び第４の面の縁部は面取りされている請求項１２記載の構体。
【請求項１５】
前記凹部のそれぞれの傾斜角度は１０〜３０°の範囲であり、各面取りの角度は３５〜６０°の範囲である請求項１４記載の構体。
【請求項１６】
前記凹部を有する各セグメントの前記第２の面は、前記切欠きの周囲に沿って、前記凹部に隣接して別の凹部を有し、前記別の凹部は傾斜面を具備する請求項１１記載の構体。
【請求項１７】
前記凹部及び前記別の凹部の各々の面の傾斜は１０〜３０°の範囲である請求項１６記載の構体。
【請求項１８】
前記複数のセグメントは、水平に配置された第１の組のセグメントと、前記水平に配置された第１の組のセグメントから垂直方向に離間して配置された水平に配置された第２の組のセグメントと、垂直に配置された第１の組のセグメントと、前記垂直に配置された第１の組のセグメントから水平方向に離間して配置された垂直に配置された第２の組のセグメントとを含み、
前記水平に配置された第１の組のセグメントのうち第１の端セグメントは、前記垂直に配置された第１の組のセグメントのうち第１の端セグメントと当接し、
前記水平に配置された第１の組のセグメントのうち第２の端セグメントは、前記水平に配置された第２の組のセグメントのうち第１の端セグメントと当接し、
前記水平に配置された第２の組のセグメントのうち第１の端セグメントは、前記垂直に配置された第１の組のセグメントのうち第２の端セグメントと当接し、
前記水平に配置された第２の組のセグメントのうち第２の端セグメントは、前記垂直に配置された第２の組のセグメントのうち第２の端セグメントと当接している請求項１１記載の構体。
【請求項１９】
前記水平に配置された第１の組のセグメントのうち前記第１の端セグメント及び前記第２の端セグメントの各々と、前記水平に配置された第２の組のセグメントのうち前記第１の端セグメント及び前記第２の端セグメントの各々とは、垂直に延出して、それぞれ対応する垂直に配置されたセグメントと当接する端部分の第１の部分を有し、前記水平に配置された第１の組のセグメントのうち前記第１の端セグメント及び前記第２の端セグメントの各々は、前記第１の部分を有する前記端部分において前記第１の部分とは反対の側へ垂直方向に延出する延長部分を有する請求項１８記載の構体。
【請求項２０】
各切欠きは一部長楕円形の形状を有し、前記キーの各々は長楕円形の形状である請求項１１記載の構体。
【請求項２１】
前記キーの各々は、第１の面及び前記第１の面に対向する第２の面を有し、各キーの前記第１の面は、そのキーにより一体に保持された前記当接したセグメントの前記第１の面と整列され、隣接した凹部を有する切欠きにより規定されるキー溝の中の各キーの前記第１の面の両端部は、そのキーの厚み方向に傾斜している請求項１記載の構体。
【請求項２２】
スタック面を有する燃料電池スタックと、前記スタック面に当接したマニホルドとを更に具備し、前記誘電体フレームは、前記マニホルドと前記スタック面との間に配置される請求項２１記載の構体。
【請求項２３】
前記フレームと前記スタックの前記面との間に配置されたガスケットと、前記フレームと前記マニホルドとの間に配置された少なくとも１つの別のガスケットとを更に具備する請求項２２記載の構体。
【請求項２４】
前記マニホルドは、前記マニホルドの周囲に沿って分散配置された複数のピンを含み、前記別のガスケットは、前記ピンと整列され前記ピンが貫通する複数の貫通開口部を含み、前記セグメントは、前記ピンと整列され前記ピンを受入れる複数の開口部を含む請求項２３記載の構体。
【請求項２５】
前記ピンの各々は、そのピンの上端部に、該ピンの本体の厚み方向に傾斜し、その後、該ピンの端面までまっすぐ上へ延出する互いに対向した面を有する請求項２４記載の構体。
【請求項２６】
前記ピンの長さは、前記ピンを受入れる前記セグメントの開口部の長さより短い請求項２５記載の構体。
【請求項２７】
前記ピンの各々は円筒形の本体を有し、前記端面は長楕円形である請求項２５記載の構体。
【請求項２８】
周囲に沿って分散配置された１つ以上のピンを含むマニホルドを具備し、前記ピンの各々は、そのピンの上端部に、前記ピンの本体の厚み方向に傾斜し、その後、該ピンの端面までまっすぐ上へ延出する互いに対向する面を有する構体。
【請求項２９】
前記ピンの各々は円筒形の本体を有し、前記端面は長楕円形である請求項２８記載の構体。
【請求項３０】
前記長楕円形の端面の丸形の縁部は面取りされる請求項２９記載の構体。
【請求項３１】
前記マニホルドは、マニホルド本体と、前記本体の周囲に装着され、前記ピンが延出するレール構体とを更に含む請求項２８記載の構体。
【請求項３２】
前記レール構体は、第１の側面及び前記第１の側面とは反対の側にある第２の側面と、第３の側面及び前記第３の側面とは反対の側にある第４の側面とを含み、前記第１の側面及び前記第２の側面は、前記第３の側面及び前記第４の側面と接続してフレームを形成し、前記第１の側面及び前記第２の側面は、前記第４の側面を越えて延出して延長部分を形成する請求項３１記載の構体。
【請求項３３】
前記延長部分の各々はピンを摺動自在に支持する請求項３２記載の構体。
【請求項３４】
前記延長部分の各々は、前記ピンが摺動自在に保持される切欠きを含む請求項３３記載の構体。
【請求項３５】
前記本体は、複合折れ目により互いに離間された複数のパン部分を有し、前記レール構体は、前記複合折れ目と一線に整列された複数の切溝を有する請求項３４記載の構体。
【請求項３６】
前記傾斜角度は１０〜３０°の範囲である請求項２８記載の構体。
【請求項３７】
前記マニホルドは、前記マニホルドの周囲に沿って配置された長楕円形の形状をした１つ以上の別のピンを含む請求項２８記載の構体。
【請求項３８】
前記別のピンの各々は、テーパ形状を含まない完全円筒形の本体を有する請求項３７記載の構体。
【請求項３９】
周囲に沿って分散配置された複数の開口部を有する誘電体フレームと、
前記開口部のうち１つ以上の中に配置されるインサートとを具備し、前記インサートの各々は、対応する開口部に挿入される部材を受入れ且つ部分的に取り囲むように構成された誘電体本体を具備する構体。
【請求項４０】
前記誘電体本体は、対応する開口部の外側に面する第１の端部に開口を有する細長いシェルを具備する請求項３９記載の構体。
【請求項４１】
前記細長いシェルは、該細長いシェルの長さに沿って、該細長いシェルの前記第１の端部に設けられた前記開口から前記第１の端部とは反対の側にある前記細長いシェルの第２の端部に向かって走る溝穴を有する請求項４０記載の構体。
【請求項４２】
前記溝穴は、第１の距離に沿って一定の幅を有し、それに続いて拡張して漏斗形状を呈する請求項４１記載の構体。
【請求項４３】
前記細長いシェルは、前記第１の端部とは反対の側にある前記細長いシェルの第２の端部に開口を有する請求項４１記載の構体。
【請求項４４】
前記細長いシェルは、円筒形及び長楕円形のうち一方の形状を有する請求項４３記載の構体。
【請求項４５】
前記細長いシェルは、前記第１の端部の反対側に、閉鎖された丸形の第２の端部を有する請求項４１記載の構体。
【請求項４６】
前記細長いシェルは、前記閉鎖された丸形の第２の端部の両側壁部分に、別の互いに対向する開口を有する請求項４５記載の構体。
【請求項４７】
前記別の開口のうち一方は前記溝穴と連通する請求項４６記載の構体。
【請求項４８】
前記細長いシェルは、円筒形及び長楕円形のうち一方の形状を有する請求項４７記載の構体。
【請求項４９】
前記誘電体本体はマイカから形成される請求項３９記載の構体。
【請求項５０】
ピンであって、該ピンの本体の厚み方向に傾斜し、その後、該ピンの端面までまっすぐ上へ延出する互いに対向した面を上端部に有するピン。
【請求項５１】
第１の端部にある開口と、前記第１の端部の反対の側にあり、開放状態及び閉鎖状態のうち一方である、丸い形状をした第２の端部とを有する細長いシェルとして形成された誘電体本体を具備するインサート。
【請求項５２】
前記細長いシェルは、該細長いシェルの長さに沿って、該細長いシェルの前記第１の端部に設けられた前記開口から前記第１の端部とは反対の側にある前記細長いシェルの第２の端部まで走る溝穴を有する請求項５１記載のインサート。
【請求項５３】
前記溝穴は、第１の距離に沿って一定の幅を有し、それに続いて拡張して漏斗形状を呈する請求項５２記載のインサート。
【請求項５４】
前記細長いシェルは、円筒形及び長楕円形のうち一方の形状を有する請求項５２記載のインサート。
【請求項５５】
前記細長いシェルは、閉鎖された丸形の第２の端部と、前記閉鎖された丸形の第２の端部の両側壁部分にある別の互いに対向した開口とを有する請求項５２記載のインサート。
【請求項５６】
前記別の開口のうち一方は前記溝穴と連通する請求項５５記載の構体。
【請求項５７】
前記誘電体本体はマイカから形成される請求項５１記載の構体。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【公表番号】特表２００８−５３０７２３（Ｐ２００８−５３０７２３Ａ）
【公表日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４８２１０（Ｐ２００７−５４８２１０）
【出願日】平成１７年１１月１日（２００５．１１．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３９４２２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０７１３４９
【国際公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【出願人】（５０２１９７１６１）フュエルセル エナジー， インコーポレイテッド (44)
【氏名又は名称原語表記】ＦＵＥＬＣＥＬＬ ＥＮＥＲＧＹ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】３ Ｇｒｅａｔ Ｐａｓｔｕｒｅ Ｒｏａｄ， Ｄａｎｂｕｒｙ， ＣＴ ０６８１３， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１日（２００５．１１．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３９４２２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０７１３４９
【国際公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【出願人】（５０２１９７１６１）フュエルセル エナジー， インコーポレイテッド (44)
【氏名又は名称原語表記】ＦＵＥＬＣＥＬＬ ＥＮＥＲＧＹ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】３ Ｇｒｅａｔ Ｐａｓｔｕｒｅ Ｒｏａｄ， Ｄａｎｂｕｒｙ， ＣＴ ０６８１３， Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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