燃料電池バイポーラ板及び該燃料電池バイポーラ板を用いた改良された流体分布を備えた燃料電池
燃料電池用のバイポーラ板（１００）であって、反応性流体を循環させるための、その周辺端部（１０７）の１つ内に位置される第１スルーホール（１０８、１２８）、２つの主要面の内の一方に広がるアノード区画、及び反対の主要面（１０４）に広がるカソード区画（１０２）を含む。区画（１０２）の少なくとも１つが、対応する主要面（１０４）に対するくぼみ領域によって全体的に又は部分的に形成され、反応性流体の流れが、前記区画（１０２）に入るように、前記くぼみ領域が、吸入路（１０６、１２６）を経由してスルーホール（１０８、１２８）に接続され、前記吸入路（１０６、１２６）が、前記対応する主要面（１０４）の前記周辺端部（１０７）内においてくぼんで形成される。第１スルーホール（１０８、１２８）の近くに位置される第２スルーホール（１０１、１２１）が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の分野に係り、特に、同様な基本セルの重ね合わせ構造を含む燃料電池の分野に関する。さらに詳細には、本発明は、そのような基本セルを形成するためのバイポーラ板に関する。また、そのような板を用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、整合寸法を有するいくつかの基本セルの重ね合わせ構造又はスタックから構成されうる。これらのそれぞれの基本セルは、通常、膜型の電解質、並びにアノード及びカソードを有するパイポーラ板を含む。
【０００３】
電荷キャリアの放出を発生する酸化及び還元を引き起こすために、燃料及び酸化剤が、これらの電極と接触するようにそれぞれ位置されなければならない。その結果、電気化学酸化及び還元反応が、イオンを放出し、このイオンの移動が、燃料電池によって供給される電流を生成する。通常、燃料及び酸化剤は、液体状またはガス状の流体状である。
【０００４】
本質的に周知の方法では、バイポーラ板が、２つの主要面を有する。これらの２つの主要面の一方において、バイポーラ板が、この領域の大部分にわたって広がるアノード区画を含む。相対的に対称性を有する方法では、他の主要面において、バイポーラ板が、この主要面の領域の大部分にわたって広がるカソード区画を含む。バイポーラ板の２つの面が膜型の電解質と接触する場合、酸化及び還元のそれぞれの半反応が起こるのはこれらの区画である。
【０００５】
従って、基本セルは、膜電解質上に重ね合わせられたバイポーラ板から構成される。燃料電池を形成する基本セルのスタックにおいて、この結果、バイポーラ板及び電解質を含む膜は、交互に配置される。
【０００６】
このような電池の実施例として、固体高分子膜型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）及び直接メタノール型燃料電池（ＤＦＭＣ）を挙げることが出来る。電池の操作の間、所望の電流を生成する電気化学反応を維持するために、酸化剤及び燃料が、流体状で連続的に導入される。
【０００７】
燃料の存在下において、アノード区画と膜電界質の間の界面において、酸化半反応が発生する。通常、導入された還元剤として働く燃料は、ガス状態の水素分子（Ｈ２）から構成される。同様に、酸化剤の存在下において、カソード区画と膜電解質との間の界面において、還元半反応が発生する。通常、導入された酸化剤として働く酸化剤は、ガス状態の酸素分子（Ｏ２）であり、大抵、空気の形態で導入される。
【０００８】
基本セルの重ね合わせ構造から構成される燃料電池の適切な操作及び十分な収率を確保するために、電池構造が、以下を含む多くの機能を行う働きをしなければならない。
−反応性流体の吸入及び分配、
−流体回路の気密化、
−電気化学反応による生成物の冷却又は除去、発熱の電気化学反応によって放出される熱の除去、
−これらの反応間に放出される電荷キャリアの伝導、
−及び、基本セルによって形成されるスタックの機械的な結合。
【０００９】
これらの様々な機能は、基本セルの構造、及び特にそれらを形成するバイポーラ板の構造に影響を及ぼす。
【００１０】
それぞれの基本セルのアノード及びカソード区画と接触する酸化剤及び／又は燃料の反応性流体を配置するために、それぞれの基本セル、すなわちバイポーラ板及び膜電解質のスルーホールの重ね合わせによって燃料電池に沿って形成されるコレクター内に、これらの流体のそれぞれを循環させることが知られている。
【００１１】
従って、それぞれのバイポーラ板が、大抵は平面であるこの板の２つの主要面に垂直な方向に通常広がるホールによって横切られる。バイポーラ板を貫通するホールが、バイポーラ板の周辺端部に通常形成され、一方、アノード及びカソード区画が、バイポーラ板のそれぞれの面の中央部を占める。反応性流体を供給することを目的とし、共通のコレクターを形成するスルーホールが、アノード及びカソード区画からある距離を隔てて位置されるため、コレクターから電極への反応性流体の流れのために、また、吸入路が、バイポーラ板内に機械加工されなければならない。
【００１２】
この目的のために、第１の解決策は、電極に接続するホールを掘削することであり、コレクターを形成するスルーホールの近くに位置されるバイポーラ板の端部に供給される。このような貫通が、端部に垂直な方向に通常形成され、これに由来し、この結果、コレクターを形成するスルーホールに垂直である。次に、反応性流体の漏れを防ぐために、密閉プラグが、コレクターとバイポーラ板の端部との間に挿入される。このようなプラグが、焼嵌め又は接着によって固定されてもよい。
【００１３】
しかしながら、これらの掘削及び結合操作は、比較的注意深く行われ、プラグの存在が、いずれの漏れのリスクを完全に排除するものではない。燃料セルを形成する基本セルが、さらに多くなった場合、これらの操作によって被るこれらのリスク及び追加コストが、比例して高くなる。
【００１４】
あるいは、従来技術の１つの解決策は、コレクターと供給された区画との間に斜めのホールを掘削することであり、掘削部分の接近を可能にするために、このような掘削の開始点が、共通のコレクターを形成するホールの端部の１つに向かって位置される。このような構造を備えることにより、斜めの吸入路が、バイポーラ板の外部ではなく、コレクター内で終結し、これによっていずれの漏れのリスクが排除されるため、もはやプラグをバイポーラ板に挿入する必要がない。
【００１５】
それでもなお、斜めの吸入路の掘削が、高い正確性及び特殊ツールの使用を要求するため、この解決策は、完全に満足できるものではない。実際には、これらの２つの欠点が、また、バイポーラ板の製造における追加コストを招く傾向がある。
【００１６】
さらに、これらの２つの従来技術の解決策はいずれも、薄いバイポーラ板上で実行されることが出来ないため、燃料電池によって占められる体積の削減と相いれない。その結果、これらの解決策は、燃料電池のコンパクト性に対する制限を示す。しかしながら、このコンパクト性は、燃料電池に対する重要なパフォーマンス基準である。
【００１７】
特許文献１は、燃料電池用のバイポーラ板であって、その端部の１つが、一方が溝内で終結する２つの隣接したスルーホールによって横断されるバイポーラ板を開示している。しかしながら、この文献は、１つの面のみが機能化されたバイポーラ板に関するものである。
【００１８】
従って、本発明の目的は、燃料電池の気密性に対するリスクを全く発生せず、その構造が電池のコンパクト性を制限せず、及びその製造が、電池のコストを大幅に増加させないバイポーラ板を提案することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００２−２９８８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従って、本発明は、単純な構造を有し、製造が経済的であり、電池の気密性及びその体積の削減に対し有利であるバイポーラ板に関する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、燃料電池用のバイポーラ板に関するものであり、
−反応性流体を循環させるためのその周辺端部の１つ内に位置する第１スルーホール、
−その２つの主要面の一方においてにおいて広がるアノード区画、
−及び反対の主要面において広がるカソード区画
を含む。
【００２２】
本発明によると、前記区画の少なくとも１つが、対応する主要面に対してくぼんだ領域によって、全面的又は部分的に形成され、前記区画に入る反応性流体の流れのために吸入路を経由して前記くぼみ領域がスルーホールに接続され、前記吸入路が前記対応する主要面の前記周辺端部内にくぼんで形成する。
【００２３】
本発明によると、バイポーラ板が、第１スルーホールの近くに位置される第２のスルーホールをさらに含み、また、この第２スルーホールは、反応性流体を循環させるためものであり、この面の反対側の主要面が、くぼみ領域をハウジングし、通常現われない（ｎｏｎ−ｅｍｅｒｇｅｎｔ）くぼみ溝を含み、この溝は、第１及び第２スルーホールと接続するのに適している。
【００２４】
換言すると、この板の端部の１つが、２つの隣接するスルーホールによって横切られ、そのスルーホールの１つが、反応性流体コレクターを形成し、他方が、反応性流体が供給されるようにこの区画に導く開かれた溝内において終端する。この方法では、反応性流体が、コレクターから供給されるこの区画に流れることが可能であり、この区画と反対の面上に提供される溝を通り抜ける。この結果、電極を形成する区画に流れる前に、この板の端部と交わる面内において、この流体が通常“Ｕ”字型形状の経路に沿って流れる。
【００２５】
本発明のこの第１実施形態の実際的な実施形態によると、バイポーラ板が、中央軸を有してよく、この中央軸に沿って第１スルーホールが掘削される。
【００２６】
従って、燃料電池を形成するスタックにおいて、バイポーラ板を交互に１つの方向及び次に他の方向に重ね合わせることが可能であるが、これは、それらの通常現われない溝の方向を、それぞれ反対の方向に合わせるためである。これは、反応性流体を、コレクターの左そしてその次は右に、交互に分配するために機能する。その結果、スタックにおける先のセルに対して１８０°にそれぞれの基本セルを位置決めすることは、単純な中間シール（ｉｎｔｅｒｃｅｌｌｕｌａｒ ｓｅａｌ）を用いた吸入路及び活性化（ｉｒｒｉｇａｔｅｄ）区画の完全な漏れ止めを確保するために機能する。
【００２７】
実際には、この区画が、それぞれ、主要面のそれぞれの大部分の領域を覆ってよい。この結果、このような区画が、膜電解質を備えた高交換領域を有し、これは、高電流を生成するために機能する。
【００２８】
また、実際には、第１及び／又は第２スルーホール（複数）が、円形基部を備えたシリンダー形状を有してよく、この軸が、一つの主要面によって決定される面に対して垂直である。
【００２９】
実際には、このようなスルーホールは、バイポーラ板の掘削の単一操作を用いて極めて単純に形成される。
【００３０】
本発明の代替案の実施形態によると、バイポーラ板が、さらに、第２の反応性流体の循環のためのスルーホールの第２セット、及び冷却流体の循環のためのスルーホールの第３セットを含む。
【００３１】
第１スルーホールのように、このようなスルーホールはそれぞれ、第２の反応性流体及び冷却流体用のコレクターを形成するために機能する。
【００３２】
さらに、また本発明は、上記のようなバイポーラ板をそれぞれ含む基本セルの重ね合わせ構造を含む燃料電池に関する。本発明によると、バイポーラ板が、通常的な平面シールによってそれぞれ二つ一組で分離され、このシールのそれぞれが、シールの周辺端部において膜電解質及びスルーホールを含む。さらに、全ての基本セルに対して共通な反応性流体コレクターを形成するために、重ね合わせバイポーラ板のスルーホール及び全てのシールのスルーホールが、同一空間を占める。
【００３３】
換言すると、本発明によるバイポーラ板のそれぞれに提供されるスルーホールの重ね合わせが、全てのこれらの板に共通なコレクターを形成するために機能し、これにより、燃料電池に沿って伸びる。
【００３４】
本発明の実際的な実施形態によると、燃料電池が、基本セルの重ね合わせ構造を含み、上記の本発明の代替案の実施形態による板が形成され、全ての基本セルに共通な第２及び第３流体コレクターを形成するために、重ね合わせたバイポーラ板のスルーホール及び全てのシールのスルーホールが同一の空間を占める。
【００３５】
また、本発明は、上記タイプの基本セルの重ね合わせ構造を含む燃料電池に関し、前記重ね合わせ構造が、バイポーラ板の頭−尾スタック（ｈｅａｄ−ｔｏ−ｔａｉｌ ｓｔａｃｋ）を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態による、バイポーラ板の概略斜視図であり、このバイポーラ板の１つの主要面の1つを示す。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態による、バイポーラ板の概略斜視図であり、このバイポーラ板の他の主要面を示す。
【図２】本発明による、２つのバイポーラ板の間に挿入される中間シールの概略斜視図である。
【図３】本発明の燃料電池の実施形態による、燃料電池の概略断面図及び斜視図である。
【図４】さらに前方に位置した面に沿った図３における燃料電池の概略断面図及び斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態による、バイポーラ板の概略平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態による、バイポーラ板の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
添付した図面と併せて、下記の制限するものではない説明のための実施形態から、本発明の方法は実施されることが可能であり、その利点が、明確に現われるであろう。
【００３８】
図１Ａは、本発明の第１実施形態によるバイポーラ板１００を示す。バイポーラ板１００は、２つの主要面１０４及び１０５を有し、それ上にカソード区画１０２及びアノード区画１０３がそれぞれ広がっている。バイポーラ板１００の面１０４及び１０５は、主要面と称されるが、これは、これらが、バイポーラ板１００の端部を形成する面と比較して大きな領域を有するためであり、及びこれらが、バイポーラ板１００の機能的な部材の大部分を収容するためである。
【００３９】
図１Ａ及び１Ｂに示すように、カソード区画１０２及びアノード区画１０３が、それぞれ、２つの主要面１０４及び１０５の大部分の領域を覆う。さらに、これらと接触する膜型の電界質との大きな交換領域を有するために、これらの電極が、複数個の平行な溝型ラインから形成される。その結果、断面上では、これらの溝型ラインが、刻み目のある外形を有する。
【００４０】
さらに、少なくともカソード区画１０２の場合では、所定の深さのこれらの溝型ラインが、電荷キャリアを放出することを目的とした電気化学半反応のために必要な反応性流体を循環するための多くの経路としての形をなす。
【００４１】
従って、カソード区画１０２が、主要面１０４に対するくぼみ領域によって形成される。さらに、カソード区画１０２の溝型ラインの頂点は、カソード区画１０２を囲む周辺端部１０７の高さである。この形態は、カソード区画１０２の溝を形成する方法から得られるものであり、その方法は、材料から平面板をはぎ取り、又はその平面板を掘削する機械加工にある。これは、また、２つの連続するバイポーラ板１００間における気密性を提供する周辺シールの厚さが、オーバーサイズ化することを防ぐ。実際には、突起部を形成する溝型ラインの先端が、周辺端部１０７の頂点を形成する場合、流体に関して気密性を確保するために、極めて厚いシールが、提供されなければならない。
【００４２】
本発明によると、バイポーラ板１００が、反応性流体を循環するための第１スルーホール１０８を含む。実際には、燃料電池を形成するために、同様なバイポーラ板を含む複数の基本セルが、互いに重ね合わせられ、それぞれのバイポーラ板上に形成されるホール１０８に対応するスルーホールが、同一の空間を占め、これによって、以下に詳細に記述される図３及び４に示されるような、共通のコレクターが形成される。
【００４３】
本発明のバイポーラ板の他の形態によると、カソード区画１０２を形成するくぼみ領域が、反応性流体の供給のために吸入路１０６を経由してスルーホール１０１と接続される。吸入路１０６が、主要面１０４の周辺端部１０７内にくぼんで形成される。この結果、共通のコレクターを形成するスルーホール１０１を経由して達する反応性流体の全て又は一部が、吸入路１０６を通り又はバイパスし、カソード区画１０２を形成する溝型ラインまで達する。さらに、パイポーラ板１００が、様々な機能を実行するための他のスルーホールを備える。その結果、ホール１８１−１８４が、それぞれ、燃料電池を形成するバイポーラ板のスタックの結合を確保するクランプ手段（図示しない）を収容するために役立つ。
【００４４】
図１Ａ及び１Ｂに示される代替の実施形態では、反応性流体のための“Ｕ”字型形状の経路を有する。この結果、この代替の実施形態によると、共通のコレクターが、それぞれのバイポーラ板のスルーホール１０８の重ね合わせによって形成され、吸入路１０６を経由し領域１０２に反応性流体を供給するために、溝１０９を経由しスルーホール１０１に接続される。
【００４５】
この目的のため、従って、それぞれのバイポーラ板１００が、第２のスルーホール１０１を備え、この第２のスルーホール１０１は、また、反応性流体を循環するためのものであり、第１スルーホール１０８の近くであり、その結果、周辺端部１０７上に提供される。
【００４６】
その結果、基本セル（バイポーラ板及び挿入シール）が、スタックされた場合、以下に記載する図３及び４に示されるように、反応性流体を循環させるための共通コレクターを形成するために、タイプ１０８の全てのホールが、同一の空間をしめる。
【００４７】
吸入路１０６を経由した、スルーホール１０８からくぼみカソード区画１０２への反応性流体の流れを可能にするために、通常現われない溝１０９が、カソード区画１０２を収容する面と反対の主要面１０５の周辺端部１１３上に提供される。バイポーラ板１００内に、溝１０９が、くぼんで形成され、スルーホール１０１及び１０８の位置と対応する位置及び寸法とされる。
【００４８】
従って、２つの連続するバイポーラ板が、互いに反対のそれらの主要面１０４及び１０５においてスタックされた場合、溝１０９が、スルーホール１０１及び１０８に位置される。図１Ａ及び１Ｂの実施例では、この溝は、直線状であり、その長さは、ホール１０１及び１０８が、それらの２つの端部のそれぞれにおいて、それを貫通するものである。しかしながら、必ずしも本発明の範囲から外れるものではなく、溝に対してホールを他の位置に備える、溝１０９の他の形状が、実現可能である。従って、溝１０９が、“Ｌ”字型形状又は“Ｃ”字型形状を有することが可能である。
【００４９】
このような構造では、この結果、反応性流体が、共通コレクターを形成する開口部１０８を通り抜け、一部は溝１０９に方向を変え、反応性流体のこの方向が変わった流れが、吸入路１０６に流れこみ、ここからカソード区画１０２に広がる。
【００５０】
同様に及び対称的に、カソード区画１０２の他側部上の周辺端部が、吸入路１２６と連携する第１スルーホール１２１を収容する。
【００５１】
さらに、図１Ａ及び１Ｂにおける実施例において、バイポーラ板１００が、溝１０９と同様な通常現われない溝１２９と連携するのに適した、スルーホール１０８と対称的な第２スルーホール１２８を含む。スルーホール１２８のスタックによって形成される第２の共通コレクターが、カソード区画１０２に向かう又はこれから離れる反応性流体又は酸化剤を運ぶ又は除去する働きをすることが出来る。
【００５２】
例えば第２の反応性流体又は冷却流体といった他の流体を循環させるために、バイポーラ板の他の位置において、吸入路と連携する２つのスルーホールを含むシステムを再現することが可能である。
【００５３】
従って、図５及び６に説明された本発明の実施形態によると、第２及び第３の機械加工された楕円形セット５５９、５７９；６５９、６７９、６６９及び６８９が、第２の反応性流体のような他の流体を循環させるために提供される。図１Ａに示される機械加工されたセット１０９及び１２９のように、第２及び第３の機械加工された楕円形セット５５９、５７９；６５９、６７９、６６９及び６８９が、“Ｕ”字型形状の経路に流体を循環させるための２つの円形スルーホールを含む。これらの円形スルーホールが、電極５０２、６０２を供給するために提供されるスルーホールの第１セットを形成するホール５０１、５０８、５２１、５２８；６０１、６０８、６２１、６２８のように形成されることが出来る。
【００５４】
図５の場合においては、スルーホール５５９、５７９の第２セットを、第１セット１０９、１２９の軸に垂直な軸上に位置させることが出来る。この結果、対称性によって、全体の燃料電池に対する共通コレクターを決定するために、バイポーラ板のスタックが、スルーホールが同一の空間をしめるように機能する。
【００５５】
冷却流体のような第３の流体（図６）が循環させられる場合では、スルーホールの第２の６５９、６７９及び第３の６６９、６８９セットが、図６に示されるように、対称軸に関して対称に位置され、バイポーラ板の他の対称の軸から等距離であることが出来る。これは、燃料電池内においてスタックされる２つのバイポーラ板のスルーホールの連携を確保するために機能する。
【００５６】
図２は、基本セルを形成するためのプレート１００に補完的な部分を示し、これは、２つの連続するバイポーラ板１００間に配置されるための挿入シール２５０である。挿入シール２５０は、膜電界質領域２６０とバイポーラ板１００のカソード区画１０２との間の接触、及び隣のバイポーラ板のアノード区画１０３との接触を形成するように配置される。電解質と電極との間の界面における交換を最大化するために、膜電界質２６０が、カソード１０２及びアノード１０３区画によって占められる領域と同様な、及びこれに対応する領域を有する。
【００５７】
さらに、挿入シール２５０が、スルーホール２５１及び２７１を有し、このスルーホールの位置及び寸法が、タイプ１００のバイポーラ板を貫通するホール１０８及び１２８のそれらとそれぞれ対応する。この結果、酸化剤が、タイプ１０８及び１２８のホールのスタックにより形成される共通コレクターに沿って妨げられることなく流れることが出来る。
【００５８】
さらに、挿入シール２５０が、他のスルーホール２１１、２５２、２５３、２８１−２８４を有し、これらのスルーホールの位置、寸法及び機能が、図１に示されたバイポーラ板を貫通する、ホール１８１−１８４のそれらと対応し、これは、板のスタックを集めるための開口部である。
【００５９】
図３は、バイポーラ板３００、３３０、３４０のスタックを示し、これは図１Ａ及び１Ｂのバイポーラ板１００によって説明されるものの代替案の図に対応し、挿入シール２５０の実施形態に対応する挿入シール３５０、３５１及び３５２を備える。
【００６０】
図１Ａ及び１Ｂに関して記述される代替案の実施形態によると、バイポーラ板３００、３３０及び３４０のそれぞれが、第１スルーホール１０１と同様な第１スルーホール３０１、及び第２スルーホール１０８と同様な第２スルーホール３０８を有する。
【００６１】
さらに、バイポーラ板３００、３３０及び３４０のそれぞれが、吸入路１０６と同様な吸入路３０６を有する。この結果、反応性流体が、スルーホール３０８によって形成される共通コレクター内に流れ、その後タイプ３０６の吸入路に入り、ここから、ホール３０１に広がり、とりわけ、アノード区画（図３には示さない）に入ることが出来る。それによって、反応性流体が、供給される電極に入る前の“Ｕ”字型形状経路を表現する。
【００６２】
図３に示されるバイポーラ板３００、３３０及び３４０のスタックが、この板が共通コレクターの左右に交互に配置されるこれらの吸入路を備えるという点において、他のものと区別される。この目的のため、本発明の１つの実施形態によると、共通コレクターを形成するスルーホール３０８、３３８及び３４８が、それらのバイポーラ板の中央軸の１つ上にそれぞれ位置されなければならない。従って、図３に示されるように、これが、バイポーラ板の頭−尾スタックを可能にする対称性を有する。
【００６３】
このような組立体を備え、スルーホール３０１、３３１及び３４１が、ホール３０８によって形成されるコレクターに平行な第２の共通コレクターを形成しないため、これらが互いに同一の空間を占めることはない。このような構造が、スタックのそれぞれのバイポーラ板のカソード区画への反応性流体の効果的及び漏れのない分配を確保するために機能する。さらに、バイポーラ板の組み立ては、より単純である。加えて、バイポーラ板を、従来技術のそれよりも薄くしてもよく、その結果、密度の高いセルを得るために役立つ。
【００６４】
図３に示すように、挿入シール３５０−３５２が、連続するバイポーラ板３００、３３０、３４０の間に配置されるが、これは、それを貫通するホールが、バイポーラ板を貫通するそれらと同一の空間を占めるようにするためである。この結果、反応性流体、燃料及び酸化剤、１つ以上の冷却流体、及び燃料電池の結合のためのクランプ手段が、全体の燃料電池を通り抜けることが可能である。
【００６５】
さらに、図３に示す燃料電池が、バイポーラ板３００、３３０及び３４０のスタックのそれぞれの端部に位置される２つの終板３９０及び３９１を有する。この終板３９０及び３９１が、これらに与えられる機能を行うために、それ自体が周知である方法によって製造される。図３に示される基本セル、すなわちバイポーラ板及び挿入シールのスタックが、この結果、３つのバイポーラ板３００、３３０及び３４０を含むが、これは、燃料電池の所望の容量に従って、異なる数のそれらを含むことが出来る。
【００６６】
図４は、図３におけるそれと同様な断面図を示し、その切断面が、図３における切断面からわずかに進んで位置される。図４において、バイポーラ板のスルーホール及び吸入路に加え、電解領域４６０−４６２が区別されることが出来、挿入シール４５０−４５２を形成する膜と結合されている。
【００６７】
図４に観察されうるように、この結果、膜電解質４６０−４６２が、カソード区画によって占められる表面を適応可能に覆い、溝型ライン４０２（刻み目のある）が、断面において観察される。このように、反応性流体が、領域４６０−４６２内においてのみ反応することが出来、バイポーラ板の吸入路内では反応することが出来ない。この配置が、カソード反応の収率及びこれらが開放する電荷キャリアの収集を最適化するために役立つ。
【００６８】
この図に関して記述された本発明の特定の実施形態は、バイポーラ板のカソード区画と関連している。しかしながら、同様な構造及び操作がアノード区画に対して提供されることが可能である。これらの実施形態は、ほんの少しの機械加工及び／又はスタンピング操作を含み、これによって、密閉流体吸入システムを形成するために役立ち、比較的薄型のバイポーラ板を含む。
【００６９】
図の実施例においては、スルーホールが、円形基部を備えたシリンダー形状を有する。しかしながら。必ずしも本発明の範囲から外れるものではなく、これらが、異なる断面、例えば、楕円形又は正方形を有することが出来る。同様に、燃料電池に要求される電気容量及び電気化学的な収率により、バイポーラ板の厚さ、アノード及びカソード区画の溝型ラインの長さ及び深さ、並びにホール、溝及び吸入路の直径、要求される寸法とされる。さらに、所望の適用に応じ、バイポーラ板が、非−正方形の断面、例えば、円形等を有することが出来る。
【符号の説明】
【００７０】
１００ バイポーラ板
１０１、１０８、１２１、１２８ スルーホール
１０２ カソード区画
１０３ アノード区画
１０４、１０５ 主要面
１０６、１２６ 吸入路
１０７ 周辺端部
１０９、１２９ 溝
１８１、１８２、１８３、１８４ ホール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の分野に係り、特に、同様な基本セルの重ね合わせ構造を含む燃料電池の分野に関する。さらに詳細には、本発明は、そのような基本セルを形成するためのバイポーラ板に関する。また、そのような板を用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、整合寸法を有するいくつかの基本セルの重ね合わせ構造又はスタックから構成されうる。これらのそれぞれの基本セルは、通常、膜型の電解質、並びにアノード及びカソードを有するパイポーラ板を含む。
【０００３】
電荷キャリアの放出を発生する酸化及び還元を引き起こすために、燃料及び酸化剤が、これらの電極と接触するようにそれぞれ位置されなければならない。その結果、電気化学酸化及び還元反応が、イオンを放出し、このイオンの移動が、燃料電池によって供給される電流を生成する。通常、燃料及び酸化剤は、液体状またはガス状の流体状である。
【０００４】
本質的に周知の方法では、バイポーラ板が、２つの主要面を有する。これらの２つの主要面の一方において、バイポーラ板が、この領域の大部分にわたって広がるアノード区画を含む。相対的に対称性を有する方法では、他の主要面において、バイポーラ板が、この主要面の領域の大部分にわたって広がるカソード区画を含む。バイポーラ板の２つの面が膜型の電解質と接触する場合、酸化及び還元のそれぞれの半反応が起こるのはこれらの区画である。
【０００５】
従って、基本セルは、膜電解質上に重ね合わせられたバイポーラ板から構成される。燃料電池を形成する基本セルのスタックにおいて、この結果、バイポーラ板及び電解質を含む膜は、交互に配置される。
【０００６】
このような電池の実施例として、固体高分子膜型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）及び直接メタノール型燃料電池（ＤＦＭＣ）を挙げることが出来る。電池の操作の間、所望の電流を生成する電気化学反応を維持するために、酸化剤及び燃料が、流体状で連続的に導入される。
【０００７】
燃料の存在下において、アノード区画と膜電界質の間の界面において、酸化半反応が発生する。通常、導入された還元剤として働く燃料は、ガス状態の水素分子（Ｈ２）から構成される。同様に、酸化剤の存在下において、カソード区画と膜電解質との間の界面において、還元半反応が発生する。通常、導入された酸化剤として働く酸化剤は、ガス状態の酸素分子（Ｏ２）であり、大抵、空気の形態で導入される。
【０００８】
基本セルの重ね合わせ構造から構成される燃料電池の適切な操作及び十分な収率を確保するために、電池構造が、以下を含む多くの機能を行う働きをしなければならない。
−反応性流体の吸入及び分配、
−流体回路の気密化、
−電気化学反応による生成物の冷却又は除去、発熱の電気化学反応によって放出される熱の除去、
−これらの反応間に放出される電荷キャリアの伝導、
−及び、基本セルによって形成されるスタックの機械的な結合。
【０００９】
これらの様々な機能は、基本セルの構造、及び特にそれらを形成するバイポーラ板の構造に影響を及ぼす。
【００１０】
それぞれの基本セルのアノード及びカソード区画と接触する酸化剤及び／又は燃料の反応性流体を配置するために、それぞれの基本セル、すなわちバイポーラ板及び膜電解質のスルーホールの重ね合わせによって燃料電池に沿って形成されるコレクター内に、これらの流体のそれぞれを循環させることが知られている。
【００１１】
従って、それぞれのバイポーラ板が、大抵は平面であるこの板の２つの主要面に垂直な方向に通常広がるホールによって横切られる。バイポーラ板を貫通するホールが、バイポーラ板の周辺端部に通常形成され、一方、アノード及びカソード区画が、バイポーラ板のそれぞれの面の中央部を占める。反応性流体を供給することを目的とし、共通のコレクターを形成するスルーホールが、アノード及びカソード区画からある距離を隔てて位置されるため、コレクターから電極への反応性流体の流れのために、また、吸入路が、バイポーラ板内に機械加工されなければならない。
【００１２】
この目的のために、第１の解決策は、電極に接続するホールを掘削することであり、コレクターを形成するスルーホールの近くに位置されるバイポーラ板の端部に供給される。このような貫通が、端部に垂直な方向に通常形成され、これに由来し、この結果、コレクターを形成するスルーホールに垂直である。次に、反応性流体の漏れを防ぐために、密閉プラグが、コレクターとバイポーラ板の端部との間に挿入される。このようなプラグが、焼嵌め又は接着によって固定されてもよい。
【００１３】
しかしながら、これらの掘削及び結合操作は、比較的注意深く行われ、プラグの存在が、いずれの漏れのリスクを完全に排除するものではない。燃料セルを形成する基本セルが、さらに多くなった場合、これらの操作によって被るこれらのリスク及び追加コストが、比例して高くなる。
【００１４】
あるいは、従来技術の１つの解決策は、コレクターと供給された区画との間に斜めのホールを掘削することであり、掘削部分の接近を可能にするために、このような掘削の開始点が、共通のコレクターを形成するホールの端部の１つに向かって位置される。このような構造を備えることにより、斜めの吸入路が、バイポーラ板の外部ではなく、コレクター内で終結し、これによっていずれの漏れのリスクが排除されるため、もはやプラグをバイポーラ板に挿入する必要がない。
【００１５】
それでもなお、斜めの吸入路の掘削が、高い正確性及び特殊ツールの使用を要求するため、この解決策は、完全に満足できるものではない。実際には、これらの２つの欠点が、また、バイポーラ板の製造における追加コストを招く傾向がある。
【００１６】
さらに、これらの２つの従来技術の解決策はいずれも、薄いバイポーラ板上で実行されることが出来ないため、燃料電池によって占められる体積の削減と相いれない。その結果、これらの解決策は、燃料電池のコンパクト性に対する制限を示す。しかしながら、このコンパクト性は、燃料電池に対する重要なパフォーマンス基準である。
【００１７】
特許文献１は、燃料電池用のバイポーラ板であって、その端部の１つが、一方が溝内で終結する２つの隣接したスルーホールによって横断されるバイポーラ板を開示している。しかしながら、この文献は、１つの面のみが機能化されたバイポーラ板に関するものである。
【００１８】
従って、本発明の目的は、燃料電池の気密性に対するリスクを全く発生せず、その構造が電池のコンパクト性を制限せず、及びその製造が、電池のコストを大幅に増加させないバイポーラ板を提案することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００２−２９８８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従って、本発明は、単純な構造を有し、製造が経済的であり、電池の気密性及びその体積の削減に対し有利であるバイポーラ板に関する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、燃料電池用のバイポーラ板に関するものであり、
−反応性流体を循環させるためのその周辺端部の１つ内に位置する第１スルーホール、
−その２つの主要面の一方においてにおいて広がるアノード区画、
−及び反対の主要面において広がるカソード区画
を含む。
【００２２】
本発明によると、前記区画の少なくとも１つが、対応する主要面に対してくぼんだ領域によって、全面的又は部分的に形成され、前記区画に入る反応性流体の流れのために吸入路を経由して前記くぼみ領域がスルーホールに接続され、前記吸入路が前記対応する主要面の前記周辺端部内にくぼんで形成する。
【００２３】
本発明によると、バイポーラ板が、第１スルーホールの近くに位置される第２のスルーホールをさらに含み、また、この第２スルーホールは、反応性流体を循環させるためものであり、この面の反対側の主要面が、くぼみ領域をハウジングし、通常現われない（ｎｏｎ−ｅｍｅｒｇｅｎｔ）くぼみ溝を含み、この溝は、第１及び第２スルーホールと接続するのに適している。
【００２４】
換言すると、この板の端部の１つが、２つの隣接するスルーホールによって横切られ、そのスルーホールの１つが、反応性流体コレクターを形成し、他方が、反応性流体が供給されるようにこの区画に導く開かれた溝内において終端する。この方法では、反応性流体が、コレクターから供給されるこの区画に流れることが可能であり、この区画と反対の面上に提供される溝を通り抜ける。この結果、電極を形成する区画に流れる前に、この板の端部と交わる面内において、この流体が通常“Ｕ”字型形状の経路に沿って流れる。
【００２５】
本発明のこの第１実施形態の実際的な実施形態によると、バイポーラ板が、中央軸を有してよく、この中央軸に沿って第１スルーホールが掘削される。
【００２６】
従って、燃料電池を形成するスタックにおいて、バイポーラ板を交互に１つの方向及び次に他の方向に重ね合わせることが可能であるが、これは、それらの通常現われない溝の方向を、それぞれ反対の方向に合わせるためである。これは、反応性流体を、コレクターの左そしてその次は右に、交互に分配するために機能する。その結果、スタックにおける先のセルに対して１８０°にそれぞれの基本セルを位置決めすることは、単純な中間シール（ｉｎｔｅｒｃｅｌｌｕｌａｒ ｓｅａｌ）を用いた吸入路及び活性化（ｉｒｒｉｇａｔｅｄ）区画の完全な漏れ止めを確保するために機能する。
【００２７】
実際には、この区画が、それぞれ、主要面のそれぞれの大部分の領域を覆ってよい。この結果、このような区画が、膜電解質を備えた高交換領域を有し、これは、高電流を生成するために機能する。
【００２８】
また、実際には、第１及び／又は第２スルーホール（複数）が、円形基部を備えたシリンダー形状を有してよく、この軸が、一つの主要面によって決定される面に対して垂直である。
【００２９】
実際には、このようなスルーホールは、バイポーラ板の掘削の単一操作を用いて極めて単純に形成される。
【００３０】
本発明の代替案の実施形態によると、バイポーラ板が、さらに、第２の反応性流体の循環のためのスルーホールの第２セット、及び冷却流体の循環のためのスルーホールの第３セットを含む。
【００３１】
第１スルーホールのように、このようなスルーホールはそれぞれ、第２の反応性流体及び冷却流体用のコレクターを形成するために機能する。
【００３２】
さらに、また本発明は、上記のようなバイポーラ板をそれぞれ含む基本セルの重ね合わせ構造を含む燃料電池に関する。本発明によると、バイポーラ板が、通常的な平面シールによってそれぞれ二つ一組で分離され、このシールのそれぞれが、シールの周辺端部において膜電解質及びスルーホールを含む。さらに、全ての基本セルに対して共通な反応性流体コレクターを形成するために、重ね合わせバイポーラ板のスルーホール及び全てのシールのスルーホールが、同一空間を占める。
【００３３】
換言すると、本発明によるバイポーラ板のそれぞれに提供されるスルーホールの重ね合わせが、全てのこれらの板に共通なコレクターを形成するために機能し、これにより、燃料電池に沿って伸びる。
【００３４】
本発明の実際的な実施形態によると、燃料電池が、基本セルの重ね合わせ構造を含み、上記の本発明の代替案の実施形態による板が形成され、全ての基本セルに共通な第２及び第３流体コレクターを形成するために、重ね合わせたバイポーラ板のスルーホール及び全てのシールのスルーホールが同一の空間を占める。
【００３５】
また、本発明は、上記タイプの基本セルの重ね合わせ構造を含む燃料電池に関し、前記重ね合わせ構造が、バイポーラ板の頭−尾スタック（ｈｅａｄ−ｔｏ−ｔａｉｌ ｓｔａｃｋ）を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態による、バイポーラ板の概略斜視図であり、このバイポーラ板の１つの主要面の1つを示す。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態による、バイポーラ板の概略斜視図であり、このバイポーラ板の他の主要面を示す。
【図２】本発明による、２つのバイポーラ板の間に挿入される中間シールの概略斜視図である。
【図３】本発明の燃料電池の実施形態による、燃料電池の概略断面図及び斜視図である。
【図４】さらに前方に位置した面に沿った図３における燃料電池の概略断面図及び斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態による、バイポーラ板の概略平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態による、バイポーラ板の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
添付した図面と併せて、下記の制限するものではない説明のための実施形態から、本発明の方法は実施されることが可能であり、その利点が、明確に現われるであろう。
【００３８】
図１Ａは、本発明の第１実施形態によるバイポーラ板１００を示す。バイポーラ板１００は、２つの主要面１０４及び１０５を有し、それ上にカソード区画１０２及びアノード区画１０３がそれぞれ広がっている。バイポーラ板１００の面１０４及び１０５は、主要面と称されるが、これは、これらが、バイポーラ板１００の端部を形成する面と比較して大きな領域を有するためであり、及びこれらが、バイポーラ板１００の機能的な部材の大部分を収容するためである。
【００３９】
図１Ａ及び１Ｂに示すように、カソード区画１０２及びアノード区画１０３が、それぞれ、２つの主要面１０４及び１０５の大部分の領域を覆う。さらに、これらと接触する膜型の電界質との大きな交換領域を有するために、これらの電極が、複数個の平行な溝型ラインから形成される。その結果、断面上では、これらの溝型ラインが、刻み目のある外形を有する。
【００４０】
さらに、少なくともカソード区画１０２の場合では、所定の深さのこれらの溝型ラインが、電荷キャリアを放出することを目的とした電気化学半反応のために必要な反応性流体を循環するための多くの経路としての形をなす。
【００４１】
従って、カソード区画１０２が、主要面１０４に対するくぼみ領域によって形成される。さらに、カソード区画１０２の溝型ラインの頂点は、カソード区画１０２を囲む周辺端部１０７の高さである。この形態は、カソード区画１０２の溝を形成する方法から得られるものであり、その方法は、材料から平面板をはぎ取り、又はその平面板を掘削する機械加工にある。これは、また、２つの連続するバイポーラ板１００間における気密性を提供する周辺シールの厚さが、オーバーサイズ化することを防ぐ。実際には、突起部を形成する溝型ラインの先端が、周辺端部１０７の頂点を形成する場合、流体に関して気密性を確保するために、極めて厚いシールが、提供されなければならない。
【００４２】
本発明によると、バイポーラ板１００が、反応性流体を循環するための第１スルーホール１０８を含む。実際には、燃料電池を形成するために、同様なバイポーラ板を含む複数の基本セルが、互いに重ね合わせられ、それぞれのバイポーラ板上に形成されるホール１０８に対応するスルーホールが、同一の空間を占め、これによって、以下に詳細に記述される図３及び４に示されるような、共通のコレクターが形成される。
【００４３】
本発明のバイポーラ板の他の形態によると、カソード区画１０２を形成するくぼみ領域が、反応性流体の供給のために吸入路１０６を経由してスルーホール１０１と接続される。吸入路１０６が、主要面１０４の周辺端部１０７内にくぼんで形成される。この結果、共通のコレクターを形成するスルーホール１０１を経由して達する反応性流体の全て又は一部が、吸入路１０６を通り又はバイパスし、カソード区画１０２を形成する溝型ラインまで達する。さらに、パイポーラ板１００が、様々な機能を実行するための他のスルーホールを備える。その結果、ホール１８１−１８４が、それぞれ、燃料電池を形成するバイポーラ板のスタックの結合を確保するクランプ手段（図示しない）を収容するために役立つ。
【００４４】
図１Ａ及び１Ｂに示される代替の実施形態では、反応性流体のための“Ｕ”字型形状の経路を有する。この結果、この代替の実施形態によると、共通のコレクターが、それぞれのバイポーラ板のスルーホール１０８の重ね合わせによって形成され、吸入路１０６を経由し領域１０２に反応性流体を供給するために、溝１０９を経由しスルーホール１０１に接続される。
【００４５】
この目的のため、従って、それぞれのバイポーラ板１００が、第２のスルーホール１０１を備え、この第２のスルーホール１０１は、また、反応性流体を循環するためのものであり、第１スルーホール１０８の近くであり、その結果、周辺端部１０７上に提供される。
【００４６】
その結果、基本セル（バイポーラ板及び挿入シール）が、スタックされた場合、以下に記載する図３及び４に示されるように、反応性流体を循環させるための共通コレクターを形成するために、タイプ１０８の全てのホールが、同一の空間をしめる。
【００４７】
吸入路１０６を経由した、スルーホール１０８からくぼみカソード区画１０２への反応性流体の流れを可能にするために、通常現われない溝１０９が、カソード区画１０２を収容する面と反対の主要面１０５の周辺端部１１３上に提供される。バイポーラ板１００内に、溝１０９が、くぼんで形成され、スルーホール１０１及び１０８の位置と対応する位置及び寸法とされる。
【００４８】
従って、２つの連続するバイポーラ板が、互いに反対のそれらの主要面１０４及び１０５においてスタックされた場合、溝１０９が、スルーホール１０１及び１０８に位置される。図１Ａ及び１Ｂの実施例では、この溝は、直線状であり、その長さは、ホール１０１及び１０８が、それらの２つの端部のそれぞれにおいて、それを貫通するものである。しかしながら、必ずしも本発明の範囲から外れるものではなく、溝に対してホールを他の位置に備える、溝１０９の他の形状が、実現可能である。従って、溝１０９が、“Ｌ”字型形状又は“Ｃ”字型形状を有することが可能である。
【００４９】
このような構造では、この結果、反応性流体が、共通コレクターを形成する開口部１０８を通り抜け、一部は溝１０９に方向を変え、反応性流体のこの方向が変わった流れが、吸入路１０６に流れこみ、ここからカソード区画１０２に広がる。
【００５０】
同様に及び対称的に、カソード区画１０２の他側部上の周辺端部が、吸入路１２６と連携する第１スルーホール１２１を収容する。
【００５１】
さらに、図１Ａ及び１Ｂにおける実施例において、バイポーラ板１００が、溝１０９と同様な通常現われない溝１２９と連携するのに適した、スルーホール１０８と対称的な第２スルーホール１２８を含む。スルーホール１２８のスタックによって形成される第２の共通コレクターが、カソード区画１０２に向かう又はこれから離れる反応性流体又は酸化剤を運ぶ又は除去する働きをすることが出来る。
【００５２】
例えば第２の反応性流体又は冷却流体といった他の流体を循環させるために、バイポーラ板の他の位置において、吸入路と連携する２つのスルーホールを含むシステムを再現することが可能である。
【００５３】
従って、図５及び６に説明された本発明の実施形態によると、第２及び第３の機械加工された楕円形セット５５９、５７９；６５９、６７９、６６９及び６８９が、第２の反応性流体のような他の流体を循環させるために提供される。図１Ａに示される機械加工されたセット１０９及び１２９のように、第２及び第３の機械加工された楕円形セット５５９、５７９；６５９、６７９、６６９及び６８９が、“Ｕ”字型形状の経路に流体を循環させるための２つの円形スルーホールを含む。これらの円形スルーホールが、電極５０２、６０２を供給するために提供されるスルーホールの第１セットを形成するホール５０１、５０８、５２１、５２８；６０１、６０８、６２１、６２８のように形成されることが出来る。
【００５４】
図５の場合においては、スルーホール５５９、５７９の第２セットを、第１セット１０９、１２９の軸に垂直な軸上に位置させることが出来る。この結果、対称性によって、全体の燃料電池に対する共通コレクターを決定するために、バイポーラ板のスタックが、スルーホールが同一の空間をしめるように機能する。
【００５５】
冷却流体のような第３の流体（図６）が循環させられる場合では、スルーホールの第２の６５９、６７９及び第３の６６９、６８９セットが、図６に示されるように、対称軸に関して対称に位置され、バイポーラ板の他の対称の軸から等距離であることが出来る。これは、燃料電池内においてスタックされる２つのバイポーラ板のスルーホールの連携を確保するために機能する。
【００５６】
図２は、基本セルを形成するためのプレート１００に補完的な部分を示し、これは、２つの連続するバイポーラ板１００間に配置されるための挿入シール２５０である。挿入シール２５０は、膜電界質領域２６０とバイポーラ板１００のカソード区画１０２との間の接触、及び隣のバイポーラ板のアノード区画１０３との接触を形成するように配置される。電解質と電極との間の界面における交換を最大化するために、膜電界質２６０が、カソード１０２及びアノード１０３区画によって占められる領域と同様な、及びこれに対応する領域を有する。
【００５７】
さらに、挿入シール２５０が、スルーホール２５１及び２７１を有し、このスルーホールの位置及び寸法が、タイプ１００のバイポーラ板を貫通するホール１０８及び１２８のそれらとそれぞれ対応する。この結果、酸化剤が、タイプ１０８及び１２８のホールのスタックにより形成される共通コレクターに沿って妨げられることなく流れることが出来る。
【００５８】
さらに、挿入シール２５０が、他のスルーホール２１１、２５２、２５３、２８１−２８４を有し、これらのスルーホールの位置、寸法及び機能が、図１に示されたバイポーラ板を貫通する、ホール１８１−１８４のそれらと対応し、これは、板のスタックを集めるための開口部である。
【００５９】
図３は、バイポーラ板３００、３３０、３４０のスタックを示し、これは図１Ａ及び１Ｂのバイポーラ板１００によって説明されるものの代替案の図に対応し、挿入シール２５０の実施形態に対応する挿入シール３５０、３５１及び３５２を備える。
【００６０】
図１Ａ及び１Ｂに関して記述される代替案の実施形態によると、バイポーラ板３００、３３０及び３４０のそれぞれが、第１スルーホール１０１と同様な第１スルーホール３０１、及び第２スルーホール１０８と同様な第２スルーホール３０８を有する。
【００６１】
さらに、バイポーラ板３００、３３０及び３４０のそれぞれが、吸入路１０６と同様な吸入路３０６を有する。この結果、反応性流体が、スルーホール３０８によって形成される共通コレクター内に流れ、その後タイプ３０６の吸入路に入り、ここから、ホール３０１に広がり、とりわけ、アノード区画（図３には示さない）に入ることが出来る。それによって、反応性流体が、供給される電極に入る前の“Ｕ”字型形状経路を表現する。
【００６２】
図３に示されるバイポーラ板３００、３３０及び３４０のスタックが、この板が共通コレクターの左右に交互に配置されるこれらの吸入路を備えるという点において、他のものと区別される。この目的のため、本発明の１つの実施形態によると、共通コレクターを形成するスルーホール３０８、３３８及び３４８が、それらのバイポーラ板の中央軸の１つ上にそれぞれ位置されなければならない。従って、図３に示されるように、これが、バイポーラ板の頭−尾スタックを可能にする対称性を有する。
【００６３】
このような組立体を備え、スルーホール３０１、３３１及び３４１が、ホール３０８によって形成されるコレクターに平行な第２の共通コレクターを形成しないため、これらが互いに同一の空間を占めることはない。このような構造が、スタックのそれぞれのバイポーラ板のカソード区画への反応性流体の効果的及び漏れのない分配を確保するために機能する。さらに、バイポーラ板の組み立ては、より単純である。加えて、バイポーラ板を、従来技術のそれよりも薄くしてもよく、その結果、密度の高いセルを得るために役立つ。
【００６４】
図３に示すように、挿入シール３５０−３５２が、連続するバイポーラ板３００、３３０、３４０の間に配置されるが、これは、それを貫通するホールが、バイポーラ板を貫通するそれらと同一の空間を占めるようにするためである。この結果、反応性流体、燃料及び酸化剤、１つ以上の冷却流体、及び燃料電池の結合のためのクランプ手段が、全体の燃料電池を通り抜けることが可能である。
【００６５】
さらに、図３に示す燃料電池が、バイポーラ板３００、３３０及び３４０のスタックのそれぞれの端部に位置される２つの終板３９０及び３９１を有する。この終板３９０及び３９１が、これらに与えられる機能を行うために、それ自体が周知である方法によって製造される。図３に示される基本セル、すなわちバイポーラ板及び挿入シールのスタックが、この結果、３つのバイポーラ板３００、３３０及び３４０を含むが、これは、燃料電池の所望の容量に従って、異なる数のそれらを含むことが出来る。
【００６６】
図４は、図３におけるそれと同様な断面図を示し、その切断面が、図３における切断面からわずかに進んで位置される。図４において、バイポーラ板のスルーホール及び吸入路に加え、電解領域４６０−４６２が区別されることが出来、挿入シール４５０−４５２を形成する膜と結合されている。
【００６７】
図４に観察されうるように、この結果、膜電解質４６０−４６２が、カソード区画によって占められる表面を適応可能に覆い、溝型ライン４０２（刻み目のある）が、断面において観察される。このように、反応性流体が、領域４６０−４６２内においてのみ反応することが出来、バイポーラ板の吸入路内では反応することが出来ない。この配置が、カソード反応の収率及びこれらが開放する電荷キャリアの収集を最適化するために役立つ。
【００６８】
この図に関して記述された本発明の特定の実施形態は、バイポーラ板のカソード区画と関連している。しかしながら、同様な構造及び操作がアノード区画に対して提供されることが可能である。これらの実施形態は、ほんの少しの機械加工及び／又はスタンピング操作を含み、これによって、密閉流体吸入システムを形成するために役立ち、比較的薄型のバイポーラ板を含む。
【００６９】
図の実施例においては、スルーホールが、円形基部を備えたシリンダー形状を有する。しかしながら。必ずしも本発明の範囲から外れるものではなく、これらが、異なる断面、例えば、楕円形又は正方形を有することが出来る。同様に、燃料電池に要求される電気容量及び電気化学的な収率により、バイポーラ板の厚さ、アノード及びカソード区画の溝型ラインの長さ及び深さ、並びにホール、溝及び吸入路の直径、要求される寸法とされる。さらに、所望の適用に応じ、バイポーラ板が、非−正方形の断面、例えば、円形等を有することが出来る。
【符号の説明】
【００７０】
１００ バイポーラ板
１０１、１０８、１２１、１２８ スルーホール
１０２ カソード区画
１０３ アノード区画
１０４、１０５ 主要面
１０６、１２６ 吸入路
１０７ 周辺端部
１０９、１２９ 溝
１８１、１８２、１８３、１８４ ホール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用のバイポーラ板（１００）であって、
反応性流体（３２０）を循環させるための、その周辺端部（１０７）の１つ内に位置される第１スルーホール（１０８、１２８）、
２つの主要面の内の一方（１０５）に広がるアノード区画（１０３）、及び
反対の主要面（１０４）に広がるカソード区画（１０２）を含み、
前記区画（１０２）の少なくとも１つが、前記対応する主要面（１０４）に対するくぼみ領域によって全体的に又は部分的に形成され、
前記反応性流体の流れが、前記区画（１０２）に入るように、前記くぼみ領域が、吸入路（１０６、１２６）を経由して前記スルーホール（１０８、１２８）に接続され、
前記吸入路（１０６、１２６）が、前記対応する主要面（１０４）の前記周辺端部（１０７）内においてくぼんで形成され、
前記第１スルーホール（１０８、１２８）の近くに位置される第２スルーホール（１０１、１２１）をさらに含み、
前記第２スルーホール（１０１、１２１）もまた、前記反応性流体（３２０）を循環させるためのものであり、
前記主要面（１０４）と反対側の前記主要面（１０５）が、前記くぼみ領域をハウジングし、通常現われないくぼみ溝（１０９、１２９）を含み、
前記溝（１０９、１２９）が、前記第１スルーホール（１０８、１２８）と前記第２スルーホール（１０１、１２１）とを接続するのに適していることを特徴とする燃料電池用のバイポーラ板（１００）。
【請求項２】
中央軸を有し、前記第１スルーホール（１０８、１２８）が、前記中央軸に沿って掘削されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用のバイポーラ板（１００）。
【請求項３】
前記各区画（１０２、１０３）が、前記各主要面（１０４、１０５）を覆うことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用のバイポーラ板（１００）。
【請求項４】
前記第１スルーホール（１０８、１２８）及び／又は前記第２スルーホール（１０１、１２１）が、円形基部を有するシリンダー状を有し、軸が、前記主要面（１０４、１０５）の一方により決定される平面と垂直であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池用のバイポーラ板（１００）。
【請求項５】
第２の反応性流体を循環させるためのスルーホールの第２セット（５５９、５７９；６５９、６７９）、及び冷却流体を循環させるためのスルーホールの第３セット（６６９、６８９）をさらに含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池用のバイポーラ板（１００）。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のバイポーラ板（３００、３３０、３４０）をそれぞれ含む基本セルの重ね合わせ構造を含む燃料電池であって、
前記バイポーラ板（３００、３３０、３４０）が、それぞれ、通常平面シール（２５０；３５０、３５１、３５２；４５０、４５１、４５２）によって二つ一組で分離され、前記シール（２５０；３５０、３５１、３５２；４５０、４５１、４５２）のそれぞれが、前記シールの周辺端部において膜電解質（２６０；４６０−４６２）及びスルーホール（２５１−２５３）を含み、
前記基本セルの全てに共通する反応性流体コレクター（３２０）を形成するために、前記重ね合わせバイポーラ板（３００、３３０、３４０）のスルーホール（３０１、３３１、３４１）及び前記シールの全て（２５０；３５０、３５１、３５２；４５０、４５１、４５２）の前記スルーホール（２５１−２５３）が同一の空間を占めることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
基本セルの重ね合わせ構造を含む燃料電池であって、
それぞれの基本セルが請求項５に記載のバイポーラ板を含み、
前記基本セルの全てに共通する第２及び第３流体コレクターを形成するために、前記重ね合わせバイポーラ板のスルーホール及び全てのシールのスルーホールが同一の空間を占めることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
基本セルの重ね合わせ構造を含む燃料電池であって、
それぞれの基本セルが、請求項１から５のいずれか一項に記載のバイポーラ板を含み、
前記重ね合わせ構造が、前記バイポーラ板の頭−尾スタックを含むことを特徴とする燃料電池。
【請求項１】
燃料電池用のバイポーラ板（１００）であって、
反応性流体（３２０）を循環させるための、その周辺端部（１０７）の１つ内に位置される第１スルーホール（１０８、１２８）、
２つの主要面の内の一方（１０５）に広がるアノード区画（１０３）、及び
反対の主要面（１０４）に広がるカソード区画（１０２）を含み、
前記区画（１０２）の少なくとも１つが、前記対応する主要面（１０４）に対するくぼみ領域によって全体的に又は部分的に形成され、
前記反応性流体の流れが、前記区画（１０２）に入るように、前記くぼみ領域が、吸入路（１０６、１２６）を経由して前記スルーホール（１０８、１２８）に接続され、
前記吸入路（１０６、１２６）が、前記対応する主要面（１０４）の前記周辺端部（１０７）内においてくぼんで形成され、
前記第１スルーホール（１０８、１２８）の近くに位置される第２スルーホール（１０１、１２１）をさらに含み、
前記第２スルーホール（１０１、１２１）もまた、前記反応性流体（３２０）を循環させるためのものであり、
前記主要面（１０４）と反対側の前記主要面（１０５）が、前記くぼみ領域をハウジングし、通常現われないくぼみ溝（１０９、１２９）を含み、
前記溝（１０９、１２９）が、前記第１スルーホール（１０８、１２８）と前記第２スルーホール（１０１、１２１）とを接続するのに適していることを特徴とする燃料電池用のバイポーラ板（１００）。
【請求項２】
中央軸を有し、前記第１スルーホール（１０８、１２８）が、前記中央軸に沿って掘削されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用のバイポーラ板（１００）。
【請求項３】
前記各区画（１０２、１０３）が、前記各主要面（１０４、１０５）を覆うことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池用のバイポーラ板（１００）。
【請求項４】
前記第１スルーホール（１０８、１２８）及び／又は前記第２スルーホール（１０１、１２１）が、円形基部を有するシリンダー状を有し、軸が、前記主要面（１０４、１０５）の一方により決定される平面と垂直であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池用のバイポーラ板（１００）。
【請求項５】
第２の反応性流体を循環させるためのスルーホールの第２セット（５５９、５７９；６５９、６７９）、及び冷却流体を循環させるためのスルーホールの第３セット（６６９、６８９）をさらに含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池用のバイポーラ板（１００）。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のバイポーラ板（３００、３３０、３４０）をそれぞれ含む基本セルの重ね合わせ構造を含む燃料電池であって、
前記バイポーラ板（３００、３３０、３４０）が、それぞれ、通常平面シール（２５０；３５０、３５１、３５２；４５０、４５１、４５２）によって二つ一組で分離され、前記シール（２５０；３５０、３５１、３５２；４５０、４５１、４５２）のそれぞれが、前記シールの周辺端部において膜電解質（２６０；４６０−４６２）及びスルーホール（２５１−２５３）を含み、
前記基本セルの全てに共通する反応性流体コレクター（３２０）を形成するために、前記重ね合わせバイポーラ板（３００、３３０、３４０）のスルーホール（３０１、３３１、３４１）及び前記シールの全て（２５０；３５０、３５１、３５２；４５０、４５１、４５２）の前記スルーホール（２５１−２５３）が同一の空間を占めることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
基本セルの重ね合わせ構造を含む燃料電池であって、
それぞれの基本セルが請求項５に記載のバイポーラ板を含み、
前記基本セルの全てに共通する第２及び第３流体コレクターを形成するために、前記重ね合わせバイポーラ板のスルーホール及び全てのシールのスルーホールが同一の空間を占めることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
基本セルの重ね合わせ構造を含む燃料電池であって、
それぞれの基本セルが、請求項１から５のいずれか一項に記載のバイポーラ板を含み、
前記重ね合わせ構造が、前記バイポーラ板の頭−尾スタックを含むことを特徴とする燃料電池。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２００９−５４１９２３（Ｐ２００９−５４１９２３Ａ）
【公表日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１５９２５（Ｐ２００９−５１５９２５）
【出願日】平成１９年５月２８日（２００７．５．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００７／０５１３３５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４７９９１
【国際公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（５９００００５１４）コミツサリア タ レネルジー アトミーク (429)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２８日（２００７．５．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００７／０５１３３５
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４７９９１
【国際公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（５９００００５１４）コミツサリア タ レネルジー アトミーク (429)
【Ｆターム（参考）】
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