JP2006173123A - 燃料電池用バイポーラプレート - Google Patents

Abstract

【課題】反応剤種を十分かつ均一に分配する。
【解決手段】本発明は燃料電池用バイポーラプレートに関し、このプレートは一方が他方にそれらの内側面（２００ａ、３００ａ）により接するように組み立てられた２つのハーフプレート（２００、３００）で構成され、各ハーフプレート（２００、３００）はその内側面（２００ａ、３００ａ）に互いに離間した少なくとも第１グルーブおよび第２グルーブ（２０１、２０２；３０１，３０２）を含む。該グルーブの底部（２１１、２１２；３１１、３１２）は、各グルーブに沿って分配され、またハーフプレート（２００；３００）の外側面（２００ｂ；３００ｂ）へと開口する複数のオリフィス（２１１０、２１２０；３１１０、３１２０）を各々提供する。各ハーフプレート（２００；３００）の外側面（２００ｂ；３００ｂ）は複数の分配チャンネルを含み、各分配チャンネルは第１グルーブ（２０１；３０１）の各オリフィスを第２グルーブ（２０２；３０２）の各オリフィスに接続する。
【選択図】図４

Description

本発明は燃料電池に関し、より詳細には、燃料電池の電極に反応剤を供給するように機能する「バイポーラプレート」として知られている分配器プレートに関する。

発明の背景

燃料電池は一組の単セル（individual cell：または個々のセル）を含んで成り、この単セルは電解質の機能を果たす部材によって隔離された２つの電極（アノードおよびカソード）によって各々構成され、そしてスタックを形成するように互いに直列に組み立てられる。各電極に適切な反応剤、即ち電極の一方に燃料および他方に酸化剤を供給することによって、電気化学反応が得られて、電極間に電位差を形成することができ、これにより、電気を生じさせることができる。電気を生じさせることのできる電気化学反応が起こるのはスタックの内部であるから、スタックは燃料電池のコアに相当するものである。

各電極に反応剤を供給するため、特別なインターフェース要素が使用され、これは一般的に「バイポーラプレート」と呼ばれ、および各単セルの両側に配置される。このようなバイポーラプレートは一般的にアノードまたはカソード支持体に隣接して配置される単一の構成要素の形態を有する。一般的に、プレートの両面に配置される２対のチャンネルにより流体がスタック内で分配され、各対は当該流体の不活性フラクションを送給および戻しまたは排出するように機能する。プレートの厚さに亘って設けられた穴により、単セルの活性表面全体を覆うように曲がりくねった形状で延在するチャンネルの対に局所的な供給および排出が提供される。そのようなプレートの例は、特に仏国特許出願第０３／１２７１８号に記載されている。

しかしながら、そのようなタイプのバイポーラプレートはピュア（または純粋）な反応剤を送給するようにデザインされる。主な最大の関心事は各分配チャンネルにフル（または完全）に供給するのに十分な量の反応剤を提供することである。ピュアな反応剤を使用することにより、燃料電池の作動コストが高くなり、また、反応剤、特に水素を貯蔵するのに問題を生じる。

従って、より安価で使用のより簡単な反応剤流体により作動する燃料電池を開発すべく試みられた。一般的に、こういった流体は気体の混合物であり、および燃料に水素フラクションを、そして酸化剤に酸素フラクションを含むものである。これらフラクションは典型的には２０％〜１００％の範囲にあり、その他の成分はその大部分が窒素、二酸化炭素および水蒸気である。例えば、ほとんどの空気吸引式（air-breathing）の用途において、水素は天然ガスまたは炭化水素を改質することによって得られ、これは、典型的には４０％水素を含み、その残りの６０％は実質的に窒素および二酸化炭素ガスである気体混合物に相当する。酸化剤として使用する気体混合物は一般的に空気、即ち、２１％酸素、７８％窒素および１％希ガスである。

しかしながら、そのような気体状混合物を上述のバイポーラプレートで使用すると、使用する気体状混合物中に含まれる燃料または酸化剤のフラクションは分配チャンネル内にて流路に沿って減少し、そしてこれはチャンネルの終端に至る前にフルに消費されてしまってはならない。従って、ピュアな反応剤用にデザインされた上述のバイポーラプレートでは、反応剤種を膜の作用領域全体に亘って均一に分配することはできず、よって、燃料電池の総合効率およびその寿命を劣化させる。

発明の目的および簡単な要旨

本発明の目的は、反応剤ガスのフラクションのみを含む気体の混合物を用いる場合に反応剤種（燃料／酸化剤）を十分かつ均一に分配することができ、およびこのことをプレートの活性分配領域を減少させることなく実現することができる燃料電池用バイポーラプレートのデザインを提供することにある。

本発明によれば、この目的は次のことにより達成される：バイポーラプレートを一方が他方にそれらの内側面により接するように組み立てられた２つのハーフプレートで構成し、各ハーフプレートはその内側面に互いに離間した少なくとも第１グルーブおよび第２グルーブ、およびその外側面に複数の分配チャンネルを含むものとする。第１および第２グルーブは、分配チャンネルの各々の端部へそれぞれ開口する複数のオリフィスを提供する。２つのハーフプレートをこのように一体に組み立てることによって形成したバイポーラプレートは、該バイポーラプレートの外側面の下方で延在する４つのグルーブを有し、その外側面の各々は複数の分配チャンネルを含む。

よって、本発明のバイポーラプレートデザインによれば、常套のバイポーラプレートに比べてより多数のチャンネルを備えるバイポーラプレートを有することが可能となる。各ハーフプレートの外側面に形成されるチャンネルの数を増やすことによって、反応剤ガスフローが辿る流路の長さが相応して減少する。これらチャンネルは２つのグルーブ（または溝）間の距離（最も直接的な（または最短の）流路）に対応する長さまで減少させることができる。よって、分配チャンネルの長さを使用する気体状混合物の反応剤含量に適応させることが可能である。そのようなバイポーラプレートにより、高い反応剤濃度を有するフローを用いたり、または気体流量を増加させたりすることはもはや必要でなくなる。

加えて、本発明のバイポーラプレートにおいて、分配チャンネルのための供給および排出グルーブ（これはハーフプレートの厚さが小さいにもかかわらず、十分な寸法を有する断面を保持するために比較的幅広でなければならない）はハーフプレートの内側面に形成される。これにより、ハーフプレートの外側面が接することとなる膜に対する支持を失うという危険性が回避される。

本発明のある要旨において、各ハーフプレートにおける第１および第２グルーブの各々は、それが連通しているハーフプレートにおける開口部から次第に減少する断面を成す。このグルーブ形状は、グルーブの入口とそこから最も遠いオリフィスとの間のグルーブ方向の流体の流量における減少と釣り合うように機能する。また、これは２つのハーフプレートを結合するときにバイポーラプレートにおけるグルーブの配置を最適化するようにも機能する。一例として、各ハーフプレートの第１および第２グルーブはそれぞれ実質的に三角の形状を成し、それら形状は互いに対して反転している。

長さが比較的長いプレートでは、第１および第２グルーブの少なくとも一方は、２つの反対に向いた三角形の形態の形状を成し、それら三角形はプレートの中央にてそれらの狭い端部により接し、２つの三角形の反対の端部はグルーブへの２つの別個の供給入口を形成するものであってよい。これにより、１つのグルーブに対して２つの入口を設けることができ、よって、より大量の流体をその中に導入することができる。

本発明のある要旨において、各ハーフプレートはその内側面に第１および第２グルーブ間に配置された複数のチャンネルを含み、２つのハーフプレートのチャンネルは互いに協同して、冷却流体用の複数のフローダクトを形成する。

ハーフプレートは、例えばステンレス鋼またはアルミニウムなどの金属でできていてよく、これは場合により耐食コーティングで覆われていてよい。ハーフプレートはろう付けによって、または導電性接着剤によって一方が他方に接するように保持される。

しかしながら、ハーフプレートが非金属材料でできており、および導電性接着剤によって一方が他方に接するように保持されることも可能である。

また、ハーフプレートは、スタックを締結（またはクランプ）するための手段により加えられる締結力によって一方が他方に接するように保持され得る。この場合、２つのハーフプレート間のシーリングはハーフプレートの内側面に加工されたグルーブ内に保持されるガスケットによって提供される。

本発明のバイポーラプレートを構成する２つのハーフプレートは相等しく、よって製造コストを一層合理化するものであってよく、あるいは、それらは２種の流体を異なる濃度で分配するのに適用するために相違するものであってよい。

また、本発明は上述のような２つのバイポーラプレート間に配置された、膜（電解質）によって離間した第１および第２電極より形成される少なくとも１つの単セルを含んで成る燃料電池も提供する。この燃料電池はプロトン交換膜型（ＰＥＭＦＣ）であってよい。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しつつ、非限定的な例として示す本発明の特定の態様に関する以下の説明より明らかとなる。

実施態様の詳細な説明

本発明は、特に反応剤ガスのフラクションのみを含む気体の混合物を使用するとき、例えば空気（酸素源）を使用するときまたは改質ガス（水素源）を使用するときなどに、反応剤ガスを均一に分配することのできるバイポーラプレートのためのデザインを提供する。ピュアな反応剤ガスと比較した場合の気体混合物中の反応剤の消耗を補償するため、本発明は従来のバイポーラプレートより多数の分配チャンネルを有するバイポーラプレートを提案する。よって、バイポーラプレートに設けるチャンネルの数に応じてチャンネル長さをより短くすることができる。チャンネル長さを減少させることにより、気体状混合物が辿る距離はより短くなり、そしてその結果、チャンネルを離れるまでの反応剤の混合物中の消耗が低減される。各チャンネルの長さは、使用する気体混合物中に存在する反応剤の濃度に応じて決められ、即ち、この長さは、電極の活性表面に沿う行程の終端に至るまでに気体混合物中に存在する反応剤が完全に使い尽くされることのないように決められる。以下により詳細に説明するように、本発明のバイポーラプレートは、バイポーラプレートの活性領域および容積を、また流体回路における損失水頭も、膜保持の質をも劣化させることなく、これら要請を満足するものである。

本発明はプロトン交換膜を有するタイプの燃料電池（ＰＥＭＦＣ）に適用することが好ましいが、必須ではない。

本発明のバイポーラプレートは２つのハーフプレートを一体に組み立てることにより作製される。図１Ａ、１Ｂ、２および３は本発明のバイポーラプレートを作製するために使用されるものであるハーフプレートの態様を示す。図１Ａはハーフプレート１００をその内側面１００ａ、即ちバイポーラプレートを作製したときに他方のハーフプレートに対向する面から見たものを示す。その内側面１００ａにおいて、ハーフプレート１００は第１および第２グルーブ１０１および１０２を有し、その各々はハーフプレートの対向する２つの側部の一方の近傍に配置され、およびそれぞれの開口部１２０（図２を参照のこと）または１２１へと開口する。ここで、第１シリーズのチャンネル１３０は開口部１３２および１３４へと開口し、および第２シリーズのチャンネル１３１は開口部１３３および１３５（図２を参照のこと）へと開口し、２つのシリーズのチャンネル１３０および１３１は２つのグルーブ１０１および１０２の間に配置される。グルーブ１０１の底部１１１はグルーブの全長に沿って均一に分配された複数のオリフィス１０１ａ〜１０１ｍを提供する。同様に、グルーブ１０２の底部１１２は該グルーブに沿って均一に分配された複数のオリフィス１０２ａ〜１０２ｍを提供する。

図１Ｂおよび３はハーフプレート１００の外側面１００ｂ、即ち燃料電池において単セルの膜を圧迫することとなる面を示す。その外側面１００ｂにおいて、ハーフプレート１００は複数の分配チャンネル１４０ａ〜１４０ｍを含む。これらチャンネルは電池の電極の一方に反応剤を供給するようにデザインされ、およびそれらは反応剤を拡散させるべき電池の膜の活性領域と実質的に対応するゾーン（作用領域）に亘って延在する。各分配チャンネルはグルーブ１０１内のそれぞれのオリフィスをグルーブ１０２内のそれぞれのオリフィスに接続する。図１Ｂにおいて、各分配チャンネル１４０ａ〜１４０ｍはグルーブ１０１のオリフィス１０１ａ〜１０１ｍのそれぞれ１つをグルーブ１０２内の対応するオリフィス１０２ａ〜１０２ｍに接続する。よって、分配チャンネル１４０ａ〜１４０ｍは複数の並行な分配チャンネルを形成し、その各々は各自の流体注入オリフィスおよび各自の流体排出オリフィスを有する。換言すれば、本発明の各ハーフプレートは、並行な分配チャンネルに対して各分配チャンネルに固有のオリフィスにより関連付けられた反応剤用供給グルーブおよび排出グルーブを有する。

図１Ｂに示す態様では、各分配チャンネルは入口オリフィスと出口オリフィスとの間に３つの直線部分を含む。しかしながら、本発明において、入口オリフィスと出口オリフィスとの間に１つの部分を、あるいは実に５つ以上の部分を含む分配チャンネルを作製することが可能である。

図４は、本発明のバイポーラプレートを得るために一体に組み立てた２つのハーフプレートを図示する。図４は、図１Ａ、１Ｂ、２および３を参照して説明したハーフプレートと同様の構造を有する２つのハーフプレート２００および３００を示す。よって、上述のハーフプレート１００と同様、各ハーフプレート２００または３００はその内側面２００ａまたは３００ａにて、それぞれの開口部２２０、３２０および２２１、３２１へと開口するそれぞれの第１および第２グルーブ２０１、３０１および２０２、３０２を提供する。グルーブ２０１および３０１の底部２１１および３１１は、グルーブの全長に亘って均一に分配されたそれぞれの複数のオリフィス２１１０および３１１０を提供する。同様に、グルーブ２０２および３０２の底部２１２および３１２は、対応するグルーブに沿って均一に分配されたそれぞれの複数のオリフィス２１２０および３１２０をそれぞれ提供する。

また、ハーフプレート２００および３００は、開口部２３２、２３４および３３２、３３４へとそれぞれ開口する第１および第２シリーズのチャンネル２３０および３３０、ならびに開口部２３３、２３５および３３３、３３５へとそれぞれ開口する第２シリーズのチャンネル２３１および３３１も有する。

図４に示すように、本発明のバイポーラプレートは２つのハーフプレート２００および３００を、一方が他方にそれらの内側面２００ａおよび３００ａにより接した状態に組み立てることによって得られる。本明細書に説明する態様では、２つのハーフプレートは相等しく、および一方のハーフプレートにある各グルーブはこれに対向する他方のハーフプレートの固体表面部分により閉じられる。しかしながら、本発明のバイポーラプレートは異なる構造を示すハーフプレートにより形成することもできる。このことは、例えば、各バイポーラプレートの２つの外側表面に亘って分配される気体混合物中の反応剤濃度が相違する場合に適用され得る。そのような状況では、分配チャンネルの数および長さは、分配しようとする気体状混合物中の反応剤濃度に応じて、各ハーフプレートに対して独立して適用すべきである。

図４に示すように、グルーブ２０１、２０２、３０１および３０２は三角の形状になっている。本発明によるハーフプレートの各々において、グルーブの長さに沿って断面が変化する三角または同等の形状を有するグルーブを使用することは、いくつかの問題に同時に対処するのに役立つ。互いに対して位置付けられてデザインされた２つのハーフプレートにおけるグルーブ（図４中、グルーブ２０１および３０２またはグルーブ２０２および３０２）は相補的な形状を有し、よって、各ハーフプレートにてグルーブを形成するために必要とされる形状を最適化する。更に、そのような形状により、分配用のフローが動いて終端点に向かって流れ始めるグルーブの開始点から次第に先細るグルーブ断面を有することが可能となる。このため、グルーブの開始点にて導入した反応剤を含むフローは、グルーブの終端点に至るまで連続的に加速し、よって、損失水頭を制限すること、およびグルーブへの入口からオリフィスが離れていても、実質的に均一な量のフローをグルーブの各オリフィスに分配することが可能となる。

グルーブとは異なって、チャンネル２３０、２３１および３３０、３３１は向かい合い、および冷却流体フローチャンネルを形成するように協同する。

本発明のハーフプレートは、例えばステンレス鋼またはアルミニウムなどの金属材料のシートにより作製でき、シートは場合により仕上げ耐食コーティング（例えば化学析出させたニッケル）で覆われていてよい。この結果、シートひいてはハーフプレートは、従来から知られているプレートより厚さが小さい。本発明のハーフプレートは、例えば１ミリメートル（ｍｍ）〜１．５ｍｍの範囲にある厚さを有し得る。これにより、常に望まれているように、燃料電池の全体的な外形寸法および重量を低減するという要請を満足するのに役立つ薄いバイポーラプレートが提供される。

そのような厚さのハーフプレートとすることは、それらが有し得る深さに対する制限を補償するためおよび有意な外形断面を維持するために比較的幅広（数ｍｍ）のグルーブを要することを意味する。しかしながら、グルーブをそのように幅広にすると、グルーブに亘って膜に対する支持を失い、燃料電池がその寿命の間に被る圧力、温度、振動などの複合的ストレスを考慮すると、膜が損傷を受けるという危険を冒すものとなり得る。膜破損により反応剤間のシーリングが損なわれ得、これは燃料電池の動作に顕著に影響し得る。

本発明においては、バイポーラプレートを組み立てたときに互いに向き合うハーフプレートの内側面（即ち、膜と接触することとならない面）にグルーブを設けることによって、そのような危険性が排除される。

ハーフプレートにおける反応剤および冷却流体供給および排出開口部（例えば図１Ａおよび１Ｂのハーフプレート１００における開口部１２０〜１２４および１３２〜１３５）はスタンピング（またはプレス加工）によって作製できる。ハーフプレートの外側面に形成される反応剤分配チャンネル（例えば図１Ａ〜１Ｂのハーフプレート１００におけるチャンネル１４０ａ〜１４０ｍ）はスタンピングによって、または高速機械加工によって形成できる。ハーフプレートの内側面に形成される冷却流体フローチャンネル（例えば図１Ａおよび１Ｂのハーフプレート１００のチャンネル１３０および１３１）はスタンピングによって、または高速機械加工によって形成できる。最後に、ハーフプレートの内側面に形成される反応剤供給または排出グルーブ（例えば図１Ａおよび１Ｂのハーフプレート１００におけるグルーブ１０１および１０２）は化学加工によって、または高速機械加工によって形成できる。

グルーブと協同する供給および排出オリフィス（例えば図１Ａおよび１Ｂのハーフプレート１００におけるオリフィス１０１ａ〜１０１ｍおよび１０２ａ〜１０２ｍ）は内側面にある加工したグルーブを外側面にある加工した反応剤分配チャンネルと交差させることによって得られ、よって、加工する深さの合計は片側のハーフプレートの厚さより大きい。

２つのハーフプレートはろう付けによって、または導電性接着剤を用いることによって一体に組み立てられる。

また、ハーフプレートは、例えば含浸グラファイトまたはカーボンに基づく複合材料などの非金属材料で作製してもよい。そのような状況では、ハーフプレートは成形（またはモールディング）によって、または高速機械加工によって得られる。バイポーラプレートは２つのハーフプレートを、導電性接着剤を用いて１つに接着することによって得られる。

本発明のもう１つの変形例において、ハーフプレートは、金属であろうと非金属であろうと、単に燃料電池のスタック全体について生じる締結力下にて接触させることによって互いに保持できる。燃料電池において周知の方法では、スタックの全ての要素（バイポーラプレート、単セルなど）を所定のレベルの力で互いに接触させた状態で維持するために締結手段が用いられる。そのような状況では、接触力とハーフプレート間に介挿されたガスケットとの双方により、２つのハーフプレート間のシーリング（または封止）が提供される。図８は、例えばエラストマーから作製し得るシーリングガスケット７０２を備えるハーフプレート７００の態様を示す。ガスケット７０２はプレート７００の内側面に加工されたグルーブ７０１内に部分的に受容される。グルーブ７０１から突出したガスケットの部分は、ハーフプレート７００と一体に組み立てられるべき他方のハーフプレートに加工された対応するグルーブ内に受容される。

図５は、図４の２つのハーフプレート２００および３００を一体に組み立てることによって得られるバイポーラプレート５００を示す。得られるバイポーラプレート５００は図５に認め得る第１面を有し、これはハーフプレート２００の外側面２００ｂに対応し、および複数の分配チャンネル２４０を含み、その各々はグルーブ２０１の複数のオリフィス２１１０のうちのオリフィスをグルーブ２０２の複数のオリフィス２０２０のうちのオリフィスに接続する。バイポーラプレート５００の他方の面（図５に図示せず）は、ハーフプレート３００の外側面３００ｂに対応し、これは同様に、複数の分配チャンネルを含み、その各々はグルーブ３０１の複数のオリフィス３１１０のうちの１つのオリフィスをグルーブ３０２の複数のオリフィス３１２０のうちの１つのオリフィスに相互接続する（図４を参照のこと）。よって、バイポーラプレート５００の各面は他方の面から独立して、流体を分配および排出できる。

図５に示す面２００ｂにおいて、グルーブ２０１には反応剤Ｒ１が開口部５２１を通じて供給される。グルーブ２０１は開口部５２１により連通しており、開口部５２１はハーフプレート２００および３００における開口部２２１および３２３を結合することによって形成されている。チャンネル２４０の各々は、図６Ａに示すように、オリフィス２１１０を通じて反応剤Ｒ１のフラクションを受け取る。反応剤Ｒ１の各フラクションはチャンネル２４０内を並行に流れる。その後、過剰の反応剤および電気化学反応によって生じた水は、図６Ｂに示すように、オリフィス２１２０に入ってグルーブ２０２を通じて開口部５２０（ハーフプレート２００および３００における開口部２２０と３２２との結合部）へと排出される。反応剤Ｒ２は同様に、図６Ｃに示すように、開口部５２３（ハーフプレート２００および３００における開口部２２３と３２１との結合部）を通じてグルーブ３０１に供給することによってバイポーラプレート５００の面３００ｂ上で流され、過剰の反応剤および生じた水は、図６Ｄに示すように、グルーブ３０１および開口部５２２（ハーフプレート２００および３００における開口部２２２と３２０との結合部）を通じて排出される。

２つのハーフプレート２００および３００を一方が他方に接するように組み立てると、各ハーフプレート２００の内側面２００ａに在るチャンネル２３０および２３１は、ハーフプレート３００の内側面３００ａに在るチャンネル３３１および３３０とそれぞれ協同して、冷却流体を流すことの可能な内部フローダクトをバイポーラプレート５００に形成する。内部フローダクトの形状、数および配置は、特に所望の冷却度に応じて様々であり得る。

図７は本発明によるバイポーラプレートを含んで成る燃料電池構造体の例を示す。図面が密になり過ぎるのを避けるため、図７に示すアセンブリ（または組立体）は、燃料電池のコアを形成する場合に作製し得る最小限の構造体またはスタック、即ち、１つの単セル６００および図５に示すものと同等のバイポーラプレート４００に対応し、および本発明の説明が無駄に負担とならないよう繰り返して説明しないものとする。しかしながら、本発明の燃料電池は当然ながら、同様の構造体を幾重にも含んでいてよい。更に、図７の構造体がスタックの一端に対応する場合、単セルの反対側には１つの単一面（single plane）プレート、即ち、電池に対向する面に亘ってのみ反応剤を分配するプレートだけが配置される。

図７に示す構造体は、電解質の機能を果たす膜４０３、例えばＰＥＭＦＣ型燃料電池において使用されるプロトン交換高分子膜のようなものによって隔離された第１電極４０１および第２電極４０２を含んで成る単セル４００から構成される。これらの要素は一体に組み立てられ、シーリングガスケット（図示せず）を含む単一の構成要素（ＥＭＥ）の形態で提供される。燃料電池の構造体のこの部分はそれ自体周知であり、これ以上詳細には説明しないものとする。本発明はあらゆるタイプの単セルで実施できる。

電気化学反応を起こすために、電池４００の電極４０１、４０２の各々に異なる反応剤、即ち、その一方には燃料（例えば水素を含む反応剤流体）、および他方には酸化剤（例えば空気）を供給する必要がある。

電極４０２には、図５ならびに図６Ａおよび６Ｂを参照して詳細に上述したのと同様にして、バイポーラプレート６００の面６００ａに在る分配チャンネル６４０により第１反応剤が供給される。同様に、電極４０１には、バイポーラプレートと単セルとの次のアセンブリのバイポーラプレートに在る分配チャンネルにより、またはスタックの端であれはバイポーラプレートの分配チャンネルにより第２反応剤が供給される。バイポーラプレートの各外側面に在る分配チャンネルは、電池４００における膜の活性領域ＳＡと実質的に対応する作用領域ＳＵに亘って延在する。本発明のバイポーラプレートは、膜の活性領域とバイポーラプレートの作用領域との比を著しく悪化させることなく、流体をより多数の並行チャンネルに通じてその面の各々に亘って分配することを可能にするものと理解され得る。これは、特に、本発明のバイポーラプレートがプレートの作用領域外およびその下方にて最適に配置されたグルーブおよび分配チャンネル供給および／または排出オリフィスを有することに起因するものである。

プレートがグルーブ方向に長いとき、特に分配チャンネルに燃料を供給すべき入口については、単一のグルーブ供給入口では十分でないことがあり得る。グルーブに対する所定の長さを超えると、また、使用する気体状混合物中に含まれる反応剤の濃度に応じて、グルーブ入口から最も遠い分配チャンネルが全くまたは十分な反応剤を受け取れず、よって、反応剤分配の均一性を損なうという危険性がある。

そのような状況では、グルーブはプレートの中央に位置する軸に対して対称に変化する断面を有し得る。一例として、そのようなグルーブは２つの三角形の形態を有し、それら三角形はプレートに沿った中間でそれらの狭い方の端部により接し、２つの三角形の反対の端部はグルーブへの２つの別個の供給入口を形成するものであり得る。

本発明によるハーフプレートの態様の内側面を示す図である。 本発明によるハーフプレートの態様の外側面を示す図である。 図１Ａにおける断面ＩＩから見た部分断面図である。 図１Ｂにおける断面ＩＩＩから見た部分断面図である。 本発明によるバイポーラプレートを組み立てる前の２つのハーフプレートの斜視図である。 図４の２つのハーフプレートを一体に組み立てた後に得られるバイポーラプレートの斜視図である。 図５のバイポーラプレートの部分ＶＩＡを示す拡大した詳細図である。 図５のバイポーラプレートの部分ＶＩＢを示す拡大した詳細図である。 図５のバイポーラプレートの部分ＶＩＣを示す拡大した詳細図である。 図５のバイポーラプレートの部分ＶＩＤを示す拡大した詳細図である。 本発明のバイポーラプレートを含む燃料電気構造体の概略斜視図である。 本発明によるシーリングガスケットを備えるハーフプレートの内側面を示す図である。

Claims (13)

1. 燃料電池用バイポーラプレートであって、該プレートは一方が他方にそれらの内側面（１００ａ）により接するように組み立てられた２つのハーフプレート（１００）で構成され、各ハーフプレートはその内側面（１００ａ）に互いに離間した少なくとも１つの第１グルーブおよび１つの第２グルーブ（１０１、１０２）、およびその外側面（１００ｂ）に複数の分配チャンネル（１４０ａ〜１４０ｍ）を含み、第１および第２グルーブ（１０１、１０２）は、分配チャンネル（１４０ａ〜１４０ｍ）の端部の各々へそれぞれ開口する複数のオリフィス（１０１ａ〜１０１ｍ、１０２ａ〜１０２ｍ）を提供すること、および２つのハーフプレートをこのように一体に組み立てることによって形成された状態のバイポーラプレートは、該バイポーラプレートの外側面の下方で延在する４つのグルーブ（２０１、２０２、３０１、３０２）を有し、外側面の各々が複数の分配チャンネルを含むことを特徴とするバイポーラプレート。
2. 各ハーフプレートにおける第１および第２グルーブ（１０１、１０２）の各々は、それが連通しているハーフプレートにおける開口部（１２０；１２１）から次第に減少する断面を成すことを特徴とする、請求項１に記載のプレート。
3. 各ハーフプレートの第１および第２グルーブ（１０１、１０２）はそれぞれ実質的に三角の形状を成し、それら形状は互いに対して反転していることを特徴とする、請求項２に記載のプレート。
4. 第１および第２グルーブの少なくとも一方は、２つの反対に向いた三角形の形態の形状を成し、それら三角形はプレートの中央にてそれらの狭い端部により接し、２つの三角形の反対の端部はグルーブへの２つの別個の供給入口を形成することを特徴とする、請求項２に記載のプレート。
5. 少なくとも１つのハーフプレート（１００）がその内側面（１００ａ）に第１および第２グルーブ（１０１、１０２）間に配置された複数のチャンネル（１３０、１３１）を含み、２つのハーフプレートのチャンネルが互いに協同して、冷却流体用の複数のフローダクトを形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のプレート。
6. ハーフプレート（１００）が金属でできていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のプレート。
7. ハーフプレートはろう付けによって、または導電性接着剤によって一方が他方に接するように保持されていることを特徴とする、請求項６に記載のプレート。
8. ハーフプレート（１００）が非金属材料でできていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のプレート。
9. ハーフプレートは導電性接着剤によって一方が他方に接するように保持されていることを特徴とする、請求項８に記載のプレート。
10. 各ハーフプレート（７００）が、締結力下にて２つのハーフプレート間にシーリングを提供するように、ガスケット（７０２）のためのハウジングを形成するグルーブ（７０１）をその内側面に含むことを特徴とする、請求項１〜６および８のいずれかに記載のプレート。
11. ハーフプレート（１００）が相等しいことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のプレート。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の２つのプレート間に配置された、電解質によって離間した第１および第２電極（４０１、４０２）より形成される少なくとも１つの単セル（４００）を含んで成ることを特徴とする燃料電池。
13. プロトン交換膜型（ＰＥＭＦＣ）であることを特徴とする、請求項１２に記載の燃料電池。
    

Images