JP3266617B2 - 高い圧力のもとで作動する電気化学セル構造 - Google Patents
高い圧力のもとで作動する電気化学セル構造Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気化学セルデバイスに関し、特に、高い
圧力のもとで作動するように設計された電気化学セル構
造に関する。
圧力のもとで作動するように設計された電気化学セル構
造に関する。
背景技術 種々の構造の電気化学セルデバイスが既に公知であっ
て、それらの電気化学セルデバイスの大部分は、集合ま
たはスタックとして構成された複数の電気化学セルを含
む。用途に応じてそれらの電気化学デバイスは、二種類
のカテゴリに分類される。即ち、水または他の燃料物質
が電気分解によってその成分（物質が水の場合には酸素
と水素）に解離する電気化学セルまたは、プロセス内で
電気を発生させるために、水素または気体燃料と酸素と
が触媒によって結合される燃料電池の何れかに分類され
る。
て、それらの電気化学セルデバイスの大部分は、集合ま
たはスタックとして構成された複数の電気化学セルを含
む。用途に応じてそれらの電気化学デバイスは、二種類
のカテゴリに分類される。即ち、水または他の燃料物質
が電気分解によってその成分（物質が水の場合には酸素
と水素）に解離する電気化学セルまたは、プロセス内で
電気を発生させるために、水素または気体燃料と酸素と
が触媒によって結合される燃料電池の何れかに分類され
る。
この二種類の電気化学セルデバイスは、幾つかの点で
異なら、且つ異なる仕事が与えられているが、多くの共
通な特徴を有する。よく知られているように、それらの
デバイスの各セルには、アノード電極、カソード電極、
多量の電解液またはイオン伝達媒体またはイオン交換媒
体を保持し、且つ少なくともアノード電極板とカソード
電極板との特性領域の間に配置された電解液保持体（メ
ンブレンまたは多孔板マトリクス）とが含まれている。
電気化学反応を可能にし、または強化するために、プラ
チナのような多量の触媒を含有する層が、各々の電極板
と電極液保持との間の各々の境界面に存在する。絶縁プ
レートまたは同様なプレートの形状の部材（冷却デバイ
スのような）が、各々の隣接するセルのカソード電極板
とアノード電極板との間に挿入され、セル間で流体が移
動することのないようにセルを分離する。
異なら、且つ異なる仕事が与えられているが、多くの共
通な特徴を有する。よく知られているように、それらの
デバイスの各セルには、アノード電極、カソード電極、
多量の電解液またはイオン伝達媒体またはイオン交換媒
体を保持し、且つ少なくともアノード電極板とカソード
電極板との特性領域の間に配置された電解液保持体（メ
ンブレンまたは多孔板マトリクス）とが含まれている。
電気化学反応を可能にし、または強化するために、プラ
チナのような多量の触媒を含有する層が、各々の電極板
と電極液保持との間の各々の境界面に存在する。絶縁プ
レートまたは同様なプレートの形状の部材（冷却デバイ
スのような）が、各々の隣接するセルのカソード電極板
とアノード電極板との間に挿入され、セル間で流体が移
動することのないようにセルを分離する。
電気化学デバイスが構成され、水の電気分解を実行す
るように作動するとき、水がセル及び少なくとも一方の
活性領域に供給されなければならない。動作中には、異
なる電位を電極板に印加することによって、電気分解反
応が各々のセルで起こり、その結果各々の電極板の各々
の活性領域で気体（水素ガス及び酸素ガス）が発生す
る。そのようなガスは、活性領域から別個に導びかれ、
最終的には別個にセルから放出されなければならない。
一方、電気化学デバイスが電源として作動するときは、
水素（または他の気体燃料）と、空気または（空気の成
分としての）酸素がセル内に別個に受け入れられ、かつ
電気化学反応が発生するカソード電極板及びアノード電
極板の活性領域に別個に分布され、その結果アノード電
極板とカソード電極板との間に電位差が発生する。この
電位差は、スタック内に配置された他の燃料セル内で発
生した電位差と接続されて、外部の利用者のデバイスま
たは回路に電源を供給するために用いられる。反応生成
物としてセル内に形成される水は、それが生み出された
場所から取り除まれなければならず、最後に燃料セルか
ら除去される。
るように作動するとき、水がセル及び少なくとも一方の
活性領域に供給されなければならない。動作中には、異
なる電位を電極板に印加することによって、電気分解反
応が各々のセルで起こり、その結果各々の電極板の各々
の活性領域で気体（水素ガス及び酸素ガス）が発生す
る。そのようなガスは、活性領域から別個に導びかれ、
最終的には別個にセルから放出されなければならない。
一方、電気化学デバイスが電源として作動するときは、
水素（または他の気体燃料）と、空気または（空気の成
分としての）酸素がセル内に別個に受け入れられ、かつ
電気化学反応が発生するカソード電極板及びアノード電
極板の活性領域に別個に分布され、その結果アノード電
極板とカソード電極板との間に電位差が発生する。この
電位差は、スタック内に配置された他の燃料セル内で発
生した電位差と接続されて、外部の利用者のデバイスま
たは回路に電源を供給するために用いられる。反応生成
物としてセル内に形成される水は、それが生み出された
場所から取り除まれなければならず、最後に燃料セルか
ら除去される。
何れの場合でも、各セルのアノード部分及びカソード
部分、またはアノード側及びカソード側へ反応開始物質
を別個に吸入し、かつアノード部分及びカソード部分か
ら個々の反応生成物を放出するばかりでなく、反応開始
物質を個々の活性領域に均一に分布させ、かつ反応が起
きた活性領域の全体から反応生成物を除去すための設備
が製造されなければならないことが明かである。後者の
仕事は、少なくとも活性領域の下の電極板の固体領域以
外の領域に、多孔質構造を与えることなどによって、反
応が起きた活性領域に開口部を有し、かつ吸入通路と放
出通路の各々に連通した接続通路を提供することで実行
される。この方法は、活性領域へのまたは活性領域から
の種々の流体の流れの規則正しい処理を提供するため、
及び活性領域と導電性分離プレートまたは同様なプレー
ト型の構成要素との間に導電性パスを提供するほかに、
電解液保持体を支持するように働き、保持体の動作また
は完全性、ひいては電気化学セル及びまたは電気化学デ
バイス全体の動作または完全性に悪影響を及ぼす可能性
のある電解液保持体の座屈またはその他の変形を防止す
る電極領域の著しい利点を達成する。
部分、またはアノード側及びカソード側へ反応開始物質
を別個に吸入し、かつアノード部分及びカソード部分か
ら個々の反応生成物を放出するばかりでなく、反応開始
物質を個々の活性領域に均一に分布させ、かつ反応が起
きた活性領域の全体から反応生成物を除去すための設備
が製造されなければならないことが明かである。後者の
仕事は、少なくとも活性領域の下の電極板の固体領域以
外の領域に、多孔質構造を与えることなどによって、反
応が起きた活性領域に開口部を有し、かつ吸入通路と放
出通路の各々に連通した接続通路を提供することで実行
される。この方法は、活性領域へのまたは活性領域から
の種々の流体の流れの規則正しい処理を提供するため、
及び活性領域と導電性分離プレートまたは同様なプレー
ト型の構成要素との間に導電性パスを提供するほかに、
電解液保持体を支持するように働き、保持体の動作また
は完全性、ひいては電気化学セル及びまたは電気化学デ
バイス全体の動作または完全性に悪影響を及ぼす可能性
のある電解液保持体の座屈またはその他の変形を防止す
る電極領域の著しい利点を達成する。
特に、電気化学デバイスが、その各セル内の電解液保
持体として固体の電解液メンブレンを用いるように構成
されているとき、電気化学デバイスは高い若しくは非常
に高い大気圧以上の圧力のもとで作動しなければならな
い。デバイスを収納容器内に収容し、かつデバイスの内
部の圧力と等しいレベルまたはそのレベルから許容でき
る範囲内にデバイスを収納する容器の圧力を保持するこ
とによって、デバイス全体（デバイスの外側と内側）に
加わる圧力差が無視できる程度であれば、高い圧力でデ
バイスを作動させることによって問題が生じない。しか
しながら、そのような収納容器の設備は、設備の複雑さ
及びコストを大きく増加させ、更に設備全体の寸法及び
重量を大きく増加させるので、利用可能な空間または許
容可能な重量またはその両方が制限されているかまたは
重要である用途に対してはこの方法は不適切なものとな
る。
持体として固体の電解液メンブレンを用いるように構成
されているとき、電気化学デバイスは高い若しくは非常
に高い大気圧以上の圧力のもとで作動しなければならな
い。デバイスを収納容器内に収容し、かつデバイスの内
部の圧力と等しいレベルまたはそのレベルから許容でき
る範囲内にデバイスを収納する容器の圧力を保持するこ
とによって、デバイス全体（デバイスの外側と内側）に
加わる圧力差が無視できる程度であれば、高い圧力でデ
バイスを作動させることによって問題が生じない。しか
しながら、そのような収納容器の設備は、設備の複雑さ
及びコストを大きく増加させ、更に設備全体の寸法及び
重量を大きく増加させるので、利用可能な空間または許
容可能な重量またはその両方が制限されているかまたは
重要である用途に対してはこの方法は不適切なものとな
る。
一方、そのような圧力を等しくする処置を行えないと
き、電気化学デバイスの内側と外側との間の圧力差が個
々のセルの周辺部分に無視できない応力を加え、かつ電
気化学セルデバイスの種々の構成要素及び構成要素間の
境界面での流体の不透過性が必要となる。
き、電気化学デバイスの内側と外側との間の圧力差が個
々のセルの周辺部分に無視できない応力を加え、かつ電
気化学セルデバイスの種々の構成要素及び構成要素間の
境界面での流体の不透過性が必要となる。
上述された種々の要求を満たすために、外周部分を構
成し固体及び流体を透過しない環状フレームと、環状フ
レームによって画定された空間を満たし流体を透過する
（導電性の）中心部分を含むように電極板を構成するこ
とが既に提案されている。従って、別個の部分からなる
シール材をフレーム間に挿入することによって、フレー
ム間の境界面が適切にシールされる。
成し固体及び流体を透過しない環状フレームと、環状フ
レームによって画定された空間を満たし流体を透過する
（導電性の）中心部分を含むように電極板を構成するこ
とが既に提案されている。従って、別個の部分からなる
シール材をフレーム間に挿入することによって、フレー
ム間の境界面が適切にシールされる。
これらの原理を用いた少なくとも一つの公知のセル構
造では、（中間の分離プレートまたは同様なプレートの
形状の中間部材の各々と同様に）各フレームは、電気化
学デバイスが組み立てられた状態で、他の構成要素の対
応する溝または貫通孔と整合し、流体供給導管及び流体
放出導管またはマニホルドを形成する複数の貫通孔また
は溝を含む。さらに、組み立てられたデバイス内に、マ
ニホルドと適切な一つの電極板の中心部分のボイオとの
間に連通路を形成するべく、各電極板フレームに別個の
接続通路を提供する必要がある。
造では、（中間の分離プレートまたは同様なプレートの
形状の中間部材の各々と同様に）各フレームは、電気化
学デバイスが組み立てられた状態で、他の構成要素の対
応する溝または貫通孔と整合し、流体供給導管及び流体
放出導管またはマニホルドを形成する複数の貫通孔また
は溝を含む。さらに、組み立てられたデバイス内に、マ
ニホルドと適切な一つの電極板の中心部分のボイオとの
間に連通路を形成するべく、各電極板フレームに別個の
接続通路を提供する必要がある。
フレームが、非常に弾力性のある材料、特にポリイミ
ドのような合成プラスチック材料からなるとき、関連す
るマニホルドに達しかつ終息する別個の通路を形成する
ために孔開け作業などの材料除去作業の行われるフレー
ムの内側表面の別個の部分に容易に到達すことを禁じな
い程度に、永久的な変形を被ることなしに電極板または
フレームを大きく曲げることが出来るので、そのような
貫通路を形成することによって問題は生じない。
ドのような合成プラスチック材料からなるとき、関連す
るマニホルドに達しかつ終息する別個の通路を形成する
ために孔開け作業などの材料除去作業の行われるフレー
ムの内側表面の別個の部分に容易に到達すことを禁じな
い程度に、永久的な変形を被ることなしに電極板または
フレームを大きく曲げることが出来るので、そのような
貫通路を形成することによって問題は生じない。
電気化学セルデバイス、特に固体電解質型のデバイス
を、非常に高い内部圧力で作動させるという必要性また
は要求があるが、しかしデバイスの内部と外部との間の
圧力差の限界が存在し、その限界を越るとこの種の使用
されている材料がもはや使用に適さなくなる。一方、よ
り高い圧力差に耐えることができるばかりでなく、全て
の他の点でそのようなデバイス環境内で材料に要求され
る条件を満足する殆どの他の材料、特に金属製の材料
が、この通路形成手段を受け入れないために、通路を形
成するためのより高価な他の方法を用いなければならな
い。
を、非常に高い内部圧力で作動させるという必要性また
は要求があるが、しかしデバイスの内部と外部との間の
圧力差の限界が存在し、その限界を越るとこの種の使用
されている材料がもはや使用に適さなくなる。一方、よ
り高い圧力差に耐えることができるばかりでなく、全て
の他の点でそのようなデバイス環境内で材料に要求され
る条件を満足する殆どの他の材料、特に金属製の材料
が、この通路形成手段を受け入れないために、通路を形
成するためのより高価な他の方法を用いなければならな
い。
従って、本発明の目的は、従来技術の欠点を回避する
ことである。
ことである。
特に、本発明の目的は公知のこの種のデバイスの欠点
を備えていない並置された個々のセルのスタックを含む
電気化学セルデバイスを提供することである。
を備えていない並置された個々のセルのスタックを含む
電気化学セルデバイスを提供することである。
本発明の他の目的は、以下に説明されるような、デバ
イスの外側と内側との間の非常に高い圧力差のもとで動
作することができる電気化学セルデバイスを提供するこ
とである。
イスの外側と内側との間の非常に高い圧力差のもとで動
作することができる電気化学セルデバイスを提供するこ
とである。
更に本発明の他の目的は、組立が容易かつ信頼できる
ものであり、組み立てられて作動しているときに、各マ
ニホルドとデバイスの各内部領域との間に、反応開始物
質と反応生成物の所望の流れを形成し、電極の活性領域
に反応開始物質を適切に分布させる電気化学セルデバイ
スを提供することである。
ものであり、組み立てられて作動しているときに、各マ
ニホルドとデバイスの各内部領域との間に、反応開始物
質と反応生成物の所望の流れを形成し、電極の活性領域
に反応開始物質を適切に分布させる電気化学セルデバイ
スを提供することである。
更に本発明の他の目的は、構造が比較的簡単で、製造
コストが低く、容易に使用でき、かつ動作の信頼性が高
い電気化学セルデバイスを設計することである。
コストが低く、容易に使用でき、かつ動作の信頼性が高
い電気化学セルデバイスを設計することである。
発明の開示 これらの目的及び以下に明らかにされる他の目的を達
成するために、本発明の一つの特徴は、アセンブリ内で
互いに並置された第１の主面と、第１の主面に対する第
２の主面とを備えた、導電性で機械的強度の高い材料か
らなる少なくとも二個の概ね同型のプレート型の構成要
素の積層アセンブリを含む電気化学セルの電極板を備え
ている。これらの構成要素の各々は、アセンブリ内の他
の構成要素の流体流れ空間と連通する複数の流体流れ空
間を備えた中心部分と、中心部分を囲繞するように一体
形成され、かつ少なくとも一つの貫通孔を備えた固体フ
レーム部分とを有する。この貫通孔は第１の主面と第２
の主面とに開口をなす、アセンブリ内の他の構成要素の
貫通孔と整合して連続した流体流れ導管を形成する。本
発明に基づけば、各構成要素のフレーム部分は、貫通孔
と中心部分との間に配置されかつ第１の主面に開口をな
す少なくとも一つのチャネルを有する。二つの構成要素
のチャネルは、アセンブリ内で互いに連通し、かつ互い
に補完して、貫通孔と一つの構成要素の中心部分の少な
くとも一つの空間との間で連通する連絡通路を形成す
る。好ましくは、チャネルは、別個のサブチャネルまた
は溝の各々の列から形成されており、アセンブリ内の二
つの構成要素のうちの一方の構成要素のサブチャネル
は、もう一方の構成要素のサブチャネルと部分的に重な
りあって、折れ曲がった経路を備えた連絡通路を形成す
る。
成するために、本発明の一つの特徴は、アセンブリ内で
互いに並置された第１の主面と、第１の主面に対する第
２の主面とを備えた、導電性で機械的強度の高い材料か
らなる少なくとも二個の概ね同型のプレート型の構成要
素の積層アセンブリを含む電気化学セルの電極板を備え
ている。これらの構成要素の各々は、アセンブリ内の他
の構成要素の流体流れ空間と連通する複数の流体流れ空
間を備えた中心部分と、中心部分を囲繞するように一体
形成され、かつ少なくとも一つの貫通孔を備えた固体フ
レーム部分とを有する。この貫通孔は第１の主面と第２
の主面とに開口をなす、アセンブリ内の他の構成要素の
貫通孔と整合して連続した流体流れ導管を形成する。本
発明に基づけば、各構成要素のフレーム部分は、貫通孔
と中心部分との間に配置されかつ第１の主面に開口をな
す少なくとも一つのチャネルを有する。二つの構成要素
のチャネルは、アセンブリ内で互いに連通し、かつ互い
に補完して、貫通孔と一つの構成要素の中心部分の少な
くとも一つの空間との間で連通する連絡通路を形成す
る。好ましくは、チャネルは、別個のサブチャネルまた
は溝の各々の列から形成されており、アセンブリ内の二
つの構成要素のうちの一方の構成要素のサブチャネル
は、もう一方の構成要素のサブチャネルと部分的に重な
りあって、折れ曲がった経路を備えた連絡通路を形成す
る。
この方法の特別な利点は、通路が二つの構成要素によ
って形成されているために、これら二つの構成要素の化
学反応の影響を受けたフレーム領域の何れもが、応力に
耐える能力が弱まるほどに薄くならないということであ
る。さらに、各々のチャネルは、フレーム部分内に完全
に収容されるのではなく、アセンブリを形成する前に容
易にアクセスできる各々の構成要素の少なくとも一方の
主面に開口をなすので、そのようなチャネルの製造方法
は簡単かつ廉価な工程を有する。
って形成されているために、これら二つの構成要素の化
学反応の影響を受けたフレーム領域の何れもが、応力に
耐える能力が弱まるほどに薄くならないということであ
る。さらに、各々のチャネルは、フレーム部分内に完全
に収容されるのではなく、アセンブリを形成する前に容
易にアクセスできる各々の構成要素の少なくとも一方の
主面に開口をなすので、そのようなチャネルの製造方法
は簡単かつ廉価な工程を有する。
図面の簡単な説明 第１図は、電気化学セルに用いるための本発明に基づ
いて構成されたアノード電極のプレート型の構成要素の
平面図。
いて構成されたアノード電極のプレート型の構成要素の
平面図。
第２図は、第１図の部分Ｃの拡大部分平面図。
第３図は、第１図のプレート型の構成要素及び他の同
様なプレート型の構成要素に組み込まれた、電気化学セ
ルに用いるためのアノード電極の第２図の線３−３に沿
った部分断面図。
様なプレート型の構成要素に組み込まれた、電気化学セ
ルに用いるためのアノード電極の第２図の線３−３に沿
った部分断面図。
発明の好適な実施形態 本発明を添付の図面を参照しながら以下に詳しく説明
する。
する。
添付の図面を参照し、まず初めに第１図を参照する
と、電気化学セルデバイスの電気化学セルアセンブリま
たはスタック内で用いるための薄板からなる電極部材の
形式と同形または同様の他のプレート型の構成要素と共
に使用するための、本発明に基づいて構成されたプレー
ト型の構成要素を特定する符号10が用いられていること
が分かる。この種のデバイスは、その用途に応じて電気
分解装置または燃料電池装置として用いられるが、説明
の都合上電気分解装置として用いられるものとして以下
に説明される。
と、電気化学セルデバイスの電気化学セルアセンブリま
たはスタック内で用いるための薄板からなる電極部材の
形式と同形または同様の他のプレート型の構成要素と共
に使用するための、本発明に基づいて構成されたプレー
ト型の構成要素を特定する符号10が用いられていること
が分かる。この種のデバイスは、その用途に応じて電気
分解装置または燃料電池装置として用いられるが、説明
の都合上電気分解装置として用いられるものとして以下
に説明される。
本発明を説明する前に、本発明に基づく新規な構成要
素を使用する以外は、電気化学セルデバイスは公知の構
造であり、かつ公知の原理に基づいて動作するので、電
気化学セルデバイスについてはここで詳しく説明する必
要のないことが言及される。電気化学セルアセンブリま
たはスタックは、互いに並置されかつ各分離プレートに
よって互いに分離された、アノード電極板とカソード電
極板とを備えた複数の別個の電気化学セルを、各々の触
媒または触媒含有層によって構成されたセルの各活性領
域の間に少なくとも挿入された電解液または固体電解質
または他のイオン交換媒体の何れかを含むマトリックス
または同様のボディ（メンブレン）と共に含む。
素を使用する以外は、電気化学セルデバイスは公知の構
造であり、かつ公知の原理に基づいて動作するので、電
気化学セルデバイスについてはここで詳しく説明する必
要のないことが言及される。電気化学セルアセンブリま
たはスタックは、互いに並置されかつ各分離プレートに
よって互いに分離された、アノード電極板とカソード電
極板とを備えた複数の別個の電気化学セルを、各々の触
媒または触媒含有層によって構成されたセルの各活性領
域の間に少なくとも挿入された電解液または固体電解質
または他のイオン交換媒体の何れかを含むマトリックス
または同様のボディ（メンブレン）と共に含む。
更にこの時点では、本発明の電気化学セルデバイスの
電極、セパレータ、端部プレートを構成する種々のセル
構成要素が、多くの点で等しくかつ概ね等しい外形を有
し、かつ多くの特徴を有するので、上述されたプレート
型の構成要素10について詳しく説明し、その他の構成要
素と構成要素10との間の相違を明かにすることで十分な
ことが言及される。
電極、セパレータ、端部プレートを構成する種々のセル
構成要素が、多くの点で等しくかつ概ね等しい外形を有
し、かつ多くの特徴を有するので、上述されたプレート
型の構成要素10について詳しく説明し、その他の構成要
素と構成要素10との間の相違を明かにすることで十分な
ことが言及される。
例示された構成要素10は、アノード電極板（アノード
電極部材）またはカソード電極板（カソード電極部材）
の何れか一方の一部を構成するように形成または設計さ
れている。この電極板として使用できるように、構成要
素10は、少なくともその一部が導電性でありかつ流体を
透過させる必要がある。後者の必要性を満足するため
に、構成要素10は流体を透過させる中心部分11と中心部
分11全体を囲繞しかつ本質的に固体からなる（流体を透
過させない）周辺部分またはフレーム部分12とを含む。
構成要素10の例示された構造で、中心部分11とフレーム
部分12は互いに一体形成されており、中心部分11はフレ
ーム部分12と同じ材料からなる同じ板材から材料除去技
術によって製造されたメッシュから形成されている。上
述された他の構成要素として、好ましくは単一の構成要
素10が金属材料から形成される。構成要素10を形成する
材料は、少なくとも中心部分11の良好な導電率を確実に
するだけでなく、フレーム部分12がセルのスタック内に
組み入れられて電気化学デバイスが作動しているとき
に、構成要素10の半径方向に働く非常に高い圧力差にフ
レーム12が耐えることのできるように特にフレーム部分
12の非常に高い機械的強度を確実にするように選択され
る。この場合、上述されたメッシュを製造するために用
いられた材料除去技術は、フォトレジストエッチングま
たはレーザエッチング等のエッチングである。
電極部材）またはカソード電極板（カソード電極部材）
の何れか一方の一部を構成するように形成または設計さ
れている。この電極板として使用できるように、構成要
素10は、少なくともその一部が導電性でありかつ流体を
透過させる必要がある。後者の必要性を満足するため
に、構成要素10は流体を透過させる中心部分11と中心部
分11全体を囲繞しかつ本質的に固体からなる（流体を透
過させない）周辺部分またはフレーム部分12とを含む。
構成要素10の例示された構造で、中心部分11とフレーム
部分12は互いに一体形成されており、中心部分11はフレ
ーム部分12と同じ材料からなる同じ板材から材料除去技
術によって製造されたメッシュから形成されている。上
述された他の構成要素として、好ましくは単一の構成要
素10が金属材料から形成される。構成要素10を形成する
材料は、少なくとも中心部分11の良好な導電率を確実に
するだけでなく、フレーム部分12がセルのスタック内に
組み入れられて電気化学デバイスが作動しているとき
に、構成要素10の半径方向に働く非常に高い圧力差にフ
レーム12が耐えることのできるように特にフレーム部分
12の非常に高い機械的強度を確実にするように選択され
る。この場合、上述されたメッシュを製造するために用
いられた材料除去技術は、フォトレジストエッチングま
たはレーザエッチング等のエッチングである。
第１図に示されているように、構成要素10の固体フレ
ーム部分12には、円周上に間隔を置いて配置された貫通
孔13、14、15、16及び17が備えられており、一方の貫通
孔13及び14と他方の貫通孔15及び16とは、構成要素10の
軸Ａに関して対称的に配置され、軸Ａにまたがって延在
する貫通孔17は、軸Ａに関して対称的な形状を有する。
更に、貫通孔15及び16は、構成要素10の中心を通る軸Ａ
に直行する軸Ｂに関して対称的にかつ軸Ｂにまたがって
延在している。
ーム部分12には、円周上に間隔を置いて配置された貫通
孔13、14、15、16及び17が備えられており、一方の貫通
孔13及び14と他方の貫通孔15及び16とは、構成要素10の
軸Ａに関して対称的に配置され、軸Ａにまたがって延在
する貫通孔17は、軸Ａに関して対称的な形状を有する。
更に、貫通孔15及び16は、構成要素10の中心を通る軸Ａ
に直行する軸Ｂに関して対称的にかつ軸Ｂにまたがって
延在している。
このように対称的に配置されているために、そのよう
な全ての構成要素の貫通孔13〜17は構成要素10が上述さ
れた他の構成要素と共に適切な相互の配置で組み立てら
れて、電気化学セルスタックが形成されたとき、個々の
セル内で起こる電気化学反応の進行中に必要なまたは発
生する種々の流体を各セルへまたは各セルから導くため
の、より特定すれば別個にセルのアノード側及びカソー
ド側へまたはアノード側及びカソード側から導くための
各々の導管またはマニホルドを全体として形成する。種
々の構成要素が、後により詳しく説明される上述された
適切な相互の配置で組み立てられることを確実にするた
めに、構成要素10（及び同様に全ての他の構成要素）
は、そのフレーム部分12に複数の（図示されたように３
個の）配置用貫通孔18、19及び20が備えられ、これらの
貫通孔は少なくとも電気化学セルスタックの組立中に
（図示されていない）各配置ピンを受容するように働
く。貫通孔18〜20は、軸Ａに関して対称的に配置されて
いるが、例示された構成では互いに120度の角度（一般
的にはｎ個の貫通孔に対して360度/nの角度）をなして
円周上に間隔を置いて配置されている。貫通孔18〜20が
このように配置されているために、及びスタックが組み
立てられている間に貫通孔18〜20内に延在する配置ピン
のために、構成要素10（または任意の他の構成要素）
は、配置ピンが存在するときに、図示された配置または
例示された初めの配置とは裏返された（即ち軸Ａに関し
て180度回転した）配置以外の配置では他の構成要素と
共に組み立てられることはない。この裏返して配置でき
ることの重要性及び理由は、後に明かにされる。
な全ての構成要素の貫通孔13〜17は構成要素10が上述さ
れた他の構成要素と共に適切な相互の配置で組み立てら
れて、電気化学セルスタックが形成されたとき、個々の
セル内で起こる電気化学反応の進行中に必要なまたは発
生する種々の流体を各セルへまたは各セルから導くため
の、より特定すれば別個にセルのアノード側及びカソー
ド側へまたはアノード側及びカソード側から導くための
各々の導管またはマニホルドを全体として形成する。種
々の構成要素が、後により詳しく説明される上述された
適切な相互の配置で組み立てられることを確実にするた
めに、構成要素10（及び同様に全ての他の構成要素）
は、そのフレーム部分12に複数の（図示されたように３
個の）配置用貫通孔18、19及び20が備えられ、これらの
貫通孔は少なくとも電気化学セルスタックの組立中に
（図示されていない）各配置ピンを受容するように働
く。貫通孔18〜20は、軸Ａに関して対称的に配置されて
いるが、例示された構成では互いに120度の角度（一般
的にはｎ個の貫通孔に対して360度/nの角度）をなして
円周上に間隔を置いて配置されている。貫通孔18〜20が
このように配置されているために、及びスタックが組み
立てられている間に貫通孔18〜20内に延在する配置ピン
のために、構成要素10（または任意の他の構成要素）
は、配置ピンが存在するときに、図示された配置または
例示された初めの配置とは裏返された（即ち軸Ａに関し
て180度回転した）配置以外の配置では他の構成要素と
共に組み立てられることはない。この裏返して配置でき
ることの重要性及び理由は、後に明かにされる。
第１図の部分Ｃを拡大して描いた第２図を参照する
と、図示された貫通孔13は、補助的な軸Ｄに関して対称
的な形状であることが初めに言及される。サブチャネル
21a〜21d及び22a〜22dの各々の中断された列は、フレー
ム部分12内の貫通孔13から中心部分11へ延在している。
簡略化するために、一方のサブチャネル21a〜21dと他方
のサブチャネル22a〜22dを、以後特別にそれらの溝を特
定する必要がない限り、第１型式のサブチャネル21と、
第２型式のサブチャネル22と呼ぶことにする。サブチャ
ネル21及び22のあるものは、貫通孔13と連通し、他のサ
ブチャネル21及び22は、全体として上述されたメッシュ
を形成する各々の仕切壁24によって中心部分11内で境界
を定められた各々の空間23内に開口をなす。図示されて
いるように、第１型式のサブチャネル21の各列の半径方
向外向きのサブチャネルは、貫通孔13と連通し、第２型
式のサブチャネル22の各列の半径方向内向きのサブチャ
ネルは、各々の空間23内に開口をなす。個々のサブチャ
ネル21及び22は、個々のサブチャネルの列の進路に沿っ
たサブチャネル21または22の寸法が、他のサブチャネル
22または21の列の対応する仕切部分26及び25の寸法より
長くなるように各々の固体の仕切部分25及び26によって
各々の列内で互いに分離されている。さらに、サブチャ
ネル21はサブチャネル22と互い違いに配置されているの
で、（補助的な軸Ｄの方向に沿ってオフセットされてい
るので）、各々のサブチャネル21は、サブチャネル22の
列の横方向に隣接する仕切部分26と交差して延在し、か
つその逆も成り立つ。
と、図示された貫通孔13は、補助的な軸Ｄに関して対称
的な形状であることが初めに言及される。サブチャネル
21a〜21d及び22a〜22dの各々の中断された列は、フレー
ム部分12内の貫通孔13から中心部分11へ延在している。
簡略化するために、一方のサブチャネル21a〜21dと他方
のサブチャネル22a〜22dを、以後特別にそれらの溝を特
定する必要がない限り、第１型式のサブチャネル21と、
第２型式のサブチャネル22と呼ぶことにする。サブチャ
ネル21及び22のあるものは、貫通孔13と連通し、他のサ
ブチャネル21及び22は、全体として上述されたメッシュ
を形成する各々の仕切壁24によって中心部分11内で境界
を定められた各々の空間23内に開口をなす。図示されて
いるように、第１型式のサブチャネル21の各列の半径方
向外向きのサブチャネルは、貫通孔13と連通し、第２型
式のサブチャネル22の各列の半径方向内向きのサブチャ
ネルは、各々の空間23内に開口をなす。個々のサブチャ
ネル21及び22は、個々のサブチャネルの列の進路に沿っ
たサブチャネル21または22の寸法が、他のサブチャネル
22または21の列の対応する仕切部分26及び25の寸法より
長くなるように各々の固体の仕切部分25及び26によって
各々の列内で互いに分離されている。さらに、サブチャ
ネル21はサブチャネル22と互い違いに配置されているの
で、（補助的な軸Ｄの方向に沿ってオフセットされてい
るので）、各々のサブチャネル21は、サブチャネル22の
列の横方向に隣接する仕切部分26と交差して延在し、か
つその逆も成り立つ。
第１型式と第２型式のサブチャネル21と22の対応する
サブチャネルは、補助的な軸Ｄから対応する距離だけ隔
てられた（図示されたように平行な）進路に沿って形成
されている。しかし、サブチャネル21と22の列は補助的
な軸Ｄに関して、各々の対応する距離だけ隔てられて、
その両側に第１型式のサブチャネル21の一つの列と、第
２型式のサブチャネル21の一つの列が配置されている。
図示されているように、サブチャネル21と22の列は交互
に配置され、フレーム部分12の指定された領域にハニカ
ム状の構造が形成されているので、フレーム部分12が上
述された圧力差またはフレーム部分12に加えられる他の
応力に耐える能力に悪影響を与えることがない。
サブチャネルは、補助的な軸Ｄから対応する距離だけ隔
てられた（図示されたように平行な）進路に沿って形成
されている。しかし、サブチャネル21と22の列は補助的
な軸Ｄに関して、各々の対応する距離だけ隔てられて、
その両側に第１型式のサブチャネル21の一つの列と、第
２型式のサブチャネル21の一つの列が配置されている。
図示されているように、サブチャネル21と22の列は交互
に配置され、フレーム部分12の指定された領域にハニカ
ム状の構造が形成されているので、フレーム部分12が上
述された圧力差またはフレーム部分12に加えられる他の
応力に耐える能力に悪影響を与えることがない。
この手段を用いる理由は、電極（この場合はアノード
電極）板を協働して形成するべく、他の同一若しくは同
様の構成要素10′、10″及び10と共に（対応する部分
を特定するべく適切に用いられた１個、２個または３個
のプライム符号が付された以外は等しい符号が付された
構成要素と共に）用いられた構成要素10を示す第３図か
ら明かとなる。構成要素10′は、構成要素10と等しい
が、構成要素10に対して上述された裏返された位置で配
置されているので、構成要素10′の第１型式のサブチャ
ネル21b′は、構成要素10の第２型式のサブチャネル22c
と並置されている。更に、（隣接する２個の電気化学セ
ルを互いに分離するかまたは電気化学セルをスタックの
端部プレートと分離するための分離プレートである）構
成要素10は、フレーム部分12と中心部分11の両方
を取り囲み、かつ（構成要素10が各々のスタックのマ
ニホルドを終息させるための端部プレートであるときに
は存在しない）貫通孔13以外は固体から成る部分28を
有する。一方、（再び裏返された位置の）構成要素10″
は、貫通孔14″がその中に存在する以外は固体から成る
（即ち上述されたサブチャネルの列の少なくとも一方、
好ましくは両方を含まない）フレーム部分12″を有し、
構成要素10″の中心部分11″は、上述されたメッシュに
よって形成されている。電気化学セルスタックが組み立
てられたとき、電極板30の構成要素10″は、従来通り既
知の型式の固体電解質メンブレンと隣接して配置され、
一方固体電解質メンブレンは、後に説明されるある種の
変更を伴た、上述された構造と同様の構造の逆の極性の
（例えばカソード）電極板と隣接して配置される。セル
アセンブリまたはセルスタックのこれらの部品は、図面
を過度に複雑にしないために図示されていない。
電極）板を協働して形成するべく、他の同一若しくは同
様の構成要素10′、10″及び10と共に（対応する部分
を特定するべく適切に用いられた１個、２個または３個
のプライム符号が付された以外は等しい符号が付された
構成要素と共に）用いられた構成要素10を示す第３図か
ら明かとなる。構成要素10′は、構成要素10と等しい
が、構成要素10に対して上述された裏返された位置で配
置されているので、構成要素10′の第１型式のサブチャ
ネル21b′は、構成要素10の第２型式のサブチャネル22c
と並置されている。更に、（隣接する２個の電気化学セ
ルを互いに分離するかまたは電気化学セルをスタックの
端部プレートと分離するための分離プレートである）構
成要素10は、フレーム部分12と中心部分11の両方
を取り囲み、かつ（構成要素10が各々のスタックのマ
ニホルドを終息させるための端部プレートであるときに
は存在しない）貫通孔13以外は固体から成る部分28を
有する。一方、（再び裏返された位置の）構成要素10″
は、貫通孔14″がその中に存在する以外は固体から成る
（即ち上述されたサブチャネルの列の少なくとも一方、
好ましくは両方を含まない）フレーム部分12″を有し、
構成要素10″の中心部分11″は、上述されたメッシュに
よって形成されている。電気化学セルスタックが組み立
てられたとき、電極板30の構成要素10″は、従来通り既
知の型式の固体電解質メンブレンと隣接して配置され、
一方固体電解質メンブレンは、後に説明されるある種の
変更を伴た、上述された構造と同様の構造の逆の極性の
（例えばカソード）電極板と隣接して配置される。セル
アセンブリまたはセルスタックのこれらの部品は、図面
を過度に複雑にしないために図示されていない。
第３図から、貫通孔13、14′、13及び14″は連続し
て互いに整合され、（セルスタック内の等しい型式の他
の電極30と同様に、省略された固体電解質プレート及び
他の型式の電極板に備えられた同様に配置された対応す
る貫通孔と共に）スタックのマニホルド29を形成するこ
とが分かる。各々が不連続な部分チャネルを形成する例
示されたサブチャネル22c及び21b′は、その互い違いの
配置及び関連する仕切部分26及び25′に対する各々の長
さのために、互いに補完し合って各々の矢印で示された
ように流体を通過させるための空間23とマニホルド29と
の間の折れ曲がりかつ連続した通路を全体として形成す
る。一方、構成要素10の固体部分28と構成要素10″の
固体フレーム部分12″は、第２図に示されているように
この通路の垂直方向の境界を定める。
て互いに整合され、（セルスタック内の等しい型式の他
の電極30と同様に、省略された固体電解質プレート及び
他の型式の電極板に備えられた同様に配置された対応す
る貫通孔と共に）スタックのマニホルド29を形成するこ
とが分かる。各々が不連続な部分チャネルを形成する例
示されたサブチャネル22c及び21b′は、その互い違いの
配置及び関連する仕切部分26及び25′に対する各々の長
さのために、互いに補完し合って各々の矢印で示された
ように流体を通過させるための空間23とマニホルド29と
の間の折れ曲がりかつ連続した通路を全体として形成す
る。一方、構成要素10の固体部分28と構成要素10″の
固体フレーム部分12″は、第２図に示されているように
この通路の垂直方向の境界を定める。
更に、第３図と第２図とを比較すると明かなように、
ダイヤモンド形のパターンを形成する仕切壁24は、補助
的な軸Ｄに対してある角度をなして傾斜した経路に沿っ
て延在しているので、構成要素10、10′及び10″が第３
図に示されたように互いに組み立てられたとき、仕切壁
24、24′及び24″互いに整合しない状態で、各々の空間
23、23′及び23″は互いに連通し、従って上述された流
体が空間23、23′及び23″を通って、上述された通路
（及びまたはその他のサブチャネル21及び22によって同
様に形成された通路へ、または通路から）へ（または通
路から）、流れることを可能にする。更に、仕切壁24、
24′及び24″によって形成されたメッシュは、第３図の
垂直方向に働く力が加えられた場合に、メッシュの座屈
または図示されていない固体電解質メンブレンの座屈を
防止するために、十分な強度を有しかつ十分広い面積で
互いに接触している。
ダイヤモンド形のパターンを形成する仕切壁24は、補助
的な軸Ｄに対してある角度をなして傾斜した経路に沿っ
て延在しているので、構成要素10、10′及び10″が第３
図に示されたように互いに組み立てられたとき、仕切壁
24、24′及び24″互いに整合しない状態で、各々の空間
23、23′及び23″は互いに連通し、従って上述された流
体が空間23、23′及び23″を通って、上述された通路
（及びまたはその他のサブチャネル21及び22によって同
様に形成された通路へ、または通路から）へ（または通
路から）、流れることを可能にする。更に、仕切壁24、
24′及び24″によって形成されたメッシュは、第３図の
垂直方向に働く力が加えられた場合に、メッシュの座屈
または図示されていない固体電解質メンブレンの座屈を
防止するために、十分な強度を有しかつ十分広い面積で
互いに接触している。
水の電気分解のために用いられる第１図から第３図に
例示された特定の構造では、貫通孔17は、アノード電極
板30へ水を導くために用いられ、平行な二つの貫通孔13
及び14は、アノード電極板30から水と酸素の混合物を放
出するために用いられる。この手段を用いる理由は、混
合物の体積流量が導かれた水の体積流量を超過し、かつ
指定された領域のフレーム部分12の構造の完全性を弱め
ることなく、単一のマニホルドと通路との組合せによっ
て処理できる体積流量を超過するためである。第２図及
び第３図に例示された領域に関する上述された状態は、
アノード電極30に関する限り、貫通孔17及び14の領域に
も存在するかまたは等しく適用できることが認識され
る。
例示された特定の構造では、貫通孔17は、アノード電極
板30へ水を導くために用いられ、平行な二つの貫通孔13
及び14は、アノード電極板30から水と酸素の混合物を放
出するために用いられる。この手段を用いる理由は、混
合物の体積流量が導かれた水の体積流量を超過し、かつ
指定された領域のフレーム部分12の構造の完全性を弱め
ることなく、単一のマニホルドと通路との組合せによっ
て処理できる体積流量を超過するためである。第２図及
び第３図に例示された領域に関する上述された状態は、
アノード電極30に関する限り、貫通孔17及び14の領域に
も存在するかまたは等しく適用できることが認識され
る。
更に、サブチャネル21及び22と同種の第１形式及び第
２形式のサブチャネルが貫通孔15及びまたは16と中心部
分の対応する空間との間に延在し、貫通孔13、14及び17
と中心部分との間の領域が、第１図の貫通孔15及び16と
中心部分11との間の領域のように固体からなる以外は、
図示されていないカソード電極板についても同様の状況
が現れる。貫通孔16に関する各々の第１形式のサブチャ
ネルが軸Ａに跨って貫通孔15に関する対応する第２形式
のサブチャネルと整合することを意味するフリップオー
バが、軸Ａに関しても起こり、貫通孔16に関する各々の
第２形式のサブチャネルも貫通孔15に関する各々の第１
形式のサブチャネルと整合する。
２形式のサブチャネルが貫通孔15及びまたは16と中心部
分の対応する空間との間に延在し、貫通孔13、14及び17
と中心部分との間の領域が、第１図の貫通孔15及び16と
中心部分11との間の領域のように固体からなる以外は、
図示されていないカソード電極板についても同様の状況
が現れる。貫通孔16に関する各々の第１形式のサブチャ
ネルが軸Ａに跨って貫通孔15に関する対応する第２形式
のサブチャネルと整合することを意味するフリップオー
バが、軸Ａに関しても起こり、貫通孔16に関する各々の
第２形式のサブチャネルも貫通孔15に関する各々の第１
形式のサブチャネルと整合する。
第１図はまた、構成要素10が凹部31を含む突出した輪
郭を有することを示している。これらの凹部31は、スタ
ックに沿って延在する各々のボルトまたは同様な締め付
け可能な要素を部分的に収容し、締め付けられたときボ
ルトまたは締め付け可能な要素は、スタックの各部分を
一体的に保持するだけでなく、各部分に対してスタック
の長手方向に沿った力を加え、スタックの各構成要素ま
たは部材間の境界を通って電気化学セルスタックの外部
と内部との間の漏れを防止するように、各部分を連続し
て互いに押圧する。
郭を有することを示している。これらの凹部31は、スタ
ックに沿って延在する各々のボルトまたは同様な締め付
け可能な要素を部分的に収容し、締め付けられたときボ
ルトまたは締め付け可能な要素は、スタックの各部分を
一体的に保持するだけでなく、各部分に対してスタック
の長手方向に沿った力を加え、スタックの各構成要素ま
たは部材間の境界を通って電気化学セルスタックの外部
と内部との間の漏れを防止するように、各部分を連続し
て互いに押圧する。
更に、各々の別個のシール要素が、必須のシール効果
を提供するために各々の境界に配置されているが、層の
他の側面に基づいて、アノード電極板30（及び図示され
ていないカソード電極板も同様に）を積層されたユニッ
トとして提供するか、若しくは、スタックの両端を除く
スタックの全体に亘って積層されたユニットとして用い
られる、10のような中間のシェア分離プレートを間に
挟み背中合わせの配置でスタック内の隣接する電気化学
セルに属する上述されたアノード電極板とカソード電極
板とからなるバイポーラプレートを形成することが特に
有益であることが、第３図を参照することで明かとな
る。このような関係では、積層物質として用いられるこ
とが予想されかつ適している様々な材料が存在すること
が言及される。そのような材料の例としては、種々のエ
ポキシ材料、シリコン及びフルオレル（Fluorel）（商
標）エラストマ、及びテフロン（Teflon）（商標）FEP
（プルオロエチレンプロピレン）があり、10、10′、1
0″及びまたは10のような種々の構成要素のフレーム
部分の指定された領域に、コーティングの形式の液体と
してまたは分離したフィルムまたは層の形式の固体とし
て用いられる。そのような材料を塗布する前に、エッチ
ングなどによって、結果的な接着を改良するべく反応の
影響を受けた表面を整えることが有益であり、その後に
研磨粒子を含む水の懸濁液のジェットの噴射を伴う蒸気
吹き付けが行われる。塗布及び構成要素の組立の後に、
各々のアセンブリを高温及び高圧にさらす工程を含む積
層プロセスが行われる。その温度及び圧力は、接着剤と
して用いられる材料の形式によって指定され、かつ使用
される材料に対して公知である。
を提供するために各々の境界に配置されているが、層の
他の側面に基づいて、アノード電極板30（及び図示され
ていないカソード電極板も同様に）を積層されたユニッ
トとして提供するか、若しくは、スタックの両端を除く
スタックの全体に亘って積層されたユニットとして用い
られる、10のような中間のシェア分離プレートを間に
挟み背中合わせの配置でスタック内の隣接する電気化学
セルに属する上述されたアノード電極板とカソード電極
板とからなるバイポーラプレートを形成することが特に
有益であることが、第３図を参照することで明かとな
る。このような関係では、積層物質として用いられるこ
とが予想されかつ適している様々な材料が存在すること
が言及される。そのような材料の例としては、種々のエ
ポキシ材料、シリコン及びフルオレル（Fluorel）（商
標）エラストマ、及びテフロン（Teflon）（商標）FEP
（プルオロエチレンプロピレン）があり、10、10′、1
0″及びまたは10のような種々の構成要素のフレーム
部分の指定された領域に、コーティングの形式の液体と
してまたは分離したフィルムまたは層の形式の固体とし
て用いられる。そのような材料を塗布する前に、エッチ
ングなどによって、結果的な接着を改良するべく反応の
影響を受けた表面を整えることが有益であり、その後に
研磨粒子を含む水の懸濁液のジェットの噴射を伴う蒸気
吹き付けが行われる。塗布及び構成要素の組立の後に、
各々のアセンブリを高温及び高圧にさらす工程を含む積
層プロセスが行われる。その温度及び圧力は、接着剤と
して用いられる材料の形式によって指定され、かつ使用
される材料に対して公知である。
電極板30などの各々の電極の種々の構成要素の材料と
して、ニオビウムまたはジルコニウムを用いることによ
って、良好な結果が得られる。それらの材料が、損傷を
受けることなしに（大気圧程度の外部圧力と）6000psi
程度の内部圧力に耐えるように十分な強度を有すること
が明かにされている。これらの材料は、電気化学セルの
環境内で利用できる十分な導電率を備え、各々のセルに
供給される媒体または各々のセルで発生する媒体（水、
水素または他の気体燃料、酸素）に対して相溶性を有
し、各セル内ではそれらの材料は媒体に対して不活性で
あるか、または少なくとも媒体によって（例えば、過剰
な酸化を原因とする）大きな影響を受けることはない。
して、ニオビウムまたはジルコニウムを用いることによ
って、良好な結果が得られる。それらの材料が、損傷を
受けることなしに（大気圧程度の外部圧力と）6000psi
程度の内部圧力に耐えるように十分な強度を有すること
が明かにされている。これらの材料は、電気化学セルの
環境内で利用できる十分な導電率を備え、各々のセルに
供給される媒体または各々のセルで発生する媒体（水、
水素または他の気体燃料、酸素）に対して相溶性を有
し、各セル内ではそれらの材料は媒体に対して不活性で
あるか、または少なくとも媒体によって（例えば、過剰
な酸化を原因とする）大きな影響を受けることはない。
本発明は、電気化学セルデバイス、特に電気分解プロ
セスを行うために用いられる特定の構造の実施例につい
て例示されかつ説明されたが、本発明がこの特定の実施
例に限定されるものではなく、本発明の技術的視点が添
付の請求項によってのみ限定されるものであることが理
解される。
セスを行うために用いられる特定の構造の実施例につい
て例示されかつ説明されたが、本発明がこの特定の実施
例に限定されるものではなく、本発明の技術的視点が添
付の請求項によってのみ限定されるものであることが理
解される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｍ 4/86 Ｃ２５Ｂ 9/00 Ｋ 8/02 Ｓ (72)発明者 レオニダ、アンドレイ アメリカ合衆国コネチカット州06117・ ウェストハートフォード・リンカーンア ベニュー ２ (56)参考文献 特開 昭61−42869（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−223848（ＪＰ，Ａ) 米国特許3484298（ＵＳ，Ａ) 米国特許2969315（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08 H01M 4/86 H01M 8/02
Claims (8)
- 【請求項１】電気化学セル電極板（30）の構造であっ
て、 互いに並置された第１主面（40、40′）と、該主面と対
向する第２主面（41、41′）とを備えた、導電性の機械
的強度の高い材料からなる少なくとも２つの概ね同一の
構造の平板型の構成要素（10、10′）からなる積層アセ
ンブリを有し、 前記構成要素（10、10′）の各々が、 前記アセンブリ内の他の各々の構成要素（10、10′）の
複数の流体流れ空間（23、23′）と連通する複数の前記
流体流れ空間（23、23′）を備えた中心部分（11、1
1′）と、 前記第１主面（40、40′）及び前記第２主面（41、4
1′）に開口をなすと共に前記アセンブリ内の他の前記
構成要素（10、10′）の貫通孔（13、14′）と整合して
前記構成要素への連続した流体流れ導管を形成する少な
くとも一つの貫通孔（13、14′）を有し、かつ前記中心
部分（11、11′）の円周に沿って囲繞するように一体形
成された固体フレーム部分（12、12′）とを有し、 各々の前記構成要素（10、10′）の前記フレーム部分
（12、12′）が、前記貫通孔（13、14′）と前記中心部
分（11、11′）との間に配置されると共に前記第１主面
（40、40′）に開口をなす少なくとも１つの不連続なチ
ャネル（22c、21b′）を有し、前記積層アセンブリ内で
隣接する前記構成要素（10、10′）の前記不連続なチャ
ネル（22c、21b′）が互いに連通しかつ互いに補完する
ことによって、前記貫通孔（13、14′）と前記構成要素
（10、10′）の１つの前記中心部分（11、11′）の少な
くとも１つの前記空間（23、23′）とを連通させる連続
した通路を形成することを特徴とする電気化学セル電極
板の構造。 - 【請求項２】各々の前記不連続なチャネル（22c、21
b′）が、各々のフレーム部分（12、12′）の各々の固
体領域（25、26、25′、26′）によって互いに分離され
た複数の一連の長寸のサブチャネル（21、22、21′、2
2″）からなり、 各々の前記不連続なチャネルの複数の前記サブチャネル
が、前記通路の経路に沿って各々の列をなして延在し、
かつ前記経路に沿った他の前記不連続なチャネルの複数
の前記サブチャネルと互い違いに配置されて互いに部分
的に重なり合い、 前記経路の一方の端部の前記複数のサブチャネルの１つ
（21、21′）が、前記貫通孔（13、13′）と連通し、 前記経路のもう一方の端部の前記複数のサブチャネルの
１つ（22、22′）が、前記空間の一つ（23、23′）と連
通することを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル
電極板の構造。 - 【請求項３】各々の前記サブチャネル（21、22、21′、
22″）が、各々の前記構成要素（10、10′）の前記第２
主面に別の開口をなすように形成され、 前記積層アセンブリが、前記２つの構成要素（10、1
0′）と等しく、かつ前記２つの構成要素（10、10′）
をその間に挟む少なくとも２つの別の構成要素（10″、
10）を含み、前記別の構成要素（10″、10）の少な
くとも一方が、前記アセンブリの前記２つの構成要素
（10、10′）の前記貫通孔（13、14′）と整合する前記
貫通孔（14″、13）を備え、 前記別の構成要素（10″、10）の両方の前記フレーム
部分（12″、12）が、前記貫通孔（14″、13）と前
記中心部分（11″、11）との間では固体からなり各々
の前記サブチャネルに重なることによって、前記アセン
ブリ内の前記通路の境界を定めることを特徴とする請求
項２に記載の電気化学セル電極板の構造。 - 【請求項４】前記別の構成要素（10″、10）の片方の
前記中心部分（11）が固体からなることを特徴とする
請求項３に記載の電気化学セル電極板の構造。 - 【請求項５】前記２つの構成要素（10、10′）と前記２
つの別の構成要素（10″、10）とが、前記アセンブリ
内で互いに積層されていることを特徴とする請求項３に
記載の電気化学セル電極板の構造。 - 【請求項６】各々の前記構成要素（10、10′）の前記フ
レーム部分（12、12′）が、フリップオーバ軸（Ａ、
Ａ′）に対して前記列の経路と対称的に配置された経路
に沿って延在する前記サブチャネル（21、22、21′、2
2″）の少なくとも１つの別の列を更に有し、 前記列及び前記別の列の前記サブチャネルが、各々の経
路に沿って互い違いに配置され、 前記２つの構成要素（10、10′）の前記第１主面（40、
40′）が互いに並置され、かつ前記２つの構成要素（1
0、10′）の前記フリップオーバ軸（Ａ、Ａ′）が整合
するように前記アセンブリを組み立てたときに、前記２
つの構成要素（10、10′）の一方の前記列の前記サブチ
ャネル（21、22、21′、22″）が、前記２つの構成要素
（10、10′）のもう一方の前記別の列の前記サブチャネ
ルに部分的に重なり合い、前記一方の構成要素（10、1
0′）の前記別の列の前記サブチャネルが、前記もう一
方の構成要素（10、10′）の前記列の前記サブチャネル
（21、22、21′、22″）と部分的に重なり合うことを特
徴とする請求項２に記載の電気化学セル電極板の構造。 - 【請求項７】各々の前記２つの構成要素（10、10′）の
前記中心部分（11、11′）が、前記第１主面（40、4
0′）と前記第２主面（41、41′）との間の全長に亘っ
て延在すると共に互いに交差してメッシュ状の構造を形
成することにより各々の前記中心部分（11、11′）にそ
れ自体の間および前記フレーム部分（12、12′）との間
に前記流体流れ空間（23、23′）の境界を定める複数の
仕切壁（24、24′）によって構成され、 前記２つの構成要素（10、10′）の前記仕切壁（24、2
4′）が前記フリップオーバ軸（Ａ、Ａ′）に対して特
定の方向に向けて配置され、前記アセンブリ内で前記２
つの構成要素（10、10′）の前記流体流れ空間（23、2
3′）が前記中心部分（11、11′）の間の境界面を通し
て互いに連通することを特徴とする請求項６に記載の電
気化学セル電極板の構造。 - 【請求項８】前記２つの構成要素（10、10′）の各々の
前記フレーム部分（12、12′）が、 フリップオーバ軸（Ａ、Ａ′）に関して前記貫通孔（1
3、14′）と対称的に配置された少なくとも１つの別の
貫通孔（14、13′）と、 前記別の貫通孔（14、13′）と前記各々の構成要素（1
0、10′）の前記中心部分（11、11′）との間に延在
し、かつフリップオーバ軸（Ａ、Ａ′）に関して前記列
の経路と対称的に配置された経路に沿って延在する前記
サブチャネル（21、22、21′、22′）の少なくとも１つ
の別の列を更に有し、 前記列及び前記別の列の前記サブチャネル（21、22、2
1′、22′）が、各々の経路に沿って互い違いに配置さ
れ、 前記２つの構成要素（10、10′）の前記第１主面（40、
40′）が互いに並置され、かつ前記２つの構成要素（1
0、10′）の前記フリップオーバ軸（Ａ、Ａ′）が整合
するように前記アセンブリを組み立てたとき、前記２つ
の構成要素（10、10′）の一方の前記列の前記サブチャ
ネル（21、22、21′、22′）が、前記２つの構成要素
（10、10′）のもう一方の前記別の列の前記サブチャネ
ルに部分的に重なり合い、前記一方の構成要素（10、1
0′）の前記別の列の前記サブチャネルが、前記もう一
方の構成要素（10、10′）の前記列の前記サブチャネル
（21、22、21′、22′）と部分的に重なり合うことを特
徴とする請求項２に記載の電気化学セル電極板の構造。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US900,998 | 1992-06-19 | ||
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| PCT/US1993/004968 WO1994000620A1 (en) | 1992-06-19 | 1993-05-25 | High-pressure electrochemical cell structure |
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