(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学システム（１）であって、
２つのセパレータプレート（２、３）と、
これらのセパレータプレート（２、３）の間に配置された膜電極アッセンブリ（４）と、を備え、
前記膜電極アッセンブリ（４）は、少なくとも前記セパレータプレート（２、３）の間の領域に配置され、
前記セパレータプレート（２、３）及び前記膜電極アッセンブリ（４）はそれぞれ、前記電気化学システム（１）の組み立ての際の位置決めデバイス（６ａ、６ｂ）の位置に、前記セパレータプレート（２、３）及び前記膜電極アッセンブリ（４）の水平整合配列のために少なくとも２つの通路開口（５ａ、５ｂ）を備え、
弾性ブリッジ（７）が、少なくとも１つの前記位置決めデバイス（６ａ、６ｂ）への機械的な突き当てのための少なくとも１つの前記通路開口（５ａ、５ｂ）の周囲に配置されていることで、
前記セパレータプレート（２、３）及び前記膜電極アッセンブリ（４）の積み重ねの際に、前記膜電極アッセンブリ（４）が、前記セパレータプレート（２、３）の間で積層方向に対して直角な方向において所定の位置に合わされ、
前記弾性ブリッジ（７）は、前記膜電極アッセンブリ（４）中の孔に隣接しており、当該孔は、媒体の通路として機能しない、
ことを特徴とする電気化学システム。
【請求項２】
前記膜電極アッセンブリ（４）は、セパレータプレート（２、３）に向くその少なくとも１つの表面上に、少なくとも部分的に、ガス拡散層（８）を備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項３】
少なくとも１つの前記セパレータプレート（２、３）は、前記膜電極アッセンブリ（４）の電位化学活性領域（１０）の範囲を周方向に定めるためのシール（９ａ、９ｂ）を備えている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気化学システム。
【請求項４】
前記シール（９ａ、９ｂ）は、ガス拡散層（８）によって覆われている前記膜電極アッセンブリ（４）の領域を囲む、ことを特徴とする請求項３に記載の電気化学システム。
【請求項５】
前記シールは、シーリングビード（９ａ）として形成されている、ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電気化学システム。
【請求項６】
前記シーリングビード（９ａ）は、前記セパレータプレート（２、３）の一体構造として形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の電気化学システム。
【請求項７】
前記シールは、エラストマーのリブ（９ｂ）、及び／又は、挿入枠として実現されている、ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電気化学システム。
【請求項８】
前記膜電極アッセンブリ（４）は、前記ガス拡散層の領域において、０．１ｍｍから０．７ｍｍの厚さを有している、ことを特徴とする請求項２に記載の電気化学システム。
【請求項９】
前記弾性ブリッジ（７）は、前記積層方向に対して直角な方向において、０．５ｍｍから３ｍｍの最小幅を示す、ことを特徴する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電気化学システム。
【請求項１０】
前記弾性ブリッジ（７）は、前記膜電極アッセンブリ（４）の外周に形成されている、ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電気化学システム。
【請求項１１】
前記膜電極アッセンブリは、個々の前記位置決めデバイス（６ａ、６ｂ）に突き当てるための、１つ、２つ、３つ、又は、それ以上の弾性ブリッジ（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ）を備える、ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電気化学システム。
【請求項１２】
電気化学システムの生産のための構造であって、
少なくとも２つの位置決めデバイス（６ａ、６ｂ）を有する位置決め装置と、
少なくとも２つのセパレータプレート（２、３）、及び、膜電極アッセンブリ（４）と、を備え、
前記セパレータプレート（２、３）及び前記膜電極アッセンブリ（４）はそれぞれ、前記電気化学システム（１）の組み立ての際の位置決めデバイス（６ａ、６ｂ）の位置に、前記セパレータプレート（２、３）及び前記膜電極アッセンブリ（４）の水平整合配列のために少なくとも２つの通路開口（５ａ、５ｂ）を備え、
弾性ブリッジ（７）が、少なくとも１つの前記位置決めデバイス（６ａ、６ｂ）への機械的な突き当てのための少なくとも１つの前記通路開口（５ａ、５ｂ）の周囲に配置されていることで、
前記セパレータプレート（２、３）及び前記膜電極アッセンブリ（４）の積み重ねの際に、前記膜電極アッセンブリ（４）が、前記セパレータプレート（２、３）の間で積層方向に対して直角な方向において所定の位置に合わされ、
前記弾性ブリッジ（７）は、前記膜電極アッセンブリ（４）中の孔に隣接しており、当該孔は、媒体の通路として機能しない、
ことを特徴とする構造。
【請求項１３】
前記膜電極アッセンブリ（４）の外縁は、少なくとも１つの前記弾性ブリッジ（７）の領域において、不変的な圧力が前記膜電極アッセンブリ（４）の外側から前記膜電極アッセンブリ（４）の周囲に付き当たる位置決めデバイスに作用するようなサイズを有する、ことを特徴とする請求項１２に記載の構造。
【請求項１４】
少なくとも１つの弾性ブリッジ（７）は、前記膜電極アッセンブリ（４）の内側領域にある位置決めデバイス（６）に突き当たることができるように設計されて、前記膜電極アッセンブリ（４）が２つの位置決めデバイス（６）の間で張った状態になる、ことを特徴とする請求項１２に記載の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学システムは、例えば、燃料セルシステム又は電気化学コンプレッサーシステム、特に電解槽である。水から水素及び酸素を実際に生産する場合は別として、電気ポテンシャルの当該電解槽への適用によって、これらの気体は同時に圧力下で圧縮される。さらに、ガス状分子水素を供給され、電気ポテンシャルが適用されたときにこのガス状分子水素が電気化学的に圧縮される電気化学コンプレッサーシステムが知られている。この種の電気化学的圧縮は、圧縮される水素が少量の場合に特に適しており、というのも、この場合において水素の機械的圧縮はより一層複雑だからである。
【０００３】
電気化学システムの周知な一種は、セパレータプレートによってそれぞれ分離される複数の電気化学セルの積層を有する電気化学セルの積層体を備えている。セパレータプレートはいくつかの役割を有する：
・例えば燃料セルのような個々の電気化学セルの電極の電気接触、及び、セルの直接回路を可能にさせる隣接したセルへの電流の連続的な伝導
・例えば反応ガスのような媒体のセルへの供給、及び、電気化学活性領域に配置されたチャネル構造、いわゆるフローフィールドを通じた反応生成物の除去
・電気化学セル中の反応によって生じる熱の伝達、及び、
・異なる媒体及び冷却チャネルの互いに対する及び外部に対するシーリング。
【０００４】
セパレータプレートは、冷却及び／又は媒体の供給と除去とのための通路を備え、実際の電気化学セルへの媒体の供給と除去とに役立つ。これらの電気化学セルは、例えば、膜電極アッセンブリであり、ＭＥＡ（membrane electrode assembly）とも称され、ＭＥＡのそれぞれは、高分子電解質膜と、少なくとも１つの電気化学活性電極及び／又は触媒層と、例えば金属又はカーボンのフリースのような少なくも１つのガス拡散層（ＧＤＬ：gas diffusion layer）とを備えている。ＧＤＬは、セパレータプレートに向いている。
【０００５】
これらの周知のセパレータプレート中のガスの分配は、ＭＥＡ、即ちそのＧＤＬに沿って、セパレータプレートの表面の少なくとも１つで、例えばセパレータプレートの両側上にあるチャネル・ミアンダ構造を用いて達成される。
【０００６】
電気化学システムの生産の際に、個々の層が互いに積み重ねられる。漏出を防止してシステム全体の故障を防止するために、例えば、通路開口が互いに対して水平整合状態(flash manner)で配置され、そして、個々の層が強く圧縮されたときに個々の層の押出しが生じないようにすることが重要である。このような押出しは、変位された又は誤って寸法付けられた層によって生じうる。
【０００７】
セパレータプレートとＭＥＡ（とりわけ、ＭＥＡの外輪郭）とにかなりの生産公差があるとすれば、技術水準では、セパレータプレート中の例えばシーリングビードのようなシールリング構造の側面と、ＭＥＡの表面上のＧＤＬとの重なりといった、望ましくない層の重なりを防止するために、これらの部分のクリアランスを大きく保つ必要がある。これによって、当該部分の幾何学的配置が所望の程度にまで規定されることができない。生産公差を減少させることが代案であるかもしれないが、それは高価である。
【発明の概要】
【０００８】
これに鑑みて、本発明の目的は、個々の層の互いに関しての確実な位置決め、特にＭＥＡのセパレータプレートに対しての確実な位置決めを低コストで確立する電気化学システムを提供することである。
【０００９】
この目的は、請求項１に係る電気化学システム及び請求項１４に係る構造のそれぞれによって達成される。
【００１０】
本発明に係る電気化学システムは、例えば、燃料セルシステムであり、少なくも以下の特徴を備えている：
２つのセパレータプレートと、
これらのセパレータプレートの間に配置された膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）と、を備え、
前記ＭＥＡは、少なくとも前記セパレータプレートの間の領域に配置され、
前記セパレータプレート及び前記ＭＥＡはそれぞれ、前記電気化学システムの組み立ての際の位置決めデバイスの位置に、前記セパレータプレート及び前記ＭＥＡの水平整合配列（flush arrangement）のために少なくとも２つの通路開口を備え、そして、
弾性ブリッジが、少なくとも１つの前記位置決めデバイスへの機械的な突き当てのための少なくとも１つの前記通路開口の周囲に配置されていることで、
前記セパレータプレート及び前記ＭＥＡの積み重ねの際に、前記ＭＥＡが、前記セパレータプレートの間で積層方向に対して直角な方向において所定の位置に合わさる。
【００１１】
本発明に係る上記の電気化学システムの生産のための構造は、少なくとも以下の特徴を備えている：
少なくとも２つの位置決めデバイスを有する位置決め装置と、
少なくとも２つのセパレータプレート、及び、ＭＥＡと、を備え、
前記セパレータプレート及び前記ＭＥＡはそれぞれ、前記電気化学システムの組み立ての際の位置決めデバイスの位置に、前記セパレータプレート及び前記膜電極アッセンブリの水平整合配列のために少なくとも２つの通路開口を備え、
弾性ブリッジが、少なくとも１つの前記位置決めデバイスへの機械的な突き当てのための少なくとも１つの前記通路開口の周囲に配置されていることで、
前記セパレータプレート及び前記ＭＥＡの積み重ねの際に、前記ＭＥＡが、前記セパレータプレートの間で積層方向に対して直角な方向において所定の位置に合わさる。
【００１２】
弾性当接領域によって、ＭＥＡとそれらの隣接部分とは、クリアランスが設けられる必要がないように設計されることができる。１つの弾性傾斜領域（resilient leaning area、弾性変形領域）又はいくつかの弾性傾斜領域が、実際に箔状のパーツであるＭＥＡを、ＭＥＡの曲げ又は座屈なしに公差の中心へシフトさせる。こうして、ＭＥＡが皺及び不定の隙間の双方から解放された状態になる。複数の弾性傾斜領域が存在するなら、これらは同じバネ定数を示すことが好ましい。
【００１３】
限られた範囲内で、ＭＥＡは隣接するシーリングビードに関して正しい位置にシフトしてもよく、それによって、膜に安全に固定されたＧＤＬが「ビードポケット」中に寄るようになる。その結果、ＧＤＬのサイズが「ビードポケット」のサイズに正確に適応されることができて、ＭＥＡの臨界縁領域がより良い支持を持ち、ビードとＧＤＬとの間のギャップにおけるバイパスの増加が防止される。
【００１４】
ピンと弾性ブリッジとの間でセパレータプレート／ＭＥＡに向けられた力が複数の前記セパレータプレート／ＭＥＡのアラインメントをもたらすように、弾性ブリッジが配置されることが、本発明の原理の一つである。
【００１５】
好ましい実施形態は従属項に記載されている。
【００１６】
一実施形態では、高分子電解質膜は、バイポーラプレートに向くその表面の少なくとも１つで、少なくとも部分的に、ＧＤＬに不変的に接続されている。この点では、中心に配置された高分子電解質膜に対して対称的であるいくつかの配置が可能である。技術水準では、５層及び７層設計を有するＭＥＡが知られている。これらの層のそれぞれは、１つの電解質膜と、２つの電極層と、２つのＧＤＬと、７層設計の場合は、さらに、ＭＥＡの非活性領域において２つの縁補強箔とを備える。全ての実施形態において、ＭＥＡの表面にラミネートされているＧＤＬは、中心層、即ち膜及び／又は補強フィルムの領域全体に渡ってのびていないことが特徴である。一般的に、ＭＥＡの縁領域は、相対的に厚みのあるＧＤＬで覆われていない。その結果、ＧＤＬがシールによって圧縮されることなく隣接するセパレータプレートのシールの間で膜を把持することができる。そして、一般的に、例えばシーリングビードのようなシールによってＧＤＬの範囲が側方向に定められる。電気化学システムの高効率を達成するために、ＧＤＬの外縁とシールとの距離が小さいことが好適である。
【００１７】
既に上で述べられたシーリングデバイスは、好ましくは、ＭＥＡの電気化学活性領域の範囲を周方向に定めるように、同時にＧＤＬによって覆われる領域を囲むように設計される。こうして、それらは既に上で述べられたビードポケットの範囲を定める。シールは、一般的に周形状であるが、異なる方法で設計されてもよい。それは、例えば、シーリングビードとして、従って、セパレータプレート自体との一体構造として設けられることができる。金属のセパレータプレートであれば、このようなシーリングビードは、一般的にエンボス加工される。代替案として、シールを、エラストマーのビード又はリブとして、若しくは、セパレータプレート内に挿入され又はセパレータプレート上に配置されるシーリングフレームとして設けることもできる。
【００１８】
セパレータプレートは、例えばモノポーラプレート又はバイポーラプレートとして実現されてもよい。バイポーラプレートの場合、セパレータプレートは、実際、一対の接合されたプレートを備えている。セパレータプレートは、様々な材料からなってもよい。それは、例えば、完全に又は部分的に、金属又はプラスチックから生産されることができる。単層セパレータプレート又はバイポーラプレートの２つのプレートのそれぞれがエンボス加工された１つの金属パーツとして設計されることも可能である。この実施形態にとっては、電気化学システムの流体のガイド用のチャネル及びシールもエンボス加工されることが好ましい。個々のプレートにおけるこれらのすべての構造が、単一の工具で単一の工程でエンボス加工されることさえも可能である。さらに、バイポーラプレートを形成する２つのプレートの間に空洞を設けることができる。この空洞は、例えば、冷却剤の案内のために用いられることができる。セパレータプレートは、それらの材料及び満たすべき条件によって、０．０５ｍｍから０．１２ｍｍ、好ましくは０．０７５ｍｍ及び０．１ｍｍの厚さを、上記の制限を含む両場合において、備えてもよい。当該厚さは、未形成のフラットな材料、好ましくは金属シートの材料の厚さに関係する。
【００１９】
５層又は７層設計の膜電極アッセンブリは、０．１ｍｍから０．７ｍｍ、好ましくは０．１５ｍｍから０．４ｍｍの厚さを、上記範囲を含む又は上記範囲から外れるいずれかの制限のもと備えてもよい。
【００２０】
さらなる実施形態では、弾性ブリッジは膜及び／又は補強フィルムから形成されており、積層方向において１００μｍから５００μｍ、好ましくは１５０μｍから３００μｍの厚さを、上記範囲を含む又は上記範囲から外れるいずれかの制限のもと示す。弾性ブリッジは、積層方向に対して直交する平面において、０．５ｍｍから３ｍｍ、好ましくは１．０ｍｍから１．５ｍｍの典型的な幅を有し、適切なバネ弾性を示す。この領域でのバネ弾性は、少なくとも、ＭＥＡがセパレータプレートの活性領域上で圧縮されていない状態のときにＭＥＡの摩擦力に打ち勝つ程、そして、ＭＥＡのセルフセンタリング（自動調心）を可能する程の大きさである。同時に、バネ弾性は、弾性ブリッジに隣接するＭＥＡの縁領域の変形を防止する程の小ささである。こうして、ＭＥＡ全体の歪みが防止される。
【００２１】
さらなる実施形態では、弾性ブリッジがＭＥＡの外縁に形成され、又は、弾性ブリッジがＭＥＡ中の孔に隣接し、この孔が好ましくは積層方向に媒体を流すための通路孔として設計されない。従って、原則として、弾性ブリッジをＭＥＡの周囲で又はその中心領域中の双方におけるＭＥＡのあらゆる位置上に配置することができる。弾性ブリッジがＭＥＡを通過するように媒体を流すための通過孔の範囲を定めることもできるが、好ましくない。これは可能だが、孔の横断面の再現精度の欠落を考えると既に上で述べた通り好ましくない。位置決めデバイスのための、例えばパッケージ中の又は特別なエンドプレート設計を用いたプレート積層体の生産のためのような、位置決めデバイスのための受容位置として媒体通路を使用することも可能である。
【００２２】
弾性ブリッジの数はＭＥＡのサイズ、その剛性、セルフセンタリングの要求度合いに応じて変えてもよい。単一の弾性ブリッジを有するＭＥＡを設計することができる。別の実施形態では、２つの弾性ブリッジがＭＥＡの周囲で両側に配置される。しかしながら、例えば図７ｃの通り６つの弾性ブリッジを有するような多数の弾性ブリッジを有するＭＥＡを設計することもできる。これらの弾性ブリッジはそれぞれ、例えば位置決めピンのような位置決めデバイスに隣接するように位置される。位置決めデバイス自体は、層を積み重ねるための装置の一部である。
【００２３】
上記で述べられた、本発明に係る電気化学システムの単純生産のための構造では、ＭＥＡの外縁にある少なくとも１つの弾性ブリッジは、不変的な圧力が位置決めピンのような位置決めデバイスに対して作用するような特大のサイズを有する。この状況では、位置決めピンが外側からＭＥＡの周壁に寄る。従って、ＭＥＡそれ自体はそれどことろか、弾性ブリッジの変位によって補償される特大サイズを示す。これは、少なくとも２つの位置決めデバイスの間でのＭＥＡのセルフセンタリングを保障する。別の実施形態では、少なくとも１つの弾性ブリッジが、ＭＥＡの内側領域に配置された位置決めデバイスに寄ることができるように設計されて、ＭＥＡが位置決めデバイスの間で緊張される。この変形例では、張力がセルフセンタリングをもたらす。これは、位置決めデバイス間のＭＥＡのセルフセンタリングが圧力によって達成される上述の実施形態とは対照的である。
【００２４】
原則として、ＭＥＡだけでなく、セパレータプレートにも弾性ブリッジが設けられることも可能である。ＭＥＡの縁における膜の材料と比較してセパレータプレートの典型的な材料の固有の弾性が小さければ、センタリング効果は、セパレータプレートに対するものよりＭＥＡに対するものがよりいっそう大きい。
【００２５】
発明は、いくらかの図面の例に基づいて説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る電気化学システムの一般的構成を示す。
【図２】本発明に係る電気化学システムの一般的構成を示す。
【図３ａ】本発明に係る電気化学システムの部分断面図であり、側方のビードのコースに対する多層ＭＥＡを示す。
【図３ｂ】本発明に係る電気化学システムの部分断面図であり、側方のビードのコースに対する多層ＭＥＡを示す。
【図４ａ】技術水準に係る電気化学システム中の欠陥の図説である。
【図４ｂ】技術水準に係る電気化学システム中の欠陥の図説である。
【図４ｃ】技術水準に係る電気化学システム中の欠陥の図説である。
【図５】本発明に係るＭＥＡの平面図を示す。
【図６ａ】本発明に係る電気化学システム中の好適な幾何学的配置の図説である。
【図６ｂ】本発明に係る電気化学システム中の好適な幾何学的配置の図説である。
【図７ａ】本発明に係るＭＥＡ中の弾性ブリッジの別の位置を示す。
【図７ｂ】本発明に係るＭＥＡ中の弾性ブリッジの別の位置を示す。
【図７ｃ】本発明に係るＭＥＡ中の弾性ブリッジの別の位置を示す。
【図７ｄ】本発明に係るＭＥＡ中の弾性ブリッジの別の位置を示す。
【００２７】
図１は、電気化学システム１を示す。それは、複数のセパレータプレートであってそれらの隙間のそれぞれに配置されたＭＥＡを有するものの層として設計されている。この積層は、図１の左側及び右側の双方の外縁において確認できる２つのエンドプレートの間で圧縮されている。さらに、６つの流体伝動部が示されている。これらの４つは反応媒体の供給及び流出を提供し、他の２つは冷却剤の供給及び放出を実行する。
【００２８】
図２は、２つのセパレータプレートの分解図を示し、この例では、２つのバイポーラプレート２、３であって当該バイポーラプレートの間に配置されたＭＥＡ４を有するものが示されている。ＭＥＡの層構造は、図３ａ及び図３ｂでさらに考察される。
【００２９】
この図２では、電気化学システムの電気化学活性領域１０が、バイポーラプレートのチャネルがのびる領域と実質的に合致しており、例えばビード配列９ａのようなシーリング配置によって囲まれていることが、既に理解できる。バイポーラプレートの中心の領域は、シーリングビードによって囲まれており、ビードポケットとも称される。
【００３０】
この詳細は、図３ａ及び図３ｂで説明される。
【００３１】
図２に示されるバイポーラプレート２、３の断面が、即ちポート開口１１の領域が図３ａに示されている。ポート開口１１は、電気化学システムを通過する媒体の流れを可能にする。図３ａでは、この流れが下向きの矢印で示されている。バイポーラプレート２、３の間に、ＭＥＡ４が配置されている。説明目的のために、ＭＥＡ４は、層間に間隔を有する５つの層の積層として描かれている。しかしながら、設置状態では、これらの５つの層は、互いに不変的にラミネートされており、互いに対して水平方向において、即ちＸ−Ｙ平面においてシフトされることができない。
【００３２】
ポート開口１１は、ビード配列９ａによってバイポーラプレートの他の領域に向かってシールされている。ＭＥＡは、その電気化学活性領域１０における両表面上にＧＤＬ８を示す。電気化学活性領域１０は、従って、Ｘ―Ｙ平面にあるＧＤＬ８が図中右側のビード配列９ａに接触することがないように寸法付けられている。同時に、ＧＤＬ８がビード配列９ａに可能な限り接近するがこれに接触又は重ならないことが、確かめられなければならない。ＧＤＬ８が右側へ突出しすぎると、ビード配列によって絞られる又は曲げられてしまうが、これは防止されなければならない。ＭＥＡの確実な位置決めを達成するために、ＭＥＡの中央の層、実際の膜、従って箔は、図中右側に突出し、ポート開口１１の領域中の通路開口を示す。ＭＥＡのこの領域は、補強箔とのラミネーションのうち膜だけ、又は、補強箔と膜とのラミネーションのどちらかを意味するものであり、バイポーラプレートの積み重ねの結果生じる圧力によってビード配列９ａの間に固定されている。
【００３３】
図３ｂは別の実施形態を示す。ここでは、エラストマーのシール９ｂ、即ちエラストマーのリブが、一体化したビード配列９ａの代わりに設けられている。これを除いて、配置は図３ａに示されるものと同じである。図３ａ及び図３ｂに示されるバイポーラプレートは、一対のエンボス加工された金属パーツとして実現されている。図３ｂを除いて、図３ａ中のビード配列９ａも一体的にエンボス加工されている。
【００３４】
図４ａから図４ｃは、技術水準の欠陥の図説を目的とするものである。これらの図説は、明確さのために、図３ａ及び図３ｂのものより概略的になっている。
【００３５】
図４ａは、技術水準に係る電気化学システムを生産しているときの状態を示す。ここでは、下方ＭＥＡ４、その上に配置されたバイポーラプレート２、及び、上方ＭＥＡ４を有する積層が示されている。また、ポート開口１１を有する領域が示されており、実質的にバイポーラプレートの縁領域に相当する。積層は、図示されている位置決めピン６ａのような１つ又はいくつかの位置決めデバイスが側方に配置されることで実現されている。そして、ＭＥＡとバイポーラプレートの実際の積層は、これらの位置決めデバイスの間で交互に実行される。これらの位置決めデバイスは、積層体の全ての積層の水平整合配列を意図している。図４ａ中の寸法矢じり１３で示される通り、ビード配列９ａと、ＧＤＬでカバーされたＭＥＡの領域との間のクリアランスを可能な限り小さく維持することを目的としている。寸矢じり１３は、ＭＥＡとビードとの間の位置公差を描く。図４ａ中に示される例は、欠点及びブリッジのない膜１２の連続縁を表す。
【００３６】
この構造に関する問題は、図４ｂ及び図４ｃで図説されている。
【００３７】
図４ｂは、位置決めデバイスとＭＥＡとの間の大きなクリアランスを示し；ＭＥＡの膜の突縁だけが示されている。これによって、バイポーラプレートとＭＥＡとは互いに対してシフトでき、かつ、位置公差１３（図４参照）は不十分に維持される。
【００３８】
別の場合が図４ｃに示されている。ここでは、ネガティブクリアランスが示されており、寸法矢じり１３で示されている。ここでは、ＭＥＡが、位置決めデバイス６ａ等によって囲まれる領域に対して大きすぎるので、結果として、ＭＥＡが横方向に無理に押し込まれて、うねらされてしまい、そしてそれゆえに、希望通りの位置公差１３（図４ａ参照）も達成されることができない。
【００３９】
図５は本発明に係るＭＥＡを示し、これによって上述の欠点が克服されることができる。ＭＥＡ４は、隣接するセパレータプレートのビードポケット９ａの領域においてＧＤＬ８に不変的にラミネートされおり、その左縁及び右縁上に弾性ブリッジ７を備え、これらはＭＥＡの外周に配置されている。開口１４が設けられており、弾性ブリッジ７のＭＥＡの中心に向く側に隣接して配置されている。これらの開口１４はブリッジの弾性を可能にする。ブリッジはその最も小さい位置で、０．５ｍｍから３．０ｍｍ、好ましくは１．０ｍｍから１．５ｍｍの幅をその平面上で、従って図面シートの平面上で有する。
【００４０】
従って、弾性ブリッジはＭＥＡ中の少なくとも１つの通路孔の外周に設けられている。この弾性ブリッジは、ＭＥＡと、少なくとも１つの位置決めデバイス（ここでは、２つのピンであり、一方は左側に他方は右側にある）との密接な機械的接触を可能にさせる。各ピンは、弾性ブリッジのくぼみに係合している。その結果、セパレータプレートとＭＥＡとの積み重ねの際に、ＭＥＡはセパレータプレートの間で積層方向に対して直角な方向において所定の位置に合わさる。こうして、ビードポケット９ｃ中のＧＤＬ８の最適な位置決めが達成される。これは、ＧＤＬ８の縁領域が図６ａにも示されるように可能な限り小さいクリアランスをもってビード配列９ａの側面に隣り合う、ということである。
【００４１】
図６ａは、図５のＡ−Ａ線断面図を示す。ここでは、ＭＥＡとビードとの間の位置公差（符号１３）が最小に維持されていることが明らかである。これは、主として、弾性ブリッジ７と、それと対向するもう片方７、即ち図５中の右側にあるブリッジ７との動作によってもたらされている。
【００４２】
図６ｂは、拡大詳細図を表しており、ブリッジのたわみ、位置決めピン６ａの相対位置、及び、ＭＥＡ、より正確にはその最も遠位の膜及び／又は箔部分と位置決めピン６ａとの間の公差を示している。
【００４３】
図７ａから図７ｃは、図５に示されるＭＥＡの変形を示す。ここでは、ＭＥＡの表面は概略的な方法でだけ示されている。これらの図面では、弾性ブリッジ７及びこれらに隣接する開口１４だけが明確に描かれている。
【００４４】
図７ａは、１つのＭＥＡに対して１つの弾性ブリッジだけを有する実施形態を示しており、その一方、図５の実施形態は２つの当該弾性ブリッジを示す。弾性ブリッジ７は、ここでは、対向する位置決めピン６ｂと相互に作用する。
【００４５】
図７ｂは、図５のように２つの弾性ブリッジを有する実施形態を表わす。
【００４６】
広域のＭＥＡにとっては、図７ｃに示されるように、その全ての外縁上に弾性ブリッジを備える実施形態が好ましい。ここで示されている例では、全部で６つの弾性ブリッジが与えられている。電気化学システムの生産の対応する構造は、それに応じて位置される例えば６つの位置決めピンのような６つの位置決めデバイスをそれに応じて設けてもよい。
【００４７】
図７ｄは、２つの開口１４及びそれぞれの弾性ブリッジ７を有する別の実施形態を表わす。図７ｂとは違って、例えば、ブリッジは、位置決めピン６ｂが開口１４の内側に配置され得るように構成されている。
【図１】
0005963947.tif 000002
【図２】
0005963947.tif 000003
【図３ａ】
0005963947.tif 000004
【図３ｂ】
0005963947.tif 000005
【図４ａ】
0005963947.tif 000006
【図４ｂ】
0005963947.tif 000007
【図４ｃ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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