(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、改良された電気的絶縁体及び減少した容積とを特徴とする膜電気化学的発電装置１００に関する。膜電気化学的発電装置１００には、気体状反応剤が供給され、また、該発電装置は、圧搾ろ過器の形態にて組み立てられた多数の反応セル１０１を備えている。上記反応セル１０１の各々は、重合系材料で出来たフレーム１１１内に一体化された金属の中央本体１１０により形成された１対の双極シート１０２により境界区切りされる。重合系材料は、熱可塑性の種類とし又は熱硬化性の種類のものとすることができ、フレーム１１１は、成形により金属の中央本体１１０上に配置される。
2005536863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体状反応剤が供給される膜電気化学的発電装置であって、圧搾ろ過器の形態にて組み立てられた多数の反応セルを備え、該反応セルの各々が、双極シートにより境界が決められる膜電気化学的発電装置において、前記双極シートが、重合系材料で出来たフレーム内に一体化され、分配及び収集通路を有する金属の中央本体によって形成されることを特徴とする、膜電気化学的発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発電装置において、前記重合系材料が熱可塑性の種類のものであることを特徴とする、発電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発電装置において、前記重合系材料が熱硬化性の種類のものであることを特徴とする、発電装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１つに記載の発電装置において、前記フレームが、成形により前記中央金属本体と一体化されることを特徴とする、発電装置。
【請求項５】
請求項４に記載の発電装置において、前記金属の中央本体には、前記分配及び収集通路の形状を有する浸出可能な要素が予め設けられ、該浸出要素は、前記成形後、反応剤にて溶解されることを特徴とする、発電装置。
【請求項６】
請求項５に記載の発電装置において、前記浸出可能な要素が、アルミニウムで出来ており、前記反応剤が苛性ソーダであることを特徴とする、発電装置。
【請求項７】
請求項４に記載の発電装置において、前記金属の中央本体には、前記分配及び収集通路の形状を有する予め形成した要素が予め設けられることを特徴とする、発電装置。
【請求項８】
請求項７に記載の発電装置において、前記予め形成した要素が、金属又はプラスチックで出来ていることを特徴とする、発電装置。
【請求項９】
請求項８に記載の発電装置において、前記金属がステンレス鋼であることを特徴とする、発電装置。
【請求項１０】
請求項１ないし３の何れか１つに記載の発電装置において、前記金属の中央本体と一体化された前記フレームが、前記分配及び収集通路を有する２つの予め形成した構成要素から成ることを特徴とする、発電装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の発電装置において、前記２つの予め構成した構成要素の各々が、前記フレームの１つの面を構成することを特徴とする、発電装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１の何れかに記載の発電装置において、前記２つの構成要素が、熱接合又は接着剤による接着によって互いに、且つ前記金属の中央本体と共に組み立てられることを特徴とする、発電装置。
【請求項１３】
請求項４又は１２の何れかに記載の発電装置において、前記金属の中央本体が、サンドブラスト及び（又は）化学的破壊作用により得られたミクロ粗面及び（又は）化学的反応面を有することを特徴とする、発電装置。
【請求項１４】
請求項４に記載の発電装置において、前記金属の中央本体には、前記成形したフレームの接着に有利な適宜な周縁領域に開口部が設けられることを特徴とする、発電装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４の何れか１つに記載の発電装置において、前記フレームが、前記気体状反応剤が通るための第一及び第二の供給開口部と、選択的に排気と混合された前記反応生成物を回収するための第一及び第二の排出開口部と、冷却剤を供給し、且つ引き出すための開口部とを備え、該開口部が、前記分配及び収集通路と連通していることを特徴とする、発電装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の発電装置において、圧搾ろ過器の形態において、前記フレームの前記開口部間の接続が、長手方向供給マニホルドの形態を決定し、前記排出開口部の間の接続が、長手方向排出マニホルドの形態を決定し、冷却液を供給し、且つ引き出すための前記開口部の間の接続が、前記冷却剤を循環させるマニホルドの形態を決定することを特徴とする、発電装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の発電装置において、前記フレームが、前記電気化学的発電装置の締め付けを実現するための連結ロッドを収納する多数の穴を更に備えることを特徴とする、発電装置。
【請求項１８】
請求項１ないし１７の何れか１つに記載の発電装置において、前記反応セルの間に介在され、各々が１対の前記双極シートにより境界が定められる多数の冷却セルを備えることを特徴とする、発電装置。
【請求項１９】
請求項１ないし１８の何れか１つに記載の発電装置において、前記金属の中央本体が、前記気体状反応剤が通るための多数の第一の調整穴と、反応生成物及び選択的に排気を排出するための多数の第二の調整穴とを備えることを特徴とする、発電装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の発電装置において、前記第一の調整穴が、互いに整合され、且つ前記フレームの前記分配通路に相応する位置に配置され、前記第二の調整穴が、互いに整合され、且つ前記フレームの前記収集通路に相応する位置に配置されることを特徴とする、発電装置。
【請求項２１】
請求項１９又は２０の何れかに記載の発電装置において、前記第一及び第二の調整穴が、前記フレームの内端縁から約１ｍｍだけ隔てられることを特徴とする、発電装置。
【請求項２２】
請求項１９ないし２１の何れか１つに記載の発電装置において、前記第一の調整穴が、０．１ないし５ｍｍの範囲の直径を有することを特徴とする、発電装置。
【請求項２３】
請求項１ないし１８の何れか１つに記載の発電装置において、前記金属の中央本体が、水を前記反応セル内に噴射するための多数の整合した調整穴を備えることを特徴とする、発電装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の発電装置において、前記整合した調整穴が、追加的な水分配通路に相応する位置に配置されることを特徴とする、発電装置。
【請求項２５】
請求項２３に記載の発電装置において、前記整合した調整穴が、前記フレームの内端縁から約１ｍｍだけ隔てられることを特徴とする、発電装置。
【請求項２６】
請求項１ないし１８の何れか１つに記載の発電装置において、前記中央本体が、気体状反応剤を分配するための多数の整合した調整穴と、水を噴射するための多数の整合した調整穴と、生成物、排気及び残留する噴射水を回収するための多数の整合した調整穴とを備え、該調整穴の各々が、前記分配通路又は前記収集通路の１つに相応する位置に配置されることを特徴とする、発電装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の発電装置において、気体状反応剤を分配するための前記整合した調整穴及び生成物、排気及び残留する噴射水を回収するための前記整合した調整穴が、前記フレームの内端縁から約１ｍｍだけ隔てられることを特徴とする、発電装置。
【請求項２８】
添付図面に関して実質的に上述した膜電気化学的発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量であり、外部環境に対する電気的絶縁性が向上され且つ、組み立てが簡略化されたことを特徴とする膜電気化学的発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜電気化学的発電装置に基づいて化学物質を電気エネルギに変換する過程は、当該技術にて既知である。
従来技術の膜電気化学的発電装置の一例は、図１に概略図示されている。電気化学的発電装置（１）は、互いに直列に接続され且つ、圧搾ろ過器の形態にて組み立てられた多数の反応セル（２）により形成されている。反応セル（２）の各々は、その反応セルを劣化させることなく、これによりキャモット（Ｃａｍｏｔ）のサイクルの制限を受けることなく、第一の気体状反応剤（燃料）の第二の気体状反応剤（酸化剤）との反応の自由エネルギを熱エネルギに完全に変換する。燃料は、反応セル（２）のアノード室に供給され、また、例えば、水素又は、メタノール又はエタノールのような軽アルコールを保持する混合体から成る。一方、酸化剤は、相応するカソード室に供給され、また、例えば、空気又は酸素から成っている。燃料はアノード室内にて酸化されると同時に、Ｈ+イオンを解放する一方、酸化剤は、カソード室内にて還元されＨ+イオンを消費する。アノードをカソード室から分離するイオン交換膜は、電子の流れは妨害しつつ、アノードからカソード室への連続的なＨ+イオンの流れを許容する。これにより反応セル（２）の極にて確立される電位差は最大となる。
【０００３】
より詳細には、反応セル（２）の各々は、外方へ順に、イオン交換膜（４）と、１対の多孔質電極（５）と、気体状反応剤を分配すると同時に、双極シート（３）を多孔質電極（５）に電気的に接続する、米国特許明細書５，４８２，７９２号に開示された型式の網状導電性要素により実現される１対の集電器／分電器（７）と、反応セル（２）の周縁を密封して外部環境に向けた気体状反応剤の漏洩を防止することを目的とする１対の密封ガスケット（８）とを取り囲む１対の導電性平坦面双極シート（３）により境界が区切られている。反応セル（２）の各々の双極シート（３）及び密封ガスケット（８）には、図１に図示しない分配通路を介してセルのアノードチャンバとカソードチャンバとを連通する、図１に図示しない、供給開口部及び排出開口部が存在する。分配通路は、密封ガスケット（８）の厚さ内に設けられ、且つ櫛状の構造を有することが好ましい。これらの通路は、気体状反応剤及び反応生成物を分配し、且つ収集し、該反応生成物は、反応セル（２）の各々内で均一な仕方にて排気と選択的に混合される。双極シート（３）及び密封ガスケット（８）には、また、電気化学的発電装置（１）を要求される作動温度に保つ目的のため、冷却流体（典型的に、脱イオン水）を供給し、且つ排出するための開口部も設けられている。圧搾ろ過器の形態にて、上記の開口部間の接続は、気体状反応剤を供給することを目的とする２つの長手方向マニホルド、選択的に排気と混合される反応生成物を排出することを目的とする２つの長手方向マニホルド、及び最後に、冷却剤の供給及び排出マニホルドの形態を決定する。反応セル（２）の組立体の外部には、２つの端子板（１１）が存在し、電気化学的発電装置（１）の境界を区切り、且つ、ばね又は連結ロッドのような、その他の装置と協働して、いろいろな構成要素を圧縮状態に保ち、これにより外部環境に対する気体密封性及び長手方向への電気的連続性を保証することを可能にする。２つの端子板（１１）の一方には、上記長手方向マニホルドを外部回路に接続するため、図１に図示しない、ノズルが設けられている。更に、端子板（１１）の双方には、電気化学的発電装置（１）を締め付けるための連結ロッドを収納する適宜な穴（同様に、図１に図示せず）が設けられている。図２に示すように、従来技術の電気化学的発電装置（１）は、反応セル（２）の間に介在された多数の冷却セル（２０）を備えることもできる。冷却セル（２０）は、イオン交換膜（４）と、多孔質電極（５）と、触媒層（６）とから構成された電解的包装体を包含しない点を除いて、反応セル（２）と同様である。冷却剤を流す作用を果たす冷却セル（２０）は、上記に開示した集電器（７）と等価的であり、また、この場合、熱交換効率を増しつつ隣接する２つの双極シート間の電気的連続性を確立することを目的とする導電性要素を保持している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の電気化学的発電装置（１）は、幾つかの点にて有益ではあるが、幾つかの短所による影響を受ける。最初に、コストを削除し且つ、脆弱性の問題点を回避するため、電気化学的発電装置（１）は、黒鉛又は既知のポリマー−黒鉛複合材ではなくて、例えば、ステンレス鋼で出来た、双極の金属シートで組み立てられることが好ましい。しかし、その結果、発電装置は、極めて多数の構成要素を備えることになるから、重量及び複雑さが顕著となる。また、極めて多数の構成要素を使用することは、多量のシールを伴い、このため、手操作であるか又は自動化されているかを問わずに、組み立てが困難であると共に、漏洩の虞れが増し、作業時間は長く、また、その正確な機能にとって影響を及ぼすことになる不正確さを招来することになる。上述した電気化学的発電装置の構造に関係したその他の不利益な点の原因は、外部環境に対する電気絶縁性の欠如、長手方向マニホルド内にて生じ、分路電流を生じさせる、金属と、特に、冷却剤として説明した流体との接触、最後に、発電装置により発生された熱的動力の外部環境への分散である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの目的は、金属の双極シートを備え、従来技術の短所を解決する膜電気化学的発電装置を提供することである。
本発明を一層良く理解するため、単に、非限定的な例として、添付図面を参照しつつ、その幾つかの実施の形態について以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図３には、互いに直列に接続され、且つ圧搾ろ過器の形態にて組み立てられた多数の反応セル（１０１）により形成された、本発明による電気化学的発電装置（１００）の１つの実施の形態が示されており、これら多数の反応セルには、反応セルに対し１：１の比にて、図２の上述した冷却セル（２０）と等価的な冷却セル（１２０）が差込まれている。その他の実施の形態にて、かかる比は、１：２又は１：３のような、異なるものとすることができる。反応セル（１０１）の各々は、１対の平坦面双極シート（１０２）により境界が区切られ、その１対の平坦面双極シートの間に、外方へ順に、イオン交換膜（１０３）と、１対の平坦面双極シート（１０２）と、１対の多孔質電極（１０４）と、膜（１０３）と多孔質電極（１０４）の各々との間の境界面に配置された１対の触媒層（１０５）と、気体状反応剤を分配すると同時に、双極シート（１０２）を多孔質電極（１０４）に電気的に接続する、米国特許明細書５，４８２，７９２号に開示された型式の網状の金属要素により実現された、１対の集電器／分電器（１０６）とを含んでいる。
【０００７】
図４、図５ａ、図５ｂにより詳細に示すように、双極シート（１０２）は、重合材料（例えば、熱可塑性の種類のもの又は熱硬化性の種類のもの）で出来たフレーム（１１１）内に一体化された、反応セル（１０１）の作用可能な領域の寸法を僅かに上廻る寸法を有する、中央金属体（１１０）により形成される。フレーム（１１１）は、選択的に、別個の片を成形し又は接着することにより中央金属本体（１１０）上に配置されている。好ましいことに、フレーム（１１１）は、従来技術の電気化学的発電装置の密封ガスケット（８）の全ての機能を引き受け、このため、かかる密封ガスケットは省略できる。
【０００８】
図４に示すように、フレーム（１１１）は、それぞれ燃料及び酸化剤である、気体状反応剤が通るための第一及び第二の開口部（１１１ａ1、１１１ａ2）と、選択的に排気と混合された反応生成物を排出するための第一及び第二の開口部（１１１ｂ1、１１１ｂ2）と、冷却流体を供給し、且つ排出するための開口部（１１２）とを提供する。フレーム（１１）には、また、電気化学的発電装置（１００）を締め付けるための連結ロッドを収納する多数の穴（１５０）も設けられている。
【０００９】
更に、フレーム（１１１）は、分配通路（１１３ａ、１１３ｂ）（図５ａ）と、冷却通路（１１４）（図５ｂ）とを提供し、これらは全てフレーム自体の厚さ内に形成される。分配通路（１１３ａ）及び（１１３ｂ）は、中央金属本体（１１０）との境界面に配置され、第一及び第二の開口部（１１１ａ1、１１１ａ2）（その１つのみが図５ａに図示）及びそれぞれ、第一及び第二の開口部（１１１ｂ1、１１１ｂ2）（その１つのみが図５ａに図示）を反応セル（１０１）の内部と直接連通させる一方、冷却通路（１１４）は、開口部（１１２）を冷却セル（１２０）の内部と連通させる。圧搾ろ過器形態にて、全てのフレーム（１１１）の開口部（１１１ａ1、１１１ａ2）と、開口部（１１１ｂ1、１１１ｂ2）との間の接続は、それぞれ２つの長手方向マニホルド（１１５）及び２つの長手方向マニホルド（１１６）の形態を決定する一方、全てのフレーム（１１１）の開口部（１１２）の間の接続はまた関連するマニホルドの形態を決定するが、これらは簡略化のため図３には図示されていない。その１つのみを図３に示した２つの長手方向マニホルド（１１５）は、気体状反応剤の供給を意図し、その１つのみを図３に示した２つの長手方向マニホルド（１１６）は、選択的に排気（気体状不活性物及び反応剤の非変換部分）と混合された反応生成物（水）を吸引することを意図し、開口部（１１２）を接続することで形成されたマニホルドは冷却流体を供給し且つ引き出すことを意図する。
【００１０】
反応セル（１０１）の組立体の外部に、電気化学的発電装置（１００）の境界を画定する２つの端子板（１１７）が存在する（図３）。２つの端子板（１１７）の一方には、いろいろな長手方向マニホルドを外部回路に液圧的に接続するため、図３に図示しないノズルが設けられている。更に、端子板（１１７）の双方には、連結ロッドを収納する適宜な穴（同様に図３に図示せず）が設けられている。
【００１１】
図３の実施の形態にて示すように、冷却セル（１２０）が反応セル（１０１）に対し１：１の比にて介在される場合、双極シート（１９２）の中央金属本体（１１０）には、図６に示すように、０．１ないし５ｍｍの範囲の直径を有する多数の調整穴（１３０ａ、１３０ｂ）を設けることができる。気体状反応剤は多数の調整穴（１３０ａ）、（１３０ｂ）をそれぞれ通して、反応セル（１０１）内に流れ、反応生成物及び排気は、以下により詳細に説明するように、反応セルから吸引される。代替的な構造において、調整穴（１３０ａ）、（１３０ｂ）は、気体状反応剤の分配及び生成物の吸引を等しくすることを保証する目的で規則的に変化した直径を有する。穴（１３０ａ）、（１３０ｂ）は、それぞれ分配通路（１３１）、（１３２）を保持する側とは反対の側で、フレーム（１１１）の内端縁の下方及び上方に配置されている。フレーム（１１１）の端縁からの穴の距離は、反応セル（１０１）の作用可能な領域を一層良く活用し得るよう約１ｍｍであることが好ましい。
【００１２】
次に、断面Ｃ−Ｃに沿った図６の双極シートの側面図を表わす、図７を参照すると、フレーム（１１１）は、冷却セル（１２０）と反対側の側部にて、第一及び第二の開口部（１１１ａ1、１１１ａ2）と連通した気体状反応剤の分配領域（１３１）と、第一及び第二の開口部（１１１ｂ1、１１１ｂ2）と連通した反応生成物及び排気の収集領域（１３２）とを提供する。気体状反応剤の分配領域（１３１）及び反応生成物及び排気の収集領域（１３２）の双方は、フレーム（１１１）の厚さ内に設けられる。反応セル（１０１）と反対側の側部でフレーム（１１１）は通路がなく、この側部におけるその厚さは、更なる制限を受けることなく、膜−電極−集電器の組立体の厚さの関数として最適化することができる。分配領域（１３１）及び収集領域（１３２）は、Ｄ−Ｄの平面に沿った図７の双極シート（１０２）の断面の正面図を表わす図８に示されている。通路（１３３）、（１３４）は、穴（１３０ａ）、（１３０ｂ）の整合状態と一致する。この場合、電気化学的発電装置（１００）は、次のように動作する、すなわち、長手方向マニホルド（１１５）を介して電気化学的発電装置（１００）に供給される気体状反応剤（燃料及び酸化剤）は、分配領域（１３１）まで流れ、ここから、気体状反応剤は通路（１３３）を亙り、且つ多数の調整穴（１３０ａ）を通って流れて、反応セル（１０１）内に噴射される。一方、この内部で発生された反応生成物及び排気は、多数の調整穴（１３０ｂ）を通り、且つ通路（１３４）を亙り、収集領域（１３２）及びマニホルド（１１６）に到達し、これらを通って電気化学的発電装置（１００）から出る。
【００１３】
１つの代替的な実施の形態において、上記に示したように、気体状反応剤を噴射することに代えて、水を反応セル内に直接噴射するため、穴（１３０ａ）が使用される。この場合、噴射された水は、二重の機能、すなわち、気体及び膜（１０３）を加湿する作用と、部分的に蒸発したとき、反応剤の熱を吸引する作用とを果たす。蒸発されない水は、長手方向の排出マニホルドと連通した収集領域を通って生成物及び排気と共に反応セルから引き出される。このため、穴（１３０ｂ）は省略できる。反応セル内に直接噴射された水によって発生された冷却効果のため、冷却剤、例えば水を冷却セル（１２０）内に供給することは最早、不要である。セル（１２０）は、要素（１０６）を備える図３の構造体を維持するが、隣接する２つの双極シート（１０２）の金属本体（１１０）間の電気的接触を確立するという唯一の機能は保つ。図６を参考として参照すると、この特別な場合に関して、上記の図面と共通の部品を同一の参照番号で表わす図９にて、線Ｃ−Ｃに沿った断面が図示されている。一層良く理解する目的のため、線Ｅ−Ｅに沿った図９の双極シートの断面が図１０に図示されており、ここで、穴（１３０ａ）と一致する通路（１３５）が伸びる状態、及び開口部（１１２）から来る水を噴射することを許容する状態が明確に示されている。反応剤気体の供給及び生成物及び排気の取出しは、図５ａに示すように、通路（１１３ａ）、（１１３ｂ）を介して行われる。この場合、図５ａの実施の形態の場合と同様に、反応セル側におけるガスケット（１１１）の厚さは、通路（１１３ａ）、（１１３ｂ）を収納する必要性のため制限され、図７の実施の形態により許容されるように自由に最適化することはできない。図７及び図９に概略示した、気体を分配し、且つ水を噴射するという２つの着想を具体化するフレームの設計を利用することを特徴とする本発明の更なる実施の形態により、効果的な水を直接噴射すると同時に、かかる有利な効果を同様に享受することが可能である。かかる実施の形態は双極シート（１０２）の正面図として図１１に図示されており、ここで、それ以前の図面と共通の部品は同一の参照番号にて表示されている。理解し得るように、中央金属本体（１１０）には、気体状反応剤を供給する穴１３０ａ及び水を噴射する穴（１３６）という２列の穴と、反応生成物、排気及び残留水を退出させることを目的とする１列の穴１３０ｂとが設けられている。一層良く理解するため、線Ｆ−Ｆに沿ったフレーム（１１１）の断面は、穴（１３６）を介して反応セル（１０１）内に噴射すべき水の分配通路（１３５）の断面を示す、図１２に示されている。図１２の線Ｇ−Ｇに沿った双極シートの更なる断面の正面図が図１３に示されている。上記に開示した本発明により得られる有利な効果は次の通りである。
【００１４】
ａ）本発明に従って電気化学的発電装置が軽量となること：従来技術の金属の双極シートは、発電装置の正面領域全体と実質的に一致する寸法を有するが、本発明に従って製造された電気化学的発電装置は、反応セルの作用可能な領域の寸法よりも僅かに優れた寸法を有する金属部分を備える双極シートを使用することを可能にする。この形態変更による重量の推定軽減程度は約３０％である。
【００１５】
ｂ）本発明に従って電気化学的発電装置を構成する構成要素の数が減少すること：構成要素の数の減少は、誤りの発生を少なくすると共に、組み立て時間及び関連するコストを減少させる点にて顕著に有利な効果を伴う。例えば、ｎ個の反応セルを備える、図２の従来技術による発電装置の組立体は、３×ｎ個のガスケット及び２×ｎ個の双極板で合計５×ｎ個の構成要素を必要とする（電解包装体に対し同一のままである構成要素は考慮せずに）；図３の実施の形態に従った本発明の電気化学的発電装置（１００）を使用すれば、必要な構成要素は僅か２×ｎ個となる。
【００１６】
ｃ）シールの数の減少：各種の材料で出来た多数の部品を組み立てるとき漏洩無しの密封効果を保証することは、発電装置を製造するときに直面する主たる問題点の１つであり、かかる問題点は、常に簡単に解決できるとは限らない。ｎ個の反応セルを有する図２の従来技術の発電装置を組み立てることは、５×ｎ個の密封面を必要とするが、かかる密封面は、本発明に従った双極シートが採用されるとき、２×ｎに減少する。
【００１７】
ｄ）構成要素の整合及び中心合わせが一層良好となること：上述したように、構成要素の数が極めて少なくなり、組み立てるべき構成要素は多数であり、双極シートに固定されていないガスケットを位置決めすることは疑いなく困難である、従来技術の場合に生じるものと異なり、ポリマーフレームは正確な位置に自動的に配置されるから、本発明に従った双極シートは、発電装置を組み立てるとき、構成要素の整合状態を改良することを許容する。また、電気化学的発電装置のその他の要素（集電器／分電器、電極及び膜）の中心合わせは、フレーム（１１１）により境界区切りされる予め配置したシートが存在することで遥かに簡単となる。
【００１８】
ｅ）外部の電気的絶縁性が向上すること：本発明に従った双極シートは、熱的動力の分散を減少しつつ、発電装置を外部環境から電気的に絶縁することを許容する。
ｆ）供給及び排出マニホルド内に流体と金属との接触箇所が存在しないこと：金属構成要素が電気化学的発電装置内で使用されるときの別の関連する課題は、腐食の虞れを少なくし、且つ分路電流を抑制し得るように金属と流体（加湿した気体状反応剤、冷却剤）との接触を可能な限り減少させようと努めることである。本発明に従った双極シートを使用することは、加湿された気体状反応剤の供給及び排出マニホルド及び冷却剤の供給及び排出マニホルドの双方から金属部品を省くことを許容し、それは、これら全てのダクトはポリマーフレーム内に設けられるからである。
【００１９】
選択的に分配及び収集のための穴が設けられ、異なる開口部及び通路を内蔵するプラスチック材料のフレームと一体化された中央の金属本体から成る本発明の双極シートの製造は、以下に掲げた方法の１つにより実現することができる：
いろいろな通路部分の形状とされた浸出可能な要素を金属本体に取り付け、一体的なフレームを形成し得るようプラスチック材料を成形し、熱可塑性材料の場合、選択的な冷却後に、又は熱硬化性材料の場合、重合化の完了後に適宜な反応剤にて浸出すること。十分に浸出可能な材料は、苛性ソーダにて容易に溶解するアルミニウムである。フレームのプラスチック材料は、いろいろな通路の経路部分を実質的に不変に保つのに適した、作用温度及び典型的な作用可能な圧縮状態下にて、機械的特徴、特に、長期間にわたり最小の変形性を有しなければならない。
【００２０】
要求される通路の形状を有する予め形成した要素を金属本体に適用し、その後、一体的なフレームを形成し得るようにプラスチック材料を成形すること。予め形成された材料は、金属、好ましくはステンレス鋼又はプラスチックで出来たものとすることができる。予め形成した要素の機械的圧縮抵抗性が大であるならば、フレーム材料が低変形性でなければならないという上記の制約は解決される。
【００２１】
例えば、各々が上記フレームの１つの面から成り、且つそれ自体の通路を備える２つの部分にて選択的に成形することによりフレームを予め形成し、熱接合又は好ましくは、適宜な接着剤にて接着することにより通路の経路部分の損傷を防止し得るよう金属本体と組み立てること。この場合、フレーム材料の選択は、最小変形性の制約と共に、特に、薄膜接着剤であることが好ましい、商業的接着剤と適合可能な材料を選ぶようにしなければならない。
【００２２】
選択的に介在させた接着剤にて、金属本体とフレーム材料との間の接着を向上させるため、金属本体に対し、ミクロ粗面及び化学的反応面を形成する目的にて、微細サンドブラスト及び（又は）化学的破壊作用のような前処理を行うことが好ましい。同じく、金属本体とフレームとの間を接着させることを目的とする更なる措置は、金属本体に対し周縁領域に開口部を提供することから成るものとし、フレーム材料は、成形ステップの間、侵入し、これによりフレーム自体の２つの面間に連続性を確立することができる。
【００２３】
上記の説明は、本発明を限定するものと理解してはならず、本発明は、その範囲から逸脱せずに、異なる実施の形態に従って実施可能であり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ規定される。本出願の明細書及び特許請求の範囲において、「備える」という語及び「備えている」及び「備える」（複数）のようなそれと同等の語は、その他の要素又は追加的な構成要素が存在することを排除することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術による膜電気化学的発電装置の第一の実施の形態を示す分解側面図である。
【図２】図１の膜電気化学的発電装置の第二の実施の形態を示す分解側面図である。
【図３】本発明による膜電気化学的発電装置の１つの実施の形態を示す分解側面図である。
【図４】図３の膜電気化学的発電装置の構成要素を示す正面図である。
【図５】５ａは、図４の構成要素の断面ＡーＡに沿った図である。
【００２５】
５ｂは、図４の構成要素の断面ＢーＢに沿った図である。
【図６】図３の膜電気化学的発電装置の構成要素の更なる実施の形態を示す正面図である。
【図７】図６の構成要素の断面ＣーＣに沿った図である。
【図８】図７の構成要素の断面ＤーＤに沿った図である。
【図９】図６の構成要素の代替的な実施の形の断面ＣーＣに沿った図である。
【図１０】図９の構成要素の断面ＥーＥに沿った図である。
【図１１】図３の膜電気化学的発電装置の構成要素の更なる実施の形態を示す正面図である。
【図１２】断面ＦーＦに沿った図１１の構成要素の断面を示す図である。
【図１３】図１２の構成要素の断面ＧーＧに沿った図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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