(57)【要約】  互いに固着された陰極バイポーラ・ハーフプレート及び陽極バイポーラ・ハーフプレートを含むタイプの燃料電池用バイポーラ・プレート。各バイポーラ・ハーフプレート(１)が、その中央部分に活性帯域(２)を含むと共に、その周辺部分に、少なくとも２つの酸化剤ユニットと、少なくとも２つの燃料ユニットと、少なくとも２つの熱交換流体ユニットとを構成するための複数のカットアウト(５)を含むプレートによって構成される。少なくとも１枚のバイポーラ・ハーフプレート(１)が、周辺部のカットアウト(５)と活性帯域(２)の間に少なくとも１つの接続部を有し、かつ、その周辺部に、電気計測用コネクタ(１４１)を収容するための少なくとも１つの中空ハウジング(１４０)を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに固着される陰極バイポーラ・ハーフプレート及び陽極バイポーラ・ハーフプレートを含む燃料電池用バイポーラ・プレートであって、各バイポーラ・ハーフプレート（１）が、その中央部分に活性帯域（２）を含むと共に、その周辺部分に、少なくとも２つの酸化剤ユニットと、少なくとも２つの燃料ユニットと、少なくとも２つの熱交換流体ユニットとを構成するための複数のカットアウト（４，５，６）を含むプレートによって構成され、少なくとも１枚のバイポーラ・ハーフプレート（１）が、周辺部のカットアウト（４，５，６）と活性帯域（２）の間に少なくとも１つの接続部（８，１０，１２）を有し、前記バイポーラ・プレートは、バイポーラ・ハーフプレートの周辺部に、電気計測用コネクタ（１４１）を収容するための少なくとも１つの中空ハウジング（１４０）を含むことを特徴とするバイポーラ・プレート。
【請求項２】
前記中空ハウジング（１４０）が少なくとも１つのリブ（１４）によって構成され、該少なくとも１つのリブ（１４）が、少なくとも１枚のバイポーラ・ハーフプレート（１）の外面に向かって突出し、かつ活性帯域（２）又は流体ユニットを形成するためのカットアウトに達することなくバイポーラ・ハーフプレートの周辺から延びることを特徴とする請求項１記載のバイポーラ・プレート。
【請求項３】
前記中空ハウジング（１４０）が、互いに対向し、かつ、バイポーラ・ハーフプレート（１）の各々に設けられた２つのリブ（１４，１４′）によって構成されることを特徴とする請求項２記載のバイポーラ・プレート。
【請求項４】
前記少なくとも１枚のバイポーラ・ハーフプレート（１）が金属板からなり、前記リブ（１４）が例えば絞り加工又はプレス加工によって製造されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバイポーラ・プレート。
【請求項５】
前記少なくとも１枚のバイポーラ・ハーフプレート（１）が帯電ポリマー又は膨張黒鉛から製造されたプレートからなり、前記リブが絞り加工、プレス加工又は成形加工によって製造されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバイポーラ・プレート。
【請求項６】
少なくとも１枚のバイポーラ・プレートを含む膜／電極組立体によって構成された少なくとも１個のセルを有するタイプの燃料電池において、バイポーラ・プレートが請求項１乃至５のいずれか１項に記載のものであることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロトン（proton；陽子）交換膜を有するタイプの燃料電池用バイポーラ・プレート（bipolar plate；双極板）に関する。バイポーラ・プレートは互いに固着された２枚のバイポーラ・ハーフプレート（bipolar half-plates）によって構成され、各バイポーラ・ハーフプレートは、概ね矩形状のプレートによって構成される。このプレートは、その中央部分に活性帯域、その周辺部分に流体ユニットを構成するための複数のカットアウト（cut-out；切り抜き）、及びシールを行うためのリブ（ribs）を有する。
【背景技術】
【０００２】
プロトン交換膜を有する燃料電池は、例えば水素含有ガス等の燃料と例えば酸素含有ガス等の酸化剤との電気化学反応により発電する装置からなり、燃料と酸化剤とは固体電解質で構成される壁体によって分離される。この種の装置において、燃料が水素性のガスであり、酸化剤が酸素性のガスであると、水素性のガスと酸素性のガスが反応して、水を生成すると同時に各種の用途に利用可能な電流が発生する。
【０００３】
一般に、燃料電池は、各々が電極／膜組立体（electrode/membrane assembly）で構成される基本セルのスタック（stack；積み重ね）によって構成され、前記組立体は、一方において燃料、他方において酸化剤、最終的に水等の熱交換流体の循環のためのチャンネルを有する２枚のバイポーラ・プレート間に挿入される。電極／膜組立体は、自体公知の多層材料からなり、２つの活性層間にそれ自身が配置された固体電解質の膜で構成される層を含み、前記活性層は、拡散層と称される２つの外層でそれ自身が被覆される一方において陰極、他方において陽極を構成する。基本セルのスタックは２つの端子板間に固着された状態で保持され、前記端子板は、一方の端子板から他方の端子板に延び、かつ、基本セルのスタックを貫通して延びるピンによってフランジが取り付けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、バイポーラ・プレートは、耐腐食性及び導電性に関して良好な特性を有する材料から製造される。例えば、グラファイト等の炭素含有材料、グラファイト含浸ポリマー、又は機械加工もしくは成形加工（moulding）により成形されたグラファイトの可撓性シートから製造されるバイポーラ・プレートは、公知である。また、チタンベース、アルミニウム又は鉄ベースの合金等の金属材料から形成されるバイポーラ・プレートも、公知である。金属材料から製造されるこれらのバイポーラ・プレートは、通常、絞り加工（drawing）又はプレス加工（stamping）により成形された板からなる。絞り加工により成形された金属シートから製造されるバイポーラ・プレートにおいては、流体の取入れ及び副生成物の排出はバイポーラ・プレートの帯域（zone）で行われる。このバイポーラ・プレートは、局部的に平坦であって、適切な形状をなすフレームの使用が必要であると共に、バイポーラ・プレートの周辺部のシールにも利用され得る。
【０００５】
この技術は、同一のバイポーラ・プレートについて、２枚のバイポーラ・ハーフプレートに加えて、２枚のバイポーラ・ハーフプレート間に接合部を設けるため並びに流体及び副生成物の供給及び排出をもたらすための補足部材を必要とする、という不都合がある。バイポーラ・プレートは、結果として剛固な（solid）ものとなる。また、この種のバイポーラ・プレートは、外側に延び、かつ、例えばのワニ口クリップを用いて、計測装置を接続するための突起（lug）をその周辺部に含む。これらの突起は、バイポーラ・プレートの空間要件及びその製造コストを増大させる。
【０００６】
本発明の目的は、公知の板より軽く、小さく、経済的な金属板から製造され、同時に計測装置を接続可能にするバイポーラ・プレートを提供することによって、前述の不都合を克服することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するため、本発明は、互いに固着された陰極バイポーラ・ハーフプレート及び陽極バイポーラ・ハーフプレートを含む燃料電池用バイポーラ・プレートに関し、各バイポーラ・ハーフプレートが、その中央部分に活性帯域を含むと共に、その周辺部分に、少なくとも２つの酸化剤流体ユニットと、少なくとも２つの燃料流体ユニットと、少なくとも２つの熱交換流体ユニットとを構成するための複数のカットアウトを含むプレートによって構成され、少なくとも１枚のバイポーラ・ハーフプレートが、周辺部のカットアウトと活性帯域の間に少なくとも１つの接続部を有し、かつ、その周辺部に、電気計測用コネクタを収容するための少なくとも１つの中空ハウジングを含む。
【０００８】
中空ハウジングは、少なくとも１枚のバイポーラ・ハーフプレートの外面に向かって突出し、かつ、活性帯域又は流体ユニットを形成するためのカットアウトに達することなくバイポーラ・ハーフプレートの周辺から延びる、少なくとも１つのリブによって構成することができる。好ましくは、中空ハウジングは、互いに対向すると共に、バイポーラ・ハーフプレートの各々に設けられた２つのリブによって構成される。少なくとも１枚のバイポーラ・ハーフプレートは、例えばステンレス鋼等の金属板とすることができ、リブは例えば絞り加工又はプレス加工によって製造される。少なくとも１枚のバイポーラ・ハーフプレートは、また、帯電ポリマー又は膨張黒鉛から製造されてもよく、リブは絞り加工、プレス加工又は成形加工によって製造されてもよい。
【０００９】
本発明は、また、少なくとも１枚のバイポーラ・プレートを含む膜／電極組立体によって構成される少なくとも１個のセルを有するタイプの燃料電池に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明が、更に詳細に、しかし添付の図面を参照して非限定的な方法で以下に説明されるであろう。一方の面のみが見える図１に示すバイポーラ・プレートは、それぞれ、陰極又は陽極のバイポーラ・ハーフプレート１と陽極又は陰極のバイポーラ・ハーフプレートとから構成され、２枚のバイポーラ・ハーフプレートはそれらの内面が互いに固着されている。２枚のハーフプレートは各々が例えばステンレス鋼等の金属板で構成される。各バイポーラ・ハーフプレートの中央部分２は、活性帯域を構成し、各バイポーラ・ハーフプレート外面の流体及び２枚のバイポーラ・ハーフプレート間の熱交換流体の流れの良好な分配を与えることを目的としたリブ３のネットワークを含む。２枚のバイポーラ・ハーフプレートは、その周辺部に、電池の作動に必要な各種流体の供給・排出用流体ユニットを形成することを目的としたカットアウト４、５、６を含んでいる。
【００１１】
特に（図面に示すように）上部及び下部に、バイポーラ・プレートは、熱交換流体ユニットを構成するためのバイポーラ・ハーフプレート１のカットアウト４と第二のバイポーラ・ハーフプレートの対応するカットアウトとを含む。上部のカットアウトは、例えば、熱交換流体供給ユニットの形成を目的とし、下部のカットアウトは熱交換流体排出ユニットの形成を目的とする。２辺の側縁に、バイポーラ・ハーフプレートは、同様に概ね細長く、一方で酸化剤用供給・排出ユニット及び他方で燃料用供給・排出ユニットを形成するためのカットアウト５、６を含む。
【００１２】
熱交換流体ユニットを形成するためのカットアウト４は、各バイポーラ・ハーフプレートの外面に突出し、かつシールを行うためのリブ７で囲まれている。また、活性帯域２に向かうハーフプレートの縁部に、カットアウト４は、熱交換流体ユニットの内側と２枚のバイポーラ・ハーフプレート間に位置する空間との連通を可能にし、かつ、リブのネットワーク内で空白状態にある接続部８を有する。熱交換流体は、２枚のバイポーラ・ハーフプレート間の空間内を循環するために用いられる。従って、熱交換流体は、熱交換流体ユニットの１つを経由して流入した後、２枚のプレート間を循環し、最後に第二の熱交換流体ユニットを経由して排出されなければならない。
【００１３】
同じように、酸化剤ユニット５又は燃料ユニット６を形成するためのカットアウトは、一方でそれぞれシールを行うためのリブ９，１１で、他方で酸化剤又は燃料用供給・排出ユニットとバイポーラ・プレートの外面との間をそれぞれ連通させるための接続部１０，１２で囲まれている。酸化剤又は燃料は、バイポーラ・プレートの外面と２枚の連続したバイポーラ・プレート間に介在する膜／電極組立体との間を循環しなければならず、酸化剤は陰極バイポーラ・ハーフプレートの外面を循環し、燃料は陽極バイポーラ・ハーフプレートの外面を循環する。
【００１４】
酸化剤ユニット又は燃料ユニットとバイポーラ・プレートの外面との間を連通させるためのリブ（ribs;突出部）は、一方で酸化剤ユニット又は燃料ユニットの内側に開口し、他方で適合するバイポーラ・ハーフプレートに設けられた開口部を介して他端が開口するリブからなる。リブの一方は陰極バイポーラ・ハーフプレート外面の酸化剤に対応し、リブの他方は陽極ハーフプレート外面の燃料に対応している。
【００１５】
バイポーラ・プレートは、その周辺部に、燃料電池における基本セルのスタックの固定ピンの通過を許容するための環状のカットアウトと、バイポーラ・プレートの外側でのみ開口すると共に、例えば電気計測装置のコネクタ１４１を収容するための雌型コネクタを構成する中空ハウジング１４０を形成する小さなリブ１４，１４′とを含む。このようなコネクタはバイポーラ・プレートの周辺の様々な箇所に配置することができ、その数は特定の要求に依存する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】バイポーラ・プレートの正面図である。
【図２】電気計測器用雌型コネクタを含むバイポーラ・プレートの拡大斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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