(57)【要約】【課題】本発明は、従来技術の問題を解消することを可能にする、燃料電池セパレータープレート、燃料電池及び燃料電池のスタックを提供することを課題とする。【手段】本発明は、少なくとも一つのセパレーターシートと、同セパレーターシートの辺部に形状結合構造によって固定するのに好適な少なくとも一つのフランジとを有する燃料電池のセパレータープレートに関する。  また、本発明は、同セパレーターシートを含んだ燃料電池、好ましくは、溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）に関するものである。更に、本発明は、電気的に互いに接続されたこれらの燃料電池のスタックに関するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのセパレーターシート（３）と、形状結合構造（６，１１）によってセパレーターシート（３）の辺部に固定される少なくとも一つのフランジとを有する燃料電池セパレータープレート。
【請求項２】
前記形状結合構造が、セパレーターシート辺部の長さ方向及びフランジの長さ方向に沿って伸びている、請求項１に記載のセパレータープレート。
【請求項３】
前記フランジがセパレーターシート（３）の縁部を受け入れる隙間を区画形成し、前記形状結合構造がその隙間内に設けられている、請求項１又は２に記載のセパレータープレート。
【請求項４】
前記形状結合構造が、相補的な形状を有する、少なくとも一つのモールディング（６）と少なくとも一つの窪み部（１１）との間の結合構造である、請求項１〜３の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項５】
少なくとも一つのモールディング（６）と少なくとも一つの窪み部（１１）が断面三角形状部を有している、請求項４に記載のセパレータープレート。
【請求項６】
等しい数のモールディングと窪み部とを有する、請求項４又は５に記載のセパレータープレート。
【請求項７】
セパレーターシート（３）が、複数のモールディング（６）を備えている、請求項４〜７の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項８】
セパレーターシート（３）が、八個のアノードモールディング（６ｂ）と四個のカソードモールディング（６ａ）を有している、請求項１〜７の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項９】
セパレーターシート（３）が長方形に形成され、アノードモールディング（６ｂ）が、セパレーターシート（３）の長辺部（３ａ）の各々に近接し且つ平行に四個が一組となって伸びている、請求項８に記載のセパレータープレート。
【請求項１０】
カソードモールディング（６ａ）が、セパレーターシートの短辺部（３ａ’）の各々に近接し且つ平行に二つが一組となって伸びている、請求項８又は９に記載のセパレータープレート。
【請求項１１】
アノードモールディング（６ｂ）が、セパレーターシートの下側面（３ｄ）上に設けられている、請求項８〜１０の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項１２】
カソードモールディング（６ａ）が、セパレーターシートの上側面（３ｃ）上に設けられている、請求項８〜１１の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項１３】
少なくとも一つのフランジ（４）が、二回折畳まれた単一の金属シートから成る、請求項１〜１２の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項１４】
フランジが、上側平面部（９）と、その上側平面部（９）に接続された下側平面部（８）と、その下側平面部（８）と上側平面（９）との間に下側平面（８）と平行になるよう上側平面部（９）から伸びた内側伸長部（１０）とを有し、内側伸長部（１０）が、その幅方向の約半分の部分において少なくとも一つの窪み部（１１）にて遮られている、請求項１〜１３の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項１５】
下側平面部（８）が、縁部（８ａ）によって上側平面部（９）に接続され、上側平面部（９）が、縁部（８ｂ）によって内側伸長部（１０）に接続されている、請求項１４に記載のセパレータープレート。
【請求項１６】
フランジ（４）が複数の窪み部（１１）を有している、請求項１５に記載のセパレータープレート。
【請求項１７】
窪み部（１１）の頂点（１１’）が、フランジの上側平面部（９）の内側面に接している、請求項１〜１６の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項１８】
各窪み部（１１）が、フランジ（４）に沿って平行に伸びている、請求項１〜１７の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項１９】
二つのアノードフランジ（４ａ）と二つのカソードフランジ（４ｂ）を有している、請求項１〜１８の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項２０】
アノードフランジ（４ａ）の各々が、四個の窪み部（１１）を有している、請求項１９に記載のセパレータープレート。
【請求項２１】
カソードフランジ（４ｂ）の各々が、二つの窪み部（１１）を有している、請求項１９に記載のセパレータープレート。
【請求項２２】
上側面部（９）と内側伸長部（１０）がセパレーターシートの下側面（３ｄ）側に配置されるように、セパレータープレートが組み立てられる時に、アノードフランジ（４ａ）がセパレーターシートの長辺部のモールディング（６ｂ）に嵌め合わされている、請求項１９〜２１の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項２３】
上側面部（９）と内側伸長部（１０）がセパレーターシートの上側面（３ｃ）側に配置されるように、セパレータープレートが組み立てられる時に、カソードフランジ（４ｂ）がセパレーターシートの短辺部のモールディング（６ａ）に嵌め合わされている、請求項１９〜２２の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項２４】
セパレーターシートの両側辺部に配置された二つのアノードフランジ（４ａ）が、アノード集電器の収容領域を区画形成している、請求項１９〜２３の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項２５】
セパレーターシートの対向辺部に配置された二つのカソードフランジ（４ｂ）が、カソード集電器の収容領域を区画形成している、請求項１９〜２４の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項２６】
フランジ（４）が、内側伸長部（１０）の両端及び縁部（８ｂ）に引っ込み部（１３）を備えている、請求項１〜２５の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項２７】
前記引っ込み部（１３）が、コーナープラグ（５）を収容するのに適切な寸法に形成されている、請求項２６に記載のセパレータープレート。
【請求項２８】
コーナープラグ（５）が単一の金属シートにて形成されている、請求項２８に記載のセパレーターシート。
【請求項２９】
コーナープラグ（５）が、上側平面部（１５）と、上側平面部（１５）より短い下側平面部（１６）と、内側伸長部（１７）を有し、上側平面部（１５）が縁部（１５ａ）を介して下側平面部（１６）に接続され、下側平面部（１６）が縁部（１５ｂ）を介して内側伸長部（１７）に接続されている、請求項２７又は２８に記載のセパレータープレート。
【請求項３０】
上側平面部（１５）が、縁部（１５ｂ）と面一な少なくとも一つの引っ込み部（１５’）を有している、請求項２９に記載のセパレータープレート。
【請求項３１】
引っ込み部（１５’）が、上側平面部（１５）の両側部に夫々一つ設けられている、請求項３０に記載のセパレータープレート。
【請求項３２】
コーナープラグ（５）が、その上側平面部（１５）が上方に向いてフランジ（４）の上側平面部（９）の内面に接触し且つ少なくとも一つの引っ込み部（１５’）がフランジ（４）の引っ込み部（１３）と整合された状態で、フランジ（４）内に挿入されている、請求項２７〜３１の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項３３】
コーナープラグ（５）が、それの下側平面部（１６）が上方に向いてフランジ（４）の上側平面部（９）の内面に接触し且つ少なくとも一つの引っ込み部（１５’）がフランジ（４）の引っ込み部（１３）と整合された状態で、フランジ（４）内に挿入されている、請求項２７〜３１の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項３４】
八個のコーナープラグ（５）を有している、請求項２７〜３４の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項３５】
セパレーターシート（３）が、セパレーターシート（３）の一面に配置された複数の窪み部（７）を有している、請求項１〜３４の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項３６】
前記窪み部（７）が、セパレーターシートの下側面（３ｄ）から伸びている、請求項３５に記載のセパレータープレート。
【請求項３７】
前記窪み部（７）が、集電器の変形領域（２９）にボンディング又はスポット溶接によって接合されている、請求項３５又は３６に記載のセパレータープレート。
【請求項３８】
前記集電器が、アノード集電器（２ａ）である、請求項３７に記載のセパレータープレート。
【請求項３９】
前記アノード集電器（２ａ）が、セパレーターシートの窪み部（７）と同じ数の複数の変形領域（２９）を有している、請求項３８に記載のセパレータープレート。
【請求項４０】
アノード集電器（２ａ）が、複数のアーチ部（１９）と穴（１８）とを有している、請求項３８又は３９に記載のセパレータープレート。
【請求項４１】
前記アーチ部（１９）と穴（１８）とが、交互に列を成して配置されている、請求項４０に記載のセパレータープレート。
【請求項４２】
前記アーチ部（１９）が、各列において等しい間隔を隔てて形成され且つ隣接するアーチ部列に属するアーチ部に対してずれた位置に形成されている、請求項４０又は４１に記載のセパレータープレート。
【請求項４３】
前記アーチ部（１９）が、台形に形成されている、請求項４０〜４２の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項４４】
スタックが組み立てられた時に、前記アーチ部（１９）が、セパレーターシート（３）に面している、請求項４０〜４３の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項４５】
前記アーチ部（１９）が、それの長さ方向軸線が燃料ガスの通路に対して直交するように形成されている、請求項４０〜４４の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項４６】
カソード集電器（２ｂ）が、単一の金属シートである、請求項４０〜４５の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項４７】
アノード集電器（２ａ）が、殆ど等しい寸法の二つの金属シートから成っている、請求項４０〜４６の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項４８】
カソード集電器（２ｂ）が、セパレーターシートの上側面（３ｃ）上に載置されている、請求項１〜４７の何れかに記載のセパレータープレート。
【請求項４９】
前記カソード集電器（２ｂ）が、複数のアーチ部（１９）と穴（１８）とを有し、カソードフランジ（４ｂ）の下側平面部と接する表面部分に、中間部分のアーチ部よりも低い高さのアーチ部（１９）を有している、請求項４８に記載のセパレータープレート。
【請求項５０】
スタックが組み立てられた時に、アーチ部（１９）がセパレーターシート（３）に面している、請求項４９に記載のセパレータープレート。
【請求項５１】
前記アーチ部の長さ方向軸線がオキシダントガスの通路に直交するように、アーチ部が形成されている、請求項４９又は５０に記載のセパレータープレート。
【請求項５２】
カソード集電器（２ｂ）が単一の金属シートである、請求項４９又は５０に記載のセパレータープレート。
【請求項５３】
請求項１〜５２の何れかに記載のセパレータープレートを有する燃料電池。
【請求項５４】
前記燃料電池が溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）である、請求項５３に記載の燃料電池。
【請求項５５】
前記燃料電池が、外部的多岐集配の燃料電池である、請求項５３又は５４に記載の燃料電池。
【請求項５６】
請求項１〜５２の何れかに記載のセパレータープレートを含んだ、請求項５３〜５５の何れかに記載の燃料電池のスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セパレータープレート及び同セパレータープレートを含む燃料電池に関するものである。また、本発明は、電気的に互いに接続された燃料電池のスタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スタックは、複数の平らな金属素子を介して互いに連続して且つ電気的に接続された一組の燃料電池より成り、それら平らな金属素子は、燃料電池を密封した態様で互いに分離させている。一般にセパレータープレート又はバイポーラプレートと呼ばれ、縁部が適切に形作られた長方形の平らな金属シートより成るこれら部品は、電極及びマトリックスと組み合わされ、複数の機能を発揮する。
・それらは、密封した態様でアノード領域をカソード領域から分離させることにより、反応ガスが互いに混合することを防止する。
・それらは、縁部を適切に形作ることと、電解質マトリックスと組み合わせることにより、外部へ向かう反応ガスのタイトシールを確実にする。
・それらは、能動部品と、電池コアを構成する金属製部品とを含んでいる。
・それらは、集電器と組み合わさって、反応ガスが電池平面上に適切に分配されることを確実にする。
・それらは、電池内で起こる反応によって生ずる電子の良好な伝導を確実にする。
【０００３】
溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）のスタックは、燃料ガスの処理タイプ及び電池フィードの類型によって、分類することができる。
【０００４】
第一の場合には、スタックは、「内部改質（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）」又は「外部改質（ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）」によって特徴付けることができる。
【０００５】
その「改質」は、（ＣＨ４のような）有機ガスを殆ど完全に水素（Ｈ２）に変換させる処置であり、「内部改質」の場合には、この処置は、スタック内、より正確には、セパレータープレート内で行われるのに対し、「外部改質」の場合には、電池内に入っている有機ガスは既に変換させられている。
【０００６】
「内部改質」のスタックの例は、特許文献１において見い出すことができる。
【０００７】
ＭＣＦＣスタックの内の別の特有な要素は、電池への燃料ガス（一般に、Ｈ２又はＣＨ４）とオキシダント（一般に、エアー又はＯ２）の供給の類型であり、それは、「内部的又は外部的多岐集配（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｏｒ  ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｍａｎｉｆｏｌｄｉｎｇ）」によって実施することができる。
【０００８】
「内部的多岐集配」によるＭＣＦＣスタック用のセパレータープレートは、一般に、電池の能動領域として略大半を占める平らな金属シートから作られ、そのシートの四辺に対向方向に折り畳まれた縁部が設けられている。これらの縁部は、対向した辺部においては折り畳み方向が同じであるが、隣接した辺部に沿って反対方向に向いている、シートの内側に向いた開口フランジの形態をとっている。一般に、これらのフランジは、セパレータープレートを構成する同一のシートから確保されている。そのセパレータープレートの一例としては、特許文献２において見い出すことができる。
【０００９】
これに代えて、セパレータープレートに取り付けるのに必要な平面領域を確保するようにして折畳まれた小さな金属シートを単に用いることにより、フランジはセパレーターシートとは別個に形成される。このタイプのフランジの一例としては、特許文献３において見い出すことができる。
【００１０】
これら両者の場合において、フランジは、フランジの全長に亘って及ぼされる軸荷重に耐えられるように適切に剛性化されていなければならない。
【００１１】
この剛性化は、荷重抵抗を確実にするために設計された適切な金属部品をフランジ内に挿入することにより、一般に実施されている。この種の部品は、或る程度の剛性を備えた材料から作られてスプリングのように作用するストリップ材と同様のものであってもよい。
【００１２】
フランジは、集電器が配置されるセパレータープレートの内側領域を区画すると共に、フランジの上に位置しているマトリックスのシールリング作用を利用することにより外側に向かうガスのタイトシールを提供するという二つの役割を持っていて、それにより、反応ガスが適切に通過することを確実にする。
【００１３】
結論として、外側領域に沿ってマトリックスと接触するため、これらのフランジは、それらがセパレーターシートから直接的に得られるか或いは別個の平らな金属シートから得られるかによって、電解質によって齎される腐食効果からフランジを保護するためのコーティングが必要とされる。
【特許文献１】米国特許第５，０８４，３６４号
【特許文献２】米国特許第４，５１４，４７５号
【特許文献３】米国特許第４，６０９，５９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
セパレーターシートを構成する同一のシートから得られるフランジを用いた場合の欠点は、フランジによってカバーされる領域が最小であっても、保護コーティングを施しながら嵩張った部品を取り扱わなければならないという点にある。このことは、製造コストを高め、起こり得る取扱い上の傷害の危険性を高め、取扱いをより困難にさせるという結果を齎す。別の欠点は、セパレータープレートの電気的に能動な平面部分とフランジについて同じ材料を使用するということに関係する。このことは、伝導性材料を選択することが必要となることと、フランジの良好な耐食性を確保するためにその伝導性材料に保護コーティングを適切に施すことが必要となることという結果を齎し、これは、製造コストの増加を意味する。
【００１５】
セパレーターシートとは個別に設けられた従来のフランジは、双方の接触面間における摩擦によってのみセパレーターシートに固定されているという欠点に晒され、このことにより、取り扱い及び組立工程中にそれら部品間に相対的な移動が生ずる。そのため、電池を積み重ねるのに必要とされる正確性が確保されず、従って、難しい側面を提示し、その結果、スタック面の平面性（ｐｌａｎａｒｉｔｙ）に関連する問題を提示する。更に、所望の機械的強度と剛性を提供するために、従来のフランジの長さ方向を通してストリップ材が配置されている。この作業は、主に、閉塞された側面を有し且つ非常に長さが長い（＞６００ｍｍ）フランジでは、組立工程中に問題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、本願の特許請求の範囲に記載された燃料電池セパレータープレートを提供することにより、上述した従来技術の問題を解消することを可能にする。
【００１７】
また、本発明に依れば、特許請求の範囲に記載された、上記セパレータープレートを含んだ燃料電池と、互いに電気的に接続された燃料電池のスタックも得られる。
【００１８】
好ましくは、燃料電池は、溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ）である。より詳しくは、その燃料電池は、「外部的多岐集配」のＭＣＦＣ電池である。
【００１９】
本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面を参照して行った、単なる一例であって本発明を何ら限定するものではない好ましい実施形態についての後述の説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
添付図面を参照すると、本発明によるセパレータープレートは、参照符号１で示され、複数の集電器は、一括して参照符号２で示されている。
【００２１】
セパレータープレート１は、セパレーターシート３と、複数のフランジ４と、複数のコーナープラグ５とを有している。
【００２２】
図示実施形態においては、セパレーターシート３は、長方形の形状を有し、二つの長辺部３ａと、二つの短辺部３ａ’と、四つの角部３ｂと、上側面３ｃと、下側面３ｄとを有している。二つの長辺部３ａと二つの短辺部３ａ’と平行に且つそれらに近接して、一括して参照符号６で示された複数のモールディングが伸びている。
【００２３】
この実施形態においては、上側面３ｃ側には、総数４本のモールディング６ａ（カソードモールディングとして後述する）が設けられ、これらモールディング６ａは、二つが一組になって、各短辺部３ａ’に平行で且つ近接して伸びている。下側面３ｄ側には、総数８本のモールディング６ｂ（アノードモールディングとして後述する）が設けられ、これらモールディング６ｂは、四つが一組になって、各長辺部３ａに平行で且つ近接して伸びている。換言すると、長辺部側のモールディングは、短辺側のモールディングに対してセパレーターシート３の反対の面側で伸びている。
【００２４】
モールディング６は、好ましくは、図３Ａに示したように断面三角形状部を有している。
【００２５】
本発明に係る実施形態に依れば、セパレーターシート３は、複数の窪み部７を更に有している。アノード集電器が下方に配置されてセパレーターシート３に固定されることが必要とされるこの実施形態においては、窪み部７は、アノードモールディングが設けられるのと同じ下側面３ｄから伸びているのが有益である。スタックの組立時に、カソード集電器２ｂが下方に配置され、アノード集電器２ａが上方に配置される場合には、窪み部７は、カソードモールディング６ａが設けられるのと同じ上側面３ｃから伸びているのが有益である。図示実施形態においては、１８個の窪み部７が存在し、それらは、セパレーターシート３の下側面３ｄに設けられ、複数が組となって、セパレーターシートの短辺部又は長辺部と平行なラインに沿って配置されている。より詳しくは、図示実施形態においては、窪み部７は、三個が組になって短辺部３ａ’と平行に複数列配置されている（又は、六個が組になって長辺部３ａと平行に複数列配置されている）。本発明に係る実施形態に依れば、図３Ｂに示したように、窪み部７は、セパレーターシート３の下側面３ｄと平行な平面部７’’で終端した二つの傾斜側面７’を有している。これに代えて、窪み部７は、例えば、円形，楕円形，正方形又は長方形のような、別の形状を有していてもよい。窪み部７は、後述する如く、集電器２をセパレーターシート３と接続させて適所に保持させるために用いられる。
【００２６】
セパレーターシートは、例えば、ステンレス鋼から作られている。
【００２７】
セパレータープレート１は、複数のフランジ４、詳しくは、二つのアノードフランジ４ａと二つのカソードフランジ４ｂを有している。フランジ４は、二度折畳まれた一つの金属シート、好ましくは、ステンレスシートから形成されている。
【００２８】
詳しくは、フランジ４は、下側平面部８と、上側平面部９と、下側平面部８と上側平面部９との間で伸びている内側伸長部１０とを有し、下側平面部８は、好ましくは半円形に形成された縁部８ａを介して上側平面部９と接続され、更に、上側平面部９は、好ましくは半円形に形成されて縁部８ａよりも低い高さを持った縁部８ｂを介して内側伸長部１０に接続され、この内側伸長部１０は、下側平面部８と平行に伸び、それの幅方向の約半分の部分において、少なくとも一つ、好ましくは複数の窪み部１１によって遮られている。窪み部１１は、三角形の断面形状を有しているのが有益であり、その頂点１１’は、上側平面部９の内面に接している（図４）。本発明に係る実施形態に依れば、複数の窪み部１１は、フランジ４に平行に伸びている（図６）。
【００２９】
下側平面部８と、窪み部１１によって遮られた内側伸長部１０は、セパレーターシート３の周辺領域を収納するのに好適な隙間を構成している（図５）。上側平面部９と内側伸長部１０は、特に縁部８ｂのところで、集電器の突き当て拘束手段を構成している。その結果、セパレーターシートの両側に配置された二つのフランジ間には、集積器の収容領域が区画形成される。
【００３０】
セパレーターシート３に対するフランジ４の接続は、窪み部１１とモールディング６との間の形状接合（ｓｈａｐｅ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ）によって実施される。実際に、本発明に依れば、窪み部１１の形状及び位置は、モールディング６と一致している。
【００３１】
図示実施形態においては、各アノードフランジ４ａは、セパレータープレートを組み立てる時に四つのアノードモールディング６ｂを収容する四つの窪み部１１を有し、また、各カソードフランジ４ｂは、セパレータープレートを組み立てる時に二つのカソードモールディング６ａを収容する二つの窪み部１１を有している。様々な実施形態においては、窪み部及びモールディングの数及び形状は、上述した数及び形状以外のものであってもよい。
【００３２】
従って、組立工程においては、アノードフランジ４ａは、上側平面部９がセパレーターシート３の下側面３ｄと平行になり且つ下側平面部８がセパレーターシート３の上側面３ｃと平行になるように、セパレーターシート３に接合される。逆に、カソードフランジ４ｂは、上側平面部９がセパレーターシート３の上側面３ｃと平行になり且つ下側平面部８がセパレーターシート３の下側面３ｄと平行になるように、セパレーターシート３に接合される。
【００３３】
その組み立ては、セパレーターシートのモールディングの断面三角形状部がフランジの窪み部内に嵌るまで、セパレーターシートの縁部をフランジの下側平面部８と内側伸長部１０の間の隙間に導入することにより実施される。換言すると、セパレーターシートと各フランジは、セパレーターシートの縁部に沿って相互の形状結合構造が作り出されるように設けるのが有益である。この形状結合構造は、セパレーターシートの各辺部とフランジの長さ方向に沿って形成されるのが好ましく、それにより、フランジがセパレーターシートから外れるのを阻止する。詳述すると、形状結合構造は、上述したようなモールディング６と窪み部１１とに依るように、セパレーターシートの平面の変形部と各フランジとによって提供されるのが有益である。
【００３４】
換言すると、アノードフランジは、セパレーターシートの長辺部に配置されたモールディングに嵌め合わされ、それにより、アノードフランジの内側伸長部１０と上側平面部９が、セパレーターシート３の下側面３ｄの側に配置される。同様に、カソードフランジは、セパレーターシートの短辺部に配置されたモールディングに嵌め合わされ、それにより、カソードフランジの内側伸長部１０と上側平面部９が、セパレーターシート３の上側面３ｃの側に配置される。図１２を参照すると、上述したようにして組み合わされたセパレーターシート，アノード集電器及びアノードフランジの詳細が示されている。この図は、セパレーターシートと下側の集電器（この場合には、アノード集電器）との間の結合の詳細を示すために、組み立てられたスタックを上下逆さまにした状態を示している。
【００３５】
セパレーターシートとフランジとは何ら相対的な移動をすることがないので、本発明によるセパレータープレートは、スタックを組み立てながら容易に取り扱うことができるようになる。同時に、モールディング６と窪み部１１との形状結合構造によって、適切な剛性と機械的圧縮強度を確実にする。
【００３６】
フランジ４は、その両端部において、上側平面部９と下側平面部８に形成された同心穴１２を有し、それら穴は、作動中にフランジが炭酸塩と接触するので、フランジに耐食性防護処理を施す際の固定手段として用いることができる。
【００３７】
更に、両端部において、フランジ４は、内側伸長部１０と縁部８ｂとを切り取ることにより形成された引っ込み部１３を有し、それら引っ込み部１３は、邪魔されることなく二つの交差するフランジが接続されることを可能にするように適切な寸法を有するように形成されている。こうして設けられた引っ込み部内にコーナープラグ５が収容され、それらコーナープラグの機能は、角部における適切な機械的強度を付与し且つフランジ内の反応ガスの通過を阻止することである。換言すると、フランジの内側伸長部１０は、上側平面部９及び下側平面部８よりも長さが短く、それらの中間に配置されて、それにより、フランジの端部が自由な状態になっている。
【００３８】
本発明に係る実施形態に依れば、コーナープラグ５は、好ましくはＦｅ−Ｃｒ合金から作られて二回折畳まれた単一の金属シートから成るものである。詳しくは、コーナープラグ５は、例えば半円形の縁部１５ａを介して下側平面部１６に接続された上側平面部１５を有し、下側平面部１６は、上側平面部１５よりも短く、例えば、上側平面部１５の長さの約２／３に等しい長さを有している。
【００３９】
コーナープラグの下側平面部１６は、例えば半円形で縁部１５ａよりも低い高さの縁部１５ｂを介して、下側平面部１６の長さの半分に殆ど等しい長さを有する内側伸長部１７に連続して接続されている。上側平面部１５は、それの長さ方向の縁部の所定領域を切り取ることにより縁部１５ｂと面一に形成された少なくとも一つの引っ込み部１５’を有している。好ましくは、上側平面部１５は、それの長さ方向の両縁部に二つの引っ込み部１５’を有して上側平面部１５よりも短い長さの端部を構成している（図７）。
【００４０】
セパレータープレートの組立て時に、フランジ４の両端において、コーナープラグ５は、コーナープラグ５の少なくとも一つの引っ込み部１５’がフランジ４の引っ込み部１３と整合し当接されるように、フランジの内側伸長部１０と縁部８ｂの引っ込み部１３によって形成されるハウジング内に導入される。
【００４１】
コーナープラグ５の上側平面部１５は左右対称になっているので、このプラグは、上側平面部１５が上方に向いてフランジ４の上側平面部９の内面に接した状態及び逆に下側平面部１６が下方に向いてフランジ４の上側平面部９の内面に接した状態で、フランジ４内に導入させることができる。
【００４２】
プラグ４がフランジ４内に挿入された時に、上側平面部１５の引っ込み部１５’とフランジの引っ込み部１３は接触する。
【００４３】
コーナープラグ５は、フランジ４毎に二つ、総数８個用いられており、それらの主な機能は、ガスが複数のフランジ内を通過することを阻止することであり、そうしないと、そのガスが電池反応に関与しなくなる。本発明に係るコーナープラグのその他の重要な機能は次の通りである。
・セパレータープレート１の角部に所望の剛性と機械的圧縮強さとを付与すること。
・スタック電池の角部に対して確実な側面連続性を担保し、それにより、マニホールドに面するシルコニアシーリング（ｚｉｒｃｏｎｉａ  ｓｅａｌｉｎｇ）をより効果的にさせる。
【００４４】
本発明によるスタックの組立工程は、一般に、下記の順番で部品をスタックするものである。
・マトリックス
・アノード
・アノード集電器
・セパレータープレート
・カソード集電器
・カソード
・マトリックス
【００４５】
この順番は、カソードを上方に配置することが望まれるか或いは下方に配置することが望まれるかによって、逆にすることができる。然しながら、ともかく、下方に配置される電極は、適切な方法でセパレータープレートに固定しなければならない。
【００４６】
図１は、組立工程中に、アノード集電器２ａが下方に置かれてセパレータープレート１に適切に固定され、他方、カソード集電器２ｂが上方に置かれてセパレータープレート１上に載置される、本発明に係る特定の実施形態を示している（図１は、アノード集電器とセパレータープレートとの間の結合の詳細を示すために、実際のスタックを上下逆さまにした状態で示している）。分かり易くするために、マトリックス，カソード及びアノードは、図示されていない。とにかく、本発明の目的のために、何らかの従来のタイプのマトリックス及び電極を用いることができる。
【００４７】
図１を参照すると、アノード集電器とカソード集電器は、夫々、参照符号２ａ、２ｂで示されている。
【００４８】
集電器２ａ，２ｂは、例えば、ニッケル箔がラミネートされたステンレス鋼から作られた金属シートで、公知の技術を用いて成形されている。
【００４９】
アノード集電器２ａとカソード集電器２ｂの双方に、好ましくは、同じ寸法を持った穴１８の列と同じ寸法を持ったアーチ部１９の列が、モールディングによって交互に複数列設けられている。
【００５０】
アーチ部１９は、各列において等間隔で且つ隣のアーチ部列に属するアーチ部との関係でずれた位置にモールドされている（図１０）。それらアーチ部は、好ましくは台形に形成され、即ち、アーチ部は、モールドされていない集電器面と平行な平面部１９ｂによって遮られない態様で接続された二つの傾斜側面１９ａを有している。スタック部品は、集電器のアーチ部１９の平面部１９ｂがセパレータープシート３に面し、他方、各電極（図示せず）が集電器の反対側の面上に載置されるように組立てられる。アーチ部１９は、セパレーターシート３と電極との間に、燃料及びオキシダントガスが通過する部屋が提供されることを確実にする。
【００５１】
集電器の穴１８は、各列において等間隔に隔てられて設けられ、同一寸法に形成されている。穴１８は、ガスと電極との間の接触面を拡大させる機能を有している。穴１８は、アーチ部１９に対して交互に設けられるのが有益である（図１０及び１１）。
【００５２】
図示実施形態においては、カソード集電器２ｂは、長方形に形成され、二つの長辺部２０と、二つの短辺部２１と、四つの角部２２と、下側面２３と、上側面２４とを有している。
【００５３】
カソード集電器２ｂの下側面２３は、並行に配置された複数列のアーチ部１９を有し、それら列は、それらの長さ方向軸線が長辺部２０と平行になるように（アノード集電器２ａに設けられたアーチ部と直交する方向に）形成されている。それにより、スタックが組み立てられた時に、アーチ部１９の長さ方向軸線は、オキシダントガスの通路に対して直交する。その組み立ては、下側面２３を、カソードフランジ４ｂから自由な状態のままになっているセパレーターシート３の上側面３ｃの一部と接触させるように行う。
【００５４】
カソード集電器２ｂは、セパレーターシートの上側面３ｃと接触して配置され、アノードフランジ４ａの下側部８をカバーするように伸びている。他の方向で、カソード集電器２ｂは、カソードフランジ４ｂの間、詳しくは、それらフランジの縁部８ｂ（図１２）の間に配置されている。
【００５５】
アノードフランジ４ａの下側部８と接触しているカソード集電器の下側面２３の部分（即ち、周縁部）は、下側部８の厚みを補整し且つ電池の平面性を担保するために、セパレーターシート３と接触している部分（即ち、中間部）よりも低い高さを持ったアーチ１９を有している。
【００５６】
アノード集電器２ａは、略正方形で殆ど同じ寸法の二つの金属シートを有している。それら二つの金属シートは、夫々、内側辺部２５と、内側辺部２５に平行な外側辺部２５ａと、二つの反対側の辺部２５ｂと、四つの角部２６と、上側面２７と、下側面２８とを有している。
【００５７】
上側面２７は、平行になった複数列のアーチ部１９を有し、それらアーチ部は、それらの長さ方向軸線が内側辺部２５及び外側辺部２５ａと平行になるように形成されている。それにより、スタックが組み立てられた時に、アーチ部１９の長さ方向の軸線は、燃料ガスの通路に対して直交する。
【００５８】
また、アノード集電器２ａの上側面２７は、複数の変形された領域２９を含んでいる。これら変形領域２９の数は、セパレーターシート３の下側面３ｄに設けられた窪み部７の数と一致しているのが好ましい。詳しくは、変形領域２９は、シート毎に９個、合計１８個設けられ、窪み部７に対応する位置で、三つが組になって、内側辺部２５及び外側辺部２５ａと平行に配置されている。
【００５９】
窪み部７と変形領域２９とを結合させることによって、集電器をセパレーターシート３に確りと固定させることができ、この実施形態においては、スタックの組立て中に、その集電器、即ち、アノード集電器２ａは下方に向けられる。その組立ては、スポット溶接又は適切な接着剤を用いたボンディングによってセパレータープレート１の窪み部７を変形領域２９に固定することにより実施される。
【００６０】
従って、組立てられた状態においては、アノード集電器の両シートの隣接した辺部２５は互いに一致して、それにより、電気的接続を可能にし、それら二つのシートの上側面２７は、アノードフランジ４ａから自由な状態になったままのセパレーターシート３の下側面３ｄの部分と接触する。
【００６１】
アノード集電器２ａはセパレーターシートの下側面３ｄと接触して配置され、カソードフランジ４ｂの下側部８をカバーするように伸びている。他の方向で、アノード集電器２ａは、アノードフランジ４ａの間、詳しくは、それらの縁部８ｂの間に配置されている（図１２）。
【００６２】
カソードフランジ４ｂの下側部８と接触しているアノード集電器２ａの上側面２７の部分は、下側部８の厚みを補整し且つ電池の平面性を確実にするために、中間部分よりも低い高さを持ったアーチ部１９を有している。
【００６３】
また、アノード集電器２ａは、二つの金属シートの総面積に等しい面積を有する単一の長方形の金属シートから成っていてもよい。この単一の金属シートは、アノード集電器の上述の二つの金属シートに関して上述したのと同様な特徴及び構成態様を持っている。
【００６４】
本発明は、従来技術の多くの問題を解決することを可能にする、燃料電池用のセパレータープレートを提供するものである。
【００６５】
先ず、互いに個別に形成された複数の片から作られたセパレーターシートを採用することにより、耐食性処理は、炭酸塩に直接接触する部品、即ち、後にセパレータープレートの他の部品と組み合わせることができるフランジにのみ限定することができる。それにより、セパレーターシートを成形した後には、セパレーターシートは、セパレータープレートの組立工程中においてのみ取り扱われる。即ち、セパレーターシートの取り扱いが少なくされ、それにより、処理中でのシートに対する損傷のリスクが少なくなる。
【００６６】
フランジをセパレーターシートに結合させるための特異な構成のために、フランジは、シートに適切に固定され、それによりフランジとセパレーターシートとの相互移動を最小化させ、同時に、フランジに所望の剛性と機械的圧縮強度を付与することが可能になる。
【００６７】
従って、セパレーターシートに対するフランジの確りとした固定が単一のシステムによって確実になるばかりでなく、フランジの不変形性を確実にすることができる。更に、フランジの両端に夫々コーナープラグを挿入することにより、フランジ内の反応ガスの通路が遮断される。また、それらコーナープラグは、電池の角部における所望の機械的強度を確実にすると共に、スタックの側面に関して確実な連続性を担保する。従って、これらの部品は、同時に複数の機能を発揮する。一般に、下方に置かれる集電器をセパレーターシートに接着させるための方法は、当業界において知られており、それは、接着される面のアーチ部の全てに接着剤を付着させて実施するというものである。その接着剤の付着は、接着剤収集トレーを備えたローラーによって実施される。その処理中に実際に使われる接着剤と損失される接着剤との割合は、かなり小さい。集電器においては、接着剤を変形領域にのみ付着し、そして、セパレーターシートの対応の窪み部に接着させる。従って、接着剤は、無駄なく１００％使用され、その結果、コストの点で有益である。
【００６８】
上述した実施形態に対して様々な変形及び（又は）付加を加えてもよいことが理解されるべきである。
【００６９】
例えば、図７に示したコーナープラグ５の変形例として、図８に示したように１８０°回転させた状態で用いることができる。
【００７０】
セパレーターシートとフランジとの組立体に安定性と剛性を付与する形状結合構造を提供するべく、上述した内容に代えて、窪み部１１とモールディング６は相互結合に適切な別の断面形状を有するものであってもよい。
【００７１】
窪み部７は、上述した数及び寸法と異なった数及び寸法で設けてもよいが、好ましくは、アノード集電器２ａと接触するのに好適な少なくとも一つの平らな領域を有するように構成される。
【００７２】
詳しくは、窪み部７は、例えば、セパレーターシートを折畳むことにより一つの片として得られる何らかのフランジタイプのもの又は摩擦結合或いは接着によって固定されるフランジと共に用いることができる。
セパレータープレートの上述した実施形態に対して、不測且つ特有な条件を満足させるために、当業者は、特許請求の範囲を逸脱しない限り、多くの変形，改良及び機能的に均等な部品との置換を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】セパレータープレートの分解斜視図、詳しくは、セパレーターシート，フランジ，コーナープラグ及び集電器を分離させた状態の斜視図（図１は、下側の集電器とセパレータープレートとの接続を詳細に示すために、スタックの実際の状態とは上下がひっくり返しになっている）である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った部分の断面図である。
【図３】本発明によるセパレーターシートの平面図である。
【図３Ａ】図３のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線に沿ったセパレーターシートの部分の断面図である。
【図３Ｂ】図３のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿ったセパレーターシートの部分の断面図である。
【図４】本発明によるフランジの断面図である。
【図５】組み合わされた状態のフランジとセパレーターシートの断面図である。
【図６】本発明によるカソードフランジの斜視図である。
【図７】本発明によるフランジとプラグとが離された状態を示した斜視図である。
【図８】本発明の別の実施形態に係るフランジとプラグとが離された状態を示した斜視図である。
【図９】図７に示したフランジとプラグとを組立状態で示した斜視図である。
【図１０】本発明に係る、カソード集電器の如き集電器の平面図である。
【図１０Ａ】図１０のＸＡ−ＸＡ線に沿った断面図である。
【図１０Ｂ】図１０のＸＢ−ＸＢ線に沿った断面図である。
【図１１】集電器の詳細を示した斜視図である。
【図１２】組立て状態における、セパレーターシートとフランジと集電器の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年3月18日(2008.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
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【国際調査報告】
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