(57)【要約】      （修正有）【課題】例えばアルカリ性電解槽用セル構造体の、組立に必要とされる部品の数が減少し、またその電気化学アセンブリを組み立てるのに必要とされる工程の数を低減し、別個の密封機構及び従来必要とされた精巧な配管の要件を回避する電気化学系を提供する。【解決手段】電気化学セル構造体１００は、アノード１０２、このアノード１０２から離隔されたカソード１０４、及び一体式非導電性フレーム１５０を含む。この一体式非導電性フレーム１５０は、アノード１０２、カソード１０４を支持すると共に作動流体又は電気化学反応の生成物用の１１２、１２２及び１２４のような複数の流路を画成する。このため、スタックの構造は効率的かつ効果的であり（ガスケットやシールは必要とされない）、しかも製造プロセスは簡略化される。【選択図】図２
2008274432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード（１０２）、
前記アノード（１０２）から離隔されたカソード（１０４）、
前記アノード（１０２）及び前記カソード（１０４）の各々とイオン連通している電解液、並びに
前記アノード（１０２）、前記カソード（１０４）及び前記電解液の各々を支持しており、かつ作動流体用の少なくとも１つの流路（１１２）及び電気化学反応の生成物用の流路（１２２、１２４）を画成する少なくとも２つの構成部材（１６０、１７０）を含む非導電性フレーム（１５０）
を含んでなる電気化学セル構造体（１００）。
【請求項２】
前記非導電性フレーム（１５０）が、約６０℃〜約３００℃の範囲の最高作動温度を有する物質を含んでなる、請求項１記載の電気化学セル構造体（１００）。
【請求項３】
前記非導電性フレーム（１５０）が、苛性に対する化学的耐性及び加水分解安定性からなる群から選択される少なくとも１つの性質を有する物質を含んでなる、請求項１記載の電気化学セル構造体（１００）。
【請求項４】
前記非導電性フレーム（１５０）が、ポリエチレン、フッ素化ポリマー、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン及びこれらの組合せからなる群から選択される物質を含んでなる、請求項１記載の電気化学セル構造体（１００）。
【請求項５】
前記少なくとも２つの構成部材（１６０、１７０）の少なくとも１つが、成形、型成形、押出及び熱成形法からなる群から選択されるプロセスによって作成されている、請求項１記載の電気化学セル構造体（１００）。
【請求項６】
前記少なくとも２つの構成部材（１６０、１７０）が、接着剤、融解及び冷却、ボルト締め、融接、溶媒溶接、超音波溶接、レーザー溶接を使用することからなる群から選択される方法によって接合されている、請求項１記載の電気化学セル構造体（１００）。
【請求項７】
前記非導電性フレーム（１５０）の前記少なくとも２つの構成部材（１６０、１７０）がポジティブエンゲージメントアトリビュート（１６９）を有するように構成されている、請求項１記載の電気化学セル構造体（１００）。
【請求項８】
アノード（１０２）、
前記アノード（１０２）から離隔されたカソード（１０４）、
前記アノード（１０２）及び前記カソード（１０４）の各々とイオン連通している液体アルカリ性電解液、並びに
前記アノード（１０２）、前記カソード（１０４）及び前記電解液の各々を支持しており、かつ作動流体用の少なくとも１つの流路（１１２）及び電気化学反応の生成物用の流路（１２２、１２４）を画成する少なくとも２つの構成部材（１６０、１７０）を含む非導電性ポリマーフレーム（１５０）
を含んでなる、アルカリ性電解槽用セル構造体（１００）。
【請求項９】
前記非導電性ポリマーフレーム（１５０）が、ポリエチレン、フッ素化ポリマー、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン及びこれらの組合せからなる群から選択される物質を含んでなる、請求項８記載のアルカリ性電解槽用セル構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電気化学セル構造体に関し、より特定的には、アノード、カソード及び電解液を支持し、作動流体用及び電気化学反応生成物用の流路を画成する非導電性フレームを有する電気化学セル構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学セルは、通常電解セル又は燃料電池として分類されるエネルギー変換装置である。電解セルは、水を電気分解して水素及び酸素ガスを生成することによって水素発生器として機能することができる。燃料電池は、交換膜又は電解液を横切って水素ガスと酸化剤とを電気化学的に反応させて電気を生じると共に水を生成する。
【０００３】
アルカリ性電解系は数十年にわたって市販されている。約１．７〜約２．２Ｖの直流電圧を、アルカリを含む液体電解液内に配置された２つの電極に印加する。正極（アノード）では酸素が生成し、負極（カソード）では水素が形成される。イオン透過性の隔膜がこれらのガスを分離して維持する。
【０００４】
電気化学系、殊にアルカリ性電解系の場合、経済的に実現可能とするには、これらの系に伴う製造コストが大幅に改善されなければならない。
【０００５】
現状の系では組み立ての間に数多くのプロセス工程が必要とされ、各々の工程が系全体のコストを高くする。さらに、従来の系では、一般に多数のガスケット、ボルト及びその他雑多な部品を含めて多くの個別の構成部材が必要であり、系の組み立てを余計複雑にすると共に製造コストを押し上げている。
【特許文献１】米国特許第５８４３２９２号明細書
【特許文献２】米国特許第６５２７９８１号明細書
【特許文献３】米国特許第６７７０３９４号明細書
【非特許文献１】ROGER WISE;TWI Knowledge Summary;Solvent welding of thermoplastics:http://www.twi.co.uk/j32k/protected/band#3/ksrw002.html
【非特許文献２】Plastics joining;Ultrasonic Welding technique-The process;http://www.twi.co.uk/j32k/protected/band#3/pjkultrason.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、構成部材の部品数を全体として低減すると共に関連する製造プロセスを簡単にする改良された電気化学セルに対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
簡単にいうと、本発明の１つの実施形態に従って、アノード、前記アノードから離隔されたカソード、前記アノード及び前記カソードの各々とイオン連通している電解液並びに非導電性フレームを含む電気化学セル構造体が提供される。この非導電性フレームは、前記アノード、前記カソード及び前記電解液の各々を支持し、かつ作動流体用及び電気化学反応の生成物用の少なくとも１つの流路を画成する少なくとも２つの構成部材を含んでいる。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、隔膜及び電極インサートを個別に非導電性フレーム内に取り込み、前記隔膜及び前記電極インサートから反復ユニットを組み立て、前記反復ユニットのスタックを構築し、少なくとも２つの部品に作成されポジティブエンゲージメントアトリビュートを備える非導電性ハウジングフレームを作り上げ、前記非導電性ハウジングフレームの前記少なくとも２つの部品の内の１つに前記反復ユニットのスタックを挿入し、前記非導電性フレームの前記少なくとも２つの部品の他の部品を配置し、そうして形成された構造体を密封して漏れのないアセンブリを得ることを含む、電気化学セル構造体を作成する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のこれら及びその他の特徴、局面、及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、より良好に理解されるであろう。図面中、類似の番号表示は類似の部品を示す。
【００１０】
図１は、電気化学系、例えばアルカリ性電解系の代表的なスタック配置の概略図である。典型的なスタックアセンブリ１０は複数の反復ユニット１２を含んでいる。各反復ユニット１２はアノード１４、バイポーラプレート１６、カソード１８及び隔膜２０を含んでいる。スタック中の反復ユニットの数は、生成物ガスの生成速度、例えばアルカリ性電解系の場合は水素の生成速度に対する要件に依存する。大規模に実施するアルカリ性電解スタックでは百以上もの多くの反復ユニット１２を含み得る。各反復ユニット１２ではアノード１４、バイポーラプレート１６及びカソード１８（電極アセンブリ２２という）間の電気的結合が必要である。任意のアノード集電装置（図には示してない）を介して端末アノード２６に、また任意のカソード集電装置（図には示してない）を介して端末カソード２８に直流電圧２４を印加する。作動流体がセル間のイオン架橋を構成し、スタック内の各アノード１４とカソード１８を横切って電圧が生じ、その結果アノードとカソードで電解反応が生起し得る。電解用の作動流体は電解液であり、アルカリ性電解の場合これは通例水酸化カリウム（ＫＯＨ）又は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液である。各電極アセンブリ２２は、主として隣接する電極アセンブリ２２間で水素及び酸素ガスが混合しないように保つために、隔膜２０により分離されていなければならない。スタック内の全ての反復ユニット１２は、ある種のハウジング内に配置されていなければならず、また密封手段、並びに電解液を分配し、かつ水素及び酸素ガスを捕捉するための配管又はマニフォルドにより取り囲まれていなければならない。反復ユニットは通例金属製であり、従って反復ユニット間の電気的短絡を防止するために非導電性のガスケットによって互いに絶縁しなければならない。これらのガスケットを用いて反復ユニットを互いに密封するには通例多数のボルトが必要であり、多数の潜在的な漏電領域が生じる。数百の反復ユニットを含む大規模な電解系では、スタックを組み立てるのに数百、或いは数千もの連結具及びボルトその他の締め具を使用する。そのため、これらの電気化学系のスタックアセンブリは複雑であり、組み立てるのに多数の構成部材が必要であり、製造及び組立コストが高い。
【００１１】
これらの欠点を克服するために、組立に必要とされる部品の数が減少し、またその電気化学アセンブリを組み立てるのに必要とされる工程の数も低減する電気化学系が提案される。さらに、この提案される系では、別個の密封機構及び従来の電気化学系で必要とされる精巧な配管の要件が回避される。
【００１２】
図２に示されているように、アノード１０２、このアノード１０２から離隔されたカソード１０４、及び一体式非導電性フレーム１５０を含む電気化学セル構造体１００が提供される。この一体式非導電性フレーム１５０は、アノード１０２、カソード１０４を支持すると共に作動流体（図には示してない）又は電気化学反応の生成物（図には示してない）用の１１２、１２２及び１２４のような複数の流路を画成する。このため、スタックの構造は効率的かつ効果的であり（ガスケットやシールは必要とされない）、しかも製造プロセスは簡略化される。
【００１３】
１つの実施形態において、非導電性フレーム１５０は約６０℃〜約１２０℃の範囲の最高作動温度を有する物質からなる。この温度範囲は殆どのアルカリ性電解用途に対応するであろう。別の実施形態において、非導電性フレーム１５０は約６０℃〜約３００℃の範囲の最高作動温度を有する物質からなる。この温度範囲は限定されることはないがアルカリ性電解、ＰＥＭ電解槽、酸電解などを含む電解に対応するであろう。また、この温度範囲は限定されることはないがアルカリ性燃料電池、ＰＥＭ燃料電池、リン酸燃料電池などを含む燃料電池に対応するであろう。
【００１４】
本発明の１つの実施形態において、非導電性フレーム１５０はポリマーからなり、通例はＫＯＨ又はＮａＯＨのような塩基に対する長期暴露の間の劣化を避けるために苛性に対して化学的に耐性なポリマーからなる。別の実施形態において、非導電性フレーム１５０は加水分解に対して安定なポリマーからなる。他の実施形態において、非導電性のフレームを作成するのに選択されるポリマーは耐薬品性であると共に加水分解に対しても安定である。別の実施形態において、非導電性フレーム１５０はポリエチレン、フッ素化ポリマー、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン及びこれらのブレンドからなる群から選択されるポリマーからなる。
【００１５】
電気化学セル構造体１００の構成部品をより明瞭に示すために図３に分解図を示す。電気化学セル構造体１００はアノード１０２、及びそのアノード１０２から離隔されたカソード１０４を含んでいる。バイポーラプレート１０６がアノード１０２とカソード１０４との間に挟まれていてそれらの間の電気的接続を可能にしている。図４に示したような本発明の１つの実施形態において、アノード１０２、バイポーラプレート１０６及びカソード１０４は一緒に接合されて電極インサート１０８を構成している。電極フレーム１１０が電極インサート１０８を支持している。電極フレーム１１０は作動流体の流れのために少なくとも１つの入口１１２を有している。電解系、例えばアルカリ性電解系の場合、作動流体は電解液、通例水酸化カリウム溶液からなる。燃料電池の場合、作動流体は水素すなわち燃料流及び酸化剤流からなる。簡単にするため、ここではアルカリ性電解系に関して電気化学セル構造体１００を説明する。
【００１６】
図３に示されているように、電極フレーム１１０はさらに、上面１１６上に第１の電解液流路１１４、底面１１８上に第２の電解液流路１１７（破線で示す）、シート１２０、上面１１６上に酸素流路１２２、及び底面１１８上に水素流路１２４（破線で示す）を有している。電極インサート１０８はシート１２０上に位置している。電気化学セル構造体１００はさらに隔膜１２６及び隔膜フレーム１２８を有している。議論の目的から、この実施形態では、隔膜フレーム１２８、隔膜１２６、電極インサート１０８、及び電極フレーム１１０が反復ユニット１３４を形成している。スタック中の反復ユニット１３４の数は他の要因の中でも生成物ガスの生成速度、例えばアルカリ性電解系の場合水素の生成速度に関する要件に依存する。スタックは通例各側面がエンドキャップ（図には示してない）で覆われている。各エンドキャップは電極及び集電装置を収容している。集電装置は外部ＤＣ電源に接続されている。
【００１７】
図５は、１つの反復ユニットを有する電気化学セル構造体（全体を１４９として示す）の側面図である。反復ユニット１３４は隔膜１２６、電極インサート１０８を含んでおり、この電極インサート自体はアノード１０２、バイポーラプレート１０６及びカソード１０４からなっている。集電装置（図には示してない）を含む端末カソード１４２と集電装置（図には示してない）を含む端末アノード１４４とがスタック１４９の両端に配置されている。セル構造体はまた反復ユニット１３４と端末アノード１４４との間にも隔膜１２６を含んでいる。図５に示されているように、１つの反復ユニットを有するセル構造体は２つの電気化学セル１４６及び１４８を有することが分かる。第１の電解セル１４６は端末カソード１４２、隔膜１２６及びアノード１０２を含んでいる。第２の電解セルはカソード１０４、隔膜１２６及び端末アノード１４４を含んでいる。端末カソードと端末アノードは電源２４に接続されている。電解液は入口１１１からスタック１４９内に導入される。電解液は各電解セル用の１以上の個々の電解液入口（図には示してない）を介して流路１１４及び１１７に分配される。適当な電源がセル構造体に接続されると電解セル１４６及び１４８で電解反応が起こる。スタックで生成した水素及び酸素ガスはそれぞれ水素出口１２５及び酸素出口１２３から取り出される。
【００１８】
大規模に実施される典型的な電解スタックは図５に示したものと類似の多数の反復ユニット１３４を含んでいる。スタックのその他の配置は上記した１つの反復ユニットスタックと同様である。この代表的な反復ユニット１３４の構造は簡単であり、シール又はガスケットの使用は回避される。図に示したように、電極インサート１０８と隔膜１２６は反復ユニット１３４の一体式非導電性フレーム内に支持され封入されている。電解液の流路も反復ユニット１３４の一体式非導電性フレームによって画成されており、系内にガスケットを使用する必要性が本質的に除かれる。
【００１９】
また、反復ユニットの構成部材である電極インサート１０８及び隔膜１２６は個別に非導電性のフレーム内に捕捉されていてもよい。電極インサート及び隔膜用のフレームは、組み立て後電解液用及び生成物ガス用の流路を形成するような配置をとることができる。図６に、非導電性のフレーム内に個別に捕捉されたかかる構成部材の全体を１４０として示す。１３６は一般に電極インサート（図４に示した構成部材１０８）又は隔膜（図３に示した構成部材１２６）を表す。構成部材１３６は非導電性のリング１３８内に捕捉されている。非導電性のリングは電解液及び生成物ガスの流れ用に構成された流路（図には示してない）を有していることができ、例えば、リングは作動流体の流れ用の流路１１４及び１１７並びに電気化学反応の生成物を取り除くための流路１２２及び１２４を提供し得る。また、リングは個々のセル用の１以上の電解液入口１１２も備えていることができる。リング構造体はまた、電解液又は生成物ガスが反復ユニットから漏洩するのを防止しシールリングとして機能する役目もする。１つの実施形態において、非導電性フレーム１１１とスタックを収容する非導電性フレーム１５０は同じ材料製である。
【００２０】
１つの実施形態において、非導電性フレーム１５０は約６０℃〜約１２０℃の範囲の最高作動温度を有する物質からなる。この温度範囲は殆どのアルカリ性電解用途に対応するであろう。別の実施形態において、非導電性フレーム１５０は約６０℃〜約３００℃の範囲の最高作動温度を有する物質からなる。この温度範囲は殆どの電解及び燃料電池用途に対応するであろう。本発明の１つの実施形態において、非導電性フレーム１５０はポリマーからなり、通例はＫＯＨ又はＮａＯＨのような塩基に対する長期暴露中の劣化を避けるために苛性に対して化学的に耐性のポリマーからなる。別の実施形態において、非導電性フレーム１５０は加水分解的に安定なポリマーからなる。他の実施形態において、非導電性のフレームを作成するのに選択されるポリマーは耐薬品性であると共に加水分解的に安定でもある。別の実施形態において、非導電性フレーム１５０はポリエチレン、フッ素化ポリマー、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン及びこれらのブレンドからなる群から選択されるポリマーからなる。
【００２１】
図７は、本発明の別の実施形態による電気化学セル構造体１００を示す。非導電性フレーム１５０は周辺部１６０とエンドプレート部１７０とで作成されている。周辺部１６０は１つ以上の部品で作成されていてもよい。図７には、周辺部１６０が２つの部品１６２及び１６４で作成されている実施形態を示してある。製造の容易さに応じて、周辺部は２つより多くの部品を含んでいてもよい。周辺部１６０は、上記複数の反復ユニット１３４を受け入れると共に、作動流体用の流路１１４及び１１７並びに電気化学反応の生成物用の流路１２２及び１２４を提供するように形成され、予め成形され、又は機械加工される。幾つかの実施形態において、周辺部１６０は形状が円筒状である。他の幾つかの実施形態において、周辺部１６０はプリズム状であってもよい。周辺部の部品１６２及び１６４は限定されることはないが射出成形、押出、熱成形などを始めとする様々な技術で製造される。エンドプレート部１７０は２つの部品１７２と１７４で作成されている。エンドプレート部１７０を図８に示す。エンドプレート部１７０の部品１７２及び１７４はそれぞれアノード１０２及びカソード１０４を収容するように構成されている。エンドプレートはまた集電装置１７６及び外部電源への密封アクセス（図には示してない）も備えている。また、エンドプレート部品は電解液をスタックに供給する少なくとも１つの供給口１１１も備えている。口１２３と１２５はそれぞれ酸素と水素の出口である。
【００２２】
図７に示されているように、周辺部の部品１６２は通例局面１６６と側壁１６８を含んでいる。周辺部１６０の部品１６２と１６４は、部品１６２と１６４の側壁１６８が互いに対向するように配置されている。両部品１６２及び１６４の側壁１６８は、周辺部の様々な部品の組み立ての役に立つポジティブエンゲージメントアトリビュート１６９を備えている。図７には、部品１６２の側壁１６８上のスタブ様突起１６９を示す。部品１６２の側壁１６８に対向して配置された周辺部１６０の部品１６４の側壁１６８上には、突起１６９を受け入れるように対応する窪みが設けられている。これに代わるポジティブエンゲージメントアトリビュートとしては、棟と溝、様々な形状と大きさの突起と受け手段、又はボルト締めのための手段を備えた単純な平面を挙げることができる。幾つかの実施形態において、側壁１６８は周辺部の部品間のポジティブエンゲージメントを提供する多角形形状に構成されており、別個の突起１６９は必要とされないことがある。
【００２３】
周辺部１６０の部品１６２と１６４は、限定されることはないが接着剤、ポリマー溶接などを使用することを始めとする様々な技術によって接合することができる。１つの実施形態において、周辺部の部品は接着剤によって互いに接合される。通例エポキシ系添加剤を使用するが、非導電性フレームを作成するのに使用するポリマーに応じて他の添加剤を使用してもよい。
【００２４】
周辺部１６０の部品１６２と１６４の接合はまたポリマー溶接によって行ってもよい。ポリマー溶接の間、周辺部１６２と１６４の２つの側壁１６８のポリマー鎖が互いに絡み合う結果均質な接合部が形成される。ポリマーの溶接はいろいろな方法で行うことができる。１つの実施形態において、部品１６２と１６４は、熱又は電流を用いて部品の温度を適当な転移温度、すなわち非晶質熱可塑性ポリマーの場合ガラス転移温度、又は半結晶性ポリマーの場合融解温度を超えて上昇させる融接を用いて接合される。
【００２５】
また、部品１６２と１６４は溶媒溶接を使用して接合することもでき、この場合一時的にポリマーを溶解する溶媒を側壁１６８に添加し、２つの側壁を融合し得る。その後、溶媒がポリマーから浸出し溶媒溶接を起こす。
【００２６】
超音波溶接を使用して部品１６２と１６４を接合することもできる。このプロセスでは、短波エネルギーを使用して接合部で熱可塑性物質を軟化又は融解する。側壁１６８を一緒に加圧下に保った後、通常２０、３０又は４０ｋＨｚの周波数で超音波振動に付す。
【００２７】
周辺フレームの部品１６２及び１６４の側壁１６８を溶接するのに使用できる他の溶接技術として押出溶接、レーザー溶接などがある。前記方法のいずれかにより部品１６２と１６４を溶接した後、接合部を冷却して安定な構造体を形成する。
【００２８】
幾つかの実施形態においては、圧縮リングをスタックの周りに巻き付け、熱収縮嵌合として、又は機械的圧縮によりバンド上で部品相互を圧縮する。この実施形態により、付加的なクリープ耐性が得られ、電解槽スタックの加圧作業に対して適切になる。幾つかの実施形態において、部品は一緒にボルト締めすることができる手段、例えばフランジを備えていてもよい。これらのボルトは例えばスタックの軸に沿って正接方向に配置することができる。この配置の従来のボルト締め配置より有利な利点は、ボルトの長さがスタックの長さと独立であるということである。また、従来の電解槽スタックとは異なり、多数のガスケットは必要ない。
【００２９】
エンドプレート部１７０の部品１７２と１７４も、周辺部及びエンドプレート部間の適正な固定及び漏れのない接合を達成するためにポジティブエンゲージメントアトリビュートを備えている。エンドプレート部１７０上のポジティブエンゲージメントアトリビュート及び部品の接合方法は周辺部１６０について上記したのと同様である。
【００３０】
別の実施形態において、非導電性フレーム１５０は２つの部品のみから作成されている。図９に、非導電性フレーム１５０の１つのかかる部品１８０を示す。この実施形態では、周辺フレームとエンドプレートが組み合わされて複数の反復ユニット１３４に対するハウジングを提供している。従って、電気化学反応の生成物用の流路（図には示してない）は電気化学反応の生成物用の出口１２３及び１２５と一体化されており、作動流体用の流路（図には示してない）は作動流体用の入口（図には示してない）と一体化されている。フレーム部品１８０の内面は、複数の反復ユニット１３４のスタックを受け入れるように構成されている。フレーム部の部品の側壁１６８には、上記ポジティブエンゲージメントアトリビュート１６９が備えられている。上記した様々な接合技術を用いて、フレームを接合しスタックを組み立てることができる。
【００３１】
本発明の１つの実施形態において、電気化学セル構造体は図１０に示すプロセスに従って製造される。工程Ｓ１に示されているように、隔膜１２６及び電極インサート１０８のような反復ユニットの構成部材を非導電性の密封フレーム内に個別に捕捉する。工程Ｓ２で、フレームに入れた構成部材から反復ユニット１３４を組み立て、多数の反復ユニットのスタックを作り上げる。フレームに入れた構成部材を接合して反復ユニットを形成し、反復ユニットをスタックに組み立てるには上に述べた接合技術のいずれを使用してもよい。
【００３２】
別途、非導電性ハウジングフレーム１５０を製造する。製造と組み立てを容易にするために、フレーム１５０は多数の部品、通例周辺部１６０及びエンドプレート部１７０から作成する。これらの部品はさらに各々が多数の部品から作成されてもよい。工程Ｓ３で周辺部１７０の製造準備をする。製造を容易にするために、周辺部は１６２及び１６４のように２つ以上の部品から作成する。周辺部１６０の部品１６２と１６４は作動流体の流れ用の流路１１４及び１１７並びに電気化学反応の生成物の流れ用の流路１２４及び１２６を提供するように構成される。部品１６２及び１６４はまた、部品の適正な係合のためにポジティブエンゲージメントアトリビュート１６９を備えている。
【００３３】
工程Ｓ４に示されているように、反復ユニット１３４のスタックを非導電性フレームの周辺部１６０の１つの部品１６２内に挿入する。１６４のような周辺フレームの他の部品を工程Ｓ５で接合し、アセンブリをシールする。工程Ｓ６でエンドプレート部１７０の準備をする。工程Ｓ７で、エンドプレート部１７０を、多数の反復ユニット１３４のスタックを収容する周辺部１６０に接合する。
【００３４】
工程Ｓ５及びＳ７におけるフレーム部品の接合は、限定されることはないがボルト締め、融接、溶媒  溶接、超音波溶接及びレーザー溶接を始めとする様々な技術によって行う。
【００３５】
図１０に示したアセンブリを作成する場合、この構成は別個のエンドプレートを使用しないので工程Ｓ６とＳ７は不要である。
【００３６】
本明細書では、アルカリ性電解系を一例として本発明の実施形態を説明した。しかし、当業者には明らかなように、本明細書に記載した電気化学セル構造体はＰＥＭ又は酸電解のような他の電解及びアルカリ性燃料電池、ＰＥＭ燃料電池のような燃料電池並びに他のあらゆる電気化学反応を行うのにも使用できる。
【００３７】
このように、本発明の実施形態により、部品の数が低下し、組み立ての複雑さが低減した電気化学セル構造体が提供される。別個のガスケット及び密封手段は必要とされない。また、本電気化学セル構造体を作成する方法は極めて効率的で簡単である。
【００３８】
本明細書では本発明の幾つかの特徴のみを例示し説明して来たが、当業者には多くの修正及び変更が明らかであろう。従って、特許請求の範囲は、かかる修正及び変更が、本発明の真の思想内に入るものとして包含するものであると了解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、代表的なアルカリ性電解スタック配置の概略図である。
【図２】図２は、本発明の１つの実施形態の垂直断面図である。
【図３】図３は、本発明の１つの実施形態の分解図である。
【図４】図４は、電極インサートの概略図である。
【図５】図５は、１つの反復ユニットを有する電気化学セル構造体の側面図である。
【図６】図６は、反復ユニットの構成部材の概略図である。
【図７】図７は、本発明の別の実施形態の分解図である。
【図８】図８は、典型的なエンドプレートの概略図である。
【図９】図９は、本発明のさらに別の実施形態の分解図である。
【図１０】図１０は、本発明の１つの製造方法のフローチャート表示である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  典型的なアルカリ性電解系の概略図
１２  典型的なアルカリ性電解系の反復ユニット
１４  典型的なアルカリ性電解系のアノード
１６  典型的なアルカリ性電解系のバイポーラプレート
１８  典型的なアルカリ性電解系のカソード
２０  典型的なアルカリ性電解系の隔膜
２２  典型的なアルカリ性電解系の電極アセンブリ
２４  典型的なアルカリ性電解系のための直流電圧供給源
２６  端末アノード
２８  端末カソード
１００  電気化学セル構造体
１０２  アノード
１０４  カソード
１０６  バイポーラプレート
１０８  電極インサート
１１０  電極フレーム
１１１  スタックの電解液入口
１１２  個々のセルの電解液入口
１１４  第１の電解液流路
１１６  電極フレーム１１０の上面
１１７  第２の電解液流路
１１８  電極フレーム１１０の底面
１２０  シート
１２２  酸素流路
１２３  酸素出口
１２４  水素流路
１２５  水素出口
１２６  隔膜
１２８  隔膜フレーム
１３４  反復ユニット
１３６  反復ユニットの構成部材
１３８  構成部材の周りに成形された非導電性のフレーム
１４０  反復ユニットのフレームに入れた構成部材
１４２  集電装置を含む端末カソード
１４４  集電装置を含む端末アノード
１４６  第１の電解セル
１４８  第２の電解セル
１４９  １つの反復ユニットを含むスタック
１５０  非導電性フレーム
１６０  周辺部
１６２  周辺部の部品
１６４  周辺部の部品
１６６  周辺部の局面
１６８  周辺部の側壁
１６９  ポジティブエンゲージメントアトリビュート
１７０  エンドプレート部
１７２  エンドプレート部の部品
１７４  エンドプレート部の部品
１７６  集電装置
１８０  非導電性フレームの部品
【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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