(57)【要約】【課題】  本発明は、電気化学システムと、電気化学システムで利用されるバイポーラプレートとを記載する。【解決手段】  電気化学システム（１）は、バイポーラプレート（３）によって互いから分離されている複数のセル（２）を有する積層体を備え、バイポーラプレートには冷却用の開口（４）またはセルから機能性媒質を除去すると共にセルに機能性媒質を供給する開口（５）が設けられ、積層体は機械的圧縮応力によって固定され、少なくとも１つのセルは、バイポーラプレートの境界壁（７）によって周囲が取り囲まれている電気化学活性領域（６）を含み、バイポーラプレートのチャネル構造（８）は、媒質を均一に分布させるべく電気化学活性領域内に設けられ、媒質を微細に分布させるべく少なくとも１つのガス拡散層（９）が設けられている。チャネル構造と境界壁との間の境界領域に、チャネル構造と境界壁との間に流体がバイパスすることを防ぐべく、複数の制限部材（１０）が設けられており、ガス拡散層はチャネル構造および／または制限部材の少なくとも一部を被覆している。電気化学活性部分の境界領域におけるバイパスを防ぐことによって、電気化学システムの信頼性および効率が確実に改善する。【選択図】  図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学システム（１）であって、バイポーラプレート（３）によって互いから分離されている複数のセル（２）を有する積層体を備え、
前記バイポーラプレートには冷却用の開口（４）または前記セルから機能性媒質を除去すると共に前記セルに機能性媒質を供給する開口（５）が設けられ、
前記積層体は機械的圧縮応力によって固定され、少なくとも１つのセルは、前記バイポーラプレートの境界壁（７）によって周囲が取り囲まれている電気化学活性領域（６）を含み、
前記バイポーラプレートのチャネル構造（８）は、媒質を均一に分布させるべく前記電気化学活性領域の範囲内に配置され、
媒質を微細に分布させるべく少なくとも１つのガス拡散層（９）が配置され、
前記チャネル構造と前記境界壁との間の境界領域に、前記チャネル構造と前記境界壁との間に流体がバイパスすることを防ぐべく、複数の制限部材（１０）が互いに離間されて設けられており、
前記ガス拡散層は、前記チャネル構造と少なくとも前記制限部材の一部を被覆している
電気化学システム。
【請求項２】
前記制限部材（１０）の高さが、接触領域における前記ガス拡散層（９）の前記制限部材（１０）に対する圧縮が、接触領域における前記ガス拡散層（９）の前記チャネル構造（８）に対する圧縮よりも大きくなるように選択される請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項３】
前記制限部材（１０）は、前記境界壁に合流する、前記チャネル構造の延長部分として構成される請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項４】
２つの隣接する制限部材（１０）は、前記チャネル構造と前記境界壁（７）との間において、密閉空間を形成する請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項５】
各制限部材（１０）の配置間隔は、２ｍｍよりも大きい請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項６】
各制限部材（１０）の配置間隔は、５−１０ｍｍよりも大きい請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項７】
前記境界壁（７）は、蛇行状に設けられている請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項８】
前記境界壁（７）が蛇行形状を持つ場合、前記境界壁のうち前記チャネル構造（８）に最も近い部分は、制限部材（１０）によって前記チャネル構造に接続されている請求項７に記載の電気化学システム。
【請求項９】
前記制限部材（１０）は、前記境界壁に対して略直角に設けられている請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項１０】
前記制限部材（１０）は、前記チャネル構造（８）の最も外側の部材に対して略直角に設けられている請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項１１】
前記チャネル構造（８）は、複数の別個の部材として構成されている請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項１２】
前記バイポーラプレート（３）の基準平面（１１）に対する前記境界壁（７）の高さは、前記境界壁に近接している前記チャネル構造の前記基準平面に対する最大の高さよりも高い請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項１３】
前記制限部材は、前記バイポーラプレートの基準平面（１１）から突出しており、少なくとも前記チャネル構造（８）のほとんどの部分と同等の高さを持つ請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項１４】
前記制限部材（１０）は、バイポーラプレート（３）においてエンボス加工によって設けられている請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項１５】
バイポーラプレート（３）は、２つのプレートから構成されており、少なくとも１つの制限部材（１０）は、電気化学活性面とは反対側において中空であり、この中空空間は前記バイポーラプレートの他方のプレートを差し込むための補完的な空間として構成されている請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項１６】
前記境界壁（７）は、ビード形状を持ち、具体的にはフルビード形状またはハーフビード形状を持つ請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項１７】
前記バイポーラプレート（３）は金属製である請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項１８】
前記バイポーラプレートに設けられている、冷却用の前記開口（４）または媒質の除去あるいは供給用の前記開口（５）には、弾性ビード部が設けられており、前記ビード部には、前記バイポーラプレートの中空空間または前記電気化学活性領域に、流体の媒質または気体の媒質を導くための開口が含まれる請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項１９】
前記電気化学活性領域（６）に媒質を導く場合には、前記媒質の導入箇所および媒質の導出箇所が、前記電気化学活性領域において最大の距離で互いから離間される請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項２０】
請求項１に記載の電気化学システムにおいて利用されるバイポーラプレートであって、基準平面（１１）を備え、前記基準平面から突出するチャネル構造（８）および媒質の供給および除去用の開口が設けられ、前記チャネル構造および前記開口は、外側を境界壁（７）によって取り囲まれ、少なくとも１つの制限部材（１０）が、前記境界壁と前記チャネル構造の外側端縁との間の領域に設けられ、前記境界壁（７）と前記チャネル構造との間の境界領域に前記媒質がバイパスしないようにするバイポーラプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学システムおよび当該電気化学システムにおいて利用されるバイポーラプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学システムとは、例えば、燃料電池システムまたは電気化学圧縮システムであってよい。特に、電位を印加することによって、水から水素および酸素を生成すると同時に、水素および酸素を加圧によって圧縮する電解槽であってよい。これに加えて、水素分子が気体状態で供給されて、内部で電位を印加することによって電気化学的に圧縮される電気化学水素圧縮機等の電気化学圧縮システムも知られている。このような電気化学的圧縮技術は特に、水素を機械的に圧縮しようとするとはるかに多大な労力が必要となることから、少量の水素を圧縮する上で有用である。
【０００３】
バイポーラプレートによって互いから分離されている複数の電気化学セルを積層して構成されている電気化学セルスタックを有する電気化学システムが知られている。この場合、バイポーラプレートにはさまざまな機能がある。
（１）それぞれの電気化学セル（例えば、燃料電池）の電極を電気接触させる機能、および、隣接するセルに電流を流す機能（セルを直列接続）
（２）電気化学セルに媒質、つまり反応ガスを供給する機能、および、電気化学的に活性な領域（電気化学活性領域）に配設されているチャネル構造（ガス分配構造／流れ場）を介して反応生成物を除去する機能
（３）電気化学セルでの反応によって発生する廃熱を輸送する機能、および
（４）複数の異なる媒質チャネルまたは冷却チャネルを、互いに対して、および、外部に対して、封止する機能
【０００４】
バイポーラプレートから電気化学セルへと媒質を供給および除去するべく、一例を挙げると、バイポーラプレートに向けて配向されているガス拡散層を有するＭＥＡ（膜電極接合体）（例えば、金属製の不織布またはカーボン製の不織布）を用いており、バイポーラプレートには、冷却用、または、媒質の供給および除去用に、開口が設けられているとしてよい。
【０００５】
公知のバイポーラプレートでは、バイポーラプレートの両側に設けられているチャネル構造または蛇行構造によって、ＭＥＡまたはガス拡散層に沿ってガスを分配している。
【０００６】
このようなバイポーラプレート、特に金属製のバイポーラプレートに対してチャネル構造をスタンピングすることが知られており、バイポーラプレートと一体的に、同時に、電気化学活性領域を取り囲む境界壁をスタンピングすることも知られている。このため境界壁は、ビード状の形状を持つことが多くなる。何度も試行した結果、上述のようなバイポーラプレートは性能に大きなバラツキがあり得ることが分かっている。このような性能のバラツキは、媒質の分布が不十分であることが原因と思われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このため、本発明は、電気化学活性領域において媒質の分布が不十分であることに起因する性能のバラツキが見られない電気化学システムまたはバイポーラプレートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的は、独立請求項の主題によって達成される。
【０００９】
第１に、電気化学システムであって、バイポーラプレートによって互いから分離されている複数のセルを有する積層体を備え、バイポーラプレートには冷却用の開口またはセルから媒質を除去すると共にセルに機能性媒質を供給する開口が設けられ、積層体は機械的圧縮応力によって固定され、少なくとも１つのセルは、バイポーラプレートの境界壁によって周囲が取り囲まれている電気化学活性領域を含み、バイポーラプレートのチャネル構造は、媒質を均一に分布させるべく電気化学活性領域内に設けられ、媒質を微細に分布させるべく少なくとも１つのガス拡散層が設けられている電気化学システムが提供される。チャネル構造と境界壁との間の境界領域に、チャネル構造と境界壁との間に媒質が流入することを防ぐべく、複数の制限部材が設けられている。このため、ガス拡散層はチャネル構造および／または制限部材の少なくとも一部を被覆している。
【００１０】
本発明に係る電気化学システムで利用されるバイポーラプレートは、基準平面と、当該基準平面から突出しているチャネル構造（流れ場）とを有すると共に、媒質を供給および除去するための開口が設けられていることを特徴とする。チャネル構造および開口は、周囲を境界壁によって取り囲まれている（特定の状況下では、流体を流すための開口が設けられている）。また、境界壁とチャネル構造との間の境界領域における媒質のバイパスを防ぐ制限部材を少なくとも１つ、境界壁とチャネル構造の外縁との間の領域に配設することを特徴とする。
【００１１】
このように構成することによって、本発明に係る制限部材によれば、チャネル構造における媒質のバイパスが大幅に減る。この結果、チャネル構造全体にわたって媒質を均一に分布させることができるようになり、性能のバラツキという欠陥が無くなる。
【００１２】
このため、ガス拡散層がチャネル構造だけでなく制限部材の少なくとも一部分も被覆していることが特に有利である。このため、制限部材の領域ではガス拡散層がさらに圧縮され、この圧縮は「通常の」チャネル構造の領域における圧縮よりも大きくなる。従って、チャネル構造と境界壁との間の問題の領域における媒質のバイパスをさらに良好に防ぐ。
【００１３】
本発明のその他の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００１４】
その他の有利な実施形態の１つでは、制限部材の高さが、接触領域においてガス拡散層が、チャネル構造よりも制限部材に対して、より大きく圧縮されるように選択される。このようにすることで、境界領域において非常に良好に封止することができる。別の有利な実施形態によると、境界壁に合流するチャネル構造の延長部分として、制限部材を構成する。このような構成によれば、制限部材およびチャネル構造のエンボス加工を一緒に一体的に行うことができるので、金属製のバイポーラプレートの場合に特に有用である。基本的に、１以上の制限部材を設けることが可能である。複数の制限部材を設ける場合、互いに離間して配置することが好ましく、隣接する２つの制限部材と境界壁とによって、チャネル構造と境界壁との間に密閉空間が形成されて、バイパスを出来る限り確実に防ぐべく、隔壁（貨物船と同様）が形成されることが特に好ましい。
【００１５】
複数の別個の制限部材の配置間隔は２ｍｍより大きいことが好ましく、５−１０ｍｍより大きいことが特に好ましい（これより間隔が小さくなると、境界壁の機械的強度が弱くなり過ぎてしまう）。これに代えて、境界壁の１００ｍｍの長さに対して少なくとも１つの制限部材を設けて、５つから２５個の制限部材を設けることが好ましい。別の有利な構造の１つでは、境界壁を蛇行するように設けることによって、境界壁の機械的強度を上げる。蛇行状の境界壁の場合、境界壁のうちチャネル構造に最も近接する部分がそれぞれ、制限部材によってチャネル構造に接続されるとしてよい。
【００１６】
境界壁とチャネル構造との間のバイパスを防ぐための制限部材は、境界壁およびチャネル構造の最も外側の部材に対して略直角に延伸することが有利である。
【００１７】
また制限部材の形状は、チャネル構造の構成に応じて決まる。例えば、チャネル構造が複数の別個の部材として設けられる場合には、バイパスを防ぐべく、制限部材は線状に設けられるとしてよい。その他の場合には、制限部材は、複数の別個の部材として設けられる。
【００１８】
別の有利な実施形態では、バイポーラプレートの基準平面に対する境界壁の高さが、当該基準平面に対する境界壁の近傍におけるチャネル構造のほとんどの部分の高さよりも、高くなっている。尚、「近傍」とは、境界壁までの距離が最大で１ｃｍであることを意味すると理解されたい。
【００１９】
バイポーラプレートの制限部材の高さは少なくとも、チャネル構造のほとんどの部分の基準平面からの高さと同等でなければならない。これは、制限部材の高さが、チャネル構造の高さと同等であるか、または、チャネル構造の高さと境界壁の高さとの間の範囲内にあることが好ましいことを意味する。
【００２０】
制限部材は、（好ましくは金属製の）バイポーラプレートにエンボス加工を施すことによって設けられることが好ましい。
【００２１】
別の有利な構成によると、バイポーラプレートは２つのプレートから構成されており、少なくとも１つの制限部材は、第１のプレートのうち電気化学活性面とは反対側に中空に設けられており、このような中空空間は、バイポーラプレートのうち他方のプレートを差し込むための補完的な空間として利用される。
【００２２】
境界壁は、ビード形状を持つことが好ましく、特にフルなビード形状またはハーフビード形状を持つ。このため、バイポーラプレートと一体的に設けられている一体部材である。しかし、取り付け部品として構成することも可能である。
【００２３】
特に有利な実施形態の１つでは、バイポーラプレートに設けられている冷却用、または、媒質の除去あるいは供給用の開口には、弾性ビード部が設けられている。このようなビード部には、バイポーラプレートの中空空間または電気化学活性領域に流体または気体の媒質を導くための開口が含まれる。
【００２４】
電気化学活性領域において媒質を導く場合、媒質の導入箇所および媒質の導出箇所が、電気化学活性領域において最大の距離で互いから離間されることが好ましい。このような構成とすることによって、できる限り平面状の分布を実現するための基本要件を満足させるので、終端が閉じているレイアウトが可能であっても、蛇行形状が有用となる。しかし、この場合、電気化学活性領域内では常に流れ抵抗を乗り越えなければならないので、媒質は常に「近道」またはバイパスを求めるようになる。このため、制限部材を備える本発明が特に有用となる。
【００２５】
本発明のその他の有利な実施形態は、残りの従属請求項に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
以下では、図面を参照しつつ本発明を説明する。図面は以下の通りである。
【００２７】
【図１Ａ】燃料電池スタックの構造を示す図である。
【図１Ｂ】燃料電池スタックの構造を示す図である。
【図１Ｃ】燃料電池スタックの構造を示す図である。
【００２８】
【図２Ａ】構造が異なるバイポーラプレートを示す平面図である。
【図２Ｂ】構造が異なるバイポーラプレートを示す平面図である。
【００２９】
【図３Ａ】本発明に係るバイポーラプレート部材を示す断面図である。
【図３Ｂ】現行の技術水準であるバイポーラプレート部材を示す断面図である。
【００３０】
【図４】制限部材を設ける場合および設けない場合の、背圧とカソード側体積流量との関係を示す曲線である。
【００３１】
【図５】制限部材を備えるバイポーラプレートの別の実施形態を示す平面図である。
【００３２】
【図６】図５のＢ−Ｂにおける中央合わせを示す図である。
【００３３】
【図７】圧縮を変化させた場合の本発明に係る電気化学システムの流れ抵抗を示す曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１Ａから図１Ｃは、燃料電池スタック１として提供される電気化学システムの基本的な構造を示す図である。燃料電池スタック１は、複数の燃料電池デバイス１２から成る積層体を備える（図１Ｂを参照のこと）。燃料電池デバイス１２の積層体は、例えば、図１Ｃに示す締め付けボルトを用いて燃料電池デバイスの積層体に圧縮応力を加えるエンドプレートによって保持されている。
【００３５】
以降では、燃料電池デバイス１２の構造についてより詳細に説明する。
【００３６】
図１Ａは、燃料電池デバイス１２の内部構造を示す展開図である。まず、セル（例えば、燃料電池）２について説明すると、イオンを通すことができる高分子膜を有する。当該高分子膜は、少なくとも電気化学活性領域６において、両側に触媒層を持つ。また、燃料電池デバイス１２には、２つのバイポーラプレート３が設けられており、これら２つのバイポーラプレート３の間には、燃料電池２が配置されている。また、各バイポーラプレートと隣接する燃料電池２との間の領域には、ガス拡散層９が設けられている。ビードは、図示されていないが、バイポーラプレートの端縁領域に、略周縁に設けられている。当該ビードは、境界壁を形成して、電気化学活性領域６を確実に封止して、当該領域から外部へと冷却用流体または媒質が出ていかないように、または逆に入ってこないようにする。
【００３７】
また、バイポーラプレート３には、互いに位置が合わせられている供給開口（連絡チャネル）が設けられている。例えば、冷却用流体を通す開口４が設けられ、当該開口はさらにビード部によって周囲を取り囲まれている。また、媒質を電気化学活性領域に供給するためおよび媒質を電気化学活性領域から除去するための開口５が設けられ、当該開口はさらにビード部によって画定されている。さらに、図１Ａには図示されていないが、締め付けボルトのための開口が設けられている。
【００３８】
図２Ａは、本発明に係るバイポーラプレートの一部分を示す平面図である。尚、媒質の供給および除去のための開口５は、環状のフルビードによって周囲を取り囲まれているものとして図示されている。このフルビードまたはビード部は、バイポーラプレートの中空空間、または、電気化学活性領域へと流体または気体状態の媒質を導くための開口５．１を含んでいる。図示されているバイポーラプレート３は金属製であり、チャネル構造８および境界壁７は、バイポーラプレート３と一体的にエンボス加工されている。
【００３９】
尚、図示の便宜上、図２Ａに示すのはバイポーラプレートの左上の角部分のみとする。しかし、電気化学活性領域７を通るように媒質を導く場合には、媒質の導入箇所および媒質の導出箇所が、電気化学活性領域において最大の距離で互いから離間され、図２Ａに示すように、表面の平面における面上の対角線に配置されることが好ましい。
【００４０】
図２Ａに示すように、境界壁７は、少なくとも図２Ａの右上部分に示されている部分において、蛇行している。
【００４１】
また、境界壁７が蛇行形状を持つ場合、チャネル構造８に最も近い境界壁の部分は、制限部材１０によってチャネル構造に接続されている。
【００４２】
制限部材１０は、境界壁７、または、チャネル構造８のうち境界壁に最も近い（最も外側の）部分に対して略直角に延伸すると推測され得る。
【００４３】
また、図２Ａからは、制限部材１０がチャネル構造８の延長部分として構成されており、境界壁７に合流することが推測され得る。
【００４４】
図２Ｂは、図２Ａに示すバイポーラプレートの別の実施形態を示す図である。
【００４５】
図２Ａに示すバイポーラプレートと対比すると、複数の制限部材１０が設けられていることが分かる。複数の制限部材１０は互いから離間されており、隣接する２つの制限部材１０によって、チャネル構造８（チャネル構造の最も外側の部材）と境界壁７との間にチャンバが形成される。
【００４６】
複数の別個の制限部材の配置間隔は２ｍｍより大きいことが好ましく、５−１０ｍｍより大きいことが特に好ましい。
【００４７】
このため、図２Ａまたは図２Ｂに示す実施形態では、制限部材１０によって、境界壁７とチャネル構造８の最も外側の部材との間における媒質のバイパス（つまり、近道）を防ぐことができるのが明らかである。制限部材１０は、図２Ａでは１つの直交部材、図２Ｂでは対応して複数の密閉空間を形成する複数の直交部材として構成されている。制限部材１０が上述の機能を持つものとして構成され、冷却用チャネルまたは媒質チャネルへの供給ビードまたは供給口として構成されないことが重要である。
【００４８】
このような構成とすることによって、例えば媒質供給用開口５の開口５．１から流出する媒質の流れは、蛇行形状のチャネル構造８を強制的に通過するようになるので、背圧が増加する。背圧の増加は、燃料電池における媒質の反応率が高くなったことを示す。
【００４９】
図３Ａは、構造を示す断面図であって、２つのバイポーラプレート３を示す（例えば、図２Ａまたは図２Ｂに対応）。ここで、燃料電池または高分子電解膜（ＰＥＭ）２は、２つのバイポーラプレート３の間に配置されている。さらに、ガス拡散層９は、電気化学活性領域において、ＰＥＭ２の両側に配置されている。このガス拡散層は、膜電極接合体の一部として構成されて事前に製造されているとしてよい。複数のガス拡散層は、別々の層として準備されるとしてもよい。
【００５０】
重要な点は、制限部材１０の高さが、接触領域におけるガス拡散層９の制限部材１０に対する圧縮が、接触領域におけるガス拡散層９のチャネル構造８に対する圧縮よりも大きくなるように選択されることにある。これは、細かい網掛けで図３Ａに図示している。
【００５１】
また、バイポーラプレート３の基準平面１１に対する境界壁７の高さが、当該基準平面に対するチャネル構造のほとんどの部分の高さ（図３Ａでは双方向矢印によって示す）よりも、高くなっていることが分かる。バイポーラプレート３の基準平面１１からの制限部材１０の高さは、最小値でもチャネル構造８の最大の高さと同等でなければならず、最大値では基準平面に対する境界壁７の高さ（同様に図３Ａでは双方向矢印によって示す）と同等となることも同様に明らかである。
【００５２】
これに対し、図３Ｂは、制限部材が設けられておらず、外側端縁領域においてガス拡散層の圧縮を大きくしていないデバイスを示す。
【００５３】
上述してきた図面、具体的には図１Ａから図１Ｃ、図２Ａ、図２Ｂ、および図３Ａは、基準平面１１を持つバイポーラプレート３を示し、バイポーラプレート３には、この基準平面から突出しているチャネル構造８、および、媒質を供給および除去するための開口５が設けられており、チャネル構造および開口の周囲は境界壁７によって取り囲まれ、境界壁とチャネル構造の外側端縁との間の領域には少なくとも１つの制限部材１０が設けられ、境界壁７とチャネル構造８との間の境界領域において媒質がバイパスしないようにする。
【００５４】
このように、前述した図面には、電気化学システム１であって、バイポーラプレート３によって互いから分離されている複数のセル２を有する積層体を備え、バイポーラプレートには冷却用の開口４またはセルから機能性媒質を除去すると共にセルに機能性媒質を供給する開口５が設けられ、積層体は機械的圧縮応力によって固定され、少なくとも１つのセルは、バイポーラプレートの境界壁７によって周囲が取り囲まれている電気化学活性領域６を含み、バイポーラプレートのチャネル構造８は、媒質を均一に分布させるべく電気化学活性領域内に設けられ、媒質を微細に分布させるべく少なくとも１つのガス拡散層９が設けられており、チャネル構造と境界壁との間の境界領域に、電気化学活性領域（このため、冷却領域ではない）においてチャネル構造と境界壁との間に流体がバイパスすることを防ぐべく、複数の制限部材１０が設けられており、ガス拡散層はチャネル構造および／または制限部材の少なくとも一部を被覆している電気化学システムを図示している。このようにガス拡散層で被覆することによって、端縁領域においてガス拡散層を締め付けることができるか、または、ガス拡散層に強い応力が加えられる。この結果、封止を改善することができる。これは、この領域において境界壁の高さだけでなくガス拡散層を圧縮することによって、バイパス（通過／近道）を確実に防ぐことができるからである。
【００５５】
図４は、電気化学システムの、毎分リットルで示す体積流量とミリバールで示す背圧の関係を示す図である。
【００５６】
左側のグラフは、従来の構成のカソード側に対応し（例えば、図３Ｂの断面図を参照のこと）、この従来の構成では媒質の流れがガス拡散層をバイパスする可能性がある。右側のグラフは、ガス拡散層が制限部材によって圧縮されているので、バイパスは防止または制限される場合に対応する。同図では、体積流量を一定とすると、背圧が大幅に高くなっていることが分かる。これは、媒質は電気化学活性領域を通るように導かれない場合には単純に通過するわけではないことを示唆している。このような構成とすることによって、反応媒質がバイパスして（流れ去って）未使用となる事態はなくなるので、反応が持続する。
【００５７】
図５は、本発明に係るバイポーラプレートの別の実施形態を示す図である。本実施形態によると、チャネル構造８は、境界壁によって周囲を取り囲まれている電気化学活性領域６に配設されており、互いに分離しており別個に構成されている突出部として主に構成されている。本実施形態においても、バイポーラプレートの流れ場（電気化学活性領域）では、反応媒質が左上から導入されて、対角線状に流れ、右下へと導かれる（流出口５）。制限部材１０は、２箇所に設けられ（左下および右上）、望ましくないバイパスを防ぐ。
【００５８】
図６は、図５のプレート構造をＢ−Ｂに沿って示す拡大断面図である。同図から、バイポーラプレートが２つのプレートから構成されており、少なくとも１つの制限部材１０が、電気化学活性側とは反対側において中空となっており、この中空空間はバイポーラプレートのもう一方のプレートを差し込む補完的な空間として利用されることが分かる。このような構成とすることによって、両プレートの中央合わせをさらに実行するので、完成したバイポーラプレートの寸法精度が向上する。
【００５９】
図７は、毎分リットルで表す（乾燥）空気の体積流量と背圧（ミリバール）との関係を表す（図４を参照して上述したものと同様）。同図から、完成したアセンブリ（図１Ｃを参照のこと）において圧縮値（圧縮応力）が大きくなる場合、空気の体積流量を一定とすると、背圧が大幅に高くなっており、均一に再現可能な値を設定することができると分かる。
【図１ａ】
2010540776.tif 000003
【図１ｂ】
2010540776.tif 000004
【図１ｃ】
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【図２ａ】
2010540776.tif 000006
【図２ｂ】
2010540776.tif 000007
【図３Ａ】
2010540776.tif 000008
【図３Ｂ】
2010540776.tif 000009
【図４】
2010540776.tif 000010
【図５】
2010540776.tif 000011
【図６】
2010540776.tif 000012
【図７】
2010540776.tif 000013
【国際調査報告】
2010540776.tif 000014
2010540776.tif 000015
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