(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池のための構造体を提供する。【解決手段】燃料電池用の構造体は、電解質によって分離されている第１電極および第２電極３１０，３２０により形成されている少なくとも１つのセル３００を含み、セルは、セルの電極に反応物を供給し、それが生成する電流を収集するための第１および第２インターフェース・エレメントの間に配置されている。各インターフェース・エレメントは、絶縁性材料から成る分配エレメントであって、少なくとも電極の一方と対向する面に、反応物を分散させるための分配チャンネルを有する分配エレメント１００、および電極と絶縁性材料から成る前記エレメントとの間に配置された、導電性材料から成る少なくとも１つのコレクター・エレメント２００を含む。コレクター・エレメントは、反応物を分配エレメント１００のチャンネルとそれに対向する電極との間に分散させ得る小孔２１１を有する。【選択図】図１
2005142155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質によって分離されている第１電極および第２電極（３１０，３２０）により形成されている少なくとも１つのセル（３００）を含み、セルが、セルの電極に反応物を供給し、それが生成する電流を収集するための第１および第２インターフェース・エレメントの間に配置されている、燃料電池の構造体であって、
各インターフェース・エレメントが、
絶縁性材料から成る分配エレメント（１００）であって、少なくとも電極の一方と対向する面に、反応物を分散させるための分配チャンネル（１１１）を有する分配エレメント、および電極と絶縁性材料から成る前記エレメントとの間に配置された、導電性材料から成る少なくとも１つのコレクター・エレメント（２００）を有し
コレクター・エレメントが、分配エレメント（１００）のチャンネルとそれに対向する電極との間で反応物を分散させ得る小孔（２１１）を有する
ことを特徴とする、燃料電池の構造体。
【請求項２】
分配エレメント（１００）がプラスチック材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
分配エレメントが、冷却用流体を循環させるための内部回路（１３０）をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の構造体。
【請求項４】
内部回路が、少なくとも２つのオリフィスを介して分配エレメントの表面に開いており、これらのオリフィスがコンダクター・エレメントから電気的に絶縁されていることを特徴とする、請求項３に記載の構造体。
【請求項５】
コレクター・エレメント（２００）がステンレス鋼または銅から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項６】
分配エレメント（１００）が他方の面において分配チャンネル（１２１）をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項７】
分配エレメントの第１の面に形成されるチャンネル（１１１）が、分配エレメント（１００）を貫通する第１および第２のオリフィス（１０２；１０６）に開いており、当該エレメントの第２の面に形成されるチャンネル（１２１）が、分配エレメントを貫通する第３および第４のオリフィス（１０４；１０８）に開いていることを特徴とする、請求項６に記載の構造体。
【請求項８】
コレクター・エレメント（２００）が、互いに間隔を開けて配置され、電気的にともに接続されている同じ寸法を有する２つの部分（２１０，２２０）を規定するように半分に折り畳まれた金属シートにより構成され、各部分は、小孔を有していて、反応物を分配エレメントのチャンネルと隣接する電極との間で拡散させることができ、分配エレメント（２００）が当該部分の間に収容されていることを特徴とする、請求項７に記載の構造体。
【請求項９】
分配エレメント（４００）の第１および第２の面に形成されたチャンネル（４１１；４２１）がともに、当該エレメントを貫通する第１および第２のオリフィス（４０４、４０８）に開いていることを特徴とする請求項６に記載の構造体。
【請求項１０】
コレクター・エレメント（５００）が、互いに間隔を開けて配置され、電気的にともに接続されている同じ寸法を有する２つの部分（５１０，５２０）を規定するように半分に折り畳まれた金属シートにより構成され、各部分は、小孔を有していて、反応物を分配エレメントのチャンネルと隣接する電極との間で拡散させることができ、分配エレメント、セル、および隣接するコレクター・エレメント（４００）の一部が当該コレクター・エレメントの前記部分の間に収容されていることを特徴とする、請求項９に記載の構造体。
【請求項１１】
シーリングが、分配エレメントとコレクター・エレメントとの間に設けられ、当該シーリングが当該エレメントの表面を互いに対して押し付けることにより得られ、あるいは、１または複数のガスケットを当該エレメントの表面の間に挿入することにより得られ、あるいは当該エレメントの表面に接着剤を塗布することにより得られたものであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の構造体。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の構造体を少なくとも１つ含む燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に関し、より特には、そのような電池のコアを形成する内部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般には、各々が電解液で分離された２つの電極（アノードおよびカソード）により構成され、スタックを形成するように互いに組み合わされた個々のセルの組を含む。各電極に適当な反応物（即ち、一方の電極については燃料、他方の電極については酸化剤）を供給すると、電気化学反応が得られ、これにより、電極間で電位差が生じ、したがって電気が生成される。電気を生成せしめる電気化学反応が生じるのはスタックの内部においてであるため、スタックは燃料電池のコアに相当する。
【０００３】
各電極に反応物を供給し、生成された電気を収集するために、一般に「バイポーラ・プレート」と称される特定のインターフェース・エレメントが使用される。このエレメントは、個々のセルのいずれか一方の側に配置される。
【０００４】
そのようなバイポーラ・プレートは一般に単一の部品の形態で、アノードまたはカソード支持体に隣接している。それらは、カソードおよびアノードにてそれぞれ化学反応に関連する幾つかの機能を奏する。これらの機能は下記のとおりである。
・電極に反応物を供給する。
・それぞれの反応物を閉じこめの中で循環させる。
・電気を収集し、スタックを介して電気的導通を与える。
・過剰の反応物とともに、生成された水を収集し、取り除く。
・反応により放出される熱エネルギーを取り除く。
【０００５】
したがって、当該エレメントは、それらの成分材料およびその製造方法の選択に関して多くの制約が課される。エレメントは、電気および熱の良導体であり、媒体（酸性または塩基性である）からの攻撃に耐え、反応ガスに対して不透過性である材料から成る必要がある。加えて、各エレメントは、反応物を均一に電極に運び、且つ過剰の反応物とともに水の除去を行うために、その表面のそれぞれにミリメートルの分配チャンネルを有する必要がある。
【０００６】
最も一般的な形態はグラファイトを利用し、反応物分配チャンネルを形成するために、エッチングのようなツールを使用して機械加工手法を実施する。そのような機械加工手法は非常に高価であり、各パーツを同一に再現することは困難である。
【０００７】
別の公知の手法は、例えばプレートをスタンピングまたは熱圧縮により形成する薄板金属熱交換技術を使用することに存する。それにもかかわらず、そのようなパーツを作り、組み立てることは、困難である。それは、組み立てたエレメント同士の間で漏れ防止が保証されることを当該技術が担うとすれば、大規模な工業的な製造を構想することが困難であることによる。
【０００８】
採用される手法がいずれのものであっても、スタックの寸法および質量、とりわけ構造体のコストの大部分、したがって燃料電池のコストの大部分を決定するのは、バイポーラ・プレートを形成するインターフェース・エレメントである。
【０００９】
したがって、エネルギー効率が高いにもかかわらず、また、操作に際して環境に優しいにもかかわらず、燃料電池は非常に少ない装置にて存在し、しばしば実験ベースでのみ存在する。燃料電池の工業的および商業的な開発は、現在のところ、一般的には、未だ克服されていない、ある種の困難性によって制限されている。現在、コストは、燃料電池の大規模生産および競争力のある商品化に対して主たる障害となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、低コストの材料を用いた大量生産を容易にするデザインの燃料電池の構造体を提案しようとするものであり、それにより、燃料電池セルの性能および信頼性を保証するとともに製造コストを有意に減少させようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、この目的は、連続する個々のセルの間に配置され、セルの電極に反応物を供給し且つ生成される電流を収集するように作用するインターフェース・エレメントが、第１に、少なくとも電極と対向する面に反応物を分配するための分配チャンネルを有する電気絶縁性材料から成る分配エレメント、および、第２に、絶縁性材料から成るエレメントと電極との間に配置される導電性材料から成る少なくとも１つのコレクター・エレメントから構成されるという事実により達成される。コレクター・エレメントは、分配エレメントのチャンネルとそれに対向する電極との間で反応物が通過するように、小孔（または穿孔）を有する。
【００１２】
したがって、本発明は、反応物を分配する機能および電流を収集する機能が異なるエレメントにより奏される燃料電池の構造体のデザインを提供する。そのようなデザインは、現在使用されているもの、特に、単一のエレメントが反応物の分配機能と電流収集機能の双方を奏することが要求されるデザインで使用されるものよりも、より高価でなく、また工業的に加工するのがより容易である原材料を使用することを可能にする。
【００１３】
したがって、分配エレメントの部品材料は、電気絶縁性材料から選択され、したがって低価格の多種多様の使用可能な材料を提供する。当該材料から、低コストでパーツを大量生産する方法は周知である。したがって、分配エレメントは、概して、プレス成形、射出成形、押出等により成形されるのに適した任意のプラスチック材料で形成され得る。例えば、分配エレメントは、射出成形された熱可塑性材料で形成されてよく、したがって、精密な大量生産が可能となり、それによりエレメントの製造コストを最小にし得る。そのような熱可塑性樹脂は、エポキシ樹脂であり得、好ましくは、熱伝導率を向上させるために無機フィラーを含む。
【００１４】
同様に、コレクター・エレメントを製造するのに使用できる材料は数多く存在する。したがって、低コストであると同時に、強く、加工が容易である材料、例えば、ステンレス鋼または銅を選択することが容易である。この種の材料は薄い金属シートの形態で容易に送ることができ、それにより、コレクター・エレメントを製造するのに必要とされる操作の数をさらに減らすことができる。
【００１５】
本発明の特徴によれば、分配エレメントは、冷却用流体を循環させるための内部回路を含む。この回路は、冷却に使用される流体を構造体の残部から電気的に絶縁することを可能にするため、本発明の構造体の重要な特徴を表す。本発明の分配エレメントは、絶縁材料から成り、したがって、熱運搬流体を当該材料内で循環させることを可能にし、それにより、燃料電池内で望ましくない電気的接続（例えば、短絡）の生成を避けながら、生成される熱を取り除く。
【００１６】
分配エレメントが各面においてチャンネルの回路を含む場合、各回路は、種々のオリフィスに開くことができ、それにより、１つ面に第１の反応物が供給され、別の面に第２の反応物が供給されることを可能にする。そのような状況の下では、分配エレメントは、半分に折り畳まれた金属シートで構成されるコレクター・エレメントの内部に収容され、セルはこのようにして一緒に組み立てられた２つの分配器／コレクターの組の間に挟まれる。
【００１７】
あるいは、各面におけるチャンネルは、同じオリフィスに一緒に開いていてよい。そのような状況の下では、所定の分配エレメントの２つの面に同じ反応物が供給される。コレクター・エレメントは、半分に畳まれた金属シートで形成してよいが、分配エレメントだけでなく、隣接するコレクター・エレメントの半分をセルとともにその内部に収容することを可能にするために、より大きい寸法のハウジングを形成する。そのような配置は、スタックにおいて２つの隣接するセルの間に交互の極性が再設定される（または再建される）ことを可能にする。
【００１８】
本発明はまた、上述の１または複数の構造体を含む燃料電池を提供する。
【実施形態の詳細な説明】
【００１９】
本発明の他の特徴および利点は、添付した図面を参照して、非限定的な例示として与えられる本発明の特定の形態に関する下記の説明から、明らかである。
【００２０】
図１は、本発明の燃料電池構造体のコンポーネント・エレメントを示す。発明の説明の煩雑を避けるために、図１に示すアセンブリは燃料電池のコアを構成するために使用するのに適した最小限の構造またはスタックに相当する。しかしながら、本発明の燃料電池は複数のそのような構造体を当然に含んでいてよい。公知のように、構造体の数およびそれらが直列または並列に接続される方法は、燃料電池の所望の電圧および電流条件によって決定される。
【００２１】
本発明の構造体は、電解質として作用する膜（図示せず）によって分離されている第１電極３１０および第２電極３２０を含む個々のセル３００から成る。これらのエレメントは、燃料電池が製造されるときに一体に組み立てられ、またはそれらは単一の電極−膜−電極（ＥＭＥ）部品の形態であってよい。各電極は、その周縁付近にガスケットをさらに含んでよく、それは例えば、図１の電極３１０について示されるガスケット３１５である。燃料電池構造体のこの部分は、それ自体周知であり、ここではより詳細に説明することはしない。本発明は、任意のタイプの個々のセルを使用して実施することができる。
【００２２】
電気化学反応が起こることを可能にするために、セル３００における電極の各々には、異なる反応物が供給されなければならない。即ち、電極の一方には燃料、一般には水素が供給され、他方には酸化剤、通常酸素またはより簡単には適宜酸素濃度を高くした空気が供給されなければならない。電極３１０が水素を受け取ると、それはアノードに相当し、酸素を受け取る電極３２０はカソードを形成する。明瞭のために、上記の構成は下記の説明全体を通じて維持される。
【００２３】
各電極に反応物を供給するために、構造体は、セルの３００のいずれか一方の側に配置される２つの分配エレメント１００を含む。各エレメント１００は、分配チャンネルを含む２つの面ＩＩＡおよびＩＩＢを有する。分配チャンネルは、反応物が分配されるべき電極のエリアに実質的に対応するゾーンに延在する。図２Ａは、図１に示すエレメント１００の面ＩＩＡを示す。この面において、エレメント１００は、そこに形成された分配チャンネル１１１を有する表面１１０を呈する。チャンネル１１１には、燃料電池の反応物供給回路と連通しているオリフィス１０２を介して反応物が供給される。過剰の反応物および電気化学反応の間に生成された水は、燃料電池の排出回路と連通しているオリフィス１０６を介して取り除かれる。図２Ａに示すように、オリフィス１０２を介して導入される反応物は、チャンネル１１１にて２つの独立した回路１１１Ａおよび１１１Ｂを介して中央から外側に向かって流れる。回路１１１Ａおよび１１１Ｂはともに、排出オリフィス１０６に開いている。このことは、反応物が分配エレメント１００の表面１１０全体にわたって連続的に循環することを可能にする。図２Ｂは、エレメント１００の面ＩＩＢを示す。この面は、その表面１２０に形成されているチャンネル１２１が２つの異なるオリフィス１０４および１０８に接続されているという点で、面ＩＩＡとは異なる。これは、分配エレメント１００が異なる反応物をエレメントの面の各々にて分配させるためのものであるという事実に起因する。さらにまた、２つの反応物が触れないことを確保するために、面ＩＩＡにおけるチャンネル１１１および面ＩＩＢにおけるチャンネル１２１は、互いに連通してはならない。チャンネル１１１と同様に、チャンネル１２１は、２つの独立した回路１２１Ａおよび１２１Ｂを含み、各々は、オリフィス１０８を介して反応物を受け入れ、過剰の反応物およびチャンネルで収集された水はオリフィス１０４を経由して取り除かれる。
【００２４】
本発明の分配エレメント１００は、冷却用流体を循環させるための内部回路をさらに含む。この回路を図２Ｃに示す。図２Ｃは、エレメント１００の内部部分を図１に示すＩＩＣにおける断面で示している。図２Ｃに示すように、エレメント１００は、その表面に形成されたチャンネルとは異なり、エレメントの内側に閉じこめられたチャンネル１３１を含む。チャンネル１３１は、冷却流体（例えば、熱伝達流体）を循環させるための回路１３０を形成する。電気化学反応により放出される熱は、エレメントの周縁よりも、その中央にて大きいために、冷却回路は、エレメントの中央にまず循環させられて、最も熱いゾーンからの熱の除去を最大にすることが好ましい。この目的のために、図２Ｃに示すように、チャンネル１３１は、２つの独立した回路１３１Ａおよび１３１Ｂを含み、それぞれは、エレメントの半分をカバーし、エレメントの中央から開始している。したがって、オリフィス１０５が受け入れる冷却用流体は、最も熱い部分であるエレメントの中央部分にて最初に循環して、それから、流体が加熱されるにつれて、より冷たい部分に向かって循環し、その後、オリフィス１０９を経由して取り出される。
【００２５】
そのような内部冷却回路は、冷却に使用される流体が構造体の残部から電気的に絶縁されることを可能にするので、重要な利点をもたらす。本発明の分配エレメントは、望ましくない電気的接続（例えば、短絡）が燃料電池内部で生成することを防止するとともに、生成した熱を除去するために流体が内部で循環することを可能にする電気絶縁材料で形成されている。
【００２６】
したがって、分配エレメントを形成するのに使用される材料は、電気絶縁性材料であることを要し、それは好ましくは比較的良好な熱伝導性を示すべきである。このことは、広範囲の使用可能な材料を与え、高価でない材料をその中から選択することができ、また、そのような材料を用いて低コストでパーツを大量生産する方法は周知である。したがって、分配エレメントは、プレス成形、射出成形、押出等により成形するのに適した任意のプラスチック材料で形成してよい。例えば、分配エレメントは、射出成形された熱可塑性材料のパーツであってよく、したがって、例えば、常套の構造体で使用されるようなグラファイトのコストと比較して、低いコストで、正確な大量生産が実施されることを可能にする。グラファイトは購入コストが高価であるだけでなく、加工するのが困難で且つ高価である。熱可塑性プラスチックは、好ましくは熱伝導性を向上させるために無機フィラーを含むエポキシ樹脂であってよい。
【００２７】
本発明によれば、分配エレメントは、絶縁性材料で形成されるので、当該エレメントの周囲で電気的な接続を確立して、構造体において電気的導通を与え、且つ、燃料電池から電流を収集することが必要である。この目的のために、本発明の構造体は、導電性材料から成るコンダクター・エレメント２００を含む。いずれのタイプの導電性材料もエレメント２００を形成するのに適当であり得る。尤も、酸化に耐える材料、例えば、ステンレス鋼または銅を選択することが好ましい。製造コストを低減させるという目的のためには、使用できる状態にある形態で販売されている低コストの材料を選択することが好ましい。例えば、エレメント２００は、薄い金属シートで形成されてよい。図３に示すように、導電性エレメントは矩形のプレートで形成されていてよく、それは、半分に１回折り畳まれて、分配エレメント１００のためのハウジングを形成して（図１）、電流がエレメント１００の２つの面の間で流れることを可能にする。
【００２８】
図１の構造体が組み立てられると、コンダクター・エレメント２００の２つの部分２１０、２２０のうちの一方が分配エレメントと個々のセル３００との間に挿入される。したがって、分配エレメント１００を囲む当該コンダクター・エレメント２００が、反応物が分配エレメントとセル３００の電極との間で流れるのを妨げないことを確保する必要がある。この目的のために、エレメント２００の各部分２１０、２２０は、それぞれグリッド（または格子）を形成する小孔２１１または２２１を有する。小孔は、実質的に、反応物が分配エレメントの表面にて流れるゾーンに対応するゾーン上に広がっている。種々の形状および寸法の開口部が、小孔２１１および２２１の代わりに設けられていてよい。一般に、本発明のコレクター・エレメントに含まれる開口部の寸法は、反応物が電極に流れることを可能にするとともに、チャンネルを反応物で完全に注水して、電極の表面全体に均一に含浸されることを確保するように選択される。開口部が非常に大きいと、チャンネルの全長にわたってチャンネルに一様に注水されないために、電極の表面上での反応物の分配が均一でなくなるであろう。加えて、反応物のガス流がチャンネル全体に沿って流れない場合には、出口オリフィスへの全通路に、引き込み（または飛沫同伴もしくはエントレインメント）効果がもはや及ばなくなり、その結果、分配エレメントで生成される水が排出され得ることを保証することがもはや不可能となる。開口部の寸法（またはディメンション）は、チャンネルの寸法の関数として決定される。
【００２９】
さらにまた、複数の小孔（もしくは穿孔）または開口部を設けることによって、コンダクター・エレメントは、反応物に対して透過性を有するとともに、多くの電流用パスおよび電極（それ自体、機械的に脆い）の支持ポイントを構成する材料の僅かな部分の多重性を維持する。
【００３０】
分配エレメント１００とコンダクター・エレメント２００との間のシーリングを、種々の方法で提供してよい。常套的な方法では、燃料電池のコアを形成する構造体のエレメント（即ち、個々のセル、分配エレメント、およびコレクター・エレメント）は、比較的大きな締付力によって互いに対して保持されている。したがって、コレクター・エレメントおよび分配器の材料が相溶性であると、金属とプラスチック材料の場合のように、単にエレメントの表面同士を接触させるだけで、これらのエレメントの間にシーリングが形成される。２つの材料が非常に硬い場合、１つの技術は、切り取ったガスケットを表面１１０および１２０の上に置いて、チャンネルおよびオリフィス以外の表面を覆うようにすることに存する。尤も、コレクター・エレメントがチャンネルと接触して、反応物の流れをチャンネル全体に沿って移動させることを維持するために、ガスケットが十分に平坦であることを確保するよう、注意を払う必要がある。
【００３１】
別の変形例において、シーリングは、エレメント１００の面ＩＩＡおよびＩＩＢにそれぞれ配置されたガスケット１１５および１２５（図２Ａおよび図２Ｂ）により提供することができる。各ガスケット１１５、１２５は、少なくともチャンネルおよび当該チャンネルとそれぞれ連通している２つのオリフィスを囲み、反応物が構造体の外に漏れることを防止している。そのような状況の下では、他のガスケット（図示せず）が、残りのオリフィスの周囲でシーリングを提供するために設けられる。
【００３２】
最後に、さらに別の可能な形態において、コレクター・エレメントは、例えば金属とプラスチック材料との間で結合が得られることを可能にする特別の接着剤を使用して、分配エレメントに取り付けてよい。そのような状況の下では、接着剤は、ガスケットによってカバーされるべきゾーンのすべてに配置して、それにより、コレクター・エレメントと分配エレメントとの間で接合を提供するだけでなく、シーリングをも提供する。
【００３３】
一体に組み立てると、図１のエレメントは、電極３１０（アノード）に導入された水素を酸化し、電極３２０（カソード）上の酸素を還元し、それにより２つのコンダクター・エレメントの部分２２０および２１０の間で電位差を生じさせる反応によって、電流を生成し得る構造体を形成する（図５）。図５に示すように、燃料電池は、同一の構造体の積み重ねによって形成されていてよい。積み重ねられる構造体の数および領域は、燃料電池により伝達されるべきパワーにより決定され、そのパワーは、数ワットから数メガワットの範囲内にあってよい。
【００３４】
分配エレメント１００、コンダクター・エレメント２００およびセル３００はすべて、２つの反応物および冷却用流体が独立して構造体を通って循環することを可能にし、且つ、過剰の反応物および生成された水が除去されることを可能にするために、オリフィスの組を有する。図４Ａに示すように、構造体が組み立てられると、分配エレメント１００、コンダクター・エレメント２００、およびセル３００それぞれのオリフィス１０２、２０２、２２２および３０２は、協同して、チャンネル１１１に酸素を供給するためのフロー・ダクトを形成する。過剰の酸素および反応により生成した水は、オリフィス１０６、２０６、２２６および３０６の間の協同により形成される回路により排出される。同様に、図４Ｂに示すように、オリフィス１０８、２０８、２２８および３０８は協同して、水素が構造体を通過して流れ、チャンネル１２１に送られるようにし、過剰の水素および反応により生成した水はオリフィス１０４、２０４、２２４および３０４の協同により形成された回路を経由して除去される。図４Ａおよび図４Ｂに示すダクトは、構造体のエレメントが互いに対して押し当てられたときに形成されるダクトの概略図にすぎず、上述したように、当該ダクトは、協同するオリフィスにより、場合によりガスケットを伴って、当然に形成される。
【００３５】
同様に、冷却用流体は、オリフィス１０５、２０５、２２５および３０５を経由して、供給され、また、オリフィス１０９、２０９、２２９および３０９を経由して取り出される。他のオリフィス、例えば、オリフィス１０３、１０７、２０３、２０７、３０３等もまた、２つの連続する分配エレメントの間で角度のずれがある場合には特に、冷却用流体の循環のために、あるいは実際には他の流体を循環させるために設けることができる。
【００３６】
尤も、内部回路１３０の冷却用流体を受け入れるべき分配エレメントのオリフィス（例えば、オリフィス１０５および１０９）は、特別なケースを構成する。冷却用流体を完全に構造体の残部から絶縁するために、冷却用流体が、導電性であるコレクター・エレメントと接触しないことを確保する必要がある。これは、内部回路の入口または出口にて、コレクター・エレメント内に形成された冷却用流体を通過させるためのオリフィス（例えば、２０５および２０９）にて起こり得る。この目的のために、分配エレメント内の対応するエレメントは、コレクター・エレメントのオリフィス内で係合するリム（または縁もしくは枠）を有して、コレクター・エレメントの導電性材料から電気的に絶縁されたダクトを内部に形成してよい。変形例において、電気絶縁材料のガスケットを分配エレメントのオリフィスの周囲に配置してよく、当該ガスケットは、上述したリムのごとく、コレクター・エレメントにおいてオリフィス内で係合するような寸法を有する。
【００３７】
図６および図６Ａに示す分配エレメント４００は、両方の面で同じ反応物を受け入れるように設計されている点で、図１に示すエレメント１００とは異なる。この目的のために、表面４１０および４２０にそれぞれ形成されているチャンネル４１１および４２１には、同じオリフィス４０８を経由して反応物が供給される。より正確には、チャンネル４１１の２つの回路４１１Ａおよび４１１Ｂが、それぞれ開口部４１２Ａおよび４１２Ｂを介してオリフィス４０８に開いている。同様に、チャンネル４２１の２つの回路４２１Ａおよび４２１Ｂが、それぞれ開口部４２２Ａおよび４２２Ｂを介してオリフィス４０８に開いている。したがって、オリフィス４０８を経由して流れる反応物は、チャンネル４１１およびチャンネル４２２の両方に分配され、過剰の反応物は反応により生成した水とともに、反対側のオリフィス４０４を経由して取り出される。オリフィス４０４へは、チャンネル４１１および４２２が、オリフィス４０８へ開いているのと同様に開いている。
【００３８】
構造体で使用される分配エレメント４００は、その製造を合理的にするように、同じであることが好ましい。そのような状況の下では、構造体において、２つの連続する分配エレメントは、１回転の４分の１だけずれており、それにより、一方が水素を受け入れ、他方が酸素を受け入れるようにする。さらにまた、同じ反応物を両方の表面に分配する分配エレメントを使用することは、当該エレメントに対向する電極が同じ極性を有することを意味する。この状態を改善するために、図７に示すようなコンダクター・エレメント５００を使用する。コンダクター・エレメント５００は、実質的に上述のエレメント２００と同一であるが、エレメント２００と比較して、部分５１０および５２０が互いからより離れていて、より大きいハウジングを形成している。当該部分の間のこのより大きい間隔はコレクター・エレメント５００が、図５に示す様式とは異なる様式で、構造体内に配置されて、極性を反対にして、スタックにおける組（またはシリーズ）の「効果」を再構築することを可能にする。具体的には、図７に示すように、２つの連続するコンダクター・エレメント５００はセル３００と互いに係合されて、それらの間に配置される。
【００３９】
エレメント４００はまた、オリフィス４０４および４０８に近接して配置された、第１回路部分４１１Ａ、４１１Ｂ、４２２Ａおよび４２２Ｂがエレメントの表面の下に埋められているという点で、エレメント１００とは異なる。これは、ガスケット４１５を置くことにより、分配エレメントの表面とコンダクター・エレメントとの間にシーリングを与えるように作用する。ガスケット４１５は、表面において、エレメント１００とともに使用されるガスケット１１５から隔てられて、チャンネルのみを包囲し、また、チャンネルが開いているオリフィスを包囲しなければならない。
【００４０】
加えて、上述したエレメント２００と同様に、分配エレメント４００は、内部回路４３１（図６）を有している。当該回路４３１は、冷却用流体をオリフィス４０５からオリフィス４０９に向かって循環させることができ、また、構造体の残部から絶縁されている（即ち、冷却用流体と、構造体内に存在する他の流体および部分との間で電気的な接触をもたらす可能性がない）。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本発明の燃料電池構造体の形態の斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の分配エレメントの上面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１の分配エレメントの底面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１の分配エレメントの断面図である。
【図３】図３は、折り畳む前の図１のコレクター・エレメントの図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図１の構造体の断面図であって、特に構造体における反応物の流れ方を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図１の構造体の断面図であって、特に構造体における反応物の流れ方を示す。
【図５】図５は、図１の構造体の別の断面図である。
【図６】図６は、本発明の別の形態の分配エレメントの斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図６の分配エレメントの断面図である。
【図７】図７は、図６の分配エレメントを含む、本発明の構造体の特定の配置を示す断面図である。
【図１】
2005142155.tif 000003
【図２Ａ】
2005142155.tif 000004
【図２Ｂ】
2005142155.tif 000005
【図２Ｃ】
2005142155.tif 000006
【図３】
2005142155.tif 000007
【図４Ａ】
2005142155.tif 000008
【図４Ｂ】
2005142155.tif 000009
【図５】
2005142155.tif 000010
【図６】
2005142155.tif 000011
【図６Ａ】
2005142155.tif 000012
【図７】
2005142155.tif 000013
【外国語明細書】
2005142155.tif 000014
2005142155.tif 000015
2005142155.tif 000016
2005142155.tif 000017
2005142155.tif 000018
2005142155.tif 000019
2005142155.tif 000020
2005142155.tif 000021
2005142155.tif 000022
2005142155.tif 000023
2005142155.tif 000024
2005142155.tif 000025
2005142155.tif 000026
2005142155.tif 000027
2005142155.tif 000028
2005142155.tif 000029
2005142155.tif 000030
2005142155.tif 000031
2005142155.tif 000032
2005142155.tif 000033
2005142155.tif 000034
2005142155.tif 000035
2005142155.tif 000036
2005142155.tif 000037
2005142155.tif 000038
2005142155.tif 000039
2005142155.tif 000040