(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、反応剤気体が供給される電気化学発電装置、特に、水素を含む気体及び周囲圧力近くの空気が供給される燃料電池を開示するものである。電気化学発電装置は、分配通路及び収集通路内にて局部的に生ずる圧力降下が非対称であり、また、特に、収集通路内にて局部的に生ずる圧力降下は分配通路内にて局部的に生ずる圧力降下よりも実質的に大きいことを特徴とする。更に、発電装置の作用可能な領域内の圧力は供給圧力と実質的に一致する。かかる結果は、分配通路の設計を収集通路の設計と相違させることにより実現され、該収集通路の通路断面は減少し、且つ（又は）その長さは増し、且つ（又は）その量は減少する。
2006505910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用可能な領域に相応する多孔質の収集器／分配器を備える少なくとも１つの基本電池と、反応剤気体を供給する装置と、反応剤排出気体及び反応生成物を除去する装置とを備える、電気化学発電装置において、供給装置及び除去装置内にて生ずる圧力降下が非対称である、電気化学発電装置。
【請求項２】
請求項１の発電装置において、除去装置内に生じる前記圧力降下が、供給装置内に生じる前記圧力降下よりも実質的に大きい、発電装置。
【請求項３】
請求項１又は２の発電装置において、供給装置が、供給マニホルドと、少なくとも１つの分配通路とを備え、除去装置が、排出マニホルドと、少なくとも１つの収集通路とを備える、発電装置。
【請求項４】
請求項３の発電装置において、供給装置内に生じる前記圧力降下が、前記少なくとも１つの供給通路内に集中し、除去装置内に生じる前記圧力降下が、前記少なくとも１つの収集通路内に集中する、発電装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の発電装置において、作用可能な領域に相応した収集器／分配器内の圧力が、供給装置内の圧力に実質的に等しい、発電装置。
【請求項６】
請求項５の発電装置において、供給装置内の圧力が、１５０ｋＰａ（１．５バール）ａｂｓ以下か又はこれに等しい、発電装置。
【請求項７】
請求項３ないし６の発電装置において、前記少なくとも１つの収集通路が、前記少なくとも１つの分配通路よりも実質的に小さい通路断面を有する、発電装置。
【請求項８】
請求項３ないし７の発電装置において、前記少なくとも１つの収集通路が、前記少なくとも１つの分配通路よりも実質的に長さが長い、発電装置。
【請求項９】
請求項３ないし８の発電装置において、前記収集通路の流量が前記分配通路の流量よりも小さい、発電装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の発電装置において、前記少なくとも１つの基本電池が、垂直軸線に対し対称であり且つ、水平軸線に対し非対称である中心穴が設けられた密封ガスケットを備える、発電装置。
【請求項１１】
請求項３ないし１０の発電装置において、前記少なくとも１つの収集通路が疎水性に形成される、発電装置。
【請求項１２】
請求項１１の発電装置において、前記少なくとも１つの収集通路が、フッ化ポリマーの懸濁物を施すことにより疎水性に形成される、発電装置。
【請求項１３】
請求項１２の発電装置において、前記フッ化ポリマーが、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレンコポリマー又はパーフルオロアルコシ誘導体から成る群から選ばれる、発電装置。
【請求項１４】
請求項３ないし１３の発電装置において、前記分配通路及び収集通路が、密封ガスケットの内部に実現される、発電装置。
【請求項１５】
請求項３ないし１３の発電装置において、前記分配通路及び収集通路が、基本電池の限界を画する双極板の内部に実現される、発電装置。
【請求項１６】
明細書及び図面の識別性のある特徴を備える少なくとも１つの基本電池から成る電気化学発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電気化学発電装置、より具体的には、化学エネルギを電気エネルギに変換する過程を実行するポリマー膜燃料電池から成る発電装置の分野に関する。特に、本発明は、主として低い作用圧力の作動にとって有用な、ポリマー膜燃料電池の効率を向上させる電池の設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
より良く理解し得るように、本発明は、本発明の範囲を限定せずに、その幾つかの実施の形態を例示する、幾つかの図面を参照して以下に説明する。
特に、図１ないし図４は、従来の技術の電気化学発電装置に関するものである。図５ないし図７は、本発明の幾つかの好ましい実施の形態に関するものである。図８には、本発明及び従来の技術に関する作用データの比較が示されている。
【０００３】
電気化学発電装置の一例が図１に概略図で示してある。電気化学発電装置（１）は、相互に直列に、並列に又は直列−並列に接続され且つ、圧搾濾過機の型式の形態にて組み立てられた、容積を最小にし得るようにかなり薄い厚さの多数の基本電池（２）により形成されている。これら電池の第一のものは、内部構成要素を示す断面図にて示されている。
【０００４】
基本電池（２）の各々は、第一の気体状反応剤（燃料）と第二の気体状反応剤（酸化剤）との反応の自由エネルギを劣化させずに、従って、カルノーサイクルの制限を受けることなく完全に熱エネルギ状態に変換する。燃料は、基本電池（２）の各々のアノード室に供給され且つ、例えば、水素を含む混合体から成る一方、酸化剤は、同一電池のカソード室に供給され且つ、例えば、空気と酸素とから成っている。燃料は、アノード室内にて酸化されると同時に、Ｈ＋イオンを解放する一方、酸化剤はカソード室内にて還元され、Ｈ＋イオンを消費して水を発生する。アノード室とカソード室とを分離する陽子伝導膜は、Ｈ＋イオンがアノード室からカソード室まで連続的に流れるのを許容し、また、これと同時に、電子の通過を阻止する。このようにして、基本電池（２）の極にて確立される電位差は最大となる。
【０００５】
図面に示した場合において、双極接続状態の電池を有する発電装置に関して、基本電池（２）の各々は、陽子交換膜（４）を取り囲む１対の導電性双極板と、１対の多孔質電極（５）と、膜（４）と多孔質電極（５）の各々との間の境界面に配置され、作用可能な領域の限界を画する１対の触媒層（６）と、導電性双極板（３）を多孔質電極（５）に電気的に接続すると同時に、気体状反応剤を分配する１対の多孔質の収集器／分配器（７）と、最後に、基本電池（２）の周縁を密封することを目的とする１対の密封ガスケット（８）とにより限界が画されている。１つの代替例として、例えば、機械加工により双極板（３）上に形成された蛇行パターンにて配置されることが多い溝の列（「フローフィールド」として既知）の形態をした適宜な溝により収集器／分配器（７）と同一の機能を実現することができる。
【０００６】
伝導性双極板（３）の上側領域及び下側領域及び（又は）基本電池（２）の各々の密封ガスケット（８）には、図１に図示しない穴が存在し、これらの穴は、同様に図１に図示しない分配通路及び収集通路により電池自体のアノード室及びカソード室にそれぞれ接続されている。
【０００７】
電気化学発電装置の全体を組み立てるときに生ずる、これら穴の接続の結果、２つの上側長手方向マニホルド（９）と２つの下側長手方向マニホルド（１０）とが形成されることになる。一方のみを図１に示した２つの上側長手方向マニホルド（９）は、気体状反応剤（燃料及び酸化剤）を供給するために使用される一方、一方のみを図１に示した２つの下側長手方向マニホルド（１０）は、任意の排気物（気体状不活性物及び反応剤の非変換部分）と混合した反応生成物（水）を排出することを許容する。
【０００８】
供給マニホルド及び排出マニホルドは、端子板（１１）に対応して終わっており、該端子板には、電気化学発電装置をシステムのその他の部分と連通した状態にする液圧接続部が存在する（図１には図示せず）。入口及び出口の全てが同一の端子板又は対向する板にあるかどうかに依存して、反応剤気体の分配装置は、図２Ａ及び図２Ｂの電気化学発電装置にて概略図に示したように流れ方向を反転させ又は反転させない型式（当該技術分野にてそれぞれ「逆方向」型又は「並行」型として既知）のものである。
【０００９】
これと代替的に、下側長手マニホルド（１０）を供給マニホルドとして使用し、上側長手マニホルド（９）を排出マニホルドとして使用してもよい。また、それぞれの下側長手方向マニホルド（１０）を排出のため使用することにより、２つの気体状反応剤の一方を上側長手方向マニホルド（９）の１つを通じて供給し、また、それぞれの上側長手方向マニホルド（９）の一方を排出のために使用することにより、他方の反応剤気体を他方の下側長手方向マニホルド（１０）を通じて供給することも可能である。
【００１０】
その後、気体状反応剤は分配通路を通じて基本電池（２）の各々に供給される一方、基本電池（２）の各々から来る反応生成物及び選択的な排気物は収集通路を通じて除去する。上述したように、基本電池（２）の組立体の両端には、電気化学発電装置（１）の限界を画する２つの端子板（１１）が存在する。気体を逆方向に分配する場合、上側長手方向マニホルド（９）と下側長手方向マニホルド（１０）とを反応剤気体を供給し、且つ排気気体及び反応生成物を除去するダクトに接続するのに必要なノズルは、全て、２つの板（１１）の一方にのみ集中的に配置されている。更に、板（１１）の双方には、電気化学発電装置（１）の締結を実現するための連結ロッドを収納する適宜な穴（同様に図面に図示せず）が設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
電気化学発電装置（１）は、その構成する基本電池の全てに対し反応剤気体が一定で且つ等しい状態にて供給されなければならず、また、このため、反応剤気体の流量が電池の各々の間にて実質的に均一な仕方にて小分割されるように流体の動力学的分配が研究されなければならない。
【００１２】
基本電池の各々を通して均一な流れを実現するためには、圧力の降下、すなわち、図３に示すように、分配通路（１２）の入口箇所（Ｐ１に等しい圧力）と収集通路（１３）の出口箇所（Ｐ２に等しい圧力）との圧力差、すなわち圧力降下ΔＰが特定の臨界値よりも大きく、また、特に、逆方向への流体分配の場合、かかる値は、ダクト内の圧力降下よりも大部分高圧であることを保証しなければならないことは、当該技術分野にて既知である。図３には、分配通路（１２）及び収集通路（１３）がその厚さ部分にて実現される密封ガスケット（８）が正面図で示されている。これらの通路は、電池の各々の作用可能な領域を穴（１４）、（１５）と連通させ、これらの穴が電気化学発電装置内で接続される結果、上側長手方向マニホルド（９）及び下側長手方向マニホルド（１０）がそれぞれ形成されることになる。
【００１３】
ΔＰは、結果的に、幾つかの因子、すなわち局部的に生ずる（通路部分の入口、出口、曲がり部、幅の広がり部及び狭小部にて）又は分配される（気体通路を構成する異なる通路に沿って）圧力降下又は圧力損失である因子の合計により構成される。これらの因子は、勿論、反応電池の幾何学的形態の変化に伴って変化する。通常、気体を分配するための流れ場（ｆｌｏｗ  ｆｉｅｌｄ）が設けられた電池の場合、圧力降下は大きく、且つ流れ場の蛇行部を形成する溝に沿って分配される。この状況において、分配通路及び収集通路内に発生する圧力降下は、通常、通路部分の幅を広げることにより最小となる。これとは逆に、多孔質の収集器／分配器が設けられた電池の場合、多孔質の収集器／分配器内の圧力降下は無視し得る程度である。上記に開示したように、何れの場合でも、ΔＰが最小でなければならない必要性のため、異なる基本電池を通る気体の流れの均等化は、分配通路及び収集通路内にて集中する圧力降下を増大させることでのみ得ることができる。この目的は、通常、従来の技術にて、分配通路及び収集通路の双方の数及び寸法を増すこと及び（又は）その長さを増大し、必要とされる圧力降下に達するようにすることにより実現される。この内部の設計は、単一の基本電池を通る気体の流量を均一にするのに効果的であるが、少なくとも数１０ミリバール、好ましくは、１０ないし２０ｋＰａ（１００ないし２００ミリバール）と推定することのできる、基本電池の入口領域内に配置された分配通路内にて集中する圧力降下は、気体の供給圧力に対して各基本電池の作用可能な領域内の圧力減少程度を供給マニホルド内の圧力に実質的に等しい値に決定するから、常に満足し得る結果が得られるとは限らない。この問題点は、電気化学発電装置が周囲圧力よりも実質的に高い圧力にて作動するとき、二次的重要性しかないが、作動圧力が典型的に１０３．３５２ないし１５１．９８８ｋＰａ（１．０２ないし１．５０大気圧）の範囲の周囲圧力に近い値に維持されるとき、問題となる。かかる振舞いの理由は、気体状反応剤が供給される電気化学発電装置の性能が正確に圧力に依存し、また、所定の圧力減少に対して、作動圧力が低ければ低い程、より影響に関係してくることを考えれば、直ちに明らかとなる。低圧の作動は、関係したエネルギ消費を伴う気体コンプレッサをより経済的なファンと交換してこれらのコンプレッサを不要にすること、また、少なくとも圧縮工程の一部にて、電気化学発電装置から排出された排気気体を膨張させることにより回収するために必要とされる複雑で且つ高価な膨張装置を不要にすることとを可能にする点から、当該技術分野の専門家にとって特に関心事であると考えられる。周囲圧力付近にて作動するシステムは、資本投下額が少なくて済み、既に業界にて広く使用されている機械部品を採用でき、また、この理由のため、実質的に高信頼性であると一般的に認識されている。
【００１４】
かかる状況に鑑みて、本発明は、従来技術の難点を解決し、また、周囲圧力付近にて作動する場合、反応剤気体の均一な分配を実現することを許容する、多孔質の収集器／分配器を具備する基本電池から構成された電気化学発電装置の設計を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第一の特徴によれば、本発明は、多孔質の収集器／分配器が設けられた多数の基本電池から成る電気化学発電装置であって、気体状反応剤の分配通路及び反応生成物及び排気物の収集通路内にそれぞれ集中される圧力降下が非対称であるようにした電気化学発電装置に関するものである。
【００１６】
本発明の第二の特徴において、分配通路及び収集通路内における非対称な圧力降下は、収集通路内の圧力降下が分配通路内の圧力降下よりも実質的に大であるように設定される。
【００１７】
本発明の第三の特徴において、基本電池の各々の作用可能な領域と関連した圧力が、結果的に供給マニホルド内の圧力に実質的に等しい。
当該技術分野の当業者に既知であるように、この機能は、基本電池の各々の作用可能な領域内で確立される、可能な限り高圧でなければならない有効圧力レベルに極めて顕著に依存するから、周囲圧力付近にて作動する発電装置の最適な機能（ｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｇ）は、特に重要である。他方、上述したように、反応剤気体の流れが横断する多孔質の収集器／分配器（７）は、最小限の圧力降下であることを特徴とし、また、基本電池の全てに対する反応気体の均一な供給を保証するため、基本電池の作用可能な領域の外部の圧力降下を増大させ、圧力降下を分配通路及び収集通路内に集中させることが必須である。双方の型式の通路に関し、従来の技術は、対称な設計を記述しており、分配通路内に集中する圧力降下は、結果として必然的に、収集通路内に集中する圧力降下に等しく、また、少なくとも数１０ミリバールの程度の無視し得ない値である。単一の基本電池の作用可能な領域における有効圧力は、供給圧力（具体的には、供給マニホルド内の圧力と一致する圧力）と分配通路内の圧力降下との差により与えられるから、従来の技術にて採用された対称の設計は、単一の基本電池の作用可能な領域に従って高圧力を維持するという条件と完全に矛盾することになる。他方、この状況において、外部の供給圧力を増すことにより最適な圧力レベルを回復することはできない。外部圧力を増すことは、実際上、投資額、運転コストの点にて経済的であり且つ、基本的に高信頼性である、多数の用途にて大部分採用されている構成要素である従来のファンに代えて、コンプレッサを使用することを意味することになろう。これに反してコンプレッサは、より複雑な機械であり、運転費用が顕著に高くつき且つ、特に、電気化学発電装置が必要とする気体流量範囲にて信頼性は明らかに低い。従来技術において供給通路及び収集通路について通常、対称の設計が記述されている理由は、多分、電気化学発電装置内の基本電池の高度な簡略さ及び組み立ての信頼性に求めなければならないであろう。実際上、密封ガスケット（８）が対称の設計であるならば、その水平軸線に沿った可能な回転は、その後の作動に関係する基本電池に関し特別の問題は生じない。上方位置に配置されるであろう収集通路は、以下に掲げた分配通路から実際上識別し得ないであろう機能を何ら変化させることはない。
【００１８】
本発明は、その基本電池が非対称の設計の分配通路及び収集通路を有することを特徴とする電気化学発電装置について説明する。より具体的には、本発明により提案された非対称の設計は、収集通路に対する均一な反応剤気体の供給を保証するために必要とされる圧力降下の全て又は実質的に全てを変更可能にする。
【００１９】
この結果は、収集通路に適用される次の措置、すなわち、通過部分の減少、長さの増大、数の減少の少なくとも１つを通して実現される。
これと同時に、上述した措置に関する実質的に特別な形態変更、特に、通路部分の幅の広がり及び（又は）長さの減少及び（又は）数の増大という形態変更を分配通路に適用することができる。
【００２０】
非対称の設計を採用する結果、圧力降下値を分配通路に対し数ミリバール、収集通路に対し数１０ミリバール、好ましくは、１０ないし２０ｋＰａ（１００ないし２００ミリバール）にそれぞれ固定することが可能である。
【００２１】
図５、図６及び図７には、従来技術にて既知のものを示す図４と比較した分配通路及び収集通路について本発明により提案された新たな設計の概略が示されている。図面は、分配通路及び収集通路が密封ガスケット（８）の厚さ部分にて実現される場合に関するものである。分配通路及び収集通路が双極板（３）の厚さ部分にて又は単一の一体型の構成要素を構成し得るよう双極板上に押し付けられた任意の密封ガスケットの厚さ部分にて実現される場合、同等の設計が適用可能であることは明らかである。
【００２２】
図４には、従来技術の指示に従った密封ガスケット（８）の正面図、特に、関連する双極板と接触する状態に配置することを目的とする面の正面図が示されており、ここで、部分（１６）は、分配通路（１２）と穴（１４）との間の接続部分を表示し、部分（１７）は、収集通路（１３）と穴（１５）との間の接続部分を表示する。かかる部分及び関連する通路は、ガスケット（８）の厚さ部分にて実現され、これにより、密封面に対し特定の深さだけへこんだ面の上に位置している。通路は、結果的に面が密封部分に対し同一平面の部分（１８）により画成される。かかる同一平面の面は、理解し易いよう斜線で示す一方、分配通路（１２）、（１３）の部分（１６）、（１７）の面は点線で示してある。部分（１６）、（１７）には、リブ（図４に図示せず）を設け又は充填材を設けることができ、かかる充填材は、電気化学発電装置の基本電池を締付けることにより決定される圧力の下でさえ、非変形性を保証する目的にて収集器／分配器に対して使用されるものと同等の低圧力降下の多孔質材料の部分から成るものである。参照番号（１９）は、図４に図示しない多孔質の電極−触媒層−膜組立体により充填された作用可能な領域を表示する。参照番号（２０）は、反応剤気体及び生成物の外部への漏洩を防止することを目的とする、密封面から突き出す段状部分を表わす。
【００２３】
理解し得るように、従来技術にて提案されたものに相応した分配通路及び収集通路の設計は、通路部分及び通路の量が等しく対称であり、このことは、作動中、基本電池の各々が経験する圧力降下は、分配通路（１２）及び収集通路（１３）にて等しく集中することを意味する。均一な分配を保証するためには、上述したように、全体的な圧力降下はかなりの値でなければならないから、分配通路（１２）に局部的に生ずる圧力降下部分は、単独でもかなりのものとなることになる。このため、各種の基本電池の作用可能な領域内の圧力は、供給圧力よりも感知し得る程度に低下し、性能は劣化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図５には、分配通路（１２）に対し等しい量の収集通路（１３）を有するが、通路部分は減少していることを特徴とする、本発明の第一の実施の形態が示されている。分配通路（１２）及び収集通路（１３）の通路部分の寸法を適宜に設定することにより、分配通路（１２）内の圧力降下を無視し得る値まで減少させ、これと同時に、各種の基本電池に対する気体の流量を均一に分配することを保証することを許容する値まで収集通路（１３）内の圧力降下を大きくすることが可能である。このようにして、周囲圧力付近にて作動する場合、特に、有益なことである、作用可能な領域内の圧力を供給圧力と実際上、一致する値に維持するという本発明の重要な特徴が実現される。
【００２５】
図６及び図７は、特に、収集通路（１３）の数の減少（図６）及び長さの増大（図７）に基づく本発明の２つの更なる実施の形態を表示する。後者の場合、容積の減少した状態を維持するために重要である、密封ガスケット及び基本電池の外部寸法を増すことを許容しない蛇行状設計を採用することにより、より大きな長さが実現されることが好ましい。
【００２６】
この場合にも、分配通路（１２）の通路部分及び収集通路（１３）の量又は長さを適正に寸法決めすることにより、分配通路（１２）内の圧力降下を最小にし、全体的な圧力降下を収集通路（１３）内に集中させることが完全に実現可能である。このような仕方にて、各種の基本電池の間にて均一な気体の分配状態を維持することと、作用可能な領域内の作用可能な圧力を供給圧力と実質的に一致する状態に維持するという２つの効果が同時に実現される。特に、従来の技術の分配通路及び収集通路の代表的な平均値について、全体の通路断面が１０ｍｍ２、長さが５ｍｍ及びその量が５であると仮定すれば、上述した圧力降下の点にて所望の効果は、収集通路にのみ適用される形態変更を例示する次の組み合わせにより実現可能であることが判明した。
【００２７】
ａ−全体の通路断面：４ｍｍ２
長さ：５ｍｍ
量：２
ｂ−全体の通路断面：６ｍｍ２
長さ：１５ｍｍ
量：３
ｃ−全体の通路断面：４ｍｍ２
長さ：５ｍｍ
量：５
適用例の単に一例として上記に示した収集通路の設計上の形態変更は、分配通路の不変の設計と組み合わせることができ、又はこれと代替的に、作用可能な領域内での圧力降下を最小にするため、通路部分が増大し且つ（又は）その長さが減少し且つ（又は）その数が増すことを特徴とする分配通路の設計と組み合わせることができる。
【００２８】
分配通路及び収集通路の非対称の設計の効果は、全体の通路断面が１０ｍｍ２、長さが５ｍｍの５つの分配通路及び上述したように、ｂ型の設計の収集通路を具備する２０の基本電池から成る電気化学的発電装置の作動により実証されている。
【００２９】
発電装置には、２つの別個の試験にて、内部温度を約７０℃に維持しつつ、化学量論値を１０％上廻る純粋な水素及び化学量論値を２倍上廻る空気を１２０及び１４０ｋＰａ（１．２及び１．４バール）ａｂｓにて供給した。結果は、対称の分配通路及び収集通路が設けられた密封ガスケットを除いて、同等の電気化学発電装置の特徴と共に、図８にまとめて示されており、各場合にて、量が５、全体の通路断面が１０ｍｍ２、長さが５ｍｍである。実現された性能は、それぞれ１４１．８５５及び１２１．５９０ｋＰａ（１．４及び１．２大気圧）にて作動する本発明に従った発電装置は連続曲線ａ）、ｂ）で示し、また、従来の技術に従った発電装置は破線の曲線ｃ）、ｄ）で示してある。理解し得るように、従来の技術に従った発電装置は、その供給圧力が約２０．２６５ｋＰａ（０．２大気圧）だけ上昇するだけで本発明に従った発電装置のものと等価的な性能を得ることができる。本発明に従った発電装置の単一の基本電池の電圧は、僅か３０ミリボルトの狭い範囲内に限定され、反応気体の分配を均一にする、本発明に従った収集通路の設計の効率さを実証する。
【００３０】
この設計により実現される優れた結果の更なる理由は、多分、反応剤気体、特に、飽和後、約１５０ｋＰａ（１．５バール）にて供給した空気の加湿効率が向上したためであろう。１００％に近い飽和効率とするめには、７０℃にて空気を飽和させることにより、水蒸気のモル分率は、約０．２となると想定することができる。１４０ｋＰａ（１．４バール）にて供給する場合を考慮すると、本発明の電池は、作用可能な領域内にてかかる圧力を効果的に経験し、約９３％の相対湿度にて作動する一方、従来の設計の電池の場合、均一に分配された圧力降下が出口にて局部的に生じないとき、約１２０ｋＰａ（１．２バール）の内部作動圧力となり、相対湿度は、約８０％となると想定される（相対的圧力は、本発明の電池の相対的圧力の半分である）。
【００３１】
本発明に従った非対称の設計を採用することは、電気化学発電装置の単一の基本電池の組み立てステップ中、より高度の慎重さを必要とする。事実上、１つ又はより多くのガスケットがその水平軸線の周りにて回転するとき、設計により計画された下側部分ではなくて、上側部分にその圧力降下の大きい通路（１３）が配置される１つ又はより多くの基本電池が生じるであろう。これらの電池には、残りの電池と同一の流量にて供給されるが、大部分、その作用可能な領域にて供給側よりも劣る内部圧力を経験し、それに伴って性能は劣化する。この危険性は、上述したように、従来の技術の対称のガスケットには明らかに存在しない。しかし、例えば、垂直軸線に対し対称であるが、水平軸線に対し非対称である中心穴を密封ガスケットに設けるといったような、組み立てステップにて適宜な措置を採用することにより、この問題点は解決することができる。ガスケットが回転する場合、中心穴が変移しても、ガスケットを中心ピン内に更に挿入することを許容しない。これらの穴は、図５、図６及び図７に参照番号（２１）にて表示してある。
【００３２】
作用可能な領域内の内部圧力の上昇及び加湿効率の向上に関係した有利な効果に加えて、本発明に従って収集通路に沿って圧力降下が局部的に生ずるようにすることは、作用領域内にて凝縮した水の吸引をより効率的にするという更なる有利な効果をもたらす。
【００３３】
しかし、個別の収集通路の部分が減少するとき、益々大きくなる毛管力の効果により、かかる結果は相殺される。この状況のため、小量の液体水が幾つかの通路内に取り込まれる可能性があることが判明し、かかる状況は、製造許容公差のため、通常、特に減少した部分を有し、その結果、排出気体の流れが不規則となる場合のものと同様である。このように、個別の電池間の流量の不均一さと共に、不作用領域が基本電池内に形成され、性能が劣化する。この短所は、例えば、ポリフッ化ビニリデン又はテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレンコポリマー又はパーフルオロアルコシ誘導体のような、ポリテトラフルオロエチレン又は好ましくは、熱可塑性化合物の懸濁物のような、疎水性材料塗料によって収集通路が疎水性に形成されるならば、完全に解決することができることが分かった。この誘導体は、ガスケットの熱的安定性と適合可能な低温度にて熱処理することにより機械的に安定化させることができる。これらの熱処理により、優れた接着性を備え且つ、液体水の浸出又は腐食作用に対して効果的に抵抗することのできる数ミクロンの厚さの薄い被覆が得られることが分かった。
【００３４】
その独創的な原理をより理解し易くすることを目的として特定の場合に関し知見したことについて説明した。当該技術分野の当業者は、本明細書に基づいて理解することのできる形態変更の全ては、特許請求の範囲により規定された本発明の範囲の一部であることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ポリマー膜燃料電池を備える電気化学発電装置の図である。
【図２】２Ａは、電気化学発電装置の燃料電池に対して反応剤気体を分配する１つの可能な方法を示す図である。
【００３６】
２Ｂは、電気化学発電装置の燃料電池に対して反応剤気体を分配する別の可能な方法を示す図である。
【図３】燃料電池内の圧力分配状態の概略図である。
【図４】従来技術の教示に従ったガスケットの設計を示す図である。
【図５】本発明の好適な実施例によるガスケットの設計を示す図である。
【図６】本発明の別の好適な実施例によるガスケットの設計を示す図である。
【図７】本発明の別の好適な実施例によるガスケットの設計を示す図である。
【図８】本発明及び従来技術に従った電気化学発電装置の色々な電池について平均化した成極曲線図である。
【図１】
2006505910.tif 000003
【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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【国際調査報告】
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