JP6556733B2 - 燃料電池用の流れ案内板 - Google Patents

Description

本発明は燃料電池に関し、特に陽子交換膜の交替（alternation)とバイポーラ板とを有する燃料電池に関する。

燃料電池は、将来、大規模生産されるモータ車両のため、または、多数のアプリケーションのための電源供給システムとして、期待されている。燃料電池は、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する電気化学装置である。水素分子又はメタノールのような燃料が、燃料電池の燃料として用いられている。

水素分子の場合、後者は酸化され、燃料電池の電極でイオン化される。そして、酸化剤又は燃料物質が燃料電池の他方の電極で減少する。化学反応は、カソードで水を生産し、酸素は減少して、陽子と反応する。燃料電池の大きな長所は、電力を生成する場所における大気汚染物質の放出を避けることできる点である。

ＰＥＭ燃料電池として知られている陽子交換膜燃料電池は、低温で動作し、特に小型化に対して有利な特性を示す。それぞれのセルは、陽子のみを通過させ、電子を通過させない電解質膜を有している。膜は、ＭＥＡとして知られる膜電極一体構造を形成するため、第１面上のアノードと、第２面上のカソードを有している。

アノードにおいて、水素分子は膜を通過する陽子を生産するためにイオン化される。この反応で生産された電子は流れ板に移動して、その後、電流を形成するためにセルの外部の電気回路に流れる。カソードにおいて、酸素が減少し、水を形成するために陽子と反応する。

燃料電池は、例えば、金属で形成されて積層されたバイポーラ板として知られるいくつかの板を有することもできる。膜は、二つのバイポーラ板の間に位置する。バイポーラ板は膜に向かう又は膜からの反応物質と生成物質とをガイドし、冷却液をガイドし、異なる区画に分けるための流路とオリフィスとを備えることができる。バイポーラ板は、また、アノードで生成された電子の収電器を形成するための導電体である。バイポーラ板は、また、電気接触性のために必要な積層の固定の歪みを伝える機械的な役割を有している。ガス拡散層は、電極とバイポーラ板の間に挿入され、バイポーラ板と接触している。

電子の伝導はバイポーラ板を通して実行され、イオンの伝導は膜を通して取得される。

バイポーラ板は、反応物質を電子の反応性表面に連続して供給し、消耗する。電極での反応物質の分布は、表面全体を通して可能な限り一様になるべきである。バイポーラ板は、反応物質の分布を与えるための流路のネットワークを有している。流路のネットワークは、アノードの流体に捧げられ、カソードの流体に捧げられる。アノードとカソードの流路のネットワークは、燃料と酸化剤の直接の燃焼を防ぐため、燃料電池の内部では決して連絡しない。反応性物質と非反応性物質は流通のネットワークの出口までの流れによるエントレインメント(entrainment)によって放出される。遭遇した構造の大半は、バイポーラ板は、可能な限り生成された熱を放出するため、冷却流体が通り抜ける流路を備えている。

流路における反応物質の循環の形は主に３つに区別される。
サーペンタイン（serpentine)チャネル:1つ以上のチャネルは、活性表面全体を通して数回行ったり来たりする。
平行チャネル：平行かつ横断するチャネルの束は活性表面中を通る。
インターデジタル（interdigital)チャネルは、平行で遮断されたチャネルの束は活性表面中を通る。
それぞれのチャネルは、流体の入り口側、又は流体の出口側のいずれにおいても遮断されている。チャネルに入った液体は、隣接するチャネルに合流し、引き続き隣接するチャネルの流体の出口に到達するために、ガス拡散層を局所的に通過することを強いられる。

流路は、真っすぐでもよく、わずかに波状であってもよい。

バイポーラ板に最も共通に用いられている材料は、炭素重合体複合材料とエンボス加工された金属である。

エンボス加工された金属は、燃料電池の軽量化と小型化に有利に働く解決策となることを証明する。バイポーラ板は、例えば、ステンレス鋼製の金属シートが使用される。流路はエンボス加工によって得られる。アノード流路を規定するエンボス加工された第１のシートにより形成された第１の流れ板と、カソード流路を規定するエンボス加工された第２のシートにより形成された第２の流れ板とが最も頻繁に使用される。これらの流れ板の二つのシートは、バイポーラ板を形成するため、背中合わせに溶接されて、組み立てられる。冷却液の流路は、シート間の空間に配置される。

炭素重合体複合材料は、より厚い板を型で作ることで流路を設計することによって、より大きな柔軟性を可能にする。

特許文献１（仏特許２９７３５８３号）は、２つのバイポーラ板のうちの１つにおいて冷却液の流路の除去を提供する。シート金属からなるバイポーラ板を用いると、冷却液の流路を持っていないバイポーラ板は、一つのエンボス加工されたシートを有しており、それは、燃料電池を軽量化する。カソード流路は、シートの第１の面を形成し、一方、アノード流路は、シートの他方の面を形成する。

アノード面はカソード面の反対であるため、これらの流路の設計は、密接に関係している。それにもかかわらず、流路のパターンは、異なるセル間の供給の不均衡を発生させないため、一枚のシートを有するバイポーラ板の流れを二つのシートを有するバイポーラ板の流れと同様になるよう保証しなければならない。さらに、一つの同じシートが、単一シートを有するバイポーラ板に対して区別なく、使用できること、又は二つのシートを有するバイポーラ板を形成できることが望ましい。

追加の設計の制約は、反応物質の流れの圧力低下に関連する。このような圧力低下は、アノードとカソードにおいて、一つかつ同じオーダーの大きさを有しているべきである。この制約は燃料と酸化剤の流路のそれぞれの断面に効果がある。この制約は、単一シートを有するバイポーラ板の設計を複雑にしている。

燃料として水素分子を用いると、同じオーダーの大きさの圧力低下を得るため、アノード流路における通過断面をカソード流路における通過断面よりも小さくすべきである。これは、水素分子は、カソードにおいて循環する酸化剤よりも粘性が低く、その流量が低くなるためである。

セル内の水素分子の分子流量はI／Fに等しくなる。Iは、生成された電流であり、Fはファラデー定数である。消費された空気の分子流量は、部分的に、１．２＊I／Fに等しくなる。

実際には、過大評価要因又は上昇要因（overvaluation factor)によって、セル内に導入される燃料と酸化剤の流量は、消費される流量よりも常時大きくなる。水素分子では、過大評価要因は、一般に、１〜２．５の範囲となる。空気では、出口での酸素の十分な量を保証するために、過大評価要因は、一般に、１．２〜３の範囲となる。したがって、電流Iを与えるため、水素分子の分子流量に対する空気の分子流量の比率は、少なくとも２であり、一般的には３〜５の範囲となる。

湿った水素分子の粘性は温度と湿度の値に依存し、８＊１０^−６〜１３＊１０^−６Pa・ｓのオーダーである。湿った空気の粘性は、１２＊１０^−６〜２１＊１０^−６Pa・ｓである。

あるバイポーラ板の流路が水素側と空気側で同一であると、水素分子の圧力低下に対する空気の圧力低下の比率は、２〜１０の範囲となる。圧力バランスの低下のバランスをとるために、空気の流路の通過断面に対して、水素分子の流路の通過断面を２〜１０の比率で減少することが望ましい。

関連する短所とともに、圧力降下における不均衡を減少するためのいくつかの代替が知られている。
カソード流路の幅を増加すること、工業的に生産可能な最も狭い幅を有するアノード流路を生産すること。この矛盾は燃料電池における電子伝導の最善の有効性を研究しており、それは一般に流路の幅を可能な限り小さくすることによって得られる。
アノードにおいてカソードよりも少ない流路を生産すること。流路を分ける歯の幅と同様に、二つのアノード流路間の距離が増加する。この構造は、アノード流路の深さを減少することで、カソードからの電子伝導が大きな影響を受けるような一枚のシートを有するバイポーラ板には適していない。
この構造は、アノードとカソードの流路が自動的に一つかつ同じ深さを有し、それゆえこの深さの減少に影響を受ける一枚のシートを有するバイポーラ板は適していない。

本発明は一つ以上の短所を克服することを目的とする。本発明は、特に、単一の流れ坂を有するバイポーラ板と二つの流れ板を有するバイポーラ板とに対して、これらの二つのタイプのバイポーラ板でのアノードとカソードの流れの不均衡なしで、同一のシートを使用することを可能にし、一方アノード流路とカソード流路間での圧力低下の均一性を促進することを目的とする。

本発明は、付随する請求項に定義されるように、燃料電池用の流れ案内板に関するものである。本発明は、また付随する請求項に定義されるように、燃料電池に関するものである。

本発明の他の特徴と長所は、いかなる限定なしで、付随する図面を参照した以下の記載から明らかになるであろう。
図１は、燃料電池の一例を示す分解斜視図である。 図２は、燃料電池流れ板のための金属シートの第１の実施形態の第１の面における流路の斜視図である。 図３は、第１の面における図２の金属シートの上面図である。 図４は、流路にアクセスするためのオリフィスにおける図２の金属シートの断面図である。 図５は、中間部における図２の金属シートの断面図である。 図６は、流路の第２の端部における図２の金属シートの断面図である。 図７は、流路にアクセスするためのオリフィスにおける、図２の金属シートの第２の面の斜視図である。 図８は、流路にアクセスするためのオリフィスにおける、図２の金属シートの第２の面の斜視図である。 図９は、図２の金属シートから形成された異なるバイポーラ板を含む燃料電池の断面図である。 図１０は、図９の燃料電池の長手部分における異なる図を示している。 図１１は、図９の燃料電池の長手部分における異なる図を示している。 図１２は、図９の燃料電池の長手部分における異なる図を示している。 図１３は、図９の燃料電池の長手部分における異なる図を示している。 図１４は、第３の実施の形態の金属シートの第１及び第２の面を示す斜視図である。 図１５は、第３の実施の形態の金属シートの第１及び第２の面を示す斜視図である。 図１６は、流路のオリフィスにおける、第１の実施の形態の金属シートの交替形成の断面図である。

図１は、燃料電池４のセル１の積層を模式的な分解斜視図である。燃料電池４は、重ね合わされたいくつかのセル１を備えている。セル１は、陽子交換膜又はポリマー電解質膜を有するタイプである。

燃料電池４は、燃料４０の源を有している。この例での燃料４０の源は、水素分子をそれぞれのセル１の入り口に供給する。燃料電池４はまた、酸化剤４２の源を有している。この例での酸化剤４２の源は、それぞれのセル１の入り口に、空気を供給し、空気の酸素は、酸化剤として使用される。それぞれのセル１は、脱出路を有している。また、それぞれのセル１は、冷却回路を提示する。

それぞれのセル１は、膜電極一体構造１１０、すなわちＭＥＡ１１０を有している。膜電極一体構造１１０は、電解質１１３と、電解質１１３に取り付けられ、電解質の片側に配置されたカソード１１２（図１では不図示）、及びアノード１１１を有している。

バイポーラ板は、隣接するＭＥＡのペアの間に配置される。この例での燃料電池４は バイポーラ板５１、５２の交替を有している。

バイポーラ板５１は単一の金属シート５３で形成された流れ板を有している。バイポーラ板５１において、その金属シートの第１の面の起伏は、アノード流路を規定し、その金属シートの第２の面の起伏は、カソード流路を規定する。

バイポーラ板５２は二つの流れ板５３を有している。それぞれの流れ板５３は、一つの金属シートを有している。シートは重ね合わされ、溶接５４を介して取り付けられている。バイポーラ板５２において、流れ板５３の一つの面の起伏は、アノード流路を規定し、流れ板５３の一つの面の起伏は、カソード流路を規定する。冷却液流路は、流れ板５３とバイポーラ板５２の金属シート間に形成されている。

バイポーラ板５２の流れ板５３を形成する金属シートは、同一である。バイポーラ板５１、５２の流れ板５３を形成する金属シートは、同一である。したがって、一つかつ同じ設計で、一つかつ同じ製造方法がバイポーラ板５１、５２の流れ板５３を形成する金属シートの製造に用いることができる。金属シートは、例えば、ステンレス鋼、合金鋼、チタン合金、アルミニウム合金、ニッケル合金、又はタンタル合金により形成されている。

セル１の公知の動作において、水素分子は、バイポーラ板とアノード１１１との間のアノード流管に流入し、空気は、バイポーラ板とカソード１１２との間のカソード流管に流入する。

アノード１１１において、水素分子は、ＭＥＡ１１０を通過する陽子を生成するためイオン化する。この反応で生成された電子は、このアノード１１１に面するよう配置されたバイポーラ板によって収電される。生成された電子は引き続き、電流を形成するため燃料電池４に接続された充電に適用される。カソード１１２において、酸素は減少して、水を形成するために陽子と反応する。アノードとカソードにおける反応は、以下の式で与えられる。
H₂→２H⁺＋２e^-:アノード
４H⁺＋４e^-＋O₂→２H₂O：カソード

その動作中において、燃料電池のセルは、通常、そのアノードとカソード間の連続する１Ｖのオーダーの電圧を発生する。その良好な触媒性能のため、アノード１１１に使用される触媒材料は有利に白金を含んでいる。

図２は、本発明にかかる流れ案内板５３の導電シートの一例のアノード側の流路の斜視図である。図３は、板５３の上面図である。このような流れ案内板５３は、以下に説明するように、異なるタイプのバイポーラ板の形成に使用することができる。

板５３は、図２に示される第１の面５５と第２の面５６を有している。流れ案内板５３の***は、対向する面５５、５６における流路の交替（alternation)を規定する。したがって、板５３の一つの同じ面の二つの連続する流路は、他方の面の流路の境界のため、壁５５９によって分離される。面５５、５６の流路は、一つの同じ長手方向に沿って延びている。この例では、流路は、実質的に直線である。

面５５において、流路は、第１のグループと第２のグループに分割される。

アクセスオリフィス５５１は、流路５５３の第１のグループに現れる。アクセスオリフィス５５１は、流路５５３の第１の端部に位置する。第１の平坦部５３５は、異なるアクセスオリフィス５５１間に延びる流れ案内面を形成する。傾斜壁５５７は、アクセスオリフィス５５１とそれらの流路５５３の中間部の間の連結を形成する。

流路５５３の第２の端部において、アクセスオリフィス５５２は、第１のグループの流路５５３に現れる。第２の平坦部５３６は、異なるアクセスオリフィス５５２間に延びる流れ案内面を形成する。傾斜壁５５８は、アクセスオリフィス５５２とそれらの流路５５３の中間部の間の連結を形成する。

アクセスオリフィス５５１、５５２の間である、中間部におけるそれぞれの流路５５３の断面は、アクセスオリフィス５５１，５５２における断面よりも大きくなる。傾斜壁５５７、５５８は、それゆえ、それらの流路５５３の平坦な底部まで下がるように延びている。流路５５４の中間部は、それゆえ、流れの制限を欠いている。

異なる流路５５３の均一な圧力低下を保証するため、後者は、それらの中間部において、一つかつ同じ断面を提示する。

面５５は、第２のグループの流路５５４を提示する。面５５は、横方向に沿った流路５５３、５５４の交替を有している。図２に示された実施形態では、流路５５４は、第１の端部において壁５５６を有し、第２の端部において壁５５５を有している。それぞれの壁５５５は、流路５５４の底部から平坦部５３６の上のところまで延びている。それぞれの壁５５６は、流路５５４の底部から平坦部５３５の上のところまで延びている。したがって、壁５５６での流路５５４の断面は、第１のグループの流路にアクセスするためのオリフィス５５１、５５２の断面よりも小さくなっている。これらの壁５５５、５５６のそれぞれは、それゆえ、流路５５４の流れ制限部を形成する。それぞれの流路５５４は、それゆえ、少なくとも一つの流れ制限部を有している。流れ制限部の通過部分は、この流れ制限部での流路の断面で規定される。壁５５５、５５６は、この例では、流路５５４の上のところまで延びており、かつ、以下に詳述するように、面５６の流路５６３の底部のところまで延びている。

流れ案内板５３の起伏は、面５６での流路５６３の境界を定める。図７、８は、流路５６３にアクセスするための２つのタイプのオリフィス５６１の第１の端部の斜視図である。それぞれの流路５６３は、壁５５９を介して、面５５の流路５５３、５５４の関する境界を定める。流路５５３、５５４は、例えば、面５６でのカソード伝導接触を形成するための各底壁５６５、５６６を有している。

これらの図に示されたように、面５５での流路５５３、５５４の交替は面５６での流路５６３の２つのタイプという結果になる。その長手方向の両端に配されたアクセスオリフィスの間の中間部におけるそれぞれの流路５６３の断面は、これらのアクセスオリフィスでの断面よりも大きくなる。傾斜壁は、それゆえ、アクセスオリフィスからそれらの流路５６３の平坦な底部のところまで下方に延びている。流路５６３は、それゆえ、流れ制限部を欠いている。

それゆえ、流路５５３と５５４の交替の結果として、２つのタイプの流路５６３と、それらの２つのタイプのアクセスオリフィスは、板５３の中間面に対して垂直な縦断面に対して互いに対称となっている。この結果、２つのタイプの流路５６３を通じた圧力低下は、完全に同一となる。異なる流路５６３における均一な圧力低下を保証するため、後者は、中間部で、一つかつ同じ断面を提示する。

本実施形態では、アクセスオリフィスにおける壁５５５、５５６を設けるための通り道の形成の結果、２つの連続する流路５６３は、それらの端部のそれぞれで接続される。したがって、２つの連続する流路５６３間において、圧力低下の起こりうる分散が、そのような方法で、これらに連絡をもたらすことによって、均一性を与える。

図４は、平坦部５３５での板５３の断面図である。図５は、流路の中間部での板５３の断面図である。図６は、アクセスオリフィス５５２での板５３の断面図である。

平坦部５３５は、流路５６３の第１の端部のアクセスオリフィス間に延びている。平坦部５３５は、それゆえ、この第１の端部において、流路５６３にアクセスするためのオリフィス間の分散路を形成する。

平坦部５３６は、流路５６３の第２の端部のアクセスオリフィス間に延びている。平坦部５３６は、それゆえ、この第２の端部において、流路５６３にアクセスするためのオリフィス間の分散路を形成する。

壁５５９は、二つの面の流路間の分離を提供する。流路５６３の底部は、それゆえ、流路５５３又は５５４の上に位置し、逆の場合も同じである。異なる流路の底部は、案内板５３を流れるべき電流を収電するための導電面を形成することを意図している。

流路５６３にアクセスするためのオリフィスは、これらの流路の両端において、一つかつ同じ部分を提示する。流路５６３の第２の端部のアクセスオリフィス５６２は、図６に示されている。アクセスオリフィス５６２は、この例では、流路５６３の高さの半分に対応する高さを提示する。燃料電池４のセルのスタックにおける二つの案内板５３の組み立ては、それゆえ、容易になる。

板５３は、この例では、それに起伏を与えるため、エンボス加工された金属シートで形成されている。面５５の形状は、それゆえ、面５６の形状の補完(complement)、すなわち反対(negative)である。板５３は、例えば、エンボス加工された金属シートにより製造される。

この例では、流路５５３、５５４は、中間部の少なくとも７５％を超える一つかつ同じ断面を提示する。したがって、流路５５４の底部は、適切な場合、カソード電流の収電のための非常に大きい表面積を提供する。

この実施例では、流路５５３、５５４、及び５６３は、それらの中間部で同一の断面を提示する。したがって、これらの流路は、形成されるべきバイポーラ板を流れる電流分布の均一性を最適化するため、それらの形成技術に対応する最小幅を提示する。さらに、二つの面の流路に対する同一断面の使用は、バイポーラ板を形成するための二つの流れ案内板５３の組み立てを容易にする。

この実施例では、平坦部５３５、及び５３６は、一つかつ同じ高さに位置しており、流路５５３、５５４、及び５６３は、これらの平坦部５３５、５３６に対して一つかつ同じ深さを提示する。

この実施例では、アクセスオリフィス５５１は、平坦部５３５を通じて開口４０と接続することを意図している。流路５６３の第１の端部にアクセスするためのオリフィスは、平坦部５３５を通じて開口４３と接続することを意図している。公知の手法で、開口４０、４３は、シールを介して他方から分離されることを意図している。アクセスオリフィス５５２は、平坦部５３６を通じて開口４１と接続することを意図している。流路５６３の第２の端部にアクセスするためのオリフィス５６２は、平坦部５３６を通じて開口４２と接続することを意図している。公知の手法で、開口４１、４２は、シールを介して他方から分離されることを意図している。

図９は、上記の案内板５３を用いた燃料電池４の一例の断面図である。

燃料電池４は膜電極一体構造１１、１２、１３を有している。それぞれの膜電極一体構造は、この例では、アノード１１１と接触するよう配置されたガス拡散層２１を有している。アノード１１１は、陽子交換膜１１３に取り付けられている。カソード１１２は、陽子交換膜１１３に取り付けられている。ガス拡散層２２は、カソード１１２と接触するように配置されている。

燃料電池４は、さらに、図１〜８を参照して詳述された流れ案内板５３１、５３２、５３３を備えている。流れ案内板５３１は、この例では、それ自体単独で、膜電極一体構造１１と膜電極一体構造１２との間に配置されたバイポーラ板５１を形成する。

流路５６３の底壁は、この例では、膜電極一体構造１２のガス拡散層２１に接触する。流路５５３、５５４の底壁は、この例では、膜電極一体構造１１のガス拡散層２２に接触する。

流れ案内板５３２、５３３は、この例では、膜電極一体構造１２と膜電極一体構造１３との間に配置されたバイポーラ板５２を形成する。流れ案内板５３２の流路５６３の底壁は、この例では、流れ案内板５３３の流路５５４の底壁５６６に接触する。流れ案内板５３２は、流れ案内板５３２と流れ案内板５３３の電気伝導を実行するための溶接（不図示）を介して、流れ案内板５３３に取り付けられていてもよい。

流れ回路５７は、それゆえ、以下の組み合わせによって、流れ案内板５３２と流れ案内板５３３の間に形成される。
流れ案内板５３２の流路５５４と流れ案内板５３３の流路５６３
流れ案内板５３２の流路５５３と流れ案内板５３３の流路５６３

流れ案内板５３２の流路５５４の底壁は、この例では、膜電極一体構造１２のガス拡散層２２に接触する。流れ案内板５３３の流路５６３の底壁は、この例では、膜電極一体構造１３のガス拡散層２１に接触する。

同じ幾何構造を提示する流れ案内板５３１〜５３３の使用は、バイポーラ板５１、５２の二つの異なるタイプの形成を可能とし、一方、
これらのバイポーラ板をそれぞれ流れる燃料流量の同一と、
これらのバイポーラ板をそれぞれ流れる酸化剤流量の同一と、
を保証する、ことが分かる。

対象物の幾何構造は、通常、対象物の形状によって、又は形態学的特性によって規定される。

流れ案内板５３１の流路５６３は、例えば空気である酸化剤によって通り抜けられるよう意図されている。流れ案内板５３１の流路５５３は例えば水素分子である燃料によって通り抜けられるよう意図されている。流路５５４は、流れ制限部の存在の結果、流れによって通り抜けられるよう（又は拡散層を通過した流れによってわずかに通り抜けられるよう）に意図されておらず、これは中間部の大半において、一つかつ同じ断面の流路５５３、５５４であるにもかかわらずの場合である。同一の流れ条件のため、面５５の流路を通した圧力低下は、面５６の流れを通した圧力低下よりも大きくなる。

したがって、燃料と酸化剤の流れにおける圧力低下を均一にすることが可能になり、これは、これらの流路における流体の粘性が異なり、かつ分子流量が異なるにもかかわらずの場合である。さらに、壁５５５、５５６の存在は、面５６での燃料分布の均一性に悪影響を及ぼさない。

流れ案内板５３２の流路５６３は、酸化剤によって通り抜けられるよう意図されている。流れ案内板５３３の流路５５３は、燃料によって通り抜けられるよう意図されている。上述の場合、流れ制限部の存在の結果として、板５３３の流路５５４は、燃料によって通り抜けられるよう意図されていない。

燃料に対する圧力低下は、それゆえ、二つのタイプのバイポーラ板５１、５２で同一である。酸化剤に対する圧力低下は、それゆえ、二つのタイプのバイポーラ板で同一である。

酸化剤の流路において、ガスの流れは、一つかつ同一の流路５６３の入り口と出口の間で実行される。流れは、したがって、平行タイプの例となる。

燃料の流路において、ガスの流れは、一つかつ同一の流路５５３の入り口と出口の間で実行される。流れは、したがって、平行タイプの例となる。

板５３２、５３３で形成されたバイポーラ板は、冷却液が通り抜けることを意図する流れ回路５７を有している。板５３１で形成されたバイポーラ板を軽量化するため、これは冷却液流れ回路が欠けている。

図１０〜１３は、長手部分を示す図であり、それは、バイポーラ板５１、５２を流れる流体の異なる流れを図示することを可能にする。点線の流れは冷却液の流れに対応する。破線の流れは燃料の流れに対応する。実線の流れは、酸化剤の流れに対応する。

単一の板５３を有するバイポーラ板５１の形成と、二つの板５３を有するバイポーラ板５２の形成を可能にするため、板５３の一つかつ同じ幾何構成の使用を可能にするため、後者は、有利に対称軸を提示している。対称軸は、典型的には、板の中間面と垂直になる。

図１４は、本発明にかかる流れ案内板５３の伝導シートの第２の実施形態のアノード側における流路の斜視図である。この第２の実施の形態は、流路５５４において追加の流れ制限部の存在が実施の形態１と異なっている。追加の壁５５５は、流路５５４の中間部を密封するために設けられている。

本実施形態では、壁５５５、５５６を設けるための通り道の形成の結果、二つの連続する流路５６３は、それゆえ、それらの中間部で連絡する。したがって、２つの連続する流路５６３間において、圧力低下の起こりうる分散が、そのような方法で、これらに連絡をもたらすことによって、より均一性を与える。

図１５は、本発明にかかる流れ案内板５３の伝導シートの第３の実施形態のアノード側における流路の斜視図である。この第３の実施の形態は、流路５５４の両端において流れ制限部の不在が実施の形態２と異なっている。流れ制限部は、この例では、流路５５４の中間部に挿入されている。追加の壁５５５は、流路５５４の中間部を密封するために設けられている。

本実施形態では、壁５５５、５５６を設けるための通り道の形成の結果、二つの連続する流路５６３は、それゆえ、それらの中間部で連絡する。したがって、２つの連続する流路５６３間において、圧力低下の起こりうる分散が、そのような方法で、これらに連絡をもたらすことによって、再び均一性を与える。

図１６は、流路の第１の端部における流れ板５３の交替形成の断面図である。流れ板５３は、壁５５５、５５６の幾何構成において、図１〜８の交替形成と異なっている。壁５５５、５５６は、それらの流路５５４のそれぞれの上の所まで延びていない（あるいは、挿入された流路５６３の底部のところまで限り延びていない）。したがって、流れは、壁５５５、５５６を乗り越えることによって流路５５４を通過するが、流路５５３を通じた圧力低下よりもより大きな圧力低下を伴う。有利には、壁５５５、５５６は少なくとも面５６の流路５６３の深さの３／４のところまで延びている。

図示された実施例では、流路は長手方向に沿った直線形状を示した。もちろん、例えば、長手方向に沿ってうねりがある流路のような他の流路の幾何構成を提供することが可能である。

Claims (16)

1. 燃料電池用の流れ案内板であって、
   起伏を有する伝導シートを備え、
   前記起伏は、
   前記シートの対向する第１及び第２の面の流路の交替を規定し、前記第１の面の二つの連続する流路は前記第２の面の流路を制限している壁によって分離されており、前記第１及び第２の面の前記流路は一つかつ同じ長手方向に沿って延びており、
   前記第２の面の流路と第１のグループの流路のそれぞれにおける第１及び第２の端部のそれぞれにアクセスするための第１及び第２のオリフィスを規定し、それぞれの前記流路において、前記第１の端部と前記第２の端部間での断面は前記第１及び第２のオリフィスでの断面よりも大きくなっており、
   前記第１の面の第２のグループの前記流路のそれぞれにおける流れ制限部を規定し、それぞれの流れ制限部における通過断面は、前記第１のグループの前記流路にアクセスするための前記オリフィスの断面よりも小さくなっており、前記第１の面は第１のグループの流路と前記第２のグループの流路との交替を備えている、
   流れ案内板。
2. 前記流れ制限部のそれぞれは、少なくとも前記第２の面の前記流路の深さの３／４のところまで延びている請求項１に記載の流れ案内板。
3. 前記流れ制限部のそれぞれは、前記第２の面の前記流路の底部のところまで延びている壁を備えている請求項１、又は２に記載の流れ案内板。
4. 前記第１のグループの前記流路と前記第２の面の前記流路とは、中間部において一つかつ同一の断面を有している請求項１〜３のいずれか１項に記載の流れ案内板。
5. 前記第１のグループの前記流路と前記第２のグループの前記流路とは、それらの長さの３／４を超える一つかつ同じ深さを有している請求項１〜４のいずれか１項に記載の流れ案内板。
6. 前記第２のグループの前記流路のそれぞれは、前記第２の面の２つの流路間の通過の範囲を決める流れ制限部を有している請求項１〜５のいずれか１項に記載の流れ案内板。
7. 前記シートの一方の面の形状は、前記シートの他方の面の形状の補完である請求項１〜６のいずれか１項に記載の流れ案内板。
8. 前記シートが合金鋼、チタン合金、アルミニウム合金、ニッケル合金、又はタンタル合金のシートである請求項１〜７のいずれか１項に記載の流れ案内板。
9. 前記シートが、
   前記第２の面の前記流路の前記第１の端部の前記オリフィス間に延びており、かつ、前記第１のグループの前記流路の前記オリフィス間に延びている第１の平坦部と、
   前記第２の面の前記流路の前記第２の端部の前記オリフィス間に延びており、かつ、前記第１のグループの前記流路の前記第２の端部の前記オリフィス間に延びている第２の平坦部と、をさらに備えている請求項１〜８のいずれか１項に記載の流れ案内板。
10. 前記第１の平坦部は、第１及び第２の通過開口を備え、
    前記第２の平坦部は、第３及び第４の通過開口を備える請求項９に記載の流れ案内板。
11. 前記第１及び第２の面の前記流路は、前記第１及び第２の平坦部に対して、一つかつ同じ深さを有している請求項９、又は１０に記載の流れ案内板。
12. 前記シートが軸対称である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の流れ案内板。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の流れ案内板である第１〜第３の案内板と、
    第１〜第３の膜電極一体構造であって、それぞれの前記膜電極一体構造が陽子交換膜と、前記陽子交換膜のそれぞれの面に形成されたカソード及びアノードとを備えた第１〜第３の膜電極一体構造と、
    第１のガス拡散層及び第２のガス拡散層と、を備え、
    前記第１の案内板は、前記第１及び第２の膜電極一体構造の間に配置されたバイポーラ板を形成し、
    前記第１のガス拡散層は、前記第１の案内板の前記第１の面の前記流路を覆い、かつ、当該第１の面と前記第２の膜電極一体構造のアノードと接触し、
    前記第２及び第３の案内板は、前記第２及び第３の膜電極一体構造の間に挿入されたバイポーラ板を形成し、かつ、それらの間で流れ回路の境界を定め、
    前記第２の案内板の前記第１の面は、前記第３の案内板の前記第２の面と接触し、
    前記第２のガス拡散層は、前記第３の案内板の前記第１の面の前記流路を覆い、かつ、当該第１の面及び前記第３の膜電極一体構造のアノードに接触する燃料電池。
14. 前記第１〜第３の案内板は請求項３に記載の流れ案内板であり、
    前記第１の案内板の前記流れ制限部は、前記第１のガス拡散層と接触し、
    前記第３の案内板の前記流れ制限部は、前記第２のガス拡散層と接触する請求項１３に記載の燃料電池。
15. 前記第１〜第３の案内板には、前記流れ回路と接続する開口が通り抜けている請求項１３、又は１４に記載の燃料電池。
16. 前記第１〜第３の案内板は、同じ幾何構造を有している請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の燃料電池。