JP2011507211A - Flow field plate for use in a fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
本発明は、導電性材料の少なくとも1つのフローフィールドプレート(1、9)と、バイポーラ電極の各側における蛇行電気組立体(MEA)(39)とを備え、バイポーラ電極が、電気絶縁性封止枠(9)内に取り付けられたプレート(1)からなり、プレート(1)には、それぞれ1つがプレート(1)の任意の側の任意の谷(4、24)を接続するチャネル部分(12、32)が設けられる、燃料電池スタックに使用するフローフィールドプレートに関する。
【選択図】図1The present invention comprises at least one flow field plate (1, 9) of conductive material and a meandering electrical assembly (MEA) (39) on each side of the bipolar electrode, the bipolar electrode comprising an electrically insulating seal It consists of a plate (1) mounted in a frame (9), each of which has a channel portion (12) connecting one arbitrary valley (4, 24) on any side of the plate (1). , 32), and a flow field plate for use in a fuel cell stack.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、特に燃料電池スタックに使用されるフローフィールドプレートに関し、このプレートは、導電性材料の少なくとも1つのバイポーラ電極と、バイポーラ電力の両側のイオン交換膜とを備える。 The present invention relates to a flow field plate used in particular for a fuel cell stack, which plate comprises at least one bipolar electrode of conductive material and ion exchange membranes on both sides of the bipolar power.
フローフィールドプレート(例えば、バイポーラ電極及び/又は分離板)は、開放チャネルを有する円盤/プレートであり、供給された反応物、気体、又は液体を分配し得ると共に、機械的な強度を燃料/反応器電池(reactor cell)に付与し得る。チャネルは、片側で陽極反応物を分配し、電極の逆側で陰極反応物を分配する。例えば、金属、プラスチック、及びセラミックが材料として示唆されており、エッチングのみならず、レーザ除去、チップ除去、エンボス加工、プレス、又は打ち抜きによっても、チャネルを達成し得ることが表されている。一般に、見解は、陽極側のチャネルが陰極側のチャネルを横断する必要があるというものであり、これは、プレートがかなりの厚さを有する必要があることを暗示し、そのため、製造時に材料が大量に消費されてきた。したがって、フローフィールドプレートは製造が高価であった。一般に、バイポーラ電極は、例えば、グラファイトからなってもよく、この場合、チャネルパターンは成形又はチップ除去により達成され、又は金属板からなってもよくこの場合、パターンはエッチング又はチップ除去により達成されてきた。また、プレスされたチャネルパターンを有するプレートが使用されており、2枚のプレートが接続されて、バイポーラ電極が形成されてきた。例えば、フォトリソグラフィエッチングされたプレートが結合されて、いわゆるバイポーラセパレータが形成される(特許文献1)のみならず(特許文献2)も参照のこと。 A flow field plate (e.g., bipolar electrode and / or separator) is a disc / plate with an open channel that can distribute a supplied reactant, gas, or liquid and provide mechanical strength for fuel / reaction. It can be applied to a reactor cell. The channel distributes the anode reactant on one side and the cathode reactant on the opposite side of the electrode. For example, metals, plastics, and ceramics have been suggested as materials, and it has been shown that channels can be achieved not only by etching, but also by laser removal, chip removal, embossing, pressing, or stamping. In general, the view is that the anode-side channel needs to cross the cathode-side channel, which implies that the plate needs to have a considerable thickness, so that the material is Has been consumed in large quantities. Therefore, the flow field plate was expensive to manufacture. In general, the bipolar electrode may be made of, for example, graphite, in which case the channel pattern may be achieved by molding or chip removal, or may be made of a metal plate, in which case the pattern has been achieved by etching or chip removal. It was. In addition, a plate having a pressed channel pattern has been used, and two plates have been connected to form a bipolar electrode. For example, see not only (Patent Document 1) but also (Patent Document 2) where photolithography etched plates are joined to form a so-called bipolar separator.
本発明の目的は、1枚の同じプレートにいくつかの異なる/様々なフローパターンを容易に設けることができるフローフィールドプレート/バイポーラ電極の提供を可能にすることである。 It is an object of the present invention to enable the provision of a flow field plate / bipolar electrode that can be easily provided with several different / various flow patterns on the same plate.
別の考えられる目的は、例えば、
・異なるフローパターンをバイポーラ電極/フローフィールドプレートの両側に作成する可能性、例えば、平行チャネルを片側に作成し、逆側に単一のみの長いチャネルを作成する可能性を提供すること、すなわち、すべての幾何学的形状のセル毎に流路を配置する可能性を提供すること、
・プレートのすべての開口及び縁を枠の質量内に鋳込むことができるため、開口の腐食をなくすことであって、異種金属接触腐食の危険がある材料に関連して特に有利である、開口の腐食をなくすこと、
・従来既知のバイポーラ電極と比較して、構造高さ(電極に垂直な方向での)の低減を提供し得るバイポーラ電極を達成すること、
・枠が絶縁材料で作られるため、燃料電池スタック内のバイポーラ電極の導電部間の絶縁距離を増大可能であること、
・より低コストでフローフィールドプレートを製造可能なこと
である。
Another possible purpose is, for example,
Providing the possibility to create different flow patterns on both sides of the bipolar electrode / flow field plate, for example to create parallel channels on one side and only a single long channel on the opposite side, i.e. Providing the possibility to place a flow path for every geometrical cell,
Openings that are particularly advantageous in connection with materials that are at risk of dissimilar metal contact corrosion because all openings and edges of the plate can be cast into the mass of the frame, thus eliminating the corrosion of the openings To eliminate the corrosion of the
Achieving a bipolar electrode that can provide a reduction in structural height (in a direction perpendicular to the electrode) compared to previously known bipolar electrodes;
-Since the frame is made of an insulating material, the insulation distance between the conductive parts of the bipolar electrode in the fuel cell stack can be increased.
-The flow field plate can be manufactured at a lower cost.
上述したタイプのバイポーラ電極を使用して、上記目的のうちの1つ又は複数が、特許請求の範囲により電極を構成することにより達成される。 Using bipolar electrodes of the type described above, one or more of the above objects are achieved by configuring the electrodes according to the claims.
以下、本発明について、好ましい実施形態及び同封の図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments and the accompanying drawings.
図1、図3、及び図4は、燃料電池スタック内に使用するための図2a及び図2bのそれぞれによる板を備えるバイポーラ電極の本発明による実施形態の原理を示す。そのような燃料電池スタック内には、少なくとも1つ、各バイポーラ電極の各側に好ましくは複数の導電性バイポーラ電極と、少なくとも1つの陽子交換膜とがある。 1, 3 and 4 show the principle of an embodiment according to the invention of a bipolar electrode comprising a plate according to FIGS. 2a and 2b, respectively, for use in a fuel cell stack. Within such a fuel cell stack there is at least one, preferably a plurality of conductive bipolar electrodes on each side of each bipolar electrode, and at least one proton exchange membrane.
本発明によれば、図1、図3、図4、及び図5に示すバイポーラ電極は、図2aに最も明確に示される、0.1〜1mmの範囲、好ましくは最大で0.5mm、より好ましくは最大0.2mmの材料厚を有する1つのみのプレート1からなる。それぞれ、プレートの片側のパターンの谷4、24が逆側の山25、5を形成するように、開放チャネル3のパターンがプレートの片側に配置され、開放チャネル23のパターンが方の逆側に配置される。プレートのパターン部分は、図2aに示すように、例えば、実質的に正弦波断面を有し、それにより、第1の側のチャネル3で、第2の側のチャネル23と同じ幅B1、B2が得られる。
According to the present invention, the bipolar electrodes shown in FIGS. 1, 3, 4 and 5 are more clearly shown in FIG. 2a in the range of 0.1-1 mm, preferably up to 0.5 mm, more Preferably it consists of only one
他の実施形態では、図6及び図7に示すように、山及び谷は実質的に等しく並んだ平行台形断面を有する。さらに、図2bに示すように、谷の幅は山の幅と異なってよく、片側の幅広の谷及び幅狭の山が、逆側の幅広の山及び幅狭の谷に対応し、それにより、より広い幅B1を有するチャネルが第1の側に形成され、より狭い幅B2を有するチャネル23が第2の側に形成される。この可能性は、例えば、燃料電池において関心が持たれ得る。
In other embodiments, as shown in FIGS. 6 and 7, the peaks and valleys have parallel trapezoidal sections that are substantially equally aligned. Further, as shown in FIG. 2b, the width of the valley may be different from the width of the peak, with the wide and narrow valleys on one side corresponding to the wide and narrow valleys on the opposite side, thereby A channel having a wider width B1 is formed on the first side, and a
さらに、本発明によれば、プレート1は、プレート1の高さhと本質的に同じである(図3参照)合計厚さHを有する電気的に絶縁された封止枠9内に取り付けられ、それにより、表面90A及び90Bのそれぞれが各山5、25と同じレベルにあり、それにより、プレート1及び封止9のそれぞれに共通の封止板P1s及びP2-sが各側に形成される。このようにして、電極を対向する平坦面29’に対して封止して容易に配置することができる。図4参照のこと。
Furthermore, according to the invention, the
図から、プレート1(ここでは逆流の場合を例示する)に、プレート1の2つの側にあるチャネル3、23に反応物を流入させるための開口7、28、ならびに形成された反応生成物をチャネル3、23から流出させるために開口27、8が設けられることも分かる。封止枠9内の第1の窪み10、31が、各流入開口7、28とチャネル3及び23のそれぞれの隣接端部との間に平坦路を形成する。封止枠9内の第2の窪み11、30が、各流出開口27、8とチャネル3及び23のそれぞれの隣接端部との間に平坦路を達成する。さらに、封止9内には、複数のチャネル部分12、32を形成する複数の追加の窪みがあり、各チャネル部分12、32は、任意の谷4、24をプレート1の同じ側の後続、先行、又は平行に接続された谷に接続し、それにより、少なくとも1つの流路3、23が、各流入開口7、28から各流出開口8、27に形成される。
From the figure,
図1、図2a、図3〜図5に示す実施形態では、各チャネル部分12及び32はU字形を形成する。各U字形チャネル部分12及び32の脚の間には、山5及び25の端部に、チャネル部分12、32によりそれぞれ囲まれた封止部/フローバリア9’’がある。さらに、そのような各U字形チャネル部分12、32の間には、封止タング9’があり、封止タング9’は、封止枠9の外部から、中間山5及び25のそれぞれに延び、その端部に対して封止し、次に、チャネル部分12、32の間も封止する。したがって、フローバリア9’’及び封止タング9’は、プレート1の側縁100を超えて延び、これは、プレート1が封止9を形成する材料に鋳込まれる製造時に達成される。
In the embodiment shown in FIGS. 1, 2a, 3-5, each
谷4、25及び山5、25を有するプレート1には単一の形状を提供することができ、且つ谷を接続して、反応物及び形成される反応生成物のための流路3、23を形成するために必要なチャネル部分12、32は、周囲の枠9に配置されるため、より大きな柔軟性を達成することができ、材料及びコストと節減する製造プロセスを選ぶことができ、所望であれば、完成したバイポーラ電極の構造高さを従来よりも小さくすることができる。これらチャネル部分12、32が封止9に形成されることにより、フローパターンのはるかに多数のバリエーションを、限られた数の設計のプレート1を使用するだけであるという可能性と同時に達成することができる。
A
図2bに示す好ましい実施形態では、プレート1の片側の谷4は逆側よりも広く、山5は逆側よりも狭く、それにより、各側のチャネル3は、逆側のチャネル23のB2よりも広いB1。この場合、燃料電池用途では、例えば、空気をプレートの片側の幅広の谷に向けることができ、水素ガスをプレートの逆側の幅狭の谷に向けることができる。
In the preferred embodiment shown in FIG. 2b, the
逆流手順の場合、第1の角に配置された流入開口7が、流入チャネル10を経由してプレート1の片側のチャネル3に直接に接続されることが当てはまる。したがって、隣接する谷4を接続するチャネル部分12を経由して、チャネル3は、蛇行した流れで、直線流出チャネル11の端部を経由して対角線上で対向する第2の角の近傍に配置された流出開口8内で終わる。対応するように、接続が、逆側のチャネル23を通って、第2の角に配置された第2の流入開口28と第2の流出開口27との間に延びる。上側のチャネル10、11とは対照的に、下側の流入/流出チャネル30、31が角度を持ってチャネル23に延びる。
In the case of a backflow procedure, it is true that the
図示のバイポーラ電極の平行流実施形態では、厳密に同じ構造が使用されるが、流入口/流出口に対しては逆が有効である。すなわち、反応物を流入させるための開口7、27は互いに隣接して配置され、形成される反応生成物を流出させる開口8、28はも互いに隣接して配置される。
In the illustrated bipolar electrode parallel flow embodiment, exactly the same structure is used, but the reverse is valid for the inlet / outlet. That is, the
封止枠9には、例えば、冷却が必要な場合に、反応物ではなく、プレート1の片側のチャネル内を流れることを意図された冷却媒体の流入及び流出のための開口19、及びプレートを燃料電池スタック内に一緒に保持する図示されていない棒を引き込むための開口20を設けることもできる。封止枠9内の図示されていない窪みにより、追加の開口19を谷4及び24に接続してもよい。
The sealing
上述した実施形態では、プレート1の側縁100は全体的に、電気的に絶縁された封止枠9内に封入される。封止枠9には、部分的に反応物のための各流入開口から各チャネル3、23への流通、部分的には形成された反応生成物のための各チャネルから各流出開口への流通、及び部分的には接続すべき谷間の接続を付与するリセスが設けられる。好ましくは、封止枠9、29、及び49、54のそれぞれの材料は、使用される反応物及び形成される反応生成物に対する十分な耐性を有する材料の群から選択され、材料は導電性を有さない。好ましくは、谷4、24の少なくとも大半は直線であり、等しい長さを有する。図1〜図5及び図2bに示す実施形態では、チャネルパターンはプレート1の略全体を覆い、それにより、プレート1の2つの対向する縁100に向かって谷4、24は全深さを有し、山5、25は全高さを有する。この実施形態によるプレートは、単純に、例えば、シートを曲げることにより製造することができる。
In the above-described embodiment, the
図3及び図4では、燃料電池内のバイポーラ電極が、両側で膜電極組立体39(MEA)で囲まれることが示される。さらに、図1の断面、すなわち、図3、図4、及び図5に示すように、チャネル部分12、32の高さh’ならびに流入チャネル及び流出チャネル10、11、30、31のそれぞれの高さも、H2を超えないような深さを有して配置。すなわち、h’<0.5Hである。このようにして、チャネル部分12を、下部のチャネル部分32と同じ断面平面に上部のチャネル部分12を配置することが可能である。断面がフロー方向に垂直な平面において略一定であり、それにより、各チャネル3内の流れ抵抗が略同じであることを暗示するチャネル部分12、32の設計が選択される。これは、チャネル部分12、32の深さh’が本質的にプレート1のチャネル3、23の中央の深さhよりも小さい場合、U字形部分12、32の脚の幅が、好ましくは、プレート1の中央にあるチャネルの幅B1、B2よりも本質的に広くあるべきであることを暗示する。例えば、隣接するチャネル間のMEAのガス拡散層を通る特定の漏れ流れを達成する(それにより、「活性表面」/収率を増大させる)ために、圧力低下が望ましい場合、断面積のより小さなチャネル部分12、32を選択し得る。
3 and 4, it is shown that the bipolar electrode in the fuel cell is surrounded on both sides by a membrane electrode assembly 39 (MEA). Further, as shown in the cross-section of FIG. 1, ie, FIGS. 3, 4, and 5, the height h ′ of the
膜自体は33で示され、その両側には、ガス拡散膜34、35が設けられる。それ自体既知の様式で、膜33及びガス拡散層34、35は、燃料電池内で実行される反応に適合される。ガス拡散層34、35は導電性であり、例えば、炭素繊維ウェブ又はグラファイト紙からなり得る。膜33自体と、ガス拡散層34、35とからなるユニット39はMEA(膜電極組立体)と呼ばれることもある。さらに、封止枠36内に収容される枠領域を有することが有利であり得、膜ユニット封止の封止枠は、バイポーラ電極の封止に当接する。燃料電池スタック内で、一方のガス拡散層34は、バイポーラ電極の片側の山5のピークに当接して、山5の間のチャネル4の境界を定め、他方のガス拡散層35は、バイポーラ電極の逆側の山25のピークに当接して、山25の間の谷24の境界を定める。当然ながら、膜ユニット39又はその封止枠36にも、バイポーラ電極の開口に対応する開口が設けられる。
The film itself is indicated by 33, and
図6〜図13による実施形態では、チャネルパターン2、22は、図6〜図8に最もよく示されるように、プレート1の中央部分に配置され、枠部分6、26により囲まれ、枠部分6、26内に、プレート1の両側のチャネル3、23に反応物を流入させる(平行流で)開口7、27が配置される。プレート1には、プレートの両側のチャネル3、23から反応生成物を流出させる開口8、28も設けられ、チャネル3、23のうちの少なくとも大半は直線であり、同じ長さ及び枠部分6、26での端部を有する。また、この場合、谷4、24を接続して、反応物及び反応生成物の流路を形成するために必要なチャネル部分12、32は、囲む枠9内に配置され、これは図9〜図13に示される。しかし、この実施形態では、谷/山は、密な端壁4’、24’が谷4、24を枠領域6、26に接続するようにプレート内に曲げられる。
In the embodiment according to FIGS. 6 to 13, the channel patterns 2, 22 are arranged in the central part of the
好ましい実施形態によれば、プレート1は適宜、最大で1mm、好ましくは0.1〜0.8mmの厚さの材料を有する板金からなり、それにより、製造費ならびに構造高さを低く抑えることができる。
According to a preferred embodiment, the
チャネルパターン2、22を達成する特に適したプレス方法は、断熱プレスであるため、(特許文献3)が参照により本明細書に援用される。 A particularly suitable pressing method for achieving the channel patterns 2 and 22 is an adiabatic press, so that US Pat.
代替の実施形態では、プレート1は、燃料電池スタックに供給されるか、又は燃料電池スタック内で形成される反応物に対して耐性のある、良好な導電性を有するポリマーからなる。
In an alternative embodiment, the
枠領域6、26は、バイポーラ電極の平面Pに配置され、この平面は、電極の片側の山5のピークと逆側の山25のピークとの間に配置される。この平面は、プレートの片側の山のピークと逆側の山のピークとの中間に配置し得る。所望の場合、この平面を片側の山のピークに向かう方向に変位させて、プレートの片側の圧力低下を増大させるのと同時に、プレートの逆側の圧力低下の低減を可能にし得ることも可能である。
The
図6〜図13に示すプレート1を燃料電池スタック内のバイポーラ電極として使用する場合、腐食に対する最良の保護及び最良の電気絶縁性を得ることが適し、これは、枠領域6の全体が電気的に絶縁された封止枠9内に封入され、窪み10、30が、部分的に各反応物流入口7、27を各チャネル3、23に接続し、窪み11、31が各チャネル3、23を反応生成物の各流出口に接続する、図9〜図13に最も明確に示される。図9は、好ましい実施形態では、プレート(例えば、図7参照)内の各開口縁が封止枠9の封止材料で囲まれ、それにより、絶縁路が本質的に連続表面間で増大することを明瞭にする。
When the
図7〜図13の平面図及び断面から分かり得るように、本発明は、枠領域6、16が使用される場合にも、非常に高い柔軟性に対する可能性を提供する。例えば、枠6、26を有する本質的に同じタイプのプレート1が使用されるが、封止枠9が本質的に異なる設計を有する図9及び図12を参照のこと。図9では、チャネル部分12は、図1〜図5に関連して既に述べたように、本質的にU字形のリセスにより封止枠9に配置されている。図1〜図5とは対照的に、U字形の脚の間に配置される封止部9’は、封止の観点からは実際には必要なものではない。
As can be seen from the plan views and cross-sections of FIGS. 7-13, the present invention offers the possibility for very high flexibility even when the
チャネル3、23が配置され、プレート1に開口がなく、密な端面4’、24’が流れを制御する図6〜図13による実施形態では、谷4、24の端部を通しての片側から逆側への横断流の危険がない。逆に、多くの用途で、それでもやはり、電極に寄り掛かる膜に追加の支持を付与するために、封止材料9’のそのようなU字形部を配置することが好ましいであろう。
In the embodiment according to FIGS. 6 to 13 in which the
図9に示す実施形態によれば、流れは強制的に(平行流を経由して)流入開口7を介し、封止材料9のリセス10を通り、そこに接続され、電極の最上側(図9に見られる)のチャネル3の冒頭を形成する谷内に流入する。その後、チャネルは、上述したように蛇行して流出開口(図示せず)に延びる。逆側のチャネルは、それに対応した方法で配置し得る。図12には、蛇行形の流れに代えて、単に封止枠9内の流路を開放し、それにより、流入開口7を平行する谷4のそれぞれ1つに直結することにより、平行流も容易に達成し得ることが示される。この原理モデルによる異なるタイプの組み合わせにより、特に、プレートPを異なる距離に位置決めし、且つ/又は異なる幅B1、B2のチャネルを各側に使用する可能性と組み合わせて、非常に大きなバリエーションのフローパターンが可能なことが実現される。
According to the embodiment shown in FIG. 9, the flow is forced (via parallel flow) through the
図14〜図16に異なる流路を概略的に示すことにより、左列に本発明により想像される電極の片側が示され、右列に背面が示される少数の可能な実施形態例を示すことにより、本発明を使用して達成できる並外れた柔軟性が示される。 14 to 16 schematically show the different flow paths, showing a few possible embodiments where one side of the electrode envisioned by the present invention is shown in the left column and the back is shown in the right column Shows the extraordinary flexibility that can be achieved using the present invention.
図14には、本発明により、特定の用途、例えば、水素ガスに関連する用途において好ましいであろう、いわゆる「行き止まり」を使用して、複数の平行チャネルを片側に容易に達成できることが示される。同時に、その逆側では、1つ置きの谷のみを蛇行パターンに接続し、それにより、背面の全体流路を本質的に、正面よりも短くすることができ、これは特定の事例で望ましい適用例である。 FIG. 14 shows that the present invention allows multiple parallel channels to be easily achieved on one side using a so-called “dead end” that may be preferred in certain applications, such as those related to hydrogen gas. . At the same time, on the opposite side, only every other valley can be connected to the serpentine pattern, thereby making the overall flow path on the back essentially shorter than the front, which is the desired application in certain cases It is an example.
図15には、本発明による谷が貫流に使用され、その一方で、背面(15A)により従来的な蛇行パターンが付与される変形を示す。 FIG. 15 shows a variant in which the valley according to the invention is used for flow through, while the back (15A) gives a conventional meander pattern.
図16には、同じプレートを使用して、上述した方法と同じ方法で、例えば、図16では片側の4つの各谷を接続することにより、劇的に変更された流路を正面及び背面のそれぞれで得ることもでき、その一方で、図16Aでは、隣接する1つ置きの谷が逆側に接続されることが示される。したがって、フローパターンを変更させるこの可能性は、本発明による大きな利点である。 In FIG. 16, the same plate is used in the same manner as described above, for example, by connecting each of the four valleys on one side in FIG. Each can also be obtained, while in FIG. 16A it is shown that every other adjacent valley is connected to the opposite side. This possibility of changing the flow pattern is therefore a great advantage according to the invention.
図17に示す代替の実施形態では、プレート41は丸く、略円形である。プレート41内に、プレートの片側の開放チャネル43のパターン42及びプレートの逆側のチャネルの示されていないパターンが、プレートの片側のパターンの山45の間の谷44が、逆側の谷の間の山を形成し、またどの逆も同様であるように配置されている。より厳密には、チャネルパターンは、1つのみの山及び内側に螺旋状に延びる隣接するチャネルからなる。当然ながら、所望であれば、パターンのある領域上に螺旋状に延びる隣接する谷を有する2つ以上の平行山を作り、それにより、対応する数のチャネルをプレートの各側に形成することも可能である。プレートの周縁に沿って延びる枠領域46には、プレート41の片側のチャネル43の流入又は流出のための第1の開口47、及び第1の開口47に関連して、プレート41の逆側のチャネルの流入又は流出のための第2の開口が設けられる。中央の内部領域53には、プレートの片側のチャネル43の流出又は流入のための第1の開口48、及び第1の開口48に関連して、中央領域53に、プレートの逆側のチャネルの流出又は流入のための第2の開口68が設けられる。
In an alternative embodiment shown in FIG. 17, the
枠領域46及び中央内部領域53は両方とも、バイポーラ電極の平面に配置され、この平面は、電極の片側の山45のピークと逆側の山のピークとの間に配置される。図3〜図6の実施形態のように、この平面は、プレートの片側の山のピークと逆側の山のピークとの中間にある正中面からなり得る。所望であれば、この平面を片側の山のピークに向かう方向に変位させることも可能である。
Both the
図17に示すプレート41の実施形態では、追加の開口、すなわち、例えば、循環媒体、例えば、冷却水を供給/排出するための開口59、及び燃料電池スタックを一緒に軸方向に保持する引き込み棒を挿入するための開口60が枠領域46に配置される。
In the embodiment of the
さらに、部分的に各反応物流入口46、47を逆側のチャネル43及び隣接するチャネル41のそれぞれに接続する窪み50、70ならびにこれらチャネルを反応生成物用の各流出口48、68に接続する窪み51、71を有する枠領域46及び中央内部領域53の全体が、他の実施形態について上述したように、適宜、電気絶縁性の封止枠49及び内部封止枠54内に入れられることが示される。当然ながら、封止枠49及び内部封止枠54は、プレート41の両側に存在する。さらに、この文脈の中では、内部封止枠54は、図示の実施形態では、いかなる中央領域も囲まないが、いくらか不適切に枠と呼ばれる。
In addition,
プレート1、41のシート材料が、反応物又は形成される反応生成物により影響を受ける材料からなる場合、プレート1、41の両側に、影響を受けない材料の薄い保護層を設けることが適する。プレートの外縁及び開口7、8、27、28、19、20、47、48、59、60、67、68は、例えば、打ち抜きを通して製造され、開口のその他の縁及び内側は、保護されず、したがって、反応物及び/又は反応生成物による影響を受け得る領域を示す。したがって、封止枠9、49、及び54に、プレートの縁及び開口7、8、27、28、19、20、47、48、59、60、67、68の縁も入れ、それにより、それらが反応物及び/又は反応生成物ならびに保護層とプレート1、41の基本材料との異種金属接触腐食から保護されることが適する。外縁を入れることにより、望ましくない電気接触に対する保護も与えられる。
If the sheet material of the
本発明によるバイポーラ電極は、例えば、燃料電池スタックの製造時に以下の利点を提供する。 The bipolar electrode according to the present invention provides the following advantages, for example, when manufacturing a fuel cell stack.
複雑なパターンを有するバイポーラ電極/フローフィールドプレートの単純で安価な製造。スタック製造時の外縁、ネジ穴等の絶縁が、枠に絶縁材料を選択することにより容易に解消され、それにより、取付が容易になる。封止を緩める必要性が低減する。プレートのすべての開口及び縁が枠の質量に鋳込まれるため、開口の腐食がなくなる。金属の製造が高価な設計を作成することが可能であるため、流入口及び流出口の周囲の封止は単純である。 Simple and inexpensive manufacture of bipolar electrodes / flow field plates with complex patterns. Insulations such as outer edges and screw holes at the time of stack manufacture are easily eliminated by selecting an insulating material for the frame, thereby facilitating mounting. The need to loosen the seal is reduced. Since all the openings and edges of the plate are cast into the frame mass, there is no corrosion of the openings. Sealing around the inlet and outlet is simple because metal manufacturing can create expensive designs.
従来のスタックでは、絶縁距離が膜のみの厚さに対応するため、電池から電池へ流路を通してプレート間に電気過負荷がかかる恐れがある。枠が絶縁材料で作られる場合、上記絶縁距離は劇的に増大する。 In the conventional stack, since the insulation distance corresponds to the thickness of only the film, an electric overload may be applied between the plates through the flow path from the battery to the battery. If the frame is made of an insulating material, the insulation distance increases dramatically.
本発明は、上記説明に限定されず、添付の特許請求の範囲内で変更可能である。この原理が、すべての幾何学的形状のフロープレートのパターン外縁及び内部の両方に流路を配置する可能性を提供することが認識される。 The present invention is not limited to the above description, but can be modified within the scope of the appended claims. It will be appreciated that this principle provides the possibility to place flow channels both on the outer edge and inside the pattern of all geometrical flow plates.
枠の適した材料を選択することにより、スタック内の圧力をスタック全体に均等に分散する。 By selecting a suitable material for the frame, the pressure in the stack is evenly distributed throughout the stack.
バイポーラ電極/フローフィールドプレートの両側に異なるフローパターン、例えば、片側に平行チャネル及び逆側に1つのみの長いチャネルを作成し得る。 Different flow patterns can be created on both sides of the bipolar electrode / flow field plate, eg, parallel channels on one side and only one long channel on the opposite side.
枠内で異なる材料を混合して、枠に化学的観点及び機械的観点の両方からまさに正しい属性を正しい場所に付与し得る。 Different materials can be mixed within the frame to give the frame exactly the right attributes from both a chemical and mechanical point of view.
プレート自体は、複数の異なる材料で、異なる方法により、例えば、薄い金属シートをプレス/曲げることにより、製造することができる。 The plate itself can be manufactured with different materials in different ways, for example by pressing / bending a thin metal sheet.
2つの異なるフローフィールドプレートを接続して埋め込み、両側に異なるパターンを達成し、且つ/又はプレート間に、例えば冷却用の追加のチャネルを作成し得る。 Two different flow field plates can be connected and embedded to achieve different patterns on both sides and / or create additional channels between the plates, for example for cooling.
スタックを誤った方法で取付けし得ないように、ガイドスピンドルを容易に埋め込み得る。 The guide spindle can be easily embedded so that the stack cannot be attached in the wrong way.
産業上の利用可能性
上述した本発明によるフローフィールドプレートは、原理上、水素ガスにより駆動され、空気又は酸素ガスが酸化媒体として使用されるタイプの燃料電池内での使用を意図されるが、当然ながら、当業者は、単純に、いかなる発明の作業もなく、隣接する用途分野内で使用し得るように、続く特許請求の範囲内で本発明を変更し得る。
Industrial Applicability The flow field plate according to the invention described above is in principle intended for use in a fuel cell of the type driven by hydrogen gas and using air or oxygen gas as the oxidizing medium, Of course, those skilled in the art may modify the invention within the scope of the following claims so that they can be used in the adjacent field of application simply without any inventive work.
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