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1
The 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.

国際公開第00/31815号パンフレットInternational Publication No. 00/31815 Pamphlet 米国特許第6,051,331号明細書US Pat. No. 6,051,331 国際公開第0183132号パンフレットInternational Publication No. 0183132 Pamphlet

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.

プレートにチャネルパターンが設けられた、本発明によるバイポーラ電極の第1の実施形態の片側の平面図であり、ここでのプレートは正方形であり、プレートの2つの対向する側縁に向かって延びるチャネルを有し、チャネルの曲線を形成する部分が設けられた封止枠内に含まれる。1 is a plan view of one side of a first embodiment of a bipolar electrode according to the invention, wherein the plate is provided with a channel pattern, where the plate is square and extends toward two opposite side edges of the plate And is included in a sealing frame provided with a portion for forming a curve of the channel. 枠内に組み込まれる前の図1のプレートの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the plate of FIG. 1 before being assembled into a frame. 代替の実施形態によるプレートの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a plate according to an alternative embodiment. 図1の線III−IIIによる断面図である。It is sectional drawing by line III-III of FIG. 図1の線IV−IVによる断面図である。It is sectional drawing by line IV-IV of FIG. 図1の線V−Vによる断面図である。It is sectional drawing by line VV of FIG. チャネルパターンが設けられたプレートの第2の実施形態の片側の平面図であり、ここでのプレートは正方形であり、チャネルパターンを囲む枠領域を有し、このプレートは、本発明によるチャネル曲線を形成する部分が設けられた封止枠内に組み込まれる。FIG. 6 is a plan view of one side of a second embodiment of a plate provided with a channel pattern, where the plate is square and has a frame region surrounding the channel pattern, the plate having a channel curve according to the invention; The part to be formed is incorporated into a sealing frame provided. 図6の線VII−VIIによる断面図である。It is sectional drawing by line VII-VII of FIG. 図6の線VIII−VIIIによる断面図である。It is sectional drawing by line VIII-VIII of FIG. プレートに、チャネル曲線を形成する部分を有する封止枠が設けられて、本発明によるバイポーラ電極の第2の好ましい実施形態を形成する場合の図5の左上角の部分図である。FIG. 6 is a partial view of the upper left corner of FIG. 5 when the plate is provided with a sealing frame having a portion forming a channel curve to form a second preferred embodiment of the bipolar electrode according to the invention. 図9の線X−Xによる断面図である。It is sectional drawing by line XX of FIG. 図9の線XI−XIによる断面図である。It is sectional drawing by line XI-XI of FIG. プレートに、チャネル曲線を形成する部分を有する封止枠が設けられて、本発明によるバイポーラ電極の第3の好ましい実施形態を形成する場合の図5の左上角の部分図である。FIG. 6 is a partial view of the upper left corner of FIG. 5 when the plate is provided with a sealing frame having a portion forming a channel curve to form a third preferred embodiment of the bipolar electrode according to the invention. 図12の線XIII−XIIIによる断面図である。It is sectional drawing by line XIII-XIII of FIG. 本発明のバイポーラ電極の片側にチャネル曲線により形成される枠部分により達成された異なるチャネルパターンを示す。Fig. 4 shows different channel patterns achieved by a frame portion formed by channel curves on one side of the bipolar electrode of the present invention. 本発明のバイポーラ電極の逆側にチャネル曲線により形成される枠部分により達成された異なるチャネルパターンを示す。Fig. 4 shows different channel patterns achieved by a frame portion formed by channel curves on the opposite side of the bipolar electrode of the present invention. 本発明のバイポーラ電極の片側にチャネル曲線により形成される枠部分により達成された異なるチャネルパターンを示す。Fig. 4 shows different channel patterns achieved by a frame portion formed by channel curves on one side of the bipolar electrode of the present invention. 本発明のバイポーラ電極の逆側にチャネル曲線により形成される枠部分により達成された異なるチャネルパターンを示す。Fig. 4 shows different channel patterns achieved by a frame portion formed by channel curves on the opposite side of the bipolar electrode of the present invention. 本発明のバイポーラ電極の片側にチャネル曲線により形成される枠部分により達成された異なるチャネルパターンを示す。Fig. 4 shows different channel patterns achieved by a frame portion formed by channel curves on one side of the bipolar electrode of the present invention. 本発明のバイポーラ電極の逆側にチャネル曲線により形成される枠部分により達成された異なるチャネルパターンを示す。Fig. 4 shows different channel patterns achieved by a frame portion formed by channel curves on the opposite side of the bipolar electrode of the present invention. 本発明の代替の実施形態を示す。3 shows an alternative embodiment of the present invention.

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 plate 1 having a material thickness of at most 0.2 mm. The pattern of the open channel 3 is arranged on one side of the plate and the pattern of the open channel 23 is on the opposite side so that the valleys 4 and 24 of the pattern on one side of the plate form opposite peaks 25 and 5 respectively. Be placed. The pattern portion of the plate has, for example, a substantially sinusoidal cross-section, as shown in FIG. 2a, so that the first side channel 3 has the same width B1, B2 as the second side channel 23. Is obtained.

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 channel 23 having a narrower width B2 is formed on the second side. This possibility may be of interest, for example, in fuel cells.

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P1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 plate 1 is mounted in an electrically insulated sealing frame 9 having a total thickness H that is essentially the same as the height h of the plate 1 (see FIG. 3). whereby each of the surfaces 90A and 90B have the same level as each peak 5,25, whereby the plate 1 and a common sealing plate P1 s and P 2-s to the respective sealing 9 on each side It is formed. In this way, the electrodes can be easily disposed by sealing against the opposing flat surface 29 '. See FIG.

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, plate 7, which is illustrated here with backflow, is shown with openings 7, 28 for allowing reactants to flow into channels 3, 23 on two sides of plate 1, as well as the reaction product formed. It can also be seen that openings 27 and 8 are provided for flow out of the channels 3 and 23. The first recesses 10, 31 in the sealing frame 9 form a flat path between each inflow opening 7, 28 and the respective adjacent ends of the channels 3 and 23. Second recesses 11, 30 in the sealing frame 9 achieve a flat path between each outflow opening 27, 8 and the respective adjacent end of the channels 3 and 23. Furthermore, within the seal 9, there are a plurality of additional depressions forming a plurality of channel portions 12, 32, each channel portion 12, 32 having an optional valley 4, 24 following the same side of the plate 1, Connected to the leading or parallel connected valleys, whereby at least one flow path 3, 23 is formed from each inflow opening 7, 28 to each outflow opening 8, 27.

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 channel portion 12 and 32 forms a U-shape. Between the legs of each U-shaped channel portion 12 and 32 is a seal / flow barrier 9 '' surrounded by the channel portions 12, 32 at the ends of the peaks 5 and 25, respectively. Further, between each such U-shaped channel portion 12, 32 is a sealing tongue 9 ′ that extends from the outside of the sealing frame 9 to each of the intermediate peaks 5 and 25. , Sealed against its end, and then between the channel portions 12, 32. Thus, the flow barrier 9 ″ and the sealing tongue 9 ′ extend beyond the side edge 100 of the plate 1, which is achieved during manufacture when the plate 1 is cast into the material forming the seal 9.

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 plate 1 having valleys 4, 25 and peaks 5, 25 can be provided with a single shape, and connecting the valleys, the flow paths 3, 23 for the reactants and reaction products formed. The channel portions 12, 32 required to form the are placed in the surrounding frame 9, so that greater flexibility can be achieved, materials and costs can be selected and the manufacturing process can be chosen, and the desired Then, the structural height of the completed bipolar electrode can be made smaller than before. By forming these channel portions 12, 32 in the seal 9, a much greater number of variations in the flow pattern are achieved with the possibility of using only a limited number of designs of the plate 1. Can do.

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 valley 4 on one side of the plate 1 is wider than the reverse side and the peak 5 is narrower than the reverse side, so that the channel 3 on each side is more than the B2 of the channel 23 on the reverse side. Wide B1. In this case, in the fuel cell application, for example, air can be directed to a wide valley on one side of the plate, and hydrogen gas can be directed to a narrow valley on the opposite side of the plate.

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 inflow opening 7 arranged at the first corner is connected directly to the channel 3 on one side of the plate 1 via the inflow channel 10. Thus, via the channel portion 12 connecting the adjacent valleys 4, the channel 3 is in a serpentine flow and is disposed in the vicinity of the second corner diagonally opposite via the end of the straight outflow channel 11. Ends in the outlet 8 which has been made. Correspondingly, a connection extends through the opposite channel 23 between a second inflow opening 28 and a second outflow opening 27 arranged at a second corner. In contrast to the upper channels 10, 11, the lower inflow / outflow channels 30, 31 extend into the channel 23 at an angle.

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 openings 7 and 27 for allowing the reactant to flow in are disposed adjacent to each other, and the openings 8 and 28 for allowing the formed reaction product to flow out are also disposed adjacent to each other.

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 frame 9 has, for example, an opening 19 for the inflow and outflow of a cooling medium intended to flow in the channel on one side of the plate 1 but not the reactants when cooling is required, and the plate. An opening 20 may also be provided for retracting a rod (not shown) that is held together in the fuel cell stack. An additional opening 19 may be connected to the valleys 4 and 24 by a recess (not shown) in the sealing frame 9.

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 side edge 100 of the plate 1 is entirely enclosed in the electrically insulated sealing frame 9. In the sealing frame 9, the flow from the respective inflow openings for the reactants to the respective channels 3, 23 is partially distributed, and the flow from the respective channels for the formed reaction products to the respective outflow openings. And, in part, a recess is provided that provides a valley connection to be connected. Preferably, the material of each of the sealing frames 9, 29 and 49, 54 is selected from the group of materials that are sufficiently resistant to the reactants used and the reaction products formed, and the materials are conductive. I don't have it. Preferably, at least most of the valleys 4, 24 are straight and have equal lengths. In the embodiment shown in FIGS. 1 to 5 and 2 b, the channel pattern covers substantially the entire plate 1, so that the valleys 4, 24 have a full depth towards the two opposite edges 100 of the plate 1. The peaks 5 and 25 have a total height. The plate according to this embodiment can be produced simply by bending the sheet, for example.

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 channel portions 12, 32 and the respective heights of the inflow and outflow channels 10, 11, 30, 31 are shown. In addition, it has a depth that does not exceed H2. That is, h ′ <0.5H. In this way, it is possible to place the upper channel portion 12 in the same cross-sectional plane as the lower channel portion 32. The design of the channel portions 12, 32 is selected, which implies that the cross-section is substantially constant in a plane perpendicular to the flow direction, thereby implying that the flow resistance in each channel 3 is substantially the same. This is because if the depth h ′ of the channel portions 12, 32 is essentially less than the central depth h of the channels 3, 23 of the plate 1, the width of the legs of the U-shaped portions 12, 32 is preferably It implies that it should be essentially wider than the width B1, B2 of the channel in the middle of the plate 1. For example, if a pressure drop is desired to achieve a specific leakage flow through the gas diffusion layer of the MEA between adjacent channels (thus increasing the “active surface” / yield), the cross-sectional area is smaller Channel portions 12, 32 may be selected.

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 gas diffusion films 34 and 35 are provided on both sides thereof. In a manner known per se, the membrane 33 and the gas diffusion layers 34, 35 are adapted to the reactions carried out in the fuel cell. The gas diffusion layers 34, 35 are electrically conductive and can be made of, for example, a carbon fiber web or graphite paper. The unit 39 composed of the membrane 33 itself and the gas diffusion layers 34 and 35 is sometimes referred to as MEA (membrane electrode assembly). Furthermore, it may be advantageous to have a frame area that is accommodated in the sealing frame 36, the membrane unit sealing sealing frame being in contact with the bipolar electrode sealing. In the fuel cell stack, one gas diffusion layer 34 abuts the peak of the peak 5 on one side of the bipolar electrode to delimit the channel 4 between the peaks 5, and the other gas diffusion layer 35 is a bipolar electrode. In contact with the peak of the mountain 25 on the opposite side to the boundary of the valley 24 between the peaks 25. Of course, the membrane unit 39 or its sealing frame 36 is also provided with an opening corresponding to the opening of the bipolar electrode.

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 plate 1 and best surrounded by the frame parts 6, 26, as best shown in FIGS. 6 and 26, openings 7 and 27 are arranged (in parallel flow) to allow the reactants to flow into the channels 3 and 23 on both sides of the plate 1. The plate 1 is also provided with openings 8, 28 through which the reaction products flow out of the channels 3, 23 on both sides of the plate, at least most of the channels 3, 23 being straight, having the same length and frame portion 6, With an end at 26. Further, in this case, the channel portions 12 and 32 necessary for connecting the valleys 4 and 24 to form the reactant and reaction product flow paths are arranged in the surrounding frame 9, which is shown in FIGS. It is shown in FIG. However, in this embodiment, the valleys / peaks are bent into the plate so that the dense end walls 4 ', 24' connect the valleys 4, 24 to the frame regions 6, 26.

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 plate 1 is suitably made of sheet metal having a material thickness of at most 1 mm, preferably 0.1 to 0.8 mm, thereby keeping the manufacturing costs and the structural height low. it can.

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 plate 1 is made of a polymer with good conductivity that is resistant to the reactants that are fed into or formed in the fuel cell stack.

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 frame regions 6 and 26 are arranged in the plane P of the bipolar electrode, and this plane is arranged between the peak of the peak 5 on one side of the electrode and the peak of the peak 25 on the opposite side. This plane may be located midway between the peak on one side of the plate and the peak on the opposite side. If desired, this plane can be displaced in the direction toward the peak on one side to increase the pressure drop on one side of the plate, while at the same time allowing the pressure drop on the opposite side of the plate to be reduced. is there.

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 plate 1 shown in FIGS. 6 to 13 is used as a bipolar electrode in a fuel cell stack, it is suitable to obtain the best protection against corrosion and the best electrical insulation, since the entire frame region 6 is electrically The recesses 10 and 30 partially connect the respective reaction flow inlets 7 and 27 to the respective channels 3 and 23, and the recesses 11 and 31 respectively connect the respective channels 3 and 23. The connection between each outlet of the reaction product is most clearly shown in FIGS. FIG. 9 shows that in a preferred embodiment, each opening edge in the plate (see, eg, FIG. 7) is surrounded by the sealing material of the sealing frame 9, thereby increasing the insulation path between essentially continuous surfaces. Make it clear.

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 frame regions 6, 16 are used. See, for example, FIGS. 9 and 12 in which essentially the same type of plate 1 with frames 6, 26 is used, but the sealing frame 9 has an essentially different design. In FIG. 9, the channel portion 12 is arranged in the sealing frame 9 by an essentially U-shaped recess, as already described in connection with FIGS. In contrast to FIGS. 1 to 5, the sealing part 9 ′ arranged between the U-shaped legs is not actually necessary from a sealing point of view.

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 channels 3, 23 are arranged, the plate 1 has no openings and the dense end faces 4 ′, 24 ′ control the flow, reverse from one side through the ends of the valleys 4, 24. There is no risk of cross-flow to the side. Conversely, in many applications, it may still be preferable to place such a U-shaped portion of the encapsulant 9 'to provide additional support to the membrane leaning against the electrode.

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 inflow opening 7 through the recess 10 of the sealing material 9 and connected there, the top side of the electrode (see FIG. 9). 9) (shown in FIG. 9) into the valley forming the beginning of channel 3. The channel then snakes and extends to the outflow opening (not shown) as described above. The opposite channel may be arranged in a corresponding manner. In FIG. 12, instead of the meandering flow, the flow path in the sealing frame 9 is simply opened so that the inflow opening 7 is directly connected to each one of the parallel valleys 4 so that the parallel flow is also shown. It can be easily achieved. The different types of combinations according to this principle model, especially in combination with the possibility of positioning the plate P at different distances and / or using different width B1, B2 channels on each side, Is possible.

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 plate 41 is round and generally circular. Within the plate 41, the pattern 42 of the open channel 43 on one side of the plate and the pattern not shown of the channel on the opposite side of the plate have valleys 44 between the peaks 45 of the pattern on one side of the plate. They are arranged to form a mountain between them and vice versa. More precisely, the channel pattern consists of only one peak and adjacent channels extending in a spiral inward. Of course, if desired, two or more parallel peaks with adjacent valleys extending spirally over the patterned area can be created, thereby forming a corresponding number of channels on each side of the plate. Is possible. The frame region 46 extending along the periphery of the plate has a first opening 47 for inflow or outflow of the channel 43 on one side of the plate 41, and an opposite side of the plate 41 in relation to the first opening 47. A second opening is provided for inflow or outflow of the channel. The central inner region 53 has a first opening 48 for the outflow or inflow of the channel 43 on one side of the plate, and in relation to the first opening 48, the central region 53 has a channel on the opposite side of the plate. A second opening 68 for outflow or inflow is provided.

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 frame region 46 and the central interior region 53 are located in the plane of the bipolar electrode, and this plane is located between the peak of the peak 45 on one side of the electrode and the peak of the opposite peak. As in the embodiment of FIGS. 3-6, this plane may consist of a median plane between the peak on one side of the plate and the peak on the opposite side. If desired, this plane can be displaced in a direction toward the peak on one side.

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 plate 41 shown in FIG. 17, additional openings, i.e., openings 59 for supplying / discharging the circulation medium, e.g. cooling water, and a draw bar for holding the fuel cell stack together in the axial direction. An opening 60 for inserting a frame is disposed in the frame region 46.

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, indentations 50, 70 that partially connect each reaction stream inlet 46, 47 to the opposite channel 43 and adjacent channel 41, respectively, and these channels to each outlet 48, 68 for reaction products. The entire frame region 46 and the central inner region 53 having the recesses 51 and 71 may be appropriately placed in the electrically insulating sealing frame 49 and the inner sealing frame 54 as described above for the other embodiments. Indicated. Of course, the sealing frame 49 and the inner sealing frame 54 exist on both sides of the plate 41. Furthermore, in this context, the inner sealing frame 54 does not surround any central area in the illustrated embodiment, but is referred to as a frame somewhat inappropriately.

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 plates 1, 41 is made of a material that is affected by the reactants or reaction products formed, it is suitable to provide a thin protective layer of unaffected material on both sides of the plates 1, 41. The outer edges and openings 7, 8, 27, 28, 19, 20, 47, 48, 59, 60, 67, 68 of the plate are produced, for example, through punching, the other edges and the inside of the openings are not protected, Thus, it indicates an area that can be affected by reactants and / or reaction products. Therefore, the sealing frames 9, 49 and 54 also include the edges of the plates and the openings 7, 8, 27, 28, 19, 20, 47, 48, 59, 60, 67, 68, thereby Is suitably protected from foreign metal contact corrosion between the reactants and / or reaction products and the protective layer and the base material of the plates 1, 41. The inclusion of an outer edge also provides protection against unwanted electrical contact.

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.

Claims (16)

各側に谷(4、24)を有する少なくとも1つの円盤形のフロー部分(1)と、前記フロー部分(1)に配置される封止枠(9)とを備え、前記フロー部分は、好ましくは電気的に絶縁性の封止枠(9)に配置されるプレート(1)を備え、前記封止枠(9)には、前記谷(4、24)のうちの少なくともいくつかをフローパターンに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であって、前記封止枠(9)には、チャネル(3、23)への反応物及びチャネル(3、23)からの反応生成物のための少なくとも2つの流入開口及び少なくとも2つの流出開口(8、28、7、27)のそれぞれと、前記プレート(1)の両側におけるチャネル(3、23)と、前記流入/流出開口(8、28、7、27)のそれぞれ1つと谷(4及び24のそれぞれ)の端部との間に流路を達成するための前記封止枠(9)内の第1及び第2の窪み(11、31、10、30)のそれぞれとが設けられることを特徴とする、フローフィールドプレート。   Comprising at least one disc-shaped flow part (1) having valleys (4, 24) on each side and a sealing frame (9) arranged on said flow part (1), said flow part preferably Comprises a plate (1) disposed on an electrically insulating sealing frame (9), wherein at least some of the troughs (4, 24) are flow patterned in the sealing frame (9). A flow field plate for use in a fuel cell stack, provided with a channel portion (12, 32) connected to the sealing frame (9), the reactant to the channel (3, 23) and the channel ( Each of at least two inflow openings and at least two outflow openings (8, 28, 7, 27) for reaction products from 3, 23) and channels (3, 23) on both sides of said plate (1) And the inflow / outflow First and second in the sealing frame (9) for achieving a flow path between each one of the mouths (8, 28, 7, 27) and the end of the valley (respectively 4 and 24) Each of the recesses (11, 31, 10, 30) is provided with a flow field plate. 前記プレート(1)に、前記プレートの片側の谷(4)が逆側に山(25)を形成し、且つその逆も同様であるように、配置された開放チャネル(3、23)が作られることを特徴とする、請求項1に記載のフローフィールドプレート。   An open channel (3, 23) is formed in the plate (1) so that a valley (4) on one side of the plate forms a peak (25) on the opposite side and vice versa. The flow field plate according to claim 1, wherein 前記プレート(1)が、最大で2mm、好ましくは0.05〜0.8mm、より好ましくは最大で0.5mmの材料厚さを有することを特徴とする、請求項2に記載のフローフィールドプレート。   Flow field plate according to claim 2, characterized in that the plate (1) has a material thickness of at most 2 mm, preferably 0.05-0.8 mm, more preferably at most 0.5 mm. . 前記フローパターンが、各流入開口から少なくとも実質的に前記プレート(1)の全体をわたって前記流出開口のそれぞれまで各側に形成されるように、それぞれ1つが前記プレート(1)の任意の谷(4、24)を前記プレート(1)の同じ側の後続、先行、又は平行に結合された谷に接続する複数のチャネル部分(12、32)を特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。   Each one is an arbitrary valley of the plate (1) such that the flow pattern is formed on each side from each inflow opening to at least substantially the entire plate (1) to each of the outflow openings. 4. A plurality of channel portions (12, 32) connecting (4, 24) to subsequent, preceding, or parallel coupled valleys on the same side of the plate (1). The flow field plate according to claim 1. 前記プレート(1)の片側の前記谷が逆側よりも幅広であり、前記山が幅狭であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。   The flow field plate according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the valley on one side of the plate (1) is wider than the opposite side and the peak is narrow. 前記封止枠(9)の厚さ(H)が、前記プレート(1)の高さ(h)と本質的に同じであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。   The thickness (H) of the sealing frame (9) is essentially the same as the height (h) of the plate (1), according to any one of the preceding claims. Flow field plate as described. 前記チャネル部分(12、32)の主拡張部の高さ(h’)がH/2未満であることを特徴とする、請求項6に記載のフローフィールドプレート。   The flow field plate according to claim 6, characterized in that the height (h ') of the main extension of the channel part (12, 32) is less than H / 2. 少なくとも大半の谷(4、24)が、本質的には直線であり、好ましくは同じ長さを有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。   8. A flow field plate according to any one of the preceding claims, characterized in that at least most of the valleys (4, 24) are essentially straight and preferably have the same length. 前記プレート(1)が円形であること、前記封止枠(9)が、前記プレートの周縁に沿った外枠と、そこからある距離に配置された内枠とを備えること、及び前記チャネル(3、23)が湾曲することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。   The plate (1) is circular, the sealing frame (9) comprises an outer frame along the periphery of the plate, and an inner frame arranged at a distance therefrom; and the channel ( The flow field plate according to claim 1, wherein 3, 23) is curved. 前記封止枠(9)に、前記プレート(1)の片側又は両側で反応物に代えて前記チャネル(3、23)内を流れることを意図される追加の媒体、好ましくは冷却媒体の流入及び流出のための追加の開口(19)が設けられることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。   Into the sealing frame (9) an additional medium, preferably a cooling medium, intended to flow in the channel (3, 23) instead of a reactant on one or both sides of the plate (1) and A flow field plate according to any one of the preceding claims, characterized in that an additional opening (19) for the outflow is provided. 前記チャネルパターン(2、22)が、前記プレート(1)の少なくとも略全体を覆い、それにより、前記谷(4、24)が、前記プレート(1)の2つの対向する縁(100)に向かって全深さを有し、前記山(5、25)が全高さを有することを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。   The channel pattern (2, 22) covers at least substantially the whole of the plate (1), so that the valleys (4, 24) face two opposite edges (100) of the plate (1). 11. A flow field plate according to any one of the preceding claims, characterized in that it has a full depth and the peaks (5, 25) have a full height. 前記プレート(1)が、バイポーラ電極の片側の前記山(5)のピークと逆側の前記山(25)のピークとの間の平面(P)に配置された周縁に配置された枠領域(6、26)を備えることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。   A frame region (1) in which the plate (1) is arranged at the periphery arranged on a plane (P) between the peak of the peak (5) on one side of the bipolar electrode and the peak of the peak (25) on the opposite side. The flow field plate according to claim 1, wherein the flow field plate is provided with 6, 26). 前記封止枠(9)が、前記プレート(1)の少なくともいくつかの縁を包むように配置されることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。   Flow field plate according to any one of the preceding claims, characterized in that the sealing frame (9) is arranged to wrap around at least some edges of the plate (1). 前記封止枠(9)が、前記プレート(1)内の少なくとも複数の開口の縁を包むように配置されることを特徴とする、請求項13に記載のフローフィールドプレート。   14. A flow field plate according to claim 13, characterized in that the sealing frame (9) is arranged to wrap around the edges of at least a plurality of openings in the plate (1). 前記封止枠(9)が、前記プレート(1)内の前記開口の縁を含むすべての縁に延びることを特徴とする、請求項14に記載のフローフィールドプレート。   15. A flow field plate according to claim 14, characterized in that the sealing frame (9) extends to all edges including the edge of the opening in the plate (1). 両側に異なる形状を有する前記チャネル部分(12、32)が配置され、それにより、異なるチャネルパターン/フローパターンが両側で達成されることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。   16. The channel according to any one of the preceding claims, characterized in that the channel portions (12, 32) having different shapes on both sides are arranged, whereby different channel patterns / flow patterns are achieved on both sides. Flow field plate as described.
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