JP2015525447A5

JP2015525447A5 - 燃料電池用ガス分配素子、燃料電池、及び燃料電池用ガス分配素子内の可燃性ガスを均質化する方法

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Publication number: JP2015525447A5
Application number: JP2015515551A
Authority: JP
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2033-06-11

Claims

ベース層（１）と、第１の層（２）と、第２の層（３）とを連続して備える燃料電池または電解装置用ガス分配素子（１０）であって、前記第１の層（２）と第２の層（３）に、可燃性ガスである第１の反応流体の流体流のパターンを形成するガス分配構造（１１）が配置され、前記第２の層（３）は第１の開口（１５）を有し、前記第１の開口（１５）は幅（２９）と該幅（２９）よりも大きい長さ（２８）とを有するガス分配素子において、
前記第１の層（２）は燃料入口（２ｂ）および燃料出口（２ｃ）を備え、主流体流方向（９）は前記燃料入口（２ｂ）と前記燃料出口（２ｃ）との間を直線方向に延在し、
前記第１の層（２）のガス分配構造（１１）は、隣り合うように並べられ、主流体流方向（９）に直線的に延在し、燃料入口（２ｂ）を前記燃料出口（２ｃ）に接続する複数の経路（１３）から成り、
経路（１３）を横切って延在する前記第１の開口（１５）は前記長さ（２８）を有し、隣り合うように並べられる少なくとも２つの経路（１３）は前記第１の開口（１５）によって流体接続されるように配置され、
前記第２の層（３）はカソード・アノード電解質ユニット（５）と接触する接触面（３ｃ）を備え、前記第１の開口（１５）は前記接触面（３ｃ）に配置され、第１の開口（１５）すべての総表面が前記接触面（３ｃ）の２０％以上である、ガス分配素子。
前記経路（１３）は相互に平行に延在し、前記第１の開口（１５）は前記経路（１３）に垂直に延在する、請求項１に記載のガス分配素子（１０）。
前記経路（１３）は放射方向に延在し、前記第１の開口（１５）は周方向に延在する、請求項１に記載のガス分配素子（１０）。
前記第１の層（２）の前記経路（１３）の少なくともいくつかはバー素子（２３）によって遮断され、前記バー素子（２３）は間隔をおいて配置されて間に経路（１３）を形成する少なくとも２つのバー（２ａ）を接続しており、前記第２の層（３）は複数の第２の開口（６）を備え、前記第２の開口（６）は前記バー素子（２３）の幅よりも大きな長さ（７）を前記主流体流方向（９）に有しており、前記第２の開口（６）は前記バー素子（２３）に並んで配置されて前記経路（１３）を流体接続し、前記バー素子（２３）をバイパスする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス分配素子（１０）。
前記ベース層（１）に並んで配置される支持層（４）をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載のガス分配素子（１０）。
前記支持層（４）は直線方向に延在する複数の経路（２０）を備え、前記経路（２０）は酸化剤である第２の反応流体を誘導する、請求項５に記載のガス分配素子（１０）。
前記支持層（４）は両側に経路（２０、２０ａ、２０ｂ）を有する波形シートであり、前記第１の層（１）に面する前記経路（２０ｂ）の目的が前記第２の反応流体によって前記第１の層（１）を冷却することであり、反対側の前記経路（２０ａ）の目的が燃料電池ユニットに第２の反応流体を供給することである、請求項６に記載のガス分配素子（１０）。
前記ベース層（１）、前記第１の層（２）、前記第２の層（３）および支持層（４）の少なくとも一つは型打ち抜き、型押し、打ち抜き、エッチング、または高温圧縮によって製造される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のガス分配素子（１０）。
前記ベース層（１）および前記第１の層（２）、または前記第１の層（２）および前記第２の層（３）は、具体的には互いに溶接されることによって一体片を形成する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のガス分配素子（１０）。
支持層（４）は前記ベース層（１）または前記ベース層（１）および前記第１の層（２）との一体片を形成する、請求項５〜９のいずれか一項に記載のガス分配素子（１０）。
第１の開口（１５）すべての総面積は前記接触面（３ｃ）内の全開口（１５、６）の総面積の２０％以上である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のガス分配素子（１０）。
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のガス分配素子（１０）を備える燃料電池。
燃料電池のガス分配素子（１０）内の可燃性ガスを均質化する方法であって、ガス分配素子（１０）はベース層（１）と第１の層（２）と第２の層（３）とを連続して備え、前記第１の層（２）は経路（１３）を有するガス分配構造（１１）を備え、前記第２の層（３）は第１の開口（１５）を備え、各経路（１３）を流れる前記可燃性ガスは前記第１の開口（１５）に入って前記第１の開口（１５）内で均質化され、前記第１の開口（１５）は接触面（３ｃ）でカソード・アノード電解質ユニット（５）と接触し、前記第１の開口（１５）は前記接触面（３ｃ）に配置されることによって、前記可燃性ガスが第１の開口（１５）から前記カソード・アノード電解質ユニット（５）に供給され、
前記ガス分配構造（１１）は、隣り合うように並べられて、燃料入口（２ｂ）と燃料出口（２ｃ）とを接続する複数の線形延在経路（１３）から成り、燃料が経路（１３）内で直線的に流方向（９）に流れ、
前記第１の開口（１５）は流方向（９）を横切って延在し、隣り合うように並んで配置される少なくとも２つの経路（１３）を流体接続し、前記第１の開口（１５）内で均質化された前記可燃性ガスの少なくとも一部は前記第１の層（２）の各経路（１３）に戻るように流れる、あるいは前記第１の層（２）の各経路（１３）間で交換され、
前記可燃性ガスを前記カソード・アノード電解質ユニット（５）に供給する第１の開口（１５）すべての総表面が、前記接触面（３ｃ）の２０％以上である方法。
前記第１の開口（１５）内の前記可燃性ガスの圧力が均等化されるように、前記第１の開口（１５）のうち少なくともいくつかが前記流方向（９）に垂直に延在するため、前記下にある経路（１３）内の前記可燃性ガスの圧力が局所的に均等化される、請求項１３に記載の方法。