JP4954472B2 - 膜電気化学発電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、気体状反応物質への液状の水の直接注入を行う膜電気化学発電装置に関する。
膜電気化学発電装置に基づいて化学エネルギを電気エネルギに変換するプロセスは、当技術分野において知られている。
一般に、膜電気化学発電装置は、相互に電気的に直列に接続され、バイポーラ構成に従って組み立てられた複数の反応セルによって形成される。
一般に、膜電気化学発電装置は、相互に電気的に直列に接続され、バイポーラ構成に従って組み立てられた複数の反応セルによって形成される。
それぞれの反応セルは、燃料と酸化剤との反応の間に生成される化学エネルギを低下させることなく完全に熱エネルギに変換し、従って、カルノー・サイクルの制限を受けることがない。より詳細には、燃料は、反応セルのアノード室へ供給され、それは例えば水素含有量が多い気体状混合物或いはメタノールやエタノールなどの軽いアルコールの溶液からなり、一方、酸化剤は、同じセルのカソード室に供給され、それは例えば空気又は酸素からなる。
燃料は、アノード室内で触媒反応して電気酸化されて陽子Ｈ+及び電子ｅ-を放出し、それらはカソード室で酸化剤電解還元の触媒反応を介して消費されて、水を生成する。アノード室とカソード室とを分離する陽子交換膜は、アノード室からカソード室への陽子Ｈ+の連続的な通過を可能にし、同時に電子ｅ-の通過を妨げ、これは外部電子回路を介して逆に行われる。このようにして、反応セルの極で確立される電気電位の差は最大化される。
膜電気化学発電装置で一般に用いられる陽子交換膜は、化学的に不活性なポリマーからなり、液状の水の存在で酸塩基加水分解を受けることができる基で部分的に官能化され、結果として電荷を分離する。より詳細には、上述の加水分解は、陽イオン（カチオン）の放出と、ポリマーにおける固定された負電荷の形成とからなる。
加水分解を可能とし、従って、陽子の伝導が行われるようにする電荷の分離を可能とするように、陽子交換膜が絶えず水和されることを維持するためには、気体状反応物質（燃料及び酸化剤）は、反応セルの温度に近い温度にあり、水蒸気で飽和された電気化学発電装置へ、電気化学発電装置自体の外側に配された高価で複雑な飽和デバイスによって供給される。
知られている電気化学発電装置は適切な冷却デバイスも備え、冷却デバイスは、循環する流体（例えば脱イオン水）との熱交換を通じて、発電装置自体の機能しているときに生成される熱を取り去る。電気化学発電装置の熱制御を可能にするために、電気化学発電装置から熱を効率的に取り除かねばならないが、それは、通常１００℃より高温での動作に適さない陽子交換膜の熱安定性の制限があるためだけでなく、電解還元反応で生成される水の蒸発と、発電装置を出る不活性の及び変換されない反応物質の流れの結果として水が除去されることとにより、膜の乾燥を可能な限り制限するためである。
しかしながら、これらの冷却デバイスの存在により、知られている電気化学発電装置は複雑で高価になる。
これらの不都合を防ぐための知られている解決方法は、同じ出願人の国際特許出願ＷＯ００／６３９９２に開示されており、この出願では、アノード室及びカソード室の内側に配置された、米国特許第５４８２７９２号に開示されるタイプの網状の材料を有する反応セルからなる膜電気化学発電装置における、液状水の調整された流れを直接に注入する。調整された液状水の流れは、高く作られた表面を利用して網状エレメント内で部分的に蒸発するものであり、調整された液状水の流れにより、２つの個別のデバイスを使用することなしに、従って、発電装置自体の価格及び複雑性が制限されて、気体状反応物質の加湿と膜電気化学発電装置の熱制御とが同時に提供される。
これらの不都合を防ぐための知られている解決方法は、同じ出願人の国際特許出願ＷＯ００／６３９９２に開示されており、この出願では、アノード室及びカソード室の内側に配置された、米国特許第５４８２７９２号に開示されるタイプの網状の材料を有する反応セルからなる膜電気化学発電装置における、液状水の調整された流れを直接に注入する。調整された液状水の流れは、高く作られた表面を利用して網状エレメント内で部分的に蒸発するものであり、調整された液状水の流れにより、２つの個別のデバイスを使用することなしに、従って、発電装置自体の価格及び複雑性が制限されて、気体状反応物質の加湿と膜電気化学発電装置の熱制御とが同時に提供される。
上述の解決方法は、多くの態様では有利であるが、僅かな不都合を呈する。
特に、液状水の調整された流れの直接注入は、それぞれの反応セルの活性領域の周辺で及び気体状反応物質の流れを横切ってなされる。液状水の直接注入のそのようなモードでは、液状水の運動量が低減されること及び密封ガスケットの壁に接着する現象のために、各セルの活性領域内の水の分布が不均一となり、その結果、加湿されていない高温の初期の乾燥領域が形成される。これは、膜のドライアウト（乾燥）を引き起こす作用を有し、従って、水蒸発の機構を妨げることに加えてその動作寿命を低減し、その結果、電気化学発電装置の熱制御に必要な液状水流量を増加させる。
特に、液状水の調整された流れの直接注入は、それぞれの反応セルの活性領域の周辺で及び気体状反応物質の流れを横切ってなされる。液状水の直接注入のそのようなモードでは、液状水の運動量が低減されること及び密封ガスケットの壁に接着する現象のために、各セルの活性領域内の水の分布が不均一となり、その結果、加湿されていない高温の初期の乾燥領域が形成される。これは、膜のドライアウト（乾燥）を引き起こす作用を有し、従って、水蒸発の機構を妨げることに加えてその動作寿命を低減し、その結果、電気化学発電装置の熱制御に必要な液状水流量を増加させる。
本発明の目的は、上述の欠点の無い膜電気化学発電装置を提供することである。
本発明によれば、膜電気化学発電装置は、請求項１に規定されるように実現される。
本発明をより良く理解するために、その実施形態を、非限定的な単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
本発明をより良く理解するために、その実施形態を、非限定的な単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、本発明による膜電気化学発電装置の第１の実施形態を示す。膜電気化学発電装置１は、相互に直列に接続され且つフィルタプレス・タイプの構成に従って組み立てられた複数の反応セル２を備える。
より詳細には、それぞれの反応セル２は、平坦な面を有する一対の導電バイポーラ・プレート３によって境界を定められ、その一対の導電バイポーラ・プレートの中において、外側へ向かって、陽子交換膜４と、一対の多孔質電極５と、膜４と各多孔質電極５との間の界面にデポジットされた一対の触媒層６と、導電バイポーラ・プレート３を多孔質電極５に電気的に接続し、同時に気体状反応物質を分配する、米国特許第５４８２７９２号に記載されるタイプの網状の金属エレメントによって実現される一対の電流収集／分配器７と、アノード密封ガスケット８ａ及びカソード密封ガスケット８ｂからなる密封ガスケット対８ａ、８ｂとが備えられる。アノード密封ガスケット８ａは、燃料（特には水素）の漏洩を防ぐように反応セル２のアノード室９の周辺を密封するためのものであり、一方、カソード密封ガスケット８ｂは、酸化剤（特には空気）の漏洩を防ぐように反応セル２のカソード室１０の周辺を密封するためのものである。アノード及びカソード密封ガスケット８ａ、８ｂは、また、電流収集／分配器７のための座を実現するためのものでもある。
図２に示されるように、導電バイポーラ・プレート３は、実質的に矩形の形状を有し、それぞれに周辺部分１１があり、周辺部分１１は、それぞれ燃料と酸化剤である気体状反応物質を通過させるための第１及び第２の上方開口１２、１３と、随意の残留反応物質と混合された反応生成物の排出のための第１及び第２の下方開口１４、１５と、特には液状の水である冷却流体を通過させるための側方開口１６とを備える。周辺部分１１は、タイロッドのハウジングのための複数の孔１７も備え、タイロッドによって、電気化学発電装置１の締め付けがなされる。
電気化学発電装置１の組み立ての間において、全ての導電バイポーラ・プレート３の第１及び第２の上方開口１２、１３間の結合は、２つの上方長手方向ダクト１８の形成を決定し、一方、全ての導電バイポーラ・プレート３の第１及び第２の下方開口１４、１５間の結合は、２つの下方長手方向ダクト１９の形成を決定する。２つの上方長手方向ダクト１８は、その１つのみを図１に示しているが、これらのダクトが、気体状反応物質の供給マニホールドを画定し、一方、２つの下方長手方向ダクト１９は、その１つのみを図１に示しているが、これらのダクトが、随意の残留反応物質と混合される反応生成物の排出マニホールドを画定する。代替例としては、下方長手方向ダクト１９を供給マニホールドとして用いることができ、上方長手方向ダクト１８を排出マニホールドとして用いることができる。また、２つの気体状反応物質の一方を、一方の上方長手方向ダクト１８を通じて供給し、対応する下方長手方向ダクト１９を用いて排出し、２つの気体状反応物質の他方を、他方の下方長手方向ダクト１９を通じて供給し、対応する上方長手方向ダクト１８を用いて排出することもできる。
更に、全ての導電バイポーラ・プレート３の側方開口１６間の結合は、液状水を通過させるための、図１に示されていない側方ダクトを形成する。
それぞれの導電バイポーラ・プレート３には複数の調整された液体注入孔２０も備えられ、これらの孔は全て同一の直径（例えば、０．２ｍｍから１ｍｍの間）を有する、液体注入孔２０を介して、電気化学発電装置１の側方ダクトに流れる液状水は反応セル２へ注入される。これについては後に更に説明する。調整された液体注入孔２０は、液状水の均一な分配を確実にするために相互に整列され、且つ第１及び第２の上方開口１２、１３の下に配置される。
それぞれの導電バイポーラ・プレート３には複数の調整された液体注入孔２０も備えられ、これらの孔は全て同一の直径（例えば、０．２ｍｍから１ｍｍの間）を有する、液体注入孔２０を介して、電気化学発電装置１の側方ダクトに流れる液状水は反応セル２へ注入される。これについては後に更に説明する。調整された液体注入孔２０は、液状水の均一な分配を確実にするために相互に整列され、且つ第１及び第２の上方開口１２、１３の下に配置される。
図３ａ、３ｂ、３ｃに示されるように、それぞれの反応セル２のアノード及びカソード密封ガスケット８ａ、８ｂは、実質的に矩形の形状を有し、それぞれ気体状反応物質を通過させるためのそれぞれの第１及び第２の上方開口８ａ1、８ａ2、８ｂ1、８ｂ2と、場合による残留反応物質と混合された反応生成物を排出するためのそれぞれの第１及び第２の下方開口８ａ3、８ａ4、８ｂ3、８ｂ4と、液状水を通過させるためのそれぞれの側方開口８ａ5、８ｂ5とを備える。
より詳細には、アノード・ガスケット８ａの第１の上方開口８ａ1（それを介して燃料が通過する）及び第２の下方開口８ａ4は、同じアノード密封ガスケット（図３ａ）の厚み内で得られる分配チャネル２１ａ及び排出チャネル２１ｂそれぞれを介して、アノード室９に接続される。次に、カソード・ガスケット８ｂの第２の上方開口８ｂ2（それを介して酸化剤が通過する）及び第１の下方開口８ｂ3は、同じカソード密封ガスケット（図３ｂ）の厚み内で得られる分配チャネル２３ａ及び排出チャネル２３ｂそれぞれを介して、カソード室１０に接続される。分配チャネル及び排出チャネル２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂはコム（comb）状構造を有し、この構造により、それらチャネルが、均一な様式で、それぞれの反応セル２において気体状反応物質及び反応生成物を分配及び収集することを可能にするものであり、反応生成物は随意の残留反応物質と混合される。アノード密封ガスケット８ａは、側方開口８ａ5に接続される流体収集チャネル２２も備える。オプションとしては、流体収集チャネル２２は、分配チャネル２１ａ（図３ｃ）に接続されることもできる。
フィルタプレス構成において、アノード及びカソード密封ガスケット８ａ、８ｂの第１及び第２の上方開口８ａ1、８ａ2、８ｂ1、８ｂ2は、導電バイポーラ・プレート３の第１及び第２の上方開口１２、１３とともになって、２つの上方長手方向ダクト１８を形成し、アノード及びカソード密封ガスケット８ａ、８ｂの第１及び第２の下方開口８ａ3、８ａ4、８ｂ3、８ｂ4は、導電バイポーラ・プレート３の第１及び第２の下方開口１４、１５とともになって、２つの下方長手方向ダクト１９を形成し、アノード及びカソード密封ガスケット８ａ、８ｂの側方開口８ａ5、８ｂ5は、導電バイポーラ・プレート３の側方開口１６とともになって、液状水供給のための側方ダクトを形成する。
更に、フィルタプレス構成において、流体収集チャネル２２は、それと共にアノード密封ガスケット８ａが設けられており、流体収集チャネル２２は、調整された液体注入孔２０と対応して配置され、これらの液体注入孔２０のそれぞれはカソード密封ガスケット８ｂの分配チャネル２３ａに対応して配置される。
アノード及びカソード密封ガスケット８ａ、８ｂは、タイロッドを収容するための複数の孔２４も備え、タイロッドによって電気化学発電装置１の締め付けがなされる。
次に、電気化学発電装置１は、２つの導電端子プレート２５（図１）によって境界が定められ、導電端子プレートの１つに、上方及び下方長手方向ダクト１８及び１９と側方ダクトとの流体接続のための、図１に示されていないノズルが備えられる。更に、両方の導電端子プレート２５は、タイロッドを収容するための適切な孔（同様に図１に示されていない）を備える。
次に、電気化学発電装置１は、２つの導電端子プレート２５（図１）によって境界が定められ、導電端子プレートの１つに、上方及び下方長手方向ダクト１８及び１９と側方ダクトとの流体接続のための、図１に示されていないノズルが備えられる。更に、両方の導電端子プレート２５は、タイロッドを収容するための適切な孔（同様に図１に示されていない）を備える。
機能的には、電気化学発電装置１の側方ダクトを介して供給される液状水の流れは、アノード密封ガスケット８ａの流体収集チャネル２２を流れ、その流体収集チャネル２２から、調整された流体注入孔２０を介して、隣接する反応セル２に入るカソード反応流へ注入される。
代替例としては、アノード密封ガスケット８ａが、図３ｂに示されるものと同等の構造を有し、且つカソード密封ガスケット８ｂ８ａが、図３ａに示されるものと同等の構造を有するなら、液状水のストリーム（流れ）は、この場合カソード密封ガスケット８ｂ内で得られる流体収集チャネル２２に流れ、その流体収集チャネル２２から、調整された流体注入孔２０を介して、隣接する反応セル２に入るアノード反応物質流へ注入される。
双方の場合において、電気化学発電装置１の熱管理及び膜４の加湿は、電流収集／分配器７を実現する網状の金属エレメントを横切る液状水の流れの蒸発によって行われる。
図４において、本発明による膜電気化学発電装置の第２の実施形態が示されており、図４では、図１、２、及び３を参照して示された部品と同等の部品に同じ参照符号が付されている。膜電気化学発電装置１００は、１：１の比率で反応セル２間に挿入された複数の追加のセル１０１を備えることを除き、電気化学発電装置１と類似する。
図４において、本発明による膜電気化学発電装置の第２の実施形態が示されており、図４では、図１、２、及び３を参照して示された部品と同等の部品に同じ参照符号が付されている。膜電気化学発電装置１００は、１：１の比率で反応セル２間に挿入された複数の追加のセル１０１を備えることを除き、電気化学発電装置１と類似する。
図５ａを参照すると、追加セル１０１は、実質的に矩形の形状であり、反応セル２の寸法と同等の寸法を有し、それぞれの追加セル１０１は、２つの気体状反応物質の分離面として作用する周辺部分１０２ａと、電流収集／分配器７の座を実現する中空中央部分１０２ｂとを備える。周辺部分１０２ａは、第１及び第２の上方開口１０３ａ1、１０３ａ2と、第１及び第２の下方開口１０３ｂ1、１０３ｂ2と、第１及び第２の上方開口１０３ａ1、１０３ａ2と対応して配置された側方開口１０４とを備える。
フィルタプレス構成において、追加セル１０１の第１及び第２の上方開口１０３ａ1、１０３ａ2は、この場合は図３ｂに示されるものと同等の同じ構造を有する、アノード及びカソード密封ガスケット８ａ、８ｂの第１及び第２の上方開口８ａ1、８ａ2、８ｂ1、８ｂ2、及び導電バイポーラ・プレート３の第１及び第２の上方開口１２、１３とともに、２つの上方長手方向ダクト１８を形成する。追加セル１０１の第１及び第２の下方開口１０３ｂ1、１０３ｂ2は、アノード及びカソード密封ガスケット８ａ、８ｂの第１及び第２の下方開口８ａ3、８ａ4、８ｂ3、８ｂ4、及び導電バイポーラ・プレート３の第１及び第２の下方開口１４、１５とともに、２つの下方長手方向ダクト１９を形成する。次に、追加セル１０１の側方向開口１０４は、アノード及びカソード密封ガスケット８ａ、８ｂの側方開口８ａ5、８ｂ5、及び導電バイポーラ・プレート３の側方開口１６とともに、液状水の側方供給ダクトを形成する。周辺部分１０２ａは、タイロッドを収容するための複数の孔１０５も備える。
更に、周辺部分１０２ａの両面に流体収集チャネル１０６が存在し、側方開口１０４に接続され且つ第１及び第２の上方開口１０３ａ1、１０３ａ2の下に配置される。フィルタプレス構成において、流体収集チャネル１０６は、導電バイポーラ・プレート３の調整された流体注入孔２０に対応する。
機能的には、電気化学発電装置１００の側方ダクトを介して供給される液状水のストリームは、流体収集チャネル１０６を流れ、その流体収集チャネル１０６から、調整された流体注入孔２０を介して、隣接する反応セル２に入る反応物質流へ注入される。
代替例としては、流体収集チャネル１０６は、側方開口１０４に接続される２つの側方部分１０７、１０８によって形成されることができ、第１及び第２の下方開口１０３ｂ1、１０３ｂ2（図５ｂ）に対応して得られる。
この場合、液状水のストリームは、調整された流体注入孔２０へ到達て反応セル２へ注入される前に、流体収集チャネル１０６の２つの側方部分１０７、１０８に入り、その後、反応セル２へ入る反応物質の流れの少なくとも１つに対して反対方向又は同方向に予熱する、追加セル１０１の電流収集／分配器７の全表面を横切る。このように、追加セル１０１は、電気化学発電装置１００の冷却セルとして作用する。
図６は、本発明による膜電気化学発電装置の第３の実施形態の断面を示す。電気化学発電装置２００は、図６にその一部のみが示されており、装置２００は、相互に直列に接続され且つフィルタプレス型の構成に従って組み立てられた複数の反応セル２０１及び追加のセル２０２によって形成され、それぞれの追加セル２０２は、一対の反応セル２０１の間に挿入される。
より詳細には、それぞれの反応セル２０１は、一対の平坦な面の導電バイポーラ・プレート２０３によって境界を定められ、その一対の導電バイポーラ・プレート２０３の間には、外側へ向かって、陽子交換膜２０４と、一対の多孔質電極２０５と、導電バイポーラ・プレート２０３を多孔質電極２０５に電気的に接続する一対の電流収集／分配器２０６と、気体状反応物質の漏洩を防ぐように反応セル２０１の周辺を密封するための一対の密封ガスケット２０７とが備えられる。
図７ａ、７ｂに示される導電バイポーラ・プレート２０３は、実質的に矩形の形状と典型的には０．１ｍｍから０．４ｍｍの厚みとを有する。導電バイポーラ・プレート２０３は、周辺部分２０８を有し、周辺部分２０８は、第１及び第２の上方開口２０８ａ1、２０８ａ2と、第１及び第２の下方開口２０８ｂ1、２０８ｂ2と、側方開口２０９とを備える。周辺部分２０８はタイロッドを収容するための複数の孔２１０も備え、タイロッドによって電気化学発電装置２００の締め付けがなされる。
電気化学発電装置２００の組み立ての間において、全ての導電バイポーラ・プレート２０３の第１及び第２の上方開口２０８ａ1、２０８ａ2間の結合は、２つの上方長手方向ダクト２１１の形成を決定し、一方、全ての導電バイポーラ・プレート２０３の第１及び第２の下方開口２０８ｂ1、２０８ｂ2間の結合は、２つの下方長手方向ダクト２１２の形成を決定する。図６には１つだけが示されている２つの上方長手方向ダクト２１１は、気体状反応物質（燃料及び酸化剤）の供給マニホールドを画定し、一方、図６には１つだけ示されている２つの下方長手方向ダクト２１２は、随意の残留反応物質と混合される反応生成物の排出マニホールドを画定する。代替例としては、下方長手方向ダクト２１２を供給マニホールドとして用いることができ、上方長手方向ダクト２１１を排出マニホールドとして用いることができる。２つの気体状反応物質の一方を、一方の上方長手方向ダクト２１１を介して供給し、排出のため対応する下方長手方向ダクト２１２を用い、且つ、他方の下方長手方向ダクト２１２を介して他方の気体状反応物質を供給し、排出のため対応する上方長手方向ダクト２１１を用いることもできる。
更に、全ての導電バイポーラ・プレート２０３の側方開口２０９間の結合は、液状水を通過させるための、図６に示されていない側方ダクトの形成を決定する。
図７ｂに示されるように、密封ガスケット２０７は、成形（射出又は圧縮）、機械的な固定、又は接着によって、それぞれの導電バイポーラ・プレート２０３の一面に載置される。密封ガスケット２０７は、反応セル２０１の活性領域の境界を定めることに加えて、電流収集／分配器２０６の座を実現する。
図７ｂに示されるように、密封ガスケット２０７は、成形（射出又は圧縮）、機械的な固定、又は接着によって、それぞれの導電バイポーラ・プレート２０３の一面に載置される。密封ガスケット２０７は、反応セル２０１の活性領域の境界を定めることに加えて、電流収集／分配器２０６の座を実現する。
特に、密封ガスケット２０７は、例えば、シリコーン、エラストマなどの柔軟な材料で得られ、十分の数ミリメートルから数ミリメートルの範囲とすることができる最終的な厚みを呈する。
それぞれの導電バイポーラ・プレート２０３は、０．１ｍｍから５ｍｍの間の直径の複数の調整された上方孔２１３ａ及び複数の調整された下方孔２１３ｂも備えられる。複数の調整された上方孔２１３ａを介して、隣接する追加セル２０２から来る気体状反応物質が流れ、一方、複数の調整された下方孔２１３ｂを介して、反応生成物質及び残留反応物質が反応セル２０１を出る。これについては後により詳細に説明する。調整された上方孔２１３ａは、気体状反応物質の均一な分配を確実にするために相互に整列され、第１及び第２の上方開口２０８ａ1、２０８ａ2の下に配置される。次に、調整された下方孔２１３ｂは、相互に整列され、第１及び第２の下方開口２０８ｂ1、２０８ｂ2の上に配置される。上方孔２１３ａ及び下方孔２１３ｂの両方は、反応セル２０１の活性領域をより良く利用するために、約１ｍｍだけ密封ガスケット２０７から離間される。
更に、それぞれの導電バイポーラ・プレート２０３は、全て同一の直径（例えば、０．２ｍｍから１ｍｍの間）を有する複数の調整された液体注入孔２３０を備え、それらの液体注入孔２３０を介して、隣接する追加セル２０２から来る液状水が反応セル２０１へ注入される。調整された液体注入孔２３０は、液状水の均一な分配を確実にするために相互に整列され、調整された上方開口２１３ａの下に配置される。
図８ａ、８ｂを参照する。それぞれの追加セル２０２は、実質的に矩形の形状及び反応セル２０１の寸法と同等の寸法を有する。それぞれの追加セル２０２は、２つの気体状反応物質の分離面として作用するプラスチック又は金属から作られる剛性の周辺部分２０２ａと、電流収集／分配器２０６の座を実現するための中空中央部分２０２ｂとを備える。剛性の周辺部分２０２ａは、第１及び第２の上方開口２１４ａ1、２１４ａ2と、第１及び第２の下方開口２１４ｂ1、２１４ｂ2と、側方開口２１５とを備える。フィルタプレス構成において、追加セル２０２の第１及び第２の上方開口２１４ａ1、２１４ａ2は、導電バイポーラ・プレート２０３の第１及び第２の上方開口２０８ａ1、２０８ａ2とともになって、２つの上方長手方向ダクト２１１を形成する。追加セル２０２の第１及び第２の下方開口２１４ｂ1、２１４ｂ2は、導電バイポーラ・プレート２０３の第１及び第２の下方開口２０８ｂ1、２０８ｂ2とともになって、２つの下方長手方向ダクト２１２を形成する。次に、追加セル２０２の側方向開口２１５は、導電バイポーラ・プレート２０３の側方開口２０９とともになって、液状水の供給ダクトを形成する。剛性の周辺部分２０２ａは、タイロッドを収容するための複数の孔２１６も備える。
更に、それぞれの追加セル２０２は、剛性の周辺部分２０２ａの両面に載置されるガスケット２１７を備え、それらは、周辺部分自体の各面に、第１及び第２の上方開口２１４ａ1、２１４ａ2の下に配置される気体状反応物質の収集チャネル２１８ａと、第１及び第２の下方開口２１４ｂ1、２１４ｂ2の上に配置される反応生成物及び残留生成物の収集チャネル２１８ｂと、２つの上方開口２１４ａ1、２１４ａ2の１つを気体状反応物質の収集チャネル２１８ａに接続する供給チャネル２１９と、反応生成物及び残留生成物の収集チャネル２１８ｂを下方開口２１４ｂ1、２１４ｂ2の１つに接続する排出チャネル２２０と、気体状反応物質の収集チャネル２１８ａの下に配置され且つ側方開口２０９を接続する流体収集チャネル２２１と、を画定する。フィルタプレス構成において、気体状反応物質の収集チャネル２１８ａは、調整された上方孔２１３ａに対応して配置され、反応生成物及び残留生成物の収集チャネル２１８ｂは、調整された下方孔２１３ｂに対応して配置され、流体収集チャネル２２１は、調整された液体注入孔２３０に対応して配置される。ガスケット２１７は、気体状反応物質の収集チャネル２１８ａ、反応生成物及び残留生成物の収集チャネル２１８ｂ、及び流体収集チャネル２２１を密封して、追加セル２０２の内側へ気体状反応物質、反応生成物、残留生成物、及び液状水が通過するのを妨げる。
更に、ガスケット２１７は、反応セル２０１の密封ガスケット２０７によって課される締め付け／組み立ての負荷と適合する柔軟な材料（シリコーン、エラストマなど）で作られ、成形（射出又は圧縮）、機械的な固定、又は接着によって剛性の周辺部分２０２ａに載置される。
電気化学発電装置２００は以下のように動作する。上方長手方向ダクト２１１を介して電気化学発電装置２００へ供給される気体状反応物質（燃料及び酸化剤）は、供給チャネル２１９を介して気体状反応物質の収集チャネル２１８ａへ流れる。そこから、気体状反応物質は、気体状反応物質の収集チャネル２１８がガスケット２１７によって密封されて追加セル２０２内を流れることができないので、隣接する反応セル２０１の導電バイポーラ・プレート２０３に配置された複数の調整された上方開口２１３ａを通過する。このように、気体状反応物質は、有効な反応が生じる反応セル２０１の活性領域に到達する。
次に、反応セル２０１で生成された反応生成物及び残留生成物は、同じ反応セルの導電バイポーラ・プレート２０３に配置された複数の調整された下方開口２１３ｂを通過し、隣接する追加セル２０２の排出生成物の収集チャネル２１８ｂに到達する。そこから、それらは、排出チャネル２２０を介して電気化学発電装置２００を出る。
更に、本発明によれば、電気化学発電装置２００の側方ダクトを介して供給される液状水のストリームは、流体収集チャネル２２１へ流れ、流体収集チャネル２２１から、調整された液体注入孔２３０を介して、膜２０４の加湿及び電気化学発電装置２００の熱管理のために、隣接する追加の反応セル２０１に入る反応物質ストリームへ注入される。
流体収集チャネル２２１の代わりとして、追加セル２０２は、側方開口２１５に接続され且つ排出生成物の収集チャネル２１８ｂ（図９ａ、９ｂ）の下に配置される２つの横の流体収集チャネル（２２２、２２３）を備えることができる。
この場合、液状水の流れは、調整された流体注入孔２３０に到達し且つ反応セル２０１へ注入される前に、２つの横の流体収集チャネル２２２、２２３を介して入り、その後、追加セル２０２の電流収集／分配器２０６の全面を横切り、反応セル２０１に入る反応物質の流れの少なくとも１つに対して反対方向又は同方向に予熱される。このように、追加セル２０２は、電気化学発電装置２００の冷却セルとして作用する。
更に、図１０ａ、１０ｂに示されるように、それぞれの導電バイポーラ・プレート２０３の調整された流体注入孔２３０は、調整された上方開口２１３ａの上（下ではなくむしろ上）に配置されることができる。この場合、流体収集チャネル２２１は、気体状反応物質の収集チャネル２１８ａの上に配置される（図１１ａ、１１ｂ）。
代替例としては、流体収集チャネル２２１に加えて、追加セル２０２は、排出生成物の収集チャネル２１８ｂの上に配置される第１及び第２の横のチャネル２２４、２２５と、気体状反応物質の収集チャネル２１８ａの下に配置される第３及び第４の横のチャネル２２６、２２７とを備えることができる（図１２ａ、１２ｂ）。
この場合、液状水の流れは、調整された流体注入孔２３０に到達し且つ反応セル２０１へ注入される前に、第１及び第２の横のチャネル２２４、２２５に入り、第３及び第４の横のチャネル２２６、２２７を出て、追加セル２０２の電流収集／分配器２０６を横切り、それにより、液状水は、反応セル２０１に供給される反応物質ストリームの少なくとも１つに対して反対方向又は同方向に予熱される。
上述の電気化学発電装置で得られることができる利点は以下の通りである。
第１に、調整された流体注入孔２０、２３０は、反応セル２、２０１内の液状水の調整された流れの均一な分配を得ることを可能にする。このように、陽子交換膜４、２０４の水和作用としての電気化学発電装置１、１００、２００の冷却は、より均一なものとなり、液状水の蒸発機構を強化することに加えて、膜の動作寿命を増加する効果を有し、発電装置の熱管理のために必要な流量を低減する。
第１に、調整された流体注入孔２０、２３０は、反応セル２、２０１内の液状水の調整された流れの均一な分配を得ることを可能にする。このように、陽子交換膜４、２０４の水和作用としての電気化学発電装置１、１００、２００の冷却は、より均一なものとなり、液状水の蒸発機構を強化することに加えて、膜の動作寿命を増加する効果を有し、発電装置の熱管理のために必要な流量を低減する。
更に、図５ｂ、９ａ、９ｂ、及び１２ａ、１２ｂに示される追加のセルの使用によって達成される液状水の流れの予熱は、上述の利点を拡大する。何故なら、液状水の蒸発機構を更に強化して、電気化学発電装置１、１００、２００の始動時に定常状態に到達する時間を更に低減することを可能にするからである。
本発明の範囲から逸脱することなく、記載された電気化学発電装置の変更及び変形が可能であることは結果として明らかである。
Claims (21)
- 膜電気化学発電装置であって、
複数の反応セルを備え、
それぞれの前記反応セルは、陽子交換膜により分離されるアノード室およびカソード室を備え、
それぞれの前記反応セルは、一対の導電バイポーラ・プレートにより境界が定められ、第１の導電バイポーラ・プレートは前記アノード室に隣接し、第２の導電バイポーラ・プレートは前記カソード室に隣接し、
前記一対の導電バイポーラ・プレートのそれぞれは、第１平面側と、前記第１平面側の逆側にある第２平面側とを有し、
前記一対の導電バイポーラ・プレートの少なくとも１つは複数の流体注入孔を備え、前記流体注入孔の一方の端部は、前記導電バイポーラ・プレートの前記第１平面側の冷却流体の源に向いて開いており、前記流体注入孔の他方の端部は、前記導電バイポーラ・プレートの前記第２平面側の隣接する室に向いて開いており、それにより、前記冷却流体は、前記導電バイポーラ・プレートの前記第１平面側から、前記流体注入孔を通って、隣接する前記室へ流れるようにされ、
前記アノード室は第１の電気導電性の網状のエレメントと第１の電極とを備え、前記カソード室は第２の電気導電性の網状のエレメントと第２の電極とを備え、
前記第１の網状のエレメントは、立体的なワイヤの網であり、前記第１の導電バイポーラ・プレートを前記第１の電極へ電気的に接続し、前記第１の網状のエレメントが存在する前記アノード室における気体状反応物質の流れを分配するものであり、
前記第２の網状のエレメントは、立体的なワイヤの網であり、前記第２の導電バイポーラ・プレートを前記第２の電極へ電気的に接続し、前記第２の網状のエレメントが存在する前記カソード室における前記気体状反応物質の流れを分配するものであり、
前記膜電気化学発電装置は複数の冷却セルを更に備え、前記冷却セルのそれぞれは２つの反応セルの間に配され、
前記冷却セルは、
中空の中央部分と、前記冷却流体が通るための側方開口と、前記側方開口に接続された少なくとも１つの流体収集チャネルと、前記気体状反応物質の流れが通るための供給開口と、反応生成物および残留生成物を排出するための排出開口と、を備える周辺部分と、
前記中空の中央部分に配される第３の電気導電性の網状のエレメントと、
を備え、
側方チャネルが、前記側方開口と前記中空の中央部分とを、流体が通れるように接続し、
前記冷却流体は、少なくとも１つの隣接する反応セル内への前記流体注入孔を横切って通る前に、前記冷却セルを通り抜ける、
膜電気化学発電装置。 - 請求項１に記載の膜電気化学発電装置であって、前記冷却流体は前記反応セル内で部分的に蒸発して、前記反応セル内の前記気体状反応物質の流れに給湿し、前記膜電気化学発電装置から反応で生成された熱を取り除く、膜電気化学発電装置。
- 請求項１に記載の膜電気化学発電装置であって、
前記導電バイポーラ・プレートは、上側半部と下側半部とを有し、
前記流体注入孔は、相互に整列され、前記導電バイポーラ・プレートの前記上側半部に位置し、
前記気体状反応物質の流れが通るための前記供給開口は、前記導電バイポーラ・プレートの前記上側半部に位置し、
前記側方開口は、前記導電バイポーラ・プレートの周辺部分にある、
膜電気化学発電装置。 - 請求項１に記載の膜電気化学発電装置であって、前記流体注入孔は同じ直径を有し、前記直径は０．２ｍｍから１ｍｍの間である、膜電気化学発電装置。
- 請求項１に記載の膜電気化学発電装置であって、
それぞれの前記反応セルが、前記反応セルの前記アノード室と、隣接する導電バイポーラプレートとの間に配されたアノード側密封ガスケットと、前記反応セルの前記カソード室と、隣接する導電バイポーラプレートとの間に配されたカソード側密封ガスケットとを備え、
前記アノード側密封ガスケットは、前記導電バイポーラ・プレートの前記第１平面側に隣接し、前記アノード側密封ガスケットは、
前記第１の電気導電性の網状のエレメントが配される中空の中央部分と、
前記気体状反応物質の流れが通るための供給開口と、
前記冷却流体が通るための側方開口と、
流体が通るように前記供給開口を前記第１の電気導電性の網状のエレメントに接続するための分配チャネルと
を備え、
前記カソード側密封ガスケットは、前記導電バイポーラ・プレートの前記第２平面側に隣接し、前記カソード側密封ガスケットは、
前記第２の電気導電性の網状のエレメントが配される中空の中央部分と、
前記気体状反応物質の流れが通るための供給開口と、
前記冷却流体が通るための側方開口と、
流体が通るように前記供給開口を前記第２の電気導電性の網状のエレメントに接続するための分配チャネルと
を備える、
膜電気化学発電装置。 - 請求項５に記載の膜電気化学発電装置であって、少なくとも一方の前記密封ガスケットは、前記側方開口に接続された流体収集チャネルを備え、前記流体収集チャネルは、前記冷却流体を収集するように、前記供給開口と前記分配チャネルとの間に挿入される、膜電気化学発電装置。
- 請求項６に記載の膜電気化学発電装置であって、フィルタプレス構成において、少なくとも一方の前記密封ガスケットに存在する前記流体収集チャネルは、前記流体注入孔に重ねられ、それぞれの前記流体注入孔は、他方の前記密封ガスケットにおいて得られる分配チャネルとの間で流体が通れるようにされる、膜電気化学発電装置。
- 請求項５に記載の膜電気化学発電装置であって、少なくとも一方の前記密封ガスケットは、前記側方開口および前記分配チャネルに接続された流体収集チャネルを備え、前記流体収集チャネルは、前記供給開口と前記分配チャネルとの間に挿入される、膜電気化学発電装置。
- 請求項１に記載の膜電気化学発電装置であって、前記流体収集チャネルは、前記供給開口と前記中空の中央部分との間に配される、膜電気化学発電装置。
- 請求項１に記載の膜電気化学発電装置であって、フィルタプレス構成において、前記流体収集チャネルは、前記導電バイポーラ・プレートの前記流体注入孔に重ねられる、膜電気化学発電装置。
- 請求項１に記載の膜電気化学発電装置であって、前記冷却流体は液状の水である、膜電気化学発電装置。
- 膜電気化学発電装置であって、
複数の反応セルを備え、
それぞれの前記反応セルは、陽子交換膜により分離されるアノード室およびカソード室を備え、
それぞれの前記反応セルは、一対の導電バイポーラ・プレートにより境界が定められ、第１の導電バイポーラ・プレートは前記アノード室に隣接し、第２の導電バイポーラ・プレートは前記カソード室に隣接し、
前記一対の導電バイポーラ・プレートのそれぞれは、第１平面側と、前記第１平面側の逆側にある第２平面側とを備え、
前記一対の導電バイポーラ・プレートの少なくとも１つは複数の流体注入孔を備え、前記流体注入孔の一方の端部は、前記導電バイポーラ・プレートの前記第１平面側の冷却流体の源に向いて開いており、前記流体注入孔の他方の端部は、前記導電バイポーラ・プレートの前記第２平面側の隣接する室に向いて開いており、それにより、前記冷却流体は、前記導電バイポーラ・プレートの前記第１平面側から、前記流体注入孔を通って、隣接する前記室へ流れるようにされ、
前記アノード室は第１の電気導電性の網状のエレメントと第１の電極とを備え、前記カソード室は第２の電気導電性の網状のエレメントと第２の電極とを備え、
前記第１の網状のエレメントは、立体的なワイヤの網であり、前記第１の導電バイポーラ・プレートを前記第１の電極へ電気的に接続し、前記第１の網状のエレメントが存在する前記アノード室における気体状反応物質の流れを分配するものであり、
前記第２の網状のエレメントは、立体的なワイヤの網であり、前記第２の導電バイポーラ・プレートを前記第２の電極へ電気的に接続し、前記第２の網状のエレメントが存在する前記カソード室における前記気体状反応物質の流れを分配するものであり、
前記導電バイポーラ・プレートは、上側半部と下側半部とを有し、前記気体状反応物質の流れが通るための複数の第１の孔と、反応生成物および残留反応物質の排出のための複数の第２の孔とを備え、
複数の前記流体注入孔と複数の前記第１の孔とは、前記導電バイポーラ・プレートの前記上側半部に位置し、
前記膜電気化学発電装置は複数の冷却セルを更に備え、前記冷却セルのそれぞれは、２つの反応セルの間に配されるものであり、前記冷却流体が通るための側方開口と、前記気体状反応物質の流れが通るための供給開口と、反応生成物および残留生成物を排出するための排出開口とを備える剛性の周辺部分と、中空の中央部分とを備え、前記剛性の周辺部分は、前記気体反応物質の流れを、第３の電気導電性の網状のエレメントが配された前記中空の中央部分から分離し、
前記剛性の周辺部分は、各面で冷却セル用ガスケットにより覆われ、前記冷却セル用ガスケットは、前記剛性の周辺部分の各面で画定するものであり、
前記気体反応物質の流れを集める領域は、供給チャネルを通じて、前記剛性の周辺部分の前記供給開口と、流体が通るように接続するものであり、
前記反応生成物および前記残留反応物質を集める領域は、排出チャネルを通じて、前記剛性の周辺部分の前記排出開口と、流体が通るように接続するものであり、
前記流体注入孔は、前記バイポーラ・プレートの前記供給開口と前記第１の孔との間に位置し、
前記冷却セル用ガスケットは、前記剛性の周辺部分の各面で、前記冷却セルの前記供給開口と前記気体反応物質の流れを集める前記領域との間に位置する流体収集チャネルを画定する、
膜電気化学発電装置。 - 請求項１２に記載の膜電気化学発電装置であって、前記第１の孔は、前記導電バイポーラ・プレートの前記上側半部において相互に整列され、前記供給開口は、前記導電バイポーラ・プレートの前記上側半部に位置し、前記第２の孔は、前記導電バイポーラ・プレートの前記下側半部において相互に整列され、前記排出開口は、前記導電バイポーラ・プレートの前記下側半部にあり、前記排出開口は、前記導電バイポーラ・プレートの前記周辺部分にある、膜電気化学発電装置。
- 請求項１２に記載の膜電気化学発電装置であって、前記反応セルは、前記導電バイポーラ・プレートの前記周辺部分の一つの面のみを覆う密封ガスケットを備え、前記密封ガスケットは中空の中央部分を有し、前記中空の中央部分には電気導電性の網状のエレメントが配される、膜電気化学発電装置。
- 請求項１２に記載の膜電気化学発電装置であって、前記剛性の周辺部分は、前記気体反応物質の流れを供給するための供給開口と、前記反応生成物および前記残留反応物質を排出するための排出開口と、前記冷却流体が通るための側方開口とを有する、膜電気化学発電装置。
- 請求項１２に記載の膜電気化学発電装置であって、前記冷却セル用ガスケットは、前記冷却セル内の前記気体状反応物質と前記反応生成物および前記随意の残留生成物とが通るのを妨げるように、前記気体状反応物質の流れを集める前記領域と、前記反応生成物および前記残留生成物を集める領域とを密封する、膜電気化学発電装置。
- 請求項１２に記載の膜電気化学発電装置であって、フィルタプレス構成において、前記気体状反応物質の流れを集めるための前記領域は、前記第１の孔に重ねられ、前記反応生成物及び前記残留生成物を集めるための前記領域は、前記第２の孔に重ねられる、膜電気化学発電装置。
- 請求項１２に記載の膜電気化学発電装置であって、前記流体注入孔は、前記第１の孔の下に配され、前記冷却セル用ガスケットは、前記剛性の周辺部分の各面において、前記冷却セルの前記供給開口の下に配される流体収集チャネルを画定する、膜電気化学発電装置。
- 請求項１８に記載の膜電気化学発電装置であって、フィルタプレス構成において、前記流体収集チャネルは前記流体注入孔に重ねられる、膜電気化学発電装置。
- 膜電気化学発電装置であって、
複数の反応セルを備え、
それぞれの前記反応セルは、陽子交換膜により分離されるアノード室およびカソード室を備え、
それぞれの前記反応セルは、一対の導電バイポーラ・プレートにより境界が定められ、第１の導電バイポーラ・プレートは前記アノード室に隣接し、第２の導電バイポーラ・プレートは前記カソード室に隣接し、
前記一対の導電バイポーラ・プレートのそれぞれは、第１平面側と、前記第１平面側の逆側にある第２平面側とを備え、
前記一対の導電バイポーラ・プレートの少なくとも１つは複数の流体注入孔を備え、前記流体注入孔の一方の端部は、前記導電バイポーラ・プレートの前記第１平面側の冷却流体の源に向いて開いており、前記流体注入孔の他方の端部は、前記導電バイポーラ・プレートの前記第２平面側の隣接する室に向いて開いており、それにより、前記冷却流体は、前記導電バイポーラ・プレートの前記第１平面側から、前記流体注入孔を通って、前記隣接する室へ流れるようにされ、
前記アノード室は第１の電気導電性の網状のエレメントと第１の電極とを備え、前記カソード室は第２の電気導電性の網状のエレメントと第２の電極とを備え、
前記第１の網状のエレメントは、立体的なワイヤの網であり、前記第１の導電バイポーラ・プレートを前記第１の電極へ電気的に接続し、前記第１の網状のエレメントが存在する前記アノード室における気体状反応物質の流れを分配するものであり、
前記第２の網状のエレメントは、立体的なワイヤの網であり、前記第２の導電バイポーラ・プレートを前記第２の電極へ電気的に接続し、前記第２の網状のエレメントが存在する前記カソード室における前記気体状反応物質の流れを分配するものであり、
前記導電バイポーラ・プレートは、上側半部と下側半部とを有し、前記気体状反応物質の流れが通るための複数の第１の孔と、反応生成物および残留反応物質の排出のための複数の第２の孔とを備え、
複数の前記流体注入孔と複数の前記第１の孔とは、前記導電バイポーラ・プレートの前記上側半部に位置し、
前記膜電気化学発電装置は複数の冷却セルを更に備え、前記冷却セルのそれぞれは、２つの反応セルの間に配されるものであり、前記冷却流体が通るための側方開口と、前記気体状反応物質の流れが通るための供給開口と、反応生成物および残留生成物を排出するための排出開口とを備える剛性の周辺部分と、中空の中央部分とを備え、前記剛性の周辺部分は、前記気体反応物質の流れを、第３の電気導電性の網状のエレメントが配された前記中空の中央部分から分離し、
前記剛性の周辺部分は、各面でガスケットにより覆われ、前記ガスケットは、前記剛性の周辺部分の各面で画定するものであり、
前記気体反応物質の流れを集める領域は、供給チャネルを通じて、前記剛性の周辺部分の前記供給開口と、流体が通るように接続するものであり、
前記反応生成物および前記残留反応物質を集める領域は、排出チャネルを通じて、前記剛性の周辺部分の前記排出開口と、流体が通るように接続するものであり、
前記冷却セルは、前記冷却セルの前記側方開口に接続され且つ前記冷却セルの前記排出開口の上に位置する第１および第２の流体収集横チャネルを備え、
前記冷却流体は、前記流体注入孔へ到達する前に、前記第１及び第２の流体収集横チャネルを通って前記電気導電性の網状のエレメントの全面を横切って通るものである、
膜電気化学発電装置。 - 膜電気化学発電装置であって、
複数の反応セルを備え、
それぞれの前記反応セルは、陽子交換膜により分離されるアノード室およびカソード室を備え、
それぞれの前記反応セルは、一対の導電バイポーラ・プレートにより境界が定められ、第１の導電バイポーラ・プレートは前記アノード室に隣接し、第２の導電バイポーラ・プレートは前記カソード室に隣接し、
前記一対の導電バイポーラ・プレートのそれぞれは、第１平面側と、前記第１平面側の逆側にある第２平面側とを備え、
前記一対の導電バイポーラ・プレートの少なくとも１つは複数の流体注入孔を備え、前記流体注入孔の一方の端部は、前記導電バイポーラ・プレートの前記第１平面側の冷却流体の源に向いて開いており、前記流体注入孔の他方の端部は、前記導電バイポーラ・プレートの前記第２平面側の隣接する室に向いて開いており、それにより、前記冷却流体は、前記導電バイポーラ・プレートの前記第１平面側から、前記流体注入孔を通って、前記隣接する室へ流れるようにされ、
前記アノード室は第１の電気導電性の網状のエレメントと第１の電極とを備え、前記カソード室は第２の電気導電性の網状のエレメントと第２の電極とを備え、
前記第１の網状のエレメントは、立体的なワイヤの網であり、前記第１の導電バイポーラ・プレートを前記第１の電極へ電気的に接続し、前記第１の網状のエレメントが存在する前記アノード室における気体状反応物質の流れを分配するものであり、
前記第２の網状のエレメントは、立体的なワイヤの網であり、前記第２の導電バイポーラ・プレートを前記第２の電極へ電気的に接続し、前記第２の網状のエレメントが存在する前記カソード室における前記気体状反応物質の流れを分配するものであり、
前記導電バイポーラ・プレートは、上側半部と下側半部とを有し、前記気体状反応物質の流れが通るための複数の第１の孔と、反応生成物および残留反応物質の排出のための複数の第２の孔とを備え、
複数の前記流体注入孔と複数の前記第１の孔とは、前記導電バイポーラ・プレートの前記上側半部に位置し、
前記膜電気化学発電装置は複数の冷却セルを更に備え、前記冷却セルのそれぞれは、２つの反応セルの間に配されるものであり、前記冷却流体が通るための側方開口と、前記気体状反応物質の流れが通るための供給開口と、反応生成物および残留生成物を排出するための排出開口とを備える剛性の周辺部分と、中空の中央部分とを備え、前記剛性の周辺部分は、前記気体反応物質の流れを、第３の電気導電性の網状のエレメントが配された前記中空の中央部分から分離し、
前記剛性の周辺部分は、各面でガスケットにより覆われ、前記ガスケットは、前記剛性の周辺部分の各面で画定するものであり、
前記気体反応物質の流れを集める領域は、供給チャネルを通じて、前記剛性の周辺部分の前記供給開口と、流体が通るように接続するものであり、
前記反応生成物および前記残留反応物質を集める領域は、排出チャネルを通じて、前記剛性の周辺部分の前記排出開口と、流体が通るように接続するものであり、
前記冷却セルは、
前記冷却セルの前記側方開口に接続され且つ前記冷却セルの前記排出開口の上に位置する第１および第２の流体収集横チャネルと、
前記冷却セルの前記側方開口に接続され且つ前記冷却セルの前記供給開口の下に位置する第３および第４の流体収集横チャネルと、
前記冷却セルの前記供給開口と前記気体反応物質の流れを集める前記領域との間に位置し、前記冷却セルの前記側方開口に接続される流体収集チャネルと
を備え、
前記冷却流体は、前記流体注入孔へ到達する前に、前記第１及び第２の流体収集横チャネルを通り、その後、前記電気導電性の網状のエレメントの全面を横切るものであり、前記冷却流体は、その後、前記第３及び第４の流体収集横チャネルから出るものであり、
フィルタプレス構成において、前記流体収集チャネルは前記流体注入孔に重ねられる、
膜電気化学発電装置。
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