燃料電池に用いるプレート、プレートアセンブリ及びそれを用いた燃料電池
【課題】燃料電池に用いるプレートアセンブリ及びそれを用いた燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料電池に用いるプレートは、第一反応表面と第一冷却表面を含むプレートであり、第一反応表面は、第一流体を受け入れる第一流体入口と、ほぼ第一方向に延伸し、第一流体を輸送する複数の第一流路と、第一流体を排出する第一流体出口とを有しており、第一冷却表面は、第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、ほぼ第一方向に延伸し、第一冷却液を輸送する複数の第二流路と、第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを有している。第一流体入口と第一冷却液出口は、プレートの第一側辺近くに位置し、第一流体出口と第一冷却液入口は、プレートの第二側辺近くに位置する。プレートの第二側辺は、第一側辺と反対側にある。第一及び第二の流路のそれぞれは、ほぼ同一長さである。
【解決手段】燃料電池に用いるプレートは、第一反応表面と第一冷却表面を含むプレートであり、第一反応表面は、第一流体を受け入れる第一流体入口と、ほぼ第一方向に延伸し、第一流体を輸送する複数の第一流路と、第一流体を排出する第一流体出口とを有しており、第一冷却表面は、第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、ほぼ第一方向に延伸し、第一冷却液を輸送する複数の第二流路と、第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを有している。第一流体入口と第一冷却液出口は、プレートの第一側辺近くに位置し、第一流体出口と第一冷却液入口は、プレートの第二側辺近くに位置する。プレートの第二側辺は、第一側辺と反対側にある。第一及び第二の流路のそれぞれは、ほぼ同一長さである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流れ場（流体フロー用の）プレート、プレートアセンブリとそのプレートアセンブリを有する燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流れ場プレート（流体フロー用の流路が形成されたプレートを意味し、以下、単にプレートとも言う）は、例えば、一種、又は、多種の流体を導き、運搬し、分流し、及び／又は、分布する流体関連アプリケーションのための構造物である。この“流体”は広義の意味で使用され、一箇所から別の箇所に流動するあらゆる物である。例えば、流体は、空気、気体、液体、粘性流体等を含み、その各々は、それ自身又は、その一部が一箇所から別の箇所に流動し、又は移動する能力を有している。
【０００３】
例を挙げると、流れ場プレートの多くのアプリケーションの一つは、燃料電池に応用され、プレートは、一種、又は、多種の液体、又は、気体の形式の“燃料”の輸送、導引、及び／又は、分布に用いられる。図１は、公知技術の燃料電池の断面図である。図１を参照すると、燃料電池４００、例えば、プロトン交換膜燃料電池（“ＰＥＭＦＣ”として知られる）は、膜／電極接合体４１０、二個のガス拡散層４０５と４０６、及び、二個のプレート４０１と４０２を含む。図に示すように、二個のガス拡散層４０５と４０６は、膜／電極接合体４１０を挟み、二個のプレート４０１と４０２は、膜／電極接合体４１０と二個のガス拡散層４０５と４０６を挟む。プレート４０１と４０２は、それぞれ、一つ、又は、それ以上の流路、例えば、流路４０３と４０４が設けられ、反応流体が、各流路を流れる。例として、膜／電極接合体４１０は、プロトン交換膜４０９、陽極触媒層４０７、及び、陰極触媒層４０８を含む。陽極触媒層４０７と陰極触媒層４０８は、それぞれ、白金、又は、白金合金を含み、触媒となり、燃料電池の電気化学反応を促進する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
効率を促進し、流体分布、又は、対応する素子、例えば、燃料電池への流体分布を更に容易にするため、流れ場プレートを提供し、流体移動や分布の容易さを増加させ、流れ抵抗を低下させ、システムや素子設計を簡潔にし、また、異なる流体流動でも、均一に分布し、また、冷却することができる燃料電池用のプレートアセンブリ及びそれを用いた燃料電池を提供することが望まれる。
【０００５】
本発明は、複数の流路の長さを等しくし、かつ、直線状にすることにより、流体の分布を容易にし、また、冷却液による冷却効果を向上させた燃料電池に用いるプレートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のプレートは、燃料電池用の流体流路を形成するプレートであって、第一流体を受け入れる第一流体入口と、前記第一流体を輸送する複数の第一流路と、前記第一流体を排出する第一流体出口とを含み、前記複数の第一流路は、ほぼ第一方向に延伸する第一反応表面と、第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、前記第一冷却液を輸送する複数の第一冷却液流路と、前記第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを含み、前記複数の第一冷却液流路は、ほぼ前記第一方向に延伸する第一冷却表面とを有し、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、前記第一流体入口と前記第一冷却液出口は、それぞれ、前記プレートの第一側辺近くに位置し、前記第一流体出口と第一冷却液入口は、それぞれ、前記プレートの第二側辺近くに位置し、前記第二側辺は前記第一側辺と対向する側にあり、
前記複数の第一流路と前記複数の第二流路の各々は、それぞれほぼ同一長さであることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の燃料電池は、膜／電極接合体と、第一プレートと、第二プレートとを含み、
前記第一プレートは、第一流体を受け入れる第一流体入口と、前記第一流体を輸送する複数の第一流路と、前記第一流体を排出する第一流体出口とを有し、前記複数の第一流路は、ほぼ第一方向に延伸する第一反応表面と、第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、前記第一冷却液を輸送する複数の第一冷却液流路と、前記第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを有し、前記複数の第一冷却液流路は、ほぼ前記第一方向に延伸する第一冷却表面とを有し、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記第二プレートは、第二流体を受け入れる第二流体入口と、前記第二流体を輸送する複数の第二流路と、前記第二流体を排出する第二流体出口とを有し、前記複数の第二流路は、ほぼ第二方向に延伸する第二反応表面と、第二冷却液を受け入れる第二冷却液入口と、前記第二冷却液を輸送する複数の第二冷却液流路と、前記第二冷却液を排出する第二冷却液出口とを有し、前記複数の第二冷却液流路は、ほぼ前記第二方向に延伸する第二冷却表面とを有し、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記複数の第一流路、第二流路、第一冷却液流路、及び、第二冷却液流路の各々は、それぞれほぼ同一長さであることを特徴とする。
【０００８】
本発明の燃料電池装置に用いるプレートアセンブリは、第一プレートと第二プレートを含み、
前記第一プレートは、第一流体を受け入れる第一流体入口と、前記第一流体を輸送する複数の第一流路と、前記第一流体を排出する第一流体出口とを有し、前記第一流路はほぼ第一方向に延伸する第一反応表面と、第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、前記第一冷却液を輸送する複数の第二流路と、前記第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを有し、前記第二流路は、ほぼ前記第一方向に延伸する第一冷却表面とを有し、
前記第二プレートは、第二流体を受け入れる第二流体入口と、前記第二流体を輸送する複数の第二流路と、前記第二流体を排出する第二流体出口とを有し、前記第二流路は、ほぼ第二方向に沿って延伸する第二反応表面と、第二冷却液を受け入れる第二冷却液入口と、前記第二冷却液を輸送する複数の第二冷却液流路と、前記第二冷却液を排出する第二冷却液出口とを有し、
前記第二冷却液流路は、ほぼ前記第二方向に延伸する第二冷却表面と前記複数の第一流路、第二流路、第一冷却液流路、及び、第二冷却液流路の各々は、それぞれほぼ同一長さであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、流体又は冷却液を流動させる流路が、同じ流体用の複数の流路の入口から出口までの長さがほぼ等しく、かつ、直線状に形成されているため、流体の流れが速く、かつ、均一になり、温度分布も一様になる。すなわち、直線状であることにより、流体移動（流れ）の容易さを増加させ、流れ抵抗を低下（流れの速度を増加）させ、比較的少ないエネルギーでも流体を移動させることができ、システムや素子設計を簡潔にする。また、温度分布が均一になることにより、電池の電気への交換効率が向上する。さらに、板状の金属板に直線状の平行な凹溝を形成することにより、反応表面側の流体流路と、冷却表面側の冷却液流路とが形成されているため、スタンピングや打抜きなどにより、非常に容易に形成することができる。さらに、この構造にすることにより、金属板を介して反応用の流体と冷却液とが接するため、より一層冷却効果を向上させることができる。さらに、本発明によれば、燃料電池の堆積（スタック数）と重量を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来技術による燃料電池装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による燃料電池装置の斜視図である。
【図３】一実施形態による燃料電池装置の一例の燃料電池の分解図である。
【図４】前述の例による第一プレートの正面図である。
【図５】前述の例による第一プレートの背面図である。
【図６】前述の例による第二プレートの背面図である。
【図７】前述の例による第二プレートの正面図である。
【図８】前述の例によるプレートアセンブリの部分立体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
燃料電池は、電気化学エネルギー変換装置で、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。燃料電池は、従来の内燃エンジンよりも、更に効果的に電力に変換することができる。例えば、燃料電池は、水素を燃料とし、酸素を酸化剤として、電気、及び、水や熱などの副産物を生成する。大部分の電源と比較して、燃料電池装置の燃料（水素）、酸化剤（酸素）、及び、副産物（水と熱）は、あったとしても、汚染は少ない。電気、ハイブリッド、又は、他の自動車が、この種の燃料電池を使用して駆動される場合、温室効果ガスの排出とガス消費（gas consumption）は、大幅に減少する。よって、燃料電池は、“環境に優しい動力（green power）”と見なされ、従来の電力と比べて、更に、環境に優しい電力ソースで、燃料電池技術は、一種の“環境保全技術（green technology）”であると言える。
【００１２】
図２は、本発明の具体例による燃料電池の斜視図である。燃料電池２は、バッテリーコア２１、二個の電極２２と２３、二個の保護カバー２４と２５を有する。具体例で、電極２２と２３は、それぞれ、バッテリーコア２１の反対側に設置され、各電極は、燃料電池２の一つ、又は、それ以上の陽極、又は、一つ、又は、それ以上の陰極に結合される。保護カバー２４、２５は、バッテリーコア２１の相反する外側に設置されて、バッテリーコア２１、及び、電極２２と２３を保護、固定する。
【００１３】
図３は、具体例による燃料電池中の燃料セルの分解図である。バッテリーコア２１は、複数の、例えば、１０〜２０個、又は、それ以上の燃料セルを有し、各燃料セルは、燃料セル５０と同じか類似の設計である。一具体例では、燃料セル５０は、第一プレート１００、第二プレート２００、膜／電極接合体３００を含んでいる。第一プレート１００、第二プレート２００、膜／電極接合体３００は、平行に設けられるか、互いにスタックされる。膜／電極接合体３００は、プロトン交換薄膜、陽極触媒層、及び、陰極触媒層を有するプレート構造である。
【００１４】
この例では、第一プレート１００と第二プレート２００は金属プレートで、スタンピング、加圧成形、又は、その他の成形技術により形成される。第一プレート１００と第二プレート２００は、それぞれ、膜／電極接合体３００の反対側に配置されて、一個の燃料セル５０を形成する。バッテリーコア２１は、複数の燃料セル５０をスタックすることにより形成される。
【００１５】
第一プレート１００と第二プレート２００は、燃料セル５０の一部を形成して、燃料セル５０の流体と冷却液の“流動場”を形成する。詳細に説明すると、開示された具体例では、第一プレート１００と第二プレート２００は、複数の流路（例えば、図３で示される第一プレート１００の第一流路１３０）を有して、流体を燃料セル５０の所に流入させ、燃料セル５０から排出するように輸送する。燃料セル５０内の流体の流動場パターンは、燃料セル５０の膜／電極接合体３００のアクティブ領域を通る流体分布に影響する。流体が均等に膜／電極接合体３００のアクティブ領域に分布するとき、燃料セル５０は、設計、応用、燃料等に基づいて、更に効果的に電力を生成する。更に、開示された具体例では、第一プレート１００と第二プレート２００は、更に、複数の冷却液流路（例えば、図３で示される第二プレート２００の第二冷却液流路２２０）を含み、冷却液を燃料セル５０に流入させ、燃料セル５０から排出するように輸送する。燃料セル５０内の冷却液の流動場パターンは、燃料セル５０の冷却に影響する。
【００１６】
この例では、燃料電池２は、各種流体が流れる複数の入口、例えば、第一流体入口ｈ１１、第二流体入口ｈ２１、第一冷却液入口ｈ３１、第二冷却液入口ｈ４１、及び、複数の出口、例えば、第一流体出口ｈ１２、第二流体出口ｈ２２、第一冷却液出口ｈ３２、及び、第二冷却液出口ｈ４２を有する。入口と出口は、横向きにバッテリーコア２１と保護カバー２４、２５を貫通する。言い換えると、図３で示されるように、各第一プレート１００、第二プレート２００、及び、膜／電極接合体３００は、前述の入口と出口が連続して繋がるように形成されている。そして、第一流体及び第一冷却液は第一プレート１００の第一流路１３０及び第一冷却液流路１２０を流通する。また、第二流体及び第二冷却液は、第二プレート２００の第二流路２３０及び第二冷却液流路２２０を流通する。また、この第一プレート１００及び第二プレート２００は、それぞれ矩形状の金属板に複数の直線状の凹凸が形成されることにより、両面の凹部内が流路とされている。矩形状は、長方形でも正方形でも良いが、正方形の方が好ましい。図２に示される形状は、長方形状のプレートをスタックした構造に見えるが、図３〜図７に示されるような正方形状のプレート１００、２００で形成されている。
【００１７】
この例では、第一流体は、第一プレート１００の第一流体入口ｈ１１により、燃料セル５０に流入する。第二流体は、第二プレート２００の第二流体入口ｈ２１により、燃料セル５０に流入する。第一流体は、燃料セル５０に流入後、第一プレート１００の第一流路１３０により、膜／電極接合体３００に輸送される。第二流体は、燃料セル５０に流入後、第二プレート２００の第二流路２３０により、膜／電極接合体３００に輸送される。第一流体と第二流体は、膜／電極接合体３００で生成される化学反応により電力を生成する。前述の化学反応で生成される電力は、電圧と電流の方式により、電極２２と２３から出力され、未完全反応の第一と第二の流体は、反応の副産物により、それぞれ、第一流体出口ｈ１２と第二流体出口ｈ２２から排出される。
【００１８】
この他、第一冷却液は、第一プレート１００の第一冷却液入口ｈ３１により、燃料セル５０に流入する。第二冷却液は、第二プレート２００の第二冷却液入口ｈ４１により、燃料セル５０に流入する。第一冷却液は、燃料セル５０に流入後、第一プレート１００の第一冷却液流路１２０により、第二プレート２００に輸送される。第二冷却液は、燃料セル５０に流入後、第二プレート２００の第二冷却液流路２２０により、第一プレート１００に輸送される。その後、第一冷却液と第二冷却液は、それぞれ、第一冷却液出口ｈ３２と第二冷却液出口ｈ４２により排出される。
【００１９】
一具体例では、第二流体が、水素等の燃料である場合、第一流体は、酸素や空気等の酸化剤である。他の例では、第二流体が、酸素や空気等の酸化剤である場合、第一流体は、水素等の燃料である。この具体例では、電力は、水素と酸素を反応させる、例えば、酸化還元反応（oxidation-reduction reaction）により生成される。この反応の副産物は、水である。また、第一冷却液と第二冷却液も水か、又は、冷熱交換法を促進する流体である。注意すべきことは、第一流体、第二流体、第一冷却液、第二冷却液は、燃料電池システムの設計や応用、又は、その他の考慮に基づいて、異なる流体を使用することができ、本具体例と異なる流体を使用してもよいことである。
【００２０】
燃料電池装置は、環境に優しい動力源、又は、クリーンなエネルギー源として知られ、これらの装置は、クリーンなエネルギー源、例えば、水素、及び／又は、酸素を消費することにより、あったとしても僅かな汚染で、電力にする。更に、電力生成反応の副産物は、燃料電池装置により用いられる冷却液と同じく水で、汚染を生じない、又は、汚染が少ない。
【００２１】
図４は、具体例による第一プレートの正面図である。この具体例では、第一プレート１００は板状構造で、更に、それぞれ、第一プレート１００の両面側に位置する第一冷却表面１１１（図４で示される）と第一反応表面１１２（図５で示される）を有している。第一冷却表面１１１と第一反応表面１１２は、それそれ、第一流路領域Ｚ１を含んでいる。第一流路領域Ｚ１は、矩形状で、更に、第一側辺Ｚ１１、第二側辺Ｚ１２、第三側辺Ｚ１３、及び、第四側辺Ｚ１４を有している。第一側辺Ｚ１１と第二側辺Ｚ１２は、反対側に位置し、第三側辺Ｚ１３と第四側辺Ｚ１４は、反対側に位置する。第一側辺Ｚ１１と第二側辺Ｚ１２は、それぞれ、第三側辺Ｚ１３と第四側辺Ｚ１４に隣接する。
【００２２】
第一プレート１００の第一冷却表面１１１で、第一冷却液流路１２０は、第一流路領域Ｚ１中に設けられ、平行なリブにより区画される。図４で示されるように、第一冷却液流路１２０は、それぞれ、第一方向Ｄ１に沿って、直線状に延伸する。この具体例では、第一方向Ｄ１に延伸する第一冷却液流路１２０は、グランド面（図で水平方向に延びるＤ２方向）と角度Ａ１を形成する。角度Ａ１は、０度〜１８０度である。この具体例では、角度Ａ１は４５度である。各第一冷却液流路１２０は、第一側辺Ｚ１１に近い第一端１２１と、第二側辺Ｚ１２に近い第二端１２２を有する。第一端１２１は、第二端１２２の反対側に位置する。
【００２３】
図４に示されるように、第一プレート１００の第一冷却表面１１１で、第一流体入口ｈ１１は、第一側辺Ｚ１１に沿って設けられ、第三側辺Ｚ１３に隣接する。第二流体入口ｈ２１は、第三側辺Ｚ１３に沿って設けられ、第一側辺Ｚ１１に隣接する。第一冷却液入口ｈ３１は、第二側辺Ｚ１２に沿って設けられ、第三側辺Ｚ１３に隣接する。第二冷却液入口ｈ４１は、第四側辺Ｚ１４に沿って設けられ、第一側辺Ｚ１１に隣接する。
【００２４】
更に、第一流体出口ｈ１２は、第二側辺Ｚ１２に沿って設けられ、第四側辺Ｚ１４に隣接する。第二流体出口ｈ２２は、第四側辺Ｚ１４に沿って設けられ、第二側辺Ｚ１２に隣接する。第一冷却液出口ｈ３２は、第一側辺Ｚ１１に沿って設けられ、第四側辺Ｚ１４に隣接する。第二冷却液出口ｈ４２は、第三側辺Ｚ１３に沿って設けられ、第二側辺Ｚ１２に隣接する。
【００２５】
言い換えると、第一流体入口ｈ１１と第一冷却液出口ｈ３２は、どちらも、第一側辺Ｚ１１に沿って設けられる。第一冷却液入口ｈ３１と第一流体出口ｈ１２は、どちらも、第二側辺Ｚ１２に沿って設けられる。第二流体入口ｈ２１と第二冷却液出口ｈ４２は、どちらも、第三側辺Ｚ１３に沿って設けられる。第二冷却液入口ｈ４１と第二流体出口ｈ２２は、どちらも、第四側辺Ｚ１４に沿って設けられる。これにより、第一プレート１００の第一冷却表面１１１上の第一流路領域Ｚ１の各第一、第二、第三、及び、第四側辺は、流体／冷却液の入口と流体／冷却液の出口を含む。
【００２６】
図５は、具体例による第一プレートの背面図である。この具体例では、第一プレート１００の第一反応表面１１２上の第一流路領域Ｚ１は、第一プレート１００の第一冷却表面１１１（図４で示される）に対応する。第一プレート１００の第一反応表面１１２で、第一流路１３０は第一流路領域Ｚ１中に設けられ、平行なリブにより区画される。開示された具体例では、第一プレート１００は、スタンピングにより形成される。これにより、凹状流路が、スタンピングにより、第一冷却表面１１１上に形成される時、凸状リブは、第一プレート１００の第一反応表面の対応位置上に形成される。反対に、凸状リブが、スタンピングにより、第一冷却表面１１１上に形成される時、凹状流路は、第一プレート１００の第一反応表面の対応位置上に形成される。これにより、スタンピング工程で、第一冷却液流路１２０と第一流路１３０は、同時に形成される。更に、第一冷却液流路１２０と第一流路１３０は、第一方向Ｄ１に直線状に配列される。第一方向Ｄ１は、グランド面（水平方向に延びるＤ２方向）と角度Ａ１を形成する。角度Ａ１は、０度〜１８０度である。この具体例では、角度Ａ１は４５度である。
【００２７】
図４に示されるように、第一プレート１００の第一反応表面１１２上に設けられる前述の流体の入口と出口の相関位置は、第一冷却表面１１１上の配列に対応し、ここでは詳細を省略する。
【００２８】
図６は、具体例による第二プレートの背面図である。この具体例では、第二プレート２００は、第一プレート１００と類似した構造を有する。図５と図６で示されるように、第二プレート２００は、第一プレート１００を、軸ＡＸ１の回りに１８０度反転することにより形成され、軸ＡＸ１は、第一プレート１００の対角線と一致する。これにより、この具体例では、第二プレート２００の第二冷却表面２１１は、更に、第二流路領域Ｚ２上に設けられ、第二方向Ｄ３に沿って延伸する第二冷却液流路２２０を含む。第二冷却液流路２２０（第二方向Ｄ３に沿って延伸する）は、グランド面（図で水平方向Ｄ２に沿って延伸する）と角度Ａ２を形成する。角度Ａ２は０度〜１８０度である。この具体例では、角度Ａ２は４５度である。
【００２９】
この具体例では、第二プレート２００はプレート構造を有し、更に、第二プレート２００の両面にそれぞれ位置する第二冷却表面２１１（図６で示される）と第二反応表面２１２（図７で示される）を有する。第二冷却表面２１１と第二反応表面２１２は、それぞれ、第二流路領域Ｚ２を含む。第二流路領域Ｚ２は、更に、第一側辺Ｚ２１、第二側辺Ｚ２２、第三側辺Ｚ２３、及び、第四側辺Ｚ２４を含む。第一側辺Ｚ２１と第二側辺Ｚ２２は反対側に位置し、第三側辺Ｚ２３と第四側辺Ｚ２４は、反対側に位置する。第一側辺Ｚ２１と第二側辺Ｚ２２は、第三側辺Ｚ２３と第四側辺Ｚ２４との両方に隣接する。
【００３０】
図６で示されるように、第二プレート２００の第二冷却表面２１１で、第一流体入口ｈ１１は、第一側辺Ｚ２１に沿って設けられ、第三側辺Ｚ２３に隣接する。第二流体入口ｈ２１は、第三側辺Ｚ２３に沿って設けられ、第一側辺Ｚ２１に隣接する。第一冷却液入口ｈ３１は、第二側辺Ｚ２２に沿って設けられ、第三側辺Ｚ２３に隣接する。第二冷却液入口ｈ４１は、第四側辺Ｚ２４に沿って設けられ、第一側辺Ｚ２１に隣接する。
【００３１】
更に、第一流体出口ｈ１２は、第二側辺Ｚ２２に沿って設けられ、第四側辺Ｚ２４に隣接する。第二流体出口ｈ２２は、第四側辺Ｚ２４に沿って設けられ、第二側辺Ｚ２２に隣接する。第一冷却液出口ｈ３２は、第一側辺Ｚ２１に沿って設けられ、第四側辺Ｚ２４に隣接する。第二冷却液出口ｈ４２は、第三側辺Ｚ２３に沿って設けられ、第二側辺Ｚ２２に隣接する。
【００３２】
言い換えると、第一流体入口ｈ１１と第一冷却液出口ｈ３２は、共に、第一側辺Ｚ２１に沿って設けられ、第一冷却液入口ｈ３１と第一流体出口ｈ１２は、共に、第二側辺Ｚ２２に沿って設けられ、第二流体入口ｈ２１と第二冷却液出口ｈ４２は、第三側辺Ｚ２３に沿って設けられる、第二冷却液入口ｈ４１と第二流体出口ｈ２２は、共に、第四側辺Ｚ２４に沿って設けられる。これにより、第二プレート２００の第二冷却表面２１１上の第二流路領域Ｚ２の第一、第二、第三、及び、第四側辺のそれぞれは、燃料／冷却液の入口と燃料／冷却液の出口を含む。
【００３３】
再度、図４を参照すると、前に述べたように、第一プレート１００の第一冷却表面１１１は、第一流路領域Ｚ１上に設けられ、第一方向Ｄ１に延伸する第一冷却液流路１２０を含む。図６を参照すると、第二プレート２００の第二冷却表面２１１は、第二流路領域Ｚ２上に設けられ、第二方向Ｄ３に延伸する第二冷却液流路２２０を含む。この具体例では、第一方向Ｄ１は、例えば、第二方向Ｄ３に垂直、又は、ほぼ垂直の角度を有する。上述のように、第一冷却液流路１２０は第一冷却液の輸送に用いられ、第二冷却液流路２２０は第二冷却液の輸送に用いられる。これにより、この具体例では、第一プレート１００中の第一冷却液の流れ（図４のＣ１、Ｃ２、及び、Ｃ３で示される）は、第二プレート２００中の第二冷却液の流れ（図６のＣ１、Ｃ２、及び、Ｃ３で示される）に、例えば、垂直、又は、ほぼ垂直の角度を有する。
【００３４】
図７は、具体例による第二プレートの正面図である。この具体例では、第二プレート２００の第二反応表面２１２は、第二流路領域Ｚ２上に設けられ、第二方向Ｄ３に延伸する第二流路２３０を有する。第二流路２３０（第二方向Ｄ３に延伸する）は、グランド面（図で水平方向Ｄ２に延伸する）と角度Ａ１＋約９０度を形成する。角度Ａ１は、０度〜１８０度である。この具体例中、角度Ａ１は約４５度である。
【００３５】
図５を参照すると、前に述べたように、第一プレート１００の第一反応表面１１２は、第一流路領域Ｚ１上に設けられ、第一方向Ｄ１に沿って延伸する第一流路１３０を含む。図７を参照すると、第二プレート２００の第二反応表面２１２は、第二流路領域Ｚ２上に設けられ、第二方向Ｄ３に延伸する第二流路２３０を有する。この具体例では、第一方向Ｄ１は、第二方向Ｄ３に、例えば、垂直、又は、ほぼ垂直な角度を有する。上述のように、第一流路１３０は第一流体を輸送するのに用いられ、第二流路２３０は第二流体を輸送するのに用いられる。これにより、この具体例では、第一プレート１００中の流体の流れ（図５中、Ｆ１、Ｆ２、及び、Ｆ３で示される）は、第二プレート２００中の第二流体の流れ（図７中、Ｆ１、Ｆ２、及び、Ｆ３で示される）に、例えば、垂直、又は、ほぼ垂直な角度を有する。
【００３６】
図２と図３を参照すると、第一プレート１００、第二プレート２００、及び、膜／電極接合体３００がバッテリーコア２１に組み込まれる時、第一冷却液入口ｈ３１、第一冷却液出口ｈ３２、及び、第一冷却液流路１２０は相互接続される。この他、第一冷却液流路１２０と第二冷却液流路２２０は互いに連接されるが、第一流路１３０、又は、第二流路２３０とは接続されない。これにより、第一冷却液は、第一冷却液入口ｈ３１により、第一冷却液流路１２０、及び／又は、第二冷却液流路２２０に流入し、その後、第一冷却液出口ｈ３２により排出される。図４で示されるように、第一冷却液が、第一プレート１００で流動する冷却液の流動経路Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、ほぼ、同一長さである。
【００３７】
同様に、第二冷却液入口ｈ４１、第二冷却液出口ｈ４２と第二冷却液流路２２０は相互接続される。この他、第一冷却液流路１２０と第二冷却液流路２２０は相互接続されるが、第一流路１３０、又は、第二流路２３０には接続されない。これにより、第二冷却液は、第二冷却液入口ｈ４１より、第二冷却液チャネル２２０に流入し、その後、第一冷却液流路１２０、及び／又は、第二冷却液流路２２０から排出される。図６で示されるように、第二プレート２００中、第二冷却液を輸送する冷却液の流動経路Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、ほぼ同一長さである。
【００３８】
また、第一流体入口ｈ１１と第一流体出口ｈ１２は、第一流路１３０と相互接続され、第二流体、又は、第二冷却液は、第一流路１３０に流入しない。これにより、第一流体は、第一流体入口ｈ１１より、第一プレート１００の第一流路１３０に流入し、その後、第一流体出口ｈ１２より排出される。図５で示されるように、第一プレート１００中、第一流体を輸送する流体の流動経路Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、ほぼ、同一長さである。
【００３９】
更に、第二流体入口ｈ２１と第二流体出口ｈ２２は、第二流路２３０と相互接続され、第一流体、又は、第一冷却液は、第二流路２３０に流入しない。これにより、第二流体は、第二流体入口ｈ２１により、第二プレート２００の第二流路２３０に流入し、その後、第二流体出口ｈ２２から排出される。図７で示されるように、第二プレート２００中、第二流体を輸送する流体の流動経路Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、ほぼ、同一長さである。
【００４０】
図８は、具体例によるプレートアセンブリの部分立体図である。図２で示されるように、バッテリーコアは、複数のスタックされた燃料電池を含む。この具体例では、第一燃料セルの第一プレート１００は、第一燃料セルに隣接する第二燃料セルの第二プレート２００と隣り合わされる。図８で、第一燃料セルの第一プレート１００上の第一冷却液流路１２０は、第二燃料セルの第二プレート２００上の第二冷却液流路２２０に相互接続される。第一冷却液流路１２０は第一方向Ｄ１に延伸し、第二冷却液流路２２０は第二方向Ｄ３に延伸する。この具体例では、第一方向Ｄ１は、第二方向Ｄ３に、例えば、垂直、又は、ほぼ垂直な角度を有する。しかし、垂直で無くても、３０度〜１５０度、さらに好ましくは６０度〜１２０度にすることもできる。これにより、第一冷却液流路１２０と第二冷却液流路２２０は、ほぼＸ形状の構造（相互に交差する構造）に配列され、第一冷却液流路１２０は、例えば、第二冷却液流路２２０に垂直、又は、ほぼ垂直の角度を有する。第一冷却液は、第一冷却液流路１２０で直線状に流動し（矢印Ｃ１で示される）、第二冷却液も、第二冷却液流路２２０に直線状に流動する（矢印Ｃ２で示される）。したがって、両流路１２０、２２０の交差する部分では、第一冷却液と第二冷却液とが混合する場合もあるが、混合しても両流路を直線状に流れる。第一プレート１００と第二プレート２００は、それぞれ、第一冷却液と第二冷却液を輸送するので、第一冷却液と第二冷却液は、どちらも、流れ抵抗が小さい。同様に、第一流路１３０は第一方向Ｄ１に延伸し、第二流路２３０は第二方向Ｄ３に延伸する。第一方向Ｄ１は、例えば、第二方向Ｄ３に垂直、又は、ほぼ垂直な角度を有するので、この具体例では、第一流路１３０と第二流路２３０は、ほぼＸ形状の構造（相互に交差する構造）に配列され、第一流路１３０は第二流路２３０に垂直である。第一流体は第一流路１３０で直線状に流動し（矢印Ｆ１で示される）、第二流体も、第二流路２３０で直線状に流動する（矢印Ｆ２で示される）。よって、第一プレート１００と第二プレート２００が、それぞれ、第一流体と第二流体を輸送する時、第一流体と第二流体は、流れ抵抗が小さい。
【００４１】
本発明によれば、プレートの冷却液流路と流体流路は直線状に延伸し、冷却液と流体が、それぞれ、冷却液流路と流体流路を流れる時、冷却液と流体は、抵抗が小さい。この方式により、本具体例中の第一と第二の冷却液、第一と第二の流体、及び、第一と第二の流体間のこの反応の副産物の輸送に用いられる燃料電池に必要な電力は小さい。
【００４２】
更に、第一と第二の冷却液流路は、ほぼＸ形状の構造で形成され、上述のように、冷却液は、更に均一に燃料セルに分布する。これにより、本具体例中の燃料セルのプレートに対する冷却機能が改善される。
【００４３】
更に、第一と第二流路も、ほぼＸ形状の構造で形成され、第一と第二流路は、水平面に対して傾斜角度（前述のように、例えば、４５度）を形成するように第一及び第二のプレート１００、２００が設けられ、未反応の第一と第二の流体、及び、第一流体と第二流体との間のこの反応の副産物は、前記第一と第二の傾斜した流路に沿って流動し、その後、燃料電池から排出される。
【００４４】
また、具体例では、各プレートの冷却液、流体入口と出口、流体流路と冷却液流路が設計され、流体が、各プレートの流体入口から流体出口に流れる全経路は、ほぼ同一長さで、冷却液が、各プレートの冷却液入口から冷却液出口へ流入する全経路も、ほぼ同一長さである。
【００４５】
本発明では好ましい具体例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の改変や変更を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【符号の説明】
【００４６】
４００ 燃料電池
４０１、４０２ プレート
４０３、４０４ 流路
４０５ ガス拡散層
４０７ 陽極觸媒層
４０８ 陰極觸媒層
４０９ プロトン交換膜
４１０ 膜／電極接合体
２ 燃料電池
２１ バッテリーコア
２２、２３ 電極
２４、２５ 保護カバー
５０ 燃料セル
１００ 第一プレート
１１１ 第一冷却表面
１１２ 第一反応表面
１２０ 第一冷却液流路
１２１ 第一端
１２２ 第二端
１３０ 第一流路
２００ 第二プレート
２１１ 第二冷却表面
２１２ 第二反応表面
２２０ 第二冷却液流路
２３０ 第二流路
３００ 膜／電極接合体
ｈ１１ 第一流体入口
ｈ１２ 第一流体出口
ｈ２１ 第二流体入口
ｈ２２ 第二流体出口
ｈ３１ 第一冷却液入口
ｈ３２ 第一冷却液出口
ｈ４１ 第二冷却液入口
ｈ４２ 第二冷却液出口
Ｚ１ 第一流路領域
Ｚ１１ 第一側辺
Ｚ１２ 第二側辺
Ｚ１３ 第三側辺
Ｚ１４ 第四側辺
Ｚ２ 第二流路領域
Ｚ２１ 第一側辺
Ｚ２２ 第二側辺
Ｚ２３ 第三側辺
Ｚ２４ 第四側辺
Ｄ１ 第一方向
Ｄ２ 水平方向
Ｄ３ 第二方向
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３ 流体の流動経路
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 冷却液の流動経路
Ａ１ 角度
ＡＸ１ 軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流れ場（流体フロー用の）プレート、プレートアセンブリとそのプレートアセンブリを有する燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流れ場プレート（流体フロー用の流路が形成されたプレートを意味し、以下、単にプレートとも言う）は、例えば、一種、又は、多種の流体を導き、運搬し、分流し、及び／又は、分布する流体関連アプリケーションのための構造物である。この“流体”は広義の意味で使用され、一箇所から別の箇所に流動するあらゆる物である。例えば、流体は、空気、気体、液体、粘性流体等を含み、その各々は、それ自身又は、その一部が一箇所から別の箇所に流動し、又は移動する能力を有している。
【０００３】
例を挙げると、流れ場プレートの多くのアプリケーションの一つは、燃料電池に応用され、プレートは、一種、又は、多種の液体、又は、気体の形式の“燃料”の輸送、導引、及び／又は、分布に用いられる。図１は、公知技術の燃料電池の断面図である。図１を参照すると、燃料電池４００、例えば、プロトン交換膜燃料電池（“ＰＥＭＦＣ”として知られる）は、膜／電極接合体４１０、二個のガス拡散層４０５と４０６、及び、二個のプレート４０１と４０２を含む。図に示すように、二個のガス拡散層４０５と４０６は、膜／電極接合体４１０を挟み、二個のプレート４０１と４０２は、膜／電極接合体４１０と二個のガス拡散層４０５と４０６を挟む。プレート４０１と４０２は、それぞれ、一つ、又は、それ以上の流路、例えば、流路４０３と４０４が設けられ、反応流体が、各流路を流れる。例として、膜／電極接合体４１０は、プロトン交換膜４０９、陽極触媒層４０７、及び、陰極触媒層４０８を含む。陽極触媒層４０７と陰極触媒層４０８は、それぞれ、白金、又は、白金合金を含み、触媒となり、燃料電池の電気化学反応を促進する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
効率を促進し、流体分布、又は、対応する素子、例えば、燃料電池への流体分布を更に容易にするため、流れ場プレートを提供し、流体移動や分布の容易さを増加させ、流れ抵抗を低下させ、システムや素子設計を簡潔にし、また、異なる流体流動でも、均一に分布し、また、冷却することができる燃料電池用のプレートアセンブリ及びそれを用いた燃料電池を提供することが望まれる。
【０００５】
本発明は、複数の流路の長さを等しくし、かつ、直線状にすることにより、流体の分布を容易にし、また、冷却液による冷却効果を向上させた燃料電池に用いるプレートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のプレートは、燃料電池用の流体流路を形成するプレートであって、第一流体を受け入れる第一流体入口と、前記第一流体を輸送する複数の第一流路と、前記第一流体を排出する第一流体出口とを含み、前記複数の第一流路は、ほぼ第一方向に延伸する第一反応表面と、第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、前記第一冷却液を輸送する複数の第一冷却液流路と、前記第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを含み、前記複数の第一冷却液流路は、ほぼ前記第一方向に延伸する第一冷却表面とを有し、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、前記第一流体入口と前記第一冷却液出口は、それぞれ、前記プレートの第一側辺近くに位置し、前記第一流体出口と第一冷却液入口は、それぞれ、前記プレートの第二側辺近くに位置し、前記第二側辺は前記第一側辺と対向する側にあり、
前記複数の第一流路と前記複数の第二流路の各々は、それぞれほぼ同一長さであることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の燃料電池は、膜／電極接合体と、第一プレートと、第二プレートとを含み、
前記第一プレートは、第一流体を受け入れる第一流体入口と、前記第一流体を輸送する複数の第一流路と、前記第一流体を排出する第一流体出口とを有し、前記複数の第一流路は、ほぼ第一方向に延伸する第一反応表面と、第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、前記第一冷却液を輸送する複数の第一冷却液流路と、前記第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを有し、前記複数の第一冷却液流路は、ほぼ前記第一方向に延伸する第一冷却表面とを有し、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記第二プレートは、第二流体を受け入れる第二流体入口と、前記第二流体を輸送する複数の第二流路と、前記第二流体を排出する第二流体出口とを有し、前記複数の第二流路は、ほぼ第二方向に延伸する第二反応表面と、第二冷却液を受け入れる第二冷却液入口と、前記第二冷却液を輸送する複数の第二冷却液流路と、前記第二冷却液を排出する第二冷却液出口とを有し、前記複数の第二冷却液流路は、ほぼ前記第二方向に延伸する第二冷却表面とを有し、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記複数の第一流路、第二流路、第一冷却液流路、及び、第二冷却液流路の各々は、それぞれほぼ同一長さであることを特徴とする。
【０００８】
本発明の燃料電池装置に用いるプレートアセンブリは、第一プレートと第二プレートを含み、
前記第一プレートは、第一流体を受け入れる第一流体入口と、前記第一流体を輸送する複数の第一流路と、前記第一流体を排出する第一流体出口とを有し、前記第一流路はほぼ第一方向に延伸する第一反応表面と、第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、前記第一冷却液を輸送する複数の第二流路と、前記第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを有し、前記第二流路は、ほぼ前記第一方向に延伸する第一冷却表面とを有し、
前記第二プレートは、第二流体を受け入れる第二流体入口と、前記第二流体を輸送する複数の第二流路と、前記第二流体を排出する第二流体出口とを有し、前記第二流路は、ほぼ第二方向に沿って延伸する第二反応表面と、第二冷却液を受け入れる第二冷却液入口と、前記第二冷却液を輸送する複数の第二冷却液流路と、前記第二冷却液を排出する第二冷却液出口とを有し、
前記第二冷却液流路は、ほぼ前記第二方向に延伸する第二冷却表面と前記複数の第一流路、第二流路、第一冷却液流路、及び、第二冷却液流路の各々は、それぞれほぼ同一長さであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、流体又は冷却液を流動させる流路が、同じ流体用の複数の流路の入口から出口までの長さがほぼ等しく、かつ、直線状に形成されているため、流体の流れが速く、かつ、均一になり、温度分布も一様になる。すなわち、直線状であることにより、流体移動（流れ）の容易さを増加させ、流れ抵抗を低下（流れの速度を増加）させ、比較的少ないエネルギーでも流体を移動させることができ、システムや素子設計を簡潔にする。また、温度分布が均一になることにより、電池の電気への交換効率が向上する。さらに、板状の金属板に直線状の平行な凹溝を形成することにより、反応表面側の流体流路と、冷却表面側の冷却液流路とが形成されているため、スタンピングや打抜きなどにより、非常に容易に形成することができる。さらに、この構造にすることにより、金属板を介して反応用の流体と冷却液とが接するため、より一層冷却効果を向上させることができる。さらに、本発明によれば、燃料電池の堆積（スタック数）と重量を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来技術による燃料電池装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による燃料電池装置の斜視図である。
【図３】一実施形態による燃料電池装置の一例の燃料電池の分解図である。
【図４】前述の例による第一プレートの正面図である。
【図５】前述の例による第一プレートの背面図である。
【図６】前述の例による第二プレートの背面図である。
【図７】前述の例による第二プレートの正面図である。
【図８】前述の例によるプレートアセンブリの部分立体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
燃料電池は、電気化学エネルギー変換装置で、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。燃料電池は、従来の内燃エンジンよりも、更に効果的に電力に変換することができる。例えば、燃料電池は、水素を燃料とし、酸素を酸化剤として、電気、及び、水や熱などの副産物を生成する。大部分の電源と比較して、燃料電池装置の燃料（水素）、酸化剤（酸素）、及び、副産物（水と熱）は、あったとしても、汚染は少ない。電気、ハイブリッド、又は、他の自動車が、この種の燃料電池を使用して駆動される場合、温室効果ガスの排出とガス消費（gas consumption）は、大幅に減少する。よって、燃料電池は、“環境に優しい動力（green power）”と見なされ、従来の電力と比べて、更に、環境に優しい電力ソースで、燃料電池技術は、一種の“環境保全技術（green technology）”であると言える。
【００１２】
図２は、本発明の具体例による燃料電池の斜視図である。燃料電池２は、バッテリーコア２１、二個の電極２２と２３、二個の保護カバー２４と２５を有する。具体例で、電極２２と２３は、それぞれ、バッテリーコア２１の反対側に設置され、各電極は、燃料電池２の一つ、又は、それ以上の陽極、又は、一つ、又は、それ以上の陰極に結合される。保護カバー２４、２５は、バッテリーコア２１の相反する外側に設置されて、バッテリーコア２１、及び、電極２２と２３を保護、固定する。
【００１３】
図３は、具体例による燃料電池中の燃料セルの分解図である。バッテリーコア２１は、複数の、例えば、１０〜２０個、又は、それ以上の燃料セルを有し、各燃料セルは、燃料セル５０と同じか類似の設計である。一具体例では、燃料セル５０は、第一プレート１００、第二プレート２００、膜／電極接合体３００を含んでいる。第一プレート１００、第二プレート２００、膜／電極接合体３００は、平行に設けられるか、互いにスタックされる。膜／電極接合体３００は、プロトン交換薄膜、陽極触媒層、及び、陰極触媒層を有するプレート構造である。
【００１４】
この例では、第一プレート１００と第二プレート２００は金属プレートで、スタンピング、加圧成形、又は、その他の成形技術により形成される。第一プレート１００と第二プレート２００は、それぞれ、膜／電極接合体３００の反対側に配置されて、一個の燃料セル５０を形成する。バッテリーコア２１は、複数の燃料セル５０をスタックすることにより形成される。
【００１５】
第一プレート１００と第二プレート２００は、燃料セル５０の一部を形成して、燃料セル５０の流体と冷却液の“流動場”を形成する。詳細に説明すると、開示された具体例では、第一プレート１００と第二プレート２００は、複数の流路（例えば、図３で示される第一プレート１００の第一流路１３０）を有して、流体を燃料セル５０の所に流入させ、燃料セル５０から排出するように輸送する。燃料セル５０内の流体の流動場パターンは、燃料セル５０の膜／電極接合体３００のアクティブ領域を通る流体分布に影響する。流体が均等に膜／電極接合体３００のアクティブ領域に分布するとき、燃料セル５０は、設計、応用、燃料等に基づいて、更に効果的に電力を生成する。更に、開示された具体例では、第一プレート１００と第二プレート２００は、更に、複数の冷却液流路（例えば、図３で示される第二プレート２００の第二冷却液流路２２０）を含み、冷却液を燃料セル５０に流入させ、燃料セル５０から排出するように輸送する。燃料セル５０内の冷却液の流動場パターンは、燃料セル５０の冷却に影響する。
【００１６】
この例では、燃料電池２は、各種流体が流れる複数の入口、例えば、第一流体入口ｈ１１、第二流体入口ｈ２１、第一冷却液入口ｈ３１、第二冷却液入口ｈ４１、及び、複数の出口、例えば、第一流体出口ｈ１２、第二流体出口ｈ２２、第一冷却液出口ｈ３２、及び、第二冷却液出口ｈ４２を有する。入口と出口は、横向きにバッテリーコア２１と保護カバー２４、２５を貫通する。言い換えると、図３で示されるように、各第一プレート１００、第二プレート２００、及び、膜／電極接合体３００は、前述の入口と出口が連続して繋がるように形成されている。そして、第一流体及び第一冷却液は第一プレート１００の第一流路１３０及び第一冷却液流路１２０を流通する。また、第二流体及び第二冷却液は、第二プレート２００の第二流路２３０及び第二冷却液流路２２０を流通する。また、この第一プレート１００及び第二プレート２００は、それぞれ矩形状の金属板に複数の直線状の凹凸が形成されることにより、両面の凹部内が流路とされている。矩形状は、長方形でも正方形でも良いが、正方形の方が好ましい。図２に示される形状は、長方形状のプレートをスタックした構造に見えるが、図３〜図７に示されるような正方形状のプレート１００、２００で形成されている。
【００１７】
この例では、第一流体は、第一プレート１００の第一流体入口ｈ１１により、燃料セル５０に流入する。第二流体は、第二プレート２００の第二流体入口ｈ２１により、燃料セル５０に流入する。第一流体は、燃料セル５０に流入後、第一プレート１００の第一流路１３０により、膜／電極接合体３００に輸送される。第二流体は、燃料セル５０に流入後、第二プレート２００の第二流路２３０により、膜／電極接合体３００に輸送される。第一流体と第二流体は、膜／電極接合体３００で生成される化学反応により電力を生成する。前述の化学反応で生成される電力は、電圧と電流の方式により、電極２２と２３から出力され、未完全反応の第一と第二の流体は、反応の副産物により、それぞれ、第一流体出口ｈ１２と第二流体出口ｈ２２から排出される。
【００１８】
この他、第一冷却液は、第一プレート１００の第一冷却液入口ｈ３１により、燃料セル５０に流入する。第二冷却液は、第二プレート２００の第二冷却液入口ｈ４１により、燃料セル５０に流入する。第一冷却液は、燃料セル５０に流入後、第一プレート１００の第一冷却液流路１２０により、第二プレート２００に輸送される。第二冷却液は、燃料セル５０に流入後、第二プレート２００の第二冷却液流路２２０により、第一プレート１００に輸送される。その後、第一冷却液と第二冷却液は、それぞれ、第一冷却液出口ｈ３２と第二冷却液出口ｈ４２により排出される。
【００１９】
一具体例では、第二流体が、水素等の燃料である場合、第一流体は、酸素や空気等の酸化剤である。他の例では、第二流体が、酸素や空気等の酸化剤である場合、第一流体は、水素等の燃料である。この具体例では、電力は、水素と酸素を反応させる、例えば、酸化還元反応（oxidation-reduction reaction）により生成される。この反応の副産物は、水である。また、第一冷却液と第二冷却液も水か、又は、冷熱交換法を促進する流体である。注意すべきことは、第一流体、第二流体、第一冷却液、第二冷却液は、燃料電池システムの設計や応用、又は、その他の考慮に基づいて、異なる流体を使用することができ、本具体例と異なる流体を使用してもよいことである。
【００２０】
燃料電池装置は、環境に優しい動力源、又は、クリーンなエネルギー源として知られ、これらの装置は、クリーンなエネルギー源、例えば、水素、及び／又は、酸素を消費することにより、あったとしても僅かな汚染で、電力にする。更に、電力生成反応の副産物は、燃料電池装置により用いられる冷却液と同じく水で、汚染を生じない、又は、汚染が少ない。
【００２１】
図４は、具体例による第一プレートの正面図である。この具体例では、第一プレート１００は板状構造で、更に、それぞれ、第一プレート１００の両面側に位置する第一冷却表面１１１（図４で示される）と第一反応表面１１２（図５で示される）を有している。第一冷却表面１１１と第一反応表面１１２は、それそれ、第一流路領域Ｚ１を含んでいる。第一流路領域Ｚ１は、矩形状で、更に、第一側辺Ｚ１１、第二側辺Ｚ１２、第三側辺Ｚ１３、及び、第四側辺Ｚ１４を有している。第一側辺Ｚ１１と第二側辺Ｚ１２は、反対側に位置し、第三側辺Ｚ１３と第四側辺Ｚ１４は、反対側に位置する。第一側辺Ｚ１１と第二側辺Ｚ１２は、それぞれ、第三側辺Ｚ１３と第四側辺Ｚ１４に隣接する。
【００２２】
第一プレート１００の第一冷却表面１１１で、第一冷却液流路１２０は、第一流路領域Ｚ１中に設けられ、平行なリブにより区画される。図４で示されるように、第一冷却液流路１２０は、それぞれ、第一方向Ｄ１に沿って、直線状に延伸する。この具体例では、第一方向Ｄ１に延伸する第一冷却液流路１２０は、グランド面（図で水平方向に延びるＤ２方向）と角度Ａ１を形成する。角度Ａ１は、０度〜１８０度である。この具体例では、角度Ａ１は４５度である。各第一冷却液流路１２０は、第一側辺Ｚ１１に近い第一端１２１と、第二側辺Ｚ１２に近い第二端１２２を有する。第一端１２１は、第二端１２２の反対側に位置する。
【００２３】
図４に示されるように、第一プレート１００の第一冷却表面１１１で、第一流体入口ｈ１１は、第一側辺Ｚ１１に沿って設けられ、第三側辺Ｚ１３に隣接する。第二流体入口ｈ２１は、第三側辺Ｚ１３に沿って設けられ、第一側辺Ｚ１１に隣接する。第一冷却液入口ｈ３１は、第二側辺Ｚ１２に沿って設けられ、第三側辺Ｚ１３に隣接する。第二冷却液入口ｈ４１は、第四側辺Ｚ１４に沿って設けられ、第一側辺Ｚ１１に隣接する。
【００２４】
更に、第一流体出口ｈ１２は、第二側辺Ｚ１２に沿って設けられ、第四側辺Ｚ１４に隣接する。第二流体出口ｈ２２は、第四側辺Ｚ１４に沿って設けられ、第二側辺Ｚ１２に隣接する。第一冷却液出口ｈ３２は、第一側辺Ｚ１１に沿って設けられ、第四側辺Ｚ１４に隣接する。第二冷却液出口ｈ４２は、第三側辺Ｚ１３に沿って設けられ、第二側辺Ｚ１２に隣接する。
【００２５】
言い換えると、第一流体入口ｈ１１と第一冷却液出口ｈ３２は、どちらも、第一側辺Ｚ１１に沿って設けられる。第一冷却液入口ｈ３１と第一流体出口ｈ１２は、どちらも、第二側辺Ｚ１２に沿って設けられる。第二流体入口ｈ２１と第二冷却液出口ｈ４２は、どちらも、第三側辺Ｚ１３に沿って設けられる。第二冷却液入口ｈ４１と第二流体出口ｈ２２は、どちらも、第四側辺Ｚ１４に沿って設けられる。これにより、第一プレート１００の第一冷却表面１１１上の第一流路領域Ｚ１の各第一、第二、第三、及び、第四側辺は、流体／冷却液の入口と流体／冷却液の出口を含む。
【００２６】
図５は、具体例による第一プレートの背面図である。この具体例では、第一プレート１００の第一反応表面１１２上の第一流路領域Ｚ１は、第一プレート１００の第一冷却表面１１１（図４で示される）に対応する。第一プレート１００の第一反応表面１１２で、第一流路１３０は第一流路領域Ｚ１中に設けられ、平行なリブにより区画される。開示された具体例では、第一プレート１００は、スタンピングにより形成される。これにより、凹状流路が、スタンピングにより、第一冷却表面１１１上に形成される時、凸状リブは、第一プレート１００の第一反応表面の対応位置上に形成される。反対に、凸状リブが、スタンピングにより、第一冷却表面１１１上に形成される時、凹状流路は、第一プレート１００の第一反応表面の対応位置上に形成される。これにより、スタンピング工程で、第一冷却液流路１２０と第一流路１３０は、同時に形成される。更に、第一冷却液流路１２０と第一流路１３０は、第一方向Ｄ１に直線状に配列される。第一方向Ｄ１は、グランド面（水平方向に延びるＤ２方向）と角度Ａ１を形成する。角度Ａ１は、０度〜１８０度である。この具体例では、角度Ａ１は４５度である。
【００２７】
図４に示されるように、第一プレート１００の第一反応表面１１２上に設けられる前述の流体の入口と出口の相関位置は、第一冷却表面１１１上の配列に対応し、ここでは詳細を省略する。
【００２８】
図６は、具体例による第二プレートの背面図である。この具体例では、第二プレート２００は、第一プレート１００と類似した構造を有する。図５と図６で示されるように、第二プレート２００は、第一プレート１００を、軸ＡＸ１の回りに１８０度反転することにより形成され、軸ＡＸ１は、第一プレート１００の対角線と一致する。これにより、この具体例では、第二プレート２００の第二冷却表面２１１は、更に、第二流路領域Ｚ２上に設けられ、第二方向Ｄ３に沿って延伸する第二冷却液流路２２０を含む。第二冷却液流路２２０（第二方向Ｄ３に沿って延伸する）は、グランド面（図で水平方向Ｄ２に沿って延伸する）と角度Ａ２を形成する。角度Ａ２は０度〜１８０度である。この具体例では、角度Ａ２は４５度である。
【００２９】
この具体例では、第二プレート２００はプレート構造を有し、更に、第二プレート２００の両面にそれぞれ位置する第二冷却表面２１１（図６で示される）と第二反応表面２１２（図７で示される）を有する。第二冷却表面２１１と第二反応表面２１２は、それぞれ、第二流路領域Ｚ２を含む。第二流路領域Ｚ２は、更に、第一側辺Ｚ２１、第二側辺Ｚ２２、第三側辺Ｚ２３、及び、第四側辺Ｚ２４を含む。第一側辺Ｚ２１と第二側辺Ｚ２２は反対側に位置し、第三側辺Ｚ２３と第四側辺Ｚ２４は、反対側に位置する。第一側辺Ｚ２１と第二側辺Ｚ２２は、第三側辺Ｚ２３と第四側辺Ｚ２４との両方に隣接する。
【００３０】
図６で示されるように、第二プレート２００の第二冷却表面２１１で、第一流体入口ｈ１１は、第一側辺Ｚ２１に沿って設けられ、第三側辺Ｚ２３に隣接する。第二流体入口ｈ２１は、第三側辺Ｚ２３に沿って設けられ、第一側辺Ｚ２１に隣接する。第一冷却液入口ｈ３１は、第二側辺Ｚ２２に沿って設けられ、第三側辺Ｚ２３に隣接する。第二冷却液入口ｈ４１は、第四側辺Ｚ２４に沿って設けられ、第一側辺Ｚ２１に隣接する。
【００３１】
更に、第一流体出口ｈ１２は、第二側辺Ｚ２２に沿って設けられ、第四側辺Ｚ２４に隣接する。第二流体出口ｈ２２は、第四側辺Ｚ２４に沿って設けられ、第二側辺Ｚ２２に隣接する。第一冷却液出口ｈ３２は、第一側辺Ｚ２１に沿って設けられ、第四側辺Ｚ２４に隣接する。第二冷却液出口ｈ４２は、第三側辺Ｚ２３に沿って設けられ、第二側辺Ｚ２２に隣接する。
【００３２】
言い換えると、第一流体入口ｈ１１と第一冷却液出口ｈ３２は、共に、第一側辺Ｚ２１に沿って設けられ、第一冷却液入口ｈ３１と第一流体出口ｈ１２は、共に、第二側辺Ｚ２２に沿って設けられ、第二流体入口ｈ２１と第二冷却液出口ｈ４２は、第三側辺Ｚ２３に沿って設けられる、第二冷却液入口ｈ４１と第二流体出口ｈ２２は、共に、第四側辺Ｚ２４に沿って設けられる。これにより、第二プレート２００の第二冷却表面２１１上の第二流路領域Ｚ２の第一、第二、第三、及び、第四側辺のそれぞれは、燃料／冷却液の入口と燃料／冷却液の出口を含む。
【００３３】
再度、図４を参照すると、前に述べたように、第一プレート１００の第一冷却表面１１１は、第一流路領域Ｚ１上に設けられ、第一方向Ｄ１に延伸する第一冷却液流路１２０を含む。図６を参照すると、第二プレート２００の第二冷却表面２１１は、第二流路領域Ｚ２上に設けられ、第二方向Ｄ３に延伸する第二冷却液流路２２０を含む。この具体例では、第一方向Ｄ１は、例えば、第二方向Ｄ３に垂直、又は、ほぼ垂直の角度を有する。上述のように、第一冷却液流路１２０は第一冷却液の輸送に用いられ、第二冷却液流路２２０は第二冷却液の輸送に用いられる。これにより、この具体例では、第一プレート１００中の第一冷却液の流れ（図４のＣ１、Ｃ２、及び、Ｃ３で示される）は、第二プレート２００中の第二冷却液の流れ（図６のＣ１、Ｃ２、及び、Ｃ３で示される）に、例えば、垂直、又は、ほぼ垂直の角度を有する。
【００３４】
図７は、具体例による第二プレートの正面図である。この具体例では、第二プレート２００の第二反応表面２１２は、第二流路領域Ｚ２上に設けられ、第二方向Ｄ３に延伸する第二流路２３０を有する。第二流路２３０（第二方向Ｄ３に延伸する）は、グランド面（図で水平方向Ｄ２に延伸する）と角度Ａ１＋約９０度を形成する。角度Ａ１は、０度〜１８０度である。この具体例中、角度Ａ１は約４５度である。
【００３５】
図５を参照すると、前に述べたように、第一プレート１００の第一反応表面１１２は、第一流路領域Ｚ１上に設けられ、第一方向Ｄ１に沿って延伸する第一流路１３０を含む。図７を参照すると、第二プレート２００の第二反応表面２１２は、第二流路領域Ｚ２上に設けられ、第二方向Ｄ３に延伸する第二流路２３０を有する。この具体例では、第一方向Ｄ１は、第二方向Ｄ３に、例えば、垂直、又は、ほぼ垂直な角度を有する。上述のように、第一流路１３０は第一流体を輸送するのに用いられ、第二流路２３０は第二流体を輸送するのに用いられる。これにより、この具体例では、第一プレート１００中の流体の流れ（図５中、Ｆ１、Ｆ２、及び、Ｆ３で示される）は、第二プレート２００中の第二流体の流れ（図７中、Ｆ１、Ｆ２、及び、Ｆ３で示される）に、例えば、垂直、又は、ほぼ垂直な角度を有する。
【００３６】
図２と図３を参照すると、第一プレート１００、第二プレート２００、及び、膜／電極接合体３００がバッテリーコア２１に組み込まれる時、第一冷却液入口ｈ３１、第一冷却液出口ｈ３２、及び、第一冷却液流路１２０は相互接続される。この他、第一冷却液流路１２０と第二冷却液流路２２０は互いに連接されるが、第一流路１３０、又は、第二流路２３０とは接続されない。これにより、第一冷却液は、第一冷却液入口ｈ３１により、第一冷却液流路１２０、及び／又は、第二冷却液流路２２０に流入し、その後、第一冷却液出口ｈ３２により排出される。図４で示されるように、第一冷却液が、第一プレート１００で流動する冷却液の流動経路Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、ほぼ、同一長さである。
【００３７】
同様に、第二冷却液入口ｈ４１、第二冷却液出口ｈ４２と第二冷却液流路２２０は相互接続される。この他、第一冷却液流路１２０と第二冷却液流路２２０は相互接続されるが、第一流路１３０、又は、第二流路２３０には接続されない。これにより、第二冷却液は、第二冷却液入口ｈ４１より、第二冷却液チャネル２２０に流入し、その後、第一冷却液流路１２０、及び／又は、第二冷却液流路２２０から排出される。図６で示されるように、第二プレート２００中、第二冷却液を輸送する冷却液の流動経路Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、ほぼ同一長さである。
【００３８】
また、第一流体入口ｈ１１と第一流体出口ｈ１２は、第一流路１３０と相互接続され、第二流体、又は、第二冷却液は、第一流路１３０に流入しない。これにより、第一流体は、第一流体入口ｈ１１より、第一プレート１００の第一流路１３０に流入し、その後、第一流体出口ｈ１２より排出される。図５で示されるように、第一プレート１００中、第一流体を輸送する流体の流動経路Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、ほぼ、同一長さである。
【００３９】
更に、第二流体入口ｈ２１と第二流体出口ｈ２２は、第二流路２３０と相互接続され、第一流体、又は、第一冷却液は、第二流路２３０に流入しない。これにより、第二流体は、第二流体入口ｈ２１により、第二プレート２００の第二流路２３０に流入し、その後、第二流体出口ｈ２２から排出される。図７で示されるように、第二プレート２００中、第二流体を輸送する流体の流動経路Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は、ほぼ、同一長さである。
【００４０】
図８は、具体例によるプレートアセンブリの部分立体図である。図２で示されるように、バッテリーコアは、複数のスタックされた燃料電池を含む。この具体例では、第一燃料セルの第一プレート１００は、第一燃料セルに隣接する第二燃料セルの第二プレート２００と隣り合わされる。図８で、第一燃料セルの第一プレート１００上の第一冷却液流路１２０は、第二燃料セルの第二プレート２００上の第二冷却液流路２２０に相互接続される。第一冷却液流路１２０は第一方向Ｄ１に延伸し、第二冷却液流路２２０は第二方向Ｄ３に延伸する。この具体例では、第一方向Ｄ１は、第二方向Ｄ３に、例えば、垂直、又は、ほぼ垂直な角度を有する。しかし、垂直で無くても、３０度〜１５０度、さらに好ましくは６０度〜１２０度にすることもできる。これにより、第一冷却液流路１２０と第二冷却液流路２２０は、ほぼＸ形状の構造（相互に交差する構造）に配列され、第一冷却液流路１２０は、例えば、第二冷却液流路２２０に垂直、又は、ほぼ垂直の角度を有する。第一冷却液は、第一冷却液流路１２０で直線状に流動し（矢印Ｃ１で示される）、第二冷却液も、第二冷却液流路２２０に直線状に流動する（矢印Ｃ２で示される）。したがって、両流路１２０、２２０の交差する部分では、第一冷却液と第二冷却液とが混合する場合もあるが、混合しても両流路を直線状に流れる。第一プレート１００と第二プレート２００は、それぞれ、第一冷却液と第二冷却液を輸送するので、第一冷却液と第二冷却液は、どちらも、流れ抵抗が小さい。同様に、第一流路１３０は第一方向Ｄ１に延伸し、第二流路２３０は第二方向Ｄ３に延伸する。第一方向Ｄ１は、例えば、第二方向Ｄ３に垂直、又は、ほぼ垂直な角度を有するので、この具体例では、第一流路１３０と第二流路２３０は、ほぼＸ形状の構造（相互に交差する構造）に配列され、第一流路１３０は第二流路２３０に垂直である。第一流体は第一流路１３０で直線状に流動し（矢印Ｆ１で示される）、第二流体も、第二流路２３０で直線状に流動する（矢印Ｆ２で示される）。よって、第一プレート１００と第二プレート２００が、それぞれ、第一流体と第二流体を輸送する時、第一流体と第二流体は、流れ抵抗が小さい。
【００４１】
本発明によれば、プレートの冷却液流路と流体流路は直線状に延伸し、冷却液と流体が、それぞれ、冷却液流路と流体流路を流れる時、冷却液と流体は、抵抗が小さい。この方式により、本具体例中の第一と第二の冷却液、第一と第二の流体、及び、第一と第二の流体間のこの反応の副産物の輸送に用いられる燃料電池に必要な電力は小さい。
【００４２】
更に、第一と第二の冷却液流路は、ほぼＸ形状の構造で形成され、上述のように、冷却液は、更に均一に燃料セルに分布する。これにより、本具体例中の燃料セルのプレートに対する冷却機能が改善される。
【００４３】
更に、第一と第二流路も、ほぼＸ形状の構造で形成され、第一と第二流路は、水平面に対して傾斜角度（前述のように、例えば、４５度）を形成するように第一及び第二のプレート１００、２００が設けられ、未反応の第一と第二の流体、及び、第一流体と第二流体との間のこの反応の副産物は、前記第一と第二の傾斜した流路に沿って流動し、その後、燃料電池から排出される。
【００４４】
また、具体例では、各プレートの冷却液、流体入口と出口、流体流路と冷却液流路が設計され、流体が、各プレートの流体入口から流体出口に流れる全経路は、ほぼ同一長さで、冷却液が、各プレートの冷却液入口から冷却液出口へ流入する全経路も、ほぼ同一長さである。
【００４５】
本発明では好ましい具体例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の改変や変更を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【符号の説明】
【００４６】
４００ 燃料電池
４０１、４０２ プレート
４０３、４０４ 流路
４０５ ガス拡散層
４０７ 陽極觸媒層
４０８ 陰極觸媒層
４０９ プロトン交換膜
４１０ 膜／電極接合体
２ 燃料電池
２１ バッテリーコア
２２、２３ 電極
２４、２５ 保護カバー
５０ 燃料セル
１００ 第一プレート
１１１ 第一冷却表面
１１２ 第一反応表面
１２０ 第一冷却液流路
１２１ 第一端
１２２ 第二端
１３０ 第一流路
２００ 第二プレート
２１１ 第二冷却表面
２１２ 第二反応表面
２２０ 第二冷却液流路
２３０ 第二流路
３００ 膜／電極接合体
ｈ１１ 第一流体入口
ｈ１２ 第一流体出口
ｈ２１ 第二流体入口
ｈ２２ 第二流体出口
ｈ３１ 第一冷却液入口
ｈ３２ 第一冷却液出口
ｈ４１ 第二冷却液入口
ｈ４２ 第二冷却液出口
Ｚ１ 第一流路領域
Ｚ１１ 第一側辺
Ｚ１２ 第二側辺
Ｚ１３ 第三側辺
Ｚ１４ 第四側辺
Ｚ２ 第二流路領域
Ｚ２１ 第一側辺
Ｚ２２ 第二側辺
Ｚ２３ 第三側辺
Ｚ２４ 第四側辺
Ｄ１ 第一方向
Ｄ２ 水平方向
Ｄ３ 第二方向
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３ 流体の流動経路
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 冷却液の流動経路
Ａ１ 角度
ＡＸ１ 軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
膜／電極接合体と、
第一プレートと、
第二プレートと、
を含み、
前記第一プレートは、
第一流体を受け入れる第一流体入口と、前記第一流体を輸送する複数の第一流路と、前記第一流体を排出する第一流体出口とを有し、前記複数の第一流路は、ほぼ第一方向に延伸する第一反応表面と、
第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、前記第一冷却液を輸送する複数の第一冷却液流路と、前記第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを有し、前記複数の第一冷却液流路は、ほぼ前記第一方向に延伸する第一冷却表面とを有し、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記第二プレートは、
第二流体を受け入れる第二流体入口と、前記第二流体を輸送する複数の第二流路と、前記第二流体を排出する第二流体出口とを有し、前記複数の第二流路は、ほぼ第二方向に延伸する第二反応表面と、
第二冷却液を受け入れる第二冷却液入口と、前記第二冷却液を輸送する複数の第二冷却液流路と、前記第二冷却液を排出する第二冷却液出口とを有し、前記複数の第二冷却液流路は、ほぼ前記第二方向に延伸する第二冷却表面とを有し、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記複数の第一流路、第二流路、第一冷却液流路、及び、第二冷却液流路の各々は、それぞれほぼ同一長さであることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記第一プレートの前記第一流体入口と前記第一冷却液出口は、それぞれ、前記第一プレートの第一側辺近くに位置し、
前記第一プレートの前記第一流体出口と前記第一冷却液入口は、それぞれ、前記第一プレートの第二側辺近くに位置し、
前記第二側辺は、前記第一側辺と対向する側にあることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第一プレートは、更に、
前記第二流体を受け入れる第二流体入口と、
前記第二冷却液を排出し、前記第二流体入口と共に、前記第一プレートの第三側辺近くに位置する第二冷却液出口と、
前記第二流体を排出する第二流体出口と、
前記第二冷却液を受け入れ、前記第二流体出口と共に、前記第一プレートの第四側辺近くに位置する第二冷却液入口とを有し、
前記第四側辺は、前記第三側辺と対向する側にあることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第二プレートの前記第二流体入口と前記第二冷却液出口は、それぞれ、前記第二プレートの第三側辺の近くに位置し、
前記第二プレートの前記第二流体出口と前記第二冷却液入口は、それぞれ、前記第二プレートの第四側辺の近くに位置し、
前記第四側辺は、前記第三側辺と対向する側にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第二プレートは、更に、
前記第一流体を受け入れる第一流体入口と、
前記第一冷却液を排出し、前記第一流体入口と共に、前記第二プレートの第一側辺近くに位置する第一冷却液出口と、
前記第一流体を排出する第一流体出口と、
前記第一冷却液を受け入れ、前記第一流体出口と共に、前記第二プレートの第二側辺近くに位置する第一冷却液入口とを有し、
前記第二側辺は、前記第一側辺と対向する側にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第一方向と前記第二方向は、それぞれ、一方に対して３０度〜１５０度の角度を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第二方向は、前記第一方向にほぼ垂直であることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第一流体及び第二流体は、それぞれ、酸化剤と燃料の一つを含み、前記第一冷却液及び第二冷却液は、それぞれ、冷却液を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項９】
燃料電池に用いるプレートアセンブリであって、
第一プレートと第二プレートを含み、
前記第一プレートは、
第一流体を受け入れる第一流体入口と、前記第一流体を輸送する複数の第一流路と、前記第一流体を排出する第一流体出口とを有し、前記第一流路はほぼ第一方向に延伸する第一反応表面と、
第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、前記第一冷却液を輸送する複数の第二流路と、前記第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを有し、前記第二流路は、ほぼ前記第一方向に延伸する第一冷却表面とを含み、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記第二プレートは、
第二流体を受け入れる第二流体入口と、前記第二流体を輸送する複数の第二流路と、前記第二流体を排出する第二流体出口とを有し、前記第二流路は、ほぼ第二方向に沿って延伸する第二反応表面と、
第二冷却液を受け入れる第二冷却液入口と、前記第二冷却液を輸送する複数の第二冷却液流路と、前記第二冷却液を排出する第二冷却液出口とを有し、前記第二冷却液流路は、ほぼ前記第二方向に延伸する第二冷却表面とを含み、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記複数の第一流路、第二流路、第一冷却液流路、及び、第二冷却液流路の各々は、それぞれほぼ同一長さであることを特徴とするプレートアセンブリ。
【請求項１０】
前記第一方向と前記第二方向は、それぞれ、一方に対して３０度〜１５０度の角度を有することを特徴とする請求項９に記載のプレートアセンブリ。
【請求項１１】
前記第二方向は、前記第一方向にほぼ垂直であることを特徴とする請求項１０記載のプレートアセンブリ。
【請求項１２】
前記第一流体と前記第二流体は、それぞれ、酸化剤と燃料の一つを含み、前記第一冷却液と前記第二冷却液は、それぞれ、冷却液を含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のプレートアセンブリ。
【請求項１３】
前記プレートアセンブリが燃料電池の第一燃料セル及び第二燃料セルを構成するように少なくとも二組有し、前記第一プレートは前記第一燃料セル内に位置し、前記第二プレートは前記第二燃料セル内に位置することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載のプレートアセンブリ。
【請求項１４】
前記第一燃料セルの前記第一プレートの第一冷却表面と、前記第二燃料セルの前記第二プレートの第二冷却表面とが隣接して接触するように組み立てられる請求項１３記載のプレートアセンブリ。
【請求項１５】
燃料電池用の流体流路を形成するプレートであって、
第一流体を受け入れる第一流体入口と、前記第一流体を輸送する複数の第一流路と、前記第一流体を排出する第一流体出口とを含み、前記複数の第一流路は、ほぼ第一方向に延伸する第一反応表面と、
第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、前記第一冷却液を輸送する複数の第一冷却液流路と、前記第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを含み、前記複数の第一冷却液流路は、ほぼ前記第一方向に延伸する第一冷却表面と、
を有し、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記第一流体入口と前記第一冷却液出口は、それぞれ、前記プレートの第一側辺近くに位置し、前記第一流体出口と第一冷却液入口は、それぞれ、前記プレートの第二側辺近くに位置し、前記第二側辺は前記第一側辺と対向する側にあり、
前記複数の第一流路と前記複数の第二流路の各々は、それぞれほぼ同一長さであることを特徴とするプレート。
【請求項１６】
前記プレートは、更に、第二流体入口、第二冷却液出口、第二流体出口と第二冷却液入口を有し、前記第二流体入口と第二冷却液出口は、それぞれ、前記プレートの第三側辺近くに位置し、前記第二流体出口と前記第二冷却液入口は、それぞれ、前記プレートの第四側辺近くに位置し、前記第四側辺は、前記第三側辺と対向する側にあることを特徴とする請求項１５記載のプレート。
【請求項１７】
前記燃料電池の使用状態で、前記第一方向が水平面に対して３０度〜６０度の角度を有するように前記燃料電池に組み込まれることを特徴とする請求項１５又は１６記載のプレート。
【請求項１８】
前記第一流体は、酸化剤と燃料の一つを含むことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のプレート。
【請求項１９】
前記第一冷却液は冷却液を含むことを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のプレート。
【請求項１】
燃料電池であって、
膜／電極接合体と、
第一プレートと、
第二プレートと、
を含み、
前記第一プレートは、
第一流体を受け入れる第一流体入口と、前記第一流体を輸送する複数の第一流路と、前記第一流体を排出する第一流体出口とを有し、前記複数の第一流路は、ほぼ第一方向に延伸する第一反応表面と、
第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、前記第一冷却液を輸送する複数の第一冷却液流路と、前記第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを有し、前記複数の第一冷却液流路は、ほぼ前記第一方向に延伸する第一冷却表面とを有し、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記第二プレートは、
第二流体を受け入れる第二流体入口と、前記第二流体を輸送する複数の第二流路と、前記第二流体を排出する第二流体出口とを有し、前記複数の第二流路は、ほぼ第二方向に延伸する第二反応表面と、
第二冷却液を受け入れる第二冷却液入口と、前記第二冷却液を輸送する複数の第二冷却液流路と、前記第二冷却液を排出する第二冷却液出口とを有し、前記複数の第二冷却液流路は、ほぼ前記第二方向に延伸する第二冷却表面とを有し、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記複数の第一流路、第二流路、第一冷却液流路、及び、第二冷却液流路の各々は、それぞれほぼ同一長さであることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記第一プレートの前記第一流体入口と前記第一冷却液出口は、それぞれ、前記第一プレートの第一側辺近くに位置し、
前記第一プレートの前記第一流体出口と前記第一冷却液入口は、それぞれ、前記第一プレートの第二側辺近くに位置し、
前記第二側辺は、前記第一側辺と対向する側にあることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第一プレートは、更に、
前記第二流体を受け入れる第二流体入口と、
前記第二冷却液を排出し、前記第二流体入口と共に、前記第一プレートの第三側辺近くに位置する第二冷却液出口と、
前記第二流体を排出する第二流体出口と、
前記第二冷却液を受け入れ、前記第二流体出口と共に、前記第一プレートの第四側辺近くに位置する第二冷却液入口とを有し、
前記第四側辺は、前記第三側辺と対向する側にあることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第二プレートの前記第二流体入口と前記第二冷却液出口は、それぞれ、前記第二プレートの第三側辺の近くに位置し、
前記第二プレートの前記第二流体出口と前記第二冷却液入口は、それぞれ、前記第二プレートの第四側辺の近くに位置し、
前記第四側辺は、前記第三側辺と対向する側にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第二プレートは、更に、
前記第一流体を受け入れる第一流体入口と、
前記第一冷却液を排出し、前記第一流体入口と共に、前記第二プレートの第一側辺近くに位置する第一冷却液出口と、
前記第一流体を排出する第一流体出口と、
前記第一冷却液を受け入れ、前記第一流体出口と共に、前記第二プレートの第二側辺近くに位置する第一冷却液入口とを有し、
前記第二側辺は、前記第一側辺と対向する側にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第一方向と前記第二方向は、それぞれ、一方に対して３０度〜１５０度の角度を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第二方向は、前記第一方向にほぼ垂直であることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第一流体及び第二流体は、それぞれ、酸化剤と燃料の一つを含み、前記第一冷却液及び第二冷却液は、それぞれ、冷却液を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項９】
燃料電池に用いるプレートアセンブリであって、
第一プレートと第二プレートを含み、
前記第一プレートは、
第一流体を受け入れる第一流体入口と、前記第一流体を輸送する複数の第一流路と、前記第一流体を排出する第一流体出口とを有し、前記第一流路はほぼ第一方向に延伸する第一反応表面と、
第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、前記第一冷却液を輸送する複数の第二流路と、前記第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを有し、前記第二流路は、ほぼ前記第一方向に延伸する第一冷却表面とを含み、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記第二プレートは、
第二流体を受け入れる第二流体入口と、前記第二流体を輸送する複数の第二流路と、前記第二流体を排出する第二流体出口とを有し、前記第二流路は、ほぼ第二方向に沿って延伸する第二反応表面と、
第二冷却液を受け入れる第二冷却液入口と、前記第二冷却液を輸送する複数の第二冷却液流路と、前記第二冷却液を排出する第二冷却液出口とを有し、前記第二冷却液流路は、ほぼ前記第二方向に延伸する第二冷却表面とを含み、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記複数の第一流路、第二流路、第一冷却液流路、及び、第二冷却液流路の各々は、それぞれほぼ同一長さであることを特徴とするプレートアセンブリ。
【請求項１０】
前記第一方向と前記第二方向は、それぞれ、一方に対して３０度〜１５０度の角度を有することを特徴とする請求項９に記載のプレートアセンブリ。
【請求項１１】
前記第二方向は、前記第一方向にほぼ垂直であることを特徴とする請求項１０記載のプレートアセンブリ。
【請求項１２】
前記第一流体と前記第二流体は、それぞれ、酸化剤と燃料の一つを含み、前記第一冷却液と前記第二冷却液は、それぞれ、冷却液を含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のプレートアセンブリ。
【請求項１３】
前記プレートアセンブリが燃料電池の第一燃料セル及び第二燃料セルを構成するように少なくとも二組有し、前記第一プレートは前記第一燃料セル内に位置し、前記第二プレートは前記第二燃料セル内に位置することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載のプレートアセンブリ。
【請求項１４】
前記第一燃料セルの前記第一プレートの第一冷却表面と、前記第二燃料セルの前記第二プレートの第二冷却表面とが隣接して接触するように組み立てられる請求項１３記載のプレートアセンブリ。
【請求項１５】
燃料電池用の流体流路を形成するプレートであって、
第一流体を受け入れる第一流体入口と、前記第一流体を輸送する複数の第一流路と、前記第一流体を排出する第一流体出口とを含み、前記複数の第一流路は、ほぼ第一方向に延伸する第一反応表面と、
第一冷却液を受け入れる第一冷却液入口と、前記第一冷却液を輸送する複数の第一冷却液流路と、前記第一冷却液を排出する第一冷却液出口とを含み、前記複数の第一冷却液流路は、ほぼ前記第一方向に延伸する第一冷却表面と、
を有し、外形がほぼ四角形状を有するプレートであり、
前記第一流体入口と前記第一冷却液出口は、それぞれ、前記プレートの第一側辺近くに位置し、前記第一流体出口と第一冷却液入口は、それぞれ、前記プレートの第二側辺近くに位置し、前記第二側辺は前記第一側辺と対向する側にあり、
前記複数の第一流路と前記複数の第二流路の各々は、それぞれほぼ同一長さであることを特徴とするプレート。
【請求項１６】
前記プレートは、更に、第二流体入口、第二冷却液出口、第二流体出口と第二冷却液入口を有し、前記第二流体入口と第二冷却液出口は、それぞれ、前記プレートの第三側辺近くに位置し、前記第二流体出口と前記第二冷却液入口は、それぞれ、前記プレートの第四側辺近くに位置し、前記第四側辺は、前記第三側辺と対向する側にあることを特徴とする請求項１５記載のプレート。
【請求項１７】
前記燃料電池の使用状態で、前記第一方向が水平面に対して３０度〜６０度の角度を有するように前記燃料電池に組み込まれることを特徴とする請求項１５又は１６記載のプレート。
【請求項１８】
前記第一流体は、酸化剤と燃料の一つを含むことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のプレート。
【請求項１９】
前記第一冷却液は冷却液を含むことを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のプレート。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４２２８６（Ｐ２０１２−１４２２８６Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８９４２３（Ｐ２０１１−２８９４２３）
【出願日】平成２３年１２月２８日（２０１１．１２．２８）
【出願人】（３９００２３５８２）財団法人工業技術研究院 (524)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
【住所又は居所原語表記】１９５ Ｃｈｕｎｇ Ｈｓｉｎｇ Ｒｄ．，Ｓｅｃ．４，Ｃｈｕｔｕｎｇ，Ｈｓｉｎ−Ｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ Ｒ．Ｏ．Ｃ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２８日（２０１１．１２．２８）
【出願人】（３９００２３５８２）財団法人工業技術研究院 (524)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
【住所又は居所原語表記】１９５ Ｃｈｕｎｇ Ｈｓｉｎｇ Ｒｄ．，Ｓｅｃ．４，Ｃｈｕｔｕｎｇ，Ｈｓｉｎ−Ｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ Ｒ．Ｏ．Ｃ
【Ｆターム（参考）】
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