燃料電池用バイポーラ板及び冷却板、該板を具備する燃料電池及びその使用方法
燃料電池スタック用のバイポーラ板を提供する。バイポーラ板は、酸化ガスのための流路を有し、酸化ガスのための流路は、１つ以上の溝を具備しており、各溝は、蛇行経路の形状であり、各蛇行経路は、Ｎ―１の連続する曲がり部分Ｔ1，Ｔ2，・・・ＴN-1によりお互いに接続する、Ｎの連続する脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNを個別に具備しており、各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、その連続する脚部Ｌ2，Ｌ3，・・・ＬNから、壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1により縦方向で分離させられており、各曲がり部分により、酸化ガスの流れ方向は、１８０度の方向変化で変化しており、Ｎは、３以上の奇数整数であり、１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は、酸化ガスが１つの脚部Ｌxからその連続する脚部Ｌx+1（１＜− ｘ ＜− Ｎ―１）へ近道を介して流れ、それにより脚部Ｌxの一部と脚部Ｌx+1の一部を迂回することを可能にするための１つ以上のバイパス流路を個別に具備する。更に、同様な設計を有する冷却板が提供される。冷却板と同様にバイポーラ板は、板の表面全体にわたって、より効果的な流体の供給を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用のバイポーラ板及び冷却板に関する。更には、本発明は、燃料電池の、陰極側に酸素を供給するための板及び／又は陰極側を冷却するための板等の使用に関する。本発明は更に、バイポーラ板及び冷却板等を具備する、燃料電池スタックと同様に、バイポーラ板又は冷却板等の製作方法に関する。結局、本発明は、その様な燃料電池スタックを使用した電力の発生方法、及びバックアップ電力システム又は連続的な発電システムとしてのその様な燃料電池スタックの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、燃料電池用のバイポーラ（二極）板及び冷却板に関する。本発明の燃料電池バイポーラ板は、陰極側及び陽極側を有しており、陰極側は、バイパス流路（チャネル）を具備する、蛇行溝の形の１つ以上の流路を具備する。これとの類似して、本発明の冷却板は、冷却側を有しており、冷却側は、バイパス流路を具備する、蛇行溝の形の１つ以上の流路を具備する。本発明のバイポーラ板及び冷却板は、燃料電池スタックの分野において特に有用であり、酸化ガスは、燃料電池の作動のための反応ガスとして使用される。その様な燃料電池は、とりわけ、ＰＥＭ燃料電池及びＳＯＦＣ燃料電池を含む。
【０００３】
燃料電池は、物質から電気エネルギ及び熱への、清浄で比較的効率のよい変換を可能にするデバイス（装置）である。異なる範囲の技術が、最近の数十年間において開発されて来ており、それぞれの技術は、それぞれの原理、反応物質のタイプ、最適な作動条件等を有する。近年特に注目された１つの技術は、所謂、ＰＥＭ（陽子交換膜又は固体高分子形）燃料電池である。近年特に注目された別の技術は、所謂ＳＯＦＣ燃料電池（固体酸化物形又は固体電解質形燃料電池）である。本発明の背景は、ＰＥＭ燃料電池に関して以下で説明される。
【０００４】
ＰＥＭ（陽子交換膜）燃料電池は、陽極と陰極、及びそれらの間に挿入された陽子交換膜を具備する。陽子交換膜は、陽極に面する側に触媒を具備し、同様に陰極に面する側にも触媒を具備する。ＰＥＭ燃料電池の原理は、陽極に面する膜の側に水素を供給することにより、陽極に面する膜の側の触媒によって、下記の化学反応を結果として生じることである。
【０００５】
（１） 陽極反応：Ｈ2−＞２Ｈ+＋２ｅ-
【０００６】
陽極は、導電材料により形成されるので、膜の陽極側で生成された電子を輸送し、それによりＰＥＭ膜の陽極側で生成された陽子は、膜を通過して拡散する。
【０００７】
膜の陰極側には、酸素（又は空気）が供給される。電気負荷が電池の陰極と陽極間で接続されて電気回路が形成された場合には、陽極で生成された陽子は、この負荷を介して陰極へ流れる。陰極に面する膜の側の触媒により、膜の陰極側に供給された酸素は、膜を介して拡散された陽子と反応し、電子は下記の化学反応に従がい陰極へ流れる。
【０００８】
（２） 陰極反応：Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-−＞２Ｈ2Ｏ＋熱
【０００９】
従って、ＰＥＭ燃料電池において発生する正味の反応は、
（３） ２Ｈ2＋Ｏ2−＞２Ｈ2Ｏ＋電力＋熱
である。
【００１０】
単一の電池は、典型的に0.5から１Ｖの電圧を生成可能である。燃料電池のために、より高い電圧を実現するために、多数の単一電池は、通常、所謂、燃料電池スタックにおいて直列に接続する。燃料電池スタックは、経済性のために、１つの燃料電池の陰極を、対応するスタックの隣接する燃料電池の陽極と一体化する、方法で設計される場合がある。これは、所謂バイポーラ板を使用することにより実現される。バイポーラ板は、２つの側部を有する板であり、側部の１つは、１つの燃料電池のための陽極として機能しており、側部のもう一方は、対応する燃料電池スタックの隣接する燃料電池のための陰極として機能する。
【００１１】
バイポーラ板の効率を良くするために、一定量の酸化ガスが、膜の陰極側に供給され、従ってバイポーラ板の陰極側にも供給されることが確保されなければならない。更に、バイポーラ板の陰極側に供給される酸化ガスは、バイポーラ板の陰極側の表面上全体に良好に分配されることが確保されなければならない。これは順に、酸化ガスが例えば周囲の空気等の外部の供給源から、燃料電池スタックの各バイポーラ板の陰極側を酸素源に接続する、入口マニフォールドに、比較的高圧力で供給されることを必要とする。
【００１２】
上記の検討に基づいて、ＰＥＭ燃料電池の多くの研究及び開発は、近年、燃料電池の特定の物理的設計及び特には、バイポーラ板の物理的設計に注目している。
【００１３】
燃料電池の陰極において発生する熱により、冷却手段は、燃料電池の陰極部分を冷却することを必要とする。燃料電池の設計において、バイポーラ板の陰極側は、燃料電池に酸化ガスを供給可能であり、同時に、燃料電池のバイポーラ板の陽極側に供給され、消費される水素の化学量論的に実際に必要とされるものに比べて、陰極側により多くの酸化ガスを供給することにより、燃料電池の陰極側を冷却する場合がある。別の設計は、燃料電池のバイポーラ板の一体部分ではない、異なる冷却板を具備する。
【００１４】
仏国特許出願FR2891090は、側部に蛇行流路を有するバイポーラ板を具備する燃料電池を開示する。これらの溝を通る流体を加圧するために、比較的高い動力消費が、流路を通過するガスを加圧するために使用されるが、これは好ましくない。
【００１５】
トヨタ自動車に譲渡されたキノ ヨシタケによる日本国特許文献JP2003 100319は、低域(又は、低レベル)作動用の燃料電池を開示する。膜が乾いた状態になり過ぎることを防止するために、ガスは、水分を富裕化されている。水分の必要性は、温度が沸点より低いことを暗示する。しかし、冷却流体の流路が湿気からの水滴で塞がれる、特定のリスクが存在する。この領域に関して、バイパス流路は、水分含量が増大することにより膨らむ、樹脂を具備する。水分含量が増えると、バイパス流路は、塞がれ、流速は、残りの流路で増大するので、このことは、水滴の形成及び結果としての流路の閉塞のリスクを軽減する。その様なシステムの欠点は、高速で流路を通るガスを加圧するために使用される比較的高い動力消費である。その様な樹脂充填式バイパス流路は、ガスが乾燥しており、水分の供給が必要ではない、高温式燃料電池には使用されない。
【００１６】
従って、バイポーラ板の多数の異なる設計が、従来技術に開示されてきた。しかし、これらの設計の実質的な数が、その様な板の陰極側に十分な酸化ガスを供給するという技術的な要求を満たすが、これらの設計は全て、欠点に苦しんでおり、バイポーラ板に関して、特定の設計が、外部供給源から入口マニフォールドを介して燃料電池スタックのバイポーラ板の陰極側に、酸化ガスを供給するための多くのエネルギを必要とすること、及び冷却板に関して、特定の設計が、外部供給源から入口マニフォールドを介して燃料電池スタックの冷却板の冷却側に、冷却流体を供給するための多くのエネルギを必要とすることである。
【発明の概要】
【００１７】
本発明は、上記の欠点を克服する、燃料電池用バイポーラ板を提供することを目的とする。具体的には、本発明は、例えば、酸化ガス又は空気等の冷却流体の輸送のための動力消費を最少化することにより、効率的な冷却効果を有する、バイポーラ板であって、例えば、バイポーラ板の形の冷却板を提供することを目的とする。
【００１８】
この目的は、冷却側を有し且つ燃料電池スタックに使用される、冷却板により実現されており、前記冷却側は、冷却流体のための流路を有し、前記冷却流体のための流路は、１つ以上の溝を具備しており、各溝は、蛇行経路の形状である。各前記蛇行経路は、Ｎ―１の連続する曲がり部分Ｔ1，Ｔ2，・・・ＴN-1によりお互いに接続する、Ｎの連続する脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNを個別に具備する。各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、その連続する脚部Ｌ2，Ｌ3，・・・ＬNから、壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1により縦方向で分離させられている。各曲がり部分により、冷却流体の流れ方向は、例えば、１８０度の方向変化で変化する。Ｎは、３以上の奇数整数である。１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は、冷却流体が１つの脚部Ｌxからその連続する脚部Ｌx+1（１＜− ｘ ＜− Ｎ―１）へ近道を介して流れ、それにより脚部Ｌxの一部と脚部Ｌx+1の一部を迂回することを可能にするための１つ以上のバイパス流路を個別に具備する。
【００１９】
上記の従来技術である日本国特許文献JP2003 100319とは対照的に、バイパス流路には、障害物がないことが好ましい。
【００２０】
本発明の第１の冷却板は、バイポーラ板の形で提供可能である。従って、別の形態において、本発明は、燃料電池スタックに使用されるためのバイポーラ板に関する。バイポーラ板は、陽極側と陰極側を具備しており、前記陰極側は、酸化ガスのための流路を有し、酸化ガスのための前記流路は、１つ以上の溝を具備しており、各溝は、蛇行経路の形状である。各前記蛇行経路は、Ｎ―１の連続する曲がり部分Ｔ1，Ｔ2，・・・ＴN-1によりお互いに接続する、Ｎの連続する脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNを個別に具備する。各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、その連続する脚部Ｌ2，Ｌ3，・・・ＬNから、壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1により縦方向で分離させられている。各曲がり部分により、酸化ガスの流れ方向は、例えば、１８０度の方向変化で変化する。Ｎは、３以上の奇数整数である。更に、１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は、酸化ガスが１つの脚部Ｌxからその連続する脚部Ｌx+1（１＜− ｘ ＜− Ｎ―１）へ近道を介して流れ、それにより脚部Ｌxの一部と脚部Ｌx+1の一部を迂回することを可能にするための１つ以上のバイパス流路を個別に具備する。
【００２１】
Ｎは３以上の奇数の正数であるので、冷却流体は、冷却流体が板に流入する、角部（又は、端部）に対向する、角部（又は、端部）にある板から流出する。この事実により、最適化された冷却効果が実現され、それは以下で説明される。低温でむしろ高速度の冷却流体は、板の上流角部において、蛇行流路の第１の脚部Ｌ1に流入する。従って、冷却流体は、蛇行流路の第１の曲がりＴ1に到達する時に、まだ低温である。常に妨害物のない状態のバイパス流路は、冷却流体が第１の曲がりＴ1におけるこの領域において良好な冷却効果で実質的に熱を奪うために、第１の曲がりＴ1付近で比較的長い時間留まるように、冷却流体の流速を減少させる。第１の曲がりＴ1の後で、高温の冷却流体は、例えば、上流角部において第２の曲がりＴ2へ流れており、上流角部付近の第２の曲がりＴ2の領域は、加熱された冷却流体に比べて、より低い温度であるので、第２の曲がりＴ2において、別の熱交換が起こる。冷却流体の低下された温度は、別の曲がりＴ2の後で使用されて、下流角部において板から離れる前に２度目に、下流角部付近の領域を冷却する。２つの曲がりを有する３つの脚部の代わりに、蛇行流路は、より多い数の脚部を具備しても良いが、しかし数は奇数であるので、上流角部に対向する下流角部において冷却流体の流出を確保しており、それにより、冷却流体が偶数の脚部の後に上流角部で流出する場合とは反対に、最適な冷却効果を生じる。
【００２２】
シナリオの制限されない例が、説明の理由から以下で述べられる。例えば、冷却流体は、温度２０℃で上流角部において蛇行流路に流入し、下流角部における領域で第１の曲がりＴ1で180℃まで加熱される。上流角部における領域に再度戻ると、流れは、速度低下自由流れのバイパス流路を有する第２の曲がりＴ2で減少して、熱は、上流角部の領域に放出され、それにより、冷却流体の温度は、160℃まで低下する。下流角部の領域に到達すると、冷却流体の温度は、再度180℃に上昇する。
【００２３】
冷却板又はバイポーラ板は、高温燃料電池に非常に適している。
【００２４】
そこでは、曲がりの方向の変化は、９０度より大きく、好適には、120度より大きく、最も好適には、150度より大きく、例えば、180度である。
【００２５】
特別の実施の形態において、下流角部の領域をより効果的に冷却するために、１つ以上の別の流路が、比較的冷たい冷却流体が熱を吸収するために流れる、下流領域に設けられる。これらの１つ以上の別の流路が下流曲がりＴi（ｉは奇数正数である）から、冷却流体が板から流出する、板の下流角部へ伸長する。その様な別の流路は、冷却流体の温度がまだ比較的低い、第１の曲がりＴに、その様な別の流路が設けられる場合に、冷却に特に有効である。
【００２６】
本発明のバイポーラ板の別の好適な実施の形態において、１つ以上のバイパス流路の壁部分Ｗxは、関連する脚部Ｌxの下流半分部分に設けられるので、脚部Ｌxの下流部分の一部及び脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回する。蛇行の関連するバイパス流路のその様な設計は、最も効率的であると証明されている。例えば、１つ以上のバイパス流路の壁部分Ｗxは、関連する脚部Ｌxの下流第３部分に設けられるので、脚部Ｌxの下流部分の一部及び脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回する。従って、Ｌxの下流側とＬx+1の上流側との間にだけバイパス流路が設けられるが、しかしＬxの上流部分とＬx+1の下流部分との間にはバイパス流路が設けられない。言い換えれば、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3を有する蛇行部に関して、壁部W1は、Ｌ1の下流部分とＬ2の上流部分との間において単にバイパス流路だけを有しており、Ｌ1の上流部分とＬ2の下流部分との間においてバイパス流路は存在しない。しかし、壁部W2は、Ｌ2の下流部分とＬ3の上流部分との間においてバイパス流路を有する。この原理は、３より多い脚部を有する蛇行部に対して容易に拡張できる。
【００２７】
別の形態において、本発明は、燃料電池の運転中、酸化ガスを燃料電池の陰極側に供給するための、本発明のバイポーラ板の使用方法に関する。
【００２８】
別の形態において、本発明は、燃料電池の運転中、酸化ガスを燃料電池の陰極側を冷却し且つ供給する組み合わせに関する。
【００２９】
別の形態において、本発明は、燃料電池の運転中、酸化ガスを燃料電池の陰極側を冷却するための、本発明の冷却板の使用方法に関する。
【００３０】
別の形態において、本発明は、本発明のバイポーラ板及び／又は冷却板の製造方法に関する。
【００３１】
別の形態において、本発明は、本発明の１つ以上のバイポーラ板を具備する燃料電池スタック及び／又は本発明の１つ以上の冷却板を具備する燃料電池スタックに関する。
【００３２】
別の形態において、本発明は、本発明の燃料電池スタックを使用することによる、電力及び／又は熱の生成方法に関する。
【００３３】
別の形態において、本発明は、バックアップシステムとしての、本発明の燃料電池スタックの使用方法に関する。
【００３４】
別の形態において、本発明は、連続的動力発生システムとしての、本発明の燃料電池スタックの使用方法に関する。
【００３５】
別の発明は、上記のように冷却板又はバイポーラ板により提供されており、該発明において、別の流路が保持されるが、バイパス流路は回避される。その様な板は、冷却流体の流れを提供するための、冷却側を有する燃料電池のための冷却板として説明される。
冷却板において、前記冷却側は、冷却流体のための流路を有し、前記冷却流体のための流路は、１つ以上の溝を具備しており、各溝は、蛇行経路の形状であり；各前記蛇行経路は、Ｎ―１の連続する曲がり部分Ｔ1，Ｔ2，・・・ＴN-1によりお互いに接続する、Ｎの連続する脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNを個別に具備する、冷却板において、Ｎは、３以上の奇数整数であり、各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、その連続する脚部Ｌ2，Ｌ3，・・・ＬNから、壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1により縦方向で分離させられており；各曲がり部分により、冷却流体の流れ方向が変化しており；第１の曲がり部分Ｔ1は、冷却流体の一部をこれらの１つ以上の別の流路を介して放出するための、１つ以上の別の流路により、板の角部に接続する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明のバイポーラ板の陰極側の蛇行経路又は本発明の冷却板の冷却側の蛇行経路の設計の平面図であり、各々が３つの脚部と、２つの曲がり部分と、２つの壁部分とを具備する、３つの蛇行経路を示す。
【図２】図２は、本発明のバイポーラ板の陰極側の一部又は本発明の冷却板の冷却側の一部の平面図であり、実質的に180度の弓状溝の形の曲がり部分を示す。
【図３】図３は、本発明のバイポーラ板の陰極側の一部又は本発明の冷却板の冷却側の一部の平面図であり、短い曲がり部脚部ＴLにより分離される、２つの９０度の曲がりを具備する、溝の形の曲がり部分を示す。
【図４】図４は、本発明のバイポーラ板の陰極側の一部又は本発明の冷却板の冷却側の一部の平面図であり、最後の脚部Ｌ3が３つの枝部に分岐する、３つの脚部を有する、１つの蛇行部を示す。
【図５】図５は、第１の脚部の入口部分の流体速度に対する、３つの脚部を具備する単一の蛇行流路における圧力損失のプロットを、バイパス流路を具備しない蛇行部と、例１によるバイパス流路を具備する蛇行部とを比較して示している。
【図６】図6は、冷却板又はバイポーラ板の別の設計を示しており、別の流路は、下流角部の付近の下流領域の冷却のために、下流曲がりと下流角部に設けられる。
【図７ａ】図７ａは、バイポーラ板が電解質膜の間で使用される、第１の燃料電池スタックの原理を図解する。
【図７ｂ】図７ｂは、陽極板と陰極板が、陽極板と陰極板の間の冷却部分により、背部同士が向き合う方向を向く、第２の燃料電池スタックの原理を図解する。
【図７ｃ】図７ｃは、冷却板が陽極板と陰極板の間に挟み込まれており、冷却板と陽極板との間の体積、及び冷却板と陰極板との間の体積で冷却が行われる、第３の燃料電池スタックの原理を図解する。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
上記の図１から４は、各バイパス流路１６の内部が蛇行した２つの脚部の内部に流体接続しており、２つの脚部の間にはバイパス流路が配置されるように解釈されるべきである。
【００３８】
図１は、本発明の、例えば、バイポーラ板（二極）である冷却板を示す。上述したように、本発明は、燃料電池スタックにおいて使用されるバイポーラ板を提供する。本発明のバイポーラ板は、陰極側の特定の設計により、外部供給源から各バイポーラ板の陰極側に入口マニフォールドを介して、本機能を実施するために必要なポンプの動力消費を顕著に節減する状態で、酸化ガスを効率的に供給可能である。
【００３９】
本発明の第１の形態によるバイポーラ板は、陽極側と陰極側を具備しており、前記陰極側は、酸化ガスのための流路を有し、前記酸化ガスのための流路は、１つ以上の溝１２を具備しており、各溝１２は、蛇行経路１４の形状である。各前記蛇行経路は、Ｎ―１の連続的な曲がり部分Ｔ1，Ｔ2，・・・ＴN-1によりお互いに接続する、Ｎの連続する脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNを個別に具備する。各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、その連続する脚部Ｌ2，Ｌ3，・・・ＬNから、壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1により縦方向で分離させられている。各曲がり部分により、酸化ガスの流れ方向は１８０度で変化する。Ｎは、３以上の奇数整数である。１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は、酸化ガスが１つの脚部Ｌxからその連続する脚部Ｌx+1（１＜− ｘ ＜− Ｎ―１）へ近道を介して流れ、それにより脚部Ｌxの一部と脚部Ｌx+1の一部を迂回することを可能にするための１つ以上のバイパス流路１６を個別に具備する。
【００４０】
蛇行形状の溝の形のバイポーラ板の陰極側にある流路がバイパス流路を具備するとの特別な設計により、バイポーラ板の陰極側全体にわたる酸化ガスの適切な供給が、外部供給源からバイポーラ板の陰極側へ燃料電池スタックの入口マニフォールドを介して、酸化ガスを圧送するのに必要なポンプの顕しく低い動力消費で確保される。ポンプの低い動力消費の原因は、蛇行形状の溝のバイパス流路が、本発明による設計を有さないバイポーラ板と比較すると、バイポーラ板の陰極側を通過する際のより小さな圧力低下を可能にすることにある。
【００４１】
また、本発明のバイポーラ板のバイパス流路の存在は、バイポーラ板の陰極側の冷却効果を発揮し、その（冷却効果の）大きさは、驚くべきものであり、流路における圧力低下の減少と言った単なる説明では説明できないことが分かった。この冷却効果の本質は、明確に理解されてはいないが、しかしバイパス流路は、各端部（又は、１８０度曲がり部）付近の熱伝達を増大させる、乱流領域を生成すると考えられている。従って、熱エネルギは、流体の熱容量を使用して、板の一方の端部からもう一方の端部へ効率的に伝達される。これにより、板にわたって顕著により良好な温度分布を可能にし、結局より良好な冷却効果を実現する。本発明のバイポーラ板の冷却と、圧力低下の減少との組み合わされた効果により、バイパス流路を具備する蛇行流れを具備する、板の特別な設計は、燃料電池スタックの冷却板にも適用可能である。
【００４２】
本明細書の説明及び請求項において、蛇行形状は、３つ以上の連続する脚部が原則的に同じ方向を向く状態の幾何学的形状として定義されており、各脚部は、１８０度の曲がりを有する連続する脚部に接続する。
【００４３】
本明細書の説明及び請求項において、蛇行脚部Ｌ1とＬNを考えると、Ｌ1は常に、上流側の脚部、即ち、酸化ガスが燃料電池に流入する、蛇行脚部であり、その一方で、ＬNは常に、下流側の脚部、即ち、酸化ガスが燃料電池から流出する、蛇行脚部であることが分かる。
【００４４】
本発明の好適な実施の形態において、本発明のバイポーラ板の陰極側は、５−２０の蛇行経路１４、例えば、６−１８の蛇行経路、８−１６の蛇行経路、例えば、９−１５の蛇行経路、１０−１４の蛇行経路、又は例えば、１１，１２又は１３の蛇行経路を具備する。
【００４５】
本発明のバイポーラ板の好適な実施の形態において、１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は各々、例えば、１−１５のバイパス流路、２−１４のバイパス流路、例えば、３−１３のバイパス流路、４−１２のバイパス流路、５−１１のバイパス流路、６−１０のバイパス流路、又は例えば、７，８又は９のバイパス流路を個別に具備する。その様な数のバイパス流路は、圧力低下を十分に減少可能であり、従って、より多くのエネルギにより燃料電池の陰極側へ酸化ガスを十分に供給可能にする。
【００４６】
更に、その様な数のバイパス流路は、燃料電池の陰極部の冷却を補助する、蛇行形状で流れる酸化ガスの流れの効果的な乱流を形成すると考えられている。
【００４７】
本発明のバイポーラ板の別の好適な実施の形態において、１つ以上のバイパス流路の壁部分Ｗxは、関連する脚部Ｌxの下流半分部分に設けられるので、脚部Ｌxの下流部分の一部及び脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回する。蛇行の関連するバイパス流路のその様な設計は、最も効率的であると証明されている。例えば、１つ以上のバイパス流路の壁部分Ｗxは、関連する脚部Ｌxの下流の第３部分に設けられるので、脚部Ｌxの下流部分の一部及び脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回する。従って、Ｌxの下流側とＬx+1の上流側との間にだけバイパス流路が設けられるが、しかしＬxの上流部分とＬx+1の下流部分との間にはバイパス流路が設けられない。言い換えれば、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3を有する蛇行部に関して、壁部W1は、Ｌ1の下流部分とＬ2の上流部分との間においてだけにバイパス流路を有しており、Ｌ1の上流部分とＬ2の下流部分との間においてバイパス流路は存在しない。しかし、壁部W2は、Ｌ2の下流部分とＬ3の上流部分との間においてバイパス流路を有する。この原理は、３より多い脚部を有する蛇行部に対して容易に拡張できる。
【００４８】
本発明のバイポーラ板の１つの実施の形態において、１つ以上の曲がり部は、180度の弓状の溝の形で流れの方向の実質的に180度の変更を示しており、その様な溝は、半円形状を有する。その様な実施の形態は、図２に部分的に示されており、図２は、半円形状を有する180度の弓状の溝１８の形で流れの方向の実質的に180度の変更部を介して接続する、２つの蛇行脚部を示す。
【００４９】
本発明のバイポーラ板の別の実施の形態において、１つ以上の曲がり部は、流れの方向において２つの実質的に90度の変更部２０を示しており、各変更部は、実質的に直線の曲がり部脚部TLにより分離されて、流れ方向の180度の変更を共同で示す。その様な実施の形態は、図３に部分的に示される。図３は、流れ方向において２つの実質的に90度の変更部２０ａ，２０ｂの形で流れの方向の180度の変更部を介して接続する、２つの蛇行脚部を示す。
【００５０】
好適な実施の形態において、曲がり部脚部ＴＬは、蛇行部の任意の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1の長さの２０％以下の長さを有する。
【００５１】
本発明のバイポーラ板の好適な実施の形態において、各蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2及びＬ3と；２つの壁部分Ｗ1，Ｗ2と；２つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2とを具備する。更に、本発明のバイポーラ板の蛇行経路の本設計において、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設置される、バイパス流路を具備し、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設置される、バイパス流路を具備し、更に第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設置される、バイパス流路を具備することが好ましい。本発明のバイポーラ板の蛇行部の本設計の更により好適な実施の形態において、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設置される、１０のバイパス流路を具備し、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設置される、３つのバイパス流路を具備し、更に第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設置される、５つのバイパス流路を具備する。
【００５２】
本発明のバイポーラ板の別の好適な実施の形態において、各蛇行経路は、５つの脚部Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4及びＬ5と；４つの壁部分Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4と；４つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4とを具備する。
【００５３】
バイパス経路の数は、圧力低下、温度分布及び酸化剤分布に影響を与えることが分かっている。一般的に圧力低下は、バイパス流路の数が増えると、減少する。しかし、流れ場を通る酸化剤と温度の変動は、増大し、バイパス流路の数及び大きさを制限する。
【００５４】
各蛇行経路の各脚部は個別に、多少曲がっても良く、あるいは実質的に直線的であっても良く、又は直線であってでも良い。
【００５５】
本発明のバイポーラ板の陰極側の蛇行経路で、バイポーラ板の陰極側の任意の別の蛇行経路に「絡ませられる」ものがないことが好ましい。本記載及び添付の請求項において使用される「絡ませられない」との用語は、本発明のバイポーラ板の陰極側の各蛇行経路が、任意の別の蛇行経路により占領される、該バイポーラ板の陰極表面の領域を補完する、該板の陰極表面の領域を占領することを意味する。
【００５６】
本発明のバイポーラ板の１つの実施の形態において、最後の脚部ＬNの下流部に対応する位置にある１つ以上の蛇行経路の最後の脚部ＬNは、２つ以上の枝部２２に分かれ、各枝部は、該バイポーラ板の角部（エッジ）まで伸張する。その様な設計は、蛇行経路における圧力損失のより以上の減少を可能にし、従って、酸化ガスをバイポーラ板の陰極側に供給するのに必要なエネルギの観点においてより良好なエネルギの経済性を提供する。本実施の形態は、図４の単一の蛇行経路として図示される。図４は、板１０の蛇行経路を示し、該蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2とＬ3を具備し、Ｌ3は板の角部との交差の直前にあるその端部において３つの枝部に分かれる。
【００５７】
各蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの寸法は、任意に選択されても良い。しかし、本発明のバイポーラ板の１つの実施の形態において、１つ以上の蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの断面積は、基本的に等しい。
【００５８】
本発明のバイポーラ板の別の実施の形態において、１つ以上の蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの幅は、基本的に等しい。
【００５９】
本発明のバイポーラ板の更に別の実施の形態において、任意の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの断面積に対する任意のバイパス流路１６の断面積の比は、個別に、0.1から１、例えば、0.2から0.9、0.3から0.8、0.4から0.7又は0.5から0.6である。
【００６０】
１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1に設けられたバイパス流路は、任意な適切なパターンで表されても良い。２つ以上のバイパス流路をバイパス流路の１つ以上の異なるグループに分類する（グループ分けする）ことが好ましい。その様な実施の形態において、各グループ内の個別のバイパス流路間の間隔は、脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの幅の１から８倍、例えば、２から７倍、３から６倍、４又は５倍であることが好ましい。
【００６１】
本発明のバイポーラ板の非常に特別で好適な実施の形態において、バイポーラ板の陰極側は、９の蛇行経路を具備しており、各蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2とＬ3と、２つの壁部分Ｗ1，Ｗ2と、２つの曲がり部分Ｔ1，Ｔ2とを具備しており、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設けられた１０のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設けられた３のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設けられた５のバイパス流路を具備する。この実施の形態において、最後の脚部の下流部分に対応する位置にある１つ以上の蛇行経路の最後の脚部ＬNは、２つ以上の枝部２２に分割され、各枝部２２は、該バイポーラ板の角部まで伸長することが好ましい。
【００６２】
好適な実施の形態において、本発明のバイポーラ板は、ＰＥＭ燃料電池又はＳＯＦＣ燃料電池における使用に適するように形成される。
【００６３】
本発明の冷却板
第２の形態において、本発明は、燃料電池スタックで使用するための冷却板を提供する。本発明の冷却板は、その冷却側の特定の設計により、外部供給源からそれ冷却側へ入口マニフォールドを介して、この機能を実施するために必要なポンプの顕しく節減された動力消費で、冷却流体の効率的な供給を可能にする。
【００６４】
図１に示すように、本発明の第１の形態の冷却板は、冷却側を具備しており、
前記冷却側は、冷却流体のための流路を有し、前記冷却流体のための流路は、１つ以上の溝１２を具備しており、各溝１２は、蛇行経路１４の形状であり、
各前記蛇行経路は、Ｎ―１の連続する曲がり部分Ｔ1，Ｔ2，・・・ＴN-1によりお互いに接続する、Ｎの連続する脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNを個別に具備しており、
各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、その連続する脚部Ｌ2，Ｌ3，・・・ＬNから、壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1により縦方向で分離させられており、
各曲がり部分により、冷却流体の流れ方向は、例えば、１８０度の変化で、変化させられており、Ｎは３以上の奇数正数であり、
１つ以上の前記壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は、冷却流体が１つの脚部Ｌxからその連続する脚部Ｌx+1（１＜− ｘ ＜− Ｎ―１）へ近道を介して流れ、それにより前記脚部Ｌxの一部と前記脚部Ｌx+1の一部を迂回することを可能にするための１つ以上のバイパス流路１６を個別に具備する。
【００６５】
バイパス流路を具備する蛇行形状の溝の形の冷却板の冷却側上の冷却流体のための流路の特定の設計により、冷却板の冷却側全体にわたる冷却流体の適切な供給は、冷却流体を、外部供給源から冷却板の冷却側へ燃料電池スタックの入口マニフォールドを介して圧送するために必要なポンプの著しく低い動力消費を確保する。ポンプの低い動力消費の原因は、蛇行溝のバイパス流路が、本発明の冷却板のような設計を有さない冷却板に比べると、冷却板の冷却側における、より小さな圧力低下を提供することによる。
【００６６】
バイポーラ板の蛇行経路のバイパス流路に関する上記の開示のように、バイパス流路は、驚異的に大きな冷却効果を発揮する。同じ効果は、本発明の冷却板の蛇行経路において実現される。
【００６７】
本明細書及び添付の請求項において、蛇行脚部Ｌ1，ＬNを参照すると、Ｌ1は常に、上流の脚部、即ち、冷却流体が燃料電池に流入する、蛇行脚部であるが、他方で、ＬNは常に、下流の脚部、即ち、冷却流体が燃料電池から流出する、蛇行脚部であることが理解されるはずである。
【００６８】
本発明の好適な実施の形態において、本発明の冷却板の冷却側は、５から２０の蛇行経路１４，例えば、６から１８の蛇行経路、８から１６の蛇行経路、９から１５の蛇行経路、例えば、１０から１４の蛇行経路、１１，１２又は１３の蛇行経路を具備する。
【００６９】
本発明の冷却板の好適な実施の形態において、１つ以上の壁部Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は各々、１から１５のバイパス流路、例えば、２から１４のバイパス流路、３から１３のバイパス流路、４から１２のバイパス流路、例えば、５から１１のバイパス流路、６から１０のバイパス流路、７，８又は９のバイパス流路を個別に具備する。その様な数のバイパス流路は、圧力低下の効果的な減少を可能にするので、燃料電池の冷却板の冷却側への冷却流体のより以上に効率的なエネルギ供給を可能にする。更に、その様な数のバイパス流路は、効率的な冷却を更に補助する、蛇行部において流れる冷却流体の流れの効率的な乱流を提供する。
【００７０】
本発明の冷却板の別の好適な実施の形態において、壁部Ｗxの１つ以上のバイパス流路は、関連する脚部Ｌxの下流の半分部分に設置されるので、脚部Ｌxの下流部分の一部と脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回する。蛇行部と関連するバイパス流路のその様な設計は、最も効率的であると証明されている。壁部Ｗxの１つ以上のバイパス流路は、関連する脚部Ｌxの下流の第３部分に設置されるので、脚部Ｌxの下流部分の一部と脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回することがより好ましい。
【００７１】
本発明の冷却板の１つの実施の形態において、１つ以上の曲がり部は、180度の弓状の溝の形で、流れ方向の実質的に180度の変化を示しており、その様な溝は、半円形を有する。その様な実施の形態は、図２に部分的に示される。図２は、半円形状を有する180度の弓状溝１８の形で、実質的に流れ方向の180度の変化を介して接続する、２つの蛇行脚部を示す。
【００７２】
本発明の冷却板の別の実施の形態において、１つ以上の曲がり部は、流れ方向において２つの実質的に９０度の変更部２０を示しており、各変更部は、実質的に直線の曲がり部脚部ＴＬにより分離されて、流れ方向の180度の変化を共同で実現する。その様な実施の形態は、図３に部分的に示される。図３は、流れ方向において２つの実質的に９０度の変更部２０ａ，２０ｂの形で、流れ方向の180度の変更部を介して接続する、２つの蛇行脚部を示す。
【００７３】
本好適な実施の形態において、曲がり部脚部ＴＬは、任意の蛇行脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1の長さの２０％以下の長さを有する。
【００７４】
本発明の冷却板の好適な実施の形態において、各蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2とＬ3と、２つの壁部分Ｗ1，Ｗ2と、２つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2とを具備する。更に、本発明の冷却板の蛇行経路の本設計において、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設けられたバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設けられたバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設けられたバイパス流路を具備することが好ましい。本発明の冷却板の蛇行部（経路）の本設計の更により好適な実施の形態において、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設けられた１０のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設けられた３のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設けられた５つのバイパス流路を具備する。
【００７５】
本発明の冷却板の別の好適な実施の形態において、各蛇行経路は、５つの脚部Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4とＬ5と、４つの壁部分Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4と、４つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4とを具備する。
【００７６】
バイパス流路の数は、圧力降下と、温度分布と、冷媒分布とに影響することが分かった。一般的に、圧力降下は、バイパス流路の数が増えると減少する。しかし流れの場における冷媒及び温度変化は、増大し、可能なバイパス流路の数及び大きさに制限を与える。
【００７７】
各蛇行経路の各脚部は個別に、多少は曲線状であっても良いか、又は基本的に直線的であっても良いか、又は直線であってさえも良い。
【００７８】
本発明の冷却板の冷却側の蛇行経路は、冷却板の冷却側の任意の別の蛇行経路において「絡ませられる」ものがないことが好ましい。本明細書及び添付の請求項において使用される「絡ませられない」との用語は、本発明の冷却側の各蛇行経路が、任意の別の蛇行経路により占領される、該冷却板の冷却表面の領域を補完する、該板の冷却表面の領域を占領することを意味する。
【００７９】
本発明の冷却板の１つの実施の形態において、最後の脚部ＬNの下流部に対応する位置にある１つ以上の蛇行経路の最後の脚部ＬNは、２つ以上の枝部２２に分かれ、各枝部２２は、該冷却板の角部（又は、端部）まで伸張する。その様な設計は、蛇行経路における圧力損失のより以上の減少を可能にし、従って、冷却流体を冷却板の冷却部に供給するのに必要なエネルギの観点においてより良好なエネルギの経済性を提供する。本実施の形態は、図４の単一の蛇行経路として図示される。図４は、板１０の蛇行経路を示し、該蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2とＬ3を具備し、Ｌ3は板の角部との交差の直前にあるその端部において３つの枝部に分かれる。
【００８０】
各蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの寸法は、任意に選択されても良い。しかし、本発明の冷却板の１つの実施の形態において、１つ以上の蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの断面積は、基本的に等しい。
【００８１】
本発明の冷却板の別の実施の形態において、１つ以上の蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの幅は、基本的に等しい。
【００８２】
本発明の冷却板の更に別の実施の形態において、任意の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの断面積に対する任意のバイパス流路１６の断面積の比は、個別に、0.1から１、例えば、0.2から0.9、0.3から0.8、0.4から0.7又は0.5又は0.6である。
【００８３】
１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1に設けられたバイパス流路は、任意な適切なパターンで表されても良い。２つ以上のバイパス流路をバイパス流路の１つ以上の異なるグループに分類することが好ましい。その様な実施の形態において、各グループ内の個別のバイパス流路間の間隔は、脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの幅の１から８倍、例えば、２から７倍、３から６倍、４又は５倍であることが好ましい。
【００８４】
本発明の冷却板の非常に特別で好適な実施の形態において、冷却板の冷却側は、９の蛇行経路を具備しており、各蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2とＬ3と、２つの壁部分Ｗ1，Ｗ2と、２つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2とを具備しており、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設けられた１０のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設けられた３のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設けられた５つのバイパス流路を具備する。この実施の形態において、最後の脚部の下流部分に対応する位置にある１つ以上の蛇行経路の最後の脚部ＬNは、２つ以上の枝部２２に分割され、各枝部２２は、該冷却板の角部まで伸長することが好ましい。
【００８５】
好適な実施の形態において、本発明の冷却板は、ＰＥＭ燃料電池又はＳＯＦＣ燃料電池における使用に適するように形成される。
【００８６】
本発明のバイポーラ板又は冷却板の使用方法
第３の形態において、本発明は、燃料電池の作動中に燃料電池の陰極側へ酸化ガスを供給するための本発明のバイポーラ板の使用方法に関する。
【００８７】
第３の形態において、本発明は、燃料電池の作動中に燃料電池の陰極側へ酸化ガスを供給するための本発明のバイポーラ板の使用方法に関する。
【００８８】
第４の形態において、本発明は、燃料電池の作動中に燃料電池の陰極側への酸化ガスの冷却及び供給の組み合わせに関する。燃料電池の陰極側への酸化ガスの冷却及び供給の組み合わせによるその様な効果は、本発明のバイポーラ板を燃料電池に組み込むことにより、及びバイポーラ板の陽極側における反応に関連する水素ガスの化学量論的な量によって必要なものに比べて、蛇行経路を介してバイポーラ板の陰極側に、より多くの酸化ガスを供給することにより実現される。
【００８９】
第５の形態において、本発明は、燃料電池の作動中に燃料電池の陰極側を冷却するための本発明の冷却板の使用方法に関する。本発明のこの形態において、水、アルコール又はオイル等の液体の形で、又は大気空気、酸素、窒素、メタン、リフォーメート（改質油）ガス又は他のガス、好適には不活性ガス等の、ガス又はガス混合物の形で、冷却流体を使用することが好ましい。
【００９０】
本発明のバイポーラ板又は冷却板の製造方法
本発明のバイポーラ板及び冷却板は、任意の適切な材料により形成されても良い。バイポーラ板及び冷却板の材料が、導電性であって、耐腐食性であることは、基本的な特徴である。適切な材料は、黒鉛と、結合剤（バインダ）を具備する黒鉛粉体と、金属と、耐腐食性被覆を具備する金属と、合金と、耐腐食性被覆を具備する合金と、導電性エラストマ（高分子重合体）の混合物と、導電性セラミック材料とを含むグループから選択されても良い。
【００９１】
第６の形態において、本発明は、本発明によるバイポーラ板及び／又は冷却板の製造方法に関する。
【００９２】
本発明によるバイポーラ板及び冷却板は、従来技術として既知な技術により製造され提供するも良い。本発明によるバイポーラ板又は冷却板を用意するための方法による好適な実施の形態において、バイポーラ板／冷却板は、下記の手順で製作される。
ｉ） バイポーラ板／冷却板の所望の設計に少なくとも対応する、寸法を有する材料を提供する手順と；
ｉｉ） 例えば、ＣＮＣフライス盤において、過剰な材料を平削りで除去することにより、所望の設計の細部を形成する手順と；
ｉｉｉ） 耐腐食性被覆で板を選択可能に被覆する手順と；である。
【００９３】
本発明によるバイポーラ板又は冷却板を用意するための方法による別の好適な実施の形態において、バイポーラ板又は冷却板は、下記の手順で製作される。
ｉ） 成形及び／又は鋳造に適した材料を提供する手順と；
ｉｉ） 材料をバイポーラ板又は冷却板の所望の設計に鋳造する手順と；
ｉｉｉ） 耐腐食性被覆で板を選択可能に被覆する手順と；である。
【００９４】
第７の形態において、本発明は、本発明の１つ以上のバイポーラ板を具備する、燃料電池スタック及び／又は本発明の１つ以上の冷却板を具備する、燃料電池スタックに関する。当業者は、その様な燃料電池スタックを組み立てる方法及び作動する方法を知っている。
【００９５】
本発明のこの形態による好適な実施の形態において、燃料電池スタックは、ＰＥＭ燃料電池スタック又はＳＯＦＣ燃料電池スタックである。
【００９６】
本発明の燃料電池スタックを使用することによる電力及び／又は熱の製造方法
第８の形態において、本発明は、本発明の燃料電池スタックを使用することによる電力及び／又は熱の製造方法に関する。
【００９７】
本発明の燃料電池スタックの使用方法
第９の形態において、本発明は、バックアップ動力システム（装置）としての、本発明の燃料電池スタックを使用方法に関する。
【００９８】
第１０の形態において、本発明は、連続的な動力発生システムとしての、本発明の燃料電池スタックを使用方法に関する。
【００９９】
例１
本例は、バイパス流路を具備する蛇行経路を有する板と、バイパス流路を具備しない同様な板との間の相違を、前記蛇行部を通る酸化剤の流れの供給エネルギ消費に関して表示している。板は、各ケースにおいて、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3と、２つの壁部分Ｗ1，Ｗ2とを具備する、蛇行経路を有していた。Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3の流路寸法は、1.5mm幅で、1.8mm高さであった。バイパス流路を具備する蛇行経路に関して、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流半分部分に設置された１０のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流第３部分に設置された３のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は更に、Ｌ2の下流第３部分に設置された５のバイパス流路を具備していた。
【０１００】
酸化ガスは、２つの板各々に供給された。酸化ガスの速度は、２０℃において計算された。電池の入力熱動力は、0.45Ｖの電池電圧を生じる0.7A/cm2までの範囲の負荷において、出口温度が180℃であるように制御された。流路がカバーする活動する面積は、約５cm2である。
【０１０１】
図５は、第１の脚部の入口部分の流体速度に対する、３つの脚部を具備する単一の蛇行流路における圧力損失のプロットを、バイパス流路を具備しない蛇行部とバイパス流路を具備する蛇行部とを比較して示している。
【０１０２】
バイパス流路を使用した圧力損失は、グラフに示すように、係数４で減少するので、理論的動力消費も同様である。実際のシステムに関して、これは、バイパス流路を有するパラシティック動力損失は、フルロード（最大負荷運転）で燃料電池スタックの２％未満まで減少可能であることを意味する。
【０１０３】
図６は、本発明のバイポーラ板又は冷却板の別の実施の形態を示す。図解説明の理由で、冷却流体が流入する板の上流角部４４から、反対方向に向かって、冷却流体が流出する板１０の下流角部４２に伸びる３つの異なる蛇行流路パターンが示される。一般的に、１つのパターンだけが、板の一方の側又は両側にわたって繰り返して使用される。第１の流路パターン１４ａと第２の流路パターン１４ｂは、２つの９０度曲がりを有する四角の曲がりＴ1を有するが、第３の曲がりは、半円Ｔ1’である。
【０１０４】
第２の流路パターン１４ｂは、１つ以上の曲がり部分Ｔiから下流角部４２へ伸長する、別の出口流路４０を具備して、下流角部４２において領域４８を冷却する。冷却流体の特定の部分だけが、別の出口流路を介して流路パターン１４ｂを流出し、それは、蛇行流路１４ｂとバイパス流路１６に対する別の出口流路の寸法に依存する。
【０１０５】
一般的にはガスである冷却流体の流れは、以下で説明される。低温の冷却流体は、上流角部４４において、むしろ高速で、蛇行流路１４ｂの第１の脚部Ｌ1に流入する。従って、冷却流体は、蛇行流路１４ｂの第１の曲がりＴ1に到達する際に、まだ低温である。バイパス流路１６は、冷却流体の流速を低下するので、冷却流体は、下流角部４２におけるこの領域４８において、良好な冷却効果で実質的な熱を奪うために、下流角部４２付近で比較的長い時間留まる。
【０１０６】
シナリオ（筋書き）の制限のない例が、説明の理由で以下に述べられる。例えば、冷却流体は、温度２０℃で上流角部４４で蛇行流路１４ｂに流入し、下流角部４２で領域４８の第１の曲がりＴ1で180℃に加熱される。上流角部４４で領域４６に再度戻ると、流れは、パス流路１６により減速する第２の曲がりＴ2で減少するので、熱は上流角部４４の領域４６に放出されて、それにより冷却流体の温度は、160℃まで低下する。下流角部４２の領域４８に達すると、冷却流体の温度は再度180℃に上昇する。下流角部４２の領域４８を冷却するために、別の流路４０が、下流領域４８に設けられており、下流領域４８を介して、比較的低温の冷却流体が熱を奪うために流れる。その様な流路４０は、冷却流体の温度がまだ比較的低い、第１の曲がりＴ1に設けられる。その様な流路４０は、その様な別の流路４０が冷却流体の温度がまだ比較的低い第１の曲がりＴ1に設けられるならば、冷却のための特に効果的である。
【０１０７】
図７ａは、燃料電池スタックの一部として第１の形態を示す。本形態は、陽極側２８と陰極側２６とを有する、バイポーラ板１０を具備しており、陽極側２８において、水素の流れは電解質膜３０に陽子を提供するために設けられており、陰極側２６において、酸素又は空気又は別の流体は、膜３０から陽子を受け取るために流れる。例えば、酸素又は空気等の陰極流体は、バイポーラ板を冷却するための冷却媒体として使用される。バイポーラ板の陰極側は、上記のように、蛇行流路パターンを具備する。
【０１０８】
図７ｂは、別の実施の形態を示しており、この実施の形態において、陰極側２６を有する陰極板３４は、陽極側２８と例えば、ガス又は液体等の冷却流体３２とを有する、陽極板３６に、２つの板の間の空間３２において、組み合わされる。空間３２において、陰極板３４又は陽極板３６は、冷却流体による効果的な冷却のために上記のように、蛇行流路パターンを具備する。
【０１０９】
図７ｃは、更に別のものを示しており、この形態において、陰極板３４と陽極板３６は、２つの冷却空間３２が設けられるように冷却板３８を挟んでおり、２つの冷却空間３２とは、冷却板３８と陰極板３４との間の１つの冷却体積と、冷却板３８と陽極板３６との間の別の冷却体積とである。冷却板３８は、両側に、上記のように、蛇行流路パターンを具備する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用のバイポーラ板及び冷却板に関する。更には、本発明は、燃料電池の、陰極側に酸素を供給するための板及び／又は陰極側を冷却するための板等の使用に関する。本発明は更に、バイポーラ板及び冷却板等を具備する、燃料電池スタックと同様に、バイポーラ板又は冷却板等の製作方法に関する。結局、本発明は、その様な燃料電池スタックを使用した電力の発生方法、及びバックアップ電力システム又は連続的な発電システムとしてのその様な燃料電池スタックの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、燃料電池用のバイポーラ（二極）板及び冷却板に関する。本発明の燃料電池バイポーラ板は、陰極側及び陽極側を有しており、陰極側は、バイパス流路（チャネル）を具備する、蛇行溝の形の１つ以上の流路を具備する。これとの類似して、本発明の冷却板は、冷却側を有しており、冷却側は、バイパス流路を具備する、蛇行溝の形の１つ以上の流路を具備する。本発明のバイポーラ板及び冷却板は、燃料電池スタックの分野において特に有用であり、酸化ガスは、燃料電池の作動のための反応ガスとして使用される。その様な燃料電池は、とりわけ、ＰＥＭ燃料電池及びＳＯＦＣ燃料電池を含む。
【０００３】
燃料電池は、物質から電気エネルギ及び熱への、清浄で比較的効率のよい変換を可能にするデバイス（装置）である。異なる範囲の技術が、最近の数十年間において開発されて来ており、それぞれの技術は、それぞれの原理、反応物質のタイプ、最適な作動条件等を有する。近年特に注目された１つの技術は、所謂、ＰＥＭ（陽子交換膜又は固体高分子形）燃料電池である。近年特に注目された別の技術は、所謂ＳＯＦＣ燃料電池（固体酸化物形又は固体電解質形燃料電池）である。本発明の背景は、ＰＥＭ燃料電池に関して以下で説明される。
【０００４】
ＰＥＭ（陽子交換膜）燃料電池は、陽極と陰極、及びそれらの間に挿入された陽子交換膜を具備する。陽子交換膜は、陽極に面する側に触媒を具備し、同様に陰極に面する側にも触媒を具備する。ＰＥＭ燃料電池の原理は、陽極に面する膜の側に水素を供給することにより、陽極に面する膜の側の触媒によって、下記の化学反応を結果として生じることである。
【０００５】
（１） 陽極反応：Ｈ2−＞２Ｈ+＋２ｅ-
【０００６】
陽極は、導電材料により形成されるので、膜の陽極側で生成された電子を輸送し、それによりＰＥＭ膜の陽極側で生成された陽子は、膜を通過して拡散する。
【０００７】
膜の陰極側には、酸素（又は空気）が供給される。電気負荷が電池の陰極と陽極間で接続されて電気回路が形成された場合には、陽極で生成された陽子は、この負荷を介して陰極へ流れる。陰極に面する膜の側の触媒により、膜の陰極側に供給された酸素は、膜を介して拡散された陽子と反応し、電子は下記の化学反応に従がい陰極へ流れる。
【０００８】
（２） 陰極反応：Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-−＞２Ｈ2Ｏ＋熱
【０００９】
従って、ＰＥＭ燃料電池において発生する正味の反応は、
（３） ２Ｈ2＋Ｏ2−＞２Ｈ2Ｏ＋電力＋熱
である。
【００１０】
単一の電池は、典型的に0.5から１Ｖの電圧を生成可能である。燃料電池のために、より高い電圧を実現するために、多数の単一電池は、通常、所謂、燃料電池スタックにおいて直列に接続する。燃料電池スタックは、経済性のために、１つの燃料電池の陰極を、対応するスタックの隣接する燃料電池の陽極と一体化する、方法で設計される場合がある。これは、所謂バイポーラ板を使用することにより実現される。バイポーラ板は、２つの側部を有する板であり、側部の１つは、１つの燃料電池のための陽極として機能しており、側部のもう一方は、対応する燃料電池スタックの隣接する燃料電池のための陰極として機能する。
【００１１】
バイポーラ板の効率を良くするために、一定量の酸化ガスが、膜の陰極側に供給され、従ってバイポーラ板の陰極側にも供給されることが確保されなければならない。更に、バイポーラ板の陰極側に供給される酸化ガスは、バイポーラ板の陰極側の表面上全体に良好に分配されることが確保されなければならない。これは順に、酸化ガスが例えば周囲の空気等の外部の供給源から、燃料電池スタックの各バイポーラ板の陰極側を酸素源に接続する、入口マニフォールドに、比較的高圧力で供給されることを必要とする。
【００１２】
上記の検討に基づいて、ＰＥＭ燃料電池の多くの研究及び開発は、近年、燃料電池の特定の物理的設計及び特には、バイポーラ板の物理的設計に注目している。
【００１３】
燃料電池の陰極において発生する熱により、冷却手段は、燃料電池の陰極部分を冷却することを必要とする。燃料電池の設計において、バイポーラ板の陰極側は、燃料電池に酸化ガスを供給可能であり、同時に、燃料電池のバイポーラ板の陽極側に供給され、消費される水素の化学量論的に実際に必要とされるものに比べて、陰極側により多くの酸化ガスを供給することにより、燃料電池の陰極側を冷却する場合がある。別の設計は、燃料電池のバイポーラ板の一体部分ではない、異なる冷却板を具備する。
【００１４】
仏国特許出願FR2891090は、側部に蛇行流路を有するバイポーラ板を具備する燃料電池を開示する。これらの溝を通る流体を加圧するために、比較的高い動力消費が、流路を通過するガスを加圧するために使用されるが、これは好ましくない。
【００１５】
トヨタ自動車に譲渡されたキノ ヨシタケによる日本国特許文献JP2003 100319は、低域(又は、低レベル)作動用の燃料電池を開示する。膜が乾いた状態になり過ぎることを防止するために、ガスは、水分を富裕化されている。水分の必要性は、温度が沸点より低いことを暗示する。しかし、冷却流体の流路が湿気からの水滴で塞がれる、特定のリスクが存在する。この領域に関して、バイパス流路は、水分含量が増大することにより膨らむ、樹脂を具備する。水分含量が増えると、バイパス流路は、塞がれ、流速は、残りの流路で増大するので、このことは、水滴の形成及び結果としての流路の閉塞のリスクを軽減する。その様なシステムの欠点は、高速で流路を通るガスを加圧するために使用される比較的高い動力消費である。その様な樹脂充填式バイパス流路は、ガスが乾燥しており、水分の供給が必要ではない、高温式燃料電池には使用されない。
【００１６】
従って、バイポーラ板の多数の異なる設計が、従来技術に開示されてきた。しかし、これらの設計の実質的な数が、その様な板の陰極側に十分な酸化ガスを供給するという技術的な要求を満たすが、これらの設計は全て、欠点に苦しんでおり、バイポーラ板に関して、特定の設計が、外部供給源から入口マニフォールドを介して燃料電池スタックのバイポーラ板の陰極側に、酸化ガスを供給するための多くのエネルギを必要とすること、及び冷却板に関して、特定の設計が、外部供給源から入口マニフォールドを介して燃料電池スタックの冷却板の冷却側に、冷却流体を供給するための多くのエネルギを必要とすることである。
【発明の概要】
【００１７】
本発明は、上記の欠点を克服する、燃料電池用バイポーラ板を提供することを目的とする。具体的には、本発明は、例えば、酸化ガス又は空気等の冷却流体の輸送のための動力消費を最少化することにより、効率的な冷却効果を有する、バイポーラ板であって、例えば、バイポーラ板の形の冷却板を提供することを目的とする。
【００１８】
この目的は、冷却側を有し且つ燃料電池スタックに使用される、冷却板により実現されており、前記冷却側は、冷却流体のための流路を有し、前記冷却流体のための流路は、１つ以上の溝を具備しており、各溝は、蛇行経路の形状である。各前記蛇行経路は、Ｎ―１の連続する曲がり部分Ｔ1，Ｔ2，・・・ＴN-1によりお互いに接続する、Ｎの連続する脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNを個別に具備する。各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、その連続する脚部Ｌ2，Ｌ3，・・・ＬNから、壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1により縦方向で分離させられている。各曲がり部分により、冷却流体の流れ方向は、例えば、１８０度の方向変化で変化する。Ｎは、３以上の奇数整数である。１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は、冷却流体が１つの脚部Ｌxからその連続する脚部Ｌx+1（１＜− ｘ ＜− Ｎ―１）へ近道を介して流れ、それにより脚部Ｌxの一部と脚部Ｌx+1の一部を迂回することを可能にするための１つ以上のバイパス流路を個別に具備する。
【００１９】
上記の従来技術である日本国特許文献JP2003 100319とは対照的に、バイパス流路には、障害物がないことが好ましい。
【００２０】
本発明の第１の冷却板は、バイポーラ板の形で提供可能である。従って、別の形態において、本発明は、燃料電池スタックに使用されるためのバイポーラ板に関する。バイポーラ板は、陽極側と陰極側を具備しており、前記陰極側は、酸化ガスのための流路を有し、酸化ガスのための前記流路は、１つ以上の溝を具備しており、各溝は、蛇行経路の形状である。各前記蛇行経路は、Ｎ―１の連続する曲がり部分Ｔ1，Ｔ2，・・・ＴN-1によりお互いに接続する、Ｎの連続する脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNを個別に具備する。各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、その連続する脚部Ｌ2，Ｌ3，・・・ＬNから、壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1により縦方向で分離させられている。各曲がり部分により、酸化ガスの流れ方向は、例えば、１８０度の方向変化で変化する。Ｎは、３以上の奇数整数である。更に、１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は、酸化ガスが１つの脚部Ｌxからその連続する脚部Ｌx+1（１＜− ｘ ＜− Ｎ―１）へ近道を介して流れ、それにより脚部Ｌxの一部と脚部Ｌx+1の一部を迂回することを可能にするための１つ以上のバイパス流路を個別に具備する。
【００２１】
Ｎは３以上の奇数の正数であるので、冷却流体は、冷却流体が板に流入する、角部（又は、端部）に対向する、角部（又は、端部）にある板から流出する。この事実により、最適化された冷却効果が実現され、それは以下で説明される。低温でむしろ高速度の冷却流体は、板の上流角部において、蛇行流路の第１の脚部Ｌ1に流入する。従って、冷却流体は、蛇行流路の第１の曲がりＴ1に到達する時に、まだ低温である。常に妨害物のない状態のバイパス流路は、冷却流体が第１の曲がりＴ1におけるこの領域において良好な冷却効果で実質的に熱を奪うために、第１の曲がりＴ1付近で比較的長い時間留まるように、冷却流体の流速を減少させる。第１の曲がりＴ1の後で、高温の冷却流体は、例えば、上流角部において第２の曲がりＴ2へ流れており、上流角部付近の第２の曲がりＴ2の領域は、加熱された冷却流体に比べて、より低い温度であるので、第２の曲がりＴ2において、別の熱交換が起こる。冷却流体の低下された温度は、別の曲がりＴ2の後で使用されて、下流角部において板から離れる前に２度目に、下流角部付近の領域を冷却する。２つの曲がりを有する３つの脚部の代わりに、蛇行流路は、より多い数の脚部を具備しても良いが、しかし数は奇数であるので、上流角部に対向する下流角部において冷却流体の流出を確保しており、それにより、冷却流体が偶数の脚部の後に上流角部で流出する場合とは反対に、最適な冷却効果を生じる。
【００２２】
シナリオの制限されない例が、説明の理由から以下で述べられる。例えば、冷却流体は、温度２０℃で上流角部において蛇行流路に流入し、下流角部における領域で第１の曲がりＴ1で180℃まで加熱される。上流角部における領域に再度戻ると、流れは、速度低下自由流れのバイパス流路を有する第２の曲がりＴ2で減少して、熱は、上流角部の領域に放出され、それにより、冷却流体の温度は、160℃まで低下する。下流角部の領域に到達すると、冷却流体の温度は、再度180℃に上昇する。
【００２３】
冷却板又はバイポーラ板は、高温燃料電池に非常に適している。
【００２４】
そこでは、曲がりの方向の変化は、９０度より大きく、好適には、120度より大きく、最も好適には、150度より大きく、例えば、180度である。
【００２５】
特別の実施の形態において、下流角部の領域をより効果的に冷却するために、１つ以上の別の流路が、比較的冷たい冷却流体が熱を吸収するために流れる、下流領域に設けられる。これらの１つ以上の別の流路が下流曲がりＴi（ｉは奇数正数である）から、冷却流体が板から流出する、板の下流角部へ伸長する。その様な別の流路は、冷却流体の温度がまだ比較的低い、第１の曲がりＴに、その様な別の流路が設けられる場合に、冷却に特に有効である。
【００２６】
本発明のバイポーラ板の別の好適な実施の形態において、１つ以上のバイパス流路の壁部分Ｗxは、関連する脚部Ｌxの下流半分部分に設けられるので、脚部Ｌxの下流部分の一部及び脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回する。蛇行の関連するバイパス流路のその様な設計は、最も効率的であると証明されている。例えば、１つ以上のバイパス流路の壁部分Ｗxは、関連する脚部Ｌxの下流第３部分に設けられるので、脚部Ｌxの下流部分の一部及び脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回する。従って、Ｌxの下流側とＬx+1の上流側との間にだけバイパス流路が設けられるが、しかしＬxの上流部分とＬx+1の下流部分との間にはバイパス流路が設けられない。言い換えれば、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3を有する蛇行部に関して、壁部W1は、Ｌ1の下流部分とＬ2の上流部分との間において単にバイパス流路だけを有しており、Ｌ1の上流部分とＬ2の下流部分との間においてバイパス流路は存在しない。しかし、壁部W2は、Ｌ2の下流部分とＬ3の上流部分との間においてバイパス流路を有する。この原理は、３より多い脚部を有する蛇行部に対して容易に拡張できる。
【００２７】
別の形態において、本発明は、燃料電池の運転中、酸化ガスを燃料電池の陰極側に供給するための、本発明のバイポーラ板の使用方法に関する。
【００２８】
別の形態において、本発明は、燃料電池の運転中、酸化ガスを燃料電池の陰極側を冷却し且つ供給する組み合わせに関する。
【００２９】
別の形態において、本発明は、燃料電池の運転中、酸化ガスを燃料電池の陰極側を冷却するための、本発明の冷却板の使用方法に関する。
【００３０】
別の形態において、本発明は、本発明のバイポーラ板及び／又は冷却板の製造方法に関する。
【００３１】
別の形態において、本発明は、本発明の１つ以上のバイポーラ板を具備する燃料電池スタック及び／又は本発明の１つ以上の冷却板を具備する燃料電池スタックに関する。
【００３２】
別の形態において、本発明は、本発明の燃料電池スタックを使用することによる、電力及び／又は熱の生成方法に関する。
【００３３】
別の形態において、本発明は、バックアップシステムとしての、本発明の燃料電池スタックの使用方法に関する。
【００３４】
別の形態において、本発明は、連続的動力発生システムとしての、本発明の燃料電池スタックの使用方法に関する。
【００３５】
別の発明は、上記のように冷却板又はバイポーラ板により提供されており、該発明において、別の流路が保持されるが、バイパス流路は回避される。その様な板は、冷却流体の流れを提供するための、冷却側を有する燃料電池のための冷却板として説明される。
冷却板において、前記冷却側は、冷却流体のための流路を有し、前記冷却流体のための流路は、１つ以上の溝を具備しており、各溝は、蛇行経路の形状であり；各前記蛇行経路は、Ｎ―１の連続する曲がり部分Ｔ1，Ｔ2，・・・ＴN-1によりお互いに接続する、Ｎの連続する脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNを個別に具備する、冷却板において、Ｎは、３以上の奇数整数であり、各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、その連続する脚部Ｌ2，Ｌ3，・・・ＬNから、壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1により縦方向で分離させられており；各曲がり部分により、冷却流体の流れ方向が変化しており；第１の曲がり部分Ｔ1は、冷却流体の一部をこれらの１つ以上の別の流路を介して放出するための、１つ以上の別の流路により、板の角部に接続する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明のバイポーラ板の陰極側の蛇行経路又は本発明の冷却板の冷却側の蛇行経路の設計の平面図であり、各々が３つの脚部と、２つの曲がり部分と、２つの壁部分とを具備する、３つの蛇行経路を示す。
【図２】図２は、本発明のバイポーラ板の陰極側の一部又は本発明の冷却板の冷却側の一部の平面図であり、実質的に180度の弓状溝の形の曲がり部分を示す。
【図３】図３は、本発明のバイポーラ板の陰極側の一部又は本発明の冷却板の冷却側の一部の平面図であり、短い曲がり部脚部ＴLにより分離される、２つの９０度の曲がりを具備する、溝の形の曲がり部分を示す。
【図４】図４は、本発明のバイポーラ板の陰極側の一部又は本発明の冷却板の冷却側の一部の平面図であり、最後の脚部Ｌ3が３つの枝部に分岐する、３つの脚部を有する、１つの蛇行部を示す。
【図５】図５は、第１の脚部の入口部分の流体速度に対する、３つの脚部を具備する単一の蛇行流路における圧力損失のプロットを、バイパス流路を具備しない蛇行部と、例１によるバイパス流路を具備する蛇行部とを比較して示している。
【図６】図6は、冷却板又はバイポーラ板の別の設計を示しており、別の流路は、下流角部の付近の下流領域の冷却のために、下流曲がりと下流角部に設けられる。
【図７ａ】図７ａは、バイポーラ板が電解質膜の間で使用される、第１の燃料電池スタックの原理を図解する。
【図７ｂ】図７ｂは、陽極板と陰極板が、陽極板と陰極板の間の冷却部分により、背部同士が向き合う方向を向く、第２の燃料電池スタックの原理を図解する。
【図７ｃ】図７ｃは、冷却板が陽極板と陰極板の間に挟み込まれており、冷却板と陽極板との間の体積、及び冷却板と陰極板との間の体積で冷却が行われる、第３の燃料電池スタックの原理を図解する。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
上記の図１から４は、各バイパス流路１６の内部が蛇行した２つの脚部の内部に流体接続しており、２つの脚部の間にはバイパス流路が配置されるように解釈されるべきである。
【００３８】
図１は、本発明の、例えば、バイポーラ板（二極）である冷却板を示す。上述したように、本発明は、燃料電池スタックにおいて使用されるバイポーラ板を提供する。本発明のバイポーラ板は、陰極側の特定の設計により、外部供給源から各バイポーラ板の陰極側に入口マニフォールドを介して、本機能を実施するために必要なポンプの動力消費を顕著に節減する状態で、酸化ガスを効率的に供給可能である。
【００３９】
本発明の第１の形態によるバイポーラ板は、陽極側と陰極側を具備しており、前記陰極側は、酸化ガスのための流路を有し、前記酸化ガスのための流路は、１つ以上の溝１２を具備しており、各溝１２は、蛇行経路１４の形状である。各前記蛇行経路は、Ｎ―１の連続的な曲がり部分Ｔ1，Ｔ2，・・・ＴN-1によりお互いに接続する、Ｎの連続する脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNを個別に具備する。各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、その連続する脚部Ｌ2，Ｌ3，・・・ＬNから、壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1により縦方向で分離させられている。各曲がり部分により、酸化ガスの流れ方向は１８０度で変化する。Ｎは、３以上の奇数整数である。１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は、酸化ガスが１つの脚部Ｌxからその連続する脚部Ｌx+1（１＜− ｘ ＜− Ｎ―１）へ近道を介して流れ、それにより脚部Ｌxの一部と脚部Ｌx+1の一部を迂回することを可能にするための１つ以上のバイパス流路１６を個別に具備する。
【００４０】
蛇行形状の溝の形のバイポーラ板の陰極側にある流路がバイパス流路を具備するとの特別な設計により、バイポーラ板の陰極側全体にわたる酸化ガスの適切な供給が、外部供給源からバイポーラ板の陰極側へ燃料電池スタックの入口マニフォールドを介して、酸化ガスを圧送するのに必要なポンプの顕しく低い動力消費で確保される。ポンプの低い動力消費の原因は、蛇行形状の溝のバイパス流路が、本発明による設計を有さないバイポーラ板と比較すると、バイポーラ板の陰極側を通過する際のより小さな圧力低下を可能にすることにある。
【００４１】
また、本発明のバイポーラ板のバイパス流路の存在は、バイポーラ板の陰極側の冷却効果を発揮し、その（冷却効果の）大きさは、驚くべきものであり、流路における圧力低下の減少と言った単なる説明では説明できないことが分かった。この冷却効果の本質は、明確に理解されてはいないが、しかしバイパス流路は、各端部（又は、１８０度曲がり部）付近の熱伝達を増大させる、乱流領域を生成すると考えられている。従って、熱エネルギは、流体の熱容量を使用して、板の一方の端部からもう一方の端部へ効率的に伝達される。これにより、板にわたって顕著により良好な温度分布を可能にし、結局より良好な冷却効果を実現する。本発明のバイポーラ板の冷却と、圧力低下の減少との組み合わされた効果により、バイパス流路を具備する蛇行流れを具備する、板の特別な設計は、燃料電池スタックの冷却板にも適用可能である。
【００４２】
本明細書の説明及び請求項において、蛇行形状は、３つ以上の連続する脚部が原則的に同じ方向を向く状態の幾何学的形状として定義されており、各脚部は、１８０度の曲がりを有する連続する脚部に接続する。
【００４３】
本明細書の説明及び請求項において、蛇行脚部Ｌ1とＬNを考えると、Ｌ1は常に、上流側の脚部、即ち、酸化ガスが燃料電池に流入する、蛇行脚部であり、その一方で、ＬNは常に、下流側の脚部、即ち、酸化ガスが燃料電池から流出する、蛇行脚部であることが分かる。
【００４４】
本発明の好適な実施の形態において、本発明のバイポーラ板の陰極側は、５−２０の蛇行経路１４、例えば、６−１８の蛇行経路、８−１６の蛇行経路、例えば、９−１５の蛇行経路、１０−１４の蛇行経路、又は例えば、１１，１２又は１３の蛇行経路を具備する。
【００４５】
本発明のバイポーラ板の好適な実施の形態において、１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は各々、例えば、１−１５のバイパス流路、２−１４のバイパス流路、例えば、３−１３のバイパス流路、４−１２のバイパス流路、５−１１のバイパス流路、６−１０のバイパス流路、又は例えば、７，８又は９のバイパス流路を個別に具備する。その様な数のバイパス流路は、圧力低下を十分に減少可能であり、従って、より多くのエネルギにより燃料電池の陰極側へ酸化ガスを十分に供給可能にする。
【００４６】
更に、その様な数のバイパス流路は、燃料電池の陰極部の冷却を補助する、蛇行形状で流れる酸化ガスの流れの効果的な乱流を形成すると考えられている。
【００４７】
本発明のバイポーラ板の別の好適な実施の形態において、１つ以上のバイパス流路の壁部分Ｗxは、関連する脚部Ｌxの下流半分部分に設けられるので、脚部Ｌxの下流部分の一部及び脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回する。蛇行の関連するバイパス流路のその様な設計は、最も効率的であると証明されている。例えば、１つ以上のバイパス流路の壁部分Ｗxは、関連する脚部Ｌxの下流の第３部分に設けられるので、脚部Ｌxの下流部分の一部及び脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回する。従って、Ｌxの下流側とＬx+1の上流側との間にだけバイパス流路が設けられるが、しかしＬxの上流部分とＬx+1の下流部分との間にはバイパス流路が設けられない。言い換えれば、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3を有する蛇行部に関して、壁部W1は、Ｌ1の下流部分とＬ2の上流部分との間においてだけにバイパス流路を有しており、Ｌ1の上流部分とＬ2の下流部分との間においてバイパス流路は存在しない。しかし、壁部W2は、Ｌ2の下流部分とＬ3の上流部分との間においてバイパス流路を有する。この原理は、３より多い脚部を有する蛇行部に対して容易に拡張できる。
【００４８】
本発明のバイポーラ板の１つの実施の形態において、１つ以上の曲がり部は、180度の弓状の溝の形で流れの方向の実質的に180度の変更を示しており、その様な溝は、半円形状を有する。その様な実施の形態は、図２に部分的に示されており、図２は、半円形状を有する180度の弓状の溝１８の形で流れの方向の実質的に180度の変更部を介して接続する、２つの蛇行脚部を示す。
【００４９】
本発明のバイポーラ板の別の実施の形態において、１つ以上の曲がり部は、流れの方向において２つの実質的に90度の変更部２０を示しており、各変更部は、実質的に直線の曲がり部脚部TLにより分離されて、流れ方向の180度の変更を共同で示す。その様な実施の形態は、図３に部分的に示される。図３は、流れ方向において２つの実質的に90度の変更部２０ａ，２０ｂの形で流れの方向の180度の変更部を介して接続する、２つの蛇行脚部を示す。
【００５０】
好適な実施の形態において、曲がり部脚部ＴＬは、蛇行部の任意の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1の長さの２０％以下の長さを有する。
【００５１】
本発明のバイポーラ板の好適な実施の形態において、各蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2及びＬ3と；２つの壁部分Ｗ1，Ｗ2と；２つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2とを具備する。更に、本発明のバイポーラ板の蛇行経路の本設計において、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設置される、バイパス流路を具備し、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設置される、バイパス流路を具備し、更に第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設置される、バイパス流路を具備することが好ましい。本発明のバイポーラ板の蛇行部の本設計の更により好適な実施の形態において、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設置される、１０のバイパス流路を具備し、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設置される、３つのバイパス流路を具備し、更に第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設置される、５つのバイパス流路を具備する。
【００５２】
本発明のバイポーラ板の別の好適な実施の形態において、各蛇行経路は、５つの脚部Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4及びＬ5と；４つの壁部分Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4と；４つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4とを具備する。
【００５３】
バイパス経路の数は、圧力低下、温度分布及び酸化剤分布に影響を与えることが分かっている。一般的に圧力低下は、バイパス流路の数が増えると、減少する。しかし、流れ場を通る酸化剤と温度の変動は、増大し、バイパス流路の数及び大きさを制限する。
【００５４】
各蛇行経路の各脚部は個別に、多少曲がっても良く、あるいは実質的に直線的であっても良く、又は直線であってでも良い。
【００５５】
本発明のバイポーラ板の陰極側の蛇行経路で、バイポーラ板の陰極側の任意の別の蛇行経路に「絡ませられる」ものがないことが好ましい。本記載及び添付の請求項において使用される「絡ませられない」との用語は、本発明のバイポーラ板の陰極側の各蛇行経路が、任意の別の蛇行経路により占領される、該バイポーラ板の陰極表面の領域を補完する、該板の陰極表面の領域を占領することを意味する。
【００５６】
本発明のバイポーラ板の１つの実施の形態において、最後の脚部ＬNの下流部に対応する位置にある１つ以上の蛇行経路の最後の脚部ＬNは、２つ以上の枝部２２に分かれ、各枝部は、該バイポーラ板の角部（エッジ）まで伸張する。その様な設計は、蛇行経路における圧力損失のより以上の減少を可能にし、従って、酸化ガスをバイポーラ板の陰極側に供給するのに必要なエネルギの観点においてより良好なエネルギの経済性を提供する。本実施の形態は、図４の単一の蛇行経路として図示される。図４は、板１０の蛇行経路を示し、該蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2とＬ3を具備し、Ｌ3は板の角部との交差の直前にあるその端部において３つの枝部に分かれる。
【００５７】
各蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの寸法は、任意に選択されても良い。しかし、本発明のバイポーラ板の１つの実施の形態において、１つ以上の蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの断面積は、基本的に等しい。
【００５８】
本発明のバイポーラ板の別の実施の形態において、１つ以上の蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの幅は、基本的に等しい。
【００５９】
本発明のバイポーラ板の更に別の実施の形態において、任意の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの断面積に対する任意のバイパス流路１６の断面積の比は、個別に、0.1から１、例えば、0.2から0.9、0.3から0.8、0.4から0.7又は0.5から0.6である。
【００６０】
１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1に設けられたバイパス流路は、任意な適切なパターンで表されても良い。２つ以上のバイパス流路をバイパス流路の１つ以上の異なるグループに分類する（グループ分けする）ことが好ましい。その様な実施の形態において、各グループ内の個別のバイパス流路間の間隔は、脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの幅の１から８倍、例えば、２から７倍、３から６倍、４又は５倍であることが好ましい。
【００６１】
本発明のバイポーラ板の非常に特別で好適な実施の形態において、バイポーラ板の陰極側は、９の蛇行経路を具備しており、各蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2とＬ3と、２つの壁部分Ｗ1，Ｗ2と、２つの曲がり部分Ｔ1，Ｔ2とを具備しており、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設けられた１０のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設けられた３のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設けられた５のバイパス流路を具備する。この実施の形態において、最後の脚部の下流部分に対応する位置にある１つ以上の蛇行経路の最後の脚部ＬNは、２つ以上の枝部２２に分割され、各枝部２２は、該バイポーラ板の角部まで伸長することが好ましい。
【００６２】
好適な実施の形態において、本発明のバイポーラ板は、ＰＥＭ燃料電池又はＳＯＦＣ燃料電池における使用に適するように形成される。
【００６３】
本発明の冷却板
第２の形態において、本発明は、燃料電池スタックで使用するための冷却板を提供する。本発明の冷却板は、その冷却側の特定の設計により、外部供給源からそれ冷却側へ入口マニフォールドを介して、この機能を実施するために必要なポンプの顕しく節減された動力消費で、冷却流体の効率的な供給を可能にする。
【００６４】
図１に示すように、本発明の第１の形態の冷却板は、冷却側を具備しており、
前記冷却側は、冷却流体のための流路を有し、前記冷却流体のための流路は、１つ以上の溝１２を具備しており、各溝１２は、蛇行経路１４の形状であり、
各前記蛇行経路は、Ｎ―１の連続する曲がり部分Ｔ1，Ｔ2，・・・ＴN-1によりお互いに接続する、Ｎの連続する脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNを個別に具備しており、
各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、その連続する脚部Ｌ2，Ｌ3，・・・ＬNから、壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1により縦方向で分離させられており、
各曲がり部分により、冷却流体の流れ方向は、例えば、１８０度の変化で、変化させられており、Ｎは３以上の奇数正数であり、
１つ以上の前記壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は、冷却流体が１つの脚部Ｌxからその連続する脚部Ｌx+1（１＜− ｘ ＜− Ｎ―１）へ近道を介して流れ、それにより前記脚部Ｌxの一部と前記脚部Ｌx+1の一部を迂回することを可能にするための１つ以上のバイパス流路１６を個別に具備する。
【００６５】
バイパス流路を具備する蛇行形状の溝の形の冷却板の冷却側上の冷却流体のための流路の特定の設計により、冷却板の冷却側全体にわたる冷却流体の適切な供給は、冷却流体を、外部供給源から冷却板の冷却側へ燃料電池スタックの入口マニフォールドを介して圧送するために必要なポンプの著しく低い動力消費を確保する。ポンプの低い動力消費の原因は、蛇行溝のバイパス流路が、本発明の冷却板のような設計を有さない冷却板に比べると、冷却板の冷却側における、より小さな圧力低下を提供することによる。
【００６６】
バイポーラ板の蛇行経路のバイパス流路に関する上記の開示のように、バイパス流路は、驚異的に大きな冷却効果を発揮する。同じ効果は、本発明の冷却板の蛇行経路において実現される。
【００６７】
本明細書及び添付の請求項において、蛇行脚部Ｌ1，ＬNを参照すると、Ｌ1は常に、上流の脚部、即ち、冷却流体が燃料電池に流入する、蛇行脚部であるが、他方で、ＬNは常に、下流の脚部、即ち、冷却流体が燃料電池から流出する、蛇行脚部であることが理解されるはずである。
【００６８】
本発明の好適な実施の形態において、本発明の冷却板の冷却側は、５から２０の蛇行経路１４，例えば、６から１８の蛇行経路、８から１６の蛇行経路、９から１５の蛇行経路、例えば、１０から１４の蛇行経路、１１，１２又は１３の蛇行経路を具備する。
【００６９】
本発明の冷却板の好適な実施の形態において、１つ以上の壁部Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は各々、１から１５のバイパス流路、例えば、２から１４のバイパス流路、３から１３のバイパス流路、４から１２のバイパス流路、例えば、５から１１のバイパス流路、６から１０のバイパス流路、７，８又は９のバイパス流路を個別に具備する。その様な数のバイパス流路は、圧力低下の効果的な減少を可能にするので、燃料電池の冷却板の冷却側への冷却流体のより以上に効率的なエネルギ供給を可能にする。更に、その様な数のバイパス流路は、効率的な冷却を更に補助する、蛇行部において流れる冷却流体の流れの効率的な乱流を提供する。
【００７０】
本発明の冷却板の別の好適な実施の形態において、壁部Ｗxの１つ以上のバイパス流路は、関連する脚部Ｌxの下流の半分部分に設置されるので、脚部Ｌxの下流部分の一部と脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回する。蛇行部と関連するバイパス流路のその様な設計は、最も効率的であると証明されている。壁部Ｗxの１つ以上のバイパス流路は、関連する脚部Ｌxの下流の第３部分に設置されるので、脚部Ｌxの下流部分の一部と脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回することがより好ましい。
【００７１】
本発明の冷却板の１つの実施の形態において、１つ以上の曲がり部は、180度の弓状の溝の形で、流れ方向の実質的に180度の変化を示しており、その様な溝は、半円形を有する。その様な実施の形態は、図２に部分的に示される。図２は、半円形状を有する180度の弓状溝１８の形で、実質的に流れ方向の180度の変化を介して接続する、２つの蛇行脚部を示す。
【００７２】
本発明の冷却板の別の実施の形態において、１つ以上の曲がり部は、流れ方向において２つの実質的に９０度の変更部２０を示しており、各変更部は、実質的に直線の曲がり部脚部ＴＬにより分離されて、流れ方向の180度の変化を共同で実現する。その様な実施の形態は、図３に部分的に示される。図３は、流れ方向において２つの実質的に９０度の変更部２０ａ，２０ｂの形で、流れ方向の180度の変更部を介して接続する、２つの蛇行脚部を示す。
【００７３】
本好適な実施の形態において、曲がり部脚部ＴＬは、任意の蛇行脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1の長さの２０％以下の長さを有する。
【００７４】
本発明の冷却板の好適な実施の形態において、各蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2とＬ3と、２つの壁部分Ｗ1，Ｗ2と、２つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2とを具備する。更に、本発明の冷却板の蛇行経路の本設計において、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設けられたバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設けられたバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設けられたバイパス流路を具備することが好ましい。本発明の冷却板の蛇行部（経路）の本設計の更により好適な実施の形態において、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設けられた１０のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設けられた３のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設けられた５つのバイパス流路を具備する。
【００７５】
本発明の冷却板の別の好適な実施の形態において、各蛇行経路は、５つの脚部Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4とＬ5と、４つの壁部分Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4と、４つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4とを具備する。
【００７６】
バイパス流路の数は、圧力降下と、温度分布と、冷媒分布とに影響することが分かった。一般的に、圧力降下は、バイパス流路の数が増えると減少する。しかし流れの場における冷媒及び温度変化は、増大し、可能なバイパス流路の数及び大きさに制限を与える。
【００７７】
各蛇行経路の各脚部は個別に、多少は曲線状であっても良いか、又は基本的に直線的であっても良いか、又は直線であってさえも良い。
【００７８】
本発明の冷却板の冷却側の蛇行経路は、冷却板の冷却側の任意の別の蛇行経路において「絡ませられる」ものがないことが好ましい。本明細書及び添付の請求項において使用される「絡ませられない」との用語は、本発明の冷却側の各蛇行経路が、任意の別の蛇行経路により占領される、該冷却板の冷却表面の領域を補完する、該板の冷却表面の領域を占領することを意味する。
【００７９】
本発明の冷却板の１つの実施の形態において、最後の脚部ＬNの下流部に対応する位置にある１つ以上の蛇行経路の最後の脚部ＬNは、２つ以上の枝部２２に分かれ、各枝部２２は、該冷却板の角部（又は、端部）まで伸張する。その様な設計は、蛇行経路における圧力損失のより以上の減少を可能にし、従って、冷却流体を冷却板の冷却部に供給するのに必要なエネルギの観点においてより良好なエネルギの経済性を提供する。本実施の形態は、図４の単一の蛇行経路として図示される。図４は、板１０の蛇行経路を示し、該蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2とＬ3を具備し、Ｌ3は板の角部との交差の直前にあるその端部において３つの枝部に分かれる。
【００８０】
各蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの寸法は、任意に選択されても良い。しかし、本発明の冷却板の１つの実施の形態において、１つ以上の蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの断面積は、基本的に等しい。
【００８１】
本発明の冷却板の別の実施の形態において、１つ以上の蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの幅は、基本的に等しい。
【００８２】
本発明の冷却板の更に別の実施の形態において、任意の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの断面積に対する任意のバイパス流路１６の断面積の比は、個別に、0.1から１、例えば、0.2から0.9、0.3から0.8、0.4から0.7又は0.5又は0.6である。
【００８３】
１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1に設けられたバイパス流路は、任意な適切なパターンで表されても良い。２つ以上のバイパス流路をバイパス流路の１つ以上の異なるグループに分類することが好ましい。その様な実施の形態において、各グループ内の個別のバイパス流路間の間隔は、脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの幅の１から８倍、例えば、２から７倍、３から６倍、４又は５倍であることが好ましい。
【００８４】
本発明の冷却板の非常に特別で好適な実施の形態において、冷却板の冷却側は、９の蛇行経路を具備しており、各蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2とＬ3と、２つの壁部分Ｗ1，Ｗ2と、２つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2とを具備しており、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設けられた１０のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設けられた３のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設けられた５つのバイパス流路を具備する。この実施の形態において、最後の脚部の下流部分に対応する位置にある１つ以上の蛇行経路の最後の脚部ＬNは、２つ以上の枝部２２に分割され、各枝部２２は、該冷却板の角部まで伸長することが好ましい。
【００８５】
好適な実施の形態において、本発明の冷却板は、ＰＥＭ燃料電池又はＳＯＦＣ燃料電池における使用に適するように形成される。
【００８６】
本発明のバイポーラ板又は冷却板の使用方法
第３の形態において、本発明は、燃料電池の作動中に燃料電池の陰極側へ酸化ガスを供給するための本発明のバイポーラ板の使用方法に関する。
【００８７】
第３の形態において、本発明は、燃料電池の作動中に燃料電池の陰極側へ酸化ガスを供給するための本発明のバイポーラ板の使用方法に関する。
【００８８】
第４の形態において、本発明は、燃料電池の作動中に燃料電池の陰極側への酸化ガスの冷却及び供給の組み合わせに関する。燃料電池の陰極側への酸化ガスの冷却及び供給の組み合わせによるその様な効果は、本発明のバイポーラ板を燃料電池に組み込むことにより、及びバイポーラ板の陽極側における反応に関連する水素ガスの化学量論的な量によって必要なものに比べて、蛇行経路を介してバイポーラ板の陰極側に、より多くの酸化ガスを供給することにより実現される。
【００８９】
第５の形態において、本発明は、燃料電池の作動中に燃料電池の陰極側を冷却するための本発明の冷却板の使用方法に関する。本発明のこの形態において、水、アルコール又はオイル等の液体の形で、又は大気空気、酸素、窒素、メタン、リフォーメート（改質油）ガス又は他のガス、好適には不活性ガス等の、ガス又はガス混合物の形で、冷却流体を使用することが好ましい。
【００９０】
本発明のバイポーラ板又は冷却板の製造方法
本発明のバイポーラ板及び冷却板は、任意の適切な材料により形成されても良い。バイポーラ板及び冷却板の材料が、導電性であって、耐腐食性であることは、基本的な特徴である。適切な材料は、黒鉛と、結合剤（バインダ）を具備する黒鉛粉体と、金属と、耐腐食性被覆を具備する金属と、合金と、耐腐食性被覆を具備する合金と、導電性エラストマ（高分子重合体）の混合物と、導電性セラミック材料とを含むグループから選択されても良い。
【００９１】
第６の形態において、本発明は、本発明によるバイポーラ板及び／又は冷却板の製造方法に関する。
【００９２】
本発明によるバイポーラ板及び冷却板は、従来技術として既知な技術により製造され提供するも良い。本発明によるバイポーラ板又は冷却板を用意するための方法による好適な実施の形態において、バイポーラ板／冷却板は、下記の手順で製作される。
ｉ） バイポーラ板／冷却板の所望の設計に少なくとも対応する、寸法を有する材料を提供する手順と；
ｉｉ） 例えば、ＣＮＣフライス盤において、過剰な材料を平削りで除去することにより、所望の設計の細部を形成する手順と；
ｉｉｉ） 耐腐食性被覆で板を選択可能に被覆する手順と；である。
【００９３】
本発明によるバイポーラ板又は冷却板を用意するための方法による別の好適な実施の形態において、バイポーラ板又は冷却板は、下記の手順で製作される。
ｉ） 成形及び／又は鋳造に適した材料を提供する手順と；
ｉｉ） 材料をバイポーラ板又は冷却板の所望の設計に鋳造する手順と；
ｉｉｉ） 耐腐食性被覆で板を選択可能に被覆する手順と；である。
【００９４】
第７の形態において、本発明は、本発明の１つ以上のバイポーラ板を具備する、燃料電池スタック及び／又は本発明の１つ以上の冷却板を具備する、燃料電池スタックに関する。当業者は、その様な燃料電池スタックを組み立てる方法及び作動する方法を知っている。
【００９５】
本発明のこの形態による好適な実施の形態において、燃料電池スタックは、ＰＥＭ燃料電池スタック又はＳＯＦＣ燃料電池スタックである。
【００９６】
本発明の燃料電池スタックを使用することによる電力及び／又は熱の製造方法
第８の形態において、本発明は、本発明の燃料電池スタックを使用することによる電力及び／又は熱の製造方法に関する。
【００９７】
本発明の燃料電池スタックの使用方法
第９の形態において、本発明は、バックアップ動力システム（装置）としての、本発明の燃料電池スタックを使用方法に関する。
【００９８】
第１０の形態において、本発明は、連続的な動力発生システムとしての、本発明の燃料電池スタックを使用方法に関する。
【００９９】
例１
本例は、バイパス流路を具備する蛇行経路を有する板と、バイパス流路を具備しない同様な板との間の相違を、前記蛇行部を通る酸化剤の流れの供給エネルギ消費に関して表示している。板は、各ケースにおいて、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3と、２つの壁部分Ｗ1，Ｗ2とを具備する、蛇行経路を有していた。Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3の流路寸法は、1.5mm幅で、1.8mm高さであった。バイパス流路を具備する蛇行経路に関して、第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流半分部分に設置された１０のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流第３部分に設置された３のバイパス流路を具備しており、第２の壁部分Ｗ2は更に、Ｌ2の下流第３部分に設置された５のバイパス流路を具備していた。
【０１００】
酸化ガスは、２つの板各々に供給された。酸化ガスの速度は、２０℃において計算された。電池の入力熱動力は、0.45Ｖの電池電圧を生じる0.7A/cm2までの範囲の負荷において、出口温度が180℃であるように制御された。流路がカバーする活動する面積は、約５cm2である。
【０１０１】
図５は、第１の脚部の入口部分の流体速度に対する、３つの脚部を具備する単一の蛇行流路における圧力損失のプロットを、バイパス流路を具備しない蛇行部とバイパス流路を具備する蛇行部とを比較して示している。
【０１０２】
バイパス流路を使用した圧力損失は、グラフに示すように、係数４で減少するので、理論的動力消費も同様である。実際のシステムに関して、これは、バイパス流路を有するパラシティック動力損失は、フルロード（最大負荷運転）で燃料電池スタックの２％未満まで減少可能であることを意味する。
【０１０３】
図６は、本発明のバイポーラ板又は冷却板の別の実施の形態を示す。図解説明の理由で、冷却流体が流入する板の上流角部４４から、反対方向に向かって、冷却流体が流出する板１０の下流角部４２に伸びる３つの異なる蛇行流路パターンが示される。一般的に、１つのパターンだけが、板の一方の側又は両側にわたって繰り返して使用される。第１の流路パターン１４ａと第２の流路パターン１４ｂは、２つの９０度曲がりを有する四角の曲がりＴ1を有するが、第３の曲がりは、半円Ｔ1’である。
【０１０４】
第２の流路パターン１４ｂは、１つ以上の曲がり部分Ｔiから下流角部４２へ伸長する、別の出口流路４０を具備して、下流角部４２において領域４８を冷却する。冷却流体の特定の部分だけが、別の出口流路を介して流路パターン１４ｂを流出し、それは、蛇行流路１４ｂとバイパス流路１６に対する別の出口流路の寸法に依存する。
【０１０５】
一般的にはガスである冷却流体の流れは、以下で説明される。低温の冷却流体は、上流角部４４において、むしろ高速で、蛇行流路１４ｂの第１の脚部Ｌ1に流入する。従って、冷却流体は、蛇行流路１４ｂの第１の曲がりＴ1に到達する際に、まだ低温である。バイパス流路１６は、冷却流体の流速を低下するので、冷却流体は、下流角部４２におけるこの領域４８において、良好な冷却効果で実質的な熱を奪うために、下流角部４２付近で比較的長い時間留まる。
【０１０６】
シナリオ（筋書き）の制限のない例が、説明の理由で以下に述べられる。例えば、冷却流体は、温度２０℃で上流角部４４で蛇行流路１４ｂに流入し、下流角部４２で領域４８の第１の曲がりＴ1で180℃に加熱される。上流角部４４で領域４６に再度戻ると、流れは、パス流路１６により減速する第２の曲がりＴ2で減少するので、熱は上流角部４４の領域４６に放出されて、それにより冷却流体の温度は、160℃まで低下する。下流角部４２の領域４８に達すると、冷却流体の温度は再度180℃に上昇する。下流角部４２の領域４８を冷却するために、別の流路４０が、下流領域４８に設けられており、下流領域４８を介して、比較的低温の冷却流体が熱を奪うために流れる。その様な流路４０は、冷却流体の温度がまだ比較的低い、第１の曲がりＴ1に設けられる。その様な流路４０は、その様な別の流路４０が冷却流体の温度がまだ比較的低い第１の曲がりＴ1に設けられるならば、冷却のための特に効果的である。
【０１０７】
図７ａは、燃料電池スタックの一部として第１の形態を示す。本形態は、陽極側２８と陰極側２６とを有する、バイポーラ板１０を具備しており、陽極側２８において、水素の流れは電解質膜３０に陽子を提供するために設けられており、陰極側２６において、酸素又は空気又は別の流体は、膜３０から陽子を受け取るために流れる。例えば、酸素又は空気等の陰極流体は、バイポーラ板を冷却するための冷却媒体として使用される。バイポーラ板の陰極側は、上記のように、蛇行流路パターンを具備する。
【０１０８】
図７ｂは、別の実施の形態を示しており、この実施の形態において、陰極側２６を有する陰極板３４は、陽極側２８と例えば、ガス又は液体等の冷却流体３２とを有する、陽極板３６に、２つの板の間の空間３２において、組み合わされる。空間３２において、陰極板３４又は陽極板３６は、冷却流体による効果的な冷却のために上記のように、蛇行流路パターンを具備する。
【０１０９】
図７ｃは、更に別のものを示しており、この形態において、陰極板３４と陽極板３６は、２つの冷却空間３２が設けられるように冷却板３８を挟んでおり、２つの冷却空間３２とは、冷却板３８と陰極板３４との間の１つの冷却体積と、冷却板３８と陽極板３６との間の別の冷却体積とである。冷却板３８は、両側に、上記のように、蛇行流路パターンを具備する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用の冷却板（１０）であって、前記冷却板は、冷却流体の流れを提供する冷却側を有しており、
前記冷却側は、冷却流体のための流路を有し、前記冷却流体のための流路は、１つ以上の溝（１２）を具備しており、各前記溝（１２）は、蛇行経路（１４）の形状であり、
各前記蛇行経路は、Ｎ―１の連続する曲がり部分Ｔ1，Ｔ2，・・・ＴN-1によりお互いに接続する、Ｎの連続する脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNを個別に具備しており、
各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、その連続する脚部Ｌ2，Ｌ3，・・・ＬNから、壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1により縦方向で分離させられており、
各曲がり部分により、冷却流体の流れ方向は変化させられており、
１つ以上の前記壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は、冷却流体が１つの脚部Ｌxからその連続する脚部Ｌx+1（１＜− ｘ ＜− Ｎ―１）へ近道を介して流れ、それにより前記脚部Ｌxの一部と前記脚部Ｌx+1の一部を迂回することを可能にするための１つ以上のバイパス流路を個別に具備しており、
前記バイパス流路には、妨害がなく、Ｎは、３以上の奇数整数である、ことを特徴とする冷却板。
【請求項２】
流れ方向の変化は、180度の曲がりであることを特徴とする請求項１に記載の冷却板。
【請求項３】
前記冷却側は、５から２０の蛇行経路（１４）、６から１８の蛇行経路、又は８から１６の蛇行経路、又は９から１５の蛇行経路、又は１０から１４の蛇行経路、又は１１，１２又は１３の蛇行経路を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却板。
【請求項４】
１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は各々、１から１５のバイパス流路、又は２から１４のバイパス流路、又は３から１３のバイパス流路、又は４から１２のバイパス流路、又は６から１０のバイパス流路、又は７，８又は９のバイパス流路を個別に具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項５】
１つ以上のバイパス流路の壁部分Ｗxは、関連する脚部Ｌxの下流半分部分に設けられるので、脚部Ｌxの下流部分の一部及び脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回しており、脚部Ｌxの上流半分部分とＬx+1の下流半分部分との間にはバイパス流路が設けられないことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項６】
１つ以上の曲がり部は、180度の弓タイプの溝の形で流れの方向の実質的に180度の変更部を示しており、その様な溝は、半円形状を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項７】
１つ以上の曲がり部は、流れの方向において２つの実質的に90度の変更部２０を示しており、各変更部は、実質的に直線の曲がり部脚部TLにより分離されて、流れ方向の180度の変化を共同で示すことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項８】
曲がり部脚部ＴＬは、蛇行部の任意の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1の長さの２０％以下の長さを有することを特徴とする請求項７に記載の冷却板。
【請求項９】
各蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2及びＬ3と；２つの壁部分Ｗ1，Ｗ2と；２つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2とを具備することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１０】
第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設置される、バイパス流路を具備し、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設置される、バイパス流路を具備し、更に第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設置される、バイパス流路を具備することを特徴とする請求項９に記載の冷却板。
【請求項１１】
第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設置される、１０のバイパス流路を具備し、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設置される、３つのバイパス流路を具備し、更に第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設置される、５つのバイパス流路を具備することを特徴とする請求項９に記載の冷却板。
【請求項１２】
各蛇行経路は、５つの脚部Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4及びＬ5と；４つの壁部分Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4と；４つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4とを具備することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１３】
１つ以上の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、実質的に直線的脚部であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１４】
１つ以上の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、曲線であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１５】
前記蛇行経路は、１つの蛇行経路が別の蛇行経路に含まれない状態で、お互いに分離することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１６】
最後の脚部ＬNの下流部に対応する位置にある１つ以上の蛇行経路の最後の脚部ＬNは、２つ以上の枝部（２２）に分かれ、各枝部は、前記冷却板の角部まで伸張することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１７】
１つ以上の蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの断面積は、実質的に等しいことを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１８】
１つ以上の蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの幅は、実質的に等しいことを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１９】
任意の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの断面積に対する任意のバイパス流路１６の断面積の比は、個別に、0.1から１、又は0.2から0.9、又は0.3から0.8、又は0.4から0.7、又は0.5から0.6であることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項２０】
１つ以上の異なるグループのバイパス流路を具備しており、各グループ内の個別のバイパス流路間の間隔は、脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの幅の１から８倍、又は２から７倍、又は３から６倍、又は４又は５倍であることが好ましいことを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項２１】
前記冷却板は、ＰＥＭ燃料電池用又はＳＯＦＣ燃料電池用であることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項２２】
前記冷却板は、黒鉛と、結合剤を具備する黒鉛粉体と、金属と、耐腐食性被覆を具備する金属と、合金と、耐腐食性被覆を具備する合金と、導電性エラストマの混合物と、導電性セラミック材料とを含むグループから選択された、材料により形成されることを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項２３】
前記冷却板は、水素燃料のための陽極側と、酸化ガスのための流路を有する陰極側とを有する、バイポーラ板であり、前記陰極側は、前記冷却側であり、冷却流体は酸化ガスであることを特徴とする請求項１から２２のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項２４】
燃料電池の運転中に、燃料電池の前記陰極側に酸化ガスの供給及び冷却を組み合わせるためであることを特徴とする請求項２３に記載のバイポーラ板の使用方法。
【請求項２５】
燃料電池の運転中に、燃料電池の前記陰極側を冷却するためであることを特徴とする請求項１から２２のいずれか一項に記載の冷却板の使用方法。
【請求項２６】
前記冷却流体は、水、アルコール又はオイル等の液体の形で、又は大気空気、酸素、窒素、メタン、リフォーメートガス又は他のガス、好適には不活性ガス等の、ガス又はガス混合物であることを特徴とする請求項２４に記載の使用方法。
【請求項２７】
バイポーラ板又は冷却板の製造方法であって、
ｉ） バイポーラ板／冷却板の所望の設計に少なくとも対応する、寸法を有する材料を提供する手順と；
ｉｉ） 例えば、ＣＮＣフライス盤において、過剰な材料を平削りで除去することにより、所望の設計の細部を形成する手順と；
ｉｉｉ） 耐腐食性被覆で板を選択可能に被覆する手順と；
を具備することを特徴とする請求項２３に記載のバイポーラ板又は請求項１から２２のいずれか一項に記載の冷却板の製造方法。
【請求項２８】
バイポーラ板又は冷却板の製造方法であって、
ｉ） 成形及び／又は鋳造に適した材料を提供する手順と；
ｉｉ） 材料をバイポーラ板又は冷却板の所望の設計に鋳造する手順と；
ｉｉｉ） 耐腐食性被覆で板を選択可能に被覆する手順と；
を具備することを特徴とする請求項２３に記載のバイポーラ板又は請求項１から２２のいずれか一項に記載の冷却板の製造方法。
【請求項２９】
請求項２３に記載の１つ以上のバイポーラ板及び／又は請求項１から２２のいずれか一項に記載の１つ以上の冷却板を具備することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３０】
前記燃料電池スタックは、ＰＥＭ燃料電池スタック又はＳＯＦＣ燃料電池スタックであることを特徴とする請求項２９に記載の燃料電池スタック。
【請求項３１】
請求項２９又は３０に記載の燃料電池スタックを使用することによる電力及び／又は熱の生成方法。
【請求項３２】
バックアップシステムとしての、請求項２９又は３０に記載の燃料電池スタックの使用方法。
【請求項３３】
連続的動力発生システムとしての、請求項２９又は３０に記載の燃料電池スタックの使用方法。
【請求項１】
燃料電池用の冷却板（１０）であって、前記冷却板は、冷却流体の流れを提供する冷却側を有しており、
前記冷却側は、冷却流体のための流路を有し、前記冷却流体のための流路は、１つ以上の溝（１２）を具備しており、各前記溝（１２）は、蛇行経路（１４）の形状であり、
各前記蛇行経路は、Ｎ―１の連続する曲がり部分Ｔ1，Ｔ2，・・・ＴN-1によりお互いに接続する、Ｎの連続する脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNを個別に具備しており、
各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、その連続する脚部Ｌ2，Ｌ3，・・・ＬNから、壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1により縦方向で分離させられており、
各曲がり部分により、冷却流体の流れ方向は変化させられており、
１つ以上の前記壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は、冷却流体が１つの脚部Ｌxからその連続する脚部Ｌx+1（１＜− ｘ ＜− Ｎ―１）へ近道を介して流れ、それにより前記脚部Ｌxの一部と前記脚部Ｌx+1の一部を迂回することを可能にするための１つ以上のバイパス流路を個別に具備しており、
前記バイパス流路には、妨害がなく、Ｎは、３以上の奇数整数である、ことを特徴とする冷却板。
【請求項２】
流れ方向の変化は、180度の曲がりであることを特徴とする請求項１に記載の冷却板。
【請求項３】
前記冷却側は、５から２０の蛇行経路（１４）、６から１８の蛇行経路、又は８から１６の蛇行経路、又は９から１５の蛇行経路、又は１０から１４の蛇行経路、又は１１，１２又は１３の蛇行経路を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却板。
【請求項４】
１つ以上の壁部分Ｗ1，Ｗ2，・・・ＷN-1は各々、１から１５のバイパス流路、又は２から１４のバイパス流路、又は３から１３のバイパス流路、又は４から１２のバイパス流路、又は６から１０のバイパス流路、又は７，８又は９のバイパス流路を個別に具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項５】
１つ以上のバイパス流路の壁部分Ｗxは、関連する脚部Ｌxの下流半分部分に設けられるので、脚部Ｌxの下流部分の一部及び脚部Ｌx+1の上流部分の一部を迂回しており、脚部Ｌxの上流半分部分とＬx+1の下流半分部分との間にはバイパス流路が設けられないことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項６】
１つ以上の曲がり部は、180度の弓タイプの溝の形で流れの方向の実質的に180度の変更部を示しており、その様な溝は、半円形状を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項７】
１つ以上の曲がり部は、流れの方向において２つの実質的に90度の変更部２０を示しており、各変更部は、実質的に直線の曲がり部脚部TLにより分離されて、流れ方向の180度の変化を共同で示すことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項８】
曲がり部脚部ＴＬは、蛇行部の任意の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1の長さの２０％以下の長さを有することを特徴とする請求項７に記載の冷却板。
【請求項９】
各蛇行経路は、３つの脚部Ｌ1，Ｌ2及びＬ3と；２つの壁部分Ｗ1，Ｗ2と；２つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2とを具備することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１０】
第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設置される、バイパス流路を具備し、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設置される、バイパス流路を具備し、更に第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設置される、バイパス流路を具備することを特徴とする請求項９に記載の冷却板。
【請求項１１】
第１の壁部分Ｗ1は、Ｌ1の下流の半分部分に設置される、１０のバイパス流路を具備し、第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の上流の半分部分に設置される、３つのバイパス流路を具備し、更に第２の壁部分Ｗ2は、Ｌ2の下流の半分部分に設置される、５つのバイパス流路を具備することを特徴とする請求項９に記載の冷却板。
【請求項１２】
各蛇行経路は、５つの脚部Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3，Ｌ4及びＬ5と；４つの壁部分Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4と；４つの曲がり部Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4とを具備することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１３】
１つ以上の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、実質的に直線的脚部であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１４】
１つ以上の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬN-1は、曲線であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１５】
前記蛇行経路は、１つの蛇行経路が別の蛇行経路に含まれない状態で、お互いに分離することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１６】
最後の脚部ＬNの下流部に対応する位置にある１つ以上の蛇行経路の最後の脚部ＬNは、２つ以上の枝部（２２）に分かれ、各枝部は、前記冷却板の角部まで伸張することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１７】
１つ以上の蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの断面積は、実質的に等しいことを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１８】
１つ以上の蛇行経路の各脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの幅は、実質的に等しいことを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項１９】
任意の脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの断面積に対する任意のバイパス流路１６の断面積の比は、個別に、0.1から１、又は0.2から0.9、又は0.3から0.8、又は0.4から0.7、又は0.5から0.6であることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項２０】
１つ以上の異なるグループのバイパス流路を具備しており、各グループ内の個別のバイパス流路間の間隔は、脚部Ｌ1，Ｌ2，・・・ＬNの幅の１から８倍、又は２から７倍、又は３から６倍、又は４又は５倍であることが好ましいことを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項２１】
前記冷却板は、ＰＥＭ燃料電池用又はＳＯＦＣ燃料電池用であることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項２２】
前記冷却板は、黒鉛と、結合剤を具備する黒鉛粉体と、金属と、耐腐食性被覆を具備する金属と、合金と、耐腐食性被覆を具備する合金と、導電性エラストマの混合物と、導電性セラミック材料とを含むグループから選択された、材料により形成されることを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項２３】
前記冷却板は、水素燃料のための陽極側と、酸化ガスのための流路を有する陰極側とを有する、バイポーラ板であり、前記陰極側は、前記冷却側であり、冷却流体は酸化ガスであることを特徴とする請求項１から２２のいずれか一項に記載の冷却板。
【請求項２４】
燃料電池の運転中に、燃料電池の前記陰極側に酸化ガスの供給及び冷却を組み合わせるためであることを特徴とする請求項２３に記載のバイポーラ板の使用方法。
【請求項２５】
燃料電池の運転中に、燃料電池の前記陰極側を冷却するためであることを特徴とする請求項１から２２のいずれか一項に記載の冷却板の使用方法。
【請求項２６】
前記冷却流体は、水、アルコール又はオイル等の液体の形で、又は大気空気、酸素、窒素、メタン、リフォーメートガス又は他のガス、好適には不活性ガス等の、ガス又はガス混合物であることを特徴とする請求項２４に記載の使用方法。
【請求項２７】
バイポーラ板又は冷却板の製造方法であって、
ｉ） バイポーラ板／冷却板の所望の設計に少なくとも対応する、寸法を有する材料を提供する手順と；
ｉｉ） 例えば、ＣＮＣフライス盤において、過剰な材料を平削りで除去することにより、所望の設計の細部を形成する手順と；
ｉｉｉ） 耐腐食性被覆で板を選択可能に被覆する手順と；
を具備することを特徴とする請求項２３に記載のバイポーラ板又は請求項１から２２のいずれか一項に記載の冷却板の製造方法。
【請求項２８】
バイポーラ板又は冷却板の製造方法であって、
ｉ） 成形及び／又は鋳造に適した材料を提供する手順と；
ｉｉ） 材料をバイポーラ板又は冷却板の所望の設計に鋳造する手順と；
ｉｉｉ） 耐腐食性被覆で板を選択可能に被覆する手順と；
を具備することを特徴とする請求項２３に記載のバイポーラ板又は請求項１から２２のいずれか一項に記載の冷却板の製造方法。
【請求項２９】
請求項２３に記載の１つ以上のバイポーラ板及び／又は請求項１から２２のいずれか一項に記載の１つ以上の冷却板を具備することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項３０】
前記燃料電池スタックは、ＰＥＭ燃料電池スタック又はＳＯＦＣ燃料電池スタックであることを特徴とする請求項２９に記載の燃料電池スタック。
【請求項３１】
請求項２９又は３０に記載の燃料電池スタックを使用することによる電力及び／又は熱の生成方法。
【請求項３２】
バックアップシステムとしての、請求項２９又は３０に記載の燃料電池スタックの使用方法。
【請求項３３】
連続的動力発生システムとしての、請求項２９又は３０に記載の燃料電池スタックの使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図７ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図７ｃ】
【公表番号】特表２０１０−５３３９３６（Ｐ２０１０−５３３９３６Ａ）
【公表日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１６３７０（Ｐ２０１０−５１６３７０）
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＫ２００８／０００２７３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１００６７
【国際公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（５１００１５３５０）セレネルギー アクティーゼルスカブ (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＫ２００８／０００２７３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１００６７
【国際公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（５１００１５３５０）セレネルギー アクティーゼルスカブ (2)
【Ｆターム（参考）】
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