(57)【要約】  本発明は、燃料電池用のバイポーラプレート（１）であって、少なくとも１つの第１の穴列（２ａ）からなる穴パターン（２）を有する波形を付したプレート（１ａ）と、波形を付したプレート（１ａ）に封止するように配置された第２のプレート（１ｂ）と、を備え、波形を付したプレート（１ａ）は、金属薄板から形成されており、上り勾配および下り勾配の波（３ａ，３ｂ）からなる規則的な波形を有し、さらに穴パターン（２）は、波形に対して略横方向にガスを通し案内するように設けられており、少なくとも１つの第１の穴列（２ａ）は、ガスの流動方向でそれぞれの上り勾配の波（３ａ）にそれぞれの第１の横断面開口（４ａ）を有し、少なくとも１つの第１の穴列（２ａ）のそれぞれの第１の横断面開口（４ａ）は、それぞれの下り勾配の波（３ｂ）における少なくとも１つの第１の穴列（２ａ）のそれぞれの第２の横断面開口（４ｂ）よりも大きい、燃料電池用のバイポーラプレート（１）に関する。さらに本発明は、少なくとも１つのこのようなバイポーラプレート（１）を備える燃料電池に関する。
2019536240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用のバイポーラプレート（１）であって、
少なくとも１つの第１の穴列（２ａ）からなる穴パターン（２）を有する波形を付したプレート（１ａ）と、前記波形を付したプレート（１ａ）に封止するように配置された第２のプレート（１ｂ）と、を備え、
前記波形を付したプレート（１ａ）は、金属薄板から形成されており、上り勾配および下り勾配の波（３ａ，３ｂ）からなる規則的な波形を有し、
さらに前記穴パターン（２）は、前記波形に対して略横方向にガスを通し案内するように設けられている、バイポーラプレート（１）において、
前記少なくとも１つの第１の穴列（２ａ）は、前記ガスの流動方向でそれぞれの上り勾配の波（３ａ）にそれぞれの第１の横断面開口（４ａ）を有し、前記少なくとも１つの第１の穴列（２ａ）のそれぞれの前記第１の横断面開口（４ａ）は、それぞれの下り勾配の波（３ｂ）における前記少なくとも１つの第１の穴列（２ａ）のそれぞれの第２の横断面開口（４ｂ）よりも大きいことを特徴とする、燃料電池用のバイポーラプレート（１）。
【請求項２】
前記穴パターン（２）は、少なくとも１つの第２の穴列（２ｂ）を有し、前記第２の穴列（２ｂ）は、前記第１の穴列（２ａ）に対して平行にかつ前記波形に対して横方向に形成されていることを特徴とする、請求項１記載のバイポーラプレート（１）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第２の穴列（２ｂ）は、前記ガスの流動方向でそれぞれの上り勾配の波（３ａ）にそれぞれの第１の横断面開口（５ａ）を有し、前記少なくとも１つの第２の穴列（２ｂ）のそれぞれの前記第１の横断面開口（５ａ）は、それぞれの下り勾配の波（３ｂ）における前記少なくとも１つの第２の穴列（２ｂ）のそれぞれの第２の横断面開口（５ｂ）よりも小さいまたは大きいことを特徴とする、請求項２記載のバイポーラプレート（１）。
【請求項４】
前記穴パターン（２）は、少なくとも１つの第３の穴列（２ｃ）を有し、前記第３の穴列（２ｃ）は、前記第１の穴列（２ａ）に対して平行にかつ前記波形に対して横方向に形成されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のバイポーラプレート（１）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第３の穴列（２ｃ）は、前記ガスの流動方向でそれぞれの上り勾配の波（３ａ）とそれぞれの下り勾配の波（３ｂ）とに一定の横断面開口（６）を有することを特徴とする、請求項４記載のバイポーラプレート（１）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第３の穴列（２ｃ）の前記一定の横断面開口（６）は、前記少なくとも１つの第１および／または第２の穴列（２ａ，２ｂ）のそれぞれの大きい方の前記横断面開口（４ａ，５ｂ）よりも小さいことを特徴とする、請求項５記載のバイポーラプレート（１）。
【請求項７】
それぞれの前記横断面開口（４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６）は、前記波形を付したプレート（１ａ）のパンチ加工によって製作可能であり、それぞれの前記横断面開口（４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６）の形状は、少なくとも部分的にオーバルにかつ／または角をもって形成されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のバイポーラプレート（１）。
【請求項８】
すべての横断面開口（４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６）は、前記ガスの流動方向で漸次同じ比で減じられていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のバイポーラプレート（１）。
【請求項９】
前記第２のプレート（１ｂ）は、平坦にまたは波形を付して形成されており、前記波形を付したプレート（１ａ）の前記波形の複数の区間、特に平らな頂部区間（７）に少なくとも部分的に当接することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のバイポーラプレート（１）。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項記載の少なくとも１つのバイポーラプレート（１）を備える燃料電池。
【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プレートに関する。バイポーラプレートは、高分子電解質膜型燃料電池の主要な部材であり、個々のセルを直列に接続して１つの燃料電池積層体を形成する。その際、１つのセルは、カソード側およびアノード側においてそれぞれ、バイポーラプレートと、ガス拡散層と、触媒層とからなり、カソード側とアノード側とは、膜によって電気的に切り離されている。バイポーラプレートは、アノード側にもカソード側にも、ガス分配領域を有しており、ガス分配領域は、それぞれ異なって成形されていてもよいし、同じに成形されていてもよい。ガス分配領域は、ガスを一様に分配するという役割を担っており、その結果、触媒層内での均一な分布が達成される。触媒層内では、反応ガスが関与して反応が進行する。その際、カソードの触媒層内では、水が生じる。水は、１００℃を下回る温度に基づいて液状でも流出する。膜は、透水性であるので、液状の水は、カソード側でもアノード側でも流出することができる。バイポーラプレートは、ガス供給の他に、生じた水をセルから排水する役割も担っている。その他、電気および熱の良好な伝導性が保証されていなければならない。
【背景技術】
【０００２】
独国特許出願公開第１０２００７００９９０５号明細書において、膜電極アッセンブリとバイポーラプレートとを水平の積層方向で積層することによって形成された燃料電池が公知である。膜電極アッセンブリは、一対の電極と、電極間に配置される電解質膜とを含んでいる。さらに、バイポーラプレートは、長方形の形状を呈し、その長辺は、重力方向で延在し、その短辺は、水平に、積層方向に対して直交する方向で延在している。バイポーラプレートは、反応ガスの１つを重力方向で電極表面に沿って導くべく、ガス分配領域を備え、ガス分配領域は、上側の位置にガス入口の分配領域を有し、下側の位置にガス出口の分配領域を有している。反応ガスの１つをガス分配領域に供給する反応ガス供給通路と、反応ガスの１つをガス分配領域から排出する反応ガス排出通路とは、積層方向でバイポーラプレートを貫いて延在している。反応ガス排出通路は、ガス出口の分配領域の下に配置されており、少なくともガス出口の分配領域は、反応ガス排出通路に向かって傾けられている。これにより、一方では、反応ガスが流動する通路が形成され、他方では、ガス拡散層、ひいては触媒層と電気的かつ熱的に接触するウェブが形成される。通常、ウェブの下には、より低温の、流れの悪い領域が生じ、この領域は、湿った運転条件下では、水をこの領域に集める。このことは、通例、燃料電池の出力を悪化させてしまう。
【０００３】
さらに、独国特許出願公開第１０２０１５２０７３９７号明細書からは、燃料電池用の多孔質の通路構造が看取可能である。通路構造は、波形の横断面をガスの流動方向で形成すべく、ガス拡散層と接触する複数のウェブ部分と、水密性を形成すべく、平坦なプレートと接触する複数の通路部分と、反応ガスが流動する通路開口とを有する通路プレートを有している。通路開口は、少なくとも、複数のウェブ部分のうちの１つのウェブ部分または複数の通路部分のうちの１つの通路部分の一部区間を含むように、パンチ加工されている。これにより通路プレートは、独国特許出願公開第１０２００７００９９０５号明細書のように、生じた通路に沿ってではなく、これに対して垂直に貫流される。このことは、穴が、規則的なパターンで存在し、通路を垂直方向で形成することにより達成される。その際、２つの異なる流路が生じる（平滑なプレートと穴プレートとの間の流路と、穴プレートとガス拡散層との間の流路）。このパターンによって、横方向流動が第１のパターン列と第２のパターン列との間に生じ、その結果、生じたウェブ領域は、より良好に貫流されており、水をより良好に排水することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、燃料電池用のバイポーラプレートを発展させ、特にバイポーラプレートのガス貫流を改善させることにある。さらには、燃料電池全体の出力密度も向上させることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題は、独立請求項１の特徴によって解決される。本発明の有利な発展形および構成は、従属請求項に看取可能である。
【０００６】
本発明に係る燃料電池用のバイポーラプレートは、少なくとも１つの第１の穴列からなる穴パターンを有する波形を付したプレートと、波形を付したプレートに封止するように配置された第２のプレートと、を備え、波形を付したプレートは、金属薄板から形成されており、上り勾配および下り勾配の波からなる規則的な波形を有し、さらに穴パターンは、波形に対して略横方向にガスを通し案内するように設けられており、少なくとも１つの第１の穴列は、ガスの流動方向でそれぞれの上り勾配の波にそれぞれの第１の横断面開口を有し、少なくとも１つの第１の穴列のそれぞれの第１の横断面開口は、それぞれの下り勾配の波における少なくとも１つの第１の穴列のそれぞれの第２の横断面開口よりも大きい。
【０００７】
穴パターンは、波形に対して略横方向にガスを通し案内するように設けられている。本明細書において「略横方向」とは、ガスが、波形を付したプレートに、平面図で見て、波形を付したプレートの縁部に対して垂直な吹き付け方向で吹き付け、穴パターンの穴の領域に達すると、この穴に吹き付け、波形を付したプレートの平面図においてそれぞれの波頂部に対して垂直に延びる線から−４５°ないし＋４５°の角度範囲でさらに導かれることと解すべきである。
【０００８】
穴列とは、互いに列をなして配置された複数の切欠きまたは穴の配置と解すべきである。さらに、横断面開口とは、波形を付したプレート内に設けられた切欠きと解すべきである。換言すれば、波形を付したプレートは、好ましくは隣接する複数の穴列を有しているパーフォレーションを有している。各穴列は、複数の横断面開口を有し、流動方向で相並んで交互にそれぞれの第１の横断面開口と、それぞれの第２の横断面開口とが配置されている。それぞれの第１および第２の横断面開口は、有利には、互いに結合されており、これにより１つの共通の切欠きを形成している。横断面開口は、ガスを通し案内、特に燃料ガスまたは酸化剤を通し案内するように設けられている。したがって、バイポーラプレートは、アノード側で燃料ガスによって運転され、カソード側で酸化剤によって運転されることができる。第２のプレートは、封止するように、波形を付したプレートに当接し、そうして波形に対して横方向にそれぞれのガス用の流路を形成する。特に、多数の穴列が、相並んで配置されている。
【０００９】
波形を付したプレートの平面図において、穴列は、特に波の波頂部に対して垂直に延びている。しかし、穴列の延びが垂直からα＝±４５°までの偏差を有していても有利である。その際、穴列の方向付けは、吹き付けるガスが次の波要素に向かって流動する方向に対して決定的な影響を及ぼす。
【００１０】
それぞれの第２の横断面開口が、それぞれの第１の横断面開口に対して減じられていることに基づいて、ガス流動の第１の部分は、波形を付したプレートの波形によってガス拡散層、ひいては触媒に向けて偏向される。これに対して、ガス流動の第２の部分は、それぞれの第２の横断面開口によって次の波形に向けて偏向される。これにより、ガス拡散層および触媒層の、反応ガスとのより良好な混合が引き起こされるとともに、ガス拡散層および触媒層からガス分配領域方向への水の改善された排水が達成される。これによって、より一様な流動密度分布と、全体としてより良好な出力とが達成される。
【００１１】
好ましい実施の形態によれば、穴パターンは、少なくとも１つの第２の穴列を有し、第２の穴列は、第１の穴列に対して平行にかつ波形に対して横方向に形成されている。特に、多数の第１および第２の穴列が、交互に相並んで配置されている。
【００１２】
好ましくは、少なくとも１つの第２の穴列は、ガスの流動方向でそれぞれの上り勾配の波にそれぞれの第１の横断面開口を有し、少なくとも１つの第２の穴列のそれぞれの第１の横断面開口は、それぞれの下り勾配の波における少なくとも１つの第２の穴列のそれぞれの第２の横断面開口よりも小さいまたは大きい。それぞれの第１および第２の横断面開口は、有利には、互いに結合されており、これにより１つの共通の切欠きを形成している。その際、圧力の関係に基づいて、ガスの一部は、減少する横断面開口から、拡大する横断面開口へと導かれ、ひいてはこの横方向流動に基づいて、この領域におけるガス拡散層、ひいては触媒層内での付加的なガス混合が達成される。
【００１３】
別の好ましい実施の形態によれば、穴パターンは、少なくとも１つの第３の穴列を有し、第３の穴列は、第１の穴列に対して平行にかつ波形に対して横方向に形成されている。特に、多数の第１、第２および第３の穴列が、交互に相並んで配置されている。
【００１４】
好ましくは、少なくとも１つの第３の穴列は、ガスの流動方向でそれぞれの上り勾配の波とそれぞれの下り勾配の波とに一定の横断面開口を有している。したがって、それぞれの上り勾配の波における横断面開口は、それぞれの下り勾配の波における横断面開口と同じである。それぞれの第１および第２の横断面開口は、有利には、互いに結合されており、これにより１つの共通の切欠きを形成している。
【００１５】
好ましくは、少なくとも１つの第３の穴列の一定の横断面開口は、少なくとも１つの第１および／または第２の穴列のそれぞれの大きい方の横断面開口よりも小さい。これによりガス拡散層の貫流は、ウェブ領域における付加的な横方向流動によってさらに高められる。
【００１６】
本発明は、それぞれの横断面開口が、波形を付したプレートのパンチ加工により製作可能であり、それぞれの横断面開口の形状が、少なくとも部分的にオーバルにかつ／または角をもって形成されているという技術的思想を含む。代替的には、それぞれの横断面開口は、別の方法、特にレーザ切断により、波形を付したプレート内に設けられてもよい。同じく平坦なプレートが、まずパンチ加工され、その後、変形加工により、波形を付したプレートへと変形されてもよい。さらに、形状は、オーバルの形状もしくは面取りしたオーバルの形状、三角形の形状もしくは長方形の形状、またはそれぞれ異なる大きさの少なくとも２つの長方形からなる形状であってもよい。同じく、形状は、多角形を呈していてもよい。
【００１７】
さらに好ましくは、すべての横断面開口が、ガスの流動方向で漸次同じ比で減じられている。特にそれぞれの横断面開口の幅が、ガスの流動方向で漸次同じ比で減少する。換言すれば、一列に存在するすべての横断面開口は、ガスの流動方向で常に小さくなっていき、これにより下流で流量の減損が起こる。特に、すべての横断面開口は、さもなければ反応ガスの減損により引き起こされる流動速度の減少が、一定のレベルに維持されるように、ガスの流動方向で漸次同じ比で減じられている。これによって、より一様なガス混合と、流動領域の、下流に位置する部分におけるより良好な水搬出とが保証される。
【００１８】
好ましくは、第２のプレートは、平坦にまたは波形を付して形成されており、波形を付したプレートの波形の、一平面内に位置するまたはそれぞれ一平面内に位置する複数の区間、特に平らな頂部区間に少なくとも部分的に当接する。平坦なプレートとは、波、凹凸または空所なしの巨視的に平滑なプレートと解すべきである。これに対して、第２のプレートの、波形を付した形成は、上り勾配および下り勾配の波からなる規則的な波形を特徴とする。第２のプレートの波は、上述の波形を付したプレートの波に対して平行に形成されている。第２のプレートの波形は、波形、波高および波長に関して第１のプレートの波形とは異なっていてもよい。これにより、上述の波形を付したプレートと、第２のプレートとの間には、ガス拡散層の方向、ひいては触媒層の方向での付加的なガス流動が生じる。上述の波形を付したプレートにおける、第２のプレートが当接する複数の区間は、全体で、波形を付したプレートにおける第２のプレートのための十分に大きな載置面を、十分に良好な電気的なコンタクトのために提供する。
【００１９】
さらに、本発明は、少なくとも１つのこのようなバイポーラプレートを備える燃料電池に関する。燃料電池は、多数のセルを備え、それぞれのセルは、カソード側およびアノード側においてそれぞれ、バイポーラプレートと、ガス拡散層と、触媒層とを有しており、カソード側とアノード側とは、膜によって電気的に切り離されている。
【００２０】
本発明を改良するさらなる構成について、以下に本発明の好ましい実施例の説明とともに図面を基に詳しく説明する。同じまたは類似の要素には、同じ符号を付した。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】燃料電池の多数のセルのうちの１つのセルであって、２つのバイポーラプレートを有するセルの概略図である。
【図１ａ】第１の実施例によるバイポーラプレートの、波形を付したプレートの概略平面図である。
【図１ｂ】図１ａに示す波形を付したプレートの第１の穴列の概略断面図である。
【図１ｃ】図１ａに示す波形を付したプレートの第２の穴列の概略断面図である。
【図２ａ】図１ａに示す波形を付したプレートの概略斜視図である。
【図２ｂ】図２ａに示す波形を付したプレートの、ガスの流動方向での概略正面図である。
【図３ａ】第２の実施例によるバイポーラプレートの、波形を付したプレートの概略平面図である。
【図３ｂ】図３ａに示す波形を付したプレートの第１の穴列の概略断面図である。
【図３ｃ】図３ａに示す波形を付したプレートの第２の穴列の概略断面図である。
【図３ｄ】図３ａに示す波形を付したプレートの第３の穴列の概略断面図である。
【図４ａ】図３ａに示す波形を付したプレートの概略斜視図である。
【図４ｂ】図４ａに示す波形を付したプレートの、ガスの流動方向での概略正面図である。
【図５ａ】第３の実施例によるバイポーラプレートの波形を付したプレートの概略平面図である。
【図５ｂ】図５ａに示す波形を付したプレートの穴列の概略断面図である。
【図６ａ】図５ａに示す波形を付したプレートの概略斜視図である。
【図６ｂ】図６ａに示す波形を付したプレートの、ガスの流動方向での概略正面図である。
【図７ａ】別の波形を付したプレートの平面図である。
【図７ｂ】さらに別の波形を付したプレートの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示すように、ここでは図示しない燃料電池の１つのセル８は、アノード側９にも、カソード側１０にも、それぞれ１つのバイポーラプレート１であって、穴パターン２を有する波形を付したプレート１ａと、波形を付したプレート１ａに封止するように配置された第２のプレート１ｂとからなるバイポーラプレート１と、それぞれ１つのガス拡散層１１と、それぞれ１つの触媒層１２とを有している。両触媒層１２は、膜１３によって電気的に互いに切り離されている。それぞれのバイポーラプレート１に設けられた穴パターン２は、アノード側９では、燃料ガスを通し案内するように設けられ、カソード側１０では、酸化剤を通し案内するように設けられている。本発明に係るバイポーラプレート１により、それぞれの触媒層１２内でのそれぞれのガスの均一な分布が達成される。それぞれの第２のプレート１ｂは、ここでは平坦に形成されており、波形を付したプレート１ａの波形の、一平面内に位置する複数の平らな頂部区間７に少なくとも部分的に当接している。波形を付したプレート１ａのそれぞれの反対側では、それぞれのガス拡散層１１が、波形を付したプレート１ａの波形の、一平面内に位置する複数の平らな頂部区間７に当接している。
【００２３】
図１ａは、交互に相並んで配置された第１および第２の穴列２ａ，２ｂからなる穴パターン２を有するバイポーラプレート１の波形を付したプレート１ａを示している。簡単化するために、ここではかつ以下の図示では、バイポーラプレート１の第２のプレート１ｂの図示を省略した。波形を付したプレート１ａは、金属薄板から形成されており、上り勾配および下り勾配の波３ａ，３ｂからなる規則的な波形を有している。穴パターン２の穴列２ａ，２ｂは、ガスを通し案内（波形を付したプレート１ａの右側の縁部に記入した水平に延びる矢印参照）するように設けられており、波形に対して略横方向に形成されている。その際、波形を付したプレート１ａには、吹き付け方向、ここでは紙面において右から左にガスが吹き付ける。ガスは、波形を付したプレート１ａに、つまり平面図で見て波３ａ，３ｂの波頂部に対して垂直な吹き付け方向で吹き付ける。ガスは、穴パターンの穴の領域に達すると、この穴に吹き付け、波形を付したプレート１ａの平面図においてそれぞれの波頂部に対して垂直に延びる線から−４５°ないし＋４５°の角度範囲でさらに導かれる。
【００２４】
図１ａに示す第１の穴列２ａの、切断線Ａに沿った断面図である図１ｂに示すように、ガスの流動方向でそれぞれの上り勾配の波３ａにおけるそれぞれの第１の横断面開口４ａは、それぞれの下り勾配の波３ｂにおけるそれぞれの第２の横断面開口４ｂよりも大きい。
【００２５】
図１ａに示す第２の穴列２ｂの、切断線Ｂに沿った断面図である図１ｃに示すように、ガスの流動方向でそれぞれの上り勾配の波３ａにおけるそれぞれの第１の横断面開口５ａは、それぞれの下り勾配の波３ｂにおけるそれぞれの第２の横断面開口５ｂよりも大きい。
【００２６】
第１のガス流動経路ａは、図１ｂに示すように、波形を付したプレート１ａと、一方の側において当接する第２のプレート１ｂとの間に存在する。第２のガス流動経路ｂは、図１ｃに示すように、波形を付したプレート１ａと、他方の側において当接するガス拡散層との間に存在する。ガスの流動方向でそれぞれの上り勾配の波３ａにおけるそれぞれの第１の横断面開口４ａ，５ａが、それぞれの下り勾配の波３ｂにおけるそれぞれの第２の横断面開口４ｂ，５ｂよりも大きいことによって、図１ｂおよび１ｃに斜めの矢印ｃ，ｄで示したガス拡散層の方向でのそれぞれ１つのガス流動が生じる。
【００２７】
付加的に、これに対して横方向で、減少する横断面開口４ｂ，５ｂに基づいて波通路内の流動が生じる。その際、流動は、第２のプレート１ｂに隣接する波通路内にも（図１ａに実線の斜めの矢印で示した）、ガス拡散層に隣接する波通路内にも（図１ａに破線の斜めの矢印で示した）形成される。これにより、一方では、この領域におけるガス拡散層内での改善されたガス混合が達成され、ガス拡散層からの排水も改善される。
【００２８】
図２ａは、図１ａに示す波形を付したプレート１ａの斜視図を示している。図２ａからは、波形を付したプレート１ａの波形が特に良好に看取可能である。穴パターン２は、波形内に、それぞれの第１の穴列２ａの横断面開口４ａ，４ｂが、波形を付したプレート１ａの一方の側にポジショニングされており、それぞれの第２の穴列２ｂの横断面開口５ａ，５ｂが、波形を付したプレート１ａの他方の側にポジショニングされているように形成されている。これにより、繰り返される２つの異なるガス通路が生じ、これらのガス通路は、波形を付したプレート１ａの波形に対して横方向に配置されている。穴パターン２は、波形を付したプレート１ａのパンチ加工によって製作されている。波形を付したプレート１ａは、パンチ加工の前に変形加工されてもよいし、パンチ加工の後に変形加工されてもよい。それぞれの横断面開口４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの形状は、少なくとも部分的にオーバルに形成されている。
【００２９】
図２ｂは、図２ａに示す波形を付したプレート１ａのガスの流動方向での正面図を示している。本図からは、両ガス流動経路ａ，ｂが特に良好に看取可能であり、両ガス流動経路ａ，ｂは、交互に相並んで波形に対して横方向に形成されている。
【００３０】
図３ａは、交互に相並んで配置された第１、第２および第３の穴列２ａ，２ｂ，２ｃからなる穴パターン２を有するバイポーラプレート１の波形を付したプレート１ａの別の一実施の形態を示している。簡単化するために、ここではかつ以下の図示では、バイポーラプレート１の第２のプレート１ｂの図示を省略した。波形を付したプレート１ａは、金属薄板から形成されており、上り勾配および下り勾配の波３ａ，３ｂからなる規則的な波形を有している。穴パターン２の穴列２ａ，２ｂ，２ｃは、ガスを通し案内するように設けられており、波形に対して略横方向に形成されている。
【００３１】
図３ａに示す第１の穴列２ａの、切断線Ａに沿った断面図である図３ｂに示すように、ガスの流動方向でそれぞれの上り勾配の波３ａにおけるそれぞれの第１の横断面開口４ａは、それぞれの下り勾配の波３ｂにおけるそれぞれの第２の横断面開口４ｂよりも大きい。
【００３２】
図３ａに示す第２の穴列２ｂの、切断線Ｂに沿った断面図である図３ｃに示すように、ガスの流動方向でそれぞれの上り勾配の波３ａにおけるそれぞれの第１の横断面開口５ａは、それぞれの下り勾配の波３ｂにおけるそれぞれの第２の横断面開口５ｂよりも小さい。
【００３３】
図３ａに示す第３の穴列２ｃを通る切断線Ｃに沿った断面図である図３ｄに示すように、それぞれの横断面開口６は、ガスの流動方向で一定に形成されている。
【００３４】
ガス流動経路ａは、図３ｂおよび３ｃに示すように、波形を付したプレート１ａと、一方の側において当接する第２のプレート１ｂとの間に存在している。第１の穴列２ａのそれぞれの横断面開口４ａ，４ｂは、図３ｂに示すように、ガス拡散層方向の付加的なガス流動経路ｃを生じさせる。さらに、図３ｃに示す第２の穴列２ｂのそれぞれの横断面開口５ａ，５ｂは、ガス拡散層からの付加的なガス流動経路ｄを生じさせる。第１および第２の穴列２ａ，２ｂは、流動方向で互いにずらされて配置されており、これにより、ガスが付加的に横方向で波形に沿って流動することを可能にする。このことは、図３ａに破線の斜めの矢印で示してある。これにより、この領域におけるガス拡散層内のガス混合が改善される。第３の穴列２ｃの横断面開口６は、第１および第２の穴列２ａ，２ｂのそれぞれの大きい方の横断面開口４ａ，５ｂよりも小さい。第３の穴列２ｃは、波形を付したプレート１ａの平らな頂部区間７にガス拡散層の方向で配置されている。これにより付加的な下層流動がこの領域に生じ、この下層流動は、ガス拡散層内でのガス混合を高めるとともに、ガス拡散層からの排水を促進する。付加的なガス流動経路は、図３ｄに破線の矢印で示してある。
【００３５】
図４ａは、図３ａに示す波形を付したプレート１ａの斜視図を示している。図４ａからは、波形を付したプレート１ａの波形が特に良好に看取可能である。穴パターン２は、波形内に、それぞれの第１および第２の穴列２ａ，２ｂの横断面開口４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが、波形を付したプレート１ａの一方の側にポジショニングされており、それぞれの第３の穴列２ｃの横断面開口６が、波形を付したプレート１ａの他方の側にポジショニングされているように形成されている。穴パターン２は、波形を付したプレート１ａのパンチ加工によって製作されている。第１および第２の穴列２ａ，２ｂの横断面開口４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂの形状は、２つの長方形から構成され、第３の穴列２ｃの横断面開口６の形状は、１つの長方形から形成されている。
【００３６】
図４ｂは、図２ａに示す波形を付したプレート１ａのガスの流動方向での正面図を示している。本図からは、ガス流動経路ａが特に良好に看取可能である。
【００３７】
図５ａは、上り勾配および下り勾配の波３ａ，３ｂからなる規則的な波形に対して横方向に形成され、同一に形成された複数の穴列２ａからなる穴パターン２を有する、バイポーラプレート１の波形を付したプレート１ａを示している。簡単化するために、ここではかつ以下の図示では、バイポーラプレート１の第２のプレート１ｂの図示を省略した。波形を付したプレート１ａは、金属薄板から形成されている。穴パターン２は、ガスを通し案内するように設けられている。それぞれの穴列２ａのすべての横断面開口４ａ，４ｂは、ガスの流動方向で漸次同じ比で減じられている。その際、横断面開口４ａ，４ｂの幅が減じられる。これにより、特に触媒層における反応物質消費が考慮される。バイポーラプレート１に入ってから出るまでの流動速度を略一定に保つべく、波形内に設けられる横断面開口４ａ，４ｂは、ガス流の生じる減少に応じて縮小される。この適合により、流動速度の減少に対抗するように、反応ガスの解放反応が作用する。したがって、圧力損失は、流動長さにわたって増加する。
【００３８】
図５ａに示す穴列２ａに沿った断面図である図５ｂに示すように、ガスの流動方向でそれぞれの上り勾配の波３ａにおけるそれぞれの第１の横断面開口４ａは、それぞれの下り勾配の波３ｂにおけるそれぞれの第２の横断面開口４ｂよりも大きい。ガス流動経路ａは、図５ｂに示すように、波形を付したプレート１ａと、一方の側において当接する第２のプレート１ｂとの間に存在している。それぞれの横断面開口４ａ，４ｂは、図５ｂに示すように、ガス拡散層方向の付加的なガス流動経路を生じさせる。この付加的なガス流動経路は、図５ｂに破線の矢印ｃで示してある。
【００３９】
図６ａは、図５ａに示す波形を付したプレート１ａの斜視図を示している。図６ａからは、波形を付したプレート１ａの波形が特に良好に看取可能である。穴パターン２は、波形内に、すべての横断面開口４ａ，４ｂが、波形を付したプレート１ａの一方の側にポジショニングされているように形成されている。穴パターン２は、波形を付したプレート１ａのパンチ加工によって製作される。横断面開口４ａ，４ｂの形状は、２つの長方形から構成されている。
【００４０】
図６ｂは、図６ａに示す波形を付したプレート１ａのガスの流動方向での正面図を示している。本図からは、ガス流動経路ａが特に良好に看取可能である。
【００４１】
図７ａは、複数の穴列２ａ，２ｂが存在している波形を付したプレート１ａの平面図を示している。ガスは、波頂部３０に対して垂直に方向付けられた線１４にしたがう吹き付け方向で、波形を付したプレート１ａに吹き付ける。各穴の領域でガスは、−４５°ないし＋４５°の角度範囲内で分配される。
【００４２】
図７ｂは、各穴列２ａ’，２ｂ’が、波頂部３０に対して垂直に方向付けられた線１４に対して４５°の角度αで延びている、波形を付したプレート１ａの平面図を示している。ガスは、波形を付したプレート１ａに、線１４にしたがって吹き付け、改めて各穴に分配される。
【００４３】
本発明は、前述の実施例に限定されるものではない。代替的には、図１に示す第２のプレート１ｂも、波形を付して形成されていてもよい。さらに、横断面開口４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６は、別の形状を有していてもよい。同じく、穴パターン２は、別の穴列を有していてもよいし、かつ／または、穴列は、別の角度αで延びていてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  バイポーラプレート
１ａ  波形を付したプレート
１ｂ  第２のプレート
２  穴パターン
２ａ，２ａ’  第１の穴列
２ｂ，２ｂ’  第２の穴列
２ｃ  第３の穴列
３ａ  上り勾配の波
３ｂ  下り勾配の波
４ａ  第１の横断面開口
４ｂ  第２の横断面開口
５ａ  第１の横断面開口
５ｂ  第２の横断面開口
６  一定の横断面開口
７  平らな頂部区間
８  セル
９  アノード側
１０  カソード側
１１  ガス拡散層
１２  触媒層
１３  膜
１４  線
３０  波頂部
Ａ  第１の穴列に沿った切断線
Ｂ  第２の穴列に沿った切断線
Ｃ  第３の穴列に沿った切断線
α  角度
ａ  第１のガス流動経路
ｂ  第２のガス流動経路
ｃ，ｄ  付加的なガス流動経路
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【国際調査報告】
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