(57)【要約】燃料電池用のバイポーラプレート（１０）であって、燃料電池はアノードガスチャネル（２２）を備えるアノードプレート（１９）およびカソードガスチャネル（２１）を備えるカソードプレート（２０）を有し、これらは、活性領域（ＡＡ）、供給領域（ＳＡ）を備えており、プレート（１０）内の反応物、冷却材の流れ条件を最適化するよう冷却材チャネル（２３）を形成するように、一方がもう一方の上に配置されている、プレート（１０）を改善するために、チャネル（２１）の高さ（Ｈ）／幅（Ｂ）は、活性領域（ＡＡ）の第１の側（２６）から第２の側（２７）へと増大し、チャネル（２２）の高さ（Ｈ）／幅（Ｂ）は、第１の側（２６）から第２の側（２７）へと減少し、チャネル（２１）の断面積／水力学的直径は増大し、かつ／または、チャネル（２２）の水力学的直径は減少することが提案される。また、燃料電池スタックおよび乗り物が提案される。
2019515436.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（１０）であって、燃料電池は、アノードプレート（１９）およびカソードプレート（２０）を備え、アノードプレート（１９）およびカソードプレート（２０）のそれぞれは、活性領域（ＡＡ）と、活性領域（ＡＡ）へまたは活性領域（ＡＡ）から作動媒体を供給および排出するための２つの供給領域（ＳＡ）とを有し、供給領域（ＳＡ）はそれぞれ、燃料を供給または排出するためのアノードガスポート（１１、１２）と、酸化剤を供給または排出するためのカソードガスポート（１３、１４）と、冷却材を供給または排出するための冷却材ポート（１５、１６）とを有し、アノードプレート（１９）は、アノードガスチャネル（２２）を有し、カソードプレート（２０）は、カソードガスチャネル（２１）を有し、それぞれの場合、開いたトラフ状のチャネル構造として形成されており、アノードプレート（１９）およびカソードプレート（２０）がそれらの互いに面する側（２８、２９）において、２つの供給領域（ＳＡ）の冷却材ポート（１５、１６）を接続する冷却材チャネル（２３）を有するように、一方がもう一方の上に配置され、形成されており、カソードガスチャネル（２１）の高さ（Ｈ）および／または幅（Ｂ）は、活性領域（ＡＡ）の第１の側（２６）から活性領域（ＡＡ）の第２の側（２７）へと増大し、アノードガスチャネル（２２）の高さ（Ｈ）および／または幅（Ｂ）は、活性領域（ＡＡ）の第１の側（２６）から活性領域（ＡＡ）の第２の側（２７）へと減少し、カソードガスチャネル（２１）の断面積および／または水力学的直径は、増大し、アノードガスチャネル（２２）の断面積および／または水力学的直径は、減少することを特徴とする、燃料電池用のバイポーラプレート（１０）。
【請求項２】
バイポーラプレート（１０）は、長方形であることを特徴とする、請求項１に記載のバイポーラプレート（１０）。
【請求項３】
アノードプレート（１９）およびカソードプレート（２０）の互いに反対に面する側は、互いに面平行であることを特徴とする、請求項１または２に記載のバイポーラプレート（１０）。
【請求項４】
アノードプレート（１９）およびカソードプレート（２０）の互いに面する側は、面平行であり、また、これらの側は、アノードプレート（１９）およびカソードプレート（２０）の互いに反対に面する側に面平行であり得ることを特徴とする、請求項３に記載のバイポーラプレート（１０）。
【請求項５】
活性領域（ＡＡ）の冷却材チャネル（２３）の断面積および／または水力学的直径は、一定であることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載のバイポーラプレート（１０）。
【請求項６】
冷却材チャネル（２３）の断面積および／または水力学的直径は、活性領域（ＡＡ）に沿って同じであることを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載のバイポーラプレート（１０）。
【請求項７】
アノードプレート（１９）内に形成された部分的な冷却材チャネル（２３ａ）の部分的な断面積および／または部分的な水力学的直径は、活性領域（ＡＡ）の第１の側（２６）から活性領域（ＡＡ）の第２の側（２７）へと増大し、カソードプレート（２０）内に形成された部分的な冷却材チャネル（２３ｂ）の部分的な断面積および／または部分的な水力学的直径は、減少することを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載のバイポーラプレート（１０）。
【請求項８】
請求項１〜７の１つに記載の少なくとも１つのバイポーラプレート（１０）を有することを特徴とする、燃料電池スタック（１０）。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池スタック（１０）を有する燃料電池システム（１００）を有する乗り物。
【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し、燃料電池は、アノードプレートおよびカソードプレートを備え、アノードプレートおよびカソードプレートのそれぞれは、活性領域と、活性領域へまたは活性領域からの作動媒体の供給および排出のための２つの供給領域とを有し、供給領域はそれぞれ、燃料の供給または排出のためのアノードガスポートと、酸化剤の供給または排出のためのカソードガスポートと、冷却材の供給または排出のための冷却材ポートとを有し、アノードプレートは、アノードガスチャネルを有し、カソードプレートは、カソードガスチャネルを有し、それぞれは、開いたトラフ状のチャネル構造として形成されており、アノードプレートおよびカソードプレートがそれらの互いに面する側において、２つの供給領域の冷却材ポートを接続する冷却材チャネルを有するような仕方で、互いの上に配置され、形成されており、また、本発明は、燃料電池スタック、およびそのような燃料電池スタックを有する乗り物に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料の酸素との化学反応を用いて、水を形成するとともに、電気エネルギーを生成する。この目的のために、燃料電池は、核心となる構成要素として、いわゆる膜電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を含み、膜電極アッセンブリは、イオン伝導性（通常プロトン伝導性）の膜と、膜の両側にそれぞれ配置された触媒電極（アノードおよびカソード）とから構成される構造である。触媒電極は通常、支持された貴金属、特に白金を含む。また、ガス拡散層（ＧＤＬ）が、膜電極アッセンブリの両面で膜電極とは反対の側に配置可能である。通常、燃料電池は、スタックとして配置された複数のＭＥＡによって形成されるので、それらの電力出力は、加法的である。通常、個々の電池へ作動媒体を、従って反応物を確実に供給し、また通常、冷却の役に立つバイポーラプレート（流れ場プレートまたはセパレータプレートとも呼ばれる）が、個々の膜電極アッセンブリの間に配置される。バイポーラプレートはまた、膜電極アッセンブリとの電気伝導性接触を与える。
【０００３】
燃料電池が作動している際に、燃料（アノード作動媒体）特に水素Ｈ2または水素含有ガス混合物が、アノード側で開いているバイポーラプレートの流れ場を通してアノードに供給され、アノードで電子が放出されながらＨ2のプロトンＨ+への電気化学的酸化が生じる（Ｈ2  →  ２Ｈ+＋２ｅ-）。反応室を互いに気密な仕方でかつ電気的に絶縁する仕方で分離する電解質または膜を介して、アノード室からカソード室への（水が結合しておよび／または水なしで）プロトンの輸送が生じる。アノードで供給された電子は、電気導体を介してカソードに導かれる。電子が吸収されながらＯ2のＯ2-への還元が生じるように（１／２Ｏ2＋２ｅ-  →  Ｏ2-）、酸素または酸素含有ガス混合物（例えば空気）が、カソード側で開いているバイポーラプレートの流れ場を介してカソードにカソード作動媒体として供給される。同時に、酸素陰イオンが、膜を渡って輸送されたプロトンとカソード室内で反応し、水を形成する（Ｏ2-＋２Ｈ+  →  Ｈ2Ｏ）。
【０００４】
バイポーラプレート内での反応物および冷却材の流れ挙動を最適化するさまざまな方法が可能である。
【０００５】
例えば、ＤＥ１０３２３６４４Ｂ４には、特定のセクションで流れ方向の平行なチャネルの数を低減することで、反応ガスが流れ方向に通過するチャネルのチャネル体積が低減される燃料電池が記載されている。
【０００６】
ＵＳ６，７５６，１４９Ｂ２では、反応チャネルの高さおよび幅が流れ場に亘って変化し得るが、断面積は一定のままである燃料電池が示唆されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、反応ガスチャネル内のガス組成および質量流量が活性領域の長さと関連して考慮されるバイポーラプレートを提供するという目標に基づく。
【０００８】
本発明によれば、燃料電池用のバイポーラプレートであり、燃料電池は、輪郭のあるアノードプレートおよびカソードプレートを備え、アノードプレートおよびカソードプレートのそれぞれは、活性領域と、活性領域へまたは活性領域からの作動媒体の供給および排出のための２つの供給領域とを有し、供給領域はそれぞれ、燃料の供給または排出のためのアノードガスポートと、酸化剤の供給または排出のためのカソードガスポートと、冷却材の供給または排出のための冷却材ポートとを有し、アノードプレートは、アノードガスチャネルを有し、カソードプレートは、カソードガスチャネルを有し、それぞれの場合、開いたトラフ状のチャネル構造として形成され、各チャネルは、上記の輪郭を構成し、各チャネルは、アノードプレートおよびカソードプレートがそれらの互いに面する側において、２つの供給領域の冷却材ポートを接続する冷却材チャネルを有するような仕方で、互いの上に配置され、形成されており、カソードガスチャネルの高さおよび／または幅は、活性領域の第１の側から活性領域の第２の側へと増大し、アノードガスチャネルの高さおよび／または幅は、活性領域の第１の側から活性領域の第２の側へと減少し、カソードガスチャネルの断面積および／または水力学的直径は、増大し、アノードガスチャネルの断面積および／または水力学的直径は、減少する。
【０００９】
アノードガスポート、カソードガスポート、および冷却材ポートという用語はそれぞれ、アノード入口開口部、アノード出口開口部、カソード入口開口部、カソード出口開口部、冷却材入口開口部、および冷却材出口開口部を備える。これらの用語は、下記においても使用される。
【００１０】
本発明による実施例は、変わり得る反応物ガスチャネルの構造により、活性領域を流れる個々のチャネル内の変化するガス組成の適合が可能であり、または、流れ条件が最適化可能である、という利点を提供する。例えば、反応ガスの最適な加湿が確実なものになり得る。
【００１１】
本発明によるアノードプレートおよびカソードプレート用のバイポーラプレートの形成の結果として、バイポーラプレートの活性領域内のアノードガスチャネルおよびカソードガスチャネル内の圧力分布、水分分布、および流量分布が、最適化可能である。本文脈で最適化とは、可能な範囲で、均一な圧力関係、反応物の均一な加湿、および同じ流速が、活性領域全体に亘って存在することを意味する。
【００１２】
このための一実施例は、アノードガスチャネルを狭めることであるが、アノードガスチャネルでは、流れ方向に沿ってアノードガスの消費に起因して質量流量が減少する。これは、アノードガスチャネルの後半部において、流速が低すぎて、生成された液体水がもはや安定して除去できないことを意味することができる。これは、燃料電池の出力および耐用寿命を低減することになるであろう。この影響に対して、アノードガスチャネルを狭めることで抑制しようと努めるが、それというのも、流速が増大することになるからである。このようにして有利には、燃料電池または燃料電池スタックの出力および耐用寿命が増大されることになる。
【００１３】
アノードガスチャネルおよびカソードガスチャネルの高さの変化は、幅の変化より好ましいが、それというのも、幅が一定の場合、膜とのアノードプレートおよびカソードプレートの接触挙動が、より容易にかつより効果的に調節できるからである。
【００１４】
好ましくは、バイポーラプレートは、燃料電池スタックの良好な、すなわち、場所を取らない配置を可能とするために、長方形のバイポーラプレートである。また、このようにして、ＭＥＡ半製品の切断が容易になるとともに、切断損の発生が避けられる。
【００１５】
また、燃料電池の容易な積層が可能となるように、かつ、同様に場所を取らない仕方で使用するのが特に容易であるブロック形状の電池スタックが得られるように、アノードプレートおよびカソードプレートの輪郭のある側を面平行となる仕方で互いに整列させることも好ましい。
【００１６】
好ましくは、アノードプレートおよびカソードプレートの互いに面する側も、輪郭のある側と面平行である。
【００１７】
しかしながら、アノードプレートおよびカソードプレートの互いに面する側が面平行であるが、互いに面平行であるアノードプレートおよびカソードプレートの輪郭のある側とは面平行でない実施例も請求される。結果として、くさび形のアノードプレートおよびカソードプレートが生じるが、これらは組み合わせると、うまく積層可能なブロック形状のバイポーラプレートを形成する。このように、カソードプレートの厚みは、活性側の第１の側から活性領域の第２の側の方向に増大し、一方、これとは反対のことが、アノードプレートにあてはまる。
【００１８】
アノードプレートおよびカソードプレートにおいて、それぞれの場合、部分的な冷却材チャネルが存在し、それらが、アノードプレートおよびカソードプレートを一緒にした時に、冷却材チャネルを形成するように、アノードプレートおよびカソードプレートによって冷却材チャネルの部分が形成される。
【００１９】
冷却材チャネルの断面積または水力学的直径は、活性領域に亘って本質的に一定のままであり、一方、アノードプレートおよびカソードプレート内に形成された部分的な冷却材チャネルおよび反応ガスチャネルは、変わり得る。
【００２０】
アノードプレートおよびカソードプレートの表面の全てが面平行であるとすれば、部分的な冷却材チャネルは、アノードガスチャネルおよびカソードガスチャネルの推移に適合するためにかつこれらの間で実質的に平行に延在するために、好ましくは変化し得ることになり、冷却材チャネルがアノードガスチャネルおよびカソードガスチャネルに平行に延在しない実施例もまた可能である。
【００２１】
部分的な冷却材チャネルは、結果として得られる冷却材チャネルがアノードガスチャネルおよびカソードガスチャネルに平行にまたはアノードプレートおよびカソードプレートの輪郭のある側に平行になるように、形成可能である。
【００２２】
互いに面する側が輪郭のある側と面平行でない実施例において、互いに面する側の傾斜がアノードガスチャネルおよびカソードガスチャネルの傾斜と一致する場合、部分的な冷却材チャネルは好ましくは、変化し得ない。
【００２３】
全ての実施例のアノードプレートおよびカソードプレートの部分的な冷却材チャネルが、必ずしも同一の断面積や水力学的直径を有する必要はない。これまたはこれらは、アノードガスチャネルまたはカソードガスチャネルへのそれらの近接によって決定される。
【００２４】
本発明によるバイポーラプレートの特に好ましい実施例によれば、アノードガスチャネルおよびカソードガスチャネルの高さは、変化する。
【００２５】
本発明の好ましい実施例によれば、作動媒体チャネルは、９０°未満のフランク角を有するトラフ形状のチャネルであり、それによって、簡易な製造が有利に可能である。
【００２６】
本発明による燃料電池スタックは、膜電極アッセンブリおよび上述のように構成されたバイポーラプレートが交互に配置されたスタックを備える。
【００２７】
本発明の別の態様は、本発明による少なくとも１つの燃料電池スタックを有する乗り物に関する。乗り物は好ましくは、燃料電池システムによって生成される電気エネルギーが電気トラクションモータおよび／またはトラクションバッテリーに使用される電気自動車である。
【００２８】
本発明の追加の好ましい実施例は、従属請求項に述べられる追加の特徴から明らかとなる。
【００２９】
本願に述べられた本発明のさまざまな実施例は有利には、個々の場合に特に明記しない限り、互いに組み合わせ可能である。
【００３０】
本発明は、対応する図面に基づいて例示的な実施例において以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】バイポーラプレートの上面図。
【図２】２つの膜電極アッセンブリの間に配置された、第１の実施例における本発明によるバイポーラプレートの長手方向の断面図（Ｃ−Ｃ）。
【図３】図２によるバイポーラプレートの横方向の断面図（Ａ−Ａ）。
【図４】図２によるバイポーラプレートの横方向の断面図（Ｂ−Ｂ）。
【図５】図２によるバイポーラプレートの横方向の断面図（Ａ−Ａ）。
【図６】図２によるバイポーラプレートの横方向の断面図（Ｂ−Ｂ）。
【図７】２つの膜電極アッセンブリの間に配置された、第２の実施例における本発明によるバイポーラプレートの長手方向の断面図（Ｃ−Ｃ）。
【図８】図７によるバイポーラプレートの横方向の断面図（Ａ−Ａ）。
【図９】図７によるバイポーラプレートの横方向の断面図（Ｂ−Ｂ）。
【図１０】図７によるバイポーラプレートの横方向の断面図（Ａ−Ａ）。
【図１１】図７によるバイポーラプレートの横方向の断面図（Ｂ−Ｂ）。
【図１２】２つの膜電極アッセンブリの間に配置された、第３の実施例における本発明によるバイポーラプレートの長手方向の断面図（Ｃ−Ｃ）。
【図１３】図１２によるバイポーラプレートの横方向の断面図（Ａ−Ａ）。
【図１４】図１２によるバイポーラプレートの横方向の断面図（Ｂ−Ｂ）。
【図１５】第４によるバイポーラプレートの横方向の断面図（Ａ−Ａ）。
【図１６】第４の図１２によるバイポーラプレートの横方向の断面図（Ｂ−Ｂ）。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、本発明による長方形のバイポーラプレート１０を上面図で示す。
【００３３】
バイポーラプレート１０は、活性領域ＡＡと、不活性領域ＩＡとに細分される。活性領域ＡＡは、この領域で燃料電池反応が生じることを特徴とする。不活性領域ＩＡはそれぞれ、供給領域ＳＡおよび分配領域ＤＡに分割され、分配領域ＤＡは、供給領域ＳＡを活性領域ＡＡに接続する。
【００３４】
供給領域ＳＡにおいて、活性ガス、従って燃料、例えば水素を供給するためにアノード入口開口部１１が設けられる。もう一方の供給領域ＳＡにおいて、活性領域ＡＡを渡って流れた後のアノードオフガスを排出するためにアノード出口開口部１２が使用される。第１の供給領域ＳＡにおいて、特に酸素または酸素含有混合物、好ましくは空気であるカソードガスを供給するために、カソード入口開口部１３が使用される。もう一方の供給領域ＳＡにおいて、活性領域ＡＡを通って流れた後のカソードオフガスを排出するためにカソード出口開口部１４が使用される。冷却材を異なる供給領域ＳＡ内に、供給するために冷却材入口開口部１５が、排出するために冷却材出口開口部１６が、設けられる。
【００３５】
図１に示すバイポーラプレート１０は、図に見えているカソード側１７と、見えていないアノード側１８とを有しており、バイポーラプレート１０は、一緒に結合されるアノードプレート１９およびカソードプレート２０から構成される。カソード側１７には、カソードガスチャネル２１が、開いたトラフ状のチャネル構造として形成されており、カソード入口開口部１３をカソード出口開口部１４に接続する。同様に、アノード側１８は、ここでは見えていないが、対応するアノードガスチャネル２２を有しており、アノードガスチャネル２２は、アノード入口開口部１１をアノード出口開口部１２に接続する。アノードガスチャネル２２も、開いたトラフ状のチャネル構造として形成される。バイポーラプレート１０の内部で、アノードプレート１９とカソードプレート２０の間には、囲まれた冷却材チャネル２３が延在しており、冷却材入口開口部１５を冷却材出口開口部１６に接続する。シーリングガスケット２４が図１に破線で示される。
【００３６】
図２は、図１によるバイポーラプレート１０を長手方向断面Ｃ−Ｃで示し、その進展は図３に示す。図３、図４は、バイポーラプレート１０の断面Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂを示し、それぞれバイポーラプレート１０の活性領域ＡＡの第１の側２６（入口側）および第２の側２７（出口側）を示している。
【００３７】
バイポーラプレート１０のカソード側１７およびアノード側１８には、膜電極アッセンブリ２５が配置される。図１に関してすでに説明したように、アノードガスチャネル２２、カソードガスチャネル２１および冷却材チャネル２３は、活性領域ＡＡに亘って、または活性領域ＡＡの第１の側２６から活性領域ＡＡの第２の側２７へと延在しており、冷却材チャネル２３は、アノードプレート１９およびカソードプレート２０内の部分的な冷却材チャネル２３ａ、２３ｂから作成される。アノードプレート１９およびカソードプレート２０の輪郭のある側と、それらの互いに面する側２８、２９で部分的な冷却材チャネル２３ａ、２３ｂが配置されている側とは、面平行な形態を有する。
【００３８】
アノードガスチャネル２２の高さＨは、活性領域ＡＡの第１の側２６から第２の側２７へと減少する。逆に、カソードガスチャネル２１の高さＨは、活性領域ＡＡの第１の側２６から第２の側２７へと増大する。一方、冷却材チャネル２３は、活性領域ＡＡに亘って一定の断面積および／または一定の水力学的直径で延在し、アノードガスチャネル２２およびカソードガスチャネル２１からの距離は一定のままであり、アノードプレート１９内の部分的な冷却材チャネル２３ａは、増加する部分的な断面積および／または部分的な水力学的直径を有する。構成は、カソードプレート２０内では全く反対である。
【００３９】
図５、図６は、図２〜図４によるバイポーラプレートの若干変更した実施例を示し、再び断面Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂを示し、それぞれ、活性領域ＡＡの第１の側２６（入口側）および第２の側２７（出口側）を示しているが、ここでは膜電極アッセンブリは示していない。製造を簡単にするために、アノードガスチャネル２２およびカソードガスチャネル２１、それに冷却材チャネル２３は、長方形の形態でなく、９０°未満のフランク角を有するトラフ状の仕方で形成される。さらに、この実施例では、アノードプレート１９およびカソードプレート２０内の部分的な冷却材チャネル２３ａは、互いに異なる幅を有する。活性領域ＡＡの第１の側２６の領域では、アノードプレート１９内の部分的な冷却材チャネル２３ａは、カソードプレート２０内のそれらより狭くなっている。第２の側２７の領域では、これが逆転しており、カソードプレート２０内の部分的な冷却材チャネル２３ｂは、アノードプレート１９内のそれらより狭くなっている。当然に、第１の側２６および第２の側２７の間で、２つの部分的な冷却材チャネル２３ａ、２３ｂが同じ幅Ｂを有する領域がある。
【００４０】
図７も、バイポーラプレート１０を長手方向断面Ｃ−Ｃで示し、その推移は図８に示す。図８、図９は、バイポーラプレート１０の断面Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂを示し、バイポーラプレート１０の活性領域ＡＡの第１の側２６（入口側）および第２の側２７（出口側）を示している。
【００４１】
図２〜図６に示した実施例とは対照的に、アノードプレート１９およびカソードプレート２０の輪郭のある側は、互いに面平行であるが、互いに面する側２８、２９で部分的な冷却材チャネル２３ａ、２３ｂが形成されている側には、面平行でない。互いに面する側２８、２９は、アノードガスチャネルおよびカソードガスチャネルと平行に延在する。その結果として、部分的な冷却材チャネル２３ａ、２３ｂの部分的な断面積および／または部分的な水力学的直径は、アノードプレート１９およびカソードプレート２０内に延在しない。
【００４２】
図１０、図１１は、図７〜図９によるバイポーラプレートの若干変更した実施例を示し、図５、図６と同様に、９０°未満のフランク角を有する、トラフ状のアノードガスチャネル２２およびカソードガスチャネル２１、そして冷却材チャネル２３を有する。この変形例では、確かに、部分的な冷却材チャネル２３ａ、２３ｂの部分的な冷却材断面の形状は異なるが、断面積および／または水力学的直径は、一定のままである。また、冷却材チャネル２３と、隣接するアノードガスチャネル２２およびカソードガスチャネル２１との間の材料の厚みは一定である。
【００４３】
図１２は再び、図１によるバイポーラプレート１０を長手方向断面Ｃ−Ｃで示し、その推移は図１３に示す。図１３、図１４は、バイポーラプレート１０の断面Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂを示し、それぞれバイポーラプレート１０の活性領域ＡＡの第１の側２６（入口側）および第２の側２７（出口側）を示している。
【００４４】
アノードプレート１９およびカソードプレート２０の輪郭のある側と、それらの互いに面する側２８、２９で冷却材チャネル２３ａ、２３ｂが組み込まれている側とは、面平行な形態で形成される。
【００４５】
図示の残りの実施例とは対照的に、冷却材チャネル２３は、アノードガスチャネル２２およびカソードガスチャネル２１と平行に整列されず、その代わりに、アノードプレート１９およびカソードプレート２０の互いに面する側２８、２９と整列される。
【００４６】
図１５、図１６は、アノードガスチャネル２２およびカソードガスチャネル２１の幅Ｂが変化する、バイポーラプレート１０の実施例を示し、また、活性領域ＡＡの第１の側２６（入口側）および第２の側２７（出口側）によって示された断面Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂを有し、アノードガスチャネル２２の幅Ｂは、活性領域ＡＡの第１の側２６から第２の側２７へと
減少する。逆に、カソードガスチャネル２１の幅Ｂは、活性領域ＡＡの第１の側２６から第２の側２７へと増大する。そしてまた、冷却材チャネル２３は、活性領域ＡＡに亘って一定の断面積および／または一定の水力学的直径で延在し、アノードガスチャネル２２およびカソードガスチャネル２１からの距離は一定のままであり、アノードプレート１９内の部分的な冷却材チャネル２３ａは、増加する部分的な断面積および／または部分的な水力学的直径を有する。これは、カソードプレート２０内では全く反対に形成される。アノードプレート１９およびカソードプレート２０の輪郭のある側と、それらの互いに面する側２８、２９で部分的な冷却材チャネル２３ａ、２３ｂが導入されている側とは、形態が面平行である。
【００４７】
アノードガスチャネル２２およびカソードガスチャネル２１、そして冷却材チャネル２３は、９０°未満のフランク角を有するトラフ状の形状を有する。
【符号の説明】
【００４８】
１０…バイポーラプレート
１１…アノード入口開口部
１２…アノード出口開口部
１３…カソード入口開口部
１４…カソード出口開口部
１５…冷却材入口開口部
１６…冷却材出口開口部
１７…カソード側
１８…アノード側
１９…アノードプレート
２０…カソードプレート
２１…カソードガスチャネル
２２…アノードガスチャネル
２３…冷却材チャネル
２３ａ、２３ｂ…部分的な冷却材チャネル
２４…シーリングガスケット
２５…膜電極アッセンブリ
２６…第１の側
２７…第２の側
２８、２９…側
ＡＡ…活性領域（反応領域）
ＩＡ…不活性領域
ＳＡ…供給領域
ＤＡ…分配領域
Ｈ…高さ
Ｂ…幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019515436.tif 000012
【図１１】
2019515436.tif 000013
【図１２】
2019515436.tif 000014
【図１３】
2019515436.tif 000015
【図１４】
2019515436.tif 000016
【図１５】
2019515436.tif 000017
【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月26日(2018.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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（１０）であって、燃料電池は、アノードプレート（１９）およびカソードプレート（２０）を備え、アノードプレート（１９）およびカソードプレート（２０）のそれぞれは、活性領域（ＡＡ）と、活性領域（ＡＡ）へまたは活性領域（ＡＡ）から作動媒体を供給および排出するための２つの供給領域（ＳＡ）とを有し、供給領域（ＳＡ）はそれぞれ、燃料を供給または排出するためのアノードガスポート（１１、１２）と、酸化剤を供給または排出するためのカソードガスポート（１３、１４）と、冷却材を供給または排出するための冷却材ポート（１５、１６）とを有し、アノードプレート（１９）は、アノードガスチャネル（２２）を有し、カソードプレート（２０）は、カソードガスチャネル（２１）を有し、それぞれの場合、開いたトラフ状のチャネル構造として形成されており、アノードプレート（１９）およびカソードプレート（２０）がそれらの互いに面する側（２８、２９）において、２つの供給領域（ＳＡ）の冷却材ポート（１５、１６）を接続する冷却材チャネル（２３）を有するように、一方がもう一方の上に配置され、形成されており、カソードガスチャネル（２１）の高さ（Ｈ）および／または幅（Ｂ）は、活性領域（ＡＡ）の第１の側（２６）から活性領域（ＡＡ）の第２の側（２７）へと増大し、アノードガスチャネル（２２）の高さ（Ｈ）および／または幅（Ｂ）は、流れ方向に活性領域（ＡＡ）の第１の側（２６）から活性領域（ＡＡ）の第２の側（２７）へと減少し、カソードガスチャネル（２１）の断面積および／または水力学的直径は、増大し、アノードガスチャネル（２２）の断面積および／または水力学的直径は、減少することを特徴とする、燃料電池用のバイポーラプレート（１０）。
【請求項２】
バイポーラプレート（１０）は、長方形であることを特徴とする、請求項１に記載のバイポーラプレート（１０）。
【請求項３】
アノードプレート（１９）およびカソードプレート（２０）の互いに反対に面する側は、互いに面平行であることを特徴とする、請求項１または２に記載のバイポーラプレート（１０）。
【請求項４】
アノードプレート（１９）およびカソードプレート（２０）の互いに面する側は、面平行であり、また、これらの側は、アノードプレート（１９）およびカソードプレート（２０）の互いに反対に面する側に面平行であり得ることを特徴とする、請求項３に記載のバイポーラプレート（１０）。
【請求項５】
活性領域（ＡＡ）の冷却材チャネル（２３）の断面積および／または水力学的直径は、一定であることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載のバイポーラプレート（１０）。
【請求項６】
冷却材チャネル（２３）の断面積および／または水力学的直径は、活性領域（ＡＡ）に沿って同じであることを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載のバイポーラプレート（１０）。
【請求項７】
アノードプレート（１９）内に形成された部分的な冷却材チャネル（２３ａ）の部分的な断面積および／または部分的な水力学的直径は、活性領域（ＡＡ）の第１の側（２６）から活性領域（ＡＡ）の第２の側（２７）へと増大し、カソードプレート（２０）内に形成された部分的な冷却材チャネル（２３ｂ）の部分的な断面積および／または部分的な水力学的直径は、減少することを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載のバイポーラプレート（１０）。
【請求項８】
請求項１〜７の１つに記載の少なくとも１つのバイポーラプレート（１０）を有することを特徴とする、燃料電池スタック（１０）。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池スタック（１０）を有する燃料電池システム（１００）を有する乗り物。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
ＵＳ６，７５６，１４９Ｂ２では、反応チャネルの高さおよび幅が流れ場に亘って変化し得るが、断面積は一定のままである燃料電池が示唆されている。
ＥＰ２０２６３９３Ａ１には、アノードガスチャネルおよびカソードガスチャネルの断面が、流れ方向に増大するような仕方で活性領域に沿って変化する、燃料電池用のバイポーラプレートが開示されている。
ＵＳ２０１４／１３４５１０Ａ１には、活性領域全体で一定の断面を有する冷却材チャネルを有する燃料電池用のバイポーラプレートが記載されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明によれば、燃料電池用のバイポーラプレートであり、燃料電池は、輪郭のあるアノードプレートおよびカソードプレートを備え、アノードプレートおよびカソードプレートのそれぞれは、活性領域と、活性領域へまたは活性領域からの作動媒体の供給および排出のための２つの供給領域とを有し、供給領域はそれぞれ、燃料の供給または排出のためのアノードガスポートと、酸化剤の供給または排出のためのカソードガスポートと、冷却材の供給または排出のための冷却材ポートとを有し、アノードプレートは、アノードガスチャネルを有し、カソードプレートは、カソードガスチャネルを有し、それぞれの場合、開いたトラフ状のチャネル構造として形成され、各チャネルは、上記の輪郭を構成し、各チャネルは、アノードプレートおよびカソードプレートがそれらの互いに面する側において、２つの供給領域の冷却材ポートを接続する冷却材チャネルを有するような仕方で、互いの上に配置され、形成されており、カソードガスチャネルの高さおよび／または幅は、活性領域の第１の側から活性領域の第２の側へと増大し、アノードガスチャネルの高さおよび／または幅は、流れ方向に活性領域の第１の側から活性領域の第２の側へと減少し、カソードガスチャネルの断面積および／または水力学的直径は、増大し、アノードガスチャネルの断面積および／または水力学的直径は、減少する。
【国際調査報告】
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