(57)【要約】燃料電池又は電解槽のためのフローフィールドプレートは、少なくとも一面に、１つ以上のガス送出流路と、１つ以上のガス除去流路と、ガス送出流路及びガス除去流路を分離する透過性の壁とを有する流路のアセンブリを備える。透過性の壁は複数のガス拡散流路を備えてもよい。
2005531113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池又は電解槽のためのフローフィールドプレート（セパレータ）であって、
少なくとも一面に、
１つ以上のガス送出流路と、
１つ以上のガス除去流路と、
前記ガス送出流路及び前記ガス除去流路を分離する透過性の壁と
を有する流路のアセンブリを備えるフローフィールドプレート。
【請求項２】
前記透過性の壁は、複数のガス拡散流路を備える請求項１に記載のフローフィールドプレート。
【請求項３】
前記透過性の壁のどの部分も、ガス拡散流路から１．２５ｍｍより大きく離れない請求項２に記載のフローフィールドプレート。
【請求項４】
前記透過性の壁は、不透過性材料を備える請求項２又は３に記載のフローフィールドプレート。
【請求項５】
前記透過性の壁は、回旋状である請求項１〜４のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。
【請求項６】
前記透過性の壁は、蛇腹状であり、
該壁の各襞に沿って延びる壁セグメントと、
前記壁の各折り返し地点ごとの端壁セグメントと
を有する請求項５に記載のフローフィールドプレート。
【請求項７】
前記透過性の壁は、２つ以上のスケールで回旋する請求項５又は６に記載のフローフィールドプレート。
【請求項８】
フローフィールドのランド領域の任意の部分から、最も近いガス送出流路又はガス拡散流路までの最大距離は、１．２５ｍｍ未満である請求項６又は７に記載のフローフィールドプレート。
【請求項９】
前記壁の各襞に沿って延びる前記壁セグメントのランド領域の任意の部分から、最も近いガス送出流路又はガス拡散流路までの最大距離は、０．５ｍｍ未満である請求項６〜８のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。
【請求項１０】
フローフィールドのランド領域の任意の部分から、最も近いガス送出流路又はガス拡散流路までの最大距離は、０．２５ｍｍ未満である請求項１〜９のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。
【請求項１１】
前記透過性の壁は、フローフィールドの最大幅の１０倍以上の長さを有する請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。
【請求項１２】
前記フローフィールドのセグメントのコーナー部は、丸みを帯びている請求項１〜１１のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。
【請求項１３】
前記透過性の壁の透過性は、一定の透過性を有する透過性の壁を用いるよりも均一なガス分布を提供するように、長さに沿って変化する請求項１〜１２のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。
【請求項１４】
前記透過性の壁はガス拡散流路を含み、
該ガス拡散流路の幅及び／又は深さは、前記透過性の壁の長さに沿って変化する請求項１３に記載のフローフィールドプレート。
【請求項１５】
前記透過性の壁はガス拡散流路を含み、
単位長さあたりの該ガス拡散流路の数は、前記透過性の壁の長さに沿って変化する請求項１３又は１４に記載のフローフィールドプレート。
【請求項１６】
前記透過性の壁はガス拡散流路を含み、
該ガス拡散流路の一部又は全部は、曲がり経路を提供するように回旋される請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。
【請求項１７】
前記回旋状のガス拡散流路の割合は、前記透過性の壁の長さに沿って変化する請求項１６に記載のフローフィールドプレート。
【請求項１８】
前記回旋状のガス拡散流路の回旋度は、前記透過性の壁の長さに沿って変化する請求項１６又は１７に記載のフローフィールドプレート。
【請求項１９】
前記透過性の壁は、細かいガス拡散流路のネットワークを間に形成するランドのアレイにより画定される請求項１〜１８のいずれか一項に記載のフローフィールドプレート。
【請求項２０】
プレートに異なる流路幅を有するパターン化されたレジストを施し、前記プレート及び前記レジストを、微粒子のサンドブラストにさらして、異なる幅及び深さを有する流路パターンを前記フローフィールドプレートに形成する請求項１〜１９のいずれか一項に記載のフローフィールドプレートを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池及び電解槽に関し、特に、限定はされないが、プロトン交換膜型燃料電池及び電解槽に適用され得るものである。
【０００２】
燃料電池とは、燃料及び酸化剤を、制御された方法で化合して、直接的に電気を発生させる装置である。中間燃焼や発電段階を経ずに直接電力を発生させるため、従来の発電機において燃料を使用するよりも、燃料電池の発電効率が高いことは公知である。燃料電池は単純で望ましいように聞こえるが、実用的な燃料電池システムの開発に、近年多数の人員と年月の労力が費やされてきた。電解槽は事実上燃料電池の逆であり、電気を用いて水を水素と酸素に分解する。
【０００３】
燃料電池及び電解槽は、共にいわゆる「水素経済（hydrogen economy）」の主要部になり得ると考えられる。以下では燃料電池について言及するが、同様の原理は電解槽にもあてはまることを忘れてはならない。量産されている燃料電池の１つの型は、いわゆるプロトン交換膜型（ＰＥＭ）燃料電池［時おり高分子電解質又は固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）とも言われる］である。かかる電池は水素を燃料として用い、両面に多孔質電極を配置した絶縁性（但しイオン伝導性）高分子膜を備える。膜は通常、フルオロスルホン酸ポリマーであり、電極は通常、炭素質粉末基板に分散させた貴金属触媒を備える。この電極と膜との組み合わせは、しばしば膜電極接合体（ＭＥＡ）と呼ばれる。
【０００４】
水素燃料は一方の電極（陽極）に供給され、そこで酸化されて、陽極に電子を、電解質に水素イオンを放出する。酸化剤（通常、空気又は酸素）はもう一方の電極（陰極）に供給され、そこで陰極からの電子が酸素及び水素イオンと結合し水を生成する。プロトン交換膜型燃料電池の下位分類（sub-class）には、メタノールを燃料として供給する直接メタノール燃料電池がある。本発明はそのような燃料電池及びあらゆる他の燃料電池を対象とすることを目的とする。
【０００５】
商業用ＰＥＭ燃料電池では、そのような複数の膜がフローフィールドプレート（二極プレート又はセパレータとも呼ばれる）で隔てられて積層されている。フローフィールドプレートは通常、ある膜の陽極と隣接する膜の陰極間の電子移動を良好にするために、金属又は黒鉛でできている。フローフィールドプレートは流体（燃料又は酸化剤）を供給し、燃料電池の反応生成物として生成した水を除去するため、それら表面に、溝のパターンを有する。
【０００６】
溝の形成には、さまざまな手法が報告されており、例えば、機械加工、エンボス加工、成形加工（国際特許出願公開第００／４１２６０号明細書）、また（本発明に特に有用である）、レジストを通じてのサンドブラスト法（国際特許出願公開第０１／０４９８２号明細書）により、これら溝を形成することが提案されている。
【０００７】
国際特許出願公開第０１／０４９８２号明細書は、プレートにレジスト又はマスクを施し、サンドブラスト法（又は移動粒子の運動量を表面の研磨に利用するウォータージェット加工等の他のエッチング方法）により、フローフィールドプレートを機械加工し、マスク又はレジストで形成されたパターンに対応する形状（features）を形成する方法を開示している。
【０００８】
そのようなプロセスは、国際特許出願公開第０１／０４９８２号明細書が示すように、フローフィールドプレートを貫通する孔を形成すること、またはフローフィールドプレートに閉じられた底くぼみ（closed bottom pits）や流路を形成することが可能である。本発明を可能にするために十分な背景を提供することとして、国際特許出願公開第０１／０４９８２号明細書のプロセス全体を本明細書に援用する。
【０００９】
実際には、これまでの大半のプレートは、流路を切削すること（milling）によって形成されてきた。
【００１０】
国際特許出願公開第００／４１２６０号明細書は、幅約０．７５ｍｍ未満の、実質的に直線的な並行流路が提供されるフローフィールドジオメトリを開示している。
【００１１】
国際特許出願公開第００／２６９８１号明細書は、幅８００μｍ未満の流路間ランドで隔てられた、幅８００μｍ未満の高度並流流路（highly parallel flow channels）を用い、流路間ランド領域（land area）がフローフィールドの２５％未満である類似するジオメトリを開示している。好ましいランド幅はさらに狭い。このジオメトリは、ガス分布を向上し、ＭＥＡ（国際特許出願公開第００/２６９８１号明細書ではＤＣＣ［拡散電流コレクター（diffusion current collectors）］と呼ぶ）を通過して、横方向のガス分散の必要性を低減すると記載されている。かかるジオメトリはまた、ランド領域への電気的な経路長を低減するので、電気抵抗を低減すると記載されている。
【００１２】
国際特許出願公開第００／２６９８１号明細書に記載された電気特性及びガス物性には、縮小されたランド領域は電気抵抗を増加するという矛盾がある。国際特許出願公開第００／２６９８１号明細書には、これら相反する必要条件を最適化することができると記載されている。国際特許出願公開第００／２６９８１号明細書には、高度並列微細流路パターン（highly parallel micro-channels）は、ハッチング及びグリッドパターンのような、相互連絡点又は分岐点を含むことができると記載されている。狭い流路を用いる利点として、水滴の生成を促進して、流路から効率的に水分を除去することと記載されている。しかしながら、水滴両側の圧力が実質的に同等になり得るため、グリッドパターンが使用されているところでは、この利点は見られない。
【００１３】
国際特許出願公開第００／２６９８１号明細書に対して引用された従来の文献は、以下の通りである。
・米国特許第３，８１４，６３１号明細書は、加工電極（textured electrode）につながり、一方の電極面の突起が他方の電極面のくぼみと一致する枠体に、幅０．３ｍｍより大きい微細流路が設けられた電極構成を開示している。
・米国特許第５，１０８，８４９号明細書は、幅０．７６ｍｍ（０．０３インチ）以上の蛇行する行路（tracks）を有し、ランド幅が０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）以上のプレートを開示している。
・国際特許出願公開第９４／１１９１２号明細書は、幅及び深さが０．７６ｍｍ（０．０３インチ）の不連続行路を有するプレートを開示している。これらの行路は組み合わされて（interdigitated）いてもよい。
・国際特許出願公開第９８／５２２４２号明細書は、膜を湿らせる手段を開示している。
【００１４】
狭い流路は他の装置でも知られており、例えば国際特許出願公開第９４／２１３７２号明細書は、隣接するディスクの複数の部分流路を一列に並べることによって形成された、３次元的に曲がった流路を備える化学処理装置を開示している。このような構成は、燃料電池には用いられていない。
【００１５】
どの燃料電池に関連する特許も、比較的あらい（coarse）ガス送出流路が細かい（fine）ガス流路につながる構造を開示していない。
【００１６】
流体がそれぞれの電極表面に均一に分散されることを保証するため、いわゆるガス拡散層（ＧＤＬ）が、電極とフローフィールドプレートとの間に設置される。ガス拡散層は多孔質材料であり、通常カーボン紙又は布を備え、その一面にしばしば炭素粉末の結合層を有し、撥水性を促進するために疎水性材料で被覆されている。ガス拡散層のサイズを低減できる、孔径範囲が２０〜１００μｍの連結開孔率（connected porosity）を有するマクロ孔質材料（米国特許第５，６４１，５８６号明細書）の下方に、組み合わされたフローフィールドプレートを設けることが提案されている。このような配置は、塞がれた孔の周囲にガスが流れるのを可能にするため、不都合である。（水のような）反応生成物の蓄積がこれらの孔に生じる可能性があり、ガス輸送効率を低下させる。さらに、このような構造はフローフィールドプレートの厚みを増加する。
【００１７】
本出願人は燃料電池で何が起こるかを分析し、ガス拡散層は、その名前が意味することをしないという結論に至った。その理論は、膜の大部分が電池反応中に活性であるように、ガス拡散層は、全膜表面を介して、ガス拡散を可能にするというものであった。本出願人は単純なモデルにおいて、ガスは流路間のランド全てに到達するようではなく、流路の上部の領域及び流路の周囲の狭い縁のみに到達し、発電の大部分がこの限られた領域で起こることに気づいた。
【００１８】
これは、ガスが強制的にランド上方の領域に入るため、組み合わされた流路が高い発電効率を示すという観察から裏付けられる。しかしながら、ガス拡散層は、実際には、流路上方の膜電極の領域からランドへ電流を通すことと、膜電極の機械的支援を行って、流路内に電極が押し込まれるのを防ぐことという有用な目的を果している。複数の発明者が膜電極の硬化（stiffen）を提案している。
【００１９】
ガス拡散層は、発電領域からランドに電流を通す際に、ガス拡散層の電気抵抗により、当然に電気損失を招く。今日のガス拡散層は、機械的強度、導電性、ガス透過性それぞれの必要性の間の繊細なバランスにより選択される。
【００２０】
米国特許第６，０３７，０７３号明細書に、フローフィールドプレートとガス拡散層との複合系が記載されており、プレートの一部を密封する、多孔質炭素材料の選択的含浸体を備える。このような配置は、複製するには複雑であり、米国特許第５，６４１，５８６号明細書のように塞がれた孔の周囲にガスが流れるのを可能にするという欠点がある。
【００２１】
フローフィールドプレートと、関連する燃料及び酸化剤供給マニホルドを備えた膜との集合体は、しばしば燃料電池スタック（stack）と呼ばれる。
【００２２】
上記技術は試作品や限定された幾つかの商業用途において有用であることが認められているが、幅広く商業的に支持されるために、現在では、燃料電池スタックの物理的サイズ及びコストの低減が要求されている。したがって、部品数の低減は、サイズ及びコストに有益な結果をもたらす（両者とも原料及び組み立てのコストによる）。
【００２３】
また、先行技術のフローフィールドプレートは、マトリクス状、蛇行形状、線形、又は組み合わされた形状のフローフィールドを提案しているが、ガス流通経路を向上するための他の物理的システムには目を向けてこなかった。（ガス拡散層を支持するために、ランドのグリッドが設けられ、ランド間にガスが流れる）マトリクスフローフィールドは、理論的には良好なガスの流れをもたらすが、実際には、マトリクス内に水が捕捉されやすくマトリクスが塞がれるという欠点を有する。さらに、マトリクスが塞がれることにより、フローフィールドに流れが滞留する領域ができる可能性がある。
【００２４】
線形及び蛇行形状のフローフィールドは、水により塞がれること、すなわち滞留領域が生じることに関しては、マトリクス状のフローフィールドよりも問題が少ないが、フローフィールドにおける所与の圧力損失に関して、低ガス流となる。蛇行形状のフローフィールドパターンは、１つの流路から著しく低圧の隣接流路へ通過する、ガスの「短絡」が生じるという問題をもつ傾向もある。
【００２５】
組み合わされたフローフィールドは、効率の高いガスの送出を提供するが、入口側（incoming）フローフィールドからガス拡散層を通って、出口側（outgoing）フローフィールドへガスを押し進めるためには、高い圧力が必要であり、これにより大きい寄生損失（parasitic losses）が生じる。
【００２６】
さらに、本出願人は、従来のフローフィールドプレート構造の挙動をモデル化し、高需要の条件下（例えば０．６Ａ／ｃｍ２以上の電流）では、このような従来のプレートは、フローフィールドプレートの大部分で、酸化剤及び／又は燃料が枯渇する（depletion）傾向があることを見出した。
【００２７】
ガスフローフィールドの既知の要件は、
・ＧＤＬを支持し、ガスが流れるキャビティを維持するのに十分なランド領域
・スタックをつなぎ合わせる圧縮力下で、ＧＤＬが流路に押し込まれて流路を塞ぐことを防ぐのに十分狭い流路
・国際特許出願公開第００／２６９８１号明細書に記載されるように、流路上の領域からランドへの電流の経路長を低減するのに十分狭い流路、及びランド上の領域へのガスの拡散距離を低減するのに十分狭いランド
である。
【００２８】
フローフィールドプレートを別個の領域に区切ることによる以外で、国際特許出願公開第００／２６９８１号明細書により解決されないのは、狭い流路は大きい圧力損失、したがって流路の一端から他端までのガスの利用性（availability）が明らかに異なることを意味することである。
【００２９】
従来のフローフィールドプレートの構造では、反応ガスがいずれも燃料電池の動作で消費されるため、及びガスの流れに対する抵抗のため、フローフィールドの一端（入口端）の圧力は他端（出口端）の圧力よりも著しく低い。燃料又は酸化剤に対する需要が増大すると、このような配置では、反応ガスを反応ガス出口に効果的に送出することができなくなる。本出願人は、反応物の欠乏（starvation）が生じないように、燃料電池の作用面（working surface）全体、特にフローフィールド出口の領域に、効率的にガスを送出する手段が必要であることに気づいた。
【００３０】
本出願人は、生理的な系（肺）に目を向けることによって、改良されたフローフィールドジオメトリが、より短いガス流通経路のため、小さい寄生損失を有し得ることに気づいた。検討したジオメトリでは、ガスはガス送出流路によって透過性の壁に送出され、続いて透過性の壁を通ってガス除去流路へ送られる。
【００３１】
本出願人はまた、そのような配置は小さい圧力損失で高流量を得ることができるため、そのようなジオメトリはガス短絡の影響を受けにくいことに気づいた。そのようなジオメトリにより、フローフィールド全体に反応物が均一に分布することも保証される。
【００３２】
したがって、本発明は、１つ以上のガス送出流路と、１つ以上のガス除去流路と、ガス送出流路及びガス除去流路を分離する透過性の壁とを備える燃料電池又は電解槽のフローフィールドプレートを提供する。
【００３３】
透過性の壁は複数のガス拡散流路を備えてもよく、不透過性の材料からできていてもよい。
【００３４】
透過性の壁は回旋状（convoluted）であってもよい。
【００３５】
透過性の壁は、フローフィールドの最大幅の１０倍以上の長さを有してもよい。
【００３６】
本発明のさらなる特徴は特許請求の範囲に記載され、図面を参照して以下の説明により例示される。
【００３７】
図１及び図２は、本発明によるフローフィールドプレートを示す。フローフィールドプレート１は、実際のフローフィールド部分を形成しない周囲枠１８に、マニホルド及び締結穴２を備える。プレートは、マニホルド（図示せず）により反応ガスが送出されるガス供給流路３も備える。ガス供給流路３は、ガス送出流路４と連通している。ガス送出流路４自体は、ガス送出副流路５につながる。同様にして、ガス抜き流路（gas drain channel）６が、ガス除去流路７及びガス除去副流路８につながる。
【００３８】
ガス送出流路４及びガス送出副流路５とガス除去流路７及びガス除去副流路８との間には、複数の拡散流路１０を有する壁９が画定され、拡散流路１０は、ガス送出流路４及びガス送出副流路５からガス除去流路７及びガス除去副流路８への流通経路を提供する。通常の場合、最大約１０ｃｍ×１０ｃｍのプレートサイズ及び約６．５ｃｍ×６．５ｃｍのフローフィールド作用領域を有する小型の燃料電池では、ガス送出流路の幅は約１．２５ｍｍ、ガス送出副流路の幅は約０．５ｍｍ、拡散流路の幅は約０．１２５ｍｍである。
【００３９】
壁は２つのスケール（scales）で回旋している。
【００４０】
第１のスケールでは、壁はガス供給流路３からガス抜き流路６まで、プリーツ状（pleated）又は蛇腹状に延び、壁の各皺に沿った壁セグメント１６と、壁の各折り返し地点（turn）ごとの端壁セグメント１７とを備える。壁の各皺の長さは、図示の例では約６ｃｍである。
【００４１】
第２のスケールでは、端壁セグメント１７間の壁は、ガス送出流路５及びガス除去副流路８を形成するために、それら自体がプリーツ状又は蛇腹状である。ガス送出流路及びガス除去副流路の長さは、図示の例では約２．５ｍｍである。
【００４２】
しかしながら、このパターンは、より小さいか又はより大きいスケールで繰り返してもよい。
【００４３】
徐々に狭まる流路をガスが通る、フローフィールドのこのフラクタル型の配置は、この配置が、フローフィールドプレートのサイズまで、ある程度拡張可能であることを意味する。これによりさらに、透過性の壁に大きい表面積が確保される。
【００４４】
この配置はまた、ＧＤＬがフローフィールドによって十分に支持されることを確実にするとともに、フローフィールドのランド領域上にあるＭＥＡの部分が、流路からごくわずかしか離れないことを確実にする（図示の配置では通常、壁セグメント１６は最も近い流路から０．５ｍｍ以内にあり、端壁セグメント１７は最も近い流路から１．２５ｍｍ以内にある）。ランド上の領域へのガス送出をさらに効率的にするのに、より小さい壁セグメント１６を用いることができるように、この配置は拡張可能である。フローフィールドの（特に壁セグメント１６の）どの部分も、最も近いガス送出流路又は拡散流路から０．２５ｍｍより大きく離れていないことが好ましい。
【００４５】
フローフィールドは、不透過性の壁内の一連の高流動抵抗流路（high flow resistance channel）１０により形成することができる透過性膜９によって、一連の低流動抵抗ガス除去流路（low flow resistance gas removal channel）（７、８）につながる一連の低流動抵抗ガス送出流路（low flow resistance gas delivery channel）（４、５）と見なすことができる。
【００４６】
フローフィールドは、フローフィールドの面にわたって分布する領域にガスを送出する一連の低流動抵抗ガス送出流路（４、５）、フローフィールドの面にわたって分布する領域からガスを除去する一連の低流動抵抗ガス除去流路（７、８）、及び一連の低流動抵抗ガス送出流路（４、５）から一連の低流動抵抗ガス除去流路（７、８）へのガス移送速度を制御する透過性の壁と見なすこともできる。
【００４７】
フローフィールドのセグメントのコーナー部は、水滴が核生成（nucleation）及び／又は付着する地点を減らすように、丸みを帯びていることが好ましい。
【００４８】
図示のフローフィールドでは、壁９の長さは、フローフィールドの最大幅（対角線Ｂ−Ｂ）よりもかなり長く、少なくとも１０倍である。
【００４９】
流路に対する同じフローフィールド作用領域及び同じランド領域の比を有するものの５つの流路蛇行構成を有するプレートを用いて、本出願人は、上記寸法の試験プレートをモデル化した。そのモデルは、所与の流量に対して蛇行流路のフローフィールドの圧力損失は２００Ｐａであるが、本発明によるプレートの圧力損失は５３Ｐａであることを示した。いずれの圧力損失も小さいが、より大型のシステムでは、圧力損失のこのような差は、寄生損失にかなり大きい影響を及ぼすことになり、蛇行構造と比較して、本発明の構造に必要なエネルギーを低減することになる。
【００５０】
さらに、高電流では、図３（色が濃い領域はプレートの大部分に反応物がないことを示す）に示されるように、蛇行配置は、出口に向かうほどガスの流れが著しく減少することを示した。これとは対照的に、同じ条件下で、本発明の配置はガスの流れの減少があまりなく、そのためプレートのより多くの部分で電流の発生を持続させることができることを示した。
【００５１】
従来のようなガスの流れの減少を低減するために、本出願人は、プレートの入口端付近（領域Ｄ）よりもプレートの出口端（領域Ｃ）の方が広い拡散流路を提供し、プレート全体に均一な流れを提供するために、実際に、流路の幅及び／又は深さを必要に応じて透過性の壁の長さに沿って変えることができる。
【００５２】
別の方法として、又はさらに、単位長さあたりのガス拡散流路の数は、透過性の壁の長さに沿って変えることができるため、単位長さあたりに一定数の流路を用いた場合には、ガスが枯渇してしまうであろう領域に、より多くの流路が設けられる。
【００５３】
さらに、ガス拡散流路の一部又は全部を回旋状にして曲がり経路を提供してもよく、これにより、ガスの流れに高い抵抗を与えることができる。回旋状流路の割合及び／又はその回旋度は、必要に応じて透過性の壁の長さに沿って変えることができる。
【００５４】
ガス送出流路及びガス拡散流路の両方を形成するには、パターン化された（patterned）テンプレート又はレジストを、プレート表面に対向して配置するサンドブラスト処理のような技術を用いてもよく、そのテンプレート及びレジストは、望ましい流路ジオメトリに対応するパターンを有する。このような技術は国際特許出願公開第０１／０４９８２号明細書に記載されており、本発明を可能にするために、国際特許出願公開第０１／０４９８２号明細書の全体を本明細書に援用する。この技術では、プレートは、黒鉛／樹脂複合材料又は用いる反応物と著しく反応しない他の非孔質な導電性材料から形成してもよい。
【００５５】
本技術で、異なる幅を有する流路プロファイルは、マスクによる影のため変化することが明らかとなる。図５は、狭い流路１２を表面に形成したフローフィールドプレート１１を示す。流路形成に用いるレジストの付影効果のため、流路は、直接真上のみから、サンドブラスト粒子に効果的にさらされる。この場合、流路にほぼ半円状のプロファイルを与え、流路の浅い切削（cutting）につながる。
【００５６】
さらに大きい流路（１３及び１４）では、レジストの影は小さくなり、さらに広範囲の角度から、サンドブラスト微粒子をフローフィールドプレート表面に衝突させる。これにより、表面を深く切削させ、さらに平らな流路底が得られる。
【００５７】
したがって、プレートに異なる流路幅のレジストを施し、プレート及びレジストを、微粒子を用いたサンドブラストにさらすことによって、異なる幅及び深さを有する流路パターンを適用することができる。
【００５８】
壁内の流路は、ガス送出流路と同じ深さである必要がないため、及び実際には壁を通って流れるガスを制限するチョークとして機能しているため、本発明の状況では上述のことは有利である。
【００５９】
別の方法として、壁はプレート上に（例えばスクリーン印刷等により）堆積してもよく、この場合には、ガス拡散流路を用いずに、ガス透過性材料で形成してもよい。透過性の壁を形成する多くの方法があることは、当業者には容易に明らかとなるであろう。
【００６０】
図示の壁９は、ガス流路及びガス副流路により画定されるが、用いることのできる回旋状の壁が多くても少なくてもよいことは、当業者には容易に明らかとなる。
【００６１】
図６及び図７は、本発明の原理による別のフローフィールドプレート構造を示す。フローフィールドプレートは、（図１におけるような、周囲の枠１８［図示せず］とともに用いる）中央領域１９を備える。図１におけるように、これはガス供給流路３、ガス抜き流路６、及び端壁セグメント１７を備える。透過性の壁は、細かいガス拡散流路のネットワークを間に形成するランド２０のアレイにより画定される。円形のランドが図示されているが、本出願人は、比較的一定の流路幅を間に設ける六角形のランド又は他のランドが好ましいことを見出した。
【００６２】
したがって、本発明により提供されるフローフィールドにより、以下のことが保証される。
・所与の圧力損失に対して、同じランド領域を有する線形又は蛇行フローフィールドよりも多いガスの流れ
・水を浄化するのに十分な圧力損失をもたらしつつ、マトリクスフローフィールドに匹敵するガスの流れ
・組み合わされたフローフィールドに通常伴う大きい寄生損失を伴わずに、組み合わされたフローフィールドに匹敵する性能
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明によるフローフィールドプレート構造の平面図である。
【図２】図１の領域Ａの拡大平面図である。
【図３】５つの行路蛇行フローフィールドをモデル化した結果を示す図である。
【図４】本発明と図１及び図２の構造とによるフローフィールドをモデル化した結果を示す図である。
【図５】吹付け加工技法を用いた結果を示す図である。
【図６】本発明によるフローフィールドプレート構造の別の例を示す図である。
【図７】図１の領域Ｅの拡大平面図である。
【図１】
2005531113.tif 000003
【図２】
2005531113.tif 000004
【図３】
2005531113.tif 000005
【図４】
2005531113.tif 000006
【図５】
2005531113.tif 000007
【図６】
2005531113.tif 000008
【図７】
2005531113.tif 000009
【国際調査報告】
2005531113.tif 000010
2005531113.tif 000011
2005531113.tif 000012