(57)【要約】燃料電池アセンブリは、当該アセンブリの流体フローフィールドプレートの活性領域内における複数の水注入点への直接的な水配送を提供する。流体フローフィールドプレートは、その表面内に形成されて所定パターンで当該プレートの表面を横切るように延在する複数のチャネルを有して、当該プレートの活性領域を画成している。分配フォイルは、その表面内に形成された複数のチャネルを有し、それらチャネルが当該分配フォイルの第１縁から当該分配フォイルの第２縁まで延在している。それらチャネルは、水注入点で、フィールドプレートのチャネルのそれぞれと略合致する複数の位置における第２縁で終了している。カバー・フォイルが分配フォイル上方に延在して、分配フォイルのチャネルを取り囲むことによって、それら２つのフォイル間に水に対する管路を形成する。
2005532663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池アセンブリであって、
表面内に形成されて、所定パターンで該表面を横切るように延在する複数のチャネルを有する流体フローフィールドプレートと、
表面内に形成された複数のチャネルを有する分配フォイルであり、それらチャネルが当該分配フォイルの第１縁から当該分配フォイルの第２縁まで延在して、前記フィールドプレートにおける前記チャネルのそれぞれと略合致する位置における前記第２縁で終了していることから成る分配フォイルと、
前記分配フォイル上方に延在して、該分配フォイルのチャネルを取り囲むことによってそれら２つのフォイルの間に水に対する管路を形成するカバー・フォイルと、
を備える燃料電池アセンブリ。
【請求項２】
前記分配フォイルが、
前記フォイルの前記第１縁まで延在する第１の一連のチャネルと、
前記第１の一連のチャネルと連通して、圧力分配ギャラリーを形成する複数のチャネルから成るアレイと、
前記チャネルから成るアレイと連通して、前記フォイルの前記第２縁まで延在する第２の一連のチャネルと、
を含む、請求項１に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項３】
前記分配フォイルのチャネルが、前記フォイルの前記第２縁で、水フローを前記流体フローフィールドプレート内における各チャネル内に集中させることができる複数の収束構造において終了している、請求項１或は２に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項４】
前記収束構造の各々が前記分配フォイルの前記第２縁において凹部を含む、請求項３に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項５】
前記凹部が前記分配フォイルの前記第２縁内の弧状切り込みを含む、請求項４に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項６】
前記分配フォイルのチャネルが、前記フォイルの前記第１縁で、前記流体フローフィールドプレートにおける少なくとも１つの供給マニホルド孔において終了している、請求項１或は２に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項７】
前記分配フォイルがステンレス鋼から形成されている、請求項１に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項８】
前記分配フォイルのチャネルが化学的にエッチングされている、請求項１或は７に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項９】
燃料電池アセンブリであって、
表面内に形成されて、所定パターンで該表面を横切るように延在する複数のチャネルを有する流体フローフィールドプレートと、
表面内に形成された複数のチャネルを有する分配フォイルであり、それらチャネルの各々が当該分配フォイルの第１縁に隣接するか或は該第１縁における複数の第１位置から当該分配フォイルの第２縁に隣接するか或は該第２縁における複数の第２位置まで延在し、且つ、それらチャネルが下側に横たわる前記プレートのチャネルのそれぞれと略合致する前記複数の第２位置で終了していることから成る分配フォイルと、
前記分配フォイルの実質的な部分と同一の広がりを有して、前記分配フォイルのチャネルを前記第１位置及び前記第２位置の間でそれらの長さの少なくとも一部にわたって取り囲むことによって、２つの前記フォイルの間に水に対する管路を形成していることから成るカバー・フォイルと、
を備える燃料電池アセンブリ。
【請求項１０】
前記分配フォイルが、
前記分配フォイルの前記第１縁に隣接するか或は該第１縁における前記第１位置まで延在する第１の一連のチャネルと、
前記第１の一連のチャネルと連通して、圧力分配ギャラリーを形成する複数のチャネルから成るアレイと、
前記複数のチャネルから成るアレイと連通して、前記分配フォイルの前記第２縁に隣接するか或は該第２縁における前記第２位置まで延在する第２の一連のチャネルと、
を含む、請求項９に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項１１】
前記分配フォイルのチャネルが、前記第２位置で、水フローを前記流体フローフィールドプレート内における各チャネル内に集中させることができる複数の収束構造において終了している、請求項９或は１０に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項１２】
前記分配フォイルのチャネルが、前記第１位置で、前記流体フローフィールドプレートにおける少なくとも１つの供給マニホルド孔において終了している、請求項１或は２に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項１３】
隣接して各膜-電極アセンブリを伴うスタックに形成されて、陰極及び／或は陽極として作用する一連の流体フローフィールドプレートを更に含む、請求項１乃至１２の内の何れか一項に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項１４】
各陰極流体フローフィールドプレートが、前記プレートと隣接する膜-電極アセンブリの間に差し込まれた前記分配フォイルと前記カバー・フォイルとの内の対応するものを有する、請求項１３に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項１５】
燃料電池アセンブリであって、
表面内に形成されて、所定パターンで該表面を横切るように延在する複数のチャネルを有する流体フローフィールドプレートと、
隣接膜-電極アセンブリ（ＭＥＡ）であり、当該ＭＥＡの活性領域にわたり前記流体フローフィールドプレートと接触している隣接膜-電極アセンブリ（ＭＥＡ）と、
前記流体フローフィールドプレート及び前記ＭＥＡの間に差し込まれた分配膜であり、当該膜の第１縁に隣接するか或は該第１縁における複数の第１位置と当該膜の第２縁に隣接するか或は該第２縁における複数の第２位置との間を通じて延在する複数の水管路を有し、該管路が前記プレートのチャネルのそれぞれと略合致している前記第２位置で終了していることから成る分配膜と、
を備える燃料電池アセンブリ。
【請求項１６】
前記膜が前記燃料電池アセンブリのガスケットを含む、請求項１５に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項１７】
前記管路が前記流体フローフィールドプレートに隣接するガスケットの表面内における複数チャネルとして形成されている、請求項１６に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項１８】
前記分配膜が多重層構造として形成されている、請求項１５に記載の燃料電池アセンブリ。
【請求項１９】
実質的に添付図面を参照してここに記載された燃料電池アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に関し、特に固体重合体電解質燃料電池での使用に適切であって、燃料電池の電極表面への流体配送管路として作用するフローフィールドプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気化学燃料電池は、燃料及び酸化剤を電気エネルギー及び反応生成物に変換する。従来の燃料電池１０の典型的なレイアウトは図１に示されており、明瞭化のため、様々な層を分解された形態で図示している。固体重合体イオン輸送膜１１は陽極１２及び陰極１３の間に挟まれている。典型的には、陽極１２及び陰極１３は双方ともに、多孔質炭素等の電気的伝導性の多孔質物質で形成され、それに対してプラチナ及び／或は他の貴金属の触媒の小さな粒子が結着されている。陽極１２及び陰極１３は、しばしば、膜１１の隣接面にそれぞれ直接結着されている。この組み合わせは膜-電極アセンブリ或はＭＥＡと一般には呼称されている。
【０００３】
重合体膜と多孔質電極層とを挟んでいるのは陽極流体フローフィールドプレート１４及び陰極流体フローフィールドプレート１５である。また中間裏張り層１２ａ及び１３ａは陽極流体フローフィールドプレート１４及び陽極１２の間と、同じように陰極流体フローフィールドプレート１５及び陰極１３の間とに利用され得る。裏張り層は、多孔質であり、且つ、陽極面及び陰極面への或はそれらからのガスの効果的な拡散を、水蒸気及び液状の水の管理の補助と共に確保すべく作製されている。この明細書の全体を通じて、電極（陽極及び／或は陰極）はそうした裏張り層を伴うか或は伴わない電極を含むことが意図されている。
【０００４】
流体フローフィールドプレート１４，１５は電気的伝導性の非多孔質物質から形成されており、それらによって電気的接触がそれぞれの陽極１２或は陰極１３に対して為され得る。同時に、流体フローフィールドプレートは流体燃料、酸化剤、並びに／或は、反応生成物の多孔質電極への配送及び／或は該多孔質電極からの排出を促進しなければならない。これは、多孔質電極１２，１３に呈された表面内の溝或はチャネル１６等の流体フロー通路を流体フローフィールドプレートの表面内に形成することによって従来より為されている。
【０００５】
図２（ａ）でも参照されるように、流体フローフィールド・チャネルの１つの従来の形態は、図２（ａ）に示されるようなインレット・マニホルド２１及びアウトレット・マニホルド２２を有する陽極１４（或は陰極１５）の前面内における蛇行構造２０を提供している。従来設計に従えば、蛇行構造２０はプレート１４（或は１５）の表面内にチャネル１６を含む一方で、マニホルド２１及び２２の各々はプレートを貫通する孔を含んで、チャネル２０への配送用流体或は該チャネル２０からの排出用流体が、図２（ｂ）におけるＡ−Ａ上の断面における矢印によって特に示されるプレートと直交する方向に、複数のプレートから成るスタックの深度を通じて連通され得るように為す。
【０００６】
他のマニホルド２３，２５は、図示されていないが、燃料、酸化剤、他の流体、或は、排気物の複数プレートにおける他のチャネルへの連通用に提供され得る。
【０００７】
流体フローフィールドプレート１４，１５におけるチャネル１６は両末端では開口して終端され得て、即ち図示されているように、それらチャネルがインレット・マニホルド２１及びアウトレット・マニホルド２２の間に延在して、組み合わせ酸化剤供給及び反応物排出に対して典型的には使用される、流体の連続的なスループットを可能としている。代替的には、チャネル１６は一方で閉鎖され得て、即ち、ＭＥＡの多孔質電極の内側への且つ該多孔質電極から外側へのガス状物質の１００％転送に全体的に依存して、各チャネルは流体を供給すべく入力マニホルド２１とだけ連通している。閉鎖チャネルは、典型的には、櫛形構造でＭＥＡ１１−１３に水素燃料を配送すべく使用され得る。
【０００８】
図３で参照されるように、従来の燃料電池アセンブリ３０を形成している複数のプレートから成るスタックの一部の断面図が示されている。この構成において、隣接する陽極及び陰極の流体フローフィールドプレートは従来方式で組み合わせられて、一方の面上に陽極チャネル３２と反対の面上に陰極チャネル３３とを有する単一バイポーラ・プレート３１を形成し、それぞれが各膜-電極アセンブリ（ＭＥＡ）３４と隣接している。インレット・マニホルド孔２１及びアウトレット・マニホルド孔２２は全て重ね合わされてスタック全体にインレット・マニホルド及びアウトレット・マニホルドを提供している。このスタックの様々な要素は明瞭化のために僅かに分離されて示されているが、必要に応じて、封止ガスケットを用いて一体的に圧縮されていることを理解して頂きたい。
【０００９】
燃料電池からの高く且つ持続的な電力配送能力を獲得するために、一般的には、膜-電極アセンブリ内、特に膜内の高い水含有量を維持する必要性がある。
【００１０】
先行技術においては、このことはマニホルド２１，２２，２３やチャネル１６の何れかを介して供給される燃料、空気、或はそれら双方である供給ガスを湿潤することによって従来達成されている。この技法に伴う短所は、充分な湿潤レベルを維持するために、インレット・ガスストリームがしばしば、流動しているガスストリーム中に水蒸気を導入すべく加熱且つ補充装置を必要とすることである。
【００１１】
先行技術において、そうした補充装置は多数の方式で具現化されてきた。燃料電池内への導入に先行して、加熱水コラムを通じて燃料或は酸化剤ガスを泡立たせることが適用されてきた。代替的には、透過性膜が水転送媒体として利用されてきて、水が液状水を含有する隣接プレナムからガスストリーム内に運ばれるように為す。複数の芯が液相から気相への水移送媒体として作用すべく同じように採用された。
【００１２】
追加的装置は燃料電池スタックとは分離され得るか、或は、該燃料電池スタックと一体部を形成し得る。何れの場合においても、アセンブリ全体としてのサイズ及び複雑性に関しては増大が伴う。
【００１３】
代替方法は、水を膜１１，３４に直に配送する、例えば、電極表面、或は、バイポーラ・プレート３１のチャネル１６内へ直に配送する。この技法は高い膜水含有量を維持すべく水を供給するばかりではなく、蒸発や気化による潜熱の抽出を通じて燃料電池を冷却すべく作用できる長所を有する。
【００１４】
流出ガスストリームを介してのエネルギー抽出を提供するこの直接熱除去プロセスは、燃料電池スタック・アセンブリ内の中間冷却プレートの削減に伴う明確な長所を有する。
【００１５】
先行技術において、燃料電池の抵抗性且つ熱力学的な非能率から生ずる熱エネルギーを抽出するために、電気化学的活性プレート間に熱交換プレートを差し入れる冷却管理組織を採用することは一般的である。これら熱交換或は冷却プレートは再循環或は、あまり一般的ではない場合には、燃料電池スタックから熱を遠ざけるように運ぶ貫流流体フローを利用する。この冷却プレートは活性化プレートとは一般に異なる設計であり、それによって燃料電池アセンブリの複雑性、サイズ、並びに、コストを追加している。
【００１６】
水の直接導入に際して遭遇される可能性がある難題は、精確な量の水を燃料電池スタック３０内の多くの流体フローフィールドプレート・チャネル１６に配送することである。典型的には、これは数千という多くの個々別々の箇所への精確な量の水の配送を必要としている。これを達成すべく、流体フローフィールドプレート１４、１５、或は、３１の複雑な設計が要求されており、それは達成することがより難しく且つ生産コストを増大する。
【００１７】
もし水配送プロセスが不均一であれば、冷却効果がうまく分配されず、局在化された熱スポットを生じ、そこでは過熱が膜１１の機械的特性の物理的ストレス及び劣化を招く可能性があり、究極的には破裂を招く可能性がある。この効果はプレート表面にわたっての貧弱な（不均一な）配送とスタックを作り上げる個々別々の電池各々への不均一な配送との双方によってもたらされる。言い換えれば、温度変動が電池内で、或は、電池毎に生じ得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、流体フローフィールドプレート内における個々別々のチャネルへの水の制御配送のための改善された方法及び装置を提供することである。本発明の更なる目的は、そうした方法と製造及び組み立てが容易である装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
一局面に従えば、本発明は燃料電池アセンブリを提供するものであり、当該燃料電池アセンブリは、
表面内に形成されて、所定パターンで該表面を横切るように延在する複数のチャネルを有する流体フローフィールドプレートと、
表面内に形成された複数のチャネルを有する分配フォイルであり、それらチャネルが当該分配フォイルの第１縁から当該分配フォイルの第２縁まで延在して、前記フィールドプレートにおける前記チャネルのそれぞれと略合致する位置における前記第２縁で終了していることから成る分配フォイルと、
前記分配フォイル上方に延在して、該分配フォイルのチャネルを取り囲むことによってそれら２つのフォイルの間に水に対する管路を形成するカバー・フォイルと、
を備えて構成されている。
【００２０】
別の局面に従えば、本発明は燃料電池アセンブリを提供するものであり、当該燃料電池アセンブリは、
表面内に形成されて、所定パターンで該表面を横切るように延在する複数のチャネルを有する流体フローフィールドプレートと、
表面内に形成された複数のチャネルを有する分配フォイルであり、それらチャネルの各々が当該分配フォイルの第１縁に隣接するか或は該第１縁における複数の第１位置から当該分配フォイルの第２縁に隣接するか或は該第２縁における複数の第２位置まで延在し、且つ、それらチャネルが下側に横たわる前記プレートのチャネルのそれぞれと略合致する前記複数の第２位置で終了していることから成る分配フォイルと、
前記分配フォイルの実質的な部分と同一の広がりを有して、前記分配フォイルのチャネルを前記第１位置及び前記第２位置の間でそれらの長さの少なくとも一部にわたって取り囲むことによって、２つの前記フォイルの間に水に対する管路を形成していることから成るカバー・フォイルと、
を備えて構成されている。
【００２１】
更なる局面に従えば、本発明は燃料電池アセンブリを提供するものであり、当該燃料電池アセンブリは、
表面内に形成されて、所定パターンで該表面を横切るように延在する複数のチャネルを有する流体フローフィールドプレートと、
隣接膜-電極アセンブリ（ＭＥＡ）であり、当該ＭＥＡの活性領域にわたり前記流体フローフィールドプレートと接触している隣接膜-電極アセンブリ（ＭＥＡ）と、
前記流体フローフィールドプレート及び前記ＭＥＡの間に差し込まれた分配膜であり、当該膜の第１縁に隣接するか或は該第１縁における複数の第１位置と当該膜の第２縁に隣接するか或は該第２縁における複数の第２位置との間を通じて延在する複数の水管路を有し、該管路が前記プレートのチャネルのそれぞれと略合致している前記第２位置で終了していることから成る分配膜と、
を備えて構成されている。
以下、本発明の様々な実施例が例示的に且つ添付図面を参照して記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）で参照されるように、本発明は水インレット・マニホルド２５と流体フローフィールドプレート４０ａ及び４０ｂの個々別々のチャネル１６との間に延在している一連の水注入管路を提供するものである。一般的に云えば、水注入管路は流体フローフィールドプレート４０の表面上に横たわる膜或は薄層状構造によって提供される。これら水注入管路は水インレット・マニホルド２５と連通するインレットと、流体フローフィールドプレート内におけるチャネル１６にわたる複数の所定の水注入点を画成するアウトレットとが具備されている。
【００２３】
好適実施例において、薄層状構造はプレート４０に重ね合わされている２つのフォイル層４１，４２の形態で提供され、それらフォイルの位置は図４（ａ）及び図４（ｂ）における破線で示されている。
【００２４】
図４（ａ）は、流体フローフィールドプレート４０ａの平面図を、蛇行チャネル１６と、水インレット・マニホルド２５と合致する第１縁４３ａ，４４ａ及びチャネル１６の複数の所定水注入点４９に位置決めされた或はそれらにそれぞれ隣接する第２縁４５ａ，４６ａとを有するフォイル４１ａ，４２ａと共に図示している。
【００２５】
図４（ｂ）は、流体フローフィールドプレート４０ｂの平面図を、各々がそれぞれのマニホルド２１，２２とそれぞれ連通する２つの相互噛み合い櫛形チャネル４７，４８と、水インレット・マニホルド２５と合致する第１縁４３ｂ，４４ｂ及びチャネル４７の複数の所定水注入点に位置決めされた或はそれらにそれぞれ隣接する第２縁４５ｂ，４６ｂとを有するフォイル４１ｂ，４２ｂと共に図示している。留意して頂くことは、これらフォイルがプレート４０ｂの反対側縁部における第２の水インレット・マニホルド２５とチャネル４８に対する複数の所定水注入点との間に繰り返され得ることである。
【００２６】
図５は、水分配フォイル４１の配置の詳細な平面図を示し、水注入管路５０の好適な経路を図示している。管路５０は、水インレット・マニホルド２５に位置決めされたフォイル４１の第１縁４３から、水注入フォイル４１の長さ方向に沿って延在する圧力分配ギャラリー又はプレナム５２まで延在する第１の一連のチャネル５１によって形成されている。圧力分配ギャラリー５２は、流体フローフィールドプレート内におけるチャネル１６との連通のためにフォイルの第２縁４５まで延在する第２の一連のチャネル５３と連通している。この目的のため、第２の一連のチャネル５３はグループ化されて、水注入フォイル４１の第２縁４５における各収束構造５４で終了する。
【００２７】
図示された好適実施例において収束構造５４は、この図面上における輪郭図に示されるように、各チャネル１６における所定位置と合致することができる水注入点４９でフォイル４１の第２縁４５内に切り込まれた弧状凹部５５を含む。
【００２８】
圧力分配ギャラリー５２は、第１の一連のチャネル５１から入ってくる水をそらせて、フォイル４１の全長に沿ってその水を効果的に分配する複数の相互連通チャネル５６から成るアレイを好ましくは含んで、第２の一連のチャネル５３からそれぞれが成る各グループが実質的に同様な圧力の水を受け取るように為す。
【００２９】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に戻って参照すると、カバー・フォイル４２は下方フォイルと略同様な周辺形状の非パターン化フォイル（チャネル無し）を含む。カバー・フォイル４２は少なくとも第２の一連のチャネルの末端で分配フォイル４１の縁を越えて延在して、水が所望のフローフィールドプレート・チャネル１６内に下方へ向かうことを確保する。最も適切には、この重なりはカバー・フォイル４２内ではなく、分配フォイル４１内に形成されている凹部５５によって達成される。こうして、図６の断面図に明示されているように誇張された形態で、カバー・フォイル４２はチャネル５１，５２，５３に対する上部閉鎖部を形成して、水注入管路５０を形成し、チャネル５１及び５３の末端を開口させたまま残している。図示された実施例において、カバー・フォイル４２は分配フォイル４１よりも僅かに大きく形成され得て、それが第２縁４５（及び可能であれば第１縁４３）に重なって同様な効果を達成している。
【００３０】
留意されることは、これらフォイル層がプレート４０の厚みと比較して非常に薄く、それらフォイル層の厚みはＭＥＡ３４やプレート間に差し込まれた任意のガスケットによって容易に吸収される。図６における各種構成要素は、相互に一体的に圧縮されているが、明瞭化のために僅かに分離されて示されている。
【００３１】
図７はフローフィールドプレート４０上方の位置にある水分配フォイル４１の斜視図を示し、特に様々なチャネル及びマニホルドのアライメントを示している。
【００３２】
理解して頂けるように、水分配チャネル５１，５２，５３は下方フォイル４１内に形成される必要性はないことである。図８に示される別の実施例において、水分配チャネル８０は上方フォイル８２の下方表面内に形成されている一方で、下方フォイル８１はそれらのチャネル８０の閉鎖部を形成する役割を果たして水注入管路を形成している。言い換えれば、分配フォイル８２及びカバー・フォイル８１は図６の構成と比較して逆転されている。
【００３３】
図８の構成において、（図５におけるチャネル５３と比較して）少なくとも第２の一連のチャネルは上方フォイルの第２縁８３まで完全に延在しておらず、その第２縁に近接した位置で終了している。下方（カバー）フォイル８１はチャネル８０の殆ど末端にまで延在しているが、好ましくはそれに僅かに足りないところで停止して、複数の水注入点４９でプレート・チャネル１６内へチャネル８０の末端から流体を連通させている。
【００３４】
先に示唆されたように、下方（カバー）フォイル８１はチャネル８０に対する閉鎖部を提供して、例えば水注入管路が（例えば、箇所８５で）燃料及び／或は酸化剤チャネル１６を横切っているような間違った場所で、水が流体フローフィールドプレート４０内における下側に横たわるチャネル１６内への逸脱を防止する障壁を形成している。
【００３５】
好ましくは、先に記載されたフォイルはステンレス鋼等の金属から形成されている。しかしながら適切な加圧水封じ込め特性を有する任意の適切な材料が使用され得て、この明細書を通じて使用されている表現「フォイル」はそれに対応したように解釈されるべきである。好ましくは、それらフォイルは電気的に伝導性であるが、そうである必要性もなく、それはそれらフォイルがＭＥＡの活性領域に影響しないからである。
【００３６】
好適な実施例において、陽極プレート或は陰極プレート４０における流体フロー・チャネル１６は、典型的には、幅及び深さが０．４ｍｍと１．２ｍｍとの間である。水分配フォイル内に化学的にエッチングされた１０ミクロンの幅及び深さのチャネルが水注入の必要とされる度合いを提供する役割を果たすことが判明している。
【００３７】
使用中、マニホルド２５を介して配送される水の圧力は流体フロー・チャネル１６内における水供給及びガス圧の間の著しい圧力差を確保すべく制御されて、数千に及ぶフロー経路間における水の同等な分配を達成している。好適実施例において、水は０．５〜３バールＨ2０範囲内の圧力でマニホルドに配送されている。
【００３８】
このアプローチの長所は、水分配膜が極端に薄く、バイポーラ・プレート内の有効スペース内或はガスケット領域内に容易に位置決めされ得ることである。
【００３９】
容量性水分配精度も、水注入管路パターンの適切な設計とチャネル寸法とによって非常に精密に制御され得る。
【００４０】
水は、バイポーラ・プレート３４の燃料ストリーム（陽極）或は酸化剤（陰極）側の何れか、或は、それら双方に分配され得る。好ましくは、水は陰極側内に注入される。
【００４１】
図９に図示されているように、フローフィールドプレート４０内における相互噛み合いチャネル９０内に分配される水は、供給チャネル９２後のチャネルへの入口点９１に導入され得るか、或は代替的に、フィード・マニホルドとしてのバイポーラ・プレートの同一末端での注入点９４で流出トラック９３内へ導入され得る。
【００４２】
流出トラック内への水注入の長所は、反応ガスフローに関する圧力降下の低減である。これは、水が拡散媒体を通過せず、ガス通路用の空隙のマスキングを引き起こさないからである。同様に、拡散媒体を通る水フローの削減も媒体の消耗、その漸次崩壊、並びに、構造的劣化を低減する。
【００４３】
蒸発性冷却プロセスは流出トラックにおいて効果的であり、膜の水含有量は空気の水蒸気による飽和で維持される。
【００４４】
本発明の各種実施例が陽子交換膜燃料電池内への水注入に関連して説明されたが、理解して頂きたいことは同一構造がフィールドプレート上の注入点への任意の流体物質の注入に使用され得ることである。
他の実施例が添付の特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来の燃料電池の一部を通る概略断面図を示す。
【図２ａ】図１の燃料電池の流体フローフィールドプレートの簡略化された平面図を示す。
【図２ｂ】図１の燃料電池の流体フローフィールドプレートの簡略化された断面図を示す。
【図３】バイポーラ・プレートを具備する従来の燃料電池スタックを通る断面図を示す。
【図４ａ】蛇行流体管路を伴う燃料電池流体フローフィールドプレートの平面図を示し、本発明に従った水分配フォイルとカバー・フォイルの重ね合わせ位置の輪郭図を示している。
【図４ｂ】相互噛み合い櫛形流体管路を伴う燃料電池流体フローフィールドプレートの平面図を示し、本発明に従った水分配フォイルとカバー・フォイルの重ね合わせ位置の輪郭図を示している。
【図５】本発明に従った水分配フォイルの平面図を示す。
【図６】図４及び図５の流体フローフィールドプレート、水分配フォイル、並びに、カバー・フォイルの断面図を示す。
【図７】図６のアセンブリの一部の斜視図を示す。
【図８】水分配フォイル及びカバー・フォイルの相対的位置が逆転している、流体フローフィールドプレート、水分配フォイル、並びに、カバー・フォイルの断面図を示す。
【図９】相互噛み合い櫛形チャネル構造のための複数の水注入点の概略平面図を示す。
【符号の説明】
【００４６】
１６，４７，４８    チャネル
２５    水インレット・マニホルド
３４    膜・電極アセンブリ
４０，４０ａ，４０ｂ    流体フローフィールドプレート
４１，４２，４１ａ，４２ａ    フォイル層
４３ａ，４４ａ，４３ｂ，４４ｂ    第１縁
４５ａ，４６ａ，４５ｂ，４６ｂ，８３    第２縁
４９    水注入点
５１，５２，５３，８０    水分配チャネル
５２    圧力分配ギャラリー（プレナム）
８１    下方フォイル
８２    上方フォイル
９０    相互噛み合いチャネル
９１    入口点
９３    流出トラック
【図１】
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【図３】
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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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【国際調査報告】
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