(57)【要約】      （修正有）【課題】流体の分配の効率化または容易化を促進流れ場プレートを提供する。【解決手段】流れ場プレートアッセンブリは、第１マニホールド１１と、第２マニホールド１２と、第１流路と、第２流路とを有する。前記第１マニホールド１１は、流入流体を受け入れるための流体入口を有し、前記流入流体を第１方向に沿って移送するための流路を提供する。前記第１マニホールド１１は、分配出口を少なくとも２つ有し、前記流入流体のうち少なくとも一部を、各分配出口から放出流体として放出する。前記第２マニホールド１２は、前記流入流体の一部を含む排出流体を排出するための流体出口を有する。第２マニホールドは、前記排出流体を第２方向に沿って移送するための流路を提供する。前記第２マニホールドは、少なくとも２つの排出流体入口から、前記排出流体を受け入れる。【選択図】図５Ａ
2011119232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入流体を受け入れるための流体入口を有し、第１方向に延伸し、前記流入流体を第１方向に沿って移送するための流路を提供する第１マニホールドと、
前記流入流体の一部を含む排出流体を排出するための流体出口を有し、第２方向に延伸し、前記排出流体を第２方向に沿って移送するための流路を提供する第２マニホールドと、
前記第１マニホールドと前記第２マニホールドとの間に結合される第１流路と、
前記第１流路と平行に形成された第２流路と、を備える流れ場プレートアッセンブリであって、
前記第１マニホールドは、前記第１マニホールドの側壁領域の少なくとも一部に分配出口を少なくとも２つ有し、かつ、前記第１マニホールドは、前記流入流体のうち少なくとも一部を、各分配出口から放出流体として放出し、
前記第２マニホールドは、前記第２マニホールド上の少なくとも２つの排出流体入口から、前記排出流体を受け入れ、
前記第１流路は、前記放出流体のうちの一部である第１放出流体を分配するための、複数の前記分配出口のうちの１つである第１分配出口と、複数の前記排出流体入口のうちの１つである第１排出流体入口とを介して、前記第１マニホールドと前記第２マニホールドとの間に結合されており、前記第１流路は、流体分配面に実質的に沿って、少なくとも２つの方向に延びた複数の流路セクションを有し、これにより、前記第１放出流体が、前記第１流路を通り、第１排出流体として、前記排出流体入口まで流れるようになっており、
前記第１流路と前記第２流路とは、分離壁により分離されており、
前記第２流路は、前記放出流体のうちの一部である第２放出流体を分配するための、複数の前記分配出口のうちの１つである第２分配出口と、複数の前記排出流体入口のうちの１つである第２排出流体入口とを介して、前記第１マニホールドと前記第２マニホールドとの間に結合されており、前記第２流路は、流体分配面に実質的に沿って、少なくとも２つの方向に延びた複数の流路セクションを有し、これにより、前記第２放出流体が、前記第２流路を通り、第２排出流体として、前記第２排出流体入口まで流れるようになっており、
前記第１方向が、前記流体分配面に実質的に平行であり、かつ、前記第２方向が、前記流体分配面に実質的に平行であることを特徴とする流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項２】
前記第１マニホールドと第３マニホールドとの間に結合された第３流路および第４流路をさらに備え、
前記第３流路および第４流路は、それぞれ、前記放出流体のうちの一部を分配するための、前記第１マニホールドの追加分配出口（additional distribution outlet） と前記第３マニホールドの排出流体入口を介して、前記第１マニホールドと前記第３マニホールドとの間に結合されており、前記第３流路および第４流路は、実質的に前記流体分配面に沿って延伸した複数の流路セクションを有しており、
前記第３流路と前記第４流路は、隔壁により分離された状態で、互いに平行に形成されており、
前記第１マニホールドの前記追加分配出口は、前記第１マニホールドの側壁領域の少なくとも一部に位置することを特徴とする請求項１に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項３】
前記第２マニホールドおよび前記第３マニホールドは、前記第１マニホールドの２つの異なるサイドに形成されている請求項２に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項４】
前記第１流路および第２流路と結合され、前記第１放出流体および前記第２放出流体と反応することで、電力を発生させる燃料電池装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項５】
前記第１流路および前記第２流路のうち少なくとも１つに従い、前記第１方向に実質的に沿って配列された複数の追加流路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項６】
前記第１マニホールドは、前記第１分配出口および前記第２分配出口の少なくとも１つとしての開口を少なくとも１つ有し、前記開口は、前記第１マニホールドの切断面の０°〜１８０°の範囲の角度を占めていることを特徴とする請求項１に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項７】
前記開口は、前記第１マニホールドの切断面の０°より大きく、９０°未満の範囲を占めていることを特徴とする請求項６に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項８】
前記第２マニホールドは、前記第２マニホールドの側壁流域の一部を介して、前記第１排出流体および前記第２排出流体のうち少なくとも一方を受け入れることを特徴とする請求項１に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項９】
前記第２マニホールドは、前記第１排出流体入口および前記第２排出流体入口の少なくとも１つとしての開口を少なくとも１つ有し、前記開口は、前記第２マニホールドの切断面の０°〜１８０°の範囲の角度を占めていることを特徴とする請求項１に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項１０】
前記開口は、前記第２マニホールドの切断面の０°より大きく、９０°未満の範囲を占めていることを特徴とする請求項９に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項１１】
流入流体を受け入れるための流体入口を有し、第１方向に延伸し、前記流入流体を第１方向に沿って移送するための流路を提供する第１マニホールドと、
前記流入流体の一部からなる排出流体を排出するための流体出口を有し、第２方向に延伸し、前記排出流体を第２方向に沿って移送するための流路を提供する第２マニホールドと、
前記第１マニホールドと前記第２マニホールドとの間に結合される第１流路と、
前記第１流路と平行に形成された第２流路と、を備える流れ場プレートアッセンブリであって、
前記第１マニホールドは、分配出口を少なくとも２つ有し、かつ、前記第１マニホールドは、前記流入流体のうち少なくとも一部を、各分配出口から放出流体として放出し、
前記第２マニホールドは、少なくとも２つの排出流体入口から、前記排出流体を受け入れ、かつ、前記２つの排出流体出口は、前記第２マニホールド側壁領域の少なくとも一部に、それぞれ位置し、
前記第１流路は、前記放出流体のうちの一部である第１放出流体を分配するための、複数の前記分配出口のうちの１つである第１分配出口と、複数の前記排出流体入口のうちの１つである第１排出流体入口とを介して、前記第１マニホールドと前記第２マニホールドとの間に結合されており、前記第１流路は、流体分配面に実質的に沿って、少なくとも２つの方向に延びた複数の流路セクションを有し、これにより、前記第１放出流体が、前記第１流路を通り、第１排出流体として、前記排出流体入口まで流れるようになっており、
前記第１流路と前記第２流路とは、分離壁により分離されおり、
前記第２流路は、前記放出流体のうちの一部である第２放出流体を分配するための、複数の前記分配出口のうちの１つである第２分配出口と、複数の前記排出流体入口のうちの１つである第２排出流体入口とを介して、前記第１マニホールドと前記第２マニホールドとの間に結合されており、前記第２流路は、流体分配面に実質的に沿って、少なくとも２つの方向に延びた複数の流路セクションを有し、これにより、前記第２放出流体が、前記第２流路を通り、第２排出流体として、前記第２排出流体入口まで流れるようになっており、
前記第１方向が、前記流体分配面に実質的に平行であり、かつ、前記第２方向が、前記流体分配面に実質的に平行であることを特徴とする流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項１２】
前記第１マニホールドと第３マニホールドとの間に結合された第３流路および第４流路をさらに備え、
前記第３流路および第４流路は、それぞれ、前記放出流体のうちの一部を分配するための、前記第１マニホールドの追加分配出口（additional distribution outlet） と前記第３マニホールドの排出流体入口を介して、前記第１マニホールドと前記第３マニホールドとの間に結合されており、前記第３流路および第４流路は、実質的に前記流体分配面に沿って延伸した複数の流路セクションを有しており、
前記第３流路と前記第４流路は、隔壁により分離された状態で、互いに平行に形成されており、
前記第１マニホールドの前記追加分配出口は、前記第１マニホールドの側壁領域の少なくとも一部に位置することを特徴とする請求項１１に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項１３】
前記第２マニホールドおよび前記第３マニホールドは、前記第１マニホールドの２つの異なるサイドに形成されている請求項１２に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項１４】
前記第１流路および第２流路と結合され、前記第１放出流体および前記第２放出流体と反応することで、電力を発生させる燃料電池装置をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項１５】
前記第１流路および前記第２流路のうち少なくとも１つに従い、前記第１方向に実質的に沿って配列された複数の追加流路をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項１６】
前記第１マニホールドは、前記第１分配出口および前記第２分配出口の少なくとも１つとしての開口を少なくとも１つ有し、前記開口は、前記第１分配出口および前記第２分配出口として、前記第１マニホールドの側壁領域の少なくとも一部に位置し、前記開口は、前記第１マニホールドの切断面の０°〜１８０°の範囲の角度を占めていることを特徴とする請求項１１に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項１７】
前記開口は、前記第１マニホールドの切断面の０°より大きく、９０°未満の範囲を占めていることを特徴とする請求項１６に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項１８】
前記第２マニホールドは、前記第１排出流体入口および前記第２排出流体入口の少なくとも１つとしての開口を少なくとも１つ有し、前記開口は、前記第２マニホールドの切断面の０°〜１８０°の範囲の角度を占めていることを特徴とする請求項１１に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【請求項１９】
前記開口は、前記第２マニホールドの切断面の０°より大きく、９０°未満の範囲を占めていることを特徴とする請求項１８に記載の流れ場プレートアッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［優先権］
この出願は、２００９年１２月７日に出願された米国仮出願第６１/２６７，３８７号の優先権の利益を主張するものであり、この仮出願の全てが、ここに参照として全体として取り込まれる。また、この出願は、上記米国仮出願第６１/２６７，３８７号の優先権を主張した３つの係属中の出願に関連する。すなわち、第１に、発明の名称を「流れ場プレートアッセンブリ」とする２０１０年８月９日に出願された米国出願第１２／８５３，０９６号、第２に、発明の名称を「モジュール化された燃料電池装置及び流れ場プレートアッセンブリ」とする２０１０年８月２０日に出願された米国出願第１２／８６０，４６０号、第３に、発明の名称を「燃料電池装置」とする２０１０年８月２０日に出願された米国出願第１２／８６０，３５５号である。また、この出願は、２０１０年３月１２日に出願された台湾特許出願第０９９１０７２１６号の優先権の利益を主張するものであり、この出願の全てが、ここに参照として全体として取り込まれる。
【０００２】
［技術分野］
本発明は、流れ場プレートアッセンブリに関し、特に、平行な流路を有する流れ場プレートアッセンブリに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
流れ場プレートは、流体に関連する用途のために設計された構造を有するものであり、たとえば、１または２種以上の流体を運んだり、届けたり、分割したり、および／または、分配したりするための構造を有するものである。ここで、「流体」という用語は、広義な意味で用いられ、ある地点から他の地点まで流れることができるものであれば何でもよい。たとえば、流体としては、空気、気体、液体、粘性流体など、ある地点から他の地点間まで、それ自身が流れて移動することができるものや、流体の一部として、流れて移動することができるものが含まれる。
【０００４】
具体例として、流れ場プレートの数多くの適用例の一つとして、燃料電池用途があり、燃料電池用途においては、流れ場プレートは、電力を発生させるための液体または気体状の、１または２種以上の「燃料」を、移送、案内、および／または分配するために用いられる。図１は、従来の燃料電池装置の一例を示す断面図である。図１を参照すると、たとえば、プロトン交換膜燃料電池（「ＰＥＭＦＣ」として知られている。）などの、単一の燃料電池４００は、主に、膜電極接合体４１０、二つのガス拡散層４０５，４０６、及び二つの流れ場プレート４０１，４０２を含む。図に示すように、二つのガス拡散層４０５，４０６は、膜電極接合体４１０を、その間に挟んでおり、二つの流れ場プレート４０１，４０２は、膜電極接合体４１０および二つのガス拡散層４０５，４０６を、その間に挟んでいる。各流れ場プレート４０１，４０２は、流路４０３，４０４のような１または２以上の流路が形成されており、各流路を反応流体が流れるようになっている。膜電極接合体４１０は、たとえば、プロトン交換膜４０９、陽極触媒層４０７、及び陰極触媒層４０８を備えている。通常、陽極および陰極触媒層４０７，４０８は、白金、または白金合金の成分を有しており、これらは触媒として作用し、燃料電池の電気化学反応を促進する。
【０００５】
たとえば、燃料電池などにおいて、流体や流体の共存成分の分配（distribution）の効率化または容易化を促進するために、次のような流れ場プレートが、望まれている。すなわち、流体の移動や分配をより容易にすることができ、流れ抵抗を減少させることができ、システムや要素設計を単純化することができ、さらには、異なる流体特性を供給可能な流れ場プレートが、望まれている。
【発明の概要】
【０００６】
一実施例において、流れ場プレートアッセンブリは、第１マニホールドと、第２マニホールドと、第１流路と、第２流路とを有する。前記第１マニホールドは、流入流体を受け入れるための流体入口を有し、第１方向に延伸し、前記流入流体を第１方向に沿って移送するための流路を提供する。前記第１マニホールドは、分配出口を少なくとも２つ有し、各分配出口は、前記第１マニホールドの側壁領域の少なくとも一部に位置する。前記第１マニホールドは、前記流入流体のうち少なくとも一部を、各分配出口から放出流体として放出する。前記第２マニホールドは、前記流入流体の一部を含む排出流体を排出するための流体出口を有する。第２マニホールドは、第２方向に延伸し、前記排出流体を第２方向に沿って移送するための流路を提供する。前記第２マニホールドは、少なくとも２つの排出流体入口から、前記排出流体を受け入れる。
【０００７】
前記第１流路は、前記放出流体のうちの一部である第１放出流体を分配するための、複数の前記分配出口のうちの１つである第１分配出口と、複数の前記排出流体入口のうちの１つである第１排出流体入口とを介して、前記第１マニホールドと前記第２マニホールドとの間に結合されている。前記第１流路は、流体分配面に実質的に沿って、少なくとも２つの方向に延びた複数の流路セクションを有している。前記第１放出流体は、前記第１流路を通り、第１排出流体として、前記排出流体入口まで流れるようになっている。前記第２流路は、前記第１流路と前記第２流路とが、分離壁により分離された状態で、前記第１流路と平行に形成され、前記第２流路は、前記第１マニホールドおよび前記第２マニホールドを、前記第１流路と共有している。前記第２流路は、前記放出流体のうちの一部である第２放出流体を分配するための、複数の前記分配出口のうちの１つである第２分配出口と、複数の前記排出流体入口のうちの１つである第２排出流体入口とを介して、前記第１マニホールドと前記第２マニホールドとの間に結合されている。前記第２流路は、流体分配面に実質的に沿って、少なくとも２つの方向に延びた複数の流路セクションを有する。前記第２放出流体は、前記第２流路を通り、第２排出流体として、前記第２排出流体入口まで流れるようになっている。一実施例においては、前記第１方向が、前記流体分配面に実質的に平行であり、かつ、前記第２方向が、前記流体分配面に実質的に平行である。
【０００８】
他の実施例において、流れ場プレートアッセンブリは、第１マニホールドと、第２マニホールドと、第１流路と、第２流路とを有する。前記第１マニホールドは、流入流体を受け入れるための流体入口を有し、第１方向に延伸し、前記流入流体を第１方向に沿って移送するための流路を提供する。前記第１マニホールドは、前記流入流体のうち少なくとも一部を、各分配出口から放出流体として放出する。
前記第２マニホールドは、前記流入流体の一部を含む排出流体を排出するための流体出口を有する。第２マニホールドは、第２方向に延伸し、前記排出流体を第２方向に沿って移送するための流路を提供する。前記第２マニホールドは、前記第２マニホールド側壁領域の少なくとも一部に、それぞれ位置する少なくとも２つの排出流体入口から、前記排出流体を受け入れる。
【０００９】
前記第１流路は、前記放出流体のうちの一部である第１放出流体を分配するための、複数の前記分配出口のうちの１つである第１分配出口と、複数の前記排出流体入口のうちの１つである第１排出流体入口とを介して、前記第１マニホールドと前記第２マニホールドとの間に結合されている。前記第１流路は、流体分配面に実質的に沿って、少なくとも２つの方向に延びた複数の流路セクションを有している。前記第１放出流体は、前記第１流路を通り、第１排出流体として、前記排出流体入口まで流れるようになっている。前記第２流路は、前記第１流路と前記第２流路とが、分離壁により分離された状態で、前記第１流路と平行に形成され、前記第２流路は、前記第１マニホールドおよび前記第２マニホールドを、前記第１流路と共有している。前記第２流路は、前記放出流体のうちの一部である第２放出流体を分配するための、複数の前記分配出口のうちの１つである第２分配出口と、複数の前記排出流体入口のうちの１つである第２排出流体入口とを介して、前記第１マニホールドと前記第２マニホールドとの間に結合されている。前記第２流路は、流体分配面に実質的に沿って、少なくとも２つの方向に延びた複数の流路セクションを有する。前記第２放出流体は、前記第２流路を通り、第２排出流体として、前記第２排出流体入口まで流れるようになっている。一実施例においては、前記第１方向が、前記流体分配面に実質的に平行であり、かつ、前記第２方向が、前記流体分配面に実質的に平行である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、従来の燃料電池を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施例に係る燃料電池モジュール装置の分解概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示す本発明の一実施例に係る燃料電池モジュール装置の側面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ｂに示す本発明の一実施例に係る燃料電池モジュール装置の図２Ｂ中のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施例に係る流れ場プレートアッセンブリの概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示す本発明の一実施例に係る流れ場プレートアッセンブリのマニホールドの断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施例に係る流れ場プレートアッセンブリの概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示す本発明の一実施例に係る流れ場プレートアッセンブリの側面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の一実施例に係る流れ場プレートアッセンブリの概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示す本発明の一実施例に係る流れ場プレートアッセンブリの側面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ｂに示す本発明の一実施例に係る流れ場プレートアッセンブリの図５Ｂ中のＸ１−Ｘ２線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
【００１２】
以下に開示された実施例は、燃料電池装置の一部を形成する、分離壁の両方の側面に配置された平行な流路（fluid flow channel）を有する。いくつかの実施例においては、複数の流路が、流体の吸い込みおよび／または排出のための１つまたは２つの供用マニホールド（common manifold）を共有している。図２Ａは、本発明の実施例に係る燃料電池モジュールまたは装置の分解概略図である。燃料電池システムは、完全なシステムまたは燃料電池バッテリを提供するために、連続的に積層された複数の燃料電池モジュールを有するものとすることができる。図２Ａを参照すると、燃料電池モジュールまたは装置は、流れ場プレートアッセンブリ（fluid flow plate assembly）１０、１つの密封部材（sealing member）２０と、および燃料電池コア（fuel cell core）３０を備える。図２Ａには、流れ場プレートアッセンブリ１０の各側面上に配置された燃料電池コアを有する例を示すために、２つの燃料電池コア３０および２つの密封部材２０を示している。各燃料電池コア３０は、複数の電流コレクタ（current collector）３１を有している。図２Ｂ、図２Ｃに示すように、各燃料電池コア３０は、膜電極接合体４１０およびこの膜電極接合体４１０を挟んでなる２つのガス拡散層（gas diffusion layer）４０５、４０６をさらに備える。デザインによっては、電流コレクタは、膜電極接合体において起こる燃料電池反応により発生した電流を収集、あるいは、流すための膜電極接合体の一部とすることができる。ガス拡散層および電流コレクタ３１は、たとえば正極側および負極側など膜電極接合体の両側の側面上に配置され、各電流コレクタ３１は、燃料電池の電気化学反応を促進するために隣接する流路に対して露出されている。
【００１３】
図２Ａを参照すると、流れ場プレートアッセンブリ１０は、２つのコア３０の間に形成されたギャップ内に配置される。複数の流路は、それぞれ、流路Ｃと同様の構成となっており、たとえば、第１サイドＳ１および第２サイドＳ２などの流れ場プレートアッセンブリ１０の２つの側面上に形成される。一実施例においては、第１番目のコア３０、第１番目の密封部材２０、流れ場プレートアッセンブリ１０、第２番目の密封部材２０、第２番目のコア３０がこの順に積層され、これらの各成分は、クランプＲなどの結合部材、種々の封止部材、その他の結束装置または結束媒体を１または２以上用いることで、これらにより、互いに結合される。流れ場プレートアッセンブリ１０の一方の側面と、対応するコア３０との間に配置される、各２つの密封部材２０は、流体密封シール／気密シールを供給するに役立ち、これにより、漏出を防止あるいは低減する。
【００１４】
図３Ａを参照すると、一実施例においては、流れ場プレートアッセンブリ１０は、長方形または実質的に長方形の構造を有しており、１または２以上の流路Ｃが、その流体分配面（fluid distribution plane）に沿って配置されている。一実施例においては、流体分配面は、中心軸Ａに平行であり、中心軸Ａに沿って延びている。流路Ｃは、流れ場プレートアッセンブリ１０の両方の側面上に配置されており、流れ場プレートアッセンブリ１０は、両側に形成された一対の流路間を隔離する隔壁（図３Ｂ中において符号１６で、図５Ｃ中において符号１６ａ，１６ｂで、それぞれ示している。）を有している。両側に形成された各一対の流路は、流れ場プレートアッセンブリ１０の第１サイドＳ１および第２サイドＳ２のそれぞれに対して露出された外表面を有する。一実施例においては、流れ場プレートアッセンブリ１０は、流路Ｃに連結される第１マニホールド１１および第２マニホールド１２を有する。その用途、デザイン上の必要性、システムの大きさ、または他の考慮すべき事項に応じて、流れ場プレートアッセンブリ１０は、図３Ａに示すように、Ｘ軸、Ｙ軸、および／またはＺ軸に沿って配列（または、拡張）された２以上の流路を有していてもよい。図３Ａは、Ｙ軸に沿って配列された２つの流路およびＸ軸に沿って配列された４つの流路を有するような実施例を示す図である。
【００１５】
図３Ａにおいて矢印で示すように、反応／流入流体は、たとえば、流れ場プレートアッセンブリ１０の流体入口などを通って、第１端部１０１から第１マニホールド１１に入る。流入流体の一部は、１または２以上の燃料電池システムの交換膜に対して露出された反応領域などの、流路中に放出された流体（放出流体）のための露出した反応領域を提供する流路Ｃのうちの１つを流れる。流体は、部分的にまたは完全に反応し、そして、第２マニホールド１２に排出され、排出された流体は、流れ場プレートアッセンブリ１０の流体出口を通り、第２端部１０２側において、流れ場プレートアッセンブリ１０から出て行く。
【００１６】
一実施例において、流れ場プレートアッセンブリ１０は、第１マニホールド１１、第２マニホールド１２、および、第１マニホールド１１と第２マニホールド１２とを結合する１または２以上の流路Ｃを有している。第１マニホールド１１は、流入流体を受け入れるための流体入口１１ａを有しており、かつ、たとえば、図３Ａの右側の矢印で示した方向である第１方向に沿って延びており、流入流体の一部を第１方向に沿って移送するためのチャンネルを形成している。第２マニホールド１２は、排出流体、および、部分的にあるいは完全に反応した流入流体を一部含有する排出流体を、排出するための流体出口１２ａを有する。第２マニホールド１２は、たとえば、図３Ａの左側の矢印で示した方向である第２方向に沿って延びており、排出流体の一部を第２方向に移送するためのチャンネルを形成する。図３Ａに示すように、第１方向および第２方向は、流路Ｃの流体分配面に実質的に平行となっている。
【００１７】
第１マニホールド１１は、たとえば、分配出口１１ｂのような２以上の分配出口を有し、各分配出口は、第１マニホールド１１の側壁領域の少なくとも一部に設置されている。第１マニホールド１１は、流入流体の一部を、分配出口から放出流体として放出する。第２マニホールド１２は、たとえば、排出流体入口１２ｂのような、第２マニホールド１２に形成された２以上の排出流体入口を介して、排出流体を受け入れる。各排出流体入口は、第２マニホールド１２の側壁領域の少なくとも一部に設置されている。流路Ｃは、図３Ａに示すように、第１マニホールドから放出された流体の少なくとも一部を分配するために、（第１マニホールド１１の）少なくとも１つの分配出口と、（第２マニホールド１２）少なくとも１つの排出流体入口とに結合されている。
【００１８】
一対の流路Ｃは、流れ場プレートアッセンブリ１０の２つのサイドＳ１、Ｓ２上に配置されているため、これらは、たとえば、第１マニホールド１１および第２マニホールド１２のように、共通する一セットの流体吸入マニホールドおよび排出マニホールドを供用する。一実施例においては、第１サイドＳ１に位置する第１流路Ｃは、第１放出流体（放出流体の一部）を分配するために、第１分配出口および第１排出流体入口を介して、第１マニホールド１１と第２マニホールド１２との間に結合されている。図３Ａに示すように、第１流路は、少なくとも２つの方向に、流体分配面に実質的に沿って延びた複数の流路セクションを有している。第１放出流体は、第１流路を通り、その後、第１排出流体として、第１排出流体入口に流れる。
【００１９】
一実施例においては、第２サイドＳ２に位置する第２流路Ｃは、上述した第１サイドＳ１に位置する第１流路Ｃと平行となっており、第１流路および第２流路の間（または、２つのサイドＳ１、Ｓ２）には、隔壁が形成されている。第２流路Ｃは、第２放出流体（放出流体の一部）を分配するために、第２分配出口および第２排出流体入口を介して、第１マニホールド１１と第２マニホールド１２との間に結合されている。第１流路と同様に、第２流路は、流体分配面に実質的に沿って延びた複数の流路セクションを有している。第２放出流体は、第２流路を通り、その後、第２排出流体として、第２排出流体入口に流れる。
【００２０】
一実施例において、第１マニホールド１１および第２マニホールド１２は、流れ場プレートアッセンブリに組み込まれている。たとえば、流れ場プレートアッセンブリ１０は、その中に組み込まれた状態で、第１マニホールド１１および第２マニホールド１２を有しており、これらは、１または２以上の成形品として製造される。第１マニホールド１１および第２マニホールド１２は、中心軸Ａまたは分配面に実質的に沿って（または、実質的に平行に）延びている。いくつかの実施例においては、流れ抵抗を低減することができ、これにより、分配された反応流体濃度の流速を等しく、あるいは実質的に等しくすることができ、および／または、分配された反応流体濃度を均一に、あるいは実質的に均一にすることができる。また、いくつかの実施例においては、流速や濃度の均一性を向上させることにより、流れ場プレートアッセンブリを有する燃料電池装置の効率を改善することができる。
【００２１】
図３Ｂは、図３Ａに示す本発明の一実施例に係る流れ場プレートアッセンブリのマニホールド、たとえば、第１マニホールド１１（または第２マニホールド１２）の断面図である。図３Ｂに示すように、マニホールド１１は、円形状（あるいは、ほぼ円形状）の切断面を有するとともに、２つの側面に２つの開口１１０が形成されている。各開口は、図３Ａに示すよう分配出口１１ａのように、第１マニホールド１１の側壁領域の少なくとも一部において、分配出口として作用する。これにより、第１マニホールド１１は、このような分配出口を介して、放出流体として流入流体の一部を放出する。第１マニホールド１１は、分配出口として１または２以上の開口１１０を有し、開口１１０は、第１マニホールド１１の切断面の約０°〜約１８０°の角度範囲θを占める。たとえば、開口１１は、図３Ｂに示すように、円形状の切断面の左下側１／４および右下側１／４を占めており、約７０°の範囲を占めている。システムのデザイン、マニホールドのデザイン、燃料の分配速度、異なる流路間の速度制御および他に考慮すべき点に応じて、角度範囲を小さくあるいは大きく設定したり、開口の方向を適宜変化させることができる。
【００２２】
図４Ａは、本発明の一実施例に係る流れ場プレートアッセンブリの概略図であり、図４Ｂは、図４Ａに示す流れ場プレートアッセンブリの側面図である。図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、他の実施例に係る流れ場プレートアッセンブリ１０は、第１サイドＳ１および第２サイドＳ２上に形成され、Ｚ軸に沿って配置された複数の流路Ｃを有する。この実施例においては、流れ場プレートアッセンブリ１０は、流れ場プレートアッセンブリ１０の中心軸Ａ上または中心軸Ａ近傍に配置された第１マニホールド１１、ならびに、それぞれ、第１マニホールド１１の下側および上側に配置された第２排出マニホールド１２および第３排出マニホールド１３を有する。一実施例においては、図４Ａおよび図４Ｂにおいては、第１マニホールド１１、および、排出マニホールド１２，１３は、流れ場プレートアッセンブリ１０に組み込まれており、中心軸Ａと実質的に平行であるため、流れ抵抗を低減することができ、これにより、他のデザインと比較して、流れ場プレートアッセンブリ１０内において、反応流体をより速く、しかも等速度で、流すことを促進することができる。
【００２３】
図５Ａは、本発明の一実施例に係る流れ場プレートアッセンブリの概略図であり、図５Ｂは、図５Ａに示す流れ場プレートアッセンブリの側面図である。図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、他の実施例に係る流れ場プレートアッセンブリ１０は、その第１サイドＳ１および第２サイドＳ２上に、Ｘ軸およびＺ軸の両方に沿って形成された流路Ｃを有しており、これにより、複数の流路は三次元構造となっている。この実施例においては、流路Ｃは、流れ場プレートアッセンブリ１０の両側面のそれぞれにおいて、（Ｘ軸およびＺ軸の両方の軸に沿った）二次元の“マトリックス”状に配置されている。 
【００２４】
図５Ａおよび図５Ｂに矢印で示すように、反応流体は、流れ場プレートアッセンブリ１０の第１端部１０１側から、第１マニホールド１１を介して、流れ場プレートアッセンブリ１０に入り、流路Ｃを通って、第２マニホールド１２または第３マニホールド１３（流体がいずれの流路に入ったかに依存する）に流れ、第２マニホールド１２または第３マニホールド１３を介して、流れ場プレートアッセンブリ１０から排出される。あるいは、反応流体が、流れ場プレートアッセンブリ１０の第２端部１０２側から、第２マニホールド１２および第３マニホールド１３を介して、流れ場プレートアッセンブリ１０に入り、流路Ｃを通って、第１マニホールド１１に流れ、第１マニホールド１１を介して、流れ場プレートアッセンブリ１０から排出されるように構成することもできる。他の実施例においては、第１マニホールド１１は、流体入口が密閉されており、これにより、第２マニホールド１２から、第１マニホールド１１、そして、第３マニホールド１３に、流体が流れるように構成することもできる。
【００２５】
図５Ｃは、図５Ｂに示す流れ場プレートアッセンブリにおける第１マニホールド１１の、図５Ｂ中のＸ１−Ｘ２線に沿う断面図である。図５Ｃを参照すると、図５Ａ、図５Ｂに示す第１マニホールド１１は、円形状（あるいは、ほぼ円形状）の切断面を有するとともに、左上側、右上側、左下側、および右下側に、４つの開口１１０が形成されている。各開口は、第１マニホールド１１の側壁領域の少なくとも一部に位置し、分配出口として作用するとともに、流れ場プレートアッセンブリ１０の対応する位置において、分離された各流路Ｃとつながっている。一実施例においては、第１マニホールド１１の上および下には、それぞれ、２つの流路Ｃが、流れ場プレートアッセンブリ１０の両方の側面上に配置されているとともに、両側に形成された一対の流路間を隔離する隔壁（図５Ｃ中、１６ａは、下側に位置する一対の流路Ｃのための隔壁であり、１６ｂは上側に位置する一対の流路Ｃのための隔壁である。）を有している。図５Ｃに示すように、一実施例において、開口１１０は、第１マニホールド１１の周囲に対称的に配置されており、各開口１１０の角度範囲θは、約０°より大きく、約９０°未満の範囲とされる。たとえば、図５Ｃに示す例においては、開口１１０は、約３０°の角度範囲θを有する。システムのデザイン、マニホールドのデザイン、燃料の分配速度、異なる流路間の速度制御および他に考慮すべき点に応じて、各開口の角度範囲を小さくあるいは大きく設定したり、各開口の方向を変化させたり、各開口の角度範囲および方向の両方を適宜変化させることができる。
【００２６】
上述した実施例によれば、燃料電池モジュールまたは装置、および燃料電池モジュールまたは装置に結合された流れ場プレートアッセンブリが提供される。流れ場プレートアッセンブリは、第１マニホールド、第２マニホールド、流れ場プレートアッセンブリの第１サイドおよび第２サイド上にそれぞれ形成された少なくとも一つの流路を有する。反応流体は、流れ場プレートアッセンブリの第１端部において、第１マニホールドから、流れ場プレートアッセンブリに入り、流路を通って、第２マニホールドに流れ、第２マニホールドを通って、流れ場プレートアッセンブリから出て行く。いくつかの実施例においては、第１マニホールドおよび第２マニホールドは、流れ場プレートアッセンブリに組み込まれているため、流れ抵抗を低減することができ、これにより、反応流体の流速が不均一となり、分配された反応流体の濃度が不均一となることを防止することができ、燃料電池の効率を改善することがえきる。
【００２７】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することが可能である。従って、本発明が請求する保護範囲は、特許請求の範囲を基準とし、さらには、その均等の範囲も含まれる。
【符号の説明】
【００２８】
１０  流れ場プレートアッセンブリ
１０１  第１端部
１０２  第２端部
１１  第１マニホールド
１１０  開口
１２  第２マニホールド
２０  密封部材
３０  コアユニット
３１  電流コレクタ
Ａ  中心軸
Ｃ  流路
Ｇ  ギャップ
Ｒ  クランプ
Ｓ１  第１サイド
Ｓ２  第２サイド
θ  角度
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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５Ｃ】
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【外国語明細書】
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