(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池電極部品と、当該燃料電池電極部品に接着剤で接着された反応ガス流路部品とを含む燃料電池アセンブリを有し、
前記燃料電池電極部品はガス拡散層を含み、
前記反応ガス流路部品は、前記ガス拡散層に接合された流動場を含み、
前記流動場は第１の層と、第２の層と、第３の層とを含み、前記第２の層は、前記第１の層と前記第３の層との間に設けられ、前記第１の層および前記第３の層は、それぞれ複数の流路と複数の流路接続構造を有し、前記第２の層は複数の流路接続構造を含み、
前記流路と前記流路接続構造は、前記第２の層の前記流路接続構造を介して流れ入口と流れ出口との間に前記第１の層と前記第３の層を横切る第１の流れ経路を提供するように接続されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記第１の流れ経路と独立しており、かつ前記第２の層の前記流路接続構造を介して前記流れ入口と前記流れ出口との間に前記第１の層と前記第３の層を横切る流れ経路を提供する第２の流れ経路をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第１の流れ経路および前記第２の流れ経路と独立しており、かつ前記第２の層の前記流路接続構造を介して前記流れ入口と前記流れ出口との間に前記第１の層と前記第３の層を横切る複数の流れ経路を提供する更なる複数の流れ経路をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池、例えば中実高分子電解質型燃料電池に関する。本発明はさらに、本発明の燃料電池の製造におけるプリント回路基板（ＰＣＢ）技術の使用、耐食性コーティングの使用、および燃料電池の薄型バルブにおける形状記憶合金（ＳＭＡ）の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、酸化剤（例えば純酸素または空気）と燃料（例えば水素、水素含有混合物、炭化水素または炭化水素誘導体）から、電気エネルギーと熱とを生成する電気化学装置である。燃料電池技術は、発電所、車両およびラップトップコンピュータなどの携帯、移動および固定用途での応用が見出されている。
【０００３】
典型的には、セルは、陽極と陰極の２個の電極を備えており、それらは、イオン（例えば水素イオン）は一方の電極から他方へ通過できるが、自由電子は通過できない電解質膜で互いに分離されている。電極上の触媒層によって燃料（陽極上）と酸化剤（陰極上）との反応が促進され、イオンと電子が生成あるいは消費される。陽極で解放された電子は電流を形成し、その電流は仕事に使われた後陰極に流れ、そこで電子は消費される。
【０００４】
電解質膜で分離された一対の電極は、膜電極接合体（ＭＥＡ）と呼ばれる。適度な負荷で作動する燃料電池ＭＥＡの出力電圧は約０．７Ｖだが、これは多くの実用性からは低すぎる。この電圧を上げるために、ＭＥＡは、従来、図１に示すようにスタックに組立てられている。各ＭＥＡ１は、２つの電解質層に挟まれたイオン透過膜である「電解質膜」１ａの層と、該電解質膜の対向面上の陽極２および陰極３とを有する。隣接するＭＥＡは、導電性バイポーラセパレータプレート４で分離され得、水素燃料５および酸素ガス６は、バイポーラプレートの対向面上に設けられたチャネル内を流れる。エンドプレート９は、電気接続７および８を経由して外部回路に接続される。燃料電池のスタック内のこれらＭＥＡの数によって全電圧が決まり、各膜電極の表面積によって全電流が決まる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在の燃料電池配列の問題は、燃料電池をこのようにスタック化すると、電流がＭＥＡの面に垂直に流れることである。そのために、このスタック化には、電流を１つのセルの正極から次のセルの負極まで伝導するセパレータプレートが必要となる。また、例えば、膜電解質を貫通するピンホールの生成や膜を越えた電極間の短絡などによるＭＥＡの不具合によって、スタック全体を停止しなければならない。また、１つのＭＥＡが他のものと同じように機能していない場合、電流はそこを通って送られるため、急速に劣化するであろう。１つのＭＥＡが駄目になれば、燃料電池スタック全体が使用不可能になる。
【０００６】
既知の配置では、バイポーラプレートは、一般にグラファイトカーボンまたはステンレス鋼で作られていて、導電性およびガス不透過性でなければならず、反応物質とおそらくは冷却剤の流通のための流動場チャネルがＭＥＡの表面全体に組み込まれていなければならない。従って、バイポーラプレートの材料組成は制限され、プレートの製造も複雑で高価になる。また、性能最適化のためには、電解質膜中の水分含量を正しく維持することが不可欠である。セル電流を落とさないように作動しイオン電流を効率的に伝導するために、該膜には一定レベルの水分が必要である。セルで生成された水は、陰極に沿ったガス流で除去されるか逃がされる。従って、セルの湿潤環境における金属バイポーラプレートの腐食が共通の問題であり、このためにバイポーラプレートの製造材料が制限される。また、燃料電池スタックの過熱も問題であり、冷却が必要である。これは通常、冷却水をスタック中間部を通して循環させるチャネルを備えたプレートをさらに設けることによって達成されるが、それは多くの用途にとって厄介であり非実用的である。また、スタックの電気出力は、モノリシックパワーエレクトロニクスによって変調・調整される。これによって高価となり、また、これらのパワーエレクトロニクスの点故障は燃料電池システム全体の不具合にも繋がる。
【０００７】
一つの既知の代替方法が、燃料電池システム用新材料に関する第１回国際シンポジウム会報（１９９５、Ｐ１２８〜１３４）の「Ｎｅｗ  ＳＰＦＣ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｗｉｔｈ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ」（Ｋ．ＬｅｄｊｅｆｆおよびＲ．Ｎｏｌｔｅによる）に記載されている。著者らは、スタック技術を用いずに、高出力電圧を生成する単一の電解質膜の帯状構造について記述している。標準構造の燃料電池の電極とバイポーラプレートが、各燃料電池ＭＥＡが隣接する第２ＭＥＡ帯に接合した帯として存在する共平面構造に搭載されている。この方法での問題は、この膜構造においては、酸化剤と燃料との混合を避けるために、隣接する帯同士を注意深く組み立ててシーリングしなければならないことである。
【０００８】
たとえばＰＣＴ／ＥＰ２０１２／０５３４７９に記載されているような他のアプローチでは、燃料電池スタックは電流を収集および分配し、反応物質を分配するためのＰＣＢ基板により分離された複数のＭＥＡを含むものとして記載されている。しかし、従来技術の配置をさらに改善することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明を請求項で提示する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
添付図を参照して本発明の特定の実施形態を説明する。
【図１】既知のタイプのスタック化燃料電池の概略側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の燃料電池スタックの部分破断斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のＭＥＡレイアウトを詳細に示す燃料電池の一部の分解図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のＰＣＢボードの個々の層とＭＥＡの分解図である。
【図５（ａ）】本発明の第１の実施形態の電流収集・分配層の平面図である。
【図５（ｂ）】本発明の第１の実施形態の電流収集・分配層の平面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の反応物質分配層の平面図である。
【図７】反応物質流が付加された、本発明の第１の実施形態のＰＣＢボードの個々の層の分解図である。
【図８（ａ）】本発明の第２の実施形態の横断面図である。
【図８（ｂ）】本発明の第２の実施形態の横断面図である。
【図８（ｃ）】本発明の第２の実施形態の燃料電池ボードの個々の層の平面図である。
【図９】反応物質チャネルの下半分および薄型バルブとしての形状記憶合金（ＳＭＡ）の使用を示す。
【図１０】ある実施形態による層状配列の鉛直断面を示す図である。
【図１１】ある実施形態による3次元流動場を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｇ）は、代替的な２次元および３次元流動場の構成を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｃ）は、流動場に対する代替的な流路構成を示す図である。
【図１４】燃料電池における加湿層を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）および（ｂ）は、ＭＥＡを流れ反応チューブに取り付ける手段を示す図である。
【図１６】図１６（ａ）および（ｂ）は、ＭＥＡ層を互いに取り付ける方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
要約すると、本発明は既存の燃料電池の構成の改良に関する。ある態様では、ガス拡散層と流動場の結合は単純化された構造配置を可能とすることにより実現される。他の態様では、改善された部品の印刷技術により腐食効果が低減される。さらなる態様では、流動場は水平方向と垂直方向の両方に延びる反応流路を提供するもの、つまり３次元流れを提供するものとして説明される。さらなる態様では、改善されたウィッキング材料（ｗｉｃｋｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌ）によって、ウィッキングの除去（ｗｉｃｋｉｎｇ  ａｗａｙ）および反応物の加湿が可能となる。さらなる態様では、改善された機械的な固定および接続部が提供される。さらなる態様では、改善された加湿方法が説明される。さらに改善された態様が以下で追加的に説明される。導入として、次に燃料電池スタックの実施形態が説明される。
【００１２】
本発明の第１の実施形態では、燃料電池スタック４０が提供される。図２は部分破断斜視図であり、図３はより詳細を示す。図３は、ＭＥＡレイアウトを詳細に示す燃料電池の一部の分解図である。燃料電池スタックの各燃料電池ボード４１は、それぞれ陽極５１と陰極５２を支持する複数の高分子電解質膜５０ａ、５０ｂ、５０ｃなどを備える。あるいは、各燃料電池ボードは、複数の陽極および陰極を支持する単一の高分子電解質膜を備えていてもよい。この場合も、下記の作動モードは変わらない。
【００１３】
明確にするために、燃料電池ボードの構造および燃料電池スタックを、ここでは、図示の実施形態に応じて「水平面」と「垂直面」の観点で説明する。しかしながら、これらの面は明確化のためだけに用いられるものであり、本発明の範囲に関して制限するものではない。燃料電池ボードは、水平面だけでなく任意の平面に配置できることは読者には明らかであろう。また、「正反対の」は、記載された電極に限定されるものではない。
【００１４】
陽極は、高分子電解質の１つの面上に存在し、同じ電解質膜層の対向面上の陰極と正反対に存在する。該陽極と陰極は共にＭＥＡ５９を形成する。一（水平）面内では、高分子電解質層５０ａの一面上の陽極は、隣接する電解質層５０ｂの同じ面上の陰極に隣接する。すなわち、水平面内では、隣接するＭＥＡ内に位置する陽極と陰極の並びは、各ＭＥＡ毎で交替する。単一の高分子電解質膜が使用される場合、各面に沿った陽極と陰極の並びが交替すると、対向面上のそれぞれの陰極と陽極の並びも交替する。
【００１５】
従って、各燃料電池ボードは、その対向する２つの面上で、陽極と陰極との交互に現れる並びを備える。水平面内の電解質膜の各面上の陽極と陰極は、ギャップ５５で分離されている。対応する鉛直面内では、ＭＥＡ５４a上の陽極は、隣接するＭＥＡ５４bの陽極に対向し、ＭＥＡ５４ｂの上の陰極は、隣接するＭＥＡ５４ｃの陰極に対向する。従って、複数の燃料電池ボードが互いにスタック化される場合、隣接する陽極の対および隣接する陰極の対は、単独で交替する陽極および陰極に垂直な面内で交替する。
【００１６】
図４に示すように、３つのそれぞれの層から構成されたＰＣＢボード６０がＭＥＡ５９の各平面層間に存在する。このＰＣＢボードは、第１電流収集・分配層６１と、反応物質分配層６２と、第２電流収集・分配層６３と、を備える。これらの３つの層は互いに接合されて単一のＰＣＢボード６０を形成する。該電流収集・分配層のおかげで、電流は電解質層を横断しないが、電極の水平面に平行に、陽極から陰極へ横方向に移動する。そのために、電流の流れにとって、膜貫通接続は必要ではない。
【００１７】
ＰＣＢボードの個々の層、すなわち、第１および第２電流収集・分配層と反応物質分配層は、エポキシ含有ガラス繊維組成物を用いて互いに接着されて中実な構造となる。該ＰＣＢは、個々の層を互いに接合し、またＭＥＡをＰＣＢに接合するためのある量の材料を含む予備含浸組成物で組み立てられてもよく、あるいは予備含浸組成物繊維マスクをＰＣＢに塗布してもよい。ＭＥＡをＰＣＢ上にレーザ接合して燃料電池ボード４１を製作してもよい。燃料電池スタック製作のために、複数のボードを互いに積層する。電極間のギャップおよびエポキシ樹脂によるこのギャップ内で実現されるシーリングによって、以下より詳細に説明するように、燃料ガス流と酸化剤ガス流との混合が防止され、燃料の陰極への接触と酸化剤の陽極への接触が防止される。この積層ステップによって、個々の層が良好に接触した中実の構造が得られるため、通常は必要となる重い端部ボードが不要になる。従って、モノリシックで軽く、完全にシールされた構造が製造できる。簡単なＰＣＢを端部ボードとして使用できる。
【００１８】
燃料電池スタックに組み立てると、第１燃料電池ボード上の第１ＭＥＡの陽極は、第２燃料電池ボード上の第２ＭＥＡの陽極と正反対および垂直に存在し、第１および第２燃料電池ボードは、燃料電池スタック内で水平に隣接する。同様に、第１燃料電池ボード上の第１ＭＥＡの陰極は、第２燃料電池ボード上の第２ＭＥＡの陰極と正反対に垂直に存在し、第１および第２燃料電池ボードは、燃料電池スタック内で水平に隣接する。
【００１９】
電流収集・分配層６１の構造を図４により詳細に示す。図４は、２枚の隣接するＭＥＡ５９に対応する層６１の一部を示す。図４を参照して、層６１は、あるＭＥＡの陽極５９ａを、垂直に隣接するＭＥＡの陰極５９ｂにリンクする電気分配トラック６６のパネルを備えたフレーム６５から構成される。電流収集・分配層の電気分配トラックのおかげで、各個々の燃料電池ボード上のＭＥＡは、電気的に直列に接続される。図４の矢印で示されるように、陽極５９ａと陰極５９ｂは、図示されたＭＥＡの下面上に位置付けられる。ＭＥＡの上面には、対応する陰極５９ｃと陽極５９ｄがそれぞれ位置付けられる。
【００２０】
図５ａおよび図５ｂは、１６枚のＭＥＡから成る平面層での電流収集・分配層６１の平面図である。図５ｂ（および図５ａに示す層の左側端部）は、互いに接合された第１および第２電流収集・分配層の平面図である。すなわち、第１および第２電流収集・分配層のトラック６６が見える。図５ａ（層の左側端部は除いて）は、単一の電流収集・分配層の平面図である。トラックの単一の層だけが見えている。
【００２１】
フレーム６５内に一定間隔で孔６７を設けて、一体的な冷却システムの一部を形成してもよい。図２に示すように、これらの孔で垂直冷却チャネル４２を形成してもよい。１個または複数個のファン４６を備えて空気を冷却システム内に送り込んでもよい。
【００２２】
また、電流収集・分配層の６１には、電極帯の狭端部に隣接する電流分配層の２つの対向する端部において、垂直反応物質チャネル４３（図２に示す）の一部を形成する孔６８を設けてもよい。
【００２３】
燃料電池ボード４１がスタック化されると、これらの垂直チャネル４２、４３が形成される。図２の実施形態では、垂直の燃料入口および出口チャネルは、層の一端部４４近くに設けられ、垂直の酸化剤入口および出口チャネルは、層の反対側端部４５近くに設けられている。図２〜図７の実施形態では、電極１個当たり、２つの垂直の燃料および酸化剤チャネルが設けられている。これらの垂直の反応部物質チャネルは、反応物質分配層に設けられたチャネルに接続される。
【００２４】
反応物質分配層６２の構造を図４および図６に詳細に示すが、この中では、２つの隣接するＭＥＡ５９電極対に対応するこの層６２の一部を示す。反応物質分配チャネルの数が平面内のＭＥＡまたは電極対の数に対応するようにこの部分を繰り返す。反応物質分配層６２は、それぞれが反応物質平面ループを形成する２つのチャネル７１、７２を有するフレーム７０と、該分配ループの狭端部のフレームの対向する端部近くに位置付けられた、垂直反応物質チャネルを形成する孔と、を備える。
【００２５】
フレーム７０の一端部に沿った孔は順番に、例えば水素などの燃料である反応物質用の入口チャネル７３ａ、７４ａおよび出口チャネル７３ｂ、７４ｂであり、該フレームの反対側端部に沿った孔は順番に、例えば酸素または空気などの酸化剤である反応物質用の入口チャネル７５ａ、７６ａおよび出口チャネル７５ｂ、７６ａである。これを図４および図７に示す。反応物質分配層６２上の孔７３，７４，７５および７６は、電流収集・分配層６１内の孔６８と位置が一致し、図２に示す垂直の反応物質分配チャネル４３を作る。
【００２６】
図７に示す反応物質分配層において、例えば燃料などの反応物質は、フレーム７０の一端部上の垂直チャネル８０を通って流れる。該垂直チャネルの位置が陽極５９ａ、５９ａ’間の位置に相当する場合、該垂直チャネルは、反応物質分配層６２の反応物質分配ループ７２に接続される。従って、燃料は、垂直の入口チャネル７３ａから、反応物質分配層の真上および真下の平面内の陽極５９ａ、５９ａ’の面に沿って反応物質分配層の分配ループ７２の入口８１内に流れる。分配ループの出口８２は、垂直の燃料出口チャネル７３ｂに接続される。フレームの反対側端部における、例えば酸化剤を運ぶ垂直チャネル７６ａ、７６ｂは、フレーム７０内の分配ループ７２に接続されていない孔である。
【００２７】
平面で隣接するＭＥＡにおいて、分配チャネル７１に面する電極は陰極５９ｂ、５９ｂ’である。従って、これらの電極に関連する分配チャネル７１のレイアウトは逆になる。図４、図６および図７に示す反応物質分配層において、酸化剤は、フレームの右側端部上の垂直チャネル９０を通って流れる。垂直チャネルの位置が、陰極５９ｂ、５９ｂ’間の反応物質分配層６２内の位置に相当する場合、垂直チャネルは、反応物質分配層６２の反応物質分配ループ７１に接続される。従って、酸化剤は、垂直入口チャネル７５ａから、反応物質分配層の真上および真下の面内の陰極の面に沿って、反応物質分配層の分配ループの入口９１内に流れる。分配ループの出口９２は分配ループの入口９１に隣接し、垂直入口チャネル７５ａに隣接する垂直燃料出口チャネル７５ｂに接続される。フレームの反対側端部における、燃料を運ぶ垂直チャネル７４ａ、７４ｂは、分配ループ７１に接続されない。
【００２８】
燃料電池スタックの隣接した燃料電池ボードでは、陽極と陰極の並びは逆になる。垂直に配置された陽極と陰極対にそれぞれ燃料と酸化剤とを供給するために、反応物質分配チャネルのレイアウトは、水平面内と垂直面内における並びにおいてこのように逆になる。
【００２９】
すべての実施形態では、高分子電解質層は、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜のシートなどのように、イオン（例えば水素イオン）は一方の電極から他方通過できるが、自由電子は通過できない任意の電解質膜であってもよい。第１の実施形態で説明した好適な実施形態と同じものが当てはまる。
【００３０】
反応ガス流は、隣接するＭＥＡの電極間のギャップにおけるシールのおかげで分離され続けている。これらのシールは、ＰＣＢボードをエポキシ化合物で含浸することによって実現されており、このエポキシ化合物は、積層時およびＭＥＡとの接合時に活性化されて密封を形成する。適切な場合には、例えば燃料電池ボードの外側端部において、ＰＤＭＳ製のシールを用いてさらにシーリングしてもよい。
【００３１】
垂直チャネルは、スタックの２つの反対側の端部に沿って１つまたは複数の反応物質マニホールドに接続され、これによって反応物質が供給および回収される。
【００３２】
また、一体的な冷却システムの一部を形成のために、反応物質分配層のフレームは、下記のように、フレーム内に一定間隔で一連の孔１００を備えていてもよい。
【００３３】
必要となる冷却に応じて、冷却システム用に設けられた孔６７，１００を水平面内の電極間毎に配置してもよく、あるいは、２番目、３番目、４番目、５番目、６番目、７番目、８番目、９番目あるいは１０番目の電極毎間に配置してもよい。孔を電極間の一定の間隔に設ける必要はなく、任意の適切な間隔に設け得る。
【００３４】
冷却システム用に設けられた穴６７，１００は、要求される冷却の程度に応じて、水平面内の電極間ごとに、または２，３，４，５，６，７，８，９，または１０電極ごとに配置されていてもよい。穴６７，１００は、電極間に必ずしも一定の間隔で設けられていなくてもよく、任意の適切な間隔にて設けることができる。
【００３５】
本発明の第２の実施形態では、燃料電池スタックの各燃料電池ボード４１は、平面内に配置された１つまたは複数の高分子電解質膜を備える。ａ）各燃料電池ボードに対する第１の代替実施形態では、膜の一方の面上の陽極とその反対側の面上の陰極とを有する一連の個々の膜は、平面内に配列される。ｂ）第２の代替実施形態では、各燃料電池ボードに対して、膜の一方の面上の一連の陽極とその反対側の面上の一連の陰極とを有する単一の膜が設けられる。ａ）とｂ）の両方の実施形態において、陽極はすべて、水平面内の１つまたは複数の高分子電解質膜の一方の面上に位置し、陰極はすべて、それらの高分子電解質膜の対向面上に位置する。第１の実施形態と同様に、陽極と陰極は互いに正反対に存在する。
【００３６】
第１の実施形態と同様に、第２の実施形態では、燃料電池ボードは、２枚の隣接する燃料電池ボードの陽極側の面が互いに対向するようにスタック化される。この方法においては、２枚の隣接する燃料電池ボード上のすべての陽極に燃料を簡単に供給でき、２枚の隣接した燃料電池ボード上のすべての陰極に酸化剤を簡単に供給できる。
【００３７】
第１の実施形態と同様に、第２の実施形態では、ＭＥＡは、３つの分離した層で作られるＰＣＢボード上に接合されて燃料電池ボードを形成する。燃料電池スタックでは、一連の平面ＭＥＡはそれぞれ、２枚のＰＣＢボード間に位置付けられる。第１の実施形態で説明したように、電極への反応物質の供給は、ＰＣＢボードの反応物質分配層によって実現される。このように、第１の実施形態の電気絶縁性スペーサ（図３および図４参照、各スペーサ２０）はＰＣＢ層で置換される。
【００３８】
燃料電池ボードは互いに積層されて中実構造になるので、重い端部プレートは必要ではない。その代わりに、簡単なＰＣＢを使用できる。
【００３９】
第２の実施形態の代替である、各燃料電池ボードが一連の個々の膜を備えるａ）実施形態では、陽極と陰極間の電気接続は、ＰＣＢボードに容易に孔を機械加工で設けられるために、膜間のギャップを通して行えるか、あるいは、陽極側のＰＣＢボードの電流収集層を陰極側のＰＣＢボードの電流分配層に外部接続することによって行える。
【００４０】
第２の実施形態の代替である、各燃料電池ボードに対して単一の膜が設けられるｂ）実施形態では、陽極と陰極間の電気接続は、実施形態１で説明したように、膜貫通接続によって行えるか、あるいは、陽極側のＰＣＢボードの電流収集層を陰極側のＰＣＢボードの電流分配層に外部接続することによって行える。
【００４１】
ＰＣＢ反応物質分配層は、本発明の第２の実施例を参照してより詳細に説明した。しかしながら、第２の実施形態では陽極と陰極のレイアウトが異なるために、電気接続が膜貫通接続で行われるか、あるいはＰＣＢボードを通して行われる場合、電流収集・分配層は必要ではない。電気接続が、陽極側のＰＣＢボードを陰極側のＰＣＢボードに外部接続することによって行なわれる場合、陽極に対向するＰＣＢボードは、反応物質分配層で分離された第１および第２電流収集層面を有し、陰極に対向するＰＣＢボードは、反応物質分配層で分離された第１および第２電流分配層を有するであろう。この接続は、燃料電池ボードの電極対の数に応じて、第１ＭＥＡの陽極と第２ＭＥＡの陰極間、第２ＭＥＡの陽極と第３ＭＥＡの陰極間などで行われる。
【００４２】
図８（ａ）は、ＭＥＡ１１０、ＰＣＢ材１１１、第１セルの陽極から次のセルの陰極まで電流を伝導する導電層１１２、および反応物質を電極まで運ぶ反応物質分配チャネル１１３を備える燃料電池スタックの２つの層を示す。図８（ｂ）は代替レイアウトを示す。図８（ｃ）は、３枚の分離したボード２組の間に挟まれた１組の燃料電池電極を備えた燃料電池構造の抜粋を示す。個々の小区分は互いに積層されている。４個の燃料電池電極１２０は、電気的に直列に構成されている。下流陰極接触ボード１２１が陰極側に隣接しており、上流陽極接触ボード１２２が他方に隣接する。これらの接触ボードはその中にスロットを有しており、入口チャネルからの反応物質は出口チャネルへ流れることができる。これらのボードは、電流を横方向に運ぶ導電性バー１２３、１２４を保持している。図８（ｃ）では、導電体層が上を向いた陰極ボードを示したが、実際には、導体は電極１２０の方へ面しているであろう。内部空気分散層１２５が下流陰極接触ボード１２１に隣接する。この層は、空気（酸素）用の入口および出口チャネル１２７の組と、水素入口および出口チャネル１２８用の孔と、を有する。各チャネルは対応する反応物質プレナムに流れる。水素入口および出口チャネル１２９と空気入口および出口チャネル１３０とを備えた内部水素分配層１２６が上流陽極接触ボード１２２に隣接する。上流陰極接触ボード１３１が内部空気分配層１２５に隣接し、下流陽極接触層１３２が内部水素分配層１２６に隣接する。下流陰極接触ボード１２１の下流側接触は、上流陽極接触ボード１２２のコネクタに接続するように設計され、これによってＭＥＡ１２０は電気的直列に配置される。
【００４３】
ＰＣＢ技術（あるいは他の同様な技術）を用いて、第２および第３の実施形態の燃料電池スタックの要素を製造する。これによって、該要素を大量にまた安価に製造できる。例えば、スタック化されその後同時に送られる薄層ボードを用いることによって、複数流動場ボードを同時に製造できる。その後、個々に送られたボードはスタック化され、互いに積層される。
【００４４】
本発明のＰＣＢは既知の方法で製造される。絶縁層は、エポキシ樹脂プリプレグで互いに積層されるＦＲ−１、ＦＲ−２、ＦＲ−３、ＦＲ−４、ＦＲ−５、ＦＲ−６、ＣＥＭ−１、ＣＥＭ−２、ＣＥＭ−３、ＣＥＭ−４、ＣＥＭ−５、ポリテトラフルオロエチレンおよびＧ−１０などの誘電体基板で作られていてもよい。導電性領域を産出するために、銅の薄層を絶縁基板全体に貼り付け、マスクを用いてエッチング除去して所望の導電性パターンを保持するか、あるいは電気めっきで貼り付ける。
【００４５】
ＰＣＢボードの個々の層のそれぞれの厚みは３０μｍ〜２ｍｍであり、好適には５０μｍ〜１ｍｍであり、より好適には０．１ｍｍ〜０．８ｍｍであり、最も好適には約０．４ｍｍである。従って、各ＰＣＢボードの厚みは９０μｍ〜６ｍｍであり、好適には１５０μｍ〜３ｍｍであり、より好適には０．３ｍｍ〜２．４ｃｍであり、最も好適には約１．２ｃｍである。電極層の厚みは０．１ｍｍ〜１ｍｍであり、好適には０．３〜０．６ｍｍであり、より好適には０．４ｍｍである。従って、セルピッチは１好適には１．６ｍｍ（１．２＋０．４ｍｍ）厚であり、従って１インチ当たりセル１６枚が可能である。
【００４６】
本発明の第１、第２および第３の実施形態において、電極帯の幅は１ｍｍ〜５ｃｍであり、好適には５ｍｍ〜１５ｍｍであり、より好適には約１ｃｍである。電極帯間のギャップの大きさは、それらが冷却チャネルを収容するか否かに依存する。冷却チャネルを備えた電極帯間のギャップ幅は１ｍｍ〜１．５ｃｍであり、好適には２ｍｍ〜１．２ｃｍであり、より好適には５ｍｍ〜１ｃｍである。冷却チャネルを備えない電極帯間のギャップ幅は０．５ｍｍ〜１ｃｍであり、好適には２ｍｍ〜８ｍｍであり、より好適には３ｍｍ〜６ｍｍである。
【００４７】
本発明の第１、第２および第３の実施形態では、触媒層は好適には電極上に設けられる。燃料電池生産分野の熟練研究者には一般に理解されるように、この層は、対象の反応に適切な触媒材料で作られていてもよい。例えば、該触媒層は、”ＰＥＭ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｔｓ  ａｎｄ  Ｃａｔａｌｙｓｔ  Ｌａｙｅｒｓ  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ｊｉｕｊｕｎ  Ｚｈａｎｇ（Ｅｄ．），１ｓｔ  Ｅｄｉｔｉｏｎ．，２００８，ＸＸＩＩ，１１３７ｐ．４８９ｉｌｌｕｓ．，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ  Ｌｏｎｄｏｎ，ＩＳＢＮ：９７８−１−８４８００−９３５−６に記載されているように、炭素上に堆積された白金ナノ粒子で構成され、プロトン伝導性高分子（例えばＮａｆｉｏｎ（登録商標））で結合されていてもよい。
【００４８】
ガス拡散層を該触媒層に隣接して備えてもよい。ガス拡散層は、熟練した読者にはよく知られているように、任意の適切な方法で製造または堆積されてもよい。例えば、典型的な燃料電池中のガス拡散層は、該層のぬれ特性を変えるために多くのバインダーと添加剤が混合された、多くの形態の内の一形態の炭素で構成される。典型的には、触媒層に隣接するガス拡散層は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で結合された炭素粉末の細孔層（この層は、非常に小さな気孔を有する）で構成される。この細孔層に隣接して、典型的には、織布状の、あるいは紙などの不織布材のある形態に結合された炭素繊維で構成されたバッキング層がさらに存在する。この層は大きな気孔を有する。これらの２つの層の組み合わせによって、ガスチャネルから触媒層に向かって孔径が漸次的に変化する。２つの個別の層ではなく、細孔層と多孔質バッキング層とが互いに貫通し合っている場合もある。
【００４９】
ガス拡散層の厚みは、典型的には約１００〜１０００μｍである。現代の一般的な燃料電池では、ガス拡散層の主要成分としての炭素は、電流が該触媒層からバイポーラプレートのリブまで流れなければならないというさらなる制約に基づいて選択される。使用され得る他のほとんどの材料は、耐食性が十分でないもの（他の多くの材料）か、あるいは価格が高すぎるもの（金、白金など）である。
【００５０】
本発明の設計では、ガス拡散層は、同じ材料、すなわち、適切なバインダーで結合され、その親水性を変えるために適切な化学物質で処理された炭素粉末およびまたは炭素繊維で構成されてもよい。しかしながら、電極表面に垂直な方向への電子の輸送は必要ないので、ガス拡散層は、その代替として、適切な特性を有しながらも非導電性の材料で構成されてもよい。電流はＭＥＡの表面に沿って流れなければならないので、表面層には、抵抗損（表面電流・層抵抗）が小さくなる（すなわち１０〜２０ｍＶ未満）ように十分に高い導電率が求められ、正確な特質および導電性は、表面層の導電率要件によって決定される。
【００５１】
ガス拡散層が構成され得る材料としては以下のものの多孔質形態が挙げられる：無機酸化物（Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２）；プラスチック（ＰＴＦＥ、ポリエチレン、ポリスルホンなど）；他の無機質原料（窒化物、炭化物、リン酸塩、硫酸塩など）。例えば厚い触媒層などの場合には、触媒層それ自体が十分な導電性を提供してもよく、この場合、ガス拡散層は導電性である必要はなく、さらには除外してもよい。その他の場合、電流の一部をガス拡散層を通して流すことが必要であり得、この場合は、ガス拡散層を（少なくとも部分的に）炭素あるいは他の導電性材料で構成することが必要であろう。すべての場合において、ガス拡散層は非常に薄く、例えば１００μｍ未満で、より好適には２５μｍ未満で製造できる。薄ければ薄いほど、ガス拡散層は、触媒層へのおよび触媒層からの反応物質の輸送を向上させる。
【００５２】
本発明の態様によると、上述した構成または層状の構成を有する類似の構成の操作性を向上させるために、さらなる改善が特定される。
【００５３】
次に述べる様々な態様は、組み合わせてまたは個別に実装することができる。参照を容易にするために、それらの各種が図１０の概念図を参照して組み合わせることによって示されている。図１０は、上述した原理に従って通常は操作される燃料電池スタックの一部を断面図にて示している。任意の適切な型の陰極１５０は、以下でより詳細に説明するガス拡散層１５４と連絡したガス拡散層１５２を有する。陽極構造は陰極と同一平面上にあって、たとえば図７を参照して理解されるように似た構成を有する。垂直面において、この構造は電解質１５６および陽極構造１５８とともに反復されている。
【００５４】
第１の態様によると、ガス拡散層１５２は流動場１５４に直接結合されている。そのため、それらの間で接触抵抗を低下させることができる。実際には接触抵抗は１０ｍΩｃｍ２未満であることが分かった。
【００５５】
これにより既存の構成に対する改善がもたらされる。この場合、接触抵抗は端と中心の間における位置の関数として大きく変化する。中心では接触抵抗は著しく高い。既存の構造では、これは終板の歪みと圧力の不均一な分布による。既知の方法には、硬い（ｓｔｉｆｆ）終板、したがって重い終板を提供することによって、湾曲を低減させ、均一な圧力を終板の幅全体に及ぼすことが含まれる。
【００５６】
流動場とガス拡散層の間に直接結合が提供される第１の態様によると、装置の操作が改善されるため、位置による接触抵抗のばらつきは、最小化され、一定して低い値を有する。さらにこれは圧縮とは無関係であるため、低い一定な抵抗を実現するため、および流動場全体にわたって均一の圧縮を有するという要求を除去するために終板が必要とならない。当然ながら、これは任意の適切な燃料電池システムに適用されうる。
【００５７】
接着方法は、たとえばスクリーン印刷、スプレー、塗装、接着剤の付着などによる糊付けおよび流動場と接触させたガス拡散層のプレスなどの任意の適切な形態であってもよい。接着剤は流動場またはガス拡散層の上に適用することができる。しかしガス拡散層が流動場に結合される場所にのみ適用されることが理想的であるべきである。接着剤がガス拡散層の空隙率（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）を過度に阻害しないように注意が払われなければならない。接着剤は電気絶縁体か導電体のいずれであってもよい（電気絶縁体である場合には、ガス拡散層と流動場との機械的接触によって電気伝導が生じる）。接着剤が導電体の場合には、接着剤は燃料電池部品に対する防食条件を満たすべきである。好適な実施形態では、接着剤は流動場表面を不動態化するために使用されるものと同じ材料から構成される。
【００５８】
第２の態様によると、使用される反応物質から生じる燃料電池の腐食電位は、適切な被覆を流動場またはＰＣＢ１５４に適用することによって著しく低下させることができる。特に、導電性カーボンインクを用いたＰＣＢのスクリーン印刷または類似の被覆方法（たとえばスプレー被覆）により電流を流すことができる一方で、腐食率が、したがって過酷な環境にもかかわらず故障が減少する。スクリーン印刷の基礎を形成しうる材料には以下のものが含まれる：
ＰＣＢ１  サンケミカル社のインク（ｓｕｎｃｈｅｍｉｃａｌ  ｉｎｋ）２ｓｐ
ＰＣＢ２  サンケミカル社のインク  ２ｓｐ＋ＰＥＤＯＴ
ＰＣＢ３  サンケミカル社のインク  ２ｓｐ  再検討（ｒｅｖｉｓｉｔｅｄ）
ＰＣＢ４  サンケミカル社のインク（最終：ｌａｓｔ）２ｓｐ
ＰＣＢ５  サンケミカル社のインク  ２ｓｐ＋ＰＥＤＯＴ（最終）
【００５９】
これらの方法を用いて、同時に低い接触抵抗を維持しつつ、部品の安定性が著しく上昇したことが明らかとなった。
【００６０】
第３の態様によると、流動場の性質は図１１を参照して、改善された構成によってよりよく理解されうる。
【００６１】
特に、流動場は流路を有する多くの層および流路の接続を含むことによって、層間を横断する流路、したがって３次元流れが提供されることが示される。図１１を参照すると、３つの層２００，２０２，２０４が提供される。上述したように、これらの層はたとえば互いに積層された０．４ｍｍ厚のＰＣＢ、または他の任意の適切な構成でありうる。図７を参照して説明したのと類似の様式にて、反応物は積層されたオリフィス２０６を通って流動場に流出入しうる。反応物は中心層２０２にて流路２０６を通って流路に導かれる。中心層の接続形成を通って最上層と最下層の両方を横切る流路が続く。
【００６２】
特に、中心層２０２は多数の開口部２０８を含む。開口部２０８は、最上層２００および最下層２０４において、溝（ｇｒｏｏｖｅｓ）またはすき間（ｓｌｏｔｓ）または流路２１０に沿って並んでいる。流路は、最上層２００および最下層２０４において、互いに斜めおよび平行に走っている。しかし向きは逆である。特定の角度の向きを適切な向きとして選択しうる。流路２１０および開口部２０８は、個々の流路の一部が最上層および最下層において互いに排他的に連絡することによって効率的に多数の独立した流路を提供できるように配置されている。
【００６３】
たとえば図１１に見られるように、流路２１２は中心層２０２において１つの端部２１２ａにて注入口２０６と直接に交通している。流路の他の端部２１２ｂは、開口部２１２ｃを経由して中間層２０２において第１の端部２１２ｄと連絡している。第１の端部２１２ｄは、最下層２０４における対応する逆方向を向いた流路である。この他の端部２１２ｅは、中心層の開口部２１２ｆを経由して最上層２００の流路の端部２１２ｇと連絡している。この流路は流路が中心層２０２における出口２０６に到達するまで続く。
【００６４】
通路の方向が対角線の配置にあるため、一般に流路２１２で示される流路を形成する通路は、利用可能な通路の総数の一部を形成する。したがって、独立した流路を提供する。最上層および最下層に沿った入口および出口と連絡する分離した流路の一部を含むさらなる流路２１４を、規定して説明することができる。流路の数は任意の適切な方法にて選択することができる。また、たとえば適用される流路の角度または方向によって影響を受けうる。
【００６５】
当然ながら、多くの異なる構成が適用しうる。また、たとえばプリプレグ層を経るか他の好適な結合剤を用いて、任意の適切な方法にて層間の結合を提供することができる。その結果、広い相互作用領域を有し比較的圧力低下が低い流路間（ｉｎｔｅｒ  ｄｉｇｉｔａｔｅｄ）流動場を提供することができる。この配置の他の利点は、関連する層２００または層２０４の表面にわたって、特に次のセルの方向に電流流路が比較的妨害されないままであることである。これは燃料電池で典型的に利用される蛇行した（ｍｅａｎｄｅｒ）または曲がりくねった（ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ）流動場には当てはまらない。この場合、流路は有効な側方電流流れに対するバリアとして作用する。幾何学的なアプローチの結果、多くのシートをまとめて積層することおよび多数の基板を同時に横切って経路を形成する（または所定の領域においてすべての材料を除去する）ことによって、基板２００，２０２，２０４の各セットのコピーを機械加工することが可能となる。この工程はまた、すべての層の部分を必要とする。この工程には、層のすべての部分が層の残りに付着されなければならないということを要する。さもなければ、基板の残りの部分から分離してしまうからである。つまり、完全な境界性の（ｒｏｕｔｉｎｇ）領域を形成する経路にはなり得ない。説明された流動場はこの要求を満たす。
【００６６】
図１２および図１３に移動して、代替的な構造が２層または３層の構造を含むことが示されている。たとえば図１２（ａ）〜図１２（ｃ）を参照して、ある層において２つの曲がりくねった配置が入口および出口２３０の間で連絡を提供すること（またはまさにある層では入口、他方の層では出口）が示されている。特に、層の１つが互いに接続された、そして他の層における接続部２３４を経由して入口および出口に接続された細長い流路２３２を効率的に提供する。典型的な燃料電池では、接続部は流路２３２として同じ層にありうる。しかし、同じ層内に流路２３２と流路２３４を有することの欠点は、側方の電流流れが妨害されることである。細長い部分は通常、入口と出口の間の流れ方向に垂直に走りうる。また接続部２３４は、細長い部分の端部間で湾曲流路または直線状流路でありうる。その結果、曲がりくねった構造が提供される。図１２（ｂ）を参照して、流路２３２は再び流れ方向に平行におよび垂直に走る。しかし平行な流路を提供できるように接続されている。特に、接続部２３４によって外経路２３６を形成することによって、第１および第４の流路２３２が接続される。また第３の流路は内流路２３８を形成するように接続される。この構造が反復されることにより、内流路が外流路、またその逆になり、出口２３０に対して２つの経路を提供する。図１２（ｃ）を参照して、さらなる変形例が示されている。ここでは隣接しない流路が適切に接続されることによって、３つの異なる流路２４０，２４２，２４４が提供される。
【００６７】
図１２（ｄ）、図１２（ｅ）、図１２（ｆ）および図１２（ｇ）の構造を参照して、３つの層から形成された「らせん」構造が示されている。しかし、他の実施形態と同様に、中間層は接続を提供するプリプレグ層などの薄い層から形成されうる。図１２（ｄ）の構造は、最上層および最下層が各層において平行だが各層において対向する流路を有する上述した図１１の構造と類似する。図１２（ｄ）の配置では、２つの流路２５０，２５２を含む構造が示される。ここでは最上層（または最下層）の第１の流路が最下層（または最上層）の第２の流路に、およびその逆に接続する。
【００６８】
図１２（ｅ）に移って、代替的ならせん構造が示されている。ここでは４つの異なる流路２６０，２６２，２６４，２６６が提供される。これを実現するために、追加的な中央水路（ｃｏｎｄｕｉｔ）２６８が設けられることによって、追加的な２つの経路に送り込まれる。しかし、当然ながら送り込まれた流路の数は配置に応じて変わりうる。図１２（ｆ）を参照して、合計６つの経路を供給する４つの流路が提供される。図１２（ｇ）を参照して、５つの流路２７０が提供されることによって、８つの経路が供給される。
【００６９】
らせん構造の利点は、電極領域の外にある側方空間が改善された梱包密度を可能にする曲がりくねった配置より効率的に使用されることである。
【００７０】
さらなる改善では、流れ方向全体に平行でない流路によって提供される潜在的な（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）抵抗をさらに低減させることによって、圧力低下および流れ方向における変化の最小化が可能となりうる。これにより次に乱流（ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）が減少する。特に、図１３を参照して、直線部分を流路として使用するかわりに、たとえば段階的な方向転換、したがって流れ特性の改善を提供する流路部分の端部に湾曲部（ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）を設けることができる。したがって、図１３（ａ）および図１３（ｂ）には、１つの層にある区画（ｓｅｇｍｅｎｔｓ）３００が最上層および最下層において通常は浅い屈曲部を有するＳ字状であることが見られる。また他の層３０２における区画が同じ配置であるが向きが逆であることによって、図１３（ｃ）に模式的に示されるように滑らかな流路の重なりが流れ特性を改善することが提供される。
【００７１】
本願発明の第４の実施形態に移って、水分布の戦略によって過剰な液体である水のウィッキングの除去すること、同時に反応ガスを完全に加湿することが可能となることが説明される。特に、図１４に示されるように、微小多孔質性ガラス繊維マット（ｍａｔｔｉｎｇ）などの芯材料３１０が２つのプリプレグ層３１２の間に挟まれることによって、多層複合構造が形成される。図１４に見られるように、これはガス流れ領域内における２つの統合されたＰＣＢ／ＭＥＡ板３１４，３１６の間に配置される。芯材料が水入口３１８および水出口３２０と連絡することによって、過剰な水３２２を除去する一方で、反応ガスの加湿３２４を供給しうる。たとえば燃料内における水の凍結を防止するために、水は燃料電池構造に能動的に挿入または除去することができる。またこれは、適切な水路３１８，３２０を経由してポンプ手段によって実現することができる。これにかえて、毛細管圧を水の流れを駆動する重力とバランスすることによって、水の受動的な制御を実現することができる。その結果、改善された水の管理戦略が提供される。当然ながら、外構造層３１２を通る芯材料自体に対する出口（ｅｇｒｅｓｓ）は任意の適切な様式でありうる。たとえば外構造層３１２は、穴を開けられるか印刷されることによって、水の流れ用の適切な開口部を提供しうる。説明された構造では、芯材料は導電性である必要はないので、材料の広い表面積および関連する論点によって悪化される浸食の問題を回避するポリマーまたは無機の線維性材料から形成されうる。したがって、説明された構造における芯材料の提供は驚くほど有利である。
【００７２】
図１０または図１１、および図１２および図１３の対応する構造を参照する。図１４のウィッキング（ｗｉｃｋｉｎｇ）構造は、たとえば適切な直通（ｔｈｒｏｕｇｈ）経路を備えた流動場の追加的な内層１５４，２０２，２０４に配置されうる。上述した流れ（ｆｌｏｗｅｒ）により、たとえば中心層２０２に好適な開口部２０８が再計画できるからである。そのため、図１４の断面図では流路は流路３２６として示されている。
【００７３】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示される第５の実施形態では、ＭＥＡ３３０の流れ反応チューブ３３２への接続方法が示される。特に、複数のラミネート層を含むＭＥＡは、各層に対して整列された長方形状の突出部を含む図１５（ｂ）に示された拡張部（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）３３４を含む。連結部３３６は、開口部３３８を有する。連結部３３６は、適切に拡張部３３４を受けるように形成された開口部３３８を有し、管（ｐｉｐｅ）３３２への接続を可能とする。したがって、ＰＣＢ流れ反応経路は、管３３２を燃料電池に簡単に締結するために、適切な円筒状の連結部に変換されうる。連結部３３６は、任意の適切な方法にて形成されうる。加えて、管３３２に対する増強された接続用に適切に機械加工されうる。
【００７４】
図１６における第６の実施形態によると、たとえば上述したＭＥＡまたは流動場を含む多層（ｌａｙｅｒｓ）３５０は改善された様式にて接続されている。特に、多層３５０は鍵（ｋｅｙ）３５４を挿入可能な整列された溝（ｓｌｏｔｓ）３５２を有する。鍵３５４は基板の厚さとおよそ同じ寸法にて中心にくびれ（ｗａｉｓｔ）を有する。そのため、挿入後に鍵３５４を９０°回転させることによって基板を互いにしっかりと固定することができる。任意の適切な数の溝３５２および鍵３５４を設けることによって、所望の程度の接触を実現することができる。たとえば示された実施形態では、通常は正方形状の構造である互いの端部に平行な４つの溝が設けられている。
【００７５】
当然ながら、本願明細書で説明された実施形態は適切に組み合わせたり入れ替えたりすることができる。また、異なる実施形態に対する異なる部品は、他の実施形態においても適切なものとして機能的に働くことができる。部品が作られる材料は、既知の燃料電池または他の機能的な材料から適切なものとして選択可能である。また、製造方法は、本願明細書で明確に規定しない限り、当業者には明らかであるように適切に選択可能である。
【００７６】
本技術は任意の型、大きさ、任意の好適なガスおよび電極／電解質の技術に関する燃料電池に適用可能である。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１２ｄ】
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【図１２ｅ】
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【図１２ｆ】
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【図１２ｇ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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