(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの金属層を含むセパレータプレートによって各々が互いに隔てられている、複数のセルの層を含む電気化学システムであって、
前記セパレータプレートのそれぞれは、
チャネル構造を備える電気化学的活性領域と、
前記電気化学的活性領域を画定するためのビードと、
前記セパレータプレートの外面での媒体をガイドするために、前記電気化学的活性領域と前記ビードとの間で、前記電気化学的活性領域に近い前記ビードの一部を前記電気化学的活性領域と接続する少なくとも１つの制限要素と
を含み、
前記ビードの内部空間における冷却剤の流れを減少または遮断するべく、前記ビードの方へガイドする構造は、その断面の減少および閉鎖のうち少なくとも１つを少なくとも部分的に含み、前記セパレータプレートの前記内部空間内の前記ビードの方へガイドする前記構造は前記制限要素の逆側に位置する、
電気化学システム。
【請求項２】
少なくとも２つの金属層を含むセパレータプレートによって各々が互いに隔てられている、複数のセルの層を含む電気化学システムであって、
前記セパレータプレートのそれぞれは、
チャネル構造を備える電気化学的活性領域と、
前記電気化学的活性領域を画定するためのビードと、
を含み、
前記ビードの内部空間における冷却剤の流れを減少または遮断するべく、前記ビードそれ自体は、断面の部分的な減少のみおよび断面の部分的な閉鎖のみのうちの少なくとも１つを少なくとも部分的に備える、
電気化学システム。
【請求項３】
少なくとも１つの層における前記ビードのランディングが、前記セパレータプレートの外側の方を向き、前記断面の前記減少および閉鎖のうち少なくとも１つは、前記セパレータプレートの隙間内に配置されている、請求項１または２に記載の電気化学システム。
【請求項４】
前記断面の前記減少は、隣接する減少していない断面の少なくとも３０％、６０％または９０％に達する、請求項１から３の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項５】
前記ビードの方へガイドする前記構造の前記断面は、部分的にのみ閉鎖されるか、または部分的にのみ減少され、
前記ビードの方へガイドする前記構造の前記断面の前記減少は、隣接する減少していない断面の少なくとも３０％に達する、請求項１に従属する請求項４または請求項１に従属する請求項３に従属する請求項４に記載の電気化学システム。
【請求項６】
前記断面の前記減少は、前記セパレータプレートの主平面に平行な方向および直交する方向のうち少なくとも１つの方向に延在する、請求項１から５の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項７】
前記断面の前記減少、前記部分的な減少、前記閉鎖または前記部分的な閉鎖は、前記セパレータプレートの一部の充填物および変形部のうち少なくとも１つによって実現される、請求項１から６の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項８】
前記充填物は、栓形状で実現され、１つまたは複数の栓は、セパレータプレート上に分布している、請求項７に記載の電気化学システム。
【請求項９】
前記充填物は、少なくとも１つの挿入要素として実現される請求項７または８に記載の電気化学システム。
【請求項１０】
前記充填物は、流体シーラントを充填することで実現される、請求項７から９の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１１】
流体シーラントが、ＣＩＰＧとして適用されること、ならびに、スクリーン印刷、ステンシル印刷、および３次元印刷のうち少なくとも１つによって適用される構造として適用されることのうち、少なくとも１つを満たす、請求項１０に記載の電気化学システム。
【請求項１２】
流体シーラントがそれ自体で硬化および発泡のうち少なくとも１つを行う、請求項１０または１１に記載の電気化学システム。
【請求項１３】
流体シーラントの硬化および発泡のうち少なくとも１つは、湿度および温度のうち少なくとも１つによって開始され得る、請求項１２に記載の電気化学システム。
【請求項１４】
前記硬化および前記発泡の材料のうち少なくとも１つは、ポリエチレン、シリコーン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ＥＰＤＭ、フルオロエラストマー、および、ＰＴＦＥのうち少なくとも１つを備え、かつ発泡剤およびマイクロスフィアのうち少なくとも１つを使用して発泡するポリウレタンフォーム、高分子、または、エラストマーである、請求項１２または１３に記載の電気化学システム。
【請求項１５】
前記充填物は、−４０℃から＋１２０℃の範囲内で、前記電気化学システムの動作中の温度安定性を示す、請求項７から１０の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１６】
硬化および発泡のうち少なくとも１つのための前記充填物は、分解することなく、２５０℃までの温度に曝すことができる、請求項７から１０および１５の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１７】
前記充填物は、化学的に不活性であり、脱塩水、グリコール、燃料電池冷却材、および、サーマルオイルのうち、少なくとも１つに対して安定である、請求項７から１０、１５、および１６の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１８】
前記充填物の材料の柔軟性が高いことにより、充填された領域における前記ビードの弾性が受ける影響はわずかである、請求項７から１０および１５から１７の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項１９】
前記挿入要素は、金属およびプラスチックのうち少なくとも１つからできている、請求項９に記載の電気化学システム。
【請求項２０】
前記挿入要素は、前記挿入要素の輪郭を増大させるべく、直立しているフィンを有する金属から製造される、請求項１９に記載の電気化学システム。
【請求項２１】
前記挿入要素は、プラスチック部分が取り付けられた金属部品として実現されている、請求項１９または２０に記載の電気化学システム。
【請求項２２】
前記セパレータプレートの基底平面に直交する前記挿入要素は、上向きおよび下向きのキャンバを示す、請求項１９から２１の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２３】
前記挿入要素は、部分的に、管またはカテーテルの形状である、請求項１９から２２の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２４】
前記挿入要素は、前記セパレータプレートの中空領域における位置決めおよび固定のためのアンダーカットを有する、請求項１９から２３の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２５】
前記充填物は、超音波、サーモグラフィ、またはＸ線測定において、前記セパレータプレートの金属材料から区別できる、請求項７から１０および１５から１８の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２６】
前記ビードは、フルビードとして実現される、請求項１から２５の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２７】
前記セパレータプレートの両方の層は、エンボス加工金属部品として実現される、請求項１から２６の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２８】
前記セパレータプレートの前記２つの金属層のそれぞれが、電気化学的活性領域を画定するためのビードを備え、
前記ビードの内部空間における冷却剤の流れを減少するべく、前記セパレータプレートの前記２つの金属層のそれぞれの前記ビードが、断面の部分的な減少のみまたは断面の部分的な閉鎖のみを備える、請求項２または請求項２に従属する請求項３から２７の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項２９】
前記セパレータプレートのそれぞれが、前記セパレータプレートの前記２つの金属層の間の隙間内への冷却剤の供給および除去、または、反応媒体の供給および除去のための前記セパレータプレートの複数の開口部を備え、
前記複数の開口部は、前記セパレータプレートの中空空間内に、または、前記セパレータプレートの外面上の前記電気化学的活性領域へ、液体または気体媒体をガイドするための通路を含むビードが設けられる、請求項１から２８の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項３０】
外部温度が２０℃、外気の圧力が１０１３ｍｂａｒ（１０１３ｈＰａ）であり、前記断面の減少および閉鎖を除き同一であるシステムと比較して、
電気化学的活性領域の領域における前記システムの最高温度が、３％、５％、または８％少なくなること、および、
前記システムを通る冷却剤の圧力損失が、２０％高く、４０％高く、または６０％高くなること
のうち少なくとも１つの条件を満たすように、前記断面の前記減少、前記部分的な減少、前記閉鎖および前記部分的な閉鎖のうち少なくとも１つが実現される、請求項１から２９の何れか一項に記載の電気化学システム。
【請求項３１】
請求項１から３０の何れか一項に記載の電気化学システムで使用するためのセパレータプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学システム、および、そのようなシステムで使用されるセパレータプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学システムは、例えば、電気エネルギーが水素および酸素から生成される燃料電池システムであり得る。また、電気化学システムは、電位を使用して水から水素および酸素を生成することに加えて、これらの気体が圧力下で同時に圧縮される電気化学コンプレッサシステム（特に電解槽）であり得る。加えて、水素分子が供給され、電位の印加によってこの水素分子が電気化学的に圧縮される電気化学コンプレッサシステムが知られている。この電気化学的圧縮は、特に、少量の水素が圧縮される場合に適している。なぜなら、ここで、水素の機械的圧縮は遥かに困難なものになる可能性があるからである。 
【０００３】
公知の電気化学システムにおいて、セルの電気化学的積層体が複数の電気化学セルの層から構築され、それらはセパレータプレートによって各々互いに隔てられている。ここで、セパレータプレートは、２つの層を含むものと理解されたい。セパレータプレートには、複数の役割がある。
‐個々の電気化学セル（例えば燃料電池）の電極間の電気的接触、および、隣接するセルへの電流の伝達（セルの直列接続）。
‐電気化学的活性領域（気体分布構造／流れ場）内に配置されているチャネル構造を介した、セルへの媒体（例えば、反応気体）の供給、および、反応生成物の除去。
‐電気化学セル内で反応中に発生する熱の伝達。
異なる媒体および／または冷却区画の互いに対する、および、外側に対するシーリング。
【０００４】
セパレータプレートから電気化学セルへの媒体の供給および除去を行うべく、これらの電気化学セルは、例えば、膜電極アセンブリ（略称：ＭＥＡ）であり得る。これらは各々、例えば、金属または炭素フリースからできているガス拡散層を有し、セパレータプレートの方を向いている。セパレータプレートは、媒体の供給および除去のための開口部を有し得る。加えて、セパレータプレートは通常、セパレータプレートの２つの層の間の隙間へ冷却剤を供給および除去するための開口部も有する。 
【０００５】
概して、セパレータプレートは、異なる媒体が両方の表面上でガイドされる双極プレートと、同一の媒体が単極プレートの両方の表面上でガイドされる単極プレートとに区別することができる。ほとんどの場合、２つの異なる媒体に対し、わずかに異なる単極プレートを使用する。相違点が明示的に強調されている場合を除き、以下の記述は、両方の種類のプレートに対して有効である。
【０００６】
公知のセパレータプレートにおいて、ＭＥＡまたは気体分布層に沿った気体分布はそれぞれ、セパレータプレート両側上の直線状チャネルおよび／または蛇行構造、および／または、別個の構造を使用することで実現される。
【０００７】
特に金属製セパレータプレートにおいて、チャネル構造をこれらのセパレータプレート内に、または、より正確には、これらの層内に形成すること、また、この形成プロセスの間に、電気化学的領域を画定する境界壁を形成することが知られている。ここでは、境界壁は多くの場合、ビード形状の設計を有する。また、媒体および冷却剤のための上述の開口部をシーリング要素（多くの場合、これもビード形状の設計）でそれぞれ囲むことも知られている。 個々の場合において、例えば、セパレータプレートの電気化学的活性表面と異なる方向を向いているセパレータの内部表面上の（つまり、セパレータプレートの２つの層の間の隙間における）冷却剤が望ましくない態様でガイドされるという問題があることが判明した。極端な場合、少なくとも複数の領域で活性領域の冷却が不十分となり得る、冷却剤のバイパスという問題に直面することさえある。その結果、予測されない温度上昇、または、局所的ホットスポットが生じ得て、更に、冷却剤ガイドにおける冷却剤流量の許容されない増加が生じ得る。これにより、場合によっては、電気化学システムの効率に悪影響が生じ得る。
【０００８】
従って、本発明の目的は、高い効率で動作することを可能にする、電気化学システムと、この電気化学システム内で使用されるセパレータプレートとを提供することである。
【０００９】
この目的は、特許請求の範囲の主題によって解決される。 
【００１０】
本発明は、一方では、少なくとも２つの層を有するセパレータプレートによって各々が隔てられている、複数のセルの層から成る電気化学システムに関し、セパレータプレートは、セパレータプレートの２つの層の間の隙間の間へ、または当該隙間の間から、冷却剤を供給および除去するための、または、セルとの間で反応媒体を供給および除去するための開口部を画定するビードを含み、および／または、セパレータプレートは、電気化学的活性領域を画定するためのビードを含み、特に、望ましくない進路に沿った、ビードの隙間における冷却剤の流れを減少または流れを回避するべく、ビード自体、および／または、ビードの方を向いている構造は、少なくとも部分的に、断面の減少および／または断面の閉鎖を含む。
【００１１】
ビード、および／または、ビードの方を向いている構造は、断面の減少、または、断面の閉鎖のうち、少なくとも１つを含むので、冷却剤の意図的なガイドを達成でき、それより、システムの効率に悪影響を与えるバイパスが回避される。そのようなバイパス損失の回避は、従って、流す冷却剤の量を少なくして電気化学システムを動作させることを可能にする。このことは更に、例えば、冷却剤の循環のためにより小さいポンプを使用でき、故に、冷却剤の回転のための電気消費量を少なくできることを意味する。冷却剤がビード内へと通過することが、選択された位置だけで回避されるように、断面の減少、および／または、断面の閉鎖のための要素の位置および数が選択される。これにより、ビードによって形成される中空空間が完全に閉鎖される必要が無いことを確実にする。つまり、すべての動作条件において効果的なシーリング機能を提供するべく、ビードは実質的に影響なしで屈折し得る。 
【００１２】
セパレータプレート外面上での電気化学的活性領域における媒体の流れを画定または最適化するべく、セパレータプレートの内部空間内でビードの方を向いている構造が構造の逆に配置されている場合、完全閉鎖はそれほど重要でない。なぜなら、これらの構造は、一方では、概して構造の高さがより低く、他方では、より硬い設計を有し、それにより、セパレータプレートのシーリングシステムの全体的な弾性は、ビードの内部空間における変更による悪影響を受けないからである。
【００１３】
有利な実施形態は、少なくとも１つの層におけるビードの頭部が、セパレータプレートの外側に面すること、ならびに、断面の減少および／または断面の閉鎖は、セパレータプレートの隙間内に配置されることを提供する。ここで、ビードは好ましくは、セパレータプレートの一体部分として形成される。
【００１４】
更に有利な実施形態は、ビードの方を向いている構造が、セパレータプレートの外面のうち少なくとも１つの上で反応媒体の流れをガイドするためのブリッジおよび／または制限要素と逆のセパレータプレートの内部空間内に配置されることを提供する。
【００１５】
これらは例えば、ＤＥ  １０  ２００７  ０４８  １８４  Ｂ３で開示されているような構造であり得る（例えば、図面番号２ａ、２ｂ、５を参照）。ＤＥ  １０  ２００７  ０４８  １８４  Ｂ３のセパレータプレートの個々の層は、基底平面を示し、チャネル構造がそれから突出している。個々の層は更に、媒体の供給および除去のための開口部を含む。チャネル構造および開口部は、媒体のガイドのための開口部を含み得る境界壁によって、特に、ビード形状の境界壁によって囲まれる。境界壁とチャネル構造の外縁との間の領域において、双極プレートの少なくとも１つの外面上で、しかしながら好ましくは、セパレータプレートの両方の外面上で、境界壁とチャネル構造との間の境界領域における媒体のバイパスを回避するための少なくとも１つの制限要素が設けられる。このように、これらの制限要素によって、媒体がチャネル構造にバイパスすることを大幅に回避する。このようにして、チャネル構造にわたる媒体の均一な分布が達成され、故に、性能の望ましくない変動が除去される。ＤＥ  １０  ２００７  ０４８  １８４  Ｂ３の電気化学システムにおいて、ＭＥＡは、セパレータプレートに面するガス拡散層も示している。これに関して、それぞれのガス拡散層がチャネル構造だけを覆うのではなく、制限要素の少なくとも一部とも重複することが好ましい。これにより、この領域におけるガス拡散層の追加的な圧縮が生じる。これは、「通常」のチャネル構造の領域における圧縮で、より顕著である。これにより、チャネル構造と境界壁との間にある問題の領域における媒体のバイパスの回避が強化される。
【００１６】
更なる有利な実施形態は、ビードから、ビードへの構造頭部まで、遷移領域がもたらされることを提供する。ここで、ビードの方を向く構造頭部は、ビードに対するフォアベイ／フォアコートを含み、このフォアベイの領域内で、断面の減少、および／または、断面の閉鎖が配置される。上述の、電気化学的活性表面への制限要素の遷移は、多くの場合、ビード内部空間のフォアベイで終わり、故に、電気化学的活性側の裏側で終わる。そのようなフォアベイの使用は、断面の減少または断面の閉鎖のための、要素または媒体の厳密な位置決めが容易に実現され得るという利点を有する。 
【００１７】
更なる有利な実施形態は、断面の減少、または、断面の閉鎖が、充填物によって、および／または、セパレータプレートの一部の変形によって達成されることを提供する。頭部の領域内のビードがキャンバを有し、これによってビードの断面を減少させるように、変形が実現され得る。次に、このキャンバは、ビードの選択された部分に沿って延在する。隣接する部分に対するビードの弾性の変化がこれから生じることは、必須ではないが、有利である。セパレータプレートの内部空間を画定する両方のビードに、そのような変形が提供される場合でも、両方の層内の変形が異なる程度であり得ることが特に好ましい。
【００１８】
更なる有利な実施形態は、ビードの断面、または、ビードの方を向いている構造の減少が、隣接する減少していない断面のうち、少なくとも３０％、好ましくは少なくとも６０％、特に好ましくは少なくとも９０％に達することを提供する。このことは、断面の完全閉鎖が必要とされているわけではないことを示している。冷却剤の重大なバイパスが発生せず、代わりに意図された冷却剤の経路に従うような程度まで、望ましくないバイパスの方向における流れ抵抗が増大すれば十分である。また、この部分的な閉鎖は、完全閉鎖の場合（より正確には、非弾性要素を用いた完全閉鎖の場合）と比較してビードの弾性に及ぼす影響が少ないので有利であり得る。
【００１９】
更なる有利な実施形態は、断面の減少が、セパレータプレートの主平面に実質的に平行の、および／または、直交する方向に延在することを提供する。ここで、原則として、要素および媒体それぞれの適用の種類、断面の閉鎖または制限に応じて、様々な変形例があり得る。この点について、ビードの弾性に対する影響も、決定的に重要であり得る。本発明によれば、望ましくないバイパスの流れ抵抗の合計が増大するので、断面の閉鎖は、本発明の具現化に必須ではない。
【００２０】
充填物には複数の可能性がある。例えば、充填物は栓形状で実現され、１つまたは複数の栓は、セパレータプレート上で配置されることが可能であり、場合によっては、分布する方式で実現されることが可能である。
【００２１】
代替的に、充填物は、少なくとも１つの挿入部分として実現され得る。ここで、例えば、１つの挿入部分だけを用いて、断面の閉鎖または減少を複数の地点で同時に達成することも可能である。 
【００２２】
１つの可能性として、流体シーラントで充填物を達成することがあり得る。これは、公知の方法を用いて、大きい産業規模で実現され得るので、有利である。この文脈において、流体充填物は、キュアインプレイスガスケットとして、および／または、特にスクリーン印刷、ステンシル印刷、もしくは３次元印刷を適用することによる印刷構造として実現されることが可能である。
【００２３】
これに関連して、流体自体が自己硬化性、および／または、自己発泡性であることも可能である。
【００２４】
硬化および／または発泡は、湿度および／または温度に依存して開始され得る。この背景には、意図的なプロセスの順序によって、断面の減少または断面の遮断が所望の位置で確実に達成されるように、最初液体である材料が意図的に修正され得るという考え方がある。例として、プロセス中に例えば２５０℃の温度まで意図的に加熱することで、硬化および／または発泡が発生する。この温度は非常に高いので、後の電気化学システムの通常の動作中、この温度に到達することはなく、故に、充填物の特性が更に変化することが回避される。 
【００２５】
システムの後の動作中、−４０℃から＋１２０℃までの温度変化に対する充填物の長期安定性がもたらされることは特に有利である。この範囲は、例えば車両の燃料電池システムの、例えば通常の温度範囲である。
【００２６】
適切な硬化材料および／または発泡材料は、例えば、ポリウレタン、高分子、またはエラストマーからできている発泡物質であり、発泡剤および／またはマイクロスフィア（例えば、ポリエチレン、シリコーン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ＥＰＤＭ、フルオロエラストマー、および／または、ＰＴＦＥ）を用いて発泡し得る。
【００２７】
追加的に、充填物が化学的に不活性であり、特に、脱塩水、グリコール、燃料電池冷却材、および／または、熱伝達油に対して安定であるように充填物が実現されることが有利である。このようにして、充填物が数年間もの長期安定性を維持して、冷却剤および／または他の媒体を用いる動作によって劣化しないこと、従って、断面の減少または断面の遮断がそれにより維持されることを確実にする。
【００２８】
更なる実施形態は、充填物の材料が、硬化および／または発泡の後でも弾性であること、ならびに、充填物領域内のビードの弾性的な挙動に対する影響の程度を最小限のみに抑えることを提供する。一方、これは、充填物が圧縮可能材料であることによって達成され得る。他方では、不完全な充填物の場合、充填物が変形可能であることによっても達成され得る。
【００２９】
金属および／またはプラスチックからできた挿入要素として、断面の閉鎖または断面の減少を提供することが更に可能である。これに関して、一方または両方の側で、金属からできている挿入要素は、挿入要素を介したビードシールにおける冷却剤の流れのための断面を減少させるための直立したフィンを含むことも可能である。この利点は、そのような要素が、小さな誤差で、大きい産業規模で、迅速かつ費用対効果の高い方法で製造されるということである。しかしながら、ハイブリッド部品を提供することも可能であり、例えば、挿入要素が、プラスチック部分が取り付けられた、または、プラスチック部分上に成形された金属部品として実現される。
【００３０】
更なる有利な実施形態は、セパレータプレートの基底領域に直交する挿入要素が、上向きおよび下向きのキャンバを含むことを提供する。これにより、挿入部分をセパレータプレートの構造へ３次元適合させることを意図的に達成する。
【００３１】
更なる有利な実施形態は、挿入要素が、例えば、管またはカテーテルの形状で実現されることを提供する。そのような実施形態では、挿入要素の中空空間が残っているので、挿入要素のばね定数が低いままとなり、例えば、管の殻を加圧するときの弾性は、同一材料からできている対応する密度のワイヤに加圧するときより高くなるという点で有利である。ここで、挿入要素自体の部分的な閉鎖または完全閉鎖により、通路は減少または回避される。
【００３２】
更なる実施形態は、挿入要素が、セパレータプレートの中空領域における位置決めまたは固定を可能にするアンダーカット部分を有することを提供する。これにより、挿入要素をセパレータ構造へ正確に適合させること、ならびに、製造中および特に動作中に挿入要素の確実な配置、すなわち、定義された幾何学的な関係を実現することを達成することが可能となる。
【００３３】
更なる実施形態は、超音波および／またはＸ線測定において充填物がセパレータプレートの金属材料から区別できるように、領域の充填物が閉鎖されることが実現されることを提供する。代替的または追加的に、サーモグラフィによる区別などが可能である。このようにして、大きい産業規模で使用できる試験手順によって、充填物がセパレータプレートの外側から見えない場合でも、所望の位置および／またはこれらの位置のみで、断面の減少および／または閉鎖がもたらされていることを確認できる。
【００３４】
更なる実施形態は、ビードがフルビードとして実現されることを提供する。このビードは、例えば、Ｖ字形状、または、Ｕ字形状などの形状を有する。これらは、充填物、断面の部分的減少、または、断面の部分的閉鎖が設けられ得る弾性構造の例である。
【００３５】
更なる実施形態は、セパレータプレートのうち少なくとも２つの層が鋼（特にステンレス鋼）から製造されること、および、それらの表面の一部または表面全体にわたってコーティングが設けられ得ることを提供する。特定の状況において、本発明の意義における断面の所望の減少または閉鎖を達成するべく、ビードの内部の方を向く特定の領域内で何らかの態様で適用されるコーティングを補強または厚くすることが可能である。
【００３６】
大きい産業規模の適用の例として、例えば、セパレータプレートの少なくとも２つの層は、次にその表面の一部または表面全体がコーティングされる、ビードシール構造と一体のエンボス加工金属部品として実現される。
【００３７】
一実施形態は、少なくとも２つのプレートの隙間内への冷却剤の供給および除去、または、媒体の供給および除去に使用されるセパレータプレートの開口部にビードが設けられることを提供する。これらは、本発明の適用の主な分野の１つである。更なる過程において、ビードは、液体および／または気体の媒体を、セパレータプレートの内部空間内の中空空間内へ、または、セパレータプレートのそれぞれの外側上の電気化学的活性領域へ通過させるための通路を有し得る。
【００３８】
加えて、双極設計と単極設計との相違点、および、従って、セパレータプレートを双極プレートとして具現化することと、単極プレートとして具現化することとの相違点が説明されるべきである。単極システムにおいて、第１単極プレート（電気化学システム内のプレート配列において奇数番目）の電気化学的活性領域の両方の外面上で、同一の第１媒体（例えば水素）がガイドされる。第２単極プレート（電気化学システム内のプレート配列において偶数番目）の電気化学的活性領域の２つの両外面上で、同一の第２媒体（例えば空気）がガイドされる。ここで、偶数番目の単極プレートは、同一の設計を有していることが有利である。奇数番目の単極プレートも、同一の設計（ただし、偶数番目の単極プレートの設計と異なる）を有していることで有利である。また、隙間およびビードに関して、相違点が存在しても良い。対照的に、双極システムにおいて、同一の第１媒体（例えば水素）は常に、プレートの積層体の同一の端部の方を向いている双極プレートの表面上でガイドされる。しかしながら、第２媒体（例えば空気）は常に、プレートの積層体の他の端部の方を向いている双極プレートの表面上でガイドされる。結果として、積層体または電気化学システムの双極プレートすべてがそれぞれ、同一の設計を有することは有利である。 
【００３９】
電気化学システムの例に関して説明した上述の目的に加えて、そのようなシステム内で使用されるセパレータプレートも、本発明の目的である。従って、セパレータプレート内で実現される上述のすべての特性は、本発明に係る、本出願でそのように請求されるセパレータプレートの一部でもある。
【００４０】
ここで、すべて燃料電池システムに関する複数の図面の例によって、本発明を説明する。しかしながら、任意の種類の電気化学システム（例えば、電気化学コンプレッサおよび／または電解槽）にも、同様のことが当てはまる。以下に図面で示す。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による電気化学システムの構造を、燃料電池積層体の例で示す。
【図２】本発明による電気化学システムの構造を、燃料電池積層体の例で示す。
【図３】本発明による電気化学システムの構造を、燃料電池積層体の例で示す。
【図４ａ】双極プレートの様々な設計の１つの上面図（外側から見ているので、電気化学的活性領域が見える）である。
【図４ｂ】双極プレートの様々な設計の１つの上面図（外側から見ているので、電気化学的活性領域が見える）である。
【図５ａ】本発明に係るセパレータプレートの上面図である（内部から見ているので、冷却剤をガイドするためのチャネルが見える）。
【図５ｂ】本発明に係るセパレータプレートの上面図である（内部から見ているので、冷却剤をガイドするためのチャネルが見える）。
【図６ａ】ビード、および、好ましくは充填物によって少なくとも部分的に閉じられている、ビードにつながる構造を示す。
【図６ｂ】ビード、および、好ましくは充填物によって少なくとも部分的に閉じられている、ビードにつながる構造を示す。
【図６ｃ】ビード、および、好ましくは充填物によって少なくとも部分的に閉じられている、ビードにつながる構造を示す。
【図６ｄ】ビード、および、好ましくは充填物によって少なくとも部分的に閉じられている、ビードにつながる構造を示す。
【図６ｅ】ビード、および、好ましくは充填物によって少なくとも部分的に閉じられている、ビードにつながる構造を示す。
【図６ｆ】ビード、および、好ましくは充填物によって少なくとも部分的に閉じられている、ビードにつながる構造を示す。
【図６ｇ】ビード、および、好ましくは充填物によって少なくとも部分的に閉じられている、ビードにつながる構造を示す。
【図７ａ】断面の低減または閉鎖それぞれのための挿入要素を示す。
【図７ｂ】断面の低減または閉鎖それぞれのための挿入要素を示す。
【図７ｃ】断面の低減または閉鎖それぞれのための挿入要素を示す。
【図７ｄ】断面の減少または閉鎖それぞれのための挿入要素を示す。
【図８】ビードの頭部の変形によって断面の減少を達成したビード断面を示す。
【図９】圧力損失の比較、および、異なる電気化学システムの最高温度が記載されている表である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１から図３は、燃料電池積層体１として実現された電気化学システムの概略的構造を示す。これは、図２で示されている、複数の燃料電池構成の層を含んでいる。この燃料電池構成の層は、端のプレートが、燃料電池構成の層に押圧を提供することによって保持されている。
【００４３】
複数の媒体が燃料電池積層体を通ってガイドされる。これらは、例えば、入口ポート５および出口ポート６を通ってガイドされる水素（Ｈ２）である。それは更に、例えば、入口ポート５'および出口ポート６'を通ってガイドされる空気である。代替的に、酸素分子（Ｏ２）も使用できる。それは更に、入口ポートおよび出口ポート４を通ってガイドされる冷却剤（例えば、冷却水）である。
【００４４】
図２および３は、燃料電池構成の内部設計の詳細を示す。ここで、図２は、燃料電池積層体の層（つまり、ｘ‐ｙ平面内）を、セパレータプレート２に対する、より正確な上面図として示している。図３は、ｘ−ｚ平面内の燃料電池積層体の断面を示している。 
【００４５】
ここで、イオンを通す高分子膜１４０を有する、少なくとも１つのセル１４、すなわち燃料電池が与えられている。当該高分子膜には、少なくとも電気化学的活性領域８において、両側に触媒層１４１、１４２が設けられている。更に、燃料電池１４が間に配置されている複数のセパレータプレート２が示されている。加えて、２つの金属層（より正確には、２つのエンボス加工金属部品２ａ、２ｂ）をセパレータプレート２に接続するための溶接部１７を示している。各セパレータプレートと、もっとも近い燃料電池との間の領域において、ガス拡散層１５が追加的に配置される。図３は、図２のＦ‐Ｆ部分に相当する断面を示している。ここで、ビード３は、水素のための開口部５を囲み、これにより、この開口部５を画定する。セパレータプレート２の端部領域内に延在するビード７も境界壁を形成して、これにより電気化学的活性領域８のシーリングを提供するので、冷却剤または媒体は、この領域から外側に出られない（その逆も成立）。このことは、電気化学的活性領域８が、通過口５によってセパレータプレートの外縁から隔離されていない図２のＥ‐Ｅ部分では明白である。図１および図２の概略的な図面において、ビード３および７は明示的に示されていない。図１および図２において分かりやすく示されているように、セパレータプレートはほとんどの場合、インタフェースチャネルと呼ばれる、６つの（また、場合によっては、より多くの）流し込み用開口部を有する。一方において、これらは、冷却剤を通過させる２つの開口部であり、通過口は、追加のビード構成によって囲まれる（ここでも図示せず）。更に、電気化学的活性領域との間で、媒体を供給する少なくとも２つの開口部５および５'、ならびに、媒体を除去する少なくとも２つの開口部６および６'が設けられている。これらは、図３において例として示されている開口部５に相当する。これらは、いずれも明示的に示されていない、更なるビード構成によって画定される。加えて、ボルトの通過口（図１では明示的に示されていない）が設けられ得る。 
【００４６】
図３の例を使用して、双極設計と単極設計との相違点、従って、セパレータプレートを双極プレートとして具現化する場合と単極プレートとして具現化する場合との相違点について、それぞれ説明する。両方の場合において、冷却剤はセパレータプレート２の２つの金属層２ａと２ｂとの間の隙間内でガイドされ、故に、各場合において、セパレータプレート２の電気化学的活性領域８の裏側上でガイドされる。一方において、Ｍ１およびＭ３が同一の第１媒体（例えば水素）であり、他方において、Ｍ２およびＭ４が同一の第２媒体（例えば空気）である場合、双極構造がもたらされ、すべての双極プレート２は、同一の設計を示す。逆に、Ｍ１およびＭ４が同一の第１媒体（例えば水素）であり、Ｍ２およびＭ３が同一の第２媒体（例えば空気）である場合、単極構造がもたらされる。故に、単極プレート２の両方の外面上に同一の媒体が存在する。従って、単極構造においては少なくとも、一方では積層体内のプレート順序における奇数番目の単極プレートのすべて、および、他方では積層体内の順序における偶数番目の単極プレートのすべては、好ましくは、それらの間で同一構造を有する。図４ａは、セパレータプレートの一部の上面図を例として示している。円形のフルビード３によって囲まれた、媒体の供給または除去のための開口部６を見ることができる。このフルビード、またはビード構成は、中空空間を通して電気化学的活性領域８へ液体または気体の媒体を通過させるための通路３０を含む。示されているセパレータプレートは、例えば、セパレータプレートの２つの層２ａ、２ｂ（ここでは層２ａのみが見えている）の各々へのエンボスとして実現されるチャネル構造および境界壁を有する金属からできている。
【００４７】
図４ａでは、説明の目的で、セパレータプレートの左上の角だけが（すなわち、その外側と共に、従って、電気化学的活性領域を通る媒体のガイドが実現される側と共に）示されている。冷却剤がガイドされる、または、２つの層２ａ、２ｂの間で冷却剤のための隙間が形成される、セパレータプレート２の側は、以後、内側と呼ぶ。図４ａで示されているように、電気化学的活性領域８を通る媒体のガイドは、媒体の入口の位置、および、媒体の出口の位置が、互いに最も離れ、電気化学的活性領域に隣接し、好ましくは、平面の面対角線（ｆａｃｅ  ｄｉａｇｏｎａｌ）に位置するように、実現される。ここで、ビードの進路は、波状として示されているが、これは単に例に過ぎないことを理解されたい。更に、ビード７の波状の進路によって、電気化学的活性領域８のチャネル構造に近いビードの一部は、制限要素１６を介して、チャネル構造に接続される。 
【００４８】
これより、制限要素１６はビード７へ実質的に横断方向に延在していること、および、ビードに最も近いチャネル構造の要素、従って、電気化学的活性領域のチャネル構造の最外要素へ、実質的に横断方向に延在していることも分かる。更に、ビード７は、セパレータプレートの外縁に向かって、ビード３を部分的に囲んでいることが分かる。 
【００４９】
図４ｂは、図４ａで示されているものとは異なる、セパレータプレートの代替的な実施形態を示す。図４ａに示されているセパレータプレートと対照的に、ここでは複数の制限要素１６が与えられている。それらは互いから離れているので、各場合において、２つの隣接する制限要素１６は各々、電気化学的活性領域８のチャネル構造とビード７との間でチャンバを形成する。ここで、個々の制限要素１６の反復距離は、好ましくは２ｍｍより大きく、好ましくは５ｍｍより大きく、特に好ましくは１０ｍｍより大きい。ここで、この距離はまた、波状ビード７の波長に対応する。
【００５０】
故に、図４ａおよび図４ｂにおいて、セパレータプレートの外面上での気体媒体のバイパス、従って、ビード７と、電気化学的活性領域８のチャネル構造の最外要素との間のチャネル構造を超えて媒体が流れることを防止する制限要素１６が設けられていることは明白である。これらの制限要素１６は、横断ブリッジを形成し、故に、媒体チャネルのための供給ビードとして実現されないことに留意すべきである。それらの断面はビード形状であるが、ビード３、７より小さい高さを示している。
【００５１】
このように、電気化学的活性領域８の蛇行チャネル構造を通して、双極プレートの上側、故に、電気化学的活性領域８内での媒体の流れが強制される。これは、例えば、媒体の供給のための開口部５で開始する。図４ａおよび図４ｂに記載の例示的なセパレータプレート構造を有する、図１から３で上述した電気化学システムにおいて、媒体（例えば、水素および酸素）および冷却剤の互いからの優れた分離が可能となる。しかしながら、セパレータプレートの層４ａおよび４ｂの裏側、故に、セパレータプレートの隙間内にある冷却剤チャネルは、場合によっては、望ましくないバイパスを含むという問題がある。なぜなら、特に、上述の構造（７、１６）に起因する追加的な中空空間が形成されるからである。
【００５２】
このことは、図５ａおよび以降の図を使用して、後に説明されるであろう。図５ａ以降で示されているセパレータプレートの形状は、上述の図面の形状と異なることに注意すべきである。厳密な形状は、単に例として理解されるべきである。それらすべてに共通することは、外側上での空気／酸素および水素それぞれの媒体ガイドと、セパレータプレートの隙間内での冷却剤のガイドと、これらの媒体の汎用ガイドを有する基本構造である。
【００５３】
図５ａは、セパレータプレート２の層２ａの内側、故に、エンボス加工ビードおよびチャネル構造を有するエンボス加工金属部品の内側を示す。図５ａで示されている窪みは、冷却剤のガイドに適している。分かりやすいように、１つのエンボス加工金属部品だけが示されている。これは実際には、第１の部品上に配置される更なる金属部品によって補完され、セパレータプレートを形成する。２つのエンボス加工金属部品は、例えば、レーザ溶接によって接続され、それにより、冷却剤のガイドのための内部中空空間が生じる。これは、例えば図３において示されている（当該図の溶接部１７を参照）。
【００５４】
現在に至るまで存在する、セパレータプレートの基本的な問題は、例えば、開口部４を通って供給される冷却剤が、電気化学的活性領域８'の裏側上にあるチャネル構造へガイドされることである。これは一般に、ビードに囲まれている開口部４によって、その側面内のビード３が開口部３０を有し、その結果、図面シートの平面内の冷却剤が、電気化学的活性領域８の裏側上の蛇行構造に向かってガイドされるように達成される。これに関する問題は、冷却剤が、通路３０、および、制限要素１６を介して、電気化学的活性領域の周囲に配置されている、周囲のビード７にも入り込み得て、故に、冷却される領域を超えて流れるということである。 
【００５５】
本発明に係るこの問題を防止するべく、冷却剤のバイパスを回避するように、裏側上または内側上それぞれでのビード７の断面、従って、セパレータプレート２の２つの層２ａ、２ｂの間の隙間の減少および閉鎖のための充填物１１をそれぞれ提供する。ここで、図５ａにおいて、充填物の２つの可能性が大文字ＡおよびＣで示されている。これは一方で、制限要素１６の領域Ａにおけるビード７の部分的充填物１１であり、他方で、開口部４を囲む領域内の２つの領域Ｃにおけるビード７の充填物である。断面の減少または断面の閉鎖のためのそのような要素により、冷却剤が活性領域８'内の冷却剤チャネルを通して、強制的に所望の態様で流されることを達成する。ここで、領域Ａ内の充填物１１は、冷却剤が向かうことが望ましい、冷却剤の全流れ方向に対する領域に位置するので必須であるが、領域Ｃ内の充填物１１は、冷却剤の全流れ方向に対して冷却剤がそこから流れ出る領域に位置するので、任意である。領域Ｃ内の充填物１１は、パイプの出口端の栓と比較できる。領域Ｃ内に充填物１１が無い場合、冷却剤は、流れることなく、領域Ａと、この場合Ｃで指定された領域との間のビードの体積を丁度充填するであろう。対称的に、示されている場合において、影響を受けるビード部分は空であり、その結果、総重量が幾分小さくなる。従って、これは好ましいことである。
【００５６】
代替的に、図５ｂで示されているように、図５ｂ内のフォアベイ１０など、ビードへ通じる構造は、充填物１１によって閉鎖されることも可能である（Ｂで示された領域を参照）。これにより、ビード自体は充填されないので、ビードの弾性が受ける影響が更に小さくなり、有利である。右側領域Ｂの上端と、左側領域Ｂの上端との比較は、充填物が互いに接続され得るか、または、互いと無関係に実現され得ることを示す。前述のように、単に任意で充填される領域Ｃにおいて、セパレータプレート２の両方の金属層２ａ、２ｂのビード７間の隙間を減少および／または閉鎖するためのビード７の充填物１１が提供される。 
【００５７】
本発明の意義において、断面内で部分的または完全に、ビード、または、ビードとの間でガイドする構造のいずれかを充填するべく、様々な可能性がある。その結果、冷却剤が、セパレータプレート２の外側上の電気化学的活性領域８の逆に位置するセパレータプレートの内部空間における領域から、ビード３、７へ、または、ビード３、７を通してガイドされることが、それ以上可能でなくなる。
【００５８】
対応する中空空間または隙間にそれぞれ、充填物１１が提供されるので、これは概して可能である。これは、例えば、流体シーラントまたは固体挿入物として実現され得る。この例は、特に以下の図６ａから図７ｄに関して与えられる。 
【００５９】
故に、これらの実施形態はすべて、電気化学システム１の変形形態であり、各々が少なくとも２つの金属層２ａ、２ｂを有するセパレータプレート２によって互いに隔てられた、複数のセルの層を含む。少なくとも２つの層２ａ、２ｂ内のセパレータプレートは各々、冷却用の開口部４を画定するための、または、セルに対して動作媒体５、６を供給および除去するためのビード３を有し、および／または、少なくとも２つの層２ａ、２ｂ内のセパレータプレートは各々、電気化学的活性領域８を画定するためのビード７を有する。ビード３、７の内部における流れを回避または減少させるべく、これらのビード自体のうち少なくとも１つ、および／または、これらのビード自体のうち少なくとも１つに通じる構造９は、少なくとも部分的に、断面の減少および／または断面の遮断を含む。 
【００６０】
断面の減少および遮断は、好ましくは、セパレータプレート２の層２ａ、２ｂの外側の１つから異なる方を向いている、セパレータプレート２の層２ａ、２ｂの内側上に、好ましくは、セパレータプレート２の層２ａ、２ｂのこれらの内側の両方に、従って、セパレータプレート２の隙間内に配置される。
【００６１】
本発明に係るシステムにおける断面の減少は、隣接する減少していない断面の少なくとも３０％、好ましくは６０％、特に好ましくは９０％に達し得る。以下において、充填物によって、または、挿入要素によって、断面の減少または遮断を達成する発明の例が示されている。しかしながら、代替的に、図８内に示されているように、セパレータプレートの一部の対応する部分的変形によって、ビードの延在方向に沿って延在する断面の減少または遮断を達成することも可能である。
【００６２】
架橋する挿入要素が使用されない場合、以下に示されている充填物は、例えば、単一または複数の栓として実現される。栓を使用した、断面のこれらの減少／遮断の量は主に、流れ抵抗の所望の値に依存することに注意されたい。
【００６３】
例６ｂ〜６ｇで示されている、すべての充填物は、例えば、流体シーラントを充填することによって適用され得る。これに関して、流体をＣＩＰＧ（キュアインプレイスガスケット）として、ならびに／または、印刷により、特にスクリーン印刷、ステンシル印刷、および／もしくは３次元印刷により、適用することが可能である。ここで、流体シーラントは、それ自体が硬化および／または発泡し得る。製造プロセス中の短時間に、例えば２００℃まで加熱するとき、ここで、適用される流体シーラントの硬化または発泡を達成し得る。代替的に、これは、意図的な加湿によって、例えば、加湿された空気を通過させることによって達成され得る。
【００６４】
適した硬化材料および／または発泡材料は、例えば、発泡剤および／またはマイクロスフィア（ポリエチレン、シリコーン、ポリスチレン、フルオロエラストマー、ポリブチレン、ＥＰＤＭ、および／または、ＰＴＦＥ）を使用して発泡できるポリウレタンフォーム、高分子、または、エラストマーである。これらすべての材料は、例えば、車両に必要とされる温度範囲（４０℃〜１２０℃）における温度安定性充填物として適している。安全上の理由、および、長期安定性に関連して、ここで、これらの充填物が分解されることなく、例えば２５０℃の温度に短時間曝され得ることは有利である。更に、これらの材料はまた、脱塩水、グリコール、燃料電池冷却材、および／または、熱伝導性油に対して安定である。
【００６５】
一方において、物質が所望の空間を永久的に充填し、化学的に不活性であり、化学的に安定であることは、有利である。他方、充填物の密度は、非常に高い必要はない。このことは、重量および圧縮可能性／弾性に関して、短所につながり得る。また、ビード７のばねの挙動に悪影響を及ぼし得るであろう。冷却剤の流れ抵抗が増大することだけが重要であり、これは、低密度の物質によって既に達成できる。
【００６６】
特に、最初に流体として適用された充填物により、超音波およびＸ線測定において、残りのセパレータプレートの金属材料から区別できるという点で、有利である。代替的に、この区別にサーモグラフィの方法を使用することも可能である。これにより、充填物の存在および／または正確な位置を確認できる。また、長期安定性の試験が可能になる。
【００６７】
本発明は概して、冷却剤回路がセパレータプレートの内側上で特に効率的にガイドされる必要があるセパレータプレートおよび電気化学システムにそれぞれ適している。本発明は特に、セパレータプレートの少なくとも２つの層２ａ、２ｂの隙間における冷却剤４の供給および除去のための、または、媒体５、６の供給および除去のためのセパレータプレートの開口部にビード３が設けられる、そのような電気化学システムに適している。当該システムは、ほとんどの場合、ビードの側面の領域内に、または、ビードの側面を通る通路として、液体もしくは気体の媒体をセパレータプレート２の中空空間内もしくは電気化学的活性領域８へ通過させる通路３０を有する。これらの通路に関する詳細は、例えば、図４ａ〜図５ｂにおいて、および、ドイツ特許第ＤＥ  １０  ２００７  ０４８  １８４  Ｂ３号および第ＤＥ  １０２  ４８  ５３１  Ｂ３号で見ることができる。
【００６８】
効率を増加させるべく、本発明において、媒体の入口の位置および媒体の出口の位置が、電気化学的活性領域の最も遠い位置に位置するように、電気化学的活性領域を通る媒体のガイドが実現されるように、セパレータプレートが設計されることが可能である。ほとんどの場合、互いから最も遠くに位置する位置は、媒体の水素および空気に起因する。その結果、冷却剤のガイドには、幾分短い距離が選択される必要がある。
【００６９】
図６ａは、重ねて配置されているセパレータプレート２の２つのエンボス加工金属部品２ａ、２ｂにより、従って、互いに向かい合うセパレータプレート２の２つの層２ａ、２ｂの２つの内側によって生じる空洞を示す。これらは、例えば、接続平面１８の領域内で互いに溶接または接着される。その結果、図６ａ内で示されていない開口部を通して充填され得る、流体密封チャンバが生じる。更に、概略的に示されている例示的なビード７、および、ビードに通じる構造９を参照できる。
【００７０】
断面の減少、または、断面の遮断に関する複数の変形例が以下にそれぞれ示されている。
【００７１】
この文脈における図６ｂは、ビード７と、ビード７に通じる構造９との間の接続の閉鎖を示す。この目的を達成するべく、領域内のビード７の断面は、充填物１１によって閉鎖される。すなわち、閉鎖は中央平面（接続平面１８）から実質的に開始して、ビード７の頭部７０へ向かうが、頭部７０には到達していない。これは、特に充填物１１が弾性または変形可能である場合に、接続平面１８に直交する、示されている座標系のＺ方向のビードの弾性が、実質的に影響を受けないという利点を有する。
【００７２】
図６ｃは、下を向いている層２ｂのフルビード７が、実質的に完全に充填されるように、ビード７の充填物１１が実現されている例を示している。充填物材料（例えば、上で列挙された材料を参照）の密度および弾性または柔軟性が、より小さい結果、ビード７の弾性は、小さい影響だけを受ける。 
【００７３】
図６ｄは、完全に充填されたビードの内部チャンバを示す。このチャンバはそれ自体に、特に、圧縮可能性が高い発泡性の充填物および軟質の充填物をそれぞれ与える。 
【００７４】
また、対応する解決策が図６ｅに示されている。この図では、ビードの内部空間は、楕円形の充填物体である充填物で実質的に完全に充填されている（例えば、少なくとも冷却剤の流れの上流方向で閉鎖されるカテーテルまたは管）。
【００７５】
図６ｆは、ビード７に通じる構造９が実質的に完全に充填され、これにより、ビードへの流れを遮断する、更なる例を示している。この場合も、ビード７の弾性は、わずかな影響のみを受ける。
【００７６】
図６ｇは、断面の閉鎖および減少の４つの異なる変形例ｉ〜ｉｖをそれぞれ示している。フォアベイ１０（図５ａおよび５ｂも参照）および／またはビードに直接通じる構造９は、上の仕様に従って、充填物１１で少なくとも部分的に充填される。このフォアベイは、接続部９と同一の態様で、電気化学的活性領域８とビード７との間の領域内に配置され、これにより、領域８'からビード７の中空空間への流れをそれぞれ阻害または減少させる。変形例ｉ〜ｉｖは、可能な充填のパターンを上面図で示している。図６ｇの変形例ｉｖおよびｖで示されているように、ここでは、フォアコート１０または接続部９のすべてを充填する必要は必ずしも無い。なぜなら、フォアコート１０または接続９の一部の充填によっても、流れ抵抗は、冷却剤が好ましい経路で活性領域８を通ってガイドされるような程度で増大されるからである。
【００７７】
図７ａ〜７ｄは、挿入要素の例を示す。これらは、ビード、またはビードに通じる構造の断面の減少または閉鎖に使用され得る。これらの挿入要素は、好ましくは、金属および／またはプラスチックからできている。製造中、容易かつ正確な方式で位置決めできるようにするべく、挿入要素１２４を設けることが可能である。図７ａは、この例を示している。ここでは、ビード７と領域８'との間の接続部は、そのようなアンダーカット部分１２４を有する挿入要素１２によって画定される。ここで、一方では挿入要素１２の直線部分が、ビードにガイドする構造９を画定し、他方ではアンダーカット部分１２４がビード７を通る流れを画定する。
【００７８】
図７ｂは、挿入要素１２の３つの変形例ｉ〜ｉｉｉを示している。変形例ｉおよびｉｉｉの場合、これらは金属シートから製造され、変形例ｉｉの場合、これらは熱可塑性材料から製造される。変形例ｉは、アンダーカット部分１２４を有するが、ビードに通じる構造９を１つだけ画定する。また、変形例ｉｉおよびｉｉｉは、アンダーカット部分１２４を有し、これは変形例ｉと対照的に、ビードにガイドする複数（すなわち、各場合において２つ）の構造を画定する。この目的を達成するべく、変形例ｉｉのアンダーカット部分１２４は、接続領域として設計されている。変形例ｉｉｉは、電気化学的活性領域８、または、その裏側８'の方を向く端部１２４、１２５を接続領域として使用する。 
【００７９】
代替的な挿入要素１２'および１２"はそれぞれ、図７ｃおよび７ｄに示されている。図７ｃは、金属からできている挿入要素を示す。これは、挿入要素１２'の輪郭の更なる増加を引き起こすエンボスまたは窪み１２１、１２２を含み、これにより、中空空間の充填が改善し、従って、冷却剤の流れ方向におけるビードの内部空間の断面が、より顕著に減少する。ここで、窪み１２１、１２２は交互に上（故に観察者の方）および下（故に図面の平面内）を向く。
【００８０】
代替的に、図７ｄは、ビード内部空間の断面の減少を増大させるべく、プラスチックからできた窪み１２３が挿入要素１２に設けられた例を示している。これらの窪みは、挿入要素１２"の上側および下側に設けられ得る。この挿入要素１２"は、アンダーカット部分１２４も有する。
【００８１】
図８は、ビード７の断面の減少が、ビードのランディング（ｌａｎｄｉｎｇ）７０の変形部分１３によっても達成され得ることを示している。これに関して、変形部分１３の程度はまた、描写されているものより、遥かに顕著であり得る。他方で、変形部分１３を設計するとき、ビード７の弾性は、変形部分が無い他の領域と比較して、わずかに変化するのみでなければならないことを考慮する必要がある。ビードのランディングの変形部分１３は、ビード７の断面の減少を提供し、これは特に実現が容易である。また、ビード７に通じる構造９に関しても、非対称となるように設計され得る。
【００８２】
最後に、図９で示されている表において、一方は従来技術に係る設計であり、他方は本発明に係る設計である、２つの異なる種類のプレートが、電気化学システム１を通ってガイドされる冷却剤の圧力損失に関して、および、電気化学的活性領域において発生する最高温度に関して、互いに比較されている。
【００８３】
この表から分かるように、従来技術の電気化学システム以外の、本発明に係る電気化学システムにおいて、外部温度が２０℃、外気の圧力が１０１３．２５ｍｂａｒ（１０１３．２５ｈＰａ）であり、ビードの断面の減少および／または閉鎖を除いて同一であるシステムと比較して、電気化学的活性領域８の領域におけるシステム１の最高温度が少なくとも３％、好ましくは５％、特に好ましくは８％低く、および／または、システム１を通る冷却剤のガイドの圧力損失が、２０％、好ましくは４０％、特に６０％高くなるように、断面の減少および／または閉鎖が設計されている。後者は特に、複数のプレートを有する電気化学システムにおいて有利である。ここで、冷却剤は、積層体全体のプレート上に特によく分布する。
【００８４】
［参照番号一覧］
１．電気化学システム
２．セパレータプレート
３．開口部を画定するためのビード
４．冷却のための開口部
５．水素の供給および除去のための開口部
６．空気または酸素の供給および除去のための開口部
７．電気化学的活性領域の画定のためのビード
８．電気化学的活性領域
８'．電気化学的活性領域の裏側
９．ビードへガイドする構造
１０．フォアベイ／フォアコート
１１．充填物
１２．挿入要素
１３．ビード頂部の変形部分
１４．燃料電池
１５．ガス拡散層
１６．制限要素
１７．溶接部
１８．接続平面
３０．ビード内の通路
７０．ビードの頂部
１２１、１２２．挿入要素のエンボス
１２３．挿入要素上の窪み
１２４．アンダーカット部分
１２５．接続部分
１４０．高分子膜
１４１、１４２．触媒層
Ｋ．冷却剤
Ｍ１〜Ｍ４．媒体
【図１】
0006624693.tif 000002
【図２】
0006624693.tif 000003
【図３】
0006624693.tif 000004
【図４ａ】
0006624693.tif 000005
【図４ｂ】
0006624693.tif 000006
【図５ａ】
0006624693.tif 000007
【図５ｂ】
0006624693.tif 000008
【図６ａ】
0006624693.tif 000009
【図６ｂ】
0006624693.tif 000010
【図６ｃ】
0006624693.tif 000011
【図６ｄ】
0006624693.tif 000012
【図６ｅ】
0006624693.tif 000013
【図６ｆ】
0006624693.tif 000014
【図６ｇ】
0006624693.tif 000015
【図７ａ】
0006624693.tif 000016
【図７ｂ】
0006624693.tif 000017
【図７ｃ】
0006624693.tif 000018
【図７ｄ】
0006624693.tif 000019
【図８】
0006624693.tif 000020
【図９】
0006624693.tif 000021