(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体を供給または排出するための媒体チャネルを形成するための少なくとも１つの通過口と、
前記通過口の封止を目的として前記少なくとも１つの通過口の周りに配置される少なくとも１つのビード構成であって、前記ビード構成の側面のうち少なくとも一方は、媒体を導くための、ビード側面を貫く少なくとも１つの開口部を含む、ビード構成と、
前記ビード構成の外部で前記ビード側面の前記開口部に接続され、前記ビード側面の前記開口部を介して前記ビード構成のビード内部へ流体的に接続された少なくとも１つのガイドチャネルとを備え、
前記ガイドチャネルは、セパレータプレートの平坦表面に対して平行な、前記ガイドチャネルの幅が前記ビード構成の方向に向かって少なくとも部分的に広くなるように設計される、電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項２】
前記ガイドチャネルは、前記セパレータプレートの前記平坦表面に対して垂直に決定される前記ガイドチャネルの高さが前記ビード構成の前記方向に向かって少なくとも部分的に低くなるように設計される、請求項１に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項３】
前記ガイドチャネルは、前記ガイドチャネルの横断面領域が前記ガイドチャネルの広がりの少なくとも真ん中２５％に沿って、最大２５％だけ変化するように設計され、前記ガイドチャネルは、前記ガイドチャネルの、前記ビード構成とは反対方向を向いた端部から前記ビード側面の前記開口部まで延在する、請求項１または２に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項４】
前記ガイドチャネルは、前記ガイドチャネルの前記幅が、前記ビード側面に隣接する前記ガイドチャネルの長さの少なくとも６０％にわたり、前記ガイドチャネルに沿って単調に広くなるように設計され、前記ガイドチャネルは、前記ガイドチャネルの、前記ビード構成とは反対方向を向いた端部から前記ビード側面の前記開口部まで延在する、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項５】
前記ガイドチャネルは、前記ガイドチャネルの前記幅が直線的に広くなるように設計される、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項６】
前記ガイドチャネルは、前記ガイドチャネルの高さが前記ガイドチャネルに沿って単調に低くなるように設計され、前記ガイドチャネルは、前記ガイドチャネルの、前記ビード構成とは反対方向を向いた端部から前記ビード側面の前記開口部まで延在する、請求項２から５のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項７】
前記ガイドチャネルは、前記ガイドチャネルの前記幅が、前記ビード側面に隣接する前記ガイドチャネルの長さの少なくとも６０％に沿って、少なくとも１０％だけ広くなるように設計され、前記ガイドチャネルは、前記ガイドチャネルの、前記ビード構成とは反対方向を向いた端部から前記ビード側面の前記開口部まで延在する、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項８】
前記ビード構成の未圧縮状態において、前記ビード側面の前記開口部は、前記セパレータプレートの前記平坦表面に対して垂直に、前記ビード構成の高さの最大８０％の高さにまで達する、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項９】
前記ビード構成の未圧縮状態において、前記ガイドチャネルは、前記ガイドチャネルの、前記ビード構成とは反対方向を向いた端部を形成する、前記ガイドチャネルの入口または出口が前記セパレータプレートの前記平坦表面に対して垂直に、前記ビード構成の高さの最大９０％の高さにまで達するように設計される、請求項１から８のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項１０】
前記ガイドチャネルは、少なくとも幾つかの区間において、長方形の横断面、台形の横断面、または少なくとも部分的に丸みのある横断面を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項１１】
前記ガイドチャネルは、少なくとも幾つかの区間において、前記ガイドチャネルの頂部が前記ビード構成の前記方向に向かって凸状に湾曲するよう設計される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項１２】
前記開口部は、前記ビード構成の波状に延在する部分の変曲点の領域において、前記ビード構成の前記外部において前記ガイドチャネルで接続された前記ビード側面に配置される、請求項１１に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項１３】
前記セパレータプレートは、互いに接続された２つの個別プレートを有する双極プレートとして形成され、前記ビード構成および前記ガイドチャネルは、前記個別プレートのうち少なくとも一方に形成される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項１４】
前記ビード構成と、前記ガイドチャネルと、前記ビード構成および前記ガイドチャネルが形成される前記個別プレートとは一体成形され、前記ビード構成および前記ガイドチャネルは、前記個別プレートへ一体的に形成される、請求項１３に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項１５】
前記ビード構成の前記側面のうち少なくとも一方は複数の開口部を有しており、前記複数の開口部はそれぞれ、前記ビード構成の前記外部において別個のガイドチャネルで接続され、前記別個のガイドチャネルは、少なくとも幾つかの区間において前記ビード構成の前記方向に広がり、前記個別プレート間の一体的に接合された接続部が、少なくとも互いに直接隣接して配置された前記ガイドチャネルのうち幾つかの間に形成される、請求項１３または１４に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項１６】
一体的に接合された前記接続部は、半田付けされた接続部、接着接合された接続部、または溶接された接続部である、請求項１５に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項１７】
前記個別プレートは、金属で形成され、前記個別プレートの前記平坦表面に対して垂直に画定される、前記個別プレートの厚みはいずれの場合も、５０μｍから１５０μｍの間である、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項１８】
前記個別プレートは、冷却媒体が通過するための空洞を内包する、請求項１３から１７のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項１９】
冷却媒体が通過するための前記空洞は、前記ビード内部と流体的に連通している、請求項１８に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項２０】
前記個別プレートのうち少なくとも一方は、他方の個別プレートとは反対方向を向いたその表面に、反応媒体を誘導するための構造体を有し、反応媒体を誘導するための前記構造体は、前記個別プレートの開口部の形態をなす、前記ガイドチャネルの少なくとも１つの入口または出口を介して、前記ビード内部と流体的に連通している、請求項１３から１９のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項２１】
前記開口部および前記ガイドチャネルは、前記ビード構成の、前記セパレータプレートの前記通過口とは反対方向を向いた側面と、前記ビード構成の、前記セパレータプレートの前記通過口の前記方向を向いた側面とのうち少なくとも一方に配置される、請求項１から２０のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項２２】
前記ビード構成は、少なくとも幾つかの区間において、前記ビード側面がそれぞれ、前記セパレータプレートの前記平坦表面に対して垂直に配向される垂直方向と７０度未満の角度をなすように形成され、その結果、ビード頂部が凸状に湾曲しているという点で、前記ビード頂部は、前記ビード側面よりも低い剛性を有する、請求項１から２１のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項２３】
未圧縮状態の前記ビード構成の高さが８００μｍ未満である、請求項１から２２のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレート。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか一項に記載の電気化学システム用セパレータプレートを複数備える電気化学システムであって、前記セパレータプレートの前記通過口は、媒体を供給または排出するための少なくとも１つの媒体チャネルを形成する、電気化学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学システム用セパレータプレートに関する。例えば、電気化学システムは、燃料電池システム、電気化学コンプレッサ、燃料電池システム用加湿装置または電気分解装置であってよい。
【背景技術】
【０００２】
既知の電気化学システムは通常、複数のセパレータプレートを含んでおり、これらのセパレータプレートは、隣り合う２つのセパレータプレートごとに電気化学電池または加湿型電池を内包するように積み重ねて配置される。セパレータプレートは通常、それぞれが２つの個別プレートを含んでおり、これらの個別プレートは、電気化学電池または除湿型電池とは反対方向を向いたその裏面に沿って互いに接続される。例えば、セパレータプレートは、個別の電気化学電池（例えば、燃料電池）の電極を電気的に接触させるため、および／または隣り合う電池を電気的に接続（電池を直列接続）するために使用され得る。セパレータプレートは、セパレータプレート間の電池で生成された熱を放散させるためにも使用され得る。この種の廃熱は、例えば、燃料電池における電気エネルギーまたは化学エネルギーの変換時に生成され得る。燃料電池の場合は、双極プレートがセパレータプレートとして使用されることが多い。
【０００３】
セパレータプレートまたはセパレータプレートの個別プレートは通常、それぞれが少なくとも１つの通過口を有する。積層されたセパレータプレートの通過口は、電気化学システムのセパレータプレート積層体において互いに位置合わせされるか、または少なくとも部分的に重なり合っており、その結果、媒体を供給または排出するための媒体チャネルを形成する。セパレータプレートの通過口、または通過口により形成された媒体チャネルを封止するために、既知のセパレータプレートは、セパレータプレートの通過口それぞれの周りに１つずつ配置されたビード構成も有する。
【０００４】
セパレータプレートの個別プレートは、セパレータプレートの活性領域に１つまたは複数の媒体を供給するためのチャネル構造体、および／または、媒体を離れた所に搬送するためのチャネル構造体を更に有し得る。活性領域は例えば、電気化学電池または加湿型電池を内包してもよいし、当該電池の境界を画定してもよい。例えば、媒体は燃料（例えば、水素またはメタノール）、反応ガス（例えば、空気または酸素）で構成されてもよいし、被供給媒体の形態をなす冷却媒体として存在してもよいし、被排出媒体として反応生成物および被加熱冷却媒体で構成されてもよい。燃料電池の場合は通常、反応媒体、すなわち燃料および反応ガスが、互いに反対方向を向いた個別プレートの表面にわたって誘導される一方で、冷却媒体が個別プレートの間を誘導される。
【０００５】
セパレータプレートの通過口の周りに配置されるビード構成の側面は、１つまたは複数の開口部を有してよい。これらの開口部は、セパレータプレートの通過口とセパレータプレートの活性領域との間、またはセパレータプレートの通過口とセパレータプレートの個別プレート間に形成される空洞との間の流体接続を生成するのに使用される。空洞は例えば、セパレータプレートの個別プレート間で冷却媒体を誘導するのに使用される。
【０００６】
明細書ＤＥ１０２４８５３１Ａ１からは、セパレータプレート、または個別プレートのうち少なくとも一方が１つまたは複数のガイドチャネルを更に有してよく、このガイドチャネルがビード構成の外部でビード側面の開口部に接続され、ビード側面の開口部を介してビード内部と流体的に接続されることが分かっている。より一層具体的に言うと、媒体はこの種のガイドチャネルを用いてビード構成を通過してよい。このように、電気化学システムの効率は高められ得る。
【０００７】
しかし、ビード側面に開口部があると、ビード構成の機械的安定性および弾性が必然的に低下する。この低下は、ビード構成が低い位置に配置されるほど著しくなる。しかしそれと同時に、ビード構成の高さを実現し得る範囲で最も低くすると、セパレータプレート積層体のサイズを最小限に抑えるため、およびセパレータプレート積層体の高さを上げずにより多くの電池を収容するために有利である。
【発明の概要】
【０００８】
従って、実現し得る最良の機械的安定性およびコンパクト性を有し、かつ、システムの、実現し得る最も効率的な媒体供給を保証する電気化学システム用セパレータプレートを作成するのが本発明の目的である。
【０００９】
この目的は、請求項１に記載の電気化学システム用セパレータプレートにより達成される。従属請求項では、特定の実施形態について説明する。
【００１０】
このように、電気化学システム用セパレータプレートを提案する。提案するセパレータプレートは、媒体を供給または排出するための媒体チャネルを形成するための少なくとも１つの通過口と、当該通過口の封止を目的として少なくとも１つの通過口の周りに配置される少なくとも１つのビード構成であって、このビード構成の側面のうち少なくとも一方は、媒体を導くための、ビード側面を貫く少なくとも１つの開口部を含む、ビード構成と、ビード構成の外部でビード側面の開口部に接続され、ビード側面の開口部を介してビード内部へ流体的に接続される少なくとも１つのガイドチャネルとを少なくとも備える。例えば、セパレータプレートは１つの開口部につきガイドチャネルを１つだけ有してよく、ガイドチャネルはこの開口部に接続される。
【００１１】
ここで、ガイドチャネルは、セパレータプレートの平坦表面に対して平行に画定される、ガイドチャネルの幅が少なくとも部分的に、好ましくはガイドチャネルの広がりの真ん中２５％において、特に真ん中３分の１においてビード構成の方向に向かって広くなるように設計される。
【００１２】
ここで、ガイドチャネルの幅はいずれの場合も、ガイドチャネルの高さの半分の所で決定されるのが好ましく、このガイドチャネルの高さは、セパレータプレートの平坦表面からガイドチャネルの頂部までの距離で示される。また、ガイドチャネルの幅はいずれの場合も、ガイドチャネルの長手方向に対して垂直に、または媒体がガイドチャネルを流れる方向に対して垂直に配向される、ガイドチャネルの横断面領域に沿って決定されるのが好ましい。ガイドチャネルは、ガイドチャネルがビード側面へ移行する部分においてガイドチャネルの横断面領域がビード側面の開口面と同一であるように、およびそれと一致するように、ビード側面の開口部に接続されるのが好ましい。このように、ガイドチャネルを形成するチャネル壁は、一般的にはビード側面の開口部の縁部で直接、ビード側面に移行する。
【００１３】
ガイドチャネルの幅は、ビード構成の方向に向かって少なくとも部分的に広くなる。そのため、ビード構成の外部においてガイドチャネルで接続される、ビード側面の開口部は、より広く形成されてよいと同時に、ガイドチャネルと同じ 程度にまでより低い所へ形成されてよい。幅および高さが一定である既知のガイドチャネルと比べて、このビード構成の安定性および弾性は、ガイドチャネルの横断面に悪影響を及ぼすことなく向上し得る。このように、媒体は依然としてビード側面を効率的に通過する。
【００１４】
このように、ガイドチャネルは、セパレータプレートの平坦表面に対して垂直に決定される、ガイドチャネルの高さがビード構成の方向に向かって少なくとも部分的に低くなるように設計され得る。特に、ガイドチャネルは、ガイドチャネルの広がりの少なくとも真ん中２５％に沿って、好ましくは少なくとも真ん中３分の１に沿って、ガイドチャネルの横断面領域が最大２５％、好ましくは最大２０％、特に最大１５％だけ変化するように設計され得る。
【００１５】
ガイドチャネルは通常、ビード構成とは反対方向を向いており、かつ、ガイドチャネルの入口および出口により形成される、ガイドチャネルの端部からビード側面の開口部にまで延在する。ここで例えば、ガイドチャネルの入口または出口は、セパレータプレートの開口部により、または、例えば通過口の、内縁部に形成され得る。例えば、ガイドチャネルの、ビード構成とは反対方向を向いた端部は、ガイドチャネルの入口または出口で示されてよく、この入口または出口は、セパレータプレートの前述した通過口の境界を画定する、またはそれを取り囲む、セパレータプレートの内縁部に配置される。ガイドチャネルの入口または出口が開口部として形成されない、または内縁部に形成されない場合は、それが他の構造体への移行部により形成されてもよい。ガイドチャネルのこれらの端部は、大きな半径を有するのが好ましく、隣接する構造体への移行部に使用される。従って、本発明に関連する高さおよび幅を考慮するにあたっては、ガイドチャネルの広がりの真ん中半分、好ましくは真ん中３分の１または真ん中２５％のみが考慮されるのが好ましい。
【００１６】
ガイドチャネルは、ガイドチャネルの幅がガイドチャネルの広がりに沿って単調に、好ましくは極めて単調に広くなるように設計され得る。これは、ビード側面に直接隣接するガイドチャネルの長さの特に６０％に対して当てはまる。ガイドチャネルの幅は、ガイドチャネルの広がりに沿って、特に直線的に増加してよい。例えば、ガイドチャネルは、ガイドチャネルの幅がガイドチャネルの広がりに沿って、ビード構成の方向に向かって少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％だけ広くなるように形成され得る。これは、ビード側面に直接隣接するガイドチャネルの長さの特に６０％に対しても当てはまる。
【００１７】
或いはまたは更に、ガイドチャネルの高さは、ガイドチャネルの広がりに沿って単調に、特に極めて単調に低くなってよい。これは、ガイドチャネルの長さの真ん中３分の１に対して特に当てはまる。ガイドチャネルの高さは、ガイドチャネルの広がりに沿って、特に直線的に低くなってよい。例えば、ガイドチャネルは、ガイドチャネルの高さがガイドチャネルの広がりに沿って、ビードの方向に向かって少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％だけ低くなるように設計され得る。
【００１８】
ビード側面の開口領域におけるビード構成の機械的安定性を十分に確保し、その弾性の変化を最小限に抑えるために、開口部はセパレータプレートの平坦表面に対して垂直に、ビード構成の高さの最大８０％、好ましくは最大わずか７０％の高さにまで達してよい。ここでの高さはいずれの場合も、未圧縮状態のビード構成に関するものであることが好ましく、いずれの場合も個別プレートの平坦表面からの距離で示される。
【００１９】
ガイドチャネルの、ビード構成とは反対方向を向いた端部における、ガイドチャネルの入口または出口は、個別プレートの平坦表面に対して垂直に、ビード構成の高さの最大９０％、好ましくは最大８５％、好ましくは最大７５％の高さにまで達してよい。ここでの高さ仕様はやはり、未圧縮状態のビード構成に基づいたものであることが好ましく、いずれの場合も個別プレートの平坦表面からの距離で示される。しかし、ガイドチャネルの、ビード構成とは反対方向を向いた端部における、ガイドチャネルの高さは通常、ビード構成の開口部の高さよりも常に高いことが好ましい。
【００２０】
ガイドチャネルは、長方形の横断面、台形の横断面、または少なくとも部分的に丸みのある横断面を、少なくとも部分的に、例えば少なくともガイドチャネルの広がりの真ん中３分の１に沿って有してよい。
【００２１】
ビード構成の機械的安定性および弾性を高めるために、ビード構成は、少なくとも部分的に、特に肉眼的に見て直線状に延在する領域において、プレートの平坦表面と平行して波状に延びるよう設計され得る。これにより、ビード全体の方向によって既に湾曲している領域に相当するこれらの領域、例えばコーナー領域の、安定性および弾性が得られる。その結果、この波状の広がりによって、波長が示され得る。ビード構成の波状に延在する部分が少なくとも２つの波長にわたって延在するのが好ましい。
【００２２】
ビード構成の両側面で（特に弾性および安定性についても）同等の条件が整うのは、波状に延在するビード構成の変曲点と直接隣接する領域のみである。従って、ビード側面の外部においてガイドチャネルで接続されるビード側面の開口部は、ビード構成の波状に延在する部分の変曲点の領域、例えば特にビード構成の波状に延在する部分であって、ビード構成が肉眼では直線状に延在する部分に、配置または形成されるのが有利である。これに反して、ガイドチャネルの最大長が多くの設計可能性を伴って実現する場合、または、ガイドチャネルの最小長が低い圧力損失で実現する場合は、このように、ビード構成の波状に延在する部分の（ガイドチャネルから見て）最小または最大となる所、すなわち、例えばビード構成の波状に延在する部分のたわみ振幅が最大となる所に、ビード側面の開口部が配置または形成されるのが好ましい。
【００２３】
セパレータプレートは、互いに接続された２つの個別プレートを有する双極プレートとして形成されてよく、ビード構成およびガイドチャネルは、これらの個別プレートのうち少なくとも一方に形成される。セパレータプレートおよび／または個別プレートは、金属、好ましくはステンレス鋼で形成され得る。伝導性を高めるため、および腐食の危険性を減らすために、 個別プレートは少なくとも部分的にコーティングされ得る。セパレータプレートまたは個別プレートの平坦表面に対して垂直に画定される、個別プレートの厚みは、いずれの場合も５０μｍから１５０μｍの間、好ましくは７０μｍから１１０μｍの間であってよい。ビード構成と、ガイドチャネルと、個別プレートとは一体成形されてよく、ビード構成およびガイドチャネルは個別プレートに形成される。例えば、ビード構成およびガイドチャネルは、個別プレートに一体的に形成、特に型打ちされ得る。
【００２４】
ビード構成の側面のうち少なくとも一方は、複数の開口部を有してよく、これらの開口部はそれぞれ、ビード構成の外部において前述のタイプのガイドチャネルで接続され、このガイドチャネルは、ビード構成の方向に少なくとも部分的に広がる。セパレータプレートの、直接隣り合うガイドチャネル間の領域において、個別プレート間、直接隣り合うガイドチャネル間、または、少なくとも互いに直接隣接して配置されるガイドチャネルのうち幾つかの間に、一体的に接合された接続部が形成され得る。一体的に接合された接続部は、半田付けされた接続部、接着接合された接続部、または溶接された、特にレーザ溶接で生成された接続部であってよい。接続部は、連続したラインもしくは個別の短いラインにわたって、または特定の箇所に設けられ得る。これらの接続部が一体的に接合されると、積層体のセパレータプレートがビード構成に沿ってセパレータプレートの平坦表面に対して垂直に圧縮されたときに、ビード構成の個別プレートが、セパレータプレートの、ビード構成に隣接する領域において、セパレータプレートまたは個別プレートの平坦表面に対して垂直に広がって離間するのを防止することができる。
【００２５】
セパレータプレートの、相互接続された個別プレートは、冷却媒体が通過できるように個別プレート間に配置された空洞を内包するよう形成および配置され得る。この空洞は、ビード内部へ流体的に接続され得る。
【００２６】
個別プレートのうち少なくとも一方は、同じセパレータプレートの他方の個別プレートとは反対方向を向いたその表面に、反応媒体を導くための構造体を有してよい。例えば、構造体は複数のチャネルを含んでよく、この複数のチャネルは個別プレートに型打ちされる。セパレータプレートの活性領域におけるチャネル構造体は、流れ場とも称される。個別プレートは、セパレータプレートの流れ場と通過口との間に更なるチャネル構造体を有してよく、この更なるチャネル構造体は、分配領域と称される。反応媒体を導くためのこの構造体は通常、ビード構成の、セパレータプレートの通過口とは反対方向を向いた側に配置される。構造体は、個別プレートの少なくとも１つの開口部を介して、例えば前述のタイプの開口部に接続されたビード側面およびガイドチャネルの開口部を介して、ビード内部へ流体的に接続され得る。このように、反応媒体は、ガイドチャネルの出口から、またはガイドチャネルの入口へと、具体的にはセパレータプレートの外面にある上述の開口部から、または当該開口部へと、上述の構造体内を誘導される一方で、個別プレート間のガイドチャネル内、すなわちセパレータプレートの内部を誘導される。
【００２７】
ビード構成の開口部と、開口部に接続された上記タイプのガイドチャネルとは、ビード構成の、セパレータプレートの通過口とは反対方向を向いた側面、および／またはビード構成の、セパレータプレートの通過口の方を向いた側面に配置され得る。
【００２８】
ビード構成は少なくとも部分的に、ビード側面がそれぞれ、セパレータプレートの平坦表面に対して垂直に配向される垂直方向と、７０度未満、好ましくは６０度未満、特に好ましくは５０度未満の角度をなすように形成され得る。ビード頂部は更に、凸状に湾曲していてよい。ビード構成の本実施形態では、ビード側面が高い剛性を有する一方で、ビード頂部は、特にビード構成が圧縮されたときに、変形可能で復元力がある。
【００２９】
未圧縮状態のビード構成の高さは、８００μｍ未満、６００μｍ未満、５００μｍ未満、４５０μｍ未満または４００μｍ未満であってよい。既に述べたように、ビード構成の高さは、セパレータプレートまたは関連する個別プレートの平坦表面からビード頂部までの距離で示される。
【００３０】
本明細書で提案するタイプの複数のセパレータプレートを含む電気化学システムを更に提案する。電気化学システムは例えば、燃料電池システム、電気化学コンプレッサ、燃料電池システム用加湿装置または電気分解装置であってよい。電気化学システムのセパレータプレートは一般的に積み重ねて配置され、セパレータプレートの通過口が積層体へ媒体を供給するように、または積層体から媒体を排出するように設計される少なくとも１つの媒体チャネルを形成するよう設計される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明の例示的な実施形態を図面に示し、以下の明細書で更に詳しく説明する。コーナー部は部分的に半径のない状態で示されることもあるが、実際には常に小さい半径を少なくとも有する。本発明に係るセパレータプレートの幾つかの例を以下に挙げる。ここでは、本発明に係るセパレータプレートの種々の有利な機能について、互いに連動させながら述べる。しかし、本発明は、これら個別のオプション機能の共用のみならず、個別使用、または他の例の他のオプション機能との併用によっても展開することができる。以下では、同様または類似の参照符号が、同様または類似の要素に対して使用されるため、当該要素の説明は繰り返さないこともある。図面は以下の通りである。
【００３２】
【図１】積層された複数のセパレータプレートを有する、斜め方向から見た燃料電池システムを示す。
【００３３】
【図２】図１の積層体の、直接隣り合う２つのセパレータプレートと、その間に配置される膜電極ユニットとの斜視図を示す。
【００３４】
【図３】セパレータプレートの更なる例示的な実施形態を平面視で示す。
【００３５】
【図４ａ】従来技術に従ってビード構成に接続されたガイドチャネルを有するセパレータプレートのビード構成を貫くフィードスルー（ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈ）の斜視図を示す。
【００３６】
【図４ｂ】図４ａのビードフィードスルーの断面図を示す。
【００３７】
【図４ｃ】従来技術に係るガイドチャネルを有する更なるビードフィードスルーの断面図を示す。
【００３８】
【図５】本発明に係るガイドチャネルを有するビードフィードスルーの実施形態を平面視で示す。
【００３９】
【図６ａ】本発明に係るガイドチャネルを有するビードフィードスルーの更なる実施形態を平面視で示す。
【図６ｂ】本発明に係るガイドチャネルを有するビードフィードスルーの更なる実施形態を平面視で示す。
【図７】本発明に係るガイドチャネルを有するビードフィードスルーの更なる実施形態を平面視で示す。
【００４０】
【図８ａ】本発明に係るガイドチャネルの断面図を示す。
【図８ｂ】本発明に係るガイドチャネルの断面図を示す。
【図８ｃ】本発明に係るガイドチャネルの断面図を示す。
【図８ｄ】本発明に係るガイドチャネルの断面図を示す。
【図８ｅ】本発明に係るガイドチャネルの断面図を示す。
【図８ｆ】本発明に係るガイドチャネルの断面図を示す。
【００４１】
【図９ａ】本発明に係るガイドチャネルの断面図を示す。断面図は同じガイドチャネルの２つの異なる箇所におけるものである。
【図９ｂ】本発明に係るガイドチャネルの断面図を示す。断面図は同じガイドチャネルの２つの異なる箇所におけるものである。
【図９ｃ】本発明に係るガイドチャネルの断面図を示す。断面図は同じガイドチャネルの２つの異なる箇所におけるものである。
【図９ｄ】本発明に係るガイドチャネルの断面図を示す。断面図は同じガイドチャネルの２つの異なる箇所におけるものである。
【図９ｅ】本発明に係るガイドチャネルの断面図を示す。断面図は同じガイドチャネルの２つの異なる箇所におけるものである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１は、同一設計のセパレータプレートの積層体２を含む、本発明に係る電気化学システム１を示す。これらのセパレータプレートは、ｚ方向７に沿って積層され、２つの端部プレート３と４との間に挟まれている。ここで、セパレータプレートは双極プレートとして形成され、それぞれが、互いに接続された２つの個別プレートを含む。本例におけるシステム１は、燃料電池積層体である。このように、積層体２の２つの隣り合う双極プレートはそれぞれ、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するように設計された電気化学電池をそれらの間に内包する。代替的な実施形態において、システム１は電気分解装置、電気化学コンプレッサまたは燃料電池システム用加湿装置としても形成され得る。セパレータプレートは同様に、これらの電気化学システムに使用される。これらのセパレータプレートの構造体は、セパレータプレートを、またはそれを通じて誘導される媒体が異なっても、ここで更に詳しく説明する双極プレートの構造体に対応する。
【００４３】
ｚ軸７は、ｘ軸８およびｙ軸９と共に右手デカルト座標系に延びる。端部プレート４は複数のポート５を有しており、これらのポートを用いて、媒体はシステム１に供給されてもよいし、システム１から排出されてもよい。システム１に供給されてもよいし、システム１から排出されてもよいこれらの媒体には、例えば、水素分子もしくはメタノールなどの燃料、空気もしくは酸素などの反応ガス、蒸気もしくは低酸素空気などの反応生成物、または水および／もしくはグリコールなどの冷却媒体が含まれ得る。
【００４４】
図２は、図１の積層体２の、直接隣り合う２つのセパレータプレート１０、１１を示す。これより以下、繰り返し出て来る機能は、いずれの場合も同じ参照符号で表す。セパレータプレート１０、１１は同一に形成される。従って、以下ではセパレータ１０についてのみ詳細に説明する。このように、セパレータ１０は、積層体２のセパレータプレートの代表的なものである。
【００４５】
セパレータプレート１０の平坦表面は、ｘ−ｙ面に沿って配向される。ここで、セパレータプレート１０は、結合された２つの金属個別プレート１０'、１０''で形成される（図４ａ、図４ｂおよび図４ｃも参照）。しかし、図２で視認できるのは、セパレータプレート１０の、見る人の方を向いた第１個別プレート１０'のみである。セパレータプレート１０の個別プレート１０'、１０''は、ステンレス鋼板から製造される。それぞれの厚みは例えば８０μｍであり、個別プレートの平坦表面に対して垂直に画定される。個別プレート１０'、１０''は、セパレータプレート１０を形成するために、向かい合うその裏面に沿って、互いに溶接、特に互いに部分的に溶接、半田付けまたは接着接合され得る。例えば、個別プレート１０'、１０''は、レーザ溶接で生成された接続部により接続され得る。
【００４６】
セパレータプレート１０と１１との間には、膜電極ユニット（膜電極接合体、ＭＥＡ）１２が配置される。ＭＥＡ１２は、高分子電解質膜（ＰＥＭ）と１つまたは複数のガス拡散層（ＧＤＬ）とを含んでよい。ＧＤＬは通常、セパレータプレート１０、１１の方に向けて配向され、例えばカーボンマットとして形成される。セパレータプレート１０、１１の向かい合う面は、圧縮状態で電気化学電池１３を内包する。燃料電池システム用加湿装置の場合は、実質的には気体不透過性ながらも透水性の膜で電池１３が形成される。電池１３は、支持媒体と、少なくとも１つの拡散媒体、好ましくは両面が繊維またはカーボンマットで形成された拡散媒体とにより支持され得る。
【００４７】
セパレータプレート１０は、複数の通過口１０ａ〜１０ｈを有する。ＭＥＡ１２は、対応する通過口を有しており、これらの通過口は、セパレータプレート１０の通過口１０ａ〜１０ｈと、積層体２の残りのセパレータプレートの、対応する通過口とに位置合わせされる。その結果、ひとたび積層体２が圧縮されると、通過口は媒体チャネルを形成し、これらの媒体チャネルはそれぞれ、図１のポート５のうちそれぞれ１つと流体的に接続される。これらの媒体チャネルは、電気化学システム１に媒体を供給するため、および電気化学システム１から媒体を排出するために使用される。
【００４８】
通過口１０ａ〜１０ｈを密閉するため、または通過口１０ａ〜１０ｈにより形成された媒体チャネルを密閉するために、セパレータプレート１０にビード構成が形成され、これらのビード構成は、通過口１０ａ〜１０ｈの周りに配置される。このように、セパレータプレート１０の、セパレータプレート１１とは反対方向を向いた第１個別プレート１０'は、通過口１０ａ〜１０ｈの周りにビード構成１４ａ〜１４ｈを有する。ビード構成１４ａ〜１４ｈはいずれの場合も、通過口１０ａ〜１０ｈを完全に取り囲む。セパレータプレート１０の、セパレータプレート１１の方を向いており、図２では視界から隠れている第２個別プレート１０''は、対応するビード構成を通過口１０ａ〜１０ｈの周りに有する。セパレータプレート１０の更なるビード構成１５が、通過口１０ａ〜１０ｂ、１０ｄ〜１０ｆおよび１０ｈを完全に取り囲む。
【００４９】
ここで、セパレータプレート１０のビード構成はそれぞれ、個別プレート１０'、１０''と一体成形される。個別プレート１０'、１０''のビード構成は通常、個別プレートに一体的に形成、特に型打ちされる。ビード構成は、未圧縮状態の個別プレートに形成される。それぞれの高さは、わずか４５０μｍか、わずか４００μｍでさえあり、個別プレート１０'、１０''の平坦表面に対して垂直に画定される。ここで、ビードの高さはいずれの場合も、ビード頂部の方を向いた表面にある、関連する個別プレートの平坦表面から、ビード頂部の最も高い箇所までの距離を表す。ビードの高さがこのように極めて低いと、システム１の積層体２のコンパクト化に有利に役立つ。
【００５０】
図２からは、セパレータプレート１０の第１個別プレート１０'が、セパレータプレート１０の、第２個別プレート１０''とは反対方向を向いたその前面に、反応媒体を導くための構造体１７を有することも分かる。構造体１７は複数のチャネルを含み、これらの複数のチャネルは個別プレート１０'に型打ちされる。構造体１７が全ての側をビード構成１５で完全に取り囲まれた結果、ビード構成１５は、周囲環境に対して構造体１７を封止する。構造体１７は、個別プレート１０'の活性領域の一部である。この活性領域は、更なる電気化学電池の境界を画定し、更なる電気化学電池は、セパレータプレート１０と更なるセパレータプレートとの間に配置され、更なるセパレータプレートは、図２には図示していないが、正のｚ方向７へセパレータプレート１０に直接隣接して配置される。セパレータプレート１０の第２個別プレート１０''は、第１個別プレート１０'とは反対方向を向いたその前面に、反応媒体を導くための構造体１７に対応する構造体を有する。
【００５１】
個別プレート１０'、１０''は、その間に冷却媒体が通過するための空洞１８を内包するように形成および配置される。空洞１８は特に、個別プレート１０'、１０''の活性領域からの熱が、空洞１８を通じて誘導された冷却媒体により放散され得るように、個別プレート１０'と１０''との間に配置される。
【００５２】
個別プレート１０'、１０''は、フィードスルー１９ａ〜１９ｈも有しており、これらのフィードスルーは、ビード構成１４ａ〜１４ｈ、１５を通じた媒体（例えば、燃料、反応ガス、反応生成物または冷却媒体）の通路またはコンダクタンスを測定できるように設計される。フィードスルー１９ａ〜１９ｈのうち幾つか、具体的に言うとフィードスルー１９ｃおよび１９ｇは、通過口１０ｃおよび１０ｇ（または、これらにより形成された媒体チャネル）と、個別プレート１０'、１０''間の空洞１８との間の流体接続を生成する。フィードスルーのうち幾つか、具体的に言うとフィードスルー１９ａおよび１９ｅは、通過口１０ａおよび１０ｅ（または、これらにより形成された媒体チャネル）と、セパレータプレート１０の個別プレート１０'、１０''の活性領域の、見る人の方を向いた流れ場１７との間の流体接続を生成する。残りのフィードスルー１９ｂ、１９ｄ、１９ｆおよび１９ｈは、通過口１０ｂ、１０ｄ、１０ｆおよび１０ｈ（または、これらにより形成された媒体チャネル）と、セパレータプレート１０の個別プレート１０'、１０''の活性領域の、見る人とは反対方向を向いた流れ場１７との間の流体接続を生成する。以下の図を参照しながら、フィードスルー１９ａ〜１９ｈの詳細について説明する。
【００５３】
図３は、結合された金属個別プレート１０'、１０''を有するセパレータプレート１０の改変形態を示す。第１個別プレート１０'の前面は、見る人の方を向いている。セパレータプレート１０の通過口１０ａ〜１０ｃとが見えるのと同様に、通過口１０ａ〜１０ｃを封止するために通過口１０ａ〜１０ｃの周りに配置されたビード構成１４ａ〜１４ｃも見える。これらのビード構成は、第１個別プレート１０'に型打ちされる。第１個別プレート１０'の活性領域を封止するためのビード構成１５を部分的に示す。図３に記載のセパレータプレート１０の実施形態は更に、分配構造体２０を有する。この分配構造体は、個別プレート１０'の前面に型打ちされた複数のチャネルを含み、個別プレート１０'の通過口１０ａと活性領域との間の流体接続を生成する。図３の活性領域は、このイメージの下縁部にある分配構造体２０に接続される。その一方で、ビード構成１４ａ〜１４ｃは、媒体を導くための、ビード構成１４ａ〜１４ｃを貫くフィードスルー１９ａ〜１９ｃを有する。通過口１０ｂの媒体、すなわち、ここでは特に冷却媒体が、ビード１４ｂおよびビード１５の両方を通過しなければならないことは明白である。この媒体は、個別プレート１０'の、見る人とは反対方向を向いた側を継続的に誘導される。個別プレート１０'と１０''との間の通過口１０ａから、ビード構成１４ａを横切るフィードスルー１９ａを通じて誘導された媒体は、開口部３３（例えば、図５から図７を参照）を介して、見る人の方を向いた分配構造体２０に入る。セパレータプレート１０の反対側の表面にある分配構造体（視認不可）から排出された媒体は、第２個別プレート１０''に形成された開口部を通って個別プレート１０'と１０''との間のガイドチャネルに入り、フィードスルー１９ｃを介してビード１４ｃを横断し、通過口１０ｃに流れ込む。
【００５４】
図４ａは、斜め方向から見たセパレータプレート１０の詳細を示す。第１個別プレート１０'に型打ちされたビード構成１４ａは、２つのビード側面２１、２２およびビード頂部２３を有する。ビード側面２１、２２とビード頂部２３との間には、ビード内部２４が配置され、ビード内部２４は、ビード側面２１、２２およびビード頂部２３により境界が画定される。通過口１０ａの方を向いたビード側面２１は、媒体を導くための、ビード側面２１を貫く複数の開口部２５を有する。通過口１０ａは、開口部２５を介してビード内部２４へ流体的に接続される。通過口１０ａとは反対方向を向いたビード側面２２は、媒体を導くための、ビード側面２２を貫く開口部２６を有する。開口部２６は、ビード構成１４ａの、第２個別プレート１０''とは反対方向を向いた外部でガイドチャネル１２７に接続される。これらのガイドチャネルは本発明に係るものではなく、開口部２６を介してビード内部２４へ流体的に接続される。このように、媒体チャネル１０ａ内を誘導された媒体は、開口部２５、２６およびチャネル１２７を介し、ビード構成１４ａを通じて誘導されてよく、例えば、矢印に基づいて示すように、個別プレート１０'の活性領域内へ選択的に誘導されてよい。本発明に係らないガイドチャネル１２７の幅は一定であり、図４ａにおけるガイドチャネル１２７の幅はいずれの場合も、ガイドチャネル１２７の高さの半分の所でｙ方向９に対して平行に決定される。図４ｂは、図４ａに記載のビード構成１４ａの断面図を示す。切断面はｘ−ｚ面に沿って配向され、本発明に係らないガイドチャネル１２７を通って長手方向に延びる。図４ｃは、ビード構成１４ａの改変形態の断面図を示す。ここで、本発明に係らないガイドチャネル１２７は、ビード側面２１、２２の両方に接続される。
【００５５】
システム１のセパレータプレートの積層体２を可能な限りコンパクトにするために、セパレータプレート１０のビード構成１４ａおよび残りのビード構成を可能な限り平らに形成することが望ましい。しかしこの場合は、ビード側面２１、２２の開口部２５および２６が、ビード構成１４ａの安定性および復元力、ひいては封止効果に悪影響を及ぼし得る。これは、開口部２５、２６をより小さくすることで適宜相殺され得る。しかしこのようにサイズを小さくすると、ビード構成を通る媒体の流量を不必要に減らすことにもつながる。
【００５６】
以下では例として、セパレータプレート１０の個別プレート１０'のビード構成１４ａを貫くビードフィードスルー１９ａに関して、図５から図９ｅを参照しながら、図２および図３に記載のビード構成１４ａ〜１４ｈ、１５を貫くフィードスルー１９ａ〜１９ｈの、本発明に係る実施形態について述べる。本実施形態によれば、ビード構成１４ａ〜１４ｈ、１５の安定性および復元力に悪影響を及ぼすことなく、ビード構成１４ａ〜１４ｈ、１５を通る媒体の流量を十分に大きくすることができる。
【００５７】
図５は、セパレータプレート１０の第１個別プレート１０'の前面の詳細を示す。当該前面は、第２個別プレート１０''とは反対方向を向いている。示してあるのは特に、ビード構成１４ａの、第１個別プレート１０'に型打ちされた部分である。個別プレート１０'およびビード構成１４ａは一体成形される。ビード構成１４ａは、このイメージの上縁部にある通過口１０ａの方を向いた第１ビード側面２１と、通過口１０ａとは反対方向を向いた第２ビード側面２２と、ビード側面２１と２２とを接続するビード頂部２３とを含む。第１ビード側面２１は、媒体を導くための、第１ビード側面２１を貫く複数の開口部２５を有する。第２ビード側面は、媒体を導くための、第２ビード側面２２を貫く複数の開口部２６を有する。
【００５８】
このイメージの上縁部にある通過口１０ａは、開口部２５を介して、ビード側面２１、２２およびビード頂部２３により内包される、または境界が画定されるビード内部２４へ流体的に接続される。このように、媒体（例えば、水素分子などの燃料、酸素分子などの反応ガス、蒸気などの反応生成物、または冷却媒体）が、個別プレート１０'と１０''との間の通過口１０ａから開口部２５を介してビード内部２４へ誘導され得る。これは図５の矢印３５で示される。媒体は適宜、反対方向、すなわち矢印３５で示す方向とは逆に流れることもできる。
【００５９】
通過口１０ａからビード側面２１を通じて開口部２５へ測定方式で選択的に媒体を導くために、本発明に係るガイドチャネル２７は、ビード構成１４ａの、第２個別プレート１０''（図５では隠れている）とは反対方向を向いた外部において開口部２５と第１ビード側面２１とへ接続される。ガイドチャネル２７は、個別プレート１０'と１０''との間で媒体を誘導するように設計される。通過口１０ａと第１ビード側面２１の開口部２５との間にあるガイドチャネル２７はいずれの場合も、通過口１０ａから開口部２５および第１ビード側面まで延在する。第１ビード側面２１の開口部２５のそれぞれに、本発明に係るガイドチャネル２７が１つだけ接続される。
【００６０】
ビード内部２４は、例えば、開口部２６および第２ビード側面２２を介して第１個別プレート１０'の活性領域（ここでは図示せず）へ流体的に接続される。同活性領域は、例えば、このイメージの下側端部において接続され得る。ビード内部２４から活性領域へ測定方式で選択的に媒体を導くために、本発明に係るガイドチャネル２７はここでも、ビード構成１４ａの、第２個別プレート１０''とは反対方向を向いた外部において第２ビード側面２２の開口部２６へ接続される。第２ビード側面２２の開口部２６のそれぞれに、本発明に係るガイドチャネル２７が１つだけ接続される。
【００６１】
図５において、ガイドチャネル２７は、第２ビード側面２２の開口部２６と活性領域との間に、いずれの場合も第２ビード側面２２の開口部２６から特定のガイドチャネル２７の出口３３または入口３３まで延在する。このように、出口３３または入口３３はいずれの場合も、ガイドチャネル２７の、ビード構成１４ａとは反対方向を向いた端部を形成する。媒体は出口３３または入口３３においてガイドチャネル２７から抜け出し、そうすることで個別プレート１０'の反対側の表面へ移ってよい。これは図５の矢印３６で示される。媒体は適宜、反対方向、すなわち矢印３６で示す方向とは逆に流れることもできる。このように、個別プレート１０'の活性領域は、入口３３または出口３３によりビード内部２４へ流体的に接続され得る。入口３３または出口３３は、個別プレート１０'の通過口として形成される。
【００６２】
ガイドチャネル２７は、個別プレート１０'と一体成形される。例えば、ガイドチャネル２７は、個別プレート１０'へ一体的に形成、特にそこへ型打ちされる。ビード構成１４ａおよびガイドチャネル２７は通常、両方とも個別プレート１０'と一体成形され、そこに型打ちされる。
【００６３】
ガイドチャネル２７は通常、それぞれが斜め側面２８、２９および頂部３０を有する。本発明に係るガイドチャネル２７は、その幅３１'、３１''がいずれの場合もビード構成１４ａの方向に向かって少なくとも部分的に広くなるという点で、従来技術に係るガイドチャネル１２７（図４ａから図４ｃ参照）とは異なる。ここで、ガイドチャネル２７の幅３１'、３１''はいずれの場合も、ガイドチャネル２７の高さの半分の所で個別プレート１０'の平坦表面に対して平行に決定される。図５において、ガイドチャネル２７の幅３１'、３１''はいずれの場合も、ｘ方向８に沿って延びるビード構成１４ａの延在方向に対して平行に決定される。このように、ガイドチャネル２７の幅３１'、３１''は一般的に、媒体がガイドチャネル２７を流れる方向に対して垂直に決定される。
【００６４】
図５からは、ガイドチャネル２７の幅３１'、３１''が、ビード構成１４ａの方向に向かって少なくとも部分的に扇状に広くなることが分かる。このように、ガイドチャネルの幅３１'、３１''は、少なくとも部分的に極めて単調に、ここでは特に直線的に広くなる。例えば、ガイドチャネル２７の最大幅は、ガイドチャネルの最小幅の少なくとも１．５倍である。例示的な改変形態において、ガイドチャネル２７の最大幅は通常、ガイドチャネル２７の最小幅の少なくとも１１０％または少なくとも１２０％である。図５において、ガイドチャネル２７の、ビード構成１４ａにまで達する部分であって、ガイドチャネル２７の幅３１'、３１''が極めて単調に広くなる部分は、いずれの場合も当該ガイドチャネル２７の長さの少なくとも３分の２または少なくとも半分の長さにわたって延在する。
【００６５】
それと同時に、図５のガイドチャネル２７は、セパレータプレート１０または個別プレート１０'の平坦表面に対して垂直に決定される、ガイドチャネル２７の高さ３２'、３２''がビード構成１４ａの方向に向かって少なくとも部分的に低くなるように設計される。ここで、ガイドチャネル２７の高さ３２'、３２''はいずれの場合も、セパレータプレート１０または個別プレート１０'の平坦表面からガイドチャネル２７の頂部３０までの距離を表す。図５において、ガイドチャネル２７の、ビード構成１４ａにまで達する部分であって、ガイドチャネル２７の高さ３２'、３２''が極めて単調に低くなる部分は、いずれの場合も当該ガイドチャネル２７の長さの少なくとも３分の２または少なくとも半分の長さにわたって延在する。ここで、ガイドチャネル２７の高さ３２'、３２''は、少なくとも部分的に直線的に低くなる。
【００６６】
例として図５には、ガイドチャネル２７のうち１つに関して２つの断面図を示す。断面図は、このガイドチャネル２７の広がりに沿った２つの異なる場所におけるものである。切断面はいずれの場合も、ｘ−ｚ面に対して平行に、ひいてはセパレータプレート１０または個別プレート１０'の平坦表面に対して垂直に配向される。切断面は、媒体がガイドチャネル２７を流れる方向に対して垂直である。直線Ａ−Ａで示す切断面はビード構成１４ａから第１距離をおいて配置され、直線Ｂ−Ｂで記す切断面はビード構成１４ａから第２距離をおいて配置され、第１距離は第２距離よりも短い。ガイドチャネル２７は、切断面Ｂ−Ｂにおいて幅３１''および高さ３２''を有しており、ガイドチャネル２７は、切断面Ａ−Ａにおいて幅３１'および高さ３２'を有している。幅３１'は幅３１''よりも広く、高さ３２'は高さ３２''よりも低い。図５の平面図からは、ビード側面２２と切断面Ａ−Ａとの間に延在するガイドチャネルと、更には切断面Ｂ−Ｂの、ビード構成１４ａとは反対方向を向いた側に延在するガイドチャネルとの端部それぞれにおける半径が明白に分かる。
【００６７】
ガイドチャネル２７は、その横断面領域が少なくとも当該ガイドチャネルの広がりの真ん中３分の１に沿って略一定となるように設計される。例えば、ガイドチャネル２７は、少なくともその広がりの真ん中３分の１に沿った横断面領域が、真ん中３分の１における最大横断面領域と比べて、最大２０％、好ましくは最大１５％、または最大１０％だけ変化するように設計される（この点に関して、図５の横断面図は必ずしも原寸に比例していない）。
【００６８】
ビード構成１４ａの機械的安定性および弾性に対する影響を最小限に抑えるために、開口部２５、２６は、セパレータプレート１０または個別プレート１０'の平坦表面に対して垂直にビード側面２１、２２へ向かってビード頂部２３の高さの最大８０％または最大７０％の高さにまで達する。ここで、ビード頂部２３の高さは、セパレータプレート１０または個別プレート１０'の平坦表面からビード頂部２３までの距離を表す。これらの高さはいずれの場合も、セパレータプレート１０または個別プレート１０'が未圧縮の状態で決定されるものとする。ガイドチャネル２７は、その頂部３０の最大高がビード構成１４ａの高さの最大８５％、または最大７５％となるようにも設計され、これらの高さはここでも、未圧縮の状態で決定されるものとする。
【００６９】
個別プレート１０'は、直接隣り合う２つのガイドチャネル２７間の、個別プレート１０'の平らな領域３４において、一体的な接合方式で第２個別プレート１０''へ接続される。セパレータプレート１０の個別プレート１０'、１０''は特に、これらの領域３４またはそのうち幾つかにおいて、レーザ溶接で生成された接続部により局所的に接続される。これにより、セパレータプレート１０の圧縮中に、個別プレート１０'、１０''がセパレータプレート１０の平坦表面に対して垂直に広がって離間するのを防止する。セパレータプレート１０の圧縮中、圧縮力は一般的に、ビード構成１４ａの領域においてセパレータプレート１０の平坦表面に対して垂直に働く。
【００７０】
図５において、ビード構成１４ａは直線方向に延びる。図６ａおよび図６ｂに記載のビード構成１４ａおよびビードフィードスルー１９ａは、図６ａおよび図６ｂに記載のビード構成１４ａが波状に、特に定振幅の正弦曲線状に延在するという点で、図５に記載のビード構成１４ａおよびビードフィードスルー１９ａとは異なる。このように、図６ａおよび図６ｂに記載のビード構成１４ａは、ｘ軸８に対して平行に配向された直線に対して周期的な広がりを有する。ここでは、符号３７が半波長または半周期長の距離をおいて配置される。符号３７は、ビード構成１４ａの側面２１、２２における変曲点を表し、ここに開口部２５、２６が配置される。
【００７１】
図６ａおよび図６ｂでは、その両方がここでもビードフィードスルー１９ａの２つの断面図を示す。直線Ｃ−Ｃで示す切断面はｙ−ｚ軸に対して平行に配向される。直線Ｄ−Ｄで示す切断面はｘ‐ｙ面に対して垂直に配向され、ｘ方向８と約２０度の角度をなす。切断面Ｃ−Ｃは、ガイドチャネル２７の長手方向１に沿って延在する。頂部３０の高さ３２'、３２''がビード構成１４ａの方向に向かって少なくとも部分的に極めて単調に低くなっているのが分かる。ガイドチャネル２７の高さは、ビード側面２１への移行部においてその最小値３２'をとる。チャネル頂部３０の最大高３２''は、ここではビード頂部２３の高さの約７０％の値にまで達する。図６ａおよび図６ｂの実施形態は、２つの個別プレート１０'、１０''が互いに略平行に延在する領域が、図６ａでは通過口１０ａへの移行部においてガイドチャネル２７へ接続されるという点で異なる。このように、媒体は経路全体にわたって、更にはガイドチャネル２７の延在部の間を出入りする。図６ｂの実施形態ではこの種の移行部がなく、従ってここでは、媒体がガイドチャネル２７へ直接出入りする。両方の実施形態において、媒体は個別プレート１０'と１０''との間の通過口１０ａから出入りする。媒体は、開口部３３を通って、セパレータプレート１０の、見る人の方を向いた表面にある流れ場１７に出入りする。
【００７２】
図７に記載のビードフィードスルー１９ｂは、個別プレート１０'の、通過口１０ｂにまで達し、かつ通過口１０ｂの境界を画定する縁部３８が部分的に波状に、特に正弦曲線状に延在するという点で、図６ａおよび図６ｂに記載のビードフィードスルー１９ａとは異なる。このように、ビード構成１４ｂと縁部３８は両方とも波状に延在する。ビード構成１４ｂの波状に延在する部分、および縁部３８の波状に延在する部分はそれぞれ、少なくとも２つの波長に跨って延在する。図７の例において、ビード構成１４ｂの波状に延在する部分、および縁部３８の波状に延在する部分はそれぞれ、同じ波長を有する。
【００７３】
図５、図６ａおよび図６ｂの例において、本発明に係るガイドチャネル２７は、通過口１０ａの方を向いたビード側面２１と、通過口１０ａとは反対方向を向いたビード側面２２との両方に配置され、それぞれが説明されるようにビード構成１４ａの方向に広がる。セパレータプレート１０の改変形態において、本発明に係るガイドチャネル２７は図７のように、ビード側面２１、２２のうち一方にのみ、図７の例ではビード側面２２にのみ配置される。図７の例におけるガイドチャネル２２７は、ビード側面２１において偏った幾何学的形状を有する。この場合は、ガイドチャネル２２７の幅がビード側面２１から広くなると同時に、高さが通過口１０ｂの方向に向かって低くなる。ビード構成１４ａ〜１４ｈのうちほんの幾つかが本発明に係るガイドチャネル２７を含む一方で、ビード構成１４ａ〜１４ｈのうち残りのものは本発明に係るガイドチャネル２７を全く有さないということも考えられる。
【００７４】
ガイドチャネル２２７の、本発明に係らない幾何学的形状は別として、媒体は上記実施形態のように通過口１０ｂとビード内部２４との間を誘導される。しかしここで、先の実施形態で説明したものとは対照的に、ビード内部２４は、第２ビード側面２２の開口部２６を介して前述の空洞１８へ流体的に接続される。空洞１８は、個別プレート１０'と１０''との間に配置され、冷却媒体が個別プレート１０'と１０''との間を通過できるように設計される。ここでは、このように開口部３３なしで済ませることが可能である。半径３９は、ガイドチャネル２７の端部３７の方に通じる。
【００７５】
図８ａから図８ｆは、図５から図７の本発明に係るガイドチャネル２７の異なる実施形態の断面図を示す。切断面はいずれの場合も、個別プレート１０'の平坦表面に対して垂直に、かつ媒体がガイドチャネル２７を流れる方向に対して垂直に配向される。このように、示される切断面はいずれの場合も、ガイドチャネル２７の横断面領域が最小限となるように配向される。
【００７６】
図８ａにおいて、ガイドチャネル２７の横断面は、直線状の斜め側面２８、２９と、直線状のチャネル頂部３０とを有する台形である。図８ｂにおいて、斜め側面２８、２９は直線状であり、チャネル頂部３０は内部に向かって凹状に湾曲している。図８ｃにおいて、斜め側面２８、２９は直線状であり、チャネル頂部３０は幾つかの短い直線状の部分に分かれている。その結果、チャネル頂部３０は、斜め側面２８、２９と比べて平坦である。図８ｄは、直線状の斜め側面２８、２９と、凸状に湾曲した丸みのあるチャネル頂部３０とを示す。ここでは、チャネル頂部３０の湾曲が直線状の斜め側面２８、２９へと滑らかに、すなわち角のない状態で移行する。図８ｅは、直線状の斜め側面２８、２９と、凸状に湾曲したチャネル頂部３０とを示す。ここでは、チャネル頂部３０の湾曲が斜め側面２８、２９へと移行する部分に角がある。図８ｆは、完全に丸みのある横断面を示す。チャネル頂部３０は、チャネルの上方に、側面がない凸状の弧を描く。
【００７７】
ビード構成は原則として、図８ａから図８ｆに示すような横断面を有してもよい。その場合は、ビード内部２４、斜め側面２８、２９、およびビード側面２１、２２がガイドチャネル２７に対応し、ビード頂部２３がチャネル頂部３０に対応する。高さ（通常は幅も）は概して、ビード１４の場合の方がガイドチャネル２７の場合よりも大きい。
【００７８】
一方、図９ａから図９ｅは、図５から図７の本発明に係るガイドチャネル２７の様々な実施形態の断面図を示す。切断面はここでも、個別プレート１０'の平坦表面に対して垂直に、かつ媒体がガイドチャネル２７を流れる方向に対して垂直に配向される。ここで、図９ａから図９ｅはそれぞれ、同じガイドチャネルの、ビード構成１４ａからの距離が異なる２つの断面を示す。ここでは、同じガイドチャネル２７の横断面の幾何学的形状がその広がりに沿って変わり得ることが分かる。例えば、図９ｄのガイドチャネル２７の横断面の形状は、台形形状から凸状に湾曲した形状へ移行する。図９ｂは、ガイドチャネル２７が非対称的に形成され得ることを示す。
【００７９】
特定のガイドチャネル２７の最大高３２''および最小高３２'も示す。単に分かりやすくするために、チャネル２７の、関連付けられた幅３１''、３１'は示していない。いずれの場合も、幅のより広い横断面は、幅のより狭い横断面よりもビード構成１４ａからの距離が短い。このように、図９ａから図９ｅでは、いずれの場合もガイドチャネル２７の高さの半分の所で画定される、ガイドチャネル２７の幅がビード構成１４ａの方向に向かって広くなる一方で、ガイドチャネル２７の高さ３２'、３２''がビード構成１４ａの方向に向かって狭くなることが明白に分かる。しかしここで、ガイドチャネル２７の横断面の形状はいずれの場合も、横断面領域がチャネルの広がりに沿っていずれの場合も最大２０％、好ましくはいずれの場合も１０％未満だけ変化するように変化する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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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８ｄ】
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【図８ｅ】
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【図８ｆ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図９ｅ】
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