(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学システム用のセパレータプレートであって、
前記セパレータプレートは、第１個別プレートと、前記第１個別プレートに接続された第２個別プレートとを備え、
前記第１個別プレートは、媒体を誘導するための２つの第１チャネルを有し、前記第１チャネルは、互いに隣り合って延び、前記第１個別プレートに成形されており、前記第１チャネルの間に形成されたウェブによって少なくとも部分的に互いに分離されており、
前記第２個別プレートは、媒体を誘導するための第２チャネルを有し、前記第２チャネルは、前記第２個別プレートに成形されており、
前記第１チャネル、及び前記第１チャネルの間に形成された前記ウェブは、前記第２チャネルに対して斜めに延びるように設計および配置され、
前記ウェブは、前記第２チャネルを前記第１個別プレートの表面平面と垂直に前記第１個別プレート上へ投影した第１領域で陥没しており、これにより、前記ウェブの両側を延びる前記第１チャネルが、前記ウェブの凹部を介して流体的に接続し、
前記第１領域は、前記凹部の底部の、前記第２個別プレートに対向する背面が、前記第２チャネルの底部の、前記第１個別プレートに対向する背面と物理的に接続される物理合着接続部を有する、
セパレータプレート。
【請求項２】
前記第１個別プレートの前記ウェブは、前記第１領域で、または少なくとも前記第１領域のいくつかで陥没しており、これにより、前記第１個別プレートのそれぞれのウェブの両側を延びる前記第１チャネルが、このウェブの前記凹部を介して流体的に接続し、
それぞれの凹部の底部の、前記第２個別プレートに対向する背面が、前記第２チャネルの底部の、前記第１個別プレートに対向する背面と物理的に接続される、
請求項１に記載のセパレータプレート。
【請求項３】
複数の前記第２チャネルのうち隣接するチャネルは、ウェブによって分離されており、前記第２チャネル、及び前記第２個別プレートのこれらのウェブは、前記第１チャネルに対して斜めに延びるように設計および配置され、
前記第２個別プレートの前記ウェブは、前記第１チャネルを前記第２個別プレートの表面平面と垂直に前記第２個別プレート上へ投影した第２領域で、または少なくとも前記第２領域のいくつかで陥没しており、これにより、それぞれのウェブの両側を延びる前記第２チャネルが、このウェブの前記凹部を介して流体的に接続し、
前記第２領域は、それぞれの凹部の底部の、前記第１個別プレートに対向する背面が、前記第１チャネルの底部の、前記第２個別プレートに対向する背面と物理的に接続される物理合着接続部を含む、請求項２に記載のセパレータプレート。
【請求項４】
前記物理合着接続部を有する複数の前記凹部が、同一の前記ウェブに形成される、
請求項２または３に記載のセパレータプレート。
【請求項５】
前記第１領域は、同一のチャネルによって画定される、
請求項１から４のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
【請求項６】
前記第１チャネルおよび前記第２チャネルのうちの少なくとも一方は、少なくとも部分的に、直線状に延びる、
請求項１から５のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
【請求項７】
前記第１チャネルおよび前記第２チャネルのうちの少なくとも一方は、少なくとも部分的に扇状に延びる、
請求項１から６のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
【請求項８】
前記第１チャネルおよび前記第２チャネルのうちの少なくとも一方は、少なくとも部分的に、弧状に延びる、
請求項１から７のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
【請求項９】
前記第１個別プレートおよび前記第２個別プレートは、金属プレートであり、物理合着接続部は、溶接接続部である、
請求項１から８のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
【請求項１０】
前記第１個別プレートおよび前記第２個別プレートの表面平面と垂直に定めた前記第１個別プレートおよび前記第２個別プレートの厚みは、５０μｍから１５０μｍの間である、
請求項１から９のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
【請求項１１】
前記第１チャネルおよび前記第２チャネル、ならびに前記第１個別プレートおよび前記第２個別プレートの前記ウェブは、前記個別プレートに型押しされている、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
【請求項１２】
前記物理合着接続部は、前記第１個別プレートまたは前記第２個別プレートの前記ウェブの前記凹部の底部の背面において、他方の個別プレートの前記チャネルが延在する主方向に対して、−２５°から＋２５°の角度で延在する、
請求項１から１１のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
【請求項１３】
前記物理合着接続部は、前記第１個別プレートまたは前記第２個別プレートの前記凹部の底部の背面において、前記物理合着接続部の幅の少なくとも２倍に相当する長さにわたって、連続的または部分的に延在する、
請求項１２に記載のセパレータプレート。
【請求項１４】
前記ウェブの前記凹部の底部は各々、前記ウェブに隣接する前記第１チャネルおよび前記第２チャネルの底部に至るまで連続的に陥没しており、これにより、前記凹部の底部の背面と前記凹部に接続する前記チャネルの底部の背面とが一平面にある、
請求項１から１３のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
【請求項１５】
前記第２チャネルを前記第１個別プレート上へ投影した前記第１領域が、前記第１個別プレートの前記ウェブと、角度αを挟む、または、
前記第１チャネルを前記第２個別プレート上へ投影した前記第２領域が、前記第２個別プレートの前記ウェブと、角度αを挟み、
１５°≦α≦１６５°である、
請求項３に記載のセパレータプレート。
【請求項１６】
前記第１チャネルおよび前記第２チャネルの第１端部が、前記セパレータプレートの貫通開口部と流体的に接続し、
前記第１チャネルおよび前記第２チャネルの第２端部が、それぞれの個別プレートの活性領域の少なくとも一部と流体的に接続し、
前記貫通開口部は、媒体を前記活性領域に供給する、または媒体を前記活性領域から排出するよう構成される、
請求項１から１４のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
【請求項１７】
前記第１個別プレートおよび前記第２個別プレートは、前記貫通開口部を包囲するビードであって、それぞれの貫通開口部を封止するためのビードを有し、前記第１チャネルおよび前記第２チャネルのうちの少なくとも一方の前記第１端部は、それぞれのビードを通して媒体を誘導するためのビード供給貫通部と流体的に接続する、
請求項１６に記載のセパレータプレート。
【請求項１８】
バイポーラプレートである、
請求項１から１７のいずれか一項に記載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、電気化学システム用セパレータプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の電気化学システム、例えば、燃料電池システムまたは電気化学コンプレッサシステム、および電気化学システム用の電気分解器、そして加湿器は通常、複数のセパレータプレートを備え、２つの隣接するセパレータプレートが電気化学セルまたは加湿セルを挟むようにスタックとして構成される。セパレータプレートは通常、その各々が２つの個別プレートを備え、これらは電気化学セルまたは加湿セルから離れた背面に沿って互いに接続される。セパレータプレートは、例えば、個々の電気化学セル（例えば燃料電池セル）の電極を電気的に接触させる、および／または、隣接するセルを電気的に接続する（セルを直列に接続する）よう機能し得る。燃料電池セルの場合には、バイポーラプレートがセパレータプレートとして適用されることが多い。本発明の文脈における「電気化学システム」という用語はまた、他の電気化学システム用の加湿システムを含む。
【０００３】
セパレータプレートの個別プレートは、１または複数の媒体をセルに供給するため、および／または、媒体を外部へ輸送するためのチャネル構造を備え得る。媒体は、例えば、供給される媒体として、燃料（例えば水素またはエタノール）、反応ガス（例えば空気または酸素）または冷媒、また外部へ誘導される媒体として、反応生成物および加熱後の冷媒であり得る。さらに、セパレータプレートは、電気化学セル内に生じる、例えば電気または化学エネルギーを変換することで燃料電池セル内に生じるような、不要な熱を外部へ誘導するよう、また異なる複数の媒体チャネルまたは冷却チャネルを互いにおよび／または外部に対して封止するよう機能し得る。燃料電池セルについて考えると、反応媒体、すなわち燃料および反応ガスが、互いに離れた個別プレートの表面上を誘導され、一方で冷媒が個別プレートの間を誘導される。特に燃料電池セルの電気化学セルは各々、例えば、各々が高分子電解質膜（ＰＥＭ）を有する膜電極接合体つまりＭＥＡを備え得る。ＭＥＡはまた、１または複数のガス拡散層（ＧＤＬ）を備え得る。これは通常、セパレータプレートの方へ、特に燃料電池システムのバイポーラプレートの方へ向けられ、例えば不織カーボンとして設計される。電気化学システム用の加湿器について考えると、セルは、実質的にガス不透性かつ透水性の膜によって形成される。この膜は、支持媒体によって、またテキスタイルまたは不織カーボンといった少なくとも１つの拡散媒体によって、好ましくは両側で支持され得る。
【０００４】
個別プレートの構造および機能には、同一のセパレータプレートの各個別プレートのチャネルを、少なくとも局所的に互いに交差するよう延ばすことが必要となることが多く、それによって各チャネル底部の背面が交差領域でのみ接触し得る、または接続可能である。チャネルが交差する領域で個別プレートを接続するので、従ってこのような配置は、個別プレートを互いに対して位置決めする正確性に関して、また接続部を形成するために設けられる器具を個別プレートに対して位置決めすることに関して、多大な要求を課すこととなる。個別プレートを互いに接続させるための一般的な方法としては、例えば、溶接、特にレーザ溶接、はんだ付けまたは接着がある。必要とされる位置決めの精度が接続時に満たされない場合には、ずれに起因して、接続部が過度に弱くなる、または少なくとも一部で接続部が完全になくなる。特に、個別プレート間を誘導される冷媒の圧力によって、接続部の断裂が生じることがある。例えばこれらがプレート間を開裂する、または例えば溶接スポットが一方または両方の個別プレートから引き剥がされることで、少なくとも１つのプレートに空孔が生じる。これに加えてまたはこれに代えて、ずれにより過剰なエネルギーが個別プレートの一点にもたらされ、そこが溶け落ちることがある。これによっても同様に空孔が生じる。従って、個別プレートが接続箇所に沿ってダメージを受け、使用不可能な程になることがある。これにより、隣接するセパレータプレート間に挟まれる電気化学セルまたは加湿セルが、個別プレート間を誘導されて個別プレートの断裂を通して入り込む冷却流体と共に、個別プレートを通して溢れてしまうことがある。またこれにより、両方の個別プレートが空孔を備える場合には、反応媒体間での直接的で制御されない反応が起こることもある。これらの両方によって、完全なスタックに欠陥が生じ得る。従って、現在までに適用されてきた、各個別プレートのチャネルが交差するように延びる領域で個別プレートを接続するための方法は、製造時の不良率を高める、またはシステムの運用時耐用寿命を低下させることとなり得る。
【発明の概要】
【０００５】
従って、本発明は、セパレータプレートの各個別プレートのチャネルが互いに交差するように延びる領域でも可能な限り安定であり、かつ可能な限り低い不良率で製造可能な、電気化学システム用セパレータプレートを提供することを目的とする。
【０００６】
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って達成される。従属請求項には、提案するセパレータプレートの特別な設計が記載されている。
【０００７】
本明細書では、第１個別プレートと、第１個別プレートに接続された第２個別プレートとを備える電気化学システム用セパレータプレートを提案する。第１個別プレートは、媒体を誘導するための少なくとも２つの第１チャネルを有する。当該第１チャネルは、互いに隣り合って延び、第１個別プレートに成形されており、第１チャネルの間に形成されたウェブによって少なくとも部分的に互いに分離されている。第２個別プレートは、媒体を誘導するための第２チャネルを有する。当該第２チャネルは、第２個別プレートに成形される。第１チャネルの間に形成されるウェブ、および第２個別プレートに成形される第２チャネルは、第２チャネルを第１個別プレートの表面平面と垂直に第１個別プレート上へ投影したものが、ウェブの交差領域において、および／または交差領域に沿って、ウェブと交差するように設計および配置される。
【０００８】
提案するセパレータプレートは、特に、ウェブがウェブの交差領域で陥没しており、これにより、ウェブの両側を延びる第１チャネルがウェブの凹部を介して流体的に接続することと、ウェブの凹部の底部の、第２個別プレートに対向する背面が、第２チャネルの底部の、第１個別プレートに対向する背面と物理的に接続されることとを特徴とする。
【０００９】
以下では簡単のために、第２個別プレートのチャネルおよび／またはウェブを第１個別プレート上へ投影したものが、第１個別プレートのウェブおよび／またはチャネルと交差する、またはその逆となるという表現を用いる代わりに、第２個別プレートのチャネルおよび／またはウェブが第１個別プレートのウェブおよび／またはチャネルと交差する、またはその逆となるという、より手短な表現も用いる。しかしながら、このことは常に、互いに交差する２つの個別プレートのウェブおよびチャネルは各々、異なる平面を少なくとも部分的に延びるという点で理解されたい。これらの平面は、大抵は互いに平行に位置合わせされている。
【００１０】
第１チャネルを分離するウェブが、第２チャネルと交差する箇所で陥没していることと、および、凹部の底部の、第２個別プレートに対向する背面が、第２チャネルの底部の、第１個別プレートに対向する背面と物理的に接続されることとに起因して、２つの個別プレートが接続されるまたは接続可能である領域が拡大する。２つの個別プレートは、具体的には、第１個別プレートのチャネルおよび第２個別プレートのチャネルが互いに交差し、よってそれらの背面が互いに接触する箇所だけでなく、これに加えて、ウェブの凹部に起因して各個別プレートの背面の接触面がより大きくなる、第１個別プレートのチャネル間のウェブの交差領域においても、互いに接続されるまたは接続可能である。これによって、個別プレート間の接続部の安定性が増し、選択される接続技術の空間的な正確性に対する要求が小さくなる。よって、セパレータプレートの製造における不良率、およびセパレータプレートの運用時耐用寿命を改善することができる。
【００１１】
ウェブの両側を延びる第１チャネルが、ウェブの凹部を介して流体的に接続することに起因して、第１チャネルに沿って凹部を位置決めすることはさらに、第１チャネルにおける、および個別プレート間の中間スペースにおける媒体の流れのふるまいに影響を及ぼすよう適切に利用され得る。
【００１２】
ウェブ凹部は、他方の個別プレートの少なくとも１つのチャネルに対する接触面に関して、チャネルおよびウェブそれぞれの高さの半分において、それと交差する少なくとも１つのチャネルの、またはそれと交差する可能性があるウェブの最大幅の最大で５倍または最大で３倍の長さにわたり、凹部の領域においてウェブの延びる方向に沿って、よってウェブの両側を延びるチャネルの延びる方向と平行に延在するように設計され得る。従って、チャネル内での媒体の流れのふるまいが、ウェブ凹部によって必要以上に影響を受けることも、損なわれることもないということを保証できる。しかしながら、ウェブ凹部に付随する利点を実現するには、ウェブの延びる方向に沿った、またはウェブの両側を延びるチャネルの延びる方向に沿ったウェブ凹部の長さが、交差されるチャネルの、このチャネルの底部領域における幅の少なくとも０．５倍であることが望ましい。しかしながら、接続部を安定させるには、凹部の長さが、チャネル幅とは独立に少なくとも０．１５ｍｍであると有利である。
【００１３】
互いに隣り合って延びる、媒体を誘導するための複数の第１チャネルが、第１個別プレートに成形され得る。複数の第１チャネルのうち隣接するチャネルは、ウェブによって少なくとも部分的に分離されている。同様に、互いに隣り合って延びる、媒体を誘導するための複数の第２チャネルが、第２個別プレートに成形され得る。第１チャネル、第１個別プレートのウェブ、および第２チャネルは、第２チャネルを第１個別プレートの表面平面と垂直に第１個別プレート上へ投影したものが、第１個別プレートのウェブの１または複数の交差領域に沿ってウェブと交差するように設計および配置され得る。第１個別プレートのウェブは、これらの交差領域で、または少なくとも交差領域のいくつかで陥没し得る。これにより、第１個別プレートのそれぞれのウェブの両側を延びる第１チャネルが、このウェブの凹部を介して流体的に接続する。ここでもやはり、第１個別プレートのそれぞれのウェブにおける凹部の底部の、第２個別プレートに対向する背面が、第２個別プレートの第２チャネルの底部の、第１個別プレートに対向する背面と物理的に接続され得る。当該第２チャネルは、第１個別プレートのウェブと交差する。第１個別プレートのウェブの交差領域における十分多くの数のウェブ凹部と、この交差領域に形成される物理合着接続部とにより、セパレータプレートの安定性および耐用寿命を増大させることができる。
【００１４】
特に、ここで説明する、互いに隣り合って延びる複数の第１チャネルの場合には、隣接するチャネル間のウェブ凹部の位置を選択することにより、第１チャネル内の媒体の流れのふるまい（例えば、媒体の流量、静的流体圧、流速）に対して影響が与えられ得る。非常に同様なように、第１個別プレートと第２個別プレートとの間に物理合着接続部を適切に設置することによっても、２つの個別プレート間を誘導される冷却媒体の流れのふるまいに影響を及ぼす、典型的にはこれを均質化するはたらきが生じ得る。ウェブ凹部の領域におけるウェブ凹部および物理合着接続部の数および配置は、これらの媒体の流れの導きの最適さと、セパレータプレートの寿命の最適さとの間のバランスが取れるように選択されることが好ましい。凹部が、実質的に冷却手段の導路の延長上にあるように配置される場合は、特に有利である。
【００１５】
これに代えてまたはこれに加えて、第２個別プレートの複数の第２チャネルのうち隣接するチャネルは各々、ウェブによって分離され得る。第２個別プレートのこれらのウェブ、および第１個別プレートの第１チャネルは、第１チャネルを第２個別プレートの表面平面と垂直に第２個別プレート上へ投影したものが、第２個別プレートのウェブの１または複数の交差領域に沿ってウェブと交差するように設計および配置され得る。第２個別プレートのウェブは、交差領域で、または少なくとも交差領域のいくつかで陥没し得る。これにより、それぞれのウェブの両側を延びる第２チャネルが、このウェブの凹部を介して流体的に接続する。この場合も、第２個別プレートのそれぞれのウェブの凹部の底部の、第１個別プレートに対向する背面が、第２個別プレートのウェブと交差する第１チャネルの底部の、第２個別プレートに対向する背面と物理的に接続され得る。この配置もやはり、安定性、耐用寿命に関して既に説明した利点、および個別プレートのチャネル内を誘導される媒体の流れのふるまいの改善を提示する。例えば、説明したタイプの物理合着接続部を有する複数の凹部が、第１個別プレートおよび／または第２個別プレートの同一のウェブに形成され得る。燃料電池セルの場合、第１チャネルおよび／または第２チャネル内を誘導されるまたは誘導され得る媒体は、反応ガス、燃料、および反応生成物であり得る。通常、冷媒がウェブの背面を、すなわち、個別プレート間を誘導される。加湿セルの場合、第１チャネルおよび／または第２チャネル内を誘導されるまたは誘導され得る媒体は、特に、湿潤ガス、加湿されるガス、ならびに、経過が進んで消耗された湿潤ガス、および少なくとも一部加湿されたガスであり得る。
【００１６】
個別プレートのウェブおよびチャネルは、同一の第１チャネルまたは第２チャネルが、それぞれの他方の個別プレートの２つ以上の隣接するウェブおよびチャネルと交差するように設計および配置され得る。やはり、説明したタイプの物理合着接続部を有する凹部が、それぞれの他方の個別プレートの２つ以上の隣接するウェブの交差領域に形成され得る。この交差領域は、当該チャネルによって画定される。
【００１７】
第１チャネルは、直線状に、特に少なくとも部分的に互いに平行に延びるように設計され得る。これに代えてまたはこれに加えて、第１チャネルは、少なくとも部分的に、扇状に延び得る。これに代えてまたはこれに加えて、第１チャネルは、少なくとも部分的に、弧状に、特に円弧部分の形状でまたは波状に延び得る。第１チャネルの経路に関してここまでに述べたことは、第２チャネルの経路についても同様に有効であり得、同一の、同様のまたは異なるチャネル経路が、両方の個別プレート上に存在し得る。このようにして、第１チャネルおよび／または第２チャネルの経路は、それぞれの個別プレートの異なる機能領域のジオメトリに対して、それぞれに異なるように適合し得る。
【００１８】
第１個別プレートのウェブおよびチャネルは、個別プレートの表面平面と平行な第２個別プレートのウェブおよびチャネルと、例えば交差角度αで交差し得る。交差角度αは、１５°≦α≦１６５°、好ましくは３０°≦α≦１５０°であり得る。
【００１９】
典型的には、個別プレートは、金属プレート、例えば鋼またはステンレス鋼のプレートとして設計される。ここで、個別プレートは、少なくともその表面のうち１面が少なくとも部分的に、特に腐食防止用のおよび／または電気伝導性向上用のコーディングで被覆され得る。個別プレートの、ウェブ凹部の背面とチャネル底部の背面との間の物理合着接続部または複数の物理合着接続部は、溶接接続部、特にレーザ溶接接続部であり得る。個別プレート間の物理合着接続部の形成を自動化するためには、レーザ溶接方法が特によく適している。これに代えて、物理合着接続部または物理合着接続部のうちの少なくともいくつかは、はんだ接続部または接着接続部として設計され得る。
【００２０】
個別プレートは各々、それぞれの個別プレートの表面平面と垂直に定めた厚みが、指定する限度値を含んでまたは除外して、５０μｍから１５０μｍの間、好ましくは７０μｍから１１０μｍの間であり得る。チャネルおよびウェブは、例えば、個別プレートに型押しされ得る。先述の厚みのシートは、十分な安定性を維持しつつ、軽い重量および良好な成形性を有する。
【００２１】
物理合着接続部は、個別プレートのウェブの凹部の底部の背面において、他方の個別プレートのチャネルが延在する主方向に対して、−２５°から＋２５°の、特に−１０°から＋１０°の角度で延在し得る。当該接続部は、このチャネルの背面をウェブ凹部の背面と接続する。それぞれの交差領域における、またはそれぞれの交差領域に沿った、ウェブ凹部の背面とチャネル底部の背面との間の接触面がより広くなるほど、それぞれのチャネルの延びる方向からの物理合着接続部の位置合わせのズレがより大きくなり得る。
【００２２】
物理合着接続部は、個別プレートのうちの１つのウェブ凹部の底部の背面において、連続的にまたは部分的に、物理合着接続部の幅の、少なくとも２倍、好ましくは５倍、特に少なくとも１０倍に相当する長さにわたって延在し得る。物理合着接続部は、少なくとも部分的に、少なくともそれぞれの交差領域におけるウェブの幅に相当する、好ましくは交差領域においてウェブ幅の少なくとも２倍に相当する長さにわたって延在し得る。物理合着接続部の長さはまた、それぞれのウェブの両側を延びるチャネルのうちの１つの、少なくともその幅に相当し得る、または少なくともその平均の幅に相当し得る。物理合着接続部によって形成される接続部の継ぎ目は、連続的であり得る。これに代えて、接続部の継ぎ目はまた、破線または点線状の部分を有し得る。ウェブと、それが交差するチャネルとのなす角度の、９０°からの差異がより大きくなるほど、接続部がより長くなり得る。
【００２３】
第１個別プレートおよび／または第２個別プレートの、それぞれのウェブ凹部の底部は、このウェブに隣接するチャネルの底部に至るまで連続的に陥没し得る。ウェブ凹部の底部、およびウェブ凹部と接続するチャネル底部の、それぞれの他方のプレートに対向する背面は、例えば、一平面内にあるように設計され得る。このとき、例えば、物理合着接続部は、ウェブ凹部に接続された、またはこれに接続されることになるチャネルの経路に合わせて、ウェブの全幅にわたって、また加えて、ウェブに隣接するチャネルの全幅にわたってまたは隣接するチャネルのうちの少なくとも１つの全幅にわたって、ウェブの経路と、隣接するチャネルの経路とを横断して（しかし必ずしも垂直にではない）延在し得る。このことは、物理合着接続部の安定性および寿命に有利に寄与し得る。
【００２４】
第１チャネルおよび／または第２チャネルの第１端部は、それぞれの個別プレートの活性領域の少なくとも一部と流体的に接続し得る。これに代えてまたはこれに加えて、第１チャネルおよび／または第２チャネルの第２端部は各々、セパレータプレートの貫通開口部と流体的に接続し得る。貫通開口部は、例えば、媒体を活性領域に供給する、または媒体を活性領域から外部へ誘導するよう構成され得る。セパレータプレートを積層したとき、典型的には、スタックのセパレータプレートの位置合わせされた貫通開口部がスタックにチャネルを形成する。当該チャネルは、積層方向に沿ってスタックを貫通する。これらのチャネルを介して、スタックに媒体が供給され得る。同様に、これらのチャネルを介してスタックから媒体が外部へ誘導され得る。
【００２５】
個別プレートは、貫通開口部を包囲するビードであって、それぞれの貫通開口部を封止するためのビードを有し得る。このとき、第１チャネルおよび／または第２チャネルの第１端部は、例えば、それぞれのビードを通して媒体を誘導するためのビード供給貫通部と、流体的に接続し得る。
【００２６】
第１チャネルおよび／または第２チャネルは、それぞれの個別プレートの分配領域の少なくとも一部を形成し得る。当該分配領域は、供給領域または排出領域とも呼称される。この分配領域は、第１チャネルまたは第２チャネルが、それぞれの個別プレートの活性領域の少なくとも一部と流体的に接続する第１エッジ領域を有し得て、また各々が、第１チャネルまたは第２チャネルが各々、セパレータプレートの貫通開口部と流体的に接続する第２エッジ領域を有し得る。ここで、貫通開口部は、分配領域を介して、媒体を活性領域に供給する、または媒体を活性領域から外部へ誘導するよう機能する。この分配領域は特に、少なくとも１つの、好ましくはいくつかのチャネルの、２つのチャネル分岐部の間に延在し得る。これらのチャネル分岐部により、チャネルの数の増加またはチャネルの数の減少が実現され得る。チャネル分岐部は、供給領域への、または排出領域からの、先述のビード供給貫通部の移行部を有し得る。チャネル分岐部は、有利には、分配領域の前述した２つのエッジ領域内に延在する。特に、チャネルの両方のチャネル分岐部は、分配領域において、またはこれに隣接して、流れの方向に、チャネルの数がその両方で増加するか、両方で減少するかのいずれかであり得る。
【００２７】
そのような分配領域は、略三角形の表面をなすことが多い。これにより、分配領域のチャネルは、活性領域におけるチャネルの延びる方向を実質的に横断して延びる。従って、互いに平行に延びる各チャネルの全長は、ほとんどが大きく異なり、数個の短い余分のチャネルまたはウェブが生じることが多い。それらが、分配領域内での最大全長を有するチャネルまたはウェブの８０％であるとみなした場合、それらの、凹部の間のウェブ部分は、少なくとも１０ｍｍ、好ましくは少なくとも１２ｍｍの長さを有する。しかしながら、ここで考えるのは、凹部の間のウェブ部分のみであり、終端ウェブ部分はこれより短いことが多い。
【００２８】
基本的に、分配領域は、それぞれの個別プレートの表面平面と平行に延在するチャネル領域およびウェブ領域とは別に、またチャネル領域およびウェブ領域を接続し、それぞれの個別プレートの表面平面を横断して延びる領域とは別に、チャネル領域およびウェブ領域とは異なる平面上の表面平面と平行に延在するさらなる領域を有することも可能である。これは例えば、圧力損失または体積流量を最適化するのに有利であり得る。しかしながら、分配領域は、エッジ領域を除いて考えると、上述のチャネル領域およびウェブ領域と、チャネル領域およびウェブ領域を接続し、それぞれの個別プレートの表面平面を横断して延び、そのチャネル領域およびウェブ領域が各々正確に一平面内に延在する領域とからなることが好ましい。よって、この有利な場合において、個別プレートの少なくとも１つの分配領域は、それぞれの個別プレートの表面平面と平行に延在する領域を有し、具体的には、これらの領域が厳密に２つの平面上に分配されるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本発明の実施例が図面に示されており、以下の記載によってより詳細に説明される。これらの例においては、同一および同様の要素について同一および同様の参照符号を用いており、それらの説明は必ずしも繰り返されるものではない。以下の例は、本発明をさらに改善し得る複数の追加的特徴をさらに含む。しかしながら、これらの追加的特徴は、それぞれの例に示す組み合わせに限ってだけでなく、互いに独立して、または他の例における他の特徴との組み合わせによっても適用され得る。図示の例は全て、燃料電池システム用バイポーラプレートに関する。代替的な不図示の実施形態について考えると、電気化学システムは、電気化学システム用の電気分解器、コンプレッサ、または加湿器として同様に設計され得、セパレータプレートを備え得る。本発明に必須のチャネル凹部、およびそこに配置される個別プレートの接続部は、以下では、セパレータプレートの分配領域についてのみ示されている。しかしながらこれらは、第１チャネルおよび第２チャネルが活性領域において互いに交差するよう延びているならば、図示されない実施形態の場合にも同様にそこに設けられ得る。
【００３０】
【図１】積層された複数のバイポーラプレートを有する燃料電池セルスタックである。
【図２】わずかに分解して示した、図１のスタックのバイポーラプレートの詳細である。バイポーラプレートは、チャネル構造および貫通開口部を備える。
【図３】図１のスタックの断面図である。断面は、スタックのプレートの表面平面と垂直に位置合わせされている。
【図４ａ】本発明に係るバイポーラプレートの表面の上方からの平面図の詳細である。
【図４ｂ】当該バイポーラプレートの活性領域の断面図の詳細である。
【図４ｃ】当該バイポーラプレートの表面の上方からの平面図の詳細である。
【図４ｄ】このバイポーラプレートを透視する図の詳細である。
【図５ａ】陥没ウェブの領域における、本発明に係るバイポーラプレートの断面図の詳細図である。
【図５ｂ】陥没ウェブの領域における、本発明に係るバイポーラプレートの断面図の詳細図である。
【図６】本発明に係るバイポーラプレートにおける、チャネルを有する陥没ウェブの交差領域の上方からの平面図である。
【図７ａ】透視図における詳細な、少なくとも１つの交差領域を有する、本発明に係るバイポーラプレートの実施例である。
【図７ｂ】透視図における詳細な、少なくとも１つの交差領域を有する、本発明に係るバイポーラプレートの実施例である。
【図７ｃ】透視図における詳細な、少なくとも１つの交差領域を有する、本発明に係るバイポーラプレートの実施例である。
【図７ｄ】透視図における詳細な、少なくとも１つの交差領域を有する、本発明に係るバイポーラプレートの実施例である。
【図７ｅ】透視図における詳細な、少なくとも１つの交差領域を有する、本発明に係るバイポーラプレートの実施例である。
【図７ｆ】透視図における詳細な、少なくとも１つの交差領域を有する、本発明に係るバイポーラプレートの実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、ｚ方向７に沿って積層され、２つの端部プレート３、４の間に挟持された、構造の等しいセパレータプレートのスタック２を有する電気化学システム１を示す。ここで、セパレータプレートは、バイポーラプレートとして設計され、各々が、互いに接続された２つの個別プレートを備える。本例において、システム１は、燃料電池セルスタックである。従って、スタック２の２つの隣接するバイポーラプレートは、それらの間に、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するよう機能する電気化学セルを挟む。電気化学セルは、その各々が、例えば膜電極接合体（ＭＥＡ）およびガス拡散層（ＧＤＬ）を備える。代替形態の場合、システム１は、燃料電池システムなどの電気化学システム用の電気分解器、コンプレッサ、または加湿器としても同様に設計され得る。これらの電気化学システムでも同様に、セパレータプレートが用いられる。これらのセパレータプレートの構造は、セパレータプレートに向かってまたはこれを通して誘導される媒体は異なるとしても、ここでより詳細に説明するバイポーラプレートの構造に対応する。
【００３２】
ｚ軸は、ｘ軸８およびｙ軸９と共に、右手デカルト座標系を張る。端部プレート４は、複数のポート５を備える。これらを介して媒体をシステム１に供給することができ、またこれらを介して媒体をシステム１の外部へ誘導することができる。システム１に供給され、システム１の外部へ誘導され得るこれらの媒体は、例えば、分子水素またはメタノールなどの燃料、空気または酸素などの反応ガス、水蒸気などの反応生成物、または水および／またはグリコールなどの冷媒を含み得る。
【００３３】
図２は、平面図における、図１のスタック２のバイポーラプレート１００の一部、特に、バイポーラプレート１００の第１の金属製個別プレート１００ａの一部を示す。図３は、図１のスタック２の一部の断面図を示す。断面は、ｚ軸７と平行に位置合わせされており、図２に示す切断線１１に沿って延びる。
【００３４】
図３より、バイポーラプレート１００は、第１個別プレート１００ａとは別に、第２個別プレート１００ｂを備えることがわかる。個別プレート１００ａ、１００ｂは、バイポーラプレート１００を形成するよう、互いに対向するそれらの底部の背面で局所的に互いに物理的に接続される。ここで説明する実施例において、個別プレート１００ａ、１００ｂは、金属シートとして、特にステンレス鋼シートとして設計される。改変形態の場合、個別プレート１００ａ、１００ｂは、少なくとも一部が非金属材料によって、例えば、耐熱性の、好ましくは電気伝導性のプラスチックから作製され得る。個別プレート１００ａ、１００ｂは各々、それらの表面平面と垂直に、１００μｍの厚み１９０ａ、１９０ｂ（図５ａおよび図５ｂ参照）を有する。ここで、個別プレート１００ａ、１００ｂは、レーザ溶接接続部を介して互いに対向するそれらの背面に沿って互いに局所的に接続される。改変形態に関して、個別プレート１００ａ、１００ｂは、他の物理合着接続部によって、例えば、他の溶接接続部、はんだ接続部または接着接続部によっても局所的に接続され得る。さらに、図３は、バイポーラプレート１００と同一の構造のさらなるバイポーラプレート２００、３００と、ＭＥＡおよびガス拡散層１７とを示す。当該ＭＥＡおよびガス拡散層は、バイポーラプレート１００、２００、３００の間に配置される。
【００３５】
図２に示すバイポーラプレート１００は、貫通開口部１１０、１２０、１３０を備える。貫通開口部１１０、１２０、１３０は、図１のスタック２の残りのバイポーラプレートも併せて、媒体を供給および排出するための導路を形成する。これらの導路は、スタック２をｚ方向７に貫通し、各々が図１に示すポート５のうちの１つと流体的に接続する。
【００３６】
バイポーラプレート１００は、貫通開口部１１０、１２０、１３０の周りに、バイポーラプレート１００に成形されたビード１１１、１２１、１３１を備える。ビード１１１、１２１、１３１は、貫通開口部１１０、１２０、１３０によって形成される導路を、それぞれの他の媒体のスペースに対して、またその周囲に対して、封止するよう機能する。さらなるビード１４１が、貫通開口部１１０、１３０、ビード１１１、１３１と、個別プレート１００ａの活性領域とを包囲する。活性領域は、図２の図面の左端で繋がっており、図２では非常に短い部分１６７ａのみで示されている。ビード１４１は、個別プレート１００ａの活性領域および貫通開口部１１０、１３０を、貫通開口部１２０およびその周囲に対して封止するよう機能する。本例において、この活性領域１６７ａは、個別プレート１００ａと、バイポーラプレート１００に隣接するスタック２のバイポーラプレートとの間に配置される電気化学セルを区切る。
【００３７】
図２はさらに、ビード１１１、１２１、１３１が各々、ビード１１１、１２１、１３１を横断して通る供給貫通部１１２、１２２、１３２を備えることを示す。これらの供給貫通部１１２、１２２、１３２は、ビード供給貫通部とも呼称され、各々が、媒体を適切にかつ定量的にビード１１１、１２１、１３１を通して誘導するよう機能する。例えば、ビード１１１、１２１、１３１の供給貫通部１１２、１２２、１３２は各々、貫通開口部１１０、１２０、１３０によって形成される導路と、媒体分配チャネル１６０と、最終的にはバイポーラプレート１００の活性領域１６７ａとの間を、またはそれらの導路と、個別プレート１００ａ、１００ｂ間に広がる、冷媒を受け入れて循環させるよう設計された空洞１８（図３）との間を、流体的に接続させるよう機能する。
【００３８】
さらに図２より、個別プレート１００ａは、第２個別プレート１００ｂから離れたその前面に、媒体を誘導するための複数のチャネル１６０ａを有する分配領域１５０ａを備えることがわかる。チャネル１６０ａは、個別プレート１００ａに成形、特に型押しされている。チャネル１６０ａは、大部分が直線状に、かつ互いに平行に延びる。チャネル１６０ａは、部分的に、具体的には分配領域１５０ａから活性領域１６７ａまでの移行部１６５ａにおいて、弧状に延びる。貫通開口部１３０の半分より上に延びるチャネル１６０ａはさらに、急峻な折れ曲がり箇所を備える。チャネル１６０ａは各々、個別プレート１００ａに窪みとして型押しされている。チャネル１６０ａを流体的に分離する、またはこれらを少なくとも部分的に流体的に分離するウェブ１７０ａが、２つの隣接するチャネル１６０ａの間に形成される。よって、分配領域１５０ａは、複数のウェブ１７０ａを備える。チャネル１６０ａは、それぞれの半分の高さにおいて、チャネル１６０ａ間に形成された、１７１ａで示される幅のウェブ１７０ａよりも小さい幅１６１ａを有する。チャネル１６０ａの幅１６１ａは、例えば、各々約０．２ｍｍである（図５ａおよび図５ｂならびに図６参照）。チャネル１６０ａおよびウェブ１７０ａは各々、およそ１．５ｃｍから１１ｃｍの間の長さにわたって延在する。
【００３９】
チャネル１６０ａを有する第１個別プレート１００ａの分配領域１５０ａは、第２個別プレート１００ｂから離れた第１個別プレート１００ａの前面において、貫通開口部１３０によって形成されるスタック２の導路と、第１個別プレート１００ａの活性領域１６７ａとの間を流体的に接続させる。よって、貫通開口部１３０によって形成される導路内を誘導される媒体は、ビード供給貫通部１３２を介して、そしてチャネル１６０ａを介して、第１個別プレート１００ａの活性領域１６７ａ内へと誘導され得る、またはその逆でもあり得る。チャネル１６０ａは、活性領域１６７ａのチャネルに連続するが、チャネル１６０ａの一方の端部、具体的には第２端部は、移行領域１６５ａ内に画定される。特に、チャネル１６０ａの第２端部１６２ａは、第１個別プレート１００ａの活性領域１６７ａと流体的に接続し、そこで他のチャネルに合流する。チャネル１６０ａの第１端部１６３ａは、バイポーラプレート１００の貫通開口部１３０と、または貫通開口部１３０によって形成されるスタック２の供給または排出導路と、具体的には特にビード供給貫通部１３２を介して、流体的に接続する。チャネル１６０ａは、個別プレート１００ａの活性領域１６７ａに向かって、よってチャネル１６０ａの移行領域１６５ａにおいて、扇状に広がる。図示の実施例におけるチャネル１６０ａは、急峻な折れ曲がり箇所を有する数個のチャネル１６０ａを除いて、実質的に平行に延びる。従って、個別プレート１００ａの活性領域１６７ａにはさらなるウェブが形成される可能性があるので、チャネル１６０ａの横断面は、活性領域１６７ａまでの移行領域１６５ａにおいて大きくなる。
【００４０】
チャネル１６０ａの数は、ビード１３１を通る供給貫通部１３２の数よりも、例えば少なくとも１．５倍または少なくとも２倍多い。従って、ビード１３１と、貫通開口部１３０に対向するチャネル１６０ａの端部１６３ａとの間の移行領域１６４ａは、第１個別プレート１００ａの分岐領域である。貫通開口部１３０を第１個別プレート１００ａの活性領域と流体的に接続するチャネルの数が、この分岐領域において増加する。
【００４１】
第１個別プレート１００ａの活性領域１６７ａにおいて、媒体を誘導するためのチャネルまたはチャネル状構造の数は、これもやはりチャネル１６０ａの数よりも多く、すなわちこの場合も少なくとも１．５倍または少なくとも２倍である。従って、第１個別プレート１００ａの活性領域１６７ａに対向するチャネル１６０ａの端部１６２ａと、第１個別プレート１００ａの活性領域１６７ａとの間の移行領域１６５ａは、第１個別プレート１００ａの分岐領域を表す。貫通開口部１３０を第１個別プレート１００ａの活性領域と流体的に接続するチャネルの数が、この分岐領域において増加する。この文脈において、チャネル１６０ａは、第１個別プレート１００ａの２つの分岐領域の間に配置される。
【００４２】
図４ｃは、第２個別プレート１００ｂから離れた第１個別プレート１００ａの前面における分配領域１５０ａの詳細を、第１チャネル１６０、および第１チャネル１６０ａの間に配置されたウェブ１７０ａと共に示す。また、図４ｃは、部分的に、貫通開口部１３０、および貫通開口部１３０を包囲するビード１３１と、第１個別プレート１００ａの活性領域の短い部分１６７ａとを示す。貫通開口部１３０を第１個別プレート１００ａの活性領域１６７ａと流体的に接続するチャネルの数が貫通開口部１３０から活性領域１６７ａに至るまで増加する分岐領域１６４ａおよび１６５ａを、明確に認識することができる。
【００４３】
図４ａは、第１個別プレート１００ａから離れた第２個別プレート１００ｂの前面における分配領域１５０ｂの詳細を示す。さらに、図４ａは、部分的に、この位置における貫通開口部１３０、および貫通開口部１３０を包囲するビード１３１と、第２個別プレート１００ｂの活性領域の短い部分１６７ｂとを示す。第１個別プレート１００ａの分配領域１５０ａのように、第２個別プレート１００の分配領域１５０ｂは、複数のチャネル１６０ｂと、２つの隣接するチャネル１６０ｂの間に配置された複数のウェブ１７０ｂとを備える。ウェブ１７０ｂは、チャネル１６０ｂを少なくとも部分的に流体的に分離する。第１個別プレート１００ａのチャネル１６０ａのように、第２個別プレート１００ｂのチャネル１６０ｂは、第１個別プレート１００ａから離れた第２個別プレート１００ｂの前面において、バイポーラプレート１００の貫通開口部１３０と、第２個別プレート１００ｂの活性領域１６７ｂとの間を流体的に接続させる。
【００４４】
図４ｂは、活性領域、具体的には、図４ａの左外側の縁および図４ｃの右外側の縁をそれぞれ通る、図４ａおよび図４ｃの本発明のバイポーラプレート１００の断面図を示し、ここで２つの個別プレート１００ａ、１００ｂが繋がった状態であることを認識することができる。
【００４５】
図４ｄは、図４ａ〜図４ｃでも既に示した完全なバイポーラプレート１００を、ここでは２つの個別プレート１００ａ、１００ｂを透視した図で示す。図４ｃに示した個別プレート１００ａが、最上部にある。個別プレート１００ａ、１００ｂ間の溶接接続部などの、分配領域１５０ａ、１５０ｂの詳細は、ここでは交差し合っているチャネル１６０ａおよび１６０ｂならびに互いに交差するウェブ１７０ａおよび１７０ｂに起因して、認識しづらくなっている。この理由から、これらの個別プレートが図４ａおよび図４ｃに示されている。
【００４６】
図４ａおよび図４ｃに示す第２個別プレート１００ｂおよび第１個別プレート１００ａの分配領域１５０ｂおよび１５０ａは、互いに対向する背面に沿って、ここでは特に物理合着接続部５０に沿ってレーザ溶接接続部によって、局所的に互いに物理的に接続される。
【００４７】
第２個別プレート１００ｂのチャネル１６０ｂおよびウェブ１７０ｂ、ならびに第１個別プレート１００ａのチャネル１６０ａおよびウェブ１７０ａが各々、図４ａ、図４ｃにおける個別プレート１００ａおよび１００ｂのそれぞれの前面の図示において、左下から右上に向かって斜めに延びていることに起因して、第１個別プレート１００ａの分配領域１５０ａのチャネル１６０ａおよびウェブ１７０ａ、ならびに第２個別プレート１００ｂの分配領域１５０ｂのチャネル１６０ｂおよびウェブ１７０ｂは、平行な平面内で互いに交差して延びることとなる。図４ａ、図４ｃの例において、第１個別プレート１００ａのチャネル１６０ａおよびウェブ１７０ａは、第２個別プレート１００ｂのチャネル１６０ｂおよびウェブ１７０ｂと、それぞれ例えば約５０°および１３０°の交差角度を挟む。
【００４８】
第２個別プレート１００ｂのチャネル１６０ｂのうちの１つを第１個別プレート１００ａ上へ垂直投影したものが、第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａのうちの１つと交差する、第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａの領域６０ａを、第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａの交差領域と呼称する。これと完全に対応して、第１個別プレート１００ａのチャネル１６０ａのうちの１つを第２個別プレート１００ｂ上へ垂直投影したものが、第２個別プレート１００ｂのウェブ１７０ｂのうちの１つと交差する、第２個別プレート１００ｂのウェブ１７０ｂの領域６０ｂを、第２個別プレート１００ｂのウェブ１７０ｂの交差領域と呼称する。
【００４９】
初めに説明したように、既知のセパレータプレートの決定的な短所は、セパレータプレートの個別プレートが、本明細書で説明したように各個別プレートのチャネルが交差するように延びる領域において、典型的には、非常に小さい接触領域に沿ってのみ接続可能であるという点にある。具体的には、２つの個別プレートのチャネル底部の、互いに対向する背面が、互いに交差する。
【００５０】
本明細書で提案する改善点は、第２個別プレート１００ｂに対向する第１個別プレート１００ａの背面が、これらの交差領域６０ａにおいて第２個別プレート１００ｂのそれぞれのチャネル１６０ｂの底部の背面と、ここでは例えばレーザ溶接接続部を介して接触して物理的に接続されるように、少なくとも第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａが、図４ｃに示すように交差領域６０ａのうちの少なくともいくつかで陥没していることにある。このようにすることで、分配領域１５０ａ、１５０ｂにおける、個別プレート１００ａ、１００ｂの背面が接触し互いに接続されるまたは接続可能である接触面を大幅に拡大することができる。ウェブ１７０ａは各々、交差領域６０ａにおいて、ウェブ１７０ａが交差するチャネルの、このチャネルの高さの半分における幅のおよそ２倍に相当する長さにわたり、ここでは例えば各々約０．４ｍｍの長さにわたり、ウェブ１７０ａの延びる方向に沿って陥没する。さらに、交差領域６０ａのウェブ凹部を介して、それぞれのウェブの両側を延びるチャネル１６０ａが流体的に接続される。従って、例えば、ウェブ凹部の位置はまた、隣接するチャネル１５０ａ間に流れの接続部を追加することによって分配領域１５０ａにおける媒体の所望の流れプロファイルを生じさせるよう適切に選択され得る。例えば、ウェブ凹部は、チャネル１６０ａにおける何らかの圧力差または質量移動の差を補償または低減するよう適切に設けられ得る。
【００５１】
図４ａから推測されるように、個別プレート１００ａ、１００ｂ間の物理合着接続部５０の経路は、典型的には、第２個別プレート１００ｂのそれぞれのチャネル１６０ｂの底部の経路によって、物理合着接続部５０が形成される当該底部の背面において実質的に画定される。ゆえに、図４ａは、物理合着接続部５０が各々、第２個別プレート１００ｂの分配領域１５０ｂにおけるチャネル１６０ｂおよびウェブ１７０ｂの経路と平行にまたは実質的に平行に位置合わせされることを示す。物理合着接続部５０の位置合わせは、それぞれのチャネル１６０ｂの底部の延びる方向から、チャネル１６０ｂの底部の幅に応じて例えば２５°までの角度、好ましくは１０°までの角度だけ、わずかに異なる可能性があり得る。
【００５２】
図４ａ、図４ｃの例における物理合着接続部５０の長さは、９０°から大きく異なるチャネル１６０ａおよび１６０ｂの間の角度に起因して、ウェブ１７０ａの幅の少なくとも２倍に相当する。ここでの物理合着接続部５０の長さは、同様に、部分的陥没ウェブ１７０ａが交差するチャネル１６０ｂの高さの半分において、これらのチャネルの幅の少なくとも２倍に相当する。例えば、図４ａ、図４ｃにおける物理合着接続部は各々、少なくとも０．７ｍｍの長さにわたって延在する。特に、図４ａ、図４ｃにおける物理合着接続部５０の長さは各々、２つの個別プレート１００ａ、１００ｂの間の境界面の領域におけるそれぞれの物理合着接続部５０の幅の１０倍に相当する。
【００５３】
図２より既に明らかとなっているように、セパレータプレートの分配領域１５０ａは、略三角形の表面をなし得る。図２および図４ｃより、そのような略三角形の表面内の分配領域１５０ａのチャネル１６０ａは、媒体を活性領域１６７ａの全幅に供給またはそこから排出できるよう、活性領域１６７ａにおけるチャネルの延びる方向を実質的に横断して延びることがわかる。互いに平行に延びるチャネル１６０ａの全長は大きく異なり、数個の短い余分のチャネルまたはウェブ、例えばウェブ１７０ａ＊が生じることが多い。ここで、そのような余分のチャネルまたはウェブの間にあるウェブ部分は、互いに最も近くにある２つのウェブ凹部の間に延在する同一の長さＤを有する。本例では、長さＤは１４ｍｍである。
【００５４】
図５ａは、個別プレート１００ａ、１００ｂの間の、図４ａおよび図４ｃに示した物理合着接続部５０のうちの１つ、具体的には溶接接続部を横断面で示す。一方、図５ｂは、２つの個別プレート１００ａ、１００ｂの間の代替的な物理合着接続部、具体的には接着またははんだ接続部を示す。図５ａおよび図５ｂの断面は、個別プレート１００ａ、１００ｂの表面平面と垂直に、かつ第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａおよびチャネル１６０ａの延びる方向と垂直に位置合わせされている。従って、図５ａおよび図５ｂの断面は、第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａおよびチャネル１６０ａが、当該断面に沿って最小の幅を有するように選択されている。第２個別プレート１００ｂのウェブ１７０ｂおよびチャネル１６０ｂは、第１個別プレート１００ａのチャネル１６０ａおよびウェブ１７０ａに対して斜めに延びるので、図５ａおよび図５ｂにおける第２個別プレート１００ｂのチャネル１６０ｂおよびウェブ１７０ｂの幅は、第１個別プレート１００ａのチャネル１６０ａおよびウェブ１７０ａの幅と比較して拡大している。
【００５５】
図５ａおよび図５ｂにおいて、中間ウェブ１７０ａが、２つの隣接するチャネル１６０ａの底部まで陥没していることを明確に認識することができる。従って、第２個別プレート１００ｂに対向するウェブ凹部６０ａの背面は、中間ウェブ１７０ａの両側を延びるチャネル１６０ａの底部の隣接し合う背面と一平面内にあり、これにより、互いに対向する個別プレート１００ａ、１００ｂの背面に沿って特に大きな接触面が交差領域６０ａに生じる。これは図５ａおよび図５ｂにそれぞれ示されている。 
【００５６】
溶接接続部の幅はまず第一に、図５ａから明らかなとおり、適用される溶接の長さに、特にその光学系に依存し、ほとんどの場合３０μｍから２００μｍの間である一方、図５ｂに示すような接着またははんだ付けの接続部について考えると、接触面の幅の、特に接触面の全幅の少なくとも７５％、好ましくは少なくとも９５％を接続部に用いることが試みられる。それにも拘わらず、本発明の利点は、実際には溶接接続部についても供することができる。これは、個別プレート１００ａ、１００ｂ間の接触面が拡大することに起因して、図５ａの交差領域６０ａにおける物理合着接続部５０を形成するための器具の位置決めの正確性に対する要求が、現在の技術水準から既知である個別プレートの接続部による場合よりも小さくなるからである。本発明の利点は特に、物理合着接続部の可能な長さを拡大することに現れる。
【００５７】
図５ａには、各々が個別プレート１００ａの中立繊維（ｎｅｕｔｒａｌ  ｆｉｂｒｅ）に沿って延在する２つの平面Ｅ１およびＥ２が示されている。ここで、平面Ｅ１は、非陥没ウェブ１７０ａが延在する平面に相当し、平面Ｅ２は、チャネル１６０ａとウェブ１７０ａの完全に陥没した部分とが延在する平面に相当する。少なくとも分配領域１５０ａ内にあり、かつ個別プレート１００ａの表面平面を横断して延びない、個別プレート１００ａの全ての領域が、平面Ｅ１または平面Ｅ２内のみを延びることが有利である。
【００５８】
図６は、バイポーラプレート１００の改変形態の場合における、第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａの交差領域６０ａの概略平面図を示す。ウェブ凹部が図面中央部に示されており、これを介して中間ウェブ１７０ａの両側を延びる第１個別プレート１００ａのチャネル１６０ａの間が流体的に接続されることになる。さらに、第２個別プレート１００ｂのチャネル１６０ｂの経路が概略的に示されており、ここで第１個別プレート１００ａに対向するこのチャネルの底部背面は、ｘ−ｙ平面と、よって第１個別プレート１００ａの表面平面と平行に、第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａおよびチャネル１６０ａと直角に延びる。第１個別プレート１００ａのウェブ凹部６０ａは、第２個別プレート１００ｂに対向するその背面に沿って、第２個別プレート１００ｂのチャネル１６０ｂの底部の、第１個別プレート１００ａに対向する背面と、物理合着接続部５０を介して接続される。ここで接続部５０は、第２個別プレートのチャネル１６０ｂの経路に合わせて、第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａおよびチャネル１６０ａと垂直に位置合わせされている。ここで、接続部５０は、部分的陥没ウェブ１７０ａの全幅にわたって、陥没した交差領域６０ａ内に延在する。
【００５９】
図７ａ〜図７ｆは、第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａおよびチャネル１６０ａ、ならびに第２個別プレート１００ｂのウェブ１７０ｂおよびチャネル１６０ｂのさらなる実施形態を、概略透視図で概略的に示す。これらの実施形態のいくつかにおいて、第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａ、および第２個別プレート１００ｂのウェブ１７０ｂは、それらがそれぞれの他方の個別プレートのチャネルと交差する領域のいくつかにおいて、ウェブ凹部を有する。ウェブ凹部の領域にはやはり、先に説明したタイプの物理合着接続部が個別プレート１００ａ、１００ｂの間に配置される。特に、図４ａ〜図６に関して既に前もって説明したように、第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａの凹部６０ａの背面と、第２個別プレート１００ｂのチャネル１６０ｂの底部の背面との間には、物理合着接続部５０ｍ、５０ｎが存在する。しかしながら、図７ａ〜図７ｃには、これに加えて第２個別プレート１００ｂのウェブ１７０ｂの凹部６０ｂも示されており、当該凹部は、その背面に沿って、物理合着接続部５０ｐ〜５０ｓを介して第１個別プレート１００ａのチャネル１６０ａの底部の背面に接続されている。さらに、少なくとも１つのウェブ凹部６０ａおよび少なくとも１つのウェブ凹部６０ｂにわたって延在する物理合着接続部５０ｕ、５０ｔが示されている。ここでの指標ｍ、ｎおよびｐ〜ｔは、単に個々の設計を区別するよう機能するものであり、いずれの場合も物理合着接続部５０である。概観をより良くするために、図７ａ〜図７ｆでは、チャネル、ウェブ、凹部および物理合着接続部の一部のみに、個々の参照符号を付している。
【００６０】
図７ａは、直角に交差するチャネル１６０ａ、１６０ｂの２つの平行な群を用いて、いくつかの物理合着接続部５０ｐが、同一のチャネルの背面に沿って形成され得ることを例示する。ここで２つの物理合着接続部５０ｐは、２つのウェブ１７０ｂによって互いに離間している。
【００６１】
図７ｂは、チャネル１６０ａ、１６０ｂの２つの群を示し、これについては、チャネル１６０ａ、１６０ｂが各々、上から下に向かって広がっている。これらの群は、それぞれ約６５°および１１５°の角度で交差する。ここでは、連続的な溶接接続部５０ｍとは別に、線上に並ぶいくつかの溶接点で構成される溶接接続部５０ｎが、２つの凹部または交差領域６０ａに存在する。図７ａの溶接接続部５０ｐと同一に設計された溶接接続部５０ｑとは別に、凹部または交差領域６０ｂは、２つのさらなる溶接接続部５０ｒおよび５０ｓを備える。これらは、互いに隣接する２つのウェブ１７０ｂが陥没している領域にあり、それによって直接的に相互作用するという点で溶接接続部５０ｑとは異なる。
【００６２】
図７ｃおよび図７ｄには、第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａおよびチャネル１６０ａ、ならびに第２個別プレート１００ｂのウェブ１７０ｂおよびチャネル１６０ｂが、弧状に、具体的には、例えば円弧状に（図７ｃ）または波状に（図７ｄ）延び得ることが示されている。
【００６３】
図７ｅおよび図７ｆは、互いに交差するチャネル１６０ａ、１６０ｂの群の直角グリッドを用いた、より複雑な凹部および接続部のパターンを示す。これらの複雑なパターンは、幅が一定な複数のチャネルを直角に配置するものに限定されない。これらの複雑な凹部および接続部のパターンはとりわけ、媒体をチャネルを通して適切に誘導するべく用いられ得る。
【００６４】
図７ｅにおいて、互いに隣接する２つのウェブ１７０ｂは、凹部６０ｂを形成する中で、同一のチャネル１６０ａを差し渡して陥没している。このチャネル１６０ａを区切る２つのウェブ１７０ａもやはり、凹部６０ａを形成する中で、部分的に陥没した２つの隣接するウェブ１７０の間の領域で陥没している。チャネル１６０ａ、１６０ｂの底部の背面の接触面は、凹部６０ａの背面およびチャネル１６０ｂの底部の背面の接触面と共に、また凹部６０ｂの背面およびチャネル１６０ａの底部の背面の接触面と共に、２つの個別プレート１００ａ、１００ｂの大きな接触面を形成し、これによって、２つの個別プレート１００ａ、１００ｂの物理合着接続部５０ｔを十字形とすることが可能となる。
【００６５】
図７ｆは、３つのウェブ凹部または交差領域６０ｂ、６０ａおよび６０ｂにわたる、２つの個別プレート１００ａ、１００ｂの折れ曲がりのある接続部５０ｕを示す。これに関して、第２個別プレート１００ｂのウェブ１７０ｂは、第１個別プレート１００ａのチャネル１６０ａを差し渡した領域で陥没し、従って第２個別プレート１００ｂの２つのチャネル１６０ｂを流体的に接続させる。第１個別プレート１００ａのウェブ１７０ａはやはり、ウェブ１７０ｂの凹部６０ｂに隣接して、第２個別プレート１００ｂのこれらのチャネル１６０ｂのうちの１つを差し渡して陥没している。この凹部６０ａはやはり、第１個別プレート１００ａの２つのチャネル１６０ａを流体的に接続させる。第２個別プレート１００ｂのウェブ１７０ｂはやはり、ウェブ１７０ａの凹部６０ａに隣接して、第１個別プレート１００ａのこれらのチャネル１６０ａのうちの１つを差し渡して陥没している。
［項目１］
電気化学システム用のセパレータプレートであって、
上記セパレータプレートは、第１個別プレートと、上記第１個別プレートに接続された第２個別プレートとを備え、
上記第１個別プレートは、媒体を誘導するための２つの第１チャネルを有し、上記第１チャネルは、互いに隣り合って延び、上記第１個別プレートに成形されており、上記第１チャネルの間に形成されたウェブによって少なくとも部分的に互いに分離されており、
上記第２個別プレートは、媒体を誘導するための第２チャネルを有し、上記第２チャネルは、上記第２個別プレートに成形されており、
上記第１チャネルの間に形成された上記ウェブ、および上記第２個別プレートに成形された上記第２チャネルは、上記第２チャネルを上記第１個別プレートの表面平面と垂直に上記第１個別プレート上へ投影したものが、上記ウェブの交差領域に沿って上記ウェブと交差するように設計および配置され、
上記ウェブは、上記ウェブの上記交差領域で陥没しており、これにより、上記ウェブの両側を延びる上記第１チャネルが、上記ウェブの凹部を介して流体的に接続し、
上記凹部の底部の、上記第２個別プレートに対向する背面が、上記第２チャネルの底部の、上記第１個別プレートに対向する背面と物理的に接続される、
セパレータプレート。
［項目２］
互いに隣り合って延びる、媒体を誘導するための複数の第１チャネルが、上記第１個別プレートに成形されており、上記複数の第１チャネルのうち隣接するチャネルは、ウェブによって少なくとも部分的に分離されており、
互いに隣り合って延びる、媒体を誘導するための複数の第２チャネルが、上記第２個別プレートに成形されており、上記第１チャネル、上記第１個別プレートの上記ウェブ、および上記第２チャネルは、上記第２チャネルを上記第１個別プレートの表面平面と垂直に上記第１個別プレート上へ投影したものが、上記第１個別プレートの上記ウェブの１または複数の交差領域に沿って上記ウェブと交差するように設計および配置され、
上記第１個別プレートの上記ウェブは、上記交差領域で、または少なくとも上記交差領域のいくつかで陥没しており、これにより、上記第１個別プレートのそれぞれのウェブの両側を延びる上記第１チャネルが、このウェブの上記凹部を介して流体的に接続し、
それぞれの凹部の底部の、上記第２個別プレートに対向する背面が、上記第２チャネルの底部の、上記第１個別プレートに対向する背面と物理的に接続され、上記第２チャネルは、上記第１個別プレートの上記ウェブと交差する、
項目１に記載のセパレータプレート。
［項目３］
上記複数の第２チャネルのうち隣接するチャネルは、同様に、ウェブによって分離されており、上記第２個別プレートのこれらのウェブ、および上記第１チャネルは、上記第１チャネルを上記第２個別プレートの表面平面と垂直に上記第２個別プレート上へ投影したものが、上記第２個別プレートの上記ウェブの１または複数の交差領域に沿って上記ウェブと交差するように設計および配置され、
上記第２個別プレートの上記ウェブは、上記交差領域で、または少なくとも上記交差領域のいくつかで陥没しており、これにより、それぞれのウェブの両側を延びる上記第２チャネルが、このウェブの上記凹部を介して流体的に接続し、
それぞれの凹部の底部の、上記第１個別プレートに対向する背面が、上記第２個別プレートの上記ウェブと交差する上記第１チャネルの底部の、上記第２個別プレートに対向する背面と物理的に接続される、
項目２に記載のセパレータプレート。
［項目４］
説明したタイプの物理合着接続部を有する複数の凹部が、同一の上記ウェブに形成される、
項目２または３に記載のセパレータプレート。
［項目５］
上記第１チャネルまたは上記第２チャネルのうちの１つまたは複数を、この個別プレートの表面平面と垂直にそれぞれの他方の個別プレート上へ投影したものが、２つ以上の隣接するウェブおよびチャネルと交差し、説明したタイプの物理合着接続部を有する凹部が、上記２つ以上の隣接するウェブの交差領域に形成され、上記交差領域は、同一のチャネルによって画定される、
項目２から４のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
［項目６］
上記第１チャネルおよび上記第２チャネルのうちの少なくとも一方は、少なくとも部分的に、直線状に、特に互いに平行に延びる、
項目１から５のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
［項目７］
上記第１チャネルおよび上記第２チャネルのうちの少なくとも一方は、少なくとも部分的に扇状に延びる、
項目１から６のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
［項目８］
上記第１チャネルおよび上記第２チャネルのうちの少なくとも一方は、少なくとも部分的に、弧状に延びる、
項目１から７のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
［項目９］
上記第１個別プレートおよび上記第２個別プレートは、金属プレートであり、物理合着接続部は、溶接接続部、特にレーザ溶接接続部である、
項目１から８のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
［項目１０］
上記第１個別プレートおよび上記第２個別プレートの表面平面と垂直に定めた上記第１個別プレートおよび上記第２個別プレートの厚みは、５０μｍから１５０μｍの間、好ましくは７０μｍから１１０μｍの間である、
項目１から９のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
［項目１１］
上記第１チャネルおよび上記第２チャネル、ならびに上記第１個別プレートおよび上記第２個別プレートの上記ウェブは、上記個別プレートに型押しされている、
項目１から１０のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
［項目１２］
物理合着接続部は、上記第１個別プレートまたは上記第２個別プレートの上記ウェブの上記凹部の底部の背面において、他方の個別プレートの上記チャネルが延在する主方向に対して、−２５°から＋２５°、特に−１０°から＋１０°の角度で延在する、
項目１から１１のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
［項目１３］
上記物理合着接続部は、上記第１個別プレートまたは上記第２個別プレートの上記凹部の底部の背面において、上記物理合着接続部の幅の少なくとも２倍、好ましくは５倍、特に少なくとも１０倍に相当する長さにわたって、連続的または部分的に延在する、
項目１２に記載のセパレータプレート。
［項目１４］
上記ウェブの上記凹部の底部は各々、上記ウェブに隣接する上記第１チャネルおよび上記第２チャネルの底部に至るまで連続的に陥没しており、これにより、上記凹部の底部の背面と上記凹部に接続する上記チャネルの底部の背面とが一平面にある、
項目１から１３のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
［項目１５］
上記第１個別プレートおよび上記第２個別プレートの表面平面と平行なそれぞれの交差領域において、
上記第２チャネルを上記第１個別プレート上へ投影したものが、上記第１個別プレートの上記ウェブと、交差角度αを挟む、または、
上記第１チャネルを上記第２個別プレート上へ投影したものが、上記第２個別プレートの上記ウェブと、交差角度αを挟み、
１５°≦α≦１６５°であり、好ましくは３０°≦α≦１５０°である、
項目１から１４のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
［項目１６］
上記第１チャネルおよび上記第２チャネルの第１端部が、上記セパレータプレートの貫通開口部と流体的に接続し、
上記第１チャネルおよび上記第２チャネルの第２端部が、それぞれの個別プレートの活性領域の少なくとも一部と流体的に接続し、
上記貫通開口部は、媒体を上記活性領域に供給する、または媒体を上記活性領域から排出するよう構成される、
項目２から１４のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
［項目１７］
上記第１個別プレートおよび上記第２個別プレートは、上記貫通開口部を包囲するビードであって、それぞれの貫通開口部を封止するためのビードを有し、上記第１チャネルおよび上記第２チャネルのうちの少なくとも一方の上記第１端部は、それぞれのビードを通して媒体を誘導するためのビード供給貫通部と流体的に接続する、
項目１６に記載のセパレータプレート。
［項目１８］
具体的にはバイポーラプレートである、
項目１から１７のいずれか一項に記載のセパレータプレート。
【図１】
0006759515.tif 000002
【図２】
0006759515.tif 000003
【図３】
0006759515.tif 000004
【図４ａ】
0006759515.tif 000005
【図４ｂ】
0006759515.tif 000006
【図４ｃ】
0006759515.tif 000007
【図４ｄ】
0006759515.tif 000008
【図５ａ】
0006759515.tif 000009
【図５ｂ】
0006759515.tif 000010
【図６】
0006759515.tif 000011
【図７ａ】
0006759515.tif 000012
【図７ｂ】
0006759515.tif 000013
【図７ｃ】
0006759515.tif 000014
【図７ｄ】
0006759515.tif 000015
【図７ｅ】
0006759515.tif 000016
【図７ｆ】
0006759515.tif 000017