(57)【要約】  例示の燃料電池コンポーネントが、燃料電池内で電気を発生させるための電気化学反応に用いられるガス反応物の流れを容易にするように構成された複数の流路を含む、反応物分配板を備える。流路の各々が、その流路に沿った反応物ガスの流れの方向に対応する長さを有する。各流路の幅は、長さに対して概ね垂直である。各流路の深さは、幅および長さに対して概ね垂直である。幅または深さの少なくとも一方が、流路の単一の長さ方向位置に少なくとも２つの異なる寸法を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池内で電気を発生させるための電気化学反応に用いられるガス反応物の流れを容易にするように構成された複数の流路を含む、反応物分配板を備えた燃料電池コンポーネントであって、
前記流路の各々が、該流路に沿った反応物ガスの流れの方向に対応する長さと、前記長さに対して概ね垂直な幅と、前記幅および前記長さに対して概ね垂直な深さと、を有し、前記幅または前記深さの少なくとも一方が、単一の長さ方向位置に少なくとも２つの異なる寸法を有する、燃料電池コンポーネント。
【請求項２】
前記流路の各々が、
前記単一の長さ方向位置に第１の断面積を有する第１の流路部と、
前記単一の長さ方向位置に第２の、異なる断面積を有する第２の流路部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池コンポーネント。
【請求項３】
前記第１の流路部が、第１の断面形状を有し、
前記第２の流路部が、第２の断面形状を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池コンポーネント。
【請求項４】
前記第１の断面形状および前記第２の断面形状が、同じ形状であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池コンポーネント。
【請求項５】
前記第１の断面形状および前記第２の断面形状が、概ね矩形であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池コンポーネント。
【請求項６】
前記流路の各々が、親水性の、少なくとも一つの表面を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池コンポーネント。
【請求項７】
前記流路の各々が、疎水性の、少なくとも一つのその他の表面を有することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池コンポーネント。
【請求項８】
前記幅および前記深さが、双方とも前記単一の長さ方向位置に少なくとも２つの異なる寸法を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池コンポーネント。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
燃料電池は電力源として有用である。燃料電池は電気エネルギーを発生させるための周知の電気化学反応を用いる。水素および酸素などの反応物が電気化学反応に使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
燃料電池の運転に伴う課題の一つは、燃料セル内の水の存在の管理である。所謂フラッディング状態が燃料セル効率に支障を及ぼすおそれがあり、性能低下を生じさせる。さらに、反応物燃料流路に水が蓄積することにより様々な箇所に燃料欠乏が発生した場合、炭素腐食が起こりうる。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
例示の燃料電池コンポーネントが、燃料電池内で電気を発生させるための電気化学反応に用いられるガス反応物の流れを容易にするように構成された複数の流路を含む、反応物分配板を備える。流路の各々が、その流路に沿った反応物ガスの流れの方向に対応する長さを有する。各流路の幅は、長さに対して概ね垂直である。各流路の深さは、幅および長さに対して概ね垂直である。幅または深さの少なくとも一方が、流路の単一の長さ方向位置に少なくとも２つの異なる寸法を有する。
【０００４】
異なる幅または異なる深さの寸法が、２つの流路部を構築する。液体水が流路内に蓄積したときでさえ、流路の長さに沿って反応物ガスが継続的に流れるように、２つの流路部の少なくとも一方は、液体水が無い状態に維持されやすい。
【０００５】
様々な実施例が、以下の例示の実施例の詳細な説明から当業者にとって明らかとなるであろう。詳細な説明に添付の図面を以下のように簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施例に従って設計された反応物流路を有する一例の燃料セルコンポーネントの概略斜視図。
【図２】一実施例の選択された特徴部を示す断面図。
【図３】別の実施例の選択された特徴部を示す断面図。
【図４】図３の実施例の別の状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は一例の燃料セルコンポーネントを示す。反応物分配板２０が、複数の流路２２およびリブ２４を含む。それらの流路２２は、ガス反応物の流れを容易にするように構成される。燃料セルアセンブリに反応物分配板をどのように組み込むかは周知である。一例の流路２２は、燃料電池内で電気を発生させるためのガス反応物を電気化学反応に使用すべく、ガス反応物の流れを促進するように構成される。
【０００８】
流路２２の各々は、流路を通流するガス流の方向に対応する長さＬを有する。各流路２２は、長さＬに対して概ね垂直な幅Ｗ寸法を含む。各流路はこの例では少なくとも２つの異なる幅寸法を有する。２つの幅寸法Ｗ1およびＷ2を図１に示す。各流路はまた、長さおよび幅に対して概ね垂直な深さ寸法を有する。図示の例は、少なくとも２つの異なる深さ寸法を含む。深さ寸法Ｄ1およびＤ2を示す。
【０００９】
この例では、各流路２２が、複数の表面を有する。第１の表面３０が、流路２２の縁端から第２の表面３２へと延在する。第２の表面３２と縁端との間の距離が深さＤ2に相当
する。第３の表面３４は第１の表面３０と平行であるとともに第２の表面３２に対して垂直である。第４の表面３６は、縁端から深さＤ1に対応する距離だけ離間している。
【００１０】
第５および第６の表面３８，４０は、第２および第３の表面と同様に配置されるが、流路２２の反対側に配置される。表面３４と表面３８との間の距離は、幅Ｗ1に相当する。第７の表面４２は、第６の表面４０と流路２２の対応する側の縁端との間に延在する。表面３０と表面４２との間の距離は、幅Ｗ2に相当する。
【００１１】
図示の例では複数の異なる幅寸法と、複数の異なる深さ寸法とが、流路２２内の同じ長さ方向の位置にある。換言すれば、長さＬに対して垂直な方向にガス反応物分配板２０の断面を取ると、複数の異なる幅寸法および深さ寸法が含まれる。図示の例では、各流路の全長に沿って複数の異なる幅寸法および深さ寸法が存在する。
【００１２】
実施例の断面図である図２からも明らかなように、異なる幅寸法および異なる深さ寸法により各流路２２に沿った２つの流路部４４，４６が構築される。２つの流路部により、液体水が流路内に蓄積したときでさえ、各流路２２に沿ってガスが流れるのを容易にする。各流路２２の構成は部位４４または部位４６の一方に水が集まるのを容易にする一方、他方は流路を通してガスを通流させるように少なくとも部分的に水が無い状態に維持される。
【００１３】
図２は、流路２２における一つの内部の液体水を符号５０で概略的に示す。流路内の異なる寸法および図示の実施例の構成は、水５０を流路の第１の部分４４に集積しやすくする。この例では、ガスが流路の少なくとも第２の部分４６を通流しうるように、第２の部分４６は障害物が無い状態に維持される。
【００１４】
図示の実施例の一つの特徴は、第２の部分４６を通流する連続的な反応物ガスの流れが液体水５０を流路２２の外側へと移動させるように促す傾向があることである。図示の構成により、各流路２２を通る反応物ガスの連続的な流れを可能にするだけでなく、反応物ガスが流路を通して連続的に移動するのに従って液体水の除去を容易にする。
【００１５】
図２の実施例では、ガス反応物分配板の材料は、少なくとも流路２２の内側面３０〜４２に沿って疎水性である。図示の実施例における２つの異なる毛細管の半径が水滴を不安定にさせやすくし、それにより図２の符号５０に概略的に示される種類の水の蓄積を生じさせる。こうした液体水の水滴または気泡は、流路２２の第２の部分４６を通る連続的なガス反応物の流れにより、流路の外側へと運ばれやすい。
【００１６】
図３，４は、ガス反応物分配板２０の製造に用いられる材料が少なくとも流路２２の表面３０〜４２に沿って親水性である、別の実施例を示す。親水性表面は、流路内に存在するあらゆる液体水を表面に付着させやすくする。この例では寸法Ｗ1，Ｗ2，Ｄ1，Ｄ2によって構築された２つの異なる毛細管の半径が水膜を不安定にさせやすくする。図３，４の実施例における流路２２内のあらゆる液体水は、小さい毛細管半径を有する領域内に流入する傾向を有する。図３は、流路のうちの一つの内部に液体水を符号５２，５４で概略的に示す。理解されるように、流路の実質的な部分が、流路２２を通る反応物ガス流に対して開放された状態に維持される。図４は、流路２２内に蓄積された追加の液体水５６を概略的に示す。この例では、流路２２の第１の部分４４の少なくとも一部が、その流路を通る反応物ガス流に対して開放された状態に維持される。
【００１７】
一部の実施例では、流路２２内の複数の表面のうちの少なくとも一つが親水性である一方、その他の表面のうちの少なくとも一つが疎水性である。こうした実施例により、あらゆる液体水の蓄積が流路を通る反応物ガス流を妨害しないように液体水の蓄積に対処すべく、異なる流路の部分を構築するように流路内に複数の異なる寸法を設けたことによる利点を実現しながら、流路２２内の水分を選択的に導くことを可能にする。
【００１８】
流路２２の構成により、液体水が任意の流路を遮断してしまうのを防ぐ。これにより燃料電池内における優れたガス反応物の分布を保証する。図示の実施例により、ガス反応物のアクセスの向上、燃料セル性能の向上、および炭素腐食の低下がもたらされる。
【００１９】
上記の記載は本質的に限定的なものではなく例示に過ぎない。本発明の本質を逸脱することなく開示の実施例に対する種々の変更および修正が当業者にとって明らかとなるであろう。本発明に対する法的保護の範囲は以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ画定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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