(57)【要約】  特に電気化学的装置内でバイポーラプレートの構成要素として使用される、安定して形成され且つ効率的な流れガイドを可能にするフローエレメントを提供するために、フローエレメントがプレート形状のベースボディを有し、そのベースボディが薄板加工品として形成されて、通路構造を有し、その場合に通路構造が複数の通路を有し、その通路がベースボディ内の凹部によって形成されて、ベースボディの隆起部によって互いに分離されており、その場合に標準レベル差を有する少なくとも１つの領域が設けられており、その標準レベル差はベースボディの２つの主要延び方向に対して垂直に延びる高さ方向に関して、凹部と、隣接する隆起部との間の高低差を表し、その場合に減少レベル差を有する少なくとも１つの領域が設けられており、前記領域内では凹部と、隣接する隆起部との間の高低差が、標準レベル差よりも小さく、その場合に減少レベル差を有する少なくとも１つの領域がベースボディの平行伸張領域を有し、その平行伸張領域は、薄板加工品の変形によってベースボディが伸張する際に伸張ベクトルに沿って伸張されており、その伸張ベクトルが互いに平行に延びる平面内に位置し、その場合にベースボディの平行伸張領域を含む、減少レベル差を有する少なくとも１つの領域が、ベースボディの湾曲伸張領域に隣接し、その湾曲伸張領域は、薄板変形部品の変形によってベースボディが伸張する場合に伸張ベクトルに沿って伸張されるとともにその伸張ベクトルの交差する平面内に位置している、フローエレメントが提案される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板加工品（１１０）として形成されて通路構造（１１８）を有するプレート形状のベースボディ（１０４）を備えた、フローエレメント（１０２）であって、
通路構造（１１８）が複数の通路（１１６）を有し、前記通路がベースボディ（１０４）内の凹部（１１２）によって形成されており、かつベースボディ（１０４）の隆起部（１１４）によって互いに分離されており、
標準レベル差（ＮN）を有する少なくとも１つの領域が設けられており、前記標準レベル差が、ベースボディ（１０４）の２つの主要延び方向（１０６）に対して垂直に延びる高さ方向（１０８）に関して、凹部（１１２）と隣接する隆起部（１１４）との間の高低差を表し、
減少レベル差（ＮR）を有する少なくとも１つの領域が設けられており、前記領域内で凹部（１１２）と隣接する隆起部（１１４）との間の高低差が標準レベル差（ＮN）よりも小さく、
減少レベル差（ＮR）を有する少なくとも１つの領域が、ベースボディ（１０４）の平行伸張領域（１４６）を含み、前記平行伸張領域は、薄板加工品（１１０）の変形によってベースボディ（１０４）が伸張する場合に伸張ベクトルに沿って伸張されており、前記伸張ベクトルが互いに平行に延びる平面内に位置しており、
ベースボディ（１０４）の平行伸張領域（１４６）を含む、減少レベル差（ＮR）を有する少なくとも１つの領域が、ベースボディ（１０４）の湾曲伸張領域（１４８）に隣接し、前記湾曲伸張領域は、薄板加工品（１１０）の変形によってベースボディ（１０４）が伸張する場合に伸張ベクトルに沿って伸張されており、前記伸張ベクトルはそれ自身が交差する平面内に位置している、
フローエレメント。
【請求項２】
減少レベル差（ＮR）を有する少なくとも１つの領域が、ベースボディ（１０４）の平行伸張領域（１４６）のみを有していることを特徴とする、請求項１に記載のフローエレメント（１０２）。
【請求項３】
減少レベル差（ＮR）を有する少なくとも１つの領域が、ベースボディ（１０４）の湾曲伸張領域（１４８）内へ延びていることを特徴とする、請求項１に記載のフローエレメント（１０２）。
【請求項４】
少なくとも１つの平行伸張領域（１４６）がベースボディ（１０４）の、通路（１１６）の略直線状の通路部分（１２２）を有するかあるいは通路（１１６）の略直線状の通路部分（１２２）によって形成される領域であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のフローエレメント（１０２）。
【請求項５】
少なくとも１つの湾曲伸張領域（１４８）がベースボディ（１０４）の、通路（１１６）の湾曲するかもしくは曲がった通路部分（１２４）を有するかあるいは通路（１１６）の湾曲するかもしくは曲がった通路部分（１２４）によって形成される領域であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のフローエレメント（１０２）。
【請求項６】
標準レベル差（ＮN）を有する少なくとも１つの領域内で、凹部（１１２）によって形成される通路底（１４０）と、隣接する隆起部（１１４）によって形成されるウェブ（１２０）とが互いに略平行に延びていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のフローエレメント（１０２）。
【請求項７】
標準レベル差（ＮN）を有する少なくとも１つの領域内で、凹部（１１２）によって形成される通路底（１４０）と、隣接する隆起部（１１４）によって形成されるウェブ（１２０）とが互いに実質的に曲がって延びていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のフローエレメント（１０２）。
【請求項８】
減少レベル差（ＮR）を有する少なくとも１つの領域内で、凹部（１１２）によって形成される通路底（１４０）と、隣接する隆起部（１１４）によって形成されるウェブ（１２０）とが互いに略平行に延びていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のフローエレメント（１０２）。
【請求項９】
請求項１から８の少なくとも１項に記載の１つ又は複数のフローエレメント（１０２）を有する、電気化学的装置のためのバイポーラプレート（１００）。
【請求項１０】
バイポーラプレート（１００）が、第１のフローエレメント（１０２）と少なくとも１つの他のフローエレメント（１０２）を有し、第１のフローエレメント（１０２）及び／又は少なくとも１つの他のフローエレメント（１０２）が、請求項１から８のいずれか一項に記載のフローエレメント（１０２）であることを特徴とする、請求項９に記載のバイポーラプレート（１００）。
【請求項１１】
第１のフローエレメント（１０２）が他のフローエレメント（１０２）に次のように、すなわちベースボディ（１０４）内の凹部（１１２）が他のフローエレメント（１０２）の方向に延びるように配置されていることを特徴とする、請求項１０に記載のバイポーラプレート（１００）。
【請求項１２】
ベースボディ（１０４）内の凹部（１１２）が、少なくとも部分的に凹部（１１２）の通路底（１４０）の領域内で、他のフローエレメント（１０２）に密接していることを特徴とする、請求項１１に記載のバイポーラプレート（１００）。
【請求項１３】
第１のフローエレメント（１０２）のベースボディ（１０４）の減少レベル差（ＮR）を有する少なくとも１つの領域が、他のフローエレメント（１０２）から離隔して配置されていることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のバイポーラプレート（１００）。
【請求項１４】
第１のフローエレメント（１０２）のベースボディ（１０４）の平行伸張領域（１４６）の少なくとも一部分が、他のフローエレメント（１０２）から離隔して配置されていることを特徴とする、請求項１０から１３のいずれか一項に記載のバイポーラプレート（１００）。
【請求項１５】
第１のフローエレメント（１０２）のベースボディ（１０４）の湾曲伸張領域（１４８）の少なくとも一部分が、他のフローエレメント（１０２）から離隔して配置されていることを特徴とする、請求項１０から１４のいずれか一項に記載のバイポーラプレート（１００）。
【請求項１６】
フローエレメント（１０２）、特に請求項１から８のいずれか一項に記載のフローエレメント（１０２）を製造する方法であって：
ベースボディ（１０４）を準備する段階；及び
通路構造（１１８）を形成するためにベースボディ（１０４）を変形させる段階、を含んでおり
前記通路構造（１１８）が複数の通路（１１６）を有し、前記通路がベースボディ（１０４）内の凹部（１１２）によって形成され、かつベースボディ（１０４）の隆起部（１１４）によって互いに分離されており、
標準レベル差（ＮN）を有する少なくとも１つの領域が形成され、前記標準レベル差が、ベースボディ（１０４）の２つの主要延び方向（１０６）に対して垂直に延びる高さ方向（１０８）に関して、凹部（１１２）と、隣接する隆起部（１１４）との間の高低差を表し、
減少レベル差（ＮR）を有する少なくとも１つの領域が形成され、前記領域内で凹部（１１２）と、隣接する隆起部（１１４）との間の高低差が、標準レベル差（ＮN）よりも小さく、
減少レベル差（ＮR）を有する少なくとも１つの領域が、ベースボディ（１０４）の平行伸張領域（１４６）を含み、前記平行伸張領域は、ベースボディ（１０４）が変形される場合に伸張ベクトルに沿って伸張されるとともに前記伸張ベクトルが互いに平行に延びる平面内に位置し、
ベースボディ（１０４）の平行伸張領域（１４６）を含む、減少レベル差（ＮR）を有する少なくとも１つの領域が、ベースボディ（１０４）の湾曲伸張領域（１４８）に隣接し、前記湾曲伸張領域は、ベースボディ（１０４）が変形される際に伸張ベクトルに沿って伸張されるとともに前記伸張ベクトルの交差する平面内に位置している、
フローエレメントを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にバイポーラプレートの構成要素として電気化学的装置内で使用される、フローエレメントに関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明の課題は、安定的に形成され且つ効率的な流れガイドを可能にするフローエレメントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
この課題は、本発明によれば、プレート形状のベースボディを有し、そのベースボディが薄板加工品として形成されて通路構造を有しているフローエレメントによって解決され、その場合に通路構造が複数の通路を有し、その通路がベースボディ内の凹部によって形成され、かつベースボディの隆起部によって互いに分離されており、
その場合に標準レベル差を有する少なくとも１つの領域が設けられており、その標準レベル差は、ベースボディの２つの主要延び方向に対して垂直に延びる高さ方向に関して、凹部と、隣接する隆起部との間の高低差を表し、
その場合に減少レベル差を有する少なくとも１つの領域が設けられており、その領域内で、凹部と、隣接する隆起部との間の高低差が標準レベル差よりも小さく、
その場合に減少レベル差を有する少なくとも１つの領域が、ベースボディの平行伸張領域を含み、その平行伸張領域は、薄板加工品の変形によってベースボディが伸張する際に伸張ベクトルに沿って伸張されており、その伸張ベクトルが互いに平行に延びる平面内に位置し、
その場合にベースボディの平行伸張領域を含む、減少レベル差を有する少なくとも１つの領域が、ベースボディの湾曲伸張領域に隣接し、その湾曲伸張領域は、薄板加工品の変形によってベースボディが伸張する際に伸張ベクトルに沿って伸張されており、その伸張ベクトルは交差する平面内に位置している。
【０００４】
フローエレメントの本発明に係る特徴によって、フローエレメントは好ましくは安定的に形成される。特に好ましくは、薄板加工品を形成する際の望ましくない、激しい材料伸張は、回避することができる。同時に、好ましくはフローエレメントによる効率的な流れガイドを実現することができる。
【０００５】
標準レベル差を有する領域、減少レベル差を有する領域、平行伸張領域及び／又は湾曲伸張領域は、好ましくはそれぞれベースボディの、通路の通路部分を有する領域である。
【０００６】
ベースボディの、通路の通路部分を有する領域は、好ましくは、通路内を案内される流体の流れ方向に対して垂直に方向付けされた横方向において、通路を画成する隆起部から通路を画成する他の隆起部まで延びている。
【０００７】
標準レベル差は、特に、ベースボディ全体にわたって上回るもののない最大のレベル差である。
【０００８】
ベースボディは、好ましくは両側において、特に高さ方向に関してベースボディの下側と上側において平坦な面に密接可能である。上側もしくは下側の、ベースボディがそれをもって平坦な面に密接可能でありかつ直接接触する表面領域は、好ましくは上側の密接平面もしくは下側の密接平面内に位置している。
【０００９】
標準レベル差を有する領域内において、ベースボディの少なくとも１つの隆起部が好ましくはベースボディの上側の密接平面まで延びており、ベースボディの少なくとも１つの凹部が下側の密接平面まで延びている。
【００１０】
したがって標準レベル差を有する領域内において、凹部の最も低い点（通路底）と隣接する隆起部（ウェブ）の最も高い点との間の高さ方向に沿って延びる高低差が最大となる。
【００１１】
減少レベル差を有する領域内では、好ましくは、少なくとも１つの凹部はベースボディの下側の密接平面まで延びない。
【００１２】
その代わりに、あるいはそれに加えて、減少レベル差を有する領域内において、ベースボディディの少なくとも１つの隆起部は、ベースボディの上側の密接面までは延びない。
【００１３】
ベースボディの平行伸張領域は、好ましくはベースボディの１つの領域であって、その領域内で、薄板加工品の変形から生じるベースボディの伸張は、伸張ベクトルが流体の流れ方向に対して垂直と見なされる横断面平面内に位置するように行われ、その場合に流れ方向に沿って互いに連続する横断面平面は互いに平行に方向付けされている。
【００１４】
本発明の形態において、減少レベル差を有する少なくとも１つの領域は、ベースボディの平行伸張領域のみを含むことができる。
【００１５】
代替的に、減少レベル差を有する少なくとも１つの領域は、ベースボディの湾曲伸張領域内へ延びることができる。
【００１６】
その場合に好ましくは減少レベル差を有する領域は、好ましくはベースボディの平行伸張領域とベースボディの湾曲伸張領域とを有している。
【００１７】
少なくとも１つの平行伸張領域が、ベースボディの通路の略直線状の通路部分を含むかあるいは通路の略直線状の通路部分によって形成される領域であると、好ましい場合がある。
【００１８】
直線状の通路部分は、好ましくはその中で流体が直線状の流れルートに沿って案内されるかあるいは案内可能な通路部分である。
【００１９】
さらに、減少レベル差を有する少なくとも１つの領域が、ベースボディの通路の略直線状の通路部分を有するかあるいは通路の略直線状の通路部分によって形成される領域であると、効果的であり得る。
【００２０】
少なくとも１つの湾曲伸張領域は、好ましくはベースボディの、通路の湾曲するかもしくは曲がった通路部分を有するかあるいは通路の湾曲するかもしくは曲がった通路部分によって形成されている領域である。
【００２１】
湾曲するかあるいは曲がった通路部分は、好ましくはその中で流体が湾曲するかもしくは曲がった流れルートに沿って案内されるか、あるいは案内可能な通路部分である。
【００２２】
湾曲するかあるいは曲がった通路部分は、例えば流れ方向変換部分とすることができ、その中で通路内を案内される流体の１回又は多数回の流れ方向変換が行われ、例えば少なくとも約６０°、例えば少なくとも約８０°、特に約９０°あるいは約１８０°だけ１回又は複数回流れ方向変換が行われる。
【００２３】
さらに、少なくとも１つの湾曲伸張領域はベースボディの、通路端部及び／又は通路のウェブ端部を有するかあるいは通路端部及び／又は通路のウェブ端部によって形成される領域とすることができる。
【００２４】
通路端部は、特に通路の、通路を形成する凹部及び／又は通路を画成する２つの隆起部がその中で終了する部分である。
【００２５】
標準レベル差を有する少なくとも１つの領域は、通路の湾曲するかもしくは曲がった通路部分を有するか、あるいは通路の湾曲するかもしくは曲がった通路部分によって形成することができる。
【００２６】
特に、減少レベル差を有する少なくとも１つの領域が、部分的に、通路の略直線状の通路部分によって、かつ部分的に同じ通路の、略直線状の通路部分に続く湾曲するかあるいは曲がった部分によって形成されることが可能である。減少レベル差を有するこの領域は、好ましくは流体の流れ方向に沿って、標準レベル差を有する領域に隣接し、その領域が特に通路の湾曲された、あるいは曲がった通路部分及び／又は通路の略直線状の通路部分を含み、あるいは通路の湾曲するかあるいは曲がった通路部分及び／又は通路の略直線状の通路部分によって形成されている。
【００２７】
標準レベル差を有する少なくとも１つの領域内に、凹部によって形成される通路底と、隣接する隆起部によって形成されるウェブとが、互いに略平行に延びていると、好ましい場合がある。
【００２８】
さらに、標準レベル差を有する少なくとも１つの領域内で、凹部によって形成される通路底と、隣接する隆起部によって形成されるウェブとが互いに曲がって延びることができる。
【００２９】
減少レベル差を有する少なくとも１つの領域内で、好ましくは、凹部によって形成される通路底と、隣接する隆起部によって形成されるウェブとが互いに略平行に延びている。
【００３０】
本発明に係るフローエレメントは、特に、バイポーラプレートとしての使用、あるいはバイポーラプレート内での使用に適している。
【００３１】
したがって本発明は、特に１つ又は複数の本発明に係るフローエレメントを有する、電気化学的装置のためのバイポーラプレートにも関する。
【００３２】
本発明に係るバイポーラプレートは、好ましくは本発明に係るフローエレメントに関連して説明された特徴及び／又は利点の１つあるいは複数を有している。
【００３３】
バイポーラプレートが第１のフローエレメントと少なくとも１つの他のフローエレメントを有し、その場合に第１のフローエレメント及び／又は少なくとも１つの他のフローエレメントが本発明に係るフローエレメントであると、好ましい場合がある。
【００３４】
第１のフローエレメントは、好ましくはベースボディ内の凹部が他のフローエレメントの方向へ延びて、他のフローエレメントに接して配置されている。
【００３５】
それに対して代替的に、ベースボディ内の凹部が他のフローエレメントから離れて延びるように、第１のフローエレメントを他のフローエレメントに接して配置することができる。
【００３６】
ベースボディ内の凹部は、好ましくは少なくとも部分的に、凹部の通路底の領域内で、他のフローエレメントに密接する。
【００３７】
第１のフローエレメントのベースボディの減少レベル差を有する少なくとも１つの領域は、好ましくは他のフローエレメントから離隔して配置されている。
【００３８】
特に、第１のフローエレメントのベースボディの減少レベル差を有する領域内で、第１のフローエレメントと少なくとも１つの他のフローエレメントとの間に間隙を形成することができる。
【００３９】
間隙は、特に溢流領域あるいは流れゲートを形成し、それが、第１のフローエレメントと少なくとも１つの他のフローエレメントとの間のこの領域内での流体の流れを可能にする。
【００４０】
第１のフローエレメントのベースボディの平行伸張領域の少なくとも一部分が他のフローエレメントから離隔して配置されていると好ましい場合がある。
【００４１】
その代わりに、あるいはそれに加えて、第１のフローエレメントのベースボディの湾曲伸張領域の少なくとも一部は、他のフローエレメントから離隔して配置することができる。
【００４２】
第１のフローエレメントが、第１のフローエレメントの下側の密接平面内で、他のフローエレメントに密接することができる。
【００４３】
第１のフローエレメントと他のフローエレメントは、例えば第１のフローエレメントの下側の密接面に関して鏡像対称に形成することができる。
【００４４】
しかし、第１のフローエレメントと他のフローエレメントの非鏡像対称の形態であってもよい。
【００４５】
本発明は、さらに、フローエレメント、特に電気化学的装置のバイポーラプレートのためのフローエレメントを製造する方法に関する。
【００４６】
これに関して本発明の課題は、安定的に形成され、かつ効率的な流れガイドを可能にするフローエレメントを製造することのできる方法を提供することである。
【００４７】
この課題は、本発明によれば、フローエレメント、特に本発明に係るフローエレメントを製造する方法によって解決され、該方法は以下の段階、即ち：
ベースボディを準備する段階；及び
通路構造を形成するためにベースボディを変形させる段階、を含んでおり、
その場合に通路構造が複数の通路を有し、それらの通路がベースボディ内の凹部によって形成され、かつベースボディの隆起部によって互いに分離されており、
その場合に標準レベル差を有する少なくとも１つの領域が形成され、その標準レベル差はベースボディの２つの主要延び方向に対して垂直に延びる高さ方向に関して、凹部と、隣接する隆起部との間の高低差を表し、
その場合に減少レベル差を有する少なくとも１つの領域が形成され、その領域内で凹部と、隣接する隆起部との間の高低差は、標準レベル差よりも小さく、
その場合に減少レベル差を有する少なくとも１つの領域が、ベースボディの平行伸張領域を有し、その平行伸張領域は、ベースボディが変形する際に伸張ベクトルに沿って伸張されるとともにその伸張ベクトルが互いに平行な平面内に位置し、
その場合にベースボディの平行伸張領域を有する、減少レベル差を有する少なくとも１つの領域が、ベースボディの湾曲伸張領域に隣接し、その湾曲伸張領域はベースボディが変形する際に伸張ベクトルに沿って伸張されるとともにその伸張ベクトルの交差する平面内に位置している。
【００４８】
本発明に係る方法は、好ましくは本発明に係るフローエレメント及び／又は本発明に係るバイポーラプレートに関連して説明した特徴及び／又は利点の１つ又は複数を有している。
【００４９】
ベースボディは、好ましくは通路構造を有し、その通路構造が２つ又はそれより多い通路ストリップを有し、その通路ストリップがそれぞれ通路構造の流入側を通路構造の流出側と接続する。
【００５０】
通路ストリップは、好ましくは１つ又は複数の蛇行部分を有しており、その中で流体が蛇行して案内されるかあるいは案内可能である。
【００５１】
フローエレメントのベースボディは、好ましくは少なくとも近似的に、特にフローエレメントの形成前及び／又は後に、略一定の材料厚を有する。
【００５２】
特にベースボディの材料厚は、その広がり全体にわたって、実質的に凹部と隆起部の形成からもたらされるベースボディの伸張のみに基づいて変化することができる。
【００５３】
フローエレメントを形成するための初期材料及び従ってベースボディの初期材料は、好ましくはプレート状の薄板である。
【００５４】
さらに、本発明に係るフローエレメント、本発明に係るバイポーラプレート及び／又は本発明に係る方法は、好ましくは、以下で説明する特徴及び／又は利点の１つ又は複数を有している：
【００５５】
フローエレメントの本発明に係る形態によって、好ましくは、通路構造を形成する際のベースボディの望ましくない亀裂を回避することができる。
【００５６】
特に減少レベル差を有する１つ又は複数の領域によって、好ましくは局所的に、通路構造を形成する際のベースボディの変形度をより小さくすることができる。
【００５７】
例えば持ち上げた通路底を補償するために、例えば、特に流れ方向に沿った流れ横断面を一定に維持するために、通路の１つ又は２つの側面（通路底と隣接する隆起部との間の領域）を広げ、かつ／又は扁平にすることができる。
【００５８】
フローエレメントの通路構造は、特にいわゆる流れ場を形成する。
【００５９】
好ましくは、ベースボディの隆起部と凹部によって、ベースボディの上側とベースボディの下側との間に多数の支持箇所又は支持領域が形成される。
【００６０】
バイポーラプレートは、３つの異なる流体のために、全部で３つの流れガイドを有することができる。
【００６１】
バイポーラプレートは、例えば２つのフローエレメントを有することができ、その場合に２つのフローエレメントの間で第１の流体が、そしてフローエレメントの互いに逆となる外側においてそれぞれ他の流体が案内可能であるかあるいは案内される。
【００６２】
ベースボディの通路構造の通路幅は、好ましくは最大で約３ｍｍ、例えば最大で約１．５ｍｍ、特に約１ｍｍである。その場合に通路幅というのは、特に通路の２つのウェブの間の間隔である。
【００６３】
通路の通路深さは、好ましくは少なくとも約０．３ｍｍ、特に少なくとも約０．４ｍｍ、例えば約０．５ｍｍである。特にこの種の通路深さは、好ましくは標準レベル差の領域内に設けられている。
【００６４】
減少レベル差を有する領域内では、通路深さは、標準レベル差を有する領域内の通路深さの、最大で約９０％、例えば最大で約８０％である。
【００６５】
ベースボディは、好ましくはプレス成形加工プロセスにおいて、薄い板、特に金属薄板の変形によって形成される。
【００６６】
ベースボディの材料厚は、好ましくは０．３ｍｍより小さく、特に０．１５ｍｍより小さく、例えば最大で約０．１ｍｍである。
【００６７】
さらに、ベースボディの材料厚は、約０．０５ｍｍとすることができる。
【００６８】
ベースボディは、例えば金属材料から、特に記号１．４４０４又は１．４３０６を有する特殊鋼から形成することができる。
【００６９】
減少レベル差を有する２つの領域の間に、標準レベル差を有する領域を設けることができる。その場合に標準レベル差を有する領域は、特にフローエレメントをその下側又は上側において安定して支持するために用いることができる。
【００７０】
本発明の他の好ましい特徴及び／又は利点が、実施例の以下の説明及び図面表示の対象である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】バイポーラプレートのフローエレメントを図示する斜視図である。
【図２】図１の領域ＩＩの拡大図である。
【図３】図１のフローエレメントの上側を図示する上面図である。
【図４】図１のフローエレメントを図３のＡ−Ａ線に沿って図示する断面図である。
【図５】図１のフローエレメントを図３のＢ−Ｂ線に沿って図示する断面図である。
【図６】図１のフローエレメントを図３のＣ−Ｃ線に沿って図示する断面図である。
【図７】図３の領域ＶＩＩの拡大図である。
【図８】図３の矢印８の視線方向にフローエレメントの拡大斜視図である。
【図９】図１のフローエレメントの拡大斜視断面図である。
【図１０】図１に示すフローエレメントを有するバイポーラプレートを図示する斜視図である。
【図１１】図１０の領域ＸＩの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００７２】
図全体において、等しい部材又は機能的に等価の部材には、同一の参照符号が付されている。
【００７３】
図１から図１１に全体を符号１００で示すバイポーラプレートの実施形態は、特に電気化学的装置、例えば燃料電池装置において使用される。その場合にバイポーラプレート１００は、隣接する電気化学的ユニット（セル）を電気的に接触させ、流体を供給し、流体を排出し、かつ冷却するために用いられる。
【００７４】
バイポーラプレート１００は、１つ又は複数のフローエレメント１０２を有している。
【００７５】
図１から図１１に示すバイポーラプレート１００の実施形態においては、２つのフローエレメント１０２が設けられている。
【００７６】
これらのフローエレメント１０２の１つを、図１から図９に個別に示し、かつ以下で詳細に説明する。
【００７７】
フローエレメント１０２は、ベースボディ１０４を有し、そのベースボディは実質的にプレート形状に形成されており、かつ２つの主要延び方向１０６に延びている。
【００７８】
主要延び方向１０６は、特に互いに垂直かつベースボディ１０４の高さ方向１０８に対して垂直に方向付けされている。
【００７９】
ベースボディ１０４は、特に薄板加工品１１０であり、例えば金属薄板からプレス成形加工によって薄板加工品として形成されている。
【００８０】
ベースボディ１０４は、特に複数の凹部１１２と複数の隆起部１１４を有している。
【００８１】
ベースボディ１０４内の凹部１１２は、フローエレメント１０２の通路構造１１８の通路１１６を形成している。
【００８２】
ベースボディ１０４の隆起部１１４は、ベースボディ１０４のウェブ１２０を形成し、それらの間に通路１１６が延びている。
【００８３】
通路１１６は、部分的に直線状に形成されている。
【００８４】
特に通路１１６は、それぞれ１つ又は複数の直線状の通路部分１２２を有している。
【００８５】
さらに通路１１６は、湾曲した通路部分又は曲がった通路部分１２４を有しており、その通路部分によって特に通路１１６の流れ方向変換部分１２６が形成されている。
【００８６】
フローエレメント１０２の通路１１６は、特に流体、例えばガス又は液体を、フローエレメント１０２の流入側からフローエレメント１０２の流出側へ案内するために用いられる。
【００８７】
通路１１６は、例えば１つ又は複数の蛇行部分１２８を有しており、その蛇行部分によって案内される流体の均一な分配及び／又は流れルートの延長が実現可能となる。
【００８８】
フローエレメント１０２の取り付けられた状態において、フローエレメント１０２は好ましくは両側において他のエレメントに平面的に密接している。
【００８９】
その場合にフローエレメント１０２は、特に上側１３０によって第１の隣接するエレメントに隣接し、下側１３２によって第２の隣接するエレメントに隣接する。
【００９０】
ベースボディ１０４の隆起部１１４及び従ってウェブ１２０は、上側１３０の共通の密接平面１３４内へ延びており、その密接平面内には好ましくはフローエレメント１０２の全領域が配置されており、それらの領域は上側１３０に密接する他のエレメントと接触する。
【００９１】
ベースボディ１０４の凹部１１２は、好ましくは少なくとも部分的に、ベースボディ１０４の下側１３２の密接平面１３６内へ延びている。
【００９２】
ベースボディ１０４の下側１３２の密接平面１３６内に、好ましくはベースボディ１０４の、フローエレメント１０２が取り付けられた状態において他のエレメントと接触する領域が配置されている。
【００９３】
密接平面１３４とそれに対して平行に延びる密接平面１３６の間の間隔が、フローエレメント１０２の高さＨを定める。
【００９４】
ベースボディ１０４が薄板加工品１１０として形成されている事実を考慮して、特に図２、８及び９から所望の通路構造１１８を得るためには、ベースボディ１０４が通路構造１１８を形成するために様々な箇所で様々な強さで変形されなければならないことが明らかにされる。
【００９５】
その場合に特に、凹部１１２と隆起部１１４の間の移行領域を形成する側面１３８の領域が強く伸張される。
【００９６】
ベースボディ１０４の亀裂をもたらすおそれのある強すぎる伸張を回避するために、ベースボディ１０４は様々なレベル差を備えた領域を含む。
【００９７】
その場合にレベル差というのは、凹部１１２と隣接する隆起部１１４との間の高さの差である。
【００９８】
図１から図１１に示すフローエレメント１０２において、一方で標準レベル差ＮNが設けられている（図５を参照）。
【００９９】
標準レベル差ＮNの領域内で、凹部１１２は下側１３２の密接平面１３６まで延びている。２つの隣接する隆起部１１４は、上側１３０の密接平面１３４まで延びている。
【０１００】
したがって標準レベル差ＮNの領域内に、最大の通路深さＴが設けられる。したがって、以下で通路底１４０と称する、通路１１６の最も低い点は、標準レベル差ＮNを有する領域内で、上側１３０の密接面１３４からできる限り離れた領域内にある。したがって通路底１４０と、最終的に上側１３０の密接面１３４内に位置するウェブ１２０との間の高低差も、最大となる。
【０１０１】
通路底１４０と下側１３２の密接平面１３６との間の間隔は、標準レベル差ＮNの領域内で、この通路底１４０の領域におけるベースボディ１０４の材料厚Ｍによって生じる。
【０１０２】
図４から図６には、ベースボディ１０４の通路１１６が断面で示されている。
【０１０３】
その場合に、断面表示は、流れ方向１４２に対して略垂直と見なされる横断面である。
【０１０４】
流れ方向１４２は、通路１１６を流体が貫流することができる方向である。
【０１０５】
横方向１４４は、流れ方向１４２に対して垂直に方向付けされており、主要延び方向１０６によって形成される平面内に延びている。
【０１０６】
したがって横方向１４４は、特に高さ方向１０８に対して垂直に方向付けされている。
【０１０７】
ベースボディ１０４を直線状の通路部分１２２の領域内で変形する場合に、特にベースボディ１０４の平行伸張領域１４６が生じる。
【０１０８】
この種の平行伸張領域１４６内で、ベースボディ１０４の材料は通路１１６を形成するために、伸張ベクトル（図２に矢印によって示唆される）が互いに平行に延びる平面内に位置するように伸張される。
【０１０９】
その場合に伸張ベクトルは、特に、流れ方向１４２に対して垂直かつ互いに平行に方向付けされた平面内に位置する。
【０１１０】
この種の平行伸張領域１４６から区別されるのは、特に、以下で湾曲伸張領域１４８と称されるベースボディ１０４の領域である。
【０１１１】
ベースボディ１０４の湾曲伸張領域１４８は、次のような領域、すなわち通路構造１１８を形成するためにベースボディ１０４を変形する場合に、伸張ベクトルの交差する平面内に位置する領域である（図２を参照）。
【０１１２】
平行伸張領域１４６内では、ベースボディ１０４の材料は、１つの方向に実質的に均一に伸張される。
【０１１３】
それに対して湾曲伸張領域１４８内では、特にベースボディ１０４の材料の伸張は複数の方向において生じる。
【０１１４】
したがって湾曲伸張領域１４８内では、望まれない材料厚減少が生じる危険があり、そこからベースボディ１０４の亀裂が生じるおそれがある。
【０１１５】
この危険には、ベースボディ１０４の所定の領域内で通路底１４０を持ち上げることによって対処することができる。
【０１１６】
その場合にこの種の通路底持ち上げは、特に、凹部１１２が部分的に少し浅く形成され、したがって通路１１６の内部で流れルート全体にわたってベースボディ１０４の下側１３２の密接面１３６まで延びないことによって実現される。
【０１１７】
凹部１１２が下側１３２の密接平面１３６から隔たっている領域は、以下において、減少レベル差ＮRを有する領域と称される（特に図４と図６を参照）。
【０１１８】
原則的に、減少レベル差ＮRを有する領域と湾曲伸張領域１４８は、同一とすることができる。というのは、まさに湾曲伸張領域１４８が材料の亀裂のより大きい危険にさらされるからである。
【０１１９】
しかし驚くべきことに、湾曲伸張領域１４８内におけるベースボディ１０４の望ましくない亀裂の危険は、湾曲伸張領域１４８に隣接する平行伸張領域１４６が持ち上がった通路底１４０を有しすなわち減少レベル差ＮRを有する領域である場合にも著しく減少できることが明らかにされている。その場合に本来危険にさらされる湾曲伸張領域１４８は、それ自体標準レベル差ＮNを有する領域となることができる（特に図２を参照）。
【０１２０】
特に図６から明らかなように、通路底を持ち上げることによって生じる通路横断面の減少は、側面１３８を斜めにすることによって補償することができる。
【０１２１】
このように側面１３８を斜めにすることによっても、亀裂形成の危険を効果的に減少させることができる。
【０１２２】
図１から図９に示すフローエレメント１０２は、例えばその下側１３２をもって他のフローエレメント１０２に密接することができる。
【０１２３】
その場合に２つのフローエレメント１０２は、異なるように成形された通路構造１１８を有することができる。
【０１２４】
図１０と図１１に示すバイポーラプレート１００の実施形態において、フローエレメント１０２は、図１から図９に示すフローエレメント１０２の下側１３２の密接平面１３６に関して互いに鏡像対称に形成されている。
【０１２５】
フローエレメント１０２がこのように鏡像対称に形成されていることに基づいて、以下では各フローエレメント１０２の下側１３２は、これがフローエレメント１０２の、それぞれ他のフローエレメント１０２へ向けて配置された側であるように、参照される。
【０１２６】
したがってフローエレメント１０２は、そのそれぞれの下側１３２をもって互いに密接する。
【０１２７】
したがって密接平面１３６は、フローエレメント１０２が互いに直接接触する共通の密接平面１３６である。
【０１２８】
したがってフローエレメント１０２は、正確に、それぞれのベースボディ１０４が密接平面１３６まで延びる領域内で接触する。
【０１２９】
したがって特にフローエレメント１０２は、標準レベル差ＮNを有する領域内でその凹部１１２によって互いに密接する。
【０１３０】
それに対して減少レベル差ＮRを有する領域内では、フローエレメント１０２は互いに離隔して配置されているので、フローエレメント１０２の間に間隙１５０が形成されている。
【０１３１】
フローエレメント１０２の間で案内される流体は、この間隙１５０を通り抜けることができる。
【０１３２】
したがって間隙１５０は、特に溢流領域又は流れゲートであり、それが本来互いに分離されている通路１１６の間の流体の溢流を可能にする。
【０１３３】
上述したバイポーラプレート１００は、以下のように形成される：
【０１３４】
まず、フローエレメント１０２を形成するために金属薄板が準備される。
【０１３５】
ベースボディ１０４を形成するこの金属薄板が、変形によって、特にプレス成形加工によって加工される。
【０１３６】
変形プロセスによって、特にベースボディ１０４の凹部１１２と隆起部１１４が形成され、それによって最終的に通路構造１１８が形成される。
【０１３７】
標準レベル差ＮNの領域と減少レベル差ＮRを有する領域を望ましく形成することによって、ベースボディ１０４の湾曲伸張領域１４８内の望ましくない強さの材料伸張を回避することができる。したがってフローエレメント１０２は、高い安定性を獲得し、それにもかかわらず効率的な流れガイドを可能にする。
【０１３８】
特に図１〜図９から明らかなように、湾曲伸張領域１４８は、例えば通路端部１５２に、及び／又は湾曲されたかもしくは曲がった通路部分１２４に設けることができる。
【０１３９】
特に減少レベル差ＮRを有する領域を含む平行伸張領域１４６は、特に通路１１６の直線状の通路部分１２２の領域である。
【０１４０】
他のフローエレメント１０２は、同様にして金属薄板から形成される。
【０１４１】
最後に、バイポーラプレート１００を形成するために、２つのフローエレメント１０２が互いに結合され、例えば互いに溶接される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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