(57)【要約】  本発明は、１つの流体流（２）を少なくとも２つの流体部分流（３）に分配するため、又は、１つの流体流（２）の少なくとも２つの流体部分流（３）を統合するために構成されている流体分配器（１）であって、前記流体分配器（１）に、フレームアレスタ（４）が設けられていることを特徴とする、流体分配器（１）に関する。本発明はさらに、このような流体分配器（１）を備える燃料電池（５）と、このような流体分配器（１）を備える電解槽（６）と、流体分配器（１）によって１つの流体流（２）を少なくとも２つの流体部分流（３）に分配し、又は、少なくとも２つの流体部分流（３）を１つの流体流（２）に統合する動作方法において、前記流体分配器（１）によって、火炎前面の発生及び／又は伝播を阻止することを特徴とする、動作方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの流体流（２）を少なくとも２つの流体部分流（３）に分配するため、又は、１つの流体流（２）の少なくとも２つの流体部分流（３）を統合するために構成されている流体分配器（１）であって、
前記流体分配器（１）に、フレームアレスタ（４）が設けられている
ことを特徴とする、流体分配器（１）。
【請求項２】
前記フレームアレスタ（４）は、少なくとも部分的に多孔質構造を有する
ことを特徴とする、請求項１記載の流体分配器（１）。
【請求項３】
前記フレームアレスタ（４）は、高い熱伝導率を有する材料を含む
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の流体分配器（１）。
【請求項４】
前記フレームアレスタ（４）は、触媒コーティングを有する
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項記載の流体分配器（１）。
【請求項５】
前記触媒コーティングは、貴金属、特に白金を含む
ことを特徴とする、請求項４記載の流体分配器（１）。
【請求項６】
前記流体分配器（１）は、燃料電池（５）及び／又は電解槽（６）内にて１つの流体流（２）を分配又は統合するために使用される流体分配器（１）である
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項記載の流体分配器（１）。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に基づいて構成された流体分配器（１）を備える、燃料電池（５）。
【請求項８】
前記燃料電池（５）は、定置用途、可搬用途、及び／又は、自動車用途において使用される燃料電池（５）である
ことを特徴とする、請求項７記載の燃料電池（５）。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか一項に基づいて構成された流体分配器（１）を備える、電解槽（６）。
【請求項１０】
流体分配器（１）の動作方法であって、
前記流体分配器（１）によって１つの流体流（２）を少なくとも２つの流体部分流（３）に分配し、又は、少なくとも２つの流体部分流（３）を１つの流体流（２）に統合する、
動作方法において、
前記流体分配器（１）によって、火炎前面の発生及び／又は伝播を阻止する
ことを特徴とする、動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの流体流を少なくとも２つの流体部分流に分配するため、又は、１つの流体流の少なくとも２つの流体部分流を統合するために構成されている、請求項１の上位概念に記載の流体分配器と、流体分配器を備える、請求項７の上位概念に記載の燃料電池と、流体分配器を備える、請求項９に記載の電解槽と、流体分配器によって１つの流体流を少なくとも２つの流体部分流に分配し、又は、少なくとも２つの流体部分流を１つの流体流に統合する、請求項１０に記載の流体分配器の動作方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池及び電解槽においては、例えば供給又は形成された燃料と、供給又は形成された酸化体のような流体とが薄いセパレータによって隔離される。さらには反応を促進するために、双方の装置において高反応性の触媒が使用されることがある。セパレータが故障すると、又は、セパレータに穴が形成されただけでも、燃料と酸化体とが混合してしまう可能性がある。ここから可燃性及び／又は爆発性の混合物が形成され、この混合物は特に、使用されている触媒において発火するおそれがある。
【０００３】
燃料電池及び電解槽は、通常、効率及び処理能力を向上させるために、複数の燃料電池又は複数の電解槽が１つのシステム（燃料電池スタック又は電解層スタックを有する）に統合されるように構成される。それぞれ使用されている燃料電池の１つ又はそれぞれ使用されている電解槽の１つに漏出が発生し、次いで、流出した流体の発火が発生するという事態を排除することは不可能であるので、スタック全体の構造、すなわちスタック全体のガス分配及び統合を、或る燃料電池から次の燃料電池への火炎前面の伝播、又は、或る電解槽から次の電解槽への火炎前面の伝播が阻止されるように構成することが公知である。しかしながら、個別の燃料電池又は個別の電解槽の内部における火炎前面の伝播を、これによって阻止することはできない。
【０００４】
本発明の開示
従って、本発明の課題は、公知の流体分配器、燃料電池、電解槽、及び、流体分配器の動作方法の上述した欠点を少なくとも部分的に改善することである。本発明の課題は特に、できるだけ簡単、低コスト、かつ、技術的に安全な流体分配器、燃料電池、電解槽、及び、流体分配器の動作方法を提供することである。
【０００５】
上述した課題は、独立請求項１に記載の特徴を有する流体分配器と、請求項７に記載の特徴を有する燃料電池と、請求項９に記載の特徴を有する電解質と、独立請求項１０に記載の特徴を有する流体分配器の動作方法とによって解決される。本発明のさらなる特徴及び詳細は、従属請求項、明細書、及び、図面から明らかとなる。この場合にはもちろん、本発明の流体分配器に関連して記載した特徴及び詳細は、本発明の燃料電池と電解槽と方法とにも該当し、またその逆も同様である。従って、本発明の個々の態様に対する開示に関して、常に目的に適合するように各々を参照してよい。
【０００６】
上述した課題は、本発明の第１の態様によれば、１つの流体流を少なくとも２つの流体部分流に分配するため、又は、１つの流体流の少なくとも２つの流体部分流を統合するために構成されている流体分配器によって解決される。特に、本発明の流体分配器は、フレームアレスタが設けられていることを特徴としている。流体分配器は、流体導管と流体の使用場所との間の結合要素である。流体の使用場所は、例えば燃料電池又は電解槽の活性領域とすることができる。流体分配器にて、１つの流体流が少なくとも２つの流体部分流に分配される。個々の流体部分流は、流体分配器によって、例えば燃料電池又は電解槽内の使用場所へと供給される。本発明によれば、流体分配器は、上述したプロセスとは逆のプロセスのために、すなわち、使用場所の通過後に複数の流体部分流を唯１つの流体流に統合するために構成することもできる。流体分配器によって分配される流体は、可燃性又は高反応性であることが多い。従って、例えば使用場所に損傷が生じると、流体の発火を排除することはできない。
【０００７】
従って本発明によれば、流体分配器にフレームアレスタが設けられている。このようにすると、流体の発火は、流体分配器を越えて伝播し得なくなる。これによって、本発明の流体分配器が設置された装置の安全性を格段に向上させることができる。なぜなら、火炎又は火炎前面の伝播又は発生を、本発明の流体分配器を使用するだけで阻止することができるからである。
【０００８】
本発明の流体分配器においては、フレームアレスタは、少なくとも部分的に多孔質構造を有することができる。
【０００９】
このような多孔質構造は、火炎の伝播を確実に阻止する小さな規準間隙を有する。火炎は、規準間隙を越えた場合にしか伝播し得ない。例えば水素の場合には、大気条件における規準間隙は約０．２５ｍｍである。最大安全隙間は、比較的高い動作圧力には比較的小さい最大安全隙間が必要であるという点において、流体の動作圧力に依存している。例えば、２５ｂａｒの動作圧力における空気中水素が２５％である非常に高い反応性を有する混合物の場合には、規準間隙は、０．１５ｍｍである。フレームアレスタのために少なくとも部分的に多孔質の構造を使用することによって、このように小さな最大安全隙間を特に簡単に実現することができる。このような多孔質構造は、例えば焼結金属、金属繊維焼結マット、発泡金属、及び／又は、エキスパンドメタルによって実現することができる。さらには、チャネル構造によって多孔質構造を形成してもよい。この場合にはこのチャネル構造が、最大安全隙間を維持するために充分に小さくなるように留意すべきである。このようにして、多孔質構造を使用することにより、流体分配器内にフレームアレスタを実現するための特に簡単かつ確実な方法が提供される。
【００１０】
本発明の流体分配器において好ましくはさらに、フレームアレスタは、高い熱伝導率を有する材料を含むことができる。
【００１１】
高い熱伝導率を有する材料によって、フレームアレスタの熱交換能力が向上する。これによって、火炎前面から熱エネルギを吸収して、火炎前面の火炎を消火できるか、又は、最初から全く発生しないようにすることができる。このことによっても、流体分配器内にフレームアレスタを実現するための簡単かつ確実な方法が提供される。
【００１２】
本発明の流体分配器においてはさらに、フレームアレスタは、触媒コーティングを有することができる。燃焼は酸化である。フレームアレスタの触媒コーティングによれば、火炎前面においてラジカルが除去され、これによってこの酸化反応が終了し、火炎が消炎する。こうすることによっても、火炎前面の伝播又は火炎前面の発生を確実に阻止することができる。この場合には、フレームアレスタの触媒コーティングを全体的に被着させる必要はなく、例えばスパッタリングによって、触媒コーティングを部分的に被着させるだけで充分であろう。
【００１３】
本発明の流体分配器においてはさらに、触媒コーティングが、貴金属、特に白金を含むようにすることが考えられる。
【００１４】
貴金属は、火炎前面からラジカルを捕獲して結合させるために化学的に特に良好に適している。特に白金は、特に大きい捕獲断面積を有する。このようにして、触媒コーティングに貴金属を使用することにより、フレームアレスタの機能を一層改善することができる。
【００１５】
本発明の流体分配器において特に好ましくは、流体分配器は、燃料電池及び／又は電解層内にて１つの流体流を分配又は統合するために使用することができる。特に燃料電池及び電解槽内には、可燃性及び／又は高反応性の流体が存在している。従って、例えば燃料電池内には、純粋な水素ガスと純粋な酸素ガスとが存在している。電解槽は例えば、まさにこれらの高反応性ガスを形成するために使用される。この場合に本発明の流体分配器は、燃料電池又は電解槽の特に流入領域、流出領域、及び／又は、活性領域において使用することができる。既に燃料電池又は電解層内にて火炎前面の形成又は伝播を確実に阻止しておくことにより、燃料電池又は電解質が設置されているスタック全体が火炎形成の危険に曝されることが阻止される。このことは、燃料電池にも電解槽にも該当する。電解槽は、一般的に燃料電池よりも頑強に構成されてはいるが、例えばセパレータに穴が形成された場合などには、火炎形成に関して基本的に同じ課題に曝されている。
【００１６】
上述した課題は、本発明の第２の態様によれば、流体分配器を備える燃料電池によって解決される。本発明の燃料電池においては特に、流体分配器を、本発明の第１の態様に基づいて構成することができる。従って、本発明の第１の態様に基づく流体分配器に関して記載した全ての利点は、もちろん、本発明の第１の態様に基づくこのような流体分配器が設けられた本発明の燃料電池に対しても同様に奏される。
【００１７】
本発明の燃料電池においてはさらに、燃料電池を、定置用途にて、可搬用途にて、及び／又は、自動車用途にて使用することができる。従って本発明の燃料電池は、多岐に亘って使用可能である。本発明の燃料電池に対する使用場所又は使用目的に関する制限は存在しない。全ての考えられる使用形態において、本発明の燃料電池の使用により、安全性を向上させることができる。
【００１８】
上述した課題は、本発明の第３の態様によれば、流体分配器を備える電解槽によって解決される。本発明の電解槽は特に、流体分配器が、本発明の第１の態様に基づいて構成されていることを特徴としている。従って、本発明の第１の態様に基づく流体分配器に関して記載した全ての利点は、もちろん、本発明の第１の態様に基づくこのような流体分配器が設けられた本発明の電解槽に対しても同様に奏される。
【００１９】
上述した課題は、本発明の第４の態様によれば、流体分配器によって１つの流体流を少なくとも２つの流体部分流に分配し、又は、少なくとも２つの流体部分流を１つの流体流に統合する、流体分配器の動作方法によって解決される。特に本発明の流体分配器の動作方法は、流体分配器によって火炎前面の発生及び／又は伝播が阻止されることを特徴としている。既に流体分配器内にて火炎前面の発生及び／又は伝播を阻止しておくことによって、流体分配器を越えた燃焼反応の伝播を阻止することができる。特に、流体分配器がフレームアレスタを有するか、又は、流体分配器そのものがフレームアレスタとして構成されているようにすることができる。特に好ましくは、流体分配器は、本発明の第１の態様に基づいて構成されている。従って、本発明の第１の態様に基づく流体分配器に関して記載した全ての利点は、もちろん、本発明の流体分配器の動作方法に対しても同様に奏される。特に、燃料電池又は電解槽において本発明の方法を使用する場合には、発生した又は発生中の火炎前面が燃料電池又は電解槽を越えて伝播することも有利に阻止することができる。従って、本発明の流体分配器の動作方法が実施される装置の安全性を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の流体分配器を備える装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
好ましい実施例
本発明の流体分配器並びに本発明の流体分配器の発展形態及び利点と、本発明の燃料電池並びに本発明の燃料電池の発展形態及び利点と、本発明の電解槽並びに本発明の電解槽の発展形態及び利点と、本発明の方法並びに本発明の方法の発展形態及び利点とを、以下、図面に基づいてより詳細に説明する。
【００２２】
図１には、本発明の流体分配器１を備える装置が図示されている。この装置は、燃料電池５又は電解槽６とすることができる。装置内には活性領域７が設けられており、この活性領域７では、燃料電池５の場合であれば流体が互いに反応し、又は、電解槽６の場合であれば流体が２つ以上の成分に分解される。
【００２３】
活性領域７には流体供給部８から流体流２が供給され、この流体流２は、活性領域７を通過後、流体排出部９から排出される。流体供給部８と活性領域７との間には流体分配器１が設けられており、この流体分配器１にて、１つの流体流２が２つの流体部分流３に分配される。活性領域７に後置して、該活性領域７と流体排出部９との間には第２流体分配器１が設けられており、この第２流体分配器１にて、２つの流体部分流３が再び１つの大きな流体流２に統合される。これら２つの流体部分流３は、活性領域７を通流する複数の流体部分流３の一例として示されているにすぎない。本発明によれば、２つの流体分配器１にフレームアレスタ４が設けられている。フレームアレスタ４は、もちろん活性領域７へも延在してよい。フレームアレスタは、例えば多孔質構造を有することができ、これによって、個々の流体部分流３に対し、フレームアレスタ４を通流するために非常に小さな規準間隙が提供される。このような多孔質構造は、例えば焼結金属、金属繊維焼結マット、発泡金属、及び／又は、エキスパンドメタルによって形成することができる。この構造は、好ましくはガス分配のために流れ抵抗が過度に大きくならないように設計される。さらには、フレームアレスタ４は、高い熱伝導率を有する金属を含むことができる。この場合にも、フレームアレスタ４の材料として例えば金属が適当である。高い熱伝導率によって火炎前面から熱エネルギが吸収され、これによって火炎前面を消火することができる。流体分配器１内のフレームアレスタ４をさらに改善するための別の手段は、フレームアレスタ４の内部に触媒コーティングを設けることである。この場合には、フレームアレスタ４に例えば貴金属がスパッタリングされる。この貴金属によって火炎前面からラジカルが除去され、これによりまた、基礎となる酸化反応の中断によって火炎前面が消火される。活性領域に火炎が発生すると、この火炎は、本発明に基づいて構成された２つの流体分配器によって、特に本発明に基づいて構成された２つの流体分配器内のフレームアレスタ４によって、確実に停止される。個別の燃料電池５又は個別の電解槽６を越えた火炎前面の伝播は、確実に阻止することができる。こうすることによって、燃料電池５又は電解槽６が設置された装置の安全性を全体として向上させることができる。特に燃料電池５及び電解槽６においては、例えば水素や酸素のような高可燃性及び／又は高反応性の流体が使用され得るので、このことによってこの装置の動作安全性が格段に向上する。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年12月22日(2015.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの流体流（２）を少なくとも２つの流体部分流（３）に分配するため、又は、１つの流体流（２）の少なくとも２つの流体部分流（３）を統合するために構成されている流体分配器（１）であって、
前記流体分配器（１）に、フレームアレスタ（４）が設けられている
ことを特徴とする、流体分配器（１）。
【請求項２】
前記フレームアレスタ（４）は、少なくとも部分的に多孔質構造を有する
ことを特徴とする、請求項１記載の流体分配器（１）。
【請求項３】
前記フレームアレスタ（４）は、金属を含む
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の流体分配器（１）。
【請求項４】
前記フレームアレスタ（４）は、触媒コーティングを有する
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項記載の流体分配器（１）。
【請求項５】
前記触媒コーティングは、貴金属を含む
ことを特徴とする、請求項４記載の流体分配器（１）。
【請求項６】
前記貴金属は、白金である
ことを特徴とする、請求項５記載の流体分配器（１）。
【請求項７】
前記流体分配器（１）は、燃料電池（５）及び／又は電解槽（６）内にて１つの流体流（２）を分配又は統合するために使用される流体分配器（１）である
ことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項記載の流体分配器（１）。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の流体分配器（１）を備える、燃料電池（５）。
【請求項９】
前記燃料電池（５）は、定置用途、可搬用途、及び／又は、自動車用途において使用される燃料電池（５）である
ことを特徴とする、請求項８記載の燃料電池（５）。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれか一項に記載の流体分配器（１）を備える、電解槽（６）。
【請求項１１】
流体分配器（１）の動作方法であって、
前記流体分配器（１）によって１つの流体流（２）を少なくとも２つの流体部分流（３）に分配し、又は、少なくとも２つの流体部分流（３）を１つの流体流（２）に統合する、
動作方法において、
前記流体分配器（１）によって、火炎前面の発生及び／又は伝播を阻止する
ことを特徴とする、動作方法。
【国際調査報告】
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