(57)【要約】  燃料電池（１００）または電解槽用の、少なくとも１つの反応ガス、特に酸素を含有する混合ガス（Ｏ２）を提供するための分配構造（１０）に関し、前記分配構造（１０）が、第１の構造エレメント（１１）と第２の構造エレメント（１２）とを有しており、前記第１の構造エレメント（１１）および前記第２の構造エレメント（１２）は、前記第１の構造エレメント（１１）と前記第２の構造エレメント（１２）との間に、反応ガスのための分配面（１５）が形成されるように構成されかつ互いに配置されており、前記分配面（１５）から、該分配面（１５）に対して概ね直角に向けられた多数の供給流路（１６）が分岐しており、前記第２の構造エレメント（１２）の下側に、前記分配面（１５）に対して平行に向けられた多数の導出流路（１７）が形成されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池（１００）または電解槽用の、少なくとも１つの反応ガス、特に酸素を含有する混合ガス（Ｏ２）を提供するための分配構造（１０）において、
前記分配構造（１０）が、第１の構造エレメント（１１）と第２の構造エレメント（１２）とを有しており、この場合、前記第１の構造エレメント（１１）および前記第２の構造エレメント（１２）は、前記第１の構造エレメント（１１）と前記第２の構造エレメント（１２）との間に、反応ガスのための分配面（１５）が形成されるように構成されかつ互いに配置されており、
前記分配面（１５）から、該分配面（１５）に対して概ね直角に向けられた多数の供給流路（１６）が分岐しており、
前記第２の構造エレメント（１２）の下側に、前記分配面（１５）に対して平行に向けられた多数の導出流路（１７）が形成されている、
少なくとも１つの反応ガス、特に酸素を含有する混合ガス（Ｏ２）を提供する分配構造（１０）。
【請求項２】
前記第１の構造エレメント（１１）が平らなプレートエレメントの形に構成されている
ことを特徴とする、請求項１記載の分配構造（１０）。
【請求項３】
前記第２の構造エレメント（１２）が、型打ち成形および／または打ち抜き成形および／または少なくとも領域的に穴あけされたプレートエレメントの形に構成されている
ことを特徴とする、請求項１または２記載の分配構造（１０）。
【請求項４】
前記第１の構造エレメント（１１）と前記第２の構造エレメント（１２）との間に少なくとも１つの導電性の、特に柱状の接続エレメント（１３）が設けられている
ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）。
【請求項５】
前記供給流路（１６）の底部（１６ａ）にガス拡散層（ＧＤＬ）との交互の接触面（１２ａ）を形成するために、前記第２の構造エレメント（１２）が突起構造および／または溝構造を有している
ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）。
【請求項６】
前記第１の構造エレメント（１１）に対面する、前記第２の構造エレメント（１２）の第１の側（１２．１）に前記供給流路（１６）が形成されており、この場合、前記ガス拡散層（ＧＤＬ）に対面可能な、前記第２の構造エレメント（１２）の第２の側（１２．２）に前記導出流路（１７）が形成されている
ことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）。
【請求項７】
前記供給流路（１６）の前記底部（１６ａ）において前記第２の構造エレメント（１２）内に少なくとも１つの孔（１４）が形成されており、この孔（１４）を通って、反応ガスが、ガス拡散層（ＧＤＬ）の延在面に対して概ね直角に前記ガス拡散層（ＧＤＬ）内に導入可能である
ことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）。
【請求項８】
前記供給流路（１６）が、前記分配面（１５）を通る反応ガス供給の方向（Ｆ１）で次第に大きくなる横断面を有している
ことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）。
【請求項９】
前記供給流路（１６）から前記供給流路（１６）へと可変な数の孔、または前記分配面（１５）を通る反応ガス供給の方向（Ｆ１）で次第に数が増える孔が、前記供給流路（１６）の前記底部（１６ａ）に形成されており、
および／または前記供給流路（１６）から前記供給流路（１６）へと様々な横断面を有する多数の孔、または前記分配面（１５）を通る反応ガス供給の方向（Ｆ１）で次第に大きくなる横断面を有する多数の孔が、前記供給流路（１６）の前記底部（１６ａ）に形成されている、
ことを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）。
【請求項１０】
陽極室（Ａ）および陰極室（Ｋ）を備えた燃料電池（１００）または電解槽において、
前記陰極室（Ｋ）に酸素を含有する混合ガス（Ｏ２）を提供するための請求項１から９までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）が設けられている
ことを特徴とする、燃料電池（１００）または電解槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置に関する独立請求項の前提部に記載した、燃料電池または電解槽用の、少なくとも１つの反応ガス、特に酸素を含有する混合ガスを提供するための分配構造に関する。また本発明は、装置に関する並列式独立請求項の前提部に記載した、陽子または水酸化物イオンを搬送するための例えばポリマー薄膜を備えた燃料電池または電解槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池および電解槽は、電気化学式のエネルギ変換器である。燃料電池では、例えば水素および酸素が、水、電気エネルギおよび熱に変換される。電解槽では、それとは逆に、例えば水が電流を用いて水素と酸素に分解される。複数の燃料電池はさらに、１つの積層いわゆるスタックにまとめられてよい。燃料電池では水素、酸素を含有する抽出物、電解槽では水を含有する抽出物、および冷却液が、分配構造を介して各セルに導かれる。この分配構造は、抽出物および冷却液のための流路を形成する。この場合、分配構造は次の機能を担う：抽出物を燃料電池または電解槽の活性面に亘って均一に分配する；電子を次のセルに導く；生成水（燃料電池）および生成ガス（電解槽）をセルから導出する；並びに、熱を触媒層から冷却剤へ導出する。公知の分配構造は、型打ち成形された金属薄板として構成されており、この金属薄板は、ウエブまたは溝によって流路構造を形成する（バイポーラプレート）。燃料電池では、流路構造を通して反応ガスが電気化学的な活性面に亘って分配される。しかしながらウエブの下側にガス流は存在しない。バイポーラプレートのウエブの下には（特に高い電流密度において）、陰極側に液状の生成水が集まり、この生成水が触媒層の内側で複数の孔をブロックする。これにより、触媒層への酸素搬送は局所的に著しく妨げられるので、セルの出力は局所的に低下し、その結果、セルのトータルパフォーマンスは低下する。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、装置に関する独立請求項に記載した、燃料電池または電解槽用の、少なくとも１つの反応ガス、特に酸素を含有する混合ガスを提供するための分配構造、および装置に関する別の独立請求項に記載した、陽子または水酸化物イオンを搬送するための例えばポリマー薄膜を備えた燃料電池または電解槽に関する。本発明のその他の利点、特徴および詳細は、従属請求項、明細書および図面に記載されている。この場合、本発明による分配構造に関連して記載された特徴および詳細は、もちろん、本発明による燃料電池または本発明による電解槽に関連しても適用され、それぞれその逆でもあるので、個別の発明態様の開示に関して、常に１つ若しくは複数の相互関係が引き合いに出されてよい。
【０００４】
本発明は、燃料電池または電解槽用の、少なくとも１つの反応ガス、特に酸素を含有する混合ガスを提供するための分配構造であって、この分配構造が、第１の構造エレメントと第２の構造エレメントとを有して構成されており、この場合、第１の構造エレメントおよび第２の構造エレメントは、第１の構造エレメントと第２の構造エレメントとの間に、反応ガスのための分配面が形成されるように構成されかつ互いに配置されており、前記分配面から、この分配面に対して概ね直角に向けられた多数の供給流路が分岐しており、第２の構造エレメントの下側に、分配面に対して平行に向けられた多数の導出流路が形成されている。
【０００５】
本発明の考え方は、効率を最適化するために、例えば金属薄板より成る２つの構造エレメントの間に平らな分配面が提供され、この分配面を通って少なくとも１つの反応ガスが均一にかつ僅かな圧力損失で、燃料電池または電解槽の全活性面に亘って分配される、という点にある。分配面は、燃料電池または電解槽の延在面に対して平行に配置可能である。さらに、分配面は、この分配面から分岐する複数の供給流路を備えて構成されており、これらの供給流路を通って反応ガスが活性面に対して直角にガス拡散層内に導入される。これにより、発生した生成水の搬出も確実に行うことができる。
【０００６】
２つの構造エレメント間で、柱状または線状の接続部材が、自由な流れを最小限だけ妨げる電気接触および機械的な形状安定性を提供する。
【０００７】
施された触媒層上でガス拡散層と接触させられる下側または第２の構造エレメント内に、規則的なまたは可変な間隔を保って、例えば矩形または円形の様々な横断面を有する、例えば凹部の形の複数の突起および／または溝が型打ち成形されている。これらの突起および／または溝によって、分配面に対して概ね直角に向けられた供給流路が形成される。これらの供給流路は下側に、単数または複数の孔を備えていてよい。これによって、空気が分配面から供給流路内にそらされ、これらの孔を通って供給流路の下に位置するガス拡散層および触媒層内に漏れ出し、この触媒層内で電気化学的な反応が行われる。
【０００８】
第２の構造エレメントの下側の供給流路間の開放した室またはガス拡散層と第２の構造エレメントとの間の開放した室を介して、生成ガスおよび／または生成水が分配面に対して平行にまたはガス拡散層の延在面に対して平行にセルから導出される。
【０００９】
これにより、２つの構造エレメントによって、反応ガスおよび生成ガスのための２つの分離された流路構造が形成され、従って、反応ガスおよび生成ガスは流体技術的に互いに分離されている。
【００１０】
燃料電池または電解槽の他方の側から、第２の反応ガスのための任意の形の第２の分配構造が実現され得る。
【００１１】
（好適には酸素を含有する）反応ガスのための、このような２分割された分配構造によって多くの利点が得られる。一方では、分配面を介して供給されたガスが均一に燃料電池または電解槽の全活性面に亘って、好適には僅かな圧力損失で分配される。これにより、活性面に的確にフレッシュガス（反応ガス）が供給される。公知のバイポーラプレートとは異なり、ガス濃度は、入口から出口まで低下するのではなく、全活性面に的確にフレッシュガスが供給される。すべての供給流路を通る均一なフレッシュガス供給は、分配面内の圧力損失が、供給流路を通る圧力損失よりも著しく小さいことによって得られる。他方では、本発明による分配構造の、入口から出口までの全圧力低下は僅かである。何故ならば、各突起を通って全ガス供給の少量部分しか流れないからである。
【００１２】
さらに、本発明による分配構造によって、第２の構造エレメントのウエブの下側に液状水が集まることは確実に阻止される。何故ならば、本発明の構造では、ガス流は供給流路の底部を通って、ひいては分配構造とガス拡散層との間の接触面を通って流れるからである。従って、液状水の搬出が保証され、第２の構造エレメントのウエブが液状水で溢れることはない。
【００１３】
別の利点は、ガス供給部が活性面に対して直角であるという点にある。これによって、触媒層を通って活性面の活性中央への対流性のガス搬送が得られる。従来のバイポーラプレートでは、ガスは活性面に対して平行に流れ、触媒層へのガス搬送は純粋に拡散的に行われる。対流性のガス搬送は、拡散性のガス搬送よりも、均一で制御可能に全活性面に亘って行われる。
【００１４】
最適化された流れガイドを得るために、さらに、供給流路の形態は、活性面に沿ってまたは分配面に沿って可変であってよい。一方では、供給流路は入り口において、出口におけるよりも少ない数の孔若しくは穴を有しているかまたはより小さい直径の穴を有していてよい。他方では、供給流路の全形態は、幅および／または形状が変えられていてよい。
【００１５】
さらに、第２の構造エレメントの下側または第２の構造エレメントとガス拡散層との間で排気ガスを吸引するために、例えば吸引装置の形の換気装置が設けられていることが考えられる。
【００１６】
さらに、本発明によれば、第１の構造エレメントが平らなプレートエレメント形に構成されている。このような第１の構造エレメントは簡単かつ安価であるが、反応ガスを分配するために平らな第１の構造エレメントと第２の構造エレメントとの間のスペースが分離され、また生成ガスおよび／または生成水の搬出のために第２の構造エレメントとガス拡散層との間のスペースが分離されることを含む、複数の利点をもたらす。この場合、第１の構造エレメントがバイポーラプレートのプレート間に位置決めされ陰極側のプレートに対して間隔を保って保持されることによって、公知のおよび／または既存のバイポーラプレートさえもこのような第１の構造エレメントによって装備拡張され得ることが考えられる。従って、本発明は、改善された分配構造を製造するために、並びに公知の分配構造を装備拡張するために利用され得る。このような改善されたまたは装備拡張された分配構造によって、燃料電池または電解槽の運転中のパフォーマンスを著しく向上させることができる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、第２の構造エレメントが、型打ち成形および／または打ち抜き成形および／または少なくとも領域的に穴あけされたプレートエレメントの形に構成されているようになっている。このような構造エレメントは同様に、製造が簡単かつ安価である。このような第２の構造エレメントによって、活性面に対して概ね直角に向けられた供給流路が提供され得る。これによって、やはり、活性面に対して直角に反応ガスが供給されるようになっている。これにより、反応ガスを、対流性にひいては適切に、コントロールされかつ均一に全活性面に亘って分配することができる。
【００１８】
さらに、本発明の枠内で、第１の構造エレメントと第２の構造エレメントとの間に少なくとも１つの導電性の、特に柱状の接続エレメントが設けられるようになっていてよい。このような簡単な形式で、下側の第２の構造エレメントと上側の第１の構造エレメントとの間で、廃熱を導くための熱接触および電子を導くための電気接触が保証され得る。第１の構造エレメントの上側に、第２の反応ガスのための任意の形状の別の分配構造が設けられてよい。さらに、第１の（例えば酸素を含有する）反応ガスのための本発明による分配構造の第１の構造エレメントと、第２の（例えば燃料を含有する）反応ガスのための別の分配構造との間に、冷却液のための流路構造体が設けられていてよい。
【００１９】
さらに、第２の構造エレメントが、供給流路の底部にガス拡散層との交互の接触面を形成するために、突起構造および／または溝構造を有していることが考えられる。突起構造および／または溝構造は、例えば金属薄板の型打ち成形によって簡単かつ好都合に構成され得る。複数の突起はさらに、第２の構造エレメントの両延在方向に好適には規則的に交互に分配されていてよい。複数の突起は、様々な形、例えば平行六面体形、円柱形または半円形の形を有していてよい。
【００２０】
さらに、本発明の枠内で、第１の構造エレメンに対面する、第２の構造エレメントの第１の側に供給流路が形成されており、この場合、ガス拡散層に対面可能な、第２の構造エレメントの第２の側に導出流路が形成されている。これによって、排気ガスまたは生成ガスが搬出される流路から飛行技術的に分離された流路を通って、反応ガスが導かれることが可能となる。これによってやはり、生成水が新鮮な反応ガスのガス流と混合されない、という利点が発生する。これによって、新鮮な反応ガスおよび排気ガスのガス流の湿気は、容易にかつ予測可能にコントロールされかつ／または制御され得る。導出流路のために、陰極管路の隣に別個の排気ガス管路を、本発明による分配面によって提供することができる。しかも、別個の排気ガス管路の出口に、例えば吸引装置の形の換気装置が設けられていてよい。
【００２１】
さらに本発明によれば、供給流路の底部で第２の構造エレメント内に少なくとも１つの孔が形成されており、この孔を通って、反応ガスが、ガス拡散層の延在面に対して概ね直角にガス拡散層内に導入可能であるようになっている。これによって、供給流路を通る反応ガスの対流性の供給と共に、孔を通過する際に、反応ガスの分配を均一化しかつ促進するために、活性面に対して直角な方向のいわゆるベンチュリ効果が利用され得る。
【００２２】
さらに本発明によれば、供給流路が、分配面を通る反応ガス供給の方向で次第に大きくなる横断面を有していることが考えられる。従って、分配面を通る反応ガス供給の方向で場合によっては圧力損失が生じたとしても、入口から出口まで全分配面に亘って反応ガスの均一な分配を可能にすることが保証され得る。
【００２３】
さらに、本発明の枠内で、供給流路から供給流路へと可変な数の孔、または分配面を通る反応ガス供給の方向で次第に数が増える孔が供給流路の底部に形成されているようになっていてよい。孔の数が次第に増えることによって、圧力損失にも拘わらず、常に一定な多量の反応ガスがガス拡散層に供給され得ることが可能となる。
【００２４】
本発明の枠内で、供給流路から供給流路へと様々な横断面を有する複数の孔、または分配面を通る反応ガス供給の方向で次第に大きくなる横断面を有する複数の孔が、供給流路の底部に形成されているようになっていてもよい。これによって同様に、反応ガス供給の方向で場合によっては発生する圧力損失が補正され得るようになる。
【００２５】
さらに本発明によれば、陽極室および陰極室を備えた燃料電池または電解槽が提供され、この場合、分配構造は前記のように、陰極室に酸素を含有する混合ガスを提供するために設けられている。本発明による燃料電池または本発明による電解槽によって、本発明による分配構造に関連して上述されている利点と同じ利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ガス分配構造としての公知のバイポーラプレートの概略的な構造を示す図である。
【図２】本発明によるガス分配構造の概略図である。
【図３】本発明によるガス分配構造を有する燃料電池または電解槽の概略図である。
【図４】別の実施例による本発明のガス分配構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明によるガス分配構造とその実施態様および利点、並びに本発明による燃料電池または電解槽とこれらの実施態様および利点を、以下に図面を用いて詳しく説明する。図面はそれぞれ概略的に示されている。
【００２８】
図面中、同じ符号を有する特徴は原則として一度しか記載されていない。
【００２９】
図１は、例えば燃料電池１００または電解槽のための、型打ち成形された２つの金属薄板から成るバイポーラプレートの形の公知の分配構造１０＊を示す。２つの金属薄板の間に、冷却液例えば水Ｈ２Ｏのための流路構造が形成されている。金属薄板の上側で、それぞれ１つの第１の反応ガス、例えば酸素を含有する反応ガスＯ２、または第２の反応ガス、例えば燃料を含有する反応ガスＨ２が、密着する相応のガス拡散層ＧＤＬに誘導される。しかしながら、燃料電池１００においては、分配構造１０＊の陰極側でバイポーラプレートのウエブとガス拡散層ＧＤＬとの間の接触面に、液状の生成水Ｈ２Ｏが集まり、この生成水Ｈ２Ｏは、ガス拡散層ＧＤＬ内の複数の孔を閉鎖する。これによって、触媒層への酸素搬送が局所的に著しく妨げられるので、燃料電池１００の出力が局所的に低下し、その結果、燃料電池１００のトータルパフォーマンスが低下する。
【００３０】
図２は、第１の構造エレメント１１および第２の構造エレメント１２を備えて構成された燃料電池１００または電解槽のための少なくとも１つの反応ガス、特に酸素を含有する混合ガスＯ２を供給するための本発明による分配構造１０を示す。本発明によれば、第１の構造エレメント１１と第２の構造エレメント１２とは、第１の構造エレメント１１と第２の構造エレメント１２との間に反応ガスのための分配面１５が形成されるように、構成されかつ互いに配置されており、分配面１５から多数の供給流路１６が分岐されていて、これらの供給流路１６は概ね、分配面１５に対して直角なひいては燃料電池１００または電解槽の活性面に対して直角な方向Ｆ２に向けられており、第２の構造エレメント１２の下側に、分配面１５に対して平行に向けられた多数の導出流路１７が形成されている。さらに、導出流路１７は、分配面１５を通って反応ガス供給の方向Ｆ１に対して直角な方向Ｆ３に向けられている。
【００３１】
本発明によれば、分配構造１０＊の少なくとも陰極側に、図１に示したように１つだけの構造エレメントではなく、図２に示したように２つの構造エレメント１１，１２が提供される。構造エレメント１１，１２の間に、反応ガス、好適には酸素を含有する反応ガスＯ２が誘導される。下側または第２の構造エレメント１２とガス拡散層ＧＤＬとの間で第２の構造エレメント１２の下側に、生成水Ｈ２Ｏを含有する排気ガスを導出するための導出流路１７が形成されている。この場合、供給流路１６と導出流路１７とは流体的に互いに分離されている。
【００３２】
図３で分かるように、反応ガスは分配面１５によって分離され、この分配面１５は、燃料電池１００の延在面に対して平行に配置可能であり、分配面１５から分岐された複数の供給流路１６を備えて構成されている。分配面１５および供給流路１６は、例えば金属製の薄板より成る本発明による２つの構造エレメント１１，１２の間に形成されている。従って、反応ガスは、燃料電池１００または電解槽の全活性面に亘って均一に、かつ僅かな圧力損失で分配され得る。
【００３３】
図２に示されているように、構造エレメント１１，１２間に、分配面１５を通って反応ガスが自由に流れるのを妨げることなしに、電気的な接触および機械的な形状安定性のための柱状または線状の接続エレメント１３が設けられている。
【００３４】
供給流路１６は、様々な例えば矩形または円形の横断面を有する、例えば複数の溝または突起の形で、第２の構造エレメント１２内に型打ち成形されていてよい。供給流路１６を通って反応ガスは、燃料電池１００または電解槽の活性面に対して概ね直角に送られる。
【００３５】
供給流路１６の下側に、単数または複数の孔１４が形成されており、これらの孔１４を通って反応ガスがガス拡散層ＧＤＬ内に漏れ出すことができる。ガス拡散層ＧＤＬに隣接して薄膜Ｍが配置されており、この薄膜Ｍを通って水素イオンが搬送される。
【００３６】
第２の構造エレメント１２の下側の供給流路１６のための凹部の間、またはガス拡散層ＧＤＬと第２の構造エレメント１２との間で、生成ガス（電解槽）または生成水Ｈ２Ｏが余剰の混合ガス（燃料電池１００）と共に、分配面１５に対して平行にまたはガス拡散層ＧＤＬの延在面に対して平行に、燃料電池１００または電解槽から導出される。
【００３７】
従って、２つの構造エレメント１１，１２によって、反応水Ｈ２０（電解槽）または反応ガス（燃料電池１００）のための、および余剰の混合ガス（燃料電池１００）を伴う生成水Ｈ２Ｏまたは生成ガス（電解槽）のための２つの別個の流路構造が形成されるので、相応の電気化学反応の生成物および抽出物は流体技術的に互いに分離されている。燃料電池１００若しくは電解槽の他方の側から、第２の反応ガス、例えば燃料を含有する反応ガスＨ２のための、任意の形の例えば型打ち成形された金属プレートとしての第２の分配構造が実現され得る。さらに、第１の（例えば酸素を含有する）反応ガスのための本発明による分配構造１０の第１の構造エレメント１１と第２の（例えば燃料を含有する）反応ガスのための第２の分配構造との間に、冷却液例えば水Ｈ２Ｏのための流路構造が設けられている。
【００３８】
好適な形式で、分配面１５を介して、供給された反応ガスが、燃料電池１００または電解槽の全活性面に亘って均一に、好適な形式で僅かな圧力損失で分配される。それとは別に、活性面に的確にフレッシュガス（反応ガス）が供給される。図１に示した公知の一体的なバイポーラプレートとは異なり、ガス濃度は入り口から出口まで低下するのではなく、全活性面に的確にフレッシュガスが供給される。すべての供給流路１６を通る均一なフレッシュガス供給は、分配面１５内の圧力損失が、供給流路１６による圧力損失よりも著しく小さいことによって得られる。他方では、本発明による分配構造１０の、入口から出口までの全圧力低下は僅かである。何故ならば、各供給流路１６を通って全ガス供給量のほんの一部だけが流れるからである。
【００３９】
本発明による分配構造１０によって、第２の構造エレメント１２の凹部の下側に液状水が集まることは確実に阻止される。何故ならば、反応ガスは分配構造１０とガス拡散層ＧＤＬとの間の接触面１２ａを直接通って流れるからである。これによって、液状水の搬出は確実に行われ、第２の構造エレメント１２の凹部が液状水によって溢れることはない。
【００４０】
別の利点は、ガス供給が活性面に対して直角であり、これによってガス拡散層ＧＤＬ内への対流性のガス搬送が実現され得る、という点にある。図１に示したバイポーラプレートにおいては、反応ガスＯ２，Ｈ２は活性面に対して平行に流れ、触媒層へのガス搬送は純粋に拡散的に行われる。本発明によれば、対流性のガス搬送が好適な形式で全活性面に亘って均一に、かつコントロールされて実行され得る。
【００４１】
本発明の枠内で、第２の構造エレメント１２の下側でまたは第２の構造エレメント１２とガス拡散層ＧＤＬとの間で排気ガスを吸引し、それによって導出流路１７を通る排気ガスの流れを促進するために、換気装置または吸引装置が設けられてよいと考えられる。
【００４２】
図１および図２に示されているように、第１の構造エレメント１１は平らなプレートエレメントの形で構成されていてよい。第２の構造エレメント１２は、型打ち成形および／または打ち抜き成形および／または少なくとも領域的に穴あけされたプレートエレメントの形に構成されていてよい。このような構造エレメント１１，１２は、簡単かつ好都合な構成部分である。これによって、分配構造１０の安価で簡単な製造が提供される。
【００４３】
第１の構造エレメント１１に対面する、第２の構造エレメント１２の第１の側１２．１に供給流路１６が形成されており、この場合、ガス拡散層ＧＤＬに向けられる、第２の構造エレメント１２の第２の側１２．２に導出流路１７が形成されている。この導出流路１７のために、本発明による分配面１５を通る陰極管路の隣に、別個の排気ガス管路が提供されてよい。また、別個の排気ガス管路の出口に、例えば吸引器の形の換気装置が設けられてよいことが考えられる。
【００４４】
供給流路１６の底部１６ａで第２の構造エレメント１２内に、少なくとも１つ、好適には複数の孔１４が形成されており、これらの孔１４を通して、反応ガスがガス拡散層ＧＤＬの延在面に対して概ね直角にガス拡散層ＧＤＬ内に導入可能である。これによって、供給流路１６を通る反応ガスの対流性の供給に加えてさらに、孔１４の通過時に、反応ガスの分配を均一化しかつ促進するために、活性面に対して直角な方向の、いわゆるベンチュリ効果が利用され得る。
【００４５】
図４に示されているように、孔１４または供給流路１６はそれ自体が、分配面１５を通って入り口から出口に向かって可能な圧力降下にも拘わらず、ガス拡散層ＧＤＬへの反応ガスの均一なガス供給を可能にするために、反応ガス供給の方向Ｆ１で大きくなる横断面を有している。さらに、供給流路１６の底部１６ａに形成される孔１４の数が、分配面１５を通る反応ガス供給の方向Ｆ１で供給流路１６から供給流路１６へと次第に増加されてよいと考えられる。
【００４６】
さらに、図３に略示されているように、本発明の枠内で、陽極室Ａおよび陰極室Ｋを有する燃料電池１００または電解槽が提供され、この燃料電池１００または電解槽は、酸素を含有する混合ガスＯ２を陰極室Ｋに提供するために相応の分配構造１０を備えて構成されている。
【００４７】
前述の図１〜図４は、もっぱら本発明を複数の例の枠内でのみ説明する。もちろん、技術的に有意義であれば、本発明の枠を逸脱することなしに、複数の実施例の個別の特徴を自由に互いに組み合わせてよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０  本発明による分配構造
１０＊  公知の分配構造
１１  第１の構造エレメント
１２  第２の構造エレメント
１２．１  第１の側
１２．２  第２の側
１２ａ  接触面
１３  接続エレメント
１４  孔
１５  分配面
１６  供給流路
１６ａ  底部
１７  導出流路
１００  燃料電池
Ａ  陽極室
Ｆ１  反応ガス供給の方向
Ｆ２  分配面１５に対して直角な方向
Ｆ３  方向Ｆ１に対して直角な方向
ＧＤＬ  ガス拡散層
Ｏ２  酸素を含有する反応ガス、混合ガス
Ｈ２Ｏ  水、生成水、反応水
Ｈ２  燃料を含有する反応ガス
Ｋ  陰極室
Ｍ  薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年1月7日(2020.1.7)
【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】
燃料電池（１００）または電解槽用の、少なくとも１つの反応ガスを提供するための分配構造（１０）において、
前記分配構造（１０）が、第１の構造エレメント（１１）と第２の構造エレメント（１２）とを有しており、この場合、前記第１の構造エレメント（１１）および前記第２の構造エレメント（１２）は、前記第１の構造エレメント（１１）と前記第２の構造エレメント（１２）との間に、反応ガスのための分配面（１５）が形成されるように構成されかつ互いに配置されており、
前記分配面（１５）から、該分配面（１５）に対して概ね直角に向けられた多数の供給流路（１６）が分岐しており、
前記第２の構造エレメント（１２）の下側に、前記分配面（１５）に対して平行に向けられた多数の導出流路（１７）が形成されている、
分配構造（１０）。
【請求項２】
前記第１の構造エレメント（１１）が平らなプレートエレメントの形に構成されている
ことを特徴とする、請求項１記載の分配構造（１０）。
【請求項３】
前記第２の構造エレメント（１２）が、型打ち成形および／または打ち抜き成形および／または少なくとも領域的に穴あけされたプレートエレメントの形に構成されている
ことを特徴とする、請求項１または２記載の分配構造（１０）。
【請求項４】
前記第１の構造エレメント（１１）と前記第２の構造エレメント（１２）との間に少なくとも１つの導電性の接続エレメント（１３）が設けられている
ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）。
【請求項５】
前記供給流路（１６）の底部（１６ａ）にガス拡散層（ＧＤＬ）との交互の接触面（１２ａ）を形成するために、前記第２の構造エレメント（１２）が突起構造および／または溝構造を有している
ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）。
【請求項６】
前記第１の構造エレメント（１１）に対面する、前記第２の構造エレメント（１２）の第１の側（１２．１）に前記供給流路（１６）が形成されており、ガス拡散層（ＧＤＬ）に対面可能な、前記第２の構造エレメント（１２）の第２の側（１２．２）に前記導出流路（１７）が形成されている
ことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）。
【請求項７】
前記供給流路（１６）の底部（１６ａ）において前記第２の構造エレメント（１２）内に少なくとも１つの孔（１４）が形成されており、この孔（１４）を通って、反応ガスが、ガス拡散層（ＧＤＬ）の延在面に対して概ね直角に前記ガス拡散層（ＧＤＬ）内に導入可能である
ことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）。
【請求項８】
前記供給流路（１６）が、前記分配面（１５）を通る反応ガス供給の方向（Ｆ１）で次第に大きくなる横断面を有している
ことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）。
【請求項９】
前記供給流路（１６）から前記供給流路（１６）へと可変な数の孔、または前記分配面（１５）を通る反応ガス供給の方向（Ｆ１）で次第に数が増える孔が、前記供給流路（１６）の底部（１６ａ）に形成されており、
および／または前記供給流路（１６）から前記供給流路（１６）へと様々な横断面を有する多数の孔、または前記分配面（１５）を通る反応ガス供給の方向（Ｆ１）で次第に大きくなる横断面を有する多数の孔が、前記供給流路（１６）の前記底部（１６ａ）に形成されている、
ことを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）。
【請求項１０】
陽極室（Ａ）および陰極室（Ｋ）を備えた燃料電池（１００）または電解槽において、
前記陰極室（Ｋ）に酸素を含有する混合ガス（Ｏ２）を提供するための請求項１から９までのいずれか１項に記載の分配構造（１０）が設けられている
ことを特徴とする、燃料電池（１００）または電解槽。
【国際調査報告】
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