(57)【要約】本発明は、燃料電池アセンブリ（５）のための媒体管理板（１）、該媒体管理板及び燃料電池アセンブリを具備する燃料電池システム（１０）、並びに燃料電池アセンブリ（５）及び媒体管理板（１）を具備する燃料電池システム（１０）の作動方法に関する。燃料電池媒体を供給及び排出するための全てのライン並びに燃料電池媒体を処理するのに必要な全ての装置は、媒体管理板（１）の中に一体化される。媒体管理板（１）は、冷却剤によって加熱され、且つ垂直及び水平の両方に方位づけされるときに機能的になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池アセンブリ（５）の媒体管理板（１）であって、
前記燃料電池アセンブリ（５）への取り付けのための第１主表面（３）及び反対側の第２主表面（４）を有する板状基体（２）、燃料電池媒体アノード排出ガス、カソード作動ガス及び冷却剤を前記燃料電池アセンブリ（５）へ供給し、且つ前記燃料電池アセンブリ（５）から使用済み燃料電池媒体を排出するための媒体ラインシステムを具備し、
前記媒体ラインシステムは、アノード作動ガス、カソード作動ガス及び冷却剤を前記燃料電池アセンブリ（５）へ供給するための、アノード作動ガスライン（１１）、カソード作動ガスライン（５０）、及び前記板状基体（２）の前記第２主表面（４）から前記第１主表面（３）へと伸びている冷却剤ライン（４０）、並びに、前記燃料電池アセンブリ（５）からアノード排出ガス、カソード排出ガス、及び使用済み冷却剤を排出するための、アノード排出ガスライン（１６、１６’、１９）、カソード排出ガスライン（５５）、及び前記板状基体（２）の前記第１主表面（３）から前記第２主表面（４）へと伸びている使用済み冷却剤ライン（６５）、アノード排出ガスから液化水を分離するための水貯蔵器（３１）を伴った水分離器（３０）を具備し、
前記水貯蔵器（３１）は、アノード排出ガス及び水のための注入開口部（３８）及び排出開口部（３２、３３）、該貯蔵器（３１）から水を排出するためのチャネル（３４）、前記媒体ラインシステム、前記水貯蔵器（３１）若しくは前記チャネル（３４）に連通した、バルブのためのシート、測定装置、並びに前記板状基体（２）の前記第２主表面（４）上の調節制御装置を具備し、
前記アノード作動ガスライン（１１）、アノード排出ガスライン（１６、１６’）、前記水貯蔵器（３１）、及び付随的に前記チャネル（３４）は、お互いに流体連通し、並びに
前記冷却剤ライン（４０）は、前記媒体ラインシステム及び／若しくは前記チャネル（３４）及び／若しくはバルブのための前記シート及び／若しくは測定装置及び／若しくは調節制御装置と少なくとも熱伝導接触している少なくとも１つの冷却剤分岐ライン（４５）を有することを特徴とする燃料電池アセンブリのための媒体管理板。
【請求項２】
燃料電池アセンブリ（５）の媒体管理板（１）であって、
前記燃料電池アセンブリ（５）への取り付けのための第１主表面（３）及び反対側の第２主表面（４）を有する板状基体（２）、燃料電池媒体アノード排出ガス、カソード作動ガス及び冷却剤を前記燃料電池アセンブリ（５）へ供給し、且つ前記燃料電池アセンブリ（５）から使用済み燃料電池媒体を排出するための媒体ラインシステムを具備し、
前記媒体ラインシステムは、アノード作動ガス、カソード作動ガス及び冷却剤を前記燃料電池アセンブリ（５）へ供給するための、アノード作動ガスライン（１１）、カソード作動ガスライン（５０）、及び前記板状基体（２）の前記第２主表面（４）から前記第１主表面（３）へと伸びている冷却剤ライン（４０）、並びに、前記燃料電池アセンブリ（５）からアノード排出ガス、カソード排出ガス、及び使用済み冷却剤を排出するための、アノード排出ガスライン（１６、１６’、１９）、カソード排出ガスライン（５５）、及び前記板状基体（２）の前記第１主表面（３）から前記第２主表面（４）へと伸びている使用済み冷却剤ライン（６５）、アノード排出ガスから液化水を分離するための水貯蔵器（３１）を伴った水分離器（３０）を具備し、
前記水貯蔵器（３１）は、アノード排出ガス及び水のための注入開口部（３８）及び排出開口部（３２、３３）、該貯蔵器（３１）から水を排出するためのチャネル（３４）、前記媒体ラインシステム、前記水貯蔵器（３１）若しくは前記チャネル（３４）に連通した、バルブのためのシート、測定装置、並びに前記板状基体（２）の前記第２主表面（４）上の調節制御装置を具備し、
前記アノード作動ガスライン（１１）、アノード排出ガスライン（１６、１６’）、前記水貯蔵器（３１）、及び付随的に前記チャネル（３４）は、お互いに流体連通し、並びに
前記水貯蔵器（３１）の形状並びに前記注入開口部（３８）及び前記排出開口部（３２、３３）の配置は、前記媒体管理板（１）が、重力の作用の方向に垂直及び重力の作用の方向に平行の両方に方位づけられることができ、頂部から底部へと作用する重力を伴って、前記注入開口部（３８）及び前記排出開口部（３２）が、前記貯蔵器（３１）の最上領域に配置され、且つ水のための前記排出開口部（３３）が、前記貯蔵器（３１）の最低領域に配置されることを特徴とする燃料電池アセンブリのための媒体管理板。
【請求項３】
前記冷却剤ライン（４０）は、前記媒体ラインシステム及び／若しくは前記チャネル（３４）及び／若しくはバルブのための前記シート及び／若しくは調節制御装置と少なくとも部分的に熱伝導接触している少なくとも１つの冷却剤分岐ライン（４５）を含む請求項２に記載の媒体管理板。
【請求項４】
更に、前記媒体ラインシステムに流れる前記媒体の圧力及び／若しくは温度の量並びに／又は前記水貯蔵器（３１）における水の量を測定並びに／又は調整及び制御するために前記板状基体の第２主表面（４）に設けられたバルブ、測定装置並びに調節制御装置を具備する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の媒体管理板。
【請求項５】
更に、アノード作動ガスソースのための前記アノード作動ガスライン（１１）及び／又はカソード作動ガスソースのための前記カソード作動ガスライン（５０）及び／又は冷却剤ソースのための前記冷却剤ライン（４０）を接続するために、前記板状基体（２）の前記第２主表面（４）にて、接続手段（９１、９５、９７）を具備する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の媒体管理板。
【請求項６】
更に、前記燃料電池アセンブリ（５）のアノード作動ガス注入口（６１）のための前記アノード作動ガスライン（１１）及び／又は前記燃料電池アセンブリ（５）のカソード作動ガス注入口（７１）のための前記カソード作動ガスライン（５０）及び／又は前記燃料電池アセンブリ（５）の冷却剤注入口（８１）のための前記冷却剤ライン（４０）を接続するために、前記板状基体（２）の前記第１主表面（３）にて、接続手段（６３、７３、８３）を具備する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の媒体管理板。
【請求項７】
更に、前記燃料電池アセンブリ（５）のアノード排出ガス排出口（６２）のための前記アノード排出ガスライン（１６）及び／又は前記燃料電池アセンブリ（５）のカソード排出ガス排出口（７２）のための前記カソード排出ガスライン（５５）及び／又は前記燃料電池アセンブリ（５）の使用済み冷却剤排出口（８２）のための前記使用済み冷却剤ライン（６５）を接続するために、前記板状基体（２）の前記第１主表面（３）にて、接続手段（６４、７４、８４）を具備する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の媒体管理板。
【請求項８】
更に、アノード排出ガス処理装置のための前記アノード排出ガスライン（１６、１６’、１９）及び／又はカソード排出ガス処理装置のための前記カソード排出ガスライン（５５）及び／又は使用済み冷却剤処理装置のための前記使用済み冷却剤ライン（６５）を接続するために、前記板状基体（２）の前記第２主表面（４）にて、接続手段（９２、９６、９８）を具備する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の媒体管理板。
【請求項９】
前記アノード排出ガスライン（１６、１６’）は、前記アノード作動ガスライン（１１）の中へ開口し、且つ再循環ポンプ（４９）のための接続点（２３、２４）を有するアノード排出ガス再循環ライン（２２）を有する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の媒体管理板。
【請求項１０】
更に、前記アノード作動ガスライン（１１）の中にジェットノズル（２９）を具備すると共に、前記アノード排出ガスライン（１６’）が該ジェットノズル（２９）の中へと開口している請求項１乃至８のいずれか１項に記載の媒体管理板。
【請求項１１】
少なくとも前記アノード作動ガスライン（１１）、前記アノード排出ガスライン（１６、１６’）並びに前記水分離器（３０）を伴う前記水貯蔵器（３１）は、前記板状基体（２）の前記第２主表面（４）に設けられる請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の媒体管理板。
【請求項１２】
前記媒体ラインシステムの１つ以上のライン並びに／又は前記水分離器（３０）を伴う前記水貯蔵器（３１）は、前記板状基体（２）の容量の中に一体化される請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の媒体管理板。
【請求項１３】
前記アノード作動ガスライン（１１）、前記アノード排出ガスライン（１６’）及び前記ジェットノズル（２９）は、前記板状基体（２）の容量の中に一体化される請求項１０に記載の媒体管理板。
【請求項１４】
少なくとも１つの前記冷却剤分岐ライン（４５）は、少なくとも前記アノード排出ガスライン（１６、１６’）並びに前記水分離器（３０）を伴う前記水貯蔵器（３１）に熱伝導接触して伸びる請求項２乃至１３のいずれか１項に記載の媒体管理板。
【請求項１５】
少なくとも１つの前記冷却剤分岐ライン（４５）はまた、バルブのための前記シート、測定装置、調節制御装置、並びに／又は測定装置及び調節制御装置のためのキャビティに熱伝導接触している請求項１４に記載の媒体管理板。
【請求項１６】
前記水貯蔵器（３１）は、近位及び末端の領域並びに内側及び外側の領域を有し、前記近位領域が前記末端領域よりも前記第１主表面（３）に接近しており、並びに前記外側領域が前記内側領域よりも前記媒体管理板（１）の縁に接近している請求項２乃至１５のいずれか１項に記載の媒体管理板。
【請求項１７】
前記アノード排出ガス注入口（３８）及び前記アノード排出ガス排出口（３２）に沿って前記水分離器（３０）は、前記水貯蔵器（３１）の前記近位内側領域に配置される請求項１６に記載の媒体管理板。
【請求項１８】
前記水排出開口部（３３）が、前記水貯蔵器の末端外側領域に配置される請求項１６又は１７に記載の媒体管理板。
【請求項１９】
更にレベルスイッチ（３７）を具備し、前記レベルスイッチ（３７）は、前記末端領域よりも前記近位領域に、前記水貯蔵器（３１）の前記外側領域よりも前記内側領域に、しかしながら前記アノード排出ガス注入口（３８）及びアノード排出ガス排出口（３２）よりも近位且つ更に外側に配置されている請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の媒体管理板。
【請求項２０】
センサを受けるための少なくとも１つのキャビティ（２６’）を具備し、前記センサキャビティ（２６’）は、前記媒体ラインシステムのラインと流体連通し、且つ前記ライン（２６）よりも前記媒体管理板（２）の前記第１主表面（３）から離れて間隔が開けられるように前記ライン（２６）から妨げられない方法で配置され、並びに、前記媒体管理板（２）は、重力の作用の方向と平行に配置され、前記水貯蔵器（３１）が、前記媒体管理板（２）の上方縁よりも下方縁に接近するとき、前記ライン（２６）よりも上に配置される請求項１６乃至１９のいずれか１項に記載の媒体管理板。
【請求項２１】
燃料電池アセンブリ（５）並びに請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の媒体管理板を具備する燃料電池システム（１０）であって、前記燃料電池アセンブリ（５）及び前記媒体管理板（１）がお互いに取り付けられ、並びに、前記媒体管理板（１）並びに前記燃料電池アセンブリ（５）、前記燃料電池アセンブリ（５）の中へ新鮮なアノード作動ガス、新鮮なカソード作動ガス及び新鮮冷却剤を導入するための接続（６３、７３、８３）及び前記燃料電池アセンブリ（５）からアノード排出ガス、カソード排出ガス及び使用済み冷却剤を排出するための接続（６４、７４、８４）が存在する燃料電池システム。
【請求項２２】
燃料電池アセンブリ（５）及び請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の媒体管理板（１）を具備する燃料電池システム（１０）の作動方法であって、
前記媒体管理板（１）のアノード作動ガスライン（１１）を通じて前記燃料電池アセンブリ（５）の中へアノード作動ガスを導入する段階、
前記媒体管理板（１）のアノード排出ガスライン（１６、１６’）を通じて前記燃料電池アセンブリ（５）からアノード排出ガスを排出する段階、
前記媒体管理板（１）の前記アノード作動ガスライン（１１）の中へと、アノード排出ガス再循環ライン（２２）を通じて、前記アノード排出ガスを再循環させる段階、
前記燃料電池アセンブリ（５）の中へと、カソード作動ガスライン（５０）を通じてカソード作動ガスを導入し、及び前記媒体管理板（１）のカソード排出ガスライン（５５）を通じて、前記燃料電池アセンブリ（５）からカソード排出ガスを排出する段階、
前記媒体管理板（１）の冷却剤ライン（４０）を通じて前記燃料電池アセンブリ（５）の中へと冷却剤を導入し、及び前記媒体管理板（１）の使用済み冷却剤ライン（６５）を通じて、前記燃料電池アセンブリ（５）から使用済み冷却剤を排出する段階、
前記媒体管理板（１）の前記アノード排出ガスライン（１６、１６’）の中にある水貯蔵器（３１）を伴った水分離器（３０）により前記アノード排出ガスから液化水を分離する段階、
前記媒体管理板（１）に内蔵されている測定装置及び調節制御装置により、前記媒体管理板（１）を流れている前記作動ガス及び前記排出ガスの温度及び／若しくは圧力の量並びに／又は前記水貯蔵器（３１）の中の水の量を測定並びに／又は調整及び制御する段階、
定期的に、前記アノード排出ガス並びに／又は前記媒体管理板（１）の前記水貯蔵器（３１）の中の水を排出する段階、並びに
任意に前記アノード排出ガスライン（１６、１６’）及び前記水貯蔵器（３１）を伴った前記水分離器（３０）と熱伝導接触して伸びる冷却剤分岐ライン（４５）の中の冷却剤により、少なくとも前記アノード排出ガスライン（１６、１６’）及び前記水貯蔵器（３１）を伴った前記水分離器（３０）を加熱する段階を具備することを特徴とする燃料電池システムの作動方法。
【請求項２３】
前記燃料電池システム（１０）のスタートアップよりも前に、前記冷却剤は、前記媒体管理板（１）の前記冷却剤ライン（４０）の中へ送られる前に、３〜８℃の間の温度に加熱される請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池媒体のアノード作動ガス、カソード作動ガス及び冷却剤を供給すると共に使用済みの媒体を排出するのに必要なライン、センサ及びアクチュエータを組み入れている媒体管理板、媒体管理板を具備する燃料電池システム、並びに媒体管理板を具備する燃料電池システムの作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素及び酸素から電気的エネルギーを発生する。付言すると、それらは、水又は冷却用のグリコール／水混合物といった冷却剤を必要とする。これらの燃料電池媒体は、燃料電池へと供給されなくてはならず、並びに燃料電池を通じて流れ出た後にも再度放出されなくてはならない。冷却水は、通常冷却水回路の中で処理される、並びに時折補充若しくは排出及び再び満たされるのみされる。酸素は、空気の形で連続的に一般に供給され、並びに燃料電池を通過する通路の後の酸素枯渇空気は、連続的に排出される。水素若しくは別のアノード作動ガスは、例えば圧力容器若しくは液体ガスタンクといった貯蔵器から供給されなくてはならない。水素は、燃料電池の作動にふさわしい圧力にて、運ばれ且つ保持されなくてはならないと共に、燃料電池を通り流れた後に、未消費の水素が、大気中へと単純に放出されることができない。このことは、一方で危険になり、他方でとても効果的である。それゆえ、アノード排出ガスは、燃料電池に供給される新鮮な水素へと再循環及び混合される。しかしながら、アノード排出ガスは、未消費の水素だけでなく、水蒸気、窒素、二酸化炭素及び少量の他の気体不純物を含み、それらは、新鮮に供給された水素の中に部分的に既に存在し、燃料電池反応の中で部分的に発生され、並びに電極を通じてカソード側から部分的に通され、若しくは冷却水からアノード排出ガスの中へと通される。アノード排出ガスが単純に継続的に再循環された場合、これらの不純物は、ますます多く積もり、燃料電池の性能が減少し、並びにやがては燃料電池反応が完全なる停止に落ち込む。それゆえ、水は、アノード排出ガスから連続的に分離され、並びに時々、アノード排出ガスの一部分が、再循環ではなく、新鮮な水素の保護を伴って、フラッシング若しくはパージされる。
【０００３】
従って、新鮮な水素を供給する、並びに例えばバルブ若しくはレギュレータのようなアクチュエータ、安全スイッチ及び例えば水分離器若しくはトラップのような処理施設と共に、ガス圧及び／若しくはガスの流速を記録するためのセンサを伴って、アノード排出を処理、再循環及び排出させるための、ライン若しくは配管システムが必要である。このような“水素回路”、即ち必要なライン、センサ、アクチュエータ、及び処理施設全てのアセンブリは、水素が拡散のための高い傾向を有するため、封止技術の点から、手間取り、扱いにくく及び過酷なものである。
【０００４】
永久的な組立ユニットの形式で、水素回路の全ての構成要素の組み合わせは、燃料電池アセンブリが、重力の作用の方向に関連した異なる方位にしばしば取り付けられるため、難しい。従って、燃料電池媒体を供給及び排出するための排気口は、重力の作用の方向に関連して異なって方向づけられることができ、同様に、単一ユニットの形状における水素回路の構成要素もまた、重力の作用の方向に関連した異なる方位を有することができる。燃料電池排出ガスはまた、液体状の水を含んでおり、且つ重力の作用の方向に流れる傾向にあることから、ラインにおける燃料電池媒体の流れが液化水により妨げられるというリスクがある。燃料電池が評点よりも下の外気温にてシャットダウンされた場合、氷点がライン若しくは他の構成要素にダメージを与える更なるリスクがある。
【０００５】
燃料電池は、しばしば広い温度範囲で使用される。自動車における燃料電池は、−４０℃から＋８５℃までの間の作動範囲で対処できるはずである。水の氷点よりもできる限りはるか下の温度にて、ラインにおけるできる限り凍っている生成水を伴った問題になり得るだけではない。むしろ、全てのアイシングの危機に晒された構成要素、即ちライン、センサ、アクチュエータ（バルブ、レギュレータ等）をアイシングから解放し続けること、又は燃料電池が起動した床にとても素早くアイシングから解放することが必要である。それゆえ、温めるための装置を全てのアイシングの危機に晒された構成要素に備え付けることが一般的な方法である。この目的のために、アイシングの危機に晒された構成要素は、電熱線で大抵くるまれている。また、電熱カートリッジ及び抵抗器が用いられる。
【０００６】
従来の燃料電池システムにおいて、アノード排出ガス（例えば水素）、カソード排出ガス（例えば酸素若しくは空気）及び冷却剤を供給及び排出するためのラインは、燃料電池スタックへとそれぞれ個々に道を付けられ、水素回路は、例えばライン、センサ、バルブ、レギュレータ、水分離器等のような個々の構成要素から組み立てられ、並びに最終的には全てのアイシングの危機に晒された構成要素は、電熱線若しくは他の電熱装置が備え付けられる。これらの電熱装置は、過熱に対して保護されなくてはならないと共に、防爆仕様にしなくてはならない。とりわけ、長い停止の後の燃料電池システムを立ち上げた時、水素が休止時間の間中拡散する、並びに爆発性水素／空気混合物が、時価の燃料電池環境の中に形作ったというリスクがある。電熱装置がそれゆえにこの環境で起動した場合、酸水素爆発が起こされるであろう。
【０００７】
燃料電池媒体の供給及び排出のために必要とされる全ての構成要素及び処理装置が、それぞれ個別に燃料電池アセンブリに接続されているとき、実に構成要素の方位が、ラインに流れる媒体での好まざる重力の作用が最小限になるように選択されるが、この順序は、とりわけ要求された安全装置のためにまた、扱いにくく、時間の消費及び効果である。また、その結果としてはよく、視覚的に不十分である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、先行技術の欠点を回避する並びに建設的に燃料電池の作動のために必要な媒体の供給及び排出を簡単にすることにある。
【０００９】
とりわけ、本発明の目的は、水素回路の建設及びその封止を簡便化することを含む。
【００１０】
また、本発明の目的は、水の氷点よりも下の温度における燃料電池システムの作動可能性を改良することにある。
【００１１】
本発明の付加的目的は、水の氷点よりも下の温度における長期の休止期間の後の起動開始の時の燃料電池システムの安全性を改良することにある。
【００１２】
本発明の更なる目的に関しては、燃料電池の作動に必要な全ての媒体の供給及び排出が、トラブルフリーな供給及び排出が、供給されるための燃料電池の異なる位置の場合に、保証されるようになるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的（課題）は、クレーム１及び２に示されている特徴を有する媒体管理板により、クレーム２１に示されている特徴を有する燃料電池システムにより、クレーム２２に示されている特徴を有する燃料電池システムの作動方法により満たされる。本発明の態様は、関連する従属クレームにより示される。
【００１４】
本発明によれば、要求されるセンサ、バルブ、レギュレータと共に、燃料電池を作動させるために必要な媒体の供給及び排出のための全てのライン及び接続若しくは排気口、並びに特に、全てのセンサ、アクチュエータ及び安全装置を伴うアノード作動媒体回路もまた、単一コンポーネントの媒介管理板の中に、組み合わされる。
【００１５】
本発明の一態様において、燃料電池媒体の１つである、冷却剤は、ライン、センサ及びアクチュエータを凍結から解放するのを保持するために使用される。従って、媒体管理板の機能性はまた、アイシング条件及びアイシング条件下における冷機起動の場合においても、保証される。
【００１６】
本発明の別態様において、アイシング条件下での媒体管理板の機能性は、有利な配置並びに媒体管理板の構成要素の形状により改良される。この態様において、媒体管理板のそれぞれの構成要素は、燃料電池媒体の供給及び使用済み媒体の排出が、水平に取り付けられた燃料電池及び垂直に取り付けられた燃料電池の両方を伴うことが可能になるように、設計及び配置される。このような配置及び設計はまた、ラインに存在する水が、凍結水が無い若しくはわずかに邪魔する位置に流れ込むという利点を有する。
【００１７】
媒体管理板は、扱われるための少ない数の構成要素に起因して、コンパクト且つ極めてユーザフレンドリーである。電熱装置を省くことができるという事実に起因して、それが、いずれかの問題なしでアイシング条件下であるにもかかわらず使用可能であるのと同時に、それもまた、アプリケーションの点から安全である。重力の作用と直角を成す方向及び重力の作用と平行である方向の両方で、供給及び排出されるために燃料電池媒体を認める媒体管理板は、高い度合の自由度を確実にする。経験は、特に利点が、少なくともアイシングするのにとりわけ敏感な構成要素が、外部の媒体管理板を熱されている冷却剤を受容するための冷却ラインにより加熱されるという媒体管理板であり、該媒体管理板は、アイシングするのに敏感な構成要素と接触し、尚且つそれらの収容位置に関連してフレキシブルである。
【００１８】
本発明に係る媒体管理板は、板状基体、バルブ、該板状基体に取り付けられた測定及び調節制御装置、並びに供給及び排出されるための媒体の供給及び排出のため、及び、燃料電池アセンブリに接続するためのポートから成る。供給及び排出されるための媒体は、アノード作動ガス、アノード排出ガス、該アノード排出ガスから分離された液化水、カソード作動ガス、カソード排出ガス、新鮮な冷却剤及び使用済み冷却剤である。アノード作動ガスは、一般的に水素であり、並びにカソード作動ガスは、一般的に空気である。しかしながら、本発明では、水素及び空気の使用に限られるものではなく、基本的には全てのアノード作動ガス及びカソード作動ガスを応用可能であると理解される。本発明における冷却剤として、好ましくは、例えばグリコール：水＝１：１のグリコール／水混合物が使用されるが、他の冷却剤、例えば純粋若しくは他の冷却剤混合物が十分に使用可能である。
【００１９】
本発明に係る典型的な媒体管理板は、例えば金属若しくはプラスチックのような、板状基体を具備する。いたは、２つの反する主要面及び外周上の短辺により結び付けられる平面幾何学的な基体になると理解される。基体は、平面図において、いずれかの形状を有することができるが、大抵は、取り付けられる、即ち長方形形状に燃料電池アセンブリに近似した形状を有する。
【００２０】
燃料電池アセンブリへの取り付けに向いている板状基体の主表面は、第１主表面としてここでは参照される。他の主表面、第２主表面では、アノード作動ガス、カソード作動ガス及び冷却剤といった燃料電池媒体を供給する並びに使用済み燃料電池媒体を排出するためのラインを伴う媒体ライン若しくはコンジットシステムに配置される。
【００２１】
第２主表面で、アノード作動ガスを供給するためのアノード作動ガスラインは、アノード作動ガスソースへの接続のためのポートを有する。アノード作動ガスラインは、燃料電池アセンブリのアノード作動ガス注入口に接続するためのポートがある第１主表面へと板状基体を通じて伸びている。第１主要面で、アノード排出ガスラインは、燃料電池アセンブリのアノード排出ガス排出口への接続のためのポートを有する。アノード排出ガスラインは、板状基体の第２主表面及び水分離器へと板状基体を通じて伸びている。そこで、アノード排ガスの中に混入される液化水は、水貯蔵器の中で分離及び回収される。
【００２２】
該貯蔵器から、アノード排出ガスは、再循環ポンプのためのポートへと続き、該ポートは、第２主表面に取り付けられ若しくは分離的に備え付けられることができる。アノード排出ガス再循環回路を閉鎖するために、更なるラインが、第２主表面に備え付けられ、該主表面は、アノード作動ガスラインの中へ開口され、且つ再循環ポンプへの接続のためのポートを有する。
【００２３】
再循環ポンプの代わりとして、ジェットノズル（ベンチュリノズル）もまた備え付けられることが可能である。ベンチュリノズルを使用した時、これはアノード作動ガスラインの中に配置され、並びに水貯蔵器から来た排出ガスラインが、ベンチュリノズルの中へと直接的に導かれる。
【００２４】
アノード排出ガスラインからの分岐は、アノード排出ガスがシステムの外へパージされ得ることを通す、アノード排出ガスブリード若しくは排出ラインである。アノード排出ガスブリードラインは、アノード排出ガス処理装置への接続のためのポートを有する。もし、燃料電池システムの仕様の場所が、大気中へのアノード排出ガスの放出を認める場合、これは、例えば水素を熱的に利用するための装置、収容コンテナ、又は大気中への放出のためのラインに成り得る。
【００２５】
板状基体の第２主表面に取り付けられるのは、更には、バルブ、測定装置、調整及び制御装置、並びにアノード作動ガスの供給及びアノード排出ガスの排出のために必要な安全装置である。該ラインは、適当な接続若しくはポート、バルブシート、並びに例えば圧力センサ及び温度センサのようなセンサを取り付けるための配置を有する。このようなセンサは、アノード作動ガス若しくはアノード排出ガスのためのラインの中又は分離測定分岐ラインの中に直接的に備え付けられることができる。
【００２６】
第２主表面で、カソード作動ガスを供給するためのカソード作動ガスラインは、カソード作動ガスソースへの接続のためのポートを有する。カソード作動ガスソースは、大部分は燃料電池システムに空気を供給する空気であるが、酸素／窒素混合物又はカソード作動ガスのいかなるソースを伴って圧力ガス容器の使用をちょうど十分に可能にする。カソード作動ガスラインは、燃料電池アセンブリのカソード作動ガス注入口のためのポートがある第１主表面へと、板状基体を通じて通過させる。
【００２７】
板状基体の第１主表面で、カソード排出ガスラインは、燃料電池アセンブリのカソード排出ガス排出口への接続のためのポートを有する。このカソード排出ガスラインは、第１主表面からカソード排出ガスラインをカソード排出ガス処理装置に接続するためのポートがある第２主表面へと板状基体を通じて通過させる。カソードガス処理装置は、一般に、カソード排出ガスが大気中へと放出されるようにしたラインである。
【００２８】
アノード作動ガスライン及びアノード排出ガスラインと同様に、圧力及びセンサ、又は流れ速度を測定するためのセンサはまた、カソード作動ガスライン及びカソード排出ガスラインにて必要とされる。バルブ又は安全装置もまた、備え付けられる。ラインは、必要とされるセンサ、アクチュエータ、バルブ又はレギュレータのための適当なポート若しくはシートを有し、使用済みの管理板の場合に、それらは板状基体の第２主表面に配置される。
【００２９】
板状基体の第２主表面で、液化水が中に回収されるような水貯蔵器がまた配置され、該貯蔵器は、水貯蔵器の入り口にて水分離器によりアノード排出ガスから分離される。水は、チャネルを経由して貯蔵器から排出させられる。好ましくは、水貯蔵器は、前もって決められた満量レベルに達した時に開口するために、水チャネルの中で引き起こされるレベルスイッチが備え付けられている。レベルスイッチ、水ドレインバルブ並びに水チャネルからの水の動きを認定するポートがまた、板状基体の第２主表面に取り付けられる。
【００３０】
冷却剤を供給及び排出するために、媒体管理板は、燃料電池アセンブリに冷却剤を供給するための冷却剤ライン、並びに燃料電池アセンブリから冷却剤を排出するための使用済み冷却剤ラインを有する。冷却剤ラインは、板状基体の第２主表面に、冷却剤ソースへの接続のためのポートを有する。それは、燃料電池アセンブリの冷却剤注入口への連結のためのポートがある第１主表面へと、板状基体を通じて伸びている。第１主表面で、使用済み冷却剤ラインは、燃料電池アセンブリの使用済み冷却剤注入口への接続のためンポートを有する。使用済み冷却剤ラインは、第１主表面から使用済み冷却剤処理装置への接続のためのポートが位置されている、第２主表面へと、板状基体を通じて導く。
【００３１】
冷却剤は循環され得る、即ち冷却剤ソースは、例えば要求通り冷却剤の補充又は要求通り冷却剤の交換を認める収集容器のような、冷却剤処理装置と一致する。
【００３２】
冷却剤及び使用済み冷却剤のためのラインは、好ましくは、温度並びに付加的に冷却剤の流れ速度を測定するためのセンサを有する。板状基体へのこれらのセンサの取り付けはまた、その第２主表面で実行される。
【００３３】
例えば水貯蔵器及びベンチュリノズルといった、媒体ラインシステムに係るライン並びに残りの構成要素は、板状基体の第２主表面上に完全に配置される、又はそれらは板状基体の容量の中に、全部もしくは部分的に一体化され得る。もちろん、媒体システムの構成要素の一部分はまた、プレート主体の中に一体化することもできると同時に、他の部分は、板状基体の第２主表面に配置されている。例えば、“水素回路”、即ちアノード作動ガスライン、ベンチュリノズルを導くアノード排出ガス再循環ライン、ベンチュリノズルそれ自体、アノード排出ガス排出若しくはブリードライン並びに可能な限りの測定分岐ラインは、板状基体の容量の中に完全に一体化され得ると共に、水貯蔵器に係る水分離器は、板状基体の中に部分的に一体化される。燃料電池アセンブリのカソード作動ガス注入口、カソード作動ガス排出口、冷却剤注入口及び使用済み冷却剤排出口の位置に依存して、カソード作動ガスライン及びカソード排出ガスライン並びに冷却剤ライン及び使用済み冷却剤ラインは、板状基体、即ち第１主表面から第２主表面への開口部を通過して、通路の形状で単純に備えられることができる。注入口及び排出口にて、要求されるセンサ並びに／又はレギュレータ若しくはコントローラが一体化されるポート若しくは接続部が取り付けられることができる。
【００３４】
板状基体の容量において、媒体ラインシステム及び例えばベンチュリノズルのような他の構成要素に係る全てのライン若しくはラインの一部分の部分的若しくは完全な一体化が望まれる場合、板状基体は、３Ｄプリント工程により好ましくは製造される。３Ｄプリント工程における製法は、板状基体の中での全ての要求されるキャビティに係る単純かつ正確な形状を認める。鋳造による製法は、十分に可能である。板状基体の中において可能な限り媒体システムの種々の構成要素を一体化することの特有の利点は、板状基体の中でシールが要求されないということである。従って、漏れがない、或いはとても容易に水素を拡散するためにとりわけ重要である。最大限の一体化を伴う媒体管理板の場合、唯一燃料電池媒体を供給する及び使用済み燃料電池媒体を排出するためのラインのための接続位置並びにバルブ、測定装置並びに調節及び制御装置のための接続位置は、板状基体の第１及び第２主表面で可視化できる。これらの接続位置にて、それぞれに必要な接続片又はバルブ、センサ及びアクチュエータが取り付けられるだろう。
【００３５】
代わりに、分離構成要素として、媒体ラインシステムのラインを板状基体の第２主表面に取り付けること及びお互いに同じものを接続することもまた、無論可能である。混合形状はまた、利点である、即ち媒体ラインシステムの一部分が、気体の容量の中で一体化され得ると共に、構成要素の別の部分は、分離構成要素の形で板状基体の第２主表面に留められて、並びに板状基体の中で一体化された媒体ラインシステムの構成要素に接続される。
【００３６】
本発明に係る媒体管理板の好ましい態様は、アイシングの危機に晒された構成要素が、冷却剤により冷却剤により温められるように設計される。知られているように、燃料電池反応において、水が、ラインの中で濃縮できるよう形成される。標準的に、これは、燃料電池システムの作動の間の問題ではなく、水のアイシング点より下の温度における燃料電池の停止にて、同伴生成水が、ラインの中及び他のキャビティの中でアイシングすることである。これは、ラインが氷によりブロックされたり、バルブが動かせなかったり、或いはセンサがアイシング水の圧力により駆逐されたりするために、水のアイシング点以下の温度における燃料電池システムの再起動が、可能ではないという結果になる。型にはまった燃料電池において、その問題は、アイシング傾向若しくはアイシング危機のある構成要素の電気的加温により、妨害される。これに関連して、燃料電池のごく近傍における電気的火花が作り出される。
【００３７】
先行技術に係る問題は、媒体管理板の冷却剤ラインが、冷却剤から媒体管理板の氷若しくは潜在的に凍っている構成要素への熱伝達が可能であるというように、ルートを決められるということを本発明により、回避されるということである。熱伝達は、可能な限り効率よくなるべきである。それゆえに、本発明に係る媒体管理板において、冷却剤ラインは、冷却剤ライン並びに可能な限り大きく作られており加熱されるための構成要素の間の接地面を伴うアイシング危機の構成要素に好ましくは接する。冷却剤ライン及び加熱されるための構成要素のための好ましい物質は、例えば金属のような、両熱伝導性の伝導体物質である。
【００３８】
特にアイシングの危機に晒された構成要素は、とりわけ、必要とされるバルブ、測定送気、調整及び制御装置並びに水貯蔵器に付随する水分離器を伴った水素のラインである。カソード排出ガスラインはまた、アイシングにとても敏感である。冷却剤ラインは、好ましくはこれらのライン並びにそれらのバルブ、測定装置、並びに調整及び制御装置と関連して熱伝導的に伸びている。ラインが表面上にあるとき、即ち板状基体の第２主表面にあるとき、加熱及び加熱したラインは、共同の断熱材を備え付けることができる。加熱及び加熱したラインが、板状基体の容量の中でキャビティとして形成されるとき、対応するキャビティは、好ましくは、製造技術の点から可能であるお互いからもっとも小さな距離を伴って作り出される。
【００３９】
冷却剤ラインを循環させること又は全ての構成要素や、冷却剤が要求される場合における加熱可能性に関連して中に来るように該冷却剤ラインを伸ばすことが可能である。冷却剤ラインから分岐し、並びに冷却剤の導管のためのバルブを通じて開口若しくは平行される１つ以上の冷却剤分岐ラインを備えることが、しかしながらより利点となる。通常の燃料電池作動の間中、バルブが閉められ、並びに冷却剤が一番短いルートにより燃料電池アセンブリの中へと流れ込む。媒体ラインシステムの中に氷結酔があるという疑い若しくは確信のいずれもある場合、冷却剤分岐ラインを導くバルブは、冷却剤が凍った構成要素に流れ且つその氷を解かすことができるようにするために、開口される。その後は、冷却剤が、一番短いルートにより燃料電池アセンブリの中へと流れるようするために、バルブが再び開口する。冷却剤分岐ラインを伴ったこの好ましい態様において、冷却ラインに関連してこの前に作られた状態は、無論、類似的に応用される、即ち冷却剤分岐ラインが、冷却剤からアイシングの危機に晒された構成要素への効果的な熱交換ができるように、経路が定められる若しくは伸ばされなければならない。
【００４０】
冷却剤は、冷却剤貯蔵器から冷却剤ラインの中へと送られる。好ましくは、使用済み冷却剤が同じ貯蔵器へ供給される、即ち冷却剤が循環される。冷却剤貯蔵器は、燃料電池システムの延長した休止時間の後の外気温度を推測し、ひいては水の氷点よりも十分に下の温度を有する若しくは凍らせられる、貯蔵器の中の冷却剤は、例えば３〜８℃の間の温度で媒体ラインシステムを前加熱するのにふさわしい温度に加熱させられるようにするために、加熱可能である。冷却剤貯蔵器の加熱は、例えば電気的にもたらされ、冷却剤貯蔵器は、燃料電池のごく近傍に配置される必要はない。
【００４１】
アイシングの危機に瀕した構成要素の加熱を許す媒体管理板は、このように、作動温度範囲に関連して、即ち外気温に関連してそこに取り付けられている燃料電池システムの自由度を改良し、信頼でき且つ安全な作動並びにとりわけ長い休止時間後の安全な再起動が可能である。
【００４２】
原則として、燃料電池アセンブリは、単一の燃料電池から成るが、一般的には燃料電池スタック若しくは多数の燃料電池スタックから成る。燃料電池アセンブリは、それぞれの媒体が、個々の燃料電池に分配されるところから分配若しくは種々のシステムの中へと送り込まれるようなアノード作動ガス、カソード作動ガス及び冷却剤のための注入口を有する。付け加えると、燃料電池アセンブリは、対応する収集装置からくる媒体が排出されるようなアノード排出ガス、カソード排出ガス及び使用済み冷却剤のための排出口を有する。
【００４３】
媒体管理板は、燃料電池アセンブリ上に媒体管理板を設置し、及び燃料電池アセンブリに該管理板を取り付けることによって、気密接続が、媒体管理板のアノード作動ガス排出口及び燃料電池アセンブリのアノード作動ガス注入口の間、媒体管理板のアノード排出ガス注入口及び燃料電池アセンブリのアノード排出ガス排出口の間、媒体管理板のカソード作動ガス排出口及び燃料電池アセンブリのカソード作動ガス注入口の間、媒体管理板のカソード排出ガス注入口及び燃料電池アセンブリのカソード排出ガス排出口の間に設けられ、並びに液密が、媒体管理板の冷却剤排出口及び燃料電池アセンブリの冷却剤注入口の間、媒体管理板の使用済み冷却剤注入口及び燃料電池アセンブリの使用済み冷却剤排出口の間に設けられる。このように、燃料電池の作動に必要とされる媒体の供給並びにそれの取り扱い及び処分は、単一ステップにて、燃料電池アセンブリへの本発明に係る媒体管理板の取り付けにより、確実にされる。
【００４４】
無論、燃料電池アセンブリへの媒体管理板の固定は、例えば回転といった、燃料電池アセンブリの位置における変化が、媒体管理板の位置における対応する変化を起こすという結果を有する。燃料電池アセンブリは、分離ユニットとして標準的に作動されるのではなく、例えば自動車の中のような、いくつかのロケーションの中に取り付けられ、燃料電池アセンブリの方向は、特定の空間的状況に対応して変えることができる。一般的に、燃料電池アセンブリの取り付けは、燃料電池のスタックの方向が、重力の作用の方向と平行又は垂直のいずれかになるようにする。それに応じて、媒体管理板の板状主体の主表面は、重力の作用の方向と平行又は垂直に方向づけられる。例えば工程水のような液体が、重力の作用の方向にて流れる傾向があるのと同様に、燃料電池媒体の供給及び排出のためのライン、センサ、並びに液化水が容易に排水できる媒体管理板の可能な水収集容器を配置した時に注意を払うべきである。その他の点では、水の氷点よりも下の温度にて、水は、氷結中の膨張に起因して、媒体管理板に対して、積層、氷結及び相当なダメージを引き起こしていた。
【００４５】
燃料電池媒体の供給及び排出に必要な全てのライン及び他の構成要素が、燃料電池アセンブリに分離的に取り付けられるとき、液体のスムーズな排出が確実になるように、それらを異なった方位の燃料電池アセンブリに取り付けるという問題はない。その状況は、これらのライン全て及び他の構成要素が、単一ユニットの中に組み合わされ、並びに従って、変わらない状態でそれらの位置及び方位に関して固定されたとき、本発明に係る媒体管理板と同様に、異なってくる。重力の方向と平行になるように取り付けられた（重力の方向と平行な方向にスタックしている）燃料電池アセンブリ及び重力の方向と垂直に取り付けられた燃料電池アセンブリ両方のために媒体管理板を使用することができるようにするためには、２つの方向の工程水のいずれもが、無論アノード排出ガスから分離した工程水が集められた水貯蔵器を除いて、いずれの位置にて蓄積することができるようということが、確実にされなくてはならない。媒体管理板の両方の方向において、アノード排出ガスが、アノード排出ガスラインを入れている水貯蔵器からの水なしで、内と外とを自由に流れることができ、並びに収集された水が、媒体管理板の両方の方向にて水貯蔵器から排出され得るということが、この水貯蔵器において、確実にされなくてはならない。
【００４６】
本発明に係る媒体管理板において、その課題は、媒体ラインシステムのラインのふさわしいコースにより、水貯蔵器及びセンサキャビティのふさわしい形状若しくは配置により、並びに水貯蔵器の中及び外への供給ライン及び排出ラインのふさわしい配置により解決される。
【００４７】
明確にするためには、本発明に係る文脈における“suitable（適切な）”により何が理解されるということが何であるか、お互いに関して媒体管理板の構成要素の空間的相関関係が定義され得る手段による、定義された範囲がある。
【００４８】
用語“proximal（近位の）”及び“distal（末端の）”は、板状基体の伸長の方向に垂直な方向における相対位置を参考にする。近位の領域は、末端の領域よりも板状基体の第１主表面に接近している、即ち、媒体管理板が、燃料電池アセンブリに取り付けられているとき、“近位”は、“末端”よりも燃料電池アセンブリに接近している。
【００４９】
用語“内側”及び“外側”又は“内側領域”及び“外側領域”は、対照的に、板状基体の伸長方向と平行な方向における相対位置を意味する。
【００５０】
外側領域は、縁、即ち外側円周にて、内側領域よりも媒体管理板の縁より接近している。
【００５１】
用語“頂部”及び“底部”又は“上部／最上部領域”及び“下部／最下部領域”は、重力の作用の方向に関連して相対位置を示す。定義により、重力は、頂部から底部へと作動する。
用語は、絶対的な用語として理解されるのではなく、むしろ、お互いに関連した構成要素の位置を定義するものであると重きを置かれる。
【００５２】
“垂直”な媒体管理板又は“垂直”な板状基体は、重力の作用の方向と平行に方位づけられ、並びに“平行”な媒体管理板又は“平行”な板状基体は、重力の作用の方向と垂直に方位づけられる。
【００５３】
本発明に係る媒体管理板において、水貯蔵器は、板状基体の外側領域に配置され、且つ近位及び末端領域を有する。同時に、水貯蔵器の近位領域は、媒体管理板が、底部にて近位領域が成るように、垂直に配置されるために、可能な限りもっと外側になるべきである。このように、アノード排出ガスから分離された生成水が、媒体管理板の水平方向の場合における水貯蔵器の近位方向に蓄積し、並びに媒体管理板の垂直方向に場合に水貯蔵器の下部領域に蓄積するということが、確実にされる。
【００５４】
アノード排出ガス注入口及びアノード排出ガス排出口を有する水分離器は、水貯蔵器の内側近位領域に配置され、媒体管理板の垂直方向の場合には、同時に水貯蔵器の最上部領域にある。これは、貯蔵器上昇における貯水レベルとしての水を伴って最後に満たされる領域である。好ましくは、貯蔵器もまた、末端領域よりも近位領域に、並びに水貯蔵器の外側領域よりも内側領域に配置されるレベルスイッチが備わっているが、アノード排出ガス注入口及びアノード排出ガス排出口よりも、遠位且つより外側の方へと配置される。このように、水貯蔵器が決して完全に満たされることなく並びに液化水が、媒体管理板の水平及び垂直方向双方の場合に、水貯蔵器からアノード排出ガス注入口及びアノード排出ガス排出口の中へと通過することが無いということが確実にされる。
【００５５】
貯蔵器の水排出口は、貯蔵器の末端外部領域に配置され、媒体管理板の垂直方向の場合には、同時に水貯蔵器の下部領域にある。それゆえに、アノード排出ガスから分離された生成水が、媒体管理板の水平方向及び垂直方向の両方に排出され得ることが確実にされる。
【００５６】
媒体ラインシステムにて流れている作動ガス及び排出ガスの温度、圧力並びに又は流速を測定するために、媒体ラインシステムのラインは、媒体ラインシステムの中で流れている媒体の温度及び圧力又は流速ためのセンサが備わっている。これらのセンサは、作動ガス及び排出ガスが流れるようなラインだけではなく、これらのラインに流体連通している分離キャビティ（センサキャビティ）において直接的に適応されるわけではない。センサキャビティは、測定が、末端の方向で行われるそれぞれのラインからオフセットされる、即ちそれらは、ラインそれ自体よりも媒体管理板の第１主表面から更に配置される。オフセット若しくは千鳥状配置は、センサのための十分な空間を備えることを必要とする、即ちそれらは、板状基体との空間摩擦にならない。更にまた、媒体管理板が、下部に位置されている水貯蔵器と共に、燃料電池アセンブリと垂直に取り付けられているとき、センサキャビティは、それらが流体連通しているラインより前に配置されなくてはならない。それゆえ、媒体管理板の垂直方向の場合に、水が、センサキャビティから関連したラインの中へと流れる、並びに媒体管理板の水平方向の場合に、センサが影響を及ぼされるだろうセンサキャビティの中に大量の水が蓄積され得るということが確実にされる。水の凍結で、センサは十分機能的に残存するべきである。水が、媒体管理板の水平方向又は垂直方向のどちらでもない場合、センサ上で蓄積されないということが確実にされなくてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの実施形態を示す概念図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの実施形態を示す概念図である。
【図３Ａ】本発明に係る媒体管理板の概念的透視図を示す。
【図３Ｂ】本発明に係る媒体管理板の概念的透視図を示す。
【図３Ｃ】図３Ａ及び３Ｂに係る媒体管理板の冷却剤分岐ラインにおける冷却剤の流れに係る概略的描写図である。
【図４Ａ】本発明に係る媒体管理板の水貯蔵器を示す概略的描写図である。
【図４Ｂ】本発明に係る媒体管理板の水貯蔵器を示す概略的描写図である。
【図４Ｃ】本発明に係る媒体管理板の水貯蔵器を示す概略的描写図である。
【図５Ａ】水貯蔵器の種々の形状を示す概念的描写図である。
【図５Ｂ】水貯蔵器の種々の形状を示す概念的描写図である。
【図５Ｃ】水貯蔵器の種々の形状を示す概念的描写図である。
【図５Ｄ】水貯蔵器の種々の形状を示す概念的描写図である。
【図５Ｅ】水貯蔵器の種々の形状を示す概念的描写図である。
【図５Ｆ】水貯蔵器の種々の形状を示す概念的描写図である。
【図５Ｇ】水貯蔵器の種々の形状を示す概念的描写図である。
【図６Ａ】圧力センサキャビティ及び媒体管理板上の該キャビティの配置を示す概念的描写図である。
【図６Ｂ】圧力センサキャビティ及び媒体管理板上の該キャビティの配置を示す概念的描写図である。
【図６Ｃ】圧力センサキャビティ及び媒体管理板上の該キャビティの配置を示す概念的描写図である。
【図６Ｄ】圧力センサキャビティ及び媒体管理板上の該キャビティの配置を示す概念的描写図である。
【図７】燃料電池アセンブリを伴う本発明に係る媒体管理板の接続を示す概念的描写図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図面は、縮尺ではなく並びにそれぞれの場合において、本発明を理解するための特徴の必須事項のみを示すものである。負荷的な特徴が存在するかもしれない、及び図示された特徴が付加的に異なる配置又は他の特徴の組み合わせがあるであろう。決定的なのは、当業者の理解である。
【００５９】
図１及び２は、本発明に係る燃料電池システム１０の構造を模式的に示す。燃料電池システム１０はそれぞれ、燃料電池アセンブリ５を有し、作動のために必要な媒体が、本発明に係る媒体管理板１により供給されると共に、使用済み媒体もまた、排出及び操作上で取り扱われる。図１に係る燃料電池システム及び図２に係る燃料電池システムは、図１に係る態様においては、再循環ポンプ４９がアノード排出ガスの再循環に用いられると共に、図２に係る態様においては、ベンチュリノズル２９が、アノード排出ガスの再循環に用いられるということで、単に異なるに過ぎない。
【００６０】
初めに、図１に示される燃料電池システムを説明する。燃料電池システム１０は、従来型の燃料電池アセンブリ５を具備し、該アセンブリは、アノード６、カソード７及び冷却板８を有する単一燃料電池により図１に模式的に示される。燃料電池アセンブリ５は、アノード作動ガス注入口６１、アノード排出ガス排出口６２、カソード作動ガス注入口７１、カソード排出ガス排出口７２、冷却剤注入口８１及び使用済み冷却剤排出口８２を有する。
【００６１】
媒体管理板１は、平坦な基体を具備し、該基体は、一般的に金属若しくはプラスチックから成る。基体は、燃料電池アセンブリに取り付けられている第１主表面３、並びに、新鮮及び使用済み燃料電池媒体を供給及び排出するためのラインシステム並びに必要なバルブ、センサ、アクチュエータ及び処理装置が取り付けられている第２主表面４を有する。個々のエレメントは、燃料電池システムの作動方法と関連して説明される。
【００６２】
燃料電池システム１０の作動において、例えば水素といった新鮮なアノード作動ガスは、注入口１２を通じてアノード作動ガスソース（図示せず）から媒体管理板のアノード作動ガスライン１１の中へと流れ込まれる。ライン１１において、アノード作動ガスは、媒体管理板１を抜けるところにある排出口１５に流れ込む。アノード作動ガスライン１１の中のシャット‐オフバルブ１３を作動させることにより、新鮮なアノード作動ガスの供給が、必要に応じて、始められる若しくは終結される。シャット‐オフバルブ１３及び排出口１５の間に、燃料電池作動に必要なアノード作動ガス圧力を調整するのに役立つ減圧弁１４がある。図１に示されている態様において、アノード作動ガスライン１１はまた、アノード作動ガスの中に巻き込まれており、粒子を除外する粒子フィルタ３９を含む。排出口１５の外に流れているアノード作動ガスは、直接的に燃料電池アセンブリ５のアノード作動ガス注入口６１に入り込む。
【００６３】
使用済みアノード作動ガスは、アノード排出ガス排出口６２を通じて、アノード排出ガスとして、燃料電池アセンブリ５を通り抜け、並びに媒体管理板１のアノード排出ガスライン１６のアノード排出ガス注入口１７の中へと直接的に入る。アノード排出ガスライン１６を通じて、アノード排出ガスは、例えば旋回流セパレータのような、巻き込まれた先生水がアノード排出ガスから分離される水分離器３０へと流れ込む。分離水が、貯蔵器３１に蓄積されると共に、アノード排出ガスは、アノード排出ガス排出口３２を通じて貯蔵器３１を残し、並びにアノード排出ガスライン１６’及びアノード排出ガス再循環ライン２２の中で、再循環ポンプ４９のための接続点２３へと流れ込む。再循環ポンプ４９が接続されたとき、アノード排出ガスは、接続点２３にて、媒体管理板１に残り、並びに再循環ポンプのための接続点２４を通じて、媒体管理板１に再び入る。向こう側から、未だに未消費のアノード作動ガスを含む、アノード排出ガスは、アノード排出ガス再循環ライン２２が、アノード作動ガスライン１１の中で開口する位置２５へと流れる。
【００６４】
時々、アノード排出ガスの中の例えば窒素若しくは二酸化炭素のような望ましくないガスの蓄積を防ぐために、ラインシステムからアノード排出ガスをパージすることが必要である。パージは、アノード排出ブリードライン１９を通じて発生し、該ブリードラインは、アノード排出ガスライン１６’からの位置１８にて分岐し、並びにアノード排出ガス排出口２０へと導かれる。バルブ２１をパージするアノード排出ガスは、アノード排出ガスプリージングライン１９を近接させ、並びにアノード排出ガスのパージのための燃料電池の作動中に、通常開口される。
【００６５】
アノード作動ガス及びアノード排出ガスのためのラインにおいて、それぞれ、アノード作動ガス圧力及びアノード排出ガス圧力を記録するために、圧力センサが備わっており、並びに予め決めた最大圧力が超えられないということを確実にするために、超過圧力スイッチが備わっている。図示された態様において、測定分岐ライン２６において、１つの圧力センサ２８及び２つの超過圧力スイッチ２７、２７’が備わっており、該分岐ラインは、アノード排出ガス再循環ライン２２から分岐する。しかしながら、このような測定分岐ラインは、必ずしも備わっていなければならないわけではない。むしろ、圧力センサ２８及び超過圧力スイッチ２７、２７’もまた、例えばアノード排出ガスライン１６又はアノード排出ガス再循環ライン２２の中といった、アノード作動ガス若しくはアノード排出ガスのためのラインシステムの他の位置に取り付けられることが可能である。燃料電池の作動の間中、圧力センサ２８は、ラインシステムにおける圧力を継続的に検出する。検出された圧力が、予め決めておいた目標の圧力よりも下の場合、減圧弁１４のバルブは、目標の圧力が維持されるところまで開口される。超過圧力スイッチ２７、２７’は、ラインシステムの中の圧力を記録し、並びに予め決めておいた最大圧力が超過したとき、安全回路を通じて、例えばアノード作動ガスシャット‐オフバルブ１３を閉じることにより、システムを安全状態へと切り替える。
【００６６】
カソード作動ガスソース（図示せず）からのカソード作動ガスは、注入口５１を通じて、カソード作動ガスライン５０へと送り込まれる。該ガスは、燃料電池アセンブリ５のカソード作動ガス注入口７１へと直接的に送り込まれるところから、排出口５２を通じて、カソード作動ガスラインを出る。図示された態様において、カソード作動ガスライン５０は、カソード作動ガスの圧力を測定するためのセンサ５３及びカソード作動ガスの温度を測定するためのセンサ５４を備える。カソード作動ガスと同時に、一般的な使用済み空気があり、カソード作動ガスソースとして、ファンから供給される。しかしながら、本発明は、いずれのカソード作動ガスにも応用可能である。
【００６７】
カソード排出ガスは、カソード排出ガスライン５５のカソード排出ガス注入口５６の中へと直接的に通過するところから、カソード排出ガス排出口７２を通じて、燃料電池アセンブリ５に入っていく。カソード排出ガスは、カソード排出ガス排出口５７を通じて媒体管理板１に入っていき、カソード排出ガスの場合に、アノード排出ガスと違って、大気への開放が容易に可能となる。媒体管理板１に係る図示された態様において、カソード排出ガスライン５５は、温度センサ５８及びチェックバルブ５９に備え付けられる。チェックバルブは、望ましい目標の圧力を超える限り、アノード排出ガスを逃すことを許容する。圧力が目標の圧力よりも下に落ちる場合、チェックバルブ５９は、カソード排出ガスライン５５の中への大気若しくは他の物質の浸透が可能ではないように、閉じる。
【００６８】
冷却剤は、媒体管理板１の冷却剤ライン４０を通じて、燃料電池アセンブリ５へと供給され、並びに媒体管理板１の使用済み冷却剤ライン６５を通じて再び排出される。冷却剤ライン４０は、冷却剤貯蔵器（図示せず）からの冷却剤が冷却剤ライン４０の中へ送り込まれるための冷却剤注入口４１を有する。冷却剤は、燃料電池アセンブリの冷却剤注入口８１の中へと直接的に送り込まれるところから、冷却剤排出口４７を通じて、冷却剤ライン４０に残る。加熱された冷却剤は、使用済み冷却剤ライン６５の使用済み冷却剤注入口６６に直接的に入るところから、使用済み冷却剤排出口８２を通じて燃料電池アセンブリ５に残る。使用済み冷却剤は、使用済み冷却剤排出口６７を通じてライン６５に残り、並びに好ましくは、冷却剤ライン４０へ再送されるところから冷却剤貯蔵器の中へ直接戻される。冷却剤ライン４０のセンサ４２、６８及び使用済み冷却剤ライン６５は、冷却剤及び使用済み冷却剤の温度を測定するのに役立つ。
【００６９】
冷却剤ライン４０からの分岐は、分岐ライン４５と共に分岐ライン４４となり、更に後述する。
【００７０】
燃料電池アセンブリの作動中にアノード排出ガスから分離され、及び水貯蔵器３１の中に集められた水は、水チャネル３４を通じて排水される。水チャネル３４は、ドレインバルブ３５により、一般的に閉じられる。バルブ３５は、水貯蔵器と連通しているレベルスイッチ３７が、貯蔵器の最大満量レベルに届いたことを指し示したときに、開口される。図示されている態様において、水チャネル３４は、位置３６にてカソード排出ガスライン５５の中へと開口し、勝ち排出された水は、カソード排出ガス排出口５７を通じて、カソード排出ガスと共に媒体管理板１に抜けていく。予め決めておいた水の量を排水した後で、水ドレインバルブ３５は、再び閉じられる。
【００７１】
図２に示される媒体管理板１の態様において、再循環ポンプ４９が、ジェットノズル（ベンチュリノズル）２９に取り換えられる。図示された態様において、アノード排出ガスは、アノード排出ガスライン１６’を通じて、水貯蔵器３１に残り、位置１８にて、アノード排出ガスブリードライン１９及びアノード排出ガス再循環ライン２２の中で溶け合う。アノード排出ガス再循環ライン２２から、アノード排出ガスは、ベンチュリノズル２９を通じて、アノード作動ガスライン１１の中へと吸い込まれる。好ましくは、アノード排出ガス再循環ライン２２は、アノード排出ガスパージバルブ２１が開口される互いに閉じるその点で配置されるバルブ２１を有する。
【００７２】
本発明に係る媒体管理板の好ましい態様において、冷却剤が、アイシングの危機に晒された構成要素、特に生成水が蓄積し得るライン及び他のキャビティを温めるのに使用される。この目的としては、冷却剤は、必要ならば、位置４３にて冷却剤ライン４０から分岐し、及び位置４６にて使用済み冷却剤ライン６５の中へと開口する冷却剤分岐ライン４４を通じて、通される。冷却剤分岐ライン４４は、バルブ４８により開口又は閉じられることができる。バルブ４８が開口するとき、冷却剤は、冷却剤分岐ライン４４を通じて、且つ直接的に燃料電池アセンブリ５への両方で流れ込む。図１及び２において、分岐ライン４４は、媒体管理板１の他の構成要素から分離的に伸びており、且つ分岐ライン４５を有するラインとして、明確にするという理由により示される。事実上、冷却剤分岐ライン４４並びにもしあれば分岐ライン４４は、媒体管理板１のアイシングの危機に晒された構成要素と接触して熱的に伝導して伸びる。冷却剤分岐ライン４４の典型的なコースは、図３Ａ乃至３Ｃに示される。図３Ａ及び図３Ｂは、板状基体２の第２主表面の平面図を示し、図１及び２に関連して示された構成要素が取り付けられている。冷却剤分岐ライン４４並びにそれの分岐ライン４５ａ、４５ｂが、陰影をつけられて示される。それらが、加熱されるための構成要素により部分的に覆われてから、それらのコースは、図３Ｃにもう一度概略的に示される。
【００７３】
図３Ａ及び３Ｂに示される媒体管理板１の態様において、冷却剤ライン４０（可視化された冷却剤注入口４１、接続片９７及び温度センサ４２）、使用済み冷却剤ライン６５（可視化された使用済み冷却剤排出口６７、接続片９８及び温度センサ６８）、カソード作動ガスライン５０（可視化されたカソード作動ガス注入口５１、接続片９５及びセンサ５３、５４）、カソード排出ガスライン５５（可視化されたカソード排出ガス排出口５７、接続片９６、センサ５８及びチェックバルブ５９）は、板状基体２を通じて通路として形成される。冷却剤分岐ライン４４は、冷却剤注入口４１にて始まり、アノード排出ガス排出口２０（接続片９２）、アノード作動ガスシャット‐オフバルブ１３、アノード作動ガス減圧弁１４、圧力センサ２８及び超過圧力スイッチ２７、２７’（図示された態様において、アノード作動ガスラインに配置される）と接して動き、並びに結局バルブ４８及び冷却剤排出口６７に導かれる。本実施形態に係るバルブ４８は、図１及び２に示される態様のようではなく、分岐ラインの末端に配置される。分岐ライン４５ａは、冷却剤注入口４１の後に直接分岐ライン４４から分岐し、その下に水貯蔵器３１が水ドレインバルブ３５、カソード排出ガス排出口５７へと導かれ、最終的に冷却剤バルブ４８へと分岐する。別の分岐ライン４５ｂは、減圧弁１４及び圧力センサ２８の間の分岐ライン４４から分岐し、並びに再循環ポンプポート２３（可視化された接続片９３）及び分岐ライン４５ａの中に結局開口するためのアノード排出ガスパージバルブ２１へと導く。
【００７４】
冷却剤は、冷却剤貯蔵器から取られ、並びに媒体管理板を通過した後に冷却剤貯蔵器へと戻される。好ましくは、冷却剤貯蔵器は、冷却剤が冷却剤ライン４０の中に送り込まれる前に望ましい温度へと加熱され得るように、電気的に加熱され得る。好ましくは、冷却剤は、冷却剤ラインの中へ送り込まれる前に３〜８℃の間の温度まで氷結点よりも下の温度にて燃料電池システムの起動よりも前に加熱される。このように、燃料電池システムは、２、３分以内で、“解凍”され得る、即ち、媒体ラインシステムの中のいずれの氷結水が、液化され、並びに該システムは、トラブルフリーの作動のために始動する。水貯蔵器３１の中の凍結水は、バルブ４８が閉じられ且つそれゆえに冷却剤が燃料電池アセンブリ５へ専ら通過されたときに完全に解凍される必要はない。
【００７５】
図３Ａ及び３Ｂにおいて、媒体管理板１の板状基体２は、全てのライン、センサ、バルブ並びに水貯蔵器に付随する水分離器が設けられる第２主表面４上の薄いハニカム増強板として示される。しかしながら、媒体ラインシステムのラインの全て若しくは一部分並びに、もし望むなら、水分離器及び水貯蔵器を完全若しくは部分的に、板状基体２の容量の中へ一体することもまた、代わりに可能である。この場合において、板状基体２は、それ相応に大きな厚さを有し、ラインが、完全に板状基体の内側に伸びる若しくは第２主表面４上で可視化されるべきであるか、又は必要ならば、必要とされる水貯蔵器３１が、板状基体の容量の中で完全に調整されることであるかどうかに依存する。容量の中に一体化されるライン並びに例えば容量の中に一体化されるベンチュリノズルのような容量の中に一体化される可能な限りの他の構成要素を具備する板状基体は、キャスト若しくは３Ｄ印刷により、好ましくは製造される。とりわけ、３Ｄ印刷は、軌道形状のキャビティを伴う固体ブロックを容易に作り出すことができるために、好ましい。
【００７６】
可能な限り、板状基体の容量の中に媒体ラインシステムの多くの構成要素を一体化することにより、ネジ接続、溶接又は必要とされる他の接続の数が、最小限になり、その数は、とりわけ水素回路における封止の問題をかなり軽減する。媒体管理板から空間的に分離された所望の温度に加熱され得る冷却剤による加熱と併せて、広い温度範囲、とりわけとても低い温度における燃料電池システムの安全性及び有用性は、通常の燃料電池システムと比較してかなり改善される。
【００７７】
本発明に係る媒体管理板は、板状基体の第１主表面が燃料電池アセンブリに面するように、それぞれ燃料電池アセンブリに固定される。燃料電池アセンブリにおける燃料電池媒体のための注入口及び使用済み燃料電池媒体のための排出口の位置は、それぞれ媒体管理板の第１主表面上の対応する燃料電池媒体のための排出口及び対応する使用済み電池媒体のための注入口を決定する。もし媒体管理板が燃料電池アセンブリに固定され、前記アセンブリの注入口及び排出口の配置にふさわしいならば、媒体管理板及び燃料電池アセンブリの間の新鮮及び使用済み燃料電池媒体の交換のための流体接続は、固定を伴って同時に確立される。
【００７８】
従って、媒体管理板が、それが設計された特定の電池アセンブリに取り付けられることができるぴったりと１つの位置がある。例えば回転といった、燃料電池アセンブリの位置における変化は、媒体管理板の位置において対応する変化をもたらす。
【００７９】
本発明に係る媒体管理板の好ましい態様は、それが水平に横たわる位置（重力の作用の方向に垂直なシート状の拡張）及び垂直に立つ位置（重力の作用の方向に平行なシート状の拡張）の両方で機能的であるように設計される。垂直に“立つ”位置において、媒体管理板は、燃料電池アセンブリに対して外側に取り付けられ、並びに水平に“横たわる”位置において、媒体管理板は、燃料電池の下部に取り付けられる。“上に”及び“下に”は、重力の作用の方向を参考にする。定義により、重力は頂部から底部へと作用する。
【００８０】
媒体管理板が、平行及び垂直な位置の両方において、機能的である場合、ラインのコース並びに例えばセンサキャビティのようなキャビティの形状及び配置は、可能な限り少量の水が、垂直及び水平両方の媒体管理板に蓄積できるように選択される。水貯蔵器は、垂直及び水平両方の媒体管理板の場合に、問題のないアノード排出ガスの流入及び流出並びに蓄積された水の排出が可能であるように、形成され且つ配置される。ラインが関係している限り、このことは、下方方向における膨張を伴ったラインコースを回避することによる単純な方法で達成される。水貯蔵器及びセンサキャビティが次に説明される。
【００８１】
図４Ａ及び４Ｂは、水平に横たわる及び垂直それぞれに立つ媒体管理板２の水貯蔵器３１を示す。図示された態様において、水貯蔵器３１は、板状基体の第２主表面４に取り付けられる角Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを伴う十分に角型基板を有する。水貯蔵器３１は、板状基体２（遠位に）から角Ｅ、Ｆへと離れて伸びる。アノード排出ガス注入口３８及びアノード排出ガス排出口３２は、可能な限り板状基体２に接近し（近傍）、且つ可能な限り板状基体２の中心に接近（内側）している水貯蔵器３１の領域に配置される。このように、アノード排出ガス注入口３８及びアノード排出ガス排出口３２が、平行な媒体管理板及び垂直な媒体管理板の両方の場合における“頂部”、即ち水位レベルが上昇すると共に貯蔵器３１において可能な限り遅く届くような位置にて配置される。アノード排出ガスから分離された水は、次の重力、貯蔵器３１の下部領域の中で蓄積する。媒体管理板が水平に横たわるのに伴い、蓄積が縁Ｅ／Ｆにて始まり、並びに媒体管理板が垂直に立つのに伴い、蓄積が、領域Ｃ−Ｄ−Ｆ−Ｅ上で始まる。水貯蔵器が水平及び垂直な媒体管理板の両方と共に容易に空にされるようにするには、蓄積された水がチャネル３４の中へと排出されるように、貯蔵器の水排出口３３が、可能な限り角Ｅ、Ｆの１つ（図４Ｃ）に接近して配置される。図４Ｃは、図４Ａに示される水貯蔵器の領域Ｃ−Ｅ−Ｆ−Ｄの平面図を示す。図４Ｃに示されるように、排出された水は、重力の作用に逆らって情報の方向に板状基体２の第２主表面４を導くチャネル３４の中で上昇する。これの要因は、貯蔵器３１の中にはびこるアノード排出ガスの圧力である。
【００８２】
貯蔵器３１は、板状基体の外側表面に可能な限り接近して設けられる。これは、垂直な媒体管理板は、貯蔵器３１が“底部”にて位置付けされるように、一直線若しくは回転され得る。垂直な媒体管理板は論理的にまた、貯蔵器がもはや“底部”にてではなく、例えば１８０°で回転され、まさに“頂部”にて配置されるように回転されるということが理解される。しかしながら、垂直な媒体管理板と共に、方向“頂部”及び“底部”は、新鮮な燃料電池媒体を燃料電池アセンブリに送り、並びに燃料電池アセンブリから使用済み燃料電池媒体を排出するためのポートの位置により適切に要求される。接続のためのこれらのポートは、垂直な媒体管理板を伴って、貯蔵器３１が、アノード排出ガスが内と外とを自由に流れることができ、且つ収集された水が妨げられない様態で排水され得るということを保証する位置にて配置されるように、配置される。
【００８３】
好ましくは、水貯蔵器はまた、予め決めておいた満量レベルが到達されると同時に水排出口３３を開口するレベルスイッチが備わっている。水貯蔵器が水平及び垂直両方の媒体管理板を十分に満たすことができるとともに、それにもかかわらずアノード排出ガス注入口３８及びアノード排出ガス排出口３２が水中に入れられないようにするために、このレベルスイッチが、末端領域よりも近位領域にて、同様に水貯蔵器３１の外側領域よりも内側領域にて、更にアノード排出ガス注入口３８及びアノード排出ガス排出口３２よりも更に近傍且つ外側に取り付けられる。
【００８４】
水貯蔵器３１の形状は、基本的に任意であり、アノード排出ガスが妨げられない様態で中へ且つ外へと流れることができ、並びに蓄積された水が、必要ならば、水平及び垂直両方の媒体管理板と共に排水され得るということが保証されればよい。いくつかの典型的な形状が、図５Ａ乃至５Ｇに図示される。そのトライアングルは、それぞれ、レベルスイッチのための可能な位置を示す。
【００８５】
図５Ａは、図４に図示される貯蔵器を示す。アノード排出ガス注入口３８は、領域ＢＣＥの中に位置され、アノード排出ガス排出口３２は、領域ＡＢＥＦの中に位置され、レベルスイッチ３７はまた、領域ＡＢＥＦに設けられ、並びに水排出口３３は、領域ＡＤＦの中に配置される。
【００８６】
図５Ｅは、ダッシュ‐ドットラインに沿って、図５Ａに図示される水貯蔵器を通じたセクションを示す。
【００８７】
図５Ｂは、図５Ａに近い貯蔵器を示すが、垂直な媒体管理板の場合を見ると、下方に固められ領域ＣＤＦＥを伴う。水排出口３３は、貯蔵器が、いかなる方位において完全に空にされるように、貯蔵器の一番低い点にて位置付けされる。
【００８８】
図５Ｃに図示される貯蔵器３１は、アノード排出ガス注入口３８が、領域ＢＥＦで位置され、アノード排出ガス排出口３２が及びレベルスイッチ３７が、領域ＡＢＦＧで位置され、並びに水排出口３３が、領域ＡＧＨに配置される多角形である。
【００８９】
図５Ｄ及び図５Ｇに図示される水貯蔵器３１の態様は、円錐状形状を有する。水排出口３３は、錐の頂部に位置され、該錐は、水排出口が、垂直に立っている媒体管理板の中の貯蔵器の最も深い点になるように歪められている。
【００９０】
図６Ａ乃至６Ｄは、どのようにして、センサを受信するためのキャビティは、低温で凍るひいてはセンサにダメージを与えるような大量の水が、媒体管理板の水平若しくは垂直のいずれでもない方向で蓄積できなくするように配列されなくてはならないかを示す。図示された例示は、測定分岐ライン２６のキャビティ２６’における圧力測定セル２８である。図６Ｂ及び６Ｄは、水平方向の板状基体２（図６Ｂ）及び垂直方向の板状基体２（図６Ｄ）における測定分岐ライン２６の配置を図示する。また、示されているのは、水貯蔵器３１である。測定分岐ライン２６は、板状基体２が垂直になった時水貯蔵器３１より上に位置付けされる。“上に”は、燃料電池アセンブリ５への接続手段が、例えば方位を要求若しくは少なくとも認めるということを意味する。
【００９１】
センサ２８（センサキャビティ２６’）を受信するためのキャビティ２６’は、ライン２６に流体連通して配列されるがライン２６からはオフセットである、即ち、それは、ライン２６よりも、媒体管理板１の第１主表面２から更に間隙を空ける。付け加えると、媒体管理板が垂直に配置されたとき、それはライン２６よりも上である。それはゆえに、垂直な媒体管理板を伴って、キャビティ２６’からの水が、ライン２６の中へ流れ去り（図６Ｃ、図６Ｄ）、並びに水平な垂直板を伴って、氷結水がセンサ２８にダメージを会えるということがセンサキャビティ２６’の中の多量の水を蓄積できないようになる（図６Ａ、図６Ｂ）。
【００９２】
このようなセンサキャビティは、アノード作動ガス及びアノード排出ガスそれぞれのラインでとりわけ必要とされる。カソード作動ガス及びカソード排出ガスのラインは、好ましくは、センサが通常連結片で調整されるように、媒体管理板に通じる通路として設計される。
【００９３】
図７は、本発明に係る媒体管理板が、どのようにして、燃料電池システム１０を形成するように燃料電池アセンブリに接続され得るかを模式的に図示する。ポート６３は、板状基体２の第１主表面３上のアノード作動ガス排出口を、燃料電池アセンブリ５のアノード作動ガス注入口へ接続する。ポート６４は、板状基体２のアノード排出口注入口を燃料電池アセンブリ５のアノード排出ガス排出口へと接続する。ポート７３は、板状基体２のカソード作動ガス排出口を燃料電池アセンブリ５のカソード作動ガス注入口へと接続する。ポート７４は、燃料電池アセンブリのカソード排出ガス排出口を板状基体２のカソード排出ガス注入口へと接続する。ポート８３は、板状基体２の冷却剤排出口を燃料電池アセンブリ５の冷却剤注入口へ接続する。ポート８４は、燃料電池アセンブリ５の使用済み冷却剤排出口を板状基体２の使用済み冷却剤注入口へ接続する。
【００９４】
板状基体２の第２主表面４にて、アノード作動ガス注入口１２に対するポート９１、アノード排出ガス排出口２０に対するポート９２、カソード作動ガス注入口５１に対するポート９５、カソード排出ガス排出口５７に対するポート９６、冷却剤注入口４１に対するポート９７、並びに使用済み冷却剤排出口６７に対するポート９８が配置される。
【００９５】
アイシングの危機にある構成要素を加熱するための冷却剤ライン４４、４５は、冷却剤ライン４０及び使用済み冷却剤ライン６５の間に模式的に示される。図７における態様は、再循環ポンプのための接続が無い。むしろ、図示された態様において、ベンチュリノズルが、アノード排出ガスを再循環させるために備わっている。
【符号の説明】
【００９６】
１          媒体管理板
２          板状基体
３          第１主表面
４          第２主表面
５          燃料電池アセンブリ
１０        燃料電池システム
【図１】
2020513135.tif 000003
【図２】
2020513135.tif 000004
【図３Ａ】
2020513135.tif 000005
【図３Ｂ】
2020513135.tif 000006
【図３Ｃ】
2020513135.tif 000007
【図４Ａ】
2020513135.tif 000008
【図４Ｂ】
2020513135.tif 000009
【図４Ｃ】
2020513135.tif 000010
【図５Ａ】
2020513135.tif 000011
【図５Ｂ】
2020513135.tif 000012
【図５Ｃ】
2020513135.tif 000013
【図５Ｄ】
2020513135.tif 000014
【図５Ｅ】
2020513135.tif 000015
【図５Ｆ】
2020513135.tif 000016
【図５Ｇ】
2020513135.tif 000017
【図６Ａ】
2020513135.tif 000018
【図６Ｂ】
2020513135.tif 000019
【図６Ｃ】
2020513135.tif 000020
【図６Ｄ】
2020513135.tif 000021
【図７】
2020513135.tif 000022
【国際調査報告】
2020513135.tif 000023
2020513135.tif 000024
2020513135.tif 000025
2020513135.tif 000026
2020513135.tif 000027
2020513135.tif 000028
2020513135.tif 000029
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