JP2005535081A - 燃料電池スタックのためのプレート要素 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料電池スタックに用いられるプレート要素であって、フレーム領域と当該フレーム領域に囲まれた１つ以上の内部領域とを有するプレート要素に関する。さらに、これは複数のウェブを有し、当該ウェブはフレーム領域から１つ以上の内部領域の中へと延びて、１つ以上の内部領域の中に流れガイダンス構造を形作っている。そして、その中には４つ以上のセン孔が存在し、それらのうち２つ以上は流れガイダンス構造に接続されている。

Description

本発明は、単極構成または双極構成での燃料電池スタックに用いられるプレート要素に関する。具体的に言えば、本発明は、流体搬送を実現する導電体と当該導電体の間に組み入れられてこれらを電気的に絶縁する要素とに関する。

双極構成と単極構成との違いを示すには、図１に提示した等価回路図を用いるのが最も分かりやすいであろう。
双極構成は図の上側の部分に対応しており、ここに示す個々の電圧セルは直列接続されている。セルは、いずれの場合もプラス極とマイナス極とが対向する、という形でまとめて配置されており、これによって、電圧セルのスイッチングは容易になる。こうした構成が用いられるのは、例えば、鉛蓄電池のチャンバを配置する場合、トーチ内にバッテリを挿入する場合、あるいは、双極スタック内に燃料電池ユニットを配置する場合、である。

単極構成は図の下側の部分に示してある。この構成の場合、セルはいつでもペアで、２つのプラス極または２つのマイナス極が対向する、という形でまとめて配置されている。ここでは、一続きになった電圧セルを個々にスイッチする場合、比較的複雑なスイッチング操作が必要になり、そのため、個々のセルをこうした構成で用いて、双極構成に勝る効果が得られる用途というものは、ほとんどなかったであろう。しかし、これは燃料電池スタックには当てはまらない。この用途では、後で図２を参照しながら説明するが、単極構成を用いても効果を実現することができる。

双極スタックの内部では、あらゆるカソードは２つの隣接アノードを有しているが、流体の移動を防ぐために、これらアノードに対して密閉されていなければならない。これは、セルの内部で、電解質素材（内側）とシール（外側）との相互作用において成される。隣接セル同士の間の分離は、いずれの場合も分離プレートによって成され、当該プレートの一方の側にはカソードチャンバが、もう一方の側にはアノードチャンバが形成されている。分離プレートには流体通路が形成されているが、その様態は、一方の側（カソード側）からのカソード流体は、もう一方の側（アノード側）からのアノード流体とは接触しない、という形になっている。

一方、単極構成では、アノードのペアとカソードのペアとが形成される。実際、そのようなペアにおけるカソードおよびアノードは、互いから電気的に絶縁されていなければならないが、流体領域自体は、カソードおよびアノードの流体の導電率が無視できる程度にとどまっている限り、分離する必要はない（このことは、特にアノード流体の場合、いくらかの導電率を有するにもかかわらず当てはまる）。そのため、２つのカソードは、いずれの場合も一緒にまとめて１つのカソード室に入れることができ、２つのアノードは１つのアノード室に入れることができる。

図２は、こうしたアノードチャンバの分解図を示す。この種の構成については、例えば、特許文書：ＤＥ１００ ４０ ６５４ Ａ１号公報に説明されている。電気的に絶縁性のフレーム要素１が２つの集電装置２の間にはさまれている。一方、集電装置の方は、電解質装置（ＭＥＡ）（同図には示さず）に境を接している。集電装置２は、ＭＥＡ−集電装置のインタフェースにおいて電流を除去するために用いるが、同時に、アノード流体のＭＥＡとの接触面をあまり小さくしないようにしなければならない。この理由のために、集電装置２の内部領域は細い横方向ウェブでブリッジをかけられているが、当該ウェブは電流除去のために充分な広さと数とを有する一方で、狭いものになっている。そのため、リセス４によって形作られるＭＥＡと流体との有効接触面は、実質的に小さくなることはない。

スタック軸に沿って流れをガイドするため、４つのセン孔５が導電体のフレーム領域（この場合は四隅）に設けられており、それぞれに反対側にあって対向する２つのセン孔が、アノード流体、そしてカソード流体をガイドする働きをする。フレーム要素１には、対応する形でセン孔６、７も設けられている。セン孔７は、開口部を介してフレーム要素１の内部領域８につながっている。内部領域８内へのアノード流体の供給は２つのセン孔７のうち１つを介して行われ、除去はもう一方の反対側のセン孔７を介して行われる。フレーム要素１の厚みは集電装置２の厚みに比べてはるかに大きいため、内部領域８が、図に示すセルのアノードチャンバの容積の大部分を示す。

ここでアノードチャンバに関して述べた内容は、対応する形でカソードチャンバにも当てはまる。カソードチャンバの場合、中央のフレーム要素は、他の２つの対向する流体開口部の位置にリセスを有する。このために必要なのは、上に概略を述べた種類のフレーム要素１の向きを変えることだけである。そのため、スタックを作り上げるのに必要なフレーム要素の種類は１つだけとなる。

図示した構成では、隅の領域（取込口も出口も見られない）を通る流れは、たとえば、アノードチャンバの中央領域を通る流れに比べれば非常に少ない。ネット状挿入物（図示せず）をアノードチャンバおよびカソードチャンバに設けることで、チャンバ内部でより均一な流れの分配を実現することが可能である。しかし、これらを備えていても、アノードチャンバおよびカソードチャンバの停滞領域における流体交換は、取込口／出口部分に沿って行われるものに比べて低く、そのため、実際に利用される有効面は、利用の最大限にまでは届かない。この種の停滞領域は特に、スタックがスペースに関して有利な配置になっていない場合に形成される。

これらの問題点を考慮して、本発明は、上で述べた課題を克服する改良型のスタック要素を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１の特徴を備えた発明によるプレート要素、および、請求項１１の特徴を備えた燃料電池スタック組立物によって達成される。
また、さらなる効果的な展開形を従属の請求項で示す。そして、特に好適な実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。

本発明による燃料電池スタック用のプレート要素は、フレーム領域と、当該フレーム領域によって囲まれた少なくとも１つの内部領域と、フレーム領域から少なくとも１つの内部領域の中へと延びる複数のウェブであって、少なくとも１つの内部領域の中で、ウェブの間のリセスによって形成される流れガイダンス構造を形作っている、という前記複数のウェブと、そして、フレーム領域にある少なくとも４つのセン孔であって、それらのうちの少なくとも２つは流れフィールドに接続している、という前記４つのセン孔とを有する。

「プレート要素」という用語は、請求の対象であるアイテムについて、一方の空間方向における寸法が、それに垂直な２つの空間方向における寸法に比べて明らかに小さくなっている、ということを示すのが目的である。実際、１つの空間方向において、プレート要素の厚みは、プレート要素に本来あるべき安定性が見られない程度にまで小さくすることもできる。従って、本発明によるプレート要素は、上述した特徴に従って構成されたホイルまで含むことを意図している。

「流れガイダンス構造」という用語は、ウェブの間のリセス、または、プレート要素の内部領域において１つまたは複数のチャネルを形作るウェブの間のリセスが有する少なくとも１つの結合構造、を意味すると理解される。各チャネルは、たとえばフレーム領域を通る開口部を介して、２つのセン孔に接続されており、それらセン孔の一方は流体の供給に用いられ、もう一方は流体の除去に用いられる。この少なくとも１つのチャネルによって、流れガイダンス構造は、プレートの面における流体の流れをガイドすること（チャネリング）に適したものとなっている。流れガイダンス構造が実際に流体を調節して流れをガイドするには、当然、側面にリストリクタを必要とし、それは隣接するスタック要素の隣接した水準面（level surface）によって提供される（たとえば、膜電極ユニットが有するもの）。

いくつかの独立したチャネルを形成するには、ウェブを両側でフレーム領域と接続させる形が可能である。ただし、ウェブについては、片側でだけフレーム領域と接続することもできる。最も単純な場合には、それらはまっすぐな舌（tongue）形状を有し、それらが、フレーム領域の対向する両側からプレート要素の内部領域へと交互に突き出て、歯を付けたような構成と成っている。ウェブの形については、まっすぐな舌の形以外に、より複雑なものも用いることができる（例えば、「Ｔ字形」や「Ｌ字形」のウェブであり、それらもまた、交互に配置することで流れの場を生じさせる。

プレート要素は、効果的な構成として、燃料電池スタックの異なる位置に異なる向きで組み入れることができる、という形に作られている。従って、フレームの形状は、正方形または長方形とするのが好ましい。しかし、それ以外の形状も考えられる。その形とは、３６０°未満の回転をした場合に、回転後は正確に合致する形で自身の上に重なるもの、すなわち、具体的には、正三角形またはその他の正多角形、そして、円形あるいは楕円形といった形である。

流れガイダンス構造については、内部領域の中で互いに隣り合って（たとえば、平行に）走る複数のチャネルとしてもよい。しかしながら、流れガイダンス構造の形成については、フレーム領域に囲まれている内部領域で１つの曲折流れチャネルにより形成されている、あるいは、内部領域がいくつかある場合には、それに対応して、複数の当該曲折流れチャネルによって形成されている、とするのが好ましい。この場合、可能な限り単純な流体供給および流体除去によって、内部領域全体（ウェブを除く）を均一な状態で流体に満たすことができる。

本発明によるプレート要素が有する流れガイド特性には以下のような意味がある。すなわち、何ら性能を損なうことなく配置に依存しない動作が可能であり、一方、図２に概略を示す構成（流れがガイドされないもの）を用いても、重力の助けをかりて、ルートを外れたカソード領域またはアノード領域から、流体は充分に除去される。直接式メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）として用いられる場合、水は、たとえば、カソード側のあまり都合のよくない動作位置に集まり、反応に必要な酸素が有効面全体に行きわたることを妨げてしまうおそれがある。第２に、アノードで発生する気体のＣＯ２も、この気体が素早く上方向に逃れるのでなければ、アノードの有効面を阻害するに至る可能性がある。

好適な実施の形態では、プレート要素は導電素材（例えば、黒鉛）から成るが、特に好ましいのは、金属または金属合成物である。本実施の形態では、プレート要素はセルユニットの導電体として用いることができる。金属または金属合成物が好ましいのは、一般的により安価であり、加工がより簡単で、しかも機械的な安定性がより高いこと、そして、非金属素材よりも高い導電率を有することによる。また、金属導電体は電気接触がより簡単である。

更なる好適な実施の形態では、プレート要素は絶縁素材から成る。この実施の形態では、プレート要素を用いて、単極構成の中で隣接している導電体を電気的に絶縁することができる。
更なる効果的な発展形では、本発明によるプレート要素は、導電層と絶縁層とを有する積層体として作られる。こうした積層体を用いれば、もはや別々の分離ユニットを用いる必要はないため、燃料電池スタックの構造はより簡単になる。導電層と絶縁層とは層の厚みを同じにすることができる。しかしながら、積層体については、金属コーティングを施した絶縁体または絶縁コーティングを施した金属とすることができ、その場合、コーティングの厚みは当然全体の厚みより小さい。

単極燃料電池スタックの構造は、プレート要素を絶縁層と２つの導電層から成る積層体として形成し、サンドイッチのように絶縁層が導電層の間に挟まれた形とすれば、さらに単純化することができる。ここでも、それぞれの層の厚みは、基本的に何の限定も受けない。この更なる発展形を用いれば、電解質ユニットとプレート要素とを単に交互にスタックするだけで、スタック構造が出来上がる。

特に好ましい更なる発展形では、プレート要素は、フレーム領域から外向きに延びた、少なくとも１つのリブを有する。この少なくとも１つのリブを用いれば、単極構成または双極構成における導電体同士を電気的に連結することがより簡単になる。絶縁プレート要素がある場合、そうしたリブは必要ない。ただし、もし同じ装置が導電体の製造に関しても用いられ、さらに、それらが一般に邪魔にならないのであれば、生産上の理由からそれが存在してもよい。

電気的スイッチングを特に単純化した更なる発展形では、フレーム領域の少なくとも２つの対向する側面にリブが設けられる。この場合、１つの種類の導電体の向きを様々に変えることが容易となる。
特に単極構成に関しては、リブがフレーム領域の対向する両方の側にあって互いにずれた位置にある、という形をした、更なる発展型のプレート要素が効果的である。その結果、導電体の組み入れの様態を以下のようにすることができる。すなわち、そのリブは、２つの隣接する導電体のリブのいずれに対してもずれた位置にあり、そのため、１つ隔てた位置の導電体の１つと接触する場合の障害にならない、という形である。

本発明による燃料電池スタック組立物は膜電極ユニット（ＭＥＡ）を有し、当該ユニットは少なくとも一方の側で、導電体として形成されたプレート要素の導電側と接続されている。その接続のおかげで、燃料電池スタック組立物は、個々の要素よりも高い機械的安定性を有することとなり、それによって、スタックを作り上げるのが更に容易になる。その上、燃料電池スタック組立物が前もって作られていれば、いくらかの条件の下では、電解質装置と導電体との間での電気的接触を、導電体プレート要素と電解質装置とを単にそれぞれが隣り合う形で並べた場合に可能な接触よりも良い形で、実現することができる。

これ以降の部分では、本発明について、特に好ましい実施の形態に基づき、添付図面を参照しながら説明していく。

図１および図２については、これまでの部分ですでに述べた。
図３は、本発明によるプレート要素１０の好適な実施の形態を示す。
プレート要素１０は導電性素材（一般に金属）から作ることができ、この実施の形態では、双極式または単極式の燃料電池スタックのための集電装置として用いられる。
これは周辺フレーム領域１１を有し、そしてフレーム領域１１からは、まず２つの対向する側面においてリブ１２が外向きに、さらにウェブ１３が内向きに延びている。ウェブ１３は、フレームの反対側までは延びておらず、それぞれの側から交互に現れる形で配置されている。そして、そうした配置によって、ウェブ１３の間のリセスで曲折チャネル１４が規定される形となっている。また、フレーム領域１１には４つのセン孔１５、１６、１７、１８が設けられているが、それらのうち、対角線上で対向する２つのセン孔１６、１８は開口部１６ａ、１８ａを介して曲折チャネル１４に接続されている。

スタックの形で組み込まれた状態では、フレーム領域１１の一部およびウェブ１３はＭＥＡと電気的に接触し、電気の伝導に利用される。同時に、ウェブ１３はまた、有効面を通る形で流体を流通させることを目的として、そして、この面を通る流体をガイドすることを目的として利用される。流体は、２つのセン孔１６、１８のうちの１つを介して供給されるが、セン孔が開口部を介して曲折チャネル１４に接続されているので、このチャネル１４を通って流れた後、もう一方のセン孔から再び外に出される。流れはガイドされるので、流体交換が小さくなる停滞領域は存在せず、これによって効率は向上する。さらに、流れがガイドされることで、スタックが使われる際の配置依存性が保証される。

単極構成にとって好適な実施の形態（ただし、双極構成でも使用可能なもの）では、一方の側で外向きに延びるリブは、反対側にあるリブに対して位置がずれており、その様態は以下のようになっている。すなわち、図に示すプレート要素１０ともう１つのプレート要素１０とが並列配置され、当該もう１つのプレート要素が図に示すｘ軸またはｙ軸に関して１８０°回転させられることで２つのプレート要素のセン孔が重なる、という状態になって、２つのプレート要素のリブ同士は接触しない、という様態である。単極構成の場合にはさらに好ましい点があり、それは、ペイパーレベル（paper level）でプレート要素１０を１８０°回転させた場合、セン孔１７がセン孔１５と一致（その逆も可）して、セン孔１８がセン孔１６と一致（その逆も可）すると、一方の側から外向きに延びたリブは反対側のリブの本来の位置を覆うことがなく、それらの間の位置にくる、ということである。これは、単極スタック全体を１つの種類の導電体だけ用いて作り上げることが可能である、ということを意味する。

ここに示す導電体は、たとえば、金属プレートや金属シートから打抜き加工することが可能なので、安価で製造できる。
単極構成に用いる電気的絶縁用の中間プレートは、セン孔および流れ場に関しては、図３に示した導電体と同じ構造を有する。導電体の外向きに延びたリブは、必ずしも絶縁用中間プレートと共にある必要はない（図５参照）。しかし、これらのリブは絶縁用中間プレートに対しては邪魔にならず、そのため、必要であれば、導電体と絶縁用中間プレートとは全く同一の装置を用いて製造することができる、という点は指摘しておかなければならない。

絶縁用中間プレートに代わるものとしては、純金属プレートに加え、一方の側を絶縁素材でコートした金属プレート（または、金属でコートした絶縁用プラスチック基板）を用いることも可能であり、これは図３に示す構造となる。こうした場合、隣接する導電体の相互絶縁を目的とした分離シールは製造する必要がなくなり、それによって、製造コストがさらに削減され、組立作業が単純化されるとともに、スタックの容積も小さくなる（詳細は、図６に関する記述を参照）。

図４に分解図の形で部分的に示すのは、図３の導電体を備えた双極構成１００における燃料電池スタックである。
４つの導電体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄのうち、一方では導電体１１０ａと導電体１１０ｃとが、もう一方で導電体１１０ｂと導電体１１０ｄとが同一の状態で並んでいる。一般性（generality）の制限がなく、導電体１１０ａがカソード側導電体であると仮定すれば、その場合、導電体１１０ｂはアノード側導電体となり、一方、導電体１１０ｃはカソード側導電体であり、導電体１１０ｄはアノード側導電体である。導電体同士は、中間プレート１２０によって、または電解質装置（ＭＥＡ）１３０を介して隔てられている。構成１２０−１１０ｂ−１３０がセルユニットのアノード領域を形作る一方、構成１３０−１１０ｃ−１２０は当該セルユニットのカソード領域を形成する。

中間プレート１２０は、隣接する流体チャンバの分離（すなわち、カソード領域とアノード領域との分離）に用いられる。それらは、カソード流体とアノード流体との混合を防止しなければならないが、電気的に絶縁性である必要はなく、そのため、たとえば薄い金属箔からでも作ることができる。
すでに述べた通り、構成１２０−１１０ｂ−１３０−１１０ｃ−１２０はセルユニットまたは電圧要素（図１との類推）を形成する。図に示すスタック部分をスイッチするには（図１の上側部分との類推で）、集電装置１１０ａおよび１１０ｂと集電装置１１０ｃおよび１１０ｄとを、この目的のために設けられたリブを介して互いに接触させる。従って、各セルユニットの直接隣接する集電装置は、ここでは、それらリブ同士が一列に並ぶ形になるように配置するのが好ましい。

図５に分解図の形で部分的に示すのは、図３の導電体を備えた単極構成２００における燃料電池スタックである。
図４と同様に、ここでもやはり４つの導電体２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄが見られる。一般性の制限なしで、導電体２１０ａおよび導電体２１０ｂがアノード側導電体であると仮定すれば、その場合、導電体２１０ｃおよび導電体２１０ｄはカソード側導電体となる。

導電体２１０ｂおよび導電体２１０ｃは、電解／電極装置（例えば、膜電極ユニット（ＭＥＡ）２３０）によって互いから隔てられている。構成２４０−２１０ｂ−２３０はセルユニットのアノード領域を形作り、その一方、構成２３０−２１０ｃ−２５０は当該セルユニットのカソード領域を形成している。
中間プレート２４０、２５０は、導電体２１０ａと導電体２１０ｂ、または導電体２１０ｃと導電体２１０ｄを互いに電気的に絶縁するために用いられる。この理由のために、中間プレート２４０、２５０のウェブは、隣接する導電体のウェブと正確に一致していなければならない。ペアの形で互いに隣接するアノード領域またはカソード領域は、いずれも共通のアノードチャンバまたはカソードチャンバを形成しており、それぞれ電解質装置２３０によって両側で閉じられている。

構成２４０−２１０ｂ−２３０−２１０ｃ−２５０は、セルユニットまたは電圧要素（図１との類推）を形成する。スイッチングは、図１の下側部分との類推による：たとえば、図に示すスタック部分のスイッチングには、アノード側集電装置２１０ｂと、それに続くセルユニットのカソード側集電装置２１０ｄとを、位置のそろったリブを介して、お互いに電気的に接続（接触）させる。アノード側集電装置２１０ａは、左側にある次のカソード側集電装置（図示せず）と接触させられており、一方、カソード側集電装置２１０ｄは、右側にある次のアノード側集電装置（図示せず）と接触させられている（その先も同様）。こうしたペアの形での接触は、互いに接続されるリブの面が確実に揃う状態にすることで、より単純に実現することができる。従って、集電装置要素については、各集電装置の接続リブの面が、１つおいた隣の集電装置が有するそれと揃っており、その一方、すぐ隣の集電装置が有する接続リブは外れた位置にある（互いの面が揃っていない）、という形で作るのが好ましい。図３および図５に示すように、これは、単一の種類の集電装置を交互に異なる向きにする、という適切な配置によって達成することができる。

図６（図５を基本としたもの）に示すのは簡略化した構造の単極スタックであり、このスタックは、積層体として形成され、一方の側が導電性でもう一方の側が絶縁性である、という導電体を用いれば実現することができる。
たとえば、図３に示す導電体は、一方の側を絶縁素材でコートした形とすることができる。図６においては、導電体３１０ｂ、３１０ｄのうち図で見えている側に、この種類のコーティングを持たせることとする。このような、コーティングした導電体をコーティングしてない導電体と組み合わせる配列として、別の形のもの、すなわち、コーティングされた側が常に隣接のコーティングされていない導電体に向けられる、という配列を用いれば、絶縁中間プレートを別に用いなくとも単極スタックを構築することができる。これは構造の点で少なからざる簡略化となる。それに加えて、絶縁コーティングであれば、別個のユニットとして作られる絶縁中間プレートよりも薄くすることができるので、スタック全体のサイズを小さくできる。

指摘しておくべき点として、さらに、導電体３１０ａ、３１０ｃのうち図では見えない側にもこうした絶縁コーティングを持たせることができる（ただし、これは基本的に必要でない）。こうすれば、隣接するセルユニットの間の電気絶縁をさらに向上させることを保証できるのに加え、スタックの一体化処理を簡略化することもできる。隣接する導電体を一体化する際の様態は、必ず、流体流れ装置（セン孔、開口部、チャネル）が互いをカバーし、絶縁層は互いのすぐ隣にくる、という形でなければならない。

原則として、この種の積層体の導電部および絶縁部分の厚みに関しては、前提条件はない。それを妨げる何らかの理由（例えば、機械的安定性、導電率）が他にないのであれば、この種の導電体は基本的に、一方の側が導電層でコーティングされた絶縁素材だけで作ることができる。
２枚の導電層（例えば、金属層）の間に絶縁層を埋め込んだ形の積層体（すなわち、図４のプレート要素２１０ａ、２４０、２１０ｂをプレート要素に組み入れるもの）によって、単極スタックの構造を更に簡略化することができる。そうして、スタックは、積層体と電解質装置とが交互に現れる配置として、簡単に作り上げることができる。

図７に示すのは、本発明によるプレート要素の更なる好適な実施の形態であり、それを交互に並べて双極スタック４００を構築する配列である（図を簡潔にするために、隣接するアノード領域とカソード領域とを互いから隔てる中間層および電解質装置は外した状態にしてある）。プレート要素４１０ａと４１０ｂとは、その向きのみが異なっている。図３における実施の形態が有する類似の構造的特徴部との対比で、参照記号の値を４００増やして用いている。

図の右側の上に略図で示したプレート要素４１０ａにおける点線は、プレート要素をフレーム領域と内部領域とに分割するものである。
フレーム領域には複数のセン孔４１５、４１６、４１７、４１８があり、そのうち、セン孔４１６、４１８はペアの形で、開口部を介してプレート要素の内部領域にあるリセスと接続している。全てのセン孔は、スタック軸に沿って（プレート面に対して直角に）流体をガイドするために用いられる。また、セン孔４１６、４１８は、スタック軸に対して直角の方向に流体をガイドするのに用いられる。このために、それらはペアの形で、開口部を介してプレート要素の内部領域にあるリセス４１４に連結されており、それによって複数の平行なチャネルが形作られる。これらのチャネル４１４は、ウェブ４１３によって互いから隔てられており、当該ウェブは、導電体として使われるプレート要素との電流伝導のために用いられる（双極構成の場合のように）。ここでは、ウェブは、フレーム領域と接続されている。プレート要素の各ペアの間には、電解質装置または分離プレート４２０が挿入され、それは図８に示す形および構造を有する。分離プレート４２０（さらに、図外の電解質装置）の外側領域にあるセン孔４２５、４２６、４２７、４２８は、スタックの状態では、プレート要素４１０ａ、４１０ｂの側でこれらに対応するセン孔４１５、４１６、４１７、４１８と、厳密に一致した位置にくる。

図面における例では、たとえば、プレート要素４１０ａはアノードチャンバを形作り、一方、プレート要素４１０ｂにはカソードチャンバが見られる。この場合、一番上に示すプレート要素４１０ａのセン孔４１５、４１７はカソード流体をガイドするために用いられ、一方、セン孔４１６、４１８は、アノード流体をガイドし、内部領域によって形作られたアノードチャンバにアノード流体を供給するのに用いられる。

プレート要素については、導電性素材から製造し、この形で双極または単極の燃料電池スタックのための集電装置として使用することができる。後者の場合、図７とは対照的に、集電装置は必ず、ペアで同じに並べられていなければならず、隣接したペアはいずれの場合も９０°回転させた状態とする。全ての集電装置（または、各ペアの少なくとも１つの集電装置）について、一方の側に絶縁コーティングが設けられていれば、その時は、図６に対応した単極構成は可能となる。集電装置が両方の側で導電性となっている場合、図５に対応する単極構成の構造を可能とするためには、図７に示す構造を備えた電気的に絶縁性のプレート要素が加えて必要となるであろう。その一方で、単極構成のための電解質装置は、双極構成（図８参照）のためのそれと違いはない。

ここまで、本発明およびその効果について、好適な実施の形態に基づいて説明してきた。しかし、本発明の保護の範囲は、別紙の特許請求の範囲によってのみ規定される。

双極構成と単極構成との質的な違いを示す図である。 現行技術による単極構成のための流体チャンバの形成様態を示す図である。 本発明によるプレート要素を示す図である。 本発明によるプレート要素を用いた双極構成を示す図である。 本発明によるプレート要素を用いた単極構成を示す図である。 本発明によるプレート要素を用いた、更なる単極構成を示す図である。 本発明によるプレート要素の更なる好適な実施の形態を、双極スタックにおける電流リムーバ装置として示す図である。 図７に示す電流リムーバ装置のための流体絶縁中間プレートを示す図である。

Claims (11)

1. 燃料電池スタック用のプレート要素（１０）であって、
   フレーム領域（１１）と、当該フレーム領域（１１）によって囲まれた少なくとも１つの内部領域と、
   フレーム領域（１１）から少なくとも１つの内部領域の中へと延びる複数のウェブ（１３）であって、少なくとも１つの内部領域の中で、ウェブ（１３）の間のリセスによって形成される流れガイダンス構造（１４）を形作っている、という前記複数のウェブ（１３）と、そして、
   フレーム領域にある少なくとも４つのセン孔（１５，１６，１７，１８）であって、それらのうちの少なくとも２つ（１６，１８）は流れガイダンス構造（１４）に接続している、という前記４つのセン孔と、
   を有することを特徴とする前記プレート要素。
2. 流れガイダンス構造は少なくとも１つの曲折流れチャネルを有すること、
   を特徴とする請求項１に記載のプレート要素。
3. 導電素材で成ること、
   を特徴とする請求項１または２に記載のプレート要素。
4. 金属または金属化合物で成ること、
   を特徴とする請求項３に記載のプレート要素。
5. 絶縁素材で成ること、
   を特徴とする請求項１または２に記載のプレート要素。
6. 導電層と絶縁層との積層体として作られていること、
   を特徴とする請求項１または２に記載のプレート要素。
7. 絶縁層と２つの導電層とを有する積層体として作られており、サンドイッチのように２つの導電層の間に絶縁層が埋め込まれていること、
   を特徴とする請求項１または２に記載のプレート要素。
8. フレーム領域から外向きに延びる形で、少なくとも１つのリブを備えること、
   を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のプレート要素。
9. フレーム領域の少なくとも２つの反対側の側面にリブを備えること、
   を特徴とする請求項８に記載のプレート要素。
10. リブは、フレーム領域の反対側の側面で互いにずれた位置にくるように配置されていること、
    を特徴とする請求項９に記載のプレート要素。
11. 燃料電池スタック組立物であって、
    少なくとも一方の側で、請求項１乃至４および請求項６乃至１０のうちのいずれかに記載のプレート要素のうち導電性を有する側に接続されている膜電極ユニット、を有すること、
    を特徴とする燃料電池スタック組立物。

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