特許 7155246 電気化学デバイスおよび電気化学デバイスを動作させる方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-07

(45)【発行日】2022-10-18

(54)【発明の名称】電気化学デバイスおよび電気化学デバイスを動作させる方法

(51)【国際特許分類】

   C25B 9/17 20210101AFI20221011BHJP

   C25B 9/70 20210101ALI20221011BHJP

【ＦＩ】

C25B9/17

C25B9/70

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020508072

(86)(22)【出願日】2018-04-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-06-18

(86)【国際出願番号】 EP2018060123

(87)【国際公開番号】W WO2018193071

(87)【国際公開日】2018-10-25

【審査請求日】2021-04-09

(31)【優先権主張番号】102017108440.1

(32)【優先日】2017-04-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】519374841

【氏名又は名称】ハー－テック システムズ ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】Ｈ－ＴＥＣ ＳＹＳＴＥＭＳ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ヘルマン、ヨアヒム

(72)【発明者】

【氏名】アレブロッド、フランク

【審査官】岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１９６６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４９５０３７０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２５Ｂ ９／００－９／７７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気化学デバイス、特に電解デバイス、特に高分子電解質膜電解デバイスであって、１つ以上の第１電気化学セル（１４ａ－ｄ）と１つ以上の第２電気化学セル（１６ａ－ｄ）とを有する複数のセルスタック（４６ａ－ｄ，８０ａ－ｄ）を備える１つ以上のセルユニット（１２ａ－ｄ）を有し、前記セルユニット（１２ａ－ｄ）の前記セルスタック（４６ａ－ｄ，８０ａ－ｄ）の前記電気化学セル（１４ａ－ｄ，１６ａ－ｄ）に１以上の流体、特に水を供給するための１つ以上の流体供給ユニット（１８ａ－ｄ）を有し、該１つ以上の流体供給ユニット（１８ａ－ｄ）は、前記第１電気化学セル（１４ａ－ｄ）を通じて延びる１つ以上の第１流体供給経路（２０ａ－ｄ）と、前記第２電気化学セル（１６ａ－ｄ）を通じて延びる１つ以上の第２流体供給経路（２２ａ－ｄ）と、を備え、前記第１流体供給経路（２０ａ－ｄ）と前記第２流体供給経路（２２ａ－ｄ）とは、共通の導入部（２４ａ－ｄ）から前記電気化学セル（１４ａ－ｄ，１６ａ－ｄ）に、また前記電気化学セル（１４ａ－ｄ，１６ａ－ｄ）から共通の導出部（２６ａ－ｄ）に至り、前記第１流体供給経路（２０ａ－ｄ）および前記第２流体供給経路（２２ａ－ｄ）は、少なくとも前記第１電気化学セル（１４ａ－ｄ）もしくは前記第２電気化学セル（１６ａ－ｄ）またはその両方の外に、同一の断面エリアを有し、前記流体供給ユニット（１８ａ－ｄ）は、通常の動作状態において、前記第１電気化学セル（１４ａ－ｄ）を通じる前記流体の体積流量と前記第２電気化学セル（１６ａ－ｄ）を通じる前記流体の体積流量とが各々０とは異なり互いから１５％未満しか逸脱しない程度に同一であるべく、前記第１流体供給経路（２０ａ－ｄ）と前記第２流体供給経路（２２ａ－ｄ）とが等しい長さであるように設計されており、前記流体供給ユニット（１８ａ－ｄ）は、前記第１電気化学セル（１４ａ－ｄ）また前記第２電気化学セル（１６ａ－ｄ）を通じる体積流量を均等化するための調節弁を有さず、前記第１電気化学セル（１４ａ－ｄ）および前記第２電気化学セル（１６ａ－ｄ）は、前記セルユニット（１２ａ－ｄ）の異なるセルスタック（４６ａ－ｄ，８０ａ－ｄ）に配置されている、電気化学デバイス。

【請求項2】

前記通常の動作状態において、前記第１流体供給経路（２０ａ－ｄ）における圧力損失は、前記第２流体供給経路（２２ａ－ｄ）における圧力損失に、所定の値からの逸脱が前記所定の値の１０％未満に対応する程度に相当する、請求項１に記載の電気化学デバイス。

【請求項3】

前記流体供給ユニット（１８ａ）は、前記通常の動作状態において、互いに平行に延びる導入流方向（３２ａ）および導出流方向（３４ａ）に前記流体を導くために提供される、１つ以上の導入チャネル（２８ａ）と１つ以上の導出チャネル（３０ａ）とを有する、請求項１または２に記載の電気化学デバイス。

【請求項4】

前記第１流体供給経路（２０ａ）の第１導入部分（３６ａ）の長さと第１導出部分（３８ａ）の長さとの合計は、前記第２流体供給経路（２２ａ）の第２導入部分（４０ａ）の長さと第２導出部分（４２ａ）の長さとの合計に相当する、請求項１～３のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。

【請求項5】

前記第１導入部分（３６ａ）における圧力損失は前記第２導入部分（４０ａ）における圧力損失よりも大きく、前記第１導出部分（３８ａ）における圧力損失は前記第２導出部分（４２ａ）における圧力損失よりも小さい、請求項４に記載の電気化学デバイス。

【請求項6】

前記導入チャネル（２８ａ）が前記第１導入部分（３６ａ）と前記第２導入部分（４０ａ）とを少なくとも部分的には形成するか、前記導出チャネル（３０ａ）が前記第１導出部分（３８ａ）と前記第２導出部分（４２ａ）とを少なくとも部分的には形成するか、その両方である、請求項３を引用する請求項４、または請求項３を引用する請求項５に記載の電気化学デバイス。

【請求項7】

前記第１電気化学セル（１４ａ）は、前記第１流体供給経路（２０ａ）の１区画以上と前記第２流体供給経路（２２ａ）の１区画以上とを形成する、１つ以上の機能要素（４４ａ）を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の電気化学デバイス。

【請求項8】

前記機能要素（４４ａ）は、機能セルスタック要素である、請求項７に記載の電気化学デバイス。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか一項に記載の１つ以上の電気化学デバイス（１０ａ）を有する、電解槽。

【請求項10】

請求項１～８のいずれか一項に記載の電気化学デバイス（１０ａ）を動作させる方法であって、１つ以上の第１電気化学セル（１４ａ）と１つ以上の第２電気化学セル（１６ａ）とを備える１つ以上のセルユニット（１２ａ）を有し、前記第１電気化学セル（１４ａ）と前記第２電気化学セル（１６ａ）とには、流体が、前記第１電気化学セル（１４ａ）を通じる、また前記第２電気化学セル（１６ａ）を通じる前記流体の体積流量が各々０とは異なり互いから１５％未満しか逸脱しないように流れる、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１のプリアンブルに従う電気化学デバイスに関し、また請求項１３のプリアンブルに従う電気化学デバイスを動作させる方法に関する。

【背景技術】

【0002】

先行技術から、直列に接続された複数の電解セルを有する、「スタック」とも呼ばれることが多いセルスタックを有する電解槽が知られている。例えば、水の電気化学的分解から水素と酸素とを得るための水素電解槽の場合には、セルスタックには、反応物として、また冷却材として同時に機能する水が継続的に供給される。

【0003】

本発明の目的は、特に、電気化学デバイスの（特に、電解デバイスの）確実および／または効率的な動作に関して向上した特性を提供することである。さらに、本発明の目的は、特に、流体の電気化学デバイスへの確実および／または一様な供給を達成することである。さらに、本発明の目的は、特に、構造的に単純であると同時に効率的な流体供給の構造を提供することである。本目的は、請求項１および請求項１３の特徴により本発明に従って達成され、一方で、本発明の有利な実施形態および改良が従属請求項から得られる。

【発明の概要】

【0004】

本発明は、電気化学デバイス、特に電解デバイス、特に高分子電解質膜電解デバイスであって、１つ以上の第１電気化学セルと１つ以上の第２電気化学セルとを備える１つ以上のセルユニットを有し、前記セルユニットに１以上の流体、特に水を供給するための１つ以上の流体供給ユニットを有し、該１つ以上の流体供給ユニットは、前記第１電気化学セルを通じて少なくとも断面方向に延びる１つ以上の第１流体供給経路と、前記第２電気化学セルを通じて少なくとも断面方向に延びる１つ以上の第２流体供給経路と、を備える、電気化学デバイスに由来する。

【0005】

前記流体供給ユニットは、１以上の通常の動作状態において、前記第１電気化学セルを通じる、また前記第２電気化学セルを通じる流体の体積流量が少なくともほぼ同一であるように設計されることが提案される。

【0006】

本発明に係る実施形態によって、特に、確実および／または効率的な動作を達成することが可能となる。さらに、流体の供給に関する有利な特性を有する電気化学デバイスが提供されることが可能である。さらに、構造的な単純性および／または様々な部品の削減が達成されることが可能である。さらに、セルスタックにおける一様な圧力分配が達成されることが可能である。電気化学セルには、流体が（特に、水が）一様に供給されることが有利には可能となる。さらに、特に、多数の個々のセルを有するセルスタックの場合および／または長いセルスタックには、一様および／または包括的な流体の供給が達成されることが可能である。有利には、一様でない加熱を避けることが可能である。さらに、セルスタックの高度の気密性を実現することが、有利には可能となる。さらに、特に水素発生の高水準の効率を達成することが可能となる。流体の一様な供給を達成することは、調節弁などを少なくともほぼ省くことを、有利には可能とする。

【0007】

「電気化学デバイス」は、器具および／または機械の、特に、１以上の少なくとも部分的には電気化学的な作用工程を行うために提供される電解槽の、好ましくは機能的な一部を特に意味すると理解される。特に、電気化学デバイスは、器具全体および／または機械全体を含んでもよい。電気化学デバイスは、好ましくは、電気エネルギーを化学結合エネルギーへと、および／または化学結合エネルギーを電気エネルギーへと変換するために提供される。特に、通常の動作状態では、電流に関連する１以上の化学反応、特に酸化還元反応が行われる。例えば、電気化学デバイスは、燃料電池デバイス、電池デバイス、測定ユニットデバイス、発電機デバイス、分析デバイス、電着デバイス、陽極酸化デバイス、電気メッキデバイス、酸化還元反応デバイスなどを含んでよい。電気化学デバイスは、好ましくは、電解デバイス、特に好ましくは、特に水素および酸素への水の電気化学的分解用に提供される水素電解デバイスとして設計される。電気化学デバイスは、環境に対して陽圧により（特に、１００ｋＰａ以上の圧力）、１以上のガス（特に、水素）を提供するために提供されてよく、５００ｋＰａ以上、１ＭＰａ以上、１．５ＭＰａ以上、２ＭＰａ以上、３ＭＰａ以上の圧力、または、より高圧さえも考えられる。特に、電気化学デバイスは、ガス容器（特に、水素タンク）への接続用に提供されてよく、電気化学デバイスの動作圧力は、ガスコンテナの充填レベルに適応可能および／または適応されると考えられる。例えば、電気化学デバイスは、ガス容器の充填圧力に対するガスカウンターを生成し、特にコンプレッサなどの使用をせずにガスを充填することが考えられる。これに代えて、電気化学デバイスは、少なくとも陽圧がほぼないように動作することも考えられる。さらに、電気化学デバイスは、定圧にて動作可能であるか、通常の動作状態において、一定な作用圧力により動作するか、その両方であると考えられる。この場合、特に、コンプレッサとの組合せが考えられる。さらに、電気化学デバイスは、高圧電解デバイスであってよく、特に、１以上のガス（特に、水素）を５ＭＰａ以上の（好ましくは７ＭＰａ以上の、また特に好ましくは１０ＭＰａ以上か、よりいっそう高い）圧力を生成および／または提供するために提供されてよい。「提供される」は、具体的にプログラムされるか、構成されるか、装備されるかの１つ以上であることを特に意味すると理解される。特定の機能のために物が提供されるという記述は、１以上の使用状態および／または動作状態において、その物が上記の特定の機能を行うおよび／または実行することを特に意味すると理解される。

【0008】

「電気化学セル」は、１以上の電気化学反応（特に、電気化学デバイスがそれを行うために提供されているような種類の電気化学反応）を行わせることが可能な機能ユニットを特に意味すると理解される。例えば、電気化学セルは、燃料電池、電池セル、測定セル、酸化還元セルなどであってよい。電気化学セルは、有利には、電解セルである。電気化学セルは、特に有利には、セルスタック適合可能な電解セル（特に、電解セルスタックの）である。電気化学セルは、有利には、通常の動作状態において、好ましくは酸素が形成される１以上のアノードを備える。電気化学セルは、通常の動作状態において、好ましくは水素が形成される１以上のカソードを備える。電気化学セルは、有利には１以上の膜、特に、有利に選択的にプロトン伝導膜（好ましくは、高分子電解質膜）を備える。アノードおよびカソードは、特に好ましくは、少なくとも膜によって互いから分離されている。特に、アノードおよび／またはカソードは、平面、積層形態、層、コーティングのうちの１以上である。膜は、好ましくは少なくとも部分的に、また特に好ましくは少なくとも支配的に、ナフィオンから形成される。電気化学セルは、好ましくは、１つ以上の機能要素（特にバイポーラ要素、好ましくはバイポーラ板）を備える。特に、バイポーラ要素の第１面は電気化学セルのアノード面を形成し、特に、バイポーラ要素の第２面は、電気化学セルに直に隣接して別のカソード面を形成する。特に、第１電気化学セルおよび／または第２電気化学セルは、この文脈に記載されるように設計されてよい。特に、セルユニットの少なくともいくつかの、有利には少なくとも多数の、特に有利にはすべての電気化学セルが、少なくともほぼ同一設計、同等、および／または類似の構成である。この文脈では、「少なくともほぼ同一」の物は、各々、共通の機能を行うことが可能であるように構成され、構成の観点から、製造公差を除いて、共通の機能について重要でない多くとも個々の要素によって互いに異なる物と、有利には、製造公差および／または製造技術の観点から起こりうる範囲を除いて同一の形状である物とを特に意味すると理解され、同一の物は、特に、互いに対照的な物を意味するとも理解される。「少なくとも支配的に」という表現は、本明細書では特に、５５％以上、有利には６５％以上、好ましくは７５％以上、特に好ましくは８５％以上、特に有利には９５％以上を意味するが、特に完全であることも意味すると理解される。「少なくとも多数」という表現は、本明細書では特に、５５％以上、有利には６５％以上、好ましくは７５％以上、特に好ましくは８５％以上、特に有利には９５％以上を意味するが、特に１００％も意味すると理解される。

【0009】

セルユニットは、好ましくは、特に少なくともほぼ同一の設計である複数（好ましくは多数）の電気化学セルを備える。特に、第１電気化学セルおよび／または第２電気化学セルは、各々、セルユニットの特に端部または中心に配置される任意の電気化学セルであってよく、特に、「第１」および「第２」との指定は、否応なしにではなく、順序および／または配置を記載するように単にあり得るものと理解される。特に、第１電気化学セルおよび／または第２電気化学セルは、特に、直接隣接して、または隣接せずに配置されることが考えられる。特に、第１電気化学セルは、セルユニットの電気化学セルの符号付与に従って、例えば片側から進んで、符号１により示されるセルユニットの電気化学セルとは異なってよい。同じことが、特に第２電気化学セル、特に符号２を有する対応する電気化学セルに対して適用される。さらに、第１電気化学セルおよび第２電気化学セルに関して記載される特徴が、セルユニットの少なくとも多数および／またはすべての電気化学セルについて適用されることが考えられる。

【0010】

セルユニットは、有利には、積み重なって配置されている複数の（好ましくは、多数の）電気化学セルを備える、１つ以上のセルスタック（特に、電解スタック）を備える。好ましくは、セルスタックは、少なくとも第１電気化学セルおよび／または第２電気化学セルを備える。有利には、セルスタックの電気化学セルは、少なくともほぼ同一の設計である。好ましくは、セルスタックは反復ユニットを備え、その反復ユニットは、複数の様々な機能要素（有利には、異なる機能セルスタック要素）、例えば、特に所定の順序で、１つ以上のバイポーラ板、１つ以上のスクリーン板、１つ以上の穿孔板などのうちの１つ以上、１つ以上のガス拡散層（特に、１つの酸素拡散層）、有利には、チタンフェルトかチタン膜かその両方、有利には高分子電解質膜、さらなるガス拡散層（特に、水素拡散層）、有利にはカーボンフェルト、特にさらなるスクリーン板および／または穿孔板（特に圧縮パッド）、有利にはエキスパンドメタルを備える圧縮緩衝材、のうちの１つ以上を備える。有利には、バイポーラ板、穿孔板、スクリーン板、エキスパンドメタル、いくつかの他の金属セルスタック要素のうちの１つ以上は、少なくとも部分的には、有利には少なくとも支配的に、チタン、高グレード鋼、１以上のコーティング金属のうちの１つ以上から形成される。特に、各々１つの電気化学セルは、１つのバイポーラ板から隣のバイポーラ板に延びている。セルスタックは、各場合において、任意の所望の数（例えば、１０，２０，３０，５０，１００，１５０，２００、より多く、より少なく、またはそれらの間の任意の所望の数）の電気化学セルを有する。有利には、セルユニットは、丁度１つのセルスタックを有する。しかしながら、セルユニットは、特に少なくともほぼ同一の設計であるか異なる設計であって、少なくともいくつかが電気的におよび／または液圧的に一直線および／または直列に接続され得る、複数のセルスタックを備えることも考えられる。有利には、第１電気化学セルおよび第２電気化学セルは、共通のセルスタックに配置されている。しかしながら、第１電気化学セルおよび第２電気化学セルが異なるセルスタックに配置されることも考えられる。

【0011】

好ましくは、セルユニットは、１つ以上の第１端板および／または１つ以上の第２端板を有する。特に好ましくは、セルスタックの電気化学セルは、特に近接して積み重なって、端板間に配置される。好ましくは、第１端板および第２端板は、互いに接続されている。第１端板および第２端板は、特に好ましくは、セルスタックに対し反対側から（特に、スタック方向に対し垂直および／または少なくともほぼ垂直な方向に）圧力を及ぼす。好ましくは、スタック方向は、セルスタックが電気化学セルから構成される方向に対応する。特に、前記スタック方向は、第１電気化学セルの主要広がり面に対し垂直および／または少なくともほぼ垂直であるか、１つ以上のセルスタック要素（特に、板状）の主要広がり面に対し垂直であるか、その両方であるように延びている。好ましくは、セルスタックは、セルスタックの電気化学セルの主要広がり面が、互いに平行に、また特にスタック方向に垂直に配置されるように構成されている。好ましくは、通常の動作状態では、作用電圧は、特に第１端板に当接する最初の電気化学セルと特に第２端板に当接する最後の電気化学セルとの間に広がる。有利には、特に、電気化学デバイスが電解デバイスとして設計されている場合には、通常の動作状態において、０．５Ｖ以上、有利には１Ｖ以上、特に有利には１．２Ｖ以上、好ましくは１．５Ｖ以上、および／または高々１０Ｖ、有利には高々５Ｖ、特に有利には高々２．５Ｖ、好ましくは高々２Ｖの個々の作用電圧が、電気化学セル（特に、セルスタックの）にわたって各々広がっている。しかしながら、特に他の状況では（例えば、燃料電池デバイスでは）、通常の動作状態において、１Ｖ未満、そうでなければ０．５Ｖ未満、もしくはそれより低い、または、例えば１０Ｖより高い、２０Ｖより高い、もしくは５０Ｖより高い、そうでなければそれより高い、個々の作用電圧が、電気化学セル（特に、セルスタック）にわたって各々広がることが考えられる。当業者は、利用状況に従って、所望に応じて、適切な個々の作用電圧を選択する。物の「主要な広がり面」は、物を完全にただ包含するのみの最小の仮想的な直方体の最大の側面に平行な平面であって、特にその直方体の中心点を通って延びている平面を特に意味すると理解される。ここで、「少なくともほぼ垂直」は、参照方向（特に、参照平面）に対する方向の特に配向を意味すると理解され、その方向と参照方向は、特に８°未満、有利には５°未満、特に有利には２°未満しか、直角から逸脱しない角を含む。

【0012】

特に、流体供給ユニットは、ユニットセルの電気化学セル（特に、第１電気化学セルおよび／または第２電気化学セル）に、１以上の流体（特に水、有利には脱イオン水）を供給するために提供される。有利には、流体供給ユニットは、電解による水分解処理の反応物および／または冷却材として水を提供するために、セルユニット、セルユニットのセルスタックおよび／または電気化学セルに提供される。好ましくは、流体供給ユニットは、特に流体回路（好ましくは、水回路）への流体供給部（特に外部の）に接続可能な、および／または接続されている１つ以上のポートを有する。電気化学デバイスは流体供給部を有することも考えられる。例えば、流体供給部は、特に、１つ以上のポンプ、１つ以上のフィルタ、１つ以上の流体貯蔵部などのうちの１つ以上を有する流体供給回路を備えてよい。特に、流体供給ユニットは、流体供給回路の少なくとも一部を形成するために提供される。好ましくは、通常の動作状態において、セルユニットには、流体ユニットにより、流体が（特に、連続して）、および／または、一定であるかそれぞれの動作状態に適合可能であるか、その両方である総流量が流れる（例えば、電力消費のレベルに依存して）。好ましくは、セルユニット（特に、セルスタック）および流体供給ユニットは、少なくとも部分的には一体に形成されている。好ましくは、流体供給ユニットは、第１電気化学セル、また第２電気化学セルを通じる体積流量を均等化するための調節弁を有しない。「流体供給経路」は、流体ラインシステムの、特に流れることが可能であるか、特に通常の動作状態において流れるか、その両方である流体ラインおよび／または容積の、一範囲および／または一部分を特に意味すると理解される。特に、流体供給経路は、流体ラインおよび／または流体ライン部分を備えてよい。特に、流体供給ユニットは、セルスタックの各電気化学セルについて１つ以上の流体供給経路を備え、有利には、各々１つの流体供給経路は、各々１つの電気化学セルに特に一意に割り当てられるか、対応する電気化学セルを通じて至るか、その両方である。第１の物と第２の物とが「少なくとも部分的には一体に」形成されているという記述は、第１の物の１つ以上の要素および／または部分と第１の物の１つ以上の要素および／または部分とが一体に形成されていることを特に意味すると理解される。

【0013】

「通常の動作状態」は、電気化学デバイスおよび／またはセルユニットが、指定の動作パラメータ内にて動作すること、故障無く動作すること、および意図された使用に従って動作すること、のうちの１つ以上を特に意味すると理解される。特に、通常の動作状態は、連続的な電力消費、出力、反応物の連続的な変換、生成物のうち１つ以上を、各々、特に少なくともほぼ一定なレートにて伴う。さらに、これに代えて、またはこれに加えて、通常の動作状態は、開始、停止、電気化学デバイスおよび／またはセルユニットの動作状態から１以上の他の動作状態（特に、故障が無い）への切換（特に、対象の、開ループ制御の、および／または閉ループ制御の）、のうちの１つ以上を伴ってよい。好ましくは、電気化学デバイス（特に、セルユニットおよび／または流体供給ユニット）は、好ましくは通常の動作状態において、１つ以上のエネルギー供給部および／または１つ以上の流体供給部（特に、水ラインおよび／またはガスライン）に接続されている。「電気化学セルを通じる体積流量」は、単位時間ごとの、電気化学セルの少なくとも部分的な領域の断面を通じて（特に、少なくとも電気化学的活性領域の断面を通じて）および／または電気化学セルの断面を通じて（特に、少なくとも部分的な領域を通じる流体の流れ方向に垂直な断面を通じて）流れる流体（特に、水）の体積を特に意味すると理解される。第１電気化学セルを通じる、また第２電気化学セルを通じる流体の体積流量が少なくともほぼ同一であるという記述は、第１セルを通じる体積流量と第２セルを通じる体積流量とが互いに３０％未満、好ましくは１０％未満、好ましくは５％未満、特に好ましくは２％未満しか逸脱しないことを特に意味すると理解される。特に、体積流量は、０とは異なる。

【0014】

本発明のさらなる実施形態では、通常の動作状態において、第１流体供給経路における圧力損失が第２流体供給経路における圧力損失に少なくともほぼ相当することが提案される。特に、第１流体供給経路の導入部から第１流体供給経路の導出部までの圧力降下は、第２流体供給経路の導入部から第２流体供給経路の導出部までの圧力降下に少なくともほぼ相当する。特に、第１流体供給経路における局所的な圧力分布は、第２流体供給経路における局所的な圧力分布から少なくとも断面方向に逸脱するか、少なくとも断面方向に対し少なくともほぼ同一であるか、その両方である。特に、通常の動作状態では、セルユニットには、スタック方向の方向において特に複数の電気化学セルに完全にわたって広がる圧力勾配が少なくともほぼない。第１流体供給経路と第２流体供給経路とは、有利には、液圧的に釣り合っている。この文脈において「少なくともほぼ」は、所定の値からの逸脱が、所定の値の特に１５％未満、好ましくは１０％未満、特に好ましくは５％未満に対応することを特に意味すると理解される。非一様な流体供給が、有利には、このようにして避けられることが可能となる。

【0015】

本発明の１つの有利な実施形態では、第１流体供給経路と第２流体供給経路とが少なくともほぼ等しい長さであることが提案される。特に、第１流体供給経路の、第１電気化学セル内に配置される第１セル供給部分は、第２流体供給経路の、第２電気化学セル内に配置される第２セル供給部分に対して、少なくともほぼ同一の設計であるか、少なくともほぼ等しい長さであるか、その両方である。好ましくは、第１流体供給経路および第２流体供給経路は、少なくとも断面方向において、特に第１電気化学セルおよび／または第２電気化学セルの外に、少なくともほぼ同一の断面エリアを有する。構造的な単純性は、有利には、このようにして達成されることが可能である。さらに、流体供給構造の複雑性が低減されることが、有利にはこのようにして可能となる。さらに、このようにして、流れを通じる一様な流体を達成するための調節弁の使用を省略することが、有利には可能となる。

【0016】

しかしながら、第１電気化学セル、また第２電気化学セルを通じる体積流量が、いくつかの他の方法によって、例えば、適切な調節弁によって、特に、１つ以上の開ループ制御ユニットか閉ループ制御ユニットかその両方との組合せにて、１つ以上の圧力センサおよび／または流量センサなどとの組合せにて、釣り合うことも基本的には考えられる。

【0017】

本発明の特に有利な実施形態では、第１流体供給経路と第２流体供給経路とが共通の導入部（特に、流体供給ユニットの導入部）から電気化学セルに、および／または、電気化学セルから共通の導出部（特に、流体供給ユニットの導出部）に至ることが提案される。特に、流体供給ユニットの複数の導入部および／または導出部は、複数の流体供給経路および／または複数の電気化学セルよりも小さい、特に１０倍以上もしくは２０倍以上小さい、またはさらに小さい。好ましくは、第１端板は導入部を有する。第２端板は、特に好ましくは、導出部を有する。好ましくは、導入部は、見られるように、スタック方向においてセルユニットの前に配置される。導出部は、見られるように、スタック方向においてセルユニットの後に配置される。導入部および導出部は、好ましくは、見られるように、スタック方向において互いにずれて配置される。第１流体供給経路および第２流体供給経路は、有利には、特に、導入部のライン部分と異なるか導出部のライン部分と異なるかその両方である共通の流体ラインを通じて少なくとも断面方向に延びている。導入部および／または導出部は、有利には、特に各々、流体供給ユニットのポートに接続されているか、流体供給部への接続のために提供されるか、その両方である。このようにして、電気化学デバイスは、有利には、流体回路に容易および／または確実に組み込まれることが可能である。

【0018】

流体供給ユニットは、通常の動作状態において、互いに少なくともほぼ平行に延びる導入流方向および導出流方向に流体を導くために提供される、１つ以上の導入チャネルと１つ以上の導出チャネルとを有することがさらに提案される。好ましくは、導入方向および／または導出方向は、スタック方向に少なくともほぼ平行に延びる。特に、導入チャネルが導入部に接続されているか、導出チャネルが導出部に接続されているか、またはその両方である。導入方向および導出方向は、好ましくは同一である。導入チャネルの長手方向の軸は、有利には、導出チャネルの長手方向の軸に平行に延びる。特に、導入チャネルと導出チャネルとは、特に見られるようにスタック方向に沿って、互いにずれて配置される。好ましくは、セルスタックの少なくともいくつかの、特に好ましくはすべての流体供給経路は、導入チャネルを通じて少なくとも断面方向に、および／または導出チャネルを通じて少なくとも断面方向に延びる。特に、導入チャネルおよび／または導出チャネルは、セルスタックおよび／またはセルユニットの、複数の、特にすべての電気化学セルの共通の流体ラインである。ここで、「少なくともほぼ平行」は、参照方向に対する方向（特に、平面における）の配向を特に意味すると理解され、その方向は、参照方向に対し、特に８°未満、有利には５°未満、特に有利には２°未満しか逸脱しない方向である。このようにして、有利には、流体回路に容易に組み込むことが可能な電気化学デバイスを通じる一様な流体を達成することを可能とする。

【0019】

第１流体供給経路の第１導入部分の長さと第１導出部分の長さとの合計が、第２流体供給経路の第２導入部分の長さと第２導出部分の長さとの合計に少なくともほぼ相当することがさらに提案される。例えば、第１導出部分が第２導出部分よりも長いか第２導出部分が第１導出部分よりも長いのと同一または少なくともほぼ同程度に、第１導入部分は第２導入部よりも短い。このようにして、単純および一様な供給を可能とする流体供給構造を提供することが、有利には可能となる。

【0020】

第１導入部分における圧力損失が第２導入部分における圧力損失よりも大きく、第１導出部分における圧力損失が第２導出部分における圧力損失よりも小さい場合には、セルスタックにおける漏出および／またはスタック方向に沿った圧力差が避けられることが可能である。好ましくは、第１流体供給経路におけるすべての部分的な圧力損失の合計は、第２流体供給経路におけるすべての部分的な圧力損失に少なくともほぼ相当し、圧力損失は、各々特に、少なくとも導入部の圧力損失と、セルの圧力損失と、導出部の圧力損失との合計である。

【0021】

本発明の有利な実施形態では、導入チャネルが第１導入部分と第２導入部分とを少なくとも部分的には形成するか、導出チャネルが第１導出部分と第２導出部分とを少なくとも部分的には形成するか、その両方が提案される。第１導入部分および第２導入部分は、少なくとも断面方向において同一、特に、少なくとも断面方向において導入チャネルと同一である。第１導出部分および第２導出部分は、好ましくは、少なくとも断面方向において同一、特に、少なくとも断面方向において導出チャネルと同一である。このようにして、電気化学セル（例えば、セルスタック）についての共通の導入部および／または共通の導出部を使用することが、有利には可能となる。

【0022】

本発明の特に有利な一実施形態では、第１電気化学セルが、第１流体供給経路の１区画以上と第２流体供給経路の１区画以上とを形成する１つ以上の機能要素を有することが提案される。特に、セルユニットの（特にセルスタックの）、特に積み重なって配置されている複数の機能要素は、一緒に第１流体供給経路を形成するか、一緒に第２流体供給経路を形成するか、その両方を行う。好ましくは、様々な電気化学セルの機能要素は、導入チャネルの１区画以上か導入チャネルかその両方を、および／または導出チャネルの１区画以上か導出チャネルかその両方を形成する。このようにして、有利には、小型の設計が得られることが可能である。

【0023】

さらに、機能要素は、機能的なセルスタック要素であることが提案される。特に、セルスタック要素は、上述のセルスタック要素のうちの１つのように形成されてよい。好ましくは、セルスタック要素は、板形および／または板状の形態であるか、セルスタックを形成するように他のセルスタック要素と積み重ねることが可能であるように設計されている。好ましくは、セルスタック要素は、他のセルスタック要素のリードスルーと隣接して、特に位置整合するように、および／またはそれらのスタック要素と連続して配置されるために提供される１つ以上の凹部（特に、リードスルー）を有し、流体チャネルがリードスルーによって有利に形成される。好ましくは、セルスタックの様々なセルスタック要素は、一緒に、特に端板とともに、導入チャネル、導出チャネル、および／またはセルスタックの電気化学セルについての各々１つの流体供給経路の各々１区画を形成する。有利には、第１流体供給経路は、特にこの順序にて、導入部から、様々な積み重なった電気化学セルの複数の積み重なったセルスタック要素により特に形成されるとともにスタック方向に平行に特に配置されている導入チャネルを通じて、第１電気化学セルを通じて、および／または様々な積み重なった電気化学セルの複数の積み重なったセルスタック要素により特に形成されるとともにスタック方向に平行に特に配置されている導出チャネルを通じて、導出部に延びる。好ましくは、第１流体供給経路は、スタック方向に少なくともほぼ垂直および／または第１電気化学セルの主要広がり面に少なくともほぼ平行に延びる方向に、第１電気化学セルを通じて延びる。このようにして、製造するのに容易および／または高価でない電気化学デバイスが提供される。

【0024】

高水準の信頼性および／または高水準の効率および／または動作に関する有利な特性が、本発明に係る１つ以上の電気化学デバイスを有する電解槽によって達成されることが可能である。

【0025】

さらに、本発明は、１つ以上の第１電気化学セルと１つ以上の第２電気化学セルとを備える１つ以上のセルユニットを有する、電気化学デバイス、特に電解デバイス、特に高分子電解質膜電解デバイスを動作させる方法に由来する。

【0026】

第１電気化学セルおよび第２電気化学セルには、第１電気化学セルを通じる、また第２電気化学セルを通じる流体の体積流量が少なくともほぼ同一であるように、流体が（特に、水が）流れることが提案される。

【0027】

本発明に係る方法によって、確実および／または効率的な動作を特に達成することが可能となる。さらに、流体の供給に関して有利な特性を有する電気化学デバイスが提供されることが可能である。さらに、構造的な単純性および／または様々な部品の削減が達成されることが可能である。さらに、セルスタックにおける一様な圧力分布が達成されることが可能である。電気化学セルに流体が（特に、水が）一様に提供されることが有利には可能となる。さらに、特に多数の個々のセルを有するセルスタックの場合には、一様および／または包括的な流体の供給が達成されることが可能である。非一様な加熱が、有利には避けられることが可能である。さらに、セルスタックの高度な気密性を実現することが有利には可能となる。さらに、高水準の効率（特に、水素発生の）を達成することが可能となる。流体の一様な供給が、調節弁などを少なくともほぼ省くことが有利には可能となる。

【0028】

本明細書において、本発明に係る電気化学デバイスおよび本発明に係る方法は、上記の使用および実施形態に制限されると意図されない。特に、本発明に係る電気化学デバイスおよび本発明に係る方法は、本明細書に記載の機能を果たすように、本明細書において述べた数とは異なる複数の個々の要素、コンポーネント、ユニット、方法の工程を有する。さらに、本開示において指定される値の範囲に関して、述べた範囲内にある値が開示及び所望に応じて使用可能と考えられることも意図される。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】電気化学デバイスを有する電解槽の概略的な側面図。

【図2】電気化学デバイスの電気化学セルの機能的要素の概略的な平面図。

【図3】電気化学デバイスの概略的な正面図。

【図4】第１の代替の電気化学デバイスの概略的な側面図。

【図5】第２の代替の電気化学デバイスの概略的な側面図。

【図6】第３の代替の電気化学デバイスの概略的な側面図。

【発明を実施するための形態】

【0030】

さらなる利点が、以下の図面の記載から明らかになる。図面は、本発明の例示的な実施形態を示す。図面、明細書および特許請求の範囲は、組合せにより複数の特徴を含む。さらに当業者は、その特徴を適切に個々に検討し、さらに意味のある組合せを形成するようにこれらを組み合わせる。

【0031】

図１は、電気化学デバイス１０ａを有する電解槽４８ａを概略的な側面図により示す。電解槽４８ａは、この場合、概略的に示されるに過ぎず、例えば、電気接続部、筐体、水回路、開ループおよび／または閉ループ制御ユニットなどといった、図示されない構成要素を備えてよい。電気化学デバイス１０ａは、この場合、電解槽デバイスとして設計される。特に、電解デバイス１０ａは、水素電解デバイスである。しかしながら、上述の通り、電気化学デバイス１０ａが燃料電池デバイス、測定ユニットデバイス、電気メッキデバイスなどとして設計されることも考えられる。

【0032】

電気化学デバイス１０ａは、１つ以上の第１電気化学セル１４ａと１つ以上の第２電気化学セル１６ａとを備えるセルユニット１２ａを有する。この場合、セルユニット１２ａは複数の電気化学セル１４ａ，１６ａを有しており、明快さのため、５つの電気化学セルしか概略的に示されず、電気化学セルのすべてには参照番号が示されていない。さらに、セルユニット１２ａの電気化学セル１４ａ，１６ａは、図１において縮尺通りには示されていない。特に、セルユニット１２ａの電気化学セル１４ａ，１６ａは、図１の概略図におけるよりもはるかに平坦な設計であってよい。例えば、セルユニット１２ａは、２０，３０，５０，１００，１５０または２００個の電気化学セルを備えてよい。

【0033】

セルユニット１２ａは、積み重なって配置される複数の電気化学セル１４ａ，１６ａを備えるセルスタック４６ａを有する。この場合、セルユニット１２ａのすべての電気化学セル１４ａ，１６ａは、セルスタック４６ａを形成するように積み重なる。さらに、この場合、セルユニット１２ａの電気化学セル１４ａ，１６ａは、互いに対して少なくともほぼ同一の設計である。この場合、セルスタック４６ａは、電解スタックである。セルユニット１２ａの電気化学セル１４ａ，１６ａは、スタック方向５０ａに積み重なる。スタック方向５０ａは、セルスタック４６ａのスタック厚さ方向に対応する。この場合、スタック方向５０ａは、第１電気化学セル１４ａの主要広がり平面に対し垂直に延びる。さらに、この場合、セルユニット１２ａの電気化学セル１４ａ，１６ａの主要広がり平面は、互いに平行に配置される。

【0034】

セルユニット１２ａは、第１端板５２ａおよび第２端板５４ａを有する。第１端板５２ａおよび第２端板５４ａは、セルスタック４６ａの対向する面に向かって、セルスタック４６ａの電気化学セル１４ａ，１６ａの範囲を定める。端板５２ａ，５４ａは、例えば、接続支柱によって互いに接続されており、セルスタック４６ａの電気化学セル１４ａ，１６ａに対し圧力を及ぼす。この圧力は、特に、水素ガスおよび／または酸素ガスの形成による圧力を減殺するか、特に、互いに押し合う電気化学セル１４ａ，１６ａの互いに対する気密性および／またはそれぞれの電気化学セル１４ａ，１６ａの気密性をもたらすか、少なくともその気密性に寄与する。

【0035】

電気化学デバイス１０ａは、電源への接続用に接触要素（図示せず）を有する。通常の動作状態では、セルユニット１２ａには、接触要素を介して電力が供給される。ここで、全電圧は、特に第１端板５２ａに当接する最初の電気化学セル５６ａと、特に第２端板５４ａに当接する最後の電気化学セル５８ａとの間に広がる。通常の動作状態では、特に上述されてもいるように、約１Ｖと約２．５Ｖとの間の電圧が、各々、セルユニット１２ａの個々の電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａにわたって広がっている。

【0036】

電気化学デバイス１０ａは、流体供給ユニット１８ａを有する。流体供給ユニット１８ａは、この場合、セルユニット１２ａ（特に、セルスタック４６ａ）に流体を供給するために提供される。この場合、流体は水（特に、脱イオン水）である。流体は、電解反応用の出発物質として機能する。さらに、この場合、これに加えて、流体は冷却材として機能する。しかしながら、電気化学デバイス１０ａは、特に、異なる流体（例えば、反応ガス、冷却材、反応流体など）の別々の供給用に提供される、複数の異なる流体供給ユニット１８ａを有することが基本的に考えられる。

【0037】

流体供給ユニット１８ａは、第１電気化学セル１４ａを通じて少なくとも断面方向に延びる１つ以上の第１流体供給経路２０ａを有する。さらに、流体供給ユニット１８ａは、第２電気化学セル１６ａを通じて少なくとも断面方向に延びる１つ以上の第２流体供給経路２２ａを有する。第１流体供給経路２０ａの進路および第２流体供給経路２２ａの進路は、線として図１に概略的に示される。第１流体供給経路２０ａおよび第２流体供給経路２２ａは、各々、流体が流れることが可能な容積を含む。

【0038】

流体供給ユニット１８ａは、通常の動作状態では、第１電気化学セル１４ａを通じる、また第２電気化学セル１６ａを通じる流体の体積流量が、少なくともほぼ同一となるように設計される。特に、通常の動作状態では、電気化学デバイス１０ａは、水素ガスを生成する。さらに、通常の動作状態では、セルユニット１２ａには、例えば流体回路（図示せず）および／またはポンプ（図示せず）によって、継続的に流体の流れが供給される。この場合、第１電気化学セル１４ａおよび第２電気化学セル１６ａは、少なくともほぼ同一の設計である。特に、第１電気化学セル１４ａおよび第２電気化学セル１６ａは、少なくともほぼ同一の設計の内部空間と、通常の動作状態において特に流体が流れる少なくともほぼ同一の設計の内部断面との一方または両方を有する。この場合、セルユニット１２ａの電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａの各々を通じる体積流量は、少なくともほぼ同一である。セルスタック４６ａの電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａは、通常の動作状態では、一様におよび／または同等におよび／または同一の体積流量にて流れる。

【0039】

電気化学デバイス１０ａを動作させる方法では、第１電気化学セル１４ａおよび第２電気化学セル１６ａには、第１電気化学セル１４ａを通じる、また第２電気化学セル１６ａを通じる流体の体積流量が少なくともほぼ同一であるように、流体が流れる。

【0040】

さらに、通常の動作状態では、第１流体供給経路２０ａにおける圧力損失は、第２流体供給経路２２ａにおける圧力損失に少なくともほぼ相当する。この場合、セルユニット１２ａの電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａの各々における圧力損失は、少なくともほぼ同一である。さらに、この場合、セルスタック４６ａには、スタック方向５０ａにおいて複数の電気化学セルにわたって広がる圧力勾配が存在しない。特に、最初の電気化学セル５６ａにおける圧力損失が、最後の電気化学セル５８ａにおける圧力損失に少なくともほぼ相当する。

【0041】

第１流体供給経路２０ａおよび第２流体供給経路２２ａは、少なくともほぼ等しい長さである。この場合、流体供給ユニット１８ａは、各電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａについて各々１つの流体供給経路２０ａ，２２ａを含み、流体供給経路２０ａ，２２ａは、各々１つの電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａに特に一意に割り当てられる。明快さのため、図１では、電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａと同様に、５つの流体供給経路２０ａ，２２ａしか示されず、２つしか参照番号が示されない。さらに、この場合、すべての流体供給経路２０ａ，２２ａが少なくともほぼ等しい長さである。

【0042】

第１流体供給経路２０ａおよび第２流体供給経路２２ａは、共通の導入部２４ａから電気化学セル１４ａ，１６ａに至る。さらに、第１流体供給経路２０ａおよび第２流体供給経路２２ａは、電気化学セル１４ａ，１６ａから共通の導出部２６ａに至る。導入部２４ａおよび導出部２６ａは、流体回路（図示せず）に接続されている。通常の動作状態では、流体は導入部２４ａからセルスタック４６ａを通じて導出部２６ａへと、導出部２６ａから、戻りライン、流体貯蔵部、フィルタ、ポンプのうちの１つ以上などを通じて導入部２４ａに戻るように循環する。導入部２４ａは、第１端板５２ａに接続されているか、第１端板５２ａにより少なくとも部分的には形成されているか、その両方である。導出部２６ａは、第２端板５４ａに接続されているか、第２端板５４ａにより少なくとも部分的には形成されているか、その両方である。導入部２４ａおよび導出部２６ａは、特に見られるようにスタック方向５０ａに平行に、互いに対してずれて配置される。

【0043】

流体供給ユニット１８ａは、通常の動作状態において、互いに少なくともほぼ平行に延びる導入流方向３２ａおよび導出流方向３４ａに流体を導くために提供される、１つ以上の導入チャネル２８ａおよび１つ以上の導出チャネル３０ａを有する。この場合、導入流方向３２ａは、導出流方向３４ａに対し平行に延びている。導入流方向３２ａは、スタック方向５０ａに対し平行に延びている。導出流方向３４ａは、スタック方向５０ａに対し平行に延びている。

【0044】

第１流体供給経路２０ａの第１導入部分３６ａの長さと第１導出部分３８ａの長さとの合計は、第２流体供給経路２２ａの第２導入部分４０ａの長さと第２導出部分４２ａの長さとの合計に少なくともほぼ相当する。特に、第１導入部分３６ａおよび第２導入部分４０ａのそれぞれは、各々、導入部２４ａから、第１電気化学セル１４ａに、また第２電気化学セル１６ａに、それぞれ延びている。さらに、この場合、第１導出部分３８ａおよび第２導出部分４２ａのそれぞれは、各々、第１電気化学セル１４ａから、また第２電気化学セル１６ａから、それぞれ導出部２６ａに延びている。この場合、第１導入部分３６ａは、第２導入部分４０ａよりも短い。さらに、この場合、第１導出部分３８ａは、第２導出部分４２ａよりも長い（特に、正確に同程度）。

【0045】

第１導入部分３６ａにおける圧力損失は、第２導入部分４０ａにおける圧力損失よりも大きい。さらに、第１導出部分３８ａにおける圧力損失は、第２導出部分４２ａにおける圧力損失よりも小さい。特に、第１導入部分３６ａと第１電気化学セル１４ａと第１導出部分３８ａとにおける部分的な圧力損失の合計は、第２導入部分４０ａと第２電気化学セル１６ａと第２導出部分４２ａとにおける部分的な圧力損失の合計に少なくともほぼ相当する。

【0046】

導入チャネル２８ａは、少なくとも部分的に、特に完全に、第１導入部分３６ａおよび第２導入部分４０ａを形成する。導出チャネル３０ａは、少なくとも部分的に、特に完全に、第１導出部分３８ａおよび第２導出部分４２ａを形成する。この場合、流体供給ユニット１８ａの各々１つの流体供給経路２０ａ，２２ａは、少なくとも断面方向に、導入チャネル２８ａを通じて、セルユニット１２ａの各々１つの電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａへと延びている。さらに、流体供給ユニット１８ａの各々１つの流体供給経路２０ａ，２２ａは、断面方向に、セルユニット１２ａの各々１つの電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａから、導出チャネル３０ａを通じて延びている。

【0047】

この場合、第１流体供給経路２０ａおよび第２流体供給経路２２ａについての例として本明細書に記載されているものは、セルユニット１２ａの電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａのすべての流体供給経路２０ａ，２２ａと同様に適用される。

【0048】

図２は、第１電気化学セル１４ａの機能要素４４ａを概略的な平面図により示す。この場合、機能要素４４ａは、セルスタック要素として設計されている。機能要素４４ａは、板状形態である。機能要素４４ａは、例えば、バイポーラ板、圧力パッド、穿孔板、スクリーン板、膜などであってよい。上記のように、第１電気化学セル１４ａは、複数の異なる機能要素４４ａ、特に、図面には個々に図示されない異なる機能的セルスタック要素から形成される。さらに、上記のように、セルスタック４６ａは、セルスタック４６ａとセルスタック４６ａの電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａとを形成する、異なるセルスタック要素の複数の反復ユニットを備える。

【0049】

機能要素４４ａは、第１流体供給経路２０ａの１区画以上と第２流体供給経路２２ａの１区画以上とを形成する。上記の部分の長さは、機能要素４４ａの厚さに少なくともほぼ相当し、特に、約０．１ｍｍから数ミリメートルまでの範囲にある。

【0050】

機能要素４４ａは、この場合リードスルーとして設計される、第１凹部６０ａを有する。第１凹部６０ａは、他の機能要素の、特に類似設計である他の凹部と一直線に（特に、整列して）配置されるために、および／または、該他の凹部とともに導入チャネル２８ａを形成するために、提供される。導入チャネル２８ａは、特に、異なる電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａの複数の異なる機能要素４４ａを通じて延びている。この場合、機能要素４４ａは、類似設計の３つの第１凹部６０ａ，６２ａ，６４ａを有する。対応して、流体供給ユニット１８ａは、この場合、類似設計であるとともに特に平行に延びる３つの導入チャネル２８ａを有する。

【0051】

機能要素４４ａは、この場合リードスルーとして設計される、第２凹部６６ａを有する。第２凹部６６ａは、他の機能要素の、特に類似設計である他の凹部と一直線に（特に、整列して）配置されるために、および／または、該他の凹部とともに導出チャネル３０ａを形成するために、提供される。導出チャネル３０ａは、特に、異なる電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａの複数の異なる機能要素４４ａを通じて延びている。この場合、機能要素４４ａは、類似設計の３つの第２凹部６６ａ，６８ａ，７０ａを有する。対応して、流体供給ユニット１８ａは、この場合、類似設計であるとともに特に平行に延びる３つの導出チャネル３０ａを有する。

【0052】

凹部６０ａ，６２ａ，６４ａ，６６ａ，６８ａ，７０ａは、第１流体供給経路２０ａが第１電気化学セル１４ａを通じて至ることが可能であるように、第１電気化学セル１４ａの内部に向かって開いている。特に、第１流体供給経路２０ａは、導入チャネル２８ａから第１電気化学セル１４ａの内部空間へと、および／または第１電気化学セル１４ａの内部空間から導出チャネル３０ａへと、分岐する。セルスタック４６ａの機能要素４４ａは、流体供給ユニット１８ａの電気化学セル１４ａ，１６ａ，５６ａ，５８ａと流体供給経路２０ａ，２２ａとを形成する。凹部６０ａ，６２ａ，６４ａ，６６ａ，６８ａ，７０ａは、ともに、機能要素４４ａの幅の少なくとも支配的な一部にわたって広がるように配置され、それによって、横断方向における圧力勾配が避けられるか、一様な流体の流れが達成されるか、その両方が有利には可能となる。

【0053】

導入チャネル２８ａが相互接続されるか、流体供給ユニット１８ａが、特に機能要素４４ａの幅の少なくとも支配的な一部にわたって延びている単一の導入チャネル２８ａ有するか、が考えられる。導出チャネル３０ａは、同様に相互接続されてよい。同様に、流体供給ユニット１８ａは、同様に、単一の幅広な導出チャネル３０ａを有してよい。

【0054】

図３は、電気化学デバイス１０ａを、スタック方向５０ａにおいて見られるように概略的な正面図により示す。この場合、導入部２４ａは複数の分岐ラインとして設計されており、各々１つのラインの分岐は、導入チャネル２８ａのうちの１つに接続されている。同様に、導出部２６ａは複数の分岐ラインとして設計されており、各々１つのラインの分岐は、導出チャネル３０ａのうちの１つに接続されている。したがって、特に、セルユニット１２ａ内の流体供給経路２０ａ，２２ａと同様に、流体供給経路２０ａ，２２ａのいずれも、導入部２４ａの主要ラインから導出部２６ａの主要ラインに進行する等しい長さである。

【0055】

図４～図６は、本発明の３つのさらなる例示的な実施形態を示す。以下の記載および図面は、例示的な実施形態間の差にほぼ限定され、同一に示される構成要素に関して、特に同一の参照番号を有する構成要素に関して、他の例示的な実施形態の図面および／または記載（特に、図１～図３の）に対して、参照も基本的になさ得る。例示的な実施形態を区別するため、図１～図３における例示的な実施形態の参照番号に対して、添字としてアルファベット文字ａが追加されている。図４～図６の例示的な実施形態では、アルファベット文字ａがアルファベット文字ｂ～ｄにより置き換えられている。

【0056】

図４は、第１の代替の電気化学デバイス１０ｂを概略的な側面図により示す。第１の代替の電気化学デバイス１０ｂは、１つ以上の第１電気化学セル１４ｂと１つ以上の第２電気化学セル１６ｂとを備えるセルユニット１２ｂを有する。さらに、第１の代替の電気化学デバイス１０ｂは、セルユニット１２ｂに１以上の流体を供給するための流体供給ユニット１８ｂを有する。流体供給ユニット１８ｂは、第１電気化学セル１４ｂを通じて少なくとも断面方向に延びている１つ以上の第１流体供給経路２０ｂと、第２電気化学セル１６ｂを通じて少なくとも断面方向に延びている１つ以上の第２流体供給経路２２ｂとを備える。流体供給ユニット１８ｂは、１以上の通常の動作状態において、第１電気化学セル１４ｂを通じる、また第２電気化学セル１６ｂを通じる流体の体積流量が、少なくともほぼ同一であるように設計される。この場合、第１流体供給経路２０ｂおよび第２流体供給経路２２ｂは、少なくともほぼ等しい長さである。

【0057】

流体供給ユニット１８ｂは、電気化学セル１４ｂ，１６ｂの外および／またはセルユニット１２ｂの外に配置されている１つ以上の導入チャネル２８ｂを備える。導入チャネル２８ｂは、流体供給ユニット１８ｂの流体供給経路２０ｂ，２２ｂについて共通の導入チャネルである。さらに、流体供給ユニット１８ｂは、電気化学セル１４ｂ，１６ｂの外および／またはセルユニット１２ｂの外に配置されている、１つ以上の導出チャネル３０ｂを備える。導出チャネル３０ｂは、流体供給経路２０ｂ，２２ｂについて共通の導出チャネルである。

【0058】

この場合、第１電気化学セル１４ｂおよび第２電気化学セル１６ｂには、特に一意に、セルユニット１２ｂの外に配置されている１つの給送部７２ｂ，７４ｂが各々割り当てられている。給送部７２ｂ，７４ｂは、側方方向において、電気化学セル１４ｂ，１６ｂへと至る。電気化学セル１４ｂ，１６ｂには、流体が個々におよび／または互いに独立して供給される。給送部７２ｂ，７４ｂは、共通の導入チャネル２８ｂへと開いている。同様に、流体供給ユニット１８ｂは、対応する放出部７６ｂ，７８ｂを備える。この場合、セルユニット１２ｂの各電気化学セル１４ｂ，１６ｂには、各々１つ以上の個々の給送部７２ｂ，７４ｂおよび／または各々１つ以上の個々の放出部７６ｂ，７８ｂが、一意に割り当てられる。

【0059】

流体供給ユニット１８ｂの示される構造によって、特に、任意に配置される電気化学セルには、特に、積み重なって配置されても一列に配置されてもいない電気化学セルにも、流体が一様に同様に供給されることが可能となる。

【0060】

図５は、第１の代替の電気化学デバイス１０ｃを概略的な側面図により示す。第１の代替の電気化学デバイス１０ｃは、１つ以上の第１電気化学セル１４ｃと１つ以上の第２電気化学セル１６ｃとを備えるセルユニット１２ｃを有する。さらに、第１の代替の電気化学デバイス１０ｃは、セルユニット１２ｃに１以上の流体を供給するための流体供給ユニット１８ｃを有する。流体供給ユニット１８ｃは、第１電気化学セル１４ｃを通じて少なくとも断面方向に延びている１つ以上の流体供給経路２０ｃと、第２電気化学セル１６ｃを通じて少なくとも断面方向に延びている１つ以上の第２流体供給経路２２ｃとを備える。流体供給ユニット１８ｃは、１以上の通常の動作状態において、第１電気化学セル１４ｃを通じる、また第２電気化学セル１６ｃを通じる流体の体積流量が少なくともほぼ同一であるように設計される。この場合、第１流体供給経路２０ｃおよび第２流体供給経路２２ｃは、少なくともほぼ等しい長さである。

【0061】

この場合、セルユニット１２ｃは、複数のセルスタック４６ｃ，８０ｃ，８２ｃ（例えば、３つのセルスタック４６ｃ，８０ｃ，８２ｃ）を備え、任意の他の所望の数が考えられる。第１電気化学セル１４ｃおよび第２電気化学セル１６ｃは、セルユニット１２ｃの異なるセルスタック４６ｃ，８０ｃに配置されている。セルスタック４６ｃ，８０ｃ，８２ｃは、電気的に直列に接続されているが、しかしながら、並列接続も考えられる。セルスタック４６ｃ，８０ｃ，８２ｃは、セルスタック４６ｃ，８０ｃ，８２ｃに同一の長さの流体供給経路が各々割り当てられるように、液圧的に接続されている。この場合、個々のセルスタック４６ｃ，８０ｃ，８２ｃを通じる体積流量は、互いに少なくともほぼ同一である。特に、セルスタック４６ｃ，８０ｃ，８２ｃは、図１～図３の例示的な実施形態の電気化学セル１４ａ，１６ａと同様に、液圧的に接続されている。

【0062】

図６は、第１の代替の電気化学デバイス１０ｄを概略的な側面図により示す。第１の代替の電気化学デバイス１０ｄは、１つ以上の第１電気化学セル１４ｄと１つ以上の第２電気化学セル１６ｄとを備えるセルユニット１２ｄを有する。さらに、第１の代替の電気化学デバイス１０ｄは、セルユニット１２ｄに１以上の流体を供給するための流体供給ユニット１８ｄを有する。流体供給ユニット１８ｄは、第１電気化学セル１４ｄを通じて少なくとも断面方向に延びている１つ以上の第１流体供給経路２０ｄと、第２電気化学セル１６ｄを通じて少なくとも断面方向に延びている１つ以上の第２流体供給経路２２ｄとを備える。流体供給ユニット１８ｄは、１以上の通常の動作状態において、第１電気化学セル１４ｄを通じる、また第２電気化学セル１６ｄを通じる流体の体積流量が少なくともほぼ同一であるように設計される。この場合、第１流体供給経路２０ｄおよび第２流体供給経路２２ｄは、少なくともほぼ等しい長さである。

【0063】

セルユニット１２ｄは、複数のセルスタック４６ｄ，８０ｄ，８２ｄを備える。セルスタック４６ｄ，８０ｄ，８２ｄは、図４の例示的な実施形態の電気化学セル１４ｂ，１６ｂと同様に、液圧的に接続されている。個々のセルスタック４６ｄ，８０ｄ，８２ｄの電気化学セル１４ｄ，１６ｄは、各々、互いに直列に液圧的に接続されている。セルスタック４６ｄ，８０ｄ，８２ｄの各々には、示されるように、流体供給ユニット１８ｄにより流体が供給されることも考えられるが、しかしながら、各スタックの個々の電気化学セル１４ｄ，１６ｄには一様でないように流体が供給される。例えば、各セルスタック４６ｄ，８０ｄ，８２ｄの場合には、特に、異なる体積流量が各セルスタック４６ｄ，８０ｄ，８２ｄの個々の電気化学セル１４ｄ，１６ｄを通じて流れるように、導入部および導出部が同じ側に配置されること、および／または導入部が導出部方向と反対に延びることが考えられるが、しかしながら、セルスタック４６ｄ，８０ｄ，８２ｄにおいて類似の符号を付している電気化学セル１４ｄ，１６ｄには、各々、少なくともほぼ同一に流れる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】