DE10109654A1 - Brennstoffzelle - Google Patents
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Abstract
Eine Brennstoffzelle ist aus einer Aufschichtung (10) mehrerer Einheitszellen ausgebildet, wobei jede Einheitszelle eine von Separatoren (1D) gehaltene Elektrodeneinheit und jede Elektrodeneinheit eine von einem Paar Elektroden gehaltene Festpolymerelektrolytmembran aufweist. In Aufschichtungsrichtung der Aufschichtung verlaufen Fluiddurchlässe (15M) durch die Aufschichtung hindurch. Mit zumindest einem der durch die Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässe steht ein isolierendes Zuführungs-Abgabebauteil (22) in Verbindung, das einen Fluiddurchlass (15B) aufweist. Zwischen dem Zuführungs-Abgabebauteil und der Aufschichtung wird ein Stromkollektorbauteil (20) gehalten. Ein Sperrmittel (25) ist so positioniert, dass es das Stromkollektorbauteil von einem Fluid in dem Fluiddurchlass des Zuführungs-Abgabebauteils und von den durch die Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässen fluidtrennt. Die Brennstoffzelle hat eine hohe Zuverlässigkeit und einen hohen Wirkungsgrad bei der Erzeugung elektrischer Leistung und kann zu niedrigen Kosten hergestellt werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle mit hoher
Zuverlässigkeit und hohem Wirkungsgrad bei der
Elektrizitätserzeugung. Die Erfindung betrifft außerdem
eine Brennstoffzelle mit gutem Kostenverhältnis aufgrund
eines verbesserten Montagevorgangs.
Die Luftverschmutzung durch Automobilabgase stellt ein
gravierendes Problem dar. Um die Automobilabgase zu
vermindern, wurden verschiedene Bauarten elektrischer
Fahrzeuge eingeführt. Allerdings sind elektrische Fahrzeuge
bislang nicht besonders beliebt, da sie beispielsweise
häufig mit Strom aufgeladen werden müssen und eine
unzureichende Reichweite haben.
In letzter Zeit haben aufgrund von Umweltbedenken
Automobile starke Beachtung gefunden, die Brennstoffzellen
einsetzen. Solche Brennstoffzellen erzeugen unter
Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff durch eine
Elektrolyse-Umkehrreaktion Elektrizität und geben bis auf
Wasser keine anderen Stoffe ab. Die vielversprechendsten
Brennstoffzellen zur Verwendung an Bord sind die der
Festpolymerelektrolyt-Bauart, die bei niedriger Umgebungs
temperatur betrieben werden können.
Die Brennstoffzelle umfasst eine Aufschichtung mehrerer
Einheitszellen, die zur Erzeugung eines gewünschten
Leistungsniveaus imstande sind. Eine Einheitszelle weist
eine Elektrodeneinheit und Separatoren auf. Die Elektroden
einheit weist einen zwischen zwei Elektroden (d. h. zwischen
einer Brennstoffelektrode und einer Oxidationsmittel
elektrode) vorgesehenen Elektrolyten auf. Jeder Separator
hat Gasdurchgangsleitungen, um das Brennstoffgas oder das
Oxidationsgas zuzuführen. Jede Elektrodeneinheit wird
zwischen zwei Separatoren gehalten. Als Elektrolyt für die
Festpolymerelektrolyt-Brennstoffzelle wird eine Fest
polymerelektrolytmembran eingesetzt.
Parallel zur Aufschichtungsrichtung der Aufschichtung
verlaufen Gaszuführungsverteiler und Gasabgabeverteiler.
Die Gaszuführungsverteiler führen den Gasdurchgangs
leitungen der Separatoren das Brennstoffgas und das
Oxidationsgas zu. Die Gasabgabeverteiler geben aus den
Separatoren Emissionsprodukte ab. Einige Separatoren weisen
Kühlmitteldurchgangsleitungen auf, um die Brennstoffzelle
innerhalb eines geeigneten Temperaturbereichs zu halten. Um
das Kühlmittel in den Kühlmitteldurchgangsleitungen des
Separators zu zirkulieren, sind parallel zur
Aufschichtungsrichtung der Aufschichtung zudem ein
Kühlmittelzuführungsverteiler und ein Kühlmittelabgabe
verteiler vorgesehen.
Die Gaszuführungsverteiler für Brennstoffgas und
Oxidationsgas, der Kühlmittelzuführungsverteiler und der
Kühlmittelabgabeverteiler sind üblicherweise als eine Reihe
Verbindungslöcher ausgebildet, die sich in Randteilen der
Separatoren befinden. Die Ausgangsleistung der Brennstoff
zelle wird an Stromkollektorplatten abgegriffen, die an
beiden Enden der Aufschichtung vorgesehen sind. An den
Außenseiten der Stromkollektorplatten befinden sich
Isolationsverkleidungen. An den Außenseiten der Isolations
verkleidungen sind Pressbauteile vorgesehen, um die
Aufschichtung durch Druck auf die Mitte der Aufschichtung
zusammenzuhalten.
Der Aufbau einer herkömmlichen Brennstoffzelle ist in der
am 4. April 1997 veröffentlichten Japanischen Offenlegungs
schrift Nr. H09-266007 offenbart. Bei diesem Stand der
Technik umfasst die Brennstoffzelle Stromkollektorplatten
und Ausgangsanschlüsse. Die Stromkollektorplatten sind
parallel zu den Einheitszellen angeordnet und weisen
Lochabschnitte auf, um Zuführungs- und Abgabeverteiler zu
bilden.
Eine weitere herkömmliche Brennstoffzelle ist in der am
7. Oktober 1997 veröffentlichten Japanischen Offenlegungs
schrift Nr. H09-92324 offenbart. Bei diesem Stand der
Technik umfasst die Brennstoffzelle Zuführungs-Abgabe
bauteile und Stromkollektorplatten. Die Zuführungs-Abgabe
bauteile befinden sich in Aufschichtungsrichtung der
Aufschichtung in der Mitte. Die Stromkollektorplatten
weisen keine Lochabschnitte auf, um Zuführungs- und
Abgabeverteiler zu bilden. Bei diesem Stand der Technik
werden das Brennstoffgas, das Oxidationsgas und das
Kühlmittel über Zuführungs- und Abgabeverteiler zugeführt
und abgegeben, die von einer Seite der Aufschichtung aus
senkrecht zur Aufschichtungsrichtung der Aufschichtung
verlaufen.
Die in der Veröffentlichung Nr. H09-266007 offenbarte
herkömmliche Brennstoffzelle hat jedoch folgende Nachteile.
Da die Zuführungs- und Abgabeverteiler durch die Loch
abschnitte der Stromkollektorplatten hindurch verlaufen,
sind die jeweiligen Teile der Stromkollektorplatten dem
reduzierend wirkenden Brennstoffgas, dem oxidierend
wirkenden Oxidationsgas oder einem Kühlmittel ausgesetzt.
Das Material der Stromkollektorplatte muss daher eine
hervorragende Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Obwohl Kohlenstoff eine hervorragende Korrosionsbeständig
keit hat und typischerweise für eine Stromkollektorplatte
verwendet wird, ist es sehr teuer und hat einen höheren
elektrischen Widerstand als Metall. Wenn die Strom
kollektorplatte einen hohen elektrischen Widerstand
aufweist, wird ein Teil der von der Brennstoffzelle
erzeugten elektrischen Leistung an der Stromkollektorplatte
verbraucht. Daher sinkt der Wirkungsgrad bei der Erzeugung
elektrischer Leistung. Falls das Material der Strom
kollektorplatte Kohlenstoff ist, lässt sich die elektrische
Leitung außerdem nur schwer mit dem Ausgangsanschluss der
Stromkollektorplatte verbinden. Darüber hinaus kann der
Ausgangsanschluss der aus Kohlenstoff bestehenden Strom
kollektorplatte leicht brechen, da Kohlenstoff ein
zerbrechliches Material ist.
Diese Nachteile können durch den Einsatz von Metall für die
Stromkollektorplatte gelöst werden. Allerdings ließe sich
dadurch nicht das Problem der Korrosion der Metall
kollektorplatte lösen, da das Abgas Wasser enthält, das an
der Elektrode durch die Reaktion von Wasserstoff und
Sauerstoff gebildet wird. Darüber hinaus könnte eine solche
Korrosion der Stromkollektorplatte aufgrund der in der
Brennstoffzelle erzeugten elektromotorischen Kraft durch
eine elektrochemische Reaktion verstärkt werden.
Um das Korrosionsproblem zu lösen, kann die Stromkollektor
platte mit einem korrosionsbeständigen Material wie etwa
Gold beschichtet werden. Eine solche Goldbeschichtung ist
jedoch teuer. Außerdem verkürzt sich die Langzeit
haltbarkeit der Kollektorplatte, da sich eine Grübchen
bildung kaum abstellen lässt.
Als eine alternative Möglichkeit zur Lösung des Korrosions
problems wurde daran gedacht, die Stromkollektorplatte mit
einer Dichtung abzudecken, die die Umgebung der
Verbindungslöcher abdichtet. Allerdings ist es aufgrund des
komplizierten Aufbaus der Dichtung schwierig, eine solche
Brennstoffzelle herzustellen, sodass die Brennstoffzelle
teurer wird.
Die in der Veröffentlichung Nr. H09-92324 offenbarte
herkömmliche Brennstoffzelle zeigt ähnliche Nachteile. Sie
hat zwar nicht den Nachteil im Zusammenhang mit dem
elektrischen Ausgangsanschluss, da die Stromkollektor
platten keinem Brennstoffgas, Oxidationsgas oder Kühlmittel
ausgesetzt sind. Doch ist es notwendig, bei den in
Aufschichtungsrichtung betrachtet in der Mitte der
Aufschichtung befindlichen Verbindungslöchern für die
Gaszuführungs- und -abgabeteile elektrisch leitfähige
Materialien einzusetzen.
Damit diese Art von Brennstoffzelle funktionsfähig ist,
müssen die Zuführungs- und Abgabeteile darüber hinaus
Verbindungslöcher aufweisen, die in mehreren Richtungen
verlaufen. Dementsprechend ist die Herstellung dieser
Brennstoffzelle aufgrund ihres komplizierten Aufbaus
äußerst schwierig. Diese Art von Brennstoffzelle wird
deswegen zu teuer.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die obigen aus dem
Stand der Technik bekannten Nachteile und Schwierigkeiten
zu überwinden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen
Aufbau einer Brennstoffzelle mit hoher Zuverlässigkeit,
hoher elektrischer Leistungserzeugung und geringen
Herstellungskosten zur Verfügung zu stellen.
Um die oben genannten Nachteile und Schwierigkeiten zu
überwinden, umfasst die erfindungsgemäße Brennstoffzelle
eine aus einer Aufschichtung mehrerer Einheitszellen
ausgebildete Brennstoffzelle, bei der jede Einheitszelle
eine von Separatoren gehaltene Elektrodeneinheit aufweist
und jede Elektrodeneinheit eine von einem Paar Elektroden
gehaltene Festpolymerelektrolytmembran aufweist. Durch die
Aufschichtung verlaufen in Aufschichtungsrichtung der
Aufschichtung Fluiddurchlässe. Mit zumindest einem der
durch die Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässe steht
ein einen Fluiddurchlass aufweisendes isolierendes
Zuführungs-Abgabebauteil in Verbindung. Zwischen dem
Zuführungs-Abgabebauteil und der Aufschichtung wird ein
Stromkollektorbauteil gehalten. Ein Sperrmittel oder
Isolationsbauteil ist so positioniert, dass es das Strom
kollektorbauteil von einem Fluid in dem Fluiddurchlass des
Zuführungs-Abgabebauteil und von den durch die
Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässen fluidtrennt
oder -isoliert.
Da das Stromkollektorbauteil von dem korrosiven Fluid
isoliert ist, korrodiert das Stromkollektorbauteil nicht,
sodass die Zuverlässigkeit der Brennstoffzelle erhöht
werden kann.
Da das Stromkollektorbauteil außerdem kein Abdichtungs
bauteil benötigt, kann der Aufbau der Brennstoffzelle
vereinfacht und können die Herstellungskosten der Brenn
stoffzelle gesenkt werden. Da das Stromkollektorbauteil
klein ist, lassen sich die Herstellungskosten der Brenn
stoffzelle weiter senken.
Bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle kann ein
elektrischer Ausgangsanschluss, der mit dem Stromkollektor
bauteil verbunden ist, durch das Zuführungs-Abgabebauteil
hindurch von der Brennstoffzelle aus nach außen vorragen.
Da der elektrische Ausgangsanschluss von der Brennstoff
zelle aus durch das Zuführungs-Abgabebauteil hindurch nach
außen vorragt, kann der elektrische Ausgangsanschluss auch
dann von dem Zuführungs-Abgabebauteil aus nach außen
vorragen, wenn die Elektrode von dem Zuführungs-Abgabe
bauteil umgeben ist.
Sowohl für den elektrischen Ausgangsanschluss wie auch für
das Stromkollektorbauteil lässt sich ein Metall mit hervor
ragender elektrischer Leitfähigkeit einsetzen. Daher lässt
sich der Leistungsverlust der Brennstoffzelle verringern
und der Wirkungsgrad bei der Erzeugung elektrischer
Leistung verbessern.
Da der elektrische Ausgangsanschluss aus einem Metall
bestehen kann, kann sein elektrischer Widerstand an der
Kontaktstelle zwischen dem elektrischen Ausgangsanschluss
und externen Schaltungen gesenkt werden. Dank der
Haltbarkeit eines aus Metall gefertigten elektrischen
Ausgangsanschluss lässt sich außerdem die Zuverlässigkeit
der Brennstoffzelle erhöhen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ragt der elektrische
Ausgangsanschluss von der Aufschichtung aus in
Aufschichtungsrichtung der Aufschichtung nach außen vor.
Da sich der elektrische Ausgangsanschluss in der Nähe der
Mitte des Stromkollektorbauteils anordnen lässt, lässt sich
der Abstand zwischen dem elektrischen Ausgangsanschluss und
dem Stromkollektorbauteil verringern. Wegen des kleineren
Stromkollektorbauteils lassen sich dementsprechend die
Herstellungskosten der Brennstoffzelle senken.
Darüber hinaus kann der Aufbau des Zuführungs-Abgabe
bauteils, durch das der elektrische Ausgangsanschluss
verläuft, vereinfacht werden, sodass sich die Herstellungs
kosten der Brennstoffzelle weiter senken lassen.
Erfindungsgemäß weist die Brennstoffzelle einen Einlass mit
einem Flanschanschluss und einen Auslass mit einem weiteren
Flanschanschluss auf. Diese Flanschanschlüsse stoßen an das
Zuführungs-Abgabebauteil, sodass das Fluid durch den
Einlass und den Auslass strömen kann. Die Brennstoffzelle
umfasst außerdem ein Pressbauteil, um das Zuführungs-
Abgabebauteil zur Mitte der Aufschichtung hin zu pressen
und um die Flanschanschlüsse zu dem Zuführungs-Abgabe
bauteil hin zu pressen.
Erfindungsgemäß lassen sich der Einlass, der Auslass und
das Zuführungs-Abgabebauteil separat fertigen. Außerdem
können der Einlass und der Auslass jeweils mit dem
Zuführungsdurchlass und dem Abgabedurchlass verbunden
werden. Daher können für den Einlass und den Auslass die
besten Materialien gewählt werden. Darüber hinaus lassen
sich die Herstellungskosten der Brennstoffzelle senken. Da
sich die Flanschanschlüsse ohne Weiteres aus einem
korrosionsbeständigen Material wie etwa rostfreiem Stahl
formen lassen, können der Einlass und der Auslass zu
geringen Kosten hergestellt werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das
Zuführungs-Abgabebauteil einen Mantelabschnitt, der durch
das Pressbauteil verläuft und den elektrischen Ausgangs
anschluss aufnimmt.
Da sich der elektrische Ausgangsanschluss in dem Mantel
befindet, der isolierend ist, kann als Pressbauteil ein
Metall mit hoher Festigkeit und hoher Steifigkeit verwendet
werden. Der elektrische Ausgangsanschluss kann daher dem
durch die Fluidzuführung zur Brennstoffzelle bedingten
Innendruck der Brennstoffzelle standhalten.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das
Pressbauteil einen Schutzabschnitt auf, der zumindest einen
Teil des Zuführungs-Abgabebauteils bedeckt.
Da das Zuführungs-Abgabebauteil von dem Schutzabschnitt
bedeckt ist, kann eine Beschädigung des Zuführungs-Abgabe
bautelis infolge eines erhöhten Innendrucks der Brennstoff
zelle verhindert werden. Dementsprechend lässt sich die
Zuverlässigkeit der Brennstoffzelle erhöhen.
Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung gehen
aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung hervor, in
der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Es
zeigen:
Fig. 1 im Querschnitt eine Teilansicht einer Aufschichtung
bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 im Teilschnitt eine Ansicht einer Brennstoffzelle
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Stromkollektorplatte gemäß
diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 von der Seite einer Stromkollektorplatte aus gesehen
einen Separator gemäß diesem Ausführungsbeispiel der
Erfindung, der mit der Stromkollektorplatte in Kontakt
steht;
Fig. 5 eine Vorderansicht eines Pressbauteils gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 6 im Teilschnitt eine Ansicht eines abgewandelten
Ausführungsbeispiels der Erfindung, das einen elektrischen
Ausgangsanschluss mit unterschiedlicher Form aufweist.
Es wird zunächst auf das in den Fig. 1 bis 5 gezeigte
Ausführungsbeispiel der Erfindung Bezug genommen, bei dem
eine Festpolymerelektrolytmembran 4 zwischen zwei
Elektroden, und zwar einer Oxidationsmittelelektrode 5 und
einer Brennstoffelektrode 6, gehalten wird, um dadurch die
zwei Elektroden zu verbinden. Die Festpolymerelektrolyt
membran 4 ist größer als die Oxidationsmittelelektrode 5
und auch als die Brennstoffelektrode 6. Infolgedessen ragt
der Außenrandabschnitt der Festpolymerelektrolytmembran 4
von den jeweiligen Außenrändern der Oxidationsmittel
elektrode 5 und der Brennstoffelektrode 6 vor. An dem
vorragenden Abschnitt der Festpolymerelektrolytmembran 4
ist durch Spritzguss eine Ethylen-Propylen-Gummidichtung 7
ausgebildet. Die Festpolymerelektrolytmembran 4, die
Oxidationsmittelelektrode 5, die Brennstoffelektrode 6 und
die Dichtung 7 bilden eine Elektrodeneinheit 3.
Von einem Separator 1A, einem Separator 1B und einer
Elektrodeneinheit 3 wird eine Einheitszelle 2a gebildet.
Die Elektrodeneinheit 3 wird zwischen dem Separator 1A und
dem Separator 1B getragen und gehalten. Außerdem wird von
dem Separator 1B und einem Separator 1C und einer
Elektrodeneinheit 3 eine weitere Einheitszelle 2b gebildet.
Jede Elektrodeneinheit 3 wird zwischen dem Separator 1B und
einem weiteren Separator getragen und gehalten. Da sich die
Einheitszelle 2a und die Einheitszelle 2b den Separator 1B
teilen, kann die Brennstoffzelle bei diesem Ausführungs
beispiel eine kleine Größe aufweisen. Die Aufschichtung 10
wird durch eine Vielzahl der Einheitszellen 2a und 2b
gebildet.
Eine der Dichtungen 7 wird von dem Separator 1A und dem
Separator 1B getragen. Eine andere Dichtung 7 wird von dem
Separator 1B und dem Separator 1C getragen. Diese
Dichtungen 7 dichten die Ränder der Separatoren 1A, 1B und
1C hermetisch ab, sodass das Brennstoffgas, das Oxidations
gas und das Kühlmittel innen bleiben. Außerdem ist zwischen
dem Separator 1A und dem Separator 1C eine Dichtung 7a
angeordnet, um das Brennstoffgas, das Oxidationsgas und das
Kühlmittel innen zu halten.
Auf dem Separator 1A und dem Separator 1B sind jeweils
Brennstoffgaszuführungsleitungen 11a angeordnet, um das
Brennstoffgas zwischen dem Separator 1A und der Elektroden
einheit 3 und zwischen dem Separator 1B und der Elektroden
einheit 3 durchzulassen. Auf dem Separator 1B und dem
Separator 1C sind jeweils Oxidationsgaszuführungsleitungen
11b angeordnet, um das Oxidationsgas zwischen dem Separator
1B und der Elektrodeneinheit 3 und zwischen dem Separator
1C und der Elektrodeneinheit 3 durchzulassen. Zwischen dem
Separator 1A und dem Separator 1C befindet sich keine
Elektrodeneinheit 3. Zwischen dem Separator 1C und dem
Separator 1A ist eine Kühlwasserzuführungsleitung 11c
angeordnet, um Kühlwasser durchzulassen.
Fig. 4 zeigt eine Vorderansicht eines Separators 1D. Die
anderen Separatoren 1A, 1B und 1C weisen bezüglich der
Zuführungslöcher und Abgabelöcher den gleichen Aufbau wie
der Separator 1D auf. An den Separatoren 1A, 1B, 1C, 1D
sind die Dichtungen 7, Brennstoffgaszuführungslöcher 13,
Brennstoffgasabgabelöcher 9, Oxidationsgaszuführungslöcher
15, Oxidationsgasabgabelöcher 16, Kühlmittelzuführungs
löcher 17 und Kühlmittelabgabelöcher 18 vorgesehen.
Wenn die Separatoren in der Brennstoffzelle zusammengebaut
sind, bilden die Oxidationsgaszuführungslöcher 15 einen
Oxidationsgaszuführungsverteiler 15M. Der Oxidationsgas
zuführungsverteiler 15M ist ein Oxidationsgasdurchlass, der
entlang der Aufschichtungsrichtung der Aufschichtung ein
Oxidationsgas durchlässt.
Entsprechend bilden die Oxidationsgasabgabelöcher 16, die
Brennstoffgaszuführungslöcher 13, die Brennstoffgasabgabe
löcher 9, die Kühlmittelzuführungslöcher 17 und die Kühl
mittelabgabelöcher 18 einen Oxidationsgasabgabeverteiler
16M, einen Brennstoffgaszuführungsverteiler 13M, einen
Brennstoffgasabgabeverteiler 9M, einen Kühlmittel
zuführungsverteiler 17M und einen Kühlmittelabgabeverteiler
18M, wenn diese Komponenten in der Brennstoffzelle
zusammengebaut sind.
Auf den Separatoren 1A, 1B, 1C und 1D sind Vertiefungen 8
vorgesehen. Die Vertiefungen 8 stehen mit Vorsprüngen der
Dichtungen 7 in Kontakt, um das Brennstoffgas, das
Oxidationsgas und das Kühlmittel innen zu halten, wenn die
Separatoren in der Brennstoffzelle zusammengebaut sind. An
den vier Ecken der Separatoren 1A, 1B, 1C und 1D befinden
sich Schraubenlöcher, um Schrauben einzuführen, wenn diese
Komponenten zu der Brennstoffzelle zusammengebaut werden.
Auf dem Separator 1D ist eine Kontaktebene 30 für eine
Stromkollektorplatte 20 vorgesehen. Die Kontaktebene ist
eine flache Ebene, mit der die Stromkollektorplatte 20 in
Kontakt gebracht wird.
Die Stromkollektorplatte 20 stellt das Stromkollektor
bauteil dar, das mit der Kontaktebene 30 der Aufschichtung
10 zu verbinden ist. An den Außenseiten der Stromkollektor
platten 20 befinden sich Zuführungs-Abgabebauteile 22 aus
elektrisch isolierend wirkendem Poly(phenylensulfid). Die
Stromkollektorplatte 20 wird zwischen den Zuführungs-
Abgabebauteilen 22 und der Aufschichtung 10 gehalten.
An den Außenseiten der Zuführungs-Abgabebauteile 22
befinden sich Endplatten 23. Die Endplatten 23 stellen aus
einer Aluminiumdruckgusslegierung angefertigte Press
bauteile dar. Die Stromkollektorplatten 20 haben ungefähr
die gleiche Größe wie die Elektroden und sind an der
Innenseite der Vertiefungen 8 angeordnet.
Die Stromkollektorplatte 20 ist mit einem elektrischen
Anschluss 21 verbunden. Die Stromkollektorplatte 20 und der
elektrische Anschluss 21 bestehen beide aus Kupfer. Der
elektrische Anschluss 21 ist L-förmig, wobei eine Seiten
fläche des elektrischen Anschlusses 21 an die Strom
kollektorplatte 20 geschweißt ist.
Eines der Zuführungs-Abgabebauteile 22 weist einen an einem
oberen Abschnitt des Zuführungs-Abgabebauteils 22
vorgesehenen Oxidationsgaszuführungsdurchlass 15B auf (in
Fig. 2 auf der rechten Seite gezeigt), um den Oxidations
gaszuführungsdurchlass 15B mit dem Oxidationsgaszuführungs
verteiler 15M in Verbindung zu bringen. Das Zuführungs-
Abgabebauteil 22 weist außerdem einen entsprechenden
Brennstoffgaszuführungsdurchlass und einen (nicht
gezeigten) Kühlmittelzuführungsdurchlass auf.
Den elektrischen Ausgangsanschluss umgibt ein an dem
Zuführungs-Abgabebauteil 22 befindlicher Mantelabschnitt
22a. Das andere Zuführungs-Abgabebauteil weist (nicht
gezeigte) Abgabedurchlässe auf, die an einem unteren
Abschnitt des anderen Zuführungs-Abschnittabgabebauteil mit
einem Fluidabgabeverteiler in Verbindung stehen. An dem
anderen Zuführungs-Abgabebauteil befindet sich ein weiterer
Mantelabschnitt und umgibt den anderen elektrischen
Ausgangsanschluss 21.
Bei einer der Endplatten 23 sind Löcher 23b, 23c und 23d
vorgesehen (Fig. 5), die Einlässe mit Flanschanschlüssen
24, 27 und 28 darstellen und jeweils mit dem Oxidations
gaszuführungsdurchlass 15B, dem Brennstoffgaszuführungs
durchlass und dem Kühlmittelzuführungsdurchlass in
Verbindung stehen.
Bei der anderen Endplatte 23 sind (nicht gezeigte) ähnliche
Löcher für weitere (nicht gezeigte) Flanschanschlüsse
vorgesehen. Diese weiteren Flanschanschlüsse stellen
Anschlüsse dar, die mit den Fluidabgabedurchlässen des
anderen Zuführungs-Abgabebauteils 22 in Verbindung zu
bringen sind.
Die Flanschanschlüsse bestehen aus korrosionsbeständigem
rostfreiem Stahl.
An der Endplatte 23 ist ein Loch 23a und ein Schutz
abschnitt 23f vorgesehen. Der Schutzabschnitt 23f umgibt
entlang der Aufschichtungsrichtung die Außenseite des
Zuführungs-Abgabebauteils. An den vier Ecken des
Zuführungs-Abgabebauteils 22 und der Endplatte 23 befinden
sich Schraubenlöcher, um Schrauben 29b aufzunehmen, wenn
diese Komponenten zur Brennstoffzelle zusammengebaut
werden.
Nachstehend wird der Montagevorgang der verschiedenen Teile
und Komponenten, wie der Stromkollektorplatte 20, des
Zuführungs-Abgabebauteils 22 und der Endplatte 23,
beschrieben.
Zunächst wird an einem Endabschnitt der Aufschichtung 10
der Separator 1D angeordnet. Die Stromkollektorplatte 20
wird mit der Kontaktebene 30 des Separators 1D in Kontakt
gebracht und ein Abdichtungsbauteil 25 in der Vertiefung 8
des Separators 1D angeordnet. Das Abdichtungsbauteil 25
stellt bei diesem Ausführungsbeispiel ein Sperrmittel dar.
Als nächstes wird der Oxidationsgaszuführungsdurchlass 15B
mit dem Oxidationsgaszuführungsverteiler 15M verbunden. Der
Brennstoffgaszuführungsdurchlass wird mit dem Brennstoff
gaszuführungsverteiler verbunden, und der Kühlmittel
zuführungsdurchlass wird mit dem Kühlmittelzuführungs
verteiler verbunden. Dann wird das Zuführungs-Abgabebauteil
22 auf den Separator 1D geschoben, sodass der elektrischen
Ausgangsanschluss 21 durch den Mantelabschnitt 22a des
Zuführungs-Abgabebauteils 22 eingeführt und die Strom
kollektorplatte 20 umschlossen wird.
Ein Flanschabschnitt 24a des Flanschanschlusses 24, der in
das Loch 23b eingepasst ist, wird über einen O-Ring 26 mit
dem Zuführungs-Abgabebauteil 22 in Kontakt gebracht, um den
Flanschanschluss 24 mit dem Oxidationsgaszuführungs
durchlass 15B des Zuführungs-Abgabebauteils 22 zu
verbinden.
Entsprechend werden die Flanschabschnitte der Flansch
anschlüsse 27 und 28 über einen O-Ring 26 mit dem
Zuführungs-Abgabebauteil 22 in Kontakt gebracht, um die
Flanschanschlüsse 27 und 28 mit dem Brennstoffgas
zuführungsdurchlass und dem Kühlmittelzuführungsdurchlass
des Zuführungs-Abgabebauteils 22 zu verbinden.
Die Endplatte 23 mit den in den jeweiligen Löchern 23b, 23c
und 23d befindlichen Flanschanschlüssen 24, 27 und 28 wird
an der Außenseite des Zuführungs-Abgabebauteils 22
angeordnet, sodass das Zuführungs-Abgabebauteil 22 von dem
Schutzabschnitt 23f umgeben ist, nachdem der Mantel
abschnitt 22a des Zuführungs-Abgabebauteils 22 durch das
Loch 23a geführt wurde.
Die verschiedenen in Fig. 2 auf der linken Seite gezeigten
Teile und Komponenten, wie etwa die Stromkollektorplatte
20, das Zuführungs-Abgabebauteil 22 und die Endplatte 23,
werden auf ähnliche Weise angeordnet. Anschließend werden
die Schrauben 29a in die an den vier Ecken des Separators
1A, 1B, 1C und 1D befindlichen Schraubenlöcher eingeführt.
Danach werden diese Teile und Komponenten, wie etwa das
Zuführungs-Abgabebauteil 22 und die Endplatte 23, mit Hilfe
der Schrauben 29a und Muttern 29b befestigt. Die Strom
kollektorplatten 20, die Zuführungs-Abgabebauteile 22 und
die Flanschanschlüsse 24, 27, 28 werden dadurch fixiert.
Gleichzeitig wird der Kontaktwiderstand zwischen dem
Separator 1D und der Stromkollektorplatte 20 gesenkt.
Außerdem wird das Fluid an den verschiedenen Abdichtungs
abschnitten hermetisch abgedichtet.
Es folgt nun eine Erläuterung der Arbeitsweise dieses
Ausführungsbeispiels. Bei der in Fig. 2 gezeigten Brenn
stoffzelle wird der Brennstoffzelle durch die Flansch
anschlüsse 24, 27 und 28 Oxidationsgas (d. h. Luft),
Brennstoffgas und Kühlmittel (d. h. Kühlwasser) zugeführt.
Das der Brennstoffzelle zugeführte Oxidationsgas wird der
Oxidationsgaszuführungsleitung 11b der Separatoren 1B und
1C über den Oxidationsgaszuführungsverteiler 15M zugeführt.
An der Oxidationsmittelelektrode 5 findet eine Reaktion
statt, die den Sauerstoff in dem Oxidationsgas nutzt, das
in der Oxidationsgaszuführungsleitung 11b strömt. Das nicht
für die Reaktion genutzte Oxidationsgas wird über den
Oxidationsgasabgabeverteiler 16M links unten aus der
Brennstoffzelle ausgegeben.
Auf ähnliche Weise wird das der Brennstoffzelle zugeführte
Brennstoffgas über den Brennstoffgaszuführungsverteiler der
Brennstoffgaszuführungsleitung 11a der Separatoren 1A und
1B zugeführt. An der Brennstoffelektrode 6 findet eine
Reaktion statt, die den Wasserstoff in dem Brennstoffgas
nutzt, das in der Brennstoffgaszuführungsleitung 11a
strömt. Das nicht für die Reaktion genutzte Brennstoffgas
wird über den Brennstoffgasabgabeverteiler unten links aus
der Brennstoffzelle abgegeben.
Das der Brennstoffzelle zugeführte Kühlmittel wird über den
Kühlmittelzuführungsverteiler der Kühlmittelzuführungs
leitung 11c der Separatoren 1A und 1C zugeführt. Das der
Zuführungsleitung 11c zugeführte Kühlmittel hält die
Brennstoffzelle zur effizienten elektrischen Leistungs
erzeugung auf einer passenden Temperatur. Anschließend wird
das Kühlmittel über den Kühlmittelabgabeverteiler unten
links aus der Brennstoffzelle ausgegeben.
An der Elektrodeneinheit 3 wird infolge der Reaktionen an
der Oxidationsmittelelektrode 5 und der Brennstoffelektrode
6 eine elektromotorische Kraft (von ungefähr 0,5 bis 0,8 V)
erzeugt, sodass sich ein Ausgangsstrom ergibt. Um die
notwendige elektromotorische Gesamtkraft zu erzielen, sind
mehrere Elektrodeneinheiten 3 in Serie aufeinander
geschichtet. Die elektromotorische Gesamtkraft der
aufeinandergeschichteten Elektrodeneinheiten 3 kann an den
Separatoren 1D abgegriffen werden, die an den beiden Enden
der Aufschichtung 10 angeordnet sind.
Die elektromotorische Gesamtkraft wird auf die Strom
kollektorplatte 20 übertragen, um über den elektrischen
Ausgangsanschluss 21 einer (nicht gezeigten) externen
Schaltung zugeführt zu werden. Die elektromotorische
Gesamtkraft kann von verschiedenen Vorrichtungen wie etwa
einem Motor und Hilfssteuerungsvorrichtungen für das
Elektrofahrzeug verbraucht werden.
Es reicht aus, dass die Stromkollektorplatten 20 die
gleiche Fläche wie die Elektroden 5 und 6 haben, da die
elektromotorische Kraft der Brennstoffzelle lediglich an
den Elektroden 5 und 6 erzeugt wird. Die Fläche der Strom
kollektorplatte 20 kann jedoch so weit angepasst werden,
wie die Stromkollektorplatte 20 nicht den Durchgang der
Fluide verhindert.
Für die Mindestfläche der Stromkollektorplatte 20 lässt
sich keine genaue Grenze angeben. Es ist jedoch
vorzuziehen, dass die Fläche der Stromkollektorplatten 20
mehr als 60% der Fläche der Elektroden 5 und 6 beträgt. Im
Hinblick auf einen Ausgleich zwischen dem Stromsammel
wirkungsgrad und den Kosten sollte die Fläche der Strom
kollektorplatten 20 ungefähr der Fläche der Elektroden 5
und 6 entsprechen. Dadurch können die Stromkollektorplatten
20 kleiner als bisherige Stromkollektorplatten sein und
lassen sich die Herstellungskosten der Brennstoffzelle
senken.
Da die Stromkollektorplatte 20 durch das Abdichtungsbauteil
25 als dem Sperrmittel von den Fluiden getrennt wird, kommt
die Stromkollektorplatte 20 niemals mit dem Oxidationsgas,
dem Brennstoffgas oder dem Kühlmittel in Kontakt. Daher
korrodiert die Stromkollektorplatte 20 nicht und kann die
Zuverlässigkeit der Brennstoffzelle erhöht werden. Außerdem
lässt sich die Stromkollektorplatte 20 aus einem Metall mit
hervorragender Leitfähigkeit herstellen. Daher kann der
Leistungsverlust der Brennstoffzelle gesenkt und der
Wirkungsgrad bei der elektrischen Leistungserzeugung
verbessert werden.
Da die Stromkollektorplatte 20 aus einem kostengünstigen
Material wie etwa Aluminium, Eisen oder Kupfer gefertigt
werden kann und da die Stromkollektorplatte 20 nicht mit
einer Beschichtung hoher Korrosionsbeständigkeit versehen
werden muss, lassen sich die Herstellungskosten der Brenn
stoffzelle senken.
Während eine herkömmliche Stromkollektorplatte als
Abdichtung auf beiden Seiten Dichtungsbauteile benötigt,
sind diese Bauteile bei der Erfindung nicht notwendig.
Dementsprechend lässt sich der Aufbau der Brennstoffzelle
vereinfachen und können die Kosten zur Herstellung der
Brennstoffzelle gesenkt werden.
Auch wenn der elektrische Ausgangsanschluss 21 in
Aufschichtungsrichtung der Aufschichtung 10 durch das
Zuführungs-Abgabebauteil 22 hindurch vorragt, sind die Form
des elektrischen Ausgangsanschlusses 21 und die Richtung,
in der er vorragt, nicht darauf beschränkt, solange der
elektrische Ausgangsanschluss 21 von sämtlichen Fluiden
getrennt ist.
Der elektrische Ausgangsanschluss 21 kann mit der Strom
kollektorplatte 20 beispielsweise in einem Stück
ausgebildet sein und der elektrische Ausgangsanschluss 21
kann in einer zu der Aufschichtrichtung der Aufschichtung
10 senkrechten Richtung vorragen.
Fig. 6 zeigt eine Teilschnittansicht eines zweiten
Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem der elektrische
Ausgangsanschluss eine unterschiedliche Form hat. Bis auf
die Form des Separators 1E, des elektrischen Ausgangs
anschlusses 21A, des Zuführungs-Abgabebauteils 22A und der
Endplatte 23A hat das zweite Ausführungsbeispiel den
gleichen Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel. Daher
werden für identische Bauteile oder Teile die gleichen
Bezugszahlen verwendet und ihre Erläuterung weggelassen.
Mit Ausnahme dessen, das der Separator 1E kein Brennstoff
ausgabeloch 9, kein Oxidationsgasausgabeloch 16 und kein
Kühlmittelausgabeloch 18 aufweist, hat der Separator 1E den
gleichen Aufbau wie der Separator 1D. Der elektrische
Ausgangsanschluss 21A ist mit der Stromkollektorplatte 20
in einem Stück ausgebildet und ragt von der Brennstoffzelle
aus seitlich (d. h. nach unten) vor. Die Richtung, in der
die Stromkollektorplatte 20 vorragt, kann abhängig vom
Anwendungsbereich der Brennstoffzelle gewählt werden,
solange die Stromkollektorplatte 20 von jeglichem Fluid
getrennt ist. So kann die Stromkollektorplatte 20
beispielsweise von der Seite der Brennstoffzelle aus
vorragen.
Die Stromkollektorplatte 20 wird wie bei dem ersten
Ausführungsbeispiel von dem Zuführungs-Abgabebauteil 22A
zum Separator 15 hin gepresst. Das Zuführungs-Abgabebauteil
22A wird wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel von der
Endplatte 23A gepresst. Da es bei dem zweiten Ausführungs
beispiel nicht notwendig ist, an den Zuführungs-Abgabe
bauteil 22A den Mantelabschnitt 22a und in der Endplatte
23A das Loch 23a vorzusehen, lässt sich der Aufbau dieser
Bauteile vereinfachen.
Da bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die andere Elektrode
von dem Fluidzuführungsloch und dem Fluidabgabeloch umgeben
ist, kann der elektrische Ausgangsanschluss 21 nicht zur
Seite der Brennstoffzelle herausgeführt werden, sofern der
elektrische Ausgangsanschluss von jeglichem Fluid zu
trennen ist. Daher wird nur der elektrische Ausgangs
anschluss 21A von der Seite des Zuführungs-Abgabebauteils
der Brennstoffzelle aus nach außen herausgeführt, wobei der
elektrische Ausgangsanschluss 21A aus der Brennstoffzelle
nach außen vorragt, während er von dem Fluid getrennt ist.
Da es kaum korrodiert, kann für den elektrischen Ausgangs
anschluss ein Metall mit hervorragender elektrischer
Leitfähigkeit verwendet werden. Daher lässt sich der
Widerstandsverlust der Brennstoffzelle senken. Wenn der
elektrische Ausgangsanschluss 21 aus Metall besteht, lässt
sich auch der Widerstand zwischen dem elektrischen
Ausgangsanschluss 21 und der externen Schaltung senken. Bei
einem elektrischen Ausgangsanschluss 21 aus Metall kommt es
außerdem kaum zu einem elektrischen Bruch des elektrischen
Ausgangsanschlusses 21.
Wenn der elektrische Ausgangsanschluss 21 seitlich von der
Brennstoffzelle vorragt, ist der Stromkollektorabschnitt
weit von dem elektrischen Ausgangsanschluss 21 beabstandet,
sodass zwischen dem nahe dem elektrischen Ausgangsanschluss
21 liegenden Stromkollektorabschnitt und dem von dem
elektrischen Ausgangsanschluss 21 entfernt liegenden
Stromkollektorabschnitt eine Spannungsdifferenz auftreten
kann. Demnach muss der Widerstand des Stromkollektor
bauteils gesenkt werden, um diese Differenz zu minimieren.
Es ist daher notwendig, das Stromkollektorbauteil 20 dicker
auszuführen.
Wenn der elektrische Ausgangsanschluss 21 jedoch wie bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel von der Innenseite des
Zuführungs-Abgabebaubauteils aus der Brennstoffzelle nach
außen herausgeführt wird, kann der elektrische Ausgangs
anschluss 21 näher an der Mitte des Stromkollektorbauteils
20 angeordnet werden. Wegen der kurzen Länge des Strom
kollektorabschnitts und des elektrischen Ausgangs
anschlusses 21 kann das Stromkollektorbauteil 20 daher
dünner ausgeführt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel, bei dem der außen von der
Aufschichtung in Aufschichtungsrichtung der Aufschichtung
vorragende elektrische Ausgangsanschluss 21 zum Einsatz
kommt, lässt sich der elektrische Ausgangsanschluss 21
einfach entlang der Aufschichtungsrichtung der
Aufschichtung durch ein in dem Zuführungs-Abgabebauteil 22
vorgesehenes Loch hinausführen. Daher lässt sich die
Brennstoffzelle zu geringen Kosten fertigen.
Obwohl die Zuführungs-Abgabebauteile 22 und 22A bei den
oben beschriebenen Ausführungsbeispielen aus elektrisch
isolierendem PPS bestehen, kann für die Zuführungs-Abgabe
bauteile 22 und 22A anstelle dessen auch ein anderes
Material als PPS verwendet werden, solange das Material
elektrisch isolierend, wärmebeständig und chemisch
beständig ist. So ist für das Material der Zuführungs-
Abgabebauteil 22 und 22A ein thermoplastisches Harz wie
etwa Phenolharz, Epoxydharz oder ein wärmehärtbares Harz
wie etwa PPS, denaturiertes Poly(phenylenoxid)-Harz
geeignet. Diese Materialien lassen sich zu geringen Kosten
in die komplexe Form der Zuführungs-Abgabebauteile 22 und
22A bringen, die den Zuführungsdurchlass, den Abgabe
durchlass und den Mantelabschnitt 22a aufweisen. Unter
diesen Materialien ist das in diesem Ausführungsbeispiel
verwendete PPS aufgrund seiner hervorragenden Wärme
beständigkeit und chemischen Beständigkeit das geeignetste.
Obwohl das Zuführungs-Abgabebauteil 22 bei diesem
Ausführungsbeispiel mit dem Mantelabschnitt 22a in einem
Stück ausgebildet ist, können diese auch separat
ausgebildet werden. Auch in diesem Fall ragt der
elektrische Ausgangsanschluss vom Inneren des Zuführungs-
Abgabebauteils aus der Brennstoffzelle nach außen vor.
Obwohl bei diesen Ausführungsbeispielen die Flansch
anschlüsse 24, 27, 28 von den Zuführungs-Abgabebauteilen
22, 22A getrennt sind und für den Einlass oder den Auslass
verwendet werden, kann der Einlass oder der Auslass mit dem
Zuführungs-Abgabebauteilen 22 und 22A auch in einem Stück
ausgebildet werden. Wenn der Einlass oder der Auslass
jedoch von den Zuführungs-Abgabebauteilen 22 und 22A
gebildet wird, kann das Material des Einlasses oder des
Auslasses separat gewählt werden. Die Materialien können
daher unter Berücksichtigung der Verbindbarkeit des
Einlasses, des Auslasses und des Außenrohrs sowie der für
diese Verbindung erforderlichen Festigkeit ausgewählt
werden.
Der Einlass oder der Auslass ist nicht auf einen flansch
artigen Anschluss beschränkt. So kann zum Beispiel auch ein
Anschluss mit Schraubengewinde Anwendung finden. Doch es
ist für den Anschluss erforderlich, dass er eine hervor
ragende Korrosionsbeständigkeit hat, da korrosives Fluid
durch den Anschluss strömt. Da die Form des Flansch
anschlusses so gestaltet ist, dass er sich unter Verwendung
eines korrosionsbeständigen Materials wie etwa rostfreiem
Stahl leicht herstellen lässt, lassen sich die
Herstellungskosten für den Einlass oder den Auslass bei
hervorragender Korrosionsbeständigkeit senken.
Obwohl anstelle der Endplatten 23 und 23A auch die
Zuführungs-Abgabebauteile 22 und 22A für das Pressbauteil
verwendet werden können, ist es vorteilhaft, wenn die
Zuführungs-Abgabebauteile 22 und 22A von den Endplatten 23
und 23A getrennt sind, da für das Pressbauteil die besten
Materialien mit ausreichender Festigkeit und Steifigkeit
gewählt werden können, um den in der Brennstoffzelle
erzeugten Innendruck zu halten. Wenn das Zuführungs-Abgabe
bauteil und das Pressbauteil getrennt sind, kann das
Pressbauteil (d. h. die Endplatten 23 und 23A) abgesehen
davon auch dazu verwendet werden, den Flanschabschnitt 24a
des Flanschanschlusses 24 zu dem Zuführungs-Abgabebauteil
22 hin zu pressen.
Da an den Endplatten 23 und 23A der Schutzabschnitt 23f
vorgesehen ist, um so das Zuführungs-Abgabebauteil 22 zu
umgeben, wird das Zuführungs-Abgabebauteil 22 nicht ohne
Weiteres durch einen hohen Innendruck beschädigt.
Da der elektrische Ausgangsanschluss in den Mantelabschnitt
22a des Zuführungs-Abgabebauteils 22 eingeschoben ist und
der Mantelabschnitt 22a durch das in dem Pressbauteil
vorgesehene Loch 23a hindurchgeht, kann für das Material
des Pressbauteils eine Aluminiumlegierung oder eine Eisen
legierung verwendet werden, die keine isolierenden Eigen
schaften hat. Dadurch kann das Pressbauteil eine hervor
ragende Festigkeit und Steifigkeit gegen hohe Innen
fluiddrücke aufweisen. Außerdem lässt sich ein Pressbauteil
mit einer komplexen Form herstellen, wobei für das Press
bauteil ein Kunststoffwerkstoff mit ausreichender
Festigkeit und Steifigkeit verwendet werden kann.
Die obige detaillierte Beschreibung dient nur zu
Darstellungszwecken, wobei die Erfindung in erster Linie
durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche
bestimmt wird.
Claims (19)
1. Brennstoffzelle, mit:
einer eine Vielzahl von Einheitszellen (2a, 2b) umfassenden Aufschichtung (10), wobei jede Einheitszelle eine von Separatoren (1A, 1B, 1C, 1D) gehaltene Elektroden einheit (3) und jede Elektrodeneinheit eine von einem Paar Elektroden (5, 6) gehaltene Festpolymerelektrolytmembran (4) umfasst;
Fluiddurchlässen (15M, 16M), die in Aufschichtungs richtung der Aufschichtung durch die Aufschichtung verlaufen;
einem isolierenden Zuführungs-Abgabebauteil (22), das einen zumindest mit einem der durch die Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässe in Verbindung stehenden Fluiddurchlass (15B) aufweist;
einem Stromkollektorbauteil (20), das zwischen dem Zuführungs-Abgabebauteil und der Aufschichtung gehalten wird;
einem Sperrmittel (25), das so positioniert ist, dass es das Stromkollektorbauteil von einem Fluid in dem Fluid durchlass des Zuführungs-Abgabebauteils und von den durch die Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässen fluid trennt.
einer eine Vielzahl von Einheitszellen (2a, 2b) umfassenden Aufschichtung (10), wobei jede Einheitszelle eine von Separatoren (1A, 1B, 1C, 1D) gehaltene Elektroden einheit (3) und jede Elektrodeneinheit eine von einem Paar Elektroden (5, 6) gehaltene Festpolymerelektrolytmembran (4) umfasst;
Fluiddurchlässen (15M, 16M), die in Aufschichtungs richtung der Aufschichtung durch die Aufschichtung verlaufen;
einem isolierenden Zuführungs-Abgabebauteil (22), das einen zumindest mit einem der durch die Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässe in Verbindung stehenden Fluiddurchlass (15B) aufweist;
einem Stromkollektorbauteil (20), das zwischen dem Zuführungs-Abgabebauteil und der Aufschichtung gehalten wird;
einem Sperrmittel (25), das so positioniert ist, dass es das Stromkollektorbauteil von einem Fluid in dem Fluid durchlass des Zuführungs-Abgabebauteils und von den durch die Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässen fluid trennt.
2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, mit einem
elektrischen Ausgangsanschluss (21), der mit dem Strom
kollektorbauteil (20) verbunden ist und, indem er durch das
Zuführungs-Abgabebauteil (22) hindurchgeht, aus der Brenn
stoffzelle nach außen vorragt.
3. Brennstoffzelle nach Anspruch 2, wobei der elektrische
Ausgangsanschluss (21) aus der Brennstoffzelle in
Aufschichtungsrichtung der Aufschichtung nach außen
vorragt.
4. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, mit einem Flansch
anschluss (24, 27, 28), der an dem Zuführungs-Abgabebauteil
(22) anliegt und mit dem Fluiddurchlass (15B) des
Zuführungs-Abgabebauteils in Fluidverbindung steht, und
einem Pressbauteil (23), das das Zuführungs-Abgabebauteil
zur Mitte der Aufschichtung hin und den Flanschanschluss zu
dem Zuführungs-Abgabebauteil hin presst.
5. Brennstoffzelle nach Anspruch 4, wobei das Zuführungs-
Abgabebauteil (22) einen Mantelabschnitt (22a) umfasst, der
den elektrischen Ausgangsanschluss (21) aufnimmt, und der
Mantelabschnitt das Pressbauteil (23) durchdringt.
6. Brennstoffzelle nach Anspruch 4, wobei das Zuführungs-
Abgabebauteil (22) einen Mantelabschnitt (22a) umfasst, der
den elektrischen Ausgangsanschluss (21) aufnimmt.
7. Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit
einem Pressbauteil (23), das einen Schutzabschnitt (23f)
aufweist, der zumindest einen Teil des Zuführungs-Abgabe
bauteils (22) bedeckt.
8. Brennstoffzelle nach Anspruch 4 oder 5, wobei das
Pressbauteil (23) einen Schutzabschnitt (23f) umfasst, der
zumindest einen Teil des Zuführungs-Abgabebauteils (22)
bedeckt.
9. Brennstoffzelle, mit:
Separatoren (1A, 1B, 1C, 1D), die mindestens einen Durchlass (8, 9, 13, 15, 16, 17, 18) zum Durchgang entweder eines Brennstoffgases, eines Oxidationsgases oder eines Kühl mittels aufweisen;
einer Elektrodeneinheit (3), die ein Paar Elektroden (5, 6) und einen zwischen den Elektroden gehaltenen Elektrolyten (4) aufweist;
einer Einheitszelle (2a, 2b), die aus den Separatoren und der von den Separatoren gehaltenen Elektrodeneinheit besteht;
einer aus einer Vielzahl der Einheitszellen ausgebildeten Aufschichtung (10);
einem entlang der Aufschichtungsrichtung der Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlass (15M, 16M) zum Durchgang des Brennstoffgases, des Oxidationsgases und/oder Kühlmittels;
einem an zumindest einem Ende der Aufschichtung vorgesehenen isolierenden Zuführungs-Abgabebauteil (22) zur Zuführung und Abgabe des Brennstoffgases, des Oxidations gases und des Kühlmittels für den Fluiddurchlass;
einem zwischen dem Zuführungs-Abgabebauteil und der Aufschichtung gehaltenen Stromkollektorbauteil (20); und
einem Sperrmittel (25), das so positioniert ist, dass es das Stromkollektorbauteil von einem Fluid in dem Fluid durchlass des Zuführungs-Abgabebauteils und von den durch die Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässen fluid trennt.
Separatoren (1A, 1B, 1C, 1D), die mindestens einen Durchlass (8, 9, 13, 15, 16, 17, 18) zum Durchgang entweder eines Brennstoffgases, eines Oxidationsgases oder eines Kühl mittels aufweisen;
einer Elektrodeneinheit (3), die ein Paar Elektroden (5, 6) und einen zwischen den Elektroden gehaltenen Elektrolyten (4) aufweist;
einer Einheitszelle (2a, 2b), die aus den Separatoren und der von den Separatoren gehaltenen Elektrodeneinheit besteht;
einer aus einer Vielzahl der Einheitszellen ausgebildeten Aufschichtung (10);
einem entlang der Aufschichtungsrichtung der Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlass (15M, 16M) zum Durchgang des Brennstoffgases, des Oxidationsgases und/oder Kühlmittels;
einem an zumindest einem Ende der Aufschichtung vorgesehenen isolierenden Zuführungs-Abgabebauteil (22) zur Zuführung und Abgabe des Brennstoffgases, des Oxidations gases und des Kühlmittels für den Fluiddurchlass;
einem zwischen dem Zuführungs-Abgabebauteil und der Aufschichtung gehaltenen Stromkollektorbauteil (20); und
einem Sperrmittel (25), das so positioniert ist, dass es das Stromkollektorbauteil von einem Fluid in dem Fluid durchlass des Zuführungs-Abgabebauteils und von den durch die Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässen fluid trennt.
10. Brennstoffzelle nach Anspruch 9, mit einem
elektrischen Ausgangsanschluss (21), der mit dem Strom
kollektorbauteil (20) verbunden ist und, indem er durch das
Zuführungs-Abgabebauteil (22) hindurchgeht, aus der Brenn
stoffzelle nach außen vorragt.
11. Brennstoffzelle nach Anspruch 9, mit einem
elektrischen Ausgangsanschluss (21), der von der
Aufschichtung (10) aus in Aufschichtungsrichtung der
Aufschichtung nach außen vorragt.
12. Brennstoffzelle nach Anspruch 9, mit einem Einlass,
der einen Flanschanschluss (24) aufweist, und einem
Auslass, der einen anderen Flanschanschluss aufweist, wobei
die Flanschanschlüsse an den Zuführungs-Abgabebauteilen
(22) anliegen, um das Fluid durch den Einlass und den
Auslass durchzulassen.
13. Brennstoffzelle nach Anspruch 12, mit einem Press
bauteil (23), das das Zuführungs-Abgabebauteil zur Mitte
der Aufschichtung hin und die Flanschanschlüsse zu dem
Zuführungs-Abgabebauteil hin presst.
14. Brennstoffzelle nach Anspruch 13, mit einem
elektrischen Ausgangsanschluss (21), der von der
Aufschichtung (10) aus in der Aufschichtungsrichtung der
Aufschichtung nach außen vorragt, wobei das Zuführungs-
Abgabebauteil (22) einen Mantelabschnitt (22a) umfasst, der
durch das Pressbauteil verläuft und den elektrischen
Ausgangsanschluss aufnimmt.
15. Brennstoffzelle nach Anspruch 13, wobei das Press
bauteil (23) einen Schutzabschnitt (23f) umfasst, der
zumindest einen Teil des Zuführungs-Abgabebauteils (22)
bedeckt.
16. Brennstoffzelle, mit:
einer Aufschichtung (10), die eine Vielzahl von Einheitszellen (2a, 2b) umfasst, wobei jede Einheitszelle eine von Separatoren (1A, 1B, 1C, 1D) gehaltene Elektroden einheit (3) umfasst;
Fluiddurchlässen (15M, 16M), die in Aufschichtungs richtung der Aufschichtung durch die Aufschichtung verlaufen;
einem isolierenden Zuführungs-Abgabebauteil (22), das einen mit zumindest einem der durch die Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässen in Verbindung stehenden Fluiddurchlass (15B) aufweist;
einem zwischen dem Zuführungs-Abgabebauteil und der Aufschichtung gehaltenen Stromkollektorbauteil (20); und
einem Sperrmittel zur Fluidtrennung des Strom kollektorbauteils von einem Fluid in dem Fluiddurchlass des Zuführungs-Abgabebauteils und von den durch die Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässen.
einer Aufschichtung (10), die eine Vielzahl von Einheitszellen (2a, 2b) umfasst, wobei jede Einheitszelle eine von Separatoren (1A, 1B, 1C, 1D) gehaltene Elektroden einheit (3) umfasst;
Fluiddurchlässen (15M, 16M), die in Aufschichtungs richtung der Aufschichtung durch die Aufschichtung verlaufen;
einem isolierenden Zuführungs-Abgabebauteil (22), das einen mit zumindest einem der durch die Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässen in Verbindung stehenden Fluiddurchlass (15B) aufweist;
einem zwischen dem Zuführungs-Abgabebauteil und der Aufschichtung gehaltenen Stromkollektorbauteil (20); und
einem Sperrmittel zur Fluidtrennung des Strom kollektorbauteils von einem Fluid in dem Fluiddurchlass des Zuführungs-Abgabebauteils und von den durch die Aufschichtung verlaufenden Fluiddurchlässen.
17. Brennstoffzelle nach Anspruch 16, mit einem
elektrischen Ausgangsanschlussmittel (21) zum Ausspeisen
von in der Brennstoffzelle erzeugter Elektrizität aus der
Brennstoffzelle nach außen.
18. Brennstoffzelle nach Anspruch 17, wobei das
elektrische Ausgangsanschlussmittel (21) aus der
Brennstoffzelle in der Aufschichtungsrichtung der
Aufschichtung nach außen vorragt.
19. Brennstoffzelle nach Anspruch 16, mit einem Press
mittel (23) zum Pressen des Zuführungs-Abgabebauteils (22)
zur Mitte der Aufschichtung hin und zum Pressen eines
Flanschanschlusses (24, 27, 28) zu dem Zuführungs-Abgabe
bauteil hin.
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