DE102005025643A1 - Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung und Reaktionsgasbefeuchtungsverfahren - Google Patents

Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung und Reaktionsgasbefeuchtungsverfahren Download PDF

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Abstract

Eine Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung enthält einen ersten Separator (52), der auf einer Oberfläche (50a) einer wasserdurchlässigen Membrane (50) vorgesehen ist, und einen zweiten Separator (54), der auf der anderen Oberfläche (50b) der wasserdurchlässigen Membrane (50) vorgesehen ist. Der erste Separator (52) hat erste und zweite Fließfelder (62, 64) auf beiden Oberflächen zum Zuführen von Luft vor der Reaktion als das gleiche Reaktionsgas. Ferner hat der zweite Separator (54) dritte und vierte Fließfelder (80, 82) auf beiden Oberflächen zum Zuführen eines Abgases als das gleiche Befeuchtungsfluid. Das Abgas wird zur Befeuchtung der Luft vor der Reaktion genutzt.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung und ein Reaktionsgasbefeuchtungsverfahren, worin ein Reaktionsgas einer Oberfläche einer wasserdurchlässigen Membrane zugeführt wird, und ein Befeuchtungsfluid der anderen Oberfläche der wasserdurchlässigen Membrane zugeführt wird, um das Reaktionsgas zu befeuchten.
  • Zum Beispiel verwendet eine Festpolymerelektrolytbrennstoffzelle eine Membranelektrodenanordnung (MEA) die zwei Elektroden (Anode und Kathode) sowie eine zwischen den Elektroden angeordnete Elektrolytmembrane enthält. Die Elektrolytmembrane ist ein Polymerionenaustauschmembrane. Die Membranelektrodenanordnung ist zwischen einem Paar von Separatoren angeordnet. Die Membranelektrodenanordnung und die Separatoren bilden eine Stromerzeugungszelle zum Erzeugen von Elektrizität. Im Gebrauch werden eine Mehrzahl der Stromerzeugungszellen aneinander gestapelt, um einen Brennstoffszellenstapel zu bilden.
  • In der Brennstoffzelle wird der Anode ein Brenngas zugeführt, wie etwa ein hauptsächlich Wasserstoff enthaltendes Gas (nachfolgend auch als das "wasserstoffhaltige Gas" bezeichnet). Ein hauptsächlich sauerstoffhaltiges Gas oder Luft (nachfolgend auch als das "sauerstoffhaltige Gas" bezeichnet) wird der Kathode zugeführt. Der Katalysator der Anode induziert eine chemische Reaktion des Brenngases, um das Wasserstoffmolekül in Wasserstoffionen und Elektronen aufzuspalten. Die Wasserstoffionen bewegen sich durch die Elektrolytmembrane zu der Kathode hin, und die Elektronen fließen durch eine externe Schaltung zur Anode, wobei elektrische Gleichstromenergie erzeugt wird.
  • Um in der Brennstoffzelle eine ausreichende Stromerzeugungsleistung zu erhalten, ist es erforderlich, den geeigneten Befeuchtungszustand der Elektrolytmembrane einzuhalten. Zu diesem Zweck ist in der bekannten Technik eine Befeuchtungsvorrichtung vorgesehen, um das Brenngas oder das sauerstoffhaltige Gas vorab mittels Wasser zu befeuchten, und die Befeuchtungsvorrichtung ist mit der Brennstoffzelle verbunden, um das befeuchtete Brenngas oder sauerstoffhaltige Gas der Brennstoffzelle zuzuführen.
  • Zum Beispiel offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-187839 eine Brennstoffzellenbefeuchtungsvorrichtung wie sie in 21 gezeigt ist. Gemäß der Offenbarung ist eine Befeuchtungsmembrane 1 zwischen einem Paar von Harzplattenelelmenten 2 angeordnet. Eine Mehrzahl von Harzplattenelelmenten 2 und Befeuchtungsmembranen 1 sind unter Bildung eines Stapels aneinander gestapelt. Ein Auswärts-Befeuchtungsfließfeld 3 für die Luft, die der Luftelektrode der Brennstoffzelle zugeführt wird, ist zwischen einer Oberfläche der Befeuchtungsmembrane 1 und einem der Plattenelemente 2 vorgesehen, und ein Einwärts-Befeuchtungsfließfeld 4 für das Abgas, das von der Luftelektrode der Brennstoffzelle nach der Reaktion abgegeben wird, ist zwischen der anderen Oberfläche der Befeuchtungsmembrane 1 und dem anderen Plattenelement 2 vorgesehen.
  • Da jedoch in der Befeuchtungsvorrichtung die Luft vor der Reaktion dem Auswärts-Befeuchtungsfließfeld 3 an der einen Oberfläche der Befeuchtungsmembrane 1 zugeführt wird und das Abgas dem Einwärts- Befeuchtungsfließfeld 4 an der anderen Oberfläche der Befeuchtungsmembrane 1 zugeführt wird, erfolgt die Befeuchtung der Luft vor der Reaktion durch das Abgas nur in der Nähe der Befeuchtungsmembrane 1. Daher ist es nicht möglich, die gesamte Luft vor der Reaktion, die durch das Auswärts-Befeuchtungsfließfeld 3 fließt, durch das Wasser in dem Abgas, das durch das Einwärts-Befeuchtungsfließfeld 4 fließt, effizient zu befeuchten.
  • Um in der Technik eine ausreichende Befeuchtung der Luft vor der Reaktion zu erreichen, muss die Gesamtgröße der Befeuchtungsvorrichtugn signifikant groß sein. Daher ist viel Platz für die Installation der Befeuchtungsvorrichtung erforderlich. Zum Beispiel ist es nicht möglich, die große Befeuchtungsvorrichtung mit einem Fahrzeug zu montieren.
  • Ferner sind in der Befeuchtungsvorrichtung eine Mehrzahl von Plattenelementen 2 und Befeuchtungsmembrane 1 aneinander gestapelt, und ein Auswärtsdurchgang zum Zuführen der Luft zu jedem der Auswärts-Befeuchtungsfließfelder 3 und ein Einwärtsdurchgang zum Zuführen des Abgases zu jedem der Einwärts-Befeuchtungsfließfelder 4 erstrecken sich durch den Stapel der Plattenelemente und der Befeuchtungsmembrane in der Stapelrichtung. In der Struktur sind Dichtungselemente um den Auswärtsdurchgang und den Einwärtsdurchgang vorgesehen, um eine Lecage der Luft oder des Abgases zu verhindern.
  • Um z. B. eine Verbesserung in der Befeuchtungseffizienz zu erreichen, enthält in einigen Anwendungen jeweils das Auswärts-Befeuchtungsfließfeld 3 und das Einwärts-Befeuchtungsfließfeld 4 eine Mehrzahl von Serpentinen-Fließnuten oder dergleichen. Wenn somit zwei Plattenelemente 2 derart vorgesehen werden, dass die Befeuchtungsmembrane 1 zwischen den Plattenelementen 2 angeordnet wird, schneiden die Fließnuten des Auswärts-Befeuchtungsfließfelds 3 und die Fließnuten des Einwärts-Befeuchtungsfließnuten 4 einander in einigen Bereichen. Im Ergebnis könnte z. B. das Dichtungselement durch sein Gewicht in die Fließnuten nach unten verformt werden. daher kann die gewünschte Dichtleistung nicht eingehalten werden. Ferner könnte die Steifigkeit in der Stapelrichtung nachteilhaft absinken.
    •
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung und ein Reaktionsgasbefeuchtungsverfahren anzugeben, die es möglich machen, Reaktionsgase effizient und zuverlässig zu befeuchten und problemlos eine Reduktion der Gesamtgröße der Befeuchtungsvorrichtung zu erreichen.
  • Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung anzugeben, die es möglich macht, den auf die Oberfläche einer Dichtung ausgeübten Druck beizubehalten, um eine Verbesserung in der Dichtleistung zu erreichen und die geeignete Steifigkeit in der Stapelrichtung beizubehalten.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung zum Befeuchten zumindest eines Reaktionsgases, das einer Festpolymerelektrolytbrennstoffzelle zugeführt wird, durch ein Befeuchtungsfluid, und die Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung enthält: einen ersten Separator, der auf einer Oberfläche der wasserdurchlässigen Membrane vorgesehen ist; einen zweiten Separator, der auf der anderen Oberfläche der wasserdurchlässigen Membrane vorgesehen ist. Zumindest der erste Separator weist ein erstes Fließfeld auf einer ersten Oberfläche, die zur einen Oberfläche der wasserdurchlässigen Membrane weist, und ein zweites Fließfeld auf einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist, auf, um zu erlauben, dass das gleiche Reaktionsgas oder das gleiche Befeuchtungsfluid entlang dem ersten Fließfeld und dem zweiten Fließfeld fließt.
  • Bevorzugt hat der zweite Separator ein drittes Fließfeld auf einer dritten Oberfläche, die zu der anderen Oberfläche der wasserdurchlässigen Membrane weist, und ein viertes Fließfeld auf einer vierten Oberfläche, die der dritten Oberfläche entgegengesetzt ist, um zu erlauben, dass das gleiche Befeuchtungsfluid oder das gleiche Reaktionsgas entlang dem dritten Fließfeld und dem vierten Fließfeld fließt.
  • Bevorzugt sind der erste Separator und der zweite Separator abwechselnd aneinandergestapelt, um einen Stapel zu bilden, so dass die wasserdurchlässige Membrane zwischen dem ersten Separator und dem zweiten Separator angeordnet ist.
  • Bevorzugt ist der erste Separator durch Wellen einer Metallplatte gebildet, um das erste Fließfeld und das zweite Fließfeld zu bekommen, und der zweite Separator ist durch Wellen einer Metallplatte gebildet, um das dritte Fließfeld und das vierte Fließfeld zu bekommen.
  • Bevorzugt erstreckt sich ein Reaktionsgasdurchgang durch den ersten Separator und dem zweiten Separator, um zu erlauben, dass das Reaktionsgas in einer Stapelrichtung fließt und zwei vorbestimmten der ersten bis vierten Fließfelder zugeführt wird; und ein Befeuchtungsfluiddurchgang erstreckt sich durch den ersten Separator und den zweiten Separator, um zu erlauben, dass das Befeuchtungsfluid in der Stapelrichtung fließt und den restlichen zwei der ersten bis vierten Fließfelder zugeführt wird.
  • Bevorzugt ist ein erstes Dichtungselement zum Verschließen des ersten Fließfelds zumindest nahe einem Einlass des ersten Fließfelds vorgesehen; wobei ein zweites Dichtungselement zum Verschließen des zweiten Fließfelds zumindest nahe einem Einlass des zweiten Fließfelds vorgesehen ist und von dem ersten Dichtungselement versetzt ist; ein drittes Dichtungselement zum Verschließen des dritten Fließfelds zumindest nahe einem Einlass des dritten Fließfelds vorgesehen ist; und ein viertes Dichtungselement zum Verschließen des vierten Fließfelds zumindest nahe einem Einlass des vierten Fließfelds vorgesehen ist und von dem dritten Dichtungselement versetzt ist.
  • Bevorzugt sind Vertiefungen in jeweiligen gewellten Vorsprüngen auf beiden Oberflächen des ersten Separators ausgebildet und wobei das erste Dichtungselement in der Vertiefung an der ersten Oberfläche vorgesehen ist, und das zweite Dichtungselement in der Vertiefung an der zweiten Oberfläche vorgesehen ist; und wobei Vertiefungen in jeweiligen gewellten Vorsprüngen auf beiden Oberflächen des zweiten Separators ausgebildet sind, und das dritte Dichtungselement in der Vertiefung an der dritten Oberfläche vorgesehen ist, und das vierte Dichtungselement in der Vertiefung an der vierten Oberfläche vorgesehen ist.
  • Bevorzugt enthält der erste Separator ein Durchgangsloch, um das erste Fließfeld und das zweite Fließfeld zu verbinden; und wobei der zweite Separator ein Durchgangsloch aufweist, um das dritte Fließfeld und das vierte Fließfeld zu verbinden.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung zum Befeuchten zumindest eines Reaktionsgases, das einer Festpolymerelektrolytbrennstoffzelle zugeführt wird, durch ein Befeuchtungsfluid, wobei die Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung umfasst: einen ersten Separator, der auf einer Oberfläche einer wasserdurchlässigen Membrane vorgesehen ist und eine Mehrzahl erster Fließnuten aufweist, um das Reaktionsgas der einen Oberfläche der wasserdurchlässigen Membrane zuzuführen; und einen zweiten Separator, der auf der anderen Oberfläche der wasserdurchlässigen Membrane vorgesehen ist und eine Mehrzahl zweiter Fließnuten aufweist, um das Befeuchtungsfluid der anderen Oberfläche der wasserdurchlässigen Membrane zuzuführen. Ein erster Durchgang erstreckt durch die ersten und zweiten Separatoren in einer Stapelrichtung hindurch und ist mit den ersten Fließnuten verbunden. Ein zweiter Durchgang erstreckt durch die ersten und zweiten Separatoren in der Stapelrichtung und ist mit den zweiten Fließnuten verbunden. Zumindest der erste Separator weist eine Dichtung nahe dem ersten Durchgang auf.
  • Die Dichtung überlappt mit einer geraden Rippe, die zwischen den zweiten Fließfnuten des zweiten Separators vorgesehen ist, in der Stapelrichtung, und die gerade Rippe weist eine flache Oberseite auf, die sich entlang einer Dichtungsoberfläche der Dichtung erstreckt.
  • Bevorzugt ist die Dichtungsbreite der Dichtung kleiner als die Breite der geraden Rippe. Da somit die starren ersten und zweiten Separatoren einander berühren, ist die wasserdurchlässige Membrane zuverlässig zwischen den ersten und zweiten Separatoren aufgenommen, und die Verbesserung in der Steifigkeit in der Stapelrichtung wird erreicht. Da ferner die Abdichtung an der geraden Rippe, die außerhalb der dampfdurchlässigen Oberfläche liegt, in den Oberflächen der ersten und zweiten Separatoren erfolgt, ist es möglich, die effektive Oberflächenausdehnung, die für den Durchlass des Dampfs genutzt wird, effizient zu vergrößern.
  • Bevorzugt schneidet sich die Fließrichtung der ersten Fließnuten, wo die Dichtung vorgesehen ist, mit der Fließrichtung der zweiten Fließnuten im Bereich der geraden Rippe. Bevorzugt ist die Dichtung in dem Bereich der ersten Fließnuten vorgesehen. Daher ist es in den Oberflächen der ersten und zweiten Separatoren möglich, die effektive Oberflächenausdehnung, die für den Durchlass des Dampfs genutzt wird, effizient zu vergrößern, und die Verbesserung in der Dampfdurchlässigkeit wird problemlos erreicht.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Reaktionsgasbefeuchtungsverfahren zum Befeuchten zumindest eines Reaktionsgases, das einer Festpolymerelektrolytbrennstoffzelle zugeführt wird, durch ein Befeuchtungsfluid. In dem Verfahren wird das gleiche Reaktionsgas einem ersten Fließreld und einem zweiten Fließfeld an beiden Oberflächen eines ersten Separators zugeführt, der auf einer Oberfläche einer wasserdurchlässigen Membrane vorgesehen ist. Ferner wird das gleiche Befeuchtungsfluid einem dritten Fließfeld und einem vierten Fließfeld auf beiden Oberflächen eines zweiten Separators zugeführt, der an der anderen Oberfläche der wasserdurchlässigen Membrane vorgesehen ist, um das Reaktionsgas durch das Befeuchtungsfluid zu befeuchten.
  • Bevorzugt erstreckt sich ein Reaktionsgasdurchgang durch den ersten Separator und den zweiten Separator in einer Stapelrichtung, und das Reaktionsgas wird durch den Reaktionsgasdurchgang den zweiten Fließfeld des ersten Separators zugeführt; und wobei sich das Reaktionsgas von dem zweiten Fließfeld zu dem ersten Fließfeld durch ein in dem ersten Separator ausgebildetes erstes Durchgangsloch bewegt und danach ein Teil des Reaktionsgases separat entlang dem zweiten Fließfeld durch ein in dem ersten Separator ausgebildetes zweites Durchgangsloch fließt. Ferner erstreckt sich bevorzugt ein Befeuchtungsfluiddurchgang durch den ersten Separator und den zweiten Separator in einer Stapelrichtung, und das Befeuchtungsfluid wird durch den Befeuchtungsfluiddurchgang zu dem vierten Fließfeld des zweiten Separators zugeführt und wobei sich das Befeuchtungsfluid von dem vierten Fließfeld zu dem dritten Fließfeld durch ein in dem zweiten Separator gebildetes drittes Durchgangsloch bewegt und danach ein Teil des Befeuchtungsfluids separat entlang dem vierten Fließfeld durch ein in dem zweiten Separator gebildetes viertes Durchgangsloch fließt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind das erste Fließfeld und das zweite Fließfeld zumindest auf der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche des ersten Separators vorgesehen, um das gleiche Reaktionsgas oder das gleiche Befeuchtungsfluid zuzuführen, um eine geeignete Befeuchtung des Reaktionsgases zu erreichen. Somit ist es möglich, das Reaktionsgas effizient und zuverlässig zu befeuchten und die Gesamtgröße der Befeuchtungsvorrichtung problemlos zu reduzieren.
  • Ferner überlappt gemäß der vorliegenden Erfindung die Dichtung des ersten Separators mit der flachen Oberfläche der geraden Rippe des zweiten Separators. Daher wird die Dichtung von der geraden Rippe zuverlässig abgestützt. Mit der einfachen Struktur wird der auf die Oberfläche der Dichtung ausgeübte Druck beibehalten, wird eine Verbesserung in der Dichtleistung erreicht und wird die geeignete Steifigkeit in der Stapelrichtung eingehalten. Ferner ist die gesamte Dichtungsoberfläche flach und enthält keinerlei Stufen. Insbesondere ist es z. B. möglich, die Zunahme des Druckverlusts aufgrund einer Verformung der wasserdurchlässigen Membrane oder Lecage aufgrund der Verformung der Dichtung zu verhindern.
    •
  • Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird, in der bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung anhand eines Illustrationsbeispiels gezeigt sind.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Ansicht, die schematisch eine Struktur eines Brennstoffzellensystems zeigt, das eine Befeuchtungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält;
  • 2 ist eine Perspektivansicht, die die Befeuchtungsvorrichtung schematisch zeigt;
  • 3 ist eine Seitenansicht, die einen Teilquerschnitt der Befeuchtungsvorrichtung zeigt;
  • 4 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten der Befeuchtungsvorrichtung zeigt;
  • 5 ist eine vergrößerte Explosionsperspektivansicht, die einen Teil eines ersten Separators der Befeuchtungsvorrichtung zeigt;
  • 6 ist eine Vorderansicht, die den ersten Separator zeigt;
  • 7 ist eine Vorderansicht, die einen zweiten Separator der Befeuchtungsvorrichtung zeigt;
  • 8 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Luft entlang beiden Oberflächen des ersten Separators fließt;
  • 9 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 10 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 11 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 12 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 13 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 14 ist eine Vorderansicht, die einen ersten Separator der Befeuchtungsvorrichtung zeigt;
  • 15 ist eine Perspektivansicht, die einen Teil einer geraden Rippe zeigt;
  • 16 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie XVI-XVI in 14;
  • 17 ist eine Vorderansicht, die einen zweiten Separator der Befeuchtungsvorrichtung zeigt;
  • 18 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 19 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung gemäß einer achten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 20 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung gemäß einer neuen Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 21 ist eine Teilquerschnittsansicht, die eine herkömmliche Befeuchtungsvorrichtung zeigt.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
  • 1 ist eine Ansicht, die schematisch die Struktur eines Brennstoffzellensystems 12 zeigt, das eine Befeuchtungsvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält.
  • Zum Beispiel ist das Brennstoffzellensystem 12 in einem Fahrzeug wie etwa einem Automobil angebracht und enthält einen Brennstoffzellenstapel 14. Der Brennstoffzellenstapel 14 enthält eine Mehrzahl von Stromerzeugungszellen (Festpolymerelektrolytbrennstoffzellen) 16, die in einer mit Pfeil A angegebenen Richtung gestapelt sind. An entgegengesetzten Enden der Stromerzeugungszellen 16 in der Stapelrichtung sind Endplatten 18a, 18b vorgesehen. Die Endplatten 18a, 18b werden mittels Zugbolzen der Stapelrichtung zusammengezogen (nicht gezeigt).
  • Zum Beispiel enthält die Stromerzeugungszelle 16 eine Membranelektrodenanordnung 20 und ein Paar von Separatoren 22, 24, die die Membranelektrodenanordnung 20 zwischen sich aufnehmen. Die Membranelektrodenanordnung 20 enthält eine Anode 20b, eine Kathode 20c sowie eine Festpolymerelektrolytmembrane 20a, die zwischen der Anode 20b und der Kathode 20d angeordnet ist. Ein Brenngas, z. B. Wasserstoffgas wird der Anode 20b zugeführt. Ein sauerstoffhaltiges Gas, z. B. die sauerstoffhaltige Luft wird der Kathode 20c zugeführt.
  • Die Endplatte 18a hat eine Wasserstoffzufuhröffnung 26a zum Zuführen des Wasserstoffgases zu den Stromerzeugungszellen 16 sowie eine Wasserstoffabführöffnung 26b zum Abführen des Gases aus den Brennstoffzellen 16. Das Abgas enthält das wasserstoffhaltige Gas, das in der Reaktion zur Stromerzeugung nicht verbraucht worden ist. Die Endplatte 18b hat eine Luftzuführöffnung 28a zum Zuführen der Luft zu den Stromerzeugungszellen 16 sowie eine Luftabführöffnung 28b zum Abführen der Luft (nachfolgend auch als das "Abgas" bezeichnet) von den Stromerzeugungszellen 16 zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels.
  • Das Brennstoffzellensystem 12 enthält einen Wasserstoffzuführkanal 30 zum Zuführen des Wasserstoffgases zu den Brennstoffzellenstapel 14 sowie einen Wasserstoffzirkulationskanal 32 zum Leiten des Abgases, welches das von dem Brennstoffzellenstapel 14 abgeführte nicht verbrauchte Wasserstoffgas enthält, zu einer Zwischenposition des Wasserstoffzuführkanal 30 und das Abgas, das das nicht verbrauchte Wasserstoffgas enthält, den Brennstoffzellenstapel 14 wieder zuzuführen.
  • Ein Wasserstofftank 34 zum Speichern von Hochdruckwasserstoff sowie ein Regler 36 zum Reduzieren des Drucks des von dem Wasserstofftank 34 zugeführten Wasserstoffgases sowie ein Ejektor 38 zum Ansaugen des Abgases von dem Wasserstoffzirkulationskanal 32 derart, dass das Abgas zu den Brennstoffzellenstapel 14 zurück fließt, sind in den Wasserstoffzuführdurchgang 30 vorgesehen.
  • Ferner enthält das Brennstoffzellensystem 12 einen Luftzuführkanal 40 zum Zuführen der Luft zu dem Brennstoffzellenstapel 14 sowie einen Luftabführkanal 42 zum Abführen des Abgases von dem Brennstoffzellenstapel 40 zur Außenseite. Ein Auflader (oder eine Pumpe 44) zum Komprimieren der dem Brennstoffzellenstapel 14 zugeführten Luft ist in dem Luftzuführkanal 40 vorgesehen.
  • Die Befeuchtungsvorrichtung 40 ist an dem Brennstoffzellenstapel 40 angebracht. Die Befeuchtungsvorrichtung 10 ist mit der Endplatte 18b verbunden. Wie in den 2 und 3 gezeigt, enthält die Befeuchtungsvorrichtung 10 erste Separatoren 52 und zweite Separatoren 54, die in der mit Pfeil A angegebenen Richtung abwechselnd gestapelt sind. Wasserdurchlässige Membranen 50 sind zwischen den ersten und zweiten Separatoren 52, 54 aufgenommen. Der erste Separator 52 ist auf einer Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane 50 ausgebildet, und der zweite Separator 54 ist auf der anderen Oberfläche 50b der wasserdurchlässigen Membrane 50 ausgebildet. Die ersten und zweiten Separatoren 52, 54, die in der mit dem Pfeil A angegebenen Richtung abwechselnd gestapelt sind, und die wasserdurchlässige Membrane 50, die zwischen den ersten und zweiten Separatoren 52, 54 angeordnet sind, bilden einen Stapelkörper 56.
  • An entgegengesetzten Enden des Stapelkörpers 56 in der mit Pfeil A angegebenen Richtung sind Endplatten 57a, 57b vorgesehen. Die Komponenten zwischen den Endplatten 57a, 57b werden durch eine Mehrzahl von Zugstangen 59 zusammengezogen. Die ersten und zweiten Separatoren 52, 54 sind gewellte Metallbleche. Alternativ können die ersten und zweiten Separatoren 52, 54 durch den Schneidprozess oder dergleichen mittels Kohlenstoffplatten hergestellt werden.
  • Wie in 4 gezeigt, sind am einen Ende des Stapelkörpers 56 in dem mit Pfeil B angegebenen Richtung ein Luftzuführdurchgang (Reaktionsgasdurchgang, erster Durchgang) 58a zum Zuführen der Luft vor der Reaktion (des einen Reaktionsgases), sowie ein Luftabführdurchgang (Reaktionsgasdurchgang, erster Durchgang) 58b zum Abführen der befeuchteten Luft vor der Reaktion vertikal in der mit Pfeil C angegebenen Richtung angeordnet. Der Luftzuführdurchgang 58a und der Luftabführdurchgang 58b erstrecken sich durch den Stapelkörper 56 in der mit Pfeil A angegebenen Richtung.
  • Am anderen Ende des Stapelkörpers 56 in der mit Pfeil B angegebenen Richtung sind ein Abgaszuführdurchgang (Befeuchtungsfluiddurchgang, zweiter Durchgang) 60a zum Zuführen des Abgases sowie ein Abgasabführdurchgang (Befeuchtetes-Fluid-Durchgang, zweiter Durchgang) 60b zum Abführen des Abgases nach der Verwendung zum Befeuchten der Luft vor der Reaktion vertikal angeordnet.
  • Wie in 1 gezeigt, ist der Luftzuführdurchgang 58a mit dem Luftzuführkanal 40 verbunden, ist der Luftabführdurchgang 58b mit der Luftzuführöffnung 28a des Brennstoffzellenstapels 14 verbunden, ist der Abgaszuführdurchgang 60a der Luftabführöffnung 28b des Brennstoffzellenstapels 14 verbunden und ist der Abgasabführdurchgang 60b mit dem Luftabführkanal 42 verbunden.
  • Wie in 4 gezeigt, hat der erste Separator 52 ein erstes Fließfeld 62 auf einer ersten Oberfläche 52a, die zu einer Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane 50 weist. Das erste Fließfeld 62 enthält eine Mehrzahl von Nuten (erste Fließnuten) 62a, die auf der ersten Oberfläche 52a im Wesentlichen U-förmig gekrümmt sind. Die Nuten 62a des ersten Fließfelds 62 sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen.
  • Ferner hat der erste Separator 52 ein zweites Fließfeld 64 an einer zweiten Oberfläche 52b, die der ersten Oberfläche 52a entgegengesetzt ist. Das zweite Fließfeld 64 enthält eine Mehrzahl von Nuten 64a, die auf der zweiten Oberfläche 52b im Wesentlichen U-förmig gekrümmt sind. Die Nuten 64a des zweiten Fließfelds 64 sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen. Die Nuten 64a des zweiten Fließfelds 64 und die Nuten 62a des ersten Fließfelds 62 sind abwechselnd ausgebildet und haben insgesamt eine gewellte Form.
  • Ein erstes Dichtungselement (Dichtung) 66 zum Verschließen des ersten Fließfelds 62 ist in der Nähe des Luftzuführdurchgangs 58a (nahe einem Einlass) des ersten Fließfelds 62 und in der Nähe des Luftabführdurchgangs 58b (nahe einem Auslass) des ersten Fließfelds 62 vorgesehen. Ferner ist ein zweites Dichtungselement 68 zum Verschließen des zweiten Fließfelds 64 in der Nähe des Luftzuführdurchgangs 58a und in der Nähe des Luftabführdurchgangs 58b vorgesehen.
  • In 5 sind die ersten und zweiten Dichtungselemente 66, 68 aus elastischem Material wie etwa Gummi hergestellt. Eine Mehrzahl von Erweiterungen 72a, 72b sind integral an den jeweiligen Plattenabschnitten (Dichtungsabschnitten 70a und 70b ausgebildet. Vertiefungen 74a, 74b sind in Rippen (Vorsprüngen) an beiden Seiten der gewählten Nuten 62a des ersten Separators 52 jeweils vorgesehen. Die Vertiefungen 74a sind in einer Linie in der mit dem Pfeil angegebenen Richtung von der Position nahe dem Einlass des ersten Fließfelds 62 zu einer Position nahe dem Auslass des ersten Fließfelds 62 angeordnet. Die Vertiefungen 74b sind in einer Linie mit der in Pfeil C angegebenen Richtung von einer Position nahe dem Einlass des zweiten Fließfelds 64 zu einer Position nahe dem Auslass des zweiten Fließfelds 64 angeordnet. In der dargestellten Ausführung sind die Vertiefungen 74b von den Vertiefungen 74a einwärts versetzt. Alternativ können die Vertiefungen 74a und die Vertiefungen 74b an der gleichen Position an beiden Oberflächen des ersten Separators 52 vorgesehen sein.
  • Der Plattenabschnitt 70a des ersten Dichtungselements 66 wird in die Vertiefungen 74a eingesetzt, und die Erweiterungen 72a des ersten Dichtungselements 66 werden in die Nuten 62a des ersten Fließfelds 62 eingesetzt. Der Plattenabschnitt 70a des ersten Dichtungselements 66 und die Oberflächen der Rippen (Vorsprünge) des ersten Fließfelds 62 auf der ersten Oberfläche 62 liegen in der selben Ebene. Die Erweiterungen 72a verschließen das erste Fließfeld 62.
  • Der Plattenabschnitt 70b des zweiten Dichtungselements 68 wird in die Vertiefungen 74b eingesetzt, und die Erweiterungen 62b des zweiten Dichtungselements 68 werden in die Nuten 64a des zweiten Fließelements 64 eingesetzt, um das zweite Fließfeld 64 zu verschließen.
  • Wie in den 5 und 6 gezeigt, hat in dem ersten Separator 52 eine Trennwand, die das erste Fließfeld 62 und das zweite Fließfeld 64 unterteilt, ein erstes Durchgangsloch 76a. Das erste Durchgangsloch 76a ist zwischen dem ersten Dichtungselement 66 und dem zweiten Dichtungselement 68 angeordnet und verbindet das erste Fließfeld 62 und das zweite Fließfeld 64. Ferner ist in dem ersten Separator ein zweites Durchgangsloch 66b innerhalb des zweiten Dichtungselements 68a ausgebildet. Das zweite Durchgangsloch 76b verbindet das erste Fließfeld 62 und das zweite Fließfeld 64.
  • Wie in den 4 und 7 gezeigt, hat der zweite Separator 54 ein drittes Fließfeld 80 an einer dritten Oberfläche 54a, die zu der anderen Oberfläche 50b der wasserdurchlässigen Membrane 50 weist. Das dritte Fließfeld 80 enthält eine Mehrzahl von Nuten (zweite Fließnuten) 80a, die an der dritten Oberfläche 54a im Wesentlichen U-förmig gekrümmt sind. Die Nuten 80a des dritten Fließfelds 80 sind zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen.
  • Ferner hat der zweite Separator 54 ein viertes Fließfeld 62 an einer vierten Oberfläche 54b, die der dritten Oberfläche 54a gegenüberliegt. Das vierte Fließfeld 81 enthält eine Mehrzahl von Nuten 82a, die an der vierten Oberfläche 54b im Wesentlichen U-förmig gekrümmt sind. Die Nuten 62a des vierten Fließfelds 62 sind zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen. Die Nuten 82a des vierten Fließfelds 82 und die Nuten 80a des dritten Fließfelds 80 sind abwechselnd ausgebildet.
  • Ein drittes Dichtungselement (Dichtung) 84 zum Verschließen des dritten Fließfelds 80 erstreckt sich von einer Position nahe dem Einlass des dritten Fließfelds 80 zum Auslass des dritten Fließfelds 80 in der mit Pfeil C angegebenen Richtung. Ferner erstreckt sich ein viertes Dichtungselement 86 zum Verschließen des vierten Fließfelds 82 von einer Position nahe dem Einlass des vierten Fließfelds 82 zum Auslass des vierten Fließfelds 82 in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung. Das vierte Dichtungselement 86 ist von dem dritten Dichtungselement 84 in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung versetzt. Alternativ können das dritte Dichtungselement 84 und das vierte Dichtungselement 86 in der gleichen Position auf beiden Oberflächen des zweiten Separators 54 vorgesehen sein.
  • Die Strukturen der dritten und vierten Dichtungselemente 84, 86 sind die gleichen wie die ersten und zweiten Dichtungselemente 66, 68. Daher sind die Bauteile der dritten und vierten Dichtungselemente 84, 86, die mit jene der ersten und zweiten Dichtungselemente identisch sind, mit der gleichen Bezugszahl bezeichnet und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 7 gezeigt, hat in dem zweiten Separator 54 eine Trennwand, die das dritte Fließfeld 80 und das vierte Fließfeld 82 trennt, ein drittes Durchgangsloch 88. Das dritte Durchgangsloch 88a ist zwischen dem dritten Dichtungselement 84 und dem vierten Dichtungselement 86 angeordnet und verbindet das dritte Fließfeld 88 und das vierte Fließfeld 82. Ferner ist in dem zweiten Separator 54 ein viertes Durchgangsloch 88b innerhalb des vierten Dichtungselements 86 ausgebildet. Das vierte Dichtungselement 88b verbindet das dritte Fließfeld 80 und das vierte Fließfeld 82.
  • Wenn, wie in 4 gezeigt, der erste Separator 52 und der zweite Separator 54 aneinander gestapelt werden, so dass die wasserdurchlässigen Membrane 50 zwischen dem ersten Separator 52 und dem zweiten Separator 54 angeordnet ist, entsprechen die Positionen der Erweiterungen 72a des ersten Dichtungselements 66 den Positionen von Vorsprüngen zwischen den Nuten 80a des dritten Fließfelds 80, und die Positionen der Erweiterungen 72a des dritten Dichtungselements 84 entsprechen den Positionen der Vorsprünge zwischen den Nuten 82a und dem ersten Fließfeld 62.
  • Eine Dichtung 90 ist integral an dem ersten Separator 52 ausgebildet. Die Dichtung 90 bedeckt den Außenrandbereich des ersten Separators 52 und erlaubt, dass die Luft zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a, dem Luftabführdurchgang 58b und die ersten und zweiten Fließfelder 62, 64 auf den ersten und zweiten Oberflächen 52a, 52b fließt, während der Fluss des Abgases zwischen den ersten und zweiten Fließfeldern 62, 64 und dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b verhindert wird.
  • Eine Dichtung 92 ist integral auf den zweiten Separator 54 ausgebildet. Die Dichtung 92 bedeckt den Außenrandbereich des zweiten Separators 54 und erlaubt, dass das Abgas zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a, dem Abgasabführdurchgang 60b und den dritten und vierten Fließfeldern 80, 82 auf den dritten und vierten Oberflächen 54a, 54b fließt, während der Luftfluss zwischen den dritten und vierten Fließfeldern 80, 82 und dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b verhindert wird.
  • Nachfolgend wird der Betrieb des Brennstoffzellensystems 12 beschrieben, dass die Befeuchtungsvorrichtung 10 enthält.
  • In 1 wird der Druck des Wasserstoffgases, das vom Wasserstofftank 34 dem Wasserstoffzufuhrkanal 30 zugeführt wird, durch den Regler 36 auf einen vorbestimmten Druck reduziert. Das Wasserstoffgas wird der Wasserstoffzuführöffnung 26a des Brennstoffzellenstapels 14 durch den Ejector 38 zugeführt. Das der Wasserstoffzuführöffnung 26a zugeführte Wasserstoffgas bewegt sich entlang der Anode 20b in jeder der Stromerzeugungszellen 16. Das Abgas, das das nicht verbrauchte Wasserstoffgas enthält, wird von der Wasserstoffabführöffnung 26b zu dem Wasserstoffzirkulationskanal 32 abgegeben. Das Abgas fließt durch die Saugwirkung des Ejektors 38 zu der Zwischenposition des Wasserstoffzuführkanals 30 zurück, und wird den Brennstoffzellen 14 wieder als das Wasserstoffbrenngas zugeführt.
  • Die Luft wird dem Luftzuführkanal 40 durch den Auflader 44 zugeführt. Die Luft wird von der Endplatte 57b der Befeuchtungsvorrichtung 10 dem Luftzuführdurchgang 58a des Stapelkörpers 56 zugeführt.
  • Wie in den 5 und 8 gezeigt, sind in dem ersten Separator 52 die Einlassenden des ersten Fließfelds 62 und des zweiten Fließfelds 64 zu dem Luftzuführdurchgang 58a offen, und ein Bereich nahe dem Einlass des ersten Fließfelds 62 ist durch das erste Dichtungselement 66 verschlossen. Die dem Luftzuführdurchgang 58a zugeführte Luft fließt in die Nuten 64a des zweiten Fließfelds 64. Die Vorwärtsbewegung der Luft wird durch die Erweiterungen 62b des zweiten Dichtungselements 68 verhindert. Somit bewegt sich die Luft durch das erste Durchgangsloch 76a zu den Nuten 62a des ersten Fließfelds 62.
  • Die Luft bewegt sich entlang den Nuten 62a, und ein Teil der Luft fließt separat in die Nuten 64a des zweiten Fließfelds 64 durch das zweite Durchgangsloch 76. Das heißt, die Luft fließt separat entlang beiden Nuten 62a, 64a.
  • Somit fließt die Luft vor der Reaktion entlang den U-förmigen Nuten 62a, 64a des ersten Fließfelds 62 und des zweiten Fließfelds 64. Die durch das erste Fließfeld 62 fließende Luft berührt eine Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane 5O. Die durch das zweite Fließfeld 64 fließende Luft berührt die andere Oberfläche 50b der anderen wasserdurchlässigen Membrane 50 (siehe 3).
  • Ferner wird in der Befeuchtungsvorrichtung 10 das Abgas, d. h. die Luft nach Verbrauch in der Reaktion zur Stromerzeugung im Brennstoffzellenstapel, dem Abgaszuführdurchgang 60a zugeführt. Das Abgas fließt durch den Abgaszuführdurchgang 60a in das dritte Fließfeld 80 und das vierte Fließfeld 82 des zweiten Separators 54.
  • Wie in denn 4 und 7 gezeigt, sind die dritten und vierten Dichtungselemente 84, 86 in den dritten und vierten Fließfeldern 80, 82 vorgesehen. Wie im Falle des ersten Separators 52 fließt das Abgas zuerst vorübergehend in die Nuten 82a des vierten Fließfelds 82. Dann fließt das Abgas durch das dritte Durchgangsloch 88a in die Nuten 80a des dritten Fließfelds 80. Ferner fließt das Abgas durch das vierte Durchgangsloch 88b, und ein Teil des Abgases fließt entlang den Nuten 82a. Das heißt, das Abgas fließt separat entlang den U-förmigen Nuten 80a, 82a der dritten und vierten Fließfelder 80, 82.
  • Somit berührt das durch das dritte Fließfeld 80 fließende Abgas die andere Oberfläche 50b der wasserdurchlässigen Membrane 50, und das durch das vierte Fließfeld 82 fließende Abgas berührt eine Oberfläche 50a einer noch anderen wasserdurchlässigen Membrane 50 (siehe 3).
  • Dementsprechend tritt das Wasser in dem Abgas, das sich entlang dem dritten Fließfeld 80 des zweiten Separators 54 bewegt, durch die wasserdurchlässige Membrane 50 hindurch, und das Wasser wird der Luft zugeführt, die entlang dem ersten Fließfeld 62 vor der Reaktion fließt. Daher wird die Luft befeuchtet. Ferner wird die Luft, die entlang dem zweiten Fließfeld 64 vor der Reaktion fließt, durch das Abgas befeuchtet, das sich entlang dem vierten Fließfeld 82 bewegt. Die befeuchtete Luft wird von dem Luftabführdurchgang 58b der Luftzuführöffnung 28a des Brennstoffzellenstapels 14 zugeführt.
  • Wie in 1 gezeigt, wird die befeuchtete Luft der Kathode 20c jeder der Stromerzeugungszellen 16 zugeführt. Wie oben beschrieben, wird das Abgas, das die nicht verbrauchte Luft enthält, von der Luftabführöffnung 28b zu der Luftbefeuchtungsvorrichtung 10 abgeführt. Daher werden in jeder der Stromerzeugungszellen 16 der der Anode 20b zugeführte Wasserstoff und der Sauerstoff in der der Kathode 20c zugeführten Luft in den Reaktionen verbraucht, um Elektrizität zu erzeugen.
  • In der ersten Ausführung, wie in den 3 und 4 gezeigt, ist das erste Schließfeld 62 an der ersten Oberfläche 52a des ersten Separators 52 ausgebildet, und das zweite Fließfeld 64 ist an der zweiten Oberfläche 52b des ersten Separators 52 ausgebildet. Die ersten und zweiten Fließfelder 62, 64 sind mit dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b verbunden, und das gleiche Reaktionsgas (Luft) wird den ersten und zweiten Fließfeldern 62, 64 zugeführt.
  • Das dritte Fließfeld 80 ist an der dritten Oberfläche 54a des zweiten Separators 54 ausgebildet, und das vierte Fließfeld 82 ist an der vierten Oberfläche 54b des zweiten Separators 54 ausgebildet. Die dritten und vierten Fließfelder 80, 82 sind mit dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b verbunden. Das gleiche Befeuchtungsfluid (Abgas) wird den dritten und vierten Fließfeldern 80, 82 zugeführt.
  • Daher wird die Luft, die entlang dem ersten Fließfeld 62 des ersten Separators 52 fließt, durch das Abgas befeuchtet, das entlang dem vierten Fließfeld 80 des zweiten Separators 54 fließt. Die Luft, die entlang dem zweiten Fließfeld 64 fließt, wird durch das Abgas befeuchtet, das entlang dem vierten Fließfeld 82 fließt. Daher fließt die dem ersten Separator 82 zugeführte Luft separat durch die ersten und zweiten Fließfelder 62, 64, und die Luft wird durch die wasserdurchlässigen Membrane 50 an beiden Seiten befeuchtet. Die Befeuchtungseffizienz der Luft wird wirkungsvoll verbessert.
  • Dementsprechend ist es möglich, die Gesamtgröße der Befeuchtung 10 zu reduzieren und die Luft vor der Reaktion effizient und zuverlässig zu befeuchten. Somit wird eine Verbesserung der Stromerzeugungseffizienz des Brennstoffzellenstapels 14 erreicht.
  • Ferner ist in der ersten Ausführung das erste Dichtungselement 66 an dem ersten Separator 53 vorgesehen. Das erste Dichtungselement 66 verschließt die Bereiche in der Nähe des Einlasses und des Auslasses des ersten Fließfelds 62. Ferner ist das zweite Dichtungselement 68 an dem ersten Separator 52 vorgesehen. Das zweite Dichtungselement 68 ist von dem ersten Dichtungselement 66 versetzt und verschließt die Bereiche in der Nähe des Einlasses und des Auslasses des zweiten Fließfelds 64.
  • Wie in 8 gezeigt, fließt die dem Luftzuführdurchgang 58a zugeführte Luft vorübergehend in die Nuten 64a des zweiten Fließfelds 64, und fließt durch das erste Durchgangsloch 76a zu dem ersten Fließfeld 62. Dann fließt ein Teil der Luft separat zu dem zweiten Fließfeld 64 durch das zweite Durchgangsloch 76b. Somit wird in den ersten und zweiten Fließfeldern 62, 64 der Druckabfallbereich am Einlass der Luft erzeugt. Dementsprechend fließt die Luft glattgängig und zuverlässig in die jeweiligen Nuten 62a, 64a.
  • Ferner berührt der Plattenabschnitt 70a des ersten Dichtungselements 66 die wasserdurchlässigen Membrane 50, um den Kontaktdruck mit der wasserdurchlässigen Membrane 50 einzuhalten. Daher dringt die wasserdurchlässige Membrane 50 nicht in die Nuten 62a ein. Somit ist es möglich, eine Kreuzlecage zwischen der Luft vor der Reaktion und dem Abgas zu verhindern.
  • Ferner ist es in den Nuten 62a, 64a, durch Ändern der Tiefe der Vertiefungen 74a, 74b und dem Öffnungsquerschnitt der ersten und zweiten Durchgangslöcher 76a, 76b möglich, die Strömungsverteilung der den Nuten 62a, 64a zugeführten Luft zu verändern. Daher wird die gewünschte Strömungsverteilung vorteilhaft erreicht. Ferner öffnen sich die Nuten 62a, 62b direkt zu dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b. Somit befindet sich der gewellte Abschnitt an dem Luftzuführdurchgang 58b, wie in 5 gezeigt. Mit dem die Rippenstruktur aufweisenden gewellten Abschnitt wird eine Festigkeitsverbesserung erreicht. Ferner können in dem zweiten Separator 54 die gleichen Vorteile wie beim ersten Separator 52 erhalten werden.
  • Wenn die ersten und zweiten Separatoren 52, 54 aneinander gestapelt werden, so dass die wasserdurchlässigen Membrane 5 zwischen den ersten und zweiten Separatoren 52, 54 liegt, ist das erste Dichtungselement 66 an der Position vorgesehen, die den Positionen der Vorsprünge des dritten Fließfelds 80 entspricht, und das dritte Dichtungselement 84 ist an der Position vorgesehen, die den Positionen der Vorsprünge des ersten Fließfelds 62 entspricht. So lange wird der Kontaktdruck mit der wasserdurchlässigen Membrane 50 beibehalten, und die Kreuzlecage wird so weit wie möglich verhindert.
  • In der ersten Ausführung wird die Luft als eines der Reaktionsgase befeuchtet und dem Brennstoffzellenstapel 14 zugeführt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt. Alternativ kann das Brenngas als das andere Reaktionsgas befeuchtet werden. Ferner wird in der ersten Ausführung als das Befeuchtungsfluid das Abgas verwendet, d. h., die von dem Brennstoffzellenstapel 14 abgegebene Luft. Jedoch ist die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt. Es können auch andere Befeuchtungsgase, wie etwa ein gesondertes Dampfgas oder reines Wasser oder eine Flüssigkeit zur Befeuchtung verwendet werden.
  • Ferner ist in der ersten Ausführung der Luftzuführdurchgang 58a oberhalb des Luftabführdurchgangs 58b angeordnet, und der Abgaszuführdurchgang 60a ist oberhalb des Abgasabführdurchgangs 66b angeordnet. Umgekehrt kann der Luftabführdurchgang 58a auch unter dem Luftabführdurchgang 58b angeordnet werden, und der Abgaszuführdurchgang 60a kann unter dem Abgasabführdurchgang 60b angeordnet werden.
  • 9 ist eine Explosionsperspektivansicht, die die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung 100 gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. In 9 sind die Bauteile, die mit jenen der Befeuchtungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführung identisch sind, mit der gleichen Bezugszahl bezeichnet, und deren Beschreibung wird weggelassen. Ferner sind in den dritten bis neunten Ausführungen, wie später beschrieben, die Bauteile, die mit jenen der Befeuchtungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführung identisch sind, mit der gleichen Bezugszahl bezeichnet, der Beschreibung wird weggelassen.
  • Die Befeuchtungsvorrichtung 100 enthält einen ersten Separator 102 und einen zweiten Separator 104, die abwechselnd auf einer Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane 50 und der anderen Oberfläche 50b der wasserdurchlässigen Membrane 50 vorgesehen sind. In der Befeuchtungsvorrichtung 100 sind der Luftzuführdurchgang 58a und der Luftabführdurchgang 58b an Ecken an einer diagonalen Linie vorgesehen, und der Abgaszuführdurchgang 60a und der Abgasabführdurchgang 60b sind an Ecken der anderen diagonalen Linie vorgesehen.
  • Der erste Separator 102 hat ein erstes Fließfeld 106 an der ersten Oberfläche 102, die zur einen Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane 60 weist. Das erste Fließfeld 106 enthält eine Mehrzahl von Nuten 106a in einem Serpentinenmuster mit zwei Wenderegionen und drei geraden Regionen, um zu erlauben, dass die Luft in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung hin und her fließt. Die Serpentinennuten 106a des ersten Fließfelds 106 sind mit dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b verbunden. Ferner hat der erste Separator 102 ein zweites Fließfeld 108 an einer zweiten Oberfläche 102b, die der ersten Oberfläche 102a entgegengesetzt ist. Das zweite Fließfeld 108 enthält eine Mehrzahl von Nuten 108a in einem Serpentinenmuster, das zwei Wenderegionen und drei gerade Regionen aufweist. Die Serpentinennuten 108a des zweiten Fließfelds 108 sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen. Durch Verwendung der Nuten 106a, 108a in dem Serpentinenmuster ist es möglich, die Länge der Nuten 106a, 108a zu vergrößern und die zur Befeuchtung verwendete Wassermenge zu vergrößern.
  • Die Nuten 106a des ersten Fließfelds 106 und die Nuten 108a des zweiten Fließfelds 108 sind abwechselnd ausgebildet, und entgegengesetzte Enden der Nuten 106a, 108a öffnen sich direkt zu dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b.
  • In dem ersten Fließfeld 106 sind erste Dichtungselemente 110a, 110b nahe dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b vorgesehen. In dem zweiten Fließfeld 108 sind zweite Dichtungselemente 112a, 112b vorgesehen, die zweiten Dichtungselemente 112a, 112b sind von den ersten Dichtungselementen 110a, 110b weg einwärts versetzt.
  • Der zweite Separator 104 hat ein drittes Fließfeld 114 an einer dritten Oberfläche 104a, die zu der anderen Oberfläche 50b der wasserdurchlässigen Membrane 50 weist. Das dritte Fließfeld 114 enthält eine Mehrzahl von Nuten 114a in einem Serpentinenmuster, das zwei Wenderegionen und drei gerade Regionen aufweist, um zu erlauben, dass das Abgas in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung hin und her fließt. Die Serpentinennuten 114a des dritten Fließfelds 114 sind zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen. Ferner hat der zweite Separator 104 ein viertes Fließfeld 116 an einer vierten vierten Oberfläche 104b, die der dritten Oberfläche 104a entgegengesetzt ist. Das vierte Fließfeld 116 enthält eine Mehrzahl von Nuten 116a in einem Serpentinenmuster. Die Serpentinennuten 116a des vierten Fließfelds 116 sind zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen.
  • Die Nuten 114a des dritten Fließfelds 114 und die Nuten 116a des vierten Fließfelds 116 sind abwechselnd ausgebildet. In dem dritten Fließfeld 114 sind dritte Dichtungselemente 118a, 118b nahe dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b vorgesehen. In dem vierten Fließfeld 116 sind vierte Dichtungselemente 120a, 120b vorgesehen. Die vierten Dichtungselemente 120a, 120b sind von den dritten Dichtungselementen 118a, 118b weg einwärts versetzt.
  • 10 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten einer bevorzugten Vorrichtung 130 gemäß einer dritten Ausführung der Vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die Befeuchtungsvorrichtung 130 enthält einen ersten Separator 132 und einen zweiten Separator 134, die abwechselnd auf einer Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane 50 und der anderen Oberfläche 50b der wasserdurchlässigen Membrane 50 vorgesehen sind.
  • Der erste Separator 132 hat ein erstes Fließfeld 136 an einer ersten Oberfläche 132a, die zur einen Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane 50 weist. Das erste Fließfeld 136 enthält eine Mehrzahl von Nuten 136a in einem Serpentinenmuster, das drei Wenderegionen und vier gerade Regionen aufweist, um zu erlauben, dass die Luft hin und her fließt, wie mit dem Pfeil B angegeben. Die Serpentinennuten 136a des ersten Fließfelds 136 sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen. Ferner hat der erste Separator 132 ein zweites Fließfeld 138 an einer zweiten Oberfläche 132b, die der ersten Oberfläche 132a gegenüberliegt. Das zweite Fließfeld 138 enthält eine Mehrzahl von Nuten 138a in einem Serpentinenmuster. Die Serpentinennuten 138a des zweiten Fließfelds 138 sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen.
  • Die ersten Dichtungselemente 140a, 140b sind nahe dem Einlass und dem Auslass des ersten Fließfelds 136 vorgesehen. Ferner sind zweite Dichtungselemente 142a, 142b nahe dem Einlass und dem Auslass des zweiten Fließfelds 138 vorgesehen. Die zweiten Dichtungselemente 142a, 142b sind von den ersten Dichtungselementen 140a, 140b weg einwärts versetzt.
  • Der zweite Separator 134 hat ein viertes Fließfeld 144 an einer dritten Oberfläche 134a. Das dritte Fließfeld 144 enthält eine Mehrzahl von Nuten 144a in einem Serpentinenmuster, das drei Wenderegionen und vier gerade Regionen aufweist, um zu erlauben, dass das Abgas hin und her fließt, wie mit dem Pfeil B angegeben. Die Serpentinennuten 144a des dritten Fließfelds 144 sind zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen. Ferner hat der zweite Separator 134 ein Fließfeld 146 an einer zweiten Oberfläche 134b, die der dritten Oberfläche 134a gegenüberliegt. Das vierte Fließfeld 146 enthält eine Mehrzahl von Nuten 146a in einem Serpentinenmuster. Die Serpentinennuten 146a des vierten Fließfelds 146 sind zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen.
  • Dritte Dichtungselemente 148a, 148b sind nahe dem Einlass und dem Auslass des dritten Fließfelds 144 vorgesehen. Ferner sind vierte Dichtungselemente 150a, 150b nahe dem Einlass und dem Auslass des vierten Fließfelds 146 vorgesehen. Die vierten Dichtungselemente 150a, 150b sind von den dritten Dichtungselementen 148a, 148b weg einwärts versetzt.
  • 11 ist eine Explosionsperspektivansicht, die die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung 160 gemäß einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die Befeuchtungsvorrichtung 160 enthält einen ersten Separator 162 und einen zweiten Separator 164, die abwechselnd auf einer Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane 60 und der anderen Oberfläche 50b der wasserdurchlässigen Membrane 50 vorgesehen sind.
  • Der erste Separator 162 hat ein erstes Fließfeld 166 an einer ersten Oberfläche 162a und ein zweites Fließfeld 168 an einer zweiten Oberfläche 162b. Das erste Fließfeld 166 enthält eine Mehrzahl gerader Nuten 166a, die sich in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung erstrecken. Die geraden Nuten 166a sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen. Das zweite Fließfeld 168 enthält eine Mehrzahl gerader Nuten 168a, die sich in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung erstrecken. Die geraden Nuten 168a sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen. Die Nuten 166a und die Nuten 168a sind abwechselnd ausgebilet.
  • Der zweite Separator 164 hat ein drittes Fließfeld 170 an einer dritten Oberfläche 164a und ein viertes Fließfeld 172 an einer vierten Oberfläche 164b. Das dritte Fließfeld 170 enthält eine Mehrzahl gerader Nuten 170a, die sich in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung erstreckt. Die geraden Nuten 170a sind zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und mit dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen. Das vierte Fließfeld 172 enthält eine Mehrzahl gerader Nuten 172a, die sich in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung erstrecken. Die geraden Nuten 172 sind dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen. Die Nuten 170a und die geraden Nuten 172a sind abwechselnd ausgebildet.
  • 12 ist eine Explosionsperspektive, die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung 190 gemäß einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die Befeuchtungsvorrichtung 190 enthält einen ersten Separator 192 und einen zweiten Separator 193, die abwechselnd an einer Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane 50 und der anderen Oberfläche 50b der wasserdurchlässigen Membrane 50 vorgesehen sind. Am einen Ende der Befeuchtungsvorrichtung 190 in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung sind der Abgaszuführdurchgang 60a und der Abgasabführdurchgang 60b vorgesehen. Ferner sind in den oberen und unteren Abschnitten am einen Ende der vorliegenden Vorrichtung 109 der Luftzuführdurchgang 158a und der Luftabführdurchgang 158b vorgesehen.
  • Der erste Separator 192 hat ein erstes Fließfeld 194 an einer ersten Oberfläche 192a und ein zweites Fließfeld 196 in einer zweiten Oberfläche 192b. Das erste Fließfeld 194 enthält eine Mehrzahl von Nuten 194a, die in einer U-Form gekrümmt sind. Die gekrümmten Nuten 194a des ersten Fließfelds 194 sind zwischen dem Luftzuführkanal 58a und dem Luftabführkanal 58b angeschlossen. Das zweite Fließfeld 196 enthält eine Mehrzahl von Nuten 196a, die in einer U-Form gekrümmt sind. Die gekrümmten Nuten 196a sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen. Die Nuten 194a des ersten Fließfelds 194 und die Nuten 196a des zweiten Fließfelds 196 sind abwechselnd ausgebildet.
  • Der zweite Separator 193 hat ein drittes Fließfeld 198 an einer dritten Oberfläche 193a und ein viertes Fließfeld 200 an einer vierten Oberfläche 93b. Das dritte Fließfeld 198 enthält eine Mehrzahl von Nuten 198a, die in einer angenäherten U-Form gekrümmt sind und die zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen sind. Das vierte Fließfeld 200 enthält eine Mehrzahl von Nuten 200a, die in einer angenäherten U-Form gekrümmt sind und die zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen sind. Die Nuten 198a und die Nuten 200a sind abwechselnd ausgebildet.
  • Alternativ können die Positionen des Luftabführdurchgangs 58b und des Abgasabführdurchgangs 60b ausgetauscht werden, oder können die Positionen des Luftzuführdurchgangs 58a und des Abgaszuführdurchgangs 60a ausgetauscht werden. In diesem Fall sind in den ersten bis vierten Fließfeldern 124 bis 200 die Nuten am einen Ende gerade, und die Nuten sind am anderen Ende gekrümmt.
  • In den zweiten bis fünften Ausführungen können die gleichen Vorteile wie mit der Befeuchtungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführung erhalten werden.
  • 13 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung 210 gemäß einer sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die Befeuchtungsvorrichtung 210 enthält einen ersten Separator 212 und einen zweiten Separator 214, die abwechselnd an einer Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane 50 und der anderen Oberfläche 50b der wasserdurchlässigen Membrane 50 vorgesehen sind.
  • Wenn, wie in den 13 und 14 gezeigt, der erste Separator 212 und der zweite Separator 214 derart aneinander gestapelt werden, dass die wasserdurchlässigen Membrane 50 zwischen dem ersten Separator 212 und dem zweiten Separator 214 angeordnet ist, ist eine erste gerade Rippe 216a auf der ersten Oberfläche 212a des ersten Separators 212 ausgebildet. Die erste gerade Rippe 216a überlappt mit einem dritten Dichtungselement 84 des zweiten Separators 214 in der Stapelrichtung. Die erste gerade Rippe 216a ist zwischen den Nuten 62a vorgesehen und erstreckt sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung. Die erste gerade Rippe 216a verschließt die Nuten 62a an deren entgegengesetzten Enden an der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung. Die erste gerade Rippe 216a hat eine flache Oberseite, die sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung über die Gesamtlinie des dritten Dichtungselements 84 erstreckt.
  • Wie in 15 gezeigt, ist an jedem der entgegengesetzten Enden der ersten geraden Rippe 216a eine Fließfeldverbindungsöffnung 218a ausgebildet, um die separierten Nuten 62a an der Seite der Nuten 64a zu verbinden. Wie in 16 gezeigt, ist die Breite H1 der flachen Oberfläche der ersten geraden Rippe 216a größer als die Dichtungsbreite H2 des dritten Dichtungselements 84. Die entgegengesetzten Enden der ersten geraden Rippe 216a in der Querrichtung weisen zu Vorsprüngen des zweiten Separators 214, um das dritte Dichtungselement 84 zu überbrücken.
  • Wenn, wie in den 13 und 17 gezeigt, die ersten und zweiten Separatoren 212, 214 derart aneinander gestapelt werden, dass die wasserdurchlässigen Membrane 50 zwischen den ersten und zweiten Separatoren 212, 214 angeordnet ist, wird eine zweite gerade Rippe 216b an der dritten Oberfläche 54a des zweiten Separators 214 gebildet. Die zweite gerade Rippe 216b überlappt mit dem ersten Dichtungselement 66 des ersten Separators 212 in der Stapelrichtung. Wie im Falle der ersten geraden Rippe 216a erstreckt sich die zweite gerade Rippe 216b zwischen den Nuten 80a in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung und verschließt einen Teil der Nuten 80a an deren entgegengesetzten Enden. Die zweite gerade Rippe 216b hat eine flache Oberfläche, die sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung über die Gesamtlänge des ersten Dichtungselements 66 erstreckt. An jedem der entgegengesetzten Enden der zweiten gerade Rippe 16b ist eine Fließfeldverbindungsöffnung 218b ausgebildet, um die separierten Nuten 80a an der Seite der Nuten 82a zu verbinden.
  • Wenn in der sechsten Ausführung der erste Separator 212 und der zweite Separator 214 derart aneinander gestapelt werden, dass die wasserdurchlässigen Membrane 50 zwischen dem ersten Separator 212 und dem zweiten Separator 214 angeordnet wird, sind die erste gerade Rippe 216a, die mit dem dritten Dichtungselement 84 in der Stapelrichtung überlappt, und die zweite gerade Rippe 216b, die mit dem ersten Dichtungselement 66 in der Stapelrichtung überlappt, vorgesehen (siehe 14 und 17).
  • Wenn somit der erste Separator 212 und der zweite Separator 214 derart aneinander gestapelt sind, dass die wasserdurchlässigen Membrane 50 zwischen dem ersten Separator 212 und dem zweiten Separator 214 angeordnet ist, um den Stapelkörper 56 zu bilden, und in der Stapelrichtung eine Dichtziehlast auf den Stapelkörper 56 ausgeübt wird, wird das erste Dichtungselement 66 von der zweiten geraden Rippe 216b abgestützt, und wird das dritte Dichtungselement 84 von der ersten geraden Rippe 216a abgestützt. Mit der einfachen Struktur können die Drücke, die auf die Oberflächen der ersten und dritten Dichtungselemente 66, 84 ausgeübt werden, beibehalten werden. Es ist möglich, eine Verbesserung in der Abdichtleistung zu erreichen und die ausreichende Steifigkeit in der Stapelrichtung beizubehalten.
  • Ferner ist, wie in 16 gezeigt, die Breite H1 der ersten geraden Rippe 216a größer als die Dichtungsbreite H2 des dritten Dichtungselements 84. Die in der Querrichtung entgegengesetzten Enden der ersten geraden Rippe 216a überlappen mit den Vorsprüngen des zweiten Separators 214 derart, dass die wasserdurchlässigen Membrane 50 zwischen der ersten geraden Rippe 216a und dem zweiten Separator 216 angeordnet ist. Die ersten und zweiten Separatoren 212, 214 werden durch den Kontakt der starren ersten und zweiten Separatoren 212, 214 abgestützt. Daher wird die Gesamtsteifigkeit des Stapelkörpers 56 in der Stapelrichtung zuverlässig verbessert.
  • Ferner haben in der sechsten Ausführung die ersten und zweiten geraden Rippen 216a, 216b die flachen Oberflächen, die sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung erstrecken, um die Nuten 62a, 80a an entgegengesetzten Enden in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung abzudecken. Die Positionen der Plattenabschnitte 70a des dritten Dichtungselements 84 und des ersten Dichtungselements 66 entsprechen den Positionen der flachen Oberflächen der ersten und zweiten geraden Rippen 216a, 216b. Daher wird in den Dichtungsoberflächen der ersten und dritten Dichtungselemente 66, 84 keine Stufe gebildet. Dementsprechend ist es z. B. möglich, die Druckzunahme aufgrund der Verformung (Abwärtsverformung durch das Gewicht) der wasserdurchlässigen Membrane 50 oder die Lecage aufgrund der Verformung (Abwärtsverformung durch das Gewicht) der ersten und dritten Dichtungselemente 66, 84 zuverlässig zu verhindern.
  • Ferner sind die ersten und dritten Dichtungselemente 66, 84 an der Innenseite der ersten und zweiten Fließfelder 62, 80 vorgesehen. Somit ist es in den Oberflächen der ersten und zweiten Separatoren 212, 214 möglich, die effektive Oberflächenausdehnung, die für die Permeationen des Dampfs verwendet wird, wirksam zu vergrößern, und es wird problemlos eine Verbesserung der Dampfdurchlässigkeit erreicht.
  • 18 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung 220 gemäß einer siebten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die Befeuchtungsvorrichtung 220 enthält einen ersten Separator 222 und einen zweiten Separator 224, die abwechselnd an einer Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane 50 und der anderen Oberfläche 50b der wasserdurchlässigen Membrane 50 vorgesehen sind. In der Befeuchtungsvorrichtung 220 sind der Luftzuführdurchgang 58a und der Luftabführdurchgang 58b an Ecken an einer diagonalen Linie vorgesehen, und der Abgaszuführdurchgang 60a und der Abgasabführdurchgang 60b sind an Ecken an der anderen diagonalen Linie vorgesehen.
  • Der erste Separator 222 hat ein erstes Fließfeld 226 an einer ersten Oberfläche 220a, die zur einen Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane weist. Das erste Fließfeld 226 enthält eine Mehrzahl von Nuten 226a in einem Serpentinenmuster, das zwei Wenderegionen und drei gerade Regionen aufweist, um zu erlauben, dass die Luft in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung hin und her fließt. Die Serpentinennuten 226a des ersten Fließfelds 226 sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen. Ferner hat der erste Separator 222 ein zweites Fließfeld 228 an einer zweiten Oberfläche 222b, die der ersten Oberfläche 222a entgegengesetzt ist. Das zweite Fließfeld 228 enthält eine Mehrzahl von Nuten 228a in einem Serpentinenmuster, das zwei Wenderegionen und drei gerade Regionen aufweist. Die Serpentinennuten 228a des zweiten Fließfelds 28 sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen. Durch Verwendung der Nuten 226a, 228a in dem Serpentinenmuster ist es möglich, die Längen der Nuten 226a, 228a zu vergrößern und die zur Befeuchtung verwendete Wassermenge zu vergrößern.
  • Die Nuten (erste Fließ nuten) 226a des ersten Fließfelds 226 und die Nuten 228a des zweiten Fließfelds 228 sind abwechselnd ausgebildet, und entgegengesetzte Enden der Nuten 226a, 228a öffnen sich direkt zu dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b.
  • In dem ersten Fließfeld 226 sind erste Dichtungselemente (Dichtungen) 230a, 230b nahe dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b vorgesehen. In dem zweiten Fließfeld 228 sind zweite Dichtungselemente 232a, 232b vorgesehen. Die zweiten Dichtungselemente 232a, 232b sind von den ersten Dichtungselementen 230a, 230b weg einwärts versetzt.
  • Der zweite Separator 224 hat ein drittes Fließfeld 234 an einer dritten Oberfläche 224a, die zur anderen Oberfläche 50b der wasserdurchlässigen Membrane 50 weist. Das dritte Fließfeld 234 enthält eine Mehrzahl von Nuten 234a in einem Serpentinenmuster, das zwei Wenderegionen und drei gerade Regionen aufweist, um zu erlauben, dass das Abgas in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung hin und her fließt. Die Serpentinennuten 234a des dritten Fließfelds 234 sind zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen. Ferner hat der zweite Separator 224 ein viertes Fließfeld 236 an einer vierten Oberfläche 224b, die der dritten Oberfläche 224a entgegengesetzt ist. Das vierte Fließfeld 236 enthält eine Mehrzahl von Nuten 236a in einem Serpentinenmuster. Die Serpentinennuten 236a des vierten Fließfelds 236 sind zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen.
  • Die Nuten (zweiten Fließnuten) 234a des dritten Fließfelds 34 und die Nuten 236a des vierten Fließfelds 236 sind abwechselnd ausgebildet. In dem dritten Fließfeld 234 sind dritte Dichtungselemente (Dichtungen) 238a, 238b nahe dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b vorgesehen. In dem vierten Fließfeld 236 sind vierte Dichtungselemente 240a, 240b nahe dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b vorgesehen. Die vierten Dichtungselemente 240a, 240b sind von den dritten Dichtungselementen 238a, 238b weg einwärts versetzt.
  • Wenn der erste Separator 222 und der zweite Separator 224 derart aneinander gestapelt werden, dass die wasserdurchlässige Membrane 50 zwischen dem ersten Separator 222 und dem zweiten Separator 224 angeordnet ist, werden die ersten geraden Rippen 242a, 242b auf der ersten Oberfläche 222a des ersten Separators 222 gebildet. Die ersten geraden Rippen 242a, 242b überlappen mit den dritten Dichtungselementen 238a, 238b in der Stapelrichtung. Die ersten geraden Rippen 242a, 242b erstrecken sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung. Die entgegengesetzten Enden der ersten geraden Rippen 242a, 242b in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung verschließen einen Teil der Nuten 226a.
  • Die ersten geraden Rippen 242a, 242b haben flache Oberseiten, die sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung über die Gesamtlängen der dritten Dichtungselemente 238a, 238b erstrecken. Abschnitte der Nuten 226a, die mit den ersten geraden Rippen 242a, 242b verschlossen sind, sind an der Seite der Nuten 228a durch Fließfeldverbindungsöffnungen 244a, 244b angeschlossen.
  • Wenn ferner der erste Separator 222 und der zweite Separator 224 derart aneinander gestapelt werden, dass die wasserdurchlässige Membrane 50 zwischen dem ersten Separator 222 und dem zweiten Separator 224 angeordnet ist, werden die zweiten geraden Rippen 246a, 246b auf der dritten Oberfläche 224a des zweiten Separators 224 gebildet. Die zweiten geraden Rippen 246a, 246b überlappen mit den ersten Dichtungselementen 230a, 230b in der Stapelrichtung. Die zweiten geraden Rippen 246a, 246b erstrecken sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung. Die entgegengesetzten Enden der zweiten geraden Rippen 246a, 246b in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung verschließen einen Teil der Nuten (234a). Die zweiten geraden Rippen 246a 246b haben flache Oberseiten, die sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung über die Gesamtlängen der ersten Dichtungselemente 230a, 230b erstrecken. Abschnitte der Nuten 234a, die mit den zweiten geraden Rippen 246a, 246b verschlossen sind, sind an der Seite der Nuten 234a durch Fließfeldverbindungsöffnungen 248a 248b angeschlossen.
  • 19 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung 250 gemäß einer achten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die Befeuchtungsvorrichtung 250 enthält einen ersten Separator 252 und einen zweiten Separator 254, die abwechselnd auf einer Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane 50 und der anderen Oberfläche 50b der wasserdurchlässigen Membrane 50 vorgesehen sind.
  • Der erste Separator 252 hat ein erstes Fließfeld 256 auf einer ersten Oberfläche 252a. Das erste Fließfeld 256 enthält eine Mehrzahl von Nuten 256a in einem Serpentinenmuster, das drei Wenderegionen und vier gerade Regionen aufweist, um zu erlauben, dass die Luft hin und her fließt, wie mit dem Pfeil B angegeben. Die Serpentinennuten 256a des ersten Fließfelds 256 sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen. Ferner hat der erste Separator 252 ein zweites Fließfeld 258 an einer zweiten Oberfläche 252b, die der ersten Oberfläche 252a entgegengesetzt ist. Das zweite Fließfeld 258 enthält eine Mehrzahl von Nuten 258a in einem Serpentinenmuster. Die Serpentinennuten 258a des zweiten Fließfelds 258 sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen.
  • Erste Dichtungselemente (Dichtungen) 260a, 260b sind nahe dem Einlass und dem Auslass des ersten Fließfelds 256 vorgesehen. Ferner sind zweite Dichtungselemente 262a, 262b nahe dem Einlass und dem Auslass des zweiten Fließfelds 258 vorgesehen. Die zweiten Dichtungselemente 262a, 262b sind von den ersten Dichtungselementen 260a, 260b weg einwärts versetzt.
  • Der zweite Separator 254 hat ein drittes Fließfeld 264 auf einer dritten Oberfläche 254a. Das dritte Fließfeld 264 enthält eine Mehrzahl von Nuten 264a in einem Serpentinenmuster, das drei Wenderegionen und vier gerade Regionen aufweist, um zu erlauben, dass das Abgas hin und her fließt, wie mit dem Pfeil B angegeben. Die Serpentinennuten 264a des dritten Fließfelds 264 sind zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen. Ferner hat der zweite Separator 254 ein viertes Fließfeld 266 auf einer vierten Oberfläche 254b, die der dritten Oberfläche 254a entgegengesetzt ist. Das vierte Fließfeld 266 enthält eine Mehrzahl von Nuten 266a in einem Serpentinenmuster. Die Serpentinennuten 266a des vierten Fließfelds 266 sind zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen.
  • Dritte Dichtungselemente (Dichtungen) 268a, 268b sind nahe dem Einlass und dem Auslass des dritten Fließfelds 264 vorgesehen. Ferner sind vierte Dichtungselemente 270a, 270b nahe dem Einlass und dem Auslass des vierten Fließfelds 66 vorgesehen. Die vierten Dichtungselemente 270a, 270b sind von den dritten Dichtungselementen 268a, 268b weg einwärts versetzt.
  • Die ersten geraden Rippen 272a, 272b sind an dem ersten Separator 252 ausgebildet. Die ersten geraden Rippen 272a, 272b überlappen mit den dritten Dichtungselementen 268a, 268b des zweiten Separators 54 in der Stapelrichtung. Die ersten geraden Rippen 272a, 272b haben flache Oberseiten, die sich über die gesamten Längen der dritten Dichtungselemente 268a, 268b erstrecken. Geschlossene Abschnitte der Nuten (erste Fließnuten) 256a sind an der Seite der Nuten 256b durch Fließfeldverbindungsöffnungen 274a, 274b angeschlossen.
  • Zweite gerade Rippen 276a, 276b sind an der dritten Oberfläche 254a des zweiten Separators 254 ausgebildet. Die zweiten geraden Rippen 276a, 276b überlappen mit den ersten Dichtungselementen 260a, 260b des ersten Separators 252 in der Stapelrichtung. Entgegengesetzte Enden der zweiten geraden Rippen 276a, 276b verschließen die Nuten (zweite Fließnuten) 264a, und die zweiten geraden Rippen 276a, 276b haben flache Oberseiten, die sich über die Gesamtlängen der ersten Dichtungselemente 260a, 260b erstrecken. Abschnitte der Nuten 264a, die durch die zweiten geraden Rippen 276a, 276b verschlossen sind, sind an der Seite der Nuten 264b durch Fließfeldverbindungsöffnungen 278a, 278b angeschlossen.
  • 20 ist eine Explosionsperspektivansicht, die Hauptkomponenten einer Befeuchtungsvorrichtung 290 gemäß einer neunten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die Befeuchtungsvorrichtung 290 enthält einen ersten Separator 292 und einen zweiten Separator 293, die abwechselnd auf einer Oberfläche 50a der wasserdurchlässigen Membrane 50 und der anderen Oberfläche 50b der wasserdurchlässigen Membrane 50 vorgesehen sind. Am einen Ende der Befeuchtungsvorrichtung 290 in der mit dem Pfeil B angegebenen Richtung sind der Abgaszuführdurchgang 60a und der Abgasabführdurchgang 60b vorgesehen. Ferner sind an oberen und unteren Abschnitten am einen Ende der Befeuchtungsvorrichtung 290 der Luftzuführdurchgang 58a und der Luftabführdurchgang 58b vorgesehen.
  • Der erste Separator 292 hat ein erstes Fließfeld 294 an einer ersten Oberfläche 292a und ein zweites Fließfeld 296 an einer zweiten Oberfläche 292b. Das erste Fließfeld 294 enthält eine Mehrzahl von Nuten (erste Fließnuten) 294a, die in einer U-Form gekrümmt sind. Die gekrümmten Nuten 294a des ersten Fließfelds 294 sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen. Das zweite Fließfeld 296 enthält eine Mehrzahl von Nuten 296a, die in einer U-Form gekrümmt sind. Die gekrümmten Nuten 296a sind zwischen dem Luftzuführdurchgang 58a und dem Luftabführdurchgang 58b angeschlossen. Die Nuten 294a des ersten Fließfelds 294 und die Nuten 296a des zweiten Fließfelds 296 sind abwechselnd ausgebildet.
  • Der zweite Separator 293 hat ein drittes Fließfeld 298 an einer dritten Oberfläche 293a und ein viertes Fließfeld 300 an einer vierten Oberfläche 293b. Das dritte Fließfeld 298 enthält eine Mehrzahl von Nuten (zweite Fließnuten) 298a, die in einer U-Form gekrümmt sind. Die gekrümmten Nuten 298a des dritten Fließfelds 298 sind zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen. Das vierte Fließfeld 300 enthält eine Mehrzahl von Nuten 300, die in einer U-Form gekrümmt sind. Die gekrümmten Nuten 300a sind zwischen dem Abgaszuführdurchgang 60a und dem Abgasabführdurchgang 60b angeschlossen. Die Nuten 298a des dritten Fließfelds 298 und die Nuten 300a des vierten Fließfelds 300 sind abwechselnd ausgebildet.
  • Auf der dritten Oberfläche 293a des zweiten Separators 293 ist ein Dichtungselement (Dichtung) 302 nahe dem Einlass und dem Auslass des dritten Fließfelds 298 vorgesehen. Auf der vierten Oberfläche 293b des zweiten Separators 293 ist ein Dichtungselement 304 nahe dem Einlass und dem Auslass des vierten Fließfelds 300 vorgesehen. Das Dichtungselement 304 ist von dem Dichtungselement 302 weg einwärts versetzt.
  • Eine gerade Rippe 306 ist auf der ersten Oberfläche 292a des ersten Separators 292 ausgebildet. Die gerade Rippe 306 überlappt mit den Dichtungselementen 302 des zweiten Separators 293 in der Stapelrichtung. Die gerade Rippe 306 erstreckt sich in der mit dem Pfeil C angegebenen Richtung und verschließt die Wenderegionen der Nuten 294a. Die gerade Rippe 306 hat eine flache Oberseite, die sich über die Gesamtlänge der Dichtungselemente 302 erstreckt. Abschnitte der Nuten 294a, die durch die gerade Rippe 306 verschlossen sind, sind an der Seite der Nuten 294b durch Fließfeldverbindungsöffnungen 308a, 308b angeschlossen.
  • In den oben beschriebenen siebten und neunten Ausführungen kann der gleiche Vorteil wie bei der Befeuchtungsvorrichtung 210 gemäß der sechsten Ausführung erhalten werden.
  • Eine Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung enthält einen ersten Separator (52), der auf einer Oberfläche (50a) einer wasserdurchlässigen Membrane (50) vorgesehen ist, und einen zweiten Separator (54), der auf der anderen Oberfläche (50b) der wasserdurchlässigen Membrane (50) vorgesehen ist. Der erste Separator (52) hat erste und zweite Fließfelder (62, 64) auf beiden Oberflächen zum Zuführen von Luft vor der Reaktion als das gleiche Reaktionsgas. Ferner hat der zweite Separator (54) dritte und vierte Fließfelder (80, 82) auf beiden Oberflächen zum Zuführen eines Abgases als das gleiche Befeuchtungsfluid. Das Abgas wird zur Befeuchtung der Luft vor der Reaktion genutzt.

Claims (22)

  1. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung zum Befeuchten zumindest eines Reaktionsgases, das einer Festpolymerelektrolytbrennstoffzelle (16) zugeführt wird, durch ein Befeuchtungsfluid, wobei die Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung umfasst: einen ersten Separator (52), der auf einer Oberfläche (50a) der wasserdurchlässigen Membrane (50) vorgesehen ist; und einen zweiten Separator (54), der auf der anderen Oberfläche (50b) der wasserdurchlässigen Membrane (50) vorgesehen ist, worin zumindest der erste Separator (52) ein erstes Fließfeld (62) auf einer ersten Oberfläche (52a), die zur einen Oberfläche (50a) der wasserdurchlässigen Membrane (50) weist, und ein zweites Fließfeld (64) auf einer zweiten Oberfläche (52b), die der ersten Oberfläche (52a) entgegengesetzt ist, aufweist, um zu erlauben, dass das gleiche Reaktionsgas oder das gleiche Befeuchtungsfluid entlang dem ersten Fließfeld (62) und dem zweiten Fließfeld (64) fließt.
  2. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin der erste Separator (52) durch Wellen einer Metallplatte gebildet ist, um das erste Fließfeld (62) und das zweite Fließfeld (64) zu bekommen.
  3. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin sich ein Durchgang (58a) durch den ersten Separator (52) erstreckt, um zu erlauben, dass das Reaktionsgas oder das Befeuchtungsfluid in einer Stapelrichtung fließt und in die ersten und zweiten Fließfelder (62, 64) geführt wird.
  4. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin ein erstes Dichtungselement (66) zum Verschließen des ersten Fließfelds (62) zumindest nahe einem Einlass des ersten Fließfelds (62) vorgesehen ist; und ein zweites Dichtungselement (68) zum Verschließen des zweiten Fließfelds (64) zumindest nahe einem Einlass des zweiten Fließfelds (64) vorgesehen ist und von dem ersten Dichtungselements (66) versetzt ist.
  5. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, worin Vertiefungen (74a, 74b) in jeweiligen gewellten Vorsprüngen auf beiden Oberflächen des ersten Separators (52) ausgebildet sind, und das erste Dichtungselement (66) in der Vertiefung (74a) an der ersten Oberfläche (52a) vorgesehen ist und das zweite Dichtungselement (68) in der Vertiefung (74b) an der zweiten Oberfläche (52b) vorgesehen ist.
  6. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin der erste Separator (52) ein Durchgangsloch (76a) aufweist, um das erste Fließfeld (62) und das zweite Fließfeld (64) zu verbinden.
  7. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin der erste Separator (52) und der zweite Separator (54) abwechselnd aneinandergestapelt sind, um einen Stapel zu bilden, so dass die wasserdurchlässige Membrane (5) zwischen dem ersten Separator (52) und dem zweiten Separator (54) angeordnet ist.
  8. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin der zweite Separator (54) ein drittes Fließfeld (80) auf einer dritten Oberfläche (54a), die zu der anderen Oberfläche (50b) der wasserdurchlässigen Membrane (50) weist, und ein viertes Fließfeld (82) auf einer vierten Oberfläche (54b), die der dritten Oberfläche (54a) entgegengesetzt ist, aufweist, um zu erlauben, dass das gleiche Befeuchtungsfluid oder das gleiche Reaktionsgas entlang dem dritten Fließfeld (80) und dem vierten Fließfeld (82) fließt.
  9. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung zum Befeuchten zumindest eines Reaktionsgases, das einer Festpolymerelektrolytbrennstoffzelle (16) zugeführt wird, durch ein Befeuchtungsfluid, wobei die Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung umfasst: einen ersten Separator (52), der auf einer Oberfläche (50a) einer wasserdurchlässigen Membrane (50) vorgesehen ist; und einen zweiten Separator (54), der auf der anderen Oberfläche (50b) der wasserdurchlässigen Membrane (50) vorgesehen ist, worin der erste Separator (52) ein erstes Fließfeld (62) auf einer ersten Oberfläche (52a), die zur einen Oberfläche (50a) der wasserdurchlässigen Membrane (50) weist, und ein zweites Fließfeld (64) auf einer zweiten Oberfläche (52b), die der ersten Oberfläche (52a) entgegengesetzt ist, aufweist, um zu erlauben, dass das gleiche Reaktionsgas oder das gleiche Befeuchtungsfluid entlang dem ersten Fließfeld (62) und dem zweiten Fließfeld (64) fließt; und der zweite Separator (54) ein drittes Fließfeld (80) auf einer dritten Oberfläche (54a), die zur anderen Oberfläche (50b) der wasserdurchlässigen Membrane (50) weist, und ein viertes Fließfeld (82) auf einer vierten Oberfläche (54b), die der dritten Oberfläche (54a) entgegengesetzt ist, aufweist, um zu erlauben, dass das gleiche Befeuchtungsfluid oder das gleiche Reaktionsgas entlang dem dritten Fließfeld (80) und dem vierten Fließfeld (82) fließt.
  10. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9, worin der erste Separator (52) und der zweite Separator (54) abwechselnd aneinandergestapelt sind, um einen Stapel zu bilden, so dass die wasserdurchlässigen Membrane (50) zwischen dem ersten Separator (52) und dem zweiten Separator (54) angeordnet ist.
  11. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9, worin der erste Separator (52) durch Wellen einer Metallplatte gebildet ist, um das erste Fließfeld (62) und das zweite Fließfeld (64) zu bekommen, und der zweite Separator (54) durch Wellen einer Metallplatte gebildet ist, um das dritte Fließfeld (80) und das vierte Fließfeld (82) zu bekommen.
  12. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9, worin sich ein Reaktionsgasdurchgang (58a) durch den ersten Separator (52) und dem zweiten Separator (54) erstreckt, um zu erlauben, dass das Reaktionsgas in einer Stapelrichtung fließt und zwei vorbestimmten der ersten bis vierten Fließfelder zugeführt wird; und sich ein Befeuchtungsfluiddurchgang (60a) durch den ersten Separator (52) und den zweiten Separator (54) erstreckt, um zu erlauben, dass das Befeuchtungsfluid in der Stapelrichtung fließt und den restlichen zwei der ersten bis vierten Fließfelder zugeführt wird.
  13. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9, worin ein erstes Dichtungselement (66) zum Verschließen des ersten Fließfelds (62) zumindest nahe einem Einlass des ersten Fließfelds (62) vorgesehen ist; ein zweites Dichtungselement (68) zum Verschließen des zweiten Fließfelds (64) zumindest nahe einem Einlass des zweiten Fließfelds (64) vorgesehen ist und von dem ersten Dichtungselement (66) versetzt ist; ein drittes Dichtungselement (84) zum Verschließen des dritten Fließfelds (80) zumindest nahe einem Einlass des dritten Fließfelds (80) vorgesehen ist; und ein viertes Dichtungselement (86) zum Verschließen des vierten Fließfelds (82) zumindest nahe einem Einlass des vierten Fließfelds (82) vorgesehen ist und von dem dritten Dichtungselement (84) versetzt ist.
  14. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 13, worin Vertiefungen (74a, 74b) in jeweiligen gewellten Vorsprüngen auf beiden Oberflächen des ersten Separators (52) ausgebildet sind und das erste Dichtungselement (66) in der Vertiefung (74a) an der ersten Oberfläche (52a) vorgesehen ist, und das zweite Dichtungselement (68) in der Vertiefung (74b) an der zweiten Oberfläche (52b) vorgesehen ist; und Vertiefungen in jeweiligen gewellten Vorsprüngen auf beiden Oberflächen des zweiten Separators (54) ausgebildet sind, und das dritte Dichtungselement (84) in der Vertiefung an der dritten Oberfläche (54a) vorgesehen ist, und das vierte Dichtungselement (86) in der Vertiefung an der vierten Oberfläche (54b) vorgesehen ist.
  15. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9, worin der erste Separator (52) ein Durchgangsloch (76a) aufweist, um das erste Fließfeld (62) und das zweite Fließfeld (64) zu verbinden; und der zweite Separator (54) ein Durchgangsloch (88a) aufweist, um das dritte Fließfeld (80) und das vierte Fließfeld (82) zu verbinden.
  16. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung zum Befeuchten zumindest eines Reaktionsgases, das einer Festpolymerelektrolytbrennstoffzelle (16) zugeführt wird, durch ein Befeuchtungsfluid, wobei die Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung umfasst: einen ersten Separator (52), der auf einer Oberfläche (50a) einer wasserdurchlässigen Membrane (50) vorgesehen ist und eine Mehrzahl erster Fließnuten (62a) aufweist, um das Reaktionsgas der einen Oberfläche (50a) der wasserdurchlässigen Membrane (50) zuzuführen; und einen zweiten Separator (54), der auf der anderen Oberfläche (50b) der wasserdurchlässigen Membrane (50) vorgesehen ist und eine Mehrzahl zweiter Fließnuten (80a) aufweist, um das Befeuchtungsfluid der anderen Oberfläche (50b) der wasserdurchlässigen Membrane (50) zuzuführen, worin sich ein erster Durchgang (58a) durch die ersten und zweiten Separatoren (52, 54) in einer Stapelrichtung hindurch erstreckt und mit den ersten Fließnuten (62a) verbunden ist; sich ein zweiter Durchgang (60a) durch die ersten und zweiten Separatoren (52, 54) in der Stapelrichtung erstreckt und mit den zweiten Fließnuten (80a) verbunden ist; wobei zumindest der erste Separator (52) eine Dichtung (66) nahe dem ersten Durchgang (58a) aufweist; und eine gerade Rippe (216b) zwischen den zweiten Fließnuten (80a) des zweiten Separators (54) vorgesehen ist, so dass die Dichtung (66) mit der geraden Rippe (216b) in der Stapelrichtung überlappt, und die gerade Rippe (216b) eine flache Oberseite aufweist, die sich entlang einer Dichtungsoberfläche der Dichtung (66) erstreckt.
  17. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 16, worin die Dichtungsbreite der Dichtung (66) kleiner ist als die Breite der geraden Rippe (216b).
  18. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 16, worin die Fließrichtung der ersten Fließnuten (62a) dort, wo die Dichtung (66) vorgesehen ist, die Fließrichtung der zweiten Fließnuten (80a) in einem Bereich der geraden Rippe (216b) schneidet.
  19. Reaktionsgasbefeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 16, worin die Dichtung (66) in einem Bereich der ersten Fließnuten (62a) vorgesehen ist.
  20. Reaktionsgasbefeuchtungsverfahren zum Befeuchten zumindest eines Reaktionsgases, das einer Festpolymerelektrolytbrennstoffzelle (16) zugeführt wird, durch ein Befeuchtungsfluid, welches die Schritte umfasst: Zuführen des gleichen Reaktionsgases zu einem ersten Fließfeld (62) und einem zweiten Fließfeld (64) auf beiden Oberflächen eines ersten Separators (52), der auf einer Oberfläche (50a) einer wasserdurchlässigen Membrane (50) vorgesehen ist; und Zuführen des gleichen Befeuchtungsfluids zu einem dritten Fließfeld (80) und einem vierten Fließfeld (82) auf beiden Oberflächen eines zweiten Separators (54), der auf der anderen Oberfläche (50b) der wasserdurchlässigen Membrane (50) vorgesehen ist, um das Reaktionsgas durch das Befeuchtungsfluid zu befeuchten.
  21. Reaktionsgasbefeuchtungsverfahren nach Anspruch 20, worin sich ein Reaktionsgasdurchgang (58a) durch den ersten Separator (52) und den zweiten Separator (54) in einer Stapelrichtung erstreckt, und das Reaktionsgas durch den Reaktionsgasdurchgang (58a) den zweiten Fließfeld (64) des ersten Separators (52) zugeführt wird; und wobei sich das Reaktionsgas von dem zweiten Fließfeld (64) zu dem ersten Fließfeld (62) durch ein in dem ersten Separator (52) ausgebildetes erstes Durchgangsloch (76a) bewegt und danach ein Teil des Reaktionsgases separat entlang dem zweiten Fließfeld durch ein in dem ersten Separator (52) ausgebildetes zweites Durchgangsloch (76b) fließt.
  22. Reaktionsgasbefeuchtungsverfahren nach Anspruch 20, worin sich ein Befeuchtungsfluiddurchgang (60a) durch den ersten Separator (52) und den zweiten Separator (54) in einer Stapelrichtung erstreckt, und das Befeuchtungsfluid durch den Befeuchtungsfluiddurchgang (60a) zu dem vierten Fließfeld (82) des zweiten Separators (54) zugeführt wird; und sich das Befeuchtungsfluid von dem vierten Fließfeld (82) zu dem dritten Fließfeld (80) durch ein in dem zweiten Separator (54) gebildetes drittes Durchgangsloch (88a) bewegt und danach ein Teil des Befeuchtungsfluids separat entlang dem vierten Fließfeld (82) durch ein in dem zweiten Separator (54) gebildetes viertes Durchgangsloch (88b) fließt.
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