DE102011007304A1 - Polymer electrolyte fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Ein Brennstoffzellenstapel, in dem mit Rahmen integrierte MEAs mit jeweils einer MEA und einem die MEA umschließenden und ein Kühlmittelzuführ-Verteilerloch aufweisenden Rahmen; und Abscheiderpaare, bei den jeweils ein Metallabscheider A und ein Metallabscheider B, die jeweils einen gewellten und Kanäle bildenden zentralen Abschnitt sowie einen den zentralen Abschnitt umschließenden Außenumfangsabschnitt aufweisen, derart gegenüberliegend gestellt sind, dass die Außenumfangsabschnitte miteinander in Berührung zu bringen, und der Metallabscheider A und der Metallabscheider B ein am Außenumfangsabschnitt angeordnetes Kühlmittel-verteilerloch und auf der Rückseite des Berührungsbereichs des Außenumfangsabschnitts angeordnete Kühlmitteldichtelemente aufweisen; aufeinander gestapelt sind, wobei der Rahmen die Kühlmitteldichtelemente aufnehmende Vertiefungen aufweist, das Abscheiderpaar aus gegenüberliegenden Flächen der zentralen Abschnitte von den Metallabscheidern A und B bestehende Kühlmittelkanäle und einen die Kühlmittelkanäle und das Kühlmittelzuführ-verteilerloch verbindenden Kühlmitteleinlasskanal aufweist, ein oberer Teil des Kühlmitteleinlasskanals aus einer Einlassnut A besteht, die auf einer gegenüberliegenden Fläche des Außenumfangsabschnittes des Metallabscheiders A ausgebildet ist und mit dem Kühlmittelzuführ-Verteilerloch in Verbindung steht, ein unterer Teil des Kühlmitteleinlasskanals aus einer Einlassnut B besteht, die auf einer gegenüberliegenden Fläche des Außenumfangsabschnitts des Metallabscheiders B ausgebildet ist und mit dem zentralen Abschnitt in Verbindung steht, ein auf der Rückseite des Berührungsbereichs des Außenumfangsabschnitts des Metallabscheiders A angeordnetes Kühlmitteldichtelement A, das Kühlmittelzuführ-Verteilerloch und die Nut A umschließen, und ein auf der Rückseite des Berührungsbereichs des Außenumfangsabschnitts des Metallabscheiders B angeordnetes Kühlmitteldichtelement B das Kühlmittelzuführ-Verteilerloch umschließen.A fuel cell stack in which the frame-integrated MEAs each having an MEA and a frame enclosing the MEA and having a coolant supply manifold hole; and pairs of separators, in each of which a metal separator A and a metal separator B, each having a corrugated and channel-forming central portion and an outer peripheral portion surrounding the central portion, are placed opposite one another in such a way that the outer peripheral portions are brought into contact with one another, and the metal separator A and the metal separator B has a coolant distributing hole located on the outer peripheral portion and coolant sealing members located on the rear side of the contact area of the outer peripheral portion; are stacked on top of one another, wherein the frame has the coolant sealing elements receiving recesses, the pair of separators comprising opposite surfaces of the central sections of the metal separators A and B existing coolant channels and the coolant channels and the coolant supply distribution hole connecting the coolant inlet channel, an upper part of the coolant inlet channel from an inlet groove A, which is formed on an opposite surface of the outer peripheral portion of the metal separator A and communicates with the coolant supply manifold hole, a lower part of the coolant inlet passage consists of an inlet groove B which is formed on an opposite surface of the outer peripheral portion of the metal separator B and with communicating with the central portion, a coolant sealing member A disposed on the rear side of the contact area of the outer peripheral portion of the metal separator A, the coolant supply r-manifold hole and the groove A surround, and a coolant sealing member B disposed on the back of the contact area of the outer peripheral portion of the metal separator B surround the coolant supply manifold hole.
Description
Gebiet der TechnikField of engineering
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polymerelektrolytbrennstoffzellenstapel und ein Abscheiderpaar für den Polymerelektrolytbrennstoffzellenstapel. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere durch Struktur von Kühlmitteleinlasskanälen, Kühlmittelausstoßkanälen und Kühlmitteldichtelementen für dünnere Strukturierung von Polymerelektrolytbrennstoffzellen gekennzeichnet.The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell stack and a separator pair for the polymer electrolyte fuel cell stack. The present invention is characterized in particular by the structure of coolant inlet channels, coolant discharge channels and coolant sealing elements for thinner structuring of polymer electrolyte fuel cells.
Stand der TechnikState of the art
Ein Polymerelektrolytbrennstoffzellenstapel (im folgenden auch einfach als „Brennstoffzellenstapel” bezeichnet) weist ein Zellenlaminat auf, bei dem man mehrere Einzelzellen gestapelt und in Reihe anordnet. Jede Einzelzelle besteht aus einer Membran-Elektrodeneinheit (membrane electrode assembly; im folgenden auch als „MEA” bezeichnet) und ein Paar von beideseits an der Membran-Elektrodeneinheit angeordneten Abscheidern. Die MEA weist eine Polymerelektrolytmembran und ein Paar von beideseits an der Polymerelektrolytmembran angeordneten Katalysatorelektroden (Anode und Kathode) auf. Der Abscheider weist Gaskanäle zur Brenn- oder Oxidationsgaszufuhr auf. Des weiteren weist er Kühlmittelkanäle auf, durch die das Kühlmittel zur Kontrolle der Temperatur von Brennstoffzellenstapel im Betrieb strömt.A polymer electrolyte fuel cell stack (hereinafter also referred to simply as "fuel cell stack") comprises a cell laminate in which a plurality of single cells are stacked and arranged in series. Each individual cell consists of a membrane electrode assembly (also referred to as "MEA" hereinafter) and a pair of separators both disposed on the membrane electrode assembly. The MEA has a polymer electrolyte membrane and a pair of both catalyst electrodes (anode and cathode) disposed on the polymer electrolyte membrane. The separator has gas channels for combustion or oxidation gas supply. Furthermore, it has coolant channels through which the coolant flows to control the temperature of the fuel cell stack during operation.
Im Brennstoffzellenstapel wird ein Druck in Laminierungsrichtung ausgeübt, um Abdichtung von Fluid (Reaktionsgas oder Kühlmittel) zwischen Zellen sicherzustellen und Durchgangswiderstand zwischen Zellen zu vermindern.In the fuel cell stack, pressure is applied in the lamination direction to ensure sealing of fluid (reaction gas or refrigerant) between cells and to decrease volume resistance between cells.
Wie oben beschieben, weist der Abscheider die Kanäle zur Strömung von Reaktionsgas (Brenn- oder Oxidationsgas) oder Kühlmittel auf. Das Brenn- und Oxidationsgas sowie Kühlmittel sollen sich in voneinander unabhängigen Kanälen durchlaufen lassen, so weist der Brennstoffzellenstapel Dichtelemente zur Abdichtung der Bereiche zwischen jeweiligen zwei Kanälen auf (vgl. z. B. Patentdokument 1).As described above, the separator has the channels for the flow of reaction gas (fuel or oxidizing gas) or coolant. The combustion and oxidizing gas and coolant should be able to pass through channels that are independent of each other, so the fuel cell stack has sealing elements for sealing the areas between respective two channels (cf., for example, Patent Document 1).
Des weiteren ist ein konkaves und konvexes Profil (
Wenn die Außenumfangsabschnitte der Abscheider nicht ein konkaves und konvexes Profil (
Es ist außerdem ein bekannter Stand der Technik, im Inneren eines Abscheiders die Reaktionsgasverteiler und die Reaktionsgaskanäle verbindende Kanäle auszubilden (s. z. B. Patentdokumente 2 und 3) oder zwischen am Außenumfangsabschnitt eines Abscheiders vorgesehenen Bereichen mit Höhendifferenz Dichtelemente vorzusehen (s. z. B. Patentdokumente 4 und 5), um Dicke in Laminierungsrichtung einzuschränken und zugleich ein Auslaufen von Reaktionsgas durch einen Raum zwischen einer MEA und einem Abscheider zu verhindern.It is also a known state of the art to form channels connecting reaction gas distributors and reaction gas channels inside a separator (see, for example,
Es ist ebenfalls ein bekannter Stand der Technik, an Vertiefungen, die an einer der MEA gegenüberliegenden Fläche von einem Kathodenabscheider vorgesehen sind, Dichtelemente anzuordnen (s. z. B. Patentdokumente 6 und 7), um durch die Dichtelemente ein Verdrehen der MEA zu verhindern.It is also known in the art to place sealing elements on recesses provided on a surface opposite the MEA from a cathode separator (see, for example, Patent Documents 6 and 7) in order to prevent the MEA from twisting through the sealing elements.
Liste der AnführungenList of quotations
Patentliteraturpatent literature
-
Patentdokument 1: Offenlegung der jap. Patentanmeldung
JPA-2006-147258 JPA 2006-147258 -
Patentdokument 2: Offenlegung der jap. Patentanmeldung
JPA-2003-197221 JPA 2003-197221 - Patentdokument 3: Offenlegung der US-Patentanmeldung USA-2005-0238942Patent Document 3: Disclosure of US Patent Application US-2005-0238942
-
Patentdokument 4: Offenlegung der jap. Patentanmeldung
JPA-2004-63094 JPA-2004-63094 - Patentdokument 5: Offenlegung der US-Patentanmeldung USA-2005-0089745Patent Document 5: Disclosure of US Patent Application US-2005-0089745
-
Patentdokument 6: Offenlegung der jap. Patentanmeldung
JPA-2007-329125 JPA 2007-329125 - Patentdokument 7: Offenlegung der US-Patentanmeldung USA-2007-0275288Patent Document 7: Disclosure of US Patent Application US-2007-0275288
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Technische AufgabeTechnical task
Was jedoch den im Patentdokument 1 offenbarten Brennstoffzellenstapel 1 betrifft, wobei die Dichtelemente jeweils zwischen den aneinander anliegenden Abscheidern angeordnet sind, verursacht das Spanndruck ein leichtes Verdrehen der Abscheider, wenn auch ein konkaves und konvexes Profil zur Verhinderung von Verdrehen vorgesehen ist. Wenn die Abscheider verdreht sind, nimmt die Dichtungszuverlässigkeit ab, so dass das Reaktionsgas oder Kühlmittel nach außen auslaufen kann.However, with respect to the fuel cell stack 1 disclosed in Patent Document 1, wherein the sealing members are respectively disposed between the abutting separators, the clamping pressure causes the separators to rotate slightly, though a concave and convex profile is provided to prevent twisting. When the separators are twisted, the seal reliability decreases so that the reaction gas or refrigerant may leak to the outside.
Ferner wenn wie beim im Patentdokument 1 offenbarten Brennstoffzellenstapel 1 die einen Kühlmittel- oder Reaktionsgaseinlasskanal bildenden Außenumfangsabschnitte ein konkaves und konvexes Profil zur Verhinderung von Verdrehen aufweisen, wird der Druckverlust am Kühlmittel- oder Reaktionsgaseinlasskanal erhöht, so dass es Möglichkeit gibt, Zufuhr von ausreichender Menge von Fluid zu den Kühlmittel- oder Reaktionsgaskanälen auszuschließen.Further, as in the fuel cell stack 1 disclosed in Patent Document 1, when the outer peripheral portions forming a coolant or reaction gas inlet channel have a concave and convex profile for preventing twisting, the pressure loss at the coolant or reaction gas inlet channel is increased, so that there is a possibility of supplying sufficient amount of Exclude fluid to the coolant or reaction gas channels.
Um diese Aufgabe zu lösen, ist es denkbar, die Außenumfangsabschnitte der aneinander anliegenden Abscheider miteinander in Berührung zu bringen, ohne zwischen den aneinander anliegenden Abscheidern Dichtelemente anzuordnen (s.
Bei dem in
Ferner hat der Außenumfangsabschnitt
Der Abscheider
Andererseits weisen die Abscheider
Auf diese Weise kann man ein Verdrehen von Abscheidern und eine Verminderung von Abdichtungszuverlässigkeit, welche durch Spanndruck verursacht sind, verhindern, indem man die Außenumfangsabschnitte der Abscheider
Ferner besitzt die rückseitige Fläche des Außenumfangsabschnitts
Im in
Wenn man jedoch das in
Beim in
Eine mit Rahmen integrierte MEA
Ein Abscheiderpaar
Des weiteren sind die Dichtelemente
Wenn die Dichtelemente
Der Rahmen
Ferner kann ein solcher Kühlmitteleinlasskanal
Da die auf diese Weise auf der hohen Fläche X angeordnten Dichtelemente
Um diese Aufgabe zu lösen, ist es denkbar, die Kühlmitteldichtelemente
Technische LösungTechnical solution
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen in Laminierungsrichtung von Zellen verkleinerbaren Brennstoffzellenstapel bereitzustellen, wobei Kühlmitteldichtelemente auf der niedrigen Fläche Y angeordnet sind.
- [1] Ein Brennstoffzellenstapel, in dem mit Rahmen integrierte MEAs mit jeweils einer MEA und einem die MEA umschließenden und ein Kühlmittelzuführ-Verteilerloch aufweisenden Rahmen; und Abscheiderpaare, bei den jeweils ein Metallabscheider A und ein Metallabscheider B, die jeweils einen gewellten und Kanäle bildenden zentralen Abschnitt sowie einen den zentralen Abschnitt umschließenden Außenumfangsabschnitt aufweisen, derart gegenüberliegend gestellt sind, dass die Außenumfangsabschnitte miteinander in Berührung zu bringen, und der Metallabscheider A und der Metallabscheider B ein am Außenumfangsabschnitt angeordnetes Kühlmittel-verteilerloch und auf der Rückseite des Berührungsbereichs des Außenumfangsabschnitts angeordnete Kühlmitteldichtelemente aufweisen; aufeinander gestapelt sind, wobei der Rahmen die Kühlmitteldichtelemente aufnehmende Vertiefungen aufweist, das Abscheiderpaar aus gegenüberliegenden Flächen der zentralen Abschnitte von den Metallabscheidern A und B bestehende Kühlmittelkanäle und einen die Kühlmittelkanäle und das Kühlmittelzuführ-verteilerloch verbindenden Kühlmitteleinlasskanal aufweist, ein oberer Teil des Kühlmitteleinlasskanals aus einer Einlassnut A besteht, die auf einer gegenüberliegenden Fläche des Außenumfangsabschnittes des Metallabscheiders A ausgebildet ist und mit dem Kühlmittelzuführ-Verteilerloch in Verbindung steht, ein unterer Teil des Kühlmitteleinlasskanals aus einer Einlassnut B besteht, die auf einer gegenüberliegenden Fläche des Außenumfangsabschnitts des Metallabscheiders B ausgebildet ist und mit dem zentralen Abschnitt in Verbindung steht, ein auf der Rückseite des Berührungsbereichs des Außenumfangsabschnitts des Metallabscheiders A angeordnetes Kühlmitteldichtelement A, das Kühlmittelzuführ-Verteilerloch und die Nut A umschließen, und ein auf der Rückseite des Berührungsbereichs des Außenumfangsabschnitts des Metallabscheiders B angeordnetes Kühlmitteldichtelement B das Kühlmittelzuführ-Verteilerloch umschließen.
- [2] Der Brennstoffzellenstapel nach [1], wobei der vom Kühlmitteldichtelement A umgebene Bereich jenen einschließt, der vom Kühlmitteldichtelement B umgeben ist, und das Kühlmitteldichtelement A und das Kühlmitteldichtelement B sich nicht überlappen.
- [3] Der Brennstoffzellenstapel nach [1] oder [2], wobei der Außenumfangsabschnitt ferner ein Kühlmittelausstoß-Verteilerloch aufweist, wobei das Abscheiderpaar ferner einen Kühlmittelausstoßkanal aufweist, der die Kühlmittelkanäle und das Kühlmittelausstoß-Verteilerloch verbindet, ein oberer Teil des Kühlmitteleinlasskanals aus einer Auslassnut B besteht, die auf der gegenüberliegenden Fläche des Außenumfangsabschnitt des Metallabscheiders B ausgebildet ist und mit dem zentralen Abschnitt in Verbindung steht, und ein unterer Teil des Kühlmitteleinlasskanals aus einer Auslassnut A besteht, die auf der gegenüberliegenden Fläche des Außenumfangsabschnitts des Metallabscheiders A ausgebildet ist und mit dem Metallabscheider A und Metallabscheider in Verbindung steht.
- [4] Der Brennstoffzellenstapel nach einem von [1] bis [3], wobei der Metallabscheider A ein Anode-Abscheider ist und der Metallabscheider B ein Kathode-Abscheider ist.
- [1] A fuel cell stack in the frame-integrated MEAs each having an MEA and a frame including the MEA and having a coolant supply manifold hole; and separator pairs wherein each of a metal separator A and a metal separator B each having a corrugated and channel-forming central portion and an outer peripheral portion enclosing the central portion are opposed to each other so as to bring the outer peripheral portions into contact with each other, and the metal separator A and the metal separator B has a coolant distribution hole disposed on the outer peripheral portion and coolant seal members disposed on the back surface of the contacting portion of the outer peripheral portion; wherein the frame comprises the refrigerant seal receiving grooves, the separator pair of opposed surfaces of the central portions of the metal separators A and B having coolant channels and a coolant channels and the coolant supply manifold hole connecting coolant inlet channel, an upper part of the coolant inlet channel of an inlet groove A, which is formed on an opposite surface of the outer peripheral portion of the metal separator A and communicates with the coolant supply manifold hole, a lower part of the coolant inlet channel consists of an inlet groove B formed on an opposite surface of the outer peripheral portion of the Metallabscheiders B and communicating with the central portion, a refrigerant gasket disposed on the rear side of the contact portion of the outer peripheral portion of the metal separator A t A, the coolant supply manifold hole and the groove A enclose, and arranged on the back of the contact area of the outer peripheral portion of the metal separator B coolant seal B enclose the coolant supply manifold hole.
- [2] The fuel cell stack according to [1], wherein the area surrounded by the coolant seal member A includes that surrounded by the coolant seal member B, and the coolant seal member A and the coolant seal member B do not overlap.
- [3] The fuel cell stack according to [1] or [2], wherein the outer peripheral portion further includes a coolant ejection manifold hole, the separator pair further comprising a coolant ejection passage connecting the coolant channels and the coolant ejection manifold hole, an upper part of the coolant inlet passage from an exhaust groove B, which is formed on the opposite surface of the outer peripheral portion of the metal separator B and communicates with the central portion, and a lower part of the coolant inlet channel consists of an outlet groove A formed on the opposite surface of the outer peripheral portion of the metal separator A and the metal separator A and metal separator is in communication.
- [4] The fuel cell stack according to any one of [1] to [3], wherein the metal separator A is an anode separator and the metal separator B is a cathode separator.
Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention
Gemäß der Erfindung kann man die das Kühlmittel-Verteilerloch umschließende Kühlmitteldichtelemente auf der niedrigen Fläche anordnen, so dass man den Rahmen und die Abscheiderpaare dünn ausführen kann. Man kann daher erfindungsgemäß den Brennstoffzellenstapel in Laminierungsrichtung von Zellen verkleinern.According to the invention, it is possible to arrange the coolant sealing members enclosing the coolant distribution hole on the low surface, so that the frame and the separator pairs can be made thin. It is therefore possible according to the invention to downsize the fuel cell stack in the direction of lamination of cells.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments
Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel, wobei die Polymerelektrolytbrennstoffzellen aufeinander gestapelt sind. Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel ist dadurch gekennzeichnet, dass innovative Maßnahmen an Struktur von ein Kühlmittelzuführ-Verteilerloch und Kühlmittelkanäle verbindenden Kühlmitteleinlasskanälen eine Verkleinerung des Brennstoffzellenstapels ermöglichen.The invention relates to a fuel cell stack, wherein the polymer electrolyte fuel cells are stacked on each other. The fuel cell stack according to the invention is characterized in that innovative measures on the structure of coolant inlet ducts connecting a coolant supply manifold hole and coolant ducts make it possible to reduce the size of the fuel cell stack.
Beim erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel sind (1) mit Rahmen integrierte Membran-Elektrodeneinheiten (membrane electrode assembly; im folgenden auch einfach als „MEA” bezeichnet) und (2) Abscheiderpaare aufeinander gestapelt. Der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel kann zusätzlich Stromabnehmer- oder Endplatten aufweisen (s.
(1) mit Rahmen integrierte MEA(1) frame integrated MEA
Die mit Rahmen integrierte MEA besteht aus (a) einer MEA (Membran-Elektrodeneinheit) und (b) einem Rahmen.The frame integrated MEA consists of (a) an MEA (membrane electrode assembly) and (b) a frame.
a) MEA (Membran-Elektrodeneinheit)a) MEA (membrane electrode unit)
Die MEA weist eine Polymerelektrolytmembran und ein Paar von die Polymerelektrolytmembran einklemmenden Katalysatorelektroden. Die Katalysatorelektroden bestehen aus Anode und Kathode. Die Katalysatorelektrode weist vorzugsweise eine an der Polymerelektrolytmembran anliegende Katalysatorschicht und eine auf der Katalysatorschicht laminierte Gasdiffusionsschicht auf.The MEA has a polymer electrolyte membrane and a pair of catalyst electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane. The catalyst electrodes consist of anode and cathode. The catalyst electrode preferably has a catalyst layer adjacent to the polymer electrolyte membrane and a gas diffusion layer laminated on the catalyst layer.
Die Polymerelektrolytmembran ist eine Polymermembran, welche die Funktion hat, im feuchten Zustand selektiv Protonen zu übertragen. Der Werkstoff der Polymerelektrolytmembran ist nicht besonders beschränkt, solange er selektiv Protonen übertragt. Beispielen dieser Werkstoffen umfassen Fluor oder Kohlenwasserstoff enthaltende Polymerelektrolytmembrane und dergleichen. Konkrete Beispiele der Fluor enthaltenden Polymerelektrolytmembran umfassen Nafion (eingetragene Marke) der Fa. Dupont, Flemion (eingetragene Marke) der Fa. Asahi Glass Co., Ltd., Aciplex (eingetragene Marke) der Fa. Asahi Kasei Co., GORE-SELECT (eingetragene Marke) der Fa. Japan Gore-Tex Inc. und dergleichen.The polymer electrolyte membrane is a polymer membrane which has the function of selectively transferring protons in the wet state. The material of the polymer electrolyte membrane is not particularly limited as long as it selectively transmits protons. Examples of these materials include fluorine-containing or hydrocarbon-containing polymer electrolyte membranes and the like. Concrete examples of the fluorine-containing polymer electrolyte membrane include Nafion (registered trademark) of Dupont, Flemion (registered trademark) of Asahi Glass Co., Ltd., Aciplex (registered trademark) of Asahi Kasei Co., GORE-SELECT (registered trademark). registered trademark) of Japan Gore-Tex Inc. and the like.
Die Katalysatorschicht ist eine Schicht umfassend einen die Redoxreaktion von Wasserstoff oder Sauerstoff beschleunigenden Katalysator. Die Katalysatorschicht ist nicht besonders beschränkt, wenn sie leitfähig ist und eine katalytische Aktivität aufweist, Redoxreaktion von Wasserstoff oder Sauerstoff zu beschleunigen. Die Katalysatorschicht auf der Kathode-seite enthält z. B. Platin, eine Platin-Kobalt-Legierung, eine Platin-Nickel-Kobalt-Legierung oder dergleichen als Katalysator. Die Katalysatorschicht auf der Anode-seite enthält Platin oder eine Platin-Ruthenium-Legierung oder dergleichen als Katalysator.The catalyst layer is a layer comprising a catalyst which promotes the redox reaction of hydrogen or oxygen. The catalyst layer is not particularly limited if it is conductive and has a catalytic activity to accelerate redox reaction of hydrogen or oxygen. The catalyst layer on the cathode side contains z. As platinum, a platinum-cobalt alloy, a platinum-nickel-cobalt alloy or the like as a catalyst. The catalyst layer on the anode side contains platinum or a platinum-ruthenium alloy or the like as a catalyst.
Die Katalysatorschicht ist z. B. hergestellt, indem ein protonenleitfähiger Elektrolyt und ein wasserabweisendes Harz wie PTFE mit Kohlepartikeln wie Acetylenruss, Ketjenblack oder Vulcan, auf den ein der obengenannten Katalysator getragen ist, gemischt sind, und die Mischung auf die Polymerelektrolytmembran aufgebracht ist. The catalyst layer is z. Example, prepared by a proton-conductive electrolyte and a water-repellent resin such as PTFE with carbon particles such as acetylene black, Ketjenblack or Vulcan, on which one of the above catalyst is supported, mixed, and the mixture is applied to the polymer electrolyte membrane.
Die Gasdiffusionsschicht ist auf der Katalysatorschicht angeordnet, und weist Luftdurchlässigkeit für Brennstoff- oder Oxidationsgas und Elektronenleitfähigkeit auf. Die Gasdiffusionsschicht kann sowohl ein gewebter oder nichtgewebter Stoff aus Kohlefasern als auch ein poröses Blatt aus Kohlenstoffpartikel und Bindemittel. Nuten, die Reaktionsgaskanäle zum Durchlauf des an die Katalysatorschicht zuzuführenden Reaktionsgases bilden, können auch auf der Gasdiffusionsschicht ausgebildet sein.The gas diffusion layer is disposed on the catalyst layer, and has air permeability to fuel or oxidizing gas and electron conductivity. The gas diffusion layer may be a carbon fiber woven or non-woven fabric as well as a carbon particle and binder porous sheet. Grooves forming reaction gas passages for passing the reaction gas to be supplied to the catalyst layer may also be formed on the gas diffusion layer.
b) Rahmenb) frame
Der Rahmen ist ein Element zum Umschließen des Außenumfangs der MEA und Festhalten der MEA. Der Rahmen nimmt die MEA derart auf, dass die Katalysatorelektrode mit dem Abscheider in Berührung stehen kann.The frame is an element for enclosing the outer periphery of the MEA and holding the MEA. The frame receives the MEA such that the catalyst electrode can be in contact with the separator.
Der Rahmen ist vorzugsweise hitze- und säurebeständig, und besteht üblicherweise aus Harz. Beispielen der Werkstoffen von solchen Rahmen umfassen Polypropylen, Polyphenylensulfid (PPS), Polypropylenglykol und dergleichen.The frame is preferably heat and acid resistant, and is usually made of resin. Examples of the materials of such frames include polypropylene, polyphenylene sulfide (PPS), polypropylene glycol, and the like.
Der Rahmen weist ein Brenngaszuführ-Verteilerloch zur Brenngaszufuhr, ein Brenngasausstoß-Verteilerloch zum Ausstoßen von Brenngas, ein Oxidationsgaszuführ-Verteilerloch zur Oxidationsgaszufuhr, ein Oxidationsgasausstoß-Verteilerloch zum Ausstoßen von Oxidationsgas, ein Kühlmittelzuführ-Verteilerloch zur Kühlmittelzufuhr und Kühlmittelausstoß-Verteilerloch zum Ausstoßen von Kühlmittel auf.The frame has a fuel gas supply manifold for fuel gas supply, a fuel gas exhaust manifold for ejecting fuel gas, an oxidant gas supply manifold for oxidant gas, an oxidant gas ejection manifold for ejecting oxidant gas, a coolant supply manifold for coolant supply, and a coolant ejection manifold for ejecting coolant ,
Der Rahmen weist zusätzlich Vertiefungen zur Aufnahme von an den nachfolgend zu beschreibenden Abscheidern vorgesehenen Dichtelementen auf (s.
Der Rahmen kann auch hergestellt sein, indem 1) eine Gussform mit in Form von Rahmen geformten Kavitäten bereitgestellt ist, und 2) der Werkstoff für Rahmen wie oben genannt gefüllt, gekühlt und erhärtet ist.The frame can also be made by 1) providing a mold with cavity shaped cavities, and 2) filling, cooling and hardening the material for frames as mentioned above.
(2) Abscheiderpaar(2) separator pair
Das Abscheiderpaar weist zwei Abscheider (Abscheider A und B) auf. Einer der Abscheider A und B ist ein Anode-Abscheider, und der andere ein Kathode-Abscheider. Erfindungsgemäß kann der Abscheider A ein Anode-Abscheider sein, und der Abscheider B ein Kathode-Abscheider; kann auch der Abscheider A ein Kathode-Abscheider sein, und der Abscheider B ein Brnnstoffelektroden-Abscheider.The separator pair has two separators (separators A and B). One of the separators A and B is an anode separator, and the other is a cathode separator. According to the invention, the separator A may be an anode separator and the separator B a cathode separator; can also be the separator A is a cathode separator, and the separator B a Brnnstoffelektroden-separator.
Die Abscheider sind ein Metallabscheider, die jeweils durch Wellung des Metallblechs hergestellt sind. Die Abscheider A und B weisen jeweils einen zentralen Abschnitt, einen Außenumfangsabschnitt und Dichtelemente auf.The separators are a metal separator, each made by corrugation of the metal sheet. The separators A and B each have a central portion, an outer peripheral portion and sealing elements.
Der zentrale Abschnitt ist ein Bereich zur Ausbildung von Reaktionsgas- und Kühlmittelkanälen. Ferner können ein Abschnitt zur Reaktionsgasverteilung sowie jener zur Kühlmittelverteilung auf ihm ausgebildet sein. Erfindungsgemäß ist es möglich, sowohl die zentralen Abschnitte der beiden Abscheider A und B zu wellen (s. Ausführungsform 1 in
Der Außenumfangsabschnitt ist ein Bereich, der den Rand des Abscheiders umfasst und den zentralen Abschnitt umschließt. Der Außenumfangsabschnitt weist ein Brenngaszuführ-Verteilerloch zur Brenngaszufuhr, ein Brenngasausstoß-Verteilerloch zum Ausstoßen von Brenngas, ein Oxidationsgaszuführ-Verteilerloch zur Oxidationsgaszufuhr, ein Oxidationsgasausstoß-Verteilerloch zum Ausstoßen von Oxidationsgas, ein Kühlmittelzuführ-Verteilerloch zur Kühlmittelzufuhr und Kühlmittelausstoß-Verteilerloch zum Ausstoßen von Kühlmittel auf. Des weiteren weist der Außenumfangsabschnitt die nachfolgend zu beschreibenden Kühlmitteleinlasskanäle bildende Einlassnuten und die nachfolgend zu beschreibenden Kühlmittelausstoßkanäle bildende Auslassnuten auf.The outer peripheral portion is an area that includes the edge of the separator and encloses the central portion. The outer peripheral portion has a fuel gas supply manifold for fuel gas supply, a fuel gas exhaust manifold for ejecting fuel gas, an oxidant gas supply manifold for oxidant gas supply, an oxidant gas ejection manifold for ejecting oxidant gas, a coolant supply manifold for coolant supply, and a coolant ejection manifold for ejecting coolant , Further, the outer peripheral portion has the inlet grooves to be described later to be described and the outlet grooves to be described later.
Das erfindungsgemäße Abscheiderpaar ist ein leitfähiges Element, das hergestellt ist, indem diese Abscheider A und B derart gegenüberliegend gestellt sind, dass die Außenumfangsabschnitte miteinander in Berührung zu bringen. Die das Abscheiderpaar bildenden Abscheider A und B können sowohl geklebt als auch nicht geklebt sein. Beim Abscheiderpaar sind die gegenüberliegenden Flächen der Abscheider A und B einander, im folgenden als auch „gegenüberliegende Flächen” bezeichnet. Andererseits sind die rückseitigen Flächen der gegenüberliegenden Flächen der Abscheider A und B als auch „rückseitige Flächen” bezeichnet.The separator pair of the present invention is a conductive member made by making these separators A and B opposed to each other so as to bring the outer peripheral portions into contact with each other. The separators A and B forming the separator pair can both be glued and not glued. The separator pair are the opposite surfaces of the separators A and B each other, hereinafter referred to as "opposite surfaces". On the other hand, the back surfaces of the opposed surfaces of the separators A and B are referred to as "back surfaces".
Ferner steht beim erfindungsgemäßen Abscheiderpaar die gegenüberliegende Fläche am Außenumfangsabschnitt des Abscheiders A mit jener am Außenumfangsabschnitt des Abscheiders B in Berührung. Ein Bereich, an dem die gegenüberliegende Fläche des Außenumfangsabschnitts des Abscheiders A mit jener des Außenumfangsabschnitts des Abscheiders B in Berührung steht, ist im folgenden als auch „Berührungsbereich” bezeichnet.Further, in the separator pair of the present invention, the opposite surface on the outer peripheral portion of the separator A is in contact with that on the outer peripheral portion of the separator B. An area where the opposite surface of the outer peripheral portion of the separator A is in contact with that of the outer peripheral portion of the separator B is hereinafter referred to as "touch area".
Das Abscheiderpaar weist Reaktionsgas- und Kühlmittelkanäle auf. Die Reaktionsgaskanäle sind durch die rückseitigen Flächen der zentralen Abschnitten der Abscheider A und B ausgebildet, während die Kühlmittelkanäle durch die gegenüberliegenden Flächen der zentralen Abschnitten der Abscheider A und B.The separator pair has reaction gas and coolant channels. The reaction gas passages are formed by the back surfaces of the central portions of the separators A and B, while the coolant passages through the opposite surfaces of the central portions of the separators A and B.
Das Abscheiderpaar weist ferner die Kühlmittelkanäle und das Kühlmittelzuführ-Verteilerloch verbindende Kühlmitteleinlasskanäle und die Kühlmittelkanäle und das Kühlmittelausstoß-Verteilerloch verbindende Kühlmittelausstoßkanäle auf. Das Abscheiderpaar kann zusätzlich zwischen den Kühlmitteleinlasskanälen und den Kühlmittelkanälen sowie zwischen den Kühlmittelausstoßkanälen und den Kühlmittelkanälen Abschnitte zur Kühlmittelverteilung aufweisen (s.
Die Kühlmitteleinlass- und Kühlmittelausstoßkanäle sind wie oben beschrieben durch die Einlass und Auslassnuten ausgebildet. Im Einzelnen sind die Einlass- und Auslassnuten auf den gegenüberliegenden Flächen der Außenumfangsabschnitten ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe von innovativen Massnahmen an Struktur von Einlass- und Auslassnuten die niedrige Fläche, die in Draufsicht die Kühlmitteleinlass- und Kühlmittelausstoßkanäle durchläuft, auf den rückseitigen Flächen der Abscheider gestaltet ist, ohne die Kühlmitteleinlass- und Kühlmittelausstoßkanäle zu verschließen. Hierbei unter „niedrigen Flächen” versteht man die Bereiche der rückseitigen Flächen der Abscheider A und B auf der Rückseite der Berührungsbereiche sowie die Flächen auf gleicher Höhe mit den Bereichen auf der Rückseite der Berührungsbereiche auf den Bereichen der rückseitigen Flächen der Abscheider A und B. Im folgenden ist die Struktur von Einlass- und Auslassnuten erläutert.The coolant inlet and coolant ejection channels are formed by the inlet and outlet grooves as described above. In detail, the inlet and outlet grooves are formed on the opposite surfaces of the outer peripheral portions. The present invention is characterized in that, by means of innovative measures on structure of inlet and outlet grooves, the low area passing through the coolant inlet and outlet channels in plan view is formed on the back faces of the separators without the coolant inlet and outlet channels close. Here, "low areas" are understood to mean the areas of the rear surfaces of the separators A and B on the back of the contact areas and the areas at the same level as the areas on the back of the contact areas on the areas of the rear surfaces of the separators A and B. Im The following explains the structure of inlet and outlet grooves.
a) Zur Struktur von Einlassnutena) The structure of inlet grooves
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur der Einlassnuten A vom Abscheider A von jener der Einlassnuten B vom Abscheider B unterscheidet.The present invention is characterized in that the structure of the inlet grooves A from the separator A differs from that of the inlet grooves B from the separator B.
Im Einzelnen stehen die Einlassnuten A vom Abscheider A mit dem Kühlmittelzuführ-Verteilerloch in Verbindung, und nicht mit dem die Kühlmittelkanäle bildenden zentralen Abschnitt. Die rückseitige Fläche des Abscheiders A weist deshalb eine niedrige Fläche zwischen den Einlassnuten A und dem zentralen Abschnitt auf. Andererseits stehen die Einlassnuten B vom Abscheider B mit dem die Kühlmittelkanäle bildenden zentralen Abschnitt in Verbindung, und nicht mit dem Kühlmittelzuführ-Verteilerloch (s.
Deshalb besteht der obere Teil des Kühlmitteleinlasskanals aus der Einlassnut A, und der untere Teil des Kühlmitteleinlasskanals aus der Einlassnut B. Ferner ist die niedrige Fläche, die in Draufsicht auf das Abscheiderpaar die Kühlmitteleinlasskanäle durchläuft, auf den rückseitigen Flächen der Abscheider A und B gestaltet.Therefore, the upper part of the coolant inlet channel consists of the inlet groove A, and the lower part of the coolant inlet channel of the inlet groove B. Further, the low surface passing through the coolant inlet channels in plan view of the separator pair is formed on the back surfaces of the separators A and B.
Ferner stehen die Einlassnuten A und B miteinander in Verbindung. Damit sind die das Kühlmittelzuführ-Verteilerloch und den zentralen Abschnitt verbindenden Kühlmitteleinlasskanäle ausgebildet.Further, the inlet grooves A and B communicate with each other. Thus, the coolant inlet passages connecting the coolant supply manifold hole and the central portion are formed.
b) Zur Struktur von Auslassnutenb) The structure of outlet grooves
Auf gleiche Weise wie die Einlassnuten, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur der Auslassnuten A vom Abscheider A von jener der Auslassnuten B vom Abscheider B unterscheidet.In the same way as the inlet grooves, the present invention is characterized in that the structure of the outlet grooves A from the separator A is different from that of the outlet grooves B from the separator B.
Die Auslassnuten A vom Abscheider A stehen z. B. mit dem Kühlmittelausstoß-Verteilerloch in Verbindung, und nicht mit dem die Kühlmittelkanäle bildenden zentralen Abschnitt; die Auslassnuten B vom Abscheider B stehen mit dem die Kühlmittelkanäle bildenden zentralen Abschnitt in Verbindung, und nicht mit dem Kühlmittelausstoß-Verteilerloch. Sonst stehen die Auslassnuten A vom Abscheider A mit dem die Kühlmittelkanäle bildenden zentralen Abschnitt in Verbindung, und nicht mit dem Kühlmittelausstoß-Verteilerloch; die Auslassnuten B vom Abscheider B stehen mit dem Kühlmittelausstoß-Verteilerloch in Verbindung, und nicht mit dem die Kühlmittelkanäle bildenden zentralen Abschnitt.The Auslassnuten A from the separator A are z. B. with the coolant discharge manifold hole, and not with the coolant channels forming the central portion; the outlet grooves B from the separator B communicate with the central portion forming the coolant channels, and not with the coolant discharge manifold hole. Otherwise, the outlet grooves A from the separator A communicate with the central portion forming the coolant channels, and not with the coolant discharge manifold hole; the outlet grooves B from the separator B communicate with the coolant discharge manifold hole, not with the central portion forming the coolant channels.
Der obere Teil des Kühlmittelauslasskanals besteht deshalb aus der Auslassnut A, und sein unterer Teil besteht aus der Auslassnut B; ansonsten besteht der obere Teil des Kühlmittelausstoßkanals aus der Auslassnut B, und der untere Teil des Kühlmittelausstoßkanals besteht aus der Auslassnut A. Ferner ist die niedrige Fläche, die in Draufsicht auf das Abscheiderpaar die Kühlmittelausstoßkanäle durchläuft, auf den rückseitigen Flächen der Abscheider A und B gestaltet.The upper part of the coolant outlet channel therefore consists of the outlet groove A, and its lower part consists of the outlet groove B; otherwise The upper part of the refrigerant discharge passage is composed of the discharge groove B, and the lower part of the refrigerant discharge passage is the discharge groove A. Further, the low surface passing through the refrigerant discharge passages in a plan view of the separator pair is formed on the back surfaces of the separators A and B.
Ferner stehen die Auslassnuten A und B miteinander in Verbindung. Damit sind die den zentralen Abschnitt und das Kühlmittelzuführ-Verteilerloch verbindenden Kühlmittelausstoßkanäle ausgebildet.Further, the outlet grooves A and B communicate with each other. Thus, the coolant discharge passages connecting the central portion and the coolant supply manifold hole are formed.
Auf diese Weise sind die den Kühlmitteleinlass- und Kühlmittelausstoßkanälen vor- und nachgeschalteten Abschnitte durch die an unterschiedlichen Abscheidern ausgebildeten Nuten gestaltet, so dass die niedrige Fläche, die in Draufsicht auf das Abscheiderpaar die Kühlmittelausstoßkanäle durchläuft, gestaltet sein kann, ohne die Kühlmitteleinlass- und Kühlmittelausstoßkanäle zu verschließen.In this way, the portions upstream and downstream of the coolant inlet and outlet channels are configured by the grooves formed on different separators so that the low area passing through the coolant ejection channels in plan view of the separator pair can be designed without the coolant inlet and outlet channels to close.
Die Dichtelemente sind Elemente zur Dichtung von Reaktionsgas und Kühlmittel. Die Dichtelemente umfassen Außenumfangsdichtelemente, die am Außenumfang eines Abscheiders vorgesehen sind; Brenngasdichtelemente, die das Brenngaszuführ-Verteilerloch und das Brenngasausstoß-Verteilerloch umschließen; Oxidationsgasdichtelemente, die das Oxidationsgaszuführ-Verteilerloch und das Oxidationsgasausstoß-Verteilerloch umschließen; und Kühlmitteldichtelemente, die das Kühlmittelzuführ-Verteilerloch und das Kühlmittelausstoß-Verteilerloch umschließen.The sealing elements are elements for sealing reaction gas and coolant. The sealing members include outer peripheral sealing members provided on the outer periphery of a separator; Fuel gas sealing members enclosing the fuel gas supply manifold hole and the fuel gas exhaust manifold hole; Oxidizing gas sealing members enclosing the oxidizing gas supply manifold hole and the oxidizing gas ejection manifold hole; and coolant sealing members enclosing the coolant supply manifold hole and the coolant ejection manifold hole.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente lediglich auf den rückseitigen Flächen der Außenumfangsabschnitte angeordnet sind, und nicht an den gegenüberliegenden Flächen. Der Außenumfangsabschnitt des Abscheiders A steht deshalb mit jenem des Abscheiders B in Berührung. Wenn der Außenumfangsabschnitt des Abscheiders A mit jenem des Abscheiders B in Berührung steht, ist das Verdrehen der der Abscheider auch bei Ausübung von Spanndruck ausgeschlossen. Somit ist Abdichtung für das erfindungsgemäße Abscheiderpaar besonders zuverlässig.The present invention is characterized in that the sealing members are disposed only on the back surfaces of the outer peripheral portions, and not on the opposite surfaces. The outer peripheral portion of the separator A is therefore in contact with that of the separator B. When the outer peripheral portion of the separator A is in contact with that of the separator B, the rotation of the separator is precluded even when clamping pressure is applied. Thus, sealing is particularly reliable for the separator according to the invention.
Ferner weisen die Abscheider A und B in der vorliegenden Erfindung die niedrige Fläche auf, die in Draufsicht auf das Abscheiderpaar die Kühlmitteleinlass- und Kühlmittelausstoßkanäle durchläuft. Deshalb können in der vorliegenden Erfindung die das Kühlmittelzuführ-Verteilerloch und das Kühlmittelausstoß-Verteilerloch umschließenden Kühlmitteldichtelemente auf der niedrige Fläche (Rückseite der Berührungsbereiche) angeordnet sein.Further, in the present invention, the separators A and B have the low area passing through the coolant inlet and outlet channels in plan view of the separator pair. Therefore, in the present invention, the coolant sealing members enclosing the coolant supply manifold hole and the coolant discharge manifold hole may be disposed on the low surface (back of the contact portions).
Bei Anordung der Kühlmitteldichtelemente A des Abscheiders A auf der niedrigen Fläche, ist es z. B. möglich, sie so anzuordnen, dass sie das Kühlmittelzuführ-Verteilerloch und die Einlassnuten A umschließen. Bei Anordung der Kühlmitteldichtelemente B des Abscheiders B auf der niedrigen Fläche, ist es möglich, sie so anzuordnen, dass sie nur das Kühlmittelzuführ-Verteilerloch umschließen.When arranging the coolant sealing elements A of the separator A on the low surface, it is z. For example, it is possible to arrange them so as to surround the coolant supply manifold hole and the inlet grooves A. When arranging the refrigerant seal members B of the separator B on the low surface, it is possible to arrange them so as to surround only the coolant supply manifold hole.
Auf diese Weise kann man Dicke des Abscheiderpaars verringern, indem man die Kühlmitteldichtelemente auf den niedrigen Flächen der Außenumfangsabschnitte anordnet. Ferner ist eine Anordnung der gesamten Dichtelemente (Außenumfangsdichtelemente, Brenngasdichtelemente und Oxidationsgasdichtelemente) auf identischer Fläche (einer niedrigen Fläche) möglich, indem man die Kühlmitteldichtelemente auf der niedrigen Fläche der Außenumfangsabschnitte anordnet. Wenn die gesamten Dichtelemente auf identischer Fläche angeordnet werden kann, ist eine gleiche Ausführung für Querschnitt und Komprimierbarkeit von den gesamten Dichtelementen möglich, was Abweichungen in Dauerhaltbarkeit zwischen verschiedenen Dichtelementen verhindern kann.In this way, one can reduce the thickness of the separator pair by arranging the coolant sealing elements on the low surfaces of the outer peripheral portions. Further, arranging the entire seal members (outer peripheral seal members, fuel gas seal members and oxidizing gas seal members) on an identical area (a low area) is possible by disposing the refrigerant seal members on the low surface of the outer peripheral portions. If the entire sealing elements can be arranged on an identical surface, an identical design for cross-section and compressibility of the entire sealing elements is possible, which can prevent variations in durability between different sealing elements.
Des weiteren überlappen sich die Kühlmitteldichtelemente A und B vorzugsweise in Draufsicht auf das Abscheiderpaar nicht. Eine Überlappung der Kühlmitteldichtelemente A und B kann verhindert werden, z. B. indem ein Bereich des Abscheiders B, den die Kühlmitteldichtelemente B umgeben, von einem Bereich des Abscheiders A, den die Kühlmitteldichtelemente A umgeben, enthalten wird.Furthermore, the coolant sealing elements A and B preferably do not overlap in plan view of the separator pair. An overlap of the coolant sealing elements A and B can be prevented, for. Example, by an area of the separator B, which surround the coolant sealing elements B, of a region of the separator A, which surround the coolant sealing elements A, will be included.
Indem die Abscheider A und B sich nicht überlappen, kann der dünnste Abschnitt des Rahmens der mit Rahmen integrierten MEA vermindert werden, so dass die Festigkeit des Rahmens erhöht werden kann. Somit wird die Festigkeit des Werkstoffs gewährleistet, ohne den Rahmen zu verdicken, was ermöglicht eine dünnere Strukurierung vom Rahmen.By not overlapping the separators A and B, the thinnest portion of the frame of the frame-integrated MEA can be reduced, so that the strength of the frame can be increased. Thus, the strength of the material is ensured without thickening the frame, allowing a thinner structure of the frame.
Der Werkstoff von Dichtelementen ist nicht besonders beschränkt, wenn er Elastizität aufweist, und kann sowohl wärmehärtendes Material als auch thermoplastisches Material sein. Beispielen von wärmehärtendem Material umfassen den Silikonkautschuk (VQM), den Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPDM), den Flour-Kautschuk (FKM) und dergleichen. Beispielen von thermoplastischem Material umfassen das Elastomer und dergleichen.The material of sealing elements is not particularly limited if it has elasticity, and may be both thermosetting material and thermoplastic material. Examples of the thermosetting material include the silicone rubber (VQM), the ethylene-propylene rubber (EPDM), the fluororubber (FKM), and the like. Examples of thermoplastic material include the elastomer and the like.
Die Außenumfangsabschnitte auf dem Bereich in der Nahe von Dichtelementen sind ferner vorzugsweise stufenlos und flach. Genauer gesagt, sind die Außenumfangsabschnitte auf dem Bereich im Abstand von 0,5 mm oder weniger vorzugsweise stufenlos. Wenn der Bereich in der Nahe von Dichtelementen nicht flach ausgeführt Ware, bestände das Risiko, dass bei ihrem Gießen die Dichtelementen aus der Gussform leckten, was eine Pressformung in gewünschtes Profil ausschließen könnte. Wenn der Bereich in der Nähe von Dichtelementen nicht flach ausgeführt wäre, wurde eine Herstellung von Gussform nach dem Profil von Dichtelementen erschwert.The outer peripheral portions on the region near sealing elements are also preferably stepless and flat. More specifically, the outer peripheral portions are preferably infinitely variable in the range of 0.5 mm or less. If the area is near Sealing elements are not flat goods, there is a risk that leaked during their casting, the sealing elements from the mold, which could preclude a press molding in the desired profile. If the area near sealing elements were not flat, it was difficult to manufacture the mold according to the profile of sealing elements.
Auf diese Weise kann erfindungsgemäß die Dicke vom Abscheiderpaar und Rahmen dünn ausgeführt werden, so dass eine Länge vom Brennstoffzellenstapel in Laminierungsrichtung reduziert werden kann. Somit kann erfindungsgemäß der Brennstoffzellenstapel verkleinert sein.In this way, according to the invention, the thickness of the separator pair and the frame can be made thin so that a length of the fuel cell stack in the lamination direction can be reduced. Thus, according to the invention, the fuel cell stack can be downsized.
Die Wirkungen der Erfindung werden näher unter Bezugsnahme auf Zeichnungen erläutert. Im folgenden wird der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel beschrieben.The effects of the invention will be further explained with reference to drawings. In the following, the fuel cell stack according to the invention will be described.
Der Brennstoffzellenstapel
Im Brennstoffzellenstapel
Zwei die mit Rahmen integrierte MEA
Der Rahmen
Jeder der Abscheider (
Die rückseitige Fläche des zentralen Abschnitts
Der Außenumfangsabschnitt
Drei Einlassnuten
Auf diese Weise verbinden die Einlassnuten
Drei Einlassnuten
Auf diese Weise verbinden die Einlassnuten
Die Einlassnuten
Die Dichtelemente umfassen Außenumfangsdichtelemente
Die Außenumfangsdichtelemente
Die punktierte Linie in
Im folgenden sind andere Merkmale der vorliegenden Erfindung, d. h. die Kühlmitteleinlasskanäle
Das Abscheiderpaar
Die Einlassnuten
Das Kühlmitteldichtelement
Das Kühlmitteldichtelement
Auf diese Weise sind die Kühlmitteldichtelemente
Ferner ist ein vom Kühlmitteldichtelement
Wenn sich die Kühlmitteldichtelemente
Je erweitert der dünnste Bereich vom Rahmen
Wenn andererseits wie in der vorliegenden Erfindung der dünne Bereich vom Rahmen
Im folgenden sind die Kühlmittelausstoßkanäle und die Kühlmitteldichtelement
Das Abscheiderpaar
Die Auslassnuten
Das Kühlmitteldichtelement
Das Kühlmitteldichtelement
Im folgenden ist die Strömung von Brenngas, Oxidationsgas und Kühlmittel in einem solchen Brennstoffzellenstapel erläutert.In the following, the flow of fuel gas, oxidizing gas and refrigerant in such a fuel cell stack will be explained.
Das von der Brenngaszuführöffnung
Das von der Oxidationsgaszuführöffnung
Das von der Kühlmittelzuführöffnung
Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial Applicability
Das erfindungsgemäße mit Dichtelementen integrierte Abscheiderpaar ist hochzuverlässig abdichtet, so dass es die Gas- oder Kühlmittelströmung regelt und eine gegenseitige Mischung sicher verhindert. Ferner wird der erfindungsgemäße Brennstoffzellenstapel in tragbaren Netzanschlüssen, elektrischen Stromversorgungen von Kraftfahrzeugen und Kraft-Wärme-Kopplungssystemen von Häusern verwendet.The inventive pair of sealing elements integrated with the separator is highly reliable seals so that it controls the flow of gas or refrigerant and prevents mutual mixing safely. Further, the fuel cell stack of the present invention is used in portable power supplies, electric power supplies of automobiles, and home power-heat coupling systems.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
- 101101
- Brenngaszuführöffnungfuel gas supply opening
- 102102
- KühlmittelzuführöffnungKühlmittelzuführöffnung
- 103103
- OxidationsgaszuführöffnungOxidationsgaszuführöffnung
- 104104
- BrenngasausstoßöffnungFuel gas discharge port
- 105105
- KühlmittelausstoßöffnungCoolant discharge port
- 106106
- OxidationsgasausstoßöffnungOxidizing gas discharge port
- 107107
- Endplatteendplate
- 108108
- Befestigungsbolzenmounting bolts
- 109109
- Muttermother
- 110110
- Brenngaszuführ-VerteilerlochBrenngaszuführ distribution hole
- 111111
- Brenngasausstoß-VerteilerlochFuel gas discharge manifold hole
- 112112
- Oxidationsgaszuführ-VerteilerlochOxidationsgaszuführ distribution hole
- 113113
- Oxidationsgasausstoß-VerteilerlochOxidizing gas discharge manifold hole
- 114114
- Kühlmittelzuführ-VerteilerlochCoolant supply manifold hole
- 115115
- Kühlmittelausstoß-VerteilerlochCoolant discharge manifold hole
- 120120
- mit Rahmen integrierte MEAwith frame integrated MEA
- 121121
- MEAMEA
- 122122
- dünnster Abschnitt des Rahmensthinnest section of the frame
- 123123
- Rahmenframe
- 124124
- Vertiefungdeepening
- 125125
- PolymerelektrolytmembranPolymer electrolyte membrane
- 127127
- Katalysator-ElektrodeCatalyst electrode
- 130130
- MetallabscheiderMetal separators
- 131131
- zentraler Abschnittcentral section
- 132132
- Abschnitt zur ReaktionsgasverteilungReaction gas distribution section
- 133133
- AußenumfangsabschnittOuter peripheral portion
- 135135
- Einlassnutinlet groove
- 137137
- Auslassnutexhaust groove
- 139139
- ReaktionsgaskanalReaction gas channel
- 140140
- Abscheiderpaarof separators
- 141141
- KühlmittelkanalCoolant channel
- 142142
- Abschnitte zur KühlmittelverteilungCoolant distribution sections
- 143143
- KühlmitteleinlasskanalCoolant inlet channel
- 145145
- KühlmittelausstoßkanalCoolant discharge passage
- 151151
- AußenumfangsdichtelementOuter peripheral sealing element
- 153153
- BrenngasdichtelementFuel gas sealing element
- 155155
- OxidationsgasdichtelementOxidizing gas sealing element
- 157157
- KühlmitteldichtelementCoolant sealing element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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