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HINTERGRUND
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(a) Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel, welcher eine Verschlechterung von einer Endzelle verhindert. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung einen Brennstoffzellenstapel, welcher eine Verschlechterung von einer Endzelle verhindert, welche eine Struktur zum Verhindern des Abkühlens von einer Nachbarzelle angrenzend an eine geschlossene Endplatte aufweist.
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(b) Beschreibung der zugehörigen Technik
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Ein Brennstoffzellenstapel ist eine Art von erzeugender Vorrichtung, welche Elektrizität als eine Hauptenergiequelle von einem Brennstoffzellenfahrzeug erzeugt und eine Struktur besitzt, bei welcher eine Anode, an welche Wasserstoff bereitgestellt wird, und eine Kathode, an welche Sauerstoff bereitgestellt wird, mit einer dazwischen liegenden Membran-Elektroden-Anordnung gestapelt sind, so dass sauerstoffhaltige Luft und extern bereitgestellter Wasserstoff chemisch miteinander reagieren, um elektrische Energie zu erzeugen.
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Im Allgemeinen ist ein Brennstoffzellenstapel auf eine solche Art und Weise eingerichtet, dass mehrere Zehn bis mehrere Hunderte von Einheitszellen aufeinander gestapelt sind. Die Konfiguration von einer Einheitszelle von dem Brennstoffzellenstapel wird unterhalb beschrieben werden. Genauer ist eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) in der Mitte von einer Einheitszelle positioniert. Die Membran-Elektroden-Anordnung weist eine Polymer-Elektrolytmembran, welche Wasserstoffionen (Protonen) transportieren kann, und eine Kathode Elektrode (Katalysator) und eine Anode Elektrode (Katalysator) auf, welche auf beiden Seiten von der Elektrolytmembran gestapelt sind, so dass Wasserstoff und Sauerstoff miteinander reagieren. Darüber hinaus ist eine Gas-Diffusions-Schicht (GDS) an der Außenseite von jeder von der Kathode Elektrode und der Anode Elektrode gestapelt, und ein Separator, in welchem Strömungsfelder ausgebildet sind, um den Kraftstoff bereitzustellen und das Wasser abzugeben, welches durch eine Reaktion erzeugt wurde, ist an der Außenseite von der Gas-Diffusions-Schicht gestapelt.
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Des Weiteren, nachdem mehrere Zehn bis Hunderte von Einheitszellen aufeinander gestapelt sind, wird eine Endplatte zum Abstützen und Befestigen der jeweiligen Bauteile mit beiden äußersten Seiten verbunden, wie in 1 schematisch dargestellt, und vollendet auf diese Weise den Brennstoffzellenstapel. Hier dient die Endplatte als eine Abstützung zum Befestigen des Brennstoffzellenstapels und als ein Übertragungsweg der erzeugten Elektrizität. Die Endplatte ist für gewöhnlich aus Kunststoff und Metall gemacht.
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Wie in 1 dargestellt, wenn mehrere Hunderte von Einheitszellen von einem Brennstoffzellenstapel 10 aufeinander gestapelt sind, dann wird eine Dummy-Zelle 14 in einer Position angrenzend an eine geschlossene Endplatte 22 gestapelt, welche von Arbeitszellen 12 verschieden ist, in welchen eine Reaktion zur Erzeugung von elektrischem Strom stattfindet. Es ist ebenfalls ein Versorgungsverteiler 16 an einer Seite ausgebildet, welcher in der aufeinander gestapelten Richtung von den Arbeitszellen 12 und der Dummy-Zelle 14 vertikal ist, und ein Abgabeverteiler 18 ist an der anderen Seite vertikal ausgebildet.
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Insbesondere, wie in 1 dargestellt, ist die Endplatte an einer Seite als eine geschlossene Endplatte 22 mit einer geschlossenen Struktur konfiguriert, und die Endplatte an der anderen Seite ist als eine offene Endplatte konfiguriert, in welcher eine Einlassbahn 26 für das Einleiten von Wasserstoff, Luft und eines Kühlmittels in einem oberen Ende ausgebildet ist, und eine Auslassbahn 28 für das Ausleiten von nicht umgesetztem Gas und dem Kühlmittel in einem unteren Ende ausgebildet ist.
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Im Allgemeinen treten der Kraftstoff (Wasserstoff und Luft) und das Kühlmittel, welche dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellt werden, der Reihe nach durch die offene Endplatte 24, den Versorgungsverteiler 16, die Arbeitszellen 12, den Abgabeverteiler 18 und die offene Endplatte 24 erneut hindurch und wird dann an die Außenseite von dem Brennstoffzellenstapel abgegeben. Im Detail wird der Wasserstoff der Anode durch die Einlassbahn 26 von der offenen Endplatte 24 bereitgestellt, die Luft (Sauerstoff) wird der Kathode bereitgestellt, und das Kühlmittel zum Kühlen wird einem Kühlmittelströmungsfeld von dem Separator ebenfalls durch die Einlassbahn 26 von der offenen Endplatte 24 bereitgestellt.
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Demzufolge tritt an der Anode von dem Brennstoffzellenstapel eine Oxidationsreaktion von Wasserstoff auf, um Wasserstoffionen (Protonen) und Elektronen zu erzeugen, und die produzierten Wasserstoffionen und Elektronen werden zu der Kathode durch die Polymer-Elektrolytmembran und den Separator übertragen. An der Kathode reagieren die Wasserstoffionen und Elektronen, welche von der Anode übertragen werden, mit der sauerstoffhaltigen Luft, um Wasser zu produzieren. Gleichzeitig wird elektrische Energie durch den Fluss von Elektronen erzeugt.
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Unterdessen sollte der Kraftstoff (Wasserstoff und Luft), welcher dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellt wird, befeuchtet sein, um die Leistungsfähigkeit von der Membran aufrecht zu erhalten, und somit wenn der befeuchtete Kraftstoff, welcher dem Brennstoffzellenstapel bereitgestellt wird, durch den Versorgungsverteiler hindurchtritt, dann wird aufgrund von einer niedrigen Umgebungstemperatur Kondenswasser erzeugt. Hier wird das erzeugte Kondenswasser in den Brennstoffzellenstapel entlang der Wand von dem Strömungsfeld zusammen mit dem Kraftstoff eingeleitet, und die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von denjenigen Zellen, in welche das Kondenswasser eingeleitet wird, sind als ein Ergebnis herabgesetzt, was durch eine Verschlechterung des Katalysators aufgrund von der anhaltenden Präsenz von Wasser rund um den Katalysator verursacht sein kann.
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Darüber hinaus weisen die Zellen angrenzend an die Endplatten 22 und 24 eine Temperatur auf, welcher niedriger als diejenige von anderen Zellen ist, aufgrund des Abkühlens von externen Umgebungen durch die Endplatten 22 und 24. Insbesondere wird die Zelle angrenzend an die geschlossene Endplatte 22 mehr abgekühlt, wenn der Kraftstoff und das Kühlmittel auf die innere Wand von der geschlossenen Endplatte 22 treffen, und weist somit eine viel niedrigere Temperatur auf. Die niedrige Temperatur von den Zellen steigert die Erzeugung von Kondenswasser in den Zellen, was die Verschlechterung von dem Brennstoffzellenstapel verursacht.
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Um dieses Problem zu lösen, wird für gewöhnlich die Dummy-Zelle 14 (das heißt, eine nicht-reagierende Zelle, welche keinen elektrischen Strom erzeugt, aber als eine Abgabebahn von Kondenswasser dient), wie in 1 dargestellt, in einer Position angrenzend an die geschlossene Endplatte 22 zur Verfügung gestellt, aber deren Wirkung ist unerheblich. Als ein Ergebnis tritt die Verschlechterung der Erfüllung der Alterungsbeständigkeit fortlaufend in der Zelle angrenzend an die geschlossene Endplatte 22 auf. Demzufolge kann des Weiteren eine Dummy-Zelle in einer Position angrenzend an der geschlossenen Endplatte 22 vorgesehen sein, um die Verschlechterung der Erfüllung der Alterungsbeständigkeit aufgrund des Abkühlens der Zelle zu verhindern, aber in diesem Fall treten unterschiedliche Probleme, wie zum Beispiel eine Verringerung des Arbeitsergebnis, eine Erhöhung bei den Herstellungskosten, eine Zunahme des Gewichts, etc. aufgrund von der zusätzlichen Verwendung von der Dummy-Zelle auf.
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Aus der
JP 2007 - 026 856 A ist ein Brennstoffzellenstapel bekannt, welcher eine Verschlechterung von einer Endzelle verhindert, wobei der Brennstoffzellenstapel aufweist: eine offene Endplatte, welche an einer ersten Seite von dem Brennstoffzellenstapel angeordnet ist; und eine geschlossene Endplatte, welche an einer zweiten Seite von dem Brennstoffzellenstapel angeordnet ist, die offene Endplatte und die geschlossene Endplatte befestigen in Verbindung zusammen eine Vielzahl von Arbeitszellen, wobei ein hohler Strömungsraum an einer inneren Wand von der geschlossenen Endplatte angrenzend an die Arbeitszelle ausgebildet ist.
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Die in diesem Abschnitt zum Hintergrund offenbarten obigen Informationen dienen nur zum Erleichtern des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und er kann deshalb Informationen enthalten, die keinen Stand der Technik bilden, welche dem Fachmann in diesem Land bereits bekannt sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brennstoffzellenstapel zum Verhindern der Verschlechterung von einer Endzelle zur Verfügung zu stellen, welcher das Abkühlen von einer Nachbarzelle angrenzend an eine geschlossene Endplatte verhindern kann, und eine Zunahme bei der Temperatur durch das Ausbilden eines Strömungsraums bewirkt, welcher eine wärmedämmende Wirkung mit Hilfe eines Luftpolsters an einer inneren Wand von der geschlossenen Endplatte zur Verfügung stellt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
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In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Brennstoffzellenstapel zum Verhindern einer Verschlechterung von einer Endzelle zur Verfügung, wobei der Brennstoffzellenstapel eine offene Endplatte und eine geschlossene Endplatte aufweist, welche an einer Seite und der anderen Seite von dem Brennstoffzellenstapel vorgesehen sind, um eine Vielzahl von Arbeitszellen zu befestigen. Ein hohler Strömungsraum ist an einer inneren Wand von der geschlossenen Endplatte angrenzend an die Dummy-Zelle ausgebildet. Die geschlossene Endplatte und die Arbeitszelle sind mit einer dazwischen liegenden Dummy-Zelle angrenzend aneinander, und eine Unter-Dichtung für die Dummy-Zelle weist eine Struktur einer geschlossenen Platte auf, welche Mikrolöcher aufweist.
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In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Strömungsraum in einer Position ausgebildet, welche einem Ende von einem Versorgungsverteiler angrenzend an die geschlossene Endplatte gegenüber liegt.
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In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind die Mikrolöcher in Positionen ausgebildet, welche jeweils dem Ende von dem Versorgungsverteiler und einem Ende von einem Abgabeverteiler angrenzend an die geschlossene Endplatte gegenüber liegen.
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Andere Aspekte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden unten stehend diskutiert.
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KURZE BESCHREIBUNG VON DEN ZEICHNUNGEN
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Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen von selbiger beschrieben werden, welche von den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind, welche unten stehend nur zur Veranschaulichung dienen, und somit für die vorliegende Erfindung nicht einschränkend sind, und wobei:
- 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Struktur von einem herkömmlichen Brennstoffzellenstapel zeigt;
- 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Struktur von einem Brennstoffzellenstapel in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 3 ist eine vergrößerte Ansicht von „A“ in 2, welche ein Luftpolster zeigt, welches in einem Strömungsraum von einer geschlossene Endplatte ausgebildet ist;
- 4 ist eine Ansicht, welche die Struktur von einer Unter-Dichtung, welche jeweils auf eine Arbeitszelle und eine Dummy-Zelle angewandt wird, in einem Brennstoffzellenstapel in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
- 5 ist ein Schaubild, welches die Ergebnisse einer Analyse der Temperaturverteilung an einem Brennstoffzellenstapel in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einem herkömmlichen Brennstoffzellenstapel zeigt.
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Die in den Zeichnungen dargelegten Bezugszeichen enthalten eine Bezugnahme auf die folgenden Elemente, wie des Weiteren unterhalb erörtert:
| 10 | Brennstoffzellenstapel | 12 | Arbeitszelle |
| 14 | Dummy-Zelle | 16 | Versorgungsverteiler |
| 18 | Dummy-ZelleAbgabeverteiler | 20 | Unter-Dichtung für |
| 22 | geschlossene Endplatte | 24 | offene Endplatte |
| 26 | Einlassbahn | 28 | Auslassbahn |
| 30 | Strömungsraum | 32 | Mikroloch |
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Es versteht sich, dass die angefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind, und eine irgendwie vereinfachte Repräsentation von unterschiedlichen bevorzugten Merkmalen, welche für die grundsätzlichen Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht sind, darstellen. Die speziellen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung wie hierin offenbart, einschließlich, zum Beispiel bestimmter Abmaße, Orientierungen, Stellen und Gestaltungen, werden zum Teil von der bestimmten beabsichtigten Anwendung und der Verwendungsumgebung bestimmt.
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In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen auf dieselben oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung über die mehreren Figuren der Zeichnungen hinweg.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es versteht sich, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug...” oder andere ähnliche Ausdrücke, wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen mit einschließt, wie zum Beispiel Personenkraftwagen einschließlich allradangetriebene Offroader (SUV), Busse, Lastwagen, unterschiedliche Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich eine Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen, und dieser schließt Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in Hybrid Elektrofahrzeuge, wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff (zum Beispiel Kraftstoffe, die aus Ressourcen mit Ausnahme von Erdöl erzeugt wurden) ein. Wie hierin Bezug genommen, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehrere Kraftquellen besitzt, zum Beispiel sowohl mit Benzin angetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich zum Zwecke des Beschreibens von bestimmten Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der, die, das“ ebenfalls die Pluralformen umfassen, es sei denn, dass der Kontext ganz klar etwas anderes anzeigt. Es versteht sich zudem, dass die Ausdrücke „aufweist“ und/ oder „aufweisend“, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elemente, und/oder Komponenten spezifiziert, aber das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Komponenten, und/ oder von deren Gruppen nicht ausschließt. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck „und/ oder“ beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der damit verknüpften aufgelisteten Begriffe.
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Nachstehend wird nun im Detail auf unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele davon in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und unten stehend beschrieben sind. Während die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden wird, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Im Gegenteil, die Erfindung soll nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdecken, sondern ebenso unterschiedliche Alternativen, Abänderungen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche in dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein können, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen festgelegt sind.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Brennstoffzellenstapel zur Verfügung, welcher eine Verschlechterung von einer Endzelle verhindert, in welcher ein Strömungsraum an einer inneren Wand von einer geschlossenen Endplatte ausgebildet ist, um das Abkühlen von einem Kraftstoff und einem Kühlmittel zu verhindern, wenn der Kraftstoff und das Kühlmittel, welche mit Hilfe eines Versorgungsverteilers eingeleitet werden, in Kontakt mit der inneren Wand von der geschlossenen Endplatte kommen, und eine Unter-Dichtung ohne Strömungslöcher des Verteilers wird des Weiteren auf eine Dummy-Zelle angrenzend an die geschlossene Endplatte angewandt, um ein Luftpolster aufrecht zu erhalten, welches in dem Strömungsraum ausgebildet ist, sogar im Falle von einer Änderung bei der Strömung von dem Kraftstoff.
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In 2 ist eine Querschnittsstruktur von einem Brennstoffzellenstapel in Übereinstimmung mit der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Wie in 2 dargestellt, in einem Zustand, bei dem eine Vielzahl von Arbeitszellen 12, in welchen eine Reaktion zur Erzeugung von elektrischem Strom stattfindet, in einem Brennstoffzellenstapel 10 aufeinander gestapelt sind, ist eine geschlossene Endplatte 22 mit einer geschlossenen Struktur an einer Seite befestigt, und eine offene Endplatte 24 ist an der anderen Seite befestigt, und obwohl in der Figur nicht dargestellt, sind die geschlossene Endplatte 22 und die offene Endplatte 24 durch ein separates Verdrehungs- oder Spannmittel (zum Beispiel eine Klemme oder eine andere Befestigungsstruktur) befestigt, um eine Flächenpressung zur Befestigung für die Arbeitszellen 12 zur Verfügung zu stellen und aufrecht zu erhalten.
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Hier ist in der offenen Endplatte 24 eine Einlassbahn 26 zum Einleiten von Kraftstoff und Kühlmittel in einem oberen Ende ausgebildet, und eine Auslassbahn 28 zum Abgeben von nicht umgesetzten Gas und Kühlmittel aus den Arbeitszellen 12 ist in einem unteren Ende ausgebildet. Ein Versorgungsverteiler 16 und ein Abgabeverteiler 18, welche jeweils an der Oberseite und Unterseite von den Arbeitszellen 12 ausgebildet sind, repräsentieren Verteiler von Separatoren, welche aufeinander gestapelt sind, durch eine Unter-Dichtung, und weisen einen Versorgungsverteiler und einen Abgabeverteiler jeweils für Luft, Wasserstoff und Kühlmittel auf.
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In der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein hohler Strömungsraum 30 in der geschlossenen Endplatte 22 ausgebildet, um das Abkühlen von Kraftstoff und Kühlmittel zu verhindern, wenn der Kraftstoff und das Kühlmittel, welche in den Brennstoffzellenstapel 10 mit Hilfe des Versorgungsverteilers 16 eingeleitet werden, in Kontakt mit der inneren Wand von der geschlossenen Endplatte 22 kommen.
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Wie in 2 dargestellt, weist die geschlossene Endplatte 22 einen Strömungsraum 30 auf, welcher bis zu einer vorbestimmten Tiefe an der inneren Wand angrenzend an die Dummy-Zelle 14 ausgebildet ist, wobei der Strömungsraum 30 auf der gegenüber liegenden Seite von der Einlassbahn 26 vorgesehen ist, das heißt, in einer Position, welche dem Ende von dem Versorgungsverteiler 16 gegenüber liegt. Mit anderen Worten ist der Strömungsraum 30 eine Verlängerungslinie von dem Versorgungsverteiler 16. Dieser Strömungsraum 30 wird dazu verwendet, um das Abkühlen von dem Kraftstoff und dem Kühlmittel zu verhindern, wenn der Kraftstoff und das Kühlmittel, welche durch die Einlassbahn 26 von der offenen Endplatte 24 eingeleitet werden, in Kontakt mit der inneren Wand von der geschlossenen Endplatte 22 kommen, um ein Abkühlen der Arbeitszellen 12 angrenzend an die geschlossene Endplatte 22 zu verhindern, das heißt, Nachbarzellen einschließlich einer Endzelle, und auf diese Weise eine Zunahme bei der Temperatur von den Zellen verursachen. Hier wurde aus der Analyse der Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs in dem Brennstoffzellenstapel 10 herausgefunden, dass ein Luftpolster, bei dem beinahe keine Strömungsgeschwindigkeit ermittelt wurde, in dem Strömungsraum 30 ausgebildet war.
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3 ist eine vergrößerte Ansicht von „A“ in 2, welche die Strömung von Kraftstoff und Kühlmittel in dem Strömungsraum 30 der geschlossenen Endplatte 22 zeigt. Wie in 3 dargestellt, erzeugt das Fluid eine rotierende Strömung in dem Strömungsraum 30 in der geschlossenen Endplatte 22, und das Fluid strömt mit beinahe keiner Geschwindigkeit in dem Strömungsraum 30, um dabei ein Luftpolster auszubilden, somit eine wärmedämmende Wirkung mit Hilfe des Luftpolsters zu erhalten, welches wie oben beschrieben gebildet wird. Demzufolge ist es möglich, die wärmedämmende Eigenschaft von den Nachbarzellen, einschließlich der Endzelle, angrenzend an die geschlossene Endplatte 22 zu erhöhen. Als solches ist es möglich, eine Zunahme bei der Temperatur von der Arbeitszelle 12 angrenzend an die geschlossene Endplatte 22 aufgrund von dem Luftpolster in dem Strömungsraum 30 zu bewirken, und auf diese Weise ist es möglich, ein Überschwemmen durch das Verringern der Menge von Kondenswasser zu verhindern, welches in den Zellen produziert wird, und die Lebensdauer zu erhöhen und eine Verschlechterung von dem Brennstoffzellenstapel zu verhindern, was auf diese Weise die Erfüllung der Alterungsbeständigkeit und die abgegebene Leistung verbessert.
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Unterdessen ist eine Dummy-Zelle 14 in einer einzigen Schicht zwischen der geschlossenen Endplatte 22 und der Arbeitszelle 12 gestapelt. Die Dummy-Zelle 14 kann eine nicht-reagierende Zelle sein, welche keinen elektrischen Strom erzeugt und in direktem Kontakt mit der inneren Wand von der geschlossenen Endplatte 22 an dem hinteren Ende von der Endzelle entlang der Arbeitszellen 12 ist, und dabei eine wärmedämmende Funktion aufweist. In der vorliegenden Erfindung wird eine Unter-Dichtung 20, welche eine Struktur einer geschlossenen Platte ohne Strömungslöcher des Verteilers aufweist, auf die Dummy-Zelle 14 angewandt, um das Luftpolster aufrecht zu erhalten, welches in dem Strömungsraum 30 von der geschlossenen Endplatte 22 ausgebildet wird, sogar wenn es eine Änderung bei der Strömung von demjenigen Kraftstoff gibt, welcher dem Brennstoffzellenstapel 10 bereitgestellt wird. Mit anderen Worten, da die Unter-Dichtung 20, aus welcher die typischen Strömungslöcher des Verteilers beseitigt sind, als die Unter-Dichtung für die Dummy-Zelle 14 verwendet wird, ist es möglich, das Luftpolster beizubehalten, welches in dem Strömungsraum 30 gebildet wird, unabhängig von einer Änderung bei der Strömung von demjenigen Kraftstoff, welcher durch die Einlassbahn 26 von der offenen Endplatte 24 eingeleitet wird.
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Im Gegenteil, eine Unter-Dichtung, welche Strömungslöcher des Verteilers aufweist, kann in anderen Einheitszellen in dem Brennstoffzellenstapel 10 eingesetzt werden, das heißt, die Arbeitszellen 12 und die Strömungslöcher des Verteilers von der Unter-Dichtung bilden einen Teil von dem Versorgungsverteiler 16 und dem Abgabeverteiler 18.
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In 4 ist jeweils die Struktur von einer Unter-Dichtung für die Arbeitszelle 12 und die Dummy-Zelle 14 dargestellt, welche in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bezugnehmend auf 4, weist die Unter-Dichtung für die Arbeitszelle 12 Strömungslöcher des Verteilers auf, während die Unter-Dichtung 20 für die Dummy-Zelle 14 Mikrolöcher 32 anstelle von den Strömungslöchern des Verteilers aufweist. Mikrolöcher 32 sind wesentlich kleiner im Durchmesser als die Standardströmungslöcher des Verteilers, und besitzen somit deutlich verschiedene Strömungseigenschaften. Das heißt, um das Luftpolster von dem Strömungsraum 30 aufrecht zu erhalten, sogar wenn es eine Änderung bei der Strömung des Kraftstoffs in dem Brennstoffzellenstapel gibt, beseitigen die Mikrolöcher 32 einen Differenzdruck zwischen den vorderen und hinteren Seiten von der Unter-Dichtung, indem sie in der Dummy-Zelle 14 ausgebildet sind, anstelle von den Strömungslöchern des Verteilers, welche in der Unter-Dichtung integriert sind.
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Genauer, wenn die Strömungslöcher des Verteilers aus der Unter-Dichtung 20 für die Dummy-Zelle 14 beseitigt sind, dann wird ein Differenzdruck zwischen den vorderen und hinteren Seiten von der Unter-Dichtung bewirkt, und, wie in 4 dargestellt, die Mikrolöcher 32, welche in der Unter-Dichtung 20 anstelle von den Strömungslöchern des Verteilers ausgebildet sind, können den Differenzdruck beseitigen, welcher zwischen den vorderen und hinteren Seiten von der Unter-Dichtung verursacht wird. Genauso wie die Strömungslöcher des Verteilers sind die Mikrolöcher 32 (das heißt, Löcher kleiner als 5 mm) in der Unter-Dichtung 20 dazu ausgebildet, um an den geraden Linien von dem Versorgungsverteiler 16 und dem Abgabeverteiler 18 angeordnet zu sein, und wie in 2 dargestellt, in Positionen angeordnet, welche den Enden von dem Versorgungsverteiler 16 und dem Abgabeverteiler 18 gegenüber liegen. Demzufolge sind die Mikrolöcher 32 zwischen dem Strömungsraum 30 von der geschlossenen Endplatte 22 und dem Ende von dem Versorgungsverteiler 16 angeordnet.
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5 ist ein Schaubild, welches die Ergebnisse von einer Analyse der Temperaturverteilung an einem Brennstoffzellenstapel in Übereinstimmung mit der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einem herkömmlichen Brennstoffzellenstapel zeigt. Wie in 5 dargestellt, ist es ersichtlich, dass bei der vorliegenden Erfindung die Temperatur von der Arbeitszelle angrenzend an die geschlossene Endplatte, das heißt der Endzelle, höher als diejenige von der herkömmlichen Arbeitszelle ist, und die Temperatur von der Arbeitszelle angrenzend an die geschlossene Endplatte, welche von der Endzelle verschieden ist, ist ebenfalls im Vergleich zu der herkömmlichen erhöht. Mit anderen Worten ist die Temperatur von den meisten Arbeitszellen, welche den Brennstoffzellenstapel bilden, höher als diejenige von den herkömmlichen Arbeitszellen. Insbesondere tritt der größte Temperaturunterschied in der Endzelle angrenzend an die geschlossene Endplatte auf, und der Temperaturunterschied nimmt schrittweise von der Endzelle zu der ersten Zelle ab, aber die Temperatur von den meisten Arbeitszellen ist höher als diejenige von der herkömmlichen Arbeitszelle.
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Wie oben stehend beschrieben, stellte die vorliegende Erfindung die folgenden Wirkungen zur Verfügung.
- 1. Da der Strömungsraum als eine Struktur zum Verhindern des Abkühlens von einer Nachbarzelle angrenzend an die geschlossene Endplatte an der inneren Wand von der geschlossenen Endplatte ausgebildet ist, um eine Erhöhung bei der Temperatur von der Nachbarzelle aufgrund von einem Luftpolstereffekt zu bewirken, welcher durch den Strömungsraum verursacht wird, ist es möglich, das Überschwemmen durch das Verringern der Menge von Kondenswasser zu verhindern, welches in den Zellen produziert wird, und die Lebensdauer zu steigern und eine Verschlechterung von dem Brennstoffzellenstapel zu verhindern, und auf diese Weise die Erfüllung der Alterungsbeständigkeit und die abgegebene Leistung zu steigern.
- 2. Es ist möglich, das Abkühlen von der Zelle angrenzend an die geschlossene Endplatte zu verhindern, ohne den zusätzlichen Einsatz von der Dummy-Zelle, und auf diese Weise ist es möglich, die Probleme zu lösen, wie zum Beispiel eine Verringerung des Arbeitsergebnis, eine Erhöhung bei den Herstellungskosten, eine Zunahme des Gewichts, etc. aufgrund von der zusätzlichen Verwendung von der Dummy-Zelle.
- 3. Es ist nicht notwendig, ein wärmedämmendes Material oder einen Heizdraht zu verwenden, um Temperatur von den Zellen zu erhöhen, und auf diese Weise gibt es keine Zunahmen bei den Herstellungskosten und dem Gewicht.
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Die Erfindung wurde in allen Einzelheiten mit Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen von selbiger beschrieben. Der Fachmann versteht jedoch, dass Veränderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dabei von den Prinzipien und dem Erfindungsgedanken der Erfindung abzuweichen, wobei der Schutzumfang von selbiger in den beigefügten Patentansprüchen und deren Äquivalenten festgelegt wird.