DE102014223689A1 - Brennstoffzellenstapel - Google Patents

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Abstract

Ein Brennstoffzellenstapel umfasst eine Membranelektrodenbaugruppe mit einer Polymerelektrolytmembran, einer Anode und einer Kathode. Eine Trennplatte ist an zwei Seiten der Membranelektrodenbaugruppe angeordnet und umfasst einen Kühlmittelpfad, einen Luftpfad und einen Brennstoffpfad. Ein Kühlmittelauslassverteiler, welcher mit dem Kühlmittelpfad in Verbindung steht, ist in der Trennplatte ausgebildet, wobei ein Lufteinlassverteiler, welcher mit dem Luftpfad in Verbindung steht, benachbart zu dem Kühlmittelauslassverteiler ausgeformt ist. Zumindest eine Kühlrippe zum Wärmetausch ist in dem Kühlmittelauslassverteiler und dem Lufteinlassverteiler ausgebildet.

Description

  • QUERVERWEIS ZU VERWANDTER ANMELDUNG
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung mit der Nr. 10-2013-0168489 , die am 31. Dezember 2013 beim Koreanischen Patentamt eingereicht wurde, wobei deren gesamter Gegenstand hierin unter Bezugnahme umfasst ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoffzellenstapel. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Brennstoffzellenstapel mit einer verbesserten Systemeffizienz durch Wärmeaustausch zwischen einem Kühlmittelauslassverteiler und einem Lufteinlassverteiler.
  • HINTERGRUND
  • Wie allgemein bekannt, ist ein Brennstoffzellensystem ein Energieerzeugungssystem, welches chemische Energie eines Brennstoffs direkt in elektrische Energie wandelt.
  • Das Brennstoffzellensystem weist einen Brennstoffzellenstapel auf, welcher elektrische Energie erzeugt. Eine Brennstoffzuführvorrichtung führt Brennstoff (Wasserstoff) dem Brennstoffzellenstapel zu. Eine Luftzuführvorrichtung führt Sauerstoff in der Luft dem Brennstoffzellenstapel zu. Eine Wärme- und Wassermanagementvorrichtung verteilt Reaktionswärme des Brennstoffzellenstapels an das Äußere und steuert die Antriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels.
  • Das Brennstoffzellensystem erzeugt elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion und gibt Wärme und Wasser als Nebenprodukte der elektrochemischen Reaktion aus.
  • 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche einen Brennstoffzellenstapel gemäß des Stands der Technik zeigt. Aus Klarheitsgründen ist eine Einheitszelle in 1 gezeigt.
  • Wie in 1 gezeigt, weist ein Brennstoffzellenstapel, welcher in einem Brennstoffzellenfahrzeug verwendet wird, eine Ausgestaltung auf, bei welcher Einheitszellen hintereinander angeordnet sind. Der herkömmliche Brennstoffzellenstapel weist eine Ausgestaltung auf, bei welcher eine Vielzahl von Einheitszellen 20 zwischen einem Paar von Endplatten 10 gestapelt ist.
  • Jede Einheitszelle 20 umfasst eine Membran-Elektrodenbaugruppe (MEA) 30 sowie zwei Trennplatten 40, welche an entsprechenden Seiten der MEA 30 angeordnet sind.
  • Die MEA 30 umfasst eine Polymerelektrolytmembran um Protonen zu bewegen und eine Katalysatorschicht, die an entsprechenden Seiten der Polymerelektrolytmembran angeordnet ist, sodass Wasserstoff und Sauerstoff reagieren können, also eine Anode und eine Kathode an entsprechenden Seiten der Polymerelektrolytmembran.
  • Eine Trennplatte 40 mit Strömungsfeldern, durch welche Reaktionswasserstoff und Sauerstoff der Anode und der Kathode zugeführt werden und Wasser, welches durch die Reaktion erzeugt wird, ausgegeben wird, ist am Äußeren der MEA angeordnet.
  • Eine Seite der Trennplatte 40 liegt der Kathode oder der Anode gegenüber, wobei die andere Seite der Trennplatte 40 der Trennplatte 40 einer weiteren Zelle 20 gegenüberliegt.
  • Ein Brennstoffpfad ist an einer Seite der Trennplatte 40, welche der Anode gegenüberliegt, ausgebildet, wobei ein Luftpfad an der anderen Seite der Trennplatte 40, welche der Kathode gegenüberliegt, ausgebildet ist. Ein Kühlmittelpfad zum Zirkulieren von Kühlmittel ist innerhalb der Trennplatte 40 ausgebildet.
  • Ein Brennstoffeinlassverteiler 44 und ein Brennstoffverteiler 45, die mit dem Brennstoffpfad in Verbindung stehen, sind an entsprechenden Enden der Trennplatte 40 ausgebildet. Ein Lufteinlassverteiler 46 und ein Luftauslassverteiler 47, welche mit dem Luftpfad in Verbindung stehen, sind an entsprechenden Enden der Trennplatte 40 ausgebildet. Ein Kühlmitteleinlassverteiler 48 und ein Kühlmittelauslassverteiler 49, welche mit dem Kühlmittelpfad in Verbindung stehen, sind an entsprechenden Enden der Trennplatte 40 ausgebildet.
  • Feuchtigkeit wird in der Kathode durch eine elektrochemische Reaktion des Brennstoffzellenstapels erzeugt, wobei einige Feuchtigkeit von der Kathode zur Anode diffundiert. Wenn überschüssige Feuchtigkeit in einem Pfad, welcher Brennstoffgas zuführt, zurückbleibt, wird Wasser erzeugt und tritt ein Flutungsphänomen auf, bei dem eine große Menge von kondensiertem Wasser zurückbleibt. Wenn die Luft, welche dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, durch das Wasser blockiert wird, wird die Leistung und Beständigkeit der Brennstoffzelle verschlechtert, wobei hier auch die Energieerzeugungsleistung verringert wird.
  • Wasserstoff und Sauerstoff werden durch die chemische Reaktion von jeder Katalysatorschicht ionisiert, weshalb eine Oxidationsreaktion, welche Elektronen an einem Wasserstoffabschnitt erzeugt, und eine Reduktionsreaktion, welche Wasser an einem Sauerstoffabschnitt erzeugt, hervorgerufen wird.
  • Es ist bekannt, dass die Oxidations-Reduktionsreaktion, welche in der Katalysatorschicht auftritt, am effizientesten im Bereich von 60 bis 80°C ist. Die Temperatur der Luft, welche durch den Lufteinlassverteiler fließt, ist jedoch relativ gering, weshalb die Effizienz der Oxidations-Reduktionsreaktion verringert wird.
  • Das heißt, dass die Temperatur der Luft, welche durch den Lufteinlassverteiler 46 fließt, hoch sein sollte, um die Treibeffizienz des Brennstoffzellenstapels zu verbessern, wobei ein durch die Trennplatte 40 ausgestoßenes Kühlmittel rapide gekühlt werden sollte.
  • Die oberen Informationen, welche in diesem Hintergrundabschnitt offenbart sind, dienen lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können demnach Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, welcher dem Fachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt, um einen Brennstoffzellenstapel bereitzustellen, bei dem Wärme effizient zwischen Einströmluft und ausgegebenem Kühlmittel getauscht wird.
  • Ferner wurde die vorliegende Erfindung durchgeführt, um einen Brennstoffzellenstapel bereitzustellen, welcher eine Effizienz einer Oxidations-Reduktionsreaktion, welche innerhalb des Brennstoffzellenstapels auftritt, durch Erhöhen der Temperatur der einströmenden Luft erhöht.
  • Ein Brennstoffzellenstapel gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Membranelektrodenbaugruppe mit einer Polymerelektrolytmembran, einer Anode und einer Kathode. Eine Trennplatte ist an zwei Seiten der Membranelektrodenbaugruppe angeordnet und bildet einen Kühlmittelpfad, einen Luftpfad und einen Brennstoffpfad aus. Ein Kühlmittelauslassverteiler ist in der Trennplatte ausgebildet, welcher mit dem Kühlmittelpfad in Verbindung steht. Ein Lufteinlassverteiler, welcher mit dem Luftpfad in Verbindung steht, ist benachbart zu dem Kühlmittelauslassverteiler ausgebildet, wobei zumindest eine Kühlrippe zum Wärmetransport in dem Kühlmittelauslassverteiler und dem Kühlmitteleinlassverteiler ausgeformt ist.
  • Ein Brennstoffverteiler kann benachbart zu dem Kühlmittelauslassverteiler ausgebildet sein und mit dem Brennstoffpfad in Verbindung stehen, wobei zumindest eine Kühlrippe zum Wärmetransport in dem Brennstoffverteiler ausgebildet sein kann.
  • Ein Randabschnitt zwischen dem Kühlmittelauslassverteiler und dem Lufteinlassverteiler kann mit einer Form aus Hervorstehungen und Vertiefungen ausgebildet sein.
  • Ein Randabschnitt zwischen dem Kühlmittelauslassverteiler und dem Brennstoffverteiler kann mit einer Form aus Hervorstehungen und Vertiefungen ausgebildet sein.
  • Ein Brennstoffeinlassverteiler, welcher mit dem Brennstoffpfad in Verbindung steht, kann benachbart zu dem Kühlmittelauslassverteiler ausgebildet sein, wobei zumindest eine Kühlrippe zum Wärmetransport in dem Brennstoffeinlassverteiler ausgebildet sein kann.
  • Ein Randabschnitt zwischen dem Kühlmittelauslassverteiler und dem Brennstoffeinlassverteiler kann mit einer Form aus Hervorstehungen und Vertiefungen ausgebildet sein.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Wärme effizient zwischen einem Lufteinlassverteiler und einem Kühlmittelauslassverteiler durch Vorsehen einer Kühlrippe in dem Lufteinlassverteiler und dem Kühlmittelauslassverteiler getauscht.
  • Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Temperatur von einströmender Luft durch effizienten Wärmeaustausch zwischen einem Lufteinlassverteiler und einem Kühlmittelauslassverteiler getauscht, sodass die Leistung der Brennstoffzelle verbessert wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Zeichnungen sind zur Referenz beim Beschreiben exemplarischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, wobei die Lehre der vorliegenden Offenbarung nicht durch die begleitenden Zeichnungen beschränkt werden soll.
  • 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche einen Brennstoffzellenstapel gemäß des Stands der Technik zeigt.
  • 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche einen Brennstoffzellenstapel gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Trennplatte eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 3
  • 5(a)–5(e) sind partielle Ausschnittsansichten, welche eine Trennplatte gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 6(a) und 6(b) sind teilweise Ausschnittsansichten, welche eine Trennplatte gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird nun vollständiger unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen exemplarische Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Wie dem Fachmann bekannt ist, können die beschriebenen Ausführungsformen in verschiedenen Arten und Weisen modifiziert werden, ohne von der Lehre und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Beim Beschreiben der vorliegenden Erfindung werden Teile, die nicht mit dieser Beschreibung in Verbindung stehen, ausgelassen. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf ähnliche Elemente innerhalb der Beschreibung.
  • Darüber hinaus sind die Größe und Dicke von jeder Ausgestaltung, welche in den Zeichnungen gezeigt sind, willkürlich zum besseren Verständnis und leichteren Beschreibung dargestellt, wobei die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt ist. In den Zeichnungen sind die Dicken der Schichten, Filme, Paneele, Bereiche etc. zur Klarheit übertrieben dargestellt.
  • Ein Brennstoffzellensystem gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in einem Brennstoffzellenfahrzeug vorgesehen. Das Brennstoffzellensystem weist ein Elektrizitätserzeugungssystem auf, welches elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion zwischen einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel erzeugt, die Reaktionsquellen sind.
  • Wenn das Brennstoffzellensystem mit einer Direktoxidationsbrennstoffzelle ausgestaltet ist, kann der Brennstoff einen alkoholischen Flüssigkeitsbrennstoff aufweisen, wie Methanol und Ethanol. Der Brennstoff kann einen verflüssigten Gasbrennstoff eines Kohlenwasserstoffgruppenmaterials aufweisen, umfassend Methan, Ethan, Propan und Butan.
  • Wenn das Brennstoffzellensystem mit einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle ausgestaltet ist, kann der Brennstoff ein Spaltgas, wie Wasserstoff, welches aus dem Flüssigkeitsbrennstoff oder dem verflüssigten Gasbrennstoff erzeugt wird, aufweisen. Das Spaltgas kann mit einem Reformer erzeugt werden.
  • Zur Vereinfachung wird der Brennstoff von nun an als Wasserstoff in der Beschreibung bezeichnet.
  • Ferner kann als Oxidationsmittel Sauerstoffgas, welches in einem zusätzlichen Lagertank gespeichert ist, oder natürliche Luft verwendet werden. Zur Vereinfachung wird das Oxidationsmittel von nun an als Luft bezeichnet.
  • 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche einen Brennstoffzellenstapel gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 3 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Trennplatte eines Brennstoffzellenstapels gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 3. Zur Vereinfachung ist in 2 eine Einheitszelle gezeigt.
  • Wie in 2 bis 4 gezeigt, weist ein Brennstoffzellenstapel 100 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Paar von Endplatten 10 und eine Vielzahl von Einheitszellen 20 auf, welche zwischen dem Paar von Endplatten 10 angeordnet ist (gleiche Bezugszeichen wie in 1 verwendet). Das Paar von Endplatten 10 und die Vielzahl von Einheitszellen 20 greifen ineinander, während ein vorbestimmter Druck daran angelegt wird, sodass das Paar von Endplatten 10 und die Vielzahl von Einheitszellen 20 nah an einander angebracht werden.
  • Jede Einheitszelle 20 weist eine Membranelektrodenbaugruppe (MEA) 30 und zwei Trennplatten 40, welche an zwei Seiten der Membranelektrodenbaugruppe 30 vorgesehen sind, auf. Die MEA 30 umfasst eine Polymerelektrolytmembran 31, um Protonen zu bewegen. Eine der Katalysatorschichten, welche eine Anode 32 ist, ist an einer Seite der Polymerelektrolytmembran 31 angeordnet, wobei eine weitere Katalysatorschicht, welche eine Kathode 33 ist, an der gegenüberliegenden Seite der Polymerelektrolytmembran 31 angeordnet ist, sodass Wasserstoff und Sauerstoff reagieren können.
  • Eine Gasdiffusionsschicht (GDL) 34 ist an zwei Seiten der Membranelektrodenbaugruppe 30 angeordnet. Eine Dichtung 35 ist an einer oberen Seite der GDL 34 angeordnet. Eine Trennplatte 40 mit Strömungsfeldern, durch welche Reaktionswasserstoff und Sauerstoff der Anode 32 und der Kathode 33 zugeführt werden und Wasser, welches durch die Reaktion erzeugt wird, ausgegeben wird, ist am außen an der GDL angeordnet.
  • Eine Seite der Trennplatte 40 liegt der Anode 32 oder der Kathode 33 gegenüber, wobei die gegenüberliegende Seite der Trennplatte 40 einer weiteren Einheitszelle 20 gegenüberliegt. Die Strömungsfelder umfassen einen Brennstoffpfad 41, welcher an einer Seite der Trennplatte 40, welche der Anode 32 gegenüberliegt, ausgebildet ist, und einen Luftpfad 42, welcher an der gegenüberliegenden Seite der Trennplatte 40, welche der Kathode 33 gegenüberliegt, ausgebildet ist. Ein Kühlmittelpfad 43 zum Zirkulieren von Kühlmittel ist innerhalb der Trennplatte 40 ausgebildet.
  • Ein Brennstoffeinlassverteiler 44 ist in einem linken oberen Abschnitt der Trennplatte 40 ausgebildet, wobei ein Brennstoffverteiler 45 in einem linken unteren Abschnitt der Trennplatte 40 ausgebildet ist. Der Brennstoffeinlassverteiler 44 steht mit dem Brennstoffverteiler 45 durch den Brennstoffpfad 41 in Verbindung.
  • Ein Lufteinlassverteiler 46 ist in einem rechten oberen Abschnitt der Trennplatte 40 und einem Luftauslassverteiler 47 in einem linken unteren Abschnitt der Trennplatte 40 ausgebildet. Der Lufteinlassverteiler 46 steht mit dem Luftauslassverteilter 47 durch den Luftpfad 42 in Verbindung.
  • Ein Kühlmitteleinlassverteiler 48 ist in einem linken mittleren Abschnitt der Trennplatte 40 und ein Kühlmittelauslassverteiler 49 in einem rechten mittleren Abschnitt der Trennplatte 40 ausgebildet. Der Kühlmitteleinlassverteiler 48 steht mit dem Kühlmittelauslassverteiler 49 durch den Kühlmittelpfad 43 in Verbindung.
  • Das heißt, dass der Lufteinlassverteiler 46 in einem oberen Abschnitt des Kühlmittelauslassverteilers 49 ausgebildet ist, wobei der Brennstoffverteiler 45 in einem unteren Abschnitt des Kühlmittelauslassverteilers 49 ausgebildet ist.
  • Ein Brennstoffeinlassverteiler 14 ist in einer des Paars von Endplatten 10 (siehe 1) an einer Position, welche mit dem Brennstoffeinlassverteiler 44 der Trennplatte 40 korrespondiert, ausgebildet. Ein Kühlmitteleinlassverteiler 18 ist an einer Position, welche mit dem Kühlmitteleinlassverteiler 48 der Trennplatte 40 korrespondiert, ausgebildet. Ein Luftauslassverteiler 17 ist an einer Position ausgebildet, welche mit dem Luftauslassverteiler 47 der Trennplatte 40 korrespondiert.
  • Ein Lufteinlassverteiler 16 ist in der anderen Endplatte 10 an einer Position, welche mit dem Lufteinlassverteiler 46 der Trennplatte 40 korrespondiert, ausgebildet. Ein Kühlmittelauslassverteiler 19 ist an einer Position ausgebildet, welche mit dem Kühlmittelauslassverteiler 49 der Trennplatte 40 korrespondiert. Ein Brennstoffverteiler 15 ist an einer Position ausgebildet, welche mit dem Brennstoffverteiler 45 der Trennplatte 40 korrespondiert.
  • Die Verteiler 44 bis 49 der Trennplatte 40 stehen mit den Verteilers 14 bis 19 der Endplatte 10 in Verbindung.
  • Brennstoff, welcher in den Brennstoffeinlassverteiler 14 der Endplatte 10 strömt, strömt zum Brennstoffeinlassverteiler 44 der Trennplatte 40. Anschließend wird der Brennstoff der Anode 32 durch den Brennstoffpfad 41 der Trennplatte 40 zugeführt, wobei nicht reagierter Brennstoff in der Anode 32 durch die Brennstoffverteiler 45 und 15 ausgegeben wird.
  • Luft, welche in den Lufteinlassverteiler 16 der Endplatte 10 strömt, strömt zu den Lufteinlassverteiler 45 der Trennplatte 40. Dann wird die Luft der Kathode 33 des Luftpfads 42 der Trennplatte 40 zugeführt, wobei nicht reagierte Luft in der Kathode 33 durch die Luftauslassverteiler 47 und 17 ausgegeben wird.
  • Kühlmittel, welches in den Kühlmitteleinlassverteiler 18 der Endplatte 10 strömt, strömt zu dem Kühlmitteleinlassverteiler 48 der Trennplatte 40. Kühlmittel strömt durch den Kühlmittelpfad 43 der Trennplatte 40 und kühlt eine Einheitszelle 20.
  • 5(a) bis 5(e) sind teilweise Ausschnittsansichten, welche eine Trennplatte gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 6 ist eine teilweise Ausschnittsansicht, welche eine Trennplatte gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie in 5(a) gezeigt, ist eine erste Kühlrippe 60 in dem Kühlmittelauslassverteiler 49 und eine zweite Kühlrippe 60' in dem Lufteinlassverteiler 46 ausgebildet. Die erste Kühlrippe 60 und die zweite Kühlrippe 60' können in einer Mehrzahl ausgebildet sein (siehe 5(b) bis (e)).
  • Da die Kühlrippen 60 und 60' in dem Kühlmittelauslassverteiler 49 und dem Lufteinlassverteiler 46 entsprechend vorgesehen sind, wird Wärme effizient zwischen dem Kühlmittel mit einer relativ hohen Temperatur und Luft von außen mit einer relativ geringen Temperatur getauscht.
  • Im Allgemeinen muss eine Hochtemperaturluft in die Katalysatorschicht strömen, um die Effizienz einer Oxidations-Reduktionsreaktion, welche in einer Katalysatorschicht auftritt, zu verbessern. Die Temperatur der Luft, welche in die Katalysatorschicht durch den Lufteinlassverteiler strömt, ist jedoch relativ gering. Demnach ist es hinsichtlich der Effizienz der Brennstoffzelle von Vorteil, die Temperatur von Luft, welche in den Katalysator strömt, zu erhöhen.
  • Da Kühlmittel, welches durch den Kühlmittelauslassverteiler 49 ausgegeben wird, nach dem Kühlen der Einheitszelle 20 ausgegeben wird, ist die Temperatur des Kühlmittels relativ hoch. Wenn Wärme zwischen dem Kühlmittel, welches durch den Kühlmittelauslassverteiler 49 ausgegeben wird, und Luft, welche durch den Lufteinlassverteiler 46 strömt, getauscht wird, ist es möglich, die Temperatur der Luft, welche in die Katalysatorschicht durch den Lufteinlassverteiler 46 strömt, zu erhöhen. Demnach werden die Effizienz der Oxidations-Reduktionsreaktion, welche in der Katalysatorschicht auftritt, und die Leistung der Brennstoffzelle verbessert.
  • Im Allgemeinen ist die Trennplatte 40 aus Edelstahl ausgebildet. Die erste Kühlrippe 16 kann jedoch aus Kupfer mit hoher Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zur Trennplatte 40 aus Edelstahl ausgebildet sein, um die Wärmeaustauscheffizienz zu erhöhen.
  • Die erste Kühlrippe 60 kann in Mehrzahl ausgebildet sein, um die Wärmeaustauscheffizienz zwischen dem Kühlmittelauslassverteiler 49 und dem Lufteinlassverteiler 46 zu erhöhen (siehe 5(d)).
  • Ferner kann eine dritte Kühlrippe 60'' in dem Brennstoffverteiler 45 benachbart zu dem Kühlmittelauslassverteiler 49 ausgebildet sein, um den Wärmeaustausch zu erhöhen (siehe 5(c)).
  • Da die Temperatur des Kühlmittels, welches von dem Kühlmittelauslassverteiler 40 ausgegeben wird, in einem mittleren Abschnitt des Kühlmittelauslassverteilers 49 am höchsten ist, ist eine Kühlhervorstehung 62, 62' an (in) der Kühlrippe 60 ausgebildet, um die Wärmeaustauscheffizienz zu erhöhen (siehe 5(d) und 5(e)).
  • Dabei sind die Kühlrippen 60, 60' mit den Kühlhervorstehungen 62, 62' in dem Kühlmittelauslassverteiler 49 und dem Lufteinlassverteiler 46 entsprechend vorgesehen, wodurch die Wärmeaustauscheffizienz zwischen ausgegebenen Kühlmittel und einströmender Luft erhöht wird.
  • 6(a) und 6(b) sind teilweise Ausschnittsansichten, welche eine Trennplatte gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Wie in 6(a) und 6(b) gezeigt, kann ein Randabschnitt 70, welcher den Kühlmittelauslassverteiler 49 und den Lufteinlassverteiler 46 unterteilt, in Form von Hervorstehungen und Vertiefungen ausgebildet sein.
  • Da der Randabschnitt 70 in Form von Hervorstehungen und Vertiefungen ausgebildet ist, wird eine Wärmeaustauschfläche zwischen dem Kühlmittelauslassverteiler 49 und dem Lufteinlassverteiler 46 maximiert. Demnach wird Wärme gleichmäßig zwischen ausgestoßenem Kühlmittel und einfließender Luft ausgetauscht, wodurch die Temperatur von Luft, welche in die Katalysatorschicht strömt, erhöht wird.
  • Ferner kann ein Randabschnitt 70', welcher den Kühlmittelauslassverteiler 49 und den Brennstoffverteiler 45 unterteilt, in Form von Hervorstehungen und Vertiefungen ausgebildet sein. Hierdurch wird eine Wärmeaustauschfläche zwischen dem Kühlmittelauslassverteiler 49 und dem Brennstoffverteiler 45 maximiert.
  • Während diese Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was derzeit als praktische exemplarische Ausführungsformen ausgesehen wird, wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Im Gegenteil dazu soll diese verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen umfassen, welche in der Lehre und dem Umfang der begleitenden Ansprüche umfasst sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 10-2013-0168489 [0001]

Claims (9)

  1. Brennstoffzellenstapel mit: einer Membranelektrodenbaugruppe mit einer Polymerelektrolytmembran, einer Anode und einer Kathode; und einer Trennplatte, welche an zwei Seiten der Membranelektrodenbaugruppe angeordnet ist, wobei die Trennplatte einen Kühlmittelpfad, einen Luftpfad und einen Brennstoffpfad aufweist, wobei ein Kühlmittelauslassverteiler, welcher mit dem Kühlmittelpfad in Verbindung steht, in der Trennplatte ausgebildet ist, ein Lufteinlassverteiler, welcher mit dem Luftpfad in Verbindung steht, benachbart zu dem Kühlmittelauslassverteiler ausgebildet ist, und zumindest eine Kühlrippe zum Wärmetausch in dem Kühlmittelauslassverteiler und dem Lufteinlassverteiler ausgebildet ist.
  2. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, bei dem ein Brennstoffverteiler benachbart zu dem Kühlmittelauslassverteiler ausgebildet ist und mit dem Brennstoffpfad in Verbindung steht, und zumindest eine Kühlrippe zum Wärmetausch in dem Brennstoffverteiler ausgebildet ist.
  3. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Randabschnitt zwischen dem Kühlmittelauslassverteiler und dem Lufteinlassverteiler mit einer Form aus Hervorstehungen und Vertiefungen ausgebildet ist.
  4. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 2 oder 3, bei dem ein Randabschnitt zwischen dem Kühlmittelauslassverteiler und dem Brennstoffverteiler mit einer Form aus Hervorstehungen und Vertiefungen ausgebildet ist.
  5. Brennstoffzellenstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine Kühlhervorstehung zum Wärmetausch in der mindestens einen Kühlrippe ausgebildet ist.
  6. Brennstoffzellenstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: einem Paar von Endplatten; und einer Vielzahl von Einheitszellen, welche zwischen dem Paar von Endplatten angeordnet ist.
  7. Brennstoffzellenstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Membranelektrodenbaugruppe ferner eine Gasdiffusionsschicht und eine Dichtung aufweist.
  8. Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem ein Luftauslassverteiler, welcher mit dem Lufteinlassverteiler durch den Luftpfad in Verbindung steht, in einem linken unteren Abschnitt der Trennplatte ausgebildet ist, ein Kühlmitteleinlassverteiler, welcher mit dem Kühlmittelauslassverteiler durch den Kühlmittelpfad in Verbindung steht, in einem linken mittleren Abschnitt der Trennplatte ausgebildet ist, und ein Brennstoffeinlassverteiler, welcher mit dem Brennstoffverteiler durch den Brennstoffpfad in Verbindung steht, in einem linken oberen Abschnitt der Trennplatte ausgebildet ist.
  9. Brennstoffzellenstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Anode an einer Seite der Polymerelektrolytmembran und die Kathode an der gegenüberliegenden Seite der Polymerelektrolytmembran angeordnet ist.
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