DE102017118793A1

DE102017118793A1 - Brennstoffzellenmodul

Info

Publication number: DE102017118793A1
Application number: DE102017118793.6A
Authority: DE
Inventors: Masahiko Morinaga; Masahiro Katayama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2037-08-18
Also published as: JP6500866B2; US20200227771A1; JP2018045943A; CN107834091A; US20180083301A1; CN107834091B; DE102017118793B4

Abstract

Vorgesehen ist ein Brennstoffzellenmodul, umfassend eine Brennstoffzelle, eine Brennstoffzellen-Hilfsmaschine und ein Modulgehäuse, das zum darin Platzieren der Brennstoffzelle und der Brennstoffzellen-Hilfsmaschine konfiguriert ist. Das Modulgehäuse umfasst einen ersten Raum, in dem die Brennstoffzelle platziert ist, und einen zweiten Raum, in dem die Brennstoffzellen-Hilfsmaschine platziert ist. Der erste Raum und der zweite Raum grenzen über eine Trennplatte aneinander an. Die Trennplatte beinhaltet ein Kommunikationsloch, welches den ersten Raum und den zweiten Raum verbindet und in einer Öffnungsform gebildet ist, bei der eine Seite oder ein Durchmesser kleiner ist als eine Breite eines Spalts zwischen der Brennstoffzelle und der Trennplatte.

Description

HINTERGRUND
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffzellenmodul.
Verwandter Stand der Technik
Eine Brennstoffzelle kann in einem Brennstoffzellengehäuse platziert sein und beispielsweise an einem Fahrzeug montiert sein. JP 2011-204500A offenbart eine Konfiguration, bei der eine Hilfsmaschinenkammer, in der eine Brennstoffzellen-Hilfsmaschine platziert ist, angrenzend an eine Brennstoffzelle vorgesehen ist.
Generell wird Wasserstoff, ein Kohlenwasserstoff, ein Alkohol oder dergleichen als ein Brennstoff der Brennstoffzelle verwendet. Wasserstoff besitzt eine niedrige Untergrenze eines Verbrennungsbereichs (ausgedrückt in Volumenprozent, Vol.-%, eines entzündbaren, brennbaren Gases in einem Gasgemisch aus dem brennbaren Gas und der Luft). Wird Wasserstoff als der Brennstoff der Brennstoffzelle verwendet, dann ist die Sicherheit ein wichtiger Faktor. Entsprechend besteht ein Bedarf an einer Verbesserung der Sicherheit eines Brennstoffzellenmoduls, das ein Gehäuse beinhaltet, welches zum darin Platzieren einer Brennstoffzelle und einer Brennstoffzellen-Hilfsmaschine vorgesehen ist.
Um dem oben beschriebenen Problem zumindest zum Teil zu begegnen, ist die Offenbarung durch nachstehend beschriebene Aspekte oder Konfigurationen implementierbar.
KURZFASSUNG

(1) Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist ein Brennstoffzellenmodul vorgesehen. Das Brennstoffzellenmodul weist auf: eine Brennstoffzelle; eine Brennstoffzellen-Hilfsmaschine; und ein Modulgehäuse, das zum darin Platzieren der Brennstoffzelle und der Brennstoffzellen-Hilfsmaschine konfiguriert ist. Das Modulgehäuse hat eine Trennplatte, einen ersten Raum, in dem die Brennstoffzelle platziert ist, und einen zweiten Raum, in dem die Brennstoffzellen-Hilfsmaschine platziert ist. Der erste Raum und der zweite Raum grenzen über die Trennplatte aneinander an. Die Trennplatte hat ein Kommunikationsloch, das den ersten Raum und den zweiten Raum verbindet und in einer Öffnungsform gebildet ist, bei der eine Seite oder ein Durchmesser kleiner ist als eine Breite eines Spalts zwischen der Brennstoffzelle und der Trennplatte. Bei dem Brennstoffzellenmodul dieses Aspekts beinhaltet die Trennplatte des Modulgehäuses das Kommunikationsloch. Wenn eine Verbrennungswelle in dem zweiten Raum erzeugt wird, dann breitet sich die Verbrennungswelle durch das Kommunikationsloch in den ersten Raum aus. Die in dem zweiten Raum erzeugte Verbrennungswelle gerät mit der Wandoberfläche des Kommunikationslochs derart in Berührung, dass sie eine Wärmeableitung erfährt und gleichgerichtet wird, wenn die Verbrennungswelle durch das Kommunikationsloch hindurchtritt. Dies vermindert dementsprechend die Verbrennungsrate (d. h. schwächt die Verbrennungswelle) oder löscht die Verbrennungswelle (d. h. stoppt die Verbrennung). Diese Konfiguration unterdrückt somit einen Druckanstieg in Verbindung mit der Verbrennung in dem ersten Raum, in dem die Brennstoffzelle platziert ist, und verhindert, dass das Modulgehäuse zerbricht. Bei der Öffnungsform des Kommunikationslochs ist eine Seite oder ein Durchmesser kleiner als die Breite des Spalts zwischen der Brennstoffzelle und der Trennplatte. Diese Konfiguration ermöglicht es der Verbrennungswelle, deren Verbrennungsrate beim Hindurchtreten durch das Kommunikationsloch vermindert wird, den Spalt zwischen der Brennstoffzelle und der Trennplatte zu passieren, ohne die Verbrennungsrate zu erhöhen. Diese Konfiguration unterdrückt dementsprechend einen Anstieg der Verbrennungsrate in dem ersten Raum und verbessert die Sicherheit des Brennstoffzellenmoduls.
(2) Das Brennstoffzellenmodul des obigen Aspekts kann ferner einen Wärmeleiter umfassen, der auf mindestens einem Teil einer Innenwand des Kommunikationslochs vorgesehen ist und aus einem Material hergestellt ist, das eine Wärmeleitfähigkeit besitzt, die höher ist als eine Wärmeleitfähigkeit eines zum Bilden der Trennplatte verwendeten Materials. Diese Konfiguration bewirkt, dass die Verbrennungswelle mit dem Wärmeleiter in Berührung gerät, wenn die in dem zweiten Raum erzeugte Verbrennungswelle durch das Kommunikationsloch hindurchtritt. Diese Konfiguration erlaubt dementsprechend die Ableitung einer größeren Wärmemenge gegenüber einer Konfiguration, die nicht mit dem Wärmeleiter ausgestattet ist, jedoch die gleiche Fläche der Innenwand des Kommunikationslochs aufweist wie jene dieses Aspekts, und vermindert dadurch die Verbrennungsrate noch weiter oder löscht die Verbrennungswelle. Dies verbessert demgemäß die Sicherheit des Brennstoffzellenmoduls noch weiter.
(3) Bei dem Brennstoffzellenmodul des obigen Aspekts kann ein Vorsprung auf mindestens einer Oberfläche der Trennplatte derart vorgesehen sein, dass er das Kommunikationsloch umgibt und einen Teil einer Innenwand des Kommunikationslochs bildet. Das Kommunikationsloch kann eine Tiefe besitzen, die größer ist als eine Plattendicke der Trennplatte. Die größere Tiefe des Kommunikationslochs stellt die größere Fläche der Wandoberfläche bereit, mit der eine Verbrennungswelle in Berührung gerät, wenn die in dem zweiten Raum erzeugte Verbrennungswelle durch das Kommunikationsloch hindurchtritt. Diese Konfiguration erlaubt die Abführung einer größeren Wärmemenge und vermindert dadurch die Verbrennungsrate noch weiter. Die Konfiguration, bei der die Tiefe des Kommunikationslochs größer ist als die Plattendicke der Trennplatte, erlaubt eine relativ dünne Trennplatte und verringert das Gewicht des Modulgehäuses, während sie es der in dem zweiten Raum erzeugten Verbrennungswelle ermöglicht, unter Verminderung der Verbrennungsrate der Verbrennungswelle in den ersten Raum geführt zu werden.

Die vorliegende Offenbarung kann durch verschiedene andere Aspekte als die Aspekte des oben beschriebenen Brennstoffzellenmoduls implementiert werden. Beispielsweise kann die vorliegende Offenbarung durch ein Brennstoffzellengehäuse, in dem eine Brennstoffzelle platziert ist, ein Brennstoffzellensystem, welches das Brennstoffzellenmodul beinhaltet, und einen bewegten Körper mit dem darauf montierten Brennstoffzellenmodul implementiert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellenmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung veranschaulicht;
2 ist eine schematische Draufsicht, die eine obere Platte veranschaulicht;
3 ist ein Diagramm, das den Verlauf einer Verbrennungswelle veranschaulicht;
4 ist eine schematische Draufsicht, die einen ersten Wärmeleiter und einen zweiten Wärmeleiter veranschaulicht, welche in einem Brennstoffzellenmodul gemäß einer zweiten Ausführungsform beinhaltet sind;
5 ist eine vergrößerte Ausschnittsansicht, die den Umfangsbereich von ersten Kommunikationslöchern gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
6 ist eine vergrößerte Ausschnittsansicht, die den Umfangsbereich von ersten Kommunikationslöchern gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht;
7 ist eine vergrößerte Ausschnittsansicht, die den Umfangsbereich von ersten Kommunikationslöchern gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht;
8 ist eine schematische Draufsicht, die eine obere Platte eines Brennstoffzellenmoduls gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht;
9 ist eine schematische Draufsicht, die eine obere Platte eines Brennstoffzellenmoduls gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht;
10 ist eine schematische Draufsicht, die eine obere Platte eines Brennstoffzellenmoduls gemäß einer siebten Ausführungsform veranschaulicht;
11 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellenmoduls gemäß einer achten Ausführungsform veranschaulicht; und
12 ist eine schematische Vorderansicht, die eine erste Seitenplatte veranschaulicht.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
A. Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellenmoduls 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung veranschaulicht. 1 veranschaulicht einen schematischen Schnitt durch eine XZ-Ebene des Brennstoffzellenmoduls 100 zusammen mit zueinander orthogonalen XYZ-Achsen. In der Beschreibung hiervon wird eine in 1 gezeigte Z-Achsenrichtung als „vertikale Richtung” definiert. Eine +(Plus)-Z-Achsenseite wird auch „obere Seite” genannt, und eine –(Minus)-Z-Achsenseite wird auch „untere Seite” genannt. Das Brennstoffzellenmodul 100 beinhaltet eine Brennstoffzelle 10, eine FC-Leistungsregelungseinheit (nachstehend „FCPC” genannt) 30 und ein Modulgehäuse 70. Die Brennstoffzelle 10 und die FCPC 30 sind an dem Modulgehäuse 70 befestigt. In 1 wird auf eine Darstellung von Befestigungen verzichtet, um das technische Verständnis zu erleichtern.
Die Brennstoffzelle 10 ist eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle, die konfiguriert ist, um eine elektromotorische Kraft durch eine elektrochemische Reaktion von Wasserstoff, das als ein Brenngas dient, mit Sauerstoff in der Luft, der als ein oxidierendes Gas dient, zu erhalten. Die Brennstoffzelle 10 besitzt eine gestapelte Struktur durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen (nicht gezeigt) in einer plattenartigen Form in einer X-Achsenrichtung. In der nachstehenden Beschreibung wird die X-Achsenrichtung auch „Stapelrichtung” genannt. Wie später im Detail beschrieben, beinhaltet die Brennstoffzelle 10 einen ersten Zellstapel und einen zweiten Zellstapel, welche beide durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen (nicht gezeigt) gestapelte Körper sind. Der erste Zellstapel und der zweite Zellstapel sind in einer Y-Achsenrichtung (einer zu der Stapelrichtung senkrechten Richtung) angeordnet. Eine Drucklast wird auf die Brennstoffzelle 10 in der Stapelrichtung der Einheitszellen (X-Achsenrichtung) aufgebracht, so dass der Stapelzustand der Mehrzahl von Einheitszellen in der Brennstoffzelle 10 aufrechterhalten wird. Die Brennstoffzelle 10 ist nicht auf die Polymerelektrolytbrennstoffzelle beschränkt, sondern es kann irgendeine aus verschiedenen anderen Arten von Brennstoffzellen, welche Wasserstoff als das Brenngas verwenden, eingesetzt werden.
Die FCPC 30 ist eine von Hilfsmaschinen für eine Brennstoffzelle und ist durch Integrieren eines FC-Wandlers mit einem Pumpeninverter konfiguriert. Der FC-Wandler ist ein DC/DC-Wandler, der konfiguriert ist, um die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle 10 auf eine zum Antreiben eines Antriebsmotors (nicht gezeigt) geeignete hohe Spannung zu verstärken, und ist mit einem Ausgangsanschluss der Brennstoffzelle 10 verbunden. Der Pumpeninverter ist mit einer Sekundärbatterie (nicht gezeigt) verbunden und ist konfiguriert, um eine Gleichspannung von der Sekundärbatterie in eine Wechselspannung umzuwandeln und die Wechselspannung einer Wasserstoffpumpe (nicht gezeigt) sowie einer Wasserpumpe (nicht gezeigt) zuzuführen, um diese Pumpen anzutreiben.
Das Modulgehäuse 70 ist als ein Gehäuse vorgesehen, das zum darin Platzieren der Brennstoffzelle 10 und der FCPC 30 konfiguriert ist, und beinhaltet ein Brennstoffzellengehäuse 20 und ein FCPC-Gehäuse 40, das über dem Brennstoffzellengehäuse 20 platziert ist und an dem Brennstoffzellengehäuse 20 fixiert ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Modulgehäuse 70 aus einer Aluminium(Al)-Legierung hergestellt. Das zum Bilden des Brennstoffzellengehäuses 20 verwendete Material ist jedoch nicht auf Aluminium beschränkt, sondern kann ein anderes Metallmaterial, wie etwa Stahl oder Edelstahl, sein.
Das FCPC-Gehäuse 40 ist als ein Gehäuse mit offenem Boden vorgesehen, das eine obere Platte 42 und vier Seitenplatten 43 beinhaltet. Ein Durchgangsloch 420 mit einer rechteckigen Öffnungsform und eine wasserstoffdurchlässige Membran 422, die zum Verschließen des Durchgangsloch 420 angeordnet ist, sind an einem Minus-X-achsenseitigen Ende der oberen Platte 42 vorgesehen. Die wasserstoffdurchlässige Membran 422 ist aus einem Material hergestellt, das eine Permeation von Wasserstoff erlaubt, während sie Staub und Schmutz am Hindurchtreten hindert. Ein Teil des in dem FCPC-Gehäuse 40 vorhandenen Wasserstoffs wird durch die wasserstoffdurchlässige Membran 422 aus dem Brennstoffzellenmodul 100 entlassen. Das FCPC-Gehäuse 40 ist mit seiner nach unten weisenden Öffnung auf dem Brennstoffzellengehäuse 20 platziert und ist an dem Brennstoffzellengehäuse 20 fixiert. Dies stellt einen zweiten Raum S2 zum darin Platzieren der FCPC 30 bereit.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die FCPC 30 über einen Spalt entfernt von der oberen Platte 42 des FCPC-Gehäuses 40 platziert und ist mittels eines Stützelements (nicht gezeigt) an der oberen Platte 42 fixiert. Die FCPC 30 ist in dem FCPC-Gehäuse 40 platziert und befestigt und das FCPC-Gehäuse 40 ist so an dem Brennstoffzellengehäuse 20 fixiert, dass ein Spalt zwischen der FCPC 30 und dem Brennstoffzellengehäuse 20 gebildet ist.
Das Brennstoffzellengehäuse 20 ist als ein rechtwinkliges parallelepipedisches Gehäuse vorgesehen, das eine obere Platte 22, vier Seitenplatten 23 und eine untere Platte 25 beinhaltet und einen ersten Raum S1 zum darin Platzieren der Brennstoffzelle 10 bildet. Die Brennstoffzelle 10 ist mittels eines Stützelements (nicht gezeigt) an dem Brennstoffzellengehäuse 20 fixiert. Ein Spalt einer Breite c ist zwischen der oberen Platte 22 des Brennstoffzellengehäuses 20 und der Brennstoffzelle 10 gebildet, und ein Spalt ist auch zwischen der unteren Platte 25 des Brennstoffzellengehäuses 20 und der Brennstoffzelle 10 gebildet. Wenn beispielsweise das Brennstoffzellenmodul 100 an einem Fahrzeug montiert ist, dann wird die Breite c des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22 derart bestimmt, dass die Brennstoffzelle 10 nicht durch Vibration gegen die obere Platte 22 stößt, während das Fahrzeug fährt, und dass die Brennstoffzelle 10 nicht einmal im Fall einer Kollision des Fahrzeugs zerbricht.
2 ist eine schematische Draufsicht, welche die obere Platte 22 des Brennstoffzellengehäuses 20 veranschaulicht. Die schematische Draufsicht von 2 veranschaulicht die obere Platte 22 bei Betrachtung von der Seite des zweiten Raums S2 (in 1 gezeigt). Die Lage der Brennstoffzelle 10 ist in 2 durch gestrichelte Linien gezeigt. Die obere Platte 22 hat einen ersten Lochabschnitt 24, der vier erste Kommunikationslöcher 244 beinhaltet, einen zweiten Lochabschnitt 26, der drei zweite Kommunikationslöcher 262 beinhaltet, ein erstes Anschlusskommunikationsloch 246 und ein zweites Anschlusskommunikationsloch 248. Wie in 1 gezeigt, sind der erste Raum S1, in dem die Brennstoffzelle 10 platziert ist, und der zweite Raum S2, in dem die FCPC 30 platziert ist, in dem Modulgehäuse 70 so angeordnet, dass sie über die obere Platte 22 aneinander angrenzen. Die in der oberen Platte 22 vorgesehene Mehrzahl von Kommunikationslöchern 244 und 262 bewirken, dass der erste Raum S1 und der zweite Raum S2 miteinander kommunizieren. Das in dem ersten Raum S1 vorhandene Gas und das in dem zweiten Raum S2 vorhandene Gas bewegen sich beiderseits durch die Mehrzahl solcher Kommunikationslöcher hinein und heraus. Die obere Platte 22 gemäß dieser Ausführungsform wird auch „Trennplatte” genannt.
Das erste Anschlusskommunikationsloch 246 besitzt eine rechteckige Öffnungsform. Das erste Anschlusskommunikationsloch 246 ist an einer Position gebildet, welche einem ersten Ausgangsanschluss 16 der Brennstoffzelle 10 entspricht. Das zweite Anschlusskommunikationsloch 248 besitzt eine zu jener des ersten Anschlusskommunikationslochs 246 ähnliche Öffnungsform und ist an einer Position gebildet, welche einem zweiten Anschluss 18 der Brennstoffzelle 10 entspricht. Wie oben beschrieben, beinhaltet die Brennstoffzelle 10 einen ersten Zellstapel 11 und einen zweiten Zellstapel 12, der eine zu jener des ersten Zellstapels 11 ähnliche Konfiguration besitzt und parallel zu dem ersten Zellstapel 11 angeordnet ist (wie in 2 gezeigt). Der erste Zellstapel 11 und der zweite Zellstapel 12 sind derart angeordnet, dass die jeweiligen Einheitszellen gestapelt sind, um zueinander entgegengesetzte Polaritäten bereitzustellen, und dass jeweilige Minus-X-achsenseitige Enden der Zellstapel 11 und 12 miteinander elektrisch verbunden sind. Die beiden Zellstapel 11 und 12 stellen dementsprechend einen Einheitszellenreihenverbinder zum Bereitstellen einer gewünschten hohen Spannung dar. Der erste Ausgangsanschluss 16 und der zweite Ausgangsanschluss 18 der Brennstoffzelle 10 befinden sich an einem Plus-X-achsenseitigen Ende (mit anderen Worten einem Ende in der Stapelrichtung) in der Brennstoffzelle 10. Der erste Ausgangsanschluss 16 und der zweite Ausgangsanschluss 18 sind in 2 als schraffierte Flächen mit schrägen Linien gezeigt, um sie eindeutig von dem ersten Anschlusskommunikationsloch 246 und dem zweiten Anschlusskommunikationsloch 248 zu unterscheiden. Endplatten, Stromkollektoren, Isolierplatten und dergleichen, welche in der Brennstoffzelle 10 beinhaltet sind, sind in 2 nicht dargestellt.
Der erste Ausgangsanschluss 16 der Brennstoffzelle 10 ist so platziert, dass er durch das erste Anschlusskommunikationsloch 246 verläuft, und der zweite Ausgangsanschluss 18 der Brennstoffzelle 10 ist so platziert, dass er durch das zweite Anschlusskommunikationsloch 248 verläuft. Die FCPC 30 und die Brennstoffzelle 10 sind mittels eines Kabels in dem zweiten Raum S2, welcher in dem FCPC-Gehäuse 40 gebildet ist, miteinander verbunden.
Der erste Lochabschnitt 24 befindet sich zwischen dem ersten Anschlusskommunikationsloch 246 und dem zweiten Anschlusskommunikationsloch 248 in der oberen Platte 22. Die ersten Kommunikationslöcher 244 sind Schlitze (in einer rechteckigen Öffnungsform, deren kurze Seite extrem viel kürzer ist als deren lange Seite) (wie in 2 gezeigt) mit einer kurzen Seite, die eine Länge a besitzt, welche kürzer ist als die Breite c des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22 (in 1 gezeigt). In der Beschreibung hiervon bezeichnet die Breite eines Spalts zwischen der Brennstoffzelle und der Trennplatte (obere Platte 22 gemäß dieser Ausführungsform) eine Abmessung des Spalts in einer Richtung, die zu der Trennplatte an einer engsten Position des Spalts zwischen der Brennstoffzelle und der Trennplatte senkrecht ist. Die vier ersten Kommunikationslöcher 244 sind in der Stapelrichtung der Brennstoffzelle 10 (X-Achsenrichtung) derart aufgereiht, dass die langen Seiten der jeweiligen ersten Kommunikationslöcher 244 aneinander angrenzen.
Der zweite Lochabschnitt 26 befindet sich auf einer Rückseite (Minus-X-Achsenrichtungsseite) des ersten Lochabschnitts 24 in der Stapelrichtung der Brennstoffzelle 10 in der oberen Platte 22. Die zweiten Kommunikationslöcher 262 sind auch Schlitze (wie in 2 gezeigt) und besitzen eine Länge b ihrer kurzen Seite, welche kürzer ist als die Breite c des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22 (in 1 gezeigt). Die drei zweiten Kommunikationslöcher 262 sind in der Stapelrichtung der Brennstoffzelle (X-Achsenrichtung) derart aufgereiht, dass die langen Seiten der jeweiligen zweiten Kommunikationslöcher 262 aneinander angrenzen. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Länge a der kurzen Seite des ersten Kommunikationslochs 244 gleich der Länge b der kurzen Seite des zweiten Kommunikationslochs 262 (a = b). Gemäß dieser Ausführungsform betragen die Längen a und b der jeweiligen kurzen Seiten annähernd 0,5 bis 1,5 mm, und die Breite c des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22 beträgt annähernd 2,0 bis 3,0 mm.
Beim Zusammenbau des Brennstoffzellenmoduls 100 wird zum Beispiel das FCPC-Gehäuse 40, in dem die FCPC 30 platziert ist, beispielsweise mittels Verschrauben auf der oberen Platte 22 des Brennstoffzellengehäuses 20 fixiert, in dem die Brennstoffzelle 10 platziert ist. In diesem Zustand sind die FCPC 30 und die Brennstoffzelle 10 über ein Kabel miteinander verbunden.
Wie oben beschrieben, wird der Brennstoffzelle 10 Wasserstoff als das Brenngas zugeführt. Wenn Wasserstoff aus einer Verbindung zwischen einer Wasserstoffzufuhrrohrleitung und der Brennstoffzelle 10 oder aus der Brennstoffzelle 10 austritt, dann strömt ein Teil des ausgetretenen Wasserstoffs hauptsächlich durch den ersten Lochabschnitt 24 und den zweiten Lochabschnitt 26 in den zweiten Raum S2. Das FCPC-Gehäuse 40 weist die wasserstoffdurchlässige Membran 422 auf, so dass zumindest ein Teil von Wasserstoff in dem zweiten Raum S2 aus dem Brennstoffzellenmodul 100 entlassen wird. Genauer gesagt beinhaltet das Brennstoffzellenmodul 100 dieser Ausführungsform den ersten Lochabschnitt 24 und den zweiten Lochabschnitt 26. Selbst wenn Wasserstoffbeispielsweise aus der Brennstoffzelle 10 austritt, verhindert diese Konfiguration, dass die Wasserstoffkonzentration in dem ersten Raum S1 durch den ausgetretenen Wasserstoff erhöht wird.
3 ist ein Diagramm, das den Verlauf einer Verbrennungswelle veranschaulicht. 3 veranschaulicht eine Vergrößerung eines Abschnitts X in 1, und ein Pfeil gibt eine Verbrennungswelle an. Die FCPC 30 beinhaltet beispielsweise eine Drosselspule, eine Diode, einen Schalter und einen Glättungskondensator und besitzt eine insgesamt unregelmäßige äußere Form (die Form der FCPC ist in 1 als eine rechteckige Form vereinfacht). Selbst in dem Fall einer Zündung, welche eine Verbrennungswelle in dem zweiten Raum S2 erzeugt, bewirkt diese Konfiguration eine Verwirbelung, um eine turbulente Verbrennung bereitzustellen, und dürfte die Verbrennungsrate (Flammenausbreitungsrate) erhöhen.
Bei dem Brennstoffzellenmodul 100 dieser Ausführungsform beinhaltet die obere Platte 22 (Trennplatte) des Brennstoffzellengehäuses 20 des Modulgehäuses 70 die ersten Kommunikationslöcher 244 und die zweiten Kommunikationslöcher 262. Diese Konfiguration bewirkt, dass die Verbrennungswelle, welche die Verwirbelung beinhaltet und in dem zweiten Raum S2 erzeugt wird, eine Wärmeableitung erfährt und von den Innenwandoberflächen der ersten Kommunikationslöcher 244 und der zweiten Kommunikationslöcher 262 beim Hindurchtreten durch die ersten Kommunikationslöcher 244 und die zweiten Kommunikationslöcher 262 gleichgerichtet wird und dann in den ersten Raum S1 eintritt. Infolgedessen vermindert diese Konfiguration die Verbrennungsrate (d. h. schwächt die Verbrennungswelle) oder löscht die Verbrennungswelle (d. h. stoppt die Verbrennung).
Wenn die Verbrennungswelle in einem nicht gleichgerichteten Zustand in den ersten Raum S1 eintritt, dann ist es wahrscheinlih, dass die Verbrennungswelle mit Sauerstoff vermischt wird, der in dem ersten Raum S1 vorhanden ist, und dadurch eine explosionsartige Verbrennung bewirkt. Die Konfiguration dieser Ausführungsform bewirkt jedoch, dass die gleichgerichtete Verbrennungswelle in den ersten Raum S1 eintritt, und verringert demgemäß eine solche Wahrscheinlichkeit.
Eine Tiefe t2 der ersten Kommunikationslöcher 244 gemäß dieser Ausführungsform ist gleich einer Plattendicke t1 der oberen Platte 22. Eine Tiefe der zweiten Kommunikationslöcher 262 ist ebenfalls gleich der Plattendicke t1 der oberen Platte 22 (wie in 1 gezeigt).
Gemäß dieser Ausführungsform sind die Länge a der kurzen Seite der ersten Kommunikationslöcher 244 und die Länge b der kurzen Seite der zweiten Kommunikationslöcher 262 kürzer als die Breite c des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22. Die Verbrennungswelle wird gleichgerichtet, so dass sie die verminderte Verbrennungsrate besitzt, wenn sie durch die ersten Kommunikationslöcher 244 und die zweiten Kommunikationslöcher 262 hindurchtritt, und tritt dann unter praktischer Beibehaltung dieses Zustands in den Spalt zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22 ein. Infolgedessen unterdrückt diese Konfiguration einen Anstieg der Verbrennungsrate der Verbrennungswelle, die in den Spalt strömt. Hingegen steht beispielsweise zu erwarten, dass eine Konfiguration, bei der die Länge a der kurzen Seite der ersten Kommunikationslöcher 244 und die Länge b der kurzen Seite der zweiten Kommunikationslöcher 262 länger sind als die Breite c des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22, die folgende Situation vorsieht. Die Verbrennungswelle, welche durch die einzelnen ersten Kommunikationslöcher 244 und zweiten Kommunikationslöcher 262 hindurchgetreten ist, erhöht ihren Druck weiter, wenn die Verbrennungswelle in den Spalt zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22 eintritt. Dies erhöht die Reaktionsrate, so dass die Wärmeerzeugungsrate erhöht wird, und erhöht die Verbrennungsrate. Bei dem Brennstoffzellenmodul 100 dieser Ausführungsform beinhaltet die obere Platte 22 des Modulgehäuses 70 die ersten Kommunikationslöcher 244 und die zweiten Kommunikationslöcher 262, und die Längen a und b der jeweiligen kurzen Seiten dieser Kommunikationslöcher 244 und 262 sind kürzer als die Breite c des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22. Selbst in dem Fall einer Zündung des ausgetretenen Wasserstoffs in dem FCPC-Gehäuse 40 (zweiter Raum S2) unterdrückt die Konfiguration dieser Ausführungsform einen Anstieg der Verbrennungsrate, wenn die Verbrennungswelle in den Spalt zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22 eintritt. Infolgedessen unterdrückt diese Konfiguration einen Druckanstieg in Verbindung mit der Verbrennung, verhindert, dass das Brennstoffzellengehäuse 20 zerbricht, und verbessert die Sicherheit des Brennstoffzellenmoduls 100.
B. Zweite Ausführungsform
4 ist eine schematische Draufsicht, die einen ersten Wärmeleiter 245 und einen zweiten Wärmeleiter 264 veranschaulicht, welche in einem Brennstoffzellenmodul gemäß einer zweiten Ausführungsform beinhaltet sind. Die Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls der zweiten Ausführungsform ähnelt der Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls 100 der ersten Ausführungsform abgesehen von dem ersten Wärmeleiter 245 und dem zweiten Wärmeleiter 264. Im Folgenden werden somit vornehmlich der erste Wärmeleiter 245 und der zweite Wärmeleiter 264 beschrieben. Diejenigen Komponenten, die gleich jenen des Brennstoffzellenmoduls 100 der ersten Ausführungsform sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen wiedergegeben und ihre Beschreibung entfällt.
In dem Brennstoffzellenmodul der zweiten Ausführungsform ist der erste Wärmeleiter 245 auf den jeweiligen Innenwänden der ersten vier Kommunikationslöcher 244 in der oberen Platte 22 und Umfangsbereichen von Öffnungsenden der jeweiligen Kommunikationslöcher 244 (obere Fläche F1 und untere Fläche F2 der oberen Platte 22) vorgesehen. Analog ist der zweite Wärmeleiter 264 auf den jeweiligen Innenwänden der drei zweiten Kommunikationslöcher 262 und Umfangsbereichen von Öffnungsenden der jeweiligen Kommunikationslöcher 262 (obere Fläche F1 und untere Fläche F2 der oberen Platte 22) vorgesehen.
Der Öffnungsbereich des ersten Kommunikationslochs 244, der durch den ersten Wärmeleiter 245 definiert wird, ist gleich dem Öffnungsbereich des ersten Kommunikationslochs 244 gemäß der ersten Ausführungsform. Dementsprechend ist die Fläche der Innenwand des ersten Kommunikationslochs 244 gemäß der zweiten Ausführungsform annähernd gleich der Fläche der Innenwand des ersten Kommunikationslochs 244 gemäß der ersten Ausführungsform. Genauer gesagt ist die Fläche der Innenwand des ersten Kommunikationslochs 244 gemäß der zweiten Ausführungsform um die Fläche des ersten Wärmeleiters 245, der auf der oberen Fläche F1 und der unteren Fläche F2 der oberen Platte 22 vorgesehen ist, größer als die Fläche der Innenwand des ersten Kommunikationslochs 244 gemäß der ersten Ausführungsform.
Analog ist der Öffnungsbereich des zweiten Kommunikationslochs 262, der durch den zweiten Wärmeleiter 264 definiert wird, gleich dem Öffnungsbereich des zweiten Kommunikationslochs 262 gemäß der ersten Ausführungsform. Dementsprechend ist die Fläche der Innenwand des zweiten Kommunikationslochs 262 gemäß der zweiten Ausführungsform annähernd gleich der Fläche der Innenwand des zweiten Kommunikationslochs 262 gemäß der ersten Ausführungsform. Genauer gesagt ist die Fläche der Innenwand des zweiten Kommunikationslochs 262 gemäß der zweiten Ausführungsform um die Fläche des zweiten Wärmeleiters 264, der auf der oberen Fläche F1 und der unteren Fläche F2 der oberen Platte 22 vorgesehen ist, größer als die Fläche der Innenwand des zweiten Kommunikationslochs 262 gemäß der ersten Ausführungsform.
Der erste Wärmeleiter 245 und der zweite Wärmeleiter 264 sind aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit hergestellt, die höher ist als die Wärmeleitfähigkeit des Materials der oberen Platte 22. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Aluminium(Al)-Legierung, deren Wärmeleitfähigkeit höher ist als die Wärmeleitfähigkeit des Materials der oberen Platte 22, als das Material des ersten Wärmeleiters 245 und des zweiten Wärmeleiters 264 eingesetzt. Das zum Bilden des ersten Wärmeleiters und des zweiten Wärmeleiters verwendete Material ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern kann ein anderes Metall wie etwa Kupfer (Cu), Gold (Au) oder Silber (Ag) sein. Der erste Wärmeleiter 245 und der zweite Wärmeleiter 264 können beispielsweise durch Plattieren der Oberflächen der ersten Kommunikationslöcher 244 und der zweiten Kommunikationslöcher 262 gebildet werden.
5 ist eine vergrößerte Ausschnittsansicht, die den Umfangsbereich der ersten Kommunikationslöcher 244 gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. 5 veranschaulicht einen Abschnitt, der jenem von 3 entspricht, und wie in 3 gibt ein Pfeil eine Verbrennungswelle an. Gemäß der zweiten Ausführungsform gelangt die im zweiten Raum S2 erzeugte Verbrennungswelle mit dem ersten Wärmeleiter 245 in Berührung, wenn die Verbrennungswelle durch die ersten Kommunikationslöcher 244 hindurchtritt. Der erste Wärmeleiter 245 ist aus dem Material (Al-Legierung) hergestellt, das die Wärmeleitfähigkeit besitzt, die höher ist als die Wärmeleitfähigkeit des Materials (Al-Legierung), das zum Bilden der oberen Platte 22 verwendet wird, und ist über den Innenflächen der ersten Kommunikationslöcher 244 vorgesehen. Dementsprechend führt diese Konfiguration der zweiten Ausführungsform eine größere Wärmemenge ab als die Konfiguration der ersten Ausführungsform, wenn die in dem zweiten Raum S2 erzeugte Verbrennungswelle durch die ersten Kommunikationslöcher 244 hindurchtritt. Infolgedessen vermindert diese Konfiguration im Vergleich zur Konfiguration der ersten Ausführungsform noch weiter die Verbrennungsrate der Verbrennungswelle, wenn diese durch die ersten Kommunikationslöcher 244 hindurchtritt, und bewirkt dann, dass die Verbrennungswelle der verminderten Verbrennungsrate in den ersten Raum S1 eintritt.
Analog führt die Konfiguration der zweiten Ausführungsform eine größere Wärmemenge ab als die Konfiguration der ersten Ausführungsform, wenn die Verbrennungswelle durch die zweiten Kommunikationslöcher 262 hindurchtritt. Dementsprechend verbessert die Konfiguration der zweiten Ausführungsform die Sicherheit des Brennstoffzellenmoduls noch weiter im Vergleich zur Konfiguration der ersten Ausführungsform.
C. Dritte Ausführungsform
6 ist eine vergrößerte Ausschnittsansicht, die den Umfangsbereich von ersten Kommunikationslöchern 244B gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. Die Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls der dritten Ausführungsform ähnelt der Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls der zweiten Ausführungsform abgesehen von der Form der ersten Kommunikationslöcher 244B. Im Folgenden werden somit vornehmlich die ersten Kommunikationslöcher 244B beschrieben. Diejenigen Komponenten, die gleich jenen des Brennstoffzellenmoduls der zweiten Ausführungsform sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen wiedergegeben und ihre Beschreibung entfällt.
Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Tiefe t2B der ersten Kommunikationslöcher 244B größer als eine Plattendicke t1 einer oberen Platte 22B. Genauer gesagt ist ein Vorsprung 222 auf einer oberen Fläche F1 der oberen Platte 22B derart vorgesehen, dass er das erste Kommunikationsloch 244B umgibt und einen Teil der Innenwand des ersten Kommunikationslochs 244B bildet. Infolgedessen steht ein Öffnungsende T1 (in 6 durch eine gestrichelte Linie gezeigt) des ersten Kommunikationslochs 244B von der oberen Fläche F1 der oberen Platte 22B in Richtung der Seite des zweiten Raums S2 ab. Das Öffnungsende T1 auf der Seite des zweiten Raums S2 des ersten Kommunikationslochs 244B und die obere Fläche F1 der oberen Platte 22B sind durch eine geneigte Ebene, welche eine Außenfläche des Vorsprungs 222 ist, miteinander verbunden und ihr Verbindungswinkel θh beträgt gemäß dieser Ausführungsform annähernd 150 Grad. Der numerische Wert des Verbindungswinkels θh ist jedoch nicht auf den numerischen Wert dieser Ausführungsform beschränkt, sondern kann auf einen anderen geeigneten stumpfen Winkel festgesetzt werden, beispielsweise 170 Grad, 160 Grad oder 135 Grad.
Bei dem Brennstoffzellenmodul dieser Ausführungsform ist die Tiefe t2B der ersten Kommunikationslöcher 244B größer als die Plattendicke t1 der oberen Platte 22B. Dementsprechend sieht die Konfiguration der dritten Ausführungsform im Vergleich zur Konfiguration der zweiten Ausführungsform die größere Fläche der Wandoberfläche vor, mit der die Verbrennungswelle in Berührung gerät, wenn die in dem zweiten Raum S2 erzeugte Verbrennungswelle durch die ersten Kommunikationslöcher 244B hindurchtritt, und führt dadurch im Vergleich zur Konfiguration der zweiten Ausführungsform eine größere Wärmemenge von der Wärmewelle ab. Infolgedessen vermindert diese Konfiguration die Verbrennungsrate der in dem zweiten Raum S2 erzeugten Verbrennungswelle noch weiter im Vergleich zur Konfiguration der zweiten Ausführungsform und bewirkt dann, dass die Verbrennungswelle der verminderten Verbrennungsrate in den ersten Raum S1 eintritt. Die Plattendicke t1 der oberen Platte 22B ist gleich der Plattendicke t1 der oberen Platte 22 gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Konfiguration der dritten Ausführungsform unterdrückt somit einen Anstieg des Gewichts des Modulgehäuses im Vergleich zum Modulgehäuse der zweiten Ausführungsform und bewirkt, dass die in dem zweiten Raum S2 erzeugte Verbrennungswelle unter weiterer Verminderung der Verbrennungsrate der Verbrennungswelle in den ersten Raum S1 geführt wird.
D. Vierte Ausführungsform
7 ist eine vergrößerte Ausschnittsansicht, die den Umfangsbereich von ersten Kommunikationslöchern 244C gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht. Die Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls der vierten Ausführungsform ähnelt der Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls der dritten Ausführungsform abgesehen von der Form der ersten Kommunikationslöcher 244C. Im Folgenden werden somit vornehmlich die ersten Kommunikationslöcher 244C beschrieben. Diejenigen Komponenten, die gleich jenen des Brennstoffzellenmoduls der dritten Ausführungsform sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen wiedergegeben und ihre Beschreibung entfällt.
Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Tiefe t2C der ersten Kommunikationslöcher 244C größer als eine Plattendicke t1 der oberen Platte 22C. Die Tiefe t2C der ersten Kommunikationslöcher 244C ist auch tiefer (größer) als die Tiefe t2B der ersten Kommunikationslöcher 244B der dritten Ausführungsform. Ein Vorsprung ist auf einer oberen Fläche F1 der oberen Platte 22C derart vorgesehen, dass er das Kommunikationsloch 244C umgibt und einen Teil der Innenwand des Kommunikationslochs 244C bildet. Ein Vorsprung ist auch auf einer unteren Fläche F2 der oberen Platte 22C derart vorgesehen, dass er das Kommunikationsloch 244C umgibt und einen Teil der Innenwand des Kommunikationslochs 244C bildet. Infolgedessen steht ein Öffnungsende T1 (in 7 durch eine gestrichelte Linie gezeigt) auf der Seite des zweiten Raums S2 (der oberen Seite) des ersten Kommunikationslochs 244C von der oberen Fläche F1 der oberen Platte 22C in Richtung der Seite des zweiten Raums S2 (der oberen Seite) ab. Ein Öffnungsende T2 (in 7 durch eine gestrichelte Linie gezeigt) auf der Seite des ersten Raums S1 (der unteren Seite) des ersten Kommunikationslochs 244C steht von der unteren Fläche F2 der oberen Platte 22C in Richtung der Seite des ersten Raums S1 (der unteren Seite) ab.
Das Öffnungsende T1 auf der Seite des zweiten Raums S2 des ersten Kommunikationslochs 244C und die obere Fläche F1 der oberen Platte 22C sind durch eine geneigte Ebene, welche eine Außenfläche des Vorsprungs ist, miteinander verbunden und ihr Verbindungswinkel θh beträgt gemäß dieser Ausführungsform annähernd 150 Grad. Analog sind das Öffnungsende T2 auf der Seite des ersten Raums S1 des ersten Kommunikationslochs 244C und die untere Fläche F2 der oberen Platte 22C durch eine geneigte Ebene miteinander verbunden und ihr Verbindungswinkel θh beträgt gemäß dieser Ausführungsform annähernd 150 Grad. Der numerische Wert des Verbindungswinkels θh ist jedoch nicht auf den numerischen Wert dieser Ausführungsform beschränkt, sondern kann auf einen anderen geeigneten stumpfen Winkel festgesetzt werden, beispielsweise 170 Grad, 160 Grad oder 135 Grad. Der Verbindungswinkel auf der Seite des zweiten Raums S2 kann von dem Verbindungswinkel auf der Seite des ersten Raums S1 verschieden sein.
Bei dem Brennstoffzellenmodul dieser Ausführungsform ist ferner die Tiefe t2C des ersten Kommunikationslochs 244C größer als jene der dritten Ausführungsform. Demgemäß sieht die Konfiguration der vierten Ausführungsform im Vergleich zur Konfiguration der dritten Ausführungsform die größere Fläche der Wandoberfläche vor, mit der die Verbrennungswelle in Berührung gerät, wenn die in dem zweiten Raum S2 erzeugte Verbrennungswelle durch die ersten Kommunikationslöcher 244C hindurchtritt, und führt dadurch im Vergleich zur Konfiguration der dritten Ausführungsform eine größere Wärmemenge von der Verbrennungswelle ab. Infolgedessen vermindert diese Konfiguration die Verbrennungsrate der in dem zweiten Raum S2 erzeugten Verbrennungswelle noch weiter und bewirkt dann, dass die Verbrennungswelle der verminderten Verbrennungsrate in den ersten Raum S1 eintritt. Die jeweiligen Öffnungsenden des ersten Kommunikationslochs 244C stehen jeweils von der oberen Fläche F1 und der unteren Fläche F2 der oberen Platte 22C ab. Diese Konfiguration verkürzt die Länge des Vorsprungs in Richtung des ersten Raums S1 oder in Richtung des zweiten Raums S2 im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der ein Kommunikationsloch der gleichen Tiefe gebildet ist, indem sein Öffnungsende von lediglich einer Fläche der oberen Platte 22C absteht. Generell ist es wahrscheinlich, dass bei Erzeugung einer Verbrennungswelle eine große Unregelmäßigkeit eines Raums, in dem die Verbrennungswelle erzeugt wird, eine Verwirbelung verursacht und die Verbrennungsrate erhöht. Die Konfiguration dieser Ausführungsform vergrößert die Länge des ersten Kommunikationslochs 244C im Vergleich zur Konfiguration der dritten Ausführungsform, verlängert jedoch das erste Kommunikationsloch 244C in Richtung der Seite des ersten Raums S1, statt es in Richtung der Seite des zweiten Raums S2 zu verlängern. Diese Konfiguration unterbindet dementsprechend einen Anstieg der Verbrennungsrate in dem zweiten Raum S2. Die Konfiguration dieser Ausführungsform verringert auch das Abstehmaß (die Länge) des ersten Kommunikationslochs 244C in Richtung des ersten Raums S1 und das Abstehmaß (die Länge) des ersten Kommunikationslochs 244C in Richtung des zweiten Raums S2. Diese Konfiguration stellt dementsprechend die Tiefe des ersten Kommunikationslochs 244C bei gleichzeitiger Verringerung des Einflusses auf die Gestaltung der Brennstoffzelle 10 und der FCPC 30 sicher.
E. Fünfte Ausführungsform
8 ist eine schematische Draufsicht, die eine obere Platte 22D eines Brennstoffzellenmoduls gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht. Die Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls der fünften Ausführungsform ähnelt der Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls 100 der ersten Ausführungsform abgesehen von der oberen Platte 22D. Im Folgenden wird somit vornehmlich die obere Platte 22D beschrieben. Diejenigen Komponenten, die gleich jenen des Brennstoffzellenmoduls 100 der ersten Ausführungsform sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen wiedergegeben und ihre Beschreibung entfällt.
Die obere Platte 22D dieser Ausführungsform beinhaltet einen ersten Lochabschnitt 24D und einen zweiten Lochabschnitt 26D anstelle des ersten Lochabschnitts 24 und des zweiten Lochabschnitts 26, welche in der oberen Platte 22 der ersten Ausführungsform vorgesehen sind. Der erste Lochabschnitt 24D weist zweiunddreißig erste Kommunikationslöcher 244D auf, welche in 8 Zeilen × 4 Spalten angeordnet sind. Das erste Kommunikationsloch 244D besitzt eine quadratische Öffnungsform mit einer Länge a auf jeder Seite. Die Länge a ist kürzer als die Breite c eines Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22D (wie in 1 gezeigt). Diese Länge a ist gleich der Länge a der kurzen Seite des ersten Kommunikationslochs 244 gemäß der ersten Ausführungsform.
Der zweite Lochabschnitt 26D weist dreiunddreißig zweite Kommunikationslöcher 262D auf, die in 11 Zeilen × 3 Spalten angeordnet sind. Das zweite Kommunikationsloch 262D besitzt eine quadratische Öffnungsform mit einer Länge b auf jeder Seite. Die Länge b ist kürzer als die Breite c des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22D (wie in 1 gezeigt). Gemäß dieser Ausführungsform ist die Länge a gleich der Länge b. Die Länge a und die Länge b können jedoch voneinander verschieden sein. In der Beschreibung hiervon kann der Begriff „quadratisch” eine leichte Verzerrung der dergleichen beinhalten, welche beispielsweise bei der Herstellung verursacht wird.
Das Brennstoffzellenmodul dieser Ausführungsform beinhaltet eine große Anzahl der ersten Kommunikationslöcher 244D und eine große Anzahl der zweiten Kommunikationslöcher 262D in den quadratischen Öffnungsformen, deren Längen auf jeder Seite jeweils kürzer sind als die Breite c des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22D (wie in 1 gezeigt). Dementsprechend sieht die Konfiguration der fünften Ausführungsform im Vergleich zur Konfiguration der ersten Ausführungsform die größere Fläche der Wandoberfläche vor, mit der die Verbrennungswelle in Berührung gerät, wenn die in dem zweiten Raum S2 erzeugte Verbrennungswelle durch die ersten Kommunikationslöcher 244D und die zweiten Kommunikationslöcher 262D hindurchtritt, und führt dadurch im Vergleich zur Konfiguration der ersten Ausführungsform eine größere Wärmemenge von der Verbrennungswelle ab. Diese Konfiguration verbessert im Vergleich zur Konfiguration der ersten Ausführungsform auch den Gleichrichtungseffekt der ersten Kommunikationslöcher 244D und der zweiten Kommunikationslöcher 262D. Infolgedessen vermindert diese Konfiguration die Verbrennungsrate der in dem zweiten Raum 52 erzeugten Verbrennungswelle noch weiter und bewirkt dann, dass die Verbrennungswelle der verminderten Verbrennungsrate in den ersten Raum S1 eintritt.
F. Sechste Ausführungsform
9 ist eine schematische Draufsicht, die eine obere Platte 22E eines Brennstoffzellenmoduls gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht. Die Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls der sechsten Ausführungsform ähnelt der Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls 100 der ersten Ausführungsform abgesehen von der oberen Platte 22E. Im Folgenden wird somit vornehmlich die obere Platte 22E beschrieben. Diejenigen Komponenten, die gleich jenen des Brennstoffzellenmoduls 100 der ersten Ausführungsform sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen wiedergegeben und ihre Beschreibung entfällt.
Die obere Platte 22E dieser Ausführungsform beinhaltet einen ersten Lochabschnitt 24E und einen zweiten Lochabschnitt 26E anstelle des in der oberen Platte 22 der ersten Ausführungsform vorgesehenen ersten Lochabschnitts 24 und zweiten Lochabschnitts 26. Der erste Lochabschnitt 24E weist fünfzehn erste Kommunikationslöcher 244E auf, die in 5 Zeilen × 3 Spalten angeordnet sind. Das erste Kommunikationsloch 244E weist eine Öffnungsform eines echten Kreises mit einem Durchmesser Ra auf. Die Länge Ra ist kürzer als die Breite c eines Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22E (wie in 1 gezeigt). Die Länge Ra ist gleich der Länge a der kürzeren Seite des ersten Kommunikationslochs 244 gemäß der ersten Ausführungsform. In der Beschreibung hiervon kann der Begriff „Form eines echten Kreises” eine leichte Verzerrung oder dergleichen beinhalten, welche beispielsweise bei der Herstellung verursacht wird.
Der zweite Lochabschnitt 26E weist vierzehn zweite Kommunikationslöcher 262E auf, die in 7 Zeilen × 2 Spalten angeordnet sind. Der zweite Lochabschnitt 26E weist eine Öffnungsform eines echten Kreises mit einem Durchmesser Rb auf. Die Länge Rb ist kürzer als die Breite c des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22E (wie in 1 gezeigt). Die Länge Rb ist länger als die Länge Ra. Die Länge Ra und die Länge Rb sind gemäß dieser Ausführungsform voneinander verschieden, können jedoch identisch sein.
Das Brennstoffzellenmodul dieser Ausführungsform beinhaltet eine große Anzahl der ersten Kommunikationslöcher 244E und eine große Anzahl der zweiten Kommunikationslöcher 262E in den Öffnungsformen eines echten Kreises mit jeweils den Durchmessern, die kürzer sind als die Breite c des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22D (wie in 1 gezeigt). Genau wie die fünfte Ausführungsform, vermindert das Brennstoffzellenmodul dieser Ausführungsform dementsprechend die Verbrennungsrate der in dem zweiten Raum S2 erzeugten Verbrennungswelle noch weiter und bewirkt dann, dass die Verbrennungswelle der verminderten Verbrennungsrate in den ersten Raum S1 eintritt.
G. Siebte Ausführungsform
10 ist eine schematische Draufsicht, die eine obere Platte 22F eines Brennstoffzellenmoduls gemäß einer siebten Ausführungsform veranschaulicht. Die Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls der siebten Ausführungsform ähnelt der Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls 100 der ersten Ausführungsform abgesehen von der oberen Platte 22F. Im Folgenden wird somit vornehmlich die obere Platte 22F beschrieben. Diejenigen Komponenten, die gleich jenen des Brennstoffzellenmoduls 100 der ersten Ausführungsform sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen wiedergegeben und ihre Beschreibung entfällt.
Die obere Platte 22F dieser Ausführungsform beinhaltet weder den ersten Lochabschnitt 24 noch den zweiten Lochabschnitt 26, welche in der oberen Platte 22 der ersten Ausführungsform vorgesehen sind. In der oberen Platte 22F dieser Ausführungsform ist die Breite eines Spalts zwischen einem ersten Anschlusskommunikationsloch 246F und dem ersten Ausgangsanschluss 16 eine Länge a. Analog ist die Breite eines Spalts zwischen einem zweiten Anschlusskommunikationsloch 248F und dem zweiten Ausgangsanschluss 18 die Länge a. Die Länge a ist gleich der Länge a der kurzen Seite des ersten Kommunikationslochs 244 gemäß der ersten Ausführungsform. Der erste Ausgangsanschluss 16 der Brennstoffzelle 10 ist so platziert, dass er durch das erste Anschlusskommunikationsloch 246F verläuft, und der zweite Ausgangsanschluss 18 der Brennstoffzelle 10 ist so platziert, dass er durch das zweite Anschlusskommunikationsloch 248F verläuft, so dass Kommunikationslöcher in einer rahmenartigen Form mit der Länge a als der Breite gebildet werden. Die Länge a ist kürzer als die Breite c eines Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22F (wie in 1 gezeigt). Die in 10 gezeigte Konfiguration vermindert auch die Verbrennungsrate der in dem zweiten Raum S2 erzeugten Verbrennungswelle und bewirkt dann, dass die Verbrennungswelle der verminderten Verbrennungsrate in den ersten Raum S1 eintritt.
H. Achte Ausführungsform
11 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Brennstoffzellenmoduls 100G gemäß einer achten Ausführungsform veranschaulicht. Genau wie 1, veranschaulicht 11 einen schematischen Schnitt durch eine XZ-Ebene des Brennstoffzellenmoduls 100G. In der Beschreibung hiervon wird eine in 11 gezeigte X-Achsenrichtung als „Links-Rechts-Richtung” definiert. Eine +(Plus)-X-Achsenseite wird auch „linke Seite” genannt und eine –(Minus)-X-Achsenseite wird auch „rechte Seite” genannt. Das Brennstoffzellenmodul 100G beinhaltet eine Brennstoffzelle 10, eine Wasserstoffpumpe 50 und ein Modulgehäuse 70G. Die Brennstoffzelle 10 und die Wasserstoffpumpe 50 sind an dem Modulgehäuse 70G befestigt. In 11 wird auf eine Darstellung von Befestigungen verzichtet, um das technische Verständnis zu erleichtern. Bei dem Brennstoffzellenmodul 100G dieser Ausführungsform ist die Konfiguration der Brennstoffzelle 10 ähnlich jener der ersten Ausführungsform und dementsprechend entfällt ihre Beschreibung.
Die Wasserstoffpumpe 50 ist mit der Brennstoffzelle 10 über eine Rohrleitung (nicht gezeigt) verbunden und ist auch mit einer Sekundärbatterie (nicht gezeigt) über einen Pumpeninverter (nicht gezeigt) verbunden. Die Wasserstoffpumpe 50 wird mit aus dem Pumpeninverter zugeführter Wechselspannung angetrieben, so dass der Brennstoffzelle 10 Wasserstoff zugeführt wird, der in dem aus der Brennstoffzelle 10 abgeführten Anodenabgas beinhaltet ist. Die zum Verbinden der Wasserstoffpumpe 50 mit der Brennstoffzelle 10 vorgesehene Rohrleitung und ein Durchgangsloch, das zum Hindurchtretenlassen der Rohrleitung gebildet ist, sind in den später beschriebenen 11 und 12 nicht dargestellt, um das technische Verständnis zu erleichtern.
Das Modulgehäuse 70G ist als ein Gehäuse vorgesehen, das zum darin Platzieren der Brennstoffzelle 10 und der Wasserstoffpumpe 50 konfiguriert ist, und beinhaltet ein Brennstoffzellengehäuse 20G sowie ein Wasserstoffpumpengehäuse 60. Das Wasserstoffpumpengehäuse 60 befindet sich auf der linken Seite (Plus-X-Achsenseite) des Brennstoffzellengehäuses 20G. Mit anderen Worten ist das Wasserstoffpumpengehäuse 60 angrenzend an eine Seitenfläche des Brennstoffzellengehäuses 20G platziert.
Das Wasserstoffpumpengehäuse 60 ist als ein rechts offenes Gehäuse vorgesehen, das eine obere Platte 62, drei Seitenplatten 63 und eine untere Platte 65 beinhaltet. Das Wasserstoffpumpengehäuse 60 ist derart an dem Brennstoffzellengehäuse 20G fixiert, dass seine Öffnung durch eine linke Seitenfläche des Brennstoffzellengehäuses 20G verschlossen wird. Dies stellt einen zweiten Raum S2 zum darin Platzieren der Wasserstoffpumpe 50 bereit. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Wasserstoffpumpe 50 mittels eines Stützelements (nicht gezeigt) an der Seitenplatte 63 des Wasserstoffpumpengehäuses 60 fixiert. Die Wasserstoffpumpe 50 ist in dem Wasserstoffpumpengehäuse 60 platziert und befestigt, und das Wasserstoffpumpengehäuse 60 ist an dem Brennstoffzellengehäuse 20G so fixiert, dass ein Spalt zwischen der Wasserstoffpumpe 50 und dem Brennstoffzellengehäuse 20G gebildet wird.
Das Brennstoffzellengehäuse 20G ist als ein rechtwinklig parallelepipedisches Gehäuse vorgesehen, das eine obere Platte 22G, vier Seitenplatten (drei Seitenplatten 23 und eine erste Seitenplatte 23G) sowie eine untere Platte 25 beinhaltet und einen ersten Raum S1 zum darin Platzieren der Brennstoffzelle 10 bildet. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine der vier Seitenplatten, welche eine Seitenfläche bildet, die an das Wasserstoffpumpengehäuse 60 angrenzt und einen ersten Lochabschnitt 24G beinhaltet, „erste Seitenplatte 23G” genannt.
12 ist eine schematische Vorderansicht, welche die erste Seitenplatte 23G veranschaulicht. Die schematische Vorderansicht von 12 veranschaulicht die erste Seitenplatte 23G bei Betrachtung von der Seite des zweiten Raums S2 (in 11 gezeigt). Die erste Seitenplatte 23G besitzt einen ersten Lochabschnitt 24G, der vier erste Kommunikationslöcher 244G beinhaltet. Wie in 11 gezeigt, sind der erste Raum S1, in dem die Brennstoffzelle 10 platziert ist, und der zweite Raum S2, in dem die Wasserstoffpumpe 50 platziert ist, in dem Modulgehäuse 70G so angeordnet, dass sie über die erste Seitenplatte 23G aneinander angrenzen. Die in der ersten Seitenplatte 23G vorgesehenen ersten Kommunikationslöcher 244G bewirken, dass der erste Raum S1 und der zweite Raum S2 miteinander kommunizieren. Das in dem ersten Raum S1 vorhandene Gas und das in dem zweiten Raum S2 vorhandene Gas bewegen sich beiderseits durch die Mehrzahl solcher Kommunikationslöcher hinein und heraus. Die erste Seitenplatte 23G gemäß dieser Ausführungsform wird auch „Trennplatte” genannt.
Der erste Lochabschnitt 24G ist auf einer ungefähren Mitte einer Plattenoberfläche (YZ-Ebene) der ersten Seitenplatte 23G platziert und ist an einer der Wasserstoffpumpe 50 entsprechenden Position vorgesehen. Die ersten Kommunikationslöcher 244G sind Schlitze (in einer rechteckigen Öffnungsform, deren kurze Seite extrem viel kürzer ist als deren lange Seite) (wie in 12 gezeigt). Eine Länge f der kurzen Seite des ersten Kommunikationslochs 244G ist kürzer als eine Breite e eines Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der ersten Seitenplatte 23G (wie in 11 gezeigt). Die vier ersten Kommunikationslöcher 244G sind derart angeordnet, dass die langen Seiten der jeweiligen ersten Kommunikationslöcher 244G parallel zur unteren Platte 25 (parallel zur Y-Achse) sind und aneinander angrenzen. Gemäß dieser Ausführungsform beträgt die Länge f der kurzen Seite annähernd 0,5 mm bis 1,5 mm, und die Breite e des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der ersten Seitenplatte 23G beträgt annähernd 2,0 bis 3,0 mm. Genau wie in der ersten Ausführungsform, wird dann, wenn das Brennstoffzellenmodul 100G an einem Fahrzeug montiert ist, die Breite e des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der ersten Seitenplatte 23G derart bestimmt, dass die Brennstoffzelle 10 nicht durch Vibration gegen die erste Seitenplatte 23G stößt, während das Fahrzeug fährt, und dass die Brennstoffzelle 10 nicht einmal im Fall einer Kollision des Fahrzeugs zerbricht.
Beim Zusammenbau des Brennstoffzellenmoduls 100G wird zum Beispiel das Wasserstoffpumpengehäuse 60, in dem die Wasserstoffpumpe 50 platziert ist, auf der Seite der ersten Seitenplatte 23G des Brennstoffzellengehäuses 20G, in dem die Brennstoffzelle 10 platziert ist, angeordnet, die Rohrleitung wird mit der Wasserstoffpumpe 50 verbunden und dann wird das Wasserstoffpumpengehäuse 60 an der ersten Seitenplatte 23G des Brennstoffzellengehäuses 20G fixiert.
Wie oben beschrieben, wird der Brennstoffzelle 10 Wasserstoff als das Brenngas zugeführt. Wenn Wasserstoff aus einer Verbindung zwischen der Rohrleitung und der Brennstoffzelle 10 oder aus der Brennstoffzelle 10 austritt, dann strömt ein Teil des ausgetretenen Wasserstoffs hauptsächlich durch den ersten Lochabschnitt 24G in den zweiten Raum S2. Das Brennstoffzellenmodul 100G dieser Ausführungsform beinhaltet den ersten Lochabschnitt 24G. Selbst wenn Wasserstoff beispielsweise aus der Brennstoffzelle 10 austritt, verhindert diese Konfiguration, dass die Wasserstoffkonzentration in dem ersten Raum S1 durch den ausgetretenen Wasserstoff erhöht wird.
Die Wasserstoffpumpe 50 ist über ein Kabel mit dem Pumpeninverter verbunden. Wenn in dem zweiten Raum S2 Wasserstoff vorhanden ist, dann ist es wahrscheinlich, dass der Wasserstoff in dem zweiten Raum S2 gezündet wird. Selbst in dem Fall einer Zündung, die eine Verbrennungswelle in dem zweiten Raum S2 erzeugt, bewirkt das Brennstoffzellenmodul 100G dieser Ausführungsform, dass die in dem zweiten Raum S2 erzeugte Verbrennungswelle eine Wärmeableitung erfährt und durch die Innenwandoberflächen der ersten Kommunikationslöcher 244G gleichgerichtet wird, wenn sie durch die ersten Kommunikationslöcher 244G hindurchtritt, und dann in den ersten Raum S1 eintritt. Infolgedessen vermindert diese Konfiguration die Verbrennungsrate (d. h. schwächt die Verbrennungswelle) oder löscht die Verbrennungswelle (d. h. stoppt die Verbrennung). Die Tiefe des ersten Kommunikationslochs 244G gemäß dieser Ausführungsform ist gleich der Plattendicke der ersten Seitenplatte 23G (wie in 11 gezeigt). Gemäß dieser Ausführungsform ist die Länge f der kurzen Seite des ersten Kommunikationslochs 244G kürzer als die Breite e des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der ersten Seitenplatte 23G. Die Verbrennungswelle wird gleichgerichtet, so dass sie die verminderte Verbrennungsrate aufweist, wenn sie durch die ersten Kommunikationslöcher 244G hindurchtritt, und tritt dann unter praktischer Beibehaltung dieses Zustands in den Spalt zwischen der Brennstoffzelle 10 und der ersten Seitenplatte 23G ein. Infolgedessen unterdrückt diese Konfiguration einen Anstieg der Verbrennungsrate der Verbrennungswelle, die in den Spalt strömt. Hingegen steht beispielsweise zu erwarten, dass eine Konfiguration, bei der die Länge f der kurzen Seite des ersten Kommunikationslochs 244G länger ist als die Breite e des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 23G, die folgende Situation vorsieht. Der Druck der Verbrennungswelle nimmt zu, wenn diese in den Spalt zwischen der Brennstoffzelle 10 und der ersten Seitenplatte 23G eintritt. Dies erhöht die Reaktionsrate, so dass die Wärmeerzeugungsrate erhöht wird, und erhöht die Verbrennungsrate. Bei dem Brennstoffzellenmodul 100G dieser Ausführungsform beinhaltet die erste Seitenplatte 23G des Modulgehäuses 70G die ersten Kommunikationslöcher 244G, und die Länge f der kurzen Seite des ersten Kommunikationslochs 244G ist kürzer als die Breite e des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der ersten Seitenplatte 23G. Selbst in dem Fall einer Zündung des ausgetretenen Wasserstoffs in dem Wasserstoffpumpengehäuse 60 (zweiter Raum S2) unterdrückt die Konfiguration dieser Ausführungsform einen Anstieg der Verbrennungsrate, wenn die Verbrennungswelle in den Spalt zwischen der Brennstoffzelle 10 und der ersten Seitenplatte 23G eintritt. Infolgedessen verhindert diese Konfiguration, dass das Brennstoffzellengehäuse 20G durch die Verbrennungswelle zerbrochen wird, und verbessert die Sicherheit des Brennstoffzellenmoduls 100G.
I. Modifikationen

(1) Die obigen Ausführungsformen veranschaulichen die FCPC 30 und die Wasserstoffpumpe 50 als die in dem Modulgehäuse 70 platzierten Brennstoffzellen-Hilfsmaschinen. Die Brennstoffzellen-Hilfsmaschine ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, sondern es kann eine andere Brennstoffzellen-Hilfsmaschine, beispielsweise ein Luftkompressor oder eine Kühlwasserpumpe, in dem Modulgehäuse 70 platziert sein.
(2) In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform beinhaltet das Brennstoffzellengehäuse 20 die obere Platte 22, die als die Trennplatte dient. In der oben beschriebenen achten Ausführungsform beinhaltet das Brennstoffzellengehäuse 20G die erste Seitenplatte 23G, die als die Trennplatte dient. Gemäß einer Modifikation kann jedoch ein Brennstoffzellen-Hilfsmaschinengehäuse wie etwa das FCPC-Gehäuse 40 oder das Wasserstoffpumpengehäuse 60 so konfiguriert sein, dass es eine Trennplatte beinhaltet.
(3) Die obigen Ausführungsformen veranschaulichen die Schlitze, die quadratische Öffnungsform und die Öffnungsform eines echten Kreises als die Form des Kommunikationslochs, das zum Verbinden des ersten Raums S1 und des zweiten Raums S2 vorgesehen ist. Die Form des Kommunikationslochs bzw. des Verbindungslochs, das zum Verbinden des ersten Raums S1 und des zweiten Raums S2 vorgesehen ist, ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Gemäß einer Modifikation kann das Kommunikationsloch ein Durchgangsloch in einer Öffnungsform sein, bei der eine Seite oder ein Durchmesser kleiner ist als die Breite des Spalts zwischen der Brennstoffzelle und der Trennplatte. Beispielsweise kann die Öffnungsform des Kommunikationslochs eine rechteckige Form, eine elliptische Form oder eine viereckige Form mit abgerundeten Ecken sein. Im Fall des Kommunikationslochs in der rechteckigen Öffnungsform ist die Länge der kurzen Seite kleiner festgesetzt als die Breite des Spalts zwischen der Brennstoffzelle und der Trennplatte. Im Fall des Kommunikationslochs in der elliptischen Öffnungsform ist die Nebenachse kleiner festgesetzt als die Breite des Spalts zwischen der Brennstoffzelle und der Trennplatte. Eine solche Konfiguration sieht ähnliche vorteilhafte Wirkungen vor wie jene der obigen Ausführungsform. In der Beschreibung hiervon bedeutet der „Durchmesser” der Öffnungsform, der mit der Breite des Spalts zwischen der Brennstoffzelle und der Trennplatte zu vergleichen ist, die Länge eines kürzesten Liniensegments aus Liniensegmenten, die am Außenumfang der Öffnungsform beginnen und enden und die ungeachtet der Öffnungsform durch den Schwerpunkt der Öffnungsform hindurchtreten.
(4) Die obigen Ausführungsformen veranschaulichen die Trennplatte, die eine Mehrzahl von Kommunikationslöchern aufweist, welche bewirken, dass der erste Raum S1 und der zweite Raum S2 miteinander kommunizieren. Die Trennplatte kann mindestens ein Kommunikationsloch aufweisen, das bewirkt, dass der erste Raum S1 und der zweite Raum S2 miteinander kommunizieren (bei der Öffnungsform des Kommunikationslochs ist eine Seite oder ein Durchmesser kleiner als die Breite des Spalts zwischen der Brennstoffzelle und der Trennplatte).
(5) Die Breite (kurze Seite) oder der Durchmesser (Nebenachse) des Kommunikationslochs, das bewirkt, dass der erste Raum S1 und der zweite Raum S2 miteinander kommunizieren, ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann irgendeine Länge sein, die geringer ist als die Breite des Spalts zwischen der Brennstoffzelle und der Trennplatte. Es ist zu bevorzugen, die Breite (kurze Seite) oder den Durchmesser (Nebenachse) des Kommunikationslochs kürzer oder gleich dem Löschabstand festzusetzen, da es damit wahrscheinlicher ist, die in dem zweiten Raum S2 erzeugte Verbrennungswelle zu löschen, wenn die Verbrennungswelle durch das Kommunikationsloch hindurchtritt.
(6) Die obige erste Ausführungsform beschreibt die Konfiguration, dass die Länge a der kurzen Seite des ersten Kommunikationslochs 244 gleich der Länge b der kurzen Seite des zweiten Kommunikationslochs 262 ist (a = b). Gemäß einer Modifikation kann die Länge a der kurzen Seite des ersten Kommunikationslochs 244 jedoch von der Länge b der kurzen Seite des zweiten Kommunikationslochs 262 verschieden sein. Wenn die Länge a der kurzen Seite des ersten Kommunikationslochs 244 von der Länge b der kurzen Seite des zweiten Kommunikationslochs 262 verschieden ist, dann ist es zu bevorzugen, dass eine aus der Länge a und der Länge b kürzer ist als die Breite c des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22 (in 1 gezeigt). Es ist stärker zu bevorzugen, dass sowohl die Länge a der kurzen Seite des ersten Kommunikationslochs 244 als auch die Länge b der kurzen Seite des zweiten Kommunikationslochs 262 kürzer sind als die Breite c des Spalts zwischen der Brennstoffzelle 10 und der oberen Platte 22 (in 1 gezeigt).
(7) Die obige erste Ausführungsform beschreibt die Konfiguration, dass das FCPC-Gehäuse 40 die wasserstoffdurchlässige Membran 422 beinhaltet. Gemäß einer Modifikation ist es jedoch möglich, dass das FCPC-Gehäuse 40 die wasserstoffdurchlässige Membran 422 nicht beinhaltet. Gemäß einer anderen Modifikation kann das FCPC-Gehäuse 40 anstelle der wasserstoffdurchlässigen Membran 422 ein Entlüftungsventil beinhalten.
(8) Die obigen Ausführungsformen veranschaulichen die Konfiguration, dass die FCPC 30 auf der Brennstoffzelle 10 platziert ist (wie in 1 gezeigt), und die Konfiguration, dass die Wasserstoffpumpe 50 auf der linken Seite der Brennstoffzelle 10 platziert ist (wie in 11 gezeigt). Die Anordnung der Brennstoffzelle 10 und der Brennstoffzellen-Hilfsmaschine ist jedoch nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. Mit anderen Worten ist die Anordnung des ersten Raums, in dem die Brennstoffzelle platziert ist, und des zweiten Raums, in dem die Brennstoffzellen-Hilfsmaschine platziert ist, nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. In dem Modulgehäuse, das zum darin Platzieren der Brennstoffzelle und der Brennstoffzellen-Hilfsmaschine konfiguriert ist, sind der erste Raum, in dem die Brennstoffzelle platziert ist, und der zweite Raum, in dem die Brennstoffzellen-Hilfsmaschine platziert ist, so anzuordnen, dass sie über die Trennplatte aneinander angrenzen. Beispielsweise kann die FCPC 30 unterhalb der Brennstoffzelle 10 platziert sein. In einem anderen Beispiel können die FCPC 30 und die Brennstoffzelle 10 nebeneinander (auf der XY-Ebene) angeordnet sein.
(9) Die obige zweite Ausführungsform veranschaulicht die Konfiguration, bei der der erste Wärmeleiter 245 auf den jeweiligen Innenwänden der vier ersten Kommunikationslöcher 244 und den Umfangsbereichen der Öffnungsenden der jeweiligen Kommunikationslöcher 244 (obere Fläche F1 und untere Fläche F2 der oberen Platte 22) vorgesehen ist (wie in 5 gezeigt). Gemäß einer Modifikation kann der erste Wärmeleiter 245 auf mindestens einem Teil der Innenwand mindestens eines ersten Kommunikationslochs 244 vorgesehen sein. Gleiches gilt für den zweiten Wärmeleiter 264. Ein Wärmeleiter, der aus einem Material hergestellt ist, das eine Wärmeleitfähigkeit besitzt, welche höher ist als die Wärmeleitfähigkeit des zum Bilden der oberen Platte 22 verwendeten Materials, kann auf den Innenwänden mindestens eines der ersten Kommunikationslöcher 244 und der zweiten Kommunikationslöcher 262 vorgesehen sein.

Die Offenbarung ist nicht auf eine der oben beschriebenen Ausführungsformen, Beispiele und Modifikationen beschränkt, sondern ist durch eine Vielzahl anderer Konfigurationen implementierbar, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können die technischen Merkmale jeglicher Ausführungsformen, Beispiele und Modifikationen, welche den technischen Merkmalen jedes der in KURZFASSUNG beschriebenen Aspekte entsprechen, auf geeignete Weise ersetzt oder kombiniert werden, um alle oder einen Teil der oben beschriebenen Probleme zu lösen oder um alle oder einen Teil der oben beschriebenen vorteilhaften Wirkungen zu erzielen. Ein jedes der technischen Merkmale kann gegebenenfalls entfallen, sofern das technische Merkmal in der Beschreibung hiervon nicht als wesentlich beschrieben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-204500 A [0002]

Claims

Brennstoffzellenmodul (100; 100G), umfassend: eine Brennstoffzelle (10); eine Brennstoffzellen-Hilfsmaschine (30, 50); und ein Modulgehäuse (70; 70G), das zum darin Platzieren der Brennstoffzelle (10) und der Brennstoffzellen-Hilfsmaschine (30, 50) konfiguriert ist, wobei das Modulgehäuse (70; 70G) eine Trennplatte (22; 23G), einen ersten Raum (S1), in dem die Brennstoffzelle (10) platziert ist, und einen zweiten Raum (S2), in dem die Brennstoffzellen-Hilfsmaschine (30, 50) platziert ist, umfasst, wobei der erste Raum (S1) und der zweite Raum (S2) über die Trennplatte (22; 23G) aneinander angrenzen, wobei die Trennplatte (22; 23G) ein Kommunikationsloch (244, 262) beinhaltet, das den ersten Raum (S1) und den zweiten Raum (S2) verbindet und das in einer Öffnungsform gebildet ist, bei der eine Seite (a, b; d, e; f) oder ein Durchmesser (Ra, Rb) kleiner ist als eine Breite eines Spalts (c, f) zwischen der Brennstoffzelle (10) und der Trennplatte (22; 23G).
Brennstoffzellenmodul (100; 100G) nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Wärmeleiter (245, 264), der auf mindestens einem Teil einer Innenwand des Kommunikationslochs (244, 262) vorgesehen ist und aus einem Material hergestellt ist, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die höher ist als eine Wärmeleitfähigkeit eines zum Bilden der Trennplatte (22; 23G) verwendeten Materials.
Brennstoffzellenmodul (100; 100G) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein Vorsprung (222) auf mindestens einer Oberfläche der Trennplatte (22; 23G) derart gebildet ist, dass er das Kommunikationsloch (244, 262) umgibt und einen Teil einer Innenwand des Kommunikationslochs (244, 262) bildet, und das Kommunikationsloch (244, 262) eine Tiefe (t2B, t2C) aufweist, die größer ist als eine Plattendicke (t1) der Trennplatte (22; 23G).