DE102018106949A1

DE102018106949A1 - Brennstoffzellenstapel

Info

Publication number: DE102018106949A1
Application number: DE102018106949.9A
Authority: DE
Inventors: Daisuke KANNO; Takenori YAMASAKI; Atsushi Ida; Daisuke Hayashi; Shuji Kurita; Takashi Kondo; Keiji Hashimoto
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2038-03-24
Also published as: CA2998929C; KR20180108479A; CN108630976A; US20180277878A1; CA2998929A1; CN108630976B; JP6848580B2; KR102165186B1; JP2018160431A; US10727523B2; DE102018106949B4

Abstract

Ein Brennstoffzellenstapel umfasst mehrere Leistungserzeugungseinheiten (100) und eine Dummy-Einheit (200), welche jeweils Öffnungen (142, 242) umfassen, die Reaktionsgas-Zuführverteiler bereitstellen. Jede Leistungserzeugungseinheit (100) umfasst einen oder mehrere erste Zuführdurchlässe (120a bis 120f), die sich ausgehend von der Öffnung hin zu einem zentralen Bereich davon erstrecken. Die Dummy-Einheit (200) umfasst einen oder mehrere zweite Zuführdurchlässe (220a bis 220c), die sich ausgehend von der Öffnung hin zu einem zentralen Bereich davon erstrecken, und ein zweiter Zuführdurchlassanschluss (220co) bei der höchsten Position in der vertikalen Richtung aus den zweiten Zuführdurchlassanschlüssen, bei welchen die zweiten Zuführdurchlässe mit der Öffnung verbunden sind, ist in der vertikalen Richtung bei einer niedrigeren Position angeordnet als ein erster Zuführdurchlassanschluss (120fo) bei der höchsten Position in der vertikalen Richtung aus den ersten Zuführdurchlassanschlüssen, bei welchen die ersten Zuführdurchlässe mit der Öffnung verbunden sind.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Bei einem Brennstoffzellenstapel sind mehrere Leistungserzeugungszellen (in der vorliegenden Spezifikation als „Leistungserzeugungseinheiten“ bezeichnet) gestapelt, während Dummy-Zellen (in der vorliegenden Spezifikation als „Dummy-Einheiten“ bezeichnet), welche keine elektrische Leistung erzeugen, auf beiden Seiten in der Stapelrichtung davon eingerichtet sind (beispielsweise japanische Patentveröffentlichung mit der Nummer 2015-069737 ( JP 2015-069737 A )).
Kurzfassung der Erfindung
Wenn flüssiges Wasser in Zuführverteiler bzw. Zuführsammelrohre eines Reaktionsgases für eine Brennstoffzelle strömt, strömt das flüssige Wasser entlang Bodenflächen (untere Seite in der Gravitationsrichtung) der Zuführverteiler. Es ist erforderlich, dass die Dummy-Einheiten das flüssige Wasser schnell in den Dummy-Einheiten aufnehmen und das flüssige Wasser davon abgeben, so dass das flüssige Wasser nicht in die Leistungserzeugungseinheiten strömt.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel. Der Brennstoffzellenstapel umfasst mehrere gestapelte Leistungserzeugungseinheiten, die jeweils einen ersten zentralen Bereich, in welchem ein Reaktionsgas strömt, besitzen, wobei der erste zentrale Bereich einem Bereich zum Erzeugen von elektrischer Leistung entspricht; und eine Dummy-Einheit mit einem zweiten zentralen Bereich, in welchem das Reaktionsgas strömt, wobei der zweite zentrale Bereich einem Bereich entspricht, der nicht zum Erzeugen von elektrischer Leistung dient, wobei die Dummy-Einheit bei zumindest einem Stapelende der mehreren gestapelten Leistungserzeugungseinheiten vorgesehen ist. Jede der mehreren Leistungserzeugungseinheiten umfasst: eine erste Öffnung bei einer Position außerhalb des ersten zentralen Bereichs der Leistungserzeugungseinheit, wobei die Position in einer vertikalen Richtung höher liegt als eine Mitte des ersten zentralen Bereichs, wobei die erste Öffnung in einem Zustand, in welchem die mehreren Leistungserzeugungseinheiten und die Dummy-Einheit gestapelt sind, einen Reaktionsgas-Zuführverteiler bereitstellt; und einen oder mehrere erste Zuführdurchlässe, die sich ausgehend von der ersten Öffnung hin zu dem ersten zentralen Bereich erstrecken. Die Dummy-Einheit umfasst: eine zweite Öffnung, welche bei einer Position außerhalb des zweiten zentralen Bereichs der Dummy-Einheit angeordnet ist, wobei die Position in der vertikalen Richtung höher liegt als eine Mitte des zweiten zentralen Bereichs, wobei die zweite Öffnung in einem Zustand, in welchem die mehreren Leistungserzeugungseinheiten und die Dummy-Einheit gestapelt sind, den Reaktionsgas-Zuführverteiler bereitstellt; und einen oder mehrere zweite Zuführdurchlässe, die sich ausgehend von der zweiten Öffnung hin zu dem zweiten zentralen Bereich erstrecken. Ein zweiter Zuführdurchlassanschluss, der aus zweiten Zuführdurchlassanschlüssen, bei welchen die zweiten Zuführdurchlässe bei der Dummy-Einheit mit der zweiten Öffnung verbunden sind, in der vertikalen Richtung bei einer höchsten Position angeordnet ist, in der vertikalen Richtung bei einer niedrigeren Position angeordnet ist als ein erster Zuführdurchlassanschluss, der aus ersten Zuführdurchlassanschlüssen, bei welchen die ersten Zuführdurchlässe bei der Leistungserzeugungseinheit mit der ersten Öffnung verbunden sind, bei einer höchsten Position angeordnet ist. Wenn flüssiges Wasser in die Reaktionsgas-Zuführverteiler strömt, strömt das flüssige Wasser entlang Bodenflächen auf der unteren Seite in der Gravitationsrichtung der Reaktionsgas-Zuführverteiler. Gemäß diesem Aspekt ist bei der Dummy-Einheit der zweite Zuführdurchlassanschluss, der in der vertikalen Richtung bei der höchsten Position aus den zweiten Zuführdurchlassanschlüssen angeordnet ist, bei welchen die zweiten Zuführdurchlässe mit der zweiten Öffnung verbunden sind, in der vertikalen Richtung bei einer niedrigeren Position angeordnet als der erste Zuführdurchlassanschluss, welcher in der vertikalen Richtung bei der höchsten Position aus den ersten Zuführdurchlässen angeordnet ist, bei welchen die ersten Zuführdurchlässe bei jeder Leistungserzeugungseinheit mit der ersten Öffnung verbunden sind; daher strömt das flüssige Wasser auf einfachere Art und Weise hin zu den zweiten Zuführdurchlässen als hin zu den ersten Zuführdurchlässen. Entsprechend bewegt sich das flüssige Wasser auf einfache Art und Weise hin zu dem zweiten zentralen Bereich der Dummy-Einheit im Vergleich zu den ersten zentralen Bereichen der Leistungserzeugungseinheiten, und daher wird der Betrag an flüssigem Wasser, das sich über die Dummy-Einheit in die ersten zentralen Bereiche der Leistungserzeugungseinheiten benachbart zu der Dummy-Einheit bewegt, reduziert, wodurch unterdrückt wird, dass das flüssige Wasser in eine bestimmte Leistungserzeugungseinheit eindringt.
Sämtliche zweiten Zuführdurchlassanschlüsse können bei Positionen mit der zweiten Öffnung verbunden sein, die in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung niedriger liegen als eine vorbestimmte Höhe ausgehend von einer Bodenfläche auf der unteren Seite in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung, und zumindest einer der ersten Zuführdurchlassanschlüsse kann bei einer höheren Position als die vorbestimmte Höhe mit der ersten Öffnung verbunden sein. Mit der Konfiguration sind sämtliche zweiten Zuführdurchlassanschlüsse bei niedrigeren Positionen angeordnet als zumindest einer der ersten Zuführdurchlassanschlüsse; daher kann sich das flüssige Wasser sicher hin zu dem zweiten zentralen Bereich der Dummy-Einheit bewegen, wodurch unterdrückt wird, dass flüssiges Wasser in die ersten zentralen Bereiche der Leistungserzeugungseinheiten eindringt.
Eine Summe von Durchlassquerschnittsbereichen des einen oder der mehreren zweiten Zuführdurchlässe kann kleiner sein als eine Summe von Durchlassquerschnittsbereichen des einen oder der mehreren ersten Zuführdurchlässe. Mit der Konfiguration ist die Summe der Durchlassquerschnittsbereiche der zweiten Zuführdurchlässe kleiner als die Summe der Durchlassquerschnittsbereiche der ersten Zuführdurchlässe; daher ist ein Druckverlust, wenn das Reaktionsgas zu der Dummy-Einheit strömt, größer als ein Druckverlust, wenn das Reaktionsgas zu den Leistungserzeugungseinheiten strömt, wodurch unterdrückt wird, dass das Reaktionsgas hin zu der Dummy-Einheit strömt.
Die Anzahl der zweiten Zuführdurchlässe kann kleiner sein als die Anzahl der ersten Zuführdurchlässe. Mit der Konfiguration ist die Anzahl der zweiten Zuführdurchlässe kleiner als die Anzahl der ersten Zuführdurchlässe; daher ist ein Druckverlust, wenn das Reaktionsgas zu der Dummy-Einheit strömt, größer als ein Druckverlust, wenn das Reaktionsgas zu den Leistungserzeugungseinheiten strömt, wodurch unterdrückt wird, dass das Reaktionsgas zu der Dummy-Einheit strömt.
Jede der mehreren Leistungserzeugungseinheiten kann mehr als einen ersten Zuführdurchlass umfassen und die zweiten Zuführdurchlässe können eine Konfiguration gemäß einer Gestalt umfassen, wenn einige der ersten Zuführdurchlässe von einer höheren Seite in der vertikalen Richtung von den ersten Zuführdurchlässen in der Leistungserzeugungseinheit entfernt sind. Mit der Konfiguration umfassen die zweiten Zuführdurchlässe der Dummy-Einheit die Konfiguration gemäß der Gestalt, wenn einige der ersten Zuführdurchlässe von einer höheren Seite in der vertikalen Richtung von den ersten Zuführdurchlässen in der Leistungserzeugungseinheit entfernt sind, wodurch einfach realisiert wird, dass die zweiten Zuführdurchlässe die vorstehend dargelegten Konfigurationen und Effekte davon aufweisen.
Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Arten und Weisen ausgeführt sein, und die vorliegende Erfindung kann beispielsweise ebenso in verschiedenen Arten und Weisen ausgeführt sein, wie ein Brennstoffzellensystem, eine Dummy-Einheit usw., welche von dem Brennstoffzellenstapel abweichen.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und worin:

1 eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenstapels ist;
2 eine Draufsicht ist, welche eine Leistungserzeugungseinheit schematisch zeigt;
3 eine erläuternde Ansicht ist, welche einen Querschnitt entlang eines zweiten Strömungsdurchlasses der Leistungserzeugungseinheit zeigt;
4 eine Draufsicht ist, welche eine Dummy-Einheit schematisch zeigt;
5 eine erläuternde Ansicht ist, welche einen Querschnitt entlang eines zweiten Strömungsdurchlasses der Dummy-Einheit zeigt;
6 eine vergrößerte, erläuternde Ansicht ist, welche eine Umgebung einer zweiten Öffnung der Leistungserzeugungseinheit zeigt;
7 eine vergrößerte, erläuternde Ansicht ist, welche eine Umgebung einer zweiten Öffnung der Dummy-Einheit zeigt;
8 eine Draufsicht ist, welche eine Dummy-Einheit einer zweiten Ausführungsform schematisch zeigt;
9 eine Schnittansicht ist, welche einen Querschnitt entlang eines zweiten Strömungsdurchlasses einer Dummy-Einheit einer weiteren Ausführungsform zeigt; und
10 eine erläuternde Ansicht ist, welche einen Schnitt X-X in 9 zeigt.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform:
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenstapels 10. Der Brennstoffzellenstapel 10 umfasst mehrere Leistungserzeugungseinheiten 100, Dummy-Einheiten 200, Stromsammelplatten 300, 310, elektrisch isolierende Platten 320, 330 und Endplatten 340, 350. Die mehreren Leistungserzeugungseinheiten 100 sind in der y-Richtung (einer horizontalen Richtung) zu einem gestapelten Körper gestapelt. Bei der ersten Ausführungsform ist die horizontale Richtung hier als die x-Richtung und die y-Richtung definiert und die vertikale Richtung ist als die z-Richtung definiert. Die Abwärtsrichtung der vertikalen Richtung entspricht der Gravitationsrichtung. Die Dummy-Einheiten 200 entsprechen Einheiten ohne eine Funktion zum Erzeugen von elektrischer Leistung, und diese sind bei Stapelenden auf beiden Seiten der mehreren gestapelten Leistungserzeugungseinheiten 100 in der y-Richtung angeordnet, wobei die mehreren Leistungserzeugungseinheiten 100 dazwischen gehalten sind. Die Dummy-Einheit 200 kann zumindest bei einem Stapelende der beiden Enden der mehreren Leistungserzeugungseinheiten 100 vorgesehen sein. Die Dummy-Einheiten 200 können in der Mitte der gestapelten Leistungserzeugungseinheiten 100 vorgesehen sein. Die Stromsammelplatten 300, 310 sind in der y-Richtung außerhalb der Dummy-Einheiten 200 vorgesehen, um die mehreren Leistungserzeugungseinheiten 100 und die Dummy-Einheiten 200 dazwischen zu halten. Die elektrisch isolierenden Platten 320, 330 sind in der y-Richtung außerhalb der Stromsammelplatte 300 angeordnet, um die mehreren Leistungserzeugungseinheiten 100, die Dummy-Einheiten 200 und die Stromsammelplatten 300, 310 dazwischen zu halten. Die Endplatten 340, 350 sind in der y-Richtung außerhalb der elektrisch isolierenden Platten 320, 330 angeordnet, um die mehreren Leistungserzeugungseinheiten 100, die Dummy-Einheiten 200, die Stromsammelplatten 300, 310 und die elektrisch isolierenden Platten 320, 330 dazwischen zu halten.
Der Brennstoffzellenstapel 10 umfasst erste bis sechste Verteiler bzw. Sammelrohre 41 bis 46. Die Verteiler 41 bis 46 erstrecken sich durch die mehreren Leistungserzeugungseinheiten 100, die Dummy-Einheit 200, die Stromsammelplatten 300, 310, die elektrisch isolierenden Platten 320, 330 und die Endplatte 340, diese erstrecken sich jedoch nicht durch die Endplatte 350. Die Verteiler 41 bis 46 können so konfiguriert sein, dass sich diese durch die Stromsammelplatte 310 und die elektrisch isolierenden Platte 330 nicht erstrecken. Von den Verteilern 41 bis 46 entsprechen der erste Verteiler 41 und der zweite Verteiler 42 Verteilern zum Zuführen des Reaktionsgases, und diese sind ebenso als „Reaktionsgas-Zuführverteiler“ bezeichnet. Der dritte Verteiler 43 und der vierte Verteiler 44 entsprechen Verteilern zum Abführen des Reaktionsgases, und diese sind ebenso als „Reaktionsgas-Abführverteiler“ bezeichnet. Die Reaktionsgas-Zuführverteiler sind in der vertikalen Richtung bei höheren Positionen als die Reaktionsgas-Abführverteiler ausgebildet. Der fünfte Verteiler 45 entspricht einem Kühlmittel-Zuführverteiler und der sechste Verteiler 46 entspricht einem Kühlmittel-Abführverteiler.
2 ist eine Draufsicht, welche jede Leistungserzeugungseinheit 100 schematisch zeigt. Wie in der später beschriebenen 3 gezeigt ist, besitzt jede tatsächliche Leistungserzeugungseinheit 100 eine Struktur, die einen Harzrahmen 160 hält, welcher eine Membranelektrodenanordnung 154 zwischen zwei Separatorplatten 170, 180 trägt. 2 zeigt schematisch jeweilige Komponenten zum Zwecke der Erläuterung von Strömungen eines Kathodengases und eines Anodengases. Obwohl auf spezifische Darstellungen verzichtet ist, entspricht ein zentraler Bereich 150 jeder Leistungserzeugungseinheit 100 einem Leistungserzeugungsbereich, und dieser ist mit der Membranelektrodenanordnung 154 in einem Zustand vorgesehen, in welchem diese durch den Harzrahmen 160 getragen ist. In dem zentralen Bereich 150 ist auf der Rückseite in der y-Richtung (die Tiefenseite in der Abbildung) ein Kathodengasströmungsdurchlass vorgesehen, durch welchen das Kathodengas strömt, und auf der Vorderseite in der y-Richtung (der vorderen Seite in der Abbildung) ist ein Anodengasströmungsdurchlass vorgesehen, durch welchen das Anodengas strömt, wobei die Membranelektrodenanordnung 154 dazwischen eingefügt ist. Es kann eine Konfiguration vorliegen, bei welcher die jeweiligen Bereiche, in welchen die Reaktionsgase strömen, gegeneinander ausgetauscht sind, so dass der Kathodengasströmungsdurchlass, in welchem das Kathodengas strömt, in der y-Richtung auf der vorderen Seite vorgesehen ist, bzw. der Anodengasströmungsdurchlass, in welchem das Anodengas strömt, auf der Rückseite in der y-Richtung vorgesehen ist. Erste bis vierte Öffnungen 141 bis 144, welche entsprechend die ersten bis vierten Verteiler 41 bis 44 in 1 bilden, wenn die Leistungserzeugungseinheiten 100 gestapelt sind, sind bei vier Ecken der Leistungserzeugungseinheiten 100 ausgebildet, welche die zentralen Bereiche 150 umgeben. Hier sind jede erste Öffnung 141 und jede zweite Öffnung 142 in der vertikalen Richtung bei höheren Positionen ausgebildet als eine Mitte 150o jedes zentralen Bereichs 150. Hier steht die „höhere Position“ in der vertikalen Richtung als die Mitte 150o des zentralen Bereichs 150 nicht für eine Position unmittelbar oberhalb der Mitte 150o, sondern diese steht für eine Position oberhalb einer horizontalen Linie, welche die Mitte 150o durchläuft. Jede fünfte Öffnung 145, welche den fünften Verteiler 45 bildet, ist zwischen jeder ersten Öffnung 141 und jeder vierten Öffnung 144 ausgebildet, und jede sechste Öffnung 146, welche den sechsten Verteiler 46 bildet, ist zwischen jeder zweiten Öffnung 142 und jeder dritte Öffnung 143 ausgebildet.
Jeweilige Umgebungen der ersten Öffnung 141 und der dritte Öffnung 143 sind mit ersten Strömungsdurchlässen 110 und dritten Strömungsdurchlässen 130 vorgesehen, welche die erste Öffnung 141 und die dritte Öffnung 143 entsprechend mit dem Kathodengasströmungsdurchlass des zentralen Bereichs 150 verbinden. Jeweilige Umgebungen der zweiten Öffnung 142 und der vierten Öffnung 144 sind entsprechend mit zweiten Strömungsdurchlässen 120 und vierten Strömungsdurchlässen 140 vorgesehen, welche die zweite Öffnung 142 und die vierte Öffnung 144 entsprechend mit dem Anodengasströmungsdurchlass des zentralen Bereichs 150 verbinden. Die ersten bis vierten Strömungsdurchlässe 110, 120, 130, 140 sind durch Nuten ausgebildet, welche in dem Harzrahmen 160 ausgebildet sind, und Nuten (vertiefte Abschnitte), welche in einer Oberfläche jeder Separatorplatte 170 oder 180 ausgebildet sind, welche jede Leistungserzeugungseinheit 110 bildet. Somit liegen bei Grenzen zwischen den jeweiligen Öffnungen 141 bis 144 und den jeweiligen Strömungsdurchlässen 110, 120, 130, 140 normalerweise Grenzlinien vor, zur Vereinfachung des Verständnisses ist auf eine Darstellung der Grenzlinien in 2 jedoch verzichtet.
Die zweiten Strömungsdurchlässe 120 sind durch mehrere zweite Strömungsdurchlässe 120a-120f, welche entlang der Gravitationsrichtung angeordnet sind, aufgebaut. Die ersten Strömungsdurchlässe 110 besitzen die gleiche Konfiguration. Die dritten Strömungsdurchlässe 130 und die vierten Strömungsdurchlässe 140 besitzen beinahe die gleiche Konfiguration.
3 ist eine erläuternde Abbildung, welche einen Querschnitt (ein Schnitt 3-3 in 2) entlang des zweiten Strömungsdurchlasses 120c der Leistungserzeugungseinheit 100 zeigt. 3 zeigt den Querschnitt entlang des zweiten Strömungsdurchlasses 120c, und die anderen zweiten Strömungsdurchlässe 120a, 120b, 120d bis 120f besitzen beinahe die gleiche Konfiguration. Jede Leistungserzeugungseinheit 100 umfasst den Harzrahmen 160, zwei Separatorplatten 170 und die Separatorplatte 180. Der Harzrahmen 160 ist durch Harz ausgebildet und hält die Membranelektrodenanordnung 154 in einer solchen Art und Weise, dass dieser die Membranelektrodenanordnung 154 umgibt. Die Membranelektrodenanordnung 154 umfasst einen Elektrolytfilm 151, eine Anodenkatalysatorschicht 152 und eine Kathodenkatalysatorschicht 153. Der Elektrolytfilm 151 ist durch einen Ionenaustausch-Harzfilm aufgebaut, welcher eine bevorzugte Protonenleitfähigkeit in einem nassen Zustand zeigt. Insbesondere ist der Elektrolytfilm 151 durch einen fluorharzbasierten Ionenaustausch-Harzfilm mit einer Sulfonatgruppe als eine Ionenaustauschgruppe, wie Nafion (eingetragene Marke) aufgebaut. Sowohl die Anodenkatalysatorschicht 152 als auch die Kathodenkatalysatorschicht 153 enthalten beispielsweise einen kohlenstofftragenden Katalysator (beispielsweise Platin) und ein Ionomer mit einer Sulfonatgruppe (-SO₃H). Auf der Anodenkatalysatorschicht 152 und der Kathodenkatalysatorschicht 153 sind entsprechend eine Anodengasdiffusionsschicht 155 und eine Kathodengasdiffusionsschicht 156 angeordnet. Die Anodengasdiffusionsschicht 155 und die Kathodengasdiffusionsschicht 156 sind durch Kohlepapier oder nicht gewebte Kohlenstofffasern ausgebildet. Zusätzlich können die Anodengasdiffusionsschicht 155 und die Kathodengasdiffusionsschicht 156 durch expandiertes Metall oder ein poröses metallisches Material, welches sich von Kohlepapier und nicht gewobenen Kohlenstofffasern unterscheidet, ausgebildet sein.
Die Separatorplatte 180 umfasst Vorsprünge 181, welche in Richtung hin zu einer Separatorplatte 170 einer anderen, benachbarten Leistungserzeugungseinheit 100 vorstehen. Die Separatorplatte 170 umfasst Aufnahmeabschnitte 171 bei Positionen gegenüberliegend zu den Vorsprüngen 181. Die Vorsprünge 181 werden gegen die Aufnahmeabschnitte 171 gedrückt, um zwischen der Leistungserzeugungseinheit 100 und einer anderen, benachbarten Leistungserzeugungseinheit 100 eine gegenseitige Abdichtung auszubilden. Zu beachten ist, dass zwischen den Vorsprüngen 181 und den Aufnahmeabschnitten 171 ein Haftmittel oder ein Dichtmaterial (nicht dargestellt) angeordnet ist. Die Abdichtung ist auch in der gleichen Konfiguration ausgebildet, wenn die benachbarte Einheit der Dummy-Einheit 200 entspricht. Es kann eine Konfiguration vorliegen, bei welcher jede Separatorplatte 170 mit den Vorsprungsabschnitten vorgesehen ist und jede Separatorplatte 180 mit den Aufnahmeabschnitten vorgesehen ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Konfiguration eingesetzt, um die Abdichtung zwischen den Vorsprüngen 181 und den Aufnahmeabschnitten 171 mit einem Haftmittel oder einem Dichtmaterial, welches zwischen diesen angeordnet ist, auszubilden, die Abdichtung kann jedoch unter Verwendung einer Dichtung bzw. Dichtplatte ausgebildet sein.
Jeder Harzrahmen 160 umfasst eine Nut 161. Ein Ende der Nut 161 ist mit der zweiten Öffnung 142 verbunden. Das andere Ende der Nut 161 verläuft zwischen dem Aufnahmeabschnitt 171, der einer bei einer Oberfläche der Separatorplatte 170 vorgesehenen Nut entspricht, und dem Harzrahmen 61, und ist mit der Anodengasdiffusionsschicht 155 auf der Anodenseite der Membranelektrodenanordnung 154 des zentralen Bereichs 150 verbunden. Der zweite Strömungsdurchlass 120c ist durch die Nut 161 und die in der Oberfläche der Separatorplatte 170 vorgesehene Nut (vertiefter Abschnitt) ausgebildet. Die anderen zweiten Strömungsdurchlässe 120a, 120b, 120d bis 120f, die ersten Strömungsdurchlässe 110, die dritten Strömungsdurchlässe 130 und die vierten Strömungsdurchlässe 140 sind durch die in dem Harzrahmen 160 ausgebildeten Nuten 161 und Nuten (vertiefte Abschnitte), welche in der Oberfläche der Separatorplatte 170 oder der Separatorplatte 180, welche jede Leistungserzeugungseinheit 100 bildet, ausgebildet.
4 ist eine Draufsicht, welche die Dummy-Einheit 200 schematisch zeigt. 5 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Querschnitt (einen Schnitt 5-5 in 4) entlang des zweiten Strömungsdurchlasses der Dummy-Einheit zeigt. Hier sind entsprechende Komponenten und dergleichen der in 4 und 5 gezeigten Dummy-Einheit 200 durch Bezugszeichen dargestellt, welche durch das Addieren von 100 zu den Bezugszeichen für die jeweiligen Komponenten und dergleichen der in 2 und 3 gezeigten Leistungserzeugungseinheit 100 erhalten werden. Die Elemente mit Bezugszeichen, welche durch Addieren von 100 zu den Bezugszeichen der jeweiligen Elemente und dergleichen der Leistungserzeugungseinheit 100 erhalten werden, weisen die gleiche Konfiguration auf wie diese der jeweiligen Elemente der Leistungserzeugungseinheit 100, und daher wird auf eine Beschreibung davon verzichtet. Die Leistungserzeugungseinheit 100 und die Dummy-Einheit 200 unterscheiden sich voneinander in den folgenden Punkten.
Jede Leistungserzeugungseinheit 100 umfasst die Membranelektrodenanordnung 154 in dem zentralen Bereich 150 davon; und jede Dummy-Einheit 200 umfasst keine Membranelektrodenanordnung, sondern diese umfasst stattdessen eine metallische Platte 290 in einem zentralen Bereich 250 davon. Die metallische Platte 290 besitzt eine Funktion, um zu verhindern, dass das Anodengas und das Kathodengas in dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200 vermischt werden. Unter Verwendung der metallischen Platte 290 ist es möglich, eine Anodengasdiffusionsschicht 255 und eine Kathodengasdiffusionsschicht 256 der Dummy-Einheit 200 elektrisch miteinander zu verbinden. Anstelle der Verwendung der metallischen Platte 290 kann ein Material mit einer Gasdurchlässigkeit und einer elektrischen Leitfähigkeit, wie Kohlenstoff, verwendet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Konfiguration eingesetzt, welche ermöglicht, dass das Anodengas und das Kathodengas in einer einzelnen Dummy-Zelle strömen. Stattdessen kann eine solche Konfiguration eingesetzt werden, welche zwei Dummy-Zellen anordnet: eine Zelle entspricht einer Dummy-Zelle für das Anodengas einschließlich ersten Strömungsdurchlässen 210 und dritten Strömungsdurchlässen 230, jedoch ohne zweite Strömungsdurchlässe 220 und ohne vierte Strömungsdurchlässe 240, und die andere Zelle entspricht einer Dummy-Zelle für das Kathodengas einschließlich der zweiten Strömungsdurchlässe 220 und der vierten Strömungsdurchlässe 240, jedoch ohne erste Strömungsdurchlässe 210 und dritte Strömungsdurchlässe 230. In diesem Fall strömt kein Kathodengas durch den zentralen Bereich der Dummy-Zelle für das Anodengas und kein Anodengas strömt durch den zentralen Bereich der Dummy-Zelle für das Kathodengas; daher ist es nicht notwendig, dass die beiden Dummy-Zellen die metallischen Platten 290 umfassen. In diesem Fall können die Dummy-Zelle für das Anodengas und die Dummy-Zellen für das Kathodengas benachbart zueinander angeordnet sein.
Die Leistungserzeugungseinheit 100 umfasst mehrere zweite Strömungsdurchlässe 120a bis 120f, welche entlang der Gravitationsrichtung als die zweiten Strömungsdurchlässe 120 angeordnet sind. Dabei umfasst die Dummy-Einheit 220 mehrere zweite Strömungsdurchlässe 220a bis 220c, welche entlang der Gravitationsrichtung als die zweiten Strömungsdurchlässe 220 angeordnet sind, diese umfasst jedoch keine zweiten Strömungsdurchlässe entsprechend den zweiten Strömungsdurchlässen 120d bis 120f. Dies ist bei den ersten Strömungsdurchlässen 210 gleich. Bei der vorliegenden Ausführungsform können die zweiten Strömungsdurchlässe 120a bis 120f der Leistungserzeugungseinheit 100 als die ersten Zuführdurchlässe der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, und die zweite Strömungsdurchlässe 220a bis 220c der Dummy-Einheit 200 der vorliegenden Erfindung können als die zweiten Zuführdurchlässe betrachtet werden.
6 ist eine vergrößerte, erläuternde Ansicht, welche die Umgebung der zweiten Öffnung 142 der Leistungserzeugungseinheit 100 zeigt. 7 ist eine vergrößerte, erläuternde Ansicht, welche die Umgebung einer zweiten Öffnung 242 der Dummy-Einheit 200 zeigt. Nachfolgend werden Unterschiede zwischen den zweiten Strömungsdurchlässen 120 der Leistungserzeugungseinheit 100 und den zweiten Strömungsdurchlässen 220 der Dummy-Einheit 200 beschrieben.

(i) Ein zweiter Strömungsdurchlassanschluss 220co, welcher bei der höchsten Position aus zweiten Strömungsdurchlassanschlüssen 220ao bis 220co angeordnet ist, bei welchen die jeweiligen zweiten Strömungsdurchlässe 220a bis 220c bei der Dummy-Einheit 200 mit der zweiten Öffnung 242 verbunden sind, ist in der vertikalen Richtung bei einer niedrigeren Position angeordnet als ein zweiter Strömungsdurchlassanschluss 120fo, der aus den zweiten Strömungsdurchlassanschlüssen 120ao bis 120fo, bei welchen die zweiten Strömungsdurchlässe 120a bis 120f bei der Leistungserzeugungseinheit 100 mit der zweiten Öffnung 142 verbunden sind, bei der höchsten Position angeordnet ist. Zu beachten ist, das erste Zuführdurchlassanschlüsse der vorliegenden Erfindung als die zweiten Strömungsdurchlassanschlüsse 120ao bis 120fo bei jeder Leistungserzeugungseinheit 100 betrachtet werden können, und zweite Zuführdurchlassanschlüsse der vorliegenden Erfindung als die zweiten Strömungsdurchlassanschlüsse 220ao bis 220co der Dummy-Einheit 200 betrachtet werden können.
(ii) Sämtliche zweiten Strömungsdurchlassanschlüsse 220ao bis 220co der Dummy-Einheit 200 sind bei Positionen kleiner als 1/2 einer Höhe H0 in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung 242 ausgehend von einer Bodenfläche 242b auf der unteren Seite in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung 242 mit der zweiten Öffnung 242 verbunden. Zumindest einer der zweiten Strömungsdurchlassanschlüsse 120ao bis 120fo der Leistungserzeugungseinheit 100, beispielsweise der zweite Strömungsdurchlassanschluss 120eo, ist bei einer Position größer bzw. höher als 1/2 der Höhe H0 in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung 142 ausgehend von einer Bodenfläche 142b auf der unteren Seite in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung 142 mit der zweiten Öffnung 142 verbunden.
(iii) Bei der vorliegenden Ausführungsform besitzen die zweiten Strömungsdurchlässe 220a bis 220c der Dummy-Einheit 200 eine Konfiguration gemäß einer Gestalt, wenn die zweiten Strömungsdurchlässe 120d bis 120f, welche drei oberen Strömungsdurchlässen in der vertikalen Richtung entsprechen, von den zweiten Strömungsdurchlässen 120a bis 120f der Leistungserzeugungseinheit 100 entfernt werden.
(iv) Eine Summe (Sda + Sdb + Sdc) von Durchlassquerschnittsbereichen der zweiten Strömungsdurchlässe 220a bis 220c der Dummy-Einheit 200 ist kleiner als eine Summe (Sga + Sgb + Sgc + Sgd + Sge + Sgf) der Durchlassquerschnittsbereiche der zweiten Strömungsdurchlässe 120a bis 120f der Leistungserzeugungseinheit 100. Hierbei entspricht ein Durchlassquerschnittsbereich eines Strömungsdurchlasses einem kleinsten Querschnittsbereich eines betreffenden Strömungsdurchlasses, wenn der Strömungsdurchlass bei einem Querschnitt durch den Strömungsdurchlass geschnitten ist. Mit anderen Worten, der Durchlassquerschnittsbereich entspricht dem kleinsten Querschnittsbereich jedes Strömungsdurchlasses.
(v) Die Anzahl (das heißt, 3) der zweiten Strömungsdurchlässe 220a bis 220c der Dummy-Einheit 200 ist kleiner als die Anzahl (das heißt, 6) der zweiten Strömungsdurchlässe 120a bis 120f der Leistungserzeugungseinheit 100.

Aufgrund der Unterschiede in (i) bis (v) werden bei der Leistungserzeugungseinheit 100 und der Dummy-Einheit 200 die folgenden Unterschiede bei Strömungen des flüssigen Wassers und des Reaktionsgases hervorgerufen.
Wenn das flüssige Wasser in den in 1 gezeigten zweiten Verteiler 42 eindringt, strömt das flüssige Wasser entlang der Bodenfläche (der Bodenfläche 142b in 6 oder der Bodenfläche 242b in 7) auf der unteren Seite in der Gravitationsrichtung des zweiten Verteilers 42. Falls, wie in (i) gezeigt ist, der zweite Strömungsdurchlassanschluss 220co bei der höchsten Position aus den zweiten Strömungsdurchlassanschlüssen 220ao bis 220co in der vertikalen Richtung bei einer niedrigeren Position als der zweite Strömungsdurchlassanschluss 120fo bei der höchsten Position aus den zweiten Strömungsdurchlassanschlüssen 120ao bis 120fo angeordnet ist, ist es wahrscheinlicher, dass das flüssige Wasser hin zu den zweiten Strömungsdurchlässen 220a bis 220c der Dummy-Einheit 220 strömt, als hin zu den zweiten Strömungsdurchlässen 120a bis 120f der Leistungserzeugungseinheit 100. Folglich bewegt sich das flüssige Wasser auf einfachere Art und Weise hin zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200 als hin zu dem zentralen Bereich 150 der Leistungserzeugungseinheit 100, so dass der Betrag des sich über die Dummy-Einheit 200 bzw. darüber hinaus hin zu dem zentralen Bereich 150 der Leistungserzeugungseinheit 100 benachbart zu der Dummy-Einheit 200 bewegenden flüssigen Wassers kleiner wird, wodurch unterdrückt wird, dass das flüssige Wasser in eine bestimmte Leistungserzeugungseinheit eindringt.
Gemäß der Konfiguration in (i) werden, wenn das flüssige Wasser in den zweiten Verteiler 42 eindringt, die zweiten Strömungsdurchlassanschlüsse 220ao bis 220co der Dummy-Einheit 200 früher verschlossen als die zweiten Strömungsdurchlassanschlüsse 120do bis 120fo der Leistungserzeugungseinheit 100, da die zweiten Strömungsdurchlassanschlüsse 220ao bis 220co der Dummy-Einheit 200 in der vertikalen Richtung bei niedrigeren Positionen angeordnet sind als die zweiten Strömungsdurchlassanschlüsse 120do bis 120fo der Leistungserzeugungseinheit 100. Folglich bewegt sich das flüssige Wasser aufgrund einer Druckdifferenz zwischen dem zweiten Verteiler 42 und dem zentralen Bereich 250 einfacher durch die zweiten Strömungsdurchlässe 220a bis 220c hin zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200.
Zu beachten ist, dass irgendeine der folgenden Bedingungen erfüllt sein kann, um (i) zu erfüllen. (a) Eine Höhe H3 ausgehend von der Bodenfläche 242b der zweiten Öffnung 242 der Dummy-Einheit 200 hin zu einer höchsten Position P3 in der vertikalen Richtung des zweiten Strömungsdurchlassanschlusses 220co ist niedriger als eine Höhe H1 ausgehend von der Bodenfläche 142b der zweiten Öffnung 142 der Leistungserzeugungseinheit 100 hin zu einer höchsten Position P1 in der vertikalen Richtung des zweiten Strömungsdurchlassanschlusses 120fo. (b) Die Höhe H3 ausgehend von der Bodenfläche 242b der zweiten Öffnung 242 der Dummy-Einheit 200 hin zu der höchsten Position P3 in der vertikalen Richtung des zweiten Strömungsdurchlassanschlusses 220co ist niedriger als eine Höhe H2 ausgehend von der Bodenfläche 142b der zweiten Öffnung 142 der Leistungserzeugungseinheit 100 hin zu einer niedrigsten Position P2 in der vertikalen Richtung des zweiten Strömungsdurchlassanschlusses 120fo. Zu beachten ist, das (a) notwendigerweise erfüllt ist, falls (b) erfüllt ist.
Wie in (ii) gezeigt ist, sind sämtliche zweiten Strömungsdurchlassanschlüsse 220ao bis 220co der Dummy-Einheit 200 bei Positionen niedriger als 1/2 der Höhe H0 in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung 242 mit der zweiten Öffnung 242 verbunden; und falls zumindest einer der zweiten Strömungsdurchlassanschlüsse 120ao bis 120fo der Leistungserzeugungseinheit 100 bei einer Position höher als 1/2 der Höhe H0 in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung 142 mit der zweiten Öffnung 142 verbunden ist, wie bei (i), strömt das flüssige Wasser aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem zweiten Verteiler 42 und dem zentralen Bereich 250 einfacher hin zu den zweiten Strömungsdurchlässen 220a bis 220c der Dummy-Einheit 200 als hin zu den zweiten Strömungsdurchlässen 120a bis 120f der Leistungserzeugungseinheit 100. Folglich bewegt sich das flüssige Wasser einfacher hin zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200 als hin zu dem zentralen Bereich 150 der Leistungserzeugungseinheit 100, so dass der Betrag des sich über die Dummy-Einheit 200 bzw. darüber hinaus hin zu dem zentralen Bereich 150 der Leistungserzeugungseinheit 100 benachbart zu der Dummy-Einheit 200 bewegenden flüssigen Wassers kleiner wird, um somit zu unterdrücken, dass das flüssige Wasser in eine bestimmte Leistungserzeugungseinheit eindringt.
Falls (ii) erfüllt ist, gibt es ferner keinen Strömungsdurchlass, der sich von einer Position höher als 1/2 der Höhe H0 in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung 242 hin zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200 erstreckt; daher ist es schwierig, dass das Reaktionsgas in Richtung hin zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200 strömt, wodurch unterdrückt wird, dass das Reaktionsgas verschwenderisch verwendet wird.
Zu beachten ist, dass (i) notwendigerweise erfüllt ist, wenn (ii) erfüllt ist, und ferner unterdrückt wird, dass das Reaktionsgas verschwenderisch verwendet wird, was vorzuziehen ist. Unter Berücksichtigung der Bewegung des flüssigen Wassers ist es jedoch ausreichend, lediglich (i) zu erfüllen, und es ist vorzuziehen, jedoch nicht notwendig, (ii) zu erfüllen. Bei (i) entspricht 1/2 der Höhe H0 in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung 242 lediglich einem Beispiel und dies kann 1/3, 2/3 oder 1/4 der Höhe H0 entsprechen. Es kann jede höher als die Referenz eingestellt sein, die nicht kleiner als 0 ist. Das heißt, es ist lediglich erforderlich, dass alle zweiten Zuführdurchlassanschlüsse 220ao bis 220co der Dummy-Einheit 200 bei Positionen niedriger als eine vorbestimmte Höhe ausgehend von der Bodenfläche auf der unteren Seite in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung 242 mit der zweiten Öffnung 242 verbunden sind, und zumindest einer der zweiten Strömungsdurchlassanschlüsse (die ersten Zuführdurchlassanschlüsse) 120ao bis 120fo der Leistungserzeugungseinheit 100 ist bei einer Position höher als die vorbestimmte Höhe mit der zweiten Öffnung 142 verbunden ist. Die vorbestimmte Höhe kann beispielsweise so eingestellt sein, dass diese der Höhe H3 bei der höchsten Position P3 der zweiten Zuführdurchlassanschlüsse 220ao bis 220co der Dummy-Einheit 200 entspricht. Es ist vorzuziehen, die Höhe H3 möglichst klein einzustellen. Wenn die Höhe H3 kleiner ist, werden die zweiten Strömungsdurchlässe 220 der Dummy-Einheit 200 früher geschlossen als die zweiten Strömungsdurchlässe 120 der Leistungserzeugungseinheit 100. Folglich bewegt sich das flüssige Wasser aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem zweiten Verteiler 42 und dem zentralen Bereich 250 einfacher durch die zweiten Strömungsdurchlässe 220a bis 220c hin zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200.
Wie in (iii) gezeigt ist, ist die Anforderung (i) notwendigerweise erfüllt, falls die zweiten Strömungsdurchlässe 220a bis 220c der Dummy-Einheit 200 die Konfiguration gemäß der Gestalt besitzen, wenn die zweiten Strömungsdurchlässe 120d bis 120f der Leistungserzeugungseinheit 100, welche drei oberen Strömungsdurchlässen in der vertikalen Richtung entsprechen, von den zweiten Strömungsdurchlässen 120a bis 120f der Leistungserzeugungseinheit 100 entfernt sind. Entsprechend strömt das flüssige Wasser, wie bei (i), viel einfacher hin zu den zweiten Strömungsdurchlässen 220a bis 220c der Dummy-Einheit 200 als hin zu den zweiten Strömungsdurchlässen 120a bis 120f der Leistungserzeugungseinheit 100. Folglich bewegt sich das flüssige Wasser viel einfacher hin zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200 als hin zu dem zentralen Bereich 150 der Leistungserzeugungseinheit 100, so dass der Betrag des sich hin zu dem zentralen Bereich 150 der Leistungserzeugungseinheit 100 benachbart zu der Dummy-Einheit 200 bewegenden flüssigen Wassers kleiner wird, um somit zu unterdrücken, dass das flüssige Wasser in eine bestimmte Leistungserzeugungseinheit eindringt. Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Anzahl der zweiten Strömungsdurchlässe der Leistungserzeugungseinheit 100 sechs und die Anzahl der zweiten Strömungsdurchlässe 220 der Dummy-Einheit 200 entspricht drei; falls jedoch die Anzahl der zweiten Strömungsdurchlässe der Leistungserzeugungseinheit 100 zwei oder mehr entspricht, ist es möglich, (iii) zu erfüllen. Nachdem die Leistungserzeugungseinheit 100 gestaltet ist, ist es möglich, die Dummy-Einheit 200 einfach durch Entfernen der Konfiguration gemäß der zweiten Strömungsdurchlässe 120d bis 120f zu gestalten, und somit können die Entwicklungskosten reduziert werden.
Falls (iii) erfüllt ist, besitzt die Dummy-Einheit 200 keinen Strömungsdurchlass, welcher den zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200 bei einer höheren Position in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung 242 im Vergleich zu der Leistungserzeugungseinheit 100 erreicht; daher ist es schwieriger für das Reaktionsgas, hin zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200 zu strömen, und somit ist es möglich, zu unterdrücken, dass das Reaktionsgas verschwenderisch verwendet wird. Zusätzlich ist, wie vorstehend erwähnt ist, falls (iii) erfüllt ist, (i) notwendigerweise erfüllt, was im Lichte des Unterdrückens einer verschwenderischen Verwendung des Reaktionsgases vorzuziehen ist, falls jedoch die Bewegung des flüssigen Wassers berücksichtigt wird, ist es ausreichend, lediglich (i) zu erfüllen, und es ist nicht notwendig, (iii) zu erfüllen.
Wie in (iv) gezeigt ist, ist es möglich, einen Druckverlust, wenn das Reaktionsgas hin zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200 strömt, größer einzustellen als einen Druckverlust, wenn das Reaktionsgas zu dem zentralen Bereich 150 der Leistungserzeugungseinheit 100 strömt, falls die Summe (Sda + Sdb + Sdc) der Durchlassquerschnittsbereiche der zweiten Strömungsdurchlässe 220a bis 220c der Dummy-Einheit 200 kleiner eingestellt ist als die Summe (Sga + Sgb + Sgc + Sgd + Sge + Sgf) der Durchlassquerschnittsbereiche der zweiten Strömungsdurchlässe 120a bis 120f der Leistungserzeugungseinheit 100. Folglich ist es möglich, zu unterdrücken, dass das Reaktionsgas zu der Dummy-Einheit strömt. Es ist ausreichend, dass die Summe der Durchlassquerschnittsbereiche der zweiten Strömungsdurchlässe 220a bis 220c kleiner ist als die Summe der Durchlassquerschnittsbereiche der zweiten Strömungsdurchlässe 120a bis 120f, und es ist nicht notwendig, jeweilige Durchlassquerschnittsbereiche der entsprechenden Strömungsdurchlässe, wie Sda und Sga, Sdb und Sgb und Sdc und Sgc, anzugleichen. Zu beachten ist, dass (iv) nicht erfüllt sein kann, falls (i) erfüllt ist.
Falls die jeweiligen Durchlassquerschnittsbereiche der zweiten Strömungsdurchlässe 220a bis 220c der Dummy-Einheit 200 und die jeweiligen Durchlassquerschnittsbereiche der zweiten Strömungsdurchlässe 120a bis 120f der Leistungserzeugungseinheit 100 im Wesentlichen gleich zueinander sind, ist die Summe der Durchlassquerschnittsbereiche proportional zu der Anzahl der zweiten Strömungsdurchlässe. Wie in (v) gezeigt ist, ist, falls die Anzahl (drei) der zweiten Strömungsdurchlässe 220a bis 220c der Dummy-Einheit 200 kleiner eingestellt ist als die Anzahl (sechs) der zweiten Strömungsdurchlässe 120a bis 120f der Leistungserzeugungseinheit 100, die Summe der Durchlassquerschnittsbereiche bei der Anzahl der zweiten Strömungsdurchlässe 220a bis 220c der Dummy-Einheit 200 kleiner als die Summe der Durchlassquerschnittsbereiche der zweiten Strömungsdurchlässe 120a bis 120f der Leistungserzeugungseinheit 100. Folglich ist, wie bei (iv), der Druckverlust, wenn das Reaktionsgas zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200 strömt, größer als der Druckverlust, wenn das Reaktionsgas zu den zentralen Bereich 150 der Leistungserzeugungseinheit 100 strömt, um dadurch zu unterdrücken, dass das Reaktionsgas zu der Dummy-Einheit strömt. Falls (i) erfüllt ist, kann (v) nicht erfüllt sein.
Zweite Ausführungsform:
8 ist eine Draufsicht, welche die Dummy-Einheit 200 der zweiten Ausführungsform schematisch zeigt. Abweichend zu der ersten Ausführungsform ist bei der zweiten Ausführungsform für die zweiten Strömungsdurchlässe 220 der Dummy-Einheit 200 ein einzelner zweiter Strömungsdurchlass 220g mit der Bodenfläche 242b, die bei einer unteren Position in der Gravitationsrichtung der zweiten Öffnung 242 angeordnet ist, verbunden. Bei dem in 8 gezeigten Beispiel zeigt der zweite Strömungsdurchlass 220g eine gebogene Gestalt, dieser kann jedoch eine gerade Gestalt besitzen, wie bei dem zweiten Strömungsdurchlass 220a, wie in 4 der ersten Ausführungsform gezeigt. In diesem Fall besitzt die Dummy-Einheit 200 eine solche Konfiguration, dass die zweiten Strömungsdurchlässe 120b bis 120f mit Ausnahme des zweiten Strömungsdurchlasses 120a von der Leistungserzeugungseinheit 100 entfernt sind.
Bei der zweiten Ausführungsform ist der zweite Strömungsdurchlassanschluss 220go des zweiten Strömungsdurchlasses 220g bei der gleichen Höhe wie dieser der Bodenfläche 242b der zweiten Öffnung 242 angeordnet, und somit ist H3 = 0 erfüllt. Somit ist (i), wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, erfüllt. Entsprechend wird es ebenso wie bei der ersten Ausführungsform auch bei der zweiten Ausführungsform einfacher, das flüssige Wasser hin zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200 zu bewegen, wodurch unterdrückt wird, dass das Wasser in den zentralen Bereich 150 der Leistungserzeugungseinheit 100 eindringt. Ferner ist der zweite Strömungsdurchlassanschluss 220go des lediglich einen zweiten Strömungsdurchlasses 220g geschlossen. Folglich bewegt sich das flüssige Wasser aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem zweiten Verteiler 42 und dem zentralen Bereich 250 auf einfache Art und Weise durch den zweiten Strömungsdurchlass 220g hin zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200. Entsprechend bewegt sich das flüssige Wasser im Vergleich zu der ersten Ausführungsform viel einfacher zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200. Folglich wird der Betrag des sich hin zu dem zentralen Bereich 150 der Leistungserzeugungseinheit 100 benachbart zu der Dummy-Einheit 200 bewegenden flüssigen Wassers noch kleiner, wodurch unterdrückt wird, dass das flüssige Wasser in eine bestimmte Leistungserzeugungseinheit 100 eindringt.
Der lediglich eine zweite Strömungsdurchlass 220g ist mit der Bodenfläche 242b verbunden, es besteht keine Route, bei welcher das Reaktionsgas zu der Dummy-Einheit 200 strömt und die Summe der Durchlassquerschnittsbereiche bei den zweiten Strömungsdurchlässen 220 ist noch kleiner, und damit wird es schwierig für das Reaktionsgas, in den zentralen Bereich 150 der Dummy-Einheit 200 einzudringen, um dadurch die Verschwendung des Reaktionsgases weiter zu vermeiden.
Bei den ersten und zweiten Ausführungsformen wurde die Beschreibung durch beispielhaftes Darstellen der zweiten Strömungsdurchlässe 120, 220, welche das Anodengas zuführen, vorgesehen, die gleiche Konfiguration kann jedoch bei den ersten Strömungsdurchlässen 110, 210 eingesetzt werden, welche das Kathodengas zuführen. In diesem Fall können die ersten Strömungsdurchlässe 110 der Leistungserzeugungseinheit 100 als die ersten Zuführdurchlässe der vorliegenden Erfindung betrachtet werden, und die ersten Strömungsdurchlässe 210 der Dummy-Einheit 200 können als die zweiten Zuführdurchlässe betrachtet werden.
Erste Variation:
9 ist eine Querschnittansicht entlang des zweiten Strömungsdurchlasses 220c der Dummy-Einheit 200 der ersten Variation. 10 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen X-X-Schnitt in 9 zeigt. Die erste Variation unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform dahingehend, dass die zweiten Strömungsdurchlässe 220 bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform durch Nuten 261 ausgebildet sind, die in einem Harzrahmen 260 ausgebildet sind, die zweiten Strömungsdurchlässe 220 sind bei der ersten Variation jedoch durch Strömungsdurchlassausbildungsabschnitte 273 ausgebildet, die in einer Separatorplatte 270 ausgebildet sind. Obwohl dies in der Abbildung nicht dargestellt ist, sind die ersten Strömungsdurchlässe 210 der Dummy-Einheit 200 durch Strömungsdurchlassausbildungsabschnitte ausgebildet, die in einer Separatorplatte 280 ausgebildet sind. Dies ist bei dem dritten Strömungsdurchlass 230 und dem vierten Strömungsdurchlass 240 der Dummy-Einheit 200 gleich. Es ist ebenso bei der Leistungserzeugungseinheit 100 gleich. Auf diese Art und Weise können die ersten bis vierten Strömungsdurchlässe nicht unter Verwendung der Nuten 261, 161 der Harzrahmen 260, 160 ausgebildet sein, sondern unter Verwendung der Separatorplatten. Falls die ersten bis vierten Strömungsdurchlässe jedoch, wie bei den ersten und den zweiten Ausführungsformen, unter Verwendung der Nuten 261, 161 der Harzrahmen 260, 160 ausgebildet sind, können die Separatorplatten 170, 180 der Leistungserzeugungseinheit 100 und die Separatorplatten 270, 280 der Dummy-Einheit 200 gemeinsam verwendet werden, so dass die Notwendigkeit zum separaten Vorbereiten derselben entfällt. Folglich können Matrizen bzw. Gesenke der Separatorplatten 170, 270 gemeinsam verwendet werden und Gesenke der Separatorplatten 180 und 280 können gemeinsam verwendet werden, wodurch ein Vorteil bereitgestellt wird, dass die Herstellungskosten reduziert werden können.
Zweite Variation:
Bei den vorgenannten ersten und zweiten Ausführungsformen sind die Einführströmungsdurchlässe und die Abführströmungsdurchlässe des Reaktionsgases durch das Ausbilden der Nuten 261 in dem Harzrahmen 260 ausgebildet. Der Harzrahmen kann durch Spritzgießen ausgebildet sein und unter Verwendung eines Grundmaterials und einer auf beiden Oberflächen des Grundmaterials aufgebrachten Klebeschicht ausgebildet sein.
Dritte Variation:
Bei den vorgenannten jeweiligen Ausführungsformen und Variationen wurden die Positionen der zweiten Strömungsdurchlassanschlüsse 120fo, 220co, die bei den obersten Positionen in der vertikalen Richtung angeordnet sind, beschrieben, es wurde jedoch keine bestimmte Beschreibung hinsichtlich der Positionen der bei den untersten Positionen in der vertikalen Richtung angeordneten zweiten Strömungsdurchlassanschlüssen 120ao, 220ao vorgesehen; der zweite Strömungsdurchlassanschluss 220ao der Dummy-Einheit 200 kann in der vertikalen Richtung jedoch bei einer niedrigeren Position als der zweite Strömungsdurchlassanschluss 120ao der Leistungserzeugungseinheit 100 vorgesehen sein. Hierbei bedeutet das Vorsehen des zweiten Strömungsdurchlassanschlusses 220ao der Dummy-Einheit 200 bei einer niedrigeren Position als der zweite Strömungsdurchlassanschluss 120ao der Leistungserzeugungseinheit 100 in der vertikalen Richtung, dass die niedrigste Position des zweiten Strömungsdurchlassanschlusses 220ao der Dummy-Einheit 200 in der vertikalen Richtung weiter unten angeordnet sein kann als die untersten Position des zweiten Strömungsdurchlassanschlusses 120ao der Leistungserzeugungseinheit 100. Es ist noch bevorzugter, dass die untersten Position des zweiten Strömungsdurchlassanschlusses 220ao der Dummy-Einheit 200 in der vertikalen Richtung bei einer niedrigeren Position als die höchste Position des zweiten Strömungsdurchlassanschlusses 120ao der Leistungserzeugungseinheit 100 angeordnet ist. Bei der dritten Variation ist es wahrscheinlich, dass das flüssige Wasser von dem zweiten Strömungsdurchlassanschluss 220ao der Dummy-Einheit 200, welcher bei einer niedrigsten Position angeordnet ist, durch die Schwerkraft zu dem zentralen Bereich 250 davon strömt, und daher wird der Betrag des sich hin zu dem zentralen Bereich 150 der Leistungserzeugungseinheit 100 benachbart zu der Dummy-Einheit 200 bewegenden flüssigen Wassers weiter kleiner, um dadurch zu unterdrücken, dass das flüssige Wasser in eine bestimmte Leistungserzeugungseinheit 100 eindringt. Es ist noch bevorzugter, dass der bei der obersten Position in der vertikalen Richtung angeordnete zweite Strömungsdurchlassanschluss der Dummy-Einheit 200 in der vertikalen Richtung bei einer niedrigeren Position als der zweite Strömungsdurchlassanschluss 120ao bei der untersten bzw. niedrigsten Position in der vertikalen Richtung der Leistungserzeugungseinheit 100 angeordnet ist. Wenn das flüssige Wasser den bei der untersten Position in der vertikalen Richtung angeordneten zweiten Strömungsdurchlassanschluss 120ao der Leistungserzeugungseinheit 100 erreicht, wird der zweite Strömungsdurchlassanschluss der Dummy-Einheit 200 durch das flüssige Wasser sicher geschlossen; daher wird es einfacher, das flüssige Wasser hin zu dem zentralen Bereich 250 der Dummy-Einheit 200 zu bewegen. Folglich kann der Betrag des sich hin zu dem zentralen Bereich 150 der Leistungserzeugungseinheit 100 benachbart zu der Dummy-Einheit 200 bewegenden flüssigen Wassers weiter reduziert werden, um dadurch zu unterdrücken, dass das flüssige Wasser in eine bestimmte Leistungserzeugungseinheit 100 eindringt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen und Variationen beschränkt und kann in verschiedenen Formen ausgeführt sein, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, abzuweichen. Beispielsweise ist es möglich, irgendeines der technischen Merkmale der in der Kurzfassung der Erfindung beschriebenen Aspekte der vorliegenden Erfindung und der technischen Merkmale der vorstehend erwähnten Ausführungsformen und Variationen der vorliegenden Erfindung geeignet zu ersetzen oder zu kombinieren, um einen Teil oder die Gesamtheit der vorstehend erwähnten Probleme zu lösen oder einen Teil oder die Gesamtheit der vorstehend erwähnten Effekte zu erreichen. Jedes der technischen Merkmale kann geeignet gestrichen werden, falls dieses in der vorliegenden Spezifikation nicht als essenziell erläutert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015069737 [0002]
JP 2015069737 A [0002]

Claims

Brennstoffzellenstapel, aufweisend: mehrere gestapelte Leistungserzeugungseinheiten (100), welche jeweils einen ersten zentralen Bereich (150) besitzen, in welchem ein Reaktionsgas strömt, wobei der erste zentrale Bereich (150) einem Bereich zum Erzeugen von elektrischer Leistung entspricht; und eine Dummy-Einheit mit einem zweiten zentralen Bereich (250), in welchem das Reaktionsgas strömt, wobei der zweite zentrale Bereich (250) einem Bereich entspricht, der nicht zum Erzeugen von elektrischer Leistung dient, wobei die Dummy-Einheit bei zumindest einem Stapelende der mehreren gestapelten Leistungserzeugungseinheiten (100) vorgesehen ist, wobei jede der mehreren Leistungserzeugungseinheiten (100) umfasst: eine erste Öffnung (142) bei einer Position außerhalb des ersten zentralen Bereichs (150) der Leistungserzeugungseinheit, wobei die Position in einer vertikalen Richtung höher liegt als eine Mitte des ersten zentralen Bereichs (150), wobei die erste Öffnung (142) in einem Zustand, in welchem die mehreren Leistungserzeugungseinheiten (100) und die Dummy-Einheit (200) gestapelt sind, einen Reaktionsgas-Zuführverteiler bereitstellt; und einen oder mehrere erste Zuführdurchlässe (120a bis 120f), die sich ausgehend von der ersten Öffnung (142) hin zu dem ersten zentralen Bereich (150) erstrecken, wobei die Dummy-Einheit (200) umfasst: eine zweite Öffnung (242), welche bei einer Position außerhalb des zweiten zentralen Bereichs (250) der Dummy-Einheit (200) angeordnet ist, wobei die Position in der vertikalen Richtung höher liegt als eine Mitte des zweiten zentralen Bereichs (250), wobei die zweite Öffnung (242) in einem Zustand, in welchem die mehreren Leistungserzeugungseinheiten (100) und die Dummy-Einheit (200) gestapelt sind, den Reaktionsgas-Zuführverteiler bereitstellt; und einen oder mehrere zweite Zuführdurchlässe (220a bis 220c), die sich ausgehend von der zweiten Öffnung (242) hin zu dem zweiten zentralen Bereich (250) erstrecken, und wobei ein zweiter Zuführdurchlassanschluss (220co), der aus zweiten Zuführdurchlassanschlüssen (220ao bis 220co) in der vertikalen Richtung bei einer höchsten Position angeordnet ist, bei welchen die zweiten Zuführdurchlässe (220a bis 220c) bei der Dummy-Einheit (200) mit der zweiten Öffnung (242) verbunden sind, in der vertikalen Richtung bei einer niedrigeren Position angeordnet ist als ein erster Zuführdurchlassanschluss (120fo), der aus ersten Zuführdurchlassanschlüssen (120ao bis 120fo), bei welchen die ersten Zuführdurchlässe (120a bis 120f) bei der Leistungserzeugungseinheit mit der ersten Öffnung (142) verbunden sind, bei einer höchsten Position angeordnet ist.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei sämtliche zweiten Zuführdurchlassanschlüsse (220ao bis 220co) bei Positionen mit der zweiten Öffnung (242) verbunden sind, die in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung (242) niedriger liegen als eine vorbestimmte Höhe ausgehend von einer Bodenfläche auf einer unteren Seite in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung (242), und zumindest einer der ersten Zuführdurchlassanschlüsse (120ao bis 120fo) bei einer höheren Position als die vorbestimmte Höhe mit der ersten Öffnung (242) verbunden ist.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Höhe 1/2 einer Höhe (H0) in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung (242) ausgehend von der Bodenfläche (242b) auf der unteren Seite in der vertikalen Richtung der zweiten Öffnung (242) entspricht.
Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Summe von Durchlassquerschnittsbereichen des einen oder der mehreren zweiten Zuführdurchlässe (220a bis 220c) kleiner ist als eine Summe von Durchlassquerschnittsbereichen des einen oder der mehreren ersten Zuführdurchlässe (120a bis 120f).
Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anzahl der zweiten Zuführdurchlässe (220a bis 220c) geringer ist als die Anzahl der ersten Zuführdurchlässe (120a bis 120f).
Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede der mehreren Leistungserzeugungseinheiten (100) mehr als einen ersten Zuführdurchlass (120a bis 120f) umfasst, und die zweiten Zuführdurchlässe (220a bis 220c) eine Konfiguration gemäß einer Gestalt umfassen, wenn einige der ersten Zuführdurchlässe (120a bis 120f) von einer höheren Seite in der vertikalen Richtung von den ersten Zuführdurchlässen (120a bis 120f) in der Leistungserzeugungseinheit entfernt sind.
Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 6, wobei die zweiten Zuführdurchlässe (220a bis 220c) die gleiche Gestalt besitzen, wie die Gestalt, wenn einige der ersten Zuführdurchlässe (120a bis 120f) von der höheren Seite in der vertikalen Richtung von den ersten Zuführdurchlässen (120a bis 120f) in der Leistungserzeugungseinheit entfernt sind.