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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Endscheibe.
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Wie in der Druckschrift
JP 2016-91845 A offenbart ist, ist eine an einem Fahrzeug wie zum Beispiel einem Automobil montierte Brennstoffzelle mit einer Endscheibe ausgestattet, die als ein Krümmer funktioniert, um zu verursachen, dass ein Fluid, insbesondere ein Brennstoffgas, ein Oxidationsgas und ein Kühlmittel durch den Zellenstapel der Brennstoffzelle strömt. Die Brennstoffzelle wird durch ein Kühlmittel gekühlt, das zu dem Zellenstapel über die Endscheibe zugeführt und davon abgegeben wird, während Leistung und Verwendung von Brennstoffgas und Oxidationsgas erzeugt wird, das über die Endscheibe zu dem Zellenstapel zugeführt und von diesem abgegeben wird.
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Die Endscheibe ist als Rechteck geformt, das ein Paar von horizontalen langen Seiten und ein Paar von vertikalen kurzen Seiten aufweist. Die Endscheibe weist eine gegenüberliegende Oberfläche auf, die in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels zu einem Ende gerichtet ist, eine Aussparung die sich in die gegenüberliegende Oberfläche öffnet und einen Strömungspfad ausbildet, durch den das Kühlmittel strömt. Die Aussparung erstreckt sich in der horizontalen Richtung entlang der gegenüberliegenden Oberfläche. Die Endscheibe weist ebenfalls Rippen auf der Bodenoberfläche der Aussparung auf. Die Rippen ragen zu der Öffnungsposition zu der Aussparung vor, sind in Abständen in der vertikalen Richtung bereitgestellt, und sind ausgebildet, um sich in der horizontalen Richtung zu erstrecken.
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Die Aussparung weist an einem Ende in der horizontalen Richtung einen Einlass auf, durch den ein Kühlmittel einströmt, und an dem anderen Ende in der horizontalen Richtung einen Auslass, durch den das Kühlmittel ausströmt. Der Auslass ist an einer Position angeordnet ist, die höher als der Einlass liegt, da die Luft in dem Kühlmittel in dem Strömungspfad in der Aussparung verbleiben kann, falls der Auslass an einer Position tiefer als der Einlass angeordnet ist.
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Die gegenüberliegende Oberfläche, die Aussparung und die Rippen in der Endscheibe sind durch eine Kunststoffschicht bedeckt. Wenn die Endscheibe an einem Gehäuse befestigt ist, das den Zellenstapel umgibt, berühren der Abschnitt der Kunststoffschicht, der die gegenüberliegende Oberfläche bedeckt, und die Abschnitte der Kunststoffschicht, die die distalen Endflächen in der Vorragerichtung der Rippen bedecken, das Ende in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels. In diesem Fall wird der Zellenstapel in der Zellenstapelrichtung durch die gegenüberliegende Oberfläche und die Rippen so gedrückt, dass die bevorzugte Zellenstapelstruktur des Zellenstapels beibehalten bleibt.
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Zu dieser Zeit ist die Öffnung der Aussparung, die in der gegenüberliegenden Oberfläche der Endscheibe ausgebildet ist, durch das Ende in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels geschlossen. Dies bildet den Strömungspfad innerhalb der Aussparung aus, durch den das Kühlmittel strömt. Der Abschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass in diesem Strömungspfad ist durch die Rippen untereilt, die in Abständen in der vertikalen Richtung bereitgestellt sind. Das Kühlmittel strömt in der horizontalen Richtung durch die Abschnitte in dem Strömungspfad, die durch die Rippen unterteilt sind. Das Kühlmittel kühlt das Ende in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels.
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Das Fluid in dem Strömungspfad und die Endscheibe sind voneinander durch einen Abschnitt der Kunststoffschicht isoliert, die die innere Oberfläche der Aussparung und die äußeren Oberflächen der Rippen bedeckt. Die Endscheibe und der Zellenstapel sind voneinander durch den Abschnitt der Kunststoffschicht isoliert, der die gegenüberliegende Oberfläche bedeckt, und die Abschnitte der Kunststoffschicht, die die distalen Endflächen in der Vorragerichtung der Rippen bedecken.
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Von dem Gesichtspunkt des wirkungsvollen Kühlens des Endes in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels mit dem durch den Strömungspfad in der Aussparung der Endscheibe strömenden Kühlmittel tritt das Kühlmittel bevorzugt durch die Abschnitte in dem Strömungspfad durch, die durch die Rippen in einer gleichförmigen Weise unterteilt sind.
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Da jedoch in dem Strömungspfad in der Aussparung der Auslass an einer Position angeordnet ist, die höher als der Einlass liegt, tendiert die Strömung des Kühlmittels von dem Einlass zu dem Auslass dazu, nach oben gerichtet zu sein. Als ein Ergebnis strömt das Kühlmittel weniger gleichmäßig in dem untersten der Abschnitte, der durch die Rippen des Strömungspfads unterteilt ist, als in den anderen unterteilten Abschnitten. Deswegen kann der Abschnitt des Endes in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels, der dem untersten Abschnitt des Strömungspfads in der Aussparung entspricht, nicht einfach gekühlt werden, was ein ungleichmäßiges Kühlen des Endes ergibt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Endscheibe bereitzustellen, die in der Lage ist, zu verhindern, dass das Kühlen des Endes in der Zellenstapelrichtung eines Zellenstapels ungleichmäßig ist.
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Es werden nun Mittel zum Lösen des voranstehend beschriebenen Problems beschrieben. Um die voranstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, ist eine Endscheibe bereitgestellt, die als ein Rechteck ausgebildet ist, das ein Paar von horizontalen langen Seiten und einem Paar von vertikalen kurzen Seiten aufweist. Die Endscheibe ist an einem Ende in einer Zellenstapelrichtung eines Zellenstapels in einer Brennstoffzelle bereitgestellt, und wird verwendet, um ein Kühlmittel zu dem Zellenstapel zuzuführen und ein Kühlmittel von diesem abzugeben. Eine Aussparung, die konfiguriert ist, einen Strömungspfad auszubilden, in dem das Kühlmittel strömt, ist in einer gegenüberliegenden, zu dem Ende in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels gerichteten Oberfläche offen und ist ausgebildet, sich in einer horizontalen Richtung entlang der gegenüberliegenden Oberfläche zu erstrecken. Eine Mehrzahl von Rippen ist auf einer Bodenoberfläche der Aussparung ausgebildet. Die Rippen ragen zu einer Öffnungsposition der Aussparung vor und sind in Abständen in der vertikalen Richtung angeordnet, um sich in der horizontalen Richtung zu erstrecken. Ein Einlassabschnitt, der es dem Kühlmittel ermöglicht, in den Strömungspfad in der Aussparung von dem Zellenstapel einzuströmen, ist an einem Ende in der horizontalen Richtung der Aussparung bereitgestellt. Eine Auslassbohrung, die es dem Kühlmittel erlaubt, aus dem Strömungspfad in der Aussparung herauszuströmen, ist an einem anderen Ende in der horizontalen Richtung der Aussparung und an einer Position angeordnet, die höher als der Einlassabschnitt liegt. Ein Paar von oberen und unteren inneren Wandoberflächen in der Aussparung verteilt sich in einem mit dem Einlassabschnitt verbundenen Abschnitt der Aussparung vertikal zu der Auslassbohrung. Ein Ende einer untersten einen der Rippen nahe dem Einlassabschnitt liegt näher an der Auslassbohrung als Enden nahe dem Einlassabschnitt der anderen Rippen.
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Gemäß einem anderen Gesichtspunkt ist eine Endscheibe bereitgestellt, die als Rechteck geformt ist, das ein Paar horizontale lange Seiten und ein Paar vertikale kurze Seiten aufweist. Die Endscheibe ist an einem Ende in einer Zellenstapelrichtung eines Zellenstapels in einer Brennstoffzelle bereitgestellt und wird verwendet, um ein Kühlmittel zu dem Zellenstapel zuzuführen und ein Kühlmittel von dem Zellenstapel abzuführen. Eine Aussparung, die konfiguriert ist, einen Strömungspfad auszubilden, in den das Kühlmittel strömt, ist in einer gegenüberliegenden, zu dem Ende in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels gerichteten Oberfläche offen und ist ausgebildet, sich in einer horizontalen Richtung entlang der gegenüberliegenden Oberfläche zu erstrecken. Eine Mehrzahl von Rippen ist an einer Bodenoberfläche der Aussparung ausgebildet. Die Rippen ragen zu einer Öffnungsposition der Aussparung vor und sind in Abständen in einer vertikalen Richtung so angeordnet, dass sie sich in der horizontalen Richtung erstrecken. Ein Einlassabschnitt, der es dem Kühlmittel ermöglicht, in den Strömungspfad in der Aussparung von dem Zellenstapel zu strömen, ist an einem Ende in der horizontalen Richtung der Aussparung bereitgestellt. Eine Auslassbohrung, die es dem Kühlmittel ermöglicht, aus dem Strömungspfad in der Aussparung auszuströmen, ist an einem anderen Ende in der horizontalen Richtung der Aussparung und an einer Position bereitgestellt, die höher als der Einlassabschnitt liegt. Ein Paar obere und innere Wandoberflächen in der Aussparung verteilt sich in einem mit dem Einlassabschnitt verbundenen Abschnitt der Aussparung vertikal zu der Auslassbohrung. Ein Ende einer untersten einen der Rippen nahe der Auslassbohrung liegt näher an dem Einlassabschnitt als Enden nahe der Auslassbohrung der anderen Rippen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Weise darstellt, in der eine Endscheibe an dem Zellenstapel einer Brennstoffzelle angebracht ist.
- 2 ist eine schematische Draufsicht der Endscheibe der 1, die von dem Zellenstapel aus betrachtet wird.
- 3 ist eine Querschnittansicht einer Linie A-A der Endscheibe, die aus der 2 ersichtlich ist.
- 4 ist eine Draufsicht, die Rippen in einer Endscheibe gemäß einer Modifikation darstellt.
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Eine Endscheibe gemäß einer ersten Ausführungsform wird nun mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
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Wie aus der 1 ersichtlich ist, hat eine Brennstoffzelle 1 einen Zellenstapel 2 und eine Endscheibe 4, die an einem Ende in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels 2 (in der Richtung von links nach rechts in der 1) angeordnet ist. Die Endscheibe 4 wird verwendet, um zu verursachen, dass ein Fluid, insbesondere Wasserstoff (Brennstoffgas), Luft (Oxidationsgas), und Kühlwasser (Kühlmittel) durch den Zellenstapel 2 strömt. Die Endscheibe 4 ist eine Metallscheibe mit der Leitungen 3, durch die das Fluid strömt, verbunden sind. Die Endscheibe 4 ist an einem Gehäuse 1a angebracht, das in der Brennstoffzelle so bereitgestellt ist, dass es den Zellenstapel 2 umgibt. Der Zellenstapel 2 verwendet den Wasserstoff und die Luft, die durch die Endscheibe 4 zugeordnet und abgegeben werden, um eine Leistung zu erzeugen, und wird durch das Kühlwasser gekühlt, das durch die Endscheibe 4 zugeführt und abgegeben wird.
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Die 2 zeigt schematisch von dem Zellenstapel 2 aus betrachtet einen Zustand der Endscheibe 4 der 1. Die Endscheibe 4 ist als ein Rechteck geformt, das ein Paar horizontale lange Seiten und ein Paar vertikale kurze Seiten aufweist. Die Endscheibe 4 weist einen äußeren Rand, einen Befestigungsabschnitt 5, der sich entlang der langen Seiten erstreckt, und die kurzen Seiten auf. Die Endscheibe 4 ist an dem Gehäuse 1a (1) zum Beispiel mit Schrauben an dem Befestigungsabschnitt 5 befestigt. Die Oberfläche des Befestigungsabschnitts 5 an der zu dem Zellenstapel 2 gerichteten Seite (die Oberfläche an der nahen Seite des Blatts der 2) bestimmt eine Montageoberfläche 6, die mit dem Gehäuse 1a in Berührung gebracht und daran befestigt ist.
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Die Endscheibe 4 weist Bohrungen 7 bis 11 in einem durch den Befestigungsabschnitt 5 umgebenen Teil auf. Die Bohrungen 7 bis 11 erstrecken sich in der Richtung der Dicke nach durch die Endscheibe 4 (die Richtung rechtwinklig zu dem Blatt der 2). Die Bohrungen 7 bis 11 bestimmen Strömungspfade, durch die das Fluid strömt. Die Bohrungen 7, 8, 10 und 11 sind in einer gegenüberliegenden Oberfläche der Endscheibe 4 offen, die zu dem Ende in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels 2 gerichtet ist. Außerdem hat die Endscheibe 4 eine Aussparung 14, die in der gegenüberliegenden Oberfläche 12 offen ist, und erstreckt sich entlang der gegenüberliegenden Oberfläche 12 in der Richtung der langen Seite der Endscheibe 4 (horizontale Richtung). Die Bohrung 9 ist in einer Bodenoberfläche 14a der Aussparung 14 an dem linken Ende in der horizontalen Richtung geöffnet. Die Bohrung 9 und die Aussparung 14 bestimmen einen Strömungspfad, durch den das Fluid strömt.
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Wenn der Befestigungsabschnitt 5 der Endscheibe 4 an dem Gehäuse 1a befestigt ist (1), sind die durch die Bohrungen 7, 8, 10, 11 bestimmte Strömungspfade mit dem Zellenstapel 2 verbunden. Zu dieser Zeit ist die Öffnung der Aussparung 14, die in der gegenüberliegenden Oberfläche 12 ausgebildet ist, durch das Ende in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels 2 geschlossen, und ein Strömungspfad, durch den Kühlwasser strömt, ist in der Aussparung 14 ausgebildet. Außerdem ist das rechte Ende des Strömungspfads in der Aussparung 14 in der Richtung der langen Seiten (die horizontale Richtung) mit einem Durchtritt 15 für Kühlwasser verbunden, das in dem Zellenstapel 2 ausgebildet ist.
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Das Kühlwasser strömt von dem Durchtritt 15 in den Strömungspfad in der Aussparung 14, und danach strömt das Kühlwasser in dem Strömungspfad in der Richtung, in der die Aussparung 14 sich erstreckt, und strömt aus der Bohrung 9 heraus. Das rechte Ende in der horizontalen Richtung der Aussparung 14, das mit dem Durchtritt 15 verbunden ist, funktioniert als ein Einlassabschnitt, um es dem Kühlmittel zu ermöglichen, von dem Zellenstapel 2 hereinzuströmen. Die Bohrung 9 funktioniert als eine Auslassbohrung, durch die das Kühlwasser aus der Aussparung 14 ausströmt. Die Bohrung 9 ist an einer Position angeordnet, die höher als der Abschnitt (rechter Endabschnitt) der Aussparung 14 liegt, der mit dem Durchtritt 15 so verbunden ist, um zu verhindern, dass die Luft in dem Kühlwasser in dem Strömungspfad in der Aussparung 14 verbleibt.
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Die Aussparung 14 weist ein Paar obere und untere innere Wandoberflächen 14b, 14c auf. Die oberen und unteren inneren Wandoberflächen 14b, 14c verteilen (spreizen, aufweiten) sich vertikal zu der Bohrung 9 in dem Abschnitt der Aussparung 14, der mit dem Durchtritt 15 verbunden ist. Die Endscheibe 4 weist ebenfalls Rippen 16 auf, die von der Bodenoberfläche 14a der Aussparung 14 vorragen. Die Rippen 16 sind in Abständen in der vertikalen Richtung bereitgestellt und so ausgebildet, dass sie sich in der horizontalen Richtung erstrecken. Das Ende nahe dem Durchtritt 15 (das rechte Ende) der untersten einen der Rippen 16 liegt näher an der Bohrung 9 (nach links) als die Enden nahe dem Durchtritt 15 der anderen Rippen 16.
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Die 3 zeigt die Endscheibe 4 in der 2 von der Richtung der Pfeile A-A aus betrachtet. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ragen die Rippen 16 von der Bodenoberfläche 14a der Aussparung 14 zu der Öffnungsposition der Aussparung 14 in der gegenüberliegenden Oberfläche 12 vor. Die gegenüberliegende Oberfläche 12, die innere Oberfläche der Aussparung 14 und die äußeren Oberflächen der Rippen 16 in der Endscheibe 4 sind durch eine Kunststoffschicht 13 bedeckt. Wenn die Montageoberfläche 6 des Befestigungsabschnitts 5 der Endscheibe 4 in Berührung mit dem Gehäuse 1a gebracht ist und daran befestigt ist, drücken die gegenüberliegende Oberfläche 12 und die Rippen 16 den Zellenstapel 2 in die Zellenstapelrichtung, sodass eine bevorzugte Zellenstapelstruktur des Zellenstapels 2 beibehalten bleibt.
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Wenn der Befestigungsabschnitt 5 der Endscheibe 4 an dem Gehäuse 1a befestigt ist, berühren die Kunststoffschicht 13, die die gegenüberliegende Oberfläche 12 bedeckt, und die Abschnitte der Kunststoffschicht 13, die die distalen Endflächen in der Vorragerichtung der Rippen 16 bedecken, das Ende des Zellenstapels 2 in der Zellenstapelrichtung. Als ein Ergebnis sind die Endscheibe 4 und das Ende in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels 2 voneinander durch den Abschnitt der Kunststoffschicht 13 isoliert, der die gegenüberliegende Oberfläche 12 bedeckt, und die Abschnitte der Kunststoffschicht 13, die die distalen Endflächen in der Vorragerichtung der Rippen 16 bedecken. Die Kunststoffschicht 13 isoliert das Fluid in den durch die Bohrungen 7, 8, 10 und 11 (2) von der Endscheibe 4 ausgebildeten Strömungspfaden und isoliert das Fluid (Kühlwasser) in dem Strömungspfad, der durch die Bohrung 9 ausgebildet ist und der Aussparung 14 von der Endscheibe 4.
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Die Endscheibe 4 der voranstehend beschriebenen Ausführungsform erlangt die folgenden Vorteile.
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(1) In der Endscheibe 4 hat die Aussparung 14 ein Paar obere und untere innere Wandoberflächen 14b, 14c. In dem Abschnitt der Aussparung 14, der mit dem Durchtritt 15 verbunden ist, steigt der Vertikalabstand der oberen und inneren Wandoberflächen 14b, 14c zu der Bohrung 9 hin an. Außerdem ist die Bohrung 9 an einer Position angeordnet, die höher als der Abschnitt der Aussparung 14 liegt, die mit dem Durchtritt 15 verbunden ist. Deswegen strömt das Kühlmittel nicht gleichmäßig nach unten, wenn das Kühlmittel in den Strömungspfad in der Aussparung 14 von dem Durchtritt 15 und in den Abschnitt in der Aussparung 14 einströmt, wo sich die oberen und die unteren inneren Wandoberflächen 14b, 14c vertikal verteilen. Jedoch verhindert die im Folgenden besprochene Struktur einen derartigen Missstand.
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In der Aussparung 14 liegt nämlich das Ende nahe dem Durchtritt 15 (das rechte Ende in der 2) der untersten einen der Rippen 16, die in Abständen in der vertikalen Richtung bereitgestellt sind und ausgebildet sind, sich in der horizontalen Richtung zu erstrecken, näher an der Bohrung 9 (an dem linken Ende) als die Enden nahe dem Durchtritt 15 der anderen Rippen 16. Als ein Ergebnis ist der unterste eine der Abschnitte, die durch die Rippen 16 des Strömungspfads in der Aussparung 14 unterteilt sind, in dem mit dem Durchtritt 15 verbundenen Abschnitt erweitert. Deswegen strömt das Kühlwasser gleichmäßig nach unten, wenn das Kühlwasser von dem Durchtritt 15 in den Abschnitt in der Aussparung 14 einströmt, wo die oberen und inneren Wandoberflächen 14b, 14c sich vertikal verteilen.
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Wie voranstehend beschrieben wurde, ist verhindert, dass das Kühlwasser weniger gleichmäßig in den untersten einen der Abschnitte strömt, die durch die Rippen 16 des Strömungspfads in der Aussparung 14 unterteilt sind, als in die anderen Abschnitte. Diese Konfiguration verhindert, dass der Abschnitt des Endes in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels 2, der dem untersten Abschnitt des Strömungspfads in der Aussparung 14 entspricht, unzureichend gekühlt wird, und verhindert dabei, dass das Ende ungleichmäßig gekühlt wird.
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Zweite Ausführungsform
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Eine Endscheibe 4 gemäß einer zweiten Ausführungsform wird nun mit Bezug auf die 4 beschrieben.
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Wie aus der 4 ersichtlich ist, ist die Endscheibe 4 dieser Ausführungsform in der Konfiguration der untersten Rippe 16 von der ersten Ausführungsform unterschiedlich. Insbesondere liegt das Ende nahe der Bohrung 9 (das linke Ende) der untersten Rippe 16 näher an dem Durchtritt 15 (nach rechts), als die Enden nahe der Bohrung 9 der anderen Rippen 16.
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Die Endscheibe 4 der voranstehend beschriebenen Ausführungsform erlangt den folgenden Vorteil.
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(2) In der Aussparung 14 liegt das Ende nahe der Bohrung 9 (das linke Ende) der untersten einen der Rippen 16 näher an dem Durchtritt 15 (nach rechts) als die Enden nahe der Bohrung 9 der anderen Rippen 16. Dies reduziert den Strömungswiderstand des Kühlwassers in der Strömungsrichtung des Kühlwassers in dem untersten einen der Abschnitte, die durch die Rippen 16 unterteilt sind, in dem Strömungspfad der Aussparung 14. Wenn das Kühlwasser von dem Durchtritt 15 in den Abschnitt in der Aussparung 14 strömt, wo die oberen und unteren inneren Wandoberflächen 14b, 14c sich vertikal verteilen, strömt das Kühlwasser deswegen gleichmäßig nach unten.
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Wie voranstehend beschrieben wurde, ist verhindert, dass das Kühlwasser weniger gleichmäßig in den untersten einen der Abschnitte strömt, die durch die Rippen 16 des Strömungspfads in der Aussparung 14 unterteilt sind. Diese Konfiguration verhindert, dass der Abschnitt des Endes in der Zellenstapelrichtung des Zellenstapels 2, der dem untersten Abschnitt des Strömungspfads in der Aussparung 14 entspricht, unzureichend gekühlt wird, und verhindert dabei, dass das Ende ungleichmäßig gekühlt wird.
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Eine Endscheibe weist eine Aussparung auf, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt und konfiguriert ist, einen Strömungspfad auszubilden, in dem ein Kühlwasser strömt. Rippen sind auf der Bodenoberfläche der Aussparung ausgebildet und in Abständen in der vertikalen Richtung so angeordnet, dass sie sich in der horizontalen Richtung erstrecken. Das Kühlwasser strömt von dem Durchtritt eines Zellenstapels an einem Ende in der horizontalen Richtung der Aussparung ein. Eine Bohrung, die es dem Kühlwasser ermöglicht, auszuströmen, ist in dem anderen Ende und einer Position bereitgestellt, die höher als der Abschnitt liegt, in den das Kühlwasser einströmt. Die inneren Wandoberflächen der Aussparung verteilen sich vertikal zu der Bohrung in dem Abschnitt, der mit dem Durchtritt verbunden ist. Das Ende nahe dem Durchtritt der untersten einen der Rippen liegt näher an der Bohrung als die Enden nahe dem Durchtritt der anderen Rippen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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