DE102018123395A1

DE102018123395A1 - Platte zur bildung eines gasströmungskanals für brennstoffzelle und brennstoffzellenstapel

Info

Publication number: DE102018123395A1
Application number: DE102018123395.7A
Authority: DE
Inventors: Hirotaka Nakayama; Yoshinori Shinozaki; Satoshi Futami
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2017-10-04
Filing date: 2018-09-24
Publication date: 2019-04-04
Also published as: CN109616683A; JP2019067694A; US20190103617A1; CN109616683B; US11145881B2; JP6897471B2

Abstract

Eine Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals enthält eine Vielzahl von Vorsprüngen, die in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung. Die Vorsprünge stehen zu der Membranelektrodenanordnung hin vor. Die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals enthält weiterhin einen Gasströmungskanal, einen Wasserströmungskanal und eine Vielzahl von Öffnungen. Der Gasströmungskanal wird durch einen Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals an einer Seite gegenüberliegend der Membranelektrodenanordnung mit Gebieten zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen gebildet. Der Wasserströmungskanal wird durch einen Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals an einer Seite gegenüberliegend einer Trennplatte mit der Innenseite der Vorsprünge gebildet. Jede der Öffnungen ist in einer Seitenwand des Vorsprungs ausgebildet und verbindet die Innenseite und Außenseite des Vorsprungs. Jede Öffnung ist bei einem Vorsprung nur an einer Stelle ausgebildet.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals für eine Brennstoffzelle, die zwischen einer Membranelektrodenanordnung und einer Trennplatte angeordnet ist und die in einem Separator von Zellen der Brennstoffzelle enthalten ist, und einen Brennstoffzellenstapel, der durch Stapeln einer Vielzahl von Zellen gebildet ist.
Eine bekannte Feststoffpolymer-Brennstoffzelle enthält einen Brennstoffzellenstapel, der durch Stapeln einer Vielzahl von Zellen gebildet ist. Eine Zelle wird durch sandwichartiges Anordnen einer Membranelektrodenanordnung zwischen zwei Separatoren gebildet. Die offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2011-48980offenbart ein Beispiel eines Separators, der eine flache Trennplatte und eine Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals, die zwischen der Trennplatte und der Membranelektrodenanordnung angeordnet ist, enthält.
In der Veröffentlichung enthält die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals eine Vielzahl von Vorsprüngen, die auf regelmäßige Weise angeordnet sind. Die Vorsprünge stehen zu der Membranelektrodenanordnung hin vor. Der Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals gegenüberliegend der Membranelektrodenanordnung (mit Teilen zwischen benachbarten Vorsprüngen) wirkt als Gasströmungskanal. Der Gasströmungskanal bringt das in die Zelle eingespeiste Gas (Brenngas und Oxidationsgas) in Umlauf. Der Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals gegenüberliegend der Trennplatte (mit der Innenseite der Vorsprünge) wirkt als Wasserströmungskanal. Der Wasserströmungskanal führt Wasser, das während der Leistungserzeugung in der Zelle erzeugt wird, aus der Zelle ab. Jeder Vorsprung der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals enthält zwei Öffnungen, die die Innenseite (Wasserströmungskanal) und die Außenseite (Gasströmungskanal) des Vorsprungs verbinden. Die zwei Öffnungen sind an entgegengesetzten Seiten der Spitze des Vorsprungs angeordnet.
Bei einem derartigen Brennstoffzellenstapel strömt das Wasser, das in der Membranelektrodenanordnung während der Leistungserzeugung erzeugt wird, durch die Öffnungen in der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals in den Wasserströmungskanal. Der Strömungsdruck des in dem Wasserströmungskanal strömenden Gases drängt das Wasser aus dem Wasserströmungskanal heraus.
Der obige Brennstoffzellenstapel erzeugt eine Druckdifferenz zwischen den zwei Seiten eines jeden Vorsprungs in dem Gasströmungskanal. Daher strömt etwas von dem Gas in dem Gasströmungskanal von einer Seite des Vorsprungs über die Spitze des Vorsprungs zu der anderen Seite hin. Dies diffundiert das Gas in dem Gasströmungskanal zu der Membranelektrodenanordnung hin.
Bei der obigen Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals sind die zwei Öffnungen an entgegengesetzten Seiten der Spitze eines jeden Vorsprungs angeordnet. Entsprechend kann das Gas, selbst wenn eine Druckdifferenz zwischen den zwei Seiten des Vorsprungs vorliegt, über die Öffnungen durch die Innenseite des Vorsprungs strömen, ohne zu der Spitze des Vorsprungs hin zu strömen. In diesem Fall würde das Gas nicht ausreichend zu der Membranelektrodenanordnung hin diffundiert. Daher kann der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels nicht verbessert werden.
Dementsprechend besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals für eine Brennstoffzelle und einen Brennstoffzellenstapel bereitzustellen, die das Gas in dem Gasströmungskanal zu dem Wasserströmungskanal ausreichend diffundieren.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Eine Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals für eine Brennstoffzelle, die das obige Ziel erreicht, ist zwischen einer Membranelektrodenanordnung und einer Trennplatte angeordnet und ist in einem Separator einer Zelle in einer Brennstoffzelle enthalten. Die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals enthält eine Vielzahl von Vorsprüngen, einen Gasströmungskanal, einen Wasserströmungskanal, sowie eine Vielzahl von Öffnungen. Die Vorsprünge sind in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung orthogonal verläuft, angeordnet. Die Vorsprünge stehen zu der Membranelektrodenanordnung hin vor. Der Gasströmungskanal wird durch einen Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals gegenüberliegend der Membranelektrodenanordnung mit Gebieten zwischen benachbarten Vorsprüngen gebildet. Der Wasserströmungskanal wird durch einen Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals an einer Seite gegenüberliegend der Trennplatte mit der Innenseite eines jeden der Vorsprünge gebildet. Jede der Öffnungen ist in einer Seitenwand eines der Vorsprünge gebildet und verbindet die Innenseite und die Außenseite des Vorsprungs. Jede der Öffnungen ist bei einem der Vorsprünge nur an einer Stelle angeordnet.
Eine Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals für eine Brennstoffzelle, die das Ziel oben erreicht, ist zwischen einer Membranelektrodenanordnung und einer Trennplatte angeordnet und ist in einem Separator einer Zelle in einer Brennstoffzelle enthalten. Die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals enthält eine Vielzahl von Vorsprüngen, einen Gasströmungskanal, einen Wasserströmungskanal, sowie eine Vielzahl von Öffnungen. Die Vorsprünge sind in Intervallen angeordnet. Die Vorsprünge springen zu der Membranelektrodenanordnung hin vor. Der Gasströmungskanal wird durch einen Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals an einer Seite gegenüberliegend der Membranelektrodenanordnung mit Gebieten zwischen benachbarten Vorsprüngen gebildet. Der Wasserströmungskanal wird durch einen Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals an einer Seite gegenüberliegend der Trennplatte mit der Innenseite eines jeden der Vorsprünge gebildet. Jede der Öffnungen ist in einer Seitenwand eines der Vorsprünge gebildet und verbindet die Innenseite und die Außenseite des Vorsprungs. Die Öffnungen sind in einer Richtung, in der sich die Vorsprünge erstrecken, in Intervallen angeordnet.
Ein Brennstoffzellenstapel, der das obige Ziel erreicht, wird durch Stapeln einer Vielzahl von Zellen erzielt. Jede der Zellen enthält eine Membranelektrodenanordnung und ein paar von Separatoren, die die Membranelektrodenanordnung sandwichartig umgeben. Zumindest einer der zwei Separatoren enthält eine Trennplatte und die obige, zwischen der Trennplatte und der Membranelektrodenanordnung angeordnete Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals.
Figurenliste
Die Erfindung lässt sich, zusammen mit Zielen und Vorteilen hiervon, am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausgestaltungen zusammen mit den begleitenden Zeichnungen verstehen, in denen:

1 eine Querschnittsansicht darstellt, die eine Ausgestaltung einer Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals und einen Brennstoffzellenstapel zeigt;
2A einen Grundriss der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals darstellt;
2B eine Ansicht in der Richtung von Pfeil B in 2A darstellt;
2C eine Ansicht in der Richtung von Pfeil C in 2A darstellt;
2D eine Ansicht in der Richtung von Pfeil D in 2A darstellt;
3A eine perspektivische Ansicht der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals von einer diagonal oberen Seite darstellt;
3B eine perspektivische Ansicht der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals von einer diagonal unteren Seite darstellt;
4A eine perspektivische Ansicht der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals von einer diagonal oberen Seite darstellt;
4B eine perspektivische Ansicht der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals von einer diagonal unteren Seite darstellt;
5A eine schematische Querschnittsansicht darstellt, die eine Zelle der Ausgestaltung zeigt;
5B eine schematische Querschnittsansicht darstellt, die eine Zelle eines Vergleichsbeispiels zeigt;
6 einen schematischen Grundriss darstellt, der die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals eines modifizierten Beispiels zeigt;
7 einen schematischen Grundriss darstellt, der die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals eines modifizierten Beispiels zeigt;
8 einen schematischen Grundriss darstellt, der die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals des modifizierten Beispiels zeigt;
9 einen schematischen Grundriss darstellt, der die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals eines modifizierten Beispiels zeigt;
10 einen schematischen Grundriss darstellt, der die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals eines modifizierten Beispiels zeigt;
11 einen schematischen Grundriss darstellt, der die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals eines modifizierten Beispiels zeigt;
12 einen schematischen Grundriss darstellt, der die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals eines modifizierten Beispiels zeigt.

AUSGESTALTUNGEN DER ERFINDUNG
Es werden nun eine Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals und ein Brennstoffzellenstapel gemäß einer Ausgestaltung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, wird der Brennstoffzellenstapel bei der vorliegenden Ausgestaltung durch Stapeln einer Vielzahl von Zellen 10 gebildet. Der Brennstoffzellenstapel ist in eine Feststoffpolymer-Brennstoffzelle integriert. Die Zelle 10 enthält einen quadratischen ersten Rahmen 11 und einen quadratischen zweiten Rahmen 12. Die Rahmen 11 und 12 umgeben eine äußere Kante einer bekannten Membranelektrodenanordnung 13, die die Form eines quadratischen Bogens besitzt, sandwichartig. Die Membranelektrodenanordnung 13 besitzt mehrere Schichten, mit einer Feststoffpolymer-Elektrolytmembran 14, ein Paar Elektrodenkatalysatorschichten 15 und 16 und ein Paar Gasdiffusionsschichten 17 und 18 auf. Die Feststoffpolymer-Elektrolytmembran 14 wird zwischen den zwei Elektrodenkatalysatorschichten 15 und 16 gehalten. Die zwei Gasdiffusionsschichten 17 und 18 bedecken äußere Oberflächen der Elektrodenkatalysatorschichten 15 bzw. 16.
Die Membranelektrodenanordnung 13 wird zwischen einem ersten Separator 20 und einem zweiten Separator 30 gehalten. Der erste Separator 20 kontaktiert die Gasdiffusionsschicht 17 an einer Kathodenseite (der Unterseite in 1) der Membranelektrodenanordnung 13. Der erste Separator 20 enthält einen flachen Separator 21, der die Form einer flachen Platte besitzt, und eine Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals. Die Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals ist zwischen dem flachen Separator 21 und der Membranelektrodenanordnung 13 angeordnet. Der zweite Separator 30 kontaktiert die Gasdiffusionsschicht 18 an einer Anodenseite (der Oberseite in 1) der Membranelektrodenanordnung 13. Der zweite Separator 30 enthält einen ersten flachen Separator 31, der die Form einer flachen Platte aufweist, und eine Platte 32 zur Bildung eines Gasströmungskanals. Die Platte 32 zur Bildung eines Gasströmungskanals ist zwischen dem ersten Separator 31 und der Membranelektrodenanordnung 13 angeordnet. Die flachen Separatoren 21 und 31 und die Platten 22 und 32 zur Bildung von Gasströmungskanälen sind aus einer Metallplatte hergestellt. Bei der vorliegenden Ausgestaltung entsprechen die flachen Separatoren 21 und 31 Trennplatten.
In der Zelle 10 werden durch den ersten Rahmen 11 und den flachen Separator 21 ein Zufuhrkanal 41 und ein Abfuhrkanal 42 definiert. Der Zufuhrkanal 41 führt einem Gasströmungskanal 27 ein Oxidationsgas von einer Oxidationsgasversorgungsquelle (nicht gezeigt) zu. Der Abfuhrkanal 42 führt das Oxidationsgas, das nicht für die Leistungserzeugung verwendet wurde, aus dem Gasströmungskanal 27 heraus.
Des Weiteren werden in der Zelle 10 durch den zweiten Rahmen 12 und den flachen Separator 31 ein Zufuhrkanal 51 und ein Abfuhrkanal 52 definiert. Der Zufuhrkanal 51 führt einem Gasströmungskanal 37 Brenngas von einer Brenngasversorgungsquelle (nicht gezeigt) zu. Der Abfuhrkanal 52 führt das Brenngas, das nicht zur Leistungserzeugung verwendet wurde, aus dem Gasströmungskanal 37 heraus.
In 1 besitzt die Platte 32 zur Bildung eines Gasströmungskanals des zweiten Separators 30 eine Form, die durch vertikales und horizontales Umdrehen der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals des ersten Separators 20 erhalten wird. Daher sind, während die Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals des ersten Separators 20 ausführlich beschrieben wird, Bezugszeichen „3*“, die man durch Hinzufügen von „10“ zu den Bezugszeichen „2*“ der Komponenten der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals des ersten Separators 20 erhält, und Bezugszeichen „3**“, die man durch Hinzufügen von „100“ zu den Bezugszeichen „2**“ der Komponenten der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals des ersten Separators 20 erhält, entsprechenden Komponenten der Platte 32 zur Bildung eines Gasströmungskanals des zweiten Separators 30 zugeordnet, und redundante Erläuterungen werden weggelassen.
Es wird nun die Struktur der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals beschrieben.
Wie in den 2A, 2B, 2C und 2D gezeigt, wird die Platte 22 durch Walzprofilieren (engl.: „roll forming“) einer Metallplatte wie beispielsweise einer rostfreien Stahlplatte gebildet.
Die Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals wird dadurch erzeugt, dass drei im Wesentlichen wellenförmige Plattenteile unterschiedlicher Formen (kleinwelliger Teil 23, großwelliger Teil 24 und mittelwelliger Teil 25) auf zyklische Weise angeordnet werden. Die Struktur, in der der kleinwellige Teil 23, der großwellige Teil 24 und der mittelwellige Teil 25 in dieser Reihenfolge angeordnet sind, wird als Einheitsstruktur UN bezeichnet. Die Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals enthält eine Vielzahl von Einheitsstrukturen UN. Von den drei im Wesentlichen wellenförmigen Plattenteilen besitzt der kleinwellige Teil 23 eine Wellenform mit der kleinsten Amplitude. Der großwellige Teil 24 besitzt eine Wellenform mit der größten Amplitude und der Mittelwellenteil 25 besitzt eine Wellenform mit einer mittleren Amplitude.
Der kleinwellige Teil 23 enthält Teile (vorstehende Teile 231), die zu der Membranelektrodenanordnung 13 hin vorstehen, und Teile (eingesenkte Teile 232), die relativ zu der Membranelektrodenanordnung 13 eingesenkt sind. Jeder vorstehende Teil 231 erstreckt sich an einer von dem flachen Separator 21 beabstandeten Stelle. Jeder eingesenkte Teil 232 enthält eine Oberfläche, die dem flachen Separator 21 gegenüberliegt und diesen kontaktiert.
Der großwellige Teil 24 enthält Teile (vorstehende Teile 241), die zu der Membranelektrodenanordnung 13 hin vorstehen, und Teile (eingesenkte Teile 242), die relativ zu der Membranelektrodenanordnung 13 eingesenkt sind. Jeder vorstehende Teil 241 enthält eine Endoberfläche, die die Membranelektrodenanordnung 13 kontaktiert. Jeder eingesenkte Teil 242 enthält eine Oberfläche, die dem flachen Separator 21 gegenüberliegt und diesen kontaktiert.
Der Mittelwellenteil 25 ist von der Membranelektrodenanordnung 13 umso weiter weg geneigt, wenn sich der Mittelwellenteil 25 weiter von dem großwelligen Teil 24 entfernt.
In einer Erstreckungsrichtung L, in der sich der Mittelwellenteil 25 erstreckt, ist der Mittelwellenteil 25 durch graduell geneigte Teile 251 und steil geneigte Teile 252, die abwechselnd angeordnet sind, gebildet. Jeder graduell geneigte Teil 251 besitzt eine kleine Neigung. Jeder steil geneigte Teil 252 besitzt eine große Neigung. Die Stelle eines jeden steil geneigten Teils 252 des Mittelwellenteils 25 in der Erstreckungsrichtung L fällt mit der Stelle eines jeden vorstehenden Teils 241 des Großwellenteils 24 zusammen. Weiterhin fällt die Stelle eines jeden graduell geneigten Teils 251 des Mittelwellenteils 25 in der Erstreckungsrichtung L mit der Stelle eines jeden eingesenkten Teils 242 des Großwellenteils 24 zusammen.
Der Mittelwellenteil 25 enthält ein Ende, das dem Großwellenteil 24 gegenüberliegt. Entlang des Endes bildet jeder steil geneigte Teil 252 einen Vorsprung, der zu der Membranelektrodenanordnung 13 hin vorsteht, und jeder graduell geneigte Teil 251 bildete eine Einsenkung, die relativ zu der Membranelektrodenanordnung 13 eingesenkt ist. Entlang des Endes des Mittelwellenteils 25, das dem Großwellenteil 24 gegenüberliegt, enthält jeder Vorsprung ein Ende, das der Membranelektrodenanordnung 13 gegenüberliegt und diese kontaktiert. Weiterhin enthält jede Einsenkung entlang des Endes des Mittelwellenteils 25 gegenüberliegend dem Großwellenteil 24 ein Ende, das dem flachen Separator 21 gegenüberliegt und sich zwischen dem flachen Separator 21 und der Membranelektrodenanordnung 13 erstreckt.
Der Mittelwellenteil 25 enthält ein von dem Großwellenteil 24 beabstandetes Ende. Entlang des Endes bildet jeder steil geneigte Teil 252 eine Einsenkung, die relativ zu der Membranelektrodenanordnung 13 eingesenkt ist, und jeder graduell geneigte Teil 251 bildet einen Vorsprung, der zu der Membranelektrodenanordnung 13 hin vorsteht. Entlang des von dem Großwellenteil 24 beabstandeten Endes des Mittelwellenteils 25 erstrecken sich sowohl die Vorsprünge (die graduell geneigten Teile 251) als auch die Einsenkungen (die steil geneigten Teile 252) zwischen dem flachen Separator 21 und der Membranelektrodenanordnung 13 (insbesondere an Stellen, die von dem flachen Separator 21 beabstandet sind).
Der kleinwellige Teil 23 ist direkt neben dem von dem großwelligen Teil 24 beabstandeten Ende des Mittelwellenteils 25 angeordnet. Das von dem großwelligen Teil 24 beabstandete Ende des Mittelwellenteils 25 (das heißt, das dem kleinwelligen Teil 23 gegenüberliegende Ende) erstreckt sich an einer Stelle, die sich näher an der Membranelektrodenanordnung 13 befindet als der kleinwellige Teil 23. Entlang des von dem langwelligen Teil 24 beabstandeten Endes des Mittelwellenteils 25 fällt die Stelle jedes Vorsprungs des Mittelwellenteils 25 in der Erstreckungsrichtung L mit der Stelle eines jeden vorstehenden Teils 231 des kurzwelligen Teils 23 zusammen. Weiterhin fällt die Stelle einer jeden Einsenkung des Mittelwellenteils 25 in der Erstreckungsrichtung L mit der Stelle jedes eingesenkten Teils 232 des kurzwelligen Teils 23 zusammen.
Wie in den 3A, 3B, 4A und 4B gezeigt, enthält die Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals kuppelförmige Vorsprünge 26, die zu der Membranelektrodenanordnung 13 hin vorstehen. Jeder Vorsprung ist durch den vorstehenden Teil 241 des langwelligen Teils 24 und den steil geneigten Teil 252 des Mittelwellenteils 25 gebildet.
Auf der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals sind zwei benachbarte Einheitsstrukturen UN (siehe 2) so angeordnet, dass die Vorsprünge 26 in der Erstreckungsrichtung L abwechselnd angeordnet sind. Genauer ausgedrückt sind zwei benachbarte Einheitsstrukturen UN in einer zu der Erstreckungsrichtung L orthogonalen Richtung so angeordnet, dass jeder Vorsprung 26 einer Einheitsstruktur UN mit einem zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen 26 der anderen Einheitsstruktur UN angeordneten Teil ausgerichtet ist. Auf diese Weise sind die Vorsprünge 26 sowohl in der Erstreckungsrichtung L, welche eine erste Richtung ist, und in einer zweiten Richtung, die die erste Richtung orthogonal schneidet (Richtung des Doppelpfeils CR in den 3 und 4) in gleichen Intervallen angeordnet.
Die der Membranelektrodenanordnung 13 gegenüberliegende Seite der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals enthält den zwischen benachbarten Vorsprüngen 26 gebildeten, nutartigen Gasströmungskanal 27. Genauer ausgedrückt wird der Gasströmungskanal 27 durch Seitenwände benachbarter Vorsprünge 26 (vorstehende Teile 241 des langwelligen Teils 24 und steil geneigte Teile 252 des Mittelwellenteils 25) und Teile, die benachbarte Teile 26 verbinden (eingesenkte Teile 242 des großwelligen Teils 24, graduell geneigte Teile 251 des Mittelwellenteils 25 und kleinwelliger Teil 23) definiert. Der Gasströmungskanal 27 erstreckt sich in einem im Wesentlichen gitterförmigen Muster an der der Membranelektrodenanordnung 13 gegenüberliegenden Seite der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals. Der Gasströmungskanal 27 wirkt hauptsächlich als Kanal, der Oxidationsgas in Umlauf bringt.
Wie in 4A gezeigt, ist ein Teil einer Innenwand des Gasströmungskanals 27 an einer Stelle, an der der vorstehende Teil 231 des kurzwelligen Teils 23 oder der steil geneigte Teil 252 des Mittelwellenteils 25 in dem Gasströmungskanal 27 angeordnet ist, so geneigt, dass er sich der Membranelektrodenanordnung 13 annähert, wenn sich der eingesenkte Teil 232 des kurzwelligen Teils 23 weiter entfernt. Entsprechend strömt etwas von dem in dem Gasströmungskanal 27 strömenden Oxidationsgas entlang derartiger geneigter Teile der Innenwand in dem Gasströmungskanal 27 zu der Membranelektrodenanordnung 13 hin und strömt in die Gasdiffusionsschicht 17 (siehe 1).
Eine Stelle, an der der vorstehende Teil 231 des kurzwelligen Teils 23 oder der graduell geneigte Teil 251 des Mittelwellenteils 25 in dem Gasströmungskanal 27 angeordnet ist, steht weiter zu der Membranelektrodenanordnung 13 hin vor als eine Stelle, an der der eingesenkte Teil 232 des kurzwelligen Teils 23 in dem Gasströmungskanal 27 angeordnet ist. Entsprechend verengt der vorstehende Teil 231 des kurzwelligen Teils 23 oder der graduell geneigte Teil 258 des Mittelwellenteils 25 die Querschnittsfläche des Gasströmungskanals 27 lokal. Daher ist der Innendruck des Gasströmungskanals 27 an einem derartigen Teil höher als an anderen Teilen des Gasströmungskanals 27 (genauer ausgedrückt, an einer Stelle, an der der eingesenkte Teil 232 des kurzwelligen Teils 23 angeordnet ist).
Auf diese Weise wird in dem Gasströmungskanal 27 zwischen entgegengesetzten Seiten eines jeden Vorsprungs 26, das heißt zwischen einer Seite des großwelligen Teils 24 des Vorsprungs 26, an der der vorstehende Teil 231 des kurzwelligen Teils 23 angeordnet ist, und einer Seite des steil geneigten Teils 252 des Vorsprungs 26, an dem der eingesenkte Teil 232 des kurzwelligen Teils 23 angeordnet ist, einen Druckunterschied erzeugt. Der Druckunterschied leitet etwas von dem Oxidationsgas, das in dem Gasströmungskanal 27 strömt, so, dass es von der Seite des Vorsprungs 26, an der der langwellige Teil 24 angeordnet ist, zu der Seite hin, an der der steil geneigte Teil 252 angeordnet ist, so dass er über den Vorsprung 26 strömt. Auf diese Weise strömt etwas von dem Oxidationsgas in der zu der Erstreckungsrichtung L orthogonalen Richtung. Zusätzlich wird in dem Gasströmungskanal 27 in der zu der Erstreckungsrichtung L orthogonalen Richtung ein Druckunterschied zwischen entgegengesetzten Seiten eines Teils, der durch Vorsprünge 26, die in der Erstreckungsrichtung L benachbart sind, sandwichartig umgeben ist, erzeugt. Das heißt, in dem Gasströmungskanal 27 wird zwischen der Stelle, an der der vorstehende Teil 231 des kurzwelligen Teils 23 angeordnet ist, und der Stelle, an der der eingesenkte Teil 232 des kurzwelligen Teils 23 angeordnet ist, ein Druckunterschied erzeugt. Der Druckunterschied leitet etwas von dem in dem Gasströmungskanal 27 strömenden Oxidationsgas so, dass es durch das Gebiet zwischen benachbarten Vorsprüngen 26, die in der Erstreckungsrichtung L angeordnet sind, strömt. Entsprechend strömt etwas von dem Oxidationsgas in der zu der Erstreckungsrichtung L orthogonalen Richtung.
Bei der vorliegenden Ausgestaltung wird das Oxidationsgas auf diese Weise in dem Gasströmungskanal 27 diffundiert. Etwas von dem in dem Gasströmungskanal 27 in der zu der Erstreckungsrichtung L orthogonalen Richtung strömenden Oxidationsgas strömt entlang der Seitenwand eines jeden Vorsprungs 26 zu der Membranelektrodenanordnung 13 hin und in die Gasdiffusionsschicht 17.
Auf diese Weise ermöglicht die Verwendung der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals, dass das Oxidationsgas der Membranelektrodenanordnung 13 mühelos zugeführt wird. Dies verbessert den Wirkungsgrad der Leistungserzeugung der Brennstoffzelle.
Wie in den 2B, 2C, 3B und 4B gezeigt, enthält die dem flachen Separator 21 gegenüberliegende Seite der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals den nutartigen, zwischen zwei benachbarten kurzwelligen Teilen 23 gebildeten Wasserströmungskanal 28. Genauer ausgedrückt wird der Wasserströmungskanal 28 (mit der Innenseite der Vorsprünge 26) durch Seitenwände benachbarter kurzwelliger Teile 23 und die Teile, die die benachbarten kurzwelligen Teile 23 verbinden (langwellige Teile 24 und Mittelwellenteile 25), definiert. Der Wasserströmungskanal 28 wirkt hauptsächlich als Kanal, der das in der Membranelektrodenanordnung 23 während der Leistungserzeugung erzeugte Wasser abführt.
Wie in den 3A und 3B gezeigt, ist zwischen dem kurzwelligen Teil 23 und dem langwelligen 24 zwischen jedem vorstehenden Teil 231 des kurzwelligen Teils 23 und dem entsprechenden vorstehenden Teil 241 des langwelligen Teils 24 ein Raum gebildet. Der Raum wirkt als Durchgangsloch (Öffnung 29), das die Innenseite des Vorsprungs 26 (Wasserströmungskanal 28) und die Außenseite des Vorsprungs 26 (Gasströmungskanal 27) verbindet. Die Öffnung 29 bildet ein einzelnes Durchgangsloch, und sie ist in der Seitenwand eines jeden Vorsprungs 26 angeordnet. Alle Vorsprünge 26 enthalten eine einzige Öffnung 29. Alle Öffnungen 29 öffnen sich in derselben Richtung (diagonale untere linke Seite in 3A).
An der Grenze des langwelligen Teils 24 und des Mittelwellenteils 25 der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals ist zwischen jedem eingesenkten Teil 242 des langwelligen Teils 24 und des entsprechenden, graduell geneigten Teils 251 des Mittelwellenteils 25 ein Raum gebildet. Der Raum wirkt als Durchgangsloch (Öffnung 221), das die Seite der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals, die dem flachen Separator 21 (Wasserströmungskanal 28) gegenüberliegt, und die Seite der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals, die der Membranelektrodenanordnung 13 gegenüberliegt (Gasströmungskanal 27), verbindet.
Die Öffnungen 29 und 221 wirken als Durchgänge, die das in der Zelle 10 erzeugte Wasser zu dem Wasserströmungskanal 28 abführen.
Wie in der unteren Zelle 10 von 1 gezeigt, strömt das Brenngas, wenn das Brenngas durch den Zufuhrkanal 51 in den Gasströmungskanal 37 eingespeist wird, durch den Gasströmungskanal 37 in die Gasdiffusionsschicht 18. Das Brenngas diffundiert durch die Gasdiffusionsschicht 18 und wird der Elektrodenkatalysatorschicht 16 zugeführt. Des Weiteren strömt das Oxidationsgas, wenn das Oxidationsgas durch den Zufuhrkanal 41 in den Gasströmungskanal 27 eingespeist wird, durch den Gasströmungskanal 27 in die Gasdiffusionsschicht 17. Das Oxidationsgas diffundiert durch die Gasdiffusionsschicht 17 und wird der Elektrodenkatalysatorschicht 15 zugeführt. Auf diese Weise werden das Brenngas und das Oxidationsgas der Membranelektrodenanordnung 13 zugeführt, um in der Membranelektrodenanordnung 13 durch eine elektrochemische Reaktion Leistung zu erzeugen. Während der Leistungserzeugung in der Membranelektrodenanordnung 13 wird an der Kathodenseite in der Gasdiffusionsschicht 17 (genauer ausgedrückt an und nahe der Grenzfläche zu der Katalysatorschicht 15) Wasser erzeugt.
Wie in den 2C, 3A und 3B gezeigt, strömt das Wasser in dem Gasströmungskanal 27 der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals und wird durch Kapillarwirkung durch die Öffnungen 29 und 221 in den Wasserströmungskanal 28 hineingezogen. Wenn das in den Wasserströmungskanal 28 hineingezogene Wasser Tropfen bildet und sich in der Nähe der Öffnungen 29 und 221 sammelt, wirkt das gesammelte Wasser als Ansaugwasser (engl.: „priming water“). Auf diese Weise wird das in den Öffnungen 29 und 221 strömende Wasser durch Kapillarwirkung in den Wasserströmungskanal 28 gezogen.
Das in den Wasserströmungskanal 28 gezogene Wasser wird durch den Strömungsdruck des in dem Wasserströmungskanal 28 strömenden Oxidationsgases zu einer stromabwärtigen Seite (linke Seite in 1) hin gedrängt und durch den Abfuhrkanal 42 aus der Zelle 10 abgeführt (siehe 1).
Es wird nun der Betrieb der in der Zelle 10 eingesetzten Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals beschrieben.
Wie in 5A gezeigt, ist die Zelle der vorliegenden Ausgestaltung so ausgebildet, dass eine Druckdifferenz (P1 > P2) an entgegengesetzten Seiten eines jeden Vorsprungs in dem Gasströmungskanal 27 erzeugt wird. Entsprechend strömt etwas von dem Oxidationsgas in dem Gasströmungskanal 27 von einer Seite (linke Seite in 5A) des Vorsprungs 26 zu der anderen Seite (rechte Seite in 5A) des Vorsprungs 26 zu der Spitze des Vorsprungs 26 hin. Dies diffundiert das Oxidationsgas in dem Gasströmungskanal 27 zu der Membranelektrodenanordnung 13 hin.
5B ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Zelle eines Vergleichsbeispiels zeigt. Wie in 5B gezeigt sind bei der Zelle des Vergleichsbeispiels zwei Öffnungen 159 an entgegengesetzten Seiten der Spitze eines Vorsprungs 156 der Platte 152 zur Erzeugung eines Gasströmungskanals angeordnet. Entsprechend würde Oxidationsgas, das in dem Gasströmungskanal 157 strömt, selbst wenn eine Druckdifferenz (P1 > P2) zwischen zwei Seiten des Vorsprungs 156 vorliegt, wie in 5B durch fette Pfeile gezeigt, nicht zu der Spitze des Vorsprung 156 hin strömen, sondern es würde durch die Öffnungen 159 in die Innenseite des Vorsprungs strömen. Bei der Zelle des Vergleichsbeispiels veranlasst die Druckdifferenz das Oxidationsgas, selbst wenn, wie in 5B durch die doppelt gestrichelte Linie gezeigt, das Wasser W Tropfen bildet und sich in dem Vorsprung 156 sammelt, durch den Vorsprung 156 und aus diesem heraus zu strömen, während es Wasser W verdrängt. In einem derartigen Fall würde das Oxidationsgas nicht ausreichend zu der Membranelektrodenanordnung 13 hin diffundiert. Folglich kann der Wirkungsgrad der Leistungserzeugung des Brennstoffzellenstapels nicht verbessert werden.
In dieser Beziehung enthält bei der vorliegenden Ausgestaltung jeder Vorsprung 26 nur eine Öffnung 29. Daher bilden, wie in 5A gezeigt, die Innenseite des Vorsprungs 26 und die Öffnung 20 keinen Kanal, der die zwei Seiten des Vorsprungs 26 verbindet. Entsprechend strömt, wenn die Druckdifferenz (P1 > P2) zwischen zwei Seiten des Vorsprungs 26 in dem Gasströmungskanal 27 erzeugt wird, wie durch die fett dargestellten Pfeile in 5A gezeigt, etwas von dem Oxidationsgas in dem Gasströmungskanal 27 zu der Spitze des Vorsprungs 26 hin von einer Seite des Vorsprungs 26 zu der anderen Seite des Vorsprungs 26. Dies diffundiert das Oxidationsgas in dem Gasströmungskanal 27 ausreichend.
Bei der vorliegenden Ausgestaltung enthält jeder der Vorsprünge 26, wie in den 3A und 3B gezeigt, die Öffnung 29. Dies erlaubt es den Öffnungen 29, die als Durchgänge, die Wasser von dem Gasströmungskanal 27 zu dem Wasserströmungskanal 28 abführen, dass sie voll und ganz über die gesamte Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals angeordnet sind. Entsprechend wirkt die Seite der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals, die dem flachen Separator 21 gegenüberliegt (Wasserströmungskanal 28) als Wasserströmungskanal, der einen weiten Bereich, über den Wasser strömen kann, aufweist. Dies verbessert das Wasserabfuhrvermögen der Zelle 10, die die Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals enthält.
Bei der vorliegenden Ausgestaltung sind die Vorsprünge 26 in gleichen Intervallen auf der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals angeordnet. Des Weiteren öffnen sich alle Öffnungen 29 in derselben Richtung. Dies erlaubt es, dass die Vorsprünge 26, die die Öffnungen 29 enthalten und die dieselbe Form aufweisen, über die gesamte Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals hinweg angeordnet sind. Entsprechend werden die Diffusion von Oxidationsgas in dem Gasströmungskanal 27 und die Abfuhr von Wasser zu dem Wasserströmungskanal 28 auf eine wohlausgeglichene Weise über die gesamte Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals hinweg ausgeführt.
Bei der vorliegenden Ausgestaltung besitzt die Anodenseite der Platte 32 zur Bildung eines Gasströmungskanals dieselbe Struktur wie die Kathodenseite der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals. Daher arbeiten die Vorsprünge 36 und die Öffnungen 39 der Platte 32 zur Bildung eines Gasströmungskanals an der Anodenseite auf dieselbe Weise wie die Vorsprünge 26 und die Öffnungen 29 der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals an der Kathodenseite wie oben beschrieben.
Die obige Ausgestaltung weist die unten beschriebenen Vorteile auf.

(1) Jeder Vorsprung 26 enthält nur eine Öffnung 29. Weiterhin enthält jeder Vorsprung 36 nur eine Öffnung 39. Daher kann Gas (Brennstoffgas oder Oxidationsgas) in den Gasströmungskanälen 27 und 37 ausreichend diffundiert werden.
(2) Jeder der Vorsprünge 26 enthält die Öffnung 29. Weiterhin enthält jeder der Vorsprünge 36 die Öffnung 39. Dies verbessert das Abfuhrverhalten der Zelle 10, die die Platten 22 und 32 zur Bildung des Gasströmungskanals enthält.
(3) Die Öffnungen 29 und 39 öffnen sich alle in derselben Richtung. Daher werden die Diffusion von Gas in den Gasströmungskanälen 27 und 37 und die Abfuhr von Wasser zu den Wasserströmungskanälen 28 und 38 auf eine wohlausgeglichene Weise über die gesamten Platten 22 und 32 zur Bildung eines Gasströmungskanals ausgeführt.

Fachleuten sollte es einleuchten, dass die vorliegende Erfindung auf viele andere konkrete Weisen verkörpert werden kann, ohne vom Gedanken oder dem Rahmen der Erfindung abzuweichen. Deshalb sind die vorliegenden Beispiele und Ausgestaltungen als illustrativ und nicht beschränkend anzusehen, und die Erfindung ist nicht auf die hierin gegebenen Einzelheiten zu beschränken, sondern sie kann innerhalb des Rahmens und der Äquivalenz der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.
Die Anordnung der Vorsprünge 26 auf der Platte 22 zur Bildung eines Gasströmungskanals und die Anordnung der Vorsprünge 36 auf der Platte 32 zur Bildung eines Gasströmungskanals können modifiziert werden.
Die Richtung, zu der hin sich die Öffnungen 29 und 39 öffnen, kann geändert werden. Es werden nun konkrete Beispiele von modifizierten Platten zur Bildung eines Gasströmungskanals, die Öffnungen enthalten, welche sich in anderen Richtungen öffnen, beschrieben.
6 zeigt eine Platte 62 zur Bildung eines Gasströmungskanals, die Vorsprünge 661 und Vorsprünge 662, die in einer Erstreckungsrichtung L auf eine serpentinenartige Weise abwechselnd angeordnet sind, enthält. Jeder der Vorsprünge 661 und 662 enthält eine Öffnung 69. Jeder Vorsprung 661 besitzt eine Seitenwand, die zu einer Seite (linke Seite in 6) der Platte 62 zur Bildung eines Gasströmungskanals, die die Öffnung 69 enthält, hin angeordnet ist. Jeder Vorsprung 662 besitzt eine Seitenwand, die zu der anderen Seite (rechte Seite in 6) der Platte 62 zur Bildung eines Gasströmungskanals, die die Öffnung 69 enthält, hin angeordnet ist. Die Vorsprünge 661 mit den Öffnungen 69 in den Wänden, die zu derselben Seite hin angeordnet sind, sind in der Richtung orthogonal zu der Erstreckungsrichtung L (orthogonale Richtung) ausgerichtet. Auf dieselbe Weise sind die Vorsprünge 662 mit den Öffnungen 69 in den Wänden, die zu derselben Seite hin angeordnet sind, in der Richtung orthogonal zu der Erstreckungsrichtung L ausgerichtet.
7 zeigt eine Platte 72 zur Bildung eines Gasströmungskanals, die Vorsprünge 761, die in der Erstreckungsrichtung L angeordnet sind, und Vorsprünge 762, die in der Erstreckungsrichtung L angeordnet sind, enthält. Die Vorsprünge 761 und 762 enthalten jeweils eine Öffnung 79. Die Öffnungen 79 der Vorsprünge 761 sind auf derselben Seite der Vorsprünge 761 angeordnet und die Öffnungen 79 der Vorsprünge 762 sind auf derselben Seite der Vorsprünge 762 angeordnet. Die Vorsprünge 761 und die Vorsprünge 762 sind in der orthogonalen Richtung abwechselnd auf der Platte 72 zur Bildung eines Gasströmungskanals angeordnet. Die Öffnungen 79 der Vorsprünge 761 sind in den zu einer Seite (rechte Seite in 7) der Platte 72 zur Bildung eines Gasströmungskanals hin gelegenen Seitenwänden angeordnet. Die Öffnungen 79 der Vorsprünge 762 sind in den zu der anderen Seite (linke Seite in 7) der Platte 72 zur Bildung eines Gasströmungskanals hin gelegenen Seitenwänden angeordnet.
8 zeigt eine Platte 82 zur Bildung eines Gasströmungskanals, die Vorsprünge 861 mit Öffnungen 89 in den Seitenwänden, die zu einer Seite (rechte Seite in 11) der Platte 82 zur Bildung eines Gasströmungskanals hin angeordnet sind, enthält. Die Vorsprünge 861 sind in der Erstreckungsrichtung L angeordnet und bilden die in der orthogonalen Richtung am Weitesten links befindliche Reihe. Eine zweite Reihe von der äußersten linken Reihe in der orthogonalen Richtung wird durch Vorsprünge 862 gebildet, die die Öffnungen 89 nicht enthalten. Eine dritte Reihe von der am weitesten links gelegenen Reihe in der orthogonalen Richtung enthält Vorsprünge 863 mit den Öffnungen 89 in den Seitenwänden, die zu der anderen Seite (linke Seite in 8) der Platte 82 zur Bildung eines Gasströmungskanals hin gelegen sind. Wie durch das Beispiel von 8 gezeigt ist, müssen nicht notwendigerweise sämtliche der Vorsprünge die Öffnungen enthalten.
9 zeigt eine Platte 92 zur Bildung eines Gasströmungskanals, die Vorsprünge 96 mit Öffnungen 99 in Wänden, die in der Erstreckungsrichtung L zu einer Seite (der Oberseite in 9) hin angeordnet sind, enthält.
10 zeigt eine Platte 102 zur Bildung eines Gasströmungskanals mit Vorsprüngen 1061 und Vorsprüngen 1062, die in der Erstreckungsrichtung L abwechselnd angeordnet sind. Jeder der Vorsprünge 1061 enthält eine Öffnung 109 in einer Wand, die in der Erstreckungsrichtung L zu einer Seite (Unterseite in 10) der Platte 102 zur Bildung eines Gasströmungskanals hin gelegen ist. Jeder der Vorsprünge 1062 enthält eine Öffnung 109 in einer Wand, die in der Erstreckungsrichtung L zu der anderen Seite (Oberseite in 10) der Platte 102 zur Bildung eines Gasströmungskanals hin gelegen ist. Die Vorsprünge 1061 sind in der orthogonalen Richtung ausgerichtet. Die Öffnungen 109 der Vorsprünge 1061 sind in den zu derselben Seite der Platte 102 zur Bildung eines Gasströmungskanals hin gelegenen Wänden angeordnet. Außerdem sind die Vorsprünge 1062 sind in der orthogonalen Richtung ausgerichtet. Die Öffnungen 109 der Vorsprünge 1062 sind in den zu derselben Seite der Platte 102 zur Bildung eines Gasströmungskanals hin gelegenen Wänden angeordnet.
Wie in den 11 und 12 schematisch gezeigt, können die Membranelektrodenanordnung 13 (siehe 1) und der flache Separator 21 oder 31 eine Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals, die eine Vielzahl von Vorsprüngen 116 enthält, die zu der Membranelektrodenanordnung 13 hin vorstehen (von der Ebene der 11 und 12 nach oben) und in Intervallen angeordnet sind, sandwichartig umgeben. Bei der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals wirkt der Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals an der Seite gegenüberliegend der Membranelektrodenanordnung 13, der Gebiete zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen 116 enthält, als Gasströmungskanal 117. Des Weiteren wirkt der Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals an der Seite gegenüberliegend dem flachen Separator (von der Ebene von 11 nach unten), der die Innenseite der Vorsprünge 116 enthält, als Wasserströmungskanal 118. Genauer ausgedrückt enthält der Gasströmungskanal 117 nutförmige Teile, die zwischen benachbarten Vorsprüngen 116 gebildet sind. Der Gasströmungskanal 117 wirkt hauptsächlich als Kanal, der Gas (Brennstoffgas oder Oxidationsgas) in Umlauf bringt. Der Wasserströmungskanal 118 enthält nutartige Teile, die im Inneren der Vorsprünge 116 gebildet sind. Der Wasserströmungskanal 118 wirkt hauptsächlich als Kanal, der Wasser, das während der Erzeugung von Leistung in der Membranelektrodenanordnung 13 erzeugt wird, abführt. Die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals ist auf eine wellenförmige Weise gekrümmt in einer Richtung orthogonal (orthogonale Richtung) zu einer Richtung, in der sich die Vorsprünge 116 erstrecken, das heißt, einer Richtung, in der sich der Gasströmungskanal 117 erstreckt (Erstreckungsrichtung M). Die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals enthält eine Vielzahl von Öffnungen 119, die in einer Seitenwand eines jeden Vorsprungs 116 gebildet sind. Die Öffnung 119 verbindet die Innenseite des Vorsprungs 116 (Wasserströmungskanal 118) und die Außenseite des Vorsprungs 116 (Gasströmungskanal 117). Die Vielzahl von Öffnungen 119 sind in der Erstreckungsrichtung M der Vorsprünge 116 voneinander separiert.
Die in 11 gezeigte Platte 122 zur Bildung eines Gasströmungskanals enthält die Vorsprünge 116 mit den Öffnungen 119. Die Öffnungen von sämtlichen der Vorsprünge 116 sind in der Erstreckungsrichtung M nur in einer der Seitenwände (rechte Seitenwand in 11) angeordnet.
Die in 12 gezeigte Platte 132 zur Bildung eines Gasströmungskanals enthält die Vorsprünge 116 mit den Öffnungen 119, die nur in den Wänden, die in der Erstreckungsrichtung L zu einer Seite (rechte Seite in 12) der Platte 132 zur Bildung eines Gasströmungskanals hin gelegen sind, angeordnet sind, und die Vorsprünge 116 mit den Öffnungen 119, die nur in der anderen Wand der Platte 132 zur Bildung eines Gasströmungskanals angeordnet sind. Die Vorsprünge 116 mit den auf der rechten Seite gelegenen Öffnungen 119 und die Vorsprünge 116 mit den auf der linken Seite gelegenen Öffnungen 119 sind abwechselnd angeordnet.
Bei einer derartigen Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals sind die Öffnungen 119 nicht in beiden Seitenwänden des Vorsprungs 116, die die Spitze des Vorsprungs 116 in der orthogonalen Richtung sandwichartig umgeben, gebildet. Entsprechend würde, wenn zwischen den zwei Seiten des Vorsprungs 116 eine Druckdifferenz erzeugt wird, die Druckdifferenz nicht zulassen, dass das Gas durch die Innenseite des Vorsprungs 116 strömt. Daher strömt, wenn zwischen zwei Seiten des Vorsprungs 116 in dem Gasströmungskanal 117 eine Druckdifferenz erzeugt wird, etwas von dem Gas in dem Gasströmungskanal 117 zu der Spitze des Vorsprungs 116 hin (zu der Membranelektrodenanordnung 13 hin) von einer Seite des Vorsprungs 116 zu der anderen Seite. Dies diffundiert Gas (Oxidationsgas oder Brenngas) in dem Gasströmungskanal 27 ausreichend.
Die Öffnungen 119 in beiden Seitenwänden der Vorsprünge 116 ausgebildet sein. In diesem Fall sind die Öffnungen 119, die in einer Seitenwand eines Vorsprungs 116 ausgebildet sind, gegenüber den Öffnungen 119, die in der anderen Seitenwand des Vorsprungs 116 ausgebildet sind, in der Erstreckungsrichtung M versetzt, so dass sie in der orthogonalen Richtung nicht ausgerichtet sind.
Bei einer derartigen Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals sind die Öffnungen 119 in beiden Seitenwänden des Vorsprungs 116 ausgebildet. Allerdings überlappen sich die Öffnungen 119 in einer Seitenwand in der orthogonalen Richtung nicht mit den Öffnungen 119 in der anderen Seitenwand. Entsprechend ist es, wenn zwischen zwei Seiten des Vorsprungs 116 eine Druckdifferenz erzeugt wird, verglichen mit der Struktur, bei der die in einer Seitenwand des Vorsprungs 116 ausgebildeten Öffnungen 119 und die der anderen Seitenwand des Vorsprungs 116 ausgebildeten Öffnungen 119 in der orthogonalen Richtung ausgerichtet sind, weniger wahrscheinlich, dass das Gas durch die Innenseite des Vorsprungs 116 strömt. Daher strömt, wenn zwischen zwei Seiten des Vorsprungs 116 in dem Gasströmungskanal 117 eine Druckdifferenz erzeugt wird, etwas von dem Gas in dem Gasströmungskanal 117 zu der Spitze des Vorsprungs 116 hin (zu der Membranelektrodenanordnung 13 hin) von einer Seite des Vorsprungs 116 zu der anderen Seite.
Sämtliche der Vorsprünge 116 müssen nicht notwendigerweise die Öffnungen 119 enthalten. Das heißt, die Vorsprünge 116 müssen nicht notwendigerweise die Öffnungen 119 enthalten.
Bei der Öffnung, die in dem Vorsprung (oder der Ausbuchtung) der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals angeordnet ist, muss es sich nicht notwendigerweise um einziges Durchgangsloch handeln. Das heißt, die Öffnung kann eine Vielzahl von Öffnungen enthalten. Insbesondere können Öffnungen, die eine maschenartige Struktur, Öffnungen, die die Struktur eines perforierten Metalls bilden, oder eine Öffnung, die durch wandartige (oder säulenartige) Komponenten in eine Vielzahl von Öffnungen unterteilt ist, verwendet werden.
Die Struktur der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals bei der obigen Ausgestaltung muss nicht notwendigerweise über die gesamte Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals hinweg eingesetzt werden. Das heißt, die Struktur der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals bei der obigen Ausgestaltung kann nur auf einen Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals angewandt werden. Der Einsatz der Struktur der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals bei der obigen Ausgestaltung auf Teile einer Zelle, bei denen es wahrscheinlich ist, dass das Gasdiffusionsvermögen geringer ist, ermöglicht eine ausreichende Gasdiffusion in dem Gasströmungskanal.
Anstelle der flachen Separatoren 21 und 31, die die Form einer flachen Platte aufweisen, kann jede Trennplatte, wie beispielsweise eine Trennplatte, die Einsenkungen und Vorsprünge (Dellen und Beulen) enthält, oder eine wellenförmige Trennplatte verwendet werden.

Claims

Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals für eine Brennstoffzelle, wobei die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals zwischen einer Membranelektrodenanordnung und einer Trennplatte angeordnet ist und in einem Separator einer Zelle in einer Brennstoffzelle enthalten ist, wobei die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals aufweist: eine Vielzahl von Vorsprüngen, die zu der Membranelektrodenanordnung hin vorstehen, wobei die Vorsprünge in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung orthogonal verläuft, angeordnet sind; einen Gasströmungskanal, der durch einen Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals an einer Seite gegenüberliegend der Membranelektrodenanordnung gebildet ist und der Gebiete zwischen benachbarten der Vorsprünge enthält; einen Wasserströmungskanal, der durch einen Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals an einer Seite gegenüberliegend der Trennplatte gebildet ist und der eine Innenseite eines jeden der Vorsprünge enthält; und eine Vielzahl von Öffnungen, von denen jede in einer Seitenwand eines der Vorsprünge gebildet ist und die Innenseite und eine Außenseite des Vorsprungs verbindet, wobei jede der Öffnungen bei einem der Vorsprünge an nur einer Stelle angeordnet ist.
Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals gemäß Anspruch 1, wobei jede der Öffnungen in einem der Vorsprünge ausgebildet ist.
Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei jede der Öffnungen ein einziges Durchgangsloch ist.
Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vorsprünge in gleichen Intervallen angeordnet sind und sich alle Öffnungen in derselben Richtung öffnen.
Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals für eine Brennstoffzelle, wobei die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals zwischen einer Membranelektrodenanordnung und einer Trennplatte angeordnet ist und in einem Separator einer Zelle in einer Brennstoffzelle enthalten ist, wobei die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals aufweist: eine Vielzahl von Vorsprüngen, die in Intervallen angeordnet sind und zu der Membranelektrodenanordnung hin vorstehen; einen Gasströmungskanal, der durch einen Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals an einer Seite gegenüberliegend der Membranelektrodenanordnung gebildet ist und der Gebiete zwischen benachbarten der Vorsprünge enthält; einen Wasserströmungskanal, der durch einen Teil der Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals an einer Seite gegenüberliegend der Trennplatte gebildet ist und eine Innenseite eines jeden der Vorsprünge enthält; eine Vielzahl von Öffnungen, von denen jede in einer Seitenwand eines der Vorsprünge ausgebildet ist und die Innenseite und eine Außenseite des Vorsprungs verbindet, wobei die Vielzahl von Öffnungen in einer Richtung, in der sich die Vorsprünge erstrecken, voneinander separiert sind.
Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals gemäß Anspruch 5, wobei die Öffnungen nur in einer von zwei Seitenwänden eines Vorsprungs ausgebildet sind.
Brennstoffzellenstapel, der aufweist: einen Stapel von Zellen, wobei jede der Zellen eine Membranelektrodenanordnung und ein Paar Separatoren, die die Membranelektrodenanordnung sandwichartig umgeben, enthält, und zumindest einer der zwei Separatoren eine Trennplatte und die Platte zur Bildung eines Gasströmungskanals gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die zwischen der Trennplatte und der Membranelektrodenanordnung angeordnet ist, enthält.