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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Separator für eine Brennstoffzelle und insbesondere den Separator, der es ermöglichen kann, dass Luft an einem Diffusionsteil vorbeiströmt und somit direkt zu einer Reaktionsfläche strömt, was ein Phänomen der Verschlechterung einer Polymer-Elektrolyt-Membran verringern kann.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Eine Brennstoffzelle ist eine Art Stromerzeugungsvorrichtung, die Brennstoff in einem Stapel elektrochemisch reagiert, um chemische Energie des Brennstoffs in elektrische Energie umzuwandeln, und somit kann die Brennstoffzelle Antriebsenergie für industriellen Gebrauch, Heimgebrauch und Fahrzeuge liefern und kann ferner verwendet werden, um kleine elektronische Produkte wie beispielsweise tragbare Vorrichtungen/Geräte mit Strom zu versorgen. In letzter Zeit hat die Verwendung der Brennstoffzelle als eine hocheffiziente und saubere Energiequelle sukzessive zugenommen.
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In einem herkömmlichen Brennstoffzellenstapel ist eine Membranelektrodenanordnung (MEA) an der innersten Seite angeordnet und die Membranelektrodenanordnung umfasst eine Polymer-Elektrolyt-Membran, die in der Lage ist, positive Wasserstoffionen (Protonen) zu transportieren, und Katalysatorschichten, die an beiden Flächen der Elektrolytmembran aufgebracht sind, um zu ermöglichen, dass Sauerstoff und Wasserstoff eine Reaktion miteinander eingehen, das heißt, eine Brennstoffelektrode (Anode) und eine Luftelektrode (Katode).
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Darüber hinaus ist eine Gasdiffusionsschicht (Gas Diffusion Layer - GDL) an einer Außenseite der Membranelektrodenanordnung laminiert, das heißt, die Außenseite, wo die Brennstoffelektrode und die Luftelektrode angeordnet sind, ein Separator, auf dem ein Strömungsweg gebildet ist, der zum Zuführen von Brennstoff und Abführen von durch eine Reaktion erzeugtem Wasser eingerichtet ist, ist an einer Außenseite der Gasdiffusionsschicht angeordnet, und eine Endplatte zum Halten und Fixieren der oben beschriebenen jeweiligen Komponenten ist an der äußersten Seite angeordnet. Ferner ist eine Dichtung in verschiedenen Strukturen gebildet, um an dem Separator strömenden Wasserstoff und Sauerstoff (Luft) hermetisch zurückzuhalten.
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Der Separator ist im Allgemeinen so hergestellt, dass er einen Aufbau aufweist, bei dem ein als Träger dienender Steg und ein zu einem Fluidströmungskanal werdender Kanal (Strömungsweg) wiederholt gebildet werden.
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Das heißt, da ein herkömmlicher Separator einen Aufbau aufweist, bei dem Stege und Kanäle wiederholt gebogen werden, wird ein Kanal an einer der Gasdiffusionsschicht zugewandten Seite als ein Raum verwendet, durch den ein Reaktionsgas wie beispielsweise Wasserstoff oder Luft strömt, und gleichzeitig wird ein gegenüberliegender Kanal als ein Raum verwendet, durch den ein Kühlmittel strömt, so dass es möglich ist, eine Elementarzelle unter Verwendung von insgesamt zwei Separatoren einschließlich einer Separatorplatte mit einem Wasserstoff-/Kühlmittelkanal und einer Separatorplatte mit einem Luft-/Kühlmittelkanal herzustellen.
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1 zeigt eine Ansicht, die einen herkömmlichen Separator darstellt.
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Wie in 1 dargestellt ist, weist ein Separator 10 gemäß dem Stand der Technik Einlassverteiler 11a, 11b und 11c und Auslassverteiler (nicht gezeigt) auf, die an seinen beiden Kanten gebildet sind, und Reaktionsgas und Kühlmittel strömen in den Separator durch die Einlassverteiler und werden von dem Separator durch die Auslassverteiler ausgetragen. Wie beispielsweise in 1 dargestellt, sind der Lufteinlassverteiler 11a, der Kühlmitteleinlassverteiler 11b und Wasserstoffeinlassverteiler 11c, die eingerichtet sind, um zu ermöglichen, dass Luft (Sauerstoff), Kühlmittel und Wasserstoff in den Separator strömen, an einer Seite des Separators 10 gebildet. Außerdem, obwohl nicht in 1 gezeigt, sind der Luftauslassverteiler, der Kühlmittelauslassverteiler und der Wasserstoffauslassverteiler, die eingerichtet sind, um Luft (Sauerstoff), Kühlmittel und Wasserstoff abzuführen, an der anderen Seite des Separators 10 gebildet. Ferner weist es Separator 10 eine darauf gebildete Reaktionsfläche 13 auf, und die Reaktionsfläche ist ein Bereich, der einer Membranelektrodenanordnung entspricht, und ist mit den an der einen Seite gebildeten Einlassverteilern 11a, 11b und 11c und den an der anderen Seite gebildeten Auslassverteilern (nicht gezeigt) verbunden. Darüber hinaus ist ein Diffusionsteil 12 zwischen der Reaktionsfläche 13 und jedem der Einlassverteiler 11a, 11b und 11c gebildet, und die Diffusionsteile verteilen Luft (Sauerstoff), Kühlmittel beziehungsweise Wasserstoff, die in die Einlassverteiler 11a, 11b und 11c strömen, und führen Sie dann zu der Reaktionsfläche 13 zu.
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Ferner ist an dem Separator 10 eine Mehrzahl von Lufteinlassbohrungen gebildet, die derart eingerichtet sind, um zu ermöglichen, dass von dem Lufteinlassverteiler 11a strömende Luft zu dem Diffusionsteil 12 strömt. Des Weiteren ist eine Mehrzahl von Diffusionsströmungswegen 12b an dem Diffusionsteil 12 gebildet, die derart eingerichtet sind, um zu ermöglichen, dass von dem Lufteinlassverteiler 11a strömende Luft verteilt wird und zu der Reaktionsfläche 13 strömt. Insbesondere werden ein Steg 12a und ein Kanal durch Biegen des Diffusionsteils 12 gebildet, um den Diffusionsströmungsweg 12b zu bilden, und der wie oben beschriebene Kanal wird zum Diffusionsströmungsweg 12b.
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Ferner ist eine Dichtungsleitung/Dichtungslinie 20 an/auf einer Fläche des Separators 10 gebildet, und die Dichtungsleitung umgibt die Einlassverteiler 11a, 11b und 11c, die an der einen Seite des Separators gebildet sind, die Auslassverteiler (nicht gezeigt), die an der anderen Seite des Separators gebildet sind, das Diffusionsteils 12 und die Reaktionsfläche 13, um die Luftdichtheit aufrechtzuerhalten, wenn Luft, Kühlmittel und Wasserstoff strömen.
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Andererseits, da von dem Lufteinlassverteiler 11a strömende Luft in den Diffusionsteil 12 verteilt wird und dann an die Reaktionsfläche 13 zugeführt wird, ist eine Verteilung von an die Reaktionsfläche 13 zugeführter Luft relativ gleichmäßig. Zu diesem Zweck sind jedoch die an dem Diffusionsteil 12 gebildeten Diffusionsströmungswege 12b derart gebildet, um eine Vielzahl von Längen aufzuweisen.
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Da wie oben beschrieben ein Unterschied in den Längen der Diffusionsströmungswege 12b auftritt, wenn Luft augenblicklich überladen (schnell beschleunigt) wird, oder während eines Langzeitparkens, wird die Häufigkeit, dass ein Bereich, wo der Diffusionsströmungsweg 12b relativ kurz ist, gegenüber Luft ausgesetzt wird, erhöht. Aus diesem Grund besteht das Problem, dass in einem Bereich A des Diffusionsteils 12, in dem der Diffusionsströmungsweg 12b kurz ist, eine Verschlechterung der Membranelektrodenanordnung schneller als in anderen Bereichen voranschreitet. Der Grund, warum die Verschlechterung der Membranelektrodenanordnung in dem Bereich A, der Luft häufiger ausgesetzt ist, schneller voranschreitet, besteht darin, dass der Luftpartialdruck des entsprechenden Bereichs durch einen Luftüberschuss erhöht wird, die Luftmenge, die zu einer Wasserstoffseite übergeht, somit erhöht wird, und in dem entsprechenden Bereich aufgrund der gestiegenen Luft ein großes Potenzial gebildet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Offenbarung stellt einen Separator für eine Brennstoffzelle bereit, der es ermöglichen kann, dass Luft einen Diffusionsteil umgeht und somit direkt zu einer Reaktionsfläche strömt, was ein Phänomen der Verschlechterung einer Polymer-Elektrolyt-Membran verringern kann.
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Ein Separator für eine Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann umfassen einen Separatorhauptkörper, der einen darauf gebildeten Diffusionsteil aufweist und eingerichtet ist, um zu ermöglichen, dass zu verteilende Luft von einem Lufteinlassverteiler zu einer Reaktionsfläche zugeführt wird; und eine Dichtungsleitung, die an einer Fläche/Oberfläche des Separatorhauptkörpers gebildet ist und den Lufteinlassverteiler und die Reaktionsfläche zum Aufrechterhalten der Luftdichtheit umgibt. Hierbei kann zumindest der Separatorhauptkörper oder die Dichtungsleitung einen darauf gebildeten Bypassströmungsweg aufweisen, um zu ermöglichen, dass von dem Lufteinlassverteiler zugeführte Luft direkt zu der Reaktionsfläche strömt, ohne durch den Diffusionsteil hindurch zu strömen.
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Der Diffusionsteil kann eine Mehrzahl von darauf gebildeten Diffusionsströmungswegen aufweisen, um zu ermöglichen, dass zu verteilende Luft von dem Lufteinlassverteiler zu der Reaktionsfläche strömt, und der Bypassströmungsweg kann an einer Position neben dem Diffusionsströmungsweg, der die kürzeste Länge unter der Mehrzahl von Diffusionsströmungswegen aufweist, gebildet sein, um zu ermöglichen, dass ein Teil der Luft, die an einen Bereich zugeführt wird, in dem der Diffusionsströmungsweg mit der kürzesten Länge gebildet ist, direkt zu der Reaktionsfläche strömt.
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Der Separatorhauptkörper kann aufweisen eine Mehrzahl von Lufteinlassbohrungen/Lufteinlassöffnungen, die darauf gebildet sind, um zu ermöglichen, dass Luft von dem Lufteinlassverteiler zu dem Diffusionsteil strömt, und eine Bypassbohrung/Bypassöffnung, die darauf gebildet ist, um zu ermöglichen, dass Luft von dem Lufteinlassverteiler zu dem Bypassweg strömt, und die Bypassbohrung kann derart gebildet sein, um eine Querschnittsfläche aufzuweisen, die größer als die der Lufteinlassbohrung ist, die mit dem kürzesten Diffusionsströmungsweg unter den Lufteinlassbohrungen verbunden ist.
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Zumindest der Separatorhauptkörper oder die Dichtungsleitung können einen darauf gebildeten Strömungsweg-Trennteil umfassen, der einen Raum zwischen der Reaktionsfläche und dem Bypassströmungsweg sperrt/blockiert, um den Bypassströmungsweg zu bilden.
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Der Strömungsweg-Trennteil kann ein Teilungsvorsprung sein, der durch Vorstehen eines Bereichs zwischen der Reaktionsfläche und dem Bypassströmungsweg des Separatorhauptkörpers in einer konkav-konvexen Form gebildet ist.
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Der Strömungsweg-Trennteil kann eine Dichtungstrennleitung/Dichtungstrennlinie sein, die sich von der Dichtungsleitung zu einem Bereich zwischen der Reaktionsfläche und dem Bypassströmungsweg erstreckt.
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Der Bypassströmungsweg kann eine oder mehrere Bypassauslassöffnungen aufweisen, die eingerichtet ist/sind, um zu ermöglichen, dass Luft zu der Reaktionsfläche strömt, wobei die eine oder mehreren Bypassauslassöffnungen in einer Richtung, in der Luft an/auf der Reaktionsfläche strömt, beabstandet sind.
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Die Mehrzahl von Bypassströmungswegen können derart einzeln gebildet sein, dass sie neben dem Diffusionsströmungsweg mit der kürzesten Länge unter der Mehrzahl von Diffusionsströmungswegen liegen, wobei jeder Bypassströmungsweg die darauf gebildete Bypassauslassöffnung aufweisen kann und eingerichtet ist, um zu ermöglichen, dass Luft zu der Reaktionsfläche strömt, und wobei die an/auf den Bypassströmungswegen jeweils gebildeten Bypassauslassöffnungen in einer Richtung voneinander beabstandet sind, in der Luft auf der Reaktionsfläche strömt.
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Figurenliste
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Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich. In den Figuren zeigen:
- 1 (STAND DER TECHNIK) eine Ansicht, die einen herkömmlichen Separator darstellt;
- 2 eine Ansicht, die einen Separator für eine Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 3 eine Schnittdarstellung, die eine Querschnitt entlang der Linie B-B in 2 darstellt;
- 4 eine Ansicht, die einen Separator für eine Brennstoffzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
- 5 eine Schnittdarstellung, die einen Querschnitt entlang der Linie C-C in 4 darstellt; und
- 6 und 7 Ansichten, die einen Separator für eine Brennstoffzelle gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es versteht sich, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z.B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffgetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
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Die hierin verwendete Terminologie ist zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen vorgesehen und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen „ein“, „eine/einer“ und „der/die/das“ dazu vorgesehen, dass sie ebenso die Pluralformen umfassen, wenn aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es versteht sich ferner, dass die Ausdrücke „aufweisen“ und/oder „aufweisend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten beschreiben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einen oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck „und/oder“ jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgeführten Elemente. In der Beschreibung, wenn nicht ausdrücklich das Gegenteil beschrieben ist, werden das Wort „aufweisen/umfassen“ und Variationen wie „aufweist/umfasst“ oder „aufweisend/umfassend“ derart verstanden, dass dies die Einbeziehung der genannten Elemente aber nicht der Ausschluss von irgendwelchen anderen Elementen bedeutet. Darüber hinaus bedeuten die Begriffe „...Einheit“, „...-er“, „...-or“ und „...Modul“, die in der Beschreibung beschrieben werden, Einheiten zum Verarbeiten von zumindest einer Funktion und Operation, und können durch Hardware-Komponenten oder Software-Komponenten und Kombinationen derselben realisiert/implementiert werden.
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Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuerung/Steuereinheit oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc (CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z.B. durch einen Telematik-Server oder ein Controller Area Network (CAN) .
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die nachfolgend offenbarten Ausführungsformen beschränkt und werden in verschiedenen Formen ausgeführt, die sich voneinander unterscheiden, und diese Ausführungsformen machen lediglich die Offenbarung der vorliegenden Offenbarung vollständig und gewährleisten, dass ein Fachmann einen vollständigen Überblick über den Umfang der Offenbarung erhält. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.
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Ein Separator für eine Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Separater zum Lösen des Problems, das durch eine relativ hohe Häufigkeit eines Kontakts mit Luft verursacht wird, und es ist bevorzugt, dass der Separator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bei einem Kathodenseparator eine Anwendung findet, der an/auf einer Luftelektroden- (Katode) Seite angeordnet ist, die einen Luftstrom leitet. Natürlich ist der Separator für eine Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der Vorliegen Offenbarung nicht darauf beschränkt, dass er nur auf den Kathodenseparator angewendet wird, und die technische Lehre der vorliegenden Offenbarung kann auf einen Anodenseparator angewendet werden. Nachstehend wird der Separator für eine Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anhand des Kathodenseparators als Beispiel beschrieben.
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2 zeigt eine Ansicht, die einen Separator für eine Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, und 3 zeigt eine Schnittdarstellung, die einen Querschnitt entlang der Linie B-B in 2 darstellt.
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Wie in den Zeichnungen dargestellt, ist ein Separator für eine Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Separator mit einem Separatorhauptkörper 100 an/auf dem ein Diffusionsteil 120 gebildet ist, der eingerichtet ist, um Luft von einem Lufteinlassverteiler 111 zu einer Reaktionsfläche 130 zu verteilen und zuzuführen, und eine Dichtungsleitung 200 ist an/auf einer Fläche des Separatorhauptkörpers 100 gebildet und vorgesehen, um den Lufteinlassverteiler 111 und die Reaktionsfläche 130 zum Aufrechterhalten der Luftdichtheit zu umgeben. Zumindest der Separatorhauptkörper 100 oder die Dichtungsleitung 200 ist mit einem darauf gebildeten Bypassströmungsweg 300 versehen, der eingerichtet ist, um zu ermöglichen, dass von dem Lufteinlassverteiler 111 zugeführten Luft direkt zu der Reaktionsfläche 130 strömt, ohne durch den Diffusionsteil 120 hindurch zu strömen. Mit anderen Worten kann der Bypassströmungsweg 300 an dem Separatorhauptkörper 100 und/oder der Dichtungsleitung 200 gebildet sein.
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Ähnlich wie bei einem herkömmlichen Separator sind der Lufteinlassverteiler 111, ein Kühlmitteleinlassverteiler 112 und ein Wasserstoffeinlassverteiler 113, die eingerichtet sind, um zu ermöglichen, dass Luft (Sauerstoff) Kühlmittel beziehungsweise Wasserstoff in dem Separatorhauptkörper 100 strömen, an einer Seite des Separatorhauptkörpers 100 gebildet. Obwohl nicht in 2 dargestellt, sind des Weiteren ein Luftauslassverteiler, ein Kühlmittelauslassverteiler und ein Wasserstoffauslassverteiler, die eingerichtet sind, um Luft (Sauerstoff), Kühlmittel beziehungsweise Wasserstoff auszutragen, an der anderen Seite des Separatorhauptkörpers 100 gebildet. Darüber hinaus weist der Separatorhauptkörper 100 die darauf gebildete Reaktionsfläche 130 auf und die Reaktionsfläche stellt einen Bereich dar, der einer Membranelektrodenanordnung entspricht, und ist mit den an der einen Seite gebildeten Einlassverteilern 111, 112 und 113 und den an der anderen Seite gebildeten Auslassverteilern (nicht gezeigt) verbunden. Ferner ist der Diffusionsteil 120 zwischen der Reaktionsfläche 130 und jedem der Einlassverteiler 111, 112 und 113 gebildet, und die Diffusionsteile verteilen/verbreiten in die Einlassverteiler 111, 112 beziehungsweise 113 strömende Luft (Sauerstoff), Kühlmittel und Wasserstoff und führen diese dann der Reaktionsfläche 130 zu.
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Außerdem ist eine Mehrzahl von Lufteinlassbohrungen 141, die eingerichtet sind, um zu ermöglichen, dass von dem Lufteinlassverteiler 111 strömende Luft zu dem Diffusionsteil 120 strömt, an dem Separatorhauptkörper 100 gebildet. An dem Diffusionsteil 120 ist darüber hinaus eine Mehrzahl von Diffusionsströmungswegen 122 gebildet, die eingerichtet sind, um zu ermöglichen, dass von dem Lufteinlassverteiler 111 durch die Mehrzahl von Lufteinlassbohrungen 141 zugeführte Luft verteilt wird und zu der Reaktionsfläche 130 strömt. Insbesondere sind ein Steg 121 und ein Kanal durch Biegen des Diffusionsteils 120 gebildet, um den Diffusionsströmungsweg 122 zu bilden, und der wie oben beschrieben gebildete Kanal wird der Diffusionsströmungsweg 122.
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Die Dichtungsleitung 200 ist an/auf einer Fläche des Separatorhauptkörpers 100 gebildet, um die Einlassverteiler 111, 112 und 113, die Auslassverteiler (nicht gezeigt), den Diffusionsteil 120 und die Reaktionsfläche 130 zu umgeben, wodurch die Luftdichtheit aufrechterhalten wird, wenn Luft, Kühlmittel und Wasserstoff strömen. Insbesondere ist die Dichtungsleitung gebildet, um die Luftdichtheit während eines Leitens des Luftstromes aufrechtzuerhalten.
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Der Bypassströmungsweg 300 ist ein Strömungsweg, der eingerichtet ist, um einen Teil der auf einen entsprechenden Bereich konzentrierten Luft umzuleiten und direkt zu der Reaktionsfläche 130 zu strömen, ohne durch den Diffusionsteil 120 hindurch zu strömen, um zu verhindern, dass ein Bereich, der den Diffusionsströmungsweg mit einer relativ kurzen Länge aufweist, zu stark der Luft ausgesetzt ist, wenn Luft augenblicklich überladen (schnell beschleunigt) wird oder während eines Langzeitparkens. In dieser Ausführungsform entspricht ein Bereich mit dem kürzesten Diffusionsströmungsweg 122 einem Bereich, an dem der Diffusionsströmungsweg 122 angeordnet ist, der an der ganz rechten Seite unter den Diffusionsströmungswegen 122 gebildet ist. Demzufolge ist der Bypassströmungsweg 300 rechts vom dem Diffusionsströmungsweg 122 angeordnet, der an der ganz rechten Seite gebildet ist, so dass er sich neben dem Diffusionsströmungsweg 122 befindet, der an der Seite ganz rechts unter den Diffusionsströmungswegen 122 gebildet ist. Infolgedessen ist es bevorzugt, dass der Bypassströmungsweg 300 entlang einer Kante des Diffusionsteils 120 und einer Kante der Reaktionsfläche 130 gebildet ist.
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Außerdem ist an einer Position neben der Lufteinlassbohrung 141, die mit dem Diffusionsströmungsweg 122 mit der kürzesten Länge unter der Mehrzahl von Lufteinlassbohrungen 141 in Verbindung steht, die an dem Separatorhauptkörper 100 gebildet sind, eine Bypassbohrung 142 gebildet, die eingerichtet ist, um zu ermöglichen, dass von dem Lufteinlassverteiler 111 strömende Luft zu dem Bypassströmungsweg 300 strömt. In dieser Ausführungsform ist die Bypassbohrung 142 rechts von der Lufteinlassbohrung 141 gebildet, die in der Zeichnung ganz rechts angeordnet ist.
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Die Bypassbohrung 142 ist vorzugsweise derart gebildet, um eine Querschnittsfläche aufzuweisen, die größer als die der Lufteinlassbohrung 141 ist, die mit dem kürzesten Diffusionsströmungsweg 122 unter den Lufteinlassbohrungen 141 verbunden ist. Demzufolge ist es möglich, zu unterbinden, dass Luft dem kürzesten Diffusionsströmungsweg 122 übermäßig ausgesetzt wird.
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Andererseits, um den Bypassströmungsweg 300 zu bilden, ist ein Strömungsweg-Trennteil, der eine Raum zwischen der Reaktionsfläche 130 und dem Bypassströmungsweg 300 blockiert, an dem Separatorhauptkörper 100 und/oder der Dichtungsleitung 200 gebildet.
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In dieser Ausführungsform ist der Strömungsweg-Trennteil in dem Separatorhauptkörper 100 gebildet, und wie in 2 und 3 dargestellt, kann der Strömungsweg-Trennteil als ein Teilungsvorsprung 150 ausgeführt sein, der durch Vorstehen eines Bereichs zwischen der Reaktionsfläche 130 und dem Bypassströmungsweg 300 des Separatorhauptkörpers 100 in einer konkav-konvexen Form gebildet ist, wie bei dem Verfahren zum Bilden des Stegs 121, der an dem Diffusionsteil 120 gebildet ist.
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Der Teilungsvorsprung 150 ist jedoch derart gebildet, dass er eine vorgegebene Länge aufweist, die kürzer als die der Reaktionsfläche 130 ist, so dass eine Bypassauslassöffnung 310, durch welche in den Bypassströmungsweg 300 strömende Luft zu der Reaktionsfläche 130 zugeführt wird, an einem Punkt gebildet ist, wo der Teilungsvorsprung 150 endet.
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Es ist bevorzugt, eine Länge des Bypassströmungswegs 300 unter Berücksichtigung der gesamten Menge der Luftzufuhr für die Brennstoffzelle, der Luftzufuhrmenge pro Einheits-Diffusionsströmungsweg 122, der für einen Abschnitt des Bypassströmungswegs 300 erforderlichen Luftzufuhrmenge, der Luftzufuhrmenge, die für einen anderen Abschnitt als den Abschnitt des Bypassströmungswegs 300 erforderlich ist, eines Luftdifferenzdrucks des Bypassströmungswegs 300 und dergleichen zu berechnen. In dieser Ausführungsform ist eine Länge y des Bypassströmungswegs 300 auf 1/3 bis 1/2 der Gesamtlänge x der Reaktionsfläche 130 unter Berücksichtigung der oben beschriebenen verschiedenen Faktoren und eines Flächennutzungsverhältnisses des Separators eingestellt.
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Unterdessen kann wie oben beschrieben der Strömungsweg-Trennteil an dem Separatorhauptkörper und/oder der Dichtungsleitung gebildet sein, und 4 und 5 zeigen, dass der Strömungsweg-Trennteil an der Dichtungsleitung gebildet ist.
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4 zeigt eine Ansicht, die einen Separator für eine Brennstoffzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, und 5 zeigt eine Schnittdarstellung, die einen Querschnitt entlang der Linie C-C in 4 darstellt.
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Ähnlich wie bei dem in der oben beschriebenen Ausführungsform offenbarten Separator, wie in 4 und 5 offenbart, umfasst ein Separator für eine Brennstoffzelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung den Separatorhauptkörper 100 und die Dichtungsleitung 200, und der Strömungsweg-Trennteil, der den Bypassströmungsweg 300 bildet, der eingerichtet ist, um zu ermöglichen, dass von dem Lufteinlassverteiler 111 zugeführte Luft direkt zu der Reaktionsfläche 130 strömt, ohne durch den Diffusionsteil 120 hindurch zu strömen, ist an der Dichtungsleitung 200 gebildet.
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Der Strömungsweg-Trennteil kann als eine Dichtungstrennleitung 210 ausgeführt sein, die sich von der Dichtungsleitung 200 zu einem Bereich zwischen der Reaktionsfläche 130 und dem Bypassströmungsweg 300 erstreckt.
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Die Dichtungstrennleitung 210 ist derart gebildet, dass sie durch einen Raum zwischen der an der ganz rechten Seite gebildeten Lufteinlassbohrung 141 und der Bypassbohrung 142 verläuft und sich entlang einer Kante der Reaktionsfläche 130 erstreckt. Hierbei ist die oben genannte Lufteinlassbohrung, die an der äußersten rechten Seite gebildet ist, die Lufteinlassbohrung 141, die mit dem kürzesten Diffusionsströmungsweg 122 an der Dichtungsleitung 220 verbunden ist, die zwischen dem Lufteinlassverteiler 111 und jeder der Lufteinlassbohrungen 141 gebildet ist.
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Ähnlich wie der Teilungsvorsprung 150 in der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Dichtungstrennleitung 210 derart gebildet, dass sie eine Länge aufweist, die kürzer als die der Reaktionsfläche 130 ist, so dass die Bypassauslassöffnung 310, durch welche in den Bypassströmungsweg 300 strömende Luft zu der Reaktionsfläche 130 zugeführt wird, an einem Punkt gebildet ist, wo die Dichtungstrennleitung endet.
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Unterdessen kann die Anzahl der Bypassströmungswege und der Bypassauslassöffnungen unter Berücksichtigung des Flächennutzungsverhältnisses des Separators auf verschiedene Weise modifiziert und ausgeführt werden.
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6 und 7 zeigen Ansichten, die einen Separator für eine Brennstoffzelle gemäß noch einer anderen Ausführung vom der vorliegenden Offenbarung darstellen.
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Ein in 6 dargestellter Separator für eine Brennstoffzelle stellt ein modifiziertes Beispiel dar, in dem eine Mehrzahl von Bypassauslassöffnungen 311 und 312 an einem Bypassströmungsweg 300 gebildet ist, und die Mehrzahl von Bypassauslassöffnungen 311 und 312, die zum Abführen von Luft zu der Reaktionsfläche 130 eingerichtet sind, sind an dem Bypassströmungsweg 300 gebildet und in einer Richtung, in der Luft an/auf der Reaktionsfläche 130 strömt, voneinander beabstandet. Obwohl die Anordnung, bei der die Anzahl der Bypassauslassöffnungen 311 und 312 zwei beträgt, in der vorliegenden Ausführungsform beispielhaft dargestellt und beschrieben worden ist, kann die Anzahl der Bypassauslassöffnungen 311 und 112 zwei oder mehr betragen.
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Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform der Strömungsweg-Trennteil zum Bilden des Bypass Strömungsweges 300 als der Teilungsvorsprung ausgeführt ist, der durch Modifizieren des Separatorhauptkörpers 100 erhalten wird, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt und der Strömungsweg-Trennteil kann ebenfalls als die Dichtungstrennleitung ausgeführt sein, die durch Modifizieren der Dichtungsleitung 200 erhalten wird.
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Des Weiteren stellt der in 7 dargestellte Separator für eine Brennstoffzelle ein modifiziertes Beispiel dar, in dem die Mehrzahl von Bypassströmungswegen gebildet ist. In diesem Beispiel ist eine Mehrzahl von Bypassströmungswegen 300a und 300b individuell gebildet, so dass sie sich neben dem Diffusionsströmungsweg 122 mit der kürzesten Länge unter der Mehrzahl von Diffusionsströmungswegen 122 befinden, und die Bypassströmungswege 300a und 300b weisen Bypassauslassöffnungen 310a beziehungsweise 310b auf, die darauf gebildet und eingerichtet sind, um zu ermöglichen, dass Luft zu der Reaktionsfläche 130 strömt.
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Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Bypassauslassöffnungen 310a und 310b, die an dem Bypassströmungswegen 300a beziehungsweise 300b gebildet sind, in einer Richtung voneinander beabstandet sind, in der Luft auf/an der Reaktionsfläche 130 strömt.
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Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass Bypassbohrungen 142a und 142b, die eingerichtet sind, um zu ermöglichen, dass Luft von dem Lufteinlassverteiler 111 zu den jeweiligen Bypassströmungswegen 300a und 300b strömen, ebenfalls derart gebildet sind, um den Bypassströmungswegen 300a beziehungsweise 300b zu entsprechen.
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Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform der Strömungsweg-Trennteil zum Bilden des Bypassströmungswegs 300 unter Verwendung sowohl des Teilungsvorsprungs, der durch Modifizieren des Separatorhauptkörper 110 erhalten wird, als auch der Dichtungsleitung 200, die durch Modifizieren der Dichtungsleitung 200 erhalten wird, ausgeführt ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, und der Teilungsvorsprung und die Dichtungstrennleitung können alleine verwendet werden, um den Strömungsweg-Trennteil zu realisieren.
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Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung besteht ein Vorteil darin, dass der Bypassströmungsweg in dem Bereich gebildet ist, der aufgrund des relativ kurzen Diffusionsströmungsweges der an dem Diffusionsteil gebildeten Diffusionsströmungswege häufig der Luft ausgesetzt ist, so dass es möglich ist, zu verhindern, dass der entsprechende Bereich der Luft übermäßig ausgesetzt wird, wodurch ein Phänomen der Verschlechterung der Polymer-Elektrolyt-Membran verringert wird.
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Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, sondern ist durch die folgenden Ansprüche beschränkt. Demzufolge kann ein Fachmann die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise modifizieren und ändern, ohne von der technischen Lehre der folgenden Ansprüche abzuweichen.
