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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle.
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HINTERGRUND
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Ein Separator einer Brennstoffzelle ist mit Strömungspfadnuten ausgebildet, durch welche Reaktionsgas zwischen dem Separator und einer Katalysatorschicht strömt, die auf einer Elektrolytmembran ausgebildet ist. Ein Teil des Reaktionsgases, das durch die Strömungspfadnuten strömt, wird der Katalysatorschicht zugeführt, sodass die Stromerzeugungsreaktion auftritt. Beispielsweise ist in der
japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-147466 der Separator mit Wellennuten als den Strömungspfadnuten ausgebildet.
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Beispielsweise ist in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-147466 die Wellennut in einer Wellenform mit einer vorbestimmten Amplitude ausgebildet, während die Kante der Katalysatorschicht im Wesentlichen geradlinig ausgebildet ist. Es gibt einen großen Zwischenraum zwischen einer Wellennut, die der Kante der Katalysatorschicht am nächsten ist, und der Kante der Katalysatorschicht. In einem solchen Zwischenraum kann das Reaktionsgas der Katalysatorschicht nicht ausreichend zugeführt werden und die Stromerzeugungsleistung der Brennstoffzelle kann verschlechtert sein.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffzelle bereitzustellen, die eine Verschlechterung einer Stromerzeugungsleistung verhindert.
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Das obige Ziel wird erreicht durch eine Brennstoffzelle, mit einer Elektrolytmembran, ersten und zweiten Katalysatorschichten, die entsprechend auf ersten und zweiten Oberflächen der Elektrolytmembran ausgebildet sind, und einem Separator, der bezüglich der ersten Katalysatorschicht auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrolytmembran angeordnet ist, wobei der Separator Strömungspfadnuten hat, durch welche Reaktionsgas zwischen dem Separator und der ersten Katalysatorschicht strömt, wobei die Strömungspfadnuten Wellennuten, die sich in einer ersten Richtung wellenförmig erstrecken und in einer zweiten Richtung angeordnet sind, die senkrecht zu der ersten Richtung ist, und erste und zweite Endnuten haben, zwischen welchen die Wellennuten in der zweiten Richtung angeordnet sind, wobei die erste Katalysatorschicht erste und zweite Kanten hat, die einander in der zweiten Richtung gegenüberstehen, die ersten und zweiten Endnuten in der zweiten Richtung entsprechend zu den ersten und zweiten Kanten der ersten Katalysatorschicht benachbart sind, die ersten und zweiten Endnuten sich entsprechend innerhalb erster und zweiter Bereiche in der ersten Richtung erstrecken, die ersten und zweiten Bereiche sich in der ersten Richtung erstrecken und jede Breite der ersten und zweiten Bereiche in der zweiten Richtung kleiner ist als jede Amplitude der Wellennuten.
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Die erste Endnut erstreckt sich innerhalb des ersten Bereichs in der ersten Richtung, der erste Bereich erstreckt sich in der ersten Richtung und die Breite des ersten Bereichs in der zweiten Richtung ist kleiner als jede Amplitude der Wellennuten. Im Vergleich mit einem Fall, in dem die erste Endnut eine Wellenform mit einer Amplitude hat, die gleich wie jede Amplitude der Wellennuten ist, kann daher eine Zunahme des Abstands von der ersten Endnut zu der ersten Kante der ersten Katalysatorschicht in der zweiten Richtung verhindert werden. Auf ähnliche Weise erstreckt sich die zweite Endnut innerhalb des zweiten Bereichs in der ersten Richtung, der zweite Bereich erstreckt sich in der ersten Richtung und die Breite des zweiten Bereichs in der zweiten Richtung ist kleiner als jede Amplitude der Wellennuten. Im Vergleich mit einem Fall, in dem die zweite Endnut eine Wellenform mit einer Amplitude hat, die gleich wie jede Amplitude der Wellennuten ist, kann daher eine Zunahme des Abstands von der zweiten Endnut zu der zweiten Kante der ersten Katalysatorschicht in der zweiten Richtung verhindert werden. Es ist daher möglich, das Reaktionsgas, das durch die ersten und zweiten Endnuten strömt, entsprechend den ersten und zweiten Kanten der ersten Katalysatorschicht zuzuführen, wodurch die Verschlechterung einer Stromerzeugungsleistung der Brennstoffzelle verhindert wird.
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Mindestens eine der ersten und zweiten Endnuten kann sich in der ersten Richtung geradlinig erstrecken.
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Mindestens eine der ersten und zweiten Endnuten kann sich in der ersten Richtung wellenförmig erstrecken.
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Mindestens eine der ersten und zweiten Endnuten kann einen geradlinigen Abschnitt und einen gekrümmten Abschnitt haben.
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Die Brennstoffzelle kann ferner eine Verbindungsnut haben, die die erste Endnut mit der Wellennut verbindet, die von den Wellennuten der ersten Endnut am nächsten ist, wobei eine Tiefe der Verbindungsnut kleiner sein kann als eine Tiefe jeder der Strömungspfadnuten.
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Eine Breite der Verbindungsnut kann kleiner sein als eine Breite jeder der Strömungspfadnuten.
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Die Wellenlängen der Wellennuten können einander gleich sein.
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Die Phasen der Wellennuten können einander gleich sein.
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Eine Amplitude der Wellennuten kann einander gleich sein.
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Eine Amplitude der Wellennut, die von den Wellennuten der ersten Endnut am nächsten ist, kann kleiner sein als eine Amplitude jeder der Wellennuten, mit Ausnahme von der Wellennut, die von den Wellennuten der zweiten Endnut am nächsten ist.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Brennstoffzelle bereitzustellen, die eine Verschlechterung einer Stromerzeugungsleistung verhindert.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Elementarzelle von einer Brennstoffzelle;
- 2 ist eine Teilschnittansicht der Brennstoffzelle, in der die Elementarzellen gestapelt sind;
- 3A ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs, der in der vorliegenden Ausführungsform an einem Endabschnitt von einem Strömungspfadabschnitt eines Separators gelegen ist, der von der Mitte in der +X-Richtung am weitesten entfernt ist; und 3B ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs, der in einer vorliegenden Ausführungsform an einem Endabschnitt von dem Strömungspfadabschnitt des Separators gelegen ist, der von der Mitte in der -X-Richtung am weitesten entfernt ist;
- 4A und 4B sind vergrößerte Ansichten, die einen Abschnitt eines Strömungspfadabschnitts eines Separators in einem Vergleichsbeispiel darstellen;
- 5A ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt eines Strömungspfadabschnitts von einem Separator in einer ersten Variation darstellt, und 5B ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt eines Strömungspfadabschnitts von einem Separator in einer zweiten Variation darstellt;
- 6A ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt eines Strömungspfadabschnitts von einem Separator in der dritten Variation darstellt, und 6B ist eine Schnittansicht einer Elementarzelle von einer Brennstoffzelle in der dritten Variation, die sich auf Linie A-A von 6A bezieht; und
- 7A ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt eines Strömungspfadabschnitts von einem Separator in einer vierten Variation darstellt, und 7B ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt eines Strömungspfadabschnitts von einem Separator in einer fünften Variation darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Elementarzelle 2 von einer Brennstoffzelle 1. Die Brennstoffzelle 1 wird gebildet, indem Elementarzellen 2 gestapelt werden. 1 zeigt nur eine Elementarzelle 2 und lässt andere Elementarzellen weg. Die Elementarzelle 2 ist mit anderen Elementarzellen in der Z-Richtung gestapelt, die in 1 gezeigt ist. Die Elementarzelle 2 hat eine im Wesentlichen rechteckige Form. Die Längsrichtung bzw. die kurze Richtung der Elementarzelle 2 beziehen sich auf die Y-Richtung bzw. die X-Richtung, die in 1 gezeigt sind.
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Die Brennstoffzelle 1 ist eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle, die elektrischen Strom mit einem Brennstoffgas (zum Beispiel Wasserstoff) und einem Oxidationsgas (zum Beispiel Sauerstoff) als Reaktionsgasen erzeugt. Die Elementarzelle 2 hat eine Membran-Elektroden-Gasdiffusionsschichtbaugruppe (MEGA) 10, einen Stützrahmen 18, der die MEGA 10 abstützt, einen Kathodenseparator 20 und einen Anodenseparator 40 (nachfolgend als Separatoren bezeichnet), die die MEGA 10 zwischenordnen. Die MEGA 10 hat eine Kathodengasdiffusionsschicht 16c und eine Anodengasdiffusionsschicht 16a (nachfolgend als Diffusionsschichten bezeichnet). Der Stützrahmen 18 hat im Wesentlichen eine Rahmenform und dessen Innenumfangsseite ist mit einem Umfangsbereich der MEGA 10 verbunden.
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Löcher c1 bis c3 sind entlang einer von zwei kurzen Seiten des Separators 20 ausgebildet und Löcher c4 bis c6 sind entlang der anderen Seite ausgebildet. Auf ähnliche Weise sind Löcher s1 bis s3 entlang einer Seite von zwei kurzen Seiten des Stützrahmens 18 ausgebildet und Löcher s4 bis s6 sind entlang der anderen Seite ausgebildet. Auf ähnliche Weise sind Löcher a1 bis a3 entlang einer Seite von zwei kurzen Seiten des Separators 40 ausgebildet und Löcher a4 bis a6 sind entlang der anderen Seite ausgebildet. Die Löcher c1, s1 und a1 stehen miteinander in Verbindung, um ein Kathodeneinlassanschlussstück festzulegen. Auf ähnliche Weise legen die Löcher c2, s2 und a2 ein Kühlmitteleinlassanschlussstück fest. Die Löcher c3, s3 und a3 legen ein Anodenauslassanschlussstück fest. Die Löcher c4, s4 und a4 legen ein Anodeneinlassanschlussstück fest. Die Löcher c5, s5 und a5 legen ein Kühlmittelauslassanschlussstück fest. Die Löcher c6, s6 und a6 legen ein Kathodenauslassanschlussstück fest. Bei der Brennstoffzelle 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird flüssiges Kühlwasser als Kühlmittel verwendet.
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Eine Fläche des Separators 40, die der MEGA 10 zugewandt ist, ist mit einem Anodenströmungspfadabschnitt 40A (nachfolgend als Strömungspfadabschnitt bezeichnet) ausgebildet, welcher das Anodeneinlassanschlussstück mit dem Anodenauslassanschlussstück verbindet und entlang welchem das Brennstoffgas strömt. Die Fläche des Separators 20, die der MEGA 10 zugewandt ist, ist mit einem Kathodenströmungspfadabschnitt 20A (nachfolgend als Strömungspfadabschnitt bezeichnet) ausgebildet, welcher das Kathodeneinlassanschlussstück mit dem Kathodenauslassanschlussstück verbindet und entlang welchem das Oxidationsgas strömt. Die Fläche des Separators 40 auf der gegenüberliegenden Seite des Strömungspfadabschnitts 40A bzw. die Fläche des Separators 20 auf der gegenüberliegenden Seite des Strömungspfadabschnitts 20A sind mit Kühlmittelströmungspfadabschnitten 40B bzw. 20B (nachfolgend als Strömungspfadabschnitte bezeichnet) ausgebildet, welche das Kühlmitteleinlassanschlussstück mit dem Kühlmittelauslassanschlussstück verbinden und entlang welchen das Kühlmittel strömt. Die Strömungspfadabschnitte 20A und 20B erstrecken sich in der Längsrichtung des Separators 20 (Y-Richtung). Auf ähnliche Weise erstrecken sich die Strömungspfadabschnitte 40A und 40B in der Längsrichtung des Separators 40 (Y-Richtung). Jeder Strömungspfadabschnitt ist grundsätzlich in einem Bereich des Separators in der XY-Ebene vorgesehen, die der MEGA 10 zugewandt ist. Die Separatoren 20 und 40 sind aus einem Material hergestellt, das eine gassperrende Eigenschaft und eine elektrische Leitfähigkeit hat, und sind dünne plattenförmige Elemente, die durch Pressen von Edelstahl oder Metall wie etwa Titan oder einer Titanlegierung ausgebildet sind. Zudem zeigt 1 einen Bereich A, der an einem Endabschnitt des Strömungspfadabschnitts 40A des Separators 40 gelegen ist, der von der Mitte in der -X-Richtung am weitesten entfernt ist, und einen Bereich B, der an einem Endabschnitt gelegen ist, der von der Mitte in der +X-Richtung am weitesten entfernt ist, wie später im Einzelnen beschrieben wird.
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2 ist eine Teilschnittansicht der Brennstoffzelle 1, in der die Elementarzellen 2 gestapelt sind. 2 zeigt nur eine Elementarzelle 2 und lässt die anderen Elementarzellen weg. 2 zeigt einen Querschnitt, der senkrecht zu der Y-Richtung ist.
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Die MEGA 10 hat die Diffusionsschichten 16a und 16c und eine Membran-Elektrodenbaugruppe (MEA) 11. Die MEA 11 hat eine Elektrolytmembran 12 und eine Anodenkatalysatorschicht 14a bzw. eine Kathodenkatalysatorschicht 14c (nachfolgend als Katalysatorschichten bezeichnet), die auf einer Oberfläche bzw. der anderen Oberfläche der Elektrolytmembran 12 ausgebildet sind. Die Elektrolytmembran 12 ist ein Dünnfilm aus einem festen Polymer, wie etwa eine Ionenaustauschmembran auf Fluorbasis mit einer guten Protonenleitfähigkeit in einem feuchten Zustand. Die Katalysatorschichten 14a und 14c sind gemacht, indem eine Katalysatordruckfarbe, die einen Kohlenstoffträger, der Platin (Pt) oder Ähnliches trägt, und ein Ionomer mit einer Protonenleitfähigkeit enthält, auf die Elektrolytmembran 12 aufgetragen werden. Die Diffusionsschichten 16a und 16c sind aus einem Material gemacht, das eine Gasdurchlässigkeit und -leitfähigkeit hat, wie beispielsweise einem porösen Faserbasismaterial wie etwa Carbonfaser oder Graphitfaser. Die Diffusionsschichten 16a bzw. 16c sind mit den Katalysatorschichten 14a bzw. 14c verbunden.
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Jeder der Strömungspfadabschnitte 20A, 20B, 40A und 40B hat, wenn sie in der Y-Richtung betrachtet werden, in einem Querschnitt eine Wellenform. Insbesondere sind bezüglich des Strömungspfadabschnitts 20A, eine Strömungspfadnut 21, die von der Diffusionsschicht 16c zurückgesetzt ist, und eine Rippe 23, die zu der Diffusionsschicht 16c vorsteht und sie berührt, abwechselnd in der X-Richtung angeordnet. Das Kathodengas, das entlang der Innenseiten der Strömungspfadnuten 21 strömt, wird über die Diffusionsschicht 16c der Katalysatorschicht 14c der MEA 11 zugeführt. Bezüglich des Strömungspfadabschnitts 20B sind ferner eine Rippe 22, die auf der gegenüberliegenden Seite der Diffusionsschicht 16c vorsteht und einen Anodenseparator einer anderen Elementarzelle (nicht dargestellt) berührt, der in der -Z-Richtung zu dem Separator 20 benachbart ist, und eine Strömungspfadnut 24, die von diesem Anodenseparator zurückgesetzt ist, abwechselnd in der X-Richtung angeordnet. Das Kühlmittel strömt entlang der Innenseiten der Strömungspfadnuten 24. Hierbei sind die Strömungspfadnuten 21 und die Rippen 22 auf den Vorder- und Rückflächen einstückig ausgebildet und die Rippen 23 und die Strömungspfadnuten 24 sind auf den Vorder- und Rückflächen einstückig ausgebildet. Die Strömungspfadnuten 21 und 24 sowie die Rippen 22 und 23 erstrecken sich in der Y-Richtung.
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Bezüglich des Strömungspfadabschnitts 40A sind auf ähnliche Weise eine Strömungspfadnut 41, die von der Diffusionsschicht 16a zurückgesetzt ist, und eine Rippe 43, die zu der Diffusionsschicht 16a vorsteht und sie berührt, abwechselnd in der X-Richtung angeordnet. Das Anodengas, das entlang der Innenseiten der Strömungspfadnuten 41 strömt, wird über die Diffusionsschicht 16a der Katalysatorschicht 14a der MEA 11 zugeführt. Bezüglich des Strömungspfadabschnitts 40B sind ferner eine Rippe 42, die auf der gegenüberliegenden Seite der Diffusionsschicht 16a vorsteht und einen Kathodenseparator einer anderen Elementarzelle (nicht dargestellt) berührt, der zu dem Separator 40 in der +Z-Richtung benachbart ist, und eine Strömungspfadnut 44, die von diesem Kathodenseparator zurückgesetzt ist, abwechselnd in der X-Richtung angeordnet. Das Kühlmittel strömt entlang der Innenseiten der Strömungspfadnuten 44. Hierbei sind die Strömungspfadnuten 41 und die Rippen 42 auf den Vorder- und Rückflächen einstückig ausgebildet und die Rippen 43 und die Strömungspfadnuten 44 sind auf den Vorder- und Rückflächen einstückig ausgebildet. Die Strömungspfadnuten 41 und 44 sowie die Rippen 42 und 43 erstrecken sich in der Y-Richtung.
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3A ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs B, der in der vorliegenden Ausführungsform an einem Endabschnitt des Strömungspfadabschnitts 40A des Separators 40 gelegen ist, der von der Mitte in der +X-Richtung am weitesten entfernt ist. 3B ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs A, der in der vorliegenden Ausführungsform an dem Endabschnitt des Strömungspfadabschnitts 40A des Separators 40 gelegen ist, der von der Mitte in der -X-Richtung am weitesten entfernt ist. Die Bereiche A und B entsprechen den Enden des Separators 40, die in der X-Richtung voneinander entfernt sind. 3A und 3B zeigen Nuten 411, 412 und 415, sowie Rippen 431 bis 435. Die Nuten 411, 412 und 415 sind in den Strömungspfadnuten 41 enthalten, die in 2 dargestellt sind. Die Rippen 431 bis 435 sind in den Rippen 43 enthalten, die in 2 dargestellt sind. Die Nuten 411, 412, 415 und die Rippen 431 bis 435 sind in der X-Richtung angeordnet. Von den Strömungspfadnuten 41, die in dem Strömungspfadabschnitt 40A ausgebildet sind, ist die Nut 411 in der -X-Richtung am weitesten von der Mitte entfernt angeordnet und die Nut 412 ist in der +X-Richtung am weitesten von der Mitte entfernt angeordnet. Die Rippe 431 ist in der -X-Richtung am nächsten zu der Nut 411 angeordnet. Die Rippe 432 ist zwischen den Nuten 411 und 415 angeordnet, die zueinander benachbart sind. Die Rippe 435 ist zwischen zwei benachbarten Nuten 415 angeordnet. Die Rippe 433 ist in der +X-Richtung am nächsten zu der Nut 412 angeordnet. Die Rippe 434 ist zwischen den Nuten 412 und 415 angeordnet, die zueinander benachbart sind. 3A zeigt eine Kante 14a2 der Katalysatorschicht 14a, die von der Mitte in der +X-Richtung am weitesten entfernt angeordnet ist. 3B zeigt eine Kante 14a1 der Katalysatorschicht 14a, die von der Mitte in der -X-Richtung am weitesten entfernt angeordnet ist. Die Kanten 14a1 und 14a2, die im Wesentlichen senkrecht zu der X-Richtung sind und im Wesentlichen parallel zueinander sind, erstrecken sich im Wesentlichen geradlinig in der Y-Richtung. Die Kanten 14a1 und 14a2 sind Beispiele der ersten und zweiten Kanten, die einander in der X-Richtung zugewandt sind.
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Obwohl die Nuten 411 und 412 jeweils eine geradlinige Form haben, haben die Nuten 415 jeweils eine Wellenform. Die Nuten 415 sind ein Beispiel von Wellennuten, die sich in der Y-Richtung wellenförmig erstrecken und in der X-Richtung angeordnet sind, die senkrecht zu der Y-Richtung ist. Zusätzlich ist in 1 der Strömungspfadabschnitt 40A vereinfacht durch gerade Linien dargestellt. Die Nuten 411 und 412 sind Beispiele der ersten und zweiten Endnuten, zwischen welchen die Nuten 415 in der X-Richtung angeordnet sind. 3A und 3B zeigen eine Amplitude A5 der Nut 415. 3A und 3B zeigen entsprechend Bereiche R2 und R1. Jede Breite der Bereiche R2 und R1 in der X-Richtung ist kleiner als die Amplitude A5 der Nut 415. Die Bereiche R2 und R1 erstrecken sich in der Y-Richtung. Die Nuten 411 und 412 erstrecken sich entsprechend innerhalb der Bereiche R1 und R2 in der Y-Richtung. Die Nuten 411 und 412 sind entsprechend zu den Kanten 14a1 und 14a2 in der X-Richtung benachbart und sind von den Strömungspfadnuten 41 entsprechend den Kanten 14a1 und 14a2 am nächsten. Ferner sind die Strömungspfadnuten 41 zwischen den Kanten 14a1 und 14a2 in der X-Richtung ausgebildet. Daher überlappen alle Strömungspfadnuten 41 die Katalysatorschicht 14a in der Z-Richtung. Die Zwischenraumabstände in der X-Richtung zwischen den Nuten 415 sind im Wesentlichen gleich. Die Nuten 415 haben die gleiche Wellenlänge, die gleiche Phase und die gleiche Amplitude.
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Zudem hat die Rippe 435 zwischen den benachbarten Nuten 415 ebenfalls eine Wellenform. Eine Seitenfläche der Rippe 431 entlang der Nut 411 und eine Seitenfläche der Rippe 433 entlang der Nut 412 haben jeweils eine im Wesentlichen geradlinige Form. Eine Darstellung der anderen Seitenfläche der Rippe 431, die von der oben beschriebenen Seitenfläche in der -X-Richtung entfernt ist, und eine Darstellung der anderen Seitenfläche der Rippe 433, die von der oben beschriebenen Seitenfläche in der +X-Richtung entfernt ist, sind weggelassen. Eine Seitenfläche der Rippe 434 entlang der Nut 412 hat eine geradlinige Form. Die andere Seitenfläche der Rippe 434 entlang der Nut 415, die dazu benachbart ist, hat eine Wellenform. Auf ähnliche Weise hat eine Seitenfläche der Rippe 432 entlang der Nut 411 eine geradlinige Form. Die andere Seitenfläche der Rippe 432 entlang der Nut 415, die dazu benachbart ist, hat eine Wellenform.
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In Bezug auf 2 wird eine Beschreibung von einem der Hauptgründe aufgeführt, warum die Nuten 415 und die Rippen 435 teilweise wellenförmig geformt sind. Beispielsweise ist in einem Fall, in dem alle Strömungspfadnuten 41 und Rippen 43 des Separators 40 und alle Strömungspfadnuten 21 und Rippen 23 des Separators 20 geradlinig sind, in einem Zustand, in dem die MEGA 10 dazwischen geordnet ist, die Rippe 23 des Separators 20 in der X-Richtung von der Rippe 43 des Separators 40 positionsmäßig verschoben, falls die relative Position zwischen den Separatoren 20 und 40 in der ebenen Richtung von der gewünschten Position verschoben wird. Da die MEGA 10 eine geringe Steifigkeit hat, kann die MEGA 10 verbogen werden, um lokal einer starken Belastung ausgesetzt zu sein, falls die Rippen 23 des Separators 20 von den Rippen 43 des Separators 40 in der X-Richtung über einen langen Bereich (beispielsweise 4 mm oder mehr) in der Y-Richtung positionsmäßig verschoben werden, sodass die Festigkeit der MEA 11 abnehmen kann. Demgegenüber wird in einem Fall, in dem die Strömungspfadnuten 21 und die Rippen 23 des Separators 20, die den Nuten 415 und den Rippen 435 zugewandt sind, die jeweils entlang der MEGA 10 eine Wellenform haben, wobei jede eine geradlinige Form oder eine Wellenform hat, die bezüglich Phase, Amplitude, Wellenlänge und Ähnlichem unterschiedlich von der Wellenform der Nuten 412 bis 415 ist, die MEGA 10 daran gehindert, verbogen zu werden, indem die Rippen 23 des Separators 20 von den Rippen 43 des Separators 40 über einen in der Y-Richtung langen Bereich in der X-Richtung verschoben werden, auch wenn die relative Position zwischen den Separatoren 20 und 40 von der gewünschten Position verschoben wird, wie oben beschrieben ist. Dies verhindert die Festigkeitsabnahme der MEA 11. In der vorliegenden Ausführungsform haben die Strömungspfadnuten 21 und die Rippen 23 des Separators 20, die den Nuten 415 und den Rippen 435 entlang der MEGA 10 zugewandt sind, jeweils eine geradlinige Form, aber sie sind nicht darauf beschränkt.
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4A und 4B sind vergrößerte Ansichten, die einen Teil eines Strömungspfadabschnitts 40X von einem Separator 40x in einem Vergleichsbeispiel darstellen. 4A und 4B beziehen sich entsprechend auf 3A und 3B. Anders als der Strömungspfadabschnitt 40A in der vorliegenden Ausführungsform hat der Strömungspfadabschnitt 40X des Separators 40x anstatt der Nuten 411 und 412, die jeweils eine geradlinige Form haben, Nuten 411x und 412x, die jeweils eine Wellenform haben. Die Nuten 411x und 412x haben jeweils im Wesentlichen die gleiche Amplitude, die gleiche Phase und die gleiche Wellenlänge wie die Nuten 415. Das heißt, die Nuten 411x und 412x sind in Form und Größe im Wesentlichen gleich wie die Nuten 415. Bei dem Strömungspfadabschnitt 40X sind die Breiten der Rippen 431x und 433x daher teilweise vergrößert, die in der X-Richtung entsprechend zu den Nuten 411x und 412x benachbart sind. Es gibt daher einen Abschnitt S1 zwischen der Nut 411x und der Kante 14a1, in welchem ein Abstand von der Nut 411x zu der Kante 14a1 in der X-Richtung zunimmt. In diesem Abschnitt S1 ist die Breite der Rippe 431x in der X-Richtung größer als die des anderen Abschnitts. Entsprechend nimmt die Kontaktfläche zwischen der Rippe 431x und der Diffusionsschicht 16a in diesem Abschnitt S1 zu. Daher kann das Anodengas, das durch die Nut 411x strömt, dem Abschnitt S1 nicht ausreichend zugeführt werden und das Anodengas kann der Kante 14a1 nicht ausreichend zugeführt werden. Auf ähnliche Weise gibt es einen Abschnitt S2, in welchem ein Abstand von der Nut 412x zu der Kante 14a2 in der X-Richtung zunimmt. Daher kann das Anodengas, das durch die Nut 412x strömt, dem Abschnitt S2 nicht ausreichend zugeführt werden und das Anodengas kann der Kante 14a2 nicht ausreichend zugeführt werden. Wie oben beschrieben ist, kann in dem Fall des Verwendens des Separators 40x in dem Vergleichsbeispiel das Anodengas nicht ausreichend über der gesamten Oberfläche der Katalysatorschicht 14a zugeführt werden, was die Stromerzeugungsleistung verschlechtern kann.
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Andererseits hat die Nut 411, die von den Strömungspfadnuten 41 der Kante 14a1 am nächsten ist, in der vorliegenden Ausführungsform, die in 3A dargestellt ist, eine geradlinige Form, die im Wesentlichen parallel zu der Kante 14a1 ist. Daher ist der Abstand in der X-Richtung von der Nut 411 zu der Kante 14a1 in der Y-Richtung im Wesentlichen konstant. Es ist daher möglich, das Anodengas, das durch die Nut 411 strömt, der Kante 14a1 der Katalysatorschicht 14a auf eine im Wesentlichen gleichmäßige Weise in der Y-Richtung zuzuführen. Auf ähnliche Weise hat die Nut 412, die von den Strömungspfadnuten 41 der Kante 14a2 am nächsten ist, eine geradlinige Form, die im Wesentlichen parallel zu der Kante 14a2 ist. Daher ist der Abstand in der X-Richtung von der Nut 412 zu der Kante 14a2 in der Y-Richtung im Wesentlichen konstant. Es ist somit möglich, das Anodengas, das durch die Nut 412 strömt, der Kante 14a2 der Katalysatorschicht 14a auf eine im Wesentlichen gleichmäßige Weise in der Y-Richtung zuzuführen. Auf eine solche Weise kann verhindert werden, dass das Anodengas einem Teil der Katalysatorschicht 14a nicht zugeführt wird und die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung kann vermieden werden. Es ist zudem möglich, die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung aufgrund von Alterung der Katalysatorschicht 14a zu verhindern, die durch Wasserstoffmangel verursacht wird.
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In dem Vergleichsbeispiel, das in 4A und 4B dargestellt ist, sind denkbarerweise die Breiten in der X-Richtung der Nuten 411x und 412x teilweise vergrößert, die entsprechend den Kanten 14a1 und 14a2 am nächsten sind, um sich jeweils den Abschnitten S1 und S2 anzunähern. Da in diesem Fall die Breiten dieser Nuten teilweise vergrößert sind, kann die Klemmkraft in der Z-Richtung auf die MEA 11 nicht ausreichend auf einen solchen vergrößerten Abschnitt einwirken, sodass sich die MEA 11 wiederholt ausdehnen und zusammenziehen kann, sodass sich die Festigkeit davon verringert. An dem Teil, an dem die Breite der Nut teilweise zunimmt, kann sich ferner die Strömungsgeschwindigkeit des Anodengases verringern, sodass die Drainage verschlechtert sein kann und das flüssige Wasser verbleiben kann. Andererseits sind in der vorliegenden Ausführungsform die Breiten der Nuten 411 und 412 in der X-Richtung in der Y-Richtung im Wesentlichen konstant. Daher wirkt die Klemmkraft ausreichend auf die MEA 11, was die Festigkeitsabnahme der MEA 11 verhindert und die Verschlechterung der Drainage verhindert.
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Obwohl die Temperatur der Brennstoffzelle 1 durch die Stromerzeugung erhöht ist, verringert sich hierbei tendenziell die Temperatur an dem Außenumfangsabschnitt der Brennstoffzelle 1 relativ aufgrund von der Umgebungstemperatur. Daher kühlt der Separator 40 zudem leicht an beiden Endabschnitten des Strömungspfadabschnitts 40A, die in der Y-Richtung voneinander beanstandet sind, sodass Kondenswasser tendenziell in der Nähe der beiden Endabschnitte in der Elementarzelle 2 erzeugt wird. Hierbei sind die Nuten 411 bzw. 412, die jeweils eine geradlinige Form haben, an dem Endabschnitt, der von der Mitte in der -X-Richtung am weitesten entfernt ist, bzw. an dem Endabschnitt angeordnet, der von der Mitte in der +X-Richtung am weitesten entfernt ist. Dies verhindert das Verbleiben von Wasser in den Nuten 411 und 412, die jeweils eine geradlinige Form haben, und das Anodengas, das durch die Nuten 411 und 412 strömt, gestattet, dass das Wasser zu der abströmseitigen Seite strömt. Entsprechend ist die Drainage verbessert.
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Wenn ferner die Brennstoffzelle 1 in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise in einer Stellung verwendet wird, in welcher beispielsweise die Z-Richtung die Schwerkraftrichtung ist, gestatten die Nuten 411 und 412, dass auf der Anodenseite erzeugtes Wasser zu der abströmseitigen Seite strömt. Wenn die Brennstoffzelle 1 in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise in einer Stellung verwendet wird, in welcher die +X-Richtung die aufwärtszeigende Schwerkraftrichtung ist, ist die Nut 411 in der Schwerkraftrichtung unterhalb der anderen Nuten angeordnet. Auch wenn beispielsweise auf der Anodenseite erzeugtes Wasser in die Nut 411 eintritt, ist durch das Anodengas, das durch die Nut 411 strömt, die Drainage verbessert. Auf ähnliche Weise, wenn die Brennstoffzelle 1 in der vorliegenden Ausführungsform in einer Stellung verwendet wird, in welcher beispielsweise die -X-Richtung die aufwärtszeigende Schwerkraftrichtung ist, ist die Nut 412 in der Schwerkraftrichtung unterhalb der anderen Nuten angeordnet. Auch wenn beispielsweise auf der Anodenseite erzeugtes Wasser in die Nut 412 eintritt, ist durch das Anodengas, das durch die Nut 412 strömt, die Drainage verbessert. Wie oben beschrieben ist, ist die Drainage im Betrieb ungeachtet der Stellung der Brennstoffzelle 1 gewährleistet.
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Zudem haben die Nuten 415 im Wesentlichen die gleiche Wellenlänge, die gleiche Phase, die gleiche Amplitude und die übliche Form. Bezüglich des Pressens ist hier im Allgemeinen die Form einer Metallplatte, die durch Pressformen ausgebildet ist, nicht immer gleich der Negativform der Pressform. Nachdem die Metallplatte durch die Pressform verformt ist, wird die Form der Metallplatte aufgrund der Elastizität der Metallplatte geringfügig zu ihrer ursprünglichen Form vor dem Pressformen zurückgebracht. Dies wird Zurückfedern genannt. Aus diesem Grund wird das Zurückfedern beim Gestalten der Pressformen in Betracht gezogen. In einem Fall, in dem Nutformen voneinander abweichen, kann es nötig sein, die Pressformen für die jeweiligen Nutformen zu gestalten, und es kann eine lange Zeit dauern, um die Pressformen zu gestalten. In der vorliegenden Ausführungsform haben die Nuten die übliche Form. Es ist somit möglich, die lange Zeitdauer zu verhindern, die zum Gestalten der Pressformen nötig ist. In dem Fall des Ausbildens einer präzisen Form wie eines Separators für eine Brennstoffzelle, wird die Metallplatte mit verschiedenen Pressformen mehrere Male gepresst, sodass die Metallplatte allmählich gedehnt wird, um die fertige Produktform zu erreichen. In einem Fall, in dem die Wellenformen in der fertigen Produktform voneinander abweichen, ist die Gestaltung der Pressformen unterschiedlich, die beim Pressen verwendet werden, sodass die Zeitdauer weiter verlängert sein kann, die zum Gestalten der Pressformen nötig ist. Andererseits haben die Nuten 415 in der vorliegenden Ausführungsform die übliche Form. Es ist somit möglich, die gleiche Form in den Pressformen zum Pressen auszubilden, und die Verlängerung der Zeitdauer zu unterbinden, die nötig ist, um die Pressformen zum Herstellen des Separators 40a zu gestalten.
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Wie oben beschrieben ist, erstrecken sich die Nuten 411 und 412 innerhalb der Bereiche R1 und R2 geradlinig in der Y-Richtung, deren Breite in der X-Richtung jeweils kleiner ist als jede Amplitude der Nuten 415. Jedoch können die zwei Endnuten jeweils eine beliebige Form haben, solange sich die zwei Endnuten innerhalb solcher Bereiche R1 bzw. R2 in der Y-Richtung erstrecken. Solange sich die zwei Endnuten innerhalb solcher Bereiche R1 und R2 in der Y-Richtung erstrecken, ist jede Form der zwei Endnuten einer Linienform ähnlicher als der Form der Nut 415, wodurch die Zuführung von dem Anodengas zu den Kanten 14a1 und 14a2 genauso wie in der vorliegenden Ausführungsform unterstützt wird. Beispielsweise kann sich die Endnut in der Y-Richtung wellenförmig erstrecken oder kann einen geradlinigen Abschnitt und einen gekrümmten Abschnitt haben. Solche Variationen werden unten beschrieben.
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Als nächstes werden Variationen beschrieben. Bei den folgenden Variationen wird nur die Endnut veranschaulicht und beschrieben, die zu der Kante 14a1 benachbart ist, und die Beschreibung der Endnut wird weggelassen, die zu der Kante 14a2 benachbart ist. Bei den Variationen werden den gleichen Komponenten die gleichen Bezugszeichen gegeben wie jene der oben beschriebenen Ausführungsform und eine doppelte Erläuterung wird weggelassen.
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5A ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil eines Strömungspfadabschnitts 40Aa von einem Separator 40a in einer ersten Variation darstellt. 5A bezieht sich auf 3B. Bei dem Strömungspfadabschnitt 40Aa hat eine Nut 411a anders als die Nut 411, die in der oben beschriebenen Ausführungsform eine geradlinige Form hat, ebenfalls eine Wellenform wie die Nut 415. Die Nut 411a hat im Wesentlichen die gleiche Wellenlänge und die gleiche Phase wie jede der Nuten 415, unterscheidet sich aber in der Amplitude. Insbesondere ist eine Amplitude A1a der Nut 411a kleiner als die Amplitude A5 der Nut 415. Daher erstreckt sich die Nut 411a innerhalb des Bereichs R1 ebenfalls in der Y-Richtung, wie die Nut 411, die in der oben beschriebenen Ausführungsform eine geradlinige Form hat. In anderen Worten hat die Nut 411a im Vergleich zu der Nut 415 eine Form, die der Linienform der Kante 14a1 ähnlich ist. Auch in einer solchen Konfiguration kann die Zunahme des Abstands von der Nut 411a zu der Kante 14a1 in der X-Richtung verhindert werden und das Anodengas kann der Kante 14a1 der Katalysatorschicht 14a zugeführt werden, wodurch die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung verhindert wird. Eine Seitenfläche einer Rippe 431a, die zu der Nut 411a benachbart ist, hat ebenfalls eine Wellenform.
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In der ersten Variation hat die Nut 411a keine geradlinige Form, sondern eine Wellenform und hat die gleiche Phase und die gleiche Wellenlänge wie die Nut 415. Dies verhindert die Zunahme des Abstands in der X-Richtung zwischen den Nuten 411a und 415, die zueinander benachbart sind. Somit wird das Anodengas aus diesen Nuten zwischen den Nuten 411a und 415 zugeführt, die zueinander benachbart sind, wodurch die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung verhindert wird.
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Im Allgemeinen, falls der Unterschied des Druckverlusts von dem Anodengas zwischen den zwei benachbarten Nuten groß ist, kann der Unterschied der Durchflussrate des Anodengases ansteigen, sodass das Anodengas einem Abschnitt der Katalysatorschicht 14a kaum zugeführt werden kann. Ein solcher Unterschied des Druckverlusts von dem Anodengas erhöht sich hierbei in einem Fall tendenziell, in dem sich die zwei benachbarten Nuten in der Form drastisch unterscheiden. Andererseits hat die Nut 411a in der ersten Variation eine Wellenform wie die Form der Nut 415, die dazu benachbart ist. Dies verhindert die Erhöhung des Druckverlustunterschieds von dem Anodengas zwischen den Nuten 411a und 415, die zueinander benachbart sind. Somit kann verhindert werden, dass das Anodengas einem Abschnitt der Katalysatorschicht 14a kaum zugeführt wird und die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung kann verhindert werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die Strömungspfadnuten 44, in welchen das Kühlmittel strömt, wie oben beschrieben auf der Rückseite der Rippen 43 ausgebildet. Auf ähnliche Weise sind in der ersten Variation die zwei Strömungspfadnuten 44 auf den Rückseiten der Rippen 432a und 435 ausgebildet, die jeweils im Wesentlichen die gleiche Form dazu haben. Es ist daher möglich, die Zunahme des Druckverlustunterschieds von dem Kühlmittel zwischen den Strömungspfadnuten 44 zu verhindern, die auf den Rückseiten der Rippen 432a und 435 ausgebildet sind. Im Ergebnis ist es möglich, zu verhindern, dass die MEA 11 aufgrund dessen, dass ein Teil des Kühlmittels kaum strömt, teilweise nicht gekühlt wird und die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung zu verhindern.
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5B ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil eines Strömungspfadabschnitts 40Ab von einem Separator 40b in einer zweiten Variation darstellt. 5B bezieht sich auf 3B. Eine Nut 411b hat eine Form, in welcher ein gekrümmter Abschnitt 411b1, ein geradliniger Abschnitt 411b2, ein anderer gekrümmter Abschnitt 411b1, ein anderer geradliniger Abschnitt 411b2, etc. in der Y-Richtung durchgängig sind. Der gekrümmte Abschnitt 411b1 hat eine gekrümmte Form, um in der -X-Richtung, d.h. in Richtung der Kante 14a1, vorzustehen, und hat im Wesentlichen die gleiche Form wie der gekrümmte Abschnitt der Nut 415, zu welcher der gekrümmte Abschnitt 411b1 in der +X-Richtung benachbart ist. Andererseits hat der geradlinige Abschnitt 411b2 eine geradlinige Form, die sich in der Y-Richtung im Wesentlichen parallel zu der Kante 14a1 erstreckt. Daher ist eine Amplitude A1b der Nut 411b kleiner als die Amplitude A5 der Nut 415. Ferner erstreckt sich die Nut 411b innerhalb des oben beschriebenen Bereichs R1 in der Y-Richtung. Weiterhin ist der geradlinige Abschnitt 411b2 in der +X-Richtung zu einem Abschnitt des gekrümmten Abschnitts der Nut 415 benachbart und der Abschnitt ist gekrümmt, um in der +X-Richtung vorzustehen. Da der geradlinige Abschnitt 411b2, wie oben beschrieben ist, nicht von der Kante 14a1 weggekrümmt ist, kann das Anodengas der Kante 14a1 der Katalysatorschicht 14a zugeführt werden und die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung kann verhindert werden. Da die Nut 411b im Vergleich zu der Nut 415 teilweise den geradlinigen Abschnitt 411b2 hat, hat die Nut 411b eine Form, die der der geradlinigen Kante 14a1 ähnlich ist. Auf ähnliche Weise haben eine Seitenfläche einer Rippe 431b, die zu der Nut 411b benachbart ist, und eine Seitenfläche einer Rippe 432b, die zu der Nut 411b benachbart ist, jeweils wellenförmige Abschnitte und geradlinige Abschnitte.
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6A ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil eines Strömungspfadabschnitts 40Ac von einem Separator 40c in einer dritten Variation darstellt. 6A bezieht sich auf 3B. Verbindungsnuten 416, die sich in der X-Richtung erstrecken, verbinden die Nut 411 mit der Nut 415, die zu der Nut 411 benachbart ist. Die Verbindungsnuten 416 sind über eine Rippe 432c ausgebildet, die zwischen den Nuten 411 und 415 angeordnet ist. Die Verbindungsnut 416 ist in einem Abschnitt vorgesehen, in dem der Abstand in der X-Richtung zwischen den Nuten 411 und 415 zunimmt, die zueinander benachbart sind. Wenn das Anodengas in den Nuten 411 und 415 strömt, die zueinander benachbart sind, strömt das Anodengas ebenfalls in die Verbindungsnuten 416. Es ist somit möglich, das Anodengas dem oben beschriebenen Abschnitt zuzuführen und die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung zu verhindern.
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6B ist eine Schnittansicht einer Elementarzelle 2c von einer Brennstoffzelle 1c in einer dritten Variation, die sich auf Linie A-A von 6A bezieht. Wie in 6B dargestellt ist, ist eine Tiefe D6 der Verbindungsnut 416 kleiner als eine Tiefe D1 der Nut 411, insbesondere als eine Tiefe jeder der Strömungspfadnuten 41. Es ist daher möglich, eine Abnahme der Stärke von einem Abschnitt des Separators 40c zu verhindern, die durch eine Zunahme des Dehnungsbetrags von dessen Basismetall aufgrund von der Ausbildung der Verbindungsnut 416 beim Pressbearbeiten verursacht wird. Eine Breite W6 der Verbindungsnut 416 ist kleiner als die Breite W1 der Nut 411, insbesondere als eine Breite jeder der Strömungspfadnuten 41. Dies verhindert die Abnahme der Klemmkraft, die auf die MEA 11 wirkt, die durch die Verbindungsnuten 416 verursacht wird, was die Festigkeitsabnahme der MEA 11 verhindert. Da sich die Nut 411 in der dritten Variation innerhalb des Bereichs R1 in der Y-Richtung erstreckt, ist es möglich, das Anodengas der Kante 14a1 der Katalysatorschicht 14a zuzuführen und die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung zu verhindern.
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7A ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil eines Strömungspfadabschnitts 40Ad von einem Separator 40d in der vierten Variation darstellt. 7A bezieht sich auf 3B. Eine Nut 415d, die zu der Nut 411 benachbart ist, hat eine Wellenform wie die anderen Nuten 415 und hat im Wesentlichen die gleiche Wellenlänge und die gleiche Phase. Eine Amplitude A5d der Nut 415d ist jedoch kleiner als die Amplitude A5 der Nut 415. Dies verhindert die Zunahme der Breite einer Rippe 432d, die zwischen den Nuten 411 und 415d in der X-Richtung angeordnet ist. Es ist somit möglich, zu verhindern, dass das Anodengas der Katalysatorschicht 14a teilweise nicht zugeführt wird und die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung zu verhindern. Eine Seitenfläche einer Rippe 435d, die zu der Nut 415d benachbart ist, hat ebenfalls eine Wellenform mit einer Amplitude, die kleiner ist als eine Amplitude der Fläche auf der anderen Seite der Rippe 435d, die zu der Nut 415 benachbart ist.
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Anstatt der Nut 415, die in 3A dargestellt ist, die zu der Nut 412 benachbart ist, kann die Nut 415d vorgesehen sein. In diesem Fall ist die Amplitude der Nut 415d, die in 7A dargestellt ist, die zu der Nut 411 benachbart ist, kleiner als eine Amplitude jeder der Nuten mit Ausnahme der Nut 415d, die zu der Nut 412 benachbart ist.
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Wenn in der vierten Variation die Form der Nut 411 als eine Wellenform mit einer Amplitude null interpretiert wird, unterscheiden sich die Nut 411, die Nut 415d und die Nut 415, die zu der Nut 415d benachbart ist, in dieser Reihenfolge allmählich in der Amplitude. Dies verringert die Zunahme des Dehnungsanteils des Basismaterials in dem Bereich von der Nut 411 zu der Nut 415, die zu der Nut 415d benachbart ist, wodurch die Verringerung der Streckgrenze verhindert wird. Es ist somit möglich, die Eigenspannung zu reduzieren, die beim Pressbearbeiten auf diesen Bereich wirkt, und die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass Verzug in dem Separator 40d auftritt.
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7A zeigt einen Bereich R1d mit einer Breite in der X-Richtung, welche kleiner ist als die Amplitude A5d der Nut 415d, die kleiner ist als die Amplitude A5 der Nuten 415. Der Bereich R1d erstreckt sich in der Y-Richtung. Die Nut 411 erstreckt sich innerhalb des Bereichs R1d in der Y-Richtung. Auch in der vierten Variation ist es möglich, das Anodengas der Kante 14a1 der Katalysatorschicht 14a zuzuführen und die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung zu verhindern.
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7B ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Teil eines Strömungspfadabschnitts 40Ae von einem Separator 40e in einer fünften Variation darstellt. In der fünften Variation hat die Endnut 411a, die der Kante 14a1 am nächsten ist, ähnlich der ersten Variation eine Wellenform mit der Amplitude, die kleiner ist als die der anderen Nuten 415, die jeweils eine Wellenform haben. Eine Nut 415e, die zu der Nut 411a benachbart ist, hat eine Wellenform und hat im Wesentlichen die gleiche Wellenlänge und die gleiche Phase wie die anderen Nuten 415. Eine Amplitude A5e der Nut 415e ist jedoch kleiner als die Amplitude A5 der Nut 415 und ist größer als die Amplitude A1a der Nut 411a. Dies verhindert die Zunahme der Breite einer Rippe 432e, die zwischen den Nuten 411a und 415e in der X-Richtung angeordnet ist. Es ist somit möglich, zu verhindern, dass das Anodengas der Katalysatorschicht 14a nicht zugeführt wird und die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung zu verhindern. Eine Seitenfläche der Rippe 432e, die zu der Nut 411a benachbart ist, hat ebenfalls eine Wellenform mit einer Amplitude, die kleiner ist als die der Fläche auf der anderen Seite der Rippe 432e, die zu der Nut 415e benachbart ist. Eine Seitenfläche einer Rippe 435e, die zu der Nut 415e benachbart ist, hat ebenfalls eine Wellenform mit einer Amplitude, die kleiner ist als die der Fläche auf der anderen Seite der Rippe 435e, die zu der Nut 415 benachbart ist.
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Auch in der fünften Variation unterscheiden sich die Nut 411a, die Nut 415e und die Nut 415, die zu der Nut 415e benachbart ist, in dieser Reihenfolge allmählich in der Amplitude. Dies verhindert die Zunahme des Dehnungsanteils des Basismaterials in dem Bereich von der Nut 411a zu der Nut 415, die zu der Nut 415e benachbart ist, wodurch die Abnahme der Streckgrenze verhindert wird. Es ist somit möglich, die Eigenspannung zu verringern, die bei der Pressbearbeitung auf diesen Bereich wirkt, und die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass Verzug in dem Separator 40e auftritt.
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7B zeigt einen Bereich R1e mit einer Breite in der X-Richtung, welche kleiner ist als die Amplitude A5e der Nut 415e, die kleiner ist als die Amplitude A5 der Nuten 415. Der Bereich R1e erstreckt sich in der Y-Richtung. Die Nut 411a erstreckt sich innerhalb des Bereichs R1e in der Y-Richtung. Auch in der fünften Variation ist es möglich, das Anodengas der Kante 14a1 der Katalysatorschicht 14a zuzuführen und die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung zu verhindern.
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Bevorzugt ist die Endnut, die der Kante 14a1 am nächsten ist, ausgebildet, um die Katalysatorschicht 14a in der Z-Richtung zu überlappen, wie in der oben beschriebenen Ausführungsform und den Variationen beschrieben ist, sie ist aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Kante 14a1 innerhalb der Endnut angeordnet sein oder die Endnut kann außerhalb der Katalysatorschicht 14a angeordnet sein. In diesem Fall ist die Kante 14a1 bevorzugt näher an der Endut als an allen anderen Nuten, sodass das Anodengas, das durch die Endnut strömt, der Katalysatorschicht 14a zugeführt wird, um zu der Stromerzeugung beizutragen.
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In den oben beschriebenen Variationen ist die Endnut auf der Seite der Kante 14a1 als ein Beispiel beschrieben, aber eine Endnut auf der Seite der Kante 14a2 kann ähnlich konfiguriert sein. Ferner kann die Form einer Endnut auf der Seite der Kante 14a1 eine beliebige Form von den Formen in der oben beschriebenen Ausführungsform und den Variationen sein, und die Form einer Endnut auf der Seite der Kante 14a2 kann eine beliebige Form von den Formen in der oben beschriebenen Ausführungsform und den Variationen sein.
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Der Strömungspfadabschnitt in der vorliegenden Ausführungsform und die Variationen, die oben beschrieben sind, können auf den Kathodenseparator angewendet werden.
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Obwohl die Separatoren 40 bis 40e in der wassergekühlten Brennstoffzelle 1 eingesetzt werden, die eine Flüssigkeit als Kühlmittel verwendet, sind sie nicht darauf beschränkt und können in einer luftgekühlten Brennstoffzelle eingesetzt werden, die Luft als Kühlmittel verwendet.
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Die oben beschriebene wellenförmige Nut kann eine Sinuswellenform oder eine Wellenform mit einer geraden Linie und einem Bogen haben.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform und den Modifikationen haben die Nuten im Wesentlichen die gleiche Wellenlänge und die gleiche Phase, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Auch in diesem Fall ist es möglich, die Erhöhung des Abstands von der Endnut zu der Kante 14a1 zu verhindern, solange die Endnut auf der Seite der Kante 14a1 eine geradlinige Form oder eine Wellenform mit einer relativ kleinen Amplitude hat, um sich innerhalb des Bereichs R1 in der Y-Richtung zu erstrecken. Ferner sind die Nuten in der oben beschriebenen Ausführungsform und den Variationen mit ungefähr dem gleichen Zwischenraumabstand ausgebildet, aber nicht darauf beschränkt.
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Obwohl einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der beanspruchten vorliegenden Erfindung variiert oder verändert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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