DE102020116711A1

DE102020116711A1 - Brennstoffzellenmodul

Info

Publication number: DE102020116711A1
Application number: DE102020116711.3A
Authority: DE
Inventors: Tomohiko Kaneko; Masayuki Itou
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-07-29
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2021-02-04
Also published as: CN112309687A; US20210036344A1; JP7159992B2; JP2021022510A; CN112309687B; US11316182B2

Abstract

Ein Brennstoffzellenmodul besitzt: einen ersten gestapelten Körper (4), welcher eine Mehrzahl von aufeinander gestapelten Einheitszellen (40) umfasst; und einen zweiten gestapelten Körper (9), welcher eine Mehrzahl von aufeinander gestapelten Magnetkörperschichten (10) umfasst. Die Magnetkörperschichten (10) umfassen eine Spule (8). Der erste gestapelte Körper (4) ist auf dem zweiten gestapelten Körper (9) überlagert, um mit der Spule (8) elektrisch verbunden zu sein. Ein Leiter (100), welcher als ein Teil der Spule (8) dient, ist in jeder Magnetkörperschicht (10) eingebettet. Der Leiter (100) besitzt einen ersten Endabschnitt (13) und einen zweiten Endabschnitt (14), die von Oberflächen jeder Magnetkörperschicht (10) auf einander gegenüberliegenden Seiten freiliegen. Der erste Endabschnitt (13) des Leiters (100) von einer Magnetkörperschicht aus einem Satz nebeneinander liegender Magnetkörperschichten (10) aus den Magnetkörperschichten (10) steht mit dem zweiten Endabschnitt (14) des Leiters (100) der anderen Magnetkörperschicht aus dem Satz von Magnetkörperschichten (10) in Kontakt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenmodul.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
In einem Brennstoffzellensystem ist ein Wandler, welcher die Ausgangsspannung eines Brennstoffzellenstapels erhöht, um beispielsweise zu einem Motor geführt zu werden, mit dem Brennstoffzellenstapel verbunden (siehe beispielsweise die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung mit der Nr. 2018-163846 ( JP 2018-163846 A )). Beispiele von elektrischen Hauptteilen des Wandlers umfassen eine Drossel, eine Diode, einen Kondensator und einen Leistungsschalter.
Kurzfassung der Erfindung
Die Drossel benötigt eine Spule mit einer Anzahl von Windungen und einem Durchmesser, die beispielsweise der für den Motor erforderlichen maximalen Zuführleistung entsprechen, und daher benötigt das Brennstoffzellensystem einen Wandler, der den Spezifikationen des Motors entspricht. Daher erfordert das Brennstoffzellensystem bei jeder Änderung der Spezifikationen des Motors eine Konstruktionsänderung.
Daher stellt die vorliegende Erfindung ein Brennstoffzellenmodul bereit, welches die Schwierigkeiten bei der Durchführung einer Konstruktionsänderung an einem Brennstoffzellensystem reduzieren kann.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Brennstoffzellenmodul bereit, welches umfasst: einen ersten gestapelten Körper mit einer Mehrzahl von aufeinander gestapelten Einheitszellen; und einen zweiten gestapelten Körper mit einer Mehrzahl von aufeinander gestapelten Magnetkörperschichten, wobei: die Mehrzahl von Magnetkörperschichten eine Spule umfasst; der erste gestapelte Körper auf dem zweiten gestapelten Körper überlagert ist, um elektrisch mit der Spule verbunden zu sein; ein Leiter, welcher als ein Teil der Spule dient, in jeder der Mehrzahl von Magnetkörperschichten eingebettet ist; der Leiter einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt besitzt, die von Oberflächen von jeder der Mehrzahl von Magnetkörperschichten auf einander gegenüberliegenden Seiten freiliegen; und der erste Endabschnitt des Leiters einer Magnetkörperschicht eines Satzes von nebeneinander liegender Magnetkörperschichten aus der Mehrzahl von Magnetkörperschichten mit dem zweiten Endabschnitt des Leiters der anderen Magnetkörperschicht des Satzes von Magnetkörperschichten in Kontakt steht.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann der erste gestapelte Körper ein Zuführverteilerloch, welches derart konfiguriert ist, dass ein Kühlmittel zum Kühlen der Mehrzahl von Einheitszellen durch das Zuführverteilerloch zugeführt wird, und ein Abführverteilerloch, welches derart konfiguriert ist, dass das Kühlmittel durch das Abführverteilerloch abgeführt wird, besitzen; und der zweite gestapelte Körper kann ein Einlassverteilerloch, welches mit dem Zuführverteilerloch in Verbindung steht, und ein Auslassverteilerloch, welches mit dem Abführverteilerloch in Verbindung steht, besitzen.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann zumindest eine aus der Mehrzahl von Magnetkörperschichten eine erste Strömungspfadnut besitzen, welche derart konfiguriert ist, dass diese zwischen dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch eine Verbindung herstellt.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann der Leiter einen ersten Schnittstückabschnitt und einen zweiten Schnittstückabschnitt besitzen, die an einem Ende miteinander verbunden sind; der erste Schnittstückabschnitt und der zweite Schnittstückabschnitt können in jeder der Mehrzahl von Magnetkörperschichten in unterschiedlichen Tiefen zueinander eingebettet sein; jede der Mehrzahl von Magnetkörperschichten kann eine zweite Strömungspfadnut und eine dritte Strömungspfadnut in Oberflächen jeder der Mehrzahl von Magnetkörperschichten auf einander gegenüberliegenden Seiten besitzen; die zweite Strömungspfadnut kann in einer Stapelrichtung des zweiten gestapelten Körpers mit dem ersten Schnittstückabschnitt überlappen, ohne mit dem zweiten Schnittstückabschnitt zu überlappen; die dritte Strömungspfadnut kann mit dem zweiten Schnittstückabschnitt in der Stapelrichtung des zweiten gestapelten Körpers überlappen, ohne mit dem ersten Schnittstückabschnitt zu überlappen; und die zweite Strömungspfadnut und die dritte Strömungspfadnut, die in jeweiligen Oberflächen des Satzes von Magnetkörperschichten, die einander zugewandt sind, vorgesehen sind, sind miteinander verbunden, um es dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch zu ermöglichen, miteinander zu kommunizieren.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann die eine Magnetkörperschicht des Satzes von Magnetkörperschichten eine vierte Strömungspfadnut besitzen und die andere Magnetkörperschicht des Satzes von Magnetkörperschichten kann eine fünfte Strömungspfadnut besitzen, wobei die vierte Strömungspfadnut und die fünfte Strömungspfadnut in jeweiligen einander zugewandten Oberflächen des Satzes von Magnetkörperschichten vorgesehen sein können; die vierte Strömungspfadnut kann mit dem Leiter der anderen Magnetkörperschicht in einer Stapelrichtung des zweiten gestapelten Körpers überlappen, ohne mit dem Leiter der einen Magnetkörperschicht zu überlappen; die fünfte Strömungspfadnut kann mit dem Leiter der einen Magnetkörperschicht in der Stapelrichtung des zweiten gestapelten Körpers überlappen, ohne mit dem Leiter der anderen Magnetkörperschicht zu überlappen; und die vierte Strömungspfadnut und die fünfte Strömungspfadnut können miteinander verbunden sein, um dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch zu ermöglichen, miteinander zu kommunizieren.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann der Leiter eine Ringgestalt besitzen; und der erste Endabschnitt und der zweite Endabschnitt können einander in einer Stapelrichtung des zweiten gestapelten Körpers überlappen.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann der zweite gestapelte Körper ferner eine erste Stromsammelplatte umfassen, welche benachbart zu einer Magnetkörperschicht liegt, die aus der Mehrzahl von Magnetkörperschichten am weitesten von dem ersten gestapelten Körper entfernt liegt; und die erste Stromsammelplatte kann ein erstes leitfähiges Element, welches derart konfiguriert ist, dass dieses den Leiter elektrisch mit einer elektrischen Schaltung verbindet, die sich außerhalb des Brennstoffzellenmoduls befindet, und eine sechste Strömungspfadnut, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Verbindung zwischen dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch herstellt, besitzen.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann der zweite gestapelte Körper ferner eine zweite Stromsammelplatte umfassen, die benachbart zu einer Magnetkörperschicht liegt, die aus der Mehrzahl von Magnetkörperschichten dem ersten gestapelten Körper am nächsten liegt; die zweite Stromsammelplatte kann ein zweites leitfähiges Element besitzen, das einen ersten Anschluss, der mit dem ersten gestapelten Körper in Kontakt steht, und einen zweiten Anschluss, der mit der Magnetkörperschicht in Kontakt steht, die dem ersten gestapelten Körper am nächsten liegt, besitzen; und der erste Anschluss kann die gleiche Kontaktfläche besitzen wie eine Größe eines Leistungserzeugungsbereichs jeder aus der Mehrzahl von Einheitszellen.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann der zweite Anschluss die gleiche Kontaktfläche besitzen wie eine Größe des ersten Endabschnitts oder des zweiten Endabschnitts des Leiters, je nachdem, welcher auf einer Seite der zweiten Stromsammelplatte angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Schwierigkeiten bei der Durchführung einer Konstruktionsänderung des Brennstoffzellensystems zu reduzieren.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile sowie die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Abbildungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei

1 eine Seitenansicht ist, welche ein Beispiel eines Brennstoffzellenmoduls darstellt;
2 eine perspektivische Explosionsansicht des Brennstoffzellenmoduls ist;
3 eine Draufsicht ist, welche ein Beispiel einer Einheitszelle darstellt;
4 eine Draufsicht ist, welche ein Beispiel einer Drosselschicht darstellt;
5 eine Schnittansicht der Drosselschicht entlang der Linie V-V in 4 ist;
6 eine Draufsicht ist, welche ein Beispiel einer Zwischen-Stromsammelplatte darstellt;
7 eine Schnittansicht der Zwischen-Stromsammelplatte entlang der Linie VII-VII in 6 ist;
8 eine Draufsicht ist, welche ein Beispiel einer Endabschnitt-Stromsammelplatte zeigt;
9 eine Schnittansicht der Endabschnitt-Stromsammelplatte entlang der Linie IX-IX in 8 ist;
10 eine perspektivische Ansicht ist, welche ein Beispiel einer Spule in einem Drosselstapelkörper darstellt;
11 ein Schaltplan ist, welcher ein Beispiel der Schaltungskonfiguration eines Brennstoffzellensystems darstellt;
12 eine Draufsicht ist, welche eine Drosselschicht gemäß einer ersten Modifikation darstellt;
13 eine Schnittansicht der Drosselschicht entlang der Linie XIII-XIII in 12 ist;
14 eine Draufsicht ist, welche einen Satz von Drosselschichten gemäß einer zweiten Modifikation darstellt;
15 eine Schnittansicht der Drosselschichten entlang der Linie XV-XV in 14 ist;
16 eine Schnittansicht der Drosselschichten entlang der Linie XVI-XVI in 14 ist;
17 eine Draufsicht ist, welche eine Drosselschicht gemäß einer dritten Modifikation zeigt;
18 eine Schnittansicht der Drosselschicht entlang der Linie XVIII-XVIII in 17 ist; und
19 eine Schnittansicht der Drosselschichten entlang der Linie XIX-XIX in 17 ist.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
(Konfiguration des Brennstoffzellenmoduls)
1 ist eine Seitenansicht, welche ein Beispiel eines Brennstoffzellenmoduls darstellt. Das Brennstoffzellenmodul ist beispielsweise auf einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert und führt Leistung für den Antrieb eines Motors davon zu. Die Verwendung des Brennstoffzellenmoduls ist nicht auf Automobile, wie beispielsweise Brennstoffzellenfahrzeuge, beschränkt, und das Brennstoffzellenmodul kann für andere Vorrichtungen verwendet werden, die Leistung benötigen.
Das Brennstoffzellenmodul besitzt einen Drosselstapelkörper 9, einen Zellenstapelkörper 4, ein Paar von Endplatten 50 und 52, eine Druckplatte 51, Isolierplatten 60 und 61 und eine Anschlussplatte 7. Das Brennstoffzellenmodul besitzt außerdem Spannungsplatten 53 und 54, Federn 59 und eine Mehrzahl von Bolzen 55 bis 58.
Der Zellenstapelkörper 4 entspricht einem Brennstoffzellenstapel, welcher Leistung erzeugt. Der Drosselstapelkörper 9 dient beispielsweise als eine Drossel eines Aufwärtswandlers, welcher die Ausgangsspannung des Zellenstapelkörpers 4 erhöht.
Die Endplatten 50 und 52 sind an jeweiligen Endabschnitten des Brennstoffzellenmoduls angeordnet. Die Druckplatte 51, der Drosselstapelkörper 9, der Zellenstapelkörper 4, die Isolierplatten 60 und 61 sowie die Anschlussplatte 7 sind zwischen dem Paar von Endplatten 50 und 52 gestapelt.
Die Endplatten 50 und 52 besitzen jeweils beispielsweise eine im Allgemeinen rechtwinklige Gestalt und sind aus steifem Metall, wie Edelstahl, ausgebildet. Die Spannungsplatten 53 und 54 sind durch die Bolzen 55 bis 58 an Außenumfangsflächen der Endplatten 50 und 52 fixiert, um einander gegenüberzuliegen bzw. aufeinander zuzuweisen. Die Spannungsplatten 53 und 54 halten das Brennstoffzellenmodul durch Spannung in einem gestapelten Zustand.
Zwischen der Endplatte 50 auf einer Seite und der Anschlussplatte 7 wird durch die Isolierplatte 60 eine Isolierung gehalten. Die Isolierplatte 60 besitzt eine im Allgemeinen rechtwinklige Gestalt und ist aus einem Isolator, wie beispielsweise einem Harz, ausgebildet. Dadurch wird eine elektrische Leckage vom Zellenstapelkörper 4 zur Endplatte 50 unterdrückt.
Die Anschlussplatte 7 liegt benachbart zu dem Zellenstapelkörper 4 und verbindet den Zellenstapelkörper 4 elektrisch mit einer externen Schaltung (nicht dargestellt). Die Anschlussplatte 7 besitzt beispielsweise eine im Allgemeinen rechtwinklige Gestalt und ist aus einem leitfähigen Metall, wie Aluminium, ausgebildet.
Der Zellenstapelkörper 4 umfasst eine Mehrzahl von Einheitszellen 40, die aufeinander gestapelt sind. Die Einheitszellen 40 entsprechen beispielsweise jeweils einer Festpolymer-Brennstoffzelle und erzeugen Leistung durch eine chemische Reaktion zwischen einem Brenngas, wie beispielsweise Wasserstoffgas, und einem Oxidationsmittelgas, wie beispielsweise Sauerstoff. Die Einheitszellen 40 werden durch ein Kühlmittel, wie beispielsweise ein Kühlmittel, gekühlt. Der Zellenstapelkörper 4 entspricht einem Beispiel für einen ersten Stapelkörper.
Die Einheitszellen 40 besitzen beispielsweise jeweils eine im Allgemeinen rechtwinklige Gestalt und umfassen jeweils ein Paar von Separatorplatten und eine dazwischen eingefügte Membranelektrodenanordnung (nicht dargestellt). Die Einheitszelle 40 auf einer Endseite in der Stapelrichtung des Zellenstapelkörpers 4 grenzt an die Anschlussplatte 7 an, und die Einheitszelle 40 auf der anderen Endseite grenzt an den Drosselstapelkörper 9 an.
Der Drosselstapelkörper 9 umfasst einen Schichtstapelkörper 1 und eine Zwischen-Stromsammelplatte 2 und eine Endabschnitt-Stromsammelplatte 3, die an jeweilige Seiten des Schichtstapelkörpers 1 angrenzen. Der Drosselstapelkörper 9 entspricht einem Beispiel eines zweiten Stapelkörpers.
Die Zwischen-Stromsammelplatte 2 liegt benachbart zu dem Zellenstapelkörper 4 und dem Schichtstapelkörper 1 und stellt eine elektrische Verbindung zwischen dem Zellenstapelkörper 4 und dem Schichtstapelkörper 1 her. Die Zwischen-Stromsammelplatte 2 sammelt einen Strom von dem Zellenstapelkörper 4 und bewirkt, dass der Strom durch den Schichtstapelkörper 1 fließt. Die Zwischen-Stromsammelplatte 2 entspricht einem Beispiel einer zweiten Stromsammelplatte.
Der Schichtstapelkörper 1 umfasst eine Mehrzahl von Drosselschichten 10, die aufeinander gestapelt sind. Die Drosselschicht 10 besitzt beispielsweise eine rechtwinklige Gestalt und ist aus einem magnetischen Körper, wie beispielsweise einem Pulvermagnetkern, ausgebildet. Die Drosselschichten 10 entsprechen einem Beispiel für Magnetkörperschichten.
Die Drosselschichten 10 umfassen jeweils einen darin eingebetteten Leiter, der als ein Teil einer Spule dient, die eine Drossel bildet. Die Leiter der Drosselschichten 10 sind in dem Schichtstapelkörper 1 elektrisch miteinander verbunden, um eine Spule zu bilden.
Der Schichtstapelkörper 1 liegt benachbart zu der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 auf der gegenüberliegenden Seite von der Zwischen-Stromsammelplatte 2. Die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 verbindet den Schichtstapelkörper 1 elektrisch mit einer externen Schaltung (nicht dargestellt). Die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 sammelt einen Strom von dem Schichtstapelkörper 1 und gibt den Strom an die externe Schaltung aus. Auf diese Art und Weise ist das Brennstoffzellenmodul über die Anschlussplatte 7 und die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 elektrisch mit einer externen Schaltung verbunden. Die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 entspricht einem Beispiel für eine erste Stromsammelplatte.
Die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 liegt benachbart zu der Isolierplatte 61. Die Isolierplatte 61 liegt benachbart zu der Druckplatte 51.
Durch die Isolierplatte 61 wird zwischen der Druckplatte 51 und der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 eine Isolierung gehalten. Die Isolierplatte 61 besitzt eine im Allgemeinen rechtwinklige Gestalt und ist aus einem Isolator, wie beispielsweise einem Harz, ausgebildet. Daher wird eine elektrische Leckage von dem Zellenstapelkörper 4 zur Druckplatte 51 unterdrückt.
Die Druckplatte 51 ist aus einem steifen Metall, wie beispielsweise Edelstahl, ausgebildet und besitzt eine rechteckige Gestalt. Die Druckplatte 51 ist über die Mehrzahl von Federn 59 mit der anderen Endplatte 52 verbunden. Die Druckplatte 51 drückt die Isolierplatte 61 unter Ausnutzung der elastischen Kraft der Federn 59 hin zu der Endplatte 50 auf der gegenüberliegenden Seite. Folglich liegen der Drosselstapelkörper 9, der Zellenstapelkörper 4, die Endplatte 50, die Isolierplatten 60 und 61 sowie die Anschlussplatte 7 eng aneinander.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Brennstoffzellenmoduls. 2 stellt einen Zustand dar, in dem ein gestapelter Körper von der Endplatte 50 auf der einen Seite bis zu der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 auseinandergezogen ist.
Ein Brenngas, ein Oxidationsmittelgas und ein Kühlmittel werden dem Zellenstapelkörper 4 zugeführt. Die Einheitszellen 40 besitzen jeweils einen Strömungspfad für das Brenngas, einen Strömungspfad für das Oxidationsmittelgas und einen Strömungspfad für das Kühlmittel (nicht dargestellt). Daher sind die Endplatte 50 auf der einen Seite, die Isolierplatte 60, die Anschlussplatte 7 und der Zellenstapelkörper 4 mit individuellen Verteilerlöchern versehen, durch die das Brenngas, das Oxidationsmittelgas und das Kühlmittel strömen.
Beispielsweise sind jede der Einheitszellen 40 in dem Zellenstapelkörper 4, die Endplatte 50, die Isolierplatte 60 und die Anschlussplatte 7 mit Durchgangslöchern 401 bis 406, 501 bis 506, 601 bis 606 bzw. 701 bis 706 versehen, welche die Verteilerlöcher für das Brenngas, das Oxidationsmittelgas und das Kühlmittel bilden.
Die Durchgangslöcher 501 bis 503 sind auf einer Endseite der Plattenoberfläche der Endplatte 50 angeordnet, und die Durchgangslöcher 504 bis 506 sind auf der anderen Endseite davon angeordnet. Die Durchgangslöcher 601 bis 603 sind auf einer Endseite der Plattenoberfläche der Isolierplatte 60 angeordnet und die Durchgangslöcher 604 bis 606 sind auf der anderen Endseite davon angeordnet.
Die Durchgangslöcher 701 bis 703 sind auf einer Endseite der Plattenoberfläche der Anschlussplatte 7 angeordnet und die Durchgangslöcher 704 bis 706 sind auf der anderen Endseite davon angeordnet. Die Anschlussplatte 7 besitzt einen Vorsprungsabschnitt 70 zum Anschluss an eine externe Schaltung. Der Vorsprungsabschnitt 70 ragt von einem Ende um die Mitte zwischen einer Reihe der Durchgangslöcher 701 bis 703 und einer Reihe der Durchgangslöcher 704 bis 706 nach außen vor.
Die Durchgangslöcher 401 bis 403 sind auf einer Endseite der Plattenoberfläche der Einheitszelle 40 angeordnet, und die Durchgangslöcher 404 bis 406 sind auf der anderen Endseite davon angeordnet. In der Mitte der Plattenoberfläche der Einheitszelle 40 befindet sich ein Leistungserzeugungsbereich 400, in dem eine Leistungserzeugung durchgeführt wird. Der Leistungserzeugungsbereich 400 entspricht einem Abschnitt eines Bereichs der Membranelektrodenanordnung, in dem eine chemische Reaktion zwischen dem Brenngas und dem Oxidationsmittelgas stattfindet.
Die Durchgangslöcher 501, 601, 701 und 401 überlappen einander in einer Stapelrichtung Y des Brennstoffzellenmoduls, um ein Brenngas-Zuführverteilerloch zu bilden. Das Brenngas strömt von einer externen Zuführvorrichtung in das Brenngas-Zuführverteilerloch. Das Brenngas wird von dem Brenngas-Zuführverteilerloch zu jeder der Einheitszellen 40 geführt.
Die Durchgangslöcher 506, 606, 706 und 406 überlappen einander in der Stapelrichtung Y des Brennstoffzellenmoduls, um ein Brenngas-Abführverteilerloch zu bilden. Das Brenngas strömt von jeder der Einheitszellen 40 in das Brenngas-Abführverteilerloch. Das Brenngas wird von dem Brenngas-Abführverteilerloch zu einem externen Abführsystem abgeführt. Die Einheitszelle 40 ist mit einem Strömungspfad für das Brenngas versehen, der zwischen dem Durchgangsloch 401 auf der Einlassseite und dem Durchgangsloch 406 auf der Auslassseite eine Verbindung herstellt.
Die Durchgangslöcher 504, 604, 704 und 404 überlappen einander in der Stapelrichtung Y des Brennstoffzellenmoduls, um ein Oxidationsmittelgas-Zuführverteilerloch zu bilden. Das Oxidationsmittelgas strömt von einer externen Zuführvorrichtung in das Oxidationsmittelgas-Zuführverteilerloch. Das Oxidationsmittelgas wird von dem Oxidationsmittelgas-Zuführverteilerloch zu jeder der Einheitszellen 40 geführt.
Die Durchgangslöcher 503, 603, 703 und 403 überlappen einander in der Stapelrichtung Y des Brennstoffzellenmoduls, um ein Oxidationsmittelgas-Abführverteilerloch zu bilden. Das Oxidationsmittelgas strömt von jeder der Einheitszellen 40 in das Oxidationsmittelgas-Abführverteilerloch. Das Oxidationsmittelgas wird von jeder der Einheitszellen 40 zu einem externen Abführsystem abgeführt. Die Einheitszelle 40 ist mit einem Strömungspfad für das Oxidationsmittelgas versehen, der zwischen dem Durchgangsloch 404 auf der Einlassseite und dem Durchgangsloch 403 auf der Auslassseite eine Verbindung herstellt.
Die Durchgangslöcher 505, 605, 705 und 405 überlappen einander in der Stapelrichtung Y des Brennstoffzellenmoduls, um ein Kühlmittel-Zuführverteilerloch zu bilden. Das Kühlmittel strömt von einer externen Zuführvorrichtung durch das Kühlmittel-Zuführverteilerloch hin zu jeder der Einheitszellen 40, wie durch den Pfeil Rin angegeben. Um die Durchgangslöcher 605 und 705 herum ist eine Dichtung zur Abdichtung des Kühlmittel-Zuführverteilerlochs vorgesehen. Das Kühlmittel-Zuführverteilerloch entspricht einem Beispiel für ein Zuführverteilerloch, durch das ein Kühlmittel zugeführt wird.
Die Durchgangslöcher 502, 602, 702 und 402 überlappen einander in der Stapelrichtung Y des Brennstoffzellenmoduls, um ein Kühlmittel-Abführverteilerloch zu bilden. Das Kühlmittel strömt durch das Kühlmittel-Abführverteilerloch von jeder der Einheitszellen 40 hin zu einem externen Abführsystem, wie durch den Pfeil Rout angegeben. Um die Durchgangslöcher 602 und 702 herum ist eine Dichtung zum Abdichten des Kühlmittel-Abführverteilerlochs vorgesehen. Das Kühlmittel-Abführverteilerloch entspricht einem Beispiel für ein Abführverteilerloch, durch das ein Kühlmittel abgeführt wird.
Die Einheitszellen 40 sind jeweils mit einem Strömungspfad für das Kühlmittel versehen, der zwischen dem Durchgangsloch 405 auf der Einlassseite und dem Durchgangsloch 402 auf der Auslassseite eine Verbindung herstellt. Das Kühlmittel strömt durch den Strömungspfad von dem Durchgangsloch 405 auf der Einlassseite in das Durchgangsloch 402 auf der Auslassseite, wie durch den Pfeil Rm angegeben.
3 ist eine Draufsicht, welche ein Beispiel der Einheitszelle 40 zeigt. 3 ist eine Draufsicht der Einheitszelle 40 von der Seite der Anschlussplatte 7 aus betrachtet.
Dichtungen 41, 43, 44 und 46, welche die Durchgangslöcher 401, 403, 404 bzw. 406 umgeben, sind auf der Plattenoberfläche der Einheitszelle 40 auf einer Seite vorgesehen. Die Dichtungen 41, 43, 44 und 46 sind beispielsweise aus Gummi oder als eine Metallrippe ausgebildet und dichten einen Bereich um die Durchgangslöcher 401, 403, 404 bzw. 406 zwischen benachbarten, aufeinander gestapelten Einheitszellen 40 ab. Infolgedessen wird eine Leckage des Brenngases von dem Brenngas-Zuführverteilerloch und dem Brenngas-Abführverteilerloch unterdrückt, und eine Leckage des Oxidationsmittelgases aus dem Oxidationsmittelgas-Zuführverteilerloch und dem Oxidationsmittelgas-Abführverteilerloch wird unterdrückt.
Ein Strömungspfad 45 für das Kühlmittel, der zwischen dem Durchgangsloch 405 auf der Einlassseite und dem Durchgangsloch 402 auf der Auslassseite eine Verbindung herstellt, ist in einer Plattenoberfläche der Einheitszelle 40 auf einer Seite vorgesehen, und ein ähnlicher Strömungspfad (nicht dargestellt) ist auch in der Rückfläche davon vorgesehen. Der Strömungspfad 45 ist über einen Verbindungsströmungspfad 48 mit dem Durchgangsloch 405 verbunden und über einen Verbindungsströmungspfad 47 mit dem Durchgangsloch 402 verbunden.
Das Kühlmittel, welches ausgehend von dem Durchgangsloch 405 auf der Einlassseite strömt, strömt über den Verbindungsströmungspfad 48, den Strömungspfad 45 und den Verbindungsströmungspfad 47 in das Durchgangsloch 402 auf der Auslassseite, wie durch den Pfeil Rm angegeben. Der Strömungspfad 45 ist vorgesehen, um mit dem Leistungserzeugungsbereich 400 zu überlappen. Dadurch wird ein Temperaturanstieg aufgrund der Leistungserzeugung durch die Einheitszelle 40 unterdrückt.
Eine Dichtung 42, welche die Durchgangslöcher 402 und 405, die Verbindungsströmungspfade 47 und 48 und den Strömungspfad 45 umgibt, ist auf der Plattenoberfläche der Einheitszelle 40 auf der einen Seite vorgesehen. Die Dichtung 42 ist beispielsweise aus Gummi ausgebildet und dichtet einen Bereich um die Durchgangslöcher 402 und 405, die Verbindungsströmungspfade 47 und 48 und den Strömungspfad 45 zwischen benachbarten, aufeinander gestapelten Einheitszellen 40 ab. Dadurch wird eine Leckage des Kühlmittels aus dem Kühlmittel-Zuführverteilerloch und dem Kühlmittel-Abführverteilerloch unterdrückt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 sind in jeder der Drosselschichten 10 in dem Schichtstapelkörper 1 beispielsweise sechs Leiter 100 eingebettet, und die Leiter 100 bilden einen Teil einer Spule einer Drossel.
Die Zwischen-Stromsammelplatte 2 besitzt ein leitfähiges Element 20, welches zwischen dem Zellenstapelkörper 4 und den Leitern 100 jeder der Drosselschichten 10 in dem Schichtstapelkörper 1 eine elektrische Verbindung herstellt. Anschlüsse des leitfähigen Elements 20 stehen mit Endabschnitten 13 der Leiter 100, die von einer Oberfläche der Drosselschicht 10 freiliegen, in Kontakt.
Die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 verbindet die Leiter 100 von jeder der Drosselschichten 10 mit einer externen Schaltung. Die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 besitzt sechs Anschlüsse 32a bis 32c und 33a bis 33c, die mit Endabschnitten (nicht dargestellt) der Leiter 100, die von der Rückfläche der Drosselschicht 10 freiliegen, in Kontakt stehen, und Anschlüsse Ta bis Tc, die mit einer externen Schaltung zu verbinden sind.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration fließt ein Strom von dem Zellenstapelkörper 4 zu den Leitern 100 in dem Schichtstapelkörper 1, was bewirkt, dass die Leiter 100 Wärme erzeugen. Daher kann der Zellenstapelkörper 4 unter Verwendung von Wärme des Drosselstapelkörpers 9 erwärmt werden. Falls jedoch der Drosselstapelkörper 9 übermäßig erwärmt wird, kann die Leistungsfähigkeit der Drossel und die Leistungserzeugungsleistung des Zellenstapelkörpers 4 verringert werden.
In dem Fall, in dem beispielsweise eine Kühlvorrichtung, wie ein Kühler, außerhalb des Brennstoffzellenmoduls vorgesehen ist, wird der Einbauraum für die Kühlvorrichtung benötigt, und die Kosten erhöhen sich. Daher werden die Leiter 100 unter Verwendung des Kühlmittels in dem Zellenstapelkörper 4 gekühlt, so dass ein Temperaturanstieg des Drosselstapelkörpers 9 unterdrückt wird. Der Drosselstapelkörper 9 besitzt ein Einlassverteilerloch und ein Auslassverteilerloch, durch die das Kühlmittel strömt.
Die Drosselschichten 10 in dem Schichtstapelkörper 1 und die Zwischen-Stromsammelplatte 2 sind beispielsweise mit Durchgangslöchern 105 und 205, welche das Einlassverteilerloch bilden, und mit Durchgangslöchern 102 und 202, welche das Auslassverteilerloch bilden, versehen. Zusätzlich ist die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 mit einem vertieften bzw. ausgesparten Abschnitt 305, der den Bodenabschnitt des Einlassverteilerlochs bildet, und einem ausgesparten Abschnitt 302, der den Bodenabschnitt des Auslassverteilerlochs bildet, versehen.
Das Durchgangsloch 202 ist auf einer Endseite der Plattenoberfläche der Zwischen-Stromsammelplatte 2 vorgesehen, und das Durchgangsloch 205 ist auf der anderen Endseite davon vorgesehen. Das Durchgangsloch 102 ist auf einer Endseite der Schichtoberfläche der Drosselschicht 10 vorgesehen, und das Durchgangsloch 105 ist auf der anderen Endseite davon vorgesehen. Der ausgesparte Abschnitt 302 ist auf einer Endseite der Plattenoberfläche der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 vorgesehen, und der ausgesparte Abschnitt 305 ist auf der anderen Endseite davon vorgesehen.
Die Durchgangslöcher 105 und 205 und der ausgesparte Abschnitt 305 überlappen einander in der Stapelrichtung Y des Brennstoffzellenmoduls, um das Einlassverteilerloch zu bilden. Die Durchgangslöcher 102 und 202 und der ausgesparte Abschnitt 302 überlappen einander in der Stapelrichtung Y des Brennstoffzellenmoduls, um das Auslassverteilerloch zu bilden.
Das Einlassverteilerloch steht mit dem Kühlmittel-Zuführverteilerloch in Verbindung, um dem Kühlmittel in dem Zellenstapelkörper 4 zu ermöglichen, in dieses zu strömen. Beispielsweise überlappen die Durchgangslöcher 105 und 205 und der ausgesparte Abschnitt 305 die Durchgangslöcher 405, 505, 605 und 705 des Kühlmittel-Zuführverteilerlochs in der Stapelrichtung Y des Brennstoffzellenmoduls.
Das Auslassverteilerloch steht mit dem Kühlmittel-Abführverteilerloch in Verbindung, damit das Kühlmittel daraus ausströmen kann. Beispielsweise überlappen die Durchgangslöcher 102 und 202 und der ausgesparte Abschnitt 302 die Durchgangslöcher 402, 502, 602 und 702 des Kühlmittel-Zuführverteilerlochs in der Stapelrichtung Y des Brennstoffzellenmoduls.
Folglich strömt das Kühlmittel durch das Kühlmittel-Zuführverteilerloch und strömt danach durch das Einlassverteilerloch, wie durch den Pfeil Rin' angegeben. Ferner strömt das Kühlmittel durch das Auslassverteilerloch, wie durch den Pfeil Rout' angegeben, und strömt danach durch das Kühlmittel-Abführverteilerloch. Auf diese Art und Weise werden die Leiter 100 von jeder der Drosselschichten 10 durch das Kühlmittel gekühlt.
Das Kühlmittel-Zuführverteilerloch überlappt mit dem Einlassverteilerloch in der Stapelrichtung Y, und das Kühlmittel-Abführverteilerloch überlappt mit dem Auslassverteilerloch in der Stapelrichtung Y. Daher ist das Einlassverteilerloch auf der Erstreckung bzw. Verlängerung des Kühlmittel-Zuführverteilerlochs positioniert und das Auslassverteilerloch ist auf der Verlängerung des Kühlmittel-Abführverteilerlochs positioniert.
Folglich ist die Anzahl von Teilen, die für die Verbindung zwischen dem Kühlmittel-Zuführverteilerloch und dem Einlassverteilerloch sowie zwischen dem Kühlmittel-Abführverteilerloch und dem Auslassverteilerloch erforderlich sind, im Vergleich zu einem Fall, bei dem sich das Einlassverteilerloch und das Auslassverteilerloch nicht auf der Erstreckung bzw. Verlängerung befinden, reduziert.
Das Kühlmittel strömt in der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 beispielsweise von dem Einlassverteilerloch zu dem Auslassverteilerloch, wie durch den Pfeil Rm' angegeben. Die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 ist mit einem Strömungspfad für das Kühlmittel versehen, der eine Verbindung zwischen dem ausgesparten Abschnitt 305 auf der Einlassseite und dem ausgesparten Abschnitt 302 auf der Auslassseite herstellt. Im Folgenden wird die Konfiguration der Drosselschicht 10, der Zwischen-Stromsammelplatte 2 und der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 beschrieben.
Konfiguration der Drosselschicht 10
4 ist eine Draufsicht, welche ein Beispiel der Drosselschicht 10 darstellt. 4 ist eine Draufsicht der Drosselschicht 10 von der Seite des Zellenstapelkörpers 4 aus betrachtet.
5 ist eine Schnittansicht der Drosselschicht 10 entlang der Linie V-V in 4. Die Drosselschicht 10 wird beispielsweise durch Pressen eines Magnetkörpers mit den darin eingebetteten Leitern 100 ausgebildet. Die Drosselschicht 10 besitzt Oberflächen Sa und Sb in einer rechtwinkligen Gestalt.
Die Drosselschicht 10 besitzt Dichtungen 12 und 15, welche die Durchgangslöcher 102 bzw. 105 umgeben. Die Dichtungen 12 und 15 sind jeweils als ein elastisches Element, wie beispielsweise Gummi, ausgebildet und mit der Oberfläche Sa der Drosselschicht 10 auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 verbunden.
Die Dichtungen 12 und 15 dichten einen Bereich um die Durchgangslöcher 102 bzw. 105 zwischen der Drosselschicht 10 und einer anderen Drosselschicht 10 oder der Zwischen-Stromsammelplatte 2, die benachbart dazu liegt, ab, wenn der Schichtstapelkörper 1 gestapelt wird. Folglich wird eine Leckage bzw. das Austreten des Kühlmittels aus dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch unterdrückt.
Die Leiter 100 besitzen jeweils eine flache Ringgestalt, wie durch die gestrichelten Linien bei Draufsicht auf die Drosselschicht 10 angegeben. Die Leiter 100 sind so angeordnet, dass diese mit den Leistungserzeugungsbereichen 400 der Einheitszellen 40 in der Stapelrichtung Y des Brennstoffzellenmoduls überlappen. Die Leiter 100 sind aus einem leitfähigen Rohmaterial, wie beispielsweise Kupfer, ausgebildet. Die Oberflächen der Leiter 100 können mit einer isolierenden Beschichtung überzogen sein, um beispielsweise eine elektrische Leckage zu verhindern.
Die Drosselschicht 10 besitzt auch einen Abschirmabschnitt 11, der die Leiter 100 gegeneinander abschirmt. Der Abschirmabschnitt 11 besitzt beispielsweise die gleiche Dicke wie diese der Drosselschicht 10 und ist in einer Gittergestalt vorgesehen, um die Leiter 100 in der Draufsicht voneinander zu trennen. Der Abschirmabschnitt 11 unterdrückt magnetische Störungen zwischen den Leitern 100, indem die Seitenflächen der Leiter 100 bedeckt werden. Der Abschirmabschnitt 11 ist aus einem nichtmagnetischen Körper, wie beispielsweise Aluminium, ausgebildet.
Ein Endabschnitt 13 des Leiters 100 an einem Ende ist von der Oberfläche Sa auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 freiliegend, und ein Endabschnitt 14 des Leiters 100 am anderen Ende ist von der Oberfläche Sb auf der Seite der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 freiliegend. Das heißt, der Endabschnitt 13 an einem Ende und der Endabschnitt 14 am anderen Ende sind von den Oberflächen Sa und Sb auf den einander gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten Seiten freiliegend. Andere Abschnitte des Leiters 100 als die Endabschnitte 13 und 14 sind von den Oberflächen Sa und Sb nicht freiliegend. Die Oberflächengestalt der freiliegenden Abschnitte der Endabschnitte 13 und 14 entspricht beispielsweise einer quadratischen Gestalt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Endabschnitte 13 und 14 entsprechen einem Beispiel für einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt.
Die Endabschnitte 13 und 14 überlappen einander in der Stapelrichtung Y des Brennstoffzellenmoduls. Daher kann der Endabschnitt 13 des Leiters 100 einer Drosselschicht 10 eines Satzes nebeneinander liegender Drosselschichten 10 mit dem Endabschnitt 14 des Leiters 100 der anderen Drosselschicht 10 direkt in Kontakt stehen. Falls die Endabschnitte 13 und 14 der Drosselschichten 10 gegeneinander versetzt sind, ist es notwendig, die Endabschnitte 13 und 14 beispielsweise über ein leitfähiges Element etc. elektrisch zu verbinden.
Daher sind bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration die Leiter 100 der Drosselschichten 10 elektrisch miteinander verbunden, indem beispielsweise nur die Drosselschichten 10 ohne Verwendung eines leitfähigen Elements aufeinander gestapelt sind. Dadurch wird die Höhe der Drosselschichten 10 im Drosselstapelkörper 9 reduziert.
Die Endabschnitte 13 und 14 sind in der Draufsicht an den gleichen Positionen auf den Oberflächen Sa und Sb der Drosselschichten 10 vorgesehen. Daher besitzen beispielsweise Rückflächen 130 und 140 der Endabschnitte 13 bzw. 14 kegelförmige Gestaltungen, die symmetrisch zueinander sind, so dass der Leiter 100 entlang der Oberflächen Sa und Sb eine flache Ringgestalt aufweist. Die Rückflächen 130 und 140 sind nicht darauf beschränkt, dass diese eine kegelförmige Oberfläche besitzen, und können andere Gestaltungen aufweisen, die zueinander symmetrisch sind.
Konfiguration der Zwischen-Stromsammelplatte 2
6 ist eine Draufsicht, welche ein Beispiel für die Zwischen-Stromsammelplatte 2 darstellt. 6 ist eine Draufsicht auf die Zwischen-Stromsammelplatte 2 von der Seite des Zellenstapelkörpers 4 aus betrachtet.
7 ist eine Schnittansicht der Zwischen-Stromsammelplatte 2 entlang der Linie VII-VII in 6. Die Zwischen-Stromsammelplatte 2 liegt benachbart zu der Drosselschicht 10, die am nächsten an dem Zellenstapelkörper 4 liegt. Die Zwischen-Stromsammelplatte 2 entspricht einem plattenförmigen Element, das beispielsweise aus einem Harz hergestellt ist und Oberflächen Sc und Sd in einer rechtwinkligen Gestalt aufweist.
Die Zwischen-Stromsammelplatte 2 besitzt Dichtungen 22 und 25, welche die Durchgangslöcher 202 bzw. 205 umgeben. Die Dichtungen 22 und 25 sind jeweils als ein elastisches Element, wie beispielsweise Gummi, ausgebildet und mit der Oberfläche Sc der Drosselschicht 10 auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 verbunden.
Die Dichtungen 22 und 25 dichten einen Bereich um die Durchgangslöcher 202 bzw. 205 zwischen der Zwischen-Stromsammelplatte 2 und der daran angrenzenden Einheitszelle 40 ab. Dadurch wird eine Leckage des Kühlmittels aus dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch unterdrückt.
Die Zwischen-Stromsammelplatte 2 besitzt ein leitfähiges Element 20, welches eine elektrische Verbindung zwischen dem Zellenstapelkörper 4 und den Leitern 100 jeder der Drosselschichten 10 im Schichtstapelkörper 1 herstellt. Das leitfähige Element 20 entspricht einem Metallelement, wie beispielsweise Kupfer, welches leitfähig bzw. leitend ist. Das leitfähige Element 20 entspricht einem Beispiel für ein zweites leitfähiges Element.
Das leitfähige Element 20 umfasst einen rechtwinkligen Anschluss 23 auf der Oberfläche Sc auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 und umfasst sechs Anschlüsse 21 in quadratischer Gestalt auf der Oberfläche Sd auf der Seite des Schichtstapelkörpers 1, wie durch die gestrichelten Linien angegeben. Das leitfähige Element 20 besitzt eine flache Plattengestalt, bei welcher eine Mehrzahl von im Allgemeinen viereckigen Pyramiden angeordnet sind, wobei die Anschlüsse 21 beispielsweise als die Scheitelpunkte dienen und der Anschluss 23 als die Bodenfläche dient.
Der Anschluss 23 steht mit dem Leistungserzeugungsbereich 400 der Einheitszelle 40, die aus den Einheitszellen 40 in dem Zellenstapelkörper 4 am nächsten an dem Drosselstapelkörper 9 liegt, in Kontakt. Die Anschlüsse 21 stehen mit den Endabschnitten 13 der Leiter 100 der Drosselschicht 10, die aus den Drosselschichten 10 im gestapelten Zellenkörper 1 am nächsten an dem Zellenstapelkörper 4 liegt, in Kontakt.
Folglich sind der Zellenstapelkörper 4 und der Drosselstapelkörper 9 elektrisch miteinander verbunden, und daher fließt ein Strom von dem Zellenstapelkörper 4 zu den Leitern 100 in dem Schichtstapelkörper 1. Der Anschluss 23 entspricht einem Beispiel für einen ersten Anschluss, und die Anschlüsse 21 entsprechen Beispielen für einen zweiten Anschluss.
In dem Fall, dass der Leistungserzeugungsbereich 400 jeder der Einheitszellen 40 beispielsweise einen Abschnitt (im Folgenden als ein „Kontaktbereich“ bezeichnet) in Kontakt mit dem Anschluss 23 und einen Abschnitt (im Folgenden als „Nicht-Kontaktbereich“ bezeichnet), der mit dem Anschluss 23 nicht in Kontakt steht, umfasst, neigt ein Strom dazu, durch den Kontaktbereich im Gegensatz zum Nicht-Kontaktbereich zu fließen, was zu Schwankungen im Leistungserzeugungszustand führt.
Daher besitzt der Anschluss 23 die gleiche Kontaktfläche wie die Größe des Leistungserzeugungsbereichs 400 der Einheitszelle 40. Daher werden Schwankungen im Leistungserzeugungszustand in dem Leistungserzeugungsbereich 400 unterdrückt, um eine Reduktion der Leistungserzeugungsleistung des Zellenstapelkörpers 4 zu unterdrücken. Die Kontaktfläche des Anschlusses 23 kann im Wesentlichen der Größe des Leistungserzeugungsbereichs 400 entsprechen. Als Beispiel beträgt die Kontaktfläche des Anschlusses 23 in der Draufsicht 80 bis 100 (%) der Fläche des Leistungserzeugungsbereichs 400.
Dabei besitzen die Anschlüsse 21 die gleiche Kontaktfläche bzw. den gleichen Kontaktbereich wie die Größe der Endabschnitte 13 der Drosselschicht 10. Daher ist der elektrische Widerstand zwischen den Anschlüssen 21 und den Endabschnitten 13 im Vergleich zu einem Fall, in dem die jeweiligen Kontaktflächen der Anschlüsse 21 und der Endabschnitte 13 voneinander verschieden sind, reduziert. Die Kontaktfläche der Anschlüsse 21 kann im Wesentlichen gleich der Größe der Endabschnitte 13 sein. Beispielsweise beträgt die Kontaktfläche der Anschlüsse 21 in der Draufsicht 80 bis 100 (%) der Fläche der Endabschnitte 13.
Auf diese Art und Weise steht das leitfähige Element 20 direkt mit dem Leistungserzeugungsbereich 400 der Einheitszelle 40 und den Endabschnitten 13 der Drosselschicht 10 in Kontakt. Daher kann die Zwischen-Stromsammelplatte 2 die von den Leitern 100 in dem Schichtstapelkörper 1 erzeugte Wärme über das leitfähige Element 20 zu den Einheitszellen 40 im Zellenstapelkörper 4 leiten. Daher wird das Auftreten einer Überflutung aufgrund einer Kondensation von Wasser, welche durch die chemische Reaktion in den Einheitszellen 40 erzeugt wird, unterdrückt.
Konfiguration der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3
8 ist eine Draufsicht, welche ein Beispiel der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 darstellt. 8 ist eine Draufsicht der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 von der Seite des Schichtstapelkörpers 1 aus betrachtet.
9 ist eine Schnittansicht der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 entlang der Linie IX-IX in 8. Die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 liegt benachbart zu der Drosselschicht 10, die aus den Drosselschichten 10 im Schichtstapelkörper 1 am weitesten von dem Zellenstapelkörper 4 entfernt liegt.
Die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 besitzt leitfähige Elemente 31a bis 31c mit Anschlüssen Ta bis Tc, 32a bis 32c bzw. 33a bis 33c, zwei Strömungspfadnuten 36 und 37, die eine Verbindung zwischen den ausgesparten Abschnitten 302 und 305 herstellen, und Dichtungen 34 und 35. Die Strömungspfadnuten 36 und 37 sind in einer Oberfläche Se der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 auf der Seite des Schichtstapelkörpers 1 ausgebildet.
Wie vorstehend beschrieben ist, bildet der ausgesparte Abschnitt 305 das Einlassverteilerloch für das Kühlmittel, und der ausgesparte Abschnitt 302 bildet das Auslassverteilerloch für das Kühlmittel. Das Kühlmittel strömt von dem ausgesparten Abschnitt 305 durch die Strömungspfadnuten 36 und 37, wie durch den Pfeil Rm' angegeben, um den ausgesparten Abschnitt 302 zu erreichen. Die Strömungspfadnuten 36 und 37 entsprechen Beispielen für eine sechste Strömungspfadnut.
Daher wird der Schichtstapelkörper 1 durch das Kühlmittel gekühlt. Die Oberflächen der Strömungspfadnuten 36 und 37 sind plattiert oder mit einem Harz beschichtet, um beispielsweise Korrosion durch das Kühlmittel zu verhindern. Die Gestalt und die Anzahl der Strömungspfadnuten 36 und 37 sind nicht beschränkt.
Die Dichtungen 34 und 35 umgeben die ausgesparten Abschnitte 302 und 305 und die Strömungspfadnuten 36 und 37. Eine der Dichtungen (die Dichtung 34) ist auf der Außenseite der ausgesparten Abschnitte 302 und 305 und der Strömungspfadnuten 36 und 37 angeordnet, und die andere der Dichtungen (die Dichtung 35) ist auf der Innenseite der ausgesparten Abschnitte 302 und 305 und der Strömungspfadnuten 36 und 37 angeordnet. Die Dichtungen 34 und 35 sind jeweils als ein elastisches Element, wie beispielsweise Gummi, ausgebildet und mit der Oberfläche Se der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 auf der Seite des Schichtstapelkörpers 1 verbunden.
Die Dichtungen 34 und 35 dichten einen Bereich um die ausgesparten Abschnitte 302 und 305 und die Strömungspfadnuten 36 und 37 zwischen der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 und der daran angrenzenden Drosselschicht 10 ab. Folglich wird eine Leckage des Kühlmittels aus dem Einlassverteilerloch, dem Auslassverteilerloch und den Strömungspfadnuten 36 und 37 unterdrückt.
Die leitfähigen Elemente 31a bis 31c verbinden die Leiter 100 in dem Drosselstapelkörper 9 elektrisch mit einer externen Schaltung (nicht dargestellt). Die leitfähigen Elemente 31a bis 31c entsprechen jeweils einem Metallelement, wie Kupfer, welches leitfähig ist. Die leitfähigen Elemente 31a bis 31c sind Beispiele für ein erstes leitfähiges Element.
Das leitfähige Element 31a besitzt einen Anschluss Ta, der von einer Seitenfläche vorsteht, und zwei Anschlüsse 32a und 33a, die auf einer Seite zur Oberfläche Se hin freiliegen. Das leitfähige Element 31b besitzt einen Anschluss Tb, der von einer Seitenfläche vorsteht, und zwei Anschlüsse 32b und 33b, die auf der einen Seite zur Oberfläche Se hin freiliegen. Das leitfähige Element 31c besitzt einen Anschluss Tc in einer Plattengestalt, welcher von einer Seitenfläche vorsteht, und zwei Anschlüsse 32c und 33c in einer quadratischen Gestalt, die auf der einer Seite zur Oberfläche Se hin freiliegen. Die Anschlüsse 32a bis 32c und 33a bis 33c sind an Positionen vorgesehen, welche die Strömungspfadnuten 36 und 37 nicht überlappen, so dass eine geeignete Stromsammlung nicht behindert wird.
Die leitfähigen Elemente 31a bis 31c besitzen jeweils eine flache Plattengestalt, bei welcher zwei im Allgemeinen viereckige Pyramiden vorgesehen sind, wobei die Anschlüsse 32a bis 32c und 33a bis 33c beispielsweise als die Scheitelpunkte dienen. Die jeweiligen Bodenflächen der leitfähigen Elemente 31a bis 31c sind zu einer Oberfläche Sf auf der Gegenseite zu der Oberfläche Se freiliegend, und die Anschlüsse Ta bis Tc stehen von den jeweiligen Bodenflächenseiten vor.
Die Anschlüsse Ta bis Tc sind mit einer externen elektrischen Schaltung verbunden. Die Anschlüsse Ta bis Tc sind mit einer elektrischen Schaltung für jede Phase eines Dreiphasenmotors beispielsweise über einen Aufwärtswandler verbunden. Zusätzlich stehen die Anschlüsse 32a bis 32c und 33a bis 33c mit sechs Endabschnitten 14 der Drosselschicht 10, die benachbart zu der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 liegt, in Kontakt. Folglich verbinden die leitfähigen Elemente 31a bis 31c die Leiter 100 in dem Drosselstapelkörper 9 elektrisch mit einer externen Schaltung.
Auf diese Art und Weise liegt die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 benachbart zu der Drosselschicht 10, die am weitesten vom Zellenstapelkörper 4 entfernt liegt, und besitzt die leitfähigen Elemente 31a bis 31c und die Strömungspfadnuten 36 und 37. Die leitfähigen Elemente 31a bis 31c sind mit einer externen Schaltung verbunden und erzeugen daher Wärme aufgrund einer Widerstandskomponente.
Ein Temperaturanstieg der leitfähigen Elemente 31a bis 31c wird jedoch durch das Kühlmittel, das durch die Strömungspfadnuten 36 und 37 strömt, unterdrückt. Zusätzlich befindet sich die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 benachbart zu der Drosselschicht 10, die am weitesten von dem Zellenstapelkörper 4 entfernt liegt, und daher wird das Kühlmittel von dem Einlassverteilerloch über die Strömungspfadnuten 36 und 37 an der vom Zellenstapelkörper 4 am weitesten entfernten Position zu dem Auslassverteilerloch zurückgeführt. Dadurch wird eine Überkühlung des Zellenstapelkörpers 4 durch das Kühlmittel unterdrückt.
Konfiguration der Drossel
10 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel der Spule 8 in dem Drosselstapelkörper 9 darstellt. Während 10 lediglich die Spule 8 darstellt, die aus einem der sechs Leiter 100 von jeder der Drosselschichten 10 aufgebaut ist, besitzen die anderen Leiter 100 ebenso die gleiche Konfiguration. Wie vorstehend beschrieben ist, umfasst der Drosselstapelkörper 9 den Schichtstapelkörper 1, der als eine Drossel dient, sowie die Zwischen-Stromsammelplatte 2 und die Endabschnitt-Stromsammelplatte 3, die als die Anschlüsse der Spule 8 dienen.
In dem Schichtstapelkörper 1 steht der Endabschnitt 13 des Leiters 100 einer Drosselschicht 10 der nebeneinander liegenden Drosselschichten 10 mit dem Endabschnitt 14 des Leiters 100 der anderen Drosselschicht 10 in Kontakt. Daher stehen, wie vorstehend beschrieben, die Leiter 100 eines Satzes nebeneinander liegender Drosselschichten 10 miteinander in Kontakt, um elektrisch miteinander verbunden zu sein.
Folglich bilden die Leiter 100 der Drosselschichten 10 die Spule 8, die um eine Achse X in der Stapelrichtung gewickelt ist. Die Spule 8 ist in den Magnetkörper der Drosselschichten 10 im Schichtstapelkörper 1 eingebettet. Daher dient der Drosselstapelkörper 9 als eine Drossel, wenn ein Strom von dem Zellenstapelkörper 4 durch diesen fließt.
Der Leiter 100 für eine Windung der Spule 8 ist in jeder der Drosselschichten 10 eingebettet. Daher kann die Anzahl der Windungen der Spule durch Anpassen der Anzahl der Drosselschichten 10 im Drosselstapelkörper 9 angepasst werden. Beispielsweise erhält man die Spule 8 mit zehn Windungen in dem Fall, in dem zehn Drosselschichten 10 aufeinander gestapelt sind.
Auf diese Art und Weise kann die Windungszahl der Spule 8 angepasst werden, und daher kann der Induktivitätswert der Drossel auf einfache Art und Weise auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Im vorliegenden Beispiel ist der Leiter 100 für eine Windung der Spule 8 in jeder der Drosselschichten 10 eingebettet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Leiter 100 für eine halbe Windung der Spule 8 in jeder der Drosselschichten 10 eingebettet sein, oder der Leiter 100 für ein Viertel einer Windung der Spule 8 kann darin eingebettet sein, wie später beschrieben.
Um eine Spule 8 mit zehn Windungen zu erhalten, sind beispielsweise 20 Drosselschichten 10 erforderlich, wenn der Leiter 100 für eine halbe Windung der Spule 8 in jeder der Drosselschichten 10 eingebettet ist, und 40 Drosselschichten 10 sind erforderlich, wenn der Leiter 100 für ein Viertel einer Windung der Spule 8 in jeder der Drosselschichten 10 eingebettet ist. Die Gestalt der Leiter 100 ist nicht beschränkt, solange die Spule 8 durch elektrisches Verbinden der Leiter 100 in den Drosselschichten 10 gebildet wird.
Darüber hinaus steht der Endabschnitt 13 des Leiters 100 der Drosselschicht 10, welche benachbart zu der Zwischen-Stromsammelplatte 2 liegt, mit dem Anschluss 21 des leitfähigen Elements 20 der Zwischen-Stromsammelplatte 2 auf einer Seite in Kontakt. Der Anschluss 23 des leitfähigen Elements 20 auf der anderen Seite steht mit der Einheitszelle 40 in Kontakt, die benachbart zu der Zwischen-Stromsammelplatte 2 liegt. Auf der anderen Seite steht der Endabschnitt 14 des Leiters 100 der Drosselschicht 10, die benachbart zu der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 liegt, mit dem Anschluss 32a des leitfähigen Elements 31a der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 in Kontakt.
Daher kann die Drossel als ein Teil eines Aufwärtswandlers, welcher beispielsweise die Ausgangsspannung des Zellenstapelkörpers 4 erhöht, elektrisch mit einer Schaltung verbunden sein, wie nachstehend beschrieben.
Schaltungskonfiguration des Brennstoffzellensystems
11 ist ein Schaltplan, welcher ein Beispiel der Schaltungskonfiguration eines Brennstoffzellensystems darstellt. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise auf einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert und umfasst eine Brennstoffzelle BZ, Drosseln La1, La2, Lb1, Lb2, Lc1 und Lc2, einen Aufwärtsschaltkreis 90, einen Wechselrichter 91 und einen Motor 92. Der Aufwärtsschaltkreis umfasst Schaltelemente SWa bis SWc, Dioden Da bis Dc und Kondensatoren Ca bis Cc.
Die Brennstoffzelle BZ entspricht dem Zellenstapelkörper 4 und liefert Leistung. Die Brennstoffzelle BZ ist mit den Drosseln La1, La2, Lb1, Lb2, Lc1 und Lc2 verbunden.
Die Drosseln La1, La2, Lb1, Lb2, Lc1 und Lc2 entsprechen dem Drosselstapelkörper 9. Die Drosseln La1, La2, Lb1, Lb2, Lc1 und Lc2 sind parallel zueinander geschaltet. Der Aufwärtsschaltkreis 90 ist über den Anschluss Ta elektrisch mit den Drosseln La1 und La2 verbunden, über den Anschluss Tb elektrisch mit den Drosseln Lb1 und Lb2 verbunden und über den Anschluss Tc elektrisch mit den Drosseln Lc1 und Lc2 verbunden. Die Brennstoffzelle BZ ist über einen Anschluss Tg der Anschlussplatte 7 elektrisch mit dem Aufwärtsschaltkreis 90 verbunden. Der Anschluss Tg entspricht dem Vorsprungsabschnitt 70 in 2.
Die Schaltelemente SWa bis SWc entsprechen jeweils beispielsweise einem Leistungs-MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) in einer IPM (Intelligent-Power-Module)-Einheit. Die Schaltelemente SWa bis SWc werden jeweils gemäß PWM (Pulsweitenmodulation)-Signalen Va bis Vc, die beispielsweise von einer ECU (elektronischen Steuerungseinheit) (nicht dargestellt) eingegeben werden, auf an und aus gesteuert.
Der Drain der Schaltelemente SWa bis SWc ist entsprechend elektrisch mit den Anschlüssen Ta bis Tc und der Anode der Dioden Da bis Dc verbunden. Der Source der Schaltelemente SWa bis SWc ist elektrisch mit dem Anschluss Tg und dem Wechselrichter 91 verbunden. Das Gate der Schaltelemente SWa bis SWc ist beispielsweise elektrisch mit der ECU verbunden.
Die Dioden Da bis Dc richten einen Strom von der Brennstoffzelle BZ gleich. Die Kathode der Dioden Da bis De ist elektrisch mit dem Wechselrichter 91 verbunden. Die Kondensatoren Ca bis Cc glätten die Spannung der Brennstoffzelle BZ. Ein Ende der Kondensatoren Ca bis Cc ist entsprechend elektrisch mit der Kathode der Dioden Da bis Dc und dem Wechselrichter 91 verbunden. Das andere Ende der Kondensatoren Ca bis Cc ist elektrisch mit dem Anschluss Tg und dem Wechselrichter 91 verbunden.
Der Aufwärtswandler umfasst den Aufwärtsschaltkreis 90 und die Drosseln La1, La2, Lb1, Lb2, Lc1 und Lc2. Die Spannung der Brennstoffzelle BZ wird entsprechend dem Tastverhältnis der PWM-Signale Va bis Vc, die bei den Schaltelementen SWa bis SWc entsprechend eingegeben werden, hochgesetzt. Der Wechselrichter 91 wandelt eine Leistung der Brennstoffzelle BZ von DC in AC um und gibt die AC-Leistung an den Motor 92 aus. Der Motor 92 treibt das Brennstoffzellenfahrzeug unter Verwendung der Leistung der Brennstoffzelle BZ an.
Die Induktivitätswerte der Drosseln La1, La2, Lb1, Lb2, Lc1 und Lc2 werden beispielsweise auf der Grundlage der maximal benötigten Versorgungsleistung für den Motor 92 bestimmt. Wie vorstehend beschrieben ist, können die Induktivitätswerte gemäß der Anzahl von im Drosselstapelkörper 9 gestapelten Drosselschichten 10 angepasst werden.
Es ist unwahrscheinlich, dass die verschiedenen Auslegungswerte der Schaltelemente SWa bis SWc, der Dioden Da bis De und der Kondensatoren Ca bis Cc durch die Spezifikationen des Motors 92 beeinflusst werden, im Gegensatz zu den Drosseln La1, La2, Lb1, Lb2, Lc1 und Lc2. Daher können Mehrzweck-Schaltelemente SWa bis SWc, Mehrzweck-Dioden Da bis Dc und Mehrzweck-Kondensatoren Ca bis Cc für den Aufwärtsschaltkreis 90 verwendet werden. Für den Aufwärtsschaltkreis 90 kann eine Mehrzweck-Wechselrichterschaltung verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, besitzt das Brennstoffzellenmodul den Zellenstapelkörper 4 und den Drosselstapelkörper 9. Der Zellenstapelkörper 4 umfasst die Mehrzahl von Einheitszellen 40, die aufeinander gestapelt sind, und der Drosselstapelkörper 9 umfasst die Mehrzahl von Drosselschichten 10, die aufeinander gestapelt sind. Die Mehrzahl von Drosselschichten 10 besitzt die Spule 8. Der Zellenstapelkörper 4 ist auf dem Drosselstapelkörper 9 überlagert, um elektrisch mit der Spule 8 verbunden zu sein.
Der Leiter 100, der einen Teil der Spule 8 bildet, ist in jeder der Drosselschichten 10 eingebettet. Der Leiter 100 besitzt die Endabschnitte 13 und 14, die von Oberflächen von jeder der Drosselschichten 10 auf den einander gegenüberliegenden Seiten freiliegen. Der Endabschnitt 13 einer Drosselschicht 10 eines Satzes von nebeneinander liegenden Drosselschichten 10 steht mit dem Endabschnitt 14 der anderen Drosselschicht 10 in Kontakt.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist der Leiter 100, welcher einen Teil der Spule 8 bildet, in jeder der Drosselschichten 10 eingebettet. Daher können die Induktivitätswerte der Drosseln La1, La2, Lb1, Lb2, Lc1 und Lc2 entsprechend der Anzahl der gestapelten Drosselschichten 10 angepasst werden.
Daher kann eine Konstruktionsänderung der Induktivitätswerte durch Ändern der Anzahl von gestapelten Drosselschichten 10 auch dann auf einfache Art und Weise vorgenommen werden, wenn die Spezifikationen des Motors 92 des Brennstoffzellensystems geändert werden. Somit ist es gemäß dem vorliegenden Beispiel möglich, die Schwierigkeiten bei der Durchführung einer Konstruktionsänderung des Brennstoffzellensystems zu reduzieren.
Beispielsweise im Falle der Verwendung einer gewöhnlichen Wicklungsspule als die Drossel des Aufwärtswandlers werden die Windungszahl und der Durchmesser der Wicklungsspule beispielsweise erhöht, wenn die maximal erforderliche Versorgungsleistung für den Motor 92 größer ist. Daher ist für den Einbau des Aufwärtswandlers beispielsweise ein größerer Raum erforderlich, wenn die maximale Versorgungsleistung für den Motor 92 größer ist.
Im Gegensatz dazu ist die Spule 8 in die Mehrzahl von Leitern 100 unterteilt, die in die Drosselschichten 10 einzubetten sind, und ist daher kleiner als die gewöhnliche Wicklungsspule.
Daher kann mit dem Brennstoffzellenmodul der Einbauraum für den Aufwärtswandler bzw. Hochsetzsteller reduziert werden. Im vorliegenden Beispiel wird ein Aufwärtswandler als ein Beispiel angenommen. Der gleiche Effekt, wie vorstehend beschrieben, kann jedoch auch für einen Abwärtswandler erhalten werden.
Drosselschicht 10 gemäß einer ersten Modifikation
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind das Einlassverteilerloch und das Auslassverteilerloch für das Kühlmittel über die Strömungspfadnuten 36 und 37 in der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 miteinander verbunden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Eine Strömungspfadnut, die eine Verbindung zwischen dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch für das Kühlmittel herstellt, kann anstelle der oder zusätzlich zu den Strömungspfadnuten 36 und 37 in zumindest einer der Drosselschichten 10 vorgesehen sein, wie nachstehend beschrieben.
12 ist eine Draufsicht, welche eine Drosselschicht 10a gemäß einer ersten Modifikation darstellt. 12 ist eine Draufsicht der Drosselschicht 10a von der Seite des Zellenstapelkörpers 4 aus betrachtet. In 12 sind Komponenten, die mit denen in 4 identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, um deren Beschreibung wegzulassen.
13 ist eine Schnittansicht der Drosselschicht 10a entlang der Linie XIII-XIII in 12. Die Drosselschicht 10a besitzt Durchgangslöcher 102 und 105, zwei Strömungspfadnuten 18 und 19, welche zwischen den Durchgangslöchern 102 und 105 eine Verbindung vorsehen, und Dichtungen 16 und 17. Die Strömungspfadnuten 18 und 19 sind in der Oberfläche Sa der Drosselschicht 10a auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 ausgebildet, um die Endabschnitte 13 der Leiter 100 zu umgehen. Die Tiefe der Strömungspfadnuten 18 und 19 ist so eingestellt, dass diese die Leiter 100 im Inneren der Drosselschicht 10a nicht erreichen.
Wie vorstehend beschrieben ist, stellt das Durchgangsloch 105 das Einlassverteilerloch für das Kühlmittel dar und das Durchgangsloch 102 stellt das Auslassverteilerloch für das Kühlmittel dar. Das Kühlmittel strömt durch die Strömungspfadnuten 18 und 19 ausgehend von dem Durchgangsloch 105, wie durch den Pfeil Rn angezeigt, um das Durchgangsloch 102 zu erreichen.
Der Verlauf der Strömungspfadnuten 18 und 19 erstreckt sich beispielsweise über die Leiter 100, die mit dem Leistungserzeugungsbereich 400 in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9 überlappen. Daher werden die Leiter 100 durch das Kühlmittel, welches durch die Strömungspfadnuten 18 und 19 strömt, wirkungsvoll gekühlt. Die Strömungspfadnuten 18 und 19 entsprechen Beispielen für eine erste Strömungspfadnut.
Die Oberflächen der Strömungspfadnuten 18 und 19 sind plattiert oder mit einem Harz beschichtet, um beispielsweise eine Korrosion durch das Kühlmittel zu verhindern. Die Gestalt, die Route bzw. der Verlauf und die Anzahl der Strömungspfadnuten 18 und 19 sind nicht beschränkt.
Die Dichtungen 16 und 17 umgeben die Durchgangslöcher 102 und 105 und die Strömungspfadnuten 18 und 19. Eine der Dichtungen (die Dichtung 16) ist auf der Außenseite der Durchgangslöcher 102 und 105 und der Strömungspfadnuten 18 und 19 angeordnet, und die andere der Dichtungen (die Dichtung 17) ist auf der Innenseite der Durchgangslöcher 102 und 105 und der Strömungspfadnuten 18 und 19 angeordnet. Die Dichtungen 16 und 17 sind jeweils als ein elastisches Element, wie beispielsweise Gummi, ausgebildet und mit der Oberfläche Sa der Drosselschicht 10a auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 verbunden.
Die Dichtungen 16 und 17 dichten einen Bereich um die Durchgangslöcher 102 und 105 und die Strömungspfadnuten 18 und 19 zwischen der Drosselschicht 10a und einer anderen Drosselschicht 10a oder der daran angrenzenden Einheitszelle 40 ab. Folglich wird eine Leckage des Kühlmittels aus dem Einlassverteilerloch, dem Auslassverteilerloch und den Strömungspfadnuten 18 und 19 unterdrückt.
Auf diese Art und Weise sind die Strömungspfadnuten 18 und 19, welche eine Verbindung zwischen dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch für das Kühlmittel herstellen, gemäß dem vorliegenden Beispiel in der Oberfläche Sa der Drosselschicht 10a auf einer Seite vorgesehen. Daher werden die Leiter 100 in dem Drosselstapelkörper 9 im Vergleich zu der Drosselschicht 10, welche nicht mit den Strömungspfadnuten 18 und 19 versehen ist, effektiv gekühlt. Die Strömungspfadnuten 18 und 19 können in der Oberfläche Sb auf der gegenüberliegenden Seite vorgesehen sein.
Die Drosselschicht 10a, welche die Strömungspfadnuten 18 und 19 besitzt, kann vorzugsweise an einer vom Zellenstapelkörper 4 entfernten Position angeordnet sein, so dass die Fähigkeit des Drosselstapelkörpers 9, die Einheitszellen 40 zu erwärmen, nicht verringert wird. In dem Fall, in dem der Drosselstapelkörper 9 eine Mehrzahl von Drosselschichten 10a umfasst, kann die Drosselschicht 10a, welche weiter von dem Zellenstapelkörper 4 entfernt liegt, eine größere Anzahl von Strömungspfadnuten 18 und 19 oder Strömungspfadnuten 18 und 19 mit einem größeren Querschnitt aufweisen. Dadurch wird auch eine Reduktion der Fähigkeit des Drosselstapelkörpers 9, die Einheitszellen 40 zu erwärmen, unterdrückt.
Drosselschicht 10 gemäß einer zweiten Modifikation
Während die Drosselschicht 10a gemäß der ersten Modifikation eine Abfolge von Strömungspfadnuten 18 und 19 besitzt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Abfolge von Strömungspfadnuten 18 und 19 separat in einem Satz nebeneinander liegender Drosselschichten 10a vorgesehen sein.
14 ist eine Draufsicht, welche einen Satz von Drosselschichten 10b und 10c gemäß einer zweiten Modifikation darstellt. 14 ist eine Draufsicht der Drosselschichten 10b und 10c von der Seite des Zellenstapelkörpers 4 aus betrachtet. Der Schichtstapelkörper 1 besitzt zwei Arten von Drosselschichten 10b und 10c, die abwechselnd an Stelle der vorstehend beschriebenen Drosselschichten 10 und 10a gestapelt sind.
15 ist eine Schnittansicht der Drosselschichten 10b und 10c entlang der Linie XV-XV in 14. Die Drosselschichten 10b und 10c liegen in dem Drosselstapelkörper 9 benachbart zueinander.
Die Drosselschicht 10b besitzt Durchgangslöcher 102b und 105b, Leiter 100b, einen Abschirmabschnitt 11b, Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 und Dichtungen 16b und 17b. Die Drosselschicht 10c besitzt Durchgangslöcher 102c und 105c, Leiter 100c, einen Abschirmabschnitt 11c, Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186, und Dichtungen 16c und 17c.
Die Durchgangslöcher 102b und 102c überlappen einander in der Stapelrichtung Y und bilden, wie beim Durchgangsloch 102, ein Auslassverteilerloch. Die Durchgangslöcher 105b und 105c überlappen einander in der Stapelrichtung Y und bilden, wie beim Durchgangsloch 105, ein Einlassverteilerloch. Die Abschirmabschnitte 11a und 11b überlappen einander in der Stapelrichtung Y und unterdrücken eine magnetische Interferenz zwischen den Leitern 100b und 100c, wie beim Abschirmabschnitt 11.
Die Leiter 100b und 100c entsprechen einer halben Windung der Spule 8. Das heißt, die Leiter 100b und 100c besitzen jeweils im Allgemeinen eine U-Gestalt, die einer halben Windung des Leiters 100 in der vorstehend beschriebenen Ringgestalt entspricht. Die Leiter 100b und 100c sind an einer Position eingebettet, welche die Leistungserzeugungsbereiche 400 der Einheitszellen 40 in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9 überlappt.
Der Leiter 100b ist in der Drosselschicht 10b eingebettet und besitzt Endabschnitte 13b und 14b. Der Endabschnitt 13b an einem Ende ist von einer Oberfläche S1b auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 freiliegend, und der Endabschnitt 14b am anderen Ende ist von einer Oberfläche S2b auf der Seite der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 freiliegend. Die Endabschnitte 13b und 14b besitzen beispielsweise eine quadratische Gestalt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Der Leiter 100c ist in der Drosselschicht 10c eingebettet und besitzt Endabschnitte 13c und 14c. Der Endabschnitt 13c an einem Ende ist von einer Oberfläche S1c auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 freiliegend, und der Endabschnitt 14c am anderen Ende ist von einer Oberfläche S2c auf der Seite der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 freiliegend. Die Endabschnitte 13c und 14c besitzen beispielsweise eine quadratische Gestalt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Die Endabschnitte 13b und 14c überlappen einander in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9. Daher steht der Endabschnitt 14c des Leiters 100c einer Drosselschicht 10c eines Satzes von Drosselschichten 10b und 10c, die im Drosselstapelkörper 9 nebeneinander liegen, mit dem Endabschnitt 13b des Leiters 100b der anderen Drosselschicht 10b in Kontakt. Folglich sind die Leiter 100b und 100c elektrisch miteinander verbunden und besitzen daher eine Ringgestalt, die dieser des Leiters 100 ähnlich ist.
Ferner überlappen die Endabschnitte 13c und 14b einander in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9. Daher steht der Endabschnitt 13c des Leiters 100c einer Drosselschicht 10c mit dem Endabschnitt 14b des Leiters 100b der Drosselschicht 10b eines anderen benachbarten Satzes von Drosselschichten 10b und 10c, die im Drosselstapelkörper 9 benachbart zueinander liegen, in Kontakt. Daher sind die Leiter 100b und 100c der Drosselschichten 10b und 10b elektrisch miteinander verbunden, um die Spule 8 zu bilden.
Die Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 sind in der Oberfläche S1b auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 so vorgesehen, um mit dem Leiter 100b in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9 nicht zu überlappen. Zusätzlich sind die Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 an einer Position vorgesehen, die mit dem Leiter 100c der anderen Drosselschicht 10c in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9 überlappt.
Die Strömungspfadnuten 190 bis 193 sind in Abständen entlang des Verlaufs der vorstehend beschriebenen Strömungspfadnut 18 angeordnet, und die Strömungspfadnuten 190 und 193 an beiden Enden sind mit den Durchgangslöchern 105b bzw. 102b verbunden. Die Strömungspfadnuten 180 bis 183 sind in Intervallen entlang des Verlaufs der vorstehend beschriebenen Strömungspfadnut 19 angeordnet, und die Strömungspfadnuten 180 und 183 an beiden Enden sind mit den Durchgangslöchern 105b bzw. 102b verbunden.
Die Oberflächen der Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 sind plattiert oder mit einem Harz beschichtet, um beispielsweise Korrosion durch das Kühlmittel zu verhindern. Die Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 entsprechen Beispielen für eine vierte Strömungspfadnut.
Die Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186 sind in der Oberfläche S1c vorgesehen, die der Oberfläche S1b der anderen Drosselschicht 10b zugewandt ist, so dass diese mit dem Leiter 100c in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9 nicht überlappen. Zusätzlich sind die Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186 an einer Position vorgesehen, welche mit dem Leiter 100b der anderen Drosselschicht 10b in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9 überlappt.
Die Strömungspfadnuten 194 bis 196 sind in Abständen entlang des Verlaufs der vorstehend beschriebenen Strömungspfadnut 18 angeordnet. Die Strömungspfadnuten 194 bis 196 sind so angeordnet, dass diese die Lücken zwischen den Strömungspfadnuten 190 bis 193 im Verlauf der Strömungspfadnut 18 füllen. Darüber hinaus sind die Strömungspfadnuten 184 bis 186 in Abständen entlang des Verlaufs der vorstehend beschriebenen Strömungspfadnut 19 angeordnet. Die Strömungspfadnuten 184 bis 186 sind so vorgesehen, dass diese die Lücken zwischen den Strömungspfadnuten 180 bis 183 im Verlauf der Strömungspfadnuten 19 füllen.
Die Oberflächen der Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186 sind plattiert oder mit einem Harz beschichtet, um beispielsweise Korrosion durch das Kühlmittel zu verhindern. Die Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186 entsprechen Beispielen für eine fünfte Strömungspfadnut.
Wenn die Drosselschichten 10b und 10c aufeinander überlagert sind, sind die Strömungspfadnuten 190 bis 193 und die Strömungspfadnuten 194 bis 196 miteinander verbunden, und die Strömungspfadnuten 180 bis 183 und die Strömungspfadnuten 184 bis 186 sind miteinander verbunden. Folglich entsteht eine Folge von Strömungspfaden, die zwischen dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch für das Kühlmittel eine Verbindung herstellen.
16 ist eine Schnittansicht der Drosselschichten 10b und 10c entlang der Linie XVI-XVI in 14. 16 stellt einen Strömungspfad dar, welcher durch miteinander Verbinden der Strömungspfadnuten 190 bis 193 und der Strömungspfadnuten 194 bis 196 gebildet wird.
Ein Ende der Strömungspfadnut 193 ist mit dem Durchgangsloch 102b verbunden, und das andere Ende der Strömungspfadnut 193 ist mit einem Ende der Strömungspfadnut 196 verbunden. Ein Ende der Strömungspfadnut 192 ist mit dem anderen Ende der Strömungspfadnut 196 verbunden, und das andere Ende der Strömungspfadnut 192 ist mit einem Ende der Strömungspfadnut 195 verbunden. Ein Ende der Strömungspfadnut 191 ist mit dem anderen Ende der Strömungspfadnut 195 verbunden, und das andere Ende der Strömungspfadnut 191 ist mit einem Ende der Strömungspfadnut 194 verbunden. Ein Ende der Strömungspfadnut 190 ist mit dem anderen Ende der Strömungspfadnut 194 verbunden, und das andere Ende der Strömungspfadnut 190 ist mit dem Durchgangsloch 105b verbunden.
Auf diese Art und Weise wird mit den Endabschnitten der Strömungspfadnuten 190 bis 193 und den Endabschnitten der Strömungspfadnuten 194 bis 196, die einander in der Stapelrichtung Y überlappen, ein Strömungspfad gebildet, der ähnlich wie die vorstehend beschriebene Strömungspfadnut 18 geführt ist (siehe Pfeil Rn). Daher strömt das Kühlmittel ausgehend von den Durchgangslöchern 105b und 105c auf der Einlassseite und abwechselnd durch die Strömungspfadnuten 190 bis 193 in einer Drosselschicht 10c und den Strömungspfadnuten 194 bis 196 in der anderen Drosselschicht 10b, um die Durchgangslöcher 102b und 102c auf der Auslassseite zu erreichen. Darüber hinaus wird mit den Endabschnitten der Strömungspfadnuten 180 bis 183 und den Endabschnitten der Strömungspfadnuten 184 bis 186, die einander in der Stapelrichtung Y überlappen, eine Strömungspfadnut gebildet, die ähnlich wie die vorstehend beschriebene Strömungspfadnut 19 geführt ist, obwohl dies nicht dargestellt ist.
Folglich stehen die Durchgangslöcher 105b und 105c für das Einlassverteilerloch und die Durchgangslöcher 102b und 102c für das Auslassverteilerloch miteinander in Verbindung. Die Form der Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 und der Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186 ist nicht beschränkt, solange die Durchgangslöcher 105b und 105c und die Durchgangslöcher 102b und 102c miteinander kommunizieren bzw. in Verbindung stehen, ohne dass solche Strömungspfadnuten mit den Endabschnitten 13b, 13c, 14b und 14c der Leiter 100b und 100c überlappen.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 14 und 15 umgeben die Dichtungen 16b und 17b die Durchgangslöcher 102b und 105b und die Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183. Eine der Dichtungen (die Dichtung 16b) ist auf der Außenseite der Durchgangslöcher 102b und 105b und der Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 angeordnet, und die andere der Dichtungen (die Dichtung 17b) ist auf der Innenseite der Durchgangslöcher 102b und 105b und der Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 angeordnet. Die Dichtungen 16b und 17b sind jeweils als ein elastisches Element, wie beispielsweise Gummi, ausgebildet und mit der Oberfläche S1b der Drosselschicht 10b auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 verbunden.
Die Dichtungen 16b und 17b dichten einen Bereich um die Durchgangslöcher 102b, 105b, 102c und 105c und die Strömungspfadnuten 190 bis 196 und 180 bis 186 zwischen der Drosselschicht 10b und einer daran angrenzenden anderen Drosselschicht 10c ab. Infolgedessen wird eine Leckage des Kühlmittels aus dem Einlassverteilerloch, dem Auslassverteilerloch und den Strömungspfadnuten 190 bis 196 und 180 bis 186 unterdrückt.
Die Dichtungen 16c und 17c umgeben die Durchgangslöcher 105c bzw. 102c. Die Dichtungen 16c und 17c sind jeweils als ein elastisches Element, wie beispielsweise Gummi, ausgebildet und mit der Oberfläche S1c der Drosselschicht 10c auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 verbunden.
Die Dichtungen 16c und 17c dichten einen Bereich um die Durchgangslöcher 102b, 105b, 102c und 105c zwischen der Drosselschicht 10c und einer anderen Drosselschicht 10b oder der daran angrenzenden Einheitszelle 40 ab. Folglich wird eine Leckage des Kühlmittels aus dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch unterdrückt.
Wie vorstehend beschrieben ist, besitzt der Satz nebeneinander liegender Drosselschichten 10b und 10c jeweils die Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 und die Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186 in den einander zugewandten Oberflächen S1b und S2c. Die Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 überlappen in der Stapelrichtung Y nicht mit den Leitern 100b der Drosselschicht 10b, sondern überlappen mit den Leitern 100c der anderen Drosselschicht 10c. Die Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186 überlappen in der Stapelrichtung Y nicht mit den Leitern 100c der Drosselschicht 10c, sondern überlappen mit den Leitern 100b der anderen Drosselschicht 10b.
Die Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 und die Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186 sind miteinander verbunden, um dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch zu ermöglichen, miteinander zu kommunizieren bzw. in Verbindung zu stehen.
Bei dieser Konfiguration stehen das Einlassverteilerloch und das Auslassverteilerloch miteinander in Verbindung, und daher strömt das Kühlmittel durch die Strömungspfadnuten 190 bis 196 und 180 bis 186. Die Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 überlappen mit den Leitern 100c der anderen Drosselschicht 10c, und daher werden die Leiter 100c durch das Kühlmittel gekühlt, welches durch die Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 strömt. Die Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186 überlappen mit den Leitern 100b der anderen Drosselschicht 10b, und daher werden die Leiter 100b durch das Kühlmittel gekühlt, welches durch die Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186 strömt.
Die Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 überlappen nicht mit den Leitern 100b, und daher ist es nicht notwendig, dass die Dicke der Drosselschicht 10b größer sein soll als die Summe der Tiefe der Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 und der Dicke der Leiter 100b. Gleichermaßen überlappen die Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186 nicht mit den Leitern 100c, und daher ist es nicht erforderlich, dass die Dicke der Drosselschicht 10c nicht größer sein muss als die Summe der Tiefe der Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186 und der Dicke der Leiter 100c.
Somit kann gemäß dem vorliegenden Beispiel die Dicke der Drosselschichten 10b und 10c dünner gemacht werden als diese der Drosselschicht 10a gemäß der ersten Modifikation, während die Kühlleistung der Drosselschichten 10b und 10c etwa auf dem gleichen Niveau wie diese gemäß der ersten Modifikation gehalten wird.
Drosselschicht 10 gemäß einer dritten Modifikation
Bei den Drosselschichten 10b und 10c gemäß der zweiten Modifikation sind die Strömungspfadnuten 190 bis 196 und 180 bis 186 nur in einer der einander zugewandten Oberflächen S1b und S2c vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. So können beispielsweise die Strömungspfadnuten 190 bis 193 und 180 bis 183 in einer der Oberflächen vorgesehen sein, und die Strömungspfadnuten 194 bis 196 und 184 bis 186 können in der anderen Oberfläche vorgesehen sein.
17 ist eine Draufsicht, welche eine Drosselschicht 10d gemäß einer dritten Modifikation darstellt. 17 ist eine Draufsicht der Drosselschicht 10d von der Seite des Zellenstapelkörpers 4 aus betrachtet.
18 ist eine Schnittansicht der Drosselschicht 10d entlang der Linie XVIII-XVIII in 17. Bei der Drosselschicht 10d sind die Oberfläche S2b der Drosselschicht 10b und die Oberfläche S1c der Drosselschicht 10c gemäß der zweiten Modifikation überlagert bzw. übereinander gelegt und miteinander integriert.
Die Drosselschicht 10d besitzt Leiter 100d, einen Abschirmabschnitt 11d, Durchgangslöcher 102d und 105d, Strömungspfadnuten 190d bis 196d und 180d bis 186d und Dichtungen 16d und 17d.
Das Durchgangsloch 102d bildet, wie bei dem Durchgangsloch 102, das Auslassverteilerloch. Das Durchgangsloch 105d bildet, wie bei dem Durchgangsloch 105, das Einlassverteilerloch. Der Abschirmabschnitt 11d unterdrückt eine magnetische Interferenz zwischen den Leitern 100d, wie beim Abschirmabschnitt 11.
Die Leiter 100d besitzen in der Draufsicht jeweils eine Ringgestalt und sind so in die Drosselschicht 10d eingebettet, dass diese in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9 mit dem Leistungserzeugungsbereich 400 überlappen. Die Leiter 100d besitzen jeweils ein Paar von Schnittstückabschnitten (einen ersten Schnittstückabschnitt und einen zweiten Schnittstückabschnitt) 101 und 104, die im Allgemeinen eine U-Gestalt entsprechend einer halben Windung der Ringgestalt aufweisen, einen Verbindungsabschnitt 103, der das Paar von Schnittstückabschnitten 101 und 104 miteinander verbindet, und Endabschnitte 13d und 14d.
Die Schnittstückabschnitte 101 und 104 sind jeweils ähnlich gestaltet wie die vorstehend beschriebenen Leiter 100b und 100c. Ein Schnittstückabschnitt 101 ist auf der Seite des Durchgangslochs 105d angeordnet und in der Umgebung einer Oberfläche S1d auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 eingebettet. Der andere Schnittstückabschnitt 104 ist auf der Seite des Durchgangslochs 102d angeordnet und in der Umgebung einer Oberfläche S2d auf der Seite der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 eingebettet. Die Schnittstückabschnitte 101 und 104 sind in unterschiedlichen Tiefen zueinander in der Drosselschicht 10d eingebettet.
Der Verbindungsabschnitt 103 besitzt eine Gestalt, bei welcher die vorstehend beschriebenen Endabschnitte 13c und 14b überlagert und miteinander integriert sind, und dieser ist an einem Ende der Schnittstückabschnitte 101 und 104 vorgesehen. Der Endabschnitt 13d ist am anderen Ende des Schnittstückabschnitts 101 vorgesehen, und der Endabschnitt 14d ist am anderen Ende des anderen Schnittstückabschnitts 104 vorgesehen.
Einer der Endabschnitte (der Endabschnitt 13d) ist von der Oberfläche S1d auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 freiliegend, und der andere der Endabschnitte (der Endabschnitt 14d) ist von der Oberfläche S2d auf der Seite der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 freiliegend. Die Endabschnitte 13d und 14d überlappen einander in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9, wie bei den vorstehend beschriebenen Endabschnitten 13 und 14. Die Endabschnitte 13d und 14d besitzen beispielsweise eine quadratische Gestalt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Die Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d sind in der Oberfläche S1d auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 vorgesehen, um in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9 mit einem Schnittstückabschnitt 101 nicht zu überlappen, sondern mit dem anderen Schnittstückabschnitt 104 zu überlappen. Die Tiefe der Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d ist so eingestellt, um den Schnittstückabschnitt 104 nicht zu erreichen.
Die Strömungspfadnuten 194d bis 196d und 184d bis 186d sind in der Oberfläche S2d auf der Seite der Endabschnitt-Stromsammelplatte 3 vorgesehen, um in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9 mit einem Schnittstückabschnitt 104 nicht zu überlappen, sondern mit dem anderen Schnittstückabschnitt 101 zu überlappen. Die Tiefe der Strömungspfadnuten 194d bis 196d und 184d bis 186d ist so eingestellt, um den Schnittstückabschnitt 101 nicht zu erreichen.
Die Strömungspfadnuten 190d bis 193d sind in Intervallen bzw. Abständen entlang des Verlaufs der vorstehend beschriebenen Strömungspfadnut 18 angeordnet, und die Strömungspfadnuten 190d und 193d an beiden Enden sind mit den Durchgangslöchern 105d bzw. 102d verbunden. Die Strömungspfadnuten 180d bis 183d sind in Intervallen entlang des Verlaufs der vorstehend beschriebenen Strömungspfadnut 19 angeordnet, und die Strömungspfadnuten 180d und 183d an beiden Enden sind mit den Durchgangslöchern 105d bzw. 102d verbunden.
Die Oberflächen der Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d sind plattiert oder mit einem Harz beschichtet, um beispielsweise eine Korrosion durch das Kühlmittel zu verhindern. Die Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d entsprechen Beispielen für eine zweite Strömungspfadnut.
Die Strömungspfadnuten 194d bis 196d sind in Intervallen entlang des Verlaufs der vorstehend beschriebenen Strömungspfadnut 18 angeordnet. Die Strömungspfadnuten 194d bis 196d sind so vorgesehen, dass diese die Lücken zwischen den Strömungspfadnuten 190d bis 193d im Verlauf der Strömungspfadnut 18 ausfüllen. Zusätzlich sind die Strömungspfadnuten 184d bis 186d in Intervallen entlang des Verlaufs der vorstehend beschriebenen Strömungspfadnut 19 angeordnet. Die Strömungspfadnuten 184d bis 186d sind so vorgesehen, dass diese die Lücken zwischen den Strömungspfadnuten 180d bis 183d im Verlauf der Strömungspfadnut 19 ausfüllen.
Die Oberflächen der Strömungspfadnuten 194d bis 196d und 184d bis 186d sind plattiert oder mit einem Harz beschichtet, um beispielsweise eine Korrosion durch das Kühlmittel zu verhindern. Die Strömungspfadnuten 194d bis 196d und 184d bis 186d entsprechen Beispielen für eine dritte Strömungspfadnut.
In einem Satz von Drosselschichten 10d, die in dem Drosselstapelkörper 9 benachbart zueinander liegen, sind die Strömungspfadnuten 190d bis 193d einer Drosselschicht 10d und die Strömungspfadnuten 194d bis 196d der anderen Drosselschicht 10d miteinander verbunden. Zusätzlich sind die Strömungspfadnuten 180d bis 183d einer Drosselschicht 10d und die Strömungspfadnuten 184d bis 186d der anderen Drosselschicht 10d miteinander verbunden. Folglich wird eine Folge von Strömungspfaden, die zwischen dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch eine Verbindung herstellen, für das Kühlmittel ausgebildet.
19 ist eine Schnittansicht der Drosselschichten 10d entlang der Linie XIX-XIX in 17. 19 veranschaulicht einen Strömungspfad, der durch Verbinden der Strömungspfadnuten 190d bis 193d einer Drosselschicht 10d, in einem Satz nebeneinander liegender Drosselschichten 10d, und der Strömungspfadnuten 194d bis 196d der anderen Drosselschicht 10d aufgebaut wird. In der folgenden Beschreibung wird die Drosselschicht 10d auf der unteren Seite des Zeichnungsblattes von 19 als eine „untere Drosselschicht 10d“ dargestellt und die Drosselschicht 10d auf der oberen Seite des Zeichnungsblattes von 19 wird als eine „obere Drosselschicht 10d“ dargestellt.
Ein Ende der Strömungspfadnut 193d der unteren Drosselschicht lOd ist mit dem Durchgangsloch 102d der oberen Drosselschicht 10d verbunden, und das andere Ende der Strömungspfadnut 193d der unteren Drosselschicht 10d ist mit einem Ende der Strömungspfadnut 196d der oberen Drosselschicht 10d verbunden. Ein Ende der Strömungspfadnut 192d der unteren Drosselschicht 10d ist mit dem anderen Ende der Strömungspfadnut 196d der oberen Drosselschicht 10d verbunden, und das andere Ende der Strömungspfadnut 192d der unteren Drosselschicht 10d ist mit einem Ende der Strömungspfadnut 195d der oberen Drosselschicht 10d verbunden.
Ein Ende der Strömungspfadnut 191d der unteren Drosselschicht 10d ist mit dem anderen Ende der Strömungspfadnut 195d der oberen Drosselschicht 10d verbunden, und das andere Ende der Strömungspfadnut 191d der unteren Drosselschicht 10d ist mit einem Ende der Strömungspfadnut 194d der oberen Drosselschicht 10d verbunden. Ein Ende der Strömungspfadnut 190d der unteren Drosselschicht 10d ist mit dem anderen Ende der Strömungspfadnut 194d der oberen Drosselschicht 10d verbunden, und das andere Ende der Strömungspfadnut 190d der unteren Drosselschicht 10d ist mit dem Durchgangsloch 105d der oberen Drosselschicht 10d verbunden.
Auf diese Art und Weise wird mit den Endabschnitten der Strömungspfadnuten 190d bis 193d und den Endabschnitten der Strömungspfadnuten 194d bis 196d, die einander in der Stapelrichtung Y überlappen, ein Strömungspfad ausgebildet, der ähnlich wie die vorstehend beschriebene Strömungspfadnut 18 geführt ist (siehe Pfeil Rn). Daher strömt das Kühlmittel ausgehend von dem Durchgangsloch 105d auf der Einlassseite und abwechselnd durch die Strömungspfadnuten 190d bis 193d in der unteren Drosselschicht 10d und die Strömungspfadnuten 194d bis 196d in der oberen Drosselschicht 10d, um die Durchgangslöcher 105d auf der Auslassseite zu erreichen. Darüber hinaus wird mit den Endabschnitten der Strömungspfadnuten 180d bis 183d der unteren Drosselschicht 10d und den Endabschnitten der Strömungspfadnuten 184d bis 186d der oberen Drosselschicht 10d, die einander in der Stapelrichtung Y überlappen, eine Strömungspfadnut ausgebildet, die ähnlich wie die vorstehend beschriebene Strömungspfadnut 19 geführt ist, obwohl dies nicht dargestellt ist.
Folglich steht das Durchgangsloch 105d für das Einlassverteilerloch und das Durchgangsloch 102d für das Auslassverteilerloch miteinander in Verbindung. Die Form der Strömungspfadnuten 190d bis 196d und 180d bis 186d ist nicht beschränkt, solange solche Strömungspfadnuten ermöglichen, dass das Durchgangsloch 105d und das Durchgangsloch 102d miteinander kommunizieren bzw. in Verbindung stehen, ohne die Endabschnitte 13d und 14d zu überlappen.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 17 und 18 umgeben die Dichtungen 16d und 17d die Durchgangslöcher 102d und 105d und die Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d. Eine der Dichtungen (die Dichtung 16d) ist auf der Außenseite der Durchgangslöcher 102d und 105d und der Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d angeordnet, und die andere der Dichtungen (die Dichtung 17d) ist auf der Innenseite der Durchgangslöcher 102d und 105d und der Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d angeordnet. Die Dichtungen 16d und 17d sind jeweils als ein elastisches Element, wie beispielsweise Gummi, ausgebildet und mit der Oberfläche S1d der Drosselschicht 10d auf der Seite des Zellenstapelkörpers 4 verbunden.
Die Dichtungen 16d und 17d dichten einen Bereich um die Durchgangslöcher 102d und 105d und die Strömungspfadnuten 190d bis 196d und 180d bis 186d zwischen der Oberfläche S1d auf einer Seite und einer anderen daran angrenzenden Drosselschicht 10d ab. Folglich wird eine Leckage des Kühlmittels aus dem Einlassverteilerloch, dem Auslassverteilerloch und den Strömungspfadnuten 190d bis 196d und 180d bis 186d unterdrückt.
Wie vorstehend beschrieben ist, besitzt der Leiter 100d ein Paar von Schnittstückabschnitten 101 und 104, die an einem Ende miteinander verbunden sind, und das Paar von Schnittstückabschnitten 101 und 104 sind in jeder der Drosselschichten 10d in unterschiedlichen Tiefen zueinander eingebettet. Jede der Drosselschichten 10d besitzt die Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d und die Strömungspfadnuten 194d bis 196d und 184d bis 186d in den Oberflächen S1d und S2d auf den einander gegenüberliegenden Seiten.
Die Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d überlappen in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9 mit einem Schnittstückabschnitt 101 nicht, sondern diese überlappen mit dem anderen Schnittstückabschnitt 104. Die Strömungspfadnuten 194d bis 196d und 184d bis 186d überlappen in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9 nicht mit einem Schnittstückabschnitt 104, sondern diese überlappen mit dem anderen Schnittstückabschnitt 101.
Die Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d sind in der Oberfläche S1d auf der einen Seite vorgesehen, um in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9 mit einem Schnittstückabschnitt 101 nicht zu überlappen. Die Strömungspfadnuten 194d bis 196d und 184d bis 186d sind in der anderen Oberfläche S2d vorgesehen, um mit dem anderen Schnittstückabschnitt 104 in der Stapelrichtung Y des Drosselstapelkörpers 9 nicht zu überlappen.
Die Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d und die Strömungspfadnuten 194d bis 196d und 184d bis 186d, die in den einander zugewandten Oberflächen S1d und S2d eines Paares nebeneinander liegender Drosselschichten 10 vorgesehen sind, sind miteinander verbunden, um dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch zu ermöglichen, miteinander zu kommunizieren.
Bei dieser Konfiguration stehen das Einlassverteilerloch und das Auslassverteilerloch miteinander in Verbindung, und daher strömt das Kühlmittel durch die Strömungspfadnuten 190d bis 196d und 180d bis 186d. Die Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d überlappen mit einem Schnittstückabschnitt 104, und daher wird der Schnittstückabschnitt 104 durch das Kühlmittel gekühlt, welches durch die Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d strömt. Zusätzlich überlappen die Strömungspfadnuten 194d bis 196d und 184d bis 186d mit dem anderen Schnittstückabschnitt 101, und daher wird der Schnittstückabschnitt 101 durch das Kühlmittel gekühlt, welches durch die Strömungspfadnuten 194d bis 196d und 184d bis 186d strömt.
Daher sind in den beiden Oberflächen S1d und S2d der Drosselschicht 10d Strömungspfade für das Kühlmittel ausgebildet, um dem Einlassverteilerloch und dem Auslassverteilerloch zu ermöglichen, miteinander zu kommunizieren, was die Kühleffizienz der Drosselschicht 10d im Vergleich zu den Drosselschichten 10b und 10c gemäß der zweiten Modifikation verbessert.
Außerdem überlappen die Strömungspfadnuten 190d bis 193d und 180d bis 183d nicht mit einem Schnittstückabschnitt 101, und die Strömungspfadnuten 190d bis 196d und 180d bis 186d überlappen nicht mit dem anderen Schnittstückabschnitt 104 des Leiters 100d. Daher ist die Dicke der Drosselschicht 10d im Vergleich zu einem Fall reduziert, bei dem in jeder der Oberflächen S1d und S2d eine Folge von Strömungspfadnuten vorgesehen ist, welche zwischen den Durchgangslöchern 102d und 105d eine Verbindung vorsehen.
Im vorliegenden Beispiel liegt der Drosselstapelkörper 9 benachbart zu einer Endseite des Zellenstapelkörpers 4. Der Drosselstapelkörper 9 kann jedoch in der Mitte des Zellenstapelkörpers 4 vorgesehen sein. In diesem Fall ist die Zwischen-Stromsammelplatte 2 an beiden Enden des Drosselstapelkörpers 9 vorgesehen, um elektrisch mit den Einheitszellen 40 verbunden zu sein.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform entspricht einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es können eine Vielzahl von Modifikationen vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang und Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018163846 [0002]
JP 2018163846 A [0002]

Claims

Brennstoffzellenmodul, aufweisend: einen ersten gestapelten Körper (4), der eine Mehrzahl von aufeinander gestapelten Einheitszellen (40) umfasst; und einen zweiten gestapelten Körper (9), der eine Mehrzahl von aufeinander gestapelten Magnetkörperschichten (10) umfasst, wobei: die Mehrzahl von Magnetkörperschichten (10) eine Spule (8) umfassen; der erste gestapelte Körper (4) auf dem zweiten gestapelten Körper (9) überlagert ist, um elektrisch mit der Spule (8) verbunden zu sein; ein Leiter (100), welcher als ein Teil der Spule (8) dient, in jeder der Mehrzahl von Magnetkörperschichten (10) eingebettet ist; der Leiter (100) einen ersten Endabschnitt (13) und einen zweiten Endabschnitt (14) besitzt, die von Oberflächen (Sa, Sb) von jeder der Mehrzahl von Magnetkörperschichten (10) auf einander gegenüberliegenden Seiten freiliegen; und der erste Endabschnitt (13) des Leiters (100) einer Magnetkörperschicht (10) eines Satzes von nebeneinander liegender Magnetkörperschichten (10) aus der Mehrzahl von Magnetkörperschichten (10) mit dem zweiten Endabschnitt (14) des Leiters (100) der anderen Magnetkörperschicht (10) des Satzes von Magnetkörperschichten (10) in Kontakt steht.
Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 1, wobei: der erste gestapelte Körper (4) ein Zuführverteilerloch (405), welches derart konfiguriert ist, dass ein Kühlmittel zum Kühlen der Mehrzahl von Einheitszellen (40) durch das Zuführverteilerloch (405) zugeführt wird, und ein Abführverteilerloch (402), welches derart konfiguriert ist, dass das Kühlmittel durch das Abführverteilerloch (402) abgeführt wird, besitzt; und der zweite gestapelte Körper (9) ein Einlassverteilerloch (105), welches mit dem Zuführverteilerloch (405) in Verbindung steht, und ein Auslassverteilerloch (102), welches mit dem Abführverteilerloch (402) in Verbindung steht, besitzt.
Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 2, wobei zumindest eine aus der Mehrzahl von Magnetkörperschichten (10) eine erste Strömungspfadnut (18, 19) besitzt, welche derart konfiguriert ist, dass diese zwischen dem Einlassverteilerloch (105) und dem Auslassverteilerloch (102) eine Verbindung herstellt.
Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 2, wobei: der Leiter (100d) einen ersten Schnittstückabschnitt (101) und einen zweiten Schnittstückabschnitt (104) besitzt, die an einem Ende miteinander verbunden sind; der erste Schnittstückabschnitt (101) und der zweite Schnittstückabschnitt (104) in jeder der Mehrzahl von Magnetkörperschichten (10d) in unterschiedlichen Tiefen zueinander eingebettet sind; jede der Mehrzahl von Magnetkörperschichten (10d) eine zweite Strömungspfadnut (190d bis 193d, 180d bis 183d) und eine dritte Strömungspfadnut (194d bis 196d, 184d bis 186d) in Oberflächen von jeder der Mehrzahl von Magnetkörperschichten (10d) auf einander gegenüberliegenden Seiten besitzt; die zweite Strömungspfadnut (190d bis 193d, 180d bis 183d) in einer Stapelrichtung des zweiten gestapelten Körpers (9) mit dem ersten Schnittstückabschnitt (101) überlappt, ohne mit dem zweiten Schnittstückabschnitt (104) zu überlappen; die dritte Strömungspfadnut (194d bis 196d, 184d bis 186d) in einer Stapelrichtung des zweiten gestapelten Körpers (9) mit dem zweiten Schnittstückabschnitt (104) überlappt, ohne mit dem ersten Schnittstückabschnitt (101) zu überlappen; und die zweite Strömungspfadnut (190d bis 193d, 180d bis 183d) und die dritte Strömungspfadnut (194d bis 196d, 184d bis 186d), die in jeweiligen Oberflächen des Satzes von Magnetkörperschichten (10d), die einander zugewandt sind, vorgesehen sind, miteinander verbunden sind, um es dem Einlassverteilerloch (105) und dem Auslassverteilerloch (102) zu ermöglichen, miteinander zu kommunizieren.
Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 2, wobei: die eine Magnetkörperschicht (10b) des Satzes von Magnetkörperschichten (10b, 10c) eine vierte Strömungspfadnut (190 bis 193, 180 bis 183) besitzt und die andere Magnetkörperschicht (10c) des Satzes von Magnetkörperschichten (10b, 10c) eine fünfte Strömungspfadnut (194 bis 196, 184 bis 186) besitzt, wobei die vierte Strömungspfadnut (190 bis 193, 180 bis 183) und die fünfte Strömungspfadnut (194 bis 196, 184 bis 186) in jeweiligen einander zugewandten Oberflächen des Satzes von Magnetkörperschichten (10b, 10c) vorgesehen sind; die vierte Strömungspfadnut (190 bis 193, 180 bis 183) in einer Stapelrichtung des zweiten gestapelten Körpers (9) mit dem Leiter (100) der anderen Magnetkörperschicht (10c) überlappt, ohne mit dem Leiter (100) der einen Magnetkörperschicht (10b) zu überlappen; die fünfte Strömungspfadnut (194 bis 196, 184 bis 186) in der Stapelrichtung des zweiten gestapelten Körpers (9) mit dem Leiter (100) der einen Magnetkörperschicht (10b) überlappt, ohne mit dem Leiter (100) der anderen Magnetkörperschicht (10c) zu überlappen; und die vierte Strömungspfadnut (190 bis 193, 180 bis 183) und die fünfte Strömungspfadnut (194 bis 196, 184 bis 186) miteinander verbunden sind, um dem Einlassverteilerloch (105b, 105c) und dem Auslassverteilerloch (102b, 102c) zu ermöglichen, miteinander zu kommunizieren.
Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der Leiter (100) eine Ringgestalt besitzt; und der erste Endabschnitt (13) und der zweite Endabschnitt (14) einander in einer Stapelrichtung des zweiten gestapelten Körpers (9) überlappen.
Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei: der zweite gestapelte Körper (9) ferner eine erste Stromsammelplatte (3) umfasst, welche benachbart zu einer Magnetkörperschicht (10) liegt, die aus der Mehrzahl von Magnetkörperschichten (10) am weitesten von dem ersten gestapelten Körper (4) entfernt liegt; und die erste Stromsammelplatte (3) ein erstes leitfähiges Element (31a bis 31c), welches derart konfiguriert ist, dass dieses den Leiter (100) elektrisch mit einer elektrischen Schaltung verbindet, die sich außerhalb des Brennstoffzellenmoduls befindet, und eine sechste Strömungspfadnut (36, 37), welche derart konfiguriert ist, dass diese zwischen dem Einlassverteilerloch (105) und dem Auslassverteilerloch (102) eine Verbindung herstellt, besitzt.
Brennstoffzellenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: der zweite gestapelte Körper (9) ferner eine zweite Stromsammelplatte (2) umfasst, die benachbart zu einer Magnetkörperschicht (10) liegt, die aus der Mehrzahl von Magnetkörperschichten (10) dem ersten gestapelten Körper (4) am nächsten ist; die zweite Stromsammelplatte (2) ein zweites leitfähiges Element (20) besitzt, das einen ersten Anschluss (23), der mit dem ersten gestapelten Körper (4) in Kontakt steht, und einen zweiten Anschluss (21), der mit der Magnetkörperschicht (10) in Kontakt steht, die dem ersten gestapelten Körper (4) am nächsten ist, besitzt; und der erste Anschluss (23) die gleiche Kontaktfläche besitzt wie eine Größe eines Leistungserzeugungsbereichs (400) jeder aus der Mehrzahl von Einheitszellen (40).
Brennstoffzellenmodul nach Anspruch 8, wobei der zweite Anschluss (21) die gleiche Kontaktfläche besitzt wie eine Größe des ersten Endabschnitts (13) oder des zweiten Endabschnitts (14) des Leiters (100), je nachdem, welcher auf einer Seite der zweiten Stromsammelplatte (2) angeordnet ist.