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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Brennstoffzellenstapel.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Es wurden verschiedene Studien über Brennstoffzellen gemacht.
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Zum Beispiel offenbart die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr.
2008-004278 (
JP 2008-004278 A ) eine Brennstoffzellendichtung und eine Brennstoffzelle, die eine Brennstoffleckage (Austreten von Brennstoff) reduzieren.
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Zum Beispiel offenbart die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr.
2004-311254 (
JP 2004-311254 A ) eine Brennstoffzelle, die durch Stapeln einer Vielzahl von Einheitszellen der Brennstoffzelle oder dergleichen ausgebildet ist. In der Brennstoffzelle ist es möglich, eine Gasleckage (Austreten von Gas) zwischen einem Separator und einer Elektrolytmembran zu verhindern, und es wird eine hochgradig luftdichte Abdichtung selbst bei einer geringen Befestigungskraft erhalten. Darüber hinaus ist die Brennstoffzelle in der Lage, eine Leistung zu erzeugen, die höher ist als die in dem Stand der Technik, und hat sie die Charakteristik einer langlebigen Batterie.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Da in dem Stand der Technik eine Befestigungsstruktur/Passstruktur (engl. „fitting structure“) aus einem elastischen Dichtungsmaterial, wie zum Beispiel einem Gummimaterial, hergestellt wird, ist die Befestigungsstruktur nicht ausreichend stabil, was eine Fehlausrichtung verursacht.
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Bei einem Dichtungsmaterial, das Elastizität hat, wie zum Beispiel ein Gummimaterial, ist es notwendig, die Abdichtung auszuführen, indem das Dichtungsteil zusammengedrückt und verformt wird, wenn es die Dichtungsfunktion ausübt. Dadurch verformt sich die Passstruktur und arbeitet/wirkt/funktioniert nicht.
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Bei einer Dichtungsplatte, zum Beispiel einer Klebedichtung, kann die Dichtungsstruktur aufrechterhalten werden, ohne die vertieft vorstehende Struktur der Dichtungsplatte zu verändern, indem die Dichtungsplattenseite mit einer elastischen Funktion versehen wird. Wenn jedoch die Befestigungslast während des Abdichtens übermäßig erhöht wird, kann es vorkommen, dass die Struktur der Dichtungslinienrippen auf der Zellenseite plastisch verformt wird. Daher ist es notwendig, eine entsprechend (geeignet) hohe Last auf die Dichtungslinie mit einer geringen Last aufzubringen, ohne eine plastische Verformung zu verursachen.
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Die vorliegende Offenbarung stellt einen Brennstoffzellenstapel bereit, der in der Lage ist, gute Gasabdichtungseigenschaften zwischen benachbarten Einheitszellen zu gewährleisten/sicherzustellen.
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In einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung ist ein Brennstoffzellenstapel bereitgestellt. Dieser Brennstoffzellenstapel weist einen Brennstoffzellenstapel auf, in dem eine Vielzahl von Einheitszellen, die jeweils ein Paar Separatoren aufweisen, zusammen gestapelt sind. Der Brennstoffzellenstapel weist eine Dichtungsplatte auf, die so gestaltet ist, dass sie zwischen den zueinander benachbart angeordneten Einheitszellen abdichtet.
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Das Paar Separatoren weist jeweils eine Dichtungslinienrippe auf einer Dichtungsplattenseite des Separators auf, wobei die Dichtungslinienrippe als eine Dichtungslinie mit der Dichtungsplatte dient. Unter zwei zugewandten Separatoren, bei denen es sich um einen ersten zugewandten Separator und einen zweiten zugewandten Separator handelt, die zueinander zugewandt sind (gegenüberstehen), während sie die Dichtungsplatte zwischen den zueinander benachbarten Einheitszellen anordnen (einklemmen, einpferchen), weist der erste zugewandte Separator, bei dem es sich um einen der beiden zugewandten Separatoren handelt, einen vorstehenden Abschnitt an zumindest einem Teil der Dichtungslinienrippe auf und weist der zweite zugewandte Separator, bei dem es sich um den anderen der beiden zugewandten Separatoren handelt, einen vertieften Abschnitt in der Dichtungslinienrippe auf, der so gestaltet ist, dass er in den vorstehenden Abschnitt passt.
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In dem Brennstoffzellenstapel des vorstehend beschriebenen Gesichtspunkts kann die Dichtungsplatte eine Klebeplatte sein.
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In dem Brennstoffzellenstapel des vorstehend beschriebenen Gesichtspunkts kann der zweite zugewandte Separator einen linearen vertieften Abschnitt in der Dichtungslinienrippe entlang der Dichtungslinie der Dichtungslinienrippe haben.
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In dem Brennstoffzellenstapel des vorstehend beschriebenen Gesichtspunkts kann der zweite zugewandte Separator eine Vielzahl von kreisförmigen oder kugelförmigen vertieften Abschnitten an der Dichtungslinienrippe haben.
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Der Brennstoffzellenstapel der vorliegenden Offenbarung kann gute Gasabdichtungseigenschaften zwischen benachbarten Einheitszellen gewährleisten (sicherstellen).
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Merkmale, Vorteile sowie technische und industrielle Bedeutungen von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und in denen Folgendes gezeigt ist:
- 1 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel eines Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 2 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel eines ersten zugewandten Separators und eines zweiten zugewandten Separators zeigt, die zu einer Dichtungsplatte in einer Dichtungslinie zwischen benachbarten Einheitszellen des Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Offenbarung zugewandt sind und diese zwischen sich anordnen (einklemmen, einpferchen);
- 3 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein Beispiel eines vertieften Abschnitts des zweiten zugewandten Separators zeigt; und
- 4 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein Beispiel für den vertieften Abschnitt des zweiten zugewandten Separators zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind im Folgenden beschrieben. Andere als die in dieser Beschreibung ausdrücklich erwähnten Gesichtspunkte, die für die Durchführung der vorliegenden Offenbarung erforderlich sind (zum Beispiel die allgemeine Gestaltung und der Herstellungsprozess eines Brennstoffzellenstapels, der die vorliegende Offenbarung nicht kennzeichnet), können von einem Fachmann auf der Grundlage des einschlägigen Stands der Technik als Gestaltungsweise verstanden werden. Die vorliegende Offenbarung kann auf der Grundlage der in dieser Beschreibung offengelegten Inhalte und des allgemeinen technischen Wissens auf dem Gebiet ausgeführt werden.
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Darüber hinaus geben die Abmessungsverhältnisse (Länge, Breite, Dicke, etc.) in den Zeichnungen nicht die tatsächlichen Abmessungsverhältnisse wieder.
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In der vorliegenden Beschreibung wird der Begriff „bis“, wie zum Beispiel in „A bis B“, der einen Zahlenbereich angibt, in dem Sinne verwendet, dass er die vor und nach dem Begriff beschriebenen Zahlenwerte als eine Untergrenze und eine Obergrenze aufweist.
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Jede beliebige Kombination der Ober- und Untergrenze in dem Zahlenbereich kann übernommen werden.
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In der vorliegenden Offenbarung ist ein Brennstoffzellenstapel bereitgestellt, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Brennstoffzellenstapel einen Brennstoffzellenstapel aufweist, in dem eine Vielzahl von Einheitszellen, die jeweils ein Paar Separatoren aufweisen, zusammen gestapelt sind. Der Brennstoffzellenstapel weist eine Dichtungsplatte auf, die so gestaltet ist, dass sie zwischen benachbarten Einheitszellen abdichtet.
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Das Paar Separatoren hat jeweils eine Dichtungslinienrippe auf der Dichtungsplattenseite, wobei die Dichtungslinienrippe als eine Dichtungslinie mit der Dichtungsplatte dient.
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Unter zwei zugewandten Separatoren, bei denen es sich um einen ersten zugewandten Separator und einen zweiten zugewandten Separator handelt, die zueinander zugewandt sind, während sie die Dichtungsplatte zwischen den benachbarten Einheitszellen einklemmen (anordnen, einpferchen), weist der erste zugewandte Separator, bei dem es sich um einen der beiden zugewandten Separatoren handelt, einen vorstehenden Abschnitt an zumindest einem Teil der Dichtungslinienrippe auf und weist der zweite zugewandte Separator, bei dem es sich um den anderen der beiden zugewandten Separatoren handelt, einen vertieften Abschnitt in der Dichtungslinienrippe auf, der so gestaltet ist, dass er in (zu) den (dem) vorstehenden Abschnitt passt.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Dichtungslinie verlängert werden und kann die Dichtungsleistung verbessert werden. Darüber hinaus wird gemäß der vorliegenden Offenbarung die Positionierung der Dichtungslinie erleichtert und kann die Produktivität des Brennstoffzellenstapels verbessert werden.
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In der vorliegenden Offenbarung werden ein Brennstoffgas und ein Oxidationsmittelgas gemeinsam als ein Reaktantgas (Reaktionsgas) bezeichnet. Das der Anode zugeführte Reaktantgas (Reaktionsgas) ist ein Brennstoffgas, und das der Kathode zugeführte Reaktantgas (Reaktionsgas) ist ein Oxidationsmittelgas. Das Brennstoffgas ist ein Gas, das hauptsächlich Wasserstoff enthält und Wasserstoff sein kann. Das Oxidationsmittelgas ist ein sauerstoffhaltiges Gas und kann Sauerstoff, Luft, trockene Luft oder dergleichen sein.
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Der Brennstoffzellenstapel der vorliegenden Offenbarung weist den Brennstoffzellenstapel auf, in dem die Vielzahl von Einheitszellen einschließlich des Paares Separatoren zusammen gestapelt ist und die Dichtungsplatte zum Abdichten zwischen den benachbarten Einheitszellen verwendet wird.
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In der vorliegenden Offenbarung können sowohl die Einheitszelle als auch der Brennstoffzellenstapel, in dem Einheitszellen zusammen gestapelt sind, als die Brennstoffzelle bezeichnet werden.
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Ein Brennstoffzellenstapel ist ein Stapel, der durch das Zusammenstapeln der Vielzahl von Einheitszellen erhalten wird. Die Anzahl der in dem Brennstoffzellenstapel gestapelten Einheitszellen ist nicht besonders begrenzt und kann zwischen zwei und mehreren hundert liegen.
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Auf den Brennstoffzellenstapel kann durch ein Befestigungsbauteil eine Befestigungslast aufgebracht werden.
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Beispiele für Befestigungsbauteile weisen Wellenbauteile wie Schrauben und Muttern mit Gewinden an beiden Enden und Federbauteile auf.
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Der Brennstoffzellenstapel kann ein Paar Endplatten an beiden Enden in einer Stapelrichtung des Zellenstapels haben.
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Beispiele zur Befestigung des Brennstoffzellenstapels weisen ein Verfahren zum Aufbringen einer Befestigungslast durch eine Gewindeverbindung über ein Paar von Endplatten, die an beiden Enden des Brennstoffzellenstapels in der Stapelrichtung angeordnet sind, durch Verwendung von Wellenbauteilen wie Schrauben und Muttern mit Gewinden an beiden Enden, und ein Verfahren zum Aufbringen einer Befestigungslast durch Verwendung eines Federbauteils und dergleichen auf.
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Eine Einheitszelle einer Brennstoffzelle weist typischerweise eine Membranelektrodengasdiffusionsschichtbaugruppe (MEGA) auf.
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Die Membranelektrodengasdiffusionsschichtbaugruppe weist eine anodenseitige Gasdiffusionsschicht, eine Anodenkatalysatorschicht, eine Elektrolytmembran, eine Kathodenkatalysatorschicht und eine kathodenseitige Gasdiffusionsschicht in dieser Reihenfolge auf.
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Die Kathode (Oxidationselektrode) weist eine Kathodenkatalysatorschicht und eine kathodenseitige Gasdiffusionsschicht auf.
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Die Anode (Brennstoffelektrode) weist eine Anodenkatalysatorschicht und eine anodenseitige Gasdiffusionsschicht auf.
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Die Kathodenkatalysatorschicht und die Anodenkatalysatorschicht werden zusammen (gemeinsam) als Katalysatorschichten bezeichnet.
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Die Katalysatorschicht kann zum Beispiel ein Katalysatormetall, das eine elektrochemische Reaktion unterstützt, einen Elektrolyten mit Protonenleitfähigkeit, einen Träger mit Elektronenleitfähigkeit und dergleichen aufweisen.
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Als das Katalysatormetall kann zum Beispiel Platin (Pt), eine Legierung aus Pt und einem anderen Metall (zum Beispiel eine Pt-Legierung gemischt mit Kobalt, Nickel, etc.) oder dergleichen verwendet werden.
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Der Elektrolyt kann ein Harz auf Fluorbasis oder dergleichen sein. Als das Harz auf Fluorbasis kann zum Beispiel eine Nafion-Lösung oder dergleichen verwendet werden.
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Das Katalysatormetall wird auf einem Träger gestützt, und jede Katalysatorschicht kann eine Mischung aus einem Träger, der das Katalysatormetall stützt (katalysatorstützender Träger), und einem Elektrolyten aufweisen.
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Beispiele für den Träger, der das Katalysatormetall stützt, weisen handelsübliche Kohlenstoffmaterialien wie zum Beispiel Kohlenstoff auf.
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Die kathodenseitige Gasdiffusionsschicht und die anodenseitige Gasdiffusionsschicht werden zusammen (gemeinsam) als Gasdiffusionsschichten bezeichnet.
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Die Gasdiffusionsschicht kann ein elektrisch leitfähiges Bauteil oder dergleichen sein, das eine Gasdurchlässigkeit hat.
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Beispiele für das elektrisch leitfähige Bauteil weisen poröse Kohlenstoffkörper wie Kohlenstoffgewebe und Kohlenstoffpapier und poröse Metallkörper wie Metallgewebe und Metallschaum auf.
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Die Elektrolytmembran kann eine feste Polymerelektrolytmembran sein. Beispiele für feste Polymerelektrolytmembranen weisen Elektrolytmembranen auf Fluorbasis, wie feuchtigkeitshaltige Dünnfilme aus Perfluorsulfonsäure, und Elektrolytmembranen auf Kohlenwasserstoffbasis auf. Als die Elektrolytmembran kann zum Beispiel eine Nafion-Membran (hergestellt von DuPont) verwendet werden.
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Eine Einheitszelle kann typischerweise einen Harzrahmen haben.
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Der Harzrahmen ist um die Peripherie der Membranelektrodengasdiffusionsschichtbaugruppe und zwischen dem Kathodenseparator und dem Anodenseparator angeordnet.
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Der Harzrahmen kann einen Rahmenabschnitt, einen Öffnungsabschnitt und ein Loch haben.
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Der Rahmenabschnitt ist der Hauptteil des Harzrahmens, der mit der Membranelektrodengasdiffusionsschichtbaugruppe verbunden ist.
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Der Öffnungsabschnitt ist ein Haltebereich für die Membranelektrodengasdiffusionsschichtbaugruppe und ist ein Bereich, der sich durch einen Teil des Rahmenabschnitts zur Aufnahme der Membranelektrodengasdiffusionsschichtbaugruppe erstreckt. Der Öffnungsabschnitt kann in dem Harzrahmen an einer Position angeordnet sein, an der der Rahmenabschnitt um die Membranelektrodengasdiffusionsschichtbaugruppe herum (in der Peripherie/Umfang davon) positioniert ist, und kann in der Mitte des Harzrahmens vorgesehen sein.
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Durch die Löcher in dem Harzrahmen können Fluide wie Reaktionsgas und ein Kühlmittel in der Stapelrichtung der Einheitszellen strömen. Die Löcher in dem Harzrahmen können so ausgerichtet und angeordnet sein, dass sie in Verbindung mit den Löchern in dem Separator stehen.
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Der Harzrahmen kann eine rahmenförmige Kernschicht und zwei rahmenförmige Schalenschichten, die auf beiden Seiten der Kernschicht vorgesehen sind, das heißt eine erste Schalenschicht und eine zweite Schalenschicht aufweisen.
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Die erste Schalenschicht und die zweite Schalenschicht können in einer Rahmenform an beiden Seiten der Kernschicht vorgesehen sein, ähnlich wie die Kernschicht.
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Die Kernschicht kann ein strukturelles Bauteil sein, das gasabdichtende und isolierende Eigenschaften hat, und kann aus einem Material hergestellt sein, das eine Struktur hat, die sich unter den Temperaturbedingungen während eines Thermokompressionsbondens in einem Prozess zur Herstellung der Brennstoffzelle nicht verändert. Die Materialien für die Kernschicht weisen beispielsweise ein Harz wie Polyethylen, Polypropylen, PC (Polycarbonat), PPS (Polyphenylensulfid), PET (Polyethylenterephthalat), PEN (Polyethylennaphthalat), PA (Polyamid), PI (Polyimid), PS (Polystyrol), PPE (Polyphenylenether), PEEK (Polyetheretherketon), Cycloolefin, PES (Polyethersulfon), PPSU (Polyphenylsulfon), LCP (Flüssigkristallpolymer), ein Epoxidharz, etc. auf. Das Material der Kernschicht kann ein Gummimaterial wie EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), Fluorkautschuk oder Silikonkautschuk sein.
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Die Dicke der Kernschicht kann 5 µm oder mehr oder 20 µm oder mehr unter dem Gesichtspunkt der Gewährleistung der Isolierung betragen und kann 200 µm oder weniger oder 150 µm oder weniger unter dem Gesichtspunkt der Reduzierung der Zellendicke betragen.
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Die erste Schalenschicht und die zweite Schalenschicht können eine hohe Adhäsionseigenschaft zu anderen Materialien haben, eine Eigenschaft des Erweichens unter einer Temperaturbedingung während des Thermokompressionsbindens haben und eine niedrigere Viskosität und einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Kernschicht haben, um die Kernschicht mit dem Anodenseparator und dem Kathodenseparator zu verkleben und eine Dichtungsleistung zu gewährleisten (sicherzustellen). Insbesondere können die erste Schalenschicht und die zweite Schalenschicht ein thermoplastisches Harz sein, wie zum Beispiel ein thermoplastisches Harz auf Polyesterbasis und ein modifiziertes thermoplastisches Harz auf Olefinbasis, oder sie können ein duroplastisches Harz, das beispielsweise ein modifiziertes Epoxidharz ist.
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Bei dem Harz, das die erste Schalenschicht bildet, und dem Harz, das die zweite Schalenschicht bildet, kann es sich um dieselbe Art von Harz oder um verschiedene Arten von Harz handeln. Indem die Schalenschichten auf beiden Seiten der Kernschicht vorgesehen werden, wird es einfacher, den Harzrahmen und die beiden Separatoren durch Heißpressen zu verkleben (verbinden).
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Die Dicke der ersten Schalenschicht und der zweiten Schalenschicht kann 5 µm oder mehr oder 30 µm oder mehr betragen, wenn es darum geht, die Haftfähigkeit zu gewährleisten, und kann 100 µm oder weniger oder 40 µm oder weniger betragen, wenn es darum geht, die Zellendicke zu reduzieren.
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In dem Harzrahmen können die erste Schalenschicht und die zweite Schalenschicht nur auf den Abschnitten vorgesehen sein, die mit dem Anodenseparator bzw. dem Kathodenseparator verklebt werden sollen. Die erste Schalenschicht, die auf einer Seite der Kernschicht vorgesehen ist, kann an den Kathodenseparator geklebt werden. Die zweite Schalenschicht auf der anderen Seite der Kernschicht kann an den Anodenseparator geklebt werden. Dann kann der Harzrahmen zwischen den beiden Separatoren eingefügt (eingepfercht) werden.
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Eine Einheitszelle weist ein Paar Separatoren auf.
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Das Paar Separatoren nimmt den Harzrahmen und die Membranelektrodengasdiffusionsschichtbaugruppe sandwichartig auf.
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In dem Paar Separatoren ist einer ein Anodenseparator und der andere ein Kathodenseparator. In dieser Offenbarung werden der Anodenseparator und der Kathodenseparator gemeinsam (zusammen) als Separatoren bezeichnet.
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Die Separatoren können Löcher haben, wie zum Beispiel ein Zuführungsloch und ein Abgabeloch, um ein Fluid, wie zum Beispiel ein Reaktionsgas, und ein Kühlmittel in der Stapelrichtung der Einheitszellen zu zirkulieren. Als das Kühlmittel kann zum Beispiel eine gemischte Lösung aus Ethylenglykol und Wasser verwendet werden, um das Gefrieren bei niedrigen Temperaturen zu verhindern.
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Beispiele für das Zuführungsloch weisen ein Zuführungsloch für Brennstoffgas, ein Zuführungsloch für Oxidationsmittelgas, ein Zuführungsloch für Kühlmittel und dergleichen auf.
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Beispiele für das Abgabeloch weisen ein Brennstoffgasabgabeloch, ein Oxidationsmittelgasabgabeloch, ein Kühlmittelabgabeloch und dergleichen auf.
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Der Separator kann auf der Fläche, die in Kontakt mit der Gasdiffusionsschicht steht, einen Reaktionsgaskanal haben. Außerdem kann der Separator auf der Fläche, die zu der Fläche, die in Kontakt mit der Gasdiffusionsschicht ist, entgegengesetzt ist, einen Kühlmittelkanal haben, um die Temperatur der Brennstoffzelle konstant zu halten.
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Der Anodenseparator kann auf der Fläche, die in Kontakt mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht steht, einen Brennstoffgaskanal haben. Darüber hinaus kann der Anodenseparator auf der Fläche, die zu der mit der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht in Kontakt stehenden Fläche entgegengesetzt ist, einen Kühlmittelkanal haben, um die Temperatur der Brennstoffzelle konstant zu halten.
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Der Kathodenseparator kann auf der Fläche, die in Kontakt mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht steht, einen Oxidationsmittelgaskanal haben. Darüber hinaus kann der Kathodenseparator auf der Fläche, die zu der Fläche in Kontakt mit der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht entgegengesetzt ist, einen Kühlmittelkanal haben, um die Temperatur der Brennstoffzelle konstant zu halten.
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Der Separator kann ein gasundurchlässiges elektrisch leitfähiges Bauteil oder dergleichen sein. Als das elektrisch leitfähige Bauteil können zum Beispiel duroplastisches Harz, thermoplastisches Harz, Harzmaterial wie Harzfasern, Kohlenstoffpulver, dichter Kohlenstoff, der durch Komprimieren von Kohlenstoffmaterial wie Kohlenstofffasern gasundurchlässig gemacht wird, und pressgeformte Metallplatten (zum Beispiel aus Eisen, Aluminium, rostfreiem Stahl, etc.) oder dergleichen verwendet werden. Darüber hinaus kann der Separator eine Stromsammelfunktion (Stromschienenfunktion) haben.
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Die Form des Separators kann ein Viereck (Rechteck), ein waagerechtes langes Sechseck, ein waagerechtes langes Achteck, ein Kreis, eine längliche Form und dergleichen sein.
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Der Brennstoffzellenstapel kann einen Verteiler haben, mit dem jedes Loch in Verbindung steht, wie zum Beispiel einen Zufuhrverteiler, mit dem jedes Zufuhrloch in Verbindung steht, und einen Abgabeverteiler, mit dem jedes Abgabeloch in Verbindung steht.
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Beispiele für den Zufuhrverteiler weisen einen Brennstoffgaszufuhrverteiler, einen Oxidationsmittelgaszufuhrverteiler, einen Kühlmittelzufuhrverteiler und dergleichen auf.
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Beispiele für den Abgabeverteiler weisen einen Brennstoffgasabgabeverteiler, einen Oxidationsmittelgasabgabeverteiler, einen Kühlmittelabgabeverteiler und dergleichen auf.
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In der vorliegenden Offenbarung werden der Brennstoffgaszufuhrverteiler und der Oxidationsmittelgaszufuhrverteiler gemeinsam als der Reaktionsgaszufuhrverteiler bezeichnet.
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In der vorliegenden Offenbarung werden der Brennstoffgasabgabeverteiler und der Oxidationsmittelgasabgabeverteiler gemeinsam als der Reaktionsgasabgabeverteiler bezeichnet.
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In der vorliegenden Offenbarung werden der Brennstoffgaszufuhrverteiler und der Brennstoffgasabgabeverteiler zusammen als der Brennstoffgasverteiler bezeichnet.
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In der vorliegenden Offenbarung werden der Oxidationsmittelgaszufuhrverteiler und der Oxidationsmittelgasabgabeverteiler zusammen als der Oxidationsmittelgasverteiler bezeichnet.
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In der vorliegenden Offenbarung werden der Brennstoffgasverteiler und der Oxidationsmittelgasverteiler zusammen als der Reaktionsgasverteiler bezeichnet.
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In der vorliegenden Offenbarung werden der Kühlmittelzufuhrverteiler und der Kühlmittelabgabeverteiler zusammen als der Kühlmittelverteiler bezeichnet.
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Die Dichtungsplatte ist zwischen den benachbarten Einheitszellen angeordnet und wird als ein Dichtungsbauteil für die benachbarten Einheitszellen verwendet.
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Bei der Dichtungsplatte kann es sich um eine Klebeplatte handeln.
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Die Dichtungsplatte kann ein thermoplastisches Harz sein, wie zum Beispiel einem thermoplastischen Harz auf Polyesterbasis und einem modifizierten thermoplastischen Harz auf Olefinbasis, oder sie kann ein duroplastisches Harz sein, das ein modifiziertes Epoxidharz ist.
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Die Dichtungsplatte kann eine einschichtige Struktur oder eine dreischichtige Struktur haben.
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Die dreischichtige Struktur kann aus einer ersten Dichtungsschicht, einer Zwischenschicht und einer zweiten Dichtungsschicht gebildet sein.
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Die erste Dichtungsschicht, die Zwischenschicht und die zweite Dichtungsschicht können aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Die Zwischenlage kann aus einem nicht klebenden Material gebildet sein.
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Die Form der Dichtungsplatte kann eine Rahmenform sein. Der Dichtungslinienrahmen der Dichtungsplatte kann auf die Dichtungslinienrippe des Separators ausgerichtet sein. Die Dichtungsplatte kann eine Form haben, die die gesamte Fläche des Separators abdeckt, mit Ausnahme der Löcher in dem Separator. Das heißt, die Dichtungsplatte kann die gesamte Fläche des Separators mit Ausnahme der Löcher des Separators abdecken.
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Die Breite des Rahmens, der die Dichtungslinie der Dichtungsplatte ausbildet, kann der Breite der Dichtungslinienrippe des Separators entsprechen oder sie kann größer sein als die Breite der Dichtungslinienrippe des Separators.
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Die Dichtungsplatte kann den Abschnitt, der die Löcher umgibt, so abdichten, dass sie die Löcher in der Draufsicht umgibt, die den Reaktionsgasverteiler ausbilden, oder sie kann den Außenumfangsrand des Separators so abdichten, dass sie alle Löcher umgibt. Der hier erwähnte Reaktionsgasverteiler kann ein Brennstoffgasverteiler, ein Oxidationsmittelgasverteiler oder beide dieser Verteiler sein. Außerdem kann es sich bei dem Brennstoffgasverteiler um den Einlass- oder den Abgabeverteiler für das Brennstoffgas oder um beide Verteiler handeln. Des Weiteren kann es sich bei dem Oxidationsmittelgasverteiler um den Einlassverteiler für das Oxidationsmittelgas, den Abgabeverteiler für das Oxidationsmittelgas oder um beide dieser Verteiler handeln.
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Die Dichtungsplatte kann den umgebenden Abschnitt der Löcher so abdichten, dass sie die Löcher, die den Einlassverteiler für das Brennstoffgas ausbilden, die Löcher, die den Auslassverteiler für das Oxidationsmittelgas ausbilden, die Löcher, die den Einlassverteiler für das Oxidationsmittelgas ausbilden, und die Löcher, die den Auslassverteiler für das Oxidationsmittelgas ausbilden, in der Draufsicht umgibt, und sie kann den Außenumfangsrand des Separators abdichten. Die Dichtungsplatte kann die gesamte Fläche des Separators mit Ausnahme der Löcher des Separators abdecken.
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Der Separator kann Rippen haben, die Kanäle wie den Reaktionsgaskanal und den Kühlmittelkanal ausbilden.
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Das Paar Separatoren hat Dichtungslinienrippen auf der Dichtungsplattenseite, die mit der Dichtungsplatte eine Dichtungslinie ausbilden. Die Dichtungslinienrippen können so angeordnet sein, dass sie die Löcher, wie zum Beispiel das Zufuhrloch und das Abgabeloch, in der Draufsicht umgeben, und sie können entlang des Außenumfangsrands des Separators so angeordnet sein, dass sie alle diese Vielzahl von Löchern umgeben. Darüber hinaus können die Dichtungslinienrippen in Ausrichtung zu den Dichtungslinien der Dichtungsplatte angeordnet sein.
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Unter zwei zugewandten Separatoren, bei denen es sich um einen ersten und einen zweiten Separator handelt, die zueinander zugewandt sind, während sie die Dichtungsplatte zwischen den benachbarten Einheitszellen einklemmen (anordnen, einpferchen), hat der erste Separator, der einer der beiden zugewandten Separatoren ist, einen vorstehenden Abschnitt an zumindest einem Teil der Dichtungslinienrippe, und der zweite Separator, der der andere der beiden zugewandten Separatoren ist, hat einen vertieften Abschnitt in der Dichtungslinienrippe, der zu dem vorstehenden Abschnitt passt.
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Der vorstehende Abschnitt kann zumindest an einem Abschnitt der Dichtungslinienrippe vorgesehen sein und er kann an dem gesamten Umfang der Dichtungslinienrippe vorgesehen sein.
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Die Form des vertieften Abschnitts ist nicht besonders begrenzt, solange er an den vorstehenden Abschnitt angepasst werden kann, und er kann linear, kreisförmig, kugelförmig oder dergleichen sein.
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In der vorliegenden Offenbarung kann eine gecrimpte Struktur als ein Verfahren zur stabilen Aufnahme einer auf die Dichtungslinie aufgebrachten Last bei einer geringen Last durch Verwendung einer Dichtungsplatte und zur Unterdrückung einer Fehlausrichtung aufgrund der Passstruktur des vertieften Abschnitts und des vorstehenden Abschnitts verwendet werden.
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Wenn die vertieft-vorstehende Form eine gecrimpte Struktur hat, können die Dicke der Dichtungsplatte und die F/S-Charakteristik (Spannungs-DehnungsKurve) berücksichtigt werden, und die vertieft-vorstehende Form kann so gestaltet sein, dass die Dicke der Dichtungsplatte gleichmäßig wird/ist, wenn sie zum Beispiel von der seitlichen Richtung runtergedrückt wird.
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1 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel des Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist der Brennstoffzellenstapel der vorliegenden Offenbarung einen Brennstoffgaseinlassverteiler 30, einen Brennstoffgasabgabeverteiler 31, einen Oxidationsmittelgaseinlassverteiler 40, einen Oxidationsmittelgasabgabeverteiler 41, einen Kühlmitteleinlassverteiler 50 und einen Kühlmittelabgabeverteiler 51 auf.
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Dichtungslinienrippen 11 sind so angeordnet, dass sie den Brennstoffgaseinlassverteiler 30, den Brennstoffgasabgabeverteiler 31, den Oxidationsmittelgaseinlassverteiler 40, den Oxidationsmittelgasabgabeverteiler 41 und einen Außenumfangsrand eines Separators 10 umgeben.
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2 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel eines ersten zugewandten Separators und eines zweiten zugewandten Separators zeigt, die zu einer Dichtungsplatte in einer Dichtungslinie zwischen benachbarten Einheitszellen des Brennstoffzellenstapels der vorliegenden Offenbarung zugewandt sind und diese sandwichartig einschließen/anordnen (einklemmen, einpferchen).
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Wie in 2 gezeigt ist, weist einer der beiden zugewandten Separatoren, das heißt ein erster Separator 60 und ein zweiter Separator 61, die zueinander zugewandt sind und eine Dichtungsplatte 70 einschließen/anordnen (einklemmen, einpferchen), einen vorstehenden Abschnitt 80 an der Dichtungslinienrippe auf, wobei es sich hier um den ersten Separator 60 handelt. Der zweite zugewandte Separator 61, der der andere der beiden zugewandten Separatoren ist, hat einen vertieften Abschnitt 90, der es dem vorstehenden Abschnitt 80 ermöglicht, in die Dichtungslinienrippe zu passen.
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3 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein Beispiel eines vertieften Abschnitts des zweiten zugewandten Separators zeigt.
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Wie in 3 gezeigt ist, hat der zweite zugewandte Separator 61 einen linearen vertieften Abschnitt 91 in der Dichtungslinienrippe 11 entlang der Dichtungslinie der Dichtungslinienrippe 11.
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4 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein Beispiel eines vertieften Abschnitts des zweiten zugewandten Separators zeigt.
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Wie in 4 gezeigt ist, hat der zweite zugewandte Separator 61 eine Vielzahl von kreisförmigen oder kugelförmigen vertieften Abschnitten 92 an der Dichtungslinienrippe 11.
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Ein Brennstoffzellenstapel weist einen Zellenstapel auf, in dem eine Vielzahl von Einheitszellen, die jeweils ein Paar Separatoren (10) aufweisen, zusammen gestapelt sind. Der Brennstoffzellenstapel weist eine Dichtungsplatte (70) auf, die so gestaltet ist, dass sie zwischen benachbarten Einheitszellen abdichtet. Das Paar Separatoren (10) weist jeweils eine Dichtungslinienrippe (11) auf einer Dichtungsplattenseite des Separators (10) auf, wobei die Dichtungslinienrippe (11) als eine Dichtungslinie mit der Dichtungsplatte (70) dient. Unter zwei zugewandten Separatoren, bei denen es sich um einen ersten zugewandten Separator (60) und einen zweiten zugewandten Separator (61) handelt, die zueinander zugewandt sind, während sie die Dichtungsplatte zwischen den benachbarten Einheitszellen anordnen (einklemmen, einpferchen), weist der erste zugewandte Separator (60) einen vorstehenden Abschnitt (80) an zumindest einem Teil der Dichtungslinienrippe (11) auf und weist der zweite zugewandte Separator (61) einen vertieften Abschnitt (90) in der Dichtungslinienrippe (11) auf, der so gestaltet ist, dass er in den vorstehenden Abschnitt (80) passt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2008004278 [0003]
- JP 2008004278 A [0003]
- JP 2004311254 [0004]
- JP 2004311254 A [0004]
