DE112006000084T5

DE112006000084T5 - Brennstoffzellenseparator

Info

Publication number: DE112006000084T5
Application number: DE112006000084T
Authority: DE
Inventors: Seiji Toyota Sano; Yuichi Toyota Yagami; Takashi Toyota Kajiwara; Hiromichi Toyota Sato; Fumihiko Toyota Inui; Yoshifumi Toyota Ota; Syo Toyota Usami; Shinichi Toyota Matsumoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-08
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-12-13
Also published as: CN101116210A; CA2594530A1; CA2594530C; WO2006085172A3; CN100592558C; US8241816B2; JP2006221853A; WO2006085172A2; US20080166621A1; JP4692001B2

Abstract

Separator eines Brennstoffzellenstapels mit einer ersten Elektrodenplatte, die eine flache Fläche hat, die einer ersten Elektrode einer Membranelektrodenbaugruppe gegenüber liegt, die benachbart zu der ersten Elektrodenplatte ist, einer zweiten Elektrodenplatte, die eine flache Fläche hat, die einer zweiten Elektrode einer Membranelektrodenbaugruppe gegenüber liegt, die benachbart zu der zweiten Elektrodenplatte ist, und einer Zwischenplatte, die zwischen der ersten Elektrodenplatte und der zweiten Elektrodenplatte angeordnet ist, wobei
ein Reaktionsgaszufuhrverteiler und ein Reaktionsgasauslassverteiler in dem Separator ausgebildet sind, um durch die Dicken der ersten Elektrodenplatte, der zweiten Elektrodenplatte und der Zwischenplatte hindurchzugehen;
die Zwischenplatte eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrkanalöffnungen hat, die durch die Dicke der Zwischenplatte hindurchgehen und eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrkanälen ausbilden, von denen jeder bei einem Ende von sich mit dem Reaktionsgaszufuhrverteiler verbunden ist, um bei den anderen Ende von sich einen ersten Endabschnitt einer aktiven Region von sich erreicht, die zu der Membranelektrodenbaugruppe korrespondiert;
wobei die Zwischenplatte des...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf Separatoren für eine Verwendung in einem Brennstoffzellenstapel, und genauer gesagt auf eine Zufuhr von Reaktionsgas zu Brennstoffzellen mittels der Separatoren.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine Brennstoffzelle, beispielsweise eine Festpolymerbrennstoffzelle, hat zwei Elektroden (das heißt eine Sauerstoffelektrode und eine Brennstoffelektrode), die einander gegenüberliegend angeordnet sind, und eine Elektrolytmembran, die zwischen den zwei Elektroden angeordnet ist. Durch Zuführen von Brenngas, das Wasserstoff enthält, und Oxidationsgas, das Sauerstoff enthält, zu der Brennstoffelektrode bzw. der Sauerstoffelektrode, treten Reaktionen, wie durch die folgenden Formeln (1) und (2) ausgedrückt ist, in der Brennstoffzelle auf, um chemische Energie der Substanzen direkt in elektrische Energie umzuwandeln.
An der Kathodenseite (Sauerstoffelektrode): 2H⁺ + 2e^– (1/2)O₂ → H₂O (1),an der Anodenseite (Brennstoffelektrode) H₂ → 2H⁺ + 2e^– (2)
Als ein typischer Aufbau der Brennstoffzellen, die vorstehend beschrieben sind, ist ein gestapelter Aufbau entwickelt worden, in dem im Allgemeinen ebene Membranelektrodenbaugruppen (MEA) und Separatoren gestapelt oder zusammen laminiert sind, und miteinander in der Stapelrichtung befestigt oder verbunden sind.
Als eine Art der Separatoren, ist ein Brennstoffzellenseparator bekannt, der einen dreilagigen Aufbau hat, der aus einer anodenseitigen Platte, einer kathodenseitigen Platte und einer Zwischenplatte besteht, die zwischen der anodenseitigen Platte und der kathodenseitigen Platte angeordnet ist. Ein Beispiel von dieser Art von Separator ist z. B. in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-6104 offenbart. Der Separator mit dem dreilagigen Aufbau, wie er in dieser Veröffentlichung offenbart ist, hat Reaktionsgasverteiler bzw. -verteilrohre, die durch die drei Platten hindurch gehen, Gastransferkanäle, die in der Zwischenplatte ausgebildet sind, und Durchgangslöcher in der Form von Schlitzen, die in gegenüberliegenden Endabschnitten von Reaktionsgaskanälen ausgebildet sind, die durch halbes bzw. hälftiges Ätzen in der Anodenseitenplatte und der Kathodenseitenplatte ausgebildet sind. In diesem Aufbau wird Reaktionsgas von den Gastransferkanälen zu den Reaktionsgaskanälen mittels der schlitzartigen Durchgangslöcher verteilt.
In dem bekannten Separatoraufbau, wie er vorstehend beschrieben ist, haben die Gastransferkanäle, die an der Reaktionsgaszufuhrseite ausgebildet sind, jedoch denselben Aufbau und dieselbe Anordnung wie die Gastransferkanäle, die an der Reaktionsgasabgas- bzw. Auslassseite ausgebildet ist, und es wurde der Fall nicht berücksichtigt, wo die Gastransferkanäle in einem Separator (nachstehend „flacher Separator" genannt) verwendet werden, in dem keine Reaktionsgaskanäle in der anodenseitigen Platte und der kathodenseitigen Platte vorgesehen sind. In dem Fall des flachen Separators kann die Verwendung der Gastransferkanäle, die vorstehend beschrieben sind, zu einer verringerten Wirksamkeit oder einer Ungleichförmigkeit führen, mit der die Reaktionsgase zu den jeweiligen Elektroden zugeführt werden. Und zwar ist der flache Separator nicht mit Reaktionsgaskanälen in der anodenseitigen Platte und der kathodenseitigen Platte versehen, und ist deshalb nicht in der Lage, eine Verteilung des Reaktionsgases durch die Reaktionsgaskanäle zu steuern. Demzufolge ist eine Technologie für ein Verbessern der Gleichmäßigkeit der Verteilung des Reaktionsgases im Hinblick auf einen Aufbau (z. B. Kanalanordnung) an der Zufuhrseite des Reaktionsgases und einen Aufbau an der Auslassseite des Reaktionsgases erwünscht. Zusätzlich zu der gleichmäßigen Verteilung des Reaktionsgases ist es erwünscht, Wasser als ein Reaktionsprodukt zu der Außenseite des Brennstoffzellenstapels mit verbesserter Wirksamkeit abzugeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wurde entwickelt, um das vorstehend beschriebene Problem und andere Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen flachen Separator für eine Verwendung in einem Brennstoffzellenstapel vorzusehen, wobei der Separator aufgebaut ist, um die Gleichmäßigkeit zu verbessern, mit der Reaktionsgase über die Elektroden der Brennstoffzellen verteilt werden, und somit die Zellenleistung zu verbessern.
Um wenigstens einen Teil der vorstehenden Aufgabe und/oder andere Aufgaben zu erreichen, ist gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Separator eines Brennstoffzellenstapels vorgesehen, der eine erste Elektrodenplatte, die eine flache Fläche hat, die einer ersten Elektrode einer Membranelektrodenbaugruppe gegenüber liegt, die benachbart zu der ersten Elektrodenplatte ist bzw. and diese angrenzt, eine zweite Elektrodenplatte, die eine flache Fläche hat, die einer zweiten Elektrode einer Membranelektrodenbaugruppe gegenüber liegt, die benachbart zu der zweiten Elektrodenplatte ist bzw. an diese angrenzt, und eine Zwischenplatte hat, die zwischen der ersten Elektrodenplatte und der zweiten Elektrodenplatte angeordnet ist. Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sind ein Reaktionsgaszufuhrverteiler und ein Reaktionsgasauslassverteiler in dem Separator ausgebildet, um durch die Dicke der ersten Elektrodenplatte, der zweiten Elektrodenplatte und der Zwischenplatte hindurchzugehen. Die Zwischenplatte hat eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrkanalöffnungen, die durch die Dicke der Zwischenplatte hindurchgehen und eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrkanälen ausbilden, von denen jeder bei einem Ende von sich mit dem Reaktionsgaszufuhrverteiler verbunden ist, und bei dem anderen Ende von sich einen ersten Endabschnitt einer aktiven Region von sich erreicht, die zu der Membranelektrodenbaugruppe korrespondiert bzw. dieser entspricht. Die Zwischenplatte hat des Weiteren eine Vielzahl von Reaktionsgasauslasskanalöffnungen, die durch die Dicke der Zwischenplatte hindurchgehen und eine Vielzahl von Reaktionsgasauslasskanälen bilden, von denen jeder bei einem Ende von sich mit dem Reaktionsgasauslassverteiler verbunden ist, und bei dem anderen Ende von sich einen zweiten Abschnitt der aktiven Region erreicht. Die erste Elektrodenplatte hat wenigstens ein Reaktionsgaszufuhrloch, das durch die Dicke der ersten Elektrodenplatte hindurchgeht und mit den anderen Enden der Reaktionsgaszufuhrkanäle verbunden ist, und wenigstens ein Reaktionsgasauslassloch, das durch die Dicke der ersten Elektrodenplatte hindurchgeht und mit den anderen Enden der Reaktionsgasauslasskanäle verbunden ist. Die Reaktionsgaszufuhrkanäle sind bei einem ersten Kanalabstand angeordnet, der geringer als ein vorbestimmter Abstand ist, und die Reaktionsgasauslasskanäle haben eine zweite Kanalbreite, die größer als eine vorbestimmte Breite ist.
In dem Separator, der wie vorstehend beschrieben gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufgebaut ist, ist der Abstand zwischen den benachbarten Reaktionsgaszufuhrkanälen geringer als der vorbestimmte Abstand, und deshalb kann das Reaktionsgas gleichmäßig über die erste Elektrode verteilt werden. Des Weiteren, da die Breite von jedem der Reaktionsgasauslasskanäle größer als die vorbestimmte Breite ist, wird verhindert, dass Wasser als ein Reaktionsprodukt einer elektrochemischen Reaktion einer Brennstoffzelle die Reaktionsgasauslasskanäle verstopft. Demzufolge ist es weniger wahrscheinlich, dass der Brennstoffzellenstapel, der den Separator der Erfindung verwendet, von einem so genannten „Fluten" (englisch: "flooding") leidet.
In einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung haben die Reaktionsgaszufuhrkanäle eine erste Kanalbreite, während die Reaktionsgasauslasskanäle bei einem zweiten Kanalabstand angeordnet sind, und der vorstehend genannte vorbestimmte Abstand ist gleich zu dem zweiten Kanalabstand, während die vorstehend genannte vorbestimmte Breite gleich zu der ersten Kanalbreite ist. In dieser Ausführungsform sind die Reaktionsgaszufuhrkanäle, von denen jeder eine relativ geringe Breite hat, bei relativ kleinen Abständen angeordnet, wohingegen die Reaktionsgasauslasskanäle, von denen jeder eine relativ große Breite hat, bei relativ großen Abständen angeordnet sind. Dieser Kanalaufbau bzw. diese Kanalanordnung macht es möglich, das Reaktionsgas gleichmäßig über die benachbarte Elektrode zu verteilen und das Auftreten des „Flutens" zu unterdrücken, während eine ausreichend hohe Steifigkeit des Separators sichergestellt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Separator eines Brennstoffzellenstapels vorgesehen, der eine erste Elektrodenplatte hat, die eine flache Fläche hat, die einer ersten Elektrode einer Membranelektrodenbaugruppe gegenüber liegt, die benachbart zu der ersten Elektrodenplatte ist bzw. an diese angrenzt, eine zweite Elektrodenplatte, die eine flache Fläche hat, die einer zweiten Elektrode einer Membranelektrodenbaugruppe gegenüber liegt, die benachbart zu der zweiten Elektrodenplatte ist bzw. an diese angrenzt, und eine Zwischenplatte, die zwischen der ersten Elektrodenplatte und der zweiten Elektrodenplatte angeordnet ist. Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sind ein Reaktionsgaszufuhrverteiler und ein Reaktionsgasauslassverteiler in dem Separator ausgebildet, um durch die Dicke der ersten Elektrodenplatte, der zweiten Elektrodenplatte und der Zwischenplatte hindurchzugehen. Die Zwischenplatte hat eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrkanalöffnungen, die durch die Dicke der Zwischenplatte hindurchgehen und eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrkanälen ausbilden, von denen jeder bei einem Ende von sich mit dem Reaktionsgaszufuhrverteiler verbunden ist, und bei dem anderen Ende von sich einen ersten Endabschnitt einer aktiven Region von sich erreicht, die zu der Membranelektrodenbaugruppe korrespondiert. Die Zwischenplatte hat des Weiteren eine Vielzahl von Reaktionsgasauslasskanalöffnungen, die durch die Dicke der Zwischenplatte hindurchgehen und eine Vielzahl von Reaktionsgasauslasskanälen ausbilden, von denen jeder bei einem Ende von sich mit dem Reaktionsgasauslassverteiler verbunden ist, und bei dem anderen Ende von sich einen zweiten Endabschnitt der aktiven Region erreicht, der gegenüber dem ersten Endabschnitt von dieser ist. Die erste Elektrodenplatte hat wenigstens ein Reaktionsgaszufuhrloch, das durch die Dicke der ersten Elektrodenplatte hindurchgeht und mit den anderen Enden der Reaktionsgaszufuhrkanäle verbunden ist, und wenigstens ein Reaktionsgasauslassloch, das durch die Dicke der ersten Elektrodenplatte hindurchgeht und mit den anderen Enden der Reaktionsgasauslasskanäle verbunden ist. Die Reaktionsgaszufuhrkanäle und die Reaktionsgasauslasskanäle sind abwechselnd derart angeordnet, dass die jeweiligen Reaktionsgaszufuhrkanäle nicht mit den jeweiligen Reaktionsgasauslasslöchern in einer Richtung ausgerichtet sind, in der ein Feld bzw. eine Reihe der Reaktionsgaszufuhrkanäle und ein Feld bzw. eine Reihe der Reaktionsgasauslasskanäle einander gegenüber liegen.
In dem Separator, der gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufgebaut ist, ist es wahrscheinlich, dass Reaktionsgas, das von den Reaktionsgaszufuhrlöchern zugeführt wird, die in dem ersten Endabschnitt der aktiven Region ausgebildet sind, in dazwischen liegende Abschnitte zwischen den benachbarten Reaktionsgaszufuhrlöchern diffundiert, und deshalb wird das Reaktionsgas über die erste Elektrode mit verbesserter Gleichmäßigkeit verteilt.
In einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung ist der Reaktionsgaszufuhrverteiler durch wenigstens eine erste Rippe in eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrverteilern unterteilt, und der Reaktionsgasauslassverteiler ist durch wenigstens eine zweite Rippe in eine Vielzahl von Reaktionsgasauslassverteilern unterteilt. In dieser Ausführungsform sind die vorstehend genannte wenigstens eine erste Rippe und die vorstehend genannte wenigstens eine zweite Rippe quer über die aktive Region angeordnet, um nicht miteinander in einer Richtung ausgerichtet zu sein, in der der Reaktionsgaszufuhrverteiler und der Reaktionsgasauslassverteiler einander gegenüber liegen. In dieser Anordnung führt das Vorsehen der ersten Rippe bzw. der ersten Rippen und der zweiten Rippe bzw. der zweiten Rippen zu einer erhöhten Festigkeit des Separators. Des Weiteren hat der Separator einen ersten Abschnitt oder Abschnitte, in dem/denen die erste Rippe bzw. die ersten Rippen ausgebildet ist/sind, und deshalb kann/können der Reaktionsgaszufuhrkanal/die Reaktionsgaszufuhrkanäle nicht ausgebildet werden, und einen zweiten Abschnitt oder Abschnitte, in dem/denen die zweite Rippe/Rippen ausgebildet ist/sind, und deshalb kann/können der Reaktionsgaszufuhrkanal/die Reaktionsgaszufuhrkanäle nicht ausgebildet werden. Da der erste Abschnitt bzw. die ersten Abschnitte nicht mit dem zweiten Abschnitt bzw. den zweiten Abschnitten in der Richtung ausgerichtet ist/sind, in der der Reaktionsgaszufuhrverteiler und der Reaktionsgasauslassverteiler einander gegenüber liegen, führt das Vorsehen der ersten und zweiten Rippe/Rippen nicht zu einer Region oder zu Regionen, über die das Reaktionsgas nicht verteilt wird.
In einer Ausführungsform des ersten oder zweiten Aspekts der Erfindung, weist das vorstehend genannte wenigstens eine Reaktionsgaszufuhrloch eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrlöchern auf, und jeder von den Reaktionsgaszufuhrkanälen ist mit wenigstens einem der Reaktionsgaszufuhrlöcher verbunden. In dieser Ausführungsform kann die Anzahl der Reaktionsgaszufuhrlöcher gleich zu der der Reaktionsgaszufuhrkanäle sein, und die Reaktionsgaszufuhrkanäle können in einer 1:1 Korrespondenz zu den Reaktionsgaszufuhrlöchern sein. In diesem Aufbau kann die Gesamtfläche von Löchern oder Öffnungen, die durch die Dicke der ersten Elektrodenplatte hindurchgehen verringert werden, im Vergleich zu dem Fall, wo ein langes Loch oder eine lange Öffnung das Reaktionsgaszufuhrloch vorsieht, wodurch eine verbesserte Festigkeit des Separators sichergestellt wird. Demzufolge kann das Reaktionsgas stabil zu der angrenzenden bzw. benachbarten Elektrode zugeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des ersten oder zweiten Aspekts der Erfindung, sind die Reaktionsgaszufuhrkanäle über die gesamte Länge des ersten Endabschnitts der aktiven Region angeordnet, und die Reaktionsgasauslasskanäle sind über die gesamte Länge des zweiten Endabschnitts der aktiven Region angeordnet. Mit dieser Anordnung strömt das Reaktionsgas von den Reaktionsgaszufuhrkanälen, die über die gesamte Länge des ersten Endabschnitts angeordnet sind, zu den Reaktionsgasauslasskanälen, die über die gesamte Länge des zweiten Endabschnitts angeordnet sind, so dass das Reaktionsgas über im Wesentlichen den gesamten Bereich der aktiven Region zugeführt werden kann, die zu der Membranelektrodenbaugruppe korrespondiert. Somit wird das Reaktionsgas über die angrenzende bzw. benachbarte Elektrode mit weiter verbesserter Gleichmäßigkeit verteilt.
In einer weiteren Ausführungsform des ersten oder zweiten Aspekts der Erfindung, ist die erste Elektrode eine Kathode, und die zweite Elektrode ist eine Anode. Zusätzlich sind der Reaktionsgaszufuhrverteiler, die Reaktionsgaszufuhrkanäle und das zuvor genannte wenigstens eine Reaktionsgaszufuhrloch ein Oxidationsgaszufuhrverteiler, eine Vielzahl von Oxidationszufuhrkanälen bzw. wenigstens ein Oxidationsgaszufuhrloch, die für ein Zuführen eines Oxidationsgases vorgesehen sind, und der Reaktionsgasauslassverteiler, die Reaktionsgasauslasskanäle und das vorstehend genannte wenigstens eine Reaktionsgasauslassloch sind ein Oxidationsgasauslassverteiler, eine Vielzahl von Oxidationsauslasskanälen bzw. wenigstens ein Oxidationsauslassloch, die für ein Auslassen eines Oxidationsgases vorgesehen sind. In dieser Ausführungsform kann das Oxidationsgas, das weniger wahrscheinlich diffundiert als das Brenngas, über die Kathode mit verbesserter Gleichmäßigkeit verteilt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das Vorangegangene und/oder weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden offensichtlich von der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente darzustellen, und wobei:
1 eine erklärende Ansicht ist, die den äußeren Aufbau eines Brennstoffzellenstapels zeigt, der durch Verwendung von Separatoren einer ersten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
2 eine erklärende Ansicht ist, die den Gesamtaufbau eines Moduls zeigt, das den Brennstoffzellenstapel von 1 bildet;
3A und 3B Draufsichten einer kathodenseitigen Platte bzw. einer anodenseitigen Platte sind, die den Separator der ersten Ausführungsform bilden;
4A und 4B Draufsichten einer Zwischenplatte des Separators der ersten Ausführungsform bzw. einer MEA mit integrierter Dichtung sind;
5A, 5B und 5C eine Draufsicht und Querschnittansichten sind, die eine Baugruppe aus dem Separator der ersten Ausführungsform und der MEA mit integrierter Dichtung zeigen, die auf den Separator gelegt ist;
6 eine Querschnittansicht ist, die Schnitt B-B in 5A darstellt;
7 eine Querschnittansicht ist, die Schnitt D-D in 5A darstellt;
8A und 8B Draufsichten einer kathodenseitigen Platte bzw. einer anodenseitigen Platte sind, die einen Separator bilden, der gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist; und
9A und 9B sind Draufsichten einer Zwischenplatte des Separators der zweiten Ausführungsform bzw. einer MEA mit integrierter Dichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Einige beispielhafte Ausführungsformen des Separators der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
A. ERSTE ASUSFÜHRUNGSFORM
Aufbau des Brennstoffzellenstapels und des Separators Mit Bezug auf 1 bis 4B, werden der allgemeine Aufbau eines Separators, der gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist, und eines Brennstoffzellenstapels beschrieben, der die Separatoren der ersten Ausführungsform verwendet. 1 zeigt schematisch den äußeren Aufbau des Brennstoffzellenstapels, der die Separatoren der ersten Ausführungsform verwendet. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Moduls, das den Brennstoffzellenstapel von 1 bildet. 3A und 3B sind Draufsichten einer kathodenseitigen Platte bzw. einer anodenseitigen Platte, die den Separator der ersten Ausführungsform bilden. 4A und 4B sind Draufsichten einer Zwischenplatte, die den Separator der ersten Ausführungsform bildet, bzw. einer Membranelektrodenbaugruppe mit integrierter Dichtung (nachstehend als „MEA" gekennzeichnet, wo es geeignet ist).
Der Brennstoffzellenstapel 10 hat Brennstoffzellen in der Form von Festpolymerbrennstoffzellen, die eine relativ geringe Größe haben, und die elektrische Energie mit hoher Effizienz erzeugen können. Der Brennstoffzellenstapel 10 hat eine Vielzahl von Modulen 20, Endplatten 30, Spannplatten 31, Isolatoren 33 und Anschlüssen 34. Genauer gesagt hat der Brennstoffzellenstapel 10 eine laminare Struktur, in der die Module 20 aufeinander laminiert bzw. geschichtet oder gestapelt sind. Die gestapelte Reihe der Module 20 ist zwischen zwei Endplatten 30 derart angeordnet, dass das Isolierelement 33 und der Anschluss 34 zwischen einem von den äußersten Modulen 20 und der entsprechenden Endplatte 30 angeordnet sind. Die Spannplatten 31 sind mit Schrauben 32 in die jeweiligen Endplatten 30 so geschraubt, dass die Module 20 mit einer gewissen Kompressionskraft aneinander in der Laminier- bzw. Schichtungsrichtung befestigt sind (d. h. in der Richtung, in der die Module 20 aufeinander gestapelt sind),.
Der Brennstoffzellenstapel 10 wird mit Reaktionsgasen versorgt (Brenngas und Oxidationsgas), die Zellenreaktionen unterzogen werden, und mit einem Kühlmedium für ein Kühlen der Brennstoffzellen. Um es kurz zu sagen, wird Wasserstoff als ein Brenngas mittels eines Rohrs 250 von einem Wasserstoffbehälter 210, der Hochdruckwasserstoff speichert, zu den Anoden der Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels 10 zugeführt. Anstelle des Verwendens des Wasserstoffbehälters 210, kann Wasserstoff durch Reformierreaktionen unter Verwendung von Alkohol oder Kohlenwasserstoffen als ein Material, das reformiert werden soll, erzeugt werden. Ein Absperrventil 220 und ein Druckregulierventil 230 sind in dem Rohr 250 angeordnet, um eine Zufuhr von Wasserstoff zu steuern. Wasserstoff, der von den Anoden des Brennstoffzellenstapels 10 abgegeben wird, wird zu dem Rohr 250 mittels eines Rohrs 260 zurückgeführt, und wird dann wieder zu dem Brennstoffzellenstapel 10 geliefert. Eine Zirkulationspumpe 240 für ein Zirkulieren des Wasserstoffs ist in dem Rohr 260 angeordnet.
Andererseits wird Luft als ein Oxidationsgas von einer Luftpumpe 310 zu den Kathoden der Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels 10 mittels eines Rohres 350 zugeführt. Dann wird Luft, die von den Kathoden des Brennstoffzellenstapels 10 abgegeben wird, zu der Atmosphäre mittels eines Rohrs 360 freigesetzt. Zu dem Brennstoffzellenstapel 10 wird auch ein Kühlmedium von einem Kühler 420 mittels eines Rohrs 450 zugeführt. Wasser, ein nicht frierendes Fluid, wie Ethylenglycol, Luft oder ein anderes Fluid kann als das Kühlmedium verwendet werden. Das Kühlmedium, das von dem Brennstoffzellenstapel 10 abgegeben wird, wird zu dem Kühler 420 mittels eines Rohrs 460 geliefert, und wird dann wieder zu dem Brennstoffzellenstapel 10 mittels des Rohrs 450 zugeführt. Eine Zirkulationspumpe 410 für ein Zirkulieren des Kühlmediums ist an dem Rohr 460 angeordnet.
Wie in 2 gezeigt ist, ist jedes der Module 20 des Brennstoffzellenstapels 10 durch ein abwechselndes Aufeinanderlegen der Separatoren 25 und der MEAs mit integrierter Dichtung 21 ausgebildet.
Jeder der Separatoren 25 hat eine kathodenseitige Platte 22, die einer Kathode der MEA mit integrierter Dichtung 21 gegenüber liegt, eine anodenseitige Platte 23, die einer Anode der MEA 21 gegenüber liegt, und eine Zwischenplatte 24, die zwischen der kathodenseitigen Platte 22 und der anodenseitigen Platte 23 angeordnet ist, wie in 2 gezeigt ist. Diese drei Platten 22, 24, 23 sind aufeinander gelegt und sind durch Heißpressen miteinander verbunden.
Des Separator 25 hat eine Region DA, die der MEA 21 gegenüber liegt und mit der MEA 21 zusammenwirkt, um Elektrizität zu erzeugen, wenn die Separatoren 25 und die MEAs 21 zusammengebaut sind, um Brennstoffzellen auszubilden. Diese Region DA wird „aktive Region" des Separators 25 bezeichnet. In 3 und 4A stellen Regionen, die durch gepunktete bzw. gestrichelte Linien in im Allgemeinen mittleren Abschnitten der kathodenseitigen Platte 22, der anodenseitigen Platte 23 und der Zwischenplatte 24 definiert sind, die jeweiligen aktiven Regionen DA dar.
Die kathodenseitige Platte 22 ist eine im Allgemeinen rechteckige, dünne Platte, die aus Metall gemacht ist. Die metallische, dünne Platte ist aus einem Material ausgebildet, das einen hohen Korrosionswiderstand hat. Beispielsweise kann die kathodenseitige Platte 22 dadurch ausgebildet sein, dass die Oberflächen einer Titanplatte, einer Platte aus einer Titanlegierung (z. B. eine Legierung aus Titan und Palladium) oder einer SUS-Platte (Platte aus rostfreiem Stahl) mit einem Korrosionsschutzüberzug versehen sind. Wie in 3A gezeigt ist, ist die Oberfläche der kathodenseitigen Platte 22, die der Kathode der angrenzenden bzw. benachbarten MEA 21 gegenüber liegt, eine flache Fläche, in der keine Oxidationsgasströmungskanäle ausgebildet sind. In 3A ist die obere Seite der aktiven Region DA, die eine im Allgemeinen rechteckige Form hat, als eine „erste Seite S1" bezeichnet, und die untere Seite derselben Region, die zu der ersten Seite S1 gegenüber liegt, ist als „zweite Seite S2" bezeichnet. Des Weiteren ist die linke Seite (Sicht in 3A), die an die erste Seite S1 und die zweite Seite S2 angrenzt, als „dritte Seite S3" bezeichnet, und die rechte Seite (Sicht in 3A), die der dritten Seite S3 gegenüber liegt, ist als „vierte Seite S4" bezeichnet. Die Bezeichnung dieser Seiten ist auch auf die aktive Region DA der anodenseitigen Platte 23 (die später beschrieben wird) und die aktive Region DA der Zwischenplatte 24 (die später beschrieben wird) anwendbar.
Die kathodenseitige Platte 22 hat eine Vielzahl von Oxidationsgaszufuhrlöchern 225 und eine Vielzahl von Oxidationsgasauslasslöchern 226. Die Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 sind entlang eines Endabschnitts (der „Oxidationsgaszufuhrendabschnitt" genannt wird) der aktiven Region DA angeordnet, der benachbart zu der ersten Seite S1 bzw. angrenzend an diese angeordnet ist, über eine gesamte Länge des Oxidationsgaszufuhrendabschnitts. Die Oxidationsgasauslasslöcher 226 sind entlang eines Endabschnitts (der „Oxidationsgasauslassendabschnitt" genannt wird) der aktiven Region DA angeordnet, der benachbart zu der zweiten Seite S2 bzw. angrenzend an diese angeordnet ist, über die gesamte Länge des Oxidationsgasauslassendabschnitts. Somit sind die Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 und die Oxidationsgasauslasslöcher 226 in den sich längsseits gegenüber liegenden Endabschnitten (aus Sicht in 3A) der aktiven Region DA angeordnet. In dieser Ausführungsform sind die Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 entlang des Oxidationsgaszufuhrendabschnitts bei vorbestimmten Abständen Δki (die „Oxidationsgaszufuhrabstände" genannt werden) angeordnet. Die Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 haben dieselbe Größe und dieselbe Form, und jedes der Löcher 225 hat eine vorbestimmte Breite Ri (die „Oxidationsgaszufuhrbreite" genannt wird), aus Sicht in der seitlichen Richtung in 3A. Andererseits sind die Oxidationsgasauslasslöcher 226 entlang des Oxidationsgasauslassendabschnitts bei vorbestimmten Abständen Δko (der „Oxidationsgasauslassabstand" genannt wird) angeordnet, wobei der Abstand Δko größer als der vorstehend genannte Oxidationsgaszufuhrabstand Δki ist. Die Oxidationsgasauslasslöcher 226 haben dieselbe Größe und dieselbe Form, und jedes der Löcher 226 hat eine vorbestimmte Breite Ro (die nachstehend „Oxidationsgasauslassbreite" genannt wird), die größer als die vorstehend genannte Oxidationsgaszufuhrbreite Ri ist.
Des Weiteren ist die kathodenseitige Platte 22 in ihrer Außenregion (die „Außenumfangsabschnitt" genannt wird), die die aktive Region DA umgibt, mit einer Brenngaszufuhrverteileröffnung 221a, einer Brenngasauslassverteileröffnung 221b, einer Oxidationsgaszufuhrverteileröffnung 222a, einer Oxidationsgasauslassverteileröffnung 222b, einer Kühlmediumzufuhrverteileröffnung 223a und einer Kühlmediumauslassverteileröffnung 223b ausgebildet. Diese Verteileröffnungen 221a, 221b, 222a, 222b, 223a, 223b bilden jeweilige Verteiler bei der Zeit des Zusammenbauens der Separatoren 25 aus, wie es noch beschrieben wird. Alle von den Verteileröffnungen, Oxidationsgaszufuhrlöchern 225 und den Oxidationsgasauslasslöchern 226 sind Durchgangslöcher oder Öffnungen, die durch die Dicke der kathodenseitigen Platte 22 hindurchgehen. In anderen Worten gesagt, sind die Verteileröffnungen und die Oxidationsgaszufuhrlöcher und Oxidationsgasauslasslöcher 225, 226 durch die kathodenseitige Platte 22 hindurch in der Richtung der Dicke von ihr ausgebildet. Die kathodenseitige Platte 22 ist eine flache Platte, die keine besondere Struktur hat, außer diesen Durchgangslöchern oder Öffnungen. Somit kann die kathodenseitige Platte 22 einfach durch Ausstanzen eines im Allgemeinen rechteckigen dünnen Metallblechs hergestellt werden.
Die anodenseitige Platte 23 ist eine im Allgemeinen rechteckige, dünne Platte, die aus Metall gemacht ist, und hat dieselbe Größe wie die kathodenseitige Platte 22. Die anodenseitige Platte 23 kann aus demselben Material, das die hohe Korrosionsbeständigkeit hat, wie die kathodenseitige Platte 22 ausgebildet sein. Wie bei der kathodenseitigen Platte 22 ist die Oberfläche der anodenseitigen Platte 23, die der Anode der angrenzenden bzw. benachbarten MEA 21 gegenüber liegt, eine flache Fläche, in der keine Brenngasströmungskanäle ausgebildet sind, wie in 3B gezeigt ist. Die anodenseitige Platte 23 hat eine Vielzahl von Brenngaszufuhrlöchern 237 und eine Vielzahl von Brenngasauslasslöchern 238. Die Brenngaszufuhrlöcher 237 sind in dem oberen Teil eines Endabschnitts (der „Brenngaszufuhrendabschnitt" genannt wird) angeordnet, der benachbart zu der dritten Seite S3 der aktiven Region DA bzw. an diese angrenzend gelegen ist. Die Brenngasauslasslöcher 238 sind in dem unteren Teil eines Endabschnitts (der „Brenngasauslassendabschnitt" genannt wird) angeordnet, der benachbart zu der vierten Seite S4 der aktiven Region DA bzw. an diese angrenzend gelegen ist. Somit sind die Brenngaszufuhrlöcher 237 und die Brenngasauslasslöcher 238 in den seitlich gegenüber liegenden Endabschnitten (Sicht in 3B) der aktiven Region ausgebildet. Die Brenngaszufuhrlöcher 237 sind entlang des Brenngaszufuhrendabschnitts bei vorbestimmten Abständen Δhi (die „Brenngaszufuhrabstände" genannt werden) angeordnet. Die Brenngaszufuhrlöcher 237 haben dieselbe Größe und dieselbe Form, und jedes der Löcher 237 hat eine vorbestimmte Breite ri (die „Brenngaszufuhrbreite" genannte wird), aus Sicht in der Vertikalrichtung in 3B. Andererseits sind die Brenngasauslasslöcher 238 entlang des Brenngasauslassendabschnitts bei vorbestimmten Abständen Δho (die „Brenngasauslassabstände" genannt werden) angeordnet, wobei der Abstand Δho größer als der vorstehend genannte Brenngaszufuhrabstand Δhi ist. Die Brenngasauslasslöcher 238 haben dieselbe Größe und dieselbe Form, und jedes der Löcher 238 hat eine vorbestimmte Breite ro (die „Brenngasauslassbreite" genannt wird), die größer als die vorstehend genannte Brenngaszufuhrbreite ri ist.
Des Weiteren hat die anodenseitige Platte 23 eine Brenngaszufuhrverteileröffnung 231a, eine Brenngasauslassverteileröffnung 231b, eine Oxidationsgaszufuhrverteileröffnung 232a, eine Oxidationsgasauslassverteileröffnung 232b, eine Kühlmediumzufuhrverteileröffnung 233a und eine Kühlmediumauslassverteileröffnung 233b, die in denselben Positionen wie die entsprechenden Verteileröffnungen der kathodenseitigen Platte 22 ausgebildet sind. Alle von den Verteileröffnungen, Brenngaszufuhrlöchern 237 und den Brenngasauslasslöchern 238 sind Durchgangslöcher oder Öffnungen, die durch die Dicke der anodenseitigen Platte 23 hindurch gehen. Und zwar sind die Verteileröffnungen und die Brenngaszufuhrlöcher und die Brenngasauslasslöcher 237, 238 durch die anodenseitige Platte 23 hindurch in der Richtung ihrer Dicke ausgebildet. Die anodenseitige Platte 23 ist eine flache Platte, die keine besondere Struktur hat, außer diesen Durchgangslöchern oder Öffnungen. Wie die kathodenseitige Platte 22, kann die anodenseitige Platte 23 einfach durch Ausstanzen einer im Allgemeinen rechteckigen, dünnen Platte aus Metall hergestellt werden.
Die Zwischenplatte 24 ist eine im Allgemeinen rechteckige, dünne Platte, die aus Metall gemacht ist, und hat dieselbe Größe wie die kathodenseitige Platte 22 und die anodenseitige Platte 23. Die Zwischenplatte 24 kann aus demselben Material hergestellt sein, wie die kathodenseitige Platte 22 und die anodenseitige Platte 23. Wie in 4A gezeigt ist, hat die Zwischenplatte 24 eine Brenngaszufuhrverteileröffnung 241a, eine Brenngasauslassverteileröffnung 241b, eine Oxidationsgaszufuhrverteileröffnung 242a und eine Oxidationsgasauslassverteileröffnung 242b, die in denselben Positionen wie die entsprechenden Verteileröffnungen der kathodenseitigen Platte 22 und der anodenseitigen Platte 23 ausgebildet sind.
Wie in 4A gezeigt ist, ist die Zwischenplatte 24 mit einer Vielzahl von Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 in der Form von langen Löchern oder Schlitzen ausgebildet. Jede der Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 ist an einem Ende von sich mit der Oxidationsgaszufuhrverteileröffnung 242a verbunden, und erreicht bei dem anderen Ende von sich den Oxidationsgaszufuhrendabschnitt der aktiven Region DA. Die Anzahl der Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 ist dieselbe, wie die der Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 der kathodenseitigen Platte 22, und die Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 sind in einer 1:1 Korrespondenz mit dem Oxidationsgaszufuhrlöchern 225 vorgesehen, in anderen Worten gesagt, sind die Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 1:1 mit den Oxidationsgaszufuhrlöchern 225 ausgerichtet, wenn die drei Platten 22, 23, 24 miteinander verbunden sind. Die Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 erstrecken sich parallel zueinander, und sind Seite an Seite über die gesamte Länge des Oxidationsgaszufuhrendabschnitts der aktiven Region DA in derselben Weise angeordnet, in der die Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 der kathodenseitigen Platte 22 angeordnet sind. Wie die Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 sind die Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 bei Oxidationsgaszufuhrabständen Δki entlang des Oxidationsgaszufuhrendabschnitts angeordnet. Die Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 haben dieselbe Größe und dieselbe Form. Genauer gesagt, hat jede der Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 eine Kanalbreite Ri, die die vorstehend genannte Oxidationsgaszufuhrbreite von jedem der Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 ist, und hat eine Kanallänge von Li, wie in 4A gezeigt ist.
Wie in 4A gezeigt ist, ist die Zwischenplatte 24 auch mit einer Vielzahl von Oxidationsgasauslasskanalöffnungen 246 in der Form von langen Löchern oder Schlitzen ausgebildet. Jede der Oxidationsgasauslasskanalöffnungen 246 ist bei einem Ende von sich mit der Oxidationsgasauslassverteileröffnung 242b verbunden, und erreicht bei dem anderen Ende von sich den Oxidationsgasauslassendabschnitt der aktiven Region DA. Die Anzahl der Oxidationsgasauslasskanalöffnungen 246 ist dieselbe, wie die der Oxidationsgasauslasslöcher 226 der kathodenseitigen Platte 22, und die Oxidationsgasauslasskanalöffnungen sind in einer 1:1 Korrespondenz mit den Oxidationsgasauslasslöchern 226 vorgesehen, in anderen Worten gesagt, sind die Oxidationsgasauslasskanalöffnungen 246 1:1 mit den Oxidationsgasauslasslöchern 226 ausgerichtet, wenn die drei Platten 22, 23, 24 miteinander verbunden sind. Die Oxidationsgasauslasskanalöffnungen 246 erstrecken sich parallel zueinander und sind Seite an Seite über die gesamte Länge des Oxidationsgasauslassendabschnitts der aktiven Region DA in derselben Weise angeordnet, in der die Oxidationsgasauslasslöcher 226 der kathodenseitigen Platte 22 angeordnet sind. Wie die Oxidationsgasauslasslöcher 226, sind die Oxidationsgasauslasskanalöffnungen 246 bei dem Oxidationsgasauslassabständen Δko entlang des Oxidationsgasauslassendabschnitts angeordnet. Die Oxidationsgasauslasskanalöffnungen 246 haben dieselbe Größe und dieselbe Form. Im Speziellen hat jede der Oxidationsgasauslasskanalöffnungen 246 eine Kanalbreite Ro, die die vorstehend genannte Oxidationsgasauslassbreite von jedem der Oxidationsgasauslasslöcher 226 ist, und hat eine Kanallänge Lo, wie in 4A gezeigt ist.
Die Zwischenplatte 24 hat des Weiteren eine Vielzahl von Brenngaszufuhrkanalöffnungen 247 und eine Vielzahl von Brenngasauslasskanalöffnungen 248, die einen gleichen Aufbau wie die vorstehend beschriebenen Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 und Oxidationsgasauslasskanalöffnungen 246 haben. Jede der Brenngaszufuhrkanalöffnungen 247 ist bei einem Ende von sich mit der Brenngaszufuhrverteilöffnung 241a verbunden, und erreicht bei dem anderen Ende von sich den Brenngaszufuhrendabschnitt der aktiven Region DA. Jede der Brenngasauslasskanalöffnung 248 ist bei einem Ende von sich mit der Brenngasauslassverteileröffnung 241b verbunden, und erreicht bei dem anderen Ende von sich den Brenngasauslassendabschnitt der aktiven Region DA. Die Brenngaszufuhrkanalöffnungen 247 sind in einer 1:1 Korrespondenz mit den Brenngaszufuhrlöchern 237 der anodenseitigen Platte 23 vorgesehen, und sind bei den zuvor genannten Brenngaszufuhrabständen Δhi entlang des Brenngaszufuhrendabschnitts angeordnet. Jede der Brenngaszufuhrkanalöffnungen 247 hat eine Kanalbreite ri, die die zuvor genannte Brenngaszufuhrbreite von jedem der Brenngaszufuhrlöcher 237 ist. In gleicher Weise sind die Brenngasauslasskanalöffnungen 248 in einer 1:1 Korrespondenz mit den Brenngasauslasslöchern 238 der anodenseitigen Platte 23 vorgesehen, und sind bei den zuvor genannten Brenngasauslassabständen Δho entlang des Brenngasauslassendabschnitts angeordnet. Jede der Brenngasauslasskanalöffnungen 248 hat eine Kanalbreite ro, die die vorstehend genannte Brenngasauslassbreite von jedem der Brenngasauslasslöcher 238 ist.
Wie in 4A gezeigt ist, hat die Zwischenplatte 24 des Weiteren eine Vielzahl von Kühlmediumkanalöffnungen 243 in der Form von langen Löchern, die sich von dem rechten Endabschnitt zu dem linken Endabschnitt der Zwischenplatte 24 erstrecken. Die Kühlmediumkanalöffnungen 243, die sich parallel zueinander erstrecken, sind in der Vertikalrichtung, aus Sicht in 4A, in einer Region angeordnet, die zwischen der Brenngaszufuhrverteileröffnung 241a und der Brenngasauslassverteileröffnung 241b angeordnet ist.
Alle von den vorstehend beschriebenen Verteileröffnungen und Kanalöffnungen der Zwischenplatte 24 sind Durchgangslöcher oder Öffnungen, die durch die Dicke der Zwischenplatte 24 hindurch gehen. Und zwar sind die Verteileröffnungen und Kanalöffnungen durch die Zwischenplatte 24 hindurch in der Richtung ihrer Dicke ausgebildet. Die Zwischenplatte 24 ist eine flache Platte, die keine anderen bearbeiteten Abschnitte hat als diese Durchgangslöcher oder Öffnungen. Somit kann die Zwischenplatte 24 einfach durch Ausstanzen einer im Allgemeinen rechteckigen, dünnen Platte aus Metall in derselben Weise hergestellt werden, in der die kathodenseitige Platte 22 und die anodenseitige Platte 23 hergestellt werden.
In der dargestellten Ausführungsform entsprechen der Oxidationsgaszufuhrendabschnitt und der Brenngaszufuhrendabschnitt, die vorstehend beschrieben sind, dem ersten Endabschnitt, wie er in „ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG" und den angehängten Ansprüchen erwähnt ist, und der Oxidationsgasauslassendabschnitt und der Brenngasauslassendabschnitt entsprechen dem zweiten Endabschnitt, wie er in „ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG" und den angehängten Ansprüchen erwähnt ist. Des Weiteren entsprechen die Oxidationsgaszufuhrbreite RI und die Brenngaszufuhrbreite ri der ersten Kanalbreite, wie sie in „ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG" und den beigefügten Ansprüchen erwähnt ist, und der Oxidationsgaszufuhrabstand Δki und der Brenngaszufuhrabstand Δhi entsprechen dem ersten Kanalabstand, wie er in „OFFENBARUNG DER ERFINDUNG" und den angehängten Ansprüchen erwähnt ist. Des Weiteren entsprechen die Oxidationsgasauslassbreite Ro und die Brenngasauslassbreite ro der zweiten Kanalbreite, wie sie in „ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG" und in angehängten Ansprüchen erwähnt ist, und der Oxidationsgasauslassabstand Δko und der Brenngasauslassabstand Δho entsprechen dem zweiten Kanalabstand, wie er in „ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG" und den angehängten Ansprüchen erwähnt ist.
Wie in 4B gezeigt ist, hat die MEA mit integrierter Dichtung 21 eine MEA (Membranelektrodenbaugruppe) und einen Dichtungsabschnitt 50, der mit dem Außenumfangsabschnitt der MEA verbunden ist. Wie in 2 gezeigt ist, hat die MEA eine Elektrolytmembran 211, die aus einer Ionenaustauschmembran besteht, eine Elektrode (z. B. Anode) (nicht dargestellt), die aus einer katalytischen Schicht besteht, die an einer von den gegenüberliegenden Flächen der Elektrolytmembran 211 angeordnet ist, eine Elektrode (beispielsweise Kathode) (nicht dargestellt), die aus einer katalytischen Schicht besteht, die an der anderen Fläche der Elektrolytmembran 211 angeordnet ist, und eine Diffusionsschicht 212, die an der Fläche von jeder katalytischen Schicht angeordnet ist, die dem angrenzenden bzw. benachbarten Separator gegenüber liegt. Die Diffusionsschicht 212 hat eine relativ hohe Porosität, wenn diese in dem Inneren von ihr gemessen wird, und sieht einen geringen Druckverlust vor, wenn Reaktionsgas (Oxidationsgas oder Brenngas) durch die Diffusionsschicht 212 hindurch strömt. Die Diffusionsschicht 212 an der Kathodenseite ist aus einem porösem Körper ausgebildet, der aus Metall gemacht ist (beispielsweise Titan), und die Diffusionsschicht 212 an der Anodenseite ist aus einem porösem Kohlenstoffkörper gemacht. Die Diffusionsschichten 212 werden genauer beschrieben.
Der Dichtungsabschnitt 50 ist aus einem Harzmaterial ausgebildet, wie Silikonkautschuk, Butylkautschuk oder Fluorkautschuk. Um den Dichtungsabschnitt 50 auszubilden, ist ein Pressstempel bzw. -form derart eingestellt, dass der Außenumfangsabschnitt des MEA-Abschnitts in den Hohlraum der Pressform freiliegt, und das Harzmaterial wird in den Hohlraum für ein Einspritzformen eingespritzt. Auf diese Weise werden die Membranelektrodenbaugruppe 21 und der Dichtungsabschnitt 50 miteinander verbunden, wobei kein Spalt zwischen diesen verbleibt, und es wird verhindert, dass das Oxidationsgas und das Brenngas durch die Verbindungsstellen der MEA 21 und des Dichtungsabschnitts 50 hindurch entweicht. Wie die kathodenseitige Platte 22 und die anodenseitige Platte 23, hat der Dichtungsabschnitt 50 eine Brenngasverteileröffnung 501a, eine Brenngasauslassverteileröffnung 501b, eine Oxidationsgaszufuhrverteileröffnung 502a, eine Oxidationsgasauslassverteileröffnung 502b, eine Kühlmediumzufuhrverteileröffnung 503a und eine Kühlmediumauslassverteileröffnung 503b. Wie in 2 gezeigt ist, sieht der Dichtungsabschnitt 50 Dichtungen, wie durch Dichtungslinien SL (in 4B) gezeigt ist, zwischen einem Separator 25, der benachbart zu einer der gegenüberliegenden Flächen der MEA 21 ist, und einem anderen Separator 25, der zu der anderen Fläche der MEA 21 benachbart ist, in den Baugruppen der MEAs 21 und der Separatoren 25 vor, die den Brennstoffzellenstapel 10 bilden. Wie in 4B gezeigt ist, sieht der Dichtungsabschnitt 50 eine Dichtung vor, die den Außenumfang der MEA eingrenzt bzw. umgibt, (d. h. den Außenumfang der aktiven Region DA der Brennstoffzelle), und sieht auch Dichtungen vor, die die Außenumfänge der jeweiligen Verteiler eingrenzt bzw. umgibt. Der Einfachheit halber zeigt 4B nur Dichtungslinien SL, die angrenzende bzw. anstoßende Abschnitte verbinden, bei denen der Dichtungsabschnitt 50 und die benachbarten Separatoren 25 sich berühren.
Mit Bezug auf 5A bis 7, wird die Anordnung von verschiedenen Kanälen, die in dem Separator 25 ausgebildet sind, detaillierter erklärt. 5A bis 5C sind eine Draufsicht und Querschnittansichten, die die Baugruppe aus dem Separator der ersten Ausführungsform und den MEAs mit integrierter Dichtung zeigen, die auf dem Separator angeordnet bzw. auf diesen gelegt sind. 6 ist eine Querschnittansicht, die einen Schnitt B-B in 5A zeigt. 7 ist eine Querschnittansicht, die einen Schnitt D-D in 5A zeigt. 2, wie vorstehend genannt, zeigt einen Schnitt A-A in 5A.
Der Separator 25 ist mit verschiedenen Verteilern ausgebildet, die durch die Dicke des Separators 25 hindurchgehen oder sich in bzw. durch diese erstrecken, wie durch schraffierte Bereiche in 5A gekennzeichnet ist.
Genauer gesagt ist ein Brenngaszufuhrverteiler durch die Brenngaszufuhrverteileröffnung 221a, die Brenngaszufuhrverteileröffnung 231a und die Brenngaszufuhrverteileröffnung 241a ausgebildet, die durch die kathodenseitige Platte 22, anodenseitige Platte 23 bzw. Zwischenplatte 24 hindurch ausgebildet sind. In gleicher Weise sind ein Brenngasauslassverteiler, ein Oxidationsgaszufuhrverteiler, ein Oxidationsgasauslassverteiler, ein Kühlmediumzufuhrverteiler und ein Kühlmediumauslassverteiler jeweils in dem Separator 25 ausgebildet.
Wie in 5A gezeigt ist, ist der Oxidationsgaszufuhrverteiler über die gesamte Länge des Oxidationsgaszufuhrendabschnitts in dem Außenumfangsabschnitt ausgebildet, der die aktive Region DA umgibt, derart, dass der Oxidationsgaszufuhrverteiler gegenüber zu dem Oxidationsgaszufuhrendabschnitt der aktiven Region DA ist. Der Oxidationsgasauslassverteiler ist über die gesamte Länge des Oxidationsgasauslassendabschnitts in dem Außenumfangsabschnitt ausgebildet, der die aktive Region DA umgibt, derart, dass der Oxidationsgasauslassverteiler gegenüber zu dem Oxidationsgasauslassendabschnitt der aktiven Region DA ist. Des Weiteren ist der Brenngaszufuhrverteiler in dem Außenumfangsabschnitt ausgebildet, der die aktive Region DA umgibt, über einen Bereich des Brenngaszufuhrendabschnitts, in dem die Brenngaszufuhrlöcher 237 angeordnet sind, derart, dass der Brenngaszufuhrverteiler gegenüber zu dem Brenngaszufuhrendabschnitt der aktiven Region DA ist. In gleicher Weise ist der Brenngasauslassverteiler in dem Außenumfangsabschnitt ausgebildet, der die aktive Region DA umgibt, über einen Bereich des Brenngasauslassendabschnitts, in dem die Brenngasauslasslöcher 238 gelegen sind. Der Kühlmediumzufuhrverteiler ist in dem Außenumfangsabschnitt ausgebildet, der die aktive Region DA umgibt, über einen Bereich, der einen von den gegenüber liegenden Endabschnitten der Kühlmediumkanalöffnungen 243 abdeckt. Der Kühlmediumauslassverteiler ist in dem Außenumfangsabschnitt ausgebildet, der die aktive Region DA umgibt, über einen Bereich, der den anderen Endabschnitt der Kühlmediumkanalöffnungen 243 abdeckt.
Eine weitere Erklärung wird mit Bezug auf die Querschnitte der Baugruppe aus dem Separator 25 und der MEAs MEA mit integrierter Dichtung 21 vorgesehen. Wie in 5A, 5B und 6 gezeigt ist, wirken die Oxidationszufuhrkanalöffnungen 245, die in der Zwischenplatte 24 ausgebildet sind, mit der Fläche 23a der anodenseitigen Platte 23, die zu der Zwischenplatte 24 benachbart ist, und der Fläche 22a der kathodenseitigen Platte 22 zusammen, die zu der Zwischenplatte 24 benachbart ist, um eine Vielzahl von Oxidationsgaszufuhrkanälen 63 auszubilden. Die Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 sind bei einem Ende von sich mit dem Oxidationsgaszufuhrverteiler verbunden, und sind bei dem anderen Ende von sich mit den jeweiligen Oxidationsgaszufuhrlöchern 225 verbunden, die in der kathodenseitigen Platte 22 ausgebildet sind.
Wie vorstehend beschrieben ist, haben die Oxidationszufuhrkanalöffnungen 245, die in der Zwischenplatte 24 ausgebildet sind, dieselbe Form und dieselbe Größe. Des Weiteren haben die Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 dieselbe Form und dieselbe Größe, wie vorstehend beschrieben ist. Im Betrieb wird das Oxidationsgas deshalb zu einem gleichen Ausmaß einem Druckverlust in jedem von einer Vielzahl von Wegen (die „Oxidationsgaszufuhrwege" genannt werden) unterzogen, die sich über die Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 und die Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 von dem Oxidationsgaszufuhrverteiler zu der Diffusionsschicht 212 der benachbarten MEA 21 erstrecken.
Wie in 5A und 6 gezeigt ist, wirken die Oxidationsauslasskanalöffnungen 246, die in der Zwischenplatte 24 ausgebildet sind, mit der Fläche 23a der anodenseitigen Platte 23, die zu der Zwischenplatte 24 benachbart ist, und der Fläche 22a der kathodenseitigen Platte 22 zusammen, die zu der Zwischenplatte 24 benachbart ist, um eine Vielzahl von Oxidationsgasauslasskanälen 64 auszubilden. Die Oxidationsgasauslasskanäle 64 sind bei einem Ende von sich mit dem Oxidationsgasauslassverteiler verbunden, und sind bei dem anderen Ende von sich mit den jeweiligen Oxidationsgasauslasslöchern 226 verbunden, die in der kathodenseitigen Platte 22 ausgebildet sind.
Schnitte entlang den Punkt-Strichlinien C-C und C'-C' in 5A sind hier nicht dargestellt, aber sie haben die gleichen Strukturen wie in Schnitt B-B von 6 gezeigt ist. Genauer gesagt, sind Brenngaszufuhrkanäle 61, die den Brenngaszufuhrverteiler und die Brenngaszufuhrlöcher 237 verbinden, in einem Abschnitt des Separators 25 ausgebildet, der zu der Sektion C-C von 5A korrespondiert, in derselben Weise, in welcher die Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 ausgebildet sind. Des Weiteren sind Brenngasauslasskanäle 62, die den Brenngasauslassverteiler und die Brenngasauslasslöcher 238 verbinden, in einem Abschnitt des Separators 25 ausgebildet, der dem Schnitt C'-C' von 5A entspricht, in derselben Weise, in welcher die Oxidationsgasauslasskanäle 64 ausgebildet sind. Wie vorstehend mit Bezug auf die Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 und die Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 beschrieben ist, wird Brenngas zu einem gleichen Betrag einem Druckverlust in jedem der Brenngaszufuhrwege unterzogen, die die Brenngaszufuhrkanalöffnungen 247 und die Brenngaszufuhrlöcher 237 haben.
Wie in 5A, 5C und 7 gezeigt ist, sind eine Vielzahl von Kühlmediumkanälen 65 durch die Kühlmediumkanalöffnungen 243 ausgebildet. Die Kühlmediumkanäle 65 sind bei einem Ende von sich mit dem Kühlmediumzufuhrverteiler verbunden, und sind bei dem anderen Ende von sich mit dem Kühlmediumauslassverteiler verbunden.
Die Anstoßabschnitte der Dichtungsabschnitte 50 mit den Separatoren 25, wie durch Dichtungslinien SL in 4B gekennzeichnet ist, haben einen Anstoßabschnitt (nachstehend als „aktive Region umgebender Dichtungsabschnitt" bezeichnet), der den Außenumfang der aktiven Region DA der Brennstoffzelle umgibt. Wie in 5A gezeigt ist, sind der Brenngaszufuhrverteiler, der Brenngasauslassverteiler, der Oxidationsgaszufuhrverteiler und der Oxidationsgasauslassverteiler außerhalb des die aktive Region umgebenden Dichtungsabschnitts gelegen. Andererseits sind die Oxidationsgaszufuhrlöcher 225, die Oxidationsgasauslasslöcher 226, die Brenngaszufuhrlöcher 237 und die Brenngasauslasslöcher 238 in den Endabschnitten der aktiven Region DA gelegen, und zwar innerhalb des vorstehend genannten die aktive Region umgebenden Dichtungsabschnitts. Mit dieser Anordnung sind die Brenngaszufuhrkanäle 61, die Brenngasauslasskanäle 62, die Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 und die Oxidationsgasauslasskanäle 64 ausgebildet, um sich durch das Innere des Separators 25 zu erstrecken, während sie den die aktive Region umgebenden Dichtungsabschnitt umgehen. Des Weiteren sind die Kühlmediumkanäle 65 mit dem Kühlmediumzufuhrverteiler und dem Kühlmediumauslassverteiler verbunden, die außerhalb des die aktive Region umgebenden Dichtungsabschnitts angeordnet sind, und sich somit durch das Innere des Separators 25 erstrecken, während sie den die aktive Region umgebenden Dichtungsabschnitt umgehen.
5B zeigt einen Querschnitt (Schnitt sl1-sl1 in 5A) des die aktive Region umgebenden Dichtungsabschnitts, bei dem sich der Separator 25 und die MEA mit integrierter Dichtung 21 berühren. In dem Querschnitt des die aktive Region umgebenden Dichtungsabschnitts, wie in 5B gezeigt ist, sind hohle Abschnitte (Räume), bei denen die Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 ausgebildet sind, und massive Abschnitte S abwechselnd in der seitlichen Richtung aus Sicht in 5A angeordnet. Somit sind die massiven Abschnitte S über einen gewissen Anteil der gesamten Länge der Dichtungslinie sl1–sl1 ausgebildet, wie in 5A gezeigt ist (und zwar sind eine Vielzahl von Oxidationsgaszufuhrkanälen 63 bei gewissen Abständen vorgesehen), um eine ausreichend hohe Steifigkeit des Separators 25 sicherzustellen. Mit diesem Aufbau ist es weniger wahrscheinlich, dass die kathodenseitige Platte 22 und die anodenseitige Platte 23 verformt werden, was zu einer verbesserten Dichtung gegenüber den Reaktionsgasen und einer verbesserten Stabilität führt, mit der Oxidationsgas durch die Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 zugeführt wird. Es ist zu verstehen, dass ein Querschnitt entlang der Dichtungslinie sl3-s13 in 5A eine Struktur hat, die gleich zu der des zuvor beschriebenen Schnitts sl1-sl1 ist.
5C zeigt einen Querschnitt (Schnitt sl2-sl2 in 5A) des die aktive Region umgebenden Dichtungsabschnitts, bei dem sich der Separator 25 und die MEA mit integrierter Dichtung 21 berühren. In diesem Schnitt sind auch hohle Abschnitte (Räume), bei denen die Kühlmediumkanäle 65 und die Brenngasauslasskanäle 62 ausgebildet sind, und massive Abschnitte S abwechselnd in der Vertikalrichtung, aus Sicht in 5A, angeordnet. Mit dieser Anordnung sehen die massiven Abschnitte S Abstützungen für die kathodenseitige Platte 22 und die anodenseitige Platte 23 vor, und eine ansonsten mögliche Verformung der kathodenseitigen Platte 22 und der anodenseitigen Platte 23 unter einem Dichtungsdruck unterdrückt. Es ist zu verstehen, dass ein Querschnitt entlang der Dichtungslinie sl4-sl4 in 5A eine Struktur hat, die gleich zu der des zuvor beschriebenen Schnitts sl2-sl2 ist.
Betrieb der Brennstoffzelle
Mit Bezug auf 4A bis 7, wird der Betrieb des Brennstoffzellenstapels beschrieben, der die Separatoren der ersten Ausführungsform verwendet.
Oxidationsgas, das zu dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt wird, geht durch eine Vielzahl von Wegen hindurch (die vorstehend genannten Oxidationsgaszufuhrwege), die den Oxidationsgaszufuhrverteiler, die Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 und die Oxidationsgaszufuhrlöcher 265 aufweisen, und wird zu den Diffusionsschichten 212 an den Kathodenseiten der MEAs 21 zugeführt, wie durch Pfeile in 6 gekennzeichnet ist. Pfeile Fi in 5A stellen Ströme des Oxidationsgases dar, das von den jeweiligen Oxidationsgaszufuhrlöchern 225 zugeführt wird (d. h. von den jeweiligen Oxidationsgaszufuhrwegen). Das Oxidationsgas, das zu den Diffusionsschichten 212 zugeführt wird, wird elektrochemischen Reaktionen an den Kathoden unterzogen. Das Oxidationsgas wird dann zu der Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 durch die Oxidationsgasauslasslöcher 226, Oxidationsgasauslasskanäle 64 und die Oxidationsgasauslassverteiler abgegeben bzw. ausgelassen, wie durch Pfeile in 6 gekennzeichnet ist. In 5A stellen Pfeile Fo Ströme des Oxidationsgases dar, das von der Diffusionsschicht 212 zu den jeweiligen Oxidationsgasauslasslöchern 226 ausgelassen wird.
Wie vorstehend beschrieben ist, hat die Diffusionsschicht 212 von jeder MEA 21 eine hohe Porosität, und Oxidationsgas, das durch die Diffusionsschicht 212 strömt, erfährt einen ausreichend geringen Druckverlust. Demzufolge hängen die Mengen des Oxidationsgases, das durch die jeweiligen Oxidationsgaszufuhrwege verteilt und zu der Kathode zugeführt wird, von den Druckverlusten des Oxidationsgases in den jeweiligen Oxidationsgaszufuhrwegen ab. Der Druckverlust in jedem der Oxidationsgaszufuhrwege ist im Wesentlichen durch die Formen und Abmessungen der Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 und Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 bestimmt. Somit werden die Menge des Oxidationsgases, das durch die jeweiligen Oxidationsgaszufuhrwege verteilt und zu der Kathode zugeführt wird, durch die Formen und Abmessungen der Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 und Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 gesteuert. Von diesem Standpunkt aus ist es notwendig, die massiven Abschnitte S anzuordnen, wie vorstehend beschrieben ist (d. h. die Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 bei geeigneten Abständen anordnen), um eine ausreichende Steifigkeit der Separatorstruktur in der Nähe der Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 sicherzustellen. Ansonsten würden die Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 verformt werden. Wenn dies geschieht, kann der Druckverlust des Oxidationsgases zwischen den Oxidationsgaszufuhrwegen variieren (in anderen Worten gesagt, kann das Oxidationsgas verschiedene Druckverluste in den Oxidationsgaszufuhrwegen erfahren), und die Mengen von Oxidationsgas, das durch die Zufuhrwege strömt, können nicht wie gewünscht gesteuert werden.
In der dargestellten Ausführungsform haben die Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 und die Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 dieselben Formen und Abmessungen, um einen gleichen Druckverlust in jedem der Oxidationsgaszufuhrwege vorzusehen, wie vorstehend mit Bezug auf 3 beschrieben ist, und deshalb wird eine gleiche Menge von Oxidationsgas zu der Kathode durch jeden der Oxidationsgaszufuhrwege zugeführt.
Wie das Oxidationsgas, geht das Brenngas, das zu dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt wird, durch eine Vielzahl von Wegen hindurch (die vorstehend genannten Brenngaszufuhrwege), die den Brenngaszufuhrverteiler, die Brenngaszufuhrkanäle 61 und die Brenngaszufuhrlöcher 237 aufweisen, und wird zu den Diffusionsschichten 212 an den Anodenseiten der MEAs 21 zugeführt. Das Brenngas, das zu jeder Diffusionsschicht 212 zugeführt wird, diffundiert über den gesamten Bereich der aktiven Region DA der Brennstoffzelle (nicht dargestellt), und wird an der Anode einer elektrochemischen Reaktion unterzogen. Das Brenngas wird dann zu der Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 durch die Brenngasauslasslöcher 238, die Brenngasauslasskanäle 62 und den Brenngasauslassverteiler hindurch in derselben Weise ausgelassen, in der das Oxidationsgas zu der Außenseite ausgelassen wird.
Auch in den Brenngaszufuhrwegen haben die Brenngaszufuhrkanalöffnungen 247 und die Brenngaszufuhrlöcher 237 dieselben Formen und Abmessungen, und deshalb wird eine gleiche Menge von Brenngas zu der Anode durch jeden der Brenngaszufuhrwege hindurch zugeführt.
Das Kühlmedium, das zu dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt wird, geht durch den Kühlmediumzufuhrverteiler, die Kühlmediumzufuhrkanäle 65 und den Kühlmediumauslassverteiler hindurch, wie durch Pfeile in 7 gezeigt ist, und wird somit zu der Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 ausgelassen. Das Kühlmedium absorbiert thermische Energie der Brennstoffzellen 10, um die Brennstoffzellen hauptsächlich zu kühlen, wenn das Medium innerhalb der Kühlmediumkanäle 65 strömt.
In dem Separator 25 der dargestellten Ausführungsform ist der Oxidationsgaszufuhrabstand Δki kleiner oder schmäler eingestellt als der Oxidationsgasauslassabstand Δko, so dass das Oxidationsgas mit verbesserter Gleichmäßigkeit über die aktive Region DA verteilt wird. Während es weniger wahrscheinlich ist, dass das Oxidationsgas in Regionen zwischen den Strömen FI des Oxidationsgases strömt, das von den Oxidationsgaszufuhrkanälen 63 zugeführt wird, wie in 5A gezeigt ist, ist der Abstand zwischen benachbarten Oxidationsgaszufuhrkanälen 63 verringert, um die Regionen zu verringern, in denen das Oxidationsgas weniger wahrscheinlich strömt. Obwohl die Verringerung des Oxidationsgaszufuhrabstands Δki zu einer verbesserten Gleichmäßigkeit führt, mit der das Oxidationsgas über die aktive Region DA verteilt wird, kann der verringerte Abstand Δki zu einer Verringerung der gesamten Länge der zuvor beschriebenen massiven Abschnitte S (siehe 5B) führen, und demzufolge zu einer verringerten Steifigkeit des Separators 25 führen. In Anbetracht dieser Möglichkeit, ist die Oxidationsgaszufuhrbreite Ri auch eingestellt, und kleiner als die Oxidationsgasauslassbreite Ro zu sein, so dass die Gesamtlänge der massiven Abschnitte S einen gewünschten Anteil der gesamten Länge der Dichtungslinie einnehmen kann, wodurch eine Verringerung der Steifigkeit des Separators 25 unterdrückt wird.
Während einer Energieerzeugung der Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel 10, wird Wasser bei den Kathoden als eine Folge von elektrochemischen Reaktionen erzeugt. Das Wasser, das auf diese Weise erzeugt wird, wird in das Oxidationsgas gemischt. Es ist erwünscht, dass das Wasser, das in dem Oxidationsgas vermischt ist, zusammen mit dem Oxidationsgas schnell zu der Außenseite der Brennstoffzelle abgeleitet wird. Falls die Oxidationsgasauslassbreite Ro jedoch gering ist, können die Oxidationsgasauslasslöcher 226 oder die Oxidationsgasauslasskanäle 64 mit Wasser (als ein Reaktionsprodukt), das sich in den Löchern oder Kanälen ansammelt, verstopft oder blockiert werden. In der dargestellten Ausführungsform ist die Oxidationsgasauslassbreite Ro eingestellt, um größer als die Oxidationsgaszufuhrbreite Ri zu sein, so dass Wasser als ein Reaktionsprodukt mit verbesserter Effizienz abgeleitet wird. Obwohl die Effizienz des Ableitens des produzierten Wassers mit der Erhöhung der Oxidationsgasauslassbreite Ro verbessert wird, kann die erhöhte Breite Ro zu einer Verringerung der Gesamtlänge der vorstehend beschriebenen massiven Abschnitte S (siehe 5B) führen, und demzufolge zu einer verringerten Steifigkeit des Separators 25 führen. In Anbetracht dieser Möglichkeit ist der Oxidationsgasauslassabstand Δko eingestellt, um größer als der Oxidationsgaszufuhrabstand Δki zu sein, so dass die Gesamtlänge der massiven Abschnitte S einen gewissen Anteil der gesamten Länge der Dichtungslinie einnimmt, wodurch eine Verringerung der Steifigkeit des Separators 25 unterdrückt wird.
Um eine ausreichend hohe Steifigkeit des Separators 25 sicherzustellen, müssen die Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 und die Oxidationsgasauslasskanäle 64 mit geeigneten Kanalbreiten und Kanalabständen ausgebildet sein, so dass die Gesamtlänge der massiven Abschnitte S (siehe 5B) wie vorstehend beschrieben ist, einen gewissen Anteil an der Gesamtlänge der Dichtungslinie einnimmt. In der dargestellten Ausführungsform sind die Kanalbreiten und die Kanalabstände der Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 und Oxidationsgasauslasskanäle 64 relativ zwischen der Zufuhrseite und der Auslassseite variiert bzw. geändert, um die Gleichmäßigkeit der Zufuhr des Oxidationsgases und die Effizienz des Ableitens des produzierten Wassers zu verbessern, während eine ausreichende Steifigkeit des Separators 25 sicher gestellt wird.
Wie das Oxidationsgas, wie vorstehend beschrieben ist, wird das Brenngas in gewünschter Weise über die aktive Region DA mit ausreichend hoher Gleichmäßigkeit verteilt. Des Weiteren geht Wasser, das als eine Folge von elektrochemischen Reaktionen an der Kathodenseite produziert wird, durch die Elektrolytmembran 211 hindurch und tritt zu der Anodenseite ein. Es ist deshalb erwünscht, dass das Wasser als ein Reaktionsprodukt zusammen mit dem Brenngas schnell zu der Außenseite der Brennstoffzelle abgeleitet wird. In dem Separator 25 der dargestellten Ausführungsform sind die Brenngasauslassbreite ro und der Brenngasauslassabstand Δho eingestellt, um größer als die Brenngaszufuhrbreite ri bzw. der Brenngaszufuhrabstand Δhi zu sein, wie es der Fall mit denjenigen der Oxidationsgaszufuhrseite/Oxidationsgasauslassseite ist. Mit diesem Aufbau ist es möglich, das Brenngas zu der aktiven Region DA mit verbesserter Gleichmäßigkeit zuzuführen und das produzierte Wasser mit verbesserter Effizienz abzuleiten, während eine ausreichende Steifigkeit des Separators 25 sichergestellt wird. Demzufolge kann ein so genanntes Fluten während einer Energieerzeugung der Brennstoffzellen unterdrückt werden.
In der dargestellten Ausführungsform haben die Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 und die Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 dieselben Formen und Größen oder Abmessungen, so dass ein gleicher Druckverlust des Oxidationsgases in jedem der Oxidationsgaszufuhrwege auftritt und im Wesentlichen dieselbe Menge des Oxidationsgases von jedem der Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 zugeführt wird. Mit diesem Aufbau kann das Oxidationsgas, das von den Oxidationsgaszufuhrlöchern 225 zugeführt wird, gleichmäßig über den gesamten Bereich der aktiven Region DA verteilt werden.
Des Weiteren sind in der dargestellten Ausführungsform die Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 parallel zueinander über die gesamte Länge des Oxidationsgaszufuhrendabschnitts der aktiven Region DA angeordnet (der sich von dem linken Ende zu dem rechten Ende der oberen Seite der aktiven Region DA in dem Beispiel von 5A erstreckt). Mit dieser Anordnung kann das Oxidationsgas zu der aktiven Region DA mit verbesserter Gleichmäßigkeit zugeführt werden.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Brenngaszufuhrkanalöffnungen 247 nicht über die gesamte Länge des Brenngaszufuhrendabschnitts der aktiven Region DA ausgebildet. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass die Diffusionsgeschwindigkeit von Wasserstoff als das Brenngas höher ist als die von in Luft enthaltendem Sauerstoff als das Brenngas. Genauer gesagt, hängt die Diffusionsgeschwindigkeit hauptsächlich von dem Diffusionskoeffizienten und dem Konzentrationsgradienten ab, und der Diffusionskoeffizient von Wasserstoff ist ungefähr vier Mal größer als der von Sauerstoff. Des Weiteren wird reiner Wasserstoff als das Brenngas verwendet (und zwar ist die Konzentration von Wasserstoff in dem Brenngas ca. 100%), wohingegen Luft (in der die Konzentration von Sauerstoff ungefähr 20% ist) als das Oxidationsgas verwendet wird. Daraus folgt, dass die Diffusionsgeschwindigkeit von Sauerstoff in dem Oxidationsgas beträchtlich niedriger als die von Wasserstoff in dem Brenngas ist. Es ist deshalb möglich, eine ausreichende Menge von Wasserstoff, die für Zellenreaktionen erfordert ist, zuzuführen, wenn die Brenngaszufuhrlöcher 237 in einem Teil des Brenngaszufuhrendabschnitts der aktiven Region DA ausgebildet sind. In anderen Worten gesagt, da Sauerstoffmoleküle eine relativ niedrige Diffusionsgeschwindigkeit haben, wird die Rate der elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzelle im Allgemeinen durch eine Reaktion (2H⁺ + 2e^–(1/2)O₂ → H₂O) gesteuert, die bei der Dreiphasengrenzfläche der Kathode auftritt. Demzufolge wird die Zellenleistung durch Anordnen der Gaszufuhrkanäle mit besonderer Betonung der Effizienz oder Gleichförmigkeit der Zufuhr des Oxidationsgases verbessert.
B. ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug auf 8A, 8B, 9A und 9B wird ein Separator 25 beschrieben, der gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist. 8A und 8B sind Draufsichten einer kathodenseitigen Platte bzw. einer anodenseitigen Platte des Separators der zweiten Ausführungsform. 9A und 9B sind Draufsichten einer Zwischenplatte des Separators der zweiten Ausführungsform bzw. einer MEA mit integrierter Dichtung. In dem Folgendem wird der Aufbau des Separators 25 der zweiten Ausführungsform detailliert mit Bezug auf einige Merkmale beschrieben, die von denjenigen des Separators 25 der ersten Ausführungsform verschieden sind, und eine Erklärung von anderen Merkmalen, die der Separator 25 der ersten und zweiten Ausführungsform auch hat, wird hier nicht vorgesehen.
Wie der Separator 25 der ersten Ausführungsform ist der Separator 25 der zweiten Ausführungsform durch ein Verbinden von drei Platten ausgebildet (eine kathodenseitige Platte 22, eine anodenseitige Platte 23 und eine Zwischenplatte 24).
Wie die kathodenseitige Platte 22 der ersten Ausführungsform ist die kathodenseitige Platte 22 der zweiten Ausführungsform mit einer Oxidationsgaszufuhrverteileröffnung 222a und einer Oxidationsgasauslassverteileröffnung 222b ausgebildet. In der zweiten Ausführungsform ist jedoch ein Abschnitt der kathodenseitigen Platte 22, in dem die Oxidationsgaszufuhrverteileröffnung 222a ausgebildet ist, mit zwei Rippen RB verstärkt bzw. ausgesteift, wie in 8A gezeigt ist. Durch die Rippen RB, die auf diese Weise vorgesehen sind, ist die Oxidationsgaszufuhrverteileröffnung 222a der zweiten Ausführungsform in drei Oxidationsgaszufuhrverteileröffnungen 212a1 bis 222a3 unterteilt. Des Weiteren ist ein Abschnitt der kathodenseitigen Platte 22, in dem die Oxidationsgasauslassverteileröffnung 222b ausgebildet ist, mit einer Rippe RB verstärkt, und die Oxidationsgasauslassverteileröffnung 222b ist auf diese Weise in zwei Oxidationsgasauslassverteileröffnungen 222b1, 222b2 unterteilt. Die zwei Rippen RB, die die Oxidationsgaszufuhrverteileröffnung 222a unterteilen, und die eine Rippe RB, die die Oxidationsgasauslassverteileröffnung 222b unterteilt, sind angeordnet, um einander nicht quer über die aktive Region DA gegenüber zu liegen. Und zwar sind die zwei Rippen RB an der Zufuhrseite und die eine Rippe RB an der Auslassleite quer über die aktive Region DA angeordnet, um nicht miteinander in einer Richtung ausgerichtet zu sein (d. h. einer Vertikalrichtung in 8A), in der sich die Oxidationsgasverteileröffnungen 222a1 bis 222a3 und die Oxidationsgasauslassverteileröffnungen 222b1, 222b2 einander gegenüber liegen.
Wie in der ersten Ausführungsform hat die kathodenseitige Platte 22 der zweiten Ausführungsform eine Vielzahl von Oxidationsgaszufuhrlöchern 225, die über die gesamte Länge des Oxidationsgaszufuhrendabschnitts der aktiven Region DA angeordnet sind, und eine Vielzahl von Oxidationsgasauslasslöchern 226, die über die gesamte Länge des Oxidationsgasauslassendabschnitts der aktiven Region DA angeordnet sind. In der zweiten Ausführungsform sind jedoch die Oxidationsgaszufuhrbreite R und der Oxidationsgaszufuhrabstand Δk eingestellt, um gleich zu der Oxidationsgasauslassbreite R und dem Oxidationsgasauslassabstand Δk zu sein. Des Weiteren sind in der zweiten Ausführungsform die Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 und die Oxidationsgasauslasslöcher 226 abwechselnd in der seitlichen Richtung in 8a in den längsverlaufenden, gegenüber liegenden Endabschnitten (8A) der aktiven Region DA angeordnet. Und zwar sind die jeweiligen Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 und die jeweiligen Oxidationsgasauslasslöcher 226 nicht miteinander in der Vertikalrichtung in 8A ausgerichtet, sondern sind in die seitliche Richtung voneinander um einen Abstand verschoben, der einer Hälfte des vorstehend genannten Abstands Δk entspricht, wie in 8A durch gestrichelte Linien LNi und Zweipunkt-Strichlinien LNo gekennzeichnet ist. Die gestrichelten Linien LNi gehen durch die Mitten der Oxidationsgaszufuhrlöcher 225 hindurch und erstrecken sich zu dem Oxidationsgasauslassendabschnitt, und die Zweipunkt-Strichlinien LNo gehen durch die Mitten der Oxidationsgasauslasslöcher 226 hindurch und erstrecken sich zu dem Oxidationsgaszufuhrendabschnitt hin. In anderen Worten gesagt, liegen die Oxidationsgasauslasslöcher 226 massiven Abschnitten des Oxidationsgaszufuhrendabschnitts gegenüber, wobei die massiven Abschnitte zwischen den Oxidationsgaszufuhrlöchern 225 angeordnet sind.
Die anderen strukturellen Merkmale der kathodenseitigen Platte 22 der zweiten Ausführungsform sind identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform, und somit werden dieselben Bezugszeichen, die in 3A verwendet werden, die die erste Ausführungsform darstellt, in 8A für ein Identifizieren der entsprechenden Elemente verwendet, die nicht erklärt werden.
Wie die anodenseitige Platte 23 der ersten Ausführungsform, ist die anodenseitige Platte 23 der zweiten Ausführungsform mit einer Oxidationsgaszufuhrverteileröffnung 232a und einer Oxidationsgasauslassverteileröffnung 232b ausgebildet. In der zweiten Ausführungsform ist jedoch die Oxidationsgaszufuhrverteileröffnung 232a durch zwei Rippen RB in drei Oxidationsgaszufuhrverteileröffnungen 232a1-232a3 unterteilt, und die Oxidationsgasauslassverteileröffnung 232b ist durch eine Rippe RB in zwei Oxidationsgasauslassverteileröffnungen 232b1, 232b2 unterteilt, wie in 8B gezeigt ist, wie in dem Fall mit der kathodenseitigen Platte 22 der zweiten Ausführungsform, der vorstehend beschrieben ist.
Die anderen strukturellen Merkmale der anodenseitigen Platte 23 der zweiten Ausführungsform sind identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform, und somit werden dieselben Bezugszeichen, die in 3B verwendet werden, die die erste Ausführungsform darstellt, in 8B für ein Identifizieren der entsprechenden Elemente verwendet, die nicht erklärt werden.
Wie die Zwischenplatte 24 der ersten Ausführungsform ist die Zwischenplatte 24 der zweiten Ausführungsform mit einer Oxidationsgaszufuhrverteileröffnung 242a und einer Oxidationsgasauslassverteileröffnung 242b ausgebildet. In der Zwischenplatte 24 der zweiten Ausführungsform ist jedoch die Oxidationsgaszufuhrverteileröffnung 242a durch zwei Rippen RB in drei Oxidationsgaszufuhrverteileröffnungen 242a1–242a3 unterteilt, und die Oxidationsgasauslassverteileröffnung 232b ist durch eine Rippe RB in zwei Oxidationsgasauslassverteileröffnungen 242b1, 242b2 unterteilt, wie in 9A gezeigt ist, wie in dem Fall mit der kathodenseitigen Platte 22, der vorstehend beschrieben ist.
Wie in der ersten Ausführungsform hat die Zwischenplatte 24 der zweiten Ausführungsform eine Vielzahl von Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245, die über die gesamte Länge des Oxidationsgaszufuhrendabschnitts der aktiven Region DA angeordnet sind, und eine Vielzahl von Oxidationsauslasskanalöffnungen 246, die über die gesamte Länge des Oxidationsgasauslassendabschnitts der aktiven Region DA angeordnet sind. Die Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 und die Oxidationsgasauslasskanalöffnungen 246 sind jeweils ausgerichtet und verbunden mit den Oxidationsgaszufuhrlöchern 225 und Oxidationsgasauslasslöchern 226 der vorstehend beschriebenen kathodenseitigen Platte 22. Und zwar sind die Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 und die Oxidationsgasauslasskanalöffnungen 246 jeweils bei den Abständen Δk angeordnet, und alle diese Kanalöffnungen 245, 246 haben eine Breite R. Die Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 und die Oxidationsgasauslasskanalöffnungen 246 sind abwechselnd in der seitlichen Richtung in 9A quer über die aktive Region DA angeordnet, um nicht miteinander in der Vertikalrichtung in 9A ausgerichtet zu sein, wie in 9A durch gestrichelte Linien LNi gekennzeichnet ist, die durch die Mitten der Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen 245 hindurchgehen, und durch Zweipunktstrichlinien LNo, die durch die Mitten der Oxidationsgasauslasskanalöffnungen 246 hindurch gehen.
Die anderen strukturellen Merkmale der Zwischenplatte 24 der zweiten Ausführungsform sind identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform, und somit werden dieselben Bezugszeichen, wie sie in 4A verwendet werden, die die erste Ausführungsform darstellt, in 9A für ein Identifizieren der entsprechenden Elemente verwendet, die nicht erklärt werden.
Die MEA mit integrierter Dichtung 21 der zweiten Ausführungsform ist identisch mit der der ersten Ausführungsform, und somit werden dieselben Bezugszeichen, die in 4B verwendet werden, die die erste Ausführungsform darstellt, in 9B für ein Identifizieren der entsprechenden Elemente verwendet, die nicht erklärt werden.
In der dargestellten Ausführungsform entsprechen die Rippen RB (die in jeder der drei Platten ausgebildet sind), die die Oxidationsgaszufuhrverteiler unterteilen, der ersten Rippe bzw. den ersten Rippen, die in „ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG" und den angehängten Ansprüchen erwähnt sind, und die Rippe RB (die in jeder der drei Platten ausgebildet ist), die die Oxidationsgasauslassverteiler teilt, entspricht der zweiten Rippe bzw. den zweiten Rippen, die in „ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG" und den angehängten Ansprüchen erwähnt ist.
In dem Separator 25 der zweiten Ausführungsform, der wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, sind die Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 und die Oxidationsgasauslasskanäle 64 abwechselnd in der seitlichen Richtung in 9A quer über die aktive Region DA angeordnet, um nicht miteinander in der Vertikalrichtung in 9A ausgerichtet zu sein, und deshalb wird das Oxidationsgas über die aktive Region DA mit verbesserter Gleichmäßigkeit verteilt. Obwohl das Oxidationsgas weniger wahrscheinlich in Regionen zwischen den Strömen des Oxidationsgases strömt, das von den jeweiligen Oxidationsgaszufuhrkanälen 63 zugeführt wird, bewirken die Oxidationsgasauslasskanäle 64, die in den dazwischen liegenden Regionen gelegen sind, dass das Oxidationsgas in diese Regionen strömt, wenn es durch die Oxidationsgasauslasskanäle 64 ausgelassen wird. Mit dieser Anordnung ist der Bereich der aktiven Region DA verringert, der nicht mit den Strömen des Oxidationsgases abgedeckt ist; in anderen Worten gesagt, wird das Oxidationsgas über die aktive Region DA mit verbesserter Gleichmäßigkeit verteilt.
Wie bei den Separatoren 25 der ersten Ausführungsform sind die Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 und die Oxidationsgasauslasskanäle 64 parallel zueinander angeordnet, wobei die massiven Abschnitte S zwischen den benachbarten Kanälen angeordnet sind, wodurch eine ausreichend hohe Steifigkeit des Separators 25 sichergestellt wird.
Des Weiteren sind die Rippen in dem Oxidationsgaszufuhrverteiler und dem Oxidationsgasauslassverteiler vorgesehen, wodurch eine weiter verbesserte Steifigkeit des Separators 25 sichergestellt wird. Des Weiteren sind die Rippen RB in dem Oxidationsgaszufuhrverteiler von der Rippe RB in dem Oxidationsgasauslassverteiler verschoben, so dass die Rippen RB an der Zufuhrseite und die Rippe RB an der Auslassseite nicht miteinander in der Richtung ausgerichtet sind, in der die Verteiler einander gegenüber liegen. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass die Oxidationsgaszufuhrkanäle 63 und die Oxidationsgasauslasskanäle 64 nicht in Abschnitten ausgebildet werden können, in denen die Rippen RB ausgebildet sind, und dass, falls die Rippen RB an der Zufuhrseite und die Rippe RB an der Auslassseite gerade einander gegenüber liegen würden, die aktive Region DA dann Regionen hätte, in denen das Oxidationsgas weniger wahrscheinlich strömt (d. h. Regionen, die zwischen den gegen- bzw. wechselseitig gegenüber liegenden Rippen angeordnet sind).
In der dargestellten Ausführungsform sind die Rippen an der Zufuhrseite und die Rippen an der Auslassseite so voneinander verschoben, dass sie nicht miteinander ausgerichtet sind, oder so, dass sie nicht gerade einander gegenüber liegen, und das vorstehende Problem kann somit vermieden werden.
C. MODIFIZIERTE BEISPIELE
Der Separator 25 von jeder der dargestellten Ausführungsformen wird einfach durch Austanzen von drei Platten hergestellt, und deshalb kann er aus verschiedenen anderen Materialien als Metall hergestellt werden. Zum Beispiel können elektrisch leitende Filme oder dünne Carbonplatten für ein Ausbilden des Separators 25 verwendet werden.
Während die drei Platten, die den Separator 25 bilden, in den dargestellten Ausführungsformen durch Heißpressen miteinander verbunden werden, können diese Platten durch verschiedene andere Verfahren miteinander verbunden werden. Z. B. können verschiedene Verbindungsverfahren, wie Diffusionkleben, Löten oder Schweißen verwendet werden.
Während die vorliegende Erfindung im Detail mit Bezug auf die beispielhaften Ausführungsformen und die modifizierten Beispiele von diesen beschrieben worden ist, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die Details der beispielhaften Ausführungsformen und modifizierten Beispiele beschränkt ist, sondern auf andere Weise mit verschiedenen Änderungen, Modifikationen oder Verbesserungen ausgeführt werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen.
Zusammenfassung
Ein Separator eines Brennstoffzellenstapels, der flache Flächen hat, die MEAs gegenüber liegen, hat eine kathodenseitige Platte, eine anodenseitige Platte und eine Zwischenplatte. Die Zwischenplatte hat eine Vielzahl von Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen, die mit einem Oxidationsgaszufuhrverteiler und Oxidationsgaszufuhrlöcher der kathodenseitigen Platte verbunden sind, und eine Vielzahl von Oxidationsgasauslasskanalöffnungen, die mit einem Oxidationsgasauslassverteiler und Oxidationsgasauslasslöchern der anodenseitigen Platte verbunden sind. Die Breite und der Abstand der Oxidationsgaskanalauslassöffnungen sind eingestellt, um größer als diejenigen der Oxidationsgaszufuhrkanalöffnungen zu sein.

Claims

Separator eines Brennstoffzellenstapels mit einer ersten Elektrodenplatte, die eine flache Fläche hat, die einer ersten Elektrode einer Membranelektrodenbaugruppe gegenüber liegt, die benachbart zu der ersten Elektrodenplatte ist, einer zweiten Elektrodenplatte, die eine flache Fläche hat, die einer zweiten Elektrode einer Membranelektrodenbaugruppe gegenüber liegt, die benachbart zu der zweiten Elektrodenplatte ist, und einer Zwischenplatte, die zwischen der ersten Elektrodenplatte und der zweiten Elektrodenplatte angeordnet ist, wobei ein Reaktionsgaszufuhrverteiler und ein Reaktionsgasauslassverteiler in dem Separator ausgebildet sind, um durch die Dicken der ersten Elektrodenplatte, der zweiten Elektrodenplatte und der Zwischenplatte hindurchzugehen; die Zwischenplatte eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrkanalöffnungen hat, die durch die Dicke der Zwischenplatte hindurchgehen und eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrkanälen ausbilden, von denen jeder bei einem Ende von sich mit dem Reaktionsgaszufuhrverteiler verbunden ist, um bei den anderen Ende von sich einen ersten Endabschnitt einer aktiven Region von sich erreicht, die zu der Membranelektrodenbaugruppe korrespondiert; wobei die Zwischenplatte des Weiteren eine Vielzahl von Reaktionsgasauslasskanalöffnungen hat, die durch die Dicke der Zwischenplatte hindurchgehen und eine Vielzahl von Reaktionsgasauslasskanälen ausbilden, von denen jeder bei einem Ende von sich mit dem Reaktionsgasauslassverteiler verbunden ist, und bei dem anderen Ende von sich einen zweiten Endabschnitt der aktiven Region erreicht; die erste Elektrodenplatte wenigstens ein Reaktionsgaszufuhrloch hat, das durch die Dicke der ersten Elektrodenplatte hindurchgeht und mit den anderen Enden der Reaktionsgaszufuhrkanäle verbunden ist, und wenigstens ein Reaktionsgasauslassloch hat, das durch die Dicke der ersten Elektrodenplatte hindurchgeht und mit den anderen Enden der Reaktionsgasauslasskanäle verbunden ist; und wobei die Reaktionsgaszufuhrkanäle bei einem ersten Kanalabstand angeordnet sind, der kleiner als ein vorbestimmter Abstand ist, und die Reaktionsgasauslasskanäle eine zweite Kanalbreite haben, die größer als eine vorbestimmte Breite ist.
Separator gemäß Anspruch 1, wobei die Reaktionsgaszufuhrkanäle eine erste Kanalbreite haben, und die Reaktionsgasauslasskanäle bei einem zweiten Kanalabstand angeordnet sind, und wobei der vorbestimmte Abstand gleich zu dem zweiten Kanalabstand ist, und die vorbestimmte Breite gleich zu der ersten Kanalbreite ist.
Separator gemäß Anspruch 2, wobei das wenigstens eine Reaktionsgaszufuhrloch eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrlöchern aufweist, und jeder der Reaktionsgaszufuhrkanäle mit wenigstens einem von den Reaktionsgaszufuhrlöchern verbunden ist.
Separator gemäß Anspruch 3, wobei die Anzahl der Reaktionsgaszufuhrlöcher gleich zu der der Reaktionsgaszufuhrkanäle ist, und die Reaktionsgaszufuhrkanäle in einer 1:1 Korrespondenz mit den Reaktionsgaszufuhrlöchern vorgesehen sind.
Separator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Reaktionsgaszufuhrkanäle über die gesamte Länge des ersten Endabschnitts der aktiven Region angeordnet sind; und wobei die Reaktionsgasauslasskanäle über die gesamte Länge des zweiten Endabschnitts der aktiven Region angeordnet sind.
Separator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: die erste Elektrode eine Kathode hat; die zweite Elektrode eine Anode hat; der Reaktionsgaszufuhrverteiler, die Reaktionsgaszufuhrkanäle und das wenigstens eine Reaktionsgaszufuhrloch ein Oxidationsgaszufuhrverteiler, eine Vielzahl von Oxidationsgaszufuhrkanälen bzw. wenigstens ein Oxidationsgaszufuhrloch sind, die für ein Zuführen eines Oxidationsgases vorgesehen sind; und wobei der Reaktionsgasauslassverteiler, die Reaktionsgasauslasskanäle und das wenigstens eine Reaktionsgasauslassloch ein Oxidationsgasauslassverteiler, eine Vielzahl von Oxidationsgasauslasskanälen bzw. wenigstens ein Oxidationsgasauslassloch sind, die für ein Auslassen eines Oxidationsgases vorgesehen sind.
Separator eines Brennstoffzellenstapels mit einer ersten Elektrodenplatte, die eine flache Fläche hat, die einer ersten Elektrode einer Membranelektrodenbaugruppe gegenüber liegt, die benachbart zu der ersten Elektrodenplatte ist, einer zweiten Elektrodenplatte, die eine flache Fläche hat, die einer zweiten Elektrode einer Membranelektrodenbaugruppe gegenüber liegt, die benachbart zu der zweiten Elektrodenplatte ist, und einer Zwischenplatte, die zwischen der ersten Elektrodenplatte und der zweiten Elektrodenplatte angeordnet ist, wobei: ein Reaktionsgaszufuhrverteiler und ein Reaktionsgasauslassverteiler in dem Separator ausgebildet sind, um durch die Dicken der ersten Elektrodenplatte, der zweiten Elektrodenplatte und der Zwischenplatte hindurchzugehen; die Zwischenplatte eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrkanalöffnungen hat, die durch die Dicke der Zwischenplatte hindurchgehen und eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrkanälen ausbilden, von denen jeder bei einem Ende von sich mit dem Reaktionsgaszufuhrverteiler verbunden ist, und bei dem anderen Ende von sich einen ersten Endabschnitt einer aktiven Region von sich erreicht, die zu der Membranelektrodenbaugruppe korrespondiert; die Zwischenplatte des Weiteren eine Vielzahl von Reaktionsgasauslasskanalöffnungen hat, die durch die Dicke der Zwischenplatte hindurchgehen und eine Vielzahl von Reaktionsgasauslasskanälen ausbilden, von denen jeder bei einem Ende von sich mit dem Reaktionsgasauslassverteiler verbunden ist, um bei dem anderen Ende von sich einen zweiten Endabschnitt der aktiven Region erreicht, der zu dem ersten Endabschnitt von ihr gegenüber liegt; die erste Elektrodenplatte wenigstens ein Reaktionsgaszufuhrloch hat, das durch die Dicke der ersten Elektrodenplatte hindurchgeht und mit den anderen Enden der Reaktionsgaszufuhrkanäle verbunden ist, und wenigstens ein Reaktionsgasauslassloch hat, das durch die Dicke der ersten Elektrodenplatte hindurch geht und mit den anderen Enden der Reaktionsgasauslasskanäle verbunden ist; und wobei die Reaktionsgaszufuhrkanäle und die Reaktionsgasauslasskanäle abwechselnd derart angeordnet sind, dass die jeweiligen Reaktionsgaszufuhrkanäle nicht mit den jeweiligen Reaktionsgasauslasslöchern in einer Richtung ausgerichtet sind, in der eine Reihe der Reaktionsgaszufuhrkanäle und eine Reihe der Reaktionsgasauslasskanäle einander gegenüber liegen.
Separator gemäß Anspruch 7, wobei das wenigstens eine Reaktionsgaszufuhrloch eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrlöchern hat, und jeder der Reaktionsgaszufuhrkanäle mit wenigstens einem der Reaktionsgaszufuhrlöchern verbunden ist.
Separator gemäß Anspruch 8, wobei die Anzahl der Reaktionsgaszufuhrlöcher gleich zu der der Reaktionsgaszufuhrkanäle ist, und die Reaktionsgaszufuhrkanäle in einer 1:1 Korrespondenz mit den Reaktionsgaszufuhrlöchern vorgesehen sind.
Separator gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei: die Reaktionsgaszufuhrkanäle über die gesamte Länge des ersten Endabschnitts der aktiven Region angeordnet sind; und wobei die Reaktionsgasauslasskanäle über die gesamte Länge des zweiten Endabschnitts der aktiven Region angeordnet sind.
Separator gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei: der Reaktionsgaszufuhrverteiler durch wenigstens eine erste Rippe in eine Vielzahl von Reaktionsgaszufuhrverteilern unterteilt ist; der Reaktionsgasauslassverteiler durch wenigstens eine zweite Rippe in eine Vielzahl von Reaktionsgasauslassverteilern unterteilt ist; und wobei die wenigstens eine erste Rippe und die wenigstens eine zweite Rippe quer über die aktive Region so angeordnet sind, dass sie nicht miteinander in einer Richtung ausgerichtet sind, in der der Reaktionsgaszufuhrverteiler und der Reaktionsgasauslassverteiler einander gegenüber liegen.
Separator gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei: die erste Elektrode eine Kathode hat; die zweite Elektrode eine Anode hat; der Reaktionsgaszufuhrverteiler, die Reaktionsgaszufuhrkanäle und das wenigstens eine Reaktionsgaszufuhrloch ein Oxidationsgaszufuhrverteiler, eine Vielzahl von Oxidationsgaszufuhrkanälen bzw. ein Oxidationsgaszufuhrloch sind, die für ein Zuführen eines Oxidationsgases vorgesehen sind; und wobei der Reaktionsgasauslassverteiler, die Reaktionsgasauslasskanäle und das wenigstens eine Reaktionsgasauslassloch ein Oxidationsgasauslassverteiler, eine Vielzahl von Oxidationsgasauslasskanälen bzw. ein Oxidationsgasauslassloch sind, die für ein Auslassen eines Oxidationsgases vorgesehen sind.