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HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellen-Separator und eine Brennstoffzelle.
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Beispielsweise wird eine Brennstoffzelle vom Festpolymerelektrolyt-Typ durch Stapeln von Zellen, die jeweils aus einer Membran/Elektroden-Anordnung (MEA) und Separatoren bestehen, gebildet. Die MEA besteht aus einer Elektrolytmembran, die aus einer Ionentauschermembran gebildet ist, einer Elektrode (Anode), die aus einer Katalysatorschicht gebildet ist, die auf eine Oberfläche der Elektrolytmembran gelegt ist, und einer Elektrode (Kathode), die aus einer Katalysatorschicht gebildet ist, die auf die andere Oberfläche der Elektrolytmembran gelegt ist.
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Die 5 bis 7 zeigen Separatoren 12a und 12b, zwischen denen sich die MEA befindet. Verteiler- bzw. Sammelstücke 43 und 53 zum Zu- und Abführen von Kühlwasser sind als rechtwinklige Durchgangsöffnungen in Endabschnitten der Separatoren 12a und 12b ausgebildet. Abschnitte, die auf die Elektroden der MEA gerichtet sind, werden beispielsweise durch Formpressen einer Vielzahl von vorstehenden Rippen 13a in den vorder- und rückseitigen Oberflächen ausgebildet. Kühlwasser-Zuflusskanäle 32a, Haupt-Kühlwasserkanäle 32 und Kühlwasser-Abflusskanäle 32b sind zwischen den Rippen 13a ausgebildet.
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Eine Vielzahl von Einheitszellen, die dadurch gebildet werden, dass die in den Figuren nicht dargestellte MEA zwischen den Separatoren
12a und
12b angeordnet wird, werden gestapelt, um einen Brennstoffzellenstapel aufzubauen. Dabei werden die Haupt-Kühlwasserkanäle
32 und die Kühlwasser-Zuflusskanäle
32a und die Kühlwasser-Abflusskanäle
32b, die mit den Einlass- und Auslassseiten der Haupt-Kühlwasserkanäle
32 kommunizieren bzw. verbunden sind, zwischen einem Einheitszellenseparator
12a und einem anderen Einheitszellenseparator
12b im benachbarten Separatorenpaar definiert. Kühlwasser, das in diesen Kanälen
32a,
32 und
32b strömt, wird mit einem Dichtelement (einer Dichtung)
101c, die sich zwischen den beiden Separatoren
12a und
12b befindet, eingeschlossen, wie in
6 dargestellt und wie in den japanischen Patent-Offenlegungsschriften
JP 2002-231274 A und
JP 2003-157866 A offenbart.
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Während der Leistungserzeugung durch die Brennstoffzelle strömt Kühlwasser, das vom einlassseitigen Verteilerstück 43 zugeführt wird, durch die Kanäle 32a, 32 und 32b, wie vom Pfeil A in den 5 und 7 dargestellt. Das Kühlwasser kühlt den Abschnitt (den Bereich), welcher der Leistungserzeugungsregion der MEA (der Region, die auf die Elektroden der MEA gerichtet ist) entspricht, und strömt danach in das auslassseitige Sammelstück 53, um ausgetragen zu werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Bei der solchermaßen aufgebauten Brennstoffzelle besteht die Notwendigkeit, Platz für die Befestigung des Dichtelements 101c an Randabschnitten der Separatoren 12a und 12b vorzusehen. Das heißt, das Dichtelement 101c ist zu einer Außenrandseite des Separators hin an Positionen fixiert, die von den Verteiler- bzw. Sammelstücken 43 und 53 beabstandet sind, wobei der sich im komprimierten Zustand des Dichtelements in Separatoroberflächenrichtung vergrößerende Umfang zusätzlich zu einem Anbringungsraum im unkomprimierten Zustand berücksichtigt wird.
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Daher wird ein überflüssiger Raum S zwischen den Verteiler- bzw. Sammelstücken 43 und 53 und einer Innenlinie des Dichtelements 101c erzeugt, und ein Teil des Kühlwassers, das in diesen Raum strömt, strömt entlang des Dichtelements 101c, wie vom Pfeil B in den 5 und 7 dargestellt. Die Region entlang des Pfeils B, d. h. der Abschnitt (der Bereich), der nicht der Erzeugungsregion der MEA entspricht, ist nicht auf die Leistungserzeugungsregion gerichtet, in der Wärme erzeugt wird, und braucht nicht gekühlt werden. Daher bestand bisher das Problem, dass Kühlwasser in diese Region strömt, wodurch die Kühlleistung in der Leitungserzeugungsregion der MEA verringert wurde.
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JP 2000-228207 A offenbart eine Brennstoffzelle mit einem Separator. Ein Kühlmittelkanal ist im Separator ausgebildet und ein Verteilerstück erstreckt sich durch diesen, um Kühlmittel zu den Kühlmittelkanal zu liefern. Erhöhungen und Wände sind derart um das Verteilerstück herum ausgebildet, dass das Kühlmittel daran gehindert wird, in Bereiche des Separators zu fließen, die keine Erzeugungsregionen der MEA sind.
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US 2003/0211376 A1 und
DE 10 2004 021 253 A1 offenbaren Brennstoffzellenseparatoren mit Kühlmittelkanälen und Dichtelementen, die um die Kühlmittelkanäle herum angeordnet sind.
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US 5,230,966 A zeigt einen Brennstoffzellenseparator mit Kühlmittelkanälen und Dichtkanälen. In diese Dichtkanäle kann ein Dichtelement eingefügt werden.
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US 2004/0048126 A1 offenbart einen Brennstoffzellenseparator mit Kühlmittelkanälen. Um ein Kühlmittel-Verteilerstück herum sind Vertiefungen ausgebildet.
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DE 103 03 655 A1 beschreibt einen weiteren Brennstoffzellenseparator mit Kühlmittelkanälen, Kühlmittel-Verteilerstück und Dichtelementen.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Umstände gemacht, und Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Brennstoffzellen-Separator und eine Brennstoffzelle anzubieten, der bzw. die in der Lage ist, den Wirkungsgrad einer Kühlung mit einem Kühlmittel zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen Brennstoffzellen-Separator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch eine Brennstoffzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Brennstoffzellen-Separators sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Thema der vorliegenden Erfindung ist die Reduzierung des Stroms eines Kühlmittels (einer Kühlflüssigkeit) zu einer Region, die nicht der Leistungserzeugungsregion einer MEA in einem Kühlmittel-(einem Kühlflüssigkeits-)Kanal in einem Separator entspricht. Das heißt, ein Randabschnitt des Kühlmittel-(Kühlflüssigkeits-)Kanals ist entsprechend einem Randabschnitt der Erzeugungsregion der MEA, die nahe einer Oberfläche des Separators angeordnet ist, ausgebildet.
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Falls beispielsweise ein Dichtelement an einem Randabschnitt eines Kühlmittel-(eines Kühlflüssigkeits-)Kanals angeordnet ist, wird ein Kühlmittel-Regulierungsabschnitt zum Regulieren des Stroms des Kühlmittels zur Dichtelementseite relativ zum Dichtabschnitt innerhalb in Separatoroberflächenrichtung vorgesehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellen-Separator vorgesehen, der folgendes aufweist: einen Kühlmittelkanal in einer einen Kühlmittelkanal bildenden Oberfläche und ein dort hindurch ausgebildetes Verteilerstück, das ein Kühlmittel zum Kühlmittelkanal liefert und einen fortlaufend ausgebildeten Dichtabschnitt zum Einschließen des Kühlmittels, das vom Verteilerstück geliefert wird und das in dem an der Kühlmittelkanal-bildenden Oberfläche vorgesehenen Kühlmittelkanal strömt, der um alle Leitungen im Separator, die für Kühlwasser da sind, herumläuft, wobei ein Kühlmittel-Regulierungsabschnitt, der den Strom des Kühlmittels, das vom Verteilerstück zur Kühlmittelkanal-bildenden Oberfläche geliefert wird, in Richtung auf einen verteilerstücknahen Abschnitt des Dichtabschnitts, der dem in der Nähe zum Verteilerstück gelegenen Abschitt des Dichtabschnitts entspricht, reguliert, zwischen dem verteilerstücknahen Abschnitt und dem Verteilerstück vorgesehen ist.
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Wenn eine Brennstoffzelle durch Stapeln des solchermaßen aufgebauten Separators als einem Stapelelement der Brennstoffzelle zusammen mit anderen Stapelelementen aufgebaut wird, wird ein Vorbeiströmen eines Teils des Kühlmittels in eine Region wie die nahe Umgebung des Dichtabschnitts, wo kein Kühlbedarf besteht, d. h. eine Region, bei der es sich nicht um die Leistungserzeugungsregion handelt, reguliert. Das heißt, das Kühlmittel, das aus dem Verteilerstück strömt, wird in die einzelnen Kühlmittelkanäle eingeführt, während es daran gehindert wird, in die Region vorbeizuströmen, wo kein Kühlbedarf besteht.
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Der Kühlmittel-Regulierungsabschnitt kann zwischen der Innenlinie eines Abschnitts im Dichtabschnitt, der entlang eines Öffnungsrands des Verteilerstücks verläuft, vorgesehen sein.
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Der Kühlmittel-Regulierungsabschnitt ist aus einem Vorsprung gebildet sein, der auf der Seite der Kühlmittelkanal bildenden Oberfläche des Separators ausgebildet ist.
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Gemäß dieser Anordnung wird das Ende des Vorsprungs mit dem Stapelelement, das auf den Vorsprung gerichtet ist, in Kontakt gebracht, um das Kühlmittel, das zu einer Stelle in der Nähe der Abdichtung über dem Vorsprung vorbeiströmt, aufzuhalten. Der Vorsprung kann einstückig mit dem Separator ausgebildet sein oder kann getrennt vom Separator ausgebildet und am Separator fixiert sein.
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Eine Innenwand eines Abschnitts des Kühlmittel-Regulierungsabschnitts, der aus dem Vorsprung gebildet ist, und eine Innenwand des Verteilerstücks können in der Richtung, in der das Verteilerstück durchgehend ausgebildet ist, bündig miteinander gestaltet werden.
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Der Kühlmittel-Regulierungsabschnitt kann eine Struktur mit festgelegter Größe aufweisen.
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Gemäß dieser Anordnung ist der Kühlmittel-Regulierungsabschnitt nicht leicht verformbar, wie beispielsweise eine Dichtung. Daher reguliert der Kühlmittel-Regulierungsabschnitt nicht nur den Strom des Kühlmittels, sondern kann auch als Abstandhalter für eine Stapelung der Separatoren mit einem vorgegebenen Abstand dienen.
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Der Kühlmittel-Regulierungsabschnitt kann elektrisch leitend sein. In einem solchen Fall kann der Kühlmittel-Regulierungsabschnitt einstückig mit dem Separator, der elektrisch leitfähig ist, ausgebildet sein.
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Der Separator kann ein Sammelstück aufweisen, durch welches das Kühlmittel, das im Kühlmittelkanal strömt, ausgetragen wird, und ein Kühlmittel-Regulierungsabschnitt, der den Strom des Kühlmittels, das aus dem Kühlmittelkanal zum Sammelstück ausgetragen wird, in Richtung auf einen sammelstücknahen Abschnitt im Dichtungsabschnitt im Dichtungsabschnitt, der in der Nähe des Sammelstücks angeordnet ist, reguliert, kann ebenfalls zwischen dem sammelstücknahen Abschnitt und dem Sammelstück vorgesehen sein.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines Brennstoffzellen-Separators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schematische Draufsicht, die den gesamten Brennstoffzellen-Separator zeigt;
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3 ist eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie III-III in 1;
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4 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Einheitszellenstruktur einer Brennstoffzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines herkömmlichen Brennstoffzellen-Separators;
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6 ist eine Teil-Querschnittsdarstellung eines herkömmlichen Brennstoffzellen-Separators im gestapelten Zustand; und
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7 ist eine Draufsicht auf einen herkömmlichen Brennstoffzellen-Separator, die einen Kühlwasserstrom zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf eine ihrer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben. Zunächst wird die Gliederung einer Einheitszellenstruktur einer Brennstoffzelle, die in 4 dargestellt ist, beschrieben. Eine in 4 dargestellte Einheitszelle 2 besteht aus einer MEA 11 und einem Paar aus Separatoren 14a und 14b, zwischen denen die MEA 11 angeordnet ist, und weist insgesamt die Form eines Stapels auf. Die MEA 11 und die Separatoren 14a und 14b sind mit zwischen ihnen angeordneten ersten Dichtelementen 101a und 101b an Randabschnitten abgedichtet, wie später ausführlich beschrieben wird.
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Die MEA 11 besteht aus einer Elektrolytmembran 21, die aus einem Ionentauscherharz gebildet ist, das aus einem polymeren Material gefertigt ist, und einem Paar aus Elektroden 22a und 22b (einer Kathode und einer Anode), die zu beiden Seiten der Elektrolytmembran 21 angeordnet sind. In den Separatoren 14a und 14b sind Abschnitte, die auf die Elektroden 22a und 22b gerichtet sind, formgepresst, um eine Vielzahl von vorstehenden Rippen 13 in den vorderen und hinteren Oberflächen zu bilden. Gaskanäle 31a für Oxidationsgas oder Gaskanäle 31b für Wasserstoff und Haupt-Kühlwasserkanäle (Kühlmittelkanäle) 32 sind zwischen den Rippen 13 ausgebildet.
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Genauer ist eine Vielzahl von Gaskanälen 31a für Oxidationsgas in der inneren Oberfläche des Separators 14a, bei der es sich um die Seite der Elektrode 22a handelt, ausgebildet, während eine Vielzahl von Haupt-Kühlwasserkanälen 32 in der äußeren Oberfläche (der Kühlmittelkanal-bildenden Oberfläche), die der inneren Oberfläche entgegengesetzt ist, ausgebildet ist. Ebenso ist eine Vielzahl von Gaskanälen 31b für Wasserstoffgas in der inneren Oberfläche des Separators 14b, bei der es sich um die Seite der Elektrode 22b handelt, ausgebildet, während eine Vielzahl von Haupt-Kühlwasserkanälen 32 in der äußeren Oberfläche (der Kühlmittelkanal-bildenden Oberfläche), die der inneren Oberfläche entgegengesetzt ist, ausgebildet ist.
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Ein Verteilerstück 41 auf der Oxidationsgas-Einlassseite, ein Verteilerstück 42 auf der Wasserstoffgas-Einlassseite und ein Verteilerstück 43 auf der Kühlwasser(Kühlmittel)-Einlassseite sind als rechtwinklige Öffnungen durch einen Endabschnitt (einen kurzseitigen Abschnitt) jedes der Separatoren 14a und 14b hindurch ausgebildet. Ein Sammelstück 51 auf der Sauerstoffgas-Auslassseite, ein Sammelstück 52 auf der Wasserstoffgas-Auslassseite und ein Sammelstück 53 auf der Kühlwasser-Auslassseite sind als rechtwinklige Öffnungen durch den anderen Endabschnitt (den anderen kurzseitigen Abschnitt) jedes der Separatoren 14a und 14b hindurch ausgebildet.
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Das erste Dichtelement 101a besteht aus einem ersten, fortlaufend ausgebildeten Haupt-Dichtabschnitt 111a auf der Seite der MEA 11, der um alle Leitungen im Separator 14a, die für Oxidationsgas da sind (Gaskanäle 31a und Verteiler- bzw. Sammelstücke 41 und 51), herumläuft, ersten Teil-Dichtabschnitten 112a und 113a in Rahmenform, die auf der Seite der MEA 11 um die Verteiler- bzw. Sammelstücke 42 und 52 des Separators 14a an den Wasserstoffgas-Einlassseiten und -Auslassseiten herumlaufen, und ersten Teil-Dichtabschnitten 114a und 115a in Rahmenform, die auf der Seite der MEA 11 um die Verteiler- bzw. Sammelstücke 43 und 53 des Separators 14a auf der Kühlwasser-Einlassseite und -Auslassseite herumlaufen. Die ersten Teil-Dichtabschnitte 112a bis 115a liegen jeweils separat zum ersten Haupt-Dichtabschnitt 11a vor.
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Ebenso besteht das erste Dichtelement 101b aus einem ersten, fortlaufend ausgebildeten Haupt-Dichtabschnitt 111b auf der Seite der MEA 11, der um alle Leitungen im Separator 14b, die für Wasserstoffgas da sind (Gaskanäle 31b und Verteiler- bzw. Sammelstücke 42 und 52) herumläuft, ersten Teil-Dichtabschnitten 116b und 117b in Rahmenform, die auf der Seite der MEA 11 um die Verteiler- bzw. Sammelstücke 41 und 51 des Separators 14b auf den Oxidationsgas-Einlassseiten und -Auslassseiten herumlaufen, und ersten Teil-Dichtabschnitten 114b und 115b in Rahmenform, die auf der Seite der MEA 11 um die Verteiler- bzw. Sammelstücke 43 und 53 des Separators 14 auf den Kühlwasser-Einlassseiten und -Auslassseiten herumlaufen. Jeder der ersten Teil-Dichtabschnitte 114b bis 117b liegt zum ersten Haupt-Dichtabschnitt 111b separat vor.
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So ist eine Einheitszelle 2 aufgebaut. Eine Vielzahl von Einheitszellen 2 wird übereinander gestapelt, wobei zweite Dichtelemente (Dichtabschnitte) 101c zwischen den Einheitszellen 2 angeordnet werden, wodurch die Brennstoffstelle aufgebaut wird. Jedes zweite Dichtelement 101c weist auf der Seite der angrenzenden Einheitszelle 2 einen ersten fortlaufend ausgebildeten Haupt-Dichtabschnitt 111c auf, der um alle Leitungen im Separator 14b (14a), die für Kühlwasser da sind (Haupt-Kühlwasserkanäle 32, Kühlwasser-Zuflusskanäle 32a, Kühlwasser-Abflusskanäle 32b und Verteiler- bzw. Sammelstücke 43 und 53, herumläuft.
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Das zweite Dichtelement 101c weist auch erste Teil-Dichtabschnitte 112c und 113c für Wasserstoffgas und erste Teil-Dichtabschnitte 116c und 117c für Oxidationsgas auf, die separat zum ersten Haupt-Dichtabschnitt 111c vorliegen, so wie jedes der ersten Dichtelemente 101a und 101b.
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1 ist eine vergrößerte Darstellung des Verteilerstücks 43 des Separators 14a (14b), der in 4 dargestellt ist, und von Abschnitten am Rand des Verteilerstücks 43. Eine Vielzahl von vorstehenden Rippen 13a ist zwischen dem Verteilerstück 43 und den Haupt-Kühlwasserkanälen 32 außerhalb des in der Figur dargestellten Bereichs vorgesehen. Kühlwasser-Zuflusskanäle 32a, durch die Kühlwasser vom Verteilerstück 43 in die Haupt-Kühlwasserkanäle 32 eingeführt wird, sind zwischen den Rippen 13a ausgebildet. Ebenso ist auch eine Vielzahl von vorstehenden Rippen 13 zwischen den Haupt-Kühlwasserkanälen 32 und dem Sammelstück 53 vorgesehen, und Kühlwasser-Abflusskanäle 32b, durch die Kühlwasser aus den Haupt-Kühlwasserkanälen 32 zum Sammelstück 53 abfließt, sind zwischen den Rippen ausgebildet.
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Kühlwasser, das durch das Verteilerstück 43 zur Seite der Kühlmittelkanal-bildenden Oberfläche des Separators 14a (14b) geliefert wird, wird über die Kühlwasser-Zuflusskanäle 32a in die Haupt-Kühlwasserkanäle 32 eingeführt und über die Kühlwasser-Abflusskanäle 32 zum Sammelstück 53 ausgetragen, wobei die Leistungserzeugungsregion, die auf die Haupt-Kühlwasserkanäle 32 gerichtet ist, gekühlt wird. Diese Kühlwasser-Zuflusskanäle 32a und Kühlwasser-Abflusskanäle 32b stellen einen Abschnitt der Kühlmittelkanäle der vorliegenden Erfindung dar, ebenso wie der oben beschriebene Haupt-Kühlwasserkanal 32.
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An jedem der Separatoren 14a und 14b ist ferner eine Außenrandrippe (ein Kühlmittel-Regulierungsabschnitt, ein Vorsprung) 15 so ausgebildet, dass er vollständig um das Verteilerstück 43, die Kühlwasser-Zuflusskanäle 32a, die Kühlwasser-Abflusskanäle 32b und das Sammelstück 53 herumläuft. Die Außenrandrippe 15 ist aus einem Vorsprung, der am Separator 14a oder 14b ausgebildet ist und eine wallförmige Struktur fester Größe aufweist, gebildet. Die Außenrandrippe 15 weist beispielsweise einen rechtwinkligen Querschnitt auf.
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Das heißt, die Außenrandrippe 15 gemäß der vorliegenden Erfindung schließt Abschnitte ein, die sich innerhalb des ersten Haupt-Dichtabschnitts 111c des zweiten Dichtelements 101c befinden, um das Kühlmittel, das zwischen den Separatoren 14a und 14b strömt, einzuschließen, genauer Abschnitte, die sich zwischen den Verteiler- bzw. Sammelstücken 43 und 53 befinden, und Abschnitte im ersten Haupt-Dichtabschnitt 111c, die in der Nähe der Verteiler- bzw. Sammelstücke 43 und 53 angeordnet sind (verteilerstücknaher Abschnitt 201c und sammelstücknaher Abschnitt 202c) und die entlang der Öffnungsränder der Verteiler- bzw. Sammelstücke 43 und 53 verlaufen (und die fallweise als „Außenrandrippe 15a” bzw. „Außenrandrippe 15b” bezeichnet werden). In der vorliegenden Ausführungsform ist außerdem die Außenrandrippe 15 so vorgesehen, dass sie um die Erzeugungsregion einschließlich der Regionen, in denen die Kühlwasser-Zuflusskanäle 32a, die Haupt-Kühlwasserkanäle 32 und die Kühlwasser-Abflusskanäle 32b ausgebildet sind, und die Verteiler- bzw. Sammelstücke 43 und 53, durch die Kühlwasser zu- und abgeführt wird, herumläuft.
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Die Außenrandrippen 15a und 15b sind so vorgesehen, dass ihre Innenwände 15A und 15B und die Innenwände 43A und 43B der Verteiler- bzw. Sammelstücke 43 und 53 in der Richtung, in der die Verteiler- bzw. Sammelstücke 43 und 53 als Durchgangsöffnungen ausgebildet sind (in Dickenrichtung des Separators 14a/14b) bündig oder im Wesentlichen bündig miteinander sind.
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Infolgedessen entsteht kein freier Raum zwischen den Öffnungsrändern der Verteiler- bzw. Sammelstücke 43 und 53, die von den Öffnungsenden der Innenwände 42A und 53A definiert werden, und den Innenwänden 15A und 15B der Außenrandrippen 15a und 15b als Raum, der erlauben würde, dass Kühlwasser, das vom Verteilerstück 43 in die Haupt-Kühlwasserkanäle 32 eingeführt wird, zur Seite des verteilerstücknahen Abschnitts 201c des ersten Haupt-Dichtabschnitts 111c, vorbeiströmt, d. h. kein überflüssiger Raum. Ebenso entsteht kein Raum (kein überflüssiger Raum) als Raum, der es erlauben würde, dass Kühlwasser, das aus den Haupt-Kühlwasserkanälen 32 zum Sammelstück 53 ausfließt, zur Seite des sammelstücknahen Abschnitts 202c des ersten Haupt-Dichtabschnitts 111c vorbeiströmt.
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Vorzugsweise ist die Außenrandrippe 15 elektrisch leitend gestaltet, um die Verringerung des Wirkungsgrads der Leistungserzeugung zu begrenzen. Beispielsweise sind die Separatoren 14a und 14b aus Kohlenstoff oder einem Metall gebildet und die Außenrandrippen 15 sind einstückig mit den Separatoren 14a und 14b gebildet, wodurch die Außenrandrippen 15 elektrisch leitend sind. Mit dieser Anordnung können die Zahl der Bauteile und die Zahl der Montageschritte gegenüber dem Fall, dass Außenrandrippen 15, die getrennt von den Separatoren 14a und 14b vorgesehen sind, später an den Separatoren 14a und 14b befestigt werden, verringert werden.
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Der Separator 14a für eine von jeweils zwei benachbarten Einheitszellen 2 und der Separator (das Stapelelement) 14b für die andere Einheitszelle 2 sind solchermaßen gestapelt, dass die Enden der Außenrandrippen 15 aneinander anliegen, wie in 3 dargestellt. Gleichzeitig ist der erste Dichtabschnitt 111c des zweiten Dichtelements 101c zwischen den beiden Separatoren 14a und 14b angeordnet, um Kühlwasser, das nacheinander durch das Verteilerstück 43, die Kühlwasser-Zuflusskanäle 32a, die Haupt-Kühlwasserkanäle 32 und die Kühlwasser-Abflusskanäle 32b strömt und aus dem Sammelstück 53 ausgetragen wird, flüssigkeitsdicht eingeschlossen wird.
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Die Außenrandrippen 15 in der vorliegenden Ausführungsform sind einstückig mit den Separatoren 14a und 14b ausgebildet und weisen eine Struktur fester Größe auf, so dass sie unter einer Kompressionslast (einer Befestigungslast) in Zellstapelrichtung nicht leicht zu verformen sind wie all die anderen Dichtelemente einschließlich des zweiten Dichtelements 101c. Daher dient die Außenrandrippe 15 auch als Abstandhalter zum Stapeln der Separatoren 14a und 14b mit einem vorgegebenen Abstand.
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Während die solchermaßen aufgebauten Zellen Leistung erzeugen, strömt Kühlwasser, das vom Verteilerstück 43 zugeführt wird, durch die Kühlwasser-Zuflusskanäle 32a in die Haupt-Kühlwasserkanäle 32, während es von einem Abschnitt (einer Außenrandrippe 15a) der Außenrandrippe 15 so gelenkt (reguliert) wird, dass ein Strom zur Seite der Innenlinie des verteilerstücknahen Abschnitts 201c im ersten Haupt-Dichtabschnitt 111c aufgehalten wird. Dieses Kühlwasser strömt durch die Kühlwasser-Abflusskanäle 32b, um zum auslassseitigen Sammelstück 53 ausgetragen zu werden, während es die Leistungserzeugungsregion kühlt.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Strom des Kühlwassers, das aus dem Verteilerstück 43 strömt, um sich in Separatoroberflächenrichtung zu verteilen, von der Außenrandrippe 15 zur Seite der Leistungserzeugungsregion gelenkt. Daher wird Kühlwasser, das zu einer Region zwischen dem Verteilerstück 43 und dem zweiten Dichtelement 101c vorbeiströmt, d. h. zu einer Nicht-Leistungserzeugungsregion, die von der Leistungserzeugungsregion verschieden ist, aufgehalten, wodurch die Erzeugung eines Kühlwasserstroms entlang des zweiten Dichtelements 101c begrenzt wird, wie vom Pfeil B in 7 dargestellt, und wodurch es möglich ist, den Wirkungsgrad der Kühlung der Brennstoffzelle mit Kühlwasser zu verbessern.
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Insbesondere wird als Folge davon, dass ein Abschnitt (eine Außenrandrippe 15a) der Außenrandrippe 15 zwischen dem Verteilerstück 43 und dem verteilerstücknahen Abschnitt 201c des ersten Haupt-Dichtabschnitts 111c, der in der Nähe des Verteilerstücks 43 angeordnet ist, vorgesehen ist, kein Raum (kein überflüssiger Raum), der es ermöglichen würde, dass Kühlwasser, das vom Verteilerstück 43 in die Haupt-Kühlwasserkanäle 32 eingeführt wird, zur Seite des verteilerstücknahen Abschnitts 201c strömt, zwischen dem Öffnungsrand des Verteilerstücks 43 und der Innenwand 15A der Außenrandrippe 15a bereitgestellt, und daher ist es möglich, das Kühlwasser, das vom Verteilerstück 43 zur Separatoroberfläche zugeführt wird, in die Haupt-Kühlwasserkanäle 32 einzuführen, während ein Vorbeiströmen des Kühlwassers vom Verteilerstück 43 zu der Region, wo kein Kühlbedarf besteht, wirksam begrenzt wird.
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Ebenso wird als Folge davon, dass ein Abschnitt (eine Außenrandrippe 15b) der Außenrandrippe 15 zwischen dem Sammelstück 53 und dem sammelstücknahen Abschnitt 202c des ersten Dichtabschnitts 111c, der sich in der Nähe des Sammelstücks 53 befindet, vorgesehen ist, kein Raum (kein überflüssiger Raum), der es ermöglichen würde, dass Kühlwasser, das aus den Haupt-Kühlwasserkanälen 32 zum Sammelstück 53 strömt, zur Seite des sammelstücknahen Abschnitts 202c strömt, zwischen dem Öffnungsrand des Sammelstücks 53 und der Innenwand 15B der Außenrandrippe 15b bereitgestellt, und daher wird das Kühlwasser, das aus den Kühlwasser-Ausflusskanälen 32b strömt, ohne Umweg zum Sammelstück 53 ausgetragen, während es von der Außenrandrippe 15 (insbesondere der Außenrandrippe 15b) gelenkt wird.
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<Weitere Ausführungsformen>
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Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Außenrandrippe 15 so vorgesehen ist, dass sie vollständig um das Verteilerstück 43, die Kühlwasser-Zuflusskanäle 32a, die Haupt-Kühlwasserkanäle 32, die Kühlwasser-Abflusskanäle 32b und das Sammelstück 53 herumläuft, kann die Anordnung auch so sein, dass zumindest ein Teil der Außenrandrippe 15 entlang der Abschnitte der Öffnungsränder der Verteiler- bzw. Sammelstücke 53 und 53 vorgesehen sind, die auf die Außenrandseite des Separators gerichtet sind.
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Ebenso kann die Außenrandrippe 15 an mindestens einem der Separatoren 14a und 14b, die einander gegenüber liegen, vorgesehen sein. Obwohl die Außenrandrippen 15 einstückig mit den Separatoren 14a und 14b ausgebildet werden können, wie oben beschrieben, kann die Anordnung alternativ auch so sein, dass die Außenrandrippen 15 getrennt von de Separatoren 14a und 14b ausgebildet und an den Separatoren 14a und 14b befestigt werden.
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Ebenso ist der Dichtabschnitt, der zwischen den einzelnen Separatoren und dem Stapelelement angeordnet ist, das auf der Seite des Separators, wo der Kühlmittelkanal ausgebildet ist, angestapelt ist, um das Kühlmittel, das in den Kühlmittelkanälen strömt, einzuschließen, nicht auf eine Dichtung wie das zweite Dichtelement 101c gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt; es kann auch ein Klebstoff sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Kühlmittel-Regulierungsabschnitt relativ zum Dichtabschnitt innen angeordnet, und daher wird das Kühlmittel, das zu der Region vorbeiströmt, wo kein Kühlbedarf besteht, reguliert, wodurch der Wirkungsgrad der Kühlung der Brennstoffzelle verbessert wird.
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Die vorliegende Erfindung kann daher in großem Umfang in Brennstoffzellen-Batterien und Brennstoffzellen-Separatoren, für die ein solcher Bedarf besteht, verwendet werden.
