DE112006003176B4

DE112006003176B4 - Brennstoffzelle und Klebestruktur eines Separators für eine Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112006003176B4
Application number: DE112006003176.7T
Authority: DE
Inventors: Jiro Aizaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2020-09-10
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: WO2007063392A3; JP4761255B2; CN101317298A; JP2007157433A; CN101317298B; CA2630527C; DE112006003176T5; CA2630527A1; US20080299442A1; WO2007063392A2; US8415069B2

Abstract

Brennstoffzelle mit:einem ersten, einem zweiten und einem dritten Glied (2, 3), die gestapelt sind, wobei sich das dritte Glied zwischen dem ersten Glied und dem zweiten Glied befindet;einem ersten Verschlussglied (12), das zwischen dem ersten Glied und dem dritten Glied verschließt; undeinem zweiten Verschlussglied (4), das zwischen dem zweiten Glied und dem dritten Glied verschließt,wobei das erste Verschlussglied (12) eine Region, in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied (4) überlappt, und eine Region hat, in der dasselbe in einer Richtung, in der das erste, das zweite und das dritte Glied gestapelt sind, mit dem zweiten Verschlussglied nicht überlappt,wobei eine Dicke des ersten Verschlussglieds (12) in einer Region (12a), in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied (4) überlappt, bezüglich einer Dicke des ersten Verschlussglieds (12) in einer Region (12b), in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied (4) nicht überlappt, kleiner ist, und wobei das zweite Glied und das dritte Glied einander berühren und mindestens entweder das zweite Glied oder das dritte Glied einen konkaven Abschnitt (14) hat, der einen Raum lässt, in dem das zweite Verschlussglied eingefügt ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle und eine Klebestruktur eines Separators für die Brennstoffzelle. Genauer gesagt, die Erfindung ist auf eine verbesserte Klebestruktur eines Separators gerichtet, der in einer Einheitszelle einer Brennstoffzelle vorgesehen ist.
Beschreibung der verwandten Technik
Eine Brennstoffzelle wird typischerweise durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen gefertigt. Bei einer solchen Brennstoffzelle, z. B. bei einer Brennstoffzelle eines Festpolymertyps, weist jede der Einheitszellen eine Membran-Elektroden-Baugruppe (engl.: membrane electrode assembly; MEA) mit einer Elektrolytmembran und einem Paar von Elektroden, die jeweils an beiden Oberflächen derselben angeordnet sind, und ein Paar von Separatoren zum Anordnen der Membran-Elektroden-Baugruppe zwischen den Separatoren auf. Eine Zahl von solchen Einheitszellen ist aufeinandergestapelt, um eine Brennstoffzelle einer gestapelten Struktur zu liefern. Ein Metallseparator ist als der Separator verwendet. Bestimmte Typen von Brennstoffzellen weisen einen Harzrahmen auf, der zwischen dem Metallseparator und der Membran-Elektroden-Baugruppe eingefügt ist. Bei diesem Typ einer Brennstoffzelle ist der Metallseparator durch ein Haftmittel an den Harzrahmen geklebt. Es ist ferner typisch, dass ein Verschluss durch Bringen einer Dichtung zwischen Einheitszellen vorgesehen ist (siehe beispielsweise die japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. JP-A-2003 - 77499 ).
Aus der Druckschrift DE 103 03 655 A1 ist ein Brennstoffzellenaufbau bekannt, der einen Dichtabschnitt in der Form einer Dichtung zwischen angrenzenden Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel hat. In der Dichtungsanordnung hat ein Abschnitt des Brennstoffzellenaufbaus, der mit der Dichtung in eine Richtung der Laminierung der Zellen gesehen überlappt, einen Aufbau gleichbleibender Dicke, der eine im Wesentlichen gleichbleibende Dicke hat. In einem Bereich, in dem die Dichtung in Richtung der Laminierung der Zellen gesehen angeordnet ist besitzt eine Klebstoffschicht einen Abschnitt mit verringerter Dicke und besitzt ein Harzrahmen einen Stützabschnitt mit einer größeren Dicke als in den anderen Abschnitten.
Aus der DE 102 03 174 A1 ist ein Brennstoffzellenstapel bekannt, bei dem Separatoren an ihrem Rand zwei Stufenabschnitte besitzen, welche eine Vertiefung bilden. In der Vertiefung ist ein Abdichtmaterial vorgesehen.
Bei der Brennstoffzelle, auf die im Vorhergehenden Bezug genommen ist, ist es häufig der Fall, dass ein innerer Druck, der bei einem Betriebsverfahren der Brennstoffzelle erzeugt wird, eine Kraft an das Haftmittel anlegt. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass das Haftmittel unter der Dichtung vorgesehen ist, so dass dieselbe selbst unter solchen Umständen die Verschlussfunktion noch wirksam erfüllen kann. Dies stellt sicher, dass die Kraft, die dem inneren Druck zuzuschreiben ist, durch die Reaktionskraft der Dichtung ausgeglichen wird, wodurch ein Ablösen des Haftmittels gehemmt wird.
Die Brennstoffzelle der früheren Technik leidet jedoch insofern an einem Problem, als beispielsweise bei dem Verfahren eines Betreibens der Brennstoffzelle die Haftschicht aufgrund der Reaktionskraft der Dichtung einer elastischen oder plastischen Verformung unterworfen ist, wodurch eine Verformung an dem Metallseparator verursacht wird.
Mit anderen Worten, wenn die Brennstoffzelle bei einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von z. B. unter null bis 90°C betrieben wird, tritt zwischen dem Metallseparator und dem Harzrahmen aufgrund der Differenz ihrer linearen Ausdehnungskoeffizienten (thermischen Ausdehnungskoeffizienten) häufig eine Fehlausrichtung auf. Es sollte somit eine dicke Haftschicht gebildet werden, um ein Auftreten einer solchen Fehlausrichtung zu vermeiden. Unterdessen veranlasst ein hohes Niveau eines Verschlussverhaltens, das von der Dichtung, die zwischen die einzelnen Einheitszellen gebracht ist, erfordert wird, dass die Dichtung in sich selbst eine Reaktionskraft (z. B. eine einer Elastizität zuschreibbare abstoßende Kraft) ausübt. Die Haftschicht wird durch die Reaktionskraft der Dichtung verformt, die ihrerseits häufig eine Verformung an dem Metallseparator (z. B. einem Separator aus rostfreiem Stahl), der eine reduzierte Dicke und eine niedrige Biegefestigkeit hat, verursacht. Ein anderes Problem besteht darin, dass dies eine Verschlussfähigkeit zwischen der Dichtung und dem Separator vermindem oder verschlechtern kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Angesichts der vorhergehenden und anderer Probleme schafft die vorliegende Erfindung eine Brennstoffzelle und eine Klebestruktur eines Separators für die Brennstoffzelle, die eine Verschlussfahigkeit einer Dichtung gewährleisten, während dieselben gleichzeitig eine Verformung eines Separators unterdrücken.
Eine Brennstoffzelle gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist folgende Merkmale auf: ein erstes, ein zweites und ein drittes Glied, die gestapelt sind, wobei sich das dritte Glied zwischen dem ersten Glied und dem zweiten Glied befindet; ein erstes Verschlussglied, das zwischen dem ersten Glied und dem dritten Glied verschließt; und ein zweites Verschlussglied, das zwischen dem zweiten Glied und dem dritten Glied verschließt. Das erste Verschlussglied hat eine Region, in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied überlappt, und eine Region, in der dasselbe in einer Richtung, in der das erste, das zweite und das dritte Glied gestapelt sind, mit dem zweiten Verschlussglied nicht überlappt. Eine Dicke des ersten Verschlussglieds ist in einer Region, in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied überlappt, bezüglich einer Dicke des ersten Verschlussglieds in einer Region, in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied nicht überlappt, kleiner.
Eine Brennstoffzelle gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist folgende Merkmale auf: eine Mehrzahl von Einheitszellen, wobei jede eine Membran-Elektroden-Baugruppe und einen Separator hat, die mit einem dazwischen liegenden ersten Verschlussglied gestapelt sind, und die Einheitszellen mit einem dazwischen liegenden zweiten Verschlussglied aufeinandergestapelt sind, wobei das erste Verschlussglied auf und entlang einer Oberfläche des Separators unter einer Bedingung verteilt ist, dass mindestens ein Teil des ersten Verschlussglieds in der Richtung, in der die Einheitszellen gestapelt sind, mit dem zweiten Verschlussglied überlappt, und wobei die Dicke des ersten Verschlussglieds dort, wo dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied überlappt, kleiner ist als dort, wo dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied nicht überlappt.
Gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das erste Verschlussglied (z. B. eine Haftschicht) entworfen, um mindestens dort, wo die Haftschicht mit dem zweiten Verschlussglied (z. B. einer Dichtung) überlappt, dünner zu sein. Dies beschränkt die Reaktionskraft (z. B. eine einer Elastizität zuschreibbare abstoßende Kraft) des zweiten Verschlussglieds, ohne dessen Verschlussfähigkeit zu zerstören. Das Beschränken der Reaktionskraft in der Region, in der die Haftschicht mit dem zweiten Verschlussglied überlappt, reduziert die Biegekraft, die auf den Separator ausgeübt wird. Bei der herkömmlichen Struktur ist eine erhöhte Dicke einer Haftschicht eine Ursache eines Verformens eines Separators. Im Gegensatz dazu beschränken der erste und der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung die Verformung des ersten Verschlussglieds (z. B. der Haftschicht) durch Reduzieren der Dicke desselben in der Region, in der das erste Verschlussglied mit dem zweiten Verschlussglied überlappt. Dies beschränkt die Kraft, die an den Separator angelegt wird, und reduziert somit eine Verformung des Separators. Die Region des ersten Verschlussglieds, die mit dem zweiten Verschlussglied nicht überlappt, kann eine erhöhte Dicke haben, was bedeutet, dass das erste Verschlussglied seine Fähigkeit, die Fehlausrichtung des Separators, die sonst aufgrund der Differenz der thermischen Ausdehnung auftreten kann, zu unterdrücken, nicht verliert.
Es ist bevorzugt, dass das erste Verschlussglied der Brennstoffzelle eine Haftschicht ist und das zweite Verschlussglied derselben eine Dichtung ist.
Es ist bevorzugt, dass als das erste Verschlussglied ein Haftmittel mit einem erhöhten Dehnungskoeffizienten verwendet ist. Die Verwendung eines Haftmittels mit einem erhöhten Dehnungskoeffizienten macht es möglich, nicht nur die Fehlausrichtung des Separators, die sonst aufgrund der Differenz der thermischen Ausdehnung auftreten kann, zu unterdrücken, sondern auch die Dicke der Haftschicht in der Region, die der Dichtung entspricht, zu reduzieren, während ein Ablösen der Haftschicht an deren Oberflächengrenze unterdrückt wird.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft eine Klebestruktur eines Separators für eine Verwendung bei einem Fertigen einer Brennstoffzelle, wobei die Brennstoffzelle eine Mehrzahl von Einheitszellen aufweist, wobei jede eine Elektroden-baugruppe und einen Separator hat, die mit einem dazwischen liegenden ersten Verschlussglied gestapelt sind, und die Einheitszellen mit einem dazwischen liegenden zweiten Verschlussglied aufeinandergestapelt sind, wobei das erste Verschlussglied auf und entlang einer Oberfläche des Separators unter einer Bedingung verteilt ist, dass mindestens ein Teil des ersten Verschlussglieds in einer Richtung, in der die Einheitszellen gestapelt sind, mit dem zweiten Verschlussglied überlappt, und wobei das erste Verschlussglied in einer Region, in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied überlappt, eine kleinere Dicke hat als dieselbe in einer Region, in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied nicht überlappt.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Dicke des ersten Verschlussglieds mindestens in den Regionen reduziert, in denen dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied überlappt. Dies macht es möglich, die Reaktionskraft (z. B. eine einer Elastizität zuschreibbare abstoßende Kraft) des zweiten Verschlussglieds zu beschränken, ohne dessen Verschlussfähigkeit zu zerstören. Das Beschränken der Reaktionskraft in der Region, in der das erste Verschlussglied mit dem zweiten Verschlussglied überlappt, resultiert in einer abgeschwächten Wirkung, den Separator zu biegen. Bei der herkömmlichen Struktur ist die Verwendung einer dicken Haftschicht eine Ursache eines Verformens eines Separators. Im Gegensatz dazu beschränkt die vorliegende Erfindung die Verformung des ersten Verschlussglieds (z. B. einer Haftschicht) durch Reduzieren der Dicke des ersten Verschlussglieds in der Region, in der das erste Verschlussglied mit dem zweiten Verschlussglied überlappt. Dies beschränkt die Kraft, die an den Separator angelegt wird, wodurch eine Verformung des Separators reduziert wird. Die Region des ersten Verschlussglieds, in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied nicht überlappt, kann eine erhöhte Dicke haben, was bedeutet, dass das erste Verschlussglied seine Fähigkeit, die Fehlausrichtung des Separators, die sonst aufgrund der Differenz der thermischen Ausdehnung auftreten kann, zu unterdrücken, nicht verliert.
Die vorliegende Erfindung liefert folgende vorteilhafte Effekte. Durch Reduzieren der Dicke des ersten Verschlussglieds (z. B. einer Haftschicht) in der Region, die dem zweiten Verschlussglied entspricht, ist es möglich, die Fehlausrichtung des Separators zu beschränken, die sonst aufgrund der Differenz der thermischen Ausdehnung auftreten kann, und ferner die Verformung des Separators zu unterdrücken. Außerdem kann, wenn ein Haftmittel mit einem hohen Dehnungskoeffizienten verwendet ist, eine dünne Haftschicht verwendet sein, wodurch die Fehlausrichtung des Separators, die sonst aufgrund der Differenz der thermischen Ausdehnung auftreten kann, und die Verformung des Separators, die sonst durch die Reaktionskraft des zweiten Verschlussglieds verursacht werden kann, minimiert werden. Folglich wird es möglich, eine Verschlussfähigkeit des zweiten Verschlussglieds zu gewährleisten, während die Verformung des Separators beschränkt wird.
Figurenliste
Die vorhergehenden und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen geliefert ist, offensichtlich. Es zeigen:

1 ein Systemdiagramm, das ein Brennstoffzellensystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
2 eine Gesamtdraufsicht, die einen Separator darstellt, der bei dem Brennstoffzellensystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist;
3 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 2, die einen Stapel von Einheitszellen zeigt;
4 eine teilweise vergrößerte Ansicht, die eine Konfiguration einer Dichtung und deren Umgebung in dem Stapel von Einheitszellen, der in 3 dargestellt ist, zeigt; und
5 eine Querschnittsansicht, die einen Separator in einem verformten Zustand veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nun gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel, das in den Zeichnungen dargestellt ist, detailliert beschrieben.
1 bis 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Brennstoffzelle und eine Klebestruktur eines Separators für die Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung weisen eine Mehrzahl von Einheitszellen Cn-1, Cn, Cn+1 usw., wobei jede eine Struktur hat, bei der Separatoren 3 mit einem dazwischen liegenden ersten Verschlussglied (auf das im Folgenden als eine „Haftschicht“ Bezug genommen ist) 12, das z. B. eine Haftschicht aufweist, an einen Rahmen 2 geklebt sind, und eine Mehrzahl von zweiten Verschlussgliedern (auf die im Folgenden als eine „Dichtung“ Bezug genommen ist) 4, die z. B. eine Dichtung aufweisen und angepasst sind, um einen Verschluss zwischen den Separatoren 3 der benachbarten Einheitszellen zu liefern, auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Haftschicht 12 auf und entlang der Oberfläche jedes der Separatoren 3 unter der Bedingung verteilt, dass mindestens ein Teil der Haftschicht 12 in der Richtung, in der die Einheitszellen Cn-1, Cn, Cn+1 usw. gestapelt sind, mit der Dichtung 4 überlappt. Ferner ist die Haftschicht 12 derart gebildet, dass die Dicke der Haftschicht 12 in der Region, in der dieselbe mit der Dichtung 4 überlappt, bezüglich der Dicke in der Region, in der dieselbe mit der Dichtung 4 nicht überlappt, reduziert ist.
Im Folgenden wird eine Beschreibung hinsichtlich eines Falls geliefert, bei dem das Brennstoffzellensystem 10, das eine Brennstoffzelle 20 und die Klebestruktur des Separators für die Brennstoffzelle 20 aufweist, auf ein in einem Motorfahrzeug eingebautes Elektroenergieerzeugungssystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug angewandt ist. Es sollte jedoch zu erkennen sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Anwendung eingeschränkt ist, sondern auf jede Art von Fahrzeug angewandt sein kann, einschließlich beispielsweise Schiffe, Flugzeuge, Straßenbahnen und Laufroboter. Bei dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel weist das Brennstoffzellensystem 10 die Brennstoffzelle 20, eine Luftzufuhrleitung (eine Oxidationsgaszufuhrleitung) 71, durch die der Brennstoffzelle 20 ein Oxidationsgas zugeführt wird, eine Austrittsleitung 72, durch die ein Abgas des Oxidationsgases aus der Brennstoffzelle 20 austritt, eine Wasserstoffquelle (eine Brennstoffquelle) 40, eine Brennstoffzufuhrleitung 74, durch die der Brennstoffzelle 20 ein Brennstoffgas aus der Wasserstoffquelle 40 zugeführt wird, und eine Wasserstoff-Rezirkulationsleitung (eine Brennstoffgas-Rezirkulationsleitung) 75, durch die ein Abgas des Brennstoffgases, das aus der Brennstoffzelle 20 austritt, zu der Brennstoffzufuhrleitung 74 rezirkuliert wird, auf.
1 zeigt die Gesamtkonfiguration des Brennstoffzellensystems 10, und 2 ist eine Draufsicht, die den Separator für die Brennstoffzelle 20, der in dem Brennstoffzellensystem 10 eingesetzt ist, darstellt. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 2, die eine Dichtung des Brennstoffzellenstapels und deren Umgebung zeigt. Die Brennstoffzelle 20, die bei diesem Ausführungsbeispiel eingesetzt ist, hat eine Zellenstruktur mit Rahmen.
Wie in 1 gezeigt, wird einer Einlassöffnung der Brennstoffzelle 20 durch die Luftzufuhrleitung (Oxidationsgaszufuhrleitung) 71 Luft zugeführt, die als das Oxidationsgas dient. An der Luftzufuhrleitung 71 sind ein Luftfilter A1 zum Entfernen von Partikeln aus der Luft, ein Verdichter A3 zum Unterdrucksetzen der Luft, ein Drucksensor P4 zum Erfassen des Drucks der zugeführten Luft und ein Befeuchter A21 zum Hinzufügen einer erforderlichen Menge einer Feuchtigkeit zu der Luft vorgesehen. Der Verdichter A3 wird durch einen Elektromotor (eine Zusatzmaschine) angetrieben, der durch eine Steuerungseinheit 50, die im Folgenden beschrieben wird, gesteuert wird. Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, ist in dem Luftfilter A1 ein Luftflussmesser (ein Flussinstrument) zum Erfassen der Quantität des Luftflusses vorgesehen.
Ein Luftabgas, das aus der Brennstoffzelle 20 austritt, wird über die Austrittsleitung 72 nach außen entladen. An der Austrittsleitung 72 sind ein Drucksensor P1 zum Erfassen des Gasdrucks, ein Druckanpassventil A4 und ein Wärmeaustauscher des Befeuchters A21 vorgesehen. Das Druckanpassventil A4 (ein Druckreduzierer) reguliert den Druck der Luft, die der Brennstoffzelle 20 zugeführt wird.
Erfassungssignale der Drucksensoren P4 und P1 werden zu der Steuerungseinheit 50 übertragen. Die Steuerungseinheit 50 stellt durch Steuern des Elektromotors des Verdichters A3 und des Öffnungsbereichs des Druckanpassventils A4 den Druck und die Quantität der Luft, die der Brennstoffzelle 20 zugeführt wird, ein.
Ein Wasserstoffgas, das als das Brennstoffgas verwendet ist, wird aus der Wasserstoffquelle (der Brennstoffquelle) 40 über die Brennstoffzufuhrleitung 74 einer Wasserstoff-Einlassöffnung der Brennstoffzelle 20 zugeführt. Die Wasserstoffquelle 40 kann beispielsweise ein Hochdruck-Wasserstofftank, ein Brennstoffreformer oder eine Wasserstoffspeicherlegierung sein.
An der Brennstoffzufuhrleitung 74 sind ein Absperrventil H100 zum Durchlassen oder Blockieren des Wasserstoffs aus der Wasserstoffquelle 40, ein Drucksensor P6 zum Erfassen des Drucks des Wasserstoffgases, das aus der Wasserstoffquelle 40 zugeführt wird, ein Wasserstoffdruckanpassventil H9 zum Reduzieren und Anpassen des Drucks des Wasserstoffgases, das der Brennstoffzelle 20 zugeführt wird, ein Drucksensor P9 zum Erfassen des Drucks des Wasserstoffgases stromabwärts von dem Wasserstoffdruckanpassventil H9, ein Absperrventil H21 zum Öffnen und Schließen des Durchlasses zwischen der Wasserstoff-Einlassöffnung der Brennstoffzelle 20 und der Brennstoffzufuhrleitung 74 und ein Drucksensor P5 zum Erfassen des Drucks des Wasserstoffgases bei dem Eingang der Brennstoffzelle 20 vorgesehen.
Das Wasserstoffdruckanpassventil H9 kann ein Druckreglerventil aufweisen, das auf eine mechanische Art und Weise einen Druckreduzierbetrieb durchführt, kann jedoch durch ein Ventil ersetzt sein, dessen Öffnungsgrad mittels eines Pulsmotors linear oder kontinuierlich angepasst wird. Erfassungssignale der Drucksensoren P5, P6 und P9 werden zu der Steuerungseinheit 50 übertragen.
Wasserstoffgas, das in der Brennstoffzelle 20 nicht verbraucht wird, tritt als Wasserstoff-Abgas zu der Wasserstoff-Rezirkulationsleitung (Brennstoffgas-Rezirkulationsleitung) 75 aus und wird dann stromabwärts von dem Wasserstoffdruckanpassventil H9 zu der Brennstoffzufuhrleitung 74 zurückgeführt. An der Wasserstoff-Rezirkulationsleitung 75 sind ein Temperatursensor T31 zum Erfassen der Temperatur des Wasserstoff-Abgases, ein Absperrventil H22 zum Verbinden und Trennen der Brennstoffzelle 20 und der Wasserstoff-Rezirkulationsleitung 75, ein Gas-Flüssigkeits-Separator H42 zum Trennen des Wassers von dem Wasserstoff-Abgas, ein Wasserablaufventil H41 zum Erlauben, dass das so getrennte Wasser in einen Tank (nicht gezeigt) außerhalb der Wasserstoff-Rezirkulationsleitung 75 zurückgewonnen wird, eine Wasserstoffpumpe H50 zum Unterdrucksetzen des Wasserstoff-Abgases und ein Rückschlagventil H52 vorgesehen.
Die Absperrventile H21 und H22 schließen die Anodenseite der Brennstoffzelle 20 ab. Erfassungssignale des Temperatursensors T31 werden zu der Steuerungseinheit 50 übertragen. Die Steuerungseinheit 50 steuert den Betrieb der Wasserstoffpumpe H50.
Das Wasserstoff-Abgas wird mit dem Wasserstoffgas in der Brennstoffzufuhrleitung 74 gemischt und dann der Brennstoffzelle 20 für eine Wiederverwendung zugeführt. Das Rückschlagventil H52 hemmt, dass das Wasserstoffgas in der Brennstoffzufuhrleitung 74 zu der Wasserstoff-Rezirkulationsleitung 75 zurückfließt. Die Absperrventile H100, H21 und H22 werden durch die Signale, die von der Steuerungseinheit 50 zugeführt werden, betrieben.
Die Wasserstoff-Rezirkulationsleitung 75 ist durch einen Spülflussweg 76 durch ein Austrittssteuerungsventil H51 mit der Austrittsleitung 72 verbunden. Das Austrittssteuerungsventil H51 ist ein elektromagnetisches Absperrventil und wird durch die Steuerungseinheit 50 gesteuert, um dadurch das Wasserstoff-Abgas nach außen zu entladen oder zu spülen. Ein solcher Spülbetrieb kann intermittierend ausgeführt werden, um die Konzentration übermäßiger Verunreinigungen in dem Wasserstoffgas auf der Brennstoffelektrodenseite aufgrund der wiederholten Rezirkulation des Wasserstoff-Abgases, die zu einer Reduzierung einer Zellenspannung führen kann, zu verhindern.
Die Brennstoffzelle 20 hat eine Kühlmitteleinlassöffnung und eine Kühlmittelauslassöffnung, die durch eine Kühlmittelleitung 73, durch die man ein Kühlmittel zirkulieren lässt, miteinander verbunden sind. An der Kühlmittelleitung 73 sind ein Temperatursensor T1 zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels, das aus der Brennstoffzelle 20 abläuft, ein Strahler (Wärmeaustauscher) C2 zum Abführen der Wärme des Kühlmittels nach außen, eine Pumpe C1 zum Unterdrucksetzen und Zirkulierenlassen des Kühlmittels und ein Temperatursensor T2 zum Erfassen der Temperatur des Kühlmittels, das der Brennstoffzelle 20 zugeführt wird, vorgesehen. Der Strahler C2 ist mit einem Kühlventilator C13 versehen, der durch einen Elektromotor drehend angetrieben wird.
Die Steuerungseinheit 50 steuert den Betrieb der Ventile und der Motoren des Brennstoffzellensystems 10 durch Empfangen von Gaspedalsignalen, die die erforderliche Last anzeigen, und Erlangen von Steuerungsinformationen von einer Vielfalt von Sensoren in dem Brennstoffzellensystem 10 (Drucksensoren, Temperatursensoren, Flussmessern, Ausgangsstrommessern, Ausgangsspannungsmessern und dergleichen).
Die Steuerungseinheit 50 weist ein Computer-Steuerungssystem, das in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, auf. Das Computer-Steuerungssystem hat bekannte Komponenten, die eine CPU, einen ROM, einen RAM, ein HDD, eine Eingabe-/ Ausgabe-Schnittstelle, eine Anzeige und dergleichen aufweisen. Kommerziell verfügbare Computer-Steuerungssysteme können als das Computer-Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet sein.
Die Brennstoffzelle 20 besteht aus einem Brennstoffzellenstapel, der durch Stapeln einer erforderlichen Zahl der Einheitszellen gebildet ist, die durch Verwenden des Brennstoffgases und des Oxidationsgases, die denselben zugeführt werden, Elektrizität erzeugen. Die durch die Brennstoffzelle 20 erzeugte Elektrizität wird in eine Energiesteuerungseinheit eingespeist, die in den Zeichnungen nicht gezeigt ist. Die Energiesteuerungseinheit weist einen Wechselrichter zum Betätigen eines Antriebsmotors eines Motorfahrzeugs, einen Wechselrichter zum Betreiben einer Vielfalt von Zusatzmaschinen, wie eines Verdichtermotors, eines Wasserstoffpumpenmotors und dergleichen, und einen Gleichstromwandler zum Wiederaufladen einer Batterie, wie einer Sekundärzelle oder dergleichen, und Zuführen von Elektrizität von der Batterieeinrichtung zu Motoren auf.
Es wird nun der Aufbau der Brennstoffzelle 20 detailliert beschrieben. Wie in 3 dargestellt, wird der Brennstoffzellenstapel durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen Cn-1, Cn, Cn+1 usw. (die im Folgenden lediglich durch „Cn“ als einen Vertreter der gesamten Einheitszellen angezeigt sind) in einer Zahl gefertigt, die ausreichend ist, um ein gewünschtes Niveau einer elektrischen Spannung zu erzeugen. Jede der Einheitszellen Cn weist einen elektrizitätserzeugenden Körper 1, ein Paar von Harzrahmen 2, zwischen denen der elektrizitätserzeugende Körper 1 angeordnet ist, und Separatoren 3 auf. Eine Dichtung 4 ist zwischen den Einheitszellen Cn, die einander benachbart sind, vorgesehen.
Das Paar von Harzrahmen 2 ist durch eine Haftschicht, die in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, zusammengeklebt. Die Rahmen 2 sind von einer gleichen Konfiguration und bilden eine Struktur, die der Form einer Einheitszelle entspricht. Die Rahmen 2 sind aus einem isolierenden Material, wie einem härtenden Harz oder dergleichen, gebildet. Die Haftschicht weist ein Haftmittel auf, das zum Zusammenkleben der Rahmen 2 geeignet ist. Der elektrizitätserzeugende Körper 1 wird in die Haftschicht eingefügt und an die Rahmen geklebt. Jeder der Rahmen 2 hat einen für einen Verschlusszweck ausgenommenen Abschnitt 13, der in der Nähe einer peripheren Kante der Rahmen 2 gebildet ist und an der äußeren Oberfläche der Einheitszelle vorgesehen ist. Der ausgenommene Abschnitt 13 stellt sicher, dass, wenn die Dichtung 4 zwischen zwei benachbarte Einheitszellen gebracht ist, eine mechanische Spannung einer geeigneten Größe erzeugt wird, um einen Verschluss zwischen den Einheitszellen zu liefern.
Die Separatoren 3 sind an die äußeren Oberflächen der Rahmen 2 geklebt, wobei zwischen denselben eine Haftschicht 12 liegt. Die Separatoren 3 sind von der gleichen Konfiguration, und jeder der Separatoren 3 hat einen konkaven Abschnitt 14, der dem ausgenommenen Abschnitt 13 der jeweiligen Rahmen 2 entspricht. Die Haftschicht 12 ist vorzugsweise aus einem Haftmittel mit einem hohen Dehnungskoeffizienten gebildet.
Die Separatoren 3 von zwei benachbarten Einheitszellen haben konkave Abschnitte 14, die einander zugewandt sind, womit ein Raum gelassen ist, in dem die Dichtung 4 eingefügt und fixiert ist.
Wie in 2 dargestellt, ist jeder der Separatoren 3 mit einer Mehrzahl von Flusskanälen 31 versehen, die die Einheitszellen Cn voneinander beabstandet halten und Durchlässe zum Zufuhren des Wasserstoffgases (des Brennstoffgases) oder der Luft (des Oxidationsgases) zu einer Wasserstoffelektrodenseite schaffen. Die einzelnen Flusskanäle 31 sind mit einem Verteiler 33 verbunden, der als ein gemeinsamer Durchlass dient, durch den das Wasserstoffgas und die Luft den Flusskanälen 31 zugeführt werden. Kühlmittelflusskanäle (nicht gezeigt) sind auf der hinsichtlich der Oberfläche, die in 2 gezeigt ist, andersseitigen Oberfläche des Separators 3 vorgesehen. Dies macht es möglich, die Separatoren 3 dadurch zu kühlen, dass dem Kühlmittel erlaubt wird, die Wärme zu absorbieren, die bei dem Verfahren einer elektrochemischen Reaktion, die in den Einheitszellen Cn auftritt, erzeugt wird. Einige der Verteiler 33 sind ferner mit einem Flussweg für das Kühlmittel versehen. An der Ecke jedes Separators 3 sind Koppellöcher 32 vorgesehen, in die Befestigungsglieder, wie Bolzen oder dergleichen, eingefügt werden können, um eine Mehrzahl von Einheitszellen in einen einzigen Brennstoffzellenstapel zu kombinieren.
Der Separator 3 muss elektrisch leitfähig sein und kann daher metallisch sein. Genauer gesagt, Beispiele des Separators 3 weisen einen Kohlenstoffseparator, der aus Kohlenstoff und Harz hergestellt ist, und einen Metallseparator auf, der aus einer Platte aus rostfreiem Stahl mit oder ohne ein elektrisch leitfähiges Material und einem Antikorrosionsmaterial, das auf der Oberfläche derselben aufgebracht ist, gebildet ist. Die folgende Beschreibung wird anhand eines Beispiels auf den Metallseparator fokussiert, sein. Der Separator 3 muss ferner angesichts der Tatsache, dass derselbe komplexe Strukturabschnitte mit einer feinen Größe, einschließlich der Flusskanäle 31, hat, vorsichtig präzisionsbearbeitet sein. Zusätzlich ist es nötig, dass der Separator 3 so dünn wie möglich gebildet ist, so dass die Einheitszellen, die aus dem Separator 3 gefertigt sind, in ausreichenden Zahlen gestapelt werden können, um das Erfordernis für eine Hochspannungselektrizitätserzeugung zu erfüllen. Aus den im Vorhergehenden angegebenen Gründen ist der Separator 3 aus einer Metallplatte 30 gefertigt, die aus einem leicht zu bearbeitenden metallischen Material, z. B. Aluminium, Eisen, Titan und rostfreier Stahl, das Kohlenstoff enthält, hergestellt ist. Die Metallplatte 30 hat eine Dicke von z. B. 0,05-0,3 mm und vorzugsweise nicht größer als 0,1 mm, um zu erlauben, dass die Einheitszellen in ausreichenden Zahlen gestapelt werden. In Anbetracht einer Bearbeitbarkeit muss die Metallplatte 30 einen bestimmten Grad an Elastizität haben und muss einen Young'schen Modul gleich oder größer als 7 x 1010 Pa haben. Außerdem muss die Metallplatte 30 eine physikalische Eigenschaft, die in der Lage ist, einer Umgebungstemperatur, die z. B. von -30°C bis +120°C reicht, zu widerstehen, und eine chemische Eigenschaft haben, die in der Lage ist, einer sauren Atmosphäre von pH2 oder mehr zu widerstehen. Solange die Metallplatte 30 eine Struktur hat, die den elektrizitätserzeugenden Körper 1 zwischen sich anordnen und die im Vorhergehenden dargelegten Bedingungen einhalten kann, besteht kein Problem bei dem Bilden der Flusskanäle 31 mit einer feinen Größe in der Region, die den elektrizitätserzeugenden Körper 1 überlappt, während eine vorgeschriebene mechanische Festigkeit beibehalten wird.
Der elektrizitätserzeugende Körper 1, der für eine Energieerzeugung in der Brennstoffzelle 20 verantwortlich ist, kann eine Vielfalt von Strukturen haben, die von der Art der Brennstoffzelle 20 abhängen. Bei einem Fall einer Festoxid-Brennstoffzelle beispielsweise hat der elektrizitätserzeugende Körper 1 eine Grundstruktur, bei der ein Elektrolyt, wie Zirkoniumdioxid oder dergleichen, zwischen eine Luftelektrode, z. B. Lanthanmagnetit, und eine Brennstoffelektrode, z. B. Nickel, gebracht ist. Bei einem Fall einer Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle hat der elektrizitätserzeugende Körper 1 eine Struktur, bei der eine Elektrolytplatte, die ein Trägerglied aufweist, zwischen eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode gebracht ist. Das Trägerglied ist aus LiAlO2 oder dergleichen hergestellt und ist mit einem Karbonat imprägniert. Bei einem Fall einer Phosphorsäure-Brennstoffzelle hat der elektrizitätserzeugende Körper 1 eine Struktur, bei der ein Phosphorsäure-Elektrolyt zwischen eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode gebracht ist. Bei einem Fall einer Polymersäure-Brennstoffzelle hat der elektrizitätserzeugende Körper 1 eine Struktur, bei der eine Elektrolytmembran, die einen Polymer-Elektrolyt enthält, wie eine fluorbasierte Ionenaustauschermembran oder dergleichen, zwischen eine Brennstoffelektrode und eine Luftelektrode gebracht ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der elektrizitätserzeugende Körper 1 insbesondere für eine Energiequelle in einem elektrisch angetriebenen Auto geeignet und ist mit einer Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektroden-Baugruppe versehen, bei der auf beiden Seiten einer Polymer-Elektrolyt-Membran Katalysatorelektroden, die jeweils einen Katalysator enthalten, der an einer porösen Trägerschicht getragen ist, gebildet sind.
Als Nächstes werden die Konfiguration der Dichtung 4 und deren Umgebung detailliert beschrieben. 4 zeigt einen Querschnitt der Dichtung 4 und ihrer umgebenden Regionen bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wobei eine vergrößerte Ansicht der angrenzenden Abschnitte zweier benachbarter Einheitszellen Cn gezeigt ist.
Die Dichtung 4 ist mit einem plattenartigen Basisabschnitt 20 und einem Berührungsabschnitt 21, der von dem plattenartigen Basisabschnitt 20 vorspringt, versehen. Der Berührungsabschnitt 21 berührt den gegenüberliegenden Separator 3, wodurch verhindert wird, dass das Fluid, das in einen elektrizitätserzeugenden Bereich gefüllt ist, nach außen leckt. Die Dichtung 4 kann aus einem elastischen Material mit einer chemischen Beständigkeit, z. B. einem typischen Harz oder Polymer, wie einem Elastomer oder dergleichen, hergestellt sein.
An dem ausgenommenen Abschnitt 13 jedes der Rahmen 2 ist ein erhabener Abschnitt 2a vorgesehen, der hin zu der Dichtung 4 vorsteht. Der erhabene Abschnitt 2a hat eine Oberfläche mit einer planaren Form und hat vorzugsweise eine Breite mindestens gleich oder größer als dieselbe des Berührungsabschnitts 21 der Dichtung 4. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Breite des erhabenen Abschnitts 2a konfiguriert, um etwas größer als die Breite des Berührungsabschnitts 21 zu sein. Der erhabene Abschnitt 2a stellt sicher, dass die Haftschicht 12 mindestens in der Region dünner ist, in der die Haftschicht 12 mit dem Berührungsabschnitt 21 der Dichtung 4, der von dem plattenartigen Basisabschnitt 20 vorspringt, überlappt.
Der konkave Abschnitt 14 jedes der Separatoren 3 hat eine allgemein planare Bodenoberfläche, und die Dichtung 4 ist zwischen zwei gegenüberliegenden konkaven Abschnitten 14 der benachbarten Separatoren 3 platziert. Die erhabenen Abschnitte 2a der Rahmen 2, die an den ausgenommenen Abschnitten 13 jedes der Rahmen 2 gebildet sind, sind ebenfalls einander zugewandt.
Auf diese Weise sind die Haftschicht 12 und die Dichtung 4 in der Stapelrichtung miteinander überlappt. Ferner ist die Dicke der Haftschicht 12 in der Region 12a, in der die Schicht mit dem Berührungsabschnitt 21 der Dichtung 4 überlappt, bezüglich der Dicke der Haftschicht in der Region 12b, in der die Schicht mit der Dichtung 4 nicht überlappt, reduziert. Genauer gesagt, die Region 12a kann beispielsweise eine Dicke von etwa 0,05 mm und eine Breite von etwa 2 mm haben, während die Region 12b beispielsweise 0,15 mm dick sein kann.
Die wie im Vorhergehenden konfigurierte Klebestruktur funktioniert auf folgende Art und Weise.
Bezug nehmend auf 5 wird bei einem hypothetischen Fall, bei dem die Haftschicht 12' selbst in der Region, in der die Schicht mit der Dichtung 4 überlappt, eine gleichmäßige Dicke hat, die Haftschicht 12' durch die Reaktionskraft der Dichtung 4 elastisch oder plastisch verformt, was zu der Verformung eines der angrenzenden Separatoren 3 führt. Dies kann den Verschluss zwischen den angrenzenden Separatoren 3 schwächen. Im Gegensatz dazu hat bei der vorliegenden Erfindung die Haftschicht 12 in der Region 12a eine kleinere Dicke als dieselbe in der Region 12b, in der dieselbe nicht mit der Dichtung 4 überlappt. Dies macht es möglich, die Reaktionskraft (z. B. eine einer Elastizität zuschreibbare abstoßende Kraft) der Dichtung 4 zu steuern, ohne deren Verschlussfähigkeit zu zerstören. Bei diesem Verfahren wird eine Verformung der Haftschicht 12 unterdrückt. Selbst wenn in der Haftschicht 12 eine Verformung auftritt, ist die maximale Menge der Verformung auf innerhalb der Dicke der Region 12a, in der die Schicht mit dem Berührungsabschnitt 21 der Dichtung 4 überlappt, begrenzt. Mit anderen Worten, die Verformung der Haftschicht 12 wird innerhalb eines Bereichs gesteuert, in dem die Reaktionskraft der Dichtung 4 zulässig ist.
Dies hilft, um die Verformung des Separators 3 zu unterdrücken und somit die Verschlussfähigkeit der Dichtung 4 zu steigern. Die Region 12b der Haftschicht 12, in der die Schicht mit der Dichtung 4 nicht überlappt, hat eine Dicke, die groß genug ist, um die Differenz der thermischen Ausdehnung des Rahmens 2 und des Separators 3 zu absorbieren. Dies hemmt das Auftreten einer Fehlausrichtung zwischen dem Rahmen 2 und dem Separator 3. Ferner ist die Haftschicht 12 unter Verwendung eines Haftmittels gebildet, das einen hohen Dehnungskoeffizienten hat, was es möglich macht, die Dicke der Haftschicht 12 in der Region, die der Dichtung 4 entspricht, ausreichend zu reduzieren.
Wie im Vorhergehenden beschrieben, ist bei der Brennstoffzelle 20 der vorliegenden Erfindung die Dicke der Haftschicht 12 in der Region, die der Dichtung 4 entspricht, kleiner als die Dicke in anderen Regionen. Dies hilft bei einem Vermeiden der Fehlausrichtung zwischen dem Rahmen 2 und dem Separator 3, die sonst aufgrund der Differenz der thermischen Ausdehnung auftreten kann. Dies unterdrückt ferner die Verformung des Separators 3, wodurch die Verschlussfähigkeit der Dichtung 4 verbessert wird. Außerdem erlaubt die Verwendung eines Haftmittels mit einem hohen Dehnungskoeffizienten, dass die Haftschicht 12 dünn gebildet ist, was es möglich macht, die Fehlausrichtung zwischen dem Rahmen 2 und dem Separator 3, die sonst aufgrund der Differenz der thermischen Ausdehnung auftreten kann, und die Verformung des Separators 3, die sonst durch die Reaktionskraft der Dichtung 4 verursacht werden kann, zu minimieren.
Obwohl die Erfindung in dem Zusammenhang eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gezeigt und beschrieben wurde, dient dies lediglich einem erläuternden Zweck und soll den Schutzbereich der Erfindung nicht begrenzen. Für Fachleute versteht sich von selbst, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen sein können. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise auf eine Dichtung angewandt sein, die ein Paar von Separatoren, die zu einer einzigen Einheitszelle gehören, verschließt, obwohl die vorhergehende Beschreibung in Bezug auf ein Ausführungsbeispiel geliefert wurde, bei dem die vorliegende Erfindung auf die Dichtung 4 angewandt ist, die die Separatoren 3 zweier angrenzender Einheitszellen verschließt.
Anders als bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, bei dem die erhabenen Abschnitte 2a an beiden der gegenseitig gegenüberliegenden ausgenommenen Abschnitte 13 der Rahmen 2 gebildet sind, wäre es ferner auch möglich, den erhabenen Abschnitt 2a an lediglich dem ausgenommenen Abschnitt 13 des Rahmens 2 vorzusehen, der dem Berührungsabschnitt 21 der Dichtung 4 zugewandt ist. Mit anderen Worten, die Haftschicht 12, gegen die der Berührungsabschnitt 21 der Dichtung 4 gedrückt ist, kann entworfen sein, um die dünne Region 12a zu haben, während die Dicke der Haftschicht 12, die an den plattenartigen Basisabschnitt 20 der Dichtung 4 angrenzt, gleichmäßig gemacht ist.
Es ist bevorzugt, dass der Harzrahmen 2 eine höhere Steifigkeit als das erste Verschlussglied 12 hat. Eine hohe Steifigkeit bedeutet hier, dass beispielsweise eine Verformungsmenge durch eine äußere Kraft relativ klein ist.
Zusätzlich dient, obwohl das Vorhergehende ein Ausführungsbeispiel beschreibt, bei dem die Haftschicht als das erste Verschlussglied 12 dient und die Dichtung als das zweite Verschlussglied 4 wirkt, dies lediglich einem erläuternden Zweck. Die Dichtung kann als das erste Verschlussglied wirken, und die Haftschicht kann als das zweite Verschlussglied dienen. Das erste Verschlussglied 12 liefert einen Verschluss bei einer einzigen Einheitszelle Cn, während das zweite Verschlussglied 4 einen Zwischenzellenverschluss in dem Brennstoffzellenstapel liefert. Das erste Verschlussglied 12 und das zweite Verschlussglied 4 können aus entweder einer gleichen Art von Material oder unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Ferner kann das erste Verschlussglied einen Zwischenzellenverschluss in dem Brennstoffzellenstapel liefern, während das zweite Verschlussglied einen Verschluss bei einer einzigen Einheitszelle liefert.
Zusätzlich soll, obwohl das Vorhergehende ein Ausführungsbeispiel beschreibt, bei dem der Harzrahmen 2 zu dem ersten Verschlussglied 12 benachbart ist, dies nicht den Schutzbereich der Erfindung begrenzen. Ein Glied, das zu dem ersten Verschlussglied benachbart ist, ist nicht auf eine Rahmenfigur begrenzt und kann beispielsweise ein Separator sein. Zusätzlich ist ein Glied, das zu dem ersten Verschlussglied benachbart ist, nicht darauf begrenzt, aus einem Harz hergestellt zu sein, und kann aus Metall- oder Kohlenstoffmaterialien hergestellt sein.

Claims

Brennstoffzelle mit: einem ersten, einem zweiten und einem dritten Glied (2, 3), die gestapelt sind, wobei sich das dritte Glied zwischen dem ersten Glied und dem zweiten Glied befindet; einem ersten Verschlussglied (12), das zwischen dem ersten Glied und dem dritten Glied verschließt; und einem zweiten Verschlussglied (4), das zwischen dem zweiten Glied und dem dritten Glied verschließt, wobei das erste Verschlussglied (12) eine Region, in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied (4) überlappt, und eine Region hat, in der dasselbe in einer Richtung, in der das erste, das zweite und das dritte Glied gestapelt sind, mit dem zweiten Verschlussglied nicht überlappt, wobei eine Dicke des ersten Verschlussglieds (12) in einer Region (12a), in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied (4) überlappt, bezüglich einer Dicke des ersten Verschlussglieds (12) in einer Region (12b), in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied (4) nicht überlappt, kleiner ist, und wobei das zweite Glied und das dritte Glied einander berühren und mindestens entweder das zweite Glied oder das dritte Glied einen konkaven Abschnitt (14) hat, der einen Raum lässt, in dem das zweite Verschlussglied eingefügt ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1, bei der das erste Glied (2) eine höhere Steifigkeit als das erste Verschlussglied (12) hat; das erste Glied (2) in einer Region, in der das erste Verschlussglied (12) vorgesehen ist, einen ausgenommenen Abschnitt (13) und einen erhabenen Abschnitt (2a) hat, der erhabene Abschnitt (2a) der Region des ersten Verschlussglieds (12) mit der kleineren Dicke entspricht, und der ausgenommene Abschnitt (13) der Region des ersten Verschlussglieds (12) mit der größeren Dicke entspricht.
Brennstoffzelle mit: einer Mehrzahl von Einheitszellen (C_n-1, C_n, C_n+1), wobei jede eine Membran-Elektroden-Baugruppe (1) und einen Separator (3) hat, die mit einem dazwischen liegenden ersten Verschlussglied (12) gestapelt sind, und die Einheitszellen (C_n-1, C_n, C_n+1) mit einem dazwischen liegenden zweiten Verschlussglied (4) aufeinandergestapelt sind, wobei das erste Verschlussglied (12) auf und entlang einer Oberfläche des Separators (3) verteilt ist, wobei mindestens ein Teil des ersten Verschlussglieds (12) in einer Richtung, in der die Einheitszellen (C_n-1, C_n, C_n+1) gestapelt sind, mit dem zweiten Verschlussglied (4) überlappt, wobei eine Dicke des ersten Verschlussglieds (12) in einer Region (12a), in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied (4) überlappt, bezüglich einer Dicke des ersten Verschlussglieds (12) in einer Region (12b), in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied (4) nicht überlappt, kleiner ist, und wobei die Separatoren (3) zweier benachbarter Einheitszellen (C_n-1, C_n, C_n+1) einander berühren und mindestens einer der Separatoren (3) zweier benachbarter Einheitszellen (C_n-1, C_n, C_n+1) einen konkaven Abschnitt (14) hat, der einen Raum lässt, in dem das zweite Verschlussglied (4) eingefügt ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das erste Verschlussglied (12) eine Haftschicht ist und das zweite Verschlussglied (4) eine Dichtung ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 3 oder 4, bei der ein Rahmen (2), der die Membran-Elektroden-Baugruppe (1) zwischen sich anordnet, zwischen der Membran-Elektroden-Baugruppe (1) und dem Separator (3) vorgesehen ist; und das erste Verschlussglied (12) eine Haftschicht ist, die den Separator (3) an den Rahmen (2) klebt.
Brennstoffzelle nach Anspruch 5, bei der der Rahmen (2) aus einem isolierenden Material gebildet ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 5, bei der der Rahmen (2) einen für einen Verschlusszweck ausgenommenen Abschnitt (13) hat, der in der Nähe einer peripheren Kante des Rahmens (2) gebildet ist und an dessen den Separator berührenden Oberfläche vorgesehen ist; und der konkave Abschnitt (14) dem ausgenommenen Abschnitt (13) des Rahmens (2) entspricht; und das zweite Verschlussglied (4) in dem Raum, der durch den konkaven Abschnitt (14) des Separators (3) gebildet ist, fixiert ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 7, bei der an dem ausgenommenen Abschnitt (13) des Rahmens (2) ein erhabener Abschnitt (2a), der hin zu dem zweiten Verschlussglied (4) vorsteht, vorgesehen ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 8, bei der der erhabene Abschnitt (2a) eine Breite gleich oder größer als dieselbe eines Berührungsabschnitts des zweiten Verschlussglieds (4) zu dem Separator (3) hat.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei der sich ein Abschnitt des ersten Verschlussglieds (12) in einem Bereich befindet, in dem die Separatoren (3) zweier benachbarter Einheitszellen einander berühren.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 3 bis 10, bei der sich ein Abschnitt des ersten Verschlussglieds (12) bei dem konkaven Abschnitt (14) befindet und mit dem zweiten Verschlussglied (4) nicht überlappt.
Klebestruktur eines Separators (3) für eine Verwendung bei einem Fertigen einer Brennstoffzelle, wobei die Brennstoffzelle eine Mehrzahl von Einheitszellen (C_n-1, C_n, C_n+1) aufweist, wobei jede eine Membran-Elektroden-Baugruppe (1) und einen Separator (3) hat, die mit einem dazwischen liegenden ersten Verschlussglied (12) gestapelt sind, und die Einheitszellen (C_n-1, C_n, C_n+1) mit einem dazwischen liegenden zweiten Verschlussglied (4) aufeinandergestapelt sind, wobei das erste Verschlussglied (12) auf und entlang einer Oberfläche des Separators (3) verteilt ist, wobei mindestens ein Teil des ersten Verschlussglieds (12) in einer Richtung, in der die Einheitszellen (C_n-1, C_n, C_n+1) gestapelt sind, mit dem zweiten Verschlussglied (4) überlappt, wobei eine Dicke des ersten Verschlussglieds (12) in einer Region, in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied (4) überlappt, bezüglich einer Dicke des ersten Verschlussglieds (12) in einer Region, in der dasselbe mit dem zweiten Verschlussglied (4) nicht überlappt, reduziert ist, und wobei die Separatoren (3) zweier benachbarter Einheitszellen (C_n-1, C_n, C_n+1) einander berühren und mindestens einer der Separatoren (3) zweier benachbarter Einheitszellen (C_n-1, C_n, C_n+1) einen konkaven Abschnitt (14) hat, der einen Raum lässt, in dem das zweite Verschlussglied (4) eingefügt ist.