DE112007001742T5

DE112007001742T5 - Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112007001742T5
Application number: DE112007001742T
Authority: DE
Inventors: Koichiro Toyota-shi Yamashita; Junichi Toyota-shi Shirahama; Katsuya Toyota-shi Matsuoka; Ikuyasu Nishio-shi Kato; Kazuo Nishio-shi Horibe; Osamu Toyota-shi Hamanoi; Takuya Toyota-shi Hashimoto; Hideki Toyota-shi Kubo; Masahiro Nishio-shi Shiozawa; Ryo Toyota-shi Akagawa
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-07-26
Also published as: JP5189269B2; CA2659043A1; WO2008020545A1; CN101496215A; US8603692B2; US20090325016A1; CN101496215B; CA2659043C; JP2008053197A; DE112007001742B4

Abstract

Brennstoffzelle, die einen Stapel von drei oder mehr erzeugenden Zellen aufweist, bei der
jede der erzeugenden Zellen eine Anordnung aufweist, bei der eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode jeweils an eine Seite einer elektrolytischen Membran gefügt sind, wobei sich die Anodenelektrode in einer Stapelrichtung der erzeugenden Zelle näher zu einem Ende als die Kathodenelektrode befindet;
temperaturregulierende Teile, von denen jedes zwischen der Anodenelektrode einer erzeugenden Zelle von benachbarten erzeugenden Zellen und der Kathodenelektrode der anderen erzeugenden Zellen zum Regulieren der Temperaturen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode vorgesehen ist, bei einer Mehrzahl von Stellen entlang der Stapelrichtung angeordnet sind; und
die temperaturregulierenden Teile, die bei der Mehrzahl von Stellen vorgesehen sind, eine Temperaturregulierung durchführen, um zu verursachen, dass ein Unterschied der Wärmeabfuhrfähigkeit zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode entlang der Stapelrichtung variiert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle, die einen Stapel aufweist, in dem erzeugende Zellen gestapelt sind.
HINTERGRUNDTECHNIK
Bei einer Brennstoffzelle ist ein Stapel durch Laminieren einer Mehrzahl von erzeugenden Zellen gebildet, wobei jede derselben eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA; MEA = Membrane Electrode Assembly) aufweist, bei der eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode jeweils an eine Seite einer elektrolytischen Membran gefügt sind. Bei jeder der erzeugenden Zellen werden ein Brennstoffgas und ein Oxidationsmittelgas in die Anodenelektrode bzw. die Kathodenelektrode gespeist, um dadurch eine elektrochemische Reaktion zum Erzeugen einer elektrischen Leistung zu verursachen. Während der elektrochemischen Reaktion wird, da eine thermische Energie ebenfalls zusätzlich zu einer elektrischen Energie erzeugt wird, ein Kühlwasser durch einen Kühlwasserkanal, der zwischen den erzeugenden Zellen, die benachbart zueinander sind, hindurchgelassen, um jede der erzeugenden Zellen zu kühlen.
Wenn jede der erzeugenden Zellen gekühlt wird, ist es jedoch für einige erzeugende Zellen wahrscheinlicher als bei anderen, dass deren Temperatur durch eine Wärmeabfuhr in das Äußere gesenkt wird. Bei erzeugenden Zellen, die sich in einer Stapelrichtung nahe zu einem Endteil des Stapels befinden, wird, da viel Wärme von einer Anschlusselektrode (einem Stromabnehmer) zum Extrahieren einer elektrischen Leitung, einer Endplatte, die angeordnet ist, um die gestapelten erzeugenden Zellen zu halten, oder dergleichen abgestrahlt wird, die Temperatur der erzeugenden Zellen ohne weiteres gesenkt. Solche erzeugenden Zellen, deren Temperatur abgesenkt wird, sind für eine Bildung einer Kondensation aufgrund eines kondensierten Wasserdampfes anfällig, was dazu tendiert, in einer Verschlechterung eines leistungserzeugenden Verhaltens dieser erzeugenden Zellen zu resultieren.
Die JP 8-306380 A offenbart eine Struktur, bei der eine wärmeisolierende Barriere oder eine Heizvorrichtung in einer Stapelrichtung bei einem Endteil eines Stapels eingebaut ist. In dieser Veröffentlichung der JP H08-306380 ist die wärmeisolierende Barriere oder die Heizvorrichtung entworfen, um das Sinken der Temperatur von erzeugenden Zellen, die sich in der Stapelrichtung in der Nähe des Endteils des Stapels befinden, zu unterdrücken. Durch einfaches Unterdrücken des Sinkens der Temperatur der erzeugenden Zelle ist es jedoch schwierig, zu realisieren, dass adäquat verhindert wird, dass Wasserdampf in den erzeugenden Zellen kondensiert, und dementsprechend eine Verschlechterung eines leistungserzeugenden Verhaltens der erzeugenden Zelle in einem ausreichenden Ausmaß verhindert wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine Brennstoffzelle zu schaffen, die fähig ist, ausreichend zu verhindern, dass sich erzeugende Zellen hinsichtlich des leistungserzeugenden Verhaltens verschlechtern.
Eine Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist als eine Brennstoffzelle zusammenzufassen, die einen Stapel von drei oder mehr erzeugenden Zellen aufweist, wobei jede eine Anordnung hat, bei der eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode jeweils an eine Seite einer elektrolytischen Membran gefügt sind, wobei sich die Anodenelektrode näher zu einem Ende einer Stapelrichtung der erzeugenden Zellen befindet als die Kathodenelektrode. Bei der Brennstoffzelle sind temperaturregulierende Teile, von denen jedes zwischen der Anodenelektrode von einer erzeugenden Zelle von benachbarten erzeugenden Zellen und der Kathodenelektrode der anderen erzeugenden Zelle zum Regulieren der Temperaturen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode vorgesehen ist, bei einer Mehrzahl von Stellen entlang der Stapelrichtung angeordnet. Die temperaturregulierenden Teile, die bei der Mehrzahl von Stellen angeordnet sind, führen eine Temperaturregulierung durch, um einen Unterschied hinsichtlich der wärmeabführenden Fähigkeit zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode zu verursachen, um entlang der Stapelrichtung variiert zu sein.
Die Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner als eine Brennstoffzelle zusammenzufassen, die einen Stapel von drei oder mehr erzeugenden Zellen aufweist, die jeweils eine Anordnung haben, bei der eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode jeweils an eine Seite einer elektrolytischen Membran gefügt sind, wobei sich Anodenelektrode näher zu einem Ende einer Stapelrichtung der erzeugenden Zellen als die Kathodenelektrode befindet. Temperaturregulierende Teile, von denen jedes zwischen der Anodenelektrode von einer erzeugenden Zelle von benachbarten erzeugenden Zellen und der Kathodenelektrode der anderen erzeugenden Zelle zum Regulieren der Temperaturen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode vorgesehen ist, sind bei einer Mehrzahl von Stellen entlang der Stapelrichtung angeordnet. Mindestens eines, jedoch nicht alle der temperaturregulierenden Teile, die bei der Mehrzahl von Stellen vorgesehen sind, führt eine Temperaturregulierung durch, um einen Unterschied hinsichtlich der wärmeabführenden Fähigkeit zwischen den Anodenelektroden und der Kathodenelektrode zu bewirken.
Die Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner als eine Brennstoffzelle zusammenzufassen, die einen Stapel von drei oder mehr erzeugenden Zellen aufweist, wobei jede derselben eine Anordnung hat, bei der eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode jeweils an eine Seite einer elektrolytischen Membran gefügt sind, wobei sich die Anodenelektrode in einer Stapelrichtung der erzeugenden Zelle näher zu einem Ende als die Kathodenelektrode befindet. Ein temperaturregulierendes Teil zum Verursachen einer Menge eines Wärmeaustauschs zwischen einer Elektrode in einer von benachbarten erzeugenden Zellen und einer Kathodenelektrode in der anderen der erzeugenden Zellen, um entlang der Stapelrichtung variiert zu sein, ist vorgesehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei der Brennstoffzelle, bei der die erzeugenden Zellen gestapelt sind, die Temperatur von jeder der erzeugenden Zellen abhängig von Orten der erzeugenden Zellen geeignet reguliert sein, um dadurch den Unterschied der Temperatur zwischen der Kathodenelektrode und der Anodenelektrode zu reduzieren. Als ein Resultat wird es möglich, eine Verschlechterung des leistungserzeugenden Verhaltens der erzeugenden Zellen ausreichend zu unterdrücken.
KURZE BESCHREIBUNHG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Brennstoffzelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das eine weitere schematische Konfiguration der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine noch weitere schematische Konfiguration der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Diagramm, das eine weitere schematische Konfiguration der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Diagramm, das noch eine weitere schematische Konfiguration der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Brennstoffzelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Diagramm, das eine weitere schematische Konfiguration der Brennstoffzelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Brennstoffzelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Diagramm, das eine weitere schematische Konfiguration der Brennstoffzelle gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Folgenden beschrieben.
<Ausführungsbeispiel 1>
1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Brennstoffzelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Brennstoffzelle gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist einen Stapel 12, bei dem n erzeugende Zellen 14-1 bis 14-n (wobei n eine ganze Zahl größer als oder gleich 3 darstellt) gestapelt sind, auf. Es sei bemerkt, dass 1 mittels eines Beispiels einen Fall zeigt, bei dem zehn erzeugende Zellen 14-1 bis 14-10 von einem Ende in einer Stapelrichtung zu dem anderen Ende in einer Reihenfolge der erzeugenden Zellen von 14-1 bis 14-10 (wobei n = 10) angeordnet sind. Bei dem Stapel 12 kann jedoch die Zahl der zu stapelnden erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n auf jede Zahl in einem Bereich größer als oder gleich 3 (n ≥ 3) spezifiziert sein.
Eine erzeugende Zelle 14-m (wobei m eine ganze Zahl von 1 bis n ist) weist eine Membran-Eletroden-Anordnung (auf die im Folgenden als eine MEA Bezug genommen ist) 22-m, bei der eine elektrolytische Membran 16-m auf einer Seite an eine Anodenelektrode 18-m und auf der anderen Seite an eine Kathodenelektrode 20-m gefügt ist, ein anodenseitiges Trennelement 28-m, das angeordnet ist, um der Anodenelektrode 18-m gegenüberzuliegen, und ein kathodenseitiges Trennelement 30-m, das angeordnet ist, um der Kathodenelektrode 20-m gegenüberzuliegen, auf. Die MEA 22-m ist zwischen dem anodenseitigen Trennelement 28-m und dem kathodenseitigen Trennelement 30-m gehalten. Bei der erzeugenden Zelle 14-m befindet sich die Anodenelektrode 18-m in einer Richtung, entlang der die erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n gestapelt sind (auf die im Folgenden als eine Stapelrichtung Bezug genommen ist) näher zu einem Ende als die Kathodenelektrode 20-m. Es sei bemerkt, dass, obwohl 1 ein Beispiel eines Verwendens eines metallischen Trennelements als das anodenseitige Trennelement 28-m und das kathodenseitige Trennelement 30-m zeigt, ein Kohlenstofftrennelement bei diesem Ausführungsbeispiel als das anodenseitige Trennelement 28-m und das kathodenseitige Trennelement 30-m verwendet sein kann.
Bei der erzeugenden Zelle 14-m sind konkave und konvexe Abschnitte an dem anodenseitigen Trennelement 28-m gebildet, um dadurch zwischen der Anodenelektrode 18-m und dem anodenseitigen Trennelement 28-m einen Anodengasströmungskanal 38-m zu erzeugen, der mit einer Anodengasspeisungsöffnung und einer Anodengasausstoßöffnung (nicht dargestellt) kommuniziert und durch den ein Brennstoffgas (ein Anodengas) strömt. Andererseits sind konkave und konvexe Abschnitte an dem kathodenseitigen Trennelement 30-m gebildet, um dadurch zwischen der Kathodenelektrode 20-m und dem kathodenseitigen Trennelement 30-m einen Kathodengasströmungskanal 40-m zu erzeugen, der mit einer Kathodengasspeisungsöffnung und einer Kathodengasausstoßöffnung (nicht dargestellt) kommuniziert und durch den ein Oxidationsmittelgas (ein Kathodengas) strömt. Bei der erzeugenden Zelle 14-m wird das Brennstoffgas, das von der Anodengasspeisungsöffnung in den Anodengasströmungskanal 38-m eingeführt wird, der Anodenelektrode 18-m zugeführt, während das Oxidationsmittelgas, das von der Kathodengasspeisungsöffnung in den Kathodengasströmungskanal 40-m eingeführt wird, der Kathodenelektrode 20-m zugeführt wird, wodurch verursacht wird, dass eine elektrochemische Reaktion zum Erzeugen einer elektrischen Leistung auftritt. Wenn die elektrochemische Reaktion auftritt, wird zusätzlich zu einer Erzeugung einer elektrischen Energie ebenfalls eine thermische Energie erzeugt. Nachdem dasselbe bei der elektrochemischen Reaktion verwendet wurde, wird das Brennstoffgas aus der Anodengasausstoßöffnung ausgestoßen, während das Oxidationsmittelgas aus der Kathodengasausstoßöffnung ausgestoßen wird. Hier kann beispielsweise Wasserstoff (H₂) als das Brennstoffgas verwendet sein, und Luft kann beispielsweise als das Oxidationsmittelgas verwendet sein. Die im Vorhergehenden beschriebene Konfiguration der erzeugenden Zelle 14-m ist jeder der erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n (den erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-10 in 1) gemeinsam. Eine anodenseitige Anschlusselektrode (ein Stromabnehmer) 23 ist dann in der Stapelrichtung an einem Endteil des Stapels 12 vorgesehen, und eine kathodenseitige Anschlusselektrode (ein Stromabnehmer) 24 ist in der Stapelrichtung an dem anderen Endteil des Stapels 12 vorgesehen.
Bei dem Stapel 12 sind eine Anodenelektrode 18-(j+1) (j ist eine ganze Zahl von 1 bis (n-1)) in einer 14-(j+1) der gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen 14-j und 14-(j+1) und eine Kathodenelektrode 20-j in der anderen 14-j der gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen angeordnet, um über ein anodenseitiges Trennelement 28-(j+1) und ein kathodenseitiges Trennelement 30-j entlang der Stapelrichtung einander gegenüberzuliegen. Ein Kältemittelströmungskanal 42-j ist ferner zwischen den gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen 14-j und 14-(j+1) und genauer gesagt zwischen dem anodenseitigen Trennelement 28-(j+1) (der Anodenelektrode 18-(j+1)) in der erzeugenden Zelle 14-(j+1) und dem kathodenseitigen Trennelement 30-j (der Kathodenelektrode 20-j) in der erzeugenden Zelle 14-j gebildet. Der Kältemittelströmungskanal, durch den eine Kühlflüssigkeit (Kühlwasser), das als ein Kältemittel verwendet ist, strömt, kommuniziert mit einer Kältemittelzuführungsöffnung und einer Kältemittelausstoßöffnung, die nicht dargestellt sind. Da die Kühlflüssigkeit, die von der Kältemittelzuführungsöffnung in den Kältemittelströmungskanal 42-j eingeführt wird, eine Wärme mit der Anodenelektrode 18-(j+1) und der Kathodenelektrode 20-j austauscht, kann Wärme von der Anodenelektrode 18-(j+1) und der Kathodenelektrode 20-j abgeführt und weggetragen werden, um dadurch Temperaturen der Anodenelektrode 18-(j+1) und der Kathodenelektrode 20-j zu regulieren (um ein Kühlen zu liefern). Die Kühlflüssigkeit, die bei dem Wärmeaustausch verwendet wurde, wird anschließend aus der Kältemittelausstoßöffnung ausgestoßen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Kältemittelströmungskanal 42-j, der zwischen der Anodenelektrode 18-(j+1) in der erzeugenden Zelle 14-(j+1) und der Kathodenelektrode 20-j in der erzeugenden Zelle 14-j vorgesehen ist, um die Anodenelektrode 18-(j+1) und die Kathodenelektrode 20-j zu kühlen, bei einer Mehrzahl von Stellen, die sich entlang der Stapelrichtung hinsichtlich der Position voneinander unterscheiden, angeordnet. 1 zeigt ein Beispiel, bei dem die Kältemittelströmungskanäle 42-1 bis 42-9 jeweils zwischen den erzeugenden Zellen 14-1 und 14-2, ..., und zwischen den erzeugenden Zellen 14-9 und 14-10 gebildet sind.
Eine wärmeisolierende Barriere 32-1, die elektrisch leitende und thermisch isolierende Eigenschaften hat, ist ferner zwischen der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-1 eingebaut, wobei die Anodenelektrode 18-2 in einer 14-2 der erzeugenden Zellen 14-1 und 14-2, die sich zueinander in der Nähe der anodenseitigen Anschlusselektrode 23 (nahe zu dem einen Endteil des Stapels 12 in der Stapelrichtung) benachbart befinden, ist, und die Kathodenelektrode 20-1 in der anderen 14-1 der erzeugenden Zellen 14-1 und 14-2 ist. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel ist die wärmeisolierende Barriere 32-1 zwischen dem kathodenseitigen Trennelement 30-1 in der erzeugenden Zelle 14-1, die am nächsten zu der anodenseitigen Anschlusselektrode 23 ist, und dem anodenseitigen Trennelement 28-2 in der erzeugenden Zelle 14-2, die benachbart zu der erzeugenden Zelle 14-1 ist, angeordnet. Dann ist ein Raum, der zwischen der wärmeisolierenden Barriere 32-1 und dem kathodenseitigen Trennelement 30-1 gebildet ist, konfiguriert, um als Kältemittelströmungskanal 42-1, durch den die Kühlflüssigkeit strömt, zu funktionieren, während ein Raum 34-1, der zwischen der wärmeisolierenden Barriere 32-1 und dem anodenseitigen Trennelement 28-2 gebildet ist, konfiguriert ist, um keine Kühlflüssigkeit zuzuführen (um nicht als der Kältemittelströmungskanal zu funktionieren). Mit anderen Worten ist der Raum 34-1 als eine Luftschicht definiert, indem die Kommunikation mit der Kältemittelzuführungsöffnung und der Kältemittelausstoßöffnung blockiert ist. Auf diese Art und Weise ist die wärmeisolierende Barriere 32-1 zwischen dem Kältemittelströmungskanal 42-1 und dem anodenseitigen Trennelement 28-2 (der Anodenelektrode 18-2) in der erzeugenden Zelle 14-2 platziert. Als ein Resultat wird die Temperaturregulierung (Wärmeabfuhr) der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-1 auf eine solche Art und Weise durchgeführt, dass eine Menge einer Wärmeabfuhr (eine Menge eines Wärmeaustauschs) von der Kathodenelektrode 20-1 der erzeugenden Zelle 14-1 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, größer als die Menge einer Wärmeabfuhr (die Menge eines Wärmeaustauschs) von der Anodenelektrode 18-2 der erzeugenden Zelle 14-2 in die Kühlflüssigkeit ist. Dies bedeutet, dass die Fähigkeit eines Abführens von Wärme von der Kathodenelektrode 20-1 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, höher als dieselbe eines Abführens von Wärme von der Anodenelektrode 18-2 in die Kühlflüssigkeit ist.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist anders als zwischen den MEA 22-1 und 22-2 keine wärmeisolierende Barriere zwischen den gegenseitig benachbarten MEA der MEA 22-2 und 22-3 bis MEA 22-9 und 22-10 eingebaut. Eine Bedingung, bei der eine Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-j der erzeugenden Zelle 14-1 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-j strömt, gleich (oder fast gleich) derselben der Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-(j+1) der erzeugenden Zelle 14-(j+1) in die Kühlflüssigkeit ist, wird dementsprechend hinsichtlich irgendeiner ganzen Zahl j größer als oder gleich 2 und kleiner als oder gleich (n-1) erfüllt. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel führt daher mindestens einer (der Kältemittelströmungskanal 42-1) jedoch nicht alle der Kältemittelströmungskanäle 42-1 bis 42-9, die bei der Mehrzahl von Stellen gebildet sind, eine Temperaturregulierung durch, um zu verursachen, dass die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-1 größer als die einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-2 ist, was seinerseits verursacht, dass ein Unterschied der Menge einer Wärmeabfuhr (der wärmeabführenden Fähigkeit) zwischen der Kathodenelektrode 20-j und der Anodenelektrode 20-(j+1) entlang der Stapelrichtung (abhängig von einem Wert von j) variiert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, da das anodenseitige Trennelement 28-(j+1) das kathodenseitige Trennelement 30-j immer dann berührt, wenn j eine ganze Zahl von 2 bis (n-1) ist, Wärme immer zwischen der Anodenelektrode 18-(j+1) und der Kathodenelektrode 20-j ausgetauscht. Da andererseits die wärmeisolierende Barriere 32-1 zwischen dem anodenseitigen Trennelement 28-2 und dem kathodenseitigen Trennelement 30-1 eingebaut ist, wird die Menge eines Wärmeaustauschs zwischen der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-1 kleiner als jede andere Menge eines Wärmeaustauschs zwischen der Anodenelektrode 18-(j+1) und der Kathodenelektrode 20-j. Als solches ist in mindestens einer jedoch nicht allen (der erzeugenden Zellen 14-1 und 14-2) Paaren von gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen (den erzeugenden Zellen 14-1 und 14-2, den erzeugenden Zellen 14-2 und 14-3, ... den erzeugenden Zellen 14-(n-1) und 14-n) die wärmeisolierende Barriere 32-1 zwischen der Anodenelektrode 18-2 in einer 14-2 des Paars (der erzeugenden Zellen 14-1 und 14-2) und der Kathodenelektrode 20-1 in der anderen 14-1 eingebaut, was verursacht, dass die Menge eines Wärmeaustauschs zwischen der Anodenelektrode 18-(j+1) in einer 14-(j+1) der gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen 14-j und 14-(j+1) (wobei j eine ganze Zahl von 1 bis (n-1) darstellt) und der Kathodenelektrode 20-j in der anderen 14-j der gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen entlang der Stapelrichtung (abhängig von dem Wert von j) variiert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich eine wärmeisolierende Barriere 33, die elektrisch leitende und thermisch isolierende Eigenschaften hat, in der Stapelrichtung weiter hin zu einem Ende als die Anodenelektrode 18-1 in der erzeugenden Zelle 14-1, die benachbart zu der anodenseitigen Anschlusselektrode 23 ist. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist die wärmeisolierende Barriere 33 zwischen der anodenseitigen Anschlusselektrode 23 und dem anodenseitigen Trennelement 28-1 in der erzeugenden Zelle 14-1 angeordnet. Dann sind sowohl ein Raum 35-1, der zwischen der wärmeisolierenden Barriere 33 und der anodenseitigen Anschlusselektrode 23 gebildet ist, als auch ein Raum 35-2, der zwischen der wärmeisolierenden Barriere 33 und dem anodenseitigen Trennelement 28-1 gebildet ist, konfiguriert, um keine Kühlflüssigkeit zuzuführen (um nicht als der Kältemittelströmungskanal zu funktionieren). Die Räume 35-1 und 35-2 sind mit anderen Worten ferner als die Luftschicht eingerichtet, indem die Kommunikation mit der Kältemittelzuführungsöffnung und der Kältemittelausstoßöffnung blockiert ist. Die wärmeisolierende Barriere 32-1 ist ferner, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, zusätzlich zwischen den erzeugenden Zellen 14-1 und 14-2, die sich in der Nähe des Endteils des Stapels 12 bei diesem Ausführungsbeispiel befinden, angeordnet.
Hier ist der Grund zum Vorsehen der wärmeisolierenden Barrieren nicht nur bei dem Endteil des Stapels 12 sondern ferner zwischen den erzeugenden Zellen 14-1 und 14-2 in dem Stapel 12 bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Wenn die wärmeisolierende Barriere 32-1 nicht zwischen den erzeugenden Zellen 14-1 und 14-2 vorgesehen ist, erlebt die Kathodenelektrode 20-1, die hin zu der erzeugenden Zelle 14-2 in der erzeugenden Zelle 14-1 liegt, als ein Resultat eines gleichmäßigen Wärmeaustauschs mit der erzeugenden Zelle 14-2, deren Temperatur höher als dieselbe der erzeugenden Zelle 14-1 ist, eine bedeutsame Erhöhung der Temperatur. Die Anodenelektrode 18-2, die hin zu der erzeugenden Zelle 14-1 in der erzeugenden Zelle 14-2 liegt, erlebt andererseits als ein Resultat eines gleichmäßigen Wärmeaustauschs mit der erzeugenden Zelle 14-1, deren Temperatur niedriger als dieselbe der erzeugenden Zelle 14-2 ist, eine bedeutsame Verringerung der Temperatur. Aus dieser Tatsache wird in der erzeugenden Zelle 14-1 ein großer Temperaturunterschied zwischen der Anodenelektrode 18-1 und der Kathodenelektrode 20-1 erzeugt, während in der erzeugenden Zelle 14-2 ein großer Temperaturunterschied ebenfalls zwischen der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-2 erzeugt wird. Es sei bemerkt, dass sich eine Temperaturverteilung in dem Stapel 12 entwickelt, wenn es einen Unterschied zwischen der Temperatur des Stapels 12 (beispielsweise einer Durchschnittstemperatur der erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n) und einer Umgebungstemperatur gibt. Wenn beispielsweise die Umgebungstemperatur niedriger als die Temperatur des Stapels 12 ist, verringert sich die Temperatur des Stapels 12 allmählich von der erzeugenden Zelle bei der Mitte hin zu der erzeugenden Zelle bei dem Endteil. Wenn im Gegensatz dazu die Umgebungstemperatur höher als die Temperatur des Stapels 12 ist, erhöht sich die Temperatur des Stapels 12 allmählich von der erzeugenden Zelle bei der Mitte hin zu der erzeugenden Zelle bei dem Endteil. In beiden dieser Fälle entwickelt sich die Temperaturverteilung nicht nur unter den erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n, sondern ferner zwischen den Polen innerhalb einer einzelnen erzeugenden Zelle 14-m. Die Temperaturverteilung innerhalb der erzeugenden Zelle 14-m wird ausgeprägter, sowie der Unterschied zwischen der Temperatur des Stapels 12 und der Umgebungstemperatur größer wird.
Bei der erzeugenden Zelle 14-m bewegt sich, wenn der Temperaturunterschied zwischen der Kathodenelektrode 20-m und der Anodenelektrode 18-m erzeugt wird, Wasserdampf, der durch die elektrolytische Membran 16-m von einer der Elektroden, die eine höhere Temperatur hat, zu einer anderen der Elektroden, die eine niedrigere Temperatur hat, hindurchgeht. Bei der erzeugenden Zelle 14-1, die sich nahe zu der anodenseitigen Anschlusselektrode 23 befindet, kann sich beispielsweise, da die Temperatur der Anodenelektrode 18-1, die auf einer äußeren Seite in der Stapelrichtung ist, dazu tendiert, niedriger als dieselbe der Kathodenelektrode 20-1, die auf einer inneren Seite in der Stapelrichtung ist, zu werden, Wasserdampf ohne weiteres von der Kathodenelektrode 20-1 zu der Anodenelektrode 18-1 durch die elektrolytische Membran 16-1 gehend bewegen. Bei der erzeugenden Zelle 14-2, die sich nahe zu der anodenseitigen Anschlusselektrode 23 befindet, tendiert die Temperatur der Anodenelektrode 18-2 ähnlich ebenfalls dazu, niedriger als dieselbe der Kathodenelektrode 20-2 zu werden, was es ermöglicht, dass sich Wasserdampf ohne weiteres von der Kathodenelektrode 20-2 durch die elektrolytische Membran 16-2 zu der Anodenelektrode 18-2 bewegt. Da zusätzlich der Temperaturunterschied, der zwischen der Kathodenelektrode 20-m und der Anodenelektrode 18-m zu erzeugen ist, abhängig von dem Ort der erzeugenden Zelle 14-m (entlang der Stapelrichtung) variiert, ändert sich die Menge eines Wasserdampfes, der durch die elektrolytische Membran 16-m geht, gemäß dem Ort der erzeugenden Zelle 14-m. Verglichen mit den erzeugenden Zellen 14-1, 14-2, die sich nahe zu der anodenseitigen Anschlusselektrode 23 befinden, wird, da es für die erzeugende Zelle 14-m, die sich beispielsweise in der Nähe des mittigen Teils des Stapels 12 entlang der Stapelrichtung befindet, weniger wahrscheinlich ist, dass dieselbe den Temperaturunterschied zwischen der Kathodenelektrode 20-m und der Anodenelektrode 18-m erzeugt, die Menge eines Wasserdampfes, der durch die elektrolytische Membran 16-m hindurchgeht, kleiner. Wenn der Wasserdampf, der sich in den Anodenelektroden 18-1, 18-2, die dazu tendieren, das Sinken der Temperatur zu erleben, bewegt hat, kondensiert und in diesen Elektroden verbleibt, wird das leistungserzeugende Verhalten der erzeugenden Zellen 14-1, 14-2 ohne weiteres verschlechtert. Insbesondere in den Anodenelektroden 18-1, 18-2 tendiert, da eine Zuführungsströmungsrate des Brennstoffgases (Wasserstoffgases) niedriger als dieselbe des Oxidationsmittelgases (Luft) ist, das kondensierte Wasser dazu, in diesen Elektroden zu verbleiben. Es ist daher gewünscht, dass die Temperatur von jeder der erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n reguliert wird, um einen Temperaturunterschied zwischen der Kathodenelektrode 20-m und der Anodenelektrode 18-m zu reduzieren, der abhängig von dem Ort der erzeugenden Zelle 14-m variiert.
Um dies zu erreichen, ist die wärmeisolierende Barriere 32-1 zwischen dem Kältemittelströmungskanal 42-1 und der Anodenelektrode 18-2 in der erzeugenden Zelle 14-2 bei diesem Ausführungsbeispiel angeordnet, um dadurch die Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-2 der erzeugenden Zelle 14-2 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, auf weniger als die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-1 der erzeugenden Zelle 14-1 in die Kühlflüssigkeit zu reduzieren. Ein Wärmeaustausch zwischen der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-1 wird ferner ebenfalls reduziert. Auf diese Weise kann, da die Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-2 reduziert werden kann, um dadurch die Temperatur der Anodenelektrode 18-2 anzuheben, der Unterschied der Temperatur zwischen der Kathodenelektrode 20-2 und der Anodenelektrode 18-2 in der erzeugenden Zelle 14-2 reduziert werden. Als ein Resultat ist es möglich, zu verhindern, dass sich ein Wasserdampf in der erzeugenden Zelle 14-2 durch die elektrolytische Membran 16-2 hindurchgehend von der Kathodenelektrode 20-2 zu der Anodenelektrode 18-2 bewegt. Gleichzeitig kann die Effizienz eines Kühlens der Kathodenelektrode 20-1 mittels der Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, verbessert werden, und die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-1 kann dementsprechend erhöht werden, um dadurch die Temperatur der Kathodenelektrode 20-1 zu senken, was zu einer Reduzierung des Unterschieds der Temperatur zwischen der Kathodenelektrode 20-1 und der Anodenelektrode 18-1 in der erzeugenden Zelle 14-1 führen kann. Als ein Resultat kann eine Übertragung des Wasserdampfes, der sich von der Kathodenelektrode 20-1 zu der Anodenelektrode 18-1 durch die elektrolytische Membran 16-1 gehend bewegt, unterdrückt werden. Da zusätzlich die Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-1 durch Anordnen der wärmeisolierenden Barriere 33 näher zu dem einen Ende der Stapelrichtung als die Anodenelektrode 18-1 in der erzeugenden Zelle 14-1 reduziert werden kann, um dadurch die Temperatur der Anodenelektrode 18-1 anzuheben, kann der Unterschied der Temperatur zwischen der Kathodenelektrode 20-1 und der Anodenelektrode 18-1 in der erzeugenden Zelle 14-1 weiter reduziert werden.
In der erzeugenden Zelle 14-m (zum Beispiel die erzeugende Zelle in der Nähe des mittigen Teils des Stapels 12), für die es weniger wahrscheinlich ist, dass dieselbe den Unterschied der Temperatur zwischen der Kathodenelektrode 20-m und der Anodenelektrode 18-m verglichen mit den erzeugenden Zellen 14-1 und 14-2 erzeugt, ist die Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-m im Wesentlichen gleich derselben einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-m. Die Temperatur der Anodenelektrode 18-m kann folglich fast gleich derselben der Kathodenelektrode 20-m gehalten werden, was eine Unterdrückung der Übertragung des Wasserdampfes durch die elektrolytische Membran 16-m realisieren kann.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann, da mindestens einer (der Kältemittelströmungskanal 42-1) jedoch nicht alle der Kältemittelströmungskanäle 42-1 bis 42-9, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, eine Temperaturregulierung zum Verursachen durchführen, dass die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-1 größer wird als dieselbe einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-2, wodurch der Unterschied der Menge einer Wärmeabfuhr zwischen der Kathodenelektrode 20-j und der Anodenelektrode 18-(j+1) entlang der Stapelrichtung geändert wird, die Temperatur von jeder der erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n abhängig von den Orten (entlang der Stapelrichtung) der erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n geeignet reguliert werden, derart, dass der Unterschied der Temperatur zwischen der Kathodenelektrode 20-m und der Anodenelektrode 18-m unterdrückt wird. Der Unterschied der Temperatur zwischen der Kathodenelektrode 20-m und der Anodenelektrode 18-m kann zusätzlich ferner durch Unterdrücken des Wärmeaustauschs zwischen der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-1 unter Verwendung der wärmeisolierenden Barriere 32-1 reduziert werden, um die Menge eines Wärmeaustauschs zwischen der Kathodenelektrode 20-j und der Anodenelektrode 18-(j+1) entlang der Stapelrichtung zu ändern. In den erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n kann daher die Übertragung von Wasserdampf durch die elektrolytischen Membranen 16-1 bis 16-n verhindert werden, um dadurch eine Wassergehaltsverteilung hinsichtlich der Stapelrichtung des Stapels 12 zu verbessern. Als ein Resultat kann eine Verschlechterung des leistungserzeugenden Verhaltens der erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n, die durch eine Zurückhaltung von kondensiertem Wasser verursacht wird, zuverlässig verhindert werden.
Im Folgenden ist ein weiteres Konfigurationsbeispiel gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die wärmeisolierende Barriere 32-1, die zwischen dem Kältemittelströmungskanal 42-1 und der Anodenelektrode 18-2 eingebaut ist, zwischen dem anodenseitigen Trennelement 28-2 und dem Anodengasströmungskanal 38-2 oder zwischen dem Anodengasströmungskanal 38-2 und der Anodenelektrode 18-2 angeordnet sein. Wenn die wärmeisolierende Barriere 32-1 zwischen dem Anodengasströmungskanal 38-2 und der Anodenelektrode 18-2 angeordnet ist, sollte das Material oder die Struktur der wärmeisolierenden Barriere 32-1 bestimmt sein, um die wärmeisolierende Barriere 32-1 gegenüber Brennstoffgas (Wasserstoffgas) permeabel zu machen. Die wärmeisolierende Barriere 33 kann andererseits zwischen dem anodenseitigen Trennelement 28-1 und dem Anodengasströmungskanal 38-1 oder zwischen dem Anodengasströmungskanal 38-1 und der Anodenelektrode 18-1 angeordnet sein. Wenn die wärmeisolierende Barriere 33 zwischen dem Anodengasströmungskanal 38-1 und der Anodenelektrode 18-1 platziert ist, ist das Material oder die Struktur der wärmeisolierenden Barriere 33 ferner bestimmt, um die wärmeisolierende Barriere 33 gegenüber Brennstoffgas permeabel zu machen. Es ist ferner ebenfalls möglich, die wärmeisolierende Barriere 33 in der Stapelrichtung auf einer äußeren Seite der anodenseitigen Anschlusselektrode 23 zu platzieren. In diesem Fall ist es nicht notwendigerweise erforderlich, dass die wärmeisolierende Barriere 33 eine elektrische Leitfähigkeit besitzt, und es ist möglich, einen elektrischen Isolator zu verwenden.
Statt oder zusätzlich zu dem Vorsehen der wärmeisolierenden Barriere 32-1 kann ferner ein Material des anodenseitigen Trennelements 28-2 bestimmt sein, um eine thermische Leitfähigkeit zu haben, die niedriger als dieselbe eines Materials des kathodenseitigen Trennelements 30-1 bei diesem Ausführungsbeispiel ist. Ferner kann anstatt oder zusätzlich zu dem Vorsehen der wärmeisolierenden Barriere 32-1 eine Plattendicke (Dicke entlang der Stapelrichtung) des anodenseitigen Trennelements 28-2 eingerichtet sein, um dicker als eine Plattendicke (die Dicke hinsichtlich der Stapelrichtung) des kathodenseitigen Trennelements 30-1 zu sein. Bei den im Vorhergehenden beschriebenen Konfigurationen kann ferner die Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-2 in der erzeugenden Zelle 14-2 unter die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-1 in der erzeugenden Zelle 14-1 verringert sein, während der Wärmeaustausch zwischen der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-1 unterdrückt sein kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es ferner durch die Verwendung von Peltier-Vorrichtungen möglich, eine Regulierung der Temperaturen der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-1 zu realisieren, um die Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-2 kleiner als dieselbe einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-1 zu machen.
Im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Konfigurationsbeispiel weist ein in 2 gezeigtes Konfigurationsbeispiel andererseits ein Trennelement 29-1, das zwischen der anodenseitigen Anschlusselektrode 23 und der wärmeisolierenden Barriere 33 angeordnet ist, und ein Trennelement 31-1, das zwischen der wärmeisolierenden Barriere 33 und dem anodenseitigen Trennelement 28-1 in der erzeugenden Zelle 14-1 angeordnet ist, auf. Die wärmeisolierende Barriere 33 ist mit anderen Worten in der Stapelrichtung zwischen den Trennelementen 29-1 und 31-1 gehalten. Ein Trennelement 29-2 ist dann zwischen dem kathodenseitigen Trennelement 30-1 in der erzeugenden Zelle 14-1 und der wärmeisolierenden Barriere 32-1 angeordnet, während ein Trennelement 31-2 zwischen der wärmeisolierenden Barriere 32-1 und dem anodenseitigen Trennelement 28-2 in der erzeugenden Zelle 14-2 angeordnet ist. Die wärmeisolierende Barriere 32-1 ist mit anderen Worten in der Stapelrichtung zwischen den Trennelementen 29-2 und 31-2 gehalten. Ein Raum, der zwischen dem Trennelement 29-2 und dem kathodenseitigen Trennelement 30-1 gebildet ist, ist zusätzlich konfiguriert, um als ein Kältemittelströmungskanal 42-1 zu funktionieren, während sowohl ein Raum 34-1, der zwischen dem Trennelement 31-2 und dem anodenseitigen Trennelement 28-2 gebildet ist, ein Raum 35-1, der zwischen dem Trennelement 29-1 und der anodenseitigen Anschlusselektrode 23 gebildet ist, als auch ein Raum 35-2, der zwischen dem Trennelement 31-1 und dem anodenseitigen Trennelement 28-1 gebildet ist, konfiguriert sind, um keine Kühlflüssigkeit zuzuführen (um nicht als der Kältemittelströmungskanal zu funktionieren).
Ein Anodengasumleitungskanal 39-1, der mit der nicht dargestellten Anodengasspeisungsöffnung und der Anodengasausstoßöffnung kommuniziert und durch den das Brennstoffgas strömt, ist zwischen der wärmeisolierenden Barriere 33 und dem Trennelement 29-1 gebildet, während ein Anodengasumleitungskanal 39-2, der mit der Anodengasspeisungsöffnung und der Anodengasausstoßöffnung kommuniziert und durch den das Brennstoffgas strömt, ferner zwischen der wärmeisolierenden Barriere 32-1 und dem Trennelement 29-2 gebildet ist. Überdies ist ein Kathodengasumleitungskanal 41-1, der mit der nicht dargestellten Kathodengasspeisungsöffnung und der Kathodengasausstoßöffnung kommuniziert und durch den das Oxidationsmittelgas strömt, zwischen der wärmeisolierenden Barriere 33 und dem Trennelement 31-1 gebildet, während ein Kathodengasumleitungskanal 41-2, der mit der Kathodengasspeisungsöffnung und der Kathodengasausstoßöffnung kommuniziert und durch den das Oxidationsmittelgas strömt, ferner zwischen der wärmeisolierenden Barriere 32-1 und dem Trennelement 31-2 gebildet ist.
Dem Stapel 12 werden durch ein Rohrleitungssystem Reaktionsgase (das Brennstoffgas und das Oxidationsmittelgas), die Feuchtigkeit enthalten, zugeführt. Wenn beispielsweise eine Außenlufttemperatur niedrig ist, oder wenn die Reaktionsgase eine hohe Feuchtigkeit haben, wird kondensiertes Wasser an einer inneren Wandoberfläche des Rohrleitungssystems ebenfalls dem Stapel 12 zusammen mit den Reaktionsgasen zugeführt. Wenn die Menge eines kondensierten Wassers, das den erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n zugeführt wird, sich erhöht, ist es wahrscheinlicher, dass die erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n eine Verschlechterung des leistungserzeugenden Verhaltens erleben.
Ansprechend darauf kann das kondensierte Wasser, das der Anodengasspeisungsöffnung zugeführt wird, durch die Anodengasumleitungskanäle 39-1 und 39-2 zu der Anodengasausstoßöffnung geliefert werden, was verhindern kann, dass das kondensiertes Wasser zusammen mit dem Brennstoffgas in die erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n zugeführt wird. Ähnlicherweise kann kondensiertes Wasser, das der Kathodengasspeisungsöffnung zugeführt wird, durch die Kathodengasumleitungskanäle 41-1 und 41-2 zu der Kathodengasausstoßöffnung geliefert werden, was verhindern kann, dass kondensiertes Wasser zusammen mit dem Oxidationsmittelgas in die erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n zugeführt wird. Folglich kann eine Verschlechterung des leistungserzeugenden Verhaltens der erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n mit einer größeren Stabilität unterdrückt werden.
Das in 2 gezeigte Konfigurationsbeispiel kann außerdem einfach durch Ersetzen der MEA durch die wärmeisolierenden Barrieren 32-1 und 33 realisiert sein, was eine Bildung des Stapels 12 vereinfachen kann.
Es sei bemerkt, dass einer oder beide des Anodengasumleitungskanals 39-1 und des Kathodengasumleitungskanals 41-1 ebenfalls bei dem in 1 gezeigten Konfigurationsbeispiel innerhalb der wärmeisolierenden Barriere 33 gebildet sein kann oder können. Entweder einer oder beide des Anodengasumleitungskanals 39-2 und des Kathodengasumleitungskanals 41-2 können ähnlich innerhalb der wärmeisolierenden Barriere 32-1 gebildet sein. Bei den in den 1 und 2 gezeigten Konfigurationsbeispielen muss jedoch ein kondensiertes Wasser nicht notwendigerweise durch die Anodengasumleitungskanäle 39-1, 39-2 oder die Kathodengasumleitungskanäle 41-1, 41-2 umgeleitet werden.
Bei einem in 3 gezeigten Konfigurationsbeispiel sind andererseits vorstehende Abschnitte (konvexe Abschnitte) 59, die hin zu dem Trennelement 31-1 vorstehen, an dem Trennelement 29-1 vorgesehen, während vorstehende Abschnitte (konvexe Abschnitte) 61, die hin zu dem Trennelement 29-1 vorstehen, an dem Trennelement 31-1 im Gegensatz zu dem in 2 gezeigten Konfigurationsbeispiel vorgesehen sind. Die vorstehenden Abschnitte 59 sind angeordnet, um den vorstehenden Abschnitten 61 in der Stapelrichtung gegenüberzuliegen. Die wärmeisolierende Barriere 33, die zwischen Trennelementen 29-1 und 31-1 in der Stapelrichtung gehalten ist, weist wärmeisolierende Glieder 33a und 33b und wärmeisolierende Glieder 33c, deren Steifigkeit höher als dieselbe der wärmeisolierenden Glieder 33a und 33b ist, auf. Das wärmeisolierende Glied 33a, 33b ist zwischen einer anderen Region des Trennelements 29-1 als einer Region des vorstehenden Abschnitts 59 und einer anderen Region des Trennelements 31-1 als einer Region des vorstehenden Abschnitte 61 gehalten, während das wärmeisolierende Glied 33c zwischen dem vorstehenden Abschnitt 59 des Trennelements 29-1 und dem vorstehenden Abschnitt 61 des Trennelements 31-1 gehalten ist. Ein Teil der wärmeisolierenden Barriere 33 (die wärmeisolierenden Glieder 33c), der zwischen den vorstehenden Abschnitten 59 und 61 gehalten ist, hat verglichen mit dem anderen Teil der wärmeisolierenden Barriere 33 (den wärmeisolierenden Gliedern 33a uns 33b) in der Stapelrichtung eine höhere Steifigkeit und eine kleinere Dicke. Die wärmeisolierenden Glieder 33a erstrecken sich zusätzlich weiter nach außen als ein äußerer Umfang der MEA 22-1. Es sei bemerkt, dass in 3 die Anodengasströmungskanäle 38-1, 38-2 und die Kathodengasströmungskanäle 40-1, 40-12 zum Vorteil einer Erläuterung dargestellt sind.
Auf eine ähnliche Weise sind vorstehende Abschnitte (konvexe Abschnitte) 69, die hin zu dem Trennelement 31-2 vorstehen, an dem Trennelement 29-2 vorgesehen, während vorstehende Abschnitte (konvexe Abschnitte) 71, die hin zu dem Trennelement 29-2 vorstehen, an dem Trennelement 31-2 vorgesehen sind. Die vorstehenden Abschnitte 69 sind angeordnet, um in der Stapelrichtung den vorstehenden Abschnitten 71 gegenüberzuliegen. Die wärmeisolierende Barriere 32-1, die in der Stapelrichtung zwischen den Trennelementen 29-2 und 31-2 gehalten ist, weist wärmeisolierende Glieder 32-1a und 32-1b und wärmeisolierende Glieder 32-1c, deren Steifigkeit höher als dieselbe der wärmeisolierenden Glieder 32-1a und 32-1b ist, auf. Das wärmeisolierende Glied 32-1a, 32-1b ist zwischen einer anderen Region des Trennelements 29-2 als einer Region der vorstehenden Abschnitte 69 und einer anderen Region des Trennelements 31-2 als eine Region der vorstehenden Abschnitte 71 gehalten, während das wärmeisolierende Glied 32-1c zwischen dem vorstehenden Abschnitt 69 des Trennelements 29-2 und dem vorstehenden Abschnitt 71 des Trennelements 31-2 gehalten ist. Ein Teil der wärmeisolierenden Barriere 32-1 (das wärmeisolierende Glied 32-1c), der zwischen den vorstehenden Abschnitten 69 und 71 gehalten ist, hat in der Stapelrichtung verglichen mit dem anderen Teil der wärmeisolierenden Barriere 32-1 (den wärmeisolierenden Gliedern 32-1a und 32-1b) in der Stapelrichtung eine höhere Steifigkeit und eine kleinere Dicke. Zusätzlich erstrecken sich die wärmeisolierenden Glieder 32-1a weiter nach außen als die äußeren Umfänge der MEA 22-1 und 22-2. Ein wärmeisolierendes Glied 45 ist ferner um die MEA 22-1 angeordnet.
Für die wärmeisolierenden Glieder 32-1a, 32-1b, 33a und 33b, die hier verwendet sind, sind elektrisch leitende Materialien verwendet, während die wärmeisolierenden Glieder 32-1c und 33c nicht notwendigerweise leitend sind und aus einem elektrischen Isolator bestehen können. Materialien, die dadurch bestimmt sind, dass einem Wärmeisolationsverhalten und einer Stärke eine höhere Priorität gegeben ist, sind für die wärmeisolierenden Glieder 32-1c und 33c verwendet, und es können beispielsweise Epoxidharz, Phenolharz, Glasfaser, Keramik oder dergleichen verwendet sein.
Bei dem in 3 gezeigten Konfigurationsbeispiel ist dann ein Raum, der zwischen dem Trennelement 31-2 und dem anodenseitigen Trennelement 28-2 gebildet ist, konfiguriert, um als ein Kältemittelströmungskanal (ein anodenseitiger Kältemittelströmungskanal) 34-1, durch den die Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Anodenelektrode 18-2 strömt, zu funktionieren, während ein Raum, der zwischen dem Trennelement 29-2 und dem kathodenseitigen Trennelement 30-1 gebildet ist, konfiguriert ist, um als ein Kältemittelströmungskanal (ein kathodenseitiger Kältemittelströmungskanal) 42-1, durch den die Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Kathodenelektrode 20-1 strömt, zu funktionieren. Das soll heißen, dass die wärmeisolierende Barriere 32-1 in der Stapelrichtung zwischen den Kältemittelströmungskanälen 34-1 und 42-1 platziert ist, während das Trennelement 31-2 zu sowohl dem Kältemittelströmungskanal 34-1 als auch der wärmeisolierenden Barriere 32-1 gerichtet ist, und das Trennelement 29-2 sowohl zu dem Kältemittelströmungskanal 42-1 als auch der wärmeisolierenden Barriere 32-1 gerichtet ist. Ein Raum, der ferner zwischen dem Trennelement 31-1 und dem anodenseitigen Trennelement 28-1 gebildet ist, ist konfiguriert, um als ein Kältemittelströmungskanal 35-2 zu funktionieren, durch den die Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Anodenelektrode 18-1 strömt. Das Trennelement 31-1 ist mit anderen Worten sowohl zu dem Kältemittelströmungskanal 35.2 als auch der wärmeisolierenden Barriere 33 gerichtet.
Ein Teil des Trennelements 29-2, bei dem das Trennelement 29-2 zu dem Kältemittelströmungskanal 42-1 gerichtet ist, ist außerdem in einer zu den Formen von sowohl einem Teil des Trennelements 31-2, bei dem das Trennelement 31-2 zu dem Kältemittelströmungskanal 34-1 gerichtet ist, als auch einem Teil des Trennelements 31-1, bei dem das Trennelement 31-1 zu dem Kältemittelströmungskanal 35-2 gerichtet ist, unterschiedlichen Form gebildet, um einen Querschnittsbereich des Kältemittelströmungskanals 42-1 herzustellen, der sich von den Querschnittsbereichen von beiden Kältemittelströmungskanälen 34-1 und 35-1 unterscheidet. Als ein spezifischeres Beispiel sind vertiefte Abschnitte (konkave Abschnitte) 63, wie in 3 gezeigt ist, in dem Teil des Trennelements 29-2, bei dem das Trennelement 29-2 zu dem Kältemittelströmungskanal 42-1 gerichtet ist, gebildet, während sowohl der Teil des Trennelements 31-2, bei dem das Trennelement 31-2 zu dem Kältemittelströmungskanal 34-1 gerichtet ist, als auch der Teil des Trennelements 31-1, bei dem das Trennelement 31-1 zu dem Kältemittelströmungskanal 35-2 gerichtet ist, in einer flachen Form ohne eine Bildung der vertieften Abschnitte (konkaven Abschnitte) gebildet sind. Da dementsprechend der Querschnittsbereich des Kältemittelströmungskanals 42-1 größer als die Querschnittsbereiche von sowohl dem Kältemittelströmungskanal 34-1 als auch dem Kältemittelströmungskanal 35-2 ist, kann eine Strömungsrate der Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, auf ein größeres Niveau als die Flussraten von sowohl der Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 34-1 strömt, als auch der Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 35-2 strömt, erhöht werden kann. Als ein Resultat wird die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-1 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, größer als die Mengen einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-2 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 34-1 strömt, und einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-1 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 35-2 strömt. Die vertieften Abschnitte (konkaven Abschnitte) können jedoch an einem Teil des Trennelements 31-2, bei dem das Trennelement 31-2 zu dem Kältemittelströmungskanal 34-1 gerichtet ist, und an einem Teil des Trennelements 31-1, bei dem das Trennelement 31-1 zu dem Kältemittelströmungskanal 35-2 gerichtet ist, gebildet sein. In diesem Fall sind entweder die Tiefe oder die Breite oder beide der vertieften Abschnitte, die zu dem Kältemittelströmungskanal 34-1 in dem Trennelement 31-2 gerichtet sind, und der vertieften Abschnitte, die zu dem Kältemittelströmungskanal 35-2 in dem Trennelement 31-1 gerichtet sind, kleiner als dieselben der vertieften Abschnitte 63, die zu dem Kältemittelströmungskanal 42-1 in dem Trennelement 29-2 gerichtet sind, eingestellt, wodurch die Querschnittsbereiche der Kältemittelströmungskanäle 34-1 und 35-2 kleiner als die des Kältemittelströmungskanals 42-1 hergestellt sind.
Gemäß dem im Vorhergehenden beschriebenen in 3 gezeigten Konfigurationsbeispiel kann, obwohl eine äußere Kraft entlang der Stapelrichtung auf die Trennelemente 29-2 und 31-2 wirkt, was verursacht, dass die Trennelement 29-2 und 31-2 die wärmeisolierende Barriere 32-1 quetschen, eine Verformung (ein Zerbrechen aufgrund eines Drückens) der wärmeisolierenden Barriere 32-1 (der wärmeisolierenden Glieder 32-1a und 32-1b) entlang der Stapelrichtung durch die vorstehenden Abschnitte 69 und 71, die an den Trennelementen 29-2 und 31-2 vorgesehen sind, beschränkt werden. Auf diese Weise kann das Wärmeisolationsverhalten der wärmeisolierenden Barriere 32-1 (der wärmeisolierenden Glieder 32-1a und 32-1b) mit einer Stabilität beibehalten werden. Die wärmeisolierenden Glieder 32-1b können außerdem durch die vorstehenden Abschnitte 69 und 71 in Position platziert sein. Dann kann, da ein Material, dessen Steifigkeit höher als dieselbe der wärmeisolierenden Glieder 32-1a und 32-1b ist, das heißt, das gegenüber einer Verformung entlang der Stapelrichtung widerstandsfähiger ist als die wärmeisolierenden Glieder 32-1a und 32-1b (das heißt ein Material, dessen Verformungsvolumen in der Stapelrichtung hinsichtlich eines gleichen Betrags einer äußeren Kraft entlang der Stapelrichtung kleiner ist), für die wärmeisolierenden Glieder 32-1c, die zwischen den vorstehenden Abschnitten 69 und 71 angeordnet sind, verwendet ist, eine Druckverformung der wärmeisolierenden Glieder 31-1a und 32-1b in der Stapelrichtung weiter reduziert werden.
Obwohl eine äußere Kraft entlang der Stapelrichtung auf die Trennelemente 29-1 und 31-1 wirkt, was verursacht, dass die Trennelemente 29-1 und 31-1 die wärmeisolierende Barriere 33 quetschen, kann ähnlich eine Verformung (ein Brechen aufgrund eines Drückens) der wärmeisolierenden Barriere 33 (der wärmeisolierenden Glieder 33a und 33b) entlang der Stapelrichtung durch die vorstehenden Abschnitte 59 und 61, die an den Trennelementen 29-1 und 31-1 vorgesehen sind, beschränkt werden. Auf diese Weise kann das Wärmeisolationsverhalten der wärmeisolierenden Barriere 33 (der wärmeisolierenden Glieder 33a und 33b) mit einer Stabilität beibehalten werden. Die wärmeisolierenden Glieder 33b können außerdem durch die vorstehenden Abschnitte 59 und 61 in Position platziert sein. Dann kann, da ein Material, dessen Steifigkeit höher als dieselbe der wärmeisolierenden Glieder 33a und 33b ist, das heißt, das gegenüber einer Verformung entlang der Stapelrichtung widerstandsfähiger als die wärmeisolierenden Glieder 33a und 33b ist (ein Material, dessen Verformungsvolumen in der Stapelrichtung hinsichtlich des gleichen Betrags der äußeren Kraft entlang der Stapelrichtung kleiner ist), für die wärmeisolierenden Glieder 33c, die zwischen den vorstehenden Abschnitten 59 und 61 angeordnet sind, verwendet ist, eine Druckverformung der wärmeisolierenden Glieder 33a und 33b in der Stapelrichtung weiter reduziert werden.
Gemäß dem in 3 gezeigten Konfigurationsbeispiel ist es zusätzlich ohne ein Ändern der Struktur der erzeugenden Zelle 14-1 relativ zu den anderen erzeugenden Zellen 14-2 bis 14-n (ohne die Form des kathodenseitigen Trennelements 30-1 relativ zu den anderen kathodenseitigen Trennelementen 30-2 bis 30-n zu ändern) möglich, dass ein Querschnittsbereich des Kältemittelströmungskanals 42-1 erreicht wird, der unterschiedlich zu den Querschnittsbereichen der Kältemittelströmungskanäle 34-1 und 35-2 gemacht ist, und die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-1 wird dementsprechend zu denselben einer Wärmeabfuhr von den Anodenelektroden 18-1 und 18-2 unterschiedlich gemacht. Der Stapel 12 kann daher ohne weiteres gebildet werden.
Es sei bemerkt, dass bei dem in 3 gezeigten Konfigurationsbeispiel einer der Vorsprünge 69 oder 71 eliminiert sein kann. Wenn die Vorsprünge 71 beispielsweise eliminiert sind, kann eine Druckverformung der wärmeisolierenden Glieder 32-1a und 32-1b in der Stapelrichtung durch die vorstehenden Abschnitte 69 beschränkt sein. Da zusätzlich eine Steifigkeit des Teils (des wärmeisolierenden Glieds 32-1c) der wärmeisolierenden Barriere 32-1, der zwischen dem Vorsprung 69 und dem Trennelement 31-2 gehalten ist, höher als dieselbe des anderen Teils (der wärmeisolierenden Glieder 32-1a und 32-1b) der wärmeisolierenden Barriere 32-1 ist, kann die Druckverformung der wärmeisolierenden Glieder 32-1a und 32-1b in der Stapelrichtung weiter unterdrückt werden. Bei dem in 3 gezeigten Konfigurationsbeispiel kann ähnlich einer der vorstehenden Abschnitte 59 oder 61 eliminiert sein. Wenn die vorstehenden Abschnitte 61 beispielsweise eliminiert sind, kann die Druckverformung der wärmeisolierenden Glieder 33a und 33b in der Stapelrichtung durch die vorstehenden Abschnitte 59 beschränkt werden. Da ferner die Steifigkeit des Teils (des wärmeisolierenden Glieds 33c) der wärmeisolierenden Barriere 33, der zwischen dem Vorsprung 59 und dem Trennelement 31-1 gehalten ist, höher als dieselbe des anderen Teils (der wärmeisolierenden Glieder 33a und 33b) der wärmeisolierenden Barriere 33 ist, kann die Druckverformung der wärmeisolierenden Glieder 33a und 33b in der Stapelrichtung weiter unterdrückt werden.
Bei dem in 3 gezeigten Konfigurationsbeispiel kann ferner, selbst wenn die wärmeisolierenden Glieder 32-1 eliminiert sind, die Druckverformung der wärmeisolierenden Glieder 32-1a und 32-1b in der Stapelrichtung durch die vorstehenden Abschnitte 69 und 71 eingeschränkt werden. Wenn ferner die wärmeisolierenden Glieder 33c eliminiert sind, kann ähnlich eine Druckverformung der wärmeisolierenden Glieder 33a und 33b in der Stapelrichtung durch die vorstehenden Abschnitte 59 und 61 beschränkt werden.
Bei dem in 3 gezeigten Konfigurationsbeispiel können ferner sowohl der Raum 34-1, der zwischen dem Trennelement 31-2 und dem anodenseitigen Trennelement 28-1 gebildet ist, als auch der Raum 35-2, der zwischen dem Trennelement 31-1 und dem anodenseitigen Trennelement 28-1 gebildet ist, konfiguriert sein, um keine Kühlflüssigkeit zuzuführen (um nicht als der Kältemittelströmungskanal zu funktionieren).
Als die wärmeisolierende Barriere, die sich in der Stapelrichtung nahe zu dem einen Endteil des Stapels 12 (in der Nähe der anodenseitigen Anschlusselektrode 23) befindet, kann andererseits zusätzlich zu den wärmeisolierenden Barrieren 32-1 und 33 eine wärmeisolierende Barriere 32-2, die elektrisch leitende und thermisch isolierende Eigenschaften hat, wie in 4 gezeigt ist, beispielsweise zwischen dem anodenseitigen Trennelement 28-3 (der Anodenelektrode 18-3) in einer 14-3 der erzeugenden Zellen 14-2 und 14-3, die zueinander benachbart sind, und dem kathodenseitigen Trennelement 30-2 (der Kathodenelektrode 20-2) in der anderen 14-2 der erzeugenden Zellen 14-2 und 14-3 angeordnet sein. Bei einem in 4 gezeigten Konfigurationsbeispiel ist ein Raum, der zwischen der wärmeisolierenden Barriere 32-2 und dem kathodenseitigen Trennelement 30-2 gebildet ist, konfiguriert, um als ein Kältemittelströmungskanal 42-2 zu funktionieren, durch den die Kühlflüssigkeit strömt, während ein Raum 34-2, der zwischen der wärmeisolierenden Barriere 32-2 und dem anodenseitigen Trennelement 28-3 gebildet ist, konfiguriert ist, um keine Kühlflüssigkeit zuzuführen (um nicht als der Kältemittelströmungskanal zu funktionieren). Auf diese Weise wird die wärmeisolierende Barriere 32-2 zwischen dem Kältemittelströmungskanal 42-2 und dem anodenseitigen Trennelement 28-3 (der Anodenelektrode 18-3) in der erzeugenden Zelle 14-3 platziert. Als ein Resultat werden Temperaturen der Anodenelektrode 18-3 und der Kathodenelektrode 20-2 auf eine solche Art und Weise reguliert, dass die Menge einer Wärmeabfuhr (die Menge eines Wärmeaustauschs) von der Kathodenelektrode 20-2 der erzeugenden Zelle 14-1 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-2 strömt, größer als dieselbe einer Wärmeabfuhr (die Menge eines Wärmeaustauschs) von der Anodenelektrode 18-3 der erzeugenden Zelle 14-3 in die Kühlflüssigkeit ist. Bei dem in 4 gezeigten Konfigurationsbeispiel führen dementsprechend einige der Kältemittelströmungskanäle 42-1 bis 42-9 (die Kältemittelströmungskanäle 42-1 und 42-2) eine Temperaturregulierung durch, um zu verursachen, dass die Mengen einer Wärmeabfuhr von den Anodenelektroden 18-2 und 18-3 jeweils größer als dieselben einer Wärmeabfuhr von den Kathodenelektroden 20-1 und 20-2 sind. Die Menge eines Wärmeaustauschs zwischen der Anodenelektrode 18-3 und der Kathodenelektrode 20-2 ist zusätzlich ferner durch die wärmeisolierende Barriere 32-2 unterdrückt.
Bei dem in 4 gezeigten Konfigurationsbeispiel wird ferner, um den Unterschied der Menge einer Wärmeabfuhr (eine wärmeabführende Fähigkeit) zwischen der Kathodenelektrode 20-j und der Anodenelektrode 18-(j+1) entlang der Stapelrichtung (abhängig von dem Wert von j) zu ändern, ein Wärmeisolationsverhalten der wärmeisolierenden Barriere 32-2 unterschiedlich zu demselben der wärmeisolierenden Barriere 32-1 gemacht. Die Dicke der wärmeisolierenden Barriere 32-2 in der Stapelrichtung ist beispielsweise definiert, um dünner als dieselbe der wärmeisolierenden Barriere 32-1 in der Stapelrichtung zu sein, wodurch das Wärmeisolationsverhalten der wärmeisolierenden Barriere 32-2 unter das wärmeisolierende Verhalten der wärmeisolierenden Barriere 32-1 gesenkt wird. Auf diese Weise wird der Unterschied der Menge einer Wärmeabfuhr zwischen der Kathodenelektrode 20-2 und der Anodenelektrode 18-2 kleiner als derselbe zwischen der Kathodenelektrode 20-1 und der Anodenelektrode 18-2. Als ein Resultat erhöht sich in der Nähe der anodenseitigen Anschlusselektrode 23 der Unterschied der Menge einer Wärmeabfuhr zwischen der Kathodenelektrode 20-j und der Anodenelektrode 18-(j+1) hin zu der anodenseitigen Anschlusselektrode 23. Die Menge eines Wärmeaustauschs zwischen der Kathodenelektrode 20-j und der Anodenelektrode 18-(j+1) ist ferner entlang der Stapelrichtung (abhängig von dem Wert von j) durch Senken des Wärmeisolationsverhaltens der wärmeisolierenden Barriere 32-2 unter das Wärmeisolationsverhalten der wärmeisolierenden Barriere 32-1 variiert, derart, dass die Menge eines Wärmeaustauschs zwischen der Anodenelektrode 18-3 und der Kathodenelektrode 20-2 größer als dieselbe zwischen der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-1 ist.
Gemäß dem in 4 gezeigten Konfigurationsbeispiel kann die Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-3 in der erzeugenden Zelle 14-3 reduziert sein, um dadurch die Temperatur der Anodenelektrode 18-3 anzuheben, und die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-2 in der erzeugenden Zelle 14-2 kann erhöht sein, um dadurch die Temperatur der Kathodenelektrode 20-2 zu senken. Bei dieser Gelegenheit wird ein Ausmaß einer Temperaturerhöhung der Anodenelektrode 18-3 kleiner als ein Ausmaß einer Temperaturerhöhung der Anodenelektrode 18-2, während ein Ausmaß einer Temperaturverringerung der Kathodenelektrode 20-2 kleiner als dasselbe der Temperaturverringerung der Kathodenelektrode 20-1 wird. Der Unterschied der Temperatur zwischen der Kathodenelektrode 20-m und der Anodenelektrode 18-m in der erzeugenden Zelle 14-m kann daher auf eine geeignetere Art und Weise unterdrückt werden. Es sei bemerkt, dass die Konfiguration zum Beschränken der Druckverformung der wärmeisolierenden Barriere 32-1, die in 3 dargestellt ist (der vorstehenden Abschnitte 69 und 71), auf die wärmeisolierenden Barrieren 32-1 und 32-2 bei dem in 4 gezeigten Konfigurationsbeispiel angewendet sein kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine wärmeisolierende Barriere 32-9, die elektrisch leitende und thermisch isolierende Eigenschaften hat, wie in 5 gezeigt ist, zwischen der Anodenelektrode 18-10 in einer 14-10 der erzeugenden Zellen 14-9 und 14-10, die in der Nähe der kathodenseitigen Anschlusselektrode 24 (in der Nähe des anderen Endteils des Stapels entlang der Stapelrichtung) benachbart zueinander sind, und der Kathodenelektrode 20-9 in der anderen 14-9 der erzeugenden Zellen 14-9 und 14-10 eingebaut sein. Bei dem in 5 gezeigten Konfigurationsbeispiel ist die wärmeisolierende Barriere 32-9 zwischen dem anodenseitigen Trennelement 28-10 in der erzeugenden Zelle 14-10, die am nächsten zu den kathodenseitigen Anschlusselektrode 24 ist, und dem kathodenseitigen Trennelement 30-9 in der erzeugenden Zelle 14-9, die benachbart zu der erzeugenden Zelle 14-10 ist, platziert. Ein Raum, der dann zwischen der wärmeisolierenden Barriere 32-9 und dem anodenseitigen Trennelement 28-10 gebildet ist, ist konfiguriert, um als ein Kältemittelströmungskanal 42-9 zu funktionieren, während ein Raum 34-9, der zwischen der wärmeisolierenden Barriere 32-9 und dem kathodenseitigen Trennelement 30-9 gebildet ist, konfiguriert ist, um die Kühlflüssigkeit nicht zuzuführen (um nicht als der Kältemittelströmungskanal zu funktionieren). Auf diese Weise ist die wärmeisolierende Barriere 32-9 zwischen dem Kältemittelströmungskanal 42-9 und dem kathodenseitigen Trennelement 30-9 (der Kathodenelektrode 20-9) in der erzeugenden Zelle 14-9 platziert. Als ein Resultat werden die Temperaturen der Anodenelektrode 18-10 und der Kathodenelektrode 20-9 auf eine solche Art und Weise reguliert, dass die Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-10 der erzeugenden Zelle 14-10 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-9 strömt, größer als dieselbe von der Kathodenelektrode 20-9 der erzeugenden Zelle 14-9 in die Kühlflüssigkeit ist. Eine Fähigkeit, um eine Wärme von der Anodenelektrode 18-10 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-9 strömt, abzuführen, ist mit anderen Worten über dieselbe eines Abführens von Wärme von der Kathodenelektrode 20-9 in die Kühlflüssigkeit erhöht. Bei dem in 5 gezeigten Konfigurationsbeispiel (ihren einige (die Kältemittelströmungskanäle 42-1 und 42-9) der Kältemittelströmungskanäle 42-1 bis 42-9, die an einer Mehrzahl von Orten gebildet sind, die Temperaturregulierung durch, um zu verursachen, dass die Mengen einer Wärmeabfuhr von den Anodenelektroden 18-2 und 18-10 jeweils zu denselben einer Wärmeabfuhr von den Kathodenelektroden 20-1 und 20-9 unterschiedlich gemacht sind, derart, dass der Unterschied der Menge einer Wärmeabfuhr zwischen der Anodenelektrode 18-(j+1) und der Kathodenelektrode 20-j entlang der Stapelrichtung (abhängig von den Werten von j) variiert ist. Da außerdem die Menge eines Wärmeaustauschs zwischen der Anodenelektrode 18-10 und der Kathodenelektrode 20-9 durch die wärmeisolierende Barriere 32-9 reduziert ist, ist die Menge eines Wärmeaustauschs zwischen der Kathodenelektrode 20-j und der Anodenelektrode 18-(j+1) ebenfalls entlang der Stapelrichtung variiert.
Bei dem in 5 gezeigten Konfigurationsbeispiel befindet sich ferner eine wärmeisolierende Barriere 44, die elektrisch leitende und thermisch isolierende Eigenschaften hat, in der Stapelrichtung weiter hin zu dem anderen Ende als die Kathodenelektrode 20-1 in der erzeugenden Zelle 14-10, die benachbart zu der kathodenseitigen Anschlusselektrode 24 ist. Die wärmeisolierende Barriere 44, die hier eingesetzt ist, ist zwischen der kathodenseitigen Anschlusselektrode 24 und dem kathodenseitigen Trennelement 30-10 in der erzeugenden Zelle 14-10 platziert. Dann sind sowohl ein Raum 35-3, der zwischen der wärmeisolierenden Barriere 44 und der kathodenseitigen Anschlusselektrode 24 gebildet ist, als auch ein Raum 35-4, der zwischen der wärmeisolierenden Barriere 44 und dem kathodenseitigen Trennelement 30-10 gebildet ist, konfiguriert, um keine Kühlflüssigkeit zuzuführen (um nicht als der Kältemittelströmungskanal zu funktionieren). In diesem Zusammenhang kann die wärmeisolierende Barriere 44 in der Stapelrichtung weiter außen als die kathodenseitige Anschlusselektrode 24 platziert sein. Bei diesem Fall muss die wärmeisolierende Barriere 44 nicht notwendigerweise leitend sein und kann aus einem elektrischen Isolator bestehen.
Bei den erzeugenden Zellen 14-9 und 14-10, die sich nahe zu der kathodenseitigen Anschlusselektrode 24 befinden, tendiert die Temperatur der Kathodenelektrode 20-10 auf einer äußeren Seite in der Stapelrichtung dazu, niedriger als die Temperatur der Anodenelektrode 18-10 auf einer inneren Seite in der Stapelrichtung zu sein, während die Temperatur der Kathodenelektrode 20-9 dazu tendiert, niedriger als die Temperatur der Anodenelektrode 18-9 zu sein. Ansprechend darauf ist die wärmeisolierende Barriere 32-9 bei dem in 5 gezeigten Konfigurationsbeispiel zwischen dem Kältemittelströmungskanal 42-9 und der Kathodenelektrode 20-9 der erzeugenden Zelle 14-9 eingebaut, um dadurch zu verursachen, dass die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-9 der erzeugenden Zelle 14-9 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-9 strömt, kleiner als dieselbe einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-10 der erzeugenden Zelle 14-10 in die Kühlflüssigkeit ist. Die Menge eines Wärmeaustauschs zwischen der Anodenelektrode 18-10 und der Kathodenelektrode 20-9 wird zusätzlich unterdrückt. Auf diese Weise kann die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-9 in die erzeugende Zelle 14-9 reduziert werden, um dadurch die Temperatur der Kathodenelektrode 20-9 anzuheben, was seinerseits zu einer Reduzierung des Unterschieds der Temperatur zwischen der Anodenelektrode 18-9 und der Kathodenelektrode 20-9 in der erzeugenden Zelle 14-9 beitragen kann. Zu dieser Zeit kann die Effizienz eines Kühlens der Anodenelektrode 18-10 in der erzeugenden Zelle 14-10 mittels der Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-9 strömt, verbessert werden, und die Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-10 kann dementsprechend erhöht werden, um dadurch die Temperatur der Anodenelektrode 18-10 zu senken, was zu der Reduzierung eines Unterschieds der Temperatur zwischen der Anodenelektrode 18-10 und der Kathodenelektrode 20-10 in der erzeugenden Zelle 14-10 beitragen kann. Da außerdem die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-10 durch die wärmeisolierende Barriere 44 reduziert werden kann, um die Temperatur der Kathodenelektrode 20-10 anzuheben, kann der Unterschied der Temperatur zwischen der Anodenelektrode 18-10 und der Kathodenelektrode 20-10 in der erzeugenden Zelle 14-10 weiter reduziert werden. Es wird dementsprechend möglich, zu verhindern, dass sich Wasserdampf durch die elektrolytischen Membranen 16-9 und 16-10 in den erzeugenden Zellen 14-9 und 14-10 bewegt.
Es sei bemerkt, dass bei dem in 5 gezeigten Konfigurationsbeispiel eine weitere wärmeisolierende Barriere zwischen dem Kältemittelströmungskanal 42-8 und der Kathodenelektrode 20-8 in der erzeugenden Zelle 14-8 eingebaut sein kann. Betreffend die wärmeisolierende Barriere, die hier eingebaut ist, ist es vorzuziehen, dass das wärmeisolierende Verhalten der wärmeisolierenden Barriere niedriger als dasselbe der wärmeisolierenden Barriere 32-9 eingestellt ist. Als ein Resultat ist in der Nähe der kathodenseitigen Anschlusselektrode 24 der Unterschied der Menge einer Wärmeabfuhr zwischen der Anodenelektrode 18-(j+1) und der Kathodenelektrode 20-j hin zu der kathodenseitigen Anschlusselektrode 24 erhöht. Bei dem in 5 gezeigten Konfigurationsbeispiel kann ferner die Konfiguration zum Beschränken einer Druckverformung der wärmeisolierenden Barriere 32-1, die in 3 dargestellt ist (der vorstehenden Abschnitte 69 und 71), auf die wärmeisolierende Barriere 32-9 angewendet sein, während die Konfiguration zum Beschränken einer Druckverformung der wärmeisolierenden Barriere 33, die in 3 dargestellt ist (der vorstehenden Abschnitte 59 und 61), auf die wärmeisolierende Barriere 44 angewendet sein kann.
Wenn es ferner wahrscheinlich ist, dass der Temperaturunterschied zwischen der Kathodenelektrode und der Anodenelektrode in der erzeugenden Zelle, die sich nahe zu dem mittigen Teil des Stapels 12 befindet, auftritt, kann beispielsweise die wärmeisolierende Barriere zwischen der Anodenelektrode in einer der erzeugenden Zellen, die in der Nähe des mittigen Teils des Stapels 12 zueinander benachbart sind, und der Kathodenelektrode in der anderen der erzeugenden Zellen eingebaut sein. Die wärmeisolierenden Barrieren 33 und 44 können zusätzlich an dem Endteil des Stapels 12 bei diesem Ausführungsbeispiel eliminiert sein.
Bei der vorhergehenden Erläuterung über das Ausführungsbeispiel ist beschrieben, dass die Kältemittelströmungskanäle 42-1 bis 42-9 vorgesehen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann jedoch, obwohl die Kältemittelströmungskanäle 42-1 bis 42-9 nicht eingebaut sind, die Menge eines Wärmeaustauschs zwischen der Kathodenelektrode 20-j und der Anodenelektrode 18-(j+1) entlang der Stapelrichtung variiert sein, indem die wärmeisolierende Barriere 32-1 beispielsweise zwischen der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-1 angeordnet ist, um die Menge eines Wärmeaustauschs zwischen der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-1 zu reduzieren, oder indem die wärmeisolierende Barriere 32-9 zwischen der Anodenelektrode 18-10 und der Kathodenelektrode 20-9 angeordnet ist, um die Menge eines Wärmeaustauschs zwischen der Anodenelektrode 18-10 und der Kathodenelektrode 20-9 zu reduzieren. Auf diese Weise kann die Temperatur von jeder der erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n gemäß den Orten der erzeugenden Zellen 14-1 bis 14-n (entlang der Stapelrichtung) geeignet reguliert werden, derart, dass der Unterschied der Temperatur zwischen der Kathodenelektrode 20-m und der Anodenelektrode 18-m reduziert ist. Überdies können, obwohl das anodenseitige Trennelement 28-2, das zu der Anodenelektrode 18-2 gerichtet ist, und das kathodenseitige Trennelement 30-1, das zu der Kathodenelektrode 20-1 gerichtet ist, als getrennte Körper bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, diese Trennelemente in einem Körper integriert sein.
<Ausführungsbeispiel 2>
6 zeigt eine schematische Konfiguration einer Brennstoffzelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Tiefe (hinsichtlich der Stapelrichtung) von konkaven und konvexen Abschnitten, die an dem kathodenseitigen Trennelement 30-1 in der erzeugenden Zelle 14-1 gebildet sind, tiefer als dieselbe von konkaven und konvexen Abschnitten, die an dem anodenseitigen Trennelement 28-2 in der erzeugenden Zelle 14-2 gebildet sind, definiert. Das soll heißen, dass ein Bereich einer Berührung zwischen der Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, und dem kathodenseitigen Trennelement 30-1 definiert ist, um größer als ein Bereich einer Berührung zwischen der Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, und dem anodenseitigen Trennelement 28-2 zu sein. Auf diese Weise können die Temperaturen der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-1 reguliert werden, um zu verursachen, dass die Menge einer Wärmeabfuhr (die Menge eines Wärmeaustauschs) von der Kathodenelektrode 20-1 der erzeugenden Zelle 14-1 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, größer als die Menge einer Wärmeabfuhr (die Menge eines Wärmeaustauschs) von der Anodenelektrode 18-2 der erzeugenden Zelle 14-2 in die Kühlflüssigkeit ist. Dann ist eine Tiefe der konkaven und konvexen Abschnitte des kathodenseitigen Trennelements 30-1 tiefer als die Tiefen der konkaven und konvexen Abschnitte der kathodenseitigen Trennelemente 30-2 bis 30-10 definiert, während eine Tiefe der konkaven und konvexen Abschnitte des anodenseitigen Trennelements 28-2 als flacher als die Tiefen der konkaven und konvexen Abschnitte der anodenseitigen Trennelemente 28-3 bis 28-10 definiert ist. Der Bereich einer Berührung zwischen der Kühlflüssigkeit und dem kathodenseitigen Trennelement 30-1 ist mit anderen Worten größer als der Bereich einer Berührung zwischen der Kühlflüssigkeit und einem der kathodenseitigen Trennelemente 30-2 bis 30-10 definiert, während der Bereich einer Berührung zwischen der Kühlflüssigkeit und dem anodenseitigen Trennelement 28-2 kleiner als der Bereich einer Berührung zwischen der Kühlflüssigkeit und einem der anodenseitigen Trennelemente 28-3 bis 28-10 definiert ist. Andere Konfigurationen als dieselben, die im Vorhergehenden beschrieben sind, sind identisch zu denselben bei dem Ausführungsbeispiel 1 (dem in 1 gezeigten Konfigurationsbeispiel).
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann ferner, da die Temperatur der Anodenelektrode 18-2 durch Reduzieren der Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-2, wie bei dem Fall des Ausführungsbeispiels 1, angehoben werden kann, der Unterschied der Temperatur zwischen der Kathodenelektrode 20-2 und der Anodenelektrode 18-2 in der erzeugenden Zelle 14-2 reduziert werden. Gleichzeitig kann, da die Temperatur der Kathodenelektrode 20-1 durch Erhöhen der Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-1 gesenkt werden kann, der Unterschied der Temperatur zwischen der Kathodenelektrode 20-1 und der Anodenelektrode 18-1 in der erzeugenden Zelle 14-1 reduziert werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine Teilung der konkaven und konvexen Abschnitte, die an dem kathodenseitigen Trennelement 30-1 gebildet sind, kürzer als dieselbe der konkaven und konvexen Abschnitte, die an dem anodenseitigen Trennelement 28-2 gebildet sind, sein. Bei dieser Konfiguration kann ferner der Bereich einer Berührung zwischen der Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, und dem kathodenseitigen Trennelement 30-1 definiert sein, um größer als der Bereich einer Berührung zwischen der Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, und dem anodenseitigen Trennelement 28-2 zu sein.
Der Bereich einer Berührung zwischen der Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-9 strömt, und dem anodenseitigen Trennelement 28-10 in der erzeugenden Zelle 14-10 kann ferner definiert sein, um größer als derselbe zwischen der Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-9 strömt, und dem kathodenseitigen Trennelement 30-9 zu sein. Die Temperaturen der Anodenelektrode 18-10 und der Kathodenelektrode 20-9 können als ein Resultat reguliert werden, um zu verursachen, dass die Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-10 der erzeugenden Zelle 14-10 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-9 strömt, größer als die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-9 der erzeugenden Zelle 14-9 in die Kühlflüssigkeit ist.
<Ausführungsbeispiel 3>
8 zeigt eine schematische Konfiguration einer Brennstoffzelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Zwischenwand 54-1 zwischen dem kathodenseitigen Trennelement 30-1 in der erzeugenden Zelle 14-1 und dem anodenseitigen Trennelement 28-2 in der erzeugenden Zelle 14-2 eingebaut. Es ist vorzuziehen, dass die hier verwendete Zwischenwand 54-1 elektrisch leitende und thermisch isolierende Eigenschaften hat. Dann ist ein Raum, der zwischen der Zwischenwand 54-1 und dem kathodenseitigen Trennelement 30-1 gebildet ist, konfiguriert, um als ein Kältemittelströmungskanal 42-1, durch den die Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Kathodenelektrode 20-1 in der erzeugenden Zelle 14-1 strömt, zu funktionieren. Ein Raum, der zwischen der Zwischenwand 54-1 und dem anodenseitigen Trennelement 28-2 gebildet ist, ist zusätzlich ferner konfiguriert, um als ein Kältemittelströmungskanal 52-1, durch den die Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Anodenelektrode 18-2 in der erzeugenden Zelle 14-2 strömt, zu funktionieren. Wenn jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel die Kühlflüssigkeit in die Kältemittelströmungskanäle 42-1 und 52-1 eingeführt wird, um Wärme von der Kathodenelektrode 20-1 und der Anodenelektrode 18-2 abzuführen, wird die Kühlflüssigkeit zuerst in den Kältemittelströmungskanal 42-1, wie es durch Pfeile in 8 gezeigt ist, gespeist, um zuerst eine Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-1 (einen Wärmeaustausch mit der Kathodenelektrode 20-1) durchzuführen. Nachdem dieselbe bei dem Wärmeaustausch mit der Kathodenelektrode 20-1 verwendet wurde, wird die Kühlflüssigkeit zweitens in den Kältemittelströmungskanal 52-1 gespeist, um eine Wärmeabfuhr der Anodenelektrode 18-2 (einen Wärmeaustausch mit der Anodenelektrode 18-2) später durchzuführen. Auf diese Weise können ferner die Temperaturen der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-1 reguliert werden, um dadurch zu verursachen, dass die Menge einer Wärmeabfuhr (die Menge eines Wärmeaustauschs) von der Kathodenelektrode 20-1 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, größer als die Menge einer Wärmeabfuhr (die Menge eines Wärmeaustauschs) von der Anodenelektrode 18-2 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 52-1 strömt, ist. Andere Konfigurationen als die, die im Vorhergehenden beschriebenen sind, sind identisch zu denselben des Ausführungsbeispiels 1 (dem in 1 dargestellten Konfigurationsbeispiel).
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Effizienz eines Kühlens der Kathodenelektrode 20-1 durch die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, erhöht, während eine Effizienz eines Kühlens der Anodenelektrode 18-2 durch die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 52-1 strömt, reduziert ist. Ähnlich zu den Ausführungsbeispielen 1 und 2 kann daher, da die Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-2 reduziert werden kann, um dadurch die Temperatur der Anodenelektrode 18-2 zu erhöhen, der Unterschied der Temperatur zwischen der Kathodenelektrode 20-2 und der Anodenelektrode 20-2 in der erzeugenden Zelle 14-2 unterdrückt werden. Zusätzlich dazu kann, da die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-1 erhöht werden kann, um dadurch die Temperatur der Kathodenelektrode 20-1 zu reduzieren, der Unterschied der Temperatur zwischen der Kathodenelektrode 20-1 und der Anodenelektrode 18-1 in der erzeugenden Zelle 14-1 unterdrückt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel können anstatt des Vorsehens der Zwischenwand 54-1 der Kältemittelströmungskanal 42-1 und der Kältemittelströmungskanal 52-1 hinsichtlich einander entlang einer Richtung senkrecht zu der Stapelrichtung, wie es in 9 gezeigt ist, versetzt sein. Bei dieser Konfiguration kann ferner nach dem Speisen der Kühlflüssigkeit in den Kältemittelströmungskanal 42-1, um zuerst eine Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-1 durchzuführen, die Kühlflüssigkeit in den Kältemittelströmungskanal 52-1 gespeist werden, um anschließend eine Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-2, wie durch Pfeile 9 gezeigt ist, durchzuführen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann ferner eine Kommunikation zwischen dem Kältemittelströmungskanal 42-1 zum Abführen einer Wärme von der Kathodenelektrode 20-1 und dem Kältemittelströmungskanal 52-1 zum Abführen einer Wärme von der Anodenelektrode 18-2 blockiert sein, um dadurch die Kältemittelströmungskanäle 42-1 und 52-1 als getrennte Kühlleitungen (Kühlsysteme) einzurichten. Eine Strömungsrate der Kühlflüssigkeit, die dem Kältemittelströmungskanal 42-1 zugeführt wird, und eine Strömungsrate der Kühlflüssigkeit, die dem Kältemittelströmungskanal 52-1 zugeführt wird, werden dann einzeln auf eine solche Art und Weise gesteuert, dass die Strömungsrate der Kühlflüssigkeit, die dem Kältemittelströmungskanal 42-1 zugeführt wird, größer als die derselben wird, die dem Kältemittelströmungskanal 52-1 zugeführt wird. Auf diese Weise können ferner die Temperaturen der Anodenelektrode 18-2 und der Kathodenelektrode 20-1 reguliert werden, um zu verursachen, dass die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-1 in die Kühlflüssigkeit, die durch den Kältemittelströmungskanal 42-1 strömt, größer als dieselbe einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-2 in die Kühlflüssigkeit ist, die durch den Kältemittelströmungskanal 52-1 strömt.
Die Zwischenwand, die elektrische leitende und thermisch isolierende Eigenschaften hat, kann ferner außerdem zwischen dem kathodenseitigen Trennelement 30-9 in der erzeugenden Zelle 14-9 und dem anodenseitigen Trennelement 28-10 in der erzeugenden Zelle 14-10 bei diesem Ausführungsbeispiel eingebaut sein. Nach dem Speisen der Kühlflüssigkeit in einen Kältemittelströmungskanal, der zwischen der Zwischenwand und dem anodenseitigen Trennelement 28-10 gebildet ist (auf den im Folgenden als ein anodenseitiger Kältemittelströmungskanal Bezug genommen ist), um zuerst eine Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-10 in der erzeugenden Zelle 14-10 durchzuführen, kann dann die Kühlflüssigkeit anschließend in einen Kältemittelströmungskanal gespeist werden, der zwischen der Zwischenwand und dem kathodenseitigen Trennelement 30-9 gebildet ist (auf den im Folgenden als ein kathodenseitiger Kältemittelströmungskanal Bezug genommen ist), um dann eine Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-9 in der erzeugenden Zelle 14-9 durchzuführen. Als ein Resultat können die Temperaturen der Anodenelektrode 18-10 und der Kathodenelektrode 20-9 reguliert werden, um zu verursachen, dass die Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-10 in die Kühlflüssigkeit, die durch den anodenseitigen Kältemittelströmungskanal strömt, größer als die Menge einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-9 in die Kühlflüssigkeit, die durch den kathodenseitigen Kältemittelströmungskanal strömt, ist.
Eine Kommunikation zwischen dem anodenseitigen Kältemittelströmungskanal zum Abführen von Wärme von der Anodenelektrode 18-10 und dem kathodenseitigen Kältemittelströmungskanal zum Abführen von Wärme von der Kathodenelektrode 20-9 kann alternativ blockiert sein, um dadurch den anodenseitigen Kältemittelströmungskanal und den kathodenseitigen Kältemittelströmungskanal als getrennte Kühlleitungen (Kühlsysteme) einzurichten. Die Strömungsrate der Kühlflüssigkeit, die dem anodenseitigen Kältemittelströmungskanal zugeführt wird, und die Strömungsrate der Kühlflüssigkeit, die dem kathodenseitigen Kältemittelströmungskanal zugeführt wird, werden dann einzeln auf eine solche Art und Weise gesteuert, dass die Flussrate der Kühlflüssigkeit, die dem anodenseitigen Kältemittelströmungskanal zugeführt wird, größer als dieselbe wird, die dem kathodenseitigen Kältemittelströmungskanal zugeführt wird. Auf diese Weise können ferner die Temperaturen der Anodenelektrode 18-10 und der Kathodenelektrode 20-9 reguliert werden, um zu verursachen, dass die Menge einer Wärmeabfuhr von der Anodenelektrode 18-10 größer als dieselbe einer Wärmeabfuhr von der Kathodenelektrode 20-9 ist.
Bei der vorhergehenden Erläuterung betreffend die Ausführungsbeispiele 1 bis 3 wurden die Beispiele, bei denen metallische Trennelemente für das anodenseitige Trennelement 28-m und das kathodenseitige Trennelement 30-m in der erzeugenden Zelle 14-m (wobei m eine ganze Zahl von 1 bis n ist) verwendet sind, beschrieben. Kohlenstofftrennelemente können jedoch für das anodenseitige Trennelement 28-m und das kathodenseitige Trennelement 30-m bei den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 verwendet sein.
Bei jedem der im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele besteht der Zweck eines Einbauens der wärmeisolierenden Barriere zwischen benachbarten erzeugenden Zellen oder des Einbauens des Kältemittelströmungskanals, der verursacht, dass die Menge einer Wärme, die durch das Kältemittel von einer erzeugenden Zelle, die hin zu dem Endteil liegt, größer als dieselbe von der anderen erzeugenden Zelle, die hin zu der Mitte liegt, zwischen den benachbarten erzeugenden Zellen ist, darin, einen Pol, der hin zu der Mitte in einer erzeugenden Zelle von benachbarten erzeugenden Zellen liegt, dahingehend zu unterdrücken, um verglichen mit einem Pol, der hin zu dem Endteil liegt, eine größere Temperaturerhöhung zu erleben. Ein unterdrückender Teil (die wärmeisolierende Barriere oder der Kältemittelströmungskanal), der verhindert, dass in gegenseitig benachbarten ersten und zweiten erzeugenden Zellen ein Pol, der hin zu der ersten erzeugenden Zelle liegt, der zwei Pole, die in der zweiten erzeugenden Zelle, die sich näher zu dem Endteil als die erste erzeugende Zelle befindet, umfasst sind, Wärme von der Seite der ersten erzeugenden Zelle absorbiert, ist mit anderen Worten in jedem der Ausführungsbeispiele neu vorgesehen. Auf diese Weise wird der Unterschied der Temperatur zwischen den Polen in der zweiten erzeugenden Zelle reduziert, um dadurch eine Erzeugung von kondensiertem Wasser zu verhindern. Betreffend den hier übernommenen unterdrückenden Teil ist, obwohl unterdrückende Teile, die jeweils fast das gleiche Verhalten haben, an allen Stellen zwischen den erzeugenden Zellen vorgesehen sein können, das Vorsehen an allen Stellen zwischen den erzeugenden Zellen im Lichte eines Aufwärmbetriebs, eines Herunterdimensionierens, eines Innenwiderstands und dergleichen nicht wünschenswert. Daher wird bei jedem der Ausführungsbeispiele eine Reduzierung des Temperaturunterschieds in einer erzeugenden Zelle durch Konfigurieren der unterdrückenden Teile (der wärmeisolierenden Barrieren oder der Kältemittelströmungskanäle) auf eine solche Art und Weise realisiert, dass eine Absorption von Wärme zwischen den erzeugenden Zellen mit einem relativ größeren Grad unterdrückt wird, sowie sich die erzeugenden Zellen dem Endteil des Stapels von der Mitte nähern. Es sei bemerkt, dass die Reduzierung eines Temperaturunterschieds in einer erzeugenden Zelle durch Einbauen, als ein unterdrückender Teil, von mindestens einer der wärmeisolierenden Barrieren oder einem der Kältemittelströmungskanäle zwischen den erzeugenden Zellen erreicht werden kann.
Obwohl die Ausführungsbeispiele zum Ausführen der vorliegenden Erfindung im Vorhergehenden beschrieben sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt und kann natürlich in verschiedenen Formen ausgeführt sein, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Brennstoffbatterie
Eine Brennstoffzelle weist einen Stapel von drei oder mehr erzeugenden Zellen auf, wobei jede eine Anordnung hat, bei der eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode jeweils an eine Seite einer elektrolytischen Membran gefügt sind. Die Anodenelektrode ist in der Stapelrichtung der erzeugenden Zelle näher zu einem Ende als die Kathodenelektrode vorgesehen. Temperaturregulierende Teile zum Regulieren der Temperatur der Anodenelektrode einer erzeugenden Zelle von beliebigen zwei benachbarten erzeugenden Zellen und der Kathodenelektrode der anderen erzeugenden Zelle sind bei einer Mehrzahl von Positionen in der Stapelrichtung angeordnet. Die vorgesehenen temperaturregulierenden Teile führen eine Temperaturregulierung durch, derart, dass sich die wärmeabführende Fähigkeit der Anodenelektrode in der Stapelrichtung von derselben der Kathodenelektrode unterscheidet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 8-306380 A [0004]
- JP 08-306380 [0004]

Claims

Brennstoffzelle, die einen Stapel von drei oder mehr erzeugenden Zellen aufweist, bei der jede der erzeugenden Zellen eine Anordnung aufweist, bei der eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode jeweils an eine Seite einer elektrolytischen Membran gefügt sind, wobei sich die Anodenelektrode in einer Stapelrichtung der erzeugenden Zelle näher zu einem Ende als die Kathodenelektrode befindet; temperaturregulierende Teile, von denen jedes zwischen der Anodenelektrode einer erzeugenden Zelle von benachbarten erzeugenden Zellen und der Kathodenelektrode der anderen erzeugenden Zellen zum Regulieren der Temperaturen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode vorgesehen ist, bei einer Mehrzahl von Stellen entlang der Stapelrichtung angeordnet sind; und die temperaturregulierenden Teile, die bei der Mehrzahl von Stellen vorgesehen sind, eine Temperaturregulierung durchführen, um zu verursachen, dass ein Unterschied der Wärmeabfuhrfähigkeit zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode entlang der Stapelrichtung variiert ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1, bei der mindestens eines jedoch nicht alle der temperaturregulierenden Teile, die bei der Mehrzahl von Stellen vorgesehen sind, eine Temperaturregulierung durchführt, um einen Unterschied der wärmeabführenden Fähigkeit zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode zu bewirken.
Brennstoffzelle, die einen Stapel von drei oder mehr erzeugenden Zellen aufweist, bei der jede der erzeugenden Zellen eine Anordnung aufweist, bei der eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode jeweils an eine Seite einer elektrolytischen Membran gefügt sind, wobei sich die Anodenelektrode in einer Stapelrichtung der erzeugenden Zellen näher zu einem Ende als die Kathodenelektrode befindet; temperaturregulierende Teile, wobei jedes derselben zwischen der Anodenelektrode einer erzeugenden Zelle von benachbarten erzeugenden Zellen und der Kathodenelektrode der anderen erzeugenden Zelle zum Regulieren der Temperatur der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode vorgesehen ist, bei einer Mehrzahl von Stellen entlang der Stapelrichtung angeordnet sind; und mindestens eines jedoch nicht alle der temperaturregulierenden Teile, die bei der Mehrzahl von Stellen vorgesehen sind, eine Temperaturregulierung durchführt, um einen Unterschied der wärmeabführenden Fähigkeit zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode zu bewirken.
Brennstoffzelle nach Anspruch 2, bei der das temperaturregulierende Teil, das eine Temperaturregulierung durchführt, um einen Unterschied einer wärmeabführenden Fähigkeit zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode zu bewirken, zwischen einer Anodenelektrode in einer erzeugenden Zelle von gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen, die sich in der Stapelrichtung in einer Nähe eines Endteils des Stapels befinden, und einer Kathodenelektrode in der anderen erzeugenden Zelle vorgesehen ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 2, bei der das temperaturregulierende Teil, das eine Temperaturregulierung durchführt, um einen Unterschied einer wärmeabführenden Fähigkeit zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode zu bewirken, einen Kältemittelströmungskanal, durch den ein Kältemittel strömt und der zwischen der Anodenelektrode in einer erzeugenden Zelle der gegenseitig benachbarten Zellen und der Kathodenelektrode in der anderen erzeugenden Zelle eingebaut ist, aufweist, und eine Fähigkeit eines Abführens von Wärme von der Anodenelektrode in das Kältemittel, das durch den Kältemittelströmungskanal strömt, sich von derselben eines Abführens von Wärme von der Kathodenelektrode in das Kältemittel, das durch den Kältemittelströmungskanal strömt, unterscheidet.
Brennstoffzelle nach Anspruch 5, bei der das temperaturregulierende Teil, das eine Temperaturregulierung durchführt, um einen Unterschied einer wärmeabführenden Fähigkeit zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode zu bewirken, ferner eine wärmeisolierende Barriere, die zwischen dem Kältemittelströmungskanal und der Anodenelektrode oder zwischen dem Kältemittelströmungskanal und der Kathodenelektrode eingebaut ist, aufweist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 6, die ferner einen verformungsbeschränkenden Teil zum Beschränken einer Verformung der wärmeisolierenden Barriere in der Stapelrichtung aufweist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 7, bei der erste und zweite Trennelemente eingebaut sind, zwischen denen die wärmeisolierende Barriere entlang der Stapelrichtung gehalten ist, und der verformungsbeschränkende Teil an mindestens dem ersten oder dem zweiten Trennelement vorgesehen ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 8, bei der der verformungsbeschränkende Teil einen vorstehenden Abschnitt aufweist, der an dem ersten Trennelement vorgesehen ist und hin zu dem zweiten Trennelement vorsteht.
Brennstoffzelle nach Anspruch 9, bei der ein Teil der wärmeisolierenden Barriere, der zwischen dem vorstehenden Abschnitt und dem zweiten Trennelement gehalten ist, eine höhere Steifigkeit als dieselbe des anderen Teils der wärmeisolierenden Barriere hat.
Brennstoffzelle nach Anspruch 8, bei der der verformungsbeschränkende Teil einen ersten vorstehenden Abschnitt, der an dem ersten Trennelement vorgesehen ist und hin zu dem zweiten Trennelement vorsteht, und einen zweiten vorstehenden Abschnitt, der an dem zweiten Trennelement vorgesehen ist und hin zu dem ersten vorstehenden Abschnitt vorsteht, um dem ersten vorstehenden Abschnitt in der Stapelrichtung gegenüberzuliegen, aufweist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 11, bei der ein Teil der wärmeisolierenden Barriere, der zwischen dem ersten vorstehenden Abschnitt und dem zweiten vorstehenden Abschnitt gehalten ist, eine höhere Steifigkeit als dieselbe des anderen Teils der wärmeisolierenden Barriere hat.
Brennstoffzelle nach Anspruch 2, bei der das temperaturregulierende Teil, das eine Temperaturregulierung durchführt, um einen Unterschied einer wärmeabführenden Fähigkeit zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode zu bewirken, einen anodenseitigen Kältemittelströmungskanal, durch den ein Kältemittel zum Kühlen der Anodenelektrode in einer erzeugenden Zelle der gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen strömt, und einen kathodenseitigen Kältemittelströmungskanal, durch den ein Kältemittel zum Kühlen der Kathodenelektrode in der anderen erzeugenden Zelle strömt, aufweist, und ein Querschnittsbereich des kathodenseitigen Kältemittelströmungskanals sich von demselben des anodenseitigen Kältemittelströmungskanal unterscheidet.
Brennstoffzelle nach Anspruch 13, bei der das temperaturregulierende Teil, das eine Temperaturregulierung durchführt, um einen Unterschied einer wärmeabführenden Fähigkeit zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode zu bewirken, ferner die wärmeisolierende Barriere, die zwischen dem anodenseitigen Kältemittelströmungskanal und dem kathodenseitigen Kältemittelströmungskanal eingebaut ist, aufweist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 14, bei der ein erstes Trennelement, das sowohl zu dem anodenseitigen Kältemittelströmungskanal als auch der wärmeisolierenden Barriere gerichtet ist, und ein zweites Trennelement, das sowohl zu dem kathodenseitigen Kältemittelströmungskanal als auch der wärmeisolierenden Barriere gerichtet ist, vorgesehen sind, und eine Form eines Teils des zweiten Trennelements, wobei das zweite Trennelement zu dem kathodenseitigen Kältemittelströmungskanal gerichtet ist, unterschiedlich zu einer Form eines Teils des ersten Trennelements, wobei das erste Trennelement zu dem anodenseitigen Kältemittelströmungskanal gerichtet ist, hergestellt ist, um dadurch zu verursachen, dass sich ein Querschnittsbereich des kathodenseitigen Kältemittelströmungskanals von demselben des anodenseitigen Kältemittelströmungskanals unterscheidet.
Brennstoffzelle nach Anspruch 2, bei der das temperaturregulierende Teil, das eine Temperaturregulierung durchführt, um einen Unterschied einer wärmeabführenden Fähigkeit zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode zu bewirken, eine Wärme von entweder der Anodenelektrode oder der Kathodenelektrode abführt und anschließend Wärme von der anderen von entweder der Anodenelektrode oder der Kathodenelektrode abführt.
Brennstoffzelle nach Anspruch 2, bei der jede der erzeugenden Zellen ferner ein anodenseitiges Trennelement, das der Anodenelektrode gegenüberliegt, und ein kathodenseitiges Trennelement, das der Kathodenelektrode gegenüberliegt, aufweist; das temperaturregulierende Teil, das einen Temperaturregulierung durchführt, um einen Unterschied einer wärmeabführenden Fähigkeit zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode zu bewirken, einen Kältemittelströmungskanal, der zwischen dem anodenseitigen Trennelement in einer erzeugenden Zelle der gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen und dem kathodenseitigen Trennelement in der anderen erzeugenden Zelle angeordnet ist und durch den das Kältemittel strömt, aufweist, und ein Bereich einer Berührung zwischen dem Kältemittel, das durch den Kältemittelströmungskanal strömt, und dem anodenseitigen Trennelement sich von einem Bereich einer Berührung zwischen dem Kältemittel, das durch den Kältemittelströmungskanal strömt, und dem kathodenseitigen Trennelement unterscheidet.
Brennstoffzelle nach Anspruch 2, bei der das temperaturregulierende Teil, das eine Temperaturregulierung durchführt, um einen Unterschied einer wärmeabführenden Fähigkeit zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode zu bewirken, folgende Merkmale aufweist: einen ersten wärmeabführenden Teil zum Abführen von Wärme von der Anodenelektrode, und einen zweiten wärmeabführenden Teil, der getrennt von dem ersten wärmeabführenden Teil zum Abführen von Wärme von der Kathodenelektrode vorgesehen ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 2, bei der eine anodenseitige Anschlusselektrode und eine kathodenseitige Anschlusselektrode jeweils an einem Ende des Stapels in der Stapelrichtung angeordnet sind.
Brennstoffzelle nach Anspruch 19, bei der das temperaturregulierende Teil, das zwischen der Anodenelektrode in einer erzeugenden Zelle der gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen, die sich in einer Nähe der anodenseitigen Anschlusselektrode befinden, und der Kathodenelektrode in der anderen erzeugenden Zelle vorgesehen ist, eine Temperaturregulierung zum Verursachen durchführt, dass eine wärmeabführende Fähigkeit der Kathodenelektrode höher als eine wärmeabführende Fähigkeit der Anodenelektrode ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 20, bei der der temperaturregulierende Teil, das eine Temperaturregulierung zum Verursachen durchführt, dass eine wärmeabführende Fähigkeit der Kathodenelektrode größer als eine wärmeabführende Fähigkeit der Anodenelektrode ist, folgende Merkmale aufweist: einen Kältemittelströmungskanal, der zwischen der Anodenelektrode in einer erzeugenden Zelle der gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen, die sich in der Nähe der anodenseitigen Anschlusselektrode befinden, und der Kathodenelektrode in der anderen erzeugenden Zelle vorgesehen ist und durch den das Kältemittel strömt, und eine erste wärmeisolierende Barriere, die zwischen dem Kältemittelströmungskanal und der Anodenelektrode eingebaut ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 21, bei der eine zweite wärmeisolierende Barriere in der Stapelrichtung näher zu einem Ende als die Anodenelektrode in einer erzeugenden Zelle, die benachbart zu der anodenseitigen Anschlusselektrode ist, angeordnet ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 19, bei der das temperaturregulierende Teil, das zwischen der Anodenelektrode in einer erzeugenden Zelle der gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen, die sich in der Nähe der kathodenseitigen Anschlusselektrode befinden, vorgesehen ist, eine Temperaturregulierung zum Verursachen durchführt, dass eine wärmeabführende Fähigkeit der Anodenelektrode höher als dieselbe der Kathodenelektrode ist.
Brennstoffzelle, die einen Stapel von drei oder mehr erzeugenden Zellen aufweist, bei der jede der erzeugenden Zellen eine Anordnung aufweist, bei der eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode jeweils an eine Seite einer elektrolytischen Membran gefügt sind, wobei sich die Anodenelektrode in einer Stapelrichtung der erzeugenden Zellen näher zu einem Ende als die Kathodenelektrode befindet, und ein temperaturregulierendes Teil zum Verursachen vorgesehen ist, dass ein Unterschied einer Menge eines Wärmeaustauschs zwischen einer Anodenelektrode in einer erzeugenden Zelle von gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen und einer Kathodenelektrode in der anderen erzeugenden Zelle entlang der Stapelrichtung variiert.
Brennstoffzelle nach Anspruch 24, bei der in mindestens einem jedoch nicht allen Paaren von gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen eine wärmeisolierende Barriere als das temperaturregulierende Teil zwischen einer Anodenelektrode in einer eines Paars und einer Kathodenelektrode in der anderen des Paars eingebaut ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 24, bei der eine wärmeisolierende Barriere als das temperaturregulierende Teil zwischen einer Anodenelektrode in einer erzeugenden Zelle von gegenseitig benachbarten erzeugenden Zellen, die sich in einer Nähe eines Endteils des Stapels in der Stapelrichtung befinden, und einer Kathodenelektrode in der anderen erzeugenden Zelle eingebaut ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 25, bei der ein verformungsbeschränkender Teil zum Beschränken einer Verformung der wärmeisolierenden Barriere in der Stapelrichtung vorgesehen ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 27, bei der erste und zweite Trennelemente, zwischen denen die wärmeisolierende Barriere entlang der Stapelrichtung gehalten ist, eingebaut sind, und der verformungsbeschränkende Teil an mindestens dem ersten oder dem zweiten Trennelement vorgesehen ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 28, bei der der verformungsbeschränkende Teil einen vorstehenden Abschnitt aufweist, der an dem ersten Trennelement vorgesehen ist und hin zu dem zweiten Trennelement vorsteht.
Brennstoffzelle nach Anspruch 29, bei der ein Teil der wärmeisolierenden Barriere, der zwischen dem vorstehenden Abschnitt und dem zweiten Trennelement gehalten ist, eine höhere Steifigkeit als dieselbe des anderen Teils der wärmeisolierenden Barriere hat.
Brennstoffzelle nach Anspruch 28, bei der das verformungsbeschränkende Teil einen ersten vorstehenden Abschnitt, der an dem ersten Trennelement vorgesehen ist und hin zu dem zweiten Trennelement vorsteht, und einen zweiten vorstehenden Abschnitt, der an dem zweiten Trennelement vorgesehen ist und hin zu dem ersten Trennelement vorsteht, um dem ersten vorstehenden Abschnitt in der Stapelrichtung gegenüberzuliegen, aufweist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 31, bei der ein Teil der wärmeisolierenden Barriere, der zwischen dem ersten vorstehenden Abschnitt und dem zweiten vorstehenden Abschnitt gehalten ist, eine höhere Steifigkeit als dieselbe des anderen Teils der wärmeisolierenden Barriere hat.