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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Plattenelement für eine
Brennstoffzelle, ein Verfahren zum Herstellen des Plattenelements
und eine Brennstoffzelle.
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Stand der Technik
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Für
eine Brennstoffzelle wird ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem Kollektorplatten,
Isolierplatten und Endplatten an den gegenüberliegenden
Seiten eines Stapels (eines Laminats) laminiert sind, der aus einer
Vielzahl von Zellschichten (Einheitszellen) gebildet ist, die jeweils
durch Halten einer Membran-Elektroden-Einheit zwischen plattenartigen
Separatoren an gegenüberliegenden Seiten gebildet sind.
Bei einer solchen Brennstoffzelle wird, wenn ein Brenngas und ein
Oxidationsgas von Außen den Membran-Elektroden-Einheiten
der Zellen zugeführt werden, infolge einer elektrochemischen
Reaktion in den Zellen Strom erzeugt, um überschüssiges
Gas, Wasserdampf, erzeugtes Wasser und dergleichen aus den Zellen
abzuführen. Des Weiteren wird ein Wärmemedium
wie Kühlwasser zwischen den Zellen zugeführt und
abgeführt.
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Ein
Plattenelement wie der Separator, die Kollektorplatte, die Isolierplatte
und die Endplatte, die die Brennstoffzelle bilden, ist so mit Leitungssystemen
zum Zuführen und Abführen von Flüssigkeiten versehen,
dass sich die Leitungssysteme entlang der Laminierrichtung durch
die Elemente erstrecken. Flüssigkeiten wie Gas und Kühlwasser
werden über die Leitungssysteme zugeführt und
abgeführt. Neben Durchgangslöchern für
die Leitungssysteme sind sowohl die Vorderseiten als auch die Rückseiten
der Separatoren mit vielen Kanälen versehen, die die Laminierrichtung
in rechten Winkeln kreuzen. Der an einer Zellinnenseite vorgesehene
Kanal des Separators ist ein Kanal zum Zuführen oder Abführen
des Brenngases und des Oxidationsgases zu oder aus der Membran-Elektroden-Einheit
und der an der Zellaußenseite vorgesehene Kanal ist ein Kanal
des Separators zum Zuführen oder Abführen eines
Wärmemediums wie des Kühlwassers zwischen den
benachbarten Zellen.
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Ein
Plattenelement wie der Separator und die Endplatte ist aus einem
Metallmaterial wie Edelstahl oder einem Verbundmaterial wie FRP
gebildet, bei dem eine Verschlechterung wie Korrosion, selbst dann,
wenn das Material mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt,
nicht leicht erzeugt wird. Wenn das Plattenelement lange Zeit in
direkten Kontakt mit Flüssigkeiten wie dem Brenngas, dem
Oxidationsgas und dem Wärmemedium gebracht wird, tritt
eine Verschlechterung wie Korrosion auf. Daher wird derzeit eine
Technik zum Abdecken eines Kontaktteils zwischen jedem Element und
jeder Flüssigkeit mit einem Harzbeschichtungsfilm vorgeschlagen.
In den letzten Jahren wurde ferner eine Technik zum Abdecken von Innenwandflächen
der Durchgangslöcher für die Leitungssysteme mit
Dichtungen vorgeschlagen (siehe z. B.
offen gelegte japanische Patentanmeldung
Nr. 2005-108524 ).
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Offenbarung der Erfindung
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Wenn
jedoch ein Teil des Plattenelements mit einem Harzbeschichtungsfilm
oder dergleichen abgedeckt ist, wird ein Rand um den Beschichtungsfilm
gebildet. Des Weiteren wird leicht ein Rand des Harzbeschichtungsfilms
an der Innenwandfläche eines Durchgangslochs für
ein Leitungssystem und einem Teil gebildet, an dem der Harzbeschichtungsfilm fehlt.
Wenn ein solcher Rand in einem Teil vorhanden ist, der mit einer
Flüssigkeit in Kontakt kommt, verschlechtert sich der Teil
um den Rand leicht. Ferner dringt die Flüssigkeit manchmal
unter Verschlechterung des Films aus dem Rand in die Rückseite
des Harzbeschichtungsfilms ein. Selbst in dem Fall, in dem eine
Dichtung oder dergleichen befestigt ist, tritt leicht ein ähnliches
Phänomen auf, wenn ein Rand der Dichtung in einem Teil
angeordnet ist, der mit der Flüssigkeit in Kontakt gebracht
wird.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf eine solche Situation
entwickelt und eine Aufgabe derselben ist, ein Plattenelement für
eine Brennstoffzelle bereitzustellen, bei dem eine Verschlechterung durch
eine Flüssigkeit in hohem Maße verhindert werden
kann.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, wird erfindungsgemäß ein
Plattenelement für eine Brennstoffzelle bereitgestellt,
das zusammen mit einer Membran-Elektroden-Einheit laminiert ist,
um eine Brennstoffzelle oder ein Laminat zu bilden, das eine Vielzahl
von Brennstoffzellen einschließt, und mit einem einen Kanal
bildenden Teil versehen ist, der einen Flüssigkeitskanal
zum Zuführen und Abführen einer Flüssigkeit
zu/aus der Membran-Elektroden-Einheit und/oder den Brennstoffzellen
bildet, wobei das Element umfasst: einen ersten Abdeckungsteil,
der den Kanal bildenden Teil abdeckt; und einen zweiten Abdeckungsteil,
der einen Rand des ersten Abdeckungsteils zusammen mit einem Teil
um den Rand des ersten Abdeckungsteils abdeckt.
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Wenn
ein solcher Aufbau verwendet wird, ist der Rand des ersten Abdeckungsteils
zum Abdecken des Kanal bildenden Teils zusammen mit dem Teil um den
Rand des ersten Abdeckungsteils mit dem zweiten Abdeckungsteil abgedeckt.
Daher werden der Rand des ersten Abdeckungsteils, der sich leicht
verschlechtert, wenn er mit der Flüssigkeit in Kontakt kommt,
und der Umfang des Rands nicht leicht mit der Flüssigkeit
in Kontakt gebracht, so dass eine Verschlechterung des Rands des
an dem Kanal bildenden Teil gebildeten ersten Abdeckungsteils in
hohem Maße verhindert werden kann.
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Bei
dem Plattenelement für die Brennstoffzelle kann der zweite
Abdeckungsteil einen von dem Rand des ersten Abdeckungsteils umgebenen
Bereich abdecken.
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In
diesem Fall kann ein Bereich (der mit dem Rand des ersten Abdeckungsteils
umgebene Bereich) des Kanal bildenden Teils, der nicht von dem ersten
Abdeckungsteil abgedeckt ist, leicht mit dem zweiten Abdeckungsteil
abgedeckt werden, so dass eine Verschlechterung des Kanal bildenden
Teils durch eine Flüssigkeit in hohem Maße verhindert werden
kann.
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Des
Weiteren wird bei dem Plattenelement für die Brennstoffzelle
der Kanal bildende Teil mit einem Durchgangsloch für ein
Leitungssystem verwendet und es kann der zweite Abdeckungsteil verwendet
werden, der einen Teil um das Durchgangsloch für das Leitungssystem
des Kanal bildenden Teils und eine Innenwandfläche des
Durchgangslochs für das Leitungssystem abdeckt.
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In
diesem Fall kann die Innenwandfläche des Durchgangslochs
für das Leitungssystem, die sich in einer von der Richtung
der beiden Oberflächen des Plattenelements unterschiedlichen
Richtung erstreckt und daher nicht gleichmäßig
oder leicht mit dem ersten Abdeckungsteil abgedeckt ist, sicherer mit
dem zweiten Abdeckungsteil abgedeckt werden.
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Bei
dem Plattenelement für die Brennstoffzelle kann des Weiteren
der zweite Abdeckungsteil, der eine Befestigungsfolie einschließt,
verwendet werden.
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In
diesem Fall wird keine Ungleichmäßigkeit beim
Abdecken erzeugt, so dass der Rand des ersten Abdeckungsteils sicher
abgedeckt und der Abdeckvorgang erleichtert werden kann.
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Bei
dem Plattenelement für die Brennstoffzelle kann zudem in
dem Fall, in dem das Plattenelement einen dem Kanal bildenden Teil
benachbarten mit Strom versorgenden Teil einschließt, der
zweite Abdeckungsteil verwendet werden, der Leitfähigkeit besitzt
und den Teil um den Rand des ersten Abdeckungsteils und den mit
Strom versorgenden Teil gleichmäßig abdeckt. Der
zweite Abdeckungsteil besitzt bevorzugt eine Leitfähigkeit
und/oder eine Korrosionsbeständigkeit, die größer
als diejenigen des mit Strom versorgenden Teils sind.
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In
diesem Fall besitzt der zweite Abdeckungsteil die Leitfähigkeit,
so dass der zweite Abdeckungsteil nicht leicht die Leitfähigkeit
des mit Strom versorgenden Teils stört, selbst wenn der
mit Strom versorgende Teil mit dem zweiten Abdeckungselement abgedeckt
ist. Der mit Strom versorgende Teil kann daher so mit dem zweiten
Abdeckungsteil abgedeckt sein, dass ein Grenzbereich zwischen dem
mit Strom versorgenden Teil und dem ersten Abdeckungsteil sicher
mit dem zweiten Abdeckungsteil abgedeckt sein kann. Daneben muss
kein abdeckender Bereich des zweiten Abdeckungsteils an der Seite
des mit Strom versorgenden Teils definiert sein, so dass der Abdeckvorgang
erleichtert werden kann.
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Ferner
ist ein Paar Plattenelemente für die Brennstoffzelle so
angeordnet, dass die Membran-Elektroden-Einheit zwischen selbigen
gehalten wird, wodurch die Plattenelemente als Separatoren fungieren
können, die die Brennstoffzelle bilden.
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In
diesem Fall ist es möglich, eine Verschlechterung der Separatoren
aufgrund der Flüssigkeit zu verhindern, bei denen ein großer
Bereich mit der der Membran-Elektroden-Einheit zuzuführenden und
aus dieser abzuführenden Flüssigkeit und der den
Brennstoffzellen zuzuführenden und aus diesen abzuführenden
Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird.
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Des
Weiteren umfasst eine Brennstoffzelle gemäß der
vorliegenden Erfindung eine Membran-Elektroden-Einheit und ein Plattenelement
für die Brennstoffzelle.
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Wenn
ein solcher Aufbau verwendet wird, kann eine Verschlechterung des
Plattenelements für die Brennstoffzelle durch eine Flüssigkeit
in hohem Maße verhindert werden, so dass die Brennstoffzelle mit
hervorragender Haltbarkeit erhalten wird.
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Daneben
ist ein Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Plattenelements für
eine Brennstoffzelle, das zusammen mit einer Membran-Elektroden-Einheit
laminiert ist, um eine Brennstoffzelle oder ein Laminat zu bilden,
das eine Vielzahl von Brennstoffzellen einschließt, und
mit einem Kanal bildenden Teil versehen ist, der einen Flüssigkeitskanal zum
Zuführen und Abführen einer Flüssigkeit
zu/aus der Membran-Elektroden-Einheit und/oder den Brennstoffzellen
bildet, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Schritt des Abdeckens
des Kanal bildenden Teils mit einem ersten Abdeckungsteil; und einen zweiten
Schritt des Abdeckens eines Rands des ersten Abdeckungsteils zusammen
mit einem Teil um den Rand des ersten Abdeckungsteils mit einem zweiten
Abdeckungsteil nach dem ersten Schritt.
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Gemäß einem
solchen Herstellungsverfahren wird der Rand des ersten Abdeckungsteils
gebildet und dann wird dieser Rand zusammen mit dem Teil um den
Rand des ersten Abdeckungsteils mit dem zweiten Abdeckungsteil abgedeckt,
so dass ein Plattenelement für die Brennstoffzelle mit
hervorragender Haltbarkeit mit einem einfachen Verfahren gebildet
werden kann.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann das Plattenelement für die
Brennstoffzelle bereitgestellt werden, das eine Verschlechterung
durch die Flüssigkeit in hohem Maße verhindern
kann.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Brennstoffzelle gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine partielle Schnittansicht von Zellen der in 1 gezeigten
Brennstoffzelle;
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3 ist
eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils (eines
Teils III aus 2) um ein Durchgangsloch für
ein Leitungssystem eines Separators gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils (eines
Teils IV aus 2) um einen Rand eines Abdeckungsteils
des Separators an der Seite eines Strom erzeugenden Bereichs gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5A ist
eine Draufsicht auf eine Zelle der in 1 gezeigten
Brennstoffzelle;
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5B ist
eine Draufsicht auf eine Modifikation der in 5A gezeigten
Zelle;
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6 ist
eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils um
ein Durchgangsloch für ein Leitungssystem eines Separators
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils um
einen Rand eines Abdeckungsteils eines Separators an der Seite eines
Strom erzeugenden Bereichs gemäß einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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8 ist
eine vergrößerte Schnittansicht um ein Durchgangsloch
für ein Leitungssystem einer Endplatte gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Beste Art zum Ausführen
der Erfindung
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[Erste Ausführungsform]
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Im
Folgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 5B beschrieben.
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Zunächst
wird der Aufbau der Brennstoffzelle 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie in 1 gezeigt,
weist die Brennstoffzelle 10 einen Stapel 12 auf,
bei dem viele Zellen 11 zum Erzeugen von Strom infolge
einer elektrochemischen Reaktion laminiert sind, und besitzt einen
Aufbau, bei dem Kollektorplatten 13, Isolierplatten 14 und
Endplatten 15 laminiert und an gegenüberliegenden
Enden in Laminierrichtung integriert sind. Der Stapel 12 und
die Platten 13, 14 und 15 sind so mit drei
Gruppen von Leitungssystemen 16 zum Zuführen und
Abführen des Brenngases, des Oxidationsgases und des Kühlwassers
versehen, dass sich die Leitungssysteme in Laminierrichtung durch
den Stapel und die Platten erstrecken. Die Zellen 11 entsprechen
einer Ausführungsform einer Brennstoffzelle in der vorliegenden
Erfindung und der Stapel 12 entspricht einer Ausführungsform
eines Laminats in der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 2 gezeigt, schließt jede Zelle 11 eine
MEA 24 als Membran-Elektroden-Einheit ein, in der Elektroden 22 an
den gegenüberliegenden Seiten eines Polymerelektrolytfilms 21 und
Diffusionsschichten 23 außerhalb der Elektroden 22 angeordnet
sind, und sie besitzt einen Aufbau, bei dem der umlaufende Randteil
der MEA 24 zwischen einem Paar Harzrahmen 25 gehalten
wird, und bei dem die MEA 24 und die Harzrahmen 25 zwischen
einem Paar Separatoren 26 gemäß einer
Ausführungsform der Plattenelemente für eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle
gehalten werden.
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An
der Seite des umlaufenden Randteils der Zelle 11 sind die
MEA 24, die Harzrahmen 25 und die Separatoren 26 über
Haftschichten 27 miteinander flüssigkeitsdicht
verbunden. Ferner ist an der Seite des umlaufenden Randteils der
Zelle 11 ein Durchgangsloch 28 für ein
Leitungssystem so vorgesehen, dass es sich durch die Harzrahmen 25 und
die Separatoren 26 erstreckt, wodurch jedes Leitungssystem 16 gebildet
wird. Abdichtelemente 29 sind so an der Oberfläche
des Separators 26 um die Öffnung 28a des
Durchgangslochs 28 für das Leitungssystem befestigt,
dass sie die Öffnung 28a umgeben und zwischen
den einander benachbarten Zellen 11 die Abdichteigenschaft
des Leitungssystems 16 sichergestellt ist.
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Die
die Zelle 11 bildenden Separatoren 26 sind aus
einem pressgeformten Artikel aus einer Metallplatte aus Edelstahl
oder dergleichen gebildet und schließen Strom erzeugende
Bereiche 30 als mit Strom versorgende Teile, zwischen denen
die MEA 24 gehalten wird, und Kanal bildende Teile 31,
die an den den Strom erzeugenden Bereichen 30 benachbarten
Seiten des umlaufenden Rands vorgesehen sind, ein. Konkavkonvexe
Teile 32, die in vielen Streifen gebildet sind, sind über
im Wesentlichen die gesamten Oberflächen der Strom erzeugenden
Bereiche 30 vorgesehen. Die Kanal bildenden Teile 31 sind
mit dem Durchgangsloch 28 für das Leitungssystem
versehen.
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An
der Oberfläche des konkav-konvexen Teils 32 des
Strom erzeugenden Bereichs 30 des Separators 26 an
der Seite der MEA 24 grenzt eine Spitze eines konvexen
Teils 32a, der zu der MEA 24 ragt, an die MEA 24 an
und ein durchgängiger Gaskanal 33 ist zwischen
einem konkaven Teil 32b, der von der MEA 24 weg
gerichtet ist, und der MEA 24 gebildet. Zum anderen grenzt
ein unterer Teil des konkaven Teils 32b an die Oberfläche
des konkav-konvexen Teils an einer der MEA 24 gegenüberliegenden
Seite an, so dass der konkave Teil einem konkaven Teil 32b des
Separators 26 der benachbarten Zelle 11 gegenüberliegt,
und ein durchgängiger Kühlwasserkanal 34 zwischen
dem konkav-konvexen Teil und dem konvexen Teil 32a des
benachbarten Separators 26 gebildet ist. Die MEA 24 grenzt
an die Spitze des konvexen Teils 32a an und ist elektrisch
mit diesem verbunden und die MEA grenzt ebenso an den konkaven Teil 32b des
Separators 26 der benachbarten Zelle 11 an und
ist elektrisch mit dieser verbunden. Wie in 4 gezeigt,
sind daneben beide Gesamtoberflächen (die Oberfläche
an der Seite der MEA 24 und die Oberfläche an
der der MEA 24 gegenüberliegenden Seite) des Strom
erzeugenden Bereichs 30 mit plattierten Metallen 26a versehen,
um die Kontaktwiderstände der Oberflächen entsprechend
zu verringern.
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Andererseits
sind, wie in 2 gezeigt, die Oberfläche
des Kanal bildenden Teils 31 des Separators 26 an
der Seite der MEA 24 und die Oberfläche des Kanal
bildenden Teils an der der MEA 24 gegenüberliegenden
Seite mit Abdeckungsteilen 40 abgedeckt, die gegenüber
dem Brenngas, dem Oxidationsgas und Wassergehalt stabil sind. Wie
in den 3, 4 und 5A gezeigt,
schließt der Abdeckungsteil 40 einen ersten Abdeckungsteil 41 ein,
der mit der Oberfläche eines aus einer Metallplatte zum Abdecken
der Oberfläche gebildeten Basismaterials 43 in
Kontakt kommt und zweite Abdeckungsteile 42a, 42b,
die mit äußeren Oberflächen des ersten Abdeckungsteils 41 zum
Abdecken der äußeren Oberflächen in Kontakt
kommen.
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Als
erster Abdeckungsteil 41 kann jedes Mittel zur gewöhnlichen
Verwendung, das mit dem Basismaterial 43 des Separators 26 für
die Brennstoffzelle in Kontakt kommt, zum Abdecken des Materials verwendet
werden. Beispiele für das Mittel schließen einen
Harzbeschichtungsfilm, wie eine Lackierung oder einen galvanischen Überzug
und jede Art einer oberflächenbehandelten Schicht wie eine
Metallüberzugsschicht ein. Es kann ein von dem Basismaterial 43 getrenntes
Element, zum Beispiel ein aus einem elastischen Material gebildetes
Abdichtmaterial oder eine Befestigungsfolie verwendet werden. Wenn
eine Metallüberzugsschicht verwendet wird, kann das Basismaterial
durchgängig von dem Strom erzeugenden Bereich 30 mit
einem Metall plattiert sein. In der vorliegenden Ausführungsform
wird, wie in 5A gezeigt, der aus einem Harzbeschichtungsfilm
gebildete erste Abdeckungsteil 41 zum Abdecken der Oberfläche
des gesamten Umfangs des Separators 26 verwendet. Es wird
angemerkt, dass der erste Abdeckungsteil 41, wie in 5B gezeigt,
so vorgesehen sein kann, dass er die Oberflächen beider
Endteile (der mit den Durchgangslöchern 28 für
die Leitungssysteme versehenen Teile) des Separators 26 abdeckt.
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In
dem ersten Abdeckungsteil 41 sind, wie in den 3 und 4 gezeigt,
Ränder 41a, 41b und 41c aus
Beschichtungsfilmen an Teilen des ersten Abdeckungsteils gebildet,
die mit dem der Brennstoffzelle 10 zuzuführenden
und aus derselben abzuführenden Brenngas, dem Oxidationsgas
oder dem Kühlwasser in Kontakt kommen. In dem Durchgangsloch 28 für
das Leitungssystem oder dergleichen erstrecken sich zum Beispiel
beide Oberflächen des an dem ersten Abdeckungsteil 41 vorgesehenen
Basismate rials 43 in einer von derjenigen der Innenwandfläche
des Basismaterials verschiedenen Richtung, so dass in dem Harzbeschichtungsfilm
leicht eine Ungleichmäßigkeit und ein Mangel auftreten.
Wie in 3 gezeigt, ist die Innenwandfläche infolge
eines Mangels an dem Harzbeschichtungsfilm mit dem Rand 41a des
ersten Abdeckungsteils 41 versehen. Des Weiteren ist eine
Plattenoberfläche des Basismaterials 43 infolge
eines Mangels an dem Beschichtungsfilm während der Bildung,
anschließender Beschädigung oder dergleichen mit
dem Rand 41b versehen. Darüber hinaus ist, wie
in 4 gezeigt, der Rand 41c, der eine Grenze
des ersten Abdeckungsteils 41 bildet, an der Seite des
Strom erzeugenden Bereichs 30 gebildet. Wenn die Ränder 41a, 41b und 41c des
ersten Abdeckungsteils 41 so angeordnet sind, dass sie
der Flüssigkeit ausgesetzt sind, dringt die Flüssigkeit
von den Rändern 41a, 41b und 41c ein
und tritt so leicht mit der Oberfläche des Basismaterials 43 in
Kontakt. Des Weiteren dringt die Flüssigkeit leicht zwischen
die Ränder 41a, 41b und 41c und das
Basismaterial 43 ein. In der vorliegenden Ausführungsform
sind diese Ränder 41a, 41b und 41c daher zusammen
mit Teilen um die Ränder des ersten Abdeckungsteils 41 mit
den zweiten Abdeckungsteilen 42a, 42b abgedeckt.
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Als
zweite Abdeckungsteile 42a, 42b kann ein Harzbeschichtungsfilm
wie eine Lackierung oder ein galvanischer Überzug, ein
gebildetes Element wie die Befestigungsfolie, ein Abdichtmittel
wie ein Haftmittel oder dergleichen verwendet werden. Als zweite
Abdeckungsteile 42a, 42b werden Teile verwendet,
die gegen Flüssigkeiten, wie das der Brennstoffzelle 10 zuzuführende
oder aus dieser abzuführende Brenngas oder Oxidationsgas,
der in jedem Gas enthaltene Wassergehalt und das Kühlwasser, stabil
sind. Insbesondere ist bevorzugt, dass die zweiten Abdeckungsteile 42a, 42b einen
größeren Säurewiderstand als den des
Basismaterials 43 des Separators 26 aufweisen
und aus einem Material gebildet sind, das nicht leicht eine Flüssigkeit
wie gebildetes Wasser durchlässt. Des Weiteren ist bevorzugt,
dass die zweiten Abdeckungsteile 42a, 42b mit ausreichender
Bindungsstärke in engen Kontakt mit dem ersten Abdeckungsteil 41 kommen
können und mit einer Bindungsstärke, die gleich
oder größer als diejenige des ersten Abdeckungsteils 41 ist,
mit dem Basismaterial 43 oder einer Oberflächenschicht
des Basismaterials 43, zum Beispiel dem Überzugsmetall 26a,
in engen Kontakt kommen können. Als Lackierung kann ein
thermoplastisches Harz, wie ein Acrylharz, ein Polyimidharz, ein
Polyesterharz oder ein Olefinharz, oder jeder Typ eines duroplastischen Harzes
wie ein Epoxy-modifiziertes Silikonharz verwendet werden. Als galvanischer Überzug
kann ein Epoxydharz, ein Acrylharz, ein Polyimidharz, ein Urethanharz,
ein Polyamidharz oder dergleichen verwendet werden. Als Befestigungsfolie
kann eine Isolatorfolie verwendet werden, bei der eine Oberfläche eines
folienartig gebildeten Elements, das aus einem beliebigen Typ eines
thermoplastischen oder duroplastischen Harzes hergestellt ist, mit
einer aus einem Silikonharz oder einem Acrylharz hergestellten Haftschicht
versehen ist. Daneben kann eine kohlenstoffhaltige Leiterfolie verwendet
werden.
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Wenn
die zweiten Abdeckungsteile 42a, 42b an der Seite
des Strom erzeugenden Bereichs 30 angeordnet sind, sind
die Teile bevorzugt aus einem Material mit Leitfähigkeit
gebildet, und ein Harzbeschichtungsfilm mit Leitfähigkeit
ist bevorzugt. Der Grund hierfür ist, dass der Film nicht
leicht die Leitfähigkeit des Strom erzeugenden Bereichs 30 stört.
Als Harzbeschichtungsfilm mit Leitfähigkeit kann ein leitfähiges
Harz, ein kohlenstoffhaltiges Harz oder dergleichen verwendet werden.
Insbesondere sind die Teile bevorzugt aus einem Material mit einer
höheren Leitfähigkeit als derjenigen des Strom
erzeugenden Bereichs 30 gebildet und weisen Korrosionsbeständigkeit
auf.
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In
der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 3 gezeigt,
die Innenwandfläche des Durchgangslochs 28 für
das Leitungssystem mit dem Rand 41a des ersten Abdeckungsteils 41 versehen
und das Basismaterial 43 steht von dem ersten Abdeckungsteil 41 in
einem Bereich hervor, der von den Rändern 41a des
ersten Abdeckungsteils 41 umgeben ist, die beide Oberflächen
des Basismaterials 43 abdecken. Die eine Oberfläche
des Basismaterials 43 um das Durchgangsloch 28 für
das Leitungssystem ist mit dem Rand 41b des ersten Abdeckungsteils 41 versehen
und das Basismaterial 43 steht von dem ersten Abdeckungsteil 41 in
einem winzigen von den Rändern 41b umgebenen Bereich
hervor. In der vorliegenden Ausführungsform wird daher,
wie in 3 gezeigt, die Befestigungsfolie als zweites Abdeckungsteil 42a verwendet
und deckt durchgängig die ersten Abdeckungsteile 41 ab,
die an beiden Oberflächen des Basismaterials 43 an
gegenüberliegenden Enden des Durchgangslochs 28 für
das Lei tungssystem und der Innenwandfläche des Durchgangslochs 28 für
das Leitungssystem gebildet sind, wodurch der Rand 41a des
ersten Abdeckungsteils 41 an der Innenwandfläche
des Durchgangslochs 28 für das Leitungssystem,
der von dem Rand 41a umgebene Bereich, der Rand 41b des
ersten Abdeckungsteils 41 an der Seite der einen Oberfläche
des ersten Abdeckungsteils und der von dem Rand 41b umgebene
Bereich blockiert werden. Wie in 5 gezeigt,
sind in der vorliegenden Ausführungsform alle Umfänge
der Innenwandflächen der Durchgangslöcher 28 für
die Leitungssysteme mit den zweiten Abdeckungsteilen 42a abgedeckt.
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Ferner
sind die ersten Abdeckungsteile 41 an der Seite des Strom
erzeugenden Bereichs 30 in der vorliegenden Ausführungsform,
wie in 4 gezeigt, mit den Rändern 41c versehen
und die Ränder 41c der ersten Abdeckungsteile 41 sind
neben den Überzugsmetallen 26a des Strom erzeugenden
Bereichs 30 angeordnet. Wie in 4 gezeigt,
wird daher in der vorliegenden Ausführungsform ein Harzbeschichtungsfilm
mit Leitfähigkeit als zweite Abdeckungsteile 42b verwendet
und die Ränder 41c der ersten Abdeckungsteile 41,
die Teile um die Ränder der ersten Abdeckungsteile 41 und
ein Teil um einen Rand des Strom erzeugenden Bereichs 30 werden durchgängig
mit den zweiten Abdeckungsteilen 42b abgedeckt. Wie in 5A gezeigt,
ist der zweite Abdeckungsteil 42b in der vorliegenden Ausführungsform
in der Form eines Streifens entlang der Ränder 41c des
ersten Abdeckungsteils 41 vorgesehen. Es wird angemerkt,
dass der zweite Abdeckungsteil 42b, wie in 5B gezeigt,
so vorgesehen sein kann, dass er sowohl die Ränder 41c des
ersten Abdeckungsteils 41 als auch den gesamten Strom erzeugenden
Bereich 30 abdeckt.
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Als
nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Separators 26 und
der Brennstoffzelle 10 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform beschrieben.
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Unter
Bilden des konkav-konvexen Teils 32 an einer Position,
die dem Strom erzeugenden Bereich 30 entspricht, wird zunächst
eine Metallplatte pressgeformt und die Durchgangslöcher 28 für
die Leitungssysteme werden ebenso gebildet, um das Basismaterial 43 mit
einer vorgegebenen Form herzustellen (ein Schritt zum Herstellen
des Basismaterials). Anschließend werden vorgegebene Positionen an
sowohl der Vorder- als auch der Rückseite des resultierenden
Basismaterials 43, die dem Strom erzeugenden Bereich 30 entsprechen,
mit Metallen plattiert (ein Schritt des Plattierens mit Metall)
und ein Teil, der dem dem Strom erzeugenden Bereich 30 benachbarten
Kanal bildenden Teil 31 entspricht, wird mit einem Harz
zum Bilden eines Harzbeschichtungsfilms überzogen, um den
ersten Abdeckungsteil 41 zu bilden (ein Schritt des Bildens
des ersten Abdeckungsteils). Der Schritt zum Bilden des ersten Abdeckungsteils
entspricht einem ersten Schritt der vorliegenden Erfindung.
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Der
erste Abdeckungsteil 41 wird durch den Schritt des Bildens
des ersten Abdeckungsteils gebildet und dann wird eine Befestigungsfolie
so befestigt, dass sie die ersten Abdeckungsteile 41 von
Plattenoberflächen an den gegenüberliegenden Enden
des Durchgangslochs 28 für das Leitungssystem
und die Innenwandfläche des Durchgangslochs 28 für
das Leitungssystem abdeckt, um den zweiten Abdeckungsteil 42a zu
bilden, wodurch der Rand 41a des ersten Abdeckungsteils 41 und
der von den Rändern 41a, 41b umgebene
Bereich abgedeckt werden. Der Rand 41c des ersten Abdeckungsteils 41 an
der Seite des Strom erzeugenden Bereichs 30 und ein Teil um
den Rand werden mit einem leitfähigen Harz beschichtet,
um den zweiten Abdeckungsteil 42b zu bilden, wodurch der
Rand 41c des ersten Abdeckungsteils 41 abgedeckt
wird (ein Schritt zum Beschichten des zweiten Abdeckungsteils).
Der Schritt zum Beschichten des zweiten Abdeckungsteils entspricht
einem zweiten Schritt der vorliegenden Erfindung. Mit der obigen
Schrittfolge endet die Herstellung des Separators 26.
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Es
wird angemerkt, dass die mit der obigen Schrittfolge hergestellten
Separatoren 26 an einem Paar Harzrahmen, zwischen denen
die MEA 24 gehalten wird, laminiert und über Haftschichten 27 gebunden
werden, wodurch die Zelle 11 hergestellt werden kann (ein
Schritt zum Bilden einer Zelle). Ferner werden viele Zellen 11 zum
Bilden des Stapels 12 laminiert. An den gegenüberliegenden
Enden dieses Stapels 12 werden die Kollektorplatten 13,
die Isolierplatten 14 und die Endplatten 15 laminiert
und befestigt, wodurch die Brennstoffzelle 10 unter Verwenden der
Separatoren 26 der vorliegenden Ausführungsform
hergestellt werden kann (ein Schritt des Zusammenbauens einer Brennstoffzelle).
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Als
nächstes wird die Funktion und die Wirkung der mit den
Separatoren 26 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform versehenen Brennstoffzelle 10 beschrieben.
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Bei
der mit den Separatoren 26 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform versehenen Brennstoffzelle 10,
wie sie vorstehend beschrieben wurde, wird während der
Verwendung Kühlwasser zwischen den benachbarten Zellen 11 vieler
Zellen 11 aus den Leitungssystemen 16 zum Zuführen
und Abführen des Kühlwassers zirkuliert, um eine
Temperatur abzugleichen, wohingegen das Brenngas und das Oxidationsgas
der MEA 24 jeder Zelle 11 aus den Leitungssystemen 16 zum
Zuführen der Gase zugeführt werden. Als Folge
davon wird infolge einer elektrochemischen Reaktion in jeder Zelle 11 Strom
erzeugt und ein überschüssiges Gas, das gebildete
Wasser und dergleichen werden über die Leitungssysteme 16 zum
Abführen der Gase aus der MEA 24 abgeführt.
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In
diesem Fall sind die Ränder 41a, 41b und 41c des
ersten Abdeckungsteils 41 zum Abdecken des Kanal bildenden
Teils 31 zusammen mit dem ersten Abdeckungsteil 41 um
die Ränder in jedem Separator 26 so mit den zweiten
Abdeckungsteilen 42a, 42b abgedeckt, dass die
Ränder 41a, 41b und 41c des
ersten Abdeckungsteils 41 und Teile um die Ränder
nicht leicht mit den Flüssigkeiten in Kontakt gebracht
werden können. Eine Verschlechterung der an dem Kanal bildenden
Teil 31 gebildeten Ränder 41a, 41b und 41c des
ersten Abdeckungsteils 41 kann in hohem Maße verhindert
werden.
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Des
Weiteren sind die mit den Rändern 41a, 41b und 41c des
ersten Abdeckungsteils 41 umgebenen Bereiche durchgängig
mit den zweiten Abdeckungsteilen 42a, 42b abgedeckt,
so dass ein Bereich des Kanal bildenden Teils 31, der nicht
mit dem ersten Abdeckungsteil 41 abgedeckt ist, leicht
mit den zweiten Abdeckungsteilen 42a, 42b abgedeckt und
eine Verschlechterung in höherem Maße verhindert
werden kann.
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Ferner
weist der Kanal bildende Teil 31 des Separators 26 das
Durchgangsloch 28 für das Leitungssystem auf und
der zweite Abdeckungsteil 42a deckt die Oberflächen
des Durchgangslochs 28 für das Leitungssystem
an den gegenüberliegenden Enden und die Innenwandfläche
des Durchgangslochs 28 für das Leitungssystem
durch gängig ab, so dass die Innenwandfläche des
Durchgangslochs 28 für das Leitungssystem sicher
mit dem zweiten Abdeckungsteil 42a abgedeckt werden kann.
Der zweite Abdeckungsteil 42a, der den Rand 41a des
ersten Abdeckungsteils 41 abdeckt, ist dann so aus der
Befestigungsfolie gebildet, dass beim Abdecken nicht leicht eine
Unebenheit erzeugt werden kann und der Rand 41a des ersten
Abdeckungsteils 41 sicher abgedeckt werden kann und ein
Abdeckvorgang erleichtert wird.
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Zudem
sind der Strom erzeugende Bereich 30 des Separators 26 und
der Teil um den Rand 41c des ersten Abdeckungsteils 41 mit
dem zweiten Abdeckungsteil 42b mit Leitfähigkeit
abdeckt, so dass der zweite Abdeckungsteil 42b nicht leicht
die Leitfähigkeit des Strom erzeugenden Bereichs 30 stört
und der Grenzbereich zwischen dem Strom erzeugenden Bereich 30 und
dem ersten Abdeckungsteil 41 sicher mit dem zweiten Abdeckungsteil 42b abgedeckt
werden kann. In diesem Fall muss der abdeckende Bereich des zweiten
Abdeckungsbereichs 42b an der Seite des Strom erzeugenden
Bereichs 30 nicht definiert werden, so dass der Abdeckvorgang
erleichtert wird.
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Dann
wird die Brennstoffzelle 10 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform unter Verwenden der vorstehend angegebenen
Separatoren 26 gebildet, so dass eine Verschlechterung
der Separatoren 26 durch die Flüssigkeiten in
hohem Maße verhindert werden kann. Als Folge davon wird
eine Brennstoffzelle mit hervorragender Haltbarkeit bereitgestellt.
Es wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung in der vorliegenden
Ausführungsform bevorzugt auf alle Separatoren 26 angewendet
wird, die vorliegende Erfindung jedoch auf wenigstens einen Teil
der Separatoren 26 angewendet werden kann.
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[Zweite Ausführungsform]
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Als
nächstes wird ein Separator gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme
auf die 6 beschrieben. Bei dem Separator
gemäß der vorliegenden Ausführungsform
sind die Ränder 41a, 41b der ersten Abdeckungsteile 41 gemäß der
ersten Ausführungsform mit den zweiten Abdeckungsteilen 42c, 42d abgedeckt,
die sich von denjenigen der ersten Ausführungsform unterscheiden. Der
weitere Aufbau entspricht im Wesentlichen demjenigen der ersten
Ausführungsform.
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Jeder
der zweiten Abdeckungsteile 42c, 42d der vorliegenden
Ausführungsform ist ein aus einem Haftmittel gebildetes
Füllmaterial. Der zweite Abdeckungsteil 42c deckt
den Rand 41a des ersten Abdeckungsteils 41 an
einer Innenwandfläche eines Durchgangslochs 28 für
ein Leitungssystem und einen von dem Rand 41a umgebenen
Bereich ab und der zweite Abdeckungsbereich 42d deckt den
Rand 41b des ersten Abdeckungsteils 41 an der
Seite einer Oberfläche eines Basismaterials 43 und
einen von dem Rand 41b umgebenen Bereich ab.
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Selbst
bei dem Separator gemäß der obigen Ausführungsform
kann eine Verschlechterung von Teilen um die an dem ersten Abdeckungsteil 41 gebildeten
Ränder 41a, 41b durch Flüssigkeiten,
auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform,
in hohem Maße verhindert werden. Im Vergleich zu dem zweiten
Abdeckungsteil 42a, der aus der in der ersten Ausführungsform
verwendeten Befestigungsfolie gebildet ist, weisen die zweiten Abdeckungsteile 42c, 42d der
vorliegenden Ausführungsform zusätzlich eine zufrieden
stellende Nachverfolgbarkeit bezüglich der Formen des Basismaterials 43 und
des ersten Abdeckungsteils 41 auf und werden leicht in engen
Kontakt mit dem Basismaterial 43 und dem ersten Abdeckungsteil 41 gebracht.
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[Dritte Ausführungsform]
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Als
nächstes wird ein Separator gemäß einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme
auf die 7 beschrieben. Bei dem Separator
gemäß der vorliegenden Ausführungsform
sind die Ränder 41c der ersten Abdeckungsteile 41 an
der Seite eines Strom erzeugenden Bereichs 30 von den Rändern
der Überzugsmetalle 26a entfernt gebildet und
der weitere Aufbau entspricht im Wesentlichen demjenigen der ersten Ausführungsform.
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Selbst
bei einem solchen Separator kann eine Verschlechterung von Teilen
um die an den ersten Abdeckungsteilen 41 gebildeten Ränder 41c durch
eine Flüssigkeit, auf die gleiche Weise wie in der ersten
Ausführungsform, in hohem Maße verhindert werden.
Daneben müssen die Ränder 41c der ersten
Abdeckungsteile 41 während der Bildung nicht exakt
positioniert werden und ein Grenzteil zwischen den ersten Abdeckungsteilen 41 und
den plattierten Metallen 26a kann sicher abgedeckt werden.
Der Separator kann daher leichter mit guter Funktionsfähigkeit
hergestellt werden.
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[Vierte Ausführungsform]
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Als
nächstes wird eine vierte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 8 beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die vorliegende
Erfindung auf ein Paar Endplatten 15 (siehe 1)
angewendet, die an den gegenüberliegenden Enden einer Brennstoffzelle 10 vorgesehen
sind. Die Endplatten 15 entsprechen einer Ausführungsform
von Plattenelementen für eine Brennstoffzelle in der vorliegenden
Erfindung.
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Jede
Endplatte 15 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
ist aus einer Metallplatte gebildet, die dicker als der Separator 26 ist,
und beide Oberflächen der Endplatte 15 sind mit
ersten Abdeckungsteilen 51 versehen, die aus einer ringförmigen
Dichtung um ein ein Leitungssystem 16 bildendes Durchgangsloch 50 für
ein Leitungssystem gebildet sind. In der vorliegenden Ausführungsform
sind die Innenränder 51a der ersten Abdeckungsteile 51 beider Oberflächen
an der Seite des Durchgangslochs 50 für das Leitungssystem
gebildet und beide Innenränder 51a sind mit einem
aus einer Befestigungsfolie gebildeten zweiten Abdeckungsteil 52 abgedeckt. Der
zweite Abdeckungsteil 52 deckt durchgängig die ersten
Abdeckungsteile 51 beider Oberflächen, die Innenränder 51a und
einen von den Innenrändern 51a umgebenen Bereich
ab.
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Gemäß der
Endplatte 15 der obigen Ausführungsform kann ein ähnlicher
Effekt wie bei dem Separator 26 gemäß der
ersten Ausführungsform erhalten werden. Daneben sind die
ersten Abdeckungsteile 51 und die zweiten Abdeckungsteile 52 durch
Befestigen vorgeformter Materialien (der Dichtung und der Befestigungsfolie)
gebildet, so dass ein Abdeckvorgang im Vergleich zu einem Fall,
bei dem ein Beschichtungsfilm gebildet wird, erleichtert wird.
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Es
wird angemerkt, dass jede der obigen Ausführungsformen
im Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise
modifiziert werden kann. Bei den obigen Ausführungsformen wurde
beispielsweise ein Beispiel beschrieben, bei dem die Plattenelemente
aus einem Metall hergestellt sind, die vorliegende Erfindung ist
jedoch nicht auf die Ausführungsformen beschränkt
und ist in ähnlicher Weise sogar auf Plattenelemente anwendbar, die
aus einem anderen Material wie einem Glasfaser verstärkenden
Verbundmaterial gebildet sind. Wenn die Plattenelemente aus dem
Glasfaser verstärkenden Verbundmaterial gebildet sind,
kann eine Verschlechterung infolge einer Auflösung der
Glasfaser oder dergleichen verhindert werden.
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In
den obigen Ausführungsformen wurde zudem ein Beispiel beschrieben,
bei dem die Ränder 41a bis 41c, 51c der
ersten Abdeckungsteile 41, 51 exakt gebildet sind,
es können jedoch auch solche ungenauen Ränder
verwendet werden, bei denen die Dicke der ersten Abdeckungsteile 41, 51 stark
abnimmt, wie beispielsweise eine Unebenheit des Beschichtungsfilms.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Wie
vorstehend in den Ausführungsformen beschrieben wurde,
ist die vorliegende Erfindung auf Separatoren und Endplatten anwendbar.
In ähnlicher Weise ist die vorliegende Erfindung auf andere
Plattenelemente (Kollektorplatten und Isolierplatten) für eine
Brennstoffzelle anwendbar.
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Zusammenfassung
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Es
wird ein Plattenelement für eine Brennstoffzelle offenbart,
das zusammen mit einer Membran-Elektroden-Einheit laminiert ist,
um eine Brennstoffzelle mit Zellen zu bilden, und mit einem Kanal bildenden
Teil versehen ist, der einen Flüssigkeitskanal zum Zuführen
und Abführen einer Flüssigkeit zu/aus der Membran-Elektroden-Einheit
und/oder den Zellen bildet. Das Plattenelement für die
Brennstoffzelle schließt einen ersten Abdeckungsteil, der den
Kanal bildenden Teil abdeckt, und einen zweiten Abdeckungsteil,
der einen Rand des ersten Abdeckungsteils zusammen mit einem Teil
um den Rand des ersten Abdeckungsteils abdeckt, ein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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