DE112008002984T5 - Separator für Brennstoffzelle und Brennstoffzelle - Google Patents

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Abstract

Gasseparator für eine Brennstoffzelle, wobei der Gasseparator aufweist:
eine konkav-konvexe Struktur, die in gegenseitig umgekehrten Formen auf zwei einander entgegengesetzten Seiten des Gasseparators ausgebildet ist, um auf den beiden Seiten jeweils Kanäle für unterschiedliche Fluide zu definieren, wobei die konkav-konvexe Struktur aufweist:
mehrere erste Vorsprünge, die auf einer der beiden einander entgegengesetzten Seiten vorstehend ausgebildet sind und die in Abständen mit einer vorgegebenen Regelmäßigkeit angeordnet sind;
mehrere zweite Vorsprünge, die auf der anderen der beiden einander entgegengesetzten Seiten in einem bestimmten Bereich, der einem Bereich entspricht, in dem die mehreren ersten Vorsprünge auf der einen Seite ausgebildet sind, vorstehend ausgebildet sind und die in Abständen mit einer vorgegebenen Regelmäßigkeit angeordnet sind, und
ein Verstärkungselement, das auf der einen Seite vorsteht und das als konvexes Element in einer bestimmten Form ausgebildet ist, die mehrere Positionen verbindet, an denen entsprechend der vorgegebenen Regelmäßigkeit eigentlich die ersten Vorsprünge ausgebildet...

Description

  • Gebiet der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle und einen Separator für die Brennstoffzelle
  • Technischer Hintergrund
  • In einer bekannten Ausgestaltung eines Separators, der für Brennstoffzellen verwendet wird, ist eine konkav-konvexe Struktur auf zwei einander entgegengesetzten Seiten in gegenseitig umgekehrten Formen ausgebildet und definiert auf den jeweiligen Seiten Kanäle für verschiedene Fluide (siehe beispielsweise die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-142126 ). In einer Brennstoffzellen-Baugruppe, die solche Separatoren beinhaltet, sind die konkav-konvexen Strukturen, die auf einander gegenüber liegenden Seiten aneinander angrenzender Separatoren ausgebildet sind, nebeneinander angeordnet. Die Konvexitäten der der konkav-konvexen Strukturen, die auf den einander gegenüber liegenden Seiten der aneinander angrenzenden Separatoren ausgebildet sind, stützen die angrenzenden Separatoren gegenseitig. Dies gewährleistet die ausreichende Steifigkeit der gesamten Brennstoffzellenanordnung. Zum relevanten Stand der Technik gehören beispielsweise die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-519715 ( Internationale Veröffentlichung Nr. 06/075786 ) und die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2005-108505 .
  • In einem Separator, an dem auf zwei einander entgegengesetzten Seiten Kanäle für unterschiedliche Fluide ausgebildet sind, können die jeweiligen Fluide, die auf den jeweiligen Seiten strömen, unterschiedliche Strömungsdrücke aufweisen. Die Anlegung einer nicht-gleichmäßigen Kraft an den Separator, beispielsweise aufgrund eines Druckunterschieds zwischen den Strömungsdrücken der jeweiligen Fluide, kann eine Verformung des Separators bewirken. Die Verformung des Separators kann zum Auftreten eines Kontaktfehlers zwischen dem verformten Separator und einem angrenzenden Element führen und den Berührungswiderstand erhöhen, wodurch der Wirkungsgrad der Leistungsgewinnung schlechter wird. Der Separator kann ein konvexes Element aufweisen, das auf mindestens einer Seite ausgebildet ist, um den auf dieser Seite ausgebildeten Kanal in eine stromaufwärtige Region und eine stromabwärtige Region zu teilen. Die Verformung des solchermaßen aufgebauten Separators kann bewirken, dass das Fluid das konvexe Element überwindet und seinen Strömungsweg von der stromaufwärtigen Region zur stromabwärtigen Region verkürzt. Falls das Fluid ein Gas ist, kann es passieren, dass ein Teil des Gases nicht auf seinem ursprünglichen Strömungsweg strömt, sondern das konvexe Element überwindet und die stromabwärtige Region direkt erreicht. Eine solche Verkürzung des Gasstroms kann dazu führen, dass ein Teilbereich mit einem ungenügenden Gasstrom vorhanden ist, und dass der Wirkungsgrad der Leistungsgewinnung zurückgeht. Falls das Fluid ein Kühlmittel ist, kann es passieren, dass ein Teil des Kühlmittels nicht auf seinem ursprünglichen Strömungsweg strömt, sondern das konvexe Element überwindet, um die stromabwärtige Region direkt zu erreichen. Eine solche Verkürzung des Kühlmittelstroms kann dazu führen, dass ein Teilbereich mit einem ungenügenden Kühlmittelstrom vorhanden ist, und dass der Wirkungsgrad der Leistungsgewinnung sinkt.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Im Hinblick auf die Lösung zumindest eines Teils des oben erörterten Problems des Standes der Technik müsste man dafür sorgen, dass Probleme aufgrund der Verformung eines Separators wegen unterschiedlicher Strömungsdrücke von Fluiden, die auf den jeweiligen Seiten des Separators strömen, nicht entstehen können.
  • Um zumindest einen Teil des oben genannten Erfordernis und der anderen relevanten Erfordernisse zu erfüllen, ist ein erster Aspekt der Erfindung auf einen Gasseparator für eine Brennstoffzelle gerichtet. Der Gasseparator gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung weist eine konkav-konvexe Struktur auf, die auf zwei einander entgegenge setzten Seiten des Gasseparators in gegenseitig umgekehrten Formen ausgebildet ist, um jeweils Kanäle für unterschiedliche Fluide auf den beiden Seiten zu definieren. Die konkav-konvexe Struktur beinhaltet mehrere erste Vorsprünge, die auf einer von den beiden einander entgegengesetzten Seiten vorstehend ausgebildet sind und die in Abständen mit einer vorgegebenen Regelmäßigkeit angeordnet sind. Die konkav-konvexe Struktur beinhaltet auch mehrere zweite Vorsprünge, die auf der anderen von den zwei einander entgegengesetzten Seiten in einem bestimmten Bereich vorstehend ausgebildet sind, der einem Bereich entspricht, in dem die mehreren ersten Vorsprünge auf der einen Seite ausgebildet sind, und die in Abständen mit einer vorgegebenen Regelmäßigkeit angeordnet sind. Die konkav-konvexe Struktur beinhaltet ferner ein Verstärkungselement, das auf der einen Seite vorsteht und als konvexes Element in einer bestimmten Form ausgebildet ist, die mehrere Positionen verbindet, wo gemäß der vorgegebenen Regelmäßigkeit eigentlich die ersten Vorsprünge ausgebildet werden würden, während Positionen, die den zweiten Vorsprüngen entsprechen, die auf der anderen Seite ausgebildet sind, vermieden werden.
  • Im Gasseparator für die Brennstoffzelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist das Verstärkungselement in der bestimmten Form ausgebildet, welche die mehreren Positionen verbindet, wo gemäß der vorgegebenen Regelmäßigkeit der Abstände der ersten konvexen Elemente eigentlich die ersten Vorsprünge ausgebildet werden würden. Das Vorhandensein des Verstärkungselements erhöht vorzugsweise die Steifigkeit des Separators in der Umgebung des Verstärkungselements und verhindert dadurch die Verformung des Separators. Diese Anordnung vermeidet somit wirksam eine Erhöhung des Berührungswiderstands des Separators gegenüber einem angrenzenden Element. Die Ausbildung des Verstärkungselements in der bestimmten Form, welche die mehreren Positionen verbindet, wo gemäß der vorgegebenen Regelmäßigkeit eigentlich die ersten Vorsprünge ausgebildet werden würden, begrenzt vorteilhafte weise die mögliche Wirkung des Vorhandenseins des Verstärkungselements auf die konkav-konvexe Struktur auf der einen Seite. Das Verstärkungselement wird unter Vermeidung der Positionen ausgebildet, die den zweiten Vorsprüngen entsprechen, die auf der anderen Seite vorstehend ausgebildet werden. Diese Anordnung beschränkt vorteilhafterweise die mögli che Wirkung des Vorhandenseins des Verstärkungselements auf den Fluidstrom auf der anderen Seite.
  • In einer bevorzugten Anwendung des Gasseparators für die Brennstoffzelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird das Verstärkungselement in einer bestimmten Form ausgebildet, die mehrere Positionen, an denen eigentlich die ersten Vorsprünge ausgebildet werden würden, entlang einer Strömungsrichtung eines Fluids verbindet, das durch einen auf der einen Seite ausgebildeten Kanal strömt. Diese Anordnung begrenzt vorteilhafterweise die mögliche Wirkung des Vorhandenseins des Verstärkungselements auf den Fluidstrom auf der einen Seite.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ferner auf beiden der zwei einander entgegengesetzten Seiten eines Gasseparator für eine Brennstoffzelle gemäß dem ersten Aspekt ein lineares konvexes Teilungselement vorstehend ausgebildet, und zwar so, dass es sich in einer bestimmten Richtung in einem Leistungserzeugungsbereich erstreckt, in dem die konkav-konvexe Struktur ausgebildet ist, wobei das lineare konvexe Teilungselement den Leistungserzeugungsbereich auf der Seite mit dem linearen konvexen Teilungselement in eine Teilregion, die einem stromaufwärtigen Abschnitt eines Fluidstroms entspricht, und in eine Teilregion, die einem stromabwärtigen Abschnitt des Fluidstroms entspricht, teilt. Das Verstärkungselement ist entlang des linearen konvexen Teilungselements angeordnet. Im Gasseparator dieser Ausführungsform erhöht die Ausbildung des Verstärkungselements wirksam die Steifigkeit des Separators in der Umgebung des linearen konvexen Teilungselements und verhindert dadurch die Verformung des Separators. Diese Anordnung verhindert wirkungsvoll, dass der Fluidstrom das lineare konvexe Teilungselement überwindet oder dass der Fluidstrom auf der Seite, auf der das lineare konvexe Teilungselement vorstehend ausgebildet ist, seinen Strömungsweg verkürzt. Dadurch, dass eine Verkürzung des Fluidstroms verhindert wird, wird effektiv ein Sinken der Nutzungsrate des Fluids vermieden. Im Gasseparator für die Brennstoffzelle dieser Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung können die ersten Vorsprünge und die zweiten Vorsprünge abwechselnd in gleichmäßigen Abständen sowohl parallel als auch senkrecht zum linearen konvexen Teilungselement angeordnet sein.
  • In einem bevorzugten Aufbau des Gasseparators für die Brennstoffzelle dieser Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist das Verstärkungselement in einer bestimmten Form ausgebildet, die mehrere Positionen, an denen eigentlich die ersten Vorsprünge ausgebildet werden würden, entlang des linearen konvexen Teilungselements miteinander verbindet. In einem anderen bevorzugten Aufbau des Gasseparators der Brennstoffzelle dieser Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verstärkungselement mehrere konvexe Elemente, die durch diskretes Verbinden mehrerer Positionen, an denen eigentlich die ersten Vorsprünge ausgebildet werden würden, ausgebildet sind und die entlang des linearen konvexen Teilungselements angeordnet sind. Jede dieser Strukturen erhöht vorteilhafterweise die Steifigkeit des Separators in der Umgebung des linearen konvexen Teilungselements.
  • In einer bevorzugten Anwendung des Gasseparators für die Brennstoffzelle dieser Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist das lineare konvexe Teilungselement auf jeder Seite des linearen konvexen Teilungselements ausgebildet. Diese Anordnung erhöht die Steifigkeit des Separators in der Umgebung des linearen konvexen Teilungselements noch besser.
  • In einer anderen bevorzugten Anwendung des Gasseparators für die Brennstoffzelle dieser Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist das lineare konvexe Teilungselement auf der anderen Seite der beiden einander entgegengesetzten Seiten vorstehend ausgebildet. Diese Anwendung eignet sich für die Bedingung, dass das Fluid, das auf der einen Seite strömt, einen höheren Strömungsdruck aufweist als das Fluid, das auf der anderen Seite strömt. Unter dieser Bedingung verhindert diese Anordnung wirksam die Verformung des Separators aufgrund eines Druckunterschieds zwischen den jeweiligen Fluidströmungsdrücken auf den jeweiligen Seiten und verhindert noch besser eine Verkürzung des Fluidkanals über das lineare konvexe Teilungselement hinweg.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Gasseparators für die Brennstoffzelle in dieser Anwendung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird auf der anderen Seite durch serielles Verbinden der Teilregionen, die durch das lineare konvexe Teilungselement abgeteilt werden, über einen Verbindungsbereich, der nahe an einem Ende des linearen konvexen Teilungselements ausgebildet ist, ein Kanal für ein Fluid ausgebildet. Ein Kanal für ein anderes Fluid wird auf der einen Seite ausgebildet, um das andere Fluid in einer festgelegten Richtung parallel zum linearen konvexen Teilungselement einzuführen. Diese Anordnung verhindert wirksam, dass der Fluidstrom in dem Kanal, der auf der anderen Seite durch serielles Verbinden der Teilregionen über den Verbindungsbereich ausgebildet wird, durch das Verstärkungselement beeinträchtigt wird. Die Anordnung des Verstärkungselements entlang des linearen konvexen Teilungselements begrenzt vorteilhafterweise die mögliche Wirkung des Vorhandenseins des Verstärkungselements auf den Fluidstrom, der parallel ist zum linearen konvexen Teilungselement auf der einen Seite.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist auf einen Gasseparator für eine Brennstoffzelle gerichtet. Der Gasseparator gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist eine konkav-konvexe Struktur auf, die in gegenseitig umgekehrten Formen auf zwei einander entgegengesetzten Seiten des Gasseparators ausgebildet ist, um einen Kanal eines ersten Fluids auf einer von den beiden einander entgegengesetzten Seiten auszubilden und um einen Kanal eines zweiten Fluids auf der anderen von den zwei einander entgegengesetzten Seiten auszubilden. Die konkav-konvexe Struktur beinhaltet ein lineares konvexes Teilungselement, das auf der einen Seite solchermaßen vorstehend ausgebildet ist, dass es in einer bestimmten Richtung ausgehend von einem Ende verläuft, das an einem Außenumfang eines Leistungserzeugungsbereichs liegt, in dem die konkav-konvexe Struktur ausgebildet ist, wobei das lineare konvexe Teilungselement den Leistungserzeugungsbereich in eine stromaufwärtige Teilregion, wo das erste Fluid in der bestimmten Richtung strömt, und eine stromabwärtige Teilregion teilt, wo das erste Fluid entgegengesetzt zur Strömungsrichtung in der stromaufwärtigen Teilregion strömt, wobei die stromabwärtige Teilregion mit der stromaufwärtigen Teilregion seriell verbunden ist und sich stromabwärts von der stromaufwärtigen Teilregion befindet. Die konkav-konvexe Struktur beinhaltet auch ein Verstärkungselement, das als konvexes Element auf der anderen Seite vorstehend ausgebildet ist, und das in der Nachbarschaft des einen Endes des linearen konvexen Teilungselements und entlang des linearen kon vexen Teilungselements so angeordnet ist, das es sich in einem Zustrombereich des ersten Fluids, wo das erste Fluid auf der einen Seite in die stromaufwärtige Teilregion strömt, und/oder einem Abstrombereich des ersten Fluids, wo das erste Fluid aus der stromabwärtigen Teilregion strömt, befindet.
  • Im Gasseparator für die Brennstoffzelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist das Verstärkungselement entlang des linearen konvexen Teilungselements vorgesehen. Das Vorhandensein des Verstärkungselements erhöht wirksam die Steifigkeit des Separators in der Umgebung des linearen konvexen Teilungselements und verhindert dadurch eine Verformung des Separators. Diese Anordnung vermeidet vorteilhafterweise eine Erhöhung des Berührungswiderstands des Gasseparators gegenüber einem angrenzenden Element. Das Vorhandensein des Verstärkungselements verhindert wirksam, dass das Fluid das lineare konvexe Teilungselement überwindet oder dass es den Fluidströmungsweg auf der einen Seite verkürzt, und vermeidet somit einen Rückgang der Nutzungsrate des Fluids. Im Gasseparator des zweiten Aspekts ist das Verstärkungselement vorstehend auf der anderen Seite ausgebildet, die der einen Seite, auf der das lineare konvexe Teilungselement ausgebildet ist, entgegengesetzt ist. Dieser Aufbau eignet sich besonders für die Bedingung, dass das Fluid, das auf der einen Seite strömt, einen höheren Strömungsdruck aufweist als das Fluid, das auf der anderen Seite strömt. Unter dieser Bedingung verhindert diese Anordnung wirkungsvoll eine Verformung des Gasseparators.
  • In einer bevorzugten Anwendung des Gasseparators für die Brennstoffzelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bildet die konkav-konvexe Struktur auf der anderen Seite den Kanal für das zweite Fluid über einem gesamten Bereich einschließlich der stromaufwärtsseitigen Teilregion, der stromabwärtsseitigen Teilregion und des linearen konvexen Teilungselements, um zu bewirken, dass das zweite Fluid in einer festgelegten Richtung parallel zur bestimmten Richtung strömt. Diese Anordnung begrenzt vorteilhafterweise die mögliche Wirkung des Verstärkungselements, das entlang des linearen konvexen Teilungselements angeordnet ist, auf den Strom des zweiten Fluids.
  • Die Technik der Erfindung ist nicht auf den Gasseparator für die Brennstoffzelle mit einer der oben erörterten Anordnungen oder Gestaltungen beschränkt, sondern kann auch mit verschiedenen anderen Anwendungen verwirklicht werden, beispielsweise mit einer Brennstoffzelle, die den Gasseparator beinhaltet, der eine der oben erörterten Anordnungen und Gestaltungen aufweist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, welche den schematischen Aufbau einer Einheitszelle in einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung des Aufbaus einer Brennstoffzelle in der ersten Ausführungsform;
  • 3 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines Separators 15 zeigt;
  • 4 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines Separators 16 zeigt;
  • 5 ist eine Draufsicht, die den schematischen Aufbau eines Harzrahmens 13 zeigt;
  • 6 ist eine Draufsicht, die den schematischen Aufbau eines Harzrahmens 14 zeigt;
  • 7 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Verkürzung eines Brenngasstroms zeigt;
  • 8 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die einen modifizierten Aufbau der Brennstoffzelle in einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 9 enthält Draufsichten auf den Aufbau eines anderen Separators 115;
  • 10 ist eine erläuternde Darstellung des Aufbaus eines ersten modifizierten Beispiels;
  • 11 ist eine erläuternde Darstellung des Aufbaus eines zweiten modifizierten Beispiels; und
  • 12 ist eine erläuternde Darstellung des Aufbaus eines dritten modifizierten Beispiels.
  • BESTE WEISE FÜR DIE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • A. Allgemeiner Aufbau
  • 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die den Aufbau einer Einheitszelle in einer ersten Ausführungsform der Erfindung skizziert. 2 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau einer Brennstoffzelle in der ersten Ausführungsform zeigt. Die Brennstoffzelle der ersten Ausführungsform weist eine Stapelstruktur auf, die durch Stapeln mehrerer Einheitszellen 10 erhalten wird. Die perspektivische Explosionsdarstellung von 1 zeigt den Aufbau einer Einheitszelle. Die Einheitszelle 10 weist auf: eine Leistungserzeugungs-Baugruppe 12, ein Paar Harzrahmen 13 und 14, die zu beiden Seiten der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 angeordnet sind, um den Außenrand der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 zu stützen, und ein Paar Separatoren 15 und 16, die außerhalb der Harzrahmen 13 und 14, welche die Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 stützen sollen, angeordnet sind.
  • Die Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 weist eine Elektrolytmembran und ein Paar Elektroden auf, die auf den beiden einander entgegengesetzten Seiten der Elektrolytmembran ausgebildet sind. Die Brennstoffzelle dieser Ausführungsform ist eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle. Die Elektrolytmembran besteht aus einem festen Polymermaterial, wie beispielsweise einer protonenleitenden Ionentauschermembran z. B. aus Fluorharz. Eine Anode und eine Kathode, die als das Elektrodenpaar ausgebildet sind, weisen einen Katalysator auf, wie Platin oder eine Platinlegierung, und werden durch Aufbringen des Katalysators auf elektrisch leitfähige Träger hergestellt. In einem konkreten Fertigungsverfahren wird eine Elektrodenpaste hergestellt, die den Katalysator tragende Kohlenstoffteilchen und einen Elektrolyten aufweist, der dem Polymerelektrolyten der Elektrolytmembran ähnelt, und die Elektrodenpaste wird auf die jeweiligen Seiten der Elektrolytmembran aufgetragen, um die Anode und die Kathode zu bilden. Die Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 dieser Ausführungsform weist auch Gasdiffusionsschichten auf, die auf den jeweiligen Elektroden vorgesehen sind und die aus einem porösen Material mit elektrischer Leitfähigkeit, wie Kohlepapier, gefertigt sind.
  • Die Harzrahmen 13 und 14 sind zwischen der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 und den Separatoren 15 und 16 angeordnet, um die Gasdichtigkeit von Gaskanälen, die zwischen der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 und den Separatoren 15 und 16 ausgebildet sind, sicherzustellen.
  • Jeder der Separatoren 15 und 16 definiert in Kombination mit der jeweils gegenüber liegenden Seite der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 einen Gaskanal für ein Reaktionsgas (ein wasserstoffhaltiges Brenngas oder ein sauerstoffhaltiges Oxidierungsgas). Die Separatoren 15 und 16 weisen auf ihren jeweiligen Oberflächen jeweils konkav-konvexe Strukturen auf, um die Gaskanäle zu bilden. Im Aufbau dieser Ausführungsform handelt es sich bei den Separatoren 15 und 16 um im Wesentlichen rechteckige dünne Metallplattenelemente, die formgepresst wurden, um die konkav-konvexen Strukturen auszubilden, mit Öffnungen, die an vorgegebenen Positionen vorgesehen werden. In jedem der Separatoren 15 und 16, die durch Formpressen der dünnen Metallplatten zu konkav-konvexen Strukturen gefertigt werden, weisen die konkav-konvexe Struktur, die auf seiner Oberseite ausgebildet ist, und die konkav-konvexe Struktur, die auf seiner Rückseite ausgebildet ist, gegenseitig umgekehrte Formen auf. Die gegenseitig umgekehrten Formen erfüllen eine bestimmte Beziehung, nämlich dass die konvexe Form, die auf der Oberseite ausgebildet ist, die konkave Form auf der Rückseite definiert, und dass die konkave Form, die auf der Oberfläche ausgebildet ist, die konvexe Form auf der Rückseite definiert. Das heißt, die konkav-konvexe Struktur, die auf der Oberseite jedes der Separatoren 15 und 16 ausgebildet ist, ist umgekehrt zur konkav-konvexen Struktur auf der Rückseite jedes der Separatoren 15 und 16. Die konkav-konvexe Struktur des Separators 15 bildet einen innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Brenngaskanal als Durchlass für das Brenngas zwischen dem Separator 15 und der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12. In der Darstellung von 2 sind Räume für den innerhalb der Einheitszelle verlaufenden Brenngaskanal mit „H2” bezeichnet. Auf ähnliche Weise bildet die konkav-konvexe Struktur des Separators 16 einen innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgaskanal als Durchlass für das Oxidierungsgas zwischen dem Separator 16 und der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12. In der Darstellung von 2 sind Räume für den innerhalb der Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgaskanal mit „O2” bezeichnet. Die konkav-konvexe Struktur, die am Separator 15 ausgebildet ist, der in einer Einheitszelle 10 enthalten ist, und die konkav-konvexe Struktur, die am Separator 16 ausgebildet ist, der in einer angrenzenden Einheitszelle 10 enthalten ist, definieren einen zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelkanal als Durchlass für ein Kühlmittel. In der Darstellung von 2 sind Räume für den zwischen Zellen angeordneten Kühlmittelkanal mit „Kühlmittel” bezeichnet.
  • 3 enthält Draufsichten, die den Aufbau des Separators 15 darstellen. 3(A) zeigt eine Gaskanal-Seite des Separators 15, die in Kombination mit der gegenüber liegenden Seite der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 den innerhalb der Einheitszelle verlaufenden Brenngaskanal definiert. 3(B) zeigt eine Kühlmittelkanal-Seite des Separators 15, die in Kombination mit der gegenüber liegenden Seite des Separators 16, der in einer angrenzenden Brennstoffzelle 10 enthalten ist, den zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelkanal definiert. In der Darstellung von 3 bezeichnen ein Pfeil A und ein Pfeil B in Einbaurichtung der Brennstoffzelle eine Richtung, die einer horizontalen Richtung entspricht, bzw. eine Richtung, die einer vertikalen Richtung entspricht.
  • Der Separator 15 weist sechs Öffnungen an seinem Außenumfang auf. Öffnungen 22, 23 und 24 sind in dieser Reihenfolge in der vertikalen Richtung von oben nach unten entlang einer vertikalen Seite 20 ausgebildet, wie in 3(A) dargestellt. Öffnungen 25, 26 und 27 sind in dieser Reihenfolge in der vertikalen Richtung von oben nach unten entlang einer vertikalen Seite 21 ausgebildet, die der Seite 20 entgegengesetzt ist, wie in 3(A) dargestellt. Im Separator 16 und in den Harzrahmen 13 und 14 sind auf ähnliche Weise die entsprechenden Öffnungen 22 bis 27 ausgebildet, wie später erörtert. In der Brennstoffzelle, die durch Stapeln der Separatoren 15 und 16 und der Harzrahmen 13 und 14 zusammengesetzt wird, ist jeder Satz der entsprechenden Öffnungen in einer Stapelungsrichtung so ausgerichtet, dass ein Fluidkanal gebildet wird, der in der Stapelungsrichtung durch das Innere der Brennstoffzelle verläuft. Ein Satz der Öffnungen 22 ist so ausgerichtet, dass er einen Brenngaszufuhr-Verteiler bildet (in den Darstellungen von 3 bis 6 mit „Hz in” bezeichnet), um einen Strom des Brenngases, das der Brennstoffzelle von außen zugeführt wird, in die entsprechenden innerhalb von Einheitszellen liegenden Gaskanäle zu verteilen. Ein Satz der Öffnungen 27 ist so ausgerichtet, dass er einen Brenngasabfuhr-Verteiler bildet (in den Darstellungen von 3 bis 6 mit „Hz out” bezeichnet), um die Brenngasemission nach den elektrochemischen Reaktionen in den entsprechenden Einheitszellen aus der Brennstoffzelle abzuführen. Ein Satz der Öffnungen 26 ist so ausgerichtet, dass er einen Oxidierungsgaszufuhr-Verteiler bildet (in den Darstellungen von 3 bis 6 mit „O2 in” bezeichnet), um einen Strom des Oxidierungsgases, welches der Brennstoffzelle von außen zugeführt wird, auf die jeweiligen innerhalb der Einheitszellen verlaufenden Oxidierungsgaskanäle zu verteilen. Ein Satz der Öffnungen 23 ist so ausgerichtet, dass er einen Oxidierungsgasabfuhr-Verteiler bildet (in den Darstellungen von 3 bis 6 mit „O2 out” bezeichnet), um die Oxidierungsgasemission nach den elektrochemischen Reaktionen in den jeweiligen Einheitszellen aus der Brennstoffzelle abzuführen. Ein Satz der Öffnungen 24 ist so ausgerichtet, dass er einen Kühlmittelzufuhr-Verteiler bildet (in den Darstellungen von 3 bis 6 mit „Ref in” bezeichnet), um einen Strom des Kühlmittels, das der Brennstoffzelle von außen zugeführt wird, auf die zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelkanäle zu verteilen. Ein Satz der Öffnungen 25 ist so ausgelegt, dass sie einen Kühlmittelabfuhr-Verteiler bilden (in den Darstellungen von 3 bis 6 mit „Ref out” bezeichnet), um das Kühlmittel, das durch die jeweiligen zwischen den Zellen liegenden Kühlmittelkanäle geströmt ist, aus der Brennstoffzelle abzuführen.
  • Die Gaskanal-Seite des Separators 15 weist eine erste konkav-konvexe Struktur auf, die in Kombination mit der gegenüber liegenden Seite der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 eine Innenwandseite des innerhalb der Einheitszelle verlaufenden Gaska nals bildet. Ein im Wesentlichen rechteckiger Bereich, in dem die erste konkav-konvexe Struktur ausgebildet ist und auf dessen Oberfläche Brenngas strömt, wird nachstehend als „Leistungserzeugungsbereich 30” bezeichnet. Der Leistungserzeugungsbereich 30 ist ein Bereich, der in 3(A) von einer gestrichelten Linie umgeben ist. In dieser Ausführungsform ist die erste konkav-konvexe Struktur in einer im Wesentlichen rechteckigen Form ausgebildet und beinhaltet zwei lineare konvexe Teilungselemente 40, eine große Zahl von innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Elementen 41 und eine große Zahl von Vorsprüngen 42 als Ausbuchtungen.
  • Die beiden linearen konvexen Teilungselemente 40 verlaufen in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung durch den Leistungserzeugungsbereich 30. Ein lineares konvexes Teilungselement 40 reicht an einem seiner Enden bis zu einer bestimmten Seite am Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 in der Nähe der Seite 20 des Separators 15, und sein anderes Ende ist von einer bestimmten Seite am Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 in der Nähe der Seite 21, die der Seite 20 des Separators 15 entgegengesetzt ist, beabstandet. Das andere lineare konvexe Teilungselement 40 reicht an einem seiner Enden bis zu der bestimmten Seite am Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 in der Nähe der Seite 21 des Separators 15, und sein anderes Ende ist von der bestimmten Seite am Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 in der Nähe der Seite 20, die der Seite 21 des Separators 15 entgegengesetzt ist, beabstandet.
  • Die innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Elemente 41 verlaufen im Wesentlichen in der horizontalen Richtung und sind so ausgebildet, dass ihre beiden Enden vom Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 beabstandet sind. Mehrere innerhalb einer Teilregion verlaufende lineare konvexe Elemente 41 sind in einer vorgegebenen Anzahl (in der dargestellten Ausführungsform fünf) zusammen zwischen den beiden linearen konvexen Teilungselementen 40 und jeweils zwischen den linearen konvexen Teilungselementen 40 und dem Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 vorgesehen. Abschnittsbereiche, die durch die linearen konvexen Teilungselemente 40 so segmentiert sind, dass sie die vorgegebene Anzahl von mehreren innerhalb einer Teilregion verlaufenden linearen konvexen Elemente 41 enthalten, werden nachstehend jeweils als „Teilregion 32” bezeichnet. Im Aufbau dieser Ausführungsform bilden die beiden linearen konvexen Teilungselemente 40 drei Teilregionen 32. Die entsprechenden Teilregionen 32 sind in 3(A) von Einpunkt/Strich-Linien umgeben.
  • Die Vorsprünge 42 sind außerhalb der Teilregionen 32 ausgebildet und sind auf regelmäßige Weise oder mit Abständen, die eine vorgegebene Regelmäßigkeit haben, in jedem Gasströmungsbereich angeordnet, in dem ein Gas in die Teilregion 32 einströmt oder ein Gas aus der Teilregion 32 ausströmt. In dieser Ausführungsform sind Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 und Verbindungsbereiche 34 in den Gasströmungsbereichen mit den Vorsprüngen 42 enthalten. Die Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 sind in der Nähe der Öffnung 22 und in der Nähe der Öffnung 27 vorgesehen. Jeder der Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 wird von einem Ende der Teilregion 32, einem Teil des Außenumfangs des Leistungserzeugungsbereichs 30 und einem Teil des linearen konvexen Teilungselements 40 definiert. Jeder der Verbindungsbereiche 34 beinhaltet eine separate Region, die zwischen dem anderen Ende des linearen konvexen Teilungselements 40 und einem Teil des Außenumfangs des Leistungserzeugungsbereichs 30 ausgebildet ist und jeweils von Enden zweier aneinander angrenzender Teilregionen 32, einem Teil des Außenumfangs des Leistungserzeugungsbereichs 30 und einem Teil des linearen konvexen Teilelements 40 definiert wird. Die Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 und die Verbindungsbereiche 34 sind in 3(A) von Zweipunkt/Strich-Linien umgeben. Die Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 und die Verbindungsbereiche 34 weisen auch eine große Zahl von Vertiefungen 43 auf, die in Abständen mit der gleichen Regelmäßigkeit so angeordnet sind, dass sie sich zwischen der großen Zahl von Vorsprüngen 42, die in den Abständen mit der vorgegebenen Regelmäßigkeit angeordnet sind, befinden. Genauer sind die Vorsprünge 42 und die Vertiefungen 43 abwechselnd in gleichmäßigen Abständen sowohl parallel als auch senkrecht zu den linearen konvexen Teilungselementen 40 angeordnet. Die Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 und die Verbindungsbereiche 34 weisen auch konkave Elemente 44 auf, die auf beiden Seiten der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente 40 angeordnet sind und die eine bestimmte Form aufweisen, die der Form von (später erörterten) Verstärkungselementen entspricht.
  • Der Separator 15 dieser Ausführungsform beinhaltet ein lineares konvexes Teilungselement 40, dessen eines Ende die bestimmte Seite am Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 in der Nähe der Seite 20 erreicht, und ein lineares konvexes Teilungselement 40, dessen eines Ende die bestimmte Seite am Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 in der Nähe der Seite 21 erreicht. Die Verbindungsbereiche 34 sind in der Nähe der jeweils anderen Enden der beiden linearen konvexen Teilungselemente 40 ausgebildet. Im Separator 15 dieser Ausführungsform sind die drei Teilregionen 32 somit über die Verbindungsbereiche 34 hinweg seriell miteinander verbunden.
  • Die Kühlmittelkanal-Seite des Separators 15 weist eine zweite konkav-konvexe Struktur auf, die in einem rückseitigen Bereich auf der Rückseite des Leistungserzeugungsbereichs 30 ausgebildet ist (in der folgenden Beschreibung wird der rückseitige Bereich ebenfalls als Leistungserzeugungsbereich 30 betrachtet), und die in Kombination mit der gegenüber liegenden Seite des Separators 16 eine Innenwandseite des zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelkanals bildet. In dieser Ausführungsform weist die zweite konkav-konvexe Struktur eine große Zahl von linearen konvexen Kühlmittel-Kanalelementen 45, eine große Zahl von Vorsprüngen 46 und Verstärkungselementen 47 als Ausbuchtungen auf (siehe 3(B)).
  • Die linearen konvexen Kühlmittelkanal-Elemente 45 erstrecken sich im Wesentlichen in horizontaler Richtung, wobei ihre beiden Enden vom Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 beabstandet sind. Die linearen konvexen Kühlmittelkanal-Elemente 45 sind als Umkehrform von Nuten ausgebildet, die zwischen den aneinander angrenzenden, innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Elementen 41 und zwischen den innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Elementen 41 und den linearen konvexen Teilungselementen 40 auf der Gaskanal-Seite des Separators 15 ausgebildet sind. Die Vorsprünge 46 sind als Umkehrform der Vertiefungen 43 auf der Gaskanal-Seite des Separators 15 so ausgebildet, dass sie in rückseitigen Bereichen auf der Rückseite der Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 und der Verbindungsbereiche 34 auf der Gaskanal-Seite des Separators 15 angeordnet sind. Die Kühlmittelka nal-Seite des Separators 15 weist Vertiefungen 48 auf, die als die Umkehrform der Vorsprünge 2 auf der Gaskanal-Seite ausgebildet sind.
  • Die Verstärkungselemente 47 sind die kennzeichnende Struktur in der Brennstoffzelle dieser Ausführungsform. Die Verstärkungselemente 47 sind konvexe Elemente, die in den rückseitigen Bereichen auf der Rückseite der Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 und der Verbindungsbereiche 34 auf der Gaskanal-Seite des Separators 15 so ausgebildet sind, dass sie sich in der Nähe von Nuten 49 befinden, die als die Umkehrform der linearen konvexen Teilungselemente 40 auf der Gaskanal-Seite des Separators 15 ausgebildet sind. Jedes der Verstärkungselemente 47 ist in einer bestimmten Form ausgebildet, die durch Verbinden von mehreren Positionen entlang der Nut 49 definiert wird, wo gemäß der Regelmäßigkeit der Abstände der Vorsprünge 46 in den rückseitigen Bereichen auf der Rückseite der Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 und der Verbindungsbereiche 34 eigentlich die Vorsprünge 46 ausgebildet werden würden, wobei die Positionen der Vertiefungen 48, die als Umkehrform der Vorsprünge 42 auf der Gaskanal-Seite ausgebildet werden, vermieden werden. Das heißt, das Verstärkungselement 47 ist ein zickzackförmiges lineares konvexes Element, das Kurven entlang der Vertiefungen 48 aufweist. Die beiden Verstärkungselemente 47, die entlang beider Seiten der Nut 49 als der Umkehrform jedes der linearen konvexen Teilungselemente 40 vorgesehen sind, sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet.
  • 4 ist eine Draufsicht auf den Aufbau des Separators 16. 4(A) zeigt eine Gaskanal-Seite des Separators 16, die in Kombination mit der gegenüber liegenden Seite der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 den innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgaskanal definiert. 4(B) zeigt eine Kühlmittelkanal-Seite des Separators 16, die in Kombination mit der gegenüber liegenden Seite des Separators 16, der in einer angrenzenden Brennstoffzelle 10 enthalten ist, den zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelkanal definiert. Der Separator 16 ist ein dünnes Metallplattenelement, das im Wesentlichen die gleiche Außenumfangsform aufweist wie der Separator 15 und das pressgeformt wird, um die konkav-konvexe Struktur auszubilden, mit Öffnungen, die an vorgegebenen Positionen vorgesehen sind.
  • Die Gaskanal-Seite des Separators 16 weist eine erste konkav-konvexe Struktur auf, die in Kombination mit der gegenüber liegenden Seite der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 eine Innenwandseite des innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgaskanals bildet. Ein im Wesentlichen rechteckiger Bereich, in dem die erste konkav-konvexe Struktur ausgebildet ist und auf dessen Oberfläche Brenngas strömt, wird nachstehend als „Leistungserzeugungsbereich 30” bezeichnet. Der Leistungserzeugungsbereich 30 ist ein Bereich, der in 4(A) von einer gestrichelten Linie umgeben ist. In dieser Ausführungsform ist die erste konkav-konvexe Struktur in einer im Wesentlichen rechteckigen Form ausgebildet und beinhaltet zwei lineare konvexe Teilungselemente 60, eine große Zahl von innerhalb von Teilregionen liegenden linearen konvexen Elementen 61 und eine große Zahl von Vorsprüngen 62 als Ausbuchtungen.
  • Wie die innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Elemente 41, die auf der Gaskanal-Seite des Separators 15 ausgebildet sind, erstrecken sich die innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Elemente 61 im Wesentlichen in horizontaler Richtung und sind so ausgebildet, dass ihre beiden Enden vom Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 beabstandet sind. Mehrere innerhalb einer Teilregion verlaufende lineare konvexe Elementen 61 sind in einer vorgegebenen Anzahl (in der dargestellten Ausführungsform fünf) zusammen zwischen den beiden linearen konvexen Teilungselementen 60 und jeweils zwischen den linearen konvexen Teilungselementen 60 und dem Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30, die jede Teilregion 32 definieren, vorgesehen. Ähnlich wie die linearen konvexen Teilungselemente 40, die auf der Gaskanal-Seite des Separators 15 ausgebildet sind, ist jedes der linearen konvexen Teilungselemente 60 so ausgelegt, dass eines seiner Enden den Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 erreicht, und dass sein anderes Ende vom Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 beabstandet ist. Die linearen konvexen Teilungselemente 60 sind zwischen den aneinander angrenzenden Teilregionen 32 vorgesehen. Jedes der linearen konvexen Teilungselemente 60 beinhaltet einen horizontalen Abschnitt, dessen Länge der des innerhalb einer Teilregion verlaufenden konvexen Elements 61 entspricht, und der im Wesentlichen in der horizontalen Richtung durch den Leistungserzeugungsbereich 30 verläuft, und einen schrägen Abschnitt, der zur horizontalen Richtung geneigt ist und der bis zum Außenumfang des Leistungs erzeugungsbereichs 30 reicht. Im Aufbau dieser Ausführungsform bilden die beiden linearen konvexen Teilungselemente 60 drei Teilregionen 32 aus.
  • Die Vorsprünge 62 sind außerhalb der Teilregionen 32 ausgebildet und sind in Abständen, die eine vorgegebene Regelmäßigkeit haben, in jedem Gasströmungsbereich, in dem ein Gas in die Teilregion 32 einströmt oder ein Gas aus der Teilregion 32 ausströmt, angeordnet. Die Gasströmungsbereiche weisen Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 und Verbindungsbereiche 34 auf. Die Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 sind in der Nähe der Öffnungen 25 und 26 und in der Nähe der Öffnungen 23 und 24 vorgesehen. Jeder der Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 wird von einem Ende der Teilregion 32, einem Teil des Außenumfangs des Leistungserzeugungsbereichs 30 und dem schrägen Abschnitt des linearen konvexen Teilungselements 60 definiert. Jeder der Verbindungsbereiche 34 beinhaltet eine separate Region, die zwischen dem anderen Ende des linearen konvexen Teilungselements 40 und einem Teil des Außenumfangs des Leistungserzeugungsbereichs 30 ausgebildet ist und jeweils von Enden zweier aneinander angrenzender Teilregionen 32, einem Teil des Außenumfangs des Leistungserzeugungsbereichs 30 und dem schrägen Abschnitt des linearen konvexen Teilelements 40 definiert wird. Die Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 und die Verbindungsbereiche 34 sind in 4(A) von Zweipunkt/Strich-Linien umgeben. Die Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 und die Verbindungsbereiche 34 weisen auch eine große Zahl von Vertiefungen 63 auf, die in Abständen mit der gleichen Regelmäßigkeit angeordnet sind, so dass sie sich zwischen der großen Zahl von Vorsprüngen 62 befinden, die in den Abständen mit der vorgegebenen Regelmäßigkeit angeordnet sind. Im Separator 16 dieser Ausführungsform verbinden die beiden linearen konvexen Teilungselemente 60 die drei Teilregionen 32 seriell über die beiden Verbindungsbereiche 34.
  • Die Kühlmittelkanal-Seite des Separators 16 weist eine zweite konkav-konvexe Struktur auf, die im Leistungserzeugungsbereich 30 vorgesehen ist und die in Kombination mit der gegenüber liegenden Seite des Separators 15 eine Innenwandseite des zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelkanals bildet. In dieser Ausführungsform weist die zweite konkav-konvexe Struktur eine große Zahl von linearen konvexen Kühlmittelkanal-Elementen 65 und eine große Zahl von Vorsprüngen 66 als Ausbuchtungen auf.
  • Wie die auf dem Separator 15 ausgebildeten linearen konvexen Kühlmittelkanal-Elemente 45 erstrecken sich die linearen Kühlmittelkanal-Elemente 65 im Wesentlichen in horizontaler Richtung, wobei ihre beiden Enden vom Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 beabstandet sind. Die linearen konvexen Kühlmittelkanal-Elemente 65 sind als Umkehrform von Nuten ausgebildet, die zwischen den einander benachbarten innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Elementen 61 und zwischen dem innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Element 61 und dem linearen konvexen Teilungselement 60 auf der Gaskanal-Seite des Separators 16 ausgebildet sind. Die Vorsprünge 66 sind als Umkehrform der Vertiefungen 63 auf der Gaskanal-Seite des Separators 16 ausgebildet. Die Kühlmittelkanal-Seite des Separators 16 weist Vertiefungen 68 auf, die als die Umkehrform der Vorsprünge 62 auf der Gaskanal-Seite ausgebildet sind.
  • 5 ist eine Draufsicht auf den schematischen Aufbau des Harzrahmens 13. Eine Seite des Harzrahmens 13, die mit der Gaskanal-Seite des Separators 15 in Kontakt steht, ist in 5 dargestellt. Der Harzrahmen 13 weist eine mittlere Öffnung 50 auf, die in seiner mittleren Region ausgebildet ist. Die mittlere Öffnung 50 ist in im Wesentlichen rechteckiger Form so ausgebildet, dass sie etwas kleiner ist als die Leistungserzeugungs-Baugruppe 12. Der Harzrahmen 13 beinhaltet auch eine Vertiefung 51, die so ausgebildet ist, dass sie die Öffnung 22 mit der mittleren Öffnung 50 verbindet, und eine Vertiefung 52, die so ausgebildet ist, dass sie die Öffnung 27 mit der mittleren Öffnung 50 verbindet. Die Vertiefung 51 und die gegenüber liegende Seite des Separators 15 definieren einen Kanal zum Verbinden des von dem Satz aus Öffnungen 22 definierten Brenngaszufuhr-Verteilers mit dem innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Brenngaskanal. Die Vertiefung 52 und die gegenüber liegende Seite des Separators 15 definieren einen Kanal zum Verbinden des Brenngasabfuhr-Verteilers, der von dem Satz aus Öffnungen 27 definiert wird, mit dem innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Brenngas-Kanal.
  • 6 ist eine Draufsicht, die den schematischen Aufbau des Harzrahmens 14 zeigt. Eine Seite des Harzrahmens 14, die mit der Gaskanal-Seite des Separators 16 in Kontakt steht, ist in 6 dargestellt. Der Harzrahmen 14 beinhaltet eine mittlere Öffnung 53, die in seiner mittleren Region ausgebildet ist und die die gleiche Form hat wie die mittlere Öffnung 50 des Harzrahmens 13, an der sie ausgerichtet werden soll. Am Harzrahmen 14 sind auch eine Vertiefung 55, welche die Öffnung 23 mit der mittleren Öffnung 53 verbindet, und eine Vertiefung 54, welche die Öffnung 26 mit der mittleren Öffnung 53 verbindet, ausgebildet. Die Vertiefung 55 und die gegenüber liegende Seite des Separators 16 definieren einen Kanal zum Verbinden des Oxidierungsgasabfuhr-Verteilers, der von dem Satz aus Öffnungen 23 definiert wird, mit dem innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgas-Kanal. Die Vertiefung 54 und die gegenüber liegende Seite des Separators 16 definieren einen Kanal zum Verbinden des Oxidierungsgaszufuhr-Verteilers, der von dem Satz aus Öffnungen 26 definiert wird, mit dem innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgas-Kanal.
  • Die Harzrahmen 13 und 14 bestehen aus einem isolierenden Harzmaterial und sind so angeordnet, dass sie die Leistungserzeugungs-Baugruppe 12, die zwischen ihnen angeordnet ist, stützen. Diese Anordnung gewährleistet die Isolierungseigenschaft zwischen den beiden Seiten der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12. Die Harzrahmen 13 und 14 befinden sich zwischen der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 und den Separatoren 15 und 16, die konkav-konvexe Strukturen mit vorgegebenen Höhen aufweisen, und dienen als Abstandhalter für die Beibehaltung von Abständen, die den konkav-konvexen Strukturen mit den vorgegebenen Höhen zwischen der Leistungserzeugungs-Baugruppe und den Separatoren 15 und 16 entsprechen.
  • In einem Verfahren zum Zusammensetzen der Brennstoffzelle wird der Separator 15 über ein (nicht dargestelltes) Dichtungselement, das beispielsweise aus einem Klebstoff besteht, mit dem Separator 15 verbunden, und auf ähnliche Weise wird der Separator 16 über ein (nicht dargestelltes) Dichtungselement, das beispielsweise aus Klebstoff besteht, mit dem Harzrahmen 14 verbunden. Anschließend wird in dem Verfahren die Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 zwischen den Harzrahmen 13 und 14 angeordnet, und die Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 wird über (nicht dargestellte) Dichtungselemente, die beispielsweise aus einem Klebstoff bestehen, mit den Harzrahmen 13 und 14 verbunden. Damit ist eine Einheitszelle der Brennstoffzelle fertig gestellt. Die Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 wird auf solche Weise mit den Harzrahmen 13 und 14 verbunden, dass die mittlere Öffnung 50 des Harzrahmens 13 und die mittlere Öffnung 53 des Harzrahmens 14 von der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 abgedeckt werden. Durch Stapeln einer vorgegebenen Anzahl von solchermaßen erhaltenen Einheitszellen mit dazwischen angeordneten Dichtungselementen 17 (siehe 2), die beispielsweise aus Klebstoff bestehen, wird der Brennstoffzellenstapel fertig gestellt. Das Vorhandensein der Dichtungselemente zwischen den jeweiligen aneinander angrenzenden Elementen gewährleistet die Dichtungseigenschaften in den jeweiligen innerhalb von Einheitszellen verlaufenden Gaskanälen und in den jeweiligen Verteilern.
  • Beim Zusammensetzen der Brennstoffzelle durch Stapeln der jeweiligen Komponenten werden die linearen konvexen Teilungselemente 40 so am Separator 15 angeordnet, dass sie den horizontalen Abschnitten der linearen konvexen Teilungselemente 60 auf dem Separator über die Leistungserzeugungs-Baugruppe hinweg gegenüber liegen. Ebenso liegen die innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Elemente 41 auf dem Separator 15 den innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Elementen 61 auf dem Separator 16 gegenüber. Die Vorsprünge 42 auf dem Separator 15 liegen den Vorsprüngen 62 auf dem Separator 16 gegenüber. An ihren Scheiteln stehen die Vorsprünge 46 auf dem Separator 15 mit den Scheiteln der Vorsprünge 66 auf dem angrenzenden Separator 16 in Kontakt. Diese gegenteilige Stützung der entsprechenden Ausbuchtungen in der Stapelungsrichtung gewährleistet insgesamt die Steifigkeit der Brennstoffzelle als Stapelstruktur. Der Querschnitt von 2 verläuft in einer Richtung, die senkrecht ist zur Längsrichtung der jeweiligen linearen konvexen Elemente, und geht durch eine Linie 2-2 in 3(A). Die Querschnittsdarstellung von 2 zeigt genauer den Querschnitt in der Nähe des Außenumfangs der Brennstoffzelle einschließlich der Harzrahmen 13 und 14.
  • In der zusammengesetzten Brennstoffzelle wird das Brenngas, das zum Brenngaszufuhr-Verteiler geliefert wird, der aus dem Satz von Öffnungen 22 besteht, in die innerhalb von Einheitszellen verlaufenden Brenngaskanäle, die in den jeweiligen Einheitszellen ausgebildet sind, verteilt. Das Brenngas in den einzelnen innerhalb von Einheitszellen verlaufenden Brenngaskanälen strömt insgesamt in vertikaler Richtung nach unten, während es in den jeweiligen Teilregionen 32 in der horizontalen Richtung strömt, wie von Umrisspfeilen in 3(A) dargestellt. Das Brenngas, das durch die jeweiligen innerhalb von Einheitszellen verlaufenden Brenngaskanäle geströmt ist und der elektrochemischen Reaktion unterzogen wurde, wird durch den Brennstoffabgas-Verteiler, der von dem Satz aus Öffnungen 27 gebildet wird, abgeführt.
  • Das Oxidierungsgas, das zum Oxidierungsgaszufuhr-Verteiler geliefert wird, der von dem Satz aus Öffnungen 26 gebildet wird, wird in die innerhalb von Einheitszellen verlaufenden Oxidierungsgaskanäle geliefert, die in den jeweiligen Einheitszellen ausgebildet sind. Das Oxidierungsgas in jedem der innerhalb von Einheitszellen verlaufenden Oxidierungsgaskanäle strömt insgesamt in vertikaler Richtung nach oben, während es in den jeweiligen Teilregionen 32 in der horizontalen Richtung strömt, wie von Umrisspfeilen in 4(A) dargestellt. Das Oxidierungsgas, das durch die jeweiligen innerhalb von Einheitszellen verlaufenden Oxidierungsgaskanäle geströmt ist und der elektrochemischen Reaktion unterzogen wurde, wird durch den Oxidierungsabgas-Verteiler, der von dem Satz von Öffnungen 23 gebildet wird, abgeführt.
  • Das Kühlmittel, das zum Kühlmittelzufuhr-Verteiler geliefert wird, der von dem Satz aus Öffnungen 24 gebildet wird, wird in die zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelkanäle, die zwischen dem Separator 15 einer Einheitszelle und dem Separator 16 einer angrenzenden Einheitszelle ausgebildet ist, geliefert. Das Kühlmittel in den einzelnen zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelkanälen strömt insgesamt in der horizontalen Richtung, wie von Umrisspfeilen in 3(B) und 4(B) dargestellt. Das Kühlmittel, das durch die jeweiligen zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelkanäle geströmt ist, wird gesammelt und in den Kühlmittelabfuhr-Verteiler, der von dem Satz von Öffnungen 25 gebildet wird, abgeführt.
  • In der Brennstoffzelle dieser Ausführungsform weist das Oxidierungsgas, das in dem innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgaskanal strömt, einen höheren Strömungsdruck auf als das Brenngas, das in dem innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Brenngaskanal strömt. Das Brenngas und das Oxidierungsgas weisen höhere Strömungsdrücke auf als das Kühlmittel, das im zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelkanal strömt. Im Aufbau dieser Ausführungsform weist jeder der Separatoren 15 und 16 die Zustrom/Ausgangsbereiche 33 und die Verbindungsbereiche 34 auf, die in der Nähe der Öffnungen 22 bis 27 vorgesehen sind, um die jeweiligen Verteiler zu bilden, und an deren zwei einander entgegengesetzten Seiten die mehreren Vorsprünge 42 und 46 oder 62 und 66 ausgebildet sind. Diese Anordnung macht es möglich, dass die konkav/konvexe Struktur, die in gegenseitig umgekehrten Formen auf den beiden einander entgegengesetzten Seiten jedes Separators ausgebildeten ist, den serpentinenartigen Gaskanal auf einer Seite und den geraden Kühlmittelkanal auf der anderen Seite definiert. Das Vorhandensein der mehreren Vorsprünge, die mit Abstand voneinander auf den jeweiligen Seiten ausgebildet sind, ermöglicht die Einführung des Kühlmittels in einer festgelegten Richtung auf einer Seite, und ermöglicht gleichzeitig die Umkehrung des Gasstroms auf der anderen Seite.
  • In der Brennstoffzelle dieser Ausführungsform, die ausgebildet ist wie oben beschrieben, sind die Verstärkungselemente 47 in den Zustrom/Abstrom-Bereichen 33 und den Verbindungsbereichen 34 so ausgebildet, dass sie entlang der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente 40 auf dem Separator 15 angeordnet sind. Dieser Aufbau verbessert vorteilhafterweise die Steifigkeit des Separators 15 in der Umgebung der jeweiligen konvexen Teilungselemente. Die verbesserte Steifigkeit verhindert vorteilhafterweise, dass der Separator 15 in der Umgebung der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente 40 verformt wird. Auch wenn das Brenngas, das in dem innerhalb einer Brennstoffelle verlaufenden Brenngaskanal strömt, einen höheren Strömungsdruck aufweist als das Kühlmittel, das in dem zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelkanal strömt, vermeidet diese Anordnung vorteilhafterweise eine Abnahme des Kontaktdrucks der linearen konvexen Teilungselemente gegenüber der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12. Durch die Vermeidung der Abnahme des Kontaktdrucks der linearen konvexen Teilungselemente 40 wird vorteilhafterweise verhindert, dass das Brenngas, das in dem innerhalb einer Brennstoffzelle verlaufenden Brenngaskanal strömt, die linearen konvexen Teilungselemente 40 überwindet und nach unten strömt (dieses Phänomen wird als „Wegverkürzung” des Brenngasstroms bezeichnet), und verhindert dadurch eine Senkung der Gasnutzungsrate. Diese Anordnung vermeidet auch wirksam eine Zunahme des Widerstands innerhalb der Brennstoffzelle und verhindert dadurch eine Verschlechterung der Brennstoffzellenleistung.
  • Die Wegverkürzung des Brenngasstroms wird nun im Einzelnen erörtert. 7 ist eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung eines Teils der Querschnittstruktur der Brennstoffzelle dieser Ausführungsform mit der in der Mitte angeordneten Leistungserzeugungs-Baugruppe 12. Wie oben erläutert, sind bei den Separatoren 15 und 16 die Vorsprünge jeweils auf den beiden einander entgegengesetzten Seiten ausgebildet, die an den entsprechenden Positionen angeordnet werden sollen. Die auf der Seite eines Separators ausgebildeten Vorsprünge und die auf der gegenüber liegenden Seite eines angrenzenden Separators ausgebildeten Vorsprünge werden so angeordnet, dass sie einander gegenüber liegen, und dass sie im Brennstoffzellenstapel auf einer Linie liegen. Im Aufbau dieser Ausführungsform stehen die Vorsprünge in zwei einander entgegengesetzte Richtungen oder in Richtung von zwei einander gegenüber liegenden Seiten von einem Ausgangsniveau einer Metallplatte, die für den Separator verwendet wird (im Folgenden als „Bezugsniveau” bezeichnet) vor. In der zusammengesetzten Brennstoffzelle, die diese Separatoren aufweist, wie in 7 dargestellt, wirkt sich ein Druckunterschied zwischen dem Gasdruck und dem Kühlmitteldruck am Bezugsniveau, wo der Separator nicht mit einem angrenzenden Separator in Kontakt steht oder von diesem gestützt wird, erheblich aus. Ein solcher Druckunterschied zwischen den Drücken, die auf den beiden einander entgegengesetzten Seiten des Separators 15 am Bezugsniveau wirken, bewirkt eine Verformung (Verbiegung) des Separators 15 in der Umgebung der Vorsprünge 46, die mit den Vorsprüngen 66, die auf dem angrenzenden Separator 16 ausgebildet sind, in Kontakt stehen. Eine solche Verformung führt zu einer Abnahme des Kontaktdrucks und einer Zunahme des Berührungswiderstands der Ausbuchtungen (des linearen konvexen Teilungselements im dargestellten Beispiel von 7), die auf dem Separator 15 ausgebildet sind, gegenüber der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12. Das Brenngas überwindet daher das lineare konvexe Teilungselement 40. Das lineare konvexe Teilungselement 40 hat die Aufgabe, den stromaufwärtigen Bereich vom stromabwärtigen Bereich im innerhalb einer Brennstoffzelle verlaufenden Brenngaskanal zu trennen. Eine Überwindung des linearen konvexen Teilungselements 40 durch den Brenngasstrom bewirkt eine Wegverkürzung des Brenngasstroms und schafft einen Be reich mit einem ungenügenden Brenngasstrom im innerhalb einer Brennstoffzelle verlaufenden Brenngaskanal. Dadurch wird die Gesamt-Gasausnutzungsrate ungünstigerweise gesenkt.
  • Im Aufbau dieser Ausführungsform sind die Verstärkungselemente 47, die eine Form aufweisen, die mehrere Vorsprüngen 46 miteinander verbindet, in der Nähe und entlang jedes der linearen konvexen Teilungselemente 40 anstelle der mehreren Vorsprünge 46, die mit Abstand voneinander angeordnet sind, ausgebildet. Dieser Aufbau verstärkt wirksam die Steifigkeit des Separators 15 in der Umgebung der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente 40. Auch wenn ein bedeutender Druckunterschied zwischen dem Gasdruck und dem Kühlmitteldruck besteht, die an den beiden einander entgegengesetzten Seiten in den Zustrom/Abstrom-Bereichen 33 und den Verbindungsbereichen 34 am Bezugsniveau angelegt werden, verhindert diese Anordnung wirksam eine Verformung des Separators 15 in der Umgebung der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente 40 und vermeidet vorteilhafterweise eine Abnahme des Kontaktdrucks der linearen konvexen Teilungselemente 40 gegenüber der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12.
  • Im Aufbau dieser Ausführungsform ist der Kühlmittelkanal, der auf der Kühlmittelkanal-Seite des Separators 15 ausgebildet ist, so angeordnet, dass das Kühlmittel in einer festgelegten Richtung strömt, die im Wesentlichen parallel ist zu den linearen konvexen Teilungselementen 40, die als die Ausbuchtungen auf der Gaskanal-Seite des Separators 15 ausgebildet sind. Diese Anordnung verhindert wirksam eine Unterbrechung des Kühlmittelstroms durch die Verstärkungselemente 47, die als Ausbuchtungen auf der Kühlmittelkanal-Seite des Separators 15 ausgebildet sind und die entlang der linearen konvexen Teilungselemente 40 angeordnet werden sollen.
  • Das Verstärkungselement 47 dieser Ausführungsform ist in der bestimmten Form ausgebildet, die mehrere Positionen entlang des linearen konvexen Teilungselements 40, an denen gemäß der Regelmäßigkeit der Abstände der Vorsprünge 46 eigentlich Vorsprünge 46 auf der Kühlmittelkanal-Seite ausgebildet werden würden, miteinander verbindet, während sie die Positionen vermeidet, die den Vorsprüngen 42 auf der Gas kanal-Seite entsprechen. Das Vorhandensein der Verstärkungselemente 47, die unter Vermeidung der Positionen, die den Vorsprüngen 42 auf der Gaskanal-Seite entsprechen, ausgebildet werden, beeinträchtig nicht die Gestaltung der Ausbuchtungen, die auf der Gaskanal-Seite gebildet werden, oder infolge davon den Gasstrom auf der Gaskanal-Seite. Jedes der Verstärkungselemente 47 wird durch Verbinden der mehreren Positionen, wo eigentlich die Vorsprünge 46 auf der Kühlmittelkanal-Seite sein würden, ausgebildet. Diese Anordnung erfordert keine Änderung des gesamten Musters der Vorsprünge 46 und beschränkt daher den Einfluss des Vorhandenseins der Verstärkungselemente 47 auf die Gestaltung der Kühlmittelkanal-Seite.
  • Im Verfahren dieser Ausführungsform wird eine Metallplatte pressgeformt, um den Separator 15 zu bilden. Dieses einfache Pressformungsverfahren ermöglicht die Ausbildung von Verstärkungselementen 47, welche die Steifigkeit des Separators 15 verbessern, gleichzeitig mit der Ausbildung der Kanäle. Die Ausbuchtungen, die durch Pressformen der Metallplatte als der Basis des Separators 15 gebildet werden, erhöhen die Steifigkeit des Separators 15. Somit besteht keine Notwendigkeit dafür, ein separates Bauteil vorzusehen, um die Steifigkeit des Separators 15 zu verbessern. Die Verstärkungselemente 47 werden als einfache zickzackförmige lineare konvexe Elemente ausgebildet. Somit kann ohne Weiteres ein Formwerkzeug hergestellt werden, um die Verstärkungselemente durch Pressformen zu bilden.
  • Die Verstärkungselemente 47 können auch nur auf einer Seite entlang jedes linearen konvexen Teilungselements 40 ausgebildet werden. Auch diese Anordnung hat eine verbessernde Wirkung auf die Steifigkeit des Separators 15 in der Umgebung der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente 40. Die Ausbildung der Verstärkungselemente 47 auf beiden Seiten entlang jedes linearen konvexen Teilungselements 40, wie in der Struktur dieser Ausführungsform, gewährleistet vorteilhafterweise eine noch bessere verstärkende Wirkung auf die Steifigkeit des Separators 15.
  • Im Aufbau dieser Ausführungsform werden die Verstärkungselemente 47 entlang der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente 47 in den Zustrom/Abstrom-Bereichen 33 und den Verbindungsbereichen 34 ausgebildet. in den Teilregionen 32, die den restlichen Bereich des Separators 15 bilden, sind die innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Teilungselemente 41 und die linearen konvexen Kühlmittelkanal-Elemente 45 im Wesentlichen parallel zu den linearen konvexen Teilungselemente 40 ausgebildet, um die Steifigkeit des Separators 15 zu gewährleisten. Wie das in 7 gezeigte Bezugsniveau, gibt es ein Bezugsniveau zwischen den innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Teilungselementen 41, die auf der Gaskanal-Seite des Separators 15 ausgebildet sind, und den linearen Kühlmittelkanal-Elementen 45, die auf der Kühlmittelkanal-Seite ausgebildet sind, wie in 2 dargestellt. Dieses Bezugsniveau ist jedoch nicht unbedingt nötig. In einer Modifikation können die Scheitel der innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Teilungselemente 41, die auf einer Seite ausgebildet sind, so angeordnet sein, dass sie eine lineare Fortsetzung der Scheitel der linearen Kühlmittelkanal-Elemente 45, die auf der anderen Seite ausgebildet sind, bilden. Ein Beispiel für den Aufbau der Separatoren 15 und 16 dieser Modifikation ist in einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform in der schematischen Darstellung von 8 gezeigt. Das Fehlen des Bezugsniveaus, das von dem Druckunterschied zwischen dem Gasdruck und dem Kühlmitteldruck erheblich beeinflusst wird, verbessert die Steifigkeit des Separators in der Umgebung der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente 40 im Bereich der Teilregionen 32, und verhindert somit die Verformung des Separators aufgrund des Druckunterschieds.
  • B. Zweite Ausführungsform
  • In dem Aufbau der ersten Ausführungsform sind die Verstärkungselemente 47 als die Ausbuchtungen ausgebildet, die auf der Kühlmittelkanal-Seite vorstehen. Verstärkungselemente können alternativ als Ausbuchtungen ausgebildet werden, die auf der Gaskanal-Seite vorstehen. Dieser modifizierte Aufbau wird nachstehend als zweite Ausführungsform beschrieben. Eine Brennstoffzelle der zweiten Ausführungsform hat den gleichen Aufbau wie die Brennstoffzelle der ersten Ausführungsform, außer dass der Separator 15 durch einen Separator 115 ersetzt ist. Komponenten der zweiten Ausführungsform, die denen der ersten Ausführungsform gleich sind, werden durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet und sind hier nicht eigens erklärt.
  • 9 zeigt Draufsichten auf den Aufbau des Separators 115, der in der Brennstoffzelle der zweiten Ausführungsform enthalten ist. 9(A) zeigt eine Gaskanal-Seite, und 9(B) zeigt eine Kühlmittelkanal-Seite. Der Separator 115 hat den gleichen Aufbau wie der Separator 15, abgesehen davon, dass die Verstärkungselemente 47 durch Verstärkungselemente 147 ersetzt ist. Die Verstärkungselemente 147 der zweiten Ausführungsform sind auf der Gaskanal-Seite des Separators 115 vorstehend so ausgebildet, dass sie entlang und zu beiden Seiten der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente 40 in den Zustrom/Abstrom-Bereichen 33 und in den Verbindungsbereichen 34 angeordnet sind. Genauer wird jedes der Verstärkungselemente 147 auf der Gaskanal-Seite in einer bestimmten Form ausgebildet, die mehrere Positionen entlang des linearen konvexen Teilungselements 40, an denen gemäß der Regelmäßigkeit der Abstände der Vorsprünge 42 eigentlich die Vorsprünge 42 ausgebildet werden würden, miteinander verbindet, während die Positionen, die entsprechend den Vorsprüngen 46 auf der Kühlmittelkanal-Seite ausgebildet werden, vermieden werden. Die Kühlmittelkanal-Seite weist demgemäß konkave Elemente 144 auf, die den Verstärkungselementen 147 entsprechen.
  • Wie in der Brennstoffzelle der ersten Ausführungsform verstärkt in der Brennstoffzelle der zweiten Ausführungsform, die aufgebaut ist wie oben erörtert, das Vorhandensein der Verstärkungselemente 147 wirksam die Steifigkeit des Separators 115 in der Umgebung der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente 40. Diese Anordnung verhindert wirksam eine Wegverkürzung des Brenngases, um eine Abnahme der Gasausnutzungsrate zu vermeiden, während gleichzeitig eine Erhöhung des Berührungswiderstands der linearen konvexen Teilungselemente 40 gegenüber der Leistungserzeugungs-Baugruppe 12 vermieden wird. Eine solche Ausbildung der Verstärkungselemente 147 benötigt keine Änderung des Gesamtaufbaus der die Kanäle definierenden konkav/konvexen Struktur und beschränkt den möglichen Einfluss auf den Gasstrom und den Kühlmittelstrom.
  • C. Andere Aspekte
  • Die oben erörterten Ausführungsformen und ihre Anwendungen sollen in allen Aspekten als erläuternd, aber nicht als beschränkend aufgefasst werden. Es gibt viele Modifikationen, Änderungen und Variationen, die nicht vom Bereich oder Gedanken der Haupteigenschaften der vorliegenden Erfindung abweichen. Einige Beispiele für mögliche Modifikationen sind nachstehend angegeben.
  • C1. Modifiziertes Beispiel 1
  • In den ersten und zweiten Ausführungsformen werden die Verstärkungselemente 47 und 147 als die zickzackförmigen linearen konvexen Teilungselemente mit Kurven gebildet. Diese Form ist jedoch weder beschränkend noch kritisch. Jedes der Verstärkungselemente kann als geradliniges konvexes Element ohne Kurven gemäß der Anordnung der Vorsprünge 42 und 46, die in den Zustrom/Abstrom-Bereichen 33 und in den Verbindungsbereichen 34 vorgesehen sind, ausgebildet werden. Ein Beispiel für einen solchen modifizierten Aufbau ist als erstes modifiziertes Beispiel in 10 dargestellt. Komponenten des ersten modifizierten Beispiels, die denen der ersten Ausführungsform gleich sind, werden durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet und sind hier nicht eigens erläutert. 10 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Teilbereich der Kühlmittelkanal-Seite des Separators zeigt, welcher der Umgebung des linearen konvexen Teilungselements 40 entspricht. Im ersten modifizierten Beispiel, das in 10 dargestellt ist, wird jedes der geradlinigen Verstärkungselemente 247 auf der Kühlmittelkanal-Seite durch Verbinden mehrerer Positionen entlang der linearen konvexen Teilungselemente 40, an denen gemäß der Regelmäßigkeit der Abstände der Vorsprünge 46 eigentlich Vorsprünge 46 ausgebildet werden würden, ausgebildet, während die Positionen der Vertiefungen 48 vermieden werden. Das Verstärkungselement dieses modifizierten Aufbaus gewährleistet ähnliche Wirkungen wie diejenigen der oben erörterten ersten Ausführungsform und zweiten Ausführungsform.
  • C2. Modifiziertes Beispiel 2
  • In den ersten und zweiten Ausführungsformen wird ein einziges Verstärkungselement auf jeder Seite jeder der linearen konvexen Teilungselemente 40 durch Verbinden der Positionen, an denen gemäß der Regelmäßigkeit der Abstände der Vorsprünge 46 eigentlich die Vorsprünge 46 ausgebildet werden würden, ausgebildet. In einer Modifikation können mehrere konvexe Teilungselemente durch diskretes Verbinden bestimmter Positionen, an denen eigentlich Vorsprünge 46 ausgebildet werden würden, ausgebildet werden und können insgesamt ein Verstärkungselement bilden, das entlang der linearen konvexen Teilungselemente 40 angeordnet ist. Eine Beispielsstruktur für eine solche Modifikation ist in einem zweiten modifizierten Beispiel in 11 dargestellt. Komponenten des zweiten modifizierten Beispiels, die denen der ersten Ausführungsform gleich sind, werden mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet und sind hier nicht eigens erläutert. Wie die Darstellung von 10, ist 11 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Teilbereich der Kühlmittelkanal-Seite des Separators, welcher der Umgebung der linearen konvexen Teilungselemente 40 entspricht. Im zweiten modifizierten Beispiel, das in 11 dargestellt ist, werden mehrere konvexe Elemente 347 entlang des linearen konvexen Teilungselements 40 angeordnet. Jedes der mehreren konvexen Elemente 347 wird durch vertikales Verbinden von zwei Positionen, an denen eigentlich Vorsprünge 46 auf der Kühlmittelkanal-Seite ausgebildet werden würden, ausgebildet, während die Positionen der Vertiefungen 48 vermieden werden. Im zweiten modifizierten Beispiel ist jedes der konvexen Elemente 347 in einer bestimmten Form ausgebildet, welche die beiden Vorsprünge 46 in einer Richtung verbindet, die senkrecht ist zur Verlaufsrichtung des linearen konvexen Teilungselements 40. Das Vorhandensein von mehreren konvexen Elementen 347, die so ausgebildet sind, dass sie die jeweiligen Paare aus Vorsprüngen 46 diskret miteinander verbinden, verstärkt wirksam die Steifigkeit des Separators in der Umgebung der konvexen Elemente 347. Die Anordnung dieser konvexen Elemente 347 entlang der linearen konvexen Teilungselemente 40 verstärkt die Steifigkeit des Separators in der Nähe der linearen konvexen Teilungselemente 40. Solange jedes der Verstärkungselemente insgesamt entlang des linearen konvexen Teilungselements 40 angeordnet ist, gewährleistet das Verstärkungselement, das aus den mehreren diskreten konvexen Elementen besteht, ähnliche Wirkungen wie diejenigen der oben erörterten ersten Ausführungsform und zweiten Ausführungsform.
  • C3. Modifiziertes Beispiel 3
  • In den ersten und zweiten Ausführungsformen sind die Vorsprünge 42 und die Vorsprünge 46 sowohl in der horizontalen Richtung als auch in der vertikalen Richtung gleichmäßigen Abständen angeordnet. Diese Anordnung ist jedoch weder beschränkend noch kritisch, sondern kann bedarfsgemäß geändert werden. Beispielsweise müssen die Vorsprünge nicht in gleichmäßigen Abständen angeordnet werden, sondern können in unterschiedlichen Abständen mit einer vorgegebenen Regelmäßigkeit angeordnet werden. In dieser Modifikation gewährleistet das Vorhandensein von Verstärkungselementen, die jeweils in einer bestimmten Form ausgebildet sind, die mehrere Positionen, an denen eigentlich Vorsprünge auf der Kühlmittelkanal-Seite ausgebildet werden würden, miteinander verbindet, während sie die Positionen, die den Vorsprüngen entsprechen, die auf der Gaskanal-Seite ausgebildet sind, vermeidet, ähnliche Wirkungen wie diejenigen der oben erörterten ersten Ausführungsform und zweiten Ausführungsform.
  • C4. Modifiziertes Beispiel 4
  • In den ersten und zweiten Ausführungsformen sind die innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Teilungselemente 41 und die linearen Kühlmittelstrom-Elemente 45, die in den geradlinigen Formen ausgebildet sind, in den jeweiligen Teilregionen 32 vorgesehen. Dieser Aufbau ist jedoch weder beschränkend noch kritisch. Beispielsweise können wie bei den konvexen Elementen, die in den Zustrom/Abstrom-Bereichen 33 und den Verbindungsbereichen 34 ausgebildet sind, konvexen Elemente, die auf beiden Seiten vorstehend ausgebildet und in Abständen mit einer vorgegebenen Regelmäßigkeit angeordnet sind, in den Teilregionen 32 vorgesehen sein. In einer solchen Modifikation können mehrere Verstärkungselemente entlang jedes der linearen konvexen Teilungselemente 40 in den Teilregionen 32 vorgesehen sein. Jedes der Verstärkungselemente kann in einer bestimmten Form ausgebildet sein, die mehrere Positionen, an denen gemäß der Regelmäßigkeit der Abstände der Vorsprünge in der Teilregion 32 eigentlich Vorsprünge ausgebildet werden würden, die auf einer Seite vorstehen, miteinander verbindet, während die Positionen, die den Vorsprüngen entsprechen, die auf der anderen Seite vorstehend ausgebildet werden, vermieden werden. Ein Beispiel für einen solchen modifizierten Aufbau ist in 12 dargestellt. Komponenten dieses modifizierten Beispiels, die denen der ersten Ausführungsform gleich sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und sind hier nicht eigens erläutert. 12 ist eine Draufsicht, die den Aufbau einer Kühlmittelkanal-Seite eines Separators zeigt, um den innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Brenngaskanal zu definieren. Diese Darstellung entspricht der Darstellung von 3(B). In diesem modifizierten Beispiel sind mehrere Verstärkungselemente 47 entlang den jeweiligen linearen konvexen Teilungselementen 40 angeordnet. Jedes der Verstärkungselemente 47 ist in einer bestimmten Form ausgebildet, welche die Vorsprünge, die auf der Kühlmittelkanal-Seite ausgebildet werden sollten, verbindet. Im Separator von 12 weist jedes der Verstärkungselemente 47 eine Form auf, die fünf Positionen entlang des linearen konvexen Teilungselements, an denen eigentlich die Vorsprünge ausgebildet werden würden, miteinander verbindet. Die Zahl der Vorsprünge, die miteinander verbunden werden sollen, um das jeweilige Verstärkungselement zu bilden, ist jedoch nicht auf fünf beschränkt, sondern kann bedarfsgemäß variiert werden. Der Aufbau dieser Modifikation verhindert wirksam eine Verformung des Separators in der Umgebung der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente, und gewährleistet so ähnliche Wirkungen wie diejenigen der oben erörterten ersten Ausführungsform und zweiten Ausführungsform.
  • C5. Modifiziertes Beispiel 5
  • In den ersten und zweiten Ausführungsformen wird die konkav/konvexe Struktur, welche den Gaskanal und den Kühlmittelkanal definiert, durch Bearbeiten (Pressformen) einer Metallplatte, die als Basis des Separators verwendet wird, gebildet. Dieses Herstellungsverfahren ist jedoch weder beschränkend noch kritisch. In einem modifizierten Verfahren können die linearen konvexen Teilungselemente 40 als separate Elemente vorgesehen werden, und die linearen konvexen Teilungselemente 40 können an einer Seite des Separators befestigt werden. Auch wenn ein Teil der Struktur aus separa ten Elementen besteht, die keine gegenseitig umgekehrten Formen auf ihren beiden einander entgegensetzten Seiten aufweisen, gewährleistet die konkav/konvexe Struktur, die als Ganzes auf den beiden einander entgegengesetzten Seiten des Separators in den gegenseitig umgekehrten Formen ausgebildet ist, um die Kanäle der jeweiligen Fluide zu definieren, und welche die Vorsprünge 42 und 46 aufweist, welche die Anordnung der Verstärkungselemente definieren, in Kombination mit den Verstärkungselementen der oben beschriebenen Ausführungsform ähnliche Wirkungen wie diejenigen der oben erörterten ersten Ausführungsform und zweiten Ausführungsform.
  • C6. Modifiziertes Beispiel 6
  • In den ersten und zweiten Ausführungsformen sind die Verstärkungselemente am Separator 15 vorgesehen, um den innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Brenngaskanal zu definieren. In einer Modifikation können Verstärkungselemente am Separator 16 vorgesehen sein, um den innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgaskanal zu definieren. Beispielsweise können Verstärkungselemente auf der Kühlmittelkanal-Seite des in 4 dargestellten Separators vorstehend so ausgebildet sein, dass sie entlang der geneigten Abschnitte der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente 40 angeordnet sind. Jedes der Verstärkungselemente kann in einer bestimmten Form ausgebildet sein, die Positionen entlang des schrägen Abschnitts des linearen konvexen Teilungselements 60, an denen eigentlich die Vorsprünge 66 ausgebildet werden würden, miteinander verbindet, während sie die Positionen der Vertiefungen 68 vermeidet. Dieser modifizierte Aufbau verbessert auf ähnliche Weise die Steifigkeit des Separators 16 in der Umgebung der linearen konvexen Teilungselemente 60 und verhindert dadurch wirksam eine Verformung des Separators 60 in der Umgebung der linearen konvexen Teilungselemente 60. Insbesondere dann, wenn das Oxidierungsgas einen höheren Strömungsdruck aufweist als das Kühlmittel, verhindert diese Anordnung wirksam eine Wegverkürzung des Oxidierungsgasstroms im innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgaskanal.
  • C7. Modifiziertes Beispiel 7
  • In den Brennstoffzellen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ist zwischen jedem Paar der aneinander angrenzenden Brennstoffzellen 10 ein zwischen Zellen verlaufender Kühlmittelkanal vorgesehen. Dieser Aufbau ist jedoch nicht beschränkend und kann bedarfsgemäß modifiziert werden. In einer Modifikation müssen keine Kühlmittelkanäle in jedem Paar aus Einheitszellen ausgebildet sein, und der Brenngaskanal und der der Oxidierungsgaskanal können in gegenseitig umgekehrten Formen auf zwei einander entgegengesetzten Seiten jedes Separators ausgebildet sein. In einer solchen Modifikation können lineare konvexe Teilungselemente, die denen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, auf einer Seite des Separators ausgebildet sein, um einen Gaskanal zu definieren, in dem die Richtung eines Gasstroms in der Mitte umgekehrt wird. Ein Gaskanal, in dem ein anderer Gasstrom in einer festen Richtung strömt, kann auf der anderen Seite des Separators ausgebildet sein. Das Vorhandensein von Verstärkungselementen, die denen der Ausführungsform ähnlich sind, die entlang der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente ausgebildet sind, gewährleistet ähnliche Wirkungen wie diejenigen der oben erörterten ersten und zweiten Ausführungsformen.
  • In einer anderen Modifikation können lineare konvexe Teilungselemente auf einer Kühlmittelkanal-Seite des Separators vorgesehen sein, um die Richtung des Kühlmittelstroms in der Mitte umzukehren. Die Ausbildung von Verstärkungselementen entlang der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente verhindert wirksam eine Verkürzung des Kühlmittelstroms und vermeidet dadurch einen Abfall der Kühlleistung.
  • C8. Modifiziertes Beispiel 8
  • In den ersten und zweiten Ausführungsformen sind die Verstärkungselemente entlang der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente angeordnet, um eine Verformung des Separators in der Umgebung der Verstärkungselemente zu verhindern. In einem modifizierten Aufbau können die Verstärkungselemente an Stellen ausgebildet sein, die von den jeweiligen linearen konvexen Teilungselementen beabstandet sind. In einem Separator mit mehreren Vorsprüngen, die auf beiden Seiten in einem festen Muster vorstehen, kann jedes der Verstärkungselemente in einer bestimmten Form, die mehrere Vorsprünge miteinander verbindet, auf der anderen Seite ausgebildet sein, während die Positionen, die den Vorsprüngen entsprechen, die auf der einen Seite ausgebildet sind, vermieden werden. Dieser modifizierte Aufbau sorgt auch für eine Verbesserung der Steifigkeit des Separators, während er einen Fluidstrom auf der einen Seite nicht beeinträchtigt. Die Ausbildung des Verstärkungselements durch Verbinden der Vorsprünge entlang eines anderen Fluidstroms auf der anderen Seite verhindert auch eine Beeinflussung des Fluidstroms auf der anderen Seite. Das Vorhandensein solcher Verstärkungselemente verhindert wirksam eine Verformung des Separators und vermeidet eine Zunahme des Berührungswiderstands.
  • C9. Modifiziertes Beispiel 9
  • In den ersten und zweiten Ausführungsformen sind die Vorsprünge 42 und 46, die in Abständen mit einer vorgegebenen Regelmäßigkeit angeordnet sind, in den Zustrom/Abstrom-Bereichen 33 und in den Verbindungsbereichen 34 vorgesehen. Dieser Aufbau ist jedoch weder beschränkend noch kritisch. In einem modifizierten Aufbau muss keine regelmäßige konkav/konvexe Struktur in den Zustrom/Abstrom-Bereichen 33 oder in den Verbindungsbereichen 34 vorgesehen sein. Die Ausbildung von Verstärkungselementen als konvexe Elemente, die entlang der jeweiligen linearen konvexen Teilungselemente 40 angeordnet sind, erhöht die Steifigkeit des Separators in der Umgebung der linearen konvexen Teilungselemente 40 und verhindert dadurch die Verformung des Separators in der Umgebung der linearen konvexen Teilungselemente 40. Das heißt, das Vorhandensein der Verstärkungselemente in diesem modifizierten Aufbau gewährleistet ähnliche Wirkungen wie diejenigen der oben erörterten ersten Ausführungsform und zweiten Ausführungsform. In diesem modifizierten Aufbau kann es bevorzugt sein, die Verstärkungselemente auf einer bestimmten Seite des Separators, wo ein Fluidstrom den niedrigeren Strömungsdruck aufweist, vorstehend auszubilden, in dieser Ausführungsform beispielsweise auf der Kühlmittelkanal-Seite des Separators. Diese Anordnung sorgt noch besser für die Erhöhung der Steifigkeit des Separators in der Umgebung der linearen konvexen Teilungselemente.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Separator 15 weist eine konkav-konvexe Struktur auf, die in gegenseitig umgekehrten Formen auf zwei einander entgegengesetzten Seiten ausgebildet ist, um jeweils Kanäle für unterschiedliche Fluide auf den beiden Seiten zu definieren. Die konkav-konvexe Struktur beinhaltet mehrere erste Vorsprünge 46, die auf einer von den beiden einander entgegengesetzten Seiten vorstehend ausgebildet und in Abständen mit einer vorgegebenen Regelmäßigkeit angeordnet sind. Die konkav-konvexe Struktur weist auch mehrere zweite Vorsprünge 42 auf, die auf der anderen der beiden einander entgegengesetzten Seiten in einem bestimmten Bereich, der einem Bereich entspricht, in dem die mehreren ersten Vorsprünge 46 auf der einen Seite ausgebildet sind, vorstehend ausgebildet und in Abständen mit einer vorgegebenen Regelmäßigkeit angeordnet sind. Die konkav-konvexe Struktur beinhaltet ferner Verstärkungselemente 47, die auf der einen Seite vorstehen. Jedes der Verstärkungselemente 47 ist als konvexes Element in einer bestimmten Form ausgebildet, die mehrere Positionen verbindet, an denen gemäß der vorgegebenen Regelmäßigkeit eigentlich die ersten Vorsprünge 46 ausgebildet werden würden, während sie Positionen vermeidet, die den zweiten Vorsprüngen 42 entsprechen, die auf der anderen Seite ausgebildet sind. Diese Anordnung verhindert wirksam, dass eine Verformung des Separators aufgrund eines Druckunterschieds zwischen den Strömungsdrücken der Fluide, die auf den jeweiligen Seiten des Separators strömen, Probleme bewirkt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2003-142126 [0002]
    • - JP 2006-519715 [0002]
    • - WO 06/075786 [0002]
    • - JP 2005-108505 [0002]

Claims (13)

  1. Gasseparator für eine Brennstoffzelle, wobei der Gasseparator aufweist: eine konkav-konvexe Struktur, die in gegenseitig umgekehrten Formen auf zwei einander entgegengesetzten Seiten des Gasseparators ausgebildet ist, um auf den beiden Seiten jeweils Kanäle für unterschiedliche Fluide zu definieren, wobei die konkav-konvexe Struktur aufweist: mehrere erste Vorsprünge, die auf einer der beiden einander entgegengesetzten Seiten vorstehend ausgebildet sind und die in Abständen mit einer vorgegebenen Regelmäßigkeit angeordnet sind; mehrere zweite Vorsprünge, die auf der anderen der beiden einander entgegengesetzten Seiten in einem bestimmten Bereich, der einem Bereich entspricht, in dem die mehreren ersten Vorsprünge auf der einen Seite ausgebildet sind, vorstehend ausgebildet sind und die in Abständen mit einer vorgegebenen Regelmäßigkeit angeordnet sind, und ein Verstärkungselement, das auf der einen Seite vorsteht und das als konvexes Element in einer bestimmten Form ausgebildet ist, die mehrere Positionen verbindet, an denen entsprechend der vorgegebenen Regelmäßigkeit eigentlich die ersten Vorsprünge ausgebildet werden würden, während es Positionen, die den auf der anderen Seite ausgebildeten zweiten Vorsprüngen entsprechen, vermeidet.
  2. Gasseparator für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei das Verstärkungselement in einer bestimmten Form ausgebildet ist, die mehrere Positionen, an denen eigentlich die ersten Vorsprünge ausgebildet werden würden, entlang eines Fluidstroms, der durch einen auf der einen Seite ausgebildeten Kanal strömt, verbindet.
  3. Gasseparator für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gasseparator ferner aufweist: ein lineares konvexes Teilungselement, das auf einer der beiden einander entgegengesetzten Seiten vorstehend derart ausgebildet ist, dass es in einer bestimmten Richtung in einem Leistungserzeugungsbereich verläuft, in dem die konkav-konvexe Struktur ausgebildet ist, wobei das lineare konvexe Teilungselement den Leistungserzeugungsbereich in eine Teilregion, die einem stromaufwärtigen Abschnitt eines Fluidstroms auf der Seite mit dem linearen konvexen Teilungselement entspricht, und in eine Teilregion, die einem stromabwärtigen Abschnitt des Fluidstroms entspricht, teilt, wobei das Verstärkungselement entlang des linearen konvexen Teilungselements angeordnet ist.
  4. Gasseparator für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 3, wobei die ersten Vorsprünge und die zweiten Vorsprünge abwechselnd mit sowohl parallel als auch senkrecht zum linearen konvexen Teilungselement gleichmäßigen Abständen angeordnet sind.
  5. Gasseparator für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei das Verstärkungselement in einer bestimmten Form ausgebildet ist, die mehrere Positionen, an denen eigentlich die ersten Vorsprünge ausgebildet werden würden, entlang des linearen konvexen Teilungselements miteinander verbindet.
  6. Gasseparator für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei das Verstärkungselement mehrere konvexe Elemente aufweist, die durch diskretes Verbinden mehrerer Positionen, an denen eigentlich die ersten Vorsprünge ausgebildet werden würden, ausgebildet sind und die entlang des linearen konvexen Teilungselements angeordnet sind.
  7. Gasseparator für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das lineare konvexe Teilungselement auf jeder Seite des linearen konvexen Teilungselements ausgebildet ist.
  8. Gasseparator für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das lineare konvexe Teilungselement auf der anderen von den beiden einander entgegengesetzten Seiten vorstehend ausgebildet ist.
  9. Gasseparator für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 8, wobei auf der anderen Seite durch serielles Verbinden der Teilregionen, die von dem linearen konvexen Teilungselement geteilt werden, über einen Verbindungsbereich, der nahe an einem Ende des linearen konvexen Teilungselements ausgebildet ist, ein Kanal für ein Fluid ausgebildet ist, und ein Kanal für ein anderes Fluids auf der einen Seite ausgebildet ist, um das andere Fluid in einer festgelegten Richtung parallel zum linearen konvexen Teilungselement einzuführen.
  10. Gasseparator für eine Brennstoffzelle, wobei der Gasseparator aufweist: eine konkav-konvexe Struktur, die in gegenseitig umgekehrten Formen auf zwei einander entgegengesetzten Seiten des Gasseparators ausgebildet ist, um einen Kanal für ein erstes Fluid auf einer der beiden einander entgegengesetzten Seiten und einen Kanal für ein zweites Fluid auf der anderen der beiden einander entgegensetzten Seiten zu definieren, wobei die konkav-konvexe Struktur aufweist: ein lineares konvexes Teilungselement, das auf der einen Seite vorstehend derart ausgebildet ist, dass es in einer bestimmten Richtung ausgehend von seinem einen Ende, dass sich an einem Außenumfang eines Leistungserzeugungsbereichs, in dem die konkav-konvexe Struktur ausgebildet ist, verläuft, wobei das lineare konvexe Teilungselement den Leistungserzeugungsbereich in eine stromaufwärtige Teilregion, wo das erste Fluid in der bestimmten Richtung strömt, und eine stromabwärtige Teilregion, wo das das erste Fluid umgekehrt zur Strömungsrichtung in der stromaufwärtigen Teilregion strömt, teilt, wobei die stromauwärtige Teilregion seriell mit der stromaufwärtigen Teilregion verbunden ist und sich stromabwärts von der stromaufwärtigen Teilregion befindet; und ein Verstärkungselement, das als konvexes Element vorstehend auf der anderen Seite ausgebildet ist und das in der Nähe des einen Endes des linearen konvexen Teilungselements entlang des linearen konvexen Teilungselements angeordnet ist, so dass es sich in einem Zustrombereich des ersten Fluids, wo das erste Fluid in die stromaufwärtige Teilregion strömt, und/oder in einem Abstrombereich des ers ten Fluids, wo das erste Fluid auf der einen Seite aus der stromabwärtigen Teilregion strömt, befindet.
  11. Gasseparator für die Brennstoffzelle nach Anspruch 10, wobei die konkav-konvexe Struktur den Kanal für das zweite Fluid über einem gesamten Bereich auf der anderen Seite bildet, der die stromaufwärtige Teilregion, die stromabwärtige Teilregion und das lineare konvexe Teilungselement einschließt, um zu bewirken, dass das zweite Fluid in einer festgelegten Richtung parallel zur bestimmten Richtung strömt.
  12. Brennstoffzelle, aufweisend: eine Leistungserzeugungs-Baugruppe, die eine Elektrolytmembran und Elektroden aufweist, die jeweils an den Seiten der Elektrolytmembran ausgebildet sind; und ein Paar der Gasseparatoren für eine Brennstoffzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, die zu beiden Seiten der Leistungserzeugungs-Baugruppe angeordnet sind und die mit der Leistungserzeugungs-Baugruppe kombiniert sind, um Kanäle für Reaktionsgase zu definieren.
  13. Brennstoffzelle, aufweisend: eine Leistungserzeugungs-Baugruppe, die eine Elektrolytmembran und Elektroden aufweist, die jeweils an den Seiten der Elektrolytmembran ausgebildet sind; und ein Paar der Gasseparatoren für eine Brennstoffzelle gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11, die zu beiden Seiten der Leistungserzeugungs-Baugruppe angeordnet sind und die mit der Leistungserzeugungs-Baugruppe kombiniert sind, um Kanäle für Reaktionsgase zu definieren, wobei ein Fluid, das auf einer Seite des Gasseparators strömt, auf der das lineare konvexe Teilungselement vorstehend ausgebildet ist, einen niedrigeren Strömungsdruck aufweist als ein anderes Fluid, das auf der anderen Seite des Gasseparators strömt.
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