DE112008002991T5 - Brennstoffzelle und Gasseparataor für Brennstoffzelle - Google Patents

Brennstoffzelle und Gasseparataor für Brennstoffzelle Download PDF

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Abstract

Gasseparator für eine Brennstoffzelle, der so aufgebaut ist, dass er konkav/konvexe Strukturen aufweist, die in einer Umkehrbeziehung zueinander an seinen beiden Seiten ausgebildet sind und die einen Strömungsweg für ein erstes Fluid auf seiner ersten Seite und einen Strömungsweg für ein zweites Fluid auf seiner zweiten Seite definieren,
wobei der Gasseparator aufweist:
einen mittleren Bereich, der so ausgelegt ist, dass er mehrere lineare konvexe Strukturen enthält, die in einer ersten Richtung verlaufen, um das erste Fluid und das zweite Fluid auf den jeweiligen Seiten in der ersten Richtung einzuführen, und die so angeordnet sind, dass das erste Fluid auf mindestens der ersten Seite in einer festgelegten Richtung strömt, wobei der mittlere Bereich so angeordnet ist, dass er eine Ungleichmäßigkeit einer Strömungsratenverteilung des ersten Fluids aufgrund einer Beziehung zu einer Strömungsrichtung des ersten Fluids auf der ersten Seite bewirkt; und
Strömungsverteilungsbereiche, die über dem mittleren Bereich derart angeordnet...

Description

  • Gebiet der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzelle und einen Gasseparator für die Brennstoffzelle.
  • Technischer Hintergrund
  • Ein bekannter Aufbau eines Separators, der für Brennstoffzellen verwendet wird, ist so gestaltet, dass er konkav/konvexe Strukturen aufweist, die in einer Umkehrbeziehung zueinander auf zwei seiner einander gegenüber liegenden Seiten ausgebildet sind und die auf den jeweiligen Seiten Strömungswege für verschiedene Fluide definieren (siehe z. B. die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2003-142126 ). Löcher, die Sammelleitungen für die Zu- und Abfuhr eines Fluids von und zu der entsprechenden Seite des Separators definieren, sind im Allgemeinen in einem Umfangsbereich des Separators vorgesehen. Der auf jeder Seite des Separators ausgebildete Strömungsweg ist daher so konstruiert, dass er eine bestimmt Form aufweist, um eine Zufuhr-Sammelleitung und eine Abfuhr-Sammelleitung des entsprechenden Fluids miteinander zu verbinden und um das Fluid an der Seite des Separators einzuführen. Der einschlägige Stand der Technik wurde in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-519715 ( internationale Veröffentlichung Nr. 06/075786 ) und in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2005-108505 offenbart.
  • Das Design einer Zufuhr-Sammelleitung und einer Abfuhr-Sammelleitung für die einzelnen Fluide wird gemäß verschiedenen Faktoren bestimmt. Bei manchen Designs der Fluidsammelleitungen kann eine ungleichmäßige Strömungsratenverteilung des Fluids im Fluidströmungsweg, der an der Seite des Separators ausgebildet ist, vorhan den sein. In dem Separator, der so gestaltet ist, dass er konkav/konvexe Strukturen in einer Umkehrbeziehung zueinander an seinen beiden einander gegenüber liegenden Seiten aufweist, wird die Form des Fluidströmungswegs, der auf jeder der Seiten ausgebildet ist, von der Form der konkav/konvexen Struktur beschränkt, die den Fluidströmungsweg auf der jeweils anderen Seite beschränkt. Die gegenseitige Beschränkung der Formen der konkav/konvexen Strukturen auf den gegenüber liegenden Seiten des Separators macht es schwierig, das Problem der Ungleichmäßigkeit der Strömungsratenverteilung des Fluids, das vom Design der Fluidsammelleitungen bewirkt wird, zu lösen. Demgemäß ist es notwendig, in dem Separator, der so gestaltet ist, dass er die konkav/konvexen Strukturen aufweist, die in einer Umkehrbeziehung zueinander auf seinen beiden einander entgegengesetzten Seiten ausgebildet sind, für eine Angleichung der Strömungsratenverteilung des Fluids zu sorgen.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Um das oben erörterte Problem des Standes der Technik zu lösen, wäre es daher erforderlich, eine Strömungsratenverteilung eines Fluids in einem Fluidströmungsweg anzugleichen, der auf einem Separator ausgebildet ist, der so gestaltet ist, dass er in einer Umkehrbeziehung zueinander stehende konkav/konvexe Strukturen aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung erfüllt zumindest einen Teil der oben genannten Anforderung und anderer einschlägiger Anforderungen durch eine Reihe von Gestaltungen und Anordnungen, die nachstehend erörtert werden.
  • Gemäß einem ersten Aspekt ist die Erfindung auf einen Gasseparator für eine Brennstoffzelle gerichtet, der so gestaltet ist, dass er konkav/konvexe Strukturen aufweist, die in Umkehrbeziehung zueinander auf zwei seiner einander gegenüber liegenden Seiten ausgebildet sind, und dass er einen Strömungsweg für ein erstes Fluid auf einer ersten Seite und einen Strömungsweg für ein zweites Fluid auf einer zweiten Seite definiert. Der Gasseparator des ersten Aspekts der Erfindung weist auf: einen mittleren Bereich, der so konstruiert ist, dass er mehrere lineare Erhebungen bzw. konvexe Struk turen enthält, die in einer ersten Richtung verlaufen, um das erste Fluid und das zweite Fluid auf den jeweiligen einander gegenüber liegenden Seiten in der ersten Richtung einzuführen, und die durch ihre Anordnung bewirken, dass ein erstes Fluid auf mindestens der ersten Seite in einer einzigen festgelegten Richtung strömt, wobei der mittlere Bereich so angeordnet ist, dass er eine Ungleichmäßigkeit einer Strömungsratenverteilung des ersten Fluids aufgrund einer Beziehung zu einer Strömungsrichtung des ersten Fluids auf der ersten Seite bewirkt; und Strömungsverteilungsbereiche, die über dem mittleren Bereich derart angeordnet sind, dass sie an die jeweiligen Enden der mehreren linearen konvexen Strukturen angrenzen, und die so konstruiert sind, dass sie mehrere erste Vorsprünge mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, die von der ersten Seite vorstehen und die so angeordnet sind, dass sie vorgegebene Abstände zueinander haben, und mehrere zweite Vorsprünge aufweisen, die von der zweiten Seite vorstehen und die so angeordnet sind, dass sie voneinander beabstandet sind, wobei jeder der Strömungsverteilungsbereiche so aufgebaut ist, dass er ein erstes Fluid aus dem oder in den Strömungsweg des ersten Fluids, der im mittleren Bereich der ersten Seite ausgebildet ist, strömen lässt. In mindestens einem der Strömungsverteilungsbereiche ist eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region ausgebildet sind, die einem ersten Abschnitt des mittleren Bereichs mit einer relativ hohen Strömungsrate des ersten Fluids entspricht, so konstruiert, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen als eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region ausgebildet sind, die einem zweiten Abschnitt des mittleren Bereichs mit einer relativ niedrigen Strömungsrate des ersten Fluids entspricht.
  • Im Gasseparator für die Brennstoffzelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erhöht das Vorhandensein der Vielzahl der ersten Vorsprünge, die so konstruiert sind, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen, den Strömungswegwiderstand in der Region des Strömungsverteilungsbereichs, die dem ersten Abschnitt des mittleren Bereichs entspricht. Der erhöhte Strömungswegwiderstand in dieser Region begrenzt die Strömungsrate des ersten Fluids in der Region des Strömungsverteilungsbereichs, welche die Vielzahl der ersten Vorsprünge mit dem größeren Querschnittsdurchmesser aufweist, ebenso wie eine Zufuhr- oder Abfuhrmenge des ersten Fluids vom oder zum ersten Abschnitt des mittleren Bereichs über die Region des Strömungs verteilungsbereichs, welche die Vielzahl der ersten Vorsprüngen mit dem größeren Querschnittsdurchmesser aufweist. Diese Begrenzung erhöht die Strömungsrate des ersten Fluids in der Region des Strömungsverteilungsbereichs, welche die Vielzahl der ersten Vorsprüngen mit kleinerem Querschnittsdurchmesser aufweist, vergleichsweise, ebenso wie die Zu- und Abfuhrmenge des ersten Fluids vom und zum zweiten Abschnitt des mittleren Bereichs über die Region mit dem Strömungsverteilungsbereich, welche die Vielzahl der ersten Vorsprüngen mit kleinerem Querschnittsdurchmesser aufweist. Demgemäß macht diese Anordnung die Strömungsratenverteilung über dem gesamten Strömungsweg des ersten Fluids, einschließlich des mittleren Bereichs und der Strömungsverteilungsbereiche, im Wesentlichen gleichmäßig. Im Gasseparator für die Brennstoffzelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann die Ungleichmäßigkeit der Strömungsratenverteilung des ersten Fluids auf der ersten Seite von einer Lagebeziehung des Strömungswegs des ersten Fluids im mittleren Bereich zu einer Öffnung für die Zu- und Abfuhr des ersten Fluids aus oder zu den einzelnen Strömungsverteilungsbereichen bestimmt werden.
  • In einer bevorzugten Anwendung des Gasseparators für die Brennstoffzelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird bewirkt, dass das erste Fluid auf der ersten Seite von einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitt eines der Strömungsverteilungsbereiche oder eines Strömungsverteilungsbereichs zu einem gegenüber liegenden, senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitt des anderen der Strömungsverteilungsbereiche oder des anderen Strömungsverteilungsbereichs strömt. In dem einen Strömungsverteilungsbereich ist die Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region in der Nähe des gegenüber liegenden, senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitts ausgebildet sind, so ausgelegt, dass ihr Querschnittsdurchmesser größer ist als derjenige der Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer anderen Region ausgebildet sind. In dem anderen Strömungsverteilungsbereich ist die Vielzahl der ersten Abschnitte, die in einer Region in der Nähe des einen, senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitts ausgebildet sind, so ausgelegt, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen als die Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer anderen Region ausgebildet sind.
  • Im Gasseparator dieser Anwendung handelt es sich gemäß der Beziehung zur Strömungsrichtung des ersten Fluids bei dem ersten Abschnitt des mittleren Bereichs mit der relativ hohen Strömungsrate des ersten Fluids um beide senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitte des mittleren Bereichs. Die Zu- oder Abfuhrmenge des ersten Fluids vom oder zum ersten Abschnitt des mittleren Bereichs ist in der Region des Strömungsverteilungsbereichs bzw. Stromverteilungsbereichs, welche die Vielzahl der ersten Vorsprünge mit dem größeren Querschnittsdurchmesser aufweist, beschränkt. Diese Anordnung gleicht die Strömungsratenverteilung des ersten Fluids über dem gesamten Strömungsweg des ersten Fluids effizient an.
  • In einer weiteren bevorzugten Anwendung des Gasseparators der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird bewirkt, dass das erste Fluid auf der ersten Seite aus einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Abschnitt eines der Strömungsverteilungsbereiche oder eines Strömungsverteilungsbereichs zu einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Abschnitt des anderen von den Strömungsverteilungsbereichen oder des anderen Strömungsverteilungsbereichs strömt. In jedem der Strömungsverteilungsbereiche ist die Vielzahl der Vorsprünge, die in einer Region in der Nähe des senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Abschnitts ausgebildet sind, so ausgelegt, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen als die Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region in der Nähe eines senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitts ausgebildet sind.
  • Im Gasseparator dieser Anwendung handelt es sich gemäß der Beziehung zur Strömungsrichtung des ersten Fluids bei dem ersten Abschnitt des mittleren Bereichs mit der relativ hohen Strömungsrate des ersten Fluids um einen senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Abschnitt des mittleren Bereichs. Die Zu- und Abfuhrmenge des ersten Fluids vom oder zum ersten Abschnitt des mittleren Bereichs ist in der Region des Strömungsverteilungsbereichs, welche die ersten Vorsprüngen mit dem größeren Querschnittsdurchmesser aufweist, beschränkt. Diese Anordnung gleicht die Strömungsratenverteilung des ersten Fluids über dem gesamten Strömungsweg des ersten Fluids effizient an.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt ist die Erfindung auch auf einen Gasseparator für eine Brennstoffzelle gerichtet, der so gestaltet ist, dass er konkav-konvexe Strukturen aufweist, die in einer Umkehrbeziehung zueinander auf zwei seiner einander gegenüber liegenden Seiten ausgebildet sind, und dass er einen Strömungsweg für ein erstes Fluid auf seiner ersten Seite und einen Strömungsweg für ein zweites Fluid auf seiner zweiten Seite definiert. Der Gasseparator des zweiten Aspekts der Erfindung weist auf: einen mittleren Bereich, der so konstruiert ist, dass er mehrere lineare Erhebungen bzw. konvexe Strukturen enthält, die in einer ersten Richtung verlaufen, um das erste Fluid und das zweite Fluid auf den jeweiligen einander gegenüber liegenden Seiten in der ersten Richtung einzuführen, und die durch ihre Anordnung bewirken, dass das erste Fluid auf mindestens der ersten Seite in einer einzigen festgelegten Richtung strömt; Strömungsverteilungsbereiche bzw. Stromverteilungsbereiche, die über dem mittleren Bereich derart angeordnet sind, dass sie an die jeweiligen Enden der mehreren linearen konvexen Strukturen angrenzen, und die so konstruiert sind, dass sie mehrere erste Vorsprünge mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, die von der ersten Seite vorstehen und die so angeordnet sind, dass sie vorgegebene Abstände zueinander haben, und mehrere zweite Vorsprünge aufweisen, die von der zweiten Seite vorstehen und die mit Abständen zueinander angeordnet sind, wobei jeder der Strömungsverteilungsbereiche so aufgebaut ist, dass ein erstes Fluid vom oder zum Strömungsweg des ersten Fluids, der im mittleren Bereich der ersten Seite ausgebildet ist, strömt; eine erste Öffnung, die in einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitt eines der Strömungsverteilungsbereiche oder eines Strömungsverteilungsbereichs ausgebildet ist, so dass sie mit dem einen Strömungsverteilungsbereich verbunden ist; und eine zweite Öffnung, die in einem gegenüber liegenden, senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitt des anderen der Strömungsverteilungsbereiche oder des anderen Strömungsverteilungsbereichs derart ausgebildet ist, dass sie mit dem anderen Strömungsverteilungsbereich verbunden ist. In jedem der Strömungsverteilungsbereiche ist die Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region ausgebildet sind, die abseits von der ersten Öffnung oder der zweiten Öffnung liegt, so konstruiert, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen als die Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region ausgebildet sind, die der ersten Öffnung oder der zweiten Öffnung nahe ist.
  • Im Gasseparator für die Brennstoffzelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung erhöht das Vorhandensein der Vielzahl der ersten Vorsprünge, die so konstruiert sind, dass sie den größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen, den Strömungswegwiderstand in beiden senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Regionen. Der erhöhte Strömungswegwiderstand in diesen endseitigen bzw. Endregionen begrenzt die Strömungsrate des ersten Fluids in den Endregionen des Strömungsverteilungsbereichs, welche die Vielzahl der ersten Vorsprünge mit dem größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen, ebenso wie eine Zufuhr- oder Abfuhrmenge des ersten Fluids von oder zu beiden senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitten des mittleren Bereichs über die Endabschnitte des Strömungsverteilungsbereichs mit dem erhöhten Strömungswegwiderstand. Diese Begrenzung erhöht die Strömungsrate des ersten Fluids in einer Region des Strömungsverteilungsbereichs, welche die Vielzahl der ersten Vorsprüngen mit dem kleineren Querschnittsdurchmesser aufweist, vergleichsweise, ebenso wie die Zu- und Abfuhrmenge des ersten Fluids von und zu einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Abschnitt des mittleren Bereichs über die Region mit dem Strömungsverteilungsbereich, welche die Vielzahl der ersten Vorsprüngen mit dem kleinerem Querschnittsdurchmesser aufweist. Diese Anordnung macht demgemäß die Strömungsratenverteilung über dem gesamten Strömungsweg des ersten Fluids, einschließlich des mittleren Bereichs und der Strömungsverteilungsbereiche, im Wesentlichen gleichmäßig.
  • Gemäß einem dritten Aspekt ist die Erfindung ferner auf einen Gasseparator für eine Brennstoffzelle gerichtet, der so gestaltet ist, dass er konkav-konvexe Strukturen aufweist, die in einer Umkehrbeziehung zueinander auf zwei seiner einander gegenüber liegenden Seiten ausgebildet sind, und dass er einen Strömungsweg für ein erstes Fluid auf seiner ersten Seite und einen Strömungsweg für ein zweites Fluid auf seiner zweiten Seite definiert. Der Gasseparator des dritten Aspekts der Erfindung weist auf: einen mittleren Bereich, der so konstruiert ist, dass er mehrere lineare Erhebungen bzw. konvexe Strukturen enthält, die in einer ersten Richtung verlaufen, um das erste Fluid und das zweite Fluid auf den jeweiligen einander gegenüber liegenden Seiten in der ersten Richtung einzuführen, und die durch ihre Anordnung bewirken, dass ein erstes Fluid auf mindestens der ersten Seite in einer einzigen festgelegten Richtung strömt; Strömungsverteilungsbereiche, die über dem mittleren Bereich derart angeordnet sind, dass sie an die jeweiligen Enden der mehreren linearen konvexen Strukturen angrenzen, und die so konstruiert sind, dass sie mehrere erste Vorsprünge mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, die von der ersten Seite vorstehen und die so angeordnet sind, dass sie vorgegebene Abstände zueinander haben, und mehrere zweite Vorsprünge aufweisen, die von der zweiten Seite vorstehen und die so angeordnet sind, dass sie voneinander beabstandet sind, wobei jeder der Strömungsverteilungsbereiche so aufgebaut ist, dass ein erstes Fluid vom oder zum Strömungsweg des ersten Fluids, der im mittleren Bereich der ersten Seite ausgebildet ist, strömt; eine erste Öffnung, die in einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Abschnitt eines der Strömungsverteilungsbereiche oder eines Strömungsverteilungsbereichs ausgebildet ist, so dass sie mit dem einen Strömungsverteilungsbereich verbunden ist; und eine zweite Öffnung, die in einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Abschnitt des anderen der Strömungsverteilungsbereiche oder des anderen Strömungsverteilungsbereichs ausgebildet ist, so dass sie mit dem anderen Strömungsverteilungsbereich verbunden ist. In jedem der Strömungsverteilungsbereiche ist eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region in der Nähe der ersten Öffnung oder der zweiten Öffnung ausgebildet sind, so konstruiert, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen als eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region ausgebildet sind, die abseits von der ersten Öffnung oder der zweiten Öffnung fern liegt.
  • Im Gasseparator für die Brennstoffzelle gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung erhöht das Vorhandensein der Vielzahl der ersten Vorsprünge, die so konstruiert sind, dass sie den größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen, den Strömungswegwiderstand in einer senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Region des Strömungsverteilungsbereichs. Der erhöhte Strömungswegwiderstand in dieser mittleren Region begrenzt die Strömungsrate des ersten Fluids in der mittleren Region des Strömungsverteilungsbereichs mit dem größeren Querschnittsdurchmesser ebenso wie eine Zufuhr- oder Abfuhrmenge des ersten Fluids von oder zu einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Abschnitt des mittleren Bereichs über die mittlere Region des Strömungsverteilungsbereichs mit dem erhöhten Strömungswegwiderstand. Diese Begren zung erhöht die Strömungsrate des ersten Fluids in einer Region des Strömungsverteilungsbereichs, welche die Vielzahl der ersten Vorsprüngen mit dem kleinerem Querschnittsdurchmesser aufweist, vergleichsweise, ebenso wie die Zu- und Abfuhrmenge des ersten Fluids von und zu beiden senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitten des mittleren Bereichs über die Region des Strömungsverteilungsbereichs, welche die Vielzahl von ersten Vorsprüngen mit dem kleinerem Querschnittsdurchmesser aufweist. Diese Anordnung macht die Strömungsratenverteilung demgemäß über dem gesamten Strömungsweg des ersten Fluids, einschließlich des mittleren Bereichs und der Strömungsverteilungsbereiche, im Wesentlichen gleichmäßig.
  • Gemäß einem vierten Aspekt ist die Erfindung auch auf einen Gasseparator für eine Brennstoffzelle gerichtet, der so gestaltet ist, dass er konkav-konvexe Strukturen aufweist, die in einer Umkehrbeziehung zueinander auf zwei seiner einander gegenüber liegenden Seiten ausgebildet sind, und dass er einen Strömungsweg für ein erstes Fluid auf seiner ersten Seite und einen Strömungsweg für ein zweites Fluid auf seiner zweiten Seite definiert. Der Gasseparator des vierten Aspekts der Erfindung weist auf: einen mittleren Bereich, der so konstruiert ist, dass er mehrere lineare Erhebungen bzw. konvexe Strukturen enthält, die in einer ersten Richtung verlaufen, um das erste Fluid und das zweite Fluid auf den jeweiligen einander gegenüber liegenden Seiten in der ersten Richtung einzuführen, und die durch ihre Anordnung bewirken, dass ein erstes Fluid auf mindestens der ersten Seite in einer einzigen festgelegten Richtung strömt, wobei der mittlere Bereich so angeordnet ist, dass er aufgrund einer Beziehung zu einer Strömungsrichtung des ersten Fluids eine Ungleichmäßigkeit der Strömungsratenverteilung des ersten Fluids auf der ersten Seite bewirkt; und Strömungsverteilungsbereiche, die über dem mittleren Bereich derart angeordnet sind, dass sie an die jeweiligen Enden der mehreren linearen konvexen Bereiche angrenzen, und die so konstruiert sind, dass sie mehrere erste Vorsprünge, die von der ersten Seite vorstehen und die so angeordnet sind, dass sie vorgegebene Abstände zueinander haben, und mehrere zweite Vorsprünge aufweisen, die von der zweiten Seite vorstehen und die so angeordnet sind, dass sie voneinander beabstandet sind, wobei jeder der Strömungsverteilungsbereiche so aufgebaut ist, dass ein erstes Fluid auf der ersten Seite vom oder zum Strömungsweg des ersten Fluids, der im mittleren Bereich ausgebildet ist, strömt. Das erste Fluid auf der ers ten Seite strömt von einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitt eines der Strömungsverteilungsbereiche oder eines Strömungsverteilungsbereichs zu einem gegenüberliegenden, senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitt des anderen der Strömungsverteilungsbereiche oder des anderen Strömungsverteilungsbereichs. In mindestens einem der Strömungsverteilungsbereiche ist der Strömungsweg des ersten Fluids, der durch eine Vielzahl der ersten Vorsprünge definiert wird, die in einer Region ausgebildet sind, die einem ersten Abschnitt des mittleren Bereichs mit einer relativ hohen Strömungsrate des ersten Fluids entspricht, so konstruiert, dass er in der ersten Richtung einen kleineren Querschnitt aufweist als der Strömungsweg des ersten Fluids, der von einer Vielzahl der ersten Vorsprünge definiert wird, die in einer Region ausgebildet sind, die einem zweiten Abschnitt des mittleren Bereichs mit einer relativ niedrigen Strömungsrate des ersten Fluids entspricht.
  • Im Gasseparator für die Brennstoffzelle gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung handelt es sich aufgrund der Beziehung zur Strömungsrichtung des ersten Fluids beim ersten Abschnitt des mittleren Bereichs mit der relativ hohen Strömungsrate des ersten Fluids um die beiden senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitte des mittleren Bereichs. Die Region des Strömungsverteilungsbereichs, die dem ersten Abschnitt des mittleren Bereichs entspricht, weist die in der ersten Richtung kleinere Querschnittsfläche auf. Die kleinere Querschnittsfläche dieser Region begrenzt die Strömungsrate des ersten Fluids, das vom oder zum ersten Abschnitt des mittleren Bereichs geliefert wird, und erhöht dadurch die Strömungsrate des ersten Fluids, das vom und zum zweiten Abschnitt des mittleren Bereichs über die Region des Strömungsverteilungsbereichs mit einer größeren Querschnittsfläche in der ersten Richtung geliefert wird, vergleichsweise. Diese Anordnung macht die Strömungsratenverteilung demgemäß über dem gesamten Strömungsweg des ersten Fluids, einschließlich des mittleren Bereichs und der Strömungsverteilungsbereiche, im Wesentlichen gleichmäßig.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Gasseparators gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung sind in dem einen Strömungsverteilungsbereich die Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region in der Nähe des gegenüber liegenden, senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitts ausgebildet sind, so ausgelegt, dass sie in der erste Richtung einen kleineren Strömungswegquerschnitt aufweisen als eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer anderen Region ausgebildet sind. In dem anderen Strömungsverteilungsbereich sind eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region in der Nähe des einen, senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitts ausgebildet sind, so ausgelegt, dass sie in der ersten Richtung einen kleineren Strömungswegquerschnitt aufweisen als eine Vielzahl von ersten Vorsprüngen, die in einer anderen Region ausgebildet sind.
  • In dem Gasseparator dieser Anwendung handelt es sich gemäß der Beziehung zur Strömungsrichtung des ersten Fluids beim ersten Abschnitt des mittleren Bereichs mit der relativ hohen Strömungsrate des ersten Fluids um beide senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitte des mittleren Bereichs. Der Gasseparator dieser Anwendung begrenzt die Zu- oder Abfuhr des ersten Fluids vom oder zum ersten Abschnitt des mittleren Bereichs, wobei er einen Konflikt mit der Zu- oder Abfuhr des ersten Fluids vom oder zum zweiten Abschnitt des mittleren Bereichs vermeidet. Durch diese Anordnung wird die Strömungsratenverteilung des ersten Fluids über dem gesamten Strömungsweg des ersten Fluids wirksam ausgeglichen.
  • In einer anderen bevorzugten Anwendung des Gasseparators gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung sind die mehreren ersten Vorsprünge so ausgebildet, dass sie einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und sind so angeordnet, dass sie bestimmte Abstände voneinander aufweisen. Eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in der Region des Strömungsverteilungsbereichs ausgebildet sind, die dem ersten Abschnitt des mittleren Bereichs entspricht, sind so konstruiert, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen als eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer anderen Region ausgebildet sind. Die Strömungsratenverteilung des ersten Fluids wird schon allein dadurch, dass die Querschnittsfläche eines Teils der ersten Vorsprünge vergrößert ist, ausgeglichen, ohne dass das Design der mehreren ersten Vorsprünge insgesamt verändert wird.
  • In einer bevorzugten Anwendung des Gasseparators gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sind die mehreren ersten Vorsprünge in einem regelmäßigen Muster mit einem vorgegebenen Abstand angeordnet. Jeder von der Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in der Region des Strömungsverteilungsbereichs ausgebildet sind, die dem ersten Abschnitt des mittleren Bereichs entspricht, ist so ausgelegt, dass er eine Form aufweist, die eine vorgegebene Anzahl von Orten, die für die Bildung der ersten Vorsprünge in dem regelmäßigen Muster bestimmt sind, miteinander verbindet und dabei einen Konflikt mit Stellen, die für die Ausbildung der zweiten Regionen bestimmt sind, vermeidet. Durch diese Anordnung wird die Strömungsratenverteilung des ersten Fluids wirksam ausgeglichen, ohne das Design der Vielzahl von ersten Vorsprüngen, die in einer anderen Region als der Region des Strömungsverteilungsbereichs, die dem ersten Abschnitt des mittleren Bereichs entspricht, zu verändern und ohne das Design der mehreren zweiten Vorsprünge insgesamt zu verändern. Durch diese Anordnung wird außerdem der Einfluss auf den Strom des zweiten Fluids begrenzt.
  • Die Technik dieser Erfindung ist nicht auf den Gasseparator für die Brennstoffzelle beschränkt, die eine der oben erörterten Anordnungen aufweist, sondern kann auch durch Unterschiede anderer Anwendungen aktualisiert werden, beispielsweise eine Brennstoffzelle, die den Gasseparator mit einer der oben erörterten Anordnungen enthält.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Aufbau einer Brennstoffzelle in einer ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch darstellt.
  • 2 ist eine Querschnittsdarstellung, die den Aufbau einer Brennstoffzelle der ersten Ausführungsform schematisch darstellt.
  • 3 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines Separators 15 darstellt;
  • 4 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines Separators 16 darstellt;
  • 5 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines Harzrahmens 13 schematisch darstellt;
  • 6 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines Harzrahmens 14 schematisch darstellt;
  • 7 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines Separators 115 darstellt;
  • 8 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines Separators 116 darstellt;
  • 9 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines Separators 215 darstellt; und
  • 10 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines Separators 216 darstellt.
  • BESTE WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • A. Allgemeiner Aufbau
  • 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die den Aufbau einer Einheitszelle in einer ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch darstellt. 2 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Brennstoffzelle in der ersten Ausführungsform schematisch darstellt. Die Brennstoffzelle der ersten Ausführungsform weist einen Stapelaufbau aus mehreren Einheitszellen 10 auf. Die perspektivische Explosionsdarstellung von 1 zeigt den Aufbau einer Einheitszelle. Die Einheitszelle 10 weist ein Leistungserzeugungsaggregat 12, ein Paar Harzrahmen 13 und 14, die über dem Leistungserzeugungsaggregat 12 angeordnet sind, um den Außenumfang des Leistungserzeugungsaggregats 12 zu stützen, und ein Paar Separatoren 15 und 16 auf, die außerhalb der Harzrahmen 13 und 14, die den Leistungserzeugungsaggregat 12 stützen, angeordnet sind.
  • Das Leistungserzeugungsaggregat 12 weist eine Elektrolytmembran und ein Paar Elektroden auf, die auf einander gegenüber liegenden Seiten der Elektrolytmembran ausgebildet sind. Die Brennstoffzelle dieser Ausführungsform ist eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle. Die Elektrolytmembran besteht aus festen Polymermaterialien, wie einer protonenleitenden Ionentauschermembran, beispielsweise aus Fluorharz. Eine Anode und eine Kathode, die das Elektrodenpaar bilden, weisen einen Katalysator, wie Platin oder eine Platinlegierung, auf und werden durch Auflegen des Katalysators auf elektrisch leitefähige Träger hergestellt. In einem konkreten Verfahren wird eine Elektrodenpaste hergestellt, die Kohlenstoffteilchen, auf denen der Katalysator aufliegt, und einen Elektrolyten enthält, der dem Polymerelektrolyten der Elektrolytmembran ähnlich ist, und die Elektrodenpaste wird auf die jeweiligen Seiten der Elektrolytmembran aufgebracht, um die Anode und die Kathode zu bilden. Das Leistungserzeugungsaggregat 12 dieser Ausführungsform weist auch Gasdiffusionsschichten auf, die auf den jeweiligen Elektroden vorgesehen sind und die aus einem porösen Material mit elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise Kohlepapier, bestehen.
  • Die Harzrahmen 13 und 14 sind zwischen dem Leistungserzeugungsaggregat 12 und den Separatoren 15 und 16 angeordnet, um die Gasdichtigkeit in Gasströmungswegen, die zwischen dem Leistungserzeugungsaggregat 12 und den Separatoren 15 und 16 ausgebildet sind, zu gewährleisten.
  • Die beiden Separatoren 15 und 16 und das Leistungserzeugungsaggregat 12 definieren einen Gasströmungsweg für ein reaktives Gas (ein wasserstoffhaltiges Brenngas oder ein sauerstoffhaltiges Oxidierungsgas). Die Separatoren 15 und 16 weisen jeweils konkav/konvexe Strukturen auf ihren Oberflächen bzw. Vorderseiten auf, um die Gasströmungswege zu bilden. In dem Aufbau dieser Ausführungsform sind die Separatoren 15 und 16 im Wesentlichen rechtwinklige dünne Blechelemente und werden formgepresst, um ihnen die konkav/konvexen Strukturen mit Löchern an vorgegebenen Stellen zu verleihen. In jedem der Separatoren 15 und 16, denen durch Formpressen der dünnen Bleche konkav/konvexen Strukturen verliehen werden, weisen die konkav/konvexe Struktur, die auf ihrer Vorderseite ausgebildet ist, und die konkav/konvexe Struktur, die auf ihrer Rückseite ausgebildet ist, eine Umkehrbeziehung zueinander auf. Die gegen seitige Umkehrbeziehung besagt, dass eine bestimmte Beziehung erfüllt ist, in der die konvexe Form, die auf ihrer Vorderseite ausgebildet ist, die konkave Form auf ihrer Rückseite definiert, und dass die konkave Form, die auf ihrer Vorderseite ausgebildet ist, die konvexe Form auf ihrer Rückseite definiert. Das heißt, die konkav/konvexe Struktur, die auf der Vorderseite jedes der Separatoren 15 und 16 ausgebildet ist, ist auf der Rückseite jedes der Separatoren 15 und 16 in die konkav/konvexe Struktur verkehrt. Die konkav/konvexe Struktur des Separators 15 bildet einen innerhalb der Einheitszelle liegenden Brenngas-Strömungsweg als Leitung für das Brenngas zwischen dem Separator 15 und dem Leistungserzeugungsaggregat 12. In der Darstellung von 2 sind Räume für den innerhalb der Einheitszelle verlaufenden Brenngas-Strömungsweg mit „H2” bezeichnet. Ebenso bildet die konkav/konvexe Struktur des Separators 16 einen innerhalb der Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgas-Strömungsweg als Leitung für das Oxidierungsgas zwischen dem Separator 16 und dem Leistungserzeugungsaggregat 12. In der Darstellung von 2 sind Räume für den innerhalb der Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgas-Strömungsweg mit „O2” bezeichnet. Die am Separator 15 ausgebildete konkav/konvexe Struktur, die 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 Kühlmittelströmungsweg als Leitung für ein Kühlmittel. In der Darstellung von 2 sind Räume für den zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelströmungsweg mit „Kühlmittel” bezeichnet.
  • 3 zeigt Draufsichten auf den Aufbau des Separators 15. 3(A) zeigt eine Gasströmungsweg-Seite des Separators 15, die in Kombination mit dem Leistungserzeugungsaggregat 12 den innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Brenngas-Strömungsweg definiert. 3(B) zeigt eine Kühlmittelströmungsweg-Seite des Separators 15, die in Kombination mit dem Separator 16 einer angrenzenden Einheitszelle 10 den zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelströmungsweg definiert. In der Darstellung von 3 zeigen Pfeile A und B jeweils Richtungen an, die einer horizontalen Richtung und einer vertikalen Richtung in der Installationsausrichtung der Brennstoffzelle entsprechen.
  • Der Separator 15 weist sechs Löcher an seinem Außenumfang auf. Löcher 22, 23 und 24 sind in dieser Abfolge in der vertikalen Richtung nach unten entlang einer vertikalen Seite 20 ausgebildet, wie in 3(A) dargestellt. Löcher 25, 26 und 27 sind in dieser Abfolge in der vertikalen Richtung nach unten entlang einer vertikalen Seite 21, die der Seite 20 gegenüber liegt, ausgebildet, wie in 3(A) dargestellt. Im Separator 16 und in den Harzrahmen 13 und 14 sind ebenso entsprechende Löcher 22 bis 27 ausgebildet, wie nachstehend erörtert wird. In dem Brennstoffzellenaggregat wird durch Laminieren der Separatoren 15 und 16 und der Harzrahmen 13 und 14 jeder Satz der entsprechenden Löcher an einer Laminierungsrichtung ausgerichtet, um einen Fluidströmungsweg zu bilden, der in der Laminierungsrichtung durch das Innere der Brennstoffzelle verläuft. Ein Satz der Löcher 22 wird so ausgerichtet, dass er eine Brenngaszufuhr-Sammelleitung (in den Darstellungen von 3 bis 6 mit „H2 ein” bezeichnet) bildet, in der ein Brenngas, das von außen zugeführt wird, zur Brennstoffzelle strömt und auf die innerhalb der Einheitszelle verlaufenden Brenngas-Strömungswege verteilt wird. Ein Satz der Löcher 27 wird so ausgerichtet, dass er eine Brenngasabfuhr-Sammelleitung (in den Darstellungen von 3 bis 6 mit „H2 aus” bezeichnet) bildet, um das Brenngas, das den elektrochemischen Reaktionen in den jeweiligen Einheitszellen unterzogen wurde, aus der Brennstoffzelle auszuführen. Ein Satz der Löcher 23 wird so ausgerichtet, dass er eine Oxidierungsgaszufuhr-Sammelleitung bildet (in den Darstellungen von 3 bis 6 als „O2 ein” bezeichnet), in der das Oxidierungsgas, das von außen zugeführt wird, zur Brennstoffzelle strömt und auf die innerhalb der Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgas-Strömungswege verteilt wird. Ein Satz aus Löchern 26 wird so ausgerichtet, dass er eine Oxidierungsgasabfuhr-Sammelleitung (in den Darstellungen von 3 bis 6 als „O2 aus” bezeichnet) bildet, um das Oxidierungsgas, das den elektrochemischen Reaktion in den jeweiligen Einheitszellen unterzogen wurde, aus der Brennstoffzelle auszuführen. Ein Satz von Löchern 24 wird so ausgerichtet, dass er eine Kühlmittelzufuhr-Sammelleitung (in den Darstellungen von 3 bis 6 mit „Kühl ein” bezeichnet) bildet, in der ein Kühlmittel, das von außen zugeführt wird, zur Brennstoffzelle strömt und auf die innerhalb der Zelle verlaufenden Kühlmittelströmungswege verteilt wird. Ein Satz aus Löchern 25 wird so ausgerichtet, dass er eine Kühlmittelabfuhr-Sammelleitung (in den Darstellungen von 3 bis 6 als „Kühl aus” bezeichnet) bildet, um das Kühlmittel, das durch die zwischen den Zellen verlaufenden Kühlmittelströmungswege geströmt ist, aus der Brennstoffzelle auszuführen.
  • Die Gasströmungsweg-Seite des Separators 15 weist eine erste konkav/konvexe Struktur auf, die in Kombination mit der Oberfläche des Leistungserzeugungsaggregats 12 eine Innenwandseite des innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Brenngas-Strömungswegs bildet. Ein im Wesentlichen rechtwinkliger Bereich, in dem die erste konkav/konvexe Struktur ausgebildet ist, und an dessen Oberfläche das Brenngas strömt, wird nachstehend als „Leistungserzeugungsbereich 30” bezeichnet. Der Leistungserzeugungsbereich 30 ist ein Bereich, der in 3(A) von einer gestrichelten Linie umschrieben ist. In dieser Ausführungsform ist die erste konkav/konvexe Struktur in einer im Wesentlichen rechtwinkligen Form ausgebildet und weist zwei lineare konvexe Teilungsstrukturen 40, eine große Zahl von innerhalb einer Teilregion verlaufenden linearen konvexen Strukturen 41 und eine große Zahl von Vorsprüngen 42 als punktförmige Erhebungen auf.
  • Die beiden linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 verlaufen in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung durch den Leistungserzeugungsbereich 30. Ein Ende der linearen konvexen Teilungsstruktur 40 erreicht eine bestimmte Seite am Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 in der Nähe der der Seite 20 des Separators 15, und ihr anderes Ende liegt abseits von einer bestimmten Seite am Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 in der Nähe der Seite 21, die der Seite 20 des Separators 15 gegenüber liegt. Ein Ende der anderen linearen konvexen Teilungsstruktur 40 erreicht die bestimmte Seite am Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 in der Nähe der Seite 21 des Separators 15, und ihr anderes Ende liegt abseits von der bestimmten Seite am Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 in der Nähe der Seite 20, die der Seite 21 des Separators 15 gegenüber liegt.
  • Die innerhalb einer Teilregion liegenden linearen konvexen Strukturen 41 verlaufen im Wesentlichen in der horizontalen Richtung und sind so ausgebildet, dass ihre beiden Enden einen Abstand zum Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 aufweisen. Eine vorgegebene Anzahl (fünf in der dargestellten Ausführungsform) von mehreren innerhalb der Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Strukturen 41 sind gemeinsam zwischen den beiden linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 und zwischen den jeweiligen linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 und dem Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 angeordnet. Die innerhalb der Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Strukturen 41 sind so ausgebildet, dass ihre Breite geringer ist als die Breite der linearen konvexen Teilungsstrukturen 40. Jeder der Segmentbereiche, der von den linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 so segmentiert wird, dass er die vorgegebene Zahl von mehreren innerhalb der Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Strukturen 41 aufweist, wird nachstehend als „Teilregion 32” bezeichnet. Im Aufbau dieser Ausführungsform bilden die beiden linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 drei Teilregionen 32. Die jeweiligen Teilregionen 32 sind in 3(A) von Punkt/Strich-Linien umschrieben. In der nachstehenden Beschreibung stellen eine Teilregion 32a, eine Teilregion 32c und eine Teilregion 32b einen Segmentbereich, der sich an der Oberseite des Separators 15 befindet, einen Segmentbereich, der sich an der Unterseite des Separators 15 befindet bzw. einen Segmentbereich dar, der zwischen der Teilregion 32a und der Teilregion 32c vorgesehen ist.
  • Die Vorsprünge 42 sind außerhalb der Teilregionen 32 ausgebildet und sind mit vorgegebenen Abständen in jedem Gasströmungsbereich angeordnet, in dem ein zuströmendes Gas in die Teilregion 32 oder ein abströmendes Gas aus der Teilregion 32 strömt. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei Zustrom-/Abstrombereichen 33 und bei Verbindungsbereichen 34 um die Gasstrombereiche mit den Vorsprüngen 42. Die Zustrom-/Abstrombereiche 33 sind in der Nähe des Lochs 22 und in der Nähe des Lochs 27 vorgesehen. Jeder der Zustrom-/Abstrombereiche 33 wird von einem Ende der Teilregion 32, einem Teil des Außenumfangs des Leistungserzeugungsbereichs 30 und einem Teil der linearen konvexen Teilungsstruktur 40 definiert. Jeder der Verbindungsbereiche 34 weist eine separate Region auf, die zwischen dem anderen Ende der linearen konvexen Teilungsstruktur 40 und einem Teil des Außenumfangs des Leistungserzeugungsbereichs 30 vorgesehen ist, und wird durch die jeweiligen Enden der beiden angrenzenden Teilregionen 32, einen Teil des Außenumfangs des Leistungserzeugungsbereichs 30 und einen Teil der linearen konvexen Teilungsstruktur 40 definiert. Die Zustrom-/Abstrombereiche 33 und die Verbindungsbereiche 34 sind in 3(A) von Punkt/Strich-Linien umschrieben. In der dargestellten Ausführungsform sind die Vorsprünge 42 als punktförmige Erhebungen mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Die Zustrom-/Abstrombereiche 33 und die Verbindungsbereiche 34 weisen auch eine große Anzahl von Eintiefungen 43 mit kreisförmigem Querschnitt auf, die mit vorgegebenen Abständen derart angeordnet sind, dass sie sich zwischen den in großer Anzahl vorhandenen Vorsprüngen 42, die mit den vorgegebenen Abständen angeordnet sind, befinden. Die Vorsprünge 42 und die Eintiefungen 43 sind abwechselnd mit vorgegebenen Abständen sowohl in paralleler Richtung als auch in senkrechter Richtung zu den linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 angeordnet. Die Vorsprünge 42 sind so ausgebildet, dass sie im Wesentlichen gleiche Abmessungen aufweisen, während die Eintiefungen 43 so ausgebildet sind, dass sie je nach Ort unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Die unterschiedlichen Größen der Eintiefungen 43 und die unterschiedlichen Größen der Vorsprünge mit der Umkehrform der Eintiefungen 43 werden später beschrieben.
  • Der Separator 15 dieser Ausführungsform weist eine einzige lineare konvexe Teilungsstruktur 40 auf, deren eines Ende die bestimmte Seite des Außenumfangs des Leistungserzeugungsbereichs 30 in der Nähe der Seite 20 erreicht, und eine einzige lineare konvexe Teilungsstruktur 40, deren 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 jeweiligen anderen Enden der beiden linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 vorgesehen. Im Separator 15 dieser Ausführungsform sind die drei Teilregionen 32 somit über die Verbindungsbereiche 34 in einer Reihe miteinander verbunden.
  • Die Kühlmittelströmungsweg-Seite des Separators 15 weist eine zweite konkav/konvexe Struktur auf, die in Kombination mit der gegenüber liegenden Oberfläche des Separators 16 einen Innenwandseite des zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelströmungswegs in einem rückseitigen Bereich auf der Rückseite des Leistungserzeugungsbereichs 30 bildet (in der nachfolgenden Beschreibung wird der rückseitige Bereich ebenfalls als Leistungserzeugungsbereich 30 betrachtet). In dieser Ausführungsform weist die zweite konkav/konvexe Struktur eine große Zahl von linearen konvexen Kühlmittelströmungsweg-Strukturen 45, eine große Zahl von Vorsprüngen 46 und konvexe Strömungsverteilungsstrukturen 47 als punktförmige Erhebungen auf (siehe 3(B)).
  • Die linearen konvexen Kühlmittelströmungsweg-Strukturen 45 verlaufen im Wesentlichen in horizontaler Richtung derart, dass ihre beiden Enden vom Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 beabstandet sind. Die linearen konvexen Kühlmittelströmungsweg-Strukturen 45 sind als Umkehrform von Nuten vorgesehen, die zwischen den angrenzenden, innerhalb von Teilregionen verlaufenden, linearen konvexen Strukturen 41 und zwischen den innerhalb von Teilregionen verlaufenden, linearen konvexen Strukturen 41 und der linearen konvexen Teilungsstruktur 40 auf der Gasströmungsweg-Seite des Separators 15 vorgesehen sind. Die linearen konvexen Kühlmittelströmungsweg-Strukturen 45 sind über rückseitigen Bereichen auf der Rückseite der Teilregionen 32a bis 32c (in der nachstehenden Beschreibung werden die rückseitigen Bereiche ebenfalls als Teilregionen 32a bis 32c betrachtet) in einem mittleren Abschnitt des Separators 15 ausgebildet. Die Vorsprünge 46 sind als Umkehrformen der Eintiefungen 43, die auf der Gasströmungsweg-Seite des Separators 15 in bestimmten Bereichen, die an die jeweiligen Enden der linearen konvexen Kühlmittelströmungsweg-Strukturen 45 angrenzen, ausgebildet und entsprechen den Zustrom-/Abstrombereichen 33 und den Verbindungsbereichen 34, die auf der Gasströmungsweg-Seite des Separators 15 ausgebildet sind (in der folgenden Beschreibung werden die bestimmten Bereiche als Strömungsverteilungsbereiche 35 bezeichnet). Die Kühlmittelströmungsweg-Seite des Separators 15 weist Eintiefungen 48 auf, die als Umkehrform der Vorsprünge 42, die auf der Gasströmungsweg-Seite ausgebildet sind, vorgesehen sind.
  • Wie bereits gesagt, sind die Vorsprünge 46 so ausgebildet, dass sie je nach Ort unterschiedliche Abmessungen, oder genauer, unterschiedliche Querschnittsdurchmesser aufweisen. Die Vorsprünge 46 sind so ausgelegt, dass sie in der Nähe des Lochs 24, das die Kühlmittelzufuhr-Sammelleitung definiert, und in der Nähe des Lochs 25, das die Kühlmittelabfuhr-Sammelleitung definiert, einen kleineren Durchmesser aufweisen und in der Nähe der Löcher 22 und 27, die von den Löchern 24 und 25 beabstandet sind, einen größeren Durchmesser aufweisen. Die unterschiedlichen Abmessungen der Vor sprünge 46 variieren die Größe des Strömungswegquerschnitts für den Kühlmittelstrom oder den Strömungswegwiderstand je nach Ort. Die Beziehung zwischen den Abmessungen der Vorsprünge 46 und dem Kühlmittelstrom wird nachstehend erörtert.
  • Die konvexen Strömungsverteilungsstrukturen 47 sind in der Nähe der jeweiligen anderen Enden der linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 mit Abstand zum Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 vorgesehen. Die konvexen Strömungsverteilungsstrukturen 47 sind so ausgelegt, dass sie die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch die Nuten strömt, die als Umkehrformen der linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 vorgesehen sind, regeln.
  • 4 zeigt Draufsichten auf den Aufbau des Separators 16. 4(A) zeigt eine Gasströmungsweg-Seite des Separators 16, die in Kombination mit dem Leistungserzeugungsaggregat 12 den innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgas-Strömungsweg definiert. 4(B) zeigt eine Kühlmittelströmungsweg-Seite des Separators 16, die in Kombination mit dem Separator 15 der angrenzenden Einheitszelle 10 den zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelströmungsweg definiert. Der Separator 16 ist ein dünnes Blechelement mit im Wesentlichen der gleichen Form wie der Separator 15 und wird so formgepresst, dass er konkav/konvexe Strukturen mit Löchern, die an vorgegebenen Stellen vorgesehen sind, erhält.
  • Die Gasströmungsweg-Seite des Separators 16 weist eine erste konkav/konvexe Struktur auf, die in Kombination mit der Oberfläche des Leistungserzeugungsaggregats 12 eine Innenwandseite des innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgasströmungswegs bildet. Ein im Wesentlichen rechtwinkliger Bereich, in dem die erste konkav/konvexe Struktur ausgebildet ist, und an dessen Oberfläche das Brenngas strömt, wird nachstehend als „Leistungserzeugungsbereich 30” bezeichnet. Der Leistungserzeugungsbereich 30 ist ein Bereich, der in 4(A) von einer gestrichelten Linie umschrieben wird. In dieser Ausführungsform weist die erste konkav/konvexe Struktur zwei lineare konvexe Teilungsstrukturen 60, eine große Zahl von innerhalb einer Teilregion verlaufenden linearen konvexen Strukturen 61 und eine große Zahl von Vorsprüngen 62 als punktförmige Erhebungen auf.
  • Wie bei den innerhalb einer Teilregion verlaufenden linearen konvexen Strukturen 41, die auf der Gasströmungsweg-Seite des Separators 15 ausgebildet sind, verlaufen die innerhalb einer Teilregion verlaufenden linearen konvexen Strukturen 61 im Wesentlichen in der horizontalen Richtung und sind so ausgebildet, dass ihre beiden Enden einen Abstand zum Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 aufweisen. Eine vorgegebene Anzahl (fünf in der dargestellten Ausführungsform) von mehreren innerhalb einer Teilregion verlaufenden linearen konvexen Strukturen 61 sind gemeinsam zwischen den beiden linearen konvexen Teilungsstrukturen 60 und zwischen den jeweiligen linearen konvexen Teilungsstrukturen 60 und dem Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 angeordnet. Wie die linearen konvexen Teilungsstrukturen 40, die auf der Gasströmungsweg-Seite des Separators 15 ausgebildet sind, ist jede der linearen konvexen Teilungsstrukturen 60 so ausgelegt, dass eines ihrer Enden den Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 erreicht und ihr anderes Ende einen Abstand zum Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 aufweist. Die linearen konvexen Teilungsstrukturen 60 sind zwischen benachbarten Teilregionen 32 vorgesehen. Jede der linearen konvexen Teilungsstrukturen 60 weist einen horizontalen Abschnitt auf, dessen Länge derjenigen der innerhalb einer Teilregion verlaufenden linearen konvexen Strukturen 61 gleich ist und im Wesentlichen in der horizontalen Richtung durch den Leistungserzeugungsbereich 30 verläuft, sowie einen schrägen Abschnitt, der schräg zur horizontalen Richtung verläuft und den Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 erreicht. Im Aufbau dieser Ausführungsform bilden die beiden linearen konvexen Teilungsstrukturen 60 drei Teilregionen 32 (32a bis 32c).
  • Die Vorsprünge 62 sind außerhalb der Teilregionen 32 ausgebildet und sind mit vorgegebenen Abständen in jedem Gasströmungsbereich angeordnet, in dem ein zuströmendes Gas in die Teilregion 32 oder ein abströmendes Gas aus der Teilregion 32 strömt. Die Gasströmungsbereiche weisen Zustrom-/Abstrombereiche 33 und Verbindungsbereiche 34 auf. Die Zustrom-/Abstrombereiche 33 sind in der Nähe der Löcher 25 und 26 und in der Nähe der Löcher 23 und 24 vorgesehen. Jeder der Zustrom-/Abstrombereiche 33 wird von einem Ende der Teilregion 32, einem Teil des Außenumfangs des Leistungserzeugungsbereichs 30 und vom schrägen Abschnitt der linearen konvexen Teilungsstruktur 60 definiert. Jeder der Verbindungsbereiche 34 weist eine separate Region auf, die zwischen dem anderen Ende der linearen konvexen Teilungsstruktur 40 und einem Teil des Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 vorgesehen ist und durch jeweilige Enden der beiden angrenzenden Teilbereiche 32, einem Teil des Außenumfangs des Leistungserzeugungsbereichs 30 und dem schrägen Abschnitt der linearen konvexen Teilungsstruktur 40 definiert wird. Die Zustrom-/Abstrombereiche 33 und die Verbindungsbereiche 34 sind in 4(A) von einer Punkt/-Strich-Linie umschrieben. Wie die Vorsprünge 42 sind auch die Vorsprünge 62 als punktförmige Erhebungen mit kreisförmigen Querschnitten ausgebildet. Die Zustrom-Abstrombereiche 33 und die Verbindungsbereiche 64 weisen ebenfalls eine große Zahl an Eintiefungen 63 mit kreisförmigen Querschnitten auf, die mit vorgegebenen Abständen derart angeordnet sind, dass sie sich zwischen der großen Anzahl von Vorsprüngen 62, die mit den vorgegebenen Abständen angeordnet sind, befinden. Wie die Eintiefungen 43 sind auch die Eintiefungen 63 so ausgebildet, dass sie je nach Ort verschiedene Abmessungen aufweisen. Im Separator 16 dieser Ausführungsform verbinden die beiden linearen konvexen Teilungsstrukturen 60 die drei Teilregionen 32 hintereinander über die beiden Verbindungsbereiche 34.
  • Die Kühlmittelströmungsweg-Seite des Separators 16 weist eine zweite konkav/konvexe Struktur auf, die in Kombination mit der gegenüber liegenden Oberfläche des Separators 15 eine Innenwandseite des zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelströmungswegs im Leistungserzeugungsbereich 30 bildet. In dieser Ausführungsform weist die zweite konkav/konvexe Struktur eine große Zahl von linearen konvexen Kühlmittelströmungsweg-Strukturen 65 und eine große Zahl von Vorsprüngen 66 als punktförmige Erhebungen auf.
  • Wie die linearen konvexen Kühlmittelströmungsweg-Strukturen 45, die am Separator 15 ausgebildet sind, verlaufen auch die linearen konvexen Kühlmittelströmungsweg-Strukturen 65 im Wesentlichen in der horizontalen Richtung und so, dass ihre beiden Enden einen Abstand zum Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 aufweisen. Die linearen konvexen Kühlmittelströmungsweg-Strukturen 65 sind als Umkehrformen zu Nuten vorgesehen, die zwischen den angrenzenden, innerhalb einer Teil region verlaufenden, linearen konvexen Strukturen 61 und zwischen der innerhalb einer Teilregion verlaufenden, linearen konvexen Struktur 61 und der linearen Teilungsstruktur 60 auf der Gasströmungsweg-Seite des Separators 16 über den Teilregionen 32a bis 32c ausgebildet sind. Die Vorsprünge 66 sind als Umkehrformen der Eintiefungen 63 vorgesehen, die auf der Gasströmungsweg-Seite des Separators 16 in den Strömungsverteilungsbereichen 35 ausgebildet sind. Die Kühlmittelströmungsweg-Seite des Separators 16 weist Eintiefungen 68 auf, die als Umkehrformen der Vorsprünge 62, die auf der Gasströmungsweg-Seite ausgebildet sind, vorgesehen sind. Wie die Vorsprünge 46 sind auch die Vorsprünge 66 so ausgelegt, dass sie in der Nähe der Löcher 24 und 25 einen kleineren Durchmesser aufweisen und in der Nähe der Löcher 22 und 27, die einen Abstand zu den Löchern 24 und 25 aufweisen, einen größeren Durchmesser aufweisen.
  • 5 ist eine Draufsicht, die den Aufbau des Harzrahmens 13 schematisch darstellt. Eine Seite des Harzrahmens 13, die mit der Gasströmungsweg-Seite des Separators 15 in Kontakt steht, ist in 5 dargestellt. In der mittleren Region des Harzrahmens 13 ist ein mittleres Loch 50 ausgebildet. Das mittlere Loch 50 ist in im Wesentlichen rechtwinkliger Form derart ausgebildet, dass es etwas kleiner ist als die Leistungserzeugungseinrichtung 12. Der Harzrahmen 13 weist auch eine Eintiefung 51 auf, die so ausgebildet ist, dass sie das Loch 22 mit dem mittleren Loch 50 verbindet, sowie eine Eintiefung 52, die so ausgebildet ist, dass sie das Loch 27 mit dem mittleren Loch 50 verbindet. Die Eintiefung 51 und die gegenüber liegende Oberfläche des Separators 15 definieren einen Strömungsweg, der die Brenngaszufuhr-Sammelleitung, die von dem Satz aus Löchern 22 definiert wird, mit dem innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Brenngas-Strömungsweg verbindet. Die Eintiefung 52 und die gegenüber liegende Oberfläche des Separators 15 definieren einen Strömungsweg, der die Brenngasabfuhr-Sammelleitung, die von dem Satz aus Löchern 27 definiert wird, mit dem innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Brenngas-Strömungsweg verbindet.
  • 6 ist eine Draufsicht, die den Aufbau des Harzrahmens 14 schematisch darstellt. Eine Seite des Harzrahmens 14, die mit der Gasströmungsweg-Seite des Separators 16 in Kontakt steht, ist in 6 dargestellt. In der mittleren Region des Harzrah mens 14 ist ein mittleres Loch 53 ausgebildet, das die gleiche Form hat wie das mittlere Loch 50 und das mit dem mittleren Loch 50 des Harzrahmens 13 fluchtet. Der Harzrahmen 14 weist auch eine Eintiefung 54 auf, die so ausgebildet ist, dass sie das Loch 26 mit dem mittleren Loch 53 verbindet, sowie eine Aussparung 55, die so ausgebildet ist, dass sie das Loch 23 mit dem mittleren Loch 53 verbindet. Die Eintiefung 54 und die gegenüber liegende Oberfläche des Separators 16 definieren einen Strömungsweg, der die Oxidierungsgaszufuhr-Sammelleitung, die von dem Satz aus Löchern 26 definiert wird, mit dem innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgas-Strömungsweg verbindet. Die Eintiefung 55 und die gegenüber liegende Oberfläche des Separators 16 definieren einen Strömungsweg, der die Oxidierungsgasabfuhr-Sammelleitung, die von dem Satz aus Löchern 23 definiert wird, mit dem innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgas-Strömungsweg verbindet.
  • Die Harzrahmen 13 und 14 bestehen aus einem isolierenden Harzmaterial und sind so angeordnet, dass sie das Leistungserzeugungsaggregat 12, das zwischen ihnen angeordnet ist, stützen. Diese Anordnung stellt die Isolierung zwischen den beiden einander gegenüber liegenden Seiten des Leistungserzeugungsaggregats 12 sicher. Die Harzrahmen 13 und 14 sind zwischen dem Leistungserzeugungsaggregat 12 und den Separatoren 15 und 16 angeordnet, welche die konkav/konvexen Strukturen mit vorgegebenen Höhen aufweisen und als Abstandshalter dienen, um Abstände zwischen dem Leistungserzeugungsaggregat 12 und den Separatoren 15 und 16 aufrechtzuerhalten, die den konkav/konvexen Strukturen mit der vorgegebenen Höhe 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 Harzrahmen 13 verbunden, und ebenso wird der Separator 16 über ein (nicht dargestelltes) Dichtungselement, das beispielsweise aus einem Klebstoff besteht, mit dem Harzrahmen 14 verbunden. In dem Verfahren wird anschließend das Leistungserzeugungsaggregat 12 zwischen den Harzrahmen 13 und 14 angeordnet und das Leistungserzeugungsaggregat 12 wird über (nicht dargestellte) Dichtungselemente, die beispielsweise aus einem Klebstoff bestehen, mit den Harzrahmen 13 und 14 verbunden. Dadurch wird eine Einheitszelle der Brennstoffzelle fertig gestellt. Das Leis tungserzeugungsaggregat 12 wird so mit den Harzrahmen 13 und 14 verbunden, dass das mittlere Loch 50 des Harzrahmens 13 und das mittlere Loch 53 des Harzrahmens 14 mit dem Leistungserzeugungsaggregat 12 abgedeckt werden. Durch Stapeln einer vorgegebenen Zahl der so erhaltenen Einheitszellen über Dichtungselemente 17 (siehe 2), die beispielsweise aus einem Klebstoff bestehen, wird die Brennstoffzelle fertig gestellt. Das Vorhandensein der Dichtungselemente zwischen den jeweiligen angrenzenden Elementen stellt die Dichtigkeit der innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Gasströmungswege und der Sammelleitungen sicher.
  • Beim Zusammenbau der Brennstoffzelle durch Stapeln der jeweiligen Elemente werden die linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 auf dem Separator 15 so angeordnet, dass sie den horizontalen Abschnitten der linearen konvexen Teilungsstrukturen 60 auf dem Separator 16 über das Leistungserzeugungsaggregat 12 hinweg gegenüber liegen. Ebenso liegen die innerhalb einer Teilregion verlaufenden linearen konvexen Strukturen 41 auf dem Separator 15 den innerhalb einer Teilregion verlaufenden linearen konvexen Strukturen 61 auf dem Separator 16 gegenüber. Die Vorsprünge 42 auf dem Separator 15 liegen den Vorsprüngen 62 auf dem Separator 16 gegenüber. Die oberen Enden der Vorsprünge 46 auf dem Separator 15 berühren die oberen Enden der Vorsprünge 66 auf dem angrenzenden Separator 16. Eine solche gegenseitige Stützung der entsprechenden Erhebungen in der Laminierungsrichtung stellt die Steifigkeit der Brennstoffzelle als Stapelstruktur insgesamt sicher. Der Querschnitt von 2 ist senkrecht zur Längsrichtung der jeweiligen linearen konvexen Strukturen genommen und verläuft durch eine Linie 2-2 von 3(A). Die Querschnittsdarstellung von 2 zeigt speziell den Querschnitt in der Nähe des Außenumfangs der Brennstoffzelle einschließlich der Harzrahmen 13 und 14.
  • In der zusammengesetzten Brennstoffzelle wird das Brenngas, das zur Brenngaszufuhr-Sammelleitung geliefert wird, die von dem Satz aus Löchern 22 gebildet wird, auf die innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Brenngas-Strömungswege verteilt, die in den jeweiligen Brennstoffzellen ausgebildet sind. Das Brenngas in jedem der innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Brenngas-Strömungswege wandert insgesamt in der vertikalen Richtung abwärts, während es in den jeweiligen Teilregionen 32 in der horizontalen Richtung wandert, wie von ungefüllt gezeichneten Pfeilen in 3(A) dargestellt. Das durch die jeweiligen innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Brenngas-Strömungswege geströmte Brenngas, das der elektrochemischen Reaktion unterzogen wurde, wird aus der Brenngasabfuhr-Sammelleitung, die von dem Satz aus Löchern 27 gebildet wird, ausgeführt.
  • Das Oxidierungsgas, das zu der Oxidierungsgaszufuhr-Sammelleitung geliefert wird, die von dem Satz aus Löchern 23 gebildet wird, wird auf die innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgas-Strömungswege verteilt, die in den jeweiligen Einheitszellen ausgebildet sind. Das Oxidierungsgas in jedem der innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgas-Strömungswege wandert insgesamt in vertikaler Richtung aufwärts, aber wandert in den jeweiligen Teilregionen 32 in der horizontalen Richtung, wie von ungefüllt gezeichneten Pfeilen in 4(A) dargestellt. Das Oxidierungsgas, das durch die jeweiligen innerhalb einer Einheitszelle verlaufenden Oxidierungsgas-Strömungswege geströmt ist und das der elektrochemischen Reaktion unterzogen wurde, wird durch die von dem Satz aus Löchern 26 gebildete Oxidierungsgasabfuhr-Sammelleitung ausgeführt.
  • Das Kühlmittel, das zu der Kühlmittelzufuhr-Sammelleitung geliefert wird, die von dem Satz aus Löchern 24 gebildet wird, wird auf die zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelströmungswege verteilt, die in den jeweiligen Einheitszellen zwischen dem Separator 15 einer Einheitszelle und dem Separator 16 der angrenzenden Einheitszelle ausgebildet sind. Das Kühlmittel in jedem der zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelströmungswege wandert aus dem Loch 24 in das Loch 25, wie von schraffierten Pfeilen in 3(B) und 4(B) dargestellt. Das Kühlmittel, das durch die Kühlmittelzufuhr-Sammelleitung geströmt ist, breitet sich über die Strömungsverteilungsbereiche 35 aus, bei denen es sich um die Bereiche mit den Vorsprüngen 46 und die Bereiche mit den Vorsprüngen 66 handelt. Das so verteilte Kühlmittel wird von den linearen konvexen Kühlmittelströmungsweg-Strukturen 45 und 65 eingeführt, und strömt in den Strömungswegen, die von den linearen konvexen Kühlmittelströmungsweg-Strukturen definiert werden, geradeaus. Die geraden Kühlmittelströme werden in den Strömungsverteilungsbereichen 35 nahe des Lochs 25 gesammelt. Der gesammelte Kühlmittelstrom wird durch die von dem Satz aus Löchern 25 gebildete Kühlmittelabfuhr-Sammelleitung ausgeführt.
  • In dem Aufbau der Separatoren 15 und 16 dieser Ausführungsform sind die Bereiche mit den mehreren Vorsprüngen 42, die Bereiche mit den mehreren Vorsprüngen 46, die Bereiche mit den mehreren Vorsprüngen 62 und die Bereiche mit den mehreren Vorsprüngen 66 (die Zustrom-/Abstrombereiche 33, die Verbindungsbereiche 34 und die Strömungsverteilungsbereiche 35) jeweils in der Nähe der Löcher 22 bis 27 vorgesehen, um die jeweiligen Sammelleitungen zu definieren. Durch diese Anordnung können die gegenseitigen Umkehrformen der beiden gegenüber liegenden Seiten den serpentinenartigen Gasströmungsweg gleichzeitig mit dem geraden Kühlmittelströmungsweg erreichen. Durch das Vorhandensein der mehreren Vorsprünge, die vorgegebene Abstände zueinander aufweisen, auf den beiden gegenüber liegenden Seiten wird der Kühlmittelstrom auf einer Seite in einer Richtung eingeführt, während das Gas auf der anderen Seite in umgekehrter Richtung strömt.
  • In der Brennstoffzelle der Ausführungsform, die wie oben erörtert aufgebaut ist, wird durch Variieren der Größen der Vorsprünge 46 und 66, die auf den Kühlmittelströmungsweg-Seiten der jeweiligen Separatoren 15 und 16 vorgesehen sind, je nach Ort die Strömungsratenverteilung des Kühlmittels, das durch die zwischen Zellen verlaufenden Kühlmittelströmungswege strömt, im Wesentlichen gleichmäßig. Die im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsratenverteilung des Kühlmittels verbessert den Wirkungsgrad der Kühlung der Brennstoffzelle durch den Kühlmittelstrom. Sie begrenzt auch einen lokalen Temperaturanstieg oder einen lokalen Temperaturabfall in der Ebene als dem Ort der Leistungserzeugung, wodurch das Fortschreiten der elektrochemischen Reaktionen in der Ebene homogenisiert wird und der Leistungserzeugungsstatus stabilisiert wird.
  • In der Brennstoffzelle dieser Ausführungsform bewirkt die im Ganzen gegebene Gleichmäßigkeit der Größe und des Designs der Vorsprünge 46 oder 66, dass die Strömungsrate des Kühlmittels in den Teilregionen 32a und 32c höher ist als die Strömungsrate des Kühlmittels in der Teilregion 32b. Im Aufbau dieser Ausführungsform ist der Kühlmittelstrom im mittleren Bereich des Leistungserzeugungsbereichs 30 (einschließlich der Teilregionen 32a bis 32c) gerade. Die Strömungsverteilungsbereiche 35 sind an beiden Enden des mittleren Bereichs vorgesehen, um den Kühlmittelstrom zu verteilen. Die Kühlmittelzufuhr-Sammelleitung und die Kühlmittelabfuhr-Sammelleitung sind diagonal außerhalb des Leistungserzeugungsbereichs 30 vorgesehen, d. h. an einer in vertikaler Richtung gesehen unteren Ecke und an einer in vertikale Richtung gesehen oberen Ecke auf gegenüber liegenden Seiten des Separators. Die im Ganzen gegebene Gleichmäßigkeit der Größe und des Abstands der Vorsprünge 46 oder 66 trägt dazu bei, dass der Kühlmittelstrom in gerader Richtung vom Loch 24 zur Teilregion 32c wandert oder in der vertikalen Richtung in den Strömungsverteilungsbereichen 35 geradeaus nach oben wandert. Der Kühlmittelstrom, der in den Strömungsverteilungsbereichen 35 in der vertikalen Richtung geradeaus nach oben wandert, kommt am Außenumfang des Leistungserzeugungsbereichs 30 mit den Harzrahmen 13 und 14 in Kontakt und strömt hauptsächlich in die Teilregion 32a. Dadurch hat das Kühlmittel in den Teilregionen 32a und 32c eine hohe Strömungsrate, während das Kühlmittel in der Teilregion 32b eine relativ niedrige Strömungsrate aufweist. Das heißt, die Teilregionen 32a und 32c sind entsprechend der Lagebeziehung zu den Sammelleitungen die Bereiche mit der relativ hohen Strömungsrate des Kühlmittels (die Bereiche mit hohen Kühlmittelströmungsraten).
  • Die Vorsprünge 46 oder 66 sind so ausgebildet, dass sie in bestimmten Abschnitten der Strömungsverteilungsbereiche 35, die derart angeordnet sind, dass sie das Kühlmittel zu und aus den Bereichen mit einer hohen Kühlmittelströmungsrate führen, oder in bestimmten Abschnitten der Strömungsverteilungsbereiche 35, die den Bereichen mit der hohen Kühlmittelströmungsrate entsprechen (in bestimmten Abschnitten der Strömungsverteilungsbereiche 35, die die gleichen relativen Positionen in der vertikalen Richtung aufweisen wie die Bereiche mit der hohen Kühlmittelströmungsrate) größere Querschnittsdurchmesser aufweisen. Die bestimmten Abschnitte mit den Vorsprüngen 46 oder 66, die größere Durchmesser aufweisen, haben einen kleineren Strömungswegquerschnitt und daher auch einen höheren Strömungswegwiderstand gegenüber dem Kühlmittelstrom.
  • Im Strömungsverteilungsbereich 35 auf der Seite des Lochs 24 (im stromaufwärtigen Strömungsverteilungsbereich) sind die Vorsprünge 46 oder 66, die den größeren Durchmesser aufweisen, in einer in der vertikalen Richtung oberen Region fern vom Loch 24 ausgebildet. Die in der vertikalen Richtung obere Region des stromaufwärtigen Strömungsverteilungsbereichs 35 weist daher auch den höheren Strömungswegwiderstand auf. Diese Anordnung senkt die Strömungsrate des stromaufwärtigen Kühlmittelstroms im stromaufwärtigen Strömungsverteilungsbereich 35 und hemmt den Zustrom des Kühlmittels zur Teilregion 32a. Im Strömungsverteilungsbereich 35 auf der Seite des Lochs 25 (im stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereich) sind die Vorsprünge 46 oder 66 mit dem größeren Durchmesser in einer in der vertikalen Richtung unteren Region fern vom Loch 25 ausgebildet. Die in der vertikalen Richtung untere Region des stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereichs 35 weist somit den höheren Strömungswegwiderstand auf. Durch diese Anordnung wird der in der vertikalen Richtung stromaufwärtige Strom des Kühlmittels von einem vertikal unteren Endabschnitt des stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereichs 35 begrenzt. Der begrenzte Strom des Kühlmittels, das aus der Teilregion 32c abgegeben wird, zum stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereich 35 hemmt den Zustrom des Kühlmittels zum Teilbereich 32c. Das Vorhandensein der Vorsprünge 46 oder 66 mit dem großen Durchmesser im vertikal unteren Endabschnitt des stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereichs 35 begrenzt den stromaufwärtigen Gasstrom in der vertikalen Richtung und erhöht den Strömungswegwiderstand des Kühlmittels, das aus der Teilregion 32c abgegeben wird, zum stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereich 35, wodurch der Zustrom des Kühlmittels zur Teilregion 32c weiter gehemmt wird. Dadurch wird die Zustrommenge des Kühlmittels zur Teilregion 32b im mittleren Bereich des Leistungserzeugungsbereichs 30 erhöht, wodurch die Mengen des Kühlmittels, das in die jeweiligen Teilregionen 32a bis 32c strömt, im Wesentlichen ausgeglichen werden und die Strömungsratenverteilung des Kühlmittels, das über den Strömungsverteilungsbereichen 35 strömt, ausgeglichen wird. Die Strömungsrate des Kühlmittels kann somit über dem gesamten Leistungserzeugungsbereich 30 einschließlich der drei Teilregionen 32a bis 32c und der beiden Strömungsverteilungsbereiche 35 ausgeglichen werden.
  • Im Aufbau dieser Ausführungsform sind die Vorsprünge 42, 46, 62 oder 66 mit vorgegebenen Abständen angeordnet. Genauer sind die Vorsprünge 42, 46, 62 oder 66 so angeordnet, dass sie einen festen Abstand zwischen den Mittelpunkten der kreisförmigen Querschnitte beliebiger sowohl in der vertikalen Richtung als auch in der horizontalen Richtung benachbarter Vorsprünge aufweisen. Von den mehreren Vorsprüngen, die mit den vorgegebenen Abständen angeordnet sind, weisen nur die Vorsprünge in einem Teilbereich auf der Kühlmittelströmungsweg-Seite den größeren Durchmesser auf. Diese Anordnung erfordert keine Änderung der Musterung des Vorsprungs-Designs im Ganzen, wodurch die Auswirkung auf den Gasstrom im Gasströmungsweg begrenzt ist.
  • Im Aufbau dieser Ausführungsform sollen die konvexen Strömungsverteilungsstrukturen 47, die in der Nähe der Enden der Nuten als der Umkehrformen der linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 vorgesehen sind, die Planverteilung des Kühlmittelstroms noch gleichmäßiger machen. Wie bereits erläutert, sind die linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 so ausgelegt, dass sie eine größer Breite aufweisen als die innerhalb einer Teilregion verlaufenden linearen konvexen Strukturen 41. Die linearen Nuten als die Umkehrformen der linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 haben somit eine höhere Kühlmittelströmungsrate als die Teilregionen 32a bis 32c mit den innerhalb von Teilregionen verlaufenden linearen konvexen Strukturen 41 auf der Kühlmittelströmungsweg-Seite. Das Vorhandensein der konvexen Strömungsverteilungsstrukturen 47 in der Nähe der Enden der linearen konvexen Teilungsstrukturen 40 im Aufbau dieser Ausführungsform verhindert wirksam den Zustrom des Kühlmittels und den Abstrom des Kühlmittels zu und aus den linearen Nuten als den Umkehrformen der linearen konvexen Teilungsstrukturen 40. Die begrenzte Strömungsrate des Kühlmittels in den linearen Nuten gleicht die Strömungsratenverteilung insgesamt im Wesentlichen an. Die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch die linearen Nuten strömt, kann durch Ein stellen des Abstands zwischen einem Ende der linearen Nut und der konvexen Strömungsverteilungsstruktur 47 gesteuert werden. Das Vorhandensein der konvexen Strömungsverteilungsstrukturen 47 macht den Kühlmittelstrom im Wesentlichen gleichmäßig. Im Falle einer nicht homogenen Wärmeverteilung in der Ebene wird durch die Einstellung des Abstands zwischen dem Ende der linearen Nut und der konvexen Strö mungsverteilungsstruktur 47 die Strömungsrate des Kühlmittels gesteuert und die Verteilung der Kühlmittelströmungsrate in der Ebene kommt einer gewünschten Verteilung nahe. Im Aufbau dieser Ausführungsform sind die konvexen Strömungsverteilungsstrukturen 47 nur am Separator 15 vorgesehen. Ähnliche konvexe Strömungsverteilungsstrukturen können auf der Kühlmittelströmungsweg-Seite des Separators 16 zusätzlich zu oder anstelle von der Kühlmittelströmungsweg-Seite des Separators 15 vorgesehen sein.
  • B. Zweite Ausführungsform
  • Im Aufbau der ersten Ausführungsform sind die Kühlmittelzufuhr-Sammelleitung und die Kühlmittelabfuhr-Sammelleitung diagonal außerhalb des im Wesentlichen rechtwinkligen Leistungserzeugungsbereichs auf der Seite des Separators vorgesehen. Diese Anordnung ist jedoch weder wesentlich noch beschränkend. Eine Brennstoffzelle mit anderem Aufbau mit einem anderen Design der Sammelleitungen wird nachstehend als zweite Ausführungsform der Erfindung erörtert. Die Brennstoffzelle der zweiten Ausführungsform weist einen ähnlichen Aufbau wie die Brennstoffzelle der ersten Ausführungsform auf, abgesehen davon, dass statt der Separatoren 15 und 16 die Separatoren 115 und 116 verwendet werden, und dass Eintiefungen 54 und 55 (nicht dargestellt) in der Nähen der Löcher 24 und 25 am Harzrahmen 14 vorgesehen sind. Ähnliche Elemente erhalten die gleichen Bezugszahlen und werden hier nicht näher erläutert.
  • 7 zeigt Draufsichten auf den Aufbau des Separators 115, der in der Brennstoffzelle der zweiten Ausführungsform enthalten ist. 8 zeigt Draufsichten auf den Aufbau des Separators 116, der in der Brennstoffzelle der zweiten Ausführungsform enthalten ist. 7(A) und 8(A) zeigen Gasströmungsweg-Seiten und 7(B) und 8(B) zeigen Kühlmittelströmungsweg-Seiten. Im Aufbau der zweiten Ausführungsform definiert ein Satz aus Löchern 23, die in der Mitte der Seite 20 an den jeweiligen Separatoren ausgebildet sind, eine Kühlmittelzufuhr-Sammelleitung. Ein Satz Löcher 26, der in der Mitte der Seite 21 an den jeweiligen Separatoren ausgebildet ist, definiert eine Kühlmittelabfuhr-Sammelleitung. Ein Satz Löcher 24, die an dem in der vertikalen Richtung gesehen unteren Ende der Seite 20 an den jeweiligen Separatoren ausgebildet ist, definiert eine Oxidierungsgaszufuhr-Sammelleitung. Ein Satz aus Löchern 25, die an dem in der vertikalen Richtung gesehen oberen Ende der Seite 21 an den jeweiligen Separatoren ausgebildet ist, definiert eine Oxidierungsgasabfuhr-Sammelleitung. Auf den Kühlmittelströmungsweg-Seiten der Separatoren 115 und 116 in der zweiten Ausführungsform sind mehrere Vorsprünge 46 oder 66 mit dem größeren Querschnittsdurchmesser in der in der vertikalen Richtung gesehen mittleren Regionen der Strömungsverteilungsbereiche 35 in der Nähe der Löcher 23 und 25 ausgebildet, um die Kühlmittelzufuhr- und Kühlmittelabfuhr-Sammelleitungen zu definieren.
  • Im Aufbau der zweiten Ausführungsform definieren der Satz aus Löchern 23 und der Satz aus Löchern 26 die Kühlmittelzufuhr- und Kühlmittelabfuhr-Sammelleitungen, die das Kühlmittel an den in der vertikalen Richtung mittleren Orten aus und zu den Strömungsverteilungsbereichen 35 führen. Die im Ganzen gleichmäßige Größe und das im Ganzen gleichmäßige Design der Vorsprünge 46 oder 66 bewirken, dass die Strömungsrate des Kühlmittels in der Teilregion 32b höher ist als die Strömungsraten des Kühlmittels in den Teilregionen 32a und 32c. Der größte Teil des Kühlmittelstroms aus dem Loch 23 zum stromaufwärtigen Strömungsverteilungsbereich 35 geht geradeaus in die Teilregion 32b und strömt über den stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereich 35 in das Loch 26. Das heißt, entsprechend der Lagebeziehung zu den Sammelleitungen ist die Teilregion 32b der Bereich mit der relativ hohen Strömungsrate des Kühlmittels (der Bereich mit der hohen Kühlmittelströmungsrate).
  • Die Vorsprünge 46 oder 66 sind so ausgebildet, dass sie in bestimmten Abschnitten der Strömungsverteilungsbereiche 35, die so angeordnet sind, dass sie das Kühlmittel vom und zum Bereich mit der hohen Kühlmittelströmungsrate führen, oder in bestimmten Bereichen der Strömungsverteilungsbereiche 35, die dem Bereich mit der hohen Kühlmittelströmungsrate entsprechen (in bestimmten Abschnitten der Strömungsverteilungsbereiche 35 mit der in der vertikalen Richtung gleichen Lageposition wie der Bereich mit der hohen Kühlmittelströmungsrate) größere Querschnittsdurchmesser aufweisen. Die bestimmten Abschnitte, welche die Vorsprünge 46 oder 66 mit den größeren Durchmessern aufweisen, weisen eine kleinere Strömungsweg-Querschnittsfläche und daher den größeren Strömungswegwiderstand für den Kühlmittelstrom auf.
  • Im Strömungsverteilungsbereich 35 auf der Seite des Lochs 23 (im stromaufwärtigen Strömungsverteilungsbereich) sind die Vorsprünge 46 oder 66 mit den größeren Durchmessern in der mittleren Region zwischen dem Loch 23 und der Teilregion 32b ausgebildet, und haben daher den höheren Strömungswegwiderstand. Diese Anordnung hemmt den Zustrom des Kühlmittels aus dem Loch 23 in die Teilregion 32b und erhöht die Strömungsraten des in vertikaler Richtung aufwärts strömenden Kühlmittels im stromaufwärtigen Strömungsverteilungsbereich 35. Im Strömungsverteilungsbereich 35 auf der Seite des Lochs 26 (im stromabwärtsseitigen Strömungsverteilungsbereich) sind die Vorsprünge 46 oder 66 mit dem größeren Durchmesser in einer mittleren Region zwischen dem Loch 26 und der Teilregion 32b ausgebildet, und haben daher den höheren Strömungswegwiderstand. Durch diese Anordnung wird der Strömungswegwiderstand des von einem vertikal oberen Endabschnitt des stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereichs 35 vertikal abwärts strömenden Kühlmittels und der Strömungswegwiderstand des von einem vertikal unteren Endabschnitt des stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereichs 35 vertikal aufwärts strömenden Kühlmittels vergleichsweise niedriger. Die niedrigeren Strömungswegwiderstände im stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereich 35 beschleunigen den Zustrom des Kühlmittels in die Teilregionen 32a und 32b. Der erhöhte Strömungswegwiderstand gegenüber dem Kühlmittel, das aus der Teilregion 32b zum stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereich 35 abgegeben wird, hemmt den Zustrom des Kühlmittels in die Teilregion 32b. Dadurch strömen im Wesentlichen gleiche Mengen an Kühlmittel in die jeweiligen Teilregionen 32a bis 32c, und die Strömungsrate des Kühlmittels ist über dem gesamten Leistungserzeugungsbereich 30 einschließlich der drei Teilregionen 32a bis 32c und der beiden Strömungsverteilungsbereiche 35 im Wesentlichen ausgeglichen.
  • Im Aufbau der zweiten Ausführungsform sind die Vorsprünge 46 oder 66 mit dem größeren Durchmesser sowohl in der mittlern Region in der Nähe des Lochs 23 im stromaufwärtigen Strömungsverteilungsbereich 35 als auch in der mittleren Region in der Nähe des Lochs 26 im stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereich 35 vorgesehen. In einem modifizierten Aufbau können die Vorsprünge 46 oder 66 mit dem größeren Durchmesser nur entweder in der mittleren Region in der Nähe des Lochs 23 im stromaufwärtigen Strömungsverteilungsbereich 35 oder in der mittleren Region in der Nähe des Lochs 26 im stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereich 35 vorgesehen sein. Diese modifizierte Anordnung gewährleistet im Wesentlichen die gleiche ausgleichende Wirkung auf die Strömungsratenverteilung des Kühlmittels.
  • C. Dritte Ausführungsform
  • Im Aufbau der ersten Ausführungsform sind die Vorsprünge 46 oder 66 in den Strömungsverteilungsbereichen 35 so ausgebildet, dass sie Querschnitte mit verschiedenen Durchmessern aufweisen. Es kann auch ein anderer Aufbau übernommen werden, um den Strömungswiderstand des Kühlmittels in der vertikalen Richtung von Ort zu Ort zu variieren. Eine Brennstoffzelle mit einem anderen Aufbau, der übernommen wird, um den Strömungswiderstand des Kühlmittels in der vertikalen Richtung je nach Ort zu variieren, wird nachstehend als dritte Ausführungsform der Erfindung erörtert. Die Brennstoffzelle der dritten Ausführungsform ist ähnlich aufgebaut wie die Brennstoffzelle der ersten Ausführungsform, abgesehen davon, dass die Separatoren 15 und 16 durch Separatoren 215 und 216 ersetzt sind. Ähnliche Elemente erhalten die gleichen Bezugszeichen und werden hier nicht näher erörtert.
  • 9 zeigt Draufsichten auf den Aufbau des Separators 215, der in der Brennstoffzelle der dritten Ausführungsform enthalten ist. 10 zeigt Draufsichten auf den Aufbau des Separators 216, der in der Brennstoffzelle der dritten Ausführungsform vorgesehen ist. 9(A) und 10(A) zeigen Gasströmungsweg-Seiten, und 9(B) und 10(B) zeigen Kühlmittelströmungsweg-Seiten. Das Design der Sammelleitungen für die jeweiligen Fluide, die Formen der konvexen Strukturen, die an der Gasströmungsweg-Seite vorgesehen sind, und die Strömungsrichtungen des Brenngases und des Oxidierungsgases auf der Gasströmungsweg-Seite in der dritten Ausführungsform sind denen der ersten Ausführungsform gleich.
  • In den Separatoren 215 und 116 der dritten Ausführungsform schließen Vorsprünge 42, 46, 62 oder 66, die in den Strömungsverteilungsbereichen 35 (einschließlich der Zustrom/Abstrom-Bereiche 33 und der Verbindungsbereiche 34) vorgesehen sind, Vorsprünge mit kreisförmigem Querschnitt ein, die in festen Abständen angeordnet sind und die den Vorsprüngen mit dem kreisförmigen Querschnitt der ersten Ausführungsform ähnlich sind, sowie, anstelle der Vorsprünge mit dem kreisförmigen Querschnitt und dem größeren Durchmesser in der ersten Ausführungsform, lange Vorsprünge, die so geformt sind, dass sie eine vorgegebene Anzahl von mehreren Orten, die für die Ausbildung der Vorsprünge mit dem kreisförmigen Querschnitt bestimmt sind, verbinden. Das Design der Vorsprünge mit dem kreisförmigen Querschnitt, die mit festen Abständen angeordnet sind, im Aufbau der dritten Ausführungsform unterscheidet sich vom Design der ähnlichen Vorsprünge im Aufbau der ersten Ausführungsform. Wie in 9 und 10 dargestellt, sind die Vorsprünge 42, 46, 62 oder 66 in einem gitterartigen Muster ausgerichtet, so dass sie sowohl in der horizontalen Richtung als auch in der vertikalen Richtung gleiche Abstände aufweisen. Die Vorsprünge, die auf der einen Seite ausgebildet sind, und die Vorsprünge, die auf der anderen Seite ausgebildet sind, sind in einer solchen Beziehung vorgesehen, dass eine gegenseitige Störung durch die gegenüber liegenden Linien der Vorsprünge, die in der horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung angeordnet sind, vermieden wird. Von den Vorsprüngen 46 oder 66, die auf der Kühlmittelströmungsweg-Seite vorstehen, ist jeder der langen Vorsprünge, die anstelle der Vorsprünge mit dem größeren Durchmesser der ersten Ausführungsform vorgesehen sind, in einer solchen Form ausgebildet, dass er zwei benachbarte Orte, die für die Bildung der Vorsprünge mit dem kreisförmigen Querschnitt in dem gitterartigen Muster bestimmt sind, in der horizontalen Richtung verbindet (siehe 9(B) und 10(B)).
  • Wie beim Aufbau der ersten Ausführungsform definiert im Aufbau der dritten Ausführungsform ein Satz aus Löchern 24, die in der Nähe eines vertikal unteren Endes des stromaufwärtigen Strömungsverteilungsbereichs 35 ausgebildet sind, eine Kühlmittelzufuhr-Sammelleitung. Ein Satz aus Löchern 25, die in der Nähe eines vertikal oberen Endes des stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereichs 35 ausgebildet sind, definiert eine Kühlmittelabfuhr-Sammelleitung. Wie im Aufbau der ersten Ausführungsform sind die Teilregionen 32a und 32c gemäß der Lagebeziehung zu den Sammelleitungen die Bereiche mit der relativ hohen Strömungsrate des Kühlmittels (die Bereiche mit der hohen Kühlmittelströmungsrate).
  • Die Vorsprünge 46 oder 66 sind in bestimmten Abschnitten der Strömungsverteilungsbereiche 35, die so angeordnet sind, dass sie das Kühlmittel vom und zum Bereich mit der hohen Kühlmittelströmungsrate liefern, oder in bestimmten Abschnitten der Strömungsverteilungsbereiche 35, die dem Bereich mit der hohen Kühlmittelströmungsrate entsprechen (in bestimmten Abschnitten der Strömungsverteilungsbereiche 35 mit der in der vertikalen Richtung gleichen relativen Position wie der Bereich mit der hohen Kühlmittelströmungsrate) in langer Form mit einer Längsrichtung parallel zur horizontalen Richtung (in einer abgeflachten Form) ausgebildet. Die bestimmten Abschnitte mit den abgeflachten Vorsprüngen 46 oder 66 weisen in der horizontalen Richtung einen kleineren Strömungswegquerschnitt und somit einen höheren Strömungswegwiderstand gegen das Kühlmittel, das in der vertikalen Richtung strömt, auf.
  • Im Strömungsverteilungsbereich 35 auf der Seite des Lochs 24 (im stromaufwärtigen Strömungsverteilungsbereich) sind die abgeflachten Vorsprünge 46 oder 66 in einer in der vertikalen Richtung oberen Region abseits vom Loch 24 ausgebildet. Die in der vertikalen Richtung obere Region des stromaufwärtigen Strömungsverteilungsbereichs 35 weist somit einen höheren Strömungswegwiderstand gegen das Kühlmittel auf, das in der vertikalen Richtung strömt. Diese Anordnung senkt die Strömungsrate des vertikal aufwärts strömenden Kühlmittels im stromaufwärtigen Strömungsverteilungsbereich 35 und hemmt den Zustrom des Kühlmittels in die Teilregion 32a. Im Strömungsverteilungsbereich 35 auf der Seite des Lochs 25 (im stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereich) sind die abgeflachten Vorsprünge 46 oder 66 in einer in der vertikalen Richtung unteren Region abseits vom Loch 25 ausgebildet. Die in der vertikalen Richtung untere Region des stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereichs 35 weist somit den höheren Strömungswegwiderstand gegen das Kühlmittel, das in der vertikalen Richtung strömt, auf. Diese Anordnung begrenzt den stromaufwärtigen Strom des Kühlmittels in der vertikalen Richtung von einem vertikal unteren Endabschnitt des stromabwärtigen Strömungsverteilungsbereichs 35. Der begrenzte Strom des Kühlmittels, das aus der Teilregion 32c abgegeben wird, in den stromabwärtigen Stromvereilungsbereich 35 hemmt den Zustrom des Kühlmittels zur Teilregion 32c. Dadurch wird die Zustrommenge des Kühlmittels zur Teilregion 32b im mittleren Be reich des Leistungserzeugungsbereichs 30 erhöht, wodurch die Kühlmittelmengen, die in die jeweiligen Teilregionen 32a bis 32c fließen, im Wesentlichen ausgeglichen werden und die Strömungsratenverteilung des Kühlmittels, das über den Strömungsverteilungsbereichen 35 strömt, im Wesentlichen ausgeglichen wird. Die Strömungsrate des Kühlmittels kann somit über dem gesamten Leistungserzeugungsbereich 30 einschließlich der drei Teilregionen 32a bis 32c und der beiden Strömungsverteilungsbereiche 35 ausgeglichen werden.
  • Im Aufbau der dritten Ausführungsform ist jeder der abgeflachten Vorsprünge 46 oder 66 so ausgelegt, dass er eine lange Form aufweist, die zwei benachbarte Orte, die für die Ausbildung der Vorsprünge 46 oder 66 mit dem kreisförmigen Querschnitt in dem gitterartigen Muster bestimmt sind, verbindet, und dabei einen Konflikt mit Orten, die für die Ausbildung der Vorsprünge 42 oder 62 auf der Gasströmungsweg-Seite bestimmt sind, vermeidet. Durch diese Anordnung wird der Einfluss der abgeflachten Vorsprünge 46 oder 66 auf die Form und das Design der Vorsprünge 42 oder 62 auf der Gasströmungsweg-Seite und auf den Gasstrom auf der Gasströmungsweg-Seite begrenzt.
  • Im Aufbau der dritten Ausführungsform sind die abgeflachten Vorsprünge 46 oder 66 in der langen Form ausgebildet, die die beiden benachbarten Orte, die für die Ausbildung der Vorsprünge 46 oder 66 mit dem kreisförmigen Querschnitt in dem gitterartigen Muster bestimmt waren, verbindet. Diese Form ist jedoch weder wesentlich noch beschränkend. Die abgeflachten Vorsprünge 46 oder 66 können in einer Form ausgebildet werden, die drei oder noch mehr benachbarte Orte, die für die Ausbildung der Vorsprünge 46 oder 66 mit dem kreisförmigen Querschnitt bestimmt waren, verbindet. Die abgeflachten Vorsprünge 46 oder 66 können in einer Form ausgebildet werden, die eine vorgegebene Zahl von benachbarten Orten, die für die Ausbildung der Vorsprünge 46 oder 66 mit dem kreisförmigen Querschnitt bestimmt waren, in einer ausgewählten Richtung, die sich von der horizontalen Richtung unterscheidet, in irgendeinem regelmäßigen Muster verbindet. Beispielsweise ergibt in dem Design der Vorsprünge 46 oder 66 mit dem kreisförmigen Querschnitt mit festen Abständen, wie in der ersten Ausführungsform erörtert, ein Verbinden einer vorgegebenen Zahl von benach barten Orten, die für die Ausbildung der Vorsprünge 46 oder 66 bestimmt waren, unter Vermeidung eines Konflikts mit Orten, die für die Ausbildung der Eintiefungen 43 oder 63 bestimmt sind, Vorsprünge mit einem Winkel von ungefähr 45 Grad in Bezug auf die horizontale Richtung. Die abgeflachten Vorsprünge 46 oder 66 können in jeder Form ausgebildet werden, die eine vorgegebene Zahl von benachbarten Orten, die für die Ausbildung der Vorsprünge 46 oder 66 mit dem kreisförmigen Querschnitt bestimmt waren und die mit festen Abständen in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind, miteinander verbindet, solange die Form eine Zunahme des Widerstands des Kühlmittelstroms in der vertikalen Richtung in den Strömungsverteilungsbereichen 35 sicherstellt. Die Ausbildung von solchen abgeflachten Vorsprüngen 46 oder 66 unter Vermeidung eines Konflikts mit den Orten, die für die Ausbildung der Eintiefungen 46 oder 63 bestimmt sind, begrenzt den Einfluss der abgeflachten Vorsprünge 46 oder 66 auf die Gasströmungsweg-Seite.
  • D. Andere Aspekte
  • Die oben erörterten Ausführungsformen und ihre Anwendungen sollen in all ihren Aspekten als erläuternd, aber nicht als beschränkend aufgefasst werden. Es sind viele Modifikationen, Änderungen und Abänderungen möglich, ohne vom Bereich oder vom Gedanken der Hauptkennzeichen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Einige Beispiele für mögliche Modifikationen werden nachstehend angegeben.
  • D1. Modifiziertes Beispiel 1
  • Im Aufbau der oben erörterten ersten bis dritten Ausführungsformen werden die zwei verschiedenen Größen oder verschiedenen Formen der Vorsprünge 46 oder 66 verwendet, um den Strömungswegwiderstand in den Strömungsverteilungsbereichen 35 je nach Ort zu variieren. In einem modifizierten Aufbau können Vorsprünge mit drei oder noch mehr verschiedenen Größen oder Formen im Strömungsverteilungsbereich 35 ausgebildet werden, um den Strömungswegwiderstand zu steuern. Beispielsweise kann die Größe der Vorsprünge 46 oder 66 zu den Bereichen mit hoher Kühlmittelströmungsrate hin allmählich erweitert werden. In dem Aufbau, in dem die Größe oder die Form der Vorsprünge 46 oder 66 in einem Teil jedes Strömungsverteilungsbereichs 35 variiert wird, wie im Aufbau der ersten bis dritten Ausführungsformen, kann der Bereich mit der hohen Kühlmittelströmungsrate so eingestellt werden, dass er eine breitere oder eine schmälere Fläche aufweist als jede der Teilregionen 32a bis 32c. In dem Kühlmittelströmungsweg-Bereich strömt das Kühlmittel im Allgemeinen gerade und parallel zur horizontalen Richtung, während die jeweiligen Teilregionen 32 eigentlich nicht voneinander getrennt sind. Das heißt, es gibt keine stufenweise Änderung der Strömungsrate des Kühlmittels zwischen den jeweiligen Teilregionen 32. Die Grenze der Region mit den Vorsprüngen mit der Form, die den Widerstand gegen den Kühlmittelstrom in der vertikalen Richtung erhöht, kann sich daher von der Grenze zwischen den angrenzenden Teilregionen 32 unterscheiden.
  • D2. Modifiziertes Beispiel 2
  • Im Aufbau der oben erörterten ersten bis dritten Ausführungsformen werden die Vorsprünge 46 oder 66 in einer Form, die den Strömungswegwiderstand erhöht, in einem Teil der Strömungsverteilungsbereiche 35 ausgebildet, während die Musterung des Designs der Vorsprünge 46 oder 66, die mit den festen Abständen angeordnet werden, beibehalten wird. Dieser Ansatz ist jedoch weder wesentlich noch beschränkend. Ein anderer Ansatz kann die Dichte der Vorsprünge 46 oder 66 in einem ausgewählten Abschnitt des Strömungsverteilungsbereichs 35 erhöhen, so dass sie höher ist als die Dichte der Vorsprünge 46 oder 66 im übrigen Abschnitt des Strömungsverteilungsbereichs 35, und zwar im Hinblick auf die teilweise Erhöhung des Widerstands gegenüber dem Kühlmittelstrom. Eine solche Ausbildung der Vorsprünge 46 oder 66 unter Vermeidung eines Konflikts mit den Orten, die für die Ausbildung der Eintiefungen 46 oder 63, die in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind, bestimmt sind, gleicht die Strömungsratenverteilung des Kühlmittels im Wesentlichen aus, während sie den Einfluss auf die Gasströmungsweg-Seite begrenzt.
  • D3. Modifiziertes Beispiel 3
  • Im Aufbau der oben erörterten ersten und zweiten Ausführungsformen werden die Vorsprünge 46 oder 66 so ausgebildet, dass sie einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt der Vorsprünge ist nicht auf die Kreisform beschränkt, sondern kann jede andere geeignete Form haben, beispielsweise eine polygonale Form mit im Wesentlichen gleichen Längen in der vertikalen Richtung und in der horizontalen Richtung. In diesem modifizierten Aufbau können die Längen oder die Durchmesser der polygonalen Querschnitte der Vorsprünge in der vertikalen Richtung und in der horizontalen Richtung (in den Vorsprüngen mit dem rechtwinkligen Querschnitt die Länge einer Seite oder die Länge einer Diagonalen des rechtwinkligen Querschnitts) je nach Ort variiert werden wie im Aufbau der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform. Diese modifizierte Anordnung variiert den Strömungswegwiderstand gegenüber dem Kühlmittelstrom in der vertikalen Richtung in den Strömungsverteilungsbereichen.
  • D4. Modifiziertes Beispiel 4
  • Im Aufbau der oben erörterten ersten und dritten Ausführungsformen sind die bestimmten Abschnitte mit den Vorsprüngen 42 oder 46, die den Widerstand gegen den Kühlmittelstrom in der vertikalen Richtung in den Strömungsverteilungsbereichen 35 verstärken, in dem Bereich, der nahe am Loch 22 liegt und in dem Bereich, der nahe am Loch 27 liegt, vorgesehen. In den Strömungsverteilungsbereichen 35 sind ein Bereich nahe am Loch 24 und ein Bereich nahe am Loch 25 (in 3 als Bereich 36 und als Bereich 37 bezeichnet) ebenfalls bestimmte Abschnitte der Strömungsverteilungsbereiche 35, die den Bereichen mit der hohen Kühlmittelströmungsrate entsprechen (Teilregionen 32a und 32c). Eine Ausbildung der Vorsprünge 46 und 66 mit dem größeren Durchmesser in diesen Bereichen 36 und 37 beschränkt die Strömungsrate des Kühlmittels, das durch die Teilregionen 32a und 32c strömt, auf ähnliche Weise wie in den Bereichen mit der hohen Kühlmittelströmungsrate. Eine Erhöhung des Strömungswegwiderstands in dem Bereich in der Nähe der Kühlmittel-Sammelleitung erhöht den möglichen Druckverlust des Kühlmittelstroms und begrenzt die Strömungsrate des Kühlmittels in der Teilregion 32b als einem Bereich mit einer relativ niedrigen Strömungsrate des Kühlmittels (einem Bereich mit einer niedrigen Kühlmittelströmungsrate) gemäß der Lagebeziehung zur Kühlmittel-Sammelleitung. Diese begrenze Strömungsrate erschwert das Erreichen einer im Wesentlichen gleichmäßigen Strömungsratenverteilung des Kühlmittels. Im Design der Kühlmittel-Sammelleitungen, die sich diagonal außerhalb des Leistungserzeugungsbereichs 3 oder an einer Ecke am vertikal unteren Ende und an einer Ecke am vertikal oberen Ende auf gegenüber liegenden Seiten befinden, ist jeder bestimmte Abschnitt mit mehreren Vorsprüngen, die den Widerstand gegenüber dem Kühlmittelstrom in der vertikalen Richtung erhöhen, vorzugsweise an einem solchen Ort vorgesehen, dass eine Konflikt mit dem Kühlmittelstrom in den Bereich mit der niedrigen Kühlmittelströmungsrate vermieden wird. Wie im Aufbau der oben erörterten ersten und dritten Ausführungsformen werden vorzugsweise mehrere Vorsprünge, die den Widerstand gegenüber dem Kühlmittelstrom in der vertikalen Richtung erhöhen, in bestimmten Abschnitten ausgebildet, die fern von den Kühlmittel-Sammelleitungen in den Strömungsvereilungsbereichen 35 ausgebildet sind.
  • D5. Modifiziertes Beispiel 5
  • Im Aufbau der oben erörterten ersten bis dritten Ausführungsformen ist der Gasströmungsweg, der auf der Gasströmungsweg-Seite ausgebildet ist, so angeordnet, dass er die Richtung des Gasstroms in jedem Verbindungsbereich 34 umkehrt. In einem modifizierten Aufbau kann der Gasströmungsweg so angeordnet werden, dass das Gas in einer einzigen Richtung geradeaus strömt, wie der Kühlmittelstrom im Kühlmittelströmungsweg. Damit das Gas geradeaus in einer Richtung strömt, muss in dieser modifizierten Anordnung des Gasströmungswegs ein Fluidstrom von und zu Fluidsammelleitungen, die an verschiedenen Orten in der Nähe des Außenumfangs des Bereichs mit dem geraden Strömungsweg auf jeder Seite des Separators vorgesehen werden. Im modifizierten Aufbau des Gasströmungswegs, in dem der Gasstrom in einer geraden Richtung auf einem Separator mit konkav/konvexen Strukturen auf seiner Oberfläche und seiner Rückseite strömt, ist es von wesentlicher Bedeutung, einen Strömungsverteilungsbereich mit mehreren Vorsprüngen, die auf beiden Seiten an einem Ort in der Nähe eines Lochs für jede Fluidsammelleitung des Separators ausgebildet sind, vorzusehen. Die Technik der Erfindung kann angewendet werden, um solche Strömungsverteilungsbereiche zu schaffen. In der modifizierten Anordnung des Gasströmungswegs, mit der der Gasstrom geradeaus in einer Richtung strömt, wird durch die Ausbildung von Vorsprüngen mit der Form und dem Design, die denen der Vorsprünge in irgendeiner der oben beschriebenen Ausführungsformen ähnlich sind, in jedem Strömungsvereilungsbereich auf der Gasströmungsweg-Seite des Separators eine im Wesentlichen gleichmäßige Planverteilung der Gasströmungsrate erreicht.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In mindestens einem Strömungsverteilungsbereich 35, von denen mehrere auf einem Separator 15 vorgesehen sind, sind eine Vielzahl von ersten Vorsprüngen 46, die in einer Region ausgebildet sind, die einem ersten Abschnitt (Teilregionen 32a und 32c) eines mittleren Bereichs (einschließlich von Teilregionen 32a bis 32c) entsprechen, der eine relativ hohe Strömungsrate eines ersten Fluids (Kühlmittels) aufweist, so ausgelegt, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser haben als eine Vielzahl der ersten Vorsprünge 46, die in einer Region ausgebildet sind, die einem zweiten Abschnitt (einer Teilregion 32b) des mittleren Bereichs entspricht, der eine relativ niedrige Strömungsrate des ersten Fluids aufweist. Diese Anordnung erreicht eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsratenverteilung eines Fluids in einem Fluidströmungsweg, der auf einem Separator ausgebildet ist, der so gestaltet ist, dass er konkav/konvexe Strukturen aufweist, die in einer zueinander umgekehrten Beziehung auf seinen zwei gegenüber liegenden Seiten ausgebildet sind.
  • 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.
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Claims (11)

  1. Gasseparator für eine Brennstoffzelle, der so aufgebaut ist, dass er konkav/konvexe Strukturen aufweist, die in einer Umkehrbeziehung zueinander an seinen beiden Seiten ausgebildet sind und die einen Strömungsweg für ein erstes Fluid auf seiner ersten Seite und einen Strömungsweg für ein zweites Fluid auf seiner zweiten Seite definieren, wobei der Gasseparator aufweist: einen mittleren Bereich, der so ausgelegt ist, dass er mehrere lineare konvexe Strukturen enthält, die in einer ersten Richtung verlaufen, um das erste Fluid und das zweite Fluid auf den jeweiligen Seiten in der ersten Richtung einzuführen, und die so angeordnet sind, dass das erste Fluid auf mindestens der ersten Seite in einer festgelegten Richtung strömt, wobei der mittlere Bereich so angeordnet ist, dass er eine Ungleichmäßigkeit einer Strömungsratenverteilung des ersten Fluids aufgrund einer Beziehung zu einer Strömungsrichtung des ersten Fluids auf der ersten Seite bewirkt; und Strömungsverteilungsbereiche, die über dem mittleren Bereich derart angeordnet sind, dass sie an jeweilige Enden der mehreren linearen konvexen Strukturen angrenzen, und die so ausgelegt sind, dass sie mehrere erste Vorsprünge mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, die von der ersten Seite vorstehen und die mit bestimmten Abständen voneinander angeordnet sind, und mehrere zweite Vorsprünge, die von der zweiten Seite vorstehen und die mit Abständen voneinander angeordnet sind, aufweisen; wobei jeder der Strömungsverteilungsbereiche so aufgebaut ist, dass ein Strom des ersten Fluids vom oder zum Strömungsweg des ersten Fluids, der im mittleren Bereich auf der ersten Seite ausgebildet ist, geliefert wird, wobei in mindestens einem der Strömungsverteilungsbereiche eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region ausgebildet sind, die einem ersten Abschnitt des mittleren Bereichs mit einer relativ hohen Strömungsrate des ersten Fluids entspricht, so ausgelegt sind, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen als eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region ausgebildet sind, die einem zweiten Abschnitt des mittleren Bereichs entspricht, der eine relativ niedrige Strömungsrate des ersten Fluids aufweist.
  2. Gasseparator für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei die Ungleichmäßigkeit der Strömungsratenverteilung des ersten Fluids auf der ersten Seite durch eine Lagebeziehung des Strömungswegs des ersten Fluids im mittleren Bereich zu einer Öffnung, durch die das erste Fluid von oder zu den einzelnen Strömungsverteilungsbereichen geführt wird, definiert wird.
  3. Gasseparator für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das erste Fluid auf der ersten Seite von einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitt eines der Strömungsverteilungsbereiche oder eines Strömungsverteilungsbereichs zu einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitt des anderen der Strömungsverteilungsbereiche oder des anderen Strömungsverteilungsbereichs strömt, wobei in dem einen Strömungsverteilungsbereich eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region in der Nähe des gegenüber liegenden, senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitts ausgebildet sind, so ausgelegt sind, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen als die Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer anderen Region ausgebildet sind, und wobei in dem anderen Strömungsverteilungsbereich eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region in der Nähe des einen, senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitts ausgebildet sind, so ausgelegt sind, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen als die ersten Vorsprünge, die in einer anderen Region ausgebildet sind.
  4. Gasseparator für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das erste Fluid auf der ersten Seite von einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Abschnitt eines der Strömungsverteilungsbereiche oder eines Strömungsverteilungsbereichs zu einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Abschnitt des anderen der Strömungsverteilungsbereiche oder des anderen Strömungsverteilungsbereichs strömt, und wobei in jedem der Strömungsverteilungsbereiche eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region in der Nähe des senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Bereichs ausgebildet sind, so ausgelegt sind, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen als eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region in der Nähe eines senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitts ausgebildet sind.
  5. Gasseparator für eine Brennstoffzelle, der so aufgebaut ist, dass er konkav/konvexe Strukturen aufweist, die in einer Umkehrbeziehung zueinander an seinen beiden Seiten ausgebildet sind und die einen Strömungsweg für ein erstes Fluid auf seiner ersten Seite und einen Strömungsweg für ein zweites Fluid auf seiner zweiten Seite definieren, wobei der Gasseparator aufweist: einen mittleren Bereich, der so ausgelegt ist, dass er mehrere lineare konvexe Strukturen enthält, die in einer ersten Richtung verlaufen, um das erste Fluid und das zweite Fluid auf den jeweiligen gegenüber liegenden Seiten in der ersten Richtung einzuführen, und die so angeordnet sind, dass das erste Fluid auf mindestens der ersten Seite in einer festgelegten Richtung strömt; Strömungsverteilungsbereiche, die über dem mittleren Bereich derart angeordnet sind, dass sie an jeweilige Enden der mehreren linearen konvexen Strukturen angrenzen, und die so ausgelegt sind, dass sie mehrere erste Vorsprünge mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, die von der ersten Seite vorstehen und die mit bestimmten Abständen voneinander angeordnet sind, und mehrere zweite Vorsprünge, die von der zweiten Seite vorstehen und die mit Abständen voneinander angeordnet sind, aufweisen, wobei jeder der Strömungsverteilungsbereiche so aufgebaut ist, dass ein Strom des ersten Fluids vom oder zum Strömungsweg des ersten Fluids, der im mittleren Bereich auf der ersten Seite ausgebildet ist, geliefert wird; eine erste Öffnung, die in einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitt eines der Strömungsverteilungsbereiche oder eines Strömungsverteilungsbereichs ausgebildet ist, um eine Verbindung mit dem einen Strömungsverteilungsbereich herzustellen; und eine zweite Öffnung, die in einem gegenüber liegenden, senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitt des anderen der Strömungsverteilungsbereiche oder des anderen Strömungsverteilungsbereichs ausgebildet ist, um eine Verbindung mit dem anderen Strömungsverteilungsbereich herzustellen, wobei in jedem der Strömungsverteilungsbereiche eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region ausgebildet sind, die abseits von der ersten Öffnung oder von der zweiten Öffnung liegt, so ausgelegt sind, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen als eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region ausgebildet sind, die nahe an der ersten Öffnung oder der zweiten Öffnung liegt.
  6. Gasseparator für eine Brennstoffzelle, der so aufgebaut ist, dass er konkav/konvexe Strukturen aufweist, die in einer Umkehrbeziehung zueinander an seinen beiden Seiten ausgebildet sind und die einen Strömungsweg für ein erstes Fluid auf seiner ersten Seite und einen Strömungsweg für ein zweites Fluid auf seiner zweiten Seite definieren, wobei der Gasseparator aufweist: einen mittleren Bereich, der so ausgelegt ist, dass er mehrere lineare konvexe Strukturen enthält, die in einer ersten Richtung verlaufen, um das erste Fluid und das zweite Fluid auf den jeweiligen gegenüber liegenden Seiten in der ersten Richtung einzuführen, und die so angeordnet sind, dass das erste Fluid auf mindestens der ersten Seite in einer festgelegten Richtung strömt; Strömungsverteilungsbereiche, die über dem mittleren Bereich derart angeordnet sind, dass sie an jeweilige Enden der mehreren linearen konvexen Strukturen angrenzen, und die so ausgelegt sind, dass sie mehrere erste Vorsprünge mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, die von der ersten Seite vorstehen und die mit bestimmten Abständen voneinander angeordnet sind, und mehrere zweite Vorsprünge aufweisen, die von der zweiten Seite vorstehen und die mit Abständen voneinander angeordnet sind, wobei jeder der Strömungsverteilungsbereiche so aufgebaut ist, dass ein Strom des ersten Fluids vom oder zum Strömungsweg des ersten Fluids, der im mittleren Bereich auf der ersten Seite ausgebildet ist, geliefert wird; eine erste Öffnung, die in einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Abschnitt eines der Strömungsverteilungsbereiche oder eines Strömungsverteilungsbereichs ausgebildet ist, um eine Verbindung mit dem einen Strömungsverteilungsbereich herzustellen; und eine zweite Öffnung, die in einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen mittleren Abschnitt des anderen der Strömungsverteilungsbereiche oder des anderen Strömungsverteilungsbereichs ausgebildet ist, um eine Verbindung mit dem anderen Strömungsverteilungsbereich herzustellen, wobei in jedem der Strömungsverteilungsbereiche eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region ausgebildet sind, die abseits von der ersten Öffnung oder von der zweiten Öffnung liegt, so ausgelegt sind, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen als eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region ausgebildet sind, die nahe an der ersten Öffnung oder der zweiten Öffnung liegt.
  7. Gasseparator für eine Brennstoffzelle, der so aufgebaut ist, dass er konkav/konvexe Strukturen aufweist, die in einer Umkehrbeziehung zueinander an seinen beiden Seiten ausgebildet sind und die einen Strömungsweg für ein erstes Fluid auf seiner ersten Seite und einen Strömungsweg für ein zweites Fluid auf seiner zweiten Seite definieren, wobei der Gasseparator aufweist: einen mittleren Bereich, der so ausgelegt ist, dass er mehrere lineare konvexe Strukturen enthält, die in einer ersten Richtung verlaufen, um das erste Fluid und das zweite Fluid auf den jeweiligen gegenüber liegenden Seiten in der ersten Richtung einzuführen, und die so angeordnet sind, dass das erste Fluid auf mindestens der ersten Seite in einer festgelegten Richtung strömt, wobei der mittlere Bereich so angeordnet ist, dass er eine Ungleichmäßigkeit einer Strömungsratenverteilung des ersten Fluids aufgrund einer Beziehung zu einer Strömungsrichtung des ersten Fluids auf der ersten Seite bewirkt; und Strömungsverteilungsbereiche, die über dem mittleren Bereich derart angeordnet sind, dass sie an jeweilige Enden der mehreren linearen konvexen Strukturen angrenzen, und die so ausgelegt sind, dass sie mehrere erste Vorsprünge mit im We sentlichen kreisförmigem Querschnitt, die von der ersten Seite vorstehen und die mit Abständen voneinander angeordnet sind, und mehrere zweite Vorsprünge aufweisen, die von der zweiten Seite vorstehen und die mit Abständen voneinander angeordnet sind, wobei jeder der Strömungsverteilungsbereiche so aufgebaut ist, dass ein Strom des ersten Fluids vom oder zum Strömungsweg des ersten Fluids, der im mittleren Bereich auf der ersten Seite ausgebildet ist, geliefert wird, wobei das erste Fluid auf der ersten Seite von einem senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitt eines der Strömungsverteilungsbereiche oder eines Strömungsverteilungsbereichs zu einem gegenüber liegenden, senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitt des anderen der Strömungsverteilungsbereiche oder des anderen Strömungsverteilungsbereichs strömt, und wobei in mindestens einem der Strömungsverteilungsbereiche der Strömungsweg des ersten Fluids, der von einer Vielzahl der ersten Vorsprünge definiert wird, die in einer Region ausgebildet sind, die einem ersten Abschnitt des mittleren Bereichs entspricht, der eine relativ hohe Strömungsrate des ersten Fluids aufweist, so ausgelegt sind, dass sie eine in der ersten Richtung kleinere Querschnittsfläche aufweisen als der Strömungsweg des ersten Fluids, der von einer Vielzahl der ersten Vorsprünge definiert wird, die in einer Region ausgebildet sind, die einem zweiten Abschnitt des mittleren Bereichs entsprechen, der eine relativ niedrige Strömungsrate des ersten Fluids aufweist.
  8. Gasseparator für die Brennstoffzelle nach Anspruch 7, wobei in dem einen Strömungsverteilungsbereich die Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region in der Nähe des gegenüber liegenden, senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitts ausgebildet sind, so ausgelegt sind, dass sie in der ersten Richtung einen kleineren Strömungswegquerschnitt aufweisen als die ersten Vorsprünge, die in einer anderen Region ausgebildet sind, und wobei in dem anderen Strömungsverteilungsbereich die Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer Region in der Nähe des einen, senkrecht zur ersten Richtung gesehen endseitigen Abschnitts ausgebildet sind, so ausgelegt sind, dass sie einen in der ersten Richtung kleineren Strömungswegquerschnitt aufweisen als die ersten Vorsprünge, die in einer anderen Region ausgebildet sind.
  9. Gasseparator für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die mehreren ersten Vorsprünge so ausgebildet sind, dass sie einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und mit festen Abständen voneinander angeordnet sind, und wobei eine Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in der Region des Strömungsverteilungsbereichs ausgebildet sind, die dem ersten Abschnitt des mittleren Bereichs entspricht, so ausgelegt sind, dass sie einen größeren Querschnittsdurchmesser aufweisen als die Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in einer anderen Region ausgebildet sind.
  10. Gasseparator für die Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die mehreren ersten Vorsprünge mit einem vorgegebenen Abstand in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind, und jeder von der Vielzahl der ersten Vorsprünge, die in der Region des Strömungsverteilungsbereichs ausgebildet sind, die dem ersten Abschnitt des mittleren Bereichs entspricht, so ausgelegt ist, dass er eine Form aufweist, die eine vorgegeben Anzahl der mehreren Orte, die für die Ausbildung der ersten Vorsprünge in dem regelmäßigen Muster vorgesehen sind, verbindet und dabei einen Konflikt mit Orten vermeidet, die für die Ausbildung der zweiten Vorsprünge vorgesehen sind.
  11. Brennstoffzelle, aufweisend: eine Leistungserzeugungsanordnung, die so aufgebaut ist, dass sie eine Elektrolytschicht und ein Paar Elektroden, die auf den jeweiligen Seiten der Elektrolytschicht ausgebildet sind, aufweist; und ein Paar Gasseparatoren für die Brennstoffzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, die über der Leistungserzeugungsanordnung angeordnet sind, um Strömungswege für reaktive Gase zwischen den jeweiligen Gasseparatoren und der Leistungserzeugungsanordnung zu definieren.
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