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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstapel und insbesondere einen Brennstoffzellenstapel, der die Funktion einer auf einer Endplatte angebrachten Systemkomponente selbst dann aufrecht erhalten kann, wenn der Stapel sich in einem geneigten Zustand befindet.
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Stand der Technik
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Ein Brennstoffzellenstapel besitzt eine Struktur, bei welcher eine Mehrzahl von jeweils eine der Anodenseite zugeordnete Elektrode, eine Elektrolytmembran und eine der Kathodenseite zugeordnete Elektrode aufweisenden Grundstrukturen (Einzelzellen der Brennstoffbatterie) gestapelt und in Reihe miteinander verbunden sind. Die die Grundstruktur bildende Einzelzelle der Brennstoffbatterie besitzt eine Struktur, bei welcher die der Anodenseite zugeordnete Elektrode auf einer Oberfläche der eine Polymer-Ionenaustauschmembran aufweisenden Elektrolytmembran angeordnet ist, die der Kathodenseite zugeordnete Elektrode auf deren anderer Seite, und die sich ergebende Struktur durch Separatoren sandwichartig gestaltet ist. Eine Mehrzahl von jeweils eine derartige Struktur aufweisenden Einzelzellen der Brennstoffbatterie sind gestapelt und in Reihe verbunden und die gestapelte Mehrzahl der Einzelzellen der Brennstoffbatterie wird sandwichartig von beiden Seiten her in der Stapelrichtung von einem Paar Isolierplatten und einem Paar Endplatten derart eingeschlossen, daß die erhaltene Struktur als ein eine Hochspannung erzeugender Brennstoffzellenstapel genutzt wird.
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Dabei ist bei jeder Einzelzelle der Brennstoffbatterie eine Verteiler- bzw. Sammlerbohrung in der Elektrolytmembran und dem Separator ausgebildet. Wenn die der Anodenseite zugeordnete Elektrode, die Elektrolytmembran und die der Kathodenseite zugeordnete Elektrode durch die Separatoren sandwichartig angeordnet sind, werden die Verteiler- bzw. Sammlerbohrungen der Elektrolytmembran und der Separatoren verbunden und es entsteht eine Einzelzelle der Brennstoffbatterie, in der ein Teil eines später beschriebenen Verteilers bzw. Sammlers ausgebildet ist. Wenn eine Mehrzahl der Einzelzellen der Brennstoffbatterie gestapelt und in Reihe verbunden wird, um den Brennstoffzellenstapel zu erzeugen, werden die Verteiler- bzw. Sammlerbohrungen zwischen den Einzelzellen der Brennstoffbatterie miteinander verbunden. Mit anderen Worten, die in den Einzelzellen der Brennstoffbatterie ausgebildeten Teile des später beschriebenen Verteilers bzw. Sammlers werden verbunden. Bei dieser Konstruktion sind in dem durch den Stapel der Einzelzellen der Brennstoffbatterie erzeugten Brennstoffzellenstapel in Stapelrichtung durch die Einzelzellen der Brennstoffbatterie hindurch ein Verteiler bzw. Sammler für die Zuleitung bzw. Ableitung eines Brenngases oder Oxidansgases zwischen der Außenseite des Brennstoffzellenstapels und den Einzelzellen der Brennstoffbatterie und ein Verteiler für die Zuleitung oder ein Sammler für die Ableitung eines Kühlmittels (beispielsweise Kühlwasser) zwischen der Außenseite des Brennstoffzellenstapels und den Einzelzellen der Brennstoffbatterie zur Unterdrückung eines Temperaturanstiegs aufgrund der Wärmeentwicklung in den Einzelzellen der Brennstoffbatterie ausgebildet.
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Im Brennstoffzellenstapel werden durch die oben beschriebene Konstruktion das Brenngas und das Oxidansgas von einer Seite einer Endplatte des Brennstoffzellenstapels durch den Verteiler für die Gasversorgung jeder Einzelzelle der Brennstoffbatterie zugeführt und nach der Zuführung von jeder Einzelzelle der Brennstoffbatterie an den Sammler für die Gasableitung abgegeben, und das abgegebene Gas wird über den Sammler für die Gasableitung auf der Seite der einen Endplatte abgegeben.
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Bei der Einzelzelle der Brennstoffbatterie mit der oben beschriebenen Struktur reagieren Wasserstoff, der als das der Anodenseite zugeführte Brenngas dient, und der Sauerstoff, der als das der Kathodenseite zugeführte Oxidansgas dient, elektrochemisch durch de Elektrolytmembran und es wird Wasser erzeugt. Das erzeugte Wasser wird aus dem Brennstoffzellenstapel zusammen mit dem Abgas über den Sammler für die Gasableitung abgeführt, der sich durch den die Mehrzahl von Einzelzellen der Brennstoffbatterie umfassenden Stapel erstreckt.
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Um eine hervorragende Durchführung der Wasserableitung aus dem Brennstoffzellenstapel zu erreichen, offenbaren beispielsweise die Patentdokumente 1 bis 3 eine in Bezug auf eine horizontale Fläche geneigte Anordnung des Brennstoffzellenstapels, um dadurch ein Gefälle des Sammlers innerhalb des Stapels zu erreichen. Ein weiterer gattungsgemäßer Brennstoffzellenstapel ist aus Patentdokument 4 bekannt.
- Patentdokument 1: JP 2004-207106 A
- Patentdokument 2: JP H05-174862 A
- Patentdokument 3: JP 2004-146303 A
- Patentdokument 4: JP 2007-141639 A
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Offenbarung der Erfindung
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[Zu lösende Aufgabe]
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Wenn jedoch der Brennstoffzellenstapel, in dem die Enden der Stapelkonstruktion durch die Endplatten zusammengehalten werden, geneigt positioniert ist, sind auch Systemkomponenten, wie beispielsweise eine auf der Endplatte angebrachte Pumpe, ebenfalls geneigt positioniert und es besteht die Möglichkeit, daß wegen der schrägen Position der Systemkomponente eine zufriedenstellende Funktion der Systemkomponente nicht erreicht werden kann.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, daß die Funktion der auf der Endplatte angebrachten Systemkomponente aufrecht erhalten werden kann, selbst wenn der Brennstoffzellenstapel in einem geneigten Zustand angeordnet ist.
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[Mittel zur Lösung des Problems]
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellenstapel gemäß Anspruch 1 vorgesehen, umfassend einen Zellenstapel, in dem eine Mehrzahl von Einzelzellen der Brennstoffbatterie gestapelt sind, ein Paar von Endplatten, die von entsprechenden Seiten her den Zellenstapel in Stapelrichtung sandwichartig zusammenhalten, und eine auf der einen Endplatte angebrachte Systemkomponente, und in dem ein Verteiler bzw. Sammler ausgebildet ist, der sich in der Stapelrichtung im und durch den Zellenstapel erstreckt, um ein Brenngas oder ein Oxidansgas für jede der Einzelzellen der Brennstoffbatterie zu- und abzuführen, bei welchem die eine Endplatte eine dem Stapel zugewandte Oberfläche aufweist, die dem Brennstoffzellenstapel zugewandt ist, und eine Oberfläche zur Anbringung einer Systemkomponente auf einer zu der dem Stapel zugewandten Oberfläche entgegengesetzten Seite, und ein Abschnitt zur Anbringung einer Systemkomponente, der in einer vorspringenden Weise auf der Oberflächen für die Systemkomponenten ausgebildet ist, wobei der Abschnitt zur Anbringung einer Systemkomponente eine trapezförmige Seitenfläche mit Endflächen des Abschnitts zur Anbringung einer Systemkomponente aufweist, die einen Neigungswinkel gegenüber der dem Stapel zugewandten Oberfläche derart aufweist, daß, wenn der Brennstoffzellenstapel so positioniert ist, daß der Verteiler bzw. Sammler ein Gefälle in Richtung auf die eine Endplatte aufweist, die Endfläche des Abschnitts zur Anbringung einer Systemkomponente in einer vertikalen Richtung ausgerichtet ist.
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Dabei schließt die „Systemkomponente” Komponenten wie eine Pumpe, ein Rohr, einen Brenngasinjektor, ein Ablaßventil, einen Drucksensor, etc. ein.
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Beim Brennstoffzellenstapel gemäß der vorliegenden Erfindung kann die eine Endplatte aus einem flachen, eine konstante Dicke aufweisenden plattenförmigen Abschnitt gebildet sein, bei dem in vorspringender Weise ein Abschnitt zur Anbringung einer Systemkomponente ausgebildet ist.
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Beim Brennstoffzellenstapel gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine untere Ecke der anderen Endplatte des Paars von Endplatten entfernt worden sein.
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Beim Brennstoffzellenstapel gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine obere Ecke der anderen Endplatte des Paars von Endplatten entfernt worden sein.
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[Vorteile]
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Entsprechend dem Brennstoffzellenstapel der vorliegenden Erfindung kann, weil die Fläche zum Anbringen der Systemkomponente gegenüber der dem Stapel zugewandten Fläche einen Neigungswinkel derart aufweist, daß, wenn der Brennstoffzellenstapel so angeordnet ist, daß der im und durch den Stapel ausgebildete Verteiler bzw. Sammler ein Gefälle in Richtung auf die eine Endplatte aufweist, die Fläche der einen Endplatte zum Anbringen der Systemkomponente in vertikaler Richtung ausgerichtet ist, die an der einen Endplatte angebrachte Systemkomponente in einer normalen Ausrichtung benutzt werden, ungeachtet dessen, daß der Brennstoffzellenstapel geneigt angeordnet ist, und die Funktionsweise der Systemkomponente kann erhalten werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Blockschaltbild, das schematisch ein Brennstoffzellensystem zeigt, das einen Brennstoffzellenstapel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt.
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2 ist eine perspektivische Ansicht des Brennstoffzellenstapels der 1.
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3 ist eine teilweise Seitenansicht eines Brennstoffzellenstapels, die die Form der Seitenfläche einer Endplatte in 2 zeigt.
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4 ist eine teilweise Seitenansicht eines Brennstoffzellenstapels, die eine alternative Gestaltung der Endplatte der 3 und eine Querschnittsdarstellung der Endplatte nach der Linie A-A zeigt.
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5 ist eine teilweise Seitenansicht eines Brennstoffzellenstapels, die die Form einer Seite der anderen Endplatte in 2 zeigt.
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Erläuterung der Bezugszahlen
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- 1 BRENNSTOFFZELLENSYSTEM; 10 BRENNSTOFFZELLENSTAPEL; 12 SPANUNGSWANDLER; 14 STROMRICHTER; 16 MOTOR; 18 MITTELUNGSKONDENSATOR; 20 BEFEUCHTER; 22 VERDÜNNER; 24 BRENNGASVERSORGUNGSABSCHNITT; 26 OXIDANSGASVERSORGUNGSABSCHNITT; 28 KÜHLMITTELKREISLAUFABSCHNITT; 30 EINZELZELLE DER BRENNSTOFFBATTERIE; 32A, 32B STROMSAMMLERPLATTE: 34A, 34B ISOLIERPLATTE; 36a, 36b ENDPLATTE; 36C PLATTENFÖRMIGER ABSCHNITT; 37A STAPELSEITIGE OBERFLÄCHE; 37B ZUR BEFESTIGUNG DER SYSTEMKOMPONENTE DIENENDE OBERFLÄCHE; 38 ZELLENSTAPEL; 39A UNTERE ECKE; 39B OBERE ECKE; 40 SPANNBAND; 42A BRENNGASVERSORGUNGSVERTEILER; 42B BRENNGASABLEITUNGSSAMMLER; 44A OXIDANSGASVERSORGUNGSVERTEILER; 44B OXIDANSGASABLEITUNGSSAMMLER; 46A KÜHLMITTELVERSORGUNGSVERTEILER; 46B KÜHLMITTELABLEITUNGSVERTEILER; 48 PUMPE; 50, 52, 54 ROHR; 56, 58, 60 ROHRMONTAGEABSCHNITT; 62 PUMPENMONTAGEABSCHNITT, 70 STAPELGEHÄUSE; θ NEIGUNGSWINKEL.
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Beste Ausführungsweise der Erfindung
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines Brennstoffzellenstapels gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die speziellen Gestaltungen, Materialien, numerischen Werte, Richtungen etc. in dieser Beschreibung sind lediglich als Beispiele zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung vorgesehen und können entsprechend der vorgesehenen Nutzung, den Zielsetzungen und Spezifizierungen, etc. in geeigneter Weise geändert werden.
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1 ist ein Blockschaltbild das schematisch die Struktur eines Brennstoffzellensystems 1 zeigt, das einen Brennstoffzellenstapel 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt. Das Brennstoffzellesystem 1 umfaßt einen Brennstoffzellenstapel 10, einen Spannungswandler 12, einen Stromrichter 14, einen Motor 16, einen Mittelungskondensator 18, einen Befeuchter 20, einen Verdünner 22, einen Brenngasversorgungsabschnitt 24, einen Oxidansgasversorgungsabschnitt 26 und einen Kühlmittelkreislaufabschnitt 28.
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Der Brennstoffzellenstapel 10 erzeugt Leistung durch eine elektrochemische Reaktion von beispielsweise als Brenngas dienendem Wasserstoff und beispielsweise als Oxidansgas dienendem Sauerstoff durch die Elektrolytmembran hindurch und gibt eine Gleichspannung an den Spannungswandler 12. Der Spannungswandler 12 verstärkt bedarfsgerecht die vom Brennstoffzellenstapel 10 zugeführte Gleichspannung und legt die verstärkte, hochgespannte Gleichspannung über den Mittelungskondensator an den Stromrichter 14. Der Stromrichter 14 wandelt die vom Spannungswandler 12 zugeführte, hochgespannte Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung um und versorgt damit beispielsweise einen Dreiphasenwechselstromsynchronmotor 16. Die Antriebskraft des durch Anlegen der Spannung vom Stromrichter 14 in Rotation versetzten Motors 16 wird beispielsweise benutzt, um ein Rad eines Fahrzeugs, wie eines Kraftfahrzeugs anzutreiben.
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Dem Brennstoffzellenstapel 10 wird vom Brenngasversorgungsabschnitt 24 Wasserstoff als Brenngas zugeführt. Der Brenngasversorgungsabschnitt 24 kann beispielsweise einen Hochdruckwasserstofftank umfassen. Andererseits wird durch den Oxidansgasversorgungsabschnitt 26 aus der Atmosphäre Luft aufgenommen, die Sauerstoff als Oxidansgas enthält, und über den Befeuchter 20 dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt. Um die elektrochemische Reaktion im Brennstoffzellenstapel 10 zu begünstigen, wird die Luft beim Durchströmen des Befeuchters 20 ausreichend befeuchtet.
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Nach der Zuführung zur elektrochemischen Reaktion mit dem Sauerstoff im Brennstoffzellenstapel 10 wird Wasserstoffabgas vom Brennstoffzellenstapel 10 zum Verdünner 22 geleitet. Andererseits wird nach der Zuführung zur elektrochemischen Reaktion mit dem Wasserstoff im Brennstoffzellenstapel 10 die Abluft aus dem Brennstoffzellenstapel 10 zusammen mit dem durch die elektrochemische Reaktion erzeugten Wasser abgeleitet und durch den Befeuchter 20 zum Verdünner 22 geleitet. Im Befeuchter 20 wird das die Abluft enthaltende, erzeugte Wasser durch eine im Befeuchter vorhandene poröse Struktur wiedergewonnen und zur Befeuchtung der dem Brennstoffzellenstapel 10 zuzuführenden Luft wiedereingesetzt. Im Verdünner 22 wird das Wasserstoffabgas ausreichend mit der Abluft vermischt und verdünnt und dann nach der Außenseite des Systems abgeleitet.
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Der Kühlmittelkreislaufabschnitt 28 dient zur Zirkulation des im Brennstoffzellenstapel 10 als Kühlmittel dienenden Kühlwassers, um den durch die elektrochemische Reaktion aufgeheizten Brennstoffzellenstapel 10 zu kühlen.
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Die 2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Konstruktion des Brennstoffzellenstapels 10 darstellt. Der Brennstoffzellenstapel 10 wird von einem (nicht gezeigten) Stapelgehäuse aus Metallblech aufgenommen und kann in ein Kraftfahrzeug eingebaut oder bei diesem vorgesehen werden.
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Der Brennstoffzellenstapel 10 umfaßt einen Zellenstapel 38, der durch das Stapeln einer Mehrzahl von Einzelzellen 30 der Brennstoffbatterie gebildet ist, die ihrerseits jeweils durch die sandwichartige Anordnung einer der Anodenseite zugeordneten Elektrode, einer Elektrolytmembran und einer der Kathodenseite zugeordneten Elektrode mit Separatoren gebildet werden, wobei die Einzelzellen 30 der Brennstoffbatterie in Reihe verbunden werden. Der Zellenstapel 38 wird in der durch einen Pfeil B angezeigten Stapelrichtung sandwichartig durch ein Paar von Stromsammlerplatten 32a und 32b, ein Paar von Isolierplatten 34a und 34b (von denen in 2 nur eine gezeigt ist, siehe 3) und ein Paar von Endplatten 36a und 36b eingeschlossen. Die durch die einen Teil des Zellenstapels 38 bildende Mehrzahl von Einzelzellen 30 der Brennstoffbatterie erzeugte elektrische Leistung wird über das Paar von Stromsammlerplatten 32a und 32b ausgegeben.
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Die beispielsweise aus Edelstahl gebildeten Endplatten 36a und 36b sind im oberen Bereich und im unteren Bereich jeweils durch zwei Spannbänder 40 verbunden und eine Spannkraft wird durch die Spannbänder 40 auf die Endplatten 36a und 36b übertragen, um den Zellenstapel 38 sandwichartig zusammenzuhalten. Die Enden der Spannbänder 40 sind an den Endplatten 36a und 36b durch ein geeignetes Befestigungsmittel, wie eine Schraube, befestigt.
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Um das Brenngas und das Oxidansgas von der Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 durch Rohre der der Anodenseite zugeordneten Elektrode und der der Kathodenseite zugeordneten Elektrode jeder Einzelzelle 30 der Brennstoffbatterie zuzuführen, ist ein Brenngasversorgungsverteiler 42a (oberer rechter Bereich in 2) und ein Oxidansgasversorgungsverteiler 44a (oberer linker Bereich in 2) ausgebildet, der jeweils in der Stapelrichtung durch den Zellenstapel 38 ausgebildet ist. Außerdem ist, um das zugeführte Brenngas und das zugeführte Oxidansgas von der der Anodenseite zugeordneten Elektrode bzw. der der Kathodenseite zugeordneten Elektrode einer jeden Einzelzelle 30 der Brennstoffbatterie zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 abzuleiten, ein Brenngasableitungssammler 42b (unterer linker Bereich in 2) und ein Oxidansgasableitungssammler 44b (unterer rechter Bereich in 2) ausgebildet, die jeweils in der Stapelrichtung durch den Zellenstapel 38 ausgebildet sind. Um einen Temperaturanstieg aufgrund der Wärmeerzeugung durch die elektrochemische Reaktion in der Einzelzelle 30 der Brennstoffbatterie zu unterdrücken, wird überdies ein Kühlmittel (beispielsweise Kühlwasser) von der Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 der Einzelzelle 30 der Brennstoffbatterie zugeführt. Ein Kühlmittelversorgungsverteiler 46a (in der Mitte links in 2) und ein Kühlmittelableitungssammler 46b (in der Mitte rechts in 2) zur Zuführung bzw. Ableitung des Kühlmittels sind in der Stapelrichtung durch den Zellenstapel 38 ausgebildet.
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Eine Endplatte 36a der Endplatten 36 und 36b besitzt eine dem Zellenstapel 38 zugewandte, stapelseitige Oberfläche 37a und eine zur Befestigung der Systemkomponente dienende Oberfläche 37b, die sich auf der von der dem Stapel 38 zugewandten Oberfläche 37a abgewandten Seite befindet. Enden der oben beschriebenen Verteiler bzw. Sammler 42a, 42b, 44a, 44b, 46a und 46b sind in der zur Befestigung des Systems dienenden Oberfläche 37b der einen Endplatte 36a geöffnet. Ein breiter schwarzer Pfeil in 2 zeigt die Strömungsrichtung des Brenngases an, ein breiter weißer Pfeil in 2 zeigt die Strömungsrichtung des Oxidansgases an und ein breiter weißer Pfeil mit Schraffurlinien zeigt die Strömungsrichtung des Kühlmittels an. Etwa im Zentrum der zur Befestigung des Systems dienende Oberfläche 37b der Endplatte 36a sind Systemkomponenten wie eine Pumpe 48 und Rohre 50–54 (siehe 3) befestigt.
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Wie in 3 gezeigt, sind bei der vorliegenden Ausführungsform je drei Öffnungen der Verteiler bzw. Sammler 42a, 42b, 44a, 44b, 46a, 46b vertikal ausgerichtet sowohl auf der rechten, wie auch auf der linken Seite der Endplatte 36a angeordnet, jedoch ist die Anordnung der Verteiler- bzw. Sammleröffnungen nicht auf diese Anordnung beschränkt und kann entsprechend der Gestaltung der Verteiler für Brenngas, Oxidansgas und Kühlmittel im Brennstoffzellenstapel 10 in geeigneter Weise verändert werden. Beispielsweise können die Kühlmittelverteiler bzw. -sammler 46a und 46b in den unteren und oberen Bereichen der Endplatte 36a ausgebildet sein. Außerdem ist es nur erforderlich, daß jeder der Verteiler bzw. Sammler in der Stapelrichtung der Einzelzellen 30 der Brennstoffbatterie durch den Zellenstapel 38 ausgebildet ist und er muß nicht geradlinig verlaufen. Alternativ kann jeder der Verteiler bzw. Sammler gegenüber der Stapelrichtung (Richtung des Pfeils B) geneigt ausgebildet sein.
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In 2 strömt Wasserstoff, der als das dem Brenngasversorgungsverteiler 42a zuzuführende Brenngas dient, in den gestapelten Einzelzellen 30 der Brennstoffbatterie längs der Oberfläche (leistungserzeugende Oberfläche) der der Anodenseite zugeordneten Elektrode in seitlicher Richtung (in 2 von rechts nach links). Die der Anodenseite zugeordnete Elektrode ist so gestaltet, daß sie einen Katalysator einschließt und, wenn Wasserstoff längs der Oberfläche der der Anodenseite zugeordneten Elektrode strömt, ein Wasserstoffatom durch den Katalysator aktiviert wird und ein Elektron freisetzt, das ein Wasserstoffion wird. Das Wasserstoffion durchdringt die Elektrolytmembran und bewegt sich zu der der Kathodenseite zugeordneten Elektrode. Das durch die Ionisierung des Wasserstoffs freigesetzte Elektron wird zu der von der Einzelzelle der Brennstoffbatterie erzeugten Leistung. Wasserstoff, der nicht zur Leistungserzeugung der Einzelzelle 30 der Brennstoffbatterie zugeführt wird (das heißt Wasserstoff, der nicht ionisiert wird), wird über den Brenngasableitungssammler 42b von der Endplatte 36a zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 abgegeben.
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Sauerstoff einschließende Luft, die als dem Oxidansgasversorgungsverteiler 44a zuzuführendes Oxidansgas dient, strömt in der gestapelten Einzelzelle 30 der Brennstoffbatterie längs der Oberfläche der der Kathodenseite zugeordneten Elektrode in einer entgegengesetzten seitlichen Richtung (in 2 von links nach rechts). Die der Kathodenseite zugeordnete Elektrode ist derart ausgebildet, daß sie einen Katalysator enthält und, wenn die Luft längs der Oberfläche der der Kathodenseite zugeordneten Elektrode strömt, wird ein Sauerstoffatom in der Luft aktiviert und wird ein Sauerstoffion. Das Sauerstoffion reagiert chemisch mit dem die Elektrolytmembran durchdringenden und von der der Kathodenseite zugeordneten Elektrode bewegten Wasserstoffion, wodurch Wasser erzeugt wird. Die längs der der Kathodenseite zugeordneten Elektrode in der Einzelzelle 30 der Brennstoffbatterie strömende Luft wird zusammen mit dem Reaktionsprodukt Wasser über den Oxidansgasableitungssammler 44b von der Endplatte 36a zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 abgeleitet.
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Das von der Endplatte 36a dem Kühlmittelversorgungsverteiler 46a zugeführte Kühlwasser strömt längs eines in den gestapelten Einzelzellen der Brennstoffbatterie in der entgegengesetzten seitlichen Richtung (in 2 von links nach rechts) und kühlt die Einzelzelle 30 der Brennstoffbatterie, die durch die bei der elektrochemischen Reaktion in der Einzelzelle 30 der Brennstoffbatterie entstehende Wärme aufgeheizt wird. Dann wird das Kühlwasser über den Kühlmittelableitungssammler 46b aus der Endplatte 36a zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 10 abgeführt.
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Die 3 zeigt in einer Seitenansicht die Gestalt der Endplatte 36a im Brennstoffzellenstapel 10. In 3 (und ähnlich in den 4 und 5) sind die Spannbänder bzw. spannbandartige Elemente 40 nicht gezeigt. Wie oben beschrieben besitzt die Endplatte 36a die dem Stapel zugewandte Oberfläche 37a und die zur Befestigung des Systems dienende Oberfläche 37b. Dabei ist die Endplatte 36a derart gestaltet, daß die zur Befestigung des Systems dienende Oberfläche 37b gegenüber der dem Stapel zugewandten Oberfläche 37a mit einem Neigungswinkel θ geneigt ist und die Seitenfläche oder der Querschnitt in vertikaler Richtung durch die Endplatte 36a Trapezform aufweist. Mit dieser Strukturierung verläuft die zur Befestigung des Systems dienende Oberfläche 37b der Endplatte 36a in der vertikalen Richtung (Richtung des Pfeils Y), wenn der Brennstoffzellenstapel 10 so positioniert ist, daß die Verteiler bzw. Sammler 42a–46b im Zellenstapel 38 ein Gefälle gegen die eine Endplatte 36a aufweisen, um eine hervorragende Durchführung der Wasserableitung, insbesondere im Oxidansgasableitungsverteiler 44b und im Brenngasableitungsverteiler 42b, zu erreichen.
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Wenn die Endplatte 36a in dieser Weise gestaltet ist, können die Systemkomponenten, wie die Pumpe 48 und die Rohre 50, 52 und 54, die auf der Endplatte 36a befestigt sind, unabhängig von der geneigten Anordnung des Brennstoffzellenstapels 10 in normaler Ausrichtung benutzt werden und die Funktion der Pumpe und die Wasserableitungsfunktion der Systemkomponenten kann erhalten werden. Dabei bezieht sich „normale Ausrichtung” auf einen Zustand, in dem, was die Pumpe 48 betrifft, die Pumpe 48 auf der vertikalen Oberfläche angebracht ist, und was die Rohre 50, 52 und 54 betrifft, sich diese Rohre in horizontaler Richtung (Richtung des Pfeils X) erstrecken.
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Wenn ein Brennstoffzellenstapel, bei dem die Endplatte als eine flache Platte mit konstanter Dicke ausgebildet ist, in einem geneigten Zustand positioniert wird, ist die Montagerichtung der darauf angebrachten Systemkomponenten, wie die Pumpe, die Rohre, ein Brenngasinjektor, ein Wasserablaßventil, ein Drucksensor, usw. ebenfalls geneigt. Deshalb muß die Gestaltung geändert oder die Funktion neu evaluiert werden, einschließlich der zugeordneten Komponenten im Umkreis der Systemkomponenten (Beispielsweise das Stapelgehäuse). Jedoch kann mit dem Brennstoffzellenstapel 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine solche Änderung der Gestaltung und Neuevaluierung der Funktion entfallen.
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Die obere und die untere Oberfläche der Endplatte 36a sind in horizontaler Richtung ausgerichtet. Alternativ können die obere und die untere Oberfläche der Endplatte 36a längs der Stapelrichtung (Richtung des Pfeils B) der Einzelzelle 30 der Brennstoffbatterie ausgerichtet werden, wie dies durch eine unterbrochene Linie dargestellt ist. Außerdem hat bei der beispielsweisen Gestaltung der 3 die die Plattenform aufweisende Endplatte 36a insgesamt eine trapezförmige Querschnittsfläche. Alternativ kann eine Gestaltung wie in 4 gezeigt eingesetzt werden, bei der nur Rohrmontageabschnitte 56, 58 und 60 für die Endflanschabschnitte der Rohre 50, 52 und 54 und Pumpenmontageabschnitte 62 für die Pumpe 48 vorgesehen sind, die in einer annähernd kreisförmigen Säulenform (oder einer annähernd polygonalen Säulenform) vorspringend vorgesehen sind, die auf einem flachen, plattenförmigen Abschnitt 36c von konstanter Dicke eine Seitenfläche oder einen Querschnitt in Trapezform aufweisen und wobei die Endflächen der Montageabschnitte 56–62 mit dem Neigungswinkel θ geneigt sein können, um die Montageflächen für die Systemkomponenten zu bilden. Die Montageabschnitte 56, 58, 60 und 62 bilden den Montageabschnitt für die Systemkomponenten und an der Endfläche des Montageabschnitts für die Systemkomponenten ist ein Innengewinde zur Befestigung der Systemkomponenten ausgebildet. Mit einer solchen Konstruktion kann das Gewicht der Endplatte 36a und folglich das des Brennstoffzellenstapels 10 verringert werden.
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Die 5 ist eine Seitenansicht der Gestalt der anderen Endplatte 36b. Die Endplatte 36b wird beispielsweise durch Abschleifen oder Abhobeln und Entfernung der unteren Ecke 39a und der oberen Ecke 39b einer Edelstahlplatte konstanter Dicke ausgebildet. In der Mitte der Endplatte 36b ist zur Einstellung der Druckbelastung des gestapelten Brennstoffzellenstapels eine Schraube 64 in das Zentrum der Endplatte 36b eingesetzt, wobei ein Spitze der Schraube 64 an der Isolierplatte 34b anliegt.
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Durch Entfernung der unteren Ecke 39a der Endplatte 36b kann eine Zunahme der Abmessung des in eine schräge Lage verbrachten Brennstoffzellenstapels 10 in horizontaler Richtung (X-Richtung) verhindert werden, und ein zur Aufnahme eines Brennstoffzellenstapels in horizontaler Positionierung bestimmtes Stapelgehäuse 70 kann unverändert benutzt werden. Durch die Entfernung auch der oberen Ecke 39b kann eine ausgezeichnete Ausgewogenheit der Endplatte 36b erreicht werden und das Gewicht der Endplatte 36b und, demzufolge, jenes des Brennstoffzellenstapels 10 kann verringert werden.
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Beim oben beschriebenen Brennstoffzellenstapel 10 wird die Versorgung mit und Ableitung von Brenngas, Oxidansgas und Kühlmittel mit der selben Endplatte durchgeführt. Sie vorliegenden Erfindung kann aber auch bei einem Brennstoffzellenstapel der Art angewandt werden, bei der das Brenngas oder dergleichen über eine (oder obere) Endplatte zugeführt und über die andere (oder untere) Endplatte abgeleitet wird.
