DE112009005443T5

DE112009005443T5 - Brennstoffzellen

Info

Publication number: DE112009005443T5
Application number: DE112009005443T
Authority: DE
Inventors: Koji Katano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: JPWO2011074032A1; WO2011074032A1; CN102187508B; US20110143248A1; DE112009005443B4; JP5218640B2; US8563190B2; DE112009005443B8; CN102187508A

Abstract

Eine Brennstoffzelle umfassend: mehrere Elementarzellen, welche aufrecht in vertikaler Richtung gestapelt sind oder in vertikal geneigter Orientierung gestapelt sind; eine Isolierplatte, die an einem vertikalen oberen Ende der gestapelten mehreren Elementarzellen angeordnet ist; ein Kühlmediumzuführverteilrohr, welches zum Verteilen eines Zuführstroms eines Kühlmediums in die mehreren Elementarzellen angeordnet ist, und ein Kühlmediumabgabesammelrohr, welches zum Verbinden von Abgabeströmungen des Kühlmediums von den mehreren Elementarzellen miteinander angeordnet ist; und ein Entlüftungskanal, der zum Ablassen von Gas gebildet ist, welches sich entweder im Kühlmediumabgabesammelrohr oder dem Kühlmediumzuführverteilrohr angesammelt hat, wobei das Kühlmediumzuführverteilrohr und das Kühlmediumabgabesammelrohr jeweils mit einer Kühlmediumzuführleitung und einer Kühlmediumabgabeleitung an einem vertikalen unteren Ende der Brennstoffzelle verbunden sind, und ein Lüftungskanal so gebildet ist, dass ein Abschnitt des Entlüftungskanals in der Isolierplatte ausgeführt ist, wobei der Abschnitt des Entlüftungskanals sich in eine Richtung rechtwinklig zur Stapelrichtung der Elementarzellen erstreckt, und der Entlüftungskanal entweder mit dem Kühlmediumabgabesammelrohr oder dem Kühlmediumzuführverteilrohr an einer vertikalen oberen Endseite des Kühlmediumabgabesammelrohres oder des Kühlmediumzuführverteilrohres verbunden ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zur Abgabe eines Gases, welches sich in einem Sammelrohr für ein Kühlmedium (Kühlmittel) einer Brennstoffzelle angesammelt hat.
Hintergrund der Erfindung
Eine bekannte Struktur zur Abgabe eines Gases, welches in einem Kühlmedium für eine Brennstoffzelle erzeugt wird, weist eine Entlüftungsbohrung auf, welche an einer höheren Position als die Position eines Kühlmediumzuführeinlasses vorgesehen ist und mit Kühlmittelzuführkommunikationsbohrungen verbunden ist (siehe z. B. Patentdokument 1).
Zitatliste
Patentliteratur

(Patentdokument 1) JP 2006-32054 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die bekannte Struktur hat jedoch einen möglichen Kriechverlust eines elektrischen Stroms bei elektrischer Leitfähigkeit des Kühlmediums (Kühlmittel) nicht in Betracht gezogen.
Um sich wenigstens einem Teil der oben genannten Frage anzunehmen, besteht ein Bedürfnis für eine leichte Abgabe von Luftblasen, welche in einem Kühlmedium in einer Brennstoffzelle vorhanden sind, und einen Kriechverlust eines elektrischen Stroms über das Kühlmedium zu verhindern.
Lösung des Problems
[Aspekt 1]
Eine Brennstoffzelle umfassend:
mehrere Elementarzellen, welche aufrecht in vertikaler Richtung gestapelt sind oder in vertikal geneigter Orientierung gestapelt sind;
eine Isolierplatte, die an einem vertikalen oberen Ende der gestapelten mehreren Elementarzellen angeordnet ist;
ein Kühlmediumzuführverteilrohr, welches zum Verteilen eines Zuführstroms eines Kühlmediums in die mehreren Elementarzellen angeordnet ist, und ein Kühlmediumabgabesammelrohr, welches zum Verbinden von Abgabeströmungen des Kühlmediums von den mehreren Elementarzellen miteinander angeordnet ist; und
ein Entlüftungskanal, der zum Ablassen von Gas gebildet ist, welches sich entweder im Kühlmediumabgabesammelrohr oder dem Kühlmediumzuführverteilrohr angesammelt hat,
wobei das Kühlmediumabgabezuführverteilrohr und das Kühlmediumabgabesammelrohr jeweils mit einer Kühlmediumzuführleitung und einer Kühlmediumabgabeleitung an einem vertikalen unteren Ende der Brennstoffzelle verbunden sind, und
ein Lüftungskanal so gebildet ist, dass ein Abschnitt des Entlüftungskanals in der Isolierplatte ausgeführt ist, wobei der Abschnitt des Entlüftungskanals sich in eine Richtung rechtwinklig zur Stapelrichtung der Elementarzellen erstreckt, und der Entlüftungskanal entweder mit dem Kühlmediumabgabesammelrohr oder dem Kühlmediumzuführverteilrohr an einer vertikalen oberen Endseite des Kühlmediumabgabesammelrohres oder des Kühlmediumzuführverteilrohres verbunden ist.
In der Brennstoffzelle nach diesem Aspekt der Erfindung ist der Entlüftungskanal, der den Abschnitt enthält, der sich in eine Richtung rechtwinklig zur Stapelrichtung der Elementarzellen erstreckt, in der Isolierplatte gebildet, die an der vertikalen oberen Seite der gestapelten Elementarzellen angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht eine nach oben gerichtete Abgabe der Luftblasen und erlaubt eine Erhöhung eines elektrischen Widerstandes des Kühlmediums in dem Entlüftungskanal, so dass ein Kriechstrom über den Entlüftungskanal minimiert wird.
[Aspekt 2]
Die Brennstoffzelle nach Aspekt 1, wobei ein Ende des Entlüftungskanals entweder mit dem Kühlmediumabgabesammelrohr oder dem Kühlmediumzuführverteilrohr verbunden ist, und
das andere Ende des Entlüftungskanals mit einem Anschluss zur Abgabe der Luft an einer Position nahe an einer Mitte einer äußeren Umfangsseite der Isolierplatte verbunden ist.
Die Brennstoffzelle nach diesem Ausführungsbeispiel verlängert den Entlüftungskanal und erlaubt somit eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes in dem Entlüftungskanal.
[Aspekt 3]
Die Brennstoffzelle nach einem der Aspekte 1 und 2, weiterhin umfassend:
eine Endplatte, die benachbart zu der Isolierplatte angeordnet ist,
wobei der Anschluss in der Endplatte aufgenommen ist, so dass der Anschluss keinen Vorsprung von einem Parallelepipedon aufweist, welches durch einen äußeren Umfang der Endplatte definiert ist.
Die Brennstoffzelle nach diesem Ausführungsbeispiel vermeidet effektiv einen Kontakt von jedem anderen Mittel mit dem Anschluss und verhindert dadurch einen Kriechverlust des elektrischen Stroms.
[Aspekt 4]
Die Brennstoffzelle nach einem der Aspekte 1 bis 3, wobei die mehreren Elementarzellen angeordnet sind, um zwei parallele Zellstapel zu bilden,
die beiden Zellstapel gestapelt sind, um Spannungen in entgegengesetzte Richtungen zu erzeugen, und elektrisch durch einen gemeinsamen Kollektor verbunden sind, der an einer vertikalen unteren Seite der Brennstoffzelle angeordnet ist, und
jeder der beiden Zellstapel aufweist:
eine Isolierplatte, die an einem vertikalen oberen Ende des Zellstapels aus den Elementarzellen angeordnet ist;
das Kühlmediumzuführverteilrohr, das zum Verteilen eines Zuführstroms des Kühlmediums in dem Zellstapel aus den mehreren Elementarzellen angeordnet ist, und ein Kühlmediumabgabesammelrohr, das zum Verbinden der Abgabeströme des Kühlmediums aus den Zellstapel aus den mehreren Elementarzellen miteinander angeordnet ist; und
den Entlüftungskanal, der zum Abgeben des Gases angeordnet ist, das sich entweder in dem Kühlmediumzuführverteilrohr oder Kühlmediumabgabesammelrohr angesammelt hat.
Die Anordnung der Erfindung ist auf Brennstoffzellen nach diesem Ausführungsbeispiel mit zwei Zellstapeln, die parallel zueinander angeordnet sind, anwendbar.
[Aspekt 5]
Die Brennstoffzelle nach Aspekt 4, wobei eine gemeinsame Isolierplatte quer und über die beiden Zellstapel als die Isolierplatte vorgesehen ist, die an dem vertikalen oberen Enden der beiden Zellstapel angeordnet ist, und
die beiden Entlüftungskanäle zum Kommunizieren miteinander in der gemeinsamen Isolierplatte angeordnet sind.
Die Brennstoffzelle nach diesem Ausführungsbeispiel hat nur einen Leitweg für den Kriechverlust aus der Brennstoffzelle.
Die Erfindung ist nicht auf Brennstoffzellen beschränkt, welche eine der oben beschriebenen Anordnungen aufweist, sondern kann auch durch jede von anderen diversen Anwendungen, z. B. ein Brennstoffzellenfahrzeug und ein Verfahren zur Abgabe eines Gases aus Kühlwasser in einer Brennstoffzelle, verwirklicht werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eines der oben beschriebenen Anwendungen beschränkt, sondern kann in jede von vielfältigen Anwendungen, Ausführungsbeispielen und Anordnungen innerhalb des Bereichs der Erfindung implementiert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine erläuternde schematische Darstellung der Konfiguration eines Brennstoffzellensystems.
2 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines elektrischen Kreises äquivalent zu dem Brennstoffzellensystem.
3 ist eine vergrößerte erläuternde schematische Darstellung der Umgebung des Entlüftungskanals 200.
4 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht des Isolators 140, gesehen aus einer Richtung Z (korrespondierend zur Stapelrichtung der Elementarzellen).
5 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht des Isolators gesehen aus einer Richtung Y (korrespondierend zur Richtung entlang der Ebenen der Elementarzellen).
6 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht der Endplatte 160 gesehen aus einer Richtung Z.
7 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht der Endplatte 160 gesehen aus einer Richtung Y.
8 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht einer Endplatte 160 in einer modifizierten Struktur gesehen aus der Richtung Z.
9 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht eines Isolators 140 und einer Endplatte 160 in der modifizierten Struktur aus 8 gesehen aus einer Richtung Y.
10 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht von Teilen eines Brennstoffzellenstapels in einer anderen modifizierten Struktur gesehen aus einer Richtung X.
11 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht eines Kollektors in der modifizierten Struktur aus 10.
12 ist eine erläuternde schematische Darstellung einer anderen modifizierten Struktur.
13 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht eines Teils von Brennstoffzellenstapeln eines zweiten Ausführungsbeispiels gesehen aus einer Richtung X.
14 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht eines Isolators des zweiten Ausführungsbeispiels gesehen aus einer Richtung Z.
15 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines äquivalenten elektrischen Kreises nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
16 ist eine erläuternde schematische Darstellung von einer modifizierten Struktur des zweiten Ausführungsbeispiels.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Erstes Ausführungsbeispiel
1 ist eine erläuternde schematische Darstellung für die Konfiguration eines Brennstoffzellensystems. Das Brennstoffzellensystem 10 ist z. B. in einem Fahrzeug montiert, obwohl in der Darstellung eine Lagerstruktur zum Montieren weggelassen wurde. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst eine Brennstoffzelle 100 und einen Radiator 300. Die Brennstoffzelle 100 weist einen Zellstapel 110 und Kollektoren 120 und 130, Isolatoren 140 und 150 (Isolierplatten) sowie Endplatten 160 und 170 auf, die jeweils und aufeinanderfolgend an beiden Enden des Zellstapels 110 angeordnet sind.
Der Zellstapel 110 umfasst eine Zahl von Elementarzellen 112, die in vertikal geneigter Orientierung gestapelt sind. Der Kollektor 120 an der vertikalen oberen Seite dient als eine positive Elektrodenplatte, während der Kollektor 130 an der vertikalen unteren Seite als eine negative Elektrodenplatte dient. Die Polarität der Elektrodenplatten kann vertauscht werden.
Die beiden Endplatten 160 und 170 sind mit einem Spannbolzen (nicht dargestellt) befestigt, so dass der Zellstapel 110 mit fester Befestigungskraft befestigt ist. Die untere Endplatte 170 wird auch zum Anbringen des Brennstoffzellstapels an einer Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt) verwendet.
Die Brennstoffzelle 100 weist im Inneren ein Kühlwasserzuführverteilrohr 180 und ein Kühlwasserabgabesammelrohr 190 auf. Das Kühlwasserzuführverteilrohr 180 ist durch die untere Endplatte 170, den unteren Isolator 150, den unteren Kollektor 130 und den Zellstapel 110 geführt. Das Kühlwasserabgabesammelrohr 190 ist durch die untere Endplatte 170, den unteren Isolator 150, den unteren Kollektor 130, den Zellstapel 110 und zusätzlich durch den oberen Kollektor 120 geführt. Ein Kühlwasserströmungskanal, welcher in 1 nicht dargestellt ist, ist in einem Separator (nicht gezeigt) gebildet, der zwischen jedem Paar von miteinander verbundenen Elementarzellen 112 eingesetzt ist, um das Kühlwasserzuführverteilrohr 180 mit dem Kühlwasserabgabesammelrohr 190 zu verbinden. Die individuellen Elementarzellen 112 der Brennstoffzelle 100 werden durch eine Strömung von Wasser durch diese Kühlwasserströmungskanäle heruntergekühlt.
Eine Kühlwasserzuführleitung 310 verbindet das Kühlwasserzuführverteilrohr 180 mit dem Radiator 300. Die Kühlwasserzuführleitung 310 ist mit dem Kühlwasserzuführverteilrohr 180 an der vertikal unterseitigen Endplatte 170 der Brennstoffzelle 100 verbunden. Eine Kühlwasserzuführpumpe 330 ist an der Kühlwasserzuführleitung 310 vorgesehen. Eine Kühlwasserabgabeleitung 320 verbindet das Kühlwasserabgabesammelrohr 190 mit dem Radiator 300. Die Kühlwasserabgabeleitung 320 ist ähnlich mit dem Kühlwasserabgabesammelrohr 190 an der vertikalen unteren Endplatte 170 der Brennstoffzelle 10 verbunden. Das Brennstoffzellensystem 100 schließt weiterhin eine Brenngaszuführleitung, eine Brenngasauslassleitung, Oxidationsgaszuführleitung (alle nicht gezeigt), und eine Oxidationsgasauslassleitung 230 auf. Diese Leitungen weisen jeweils Verbindungen an der vertikal unteren Endplatte 170 der Brennstoffzelle 100 auf. Eine solche konzentrierte Anordnung der Leitungen an einem Ende der Stapelrichtung des Zellstapels 110 ist besonders für die Anwendung der Brennstoffzellen bei dem Fahrzeug geeignet, um ein Leitungslayout in einem begrenzten Raum des Fahrzeuges für die Brennstoffzelle 100 (z. B. einem Motorraum) zu ermöglichen. Die Leitungen sind an der vertikalen Unterseite der Brennstoffzelle angeordnet, weil Wasser, das durch elektrochemische Reaktionen in der Brennstoffzelle erzeugt wird, leichter von der Oxidationsgasauslassleitung 230 an der vertikalen Unterseite abgelassen werden kann.
Der Radiator 300 hat einen Radiatordeckel 302 und einen Ausgleichsbehälter 304, der an dem Radiatordeckel 302 angeordnet ist. Der Radiatordeckel 302 und der Ausgleichsbehälter 304 werden zur Druckregulierung in dem Radiator 300 verwendet.
Der Isolator 140 weist einen Entlüftungskanal 200 zum Abgeben von Luftblasen 400 auf, die in dem obersten Bereich des Kühlwasserabgabesammelrohres 190 angesammelt werden. Der Entlüftungskanal 200 ist an dieser Position vorgesehen, da Luftblasen 400, die in dem Kühlwasser gebildet werden, dazu tendieren, sich an dem obersten Abschnitt des Kühlwasserabgabesammelrohres 190 zu versammeln, welcher in diesem Ausführungsbeispiel einen vertikalen obersten Abschnitt des Kühlwasserzuführverteilrohres 180 und des Kühlwasserabgabesammelrohres 190 repräsentiert. Der Entlüftungskanal 200 ist mit einem Entlüftungsschlauch 220 über einer Verbindung 210 verbunden. Die Details dieser Struktur werden später beschrieben. Der Entlüftungsschlauch 220 ist mit der Kühlwasserabgabeleitung 320 verbunden. Alternativ kann der Entlüftungsschlauch 220 auch mit dem Radiator 300 verbunden werden.
2 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines elektrischen Kreises, der zu dem Brennstoffzellensystem äquivalent ist. Die Brennstoffzelle 100 und der Radiator 300 sind in 2 schematisch mit einer Fahrzeugkarosserie 500 dargestellt. Der Radiator 300 und die Brennstoffzelle 100 sind an der Karosserie 500 angebracht. Zwischen dem Radiator 300 und der Karosserie und zwischen der negativseitigen Endplatte 170 der Brennstoffzelle 100 und der Karosserie 500 wird ein Stromdurchgang bereitgestellt. Namentlich ist der Stromdurchgang zwischen dem Radiator 300 und der Endplatte 170 der Brennstoffzelle 100 über die Karosserie 500 bereitgestellt. Der Radiator 300, die Karosserie 500 und die Endplatte 170 sind üblicherweise aus einem Metallmaterial hergestellt. Vorliegend ist demnach ein extrem niedriger elektrischer Widerstand zwischen dem Radiator 300 und der Endplatte 170 über die Karosserie 500 gegeben. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Potential der Karosserie 500 auf ein Massepotential (GND) gesetzt.
Der Radiator 300 und die Brennstoffzelle 100 sind miteinander über die Strömung des Kühlwassers verbunden. Der Stromdurchgang durch das Kühlwasser wird hier diskutiert. Wasser (reines Wasser) hat einen spezifischen Widerstand (theoretischer Wert) von 18,24 MΩ·cm bei 25°C. Wasser, das einen solch hohen Widerstandswert aufweist, ist im Wesentlichen nicht leitend. Einschluss von einigen Fremdstoffen, speziell Ionen, im Wasser erniedrigt den spezifischen Widerstand und veranlassen das Wasser, eine elektrische Leitfähigkeit zu haben. Die Ionen können Metall-Ionen sein, die aus dem Metallmaterialien von z. B. der Brennstoffzelle 100 und dem Radiator 300 gelöst werden. Der spezifische Widerstand des Kühlwassers ist niedriger als der spezifische Widerstand von reinem Wasser. Ein Ionentauscher kann verwendet werden, um leicht Kühlwasser zu geben, welches einen spezifischen Widerstand von über 1 MΩ·cm hat.
Unter Bezugnahme auf 2 werden die Kühlwasserzuführleitung 310 und die Kühlwasserabgabeleitung 320, die zwischen dem Radiator 300 und der negativen Seite der Brennstoffzelle 100 vorgesehen sind, jeweils als elektrischer Widerstand R₃₁₀ und R₃₂₀ ausgedrückt. Diese elektrischen Widerstände R₃₁₀ und R₃₂₀ können aus den folgenden Gründen vernachlässigt werden. Wie oben beschrieben, wird ein Stromdurchgang zwischen dem Radiator 300 und der Endplatte 170 der Brennstoffzelle 100 über die Karosserie bereitgestellt. Der Radiator 300, die Karosserie 500 und die Endplatte 170 sind aus Metallmaterialien hergestellt, so dass der elektrische Widerstand zwischen dem Radiator 300 und der Endplatte 170 über die Karosserie signifikant niedriger als die elektrischen Widerstände R₃₁₀ und R₃₂₀ der Kühlwasserzuführleitung 310 und der Kühlwasserabgabeleitung 320 ist. Die Kühlwasserzuführleitung 310 und die Kühlwasserabgabeleitung 320 sind beide mit der negativen Seite der Brennstoffzelle 100 verbunden und haben deshalb ein identisches Potential. Dementsprechend ist weder ein elektrischer Strom von der Kühlwasserzuführleitung 310 zu der Kühlwasserabgabeleitung 320 noch ein elektrischer Strom von der Kühlwasserabgabeleitung 320 zu der Kühlwasserzuführleitung 310 vorhanden. Die Kühlwasserzuführleitung 310 und die Kühlwasserabgabeleitung 320 sind vorzugsweise verdickt, um den Strömungswiderstand zu vermindern. Diese Anordnung erfordert keine hohe Leistung der Kühlwasserzuführpumpe 330.
Der Zellstapel 110 bildet eine Batteriereihe 114. Der positivseitige Kollektor 120 und der negativseitige Kollektor 130 der Batteriereihe 114 sind mit einer externen Last 510 verbunden. Der Kollektor 130 ist von der Endplatte 170 durch den Isolator 150 isoliert. Dadurch wird kein Stromdurchgang über das Metall zwischen dem negativseitigen Kollektor 130 und der negativseitigen Endplatte 170 bereitgestellt. Das Kühlwasser in dem Kühlwasserzuführverteilrohr 180 und dem Kühlwasserabgabesammelrohr 190 ist jedoch zwischen dem negativseitigen Kollektor 130 und der negativseitigen Endplatte 170 vorhanden. Wie oben beschrieben, hat das Kühlwasser, welches üblicherweise für Brennstoffzellen verwendet wird, eine elektrische Leitfähigkeit, so dass ein Stromdurchgang über das Kühlwasser zwischen dem negativseitigen Kollektor 130 und der negativseitigen Endplatte 170 bereitgestellt ist.
Das Folgende beschreibt den Stromdurchgang zwischen dem positivseitigen Kollektor 120 und dem Radiator 300. Der Isolator 140 weist den Entlüftungskanal 200 auf, welcher mit dem Kühlwasserabgabesammelrohr 190 kommuniziert. Der Entlüftungskanal 200 (die detaillierte Struktur wird später beschrieben) ist mit der Kühlwasserabgabeleitung 320 über die Verbindung 210 und den Entlüftungsschlauch 220 verbunden. Namentlich ist ein Stromdurchgang zwischen dem positivseitigen Kollektor 120 und dem Radiator 300 über das Kühlwasser bereitgestellt, welches in dem Entlüftungskanal 200, der Verbindung 210, dem Entlüftungsschlauch 220 und der Kühlwasserabgabeleitung 320 vorhanden ist.
Ein Kriechstrom Ia, der von dem positivseitigen Kollektor 120 (Potential = Va) der Brennstoffzelle 100 zu dem Radiator (Potential = GND) fließt, wird als Ia = Va/(R₂₀₀ + R₂₂₀) ausgedrückt, worin Va eine Quellenspannung der Brennstoffzelle 110 gedeutet, R₂₀₀ einen elektrischen Widerstand des Entlüftungskanals 200 bedeutet und R₂₂₀ einen elektrischen Widerstand des Entlüftungsschlauches 220 bedeutet. Die Berechnung des Kriechstroms Ia basier auf der Annahme, dass die elektrischen Widerstände der Verbindung 210 und der Kühlwasserabgabeleitung 320 auf dem Leitungsweg des Stromdurchgangs ausreichend kleiner als der elektrische Widerstand R₂₀₀ des Entlüftungskanals 200 und des elektrischen Widerstandes R₂₂₀ des Entlüftungsschlauches 220 sind.
Der Kriechstrom Ia kann durch Erhöhen entweder des elektrischen Widerstandes R₂₀₀ des Entlüftungskanals 200 oder des elektrischen Widerstandes R₂₂₀ des Entlüftungsschlauches 220 vermindert werden. Erhöhen des elektrischen Widerstandes R₂₀₀ des Entlüftungskanals 200 ist bevorzugt. Der Entlüftungskanal 220 ist im Inneren der Brennstoffzelle 100 angeordnet, während der Entlüftungsschlauch 220 außerhalb der Brennstoffzelle 100 platziert ist. Erhöhen des elektrischen Widerstandes R₂₀₀ des Wassers in dem Entlüftungskanal 200 verbessert einen Spannungsabfall in der Brennstoffzelle 100 auf dem Leitungsweg des Stromdurchgangs und erlaubt deshalb die Verwendung einer Verbindung 210, die aus einem Metallmaterial hergestellt ist. Die Verbindung 210 hat einen Stromdurchgang mit der unterseitigen Endplatte 170 über die oberseitige Endplatte 160 und den Spannbolzen (nicht gezeigt) und weiter mit der Karosserie 500 (= GND, 2). Ein ausreichend hohes Niveau des elektrischen Widerstandes R₂₀₀ in dem Entlüftungskanal 200 kann einen Kriechstrom Ib (= Va/R₂₀₀) in diesem Leitungsweg vermindern.
3 ist eine vergrößerte erläuternde schematische Darstellung der Umgebung des Entlüftungskanals 200. Der Entlüftungskanal 200 ist innerhalb des Isolators 140 gebildet, um eine gekröpfte Form zu haben. Der Entlüftungskanal 200 hat einen unteren Endabschnitt 200A und einen oberen Endabschnitt 200B und einen elektrischen Widerstand generierenden Abschnitt 200C. Der untere Endabschnitt 200A kommuniziert mit dem Kühlwasserabgabesammelrohr 190. Der obere Endabschnitt 200B ist mit der Verbindung 210 verbunden. Ein hohles L-förmiges Mittel ist in diesem Ausführungsbeispiel für die Verbindung 210 verwendet. Der elektrischen Widerstand generierende Abschnitt 210C ist in einer Richtung senkrecht zur Stapelrichtung der Elementarzellen 120 erstreckt und verbindet den unteren Endabschnitt 200A mit dem oberen Endabschnitt 200B. Diese Anordnung ermöglicht eine Verlängerung des elektrischen Widerstand generierenden Abschnitts 200C und dadurch eine Erhöhung eines elektrischen Widerstandes in dem elektrischen Widerstand generierenden Abschnitt 200C. Die Verbindung 210 ist an einer höheren Position in vertikaler Richtung als die Position des Entlüftungskanals 200 vorgesehen. Die Luftblasen 400 bewegen sich nach oben in dem Kühlwasserabgabesammelrohr 190 und gehen durch den Entlüftungskanal 200, die Verbindung 210 und den Entlüftungsschlauch 220, um aus der Brennstoffzelle 100 abgegeben zu werden. Das Kühlwasser wird ebenfalls entlang dieser Route abgegeben. Es besteht jedoch kein Erfordernis, den Entlüftungskanal 200 zu verdicken, da diese Route nicht eine Hauptroute für das Kühlwasser ist.
Wie oben beschrieben, weist die Brennstoffzelle 100 einen Kühlströmungskanal 185 auf, der zwischen einem Paar von miteinander verbundenen Elementarzellen 112 angeordnet ist, um das Kühlwasserzuführverteilrohr 180 mit dem Kühlwasserabgabesammelrohr 190 zu verbinden. Der Kühlwasserströmungskanal 185 ist in dem Separator (nicht gezeigt) gebildet.
4 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht eines Isolators 140 gesehen aus einer Richtung Z (entsprechend der Stapelrichtung der Elementarzellen). Der Isolator 140 weist zwei Ausnehmungen 141 und 142 sowie einen rohrförmigen Abschnitt 143 auf. Die Ausnehmungen 141 und 142 sind an gegenüberliegenden Oberflächen des Isolators 140 vorgesehen, um jeweils den unteren Endabschnitt 200A und den oberen Endabschnitt 200B, die oben unter Bezugnahme auf 3 erläutert wurden, zu bilden. Der rohrförmige Abschnitt 143 bildet einen elektrischen Widerstand generierenden Abschnitt 200C, der oben unter Bezugnahme auf 3 erläutert wurde. Die Ausnehmung 141 ist nah an und im Wesentlichen an der Mitte einer kurzen Endseite des Isolators 140 oder genauer an einer Position, die dem Kühlwasserabgabesammelrohr 190, welches in 1 gezeigt ist, entspricht, vorgesehen. Die Ausnehmung 142 ist nah an und im Wesentlichen an der Mitte einer langen Endseite des Isolators 140 vorgesehen. Diese Anordnung gibt den rohrartigen Abschnitt 143, der eine ausreichend lange Länge L aufweist, und dadurch eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes in dem elektrischen Widerstand generierenden Abschnitt 200C (elektrischer Widerstand R₂₀₀, 2) erlaubt.
5 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht des Isolators gesehen aus einer Richtung Y (entsprechend der Richtung entlang der Ebenen der Elementarzellen). Der Isolator 140 hat zwei Isolatorglieder 140A und 140B. Das Isolatorglied 140A weist eine Rundhöhlung 141A und eine Nut 143A auf. Die Rundhöhlung 141A ist durch das Isolatorglied 140A geführt. Die Rundhöhlung 141A bildet die Ausnehmung 141, die in 4 gezeigt ist, und dient dadurch als der untere Endabschnitt 200A, der in 3 gezeigt ist. Das Isolatorglied 140B weist eine Rundhöhlung 142B auf. Die Rundhöhlung 142B ist durch das Isolatorglied 140B geführt. Die Rundhöhlung 142B bildet die Ausnehmung 142, die in 4 gezeigt ist, und dient dadurch als der obere Endabschnitt 200B, der in 3 gezeigt ist. Die Nut 143A des Isolatorgliedes 140A ist von der Rundhöhlung 141A zu einer bestimmten Position erstreckt, die der Rundhöhlung 142B des Isolatorgliedes 140B in dem Stadium der Kombination der beiden Isolatorglieder 140A und 140B miteinander entspricht. Die zwei Isolatorglieder 140A und 140B sind miteinander kombiniert, um die Nut 143A innerhalb zwischen ihnen zu haben. Die Oberseite der Nut 143A ist dementsprechend durch das Isolatorglied 140B abgedeckt, um einen schlauchartigen Abschnitt 143, der in 4 gezeigt ist, bereitzustellen und als der elektrischen Widerstand generierende Abschnitt 200C zu dienen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Nut 143A in dem Isolatorglied 140A gebildet. Die Nut 143A kann auch in wenigstens einem der beiden Isolatorglieder 140A und 140B gebildet sein.
6 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht der Endplatte 160 gesehen aus der Richtung Z. 7 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht der Endplatte 160 gesehen in der Richtung Y. Die Endplatte 160 weist eine Oberfläche 160a, auf welcher der Isolator 140 angeordnet ist, und einem Ausschnitt 162, der im Wesentlichen in der Mitte der länglichen Seite an einer gegenüberliegenden Oberfläche 160b gebildet ist, auf. Es ist eine Bohrung 164 von einem Baden des Ausschnitts 162 zu der Oberfläche 160a, an welcher der Isolator angeordnet ist, erstreckt. In der gestapelten Anordnung der Endplatte 160 und des Isolators 140 kommuniziert die Bohrung 164 mit der Ausnehmung 142 des Isolators 140 (4). Die Verbindung 210 ist mit dem Ausschnitt 162 verbunden. Eine Rohrverschraubung ist an einem Ende der Verbindung 210 zum Verbinden des Entlüftungsschlauches 220 vorgesehen. Die Verbindung ist vorzugsweise innerhalb des Ausschnitts aufgenommen, nämlich innerhalb eines Parallelepipedon, das durch den äußeren Umfang der Endplatte 160 definiert ist. Das Aufnehmen der Verbindung 210 innerhalb des Parallelepipedon, das durch den äußeren Umfang der Endplatte 160 definiert ist, verhindert effektiv einen Kontakt von jedem anderen Mittel mit der Verbindung 210 und verhindert dadurch einen Kriechverlust des elektrischen Stroms. Sogar dann, wenn das Fahrzeug einem Stoß ausgesetzt ist, beispielweise durch eine Kollision, ist die Verbindung 210 durch die Endplatte 160 geschützt und wird dadurch nicht leicht zerstört.
In dem Ausführungsbeispiel ist der Entlüftungskanal 200 in dem oberseitigen Isolator 140 der Brennstoffzelle 100 unter Einschluss des elektrischen Widerstand generierenden Abschnitts 200C gebildet, der sich in der Richtung senkrecht zur Stapelrichtung der Elementarzellen 112 erstreckt. Die Anordnung erlaubt eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes in dem Entlüftungskanal 200 und dadurch eine Abnahme des Kriechstroms über den Entlüftungskanal 200.
In dem Ausführungsbeispiel ist die Verbindung 210 mit der Ausnehmung 140 verbunden, welche nahe zu im Wesentlichen der Mitte an einer Längsseite des Isolators 140 gebildet ist. Diese Anordnung gibt einen rohrförmigen Abschnitt 143, der eine ausreichend lange Länge L aufweist und dadurch eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes in dem elektrischen Widerstand generierenden Abschnitt 200C erlaubt.
In dem Ausführungsbeispiel ist die Verbindung 210 innerhalb des Ausschnitts 162 der Endplatte 160 ohne einen Vorsprung von der Umgebung des Ausschnitts 162 aufgenommen. Diese Anordnung verhindert effektiv einen Kontakt von jedem anderen Mittel mit der Verbindung 110 und verhindert dadurch einen Kriechverlust des elektrischen Stroms. Sogar wenn das Fahrzeug einem Stoß ausgesetzt ist, durch beispielweise eine Kollision, ist die Verbindung 210 durch die Endplatte 260 geschützt und wird dadurch nicht leicht zerstört.
Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels
8 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht einer Endplatte 160 in einer modifizierten Struktur gesehen aus der Richtung Z. 9 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht eines Isolator 140 und der Endplatte 160 in der modifizierten Struktur nach 8 gesehen von einer Richtung Y. In der Struktur nach dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Endplatte 160 den Ausschnitt 162 auf, der an einer Position nahe zu im Wesentlichen der Mitte der einen Längsseite derselben vorgesehen ist. In der modifizierten Struktur ist eine Ausnehmung 163 an einer Position leicht verschoben in Richtung auf das Zentrum der Endplatte von im Wesentlichen der Mitte der Längsseite der Endplatte 160 vorgesehen. Während die Struktur nach dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel die L-förmige Verbindung 210 verwendet, verwendet die modifizierte Struktur eine gerade Verbindung 211. Die Position eines Abschnitts 200B eines Entlüftungskanals, der in dem Isolator 140 gebildet ist, ist korrespondierend zu der Position der Ausnehmung 163, die in der Endplatte 160 gebildet ist, verschoben. Wie in dieser modifizierten Struktur kann die Verbindung 211 an einer Position vorgesehen sein, die leicht in Richtung auf ein Zentrum der Endplatte von im Wesentlichen der Mitte der Längsseite der Endplatte 160 verschoben ist. In dieser modifizierten Struktur weist die Verbindung 211 von sechs Seiten fünf geschlossene Seiten und eine offene Oberseite auf. Die Anordnung verhindert noch effektiver einen Kontakt von jedem anderen Mittel mit der Verbindung 211 und verhindert einen Kriechverlust des elektrischen Stroms. Sogar wenn das Fahrzeug einem Stoß ausgesetzt ist, beispielsweise durch eine Kollision, wird die Verbindung 211 nicht leicht zerstört.
10 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht eines Teils eines Brennstoffzellenstapels in einer weiter modifizierten Struktur gesehen von der Richtung X. 11 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht von einem Kollektor in der modifizierten Struktur nach 10. In der modifizierten Struktur nach 10 weist ein Isolator 140 einen bandähnlichen Vorsprung 145 an der Seite eines Kollektors 120 auf.
Das Entlüftungsrohr 201 dient als ein Entlüftungskanal 200. Der Isolator 140 ist aus einem isolierenden Kunststoff hergestellt und kann integral mit dem Entlüftungsrohr 201 durch Spritzgießen geformt sein. Der Isolator 140 kann durch Kombinieren mehrerer Isolatorglieder miteinander, wie oben in dem Ausführungsbeispiel beschrieben, gebildet sein.
Der Kollektor 120 weist eine bandähnliche Ausnehmung 121 auf, die dafür geformt ist, den Vorsprung 145 des Isolators 140 passend darin aufzunehmen. Solange der Kollektor 120 zum Sammeln von Elektrizität dient, die in den Elementarzellen 112 generiert wird, ist der Kollektor nicht Gegenstand einer strikten Festigkeitsanforderung und kann dementsprechend die Ausnehmung 121 in dieser Form aufweisen. Der Isolator 140 weist den Entlüftungskanal 200 auf, der nicht innerhalb desselben angeordnet ist, sondern innerhalb des Vorsprungs 145. Diese Struktur verbessert effektiv die Festigkeit des Isolators 140. Der Entlüftungskanal 200 kann nicht vollständig innerhalb des Vorsprungs 145 angeordnet sein, sondern kann wenigstens teilweise innerhalb des Vorsprungs 145 angeordnet sein.
Unter Bezugnahme auf 11 weist der Kollektor 120 Dichtmittel 123 auf, welche an einer gegenüberliegenden Seite desselben zu der Seite nahe zu dem Isolator 140 vorgesehen sind. Die Elementarzellen 112 sind an einer gegenüberliegenden Seite des Kollektors 120 zu der Seite nahe zu dem Isolator 140 angeordnet. Zuführverteilrohre und Ablasssammelrohre (nicht gezeigt) für Reaktionsgase (Brennstoffgas und Oxidationsgas), wie auch das Kühlwasserzuführverteilrohr 180 und das Kühlwasserablasssammelrohr 190, die oben diskutiert sind, sind durch die Elementarzellen 112 geführt. Die Dichtmittel 123 bilden Dichtungen zum Verhindern von Leckage des Kühlwassers und der Reaktionsgase aus einer Grenze zwischen dem Kollektor 120 und den Elementarzellen 112.
Die Ausnehmung 121 ist vorzugsweise in einem Abschnitt des Kollektors 120 außerhalb der Dichtmittel 123 gebildet. Diese Anordnung verhindert effektiv eine instabile Schwankung im Oberflächendruck der Dichtmittel 123.
12 ist eine erläuternde schematische Darstellung einer weiter modifizierten Struktur. Die obere Endplatte 160 kann in Kombination mit der unteren Endplatte 170 verwendet werden, um die Brennstoffzelle 100 an der Karosserie 500 zu befestigen. In dieser Struktur ist die Endplatte 160 an der Karosserie 500 geerdet (2). Der Kollektor 120 weist einen Stromdurchgang mit der Endplatte 160 über das Kühlwasser in dem Entlüftungskanal 200 und weiter mit der Karosserie 500 auf. Namentlich fließt der Kriechstrom von dem Kollektor 120 zu der Karosserie 500. Der Entlüftungskanal 200, der dafür ausgelegt ist, eine ausreichend lange Länge L zu haben, stellt ein erforderliches Niveau des elektrischen Widerstandes sicher und beschränkt dadurch die Stärke des Kriechstroms auf oder unter ein vorbestimmtes Niveau. Die obere Endplatte 160 kann dadurch an der Karosserie 500 geerdet werden. In diesem Fall kann die Verbindung 210 aus einem Metallmaterial hergestellt sein. Da die Endplatte 160 an der Karoserie 500 geerdet ist, besteht nur ein vernachlässigbarer Grad eines Kriechverlustes des elektrischen Stroms von der Verbindung 210 über das Wasser in den Entlüftungsschlauch 220.
Zweites Ausführungsbeispiel
13 ist eine schematische Darstellung in Seitenansicht eines Teils des Brennstoffzellenstapels nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gesehen aus einer Richtung X. 14 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht von einem Isolator nach dem zweiten Ausführungsbeispiel gesehen aus einer Richtung Z. Ein Brennstoffzellensystem nach dem zweiten Ausführungsbeispiel weist zwei Zellenstapel 110A und 110B auf, von denen jeder durch Aufstapeln einer Anzahl von Elementarzellen 112 gebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Zellstapel 110A und 110B in einer horizontalen Richtung (Richtung X) wie in 14 gezeigt ausgerichtet. Die beiden Zellstapel 110A und 110B weisen Quellenspannungen in entgegen gesetzte Richtungen auf.
In diesem Ausführungsbeispiel haben die Zellenstapel 110A und 110B jeweils Entlüftungskanäle 202A und 202B. Der Entlüftungskanal 202A weist eine Ausnehmung 141A auf, welche mit einem Kühlwasserzuführverteilrohr (nicht gezeigt) verbunden ist und an einer Position nahe eines gegenüberliegenden Endes des Zellstapels 110A zu dem Ende nahe des Zellstapels 110B vorgesehen ist. In ähnlicher Weise weist der Entlüftungskanal 202B eine Ausnehmung 141B auf, die an einer korrespondieren Position vorgesehen ist. Diese Anordnung veranlasst die Ausnehmung 141A von der Ausnehmung 141B beabstandet zu sein. Die beiden Entlüftungskanäle 202A und 202B sind an im Wesentlichen der Mitte von einer Längsseite des Isolators 140 verbunden, um einen Entlüftungskanal 202 zu bilden, welcher mit einer Ausnehmung 142 verbunden ist. Die Anordnung des Verbindens der beiden Entlüftungskanäle 202A und 202B miteinander erfordert nur eine Verbindung 210 und nur einen Entlüftungsschlauch 220. Die Anordnung des Herstellens der zwei Ausnehmungen 141A und 141B beabstandet voneinander erlaubt es den Entlüftungskanälen 202A und 202B, eine ausreichend lange Länge La und Lb vor dem Zusammenfluss zu haben, so dass sie Erhöhungen der elektrischen Widerstände (R_202A und R_202B) der Entlüftungskanäle 202A und 202B ermöglichen.
15 ist eine erläuternde schematische Darstellung eines äquivalenten elektrischen Kreises nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das Folgende beschreibt hauptsächlich Unterschiede zu dem elektrischen Kreis aus 2. Die beiden Zellstapel 110A und 110B bilden jeweils Batteriereihen 114A und 114B. Die Batteriereihen 114 und 114B weisen Quellenspannungen in entgegen gesetzte Richtungen auf. Ein Kollektor 120A ist an einer vertikalen Oberseite (positive Seite) des Zellstapels 110A vorgesehen, während ein Kollektor 120B an einer vertikalen Unterseite (negative Seite) des Zellstapels 110B vorgesehen ist. Die beiden Kollektoren 120A und 120B sind voneinander isoliert und mit einer Last 500 verbunden. Ein Isolator 140 und eine Endplatte 160 sind vorgesehen, um vertikal über den Kollektoren 120A und 120B für die jeweiligen Zellstapel 1l0A und 110B angeordnet zu sein. Sowohl der Isolator 140 als auch die Endplatte 160 ist nicht in zwei separate Teile für die beiden Zellstapel 110A und 110B getrennt, sondern ist für die gemeinsame Nutzung integral. Ein Kollektor 130, ein Isolator 150 und eine Endplatte 160 sind vertikal unterhalb des Zellstapels 110A und 110B vorgesehen. Der Kollektor 130 ist nicht in getrennte Teile für die beiden Zellstapel 110A und 110B getrennt und verbindet eine negative Seite der Batteriereihe 114A mit einer positiven Seite der Batteriereihe 114B. Der Isolator 150 und die Endplatte 170 sind ebenfalls nicht in separate Teile für die beiden Zellstapel 110A und 110B getrennt.
Die beiden Entlüftungskanäle 202A und 202B sind innerhalb des Isolators 140 gebildet, um elektrische Widerstände R202A und R202B zu generieren. Die beiden Entlüftungskanäle 202A und 202B sind miteinander verbunden, um den Entlüftungskanal 202C zu bilden, welcher mit dem Entlüftungsschlauch 220 über die Verbindung 210 (nicht gezeigt) verbunden ist.
Die Entlüftungskanäle, die verbesserte elektrische Widerstände aufweisen, sind auch für Brennstoffzellensysteme 10 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel mit zwei Zellstapeln 110A und 110B, die parallel zueinander angeordnet sind, anwendbar. Der Kollektor 130 zum elektrischen Verbinden der beiden Zellstapel 110A und 110B in Reihe ist vorzugsweise an der Seite einer Kühlwasserzuführleitung 310 und einer Kühlwasserablassleitung 320 vorgesehen. Diese Anordnung ermöglicht es einer Kühlwasserzuführleitung 310A für einen Zuführstrom von Kühlwasser zu dem Zellstapel 110A und einer Kühlwasserzuführleitung 310B für einen Zuführstrom von Kühlwasser zu dem Zellstapel 110B ein identisches Potential zu haben, während es eine Kühlwasserablassleitung 320A für einen Ablassstrom von Kühlwasser von dem Zellstapel 110A und eine Kühlwasserablassleitung 310B für eine Ablassströmung von Kühlwasser von dem Zellstapel 110B veranlasst, ein identische Potential zu haben. Dieses verhindert effektiv einen Kriechverlust des elektrischen Stroms zwischen der Kühlwasserzuführleitung 310A und der Kühlwasserzuführleitung 310B sowie einen Kriechverlust des elektrischen Stroms zwischen der Kühlwasserablassleitung 320A und der Kühlwasserablassleitung 310B.
In der Struktur nach diesem Ausführungsbeispiel ist ein gemeinsamer Isolator 140 über die beiden Zellstapel 110A und 110B vorgesehen und die beiden Entlüftungskanäle 202A und 202B sind innerhalb des Isolators 140 miteinander verbunden (kommunizieren miteinander). Es ist demnach nur ein Leitweg des Kriechverlustes aus dem Brennstoffzellensystem 10 vorhanden. Diese Struktur erfordert nur eine Verbindung 210 und nur einen Entlüftungsschlauch 220. Alternativ können Isolatoren 140 sowie Verbindungen 220 und Entlüftungsschläuche 220 separat für die beiden Zellstapel 110A und 110B vorgesehen sein.
16 ist eine erläuternde schematische Darstellung für eine modifizierte Struktur des zweiten Ausführungsbeispiels. In dieser modifizierten Struktur sind die Zellstapel 110A und 110B in Y-Richtung ausgerichtet, so dass der Zellstapel 110A vertikal an einer höheren Position als der Zellstapel 110B angeordnet ist. In dieser Struktur kann der Entlüftungskanal für den Zellstapel 110A eine kürzere Länge als der Entlüftungskanal für den Zellstapel 110B haben. Der elektrische Widerstand ist generell proportionale zur Länge geteilt durch die Fläche. Die Entlüftungskanäle können deshalb so geformt sein, dass die Länge geteilt durch die Fläche des Entlüftungskanals für den Zellstapel 110A praktisch gleich mit der Länge geteilt durch Fläche des Entlüftungskanals für den Brennstoffzellstapel 110B ist.
In jedem der Ausführungsbeispiele und ihrer modifizierten Strukturen, die oben beschrieben sind, ist der elektrischen Widerstand generierende Abschnitt 200C (rohrförmiger Abschnitt 143) des Entlüftungskanals 200 dargestellt (zum Beispiel 4), um eine gerade Form zu haben. Der elektrischen Widerstand generierende Abschnitt 200C kann in einer gefalteten Form oder in einer gebogenen Form gebildet sein. Diese Formen verlängern den elektrischen Widerstand generierenden Abschnitt 200C gegenüber der graden Form, wodurch sie eine Erhöhung des elektrischen Widerstandes 200R erlauben.
In einem der Ausführungsbeispiele und ihrer modifizierten Strukturen, die oben beschrieben sind, ist die Verbindung 210 in dem Ausschnitt 142 oder der Ausnehmung 143 aufgenommen, die in der Endplatte 160 gebildet ist. Alternativ kann die Verbindung 210 in einem Ausschnitt oder einer Ausnehmung aufgenommen sein, die in dem Isolator 140 gebildet ist.
In jedem der Ausführungsbeispiele und ihrer modifizierten Strukturen, die oben beschrieben sind, wird Kühlwasser als das Kühlmedium verwendet. Jedes andere geeignete Kühlmittel kann als das Kühlmedium verwendet werden.
In der Struktur nach dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Elementarzellen 112 in der vertikal geneigten Orientierung gestapelt. Elementarzellen können auch aufrecht in vertikaler Richtung gestapelt sein.
In jedem der Ausführungsbeispiele und ihrer modifizierten Strukturen, die oben beschrieben sind, ist der Entlüftungskanal 200 mit dem Kühlwasserablasssammelrohr 190 verbunden. Alternativ kann der Entlüftungskanal 200 mit dem Kühlwasserzuführverteilrohr 180 verbunden sein.
Die Ausführungsbeispiele und ihre modifizierten Beispiele sind für das bessere Verständnis der Erfindung beschrieben und sind in allen Aspekten und Darstellung und nicht beschränkend zu verstehen. Es können viele Modifikationen, Änderungen und Abänderungen ohne Abweichung von dem Bereich oder dem Geist der Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung vorhanden sein. All diese Modifikationen und Änderungen, welche in die Bedeutung und den Bereich von Äquivalenten der Ansprüche kommen, sind innerhalb ihres Bereichs anzunehmen.
Bezugszeichenliste

10: Brennstoffzellensystem
100, 100A, 100B: Brennstoffzelle
110, 110A, 110B: Zellstapel
112: einzelne Zelle
114, 114A, 114B: Batteriereihe
120, 120A, 120B, 130: Kollektor
121: bandähnliche Ausnehmung
123: Dichtmittel
140: Isolator
140A, 140B: Isolatorglied
141, 142, 141A, 142A: Rundhöhlung
143: rohrartiger Abschnitt
143A: Nut
145: Vorsprung
150: Isolator
160: Endplatte
163: Ausnehmung
164: Bohrung
170: Endplatte
180: Kühlwasserzuführverteilrohr
185: Kühlströmungskanal
190: Kühlwasserablasssammelrohr
200, 202A, 202B, 202C: Entlüftungskanal
200A: unterer Endabschnitt
200B: oberer Endabschnitt
200C: elektrischen Widerstand generierender Abschnitt
201: Entlüftung Rohr
210, 211: Verbindung
220: Entlüftungsschlauch
230: Oxidationsgasablassleitung
300: Radiator
302: Radiatordeckel
304: Ausdehnungsbehälter
310: Kühlwasserzuführleitung
320: Kühlwasserablassleitung
330: Kühlwasserzuführpumpe
400: Luftblase
500: Karosserie
510: externe Last
Ia: Kriechstrom
Ib: Kriechstrom
^R200, ^R220, ^R310, ^R320, ^R202A, ^R202B: elektrischer Widerstand
Va: Quellenspannung (Potential)

Claims

Brennstoffzelle umfassend: mehrere Elementarzellen, welche aufrecht in vertikaler Richtung gestapelt sind oder in vertikal geneigter Orientierung gestapelt sind; eine Isolierplatte, die an einem vertikalen oberen Ende der gestapelten mehreren Elementarzellen angeordnet ist; ein Kühlmediumzuführverteilrohr, welches zum Verteilen eines Zuführstroms eines Kühlmediums in die mehreren Elementarzellen angeordnet ist, und ein Kühlmediumabgabesammelrohr, welches zum Verbinden von Abgabeströmungen des Kühlmediums von den mehreren Elementarzellen miteinander angeordnet ist; und ein Entlüftungskanal, der zum Ablassen von Gas gebildet ist, welches sich entweder im Kühlmediumabgabesammelrohr oder dem Kühlmediumzuführverteilrohr angesammelt hat, wobei das Kühlmediumabgabezuführverteilrohr und das Kühlmediumabgabesammelrohr jeweils mit einer Kühlmediumzuführleitung und einer Kühlmediumabgabeleitung an einem vertikalen unteren Ende der Brennstoffzelle verbunden sind, und ein Lüftungskanal so gebildet ist, dass ein Abschnitt des Entlüftungskanals in der Isolierplatte ausgeführt ist, wobei der Abschnitt des Entlüftungskanals sich in eine Richtung rechtwinklig zur Stapelrichtung der Elementarzellen erstreckt, und der Entlüftungskanal entweder mit dem Kühlmediumabgabesammelrohr oder dem Kühlmediumzuführverteilrohr an einer vertikalen oberen Endseite des Kühlmediumabgabesammelrohres oder des Kühlmediumzuführverteilrohres verbunden ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 1, wobei ein Ende des Entlüftungskanals entweder mit dem Kühlmediumabgabesammelrohr oder dem Kühlmediumzuführverteilrohr verbunden ist, und das andere Ende des Entlüftungskanals mit einem Anschluss zur Abgabe der Luft an einer Position nahe an einer Mitte einer äußeren Umfangsseite der Isolierplatte verbunden ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 und 2, weiterhin umfassend: eine Endplatte, die benachbart zu der Isolierplatte angeordnet ist, wobei der Anschluss in der Endplatte aufgenommen ist, so dass der Anschluss keinen Vorsprung von einem Parallelepipedon aufweist, welches durch einen äußeren Umfang der Endplatte definiert ist.
Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mehreren Elementarzellen angeordnet sind, um zwei parallele Zellstapel zu bilden, die beiden Zellstapel gestapelt sind, um Spannungen in entgegengesetzte Richtungen zu erzeugen, und elektrisch durch einen gemeinsamen Kollektor verbunden sind, der an einer vertikalen unteren Seite der Brennstoffzelle angeordnet ist, und jeder der beiden Zellstapel aufweist: eine Isolierplatte, die an einem vertikalen oberen Ende des Zellstapels aus den Elementarzellen angeordnet ist; das Kühlmediumzuführverteilrohr, das zum Verteilen eines Zuführstroms des Kühlmediums in dem Zellstapel aus den mehreren Elementarzellen angeordnet ist, und ein Kühlmediumabgabesammelrohr, das zum Verbinden der Abgabeströme des Kühlmediums aus den Zellstapel aus den mehreren Elementarzellen miteinander angeordnet ist; und den Entlüftungskanal, der zum Abgeben des Gases angeordnet ist, das sich entweder in dem Kühlmediumzuführverteilrohr oder Kühlmediumabgabesammelrohr angesammelt hat.
Brennstoffzelle nach Anspruch 4, wobei eine gemeinsame Isolierplatte quer und über die beiden Zellstapel als die Isolierplatte vorgesehen ist, die an dem vertikalen oberen Enden der beiden Zellstapel angeordnet ist, und die beiden Entlüftungskanäle mm Kommunizieren miteinander in der gemeinsamen Isolierplatte angeordnet sind.