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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem.
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Hintergrund der Erfindung
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Es sind Techniken bekannt, um poröse Wassersaugleitungen(-rohren) zur Wasserabgabe in Verbindungslöchern (auch sogenannte ”Sammler bzw. Verteiler”) anzuordnen, um ein Reaktionsproduktwasser, das durch Elektrodenreaktionen von Brennstoffzellen erzeugt wird, und Wasser, das durch Taukondensation oder beliebig anderen Gründen (nachstehend vereinfacht als ”das Wasser” bezeichnet) erzeugt wird, aus den Verbindungslöchern zu entfernen (zum Beispiel Patentliteratur 1).
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Die große Menge an erzeugtem Wasser kann jedoch eine Schwierigkeit beim ausreichenden Entfernen des Wassers mittels der porösen Wassersaugleitungen(-rohren) verursachen. Das gesammelte Wasser kann die offene Fläche der Verbindungslöcher verringern oder sogar blockieren. Dies kann die gleichmäßigen Strömungen von Reaktionsgasen beeinträchtigen und das Energieerzeugungsverhalten (Stromerzeugung) verringern.
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Stand der Technik Dokumente
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- Patentliteratur 1: JP 2001-118 596 A
- Patentliteratur 2: JP 2005-116 499 A
- Patentliteratur 3: JP 2005-259 422 A
- Patentliteratur 4: JP 2006-147 503 A
- Patentliteratur 5: JP H11-111 316 A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffzellensystem vorzusehen, das die Verringerung oder Blockierung von Verbindungslöchern durch Wasser reduziert und einfach in dem Strömungsweg ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem weist einen Brennstoffzellenstapel auf, der Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Laminaten von Membranelektrodenbaugruppen, die mittels Separatoren gestapelt sind; und ein Paar Endplatten, die die Vielzahl von Laminaten an beiden Seiten halten, wobei in einer Stapelrichtung der Laminate der Brennstoffzellenstapel des Weiteren Folgendes aufweist: ein Paar Anschlussplatten, die entsprechend zwischen der Vielzahl von gestapelten Laminaten und dem Paar Endplatten angeordnet sind; und ein Paar Isolatoren, die entsprechend zwischen dem Paar Anschlussplatten und dem Paar Endplatten angeordnet sind, die außerhalb des Paares Anschlussplatten angeordnet sind, wobei das Brennstoffzellensystem des Weiteren Folgendes aufweist: einen Gasauslassströmungsweg zum Abgeben eines Reaktionsgases, der sich in der Stapelrichtung der Laminate erstreckt und gestaltet ist, dass er ein Ende, das im Inneren des Brennstoffzellenstapels angeordnet ist, und ein anderes Ende hat, das außerhalb des Brennstoffzellenstapels angeordnet ist; und einen Wasserabgabeströmungsweg, der an einer Position vorgesehen ist, die niedriger angeordnet ist als der Gasauslassströmungsweg in einem Einbauzustand des Brennstoffzellenstapels, und der ausgebildet ist, um sich durch zumindest einen Teil der Laminate hindurch zu erstrecken, wobei der Gasauslassströmungsweg mit dem Wasserabgabeströmungsweg über zumindest einen Verbindungsbereich in dem Brennstoffzellenstapel verbunden ist, der Gasauslassströmungsweg einen verengten Strömungsweg aufweist, der eine kleinere Querschnittsfläche hat als eine Querschnittsfläche eines benachbarten Strömungswegs stromabwärtig des Verbindungsbereichs, wobei der verengte Strömungsweg in einem stromabwärtigen Isolator ausgebildet ist, wobei in einer Strömungsrichtung des Reaktionsgases, das in dem Wasserabgabeströmungsweg strömt, der stromabwärtige Isolator an einer stromabwärtigen Seite aus dem Paar Isolatoren angeordnet ist und aus Harz hergestellt ist, und der Wasserabgabeströmungsweg ein stromabwärtiges Ende hat, das mit dem verengten Strömungsweg verbunden ist.
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In dem Brennstoffzellensystem wird, wenn das Reaktionsgas durch den verengten Strömungsweg hindurchströmt, der Druck des Reaktionsgases, das durch den verengten Strömungsweg hindurchströmt, niedriger als der Druck des Reaktionsgases, das durch den Gasabgasströmungsweg strömt, der von dem verengten Strömungsweg verschieden ist. Das Wasser in einem Wasserabgabeströmungsweg kann somit in den verengten Strömungsweg eingebracht werden und zu der stromabwärtigen Seite mit einer hohen Effizienz geführt werden. Da der Wasserabgabeströmungsweg, der mit dem Gasauslassströmungsweg verbunden ist, an der unteren Position angeordnet als der Gasauslassströmungsweg ist, strömt ein Teil des Wassers, das in dem Gasauslassströmungsweg vorliegt, durch den Verbindungsbereich in den Wasserabgabeströmungsweg. Diese Anordnung reduziert wirksam die Verringerung oder Blockierung des Gasauslassströmungswegs, der in dem Brennstoffzellenstapel angeordnet ist, durch das Wasser.
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In dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ist der verengte Strömungsweg in dem Gasauslassströmungsweg ausgebildet, der in dem Brennstoffzellenstapel angeordnet ist.
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Das Brennstoffzellensystem erfordert es nicht, dass sich der Wasserabgabeströmungsweg außerhalb des Brennstoffzellenstapels erstreckt, wodurch sich die Kosten reduzieren.
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In dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem weist in der Stapelrichtung der Laminate der Brennstoffzellenstapel des Weiteren Folgendes auf: ein Paar Anschlussplatten, die entsprechend zwischen der Vielzahl von gestapelten Laminaten und dem Paar Endplatten angeordnet sind; und ein Paar Isolatoren, die entsprechend zwischen dem Paar Anschlussplatten und dem Paar Endplatten angeordnet sind, die außerhalb des Paares Anschlussplatten angeordnet sind, wobei der verengte Strömungsweg in zumindest einer/einem von einer stromabwärtigen Endplatte, einer stromabwärtigen Anschlussplatte und einem stromabwärtigen Isolator, die/der an einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Reaktionsgases angeordnet ist, das in dem Wasserabgabeströmungsweg strömt, aus dem Paar Endplatten, dem Paar Anschlussplatten und dem Paar Isolatoren ausgebildet ist, die an jeweiligen Seiten der Vielzahl von gestapelten Laminaten angeordnet sind.
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In dem Brennstoffzellensystem ist der verengte Strömungsweg in einem spezifischen Teil des Brennstoffzellenstapels ausgebildet, der an der stromabwärtigen Seite der Vielzahl von Laminaten in der Strömungsrichtung des Reaktionsgases angeordnet ist, das durch den Wasserabgabeströmungsweg strömt. Diese Anordnung ermöglicht, dass das Wasser in dem Wasserabgabeströmungsweg gleichmäßig aus dem Brennstoffzellenstapel geführt wird.
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In dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ist der stromabwärtige Isolator aus Harz hergestellt und ist der verengte Strömungsweg in dem stromabwärtigen Isolator angeordnet.
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Das Brennstoffzellensystem ermöglicht eine einfache Ausbildung des verengten Strömungswegs. Zum Beispiel kann der stromabwärtige Isolator einschließlich des verengten Strömungswegs bereits durch Spritzgießen des Harzes mit einer Form zum Ausbilden des verengten Strömungswegs ausgebildet werden.
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In dem Brennstoffzellensystem kann in dem Brennstoffzellenstapel eine Strömungsdurchgangsfläche des Wasserabgabeströmungswegs kleiner als eine Strömungsdurchgangsfläche des Gasauslassströmungswegs sein.
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In diesem bevorzugten Brennstoffzellensystem ist die Strömungsdurchgangsfläche des Wasserabgabeströmungswegs kleiner als die Strömungsdurchgangsfläche des Gasauslassströmungswegs. Diese Anordnung erhöht die Möglichkeit, dass die Strömung des Reaktionsgases in dem Wasserabgabeströmungsweg durch das Wasser abgesperrt wird. Wenn die Strömung des Reaktionsgases abgesperrt ist, ist der Druck des Reaktionsgases an der stromabwärtigen Seite des Wassers, die mit dem verengten Strömungsweg verbunden ist, niedriger als der Druck des Reaktionsgases an der stromaufwärtigen Seite des Wassers in dem Wasserabgabeströmungsweg. Demgemäß kann das Wasser durch die Druckdifferenz gleichmäßiger zu der stromabwärtigen Seite bewegt werden.
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In dem Brennstoffzellensystem kann der Verbindungsbereich ausgebildet sein, um zumindest ein stromaufwärtiges Ende des Gasauslassströmungswegs mit einem stromaufwärtigen Ende des Wasserabgabeströmungswegs zu verbinden.
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Wenn Wasser in den stromaufwärtigen Enden des Gasauslassströmungswegs und des Wasserabgabeströmungswegs vorliegt, ermöglicht dieses bevorzugte Brennstoffzellensystem, dass das Wasser durch den Verbindungsbereich in den Wasserabgabeströmungsweg gleichmäßig strömen kann. Selbst wenn der Brennstoffzellenstapel geneigt ist, um eine Position eines Endes (an der stromaufwärtige Seite des Gases) des Gasauslassströmungswegs in dem Brennstoffzellenstapel niedriger anzuordnen als die des anderen Endes (an der stromabwärtigen Seite des Gases), strömt das Wasser durch den Verbindungsbereich in den Wasserabgabeströmungsweg. Diese Anordnung reduziert effektiv die Verringerung oder Blockierung des Gasauslassströmungswegs, der in dem Brennstoffzellenstapel angeordnet ist, durch das Wasser.
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In dem Brennstoffzellensystem kann die Anzahl des Verbindungsbereichs eins sein und kann der Verbindungsbereich ausgebildet sein, um ein stromaufwärtiges Ende des Gasauslassströmungswegs mit einem stromaufwärtigen Ende des Wasserabgabeströmungswegs zu verbinden.
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In diesem bevorzugten Brennstoffzellensystem ist der Wasserabgabeströmungsweg nicht mit dem Gasauslassströmungsweg zwischen dem stromaufwärtigen Ende und dem stromabwärtigen Ende verbunden, das mit dem verengten Strömungsweg verbunden ist. Diese Anordnung verringert die Möglichkeit, dass die Strömung des Wassers von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite in dem Wasserabgabeströmungsweg durch das Gas, das durch den Gasauslassströmungsweg strömt, beeinträchtigt wird. Diese Anordnung ermöglicht somit, dass das Wasser in dem Wasserabgabeströmungsweg gleichmäßiger zu der stromabwärtigen Seite hin bewegt werden kann verglichen zu der Struktur, die eine Vielzahl von Verbindungsbereichen zwischen dem stromaufwärtigen Ende und dem stromabwärtigen Ende entlang des Wasserabgabeströmungswegs aufweist.
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Die vorliegende Erfindung kann bei einer Vielzahl von Anwendungen angewandt werden, zum Beispiel bei einem Brennstoffzellensystem und einem Fahrzeug (Bewegungskörper), das mit dem Brennstoffzellensystem ausgestattet ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein erläuterndes Schaubild, das die schematische Struktur eines Brennstoffzellensystems 1000 gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel zeigt;
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2 ist ein erläuterndes Schaubild, das die schematische Struktur eines Laminats 10 zeigt;
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3 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur einer abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe (Membranelektrodenbaugruppe mit integrierter Abdichtung) 60 zeigt;
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4 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur einer Anodenplatte 42 zeigt;
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5 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur einer Kathodenplatte 46 zeigt;
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6 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur einer mittleren Platte 44 zeigt;
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7 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur einer Anodenplatte 42e zeigt, die einen Teil eines Verbindungsbereichs Mco ausbildet;
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8 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur einer Kathodenplatte 46e zeigt, die einen Teil des Verbindungsbereichs Mco ausbildet;
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9 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur einer mittleren Platte 44e zeigt, die einen Teil des Verbindungsbereichs Mco ausbildet;
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10 ist eine Teilschnittansicht eines Brennstoffzellenstapels 100;
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11 ist ein erläuterndes Schaubild, das die schematische Struktur eines Brennstoffzellensystems 1000a gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt;
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12 ist eine Teilschnittansicht, die die Umgebung eines verengten Strömungswegs 251a zeigt;
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13 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur einer Anodenplatte 42f zeigt;
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14 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur einer Kathodenplatte 46f zeigt;
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15 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur einer mittleren Platte 44f zeigt;
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16 ist ein erläuterndes Schaubild, das die schematische Struktur eines Brennstoffzellensystems 1000b gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel zeigt;
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17 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Umgebung eines Ventils 256 zeigt;
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18 ist ein erläuterndes Schaubild, das die schematische Struktur eines Brennstoffzellensystems 1000c gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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19 ist ein Schaubild, das einen Brennstoffzellenstapel 100c von 18 in einem geneigten Zustand zeigt; und
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20A und 20B sind erläuternde Schaubilder, die ein zweites modifiziertes Beispiel und ein drittes modifiziertes Beispiel zeigen.
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Beschreibung der Ausführungs- und Vergleichsbeispiele
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispiele sind nachstehend in der folgenden Reihenfolge beschrieben:
- A. Erstes Vergleichsbeispiel
- B. Zweites Vergleichsbeispiel
- C. Drittes Vergleichsbeispiel
- D. Erstes Ausführungsbeispiel
- E. Modifikationen
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A. Erstes Vergleichsbeispiel
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1 ist ein erläuterndes Schaubild, das die schematische Struktur eines Brennstoffzellensystems 1000 gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel zeigt. Dieses Brennstoffzellensystem 1000 kann zum Beispiel in einem Fahrzeug montiert sein, um als eine Energie- bzw. Leistungsquelle des Fahrzeugs verwendet zu werden. Das Brennstoffzellensystem 1000 weist vor allem einen Brennstoffzellenstapel 100, einen Wasserstofftank 210 als eine Brennstoffgaszufuhreinrichtung, eine Luftpumpe 234 als eine Oxidationsgaszufuhreinrichtung, und einen Kühler 550 und eine Pumpe 540 als eine Kühlungsmediumzufuhreinrichtung auf. Das Brennstoffzellensystem 1000 hat des Weiteren Leitungen 204, 236 und 570 zum Zuführen von Reaktionsgasen (Brennstoffgas und Oxidationsgas) und eines Kühlungsmediums zu dem Brennstoffzellenstapel 100 und Leitungen 242, 252, 254 und 571 zum Abgeben des Reaktionsgases, von Wasser und des Kühlungsmediums von (aus) dem Brennstoffzellenstapel 100.
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Der Brennstoffzellenstapel 100 des Vergleichsbeispiels verwendet relativ baukleine Polymerelektrolytbrennstoffzellen mit einem exzellenten Energieerzeugungswirkungsgrad (Energieerzeugungseffizienz). Der Brennstoffzellenstapel 100 weist eine Vielzahl von Laminaten 10, Endplatten EP, Zugplatten TS, Isolatoren IS und Anschlussplatten TM auf. Jedes der Vielzahl von Laminaten 100 weist eine Einheit und Separatoren auf. Die Einheit weist einstückig eine Membranelektrodenbaugruppe und eine Abdichtung auf. Die detaillierte Struktur des Laminats 100 ist nachstehend beschrieben. Die Vielzahl von Laminaten 100 ist zwischen den zwei Endplatten EP jenseits der Isolatoren IS und der Anschlussplatten TM angeordnet. In anderen Worten sind das Paar Anschlussplatten TM, das Paar Isolatoren IS und das Paar Endplatten EP an beiden Seiten der Vielzahl von Laminaten 100 in dieser Reihenfolge von innen nach außen entlang der Stapelrichtung der Laminate 10 angeordnet. Die Zugplatten TS sind an den jeweiligen Endplatten EP mittels Schrauben BT befestigt.
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Die Anschlussplatten TM dienen als Energiesammelplatten, um einen elektrischen Strom, der durch Energieerzeugungsbaugruppen der Laminate 10 (nachstehend beschrieben) erzeugt wird, über Ausgangsanschlüsse (nicht gezeigt) abzunehmen. Beliebig verschieden leitfähige Bauteile können für die Anschlussplatten TM verwendet werden. In diesem Vergleichsbeispiel werden Kupferplattenbauteile als die Anschlussplatten TM verwendet. Die Isolatoren IS dienen zum Isolieren der Anschlussplatten TM von den Endplatten EP. Beliebig verschiedene Isolierungsbauteile können für die Isolatoren IS verwendet werden. In diesem Vergleichsbeispiel werden spritzgegossene Glas-Epoxid-Harzplatten als die Isolatoren IS verwendet. Die Endplatten EP dienen zum Aufbringen eines Drucks auf die Vielzahl von Laminaten 10 von beiden Seiten in der Stapelrichtung. Beliebig verschiedene Metallbauteile mit einem Korrosionswiderstand und einer gewissen Steifigkeit können für die Endplatten EP verwendet werden. In diesem Vergleichsbeispiel werden rostfreie Stahlplatten als die Endplatten EP verwendet.
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Der Brennstoffzellenstapel 100 weist in seinem Inneren eine Vielzahl von Sammlern (Verteiler) M1 bis M7 (die durch eine punktartige Schraffur gezeigt sind) auf, die entlang der Stapelrichtung der Laminate 10 angeordnet sind. Der Sammler M1 ist ein Brennstoffgaszufuhrsammler zum Zuführen von Wasserstoffgas als das Brennstoffgas und der Sammler M2 ist ein Brennstoffgasauslasssammler zum Abgeben des Wasserstoffgases. Der Sammler M3 ist ein Wasserabgabesammler zum Abgeben des Reaktionsproduktwassers und des Wassers, das durch eine Taukondensation erzeugt wird. Der Wasserabgabesammler M3 ist an einer Position angeordnet, die unterhalb der Position des Brennstoffgasauslasssammlers M2 in dem Zustand des Brennstoffzellenstapels 100 liegt, in dem er zum Beispiel in dem Fahrzeug eingebaut ist. Der Sammler M4 ist ein Oxidationsgaszufuhrsammler zum Zuführen der Luft als das Oxidationsgas und der Sammler M5 ist ein Oxidationsgasauslasssammler zum Abgeben der Luft. Der Sammler M6 ist ein Kühlungsmediumzufuhrsammler zum Zuführen des Kühlungsmediums und der Sammler M7 ist ein Kühlungsmediumabgabesammler zum Abgeben des Kühlungsmediums.
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Wasserstoffgas wird von dem Wasserstofftank 210, der Hochdruckwasserstoff speichert, durch die Brennstoffgaszufuhrleitung 204 zu dem Brennstoffgaszufuhrsammler M1 zugeführt. Die Brennstoffgaszufuhrleitung 204 ist mit einem Ventil 220 zum Regeln der Zufuhr von Wasserstoffgas ausgestattet. Das Wasserstoffgas, das in den Brennstoffzellenstapel 100 eingebracht wird, wird zu Anoden der Membranelektrodenbaugruppen in dem Brennstoffzellenstapel 100 (nachstehend beschrieben) zugeführt, um zur Energieerzeugung durch elektrochemische Reaktionen verwendet zu werden. Anstelle der Zufuhr von dem Wasserstofftank 210 kann das Wasserstoffgas durch eine Reformreaktion eines Alkohols oder eines Kohlenwasserstoffs als das Material erzeugt werden.
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Der Brennstoffgasauslasssammler M2 ist mit der Brennstoffgasauslassleitung 252 verbunden. Das Wasserstoffgas, das von den Anoden abgegeben wird, strömt durch den Brennstoffgasauslasssammler M2 und der Brennstoffgasauslassleitung 252 und wird zu der Atomsphäre freigegeben. Die Brennstoffgasauslassleitung 252 hat einen verengten Strömungsweg 251, der die kleinere Strömungsdurchgangsfläche hat als der benachbarte Strömungsweg. Der verengte Strömungsweg 251 dieses Vergleichsbeispiels hat eine Venturiform. Für die gleichmäßige Abgabe von Wasserstoffgas ist es bevorzugt, den Brennstoffgasauslasssammler M2 und die Brennstoffgasauslassleitung 252 derart zu gestalten, dass sie im Wesentlichen konstante Strömungsdurchgangsflächen haben bis auf den verengten Strömungsweg 251.
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Der Wasserabgabesammler M3 ist mit der Wasserabgabeleitung 254 verbunden. Ein Ende R1 (nachstehend auch ”stromabwärtiges Ende R1” genannt) der Wasserabgabeleitung 254 ist mit dem verengten Strömungsweg 251 verbunden. Ein Verbindungsbereich Mco verbindet jeweilige stromaufwärtige Enden des Brennstoffgasauslasssammlers M2 und des Wasserabgabesammlers M3. Der Brennstoffgasauslasssammler M2 und die Brennstoffgasauslassleitung 252 korrespondieren zu dem Gasauslassströmungsweg, der in den Ansprüchen beschrieben ist, und der Wasserabgabesammler M3 und die Wasserabgabeleitung 254 korrespondieren zu dem Wasserabgabeströmungsweg, der in den Ansprüchen beschrieben ist. Die stromaufwärtige Seite und die stromabwärtige Seite basieren auf der Strömungsrichtung eines Fluids (des Brennstoffgases, der Luft oder des Wassers), die in dem betreffenden Strömungsweg strömt.
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Die Luft wird von der Luftpumpe 234 durch die Oxidationsgaszufuhrleitung 236 zu dem Oxidationsgaszufuhrsammler M4 zugeführt. Die Luft, die in dem Brennstoffzellenstapel 100 über den Oxidationsgaszufuhrsammler M4 eingebracht wird, wird zu Kathoden von Membranelektrodenbaugruppen in den Brennstoffzellenstapel 100 (nachstehend beschrieben) zugeführt, um zur Energieerzeugung durch die elektrochemischen Reaktionen verwendet zu werden.
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Der Oxidationsgasauslasssammler M5 ist mit der Oxidationsgasauslassleitung 242 verbunden. Die Luft, die von den Kathoden abgegeben wird, strömt durch den Oxidationsgasauslasssammler M5 und die Oxidationsgasauslassleitung 242 und wird zu der Atmosphäre freigegeben. Für die gleichmäßige Abgabe der Luft ist es bevorzugt, den Oxidationsgasauslasssammler M5 und die Oxidationsgasauslassleitung 242 derart zu gestalten, dass sie im Wesentlichen konstante Strömungsdurchgangsflächen haben.
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Kühlungswasser als das Kühlungsmedium wird von dem Kühler 550 durch die Kühlungsmediumzufuhrleitung 570 zu dem Kühlungsmediumzufuhrsammler M6 in den Brennstoffzellenstapel 100 zugeführt. Das Kühlungsmedium ist nicht auf Wasser begrenzt, sondern kann zum Beispiel ein Frostschutzfluid wie zum Beispiel Ethylenglykol oder die Luft sein.
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Der Kühlungsmediumabgabesammler M7 ist mit der Kühlungsmediumabgabeleitung 571 verbunden. Das Kühlungsmedium, das durch das Innere des Brennstoffzellenstapels 100 hindurchtritt, strömt durch den Kühlungsmediumabgabesammler M7 und die Kühlungsmediumabgabeleitung 571 zu dem Kühler 550 und wird wieder zu dem Brennstoffzellenstapel 100 zugeführt. Die Kühlungsmediumabgabeleitung 571 ist mit einer Zirkulationspumpe 540 zum Zirkulieren (Umwälzen) des Kühlungsmediums ausgestattet.
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Die Verbindung zwischen dem Wasserabgabesammler M3 und dem Brennstoffgasauslasssammler M2 über den Verbindungsbereich Mco bewirkt, dass ein Teil des Wassers, das in dem Brennstoffgasauslasssammler M2 vorliegt, in den Wasserabgabesammler M3 über den Verbindungsbereich Mco strömt. Diese Anordnung reduziert effektiv die Verringerung oder Blockierung des Brennstoffgasauslasssammlers M2 durch das Wasser. Der Druck ist in dem verengten Strömungsweg 251 geringer als in der benachbarten Brennstoffgasauslassleitung 252. In anderen Worten wird der Innendruck des verengten Strömungswegs 251 geringer als der Druck in der Umgebung des Verbindungsbereichs Mco, der an der stromaufwärtigen Seite in dem Brennstoffzellenstapel 100 angeordnet ist. Das Wasser in dem Wasserabgabesammler M3 und der Wasserabgabeleitung 254 strömt demgemäß durch den verengten Strömungsweg 251 und wird durch diesen geführt und wird von dem Brennstoffzellenstapel 100 mit einer hohen Effizienz (Wirkungsgrad) abgegeben. Der Verbindungsbereich Mco muss nicht notwendigerweise derart ausgebildet sein, dass er die jeweiligen stromaufwärtigen Enden des Brennstoffgasauslasssammlers M2 und des Wasserabgabesammlers M3 verbindet, sondern er kann an einer beliebigen Position in dem Brennstoffzellenstapel 100 ausgebildet sein, um den Brennstoffgasauslasssammler M2 und den Wasserabgabesammler M3 an einer beliebigen Position zu verbinden. Es kann eine Vielzahl von Verbindungsbereichen Mco geben. Das Vorliegen der Vielzahl von Verbindungsbereichen Mco erleichtert es, dass das Wasser in dem Brennstoffgasauslasssammler M2 in den Wasserabgabesammler M3 strömt und reduziert sehr effektiv die Verringerung oder Blockierung des Brennstoffgasauslasssammlers M2 durch das gesammelte Wasser.
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2 ist ein erläuterndes Schaubild, das die schematische Struktur des Laminats 10 zeigt. Das Laminat 10 weist eine abdichtungsintegrierte Membranelektrodenbaugruppe (Membranelektrodenbaugruppe mit integrierter Abdichtung) 60 und Separatoren 40 auf, die an beiden Seiten der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60 angeordnet sind. Die abdichtungsintegrierte Membranelektrodenbaugruppe 60 weist eine Membranelektrodenbaugruppe 50, Gasströmungswegkörper 56 und 58, die an beiden Flächen der Membranelektrodenbaugruppe 50 ausgebildet sind, und eine Abdichtung 62 auf, die vorgesehen ist, um den Umfang der Membranelektrodenbaugruppe 50 und die Gasströmungswegkörper 56 und 58 zu umgeben. Die Membranelektrodenbaugruppe 50, die mit den Gasströmungswegkörpern 56 und 58 kombiniert ist, ist nachstehend als MEGA (Membranelektrodengasdiffusionsschichtbaugruppe) 59 bezeichnet.
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Die Membranelektrodenbaugruppe 50 weist eine Elektrolytmembran 51 und eine Anodenelektrodenschicht 52 und eine Kathodenelektrodenschicht 54 auf, die an jeweiligen Seiten der Elektrolytmembran 51 ausgebildet sind. Die Elektrolytmembran 51 ist aus einem Festpolymerelektrolyt hergestellt, das eine Protonenleitfähigkeit hat. Ein typisches Beispiel eines derartigen Elektrolyts ist Nation (durch du Pont eingetragene Marke). Jede der zwei Elektrodenschichten 52 und 54 ist aus einem Material hergestellt, das eine Gasdurchlässigkeit hat und gute elektrische Leitfähigkeit hat (zum Beispiel Kohlenstoffpapier), und dient als eine Gasdiffusionsschicht, um das zugeführte Reaktionsgas (Wasserstoffgas oder die Luft) über die gesamte Fläche der Elektrolytmembran 51 zu diffundieren. Katalysatorschichten (nicht gezeigt), die einen Katalysator zum Beschleunigen der Elektrodenreaktionen haben sind zwischen den jeweiligen Elektrolytschichten 52 und 54 und der Elektrolytmembran 51 ausgebildet. Der Katalysator kann zum Beispiel Platin (Pt) sein. Der Kathodengasströmungswegkörper 56 und der Anodengasströmungswegkörper 58 dienen als Gasströmungswege, um die jeweiligen Reaktionsgase über die gesamten Flächen der korrespondierenden Elektrodenschichten 52 und 54 zu verteilen. Die Gasströmungswegkörper 56 und 58 sind aus einem Material hergestellt, das eine elektrische Leitfähigkeit hat, wie zum Beispiel Kohlenstoff oder Sintermetall.
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Die Abdichtung 62 ist aus einem Isolierungsharzmaterial, das eine Elastizität hat, zum Beispiel aus Silikongummi, Butylgummi oder Fluorgummi hergestellt und ist rund um den Umfang der MEGA 59 durch Spritzgießen ausgebildet. Die Abdichtung 62 hat Vorsprünge in der Dickenrichtung, die mit den benachbarten Separatoren 40 in Kontakt kommen, die an den jeweiligen Seiten der Abdichtung 62 angeordnet sind, und die durch eine voreingestellte Befestigungskraft in der Stapelrichtung verformt werden. Die Vorsprünge formen demgemäß Abdichtungslinien SL aus, um eine Leckage der Fluide (des Reaktionsgases, des Kühlungswassers und des Wassers) zu verhindern, die durch die Sammler M1 bis M7 strömen. In dem dargestellten Zustand von 2 sind das Wasserstoffgas und das Wasser, die durch die Sammler M1, M2 und M3 strömen, durch die Abdichtungslinien SL abgedichtet.
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Der Separator 40 ist in einer geschichteten Struktur von drei dünnen Metallplatten ausgebildet. Die dünnen Metallplatten können aus einem Metallmaterial hergestellt sein, wie zum Beispiel Titan, Titanlegierung oder rostfreiem Stahl. Insbesondere weist der Separator 40 eine Anodenplatte 42, die in Kontakt mit dem Anodengasströmungswegkörper 58 kommt, eine Kathodenplatte 46, die in Kontakt mit dem Kathodengasströmungswegkörper 56 kommt, und eine mittlere Platte 44 auf, die zwischen der Anodenplatte 42 und der Kathodenplatte 46 angeordnet ist, um den Strömungsweg des Kühlungswassers hauptsächlich auszubilden. Die ausführlichen Strukturen der jeweiligen Platten 42, 44 und 46 sind nachstehend beschrieben.
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3 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60 zeigt. 3 zeigt eine anodenseitige Fläche der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60, die aus der Stapelrichtung der Laminate 10 betrachtet wird. In dem Zustand des Brennstoffzellenstapels 100, der in einem Bewegungskörper eingebaut ist, wie zum Beispiel einem Fahrzeug, ist die Richtung von oben nach unten in 3 die senkrechte Richtung und ist die Richtung nach unten die senkrecht nach unten gerichtete Richtung. Eine kathodenseitige Fläche der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60 hat die gleiche Struktur wie jene der anodenseitigen Fläche und ist nicht spezifisch dargestellt.
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Die abdichtungsintegrierte Membranelektrodenbaugruppe 60 hat ein ungefähr rechteckförmiges Profil und weist eine Energieerzeugungsbaugruppe 21 in einem mittleren Bereich auf. Die Abdichtung 62, die um den Umfang der Energieerzeugungsbaugruppe 21 vorgesehen ist, hat eine Vielzahl von Durchgangslöchern H1a bis H7a. Diese Durchgangslöcher H1a bis H7a bilden Teile der jeweiligen Sammler M1 bis M7 (1) in dem Stapel der Laminate 10 aus. Das Wasserstoffgas, das über die Brennstoffgaszufuhrleitung 204 zugeführt wird, tritt durch das Durchgangsloch H1a hindurch und das Wasserstoffgas, das von der Anode abgegeben wird, tritt durch das Durchgangsloch H2a hindurch. Wasser GW, das in den Wasserabgabesammler M3 strömt, tritt durch das Durchgangsloch H3a hindurch. Die Luft, die von der Luftpumpe 234 über die Oxidationsgaszufuhrleitung 236 zugeführt wird, tritt durch das Durchgangsloch H4a hindurch, und die Luft, die von der Kathode abgegeben wird, tritt durch das Durchgangsloch H5a hindurch. Das Kühlungswasser, das von dem Kühler 550 über die Kühlungsmediumzufuhrleitung 570 zugeführt wird, tritt durch das Durchgangsloch H6a hindurch und das Kühlungswasser, das zum Kühlen verwendet wird, tritt durch das Durchgangsloch H7a hindurch.
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Das Durchgangsloch H1a und das Durchgangsloch H2a sind entsprechend an der oberen linken Position und an der unteren rechten Position in der Abdichtung 62 ausgebildet. Das Durchgangsloch H3a ist an der Position ausgebildet, die weiter unten angeordnet ist als es das Durchgangsloch H2a ist. In anderen Worten ist das Durchgangsloch H3a an der Position angeordnet, die weiter unten angeordnet ist als es das Durchgangsloch H2a in dem Zustand der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60 ist, die als Teil des Brennstoffzellenstapels 100 zum Beispiel in dem Fahrzeug montiert ist. Das Durchgangsloch H3a hat die kleinere Öffnungsfläche als jene des Durchgangslochs H2a. Das Durchgangsloch H4a ist entlang der oberen Seite der Abdichtung 62 ausgebildet und das Durchgangsloch H5a ist entlang der unteren Seite der Abdichtung 62 ausgebildet. Das Durchgangsloch H6a ist entlang der linken Seite der Abdichtung 62 ausgebildet und das Durchgangsloch H7a ist entlang der rechten Seite der Abdichtung 62 ausgebildet. Die Durchgangslöcher H1a bis H7a sind nicht auf die dargestellten Formen und Gestaltung beschränkt, sondern sie können in beliebigen verschiedenen Formen und Gestaltungen ausgebildet werden. Insbesondere ist es auf jeden Fall bevorzugt, dass das Durchgangsloch H3a an der Position anzuordnen ist, die weiter unten liegt als jene des Durchgangslochs H2a.
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4 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur der Anodenplatte 42 zeigt. Die gestrichelten Linien von 4 zeigen eine Energieerzeugungsfläche 21a an, die die Energieerzeugungsbaugruppe 21 der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60 und Kontaktregionen Sa überlappt, die zu den Abdichtungslinien SL der Abdichtung 62 in dem Brennstoffzellenstapel 100 angefügt sind. Die Anodenplatte 42 hat ein ungefähr rechteckförmiges Profil, das im Wesentlichen gleich ist wie das Profil der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60. Die Anodenplatte 42 hat Durchgangslöcher H1b bis H7b. Die Durchgangslöcher H1b bis H7b haben im Wesentlichen die gleiche Form und im Wesentlichen die gleichen Öffnungsflächen wie jene der korrespondierenden Durchgangslöcher H1a bis H7a, die in der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60 ausgebildet sind, und bilden Teile der jeweiligen Sammler M1 bis M7 in dem Brennstoffzellenstapel 100 aus. Die Anodenplatte 42 hat ferner Wasserstoffgaseinlasslöcher P1 und Wasserstoffgasauslasslöcher P2. Eine Vielzahl der Wasserstoffgaseinlasslöcher P1 ist nahe dem Durchgangsloch H1b in der Energieerzeugungsfläche 21a ausgebildet. Eine Vielzahl der Wasserstoffgasauslasslöcher P2 ist nahe dem Durchgangsloch H2b in der Energieerzeugungsfläche 21a ausgebildet. Das Wasserstoffgas wird durch die Wasserstoffgaseinlasslöcher P1 zu der Anode der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60 zugeführt, und das Wasserstoffgas von der Anode wird durch die Wasserstoffgasauslasslöcher P2 abgegeben.
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5 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur der Kathodenplatte 46 zeigt. Ähnlich wie in 4 sind die Energieerzeugungsfläche 21a und Kontaktregionen Sa durch die gestrichelten Linien in 5 angezeigt. Die Kathodenplatte 46 hat ein ungefähr rechteckförmiges Profil, das im Wesentlichen gleich wie das Profil der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60 ist. Die Kathodenplatte 46 hat Durchgangslöcher H1c bis H7c. Die Durchgangslöcher H1c bis H7c haben im Wesentlichen die gleichen Formen und im Wesentlichen die gleichen Öffnungsflächen wie jene der korrespondierenden Durchgangslöcher H1a bis H7a, die in der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60 ausgebildet sind, und bilden Teile der jeweiligen Sammler M1 bis M7 in dem Brennstoffzellenstapel 100. Die Kathodenplatte 46 hat ferner ein Lufteinlassloch P3 und ein Luftauslassloch P4. Das Lufteinlassloch P3 ist nahe dem Durchgangsloch H4c in der Energieerzeugungsfläche 21a ausgebildet. Das Luftauslassloch P4 ist nahe dem Durchgangsloch H5c in der Energieerzeugungsfläche 21a ausgebildet. Die Luft wird durch das Lufteinlassloch P3 zu der Kathode der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60 zugeführt und die Luft von der Kathode wird durch das Luftauslassloch P4 abgegeben.
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6 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur der mittleren Platte 44 zeigt. Ähnlich wie in 4 und 5 ist eine Energieerzeugungsfläche 21a durch die gestrichelte Linie in 6 angezeigt. Die mittlere Platte 44 hat ein ungefähr rechteckförmiges Profil, das im Wesentlichen gleich ist wie das Profil der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60. Die mittlere Platte 44 hat Durchgangslöcher H1d bis H5d. Die Durchgangslöcher H1d bis H5d haben im Wesentlichen die gleichen Formen und im Wesentlichen die gleichen Öffnungsflächen wie jene der korrespondierenden Durchgangslöcher H1a bis H5a, die in der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60 ausgebildet sind, und bilden Teile der jeweiligen Sammler M1 bis M5 in dem Brennstoffzellenstapel 100 aus. Die mittlere Platte 44 hat ferner Verbindungslöcher Q1 bis Q4. Die Verbindungslöcher Q1 bis Q4 haben jeweils ein entsprechendes Ende, das mit den Durchgangslöchern H1d bis H5d verbunden ist, und jeweils das andere Ende, das mit dem Wasserstoffgaseinlassloch P1, dem Wasserstoffgasauslassloch P2, dem Lufteinlassloch P3 und dem Luftauslassloch P4 in der geschichteten Struktur des Separators 40 verbunden sind. Die mittlere Platte 44 weist des Weiteren eine Vielzahl von Durchgangslöchern WP auf, die sich von rechts nach links erstrecken. Die Durchgangslöcher WP sind ausgebildet, um mit den Durchgangslöchern H6b, H7b, H6c und H7c verbunden zu sein, die in den zwei anderen Platten 42 und 46 ausgebildet sind, wenn die mittlere Platte 44 zwischen den zwei anderen Platten 42 und 46 angeordnet ist. Das Kühlungswasser, das von außerhalb des Brennstoffzellenstapels 100 zu dem Kühlungsmediumzufuhrsammler M6 zugeführt wird, verzweigt sich teilweise, während es durch ein Durchgangsloch H6d in der Stapelrichtung der Laminate 10 hindurch tritt, und strömt über die mittlere Platte 44 zu dem Kühlungsmediumabgabesammler M7, wie durch die Pfeile von 6 gezeigt ist, zusammen mit einer Wärme, die durch eine Energieerzeugung entstanden ist.
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7 bis 9 sind erläuternde Schaubilder, die die Strukturen der Platten 42e, 44e und 46e zeigen, die den Verbindungsbereich Mco ausbilden. Der Hauptunterschied zu den Platten 42, 44 und 46, die vorstehend beschrieben sind, ist das Vorliegen der Verbindungslöcher 1b, 1c und 1d. Die anderen Komponenten der Platten 42e, 44e und 46e sind identisch mit jenen der Platten 42, 44 und 46 und werden durch die gleichen Bezugszeichen ausgedrückt und sind nachstehend nicht spezifisch erläutert. Das Verbindungsloch 1b (7) hat ein Ende, das mit dem Durchgangsloch H2b verbunden ist, und das andere Ende, das mit dem Durchgangsloch H3b verbunden ist. Das Durchgangsloch 1c (8) hat ein Ende, das mit dem Durchgangsloch H2c verbunden ist, und das andere Ende, das mit dem Durchgangsloch H3c verbunden ist. Das Verbindungsloch 1d (9) hat ein Ende, das mit dem Durchgangsloch H2d verbunden ist, und das andere Ende, das mit dem Durchgangsloch H3d verbunden ist. Wenn die Platten 42e, 44e und 46e gestapelt sind, bilden die Verbindungslöcher 1b, 1c und 1d den Verbindungsbereich Mco, um den Brennstoffgasauslasssammler M2 mit dem Wasserabgabesammler M3 zu verbinden. Der Separator, der den Verbindungsbereich Mco hat, ist als ein Verbindungsbereichausbildungsseparator 40e bezeichnet.
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10 ist eine Teilschnittansicht des Brennstoffzellenstapels 100. 10 zeigt einen Querschnitt korrespondierend zu einem A-A Querschnitt von 3, wobei die abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppen 60 und die Separatoren 40 und 40e gestapelt sind, um den Brennstoffzellenstapel 100 bereitzustellen. Zur Erleichterung der Erläuterung sind einige Teile des Brennstoffzellenstapels 100 in der Darstellung weggelassen.
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Ein Teil des Wasserstoffgases, das zu dem Brennstoffgaszufuhrsammler M1 zugeführt wird, strömt durch das Verbindungsloch Q1 und das Wasserstoffgaseinlassloch P1 zu dem Anodengasströmungswegkörper 58. Das Wasserstoffgas, das von der Anode abgegeben wird, strömt durch das Wasserstoffgasauslassloch P2 und das Verbindungsloch Q2 zu dem Brennstoffgasauslasssammler M2 und wird durch die Brennstoffgasauslassleitung 252 (1) zu der Atmosphäre freigegeben. Ein Teil des Wasserstoffgases, das von der Anode abgegeben wird, strömt durch den Verbindungsbereich Mco in den Wasserabgabesammler M3. Ein Teil des Wassers GW in dem Brennstoffgasauslasssammler M2 strömt ferner durch den Verbindungsbereich Mco in den Wasserabgabesammler M3.
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Der Wasserabgabesammler M3 ist mit dem Brennstoffgasauslasssammler M2 über den Verbindungsbereich Mco verbunden, so dass ein Teil des Wassers GW in dem Brennstoffgasauslasssammler M2 durch den Verbindungsbereich Mco in den Wasserabgabesammler M3 strömt. Diese Anordnung reduziert die Verringerung oder Blockierung des Brennstoffgasauslasssammlers M2 durch das Wasser GW. Das stromabwärtige Ende R1 des Wasserabgabesammlers M3 ist mit dem verengten Strömungsweg 251 verbunden (1), so dass das Wasser GW, das in den Wasserabgabesammler M3 strömt, von dem Brennstoffzellenstapel 100 mit einer hohen Effizienz abgegeben werden kann. Insbesondere hat die Struktur dieses Vergleichsbeispiels nur einen Verbindungsbereich Mco, der das stromaufwärtige Ende des Brennstoffgasauslasssammlers M2 mit dem stromaufwärtigen Ende des Wasserabgabesammlers M3 verbindet. Dies bedeutet, dass der Wasserabgabeströmungsweg, der aus dem Wasserabgabesammler M3 und der Wasserabgabeleitung 254 gebildet ist, nicht mit dem Gasauslassströmungsweg verbunden ist, der aus dem Brennstoffgasauslasssammler M2 und der Brennstoffgasauslassleitung 252 gebildet ist, bis auf deren stromaufwärtigen Enden und den verengten Strömungsweg 251. Diese Anordnung verringert die Möglichkeit, dass die Strömung des Wassers von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite in dem Wasserabgabesammler M3 durch das Wasserstoffgas behindert wird, das von der Anode abgegeben wird (ferner nachstehend auch als ”Wasserstoffauslass” bezeichnet). Das Wasser in dem Wasserabgabesammler M3 kann somit gleichmäßig zu dem verengten Strömungsweg 251 geführt werden.
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Die Öffnungsflächen der Durchgangslöcher H3a, H3b, H3c und H3d (3 bis 6) sind kleiner als die Öffnungsflächen der Durchgangslöcher H2a, H2b, H2c und H2d. Die Strömungsdurchgangsfläche des Wasserabgabesammlers M3, der sich durch den Stapel der jeweiligen Bauteile 40, 40e und 60 in der Stapelrichtung der Laminate 10 erstreckt, ist kleiner als die Strömungsdurchgangsfläche des Brennstoffgasauslasssammlers M2. Diese Anordnung erhöht die Möglichkeit, dass der Strömungsweg des Wasserabgabesammlers M2 durch das Wasser GW abgesperrt wird, das in den Wasserabgabesammler M3 strömt. In anderen Worten neigt das Wasser GW in dem Wasserabgabesammler M3 dazu, eine Wassersäule auszubilden. Im Falle des Blockierens des Strömungswegs des Wasserabgabesammlers M3 ermöglicht eine Druckdifferenz zwischen dem stromaufwärtigen Strömungsweg und dem stromabwärtigen Strömungsweg über das Wasser GW, dass das Wasser GW gleichmäßiger aus dem Brennstoffzellenstapel 100 abgegeben werden kann. Insbesondere hat die Struktur dieses Vergleichsbeispiels nur einen Verbindungsbereich Mco, um den Wasserabgabesammler M3 mit dem Brennstoffgasauslasssammler M2 zu verbinden, und kann somit das konstante Größenverhältnis zwischen dem Druck in dem stromaufwärtigen Strömungsweg und dem Druck in dem stromabwärtigen Strömungsweg über das Wasser GW aufrecht erhalten. Es gibt demgemäß keine Einströmung des Wasserstoffauslasses von dem Brennstoffgasauslasssammler M2 in den Strömungsweg des Wasserabgabesammlers M3, der stromabwärtig des Wassers GW angeordnet ist, während das Wasser GW von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite in den Wasserabgabesammler M3 strömt. Diese Anordnung hält das Verhältnis aufrecht, dass der Druck in dem stromabwärtigen Strömungsweg niedriger ist als der Druck in dem stromaufwärtigen Strömungsweg über das Wasser GW, und ermöglicht, dass das Wasser GW gleichmäßig zu dem verengten Strömungsweg 251 mittels dieser Druckdifferenz geführt bzw. geleitet werden kann. Für die gleichmäßige Abgabe des Wassers GW aus dem Brennstoffzellenstapel 100 ist es bevorzugt, die Strömungswegflächen des Wasserabgabesammlers M3 und der Wasserabgabeleitung 254 derart zu behandeln, dass sie wasserabweisende Eigenschaften aufweisen. Das Wasser GW, das in dem Brennstoffgasauslasssammler M2 vorliegt, wird auch zu dem verengten Strömungsweg 251 durch den Brennstoffgasauslasssammler M2 eingebracht und wird aus dem Brennstoffzellenstapel 100 abgegeben.
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B. Zweites Vergleichsbeispiel
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11 ist ein erläuterndes Schaubild, das die schematische Struktur eines Brennstoffzellensystems 1000a gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt. Der Hauptunterschied zu dem ersten Vergleichsbeispiel ist der, dass ein verengter Strömungsweg 251a in der Mitte eines Brennstoffgasauslasssammlers M2a ausgebildet ist, der in einem Brennstoffzellenstapel 100a vorgesehen ist. Die Struktur des zweiten Vergleichsbeispiels hat nicht die Wasserabgabeleitung 254 (1), da ein stromabwärtiges Ende R1 eines Wasserabgabesammlers M3a mit dem verengten Strömungsweg 251a verbunden ist. Die anderen Komponenten sind identisch zu jenen des ersten Vergleichsbeispiels und sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nachstehend nicht spezifisch erläutert. Zur Erleichterung der Erläuterung sind die senkrechten Linien, die Laminate 10a darstellen, in der Darstellung von 11 weggelassen. Das stromabwärtige Ende R1 des Wasserabgabesammlers M3a ist ausgebildet, um einen Verbindungsweg zu haben, der in einem Separator vorgesehen ist (nachstehend beschrieben). Das Wasser, das in den Wasserabgabesammler M3a über einen Verbindungsbereich Mco strömt, kann somit zu der stromabwärtigen Seite des Verbindungsbereichs Mco mit einer hohen Effizienz geleitet werden. Die Struktur des zweiten Vergleichsbeispiels erfordert die Wasserabgabeleitung 254 nicht und somit wird eine Kostenreduktion erreicht. Die Stelle des verengten Strömungspfads 251a ist nicht begrenzt, solange sie stromabwärtig des Verbindungsbereichs Mco angeordnet ist. Unter der Annahme, dass das Laminat 10a eine Länge L in der Stapelrichtung hat, ist es bevorzugt, den verengten Strömungsweg 251a innerhalb des Bereichs von L/3 von einem stromabwärtigen Ende des Brennstoffgasauslasssammlers M2a anzuordnen. Es ist besonders bevorzugt, den verengten Strömungsweg 251a in den Bereich von einer von der Anschlussplatte TM, dem Isolator IS und der Endplatte EP an der Seite des Brennstoffgasauslasssammlers M2a anzuordnen, der mit der Brennstoffgasauslassleitung 252 verbunden ist (das heißt die stromabwärtige Seite). Diese Anordnung ermöglicht, dass das Wasser, das in den Wasserabgabesammler M3a strömt, gleichmäßig aus dem Brennstoffzellenstapel 100a geführt werden kann.
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12 ist eine Teilschnittansicht, die die Umgebung des verengten Strömungswegs 251a zeigt. 12 zeigt einen Querschnitt korrespondierend zu dem A-A Querschnitt von 3 des ersten Vergleichsbeispiels. Ein verengter Strömungswegausbildungsseparator 40f ist durch drei Metallplatten 42f, 44f und 46f ausgebildet, die die größere Dicke haben als die der Metallplatten des Separators 40. Der verengte Strömungswegausbildungsseparator 40f hat den verengten Strömungsweg 251a und den Verbindungsweg R1. Die Anodenplatte 42f des verengten Strömungswegausbildungsseparators 40f weist nicht ein Durchgangslochausbildungsteil des Wasserabgabesammlers M3a auf, um ein Ende des Wasserabgabesammlers M3a zu definieren. Der Druck des Wasserstoffgases in dem verengten Strömungsweg 251a ist geringer als in dem benachbarten Brennstoffgasauslasssammler M2a. Diese Anordnung erhöht die Strömungsrate des Wasserstoffgases, das in dem Wasserabgabesammler M3a zu der Verbindung mit dem verengten Strömungsweg 251a strömt, und ermöglicht, dass das Wasser GW in dem Wasserabgabesammler M3a zu einer stromabwärtigen Seite durch die Strömung des Wassergases geführt wird. Der verengte Strömungswegausbildungsseparator 40f besteht aus den Platten mit der größeren Dicke als jene der Platten 42, 44 und 46 des Separators 40. Dies ist jedoch nicht einschränkend. Zum Beispiel kann der verengte Strömungswegausbildungsseparator 40f aus Platten bestehen, die dieselbe Dicke haben wie jene der Platten des Separators 40. In einem anderen Vergleichsbeispiel kann eine der Platten 42f, 44f und 46f die größere Dicke haben als jene der korrespondierenden Platte der Platten 42, 44 und 46 des Separators 40.
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13 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur der Anodenplatte 42f zeigt. 13 zeigt eine Seite (Fläche) benachbart zu der mittleren Platte 44f. Der Öffnungsbereich eines Durchgangslochs H2bs (insbesondere die Öffnungsfläche des Durchgangslochs H2bs an der Fläche benachbart zu der mittleren Platte 44f) ist kleiner gemacht als die Öffnungsfläche des Durchgangslochs H2b der Anodenplatte 42 (4), um den verengten Strömungsweg 251a auszubilden, wenn die drei Platten 42f, 44f und 46f gestapelt sind. Wie in 12 gezeigt ist, ist das Durchgangsloch H2bs in der Dickenrichtung konisch ausgebildet. Die Anodenplatte 42f weist nicht das Durchgangsloch H3b (4) auf, das einen Wasserdurchgang ermöglicht, um ein Ende des Wasserabgabesammlers M3a zu definieren. Die anderen Komponenten der Anodenplatte 42f sind identisch mit denen der Anodenplatte 42 und sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und sind nachstehend nicht spezifisch erläutert.
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14 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur der Kathodenplatten 46f zeigt. 14 zeigt eine Fläche benachbart zu der mittleren Platte 44f. Die Öffnungsfläche eines Durchgangslochs H2cs (insbesondere die Öffnungsfläche des Durchgangslochs H2cs an der Fläche benachbart zu der mittleren Platte 44f) ist kleiner gemacht als die Öffnungsfläche des Durchgangslochs H2c der Anodenplatte 46 (5). Wie in 12 gezeigt ist, ist das Durchgangsloch H2cs in der Dickenrichtung konisch ausgebildet. Die anderen Komponenten der Kathodenplatte 46f sind identisch mit jenen der Kathodenplatte 46 und sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und sind nachstehend nicht spezifisch erläutert.
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15 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Struktur in der mittleren Platte 44f zeigt. Die Öffnungsfläche eines Durchgangslochs H2ds ist kleiner gemacht als die Öffnungsfläche des Durchgangslochs H2d der mittleren Platte 44 (6). Die mittlere Platte 44f hat ferner den Verbindungsweg R1, der ein Durchgangsloch H3d, das einen Teil des Wasserabgabesammlers M3a ausbildet, mit dem Durchgangsloch H2d verbindet, das einen Teil des Brennstoffgasauslasssammlers M2a ausbildet (das heißt, das stromabwärtige Ende R1 des Wasserabgabesammlers M3a). Die anderen Komponenten der mittleren Platte 44f sind identisch mit jenen der mittleren Platte 44 und sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und sind nachstehend nicht spezifisch erläutert.
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Die Durchgangslöcher H2bs, H2cs und H2ds sind im Wesentlichen an denselben Positionen in den jeweiligen Platten 42f, 44f und 46f ausgebildet, um ausgerichtet (fluchtend) zu sein und um den verengten Strömungsweg 251a auszubilden, wenn die Platten 42f, 44f und 46f gestapelt sind. Der verengte Strömungsweg 251a und der Verbindungsweg R1 an dem stromabwärtigen Ende des Wasserabgabesammlers M3a sind bereits durch einfaches Stapeln der Platten 42f, 44f und 46f ausgebildet. Ähnlich wie die Struktur des ersten Vergleichsbeispiels ermöglicht die Struktur des zweiten Vergleichsbeispiels, dass ein Teil des Wassers GW, das in dem Brennstoffgasauslasssammler M2 vorliegt, in den Wasserabgabesammler M3a strömt. Diese Anordnung reduziert die Verringerung oder Blockierung des Brennstoffgasauslasssammlers M2 durch das Wasser GW. Ähnlich der Struktur des ersten Vergleichsbeispiels bewegt sich in der Struktur des zweiten Vergleichsbeispiels das Wasser GW von dem Wasserabgabesammler M3a zu dem verengten Strömungsweg 251a und ermöglicht, dass das Wasser GW, das zu dem verengten Strömungsweg 251a geleitet wird, aus dem Brennstoffzellenstapel 100a abgegeben wird.
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C. Drittes Vergleichsbeispiel
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16 ist ein erläuterndes Schaubild, das die schematische Struktur eines Brennstoffzellensystems 1000b gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel zeigt. Der Hauptunterschied zu dem ersten Vergleichsbeispiel ist der, dass der verengte Strömungsweg durch ein Ventil 256 ausgebildet ist, um eine variable Strömungsdurchgangsfläche zu ermöglichen. Die anderen Komponenten sind identisch mit denen des ersten Vergleichsbeispiels und sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und sind nachstehend nicht spezifisch erläutert. Ein stromabwärtiges Ende R1 einer Wasserabgabeleitung 254b ist mit dem Ventil 256 verbunden.
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17 ist ein erläuterndes Schaubild, das die Umgebung des Ventils 256 zeigt. Das Ventil 256 ist als ein Absperrventil ausgebildet und weist ein Ventilelement 280, eine Ventilwelle 282 und einen Antriebsmechanismus 284 zum Bewegen des Ventilelements 280 und der Ventilwelle 282 auf. Das Ventilelement 280 bewegt sich in orthogonaler Richtung (in senkrechter Richtung) relativ zu dem Wasserstoffgasauslassweg über die Ventilwelle 282, um die Strömungsdurchgangsfläche zu ändern. Das stromabwärtige Ende R1 der Wasserabgabeleiter 254b ist mit einem Öffnungsschließbereich des Ventilelements 280 verbunden. Die Strömungsdurchgangsfläche an der Position, an der das Ventilelement 280 angeordnet ist, wird kleiner gemacht als die benachbarte Strömungsdurchgangsfläche durch Öffnen und Schließen des Ventilelements 280, um einen verengten Strömungsweg 251b ohne weiteres auszubilden. Das Wasser GW, das in den Wasserabgabesammler M3 strömt, kann somit gleichmäßig zu der stromabwärtigen Seite des Wasserstoffgases geführt bzw. geleitet werden und aus dem Brennstoffzellenstapel 100b abgegeben werden. Ähnlich wie die Struktur des ersten Vergleichsbeispiels reduziert die Struktur des dritten Vergleichsbeispiels die Verringerung oder Blockierung des Brennstoffgasauslasssammlers M2 durch das Wasser GW.
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D. Erstes Ausführungsbeispiel
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18 ist ein erläuterndes Schaubild, das die schematische Struktur eines Brennstoffzellensystems 1000c gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Die Hauptunterschiede zu dem ersten Vergleichsbeispiel sind die Position des verengten Strömungswegs 251c und die Position eines Verbindungsbereichs Mco. Ähnlich der Struktur des zweiten Vergleichsbeispiels weist die Struktur des ersten Ausführungsbeispiels nicht die Wasserabgabeleitung 254 (1) auf, die in dem Brennstoffzellensystem 1000 des ersten Vergleichsbeispiels aufgenommen ist. Die anderen Komponenten sind identisch zu jenen des ersten Vergleichsbeispiels und sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und sind nachstehend nicht spezifisch erläutert. Zum besseren Verständnis sind die Komponenten, die nicht direkt zu der Erläuterung gehören (zum Beispiel der Wasserstofftank 210 und der Oxidationsgaszufuhrsammler M4, die in 1 gezeigt sind), in der Darstellung von 18 weggelassen, während die Komponenten, die direkt zu der Erläuterung gehören (zum Beispiel der Brennstoffgasauslasssammler M2 und der Wasserabgabesammler M3), vor allem in 18 dargestellt sind.
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Wie in 18 gezeigt ist, ist der verengte Strömungsweg 251c über eine Anschlussplatte TM, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist (nachstehend auch als ”stromabwärtige Anschlussplatte TM” bezeichnet). des Paares Anschlussplatten TM und einen Isolator IS, der an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist (nachstehend auch als ein ”stromabwärtiger Isolator IS” bezeichnet), des Paares Isolatoren IS in der Strömungsrichtung des Fluids (Wasser und Wasserstoffgas) ausgebildet, das in den Wasserabgabesammler M3 strömt. Das stromabwärtige Ende R1 des Wasserabgabesammlers M3 ist mit dem spezifischen Teil des verengten Strömungswegs 251c verbunden, der durch den stromabwärtigen Isolator IS definiert ist. Insbesondere ist das stromabwärtige Ende R1 des Wasserabgabeströmungswegs M3 durch Ausbilden einer Nut in der Plattenseitefläche (Stirnfläche) des stromabwärtigen Isolators IS definiert, um sich senkrecht nach unten von dem verengten Strömungsweg 251c zu erstrecken.
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Der Verbindungsbereich Mco ist in einer Anschlussplatte TM ausgebildet, die an der stromaufwärtigen Seite (nachstehend auch als eine ”stromaufwärtige Anschlussplatte TM” bezeichnet) des Paares Anschlussplatten TM angeordnet ist. Insbesondere ist der Verbindungsbereich Mco durch Ausbilden einer Nut in der Plattenseitefläche (Stirnfläche) der stromaufwärtigen Anschlussplatte TM definiert, um das stromaufwärtige Ende des Brennstoffgasauslasssammlers M2 und das stromaufwärtige Ende des Wasserabgabesammlers M3 zu verbinden, die in den Laminaten 10 ausgebildet sind. Es ist bevorzugt, die Abmessungen des Verbindungsbereiches Mco derart zu bestimmen, dass das Wasser GW in dem Brennstoffgasauslasssammler M2 und dem Wasserabgabesammler M3 nicht in den Verbindungsbereich Mco durch eine Kapillarkraft eingebracht wird und nicht in dem Verbindungsbereich Mco gesammelt wird. In einem bevorzugten Beispiel kann der Wasserabgabesammler M3 in einer Säulenform von 3 mm im Durchmesser ausgebildet sein, während der Verbindungsbereich Mco in einer quadratischen Prismaform ausgebildet sein kann, die die Bodenfläche hat, mit ungefähr 3 mm an einer Seite.
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In dem Brennstoffzellensystem 1000c des ersten Ausführungsbeispiels ist der verengte Strömungsweg 251c an der stromabwärtigen Seite der Laminate 10 des Brennstoffzellenstapels 100c ausgebildet, wodurch es ermöglicht wird, dass das Wasser in dem Wasserabgabeströmungsweg M3 und dem Brennstoffgasauslasssammler M2 gleichmäßiger aus dem Brennstoffzellenstapel 100c geleitet werden kann. Ähnlich der Struktur des zweiten Vergleichsbeispiels erfordert die Struktur des ersten Ausführungsbeispiels nicht die Wasserabgabeleitung 254 (1) und somit wird eine Kostenreduktion erreicht. Ein Teil des verengten Strömungswegs 251c und das stromabwärtige Ende R1 des Wasserabgabesammlers M3 sind in dem stromabwärtigen Isolator IS vorgesehen, der aus dem Glas-Epoxid-Harz hergestellt ist. Dies erleichtert eine Ausbildung des Teils des verengten Strömungswegs 251c und des stromabwärtigen Endes R1. Zum Beispiel kann der stromabwärtige Isolator IS einschließlich des Teils des verengten Strömungswegs 251c und des stromabwärtigen Endes R1 einfach durch Spritzgießen hergestellt werden.
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19 ist ein Schaubild, das den Brennstoffzellenstapel 100c von 18 in einem geneigten Zustand zeigt. Insbesondere ist in dem dargestellten Zustand durch ein Neigen des Fahrzeugs der Brennstoffzellenstapel 100c, der in dem Fahrzeug montiert ist, derart geneigt, dass die stromabwärtige Seite des Brennstoffgasauslasssammlers M2 und des Wasserabgabesammlers M3 niedriger angeordnet ist als die stromaufwärtige Seite. Zum Zweck der Erläuterung ist die Menge an Wasser GW, die in 19 gezeigt ist, größer als die, die in 18 gezeigt ist.
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Der Verbindungsbereich Mco dieses Ausführungsbeispiels, der ausgebildet ist, um das stromaufwärtige Ende des Brennstoffgasauslasssammlers M2 mit dem stromaufwärtigen Ende des Wasserabgabesammlers M3 zu verbinden, ermöglicht, dass das Wasser GW in den Wasserabgabesammler M3 über den Verbindungsbereich Mco strömt. Dies verringert die Menge des Wassers GW, die in dem Brennstoffgasauslasssammler M2 gesammelt wird, und reduziert die Verringerung oder Blockierung des Brennstoffgasauslasssammlers M2. Der verengte Strömungsweg 251c hat die Strömungsrate, die höher ist als jene des benachbarten Strömungswegs, so dass auf der Grundlage der Bernoulli-Gleichung der Druck in dem verengten Strömungsweg 251c niedriger ist als der Druck in der stromaufwärtigen Seite des verengten Strömungswegs 251c. Dies verursacht, dass das Wasser GW, das in der stromabwärtigen Seite des verengten Strömungswegs 251c in dem Brennstoffgasauslasssammler M2 und in der stromabwärtigen Seite des verengten Strömungswegs 251c in dem Wasserabgabesammler M3 gesammelt ist, zu dem verengten Strömungsweg 251c hin eingebracht wird. Das Wasser GW in dem Brennstoffgasauslasssammler M2 und in dem Wasserabgabesammler M3 kann somit gleichmäßig aus dem Brennstoffzellenstapel 100c abgegeben werden.
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E. Modifikationen
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Gemäß den vorstehenden, verschiedenen Komponenten, die in den jeweiligen Vergleichsbeispielen und dem Ausführungsbeispiel umfasst sind, die vorstehend beschrieben sind, sind jene, die von den Komponenten verschieden sind, die in den unabhängigen Ansprüchen offenbart sind, zusätzlich vorgesehen und sind somit zusätzliche Elemente und können gemäß den Anforderungen weggelassen werden. Die Erfindung ist nicht auf jenes Ausführungsbeispiel und dessen Anwendung beschränkt, das vorstehend offenbart ist, sondern kann in einer Vielzahl von weiteren Ausführungsbeispielen und Anwendungen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung angewandt werden. Einige Beispiele von möglichen Modifikationen sind nachstehend aufgezeigt.
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E-1. Erstes modifiziertes Beispiel
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In den Strukturen der vorstehenden Vergleichsbeispiele und des Ausführungsbeispiels ist der Wasserabgabesammler M3 oder M3a, der als der Wasserabgabeströmungsweg für einen Wasserstoffauslass verwendet wird, mit dem Brennstoffgasauslasssammler M2 oder M2a über den Verbindungsbereich Mco verbunden. In einem modifizierten Beispiel kann ein Wasserabgabesammler für Oxidationsgasauslass in ähnlicher Weise an der Position vorgesehen sein, die niedriger angeordnet ist als jene des Oxidationsgasauslasssammlers M5, und kann mit dem Oxidationsgasauslasssammler M5 über einen Verbindungsbereich verbunden sein. In dieser Struktur können Durchgangslöcher, die den Wasserabgabesammler ausbilden, an den Positionen, die niedriger angeordnet sind als jene der jeweiligen Durchgangslöcher, zum Beispiel H5a, vorgesehen sein, die den Oxidationsgasauslasssammler M5 in den jeweiligen Bauteilen (zum Beispiel die abdichtungsintegrierte Membranelektrodenbaugruppe 60 und der Separator 40) des Brennstoffzellenstapels 100, 100a oder 100b ausbilden. Ein weiteres modifiziertes Beispiel kann zwei Wasserabgabeströmungswege (Wasserabgabesammler, -verteiler) haben, die entsprechend mit dem Brennstoffgasauslasssammler M2 oder M2a und mit dem Oxidationsgasauslasssammler M5 verbunden sind. Diese modifizierten Beispiele reduzieren die Verringerung oder Blockierung des Oxidationsgasauslasssammlers M5 durch Wasser.
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E-2. Zweites modifiziertes Beispiel und drittes modifiziertes Beispiel
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20A und 20B sind erläuternde Schaubilder, die ein zweites modifiziertes Beispiel und ein drittes modifiziertes Beispiel zeigen. 20A zeigt die Umgebung eines Durchgangslochs H2a in einer abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60a als das zweite modifizierte Beispiel. 20B zeigt die Umgebung eines Verbindungsbereichs Mco eines Brennstoffzellenstapels 100d als das dritte modifizierte Beispiel. In den Strukturen des ersten, zweiten und dritten Vergleichsbeispiels, die vorstehend beschrieben sind, ist der Verbindungsbereich Mco durch die Verbindungslöcher 1b, 1c und 1d des Verbindungsbereichsausbildungsseparators 40e ausgebildet (7 bis 9). Wie in 20A gezeigt ist, kann der Verbindungsbereich Mco durch ein Verbindungsloch 1a ausgebildet sein, das in der abdichtungsintegrierten Membranelektrodenbaugruppe 60a vorgesehen ist, um die Durchgangslöcher H2a und H3a zu verbinden. Wie in 20B gezeigt ist, kann der Verbindungsbereich Mco durch ein Loch (Nut) definiert sein, das (die) in der stromaufwärtigen Anschlussplatte TM ähnlich wie in der Struktur des ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet ist. Das Loch, das den Verbindungsbereich Mco definiert, kann zu dem Isolator IS und der Endplatte EP hin erstreckt sein.
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E-3. Viertes modifiziertes Beispiel
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In der Struktur des zweiten Vergleichsbeispiels, das vorstehend beschrieben ist, ist der verengte Strömungsweg 251a durch den verengten Strömungswegausbildungsseparator 40f ausgebildet (11). In der Struktur des ersten Ausführungsbeispiels, das vorstehend beschrieben ist, ist der verengte Strömungsweg 251a über die stromabwärtige Anschlussplatte TM und den stromabwärtigen Isolator IS ausgebildet (18). Anstelle dieser Strukturen kann der verengte Strömungsweg in zumindest einer/einem von der Anschlussplatte TM, dem Isolator IS und der Endplatte IP an der Seite der Brennstoffgasauslassleitung 252 (11) (das heißt an der stromabwärtigen Seite) aus den zwei Anschlussplatten TM, den zwei Isolatoren IS und den zwei Endplatten EP vorgesehen sein. Diese Anordnung bewirkt, dass das Wasser GW, das in den Wasserabgabesammler M3a strömt, zu dem verengten Strömungsweg geleitet wird, der weiter stromabwärtig angeordnet ist, somit wird die gleichmäßigere Abgabe des Wassers GW aus dem Brennstoffzellenstapel 100a sichergestellt. Es ist insbesondere bevorzugt, den verengten Strömungsweg in dem stromabwärtigen Isolator IS vorzusehen. Der verengte Strömungsweg ist einfach in dem stromabwärtigen Isolator IS ausgebildet, der aus Harz hergestellt ist. Harz hat im Allgemeinen eine Korrosionsbeständigkeit bezüglich Wasser. Ein Vorsehen des verengten Strömungswegs in dem Teil, der die Korrosionsbeständigkeit bezüglich Wasser aufweist, zum Beispiel in dem stromabwärtigen Isolator IS ermöglicht, dass die Form des verengten Strömungswegs (Strömungsdurchgangsfläche) über eine lange Zeitdauer stabil beibehalten werden kann. Dies ermöglicht, dass das Wasser, das in dem Brennstoffgasauslasssammler M2 und dem Wasserabgabesammler M3 vorliegt, gleichmäßig aus dem Brennstoffzellenstapel bewegt werden kann.
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E-4. Fünftes modifiziertes Beispiel
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Das dritte Vergleichsbeispiel verwendet das Absperrventil als den Mechanismus zum Variieren der Strömungsdurchgangsfläche. Ein anderer Mechanismus, zum Beispiel ein Kugelventil, ein Durchgangsventil oder eine variable Öffnung, kann für denselben Zweck erfindungsgemäß verwendet werden.
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E-5. Sechstes modifiziertes Beispiel
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In den vorstehenden Vergleichsbeispielen und dem Ausführungsbeispiel wird das Wasserstoffgas zu der Atmosphäre über den Brennstoffgasauslasssammler M2 und die Brennstoffgasauslassleitung 252 freigegeben. In einem modifizierten Beispiel kann das Wasserstoffgas nach einem Entfernen des Wassers zu dem Brennstoffgaszufuhrsammler M1 rückgeführt werden.
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E-6. Siebtes modifiziertes Beispiel
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Die vorstehenden Beispiele beschreiben die Brennstoffzellenstapel, die eine derartige Struktur haben, bei der die Reaktionsgase von den Gaszufuhrsammlern M1 und M4 durch ein Inneres des Separators 40 zu den Gasströmungswegkörpern 56 und 58 zugeführt werden, um die Reaktionsgase über die Energieerzeugungsbaugruppe 21 zu diffundieren. Der Separator 40 ist jedoch nicht auf diese Struktur beschränkt. In einem modifizierten Beispiel können Aushöhlungen (Nuten) an der Fläche des Separators ausgebildet sein und können die Reaktionsgase von den Gaszufuhrsammlern M1 und M4 durch die Aushöhlungen zu den Gasströmungswegkörpern 56 und 58 zugeführt werden. In einer weiteren modifizierten Struktur ohne die Gasströmungswegkörper 56 und 58 können die Reaktionsgase durch die Aushöhlungen, die an der Fläche des Separators ausgebildet sind, zu der Energieerzeugungsbaugruppe 21 (insbesondere den Elektrodenschichten 52 und 54) zugeführt werden.
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E-7. Achtes modifiziertes Beispiel
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In dem ersten und zweiten Vergleichsbeispiel und dem ersten Ausführungsbeispiel, die vorstehend beschrieben sind, ist die Strömungsdurchgangsfläche des verengten Strömungswegs 251, 251a oder 251c (1, 11 und 18) in der Form ausgebildet, die sich von der Strömungsdurchgangsfläche des benachbarten Strömungswegs nahe dem verengten Strömungsweg 251, 251a oder 251c allmählich verringert (das heißt, die Venturi-Form). Der verengte Strömungsweg 251, 251a oder 251c ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt. Der verengte Strömungsweg 251, 251a oder 251c kann in einer beliebigen Form ausgebildet sein, die die Strömungsdurchgangsfläche hat, die kleiner ist als die Strömungsdurchgangsfläche des benachbarten Strömungswegs. In einem modifizierten Beispiel kann die Strömungsdurchgangsfläche stufenweise von dem benachbarten Strömungsweg zu dem verengten Strömungsweg 251, 251a oder 251c verändert werden. Diese modifizierte Struktur ermöglicht ferner, dass der verengte Strömungsweg 251, 251a oder 251c die höhere Strömungsrate aufweist und dadurch den niedrigeren Druck als in dem benachbarten Strömungsweg. Das Wasser GW, das an der stromaufwärtigen Seite des verengten Strömungswegs 251, 251a oder 251c vorliegt, kann durch den Brennstoffzellenstapel geleitet werden und aus dem Brennstoffzellenstapel abgegeben werden.
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E-8. Neuntes modifiziertes Beispiel
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Das vorstehende Ausführungsbeispiel beschreibt die Brennstoffzellensysteme 1000 bis 1000c, die in dem Fahrzeug montiert sind. Dies ist jedoch nicht einschränkend. Beliebige Systeme der Brennstoffzellensysteme 1000 bis 1000c gemäß der Erfindung können in beliebig verschiedenen Bewegungskörpern einschließlich Fahrzeugen, Booten und Schiffen montiert werden, um als die Energiequelle (Leistungsquelle) des Bewegungskörpers verwendet zu werden. Beliebige Systeme der Brennstoffzellensysteme 1000 bis 1000c können als eine stationäre Energiequelle (Leistungsquelle) verwendet werden.
