DE112013002776T5

DE112013002776T5 - Drainagestruktur für Gasauslassbereich in Brennstoffzellenstapel

Info

Publication number: DE112013002776T5
Application number: DE112013002776.3T
Authority: DE
Inventors: c/o HONDA R&D CO. LTD. Kuwayama Takashi; c/o c/o HONDA R&D CO. LTD. Sasamoto Kazuya; c/o HONDA R&D CO. LTD. Matsumoto Mitsunori
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2015-02-26
Also published as: CN104335404B; CN104335404A; WO2013183598A1; US20150125775A1; JP5759627B2; US9368813B2; JPWO2013183598A1

Abstract

In einer Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel enthält der Brennstoffzellenstapel: einen laminierten Körper, in dem eine Mehrzahl von Stromerzeugungszellen laminiert sind, und der mit einem Reaktionsgasabführdurchgangsloch versehen ist, das in einer Stromerzeugungsreaktion verwendetes Reaktionsgas abgibt; und eine Endplatte, die am einen Ende in der Laminationsrichtung des laminierten Körpers angeordnet und mit einem Reaktionsgasauslass versehen ist, der mit dem Reaktionsgasabführdurchgangsloch in Verbindung steht. Die Drainagestruktur hat ein Auslassrohr (120), das mit dem Reaktionsgasauslass gekoppelt ist, wobei sich ein Außenendabschnitt des Auslassrohrs an der stromabwärtigen Seite in der Reaktionsgasabgabeströmungsrichtung nach unten öffnet. Schirmförmige Vorsprungsabschnitte (142, 144, 146) sind in dem Auslassrohr (120) vorgesehen, und diese Vorsprungsabschnitte haben eine Form, die zur stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Reaktionsgasabgabeströmungsrichtung verjüngt ist, um hierdurch den kontinuierlichen Fluss der abgegebenen Flüssigkeit sowie auch des Reaktionsgases aufzuteilen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel.
Es wird Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-126960 , eingereicht am 04. Juni 2012, beansprucht, deren Inhalte hierin unter Bezugnahme aufgenommen werden.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Um einen elektrischen Kurzschluss (Flüssigkeitsbrücke) zwischen einer elektrischen Aktivierungseinheit eines Brennstoffzellenstapels und einem externen widerstandsarmen elektrischen Element (wie etwa einem Metallelement) über in dem Brennstoffzellenstapel erzeugtes Wasser zu verhindern, sind bisher Gegenmaßnahmen für einen elektrischen Kurzschluss in einem Brennstoffzellenstapel in Betracht gezogen worden, insbesondere in einem Gasauslassbereich davon einschließlich jeweiliger Elemente in der Umgebung eines Reaktionsgasauslasses. Zum Beispiel ist ein Brennstoffzellensystem bekannt, in dem ein Auslassrohr, das mit einem Reaktionsgasabführdurchgangsloch eines Brennstoffzellenstapels verbunden ist, mit einem elektrischen Isolationselement ausgebildet ist (siehe z. B. Patentdokument 1).
Wenn jedoch bei diesem Brennstoffzellensystem das Auslassrohr lang ausgebildet wird und der Isolationswiderstand zunimmt, könnte die Festigkeit des Auslassrohrs in einigen Fällen reduziert sein, und es besteht ein Problem darin, dass die Anordnung des Auslassrohrs komplex wird und die Abmessung der Rohrstruktur groß wird.
In Reaktion auf diese Art von Problem ist herkömmlich ein Brennstoffzellenstapel bekannt geworden, in dem zum Beispiel das Außenende eines Auslassrohrs, das mit einem Brenngasabführdurchgangsloch des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, in seinem Inneren aufgenommen ist, und ein Wassersammeltank vorgesehen ist, um von dem Außenende dieses Auslassrohr abgegebenes erzeugtes Wasser zu akkumulieren (siehe z. B. Patentdokument 2).
Dieser Brennstoffzellenstapel hat eine derartige Konfiguration, dass der höchste Wasserpegel des erzeugten Wassers, das vom Außenende des Auslassrohrs tropft und in dem Wassersammeltank akkumuliert wird, nur einen vorbestimmten Abstand vertikal abwärts von dem Außenende des Auslassrohrs hat, und hierdurch Leitwege, die durch das erzeugte Wasser erzeugt werden könnten, blockiert werden.
[Herkömmliche Dokumente]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Erstveröffentlichung Nr. 2005-332674
[Patentdokument 2] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Erstveröffentlichung Nr. 2010-3603

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[Von der Erfindung zu lösende Probleme]
Gemäß dem Brennstoffzellenstapel der obigen herkömmlichen Technik ist die Ausgaberichtung des erzeugten Wassers, das zusammen mit dem Reaktionsgas von dem Auslassrohr abgegeben wird, nicht auf die vertikal abwärtige Richtung beschränkt, und ändert sich gemäß der Strömungsrate des Reaktionsgases.
Während zum Beispiel erzeugtes Wasser vertikal abwärts tropft, wenn die Strömungsrate des Reaktionsgases niedrig ist, wird das erzeugte Wasser in der Verlängerungsrichtung des Auslassrohrs abgegeben, wenn die Strömungsrate des Reaktionsgases mäßig wird, und erzeugtes Wasser wird zu der radial äußeren Umfangsseite hin abgegeben, wenn die Strömungsrate des Reaktionsgases höher wird.
Dementsprechend ist es erforderlich, einen gewünschten räumlichen Abstand zur Innenwandfläche des Wassersammeltanks in verschiedenen Richtungen vom Außenende des Auslassrohrs sicherzustellen, und es besteht ein Problem darin, dass der Wassersammeltank und das Gehäuse, das den Wassersammeltank aufnimmt, größer werden.
Aspekte der vorliegenden Erfindung berücksichtigen die obigen Umstände, mit einem Ziel, eine Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel anzugeben, die in der Lage ist, die Bildung von Leitwegen durch von dem Brennstoffzellenstapel abgegebene Flüssigkeit zwischen einer elektrischen Aktivierungseinheit des Brennstoffzellenstapels und einem externen widerstandarmen elektrischen Element zu verhindern.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Die vorliegende Erfindung verwendet die folgenden Aspekte, um das obige Problem zu lösen und das Ziel zu erreichen.

(1) Eine Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel, wobei der Brennstoffzellenstapel aufweist: einen laminierten Körper, in dem eine Mehrzahl von Stromerzeugungszellen laminiert sind, und der mit einem Reaktionsgasabführdurchgangsloch versehen ist, das ein Reaktionsgas abgibt, das bei einer Stromerzeugungsreaktion in den Stromerzeugungszellen verwendet wird; und eine Endplatte, die am einen Ende in der Laminationsrichtung des laminierten Körpers angeordnet und mit einem Reaktionsgasauslass versehen ist, der mit dem Reaktionsgasabführdurchgangsloch in Verbindung steht. Die Drainagestruktur hat ein Auslassrohr, das mit dem Reaktionsgasauslass gekoppelt ist, wobei sich ein Außenendabschnitt des Auslassrohrs an einer stromabwärtigen Seite in Reaktionsgasabgabeströmungsrichtung nach unten öffnet. Zumindest ein schirmförmiger Vorsprungsabschnitt ist in dem Auslassrohr vorgesehen, und der Vorsprungsabschnitt hat eine Form, die zur stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Reaktionsgasabgabeströmungsrichtung verjüngt ist, um hierdurch eine kontinuierliche Strömung der abgegeben Flüssigkeit sowie des Reaktionsgases aufzuteilen.
(2) Im obigen Aspekt (1) können eine Mehrzahl der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte in dem Auslassrohr gestaffelt angeordnet sein.
(3) Im obigen Aspekt (2) können die schirmförmigen Vorsprungsabschnitte in einer Form ausgebildet sein, die in stromaufwärtiger Richtung des Auslassrohrs vorsteht, und können in einer Form ausgebildet sein, die zur radialen Innenseite des Auslassrohrs vorsteht.
(4) Im obigen Aspekt von einem von (2) und (3) kann zwischen stromaufwärtigen schirmförmigen Vorsprungsabschnitten und stromabwärtigen schirmförmigen Vorsprungsabschnitten, die gestaffelt angeordnet sind, ein Flüssigkeitsabgabeführungsabschnitt vorgesehen sein, der einen Wandabschnitt entlang einer angenähert radialen Richtung des Auslassrohrs hat.
(5) Im obigen Aspekt von einem von (2) bis (4) kann ein Abschnitt eines Öffnungsabschnitts des Auslassrohrs, mit dem ein unteres Ende des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts in Kontakt steht, zwischen einem unteren Ende und einem anderen unteren Ende des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts derart ausgebildet sein, dass er zu dem verjüngten Abschnitt des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts hin ausgeschnitten ist.
(6) Im obigen Aspekt von einem von (2) bis (5) kann ein unteres Ende des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts in Bezug eine radiale Richtung des Auslassrohrs geneigt sein.
(7) Im obigen Aspekt von einem von (1) bis (6) kann ein Auffangtank vorgesehen sein, der vom Auslassrohr abgegebene Flüssigkeit aufnimmt, wobei der Außenendabschnitt des Auslassrohrs in den Auffangtank vorstehen kann, und ein vorbestimmter Abstand kann jeweils von einer inneren Seitenfläche und einer inneren Bodenfläche des Auffangtanks vorgesehen sein kann.
(8) Im obigen Aspekt von einem von (1) bis (7) kann der schirmförmige Vorsprungsabschnitt derart sein, dass ein Winkel eines verjüngten Abschnitts an der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Reaktionsgasabgabeströmungsrichtung angenähert 90 Grad beträgt.
(9) Im obigen Aspekt von einem von (1) bis (8) kann der Außenendabschnitt des Auslassrohrs mit einer verjüngten Form ausgebildet sein.

[Vorteil der Erfindung]
Gemäß dem obigen Aspekt (1) unterteilt zumindest ein schirmförmiger Vorsprungsabschnitt mit einer Form, die zur stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Reaktionsgasabgabeströmungsrichtung verjüngt ist, die in dem Auslassrohr vorgesehen ist, eine kontinuierliche Strömung der Flüssigkeit, die zusammen mit dem Reaktionsgas abgegeben wird, und darüber hinaus öffnet sich der Außenendabschnitt des Auslassrohrs nach unten. Im Ergebnis kann die geteilte Flüssigkeit stabil nach unten abgegeben werden, unabhängig von der Strömungsrate des Reaktionsgases. Ohne den Abstand zwischen dem Auslassrohr und dem externen widerstandsarmen elektrischen Element zu erhöhen ist es daher möglich, einen Kurzschluss über diese Flüssigkeit zwischen der elektrischen Aktivierungseinheit des Brennstoffzellenstapels und dem externen widerstandarmen elektrischen Element zu verhindern. Weil darüber hinaus die schirmförmigen Vorsprungsabschnitte innerhalb des Auslassrohrs eine kontinuierliche Flüssigkeitsströmung aufteilen, wird die Konfiguration zum Aufteilen des kontinuierlichen Flüssigkeitsflusses nicht zu groß. Während verhindert wird, dass die Konfiguration zu groß wird, ist es im Ergebnis möglich, die Bildung von Leitwegen durch die vom Brennstoffzellenstapel abgegebene Flüssigkeit zwischen der elektrischen Aktivierungseinheit des Brennstoffzellenstapels und dem externen widerstandsarmen elektrischen Element zu verhindern.
Da im obigen Fall von (2) bis (6) eine Mehrzahl von schirmförmigen Vorsprungsabschnitten innerhalb des Auslassrohrs gestaffelt angeordnet sind, ist es möglich, eine große Flüssigkeitsmenge, die zusammen mit dem Reaktionsgas abgegeben wird, aufzuteilen, und es wird möglich, einen kontinuierlichen Flüssigkeitsfluss in zufriedenstellender Weise aufzuteilen. Daher wird es ferner möglich, die elektrischen Aktivierungseinheit des Brennstoffzellenstapels und des externen widerstandarmen elektrischen Elements über die vom Brennstoffzellenstapel abgegebene Flüssigkeit zu verhindern.
Da im obigen Fall (7) der Außenendabschnitt des Auslassrohrs in den Auffangtank vorsteht, lässt sich durch die Wirkung der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte, die einen kontinuierlichen Flüssigkeitsfluss aufteilen, sowie des sich nach unten öffnenden Außenendabschnitts des Auslassrohrs verhindern, dass die elektrische Aktivierungseinheit des Brennstoffzellenstapels und der Auffangtank über die Flüssigkeit elektrisch kurzgeschlossen werden, ohne den jeweiligen Abstand zwischen dem Außenendabschnitt des Auslassrohrs und der inneren Seitenfläche und der inneren Bodenfläche des Auffangtanks zu vergrößern. Daher wird es möglich, eine Zunahme in der Abmessung des Auffangtanks zu vermeiden.
Da im obigen Fall (8) der Winkel des verjüngten Abschnitts des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts an der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Reaktionsgasabgabeströmungsrichtung angenähert 90 Grad beträgt, ist es möglich, ein Überfließen der vom Brennstoffzellenstapel abgegebenen Flüssigkeit und ein Überqueren des schirmförmigen Vorsprungs zur radial inneren Seite hin zu unterdrücken und hierdurch die Strömungsaufteilung in zufriedenstellender Weise durchzuführen. Darüber hinaus lässt sich vermeiden, dass sich die aufgeteilte Flüssigkeit nach dem Überqueren des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts zur stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Reaktionsgasabgabeströmungsrichtung wieder vereinigt. Daher lässt sich ferner verhindern, dass die elektrische Aktivierungseinheit des Brennstoffzellenstapels und das externe widerstandarme elektrische Element über die vom Brennstoffzellenstapel abgegebene Flüssigkeit kurzgeschlossen werden.
Da im obigen Fall (9) der Außenendabschnitt des Auslassrohrs an der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Reaktionsgasströmungsrichtung in einer verjüngten Form ausgebildet ist, lässt sich vermeiden, dass die von dem Brennstoffzellenstapel abgegebene Flüssigkeit an der Position dieses Außenendabschnitts zusammen geht und wieder zu einem kontinuierlichen Fluss wird. Daher lässt sich ferner verhindern, dass die elektrische Aktivierungseinheit des Brennstoffzellenstapels und das externe widerstandarme elektrische Element über die vom Brennstoffzellenstapel abgegebene Flüssigkeit kurzgeschlossen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Brennstoffzellensystems, das eine Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet.
2 ist eine Explosionsperspektivansicht einer Stromerzeugungszelle, die den Brennstoffzellenstapel darstellt.
3 ist eine Perspektivansicht des Brennstoffzellenstapels bei Betrachtung von einer Befeuchterseite her.
4 ist eine Perspektivansicht des Befeuchters und des Brennstoffzellenstapels.
5 ist eine Querschnittsansicht des Brennstoffzellenstapels, eines Auslassrohrs und eines Auffangtanks.
6 ist eine Abwicklungsansicht einer Innenumfangsfläche an einer Position eines unteren zylindrischen Abschnitts des Auslassrohrs.
7 ist eine Abwicklungsansicht, die ein Beispiel eines modifizierten Beispiels der Innenumfangsfläche an der Position des unteren zylindrischen Abschnitts des Auslassrohrs zeigt.
8 ist eine Abwicklungsansicht, die ein Beispiel eines modifizierten Beispiels der Innenumfangsfläche an der Position des unteren zylindrischen Abschnitts des Auslassrohrs zeigt.
9 ist eine Perspektivansicht eines modifizierten Beispiels eines schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142.
10 ist eine partiell vergrößerte Ansicht, die ein Beispiel eines modifizierten Beispiels der Innenumfangsfläche an der Position des unteren zylindrischen Abschnitts des Auslassrohrs zeigt.
11A ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel eines Flüssigkeitsabgabeführungsabschnitts 148 in 10 zeigt.
11B ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel eines Flüssigkeitsabgabeführungsabschnitts 148 in 10 zeigt.
11C ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel eines Flüssigkeitsabgabeführungsabschnitts 148 in 10 zeigt.
12 ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel eines modifizierten Beispiels eines unteren Endes des unteren zylindrischen Abschnitts des Auslassrohrs zeigt.
13A ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel eines modifizierten Beispiels des unteren Endes des unteren zylindrischen Abschnitts des Auslassrohrs zeigt.
13B ist eine Seitenansicht von 13A.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGEN
Nachfolgend wird die Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Brennstoffzellensystems 12, das die Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel 10 gemäß der vorliegenden Ausführung verwendet.
Das Brennstoffzellensystem 12 ist an einem Brennstoffzellenfahrzeug (in der Figur nicht gezeigt) anzubringen, und ist versehen mit einem Brennstoffzellenstapel 10, einem Kühlmittelzufuhrmechanismus 16 zum Zuführen eines Kühlmittels zu dem Brennstoffzellenstapel 10, einem Oxidationsgaszuführmechanismus 18 zum Zuführen von Oxidationsgas (Reaktionsgas) zu dem Brennstoffzellenstapel 10 und einem Brenngaszuführmechanismus 20 zum Zuführen von Brenngas (Reaktionsgas) zu dem Brennstoffzellenstapel 10.
Der Kühlmittelzufuhrmechanismus 16 ist mit einem Kühler 24 versehen. Mit diesem Kühler 24 ist von der einen Seite her ein Kühlmittelzuführrohr 28 über eine Kühlmittelpumpe 26 verbunden, und ist von der anderen Seite ein Kühlmittelauslassrohr 30 verbunden.
Der Oxidationsgaszuführmechanismus 18 ist mit einer Luftpumpe 32 versehen, und mit dieser Luftpumpe 32 ist ein Ende eines Luftzuführrohrs 34 verbunden. Das andere Ende dieses Luftzuführrohrs 34 ist mit einem Befeuchter 36 verbunden, und dieser Befeuchter 36 ist über ein Befeuchtungsluftzuführrohr 38 mit dem Brennstoffzellenstapel 10 verbunden.
Mit dem Brennstoffzellenstapel 10 und dem Befeuchter 36 ist ein Abgaszuführrohr 40 zum Zuführen von benutztem Oxidationsgas (nachfolgend als Abgas bezeichnet) verbunden, das erzeugtes Wasser als Befeuchtungsfluid enthält. Am Befeuchter ist an einer Seite, die das über das Abgaszuführrohr 40 zugeführte Abgas abführt, ein Gegendruckventil 42 angeordnet.
Der Brenngaszuführmechanismus 20 ist mit einem Brenngastank 44 versehen, der Wasserstoffgas als Brenngas akkumuliert. Mit diesem Brenngastank 44 ist ein Ende des Brenngasrohrs 45 verbunden, und mit diesem Brenngasrohr 45 ist über ein Isolierventil 46, einen Regler 48 und einen Ejektor 50 ein Brenngaszuführrohr 51 verbunden. Dieses Brenngaszuführrohr 51 ist mit dem Brennstoffzellenstapel 10 verbunden.
Mit dem Brennstoffzellenstapel 10 ist über einen Auffangtank 53 ein Brenngasabführrohr 52 verbunden, durch das verbrauchtes Brenngas abgegeben wird. Dieses Brenngasabführrohr 52 ist über ein Rücklaufrohr 54 mit dem Ejektor 50 verbunden und bildet ein Brenngaszirkulationssystem (Reaktionsgaszirkulationssystem), während ein Teil davon mit einem Spülventil 56 in Verbindung steht.
Der Brennstoffzellenstapel 10 hat einen laminierten Körper 61, in dem eine Mehrzahl von Stromerzeugungszellen 60 in der horizontalen Richtung (in Richtung von Pfeil A in 2 und 3) laminiert sind, welche eine Fahrzeuglängsrichtung ist, und an beiden Endabschnitten des laminierten Körpers 61 in Bezug auf die Laminationsrichtung sind über eine Anschlussplatte und eine Isolierplatte (in der Figur nicht gezeigt) Metallendplatten 62a und 62b angeordnet (siehe 1). Elektrische Stromausgangsanschlüsse 63a und 63b stehen in der Laminationsrichtung von den Endplatten 62a und 62b nach außen vor, und diese elektrischen Stromausgabeanschlüsse 63a und 63b sind mit einem Fahrzeugantriebsmotor und Hilfsvorrichtungen (in der Figur nicht gezeigt) verbunden.
Wie in 2 gezeigt, ist jede Stromerzeugungszelle 60 mit einer Elektrolytmembran-Elektrodenstruktur 66 versehen, sowie einem ersten Separator 68 und einem zweiten Separator 70, die die Elektrolytmembran-Elektrodenstruktur 66 zwischen sich aufnehmen, und hat eine vertikal längliche Konfiguration. Ferner sind der erste Separator 68 und der zweite Separator 70 mit einem Kohlenstoffseparator oder einem Metallseparator konfiguriert.
In einem Randabschnitt (oberen Randabschnitt) der Stromerzeugungszelle 60 in Bezug auf die lange Seitenrichtung (Richtung von Pfeil C) sind vorgesehen: ein Oxidationszuführdurchgangsloch 72a zum Zuführen von Oxidationsgas, das ein bei der Stromerzeugungsreaktion in der Stromerzeugungszelle 60 verwendetes Reaktionsgas ist, wie etwa sauerstoffhaltiges Gas, sowie in Brenngaszuführloch 76a zum Zuführen von Brenngas, das ein bei der Stromerzeugungsreaktion in der Stromerzeugungszelle 60 verwendetes Reaktionsgas ist, wie etwa wasserstoffhaltiges Gas, die in Richtung von Pfeil A miteinander in Verbindung stehen.
In dem anderen Randabschnitt (unteren Randabschnitt) der Stromerzeugungszelle 60 in Bezug auf die lange Seitenrichtung sind vorgesehen: ein Oxidationsgasabführdurchgangsloch 72b zum Abführen des Oxidationsgases, welches das bei der Stromerzeugungsreaktion in der Stromerzeugungszelle 60 verwendete Reaktionsgas ist, und ein Brenngasabführdurchgangsloch (Reaktionsgasabführdurchgangsloch) 76b zum Abführen des Brenngases, das das bei der Stromerzeugungsreaktion in der Stromerzeugungszelle 60 verwendete Reaktionsgas ist, die in Richtung von Pfeil A miteinander in Verbindung stehen.
In einem Randabschnitt der Stromerzeugungszelle 60 in Bezug auf die kurze Seitenrichtung (Richtung von Pfeil B) ist ein Kühlmittelzuführdurchgangsloch 74a zum Zuführen eines Kühlmittels vorgesehen, und in dem anderen Randabschnitt der Stromerzeugungszelle 60 in Bezug auf die kurze Seitenrichtung ist ein Kühlmittelabführdurchgangsloch 74b zum Abführen des Kühlmittels vorgesehen. Das Kühlmittelzuführdurchgangsloch 74a und das Kühlmittelabführdurchgangsloch 74b haben eine vertikal längliche Form.
Zum Beispiel ist die Elektrolytmembran-Elektrodenstruktur 66 mit einer Festpolymerelektrolytmembran 78 versehen, die eine mit Wasser imprägnierte dünne Perfluorsulfonsäuremembran ist, sowie einer anodenseitigen Elektrode 80 und einer kathodenseitigen Elektrode 82, die die Festpolymerelektrolytmembran 78 zwischen sich aufnehmen.
In einer Ebene 68a des ersten Separators 68, die zur Elektrolytmembran-Elektrodenstruktur 66 weist, ist ein Brenngaskanal 84 ausgebildet, der zwischen dem Brenngaszuführdurchgangsloch 76a und dem Brenngasabführdurchgangsloch verbindet. Zum Beispiel ist dieser Brenngaskanal 84 mit einem Nutabschnitt konfiguriert, der sich in Richtung von Pfeil C erstreckt. In einer Ebene 68b des ersten Separators 68, die der Ebene 68a entgegengesetzt ist, ist ein Kühlmittelkanal 86 ausgebildet, der zwischen dem Kühlmittelzuführdurchgangsloch 74a und dem Kühlmittelabführdurchgangsloch 74b verbindet.
In einer Ebene 70a des zweiten Separators 70, die zur Elektrolytmembran-Elektrodenstruktur 66 weist, ist zum Beispiel ein Oxidationsgaskanal 88 ausgebildet, der mit einem sich in Richtung von Pfeil C erstreckenden Nutabschnitt ausgebildet ist, und dieser Oxidationsgaskanal 88 verbindet zwischen dem Oxidationsgaszuführdurchgangsloch 72a und dem Oxidationsgasabführdurchgangsloch 72b. In einer Ebene 70b des zweiten Separators 70, die der Ebene 70a entgegengesetzt ist, ist ein Kühlmittelkanal 86 integriert so ausgebildet, dass er mit der Ebene 68b des ersten Separators 68 überlappt. Obwohl in der Figur nicht gezeigt, ist bei Bedarf in dem ersten Separator 68 und dem zweiten Separator 70 ein Dichtungselement vorgesehen.
Der Brennstoffzellenstapel 10 ist zum Beispiel mit einem in 3 gezeigten Gehäuse 89 versehen, als dessen Endplatten die Endplatten 62a und 62b dienen. Darüber hinaus kann anstelle des Gehäuses 89 eine Spannstange (in der Figur nicht gezeigt) zwischen den Endplatten 62a und 62b eingeschlossen sein.
Wie in 1 gezeigt, sind in der Endplatte 62: ein Kühlmitteleinlassverteiler 96a und ein Kühlmittelauslasssammler 96b vorgesehen. Der Kühlmitteleinlassverteiler 96a steht mit dem Kühlmittelzuführdurchgangsloch 74a in Verbindung. Andererseits steht der Kühlmittelauslasssammler 96b mit dem Kühlmittelabführdurchgangsloch 74b in Verbindung. Der Kühlmitteleinlassverteiler 96a und der Kühlmittelauslasssammler 96b stehen über das Kühlmittelzuführrohr 28 und das Kühlmittelabführrohr 30 mit dem Kühler 24 in Verbindung.
Wie in 3 gezeigt, sind in der Endplatte 62b vorgesehen: ein Oxidationsgaseinlassverteiler 98a, der mit dem in 1 gezeigten Oxidationsgaszuführdurchgangsloch 72a in Verbindung steht, ein Brenngaseinlassverteiler 100a, der mit dem in 1 gezeigten Brenngaszuführdurchgangsloch 76a in Verbindung steht, ein Oxidationsgasauslasssammler 98b, der mit dem in 1 gezeigten Oxidationsgasabführdurchgangsloch 72b in Verbindung steht, und ein Brenngasauslasssammler (Reaktionsgasauslass) 100b, der mit dem in 1 gezeigten Brenngasabführdurchgangsloch 76b in Verbindung steht und als Brenngasauslass in der Endplatte 62b dient.
Wie in 4 gezeigt, ist der Befeuchter 36 in der Endplatte 62b des Brennstoffzellenstapels 10 befestigt. Zum Beispiel ist das Gehäuse des Befeuchters 96 spritzgegossen und sind eine Mehrzahl von Bolzen 108 in einen Flanschabschnitt 106 eingesetzt, der mit der Endplatte 62b in Kontakt steht. Mittels der in die Endplatte 62b geschraubten Bolzen 108 ist der Befeuchter 36 direkt an der Endplatte 62b befestigt.
Innerhalb des Befeuchters 36 sind ein erster Befeuchtungsabschnitt 110a und ein zweiter Befeuchtungsabschnitt 110b untergebracht, während sie übereinander angeordnet sind. Der erste Befeuchtungsabschnitt 110a und der zweite Befeuchtungsabschnitt 110b sind mit dem Luftzuführrohr 34 und dem Befeuchtungsluftzuführrohr 38 verbunden. Zum Beispiel können der erste Befeuchtungsabschnitt 110a und der zweite Befeuchtungsabschnitt 110b eine hohlfasermembranartige Befeuchtungsstruktur verwenden. In dem Befeuchter 36 sind jeweilige Hilfsvorrichtungen integriert, die den Brenngaszuführmechanismus 20 darstellen, wie etwa das Isolierventil 46, der Regler 48, der Ejektor 50 und das Gegendruckventil 42.
Wie in 3 und 5 gezeigt, ist ein Auslassrohr 120 mit dem Brenngasauslasssammler 100b verbunden, und ein Außenendabschnitt 120a, der das Außenende dieses Auslassrohrs 120 an der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasausgabeströmungsrichtung ist, öffnet sich nach unten und ist mit dem Auffangtank 53 verbunden, wie in 5 gezeigt. Der Auffangtank 53 nimmt Wasseranteile auf, die in dem erzeugten (flüssigen) Wasser enthalten sind, das zusammen mit dem Brenngas von dem Auslassrohr 20 abgegeben wird. Die Drainagestruktur der vorliegenden Ausführung ist mit diesem Auslassrohr 120 und dem Auffangtank 53 konfiguriert.
Das Auslassrohr 120 weist auf: einen zylindrischen Verbindungsabschnitt 130, der auf den Brenngasauslasssammler 100b in sich horizontal erstreckender Lage angebracht ist und der mit der Endplatte 72b verbunden ist; einen zylindrischen gekrümmten Abschnitt 132, der sich an der stromabwärtigen Seite des zylindrischen Verbindungsabschnitts 130 in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung befindet (an der entgegengesetzten Seite des Brennstoffzellenstapels 10) und der so gekrümmt ist, dass er mit zunehmendem Abstand von dem zylindrischen Verbindungsabschnitt 130 weg niedriger positioniert wird; sowie einen unteren zylindrischen Abschnitt 134, der sich an der entgegengesetzten Seite des zylindrischen Verbindungsabschnitts 130 des gekrümmten zylindrischen Abschnitts 132 befindet, der sich in der senkrechten Richtung erstreckt, wobei sein unteres Ende als der oben beschriebene Außenendabschnitt 120a dient. Das heißt, das Auslassrohr 120 ist L-förmig, mit einem zylindrischen Verbindungsabschnitt 130, einem zylindrischen gekrümmten Abschnitt 132 und einem zylindrischen unteren Abschnitt 134 in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, und es gibt Brenngas und Wasseranteile, die erzeugtes Wasser enthalten, von dem unteren zylindrischen Abschnitt 134 in senkrechter Richtung (Schwerkraftrichtung) aus.
Der Außenendabschnitt 120a des unteren zylindrischen Abschnitts 134 des Auslassrohrs 120 steht von oben in eine Kammer 122 des Auffangtanks 52 nach unten vor, und es ist ein vorbestimmter Abstand jeweils von einer inneren Seitenfläche 136 und einer inneren Bodenfläche 138 vorhanden, welche die Kammer 122 des Auffangtanks 53 bilden. In anderen Worten, das Auslassrohr 120 hat einen Abstand von der inneren Seitenfläche 136 und der inneren Bodenfläche 138 des Auffangtanks 53. Darüber hinaus sind mit dem Auffangtank 53 verbunden: ein Drainagerohr (in der Figur nicht gezeigt) zum Abgeben des erzeugten Wassers, das sich an der inneren Bodenfläche 138 innerhalb der Kammer 122 angesammelt hat, von der inneren Bodenfläche 138 zur Außenseite, sowie das in 1 gezeigte Brenngasabführrohr 52, das das Brenngas nach dem Sammeln von Wasser von der inneren Seitenfläche 136 abgibt.
Wie in der Abwicklungsansicht in 6 gezeigt, sind an der Innenumfangsfläche 140 des Auslassrohrs 120 an der Position des unteren zylindrischen Abschnitts 134 verschiedene Typen (in der vorliegenden Ausführung drei Typen) von schirmförmigen Vorsprungsabschnitten 142, 144, 146 ausgebildet, die von der Innenumfangsfläche 140 in Bezug auf die radiale Richtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 einwärts vorstehen (zur nahen Seite an der Figur von 6). Diese schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146 teilen jeweils das erzeugte Wasser, das zusammen mit dem Brenngas abgegeben wird, in der Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 (Links-Rechts-Richtung in 6), und sind in mehreren Ebenen typenweise in der axialen Richtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 (Oben-Unten-Richtung in 6) angeordnet, d. h. in der Richtung des Brenngasauslasses.
Am unteren Endabschnitt des unteren zylindrischen Abschnitts 134, das ist das stromabwärtige Ende in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, sind, als erste Ebene, mit gleichmäßigen Umfangsintervallen, unter Ausrichtung der Positionen mit Bezug auf die axiale Richtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134, die Mehrzahl der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142 ausgebildet, deren Längen in Bezug auf die Umfangs- und Achsrichtungen des unteren zylindrischen Abschnitts 134 kürzer sind als jene der anderen Ebenen. Der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 142 hat an seinem oberen Ende, das ist das stromaufwärtige Ende in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, einen oberen Randabschnitt 150 entlang der radialen Richtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134, und hat, von seinem oberen Randabschnitt 150 zu beiden Seiten in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134, ein Paar von flachen Schrägflächen 152, die geneigt sind und sich zur Positionierung an der untere Seite hin erstrecken, das ist die stromabwärtige Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, mit Annäherung zur Endspitzenseite hin.
Am unteren Abschnitt des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142, das ist die stromabwärtige Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, ist, in der Umfangsmitte des unteren zylindrischen Abschnitts 134, ein Ausschnitt 154 ausgebildet, der zur stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung aufwärts vertieft ist. Der Ausschnitt 154 ist durch ein Paar von geneigten Flächen 156 gebildet, deren eine parallel zu einer des Paars von Schrägflächen 152 ist, und deren andere parallel zur anderen des Paars von Schrägflächen 152 ist. Am unteren Ende des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142, das ist die stromabwärtige Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, sind an beiden Seiten des Ausschnitts 154 ein Paar von unteren Endflächen 158 entlang der Richtung orthogonal zur Achsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 vorgesehen, während die Positionen in Bezug auf die Achsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 ausgerichtet sind. Der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 142 ist derart, dass eine innere Endfläche 160 an der Innenseite in Bezug auf die radiale Richtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 von der Innenumfangsfläche 140 mit konstanter Höhe vorsteht.
Daher hat der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 142 eine verjüngte Form zur stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, und hat in der vorliegenden Ausführung eine umgedrehte V-Form. Der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 142 ist derart, dass der Winkel zwischen den Schrägflächen 152 an der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, das heißt der Winkel des verjüngten Abschnitts 162 mit den Schrägflächen 152 angenähert 90 Grad beträgt, und beträgt in der vorliegenden Ausführung 90 Grad.
An dem Zwischenabschnitt des unteren zylindrischen Abschnitts 134 in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung ist, als zweite Ebene, ein schirmförmiger Vorsprungsabschnitt 144 ausgebildet, dessen Längen in Bezug auf Umfangs- und Achsrichtungen des unteren zylindrischen Abschnitts 134 größer sind als jene des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142, mit Abstand von dem schirmförmigen Vorsprungsabschnitt 142 in der Achsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134. Der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 144 hat an seinem oberen Ende, das ist das stromaufwärtige Ende in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, einen oberen Randabschnitt 170 entlang der radialen Richtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134, und hat, von seinem oberen Randabschnitt 170 zu beiden Seiten in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134, ein Paar von flachen Schrägflächen 172, die geneigt sind und sich in Positionierung an der unteren Seite hin erstrecken, das ist die stromabwärtige Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, mit Annäherung zur Endspitzenseite hin.
Darüber hinaus sind an dem unteren Abschnitt des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 144, das ist die stromabwärtige Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, in dem Umfangs-Mittelabschnitt des unteren zylindrischen Abschnitts 134 zwei Ausschnitte 174 ausgebildet, die nach oben zur stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung vertieft sind, zur Aufreihung entlang der Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134. Die Ausschnitte 174 sind beide durch ein Paar von Schrägflächen 176 gebildet, deren eine parallel zu einer des Paars von Schrägflächen 172 ist, und deren andere parallel zur anderen des Paars von Schrägflächen 172 ist. Am unteren Ende des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 144, das ist die stromabwärtige Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, sind an beiden Außenseiten der Ausschnitte 174 ein Paar von unteren Endflächen 178 entlang der Richtung orthogonal zur Achsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 vorgesehen, während die Positionen in Bezug auf die Achsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 ausgerichtet sind. Der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 144 ist derart, dass eine innere Endfläche 180 an der Innenseite in Bezug auf die radiale Richtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 von der Innenumfangsfläche 140 mit konstanter Höhe vorsteht.
Daher hat auch der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 144 eine verjüngte Form zur stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung. Der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 144 ist auch derart, dass der Winkel zwischen den Schrägflächen 172 an der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, das heißt, der Winkel des verjüngten Abschnitts 182, mit den Schrägflächen 172 angenähert 90 Grad beträgt, und beträgt in der vorliegenden Ausführung 90 Grad. wie in 5 gezeigt, ist der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 144 an einer Position nächst der Endplatten-62b-Seite in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 ausgebildet. Wie in 6 gezeigt, sind, in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134, an der Außenseite der jeweiligen beiden Endpositionen des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 144, die oberen Randabschnitte 150 der zwei benachbarten schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142 angeordnet.
Am oberen Endabschnitt des unteren zylindrischen Abschnitts 134, das ist die stromaufwärtige Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, sind, als dritte Ebene, mit Umfangsintervallen eine Mehrzahl von schirmförmigen Vorsprungsabschnitten 146 ausgebildet, deren Längen in Bezug auf die Umfangs- und Achsrichtungen des unteren zylindrischen Abschnitts 134 größer sind als jene des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 144. Der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 146 hat an seinem oberen Ende, das ist das stromaufwärtige Ende in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, einen oberen Randabschnitt 190 entlang der radialen Richtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134, und hat, von seinem oberen Randabschnitt 190 zu beiden Seiten in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134, ebene Schrägflächen 192 und 194, die geneigt sind und sich zur Positionierung an der unteren Seite hin erstrecken, das ist die stromabwärtige Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, mit Annäherung zur Endspitzenseite hin. Eine der Schrägflächen 192 ist kürzer als die andere Schrägfläche 194.
Darüber hinaus ist am unteren Abschnitt des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 146, das ist die stromabwärtige Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, in dem Umfangszwischenabschnitt des unteren zylindrischen Abschnitts 134 ein Ausschnitt 196 ausgebildet, der aufwärts zur stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung aufwärts vertieft ist. Der Ausschnitt 196 ist durch eine kurze Schrägfläche 198 gebildet, die parallel zu der kurzen Schrägfläche 192 ist, und eine lange Schrägfläche 200, die parallel zur langen Schrägfläche 194 ist. An der stromabwärtigen Seite des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 146 in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, an beiden Seiten des Ausschnitts 196, sind eine Endfläche 202 und eine Endfläche 204, entlang der Richtung orthogonal zur Achsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 vorgesehen, während die Positionen in Bezug auf die Achsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 versetzt sind. Der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 146 ist derart, dass eine innere Endfläche 206 an der Innenseite in Bezug auf die radiale Richtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 von der Innenumfangsfläche 140 mit konstanter Höhe vorsteht.
Daher hat auch der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 146 eine verjüngte Form zur stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung. Der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 146 ist auch derart, dass der Winkel zwischen den Schrägflächen 192 und 194 an der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung, das heißt der Winkel des verjüngten Abschnitts 208 mit den Schrägflächen 192 und 194 angenähert 90 Grad beträgt, und beträgt in der vorliegenden Ausführung 90 Grad. Mit dem oberen Randabschnitt 170 des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts, der als die Mitte dient, sind mehrere Paare dieses Typs von schirmförmigen Vorsprungsabschnitten 146 an Positionen mit gleichen Intervallen an beiden Seiten in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 vorgesehen, während jeder eine kurze Schrägfläche 192 aufweist, die an der Seite des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 144 angeordnet ist. In Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 ist der minimale Abstand zwischen dem Paar von schirmförmigen Vorsprungsabschnitten 146 nächst dem schirmförmigen Vorsprungsabschnitt 144 kürzer als die Länge des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 144. Darüber hinaus sind, in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 an der etwas außen liegenden Seite der jeweiligen beiden Endpositionen dieser schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 146, die oberen Randabschnitte 150 der zwei schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142 angeordnet, die den jeweiligen Außenseiten der zwei schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142 nächst dem schirmförmigen Vorsprungsabschnitt 144 benachbart sind.
In der oben beschriebenen Weise sind an der Innenumfangsfläche 140 innerhalb des Auslassrohrs 120 eine Mehrzahl der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 144 und eine Mehrzahl der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 146 in gestaffelter Weise angeordnet, während ihre Positionen in der Umfangsrichtung oder der Achsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 versetzt sind.
Wie in 5 gezeigt, ist der Außenendabschnitt 120a des Auslassrohrs 120 verjüngt ausgebildet.
Das heißt, an dem Außenumfangsabschnitt des Außenendabschnitts 120a des unteren zylindrischen Abschnitts 134 ist eine verjüngte Fläche 210 ausgebildet, deren Durchmesser mit Annäherung zur Außenendseite hin kleiner wird. Dementsprechend wird der Außenendabschnitt 120 in radialer Richtung mit Annäherung zur Außenendseite hin dünner.
Das oben erwähnte Auslassrohr 120 ist mit einem elektrisch isolierenden Material (zum Beispiel Kunststoffmaterial, wie etwa Acrylmaterial) oder mit einem Metallelement, das eine kunststoffbeschichtete Innenfläche hat, konfiguriert.
Nachfolgend werden die Funktionen des auf diese Weise konfigurierten Brennstoffzellensystems 12 beschrieben.
Zunächst wird, wie in 1 gezeigt, die Luftpumpe 32, die den Oxidationsgaszuführmechanismus 18 darstellt, angetrieben, und Außenluft, die ein Oxidationsgas ist, wird angesaugt und in das Luftzuführrohr 34 eingeführt. Diese Luft wird von dem Luftzuführrohr 34 in den Befeuchter 36 eingeführt und strömt durch den ersten Befeuchtungsabschnitt 110a und den zweiten Befeuchtungsabschnitt 110b, so dass es dem Befeuchtungsluftzuführrohr zugeführt wird (siehe 4).
Hierbei wird dem Abgaszuführrohr 40 Abgas zugeführt, das ist das bei der Reaktion verwendete Oxidationsgas, wie später beschrieben wird. Im Ergebnis bewegt sich der im Abgas enthaltene Wasseranteil zu der Luft, bevor er über eine wasserdurchlässige Membran (in der Figur nicht gezeigt) des Befeuchters 36 genutzt wird, und diese Luft wird vor der Benutzung befeuchtet. Die befeuchtete Luft strömt von dem Befeuchtungsluftzuführrohr 34 durch die Endplatte 62b, so dass sie dem Oxidationsgaszuführdurchgangsloch 72a innerhalb des Brennstoffzellenstapels 10 zugeführt wird.
Andererseits strömt in dem Brenngaszuführmechanismus 20, während das Isolierventil 46 zum Öffnen betätigt wird, nachdem der Druck des Brenngases (Wasserstoffgases) innerhalb des Brenngastanks 44 durch den Regler 48 abgesenkt worden ist, das Brenngas durch den Ejektor 50 und durch die Endplatte 62b von dem Brenngaszuführrohr 51. Es wird dann in das Brenngaszuführdurchgangsloch 76a im Brennstoffzellenstapel 10 eingeführt.
Ferner strömt in dem Kühlmittelzufuhrmechanismus 16, während die Kühlmittelpumpe 56 betrieben wird, das Kühlmittel durch die Endplatte 62a von dem Kühlmittelzuführrohr 28, und wird dann in das Kühlmittelzuführdurchgangsloch 74a im Brennstoffzellenstapel 10 eingeführt.
Wie in 2 gezeigt, wird die Luft, die der Stromerzeugungszelle 60 im Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt wird, von dem Oxidationsgaszuführdurchgangsloch 72a in den Oxidationsgaskanal 88 des zweiten Separators 70 eingeführt, und bewegt sich entlang der kathodenseitigen Elektrode 82 der Elektrolytmembran-Elektrodenstruktur 66. Unterdessen wird das Brenngas von dem Brenngaszuführdurchgangsloch 76a in den Brenngaskanal 84 des ersten Separators 68 eingeführt und bewegt sich entlang der anodenseitigen Elektrode 80 der Elektrolytmembran-Elektrodenstruktur 66.
Im Ergebnis werden in jeder Elektrolytmembran-Elektrodenstruktur 66 der Sauerstoff innerhalb der Luft, die der kathodenseitigen Elektrode 62 zugeführt wird, und das Brenngas (Wasserstoff), das der anodenseitigen Elektrode 80 zugeführt wird, in einer elektrochemischen Reaktion innerhalb der Elektrodenkatalysatorschicht verbraucht, und hierdurch findet eine elektrische Stromerzeugung statt.
Dann fließt die Luft, die der kathodenseitigen Elektrode 82 zugeführt und dort verbraucht wurde, entlang dem Oxidationsgasabführdurchgangsloch 72b und wird dann als Abgas von der Endplatte 62b zu dem Abgaszuführrohr 40 abgegeben (siehe 1).
Ähnlich wird das Brenngas, das der anodenseitigen Elektrode 80 zugeführt und dort verbraucht wurde, abgegeben und fließt durch das Brenngasabführdurchgangsloch 76b, und strömt dann als abgegebenes Brenngas von der Endplatte 62b durch den Auffangtank 53, so dass sie zu dem Brenngasabführrohr 52 abgegeben wird (siehe 1). Ein Teil des abgegebenen Brenngases, das zu dem Brenngasabführrohr 52 abgegeben worden ist, strömt durch das Rückführrohr 54 und kehrt zu dem Brenngaszuführrohr 51 zurück, während es durch den arbeitenden Ejektor 50 angesaugt wird.
Das abgegebene Brenngas wird mit neuem Brenngas vermischt und von dem Brenngaszuführrohr 51 in den Brennstoffzellenstapel 10 geleitet. Der Rest des abgegebenen Brenngases wird abgegeben, während das Kühlventil 56 zu Öffnen angetrieben wird.
Hier wird an der anodenseitigen Elektrode 80 das erzeugte Wasser zurück diffundiert, und dieses erzeugte Wasser wird zusammen mit dem Brenngas zu dem Brenngasabführdurchgangsloch 76b abgegeben. Wie in 5 gezeigt, strömt in dem Brenngasabführloch 76 das erzeugte Wasser, das zur Seite der Endplatte 62b eingeführt wird, durch das Auslassrohr 120 entlang dem Strömungsweg des abgegebenen Brenngases und wird zu dem Auffangtank 53 zurückgeschickt. Im Ergebnis tropft das erzeugte Wasser von dem Außenendabschnitt 120a des Auslassrohrs 120 in den Auffangtank 53 und wird innerhalb der Kammer 122 des Auffangtanks 53 akkumuliert (gesammelt).
Beim Durchfluss durch das Auslassrohr 120 läuft das erzeugte Wasser grundlegend durch den unteren Abschnitt des zylindrischen Verbindungsabschnitts 130, und daher fließt ein Großteil davon auf der Innenumfangsfläche 140 zu dem Paar der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 146, die dem schirmförmigen Vorsprungsabschnitt 144 am nächsten sind, wie in 6 gezeigt, an der Position des unteren zylindrischen Abschnitts 134. Das erzeugte Wasser, das auf die Innenumfangsfläche 140 und zu den schirmförmigen Vorsprungsabschnitten 146 geflossen ist, wird durch die oberen Randabschnitte 190 aufgeteilt, während es auf der Schrägfläche 140 läuft, und dann fließt zum Beispiel ein Teil davon auf den entgegengesetzten kurzen Schrägflächen 192, während es auf der Innenumfangsfläche 140 läuft. Dann trifft das erzeugte Wasser auf den oberen Randabschnitt 170 des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 144 und wird in der Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 140 aufgeteilt, so dass es jeweils auf den Schrägflächen 172 fließt. Das auf der Schrägfläche 172 fließende erzeugte Wasser tritt dann, während es auf der Innenumfangsfläche 140 läuft, auf den oberen Randabschnitt 150 des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142, so dass es zu beiden Seiten in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 140 aufgeteilt wird, und fließt jeweils auf den Schrägflächen 152. Dann wird das erzeugte Wasser von dem Außenendabschnitt 120a senkrecht nach unten abgegeben.
Darüber hinaus fließt ein Teil des verbleibenden erzeugten Wassers auf der langen Schrägfläche 194 des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 146, während es auf der Innenumfangsfläche 140 läuft, und trifft auf den oberen Randabschnitt 150 des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142, dessen Position in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 dem unteren Endabschnitt der langen Schrägfläche 194 benachbart ist, so dass es umfangsmäßig auf beide Seiten des unteren zylindrischen Abschnitts 134 aufgeteilt wird. Nachdem es auf den jeweiligen Schrägflächen 152 gelaufen ist, wird es von dem Außenendabschnitt 120a senkrecht nach unten abgegeben. Das erzeugte Wasser, das auf dem oberen Randabschnitt 150 des anderen schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142 trifft, wird auch, in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134, auf beide Seiten aufgeteilt, während es auf der Innenumfangsfläche 140 läuft. Nachdem es auf den Schrägflächen 152 gelaufen ist, wird es von dem oberen Außenendabschnitt 120a senkrecht nach unten abgegeben.
Wie oben beschrieben unterteilen die gestaffelt angeordneten schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146 das erzeugte Wasser, das zusammen mit dem Brenngas von dem Auslassrohr 120 abgegeben wird, in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134, und es wird dann von dem Außenendabschnitt 120a abgegeben. Selbst wenn zum Beispiel eine erzeugte Wassermenge, die als kontinuierlicher Fluss fließen kann, durch das Auslassrohr 120 fließt, wird im Ergebnis die Wassermenge reduziert, indem sie in mehrere Strömungen aufgeteilt wird, und sie in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 verteilt wird. Im Ergebnis wird jede Strömung keinen Betrag haben, der als kontinuierlicher Fluss fließen kann, und wird voneinander getrennt sein. Das heißt, die schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144, 146 teilen einen kontinuierlichen Fluss des erzeugten Wassers, das zusammen mit dem Brenngas abgegeben wird, auf.
Die Länge des Ausschnitts 154 des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142 in Bezug auf die Umfangsrichtung 134 wird basierend auf der erzeugten Wassermenge eingestellt, so dass sich erzeugte Wasserströmungen, die durch das Paar von Schrägflächen 152 aufgeteilt sind, an Positionen der unteren Endabschnitte 158 des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142 nicht wieder vereinigen. Darüber hinaus ist der Abstand zwischen den schirmförmigen Vorsprungsabschnitten 142, die in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 einander benachbart sind, basierend auf der erzeugten Wassermenge so gesetzt, dass erzeugte Wasserströmungen, die jeweils an entgegengesetzten Schrägflächen 152 fließen, sich nicht vereinigen.
Wie in 2 gezeigt, fließt das Kühlmittel entlang der Richtung von Pfeil B, nachdem es von dem Kühlmittelzuführdurchgangsloch 74a in den Kühlmittelkanal 86 zwischen dem ersten Separator 68 und dem zweiten Separator 70 eingeführt worden ist. Nachdem es die Elektrolytmembran-Elektrodenstruktur 66 gekühlt hat, fließt dieses Kühlmedium durch das Kühlmittelabführdurchgangsloch 74b und wird von dem Kühlmittelauslasssammler 96b der Endplatte 62 zu dem Kühlmittelauslassrohr 30 abgegeben, wie in 1 gezeigt. Das Kühlmedium wird, nachdem es vom Kühler 24 gekühlt worden ist, von dem Kühlmittelzuführrohr 28, während die Kühlmittelpumpe 26 arbeitet, zu dem Brennstoffzellenstapel 10 geleitet.
Gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführung teilen die schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146 mit der Form, die zur stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung hin verjüngt ist, die in dem Auslassrohr 120 vorgesehen sind, die kontinuierliche erzeugte Wasserströmung, die zusammen mit dem Brenngas abgegeben wird, auf, und darüber hinaus öffnet sich der Außenendabschnitt 120a des Auslassrohrs 120 nach unten. Im Ergebnis kann das aufgeteilte erzeugte Wasser stabil nach unten angegeben werden, unabhängig von der Strömungsrate des Brenngases. Dementsprechend ist, ohne den Abstand zwischen dem Außenendabschnitt 120a des Auslassrohrs 120, der in den Auffangtank 53 vorsteht, und der inneren Seitenfläche 136 und der inneren Bodenfläche 138 des Auffangtanks 53 zu vergrößern, möglich, einen elektrischen Kurzschluss über erzeugtes Wasser zwischen der Stromerzeugungszelle 60, welche die elektrische Aktivierungseinheit des Brennstoffzellenstapels 10 ist, und dem Auffangtank 53, der ein externes widerstandsarmes elektrisches Element ist und der elektrisch als Masse dient, zu verhindern. Es ist daher möglich, eine Größenzunahme des Auffangtanks 53 zu vermeiden. Weil darüber hinaus die schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146 in dem Auslassrohr 120 eine kontinuierliche erzeugte Wasserströmung aufteilen, wird die Konfiguration zum Aufteilen einer kontinuierlichen erzeugten Wassserströmung zu groß. Während verhindert wird, dass die Konfiguration zu groß wird, ist es im Ergebnis möglich, die Bildung von Leitwegen durch erzeugtes Wasser, das von dem Brennstoffzellenstapel 10 abgegeben wird, zwischen der Stromerzeugungszelle 60 des Brennstoffzellenstapels 10 und dem Auffangtank 53 zu verhindern.
Weil darüber hinaus eine Mehrzahl von schirmförmigen Vorsprungsabschnitten 142, 144 und 146 innerhalb des Auslassrohrs 120 gestaffelt angeordnet sind, ist es möglich, eine große erzeugte Wassermenge, die zusammen mit dem Brenngas abgegeben wird, aufzuteilen, und es wird möglich, einen kontinuierlichen erzeugten Wasserstrom in zufriedenstellender Weise aufzuteilen. Daher wird es ferner möglich, einen Kurzschluss der elektrischen Stromerzeugungszelle 60 des Brennstoffzellenstapels 10 oder des Auffangtanks 53 über erzeugtes Wasser, das von dem Brennstoffzellenstapel 10 abgegeben wird, zu verhindern.
Da ferner der Winkel der verjüngten Abschnitte 162, 182 und 208 der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146 an der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung annähernd 90 Grad beträgt, lässt sich vermeiden, dass das von dem Brennstoffzellenstapel 10 abgegebene erzeugte Wasser über die schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146 zur radial inneren Seite des unteren zylindrischen Abschnitts 134 überfließt und diese überquert, um somit die Strömungsaufteilung in zufriedenstellender Weise durchzuführen.
Darüber hinaus ist es auch möglich, eine Wiedervereinigung des aufgeteilten erzeugten Wassers nach der Überquerung der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146 zur stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Brenngasabführströmungsrichtung zu vermeiden. Daher lässt sich ferner verhindern, dass die Stromerzeugungszelle 60 des Brennstoffzellenstapels und der Auffangtank 53 über vom Brennstoffzellenstapel 10 abgegebenes Wasser kurzgeschlossen werden.
Die Aufteilung einer Wassersäule (sektionale Aufteilung) verursacht eine Zunahme der Oberflächenenergie, und daher würde diese nicht von selbst auftreten, solange nicht eine externe Kraft ausgeübt wird. Dementsprechend wird hier eine Strömungsaufteilung in Betracht gezogen, die verursacht wird, indem Flüssigkeitstropfen bewegt werden, welche mit den verjüngten Abschnitten 162, 182 und 208 der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146 kollidieren, und infolgedessen aufbrechen. Betrachtet man einen Vergleich des Winkels der verjüngten Abschnitte 162, 182 und 208 zwischen der spitzwinkligen Seite und der stumpfwinkligen Seite, ist die spitzwinklige Seite eher in der Lage, einen Fluss von Flüssigkeitströpfchen, die auf der Innenumfangsfläche 140 fließen, aufzuteilen, und die stumpfwinklige Seite ist weniger in der Lage, den Fluss aufzuteilen. Darüber hinaus ist der Reduktionspegel im vertikalen Vektor der Strömungsrate der Flüssigkeitströpfchen, die auf der Innenumfangsfläche 140 fließen, an der spitzwinkligen Seite niedrig und ist an der stumpfwinkligen Seite hoch. Daher besteht an der spitzwinkligen Seite kein Risiko, dass Flüssigkeitströpfchen auf den inneren Endflächen 160, 180 und 206 überfließen, aber an der stumpfwinkligen Seite besteht ein Risiko des Überfließens. Da andererseits die Länge des unteren Endabschnitts in Bezug auf die horizontale Richtung an der spitzwinkligen Seite kurz ist und an der stumpfwinkligen Seite lang ist, tritt eine Wiedervereinigung von Flüssigkeitströpfchen am unteren Endabschnitt nach der Strömungsaufteilung an der spitzwinkligen Seite eher auf und an der stumpfwinkligen Seite eher nicht auf. Wenn man diesen Grund berücksichtigt, beträgt der Winkel der verjüngten Abschnitte 162, 182 und 208 angenähert 90 Grad.
Das heißt, vorausgesetzt, dass der Winkel der verjüngten Abschnitte 162, 182 und 208 angenähert 90 Grad beträgt, erreichen die Leistungsfähigkeit der Flüssigkeitströpchenaufteilung, der Wert zum Unterdrücken von Überfließen und der Wert zum Unterdrücken von Wiedervereinigung alle einen hervorragenden Wert. Wenn hingegen der Winkel angenähert 60 Grad beträgt, was ein eher spitzer Winkel ist, ist der Wert zum Unterdrücken von Wiederzusammenfließen nicht sehr wünschenswert, während die Leistungsfähigkeit der Strömungsaufteilung von Flüssigkeitströpfchen und der Wert zum Unterdrücken von Überfließen exzellent sind. Wenn darüber hinaus der Winkel angenähert 120 Grad beträgt, was ein eher stumpfer Winkel ist, ist die Leistungsfähigkeit der Strömungsaufteilung von Flüssigkeitströpfchen nicht sehr wünschenswert, und ist der Wert zum Unterdrücken von Überfließen noch niedriger, während der Wert zum Unterdrücken von Wiederzusammenfließen hervorragend ist. Daher beträgt der Winkel der verjüngten Abschnitte 162, 182 und 208 angenähert 90 Grad.
Weil darüber hinaus die Ausschnitte 154, 174 und 196 alle an den unteren Endabschnitten des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142, 144 und 146 vorgesehen sind, wird der Wert zum Unterdrücken von Wiederzusammenfließen sogar noch höher. In anderen Worten, um den Wert zum Unterdrücken von Wiederzusammenfließen zu erhöhen, kann die Länge der unteren Endabschnitte der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146 in dem unteren zylindrischen Abschnitt 134 in Bezug auf die Umfangsrichtung (horizontale Richtung) vergrößert werden. Wenn jedoch diese Länge vergrößert wird, nimmt auch die Länge des unteren zylindrischen Abschnitts 134 in Bezug auf die axiale Richtung (vertikale Richtung) zu, und wird auch die Größe des Auslassrohrs 120 größer, und dies ist nicht bevorzugt. Da Flüssigkeitströpfchen aufgrund der Oberflächenspannung und Schwerkraft nicht zur gewünschten Höhe zurückkehren würden, ist es möglich, den Wert zum Unterdrücken vom Wiederzusammenfließen zu vergrößern, ohne die Länge der unteren Abschnitte der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146 zu vergrößern, indem die Ausschnitte 154, 174 und 196 in allen unteren Endabschnitten der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146 vorgesehen werden.
Da der Außenendabschnitt 120a des Auslassrohrs 120 in einer verjüngten Form ausgebildet ist, lässt sich vermeiden, dass das vom Brennstoffzellenstapel 10 abgegebene erzeugte Wasser an der Position dieses Außenendabschnitts 120a zusammenfließt und wieder zu einer kontinuierlichen Strömung wird. Daher lässt sich ferner verhindern, dass die elektrische Stromerzeugungszelle 60 des Brennstoffzellenstapels 10 und der Auffangtank 53 über das vom Brennstoffzellenstapel 10 abgegebene Wasser kurzgeschlossen werden.
Das heißt, wenn in einem Fall, wo der Außenendabschnitt 120a anstatt der verjüngten Form eine gerade Form hat, die Oberflächentextur hydrophil ist (30 Grad), läuft Wasser auf unteren Endfläche 212 des Außenendabschnitts 120a, und es ist unwahrscheinlich, dass es senkrecht abwärts fällt, und fließt wahrscheinlich zusammen. Im Ergebnis ist es wahrscheinlich, dass die Wassermenge für einen einzigen Wasserfluss zunimmt. Wenn andererseits die Oberflächentextur hydrophob ist (130 Grad), ist es wahrscheinlicher, dass Wasser abläuft, aber es ist weniger wahrscheinlich, dass es senkrecht nach unten tropft. Wenn hingegen eine verjüngte Fläche 210 an dem Außenendabschnitt 120a des Auslassrohrs 120 ausgebildet ist, zum Beispiel mittels einer 45 Grad-Abschrägung, dann ist es auch in dem Fall, wo die Oberflächentextur entweder hydrophil (30 Grad) oder hydrophob (130 Grad) ist, weniger wahrscheinlich, dass die Situation mit der geraden Form auftritt, so dass das auf der unteren Endfläche 212 fließende Wasser zusammenfließt, und darüber hinaus erlaubt dies nun, dass das Wasser senkrecht nach unten fällt.
Die gestaffelte Anordnung der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146, wie oben beschrieben, ist lediglich ein Beispiel, und es können zahlreiche Modifikationen an der Anordnung vorgenommen werden. Wie zum Beispiel in 7 gezeigt, sind der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 144 und die zwei dem schirmförmigen Vorsprungsabschnitt 144 nächsten schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142 nach oben versetzt, und sind an den Positionen, wo diese schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142 ursprünglich vorhanden waren, vier schirmförmige Vorsprungsabschnitte 142' angeordnet, die eine ähnliche Form wie der schirmförmige Vorsprungsabschnitt 142 haben, und die eine Breite in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 haben, die schmaler ist als jene des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142. Auf diese Weise können die schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142', 144 und 146 und die Anzahl von deren Ebenen vermehrt werden, und es wird möglich, die Anzahl der aufgeteilten erzeugten Wasserströmungen zu vergrößern.
Darüber hinaus kann, wie in 8 gezeigt, die Kombination des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 144, der zwei schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142 und der vier schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142', wie in 7 gezeigt, an mehreren Stellen mit Intervallen in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 vorgesehen sein. Ferner kann zwischen den schirmförmigen Vorsprungsabschnitten 144, die in der Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 einander benachbart sind, ein schirmförmiger Vorsprungsabschnitt 146' angeordnet werden, der von dem schirmförmigen Vorsprungsabschnitt 146 modifiziert worden ist, so dass er zwei lange Schrägflächen 194 aufweist.
Auch sind die Form des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142 und die Struktur der Innenumfangsfläche 140 lediglich ein Beispiel, und es können daran verschiedene Modifikationen vorgenommen werden.
Wie zum Beispiel in 9 gezeigt, kann, als modifiziertes Beispiel des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142, ein schirmförmiger Vorsprungsabschnitt 142'' verwendet werden, der in einer zur stromaufwärtigen Richtung des Auslassrohrs 120 vorspringenden Form ausgebildet ist, und der ein Paar von zweiten Schrägflächen 151 aufweist, die in der Form eines Vorsprungs (hügelförmig) zur radial inneren Seite des Auslassrohrs 120 hin ausgebildet sind.
Darüber hinaus kann zum Beispiel zwischen dem stromaufwärtigen schirmförmigen Vorsprungsabschnitt (zum Beispiel dem schirmförmigen Vorsprungsabschnitt 146) und dem stromabwärtigen schirmförmigen Vorsprungsabschnitt (zum Beispiel dem schirmförmigen Vorsprungsabschnitt 144), die, wie in 6 gezeigt, gestaffelt angeordnet sind, ein Flüssigkeitsabgabeführungsabschnitt 148 vorgesehen sein, der einen Wandabschnitt entlang angenähert der radialen Richtung des Auslassrohrs 120 hat, wie in 10 gezeigt.
Als der Wandabschnitt des Flüssigkeitsabgabeführungsabschnitts 148 kann zum Beispiel eine in 11A gezeigte Führungsnut 148A, ein in 11B gezeigter Führungsschienenabschnitt 148B oder ein in 11C gezeigter Deckel 148C verwendet werden.
Ferner kann, wie zum Beispiel in 12 gezeigt, der Abschnitt des Öffnungsabschnitts des Auslassrohrs 120, mit dem das untere Ende des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142 in Kontakt steht, zwischen dem einen unteren Ende und dem anderen unteren Ende des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142 einen Ausschnitt 141 konfigurieren, der zu dem verjüngten Abschnitt des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142 hin ausgeschnitten und ausgebildet ist.
Ferner kann, wie zum Beispiel in 13A und 13B gezeigt, das untere Ende des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts 142 eine Schrägfläche 153 haben, die in Bezug auf die radiale Richtung des Auslassrohrs 120 geneigt ist.
Ferner können diese Formen geeignet kombiniert werden.
Auf diese Weise wird es möglich, eine Flüssigkeitsströmung, die zusammen mit Reaktionsgas abgegeben wird, auszuteilen, oder eine Wiedervereinigung der aufgeteilten Flüsse zu verhindern. Im Ergebnis kann eine kontinuierliche Flüssigkeitsströmung auf einen besseren Wert unterteilt werden.
In der obigen Ausführung sind, im an einem Fahrzeug anzubringenden Brennstoffzellenstapel, aufgrund von Beschleunigung/Verzögerung des Fahrzeugs, Änderungen in den Brennstoffzellenstapel-Betriebsbedingungen und Änderungen in der Brenngasströmungsrate erheblich. Daher besteht die Möglichkeit, dass das abgegebene erzeugte Wasser zusammen mit dem Brenngas an allen Positionen in der Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 des Auslassrohrs 120 fließen könnte. Dementsprechend sind die schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146, die eine kontinuierliche erzeugte Wasserströmung aufteilen, am Gesamtumfang des unteren zylindrischen Abschnitts 134 angeordnet. Ferner sind in einem stationären Brennstoffzellenstapel die Betriebsbedingungen und Änderungen in der Brenngasströmungsrate aufgrund dessen stabil. Dementsprechend können in dem Fall, wo das erzeugte Wasser an einer konstanten Position in Bezug auf die Umfangsrichtung des unteren zylindrischen Abschnitts 134 des Auslassrohrs 120 fließt, die schirmförmigen Vorsprungsabschnitte 142, 144 und 146 nur an dieser Position vorgesehen sein. Drüber hinaus braucht, in Abhängigkeit von der Strömungsrate des erzeugten Wassers, nur ein schirmförmiger Vorsprungsabschnitt vorgesehen sein. Das heißt, es kann zumindest ein schirmförmiger Vorsprungsabschnitt zum Aufteilen einer kontinuierlichen Strömung von erzeugtem Wasser vorgesehen sein.
Ferner ist in der obigen Ausführung als Beispiel der Fall beschrieben worden, wo sich der Außenendabschnitt 120a des Auslassrohrs 120 senkrecht nach unten öffnet. Jedoch kann er sich auch in einer Richtung diagonal zur senkrechten Richtung öffnen, solange dies ein Winkel ist, der dem senkrechten Winkel angenähert ist.
In der obigen Ausführung ist auch ein Beispiel beschrieben worden, wo das mit dem Brenngasauslasssammler 100b verbundene Auslassrohr 120 mit dem Brenngasabführdurchgangsloch 76b in Verbindung steht. Jedoch ist sie hierauf nicht beschränkt. Zum Beispiel können ein Auslassrohr und ein Auffangtank ähnlich den oben beschriebenen zwischen dem Abgaszuführrohr 40 und dem Oxidationsgasauslasssammler 98b vorgesehen sein, das mit dem Oxidationsgasabgabedurchgangsloch 72b in Verbindung steht, und die obige Konfiguration kann auch auf dieses Auslassrohr angewendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Brennstoffzellenstapel
53: Auffangtank
60: Stromerzeugungszelle
61: Laminierter Körper
62b: Endplatte
76b: Brenngasabführdurchgangsloch (Reaktionsgasabführdurchgangsloch)
100b: Brenngasauslasssammler (Reaktionsgasauslass)
120: Auslassrohr
120a: Außenendabschnitt
136: Innere Seitenfläche
138: Innere Bodenfläche
142, 142', 144, 146, 146': Schirmförmiger Vorsprungsabschnitt
162, 182, 208: Verjüngter Abschnitt

Claims

Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel, wobei der Brennstoffzellenstapel aufweist: einen laminierten Körper, in dem eine Mehrzahl von Stromerzeugungszellen laminiert sind, und der mit einem Reaktionsgasabführdurchgangsloch versehen ist, das ein Reaktionsgas abgibt, das bei einer Stromerzeugungsreaktion in den Stromerzeugungszellen verwendet wird; und eine Endplatte, die am einen Ende in der Laminationsrichtung des laminierten Körpers angeordnet und mit einem Reaktionsgasauslass versehen ist, der mit dem Reaktionsgasabführdurchgangsloch in Verbindung steht, wobei dort vorgesehen ist: ein Auslassrohr, das mit dem Reaktionsgasauslass gekoppelt ist, wobei sich ein Außenendabschnitt des Auslassrohrs an einer stromabwärtigen Seite in Reaktionsgasabgabeströmungsrichtung nach unten öffnet, und zumindest ein schirmförmiger Vorsprungsabschnitt in dem Auslassrohr, wobei der Vorsprungsabschnitt eine Form hat, die zur stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Reaktionsgasabgabeströmungsrichtung verjüngt ist, um hierdurch eine kontinuierliche Strömung der abgegeben Flüssigkeit sowie des Reaktionsgases aufzuteilen.
Die Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl der schirmförmigen Vorsprungsabschnitte in dem Auslassrohr gestaffelt angeordnet sind.
Die Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 2, wobei die schirmförmigen Vorsprungsabschnitte in einer Form ausgebildet sind, die in stromaufwärtiger Richtung des Auslassrohrs vorsteht, und die in einer Form ausgebildet sind, die zur radialen Innenseite des Auslassrohrs vorsteht.
Die Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 2 oder 3, wobei zwischen stromaufwärtigen schirmförmigen Vorsprungsabschnitten und stromabwärtigen schirmförmigen Vorsprungsabschnitten, die gestaffelt angeordnet sind, ein Flüssigkeitsabgabeführungsabschnitt vorgesehen ist, der einen Wandabschnitt entlang einer angenähert radialen Richtung des Auslassrohrs hat.
Die Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein Abschnitt eines Öffnungsabschnitts des Auslassrohrs, mit dem ein unteres Ende des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts in Kontakt steht, zwischen einem unteren Ende und einem anderen unteren Ende des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts derart ausgebildet ist, dass er zu dem verjüngten Abschnitt des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts hin ausgeschnitten ist.
Die Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei ein unteres Ende des schirmförmigen Vorsprungsabschnitts in Bezug eine radiale Richtung des Auslassrohrs geneigt ist.
Die Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Auffangtank vorgesehen ist, der vom Auslassrohr abgegebene Flüssigkeit aufnimmt, wobei der Außenendabschnitt des Auslassrohrs in den Auffangtank vorsteht, und ein vorbestimmter Abstand jeweils von einer inneren Seitenfläche und einer inneren Bodenfläche des Auffangtanks vorgesehen ist.
Die Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der schirmförmige Vorsprungsabschnitt derart ist, dass ein Winkel eines verjüngten Abschnitts an der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf die Reaktionsgasabgabeströmungsrichtung angenähert 90 Grad beträgt.
Die Drainagestruktur für einen Gasauslassbereich in einem Brennstoffzellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Außenendabschnitt des Auslassrohrs in einer verjüngten Form ausgebildet ist.