DE102020101948A1

DE102020101948A1 - Separator für brennstoffzelle

Info

Publication number: DE102020101948A1
Application number: DE102020101948.3A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kawabe
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2020-08-06
Also published as: JP7081517B2; US20200251751A1; US11133513B2; CN111509254B; CN111509254A; JP2020123547A

Abstract

Ein Separator für eine Brennstoffzelle weist ein Separatorgrundteil (22), Kammabschnitte (23) und Senkenabschnitte (24) auf. Bereiche, die von den jeweiligen Senkenabschnitten (24) und einer entsprechenden Elektrodenschicht (13) umgeben sind, bilden jeweils einen Durchlass (25), der der Elektrodenschicht (13) Oxidationsgas oder Brennstoffgas zuführt. Zumindest auf der oberen Fläche jedes Kammabschnitts (23) ist ein dünner Film (42) platziert, der Leitfähigkeit hat. Der dünne Film (42) auf der oberen Fläche jedes Kammabschnitts (42) hat eine Nut (43), die die Durchlässe (25) auf den gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts (23) miteinander verbindet. Jeder Senkenabschnitt (24) hat auf der stromabwärtigen Seite der Nut (43) in der Strömungsrichtung des Gases einen Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt. Der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt reduziert die Querschnittsströmungsfläche des Durchlasses (25) derart, dass die Querschnittsströmungsfläche am Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt kleiner als die an dem Abschnitt ist, mit dem die Nut (43) verbunden ist.

Description

HINTERGRUND
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Separator für eine Brennstoffzelle, der in einer Brennstoffzelle zwischen Membran-Elektrode-Einheiten angeordnet wird.
Beschreibung des Stands der Technik
6 zeigt eine herkömmliche Brennstoffzelle 70, die in der JP 2016 - 66 531 A offenbart ist. Die Brennstoffzelle 70 weist Membran-Elektrode-Einheiten (MEAs) 71 und Separatoren 75 auf. Die Separatoren 75 befinden sich in der Dickenrichtung (in der von oben nach unten gehenden Richtung in 6) auf den gegenüberliegenden Seiten jeder Membran-Elektrode-Einheit 71 und nehmen die Membran-Elektrode-Einheit 71 in die Mitte. Die Membran-Elektrode-Einheit 71 weist eine Elektrolytmembran 72 und zwei Elektrodenschichten auf, die in der Dickenrichtung auf den gegenüberliegenden Seiten der Elektrolytmembran 72 angeordnet sind. Eine der Elektrodenschichten bildet eine Kathodenelektrodenschicht 73, und die andere Elektrodenschicht bildet eine Anodenelektrodenschicht 74. In der Brennstoffzelle 70 werden die Membran-Elektrode-Einheiten 71 durch die Separatoren 75 derart getrennt, dass jede Membran-Elektrode-Einheit 71 in der Dickenrichtung zwischen den Separatoren 75 auf den gegenüberliegenden Seiten in die Mitte genommen ist.
Jeder Separator 75 weist ein Separatorgrundteil 76 auf, das aus Metall besteht, das Leitfähigkeit hat. Jedes Separatorgrundteil 76 hat mehrere Kammabschnitte 77, die in Richtung der Membran-Elektrode-Einheit 71 vorspringen, und mehrere Senkenabschnitte 78, die in der Richtung zurückspringen, die entgegengesetzt zu der vorspringenden Richtung der Kammabschnitte 77 ist. Die Kammabschnitte 77 und die Senkenabschnitte 78 sind in einer Richtung entlang der Ebene der Membran-Elektrode-Einheit 71 (in der von links nach rechts gehenden Richtung in 6) abwechselnd angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander.
Bereiche, die von den jeweiligen Senkenabschnitten 78 und der Kathodenelektrodenschicht 73 umgeben sind, bilden jeweils einen Durchlass 81, der der Kathodenelektrodenschicht 73 Oxidationsgas zuführt. Bereiche, die von den jeweiligen Senkenabschnitten 78 und der Anodenelektrodenschicht 74 umgeben sind, bilden jeweils einen Durchlass 82, der der Anodenelektrodenschicht 74 Brennstoffgas zuführt.
Auf der Oberseite jedes Kammabschnitts 77 ist ein dünner Film 85 platziert, der Leitfähigkeit hat. Die dünnen Filme 85 dienen dazu, eine Zunahme des Kontaktwiderstands zwischen der Membran-Elektrode-Einheit 71 und dem Separatorgrundteil 76 jedes Separators 75 zu unterdrücken, um so den Einfluss des Kontaktwiderstands auf die Reaktion von Brennstoffgas und Oxidationsgas in der Membran-Elektrode-Einheit 71 zu reduzieren. Der Kontaktwiderstand bezieht sich auf einen elektrischen Widerstand in dem Bereich, der die Grenzfläche zwischen zwei Objekten umfasst, wenn die Objekte miteinander in Kontakt gebracht werden und durch die Objekte ein Strom fließt.
Wenn in der oben beschriebenen Brennstoffzelle 70 der Anodenelektrodenschicht 74 Brennstoffgas und der Kathodenelektrodenschicht 73 Oxidationsgas zugeführt werden, wird in der Membran-Elektrode-Einheit 71 beruhend auf der Reaktion des Brennstoffgases und des Oxidationsgases Strom erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt wird mit der Reaktion in der Kathodenelektrodenschicht 73 Wasser erzeugt. Das Wasser befindet sich teilweise zwischen der Kathodenelektrodenschicht 73 und jedem dünnen Film 85. Ein Teil des Wassers, das sich nahe an den Durchlässen 81 befindet, strömt zusammen mit dem Oxidationsgas, das mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit durch die Durchlässe 81 strömt, und wird zur Außenseite der Brennstoffzelle 70 abgeführt.
Allerdings wird ein Teil des Wassers, das von den Durchlässen 81 entfernt ist, nicht durch den Strom an Oxidationsgas durch die Durchlässe 81 hindurch zur Außenseite der Brennstoffzelle 70 abgeführt, sondern bleibt zwischen der Kathodenelektrodenschicht 73 und dem dünnen Film 85 zurück. Das zurückbleibende Wasser kann zu einer unzureichenden Diffusion von Oxidationsgas führen. Dies kann die Reaktion von Brennstoffgas und Oxidationsgas vermindern.
Die Stromerzeugungseffizienz kann verbessert werden, indem die Kathodenelektrodenschicht 73 und die Anodenelektrodenschicht 74 mit einer bestimmten Menge Wasser getränkt werden. In dieser Hinsicht kann die Dicke der Membran-Elektrode-Einheit 71 reduziert werden. Die reduzierte Dicke der Membran-Elektrode-Einheit 71 ermöglicht Wasser, das in der KathodenElektrodenschicht 73 erzeugt wird, sich leicht entlang der Elektrolytmembran 72 in Richtung der Anodenelektrodenschicht 74 zu bewegen. Wenn allerdings zwischen den jeweiligen dünnen Filmen 85 und der Anodenelektrodenschicht 74 mehr Wasser als nötig gehalten wird und in der Umgebung der Anodenelektrodenschicht 74 überschüssiges Wasser zurückbleibt, kann Brennstoffgas mit der Anodenelektrodenschicht 74 nicht leicht Kontakt eingehen. Dies kann die Reaktion von Brennstoffgas und Oxidationsgas reduzieren.
KURZDARSTELLUNG
Dementsprechend ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Offenbarung, einen Separator für eine Brennstoffzelle zur Verfügung zu stellen, der das Abführvermögen für Wasser, das bei der Stromerzeugung erzeugt wird, verbessert.
Diese Kurzdarstellung dient der Einführung von Konzepten in einer vereinfachten Form, die unten in der ausführlichen Beschreibung weiter erläutert werden. Diese Kurzdarstellung soll weder Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, noch soll sie bei der Bestimmung des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands zu Hilfe genommen werden.
Bei einer allgemeinen Ausgestaltung wird ein Separator für eine Brennstoffzelle zur Verfügung gestellt. Der Separator wird in einer Brennstoffzelle verwendet, die eine Membran-Elektroden-Einheit hat. Die Membran-Elektroden-Einheit weist eine Elektrolytmembran und Elektrodenschichten auf, die in einer Dickenrichtung mit gegenüberliegenden Seiten der Elektrolytmembran verbunden sind. Der Separator für eine Brennstoffzelle weist ein Separatorgrundteil, eine Vielzahl von Kammabschnitten und eine Vielzahl von Senkenabschnitten auf. Das Separatorgrundteil ist in der Dickenrichtung auf einer Außenseite der Membran-Elektroden-Einheit angeordnet und hat Leitfähigkeit. Die Kammabschnitte sind in dem Separatorgrundteil vorgesehen und springen in Richtung der Membran-Elektroden-Einheit vor. Die Senkenabschnitte sind in dem Separatorgrundteil vorgesehen und springen in einer Richtung zurück, die entgegengesetzt zu einer Richtung ist, in der die Kammabschnitte vorspringen. Die Kammabschnitte und die Senkenabschnitte sind in einer Richtung entlang einer Ebene der Membran-Elektroden-Einheit abwechselnd angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander. Bereiche, die von den jeweiligen Senkenabschnitten und einer entsprechenden Elektrodenschicht umgeben sind, bilden jeweils einen Durchlass, der der Elektrodenschicht Oxidationsgas oder Brennstoffgas zuführt. In Flächen der Kammabschnitte und der Senkenabschnitte, die der entsprechenden Elektrodenschicht zugewandt sind, ist zumindest auf einer oberen Fläche jedes Kammabschnitts ein dünner Film platziert, der Leitfähigkeit hat. Der dünne Film auf der oberen Fläche jedes Kammabschnitts hat eine Nut, die die Durchlässe auf gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts miteinander verbindet. Jeder Senkenabschnitt hat auf einer stromabwärtigen Seite der Nut in einer Strömungsrichtung des Gases einen Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt. Der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt reduziert eine Querschnittsströmungsfläche des Durchlasses derart, dass die Querschnittsströmungsfläche am Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt kleiner als die an einem Abschnitt ist, mit dem die Nut verbunden ist.
Weitere Merkmale und Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen.
Figurenliste

1 ist eine teilweise Schnittansicht einer Brennstoffzelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
2 ist eine teilweise Perspektivansicht eines ersten Separators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
3 ist eine teilweise Bodenansicht des ersten Separators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
4 ist eine teilweise Perspektivansicht eines ersten Separators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
5 ist eine teilweise Perspektivansicht eines ersten Separators gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
6 ist ein Schaubild einer herkömmlichen Brennstoffzelle, das schematisch einen Zustand darstellt, in dem eine Membran-Elektrode-Einheit in der Dickenrichtung von den gegenüberliegenden Seiten aus durch Separatoren in die Mitte genommen wird.

In sämtlichen Zeichnungen und der ausführlichen Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente. Die Zeichnungen müssen nicht maßstabsgetreu sein, und die relative Größe, die Proportionen und die Darstellung der Elemente in den Zeichnungen können aus Gründen der Klarheit, Darstellung und Bequemlichkeit übertrieben sein.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Diese Beschreibung sorgt für ein umfassendes Verständnis der beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und/oder Systeme. Der Fachmann wird Abwandlungen und Äquivalente der beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und/oder Systeme erkennen. Abfolgen von Vorgängen sind exemplarisch und können, wie der Fachmann erkennen wird, mit Ausnahme von Vorgängen, die notwendigerweise in einer bestimmten Reihenfolge auftreten, geändert werden. Beschreibungen von Funktionen und Konstruktionen, die dem Fachmann gut bekannt sind, können weggelassen sein.
Exemplarische Ausführungsbeispiele können andere Formen haben und sind nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt. Jedoch sind die beschriebenen Beispiele gründlich und vollständig und vermitteln dem Fachmann den vollen Umfang der Offenbarung.
Erstes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 wird nun ein Separator für eine Brennstoffzelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, weist eine Brennstoffzelle 10 Membran-Elektrode-Einheiten 11 auf. Jede Membran-Elektrode-Einheit 11 wird in der Dickenrichtung (in der von oben nach unten gehenden Richtung in 1) von den gegenüberliegenden Seiten aus durch Separatoren für eine Brennstoffzelle in die Mitte genommen. Um zwischen den zwei Separatoren für eine Brennstoffzelle zu unterscheiden, wird der eine, der sich oberhalb jeder Membran-Elektrode-Einheit 11 (in der Dickenrichtung auf einer der Außenseiten) befindet, als ein erster Separator 21 bezeichnet, und der andere, der sich unterhalb (in der Dickenrichtung auf der anderen Außenseite) befindet, wird als ein zweiter Separator 31 bezeichnet.
Die Membran-Elektrode-Einheiten 11 sind durch den ersten Separator 21 und den zweiten Separator 31, die zwischen ihnen angeordnet sind, voneinander getrennt. Jede Membran-Elektrode-Einheit 11 weist eine Elektrolytmembran 12 und zwei Elektrodenschichten auf, die in der Dickenrichtung mit den gegenüberliegenden Seiten der Elektrolytmembran 12 verbunden sind. Eine (in 1 die obere) der Elektrodenschichten bildet eine Kathodenelektrodenschicht 13, und die andere Elektrodenschicht (in 1 die untere) bildet eine Anodenelektrodenschicht 14.
Auf der von der Elektrolytmembran 12 aus entgegengesetzten Seite (in 1 auf der Oberseite) der Kathodenelektrodenschicht 13 ist eine Gasdiffusionsschicht 15 angeordnet. Die Gasdiffusionsschicht 15 besteht aus Kohlenstofffasern oder dergleichen und fördert die Diffusion von Oxidationsgas, was unten diskutiert werden wird. Auf der von der Elektrolytmembran 12 aus entgegengesetzten Seite (in 1 auf der Unterseite) der Anodenelektrodenschicht 14 ist eine Gasdiffusionsschicht 16 angeordnet. Die Gasdiffusionsschicht 16 besteht aus Kohlenstofffasern oder dergleichen und fördert die Diffusion von Brennstoffgas, was unten diskutiert werden wird.
Die ersten und zweiten Separatoren 21, 31 nehmen die Membran-Elektrode-Einheit 11 und die Gasdiffusionsschichten 15, 16 in der Dickenrichtung von den gegenüberliegenden Seiten (den Außenseiten) aus in die Mitte. Die Membran-Elektrode-Einheit 11, die Gasdiffusionsschichten 15, 16, der erste Separator 21 und der zweite Separator 31 bilden eine Zelleneinheit 20. Mehrere Zelleneinheiten 20 sind in der Dickenrichtung gestapelt, um den Zellenstapel der Brennstoffzelle 10 zu bilden.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, wird die Grundstruktur jedes ersten Separators 21 von einem Separatorgrundteil 22 gebildet, das aus Metall besteht, das Leitfähigkeit hat. Im ersten Ausführungsbeispiel besteht jedes Separatorgrundteil 22 aus einem rostfreien Stahlblech, das eine Dicke von etwa 100 µm hat.
Jedes Separatorgrundteil 22 hat mehrere Kammabschnitte 23, die in Richtung der Membran-Elektroden-Einheit 11 vorspringen, und mehrere Senkenabschnitte 24, die in der Richtung zurückspringen, die zu der vorspringenden Richtung der Kammabschnitte 23 entgegengesetzt ist. In den 1 und 2 springen die Kammabschnitte 23 nach unten vor, und die Senkenabschnitte 24 springen nach oben zurück. Jeder Senkenabschnitt 24 weist zwei Seitenwände 24a und eine Bodenwand 24b auf. Die Seitenwände 24c sind in der Anordnungsrichtung der Kammabschnitte 23 und der Senkenabschnitte 24 (in der von links nach rechts gehenden Richtung in 1) einander zugewandt. Die Bodenwand 24b koppelt die Böden der Seitenwände 24a aneinander. Die Kammabschnitte 23 und die Senkenabschnitte 24 sind in einer Richtung entlang der Ebene der Membran-Elektroden-Einheit 11 (in der von links nach rechts gehenden Richtung in 1) abwechselnd angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander. Bereiche, die von den jeweiligen Senkenabschnitten 24 und der Kathodenelektrodenschicht 13 umgeben sind, bilden jeweils einen Durchlass 25, der der Kathodenelektrodenschicht 13 Oxidationsgas (zum Beispiel Luft) zuführt.
Wie in 1 gezeigt ist, wird die Grundstruktur jedes zweiten Separators 31 von einem Separatorgrundteil 32 gebildet, das aus Metall besteht, das Leitfähigkeit hat. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht jedes Separatorgrundteil 32 wie in dem Fall des oben beschriebenen Separatorgrundteils 22 aus einem rostfreien Stahlblech, das eine Dicke von etwa 100 µm hat.
Jedes Separatorgrundteil 32 hat mehrere Kammabschnitte 33, die in Richtung der Membran-Elektrode-Einheit 11 vorspringen, und mehrere Senkenabschnitte 34, die in der Richtung zurückspringen, die entgegengesetzt zu der vorspringenden Richtung der Kammabschnitte 33 ist. In 1 springen die Kammabschnitte 33 nach oben vor, und die Senkenabschnitte 34 springen nach unten zurück. Jeder Senkenabschnitt 34 weist zwei Seitenwände 34a und eine Bodenwand 34b auf. Die Seitenwände 34a sind in der Anordnungsrichtung der Kammabschnitte 33 und der Senkenabschnitte 34 (in der von links nach rechts gehenden Richtung in 1) einander zugewandt. Die Bodenwand 34b koppelt die Böden der Seitenwände 34a aneinander. Die Kammabschnitte 33 und die Senkenabschnitte 34 sind in einer Richtung entlang der Ebene der Membran-Elektroden-Einheit 11 (in der von links nach rechts gehenden Richtung in 1) abwechselnd angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander. Bereiche, die von den jeweiligen Senkenabschnitten 34 und der Anodenelektrodenschicht 14 umgeben sind, bilden jeweils einen Durchlass 35, der der Anodenelektrodenschicht 14 Brennstoffgas (zum Beispiel Wasserstoff) zuführt.
Wie oben beschrieben wurde, weist der Zellenstapel der Brennstoffzelle 10 mehrere Zelleneinheiten 20 auf, die in der Dickenrichtung gestapelt sind. Wie durch die einmal lang und zweimal kurz gestrichelten Linien in 1 dargestellt ist, ist der zweite Separator 31 der oben gelegenen Zelleneinheit 20 in der von oben nach unten gehenden Richtung in 1 somit oberhalb des ersten Separators 21 der in der Mitte gelegenen Zelleneinheit 20 angeordnet. Zwischen dem Boden jedes Senkenabschnitts 24 des ersten Separators 21 und dem Boden des entsprechenden Senkenabschnitts 34 des oben gelegenen zweiten Separators 31 ist eine Zwischenschicht 26 angeordnet. Die Zwischenschichten 26 sind so konfiguriert, dass sie eine Zunahme des Kontaktwiderstands zwischen den Senkenabschnitten 24, 34 unterdrücken. Die Zwischenschichten 26 bestehen aus einem Material, das eine höhere Leitfähigkeit (einen geringeren elektrischen Widerstandswert) als das der Separatorgrundteile 22, 32 hat. Zum Beispiel bestehen die Zwischenschichten 26 aus Kohlenstoff, Gold oder Platin. Des Weiteren ist zwischen jedem Kammabschnitt 23 des ersten Separators 21 und dem entsprechenden Kammabschnitt 33 des oben gelegenen zweiten Separators 31 ein Durchlass 27 definiert. Durch den Durchlass 27 strömt ein Kühlmittel (zum Beispiel Kühlwasser).
Wie durch die einmal lang und zweimal kurz gestrichelten Linien in 1 dargestellt ist, ist der erste Separator 21 der unten gelegenen Zelleneinheit 20 in der von oben nach unten gehenden Richtung in 1 entsprechend unterhalb des zweiten Separators 31 der in der Mitte gelegenen Zelleneinheit 20 angeordnet. Zwischen dem Boden jedes Senkenabschnitts 34 des zweiten Separators 31 und dem Boden des entsprechenden Senkenabschnitts 24 des unten gelegenen ersten Separators 21 ist eine Zwischenschicht 26 angeordnet. Des Weiteren ist zwischen jedem Kammabschnitt 33 des zweiten Separators 31 und dem entsprechenden Kammabschnitt 23 des unten gelegenen ersten Separators 21 ein Durchlass 27 definiert. Durch den Durchlass 27 strömt ein Kühlmittel.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, sind auf dem Separatorgrundteil 22 des ersten Separators 21 jeder Zelleneinheit 20 dünne Filme 42 vorgesehen. Im Einzelnen sind die dünnen Filme 42 in den Flächen der Kammabschnitte 23 und der Senkenabschnitte 24, die der Kathodenelektrodenschicht 13 zugewandt sind, auf den oberen Flächen der Kammabschnitte 23 platziert. Die dünnen Filme 42 sind dazu vorgesehen, eine Zunahme des Kontaktwiderstands zwischen der Membran-Elektroden-Einheit 11 und den Separatorgrundteilen 22 zu unterdrücken, um so den Einfluss des Kontaktwiderstands auf die Reaktion von Brennstoffgas und Oxidationsgas in der Membran-Elektroden-Einheit 11 zu reduzieren. Die dünnen Filme 42 bestehen aus dem gleichen Material wie das der Zwischenschicht 26 und sind durch Tintenstrahldruck ausgebildet, sodass sie eine Dicke von zum Beispiel mehreren 100 nm bis mehreren 100 µm haben. Die dünnen Filme 42 haben eine höhere Hydrophilie als die Separatorgrundteile 22. Jeder erste Separator 21 berührt am dünnen Film 42 die Gasdiffusionsschicht 15. Mit anderen Worten berührt jeder dünne Film 42 des ersten Separators 21 über die Gasdiffusionsschicht 15 indirekt die Kathodenelektrodenschicht 13.
Jeder dünne Film 42 hat Nute 43, die sich in einer Richtung erstecken, die sich mit der Richtung kreuzt, in der sich die ersten Kammabschnitte 23 erstrecken. Im ersten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Nute 43 in einer Richtung senkrecht zu der Richtung, in der sich die Kammabschnitte 23 erstrecken (in der von links nach rechts gehenden Richtung in 1). Die Nute 43 sind in der Richtung, in der sich die Kammabschnitte 23 erstrecken, voneinander getrennt. Jeder Senkenabschnitt 24 hat einen Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt, der unten diskutiert werden wird. In den dünnen Filmen 42 auf den Kammabschnitten 23, die sich auf den gegenüberliegenden Seiten des Senkenabschnitts 24 befinden, sind die Nute 43 an Stellen vorgesehen, die in der Anordnungsrichtung der Kammabschnitte 23 und der Senkenabschnitte 24 einander zugewandt sind. Die Tiefe der Nute 43 ist so eingestellt, dass sie die gleiche wie die Dicke des dünnen Films 42 ist. Somit liegt die obere Fläche des Kammabschnitts 23 an Stellen, an denen die Nute 43 vorgesehen sind, frei.
Die Durchlässe 25 befinden sich auf den gegenüberliegenden Seiten jedes Kammabschnitts 23, auf denen die dünnen Filme 42 mit den Nuten 43 vorgesehen sind. In dem dünnen Film 42 auf der oberen Fläche jedes Kammabschnitts 23 ist ein Ende jeder Nut 43 mit einem der Durchlässe 25 verbunden, die sich auf den gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts 23 befinden, und das andere Ende ist mit dem anderen Durchlass 25 verbunden. Somit sind die Durchlässe 25 auf den gegenüberliegenden Seiten jedes Kammabschnitts 23 durch die Nute 43 miteinander durchgehend. Die Querschnittsströmungsfläche des Abschnitts jeder Nut 43, der mit dem Durchlass 25 verbunden ist, ist kleiner als die des Abschnitts des Durchlasses 25, der mit der Nut 43 verbunden ist.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, hat jeder Senkenabschnitt 24 in der Oxidationsgasströmungsrichtung auf der stromabwärtigen Seite der Nute 43 einen Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt. Der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt reduziert die Querschnittsströmungsfläche des Durchlasses 25 derart, dass die Querschnittsströmungsfläche des Strömungswiderstandserhöhungsabschnitts kleiner als die an dem Abschnitt ist, mit dem die Nute 43 verbunden sind. Die Strömungswiderstandserhöhungsabschnitte in jedem benachbarten Paar der Senkenabschnitte 24 befinden sich in den Durchlässen 25 in der Oxidationsgasströmungsrichtung an verschiedenen Stellen (siehe 2). Jeder Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt wird von einem Paar Vorsprünge 28 gebildet, die auf den Seitenwänden 24a des entsprechenden Senkenabschnitts 24 vorgesehen sind. Die beiden Vorsprünge 28 springen zueinander vor und befinden sich auf den Seitenwänden 24a an Stellen, die in der Anordnungsrichtung der Kammabschnitte 23 und der Senkenabschnitte 24 einander zugewandt sind.
In jedem benachbarten Paar der Senkenabschnitte 24 befinden sich die Kombinationen der Vorsprünge 28 und der Nute 43, die mit den Durchlässen 25 verbunden sind, deren Querschnittströmungsfläche durch die Vorsprünge 28 reduziert wird, an verschiedenen Stellen in der Oxidationsgasströmungsrichtung.
Wie in 1 gezeigt ist, sind auf dem Separatorgrundteil 32 des zweiten Separators 31 jeder Zelleneinheit 20 dünne Filme 52 vorgesehen. Die dünnen Filme 52 sind in den Flächen der Kammabschnitte 33 und der Senkenabschnitte 34, die der Anodenelektrodenschicht 14 zugewandt sind, im Einzelnen auf den oberen Flächen der Kammabschnitte 33 platziert. Jeder dünne Film 52 ist zu dem gleichen Zweck vorgesehen und besteht durch das gleiche Verfahren aus dem gleichen Material der gleichen Dicke und der gleichen Hydrophilie wie die dünnen Filme 42 auf dem ersten Separator 21. Der zweite Separator 31 berührt die Gasdiffusionsschicht 16 an den dünnen Filmen 52, die auf den jeweiligen Kammabschnitten 33 vorgesehen sind. Jeder dünne Film 52 hat Nute 53, die sich in der gleichen Richtung wie die Nute 43 des ersten Separators 21 erstrecken. In dem dünnen Film 52 auf der oberen Fläche jedes Kammabschnitts 33 ist ein Ende jeder Nut 53 mit einem der Durchlässe 35 verbunden, die sich auf den gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts 33 befinden, und das andere Ende ist mit dem anderen Durchlass 35 verbunden. Jeder Senkenabschnitt 34 hat einen Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt, der unten diskutiert werden wird. In den dünnen Filmen 52 auf den Kammabschnitten 33, die sich auf den gegenüberliegenden Seiten des Senkenabschnitts 34 befinden, sind die Nute 53 an Stellen vorgesehen, die in der Anordnungsrichtung der Kammabschnitte 33 und der Senkenabschnitte 34 einander zugewandt sind. Die Durchlässe 35 auf den gegenüberliegenden Seiten jedes Kammabschnitts 33 sind durch die Nute 53 miteinander durchgehend. Die Querschnittsströmungsfläche des Abschnitts jeder Nut 53, der mit dem Durchlass 35 verbunden ist, ist kleiner als die des Abschnitts des Durchlasses 35, der mit der Nut 53 verbunden ist.
Jeder Senkenabschnitt 34 hat in der Brennstoffgasströmungsrichtung auf der stromabwärtigen Seite der Nute 53 einen Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt. Der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt reduziert die Querschnittsströmungsfläche des Durchlasses 35 derart, dass die Querschnittsströmungsfläche des Strömungswiderstandserhöhungsabschnitts kleiner als die an dem Abschnitt ist, mit dem die Nute 53 verbunden sind. Die Strömungswiderstandserhöhungsabschnitte in jedem benachbarten Paar der Senkenabschnitte 34 befinden sich in der Brennstoffgasströmungsrichtung an verschiedenen Stellen der Durchlässe 35. Jeder Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt wird durch ein Paar Vorsprünge 38 gebildet, die auf den Seitenwänden 34a des entsprechenden Senkenabschnitts 34 vorgesehen sind. Die beiden Vorsprünge 38 springen aufeinander zu und befinden sich auf den Seitenwänden 34a an Stellen, die in der Anordnungsrichtung der Kammabschnitte 33 und der Senkenabschnitte 34 einander zugewandt sind.
In jedem benachbarten Paar der Senkenabschnitte 34 befinden sich die Kombinationen der Vorsprünge 38 und der Nute 53, die mit dem Durchlass 35 verbunden sind, dessen Querschnittsströmungsfläche durch die Vorsprünge 38 reduziert wird, an verschiedenen Stellen in der Brennstoffgasströmungsrichtung.
Der oben beschriebene erste Separator 21 wird auf die folgende Weise hergestellt. Zunächst wird ein flaches rostfreies Stahlblech angefertigt. Das rostfreie Stahlblech wird gestempelt, um ein Separatorgrundteil 22 auszubilden, das Kammabschnitte 23 und Senkenabschnitte 24 hat. Auf die obere Fläche jedes Kammabschnitts 23 wird durch Tintenstrahldruck ein Material aufgebracht, das eine höhere Leitfähigkeit als das Separatorgrundteil 22 hat, um einen dünnen Film 42 mit Nuten 43 auszubilden. Der zweite Separator 31 wird durch die gleichen Schritte wie der erste Separator 21 hergestellt.
Als Nächstes werden die Funktionsweise und die Vorteile des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben, das wie oben beschrieben konfiguriert ist.
Durch die Durchlässe 25 strömt Oxidationsgas, wie durch die Pfeile in den 2 und 3 angegeben ist. Außerdem strömt durch die Durchlässe 35 Brennstoffgas. Dabei dienen die Vorsprünge 28 gegenüber dem Oxidationsgasstrom als Widerstand. Das liegt daran, weil die Querschnittsströmungsfläche in jedem Senkenabschnitt 24 an der Stelle, wo die Vorsprünge 28 vorgesehen sind, kleiner als an der Stelle ist, wo die Vorsprünge 28 nicht vorgesehen sind. Das Oxidationsgas kann durch die Nute 43 strömen, die in dem dünnen Film 42 vorgesehen sind, um die Durchlässe 25 auf den gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts 23 miteinander zu verbinden. Ein Teil des Oxidationsgases, das durch einen der Durchlässe 25 auf den gegenüberliegenden Seiten jedes Kammabschnitts 23 strömt, kann die Strömungsrichtung ändern und durch die Nut 43 in den anderen Durchlass 25 strömen. Somit wird ein Teil des Oxidationsgases, das durch den Durchlass 25 strömt, in dem durch die Vorsprünge 28 der Strömungswiderstand erhöht wird, entlang des Durchlasses 25 strömen und zwischen den Vorsprüngen 28 hindurchgehen. Allerdings geht ein anderer Teil des Oxidationsgases, das durch den Durchlass 25 strömt, durch die Nut 43, die sich in der Strömungsrichtung des Oxidationsgases auf der stromaufwärtigen Seite der Vorsprünge 28 befindet, um sich zu einem benachbarten Durchlass 25 zu bewegen, in dem der Strömungswiderstand nicht durch die Vorsprünge 28 erhöht wird. Das Oxidationsgas strömt dann durch den benachbarten Durchlass 25.
Wenn das Brennstoffgas durch jeden Durchlass 35 strömt, dienen die Vorsprünge 38, wie in 1 gezeigt ist, entsprechend gegenüber dem Brennstoffgasstrom als ein Widerstand. Somit geht ein Teil des Brennstoffgases, das durch den Durchlass 35 strömt, in dem der Strömungswiderstand durch die Vorsprünge 38 erhöht wird, zwischen den Vorsprüngen 38 durch. Allerdings geht ein anderer Teil des Brennstoffgases, das durch den Durchlass 35 strömt, durch die Nut 53, die sich in der Strömungsrichtung des Brennstoffgases auf der stromaufwärtigen Seite der Vorsprünge 38 befindet, um sich zu einem benachbarten Durchlass 35 zu bewegen, in dem der Strömungswiderstand nicht durch die Vorsprünge 38 erhöht wird. Das Brennstoffgas strömt dann durch den benachbarten Durchlass 35.
Oxidationsgas (Luft), die durch jeden Durchlass 25 strömt, wird über die Gasdiffusionsschicht 15 der Kathodenelektrodenschicht 13 zugeführt. Brennstoffgas (Wasserstoff), das durch jeden Durchlass 35 strömt, wird über die Gasdiffusionsschicht 16 der Anodenelektrodenschicht 14 zugeführt. Beruhend auf der Reaktion des zugeführten Brennstoffgases und Oxidationsgases in der Membran-Elektroden-Einheit 11 wird Strom erzeugt. Die Reaktion erzeugt auch Wasser in der Kathodenelektrodenschicht 13, der Oxidationsgas zugeführt worden ist.
Wenn der Anodenelektrodenschicht 14 Brennstoffgas (Wasserstoff) zugeführt wird, werden genauer gesagt Elektronen von den Wasserstoffatomen entfernt und zur Anodenelektrodenschicht 14 geliefert. Diese Elektronen fließen von der Anodenelektrodenschicht 14 durch Leitungsdrähte einer (nicht gezeigten) externen Schaltung zur Kathodenelektrodenschicht 13. Das Entfernen der Elektronen von den Wasserstoffatomen in der Anodenelektrodenschicht 14 erzeugt positiv geladene Wasserstoffionen (Protonen), die sich dann über die Elektrolytmembran 12 zur Kathodenelektrodenschicht 13 bewegen. In der Zwischenzeit nehmen in der Kathodenelektrodenschicht 13, der das Oxidationsgas (Luft) zugeführt wird, Sauerstoffatome Elektronen auf, sodass sie zu Sauerstoffionen werden. Des Weiteren verbinden sich Wasserstoffionen, die sich von der Anodenelektrodenschicht 14 über die Elektrolytmembran 12 zur Kathodenelektrodenschicht 13 bewegt haben, mit den Sauerstoffionen, sodass in der Kathodenelektrodenschicht 13 Wasser erzeugt wird.
Das erzeugte Wasser befindet sich teilweise in der Gasdiffusionsschicht 15 zwischen der Kathodenelektrodenschicht 13 und jedem dünnen Film 42. Ein Teil des Wassers, der sich nahe an jedem Durchlass 25 befindet, wird durch das Oxidationsgas, das durch den Durchlass 25 strömt, wie in den 1 bis 3 gezeigt in Richtung des Durchlasses 25 gezogen. Wenn es sich in den Durchlass 25 bewegt, strömt das Wasser zusammen mit dem Oxidationsgas durch den Durchlass 25. Außerdem wird ein Teil des Wassers, der sich nahe an jeder Nut 43 befindet, durch das Oxidationsgas, das durch die Nut 43 strömt, zum Durchlass 25 hinausgetrieben, in dem der Strömungswiderstand nicht durch die Vorsprünge 28 erhöht wird. Das Wasser strömt dann zusammen mit dem Oxidationsgas in dem Durchlass 25, in den das Wasser hinausgetrieben worden ist. Wie oben beschrieben wurde, wird das Wasser, das zusammen mit dem Oxidationsgas durch den Durchlass 25 strömt, schließlich zur Außenseite der Brennstoffzelle 10 abgegeben.
Verglichen mit einem Fall, in dem keine Nute 43 vorgesehen sind, wird somit die Menge an Wasser erhöht, die aus der Brennstoffzelle 10 abgegeben wird. Dies verbessert das Wasserabgabevermögen. Anders als in einem Fall, in dem keine Nute 43 vorgesehen sind, wird auch verhindert, dass das erzeugte Wasser in der Gasdiffusionsschicht 15 zurückbleibt. Eine unzureichende Diffusion von Oxidationsgas aufgrund des zurückbleibenden Wassers wird nicht hervorgerufen. Somit ist es unwahrscheinlich, dass eine Reaktion des Brennstoffgases und des Oxidationsgases vermindert wird.
Wie in 1 gezeigt ist, kann die Stromerzeugungseffizienz verbessert werden, wenn die Kathodenelektrodenschicht 13 und die Anodenelektrodenschicht 14 mit einer bestimmten Menge Wasser getränkt werden. In dieser Hinsicht kann die Dicke der Membran-Elektrode-Einheit 11 reduziert werden. Dies erlaubt es dem Wasser, das in der Kathodenelektrodenschicht 13 erzeugt wird, sich entlang der Elektrolytmembran 12 leicht in Richtung der Anodenelektrodenschicht 14 zu bewegen. Wenn allerdings in der Gasdiffusionsschicht 16 mehr Wasser als nötig zurückbleibt und in der Umgebung der Anodenelektrodenschicht 14 überschüssiges Wasser zurückbleibt, kann Brennstoffgas (Wasserstoff) mit der Anodenelektrodenschicht 14 nicht leicht in Kontakt kommen. Dies kann die Reaktion des Brennstoffgases und des Oxidationsgases in der Membran-Elektrode-Einheit 11 reduzieren.
Allerdings wird ein Teil des Wassers in der Gasdiffusionsschicht 16, der sich nahe an jedem Durchlass 35 befindet, durch das Brennstoffgas, das durch den Durchlass 35 strömt, in Richtung des Durchlasses 35 gezogen. Wenn es sich in den Durchlass 35 bewegt, strömt das Wasser zusammen mit dem Brennstoffgas durch den Durchlass 35.
Zudem haben im ersten Ausführungsbeispiel die dünnen Filme 52 des zweiten Separators 31 ebenfalls Nute 53, die verhindern, dass mehr Wasser als nötig in der Gasdiffusionsschicht 16 zurückgehalten wird. Das heißt, dass ein Teil des Wassers in der Gasdiffusionsschicht 16, der sich nahe an jeder Nut 53 befindet, durch das Brennstoffgas, das durch die Nut 53 strömt, in den Durchlass 35 hinausgetrieben wird, in dem der Strömungswiderstand nicht durch die Vorsprünge 38 erhöht wird. Das Wasser strömt dann zusammen mit dem Brennstoffgas in dem Durchlass 35, in den das Wasser hinausgetrieben worden ist. Das Wasser, das zusammen mit dem Brennstoffgas durch den Durchlass 35 strömt, wird dann schließlich wie oben beschrieben zur Außenseite der Brennstoffzelle 10 abgegeben.
Verglichen mit einem Fall, in dem keine Nute 53 vorgesehen sind, wird somit die Menge an Wasser erhöht, die aus der Brennstoffzelle 10 abgegeben wird. Das verbessert das Wasserabgabevermögen. Anders als in einem Fall, in dem keine Nute 53 vorgesehen sind, wird auch verhindert, dass das erzeugte Wasser in der Gasdiffusionsschicht 16 zurückbleibt, sodass überschüssiges Wasser in der Umgebung der Anodenelektrodenschicht 14 zurückbleibt. Eine unzureichende Diffusion von Oxidationsgas aufgrund des zurückbleibenden Wassers wird nicht hervorgerufen. Somit ist es unwahrscheinlich, dass eine Reaktion des Brennstoffgases und des Oxidationsgases vermindert wird.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Vorteilen hat das erste Ausführungsbeispiel die folgenden Vorteile.
Wenn bei dem ersten Separator 21 die Zielsetzung lediglich die ist, die Querschnittsströmungsfläche des Durchlasses 25 zu reduzieren, muss der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt (der Vorsprung 28) nur auf einer der Seitenwände 24a des Senkenabschnitts 24 vorgesehen werden.
Allerdings wird beim ersten Ausführungsbeispiel ein rostfreies Stahlblech gestempelt, um den durch die Vorsprünge 28 konfigurierten Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt auszubilden. Wenn der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt einen Abschnitt hat, in dem sich die Form abrupt ändert, können Probleme auftreten. Zum Beispiel kann der rostfreie Stahl brechen. Um solche Probleme zu lösen, muss der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt einen Abschnitt haben, in dem sich die Form allmählich ändert (einen langen Eintrittsabschnitt). Allerdings ruft ein langer Eintrittsabschnitt ein neues Problem hervor, weil er nämlich die Länge des Strömungswiderstandserhöhungsabschnitts in der Richtung erhöht, in der sich der Senkenabschnitt 24 erstreckt.
Angesichts dessen wird der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt im ersten Ausführungsbeispiel auf beiden Seitenwänden 24a vorgesehen. Der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt wird durch ein Paar Vorsprünge 28 konfiguriert, die an auf den Seitenwänden 24a zugewandten Abschnitten vorgesehen sind und aufeinander zuspringen. Unter der Bedingung, dass die Querschnittsströmungsfläche, die durch den Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt reduziert wird, in dem Durchlass 25 die gleiche ist, ist die Größe eines einzelnen Vorsprungs 28 in einem Fall, in dem der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt durch zwei Vorsprünge 28 konfiguriert wird, kleiner als in einem Fall, in dem der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt durch einen einzelnen Vorsprung 28 konfiguriert wird. Wie in 3 gezeigt ist, wird dementsprechend der Eintrittsabschnitt Z1 jedes Vorsprungs 28 verkürzt. Dies reduziert die Länge des Strömungswiderstandserhöhungsabschnitts in der Erstreckungsrichtung des Senkenabschnitts 24 (in der von oben nach unten gehenden Richtung in 3).
Wie in 1 gezeigt ist, wird der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt in jedem zweiten Separator 31 durch ein Paar Vorsprünge 38 konfiguriert, die aufeinander zuspringen und an Abschnitten auf den Seitenwänden 34a vorgesehen sind, die in der Anordnungsrichtung der Kammabschnitte 33 und der Senkenabschnitte 34 einander zugewandt sind. Wie in dem Fall des ersten Separators 21 wird dementsprechend die Länge des Strömungswiderstandserhöhungsabschnitts in der Erstreckungsrichtung des Senkenabschnitts 24 im zweiten Separator 31 reduziert.
Wie in 3 gezeigt ist, hat jeder Senkenabschnitt 24 im ersten Ausführungsbeispiel den Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt und befindet sich zwischen den entsprechenden zwei Kammabschnitten 23, auf denen die dünnen Filme 42 vorgesehen sind. Die Nute 43 sind in den dünnen Filmen 42 an Stellen vorgesehen, die in der Anordnungsrichtung der Kammabschnitte 23 und der Senkenabschnitte 24 einander zugewandt sind. Somit wird ein Teil des Oxidationsgases, das durch jeden Durchlass 25 strömt, wie oben beschrieben an einer Stelle stromaufwärts von dem Stromwiderstandserhöhungsabschnitt (den Vorsprüngen 28) in der Strömungsrichtung des Oxidationsgases zu beiden Seiten in der Anordnungsrichtung hin verteilt. Die Ströme des verteilten Oxidationsgases strömen durch die Nute 43 voneinander weg und bewegen sich zu den Durchlässen 25, in denen der Strömungswiderstand nicht durch den Strömungswiderstanderhöhungsabschnitt (die Vorsprünge 28) erhöht wird, und sie strömen durch diese Durchlässe 25 hindurch.
Außerdem wird ein Teil des in der Gasdiffusionsschicht 15 zurückgebliebenen Wassers, der sich nahe an jeder Nut 43 befindet, durch das Oxidationsgas, das durch die Nut 43 strömt, zum Durchlass 25 hinausgetrieben, in dem der Strömungswiderstand nicht durch den Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt (die Vorsprünge 28) erhöht wird. Das Wasser strömt zusammen mit dem Oxidationsgas in dem Durchlass 25, in den das Wasser hinausgetrieben wird, und wird dann zur Außenseite der Brennstoffzelle 10 abgegeben.
Daher wird dem Oxidationsgas und Wasser verglichen mit einem Fall, in dem die Nute 43 nicht an Stellen vorgesehen sind, die in der Anordnungsrichtung der Kammabschnitte 23 und der Senkenabschnitte 24 einander zugewandt sind, ermöglicht, auf eine gut ausgeglichene Weise zu strömen.
Wie in 1 gezeigt ist, hat jeder Senkenabschnitt 34 den Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt und befindet sich zwischen den entsprechenden zwei Kammabschnitten 33, auf denen die dünnen Filme 52 vorgesehen sind. Die Nute 53 sind in den dünnen Film 52 an Stellen vorgesehen, die in der Anordnungsrichtung der Kammabschnitte 33 und der Senkenabschnitte 34 einander zugewandt sind. Daher wird dem Brennstoffgas und Wasser in dem zweiten Separator 31 wie im Fall des ersten Separators 21 ermöglicht, auf eine gut ausgeglichene Weise strömen.
Wie in 2 gezeigt ist, befinden sich in jedem benachbarten Paar der Senkenabschnitte 24 die Kombinationen der Vorsprünge 28 und der Nute 43, die mit dem Durchlass 25 verbunden sind, dessen Querschnittsströmungsfläche durch die Vorsprünge 28 reduziert wird, an verschiedenen Stellen in der Oxidationsgasströmungsrichtung. Wenn Oxidationsgas in dem Durchlass 25 in die Umgebung der Vorsprünge 28 geströmt ist, wird die Strömung somit durch die Erhöhung des Strömungswiderstands behindert, sodass das Oxidationsgas über die Nute 43 zu den benachbarten Durchlässen 25 strömt. Wenn das Oxidationsgas in dem Durchlass 25 zur Umgebung der Vorsprünge 28 geströmt ist, wird die Strömung durch die Erhöhung des Strömungswiderstands behindert, sodass das Oxidationsgas über die Nute 43 in die benachbarten Durchlässe 25 strömt. Auf diese Weise bewegt sich das Oxidationsgas jedes Mal, wenn das Oxidationsgas zur Umgebung der Vorsprünge 28 strömt, über die Nute 43 zu den benachbarten Durchlässen 25. Dies erlaubt dem Oxidationsgas, gleichmäßig entlang der Ebene der Membran-Elektroden-Einheit 11 zu strömen.
Ein Teil des in der Gasdiffusionsschicht 15 zurückgebliebenen Wassers, der sich nahe an den Durchlässen 25 befindet, strömt zusammen mit dem Oxidationsgas. Ein Teil des in der Gasdiffusionsschicht 15 zurückgebliebenen Wassers, der sich nahe an jeder Nut 43 befindet, wird ebenfalls durch das Oxidationsgas, das durch die Nut 43 strömt, zum Durchlass 25 hinausgetrieben, in dem der Strömungswiderstand nicht durch die Vorsprünge 28 erhöht wird. Dies erlaubt dem Wasser, gleichmäßig entlang der Ebene der Membran-Elektroden-Einheit 11 zu strömen und zur Außenseite der Brennstoffzelle 10 abgegeben zu werden.
Wie in 1 gezeigt ist, befinden sich in jedem benachbarten Paar der Senkenabschnitte 34 des zweiten Separators 31 die Kombinationen der Vorsprünge 38 und der Nute 53, die mit dem Durchlass 35 verbunden sind, dessen Querschnittsströmungsfläche durch die Vorsprünge 38 reduziert wird, in der Brennstoffgasströmungsrichtung an verschiedenen Stellen. Daher hat der zweite Separator 31 die gleichen Vorteile wie der erste Separator 21.
Wenn die Hydrophilie der dünnen Filme 42 in dem ersten Separator 21 gering ist, ist es wahrscheinlich, dass Wasser in den Nuten 43 durch die Innenflächen der Nute 43 abgewiesen wird, und es ist unwahrscheinlich, dass es sich in den Nuten 43 bewegt. Es ist somit unwahrscheinlich, dass sich das Wasser in den Nuten 43 zu den Durchlässen 25 bewegt.
Da die dünnen Filme 42 im ersten Ausführungsbeispiel jedoch eine höhere Hydrophilie als das Separatorgrundteil 22 haben, ist es wahrscheinlich, dass das Wasser in den Nuten 43 auf den Innenflächen der Nute 43 verteilt wird. Dies ermöglicht es dem Wasser in den Nuten 43, sich problemlos zu den Durchlässen 25 zu bewegen.
Da außerdem die dünnen Filme 52 jedes zweiten Separators 31 eine höhere Hydrophilie als das Separatorgrundteil 32 haben, bewegt sich das Wasser in den Nuten 53 wie im Fall des ersten Separators 21 problemlos zu den Durchlässen 35.
Die dünnen Filme 42, 52, die die Nute 43, 53 haben, werden durch Tintenstrahldruck ausgebildet. Somit können die Formen der Nute 43, 53 in den dünnen Filmen 42, 52 leicht durch eine Musteranpassung des Tintenstrahldrucks geändert werden.
In den dünnen Filmen 42, 52 liegen die Separatorgrundteile 22, 32 an den Abschnitten frei, wo die Nute 43, 53 vorgesehen sind. Mit anderen Worten sind die Abschnitte auf den oberen Flächen der Kammabschnitte 23, 33, die den Nuten 43, 53 entsprechen, von den dünnen Filmen 42, 52 frei. Somit muss auf die Abschnitte auf den oberen Flächen, wo die Nute 43, 53 nicht ausgebildet werden, kein Tintenmaterial aufgebracht werden. Die Nute 43, 53 lassen sich daher leicht ausbilden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 4 wird nun ein Separator für eine Brennstoffzelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel hat die Nut 43 jedes ersten Separators 21 Abzweigungsnutabschnitte 43a. 4 stellt zwar zwei Abzweigungsnutabschnitte 43a dar, doch können auch drei oder mehr Abzweigungsnutabschnitte 43a vorgesehen werden. Unter den Durchlässen 25 auf den gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts 23 zweigen die Abzweigungsnutabschnitte 43a an einem Ausgangspunkt ab, der sich näher an dem Durchlass 25 befindet, dessen Querschnittsströmungsfläche durch die Vorsprünge 28 reduziert wird (dem linken unteren in 4). Unter den Durchlässen 25 auf den gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts 23 sind die Enden der Abzweigungsnutabschnitte 43a, die weiter von dem Ausgangspunkt entfernt liegen, voneinander getrennt mit dem Durchlass 25 verbunden, dessen Querschnittsströmungsfläche durch die Vorsprünge 28 reduziert wird (den rechten oberen in 4).
Die übrige Konfiguration ähnelt dem ersten Ausführungsbeispiel. Somit sind die gleichen Bestandteile wie im ersten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszahlen versehen, und ausführliche Erläuterungen werden weggelassen.
Das zweite Ausführungsbeispiel erreicht somit die gleiche Funktionsweise und die gleichen Vorteile wie das erste Ausführungsbeispiel.
Zudem bewegt sich ein Teil des Oxidationsgases, das durch den Durchlass 25 strömt, in dem der Strömungswiderstand durch die Vorsprünge 28 erhöht wird (den rechten oberen in 4), wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben durch die Nut 43, die sich in der Strömungsrichtung des Oxidationsgases stromaufwärts von den Vorsprüngen 28 befindet, zu dem Durchlass 25, in dem der Strömungswiderstand nicht durch die Vorsprünge 28 erhöht wird (dem linken unteren in 4). Das Oxidationsgas strömt dann durch den Durchlass 25, zu dem sich das Oxidationsgas bewegt hat. Dabei strömen die Oxidationsgasströme durch die jeweiligen Abzweigungsnutabschnitte 43a und vereinen sich dann, um in den Durchlass 25 zu strömen, in dem der Strömungswiderstand nicht durch die Vorsprünge 28 erhöht wird. Es wird erwartet, dass ein solches Zusammenströmen die Strömungsgeschwindigkeit des Oxidationsgases erhöht. Da das Oxidationsgas durch die jeweiligen Abzweigungsnutabschnitte 43a strömt und das Wasser zusammengeführt wird, nachdem es zusammen mit den Oxidationsgasströmen geströmt ist, wird auch davon ausgegangen, dass eine größere Menge an in der Gasdiffusionsschicht 15 zurückgebliebenem Wasser hinausgetrieben wird.
Auch wenn dies nicht dargestellt ist, kann die Nut 53 in jedem zweiten Separator 31 wie die Nut 43 zwei oder mehr Abzweigungsnutabschnitte aufweisen. In diesem Fall zweigen die Abzweigungsnutabschnitte unter den Durchlässen 35, die sich auf den gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts 33 befinden, an einem Ausgangspunkt ab, der sich näher an dem Durchlass 35 befindet, dessen Querschnittströmungsfläche nicht durch die Vorsprünge 38 reduziert wird. Unter den Durchlässen 35, die sich auf den gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts 33 befinden, sind die Enden der Abzweigungsnutabschnitte, die sich weiter von dem Ausgangspunkt weg befinden, voneinander getrennt mit dem Durchlass 35 verbunden, dessen Querschnittsströmungsfläche durch die Vorsprünge 38 reduziert wird. Es wird erwartet, dass diese Konfiguration die gleiche Funktionsweise und die gleichen Vorteile wie die Nut 43 des ersten Separators 21 erreicht.
Drittes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 5 wird nun ein Separator für eine Brennstoffzelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Schichtaufbaus des ersten Separators 21 jeder Zelleneinheit 20. Im dritten Ausführungsbeispiel ist auf dem Separatorgrundteil 22 des ersten Separators 21 ein erster dünner Film 41 vorgesehen. Der erste dünne Film 41 ist über den gesamten Flächen der Kammabschnitte 23 und der Senkenabschnitte 24 platziert, die der Kathodenelektrodenschicht 13 zugewandt sind. Der erste dünne Film 41 hat Leitfähigkeit und eine Korrosionsbeständigkeit, die höher als die des Separatorgrundteils 22 ist. Im dritten Ausführungsbeispiel besteht der erste dünne Film 41 aus einem Material, das durch Mischen leitender Partikel wie Titannitrid (TiN) in Kunststoff erzielt wird.
Der dünne Film 42 des ersten Ausführungsbeispiels ist im dritten Ausführungsbeispiel als ein zweiter dünner Film auf einem Abschnitt des ersten dünnen Films 41 vorgesehen, der auf der oberen Fläche des Kammabschnitts 23 platziert ist. Der dünne Film 42 hat Nute 43, der die Durchlässe 25 auf den gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts 23 miteinander verbindet. Die Nute 43 sind in der Richtung, in der sich die Kammabschnitte 23 erstrecken, voneinander getrennt. Die Tiefe der Nute 43 ist so eingestellt, dass sie die gleiche wie die Dicke des dünnen Films 42 ist. Somit liegt der erste dünne Film 41 an Stellen frei, wo die Nute 43 vorgesehen sind.
Die übrige Konfiguration ähnelt dem ersten Ausführungsbeispiel. Somit sind die gleichen Bestandteile wie im ersten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszahlen versehen, und ausführliche Erläuterungen werden weggelassen.
Das dritte Ausführungsbeispiel erreicht somit neben der gleichen Funktionsweise und den gleichen Vorteilen wie das erste Ausführungsbeispiel die folgende Funktionsweise und die folgenden Vorteile.
Wenn in der Brennstoffzelle 10 als Nebenprodukte der Reaktion in der Elektrolytmembran 12 saure Substanzen erzeugt werden, kann das Separatorgrundteil 22, das aus einem rostfreien Stahlblech besteht, durch eine elektrochemische Reaktion mit den sauren Substanzen erodiert oder korrodiert werden. Dabei werden aus dem Separatorgrundteil 22 Sauerstoffionen eluiert. Dies kann das Leistungsvermögen der Bestandteile der Membran-Elektroden-Einheit 11 wie zum Beispiel die Elektrolytmembran 12 und den (nicht gezeigten) Katalysator verschlechtern.
Allerdings wird die Eluierung von Eisenionen im dritten Ausführungsbeispiel durch den ersten dünnen Film 41 unterdrückt, der über den gesamten Flächen des Kammabschnitts 23 und des Senkenabschnitts 24 vorgesehen ist, die der Kathodenelektrodenschicht 13 zugewandt sind. Daher verhindert der erste dünne Film 41, dass das Leistungsvermögen der Bestandteile der Membran-Elektroden-Einheit 11 aufgrund eluierter Eisenionen verschlechtert wird.
Auch wenn dies nicht dargestellt ist, kann ein erster dünner Film auf dem Separatorgrundteil 32 des zweiten Separators 31 jeder Zelleneinheit 20 vorgesehen sein. In diesem Fall ist der erste dünne Film über den gesamten Flächen des Kammabschnitts 33 und des Senkenabschnitts 34 platziert, die der Anodenelektrodenschicht 14 zugewandt sind. Der erste dünne Film hat Leitfähigkeit und eine Korrosionsbeständigkeit, die höher als die des Separatorgrundteils 32 ist. Der dünne Film 52 des ersten Ausführungsbeispiels ist im dritten Ausführungsbeispiel als ein zweiter dünner Film auf einem Abschnitt des ersten dünnen Films vorgesehen, der auf der oberen Fläche des Kammabschnitts 33 platziert ist. Der dünne Film 52 hat Nute 53, die die Durchlässe 35 auf den gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts 33 miteinander verbinden. Es wird erwartet, dass diese Konfiguration die gleiche Funktionsweise und die gleichen Vorteile bei der Unterdrückung der Eluierung von Eisenionen aufgrund von Korrosion dem Separatorgrundteil 32 wie im Fall des ersten dünnen Films 41 erreicht.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können wie folgt abgewandelt werden.
<Hinsichtlich Separatorgrundteile 22, 32>
Die Separatorgrundteile 22, 32 können aus einem beliebigen anderen Material als rostfreiem Stahl bestehen, solange es Leitfähigkeit hat. Zum Beispiel können die Separatorgrundteile 22, 32 aus Titan bestehen.
<Hinsichtlich erstem dünnen Film 41 und dünner Filme 42, 52>
Die dünnen Filme 42, 52 können aus dem gleichen Material wie der erste dünne Film 41 bestehen.
Die dünnen Filme 42, 52 können auf anderen Abschnitten der Kammabschnitte 23, 33 oder zusätzlich zu den oberen Flächen der Kammabschnitte 23, 33 auf den Senkenabschnitten 24, 34 vorgesehen werden. In Anbetracht der Schwierigkeiten und Kosten bei der Ausbildung der dünnen Filme 42, 52 werden die dünnen Filme 42, 52 jedoch vorzugsweise nur auf den oberen Flächen der Kammabschnitte 23, 33 vorgesehen.
Wenn die dünnen Filme 42, 52 auf anderen Abschnitten als den oberen Flächen der Kammabschnitte 23, 33 vorgesehen werden, werden die Querschnittsströmungsflächen der Durchlässe 25, 35 entsprechend reduziert. Daher werden die dünnen Filme 42, 52 vorzugsweise nur auf den oberen Flächen der Kammabschnitte 23, 33 vorgesehen, wo die dünnen Filme 42, 52 erforderlich sind.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen haben die dünnen Filme 42, 52 eine Hydrophilie, die höher als die der Separatorgrundteile 22, 32 ist. Allerdings ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt.
In dem dritten Ausführungsbeispiel kann einer von dem ersten dünnen Film 41 auf dem ersten Separator 21 und dem ersten dünnen Film auf dem zweiten Separator 31 weggelassen werden.
In den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen kann einer von dem dünnen Film 42 auf dem ersten Separator 21 und dem dünnen Film 52 auf dem zweiten Separator 31 weggelassen werden.
<Hinsichtlich Nute 43, 53>
Die Nute 43, 53 der ersten und dritten Ausführungsbeispiele können sich in einer Richtung erstrecken, die sich diagonal mit der Richtung kreuzt, in der sich die Kammabschnitte 23, 33 erstrecken.
Eine von der Nut 43 im ersten Separator 21 und der Nut 53 im zweiten Separator 31 kann weggelassen werden.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele kann die Tiefe der Nute 43, 53 kleiner als die Dicke der dünnen Filme 42, 52 an den Abschnitten eingestellt werden, wo die Nute 43, 53 nicht vorgesehen sind. In diesem Fall sind Teile der dünnen Filme 42, 52 in Abschnitten vorgesehen, wo die Nute 43, 53 vorgesehen sind. Anders als bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen liegen in den dünnen Filmen 42, 52 die Separatorgrundteile 22, 32 oder der erste dünne Film 41 nicht an den Abschnitten der dünnen Filme 42, 52 frei, wo die Nute 43, 53 vorgesehen sind. Der Tintenstrahldruck ermöglicht die Ausbildung dünner Filme 42, 52, die Abschnitte mit einer geringeren Dicke als andere Teile (Nute 43, 53) aufweisen.
Die Nut 43 des zweiten Ausführungsbeispiels, die zwei oder mehr Abzweigungsnutabschnitte 43a aufweist, kann beim dritten Ausführungsbeispiel angewandt werden.
<Hinsichtlich Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt>
Der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt des ersten Separators 21 kann durch einen Vorsprung 28 gebildet werden, der nur auf einer der Seitenwände 24a des Senkenabschnitts 24 vorgesehen ist und in Richtung der gegenüberliegenden Seitenwand 24a vorspringt.
Der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt des zweiten Separators 31 kann wie der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt des ersten Separators 21 ebenfalls durch einen Vorsprung 38 gebildet werden, der nur auf einer der Seitenwände 34a vorgesehen ist.
Der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt des ersten Separators 21 kann durch einen Vorsprung gebildet werden, der von der Bodenwand 24b des Senkenabschnitts 24 in Richtung der Kathodenelektrodenschicht 13 vorspringt.
Der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt des zweiten Separators 31 kann wie der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt des ersten Separators 21 ebenfalls durch einen Vorsprung gebildet werden, der von der Bodenwand 34b in Richtung der Anodenelektrodenschicht 14 vorspringt.
Der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt des ersten Separators 21 kann so vorgesehen werden, dass er sich über die Bodenwand 24b und mindestens eine der Seitenwände 24a des Senkenabschnitts 24 erstreckt.
Der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt des zweiten Separators 31 kann so vorgesehen werden, dass er sich über die Bodenwand 34b und mindestens eine der Seitenwände 34a des Senkenabschnitts 34 erstreckt.
<Weitere Abwandlung>
Die ersten und zweiten Separatoren 21, 31 können in einer Brennstoffzelle eingesetzt werden, die nicht die Gasdiffusionsschichten 15, 16 hat.
An den obigen Beispielen können verschiedene Änderungen der Form und Einzelheiten vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken und Schutzumfang der Ansprüche und ihrer Äquivalente abzuweichen. Die Beispiele dienen nur Beschreibungs- und nicht Beschränkungszwecken. Die Beschreibung von Merkmalen in jedem Beispiel soll auf ähnliche Merkmale oder Ausgestaltungen in anderen Beispielen anwendbar sein. Geeignete Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn Abfolgen in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden und/oder wenn Komponenten in einem beschriebenen System, einer Architektur, Einrichtung oder Schaltung unterschiedlich kombiniert und/oder durch andere Komponenten oder ihre Äquivalente ersetzt oder ergänzt werden. Der Umfang der Offenbarung wird nicht durch die ausführliche Beschreibung definiert, sondern durch die Ansprüche und ihre Äquivalente. Alle Änderungen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche und ihrer Äquivalente sind in der Offenbarung mitumfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016 [0002]
JP 66531 A [0002]

Claims

Separator für eine Brennstoffzelle, der in einer Brennstoffzelle (10) verwendet wird, die eine Membran-Elektroden-Einheit (11) hat, wobei die Membran-Elektroden-Einheit (11) eine Elektrolytmembran (12) und Elektrodenschichten (13, 14) aufweist, die in einer Dickenrichtung mit gegenüberliegenden Seiten der Elektrolytmembran (12) verbunden sind, der Separator für eine Brennstoffzelle Folgendes umfasst: ein Separatorgrundteil (22, 32), das in der Dickenrichtung auf einer Außenseite der Membran-Elektroden-Einheit (11) angeordnet ist und Leitfähigkeit hat, eine Vielzahl von Kammabschnitten (23, 33) die in dem Separatorgrundteil (22, 32) vorgesehen sind und in Richtung der Membran-Elektroden-Einheit (11) vorspringen, und eine Vielzahl von Senkenabschnitten (24, 34) die in dem Separatorgrundteil (22, 32) vorgesehen sind und in einer Richtung zurückspringen, die entgegengesetzt zu einer Richtung ist, in der die Kammabschnitte (23, 33) vorspringen, die Kammabschnitte (23, 33) und die Senkenabschnitte (24, 34) in einer Richtung entlang einer Ebene der Membran-Elektroden-Einheit (11) abwechselnd angeordnet sind und sich parallel zueinander erstrecken, Bereiche, die von den jeweiligen Senkenabschnitten (24, 34) und einer entsprechenden Elektrodenschicht (13, 14) umgeben sind, jeweils einen Durchlass (25, 35) bilden, der der Elektrodenschicht Oxidationsgas oder Brennstoffgas zuführt, und der Separator für eine Brennstoffzelle dadurch gekennzeichnet ist, dass in Flächen der Kammabschnitte (23, 33) und der Senkenabschnitte (24, 34), die der entsprechenden Elektrodenschicht (13, 14) zugewandt sind, zumindest auf einer oberen Fläche jedes Kammabschnitts (23, 33) ein dünner Film (42, 52) platziert ist, der Leitfähigkeit hat, der dünne Film (42, 52) auf der oberen Fläche jedes Kammabschnitts (23, 33) eine Nut (43, 53) hat, die die Durchlässe (25, 35) auf gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts (23, 33) miteinander verbindet, jeder Senkenabschnitt (24, 34) auf einer stromabwärtigen Seite der Nut (43, 53) in einer Strömungsrichtung des Gases einen Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt hat und der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt eine Querschnittsströmungsfläche des Durchlasses (25, 35) derart reduziert, dass die Querschnittsströmungsfläche am Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt kleiner als die an einem Abschnitt ist, mit dem die Nut (43, 53) verbunden ist.
Separator für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (43, 53) eine Vielzahl von Abzweigungsnutabschnitten (43a) in dem dünnen Film (42, 52) auf der oberen Fläche jedes Kammabschnitts (23, 33) aufweist, unter den Durchlässen (25, 35) auf den gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts (23, 33) die Abzweigungsnutabschnitte (43a) an einem Ausgangspunkt abzweigen, der sich näher an dem Durchlass (25, 35) befindet, dessen Querschnittsströmungsfläche nicht durch den Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt reduziert wird, und unter den Durchlässen (25, 35) auf den gegenüberliegenden Seiten des Kammabschnitts (23, 33) Enden der Abzweigungsnutabschnitte (43a), die weiter von dem Ausgangspunkt entfernt sind, voneinander getrennt mit dem Durchlass (25, 35) verbunden sind, dessen Querschnittsströmungsfläche durch den Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt reduziert wird.
Separator für eine Brennstoffzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Senkenabschnitt (24, 34) zwei Seitenwände (24a, 34a) aufweist, die in einer Anordnungsrichtung der Kammabschnitte (23, 33) und der Senkenabschnitte (24, 34) einander zugewandt sind, und jeder Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt durch ein Paar Vorsprünge (28, 38) konfiguriert wird, die an zugewandten Abschnitten auf den Seitenwänden (24a, 34a) eines entsprechenden Senkenabschnitts (24, 34) vorgesehen sind und aufeinander zuspringen.
Separator für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den dünnen Filmen (42, 52) auf den Kammabschnitten (23, 33), die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Senkenabschnitts (24, 34) befinden, in dem der Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt vorgesehen ist, die Nute (43, 53) an Stellen vorgesehen sind, die in einer Anordnungsrichtung der Kammabschnitte (23, 33) und der Senkenabschnitte (24, 34) einander zugewandt sind.
Separator für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich in jedem nebeneinanderliegenden Paar der Senkenabschnitte (24, 34) Kombinationen des Strömungswiderstandserhöhungsabschnitts und der Nut (43, 53), die mit dem Durchlass (25, 35) verbunden ist, dessen Querschnittsströmungsfläche durch den Strömungswiderstandserhöhungsabschnitt reduziert wird, an verschiedenen Stellen in der Strömungsrichtung des Gases befinden.
Separator für eine Brennstoffzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Separatorgrundteil (22, 32) aus Metall besteht, über den gesamten Flächen der Kammabschnitte (23, 33) und der Senkenabschnitte (24, 34), die der entsprechenden Elektrodenschicht zugewandt sind, ein erster dünner Film (41) platziert ist, der erste dünne Film (41) Leitfähigkeit und eine Korrosionsbeständigkeit hat, die höher als die des Separatorgrundteils (22, 32) ist, und der dünne Film (42) als ein zweiter dünner Film auf einem Abschnitt des ersten dünnen Films (41) vorgesehen ist, der zumindest auf der oberen Fläche jedes Kammabschnitts (23, 33) platziert ist.