-
Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Brennstoffzelle.
-
In der
JP 2001-236975 A wird
eine Brennstoffzelle vorgeschlagen, die eine Überbrückungsplatte enthält, um ein
Gas, das einem Endabschnitt eines Brennstoffzellenstapels zugeführt wurde,
direkt von einem Einspeisedurchlass zu einem Abführdurchlass strömen zu lassen.
In dieser Brennstoffzelle geht das dem einen Endabschnitt des Brennstoffzellenstapels
zugeführte
Gas durch den in Stapelrichtung ausgebildeten Einspeisedurchlass
hindurch, um so jeder Zelle zugeführt zu werden. Danach geht das
Gas durch den in Stapelrichtung ausgebildeten Abführdurchlass
hindurch, um so aus dem Endabschnitt abgelassen zu werden, an dem
das Gas zugeführt
wurde. Die Überbrückungsplatte
befindet sich an dem anderen Endabschnitt des Stapels, so dass Wasser,
das sich in der Nachbarschaft dieses anderen Endabschnitts gesammelt
hat, für
die Zelle aus diesem Abschnitt abgeführt wird, damit sie wie vorgesehen
funktioniert.
-
Da sich die Überbrückungsplatte an dem Endabschnitt
des Brennstoffzellenstapels befinden muss, ist der Brennstoffzellenstapel
groß und
kann seine Größe nicht
verringert werden. Da das in der Überbrückungsplatte strömende Gas
nicht zur elektrischen Stromerzeugung beiträgt, ist auch der Stromerzeugungswirkungsgrad
geringer. Außerdem lassen
sich in der Brennstoffzelle, die den durch die aufgestapelten Zellen
gebildeten Brennstoffzellenstapel enthält, nur schwer alle Zellen
unter den gleichen Betriebsbedingungen betreiben. Die geringen Unterschiede
der Betriebsbedingungen sollten dennoch Berücksichtigung finden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Stromerzeugungsleistung eines Brennstoffzellenstapels zu verbessern.
Außerdem
soll die Größe des Brennstoffzellenstapels
verringert werden.
-
Um zumindest einen Teil der genannten
Aufgaben zu erfüllen,
sieht eine erste Ausgestaltung der Erfindung einen Brennstoffzellenstapel
vor, der durch Aufstapeln mehrerer Zellen verschiedener Bauarten gebildet
ist, wobei jede Bauart eine unterschiedliche Charakteristik hat.
-
Da in der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle
der Brennstoffzellenstapel durch Aufstapeln mehrerer Zellen verschiedener
Bauarten gebildet ist, wobei jede Bauart eine unterschiedliche Charakteristik hat,
kann der Brennstoffzellenstapel dadurch gebildet sein, dass die
die unterschiedlichen Charakteristiken aufweisenden Zellen unterschiedlichen
Betriebsbedingungen entsprechend an verschiedenen Stellen in dem
Stapel angeordnet sind. Dadurch kann die Stromerzeugungsleistung
der Brennstoffzelle verbessert werden. Da außerdem im Gegensatz zu der
oben genannten herkömmlichen
Brennstoffzelle keine Überbrückungsplatte
eingesetzt wird, lässt
sich die Größe des Brennstoffzellenstapels
verringern und kann ein Gasstrom, der nicht zur Stromerzeugung beiträgt, vermieden
werden. Die Brennstoffzelle kann eine Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle
sein, die durch Aufstapeln von Zellen gebildet wird, die jeweils
eine aus einem Festpolymermaterial gebildete Elektrolytmembran enthalten.
-
In der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle kann
der Brennstoffzellenstapel aus verschiedenen Bauarten von Zellenblöcken bestehen,
wobei jeder Block durch Aufstapeln mehrerer Zellen der gleichen Bauart
gebildet ist. Dadurch können
die verschiedenen Bauarten von Zellenblöcken, die jeweils durch Aufstapeln
der die unterschiedlichen Charakteristiken aufweisenden Zellen gebildet
sind, an verschiedenen Abschnitten in dem Brennstoffzellenstapel
angeordnet werden. Unter „Bauart" ist im Zusammenhang
mit der Erfindung das Betriebsverhalten (oder die „Charakteristik") der Zelle im Hinblick
auf beispielsweise Gasdruckverluste und/oder Entwässerung
zu verstehen.
-
In der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle kann
der Brennstoffzellenstapel dadurch gebildet sein, dass als eine
der Zellen verschiedener Bauarten eine Zelle mit geringem Druckverlust
verwendet wird, in der der Druckverlust des hindurchströmenden Gases
im Vergleich zu einer normalen Zelle gering ist. Wenn die Zelle
mit geringem Druckverlust in einem Abschnitt angeordnet wird, in
dem es in dem Brennstoffzellenstapel leicht zu dem Gasdruckverlust kommt,
kann demnach die Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels
verbessert werden.
-
In der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, in
der die Zelle mit geringem Druckverlust verwendet wird, kann der
Brennstoffzellenstapel dadurch gebildet sein, dass die Zellen so
aufgestapelt sind, dass sich die Zelle mit geringem Druckverlust
in der Nachbarschaft eines Endabschnitts des Brennstoffzellenstapels
befindet. Darüber
hinaus kann der Brennstoffzellenstapel eine Einspeiseöffnung enthalten, durch
die dem Brennstoffzellenstapel Gas zugeführt wird und die sich in einem
Endabschnitt des Brennstoffzellenstapels befindet, und kann der
Brennstoffzellenstapel dadurch gebildet sein, dass die Zellen so aufgestapelt
sind, dass sich die Zelle mit geringem Druckverlust in der Nachbarschaft
des anderen Endabschnitts des Brennstoffzellenstapels befindet.
Auf diese Weise kann in der Nachbarschaft des Endabschnitts des
Stapels adäquat
Gas zugeführt
werden. Außerdem
lässt sich
die Leistung beim Ableiten des Wassers verbessern, das sich in der
Nachbarschaft des Endabschnitts sammeln kann. Dadurch kann die Stromerzeugungsleistung
des Brennstoffzellenstapels verbessert werden.
-
In der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, in
der die Zelle mit geringem Druckverlust verwendet wird, kann der
Brennstoffzellenstapel auch dadurch gebildet sein, dass die Zellen
so aufgestapelt sind, dass sich die Zelle mit geringem Druckverlust
in einem Abschnitt befindet, in dem es leicht zu einem Gasversorgungsmangel
kommt. Auf diese Weise lässt
sich die Leistung verbessern, mit der der Zelle in dem Abschnitt,
in dem es in dem Brennstoffzellenstapel leicht zu dem Gasversorgungsmangel
kommt, Gas zugeführt
wird. Daher lässt
sich die Stromerzeugungsleistung des gesamten Brennstoffzellenstapels verbessern.
-
In der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle, in
der die Zelle mit geringem Druckverlust verwendet wird, kann die
Zelle mit geringem Druckverlust zudem so ausgebildet sein, dass
der Raum, durch den das Gas in einem Gasdurchlass hindurchgeht,
im Vergleich zur normalen Zelle groß ist. Wahlweise kann die Zelle
mit geringem Druckverlust auch derart ausgebildet sein, dass der
Gasdurchlass im Vergleich zur normalen Zelle kurz ist.
-
In der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle kann
der Brennstoffzellenstapel dadurch gebildet sein, dass als eine
der Zellen verschiedener Bauarten eine wasserfeste Zelle verwendet
wird, deren Betriebsverhalten bei Überflutung im Vergleich zu
dem Betriebsverhalten einer normalen Zelle bei Überflutung gut ist. In diesem
Fall kann der Brennstoffzellenstapel dadurch gebildet sein, dass
die Zellen so aufgestapelt sind, dass sich die wasserfeste Zelle
in einem Abschnitt befindet, in dem es leicht zu einer Überflutung
kommt. Auf diese Weise lässt
sich in dem Abschnitt, in dem es in dem Brennstoffzellenstapel leicht
zu der Überflutung
kommt, die Stromerzeugungsleistung verbessern. Daher lässt sich
die Stromerzeugungsleistung des gesamten Brennstoffzellenstapels
verbessern. Dabei stellt die wasserfeste Zelle eine Zelle mit hoher
Entwässerungsleistung dar,
deren Entwässerungsleistung
im Vergleich zu einer normalen Zelle hoch ist.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht
eine Brennstoffzelle mit mehreren ersten Zellen und mindestens einer
zweiten Zelle vor, die eine gegenüber den ersten Zellen unterschiedliche
Charakteristik hat.
-
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
verdeutlicht, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen
wird, in denen für
gleiche Elemente gleiche Bezugszahlen verwendet werden. Es zeigen:
-
1 im
Aufriss eine Brennstoffzelle 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
2 schematisch
im Schnitt die Zellen 20, 20b von 1;
-
3A und 3B jeweils einen auseinander
gezogenen Aufriss der Zellen 20, 20b von 1;
-
4 eine
grafische Darstellung mit einem Beispiel des Zusammenhangs zwischen
der Position einer Zelle und der der Zelle zugeführten Gasmenge, wenn einer
Brennstoffzelle gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung und einer Brennstoffzelle gemäß einem Vergleichsbeispiel
Brennstoffgas und Oxidationsgas zugeführt werden; und
-
5 im
Aufriss eine Brennstoffzelle mit zwei Brennstoffzellenstapeln gemäß einem
abgewandelten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
Im Folgenden wird unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. 1 zeigt
einen Aufriss einer Brennstoffzelle 10 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 2 zeigt
schematisch die Zellen 20, 20b. 3A und 3B zeigen
jeweils einen auseinander gezogen Aufriss des Aufbaus der Zellen 20, 20b.
Wie in 1 gezeigt ist,
ist in der Brennstoffzelle 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung
ein Brennstoffzellenstapel 12 ausgebildet, in dem mehrere
Zellen 20 und in der Nachbarschaft eines rechten Endabschnitts
in 1 einzelne Zellen 20b aufgestapelt
sind. Die Zelle 20 stellt eine Grundeinheit dar und arbeitet
beispielsweise als eine Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle.
Die Zelle 20b ist so gestaltet, dass der Gasdruckverlust
in ihr kleiner als in der Zelle 20 ist. An den beiden Enden
des Brennstoffzellenstapels 12 befinden sich eine Stromsammelplatte
und eine Isolierplatte (nicht gezeigt). Darüber hinaus befinden sich an
diesen beiden Enden Endplatten 15, 16. Wie die
den Gasstrom in 1 zeigenden
Pfeile angeben, strömen
in der Brennstoffzelle 10 gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel
durch jede Zelle 20, 20b wasserstoffhaltiges Brennstoffgas
und sauerstoffhaltiges Oxidationsgas, um so allen Zellen 20,
20b zugeführt zu werden,
und wird von jeder Zelle 20, 20b ein Abgas abgegeben.
Die Zelle 20b, in der der Druckverlust gering ist, befindet
sich dementsprechend in der Nachbarschaft des Endabschnitts, der
von der Gaseinspeiseöffnung
entfernt ist.
-
Wie in 2 gezeigt
ist, enthält
jede Zelle 20, 20b eine Elektrolytmembran 31,
eine Anode 32, eine Kathode 33 und Separatoren 30.
Die Elektrolytmembran 31 wird gebildet, indem eine Protonen
leitende Ionenaustauschmembran (z.B. eine NAFION-Membran, hergestellt
von DuPont Ltd.) mit Katalysatorelektroden 32a, 33a beschichtet
wird. Die Ionenaustauschmembran ist aus einem Festpolymermaterial
(z.B. Fluorkohlenstoffharz) gebildet. Die Katalysatorelektroden 32a, 33a bestehen
jeweils aus Platin oder einer Platinlegierung und anderen Metallen.
Die Anode 32 und die Kathode 33 bestehen aus Kohlenstofftuch,
das unter Verwendung eines aus Kohlenstofffasern bestehenden Fadens
gewoben wurde. Die Anode 32 und die Kathode 33 bedecken die
beiden Seiten der Elektrolytmembran 31 und dienen als Gasdiffusionselektroden.
Die Separatoren 30 sind jeweils aus einem leitenden Bauteil
gebildet, das für
Gas undurchlässig
ist (z.B. aus Kohlenstoff, der durch Verpressen gasundurchlässig gemacht
wurde). Die Separatoren 30 dienen als Trennwände zwischen
den Zellen 20, 20b und bilden außerdem einen Brennstoffgasdurchlass 49,
um der Anode 32 und der Kathode 33 wasserstoffhaltiges
Brennstoffgas zuzuführen,
und einen Oxidationsgasdurchlass 44, um der Anode 32 und
der Kathode 33 sauerstoffhaltiges Oxidationsgas zuzuführen. Die
Anode 32 und die Kathode 33 werden mit der Elektrolytmembran 31 jeweils
durch Warmverpressen vereint. Die Elektrolytmembran 31,
die Anode 32 und die Kathode 33 bilden demnach
einen (nachstehend als MEA bezeichneten) Membranelektrodenaufbau 34.
-
Wie in 3A und 3B gezeigt ist, befinden sich
in jedem Separator 30, 30b entlang einer seiner beiden
Seiten zwei Öffnungsabschnitte,
die eine Oxidationsgaseinspeiseöffnung 41 und
eine Oxidationsgasabführöffnung 42 bilden.
Entlang der zu der oben genannten Seite entgegensetzten Seite befinden sich
zwei Öffnungsabschnitte,
die eine Brennstoffgaseinspeiseöffnung 46 und
eine Brennstoffgasabführöffnung 47 bilden.
Auf einer der beiden Oberflächen jedes
Separators 30 befindet sich eine konkave Nut 43,
die von der Oxidationsgaseinspeiseöffnung 41 aus auf
einem gekrümmten
Weg zur Oxidationsgasabführöffnung 42 läuft. Auf
der anderen Oberfläche jedes
Separators 30 befindet sich eine konkave Nut 48,
die von der Brennstoffgaseinspeiseöffnung 46 aus auf
einem gekrümmten
Weg zur Brennstoffgasabführöffnung 47 läuft. Während die
konkave Nut 43 den Oxidationsgasdurchlass 44 bildet,
wenn der Separator 30 eng an der Kathode 33 des
MEA 34 anliegt, bildet die konkave Nut 48 den
Brennstoffgasdurchlass 49, wenn der Separator 30 eng
an der Anode 32 des MEA 34 anliegt. Mehrere rechteckige
Rippen 35, 36 sind so ausgebildet, dass sie jeweils über die
gesamte konkave Nut 43, 48 verteilt sind, die
den Oxidationsgasdurchlass 44 bzw. Brennstoffgasdurchlass 49 bildet.
Der obere Abschnitt jeder Rippe 35, 36 kann auf
die Anode 32 bzw. Kathode 33 einen Oberflächendruck
aufbringen. Wie in 2 gezeigt ist,
befindet sich zwischen den beiden Separatoren 30 ein Dichtungsbauteil 39.
Das Dichtungsbauteil 39 berührt beide Seiten der Elektrolytmembran 31,
damit verhindert wird, dass das Brennstoffgas und das Oxidationsgas
austreten und dass sich diese Gase zwischen den beiden Separatoren 30 mischen.
-
Im Fall des Separators 30b der
Zelle 20b, in der der Druckverlust gering ist, sind die
Rippen 35, 36 in der konkaven Nut 43 und
in der konkaven Nut 48 etwas kleiner als in den Separatoren 30 der
normalen Zelle 20 ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Querschnittsfläche jeder
Rippe 35, 36 kleiner, so dass der Abstand zwischen
den Rippen 35, 36 größer ist. Da die Rippen 35, 36 in
der Zelle 20b auf diese Weise ausgebildet sind, sind die
wirklich vorhandenen Räume
der Gaswege, durch die die Gase tatsächlich hindurchgehen, in dem
Oxidationsgasdurchlass 44 und dem Brennstoffgasdurchlass 49 größer, weshalb
der Druckverlust geringer als in der Zelle 20 ist.
-
In dem in 1 am linken Endabschnitt gelegenen Separator 30a ist
die konkave Nut nur auf der einen Oberfläche des Separators 30 ausgebildet, die
die normale Zelle 20 bildet. In dem in 1 am rechten Endabschnitt gelegenen Separator 30c ist die
konkave Nut nur auf der einen Oberfläche des Separators 30b ausgebildet,
die die Zelle 20b bildet, in der der Druckverlust gering
ist. Demnach bilden der Separator 30a in dem linken Endabschnitt
und der Separator 30 die normale Zelle 20, während der Separator 30c in
dem rechten Endabschnitt und der Separator 30 die Zelle 20b bilden,
in der der Druckverlust gering ist.
-
Als nächstes wird beschrieben, wie
die auf diese Weise aufgebaute Brennstoffzelle 10 gemäß dem obigen
Ausführungsbeispiel
der Erfindung Strom erzeugt. So wird insbesondere die Zufuhr des Brennstoffgases
und des Oxidationsgases zu jeder Zelle 20, 20b beschrieben.
-
4 zeigt
in einer grafischen Darstellung ein Beispiel des Zusammenhangs zwischen
der Position einer Zelle und der der Zelle zugeführten Gasmenge, wenn der Brennstoffzelle 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung und einer Brennstoffzelle gemäß einem Vergleichsbeispiel Brennstoffgas
und Oxidationsgas zugeführt
werden. Die Brennstoffzelle gemäß dem Vergleichsbeispiel
wird gebildet, indem lediglich normale Zellen 20, also
keine Zellen 20b, in denen der Druckverlust gering ist, aufgestapelt
werden. Wie in 4 gezeigt
ist, ist in der Brennstoffzelle 10 gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel
der Erfindung die Gasmenge, die jeweils den in der Nachbarschaft
des Endabschnitts gelegenen Zellen 20b zugeführt wird,
die von der Brennstoffgaseinspeiseöffnung 46 und der
Oxidationsgaseinspeiseöffnung 41 entfernt
sind, im Vergleich zu der durch Aufstapeln lediglich der normalen Zellen 20 gebildeten
Brennstoffzelle gemäß dem Vergleichsbeispiel
groß.
Aufgrund des Einflusses der Außenluft
und dergleichen ist die Betriebstemperatur in dem Endabschnitt des
Brennstoffzellenstapels im Allgemeinen niedriger. Wenn daher die
Einspeisemenge des Brennstoffgases und des Oxidationsgases gering
ist, kann das aufgrund der Stromerzeugung anfallende Wasser nicht
wirksam abgeführt werden
und dürfte
sich leicht Wasser ansammeln. Sammelt sich das Wasser an, wird durch
das angesammelte Wasser der Gasweg blockiert, was zu einer mangelnden
Versorgung mit dem Brennstoffgas und dem Oxidationsgas führt und
die Spannung senkt. In der Brennstoffzelle 10 gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann jedoch auch den Zellen 20b, die sich
in der Nachbarschaft des Endabschnitts des Brennstoffzellenstapels 12 befinden,
der von der Brennstoffgaseinspeiseöffnung 46 und der
Oxidationsgaseinspeiseöffnung 41 entfernt
ist, ausreichend Gas zugeführt
werden. Demnach kommt es kaum zu einem Spannungsabfall aufgrund
eines Gasversorgungsmangels.
-
Bei der Brennstoffzelle 10 in
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
der Erfindung befinden sich in der Nachbarschaft des Endabschnitts,
der von der Brennstoffgaseinspeise öffnung 46 und der
Oxidationsgaseinspeiseöffnung 41 entfernt
ist, die Zellen 20b, in denen der Druckverlust im Vergleich
zu den normalen Zellen 20 gering ist. Daher können die Gase
so zugeführt
werden, dass die Gasmenge, die jeder Zelle 20b in der Nachbarschaft
des Endabschnitts zugeführt
wird, größer oder
gleich der Gasmenge ist, die jeder anderen Zelle 20 zugeführt wird.
Dadurch lassen sich ein Leistungsabfall bei der Entwässerung,
zu dem es in der Nachbarschaft des Endabschnitts kommen kann, eine
Blockade des Gaswegs aufgrund abnehmender Entwässerungsleistung oder dergleichen
verhindern. Außerdem
wird bei der Brennstoffzelle 10 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Gegensatz zu der als herkömmliches Beispiel beschriebenen
Brennstoffzelle nicht die Überbrückungsplatte
verwendet, die sich im Endabschnitt des Brennstoffzellenstapels
befindet, um das Brennstoffgas und das Oxidationsgas direkt von
dem Einspeisedurchlass zum Abführdurchlass
strömen
zu lassen. Demnach kann der Brennstoffzellenstapel 12 kleiner
als der Brennstoffzellenstapel ausgeführt werden, in dem die Überbrückungsplatte
zum Einsatz kommt.
-
In der Brennstoffzelle 10 gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird der Brennstoffzellenstapel 12 ausgebildet,
indem die Zellen 20b, in denen der Druckverlust im Vergleich
zu der normalen Zelle 20 gering ist, in der Nachbarschaft
des Endabschnitts aufgestapelt werden, der von der Brennstoffgaseinspeiseöffnung 46 und
der Oxidationsgaseinspeiseöffnung 41 entfernt
ist. Allerdings kann der Brennstoffzellenstapel auch ausgebildet
werden, indem mindestens eine Zelle 20b, in der der Druckverlust
gering ist, in der Nachbarschaft des Endabschnitts angeordnet wird,
in dem die Brennstoffgaseinspeiseöffnung 46 und die
Oxidationsgaseinspeise öffnung 41 ausgebildet
sind. Auf diese Weise kann der Nachbarschaft der Brennstoffgaseinspeiseöffnung 46 und
der Oxidationsgaseinspeiseöffnung 41 auch
dann eine ausreichende Gasmenge zugeführt werden, wenn in diesem
Abschnitt die Betriebstemperatur aufgrund des Einflusses der Außenluft
etwas abfällt.
Es lässt
sich also der Einfluss eines Temperaturabfalls unterdrücken. So
kann zum Beispiel wie in der 5 gezeigten
Brennstoffzelle 110, die als ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel
der Erfindung zwei Brennstoffzellenstapel enthält, der eine Stapel ausgebildet
werden, indem mindestens eine Zelle 20b, in der der Druckverlust
gering ist, in der Nachbarschaft des Endabschnitts aufgestapelt
wird, der von der Brennstoffgaseinspeiseöffnung 46 und der
Oxidationsgaseinspeiseöffnung 41 entfernt
ist, und kann der andere Stapel ausgebildet werden, indem mindestens
eine Zelle 20b, in der der Druckverlust gering ist, in
der Nachbarschaft des Endabschnitts aufgestapelt wird, in dem die
Brennstoffgaseinspeiseöffnung 46 und
die Oxidationsgaseinspeiseöffnung 41 ausgebildet
sind. Die Brennstoffzelle kann eine beliebige Anzahl an Brennstoffzellenstapeln
enthalten.
-
In der Brennstoffzelle 10 gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird der Brennstoffzellenstapel 12 ausgebildet,
indem die Zellen 20b, in denen der Druckverlust im Vergleich
zu den normalen Zellen 20 gering ist, in der Nachbarschaft
des Endabschnitts aufgestapelt werden, der von der Brennstoffgaseinspeiseöffnung 46 und
der Oxidationsgaseinspeiseöffnung 41 entfernt
ist. Allerdings ist der Abschnitt, in dem Zellen 20b aufgestapelt
werden, nicht auf die Nachbarschaft dieses Endabschnitts beschränkt. So
kann mindestens eine Zelle 20b, in der der Druckverlust
gering ist, in einem Abschnitt aufgestapelt werden, in dem es leicht
zu einer mangelnden Versorgung mit dem Brennstoffgas und dem Oxidationsgas
kommt. Auf diese Weise lässt
sich die Leistung verbessern, mit der der Zelle in dem Abschnitt,
in dem es leicht zu dem Gasversorgungsmangel kommt, die Gase zugeführt werden. Demnach
lässt sich
die Stromerzeugungsleistung des gesamten Brennstoffzellenstapels
verbessern. Der Abschnitt, in dem es in dem Brennstoffzellenstapel
leicht zu dem Gasversorgungsmangel kommt, hängt von der jeweiligen Formgebung
der Oxidationsgaseinspeiseöffnung 41,
der Oxidationsgasabführöffnung 42,
der Brennstoffgaseinspeiseöffnung 46,
der Brennstoffgasabführöffnung 47 und
dergleichen und von der Art und Weise ab, wie das Brennstoffgas
und das Oxidationsgas der Endplatte 15 zugeführt werden.
Allerdings lässt
sich der Abschnitt, in dem es zu dem Gasversorgungsmangel kommt,
in jedem Brennstoffzellenstapel durch Versuche oder dergleichen
bestimmen.
-
In der Brennstoffzelle 10 gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung enthält
die Zelle 20b, in der der Druckverlust gering ist, den
Separator 30b, in dem die Rippen 35, 36 in
der konkaven Nut 43 und in der konkaven Nut 48 etwas
kleiner als in dem Separator 30 der Zelle 20 ausgeführt sind. Allerdings
kann die Zelle 20b auch einen anderen Aufbau haben, solange
der Druckverlust in der Zelle 20b geringer als in der Zelle 20 ist.
So können
die Zellen 20b beispielsweise einen Separator enthalten, in
dem die Form der Rippen 35, 36 die gleiche wie
im Separator 30 ist, aber die konkave Nut 43 und/oder die
konkave Nut 48 eine größere Tiefe
als in dem Separator 30 der normalen Zelle 20 hat/haben.
Wahlweise kann die Zelle 20b auch einen Separator haben,
in dem die konkave Nut 43 von der Oxidationsgaseinspeiseöffnung 41 zu
der Oxidationsgasabführöffnung 42 und/oder
die konkave Nut 48 von der Brennstoffgaseinspeiseöffnung 46 zur
Brennstoffgasabführöffnung 47 kürzer als
in dem Separator 30 der Zelle 20 ist/sind.
-
In der Brennstoffzelle 10 gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird der Brennstoffzellenstapel 12 gebildet,
indem die normalen Zellen 20 und die Zellen 20b aufgestapelt
werden, in denen der Druckverlust im Vergleich zu den Zellen 20 gering
ist. Allerdings kann der Brennstoffzellenstapel auch ausgebildet
werden, indem mindestens eine Zelle mit höherer Entwässerungsleistung als die Zelle 20 in
dem Endabschnitt des Stapels oder in einem Abschnitt aufgestapelt
wird, in dem sich leicht Wasser sammelt.
-
Auf diese Weise lässt sich der Einfluss einer Überflutung
unterdrücken,
die in einem Teil des Brennstoffzellenstapels auftreten kann. Es
lässt sich also
die Leistung des gesamten Brennstoffzellenstapels verbessern. Ein
Beispiel für
eine Zelle mit hoher Entwässerungsleistung
ist eine Zelle, in der die Oberflächen der konkaven Nut 43 und
der konkaven Nut 48 des Separators einer wasserabweisenden
Behandlung oder hydrophilen Behandlung unterzogen wurden. Der Abschnitt,
in dem sich in dem Brennstoffzellenstapel leicht Wasser sammelt,
kann in jedem Brennstoffzellenstapel zuvor durch Versuche oder dergleichen
bestimmt werden. Es werden also Zellen verschiedener Bauarten mit
unterschiedlichen Charakteristiken angefertigt, wobei der Brennstoffzellenstapel
so aufgebaut ist, dass die die unterschiedlichen Charakteristiken
aufweisenden Zellen geeignet an verschiedenen Abschnitten des Stapels verwendet
werden, wodurch die Leistung des gesamten Brennstoffzellenstapels
verbessert werden kann.
-
Im Fall der Brennstoffzelle 10 gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung kommt der Brennstoffzellenstapel gemäß der Erfindung,
der durch das Aufstapeln der die unterschiedlichen Charakteristiken
aufweisenden Zellen gebildet wird, bei einer Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle zur
Anwendung. Allerdings ist die Erfindung nicht auf die Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle
beschränkt,
sondern kann auch bei anderen Bauarten von Brennstoffzellen Anwendung
finden.