DE112004002313B4

DE112004002313B4 - Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112004002313B4
Application number: DE112004002313T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Ogino; Satoshi Aoyama; Satoshi Shiokawa; Takashi Shimazu; Hiroshi Aoki; Hiroyuki Mitsui
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: CA2547141A1; JP4956000B2; DE112004002313T5; US20060257704A1; JPWO2005053072A1; CA2547141C; WO2005053072A1

Abstract

Brennstoffzelle (1) mit einem Laminat aus: einem Anodenkanal (2), der mit Wasserstoff (H) oder einem wasserstoffenthaltenden Gas (GH) versorgt wird; einem Kathodenkanal (3), der mit Sauerstoff (O) oder einem sauerstoffenthaltenden Gas (GO) versorgt wird; und einem Elektrolyt (4), der zwischen dem Kathodenkanal (3) und dem Anodenkanal (2) angeordnet ist, wobei der Elektrolyt (4) gefertigt ist durch Laminieren von: einer wasserstofftrennenden Metallschicht (41), die von dem zu dem Anodenkanal (2) zugeführten Wasserstoff (H) oder von dem Wasserstoff (H) in einem zu dem Anodenkanal (2) zugeführten wasserstoffenthaltenden Gas (GH) permeiert wird; und einer Protonenleiterschicht (42), die aus Keramik gefertigt ist, um den Wasserstoff (H), der die wasserstofftrennende Metallschicht (41) permeiert hat, in einen Protonenzustand zu bringen und die Protonen den Kathodenkanal (3) erreichen zu lassen; die Brennstoffzelle (1) einen Kühlmittelkanal (5) zum Kühlen der Brennstoffzelle (1) hat, und wobei an einer Einlassseite für das Kühlmittel (C) in...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffzelle zum Erzeugen elektrischer Energie unter Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Brennstoffzelle, die einen Kühlkanal zum Kühlen der Batterie aufweist.
Stand der Technik
Ein Brennstoffzellensystem zum Erzeugen elektrischer Energie unter Verwendung eines. Kohlenwasserstoffkraftstoffs hat einen Reformer zum Erzeugen eines wasserstoffenthaltenden Gases aus einem Kohlenwasserstoffkraftstoff, eine Wasserstofftrennmembranvorrichtung zum Entnehmen von Wasserstoff mit einer hohen Reinheit von dem wasserstoffenthaltenden Gas, und eine Brennstoffzelle zum Erzeugen elektrischer Energie, indem Wasserstoff in einen Wasserstoffprotonenzustand gebracht wird und indem dieser mit Sauerstoff reagieren gelassen wird. Der Reformer führt eine Dampfreformierreaktion mit einem Kohlenwasserstoffkraftstoff und Wasser sowie eine partielle Oxidationsreaktion mit einem Kohlenwasserstoffkraftstoff und Sauerstoff aus, wodurch das wasserstoffenthaltende Gas erzeugt wird. Außerdem weist die Wasserstofftrennmembranvorrichtung eine Wasserstofftrennmembran auf, die aus Palladium oder Vanadium besteht, und diese Wasserstofftrennmembran hat die Eigenschaft, dass lediglich Wasserstoff durchgelassen wird, also permeiert. Zusätzlich hat die Brennstoffzelle einen Anodenkanal, zu dem Wasserstoff durch die Wasserstofftrennmembran durchgelassen wurde, einen Kathodenkanal, der mit einem sauerstoffenthaltenden Gas, etwa Sauerstoff oder Luft, vorsorgt wird, und einen Protonenleiter (Elektrolyt), der zwischen diesen Kanälen angeordnet ist.
Außerdem wird, während der zu dem Anodenkanal zugeführte Wasserstoff in einen Wasserstoffprotonenzustand gebracht ist, in dem Brennstoffzellensystem elektrische Energie erzeugt, indem der Protonenleiter durchdrungen bzw. permeiert wird, und dieses Wasserstoffproton und der Sauerstoff reagieren miteinander und in dem Kathodenkanal wird Wasser erzeugt. Ein solches Brennstoffzellensystem ist beispielsweise in den Druckschriften 1 und 2 offenbart.
Außerdem beinhalten Brennstoffbatteriebauarten eine Brennstoffzelle der Festpolymermembranbauart, die eine Festpolymermembran als den Protonenleiter verwendet, oder eine Brennstoffzelle der Phosphorsäurebauweise, die eine Immersion von Phosphorsäure in Siliciumcarbid als den Protonenleiter verwendet. In dem Reformer wird bei einer hohen Temperatur, die beispielsweise gleich oder höher als 400°C ist, eine Reaktion ausgeführt, um die Ausfällung von Kohlenstoff zu beschränken. Andererseits liegt eine Betriebstemperatur einer jeden Brennstoffbatterie bei der Brennstoffzelle der Festpolymermembranbauweise innerhalb des Bereichs von 20°C bis 120°C und liegt bei einer Brennstoffzelle der Phosphorsäurebauart innerhalb des Bereichs von 120°C bis 210°C, da sie verwendet werden müssen, während der Protonenleiter mit Wasser getränkt ist.
Das heißt, die Temperatur des durch den Reformer erzeugten wasserstoffenthaltenden Gases und die Temperatur des Wasserstoffs, der durch die Wasserstofftrennmembran permeiert ist, sind beträchtlich höher als die Temperatur des zu der Brennstoffzelle zugeführten Wasserstoffs. Daher bestand in dem beschriebenen herkömmlichen Brennstoffzellensystem eine Nachfrage nach einer beträchtlichen Senkung der Temperatur, und zwar nicht später als Wasserstoff zu der Brennstoffzelle zugeführt wurde.
Insbesondere wird in der Druckschrift 1 ein Wärmeaustausch zwischen dem in dem Reformer erzeugten wasserstoffenthaltenden Gas und einem Kathodenabgas mittels eines Wärmetauschers durchgeführt, wodurch von dem wasserstoffenthaltenden Gas zu dem Kathodenabgas eine Wärmemenge bereitgestellt wird und die Temperatur des wasserstoffenthaltenden Gases gesenkt wird. Außerdem wird die Temperatur des durch die Wasserstofftrennmembran permeierten Wasserstoffs mittels eines weiteren Wärmetauschers weiter gesenkt und dann wird der daraus resultierende Wasserstoff der Brennstoffzelle zugeführt.
Zusätzlich wird gemäß der Druckschrift 2 der Wasserstoff, der durch die Wasserstofftrennmembran permeiert ist, durch einen Kondensator geführt, wodurch die Temperatur von diesem Wasserstoff gesenkt wird, und dann wird der sich daraus ergebende Wasserstoff der Brennstoffzelle zugeführt.
Wie vorstehend beschrieben ist, musste bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Brennstoffzellensystem eine Vorrichtung bzw. Vorrichtungen, etwa die Wärmetauscher oder der Kondensator verwendet werden. Als ein Ergebnis bestand bei dem herkömmlichen Brennstoffzellensystem ein Problem darin, dass ein Energieverlust auftritt und ein Aufbau des vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystems kompliziert wird.
Zusätzlich wird in einem Brennstoffzellensystem infolge dessen Batteriereaktion Wärme erzeugt. Wie jedoch vorstehend beschrieben ist, wird ein Bereich einer Betriebstemperatur der Brennstoffzelle in Abhängigkeit von einer Bauweise oder der Art ihres Protonenleiters bestimmt. Daher wird zu der Brennstoffzelle ein Kühlmittel zum Kühlen der Brennstoffzelle zugeführt, um eine Temperatur der Brennstoffzelle in einem vorbestimmten Bereich beizubehalten und für diesen Zweck ist ein Kühlkanal vorgesehen.
Wenn jedoch eine Temperatursteuerung ausgeführt wird, während zu dem Kühlkanal das Kühlmittel zugeführt wird, tritt zwischen einem Einlass und einem Auslass des Kühlmittels ein Temperaturunterschied auf und es ist wahrscheinlich, dass in der Temperaturverteilung der Brennstoffzelle eine Abweichung auftritt. Insbesondere dann, wenn das Kühlmittel in den Kühlkanal eingebracht wird, ist an der Einlassseite des Kühlmittels ein Temperaturunterschied zwischen dem Kühlmittel und dessen Randbereich groß und daher ist es wahrscheinlich, dass ein übermäßiges Kühlen auftritt. An der Aulassseite ist ein Temperaturunterschied zwischen dem Kühlmittel und dessen Randbereich klein und daher ist es wahrscheinlich, dass das Kühlen nicht ausreichend ist. Als ein Ergebnis ist es wahrscheinlich, dass an der Einlassseite und der Auslassseite des Kühlmittels eine Abweichung in der Temperaturverteilung der Brennstoffzelle auftritt.
Daher wurden, wie beispielsweise in den nachstehend beschriebenen Druckschriften 3 bis 7 offenbart ist, Vorschritte in einer Entwicklung gemacht, um die Abweichung der Temperaturverteilung der Brennstoffzelle zu beseitigen.
In der Druckschrift 3 ist eine Brennstoffzellenkühlplatte offenbart, in der ein konisches Fluorkunstharzrohr in einen Kühlgaskanal eingesetzt ist, der in einem Batteriestapel zwischengelegt ist. Das konische Rohr ist so eingesetzt, dass es dadurch möglich ist, einen Temperaturunterschied zwischen einem Einlass und einem Auslass eines Kühlgases zu reduzieren.
Außerdem ist in der Druckschrift 4 eine Brennstoffzelle der Laminierschichtbauweise offenbart, bei der an dem Kühlkanal in der Zelle ein Verbrennungskatalysator montiert ist, der zum Zeitpunkt des Startens als ein Oxidationserwärmungskatalysator dient und der zum Zeitpunkt des Betriebs als ein Kühlgasströmungsratenbeschränker dient. Durch Verwendung eines solchen Katalysators kann die Abweichung der Temperaturverteilung in der Laminierrichtung der Brennstoffzelle reduziert werden.
Ferner ist in der Druckschrift 5 ein Brennstoffzellensystem offenbart, in dem zwischen einem Kathodengaskanal und einer Trenneinrichtung ein Kühlgaskanal gegenüberliegend einem Kathodenstrom ausgebildet ist.
Außerdem ist in der Druckschrift 6 eine Brennstoffzellensteuervorrichtung offenbart, mit: einem ersten Verteiler, der durch Integrieren einer Einlassseite eines Kühlgaskanals mit einer Auslassseite eines Oxidationsmittelgaskanals aufgenommen ist; und einem zweiten Verteiler, der durch Integrieren einer Auslassseite eines Kühlgaskanals und einer Einlassseite eines Oxidationsmittelgaskanals aufgenommen ist, wobei eine Strömungsrate des Oxidationsmittelgases und des Kühlgases in Übereinstimmung mit einem festgelegten Temperaturzustand individuell gesteuert werden kann.
Ferner ist in der Druckschrift 7 eine Brennstoffzellenkühlplatte offenbart, in der kleine Vorsprünge, die zu einer Kühlgasverteilungsrichtung senkrecht oder schräg sind, bei vorbestimmten Abständen an einer Innenwand eines Kühlkanals angeordnet sind.
Jedoch hatten die in den Druckschriften 3 bis 7 offenbarten Kühleinrichtungen jeweils die nachstehenden Probleme.
Das heißt, gemäß der Druckschrift 3 muss ein konisches Rohr in einen Kühlgaskanal eingesetzt werden. Jedoch ist im Allgemeinen eine Brennstoffzelle aus mehreren hundert Laminaten einer Trenneinrichtung gefertigt und eine Vielzahl, beispielsweise mehrere Hunderte, von Kanälen sind pro Trenneinrichtung ausgebildet. Somit ist es tatsächlich sehr schwierig, das in der Druckschrift 3 beschriebene konische Rohr in jeden Kanal einzusetzen. Außerdem hindert ein Rohr, das in einen Kühlgaseinlassdurchlass eingesetzt wurde, den Strom eines Kühlmittels und somit nimmt ein Druckverlust zu und ein Verlust einer Zuführantriebskraft eines Fluids, etwa eines Kühlgases, nimmt zu. Als ein Ergebnis tritt ein Problem darin auf, dass die Energieeffizienz eines Brennstoffzellensystems gesenkt wird.
Außerdem muss bei der Brennstoffzelle der Druckschrift 4 jeder Kühlmittelkanal mit einem Katalysator bestückt werden. Daher bestand ein Problem darin, dass der Herstellungsprozess kompliziert wurde.
Außerdem gab es bei der Brennstoffzelle, die einen solchen Katalysator verwendet, ein Problem darin, dass die Abweichung der Temperaturverteilungen in der Brennstoffzelle nicht zufriedenstellend reduziert werden kann.
Außerdem gab es bei dem Brennstoffzellensystem der Druckschrift 5 ebenso ein Problem darin, dass die Abweichung der Temperaturverteilungen in der Brennstoffzelle nicht zufriedenstellend reduziert werden kann. Das heißt, in einem solchen Brennstoffzellensystem lag eine Gefahr darin, dass eine Temperatur an einem Ende eines Kühlgaskanals zunimmt und eine Temperatur an einer Mitte des Kanals abnimmt.
Außerdem kann ebenso in den Kühleinrichtungen, die in der Druckschrift 6 und der Druckschrift 7 beschrieben sind, die Abweichung der Temperaturverteilung in der Brennstoffzelle nicht zufriedenstellend reduziert werden.
Insbesondere dann, wenn die Kühlplatte verwendet wird, an der kleine Vorsprünge vorgesehen wurden, wie dies in der Druckschrift 7 beschrieben ist, ist die Höhe eines Kanals in einer Brennstoffzelle sehr gering, im Allgemeinen mehrere hundert Mikrometer, und somit tritt ein Störungseffekt infolge solcher kleiner Vorsprünge kaum auf. Somit kann ein Wärmeübertragungsförderungseffekt kaum erzielt werden und die Abweichung der Temperaturverteilungen wurde nicht zufriedenstellend erfolgreich beseitigt.
Druckschrift 1: JP 2003-151599 A
Druckschrift 2: JP 2001-223017 A
Druckschrift 3: JP 64-077874 B2
Druckschrift 4: JP 63-188865 U
Druckschrift 5: JP 11-283638 A
Druckschrift 6: JP 63-276878 A
Druckschrift 7: JP 02-129858 A
Ferner offenbaren die JP 04 345762 A und JP 2003 257450 A jeweils Brennstoffzellen gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 3 und 4. Weitere Brennstoffzellen sind aus der DE 100 07 763 A1 , JP 05 151980 A , JP 07 105960 A und EP 0 039 236 B1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Die vorliegende Erfindung wurde in Hinsicht auf die herkömmlichen Probleme entwickelt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffzelle bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Aufbau des Brennstoffzellensystems zu vereinfachen, die in der Lage ist, die Energieeffizienz des Systems zu verbessern und in der Lage ist, eine Abweichung von Temperaturverteilungen zu reduzieren.
Mittel zum Lösen des Problems
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit einer Brennstoffzelle mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
In der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung umfast der Elektrolyt die Protonenleiterschicht, die aus Keramik, beispielsweise etwa einer perovskitbasierten Keramik gefertigt ist, und eine solche Protonenleiterschicht braucht bei der Protonenleitung kein Wasser. Somit kann die Brennstoffzelle bei einer hohen Temperatur, beispielsweise in einem Bereich von 300°C bis 600°C betrieben werden.
Außerdem wird bei der vorliegenden Erfindung der Elektrolyt gefertigt, indem die wasserstofftrennende Metallschicht und die Protonenleitschicht laminiert werden. Somit besteht anders als in dem herkömmlichen Fall kein Bedarf dafür, ein wasserstofftrennendes Metall und eine Brennstoffzelle separat vorzusehen und ihr Aufbau kann vereinfacht werden und der Wasserstoff oder das wasserstoffenthaltende Gas, das beispielsweise von einem Reformer zugeführt wird, kann direkt zu der Brennstoffzelle zugeführt werden.
Außerdem kann bei der Brennstoffzelle der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben ist, die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle bei einer hohen Temperatur festgelegt werden. Somit können eine Temperatur des Wasserstoffs oder des von dem Reformer zugeführten wasserstoffenthaltenden Gases und eine Betriebstemperatur der Brennstoffzelle auf im Wesentlichen gleiche Werte eingestellt werden. Somit besteht bei der vorliegenden Erfindung zwischen dem Reformer und der Brennstoffzelle kein Bedarf, einen Wärmetauscher oder einen Kondensator bereitzustellen, der aufgrund eines Temperaturunterschieds dazwischen erforderlich wäre. Somit kann ein durch Verwendung dieser Elemente verursachter Energieverlust beseitigt werden und die Energieeffizienz kann verbessert werden. Daher kann dann, wenn ein Brennstoffzellensystem durch Kombinieren der Brennstoffzelle mit einer anderen Vorrichtung, etwa dem Reformer, aufgebaut ist, deren Aufbau vereinfacht werden und die Energieeffizienz kann verbessert werden.
Außerdem hat die Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung einen geringwärmeleitenden Abschnitt mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit an einer Einlassseite eines Kühlmittels in dem Kühlmittelkanal.
Der geringwärmeleitende Abschnitt ist an der Einlassseite des Kühlmittelkanals ausgebildet und die Wärmeleitfähigkeit ist niedriger als die an der stromabwärtigen Seite des Kühlmittelkanals. Somit kann dann, wenn das Kühlmittel zu dem Kühlmittelkanal zugeführt wurde, die Wärmeübertragung an der Einlassseite beschränkt werden und ein übermäßiges Kühlen an der Einlassseite kann verhindert werden. Daher kann das Kühlen unter Verwendung des Kühlmittels in der Brennstoffzelle gleichmäßig ausgeführt werden und die Abweichung der Temperaturverteilungen kann verhindert werden.
Das heißt, im Allgemeinen wird in der Brennstoffzelle, die den Kühlmittelkanal aufweist, dann ein Temperaturunterschied an der Einlassseite des Kühlmittelkanals am größten, wenn das Kühlmittel in den Kühlmittelkanal eingebracht wurde und es ist wahrscheinlich, dass ein übermäßiges Kühlen an der Einlassseite auftritt. Als ein Ergebnis nimmt der Temperaturunterschied zwischen der Einlassseite und der stromabwärtigen Seite des Kühlmittelkanals zu und in den Temperaturverteilungen treten Abweichungen auf.
Bei der vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung ist der geringwärmeleitende Abschnitt an der Einlassseite des Kühlmittelkanals vorgesehen. Somit ist die Wärmeübertragung an der Einlassseite des Kühlmittels beschränkt und ein übermäßiges Kühlen an der Einlassseite wird verhindert, wodurch es möglich gemacht wird, die Abweichung der Temperaturverteilungen in dem Kühlmittelkanal zu verhindern.
Außerdem ist bei der vorliegenden Erfindung der Elektrolyt durch Laminieren der wasserstofftrennenden Metallschicht und der Protonenleitschicht hergestellt, wie dies vorstehend beschrieben ist. Somit besteht in dem Fall, in dem in der Temperaturverteilung eine Abweichung auftritt und dann die Temperatur außerhalb des Bereichs der Betriebstemperatur liegt, eine Gefahr darin, dass die aus Palladium oder Vanadium gefertigte wasserstofftrennende Metallschicht sich verschlechtert und die Batterieleistung gesenkt wird. Da außerdem ein elektrischer Leitwiderstand der Protonenleitschicht eine Temperaturabhängigkeit aufweist, nimmt der elektrische Leitwiderstand der Protonenleitschicht im Allgemeinen in einem niedrigen Temperaturbereich zu. Daher besteht eine Gefahr darin, dass die Abweichung in Richtung der niedrigen Temperatur eine Absenkung der Effizienz der elektrischen Energieerzeugung verursacht. In der Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist der geringwärmeleitende Abschnitt an der Einlassseite des Kühlmittelkanals ausgebildet und somit tritt die Abweichung der Temperaturverteilungen kaum auf und eine Verschlechterung der wasserstofftrennenden Metallschicht oder eine Absenkung der Effizienz der elektrischen Energieerzeugung kann verhindert werden.
Außerdem wird die wasserstofftrennende Metallschicht von dem zu dem Anodenkanal zugeführten Wasserstoff oder von Wasserstoff von dem zu dem Anodenkanal zugeführten wasserstoffenthaltenden Gas permeiert. Daher wird der Wasserstoff, der die wasserstofftrennende Metallschicht permeiert hat, in einen Protonenzustand gebracht, permeiert die Protonenleitschicht und erreicht den Kathodenkanal. In dem Kathodenkanal reagieren der Sauerstoff, der in dem zu dem Kathodenkanal zugeführten sauerstoffenthaltenden Gas enthalten ist und die Wasserstoffprotonen (H⁺, Wasserstoffionen bezeichnet) miteinander, sodass sie Wasser erzeugen. In der Brennstoffzelle ist es beispielsweise durch Bilden der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode an dem Elektrolyt möglich, zusammen mit der vorstehend beschriebenen Wassererzeugung elektrische Energie zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode zu entnehmen. Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffzelle bereitgestellt werden, die in der Lage ist, einen Aufbau des Brennstoffzellensystems zu vereinfachen, die in der Lage ist, eine Energieeffizienz des Systems zu verbessern, und die in der Lage ist, die Temperaturverteilungsabweichung zu reduzieren.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht, die eine Konfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
2 ist eine Teilschnittansicht, die eine Konfiguration einer Elektrolyt in der Brennstoffzelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ist eine Schnittansicht der Brennstoffzelle, die eine Konfiguration eines Kühlmittelkanals gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ist eine veranschaulichende Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Brennstoffzelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht, in der in einer Wand eines Kühlmittelkanals ein Hohlabschnitt ausgebildet wurde;
5 ist eine veranschaulichende Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Brennstoffzelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht, in der ein Austauschbeschränkungsabschnitt ausgebildet wurde, indem ein Hohlabschnitt ausgebildet wird, der eine Öffnung in einer Wand eines Kühlmittelkanals hat;
6 ist eine veranschaulichende Ansicht gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, die einen Strom eines Wärmegases veranschaulicht, wenn das Wärmegas in den Kühlmittelkanal eingebracht wurde, in dem der Hohlabschnitt mit der Öffnung ausgebildet wurde;
7 ist eine Perspektivansicht, die eine Konfiguration eines Kühlkanals gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt, in dem ein Schott angeordnet ist;
8 ist eine Perspektivansicht, die eine Konfiguration des Kühlmittelkanals gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt, in dem ein Schott angeordnet ist, dessen Dicke an dessen Innenseite schräg verläuft;
9 ist eine Draufsicht, wenn der Kühlmittelkanal gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, der das daran angeordnete vorstehende Schott hat, von oben gesehen wird;
10 ist eine Perspektivansicht, die eine Konfiguration des Kühlmittelkanals gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt, in dem ein weiteres Schott in dem durch das Schott abgetrennten Kanal an der stromabwärtigen Seite des Kühlmittelkanals angeordnet ist;
11 ist eine Perspektivansicht, die eine Konfiguration eines Kühlmittelkanals gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt, in dem ein weiteres Schott lediglich in einem oder mehreren der durch das Schott abgetrennten Strömungskanäle an der stromabwärtigen Seite des Kühlmittelkanals angeordnet ist/sind;
12 ist eine Perspektivansicht, die eine Konfiguration eines Kühlmittelkanals gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigt, in dem an dem Strömungskanalaufweitungsabschnitt eine Trennwand angeordnet ist, um einen Strömungskanalaufweitungsabschnitt in einer im Wesentlichen zu einer Laminierrichtung eines Anodenkanals, eines Kathodenkanals und eines Elektrolyts senkrechten Richtung zu trennen;
13 ist eine Draufsicht, wenn ein Kühlmittelkanal gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, der durch Schneiden eines Schotts an einer Einlassseite des Kühlmittelkanals einen Verbindungsabschnitt bildet, von oben gesehen wird;
14 ist eine veranschaulichende Schnittansicht einer Brennstoffzelle gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, die einen Kühlmittelkanal veranschaulicht, in dem ein Verbindungsabschnitt ausgebildet wurde, indem an der Einlassseite des Kühlmittelkanals ein Schlitz an dem Schott ausgebildet wird;
15 ist eine veranschaulichende Schnittansicht der Brennstoffzelle gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, die einen Kühlmittelkanal veranschaulicht, in dem ein Verbindungsabschnitt ausgebildet wurde, indem an der Einlassseite des Kühlmittelkanals eine Vielzahl von Löchern an dem Schott ausgebildet werden;
16 ist eine veranschaulichende Schnittansicht einer Brennstoffzelle gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, in der ein beabstandeter Abschnitt zwischen einem Schott und einer Innenwand eines Kühlmittelkanals ausgebildet wurde;
17 ist eine veranschaulichende Schnittansicht einer Brennstoffzelle gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel, die einen Kühlmittelkanal hat, in dem an der Einlassseite des Kühlmittelkanals an einem Schott ein Abschnitt teilweise aus einem geringwärmeleitenden Material ausgebildet ist;
18 ist eine Draufsicht, wenn ein Kühlmittelkanal gemäß einem achten Ausführungsbeispiel, der einen Seitenflächeneinlass an einer Seitenfläche hat und der einen Reihenströmungskanal hat, von oben betrachtet wird;
19 ist eine Draufsicht, wenn ein Kühlmittelkanal gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel, der an einer Trennwand in eine Vielzahl von Einheiten getrennt ist und der einen Parallelströmungskanal hat, von oben betrachtet wird;
20 ist eine Draufsicht, wenn ein Kühlmittelkanal gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel, der an einem durch ein Schott getrennten Strömungskanal eine Unterbrechungswand ausgebildet hat, von oben betrachtet wird;
21 ist eine Draufsicht, wenn ein Kühlmittelkanal gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel von oben betrachtet wird, wobei der Kühlmittelkanal in einem durch einen Schott getrennten Strömungskanal eine Unterbrechungswand bildet und wobei die Unterbrechungswand teilweise durch ein kühlmittelhemmendes Material ausgebildet ist;
22 ist eine Draufsicht, wenn ein Kühlmittelkanal gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel von oben betrachtet wird, wobei an dem Kühlmittelkanal in einem durch einen Schott getrennten Strömungskanal eine Unterbrechungswand ausgebildet ist und an der Unterbrechungswand ein Kollimationsloch ausgebildet ist;
23 ist eine Draufsicht, wenn ein Kühlmittelkanal gemäß einem elften Ausführungsbeispiel, der aus einem Einzelströmungskanal gebildet ist, von oben betrachtet wird;
24 ist eine Draufsicht, wenn ein Kühlmittelkanal gemäß dem elften Ausführungsbeispiel, der aus einem Einzelströmungskanal gefertigt ist und eine Unterbrechungswand bildet, von oben betrachtet wird;
25 ist eine Draufsicht, wenn ein Kühlmittelkanal von oben betrachtet wird, wobei der Kühlmittelkanal aus einem Einzelströmungskanal gefertigt ist und eine Unterbrechungswand hat, die teilweise aus einem strömungsratenhemmenden Material ausgebildet ist; und
26 ist eine Draufsicht, wenn ein Kühlmittelkanal von oben betrachtet wird, wobei der Kühlmittelkanal aus einem Einzelströmungskanal gefertigt ist und eine Unterbrechungswand bildet, die ein Kollimationsloch hat.
Beste Art zum Ausführen der Erfindung
Nun werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle beschrieben.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Brennstoffzelle durch Laminieren des Anodenkanals, des Kathodenkanals und des Elektrolyts gefertigt.
Außerdem kann die Brennstoffzelle gemäß der vorliegenden Erfindung durch Laminieren einer Vielzahl von Einheitsbatteriezellen konfiguriert sein, von denen jede aus dem Anodenkanal, dem Kathodenkanal und dem Elektrolyt gefertigt ist. In diesem Fall sind beispielsweise die Einheitsbatteriezellen und die Kühlmittelkanäle alternierend so laminiert, dass jede Einheitsbatteriezelle gekühlt werden kann, wodurch eine Vielzahl der Kühlmittelkanäle ausgebildet werden kann.
Außerdem ist der Elektrolyt durch Laminieren der wasserstofftrennenden Metallschicht und der Protonenleiterschicht gefertigt. Als die wasserstofftrennende Metallschicht kann eine Laminatmembran, beispielsweise aus Palladium (Pd) und Vanadium (V), verwendet werden. Außerdem kann auch eine Membran verwendet werden, die lediglich aus Palladium (Pd) gefertigt ist und es kann auch eine Palladiumlegierung verwendet werden.
Außerdem kann als die Protonenleiterschicht beispielsweise eine perovskitbasierte elektrolytische Membran verwendet werden. Die perovskitbasierten elektrolytischen Membranen haben beispielsweise BaCeO₃-basierte Membranen und SrCeO₃-basierte Membranen.
Außerdem wird zu dem Anodenkanal Wasserstoff oder ein wasserstoffenthaltendes Gas zugeführt. Als dieser Wasserstoff oder dieses wasserstoffenthaltende Gas kann ein reformiertes Gas verwendet werden, das durch Reformieren eines Kohlenwasserstoffkraftstoffs unter Verwendung beispielsweise eines Reformers erhalten wird. In dem Reformer kann ein reformiertes Gas, etwa ein wasserstoffenthaltendes Gas, erzeugt werden, indem eine Wasserdampfreformierungsreaktion zwischen dem Kohlenwasserstoffbrennstoff und Wasser und eine Teiloxidationsreaktion zwischen dem Kohlenwasserstoffbrennstoff und Sauerstoff ausgeführt wird.
Außerdem umfasst ein zu einem Anodenkanal zugeführtes sauerstoffenthaltendes Gas beispielsweise Sauerstoff oder Luft.
Außerdem kann beispielsweise als zu dem Kühlmittelkanal zugeführtes Kühlmittel ein Wasserdampf, Luft, das reformierte Gas, ein nach der Reaktion in der Brennstoffzelle ausgelassenes Abgas und Wasser verwendet werden.
Außerdem ist in dem Kühlmittelkanal der geringwärmeleitende Abschnitt bzgl. des Einbringens von Kühlmittel in den Kühlmittelkanal an einer Einlassseite ausgebildet. An dem geringwärmeleitenden Abschnitt ist eine Wärmeleitfähigkeit niedriger als die an der stromabwärtigen Seite des Kühlmittels in dem Kühlmittelkanal. Ein solcher geringwärmeleitender Abschnitt kann ausgebildet werden, indem eine wärmeisolierende Schicht, ein Austauschbeschränkungsabschnitt ein Hohlabschnitt und eine Öffnung ausgebildet werden oder indem ein Schott in dem Kühlmittelkanal angeordnet wird, wie später beschrieben ist.
Außerdem kann der Kühlmittelkanal beispielsweise aus rostfreiem Stahl ausgebildet sein, wobei eine Wärmeleitfähigkeit von rostfreiem Stahl ca. 10 W/(m·K) bis 30 W/(m·K) beträgt. Daher kann der geringwärmeleitende Abschnitt ausgebildet werden, indem die Wärmeleitfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals reduziert wird, sodass sie beispielsweise kleiner als 10 W/(m·K) ist. Bevorzugterweise sollte diese Leitrate auf 1 W/(m·K) oder weniger eingestellt sein.
Als Nächstes kann der geringwärmeleitende Abschnitt ausgebildet werden, indem eine wärmeisolierende Schicht an einer Innenwand der Einlassseite des Kühlmittels in den Kühlmittelkanal vorgesehen wird.
In diesem Fall kann ein Widerstand gegen eine vorbeiführende Wärme an der Einlassseite des Kühlmittels in dem Kühlkanal erhöht werden. Das heißt, in diesem Fall kann die Wärmeleitfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals so reduziert werden, dass sie geringer als die an der stromabwärtigen Seite ist, und der geringwärmeleitende Abschnitt kann einfach konfiguriert werden.
Die wärmeisolierende Schicht kann ausgebildet werden, indem beispielsweise ein geringwärmeleitendes Material oder ein poröses Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von 10 W/(m·K) oder weniger an der Innenwand der Einlassseite des Kühlmittelkanals beschichtet oder aufgebracht wird. Als ein solches geringwärmeleitendes Material kann beispielsweise ein Oxid, etwa ein Aluminiumoxid, ein Nitrit oder Keramik verwendet werden. Außerdem können als ein poröses Material ein Schaummetall oder Schaumkeramik verwendet werden. Insbesondere in dem Fall, in dem die wärmeisolierende Schicht aus einem porösen Material ausgebildet wurde, kann das Hindurchströmen eines Kühlmittels in einem Zustand verhindert werden, in dem es eingeschlossen ist. Als ein Ergebnis wird es möglich, die Wärmeleitfähigkeit des porösen Materials auf ein Niveau des eingeschlossenen Kühlmittels zu reduzieren.
Außerdem kann der geringwärmeleitende Abschnitt ausgebildet werden, indem in dem Kühlmittelkanal in der Wand an der Einlassseite des Kühlmittels ein Hohlabschnitt vorgesehen wird.
Auf diese Weise kann durch Ausbilden des Hohlabschnitts in der Wand der Einlassseite des Kühlmittelkanals der Widerstand gegen die vorbeiführende Wärme an der Einlassseite erhöht werden. Das heißt, durch Ausbilden des Hohlabschnitts in der Wand der Einlassseite des Kühlmittelkanals wird die Einlassseite des Kühlmittelkanals als ein Aufbau wie der einer Thermosflasche erhalten. Als ein Ergebnis kann die Wärmeübertragungsfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals reduziert werden, sodass sie niedriger als die an der stromabwärtigen Seite ist und der geringwärmeleitende Abschnitt kann einfach aufgebaut werden.
Außerdem kann in dem Hohlabschnitt eine Öffnung ausgebildet sein, die sich in den Kühlmittelkanal öffnet. In diesem Fall kann ein Austausch, eine Zirkulation und ein Strömen des internen Gases beschränkt werden und der Widerstand gegen die vorbeiführende Wärme an der Einlassseite kann erhöht werden. Als ein Ergebnis kann die Wärmeübertragungsfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals so reduziert werden, dass sie niedriger als die an der stromabwärtigen Seite ist und der geringwärmeleitende Abschnitt kann einfach konfiguriert werden.
Ferner ist es vorzuziehen, dass der geringwärmeleitende Abschnitt ausgebildet ist, indem an einer Einlassseite des Kühlmittelkanals ein Austauschbeschränkungsabschnitt zum Beschränken des Austausches von einem Kühlmittel vorgesehen wird.
In diesem Fall kann der Austausch des Kühlmittels an der Einlassseite des Kühlmittelkanals beschränkt werden und eine Zirkulation und ein Strömen des Kühlmittels kann beschränkt werden. Somit kann das in den Kühlmittelkanal zugeführte Kühlmittel darin beschränkt werden, sequenziell an der Einlassseite des Kühlmittelkanals ausgetauscht zu werden und ein übermäßiges Kühlen an der Einlassseite des Kühlmittelkanals kann verhindert werden.
Es ist vorzuziehen, dass der Austauschbeschränkungsabschnitt ausgebildet ist, indem ein Hohlabschnitt vorgesehen ist, der in einer Wand an einer Einlassseite eines Kühlmittels in den Kühlmittelkanal vorgesehen ist und indem eine Öffnung vorgesehen ist, die an dem Hohlabschnitt vorgesehen ist und die sich in den Kühlmittelkanal öffnet. In diesem Fall kann der Austausch des Kühlmittels an der Einlassseite des Kühlmittelkanals mit Hilfe des Hohlabschnitts, der die Öffnung hat, beschränkt werden. Das heißt, in diesem Fall kann der Austauschbeschränkungsabschnitt einfach erhalten werden.
Außerdem ist es vorzuziehen, dass die Öffnung so ausgebildet ist, dass sich ein an einer Einlassseite eines Kühlmittels befindlicher Abschnitt in dem Hohlabschnitt und ein sich an einer stromabwärtigen Seite in dem Hohlabschnitt befindlicher Abschnitt in den Kühlkanal öffnen.
In diesem Fall wird ein Wärmegas zu dem Kühlmittelkanal in einer Ausrichtung zugeführt, die dem Strom des Kühlmittels entgegengesetzt ist, wodurch das interne Gas ausgetauscht werden kann und die Öffnung kann als eine effiziente Wärmerippe verwendet werden. Ferner nimmt dadurch der wärmeleitende Bereich zu, wodurch es möglich gemacht wird, eine Brennstoffzelle effizient zu erwärmen.
Ferner ist es vorzuziehen, dass in dem Kühlmittelkanal Schotte zum Trennen einer Strömung eines Kühlmittels im Wesentlichen parallel zu einer Kühlmittelströmungsrichtung angeordnet sind.
In diesem Fall kann die Abweichung der internen Strömungsverteilung des Kühlmittels in dem Kühlmittelkanal oder die Abweichung infolge der Schwerkraft verhindert werden. Es kann eine Vielzahl von Schotte in dem Kühlmittelkanal angeordnet sein.
Außerdem können die Schotte aus einer dünnen Metallfolie ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Dicke der Schotte reduziert werden und somit nimmt die Wärmekapazität der gesamten Brennstoffzelle kaum zu. Somit kann eine unerwünschte Wärmekapazitätszunahme, die zum Zeitpunkt eines Brennstoffzellenstarts auftritt, vermieden werden.
Als ein solche dünne Metallfolie kann eine dünne Folie verwendet werden, die einen exzellenten Wärmewiderstand und Oxidationswiderstand hat, die aus SUS316L, SUS304, Inconel, Hastelloy, einer Titanlegierung, ener Nickellegierung und SUS430 gefertigt ist.
Außerdem ist es vorzuziehen, dass Strömungskanäle des Kühlmittels, die durch die Schotte getrennt sind, einen Strömungskanalaufweitungsabschnitt aufweisen, der so ausgebildet ist, dass ein Strömungskanalausmaß an einer Einlassseite davon größer als das an einer stromabwärtigen Seite davon ist.
In diesem Fall nimmt eine Schnittfläche an der Einlassseite des Strömungskanals, der durch die Schotte getrennt ist, zu, und ein wärmeleitender Bereich an der Einlassseite kann reduziert werden. Auf diese Weise wird die Wärmeübertragungsfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittels in dem Kühlmittelkanal so reduziert, dass der geringwärmeleitende Abschnitt einfach ausgebildet werden kann.
Außerdem besteht, wie vorstehend beschrieben ist, in dem Fall, in dem die wärmeisolierende Schicht, der Hohlabschnitt mit einer Öffnung und der Austauschbeschränkungsabschnitt an der Einlassseite des Kühlmittels ausgebildet sind, eine Gefahr darin, dass der Strömungskanalwiderstand (Anordnungsverlust) an der Einlassseite des Kühlmittelkanals zunimmt und ein Kühlmittelbeweglichkeitsverlust geringfügig zunimmt. Daher ist in diesem Fall der Strömungskanalaufweitungsabschnitt zusammen mit der wärmeisolierenden Schicht, dem Hohlabschnitt und dem Austauschbeschränkungsabschnitt ausgebildet, wodurch eine Zunahme des Strömungskanalwiderstands verhindert werden kann.
Außerdem kann der Strömungskanalaufweitungsabschnitt ausgebildet sein, indem die Anzahl der Schotte an der Einlassseite beträchtlicher als die an der stromabwärtigen Seite verringert wird und indem die Anzahl der Strömungskanäle an der Einlassseite beträchtlicher als die an der stromabwärtigen Seite verringert wird, sodass eine Strömungskanalöffnung an der Einlassseite in dem Kühlmittelkanal größer als die an der stromabwärtigen Seite ist. Außerdem kann der Strömungskanalaufweitungsabschnitt ausgebildet sein, indem ein Schott an der stromabwärtigen Seite angeordnet wird, ohne dass ein Schott an der Einlassseite des Kühlmittelkanals angeordnet wird. Ferner kann der Strömungskanalaufweitungsabschnitt auch ausgebildet sein, indem die Dicke der Schotte an der Einlassseite verringert wird und die Dicke der Schotte an der stromabwärtigen Seite erhöht wird, sodass sie größer als die an der Einlassseite ist.
Ferner ist es vorzuziehen, dass der Strömungskanalaufweitungsabschnitt in einem oder mehreren der durch die Schotte getrennten Strömungskanäle ausgebildet ist und der Strömungskanalaufweitungsabschnitt in den verbleibenden der getrennten Strömungskanäle nicht ausgebildet ist.
Wenn der Strömungskanalaufweitungsabschnitt in allen durch die Schotte getrennten Strömungskanälen ausgebildet ist, besteht eine Gefahr darin, dass ein Druckverlust zunimmt, wenn ein Kühlmittel zugeführt wurde. Von zwischen den durch die Schotte getrennten Strömungskanäle sind die Strömungskanalausdehnungsabschnitte in einem oder mehreren dieser Strömungskanäle ausgebildet, wodurch eine übermäßige Kühlung an der Einlassseite in dem Kühlmittelkanal verhindert werden kann, während eine Zunahme eines Druckverlusts auf das Minimum reduziert ist.
Außerdem ist es vorzuziehen, dass in dem Strömungskanalaufweitungsabschnitt eine Trennwand ausgebildet ist, um den Strömungskanalaufweitungsabschnitt in einer im Wesentlichen zu einer Laminierrichtung des Anodenkanals, des Kathodenkanals und des Elektrolyts senkrechten Richtung zu trennen.
In diesem Fall ist ein Wärmestrom in einer Wärmestromrichtung, d. h., in der Laminierrichtung, beschränkt und der Wärmestrom in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zu der Wärmestromrichtung verläuft, kann gefördert werden. Somit kann ein Temperaturunterschied in einer im Wesentlichen zu der Wärmestromrichtung senkrechten Ebene verringert werden und ein übermäßiges Kühlen an der Einlassseite in dem Kühlmittelkanal kann verhindert werden. Es kann eine Vielzahl von Trennwänden ausgebildet sein.
Außerdem ist es vorzuziehen, dass das Schott einen Verbindungsabschnitt hat, der die durch die Schotte getrennten Strömungskanäle an der Einlassseite des Kühlmittelkanals in Verbindung bringt.
In diesem Fall kann ein Rippeneffekt an der Einlassseite des Kühlmittelkanals verringert werden. Als ein Ergebnis kann der ausgedehnte Wärmeübertragungsbereich an der Einlassseite verringert werden und die Wärmeübertragungseigenschaft kann gesenkt werden. Das heißt, in diesem Fall kann der geringwärmeleitende Abschnitt einfach an der Einlassseite des Kühlmittelkanals ausgebildet werden.
Der Verbindungsabschnitt kann ausgebildet sein, indem das Schott an der Einlassseite des Kühlmittelkanals beispielsweise in der Kühlmittelströmungsrichtung beabstandet angeordnet wird. In diesem Fall kann an der Einlassseite des Kühlmittelkanals eine Rippenwirkung reduziert werden.
In diesem Fall ist ein Rippenbereich in einer Wärmeströmrichtung verringert und der ausgedehnte Wärmeübertragungsbereich kann verringert werden.
Außerdem kann der Verbindungsabschnitt ausgebildet werden, indem an dem Schott ein Schlitz in der Kühlmittelströmungsrichtung vorgesehen wird. In diesem Fall wird die rippeninterne Wärmedurchflussmenge in der Wärmeströmungsrichtung mittels des an dem Schott ausgebildeten Schlitzes unterbrochen, sodass der Wärmeübertragungsbereich reduziert werden kann und der Rippenwirkungsgrad beträchtlich reduziert werden kann.
Ferner kann der Verbindungsabschnitt ausgebildet sein, indem an dem Schott eines oder mehrere Löcher ausgebildet sind. In diesem Fall ist die rippeninterne Wärmedurchflussmenge in der Wärmestromrichtung mittels der in dem Schott ausgebildeten Löcher unterbrochen, so dass der Wärmeübertragungsbereich verringert werden kann.
Als Nächstes ist es vorzuziehen, dass an der Einlassseite des Kühlmittelkanals ein beabstandeter Abschnitt, an dem das Schott von einer Innenwand des Kühlmittelkanals beabstandet ist, zumindest an einem Teil eines Abschnitts ausgebildet ist, an dem das Schott und die Innenwand des Kühlmittelkanals miteinander in Kontakt kommen.
In diesem Fall ist die rippeninterne Wärmedurchflussmenge an der Einlassseite des Kühlmittelkanals so unterbrochen, dass die Rippenwirkungsgrad an der Einlassseite des Kühlmittelkanals verringert werden kann. Als ein Ergebnis kann ein tatsächlicher Wärmeübertragungsbereich verringert werden und die Wärmeübertragungsfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals kann gesenkt werden. Das heißt, in diesem Fall kann der geringwärmeleitende Abschnitt an der Einlassseite des Kühlmittelkanals einfach ausgebildet werden.
Des Weiteren ist es vorzuziehen, dass ein Abschnitt an einer Einlassseite eines Kühlmittelkanals an dem Schott so konfiguriert ist, dass eine Wärmeleitfähigkeit des Abschnitts niedriger als die an einem Abschnitt an dessen stromabwärtiger Seite ist.
In diesem Fall kann die Rippenwirkung an der Einlassseite des Kühlmittelkanals reduziert werden. Als ein Ergebnis kann der Wärmeübertragungsbereich an der Einlassseite reduziert werden und die Wärmeübertragungsfähigkeit an der Einlassseite in dem Kühlmittelkanal kann gesenkt werden. Das heißt, in diesem Fall kann der geringwärmeleitende Abschnitt an der Einlassseite des Kühlmittelkanals einfach ausgebildet werden.
Als ein Verfahren zum Reduzieren der Wärmeleitfähigkeit an der Einlassseite des Schotts so, dass sie niedriger als an der stromabwärtigen Seite ist, ist ein Verfahren zum Erstellen eines Abschnitts aus einem geringwärmeleitenden Material an der Einlassseite des Schotts vorgesehen. Außerdem ist ein Verfahren zum Beschichten oder Auftragen eines geringwärmeleitenden Materials an einem Abschnitt an der Einlassseite des Schotts vorgesehen.
Solche geringwärmeleitenden Materialien beinhalten beispielsweise eine Keramik, ein Glas, ein Schaummetall und eine Schaumkeramik.
Als Nächstes ist es vorzuziehen, dass der Kühlmittelkanal an einer Seitenfläche an der stromabwärtigen Seite von der Einlassseite einen Seitenflächeneinlass zum Einbringen eines Kühlmittels von der Seitenfläche von dessen stromabwärtigen Seite hat.
In diesem Fall kann ein Kühlmittel von dem Seitenflächeneinlass eingebracht werden, der an der Seitenfläche an der stromabwärtigen Seite ausgebildet ist, wobei sich das von dem Seitenflächeneinlass eingebrachte Kühlmittel mit einem Kühlmittel von der Einlassseite des Kühlmittelkanals zum Strömen vereint. Das heißt, der Kühlmittelkanal wird als ein serieller Strömungskanal erhalten. Somit kann in dem Kühlmittelkanal eine Kühlmittelströmungsrate an der stromabwärtigen Seite erhöht werden. Das heißt, an der Einlassseite (stromaufwärtigen Seite) des Kühlmittelkanals kann eine Kühlmittelströmungsrate signifikanter als an der stromabwärtigen Seite verringert werden. Das Absenken der Wärmeübertragungsfähigkeit an der Einlassseite kann gefördert werden. Es kann eine Vielzahl von Seitenflächeneinlassen ausgebildet sein.
Außerdem kann in diesem Fall eine Wärmespeicherfähigkeit des stömenden Kühlmittels gesenkt werden und eine Kühlflüssigkeitsmembrantemperatur kann erhöht werden. Als Ergebnis kann ein übermäßiges Kühlen an der Einlassseite des Kühlmittelkanals verhindert werden. Hierbei wird die Kühlmittelflüssigkeitsmembrantemperatur als eine typische Temperatur eines Kühlmittels erhalten, die aus eine r Schotttemperatur und einer Kühlmitteltemperatur berechnet wird, und ein Temperaturunterschied zum Zeitpunkt der Berechnung einer Wärmeübertragbarkeitsmenge wird aus der Kühlmittelflüssigkeitsmembrantemperatur und der Schotttemperatur erhalten.
Ferner kann in diesem Fall eine Kühlmittelströmungsrate an der Einlassseite bei einer niedrigen Brennstoffzellenleistung, in dem eine Kühlmittellast gering ist, reduziert oder gestoppt werden. Ein Kühlmittel wird lediglich von dem Seitenflächeneinlass zugeführt und dann kann eine Mitte oder ein hinterer Teil des Kühlmittelkanals intensiver gekühlt werden. Als ein Ergebnis kann selbst in dem Fall, in dem sich ein Ausgabeniveau der Brennstoffzelle auf einen weiten Bereich geändert hat, eine gleichmäßige Temperaturverteilung einfach erzielt werden.
Außerdem ist es zu bevorzugen, dass der Kühlmittelkanal eine Trennwand zum Aufteilen einer Kühlmittelströmung auf eine Vielzahl von Einheiten aufweist, wobei ein Einbringeinlass zum Einbringen eines Kühlmittels und ein Ausbringauslass zum Auslassen eines Kühlmittels jeweils an jeder Einheit angeordnet sind.
In diesem Fall kann in jeder der vorstehend beschriebenen Einheiten ein Kühlmittel unabhängig zugeführt und ausgelassen werden und ein Parallelströmungskanal kann als der Kühlmittelkanal ausgebildet werden. Auf diese Weise kann die Temperaturverteilung in den Kühlmittelkanal beliebig eingestellt werden. Insbesondere kann beispielsweise eine Kühlmittelströmungsrate an der Einlassseite eines Kühlmittelkanals, bei der es wahrscheinlich ist, dass eine übermäßige Kühlung eintritt, reduziert werden und eine Kühlmittelströmungsrate an der stromabwärtigen Seite, an der es unwahrscheinlich ist, dass ein Kühlen eintritt, kann erhöht werden. Somit kann die Wärmeubertragungsfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals durch Steuern einer Kühlmittelströmungsrate in jeder. Einheit gesenkt werden. In diesem Fall kann der geringwärmeleitende Abschnitt einfach ausgebildet werden
Als Nächstes ist es vorzuziehen, dass zumindest in einem oder mehreren der durch das Schott getrennten Strömungskanäle eine Unterbrechungswand zum Unterbrechen eines Kühlmittelstroms an einer Einlassseite des Kühlmittelkanals angeordnet ist.
In diesem Fall können in den durch die Schotte getrennten Strömungskanälen ein Strömungskanal, in dem ein Kühlmittel strömt, und ein Strömungskanal, in dem kein Strom strömt, eingestellt werden. Das heißt, die Unterbrechungswand ist an der Einlassseite des Kühlmittelkanals angeordnet und ein Strömungskanal, in dem kein Strom strömt, ist in einem oder mehreren der durch die Schotte getrennten Strömungskanäle ausgebildet, wodurch die Wärmeaustauschkapazität an der Einlassseite des Kühlmittelkanals gesenkt werden kann. Auf diese Weise kann an der Einlassseite des Kühlmittelskanals der geringwärmeleitende Abschnitt einfach ausgebildet werden.
Außerdem ist es vorzuziehen, dass ein Strömungsratenbeschränkungsabschnitt zum Beschränken einer Strömungsrate eines Kühlmittels und zum Permeierenlassen eines Kühlmittels an zumindest einem Teil der Unterbrechungswand ausgebildet ist.
In diesem Fall kann ein Strömungskanal, in dem eine Kühlmittelströmungsrate groß ist, und ein Strömungskanal, in dem eine Kühlmittelströmungsrate niedrig ist, an der Einlassseite des Kühlmittels in dem Kühlmittelkanal ausgebildet sein. Auf diese Art kann die Wärmeaustauschkapazität an der Einlassseite des Kühlmittelkanals verringert werden und der geringwärmeleitende Abschnitt kann einfach ausgebildet werden. Zusätzlich ist der Strömungsratenbeschränkungsabschnitt so ausgebildet, dass eine große Anzahl von Strömungskanälen mit einer kleinen Kühlmittelströmungsrate vorhanden ist, und so, dass eine kleine Anzahl von Strömungskanälen mit einer großen Kühlmittelströmungsrate vorhanden ist. In diesem Fall kann die Wärmeaustauschkapazität an der Einlassseite des Kühlmittelkanals effektiver reduziert werden. Dies liegt daran, dass dann, wenn die Anzahl der Strömungskanäle mit einer niedrigen Kühlmittelströmungsrate erhöht ist und die Anzahl der Strömungskanäle mit einer großen Kühlmittelströmungsrate verringert ist, ein Wärmeübertragbarkeitsbereich eines Strömungskanals mit einer niedrigen Strömungsrate vergrößert ist und ein Wärmeübertragungsbereich eines Strömungskanals mit einer großen Kühlmittelströmungsrate verringert ist.
Der Strömungsratenbeschränkungsabschnitt kann beispielsweise ausgebildet sein, indem sichergestellt wird, dass zumindest ein Teil der Unterbrechungswand aus einem strömungsratenhemmenden Material zum Beschränken einer Strömungsrate des Kühlmittels und zum Verursachen einer Permeation ausgebildet ist. Solche Strömungsratenhemmende Materialien sind beispielsweise eine Bienenwabenstruktur, ein poröses Material, eine Schlitzplatte und ein Stanzmaterial.
Außerdem kann der Strömungsratenbeschränkungsabschnitt ausgebildet sein, indem beispielsweise ein Richtloch zum Beschränken einer Strömungsrate eines Kühlmittels an zumindest einem Teil der Unterbrechungswand ausgebildet ist.
Außerdem ist es zu bevorzugen, dass ein Verbindungsloch zum Umverteilen eines Kühlmittels an einem Abschnitt vorgesehen ist, der an einer stromabwärtigen Seite des Kühlmittelkanals an dem Schott vorhanden ist.
In dem Fall, in dem die Unterbrechungswand ausgebildet wurde, besteht eine Gefahr darin, dass die Strömung des Kühlmittels an der stromabwärtigen Seite von der Einlassseite des Kühlmittelkanals ungleichmäßig wird und dass die Temperaturverteilungsabweichung an der stromabwärtigen Seite auftritt. Daher ist, wie vorstehend beschrieben ist, an dem Schott das Verbindungsloch zum Umverteilen eines Kühlmittels an einem Abschnitt an der stromabwärtigen Seite in signifikanterer Weise als an der Einlassseite vorgesehen, wodurch die Ungleichmäßigkeit der Kühlmittelströmung verbessert werden kann. Als ein Ergebnis kann die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilungen an der stromabwärtigen Seite des Kühlmittelkanals gefördert werden.
Als Nächstes ist der Kühlmittelkanal aus einem einzelnen Strömungskanal ausgebildet.
In diesem Fall kann eine interne Strömungsverteilung in dem Kühlmittelkanal in der im Wesentlichen zu der Kühlmittelströmungsrichtung senkrechten Richtung ausgebreitet werden und als ein Ergebnis kann die interne Strömungsverteilung in dem Kühlmittelkanal gleichmäßig gemacht werden. Das Ausbilden des Kühlmittelkanals als einen einzelnen Strömungskanal kann erreicht werden, indem beispielsweise kein Schott in dem Kühlmittelkanal angeordnet wird.
Ferner ist es in diesem Fall vorzuziehen, dass eine Vielzahl von Vorsprüngen, die innerhalb eines Kühlmittelkanals von einer Innenwand des Kühlmittelkanals vorstehen, in dem Kühlmittelkanal angeordnet sind. Auf diese Art kann die Verteilungseigenschaft des Kühlmittels in dem Kühlmittelkanal weiter verbessert werden.
Außerdem ist es vorzuziehen, dass eine Unterbrechungswand zum Unterbrechen eines Teils einer Kühlmittelströmung an einer Einlassseite des Kühlmittelkanals in dem Kühlmittelkanal angeordnet ist.
In diesem Fall kann ein Abschnitt, an dem ein Kühlmittel strömt, und ein Abschnitt, an dem kein Kühlmittel strömt, an der Einlassseite des Kühlmittels festgelegt werden. Auf diese Art kann die Wärmeaustauschkapazität an der Einlassseite des Kühlmittelkanals gesenkt werden, indem ein Abschnitt teilweise ausgebildet wird, an dem kein Kühlmittel an der Einlassseite des Kühlmittelkanals strömt. Das heißt, der geringwärmeleitende Abschnitt kann einfach an der Einlassseite des Kühlmittelkanals ausgebildet werden.
Es ist außerdem vorzuziehen, dass ein Strömungsratenbeschränkungsabschnitt an zumindest einem Teil der Unterbrechungswand ausgebildet ist, um eine Strömungsrate eines Kühlmittels zu beschränken und das Kühlmittel permeieren zu lassen.
In diesem Fall kann ein Abschnitt mit einer großen Strömungsrate eines Kühlmittels und ein Abschnitt mit einer niedrigen Strömungsrate an der Einlassseite des Kühlmittels in dem Kühlmittelkanal ausgebildet sein. Die Wärmeaustauschfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals kann durch teilweises Ausbilden eines Abschnitts mit einer niedrigen Strömungsrate eines Kühlmittels an der Einlassseite des Kühlmittelkanals verringert werden. Das heißt, der geringwärmeleitende Abschnitt kann einfach an der Einlassseite des Kühlmittelkanals ausgebildet werden.
Zusätzlich ist der Strömungsratenbeschränkungsabschnitt so ausgebildet, dass eine große Anzahl von Abschnitten mit einer geringen Kühlmittelströmungsrate vorhanden ist und so, dass eine kleine Anzahl von Abschnitten mit einer großen Kühlmittelströmungsrate vorhanden ist. Auf diese Art kann die Wärmeaustauschfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals noch effektiver verringert werden.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
[Erstes Ausführungsbeispiel]
Nun wird unter Bezugnahme auf 1 bis 3 eine Brennstoffzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Laminat eines Anodenkanals 2, der mit Wasserstoff oder einem wasserstoffenthaltenden Gas G_H versorgt wird; eines Kathodenkanals 3, der mit Sauerstoff oder einem sauerstoffenthaltenden Gas G_O versorgt wird, und eines Elektrolyts 4 gefertigt, der zwischen dem Kathodenkanal 3 und dem Annodenkanal 2 angeordnet ist.
Außerdem ist die Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner durch Laminieren einer Vielzahl von Einheitsbatteriezellen 15 gefertigt, die durch Laminieren eines Anodenkanals 2, eines Elektrolyts 4 und eines Kathodenkanals 3 gefertigt sind.
Außerdem ist, wie in 2 gezeigt ist, der Elektrolyt 4 gefertigt, indem eine wasserstofftrennende Metallschicht 41, die dazu dient, von zu dem Anodenkanal 2 zugeführtem Wasserstoff oder von Wasserstoff in dem wasserstoffenthaltenden Gas G_H, das zu dem Anodenkanal zugeführt wird, permeiert zu werden, und eine aus Keramik gefertigte Protonenleiterschicht 42 laminiert werden, die dazu dient, den durch diese wasserstofftrennende Metallschicht 41 permeierten Wasserstoff H in einen Protonenzustand zu bringen und die Protonen den Kathodenkanal 3 erreichen zu lassen.
Außerdem hat, wie in 1 gezeigt ist, die Brennstoffzelle 1 einen Kühlmittelkanal 5 zum Zuführen eines Kühlmittels C zum Kühlen der Batterie. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeder Kühlmittelkanal 5 zwischen Einheitsbatteriezellen 15 jeweils zum Kühlen jeder Einheitsbatteriezelle ausgebildet.
Außerdem ist, wie in 3 gezeigt ist, in dem Kühlmittelkanal 5 an der Einlassseite von diesem Kühlmittel C ein geringwärmeleitender Abschnitt 55 mit einer Wärmeleitfähigkeit, die niedriger als die an der stromabwärtigen Seite ist, ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der geringwärmeleitende Abschnitt 55 ausgebildet, indem an der Innenwand der Einlassseite in dem Kühlmittelkanal 5 eine wärmeisolierende Schicht 51 angeordnet ist.
Nun wird eine Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausführlich beschrieben.
Wie in 1 bis 3 gezeigt ist, sind in der Brennstoffzelle 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Anodenkanal 2 und ein Kathodenkanal 3 so ausgebildet, dass der Elektrolyt 4 zwischen diesen Kanälen zwischengelegt ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das wasserstoffenthaltende Gas G_H, das durch Reformieren eines Kohlenwasserstoffkraftstoffs erhalten wird, zu dem Anodenkanal 2 zugeführt. Außerdem wird zu einem Kathodenkanal 3 als ein sauerstoffenthaltendes Gas G_O dienende Luft zugeführt.
Wie in 2 gezeigt ist, ist die wasserstofftrennende Metallschicht 41 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine Laminatschicht aus lediglich Palladium (Pd) und Vanadium (V) gefertigt. Die wasserstofftrennende Metallschicht 41 kann aus Palladium gemacht sein und sie kann aus einer palladiumenthaltenden Legierung gemacht sein. Außerdem hat die wasserstofftrennende Metallschicht 41 eine Wasserstoffpermeabilität, die einer 10 A/cm² überschreitenden Stromdichte bei einem 3-atm-(= 3,04 bar)-Anodengaszuführzustand entspricht, wenn der permeierende Wasserstoff elektrochemisch umgewandelt wird. Auf diese Weise ist ein elektrischer Leitwiderstand der wasserstofftrennenden Metallschicht 41 verschwindend klein gemacht.
Ferner ist die Protonenleitschicht 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer perovskitbasierten elektrolytischen Membran gefertigt. Außerdem ist der elektrische Leitwiderstand der Protonenleitschicht 42 so verringert, dass er so klein wie der einer Festpolymerelektrolytmembran ist. Außerdem beinhalten perovskitbasierte elektrolytische Membranen beispielsweise eine BaCeO₃-basierte Membran und eine SrCeO₃-basierte Membran.
Außerdem hat der Elektrolyt 4 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Anodenelektrode 47 (Anode) die an einer Oberfläche an dem Anodenkanal 2 in der Protonenleitschicht 42 ausgebildet ist, und eine Kathodenelektrode 48 (Kathode), die an einer Oberfläche des Kathodenkanals 3 in der Protonenleitschicht 42 ausgebildet ist, wie in 2 gezeigt ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Anodenelektrode 47 aus Palladium, das die wasserstofftrennende Metallschicht 41 aufbaut. Außerdem besteht die Kathodenelektrode 48 aus einem Pt-basierten Elektrodenkatalysator. Die Anodenelektrode kann aus einem Pt-basierten Elektrodenkatalysator bestehen. In der Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann von dieser Anodenelektrode 47 und dieser Kathodenelektrode 48 elektrische Energie zu der Außenseite gewonnen werden.
Außerdem ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen den Einheitsbatteriezellen 15 ein Kühlmittelkanal 5 zum Zuführen eines Kühlmittels ausgebildet, der aus rostfreiem Stahl gefertigt ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird Wasserdampf als ein Kühlmittel C verwendet.
Außerdem ist, wie in 3 gezeigt ist, in dem Kühlmittelkanal 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine aus einem Aluminiumoxid gefertigte wärmeisolierende Schicht an der Einlassseite des Kühlmittels C ausgebildet. Diese wärmeisolierende Schicht 51 wird ausgebildet, indem eine aus einem Aluminiumoxid gefertigte Platte an der Innenwand an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 aufgebracht wird.
Nun werden ein Betrieb und eine Wirkung in der Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nachstehend beschrieben.
In der Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie sie in 2 gezeigt ist, wird, wenn ein wasserstoffenthaltendes Gas G_H zu einem Anodenkanal 2 zugeführt wird, ein Wasserstoffgas H selektiv von dem wasserstoffenthaltenden Gas G_H mittels einer wasserstofftrennenden Metallschicht 41 permeieren gelassen. Das Wasserstoffgas H, das durch die wasserstofftrennende Metallschicht 41 permeiert ist, wird in einer Protonenleiterschicht 42 in einen Protonen (H⁺)-Zustand gebracht, wobei es die Protonenleitschicht 42 permeiert. Dann reagieren das diese Protonenleitschicht 42 permeiert habende Proton und das sauerstoffenthaltende Gas G_O (Luft), das zu dem Kathodenkanal 3 zugeführt wurde, miteinander, sodass sie Wasser erzeugen. Mit dieser Wassererzeugungsreaktion, wie sie in 2 gezeigt ist, wird zwischen der Anodenelektrode 47 und der Kathodenelektrode 48 elektrische Energie erzeugt. Bei der Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird diese Energie extern entnommen, wodurch elektrische Energie erzeugt werden kann. Indem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Reaktion in der Brennstoffzelle in einem Hochtemperaturzustand durchgeführt, der zwischen 300°C und 600°C liegt, und das wie vorstehend beschrieben erzeugte Wasser wird als ein Wasserdampf erhalten.
Die Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat einen Elektrolyt 4, der durch Laminieren einer wasserstofftrennenden Metallschicht 41 und einer Protonenleitschicht 42 gefertigt ist. Somit kann in der Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, anders als in einem Fall in dem ein wasserstofftrennendes Metall und eine Brennstoffzelle wie in einem herkömmlichen Fall getrennt vorgesehen sind, beispielsweise Wasserstoff oder ein wasserstoffenthaltenden Gas G_H, das von einem Reformer zugeführt wird, direkt zu der Brennstoffzelle 1 zugeführt werden. Außerdem ist die Protonenleiterschicht 42 aus Keramik gefertigt, sodass die Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem Hochtemperaturzustand betrieben werden kann, der in einem Bereich von 300°C bis 600°C liegt.
Außerdem kann bei der Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es vorstehend beschrieben ist, dessen Betriebstemperatur auf eine hohe Temperatur eingestellt werden. Somit kann eine Temperatur von Wasserstoff oder von einem wasserstoffenthaltenden Gas G_H, das von dem Reformer zugeführt wurde, und eine Betriebstemperatur der Brennstoffzelle 1 im Wesentlichen gleich zueinander eingestellt werden. Daher besteht dann, wenn die Brennstoffzelle 1 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kein Bedarf dazu, einen Wärmetauscher oder einen Kondensator vorzusehen, die infolge des Temperaturunterschieds zwischen dem Reformer zum Zuführen eines wasserstoffenthaltenden Gases und der Brennstoffzelle 1 erforderlich sind. Somit wird ein Energieverlust, der durch Verwendung eines Wärmetauschers oder eines Kondensators verursacht wird, nicht erzeugt und eine Konfiguration bzw. ein Aufbau eines Brennstoffzellensystems kann einfacher gemacht werden. Das heißt, die Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann eine Konfiguration des Brennstoffzellensystems unter Verwendung dieser Batterie vereinfachen und dessen Energieeffizienz kann verbessert werden.
Außerdem ist, wie in 3 gezeigt ist, in der Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an der Einlassseite eines Kühlmittels C in einen Kühlmittelkanal 5 eine wärmeisolierende Schicht 51 ausgebildet. An einem Abschnitt, an dem diese wärmeisolierende Schicht 51 ausgebildet wurde, wird die Wärmeübertragungsfähigkeit kleiner als die an der stromabwärtigen Seite in dem Kühlmittelkanal und ein geringwärmeleitender Abschnitt 55 wird erhalten.
Somit kann in dem Brennstoffzellensystem 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dann, wenn ein Kühlmittel zu dem Kühlmittelkanal 5 zugeführt wurde, eine Wärmeübertragung an der Einlassseite beschränkt werden und ein übermäßiges Kühlen an der Einlassseite kann verhindert werden. Daher kann das Kühlen unter Verwendung des Kühlmittels C in der Brennstoffzelle 1 gleichförmig ausgeführt werden und die Abweichung in der Temperaturverteilung kann verhindert werden.
Außerdem hat ein Elektrolyt 4 eine wasserstofftrennende Metallschicht 41, die aus einer laminierten Membran aus Palladium und Vanadium gefertigt ist, wie in 2 gezeigt ist. Somit besteht dann, wenn in der Temperaturverteilung der Brennstoffzelle 1 eine Abweichung eintritt, eine Gefahr darin, dass die wasserstofftrennende Metallschicht 41, die aus Palladium oder Vanadium besteht, sich verschlechtert und die Batterieleistung gesenkt wird. Außerdem ist ein elektrischer Leitwiderstand der Protonenleiterschicht 42 temperaturabhängig und nimmt im Allgemeinen in einem Niedrigtemperaturbereich zu. Somit liegt eine Gefahr darin, dass die Abweichung in Richtung einer niedrigen Temperatur ein Absenken der Energieerzeugungseffizienz verursacht.
Jedoch ist in der Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 3 gezeigt ist, der geringwärmeleitende Abschnitt 55 an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 ausgebildet. Somit tritt eine Abweichung in der Wärmeverteilung kaum auf und eine Verschlechterung der wasserstofftrennenden Metallschicht 41 kann verhindert werden. Außerdem tritt keine Abweichung in Richtung einer niedrigen Temperatur auf und somit kann das Absenken der Energieerzeugungseffizienz verhindert werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Brennstoffzelle bereitgestellt werden, die in der Lage ist, einen Aufbau eines Brennstoffzellensystems zu vereinfachen, dessen Energieeffizienz zu verbessern und die Abweichung in der Temperaturverteilung zu reduzieren.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde der geringwärmeleitende Abschnitt in dem Kühlmittelkanal durch Vorsehen eines Hohlabschnitts in einer Wand eines Kühlmittelkanals ausgebildet.
Das heißt, wie in 4 gezeigt ist, ist in der Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Hohlabschnitt 52 ausgebildet, indem die Wand an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 teilweise ausgehöhlt wird. Auf diese Art kann der Widerstand gegen die passierende Wärme an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 erhöht werden. Das heißt, in der Wand ist an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 ein Hohlabschnitt 52 ausgebildet, wodurch die Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 als ein Aufbau etwa einer Thermoskanne erhalten wird und die Wärmeübertragung von diesem Abschnitt kann beschränkt werden.
Daher kann in der Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ein übermäßiges Kühlen an der Einlassseite des Kühlkanals 5 verhindert werden und das Kühlen unter Verwendung des Kühlmittels C kann gleichmäßig ausgeführt werden. Daher kann die Abweichung der Temperaturverteilung in einer Brennstoffzelle verhindert werden. Weitere bildende Elemente sind gleich wie jene des ersten Ausführungsbeispiels.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde der geringwärmeleitende Abschnitt in dem Kühlmittelkanal durch Vorsehen eines Austauschbeschränkungsabschnitts ausgebildet.
Das heißt, wie in 5 gezeigt ist, ist in der Brennstoffzelle 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Austauschbeschränkungsabschnitt 551 zum Beschränken des Austauschs des Kühlmittels C an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 ausgebildet, wodurch ein geringwärmeleitender Abschnitt 55 ausgebildet wird. Wie in der Fig. gezeigt ist, ist der Austauschbeschränkungsabschnitt 551 ausgebildet, indem ein Hohlabschnitt 52 vorgesehen wird, der in der Wand an der Einlassseite des Kühlmittels C in dem Kühlmittelkanal 5 vorgesehen ist, und indem Öffnungen 521 und 522 vorgesehen werden, die in dem Hohlabschnitt 52 vorgesehen sind und die in den Kühlmittelkanal 5 geöffnet sind.
Insbesondere ist, wie in 5 gezeigt ist, das Innere der Wand an der Einlassseite des Kühlmittels C in den Kühlmittelkanal 5 ausgehöhlt, um den Hohlabschnitt 52 zu bilden und die Öffnungen 521 und 522, die sich in den Kühlmittelkanal 5 öffnen, sind an dem Hohlabschnitt 52 ausgebildet. Wie in der Fig. gezeigt ist, sind die Öffnungen 521 und 522 so ausgebildet, dass ein sich an der Einlassseite des Kühlmittels C befindlicher Abschnitt in dem Hohlabschnitt 52 und ein sich an der stromabwärtigen Seite befindlicher Abschnitt sich in den Kühlmittelkanal 5 öffnen. Insbesondere sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Öffnung 521, die sich senkrecht zu der Strömung des Kühlmittels C öffnet, und die Öffnung 522, die sich parallel zu der Strömung des Kühlmittels C öffnet, ausgebildet. Außerdem wurde die Öffnung 521, die sich senkrecht zu der Strömung des Kühlmittels C öffnet, an dem stromaufwärtigen Abschnitt der Strömung des Kühlmittels C ausgebildet, und die Öffnung 522, die sich parallel zu der Strömung des Kühlmittels C öffnet, wurde an dem stromabwärtigen Abschnitt der Strömung des Kühlmittels C in dem Hohlabschnitt 52 ausgebildet.
Wie vorstehend beschrieben ist, sind der Hohlabschnitt 52 und die Öffnungen 521 und 522 an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 vorgesehen. Auf diese Art kann, wie in 5 gezeigt ist, ein Austauschbeschränkungsabschnitt 551 zum Beschränken des Austauschens des Kühlmittels C an der Einlassseite des Kühlmittels 5 ausgebildet werden. Somit kann ein Austauschen, eine Zirkulation und eine Strömung nach vorhandenen internen Gases in dem Kühlmittelkanal 5 beschränkt werden. Als ein Ergebnis kann der Widerstand gegen die vorbeiführende Wärme an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 erhöht werden.
Außerdem kann, wie in 6 gezeigt ist, in den Kühlmittelkanal 5 ein Wärmegas F zum Zeitpunkt des Startens der Brennstoffzelle 1 eingebracht werden. Zu diesem Zeitpunkt wird, wie vorstehend beschrieben ist, dann, wenn der Hohlabschnitt 42 und die Öffnungen 521 und 522 ausgebildet sind, das Wärmegas F in einer Ausrichtung zugeführt, in der das Wärmegas F dem Kühlmittel C entgegengesetzt ist, das heißt, in einer der Öffnung 552 entgegengesetzten Richtung, wodurch die Strömung des Wärmegases F in den Hohlabschnitt 52 gebildet wird. Als ein Ergebnis kann der Hohlabschnitt 52 als eine effiziente Wärmerippe verwendet werden.
Das heißt, wie in den Figuren gezeigt ist, strömt ein Teil des Wärmegases F, das in den Kühlmittelkanal 5 in einer der dem Kühlmittel C entgegengesetzten Richtung eingebracht worden ist, durch den Kühlmittelkanal 5 in einer der dem Kühlmittel C entgegengesetzten Richtung und wird von einem Einlass des Kühlmittels C zu der Außenseite ausgelassen. Andererseits passiert ein Teil des Wärmegases F, das in den Kühlmittelkanal 5 eingebracht wurde, von der Öffnung 522 durch den Hohlabschnitt 52 und wird von der Öffnung 521 durch den Kühlmittelkanal 5 wieder zu der Außenseite ausgelassen.
Auf diese Art wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Zeitpunkt des Startens der Brennstoffzelle 1 das Wärmegas F in den Kühlmittelkanal 5 eingebracht, wie dies vorstehend beschrieben ist, wodurch der Hohlabschnitt 52 als eine effiziente Wärmerippe verwendet werden kann.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Schott zum Trennen einer Kühlmittelströmung ausgebildet und ein Strömungskanalausmaß zwischen den durch das Schott getrennten Strömungskanälen wird in Abhängigkeit von der Einlassseite und der stromabwärtigen Seite des Kühlmittelkanals geändert. Auf diese Weise wurde der geringwärmeleitende Abschnitt ausgebildet.
Das heißt, in der Brennstoffzelle gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in 7 gezeigt ist, sind eine Vielzahl von Schotte 6 zum Trennen einer Strömung des Kühlmittels C in dem Kühlmittelkanal 5 ausgebildet. Außerdem ist ein durch die Schotte 6 getrennter Strömungskanal 65 des Kühlmittels ausgebildet, indem die Schotte 6 so angeordnet werden, dass ein Strömungskanalausmaß an der Einlassseite größer als das an der stromabwärtigen Seite ist. Genauer gesagt wurden in 7 die Schotte 6 so angeordnet, dass die Anzahl der Schotte 6 an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 kleiner als die an der stromabwärtigen Seite ist. Auf diese Weise ist ein Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53, dessen Strömungskanalausmaß größer als das an der stromabwärtigen Seite ist, an der Einlassseite des Strömungskanals 65 ausgebildet, der durch die Schotte 6 getrennt ist.
Daher wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dann, wenn das Kühlmittel C zu dem Kühlmittelkanal 5 zugeführt wird, das Kühlmittel C mittels der Schotte 6 so in den Kühlmittelkanal 5 verteilt, dass die interne Strömungsverteilung des Kühlmittels C und die Abweichung infolge der Schwerkraft verhindert werden können. Daher kann ein gleichmäßiges Kühlen erzielt werden.
Außerdem ist, wie vorstehend beschrieben ist, der Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 an der Einlassseite des Kühlmittels C ausgebildet und der durch die Schotte 6 getrennte Strömungskanal 5 hat eine an dessen Einlassseite großwerdende Querschnittsfläche, wodurch an diesem Abschnitt eine Wärmeübertragungsfläche verringert wird. Auf diese Art kann die Wärmeleitfähigkeit an der Einlassseite in dem Kühlmittelkanal 5 gesenkt werden und der geringwärmeleitende Abschnitt kann einfach in dem Kühlmittelkanal 5 ausgebildet werden. In 7, 8 und 10 bis 12, die später beschrieben sind, sind lediglich Abschnitte der Kühlmittelkanäle in einer Brennstoffzelle in einer Perspektivansicht angezeigt, um eine Konfiguration der Schotte in dem Kühlungskanal ausdrücklich darzustellen.
Außerdem kann, wie in 8 gezeigt ist, der Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 ausgebildet sein, indem die Dicke des Schotts 6 an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 reduziert ist, und indem die Dicke an der stromabwärtigen Seite erhöht ist. Das heißt, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie in der Fig. gezeigt ist, ein an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 angeordneter Abschnitt an dem Schott 6 so abgeschrägt, dass die Dicke an der Einlassseite reduziert ist. Auf diese Weise wird in dem durch die Schotte 6 geteilten Strömungskanal 65 ein Strömungskanalausmaß an der Einlassseite größer als das an der stromabwärtigen Seite und der Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 an der Einlassseite kann ausgebildet werden. Dann kann selbst in dem Fall, in dem der Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 so ausgebildet wurde, die Wärmeleitfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittels C in dem Kühlmittelkanal 5 reduziert werden. Außerdem kann der geringwärmeleitende Abschnitt in dem Kühlmittelkanal 5 einfach ausgebildet werden.
Außerdem können in dem Fall, in dem ein Strömungskanalaufweitungsabschnitt durch Ändern der Dicke der Schotte ausgebildet ist, vorspringende Schotte 6 so angeordnet sein, dass die Dicke der Schotte 6 an der Einlassseite geringer als die an der stromabwärtigen Seite ist, wie in 9 gezeigt ist. In diesem Fall wird ebenso in dem durch die Schotte 6 geteilten Strömungskanal 65 ein Strömungskanalausmaß an der Einlassseite größer als das an der stromabwärtigen Seite und der Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 kann an der Einlassseite ausgebildet werden. In 9 ist eine Draufsicht gezeigt, bei der der Strömungskanal 5 von oben betrachtet wird, um ausdrücklich eine Änderung der Dicke der Schotte 6 anzuzeigen.
Außerdem kann ein Strömungskanalaufweitungsabschnitt an der Einlassseite eines Kühlmittelkanals ausgebildet werden, indem ein Schott 6 angeordnet wird, das sich von dessen Einlassseite zu dessen stromabwärtigen Seite in dem Kühlmittelkanal 5 erstreckt und indem ferner ein Schott 6 lediglich an einem Abschnitt an einer weiter stromabwärtigen Seite als an dessen Einlassseite in einem durch dieses Schott 6 geteilten Strömungskanal 65 hinzugefügt und angeordnet wird, wie dies in 10 gezeigt ist. In diesem Fall ist die Anzahl der Schotte 6 an der Einlassseite ebenso geringer als die an der stromabwärtigen Seite. In dem durch das Schott 6 getrennten Strömungskanal 65 wird ein Strömungskanalausmaß an dessen Einlassseite größer als das an der stromabwärtigen Seite. Das heißt, an der Einlassseite ist ein Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 ausgebildet. Dann kann selbst in dem Fall, in dem der Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 so ausgebildet wurde, eine Wärmeleitfähigkeit an der Einlassseite in dem Kühlmittelkanal 5 gesenkt werden und der geringwärmeleitende Abschnitt kann einfach in dem Kühlmittelkanal 5 ausgebildet werden.
Außerdem kann der Strömungskanalaufweitungsabschnitt lediglich an einem Teil der durch die Schotte getrennten Strömungskanäle ausgebildet sein.
Das heißt, wie in 11 gezeigt ist, ist in einem oder mehreren Strömungskanälen 65 von den durch die Schotte 6 getrennten Strömungskanälen 65 ein weiteres Schott 6 an dessen stromabwärtigen Seite hinzugefügt und ein Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 ist ausgebildet. Andererseits ist an den verbleibenden Strömungskanälen von den durch die Schotte 6 getrennten Strömungskanälen 65 kein Schott 6 hinzugefügt und angeordnet. Das Schott 6 wird so angeordnet, wodurch ein Strömungskanal mit einem Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 und ein Strömungskanal, der keinen Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 hat, in dem durch den Schott 6 getrennten Strömungskanal 65 erhalten werden kann.
Wenn der Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 in allen der durch die Schotte 6 getrennten Strömungskanäle 65 ausgebildet ist, besteht eine Gefahr darin, dass ein Druckverlust zunimmt, wenn das Kühlmittel C zugeführt wurde. Daher ist, wie vorstehend beschrieben ist, der Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 lediglich an einem oder mehreren der durch die Schotte 6 getrennten Strömungskanäle 65 ausgebildet. Auf diese Weise kann ein durch Ausbilden des Strömungskanalausdehnungsabschnitts 53 hervorgerufener übermäßiger Kühlverhinderungseffekt erhalten werden, während eine Zunahme des Druckverlusts auf das Minimum reduziert ist.
Außerdem kann, wie in 12 gezeigt ist, an dem Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 eine Trennwand 535 ausgebildet sein, um den Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 in einer im Wesentlichen zu einer Laminierrichtung A des Anodenkanals, des Kathodenkanals und des Kühlmittelkanals vertikalen bzw. senkrechten Richtung zu trennen.
Das heißt, wie in der Fig. gezeigt ist, ist in dem Kühlmittelkanal 5 ein sich von dessen Einlassseite zu der stromabwärtigen Seite erstreckendes Schott 6 angeordnet Zusätzlich ist ein Schott 6 ferner lediglich an der von dessen Einlass stromabwärtigen Seite in dem durch die Schotte 6 getrennten Strömungskanal 65 hinzugefügt, wodurch der Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 an der Einlassseite des Strömungskanals 65 ausgebildet wird. Dann werden an diesem Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 eine Vielzahl von Trennwänden 535 ausgebildet, um den Strömungskanalaufweitungsabschnitt 53 in einer im Wesentlichen zu der Laminierrichtung A des Anodenkanals, des Kathodenkanals und des Elektrolyts vertikalen bzw. senkrechten Richtung zu trennen. Auch wenn in 12 der Anodenkanal, der Kathodenkanal und der Elektrolyt nicht gezeigt sind, ist deren Laminierrichtung durch den Pfeil A gezeigt.
Die Trennwand 535 ist auf diese Weise ausgebildet, wodurch eine Wärmestromrichtung, d. h., ein Wärmestrom in der Laminierrichtung A beschränkt werden kann; ein Temperaturunterschied in einer im Wesentlichen zu der Wärmestromrichtung vertikalen Fläche reduziert werden kann; und ein übermäßiges Kühlen an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 verhindert werden kann.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde der geringwärmeleitende Abschnitt ausgebildet, indem ein Verbindungsabschnitt an dem Schott an der Einlassseite des Kühlmittelkanals ausgebildet wurde.
Das heißt, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie in 13 gezeigt ist, ein Schott 6 zum Trennen einer Strömung eines Kühlmittels C in einem Kühlmittelkanal 5 ausgebildet und ein Verbindungsabschnitt 62 ist in dem Schott 6 an einem Abschnitt an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 ausgebildet. In 13 ist der Verbindungsabschnitt 62 ausgebildet, indem ein Schott 6 so angeordnet ist, dass das Schott 6 an der Einlassseite in einer Strömungsrichtung eines Kühlmittels mit Zwischenräumen versehen ist.
Daher kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Wärmeübertragungsfläche an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 reduziert werden. Als ein Ergebnis kann eine ausgedehnte Wärmeübertragungsfläche an der Einlassseite verringert werden. Das heißt, in diesem Fall kann der geringwärmeleitende Abschnitt einfach an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 ausgebildet werden. 13 zeigt eine Draufsicht, bei der ein Kühlmittelkanal 5 von oben betrachtet wird, um ausdrücklich zu zeigen, dass ein Schott 6 an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 mit Zwischenräumen versehen ist.
Außerdem kann, wie in 14 gezeigt ist, ein Verbindungsabschnitt 62 an dem Schott 6 ausgebildet sein, indem ein Schlitz in einer Strömungsrichtung des Kühlmittels C vorgesehen wird. In diesem Fall wird eine rippeninterne Wärmeströmungsmenge in einer Wärmeströmungsrichtung mittels eines Schlitzes so unterbrochen, dass eine Wärmeübertragungsfläche verringert werden kann.
Ferner kann, wie in 15 gezeigt ist, der Verbindungsabschnitt 62 ausgebildet werden, indem eine Vielzahl von Löchern an dem Schott 6 ausgebildet werden. In diesem Fall ist die rippeninterne Wärmedurchflussmenge in der Wärmeströmungsrichtung durch die an dem Schott vorgesehenen Löcher unterbrochen, sodass eine Wärmeübertragungsfläche reduziert werden kann.
In 14 und 15 ist eine Schnittansicht gezeigt, bei der eine Brennstoffzelle 1 von einer Seitenfläche betrachtet wird, um einen Schlitz und ein Loch, die an dem Schott 6 vorgesehen sind, ausdrücklich zu zeigen.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde an der Einlassseite des Kühlmittelkanals der geringwärmeleitende Abschnitt ausgebildet, indem zwischen einem Schott und einer Innenwand eines Kühlmittelkanals ein beabstandeter Abschnitt ausgebildet wurde.
Das heißt, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie in 16 gezeigt ist, ein Schott 6 zum Trennen einer Strömung eines Kühlmittels C in einem Kühlmittelkanal 5 ausgebildet. Außerdem ist an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 ein beabstandeter Abschnitt 58, der dazu dient, dass ein Schott 6 von einer Innenwand 500 des Kühlmittelkanals 5 beabstandet ist, an zumindest einem Teil eines Abschnitts ausgebildet, an dem das Schott 6 und die Innenwand 500 des Kühlmittelkanals 5 miteinander in Kontakt kommen.
Daher ist in dem Kühlmittelkanal 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die rippeninterne Wärmedurchflussmenge an dessen Einlassseite unterbrochen, sodass der Rippenwirkungsgrad an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 reduziert werden kann. Als ein Ergebnis kann ein tatsächlicher Wärmeübertragungsbereich reduziert werden und eine Wärmeübertragungseigenschaft an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 kann gesenkt werden. Das heißt, der geringwärmeleitende Abschnitt kann einfach an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 ausgebildet werden. In 16 ist eine Schnittansicht gezeigt, bei der eine Brennstoffzelle 1 von oben betrachtet wird, um einen beabstandeten Abschnitt 58 ausdrücklich zu zeigen, der zwischen dem Schott 6 und der Innenwand 500 des Kühlmittelkanals 5 ausgebildet ist.
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde an der Einlassseite des Kühlmittelkanals an dem Schott ein Abschnitt aus einem geringwärmeleitenden Material ausgebildet.
Das heißt, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie in 17 gezeigt ist, in dem Kühlmittelkanals 5 ein Schott 6 zum Trennen einer Strömung eines Kühlmittels C ausgebildet. Zusätzlich ist an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 des Schotts 6 ein Abschnitt 68 aus einem geringwärmeleitenden Material ausgebildet, das eine geringere Wärmeleitfähigkeit als jenes an der stromabwärtigen Seite hat. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde als ein geringwärmeleitendes Material Aluminiumoxid verwendet.
Somit ist an der Einlassseite eines Schotts ein Abschnitt 68 aus einem geringwärmeleitenden Material ausgebildet, wodurch an der Einlassseite des Kühlmittelkanals ein Rippenwirkungsgrad reduziert werden kann. Als ein Ergebnis kann der wärmeleitende Bereich an der Einlassseite reduziert werden und eine Wärmeleitfähigkeit kann gesenkt werden. Das heißt, in diesem Fall kann der geringwärmeleitende Abschnitt an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 einfach ausgebildet werden. In 17 ist eine Schnittansicht gezeigt, bei der eine Brennstoffzelle 1 von einer Seitenfläche betrachtet wird, um ausdrücklich zu zeigen, dass das Schott 6 teilweise aus einem geringwärmeleitenden Material besteht. Zusätzlich ist in 17 ein Abschnitt 68 an dem Schott 6 gezeigt, der aus einem geringwärmeleitenden Material besteht, wobei die Schraffur geändert ist.
(Achtes Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde an einer Seitenfläche eines Kühlmittelkanals ein Seitenflächeneinlass zum Einbringen eines Kühlmittels ausgebildet.
Das heißt, wie in 18 gezeigt ist, sind in einem Kühlmittelkanal 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Seitenflächeneinlässen 56 zum Einbringen eines Kühlmittels C an einer Seitenfläche des Kühlmittelkanals ausgebildet. Die Seitenflächeneinlässe 56 sind an einer weiter stromabwärtigen Seite als die Einlassseite des Kühlmittelkanals ausgebildet. 18 und 19, die später beschrieben werden, zeigen Draufsichten, bei denen ein Kühlmittelkanal 5 von oben betrachtet wird, um einen Strom eines Kühlmittels C in dem Kühlmittelkanal 5 klarzustellen. Außerdem bezeichnet in 18 und 19, auch wenn ein Anodenkanal, ein Kathodenkanal und ein Elektrolyt nicht gezeigt sind, eine zur Papierfläche senkrechte Richtung eine Laminierrichtung dieser Elemente.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ein Kühlmittel C auch von dem Seitenflächeneinlass 56 eingebracht werden, der an einer Seitenfläche an der stromabwärtigen Seite in dem Kühlmittelkanal 5 ausgebildet ist. Außerdem strömt das von dem Seitenflächeneinlass 56 eingebrachte Kühlmittel C während es sich mit dem Kühlmittel von der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 vereint. Das heißt, der Kühlmittelkanal 5 kann als ein Reihenströmungskanal bzw. serieller Strömungskanal vorgesehen sein. Somit kann in dem Kühlmittelkanal 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Kühlmittelströmungsrate an der stromabwärtigen Seite erhöht werden. Das heißt, an der Einlassseite (stromaufwärtigen Seite) des Kühlmittelkanals 5 ist eine Kühlmittelströmungsrate stärker reduziert als die an der stromabwärtigen Seite, sodass die Kühlgeschwindigkeit an der Einlassseite gesenkt werden kann. Außerdem kann das Absenken der Wärmeübertragbarkeit an der Einlassseite gefördert werden.
Außerdem sind in dem Kühlmittelkanal 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Schotte 6 angeordnet. Außerdem sind die Schotte 6 so angeordnet, dass sie in der Strömungsrichtung des Kühlmittels C bzgl. einer von dem Seitenflächeneinlass zu der dm Seitenflächeneinlass gegenüberliegenden internen Wand 59 des Kühlmittelkanals senkrecht gezogenen Linie weiter nach vorne oder nach hinten versetzt sind, sodass das von dem Seitenflächeneinlass 56 eingebrachtes Kühlmittel C einströmt, während das Kühlmittel durch die Schotte 6 getrennt ist. Das heißt, wie in 18 gezeigt ist, ist an einer Linie, die die Innenwand 59 des Kühlmittelkanals, die dem Seitenflächeneinlass 56 gegenüberliegt, mit dem Seitenflächeneinlass 56 verbindet, kein Schott 6 ausgebildet. Außerdem strömt das von dem Seitenflächeneinlass 56 eingebrachte Kühlmittel C, während das Kühlmittel zu dem durch das Schott 6 in dem Kühlmittelkanal 5 getrennten Strömungskanal 65 verteilt wird. Daher strömt das von dem Seitenflächeneinlass 56 eingebrachte Kühlmittel C, während das Kühlmittel in dem Kühlmittelkanal dispergiert bzw. verteilt wird, wodurch ein Kühlen ermöglicht wird, das nahezu frei von Abweichungen ist.
(Neuntes Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde ein Kühlmittelkanal in eine Vielzahl von Einheiten unterteilt.
Das heißt, wie in 19 gezeigt ist, hat der Kühlmittelkanal 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Trennwand 75 zum Aufteilen der Strömung des Kühlmittels C auf eine Vielzahl von Einheiten 7. Außerdem sind in jeder dieser Einheiten 7 ein Einbringeinlass 76 zum Einbringen eines Kühlmittels und ein Ausbringauslass 77 zum Auslassen eines Kühlmittels angeordnet.
Der Kühlmittelkanal 5 ist damit in einer Vielzahl von Einheiten 7 ausgebildet, die Einbringeinlässe 76 und Ausbringauslässe 77 haben, wodurch ein Parallelströmungskanal als ein Kühlmittelkanal 5 ausgebildet werden kann. Außerdem kann jeder der Kühlmitteleinheiten 7 das Kühlmittel C unabhängig zuführen und auslassen, sodass die Temperaturverteilung in dem Kühlmittelkanal 5 willkürlich eingestellt werden kann. Insbesondere kann beispielsweise eine Kühlmittelströmungsrate an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5, an der es wahrscheinlich ist, dass ein übermäßiges Kühlen auftritt, reduziert werden oder eine Kühlmittelströmungsrate an der stromabwärtigen Seite, an der ein Kühlen schwer erzielt werden kann, kann erhöht werden. Eine Kühlmittelströmungsrate in jeder der Einheiten 7 wird so gesteuert, wodurch die Wärmeübertragungsfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 reduziert werden kann. Auf diese Art kann der geringwärmeleitende Abschnitt einfach an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 ausgebildet werden.
Außerdem sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 19 gezeigt ist, in jeder der Einheiten 7 eine Vielzahl Schotte 6 angeordnet. Die Schotte 6 sind so angeordnet, dass sie in der Strömungsrichtung des Kühlmittels C signifikant weiter als eine Linie nach vorne versetzt sind, die senkrecht der dem Einbringeinlass 76 entgegengesetzten internen Wand 59 des Kühlmittelkanals gezogen ist, sodass das von dem Einbringeinlass 76 eingebrachte Kühlmittel C durch die Schotte 6 getrennt wird. Das heißt, wie in 19 gezeigt ist, sind an einer Linie, die die dem Einbringeinlass 76 gegenüberliegende Wand 59 des Kühlmittelkanals und den Einbringeinlass 76 verbindet, keine Schotte ausgebildet. Außerdem sind an dem Ausbringauslass 77, die den Ausbringauslass und die diesem gegenüberliegende interne Wand verbindet, keine Schotte ausgebildet, sodass das durch das Schott 6 getrennte Kühlmittel C von dem Ausbringauslass 77 ausgebracht wird, während sich das Kühlmittel mit einem anderen Kühlmittel vereint.
(Zehntes Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde in zumindest einer oder mehreren der durch die Schotte getrennten Strömungskanäle eine Unterbrechungswand ausgebildet.
Das heißt, wie in 20 gezeigt ist, sind in dem Kühlmittelkanal 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Schotte 6 zum Trennen einer Strömung eines Kühlmittels C in einem Kühlmittelkanal 5 angeordnet. Außerdem ist in einer oder mehreren der durch das Schott 6 getrennten Strömungskanäle 65 eine Unterbrechungswand 8 zum Unterbrechen einer Strömung eines Kühlmittels C an dessen Einlassseite angeordnet.
Daher sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 ein Strömungskanal, in dem ein Kühlmittel C strömt, und ein Strömungskanal, in dem kein Kühlmittel C strömt, ausgebildet. Somit strömt selbst dann, wenn das Kühlmittel C in den Kühlmittelkanal 5 eingebracht wird, das Kühlmittel C nicht zu einem oder mehreren der Strömungskanäle an dessen Einlassseite. Als ein Ergebnis kann die Wärmeaustauschfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals gesenkt werden. In 20, 21 und 22, die später beschrieben werden, sind Draufsichten gezeigt, in denen ein Kühlmittelkanal 5 von oben betrachtet wird, um eine Unterbrechungswand 8 ausdrücklich zu zeigen.
Außerdem ist, wie in 20 gezeigt ist, in dem Kühlmittelkanal 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an dem Schott 6 ein Verbindungsloch 67 ausgebildet. Dieses Einsetzloch 67 ist an einer weiter stromabwärtigen Seite als die Einlassseite des Kühlmittels C in dem Kühlmittelkanal 5 ausgebildet. Somit strömt an der Einlassseite ein Kühlmittel nicht zu einem Strömungskanal, der eine Unterbrechungswand 65 bildet. Jedoch passiert das Kühlmittel C an der stromabwärtigen Seite der Einlassseite das Verbindungsloch 65 und strömt in einer neuverteilenden Weise.
In dem Fall, in dem die Unterbrechungswand 65 ausgebildet ist, besteht eine Gefahr darin, dass die Strömung des Kühlmittels C an der stromabwärtigen Seite des Kühlmittelkanals 5 ungleichmäßig wird und dass an der stromabwärtigen Seite die Abweichung der Temperaturverteilung eintritt. Jedoch ist in dem Kühlmittelkanal 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es vorstehend beschrieben ist, an einem Abschnitt an der stromabwärtigen Seite des Schotts 6 ein Verbindungsloch 67 zum Umverteilen eines Kühlmittels vorgesehen, sodass die Strömung des Kühlmittels daran gehindert werden kann, an der stromabwärtigen Seite ungleichmäßig zu werden. Als ein Ergebnis kann die gleichmäßig gemachte Temperaturverteilung an der stromabwärtigen Seite des Kühlmittelkanals gefördert werden.
Außerdem kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Strömungsratenbeschränkungsabschnitt zum Beschränken einer Kühlmittelströmungsrate und zum Permeierenlassen eines Kühlmittels an zumindest einem Teil der Unterbrechungswand ausgebildet sein.
Das heißt, wie in 21 gezeigt ist, wurde ein Strömungsratenbeschränkungsabschnitt 81 zum Beschränken einer Strömungsrate eines Kühlmittels C und zum Permeierenlassen des Kühlmittels C an zumindest einem Teil der Unterbrechungswand 8 ausgebildet. Dieser Strömungsratenbeschränkungsabschnitt 81 kann ausgebildet sein, indem sichergestellt wird, dass zumindest ein Teil der Unterbrechungswand 8 aus einem kühlmittelhemmenden Material ausgebildet ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde als ein kühlmittelhemmendes Material ein aus rostfreiem Stahl gefertigtes poröses Material verwendet.
Wenn gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Kühlmittel C in den Kühlmittelkanal 5 eingebracht ist, sind somit an der Einlassseite des Kühlmittels C ein Strömungskanal, in dem eine große Kühlmittelströmungsrate vorhanden ist, und ein Strömungskanal, in dem eine kleine Kühlmittelströmungsrate vorhanden ist, ausgebildet. Auf diese Art kann die Wärmeaustauschfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 reduziert werden und der geringwärmeleitende Abschnitt kann einfach ausgebildet werden.
Außerdem ist ebenso in diesem Fall an einem Abschnitt an der stromabwärtigen Seite des Schotts 6 ein Verbindungsloch 67 zum Umverteilen eines Kühlmittels vorgesehen, wodurch die Strömung des Kühlmittels C davon abgehalten werden kann, an der stromabwärtigen Seite ungleichmäßig zu werden.
Außerdem kann, wie in 22 gezeigt ist, ein Strömungsratenbeschränkungsabschnitt 81 ausgebildet sein, indem an zumindest einem Teil der Unterbrechungswand 8 ein Kollimationsloch ausgebildet wird.
Das heißt, wie in der Fig. gezeigt ist, ist in dem Kühlmittelkanal 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Kollimationsloch an zumindest einem Teil der Unterbrechungswand 8 ausgebildet, das dazu dient, eine geringe Menge eines Kühlmittels passieren zu lassen. In diesem Fall sind ebenso an der Einlassseite des Kühlmittels C in den Kühlmittelkanal 5 ein Strömungskanal, in dem eine große Kühlmittelströmungsrate vorherrscht, und ein Strömungskanal, in dem eine niedrige Kühlmittelströmungsrate vorherrscht, ausgebildet. Somit kann die Wärmeaustauschfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 reduziert werden.
Zusätzlich ist in diesem Fall ebenso ein Verbindungsloch 67 zum Umverteilen eines Kühlmittels an einem Abschnitt des Schotts 6 an der stromabwärtigen Seite vorgesehen, wodurch die Strömung des Kühlmittels C daran gehindert werden kann, an der stromabwärtigen Seite ungleichmäßig zu werden.
(Elftes Ausführungsbeispiel)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde ein Kühlmittelkanal aus einem einzelnen Strömungskanal ausgebildet, ohne dass ein Schott in dem Kühlmittelkanal ausgebildet ist.
Das heißt, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in 23 gezeigt ist, besteht ein Kühlmittelkanal 5 aus einem einzelnen Strömungskanal und die in dem vierten bis zehnten Ausführungsbeispiel beschriebenen Schotte sind nicht ausgebildet. In 23 und 24 bis 26, sind Draufsichten gezeigt, bei denen ein Kühlmittelkanal 5 von oben betrachtet wird, um ausdrücklich zu zeigen, dass in dem Kühlmittelkanal 5 kein Schott ausgebildet ist.
Zusätzlich sind innerhalb des Kühlmittelkanals 5 eine Vielzahl von Vorsprüngen 9 ausgebildet, die von einer Innenwand zu dem Inneren des Kühlmittelkanals 5 vorstehen. Diese Vorsprünge 9 sind einstückig mit der Innenwand des Kühlmittelkanals 5 ausgebildet. Zusätzlich ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine aus Aluminiumoxid gefertigte wärmeisolierende Schicht 51 an der Innenwand der Einlassseite ausgebildet, um einen geringwärmeleitenden Abschnitt 55 an der Einlassseite eines Kühlmittelkanals 5 auszubilden, wie es in dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Der Kühlmittelkanal 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht aus einem einzelnen Strömungskanal, wie er vorstehend beschrieben ist, sodass die interne Strömungsverteilung in dem Kühlmittelkanal gleichmäßig gemacht werden kann.
Das heißt, wie in den vorhergehenden vierten bis zehnten Ausführungsbeispielen beschrieben ist, besteht dann, wenn in dem Kühlmittelkanal ein Schott ausgebildet ist, eine Gefahr darin, dass die Strömung des Kühlmittels ungleichmäßig wird und dass an der stromabwärtigen Seite des Kühlmittels die Abweichung der Temperaturverteilung auftritt.
Wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben ist, besteht ein Kühlmittelkanal 5 aus einem einzelnen Strömungskanal, wodurch diese Ungleichmäßigkeit gelöst werden kann.
Außerdem sind in dem Kühlmittelkanal 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Vorsprünge 9 in dem Kühlmittelkanal ausgebildet. Somit strömt das in den Kühlmittelkanal 5 eingebrachte Kühlmittel C, während das Kühlmittel C in dem Kühlmittelkanal 5 durch diese Vorsprünge 9 gleichmäßig verteilt wird.
Außerdem ist in diesem Ausführungsbeispiel an der Innenwand an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 eine wärmeisolierende Schicht 51 ausgebildet, die ähnlich zu jener des ersten Ausführungsbeispiels ist. Daher ist die Wärmeübertragung an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 beschränkt, wodurch der geringwärmeleitende Abschnitt 55 einfach an der Einlassseite des Kühlmittelkanals ausgebildet werden kann.
Ferner kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Unterbrechungswand, die ähnlich zu jener des neunten Ausführungsbeispiels ist, an der Einlassseite des Kühlmittelkanals ausgebildet sein. Das heißt, wie in 23 gezeigt ist, kann in dem Kühlmittelkanal 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, der aus einem einzelnen Strömungskanal gefertigt ist, ebenso eine Unterbrechungswand 8 zum teilweisen Unterbrechen einer Strömung eines Kühlmittels C an dessen Einlassseite ausgebildet sein.
Die Unterbrechungswand ist so ausgebildet, wodurch an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 ein Abschnitt ausgebildet werden kann, an dem kein Kühlmittel strömt.
Dann kann auf diese Weise die Wärmeaustauschfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 gesenkt werden.
Außerdem kann, wie in 25 gezeigt ist, ein Strömungsratenbeschränkungsabschnitt 81 zum Beschränken einer Strömungsrate eines Kühlmittels und zum Permeierenlassen des Kühlmittels an zumindest einem Teil der Unterbrechungswand 5 ausgebildet sein. Dieser Strömungsratenbeschränkungsabschnitt 81 kann ausgebildet werden, indem sichergestellt wird, dass ein Teil der Unterbrechungswand 8 aus einem kühlmittelhemmenden Material gefertigt ist, das ähnlich zu jenem des neunten Ausführungsbeispiels ist.
Somit werden dann, wenn das Kühlmittel C in den Kühlmittelkanal 5 eingebracht wird, an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 ein Abschnitt, an dem eine große Kühlmittelströmungsrate vorherrscht, und ein Abschnitt, an dem eine geringe Kühlmittelströmungsrate vorherrscht, ausgebildet. Die Wärmeaustauschfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 kann reduziert werden.
Außerdem kann, wie in 26 gezeigt ist, der Strömungsratenbeschränkungsabschnitt 81 ausgebildet werden, indem sichergestellt wird, dass ein Kollimationsloch an zumindest einem Teil der Unterbrechungswand 8 ausgebildet ist, wie es in dem neunten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
In diesem Fall kann an der Einlassseite des Kühlmittels C in dem Kühlmittelkanal 5 ebenso ein Abschnitt, an dem eine große Kühlmittelströmungsrate vorherrscht, und ein Abschnitt, an dem eine niedrige Kühlmittelströmungsrate vorherrscht, ausgebildet sein. Somit kann die Wärmeaustauschfähigkeit an der Einlassseite des Kühlmittelkanals 5 reduziert werden.

Claims

Brennstoffzelle (1) mit einem Laminat aus: einem Anodenkanal (2), der mit Wasserstoff (H) oder einem wasserstoffenthaltenden Gas (GH) versorgt wird; einem Kathodenkanal (3), der mit Sauerstoff (O) oder einem sauerstoffenthaltenden Gas (GO) versorgt wird; und einem Elektrolyt (4), der zwischen dem Kathodenkanal (3) und dem Anodenkanal (2) angeordnet ist, wobei der Elektrolyt (4) gefertigt ist durch Laminieren von: einer wasserstofftrennenden Metallschicht (41), die von dem zu dem Anodenkanal (2) zugeführten Wasserstoff (H) oder von dem Wasserstoff (H) in einem zu dem Anodenkanal (2) zugeführten wasserstoffenthaltenden Gas (GH) permeiert wird; und einer Protonenleiterschicht (42), die aus Keramik gefertigt ist, um den Wasserstoff (H), der die wasserstofftrennende Metallschicht (41) permeiert hat, in einen Protonenzustand zu bringen und die Protonen den Kathodenkanal (3) erreichen zu lassen; die Brennstoffzelle (1) einen Kühlmittelkanal (5) zum Kühlen der Brennstoffzelle (1) hat, und wobei an einer Einlassseite für das Kühlmittel (C) in den Kühlmittelkanal (5) ein geringwärmeleitender Abschnitt (55) ausgebildet ist, dessen Wärmedurchgangskoeffizient geringer als der an dessen stromabwärtiger Seite ist, dadurch gekennzeichnet, dass der geringwärmeleitende Abschnitt (55) ausgebildet ist, indem an der Einlassseite des Kühlmittelkanals (5) ein Austauschbeschränkungsabschnitt (551) zum Beschränken des Wärmeaustausches und/oder ein Beschränken der Strömung des Kühlmittels (C) in dem Kühlmittelkanal (5) vorgesehen ist, wobei der Austauschbeschränkungsabschnitt (551) ausgebildet ist, indem ein in einer Wand an der Einlassseite für das Kühlmittel (C) in den Kühlmittelkanal (5) vorgesehener Hohlabschnitt (52) und an dem Hohlabschnitt (52) vorgesehene und sich in den Kühlmittelkanal (5) öffnende Öffnungen (521, 522) vorgesehen sind.
Brennstoffzelle (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass die Öffnungen (521, 522) so ausgebildet sind, dass ein sich an der Einlassseite des Kühlkanals (5) befindlicher Abschnitt in dem Hohlabschnitt (52) und ein sich an der stromabwärtigen Seite in dem Hohlabschnitt (52) befindlicher Abschnitt in den Kühlmittelkanal (5) offen sind.
Brennstoffzelle (1) mit einem Laminat aus: einem Anodenkanal (2), der mit Wasserstoff (H) oder einem wasserstoffenthaltenden Gas (GH) versorgt wird; einem Kathodenkanal (3), der mit Sauerstoff (O) oder einem sauerstoffenthaltenden Gas (GO) versorgt wird; und einem Elektrolyt (4), der zwischen dem Kathodenkanal (3) und dem Anodenkanal (2) angeordnet ist, wobei der Elektrolyt (4) gefertigt ist durch Laminieren von: einer wasserstofftrennenden Metallschicht (41), die von dem zu dem Anodenkanal (2) zugeführten Wasserstoff (H) oder von dem Wasserstoff (H) in einem zu dem Anodenkanal (2) zugeführten wasserstoffenthaltenden Gas (GH) permeiert wird; und einer Protonenleiterschicht (42), die aus Keramik gefertigt ist, um den Wasserstoff (H), der die wasserstofftrennende Metallschicht (41) permeiert hat, in einen Protonenzustand zu bringen und die Protonen den Kathodenkanal (3) erreichen zu lassen; die Brennstoffzelle (1) einen Kühlmittelkanal (5) zum Kühlen der Brennstoffzelle (1) hat, und wobei an einer Einlassseite für das Kühlmitteln (C) den Kühlmittelkanal (5) ein geringwärmeleitender Abschnitt (55) ausgebildet ist, dessen Wärmedurchgangskoeffizient geringer als der an dessen stromabwärtiger Seite ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (5) an einer Seitenfläche an dessen stromabwärtiger Seite zusätzlich zumindest einen Seitenflächeneinlass (56) zum Einbringen des Kühlmittels (C) hat.
Brennstoffzelle (1) mit einem Laminat aus: einem Anodenkanal (2), der mit Wasserstoff (H) oder einem wasserstoffenthaltenden Gas (GH) versorgt wird; einem Kathodenkanal (3), der mit Sauerstoff (O) oder einem sauerstoffenthaltenden Gas (GO) versorgt wird; und einem Elektrolyt (4), der zwischen dem Kathodenkanal (3) und dem Anodenkanal (2) angeordnet ist, wobei der Elektrolyt (4) gefertigt ist durch Laminieren von: einer wasserstofftrennenden Metallschicht (41), die von dem zu dem Anodenkanal (2) zugeführten Wasserstoff (H) oder von dem Wasserstoff (H) in einem zu dem Anodenkanal (2) zugeführten wasserstoffenthaltenden Gas (GH) permeiert wird; und einer Protonenleiterschicht (42), die aus Keramik gefertigt ist, um den Wasserstoff (H), der die wasserstofftrennende Metallschicht (41) permeiert hat, in einen Protonenzustand zu bringen und die Protonen den Kathodenkanal (3) erreichen zu lassen; die Brennstoffzelle (1) einen Kühlmittelkanal (5) zum Kühlen der Brennstoffzelle (1) hat, und wobei an einer Einlassseite für das Kühlmitteln (C) den Kühlmittelkanal (5) ein geringwärmeleitender Abschnitt (55) ausgebildet ist, dessen Wärmedurchgangskoeffizient geringer als der an dessen stromabwärtiger Seite ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (5) zumindest eine Trennwand (75) zum Aufteilen eines in der Kühlmittelströmungsrichtung fließenden Kühlmittelstroms auf eine Vielzahl von Einheiten (7) hat und wobei ein Einbringeinlass (76) zum Einbringen des Kühlmittels (C) und ein Ausbringauslass (77) zum Auslassen des Kühlmittels (C) jeweils an jeder Einheit (7) angeordnet sind.
Brennstoffzelle (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass in dem Kühlmittelkanal (5) Schotte (6) zum Trennen der Strömung des Kühlmittels (C) im Wesentlichen parallel zu der Kühlmittelströmungsrichtung angeordnet sind.
Brennstoffzelle (1) gemäß Anspruch 5, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass durch die Schotte (6) getrennte Strömungskanäle (65) des Kühlmittels (C) einen Strömungskanalaufweitungsabschnitt (53) aufweisen, der so ausgebildet ist, dass ein Strömungskanalausmaß an der Einlassseite davon größer als das an der stromabwärtigen Seite davon ist.
Brennstoffzelle (1) gemäß Anspruch 6, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass der Strömungskanalaufweitungsabschnitt (53) in einem oder mehreren der durch die Schotte (6) getrennten Strömungskanäle (65) ausgebildet ist, und dass der Strömungskanalaufweitungsabschnitt (53) in den verbleibenden der getrennten Strömungskanäle (65) nicht ausgebildet ist.
Brennstoffzelle (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass an dem Strömungskanalaufweitungsabschnitt (53) eine Trennwand (535) ausgebildet ist, um den Strömungskanalaufweitungsabschnitt (53) in einer im Wesentlichen zu der Laminierrichtung des Anodenkanals (2), des Kathodenkanals (3) und des Elektrolyts (4) senkrechten Richtung zu trennen.
Brennstoffzelle (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass das Schott (6) einen Verbindungsabschnitt (67) hat, der die durch die Schotte (6) getrennten Strömungskanäle (65) an der Einlassseite des Kühlmittelkanals (5) verbindet.
Brennstoffzelle (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass an der Einlassseite des Kühlmittelkanals (5) ein beabstandeter Abschnitt (58), an dem das Schott (6) von einer Innenwand (500) des Kühlmittelkanals (5) beabstandet ist, zumindest an einem Teil eines Abschnitts ausgebildet ist, an dem das Schott (6) und die Innenwand (500) des Kühlmittelkanals miteinander in Kontakt kommen.
Brennstoffzelle (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Abschnitt (68) an der Einlassseite des Kühlmittelkanals (5) an dem Schott (6) so konfiguriert ist, dass der Wärmedurchgangskoeffizient des Abschnitts (68) geringer als der des Abschnitts an dessen stromabwärtiger Seite ist.
Brennstoffzelle (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest an einem oder mehreren der durch die Schotte (6) getrennten Strömungskanäle (65) eine Unterbrechungswand (8) zum Unterbrechen der Kühlmittelströmung (C) an der Einlassseite des Kühlmittelkanals (5) angeordnet ist.
Brennstoffzelle (1) gemäß Anspruch 12, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass an zumindest einem Teil der Unterbrechungswand (8) ein Durchflussmengenbeschränkungsabschnitt (81) zum Beschränken der Durchflussmenge des Kühlmittels (C) und zum Permeierenlassen des Kühlmittels (C) ausgebildet ist.
Brennstoffzelle (1) gemäß Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass an einem Abschnitt, der an der stromabwärtigen Seite des Kühlmittelkanals (5) an dem Schott (6) vorhanden ist, ein Verbindungsloch (67) zum Umverteilen des Kühlmittels (C) vorgesehen ist.
Brennstoffzelle (1) gemäß einem von Ansprüchen 1 bis 4, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kühlmittelkanal (5) aus einem einzelnen Strömungskanal ausgebildet ist.
Brennstoffzelle (1) gemäß Anspruch 15, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass an der Einlassseite des Kühlmittelkanals (5) eine Unterbrechungswand (8) zum Unterbrechen eines Teils der Strömung des Kühlmittels (C) angeordnet ist.
Brennstoffzelle gemäß Anspruch 16, wobei die Brennstoffzelle (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass an zumindest einem Teil der Unterbrechungswand (8) ein Durchflussmengenbeschränkungsabschnitt (81) zum Beschränken der Durchflussmenge des Kühlmittels (C) und zum Permeierenlassen des Kühlmittels (C) ausgebildet ist.