DE112011105283T5 - Separator für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzelle - Google Patents

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Abstract

Ein Separator für eine Brennstoffzelle umfasst einen ersten Strömungspfad-formenden Abschnitt sowie zweite Strömungspfad-formende Abschnitte. Der erste Strömungspfad-formende Abschnitt hat eine gewellte bzw. gerippte Querschnittsform mit einer zu einer ersten Oberfläche hin konkaven ersten Nut zum Ausbilden eines Strömungspfades für ein erstes Fluid auf der ersten Oberfläche und eine zu einer zweiten Oberfläche hin konkaven zweiten Nut zum Ausbilden eines Strömungspfades für ein zweites Fluid auf der zweiten Oberfläche, die alternierend angeordnet sind. Der erste Strömungspfad-formende Abschnitt enthält zumindest drei lineare Bereiche, die zueinander parallel sind, sowie mehrere Wendebereiche, die jeweils eine Mehrzahl der ersten Nuten und eine Mehrzahl der zweiten Nuten umfassen, um diese mit entsprechenden Nuten in angrenzenden linearen Bereichen zu verbinden, und bildet dadurch gewundene Strömungspfade für das zweite Fluid aus. Die zweiten Strömungspfad-formenden Abschnitte sind angrenzend an eine Einlassstelle und eine Auslassstelle der Strömungspfade für das zweite Fluid angeordnet. Ein jeder der zweiten Strömungspfad-formenden Abschnitte bildet einen Verbindungsströmungspfad, um die Strömungspfade für das erste Fluid auf der ersten Oberfläche zu verbinden, sowie einen Verbindungsströmungspfad, um die Strömungspfade für das zweite Fluid auf der zweiten Oberfläche zu verbinden.

Description

  • HINTERGRUND
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Separator für eine Brennstoffzelle sowie eine Brennstoffzelle mit dem Separator.
  • Stand der Technik
  • Allgemein wird eine Brennstoffzelle, zum Beispiel eine Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle, in einer Stapelstruktur verwendet, die durch Stapeln einer Mehrzahl von Leistungserzeugungsschichten, die jeweils eine Elektrolytmembran und ein paar Elektroden (Anode und Katode) enthalten, über Separatoren zum Trennen eines Brenngases und eines Oxidationsgases als Reaktionsgase erhalten wird. Strömungspfade für Fluide, wie beispielsweise die Reaktionsgase und ein Kühlmittel (beispielsweise eine Kühlflüssigkeit), sind in der Brennstoffzelle ausgebildet.
  • Ein vorgeschlagener Separator für eine Brennstoffzelle hat eine gewellte bzw. gerippte Querschnittsform mit einer Mehrzahl von ersten Nuten, die zu einer Oberfläche hin konkav sind, und einer Mehrzahl von zweiten Nuten, die zur anderen Oberfläche hin konkav sind, und die alternierend angeordnet sind. In diesem Separator bilden die ersten Nuten Strömungspfade für ein erstes Fluid (beispielsweise Kühlflüssigkeit) auf einer Oberfläche, während die zweiten Nuten Strömungspfade für ein zweites Fluid (beispielsweise Brenngas) auf der anderen Oberfläche bilden. Die Brennstoffzelle hat Sammelrohre zum Zuführen und Abführen des ersten Fluids und des zweiten Fluids, die derart ausgebildet sind, dass sie in Stapelerrichtung durch die Brennstoffzelle reichen. Die jeweiligen Strömungspfade für das erste Fluid sind mit einem ersten Fluidzufuhr-Sammelrohr und einem ersten Fluidabführ-Sammelrohr verbunden. Die jeweiligen Strömungspfade für das zweite Fluid sind mit einem zweiten Fluidzufuhr-Sammelrohr und einem zweiten Fluidabführ-Sammelrohr verbunden.
  • Eine bekannte Technologie, die dazu verwendet wird, effizient ein Fluid über den gesamten Bereich der Leistungserzeugungsschicht zu verteilen, bildet Strömungspfade für das Fluid in der Brennstoffzelle in gewundener Form (nachfolgend auch als „gewundene Strömungspfade” bezeichnet) aus (siehe beispielsweise JP-2003-242994 A und JP-2009-170286 A ).
  • KURZFASSUNG
  • Bei dem Separator für eine Brennstoffzelle mit der gewellten Querschnittsform nach dem Stand der Technik ist die Strömungsrichtung der Strömungspfade für das erste Fluid, die durch angrenzende erste Nuten ausgebildet sind, und die Strömungsrichtung der Strömungspfade für das zweite Fluid, die durch angrenzende zweite Nuten ausgebildet ist, darauf begrenzt, dass diese zueinander parallel sind. Wenn die Strömungspfade für das zweite Fluid, die durch die zweiten Nuten ausgebildet sind, als gewundene Strömungspfade vorgesehen sind, ist die Strömungsrichtung der Strömungspfade für das erste Fluid, die durch die ersten Nuten auf der anderen Oberfläche ausgebildet sind, ebenso durch die gewundene Struktur begrenzt. Es ist dementsprechend schwierig, eine gute Verteilung beider Fluide durch die jeweiligen Fluidströmungspfade, die auf den jeweiligen Oberflächen des Separators ausgebildet sind, sicherzustellen, insbesondere an Einlassabschnitten und Auslassabschnitten der jeweiligen Fluidströmungspfade. Das Vorsehen zusätzlicher Teile für einen Separator erhöht den Freiheitsgrad bezüglich des Einstellens der jeweiligen Strömungsrichtungen der Strömungspfade für die beiden unterschiedlichen Fluide. Dies erhöht jedoch in gleicher Weise die Gesamtzahl von Bauteilen, was zu einer unerwünschten Gewichtszunahme, Größenzunahme und Kostenzunahme führt.
  • Dieses Problem ist hierbei nicht charakteristisch für den Separator für Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen sondern betrifft allgemein Separatoren in verschiedenen Brennstoffzellen.
  • Um das vorstehende Problem zu adressieren besteht daher ein Bedarf, eine gute Verteilung der jeweiligen Fluide durch entsprechende Fluidströmungspfade, die auf den jeweiligen Oberflächen eines Separators für eine Brennstoffzelle ausgebildet sind, sicherzustellen, selbst wenn die Strömungspfade für eines der Fluide, die auf einer Oberfläche des Separators ausgebildet sind, eine gewundene Form haben (gewundene Strömungspfade).
  • Um zumindest einen Teil der vorstehenden Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung verschiedene Aspekte und Ausführungsformen wie nachfolgend beschrieben wird.
  • Erster Aspekt: gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Separator für eine Brennstoffzelle geschaffen, aufweisend: einen ersten Strömungspfad-formenden Abschnitt mit einer gewellten Querschnittsform mit einer zu einer ersten Oberfläche hin konkaven ersten Nut zum Ausbilden eines Strömungspfades für ein erstes Fluid auf der ersten Oberfläche und einer zu einer zweiten Oberfläche hin konkaven zweiten Nut zum Ausbilden eines Strömungspfades für ein zweites Fluid auf der zweiten Oberfläche, die alternierend angeordnet sind, wobei der erste Strömungspfad-formende Abschnitt zumindest drei lineare Bereiche umfasst, die zueinander parallel sind und die jeweils eine Mehrzahl der ersten Nuten und eine Mehrzahl der zweiten Nuten umfassen, sowie mehrere Wendebereiche, die jeweils eine Mehrzahl der ersten Nuten und eine Mehrzahl der zweiten Nuten umfassen, um diese mit entsprechenden Nuten in angrenzenden linearen Bereichen zu verbinden, und dadurch gewundene Strömungspfade für das zweite Fluid auszubilden; und zweite Strömungspfad-formende Abschnitte, die angrenzend an eine Einlassstelle und eine Auslassstelle der Strömungspfade für das zweite Fluid im ersten Strömungspfad-formenden Abschnitt angeordnet sind, wobei ein jeder der zweiten Strömungspfad-formenden Abschnitte einen Verbindungsströmungspfad ausbildet, um die Strömungspfade für das erste Fluid auf der ersten Oberfläche zu verbinden, sowie einen Verbindungsströmungspfad, um die Strömungspfade für das zweite Fluid auf der zweiten Oberfläche zu verbinden, wobei jede der zweiten Nuten in jedem der Wendebereiche einen flacheren Nutenabschnitt mit einer geringeren Tiefe von der zweiten Oberfläche als die Tiefe des verbleibenden Abschnitts hat, so dass ein Verbindungsströmungspfad auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist, um zwei angrenzende Strömungspfade für das erste Fluid über den flacheren Nutenabschnitt zu verbinden.
  • Bei dem Separator für eine Brennstoffzelle gemäß dem ersten Aspekt sind die Strömungspfade für das zweite Fluid im ersten Strömungspfad-formenden Abschnitt mit der einer gewellten Querschnittsform derart ausgebildet, dass sie eine gewundene Form haben (gewundene Strömungspfade). Die Strömungspfade für das erste Fluid und die Strömungspfade für das zweite Fluid sind jeweils miteinander in den zweiten Strömungspfad-formenden Abschnitten verbunden, die angrenzend an die Einlassstelle und die Auslandsstelle der gewundenen Strömungspfade für das zweite Fluid angeordnet sind. Der Verbindungsströmungspfad ist auf der ersten Oberfläche durch einen flacheren Nutenabschnitt in jedem der Wendebereiche ausgebildet, um die Strömungspfade für das erste Fluid zu verbinden. Diese Struktur sichert eine gute Verteilung der jeweiligen Fluide durch die entsprechenden Fluidströmungspfade, die auf den jeweiligen Oberflächen des Separators vorgesehen sind. Diese Struktur des Separators für die Brennstoffzelle minimiert ferner die Zunahme der Gesamtzahl an Bauteilen.
  • Zweiter Aspekt: Bei dem Separator für eine Brennstoffzelle nach dem ersten Aspekt ist das erste Fluid eine Kühlflüssigkeit und das zweite Fluid entweder ein Brenngas oder ein Oxidationsgas.
  • Bei dem Separator für eine Brennstoffzelle nach dem zweiten Aspekt sind die Strömungspfade für das zweite Fluid, das entweder ein Brenngas oder ein Oxidationsgas ist, derart ausgebildet, dass sie eine gewundene Form haben, um dadurch effiziente das zweite Fluid über den gesamten Bereich der Leistungserzeugungsschicht zu verteilen. Diese Struktur ermöglicht eine gute Verteilung des jeweiligen Fluids durch die entsprechenden Fluidströmungspfade, die auf den jeweiligen Oberflächen des Separators ausgebildet sind, während die Abführleistung in den Strömungspfaden für das zweite Fluid verbessert wird, wodurch effektiv eine Verschlechterung der Strom- bzw. Leistungserzeugungsleistung der Brennstoffzelle verringert wird.
  • Dritter Aspekt: Bei dem Separator für eine Brennstoffzelle nach dem ersten oder dem zweiten Aspekt ist eine zweite Öffnung zum Ausbilden eines Sammelrohres für das zweite Fluid so vorgesehen, dass es zumindest teilweise dem zweiten Strömungspfad-formenden Abschnitt gegenüberliegt, und eine erste Öffnung zum Ausbilden eines Sammelrohres für das erste Fluid ist derart angeordnet, dass ein Teil dem zweiten Strömungspfad-formenden Abschnitt gegenüberliegt, und ein anderer Teil dem Wendebereich des ersten Strömungspfad-formenden Abschnitts gegenüberliegt.
  • Bei dem Separator für die Brennstoffzelle nach dem dritten Aspekt ist der zweite Strömungspfad-formende Abschnitt sowohl der zweiten Öffnung zum Ausbilden des Sammelrohres für das zweite Fluid als auch der ersten Öffnung zum Ausbilden des Sammelrohres für das erste Fluid gegenüberliegend angeordnet. Diese Struktur gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung und gleichmäßige Abfuhr sowohl des ersten Fluids als auch des zweiten Fluids über den zweiten Strömungspfad-formenden Abschnitt.
  • Vierter Aspekt: Bei dem Separator für die Brennstoffzelle nach einem der Aspekte eins bis drei umfasst jeder der zweiten Strömungspfad-formenden Abschnitte ein flaches Plattenelement, wobei eine Mehrzahl von einzelnen ersten Vorsprüngen von der ersten Oberfläche des flachen Plattenelements hervorsteht, und eine Mehrzahl von einzelnen zweiten Vorsprüngen von der zweiten Oberfläche des flachen Plattenelements hervorsteht.
  • Der Separator für die Brennstoffzelle nach dem vierten Aspekt verringert effektiv die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung der Brennstoffzelle, die durch eine verschlechterte Verteilung des ersten Fluids verursacht wird, während er gleichzeitig die zweiten Strömungspfad-formenden Abschnitte zu Verbindungsströmungspfaden ausbildet, welche die Strömungspfade für das erste Fluid auf der ersten Oberfläche verbinden, und Verbindungsströmungspfads ausbildet, welche die Strömungspfade für das zweite Fluid auf der zweiten Oberfläche verbinden.
  • Fünfter Aspekt: Bei dem Separator für die Brennstoffzelle nach einem der Aspekte eins bis vier ist die Position eines Bodens des flacheren Nutenabschnitts in Stapelrichtung näher an der zweiten Oberfläche, als die Position des verbleibenden Abschnitts der zweiten Nut.
  • Bei dem Separator für die Brennstoffzelle nach dem fünften Aspekt ist der Verbindungsströmungspfad zum verbinden zweier angrenzender Strömungspfade für das erste Fluid über den flacheren Nutenabschnitt auf der ersten Oberfläche ausgebildet, ohne die Dicke des Materials zwischen dem flacheren Nutenabschnitt und dem verbleibenden Abschnitt zu variieren.
  • Die vorliegende Erfindung kann durch eine Vielfalt an Aspekten ausgeführt werden, beispielsweise einen Separator für eine Brennstoffzelle, eine Brennstoffzelle mit dem Separator für die Brennstoffzelle, einem Brennstoffzellensystem mit der Brennstoffzelle, sowie einen beweglichen Körper, wie beispielsweise einem Automobil, mit dem Brennstoffzellensystem.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Brennstoffzellensystems 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Einheitszelle 140, die in einer Brennstoffzelle 100 enthalten ist;
  • 3 zeigt eine Schnittdarstellung der Brennstoffzelle 100;
  • 4 zeigt eine Schnittdarstellung der Brennstoffzelle 100;
  • 5 zeigt eine Schnittdarstellung der Brennstoffzelle 100;
  • 6 zeigt eine Schnittdarstellung der Brennstoffzelle 100;
  • 7 zeigt eine Draufsicht auf einen Anoden-seitigen Separator 310;
  • 8 zeigt eine Draufsicht auf einen Anoden-seitigen Separator 310;
  • 9 zeigt eine perspektivische Darstellung, die die Struktur eines Linearbereichs SA darstellt, der in einem gewellten Abschnitt WSP des Anoden-seitigen Separators 310 enthalten ist;
  • 10 zeigt eine perspektivische Darstellung, die Struktur eines Wendebereichs CA darstellt, der in einem gewellten Abschnitt WSP des Anoden-seitigen Separators 310 enthalten ist;
  • 11A und 11B zeigen eine Draufsicht eines Versenkungsabschnitts DPP;
  • 12 zeigt die Ergebnisse der Leistungsbewertung;
  • 13 zeigt eine Draufsicht auf einen Anoden-seitigen Separator 310 gemäß einer Abwandlung;
  • 14 zeigt eine Draufsicht auf einen Anoden-seitigen Separator 310 gemäß der Abwandlung; und
  • 15 zeigt eine Nahaufnahme eines Wendebereichs CA1 aus 13.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
  • A. Ausführungsform
  • 1 zeigt schematisch die Konfiguration eines Brennstoffzellensystems 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst eine Brennstoffzelle 100. Die Brennstoffzelle 100 hat durch Stapeln einer Endplatte 110, eine Isolatorplatte 120, einer Kollektorplatte 130, einer Mehrzahl von Einheitszellen 140, einer weiteren Kollektorplatte 130, einer weiteren Isolatorplatte 120 und einer weiteren Endplatte 110 in dieser Reihenfolge eine Stapelstruktur.
  • Wasserstoff als Brenngas wird von einem Wasserstofftank 50 zum Speichern von Wasserstoff unter hohem Druck der Brennstoffzelle 100 über ein Sperrventil 51, einen Regler 52 und eine Leitung 53 zugeführt. Der zugeführte Wasserstoff wird auf die jeweiligen Einheitszellen 140 über ein Brenngaszufuhr-Sammelrohr (später beschrieben) verteilt, um in den jeweiligen Einheitszellen 140 Leistung bzw. Strom zu erzeugen. Der in den jeweiligen Einheitszellen 140 nicht verbrauchte, überschüssige Wasserstoff (d. h. Anodenabgas) wird über ein Brenngasabführ-Sammelrohr (später beschrieben) gesammelt und über eine Abführleitung 54 aus der Brennstoffzelle 100 ausgegeben. Das Brennstoffzellensystem 10 kann einen Rezirkulationsmechanismus haben, um das Anodenabgas zur Leitung 53 zum Zuführen zurück zu führen.
  • Luft als Oxidationsgas wird der Brennstoffzelle 100 ebenso über eine Luftpumpe 60 und eine Leitung 61 zugeführt. Die zugeführte Luft wird über ein Oxidationsgaszufuhr-Sammelrohr (später beschrieben) an die jeweiligen Einheitszellen 140 verteilt, um in den jeweiligen Einheitszellen 140 für die Stromerzeugung verwendet zu werden. Die in den jeweiligen Einheitszellen 140 nicht verbrauchte, verbleibende Luft (d. h. Katodenabgas) wird über ein Oxidationsgasabführ-Sammelrohr (später beschrieben) gesammelt und aus der Brennstoffzelle 100 über eine Leitung 63 ausgegeben. Das Brenngas und das Oxidationsgas werden auch als Reaktionsgas bezeichnet.
  • Zudem wird ein Kühlmittel, das durch einen Radiator 70 gekühlt wird, der Brennstoffzelle 100 über eine Wasserpumpe 71 und eine Leitung 72 zugeführt, um die jeweiligen Einheitszellen 140 der Brennstoffzelle 100 zu kühlen. Das zugeführte Kühlmittel wird über ein Kühlmittelzufuhr-Sammelrohr (später beschrieben) in die jeweiligen Einheitszellen 140 eingebracht, um die jeweiligen Einheitszellen 140 zu kühlen. Das zum kühlen der jeweiligen Einheitszellen 140 genutzte Kühlmittel wird über ein Kühlmittelabführ-Sammelrohr (später beschrieben) gesammelt und mittels einer Leitung 73 zum Radiator 70 zirkuliert. Das Kühlmittel kann beispielsweise Wasser sein, Frostschutzmittel wie beispielsweise Ethylenglykol oder Luft. Diese Ausführungsform nutzt eine Kühlflüssigkeit als flüssiges Kühlmittel (nachfolgend als „FCC” bezeichnet).
  • Das Brennstoffzellensystem 10 umfasst ferner eine Steuerung 80. Die Steuerung 80 wird durch einen Computer mit einer CPU und Speicher (nicht dargestellt) ausgebildet. Die Steuerung 80 empfängt Signale von verschiedenen Sensoren, zum Beispiel einem Temperatursensor, einem Drucksensor und einem Spannungsmesser die an verschiedenen Stellen im Brennstoffzellensystem 10 angeordnet sind, und steuert den Betrieb des gesamten Brennstoffzellensystems 10 basierend auf den empfangenen Signalen.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf die Struktur der Einheitszelle 140 in der Brennstoffzelle 100. Die 3 bis 6 zeigen Schnittdarstellungen der Brennstoffzelle 100. 7 und 8 zeigen Draufsichten auf die Struktur eines Anoden-seitigen Separators 310, der in der Einheitszelle 140 enthalten ist. 3 zeigt eine Teilschnittdarstellung der Brennstoffzelle 100 an einer Stelle A1-A1 der 2, 7 und 8. 4 zeigt eine Teilschnittdarstellung der Brennstoffzelle 100 an einer Stelle B1-B1 der 2, 7 und 8. 5 zeigt eine Teilschnittdarstellung der Brennstoffzelle 100 an einer Stelle C1-C1 der 2, 7 und 8. 6 zeigt eine Teilschnittdarstellung der Brennstoffzelle 100 an einer Stelle D1-D1 der 2, 7 und 8. 7 zeigt eine Draufsicht auf die Struktur einer Oberfläche des Anodenseitigen Separators 310 (d. h. eine Oberfläche, die einem Katoden-seitigen Separator 320 einer angrenzenden Einheitszelle 140 gegenüberliegt; nachfolgend als „erste Oberfläche” bezeichnet). 8 zeigt eine Draufsicht auf die Struktur der anderen Oberfläche des Anoden-seitigen Separators 310 (d. h. eine Oberfläche, die einer Leistungserzeugungsschicht 200 gegenüberliegt; nachfolgend als „zweite Oberfläche” bezeichnet).
  • Bezug nehmend auf 2 umfasst die Brennstoffzelle 100 ein Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162 zum verteilen des der Brennstoffzelle 100 zugeführten Wasserstoffs als Brenngas zu den jeweiligen Einheitszellen 140, ein Oxidationsgaszufuhr-Sammelrohr 152 zum verteilen der der Brennstoffzelle 100 zugeführten Luft als Oxidationsgas zu den jeweiligen Einheitszellen 140, ein Brenngasabführ-Sammelrohr 164 zum sammeln des nicht in den jeweiligen Einheitszellen 140 verbrauchten Brenngases und abgeben des gesammelten Brenngases aus der Brennstoffzelle 100, ein Oxidationsgasabführ-Sammelrohr 154 zum sammeln des nicht in den jeweiligen Einheitszellen 140 verbrauchten Oxidationsgas und abgeben des gesammelten Oxidationsgases aus der Brennstoffzelle 100, ein Kühlflüssigkeitzufuhr-Sammelrohr 172 zum verteilen der der Brennstoffzelle 100 zugeführten Kühlflüssigkeit zu den jeweiligen Einheitszellen 140, und ein Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 zum sammeln der Kühlflüssigkeit aus den jeweiligen Einheitszellen 140 und abgeben der gesammelten Kühlflüssigkeit aus der Brennstoffzelle 100. Die jeweiligen Sammelrohre sind Strömungspfade, die sich in einer Richtung im westlichen parallel zur Stapelrichtung der Brennstoffzelle 100 erstrecken (d. h. der Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Ebenenrichtung der Einheitszelle 140 ist).
  • Wie in 2 dargestellt, hat die Einheitszelle 140 eine annähernd rechteckige ebene Form, und die jeweiligen Sammelrohre sind in der Nähe der Außenumfangsseiten der Ebene der Einheitszelle 140 angeordnet. Genauer gesagt sind das Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162 und das Kühlflüssigkeitzufuhr-Sammelrohr 172 angrenzend an eine kürzere Seite der Außenumfangsseiten der Einheitszelle 140 angeordnet. Das Brenngasabführ-Sammelrohr 164 und das Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 sind angrenzend an die andere kürzere Seite der Außenumfangsseiten der Einheitszelle 140 angeordnet. Die ortsbezogene Beziehung zwischen dem Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162 unter dem Kühlflüssigkeitzufuhr-Sammelrohr 172 entlang der Richtung der kürzeren Seiten des Außenumfangs der Einheitszelle 140 ist umgekehrt zur ortsbezogenen Beziehung zwischen dem Brenngasabführ-Sammelrohr 164 und dem Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174. Das Oxidationsgaszufuhr-Sammelrohr 152 ist angrenzend an eine längere Seite der Außenumfangsseiten der Einheitszelle 140 angeordnet (d. h. der längeren Seite entfernt von dem Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162). Das Oxidationsgasabführ-Sammelrohr 154 ist angrenzend an die andere längere Seite der Außenumfangsseiten der Einheitszelle 140 angeordnet (d. h. der längeren Seite nahe an dem Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162).
  • In der vorliegenden Beschreibung wird die Stapelrichtung der Einheitszellen 140 in der Brennstoffzelle 100 als „Stapelrichtung” bezeichnet und die Richtung parallel zur Hauptfläche der Einheitszellen 140 (d. h. die Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Stapelrichtung) wird als „Ebenenrichtung” bezeichnet. In der Ebenenerrichtung wird die Richtung parallel zu den längeren Seiten der Einheitszelle 140 als X-Richtung bezeichnet, und die Richtung parallel zu den kürzeren Seiten der Einheitszelle 140 (d. h. die Errichtung im Wesentlichen senkrecht zur X-Richtung) wird als Y-Richtung bezeichnet.
  • Wie in den 3 bis 6 dargestellt ist, hat die Einheitszelle 140 der Brennstoffzelle 100 eine Leistungserzeugungsschicht 200, die zwischen einem Paar Separatoren (Katoden-seitiger Separator 320 und Anoden-seitiger Separator 310) angeordnet ist. Die Leistungserzeugungsschicht 200 und umfasst eine Membran-Elektroden-Anordnung oder MEA 210, die eine Anode (Anodenelektrodenschicht) 214 und eine Katode (Katodenelektrodenschicht 215) enthält, die an jeweiligen Oberflächen einer Elektrolytmembran 212 angeordnet sind. Die Membran-Elektroden-Anordnung 210 umfasst ferner eine Anodendiffusionsschicht 216, die außerhalb der Anode 214 angeordnet ist, und eine Katodendiffusionsschicht 217, die außerhalb der Katode 215 angeordnet ist. Die Leistungserzeugungsschicht 200 umfasst ferner eine Katoden-seitige poröse Strömungspfadschicht 230, die außerhalb der Katodendiffusionsschicht 217 der Membran-Elektroden-Anordnung 210 vorgesehen ist.
  • Die Elektrolytmembran 212 ist eine Solidpolymermembran bestehend aus einem Fluorharzmaterial oder einen Kohlenwasserstoff-Harzmaterial und hat im feuchten bzw. nassen Zustand eine gute Protonenleitfähigkeit. Die Katode 215 und die Anode 214 enthalten beispielsweise Platin oder eine Platinlegierung und anderes Metall als Katalysator. Der durch die gestrichelte Linie in 2 eingefasste Bereich stellt den Bereich dar, in dem die Katode 215 und die Anode 214 in der Ebene der Einheitszelle 140 angeordnet sind.
  • Die Katodendiffusionsschicht 217 und die Anodendiffusionsschicht 216 bestehen beispielsweise aus einem Kohlenstoffgewebe von verwobenen Kohlenstofffasern, Kohlenstoffpapier oder Kohlenstofffilz. Die Katoden-seitige porösen Strömungspfadschicht 230 besteht aus einem porösen Material mit Gasdurchlässigkeit und Stromleitfähigkeit, beispielsweise einem porösen Metallkörper (z. B. Streckmetall) oder einem porösen Kohlenstoffkörper. Die Katoden-seitige poröse Strömungspfadschicht 230 hat die höhere Porosität und einen geringeren internen Gasströmungswiderstand als die Katodendiffusionsschicht 217 und dient somit als Oxidationsgas-Strömungspfad, durch welchen das Oxidationsgas strömt.
  • Der Katoden-seitige Separator 320 wird durch ausbilden von Öffnungen in der Metallplatte zum ausbilden von Öffnungen für die jeweiligen Sammelrohre ausgebildet. Wie in den 3 bis 6 dargestellt, hat der Katoden-seitige Separator 320 eine flache plattenähnliche Form.
  • Der Anoden-seitige Separator 310 wird durch ausbilden von Öffnungen in der Metallplatte zum ausbilden von Öffnungen für die jeweiligen Sammelrohre und Pressformen der Metallplatte zum ausbilden der konkav-konvexen Formen ausgebildet.
  • Wie in den 7 und 8 dargestellt, umfasst der Anoden-seitige Separator 310 eine Öffnung 362 für das Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162, eine Öffnung 364 für das Brenngasabführ-Sammelrohr 164, eine Öffnung 352 für das Oxidationsgaszufuhr-Sammelrohr 152, eine Öffnung 354 für das Oxidationsgasabführ-Sammelrohr 154, eine Öffnung 372 für das Kühlflüssigkeitzufuhr-Sammelrohr 172 sowie eine Öffnung 374 für das Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174. Die Öffnung 372 und die Öffnung 374 entsprechen der ersten Öffnung der Erfindung. Die Öffnung 362 und die Öffnung 364 entsprechen der zweiten Öffnung der Erfindung.
  • Der Anoden-seitige Separator 310 umfasst einen gerippten bzw. gewellten Abschnitt WSP und vertiefte bzw. versenkte (dimpled) Abschnitte DPP (versenkte Abschnitte DPP1 und DPP2), um die Strömungspfade für die Kühlflüssigkeit auf der ersten Oberfläche (7) und die Strömungspfade für das Brenngas auf der zweiten Oberfläche (8) auszubilden. Der gewellte Abschnitt WSP entspricht dem ersten Strömungspfad-bildenden Element der Erfindung. Der versenkte Abschnitte DPP entspricht dem zweiten Strömungspfad-bildenden Element der Erfindung.
  • Wie in den 7 und 8 dargestellt, umfasst der gewellte Abschnitt WSP drei lineare Bereiche SA1, SA2 und SA3 sowie zwei Wendebereiche CA1 und CA2. Die drei linearen Bereiche SA1, SA2 und SA3 erstrecken sich entlang der X-Richtung und sind sequenziell entlang der Y-Richtung angeordnet. Mit anderen Worten: Die drei linearen Bereiche SA1, SA2 und SA3 sind im Wesentlichen parallel zueinander.
  • Der erste Wendebereich CA1 ist zwischen einem Ende (oberes Ende in 8) des zweiten linearen Bereichs SA2 der in der Mitte angeordnet ist, und einem entsprechenden Ende auf der gleichen Seite des ersten linearen Bereichs SA1 vorgesehen. Genauer gesagt sind die Grenzen der entsprechenden Enden auf dieser Seite (obere Enden in 8) der linearen Bereiche SA2 und SA1 nicht parallel zur Y-Richtung sondern haben einen bestimmten Winkel. Der Wendebereich CA1 ist annähernd dreieckig ausgebildet und zwischen den Grenzen der Ende der linearen Bereiche SA2 und SA1 vorgesehen. In ähnlicher Weise ist der zweite Wendebereich CA2 zwischen dem anderen Ende (unteres Ende in 8) des zweiten linearen Bereichs SA2 und einem entsprechenden Ende auf der gleichen Seite des dritten linearen Bereichs SA3 vorgesehen. Genauer gesagt sind die Grenzen der jeweiligen Enden auf dieser Seite (untere Enden in 8) der linearen Bereiche SA2 und SA3 nicht parallel zur Y-Richtung sondern haben einen gewissen Winkel. Der Wendebereich CA2 ist annähernd dreieckig ausgebildet und zwischen den Grenzen der Enden der linearen Bereiche SA2 und SA3 vorgesehen.
  • Das andere Ende (unteres Ende in 8) des ersten linearen Bereichs SA1, das dem Ende gegenüberliegt, das mit dem Wendebereich CA1 verbunden ist, grenzt an den ersten versenkten Abschnitte DPP1. Genauer gesagt ist die Grenze des Endes auf dieser Seite (unteres Ende in 8) des linearen Bereichs SA1 im Wesentlichen parallel zur Y-Richtung, und der versenkte Bereich DPP1 ist annähernd rechteckig geformt und angrenzend an diese Grenze vorgesehen. In ähnlicher Weise ist das andere Ende (oberes Ende in 8) des dritten linearen Bereichs SA3, das dem Ende gegenüberliegt, welches mit dem Wendebereich CA2 verbunden ist, angrenzend an den zweiten versenkten Bereich DPP2 ausgebildet. Genauer gesagt ist die Grenze der Endes auf dieser Seite (oberes Ende in 8) des linearen Bereichs SA3 im Wesentlichen parallel zur Y-Richtung und der versenkte Abschnitte DPP2 ist annähernd rechteckig geformt und angrenzend zu dieser Grenze vorgesehen.
  • Wie vorstehend beschrieben, bilden bei dem Anoden-seitigen Separator 310 der Ausführungsform die vertieften Abschnitte DPP und die Wendebereiche CA die jeweiligen Enden in X-Richtung der Strömungspfad-bildenden Elemente mit dem gewellten Abschnitt WSP und den vertieften Abschnitten DPP.
  • Ein Trennelement 376 ist zwischen dem ersten linearen Bereich SA1 über den ersten versenkten Abschnitt DPP1 und den zweiten linearen Bereich SA2 ausgebildet und erstreckt sich in X-Richtung, um den Transfer des Fluids zwischen dem ersten linearen Bereich SA1 über den ersten vertieften Abschnitt DPP1 und den zweiten linearen Bereich SA2 zu behindern. In ähnlicher Weise ist ein weiteres Trennelement 376 zwischen dem dritten linearen Bereich SA3 über den zweiten vertieften bzw. versenkten Abschnitt DPP2 und den zweiten linearen Bereich SA2 vorgesehen und erstreckt sich in die X-Richtung, um den Transfer des Fluid zwischen dem dritten linearen Bereich SA3 über den zweiten versenkten Bereich DPP2 und den zweiten linearen Abschnitt SA2 zu behindern.
  • Ein Ende (oberes Ende in 8) des ersten linearen Bereichs SA1 ist dem Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 gegenüberliegend über den ersten Wendebereich CA1 angeordnet. Das andere Ende (unteres Ende in 8) des ersten linearen Bereichs SA1 ist dem Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162 und dem Kühlflüssigkeitzufuhr-Sammelrohr 172 gegenüberliegend über den ersten versenkten Abschnitt DPP1 angeordnet. Ein Ende (oberes Ende in 8) des zweiten linearen Bereichs SA2 ist dem Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 gegenüberliegend über den ersten Wendebereich CA1 angeordnet. Das andere Ende (unteres Ende in 8) des zweiten linearen Bereichs SA2 ist dem Kühlflüssigkeitzufuhr-Sammelrohr 172 gegenüberliegend über den zweiten Wendebereich CA2 angeordnet. Ein Ende (oberes Ende in 8) des dritten linearen Bereichs SA3 ist dem Brenngasabführ-Sammelrohr 164 und dem Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 gegenüberliegend über den zweiten versenkten Abschnitt DPP2 angeordnet. Das andere Ende (unteres Ende in 8) des dritten linearen Bereichs SA3 ist dem Kühlflüssigkeitzufuhr-Sammelrohr 172 gegenüberliegend über den zweiten Wendebereich CA2 angeordnet.
  • 9 ist eine perspektivische Darstellung, welche die Struktur des linearen Bereichs SA des gewellten Abschnitts WSP im Anoden-seitigen Separator 310 zeigt. 9 zeigt die Teilstruktur des einen linearen Bereichs SA in Groß- bzw. Nahaufnahme. Die obere Fläche von 9 entspricht der ersten Oberfläche (d. h. der Oberfläche die dem Katoden-seitigen Separator 320 einer anderen angrenzenden Einheitszelle 140 gegenüberliegt), und die untere Fläche von 9 entspricht der zweiten Oberfläche (d. h. der Oberfläche, die der Leistungserzeugungsschicht 200 gegenüberliegt). Wie in den 3 und 9 dargestellt ist, hat der lineare Bereich SA des gewellten Abschnitts WSP eine gewellte bzw. gerippte Querschnittsform mit einer Mehrzahl erster Nuten 316, die konkav hin zur ersten Oberfläche sind, und einer Mehrzahl von zweiten Nuten 315, die zur zweiten Oberfläche hin konkav sind, die alternierend entlang der Y-Richtung angeordnet sind. Diese Querschnittsform wird durch Pressformen und Falten der Metallplatte erzielt. Jede der ersten Nuten 316 und jede der zweiten Nuten 315 hat Ebenen, die sich linear in die X-Richtung erstrecken. Jeder der linearen Bereiche SA umfasst eine vorgegebene Zahl erster Nuten 316 sowie eine vorgegebene Zahl der zweiter Nuten 315.
  • Wie in den 3 und 9 gezeigt, bilden die ersten Nuten 316 Strömungspfade CS für die Kühlflüssigkeit auf der ersten Oberfläche (d. h. der Oberfläche die dem Katoden-seitigen Separator 320 der anderen angrenzenden Einheitszelle 140 gegenüberliegt). Die Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS sind der Raum, der durch die ersten Nuten 316 und den Katoden-seitigen Separator 320 der anderen angrenzenden Einheitszelle 140 definiert ist. Da die ersten Nuten 316 sich in X-Richtung im linearen Bereich SA des gewellten Abschnitts WSP erstrecken, sind die Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS als der Strömungspfadraum ausgebildet, der sich in die X-Richtung erstreckt. Die Kühlflüssigkeit entspricht dem 1. Fluid der Erfindung.
  • Die zweiten Nuten 315 bilden Strömungspfade AS für das Brenngas auf der zweiten Oberfläche (d. h. der Oberfläche, die der Leistungserzeugungsschicht 200 gegenüberliegt). Die Brenngas-Strömungspfade AS sind der Raum, der durch die zweiten Nuten 315 und die Oberfläche der Leistungserzeugungsschicht 200 definiert ist. Da die zweiten Nuten 315 sich im linearen Bereich SA des gewellten Abschnitts WSP in X-Richtung erstrecken, sind die Brenngas-Strömungspfade AS als der Strömungspfadraum ausgebildet, der sich in X-Richtung erstreckt. Das Brenngas entspricht dem 2. Fluid der Erfindung.
  • Im linearen Bereich SA des gewellten Abschnitts WSP haben die jeweiligen ersten Nuten 316 eine feste Tiefe L1 (9) von der ersten Oberfläche. Die Tiefe L1 der ersten Nuten 316 bezeichnet einen Abstand in Stapelrichtung von der äußersten Position des linearen Bereichs SA auf der ersten Oberfläche (d. h. der Position, die mit dem Katoden-seitigen Separator 320 einer anderen angrenzenden Einheitszelle 140 in Kontakt steht) zur äußersten Position der ersten Nuten 316 auf der zweiten Oberfläche (d. h. dem Boden der ersten Nut 316, der im wesentlichen senkrecht zur Stapelrichtung ist). Die Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS, die durch die ersten Nuten 316 auf der ersten Oberfläche ausgebildet sind, haben dementsprechend eine feste Tiefe. Bei der durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen 140 ausgebildeten Brennstoffzelle 100 ist im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Bodens einer jeden der ersten Nuten 316 im Anoden-seitigen Separator 310 mit der Oberfläche der Leistungserzeugungsschicht 200 in Kontakt.
  • In ähnlicher Weise haben im linearen Bereich SA des gewellten Abschnitts WSP die jeweiligen zweiten Fugen 315 eine feste tiefe L2 von der zweiten Oberfläche. Die Tiefe L2 der zweiten Nut 315 entspricht einem Abstand in Stapelrichtung von der äußersten Position des linearen Bereichs SA auf der zweiten Oberfläche (d. h. der Position, die mit der Leistungserzeugungsschicht 200 in Kontakt steht) zur äußersten Position der zweiten Nut 315 auf der ersten Oberfläche (d. h. dem Boden der zweiten Nut, der im wesentlichen senkrecht zur Stapelrichtung ist). Die durch die zweiten Nuten 315 auf der zweiten Oberfläche ausgebildeten Brenngas-Strömungspfade AS haben dementsprechend eine feste Tiefe. Bei der durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen 140 ausgebildeten Brennstoffzelle 100 ist im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Bodens einer jeden der zweiten Nuten 315 im Anoden-seitigen Separator 310 mit der Oberfläche des Katoden-seitigen Separators 320 einer anderen angrenzenden Einheitszelle 140 in Kontakt.
  • 10 ist eine perspektivische Darstellung, welche die Struktur des Wendebereichs CA des gewellten Abschnitts WSP des Anoden-seitigen Separators 310 zeigt. 10 zeigt die Teilstruktur eines Wendebereichs CA in Groß- bzw. Nahaufnahme. Die obere Fläche von 10 entspricht der ersten Oberfläche (d. h. der Oberfläche, die dem Katoden-seitigen Separator 320 einer anderen angrenzenden Einheitszelle 140 gegenüberliegt), und die untere Fläche von 10 entspricht der zweiten Oberfläche (d. h. der Oberfläche, die der Leistungserzeugungsschicht 200 gegenüberliegt). Wie in den 5, 6 und 10 gezeigt, hat der Wendebereich CA des gewellten Abschnitts WSP eine gewellte Querschnittsform mit einer Mehrzahl erster Nuten 316, die konkav hin zu der ersten Oberfläche sind, und einer Mehrzahl von zweiten Nuten 315, die zur zweiten Oberfläche hin konkav sind, die alternierend in X-Richtung angeordnet sind. Diese Querschnittsform wird durch Pressformen und Falten der Metallplatte erzielt. Jede der ersten Nuten 316 und jede der zweiten Nuten 315 hat Ebenen, die sich linear in Y-Richtung erstrecken. Ein jeder Wendebereich CA umfasst die gleiche Anzahl erster Nuten 316 und die gleiche Anzahl zweiter Nuten 315 wie in den linearen Bereichen SA.
  • Wie in den 5, 6 und 10 dargestellt, bilden die ersten Nuten 316 Strömungspfade CS für die Kühlflüssigkeit auf der ersten Oberfläche (d. h. der Oberfläche die dem Katoden-seitigen Separator 320 der anderen angrenzenden Einheitszelle 140 gegenüberliegt). Die Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS sind der Raum, der durch die ersten Nuten 316 und den Katoden-seitigen Separator 320 der anderen angrenzenden Einheitszelle 140 definiert ist. Da die ersten Nuten 316 sich in Y-Richtung im Wendebereich CA des gewellten Abschnitts WSP erstrecken, sind die Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS als der Strömungspfadraum ausgebildet, der sich in die Y-Richtung erstreckt.
  • Die zweiten Nuten 315 formen Strömungspfade AS für das Brenngas auf der zweiten Oberfläche (d. h. der Oberfläche, die der Leistungserzeugungsschicht 200 gegenüberliegt). Die Brenngas-Strömungspfade AS sind der Raum, der durch die zweiten Nuten 315 und die Oberfläche der Leistungserzeugungsschicht 200 definiert ist. Da die zweiten Nuten 315 sich im Wendebereich CA des gewellten Abschnitts WSP in Y-Richtung erstrecken, sind die Brenngas-Strömungspfade AS als der Strömungspfadraum ausgebildet, der sich in Y Richtung erstreckt.
  • Im Wendebereich CA des gewellten Abschnitts WSP haben die jeweiligen ersten Nuten 316 eine feste Tiefe von der ersten Oberfläche, die gleich der Tiefe der ersten Nuten 316 im linearen Bereich SA aus 9 ist. Die durch die ersten Nuten 316 auf der ersten Oberfläche ausgebildeten Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS haben somit eine feste Tiefe. Bei der durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen 140 ausgebildeten Brennstoffzelle 100 ist im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Bodens einer jeden der ersten Nuten 316 im Anoden-seitigen Separator 310 mit der Oberfläche der Leistungserzeugungsschicht 200 in Kontakt.
  • Wie in den 5, 6 und 10 dargestellt, hat jede der zweiten Nuten 315 im Wendebereiche CA des gewellten Abschnitts WSP flachere Nutenabschnitte 314. Die flacheren Nutenabschnitte 314 haben eine geringere Tiefe d2 (6) von der zweiten Oberfläche (d. h. der Oberfläche, die der Leistungserzeugungsschicht 200 gegenüberliegt) als eine Tiefe d1 der übrigen bzw. verbleibenden Abschnitte (nachfolgend als „tiefere Nutenabschnitte 313” bezeichnet). Die Position des Bodens (der Oberfläche parallel zur Ebenenrichtung) der flacheren Nutenabschnitte 314 in Stapelrichtung ist näher zur zweiten Oberfläche als die Position des Bodens der tieferen Nutenabschnitte 313. Die Brenngas-Strömungspfade AS, die durch die zweiten Nuten 315 auf der zweiten Oberfläche ausgebildet werden, haben dementsprechend eine variierende Tiefe, d. h. eine größere Tiefe in den Bereichen der tieferen Nutenabschnitte 313 und eine geringere Tiefe in den Bereichen der flacheren Nutenabschnitte 314.
  • Im Brennstoffzellensystem 100, das durch Stapeln einer Mehrzahl von Einheitszellen 140 geformt wird, ist der Anoden-seitige Separator 310 mit der Oberfläche des Katoden-seitigen Separators 320 einer anderen angrenzenden Einheitszelle 140 an den Stellen der tieferen Nutenabschnitte 313 in Kontakt, während er an den Stellen der flacheren Nutenabschnitte 314 nicht mit der Oberfläche des Katoden-seitigen Separators 320 in Kontakt ist. Ein Verbindungsströmungspfad CP wird dadurch zwischen der ersten Oberfläche des Anoden-seitigen Separators 310 an der Stelle eines jeden flacheren Nutenabschnitts 314 im Wendebereich CA des gewellten Abschnitts WSP und der Oberfläche des Katoden-seitigen Separators 320 ausgebildet, um zwei angrenzende Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS über den flacheren Nutenabschnitt 314 zu verbinden. Daher fließt im Wendebereiche CA die Kühlflüssigkeit sowohl vertikal als auch horizontal (sowohl in X-Richtung als auch in Y-Richtung) durch die Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS und die Verbindungsströmungspfade CP. Bei dieser Ausführungsform ist, wie in 10 dargestellt, eine Mehrzahl von flacheren Nutenabschnitten 314 in jeder der zweiten Nuten 315 ausgebildet. Jeder der flacheren Nutenabschnitte 314 in jeder der zweiten Nuten 315 ist derart ausgebildet, dass er in X-Richtung mit angrenzenden flacheren Nutenabschnitten 314 in anderen angrenzenden zweiten Nuten 315 ausgerichtet ist.
  • Wie in 8 dargestellt, ist jede der zweiten Nuten 315, die im Wendebereich CA enthalten ist, derart ausgebildet, um die entsprechenden zweiten Nuten 315 in zwei angrenzenden linearen Bereichen SA zu verbinden. Genauer gesagt verbindet jede der zweiten Nuten 315 im ersten Wendebereiche CA1 die entsprechenden zweiten Nuten 315 im ersten linearen Bereich SA1 und dem zweiten linearen Bereich SA2. Jede der zweiten Nuten 315 in den zweiten Wendebereichen CA2 verbindet die entsprechenden zweiten Nuten 315 im zweiten linearen Bereich SA2 und dem dritten linearen Bereich SA3. Jede der Mehrzahl von zweiten Nuten 315 im gewellten Abschnitt WSP ist somit durchgehend ausgebildet, um einen gewundenen Brenngas-Strömungspfad AS auszubilden. Wie vorstehend erklärt haben die jeweiligen ersten Nuten 316 eine feste Tiefe und haben keine Abschnitte unterschiedlicher Tiefe wie die flacheren Nutenabschnitte 314 in den zweiten Nuten 315. Die Brenngas-Strömungspfade AS sind dementsprechend als separate Strömungspfade ausgebildet, die durch die ersten Nuten 316 unterteilt sind.
  • Wie vorstehend beschrieben haben der lineare Bereich SA und der Wendebereiche CA des gewellten Abschnitts WSP die gewellte Querschnittsform mit einer Mehrzahl von ersten Nuten 316 und einer Mehrzahl von zweiten Nuten 315, die alternierend angeordnet sind. Das Ausbilden der zweiten Nuten 315 in jedem der Wendebereiche CA zur Verbindung zwischen entsprechend zweiten Nuten 315 in zwei angrenzenden linearen Bereichen SA bedeutet, dass jede der ersten Nuten 316 in jedem Wendebereich CA ebenfalls derart ausgebildet ist, um entsprechende erste Nuten 316 in zwei angrenzenden linearen Bereichen SA zu verbinden.
  • Die 11A und 11B zeigen eine Draufsicht auf die Struktur des vertieften bzw. versenkten Abschnitts DPP. 11A zeigt eine Teilansicht der Struktur auf der ersten Oberfläche (d. h. der Oberfläche, die dem Katoden-seitigen Separator 320 einer anderen angrenzenden Einheitszelle 140 gegenüberliegt) eines jeden vertieften Abschnitts DPP. 11B zeigt die Teilansicht der zweiten Oberfläche (d. h. der Oberfläche, die der Leistungserzeugungsschicht 200 gegenüberliegt) eines jeden vertieften Abschnitts DPP. Wie in den 4, 11A und 11B gezeigt, umfasst jeder vertiefte Abschnitts DPP ein flaches Plattenelement 332, das im Wesentlichen parallel zur Ebenenrichtung ist, eine Mehrzahl separater erster Vorsprünge 334, die von der ersten Oberfläche vom flachen Plattenelement 332 hervor ragen, und eine Mehrzahl separater zweiter Vorsprünge 336, die von der zweiten Oberfläche des flachen Plattenelements 332 hervor ragen. Die ersten Vorsprünge 334 und die zweiten Vorsprünge 336 haben eine in der Ebene kreisförmig oder polygonal ausgebildete Form.
  • Auf der ersten Oberfläche eines jeden vertieften Abschnitts DPP bildet der andere Teil als die ersten Vorsprünge 334 einen Kühlflüssigkeit-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DCS. In ähnlicher Weise bildet auf der zweiten Oberfläche der andere Teil als die ersten Vorsprünge 336 einen Brenngas-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DAS. Die ersten Vorsprünge 334 und die zweiten Vorsprünge 336 in jedem vertieften Abschnitt DPP sind voneinander separat ausgebildet (d. h. nicht miteinander verbunden), so dass der Kühlflüssigkeit-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DCS und der Brenngas-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DAS eines jeden vertieften Abschnitts DPP als Strömungspfad für die Kühlflüssigkeit und das Brenngas dient, welche sowohl vertikal als auch horizontal (d. h. sowohl in X-Richtung als auch in Y-Richtung) strömen. Wie in 7 dargestellt, verbindet der Kühlflüssigkeit-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DCS in jedem vertieften Abschnitt DPP die jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS, die auf der ersten Oberfläche durch entsprechende erste Nuten 316 in dem angrenzenden linearen Bereich SA ausgebildet ist. In ähnlicher Weise verbindet, wie in 8 dargestellt, der Brenngas-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DAS in jedem vertieften Abschnitt DPP die jeweiligen Brenngas-Strömungspfade AS, die auf der zweiten Oberfläche durch entsprechende zweite Nuten 315 in dem angrenzenden linearen Bereich SA ausgebildet sind.
  • Bei dieser Ausführungsform werden die ersten Vorsprünge 334 und die zweiten Vorsprünge 336 ebenfalls durch Pressformen der Metallplatte ausgebildet. Die auf der ersten Oberfläche ausgebildeten ersten Vorsprünge 334 sind konkav zur zweiten Oberfläche, während die zweiten Vorsprünge 336 auf der zweiten Oberfläche konkav zur ersten Oberfläche sind.
  • Wie in den 3 bis 5 dargestellt, ist der Außenumfang der Leistungserzeugungsschicht 200 einer jeden Einheitszelle 140 von einem Dichtelement (Dichtung) 420 umgeben, um ein Durchlecken zwischen der Katodenseite und der Anodenseite zu vermeiden. Das Dichtelement 420 kann durch Spritzgießen eines Dichtmaterials beispielsweise Silikongummi, Butylgummi oder Fluorgummi, ausgebildet werden.
  • Verschiedene Dichtelemente (Dichtungen) sind auf der Oberfläche des Anodenseitigen Separators 310 gegenüber den Katoden-seitigen Separator 320 angeordnet, um Dichtungslinien SL auszubilden, welche die jeweiligen Sammelrohre umgeben und die Bereiche für die Strömung der jeweiligen Fluide umgeben, wie in 2 dargestellt ist. Genauer gesagt sind Dichtelemente 430 (3) zum ausbilden von Dichtungslinien SL, welche das Oxidationsgaszufuhr-Sammelrohr 152 und das Oxidationsgasabführ-Sammelrohr 154 umgeben, Dichtungselemente 450 (4) zum ausbilden von Dichtungslinien SL, welche das Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162 und das Brenngasabführ-Sammelrohr 164 umgeben, und Dichtungselemente 440 (3 und 4) zum ausbilden von Dichtungslinien SL, welche die Strömungsbereiche der Kühlflüssigkeit zwischen dem Anoden-seitigen Separator 310 und dem Katodenseitigen Separator 320 umgeben am Anoden-seitigen Separator 310 ausgebildet. Die jeweiligen Dichtungselemente haben Lippen (432, 442 und 452) mit konvexer Querschnittsform. Während des Stapelns der jeweiligen Einheitszellen 140 werden die jeweiligen Lippen durch den gegenüberliegenden Katoden-seitigen Separator 320 zusammengedrückt und verformt, um in engem Kontakt mit der Oberfläche des Katoden-seitigen Separators 320 zu gelangen und dadurch die Dichtungslinien SL auszubilden.
  • Wie in 4 dargestellt ist, sind dritte Nuten 317, die konkav zur zweiten Oberfläche hin sind (d. h. der Oberfläche, die der Leistungserzeugungsschicht 200 gegenüberliegt) in der Nähe des Brenngaszufuhr-Sammelrohrs 162 und des Brenngasabführ-Sammelrohrs 164 am Anoden-seitigen Separator 310 ausgebildet. Die dritten Nuten 317 haben eine geringere Tiefe als die Tiefe der tieferen Nutenabschnitte 313 der zweiten Nuten 315. Die Tiefe der dritten Nuten 317 bedeutet einen Abstand in Stapelrichtung von der äußersten Position des Anoden-seitigen Separators 310 auf der zweiten Oberfläche (d. h. einer Position, die in Kontakt mit der Leistungserzeugungsschicht 200 ist) zur äußersten Position der dritten Nut 317 auf der ersten Oberfläche (d. h. dem Boden der dritten Nut 317 im Wesentlichen senkrecht zur Stadtrichtung). Ein Ende der dritten Nut 317 ist fortlaufend mit der zweiten Oberfläche eines jeden vertieften Abschnitts DPP ausgebildet, und das andere Ende hat eine Öffnung 318.
  • Jede der dritten Nuten 317 bildet einen Tunnel-Strömungspfad TR, der unter den Dichtungslinien SL der Dichtungselemente 440 und 450 (auf der Seite der Leistungserzeugungsschicht 200) verläuft, und den Brenngas-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DAS, der im vertieften Abschnitt DPP vorgesehen ist, und das Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162 oder das Brenngasabführ-Sammelrohr 164 verbindet. Die dritte Nut 317 zum ausbilden des Tunnel-Strömungspfades TR ist in Ebenenrichtung vollständig innen angeordnet, und das Dichtungselement 420 ist entlang des Außenumfangs der Leistungserzeugungsschicht 200 angeordnet. Der Tunnel-Strömungspfad TR liegt daher dem Dichtelement 420 nicht gegenüber, sondern liegt der Anodendiffusionsschicht 216 der Leistungserzeugungsschicht 200 gegenüber. Bei dieser Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Tunnel-Strömungspfaden TR, die durch die dritten Nuten 317 derart ausgebildet sind, dass sie sich in X-Richtung erstrecken, entlang der Y-Richtung angeordnet (8).
  • Wie durch die Pfeile in den 4 und 8 dargestellt, strömt der Wasserstoff als das dem ein Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162 zugeführte Brenngas über die Öffnung 318 durch die stromaufwärtigen (zufuhrseitigen) Tunnel-Strömungspfade TR, strömt in den Brenngas-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DAS, der auf der zweiten Oberfläche des ersten vertieften Abschnitts in DPP1 ausgebildet ist, und gelangt ferner in die jeweiligen Brenngas-Strömungspfade AS, die durch die zweiten Nuten 315 im ersten linearen Bereich SA1 des gewellten Abschnitts WSP auf der zweiten Oberfläche ausgebildet sind.
  • Wie vorstehend angeführt, ist der erste vertiefte Abschnitt DPP1 gegenüber dem Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162 und dem Kühlflüssigkeitzufuhr-Sammelrohr 172 angeordnet. Der durch die Tunnel-Strömungspfade TR strömende Wasserstoff strömt somit hauptsächlich in einen Teil des dem Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162 gegenüberliegenden Brenngas-Strömungspfades mit vertieftem Abschnitt DAS. Der Brenngas-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DAS dient als Strömungspfad für das sowohl vertikal als auch horizontal (d. h. sowohl in X-Richtung als auch in Y-Richtung) strömende Brenngas und verbindet die jeweiligen Brenngas-Strömungspfade AS, die im linearen Bereich SA1 ausgebildet sind. Der hauptsächlich in den Bereich des Brenngas-Strömungspfades mit vertieftem Abschnitt DAS, der dem Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162 gegenüberliegt, strömende Wasserstoff fließt somit sowohl vertikal als auch horizontal im Brenngas-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DAS, um ausgeglichen auf die jeweiligen Brenngas-Strömungspfade AS im linearen Bereich SA1 verteilt zu werden.
  • Wie in 8 dargestellt, strömt, im gewellten Abschnitt WSP, der durch den Einlass der jeweiligen Brenngas-Strömungspfade AS, die am Ende des linearen Bereich SA1 angeordnet sind, gelangende Wasserstoff in den gewundenen Brenngas-Strömungspfade AS in Richtung zum Auslass, der an der Grenze zwischen dem vertieften Abschnitt DPP2 und dem linearen Bereich SA3 angeordnet ist. Der durch den Brenngas-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DAS und die Brenngas-Strömungspfade AS strömende Wasserstoff wird zur Stromerzeugung durch die Membran-Elektroden-Anordnung 210 verwendet. Da die Brenngas-Strömungspfade AS gewunden ausgebildet sind, wird Wasserstoff effizient über den gesamten Bereich der Leistungserzeugungsschicht 200 verteilt.
  • Wie in den 4 und 8 dargestellt, fließt der während der Stromerzeugung nicht verbrauchte Wasserstoff aus dem Auslass der jeweiligen Brenngas-Strömungspfade AS aus, gelangt in den Brenngas-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DAS der auf der zweiten Oberfläche des vertieften Abschnitts DPP2 ausgebildet ist, um dort zusammengeführt zu werden, fließt durch die stromabwärtigen Tunnel-Strömungspfade TR und wird über die Öffnung 318 zum Brenngasabführ-Sammelrohr 164 ausgegeben. Wie vorstehend beschrieben ist der zweite vertiefte Abschnitt DPP2 dem Brenngasabführ-Sammelrohr 164 und dem Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 gegenüber liegend angeordnet. Der aus den jeweiligen Brenngas-Strömungspfaden AS ausströmende Wasserstoff strömt zu einem Teil des Brenngas-Strömungspfades mit vertieftem Abschnitt DAS, der gegenüber dem Brenngasabführ-Sammelrohr 164 liegt, und wird gleichmäßig zum Brenngasabführ-Sammelrohr 164 abgegeben.
  • Wie durch die Pfeile in 3 dargestellt, fließt die als Oxidationsgas dem Oxidationsgaszufuhr-Sammelrohr 152 zugeführte Luft über eine stromaufwärtige (zufuhrseitige) Öffnung 322, die in der Oberfläche des Katoden-seitigen Separators 320, der der Leistungserzeugungsschicht 200 gegenüberliegt, ausgebildet ist, in die Katodenseitige poröse Strömungspfadschicht 230, wird durch die Katoden-seitige porösen Strömungspfadschicht 230 verteilt und strömt durch diese. Die Luft wird zur Stromerzeugung durch die Membran-Elektroden-Anordnung 210 verwendet. Die verbleibende, bei der Stromerzeugung nicht verbrauchte Luft fließt aus einer stromabwärtigen (auslassseitigen) Öffnung 322, die in der Oberfläche des Katodenseitigen Separators 320, der der Leistungserzeugungsschicht 200 gegenüberliegt, ausgebildet ist, und wird zum Oxidationsgasabführ-Sammelrohr 154 ausgegeben.
  • Wie durch die Pfeile in den 5 und 7 dargestellt, wird das dem Kühlflüssigkeitzufuhr-Sammelrohr 172 zugeführte Kühlflüssigkeit dem Ende des zweiten Wendebereichs CA2 und dem Ende des ersten vertieften Abschnitts DPP1 auf der ersten Oberfläche (d. h. der Oberfläche, die dem Katoden-seitigen Separator 320 gegenüberliegt) des Anoden-seitigen Separators 310 zugeführt. Eine Mehrzahl von Führungsvorsprüngen 382 zum Führen der Kühlflüssigkeit ist auf der ersten Oberfläche des Anoden-seitigen Separators 310 vorgesehen, um die Kühlflüssigkeit in einen weiten Bereich am Ende des Wendebereichs CA2 und dem Ende des vertieften Abschnitts DPP1 einzuführen.
  • Wie durch die Pfeile in 5 dargestellt ist, strömt die zum Ende des zweiten Wendebereichs CA2 geleitete Kühlflüssigkeit durch die Verbindungsströmungspfade CP, die an der ersten Oberfläche durch die flacheren Nutenabschnitte 314 ausgebildet sind, und strömt in den Kühlflüssigkeit-Strömungspfad CS, der dem Ende am nächsten liegt. Wie vorstehend beschrieben strömt im Wendebereich CA die Kühlflüssigkeit sowohl vertikal als auch horizontal (d. h. sowohl in die X-Richtung als auch in Y-Richtung) durch die Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS und die Verbindungsströmungspfade CP. Die in die am nächsten am Ende gelegenen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS fließende Kühlflüssigkeit strömt entlang der Länge (Y-Richtung) des Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS, während sie zu den anderen Kühlflüssigkeit-Strömungspfaden CS fließt. Die Kühlflüssigkeit wird dann auf die jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS im Wendebereiche CA2 in gleichmäßiger Weise verteilt und strömt in die entsprechenden Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS in den linearen Bereichen SA.
  • Wie durch die Pfeile in 4 dargestellt, fließt die dem Ende des ersten vertieften Abschnitts DPP1 zugeführte Kühlflüssigkeit in den Kühlflüssigkeit-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DCS, der auf der ersten Oberfläche des vertieften Abschnitts in DPP1 ausgebildet ist. Wie vorstehend beschrieben ist der vertiefte Abschnitt DPP1 dem Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162 und dem Kühlflüssigkeitszufuhr-Sammelrohr 172 gegenüber liegend angeordnet. Die Kühlflüssigkeit fließt daher hauptsächlich in einen Teil des Kühlflüssigkeit-Strömungspfades mit vertieftem Abschnitt DCS, der dem Kühlflüssigkeitzufuhr-Sammelrohr 172 gegenüberliegt. Der Kühlflüssigkeit-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DCS dient als Strömungspfad für die Kühlflüssigkeit, die sowohl vertikal als auch horizontal (d. h. sowohl in X-Richtung als auch in Y-Richtung) strömt und verbindet die jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS, die im linearen Bereich SA1 ausgebildet sind. Das in den Kühlflüssigkeit-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DCS strömende Kühlmittel fließt somit sowohl vertikal als auch horizontal im Kühlflüssigkeit-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DCS, um in ausgeglichener Weise auf die jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS im linearen Bereich SA1 verteilt zu werden.
  • In jedem linearen Bereich SA sind die jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS voneinander separat ausgebildet (wie in 9 gezeigt). Die in die jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS in dem linearen Bereich SA strömende Kühlflüssigkeit fließt daher linear in Richtung zum Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 (entlang der X-Richtung), wie in 7 gezeigt.
  • Die durch die jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS im ersten linearen Bereich SA1 und im zweiten linearen Bereich SA2 fließende Kühlflüssigkeit gelangt in die entsprechenden Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS im ersten Wendebereich CA1. Wie vorstehend beschrieben fließt, im Wendebereich CA, die Kühlflüssigkeit sowohl vertikal als auch horizontal (d. h. sowohl in X-Richtung als auch in Y-Richtung) durch die Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS und die Verbindungsströmungspfade CP. Die in jedem Kühlflüssigkeit-Strömungspfad CS fließende Kühlflüssigkeit strömt daher entlang der Länge (Y-Richtung) des Kühlflüssigkeit-Strömungspfades CS, während sie sich zu den anderen Kühlflüssigkeit-Strömungspfaden CS bewegt. Schließlich fließt die Kühlflüssigkeit zu dem dem Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 am nächsten gelegenen Kühlflüssigkeit-Strömungspfad CS und wird durch das Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 ausgegeben.
  • Wie durch die Pfeile in 4 dargestellt ist, gelangt das durch die jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS in den dritten linearen Bereich SA3 strömende Kühlmittel in den Kühlflüssigkeit-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DCS, der auf der ersten Oberfläche des zweiten vertieften Abschnitts DPP2 ausgebildet ist, um zusammengeführt zu werden und zum Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 ausgegeben zu werden. Wie vorstehend beschrieben ist, ist der zweite vertiefte Abschnitt DPP2 dem Brenngasabführ-Sammelrohr 164 und dem Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 gegenüberliegend angeordnet. Die aus den jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfaden CS ausfließende Kühlflüssigkeit strömt zu einem Teil des Kühlflüssigkeit-Strömungspfades mit vertieftem Abschnitt DCS, der dem Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 gegenüberliegt, und er wird gleichmäßig durch das Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 ausgegeben. Eine Mehrzahl von Führungsvorsprüngen 382 zum Führen der Kühlflüssigkeit ist auf der ersten Oberfläche des Anoden-seitigen Separators 310 vorgesehen, um die Kühlflüssigkeit vom Ende des Wendebereichs CA1 und dem Ende des vertieften (dimpled) Abschnitts DPP2 zum Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 zu leiten.
  • Wie vorstehend beschrieben hat, bei dieser Ausführungsform, der Anoden-seitige Separator 310 den gewellten Abschnitt WSP mit der gewellten Querschnittsformen, die eine Mehrzahl von ersten Nuten 316, aufweist die zur ersten Oberfläche hin konkav sind, um die Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS auf der ersten Seite auszubilden, und eine Mehrzahl von zweiten Nuten 315, die zur zweiten Oberfläche hin konkav sind, um die Brenngas-Strömungspfade AS auf der zweiten Oberfläche auszubilden, die alternierend angeordnet sind. Der gewellte Abschnitt WSP umfasst die beiderseitig parallelen drei linearen Bereiche SA, die jeweils eine Mehrzahl der ersten Nuten 316 und eine Mehrzahl der zweiten Nuten 315 umfassen, sowie die Mehrzahl von Wendebereiche CA, die jeweils eine Mehrzahl der ersten Nuten 316 und eine Mehrzahl der zweiten Nuten 315 umfassen, um die entsprechenden Nuten in den angrenzenden linearen Bereichen SA zu verbinden, und dadurch die jeweiligen Brenngas-Strömungspfade AS in der gewundenen Form auszubilden. In jedem der Wendebereiche CA hat jede der zweiten Nuten 315 flachere Nutenabschnitte 314 mit einer geringeren Tiefe von der zweiten Oberfläche als die verbleibenden Abschnitte (tiefere Nutenabschnitte 313). Die flacheren Nutenabschnitte 314 bilden die Verbindungsströmungspfade CP auf der ersten Oberfläche, um die beiden angrenzenden Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS zu verbinden. Der Anoden-seitige Separator 310 hat auch die vertieften Abschnitte DPP, die jeweils angrenzend an den Einlass und den Auslass der Brenngas-Strömungspfade AS im gewellten Abschnitt WSP angeordnet sind. Jeder der vertieften Abschnitte DPP hat den Kühlflüssigkeit-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DCS, der auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist, um die jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS zu verbinden, und den Brenngas-Strömungspfad mit vertieftem Abschnitt DAS, der auf der zweiten Oberfläche ausgebildet ist, um die jeweiligen Brenngas-Strömungspfade AS zu verbinden. Im Anoden-seitigen Separator 310 dieser Ausführungsform verbinden die vertieften Abschnitte DPP, die am Einlass und am Auslass der gewundenen Brenngas-Strömungspfade AS vorgesehen sind, die Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS und die Brenngas-Strömungspfade AS, selbst wenn die Brenngas-Strömungspfade AS derart ausgebildet sind, dass die Strömungspfade im gewellten Abschnitt WSP mit der gewellten Querschnittform eine gewundene Form haben (gewundene Strömungspfade). Die Verbindungsströmungspfade CP, die auf der ersten Oberfläche der Wendebereiche CA ausgebildet sind, verbinden ebenso die Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS. Diese Struktur gewährleistet die gute Verteilung der jeweiligen Fluide (Brenngas und Kühlflüssigkeit) durch die jeweiligen Fluidströmungspfade, die auf den jeweiligen Oberflächen des Anoden-seitigen Separators 310 ausgebildet sind.
  • 12 zeigt die Ergebnisse der Leistungsevaluierung einer Brennstoffzelle, die den Anoden-seitigen Separator gemäß der Ausführungsform verwendet, und Brennstoffzellen mit Anoden-seitigen Separatoren gemäß Vergleichsbeispielen. Die Ausführungsform und die Vergleichsbeispiele (Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2) haben unterschiedliche Strukturanordnungen an Abschnitten, die an den Einlass und den Auslass der gewundenen Brenngas-Strömungspfade AS angrenzen (nachfolgend als „Einlass-/Auslassabschnitt” bezeichnet), sowie an Abschnitten der Wendebereiche CA der gewundenen Brenngas-Strömungspfade AS (nachfolgend als „Wendeabschnitt” bezeichnet). Im Vergleichsbeispiel 1 hat der Einlass-/Auslassabschnitt eine Struktur, die ähnliche der Struktur des Wendebereichs CA (10) gemäß der Ausführungsform ist (nachfolgend als „senkrechte Strömungspfadstruktur” bezeichnet), während der Wendeabschnitt eine Struktur hat, die ähnlich der Struktur des vertieften Abschnitts DPP (11A und 11B) gemäß der Ausführungsform ist (nachfolgend als „vertiefte Struktur” bezeichnet). Im Vergleichsbeispiel 2 haben sowohl der Einlass-/Auslassabschnitt als auch der Wendeabschnitt die vertiefte Struktur.
  • 12 zeigt eine Verschlechterung oder keine wesentliche Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung, die durch eine verschlechterte Abführleistung in den Reaktionsgas-Strömungspfaden verursacht wird, eine Verschlechterung oder keine wesentliche Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung, die durch eine verschlechterte Verteilung des Reaktionsgases in den Reaktionsgas-Strömungspfaden verursacht wird, eine Verschlechterung oder keine wesentliche Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung, die durch eine verschlechterte Kühlflüssigkeitsverteilung in den Kühlflüssigkeit-Strömungspfaden verursacht wird, sowie eine Verschlechterung oder keine wesentliche Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung, die durch eine verringerte Last in Stapelrichtung in der Zellebene (verringerter Oberflächendruck) (oder durch den resultierenden verringerten Kontaktwiderstand) verursacht wird, bezüglich der Brennstoffzellen gemäß der Ausführungsform und der jeweiligen Vergleichsbeispiele.
  • Vergleichsbeispiel 1 zeigt eine Abnahme der Stromerzeugungsleistung aufgrund der verschlechterten Kühlflüssigkeitsverteilung. Im Vergleichsbeispiel 1 wird die senkrechte Strömungspfadstruktur für den Einlass-/Auslassabschnitt verwendet. Die Kühlflüssigkeit wird daher nicht in ausgeglichener Weise auf die jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS im linearen Bereich SA1 verteilt, der an den Einlassabschnitt der senkrechten Strömungspfadstruktur angrenzt. Die Kühlflüssigkeit wird ferner auch nicht in gleichmäßiger Weise aus den jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfaden CS im linearen Bereich SA3 ausgegeben, die an den Auslassabschnitt der senkrechten Strömungspfadstruktur angrenzt. Eine derart ungleichmäßige Verteilung und ungleichmäßige Abgabe verursacht eine Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung. Bei der Ausführungsform wird dagegen die vertiefte Struktur für den Einlass-/Auslassabschnitt verwendet. Dies gewährleistet eine ausgeglichene (balanced) Verteilung der Kühlflüssigkeit auf die jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS im linearen Bereich SA1, der an den Einlassabschnitt angrenzt, sowie eine gleichmäßige Abführung der Kühlflüssigkeit aus den jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfaden CS im linearen Bereich SA3, die an den Auslassabschnitt angrenzt, wodurch die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung verringert werden kann.
  • Das Vergleichsbeispiel 1 zeigte ferner eine Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung aufgrund einer Abnahme im Oberflächendruck. Im Vergleichsbeispiel 1 wurde die vertiefte (dimple) Struktur für den Wendeabschnitt verwendet, der eine vergleichsweise große Fläche verglichen zum Einlass-/Auslassabschnitt hat. Dies verringert den Oberflächendruck und verursacht dadurch eine Abnahme der Stromerzeugungsleistung. Bei der Ausführungsform wird dagegen, während die vertiefte Struktur für den Einlass-/Auslassabschnitt verwendet wird, die senkrechte Strömungspfadstruktur für den Wendeabschnitt mit der relativ großen Fläche verwendet. Dies unterdrückt die Abnahme des Oberflächendrucks und verringert dadurch die Abnahme der Stromerzeugungsleistung.
  • Das Vergleichsbeispiel 2 zeigte keine wesentliche Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung aufgrund einer verschlechterten Gasverteilung oder aufgrund einer verschlechterten Kühlflüssigkeitsverteilung, sie zeigte jedoch eine Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung aufgrund der verringerten Abführleistung. Beim Vergleichsbeispiel 2 wurde die vertiefte Struktur sowohl für den Einlass-/Auslassabschnitt als auch für den Wendeabschnitt verwendet, so dass die jeweiligen Reaktionsgas-Strömungspfade am Einlass-/Auslassabschnitt und am Wendeabschnitt verbunden sind. Wenn Wasser in einem der Reaktionsgas-Strömungspfade angesammelt wird, verursacht eine derartige Verbindung, dass der Druck im Reaktionsgas-Strömungspfad in den anderen Reaktionsgas-Strömungspfad abgegeben wird. Diese beeinträchtigt eine direkte Abgabe des im Reaktionsgas-Strömungspfad angesammelten Wassers und verursacht dadurch eine Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung. Bei der Ausführungsform dagegen wird, während die vertiefte Struktur für den Einlass-/Auslassabschnitt verwendet wird, die senkrechte Strömungspfadstruktur für den Wendeabschnitt verwendet. Die jeweiligen Reaktionsgas-Strömungspfade sind so voneinander in allen anderen Abschnitten als den Einlass-/Auslassabschnitten getrennt, so dass der Druck in einem Reaktionsgas-Strömungspfad nicht auf den anderen Reaktionsgas-Strömungspfade übertragen werden kann. Selbst wenn Wasser in einem Reaktionsgas-Strömungspfad angesammelt wird, gewährleistet diese Struktur eine schnelle Abgabe des Wassers durch den Gasdruck im Reaktionsgas-Strömungspfad, wodurch die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung reduziert werden kann.
  • Das Vergleichsbeispiel 2 zeigte ferner eine aufgrund des verringerten Oberflächendrucks verschlechterte Stromerzeugungsleistung. Im Vergleichsbeispiel 2 wird die vertiefte Struktur mit einer kleineren Kontaktfläche (d. h. einem kleineren Kontaktverhältnis) beim Stapeln im Vergleich zur senkrechten Strömungspfadstruktur mit großer Häufigkeit verwendet. Dies verringert den Oberflächendruck und verursacht dadurch eine Abnahme der Stromerzeugungsleistung. Dem gegenüber wird bei der Ausführungsform die senkrechte Strömungspfadstruktur für den Wendebereich genutzt, während die vertiefte Struktur für den Einlass-/Auslassabschnitt verwendet wird. Dies unterdrückt die Abnahme des Oberflächendrucks und verringert dadurch die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung.
  • Bei der Ausführungsform sind einige Teile der Öffnung 362 für das Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162 und der Öffnung 364 für das Brenngasabführ-Sammelrohr 164 jeweils dem vertieften Abschnitten DPP gegenüberliegend angeordnet. Einige Teile der Öffnung 372 für das Kühlflüssigkeitzufuhr-Sammelrohr 172 und der Öffnung 374 für das Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 sind jeweils den vertieften Abschnitten DPP gegenüberliegend angeordnet, während andere Teile davon den Wendebereichen CA gegenüberliegend angeordnet sind. Genauer gesagt ist der erste vertiefte Abschnitte DPP 1 der Öffnung 362 für das Brenngaszufuhr-Sammelrohr 162 und der Öffnung 372 für das Kühlflüssigkeitzufuhr-Sammelrohr 172 gegenüberliegend angeordnet. Der zweite vertiefte Abschnitt DPP2 ist der Öffnung 364 für das Brenngasabführ-Sammelrohr 164 und der Öffnung 374 für das Kühlflüssigkeitabführ-Sammelrohr 174 gegenüberliegend angeordnet. Diese Struktur gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung des Brenngases und der Kühlflüssigkeit in dem vertieften Abschnitt DPP1, während sie die gleichmäßige Abgabe des Brenngases und der Kühlflüssigkeit im vertieften Abschnitt DPP2 gewährleistet.
  • Diese Ausführungsform verwendet lediglich ein Bauteil, d. h. den Anoden-seitigen Separator 310, um die Strömungspfade für die Kühlflüssigkeit und die Strömungspfade für das Brenngas auszubilden, wodurch die Gesamtzahl der Bauteile verringert wird und eine Gewichtsreduktion, Größenreduktion und Kostenreduktion der Brennstoffzelle 100 erreicht wird. In der Brennstoffzelle 100 dieser Ausführungsform umfasst der Anodenseitige Separator 310 den gewellten Abschnitt WSP mit der gewellten Querschnittsform, während der Kathoden-seitige Separator 320 eine flache, plattenähnliche Form hat. Diese Struktur hatte die folgenden vorteilhaften Effekte, verglichen zu einem Katoden-seitigen Separator 320, der auch derart ausgestaltet ist, dass er den gewellten Abschnitt WSP mit der gewellten Querschnittsform hat. In der Brennstoffzelle 100 der Ausführungsform wird ein Druckabfall in den Kühlflüssigkeit-Strömungspfaden lediglich durch die Form des Anoden-seitigen Separators 310 bestimmt. Dies ermöglicht ein leichtes unterdrücken einer Abweichung im Druckabfall in den Kühlflüssigkeit-Strömungspfaden der jeweiligen Einheitszellen 140. Die Brennstoffzelle 100 der Ausführungsform hat nahezu keinen Verlust an Kontaktfläche zwischen Separatoren, der durch eine ortsbezogene Fehlausrichtung beim Stapeln verursacht wird, wodurch die Kontaktfläche leicht gewährleistet werden kann. Die Brennstoffzelle 100 der Ausführungsform zeigt wenig Abweichungen im Oberflächendruck der Membran-Elektroden-Anordnung 210, wodurch sie das Auftreten eines Spalt zwischen der Diffusionsschicht und der Katalysatorschicht sowie das Ansammeln von Wasser und Reduzieren der Konzentrationspolarisation verhindern kann. Zudem ermöglicht die Brennstoffzelle 100 der Ausführungsform eine leichte Verarbeitung und eine Kostenreduktion der Separatoren.
  • B. Abwandlungsformen
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt sondern kann vielmehr Abwandlungsformen mit modifizierten Beispielen umfassen, die auf die vorgenannte Ausführungsform angewandt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Einige mögliche Beispiele nachfolgend erläutert.
  • B1. Abwandlungsform 1
  • Die Konfiguration des Brennstoffzellensystems 10 gemäß der vorstehenden Ausführungsform ist nur erläuternd und kann auf verschiedene Arten modifiziert werden. Obgleich beispielsweise die Membran-Elektroden-Anordnung 210 der Ausführungsform sowohl die Anodendiffusionsschicht 216 als auch die Katodendiffusionsschicht 217 umfasst, kann die Membran-Elektroden-Anordnung 210 derart modifiziert werden, dass sie zumindest keine Anodendiffusionsschicht 216 und/oder Katodendiffusionsschicht 217 umfasst.
  • Die Materialien für die jeweiligen Schicht in der Brennstoffzelle 100 und das Herstellungsverfahren für die Brennstoffzelle 100 sind in der vorstehenden Ausführungsform beschrieben. Diese Materialien und das Herstellungsverfahren sind jedoch lediglich illustrativ und nicht beschränkend, vielmehr können verschiedene andere Materialien und jedwede Art geeignetes Herstellungsverfahren zum gleichen Zweck verwendet werden. Beispielsweise wird bei der vorstehenden Ausführungsform der Anoden-seitige Separator 310 durch Pressformen der Metallplatte ausgebildet. Jedoch kann der Anoden-seitige Separator 310 durch Bearbeiten der Metallplatte oder einer Karbonharzplatte (resin carbon plate), durch Ätzen der Metallplatte oder durch Spritzgießen von Karbonharz (resin carbon) ausgebildet werden. In ähnlicher Weise kann der Katoden-seitigen Separator 320 durch Bearbeiten einer Karbonharzplatte oder Spritzgießen von Karbonharz ausgeführt werden.
  • In der vorgenannten Ausführungsform ist die Form der Einheitszelle 140 in der Ebene ein Rechteck mit längeren Seiten in die X-Richtung. Die Ebenenform der Einheitszelle 140 kann jedoch auch ein Rechteck sein, dass längere Seiten in Y-Richtung hat, oder jedwede andere Form als ein Rechteck (z. B. ein Würfel, ein Polygon, ein Kreis oder eine Ellipse). Die Anordnung der jeweiligen Sammelrohre in der Ebene der Einheitszelle 140 kann zu jedweder geeigneter Stelle verändert werden, die für die Einlässe und Auslässe der jeweiligen Fluidströmungspfade zugängig ist.
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform ist die Brennstoffzelle 100 eine Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch für andere Arten von Brennstoffzellen anwendbar (z. B. direkt-Methanol-Brennstoffzellen und Phosphorsäure-Brennstoffzellen).
  • B2. Abwandlungsform 2
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform ist der Anoden-seitige Separator 310 derart ausgebildet, dass er den gewellten Abschnitt WSP mit der gewellten Querschnittsform hat, während der Katoden-seitige Separator 320 die flache, plattenähnliche Form hat. In einer veränderten Struktur kann der Katoden-seitige Separator 320 derart ausgebildet sein, dass er den gewellten Abschnitt WSP mit dem gewellten Querschnittsform hat, während der Anoden-seitige Separator 310 eine flache, plattenähnliche Form hat. Bei dieser Struktur umfasst die Leistungserzeugungsschicht 200 eine Anoden-seitige poröse Strömungspfadschicht anstelle der Katoden-seitigen porösen Strömungspfadschicht 230. Die Strömungspfade für das Oxidationsgas sind zwischen dem Katoden-seitigen Separator 320 und der Leistungserzeugungsschicht 200 ausgebildet, während die Strömungspfade für die Kühlflüssigkeit zwischen dem Katoden-seitigen Separator 320 und dem Anoden-seitigen Separator 310 ausgebildet sind.
  • In einer weiteren abgewandelten Struktur können sowohl der Anoden-seitige Separator 310 als auch der Katoden-seitige Separator 320 derart ausgebildet sein, dass sie den gewellten Abschnitt WSP mit der gewellten Querschnittsform haben. Bei dieser Struktur hat die Leistungserzeugungsschicht 200 keine poröse Strömungspfadschicht. Die Strömungspfade für das Brenngas sind zwischen dem Anoden-seitigen Separator 310 und der Leistungserzeugungsschicht 200 ausgebildet, während die Strömungspfade für das Oxidationsgas zwischen den Katoden-seitigen Separator 320 und der Leistungserzeugungsschicht 200 ausgebildet sind. Die Strömungspfade für die Kühlflüssigkeit sind zwischen dem Katoden-seitigen Separator 320 und dem Anodenseitigen Separator 310 ausgebildet. Bei dieser Struktur sind die zweiten Nuten 315 im gewellten Abschnitt WSP des Anoden-seitigen Separators 310 in Kontakt mit den zweiten Nuten 315 im gewellten Abschnitt WSP des Katoden-seitigen Separators 320. Die flacheren Nutenabschnitte 314 in den zweiten Nuten 315 des gewellten Abschnitts WSP können entweder in dem Anoden-seitigen Separator 310 oder dem Katodenseitigen Separator 320 oder in beiden vorgesehen sein.
  • B3. Abwandlungsform 3
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform enthält jede der zweiten Nuten 315 eine Mehrzahl von flacheren Nutenabschnitten 314. Das Vorsehen zumindest eines flacheren Nutenabschnitts 314 in jeder der zweiten Nuten 315 ermöglicht, dass die Flussrichtung der Kühlflüssigkeit nicht auf die Richtung parallel zur Flussrichtung des Brenngases beschränkt ist sondern frei gewählt werden kann. Bei der vorstehenden Ausführungsform ist jeder der flacheren Nutenabschnitte 314 in den zweiten Nuten 315 mit den flacheren Nutenabschnitten 314 in angrenzenden zweiten Nuten 315 in X-Richtung ausgerichtet. Das Formationsmuster der flacheren Nutenabschnitte 314 ist nicht auf dieses Muster begrenzt sondern kann willkürlich gewählt werden.
  • B4. Abwandlungsform 4
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform umfasst der gewellte Abschnitt WSP die drei linearen Bereiche SA und die beiden Wendebereiche CA. Die Zahl der linearen Bereiche SA und die Zahl der Wendebereiche CA im gewellten Abschnitt WSP kann willkürlich bestimmt werden, solange die Fluidströmungspfade, die auf einer Oberfläche des gewellten Abschnitts WSP ausgebildet sind, gewunden sind.
  • B5. Abwandlungsform 5
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform ist der vertiefte Abschnitt DPP mit dem flachen Plattenelement 332, den ersten Vorsprüngen 334, die von der ersten Oberfläche hervor ragen, und den zweiten Vorsprüngen 336, die von der zweiten Oberfläche hervor ragen, angrenzend an den Einlass und den Auslass der gewundenen Fluidströmungspfade (Brenngas-Strömungspfade AS) im gewellten Abschnitt WSP angeordnet. Anstelle des vertieften Abschnitts DPP kann ein Strömungspfad-formender Abschnitt mit einer anderen Struktur zum Ausbilden von Strömungspfade zum Verbinden der Fluidströmungspfade sowohl am Einlass als auch am Auslass des gewellten Abschnitts WSP vorgesehen sein. Wie in Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben, verringert jedoch das Vorsehen des vertieften Abschnitts DPP dieser Struktur am Einlass und am Auslass die Verschlechterung der Stromerzeugungsleistung, die durch eine verschlechterte Kühlflüssigkeitsverteilung verursacht wird, im Vergleich zum Vorsehen der senkrechten Strömungspfadstruktur am Einlass und am Auslass. Das Vorsehen in der senkrechten Strömungspfadstruktur am Einlass des linearen Bereichs SA1 kann eine ungleichmäßige Verteilung der Kühlflüssigkeit auf die jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS, die in dem angrenzenden linearen Bereich SA1 enthalten sind, verursachen. Das Vorsehen des senkrechten Strömungspfadstruktur am Auslass des linearen Bereichs SA3 kann eine ungleichmäßige Ableitung der Kühlflüssigkeit aus den jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfaden CS, die in dem angrenzenden linearen Bereich SA3 enthalten sind, verursachen. Dies kann zu einer Abnahme der Stromerzeugungsleistung führen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht dagegen das Vorsehen des vertieften Abschnitts DPP am Einlass des linearen Bereichs SA1 die gleichmäßige Verteilung der Kühlflüssigkeit auf die jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS, die im angrenzenden linearen Bereich SA1 enthalten sind. Das Vorsehen des vertieften (dimpled) Abschnitts DPP am Auslass des linearen Bereichs SA3 ermöglicht das gleichmäßige Ausgeben der Kühlflüssigkeit aus den jeweiligen Kühlflüssigkeit-Strömungspfaden CS, die im angrenzenden linearen Bereich SA3 enthalten sind. Diese Struktur verringert effektiv die Verschlechterung der Leistungserzeugung.
  • B6. Abwandlungsform 6
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform sind die Grenzen an den Enden der jeweiligen linearen Bereich SA nicht parallel zur Y-Richtung sondern haben einen gewissen Winkel zur Y-Richtung und jeder der Wendebereiche CA hat eine annähernd dreieckige Ebenenform. Jedoch müssen die Wendebereiche CA nicht notwendigerweise annähernd dreieckig ausgebildet sein, solange jeder Wendebereich CA eine Mehrzahl erster Nuten 316 und eine Mehrzahl zweiter Nuten 315 umfasst, um die jeweiligen Nuten in den angrenzenden linearen Bereichen SA zu verbinden und dadurch die gewundenen Brenngas-Strömungspfade AS auszubilden. Die 13 und 14 zeigen die Ebenenstruktur eines Anoden-seitigen Separators 310 gemäß einer Abwandlung. 13 entspricht 7 der vorstehenden Ausführungsform und 14 entspricht 8 der vorstehenden Ausführungsform. 15 ist eine Nahaufnahme des Wendebereiches CA1 aus 13. Die Unterschiede der Abwandlungsform in den 13 bis 15 von der vorstehenden Ausführungsform umfassen den Zustand, dass die Grenzen an den Enden der jeweiligen linearen Bereich SA im wesentlichen parallel zur Y-Richtung sind, und dass jeder Wendebereich CA eine annähernd rechteckige Ebenenform hat. Wie bei der vorstehenden Ausführungsform umfasst, bei der Abwandlungsform der 13 bis 15, jeder Wendebereich eine Mehrzahl von ersten Nuten 316 und eine Mehrzahl von zweiten Nuten 315, um die entsprechenden Nuten in dem angrenzenden linearen Bereichen SA zu verbinden und dadurch die die gewundenen Brenngas-Strömungspfade AS auszubilden. Wie bei der vorstehenden Ausführungsform umfasst bei dieser Abwandlungsform jede der zweiten Nuten 315 in jedem Wendebereiche CA diese tieferen Nutenabschnitte 313 und die flacheren Nutenabschnitte 314 (5), so dass der Verbindungsströmungspfad CS ausgebildet wird, um zwei angrenzende Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS über die flacheren Nutenabschnitt 314 zu verbinden. Dementsprechend fließt die Kühlflüssigkeit sowohl vertikal als auch horizontal (d. h. sowohl in die X-Richtung als auch in die Y-Richtung) durch die Kühlflüssigkeit-Strömungspfade CS und die Verbindungsströmungspfade CP.

Claims (6)

  1. Separator für eine Brennstoffzelle, aufweisend: einen ersten Strömungspfad-formenden Abschnitt mit einer gewellten Querschnittsform mit einer zu einer ersten Oberfläche hin konkaven ersten Nut zum Ausbilden eines Strömungspfades für ein erstes Fluid auf der ersten Oberfläche und einer zu einer zweiten Oberfläche hin konkaven zweiten Nut zum Ausbilden eines Strömungspfades für ein zweites Fluid auf der zweiten Oberfläche, die alternierend angeordnet sind, wobei der erste Strömungspfad-formende Abschnitt zumindest drei lineare Bereiche umfasst, die zueinander parallel sind und die jeweils eine Mehrzahl der ersten Nuten und eine Mehrzahl der zweiten Nuten umfassen, sowie mehrere Wendebereiche, die jeweils eine Mehrzahl der ersten Nuten und eine Mehrzahl der zweiten Nuten umfassen, um diese mit entsprechenden Nuten in angrenzenden linearen Bereichen zu verbinden, und dadurch gewundene Strömungspfade für das zweite Fluid auszubilden; und zweite Strömungspfad-formende Abschnitte, die angrenzend an eine Einlassstelle und eine Auslassstelle der Strömungspfade für das zweite Fluid im ersten Strömungspfad-formenden Abschnitt angeordnet sind, wobei ein jeder der zweiten Strömungspfad-formenden Abschnitte einen Verbindungsströmungspfad ausbildet, um die Strömungspfade für das erste Fluid auf der ersten Oberfläche zu verbinden, sowie einen Verbindungsströmungspfad, um die Strömungspfade für das zweite Fluid auf der zweiten Oberfläche zu verbinden, wobei jede der zweiten Nuten in jedem der Wendebereiche einen flacheren Nutenabschnitt mit einer geringeren Tiefe von der zweiten Oberfläche als die Tiefe des verbleibenden Abschnitts hat, so dass ein Verbindungsströmungspfad auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist, um zwei angrenzende Strömungspfade für das erste Fluid über den flacheren Nutenabschnitt zu verbinden.
  2. Separator nach Anspruch 1, wobei das erste Fluid eine Kühlflüssigkeit ist; und das zweite Fluid entweder ein Brenngas oder ein Oxidationsgas ist.
  3. Separator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine zweite Öffnung zum Ausbilden eines Sammelrohres für das zweite Fluid so vorgesehen ist, dass es zumindest teilweise dem zweiten Strömungspfad-formenden Abschnitt gegenüberliegt, und eine erste Öffnung zum Ausbilden eines Sammelrohres für das erste Fluid derart angeordnet ist, dass ein Teil dem zweiten Strömungspfad-formenden Abschnitt gegenüberliegt, und ein anderer Teil dem Wendebereich des ersten Strömungspfad-formenden Abschnitts gegenüberliegt.
  4. Separator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jeder der zweiten Strömungspfad-formenden Abschnitte ein flaches Plattenelement aufweist, wobei eine Mehrzahl von einzelnen ersten Vorsprüngen von der ersten Oberfläche des flachen Plattenelements hervorsteht, und eine Mehrzahl von einzelnen zweiten Vorsprüngen von der zweiten Oberfläche des flachen Plattenelements hervorsteht.
  5. Separator nach einem der Ansprüche 1 des 4, wobei die Position eines Bodens des flacheren Nutenabschnitts in Stapelrichtung näher an der zweiten Oberfläche ist, als die Position des verbleibenden Abschnitts der zweiten Nut.
  6. Brennstoffzelle, aufweisend: eine Leistungserzeugungsschicht mit einer Elektrolytmembran, einer an einer Fläche der Elektrolytmembran angeordneten Anode und einer Katode, die an der anderen Fläche der Elektrolytmembran angeordnet ist; und ein paar Separatoren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die über die Leistungserzeugungsschicht angeordnet sind.
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