WO2024256513A1 - Separatorplatte für ein elektrochemisches system - Google Patents

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Rainer Glück
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Udo Riegler
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Robert Bosch GmbH
Reinz Dichtungs GmbH
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a separator plate for an electrochemical system.
  • the electrochemical system can in particular be a fuel cell system, an electrochemical compressor, an electrolyzer or a redox flow battery.
  • An electrochemical system with a plurality of such separator plates is also disclosed.
  • Known electrochemical systems of the type mentioned normally comprise a stack of electrochemical cells, each of which is separated from one another by separator plates.
  • the separator plates are also referred to as bipolar plates.
  • the separator plates can serve, for example, to electrically contact the electrodes of the individual electrochemical cells (e.g. fuel cells) and/or to electrically connect adjacent cells (series connection of the cells).
  • the separator plates are typically formed from two individual plates, in particular joined together.
  • the individual plates can be joined together in a materially bonded manner, e.g. by one or more welded joints, in particular by one or more laser welded joints.
  • the separator plates or the individual plates can each have or form structures which are designed, for example, to supply the electrochemical cells arranged between adjacent separator plates with one or more media and/or to transport away reaction products.
  • these structures can be used to guide a cooling fluid through a gap between the individual plates of a separator plate.
  • the structures can, for example, comprise sequences of webs and channels.
  • the media can therefore be fuels (e.g. hydrogen or methanol), reaction gases (e.g. air or oxygen) or coolants.
  • the terms medium and fluid can be used synonymously.
  • the separator plates usually each have at least one through-opening through which the media can be fed to the electrochemical cells arranged between adjacent separator plates of the stack or to the Membrane electrode assemblies (MEAs) can be guided to or away from them.
  • MEAs Membrane electrode assemblies
  • a respective fluid is guided by means of the structures described above into a respective first distribution area and from there into a flow field opposite the active area of the cell or MEA. After flowing through the active area, the fluid is fed back to an outlet through-opening via a second distribution area, also called a collection area.
  • a second distribution area also called a collection area.
  • a first fluid e.g. a fuel
  • a second fluid e.g. a reaction gas
  • a cooling fluid is usually guided in an interior space delimited by the inner sides of the individual plates.
  • the fluid-conducting structures on the respective outer sides of the individual plates form complementary structures on their inner sides, which guide the cooling fluid.
  • the cooling fluid guidance is sometimes only possible under increased flow resistance. This reduces the cooling capacity of the separator plate accordingly and can consequently lead to limitations in the performance of the electrochemical system.
  • An object of the present invention is therefore to improve the cooling capacity of a separator plate and thus a performance of an electrochemical system with a plurality of such separator plates.
  • separator plate for an electrochemical system, wherein the separator plate comprises:
  • first single plate and a second single plate defining an interior of the separator plate with a cooling fluid distribution structure
  • first overlap region in which a first portion of the cooling fluid distribution structure and a first portion of a first fluid distribution region overlap each other, wherein the first fluid distribution region is formed on an outer side of the first single plate
  • the cooling fluid distribution structure having a first web-channel structure which has a plurality of webs and channels formed between each two webs and which forms a complementarily shaped web-channel structure of the first fluid distribution region, the first web-channel structure having at least one change in direction in a transition region from the first to the second overlap region; the second individual plate being formed opposite this change in direction so as to deviate from the first web-channel structure.
  • the first single plate may form a cathode plate and/or may carry oxygen or air as the first fluid.
  • the second single plate can form an anode plate and/or can carry hydrogen as a second fluid.
  • first and third fluids are guided without mixing.
  • first to third fluids are guided in separate flow spaces.
  • the overlapping areas can also define overlaps that also exist in an orthogonal projection of the respective sections, structures and features into a plane of the separator plate.
  • An overlap can mean that the corresponding sections, structures and features are cut by a common axis that runs perpendicular to the plane of the separator plate.
  • a flow resistance during a transition of the cooling fluid from the first to the second overlap region in comparison to a variant without a change in direction.
  • the cooling fluid typically flows, and also according to embodiments of this disclosure, along a boundary line that extends in the transition region between the first and second overlap regions.
  • a transition over this boundary line into the second overlap region may require a deflection so that the cooling fluid flows at a larger angle to this boundary line, for example essentially orthogonal to it.
  • This angle and/or generally the flow guidance during this transition can be determined significantly by the first web-channel structure on the inside of the first individual plate. Without a change in direction of the first web-channel structure, the flow guidance during this transition would correspond to a sharp-edged bend, which means an increased flow resistance.
  • a change in direction within the web-channel structure is therefore proposed in the present case, specifically in the transition region.
  • This change in direction can in particular take place in such a way that a flow resistance of the cooling fluid is reduced at the transition from the first to the second overlap region compared to a variant without a change in direction.
  • a curve radius of the change in flow direction can be increased, which enables a more uniform and less resistance-prone flow.
  • the cooling fluid throughput through the cooling fluid distribution structure can take place with a lower flow resistance overall.
  • Another factor that reduces flow resistance is a local increase in the flow cross-section for the cooling fluid in the transition area, which is made possible according to the invention.
  • This increase is made possible by the change in direction.
  • this is preferably used to widen the channels of the first web-channel structure in the transition area.
  • the webs of the first web-channel structure could also be widened in the transition area.
  • the additional installation space could also be divided between webs and channels.
  • the change in direction of the web-channel structure does not significantly affect the fluid flow within the first fluid distribution region.
  • the fact that the second individual plate opposite the change in direction is designed differently from the first web-channel structure provides a further degree of freedom for improving the fluid transition from the first to the second overlap region.
  • the second individual plate can have a step, explained below, which is opposite the transition region.
  • the cooling fluid can be transferred to the second overlap region in a targeted manner and with an optional change in level, explained here.
  • the second individual plate has a step extending in the direction of the first individual plate opposite the change in direction, in particular wherein the step is formed along a longitudinal axis that runs at an angle (in particular orthogonally) to a respective longitudinal axis of the channels and webs of the first web-channel structure.
  • the longitudinal axes of the step and the webs and channels can run essentially transversely or at an angle of at least 60° to one another (based on a smallest intersection angle between the longitudinal axes).
  • the step can at least partially delimit the first section of the cooling fluid distribution structure.
  • the step preferably results in the second individual plate running immediately adjacent to the step in the second overlap region in the plane of the flat surface of the second individual plate, while it is spaced from this plane of the flat surface immediately adjacent to the step in the first overlap region.
  • the step may extend along a boundary line between the first and second overlapping regions and in particular along a predominant length portion or even along the entire length of this boundary line.
  • the channels and webs can be elongated and their main extension can run along a corresponding longitudinal axis.
  • this longitudinal axis is not necessarily straight, particularly due to the change in direction in the transition area disclosed here, but can, for example, be curved once or several times at least in sections.
  • a change in the level of the cooling fluid guide can occur.
  • a change in flow levels of the cooling fluid distribution structure can take place in such a way that in the first overlap region, a flow cross-section of the cooling fluid distribution structure extends significantly in a flow space for the cooling fluid spanned by the second individual plate.
  • a section of the first individual plate within the first overlap region can lie to a greater extent in the plane of the first individual plate and thus provide no significant and/or a smaller flow space for the cooling fluid in comparison.
  • the flow space can also be spanned by the first individual plate at least to a significant extent (e.g. approximately the same size).
  • the plane of the flat surface of a respective individual plate can be defined, for example, by an edge of the individual plate or by those flat areas of the individual plate that are not deformed as a result of an embossing or deep-drawing process to form the web-channel structures or beads described here.
  • the plane of the flat surface can run in the neutral fibers of the corresponding sections of the plates, on the other hand, it is also possible to consider the surfaces of the relevant sections of the plates as plane of the flat surface. With the latter approach, however, it must be ensured that when considering distances or the like, the material thickness of only one of the two plates considered is taken into account.
  • the webs and channels of the first web-channel structure each have a first segment that extends in the first overlap region and a second segment that extends in the transition region, the first and second segments being angled relative to one another. This angle can correspond to the change in direction in the transition region and/or result in this.
  • the first and second segments can merge directly into one another.
  • the first segment can extend from the edge of the transition region in the direction of and optionally up to a through-opening that is connected in a fluid-conducting manner to the first fluid distribution region and/or up to openings explained below that are connected in a fluid-conducting manner to this through-opening.
  • the webs and channels of the first web-channel structure can, in a further variant b), each have a third segment which extends in the second overlap region and a second segment which extends in the transition region, wherein the second and the third segment are angled relative to each other. This angle can also correspond to the change in direction in the transition area or result in this.
  • the third segment can extend from the edge of the transition area to a flow field of the first individual plate.
  • first and third segments (but preferably not the second segment) of a respective web and channel run parallel to one another.
  • the change in direction in the transition area can, for example, take place in such a way that an initial change in direction is canceled again in order to establish the parallelism between the first and third segments.
  • the first and third segments can run at an angle relative to one another that is smaller than a respective angle between the second segment and one of the first and third segments.
  • an angle between the first and second segment and an angle between the second and third segment can each be more than 90°, e.g. more than 120° or more than 140°.
  • An angle at which the first and third segments run relative to one another can, however, be smaller than these respective angles, e.g. less than half or less than a quarter as large and/or less than 45°.
  • the angle by which the first and the second segment are angled relative to each other is between 90° and 170° and/or the angle by which the second and the third segment are angled relative to each other is between 90° and 170°.
  • the largest possible cutting angle that can be entered can be considered in each case.
  • first segment and the second segment merge into one another, in particular directly into one another and/or without interruption by a fluid connection formed by these segments.
  • separator plate is designed according to the above variant b) and the second segment and the third segment merge into one another, in particular directly into one another and/or without interruption of a fluid connection formed by these segments.
  • a further embodiment includes the first segment being at least twice as long as the second segment.
  • the separator plate is designed according to the above variant b) and the third segment is at least twice as long as the second segment.
  • the second segment is deliberately designed to be short in order to make the associated change in direction locally limited and/or restricted to the transition area. This enables the cooling fluid guided on the inside to be deflected with less sharp edges as mentioned above, as well as to increase the flow cross-sections locally or in sections in the transition area.
  • the lower limit of the above length ratios can be present, for example (and in particular only) in edge regions of the first fluid distribution region, in which the length of the webs and channels is significantly reduced compared to an average length of the webs and channels in the fluid distribution region. Accordingly, the above length ratios can be significantly different in a large part of the area of the first fluid distribution region and in particular in central regions thereof, in particular in such a way that the first and/or third segment is significantly longer than the second segment (for example at least six times as long). In summary, the first and/or third segment can be at least six times longer than the second segment, in particular at half the width of the first fluid distribution region. This width dimension can, for example, run orthogonally to a main flow axis of a flow field that is fluidly connected to the first fluid distribution region.
  • the flow field can be characterized, for example, by the fact that all of the webs and channels included in it are straight and run parallel to one another and parallel to the main flow direction.
  • the webs and channels of the flow field could also be wave-shaped and run next to one another with a similar wave shape and along a main flow direction of the flow field.
  • the wave shape can oscillate evenly around the main flow axis and/or the main flow axis can define a central axis of the wave shape around which it oscillates in a wave-like manner.
  • the flow field can be characterized in that it lies within an MEA reinforcement edge, at least in relation to a direction perpendicular to the flow field main flow axis, and in particular is surrounded and/or framed by it at least in sections.
  • the MEA reinforcement edge is not opposite the flow field itself, but rather the actually active area of the MEA, in particular in the form of its electrolyte membrane.
  • the situation can be different with regard to the less deeply formed area assigned to the flow field, in which the MEA reinforcement edge and the GDL overlap one another.
  • the second segment may have a length that corresponds to one to seven times, preferably one and a half times to five times, a channel width of the channels of the first web-channel structure.
  • the channel width can extend transversely to a longitudinal axis of the channel.
  • the channel width can extend between the highest points of the webs closest to one another, with respect to a plane surface of the separator plate (and/or the first individual plate), between which a respective channel is arranged and/or enclosed.
  • the first segment and the third segment have the same flow cross-section.
  • any deviations in the flow cross-sections of these segments can be no more than 20% or no more than 10%. Due to the small deviation or identity of the flow cross-sections, fluid can be guided evenly on both the inside and the outside of the first individual plate. This helps to reduce flow resistance in an advantageous manner.
  • the second segment on the other hand, can have a larger flow cross-section in the transition area and in particular limited to this area compared to the first and/or third segment. This increase can be, for example, at least 20% or at least 50%.
  • first and/or third segment is essentially or completely straight.
  • a substantially straight extension can be understood as an extension with a slight curvature and/or only a curvature in sections.
  • the first and/or third segment are each at least over a length that is length of the second segment, substantially or completely straight.
  • the first fluid distribution region is fluidly connected to a first flow field of the separator plate and the second fluid distribution region is fluidly connected to a second flow field of the separator plate.
  • the first flow field is fluidly connected to a first through-opening formed in the separator plate via the first fluid distribution region
  • the second flow field is fluidly connected to a second through-opening formed in the separator plate via the second fluid distribution region
  • the cooling fluid distribution structure is fluidly connected to a third through-opening formed in the separator plate.
  • a change of flow planes of the cooling fluid distribution structure takes place in the transition region in such a way that in the first overlap region a flow cross section of the cooling fluid distribution structure extends primarily in a flow space spanned by the second individual plate and in the second overlap region it extends primarily in a flow space spanned by the first individual plate.
  • cooling fluid is present between the individual plates, but this either does not flow or only flows to a much lesser extent than in the aforementioned flow spaces.
  • Figure 1 shows a perspective view of an electrochemical system with a plurality of stacked separator plates with membrane electrode units arranged between them.
  • FIG 2 shows a perspective view of two separator plates of a system similar to Figure 1 with a membrane electrode assembly (MEA) arranged between the separator plates.
  • Figure 3 shows a schematically highly simplified representation of a coolant guide within a separator plate, which is designed according to a first embodiment of this disclosure.
  • MEA membrane electrode assembly
  • Figure 4 shows a perspective partial view of the separator plate of the first embodiment in the region of a first fluid distribution region of a first individual plate, in particular cathode plate, of the separator plate.
  • Figure 5 shows an enlarged detail from Fig. 4.
  • Figure 6 shows a perspective partial view of a separator plate according to a further embodiment in the region of a second fluid distribution region of a second individual plate, in particular anode plate, of the separator plate.
  • Figure 7 shows a schematic simplified view of the partial view of Figure 4.
  • Figure 8 shows another schematically simplified representation of a coolant guide within a separator plate.
  • Figure 9 shows a partial view analogous to Fig. 4 in transparent form with several cutting planes.
  • Figures 10-12 each show sectional views according to one of the cutting planes of Figure 9.
  • FIG 1 shows an electrochemical system 1 of the type proposed here with a plurality of identical metallic separator plates 2 (or bipolar plates). These are arranged in a stack 6 and stacked along a z-direction 7. The separator plates 2 of the stack 6 are clamped between two end plates 3, 4. The z-direction 7 is also called the stack direction.
  • the system 1 is a fuel cell stack. Two adjacent separator plates 2 of the stack 6 enclose an electrochemical cell between them, which is used, for example, to convert chemical energy into electrical energy.
  • a membrane electrode unit (MEA) 10 is arranged between adjacent separator plates 2 of the stack 6 (see Figure 2 below).
  • the MEAs typically each contain at least one membrane, e.g. B. an electrolyte membrane.
  • a gas diffusion layer (GDL) can be arranged on one or both surfaces of the MEA.
  • GDL gas diffusion layer
  • the system 1 can also be designed as an electrolyzer, compressor or redox flow battery.
  • Separator plates can also be used in these electrochemical systems.
  • the structure of these separator plates can correspond to the structure of the separator plates 2 explained in more detail here, even if the media guided on or through the separator plates in an electrolyzer, an electrochemical compressor or a redox flow battery can differ from the media used for a fuel cell system.
  • the separator plates 2 each define a plate plane, with the plate planes of the separator plates 2 each being aligned parallel to the x-y plane and thus perpendicular to the stacking direction (z-axis 7).
  • the end plate 4 has a plurality of media connections 5 through which media can be fed into the system 1 and through which media can be removed from the system 1.
  • These media that can be fed into the system 1 and removed from the system 1 can include, for example, fuels such as molecular hydrogen or methanol, reaction gases such as air or oxygen, reaction products such as water vapor or depleted fuels or a cooling fluid such as water and/or glycol.
  • fuels such as molecular hydrogen or methanol
  • reaction gases such as air or oxygen
  • reaction products such as water vapor or depleted fuels
  • a cooling fluid such as water and/or glycol.
  • Figure 2 shows in perspective two adjacent separator plates 2 or bipolar plates, which can be included in an electrochemical system of the type of system 1 from Figure 1.
  • the separator plates 2 correspond to an example from the prior art. However, the properties and features explained below in relation to this can also apply to the separator plates 2 according to the invention disclosed here or can be provided for them, unless otherwise mentioned or apparent.
  • Fig. 2 also shows a known membrane electrode unit (MEA) 10 arranged between these adjacent separator plates 2, wherein the MEA 10 in Figure 2 is largely covered by the separator plate 2 facing the viewer.
  • the separator plate 2 is formed from two materially joined individual plates 2a, 2b, of which only the individual plate 2a facing the viewer is visible in Figure 2, which covers the other individual plate 2b.
  • the individual plates 2a, 2b can each be made from a metal sheet, e.g. made of a stainless steel sheet.
  • the individual plates 2a, 2b can be welded together, e.g. by laser welding or only connected when the stack is stacked.
  • the design of fluid-conducting structures on the outside of the individual plate 2a facing the viewer can deviate from the structures according to the invention in the following further figures 3 to 12.
  • the individual plates 2a, 2b have through-openings which are aligned with one another and which form through-openings 11a-c of the separator plate 2.
  • the through-openings 11a-c form lines which extend through the stack 6 in the stacking direction 7 (see Figure 1).
  • each of the lines formed by the through-openings 11a-c is in fluid communication with one of the ports 5 in the end plate 4 of the system 1.
  • a cooling fluid can be introduced into the stack 6 or drained from the stack 6 via the lines formed by the through-openings 11a, for example.
  • the lines formed by the through-openings 11b, 11c can be designed to supply the electrochemical cells of the fuel cell stack of the system 1 with fuel and with reaction gas and to drain the reaction products from the stack 6.
  • the individual plate 2a facing the viewer has sealing arrangements in the form of sealing beads 12a-c. These are arranged around the through openings 11a-c and completely enclose the through openings 11a-c.
  • the second individual plate 2b also has corresponding sealing beads 12a-c on the rear side of the separator plate 2 facing away from the viewer in Figure 2 for sealing the through openings 11a-c (not shown).
  • Alternative sealing systems such as elastomer seals, can also be used.
  • the individual plate 2a facing the viewer Adjacent to the electrochemically active region 18 of the MEA, the individual plate 2a facing the viewer has a flow field 17a with structures for guiding a reaction medium along the outside of the individual plate 2a on its outside facing the viewer. These structures are designed in Figure 2 in the form of a plurality of webs and channels running between the webs and delimited by the webs. On the outside of the separator plate 2 facing the viewer, the individual plate 2a facing the viewer also has two distribution regions 20.
  • the distribution regions 20 each comprise structures which are set up to to distribute medium introduced into one of the distribution areas 20 through the first of the two through-openings 11b via the active area 18 by means of the flow field 17a or to collect or bundle a medium flowing from the active area 18 or from the flow field 17a to the second of the through-openings 11b.
  • the collecting distribution area 20 can also be referred to as a collecting area.
  • the fluid-conducting structures of the distribution areas 20 are also provided in Figure 2 by webs and channels running between the webs and delimited by the webs.
  • a cooling fluid distribution structure 19 formed and/or enclosed between the individual plates 2a, 2b also has distribution areas which overlap with the distribution areas 20 of the individual plates 2a, 2b.
  • This cooling fluid distribution structure 19 is fluidically connected to a flow field or comprises this, wherein this flow field overlaps with the flow fields 17a, b of the outer sides of the individual plates 2a, 2b or is enclosed between them.
  • the web-channel structures on the outer sides of the individual plates 2a, 2b form complementarily shaped web-channel structures on the corresponding inner sides and thus complementarily shaped web-channel structures of the cooling fluid distribution structure 19 (see also Figures 10-12 discussed below).
  • the two through-openings 11b or the lines formed by the through-openings 11b through the plate stack of the system 1 are each in fluid communication with one another via passages 13b in sealing beads 12b, via the distribution structures of the distribution areas 20 and via the flow field 17a of the individual plate 2a facing the viewer of Figure 2.
  • This individual plate 2a is a second individual plate 2a in the sense of this disclosure.
  • a fluid guided along the outside of this individual plate 2a is preferably hydrogen, so that the through-openings 11b are preferably hydrogen through-openings 11b. This results in particular from the smallest cross-section of the hydrogen through-openings 11b compared to the other through-openings 11a, 11c.
  • the two through-openings 11c or the lines formed by the through-openings 11c through the plate stack of the system 1 are in fluid communication with one another via corresponding bead passages 13c, via corresponding distribution structures and via a corresponding flow field on an outer side of the individual plate 2b facing away from the viewer of Figure 2.
  • This individual plate 2b is a first individual plate 2b in the The fluid guided along the outside of this individual plate 2b is preferably air or oxygen, so that the through-openings 11c are preferably air or oxygen through-openings 11c. This is particularly evident from the largest cross-section of the air or oxygen through-openings 11c compared to the other through-openings 11a, 11b.
  • the through-openings 11a are each in fluid communication with one another via a cavity enclosed or surrounded by the individual plates 2a, 2b, which forms the cooling fluid distribution structure 19. This is again done, for example, by means of feedthroughs 13a.
  • This cavity or this cooling fluid distribution structure 19 serves to guide a cooling fluid through the separator plate 2, in particular to cool the electrochemically active region 18 of the MEA.
  • the through-openings 11a are therefore cooling fluid through-openings, which is particularly obvious from their average cross-sectional size in comparison to the other through-openings 11b, 11c.
  • FIG. 2 fluid guides in a separator plate 2 according to an embodiment of the invention are explained using Figures 3 to 12.
  • the separator plate 2 is basically designed analogously to Figures 1 and 2 and additionally has the features and special features explained below with regard to the fluid guides.
  • Figures 3 and 4 as well as 6 to 9 an area of a separator plate 2 outlined in dashed lines in Fig. 2 is considered, although reference is also made in part to the outside of the first individual plate 2b facing away from the viewer or to the internal cooling fluid structure.
  • FIG 3 shows a schematically highly simplified representation of a coolant guide within a separator plate 2 according to the invention. More precisely, an extension of the cooling fluid distribution structure 19 is shown schematically in an area analogous to the dashed area in Fig. 2. The area shown corresponds to a distribution area of the cooling fluid distribution structure 19, i.e. an electrochemically non-active area. It is understood that the cooling fluid distribution structure 19 cannot be seen from the outside when the separator plate 2 is joined together due to its position between the individual plates 2a, 2b.
  • Figure 3 The perspective of Figure 3 is rotated compared to Figure 2, as can be seen from the schematically shown positions of the through openings 11a-c.
  • the arrangement of these through openings 11a-c corresponds to a viewing angle on the outside of the first individual plate 2b from Figure 2.
  • the through openings 11a-c again have the size ratios explained above.
  • the cooling fluid distribution structure 19 is delimited by the inner sides of the individual plates 2a, 2b facing each other. More precisely, opposing regions of these inner sides are spaced apart from each other in sections to varying degrees, so that fluid-absorbing free spaces (i.e. flow spaces) are formed in the cooling fluid distribution structure 19.
  • the cooling fluid distribution structure 19 also has web-channel structures (not shown) which form complementary shaped web-channel structures on the outer sides of the individual plates 2a, 2b, as explained above with reference to Figure 2.
  • webs or channels on the outer side of the first individual plate 2b are referred to as 27b or 29b
  • webs or channels on the outer side of the second individual plate as 27a or 29a
  • webs or channels on the inner sides of the individual plates as 27c or 29c.
  • 27 and 29 generally refer to bridges and channels, respectively.
  • the cooling fluid distribution structure 19 has three sections A, B, C.
  • the first section A and the third section C which is only optional, are each connected to the cooling fluid passage opening 11a in a fluid-conducting manner. If a section C is present, the cooling fluid distribution structures there preferably run at an obtuse angle to the cooling fluid distribution structures of section A.
  • the fluid-connecting openings explained above through sealing beads near the cooling fluid passage opening 11a are not shown separately in Figure 3, but are nevertheless present.
  • Two arrows 1A, 1C each show a fluid inflow from the cooling fluid passage opening 11a into the first and third sections A, C. The size of the arrows illustrates the size ratios of these flows.
  • the fluid inflow 1A into the first section A is significantly larger (for example at least three times, at least five times or at least ten times as large) than the fluid inflow 1C into the optional third section C. It is understood that a reversal of the flow directions is also possible.
  • the first section A of the cooling fluid distribution structure 19 runs in a first overlap region 15 of the separator plate 2.
  • the first section A overlaps with a first section of a distribution region 20 of the first individual plate 2b, which is also referred to below as the first fluid distribution region 21 (not shown in Fig. 3). Consequently, the section A is delimited by a section of the inside of the first individual plate 2b, which faces away from this fluid distribution region 21 or forms its opposite side, as well as by an opposite inside of the second individual plate 2a.
  • the crests of the Webs of the first individual plate 2b run essentially on a flat surface plane of this individual plate 2b, specifically transversely to the fluid inflow direction 1A of the cooling fluid.
  • the correspondingly delimiting section 30 of the second individual plate 2a (see Figure 6 discussed below), on the other hand, is predominantly formed opposite the flat surface plane of this individual plate 2a and in a direction pointing away from the first individual plate 2b.
  • the webs take up a smaller area share on the cooling fluid side than the channels.
  • the delimiting section 30 of the second individual plate 2a essentially forms a flow space of the first section A of the cooling fluid distribution structure 19.
  • the fluid inflow from the through-opening 11b advantageously only takes place through section B and possibly through section C.
  • the second section B of the cooling fluid distribution structure 19 runs in a second overlap region 22 in which the first fluid distribution region 21 and a second fluid distribution region 23 (not shown in Fig. 3) overlap, which is a distribution region 20 of the second individual plate 2a.
  • the fluid distribution regions 21, 23 are formed on the outer sides of the respective individual plates 2a, 2b (see Figs. 4 and 6).
  • sections of the inner sides of the individual plates 2a, 2b are therefore opposite one another, which have first web-channel structures that are complementary to the web-channel structures of the respective fluid distribution regions 21, 23.
  • the first web-channel structures of these opposing inner sides run in intersecting directions, which means an increased flow resistance for the cooling fluid.
  • An example of such an inner first web-channel structure 47 can be seen in Fig. 11 discussed below.
  • a transition region 58 between the first and second overlap regions comprises a step 33 explained below.
  • the optional third section C of the cooling fluid distribution structure 19 runs in a likewise optional third overlap region 24, in which a section of the second fluid distribution region 23 and a section of an inner side of the first individual plate 2b overlap one another.
  • the structural configurations of the sections AC or the overlapping areas 15, 22, 24 are explained in more detail below with reference to Figures 4-12. The following assumes a case in which the optional third section C of the cooling fluid distribution structure 19 and the optional third overlapping area 24 are omitted.
  • Figure 4 shows a section of the outside of the bipolar plate 2 with a view of the first individual plate 2b, in particular a cathode plate, in the dashed area of Figure 2 according to one embodiment.
  • the viewing angle is rotated in particular compared to Figure 3, as can be seen from the displayed position of the through-opening 11c in Figure 4. Only a cut-off part of the flow field 17b is shown.
  • a fluid is guided from the through-opening 11c via the first fluid distribution area 21 and guided through a web-channel structure 46 on the outside of the first individual plate 2b.
  • the web-channel structure 46 has several outwardly projecting webs 27b and channels 29b enclosed between them, selected ones of which are each provided with a corresponding reference symbol.
  • the first fluid distribution area 21 runs in the plane of the first individual plate 2b with the exception of the webs 27b.
  • the webs 27c each have a continuous sequence of a first segment 60, a second segment 62 and a third segment 64.
  • areas that include these segments 60, 62, 64 are marked with a corresponding reference symbol.
  • the first segment 60 of each web 27c extends from an edge of the first fluid distribution area 21 near the through-opening 11c to the transition area 58.
  • the second segment 62 of each web 27c extends in the transition area 58.
  • the third segment 64 of each web 27c extends from the transition area 58 to the flow field 17b.
  • the channels 29c are also divided into similarly extending first to third segments 60, 62, 64 and all properties of the segments 60, 62, 64 of the webs 27c also apply to the segments of the channels 29c, without this always being mentioned separately below.
  • the first and third segments 60, 64 each run straight and parallel to each other.
  • the second segment 62 runs at an angle to both the first and third segments 64.
  • Figure 5 shows the angular relationships of the segments 60, 62 and 64 of one of the webs 27c.
  • Longitudinal axes LI, L3 are entered for the first and third segments 60, 64 of this web and a longitudinal axis L2 is also shown for the second segment 62.
  • the angles W12 and W23 between the longitudinal axis L2 of the second segment 62 and a respective longitudinal axis LI, L3 of the first and third segments are identical and amount to approximately 120°.
  • the largest possible enterable intersection angle W12 or W23 of the longitudinal axes LI, L2 or L2, L3 is considered.
  • Figure 5 also shows a longitudinal axis A of the transition region 58, which extends across the fluid distribution region 21 and along the transition region 58.
  • This longitudinal axis A also corresponds to a longitudinal axis of the step 33 explained below (see Fig. 3). It is shown that the longitudinal axis A of the transition region 58 and step 33 runs at an angle to all the longitudinal axes LI, L2, L3 of the webs 27, in particular to the longitudinal axes LI, L3 outside the second segment 62.
  • Figures 4 and 5 show that the webs 27 (and analogously the channels 29) each run completely straight outside the transition region 58, but in the transition region 58 they experience a change in direction, which is reflected in the angle W12 or W23 shown and different from 0°.
  • the change in direction occurs in such a way that at the boundary from the first segment 60 to the transition region 58 there is initially a curvature or bend in a first direction (on the right in Figure 5) and at the boundary from the third segment 64 to the transition region 58 there is a curvature or bend in a second direction (on the left in Figure 5).
  • This two-fold change in direction cancels itself out in the example shown, which results in the parallelism of the first and third segments 60, 64.
  • only one of the changes in direction shown could occur.
  • the web-channel structure 46 forms a complementarily shaped first web-channel structure 47 (see Figures 10-12) on the inside of the first individual plate 2b, which guides the cooling fluid and, more precisely, directs a flow thereof through the cooling fluid distribution structure 19. Consequently, the cooling fluid in the transition region 58 and thus when crossing into the second overlap region 22 undergoes analogous changes in direction, as explained above.
  • Fig. 5 also shows that in the transition region 58 the distances between adjacent webs 27 and channels 29 change compared to outside the transition region 58 and, more precisely, the channels 29c on the inside, i.e. the webs 27b on the outside, increase.
  • Fig. 5 shows a distance D, D1, D2 between the highest points of two adjacent webs 27c. The distance runs perpendicular to a web longitudinal axis and/or to a tangent to a local circle of curvature (not shown) of a web 27c. It can be seen that the webs 27c outside the transition region 58 run at a comparatively small distance D from one another. This distance D is preferably essentially identical between all webs 27c.
  • the distance increases to, for example, at least 1.25 times, see distance D1, or at least twice, see distance D2, compared to the distance D outside the transition region 58.
  • the change in the web spacing shown only affects the width of the channels on the inside, i.e. the coolant channels 29c and the webs 27b between the channels on the outside, but the division could also be designed differently.
  • the increased web spacings Dl, D2 in the transition region 58 result in a corresponding channel widening of the first channel-web structure 47 on the inside of the first individual plate 2b.
  • the cooling fluid which is guided in these inner channels, has an increased flow cross-section available in the transition region 58, whereby pressure losses can be limited.
  • Figure 6 shows a section of the bipolar plate 2 with a view of the outside of the second individual plate 2a, preferably an anode plate, in the dashed area in Figure 2.
  • the viewing angle is rotated compared to Figure 3, as can be seen from the indicated position of the through-opening 11b in Figure 6. Only a cut-off part of the flow field 17a is shown.
  • a fluid is guided from the through-opening 11b via the second fluid distribution area 23 and guided through a web-channel structure 40 on the outside of the second individual plate 2a.
  • the web-channel structure 40 has several outwardly projecting webs 27a and between enclosed channels 29a, selected ones of which are provided with a corresponding reference symbol.
  • the webs 27a are, as shown, optionally interrupted in sections along their longitudinal extent, but can also extend continuously in the direction of the flow field 17a.
  • the second fluid distribution region 23 runs, with the exception of the webs 27a, in the plane of the second individual plate 2a.
  • the second fluid distribution area 23 is delimited by an elongated step 32, which is directed away from the opposite first individual plate 2b and extends in the direction of a side of the flow field 17a remote from the through-opening 11b.
  • the step 32 is followed by a section 42 of the second individual plate 2a which is raised relative to the plane of the second individual plate 2a and which significantly delimits or, in other words, spans a flow space of the first section A of the cooling fluid distribution structure 19.
  • the raised section 42 forms the above-mentioned section 30 of the second individual plate 2a, which partially delimits the first section A of the cooling fluid distribution structure 19.
  • An optionally shown plurality of stiffening beads 44 in this section 42 can also be omitted.
  • the step 32 forms a complementarily shaped inner step 33 within the first section A of the cooling fluid distribution structure 19, which extends in the direction of the first individual plate 2b.
  • This inner step 33 consequently promotes the above-described change of level when the cooling fluid passes from the first to the second overlap region 15, 22.
  • the inner step 33 also overlaps with the transition region 58 and runs along it.
  • Figure 7 is a schematically greatly simplified partial view of the first fluid distribution area 21, wherein the viewing angle, as can be seen from the position of the through-opening 11c, is rotated compared to Figure 4 and essentially corresponds to that of Figure 3.
  • a plurality of flow arrows show the course of the fluid flow through the first fluid distribution area 21 in the direction of the flow field. 17b on the outside of the first single plate 2b. The flow arrows are curved according to the two-fold change of direction explained above.
  • Fig. 8 is a representation of the cooling fluid distribution structure 19 that is essentially analogous to Fig. 3, omitting the optional third overlap region 24.
  • Fig. 8 is a greatly simplified schematic. A slightly different position of the transition region 58 compared to Fig. 3 and Fig. 7 is due to this schematic simplification and is of no particular importance.
  • Fig. 8 shows a fluid inflow from the through-opening 11a into the first section A of the cooling fluid distribution structure 19.
  • the cooling fluid flows along the first section A (see main flow arrow 66) and enters the transition region 58 successively and at several positions and via this into the second overlap region 22 (see curved arrows 67). In doing so, it undergoes the level change described above and flows primarily along the first web-channel structure 47 on the inside of the first individual plate 2b (see Figures 10-12).
  • the cooling fluid flow changes direction from the main flow arrow 66 to the arrows 68 of the second overlap region 22 running in the direction of the flow field 17.
  • the cooling fluid follows the change in direction of the web-channel structure 46 of the first fluid distribution region 21, which is reflected analogously in the first web-channel structure 47 on the inside of the first individual plate 2b.
  • the curved ends of the arrows 68 represent at least part of this change in direction.
  • Figure 9 shows a partial view of a view through the bipolar plate 2, analogous to Figure 4, with several cutting planes AA (along the transition region), BB (through the second overlap region 22) and CC (through the first overlap region 15). It is clear from the sectional views that the various regions are simultaneously optimized for all media and that the inner and outer sides of the two individual plates 2a, 2b formed from a sheet with a sheet thickness of less than 100 pm are in a positive-negative relationship to one another.
  • Figure 10 is a sectional view along the section plane A-A from Figure 9.
  • the inside of the second individual plate 2a is guided by the step 33 into a section-wise contact with the inside of the first individual plate 2b. Consequently, the cooling fluid passes through the illustrated first web-channel structure 47 on the inside of the first individual plate 2b, which in the transition region 58 largely defines a flow space 72 of the cooling fluid structure 19, into the second overlap region 22 outside the drawing plane. In doing so, it undergoes the change of plane discussed above. Furthermore, it is redirected by the inside first web-channel structure 47 as a result of the explained less sharp-edged change in direction and the increase in flow cross-section in the transition region 58 with reduced flow resistance into the second overlap region 22.
  • Fig. 10 as well as Figures 11 and 12 also show the connection between the web-channel structure 46 on the outside of the first individual plate 2b and the complementarily shaped first web-channel structure 47 on the inside thereof.
  • the webs 27b of the web-channel structure 46 form channels 29c of the first web-channel structure 47 on the inside, and vice versa.
  • the channels 29b of the web-channel structure 46 form webs 27c of the first web-channel structure 47 on the inside, and vice versa.
  • Figure 10 also shows a distance D2 between two webs 27c analogous to the distance D2 shown in Figure 5. This makes it clear that the distance between two webs 27 always spans an intermediate channel 29.
  • Figure 11 is a sectional view according to the section plane BB from Figure 9.
  • first web-channel structures lie opposite one another on the respective inner sides of the individual plates 2a, 2b. This leads to non-uniform and multiply crossing flow paths within the overlap region 22.
  • Figure 12 is a sectional view according to the section plane CC from Figure 9.
  • a flow space 72 of the cooling fluid distribution structure 19 is largely limited by the raised section 42 of the second individual plate 2a, which overlaps with a section of the first fluid distribution region 21.
  • structure 47 on the inside of the first individual plate 2b runs essentially transversely to a main flow direction of the cooling fluid (cf. Figures 3 and 4) and therefore does not provide any significant flow space for the cooling fluid.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System. Das elektrochemische System kann insbesondere ein Brennstoffzellensystem, ein elektrochemischer Kompressor, ein Elektrolyseur oder eine Redox‐Flow - Batterie sein. Ebenso offenbart wird ein elektrochemisches System mit einer Vielzahl derartiger Separatorplatten.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System. Das elektrochemische System kann insbesondere ein Brennstoffzellensystem, ein elektrochemischer Kompressor, ein Elektrolyseur oder eine Redox-Flow-Batterie sein. Ebenso offenbart wird ein elektrochemisches System mit einer Vielzahl derartiger Separatorplatten.
Bekannte elektrochemische Systeme der genannten Art umfassen normalerweise einen Stapel elektrochemischer Zellen, die jeweils durch Separatorplatten voneinander getrennt sind. Im Kontext derartiger Stapel werden die Separatorplatten auch als Bipolarplatten bezeichnet. Die Separatorplatten können z. B. der elektrischen Kontaktierung der Elektroden der einzelnen elektrochemischen Zellen (z. B. Brennstoffzellen) und/oder der elektrischen Verbindung benachbarter Zellen dienen (Serienschaltung der Zellen). Typischerweise sind die Separatorplatten aus zwei, insbesondere zusammengefügten, Einzelplatten gebildet. Die Einzelplatten können stoffschlüssig zusammengefügt sein, z. B. durch eine oder mehrere Schweißverbindungen, insbesondere durch eine oder mehrere Laserschweißverbindungen.
Die Separatorplatten bzw. die Einzelplatten können jeweils Strukturen aufweisen oder bilden, die z. B. zur Versorgung der zwischen benachbarten Separatorplatten angeordneten elektrochemischen Zellen mit einem oder mehreren Medien und/oder zum Abtransport von Reaktionsprodukten eingerichtet sind. Insbesondere kann mittels dieser Strukturen ein Kühlfluid durch einen Zwischenraum zwischen den Einzelplatten einer Separatorplatte geführt werden. Die Strukturen können z. B. Abfolgen von Stegen und Kanälen umfassen. Bei den Medien kann es sich folglich um Brennstoffe (z. B. Wasserstoff oder Methanol), Reaktionsgase (z. B. Luft oder Sauerstoff) oder um Kühlmittel handeln. Im Rahmen dieser Offenbarung können die Begriffe Medium und Fluid gleichbedeutend verwendet werden.
Ferner weisen die Separatorplatten üblicherweise jeweils wenigstens eine Durchgangsöffnung auf, durch die hindurch die Medien zu den zwischen benachbarten Separatorplatten des Stapels angeordneten elektrochemischen Zellen bzw. den Membran-Elektroden Anordnungen (MEAs) geleitet oder von diesen weggeführt werden können.
Aus einer solchen Durchgangsöffnung wird ein jeweiliges Fluid mittels der vorstehend geschilderten Strukturen in einen jeweiligen ersten Verteilbereich geführt und von dort in ein dem aktiven Bereich der Zelle bzw. MEA gegenüberliegendes Strömungsfeld. Nach dem Durchströmen des aktiven Bereichs wird das Fluid über einen zweiten Verteilbereich, auch Sammelbereich genannt, wieder einer Austritts- Durchgangsöffnung zugeführt. Ein Beispiel hierfür findet sich in der DE 20 2016 107 302 Ul.
Es ist bekannt, an einer ersten Außenseite der Separatorplatte, d.h. einer Außenseite einer ersten Einzelpatte, ein erstes Fluid zu führen, z.B. einen Brennstoff, und an einer davon abgewandten zweiten Außenseite der Separatorplatte, d.h. einer Außenseite einer zweiten Einzelpatte ein zweites Fluid zu führen, z.B. ein Reaktionsgas. In einem von den Innenseiten der Einzelplatten begrenzten Innenraum wird hingegen üblicherweise ein Kühlfluid geführt.
Die fluidführenden Strukturen an den jeweiligen Außenseiten der Einzelplatten bilden an deren Innenseiten komplementär geformte Strukturen aus, welche das Kühlfluid führen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei bisherigen Lösungen die Kühlfluidführung teilweise nur unter erhöhten Strömungswiderständen möglich ist. Dies senkt das Kühlvermögen der Separatorplatte entsprechend und kann folglich zu Beschränkungen des Leistungsvermögens des elektrochemischen Systems führen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, das Kühlvermögen einer Separatorplatte und somit ein Leistungsvermögen eines elektrochemischen Systems mit einer Mehrzahl derartiger Separatorplatten zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in dieser Beschreibung und in den Figuren angegeben.
Entsprechend wird eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System vorgeschlagen, wobei die Separatorplatte aufweist:
- eine erste Einzelplatte und eine zweite Einzelplatte, die einen Innenraum der Separatorplatte mit einer Kühlfluidverteilstruktur begrenzen, - einen ersten Überlappungsbereich, in dem ein erster Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur und ein erster Abschnitt eines ersten Fluidverteilbereichs einander überlappen, wobei der erste Fluidverteilbereich an einer Außenseite der ersten Einzelplatte ausgebildet ist,
- einen zweiten Überlappungsbereich, in dem ein zweiter Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur, ein zweiter Abschnitt des ersten Fluidverteilbereichs und ein Abschnitt eines zweiten Fluidverteilbereichs einander überlappen, wobei der zweite Fluidverteilbereich an einer Außenseite der zweiten Einzelplatte ausgebildet ist, wobei die Kühlfluidverteilstruktur eine erste Steg-Kanal-Struktur aufweist, die eine Vielzahl von Stegen und von zwischen jeweils zwei Stegen ausgebildeten Kanälen aufweist und die eine komplementär geformte Steg-Kanal-Struktur des ersten Fluidverteilbereichs ausbildet, wobei die erste Steg-Kanal-Struktur in einem Übergangsbereich von dem ersten zu dem zweiten Überlappungsbereich wenigstens eine Richtungsänderung aufweist; wobei die zweite Einzelplatte gegenüberliegend zu dieser Richtungsänderung abweichend von der ersten Steg-Kanal-Struktur ausgebildet ist.
Die erste Einzelplatte kann eine Kathodenplatte bilden und/oder kann als erstes Fluid Sauerstoff oder Luft führen.
Die zweite Einzelplatte kann eine Anodenplatte bilden und/oder kann als zweites Fluid Wasserstoff führen.
In dem ersten Überlappungsbereich werden vorzugsweise nur das erste und dritte Fluid geführt, ohne sich zu mischen. In dem zweiten Überlappungsbereich werden vorzugsweise das erste bis dritte Fluid in getrennten Strömungsräumen geführt.
Ebenso können die Überlappungsbereiche Überlappungen definieren, die auch bei einer Orthogonalprojektion der jeweiligen Abschnitte, Strukturen und Merkmale in eine Planflächenebene der Separatorplatte vorliegen. Eine Überlappung kann gleichbedeutend damit sein, dass die entsprechenden Abschnitte, Strukturen und Merkmale von einer gemeinsamen Achse geschnitten werden, die senkrecht zu der Planflächenebene der Separatorplatte verläuft.
Durch das Vorsehen der wenigstens einen Richtungsänderung kann ein Strömungswiderstand bei einem Übergang des Kühlfluids von dem ersten in den zweiten Überlappungsbereich im Vergleich zu einer Variante ohne Richtungsän- derung gesenkt werden. So strömt das Kühlfluid auf seinem Weg durch den ersten Überlappungsbereich typischerweise und auch gemäß Ausführungsformen dieser Offenbarung entlang einer Grenzlinie, die sich im Übergangsbereich zwischen dem ersten und zweiten Überlappungsbereich erstreckt. Ein Übertritt über diese Grenzlinie in den zweiten Überlappungsbereich kann eine Umlenkung erfordern, sodass das Kühlfluid in einem größeren Winkel zu dieser Grenzlinie strömt, zum Beispiel im Wesentlichen orthogonal hierzu. Dieser Winkel und/oder allgemein die Strömungsführung bei diesem Übertritt kann maßgeblich durch die erste Steg-Kanal-Struktur an der Innenseite der ersten Einzelplatte vorgegeben werden. Ohne Richtungsänderung der ersten Steg-Kanal-Struktur würde die Strömungsführung bei diesem Übertritt einem scharfkantigen Abknicken entsprechen, was einen erhöhten Strömungswiderstand bedeutet.
Im Unterschied zu bekannten und typischerweise vollständig geradlinigen Steg- Kanal-Strukturen wird daher vorliegend eine Richtungsänderung innerhalb der Steg-Kanal-Struktur vorgeschlagen, und zwar in dem Übergangsbereich. Diese Richtungsänderung kann insbesondere derart erfolgen, dass ein Strömungswiderstand des Kühlfluids bei dem Übergang von dem ersten in den zweiten Überlappungsbereich reduziert wird im Vergleich zu einer Variante ohne Richtungsänderung. Beispielsweise kann hierbei ein Kurvenradius der Strömungsrichtungsänderung vergrößert werden, was eine gleichmäßigere und widerstandsärmere Strömungsführung ermöglicht. Somit kann insgesamt der Kühlfluiddurchsatz durch die Kühlfluidverteilstruktur mit geringerem Strömungswiderstand erfolgen.
Ein weiterer den Strömungswiderstand reduzierender Faktor ist eine erfindungsgemäß ermöglichte lokale Vergrößerung des Strömungsquerschnitts für das Kühlfluid im Übergangsbereich. Diese Vergrößerung wird durch die Richtungsänderung ermöglicht. So steht durch diese mehr Raum in einer Richtung quer zu einer Verlaufsrichtung der Stege und Kanäle zur Verfügung. Dies wird vorliegend vorzugsweise dazu genutzt, die Kanäle der ersten Steg-Kanal-Struktur im Übergangsbereich zu verbreitern. An der Außenseite der ersten Einzelplatte kann dies im Übergangsbereich in einem vergrößerten Abstand benachbarter Kanäle der dortigen komplementär geformten Steg-Kanal-Struktur resultieren. Alternativ könnten auch die Stege der ersten Steg-Kanal-Struktur im Übergangsbereich verbreitert werden. Ebenso könnte der zusätzliche Bauraum auf Stege und Kanäle aufgeteilt werden. Ferner wurde erkannt, dass die Richtungsänderung der Steg-Kanal-Struktur die Fluidführung innerhalb des ersten Fluidverteilbereichs nicht signifikant beeinträchtigt. Weiterhin wird dadurch, dass die zweite Einzelplatte gegenüberliegend zu der Richtungsänderung abweichend von der ersten Steg-Kanal-Struktur ausgebildet ist, ein weiterer Freiheitsgrad zum Verbessern des Fluidübergangs von dem ersten in den zweiten Überlappungsbereich bereitgestellt. Beispielsweise kann die zweite Einzelplatte eine nachstehend erläuterte Stufe aufweisen, die dem Übergangsbereich gegenüberliegt. Mittels der Stufe kann das Kühlfluid zielgerichtet sowie mit einem hier noch erläuterten optionalen Ebenenwechsel in den zweiten Überlappungsbereich überführt werden.
So sieht eine optionale Weiterbildung vor, dass die zweite Einzelplatte gegenüberliegend zu der Richtungsänderung eine sich in Richtung der ersten Einzelplatte erstreckende Stufe aufweist, insbesondere wobei die Stufe entlang einer Längsachse ausgebildet ist, die in einem Winkel (insbesondere orthogonal) zu einerjeweiligen Längsachse der Kanäle und Stege der ersten Steg-Kanal-Struktur verläuft. Beispielsweise können die Längsachsen der Stufe und der Stege und Kanäle in Wesentlichen quer oder in einem Winkel von wenigstens 60° zueinander verlaufen (bezogen auf einen kleinsten Schnittwinkel zwischen den Längsachsen). Die Stufe kann den ersten Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur zumindest anteilig begrenzen.
Die Stufe führt vorzugsweise dazu, dass die zweite Einzelplatte unmittelbar benachbart zur Stufe im zweiten Überlappungsbereich in der Planflächenebene der zweiten Einzelplatte verläuft, während sie unmittelbar benachbart zur Stufe im ersten Überlappungsbereich von dieser Planflächenebene beabstandet ist.
Zusätzlich oder alternativ kann sich die Stufe entlang einer Grenzlinie zwischen dem ersten und zweiten Überlappungsbereich erstrecken und insbesondere entlang eines überwiegenden Längenanteils oder auch entlang der gesamten Länge dieser Grenzlinie.
Allgemein ist darauf hinzuweisen, dass die Kanäle und Stege langgestreckt sein können und ihre Haupterstreckung entlang einer entsprechenden Längsachse verlaufen kann. Diese Längsachse ist jedoch insbesondere aufgrund der hier offenbarten Richtungsänderung im Übergangsbereich nicht zwingend gradlinig, sondern kann zum Beispiel zumindest abschnittsweise ein- oder mehrfach gekrümmt sein. Bei einem Übertritt von dem ersten zu dem zweiten Überlappungsbereich kann ein Ebenenwechsel der Kühlfluidführung erfolgen. Insbesondere kann ein Wechsel von Strömungsebenen der Kühlfluidverteilstruktur in der Weise stattfinden, dass sich im ersten Überlappungsbereich ein Strömungsquerschnitt der Kühlfluidverteilstruktur maßgeblich in einem von der zweiten Einzelplatte aufgespannten Strömungsraum für das Kühlfluid erstreckt. Ein Abschnitt der ersten Einzelplatte innerhalb des ersten Überlappungsbereichs kann hingegen zu einem größeren Anteil in der Planflächenebene der ersten Einzelplatte liegen und somit im Vergleich keinen signifikanten und/oder einen kleineren Strömungsraum für das Kühlfluid bereitstellen. In dem zweiten Überlappungsbereich kann der Strömungsraum hingegen zumindest mit einem signifikanten (z. B. in etwa gleich großen) Anteil auch von der ersten Einzelplatte aufgespannt werden.
In an sich bekannter Weise kann die Planflächenebene einer jeweiligen Einzelplatte z. B. durch einen Rand der Einzelplatte oder durch diejenigen ebenen Bereiche der Einzelplatte festgelegt sein, die nicht infolge eines Präge- oder Tiefziehprozesses zum Ausbilden hierin geschilderter Steg-Kanal-Strukturen oder Sicken verformt sind. Einerseits können die Planflächenebenen in den neutralen Fasern der entsprechenden Abschnitte der Platten verlaufen, andererseits ist es auch möglich, die Oberflächen der betreffenden Abschnitte der Platten als Planflächenebenen zu betrachten. Bei letzterer Betrachtungsweise ist allerdings darauf zu achten, dass bei Distanzen o. dgl. die Materialstärke nur einer von zwei betrachteten Platten berücksichtigt wird.
Bei einer weiteren optionalen Variante a) weisen die Stege und Kanäle der ersten Steg-Kanal-Struktur jeweils ein erstes Segment auf, das sich in dem ersten Überlappungsbereich erstreckt, und ein zweites Segment, das sich in dem Übergangsbereich erstreckt, wobei das erste und das zweite Segment relativ zueinander angewinkelt sind. Diese Anwinkelung kann der Richtungsänderung im Übergangsbereich entsprechen und/oder in dieser resultieren. Das erste und das zweite Segment können direkt ineinander übergehen. Das erste Segment kann sich vom Rand des Übergangsbereichs in Richtung und gegebenenfalls bis zu einer fluidleitend mit dem ersten Fluidverteilbereich verbundenen Durchgangsöffnung erstrecken und/oder bis zu nachstehend erläuterten Durchbrechungen, die fluidleitend mit dieser Durchgangsöffnung verbunden sind.
Alternativ oder zusätzlich können die Stege und Kanäle der ersten Steg-Kanal- Struktur bei einer weiteren Variante b) jeweils ein drittes Segment aufweisen, das sich in dem zweiten Überlappungsbereich erstreckt, und ein zweites Segment, das sich in dem Übergangsbereich erstreckt, wobei das zweite und das dritte Segment relativ zueinander angewinkelt sind. Auch diese Anwinkelung kann der Richtungsänderung im Übergangsbereich entsprechen bzw. in dieser resultieren. Das dritte Segment kann sich vom Rand des Übergangsbereichs bis zu einem Strömungsfeld der ersten Einzelplatte erstrecken.
Insbesondere wenn sowohl die vorstehende Variante a) als auch b) vorgesehen ist, kann eine mehrfache Richtungsänderung im Übergangsbereich erfolgen. Hierdurch kann der Strömungswiderstand für das Kühlfluid besonders wirksam reduziert werden im Vergleich zu einer Variante ohne Richtungsänderung. Insbesondere wird hierdurch eine besonders ausgeprägte Vergrößerung von Strömungsquerschnitten für das Kühlfluid im Übergangsbereich ermöglicht, wodurch Druckverluste des Kühlfluids im Übergangsbereich signifikant reduziert werden können.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die ersten und dritten Segmente (vorzugsweise aber nicht das zweite Segment) eines jeweiligen Stegs und Kanals parallel zueinander verlaufen. In diesem Fall kann die Richtungsänderung im Übergangsbereich zum Beispiel derart erfolgen, dass eine zunächst erfolgende Richtungsänderung wieder aufgehoben wird, um die Parallelität zwischen erstem und drittem Segment herzustellen.
Alternativ zu einer Parallelität können die ersten und dritten Segmente in einem Winkel relativ zueinander verlaufen, der geringer ist als ein jeweiliger Winkel zwischen dem zweiten Segment und einem von dem ersten und dritten Segment. Beispielsweise kann ein Winkel zwischen dem ersten und zweiten Segment und ein Winkel zwischen dem zweiten und dritten Segment jeweils mehr als 90° betragen, z.B. mehr als 120° oder mehr als 140°. Ein Winkel, in dem das erste und dritte Segment relativ zueinander verlaufen, kann hingegen geringer als diese jeweiligen Winkel ausfallen, z.B. weniger als halb oder auch weniger ein Viertel so groß sein und/oder weniger als 45° betragen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Winkel, um den das erste und das zweite Segment relativ zueinander angewinkelt sind, zwischen 90° und 170° beträgt und/oder der Winkel, um den das zweite und das dritte Segment relativ zueinander angewinkelt sind, zwischen 90° und 170° beträgt. Hierbei kann jeweils ein größtmöglich eintragbarer Schnittwinkel betrachtet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt gehen das erste Segment und das zweite Segment ineinander über, insbesondere direkt ineinander über und/oder ohne Unterbrechung von einer durch diese Segmente ausgebildeten Fluidverbindung. Alternativ oder zusätzlich ist die Separatorplatte gemäß der vorstehenden Variante b) ausgebildet und gehen das zweite Segment und das dritte Segment ineinander über, insbesondere direkt ineinander über und/oder ohne Unterbrechung von einer durch diese Segmente ausgebildeten Fluidverbindung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst, dass das erste Segment wenigstens doppelt so lang ist wie das zweite Segment. Alternativ oder zusätzlich ist die Separatorplatte gemäß der vorstehenden Variante b) ausgebildet und das dritte Segment ist wenigstens doppelt so lang wie das zweite Segment. In beiden Fällen ist das zweite Segment bewusst kurz ausgelegt, um die damit assoziierte Richtungsänderung entsprechend lokal begrenzt und/oder auf den Übergangsbereich beschränkt auszubilden. Dies ermöglicht für das an der Innenseite geführte Kühlfluid die erwähnte weniger schafkantige Umlenkung sowie eine lokale bzw. abschnittsweise Vergrößerung von Strömungsquerschnitten im Übergangsbereich.
Die Untergrenze der vorstehenden Längenverhältnisse kann zum Beispiel (und insbesondere nur) in Randbereichen des ersten Fluidverteilbereichs vorliegen, in denen die Länge der Stege und Kanäle gegenüber einer Durchschnittslänge der Stege und Kanäle im Fluidverteilbereich deutlich reduziert ist. Entsprechend können die vorstehenden Längenverhältnisse in einem Großteil der Fläche des ersten Fluidverteilbereichs und insbesondere in mittigen Bereichen hiervon deutlich anders ausfallen, insbesondere in der Weise, dass das erste und/oder dritte Segment deutlich länger als das zweite Segment ist (beispielsweise wenigstens sechsmal so lang). Zusammengefasst kann eine wenigstens sechsfache Länge des ersten und/oder dritten Segments im Vergleich zum zweiten Segment insbesondere auf halber Breite des ersten Fluidverteilbereichs vorliegen. Diese Breitenabmessung kann zum Beispiel orthogonal zu einer Hauptströmungsachse eines Strömungsfeldes verlaufen, das fluidleitend mit dem ersten Fluidverteilbereich verbunden ist.
Das Strömungsfeld kann sich zum Beispiel dadurch auszeichnen, dass sämtliche hiervon umfassten Stege und Kanäle geradlinig sind und parallel zueinander sowie parallel zu der Hauptströmungsrichtung verlaufen. Alternativ könnten die Stege und Kanäle des Strömungsfelds aber auch wellenförmig sein und mit gleichartiger Wellenform nebeneinander sowie entlang einer Hauptströmungsrichtung des Strömungsfeldes verlaufen. Die Wellenform kann gleichmäßig um die Hauptströmungsachse oszillieren und/oder die Hauptströmungsachse kann eine Mittelachse der Wellenform definieren, um die wellenartig oszilliert wird. Zusätzlich oder alternativ kann sich das Strömungsfeld dadurch auszeichnen, dass es zumindest bezogen auf eine Richtung senkrecht zur Strömungsfeld- Hauptströmungsachse innerhalb eines MEA-Verstärkungsrands liegt und insbesondere von diesem zumindest abschnittsweise umgeben und/oder eingerahmt wird. Jedoch liegt dem Strömungsfeld selbst der MEA-Verstärkungsrand nicht gegenüber, sondern der eigentlich aktive Bereich der MEA, insbesondere in Form von deren Elektrolytmembran. Es wird beispielhaft auf die DE 20 2020 106 459 Ul verwiesen und dort insbesondere auf die Figur 3B, die eine MEA mit Verstärkungsrand zeigt, der einen aktiven Bereich der MEA einrahmt. Anders kann es sich jedoch bezüglich des dem Strömungsfeld zugeordneten weniger tief ausgeformten Bereichs verhalten, in dem der MEA-Verstärkungsrand und die GDL einander überlappen.
Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Segment eine Länge aufweisen, die dem Einfachen bis Siebenfachen, vorzugsweise dem Anderthalbfachen bis Fünffachen, einer Kanalbreite der Kanäle der ersten Steg-Kanal-Struktur entspricht.
Die Kanalbreite kann sich quer zu einer Längsachse des Kanals erstrecken. Insbesondere kann sich die Kanalbreite zwischen den in Bezug auf eine Planflächenebene der Separatorplatte (und/oder der ersten Einzelplatte) höchsten Punkten derjenigen einander nächstliegenden Stege erstrecken, zwischen denen ein jeweiliger Kanal angeordnet und/oder eingeschlossen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen das erste Segment und das dritte Segment einen gleichen Strömungsquerschnitt auf. Alternativ können etwaige Abweichungen der Strömungsquerschnitte dieser Segmente nicht mehr als 20 % oder nicht mehr 10 % betragen. Durch die geringe Abweichung oder auch Identität der Strömungsquerschnitte kann eine gleichmäßige Fluidführung sowohl an der Innenseite als auch der Außenseite der ersten Einzelplatte erfolgen. Dies trägt dazu bei, Strömungswiderstände in vorteilhafter Weise zu reduzieren. Das zweite Segment kann hingegen im Übergangsbereich und insbesondere auf diesen begrenzt einen gegenüber dem ersten und/oder dritten Segment vergrößerten Strömungsquerschnitt aufweisen. Diese Vergrößerung kann z.B. wenigstens 20 % oder wenigstens 50 % betragen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das erste und/oder dritte Segment im Wesentlichen oder vollständig geradlinig ist. Unter einer im Wesentlichen geradlinigen Erstreckung können Erstreckungen mit einer geringfügigen und/oder nur abschnittsweise vorliegenden Krümmung verstanden werden. Insbesondere sind das erste und/oder dritte Segment jeweils zumindest über eine Länge, die der Länge des zweiten Segments entspricht, im Wesentlichen oder vollständig geradlinig.
Bei einer Weiterbildung ist der erste Fluidverteilbereich mit einem ersten Strömungsfeld der Separatorplatte und der zweite Fluidverteilbereich mit einem zweiten Strömungsfeld der Separatorplatte fluidleitend verbunden. Insbesondere ist das erste Strömungsfeld über den ersten Fluidverteilbereich fluidleitend mit einer in der Separatorplatte ausgebildeten ersten Durchgangsöffnung verbunden, das zweite Strömungsfeld über den zweiten Fluidverteilbereich fluidleitend mit einer in der Separatorplatte ausgebildeten zweiten Durchgangsöffnung verbunden und die Kühlfluidverteilstruktur ist fluidleitend mit einer in der Separatorplatte ausgebildeten dritten Durchgangsöffnung verbunden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel findet im Übergangsbereich ein Wechsel von Strömungsebenen der Kühlfluidverteilstruktur in der Weise statt, dass im ersten Überlappungsbereich ein Strömungsquerschnitt der Kühlfluidverteilstruktur sich maßgeblich in einem von der zweiten Einzelplatte aufgespannten Strömungsraum und in dem zweiten Überlappungsbereich sich maßgeblich in einem von der ersten Einzelplatte aufgespannten Strömungsraum erstreckt. In den komplementären Bereichen, d.h. im von der zweiten Einzelplatte aufgespannten Strömungsraum im ersten Überlappungsbereich und im von der ersten Einzelplatte aufgespannten Strömungsraum im zweiten Überlappungsbereich, ist zwischen den Einzelplatten zwar Kühlfluid vorhanden, dieses strömt jedoch entweder nicht oder nur in wesentlich geringerem Ausmaß als in den vorgenannten Strömungsräumen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Figurenübergreifend können für gleichartige oder gleichwirkende Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein elektrochemisches System mit einer Vielzahl von gestapelten Separatorplatten samt dazwischen angeordneter Membranelektrodeneinheiten.
Figur 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung zwei Separatorplatten eines Systems ähnlich Figur 1 mit einer zwischen den Separatorplatten angeordneten Membranelektrodeneinheit (MEA). Figur 3 zeigt in schematisch stark vereinfachter Darstellung eine Kühlmittelführung innerhalb einer Separatorplatte, die gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Offenbarung ausgebildet ist.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Separatorplatte der ersten Ausführungsform im Bereich eines ersten Fluidverteilbereichs einer ersten Einzelplatte, insbesondere Kathodenplatte, der Separatorplatte.
Figur 5 zeigt einen vergrößerten Detailausschnitt aus Fig. 4.
Figur 6 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Separatorplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform im Bereich eines zweiten Fluidverteilbereichs einer zweiten Einzelplatte, insbesondere Anodenplatte, der Separatorplatte.
Figur 7 zeigt eine schematische vereinfachte Ansicht der Teilansicht von Figur 4.
Figur 8 zeigt eine weitere schematisch stark vereinfachte Darstellung einer Kühlmittelführung innerhalb einer Separatorplatte.
Figur 9 zeigt eine zu Fig. 4 analoge Teilansicht in Durchsicht mit mehreren Schnittebenen.
Figuren 10-12 zeigen jeweils Schnittansichten gemäß einer der Schnittebenen aus Figur 9.
Figur 1 zeigt ein elektrochemisches System 1 der hier vorgeschlagenen Art mit einer Mehrzahl von baugleichen metallischen Separatorplatten 2 (bzw. Bipolarplatten). Diese sind in einem Stapel 6 angeordnet und entlang einer z-Richtung 7 gestapelt. Die Separatorplatten 2 des Stapels 6 sind zwischen zwei Endplatten 3, 4 eingespannt. Die z-Richtung 7 wird auch Stapelrichtung genannt. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem System 1 um einen Brennstoffzellenstapel. Je zwei benachbarte Separatorplatten 2 des Stapels 6 schließen zwischen sich eine elektrochemische Zelle ein, die z. B. der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie dient. Zur Ausbildung der elektrochemischen Zellen des Systems 1 ist zwischen benachbarten Separatorplatten 2 des Stapels 6 jeweils eine Membranelektrodeneinheit (MEA) 10 angeordnet (siehe nachstehende Figur 2). Die MEA beinhalten typischerweise jeweils wenigstens eine Membran, z. B. eine Elektrolytmembran. Ferner kann auf einer oder beiden Oberflächen der MEA eine Gasdiffusionslage (GDL) angeordnet sein.
Bei alternativen Ausführungsformen kann das System 1 ebenso als Elektrolyseur, Kompressor oder als Redox-Flow-Batterie ausgebildet sein. Bei diesen elektrochemischen Systemen können ebenfalls Separatorplatten verwendet werden. Der Aufbau dieser Separatorplatten kann dem Aufbau der hier näher erläuterten Separatorplatten 2 entsprechen, auch wenn sich die auf bzw. durch die Separatorplatten geführten Medien bei einem Elektrolyseur, bei einem elektrochemischen Kompressor oder bei einer Redox-Flow-Batterie jeweils von den für ein Brennstoffzellensystem verwendeten Medien unterscheiden können.
Die z-Achse 7 spannt zusammen mit einer x-Achse 8 und einer y-Achse 9 ein rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem auf. Die Separatorplatten 2 definieren jeweils eine Plattenebene, wobei die Plattenebenen der Separatorplatten 2 jeweils parallel zur x-y-Ebene und damit senkrecht zur Stapelrichtung (z- Achse 7) ausgerichtet sind. Die Endplatte 4 weist eine Vielzahl von Medienanschlüssen 5 auf, über die dem System 1 Medien zuführbar und über die Medien aus dem System 1 abführbar sind. Diese dem System 1 zuführbaren und aus dem System 1 abführbaren Medien können z. B. Brennstoffe wie molekularen Wasserstoff oder Methanol, Reaktionsgase wie Luft oder Sauerstoff, Reaktionsprodukte wie Wasserdampf oder abgereicherte Brennstoffe oder ein Kühlfluid wie Wasser und/oder Glykol umfassen.
Figur 2 zeigt perspektivisch zwei benachbarte Separatorplatten 2 oder Bipolarplatten, die von einem elektrochemischen System von der Art des Systems 1 aus Figur 1 umfasst sein können. Die Separatorplatten 2 entsprechen einem Beispiel aus dem Stand der Technik. Die nachstehend in Bezug hierauf erläuterten Eigenschaften und Merkmale können aber ebenso auf die hier offenbarten erfindungsgemäßen Separatorplatten 2 zutreffen bzw. bei diesen vorgesehen sein, sofern nicht anders erwähnt oder ersichtlich.
Fig. 2 zeigt auch eine zwischen diesen benachbarten Separatorplatten 2 angeordnete bekannte Membranelektrodeneinheit (MEA) 10, wobei die MEA 10 in Figur 2 zum größten Teil durch die dem Betrachter zugewandte Separatorplatte 2 verdeckt ist. Die Separatorplatte 2 ist aus zwei stoffschlüssig zusammengefügten Einzelplatten 2a, 2b gebildet, von denen in Figur 2 jeweils nur die dem Betrachter zugewandte Einzelplatte 2a sichtbar ist, die die weitere Einzelplatte 2b verdeckt. Die Einzelplatten 2a, 2b können jeweils aus einem Metallblech gefertigt sein, z. B. aus einem Edelstahlblech. Die Einzelplatten 2a, 2b können z. B. miteinander verschweißt sein, z. B. durch Laserschweißverbindungen oder erst beim Aufstapeln des Stacks verbunden werden. Insbesondere die Gestaltung von fluidführenden Strukturen an der dem Betrachter zugewandten Außenseite der Einzelplatte 2a kann von den erfindungsgemäßen Strukturen der nachstehenden weiteren Figuren 3 bis 12 abweichen.
Die Einzelplatten 2a, 2b weisen miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen auf, welche Durchgangsöffnungen lla-c der Separatorplatte 2 bilden. Bei Stapelung einer Mehrzahl von Separatorplatten 2 bilden die Durchgangsöffnungen lla-c Leitungen, die sich in der Stapelrichtung 7 durch den Stapel 6 erstrecken (siehe Figur 1). Typischerweise ist jede der durch die Durchgangsöffnungen lla-c gebildeten Leitungen jeweils in Fluidverbindung mit einem der Ports 5 in der Endplatte 4 des Systems 1. Über die von den Durchgangsöffnungen 11a gebildeten Leitungen kann z. B. ein Kühlfluid in den Stapel 6 eingeleitet oder aus dem Stapel 6 abgeleitet werden. Die von den Durchgangsöffnungen 11b, 11c gebildeten Leitungen können dagegen zur Versorgung der elektrochemischen Zellen des Brennstoffzellenstapels des Systems 1 mit Brennstoff und mit Reaktionsgas sowie zum Ableiten der Reaktionsprodukte aus dem Stapel 6 ausgebildet sein.
Zum Abdichten der Durchgangsöffnungen lla-c gegenüber dem Inneren des Stapels 6 und gegenüber der Umgebung weist die dem Betrachter zugewandte Einzelplatte 2a jeweils Dichtanordnungen in Gestalt von Dichtsicken 12a-c auf. Diese sind jeweils um die Durchgangsöffnungen lla-c herum angeordnet und umschließen die Durchgangsöffnungen lla-c jeweils vollständig. Die zweite Einzelplatte 2b weist an der vom Betrachter der Figur 2 abgewandten Rückseite der Separatorplatte 2 ebenfalls entsprechende Dichtsicken 12a-c zum Abdichten der Durchgangsöffnungen lla-c auf (nicht gezeigt). Alternative Dichtsysteme, wie etwa Elastomerdichtungen können ebenfalls zum Einsatz kommen.
Angrenzend an den elektrochemisch aktiven Bereich 18 der MEA weist die dem Betrachter zugewandte Einzelplatte 2a an ihrer dem Betrachter zugewandten Außenseite ein Strömungsfeld 17a mit Strukturen zum Führen eines Reaktionsmediums entlang der Außenseite der Einzelplatte 2a auf. Diese Strukturen sind in Figur 2 in Form einer Vielzahl von Stegen und zwischen den Stegen verlaufenden und durch die Stege begrenzten Kanälen ausgebildet. An der dem Betrachter zugewandten Außenseite der Separatorplatte 2 weist die dem Betrachter zugewandte Einzelplatte 2a zudem zwei Verteilbereiche 20 auf. Die Verteilbereiche 20 umfassen jeweils Strukturen, die eingerichtet sind, ein ausgehend von einer ersten der beiden Durchgangsöffnungen 11b in einen der Verteilbereiche 20 eingeleitetes Medium mittels des Strömungsfelds 17a über den aktiven Bereich 18 zu verteilen bzw. ein ausgehend vom aktiven Bereich 18 bzw. vom Strömungsfeld 17a zur zweiten der Durchgangsöffnungen 11b hinströmendes Medium zu sammeln oder zu bündeln. In letzterem Fall kann der sammelnden Verteilbereich 20 auch als ein Sammelbereich bezeichnet werden. Die fluidführenden Strukturen der Verteilbereiche 20 sind in Figur 2 ebenfalls durch Stege und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Kanäle gegeben.
Ohne dass dies in Figur 2 gesondert dargestellt ist, weist eine zwischen den Einzelplatten 2a, 2b ausgebildete und/oder eingeschlossene Kühlfluidverteilstruktur 19 ebenfalls Verteilbereiche auf, welche sich mit den Verteilbereichen 20 der Einzelplatten 2a, 2b überlappen. Diese Kühlfluidverteilstruktur 19 ist fluidisch mit einem Strömungsfeld verbunden oder umfasst dieses, wobei dieses Strömungsfeld mit den Strömungsfeldern 17a, b der Außenseiten der Einzelplatten 2a, 2b überlappt bzw. zwischen diesen eingeschlossen ist. Die Steg-Kanal-Strukturen an den Außenseiten der Einzelplatten 2a, 2b bilden dabei komplementär geformte Steg- Kanal-Strukturen an den entsprechenden Innenseiten aus und somit komplementär geformte Steg-Kanal-Strukturen der Kühlfluidverteilstruktur 19 (sh. a. nachstehend diskutierte Figuren 10-12).
Die beiden Durchgangsöffnungen 11b bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11b gebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 sind jeweils über Durchführungen 13b in Dichtsicken 12b, über die Verteilstrukturen der Verteilbereiche 20 und über das Strömungsfeld 17a der dem Betrachter der Figur 2 zugewandten Einzelplatte 2a miteinander in Fluidverbindung. Diese Einzelplatte 2a ist eine zweite Einzelplatte 2a im Sinne dieser Offenbarung. Ein entlang der Außenseite dieser Einzelplatte 2a geführtes Fluid ist vorzugsweise Wasserstoff, sodass die Durchgangsöffnungen 11b vorzugsweise Wasserstoff-Durchgangsöffnungen 11b sind. Dies ergibt sich insbesondere aus dem im Vergleich zu den anderen Durchgangsöffnungen 11a, 11c geringsten Querschnitt der Wasserstoff- Durchgangsöffnungen 11b.
In analoger Weise sind die beiden Durchgangsöffnungen 11c bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11c gebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 jeweils über entsprechende Sickendurchführungen 13c, über entsprechende Verteilstrukturen und über ein entsprechendes Strömungsfeld an einer Außenseite der vom Betrachter der Figur 2 abgewandten Einzelplatte 2b miteinander in Fluidverbindung. Diese Einzelplatte 2b ist eine erste Einzelplatte 2b im Sinne dieser Offenbarung. Ein entlang der Außenseite dieser Einzelplatte 2b geführtes Fluid ist vorzugsweise Luft oder Sauerstoff, sodass die Durchgangsöffnungen 11c vorzugsweise Luft- oder Sauerstoff-Durchgangsöffnungen 11c sind. Dies ergibt sich insbesondere aus dem im Vergleich zu den anderen Durchgangsöffnungen 11a, 11b größten Querschnitt der Luft- oder Sauerstoff-Durchgangsöffnungen 11c.
Die Durchgangsöffnungen 11a dagegen bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11a gebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 sind jeweils über einen von den Einzelplatten 2a, 2b eingeschlossenen oder umschlossenen Hohlraum, der die Kühlfluidverteilstruktur 19 bildet, miteinander in Fluidverbindung. Dies erfolgt beispielsweise wiederum durch Durchführungen 13a. Dieser Hohlraum bzw. diese Kühlfluidverteilstruktur 19 dient zum Führen eines Kühlfluids durch die Separatorplatte 2, insbesondere zum Kühlen des elektrochemisch aktiven Bereichs 18 der MEA. Die Durchgangsöffnungen 11a sind daher Kühlfluid- Durchgangsöffnungen, was insbesondere auch aus deren mittlerer Querschnittsgröße im Vergleich zu den anderen Durchgangsöffnungen 11b, 11c naheliegt.
Im Folgenden werden anhand der Figuren 3 bis 12 Fluidführungen bei einer Separatorplatte 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert. Die Separatorplatte 2 ist prinzipiell analog zu den Figuren 1 und 2 ausgebildet und weist zusätzlich die nachstehend erläuterten Merkmale und Besonderheiten hinsichtlich der Fluidführungen auf. Dabei wird in den Figuren 3 und 4 sowie 6 bis 9 jeweils in etwa ein in Fig. 2 gestrichelt umrissener Bereich einer Separatorplatte 2 betrachtet, wobei jedoch teilweise auch auf die vom Betrachter abgewandte Außenseite der ersten Einzelplatte 2b oder auf die innere Kühlfluidstruktur Bezug genommen wird.
Figur 3 zeigt in schematisch stark vereinfachter Darstellung eine Kühlmittelführung innerhalb einer erfindungsgemäßen Separatorplatte 2. Genauer gesagt ist eine Erstreckung der Kühlfluidverteilstruktur 19 in einem zu dem gestrichelt um- rissenen Bereich aus Fig. 2 analogen Bereich schematisch dargestellt. Der dargestellte Bereich entspricht einem Verteilbereich der Kühlfluidverteilstruktur 19, d.h. einem elektrochemisch nicht aktiven Bereich. Es versteht sich, dass die Kühlfluidverteilstruktur 19 aufgrund ihrer Lage zwischen den Einzelplatten 2a, 2b bei zusammengefügter Separatorplatte 2 von außen nicht einsehbar ist.
Die Perspektive von Figur 3 ist gegenüber Figur 2 gedreht, wie aus den schematisch dargestellten Positionen der Durchgangsöffnungen lla-c ersichtlich. Zudem entspricht die Anordnung dieser Durchgangsöffnungen lla-c einem Blickwinkel auf die Außenseite der ersten Einzelplatte 2b aus Figur 2. Die Durchgangsöffnungen lla-c weisen wiederum die vorstehend erläuterten Größenverhältnisse auf.
Die Kühlfluidverteilstruktur 19 wird durch die einander zugewandten Innenseiten der Einzelplatten 2a, 2b begrenzt. Genauer gesagt sind einander gegenüberliegende Bereiche dieser Innenseiten abschnittsweise in unterschiedlichem Ausmaß voneinander beanstandet, sodass fluidaufnehmende Freiräume (d. h. Strömungsräume) der Kühlfluidverteilstruktur 19 gebildet werden. Die Kühlfluidverteilstruktur 19 weist zudem nicht dargestellte Steg-Kanal-Strukturen auf, welche an den Außenseiten der Einzelplatten 2a, 2b komplementär geformte Steg-Kanal-Struk- turen ausbilden, wie vorstehend anhand von Figur 2 erläutert. Im Folgenden werden Stege bzw. Kanäle auf der Außenseite der ersten Einzelplatte 2b als 27b bzw. 29b bezeichnet, Stege bzw. Kanäle auf der Außenseite der zweiten Einzelplatte als 27a bzw. 29a und Stege bzw. Kanäle auf den Innenseiten der Einzelplatten als 27c bzw. 29c. 27 bzw. 29 bezeichnen allgemein Stege bzw. Kanäle.
Die Kühlfluidverteilstruktur 19 weist drei Abschnitte A, B, C auf. Der erste Abschnitt A und der dritte Abschnitt C, der lediglich optional ist, sind jeweils fluidleitend mit der Kühlfluid-Durchgangsöffnung 11a verbunden. Ist ein Abschnitt C vorhanden, so verlaufen die dortigen Kühlfluidverteilstrukturen vorzugsweise unter einem stumpfen Winkel zu den Kühlfluidverteilstrukturen des Abschnitts A. Vorstehend erläuterte fluidverbindende Durchbrechungen durch Dichtsicken nahe der Kühlfluid-Durchgangsöffnung 11a sind in Figur 3 nicht gesondert dargestellt, aber dennoch vorhanden. Mittels zwei Pfeilen 1A, 1C ist jeweils eine Fluideinströmung aus der Kühlfluid-Durchgangsöffnung 11a in den ersten und in den dritten Abschnitt A, C dargestellt. Die Größe der Pfeile verdeutlicht die Größenverhältnisse dieser Strömungen. Somit ist ersichtlich, dass die Fluideinströmung 1A in den ersten Abschnitt A deutlich größer ist (zum Beispiel wenigstens dreimal, wenigstens fünfmal oder wenigstens zehnmal so groß) als die Fluideinströmung 1C in den optionalen dritten Abschnitt C. Es versteht sich, dass auch eine Umkehrung der Strömungsrichtungen möglich ist.
Der erste Abschnitt A der Kühlfluidverteilstruktur 19 verläuft in einem ersten Überlappungsbereich 15 der Separatorplatte 2. In diesem überlappt der erste Abschnitt A mit einem ersten Abschnitt eines Verteilbereichs 20 der ersten Einzelplatte 2b, der im Folgenden auch als erster Fluidverteilbereich 21 bezeichnet wird (in Fig. 3 nicht dargestellt). Folglich wird der Abschnitt A von einem Abschnitt der Innenseite der ersten Einzelplatte 2b, der von diesem Fluidverteilbereich 21 abgewandt ist bzw. dessen Gegenseite bildet, sowie von einer gegenüberliegenden Innenseite der zweiten Einzelplatte 2a begrenzt. Die Kuppen der Stege der ersten Einzelplatte 2b, verlaufen im Wesentlichen auf einer Planflächenebene dieser Einzelplatte 2b und zwar quer zur Fluideinströmrichtung 1A des Kühlfluids. Der entsprechend begrenzende Abschnitt 30 der zweiten Einzelplatte 2a (siehe nachstehend diskutierte Figur 6) ist hingegen überwiegend gegenüber der Planflächenebene dieser Einzelplatte 2a sowie in einer von der ersten Einzelplatte 2b weg weisenden Richtung ausgeformt. Die Stege nehmen auf der Seite des Kühlfluids einen geringeren Flächenanteil als die Kanäle ein. Der begrenzende Abschnitt 30 der zweiten Einzelplatte 2a bildet maßgeblich einen Strömungsraum des ersten Abschnitts A der Kühlfluidverteilstruktur 19 aus. Im ersten Abschnitt A findet vorteilhafterweise auf der entsprechenden Rückseite, d.h. Außenseite keine Fluideinströmung aus der Durchgangsöffnung 11b statt, die Fluideinströmung aus der Durchgangsöffnung 11b erfolgt vorteilhafterweise nur durch den Abschnitt B und ggf. durch Abschnitt C. Dies bedeutet, dass im ersten Überlappungsbereich 15, in dem ein erster Abschnitt A der Kühlfluidverteilstruktur 19 und ein erster Abschnitt eines ersten Fluidverteilbereichs 21 einander überlappen, diese vorteilhafterweise aber nicht mit einem Abschnitt des zweiten Fluidverteilbereichs 23 überlappen.
Der zweite Abschnitt B der Kühlfluidverteilstruktur 19 verläuft in einem zweiten Überlappungsbereich 22, in dem sich der erste Fluidverteilbereich 21 und ein zweiter Fluidverteilbereich 23 (in Fig. 3 nicht dargestellt) überlappen, der ein Verteilbereich 20 der zweiten Einzelplatte 2a ist. Die Fluidverteilbereiche 21, 23 sind an den Außenseiten der jeweiligen Einzelplatten 2a, 2b ausgebildet (sh. Fign. 4 und 6). In diesem zweiten Überlappungsbereich 22 liegen sich demnach Abschnitte der Innenseiten der Einzelplatten 2a, 2b gegenüber, die erste Steg-Ka- nal-Strukturen aufweisen, die komplementär zu den Steg-Kanal-Strukturen der jeweiligen Fluidverteilbereiche 21, 23 ausgebildet sind. Die ersten Steg-Kanal- Strukturen dieser einander gegenüberliegenden Innenseiten verlaufen in einander kreuzenden Richtungen, was einen erhöhten Durchströmungswiderstand für das Kühlfluid bedeutet. Ein Beispiel einer solche innenseitigen ersten Steg-Kanal- Struktur 47 ist der nachstehend diskutierten Fig. 11 entnehmbar.
Ein Übergangsbereich 58 zwischen dem ersten und zweiten Überlappungsbereich umfasst eine nachfolgend erläuterte Stufe 33.
Der optionale dritte Abschnitt C der Kühlfluidverteilstruktur 19 verläuft in einem ebenfalls optionalen dritten Überlappungsbereich 24, in dem ein Abschnitt des zweiten Fluidverteilbereichs 23 und ein Abschnitt einer Innenseite der ersten Einzelplatte 2b einander überlappen. Die strukturellen Ausgestaltungen der Abschnitte A-C bzw. der Überlappungsbereiche 15, 22, 24 werden nachstehend anhand der Figuren 4-12 näher erläutert. Dabei wird im Folgenden von einem Fall ausgegangen, bei dem der optionale dritte Abschnitt C der Kühlfluidverteilstruktur 19 wie auch der optionale dritte Überlappungsbereich 24 weggelassen ist
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt der Außenseite der Bipolarplatte 2 mit Blick auf die ersten Einzelplatte 2b, insbesondere einer Kathodenplatte, in dem gestrichelt umrissenen Bereich aus Figur 2 gemäß einer Ausführungsform. Der Blickwinkel ist insbesondere gegenüber Figur 3 gedreht, wie anhand der angezeigten Position der Durchgangsöffnung 11c in Figur 4 erkennbar. Nur ein abgeschnittener Teil des Strömungsfelds 17b ist dargestellt. In diesen wird ein Fluid aus der Durchgangsöffnung 11c über den ersten Fluidverteilbereich 21 und unter Führung durch eine Steg-Kanal-Struktur 46 an der Außenseite der ersten Einzelplatte 2b geführt. Die Steg-Kanal-Struktur 46 weist mehrere nach außen hervorstehende Stege 27b sowie dazwischen eingeschlossene Kanäle 29b auf, von denen jeweils ausgewählte mit einem entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Der erste Fluidverteilbereich 21 verläuft mit Ausnahme der Stege 27b in der Planflächenebene der ersten Einzelplatte 2b.
Im Folgenden werden Merkmale der Steg-Kanal-Struktur 46 und insbesondere von hiervon umfassten Segmenten 60-64 erläutert. Diese Erläuterungen und Merkmale gelten für die komplementär geformte erste Steg-Kanal-Struktur 47 an der Innenseite (sh. Figuren 10-12) gleichermaßen, ohne dass dies nachstehend stets gesondert wiederholt wird.
Die Stege 27c weisen eine jeweils kontinuierliche Abfolge von einem ersten Segment 60, einem zweiten Segment 62 und einem dritten Segment 64 auf. In Figur 4 sind Bereiche, die diese Segmente 60, 62, 64 umfassen, mit einem entsprechenden Bezugszeichen markiert. Das erste Segment 60 eines jeden Stegs 27c erstreckt sich von einem Rand des ersten Fluidverteilbereichs 21 nahe der Durchgangsöffnung 11c bis an den Übergangsbereich 58. Das zweite Segment 62 eines jeden Stegs 27c erstreckt sich in dem Übergangsbereich 58. Das dritte Segment 64 eines jeden Stegs 27c erstreckt sich von dem Übergangsbereich 58 bis zu dem Strömungsfeld 17b. Es versteht sich, dass die Kanäle 29c ebenfalls in gleichartig verlaufende erste bis dritte Segmente 60, 62, 64 unterteilt sind und sämtliche Eigenschaften der Segmente 60, 62, 64 der Stege 27c auch für die Segmente der Kanäle 29c gelten, ohne dass dies im Folgenden stets gesondert erwähnt wird. Das erste und dritte Segment 60, 64 verlaufen jeweils geradlinig sowie parallel zueinander. Das zweite Segment 62 verläuft hingegen in einem Winkel zu sowohl dem ersten als auch dem dritten Segment 64.
Dieser Zusammenhang verdeutlicht sich aus Figur 5, die eine vergrößerte Detailansicht von Fig. 4 ist. Figur 5 zeigt die Winkelverhältnisse der Segmente 60, 62 und 64 von einem der Stege 27c. Dabei sind für das erste und dritte Segment 60, 64 dieses Steges Längsachsen LI, L3 eingetragen und ist für das zweite Segment 62 ebenfalls eine Längsachse L2 gezeigt. Die Winkel W12 und W23 zwischen der Längsachse L2 des zweiten Segments 62 und einer jeweiligen Längsachse LI, L3 des ersten und dritten Segments sind identisch und betragen in etwa 120°. Es wird der größtmögliche eintragbare Schnittwinkel W12 bzw. W23 der Längsachsen LI, L2 bzw. L2, L3 betrachtet.
Figur 5 zeigt ferner eine Längsachse A des Übergangsbereichs 58, die sich quer durch den Fluidverteilbereich 21 und entlang des Übergangsbereichs 58 erstreckt. Diese Längsachse A entspricht außerdem einer Längsachse der nachstehend erläuterten Stufe 33 (sh. Fig. 3). Dargestellt ist, dass die Längsachse A von Übergangsbereich 58 und Stufe 33 in einem Winkel zu sämtlichen Längsachsen LI, L2, L3 der Stege 27 verläuft, insbesondere zu den Längsachsen LI, L3 außerhalb des zweiten Segments 62.
Im Ergebnis zeigen die Figuren 4 und 5, dass die Stege 27 (und analog die Kanäle 29) außerhalb des Übergangsbereichs 58 jeweils vollständig geradlinig verlaufen, im Übergangsbereich 58 jedoch eine Richtungsänderung erfahren, die sich in dem aufgezeigten und von 0° verschiedenen Winkel W12 bzw. W23 niederschlägt. Dabei erfolgt die Richtungsänderung in dem gezeigten Beispiel derart, dass an der Grenze von dem ersten Segment 60 zum Übergangsbereich 58 zunächst eine Krümmung oder Abknickung in eine erste Richtung (in Fig. 5 rechts) und an der Grenze von dem dritten Segment 64 zum Übergangsbereich 58 eine Krümmung oder Abknickung in eine zweite Richtung (in Fig. 5 links) erfolgt. Diese zweifache Richtungsänderung hebt sich in dem gezeigten Beispiel auf, was in der Parallelität der ersten und dritten Segmente 60, 64 resultiert. Es könnte alternativ aber auch nur eine von den aufgezeigten Richtungsänderungen erfolgen.
Die Verteilung des von dem ersten Fluidverteilbereich 21 verteilten Fluids wird durch die Richtungsänderungen nicht signifikant beeinträchtigt. Andererseits bildet die Steg-Kanal-Struktur 46 an der Innenseite der ersten Einzelplatte 2b eine komplementär geformte erste Steg-Kanal-Struktur 47 (sh. Figuren 10-12) aus, die das Kühlfluid führt und genauer gesagt eine Strömung hiervon durch die Kühlfluidverteilstruktur 19 leitet. Folglich erfährt das Kühlfluid im Übergangsbereich 58 und somit beim Übertritt in den zweiten Überlappungsbereich 22 analoge Richtungsänderungen, wie vorstehend erläutert.
In Fig. 5 ebenfalls gezeigt ist, dass sich in dem Übergangsbereich 58 die Abstände benachbarter Stege 27 und Kanäle 29 gegenüber außerhalb dem Übergangsbereich 58 verändern und genauer gesagt die Kanäle 29c auf der Innenseite, d.h. die Stege 27b auf der Außenseite vergrößern. Beispielhaft wird in Fig.5 ein Abstand D, Dl, D2 der höchsten Punkte zweier benachbarter Stege 27c betrachtet. Der Abstand verläuft jeweils senkrecht zu einer Steglängsachse und/oder zu einer Tangente an einen nicht dargestellten lokalen Krümmungskreis eines Steges 27c. Man erkennt, dass die Stege 27c außerhalb des Übergangsbereichs 58 in einem vergleichsweise geringen Abstand D zueinander verlaufen. Dieser Abstand D ist bevorzugt zwischen sämtlichen Stegen 27c im Wesentlichen identisch. Innerhalb des Übergangsbereichs 58 vergrößert sich der Abstand auf z.B. wenigstens das 1,25-fache, siehe Abstand Dl, oder wenigstens das Doppelte, siehe Abstand D2, gegenüber dem Abstand D außerhalb des Übergangsbereichs 58. In dem Beispiel aus Fig. 5 wirkt sich die gezeigte Änderung der Stegabstände nur auf die Breite der Kanäle an der Innenseite, d.h. der Kühlmittelkanäle 29c und der Stege 27b zwischen den Kanälen auf der Außenseite aus, die Aufteilung könnte jedoch auch abweichend gestaltet sein.
Die vergrößerten Steg-Abstände Dl, D2 im Übergangsbereich 58 resultieren in entsprechenden Kanalverbreiterung der ersten Kanal-Steg-Struktur 47 an der Innenseite der ersten Einzelplatte 2b. Somit steht dem Kühlfluid, das in diesen innenseitigen Kanälen geführt wird, im Übergangsbereich 58 ein vergrößerter Strömungsquerschnitt zur Verfügung, wodurch Druckverluste begrenzt werden können.
Figur 6 zeigt einen Ausschnitt der Bipolarplatte 2 mit Blick auf die Außenseite der zweiten Einzelplatte 2a, vorzugsweise einer Anodenplatte, in dem gestrichelt umrissenen Bereich aus Figur 2. Der Blickwinkel ist gegenüber Figur 3 gedreht, wie anhand der angedeuteten Position der Durchgangsöffnung 11b in Figur 6 erkennbar. Nur ein abgeschnittener Teil des Strömungsfelds 17a ist dargestellt. In diesen wird ein Fluid aus der Durchgangsöffnung 11b über den zweiten Fluidverteilbereich 23 und unter Führung durch eine Steg-Kanal-Struktur 40 an der Außenseite der zweiten Einzelplatte 2a geführt. Lediglich beispielhaft weist die Steg-Kanal-Struktur 40 mehrere nach außen hervorstehende Stege 27a sowie da- zwischen eingeschlossene Kanäle 29a auf, von denen jeweils ausgewählte mit einem entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Die Stege 27a sind, wie dargestellt, entlang ihrer Längserstreckung optional abschnittsweise unterbrochen, können sich aber auch durchgängig in Richtung des Strömungsfeldes 17a erstrecken. Der zweite Fluidverteilbereich 23 verläuft mit Ausnahme der Stege 27a in der Planflächenebene der zweiten Einzelplatte 2a.
Der zweite Fluidverteilbereich 23 wird durch eine langgestreckte Stufe 32 begrenzt, die von der gegenüberliegenden ersten Einzelplatte 2b weggerichtet ist sowie sich in Richtung einer von der Durchgangsöffnung 11b entfernten Seite des Strömungsfeldes 17a erstreckt. An die Stufe 32 schließt sich im ersten Fluidverteilbereich 21 ein gegenüber der Planflächenebene der zweiten Einzelplatte 2a erhöhter Abschnitt 42 der zweiten Einzelplatte 2a an, welcher einen Strömungsraum des ersten Abschnitts A der Kühlfluidverteilstruktur 19 maßgeblich begrenzt oder, anders ausgedrückt, aufspannt. Der erhöhte Abschnitt 42 bildet den vorstehend erwähnten Abschnitt 30 der zweiten Einzelplatte 2a, der den ersten Abschnitt A der Kühlfluidverteilstruktur 19 anteilig begrenzt. Eine optional gezeigte Mehrzahl von Versteifungssicken 44 in diesem Abschnitt 42 kann auch weggelassen werden.
Die Stufe 32 bildet innerhalb des ersten Abschnitts A der Kühlfluidverteilstruktur 19 eine komplementär geformte innere Stufe 33 aus, die sich in Richtung der ersten Einzelplatte 2b erstreckt. Diese innere Stufe 33 fördert folglich den vorstehend geschilderten Ebenenwechsel beim Übertritt des Kühlfluids von dem ersten in den zweiten Überlappungsbereich 15, 22. Die innere Stufe 33 überlappt ferner mit dem Übergangsbereich 58 und verläuft entlang von diesem.
Zurückkommend auf Figur 4 erkennt man dort ebenfalls den erhöhten, in Fig. 4 also abgesenkten, Abschnitt 42 der zweiten Einzelplatte 2a sowie den hiervon ausgebildeten ersten Abschnitt A der Kühlfluidverteilstruktur 19 (vgl. Fig. 6). Auch ein Teil des zweiten Fluidverteilbereichs 23 ist erkennbar.
Anhand der weiteren Figuren 7 und 8 werden die sich bei der betrachteten Ausführungsform einstellenden Fluidströmungen gesondert erläutert. Figur 7 ist eine schematisch stark vereinfachte Teilansicht des ersten Fluidverteilbereichs 21, wobei der Blickwinkel, wie durch die Position der Durchgangsöffnung 11c ersichtlich, gegenüber Figur 4 gedreht ist und im Wesentlichen demjenigen von Figur 3 entspricht. Eine Mehrzahl von Strömungspfeilen zeigt den Verlauf der Fluidströmung durch den ersten Fluidverteilbereich 21 in Richtung des Strömungsfelds 17b an der Außenseite der ersten Einzelplatte 2b. Die Strömungspfeile sind gemäß der vorstehend erläuterten zweifachen Richtungsänderung gekrümmt.
Fig. 8 ist eine zu Figur 3 im Wesentlichen analoge Darstellung der Kühlfluidverteilstruktur 19 unter Weglassung des nur optionalen dritten Überlappungsbereichs 24. Figur 8 ist schematisch stark vereinfacht. Eine geringfügig abweichend dargestellte Position des Übergangsbereichs 58 gegenüber Fig. 3 und Fig. 7 ist dieser schematischen Vereinfachung geschuldet und ohne besondere Bedeutung.
In Fig. 8 gezeigt ist eine Fluideinströmung aus der Durchgangsöffnung 11a in den ersten Abschnitt A der Kühlfluidverteilstruktur 19. Das Kühlfluid strömt entlang des ersten Abschnitts A (sh. Hauptströmungspfeil 66) und tritt dabei sukzessive und an mehreren Positionen in den Übergangsbereich 58 und über diesen in den zweiten Überlappungsbereich 22 ein (sh. gekrümmte Pfeile 67). Dabei vollzieht es den vorstehend geschilderten Ebenenwechsel und strömt maßgeblich entlang der ersten Steg-Kanal-Struktur 47 an der Innenseite der ersten Einzelplatte 2b (sh. Figuren 10-12).
Zudem vollzieht die Kühlfluidströmung einen Richtungswechsel von dem Hauptströmungspfeil 66 zu den in Richtung Strömungsfeld 17 verlaufenden Pfeilen 68 des zweiten Überlappungsbereichs 22. Das Kühlfluid folgt im Übergangsbereich 58 der Richtungsänderung der Steg-Kanal-Struktur 46 des ersten Fluidverteilbereichs 21, die sich analog in der ersten Steg-Kanal-Struktur 47 an der Innenseite der ersten Einzelplatte 2b widerspiegelt. Die gekrümmten Enden der Pfeile 68 bilden zumindest einen Teil dieser Richtungsänderung ab.
Somit verdeutlicht sich, dass die Kühlfluidströmung gegenüber dem Hauptströmungspfeil 66 um etwa 90° Grad umgelenkt wird, wenn sie in den zweiten Überlappungsbereich 22 übertritt und dort gemäß den Pfeilen 68 weiterströmt. Dies bedeutet jedoch eine sanftere Umlenkung mit einem größeren Kurvenradius im Vergleich zu einem hypothetischen Fehlen der geschilderten Richtungsänderung im Übergangsbereich 58. In einem solchen hypothetischen Fall würde die Richtungsänderung in engerer Weise erfolgen und ein scharfkantiges Abknicken der Kühlfluidströmung gegenüber dem Hauptströmungspfeil 66 erfordern. Ein hypothetischer Strömungspfeil 70, der in einem solchen Fall im zweiten Überlappungsbereich 22 erzeugt werden würde, ist in Fig. 8 gestrichelt angedeutet. Im Ergebnis wird mit der aufgezeigten Lösung der Strömungswiderstand für das Kühlfluid im Übergangsbereich 58 nachhaltig reduziert. Zur weiteren Verdeutlichung der erläuterten Zusammenhänge zeigt Figur 9 eine zu Fig. 4 analoge Teilansicht einer Durchsicht durch die Bipolarplatte 2 mit mehreren Schnittebenen A-A (entlang des Übergangsbereichs), B-B (durch den zweiten Überlappungsbereich 22) und C-C (durch den ersten Überlappungsbereich 15). Aus den Schnittansichten wird deutlich, dass die verschiedenen Bereiche gleichzeitig für sämtliche Medien optimiert sind und die Innen- und Aussenseiten der beiden aus einem Blech mit einer Blechstärke von weniger als 100 pm gebildeten Einzelplatten 2a, 2b in einem positiv-negativ-Verhältnis zueinander stehen.
Figur 10 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittebene A-A aus Figur 9. In dem entsprechend geschnitten dargestellten Übergangsbereich 58 wird die Innenseite der zweiten Einzelplatte 2a durch die Stufe 33 in eine abschnittsweise Anlage mit der Innenseite der ersten Einzelplatte 2b geführt. Folglich tritt das Kühlfluid über die abgebildete erste Steg-Kanal-Struktur 47 an der Innenseite der ersten Einzelplatte 2b, die im Übergangsbereich 58 einen Strömungsraum 72 der Kühlfluidstruktur 19 maßgeblich definiert, in den zweiten Überlappungsbereich 22 außerhalb der Zeichnungsebene über. Dabei vollzieht es den vorstehend diskutierten Ebenenwechsel. Ferner wird es durch die innenseitige erste Steg-Kanal- Struktur 47 infolge der erläuterten wenig scharfkantigen Richtungsänderung und der Strömungsquerschnitts-Vergrößerung im Übergangsbereich 58 mit reduziertem Strömungswiderstand in den zweiten Überlappungsbereich 22 umgeleitet.
Fig. 10 ebenso wie die Figuren 11 und 12 zeigen auch den Zusammenhang zwischen der Steg-Kanal-Struktur 46 an der Außenseite der ersten Einzelplatte 2b und der komplementär geformten ersten Steg-Kanal-Struktur 47 an deren Innenseite. Die Stege 27b der Steg-Kanal-Struktur 46 bilden Kanäle 29c der ersten Steg-Kanal-Struktur 47 an der Innenseite aus, und umgekehrt. Die Kanäle 29b der Steg-Kanal-Struktur 46 bilden Stege 27c der ersten Steg-Kanal-Struktur 47 an der Innenseite aus, und umgekehrt. Figur 10 zeigt zudem einen Abstand D2 zweier Stege 27c analog zum in Figur 5 dargestellten Abstand D2. Hieraus wird deutlich, dass der Abstand zweier Stege 27 immer einen dazwischenliegenden Kanal 29 überspannt.
Figur 11 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittebene B-B aus Figur 9. In dem entsprechend geschnitten dargestellten zweiten Überlappungsbereich 22 liegen erste Steg-Kanal-Strukturen an den jeweiligen Innenseiten der Einzelplatten 2a, 2b einander gegenüber. Dies führt zu uneinheitlichen und sich mehrfach kreuzenden Strömungspfaden innerhalb des Überlappungsbereichs 22. Figur 12 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittebene C-C aus Figur 9. In dem entsprechend geschnitten dargestellte ersten Überlappungsbereich 15 wird ein Strömungsraum 72 der Kühlfluidversteilstruktur 19 maßgeblich durch den erhöhten Abschnitt 42 der zweiten Einzelplatte 2a anteilig begrenzt, welcher mit einem Abschnitt des ersten Fluidverteilbereichs 21 überlappt. Die erste Steg-Kanal-
Struktur 47 an der Innenseite der ersten Einzelplatte 2b verläuft jedoch im Wesentlichen quer zu einer Hauptströmungsrichtung des Kühlfluids (vgl. Figuren 3 und 4) und stellt daher keinen signifikanten Strömungsraum für das Kühlfluid bereit.

Claims

Patentansprüche
1. Separatorplatte (2) für ein elektrochemisches System (1), wobei die Separatorplatte (2) aufweist:
- eine erste Einzelplatte (2b) und eine zweite Einzelplatte (2a), die einen Innenraum der Separatorplatte (2) mit einer Kühlfluidverteilstruktur (19) begrenzen,
- einen ersten Überlappungsbereich (15), in dem ein erster Abschnitt (A) der Kühlfluidverteilstruktur (19) und ein erster Abschnitt eines ersten Fluidverteilbereichs (21) einander überlappen, wobei der erste Fluid- verteilbereich (21) an einer Außenseite der ersten Einzelplatte (2b) ausgebildet ist,
- einen zweiten Überlappungsbereich (22), in dem ein zweiter Abschnitt (B) der Kühlfluidverteilstruktur (19), ein zweiter Abschnitt (B) des ersten Fluidverteilbereichs (21) und ein Abschnitt eines zweiten Fluidver- teilbereichs (23) einander überlappen, wobei der zweite Fluidverteilbereich (23) an einer Außenseite der zweiten Einzelplatte (2a) ausgebildet ist, wobei die Kühlfluidverteilstruktur (19) eine erste Steg-Kanal-Struktur (47) aufweist, die eine Vielzahl von Stegen (27c) und von zwischen jeweils zwei Stegen (24) ausgebildeten Kanälen (29c) aufweist und die eine komplementär geformte Steg-Kanal-Struktur (46) des ersten Fluidverteilbereichs (21) ausbildet, wobei die erste Steg-Kanal-Struktur (47) in einem Übergangsbereich (58) von dem ersten zu dem zweiten Überlappungsbereich (15, 22) wenigstens eine Richtungsänderung aufweist; wobei die zweite Einzelplatte (2a) gegenüberliegend zu dieser Richtungsänderung abweichend von der ersten Steg-Kanal-Struktur (47) ausgebildet ist.
2. Separatorplatte (2) nach Anspruch 1, wobei die zweite Einzelplatte (2a) gegenüberliegend zu der Richtungsände- rung eine sich in Richtung der ersten Einzelplatte (2b) erstreckende Stufe (33) aufweist.
3. Separatorplatte (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei a) die Stege (27c) und Kanäle (29c) der ersten Steg-Kanal-Struktur (47) jeweils ein erstes Segment (60) aufweisen, das sich in dem ersten Überlappungsbereich (15) erstreckt, und ein zweites Segment (62), das sich in dem Übergangsbereich (58) erstreckt, wobei das erste und das zweite Segment (60, 62) relativ zueinander angewinkelt sind; und/oder wobei b) die Stege (27c) und Kanäle (29c) der ersten Steg-Kanal-Struktur (47) jeweils ein drittes Segment (64) aufweisen, das sich in dem zweiten Überlappungsbereich (22) erstreckt, und ein zweites Segment (60), das sich in dem Übergangsbereich (58) erstreckt, wobei das zweite und das dritte Segment (62, 64) relativ zueinander angewinkelt sind.
4. Separatorplatte (2) nach Anspruch 3 mit a) und b) in Kombination, wobei die ersten und dritten Segmente (60, 64) eines jeweiligen Stegs (27c) und Kanals (29c) parallel zueinander verlaufen oder in einem Winkel relativ zueinander verlaufen, der geringer ist als ein jeweiliger Winkel (W12, W23) zwischen dem zweiten Segment (62) und einem von dem ersten und dritten Segment (60, 64).
5. Separatorplatte (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei der Winkel (W12), um den das erste und das zweite Segment (60, 62) relativ zueinander angewinkelt sind, zwischen 90° und 170° beträgt; und/oder wobei die Separatorplatte (2) nach Variante b) von Anspruch 3 ausgebildet ist und der Winkel (W23), um den das zweite und das dritte Segment (62, 64) relativ zueinander angewinkelt sind, zwischen 90° und 170° beträgt.
6. Separatorplatte (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das erste Segment (60) und das zweite Segment (62) ineinander übergehen; und/oder wobei die Separatorplatte (2) nach Variante b) von Anspruch 3 ausgebildet ist und das zweite Segment (62) und das dritte Segment (64) ineinander übergehen.
7. Separatorplatte (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das erste Segment (60) wenigstens doppelt so lang ist wie das zweite Segment (62); und/oder wobei die Separatorplatte (2) nach Variante b) von Anspruch 3 ausgebildet ist und das dritte Segment (64) wenigstens doppelt so lang ist wie das zweite Segment (62). TI
8. Separatorplatte (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das zweite Segment (62) eine Länge aufweist, die dem Einfachen bis Siebenfachen, vorzugsweise dem Anderthalbfachen bis Fünffachen, einer Kanalbreite der Kanäle (29c) der ersten Steg-Kanal-Struktur (47) entspricht, wobei sich die Kanalbreite zwischen den in Bezug auf eine Planflächenebene der Separatorplatte (2) höchsten Punkten derjenigen einander nächstliegenden Stege (27c) erstreckt, zwischen denen ein jeweiliger Kanal (29c) angeordnet ist.
9. Separatorplatte (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei das erste Segment (60) im Wesentlichen oder vollständig geradlinig ist; und/oder wobei die Separatorplatte (2) nach Variante b) von Anspruch 3 ausgebildet ist und das dritte Segment (64) im Wesentlichen oder vollständig geradlinig ist.
10. Separatorplatte (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Übergangsbereich ein Wechsel von Strömungsebenen der Kühlfluidverteilstruktur (19) in der Weise stattfindet, dass im ersten Überlappungsbereich (15) ein Strömungsquerschnitt der Kühlfluidverteilstruktur (19) sich maßgeblich in einem von der zweiten Einzelplatte (2a) aufgespannten Strömungsraum (72) und in dem zweiten Überlappungsbereich (22) sich maßgeblich in einem von der ersten Einzelplatte (2b) aufgespannten Strömungsraum (72) erstreckt.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6607858B2 (en) * 1997-07-16 2003-08-19 Ballard Power Systems Inc. Electrochemical fuel cell stack with improved reactant manifolding and sealing
DE102014206335A1 (de) * 2014-04-02 2015-10-08 Volkswagen Ag Bipolarplatte und Brennstoffzelle mit einer solchen
DE102015225228A1 (de) * 2015-11-24 2017-05-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle sowie Brennstoffzellenstapel mit einer solchen
DE202016107302U1 (de) 2016-12-22 2018-03-27 Reinz-Dichtungs-Gmbh Separatorplatte für ein elektrochemisches System
DE202020106459U1 (de) 2020-11-11 2022-02-16 Reinz-Dichtungs-Gmbh Anordnung für ein elektrochemisches System, Stapel sowie elektrochemisches System
EP3985766A1 (de) * 2020-10-19 2022-04-20 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Bipolare platte einer elektrochemischen zelle mit geringen leistungsverlusten

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018200673B4 (de) * 2018-01-17 2021-05-12 Audi Ag Bipolarplatte, Brennstoffzelle und ein Kraftfahrzeug
CN109994752B (zh) * 2019-04-26 2024-07-12 新源动力股份有限公司 一种燃料电池双极板
DE102020213214A1 (de) * 2020-10-20 2022-04-21 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, Brennstoffzelle sowie Fahrzeug mit einem Brennstoffzellenstapel

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6607858B2 (en) * 1997-07-16 2003-08-19 Ballard Power Systems Inc. Electrochemical fuel cell stack with improved reactant manifolding and sealing
DE102014206335A1 (de) * 2014-04-02 2015-10-08 Volkswagen Ag Bipolarplatte und Brennstoffzelle mit einer solchen
DE102015225228A1 (de) * 2015-11-24 2017-05-24 Volkswagen Aktiengesellschaft Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle sowie Brennstoffzellenstapel mit einer solchen
DE202016107302U1 (de) 2016-12-22 2018-03-27 Reinz-Dichtungs-Gmbh Separatorplatte für ein elektrochemisches System
EP3985766A1 (de) * 2020-10-19 2022-04-20 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Bipolare platte einer elektrochemischen zelle mit geringen leistungsverlusten
DE202020106459U1 (de) 2020-11-11 2022-02-16 Reinz-Dichtungs-Gmbh Anordnung für ein elektrochemisches System, Stapel sowie elektrochemisches System

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