CN115708234A

CN115708234A - 分隔板

Info

Publication number: CN115708234A
Application number: CN202211007330.4A
Authority: CN
Inventors: A·斯派德尔; T·斯托尔; B·格鲁恩瓦尔德; C·昆茨; A·奥鲁克; B·高格勒; R·格吕克
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2021-08-20
Filing date: 2022-08-22
Publication date: 2023-02-21
Also published as: DE202021104475U1; JP2023029321A; US20230054365A1; DE102022208601A1

Abstract

本发明涉及一种分隔板，特别是用于电化学电池单体的分隔板。这种电化学电池单体是，例如，氧化还原液流电池、电化学压缩机、燃料电池单体或电解器。

Description

分隔板

技术领域

背景技术

在燃料电池单体中，例如，多个这种分隔板成对地堆叠成垂直于分隔板的层平面。成对的分隔板在下文中也将被称为双极板。各对分隔板，即双极板，借助于例如膜或膜电极组件(MEAs)的中间层彼此间隔开。

膜电极组件(MEA)通常包括电化学活性区域，在其中质子转移在MEA的两侧之间进行，并且在其中电极和催化涂层存在于在膜表面上；在电化学活性区域的外部，MEA通常被加固的边缘包围。此外，至少在电化学活性区域中，在每一个表面上通常还存在气体扩散层，该气体扩散层使氧气和氢气更容易到达带涂层的膜。

为简化起见，关于分隔板，下文将使用术语电化学活性区域和电化学非活性区域，即使在提到定位在MEA的这些区域的相对的区域时也是如此。

为了将流体引导空间彼此界定开和与外部界定开，这些分隔板具有多个凸边。通常，金属双极板中的凸边形成为全凸边。然而，阳台型(balconies)和可适用的分配通道也可被视为凸边；在这方面，至少在它们的走向的某些部分中，阳台具有呈半凸边方式的截面，而分配通道具有呈全凸边方式的截面。

在全凸边中，当在横向于凸边的纵向延伸部的截面中观察时，如下文选择的，凸边在相邻于凸边的两侧处通过它的凸边顶部突伸出材料平面最远，凸边顶部一般布置在中间中。在两侧上相邻于该凸边顶部是各自的凸边侧翼，通过这些侧翼，凸边顶部的腔室引回到所述材料平面中。在进入到材料平面中的每个切向过渡区域中，在凸边侧翼面向远离凸边顶部的一侧上有凸边脚部。

当在横向于凸边的纵向延伸部的截面中观察时，如下文选择的，半凸边在一层中形成与层平面的偏移(鹅颈)，相邻层平面之间的过渡被称为凸边侧翼，其通过各自的凸边脚部结合在两侧上。凸边脚部之一也可以称为凸边顶部。

分隔板中的凸边可以特别是密封凸边，其以流体密封的方式密封分隔板与相邻MEA之间的流体引导空间。对于密封凸边，可以在端口凸边，即围绕贯通开口的凸边，与周边凸边，即朝向外部边缘的密封凸边之间有区分。凸边也用来在分隔板中产生通道状的凹陷，在其中引导液体，例如反应物，反应物诸如氢气或氧气或空气或冷却剂。

特别是在电化学活性区域外部，这种通道还可以用来引导流体跨过密封凸边，被称为介质通路或“隧道”，因此这些隧道与密封凸边形成相交部。在此在下文中，术语“相交部”不应理解为成直角的交叉路口，而是也可以包括其他角度的交叉路口。

此外，凸边或凸边状凸起也可以用作为支承元件，特别是相邻于电化学活性区域的边缘。它们特别是横向延伸到密封凸边，并且用于支承MEA的加固边缘。支承元件可以通向到相邻密封凸边的侧翼中，但是它们也可以与之间隔开。考虑合适的高度和宽度，通向到相邻密封凸边的侧翼中的支承元件也用来防止任何介质进入到电化学活性区域与密封凸边之间的中间空间中。这些通向到密封凸边中的支承元件在下文中也将被视为流体引导凸边，尽管这些凸边的主要任务是遏制流体。

取决于凸边(密封凸边和/或通道)的走向和与相邻凸边的靠近或相交，这些凸边沿其走向具有更柔软或更坚硬的区域，而其他方面的设计是相同的。举例来说，以波浪形方式延伸的--特别是在平面视图中--密封凸边在波浪形走向的峰或谷区域中的硬度和在峰与谷之间的硬度不同。结果，凸边的力-位移特性沿其走向是变化的，并且在分隔板的压缩/安装状态下，凸边的压缩沿凸边的走向是不均匀的。

以同样的方式，凸边在它们与介质通路相交的区域比与介质通路相距一定距离的区域至少部分地更硬。介质通路因此通常导致凸边沿其走向的不均匀压缩。同样的情况也适用于其中同样被认为是流体引导凸边的支承元件通向到凸边的侧翼中的区域。

一个特别的缺点是，在这种不均匀的凸边压缩的情况下，整体上凸边的工作距离小于均匀的凸边压缩的情况下，由此不利地影响凸边的密封性能。

发明内容

本发明的目的因此是提供一种分隔板，在这种分隔板中，凸边的压缩受到有针对性的影响，特别是使之均匀。

这一目标是通过根据权利要求1和根据权利要求14的分隔板实现的。根据本发明的分隔板的有利发展可以在各从属权利要求中找到。

根据本发明的分隔板包括带有至少一个凸边的金属层。凸边可以例如是密封凸边或流体引导凸边，例如横向于密封凸边的介质通路，紧邻端口的流体通道，或者紧邻分隔板的分配或收集区域的流体通道。本发明适用于分隔板上的任何类型的凸边，特别是包括半凸边或全凸边。

根据本发明，在第一部段中沿凸边延伸部方向的凸边，其侧翼具有创造性的设计。在垂直于凸边走向的截面上，该第一部段中的凸边的一个凸边侧翼或两个凸边侧翼具有至少有第一、外部部分和第二、内部部分。这两部分具有与相邻于凸边的金属层的平面所成的不同的正向角度，即侧翼在这两部分中具有不同的梯度。

根据本发明，在此描述的第一、外部部分和第二、内部部分以针对性的方式提供有上述正向角度，即部分其角度早在模塑工艺期间，例如在凸压工艺期间就由模塑模具预先确定了。换句话说，它们不是在任何模塑期间自动产生在不同部分之间的过渡区域，并且在第一部分与第二部分之间的延伸部方向上与第一部分和第二部分相比具有显著较小的范围(并且因此也具有较小的半径)，例如在0.2或0.3毫米的区域中，第一部分和第二部分通常具有至少0.35毫米的范围，甚至在内部部分的情况下至少为0.45毫米。

在本发明中，第一部分和第二部分有利地直接彼此合并到一起，可能仅仅在其间具有在模塑工艺期间自动产生的过渡区。在这种情况下，该部段的凸边侧翼可以具有精确的一个第一、外部部分和精确的一个第二、内部部分，即第一、外部部分和第二、内部部分形成整个凸边侧翼。

在本发明中，由于两部分之间的直接过渡，在与第一、外部部分和第二、内部部分相邻的两个侧之间，特别是产生在两个部分定向朝向凸边脚部的侧与两个部分定向朝向凸边顶部的侧之间有凸边侧翼的不间断向上的梯度。特别地，在两个部分之间没有凸边侧翼的凹陷。

特别地，如果第一部分具有角度α，并且第二部分具体角度β，则有利的是第一部分的梯度比第二部分的梯度小，即α<β。这意味着凸边侧翼，起始于凸边脚部，首先在第一部分中以较浅的梯度上升，并且随后在第二部分中更陡峭地上升，直至凸边顶部。

结果，相比于比当凸边侧翼在常规方式下以一个预定的梯度从凸边脚部到凸边顶部延伸时，有可能使第一部段中的凸边更柔软和更有弹性。这使得第一部段中的凸边比相邻部段中更柔软和更有弹性，并且因此使其与相邻部段中的凸边的力-位移特性匹配。特别是，由于凸边的创造性设计，凸边的脚部支承，例如脚部支承点、脚部支承线或脚部支承面，可以适当调节，以影响凸边顶部上的结果力。总体上，本发明使凸边的压缩即使沿着凸边的延伸部也能够实现，即使当其受到外部因素的影响或破坏也能够实现，外部因素例如相邻的凸边、介质通路等。

有利地，第一部分和/或第二部分在穿过凸边垂直于凸边的延伸方向的截面上以直线型方式延伸。

弯曲的走向也是可能的。在这种情况下，第一和/或第二部分的曲率与由于技术原因不可避免的曲率显著不同，并且曲率具有在从凸边脚部到凸边侧翼的过渡处和在凸边侧翼到凸边顶部的过渡处的非常小的曲率半径，小于0.35毫米。特别地，第一弯曲部分从凸边脚部朝向凸边顶部以在截面上增加的角度α延伸，即第一部分在凸边顶部方向上是弯曲的。在截面上，第一部分的曲率有利地是半径R1，有利地是0.5毫米≤R1，有利地是2毫米≤R1，和/或R1≤70毫米，有利地是R1≤50毫米。如果第一部分设有在凸边顶部的方向上增加的向上的梯度，则这使得在压缩和释放时能够滚落。

另一个有利的变体提供的是，分隔板具有至少有两个凸边，其相互面对的凸边侧翼根据上述发明来设计，至少在某些区域中，其中两个凸边侧翼的第一部分至少在某些部分中直接合并到一起。举例来说，这些可以是至少在某些部分中延伸靠近彼此的密封凸边和流体引导凸边。两个凸边之间的这种过渡可以特别是在这些部分的在其中两个凸边以基本平行方式延伸的一个、一些或全部部分中提供，并且特别是或仅仅是在所述部分的在其中至少两个凸边以基本平行方式延伸的一个、一些或全部部分中提供。因此，只有两个凸边之间的最低点可以被视为这种凸边侧翼的“凸边脚部”。

一个特别有利的实施例与第一部段的凸边顶部的目标设计有关而产生。举例来说，凸边的凸边顶部在垂直于凸边的延伸方向上，可以是直线型的或弯曲的，有利地可以弯曲成远离金属层的延伸平面。

如果凸边在其延伸方向上以波浪方式延伸，并且具有至少一个波谷和至少一个波峰，常规的凸边在它们的波谷和它们的波峰的区域中和波谷与波峰之间具有不同硬度。在这种情况下，可以补偿的是，如上文限定的第一部段形成在波谷和/或波峰中。举例来说，波峰或波谷可以被视为凸边的波浪形走向的最接近的转向点之间的面积。

如果凸边的具有不同刚度的两个相邻区域彼此前后定位在在凸边的走向中，则即使在垂直于凸边走向的截面上，在没有进一步措施会更刚硬的如第二部段的区域中，在凸边的一个或两个凸边侧翼与相邻的密封凸边的金属层的平面成角度γ，该角度大于与相邻于第二部段的凸边的凸边侧翼与金属层的平面所成的角度δ，特别是在没有进一步措施会更柔软的区域中，也可以实现凸边的力-位移特性和压缩。这种凸边侧翼的设计可以额外于先前的在第一部段中的凸边侧翼的创造性设计来使用，或者也可以独立于其使用，特别是使用在根据本发明的分隔板的不同凸边上。

在一个区域中以针对性的方式降低凸边的刚度的另一种可能性在这样的情况下会发生，即，在作为第三部段的这个区域中，凸边的一个或两个凸边侧翼设计成使得凸边的凸边脚部之间的距离大于凸边在与这个第三部段相邻的凸边走向中的凸边脚部之间的距离。通过在凸边的基部处加宽凸边，在该第三部段中的凸边会变得更柔软并且更有弹性。

本发明可以特别有利地应用于这样的情况下的分隔板，即，这样的分隔板具有密封凸边，特别是端口凸边，该密封凸边与其他凸边，特别是流体通路交汇，特别是相交。这种流体通路(“隧道”)特别是在这样的密封凸边上发现，即，这样的密封凸边围绕分隔板中的流体贯通开口并且将这些贯通开口相对于外部或其他流体空间密封。特别地，这种隧道通常布置于在延伸方向上以波浪形方式延伸的密封凸边的波谷与波峰之间的区域中。至少在一侧处，这些隧道通向到密封凸边的侧翼之一中。这特别也适用于通向到相邻密封凸边的侧翼中，特别是周边凸边的侧翼中的支承元件，所述支承元件同样被视为流体引导凸边。在密封凸边的两个侧翼上的隧道也可以相对于凸边的延伸方向彼此偏移，并且因此可以例如只在凸边的最大处布置。两个侧翼上的隧道的数量也可以彼此不同。这样的隧道或者支承件导致这些区域中的密封凸边部分地变硬，这可以通过密封凸边的凸边侧翼与隧道或支承件相邻的区域的创造性设计来补偿。然而，特别地，凸边状流体通路的一个或两个凸边侧翼可以根据本发明设计，从而可以抵消流体通路对密封凸边的硬化作用。如果隧道或支承元件通向到凸边的第一侧翼上，则也可以通过以根据本发明的方式设计凸边的第二侧翼来实现补偿。

对上述问题的替代或附加的创造性方案包括分隔板的金属层具有凸边(在此称为“第二凸边”以将其区别于上述的方案)。该第二凸边可以再次成为密封凸边或流体引导凸边，例如用于引导流体穿过密封凸边，或者用于引导流体的通道。在沿着第二凸边的延伸方向的一个部段(为区别起见，在此称为“第四部段”)中，在第二凸边的一个或两个凸边侧翼中，该第二凸边设计成使得第二凸边的凸边脚部与第二凸边的凸边顶部在垂直于金属层的平面的方向上间隔开这样的距离，即，该距离在第二部段的中间中比在第二部段的边缘处大。由于凸边的高度沿着部段至部段的中间增加，并且随后再至部段的另一端减少，所以凸边在线段的中间中更柔软并且更有弹性。这使得有可能以针对性的方式改变第二凸边在该区域中的力-位移特性，并且因此例如沿着凸边的延伸方向实现凸边的均匀压缩。凸边的高度的增加不是通过增加凸边顶部的高度，而是通过降低分隔板非压缩状态下的凸边脚部来有利地实现。有利地，该凸边脚部的最低点不低于在其他部段中的凸边脚部的最低点。

第二部段的这种设计特别在这样的情况下实现，即，在垂直于凸边走向的截面上，第二凸边的一个或两个凸边侧翼的长度从第二部段的边缘到第二部段的中间增加。

在根据本发明的该方案中，第二部段中的凸边侧翼的梯度可以沿着第二凸边的延伸方向是恒定的。也可以的是，但不是必需的，在第二部段的区域中的第二凸边的截面上提供凸边侧翼的具有不同上升角度的两个部分。

最后提到的方案可以有利地与第一种指定的方案结合，特别是在分隔板的情况下，该分隔板包括具有一个密封凸边和两个相邻的凸边状流体通路的金属层，其中两个相邻的凸边状流体通路在相邻的点处通向到密封凸边的侧翼中。在这种分隔板的情况下，至少凸边状流体通路的相互面对的侧翼按上述用于第一部段设计，并且在凸边状流体通路的口部之间的密封凸边的凸边侧翼的区域的按上述第二部段设计；在这种情况下，凸边状流体通路的相互面对的侧翼形成第二部段的边缘。

下文将给出根据本发明的分隔板的几个示例。相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件，并且因此，在适用的情况下，对这些元件和附图标记的说明将不再重复。以下示例中的每一个会实施除了本发明的强制性特征外的各种可选的特征。然而，独立权利要求中没有规定的全部非强制性特征也可以单独或以任何方式与同一实例或一个或多个其他实例的其他非强制性特征相结合。

附图说明

在附图中：

图1示出了根据本发明的燃料电池单体；

图2示出了图1的燃料电池单体的双极板；

图3A和图3B示出了围绕图2的双极板的分隔板的流体贯通开口的细节；

图4示出了图2的双极板的分隔板在外部边缘和周边凸边区域的细节；

图5至图11示出了根据本发明的分隔板在平面图或截面中的细节。

具体实施方式

图1示出了包括多个结构相同的金属双极板2的电化学系统1，这些金属双极板2以堆叠6布置并且沿着z方向7堆叠。堆叠6的双极板2被夹在两个端板3、4之间。z方向7也将被称为堆叠方向。在本示例中，系统1是燃料电池单体堆叠。该堆叠的每两个相邻的双极板2因此界定电化学电池单体，该电化学电池单体例如用于将化学能转化为电能。为了形成系统1的电化学电池单体，将膜电极组件(MEA)10在每种情况下布置在堆叠的各相邻的双极板2之间(例如参见图2)。MEA10中的每一个都包含至少一个膜，例如电解质膜。此外，气体扩散层(GDL)可以布置在MEA的一个或两个表面上。

在替代实施例中，系统1也可以设计成电解器、电化学压缩机或者氧化还原液流电池(redox flow battery)。双极板也可以用在这些电化学系统中。于是，这些双极板的结构可以对应于本文详细说明的双极板2的结构，但在电解器、电化学压缩机或氧化还原液流电池的情况下，被传导到双极板上和/或穿过双极板的介质可以在每种情况下不同于用于燃料电池单体系统的介质。

z轴7以及x轴8和y轴9一起构成右手笛卡尔坐标系。双极板2各自限定一板平面，分隔板的板平面各自定向成平行于x-y平面，并且因此垂直于堆叠方向或z轴7。端板4通常具有多个介质端口5，经由这些端口可以将介质馈送到系统1，并且经由这些端口可以将介质从系统1排出。可馈送到系统1和从系统1排出的所述介质可以包括例如诸如分子氢或甲醇的燃料、诸如空气或氧气的反应气体、诸如水蒸气或贫化的燃料的反应产物、或诸如水和/或乙二醇的冷却剂。

图2以立体图示出了与图1中的系统1相同类型的电化学系统的、现有技术中已知的两个相邻的双极板2，以及布置在这些相邻的双极板2之间的、也是现有技术已知的膜电极组件(MEA)，图2中的MEA 10在很大程度上被面向观察者的双极板2遮挡。双极板2由以材料连结方式结合在一起的两个分隔板2a、2b形成，在图2中在每种情况下只有其中面向观察者的第一分隔板2a可见，所述第一隔板遮挡第二分隔板2b。分隔板2a、2b各自包括至少一个金属层，金属层例如由不锈钢板形成。例如，，两个相邻的分隔板2a、2b可以通过例如激光焊接而彼此焊接。

分隔板2a、2b通常具有贯通开口，这些贯通开口彼此对齐并且形成双极板2的贯通开口11a-11c。当多个如双极板2同样类型的双极板堆叠时，贯通开口11a-11c形成沿着堆叠方向7延伸穿过堆叠6的管线(参见图1)。通常，由贯通开口11a-11c形成的管线中每一条都流体连接到系统1的端板4中的端口5之一。例如，冷却剂可以经由由贯通开口11a形成的管线引入到堆叠6中或从堆叠排出。相反，由贯通开口11b、11c形成的管线可以设计成对系统1的燃料电池堆叠6的电化学电池单体供应燃料和反应气体，并且从该堆叠中排出反应产物。介质引导贯通开口11a-11c基本上平行于板平面形成。

为了相对于堆叠6的内部和相对于周围环境密封贯通开口11a-11c，第一分隔板2a各自具有呈密封凸边12a-12c形式的密封布置，密封凸边12a-12c分别布置在贯通开口11a-11c周围，并且在每种情况下都完全环绕贯通开口11a-11c。这些围绕贯通开口的密封凸边12a-12c也将被称为端口凸边。在双极板2的背向图2的观察者的后侧上，第二分隔板2b具有用于密封贯通开口11a-11c(未示出)的对应密封凸边。

在电化学活性区域18中，第一分隔板2a在其面向图2的观察者的前侧上具有流场17，该流场17具有用于沿着分隔板2a的外侧(或者也称前侧)引导反应介质的第一结构14。在图2中，这些第一结构14由多个腹板(web)和在这些腹板之间延伸并且由腹板界定的沟槽来限定。在双极板2朝向图2的观察者的前侧，第一分隔板2a另外各自具有分配或收集区域60。分配或收集区域60包括设计成在活性区域18上分配介质和/或收集或汇集介质的结构61，被分配的介质为从两个贯通开口11b中的第一个引入到分配或收集区域60中的介质，被收集或汇集的介质为从活性区域18流向贯通开口11b中的第二个的介质。在图2中，分配或收集区域60的分配结构61同样由腹板和在腹板之间延伸并且由腹板界定的沟槽来限定。

密封凸边12a-12c具有通路13a-13c，其中通路13a形成在上隔板2a的下侧和下隔板2b的上侧两者上，而通路13b形成在上分隔板2a中并且通路13c形成在下分隔板2b中。举例来说，通路13a使冷却剂能够在贯通开口12a和分配或收集区域60之间穿过，因此冷却剂进入分隔板2a、2b之间的分配或收集区域60并且从中被引导出来。

此外，通路13b使氢气能够在贯通开口12b和上分隔板2a的上侧的分配或收集区域之间穿过；这些通路13b的特征在于，穿孔是面向分配或收集区域并且与板平面成一定角度延伸的。举例来说，氢气因此从贯通开口12b流动经过通路13b流到上分隔板2a的上侧上的分配或收集区域，或者以相反方向流动。通路13c使空气能够例如在贯通开口12c和分配或收集区域之间穿过，因此空气进入下分隔板2b的下侧上的分配或收集区域并且可从中引导出来。相关的穿孔在此是不可见的。

第一分隔板2a各自还具有呈周边凸边12d形式的另一密封布置，该周边凸边12d围绕活性区域18的流场17、分配或收集区域60和贯通开口11b、11c延伸，并且相对于贯通开口11a，即相对于冷却剂回路将这些密封，并且相对于环绕系统1的环境将这些密封。第二分隔板2b各自包括对应的周边凸边12d。

在上部和下部的外边缘上，第一分隔板和第二分隔板(未示出)都具有、与周边凸边12d相邻的支承元件13f并且通向到后者中，它们整体上防止各自分隔板2a、2b表面上的面朝MEA的液体流入到周边凸边12d与用于引导反应介质的结构14、61之间的中间空间中。

活性区域18的结构、分配或收集区域60的分配或收集结构、密封凸边12a-12d、通路13a-13c和支承结构13f各自形成为与分隔板2a成一件或者形成在分隔板2a中，并且例如以凸压、液压成型或深冲(deep drawing)工艺在分隔板2a中一体形成。这同样适用于第二分隔板2b的对应结构。每个密封凸边12a-12d在截面上可以具有至少一个凸边顶部和两个凸边侧翼，但是不需要这些元件之间基本上成角度布置；也可以提供弯曲的过渡。

虽然密封凸边12a-12c具有基本上圆形走向，但周边凸边12d具有不同形状的各个部分。例如，周边凸边12d的走向可以包括至少两个波浪形的部分。与本例不同，如果端口凸边12a-12c不是圆形的，则优选地是这些凸边至少在某些部分中也具有波浪形走向。

两个贯通开口11b或者由贯通开口11b形成的穿过系统1的板堆叠的管线各自经由密封凸边12b中的通路13b、经由分配或收集区域60的分配结构、以及经由朝向图2的观察者的、第一隔板2a的活性区域18中的流场17而彼此流体地连接。类似地，两个贯通开口11c或者由贯通开口11c形成的穿过系统1的板堆叠的管线各自经由对应的凸边通路、经由对应的分配结构、以及经由背对着图2的观察者的、第二隔板2b外部上的对应的流场而彼此流体地连接。为此，在活动区域18中提供用于引导相关介质的第一结构14，特别是沟槽结构。

相反，贯通开口11a或者由贯通开口11a形成的穿过系统1的板堆叠的管线各自都经由被分隔板2a、2b环绕或封围的腔体19而彼此流体连接。腔体19在每种情况下用于将冷却剂引导通过双极板2，特别是用于冷却双极板2的电化学活性区域18。因此，冷却剂主要用于冷却双极板2的电化学活性区域18。冷却剂经过腔体19从进口开口11a流向出口开口11d。水和防冻剂的混合物通常用作冷却剂。然而，也可设想其他冷却剂。为了更好地引导冷却剂或冷却介质，在双极板2的内侧上存在第二结构15。所述第二结构在图2中是不可见的，因为它们例如在分隔板2a背向观看者的表面上延伸；因此它们定位成与上述第一结构14相对，在分隔板2a的另一表面上。在活性区域18中，第二结构15引导冷却介质沿着双极板的内侧朝向出口开口11d的方向移动。第二结构通常包括用于引导冷却流体的沟槽结构，沟槽结构限定冷却介质的纵向流动方向。

图3A在平面图中示出了图2中的分隔板2a的贯通开口11b的区域中的分隔板2a细节。穿过分隔板2a的贯通开口由密封凸边12b完全包围。这个密封凸边由若干凸边状介质通路(“隧道”)13b穿透，其中只有一些通路设有附图标记。隧道13b使位于贯通开口11b中的介质，在此例如是H₂，能够穿过密封凸边12b。

图3B在平面图中示出了图2中的分隔板2a的贯通开口11a的区域中的分隔板2a细节。穿过分隔板2a的贯通开口由端口凸边12a完全包围，并且由周边凸边12d部分包围。这些密封凸边12a和12d由若干凸边状介质通路(“隧道”)13a穿透，并且在其延伸部分13d中穿透，其中只有一些通路设有附图标记。隧道13a、13d使位于贯通开口11d中的介质，在此例如是冷却剂，能够穿过密封凸边12a和周边凸边12d。

图4在平面图中示出了分隔板2a的外边缘的区域中的细节和沿着该外边缘延伸的周边凸边12d。周边凸边12d与最靠近它的用于引导反应介质的结构14、61间隔开，由此形成中间空间。为了防止反应介质流入到该中间空间中，在分隔板2a中形成了凸边状的凸起13f，其中只有一些凸起设有附图标记。凸边状的凸起也可以用作为MEA的支承元件。凸边状的凸起13f通向到周边凸边12d面朝活动区域18和分配和收集区域60的侧翼，并且像上述的隧道13a-13d，在本文中将视为流体引导凸边。

在没有额外的措施的情况下，密封凸边12b和12a在图3A和图3B中的凸边状介质通路的通过点位处将各自具有不同于这些区域的外部的刚度。密封凸边12b和12a将因此沿着它们在分隔板2b平面中的延伸部不均匀地压缩。然而，这种不均匀的压缩可以通过根据以下附图的具体设计来缓解或消除。

由于本发明的以下实施例可应用于双极板1或者其分隔板2a、2b中的一个或两个的若干贯通开口中的每一个贯通开口及其周围，在下文附图中，经过分隔板的贯通开口将用附图标记11表示，围绕所述贯通开口的密封凸边将由附图标记12表示，并且经过密封凸边12的介质通路将由附图标记13表示。用于输送流体的通道，其直接连接到介质通路13，将由附图标记50表示。如果出现一些这样的元件，这些它们元件将设有附图标记，后面跟着一个加撇符号，两个加撇符号等。关于通道50，没有任何加撇符号，即50，涉及用于在介质通路13与活动区域18之间连接的通道，涉及用于在介质通路13与端口11或端口11的周围之间连接的通道。所说的端口通常也被认为是阳台(balcony)。

图5A在平面图中示出了根据本发明的双极板2的密封凸边12周围的细节，该双极板包括两个分隔板2a、2b，它们以物质粘接的方式结合在一起，在图5A的平面图中只有面朝观察者的第一分隔板2a是可见的，所述第一分隔板遮挡第二分隔板2b。双极板2和分隔板2a示出呈非压缩状态，如图2至图4中说明。在分隔板2a中，密封凸边12具有凸边顶部20，在两侧上有凸边脚部21、21'、21”、21”'，以及凸边侧翼边22、22'、22”、22”'。布置在密封凸边12的两侧上的是凸边状的流体通路30、30'(只有这两个流体通路设有附图标记)，它们通向到凸边侧翼22、22'中，或者在流体通路30'的情况下，在凸边侧翼部分22'、22”之间穿过。这些流体通路30、30'继而具有凸边脚部31、31'和凸边侧翼32、32'。在它们远离密封凸边的一侧上，流体通路30、30'通向到分配通道50(朝向活动区域18)和50'(朝向端口11)中，这继而可被视为凸边。

图5B示出了沿图5A中的线A-A截取的、在布置有流体通路30、30'于其中的区域中穿过双极板2的截面。两块分隔板2a和2b相对于两块分隔板2a和2b之间的接触平面(在图中的右手侧边缘)形成为镜像对称，至少在所示的细节中是如此。在分隔板2a中，流体通路30、30'的顶部低于凸边12的凸边顶部20。同样地，在分隔板2b中，流体通路30a、30a'的顶部低于凸边12a的凸边顶部20a。液体通路的流动阻力可以借助于液体通路30、30a、30'、30a'的高度和宽度来调整。

图5C示出了沿图5A中的线B-B截取的、在部段40的区域中在沿密封凸边12的延伸部的方向穿过双极板2的的截面。至少在所示的细节中，两块分隔板2a和2b相对于两块分隔板2a和2b之间的接触平面P形成为镜像对称。线E和Ea表示在分隔板2a和2b在接触平面P中接触的区域中的分隔板2a和2b的金属片材的中性纤维。全部关于分隔板的走向的细节，例如角度，都优选地与分隔板2a和2b的中性纤维的走向有关。

除了基本平坦的凸边顶部，凸边12在两侧上具有凸边侧翼22、22'，同一凸边侧翼的第一、外部部分23、23'和第二、内部部分24、24'彼此直接合并，即没有有意或有针对性地提供任何相邻部分。第一、外部部分和第二、内部部分之间的过渡区域可以仅是由于技术要求而产生的，例如，作为在两部分之间的过渡曲线，它们以不同的陡峭度延伸。

特别地，将第一、外部部分和第二、内部部分彼此前后布置引起凸边侧翼有从两部分的一侧到两部分的另一侧的连续向上的梯度，特别是在两部分之间没有任何凹陷。

第一、外部部分23、23'的梯度α小于第二、内部部分24、24'。内部部分24中的角度β的一条腿部被内部部分24的延长部中的细长虚线跨越。总之，这引起凸边侧翼22作为一个整体的角度φ；在此，上部腿部被细长的双虚线跨越。由于凸边侧翼22、22'的这种设计，密封凸边在第一部段40的区域中比在其中流体通路30、30'通向到凸边侧翼22、22'的区域中更柔软并且更有弹性。总体上，即使在流体通路30、30'的区域中也可以因此实现密封凸边12的均匀刚度。在图5的示例中，凸边顶部是直线型的和平坦的，如从图5C可以看出。

图5A中所示的细节至少在细节上示出了三个部段40、40'、40”的。位于右边的凸边侧翼22'、22”、22”'具有不同的宽度，如也可以在移动到右边的不同宽度的凸边脚部21'、21”、21”'上看到。相反，位于左边的凸边侧翼22在全部三个部段40、40'、40”中具有相同的宽度；全部的凸边脚部21都位于同一直线上。因此，第三部段40”中的凸边的凸边脚部21和21”之间的距离大于相邻于第三部段40”的凸边走向中，即第二部段40'中，的凸边的凸边脚部21、21”之间的距离。在垂直于凸边走向的截面上，第二部段40'中的凸边12的凸边侧翼22”以与邻近密封凸边12的金属层平面成角度γ延伸，角度γ大于在第三部段40”中的凸边走向的凸边侧翼22”与金属层平面所成的角度δ，即相邻于第二部段40'。角度γ和δ是整个凸边侧翼的总角度，与图5C中的角度φ相当。

图6A在斜视图中示出了根据图1至图4的分隔板的密封凸边12的另一个创造性设计的细节。图6B在平面图中示出了同一区域，并且图6C示出了沿图6B中的部段40中的线C-C截取的剖面图。

与图5不同的方法是，凸边侧翼22、22'的第一部分23、23'的截面现在不再是直线型，而是以预定的半径R1倒圆角。这种设计也使得有可能在部段40中以有针对性的方式构造密封凸边12的弹性，特别是增加弹性。

图7A在平面图中示出了密封凸边12的另一个创造性设计的细节。图7B示出了沿图7A中线D-D截取的截面图，并且图7C示出了由图7B中的虚线框出的细节的放大图示(不按比例)。在此，两个凸边12、12'以基本平行的方式距彼此一定距离延伸，并且两个凸边12、12'的相互面向的侧翼22'、22'的第一部分23'、23”彼此合并到一起。在这种设计中也是如此，凸边侧翼22的第一部分23是倒圆角的，其中在截面中，倒圆的半径从凸边脚部到第二部分增加。如先前的设计，第二部分的截面是直线型的。从图7C的详细视图中可以清楚地看到，该示例中的凸边顶部是弯曲的。凸边顶部的平面P2在这种情况下可以限定为延伸经过凸边顶部的最高点的平面，并且其平行于分隔板2a的金属层的平面P。在第一种方法中，两个凸边，在此为凸边12、12'，之间的平行可以被视为各自凸边的局部延伸方向的平行。然而，在第二种方法中，也可以被视为宏观凸边方向的平行。在该第二种方法中，凸边12、12'平行于分配通道50和50'延伸，后者以阳台状的方式围绕端口11延伸。

图8A在平面图中示出了另一个创造性的双极板2的细节，双极板包括两个分隔板，但是只有面向观察者的分隔板2a可见。

图8B示出了沿在图8A中的部段40中的线E-E截取的、穿过双极板2的截面。至少在所示的细节中，两块分隔板2a和2b相对于两块分隔板2a和2b之间的它们的接触平面形成为镜像对称。由于这个原因，下面将只对分隔板2a详细描述。

在这种设计中，其原则上与图7中的设计一样，提供了两个密封凸边12、12'，在所示的细节中，它们以平行方式延伸。密封凸边12、12'在延伸的方向上以波浪形方式延伸。布置在波峰和波谷之间的区域中，特别是在转向点的区域中，的是流体通路13、13'、13”，借助于这些流体通路，流体可以流动跨过密封凸边12、12'。举例来说，密封凸边12可以是图2中的周边凸边，并且密封凸边12'可以是如图2中围绕贯通开口的密封凸边。

在部段40中，即在流体通路13、13'、13”之间或邻近这些流体通路，相邻的密封凸边12、12'的凸边侧翼设计成使得凸边侧翼22'、22”的面对面布置的第一部分，彼此合并到一起。凸边侧翼22、22'、22”、22”的第一部分23、23'、23”、23”在每种情况下截面都是弯曲的，而凸边侧翼22、22'、22”、22”的第二部分24、24'、24”在每种情况下截面都是直线型的。

图9A在平面图中示出了另一个创造性的分隔板2a的细节，分隔板包括密封凸边12，密封凸边在延伸方向上(箭头R、R')具有波浪形走向。基于箭头R、R'，从图9A可以清楚看出，凸边12的延伸方向是局部延伸方向，沿着波浪形凸边变化。图9B示出了沿图9A中线F-F截取的截面图，并且图9C示出了由图9B中的虚线框出的细节的放大图示(不按比例)。图9中的设计类似图6中的设计，但是只有凸边侧翼22具有截面为直线型的第一部分23和截面为直线型的第二部分24。第二凸边侧翼22'具有一个连续的梯度。

图10A在平面图中示出了另一个创造性的双极板2的细节，双极板包括密封凸边12，尽管现在是带有凸边状流体通路13a和13b。这极大程度上对应于图8中的密封凸边12、12'的设计。在此也是如此，部段40'中的凸边侧翼32a、32b具有第二部分33a、33b和第一部分34a、34b，后者是弯曲的，并且彼此合并到一起。最低点35位于前两部分34a和34b之间的过渡点处。部段40'在每种情况下都由凸边状的凸起13a、13b界定，即通路隧道界定。

在图10A中，与第二分隔板(未示出)接触的、至少在所示的细节中为镜像对称的平面标记为分隔板2a的平面P。标记的平面E表示在非凸边区域中的，即在分隔板2a与相邻的、镜像对称的分隔板在接触平面P中接触的区域中的，分隔板2a中的中性纤维的走向。

图10A示出平面图，图10B示出沿图10A中线G-G截取的截面，图10C示出沿图10A中线H-H截取的截面，图10D是沿图10A中线I-I截取的截面。

图10C和10D特别示出了在部段40'的中心区域中和在部段40'邻近于流体通路13a和13b的区域中，密封凸边12和其在部段40'中的侧翼22、22'的设计。

凸边侧翼22和22'在截面线H-H的区域中较长，并且相比在I-I区域中朝凸边底部21、21'延伸的更多，AM>AR。这也实现了根据本发明的效果。特别是，在该实施例中，区域40中的流体通路13a和13b是根据本发明的一种方案设计的，并且区域40'中的密封凸边12是根据本发明的另一种方案设计的。长度和/或距离在每种情况下都是垂直于局部凸边走向方向R界定，即沿着图10A中的虚线界定。

如果凸边侧翼之间的区域只在非常有限的区域中接触分隔板2a的金属层的平面P，则在必需时，该平面也可以在分隔板的其他区域中确定，例如与凸边相邻的区域确定，如用示例P*表示。

图11A示出平面图，图11B示出沿图11A中线J-J截取的截面，图11C示出沿图11A中线K-K截取的截面。在该实施例中，凸边侧翼22、22'、22”的外部部分24、24'和凸边侧翼32、32'的外部部分34、34'都形成有引导至最低点35的半径。因此，外部部分24、24'、34、34'的整体是球形的。第一部段40和第三部段40”布置在波峰WB的区域中；第二部段40'位于波谷WT的区域中，更具体地，在两个转向点WP1和WP2之间。

图11B和11C示出，凸边状分配通道50、50'面向凸边12的内部部分23”、23”'和外部部分24”、24”也可以构造成具有不同的角度，类似于凸边侧翼22、22'。在这种情况下，分配通道50是以全凸边的方式构造，并且阳台或分配通道50'以半凸边的方式构造。相关的外部部分24”、24”可以是球形的，但不是必需的。在一不同的方法中，分配通道50、51被视为流体引导凸边，其相对于凸边12的宏观延伸方向，即忽略凸边12在所示部分中的波浪形，基本平行于凸边12延伸。在垂直于凸边走向的截面上，密封凸边12和流体引导凸边的相互面对的凸边侧翼22、22'、22”、22”'具有至少第一、外部部分23、23'、23”'和第二、内部部分24、24'、24”、24”'，这些部分跨越不同的正向角度至与凸边12相近的金属层的平面(P)。

Claims

1.一种分隔板，所述分隔板(2a、2b)包括金属层，其中所述金属层具有至少一个凸边(12、13)，特别是密封凸边(12)或流体引导凸边(13)，

其特征在于，

对于所述凸边(12、13)中的至少一个、一些或全部凸边，在垂直于所述凸边的走向的截面上，在沿着所述凸边(12、13)的延伸方向(R、R')的至少第一部段(40)中，所述凸边(12、13)的一个凸边侧翼或两个凸边侧翼(22、32)具有至少有第一部分、即外部部分(23、33)和第二部分、即内部部分(24、34)，所述第一部分(23、33)和所述第二部分(24、34)与相邻于所述凸边(12、13)的金属层的平面(P)成不同的正向角度。

2.根据前述权利要求的分隔板，其特征在于，所述第一部分(23、33)具有角度α，并且所述第二部分(24、34)具有角度β，其中所述角度α<所述角度β。

3.根据前述权利要求中任一项的分隔板，其特征在于，所述第一部分(23、33)和/或所述第二部分(24、34)以在截面上直线型或曲线的方式延伸。

4.根据前述权利要求中任一项的分隔板，其特征在于，所述第一部分(23、33)从凸边脚部(21、31)朝向凸边顶部(20)以增加的角度α延伸，特别是以在截面上半径R1的曲线的方式延伸，有利地其中0.5mm≤所述半径R1，有利地2mm≤所述半径R1，和/或所述半径R1≤70mm，有利地所述半径R1≤50毫米。

5.根据前述权利要求的分隔板，其特征在于至少两个所述凸边(12、12'、13、13')在所述部分的一个、一些或全部部分中以彼此基本平行的方式延伸，并且两个所述凸边(12、12'、13、13')的侧翼(22'、22”、32'、32”)的第一部分(23'、23”、33'、33”)至少在一些区域中彼此合并到一起，特别是在或者仅仅在所述部分的一个、一些或全部部分中，在所述部分的一个、一些或全部部分中至少两个所述凸边以基本平行的方式延伸。

6.根据前述权利要求的分隔板，其特征在于至少一个所述凸边中的一个凸边是密封凸边(12、12')，并且至少一个所述凸边中的另一个是流体引导凸边(50、50')，所述密封凸边和所述流体引导凸边的相互面对的凸边侧翼(22、22'、22”、22”)在垂直于所述凸边走向的截面上各自具有至少有第一部分、即外部部分(23、23'、23”、23”)和第二部分、即内部部分(24、24'、24”、24”)，所述第一部分和所述第二部分具有与相邻于所述凸边(12、12')的金属层的平面(P)成不同的正向角度，特别是在或仅仅在所述部分的一个、一些或全部部分中，在所述部分的一个、一些或全部部分中至少两个所述凸边(12、12'、50、50')以基本平行方式延伸。

7.根据前述权利要求中任一项的分隔板，其特征在于，在所述第一部段中，所述凸边(12、13)的凸边顶部在垂直于所述凸边(12、13)的延伸方向(R)的截面上是直线型的或弯曲的，有利地弯曲成远离所述金属层的延伸平面。

8.根据前述权利要求中任一项的分隔板，其特征在于，所述凸边(12、12')在其延伸方向上以波浪形方式延伸，并且具有至少一个波谷(WT)和至少一个波峰(WB)。

9.根据前述权利要求的分隔板，其特征在于，对于波浪形所述凸边中的至少一个、一些或全部凸边，所述凸边(12、12')在至少一个所述波谷(WT)和/或一个所述波峰(WB)中具有第一部段(40)。

10.根据前述权利要求中任一项的分隔板，其特征在于，对于所述凸边(12、12')中的至少一个、一些或全部凸边，在垂直于所述凸边走向的截面上，在至少第二部段(40')中，所述凸边(12、12')的一个凸边侧翼或两个凸边侧翼(22、22')与相邻于所述密封凸边(12、12')的金属层的平面(P)成角度γ，所述角度γ大于与相邻于所述第二部段(40')的凸边走向的凸边侧翼的金属层的平面(P)所成的角度δ。

11.根据前述权利要求中任一项的分隔板，其特征在于，对于所述凸边(12、12')中的至少一个、一些或全部凸边，在至少第三部段(40”)中，所述凸边(12、12')的一个凸边侧翼或两个凸边侧翼(22、22')设计成使得所述凸边(12、12')的凸边脚部(21、21”)之间的距离(B2)大于所述凸边(12、12')的凸边脚部(21、21”)在相邻于所述第三部段(40”)的凸边走向中的距离(B1)。

12.根据前述权利要求中任一项的分隔板，其特征在于，对于所述凸边(12、12')中的至少一个、一些或全部凸边，所述凸边是密封凸边(12)和一个或多个凸边状凸起(13)，特别是流体引导凸边，特别是隧道，布置成在如所述密封凸边的方向上突升出所述金属层的平面(P)并且在所述密封凸边的侧翼(22)之一上通向到所述密封凸边中，有利地在波浪形密封凸边的情况下则是在波谷(WT)和波峰(WB)之间的区域中。

13.根据前述权利要求中任一项的分隔板，其特征在于，对于所述凸边(12、12')中的至少一个、一些或全部凸边，所述凸边是流体引导凸边(13)，特别是隧道，所述流体引导凸边在其一端处通向到密封凸边(12)的凸边侧翼(22)中，所述密封凸边在与所述流体引导凸边相同的方向上突升出所述金属层的平面。

14.一种分隔板，所述分隔板包括金属层，其中所述金属层具有至少一个第二凸边，特别是密封凸边或流体引导凸边，

其特征在于，

对于所述第二凸边(12、12')中的至少一个、一些或全部第二凸边，在沿着所述第二凸边(12、13)的延伸方向的至少一个另外部段(40')中，对于所述第二凸边的一个凸边侧翼或两个凸边侧翼(22、22'、32、32')，所述第二凸边的所述凸边脚部(21、31)在垂直于所述金属层的平面的方向上与所述第二凸边的凸边顶部间隔开距离(AM)，所述距离(AM)在所述另外部段的中间中更大，大于在所述另外部段(40')的边缘处的距离(AR)。

15.根据前两个权利要求中任一项的分隔板，其特征在于，在垂直于所述凸边走向的截面上，所述第二凸边(12、13)的一个凸边侧翼或两个凸边侧翼(22、22'、32、32')的长度从所述另外部段的边缘到所述另外部段(40')的中间增加。

16.根据前述权利要求的分隔板，其特征在于在所述另外部段(40')中的凸边侧翼(22、22'、32、32')的梯度沿着所述第二凸边的延伸方向是恒定的。

17.根据前两个权利要求中任一项的分隔板，其特征在于，所述分隔板是根据权利要求12的分隔板，并且所述第二凸边是密封凸边(12)。