DE10003528A1 - Flexibles Zwischenelement für einen Brennstoffzellenstack - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zwischen- oder Endelement eines Brennstoffzellenstacks, das den Anpressdruck eines Brennstoffzellenstapels in der Filterpressenbauweise gleichmäßig auf den Stapel verteilt. Die Erfindung bedient sich dabei eines Druckverteilers wie einem inkompressiblen Medium oder Federn oder ähnlichem. Durch den Einsatz eines inkompressiblen Druckmediums und/oder einer Anordnung von Federn anstelle der bekannten massiven Endplatten wird Gewicht und Volumen des Stapels reduziert, weil eine isostatische Druckverteilung stattfindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zwischen- oder Endelement eines Brennstoffzellenstacks das den Anpressdruck eines Brennstoff­ zellenstapels in Filterpressenbauweise gleichmäßig auf den Stapel verteilt.

Bisher werden die Presskräfte durch Endplatten auf den Zell­ stapel aufgebracht. Die Endplatten sind durch Zuganker oder Spannbänder, die die erforderlichen Zugkräfte aufnehmen, mit­ einander verbunden. Da die Kraft möglichst auf die Fläche gleichverteilt aufgebracht werden muss, werden ebene Endplat­ ten verwendet, die sehr dick und massiv sind, damit sie beim Verspannen nur eine geringe Durchbiegung zeigen. Eine Durch­ biegung der Endplatte hätte einen ungleichmässigen Druck auf den Stapel zur Folge. Das Gewicht und das Volumen dieser End­ platten wirkt sich nachteilig auf das Leistungsgewicht und - volumen des Brennstoffzellensystems aus.

Aus der DE 27 29 640 und der DE 19 30 116 ist bei Brennstoff­ zellenstapel die Verwendung von Druckkissen bekannt, die eine isostatische Druckverteilung des Anpressdrucks auf die Brenn­ stoffzellen durch Verwendung eines Pressgases erreichen. Zur Verwendung dieser Druckkissen ist daher eine ständige Press­ gasversorgung notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Zwischen- oder End­ element für einen Brennstoffzellenstapel in Filterpressenbau­ weise zu schaffen, das eine isostatische Druckverteilung er­ möglicht und das die Nachteile des Standes der Technik über­ windet.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Zwischen- oder Endele­ ment für einen durch Zuganker zusammengehaltenen Brennstoff­ zellenstapel, das einen Druckverteiler hat, durch den der von aussen punktuell und daher ungleichmäßig wirkende Anpress­ druck in einen gleichmässigen Druck umwandelbar ist.

Der Druckverteiler besteht nach einer Ausführungsform aus zu­ mindest einem Hohlraum, zumindest einer Druckplatte und zu­ mindest einem Kolben.

Zumindest ein Hohlraum ist nach einer Ausführungsform mit ei­ nem inkompressiblen Druckmedium und/oder einer Anordnung von Federn gefüllt.

Durch den Einsatz eines inkompressiblen Druckmediums und/oder einer Anordnung von Federn anstelle der bekannten massiven Endplatten wird Gewicht und Volumen des Stapels reduziert, weil eine isostatische Druckverteilung ohne Verformung statt­ findet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das isostatische Druckmedium, mit dem der Hohlraum des Zwischenelements ge­ füllt ist, Wasser, Öl, Silikon und/oder ein anderes syntheti­ sches oder natürliches Medium, indem eine isostatische Druck­ verteilung stattfindet.

Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Hohlraum des Zwischen- oder Endelements eine Struktur auf.

Nach einer Ausführungsform sind die Federn Gummi- und/oder Tellerfedern.

Im folgenden wird die Erfindung noch anhand bevorzugter Aus­ führungsformen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Brennstoffzellenstapel 1 mit zwei Endele­ menten, die zwei Druckplatten 2 und jeweils einen Hohlraum 3 mit einem Druckmedium enthalten. Der Hohlraum 3 wird von der Druckplatte 2 einerseits und einem Kolben 4, über den der vergleichmäßigte Druck an den Brennstoffzellenstapel weiter­ gegeben wird, begrenzt. Über die Druckplatte 2, an der sich die Zuganker 5 befinden, wird ein punktueller Anpressdruck auf den Hohlraum 4 und das darin befindliche Druckmedium aus­ geübt. Das Druckmedium 4 wird über einen Verschluss 7, der mit einer Schraube versehen ist, eingebracht. Die Dichtung des Kolbens gegenüber dem Hohlraum ist der O-Ring 6. Sie kann auch über eine Flachdichtung, Verschweißen und/oder Verkleben von Kolben und Druckplatte erfolgen. Der Kolben hat eine Iso­ lierplatte 8 und eine Kontaktplatte 9, über die der Strom ab­ genommen wird. Der Stapel wird über eine Gewindestange 10 zu­ sammengehalten, die die beiden Endelemente 2 miteinander ver­ bindet. Der Stapel besteht aus Brennstoffzelleneinheiten 11 und dazwischenliegenden Kühlblechen 12.

Fig. 2 zeigt die Ausführungsform der Erfindung mit Tellerfe­ dern. Zu sehen ist wieder ein Brennstoffzellenstapel 1 mit Brennstoffzelleneinheiten 11, dazwischenliegenden Kühlblechen 12 und den Druckplatten 2. Der auf die Druckplatte 2 punktu­ ell ausgeübte Druck wird von den in den Hohlräumen eingela­ gerten Tellerfedern 13 aufgenommen und an den Kolben, der ei­ ne Isolierplatte 8 und eine Kontaktplatte 9 umfasst, ver­ gleichmässigt weitergegeben.

Fig. 3 entspricht der Fig. 2, nur die Tellerfedern 13 aus Fig. 2 sind durch Gummifedern 14 ersetzt.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird der Einsatz von platz- und gewichtssparenden Endplatten möglich, ohne Kraft­ verlust des Anpressdrucks. Durch den Einsatz eines inkompres­ siblen Druckmediums und/oder einer Anordnung von Federn an­ stelle der bekannten massiven Endplatten wird Gewicht und Vo­ lumen des Stapels reduziert, weil eine isostatische Druckver­ teilung stattfindet.

Claims (9)

1. Zwischen- oder Endelement für einen durch Zuganker zusam­ mengehaltenen Brennstoffzellenstapel, das einen Druckvertei­ ler hat, durch den der von aussen punktuell und daher un­ gleichmäßig wirkende Anpressdruck in einen gleichmässigen Druck umwandelbar ist.

2. Zwischen- oder Endelement nach Anspruch 1, wobei der Druckverteiler zumindest eine Druckplatte, zumindest einen Hohlraum und zumindest einen Kolben umfasst, wobei zumindest ein Hohlraum von zumindest einem Kolben einerseits und von zumindest einer Druckplatte andererseits begrenzt wird.

3. Zwischen- oder Endelement nach Anspruch 2, wobei zumindest ein Hohlraum mit einem inkompressiblen Druckmedium gefüllt ist.

4. Zwischen- oder Endelement nach Anspruch 2, wobei zumindest ein Hohlraum mit zumindest einer Feder gefüllt ist.

5. Zwischen- oder Endelement nach Anspruch 3, bei dem das in­ kompressible Druckmedium Wasser, Öl, Silikon und/oder ein an­ deres synthetisches oder natürliches Medium ist.

6. Zwischen- oder Endelement nach einem der vorstehenden An­ sprüche, bei dem der Hohlraum des Elements Strukturen auf­ weist.

7. Zwischen- oder Endelement nach Anspruch 4 und/oder 6, bei dem die zumindest eine Feder eine Tellerfeder ist.

8. Zwischen- oder Endelement nach einem der Ansprüche 4, 6 oder 7, bei dem die Federn Gummifedern sind.

9. Brennstoffzellenstapel, der zumindest ein Zwischen- oder Endelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfaßt.