DE102004049623B4

DE102004049623B4 - Endplatte für einen Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellenstapel und Verfahren zur Herstellung der Endplatte

Info

Publication number: DE102004049623B4
Application number: DE102004049623.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Sommer; Christian Schleier
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2015-03-26
Anticipated expiration: 2024-10-07
Also published as: DE102004049623A1; US8216737B2; WO2006037661A9; WO2006037661A1; US20080057372A1

Abstract

Endplatte für einen Brennstoffzellenstapel, enthaltend zumindest einen Kanal (7) zur Zu- und/oder Abfuhr zumindest eines Reaktanden und/oder eines Reaktionsprodukts und/oder eines Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil mindestens einer in einem Verlauf des entsprechenden Kanals (7) angeordneten und als Kreiselpumpe ausgeführten Pumpe (8) zum Fördern des Reaktanden und/oder Reaktionsprodukts und/oder Kühlmittels in die Endplatte integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Endplatte für einen Brennstoffzellenstapel nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie einen Brennstoffzellenstapel (Brennstoffzellenstack), der zumindest eine solche Endplatte enthält.
Üblicherweise erfüllen Endplatten die Funktion, einen Brennstoffzellenstapel, der mehrere in Reihe geschaltete Brennstoffzellen aufweist, beispielsweise durch Verspannung mit einer zweiten Endplatte zusammenzuhalten, sowie zum Abnehmen von Strom an einer ersten bzw. letzten Brennstoffzelle des entsprechenden Brennstoffzellenstapels. Nach dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, Kanäle zur Zu- und/oder Abfuhr von Reaktanden, Reaktionsprodukten und/oder Kühlmitteln durch eine Endplatte hindurch zu verlegen, so dass die entsprechende Endplatte einen Abschnitt mindestens eines solchen Kanals enthält. Typischerweise sind derartige Kanäle bei einer Endplatte nach dem Stand der Technik in einem Randbereich der Endplatte angeordnet, um von dort dementsprechend in Randbereiche der anliegenden Brennstoffzellen zu führen. Entsprechende Endplatten für Brennstoffzellenstapel sind z. B. in der Druckschrift DE 100 47 248 A1 gezeigt.
Zum Betrieb von Brennstoffzellenstapeln sind typischerweise Pumpen erforderlich, die jeweils zum Fördern eines Reaktanden, eines Reaktionsprodukts oder eines Kühlmittels dienen können. Die Druckschriften DE 102 34 821 A1 und DE 695 03 167 T2 zeigen Beispiele, bei denen dazu Strahlpumpen verwendet werden. In den Druckschriften WO 02/075893 A2 und US 2004/0023084 A1 werden Kreiselpumpen zur Versorgung von Brennstoffzellenstapeln beschrieben. Dabei bilden die Pumpen bei herkömmlichen Brennstoffzellenstapeln Nebenaggregate, die separat von dem eigentlichen Brennstoffzellenstapel angeordnet sind. Das macht eine nachteilig aufwendige Verrohrung erforderlich und führt gleichzeitig zu verhältnismäßig langen Transportwegen, was zu unerwünschten, unkontrollierten Wärmeverlusten und einer schwer kontrollierbaren Strömungsdynamik mit nachteilig hohen Energieverlusten führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu überwinden und gleichzeitig einen verglichen zum Stand der Technik kompakteren Aufbau von Brennstoffzellensystem zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Endplatte mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs und durch einen Brennstoffzellenstapel mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 13. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche.
Dadurch, dass bei einer solchen Endplatte, die zumindest einen Kanal zur Zu- und/oder Abfuhr zumindest eines Reaktanden und/oder eines Reaktionsprodukts und/oder eines Kühlmittels enthält, zumindest ein Teil mindestens einer in einem Verlauf des entsprechenden Kanals angeordneten und als Kreiselpumpe ausgeführten Pumpe zum Fördern des Reaktanden und/oder Reaktionsprodukts und/oder Kühlmittels in die Endplatte integriert ist, lässt sich unter Verwendung dieser Endplatte ein Brennstoffzellensystem realisieren, das insgesamt einen ausgesprochen kompakten Aufbau hat. Weitere Vorteile ergeben sich, indem sich so ausgesprochen kurze Transportwege für ein von der entsprechenden Pumpe gefördertes Medium zwischen der Pumpe und einem Einsatzort des entsprechenden Mediums realisieren lassen. Bei dem genannten Einsatzort kann es sich um einen Reaktionsraum einer Brennstoffzelle oder um eine Kühlmittellage einer Bipolarplatte eines entsprechenden Brennstoffzellenstapels handeln. Dabei spielt es keine Rolle, um was für einen Typ von Brennstoffzellen es sich handelt. Bei typischen Anordnungen werden Wasserstoff und Sauerstoff oder Luft als Reaktanden und/oder Wasser als Kühlmittel verwendet werden.
Als in die Endplatte integriert soll ein Teil einer Pumpe dann gelten, wenn er innerhalb äußerer Abmessung der Endplatte, vorzugsweise innerhalb einer konvexen Hülle eines Grundkörpers der Endplatte Platz findet. Die konvexe Hülle ist dabei als kleinste konvexe Menge definiert, die den genannten Grundkörper enthält, wobei die Pumpe oder Teile der Pumpe, sofern sie nicht einstückig in den Grundkörper eingearbeitet sind, selbst nicht als Bestandteil des Grundkörpers gelten. Vorzugsweise ist der Grundkörper selbst plattenförmig.
Mit Blick auf eine möglichst kompakte Bauweise ist es besonders vorteilhaft, wenn die entsprechende Pumpe vollständig oder mit Ausnahme eines Antriebsmotors oder eines Teils eines Antriebsmotors der Pumpe vollständig in diesem Sinne in die Endplatte integriert ist.
Auf diese Weise kann sowohl eine Pumpe zur Zufuhr eines Reaktanden, typischerweise eines Reaktandengases wie beispielsweise Wasserstoff, als auch eine Pumpe zur Förderung eines Kühlmittels wie beispielsweise Wasser oder zum Abtransport eines Reaktionsprodukts, z. B. in Form von Wasserdampf, angeordnet werden. Auch ist es möglich, zwei oder mehrere Pumpen in beschriebener Weise vollständig oder teilweise in die Endplatte integriert anzuordnen.
Als vorteilhaft erweist sich ein Brennstoffzellenstapel, der zumindest eine Endplatte beschriebener Art enthält. Auch kann ein Brennstoffzellenstapel in vorteilhafter Weise mit zwei derartigen Endplatten ausgestattet werden, wobei beispielsweise eine Pumpe für einen Reaktanden in eine erste Endplatte und eine Pumpe für ein Kühlmittel in eine zweite Endplatte des Brennstoffzellenstapels integriert sein kann. Selbstverständlich sind auch beliebige andere Kombinationen von Anordnungen zweier oder mehrerer Pumpen in zwei Endplatten eines Brennstoffzellenstapels möglich.
Eine Integration von Pumpen beschriebener Art, die bei herkömmlichen Brennstoffzellensystemen als Peripherieaggregate ausgeführt sind, in die Endplatte bzw. Endplatten erlaubt eine sehr kompakte Bauweise des Brennstoffzellensystems. Verbindungselemente wie Fittinge, Rohre und/oder Schläuche können weitgehend entfallen. Das führt zu einer reduzierten Teilevielfalt und zu einer Minimierung von Verbindungsstellen, was das Brennstoffzellensystem wiederum weniger fehleranfällig macht. Durch die Integration ergeben sich ausgesprochen kurze Transportwege, wobei insbesondere bei einer entsprechenden Ausführung einer Kühlmittelpumpe auch verhältnismäßig kleine Fluidvolumina realisierbar werden. Auch Wärmeverluste können dadurch klein gehalten werden, was sich positiv auf einen Wärmehaushalt der Brennstoffzelle auswirkt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei einem Betrieb eines Brennstoffzellensystems zwar in der Regel Wärme in größeren Mengen abtransportiert werden muss, ein Abtransport von Wärme aber vorteilhafterweise nur kontrolliert und daher möglichst nur oder hauptsächlich über ein Kühlmedium erfolgen soll, während ein nur auf lange Transportwege zurückzuführender Wärmeverlust eine kontrollierte Temperierung eines Brennstoffzellensystems in unerwünschter Weise erschweren kann. Durch kurze Transportwege und kleine Fluidvolumina ergibt sich eine gute und gut kontrollierbare Strömungsdynamik und damit eine gute Steuerbarkeit oder Regelbarkeit von Systemparametern wie Temperatur und Feuchte. Durch die Integrierung mindest einer Pumpe in die Endplatte kann sich schließlich auch eine Materialeinsparung ergeben.
Der zumindest eine in der Endplatte enthaltene Kanal kann zweckmäßigerweise so in die Endplatte eingearbeitet sein, dass er durch Aussparungen in der Endplatte gebildet wird. Verhältnismäßig aufwandsarm herzustellende und daher besonders vorteilhafte Endplatten beschriebener Art können einen aus einem Isolator gebildeten Grundkörper aufweisen, für den sich eine Herstellung in einem Spritzgießverfahren anbietet. Vorzugsweise ist dieser Grundkörper aus Kunststoff zu fertigen. Für eine Spritzgussfertigung können insbesondere gefüllte und/oder faserverstärkte oder ungefüllte thermoplastische Kunststoffe wie PA (Polyamid), PI (Polyimid), PTFE (Polytetrafluorethylen), PET (Polyethylenterephthalat), PC (Polycarbonat), PEEK (Polyetheretherketon), PPS (Polyphenylensulfid), LCP (flüssigkristalline Polymere), POM (Polyoxymethylen), PPO (Polypropylenoxid) zum Einsatz kommen.
Ein vorteilhaft einfacher Aufbau ergibt sich bei einer einstückigen Ausführung des Grundkörpers. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der genannte Grundkörper aus zwei oder mehr als zwei Teilen zusammengefügt ist, die beispielsweise wiederum jeweils plattenförmig ausgeführt sein können. Je nach Geometrie des in die Endplatte integrierten Kanals bzw. der in die Endplatte integrierten Kanäle und je nach Anordnung und Form von für die Pumpe oder Pumpen vorgesehenen Aussparungen kann sich eine mehrteilige Ausführung des Grundkörpers anbieten, um dessen aufwandsarme Herstellung in einem Spritzgießverfahren zu erlauben. In diesem Fall sollten die den Grundkörper bildenden Teile gegeneinander abgedichtet sein, um ein unerwünschtes Austreten von Reaktanden, Reaktionsprodukten oder einem Kühlmittel zu verhindern. Dazu können die Teile miteinander verklebt, verschweißt und/oder gegeneinander verspannt sein. Auch kann es vorgesehen sein, dass zum gleichen Zweck eine Dichtung oder mehrere Dichtungen zwischen den einzelnen Teilen angeordnet sind.
Bei geringen Stückzahlen kann eine spanabhebende Fertigung des Grundkörpers oder von Teilen des Grundkörpers aus Kostengründen sinnvoller sein. Dann können auch faserverstärkte Schichtpressstoffe mit Bindern aus Epoxid-, Silikon-, Phenol- oder Melaminharzen zum Einsatz kommen. Ebenso ist eine Herstellung des Grundkörpers oder von Teilen des Grundkörpers unter Verwendung duroplastischer, faserverstärkter Kunststoffe auf Basis von z. B. PF-Phenolharz, MF-Melaminharz oder UP-ungesättigten Polyestern denkbar.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die vollständig oder teilweise in die Endplatte integrierte Pumpe als Kreiselpumpe ausgeführt, die einen gleichmäßigen Transport des betroffenen Mediums (Reaktanden, Reaktionsprodukts oder Kühlmittels) und eine gute Steuerbarkeit des Transports erlaubt. Als Kreiselpumpe sei dabei auch ein zur Förderung eines gasförmigen Mediums dienender Ventilator, beispielsweise ein entsprechender Lüfter, bezeichnet. Auch andere Arten von Pumpen können aber in beschriebener Weise in die Endplatte integriert sein. Möglich ist auch eine Anordnung von mehreren Pumpen oder Teilen mehrerer Pumpen verschiedener Art in der Endplatte.
Die Pumpe kann in vorteilhafter Weise so ausgeführt sein, dass sie einen ersten Anschluss zur Zufuhr frischen Reaktandengases zur Pumpe, einen Sauganschluss zur Wiederzufuhr von aus einem Reaktionsraum kommendem, also schon einmal einer Brennstoffzelle zugeführtem Reaktandengas und einen weiteren Anschluss als gemeinsamen Ausgang für das frische und das wieder zugeführte Reaktandengas aufweist, wobei der genannte gemeinsame Ausgang bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung der Endplatte in einem Brennstoffzellenstapel wieder zum Reaktionsraum einer oder mehrerer Brennstoffzellen führt. Mit einer derartigen Ausführung der Pumpe kann nicht nur eine Reaktandenströmung angetrieben werden, sondern auch (zusätzlich oder statt dessen) durch Wiederzufuhr von schon durch den Reaktionsraum, der durch ein Kanalsystem gegeben sein wird, geströmtem Reaktandengas für ein gleichmäßig feuchtes Klima im Reaktionsraum gesorgt werden. Das hängt damit zusammen, dass ein bereits durch den Reaktionsraum geströmtes Reaktandengas üblicherweise mit diffundiertem Wasser angereichert sein wird. Der beschriebene Effekt ist von großem Vorteil, weil ein unerwünschtes Feuchtigkeitsgefälle zwischen Zu- und Abfuhr im Reaktionsraum einer Brennstoffzelle so vermieden werden kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein feuchtes Klima im Reaktionsraum erwünscht ist, um ein Austrocknen insbesondere einer Elektrolytmembran einer Brennstoffzelle zu verhindern. Auf eine möglichst gleichmäßige Feuchtigkeit ist man wiederum angewiesen, weil ein Klima mit einem zu hohen Wasseranteil in einem Reaktionsraum wiederum reaktionshemmend wirken kann.
Es ist denkbar, dass bei einer Pumpe beschriebener Art mit drei Anschlüssen, von denen einer einen Sauganschluss zur Wiederzufuhr von bereits gebrauchtem Reaktandengas bildet, auch der genannte erste Anschluss zur Zufuhr frischen Reaktandengases als Sauganschluss ausgeführt ist.
Eine Weiterentwicklung der Erfindung sieht vor, dass zusätzlich zu der mindestens einen Pumpe auch zumindest ein Ventil zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig in die Endplatte integriert ist, mit dem ein Reaktanden-, Reaktionsprodukt- oder Kühlmittelstrom gesteuert, geregelt und/oder bedarfsweise abgesperrt werden kann. Ein solches Ventil kann im einfachsten Fall als Sicherheitsventil dienen, um ein Ausströmen eines Mediums beispielsweise bei einer Betriebsunterbrechung des entsprechenden Brennstoffzellensystems zu verhindern. Wenn ein derartiges Ventil, dessen Integrierung in die Endplatte einem vorteilhaft kompakten Aufbau dient und zu einer ortsnahen Anordnung des Ventils gegenüber den Brennstoffzellen führt, so ausgeführt ist, dass eine Strömung eines Reaktanden, Reaktionsprodukts oder Kühlmittels mit Hilfe des Ventils kontinuierlich gesteuert und/oder geregelt werden kann, ergibt sich die Möglichkeit, in vorteilhafter Weise eine Brennstoffzellentemperatur zu kontrollieren und/oder eine optimale Leistungsausbeute zu erreichen. Dabei kann das Ventil ereignisgesteuert oder auch zeitgesteuert sein. Auch kann das Ventil als Spülventil zum gelegentlichen Freiblasen eines Kanalsystems oder Reaktionsraums ausgeführt werden, wobei ein Freiblasen, beispielsweise durch eine kurzzeitige Erhöhung eines Reaktandenstroms, wieder zeitgesteuert erfolgen kann, also in definierten zeitlichen Abständen, oder ereignisgesteuert, beispielsweise dann, wenn ein zu hoher Wasseranteil in einem Reaktionsraum oder einem aus dem Reaktionsraum austretenden Reaktionsgas festgestellt wird.
Typischerweise wird die Endplatte an einer aktiven Fläche, die in verbautem Zustand an einer ersten Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels anliegt, einen Stromabnehmer aufweisen. Dieser ist vorzugsweise flächig ausgeführt, beispielsweise als Metallplatte oder Blech, um eine Stromabnahme mit möglichst geringen Verlustwiderständen zu ermöglichen. Insbesondere wenn die Endplatte einen aus einem Isolator gebildeten Grundkörper aufweist, ist der Stromabnehmer vorzugsweise als separates Bauteil auszuführen, das an der genannten Fläche auf den Grundkörper aufgesetzt oder dort in den Grundkörper eingelegt sein kann.
Es kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper der Endplatte zum Stromabnehmer hin offene Aushöhlungen aufweist, die eventuell nur durch einzelne Stege getrennt sein können, an denen der Stromabnehmer anliegen kann. Als mit offenen Aushöhlungen versehen seien in diesem Zusammenhang sämtliche auf der Rückseite geschlossene Körper zu verstehen, die umlaufende Seitenwände sowie mindestens eine Zwischenwand aufweisen. Dadurch kann ein ungewollter Wärmeverlust an einer ersten, an der Endplatte anliegenden Brennstoffzelle gut verhindert werden. Durch eine solche Anordnung sind also außen liegende Brennstoffzellen besonders gut thermisch isoliert, wodurch eine gleichmäßige Temperierung eines ganzen Brennstoffzellenstapels ermöglicht wird. Zudem kann so eine hohe Steifigkeit der Endplatte erreicht werden. Um ihren Zweck zu erfüllen, können die genannten Aushöhlungen vorteilhafterweise mit einer Tiefe (also einer Abmessung senkrecht zu einer Stromabnehmerebene) von zwischen 0,5 mm und 50 mm ausgeführt werden. Bei besonders bevorzugten Ausführungen der Erfindung bilden die Aushöhlungen eine zum angrenzenden Brennstoffzellenstapel hin offene Wabenstruktur, die nur durch den Stromabnehmer, beispielsweise ein Blech, abgedeckt ist. Die Wabenstruktur bietet hinsichtlich der Plattensteifigkeit und der Unterstützung des Stromabnehmers Vorteile. Darüber hinaus wirkt das in den Waben entstehende Luftpolster als thermische Isolation. Dadurch stellt sich, wie auch bei anderen Gestaltungen der genannten Aushöhlungen, ein gleichmäßigeres Temperaturniveau über alle Zellen ein. Das trägt zu einer besseren Regelbarkeit oder Steuerbarkeit des Brennstoffzellenstapels bei, wodurch sich eine höhere Leistung erzielen lässt. Die mindestens eine in die Endplatte integrierte Pumpe ist zweckmäßigerweise in einem Bereich einer dem Stromabnehmer abgewandten Seite der Endplatte anzuordnen. Die Bauhöhe eines der so in die Endplatte integrierten Aggregate bzw. des Aggregats kann auch genutzt werden, um die Endplatte dicker und damit steifer gestalten zu können, ohne das Bauvolumen für das Gesamtsystem zu vergrößern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der 1 bis 2 erläutert. Es zeigt
1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Endplatte und einen Teil eines durch diese Endplatte begrenzten Brennstoffzellenstapels und
2 eine zweite, ebenfalls erfindungsgemäß ausgeführte Endplatte desselben Brennstoffzellenstapels in entsprechender Darstellung.
Die in der 1 abgebildete Endplatte weist einen Grundkörper 1 auf, der aus zwei jeweils plattenförmigen Teilen zusammengefügt ist, die jeweils als Spritzgussteil aus Polyamid (gleichermaßen könnten auch andere thermoplastische Kunststoffe verwendet werden) gefertigt und miteinander verklebt sind. Alternativ könnten die beiden Teile des Grundkörpers 1 auch miteinander verschweißt oder lediglich gegeneinander verspannt sein. Schließlich wäre es auch denkbar, den Grundkörper 1 einstückig auszuführen.
An eine in der 1 rechts liegende Seite der abgebildeten Endplatte schließen sich aufeinander gestapelte Brennstoffzellen eines entsprechenden Brennstoffzellenstapels (Brennstoffzellenstacks) an, die durch Bipolarplatten 2 voneinander getrennt sind. Die Endplatte selbst weist an der genannten Seite einen flächigen Stromabnehmer 3 auf, der aus einem dort in dem Grundkörper 1 eingelassenen Blech gebildet ist und eine aktive Fläche der Endplatte definiert. Das an dem Stromabnehmer 3 anliegende Teil des Grundkörpers 1 ist mit einer Wabenstruktur 4 versehen, die zum Stromabnehmer 3 hin offen ist und aus einzelnen voneinander durch Stege getrennten Waben oder zum Stromabnehmer 3 hin offenen Aushöhlungen besteht, die wiederum eine Tiefe von etwa 30 mm haben (andere Formgebungen und Dimensionierungen der Aushöhlungen mit Tiefen von zwischen 0,5 mm und 50 mm kämen auch in Frage). Der metallische Stromabnehmer (z. B. aus Nickel- (201), Kupfer- oder Eisenmetall oder einer Legierung genannter Metalle, kann auch z. B. eine Goldbeschichtung haben) ist mit einem metallischen Stromableiter 5 rückseitig verbunden, der in z-Richtung (des Zellstapels, also senkrecht zu einer durch die Endplatte definierten Ebene) nach außen durch die Endplatte geführt ist. Der metallische Stromableiter 5 (z. B. aus Nickel- (201), Kupfer- oder Eisenmetall oder einer Legierung genannter Metalle, kann auch z. B. eine Goldbeschichtung haben) ist vorzugsweise – wie im vorliegenden Fall – als Bolzen ausgeführt und mit dem Stromabnehmer 3 vorzugsweise durch Schweißen verbunden. Dadurch kann der Stromableiter 5 an einer für die Konstruktion vorteilhafter Position in der x-y-Ebene des Zellstapels angebracht werden. Das bringt den Vorteil mit sich, dass auf eine seitliche Stromableitung, die einen den Stromabnehmer 3 umgebenden dichtenden Ring durchbrechen würde und damit eine Abdichtung der Endplatte gegen eine erste, an der Endplatte anliegende Brennstoffzelle erschweren würde, verzichtet werden kann. Die abgebildete Endplatte ist mit Hilfe von Verspannschrauben 6 mit einer zweiten, hier nicht abgebildeten Endplatte verspannt, wodurch der gesamte Brennstoffzellenstapel zusammengehalten wird.
Die abgebildete Endplatte enthält eine in den Grundkörper 1 eingearbeiteten Kanal 7 zur Zufuhr von als Reaktandengas dienender Luft zum Brennstoffzellenstapel. In einem Verlauf dieses Kanals 7 ist eine hier als Kreiselpumpe ausgeführte Pumpe 8 angeordnet, die mit Ausnahme eines unmittelbar auf der Endplatte sitzenden Antriebsmotors 9 vollständig in die Endplatte integriert ist und in einer Ausnehmung in einem Teil des Grundkörpers 1 sitzt. Der Kanal 7 wird, wie andere Ausnehmungen im Grundkörper 1, durch eine entsprechende Formgebung einer bei der Herstellung des genannten Teils des Grundkörpers 1 verwendeten Gießform realisiert. Alternativ wäre auch eine spanabhebende Fertigung der Ausnehmungen denkbar, wobei der Grundkörper 1 dann aus einem faserverstärkten Schichtpressstoff, beispielsweise mit einem Binder aus Epoxidharz, gefertigt sein könnte.
In gleicher Weise könnte, eventuell auch unter Verwendung anderer Pumpentypen, ein Kanal 7 und eine Pumpe 8 für ein zweites Reaktandengas vorgesehen sein. Ferner wäre es möglich, auch den Antriebsmotor 9 in die Endplatte integriert anzuordnen und dadurch eine insgesamt noch kompaktere Bauweise zu erreichen.
In der 1 zu erkennen ist schließlich auch ein Querschnitt eines in die Endplatte integrierten Reaktandengaskanals 10, der an einer Grenzfläche zwischen den zwei Teilen des Grundkörpers 1 angeordnet ist, sowie zwei Teile einer Dichtung 11, die die genannten Teile gegeneinander und so auch den Reaktandengaskanal 10 abdichten.
Als Hauptbestandteil der Pumpe 8 ist ein in der 1 angedeutetes, im Verlauf des Kanals 7 platziertes Lüfterad zu nennen, das innerhalb einer eine äußere Begrenzung der Endplatte definierenden konvexen Hülle des Grundkörpers 1 angeordnet und so in die Endplatte integriert ist.
In 2 ist eine zweite Endplatte gezeigt, die denselben Brennstoffzellenstapel begrenzt. Auch diese Endplatte weist einen Grundkörper 1 auf, der aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, wobei diese Teile mittels einer Ringdichtung 12 aus einem Elastomer gegeneinander abgedichtet sind. Andere wiederkehrende Merkmale, die bereits anhand der 1 erläutert wurden, sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen.
Auch bei der in der 2 dargestellten Endplatte ist ein Teil einer Pumpe 8 in die Endplatte integriert, wobei lediglich ein Antriebsmotor 9 dieser Pumpe 8 außerhalb der Endplatte angeordnet ist. Die Pumpe 8 ist wieder als Kreiselpumpe ausgeführt und hier in einem Verlauf eines Kühlmittelkanals 10' angeordnet. Dieser Kühlmittelkanal 10' ist in den Grundkörper 1 der Endplatte eingearbeitet und führt zu den Bipolarplatten 2 der angrenzenden Brennstoffzellen. Als Kühlmittel ist im vorliegenden Fall Wasser vorgesehen, das nach einem Durchströmen der Bipolarplatten 2 einem Kühler zugeführt wird und von diesem Kühler in einen in die Endplatte integrierten Ausgleichsbehälter 13 strömt, der mit einem saugseitigen Anschluss der Pumpe 8 in Verbindung steht. Zu erkennen ist schließlich auch ein Deckel 14, der eine Öffnung zum Nachfüllen des als Kühlmittel dienenden Wassers verschließt, sowie ein Schauglas 15 zum Überprüfen eines Kühlmittelstandes.
Selbstverständlich ist es möglich, Endplatten durch Kombination der in den 1 und 2 gezeigten Merkmale so auszuführen, dass mehrere Pumpen 8 zumindest teilweise in einer einzigen Endplatte integriert sind, wobei diese Pumpen jeweils zum Fördern eines Reaktanden, eines Reaktionsprodukts oder eines Kühlmittels dienen.

Claims

Endplatte für einen Brennstoffzellenstapel, enthaltend zumindest einen Kanal (7) zur Zu- und/oder Abfuhr zumindest eines Reaktanden und/oder eines Reaktionsprodukts und/oder eines Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil mindestens einer in einem Verlauf des entsprechenden Kanals (7) angeordneten und als Kreiselpumpe ausgeführten Pumpe (8) zum Fördern des Reaktanden und/oder Reaktionsprodukts und/oder Kühlmittels in die Endplatte integriert ist.
Endplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (8) vollständig oder mit Ausnahme eines Antriebsmotors (9) oder eines Teils eines Antriebsmotors (9) vollständig in die Endplatte integriert ist.
Endplatte nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (8) einen ersten Anschluss (16) zur Zufuhr frischen Reaktandengases, einen Sauganschluss (17) zur Wiederzufuhr von aus einem Reaktionsraum kommendem Reaktandengas und einen weiteren Anschluss (18) als gemeinsamen Ausgang für das frische und das wiederzugeführte Reaktandengas aufweist.
Endplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen aus einem Isolator gebildeten Grundkörper (1) aufweist.
Endplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) aus genau einem Teil gefertigt ist.
Endplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) aus zumindest zwei Teilen zusammengefügt ist.
Endplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Teile des Grundkörpers (1) gegeneinander abgedichtet sind.
Endplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ventil (19) zum Steuern und/oder Regeln und/oder Absperren eines Reaktanden-, Reaktionsprodukt- oder Kühlmittelstroms in die Endplatte integriert ist.
Endplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie an einer Seite, die in verbautem Zustand an einer ersten Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstapels anliegt, einen Stromabnehmer (3) aufweist.
Endplatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen aus einem Isolator gebildeten Grundkörper (1) aufweist, wobei der Grundkörper (1) zum Stromabnehmer (3) hin offene Aushöhlungen aufweist.
Endplatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushöhlungen eine Wabenstruktur (4) bilden.
Brennstoffzellenstapel, enthaltend zumindest eine Endplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Verfahren zur Herstellung einer Endplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundkörper oder mindestens ein Teil eines Grundkörpers durch eine entsprechende Formgebung einer zur Herstellung des Grundkörpers oder des Teils des Grundkörpers verwendeten Gießform oder durch Spanabheben mit mindestens einer Ausnehmung für einen in die Endplatte integrierten Kanal und/oder für eine zumindest teilweise in die Endplatte integrierte Pumpe versehen wird.