DE102005018058A1

DE102005018058A1 - Endplatte für einen Stapelreaktor

Info

Publication number: DE102005018058A1
Application number: DE102005018058A
Authority: DE
Inventors: Özer ARAS
Original assignee: P 21 POWER FOR 21ST CENTUR; P 21-POWER FOR 21ST CENTURY GmbH
Current assignee: P 21 POWER FOR 21ST CENTUR; P 21-POWER FOR 21ST CENTURY GmbH
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2006-10-26

Abstract

Es wird eine Endplatte (1) für einen Stapel von mittels Zugelementen zusammenzupressenden Stapelteilen eines chemischen oder elektrochemischen Reaktors beschrieben, die einen Kunststoffkörper (2) zur Auflage auf ein endständiges Stapelteil des Reaktors mit einer Kontaktoberfläche (13), und ein zumindest teilweise in den Kunststoffkörper (2) eingebettetes blattartiges elastisches Verstärkungelement (3), welches entsprechend den beim Zusammenpressen auftretenden Spannungen und/oder Verformungen so geformt ist, dass es die Kontaktoberfläche (13) in eine vorgegebene Form passend zur Form des endständigen Stapelteils bringt und/oder hält, aufweist. Weiterhin wird auch eine Reaktorbaugruppe beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Endplatte für einen Stapel von Stapelteilen eines chemischen oder elektrochemischen Reaktors, insbesondere eine Brennstoffzelle, gerichtet. Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Reaktorbaugruppe.
Brennstoffzellensysteme sind bereits seit langem bekannt und haben in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen. Ähnlich wie Batteriesysteme erzeugen Brennstoffzellen elektrische Energie auf chemischem Weg durch eine Redoxreaktion von einem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, und Sauerstoff, wobei die einzelnen Reaktanten kontinuierlich zugeführt und die Reaktionsprodukte kontinuierlich abgeführt werden.
Bei einer Brennstoffzelle werden die zwischen elektrisch neutralen Molekülen oder Atomen ablaufenden Oxidations- und Reduktionsprozesse in der Regel über einen Elektrolyten räumlich getrennt. Eine Brennstoffzelle besteht grundsätzlich aus einem Anodenteil, an den ein Kraftstoff zugeführt wird. Weiterhin weist die Brennstoffzelle einen Kathodenteil auf, an den ein Oxidationsmittel zugeführt wird. Räumlich getrennt sind der Anoden- und Kathodenteil durch den Elektrolyten. Bei einem derartigen Elektrolyten kann es sich beispielsweise um eine Membran handeln. Solche Membranen haben die Fähigkeit, Ionen durchzuleiten, Gase jedoch zurückzuhalten. Die bei der Oxidation abgegebenen Elektronen werden nicht lokal von Atom zu Atom übertragen, sondern als elektrischer Strom durch einen Verbraucher geleitet.
Als gasförmiger Reaktionspartner für die Brennstoffzelle können beispielsweise Wasserstoff als Kraftstoff und Sauerstoff als Oxidationsmittel im Kathodenteil verwendet werden.
Will man die Brennstoffzelle mit einem leicht verfügbaren oder leichter zu speichernden Brennstoff, wie etwa Erdgas, Methanol, Propan, Benzin, Diesel oder anderen Kohlenwasserstoffen, anstelle von Wasserstoff betreiben, muss man den Kohlenwasserstoff in einer Vorrichtung zum Erzeugen/Aufbereiten eines Kraftstoffs in einem so genannten Reformierungsprozess zunächst in ein wasserstoffreiches Gas umwandeln. Diese Vorrichtung zum Erzeugen/Aufbereiten eines Brennstoffs besteht beispielsweise aus einer Dosiereinheit mit Verdampfer, einem Reaktor für die Reformierung, beispielsweise für die Wasserdampfreformierung, einer Gasreinigung sowie häufig auch wenigstens einem katalytischen Brenner zur Bereitstellung der Prozesswärme für die endothermen Prozesse, beispielsweise den Reformierungsprozess.
Ein Brennstoffzellensystem besteht in der Regel aus mehreren Brennstoffzellen, die beispielsweise wiederum aus einzelnen schichtförmigen Stapelteilen gebildet sein können. Die Brennstoffzellen sind vorzugsweise hintereinander angeordnet, beispielsweise sandwichartig übereinander gestapelt. Ein derart ausgebildetes Brennstoffzellensystem wird dann als Brennstoffzellenstapel beziehungsweise Brennstoffzellenstack bezeichnet. Auch andere Reaktortypen für andere chemische Reaktionen können einen solchen Aufbau aufweisen. Zu denken ist hier beispielsweise an so genannte Elektrolyseure. Bei einem Elektrolyseur handelt es sich generell um eine Vorrichtung zur Zerlegung von Wasser durch Elektrolyse in seine Grundkomponenten Wasserstoff und Sauerstoff.
Um die plattenförmigen Einzelelemente (Stapelteile) von Brennstoffzellensystemen fluiddicht zusammenzupressen, wird eine Kombination aus so genannten Endplatten und an den Endplatten befestigten Zugelementen verwendet. Die Endplatten dienen darüber hinaus in der Regel ebenfalls der Zu- und Abfuhr von für die durchzuführende chemische Reaktion notwendigen Medien, beispielsweise von Fluiden. Das übliche Endplattensystem besteht aus einer Vielzahl von Komponenten und Funktionseinheiten wie Zugelementen, Medienanschlüssen, einer Isolation, gegebenenfalls Tellerfedern, Dichtungen, Stromabnehmern und den eigentlichen Endplatten.
Als Endplattenwerkstoff wird oftmals, aufgrund seiner mechanischen Stabilität, Aluminium verwendet. Bei geringeren Belastungen können auch faserverstärkte Kunststoffe verwendet werden. Bei Kunststoffkonstruktionen ist jedoch das Kriechen des Kunststoffs bei hohen Druckbelastungen unter erhöhter Temperatur problematisch. Dies führt bei kleinen Auflageflächen der Zugelemente zum kontinuierlichen Abfall des Verpressungsdrucks und somit schließlich zu einer Leistungsminderung. Andere bekannte Endplattensysteme setzen eine massive Aluminiumendplatte ein. Die Verpressungskraft wird aufgrund der geringen Durchbiegung im Bereich von < 0,01 mm der Endplatte flächig in den Stapel von Zellen eingeleitet. Damit wird eine gleichmäßige Verteilung der Verpressungskraft über die gesamte Kontaktfläche lediglich über die sehr steife Konstruktion erzielt. Auch solche massiven Endplatten können aus faserverstärkten Kunststoffen bestehen, welche aufgrund des geringeren E-Moduls noch dicker dimensioniert werden müssen. Aluminiumendplatten müssen zusätzlich durch eine Kunststoffisolationsplatte elektrisch vom Stapel isoliert werden.
Solche herkömmlichen Endplattensysteme sind aufgrund der zahlreichen Komponenten und der schweren verwendeten Endplatten sowie des verwendeten Werkstoffs sehr teuer. Zudem ist das Zusammenführen der einzelnen Komponenten zum Endplattensystem zeitintensiv und in einer Serienfertigung störungs- und fehlerbehaftet.

Daher sind im Stand der Technik verschiedene Versuche unternommen worden, Endplattensysteme zu verbessern. Ein Beispiel einer verbesserten Endplatte zeigt die Offenlegungsschrift DE 101 58 771 A1 . Die dort vorgeschlagene strukturoptimierte Endplatte ist bei gleichen Belastungen deutlich leichter als eine massive Endplatte. Im Falle der DE 101 58 771 A1 handelt es sich um eine Endplatte mit massevermindernden Kanalstrukturen für einen Kühlkreislauf zur Kühlung des Brennstoffzellenstapels.

Ein weiterer Ansatz zur Masseverminderung ist die Verwendung gewölbter Platten. Diese liegen im unbelasteten Zustand nur punktuell auf. Wird der Stapel verspannt, schmiegt sich die belastete Platte vollständig an die benachbarte Auflagefläche, die Stromabnehmerplatte beziehungsweise die Isolationsplatte an. Der Vorteil dieses Konzepts ist die gleichmäßige Einleitung der Verpressungskraft über die gesamte Auflagefläche. Hierbei wird bewusst die elastische Verformung des Körpers genutzt. Entsprechend kann die Endplatte als Federelement konzipiert werden und somit auch die Funktion der Tellerfedern mit einschließen. So lehrt beispielsweise die WO 2004/075330 A1 eine Endplatte mit einem Druckschild und einer Auflageplatte, die zueinander passend so gewölbt sind, dass die über die Krafteinleitungsstellen eingeleiteten Kräfte zur Verklammerung des Stapels von Brennstoffzellen definiert gleichförmig in den Stapel als Druckbelastung eingeleitet werden.

Das US-Patent 6 040 721 schließlich zeigt die Verwendung von Stäben, welche mit Hilfe von umlaufenden Bändern als Zugelemente an definierten Linien zusätzlich auf die Endplatten drücken, und damit die durch alleinige Verwendung von Zugbändern ungleichmäßig, nämlich hauptsächlich am Rand einwirkenden Kräfte, gleichmäßiger auf die gesamte Oberfläche der Endplatte zu verteilen.

Alle diese Platten beziehungsweise Endplattensysteme erfordern jedoch weiterhin einen komplizierten Aufbau und sind selbst bei vermindertem Gewicht immer noch schwierig in der Herstellung.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Endplatte für einen Reaktor bereitzustellen, die von weiter vereinfachtem Aufbau bei optimaler Verpressung des Stapels von Brennstoffzellen oder anderen Reaktorelementen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Bereitstellung einer Endplatte für einen Stapel von mittels Zugelementen zusammenzupressenden Stapelteilen eines chemischen oder elektrochemischen Reaktors gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und die Bereitstellung einer Reaktorbaugruppe gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 18. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Aspekte und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentanspruchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen. Ausgestaltungen, Aspekte und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Endplatte beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Reaktorbaugruppe, und umgekehrt.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, einen vereinfachten Aufbau mit lediglich zwei Hauptelementen für eine Endplatte einzusetzen, die formoptimiert ihre jeweiligen Funktionsbereiche optimal erfüllen können.

Dementsprechend ist die Erfindung gerichtet auf eine Endplatte für einen Stapel von mittels Zugelementen zusammenzupressenden Stapelteilen eines chemischen oder elektrochemischen Reaktors, die folgende Merkmale aufweist:
einen Kunststoffkörper zur Auflage auf ein endständiges Stapelteil des Reaktors mit einer Kontaktoberfläche; und
ein zumindest teilweise in den Kunststoffkörper eingebettetes blattartiges elastisches Verstärkungselement, welches entsprechend den beim Zusammenpressen auftretenden Spannungen und/oder Verformungen so geformt ist, dass es die Kontaktoberfläche in eine vorgegebene Form passend zur Form des endständigen Stapelteils bringt und/oder hält.

Unter einem Stapelteil ist hierbei ein im wesentlichen flaches Bauelement zu verstehen, das so ausgeführt ist, dass es unter Abdichtung (gegebenenfalls bei entsprechendem Druck) zumindest einen oder auch mehrere dichte Reaktorräume ausbildet, in denen chemische oder elektrochemische Reaktionen ablaufen können. Unter einem Zugelement sind alle Bauelemente zu verstehen, die dafür ausgebildet sind, über die Endplatten einen hinreichenden Druck auf den Stapel von Stapelteilen auszuüben, um diese am Ort und abgedichtet zu halten. Da der Reaktor eine vollständige Entität ist, ist ein weiteres Charakteristikum der Zugelemente, dass sie nur miteinander oder mit Elementen des Reaktors verbunden sind, in der Regel mit den beiden Endplatten gleichzeitig.

Die Kontaktoberfläche ist die Oberfläche der Endplatte, die in Kontakt mit dem endständigen Stapelteil des Reaktors steht, wobei üblicherweise der Druck über die gesamte Kontaktoberfläche möglichst gleichmäßig abgegeben werden soll. Das Verstärkungselement ist blattartig, das heißt dünn, beispielsweise als Blech gearbeitet, und ist zudem im Gegensatz zum eher plastischen Kunststoffkörper elastisch, so dass es in der Lage ist, Kräften, die auf die Endplatte einwirken, gezielt entgegenzuwirken und die gesamte Endplatte in eine vorgegebene Form zu bringen.

Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist hierbei, dass das Verstärkungselement so ausgeformt ist, dass es Spannungen und/oder Verformungen im Betriebszustand, das heißt beim Zusammenpressen, derart berücksichtigt, dass die Kontaktoberfläche dann eine gewünschte Form aufweist, die zur Form des endständigen Stapels passt.

Vorzugsweise tritt das Verstärkungselement zumindest an zumindest einer Auflagefläche für die Zugelemente auf der dem Stapelteil abgewandten Oberfläche des Kunststoffkörpers aus dem Kunststoffkörper aus. Auf diese Weise erhält man zur Befestigung der Zugelemente eine festere und haltbarere Oberfläche als das Material des Kunststoffkörpers. Es versteht sich jedoch, dass bei geeigneter Wahl des Kunststoffes oder entsprechender Ausführung der Zugelemente, beispielsweise mit breiten Auflageflächen, eine eigens vorgesehene Auflagefläche aus dem Material des Verstärkungselements nicht notwendig ist.

Die zumindest eine Auflagefläche kann vorzugsweise parallel zur abgewandten Oberfläche und von dieser beabstandet sein. Durch die Beabstandung der Auflagenfläche von der Oberfläche des Kunststoffkörpers lässt sich ein Federeffekt erzielen, wenn die Zugelemente an dem Auflagenbereich befestigt werden. Der Federeffekt lässt sich noch dann verstärken, wenn das Verstärkungselement im Bereich der zumindest einen Auflagefläche zur Ausbildung eines Federelements geformt ist. Gemäß einem nicht ausschließlichen Ausführungsbeispiel kann das Verstärkungselement vorteilhaft zur Ausbildung einer Blattfeder U-förmig auf sich zurückgebogen sein. Auf diese Weise kann man eine Federwirkung erhalten, die auch bei größerer Kraft noch funktioniert.

Zur Befestigung der Zugelemente stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. So kann jede der Auflagenflächen zumindest einen Durchbruch zur Befestigung von Zugelementen, beispielsweise zur Befestigung von Haken von Zugelementen, aufweisen. Auf diese Weise werden die Zugelemente außen am Stapel entlang geführt und stehen über Haken mit den Endplatten in Verbindung. Alternativ kann die gesamte Endplatte Durchbrüche durch den Kunststoffkörper und das Verstärkungselement zur Durchführung von Zugelementen aufweisen. Dann werden stabförmige Zugelemente durch die Endplatten hindurchgeführt und beispielsweise durch Schrauben an den Endplatten fixiert. Die Endplatten sind in einem solchen Fall typischerweise größer als die Stapelplatten, so dass die Zugelemente nicht durch die Stapelplatten durchgeführt werden müssen.

Um den gewünschten Verformungs- und Spannungseffekt zu erzielen, ist das Verstärkungselement vorzugsweise von den Auflageflächen beziehungsweise den Bereichen des Verstärkungselementes, welche am nächsten an der dem Stapelteil abgewandten Oberfläche liegen, zur Kontaktoberfläche hin gebogen. Diese Biegung kann in vorteilhafter Weise den gewünschten Effekt erzielen.

Die Krümmung kann dabei quer zur Längsrichtung der Auflagefläche verlaufen, sofern eine Auflagefläche vorhanden ist. Es ist auch möglich, das Verstärkungselement mit Krümmungen in zwei verschiedenen Richtungen, beispielsweise zwei orthogonal zueinander stehenden Richtungen, zu versehen, so dass sich ein schüsselartiger Aufbau der Biegung ergibt.

Sofern Auflagenflächen vorgesehen sind, kann das Verstärkungselement außer an der zumindest einen Auflagefläche vollständig vom Kunststoffkörper umschlossen sein. Es versteht sich, dass bei fehlenden Auflageflächen das Verstärkungselement ebenfalls vollständig umhüllt sein kann.

In einer einfachen Ausführungsform läuft das Verstärkungselement in Längsrichtung der zumindest einen Auflagefläche vollständig durch den Kunststoffkörper hindurch, so dass seine Kante an denjenigen Seiten des Kunststoffkörpers, an denen nicht der Auflagenbereich ist, zu sehen ist. Dies ist eine alternative Ausführungsform zur vollständigen Einbettung, welche eine einfachere Herstellung gestattet, beispielsweise die Anfertigung von langen plattenförmigen Elementen, die dann auf die notwendige Länge geschnitten werden können.

Vorzugsweise ist die Auflagenfläche ein randständig verlaufender Streifen des Metallverstärkungselementes. Am Rand der Endplatte ist eine Befestigung der Zugelemente in einfacherer Weise möglich als bei Durchführung durch die Mitte, da die Zugelemente dort auch die verschiedenen Stapelteile durchqueren müssten, während sie bei randständiger Anordnung an den Stapelteilen vorbei geführt werden können.

Im Verstärkungselement können Öffnungen vorgesehen sein, durch welche der Kunststoffkörper hindurch reicht. Durch diese Maßnahme wird der Kunststoffkörper zusätzlich stabilisiert und die beiden, auf den beiden Seiten des Verstärkungselements liegenden Hauptbereiche des Kunststoffkörpers werden an zusätzlichen Stellen miteinander verbunden, was ein Reißen der beiden Bereiche voneinander weg unwahrscheinlicher macht. Zudem dienen die Durchbrüche der stärkeren Fixierung des Verstärkungselements im Kunststoffkörper und kann Einfluss nehmen auf die Verformung unter Belastung.

Im Kunststoffkörper kann zudem zumindest ein Mediendurchgang vorgesehen sein, der eine Medienführung in den Stapelteilen des Reaktors mit einer externen Medienzufuhr verbindet. Auf diese Weise ist es möglich, Medien, beispielsweise Fluide oder Flüssigkeiten, in den eigentlichen Reaktorbereich einzuleiten, Reaktionsprodukte abzuführen, sowie weitere notwendige Fluide, wie Kühl- oder Heizmittel bereitzustellen.

Die Endplatte kann Durchbrüche durch den Kunststoffkörper und das Verstärkungselement zur Durchführung von Zugelementen aufweisen. Diese Durchbrüche gestatten eine Spannung des Gesamtstapels mittels seitlich geführten Zugelemente, die durch Endteile, wie Schraubmuttern auf den abgewandten Seiten, beispielsweise auf Auflageflächen, den Gesamtstapel verspannen können.

Vorzugsweise ist die Endplatte durch das Verstärkungselement so vorgespannt, dass bei Einwirkung für den Reaktor vorgesehenen Kräfte der Zugelemente die Form der Kontaktoberfläche zur Form des endständigen Stapelteils passt.

Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Endplatten weitere, orthogonal zum Verstärkungselemente verlaufende, in den Kunststoffkörper eingebettete Querverstärkungen. Diese zusätzlichen Verstärkungen können dabei helfen, die gewünschte Form unter Verspannung zu erhalten und sind aufgrund ihres immer noch einfachen Aufbaus keine Abweichung vom Prinzip der in der Erfindung praktizierten Vereinfachung der Endplatte.

Vorzugsweise ist der Kunststoffkörper zumindest teilweise mit einem elektrischleitfähigen Material beschichtet. Dieses dient, speziell im Falle von Brennstoffzellen, der Aufnahme der erzeugten elektrischen Energie.

Das Verstärkungselement wird in der Regel aus einem entsprechend gebogenen beziehungsweise gestanzten Metallblech angefertigt sein. Es kann allerdings auch eine Schicht aus faserverstärktem Kunststoff, wie GFK oder CFK sein, die entsprechend dem Fachmann geläufigen Techniken in der gewünschten Form hergestellt werden kann. Die Verwendung von Metall oder GFK/CFK hängt vom beabsichtigten Einsatzzweck und den erwarteten, auf die Endplatte einwirkenden Kräften ab.

Die Erfindung ist weiterhin auf eine Reaktorbaugruppe gerichtet, welche aufweist: eine Mehrzahl von aufeinander gestapelten Stapelteilen mit Vorrichtungen für eine chemische oder elektrochemische Reaktion; zwei erfindungsgemäße Endplatten an den endständigen Stapelteilen und mit den Endplatten verbundene Zugelemente zum Zusammenpressen der Endplatte gegen den Stapel aus Stapelteilen.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Reaktorgruppe eine Brennstoffzelle, genau wie auch der Reaktor, der mit den erfindungsgemäßen Endplatten verwendet wird, vorzugsweise ein Brennstoffzellenstapel ist.

Die Stapelteile können Medienführungen für die Zu- und/oder Abfuhr von physikalischen oder chemisch wirkenden Fluiden aufweisen, wie beispielsweise Gasen oder Flüssigkeiten, die mit Mediendurchgängen in den Endplatten in Verbindung stehen.

Im Nachfolgenden soll die Erfindung anhand konkreter, beispielhafter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen folgendes dargestellt ist. Es zeigen
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Endplatte in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Endplatte in perspektivischer Ansicht;
3 die Endplatte der 2 in Seitenansicht;
4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Endplatte; und
5 die Ausführungsform von 4 in Aufsicht.
Die in 1 gezeigte, erfindungsgemäße Endplatte 1 besteht aus lediglich zwei strukturellen Elementen, nämlich einem Kunststoffkörper 2 und einem elastischen Verstärkungselement 3. Der Kunststoffkörper 2 wird durch den Bogen 10 im Verstärkungselement 3 im wesentlichen in zwei Teile 11, 12 unterteilt, wobei Teil 11 eine Kontaktoberfläche 13, die in Kontakt mit dem endständigen Stapelteil kommt, aufweist und der Teilkunststoffkörper 12 eine entgegengesetzte Oberfläche 14 aufweist, die vom Reaktorstapel weg weist. Das gebogene Teil 10 erzeugt die notwendige Spannung und Widerstandskraft des Verstärkungselementes 3. Dieses tritt im seitlichen Bereich aus dem Kunststoffkörper 2 aus, um zwei auf dem Kunststoffkörper 2 aufliegende Auflagenbereiche 15, 16 auszubilden, welche der Lagerung der (nicht dargestellten) Zugelemente dienen.
2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der im Vergleich zu 1 die Auflagenbereiche 15, 16 als U-förmig gebogenes Blech ausgeführt sind, welches jeweils zwei Schlingen 17, 18 umfasst. Die Ausgestaltung dient dazu, die Federleistung des Auflagenbereichs gegenüber einer einfachen (nicht dargestellten) Beabstandung des Auflagenbereiches 15, 16 zu verbessern und damit die Aufnahme größerer Zugkräfte durch die Zugelemente zu gestatten.
3 zeigt in einer Seitenansicht die Ausführungsform von 2, wobei zusätzlich zwei Medienanschlüsse 19, 20 eingezeichnet sind, welche der Zufuhr und Abfuhr von Fluiden, beispielsweise einem Kraftstoff, und von Sauerstoff beziehungsweise einem sauerstoffhaltigen Gas im Falle einer Brennstoffzelle zur Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff miteinander dienen. Weitere Medienanschlüsse können beispielsweise Kühlelemente und dergleichen umfassen. Die Medienanschlüsse 19, 20 sind im Inneren des Kunststoffkörpers 2 als Mediendurchlässe weitergeführt und können mit entsprechenden Öffnungen im Stapel von Stapelteilen so verbunden werden, dass ein Medienfluss in den eigentlichen Reaktorbereich möglich ist.
4 zeigt in perspektivischer Darstellung eine weitere, verfeinerte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Auflagenbereiche nicht als zum Rand des Kunststoffkörpers 2 parallel ausgestaltete rechteckige Bleche ausgeführt sind, sondern eine geschwungene Konfiguration annehmen. Deutlich zu erkennen sind in dieser Abbildung die Durchbrüche 21, 22, welche der Aufnahme der Zugelemente (nicht dargestellt) dienen. Des weiteren sind in dieser Ausführungsform Durchbrüche 23 im Verstärkungselement 3 vorgesehen, welche dazu dienen, einen durchgängigen Kunststoffkörper 2 zu erzielen, bei dem die beiden Teilbereiche 11, 12 miteinander durch entsprechende Querstege stabilisierend verbunden sind.
5 zeigt in Aufsicht zur Ausführungsform von 4, wobei in Abwandlung zu 4, das Verstärkungselement seitlich nicht am Anschnitt des Kunststoffkörpers 2 herausragt, sondern in diesem eingeschlossen ist. Zu erkennen sind die Durchbrüche 23, die mit Kunststoffmaterial ausgefüllt sind. Es sei angemerkt, dass die hier als Durchbrüche 23 gezeigten Bereiche auch als Quer-Verstärkungen interpretiert werden können, die auf das Verstärkungselement 3 aufgesetzt sind.
Mit der vorliegenden Erfindung lässt sich eine Endplatte mit einem bislang unerreicht einfachen Aufbau realisieren, die zu deutlich verminderten Kosten hergestellt werden kann. Die Zusammenführung der Funktionseinheiten zu einem Bauteil senkt darüber hinaus das Gewicht und die Bauteilhöhe und erhöht zudem die mechanische Stabilität der Endplatte im Vergleich zu ähnlich dimensionierten Endplatten aus Kunststoff. Darüber hinaus findet kein Medienkontakt mit Metall statt.

Claims

Endplatte (1) für einen Stapel von mittels Zugelementen zusammenzupressenden Stapelteilen eines chemischen oder elektrochemischen Reaktors, gekennzeichnet durch einen Kunststoffkörper (2) zur Auflage auf ein endständiges Stapelteil des Reaktors mit einer Kontaktoberfläche (13), und ein zumindest teilweise in den Kunststoffkörper (2) eingebettetes blattartiges elastisches Verstärkungselement (3), welches entsprechend den beim Zusammenpressen auftretenden Spannungen und/oder Verformungen so geformt ist, dass es die Kontaktoberfläche (13) in eine vorgegebene Form passend zur Form des endständigen Stapelteils bringt und/oder hält.
Endplatte (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) an zumindest einer Auflagefläche (15, 16) für die Zugelemente auf der dem Stapelteil abgewandten Oberfläche (14) des Kunststoffkörpers (2) aus dem Kunststoffkörper (2) austritt.
Endplatte (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Auflagenfläche (15, 16) parallel zur abgewandten Oberfläche (14) und von dieser beabstandet ist.
Endplatte (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) im Bereich der zumindest einen Auflagenfläche (15, 16) zur Ausbildung eines Federelements geformt ist.
Endplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Auflagenfläche (15, 16) zumindest einen Durchbruch (21, 22) für die Befestigung von Zugelementen aufweist.
Endplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des Verstärkungselement quer zur Längsrichtung der zumindest einen Auflagenfläche (15, 16) verläuft.
Endplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) außer an der zumindest einen Auflagefläche (15, 16) vollständig vom Kunststoffkörper (2) umschlossen ist.
Endplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) in Längsrichtung der zumindest einen Auflagenfläche (15, 16) vollständig durch den Kunststoffkörper (2) hindurch läuft.
Endplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagenfläche (15, 16) ein randständig verlaufender Streifen des Verstärkungselements (3) ist.
Endplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) von der abgewandten Seite (14) zur Kontaktoberfläche (13) konvex gebogen ist.
Endplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Verstärkungselement (3) wenigstens eine Öffnung (23) vorgesehen ist, durch welche der Kunststoffkörper (2) hindurchreicht.
Endplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Kunststoffkörper zumindest ein Mediendurchgang (19, 20) vorgesehen ist, der eine Medienführung in den Stapelteilen des Reaktors mit einer externen Medienzufuhr verbindet.
Endplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte (1) Durchbrüche durch den Kunststoffkörper (2) und das Verstärkungselement (3) zur Durchführung von Zugelementen aufweist.
Endplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte (1) durch das Verstärkungselement (3) so vorgespannt ist, dass bei Einwirkung der für den Reaktor vorgesehenen Kräfte der Zugelemente die Form der Kontaktoberfläche (13) zur Form des endständigen Stapelteils passt.
Endplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie weitere, im wesentlichen orthogonal zum Verstärkungselement (3) verlaufende, in den Kunststoffkörper (2) eingebettete Querverstärkungen enthält.
Endplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper (2) zumindest teilweise mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet ist.
Endplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) ein Metallblech oder eine Schicht aus faserverstärktem Kunststoff ist.
Reaktorbaugruppe, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von aufeinander gestapelten Stapelteilen mit Vorrichtungen für eine chemische oder elektrochemische Reaktion; zwei Endplatten an den endständigen Stapelteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 17, und mit den Endplatten (2) verbundene Zugelemente zum Zusammenpressen der Endplatten (1) gegen den Stapel aus Stapelteilen.
Reaktorbaugruppe gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorbaugruppe eine Brennstoffzelle ist.
Reaktorbaugruppe gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelteile Medienführungen für die Zu- und/oder Abfuhr von physikalisch oder chemisch wirkenden Medien aufweisen, die mit Mediendurchgängen in den Endplatten in Verbindung stehen.