DE102006005339A1

DE102006005339A1 - Medium plate for bipolar plate, has medium distributing structure with channels, where cross section of channels is constant in flow direction over preset length and is not narrowed in flow direction

Info

Publication number: DE102006005339A1
Application number: DE102006005339A
Authority: DE
Inventors: Tobias Scholz; Frank Heser; Peter Marx
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2007-08-09

Abstract

Plate has a medium distributing structure having channels (1-17, 1a-15a) with inlets (21a, 21b) arranged on an edge side and outlets (22a, 22b, 22c, 22d). Bars (23, 24, 25) are formed between the channels, and a cross section of the channels arranged in an edge region (26) is larger than a cross section of the channels that are arranged in an inner, centrally near region. The cross section of the channels is constant in a flow direction over the preset length and is not narrowed in the flow direction. An independent claim is also included for a medium distributing structure of an anode plate for a fuel cell comprising a cooling zone.

Description

Die Erfindung betrifft eine Medienplatte für eine Brennstoffzelle sowie eine Medienverteilungsstruktur einer Anodenplatte einer Brennstoffzelle gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The The invention relates to a media plate for a fuel cell and a media distribution structure of an anode plate of a fuel cell according to the preambles the independent one Claims.

Brennstoffzellen weisen auf einer Hauptfläche einer Anoden-, Kathoden- oder Bipolarplatte üblicherweise eine Medienverteilungsstruktur auf, die zur Zufuhr, Zirkulation. und Abfuhr von für den Betrieb der Zelle notwendigen Fluiden, beispielsweise von Oxidanten, Reduktanten, Reaktanten, Kühlmitteln und dgl., vorgesehen sind. Die Medienverteilungsstruktur weist dabei meist Kanäle auf, wobei die Fluide über einen Einlass in die Kanäle eingespeist und über einen Auslass entsorgt werden. Zwischen den Kanälen sind üblicherweise Stege ausgebildet.fuel cells show on a main surface An anode, cathode or bipolar plate usually has a media distribution structure on, to the feed, circulation. and drainage for operation fluids required by the cell, for example, oxidants, reductants, Reactants, coolants and the like., Are provided. The media distribution structure points mostly channels on, with the fluids over an inlet into the channels fed and over to dispose of an outlet. Webs are usually formed between the channels.

Nachteilig bei einer derartigen Medienverteilungsstruktur ist es, dass oft nur eine ungleichmäßige Führung der Fluide in den Kanälen erzielt wird, was beispielsweise bei ungleichmäßiger Verteilung von Reaktanden zur Bildung von Verarmungszonen und somit zu lokal stark verminderter Stromdichte führt. Dies hat wiederum nachteilige Auswirkungen auf den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle, was zu einem niedrigeren Umsatzgrad führen kann. Eine durch die Medienverteilungsstruktur hervorgerufene ungleichmäßige Kühlmittelströmung kann zu einer unzureichenden Kühlung führen.adversely with such a media distribution structure, it is often that just an uneven leadership of the Fluids in the channels achieved, for example, with uneven distribution of reactants to the formation of depletion zones and thus locally much reduced Current density leads. This again has adverse effects on the efficiency of the fuel cell, which can lead to lower sales. One through the media distribution structure caused uneven coolant flow can to insufficient cooling to lead.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Drosselstellen in die Kanäle der Medienverteilungsstruktur einzubringen, um gleichmäßigere Strömungsverhältnisse in mehreren Kanälen zu erzielen.It It has already been proposed to introduce restriction sites in the channels of the media distribution structure contribute to more even flow conditions in several channels to achieve.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 36 998 A1 wird eine elektrochemische Zelle mit einer Kanalstruktur für die Zufuhr, Zirkulation und Abfuhr von für den Betrieb der Zelle notwendigen Fluiden beschrieben, wobei zur selbsttätigen Steuerung mindestens eines Fluidstroms mindestens ein den Strömungsquerschnitt veränderndes Element in mindestens einen Kanal der Kanalstruktur integriert ist. Als ein derartiges den Strömungsquerschnitt veränderndes Element wird beispielsweise ein Bimetallelement vorgeschlagen, um den Kühlmittelstrom in den Kühlkanälen zu regeln. Nachteilig bei dieser bekannten Konstruktion ist der große Teile- und Herstellungsaufwand.In the German Offenlegungsschrift DE 102 36 998 A1 an electrochemical cell is described with a channel structure for the supply, circulation and removal of necessary for the operation of the cell fluids, wherein for the automatic control of at least one fluid flow at least one flow cross-section changing element is integrated into at least one channel of the channel structure. As such a flow cross-section changing element, for example, a bimetallic element is proposed to control the flow of coolant in the cooling channels. A disadvantage of this known construction is the large parts and production costs.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 54 444 A1 wird ein mäanderförmig verlaufender Kanal zur Versorgung einer Brennstoffzellen-Membrane bzw. des Elektrolyts der Brennstoffzelle, der mit Reformat beschickbar ist, vorgeschlagen, dessen Querschnitt sich in Strömungsrichtung vergrößert, womit eine weitgehend gleichmäßigere Flächenbelastung der Brennstoffzelle erzielbar ist.In the German Offenlegungsschrift DE 100 54 444 A1 is a meandering channel for supplying a fuel cell membrane or the electrolyte of the fuel cell, which is fed with reformate, proposed, the cross-section increases in the flow direction, whereby a substantially uniform surface load of the fuel cell can be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte und einfachere Medienplatte für eine Brennstoffzelle sowie eine Medienverteilungsstruktur bereitzustellen.Of the Invention is based on the object, an improved and simpler Media plate for one To provide fuel cell and a media distribution structure.

Bei einer erfindungsgemäßen Medienplatte für eine Brennstoffzelle sowie einer erfindungsgemäßen Medienverteilungsstruktur ist ein Querschnitt der in einem Randbereich einer Hauptfläche der Medienverteilungsstruktur angeordneten Kanäle wenigstens in Bereichen größer als der Querschnitt der in einem inneren, zentrumsnahen Bereich des Kühlfeldes angeordneten Kanäle, wobei die Kanäle jeweils in Strömungsrichtung über eine vorgegebene Länge einen konstanten Querschnitt aufweisen. Die Kanalbreiten der einzelnen einander benachbarten Kanalabschnitte werden kontinuierlich vom zentrumsnahen Bereich nach außen erhöht, wobei jedoch deren Querschnitt in Strömungsrichtung über einen vorgegebenen Betrag jeweils konstant bleibt und sich nicht in Strömungsrichtung beispielsweise keilförmig verengt. Durch diese erfindungsgemäße Querschnittsvariation können vorteilhafterweise gleichmäßige Strömungsverhältnisse und somit eine verbesserte Kühlleistung erzielt werden. Dadurch können günstigerweise thermische und mechanische Spannungen in der Brennstoffzelle vermieden werden.at a media plate according to the invention for a fuel cell and a media distribution structure according to the invention is a cross section of the in an edge region of a main surface of Media distribution structure arranged channels at least in areas greater than the cross section of the in an inner, near the center of the area cooling field arranged channels, the channels each in the flow direction over a predetermined length have a constant cross-section. The channel widths of each adjacent channel sections are continuously from Center-close area to the outside elevated, however, their cross section in the flow direction over a given amount remains constant and not in the flow direction for example wedge-shaped narrows. By means of this inventive cross-sectional variation can advantageously uniform flow conditions and thus an improved cooling performance be achieved. Thereby can favorably thermal and mechanical stresses in the fuel cell avoided become.

Die Hauptfläche kann bevorzugt als Kühlfeld einer Anodenplatte vorgesehen sein zur Verteilung von Kühlmittel. Denkbar ist jedoch auch eine Medienverteilungsstruktur auf einer Kathodenplatte oder einer Bipolarplatte für andere, für den Betrieb der Zelle notwendige Fluide.The main area can be preferred as a cooling field one Anodenplatte be provided for the distribution of coolant. However, a media distribution structure is also conceivable Cathode plate or a bipolar plate for others, necessary for the operation of the cell Fluids.

In einer bevorzugten Weiterbildung kann sich der Querschnitt der Kanäle mit zunehmendem Abstand von einem randseitig angeordneten Außenkanal nach innen zum Zentrum verkleinern. Unter Außenkanal ist ein auslassseitiger Kanal zu verstehen, der als äußerster Kanal parallel zur Kante der Medienplatte verläuft. Besonders bevorzugt nimmt eine Breite der Kanäle mit zunehmendem Abstand vom Außenkanal nach innen zum Zentrum ab. Der Abstand kann dabei in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils um einen konstanten Betrag abnehmen. Es ist aber auch denkbar, dass sich der Abstand stufenweise verringert. Günstigerweise weisen die Kanäle eine Breitenvariation von etwa 20% auf. Dadurch, dass ein Strömungswiderstand in den breiteren äußeren Kanälen geringer ist als in den engeren inneren Kanälen, kann bei dieser Breitenvariation eine besonders günstige gleichmäßige Durchströmung an Fluiden, insbesondere an Kühlmitteln, erzielt werden. Somit kann eine günstige gleichmäßige Wärmeabfuhr an allen Stellen der aktiven Kühlfläche der Brennstoffzelle erzielt werden. Eine störungsanfällige temperaturabhängige Selbstregelung ist bei diesem Lösungsvorschlag nicht erforderlich.In a preferred development, the cross-section of the channels can decrease in size with increasing distance from an outer channel arranged at the edge inwards towards the center. The outer channel is an outlet-side channel, which runs as the outermost channel parallel to the edge of the media plate. Particularly preferably, a width of the channels decreases with increasing distance from the outer channel inwards to the center. The distance can decrease in a preferred embodiment in each case by a constant amount. But it is also conceivable that the distance is gradually reduced. Conveniently, the channels have a width variation of about 20%. Characterized in that a flow resistance is lower in the wider outer channels than in the narrower inner channels, a particularly favorable uniform flow of fluids, in particular of coolants can be achieved in this width variation. Thus, a favorable uniform heat dissipation can be achieved at all points of the active cooling surface of the fuel cell. A fault-prone temperature-dependent self-regulation is included this solution proposal is not required.

Eine Summe der Breite eines Kanals und eines dem Kanal zugeordneten Stegs ist bevorzugt jeweils gleich groß. Das bedeutet, dass sich die Stegbreiten genau umgekehrt zu den Kanalbreiten verändern können: je breiter der Kanal ausgebildet ist, umso schmäler ist der dem Kanal zugeordnete Steg ausgebildet und umgekehrt.A Sum of the width of a channel and a channel associated with the channel is preferably the same size. That means that yourself the web widths just opposite to the channel widths can change: ever wider the channel is formed, the narrower is the channel associated Bridge formed and vice versa.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das Kühlfeld als viereckige Fläche, insbesondere als quadratische Fläche, ausgebildet ist, die durch ihre Diagonalen in vier dreieckige Segmente aufgeteilt ist, wobei zwei sich gegenüberliegende Segmente einlassseitige Kanäle und die anderen zwei sich gegenüberliegenden Segmente auslassseitige Kanäle umfassen. Auf diagonalnah angeordneten Diagonalflächen sind dabei in einer besonders bevorzugten Weiterbildung Abschnitte von Kanälen angeordnet, die parallel zueinander und senkrecht zum Außenkanal ausgebildet sind. Die Kanäle innerhalb der Segmente können parallel zueinander und parallel zum Außenkanal angeordnet sein. Bevorzugt sind im Randbereich die auf den Diagonalflächen angeordneten Stege von den innerhalb der Segmente liegenden Stegen getrennt ausgebildet. Im zentrumsnahen Bereich kann vorgesehen sein, dass die den einlassseitigen Kanälen zugeordneten Stege jeweils mit den auf den benachbarten Diagonalflächen angeordneten Stegen durchgängig verbunden sind. Insgesamt sind die verbundenen Stege bei dieser günstigen Ausgestaltung U-förmig ausgebildet. Vorteilhafterweise weisen die Kanäle erfindungsgemäß eine offene Struktur auf, wobei jeweils eine vollständige, labyrinthartige Durchströmung aller Kanäle ermöglicht wird, und keine vollständig vom Einlass bis zum Auslass geschlossenen Kanäle vorgesehen sind.In In a particularly preferred development, the cooling field is as square area, in particular as a square surface, is formed, divided by its diagonal into four triangular segments is, with two opposing segments inlet side channels and the other two facing each other Segments exhaust side channels include. On diagonally close diagonal surfaces are In a particularly preferred embodiment, sections of Channels arranged, which are formed parallel to each other and perpendicular to the outer channel. The channels within the segments can be arranged parallel to each other and parallel to the outer channel. Preferred are in the edge region arranged on the diagonal surfaces webs of the webs lying within the segments formed separately. In the area close to the center it can be provided that the inlet side channels associated webs each with the arranged on the adjacent diagonal surfaces Webs consistently are connected. Overall, the connected webs are at this Great Design U-shaped educated. Advantageously, the channels according to the invention have an open Structure on, each with a complete, labyrinthine flow through all channels allows is, and not completely From the inlet to the outlet closed channels are provided.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, wobei 1 eine Ansicht einer bevorzugten Medienplatte einer Bipolarplatte zeigt, und 2 eine Detailansicht von 1. 3 zeigt ein Diagramm, in dem die Massenströme in den einzelnen Kanälen nach der erfindungsgemäßen Lösung mit den Massenströmen in den Kanälen einer herkömmlichen Medienverteilungsstruktur in Vergleich gesetzt werden.An embodiment of the invention will be explained below with reference to the drawing, wherein 1 shows a view of a preferred media plate of a bipolar plate, and 2 a detailed view of 1 , 3 shows a diagram in which the mass flows in the individual channels are compared according to the inventive solution with the mass flows in the channels of a conventional media distribution structure in comparison.

1 zeigt eine Ansicht einer bevorzugten Medienplatte einer Bipolarplatte mit einer auf einem Kühlfeld 30 einer Anodenplatte angeordneten Medienverteilungsstruktur 20. Gase und/oder Flüssigkeiten werden den Kanälen 1a–15a über einen Einlass 21 zugeführt und über weitere, im seitlichen Bereich der Medienverteilungsstruktur angeordnete Auslässe 22a, 22b, 22c, 22d über die Kanäle 1–17 wieder abgeführt. Das Kühlfeld 30 mit der Medienverteilungsstruktur 20 ist parallel zur Bildebene ausgebildet. Die Anordnung der Einlässe 21a, 21b für die Medienzuführung bzw. der Auslässe 22a, 22b, 22c, 22d für die Medienabführung wird durch eine Flächenaufteilung der Bipolarplatte bedingt. Insbesondere sind die Einlässe 21a, 21b bzw. die Auslässe 22a, 22b, 22c, 22d seitlich der Medienverteilungsstruktur 20, und zwar oberhalb und unterhalb der Medienverteilungsstruktur 20, spiegelsymmetrisch jeweils randseitig der Medienverteilungsstruktur 20 angeordnet. Ein Querschnitt der Einlässe 21a, 21b und Auslässe 22a, 22b, 22c, 22d ist für einen Durchfluss der jeweiligen Medien, beispielsweise (Druck-)Luft, wasserstoffhaltiges Reformat, flüssiges Kühlmittel und dgl. ausgelegt. Für die Zufuhr, Zirkulation und Abfuhr von für den Betrieb der Zelle notwendigen Fluiden, insbesondere von Kühlmittel, sind die Kanäle 1a bis 15a bzw. 1–17 vorgesehen. Zwischen den Kanälen 1–17 bzw. 1a bis 15a sind jeweils Stege 23, 24, 25, ausgebildet. Erfindungsgemäß ist ein Querschnitt der in einem Randbereich 26 angeordneten Kanäle 1–17 wenigstens in Bereichen größer ist als der Querschnitt der in einem inneren, zentrumsnahen Bereich 27 des Kühlfeldes 30 angeordneten Kanäle 1–17. Die Kanäle 1–17 bzw. 1a bis 15a weisen dabei jeweils in Strömungsrichtung über eine vorgegebene Länge einen konstanten Querschnitt auf. Insgesamt verkleinert sich dabei der Querschnitt bzw. die Breite der Kanäle 1–17 bzw. 1a bis 15a mit zunehmendem Abstand von einem randseitig angeordneten Außenkanal 1 bzw. dem Kanal 1a nach innen zum zentrumsnahen Bereich 27, so dass der Außenkanal 1 bzw. der Kanal 1a die größte Breite aufweist, der parallel zum Außenkanal 1 zentrumsnäher liegende Kanal 2 bzw. zum Kanal 1a zentrumsnäher liegende Kanal 2a eine kleinere Breite aufweist, der nächste parallel zum Außenkanal 1 und zum Kanal 2 nach innen benachbarte Kanal 3 bzw. der nächste parallel zum Kanal 1a und 2a nach innen benachbarte Kanal 3a eine noch kleinere Breite usw. Eine Breite der Kanäle 1–17 bzw. 1a–15a nimmt mit zunehmendem Abstand vom Außenkanal 1 bzw. vom Kanal 1a nach innen zum zentrumsnahen Bereich 27 ab. Die jeweils dazwischen liegenden Stege 23, 25 nehmen in ihrer Breite entsprechend zu, wobei eine Summe der Breite eines der Kanäle 1–17 und eines dem jeweiligen Kanal 1–17 zugeordneten Stegs 23 bzw. eines der Kanäle 1a bis 15a und eines dem jeweiligen Kanal 1a–15a zugeordneten Stegs 25 jeweils gleich groß ist. 1 shows a view of a preferred media plate of a bipolar plate with a on a cooling field 30 an anode plate arranged media distribution structure 20 , Gases and / or liquids become the channels 1a - 15a over an inlet 21 supplied and via further, arranged in the lateral region of the media distribution structure outlets 22a . 22b . 22c . 22d over the channels 1 - 17 discharged again. The cooling field 30 with the media distribution structure 20 is formed parallel to the image plane. The arrangement of the inlets 21a . 21b for the media supply or the outlets 22a . 22b . 22c . 22d for the media removal is caused by a division of the bipolar plate. In particular, the inlets are 21a . 21b or the outlets 22a . 22b . 22c . 22d at the side of the media distribution structure 20 , above and below the media distribution structure 20 , mirror-symmetric each edge of the media distribution structure 20 arranged. A cross section of the inlets 21a . 21b and outlets 22a . 22b . 22c . 22d is designed for a flow of the respective media, for example (compressed) air, hydrogen-containing reformate, liquid coolant and the like .. For the supply, circulation and removal of necessary for the operation of the cell fluids, in particular of coolant, are the channels 1a to 15a respectively. 1 - 17 intended. Between the channels 1 - 17 respectively. 1a to 15a are each webs 23 . 24 . 25 , educated. According to the invention, a cross-section is that in an edge region 26 arranged channels 1 - 17 at least in areas larger than the cross section of the in an inner, near the center area 27 of the cooling field 30 arranged channels 1 - 17 , The channels 1 - 17 respectively. 1a to 15a in each case have a constant cross section over a predetermined length in the flow direction. Overall, this reduces the cross-section or the width of the channels 1 - 17 respectively. 1a to 15a with increasing distance from an outer channel arranged at the edge 1 or the channel 1a inside to the area close to the center 27 so the outside channel 1 or the channel 1a has the largest width, parallel to the outer channel 1 near the center of the canal 2 or to the channel 1a near the center of the canal 2a has a smaller width, the next parallel to the outer channel 1 and to the canal 2 inward adjacent canal 3 or the next parallel to the channel 1a and 2a inward adjacent canal 3a an even smaller width, etc. A width of the channels 1 - 17 respectively. 1a - 15a decreases with increasing distance from the outer channel 1 or from the channel 1a inside to the area close to the center 27 from. The intervening bridges 23 . 25 increase in width accordingly, taking a sum of the width of one of the channels 1 - 17 and one for each channel 1 - 17 associated web 23 or one of the channels 1a to 15a and one for each channel 1a - 15a associated web 25 each is the same size.

Insgesamt weisen die Kanäle 1–17 bzw. 1a bis 15a eine Breitenvariation von etwa 20% auf, wobei die Breite der Kanäle 1–17 bzw. 1a bis 15a ab einer in der Detailansicht in 2 eingezeichneten Kennlinie 19 von einer diagonalnah angeordneten Diagonalfläche 29 zum Randbereich 26 um einen Betrag von insgesamt etwa 10% zunimmt, und ab der Kennlinie 19 von der Diagonalfläche 29 zum zentrumsnahen Bereich 27 sich insgesamt einen Betrag von etwa 10% verkleinert.Overall, the channels have 1 - 17 respectively. 1a to 15a a width variation of about 20%, with the width of the channels 1 - 17 respectively. 1a to 15a from one in the detail view in 2 drawn characteristic 19 from a diagonally close diagonal surface 29 to the edge area 26 by an amount of about 10% in total, and from the characteristic curve 19 from the diagonal surface 29 to the area close to the center 27 Total amount reduced by about 10%.

Das Kühlfeld 30 ist als viereckige Fläche, insbesondere als quadratische Fläche, ausgebildet. Das Kühlfeld 30 ist durch seine Diagonalen in vier dreieckige Segmente 31, 31', 32, 32' aufgeteilt, wobei zwei sich gegenüberliegende Segmente 31, 31' einlassseitige Kanäle 1a bis 15a und die anderen zwei sich gegenüberliegenden Segmente 32, 32' auslassseitige Kanäle 1–17 umfassen. Die Kanäle 1–17 bzw. 1a–15a sowie die Stege 23, 24, 25 sind jeweils spiegelsymmetrisch angeordnet, wobei sich die Spiegelsymmetrieachsen im Zentrum kreuzen. Durch die Spiegelsymmetrieachsen ist die Kühlfläche 30 in insgesamt 4 Quadranten teilbar, wobei der erste Quadrant 18 in 2 vergrößert dargestellt ist.The cooling field 30 is a quadrilateral area, ins special as a square surface, formed. The cooling field 30 is by its diagonal in four triangular segments 31 . 31 ' . 32 . 32 ' split, with two opposing segments 31 . 31 ' inlet side channels 1a to 15a and the other two opposing segments 32 . 32 ' outlet side channels 1 - 17 include. The channels 1 - 17 respectively. 1a - 15a as well as the footbridges 23 . 24 . 25 are each arranged mirror-symmetrically, with the mirror symmetry axes crossing in the center. Through the mirror symmetry axes is the cooling surface 30 divisible into a total of 4 quadrants, with the first quadrant 18 in 2 is shown enlarged.

Auf diagonalnah angeordneten Diagonalflächen 29 sind Abschnitte von Kanälen angeordnet, die parallel zueinander und senkrecht zum Außenkanal 1 ausgebildet sind. In diesem Abschnitt gehen die Kanäle 1–17 in die Kanale 1a–15a über. Die Kanäle 1–17 bzw. 1a bis 15a innerhalb der Segmente 31, 31', 32, 32' sind jeweils parallel zueinander und parallel zum Außenkanal 1 angeordnet. Die auf den Diagonalflächen 29 angeordneten Stege 24 sind im Randbereich 26 von den innerhalb der Segmente 31, 31', 32, 32' liegenden Stegen 23, 25 getrennt ausgebildet. Im zentrumsnahen Bereich 27 sind die den auslassseitigen Kanälen 1–17 zugeordneten Stege 23 jeweils mit den auf den benachbarten Diagonalflächen 29 angeordneten Stegen 24 durchgängig verbunden und sind jeweils U-förmig ausgebildet, wobei die Öffnungen der U-förmig geformten Stege 23, 24 jeweils zum zentrumsnahen Bereich 27 weisen. Die Kanäle 1–17 bzw. 1a bis 15a weisen jeweils eine offene Struktur auf, wobei insgesamt sämtliche Kanäle 1–17 bzw. 1a–15a vom Einlass 21a, 21b bis zu einem der Auslässe 22a, 22b, 22c, 22d offen sind mit einer insgesamt labyrinthartig ausgebildeten Durchströmungsrichtung.On diagonally arranged diagonal surfaces 29 are sections of channels arranged parallel to each other and perpendicular to the outer channel 1 are formed. In this section go the channels 1 - 17 into the channels 1a - 15a above. The channels 1 - 17 respectively. 1a to 15a within the segments 31 . 31 ' . 32 . 32 ' are each parallel to each other and parallel to the outer channel 1 arranged. The on the diagonal surfaces 29 arranged webs 24 are in the edge area 26 from within the segments 31 . 31 ' . 32 . 32 ' lying bridges 23 . 25 trained separately. In the area close to the center 27 These are the outlet side channels 1 - 17 associated webs 23 each with the on the adjacent diagonal surfaces 29 arranged webs 24 connected throughout and are each U-shaped, wherein the openings of the U-shaped webs 23 . 24 each to the central area 27 point. The channels 1 - 17 respectively. 1a to 15a each have an open structure, with a total of all channels 1 - 17 respectively. 1a - 15a from the inlet 21a . 21b up to one of the outlets 22a . 22b . 22c . 22d are open with a total labyrinth-like flow direction.

In dem in 3 dargestellten Diagramm sind Kennlinien 33, 34 für die Aufteilung eines Massenstroms auf die einzelnen Kanäle dargestellt, wobei auf der Abszisse die Kennziffer der einzelnen Kanäle 1–17 gemäß 1 bzw. 2 wiedergegeben sind, und die Ordinate einen Wert für den Massenstrom in 10^(-6) kg/s angibt. Die Kennlinien 33, 34 sind jeweils polynomische Kurvendarstellungen der in den einzelnen Kanälen 1–17 ermittelten Werte für den Massenstrom. Die Kennlinie 33 zeigt eine ungleichmäßigere Aufteilung der Massenströme nach dem Stand der Technik, die darauf zurückzuführen ist, dass die Kanalbreite jeweils gleich groß ist und die Kühlmittelströmung und somit des Wärmetransport im Randbereich 26 (speziell in den Ecken) der Kühlfelds 30 deutlich geringer ist als im zentrumsnahen Bereich 27. Die Kennlinie 34 zeigt eine günstigere, gleichmäßigere Verteilung des Massenstroms auf die einzelnen Kanäle 1–17 gemäß der erfindungsgemäßen Kanal-/Stegbreitenvariation. Aufgrund des geringeren Strömungswiderstands in den äußeren breiteren Kanälen 1–8 ergibt sich eine bessere Strömungsverteilung im Kühlfeld 30, was zu einer verbesserten Kühlleistung führt.In the in 3 Diagram shown are characteristics 33 . 34 for the distribution of a mass flow on the individual channels, where on the abscissa the index of the individual channels 1 - 17 according to 1 respectively. 2 and the ordinate indicates a value for the mass flow in 10 ^ (- 6) kg / s. The characteristics 33 . 34 are each polynomial graphs of the individual channels 1 - 17 determined values for the mass flow. The characteristic 33 shows a more uneven distribution of the mass flows according to the prior art, which is due to the fact that the channel width is equal in each case and the coolant flow and thus the heat transfer in the edge region 26 (especially in the corners) of the cooling field 30 is significantly lower than in the area close to the center 27 , The characteristic 34 shows a more favorable, more uniform distribution of the mass flow to the individual channels 1 - 17 according to the channel / web width variation according to the invention. Due to the lower flow resistance in the outer wider channels 1 - 8th results in a better flow distribution in the cooling field 30 , which leads to improved cooling performance.

1–171-17: Kanälechannels
1a–15a1a-15a: Kanälechannels
1818: erster Quadrantfirst quadrant
1919: Kennliniecurve
2020: MedienverteilungsstrukturMedia distribution structure
21a,21b21a, 21b: Einlassinlet
22a,22b22a, 22b: Auslassoutlet
22c,22d22c, 22d: Auslassoutlet
2323: Stegweb
2424: Stegweb
2525: Stegweb
2626: Randbereichborder area
2727: zentrumsnaher Bereichclose to the center Area
2828: Außenkanalouter channel
2929: Diagonalflächediagonal surface
3030: Kühlfeldcooling box
31,31'31.31 ': Segmentsegment
32,32'32.32 ': Segmentsegment
3333: Kennliniecurve
3434: Kennliniecurve

Claims

Media plate for a fuel cell with a media distribution structure arranged on its main surface ( 20 ) for the supply, circulation and removal of fluids, wherein the media distribution structure ( 20 ) Channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ) has at least one inlet (in each case arranged at the edge) ( 21a . 21b ) and outlet ( 22a . 22b . 22c . 22d ), and where between the channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ) Webs ( 23 . 24 . 25 ) are formed, characterized in that a cross section of the in an edge region ( 26 ) arranged channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ) at least in areas larger than the cross-section of the in an inner, central area ( 27 ) arranged channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ), whereby the channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ) in each case in the flow direction over a predetermined length have a constant cross-section.

Media plate according to claim 1, characterized in that the cross-section of the channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ) with increasing distance from an outer channel ( 1 ) inwards to the area close to the center ( 27 ) reduced.

Media plate according to claim 2, characterized in that a width of the channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ) with increasing distance from the outer channel ( 1 ) inwards to the area close to the center ( 27 ) decreases.

Media plate according to one of the preceding Claims, characterized in that the channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ) have a width variation of about 20%.

Media plate according to one of the preceding claims, characterized in that a sum of the width of a channel ( 1 - 17 . 1a - 15a ) and one the channel ( 1 - 17 . 1a - 15a ) associated web ( 23 . 24 . 25 ) is the same size.

Media plate according to one of the preceding claims, characterized in that the media distribution structure ( 20 ) is formed as a quadrangular surface which is divided by its diagonals into four triangular segments ( 31 . 31 ' . 32 . 32 ' ), where two opposing segments ( 31 . 31 ' ) inlet-side channels ( 1a - 15a ) and the other two opposing segments ( 32 . 32 ' ) outlet-side channels ( 1 - 17 ).

Media plate according to claim 6, characterized in that on diagonally close arranged diagonal surfaces ( 29 ) Sections of channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ) are arranged, which are parallel to each other and perpendicular to the outer channel ( 1 ) are formed.

Media plate according to one of claims 6 or 7, characterized in that the channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ) within the segments ( 31 . 31 ' . 32 . 32 ' ) parallel to each other and parallel to the outer channel ( 1 ) are arranged.

Media plate according to one of the preceding claims, characterized in that on the diagonal surfaces ( 29 ) arranged webs ( 24 ) at the edge ( 26 ) from within the segments ( 31 . 31 ' . 32 . 32 ' ) lying webs ( 23 . 25 ) are formed separately.

Media plate according to one of the preceding claims, characterized in that in the region close to the center ( 27 ) the exhaust-side channels ( 1 - 17 ) associated webs ( 23 ) in each case with those on the adjacent diagonal surfaces ( 29 ) arranged webs ( 24 ) are connected throughout.

Media plate according to claim 10, characterized in that the connected webs ( 24 ) are U-shaped in total.

Media distribution structure of an anode plate of a fuel cell, with a cooling field ( 30 ) for the supply, circulation and removal of fluids necessary for the operation of the cell, wherein the cooling field ( 30 ) Channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ) has a respective edge arranged inlet ( 21 ) and outlet ( 22 ), and where between the channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ) Webs ( 23 . 24 . 25 ) are formed, characterized in that a cross section of the in an edge region ( 26 ) arranged channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ) is at least partially larger than the cross-section of the in an inner central region ( 27 ) of the cooling field ( 30 ) arranged channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ), whereby the channels ( 1 - 17 . 1a - 15a ) each have a constant cross-section over predetermined areas.