DE102011056756A1

DE102011056756A1 - Elektrisches Gerät in Stapelbauweise

Info

Publication number: DE102011056756A1
Application number: DE102011056756A
Authority: DE
Inventors: Torsten Knöri
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-06-27

Abstract

Es wird ein elektrisches Gerät in Stapelbauweise, welches elektrischen Strom bereitstellt oder verbraucht, vorgeschlagen, welches einen ersten elektrischen Anschluss, einen zweiten elektrischen Anschluss, eine erste Endplatte, eine zweite Endplatte, und eine stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung, welche zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte eingespannt angeordnet ist, umfasst, mit einer ersten Zwischenplatte, welche der ersten Endplatte zugeordnet ist und von dieser getrennt ist, und an welcher der erste elektrische Anschluss angeordnet ist, und mit einer zweiten Zwischenplatte, welche der zweiten Endplatte zugeordnet ist und von dieser getrennt ist, und an welcher der zweite elektrische Anschluss angeordnet ist, wobei die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung zwischen der ersten Zwischenplatte und der zweiten Zwischenplatte angeordnet ist und mit der ersten Zwischenplatte und der zweiten Zwischenplatte elektrisch wirksam verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät in Stapelbauweise, welches elektrischen Strom bereitstellt oder verbraucht, umfassend einen ersten elektrischen Anschluss, einen zweiten elektrischen Anschluss, eine erste Endplatte, eine zweite Endplatte, und eine stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung, welche zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte eingespannt angeordnet ist.
Solche elektrische Geräte in Stapelbauweise werden auch als Stack bezeichnet. Ein Beispiel für ein solches elektrisches Gerät in Stapelbauweise ist ein Brennstoffzellenstack.
An den elektrischen Anschlüssen ist ein nutzbarer Strom abgreifbar beziehungsweise es lässt sich ein Strom einkoppeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Gerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches auf einfache Weise herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten elektrischen Gerät erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine erste Zwischenplatte vorgesehen ist, welche der ersten Endplatte zugeordnet ist und von dieser getrennt ist, und an welcher der erste elektrische Anschluss angeordnet ist, und eine zweite Zwischenplatte vorgesehen ist, welcher der zweiten Endplatte zugeordnet ist und von dieser getrennt ist, und an welcher der zweite elektrische Anschluss angeordnet ist, wobei die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung zwischen der ersten Zwischenplatte und der zweiten Zwischenplatte angeordnet ist und mit der ersten Zwischenplatte und der zweiten Zwischenplatte elektrisch wirksam verbunden ist.
Die erste Zwischenplatte und die zweite Zwischenplatte kontaktieren elektrisch wirksam die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung. Dadurch lässt sich (im Falle einer stromerzeugenden Einrichtung) ein nutzbarer Strom an den elektrischen Anschlüssen der Zwischenplatten auskoppeln. Im Falle einer stromverbrauchenden Einrichtung lässt sich diese über einen in die Zwischenplatten eingespeisten Strom betreiben.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich dadurch eine Funktionstrennung erreichen; die erste Endplatte und die zweite Endplatte sorgen im Wesentlichen für die mechanische Stabilität des elektrischen Geräts, um die Stapelkomponenten miteinander zu verspannen. Eine elektrische Funktionalität brauchen die erste Endplatte und die zweite Endplatte nicht zu haben. Dadurch ist es möglich, für die erste Endplatte und die zweite Endplatte auch elektrisch nicht leitende Materialien zu verwenden. Dadurch wiederum können beispielsweise Leichtbaumaterialien und/oder kostengünstigere Materialien eingesetzt werden.
Durch das Vorsehen der ersten Zwischenplatte und der zweiten Zwischenplatte ist es ebenfalls möglich, die Medienzufuhr und die Medienabfuhr zu der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung über die erste Zwischenplatte und/oder die zweite Zwischenplatte durchzuführen. Dadurch muss wiederum keine fluiddichte Abdichtung zwischen den Endplatten und weiteren Komponenten des elektrischen Geräts vorgesehen werden. Es muss höchstens eine Abdichtung zwischen den Zwischenplatten und der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung vorgesehen werden, wobei grundsätzlich hier das gleiche Dichtungskonzept wie innerhalb der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung verwendbar ist.
Dadurch wiederum ergeben sich weniger Einschränkungen für die Materialwahl für die erste Endplatte und die zweite Endplatte. Beispielsweise können auch nicht fluiddichte Materialien verwendet werden.
Weiterhin ist es durch das erfindungsgemäße Konzept erreichbar, dass die erste Endplatte und die zweite Endplatte nicht mit Fluiden für die Stromerzeugung beziehungsweise die beim Stromverbrauch entstehen, beaufschlagt werden. Dadurch hat man weitere Möglichkeiten bezüglich der Materialwahl.
Insbesondere sind die erste Endplatte und die zweite Endplatte durch eine Verbindungseinrichtung miteinander verbunden. Dadurch lässt sich die mechanische Stabilität des elektrischen Geräts herstellen. Insbesondere lässt sich die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte einspannen. Weiterhin lassen sich auch die erste Zwischenplatte und die zweite Zwischenplatte zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte einspannen.
Insbesondere ist die Verbindungseinrichtung als Spanneinrichtung ausgebildet und umfasst Zuganker. Durch die Ausbildung als Spanneinrichtung lassen sich die Stapelkomponenten zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte einklemmen. Durch das Vorsehen von Zugankern lässt sich das Einklemmen und Fixieren einer entsprechenden Klemmstellung auf einfache Weise erreichen. Durch Ausübung der entsprechenden Klemmkraft lassen sich auch einzelne Komponenten auf einfache Weise gegenüber einander abdichten; die Verspannung der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte sorgen für eine axiale Kraft, welche entsprechende Dichtungen beaufschlagt.
Günstig ist es, wenn an der ersten Endplatte und/oder der zweiten Endplatte mindestens ein Fluidanschluss angeordnet ist. Dadurch lassen sich beispielsweise externe Leitungen anschließen, um ein Fluid einzukoppeln. Beispielsweise lässt sich dadurch im Falle eines Brennstoffzellenstacks Oxidator und Brennstoff einkoppeln. Ferner lässt sich Temperierfluid einkoppeln. Im Falle einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung lässt sich beispielsweise ein Heißgas einkoppeln, um ein Temperaturgradient bereitzustellen. Im Falle eines Elektrolysezellenstacks lassen sich hergestellte Elektrolysegase auskoppeln.
Günstigerweise ist der mindestens eine Fluidanschluss aus folgenden Typen ausgewählt: Einkopplungsanschluss für ein zur Stromerzeugung beitragendes Fluid, Auskopplungsanschluss für das zur Stromerzeugung beitragende Fluid, Einkopplungsanschluss für ein Temperierfluid, Auskopplungsanschluss für das Temperierfluid, Auskopplungsanschluss für ein erzeugtes Fluid. Über einen Einkopplungsanschluss lässt sich ein Fluid einkoppeln und über einen Auskopplungsanschluss lässt sich beispielsweise ein nicht verbrauchtes Fluid auskoppeln. Beispielsweise im Falle eines Elektrolysezellenstacks lässt sich durch Strombeaufschlagung an der ersten Zwischenplatte und der zweiten Zwischenplatte erzeugtes Elektrolysegas auskoppeln.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sitzt an der ersten Zwischenplatte und/oder der zweiten Zwischenplatte ein dem mindestens einen Fluidanschluss und der zugehörigen Endplatte zugeordnetes Rohr. Das Rohr lässt sich auf einfache Weise fluiddicht mit der entsprechenden Zwischenplatte verbinden. Das Rohr lässt sich durch die Endplatte hindurchführen, um so einen Fluidanschluss zu bilden. Dadurch wiederum muss keine Abdichtung zwischen der entsprechenden Endplatte und der zugeordneten Zwischenplatte vorgesehen werden, da durch das Rohr die Endplatte gewissermaßen "umgangen" wird.
Insbesondere ist dann das Rohr durch eine zugeordnete Ausnehmung der zugeordneten Endplatte durchgetaucht. Grundsätzlich muss dann zwischen dem Rohr und der Ausnehmung keine Fluidabdichtung vorgesehen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn an dem Rohr eine Kupplung des mindestens einen Fluidanschlusses sitzt. Diese Kupplung ist dann direkt mit dem Rohr verbunden. Eine Abdichtung zu der Endplatte muss nicht vorgesehen werden.
Günstigerweise ist das mindestens eine Rohr quer und insbesondere senkrecht zu einer Plattenebene der entsprechenden Zwischenplatte und/oder Endplatte orientiert. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein Fluidanschluss an die entsprechende Zwischenplatte erreichen, ohne dass eine Fluidabdichtung zwischen der Endplatte und der Zwischenplatte vorgesehen werden muss.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine Rohr fluiddicht mit der entsprechenden Zwischenplatte verbunden ist.
Günstig ist es, wenn das Rohr so angeordnet und ausgebildet ist, dass die entsprechende Zwischenplatte mit Fluid versorgbar ist oder Fluid von dieser abführbar ist oder die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung mittels der Zwischenplatte mit Fluid versorgbar ist oder Fluid von dieser abführbar ist. Die entsprechende Zwischenplatte stellt dadurch eine Art von Verteilungsstruktur von Fluid für die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung bereit. Dadurch müssen die Endplatten keine Rolle für die Medienversorgung der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung spielen.
Günstig ist es, wenn eine Fixierungseinrichtung vorgesehen ist, über welche die entsprechende Zwischenplatte über das mindestens eine Rohr mit der zugehörigen Endplatte fixiert ist. Es kann dadurch das Rohr auch verwendet werden, um die entsprechende Zwischenplatte an der zugehörigen Endplatte zu fixieren. Wenn beispielsweise das Rohr eine Ausnehmung an der zugeordneten Endplatte durchtaucht und beispielsweise eine Mutter, welche an dem Rohr fixiert ist, an der zugehörigen Endplatte anliegt, dann ist auch für eine axiale Fixierung der Zwischenplatte an der entsprechenden Endplatte gesorgt.
Bei einer Ausführungsform weist die entsprechende Zwischenplatte mindestens eine durchgehende Ausnehmung auf, in welcher das Rohr fixiert ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise das mindestens eine Rohr an der Zwischenplatte fixieren und es lässt sich auf einfache Weise eine Abdichtung erreichen. Beispielsweise hat das Rohr an seiner mit der Zwischenplatte fixierten Seite eine Anfasung. Über diese Anfasung ist das Rohr in die Ausnehmung eingetaucht.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Endplatte und/oder die zweite Endplatte dem Fluid, welches durch den mindestens einen Fluidanschluss eingekoppelt oder ausgekoppelt ist, nicht ausgesetzt. Durch das erfindungsgemäße Konzept lässt sich erreichen, dass Fluid unter Umgehung der ersten Endplatte und/oder der zweiten Endplatte zugeführt beziehungsweise abgeführt wird. Dadurch ergeben sich stark erhöhte Materialmöglichkeiten für die erste Endplatte und/oder zweite Endplatte. Eine chemische Inertheit gegenüber entsprechendem Fluid ist nicht notwendig. Ferner muss das Material für die erste Endplatte und/oder zweite Endplatte nicht elektrisch leitfähig sein. Da die erste Endplatte und die zweite Endplatte keine Fluiddichtigkeitsfunktion haben, ergeben sich weitere Materialmöglichkeiten. Die erste Endplatte und die zweite Endplatte können optimiert werden bezüglich mechanischer Stabilität. Dadurch wiederum ist es möglich, kostengünstige Materialien einzusetzen und beispielsweise auch aus dem Leichtbau bekannte Materialien.
Bei einer Ausführungsform ist an der ersten Zwischenplatte und/oder der zweiten Zwischenplatte eine Lasche angeordnet, welche den entsprechenden elektrischen Anschluss hält oder bildet. Dadurch lässt sich auf einfache Weise Strom abgreifen beziehungsweise einkoppeln. Dadurch ist ein externer Zugriff auf einfache Weise möglich und das entsprechende elektrische Gerät lässt sich auf konstruktiv einfache Weise ausbilden.
Insbesondere ragt die Lasche über eine Seitenfläche hinaus, welche durch eine Verbindungsfläche zwischen den entsprechenden Seiten der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte definiert ist. Dadurch ist auch einfache Weise ein Zugriff möglich.
Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die erste Zwischenplatte und/oder die zweite Zwischenplatte einen ersten Bereich auf, welcher in seinen Querabmessungen den entsprechenden Querabmessungen der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung entspricht. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine verspannte Stapelbeauweise realisieren. Ferner lässt sich auf einfache Weise eine Abdichtung erreichen.
Es ist dann ferner günstig, wenn an dem ersten Bereich ein zweiter Bereich angeordnet ist, welcher über die stromerzeugende Einrichtung hinausragt und einen elektrischen Anschluss hält oder bildet. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein Zugriffsbereich für die Auskopplung von erzeugtem elektrischem Strom beziehungsweise für die Einkopplung von elektrischem Strom bereitstellen. Dieser zweite Bereich muss dabei nicht abgedichtet werden.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Zwischenplatte und die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung und die zweite Zwischenplatte und die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung über eine entsprechende Abdichtungseinrichtung fluiddicht miteinander verbunden sind. Dadurch ist zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte eine bis auf definierte Anschlüsse abgedichtete Struktur angeordnet. Die Endplatten müssen gegenüber dieser Struktur nicht abgedichtet werden. Ferner lässt sich für die Abdichtung zwischen der Zwischenplatte und der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung grundsätzlich dasselbe Dichtungskonzept verwenden, wie es innerhalb der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung verwendet wird.
Insbesondere ist dann die erste Endplatte nicht gegenüber der ersten Zwischenplatte abgedichtet und/oder ist die zweite Endplatte nicht gegenüber der zweiten Zwischenplatte abgedichtet.
Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die erste Zwischenplatte und/oder die zweite Zwischenplatte eine Kanalstruktur auf. Grundsätzlich lässt sich über die Kanalstruktur eine Zuführung beziehungsweise Abführung von Fluid zu beziehungsweise von der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung auf einfache Weise erreichen. Ferner lässt sich die Kanalstruktur so ausbilden, dass beispielsweise eine Temperierung einer Zwischenplatte möglich ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Kanalstruktur geschlossene Kanäle auf, wobei insbesondere im Betrieb des elektrischen Geräts die Kanäle von einem Temperierfluid durchströmt sind. Dadurch lässt sich beispielsweise eine Kühlung oder zusätzliche Kühlung der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung über die erste und/oder die zweite Zwischenplatte erreichen.
Ferner ist es günstig, wenn die Kanalstruktur für Teilungskanäle oder Anschlüsse zur Fluidzuführung zu der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung aufweist und/oder zur Fluidabführung von der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung aufweist. Die eigentliche Medienzuführung beziehungsweise Abführung erfolgt dann über die erste und/oder zweite Zwischenplatte.
Die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung ist insbesondere eine elektrochemische Einrichtung oder thermoelektrische Einrichtung.
Beispielsweise umfasst die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung mindestens eine Brennstoffzelle oder Elektrolysezelle oder Batteriezelle oder thermoelektrische Generatorzelle.
Bei einer Ausführungsform umfasst die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung Bipolarplatten. Die Bipolarplatten sorgen für die elektrische Kontaktierung zwischen der Funktionseinheit der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung, an welcher die eigentliche Stromerzeugung oder der eigentliche Stromverbrauch erfolgt, und der ersten beziehungsweise zweiten Zwischenplatte. Die Bipolarplatten selber können dann mit einer Kanalstruktur versehen sein, um für eine Fluidbeaufschlagung beziehungsweise Temperierung der eigentlichen stromverbrauchenden oder stromerzeugenden Einheit zu sorgen. Dadurch wiederum lassen sich die erste Zwischenplatte und die zweite Zwischenplatte auf einfache Weise ausbilden.
Insbesondere ist die erste Zwischenplatte zwischen der ersten Endplatte und einer Bipolarplatte angeordnet und kontaktiert die Bipolarplatte elektrisch. Es ist dann ebenfalls günstig, wenn die zweite Zwischenplatte zwischen der zweiten Endplatte und einer Bipolarplatte angeordnet ist und die Bipolarplatte elektrisch kontaktiert. Es lässt sich dadurch eine Stapelbauweise erreichen, welche die erste Endplatte, die erste Zwischenplatte, eine Bipolarplatte, eine Funktionseinheit, eine weitere Bipolarplatte, die zweite Zwischenplatte und die zweite Endplatte umfasst. Die Kombination aus Funktionseinheit und Bipolarplatten kann dabei mehrfach, in Reihe geschaltet, vorhanden sein.
Insbesondere ist zwischen der ersten Endplatte und der ersten Zwischenplatte eine elektrische Isolierung angeordnet und/oder die erste Endplatte ist aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt und/oder die erste Zwischenplatte weist eine elektrische Isolierung auf. Dadurch ist die erste Endplatte spannungsfrei.
Aus dem gleichen Grund günstig ist es, wenn zwischen der zweiten Endplatte und der zweiten Zwischenplatte eine elektrische Isolierung angeordnet ist und/oder die zweite Endplatte aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist und/oder die zweite Zwischenplatte eine elektrische Isolierung aufweist.
Bei einer Ausführungsform weist die erste Endplatte und/oder die zweite Endplatte eine Kanalstruktur mit geschlossenen Kanälen auf. Dadurch lässt sich insbesondere die erste Endplatte und/oder zweite Endplatte temperieren. Da beispielsweise die erste Endplatte und die zweite Endplatte keine Funktion bezüglich elektrischen Anschlüssen und Medienversorgung aufweisen, bestehen weniger Einschränkungen bezüglich der Ausbildung. Es ist dann auch möglich, eine Endplatte beispielsweise mit Kühlfluid durchströmen zu lassen.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 Eine Explosionsdarstellung (Teildarstellung) eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts in Form eines Brennstoffzellenstapels;
2 eine Draufsicht in der Richtung A gemäß 1;
3 eine Seitenansicht in der Richtung B gemäß 1;
4 eine Seitenansicht in der Richtung C gemäß 1;
5 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Zwischenplatte in der Richtung D gemäß 1;
6 eine Ansicht der Zwischenplatte gemäß 5 in der Richtung E gemäß 1;
7 eine Ansicht einer Bipolarplatte des elektrischen Geräts gemäß 1 in der Richtung F gemäß 1; und
8 eine Ansicht der Bipolarplatte gemäß 7 in der Richtung G gemäß 1.
Ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Geräts in Stapelbauweise, welches in den 1 bis 8 gezeigt und mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine erste Endplatte (Druckplatte) 12 und eine zweite Endplatte (Druckplatte) 14. Die erste Endplatte 12 und die zweite Endplatte 14 weisen jeweils eine erste Seite 16 und eine zweite Seite 18, welche der ersten Seite 16 gegenüberliegt, auf. Die erste Seite 16 und die zweite Seite 18 sind mindestens näherungsweise parallel zueinander ausgerichtet. Die erste Endplatte 12 und die zweite Endplatte 14 definieren äußere Enden des elektrischen Geräts 10.
Zwischen der ersten Endplatte 12 und der zweiten Endplatte 14 ist eine stromerzeugende Einrichtung 20 angeordnet. An der stromerzeugenden Einrichtung 20 wird mit Hilfe einer Fluidbeaufschlagung nutzbarer elektrischer Strom erzeugt.
Bei einem Ausführungsbeispiel (1) ist die stromerzeugende Einrichtung 20 eine Brennstoffzelleneinrichtung 22. Diese umfasst (mindestens) eine Brennstoffzelle 24 mit einer Elektroden-Membran-Einheit 26. Die Elektroden-Membran-Einheit 26 weist als Elektrolyt eine Membran 28 auf, wobei an einer Seite der Membran 28 eine erste Elektrode 30 und an einer gegenüberliegenden Seite eine zweite Elektrode 32 angeordnet sind. Eine der Elektroden ist eine Anode und die andere der Elektroden ist eine Kathode. Auf den Elektroden 30, 32 ist insbesondere eine Gasdiffusionsschicht angeordnet.
In 1 ist ein elektrisches Gerät 10 gezeigt, welches eine einzige Brennstoffzelle 24 aufweist. Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Brennstoffzelleneinrichtung 22 eine Mehrzahl von Brennstoffzellen mit einer Mehrzahl von Elektroden-Membran-Einheiten. Wenn eine Brennstoffzelle 24 vorgesehen ist, dann weist die stromerzeugende Einrichtung 20 die Stapelreihenfolge erste Bipolarplatte 34 – Elektroden-Membran-Einheit 26 – zweite Bipolarplatte 36 auf. Bei einer Mehrzahl von Brennstoffzellen ist die Stapelreiheinfolge Bipolarplatte – Elektroden-Membran-Einheit – Bipolarplatte – Elektroden-Membran-Einheit – Bipolarplatte – usw. Eine Bipolarplatte 34 kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
Die Elektroden-Membran-Einheit 26 steht über die erste Elektrode 30 in elektrischem Kontakt mit einer ersten Bipolarplatte 34. An der zweiten Elektrode 32 steht die Elektroden-Membran-Einheit in elektrischem Kontakt mit einer zweiten Bipolarplatte 36.
Die erste Bipolarplatte 34 und die zweite Bipolarplatte 36 haben jeweils eine erste Seite 38, welche der zugehörigen Endplatte 12 beziehungsweise 14 zugewandt ist; die erste Seite 38 der ersten Bipolarplatte 34 ist der ersten Endplatte 12 zugewandt und die entsprechende erste Seite 38 der zweiten Bipolarplatte 36 ist der zweiten Endplatte 14 zugewandt. Die entsprechenden zweiten Seiten 40 der ersten Bipolarplatte 34 und der zweiten Bipolarplatte 36 sind der Elektroden-Membran-Einheit 26 zugewandt und kontaktieren diese elektrisch.
Die jeweiligen Bipolarplatten 34, 36 weisen eine Verteilungsstruktur 42 auf, welche der entsprechenden Elektrode 30 beziehungsweise 32 zugewandt ist. Über die Verteilungsstruktur 42 lässt sich ein Gas flächig verteilt der entsprechenden Elektrode 30 beziehungsweise 32 zuführen.
Über die Verteilungsstruktur 42, welche einer Kathode zugeordnet ist, lässt sich die Kathode mit Oxidator beaufschlagen. Über die Verteilungsstruktur 42, welche einer Anode zugeordnet ist, lässt sich die Anode mit Brennstoff wie beispielsweise Wasserstoff beaufschlagen.
Die stromerzeugende Einrichtung 20 ist zwischen der ersten Endplatte 12 und der zweiten Endplatte 14 eingespannt. Die erste Endplatte 12 und die zweite Endplatte 14 bilden eine Haltestruktur, welche insbesondere die Komponenten der stromerzeugenden Einrichtung 20 miteinander verspannt und die stromerzeugende Einrichtung 20 selber zwischen den Endplatten 12 und 14 einspannt.
Zur Verbindung der ersten Endplatte 12 mit der zweiten Endplatte 14 ist eine Verbindungseinrichtung 44 vorgesehen. Die Verbindungseinrichtung 44 ist insbesondere als Spanneinrichtung ausgebildet. Sie umfasst beispielsweise Zuganker 46. Über einen Zuganker sind die erste Endplatte 12 und die zweite Endplatte 14 miteinander verbunden und die Verbindung ist derart, dass sich eine Klemmkraft ausüben lässt, welche Komponenten des elektrischen Geräts 10, welche zwischen der ersten Endplatte 12 und der zweiten Endplatte 14 liegen, einklemmt und dadurch verspannt hält.
Das elektrische Gerät 10 umfasst eine erste Zwischenplatte (Versorgungsplatte) 52, welche der ersten Endplatte 12 zugeordnet ist und von dieser getrennt ist. Ferner ist eine zweite Zwischenplatte (Versorgungsplatte) 54 vorgesehen, welche der zweiten Endplatte 14 zugeordnet ist und von dieser getrennt ist. Die erste Zwischenplatte 52 ist zwischen der ersten Bipolarplatte 34 und der ersten Endplatte 12 positioniert. Die zweite Zwischenplatte 54 ist zwischen der zweiten Bipolarplatte 36 und der zweiten Endplatte 14 positioniert. Bei zusammengebautem elektrischem Gerät 10 sind die erste Zwischenplatte 52 und die zweite Zwischenplatte 54 zwischen der ersten Endplatte 12 und der zweiten Endplatte 14 eingespannt.
Die erste Zwischenplatte 52 und die zweite Zwischenplatte 54 weisen jeweils eine erste Seite 56 und eine zweite Seite 58 auf. Die erste Seite 56 ist der stromerzeugenden Einrichtung 20 zugewandt. Die zweite Seite 58 ist der zugehörigen Endplatte 12 beziehungsweise 14 zugewandt.
Die erste Seite 56 und die zweite 58 sind mindestens näherungsweise parallel zueinander.
Die jeweilige Zwischenplatte 52 beziehungsweise 54 umfasst einen ersten Bereich 60 und eine mit dem ersten Bereich insbesondere einstückig verbundenen zweiten Bereich 62. Der erste Bereich weist im Wesentlichen die gleichen Querabmessungen wie die stromerzeugende Einrichtung 20 auf. Der zweite Bereich 62 ragt seitlich über die stromerzeugende Einrichtung 20 hinaus. Der zweite Bereich 62 der ersten Zwischenplatte 52 bildet eine erste Lasche 64. Der zweite Bereich 62 der zweiten Zwischenplatte 54 bildet eine Lasche 66. Die erste Lasche 64 und die zweite Lasche 66 ragen dabei auch über eine Seitenfläche 68 (4) hinaus, welche Seiten 70a, 70b der ersten Endplatte 12 beziehungsweise der zweiten Endplatte 14 miteinander verbindet. Die erste Lasche 64 und die zweite Lasche 66, welche bezogen auf eine Höhenrichtung 71 zwischen der ersten Endplatte 12 und der zweiten Endplatte 14 beabstandet zueinander sind, bilden elektrische Anschlüsse des elektrischen Geräts 10, an welchem nutzbarer elektrischer Strom abgreifbar ist. Die erste Lasche 64 bildet einen ersten elektrischen Anschluss 72 beziehungsweise hält einen solchen. Die zweite Lasche 66 bildet einen zweiten elektrischen Anschluss 74 beziehungsweise hält einen solchen.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind der erste elektrische Anschluss 72 und der zweite elektrische Anschluss 74 bezogen auf die Höhenrichtung 71 nicht direkt übereinander angeordnet, sondern seitlich versetzt zueinander.
Die erste Zwischenplatte 52 weist zwischen der ersten Seite 56 und der zweiten Seite 58 durchgehende Ausnehmungen 76 auf. Eine Ausnehmung 76 ist insbesondere zylindrisch. In einer entsprechenden Ausnehmung 76 sitzt ein Rohr 78. Das Rohr 78 ist in die Ausnehmung 76 eingetaucht. Es ragt über die Seite 58 in der Höhenrichtung 71 hinaus zu der ersten Endplatte 12 hin. Ein solches Rohr 78 ist quer und insbesondere senkrecht zu einer Plattenebene der ersten Zwischenplatte 52 orientiert.
Es ragt nicht über die zweite Seite 58 hinaus.
Das entsprechende Rohr 78 sitzt fluiddicht in der Ausnehmung 76 an der ersten Zwischenplatte 52; ein Zwischenraum zwischen der Ausnehmung 76 und dem Rohr 78 ist fluiddicht.
Über ein Rohr 78 lässt sich der stromerzeugenden Einrichtung 20 durch die erste Zwischenplatte 52 hindurch ein Fluid zuführen beziehungsweise es lässt sich ein Fluid abführen. Entsprechend ist eine Mehrzahl von Rohren 78 vorgesehen. Das Fluid ist dabei ein Fluid, welches zur Stromerzeugung beiträgt. Bei einem elektrischen Gerät 10, welches ein Brennstoffzellenstapel ist, sind die zur Stromerzeugung beitragenden Fluide Brennstoff und Oxidator.
Ferner ist es möglich, ein Temperierfluid zum Kühlen beziehungsweise Heizen einzukoppeln. Das Temperierfluid kann dabei der stromerzeugenden Einrichtung 20 bereitgestellt werden und/oder der ersten Zwischenplatte 52 bereitgestellt werden.
In der ersten Endplatte 12 sind, dem jeweiligen Rohr 78 zugeordnet durchgehende Ausnehmungen 80 positioniert. In einer solchen Ausnehmung 80 wiederum ist das entsprechende Rohr 78 positioniert und insbesondere durchgetaucht. An einer Ausnehmung 80 sitzt ein entsprechender Fluidanschluss 82. Über den Fluidanschluss 82 lässt sich ein Fluid einkoppeln beziehungsweise auskoppeln. Ein Fluidanschluss 82 weist dabei eine Kupplung 84 auf, an welche eine externe Leitung ankoppelbar ist.
Ein Fluidanschluss 82 umfasst ferner eine Fixierungseinrichtung 86. Über diese Fixierungseinrichtung 86 ist der Fluideinfluss 82 an dem entsprechenden Rohr 78 fixierbar. Beispielsweise weist dazu das Rohr 78 ein Außengewinde auf und die Fixierungseinrichtung 86 weist eine Mutter 88 oder dergleichen auf, über die der Fluidanschluss 82 fluiddicht mit dem Rohr 78 verbindbar ist.
Über die Fixierungseinrichtung 86 und insbesondere die Mutter 88 (oder eine andere Mutter) lässt sich auch die erste Zwischenplatte 52 an der Endplatte 12 fixieren. Wenn beispielsweise das Rohr 78 durch die entsprechende Ausnehmung 80 durchgetaucht ist und an der ersten Seite 16 der ersten Endplatte 12 hinausragt, dann kann sich die Mutter 88 an der ersten Seite 16 abstützen. Dadurch wiederum lässt sich die erste Zwischenplatte 12 insbesondere mit mechanischem Kontakt zwischen der zweiten Seite 58 und der zweiten Seite 18 der ersten Endplatte 12 an dieser halten.
Es ist eine Fluiddichtigkeit über den Fluidanschluss 82 und dem Rohr 78 hergestellt. Dadurch ist eine Abdichtung zwischen dem Rohr 78 und der Ausnehmung 80 nicht notwendig; dieser Bereich wird nicht mit Fluid beaufschlagt.
Insbesondere ist eine Mehrzahl von Fluidanschlüssen 82 vorgesehen. Im allgemeinen Fall können Fluidanschlüsse für die Einkopplung und Auskopplung von zur Stromerzeugung beitragenden Fluiden vorgesehen sein.
Es können auch Fluidanschlüsse 82 zur Einkopplung und Auskopplung von Temperierfluid vorgesehen sein.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Fluidanschlüsse 82 an der ersten Seite 16 der ersten Endplatte 12 angeordnet. An der zweiten Endplatte 14 sind keine Fluidanschlüsse angeordnet. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass sowohl an der ersten Endplatte 12 als auch an der zweiten Endplatte 14 Fluidanschlüsse positioniert sind. Entsprechend sitzen dann auch an der zweiten Zwischenplatte 54 Rohre 78.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellenstapels als elektrisches Gerät 10 sitzen an der ersten Endplatte 12 Fluidanschlüsse 90a für die Einkopplung von Brennstoff (Wasserstoff) und 90b zur Auskopplung von nicht verbrauchtem Brennstoff. Weiterhin sitzen an der ersten Endplatte 12 Fluidanschlüsse 92a zur Einkopplung von Oxidator (Luft) und 92b zur Auskopplung von nicht verbrauchtem Oxidator.
Ferner sitzen an der ersten Endplatte 12 Fluidanschlüsse 94a zur Einkopplung von Temperierfluid wie beispielsweise Wasser und 94b zur Auskopplung von Temperierfluid.
Beispielsweise ist eine erste Reihe 96 von Fluidanschlüssen vorgesehen, welche die Fluidanschlüsse 90a, 92a und 94b umfasst. Ferner ist eine zweite Reihe 98 vorgesehen, welche die Fluidanschlüsse 90b, 92b und 94a umfasst. Durch diese Anordnung lässt sich auf einfache Weise ein Gegenstromprinzip für das Temperierfluid im Vergleich zu den zur Stromerzeugung beitragenden Fluiden Brennstoff und Oxidator erreichen.
Die stromerzeugende Einrichtung 20 ist fluiddicht ausgebildet. Zwischen der ersten Bipolarplatte 34 und der Elektroden-Membran-Einheit 26 ist eine entsprechende Abdichtung angeordnet und zwischen der Elektroden-Membran-Einheit 26 und der zweiten Bipolarplatte 36 ist weithin eine entsprechende Abdichtung angeordnet. Ein Fluiddurchgang ist nur an vorgegebenen Stellen vorgesehen. Beispielsweise ist die zweite Bipolarplatte 36 so ausgebildet (wenn die zweite Endplatte 14 keine Fluidanschlüsse 82 aufweist), dass diese keinen Fluiddurchgang nach außen erlaubt.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die erste Bipolarplatte 34 eine erste Kanalstruktur 100 an der zweiten Seite 40 (7) und eine zweite Kanalstruktur 102 an der zweiten Seite 38. Die erste Kanalstruktur 100 weist geschlossene Kanäle 104 auf. In diesen geschlossenen Kanälen 104 kann Temperierfluid strömen. Entsprechend ist der ersten Kanalstruktur 100 ein erster Anschluss 106 und ein zweiter Anschluss 108 zugeordnet. Der erste Anschluss 106 dient zur Einkopplung von Temperierfluid und der zweite Anschluss 108 dient zur Auskopplung von Temperierfluid, welches zwischen dem ersten Anschluss 106 und dem zweiten Anschluss 108 die Kanalstruktur 100 durchströmt hat. Der erste Anschluss 108 steht in fluidwirksamer Verbindung mit einem zugeordneten ersten Anschluss 110 der ersten Zwischenplatte 52 (5). Der zweite Anschluss 108 steht in fluidwirksamer Verbindung mit einem zweiten Anschluss 112 der ersten Zwischenplatte 52. Der erste Anschluss 110 und der zweite Anschluss 112 sind dabei an der ersten Seite 56 der ersten Zwischenplatte 52 angeordnet. Der erst Anschluss 110 der ersten Zwischenplatte 52 steht wiederum in fluidwirksamer Verbindung (über das entsprechende Rohr 78) mit dem Fluidanschluss 94a an der ersten Endplatte 12. Der zweite Anschluss 112 der ersten Zwischenplatte 52 steht in fluidwirksamer Verbindung, über das entsprechende Rohr 78, mit dem Fluidanschluss 94b an der ersten Endplatte 12.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die erste Zwischenplatte 52 selber eine Kanalstruktur 114 mit geschlossenen Kanälen aufweist, so dass auch die erste Zwischenplatte 52 mit Temperierfluid zwischen dem ersten Anschluss 110 und dem zweiten Anschuss 112 durchströmbar ist.
Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die erste Bipolarplatte 34 keine Kanalstruktur zur Durchströmung von Temperierfluid aufweist.
Die zweite Kanalstruktur 102 der ersten Bipolarplatte 34 weist der entsprechenden ersten Elektrode 30 zugewandt offene Kanäle 116 (8) auf und bildet die Verteilungsstruktur 42. Die Kanäle 116 sind dabei der entsprechenden ersten Elektrode 30 zugewandt offen. Die äußeren Abmessungen der Kanalstruktur 114 sind an die äußeren Abmessungen der ersten Elektrode 30 angepasst. Über die Kanalstruktur 114 lässt sich die erste Elektrode 30 mit entsprechendem Fluid (insbesondere Oxidator oder Brennstoff) großflächig beaufschlagen. Die Kanäle 116 sind dabei so geführt, dass eine große flächenspezifische Beaufschlagung erreicht wird. Insbesondere sind die Kanäle 116 mit Richtungsänderung geführt.
Die Kanalstruktur 102 weist einen erste Anschluss 118 auf, über den zur Stromerzeugung beitragendes Fluid einkoppelbar ist. Ferner ist ein zweiter Anschluss 120 vorgesehen, über welchen nicht verbrauchtes Fluid auskoppelbar ist. Zur Stromerzeugung beitragendes Fluid strömt in den offenen Kanälen 116 zwischen dem ersten Anschluss 118 und dem zweiten Anschluss 120, wobei solches Fluid von den offenen Kanälen 116 aus auf die erste Elektrode 30 gelangt.
Die Anschlüsse 118 und 120 sind fluiddicht von den Anschlüssen 106 und 108 getrennt.
Die erste Zwischenplatte 52 weist einen ersten Anschluss 122 auf, über welchen dem ersten Anschluss 118 der Bipolarplatte 52 zur Stromerzeugung beitragendes Fluid bereitstellbar ist. Der erste Anschluss 122 steht in fluidwirksamer Verbindung mit dem ersten Anschluss 118.
Ferner ist an der ersten Zwischenplatte 52 ein zweiter Anschluss 124 angeordnet, welcher in fluidwirksamer Verbindung mit dem zweiten Anschluss 120 steht. Über den zweiten Anschluss 124 der ersten Zwischenplatte 52 lässt sich nicht verbrauchtes zur Stromerzeugung beitragendes Fluid abführen.
Der erste Anschluss 122 der ersten Zwischenplatte 42 steht wiederum über das entsprechende Rohr 78 in fluidwirksamer Verbindung mit dem Fluidanschluss 90a oder 92a. Der zweite Anschluss 124 der ersten Zwischenplatte 52 steht über das entsprechende Rohr 78 in fluidwirksamer Verbindung mit dem Anschluss 90b oder 92b.
Die zweite Bipolarplatte 36 ist entsprechend ausgebildet zur Versorgung der zweiten Elektrode 32 und gegebenenfalls zur Temperierung und insbesondere Kühlung.
Die erste Zwischenplatte 52 ist zu der stromerzeugenden Einrichtung 20 abgedichtet. Insbesondere ist zwischen der ersten Zwischenplatte 52 und der ersten Bipolarplatte 34 eine Abdichtung 126 angeordnet. Ferner ist zwischen der zweiten Zwischenplatte 54 und der stromerzeugenden Einrichtung 20 eine Abdichtung angeordnet. Insbesondere ist an der Zwischenplatte 52 beziehungsweise 54 und/oder der Bipolarplatte 34 beziehungsweise 36 eine entsprechende Abdichtung angeordnet.
Die Kombination aus Zwischenplatten 52, 54 und stromerzeugender Einrichtung 20 bildet bis auf Anschlüsse für die Einkopplung und Auskopplung von Fluid eine abgedichtete Einheit auf. Diese Einheit wiederum ist verspannt zwischen den Endplatten 12 und 14 gehalten. Die elektrischen Anschlüsse 72 und 74 sind an den Zwischenplatten 52 und 54 angeordnet. Die abgedichtete Fluidzuführung und abgedichtete Fluidabführung ist an der ersten Zwischenplatte 52 angeordnet.
Die Endplatten 12 und 14 müssen gegenüber den Zwischenplatten 52 und 54 nicht abgedichtet sein. Sie werden nicht mit Fluid beaufschlagt. Die Endplatten 12, 14 dienen im Wesentlichen dazu, das elektrische Gerät 10 mechanisch zusammenzuhalten. Sie haben keine Dichtungsaufgaben und dergleichen.
Das erfindungsgemäß elektrische Gerät 10 im Beispielsfalle eines Brennstoffzellenstapels funktioniert wie folgt:
An der stromerzeugenden Einrichtung 20 wird im Betrieb elektrischer Strom produziert. Dieser elektrische Strom ist an den elektrischen Anschlüssen 72 und 74 der Zwischenplatten 52 und 54 abgreifbar. Dazu stehen die Zwischenplatten 52 und 54 in elektrischem Kontakt mit der stromerzeugenden Einrichtung 20.
Brennstoff und Oxidator wird durch die erste Zwischenplatte 52 der stromerzeugenden Einrichtung 20 bereitgestellt. Nicht verbrauchter Brennstoff und nicht verbrauchter Oxidator wird über die erste Zwischenplatte 52 abgeleitet. Ferner wird Temperierfluid (insbesondere Kühlfluid und insbesondere Kühlflüssigkeit) der stromerzeugenden Einrichtung und/oder der ersten Zwischenplatte 52 oder zweiten Zwischenplatte 54 bereitgestellt.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist die Verspannung der Stapelelemente des elektrischen Geräts 10 über die Endplatten 12 und 14 getrennt von der Medienversorgung und von dem elektrischen Abgriff. Dadurch ist eine getrennte Optimierung bezüglich mechanischer Stabilität, chemischer Resistenz und Fluiddichtigkeit ermöglicht. Dadurch wiederum ist es beispielsweise möglich, für die erste Endplatte 12 und die zweite Endplatte 14 Materialien zu verwenden, die aus dem Leichtbau bekannt sind und beispielsweise porös sind, da zwischen den Endplatten 12 und 14 und weiteren Komponenten des elektrischen Geräts 10 keine Abdichtung vorgesehen werden muss.
Die erste Zwischenplatte 52 und die zweite Zwischenplatte 54 sorgen für die Medienzufuhr (Fluidzufuhr) zu der stromerzeugenden Einrichtung 20 und an ihnen erfolgt die Stromabnahme. Entsprechend müssen die erste Zwischenplatte 52 und die zweite Zwischenplatte 54 aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sein und es muss eine chemische Resistenz gegenüber den eingesetzten Fluiden vorliegen. Dieser Erfordernisse liegen für die erste Endplatte 12 und die zweite Endplatte 14 nicht vor. Die mechanische Verspannung wird durch die erst Endplatte 12 und die zweite Endplatte 14 bereitgestellt. Das wesentliche Kriterium für die erste Endplatte 12 und die zweite Endplatte 14 ist mechanische Stabilität. Fluiddichtigkeit, elektrische Leitfähigkeit und chemische Inertheit sind durch das Vorsehen der ersten Zwischenplatte 52 und der zweiten Zwischenplatte 54 keine Kriterien für die Endplatten 12, 14. Dadurch ist es möglich, für die erste Endplatte 12 und die zweite Endplatte 14 leichte und/oder kostengünstige Materialien zu verwenden. Es ist kein gesondertes Dichtungskonzept zwischen Zwischenplatten und Endplatten notwendig. In den Zwischenplatten 52, 54 sind über die entsprechenden Anschlüsse Durchgänge vorhanden, die für eine fluidwirksame Verbindung zu der stromerzeugenden Einrichtung 20 sorgen. Fluidanschlüsse 82 lassen sich an den Endplatten 12 und/oder 14 realisieren, ohne dass für eine Fluiddichtigkeit zwischen der entsprechenden Endplatte 12, 14 und der stromerzeugenden Einrichtung 20 gesorgt werden muss. Für die Abdichtung 126 zwischen einer Zwischenplatte 52, 54 und der stromerzeugenden Einrichtung 20 kann das gleiche Dichtungskonzept verwendet werden wie innerhalb der stromerzeugenden Einrichtung 20 (insbesondere zur Abdichtung zwischen den Bipolarplatten 34, 36 und der Elektroden-Membran-Einheit 26).
Die Zwischenplatten 52, 54 lassen sich auch als Temperiereinrichtungen ausbilden, welche von Temperierfluid über die Kanalstruktur 114 durchströmbar sind. Dadurch lässt sich alternativ oder zusätzlich eine Zelltemperierung und insbesondere Zellkühlung realisieren.
Grundsätzlich ist es möglich, dass die Endplatte 12 und/oder die Endplatte 14 ebenfalls mit einer Kanalstruktur 128 (vgl. 3) versehen sind, um beispielsweise auch die entsprechende Endplatte 12 beziehungsweise 14 zu temperieren und insbesondere zu kühlen. Insbesondere weist die Kanalstruktur 128 geschlossene Kanäle auf, mittels welchen die Endplatte 12 beziehungsweise 14 mit Temperierfluid durchströmbar ist.
Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich auch verwenden, um beispielsweise ein elektrisches Gerät in Form eines Batteriestacks zu realisieren. Die entsprechenden stromerzeugenden Einrichtungen 20 sind dann ein oder mehrere Batteriezellen.
Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich beispielsweise auch zur Bildung einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung als elektrisches Gerät verwenden. Es sind dann insbesondere Fluidanschlüsse zur Einkopplung und Auskopplung eines "heißen" Fluids vorgesehen. Ferner sind vorzugsweise Fluidanschlüsse zur Einkopplung und Auskopplung eines "kalten" Fluids vorgesehen. In der stromerzeugenden Einrichtung sind zwischen einer Heißseite und einer Kaltseite thermoelektrische Elemente angeordnet, welche aufgrund des Seebeck-Effekts über Temperaturgradienten zwischen der Kaltseite und der Heißseite einen nutzbaren elektrischen Strom erzeugen.
Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich beispielsweise auch für eine Filterpressenanordnung verwenden, wobei als stromverbrauchende Einheit beispielsweise eine Messeinheit verwendet wird.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist ein Befeuchter oder Entfeuchter. Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich auch im Zusammenhang mit einer stromverbrauchenden Einrichtung anstatt einer stromerzeugenden Einrichtung 20 verwenden. Über den ersten elektrischen Anschluss 72 und den zweiten elektrischen Anschluss 74 erfolgt eine entsprechende Strombeaufschlagung der stromverbrauchenden Einrichtung. Die stromverbrauchende Einrichtung ist beispielsweise eine Elektrolyseeinrichtung. An dieser werden dann Elektrolysegase erzeugt, welche mittels der ersten Zwischenplatte 52 und/oder zweiten Zwischenplatte 54 abführbar sind.
Bezugszeichenliste

10: Elektrisches Gerät
12: Erste Endplatte
14: Zweite Endplatte
16: Erste Seite
18: Zweite Seite
20: Stromerzeugende Einrichtung
22: Brennstoffzelleneinrichtung
24: Brennstoffzelle
26: Elektroden-Membran-Einheit
28: Membran
30: Erste Elektrode
32: Zweite Elektrode
34: Erste Bipolarplatte
36: Zweite Bipolarplatte
38: Erste Seite
40: Zweite Seite
42: Verteilungsstruktur
44: Verbindungseinrichtung
46: Zuganker
52: Erste Zwischenplatte
54: Zweite Zwischenplatte
56: Erste Seite
58: Zweite Seite
60: Erster Bereich
62: Zweiter Bereich
64: Erste Lasche
66: Zweite Lasche
68: Seitenfläche
70a: Seite
70b: Seite
71: Höhenrichtung
72: Erster elektrischer Anschluss
74: Zweiter elektrischer Anschluss
76: Ausnehmung
78: Rohr
80: Ausnehmung
82: Fluidanschluss
84: Kupplung
86: Fixierungseinrichtung
88: Mutter
90a: Fluidanschluss
90b: Fluidanschluss
92a: Fluidanschluss
92b: Fluidanschluss
94a: Fluidanschluss
94b: Fluidanschluss
96: Erste Reihe
98: Zweite Reihe
100: Erste Kanalstruktur
102: Zweite Kanalstruktur
104: Geschlossene Kanäle
106: Erster Anschluss
108: Zweiter Anschluss
110: Erster Anschluss
112: Zweiter Anschluss
114: Kanalstruktur
116: Offener Kanal
118: Erster Anschluss
120: Zweiter Anschluss
122: Erster Anschluss
124: Zweiter Anschluss
126: Abdichtung
128: Kanalstruktur

Claims

Elektrisches Gerät in Stapelbauweise, welches elektrischen Strom bereitstellt oder verbraucht, umfassend einen ersten elektrischen Anschluss (72), einen zweiten elektrischen Anschluss (74), eine erste Endplatte (12), eine zweite Endplatte (14), und eine stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung (20), welche zwischen der ersten Endplatte (12) und der zweiten Endplatte (14) eingespannt angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine erste Zwischenplatte (52), welche der ersten Endplatte (12) zugeordnet ist und von dieser getrennt ist, und an welcher der erste elektrische Anschluss (72) angeordnet ist, und durch eine zweite Zwischenplatte (54), welche der zweiten Endplatte (14) zugeordnet ist und von dieser getrennt ist, und an welcher der zweite elektrische Anschluss (74) angeordnet ist, wobei die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung (20) zwischen der ersten Zwischenplatte (52) und der zweiten Zwischenplatte (54) angeordnet ist und mit der ersten Zwischenplatte (52) und der zweiten Zwischenplatte (54) elektrisch wirksam verbunden ist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endplatte (12) und die zweite Endplatte (14) durch eine Verbindungseinrichtung (44) miteinander verbunden sind.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (44) als Spanneinrichtung ausgebildet ist und insbesondere, dass die Verbindungseinrichtung (44) Zuganker (46) umfasst.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Endplatte (12) und/oder der zweiten Endplatte (14) mindestens ein Fluidanschluss (82) angeordnet ist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Fluidanschluss (82) aus folgenden Anschlusstypen ausgewählt ist: Einkopplungsanschluss (90a, 92a) für ein zur Stromerzeugung beitragendes Fluid, Auskopplungsanschluss (90b, 92b) für das zur Stromerzeugung beitragende Fluid, Einkopplungsanschluss (94a) für ein Temperierfluid, Auskopplungsanschluss (94b) für das Temperierfluid, Auskopplungsanschluss für ein erzeugtes Fluid.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Zwischenplatte (52) und/oder der zweiten Zwischenplatte (54) ein dem mindestens einen Fluidanschluss (82) und der zugehörigen Endplatte (12) zugeordnetes Rohr (78) sitzt.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (78) durch eine zugeordnete Ausnehmung (80) der zugeordneten Endplatte (12) durchgetaucht ist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rohr (78) eine Kupplung (84) des mindestens einen Fluidanschlusses (82) sitzt.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rohr (78) quer und insbesondere senkrecht zu einer Plattenebene der entsprechenden Zwischenplatte (52; 54) und/oder Endplatte (12; 14) orientiert ist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rohr (78) fluiddicht mit der entsprechenden Zwischenplatte (52; 54) verbunden ist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (78) so angeordnet und ausgebildet ist, dass die entsprechende Zwischenplatte (52; 54) mit Fluid versorgbar ist oder Fluid von dieser abführbar ist oder die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung (20) mittels der Zwischenplatte (52; 54) mit Fluid versorgbar ist oder Fluid von dieser abführbar ist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch eine Fixierungseinrichtung (86), über welche die entsprechende Zwischenplatte (52; 54) über das mindestens eine Rohr (78) mit der zugehörigen Endplatte (12; 14) fixiert ist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechende Zwischenplatte (52; 54) mindestens eine durchgehende Ausnehmung (76) aufweist, in welcher das Rohr (78) fixiert ist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endplatte (12) und/oder die zweite Endplatte (14) dem Fluid, welches durch den mindestens einen Fluidanschluss (82) eingekoppelt oder ausgekoppelt ist, nicht ausgesetzt ist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Zwischenplatte (52) und/oder der zweiten Zwischenplatte (54) eine Lasche (64; 66) angeordnet ist, welche den entsprechenden elektrischen Anschluss (72; 74) hält oder bildet.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (64; 66) über eine Seitenfläche (68) hinausragt, welche durch eine Verbindungsfläche zwischen entsprechenden Seiten der ersten Endplatte (12) und zweiten Endplatte (14) definiert ist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zwischenplatte (52) und/oder die zweite Zwischenplatte (54) einen ersten Bereich (60) aufweisen, welcher in seinen Querabmessungen den entsprechenden Querabmessungen der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung entspricht.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Bereich (60) ein zweiter Bereich (62) angeordnet ist, welcher über die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung (20) hinausragt und einen elektrischen Anschluss (72; 74) hält oder bildet.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zwischenplatte (52) und die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung (20) und die zweite Zwischenplatte (54) und die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung (20) über eine entsprechende Abdichtungseinrichtung (126) fluiddicht miteinander verbunden sind.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endplatte (12) nicht gegenüber der ersten Zwischenplatte (54) abgedichtet ist und/oder die zweite Endplatte (14) nicht gegenüber der zweiten Zwischenplatte (54) abgedichtet ist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zwischenplatte (52) und/oder die zweite Zwischenplatte (54) eine Kanalstruktur (114) aufweisen.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstruktur (114) geschlossene Kanäle aufweist, wobei insbesondere im Betrieb des elektrischen Geräts die Kanäle von einem Temperierfluid durchströmt sind.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstruktur (114) Verteilungskanäle oder Anschlüsse (110; 112; 122; 124) zur Fluidzuführung zu der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung (20) aufweist und/oder zur Fluidabführung von der stromerzeugenden oder stromverbrauchenden Einrichtung (20) aufweist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung (20) eine elektrochemische Einrichtung oder thermoelektrische Einrichtung ist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung (20) mindestens eine Brennstoffzelle oder Elektrolysezelle oder Batteriezelle oder thermoelektrische Generatorzelle aufweist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die stromerzeugende oder stromverbrauchende Einrichtung (20) Bipolarplatten (34; 36) umfasst.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zwischenplatte (52) zwischen der ersten Endplatte (12) und einer Bipolarplatte (34) angeordnet ist und die Bipolarplatte (34) elektrisch kontaktiert.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zwischenplatte (54) zwischen der zweiten Endplatte (14) und einer Bipolarplatte (36) angeordnet ist und die Bipolarplatte (36) elektrisch kontaktiert.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Endplatte (12) und der ersten Zwischenplatte (52) eine elektrische Isolierung angeordnet ist und/oder die erste Endplatte (12) aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist und/oder die erste Zwischenplatte (52) eine elektrische Isolierung aufweist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Endplatte (14) und der zweiten Zwischenplatte (54) eine elektrische Isolierung angeordnet ist und/oder die zweite Endplatte aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist und/oder die zweite Zwischenplatte (54) eine elektrische Isolierung aufweist.
Elektrisches Gerät in Stapelbauweise nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endplatte (12) und/oder die zweite Endplatte (14) eine Kanalstruktur mit geschlossenen Kanälen (128) aufweist.