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HINTERGRUND
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(a) Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verteilerblock für einen Brennstoffzellenstapel. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung einen Verteilerblock für eine Brennstoffzelle, der die elektrische Isolierung eines Kühlmittelströmungskanals in einem internen Strömungskanal verbessert.
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(b) Stand der Technik
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Eine Brennstoffzelle ist ein eigenständiges elektrisches Erzeugungssystem, das die chemische Energie von Brennstoff nicht in Wärme über Verbrennung umwandelt sondern stattdessen die chemische Energie direkt in elektrische Energie in einem Brennstoffzellenstapel oder Brennstoffzellenmodul elektrochemisch umwandelt. Derzeit ist eine der attraktivsten Brennstoffzellen für ein Fahrzeug eine Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEMFC), die die höchste Leistungsdichte unter den Brennstoffzellenoptionen auf dem Markt aufweist.
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Der in der PEMFC enthaltene Brennstoffzellenstapel enthält eine Membranelektrodenanordnung (MEA), eine Gasdiffusionsschicht (GDL), eine Dichtung, ein Dichtungselement und einen Separator. Die MEA enthält eine Polymerelektrolytmembran, durch die Wasserstoffionen transportiert werden. Eine Elektroden/Katalysatorschicht, in der eine elektrochemische Reaktion stattfindet, ist auf beiden Seiten der Polymerelektrolytmembran angeordnet. Die GDL diffundiert gleichmäßig Reaktantgase und leitet erzeugte Elektrizität. Die Dichtung liefert eine angemessene luftdichte Abdichtung für die Reaktantgase und das Kühlmittel. Das Dichtungselement liefert einen angemessenen Pressdruck und der Separator trägt die MEA und GDL, sammelt und leitet erzeugte Elektrizität, leitet Reaktantgase und leitet und entfernt Reaktionsprodukte und leitet das Kühlmittel zum Entfernen von Reaktionswärme, etc.
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Ein Brennstoffzellenstapel enthält auch einen Verteilerblock zum Ausbilden eines Einlassströmungskanals und Auslassströmungskanals des Brennstoffzellenstapels. Der Verteilerblock agiert als Schnittstellenelement, das vor und nach der Reaktion zulässt, dass Gas und Kühlmittel in den bzw. aus dem Brennstoffzellenstapel strömen.
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Der Verteilerblock weist einen langen und komplexen internen Strömungskanal auf, durch den Gas und Kühlmittel passieren. Wenn eine Vielzahl von Stapelmodulen an einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert ist, dient der an der Außenseite des Stapelmoduls angebrachte Verteilerblock zum gleichmäßigen Versorgen jedes Stapelmoduls mit Reaktantgasen (Luft und Wasserstoff) und Kühlmittel. Beispielsweise wird der Verteilerblock üblicherweise durch Aluminiumdruckguss hergestellt und bildet dann eine Isolierbeschichtung auf einem Kühlmittelströmungskanal.
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1 ist eine Querschnittsansicht, die einen herkömmlichen Verteilerblock mit einem Kühlmittelströmungskanal veranschaulicht, der mit einem Stapelmodul verbunden ist, und entlang dem Kühlmittelströmungskanal 11 genommen wurde. Wie in 1 gezeigt, ist eine Endplatte 31 an dem äußersten Ende eines Brennstoffzellenstapels 30 montiert und ein Verteilerblock 10 an der Außenseite der Endplatte 31 angebracht, wobei eine Dichtung 32 zwischen denselben angeordnet ist.
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Eine Schnittstelleneinheit 14, durch die das Kühlmittel zugeführt wird, ist derart mit einer Seite des Verteilerblocks 10 verbunden, dass das durch die Schnittstelleneinheit 14 zugeführte Kühlmittel durch das Kühlmittelströmungsfeld 11 im Verteilerblock 10 strömt und dem Stapelmodul 30 zugeführt wird und das aus dem Stapelmodul 30 ausgelassene Kühlmittel durch die Schnittstelleneinheit 14 zur Außenseite abgelassen wird. Die Schnittstelleneinheit 14 kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen. In 1 sind ein Kühlmittelströmungskanal zum Ablassen des aus dem Stapelmodul 30 austretenden Kühlmittels zur Außenseite und eine entsprechende Schnittstelleneinheit zum Ablassen des Kühlmittels nicht gezeigt.
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Bei dem in 1 gezeigten Verteilerblock 10 ist der Kühlmittelströmungskanal 11 in Form einer geraden Linie, die in einem vorbestimmten Winkel gebogen ist, und das Kühlmittel wird immer in denselben gefüllt. Wenn das Kühlmittel in das Kühlmittelströmungsfeld 11 des Verteilerblockes 10 gefüllt wird, kann sich in dem Stapelmodul 30 erzeugte Hochspannungselektrizität durch das Kühlmittel in dem Aluminium-Verteilerblock zur Außenseite (d. h., ein Fahrgestell des Fahrzeugs) bewegen. Diese unkontrollierte Elektrizität kann dem Fahrer oder einem an dem Fahrzeug arbeitenden Individuum einen elektrischen Schlag versetzten. Folglich wird oft eine Isolierbeschichtung (z. B. Keramikbeschichtung, Epoxydharzbeschichtung, Teflonbeschichtung, etc.) auf den gesamten Kühlmittelströmungskanal 11 des Verteilerblocks 10 aufgetragen.
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Der in 1 gezeigte Verteilerblock liefert eine einfache Ausgestaltung und eine ausreichende Größe für den Kühlmittelströmungskanal und verringert folglich den Differenzdruck in demselben. Jedoch verändert sich die Beschichtungsqualität basierend auf der Betriebsumgebung während des Isolierbeschichtungsprozesses erheblich und die Oberflächenrauheit wird aufgrund der Agglomeration der Beschichtung schlechter, was sehr problematisch ist. Außerdem ist die Isolierleistung anfangs zufriedenstellend, aber verschlechtert sich mit der Zeit, und nachdem die Isolierbeschichtung zerstört ist, tritt allmählich elektrische Korrosion auf, was auch problematisch ist.
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In einem Bestreben diese Probleme zu lösen, wird, wie in 2 gezeigt, ein Verteilerblock 10 offenbart, bei dem ein separates Isolierelement an einem Kühlmittelströmungskanal montiert ist. Wie in 2 gezeigt, wird ein Isolierelement 21 mit der gleichen Form wie ein Kühlmittelströmungsfeld 11 auf einen herkömmlichen Verteilerblock 10 gegeben und eine zweigeteilte Isolierabdeckung 23 zum Befestigen und Schützen des Isolierelementes 21 in beide Seiten des Strömungsfeldes eingeführt und gewährleistet folglich die Isolierung des Kühlmittelströmungsfeldes und beseitigt zugleich den Isolierbeschichtungsprozess, der beim bestehenden Verteilerblock zusätzlich durchgeführt wird.
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Der herkömmliche Verteilerblock 10 weist jedoch die folgenden Probleme auf. Zusätzliche Teile, wie beispielsweise das Isolierelement 21, die Isolierabdeckung 23 etc., werden verwendet, was die Entwicklungs- und Herstellungskosten erhöht. zudem kann die Isolierabdeckung 23 im Strömungsfeld beschädigt werden, was den Kühlmittelkanal sperrt, und die Verbindung der zweigeteilten Isolierabdeckung sich nachteilig auf die Kühlmittelströmung auswirken.
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Die in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbarten Informationen dienen nur zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der jemandem mit gewöhnlichen technischen Fähigkeiten hierzulande bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Erfindung liefert einen Verteilerblock für einen Brennstoffzellenstapel, der derart konfiguriert ist, dass eine Kühlmittelschnittstelle aus einem Polymer-Isoliermaterial durch einen Spritzgussprozess zum Gewährleisten einer elektrischen Isolierung eines Kühlmittelkanals gebildet wird, eine Reaktantgasschnittstelle durch einen Gießprozess gebildet wird, der die Bildung eines komplexen Strömungskanals ermöglicht, und die Schnittstellen an einem Stapelmodul montiert und gleichzeitig einstückig miteinander verbunden werden.
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In einem Aspekt liefert die vorliegende Erfindung einen Verteilerblock für einen Brennstoffzellenstapel, wobei der Verteilerblock Folgendes enthält: eine Kühlmittelschnittstelle, die aus einem Polymer-Isoliermaterial mit einer ausgezeichneten Isolierleistung gebildet wird und Kühlmittelströmungskanäle enthält; und eine Reaktantgasschnittstelle, die aus einem Metallmaterial mit einer ausgezeichneten Formbarkeit gebildet wird und Reaktantgasströmungskanäle enthält. Genauer werden die Schnittstellen an einem Stapelmodul montiert und gleichzeitig einstückig miteinander verbunden.
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Kühlmittelschnittstelle einen Kühlmittelzulauf zum Zuführen des Kühlmittels zum Stapelmodul und einen Kühlmittelablauf zum Ablassen des Kühlmittels aus dem Stapelmodul enthalten. Der Kühlmittelzulauf und Kühlmittelablauf können plattenförmige Flansche enthalten, die jeweils mit gegenüberliegenden Seiten des Stapelmoduls an einem Ende jedes Kühlmittelkanals verbunden sind.
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In einigen beispielhaften Ausführungsformen können die Flansche der Kühlmittelschnittstelle Dichtungsbefestigungsnuten zum Befestigen einer Moduldichtung zwischen der Kühlmittelschnittstelle und dem Stapelmodul enthalten. Die Flansche der Kühlmittelschnittstelle können auch Strömungskanalöffnungen enthalten, die mit den Reaktantgaskanälen der Reaktantgasschnittstelle verbunden sind, um als Kanäle zu dienen.
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Die Reaktantgasschnittstelle kann plattenförmige Flansche enthalten, die mit den Flanschen der Kühlmittelschnittstelle an den Enden der Reaktantgaskanäle verbunden sind. Die Flansche der Reaktantgasschnittstellen können Dichtungsbefestigungsnuten zum Befestigen einer Schnittstellendichtung zwischen den Flanschen der Reaktantgasschnittstellen und den Flanschen der Kühlmittelschnittstelle enthalten.
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In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform können die Flansche der Reaktantgasschnittstellen Öffnungen enthalten, durch die Strömungskanalformeinheiten der Kühlmittelschnittstelle gehen können.
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In einer anderen weiteren beispielhaften Ausführungsform können die Flansche der Kühlmittelschnittstelle und die Flansche der Reaktantgasschnittstelle eine Vielzahl von Verbolzungsöffnungen bzw. Bolzenöffnungen (bolting apertures) enthalten, um die Kühlmittelschnittstelle und Reaktantgasschnittstelle, die miteinander verbunden sind, am Stapelmodul montieren zu können.
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In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die Kühlmittelschnittstelle mit der Reaktantgasschnittstelle durch einen Einsatz-Spritzgussprozess bzw. Spritzgussprozess mit Einlegeteilen ausgebildet werden, bei dem die Reaktantgasschnittstelle als Einlegeteil verwendet wird.
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Andere Aspekte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden unten erörtert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die oben erwähnten und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun in Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben detailliert beschrieben werden, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind, die nachstehend nur zur Veranschaulichung dienen und folglich die vorliegende Erfindung nicht beschränken und in denen:
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1 eine Querschnittsansicht ist, die zeigt, dass ein herkömmlicher Verteilerblock mit einem Stapelmodul verbunden ist, und entlang einem Kühlmittelströmungskanal genommen ist;
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2 eine Querschnittsansicht ist, die zeigt, dass ein verbesserter herkömmlicher Verteilerblock mit einem Stapelmodul verbunden ist, und entlang einem Kühlmittelströmungskanal genommen ist;
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3 eine auseinandergezogene Perspektivansicht ist, die einen Verteilerblock nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 eine Ansicht ist, die eine Kühlmittelschnittstelle in dem Verteilerblock nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 eine Ansicht ist, die eine Reaktantgasschnittstelle im Verteilerblock nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 eine zusammengesetzte Perspektivansicht ist, die einen Verteilerblock nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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7 eine Querschnittsansicht ist, die zeigt, dass der Verteilerblock nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Stapelmodul verbunden ist.
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Die in den Zeichnungen dargelegten Zahlen enthalten den Bezug auf die folgenden Elemente, die nachstehend weiter erörtert werden:
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Verteilerblock
- 110
- Kühlmittelschnittstelle
- 111
- Kühlmittelzulauf
- 112
- Kühlmittelablauf
- 113 & 114
- Flansche
- 115 & 116
- Dichtungsbefestigungsnuten
- 117 & 118
- Strömungskanalöffnungen
- 119
- Moduldichtung
- 120 & 121
- Strömungskanalformeinheiten
- 122 & 123
- Kühlmittelströmungskanäle
- 124
- Bolzenöffnung
- 130
- Reaktantgasschnittstelle
- 131 & 132
- Flansche
- 133 & 134
- Dichtungsbefestigungsnuten
- 135 & 136
- Öffnungen
- 137 & 138
- Reaktantgasströmungskanäle
- 139
- Schnittstellendichtung
- 140
- Bolzenöffnung
- 200
- Stapelmodul
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Es sollte klar sein, dass die beiliegenden Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale darstellen, die für die grundlegenden Prinzipien der Erfindung veranschaulichend sind. Die spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, die hierin offenbart sind und beispielsweise bestimmte Maße, Orientierungen, Plätze und Formen enthalten, werden zum Teil durch die bestimmte vorgesehene Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt werden.
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In den Figuren beziehen sich die Bezugsnummern überall in den verschiedenen Figuren der Zeichnung auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
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DETALLIERTE BESCHREIBUNG
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Nachstehend wird auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert Bezug genommen werden, deren Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht und nachstehend beschrieben sind. Zwar wird die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden, aber es wird klar sein, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Im Gegenteil soll die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen decken, die innerhalb des Wesens und Bereiches der Erfindung enthalten sein können, die durch die beiliegenden Ansprüche definiert sind.
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Es sollte klar sein, dass der Ausdruck „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-” oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, der hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen enthält, wie beispielsweise Personenkraftwagen, die Geländefahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Geschäftswagen enthalten, Wasserfahrzeuge, die eine Vielzahl an Booten und Schiffen enthalten, Luftfahrzeuge und Ähnliches, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, elektrische Plug-In-Hybridfahrzeuge, Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge mit alternativen Brennstoffen enthält (z. B. Brennstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl gewonnen werden). Wie hierin bezeichnet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, wie beispielsweise sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
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Die oben erwähnten und andere Merkmale der Erfindung werden unten erörtert.
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Ein Verteilerblock der vorliegenden Erfindung ist an der Außenseite eines Brennstoffzellenstapels zum Zuführen von Reaktantgasen (Luft und Wasserstoff) und eines Kühlmittels zum Brennstoffzellenstapel und Ablassen derselben aus dem Brennstoffzellenstapel angebracht. Der Verteilerblock enthält einen Kühlmittelströmungskanal für die Kühlmittelströmung und einen Reaktantgasströmungskanal für die Reaktantgasströmung in demselben, so dass das eingeleitete Kühlmittel und die eingeleiteten Reaktantgase durch die Strömungskanäle einem Stapelmodul zugeführt und aus demselben abgelassen werden.
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Wenn der Kühlmittelkanal in solch einem Verteilerblock nicht isoliert ist, kann sich in dem Stapelmodul erzeugte Hochspannungselektrizität durch das Kühlmittel zur Außenseite bewegen. D. h., wenn der Kühlmittelströmungskanal aus Metall (z. B. Aluminium) besteht, kann sich die sich bewegende Elektrizität auf ein Fahrgestell eines Fahrzeugs übertragen und folglich einem Fahrer oder Arbeiter einen elektrischen Schlag versetzten. Folglich erfordert der Kühlmittelströmungskanal des Verteilerblockes eine elektrische Isolierung und folglich besteht der Kühlmittelströmungskanal in der vorliegenden Erfindung aus einem Isoliermaterial.
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Der Reaktantströmungskanal des Verteilerblockes ist jedoch zum gleichmäßigen Zuführen der Reaktantgase zu jedem Stapelmodul durch Verringern des Differenzdruckes im Strömungskanal vorgesehen und weist zu diesem Zweck folglich eine sehr komplexe Konfiguration auf. Folglich ist es nahezu unmöglich den gesamten Verteilerblock als spritzgegossenes Produkt herzustellen, das als Einzelstruktur (d. h. 1 Stück) ausgeführt ist.
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Folglich liefert die vorliegende Erfindung einen Verteilerblock für einen Brennstoffzellenstapel, der derart konfiguriert ist, dass eine Kühlmittelschnittstelle aus einem Polymer-Isoliermaterial über einen Spritzgussprozess zum Gewährleisten einer elektrisches Isolierung des Kühlmittelströmungsfeldes ausgebildet wird, eine Reaktantgasschnittstelle über einen Gießprozess ausgebildet wird, der die Bildung eines komplexen Strömungsfeldes ermöglicht, und die Schnittstellen an dem Stapelmodul montiert und gleichzeitig einstückig miteinander verbunden werden.
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Die Kühlmittel- und Reaktantgasschnittstellen, die über verschiedene Formgebungsprozesse nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden, werden am Stapelmodul montiert und zugleich einstückig miteinander verbunden, was den Raum minimiert, den die Schnittstellen einnehmen, und folglich die Herstellung eines kompakten Brennstoffzellenstapels ermöglicht.
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Nach dem Verteilerblock der vorliegenden Erfindung ist es möglich die Isolationsleistung des Kühlmittelströmungskanals beizubehalten, die Festigkeit zum Lagern des Stapelmoduls zu gewährleisten und den komplexen Reaktantgasströmungskanal durch ein einfacheres Verfahren als durch herkömmliches Auftragen einer Isolierbeschichtung oder eines separaten Isolierelementes auf den Kühlmittelströmungskanal frei zu liefern.
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Wenn die Schnittstelle mit dem Kühlmittelströmungskanal und die Schnittstelle mit dem Reaktantgasströmungskanal separat vorgesehen werden, können die Schnittstellen an dem Stapelmodul montiert werden, was einen relativ großen Raum zum Montieren der jeweiligen Schnittstellen erfordert. Folglich nimmt die Größe des Brennstoffzellenstapels zu, was die Montage im Fahrzeug erschwert.
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Wie oben erwähnt wurde, enthält der Verteilerblock 100 für den Brennstoffzellenstapel nach der vorliegenden Erfindung die Kühlmittelschnittstelle 110, die aus einem Polymer-Isoliermaterial mit einer ausgezeichneten Isolierleistung ausgebildet wird und Kühlmittelströmungskanäle 122 und 123 durch einen Spritzgussprozess aufweist, und die Reaktantgasschnittstelle 130, die durch einen Gießprozess ausgebildet wird und Reaktantgasströmungskanäle 137 und 138 aufweist, wobei die Schnittstellen 110 und 130 an dem Stapelmodul 200 montiert und gleichzeitig einstückig miteinander verbunden werden.
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Wie in den 3 und 4 gezeigt, enthält die Kühlmittelschnittstelle 110 einen Kühlmittelzulauf 111 zum Zuführen des Kühlmittels zum Stapelmodul 200 und einen Kühlmittelablauf 112 zum Ablassen des Kühlmittels aus dem Stapelmodul 200 zur Außenseite. Der Kühlmittelzulauf 111 und Kühlmittelablauf 112 weisen Flansche 113 bzw. 114 auf, die jeweils an eine gegenüberliegende Seite des Stapelmoduls 200 (d. h., eine gegenüberliegende Seite einer Endplatte) an einem Ende jedes der Strömungskanäle 112 und 123 angepasst sind, um mit der Reaktantgasschnittstelle 130 während der Montage am Stapelmodul 200 verbunden zu werden.
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Alle Flansche 113 und 114 weisen jeweils eine Plattenform auf, die die gesamte Kante jedes Kühlmittelströmungskanals 122 und 123 auf einer Seite jedes Kühlmittelzulaufs 111 und Kühlmittelablaufs 112 umgibt. Wenn die Kühlmittelschnittstelle 110 am Stapelmoduls 200 montiert wird, wird jeder Flansch 113 und 114 mit der gegenüberliegenden Seite des Stapelmoduls 200 verbunden und mit jedem Flansch 131 und 132 der Reaktantgasschnittstelle 130 verbunden, so dass der Verteilerblock 100 einstückig konfiguriert ist. Zudem enthalten die Flansche 113 und 114 Dichtungsbefestigungsnuten 115 und 116 zum Befestigen einer Moduldichtung 119 zwischen der Kühlmittelschnittstelle 110 und dem Stapelmodul 200 beim Montieren der Kühlmittelschnittstelle 110 am Stapelmodul 200.
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Wenn die Kühlmittelschnittstelle 110 am Stapelmodul 200 montiert wird, wird folglich die Moduldichtung 119 zum Abdichten zwischen den Flanschen 113 und 114 der Kühlmittelschnittstelle 110 und den gegenüberliegenden Seiten des Stapelmoduls 200 durch die Dichtungsbefestigungsnuten 115 und 116 angeordnet und erhält folglich eine luftdichte Abdichtung.
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Zudem sind Strömungskanalöffnungen 117 und 118, die mit den Reaktantgasströmungskanälen 137 und 138 verbunden sind, wenn die Flansche 113 und 114 mit den Flanschen 131 und 132 der Reaktantgasschnittstelle 130 verbunden werden, auf beiden Seiten der Kühlmittelströmungskanäle 122 und 123 ausgebildet. Die Strömungskanalöffnungen 117 und 118 sind mit den Reaktantgasströmungskanälen 137 und 138 verbunden, um als Strömungskanäle der Reaktantgase zu dienen, die dem Stapelmodul 200 zugeführt und aus demselben abgelassen werden. Zudem weisen der Kühlmittelzulauf 111 und Kühlmittelablauf 112 Strömungskanalformeinheiten 120 und 121 zum Ausbilden der Kühlmittelströmungskanäle 122 bzw. 123 auf.
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Wie in 4 gezeigt, sind die Strömungskanalformeinheiten 120 und 121 in der Mitte jedes Flansches 113 und 114, d. h. zwischen den Strömungskanalöffnungen 117 und 118, die an beiden Seiten derselben angeordnet sind, einstückig ausgebildet. Beim Kühlmittelzulauf 111 ist die Strömungskanalformeinheit 120 mit einer geraden Rohrform senkrecht zum Flansch 113 versehen. In Bezug auf den Kühlmittelablauf 112 ist die Strömungskanalformeinheit 121 mit einer gebogenen Rohrform mit einer im Wesentlichen „I”-Form versehen, wobei ein Ende derselben zum Flansch 114 senkrecht ist.
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D. h., der Kühlmittelzulauf 111 und Kühlmittelablauf 112, die die Kühlmittelschnittstelle 110 bilden, enthalten die rohrartigen Strömungskanalformeinheiten 120 und 121, die die Kühlmittelströmungskanäle 122 und 123 bilden, und die plattenförmigen Flansche 113 und 114, die die gesamte Kante der Kühlmittelströmungskanäle 122 und 123 an den Enden der Strömungskanalformeinheiten 120 und 121 umgeben.
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Die Reaktantgasschnittstelle 130 enthält die Reaktantgasströmungskanäle 137 und 138 mit einer relativ komplexen Konfiguration und die Flansche 131 und 132, die an die Flansche der Kühlmittelschnittstelle 110 angepasst sind.
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Wie in 5 gezeigt, weisen der Flansch 131 und 132 jeweils eine Plattenform auf, die die gesamte Kante jedes Reaktantgasströmungskanals 137 und 138 umgibt. Wenn die Reaktantgasschnittstelle 130 am Stapelmodul 200 montiert wird, werden die Flansche 131 und 132 mit den Flanschen 113 und 114 der Kühlmittelschnittstelle 110 verbunden, die zwischen der Kühlmittelschnittstelle 110 und dem Stapelmodul 200 angeordnet sind, so dass der Verteilerblock 100 einstückig konfiguriert ist. Zudem enthalten die Flansche 131 und 132 Dichtungsbefestigungsnuten 133 und 134 zum Befestigen einer Schnittstellendichtung 139 zwischen der Reaktantgasschnittstelle 130 und den Flanschen 113 und 114 der Kühlmittelschnittstelle 110 beim Montieren der Reaktantgasschnittstelle 130 am Stapelmodul 200.
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Wenn die Reaktantgasschnittstelle 130 am Stapelmodul 200 montiert wird, ist folglich die Schnittstellendichtung 139 zur Abdichtung zwischen der Reaktantgasschnittstelle 130 und den Flanschen 113 und 114 der Kühlmittelschnittstelle 110 durch die Dichtungsbefestigungsnuten 133 und 134 angeordnet und erhält folglich eine luftdichte Abdichtung.
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Zudem enthalten die Flansche 131 und 132 der Reaktantgasschnittstelle 130 Öffnungen 135 und 136, durch die die Strömungskanalformeinheiten 120 und 121 der Kühlmittelschnittstelle 110 gehen können. Die Öffnungen 135 und 136 sind zwischen den Reaktantgasströmungskanälen 137 und 138 ausgebildet, die auf beiden Seiten aller Flansche 131 und 132 beabstandet sind, um jegliche Störung der Strömungskanalformeinheiten 120 und 121 zu beseitigen, wenn die Flansche 113, 114, 131 und 132 der Reaktantgas- und Kühlmittelschnittstellen 110 und 130 miteinander verbunden werden. Zudem weisen die Flansche 113, 114, 131 und 132 der Reaktantgas- und Kühlmittelschnittstellen 110 und 130 Bolzenöffnungen 124 und 140 auf, so dass die verbundenen Flansche 113, 114, 131 und 132 am Stapelmodul 200 montiert werden.
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D. h., die Flansche 113, 114, 131 und 132 der Reaktantgas- und Kühlmittelschnittstellen 110 und 130 weisen eine Vielzahl von Bolzenöffnungen 124 und 140 zum Verbinden mit dem Stapelmodul 200 auf und die Kühlmittel- und Reaktantgasschnittstellen 110 und 130 gehen durch die Bolzenöffnungen 124 und 140 und werden dann an gegenüberliegenden Seiten des Stapelmoduls 200 über Befestigungsbolzen (nicht gezeigt) befestigt, die am Stapelmodul 200 montiert sind. Hier werden aufgrund der Befestigungskraft der Befestigungsbolzen die Flansche 113 und 114 der Kühlmittelschnittstelle 110 mit den gegenüberliegenden Seiten des Stapelmoduls 200 verbunden, die Flansche 131 und 132 der Reaktantgasschnittstelle 130 mit den Flanschen der Kühlmittelschnittstelle 110 verbunden und zugleich die Dichtungen 119 und 139 zwischen dem Stapelmodul 200 und dem Flansch 113 und 114 der Kühlmittelschnittstelle 110 und zwischen den Flanschen 113, 114, 131 und 132 der Reaktantgas- und Kühlmittelschnittstellen 110 und 130 gepresst bzw. gedrückt und erhalten folglich durch eine einfache Ausgestaltung eine luftdichte Abdichtung.
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D. h., die Kühlmittel- und Reaktantgasschnittstellen 110 und 130 können am Stapelmodul 200 ohne jeglichen Befestigungsprozess montiert und einstückig miteinander verbunden werden und folglich ist der Verteilerblock 100 ganzheitlich.
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Nach dem oben beschriebenen Verteilerblock der vorliegenden Erfindung ist es möglich die Isoliereigenschaften der Kühlmittelströmungskanäle zu erzielen und zu erhalten, die Festigkeit zum Lagern des Stapelmoduls zu gewährleisten, die Bildung der Reaktantgasströmungskanäle mit einer komplexen Ausführung zu ermöglichen und den Differenzdruck im Strömungskanal zu verringern und folglich die Leistung des Brennstoffzellenstapels zu verbessern.
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Zudem ist es nach dem oben beschriebenen Verteilerblock der vorliegenden Erfindung möglich eine einfache und kompakte Struktur zum Gewährleisten der Isolierung des Kühlmittelströmungskanals zu liefern und folglich die Leistungsdichte des Brennstoffzellenstapels im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren zum Auftragen einer Isolierbeschichtung oder eines separaten Isolierelementes auf den Kühlmittelströmungskanal zu erhöhen.
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Zudem können die Kühlmittelschnittstelle 110 und Reaktantschnittstelle 130 vor der Montage am Stapelmodul 200 über einen Spritzgussprozess mit Einlegeteilen einstückig ausgebildet werden. Dazu wird die Reaktantgasschnittstelle 130 aus einem Metallmaterial (z. B. Aluminium) über einen Gießprozess ausgebildet. Dann wird die Kühlmittelschnittstelle 110 durch einen Spritzgussprozess mit Einlegeteilen ausgebildet, bei welchem die ausgebildete Reaktantgasschnittstelle 130 in eine Einlegeteilform eingesetzt wird, so dass die Kühlmittelschnittstelle 110 mit der Reaktantgasschnittstelle 130 einstückig ausgebildet wird.
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Wie oben beschrieben wurde, ist es nach dem Verteilerblock für den Brennstoffzellenstapel der vorliegenden Erfindung möglich, eine ausgezeichnete Isolierleistung des Kühlmittelströmungskanals zu gewährleisten, eine elektrische Korrosion zu verhindern und eine einfache und kompakte Struktur ohne jegliche(s) separate(s) Isolierbeschichtung oder Isolierelement zu liefern und folglich die Leistungsdichte des Brennstoffzellenstapels zu erhöhen.
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Die Erfindung wurde in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen derselben detailliert beschrieben. Es wird jedoch von jemandem mit technischen Fähigkeiten eingesehen werden, dass Änderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können ohne von den Prinzipien und dem Wesen der Erfindung abzuweichen, deren Bereich in den beiliegenden Ansprüchen und Äquivalenten derselben definiert ist.
