DE102013206018A1

DE102013206018A1 - Separator für eine brennstoffzelle

Info

Publication number: DE102013206018A1
Application number: DE102013206018.1A
Authority: DE
Inventors: Suk Min Baeck; Sang Mun Jin
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2014-06-26
Also published as: KR20140079969A; US8945792B2; US20140178798A1; CN103887462A; CN103887462B; KR101417496B1

Abstract

Ein Separator (1) für eine Brennstoffzelle weist eine Metallplatte (7), welche einen Durchgang (3) und eine Mehrfachleitung (5) festlegt, Fassungen (11), welche Dichtungen (9) aufweist, welche damit unter Verwendung von Spritzgießen integriert sind, und eine Verbindungseinheit zum Verbinden der Fassungen (11) mit der Metallplatte (7) auf. Die Dichtungen (9) können unterschiedlich ausgebildet werden. Dies löst Probleme einer Prozessüberlagerung zwischen einer leitenden Oberflächenbehandlung und dem Vernetzen der Dichtung (9), vermeidet ein Entgraten von der Dichtung (9), und verhindert ein mangelhaftes Spritzgießen von den Dichtungen (9), was eine beständige Qualität von dem Separator (1) sicherstellt, die Produktivität erhöht und die Herstellungskosten verringert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Separator für eine Brennstoffzelle, und genauer eine Struktur von einem Separator für eine Brennstoffzelle.
Hintergrund
Ein Brennstoffzellensystem weist eine feste Polymer-Elektrolytmembran auf, wobei eine Seite von dieser mit einer Kathode versehen ist, und die andere Seite von dieser ist mit einer Anode versehen. Dieses System soll eine externe Lastenergie zur Verfügung stellen, welche abhängig von einer elektrochemischen Reaktion zwischen Sauerstoff in der Luft, welcher der Kathode bereitgestellt wird, und Wasserstoff, welcher der Anode bereitgestellt wird, erzeugt wird.
Ein Brennstoffzellenstapel wird durch ein vertikales Stapeln einer Vielzahl von Einheitszellen gebildet, wobei jede aufweist: eine Kathode, durch welche ein Oxidationsgas strömt; eine Anode, durch welche ein Reduktionsgas strömt; und eine Polymer-Elektrolytmembran.
Zu diesen ist ein Separator in dem Brennstoffzellensystem vorgesehen, um die folgenden Funktionen wahrzunehmen. Der Separator dient als ein Durchgang zum Bereitstellen des Reduktionsgas und des Oxidationsgas an die Zellen in dem Brennstoffzellenstapel, und als ein Durchgang zum Bereitstellen von Kühlwasser, um den Stapel zu kühlen, und als ein Durchgang zum Übertragen des erzeugten elektrischen Stroms.
Solch ein Separator sollte Luftdichtheit oder Dichtheit gegenüber Fluiden besitzen, so dass das Reduktionsgas und das Oxidationsgas sich nicht mit dem Kühlwasser vermischen. Um die Luftdichtheit sicherzustellen, ist die Oberfläche von dem Separator mit einer Dichtung versehen, welche eine Gummidichtung verwendet, um eine Dichtigkeit gegenüber Fluiden oder Gas beizubehalten, und um einen Anpressdruck aufrecht zu erhalten.
1 und 2 veranschaulichen den Separator 500 und die Dichtung 502, in welchen ein Klebstoff 504 auf die Oberfläche von dem Separator 500 aufgebracht wird, und dann wird die Dichtung 502, welche aus einer Gummidichtung hergestellt ist, an diesem mittels Spritzgießen gebildet.
Der Separator 500 wird mittels Einbringen von einem Material, der Bildung von einem Durchgang (Stanzen), einer leitenden Oberflächenbehandlung und dem integrierten Spritzgießen der Dichtung hergestellt, in dieser Reihenfolge. Die integrierte Dichtung 502 von dem Separator 500 wird durch das Ausführen des integrierten Spritzgießens der Dichtung auf der Oberfläche von dem Separator 500 ausgebildet, unter einer Bedingung, dass eine Kante von dem Separator 500 durch eine Spritzgussform für die Dichtung unter Druck gesetzt wird.
Der Separator 500 mit der integrierten Dichtung 502 sollte einer Temperatur von 200°C oder mehr über eine lange Zeitdauer ausgesetzt sein, damit sich ein Dichtungsmaterial vernetzt, was ungewollt Probleme einer Prozessüberlagerung mit der leitenden Oberflächenbehandlung verursacht. In dem Fall, bei dem das Dichtungsmaterial von dem Spalt zwischen dem Separator und der Gießform der Dichtung nach dem integrierten Spritzgießen entweicht, sollte es unter Einsatz von Entgraten entfernt werden. Im Rahmen des Entgratens können Sachschäden an der Oberfläche von dem Separator auftreten, welche die Fehlerraten auffallend erhöhen.
Um einen fertig bearbeiteten Separator herzustellen, sollten die vorstehend erwähnten vier Prozesse ausgeführt werden. Wenn Fehler während dem Spritzgießen der Dichtung geschaffen werden, dann können die Herstellungskosten von den vorhergehenden Prozessen ungewollt zu den Fehlerkosten hinzufügt werden.
Das vorstehende soll lediglich zu dem Verstehen des Hintergrunds von dem vorliegenden Erfindungskonzept unterstützen und soll nicht bedeuten, dass das vorliegende Erfindungskonzept in den Bereich des Standes der Technik fällt, welcher dem Fachmann bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Demzufolge wurde die vorliegende Offenbarung unter Beachtung der obigen Probleme gemacht, welchen im Stand der Technik begegnet wird, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen Separator für eine Brennstoffzelle zur Verfügung zu stellen. Eine Dichtung von dem Separator kann unterschiedlich ausgebildet werden, was Probleme einer Prozessüberlagerung zwischen der leitenden Oberflächenbehandlung und dem Vernetzen der Dichtung löst, vermeidet das Erfordernis nach dem Entgraten der Dichtung, und verhindert ein mangelhaftes Spritzgießen der Dichtung. Dies stellt eine beständige Qualität von dem Separator sicher, erhöht die Produktivität und verringert die Herstellungskosten, und trägt letzten Endes zu einer Verbesserung bei der Qualität von der Brennstoffzelle bei.
Um die obige Aufgabe zu erfüllen, stellt ein Aspekt der vorliegende Offenbarung einen Separator für eine Brennstoffzelle zur Verfügung, aufweisend eine Metallplatte, welche einen Durchgang und eine Mehrfachleitung festlegt; Fassungen, welche Dichtungen aufweisen, welche damit unter Verwendung von Spritzgießen integriert sind; und eine Verbindungseinheit zum integrierten Verbinden der Fassungen mit der Metallplatte.
KURZE BESCHREIBUNG VON DEN ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
1 ist eine Ansicht, welche die Struktur von einem Separator für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einer herkömmlichen Technik veranschaulicht;
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von 1;
3 ist eine Ansicht, welche die Struktur von einem Separator für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einem Beispiel von der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV von 3.
BESCHREIBUNG VON BESTIMMTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezugnahme auf 3, weist ein Separator 1 für eine Brennstoffzelle in Übereinstimmung mit einem Beispiel von der vorliegenden Offenbarung eine Metallplatte 7, welche einen Durchgang 3 und eine Mehrfachleitung 5 ausbildet, Fassungen 11, welche Dichtungen 9 aufweisen, die damit unter Verwendung von Spritzgießen integriert sind, und eine Verbindungseinheit zum integrierten Verbinden der Fassungen 11 mit der Metallplatte 7 auf.
Verglichen mit herkömmlichen Techniken, bei denen die Dichtung integral auf den Separator spritzgegossen ist, ist der Separator 1 in Übereinstimmung mit dem Beispiel derart konfiguriert, so dass die Metallplatte 7, welche den Durchgang 3 und die Mehrfachleitung 5 bildet, und die Fassungen 11, welche die integral spritzgegossenen Dichtungen 9 aufweisen, getrennt voneinander hergestellt werden und dann zusammengebaut werden, und somit wird ein einzelner Separator 1 fertiggestellt. Dadurch, im Vergleich zu der herkömmlichen Herstellung von dem Separator, verhindert der Herstellungsprozess von dem Beispiel Überlagerungsprobleme zwischen der leitenden Oberflächenbehandlung und dem Vernetzen der Dichtung und ein mangelhaftes Spritzgießen der Dichtung, und macht es möglich, das Entgraten der Dichtung zu vermeiden. Dies verbessert die Produktivität von dem Separator, verringert die Herstellungskosten von selbigem, und stellt eine beständige Qualität von dem Separator sicher, und trägt auf diese Weise zu der Verbesserung der Qualität von einer Brennstoffzelle bei.
Ebenfalls wird die Dichtung nicht direkt auf die Metallplatte 7 spritzgegossen, und vermeidet somit das Erfordernis zum Anwenden eines Trennmittels vor dem Spritzgießen der Dichtung, was dadurch eine Verunreinigung von der Metallplatte 7 beachtlich senkt und trägt sehr zu einer Zunahme bei der Qualität von einer Brennstoffzelle bei.
Die Fassungen 11 werden jeweils mit beiden Seiten von der Metallplatte 7 verbunden, und die Verbindungseinheit ist dazu eingerichtet, so dass die Fassungen 11 auf beiden Seiten von der Metallplatte 7 miteinander verbunden sind.
Die Verbindungseinheit weist ein Verbindungsloch 13, welches in der Metallplatte 7 ausgebildet ist, und Verbindungsvorsprünge 15 auf, welche eine konvexe Struktur aufweisen. Die konvexe Struktur enthält einen Verbindungsvorsprung, welcher von derjenigen Fassung 11 vorsteht, welche auf einer Seite von der Metallplatte 7 positioniert ist, und tritt durch das Verbindungsloch 13 hindurch, und der andere Verbindungsvorsprung, welcher von derjenigen Fassung 11 vorsteht, welche auf der anderen Seite von der Metallplatte 7 positioniert ist, und tritt durch das Verbindungsloch 13 hindurch. Die Verbindungsvorsprünge sind komplementär zueinander zusammengepasst.
Die Fassungen 11 sind dazu eingerichtet, so dass die Verbindungsvorsprünge durch die Dichtungen 9 um die Verbindungsvorsprünge herum umschlossen sind, und die Umfangskanten von den Fassungen 11 werden in den Dichtungen 9 gehalten.
Die Metallplatte 7 und die Fassungen 11 werden getrennt hergestellt und dann unter Verwendung der Verbindungseinheit zusammengebaut, was auf diese Weise den Separator 1 fertigstellt.
Wie oben stehend beschrieben, stellt die vorliegende Offenbarung einen Separator für eine Brennstoffzelle zur Verfügung. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung kann eine Dichtung von dem Separator unterschiedlich ausgebildet werden, was somit Probleme einer Prozessüberlagerung zwischen der leitenden Oberflächenbehandlung und dem Vernetzen der Dichtung nach einer herkömmlichen Herstellung von einem Separator löst, vermeidet das Erfordernis nach dem Entgraten der Dichtung, und verhindert ein mangelhaftes Spritzgießen er Dichtung, stellt auf diese Weise eine beständige Qualität von dem Separator sicher, während es die Produktivität erhöht und die Herstellungskosten verringert, und trägt letzten Endes zu einer Verbesserung bei der Qualität von der Brennstoffzelle bei.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung für veranschaulichende Zwecke offenbart wurden, wird der Fachmann jedoch erkennen, dass unterschiedliche Veränderungen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne dabei von dem Schutzumfang und dem Erfindungsgedanken des Erfindungskonzepts abzuweichen, wie sie in den angehängten Patentansprüchen offenbart sind.

Claims

Separator (1) für eine Brennstoffzelle, aufweisend: eine Metallplatte (7), welche einen Durchgang (3) und eine Mehrfachleitung (5) festlegt; Fassungen (11), welche Dichtungen (9) aufweisen, welche damit unter Verwendung von Spritzgießen integriert sind; und eine Verbindungseinheit zum Verbinden der Fassungen (11) mit der Metallplatte (7).
Separator (1) nach Anspruch 1, wobei die Fassungen (11) jeweils mit beiden Seiten von der Metallplatte (7) verbunden sind, und die Verbindungseinheit dazu eingerichtet ist, so dass die Fassungen (11) auf beiden Seiten von der Metallplatte (7) miteinander verbunden sind.
Separator (1) nach Anspruch 1, wobei Verbindungseinheit aufweist: ein Verbindungsloch (13), welches in der Metallplatte (7) angeordnet ist; und Verbindungsvorsprünge (15), aufweisend einen Verbindungsvorsprung, welcher von derjenigen Fassung (11) vorsteht, welche auf einer Seite von der Metallplatte (7) positioniert ist, und durch das Verbindungsloch (13) hindurchtritt, und der andere Verbindungsvorsprung (15), welcher von derjenigen Fassung (11) vorsteht, welche auf der anderen Seite von der Metallplatte (7) positioniert ist, und durch das Verbindungsloch (13) hindurchtritt, wobei die zwei Verbindungsvorsprünge (15) komplementär zueinander zusammengepasst sind.
Separator (1) nach Anspruch 3, wobei die Fassungen (11) dazu eingerichtet sind, so dass die Verbindungsvorsprünge (15) durch die Dichtungen (9) um die Verbindungsvorsprünge (15) herum umschlossen sind, und die Umfangskanten von den Fassungen (11) in den Dichtungen (9) gehalten werden.