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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung bezieht sich auf Brennstoffzellenstapel für Fahrzeuge. Zum Beispiel bezieht sich diese Offenbarung in einigen Ausführungsformen und Implementierungen auf Verfahren, Vorrichtungen und Systeme zum Verbessern und/oder Vereinfachen einer oder mehrerer Abdichtungen zwischen verschiedenen Platten/Einheiten eines Fahrzeug-Brennstoffzellenstapels.
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HINTERGRUND
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Brennstoffzellensysteme erzeugen elektrische Energie durch die Oxidation und Reduktion eines Brennstoffs und eines Oxidationsmittels. Zum Beispiel kann Wasserstoff verwendet werden, um in einer Brennstoffzelle effizient Elektrizität zu erzeugen. Fahrzeuge, die durch Wasserstoffbrennstoffzellen mit Leistung versorgt werden, sind häufig effizienter und erzeugen weniger Emissionen als Fahrzeuge, die Brennkraftmaschinen nutzen.
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In einem typischen Brennstoffzellensystem wird Wasserstoff oder ein wasserstoffreiches Gas über einen Strömungsweg als ein Reaktant zu einer Anodenseite einer Brennstoffzelle zugeführt und wird Sauerstoff über einen getrennten Strömungsweg als ein Reaktant zu einer Katodenseite der Brennstoffzelle zugeführt. Üblicherweise sind bei der Anode und bei der Katode Katalysatoren, häufig in Form eines Edelmetalls wie etwa Platin, angeordnet, um die elektrochemische Umwandlung der Reaktanten in Elektronen und positiv geladene Ionen (für den Wasserstoff) und in negativ geladene Ionen (für den Sauerstoff) zu erleichtern. In einigen Brennstoffzellen können die Anode und die Katode aus einer Schicht elektrisch leitender Gasdiffusionsmedien (GDM) mit den darauf abgelagerten Katalysatoren hergestellt sein, um ein mit Katalysator beschichtetes Diffusionsmedium (CCDM) zu bilden. Um die Anode von der Katode zu trennen, um den selektiven Durchgang von Ionen von der Anode zu der Katode zu ermöglichen, während gleichzeitig der Durchgang der erzeugten Elektronen verhindert wird, kann eine Elektrolytschicht (auch eine Ionomerschicht genannt) verwendet sein.
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Diese Elektronen werden gezwungen, über einen äußeren elektrisch leitenden Stromkreis (wie etwa eine Last) zu fließen, um Nutzarbeit auszuführen, bevor sie bei der Katode mit den geladenen Ionen rekombinieren. Die Kombination der positiv und der negativ geladenen Ionen bei der Katode führt zur Erzeugung von Wasser als ein Nebenprodukt der Reaktion. In einer anderen typischen Brennstoffzelle können die Anode und die Katode direkt auf der Elektrolytschicht gebildet sein, um eine Schichtstruktur zu bilden, die als eine Membranelektrodenanordnung (MEA) bekannt ist.
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Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM-Brennstoffzellen) haben sich zur Verwendung in Fahrzeugen als besonders vielversprechend erwiesen. Die Elektrolytschicht einer PEM-Brennstoffzelle ist eine feste für Protonen durchlässige Membran wie etwa eine Perfluorsulfonsäuremembran (PFSA). Unabhängig davon, ob die obige Herangehensweise auf der Grundlage einer MEA oder die obige Herangehensweise auf der Grundlage einer CCDM genutzt wird, bildet die Anwesenheit einer Anode, die durch eine Elektrolytschicht von einer Katode getrennt ist, eine einzelne PEM-Brennstoffzelle. Mehrere solcher Zellen können miteinander kombiniert werden, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden, um die Leistungsausgabe zu erhöhen.
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Üblicherweise werden die einzelnen Zellen von Brennstoffzellenstapeln durch hohe Kräfte zusammengedrückt, sowohl, um sicherzustellen, dass ein richtiger elektrischer Kontakt hergestellt wird, der die Entnahme von Strom aus dem Stapel ermöglicht, als auch, um Dichtungen zwischen verschiedenen Verteilern und/oder Kanälen innerhalb des Stapels, die verwendet werden, um die Reaktanten und Kühlmittel durch den Stapel zu liefern, zu erzeugen. In solchen Stapeln werden häufig Isolierplatten verwendet, um eine oder mehrere der Zellen und/oder Stromabnehmerelemente von anderen Komponenten des Stapels wie etwa von einer Endeinheitsanordnung oder Rahmenplatte elektrisch zu isolieren. Die Isolierplatten werden üblicherweise aus einem Kunststoffmaterial gebildet und die benachbarten Endeinheits-/Rahmenplatten werden üblicherweise aus Aluminiumguss, Aluminiumschmiedeteilen oder Aluminiumpresslingen gebildet.
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Wegen unausgeglichener Kräfte auf gegenüberliegende Seiten der Isolierplatte, die zur Biegung der Platte und/oder einer Dichtung führen können, die nicht den gewünschten Dichtungsdruck besitzen können und somit anfällig für einen Leckverlust und/oder für eine Störung sein können, sind solche Entwürfe gelegentlich suboptimal. Um sicherzustellen, dass die Verteiler/Kanäle eine richtige Dichtung aufrechterhalten, sind einige Brennstoffzellenstapel durch Verschrauben oder durch Befestigen der Kunststoffisolierplatte auf andere Weise an einer benachbarten Aluminium-Endplatte/Rahmenplatte mit mechanischen Befestigungselementen hergestellt worden. Dadurch, dass solche Entwürfe z. B. häufig viele Befestigungselemente und andere Teile erfordern, immer noch mit einer unerwünschten Abhängigkeit zwischen dem Lastausgleich benachbarter Dichtungen konfiguriert sein können und die Biegung und/oder Entlastung von Dichtungen zwischen der Isolierplatte und der benachbarten Endplatte/Rahmenplatte immer noch nicht ausreichend verhindern können, bleiben sie suboptimal.
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Somit hat der Erfinder festgestellt, dass es erwünscht wäre, Verfahren, Vorrichtungen und Systeme zum Verbessern und/oder Vereinfachen einer oder mehrerer Dichtungen zwischen verschiedenen Platten/Einheiten eines Fahrzeug-Brennstoffzellenstapels zu schaffen, die eine oder mehrere der vorstehenden Beschränkungen und/oder andere Beschränkungen des Standes der Technik überwinden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es werden hier Verfahren, Vorrichtungen und Systeme zum Verbessern und/oder Vereinfachen einer oder mehrerer Dichtungen zwischen verschiedenen Platten/Einheiten eines Fahrzeug-Brennstoffzellenstapels offenbart. In einigen Ausführungsformen und Implementierungen können diese Verbesserungen durch Überspritzen einer Dichtung wie etwa einer Durchgangsdichtung auf eine Endrahmenplatte eines Brennstoffzellenstapels ausgeführt werden. In einigen solchen Ausführungsformen und Implementierungen kann die Dichtung getrennt geformt und in den Brennstoffzellenstapel eingebaut werden. In einigen solchen Ausführungsformen und Implementierungen kann die Endrahmenplatte ein stranggepresstes Teil umfassen, das mehrere Hohlräume umfasst. Diese Hohlräume können mit einem Hohlraumfüllstoff gefüllt sein, der einen Schaumstoff umfassen kann, der den Überspritzprozess erleichtern kann. In einigen Ausführungsformen und Implementierungen kann die gesamte Isolierplatte auf die Rahmenplatte überspritzt sein und als eine einteilige Einheit mehrere Dichtungen nach Art einer Durchführung umfassen, die Verteiler umfassen können, die zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der Rahmenplatte verlaufen.
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In einem weiteren besonderen Beispiel eines Verfahrens in Übereinstimmung mit einer Implementierung der Erfindung zur Herstellung einer Brennstoffzellenstapelplatte kann eine Platte durch ein Strangpresswerkzeug in der Weise stranggepresst werden, dass eine Platte erzeugt wird, die eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und mehrere Hohlräume, die zwischen der oberen und der unteren Oberfläche angeordnet sind, umfasst. Wenigstens eine Teilmenge der Hohlräume kann mit einem Hohlraumfüllstoff, der von einem zum Bilden der Platte verwendeten Material verschieden ist, wie etwa einem Schaumstoff, gefüllt werden. In einigen Implementierungen können alle Hohlräume mit diesem Material gefüllt werden. Daraufhin können ein oder mehrere Verteiler in die Platte überspritzt werden, um zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der Platte entsprechende Kanäle zu bilden.
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In einigen Implementierungen kann das Überspritzen der Verteiler in die Platte das Überspritzen einer oder mehrerer Durchführungen in die Platte umfassen. In einigen Implementierungen kann das Überspritzen der Verteiler in die Platte das Überspritzen einer Isolierplatte auf die Platte umfassen, wobei die Isolierplatte das einen oder die mehreren Verteiler umfasst. Die überspritzte Isolierplatte kann mehrere Verteiler umfassen, wobei jeder Verteiler einen Kanal zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der Platte definiert.
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In einem anderen Beispiel eines Verfahrens in Übereinstimmung mit den hier offenbarten erfinderischen Prinzipien kann das Verfahren ein Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels umfassen. Das Verfahren kann das Bilden einer Rahmenplatte und das Überspritzen einer Isolierplatte auf die Rahmenplatte, um mehrere Verteiler zu bilden, die zwischen einer oberen Oberfläche der Rahmenplatte und einer unteren Oberfläche der Rahmenplatte verlaufen, umfassen. In einigen Implementierungen kann sich jeder der mehreren Verteiler wenigstens mit einem Abschnitt der oberen Oberfläche der Rahmenplatte und wenigstens mit einem Abschnitt der unteren Oberfläche der Rahmenplatte überlappen. Daraufhin kann benachbart zu der Rahmenplatte eine Endplatte positioniert werden.
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In einigen Implementierungen kann die Isolierplatte in der Weise auf die Rahmenplatte überspritzt werden, dass ein einteiliges Teil gebildet wird, das die Rahmenplatte und jeden der mehreren Verteiler umfasst. Außerdem oder alternativ kann die Isolierplatte in der Weise auf die Rahmenplatte überspritzt werden, dass benachbart zu einer Oberfläche der Rahmenplatte, die der Isolierplatte gegenüberliegt, ein Dichtungsflansch erzeugt wird. Der Dichtungsflansch kann um mehrere (in diesem Fall um alle) Verteiler verlaufen. Alternativ können um jeden der Verteiler oder um eine Teilmenge der Verteiler getrennte Dichtungsflansche gebildet werden.
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In einigen Implementierungen kann der Schritt des Ausbildens einer Rahmenplatte das Strangpressen der Rahmenplatte durch ein Strangpresswerkzeug in der Weise, dass eine Rahmenplatte erzeugt wird, die eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und mehrere Hohlräume, die zwischen der oberen und der unteren Oberfläche angeordnet sind, umfasst, und daraufhin das Füllen der Hohlräume mit einem Schaumstoff oder einem anderen Hohlraumfüllstoff umfassen.
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In einem besonderen Beispiel einer Ausführungsform eines Brennstoffzellenstapels kann der Brennstoffzellenstapel mehrere elektrochemische Brennstoffzellen mit einer Isolierplatte, die benachbart wenigstens zu einer der mehreren elektrochemischen Brennstoffzellen positioniert ist, umfassen. Ferner kann der Stapel eine Endplatte und eine Rahmenplatte, die zwischen der Isolierplatte und der Endplatte positioniert ist, umfassen. Die Rahmenplatte kann eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und einen oder mehrere Verteiler, die einen Kanal zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche definieren, umfassen. Der eine bzw. die mehreren Verteiler können eine Durchführung umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie mit der Endplatte eine erste Dichtung und mit der Isolierplatte eine zweite Dichtung erzeugt. In einigen Ausführungsformen können sich die eine oder die mehreren Durchführungen auf der oberen Oberfläche und auf der unteren Oberfläche mit der Rahmenplatte überlappen.
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In einigen Ausführungsformen kann der Brennstoffzellenstapel keine mechanischen Befestigungselemente zwischen der Isolierplatte und der Rahmenplatte besitzen. Da solche Befestigungselemente häufig dazu neigen, zu unausgeglichenen Dichtungsbelastungen zu führen, die zur Durchbiegung der Isolierplatte führen können, kann dies für bestimmte Anwendungen/Ausführungsformen nützlich sein. Die Rahmenplatte kann mehrere Hohlräume umfassen, die zwischen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche ausgebildet sind, und in einigen Ausführungsformen können die Hohlräume, wie oben diskutiert wurde, mit einem Schaumstoff oder mit einem anderen ähnlichen Hohlraumfüllstoff gefüllt sein. In einigen solchen Ausführungsformen kann die Rahmenplatte anstelle eines Gussteils eine stranggepresste Platte umfassen.
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Eine oder mehrere der Durchführungen können zwei verschiedene Dichtungsprofile an den gegenüberliegenden Enden der Durchführung umfassen und/oder können zum Übertragen einer Dichtungskraft von der Endplatte auf die Isolierplatte konfiguriert sein. In einigen Ausführungsformen kann die Rahmenplatte mehrere Verteiler umfassen und kann die Durchführung eine einteilige Durchführung umfassen, die wenigstens zwei der mehreren Verteiler definiert. In einigen Ausführungsformen können die eine oder die mehreren Durchführungen eine überspritzte Durchführung umfassen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es werden nun nicht einschränkende und nicht nicht erschöpfende Ausführungsformen der Offenbarung einschließlich verschiedener Ausführungsformen der Offenbarung in Bezug auf die Figuren beschrieben, in denen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Platte für einen Brennstoffzellenstapel, die überspritzte Verteiler nach Art einer Durchführung umfasst, ist.
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2 eine perspektivische Ansicht einer Seite der Platte aus 1, die der in 1 gezeigten Seite gegenüberliegt, ist.
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3 eine Querschnittsansicht ist, die eine Ausführungsform einer Platte für einen Brennstoffzellenstapel zusammen mit einer benachbarten Isolierplatte und mit einer Dichtung nach Art einer Durchführung zeigt.
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4 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Platte für einen Brennstoffzellenstapel, die eine benachbarte überspritzte Isolierplatte umfasst, ist.
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5 eine perspektivische Ansicht einer Seite der Platte aus 4, die der in 4 gezeigten Seite gegenüberliegt, ist.
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6 eine Querschnittsansicht der Ausführungsformen aus 4 und 5 ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird eine ausführliche Beschreibung von Vorrichtungen, Systemen und Verfahren in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gegeben. Obwohl mehrere Ausführungsformen beschrieben sind, ist die Offenbarung selbstverständlich nicht auf irgendeine der offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst sie stattdessen zahlreiche Alternativen, Abwandlungen und Entsprechungen. Obwohl in der folgenden Beschreibung zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt sind, um ein gründliches Verständnis der hier offenbarten Ausführungsformen zu schaffen, können außerdem einige Ausführungsformen ohne einige oder alle dieser Einzelheiten verwirklicht werden. Darüber hinaus ist zur Klarheit bestimmtes technisches Material, das im verwandten Gebiet bekannt ist, nicht ausführlich beschrieben worden, um eine unnötige Verdeckung der Erfindung zu vermeiden.
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Die Ausführungsformen der Offenbarung werden am besten anhand der Zeichnungen verstanden, in denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sein können. Selbstverständlich könnten die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, wie sie hier allgemein beschrieben und in den Figuren dargestellt sind, in einer breiten Vielfalt anderer Konfigurationen angeordnet und ausgelegt sein. Somit soll die folgende ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen der Systeme und Verfahren der Offenbarung den Schutzumfang der wie beanspruchten Offenbarung nicht beschränken, sondern lediglich mögliche Ausführungsformen der Offenbarung repräsentieren. Soweit nicht etwas anderes spezifiziert ist, brauchen die Schritte eines Verfahrens außerdem weder notwendig in irgendeiner spezifischen Reihenfolge oder sogar nacheinander ausgeführt zu werden, noch brauchen die Schritte nur einmal ausgeführt zu werden.
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Ausführungsformen der hier offenbarten Systeme, Vorrichtungen und Verfahren können verwendet werden, um eine oder mehrere Dichtungen innerhalb eines Fahrzeugbrennstoffzellenstapels für die Lieferung von Reaktanten und/oder Kühlmitteln durch den gesamten Stapel zu verbessern und/oder zu vereinfachen. In einigen Ausführungsformen und Implementierungen können diese Verbesserungen durch Überspritzen einer Dichtung wie etwa einer Durchgangsdichtung an eine Endrahmenplatte eines Brennstoffzellenstapels erreicht werden. In einigen solchen Ausführungsformen und Implementierungen kann die Endrahmenplatte ein stranggepresstes Teil umfassen, das mehrere Hohlräume umfasst. Diese Hohlräume können mit einem Hohlraumfüllstoff gefüllt sein, der einen Schaumstoff umfassen kann, was den Überspritzprozess erleichtern kann. In einigen Ausführungsformen und Implementierungen kann der Schaumstoff einen strukturellen Schaum umfassen, der dafür konfiguriert ist, die Gesamtstarrheit des Rahmens zu verbessern.
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In anderen Implementierungen und Ausführungsformen können andere Materialien wie etwa Schaumbeton, Kunststoffmaterialien und dergleichen als der Hohlraumfüllstoff verwendet werden. Vorzugsweise ist der Hohlraumfüllstoff weniger dicht als Aluminium und vorzugsweise ist der Hohlraumfüllstoff so ausgewählt, dass er die den hier beschriebenen Formprozessen zugeordneten Temperaturen und Drücke aushält.
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In einigen Ausführungsformen und Implementierungen kann die gesamte Isolierplatte auf die Rahmenplatte überspritzt sein und kann sie als eine einteilige Einheit mehrere Dichtungen nach Art einer Durchführung umfassen, die Verteiler umfassen können, die zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der Rahmenplatte verlaufen. In diesen Ausführungsformen und Implementierungen können die Isolierplatte und ihre zugehörigen Dichtungen ein Elastomermaterial umfassen.
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Eine oder mehrere der hier diskutierten Ausführungsformen und/oder Implementierungen können bestimmte Vorteile wie etwa das Beseitigen von Problemen im Zusammenhang mit angewinkelten Verteilern, die normalerweise zum Verbinden des Stapels mit einer Endeinheit verwendet sind, bieten. Einige Ausführungsformen und Implementierungen können außerdem oder alternativ Vorteile auf dem Weg zu einer verringerten Anzahl von Teilen/Komponenten in einer Brennstoffzellenstapelanordnung bieten. Einige Ausführungsformen und Implementierungen können außerdem oder alternativ die Verwendung zweier verschiedener Dichtungsprofile, von denen eines zum Koppeln eines Verteilers der Isolierplatte mit einem Rahmeneinheitsverteiler verwendet sein kann und das andere zum Koppeln des Rahmeneinheitsverteilers mit einem Endeinheitsverteiler verwendet sein kann, ermöglichen. Einige Ausführungsformen und Implementierungen können außerdem oder alternativ dafür konfiguriert sein, die Dichtungslast(en) anstatt an die Isolierplatte wie bei vielen aktuellen Stapeln an die Rahmeneinheit zu übertragen, was die obenerwähnten Biege- und Dichtungsentlastungsprobleme verhindern oder wenigstens mildern helfen kann. Einige Ausführungsformen und Implementierungen können außerdem oder alternativ die Notwendigkeit verhindern, die Isolierplatte mit mechanischen Befestigungselementen mit dem Rahmen zu koppeln, um ein Biegen und/oder eine Durchbiegung der Isolierplatte und/oder eine Dichtungsentlastung während des niedrigen Stapeldrucks (kalt und trocken) zu verhindern.
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Es werden nun zusätzliche Einzelheiten bestimmter Ausführungsformen und Implementierungen in Verbindung mit den beigefügten Figuren ausführlicher diskutiert. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Platte 100 für einen Brennstoffzellenstapel, die überspritzte Verteiler nach Art einer Durchführung umfasst. Die Platte 100 umfasst eine stranggepresste Platte, die durch einen Strangpressprozess gebildet werden kann. Somit kann die Platte 100 irgendwelche einer Vielzahl geeigneter Materialien wie etwa z. B. Aluminium umfassen. Außerdem kann die Platte 100 mit einer Vielzahl innerer Hohlräume 102 hergestellt sein, die während des Strangpressprozesses gebildet werden können. In der gezeigten Ausführungsform ist jeder der Hohlräume 102 mit einem Füllstoff 105 gefüllt worden, der dazu verwendet werden kann, einen Überspritzprozess zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen kann der Füllstoff 105 einen Schaumstoff wie etwa einen Strukturschaum, der dafür konfiguriert ist, die Gesamtstarrheit des Rahmens zu verbessern, umfassen.
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In anderen Implementierungen und Ausführungsformen kann der Füllstoff 105 andere geeignete Materialien wie etwa Schaumbeton, Kunststoffmaterialien und dergleichen umfassen. Vorzugsweise ist der Füllstoff 105 weniger dicht als Aluminium und wird der Füllstoff 105 so gewählt, dass er Temperaturen und Drücke aushält, die den hier beschriebenen Formprozessen zugeordnet sind.
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Die Platte 100 kann eine Rahmenplatte umfassen, die dafür konfiguriert ist, benachbart zu einer Isolierplatte (nicht gezeigt) und zu einer Endeinheit/Endplatte auf der gegenüberliegenden Seite positioniert zu werden. Außerdem umfasst die Platte 100 zwei überspritzte Anordnungen 110a und 110b, die beide mehrere Verteiler 112a bzw. 112b umfassen, die dafür konfiguriert sind, mit den Verteilern und/oder Kanälen in einem benachbarten Teil eines Brennstoffzellenstapels Dichtungen zu erzeugen. In der gezeigten Ausführungsform umfassen die beiden überspritzten Anordnungen 110a/110b fünf Verteiler 112a/112b. Allerdings ist festzustellen, dass alternative Ausführungsformen betrachtet werden, in denen eine einzelne Anordnung alle Verteiler in der Platte umfassen kann. Ähnlich werden andere Ausführungsformen betrachtet, in denen jeder Verteiler innerhalb der Platte 100 getrennt gebildet ist. Außerdem können auf Wunsch natürlich andere Anzahlen von Verteilern verwendet werden.
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2 ist eine perspektivische Ansicht einer Unterseite der Platte 100, die der in 1 gezeigten Oberseite gegenüberliegt. Wie in dieser Figur gezeigt ist, ist jeder der Verteiler 112a der überspritzten Anordnung 110a auf der Unterseite der Platte 100 von jedem der benachbarten Verteiler 112a der überspritzten Anordnung 110a getrennt. Ähnlich ist jeder der Verteiler 112b der überspritzten Anordnung 110b auf der Unterseite der Platte 100 von jedem der benachbarten Verteiler 112b der überspritzten Anordnung 110b getrennt.
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Allerdings werden wieder eine Vielzahl alternativer Ausführungsformen betrachtet. Zum Beispiel kann die in 2 gezeigte Seite der Platte 100 in einigen Ausführungsformen ähnlich oder gleich der in 1 gezeigten Seite sein. Mit anderen Worten, die überspritzte Anordnung 110a kann ein einteiliges Teil umfassen, das so konfiguriert ist, dass jeder der verschiedenen Verteiler 112a mit einem anderen auf beiden Seiten der Platte 100 einteilig gekoppelt ist. Ähnlich kann die überspritzte Anordnung 110b stattdessen ein einteiliges Teil umfassen, das so konfiguriert ist, dass jeder der verschiedenen Verteiler 112b mit einem anderen auf beiden Seiten der Platte 100 einteilig gekoppelt ist. Wie oben erwähnt wurde, kann in anderen Ausführungsformen alternativ jeder Verteiler von einem anderen auf beiden Seiten der Platte 100 vollständig getrennt sein oder kann jeder Verteiler mit jedem anderen innerhalb der Platte 100 gebildeten Verteiler einteilig gekoppelt sein.
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3 ist eine Querschnittsansicht, die eine alternative Ausführungsform einer Rahmenplatte 300 für einen Brennstoffzellenstapel zusammen mit einer benachbarten Isolierplatte 320 des Stapels zeigt. Wie in dieser Figur gezeigt ist, umfasst die Platte 300 einen überspritzten Verteiler 310. Der Verteiler 310 umfasst eine Durchführung, die dafür konfiguriert ist, mit einer Endplatte (in 3 nicht gezeigt) eine Dichtung und mit einer benachbarten Isolierplatte 320 eine andere Dichtung zu erzeugen. Wie in der Figur zu sehen ist, überlappt sich außerdem die Durchführung 310 sowohl auf einer ersten Oberfläche als auch auf einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, mit der Platte 300, was erwünschte Belastungseigenschaften erzeugen kann, die einen Dichtungsleckverlust und/oder eine unerwünschte Biegung der Isolierplatte 320 verhindern können.
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Genauer umfasst die Durchführung 310 einen ersten Dichtungsflansch 314a, der benachbart zu einer oberen Oberfläche der Platte 300 positioniert ist, und einen zweiten Dichtungsflansch 314b, der benachbart zu einer unteren Oberfläche der Platte 300 positioniert ist. Diese Konfiguration kann verwendet werden, um eine erwünschte Kräfteverteilung zu erzeugen, wenn eine Last auf den Brennstoffzellenstapel ausgeübt wird. Genauer ist die Durchführung 310 dafür konfiguriert, eine Dichtungskraft von einer Endplatte/Endeinheit auf die Isolierplatte 320 zu übertragen. Außerdem ist in 3 zu sehen, dass die Durchführung 310 unter einem nicht rechten Winkel zwischen benachbarten Oberflächen der Platte 300 verläuft, was während des Überspritzprozesses Stabilität sicherstellen kann.
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Außerdem umfasst die Durchführung 310 Dichtungslippen 315a/315b, die von beiden Dichtungsflanschen 314a/314b ausgehen können, um erwünschte Dichtungen mit benachbarten Verteilern/Kanälen herstellen zu helfen. Außerdem umfasst die Durchführung 310 an einem ersten Ende der Durchführung ein erstes Dichtungsprofil und an einem zweiten Ende der Durchführung ein zweites Dichtungsprofil. Genauer sind die eine oder die mehreren unteren Dichtungslippen 315b länger als die eine oder die mehreren oberen Dichtungslippen 315a, um an die größere Veränderung des Drucks wegen der Dimensionsveränderung in den Teilen, die den Druck bereitstellen, anzupassen.
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Obwohl in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen, wie zuvor diskutiert wurde, Verteiler/Dichtungen auf einer stranggepressten Platte überspritzt sein können, werden andere Ausführungsformen betrachtet, in denen Verteiler/Dichtungen nach Art einer Durchführung in maschinell bearbeitete Öffnungen in anderen Arten von Platten wie etwa Gussteilen anstelle stranggepresster Teile eingeführt sein können. Diese Verteiler können aus Kautschuk oder aus einem anderen biegsamen Material gebildet sein, um das Einbiegen solcher Verteiler/Dichtungen zu ermöglichen.
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4 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Platte 400 für einen Brennstoffzellenstapel, der eine überspritzte Isolierplatte 420 umfasst. Die in 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der aus 3 dadurch, dass die gesamte Isolierplatte 420 auf die Platte 400 überspritzt ist. Darüber hinaus umfasst die Isolierplatte 420 einteilig gebildete Verteiler 412, die durch die benachbarte Platte 400 verlaufen. Eine Stromabnehmerplatte 430 kann in die Platte 420 eingebettet oder auf andere Weise benachbart zu ihr positioniert sein.
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Ähnlich anderen obenerwähnten Ausführungsformen kann die Platte 400 eine stranggepresste Platte umfassen, die mehrere Hohlräume 402 umfasst, die während des Strangpressprozesses gebildet werden. Außerdem kann innerhalb der Hohlräume 402 ein Füllstoff 405 wie etwa Schaum positioniert sein, um das Überspritzen der Isolierplatte 420 und der zugehörigen Verteiler 412 an der Platte 400 zu erleichtern.
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5 ist eine perspektivische Ansicht der Platte 400, von der gegenüberliegenden Seite aus gezeigt. Wie in dieser Figur gezeigt ist, umfasst die Isolierplatte 420 Dichtungsflansche 425a und 425b, von denen jeder mit mehreren Verteilern 412, die durch die Platte 400 verlaufen und die mit dem in 4 gezeigten Abschnitt der Isolierplatte 420 einteilig gekoppelt sind, einteilig gekoppelt ist.
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Viele der oben entworfenen Alternativen können ebenfalls auf die in den 4 und 5 gezeigte Ausführungsform angewendet werden. Zum Beispiel werden alternative Ausführungsformen betrachtet, in denen ein einzelner Dichtungsflansch durch die gesamte untere Oberfläche oder wenigstens durch den gesamten Abschnitt der unteren Oberfläche der Platte 400, der die Verteileröffnungen umfasst, verlaufen kann. Als ein anderes Beispiel kann der Abschnitt der Isolierplatte 420, der auf der oberen Oberfläche der Platte 400 positioniert ist, in anderen Ausführungsformen wie der gegenüberliegende Abschnitt der Isolierplatte 420 in mehrere Abschnitte geteilt sein.
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6 ist eine Querschnittsansicht der in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsform. Wie in dieser Figur besser gezeigt ist, umfasst die Isolierplatte 420 ein überspritztes einteiliges Teil, das mehrere Verteiler 412, die durch die Platte 400 verlaufen, und einen Dichtungsflansch 425, der benachbart zu einer gegenüberliegenden Oberfläche der Platte 400 um mehrere Verteiler positioniert ist, umfasst. Als ein nochmals anderes Beispiel einer alternativen Ausführungsform kann auf Wunsch um jeden Verteiler ein getrennter Dichtungsflansch gebildet sein, anstatt eine einteilige Platte zu bilden, die um mehrere Verteiler verläuft.
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Die vorstehende Beschreibung ist anhand verschiedener Ausführungsformen und Implementierungen beschrieben worden. Allerdings wird der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet würdigen, dass verschiedene Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel können verschiedene Betriebsschritte sowie Komponenten zur Ausführung der Betriebsschritte in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung oder angesichts irgendeiner Anzahl von Kostenfunktionen, die dem Betrieb des Systems zugeordnet sind, auf alternative Arten implementiert werden. Dementsprechend können irgendeiner oder irgendwelche der Schritte beseitigt, geändert oder mit anderen Schritten kombiniert werden. Ferner ist diese Offenbarung in veranschaulichendem, anstatt in beschränkendem Sinn zu verstehen und sollen alle solche Abwandlungen in ihrem Schutzumfang enthalten sein. Gleichfalls sind Vorteile, andere Vorzüge und Lösungen für Probleme oben hinsichtlich verschiedener Ausführungsformen beschrieben worden. Allerdings sind Vorteile, Vorzüge, Lösungen für Probleme und irgendeines oder mehrere Elemente, die veranlassen können, dass irgendein Vorteil, irgendein Vorzug oder irgendeine Lösung auftritt oder verstärkt wird, nicht als ein kritisches, als ein erforderliches oder als ein wesentliches Merkmal oder Element anzusehen.
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Der Fachmann auf dem Gebiet wird würdigen, dass an den Einzelheiten der oben beschriebenen Ausführungsformen viele Änderungen vorgenommen werden können, ohne von den zugrundeliegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Somit soll der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt sein.
