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Stand der Technik
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In Brennstoffzellen und Elektrolyseuren sind zwei Fluid-Bereiche durch eine Membran getrennt. Diese Bereiche können aus Metall, Graphit oder ähnlichem Material dargestellt werden, welche die Bipolarplatte bilden. Diese ist meist zweiteilig ausgeführt mit dazwischenliegendem Kühlmittelbereich. Mithilfe von Gasverteilerstrukturen auf/an der Bipolarplatte werden die Fluide an der aktiven Membranfläche vorbeigeführt und der elektrische Strom von der Bipolarplatte zur Elektroden-Membran-Einheit geleitet. Für die Versorgung aller Zellen im Brennstoffzellenstapel mit den Fluiden verfügen die Bipolarplatten über Öffnungen, die sog. Ports. Diese verfügen zur Abdichtung der Fluide zumeist über umlaufende Dichtungsgeometrien. Zur Zuführung der Fluide vom Port in den aktiven Bereich, wird zumeist an bestimmten Stellen das Fluid die umlaufende Dichtungsgeometrie des Ports passieren. Dies kann bspw. durch eine Unterbrechung der Dichtung erfolgen. Die Unterbrechung der Dichtungsgeometrie erfolgt zumeist durch eine Tunnelstruktur, die gerade durch die Dichtungsgeometrie hindurch ausgestaltet ist. Für die Funktion des Brennstoffzellenstapels wird zumeist an der unterbrochenen Stelle dennoch die mechanische Stützwirkung für die Dichtungen der benachbarten Ebenen der Brennstoffzelle und/oder des Brennstoffzellenstapels benötigt. Die besagten Unterbrechungen der Dichtungsgeometrie und/oder Tunnelstrukturen erzeugen strukturelle Schwachstellen für die Flächenpressung im Dichtungsbereich der Brennstoffzelle, insbesondere für die benachbarten Ebenen der Brennstoffzelle und/oder des Brennstoffzellenstapels.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, wobei die Bipolarplatte wenigstens eine Dichtungsgeometrie aufweist. Ferner offenbart die vorliegende Erfindung einen Brennstoffzellenstapel mit einer Vielzahl an Brennstoffzellen mit jeweils wenigstens einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte. Die Bipolarplatte ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 ausgestaltet. Der Brennstoffzellenstapel ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 ausgestaltet. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Gemäß einem ersten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung eine Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle, wobei die Bipolarplatte wenigstens eine Dichtungsgeometrie mit einer Vielzahl an Zuleitungsöffnungen für die Zuleitung von Fluid jeweils entlang einer Zuleitungsrichtung und einer Vielzahl an Ableitungsöffnungen für die Ableitung von Fluid jeweils entlang einer Ableitungsrichtung aufweist, wobei die Vielzahl an Zuleitungsöffnungen und die Vielzahl an Ableitungsöffnungen fluidkommunizierend verbunden sind und wobei sich die wenigstens eine Dichtungsgeometrie entlang einer Ebene erstreckt, wobei die Vielzahl an Zuleitungsöffnungen zur Vielzahl an Ableitungsöffnungen entlang der Ebene versetzt, insbesondere gleichmäßig versetzt, zueinander angeordnet sind. Eine Vielzahl an Zuleitungsöffnungen und Ableitungsöffnungen sind bevorzugt als jeweils wenigstens zwei Zuleitungsöffnungen und Ableitungsöffnungen zu verstehen. Die Zuleitungsöffnungen sind fluidkommunizierend mit den Ableitungsöffnungen verbunden und ermöglichen somit eine Strömung des Fluids durch die, über der und/oder unter der Dichtungsgeometrie hinweg. Bspw. ist die Dichtungsgeometrie der Bipolarplatte um einen der Ports der Bipolarplatte angeordnet und ermöglicht durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine Strömung des Fluids von dem Port auf der ersten Seite der Dichtungsgeometrie zu einer Verteilerfläche und/oder einer aktiven Fläche der Bipolarplatte und/oder der Brennstoffzelle auf der zweiten Seite der Dichtungsgeometrie. Die Dichtungsgeometrie erstreckt sich entlang der erfindungsgemäßen Ebene und kann beispielhaft gerade und/oder gekrümmt ausgestaltet sein. Bei der beispielhaften Anordnung der Dichtungsgeometrie um einen Port der Bipolarplatte kann die Dichtungsgeometrie bspw. als Kreis oder Rechteck ausgestaltet sein. Die Ebene erstreckt sich in den besagten Beispielen folglich ebenfalls als Kreis oder Rechteck. Eine versetzte Anordnung der Vielzahl an Zuleitungsöffnungen und Ableitungsöffnungen zueinander ist im Rahmen der Erfindung derart zu verstehen, dass die Zuleitungsöffnungen zu den Ableitungsöffnungen entlang der Ebene einen Versatz, insbesondere einen gleichmäßigen Versatz aufweisen. Mit anderen Worten sind die Zuleitungsöffnungen und die Ableitungsöffnungen nicht direkt gegenüberliegend an der Dichtungsgeometrie angeordnet. Die Zuleitungsöffnungen und die Ableitungsöffnungen sind somit mit einem Abstand zueinander angeordnet, der größer als der Minimalabstand zwischen den Zuleitungsöffnungen und den Ableitungsöffnungen ist. Der Minimalabstand wird bevorzugt durch die Breite der Dichtungsgeometrie vorgegeben. Anschaulich sind bspw. die Zuleitungsöffnungen und die Ableitungsöffnungen nicht auf einer zur Dichtungsgeometrie orthogonal angeordneten Linie paarweise zueinander angeordnet. Folglich stellt eine fluidkommunizierende Verbindung der Zuleitungsöffnungen und der Ableitungsöffnungen eine Verbindung dar, die von einer direkten, kürzesten Verbindung durch die Dichtungsgeometrie abweicht. Ein gleichmäßiger Versatz der Zuleitungsöffnungen zu den Ableitungsöffnungen entlang der erfindungsgemäßen Ebene ist bevorzugt derart zu verstehen, dass entlang der Ebene auf den gegenüberliegenden Seiten der Dichtungsgeometrie abwechselnd Zuleitungsöffnungen und Ableitungsöffnungen, insbesondere in gleichem Abstand zueinander, angeordnet sind. Die Zuleitungsöffnungen und/oder die Ableitungsöffnungen können bevorzugt bis an die erfindungsgemäße Ebene heranreichen und/oder die erfindungsgemäße Ebene sogar überschreiten. Bevorzugt kann eine erfindungsgemäße Bipolarplatte weitere Dichtungsgeometrien mit den besagten erfindungswesentlichen Merkmalen aufweisen, wobei die weiteren Dichtungsgeometrien auf der gleichen, einer gegenüberliegenden Seite und/oder Rückseite und/oder auf einer weiteren Seite der Bipolarplatte angeordnet sind. Eine derart ausgestaltete Bipolarplatte ermöglicht bspw. die Abdichtung von mehreren Ports einer Brennstoffzelle und ferner eine fluidkommunizierende Verbindung von den Ports zu der aktiven Fläche der Brennstoffzelle mit einer oder mehreren Dichtungsgeometrien. Die erfindungsgemäße Bipolarplatte ist besonders vorteilhaft, da durch eine versetzte Anordnung der Vielzahl an Zuleitungsöffnungen zur Vielzahl an Ableitungsöffnungen entlang der erfindungsgemäßen Ebene eine bessere und/oder gleichmäßigere Stabilität der Dichtungsgeometrie und eine vorteilhafte fluidkommunizierende Verbindung der Vielzahl an Zuleitungsöffnungen mit der Vielzahl an Ableitungsöffnungen ermöglicht wird. Durch die versetzte Anordnung der Vielzahl an Zuleitungsöffnungen mit der Vielzahl an Ableitungsöffnungen entlang der Ebene werden die strukturellen Schwächungen der Dichtungsgeometrie durch die Zuleitungsöffnungen und die Ableitungsöffnungen zueinander versetzt und damit verringert. Die verbesserte und/oder gleichmäßigere Stabilität der Dichtungsgeometrie ermöglicht eine verbesserte Flächenpressung, insbesondere entlang der Dichtungslinie, der Bipolarplatte und/oder der Brennstoffzelle. Ferner ermöglicht die verbesserte und/oder gleichmäßigere Stabilität der Dichtungsgeometrie optional eine dünnere Ausgestaltung der Bipolarplatte, eine Material- und/oder eine Kosteneinsparung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die Vielzahl an Zuleitungsrichtungen und/oder die Vielzahl an Ableitungsrichtungen jeweils parallel zueinander, insbesondere orthogonal zu der Ebene, angeordnet sind. Die Vielzahl an Zuleitungsrichtungen und/oder die Vielzahl an Ableitungsrichtungen können jeweils untereinander und/oder zueinander parallel ausgestaltet sein. Vorzugsweise sind die Vielzahl an Zuleitungsrichtungen und/oder die Vielzahl an Ableitungsrichtungen orthogonal zu der erfindungsgemäßen Ebene ausgerichtet. Die Vielzahl an Zuleitungsrichtungen und/oder die Vielzahl an Ableitungsrichtungen werden vorzugsweise durch die konstruktive Ausgestaltung der Vielzahl an Zuleitungsöffnungen und/oder der Vielzahl an Ableitungsöffnungen bestimmt. Als Zuleitungsrichtung und Ableitungsrichtung ist im Rahmen der Erfindung die wesentliche Strömungsrichtung eines Fluids in eine Zuleitungsöffnung und/oder aus einer Ableitungsöffnung zu verstehen. Randbereiche der Strömung und praktische Abweichungen von der wesentlichen Strömungsrichtung sollen hierbei nicht betrachtet werden. Eine derart ausgestaltete Bipolarplatte ist besonders vorteilhaft, da ein möglichst homogenes Strömungsfeld vor und nach der Dichtungsgeometrie erzeugt wird und somit eine gleichmäßige Versorgung der Brennstoffzelle mit dem Fluid ermöglicht wird. Alternativ ist es möglich, dass insbesondere die äußeren Ableitungsöffnungen Ableitungsrichtungen aufweisen, die die Strömung nach der Dichtungsgeometrie auffächern. Beispielhaft können die Ableitungsrichtungen an einer Seite einer Reihe von Ableitungsöffnungen parallel ausgestaltet sein und zu der anderen Seite der Reihe von Ableitungsöffnungen können die Ableitungsrichtungen zunehmend winklig zu einer parallelen Anordnung ausgestaltet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Dichtungsgeometrie als eine Erhebung und/oder Vertiefung, insbesondere als eine Sicke, der Bipolarplatte ausgestaltet ist. Die Dichtungsgeometrie kann als Erhebung und/oder Vertiefung ausgestaltet sein, wobei der Unterscheid zwischen einer Erhebung und einer Vertiefung lediglich in der Orientierung der Bipolarplatte zu verstehen ist. Eine Erhebung in der Bipolarplatte stellt eine Vertiefung in der umgedrehten Bipolarplatte dar. In der Praxis können Sicken in die Bipolarplatten geprägt werden, um Dichtungsgeometrien zu erzeugen. Die Zuleitungsöffnungen und die Ableitungsöffnungen können als angrenzende Öffnungen an und/oder in der Dichtungsgeometrie ausgestaltet sein. Die Dichtungsgeometrie kann somit zu den Zuleitungsöffnungen und Ableitungsöffnungen zusätzlich eine Sicke aufweisen oder lediglich aus den Zuleitungsöffnungen und Ableitungsöffnungen erzeugt werden. Eine derart ausgestaltete Dichtungsgeometrie kann bevorzugt einfach, kostengünstig und mit geringem Zeitaufwand wiederholbar hergestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die Vielzahl an Zuleitungsöffnungen und die Vielzahl an Ableitungsöffnungen paarweise, auffächernd, zusammenfassend und/oder vollständig fluidkommunizierend verbunden sind. Die Art und Weise, wie die Vielzahl an Zuleitungsöffnungen und die Vielzahl an Ableitungsöffnungen miteinander fluidkommunizierend verbunden sind, stellt eine vorteilhafte Möglichkeit dar, die Strömungen in der Bipolarplatte zu beeinflussen. Mit einer paarweisen Verbindung der Vielzahl an Zuleitungsöffnungen und der Vielzahl an Ableitungsöffnungen kann eine direkte und kontrollierte Strömungsführung ermöglicht werden. Eine auffächernde oder zusammenfassende Verbindung ist als eine Verbindung von bspw. einer Zuleitungsöffnung zu mehreren Ableitungsöffnungen oder umgekehrt zu verstehen und ermöglicht eine Düsen- und/oder Diffusorwirkung auf die Strömung in dem Bereich der Dichtungsgeometrie der Bipolarplatte. Eine derart ausgestaltete Bipolarplatte kann bevorzugt die Strömung über die Dichtungsgeometrie beeinflussen und insbesondere eine Rückströmung des Fluids vorteilhaft verhindern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die Vielzahl an Zuleitungsöffnungen und die Vielzahl an Ableitungsöffnungen durch die wenigstens eine Dichtungsgeometrie fluidkommunizierend verbunden sind. Die Dichtungsgeometrie kann bevorzugt als ein Strömungskanal ausgestaltet sein, wobei die Vielzahl an Zuleitungsöffnungen und die Vielzahl an Ableitungsöffnungen mit der Dichtungsgeometrie und somit auch untereinander fluidkommunizierend verbunden sind. Die beispielhafte Ausgestaltung der Dichtungsgeometrie als Sicke entlang der erfindungsgemäßen Ebene stellt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Bipolarplatte da, wobei die Vielzahl an Zuleitungsöffnungen und die Vielzahl an Ableitungsöffnungen mit der Sicke fluidkommunizierend verbunden sind. Eine derart ausgestaltete Bipolarplatte kann besonders einfach, kostengünstig und mit geringem Zeitaufwand wiederholbar hergestellt werden. Eine derart ausgestaltete Bipolarplatte ermöglicht ferner eine bessere und/oder gleichmäßigere Stabilität der Dichtungsgeometrie und eine vorteilhafte fluidkommunizierende Verbindung der Vielzahl an Zuleitungsöffnungen mit der Vielzahl an Ableitungsöffnungen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Dichtungsgeometrie zumindest bereichsweise gerade und/oder geschwungen ausgestaltet ist. Die Dichtungsgeometrie wird zumeist schon aufgrund des abzudichtenden Bereichs wenigstens bereichsweise gerade und/oder geschwungen ausgestaltet sein. Beispielhaft bei der Abdichtung eines Ports einer Brennstoffzelle kann die Dichtungsgeometrie entlang einer rechteckigen oder im Wesentlichen rechteckigen Linie und/oder Ebene ausgestaltet sein. Somit wird wenigstens in den Ecken eine Kurve und somit eine gebogene und/oder geschwungene Ausgestaltung der Dichtungsgeometrie notwendig. Eine gebogene und/oder geschwungene Ausgestaltung der Dichtungsgeometrie weist eine abweichende Steifigkeit von einer geraden Ausgestaltung der Dichtungsgeometrie auf. Somit ist es vorteilhaft für eine homogene Steifigkeitsverteilung über die gesamte Dichtungsgeometrie, die Dichtungsgeometrie bspw. vollständig oder im Wesentlichen vollständig geschwungen auszugestalten. Beispielhaft kann die Dichtungsgeometrie entlang einer oszillierenden Kurve, insbesondere einer Sinuskurve, die um eine rechteckige Grundform um einen Port der Bipolarplatte schwingt, ausgestaltet sein. Eine derart ausgestaltete Bipolarplatte ist besonders vorteilhaft, da die Dichtungsgeometrie bevorzugt eine homogene oder im Wesentlichen homogene Steifigkeitsverteilung über die gesamte Dichtungsgeometrie aufweist.
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Die Formulierung „X oder im Wesentlichen X“ soll im Rahmen der Erfindung als mögliche, geringe Abweichung, bspw. aufgrund von sich in der Praxis ergebenden Abweichungen, Fertigungstoleranzen und/oder Materialeigenschaften verstanden werden, ohne die zugrundeliegende, beabsichtigte Funktion des Merkmals zu verändern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Dichtungsgeometrie eine Höhe aufweist, die größer ist als eine Höhe der Vielzahl an Zuleitungsöffnungen und/oder der Vielzahl an Ableitungsöffnungen. Die Dichtungsgeometrie, insbesondere eine als Sicke ausgestaltete Dichtungsgeometrie, weist bevorzugt eine größere Höhe oder von der anderen Seite betrachtet eine größere Tiefe als die angrenzenden Zuleitungsöffnungen und Ableitungsöffnungen auf. Somit ergibt sich bevorzugt für die Dichtungsgeometrie ein größeres Volumen und folglich eine vorteilhafte Strömungsverteilung durch die Dichtungsgeometrie. Die Bipolarplatte wird zumeist aus einem sehr dünnen Blech oder einer stabilen Folie geformt, wobei die Strukturen in das Blech oder die Folie geprägt werden. Eine erfindungsgemäße Höhe entspricht einem Abstand zwischen der eingeprägten Struktur und der ursprünglichen Ebene des Blechs oder der Folie vor dem Prägevorgang.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die Vielzahl an Zuleitungsöffnungen und/oder die Vielzahl an Ableitungsöffnungen jeweils zwei seitliche Flanken und eine Decke aufweisen, wobei die seitlichen Flanken vorzugsweise geneigt und/oder senkrecht in Relation zu der Decke ausgestaltet sind. Die Decke der Zuleitungsöffnungen und/oder der Ableitungsöffnungen kann für mehr Stabilität und zur besseren Kraftableitung aus der Decke in die Flanken gewölbt ausgeführt sein. Eine geneigte Ausgestaltung der Flanken der Zuleitungsöffnungen und/oder der Ableitungsöffnungen ermöglicht ferner eine verbesserte Stabilität der Dichtungsgeometrie sowie eine einfachere und schnellere und somit kostengünstigere Fertigung der Bipolarplatte.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bipolarplatte ist vorgesehen, dass die Bipolarplatte an den Enden entlang der Ebene jeweils wenigstens eine Verschlussvorrichtung aufweist, wobei die Verschlussvorrichtungen eine Fluidströmung entlang der Ebene aus der Bipolarplatte verhindern. Eine Fluidströmung wird zumeist nur in bestimmten Bereichen der Dichtungsgeometrien ermöglicht. Insbesondere wenn die Dichtungsgeometrie in fluidkommunizierender Verbindung mit den Zuleitungsöffnungen und/oder den Ableitungsöffnungen steht, ist es vorteilhaft die Dichtungsgeometrie zumindest bereichsweise gegen eine Fluidströmung abzudichten. Die Enden der erfindungsgemäßen Ebene sind derart definiert, dass darüber hinaus keine weiteren Zuleitungsöffnungen und/oder Ableitungsöffnungen an der Dichtungsgeometrie angeordnet sind, sodass eine Fluidströmung über die Enden der Ebene hinaus in eine Art Totraum strömen würde. Somit ermöglichen die Verschlussvorrichtungen vorteilhaft an den, insbesondere gegenüberliegenden, Enden eine Begrenzung der Fluidströmung und somit eine vorteilhafte Kontrolle und Steigerung der Strömungseffizienz.
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Gemäß einem zweiten Aspekt zeigt die vorliegende Erfindung einen Brennstoffzellenstapel aufweisend eine Vielzahl an Brennstoffzellen mit jeweils wenigstens einer Bipolarplatte, wobei die Bipolarplatte nach dem ersten Aspekt der Erfindung ausgestaltet ist. Bei dem beschriebenen Brennstoffzellenstapel ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu der Bipolarplatte gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Der Brennstoffzellenstapel stellt im Rahmen der Erfindung ein System aus den beanspruchten Merkmalen dar.
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Eine erfindungsgemäße Bipolarplatte und einen erfindungsgemäßen Brennstoffzellenstapel mit einer Vielzahl an Brennstoffzellen, deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 eine Draufsicht einer Bipolarplatte mit zwei Dichtungsgeometrien einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenstapels,
- 2 eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht einer Dichtungsgeometrie gemäß dem Stand der Technik,
- 3 eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht einer ersten erfindungsgemäßen Dichtungsgeometrie,
- 4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Dichtungsgeometrie,
- 5 eine perspektivische Ansicht einer dritten erfindungsgemäßen Dichtungsgeometrie, und
- 6 eine perspektivische Ansicht einer vierten erfindungsgemäßen Dichtungsgeometrie.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 6 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Draufsicht einer Bipolarplatte 30 mit zwei Dichtungsgeometrien 40 einer Brennstoffzelle 10 eines Brennstoffzellenstapels 100 gezeigt. Die erfindungsgemäßen Dichtungsgeometrien 40 sind beispielhaft um zwei der Ports der Brennstoffzelle 10 angeordnet. Die Dichtungsgeometrien 40 weisen eine Vielzahl an Zuleitungsöffnungen 42 und eine Vielzahl von Ableitungsöffnungen 44 auf, um eine fluidkommunizierende Verbindung von den Ports zu dem mittig angeordneten aktiven Bereich der Brennstoffzelle 10 zu ermöglichen. Um die weiteren Ports der Bipolarplatte 30 in der gezeigten Ebene abzudichten weisen diese ebenfalls Dichtungsgeometrien 40, jedoch ohne Zu- und Ableitungsöffnungen 42, 44, auf. Die weiteren Ports können bspw. auf der Rückseite der Bipolarplatte 30 und/oder in weiteren Ebenen der Brennstoffzelle 10 und/oder des Brennstoffzellenstapels 100 eine fluidkommunizierende Verbindung zu dem aktiven Bereich aufweisen. Ebenfalls weist die Bipolarplatte beispielhaft eine umlaufende Dichtungsgeometrie 40 zur Abdichtung des aktiven Bereichs der Bipolarplatte 30, ebenfalls ohne Zu- und Ableitungsöffnungen 42, 44, auf. Zwischen den Ports mit der erfindungsgemäßen Dichtungsgeometrie 40 und dem aktiven Bereich ist jeweils ein Verteilerbereich angeordnet. Die erfindungsgemäße Dichtungsgeometrie 40 weisen ferner jeweils zwei Verschlussvorrichtungen 60 auf, um eine Strömung von Fluid F in den umlaufenden Abschnitt der erfindungsgemäßen Dichtungsgeometrie 40 ohne Zu- und Ableitungsöffnungen 42, 44 zu vermeiden.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht einer Dichtungsgeometrie 40 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Die Zuleitungsöffnungen 42 und die Ableitungsöffnungen 44 sind in dem Stand der Technik direkt gegenüberliegend an den Seiten der Dichtungsgeometrie 40 angeordnet und folglich im Gegensatz zu den erfindungsgemäßen Merkmalen nicht entlang der Ebene E1 zueinander versetzt, insbesondere gleichmäßig versetzt. Die Tunnelstrukturen im Stand der Technik stellen durch die gezeigte beispielhafte Anordnung eine Schwachstelle bezüglich der Stabilität und Steifigkeit der Dichtungsgeometrie dar. Die Zuleitungsrichtungen ZR und die Ableitungsrichtungen AR der Strömungen liegen entgegen den Merkmalen der Erfindung jeweils auf einer gemeinsamen geraden Linie.
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In 3 ist eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht einer ersten erfindungsgemäßen Dichtungsgeometrie 40 gezeigt. Die Zuleitungsöffnungen 42 sind fluidkommunizierend mit den Ableitungsöffnungen 44 verbunden und entlang der Ebene E1 zueinander versetzt. Somit ermöglich die erfindungsgemäße Dichtungsgeometrie 40 eine Strömung des Fluids F durch die, über der und/oder unter der Dichtungsgeometrie 40 hinweg. Der Versatz der Zuleitungsöffnungen 42 in Relation zu den Ableitungsöffnungen 44 ermöglicht eine vorteilhafte Verbesserung der Stabilität und Steifigkeit der Dichtungsgeometrie, insbesondere für eine gleichmäßige Verteilung der Flächenpressung entlang der Dichtungslinie der Dichtungsgeometrie 40 der Bipolarplatte 30. Die Zuleitungsöffnungen 42 und die Ableitungsöffnungen 44 sind jeweils mit einer Decke 52 und zwei Flanken 50 ausgestaltet.
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Die 4 bis 6 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht von verschiedenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Dichtungsgeometrie 40. In 4 ist die Dichtungsgeometrie 40 geschwungen ausgestaltet. Eine derart ausgestaltete Dichtungsgeometrie 40 einer Bipolarplatte 30 ist besonders vorteilhaft, da die Dichtungsgeometrie 40 eine vorteilhaft homogene Steifigkeitsverteilung über die gesamte Dichtungsgeometrie 40 aufweist. Die Zuleitungsöffnungen 42 und die Ableitungsöffnungen 44 weisen eine Höhe HO auf, die geringer ausgestaltet ist als die Höhe HD der Dichtungsgeometrie 40. Somit ergibt sich bevorzugt für die Dichtungsgeometrie 40 ein größeres Volumen und folglich eine vorteilhafte Strömungsverteilung durch die Dichtungsgeometrie 40. Die Flanken 50 der Zuleitungsöffnungen 42 und der Ableitungsöffnungen 44 sind geneigt ausgestaltet, um eine vorteilhafte Kraftübertragung von der Decke 50 in die Bipolarplatte 30 zu ermöglichen und eine Fertigung der Dichtungsgeometrie 40 mit einfachen und kostengünstigen Mitteln zu ermöglichen. Die Dichtungsgeometrie 40 der 5 weist eine gewölbte Dichtungsgeometrie 40 auf, wobei die Wölbung als eine Sicke in die Bipolarplatte 30 in eine erste Richtung, hier nach oben, geprägt wurde. Die Zuleitungsöffnungen 42 und die Ableitungsöffnungen 44 wurden hingegen durch Prägungen in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegen angeordnet ist, hier nach unten, gefertigt. Eine derart ausgestaltete Bipolarplatte 30 kann besonders einfach, kostengünstig und mit geringem Zeitaufwand wiederholbar hergestellt werden. Die Dichtungsgeometrie 40 in 6 weist entgegen den vorhergehend beschriebenen Dichtungsgeometrien 40 keinen durchgehenden Strömungskanal entlang der Ebene E1 auf. Die Dichtungsgeometrie 40 ist allein durch die Prägungen der Zuleitungsöffnungen 42 und der Ableitungsöffnungen 44 ausgestaltet, die natürlich erfindungsgemäß fluidkommunizierend miteinander verbunden sind. Durch die versetzte Anordnung der Vielzahl an Zuleitungsöffnungen 42 mit der Vielzahl an Ableitungsöffnungen 44 entlang der Ebene E1 in den beschriebenen Bipolarplatten 30 werden die strukturellen Schwächungen der Dichtungsgeometrie 40 durch die Zuleitungsöffnungen 42 und die Ableitungsöffnungen 44 zueinander versetzt und damit verringert. Dies führt zu einer verbesserten und/oder gleichmäßigeren Steifigkeit der Dichtungsgeometrie 40 der Bipolarplatte 30 und/oder der Brennstoffzelle 10. Ferner kann eine verbesserte und/oder gleichmäßigere Steifigkeit der Dichtungsgeometrie 40 optional eine dünnere Ausgestaltung der Bipolarplatte 30, eine Material- und/oder eine Kosteneinsparung ermöglichen.
