DE102021115601A1 - Flow element, bipolar plate and fuel cell device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strömungselement für eine Bipolarplatte einer elektrochemischen Einrichtung, umfassend einen plattenförmigen, in zwei im Winkel zueinander ausgerichteten Haupterstreckungsrichtungen erstreckten Grundkörper, wobei der Grundkörper eine Kanalstruktur mit einer Mehrzahl von Kanälen zum Ausbilden eines aktiven Bereiches des Strömungselementes umfasst, wobei im Grundkörper eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung für ein Fluid gebildet sind, die mit der Kanalstruktur über einen Einströmbereich mit Einström-Kanalstruktur bzw. über einen Ausströmbereich mit Ausström-Kanalstruktur strömungsverbunden sind, wobei ein Druckverlust des von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung strömenden Fluids über den Ausströmbereich größer ist als über den Einströmbereich und/oder über den aktiven Bereich. Außerdem betrifft die Erfindung eine Bipolarplatte und eine Brennstoffzelleneinrichtung.The invention relates to a flow element for a bipolar plate of an electrochemical device, comprising a plate-shaped base body extending in two main directions of extension aligned at an angle to one another, the base body comprising a channel structure with a plurality of channels for forming an active area of the flow element, with an inflow opening in the base body and an outflow opening for a fluid are formed, which are flow-connected to the channel structure via an inflow area with an inflow channel structure or via an outflow area with an outflow channel structure, wherein a pressure loss of the fluid flowing from the inflow opening to the outflow opening is greater over the outflow area than over it the inflow area and/or over the active area. The invention also relates to a bipolar plate and a fuel cell device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strömungselement für eine Bipolarplatte einer elektrochemischen Einrichtung, insbesondere einer Brennstoffzelleneinrichtung, wobei das Strömungselement einen plattenförmigen, in zwei im Winkel zueinander ausgerichteten Haupterstreckungsrichtungen erstreckten Grundkörper mit einer Kanalstruktur umfasst.The present invention relates to a flow element for a bipolar plate of an electrochemical device, in particular a fuel cell device, wherein the flow element comprises a plate-shaped base body with a channel structure extending in two main directions of extension aligned at an angle to one another.

Plattenförmige Strömungselemente mit Kanalstruktur können paarweise zu einer Bipolarplatte zusammengesetzt werden. Eine Brennstoffzelleneinrichtung umfasst Brennstoffzellen, wobei zwischen einander benachbarten Bipolarplatten eine aktive Schicht positioniert ist. Im Beispiel einer PEM-Brennstoffzelleneinrichtung (PEM, Polymerelektrodenmembran) umfasst die aktive Schicht insbesondere Gasdiffusionsschichten (GDL, Gas Diffusion Layer) und eine Membranelektrodenanordnung (MEA). Die Erfindung wird nachfolgend insbesondere am Beispiel einer PEM-Brennstoffzelleneinrichtung mit Wasserstoff und Luftsauerstoff als Reaktanden (Edukten) und Wasser als Reaktionsprodukt beschrieben, wobei insbesondere eine Kühlung vorgesehen sein kann. Die Erfindung ist jedoch auf diese, beispielsweise im Bereich der Automobiltechnik eingesetzte Brennstoffzelleneinrichtung nicht beschränkt.Plate-shaped flow elements with a channel structure can be assembled in pairs to form a bipolar plate. A fuel cell device includes fuel cells with an active layer positioned between adjacent bipolar plates. In the example of a PEM fuel cell device (PEM, polymer electrode membrane), the active layer comprises in particular gas diffusion layers (GDL, gas diffusion layer) and a membrane electrode assembly (MEA). The invention is described below in particular using the example of a PEM fuel cell device with hydrogen and atmospheric oxygen as reactants (educts) and water as the reaction product, in which case cooling can be provided in particular. However, the invention is not limited to this fuel cell device used, for example, in the field of automotive engineering.

Im Brennstoffzellenstapel können die fluidischen Medien insbesondere über in Stapelrichtung verlaufende Verteilerkanäle den einzelnen Strömungselementen zugeführt werden. Sammelkanäle ermöglichen die Medienabfuhr von den Strömungselementen. Die Verteilerkanäle und Sammelkanäle können insbesondere als sogenannte „Manifolds“ bezeichnet werden. Ein jeweiliges Strömungselement kann für zumindest ein Fluid eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung umfassen, die mit einer Kanalstruktur des Strömungselementes strömungsverbunden sind, wobei die Kanalstruktur an die aktive Schicht angrenzt, um einen Fluidaustausch für die Reaktion zu ermöglichen. Das Strömungselement kann darüber hinaus Durchgangsöffnungen für weitere Fluide wie zum Beispiel Kühlmittel umfassen, die einer weiteren Seite des Strömungselementes oder innerhalb des Stapels einem weiteren Strömungselement zugeführt werden. Es versteht sich, dass innerhalb des Brennstoffzellenstapels die erforderlichen Dichtelemente zur Abdichtung von Verteilerkanälen, Sammelkanälen und aktiven Schichten vorhanden sind.In the fuel cell stack, the fluidic media can be supplied to the individual flow elements in particular via distribution channels running in the direction of the stack. Collecting channels enable the media to be discharged from the flow elements. The distribution channels and collecting channels can in particular be referred to as so-called “manifolds”. A respective flow element can comprise an inflow opening and an outflow opening for at least one fluid, which are flow-connected to a channel structure of the flow element, the channel structure adjoining the active layer in order to enable a fluid exchange for the reaction. The flow element can also include passage openings for other fluids, such as coolants, which are fed to another side of the flow element or to another flow element within the stack. It goes without saying that the necessary sealing elements for sealing distribution channels, collecting channels and active layers are present within the fuel cell stack.

Bekannt ist es, dass innerhalb der Verteilerkanäle Druckdifferenzen in Strömungsrichtung des zuströmenden Mediums bestehen. Innerhalb einer jeweiligen Brennstoffzelle besteht in gewünschter Weise ebenfalls eine Druckdifferenz zwischen der Einströmseite und der Ausströmseite. Diese Druckdifferenzen werden vorliegend insbesondere als „Druckverlust“ bezeichnet. Wünschenswert ist ein Druckverlust über die Brennstoffzellen, um eine möglichst homogene Verteilung des jeweiligen Fluides über die Brennstoffzellen mit ihren Kanalstrukturen und den jeweiligen aktiven Schichten sicherzustellen. Für die Edukte gilt dies unter dem Gesichtspunkt einer möglichst homogenen Performance, für das Kühlfluid zum Beispiel unter dem Gesichtspunkt einer verbesserten, beispielsweise homogenen Kühlung. Bekannt ist es, dass ein Druckverlust über die an die aktive Schicht grenzende Kanalstruktur eines Strömungselementes vorzugsweise möglichst geringgehalten werden sollte, um im Fall gasförmiger Edukte einen Abfall des Partialdruckes von der Einström- zur Ausströmseite möglichst zu vermeiden. Dennoch ist ein hinreichend großer Druckverlust für die Erreichung einer homogenen Verteilung über den Stapel wünschenswert.It is known that there are pressure differences in the direction of flow of the inflowing medium within the distribution channels. Within a respective fuel cell, there is also a pressure difference between the inflow side and the outflow side, as desired. In the present case, these pressure differences are referred to in particular as “pressure loss”. A pressure loss over the fuel cells is desirable in order to ensure the most homogeneous possible distribution of the respective fluid over the fuel cells with their channel structures and the respective active layers. This applies to the educts from the point of view of a performance that is as homogeneous as possible, for the cooling fluid, for example, from the point of view of improved, for example homogeneous, cooling. It is known that a pressure loss across the channel structure of a flow element bordering the active layer should preferably be kept as low as possible in order to avoid a drop in the partial pressure from the inflow to the outflow side in the case of gaseous educts. Nevertheless, a sufficiently large pressure drop is desirable to achieve a homogeneous distribution over the stack.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strömungselement für eine Bipolarplatte einer elektrochemischen Einrichtung bereitzustellen, das verbesserte Strömungseigenschaften im Hinblick auf eine verbesserte Performance bei Einsatz des Strömungselementes in einer elektrochemischen Einrichtung aufweist.The object of the present invention is to provide a flow element for a bipolar plate of an electrochemical device which has improved flow properties with regard to improved performance when the flow element is used in an electrochemical device.

Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Strömungselement für eine Bipolarplatte einer elektrochemischen Einrichtung gelöst, umfassend einen plattenförmigen, in zwei im Winkel zueinander ausgerichteten Haupterstreckungsrichtungen erstreckten Grundkörper, wobei der Grundkörper eine Kanalstruktur mit einer Mehrzahl von Kanälen zum Ausbilden eines aktiven Bereiches des Strömungselementes umfasst, wobei im Grundkörper eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung für ein Fluid gebildet sind, die mit der Kanalstruktur über einen Einströmbereich mit Einström-Kanalstruktur bzw. über einen Ausströmbereich mit Ausström-Kanalstruktur strömungsverbunden sind, wobei ein Druckverlust des von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung strömenden Fluids über den Ausströmbereich größer ist als über den Einströmbereich und/oder über den aktiven Bereich.This object is achieved by a flow element according to the invention for a bipolar plate of an electrochemical device, comprising a plate-shaped base body extending in two main directions of extension aligned at an angle to one another, the base body comprising a channel structure with a plurality of channels for forming an active area of the flow element, wherein in Base body an inflow opening and an outflow opening for a fluid are formed, which are flow-connected to the channel structure via an inflow area with an inflow channel structure or via an outflow area with an outflow channel structure, with a pressure loss of the fluid flowing from the inflow opening to the outflow opening being greater over the outflow area than across the inflow region and/or across the active region.

Gemäß eines Aspekts der Erfindung kann das Fluid bei dem erfindungsgemä-ßen Strömungselement von der Einströmöffnung durch die Einström-Kanalstruktur, die Kanalstruktur für den aktiven Bereich, welcher an die aktive Schicht der Brennstoffzelle grenzt, und die Ausström-Kanalstruktur zur Ausströmöffnung strömen. Hierbei tritt jeweils ein Druckverlust auf, der erfindungsgemäß über den Ausströmbereich größer ist als über den Einströmbereich. Alternativ oder ergänzend kann der Druckverlust über den Ausströmbereich größer sein als über den aktiven Bereich. Durch eine derartige Konfiguration wird vorzugsweise vermieden, dass der Druckverlust über den Einströmbereich zu hoch ist und die Konzentration des Reaktanden in der aktiven Schicht zu stark abfällt (bei Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellen kann dies beispielsweise auch zu dem Problem einer Verschiebung im Wasserhaushalt führen). Durch den im Ausströmbereich höheren Druckverlust besteht insbesondere die Möglichkeit, über das Strömungselement und damit im bestimmungsgemäßen Einsatz die einzelne Brennstoffzelle einen hohen Druckverlust zu erzielen, der jedoch bis zum Ende der Kanalstruktur am aktiven Bereich verhältnismäßig gering sein kann. Dies kann sich vorzugsweise als vorteilhaft für die Homogenität der Verteilung des Fluids über die einzelnen Brennstoffzellen mit ihrer jeweiligen Kanalstruktur einerseits und/oder als vorteilhaft für einen möglichst hohen Absolutdruck zum Erreichen einer hohen Ausbeute andererseits erweisen.According to one aspect of the invention, the fluid in the flow element according to the invention can flow from the inflow opening through the inflow channel structure, the channel structure for the active region which borders the active layer of the fuel cell, and the outflow channel structure to the outflow opening. In this case, a pressure loss occurs which, according to the invention, is greater over the outflow area than over the inflow area. Alternatively or additionally, the pressure drop across the outflow area can be greater than across the active area. With such a configuration tion is preferably avoided that the pressure loss over the inflow is too high and the concentration of the reactant in the active layer drops too much (in hydrogen-oxygen fuel cells, for example, this can also lead to the problem of a shift in the water balance). Due to the higher pressure loss in the outflow area, there is in particular the possibility of achieving a high pressure loss via the flow element and thus the individual fuel cell when used as intended, which can be relatively low up to the end of the channel structure at the active area. This can preferably prove to be advantageous for the homogeneity of the distribution of the fluid over the individual fuel cells with their respective channel structure on the one hand and/or advantageous for the highest possible absolute pressure to achieve a high yield on the other.

Die Kanalstruktur am aktiven Bereich bildet insbesondere ein sogenanntes Flussfeld (Flowfield).The channel structure on the active area forms in particular what is known as a flow field.

Die Kanalstruktur am aktiven Bereich kann unterschiedlich beschaffen sein. Beispielsweise ist eine Kanalstruktur mit parallel zueinander entlang einer der Haupterstreckungsrichtungen verlaufenden Kanälen vorgesehen, eine mäanderförmige Kanalstruktur, eine Füßchen-Kanalstruktur, eine Interdigital-Kanalstruktur, eine fraktale Kanalstruktur oder Kombinationen der vorstehend genannten Kanalstrukturen möglich.The channel structure in the active area can be designed in different ways. For example, a channel structure with channels running parallel to one another along one of the main directions of extension is provided, a meandering channel structure, a small foot channel structure, an interdigital channel structure, a fractal channel structure or combinations of the aforementioned channel structures are possible.

Insbesondere ist der Druckverlust absolut über den Ausströmbereich größer als über den Einströmbereich und/oder über den aktiven Bereich.In particular, the absolute pressure loss over the outflow area is greater than over the inflow area and/or over the active area.

Als vorteilhaft kann es sich insbesondere erweisen, wenn ein Druckverlust pro durchströmter Länge des Strömungselementes über den Ausströmbereich größer ist als über den Einströmbereich und/oder über den aktiven Bereich. Beispielsweise kann als „durchströmte Länge“ der jeweils kürzeste Strömungspfad durch die Einström-Kanalstruktur, die Kanalstruktur am aktiven Bereich und die Ausström-Kanalstruktur angesehen werden.In particular, it can prove to be advantageous if a pressure loss per length of the flow element through which flow occurs over the outflow area is greater than over the inflow area and/or over the active area. For example, the shortest flow path in each case through the inflow channel structure, the channel structure in the active area and the outflow channel structure can be regarded as the “through-flow length”.

Vorteilhaft kann es sein, wenn ein Druckverlust über die Kanalstruktur, absolut und/oder pro durchströmter Länge des Strömungselementes, geringer als ein Druckverlust über die Einström-Kanalstruktur ist.It can be advantageous if a pressure loss across the duct structure, in absolute terms and/or per length of the flow element through which flow occurs, is lower than a pressure loss across the inflow duct structure.

Die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung können einen gleichen oder im Wesentlichen gleichen Öffnungsquerschnitt aufweisen, bezogen auf die Richtung des Brennstoffzellenstapels.The inflow opening and the outflow opening can have the same or essentially the same opening cross section, based on the direction of the fuel cell stack.

Die Einström-Kanalstruktur und die Ausström-Kanalstruktur sind vorzugsweise unterschiedlich ausgestaltet.The inflow channel structure and the outflow channel structure are preferably configured differently.

Vorgesehen sein kann insbesondere, dass der höhere Druckverlust über den Ausströmbereich im Vergleich zum Einströmbereich durch den Unterschied der Einström-Kanalstruktur von der Ausström-Kanalstruktur erzielbar ist. Dies ist herstellungstechnisch einfach und dadurch kostengünstig durchführbar. Die Beschaffenheit der Kanalstrukturen am Einström- und am Ausströmbereich kann voneinander unterschiedlich sein, so dass idealerweise dort jeweils im Hinblick auf bestmögliche Eigenschaften, beispielsweise Druckverlustcharakteristiken, optimierte Kanalstrukturen vorgesehen werden.In particular, it can be provided that the higher pressure loss across the outflow area compared to the inflow area can be achieved by the difference between the inflow channel structure and the outflow channel structure. This is simple in terms of manufacturing technology and can therefore be carried out inexpensively. The quality of the channel structures at the inflow and outflow areas can differ from one another, so that ideally optimized channel structures are provided there in each case with regard to the best possible properties, for example pressure loss characteristics.

Der Druckverlust über den Ausströmbereich im Vergleich zum Einströmbereich ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beispielsweise durch einen Unterschied in zumindest einem der Folgenden erzielbar:

  • - Gesamtströmungsquerschnitt der Einström-Kanalstruktur und der Ausström-Kanalstruktur;
  • - Querschnitt von Kanälen;
  • - Länge von Kanälen;
  • - Breite von Kanälen;
  • - Höhe von Kanälen;
  • - Anzahl von Kanälen;
  • - Vorsehen von Verzweigungen und/oder Vereinigungen von Kanälen;
  • - Verlaufsrichtung von Kanälen, insbesondere Umlenkungen von Fluid in Kanälen mit dem Ziel der Steigerung des Strömungswiderstandes beispielsweise durch Verwirbelung.
In a preferred embodiment of the invention, the pressure loss across the outflow area compared to the inflow area can be achieved, for example, by a difference in at least one of the following:
  • - Total flow cross section of the inflow channel structure and the outflow channel structure;
  • - cross-section of channels;
  • - length of channels;
  • - width of channels;
  • - height of channels;
  • - number of channels;
  • - provision of branching and/or merging of channels;
  • - Direction of channels, in particular deflections of fluid in channels with the aim of increasing the flow resistance, for example by turbulence.

Alternativ oder ergänzend kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der Druckverlust über den Ausströmbereich im Verhältnis zum Einströmbereich und/oder zum aktiven Bereich durch mindestens ein in der Ausström-Kanalstruktur angeordnetes Widerstandselement erzielbar ist. Das Widerstandselement kann beispielsweise gezielt zur Gestaltung der Fluidströmung eingesetzt werden, um den Druckverlust zu steigern.Alternatively or additionally, in a preferred embodiment of the invention it can be provided that the pressure loss across the outflow area in relation to the inflow area and/or to the active area can be achieved by at least one resistance element arranged in the outflow channel structure. The resistance element can, for example, be used in a targeted manner to shape the fluid flow in order to increase the pressure loss.

Das Strömungselement kann beispielsweise zumindest hinsichtlich einer Außenkontur in sich symmetrisch ausgestaltet bezüglich einer Symmetrieachse, die quer und insbesondere senkrecht zu einer vom Grundkörper definierten Ebene ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist eine vollständige Symmetrie bezüglich der Achse vorgesehen. Um etwaigen Fertigungstoleranzen Rechnung zu tragen, kann das Strömungselement um die Symmetrieachse rotiert und dadurch in unterschiedlicher Orientierung im Brennstoffzellenstapel verbaut werden.The flow element can, for example, be designed symmetrically, at least with regard to an outer contour, with respect to an axis of symmetry that is aligned transversely and, in particular, perpendicularly to a plane defined by the base body. Complete symmetry with respect to the axis is preferably provided. In order to take any manufacturing tolerances into account, this can be done Flow element rotates about the axis of symmetry and are thus installed in different orientations in the fuel cell stack.

Alternativ oder ergänzend ist es von Vorteil, wenn die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung einander bezüglich einer Achse diametral gegenüberliegend angeordnet sind, die quer und insbesondere senkrecht zu einer vom Grundkörper definierten Ebene ausgerichtet ist. Auch dies erweist sich als vorteilhaft, um das Strömungselement nach Rotation um die Achse in unterschiedlicher Orientierung im Brennstoffzellenstapel anzuordnen.Alternatively or additionally, it is advantageous if the inflow opening and the outflow opening are arranged diametrically opposite one another with respect to an axis which is aligned transversely and in particular perpendicularly to a plane defined by the base body. This also proves to be advantageous in order to arrange the flow element in a different orientation in the fuel cell stack after rotation about the axis.

Bei Bipolarplatten mit zwei Strömungselementen kann vorgesehen sein, dass eine jeweilige Seite eines Strömungselementes, die dem jeweils anderen Strömungselement abgewandt ist, zur Fluidführung eines Reaktanden dienen kann. An den einander zugewandten Seiten können die Strömungselemente beispielsweise eine jeweilige Kanalstruktur für ein Kühlmedium aufweisen. Wie bereits erwähnt kann zusätzlich zu der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung des Strömungselementes mindestens eine weitere Durchgangsöffnung für einen weiteren Verteilerkanal oder einen weiteren Sammelkanal vorgesehen sein, für den Transport eines Kühlfluids oder eines Reaktanden.In the case of bipolar plates with two flow elements, it can be provided that a respective side of a flow element, which faces away from the other flow element, can serve to conduct fluid for a reactant. On the sides facing one another, the flow elements can have, for example, a respective channel structure for a cooling medium. As already mentioned, in addition to the inflow opening and the outflow opening of the flow element, at least one further passage opening can be provided for a further distribution channel or a further collecting channel for the transport of a cooling fluid or a reactant.

Vorgesehen sein kann nach dem Gesagten, dass das Strömungselement eine weitere Einströmöffnung umfasst, die der Ausströmöffnung oder der Einströmöffnung benachbart ist, und dass das Strömungselement eine weitere Ausströmöffnung umfasst, die der Einströmöffnung oder der Ausströmöffnung benachbart ist. Die jeweiligen Öffnungen sind beispielsweise seitlich nebeneinander positioniert.According to what has been said, it can be provided that the flow element comprises a further inflow opening which is adjacent to the outflow opening or the inflow opening, and that the flow element comprises a further outflow opening which is adjacent to the inflow opening or the outflow opening. The respective openings are positioned side by side, for example.

Das Strömungselement kann beispielsweise eine erste Seite umfassen und eine dieser abgewandte zweite Seite, wobei die Kanalstruktur, die Einström-Kanalstruktur und die Ausström-Kanalstruktur auf der ersten Seite angeordnet sind. An der zweiten Seite kann eine weitere Kanalstruktur, ein weiterer Einströmbereich mit weiterer Einström-Kanalstruktur und ein weiterer Ausströmbereich mit weiterer Ausström-Kanalstruktur angeordnet sein. Über den weiteren Einströmbereich, die weitere Kanalstruktur und den weiteren Ausströmbereich besteht eine Fluidverbindung von der weiteren Einströmöffnung zur weiteren Ausströmöffnung.The flow element can, for example, comprise a first side and a second side facing away from it, the channel structure, the inflow channel structure and the outflow channel structure being arranged on the first side. A further channel structure, a further inflow area with a further inflow channel structure and a further outflow area with a further outflow channel structure can be arranged on the second side. There is a fluid connection from the additional inflow opening to the additional outflow opening via the additional inflow area, the additional channel structure and the additional outflow area.

Beispielsweise ist die erste Seite einer aktiven Schicht der Brennstoffzelle zugewandt und dient zur Fluidführung eines Reaktanden. Die zweite Seite ist beispielsweise einem weiteren Strömungselement der Bipolarplatte zugewandt und dient zur Fluidführung eines Kühlmediums.For example, the first side of an active layer faces the fuel cell and is used to conduct fluid for a reactant. The second side faces a further flow element of the bipolar plate, for example, and is used to conduct a cooling medium.

Bezogen auf eine Projektion des Strömungselementes quer zur Ebene des Grundkörpers kann der Einströmbereich oder der Ausströmbereich beispielsweise seitlich und insbesondere unmittelbar seitlich neben dem weiteren Ausströmbereich angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend kann der Ausströmbereich oder der Einströmbereich seitlich und insbesondere unmittelbar seitlich neben dem weiteren Einströmbereich angeordnet sein. Werden beispielsweise am Einströmbereich und/oder am Ausströmbereich Größenveränderungen gegenüber einem herkömmlichen Strömungselement im Hinblick auf einen gewünschten Druckverlust vorgenommen, kann beispielsweise ohne zusätzlichen Bauraum eine korrespondierende Anpassung an dem weiteren Einströmbereich oder dem weiteren Ausströmbereich vorgenommen werden. Dies gibt die Möglichkeit, ohne zusätzlichen Flächenbedarf im Vergleich zu herkömmlichen Strömungselementen Anpassungen bei den Größen von Einströmbereichen und Ausströmbereichen vorzunehmen, um die Vorteile der Erfindung bei zwei oder mehr Fluiden zu erzielen.Based on a projection of the flow element transverse to the plane of the base body, the inflow area or the outflow area can be arranged, for example, laterally and in particular directly laterally next to the further outflow area. Alternatively or additionally, the outflow area or the inflow area can be arranged laterally and in particular directly laterally next to the further inflow area. If, for example, size changes are made in the inflow area and/or in the outflow area compared to a conventional flow element with regard to a desired pressure loss, a corresponding adjustment can be made to the further inflow area or the further outflow area, for example without additional installation space. This provides the ability to make adjustments to the sizes of inflow areas and outflow areas to achieve the benefits of the invention with two or more fluids without requiring additional area compared to conventional flow elements.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Strömungselement einen ersten Randbereich und einen zweiten Randbereich an einander gegenüberliegenden Seiten in einer der Haupterstreckungsrichtungen umfasst, wobei am ersten Randbereich die Einströmöffnung und mindestens eine weitere Durchgangsöffnung des Strömungselementes angeordnet ist und am zweiten Randbereich die Ausströmöffnung und mindestens eine weitere Durchgangsöffnung des Strömungselementes, wobei in der quer zur ersten Haupterstreckungsrichtung ausgerichteten zweiten Haupterstreckungsrichtung der Einströmbereich und der Ausströmbereich nur abschnittsweise erstreckt sind. Hierbei ist insbesondere der aktive Bereich zum Beispiel vollständig zwischen dem ersten und dem zweiten Randbereich angeordnet, entlang der ersten Haupterstreckungsrichtung. Längs der zweiten Haupterstreckungsrichtung beschränkt sich die Erstreckung der Kanalstruktur des Einströmbereiches und/oder des Ausströmbereiches auf einen Abschnitt des Strömungselementes.In a preferred embodiment of the invention, it can be provided that the flow element comprises a first edge region and a second edge region on opposite sides in one of the main directions of extension, with the inflow opening and at least one further through opening of the flow element being arranged on the first edge region and the Outflow opening and at least one further through-opening of the flow element, wherein in the second main direction of extension, which is aligned transversely to the first main direction of extension, the inflow area and the outflow area are only partially extended. In this case, in particular, the active area is arranged, for example, completely between the first and the second edge area, along the first main extension direction. Along the second main direction of extension, the extension of the channel structure of the inflow area and/or the outflow area is limited to a section of the flow element.

Die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung für das Medium sind beispielsweise an einander gegenüberliegenden Randbereichen des Grundkörpers angeordnet. In entsprechender Weise sind, wenn vorhanden, eine Durchgangsöffnung und eine dieser zugeordnete weitere Durchgangsöffnung für ein weiteres Medium an einander gegenüberliegenden Randbereichen des Grundkörpers angeordnet.The inflow opening and the outflow opening for the medium are arranged, for example, on opposite edge regions of the base body. Correspondingly, if present, a through-opening and a further through-opening associated therewith for a further medium are arranged on mutually opposite edge regions of the base body.

Die Einströmöffnung und mindestens eine weitere Durchgangsöffnung des Strömungselementes, insbesondere zwei weitere Durchgangsöffnungen, sind beispielsweise an einem zusammenhängenden Randbereich des Grundkörpers angeordnet. In entsprechender Weise sind die Ausströmöffnung und mindestens eine weitere Durchgangsöffnung des Strömungselementes, insbesondere zwei weitere Durchgangsöffnungen, beispielsweise an einem zusammenhängenden Randbereich des Grundkörpers angeordnet. Am jeweiligen Randbereich liegen die Öffnungen (Einström- bzw. Ausströmöffnung und mindestens eine Durchgangsöffnung) zum Beispiel seitlich nebeneinander.The inflow opening and at least one further through-opening of the flow element, in particular two further through-openings, are connected to one another, for example arranged near edge region of the body. The outflow opening and at least one further through-opening of the flow element, in particular two further through-openings, are arranged in a corresponding manner, for example on a continuous edge area of the base body. The openings (inflow or outflow opening and at least one through-opening) lie side by side, for example, at the respective edge area.

Der jeweilige Randbereich kann sich zum Beispiel längs einer Haupterstreckungsrichtung den gesamten Grundkörper entlang erstrecken.The respective edge area can, for example, extend along a main extension direction along the entire base body.

Der jeweilige Randbereich kann sich zum Beispiel „über Eck“ am Grundkörper erstrecken, abschnittsweise entlang einer ersten Haupterstreckungsrichtung und abschnittsweise entlang einer zweiten Haupterstreckungsrichtung.The respective edge region can, for example, extend “around the corner” on the base body, in sections along a first main direction of extension and in sections along a second main direction of extension.

Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Ausströmbereich einen Sammelabschnitt und einen Auslassabschnitt umfasst, wobei die Kanalstruktur in den Sammelabschnitt, dieser in den Auslassabschnitt und der Auslassabschnitt in die Ausströmöffnung mündet. Hierbei ist beispielsweise vorgesehen, dass die Ausströmöffnung und mindestens eine weitere Durchgangsöffnung des Grundkörpers an einem Randbereich des Strömungselementes auf einer der Kanalstruktur abgewandten Seite des Sammelabschnittes angeordnet sind.In another advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the outflow area comprises a collecting section and an outlet section, the channel structure opening into the collecting section, this into the outlet section and the outlet section into the outflow opening. It is provided here, for example, that the outflow opening and at least one further through-opening of the base body are arranged on an edge region of the flow element on a side of the collecting section facing away from the channel structure.

In entsprechender Weise kann vorgesehen sein, dass der Einströmbereich einen Einlassabschnitt und einen Verteilerabschnitt umfasst, wobei die Einströmöffnung in den Einlassabschnitt, diese in den Verteilerabschnitt und der Verteilerabschnitt in die Kanalstruktur mündet. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Einströmöffnung und mindestens eine weitere Durchgangsöffnung des Grundkörpers an einem Randbereich des Strömungselementes auf einer der Kanalstruktur abgewandten Seite des Verteilerabschnittes angeordnet sind.In a corresponding manner, it can be provided that the inflow area comprises an inlet section and a distributor section, the inflow opening opening into the inlet section, this opening into the distributor section and the distributor section opening into the channel structure. It can be provided here, for example, that the inflow opening and at least one further through-opening of the base body are arranged on an edge region of the flow element on a side of the distributor section facing away from the channel structure.

Der Verteilerabschnitt erlaubt es, einströmendes Fluid auf die Kanäle der Kanalstruktur am aktiven Bereich zu verteilen. In entsprechender Weise erlaubt es der Sammelabschnitt, Fluid aus den Kanälen der Kanalstruktur zu sammeln. Der Verteilerabschnitt wie der Sammelabschnitt liegen beispielsweise nicht im Bereich der aktiven Schicht der Brennstoffzelle. Diese Konfiguration kommt zum Beispiel bei Aufbauten zum Einsatz, in denen ein Dichtelement (beispielsweise eine Randverstärkung oder ein Subgasket) oder eine Folie den Verteilerabschnitt bzw. den Sammelabschnitt überdeckt.The distributor section allows inflowing fluid to be distributed to the channels of the channel structure on the active area. Correspondingly, the collection section allows fluid to be collected from the channels of the channel structure. The distributor section and the collector section are not, for example, in the area of the active layer of the fuel cell. This configuration is used, for example, in structures in which a sealing element (for example an edge reinforcement or a subgasket) or a film covers the distribution section or the collection section.

Der Sammelabschnitt und/oder der Verteilerabschnitt grenzen vorzugsweise entlang der gesamten Erstreckung des Grundkörpers in einer der Haupterstreckungsrichtungen an die Kanalstruktur, insbesondere an einander gegenüberliegenden Seiten der Kanalstruktur. Beispielsweise sind der Sammelabschnitt und/oder der Verteilerabschnitt in der vorstehend genannten Hauptbewegungsrichtung vollständig entlang des Strömungselementes erstreckt.The collection section and/or the distribution section preferably border the channel structure along the entire extent of the base body in one of the main directions of extent, in particular on opposite sides of the channel structure. For example, the collection section and/or the distributor section extend completely along the flow element in the above-mentioned main direction of movement.

Vorgesehen sein kann beispielsweise, dass ein Druckverlust am Sammelabschnitt und/oder am Verteilerabschnitt pro durchströmter Länge des Strömungselementes größer ist als ein Druckverlust an der Kanalstruktur.It can be provided, for example, that a pressure loss at the collecting section and/or at the distributor section per length of the flow element through which flow occurs is greater than a pressure loss at the channel structure.

Günstigerweise ist ein Druckverlust pro durchströmter Länge des Strömungselementes am Auslassabschnitt kleiner als am Sammelabschnitt.Favorably, a pressure loss per flow element length through which flow occurs is smaller at the outlet section than at the collecting section.

Vorzugsweise ist ein Druckverlust pro durchströmter Länge des Strömungselementes am Einlassabschnitt größer als am Verteilerabschnitt.A pressure loss per length of the flow element through which flow occurs is preferably greater at the inlet section than at the distributor section.

Das Strömungselement kann beispielsweise ein Umformteil sein und speziell durch Prägen hergestellt sein.The flow element can be a formed part, for example, and can be produced specifically by embossing.

Das Strömungselement kann beispielsweise zumindest teilweise aus einem Metall gefertigt sein.The flow element can be made at least partially from a metal, for example.

Das Strömungselement kann beispielsweise zumindest teilweise graphitisch gebildet sein.The flow element can be formed at least partially graphitic, for example.

Das Strömungselement kann beispielsweise zumindest teilweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sein, zum Beispiel am Einströmbereich und/oder am Ausströmbereich.The flow element can, for example, be made at least partially from a plastic material, for example in the inflow area and/or in the outflow area.

Das Strömungselement kann beispielsweise mittels eines additiven Verfahrens gefertigt sein.The flow element can be manufactured by means of an additive method, for example.

Das Strömungselement kann beispielsweise zumindest teilweise aus einem Verbundwerkstoff gefertigt sein, zum Beispiel einem Kohlenstoff-Verbundwerkstoff.The flow element can, for example, be made at least partially from a composite material, for example a carbon composite material.

Das mittels der Strömungsplatte geführte Fluid kann, wie erwähnt, ein Reaktand sein, insbesondere Wasserstoff oder Luftsauerstoff. Alternativ kann es sich um ein Kühlfluid handeln, insbesondere Wasser.As mentioned, the fluid conveyed by means of the flow plate can be a reactant, in particular hydrogen or atmospheric oxygen. Alternatively, it can be a cooling fluid, in particular water.

Die vorliegende Erfindung betrifft wie eingangs erwähnt auch eine Bipolarplatte.As mentioned above, the present invention also relates to a bipolar plate.

Eine erfindungsgemäße Bipolarplatte für eine elektrochemische Einrichtung umfasst ein erstes Strömungselement und ein zweites Strömungselement, wobei zumindest ein Strömungselement ein Strömungselement gemäß der vorstehend genannten Art ausgebildet ist.A bipolar plate according to the invention for an electrochemical device comprises a first flow element and a second flow element, wherein at least one flow element is formed a flow element according to the type mentioned above.

Wie bereits erwähnt betrifft die Erfindung auch eine Brennstoffzelleneinrichtung.As already mentioned, the invention also relates to a fuel cell device.

Eine erfindungsgemäße Brennstoffzelleneinrichtung umfasst einen Brennstoffzellenstapel, umfassend zwei oder mehr Bipolarplatten der vorstehend beschriebenen Art und zwischen benachbarten Bipolarplatten eine aktive Schicht, wobei über die Einströmöffnungen und Ausströmöffnungen der Strömungselemente Kanäle zum Transport eines Fluids im Brennstoffzellenstapel gebildet sind.A fuel cell device according to the invention comprises a fuel cell stack comprising two or more bipolar plates of the type described above and an active layer between adjacent bipolar plates, channels for transporting a fluid in the fuel cell stack being formed via the inflow openings and outflow openings of the flow elements.

Die Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung des erfindungsgemäßen Strömungselementes erwähnt wurden, können mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte und der erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinrichtung ebenfalls erzielt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der Bipolarplatte und der Brennstoffzelleneinrichtung ergeben sich durch vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Strömungselementes. Diesbezüglich kann auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen werden.The advantages that have already been mentioned in connection with the explanation of the flow element according to the invention can also be achieved with the bipolar plate according to the invention and the fuel cell device according to the invention. Advantageous embodiments of the bipolar plate and the fuel cell device result from advantageous embodiments of the flow element according to the invention. In this regard, reference can be made to the above statements.

Bei herkömmlichen Brennstoffzelleneinrichtungen wird kathodenseitig im Luftabgassystem häufig eine Drossel eingesetzt, um einen hohen Betriebsdruck am Lastpunkt zu erzielen. Die vorliegende Erfindung erlaubt es, in funktioneller Hinsicht einen Teil der Drossel der Ausgangsseite der Bipolarplatte zuzuordnen.In conventional fuel cell devices, a throttle is often used on the cathode side in the air exhaust system in order to achieve a high operating pressure at the load point. The present invention allows a part of the choke to be functionally assigned to the output side of the bipolar plate.

Bei einer beispielhaften Umsetzung der Erfindung in der Praxis für eine Brennstoffzelleneinrichtung im Automobilbereich (insbesondere eine PEM-Brennstoffzelleneinrichtung im PKW-Bereich) können zum Beispiel folgende Druckverhältnisse vorgesehen sein:

  • Druckdifferenz von Verteilerkanal zu Sammelkanal (Manifold zu Manifold) vorzugsweise kleiner ungefähr 1,5 bar, bevorzugt kleiner ungefähr 1 bar, noch bevorzugter kleiner ungefähr 400 bis 500 mbar.
  • Druckverlust für gasförmige Reaktanden beispielsweise ungefähr 50 bis 700 mbar für die Kathodenseite am Volllastpunkt, vorzugsweise ungefähr 80 bis 400 mbar.
  • Druckverlust für gasförmige Reaktanden beispielsweise ungefähr 20 bis 300 mbar für die Anodenseite am Volllastpunkt, vorzugsweise ungefähr 50 bis 200 mbar.
In an exemplary implementation of the invention in practice for a fuel cell device in the automotive sector (in particular a PEM fuel cell device in the passenger car sector), the following pressure ratios can be provided, for example:
  • Pressure difference from distribution channel to collecting channel (manifold to manifold) preferably less than about 1.5 bar, preferably less than about 1 bar, even more preferably less than about 400 to 500 mbar.
  • Pressure loss for gaseous reactants, for example, about 50 to 700 mbar for the cathode side at the full load point, preferably about 80 to 400 mbar.
  • Pressure loss for gaseous reactants, for example, about 20 to 300 mbar for the anode side at the full load point, preferably about 50 to 200 mbar.

In den obigen Fällen ergeben sich im Teillastpunkt unterschiedliche Druckverluste.In the above cases, there are different pressure losses at the partial load point.

Bei obiger Anwendung kann der Druckverlust auf der Kathodenseite zum Beispiel am aktiven Bereich ungefähr 100 mbar oder mehr sein, am Ausströmbereich ungefähr 120 mbar oder mehr. An der Anodenseite kann der Druckverlust beispielsweise am aktiven Bereich 40 mbar oder mehr sein, am Ausströmbereich ungefähr 30 mbar oder mehr. Diese Angaben beziehen sich auf den Volllastpunkt.In the above application, the pressure loss on the cathode side can be, for example, approximately 100 mbar or more at the active region and approximately 120 mbar or more at the outflow region. On the anode side, the pressure loss can be, for example, 40 mbar or more in the active area, and approximately 30 mbar or more in the outflow area. This information relates to the full load point.

Bei einem Gesamtdruckverlust über die Brennstoffzelle von 100% entfallen auf den aktiven Bereich beispielsweise ungefähr 40% oder mehr, auf den Ausströmbereich beispielsweise ungefähr 20% oder mehr, beispielsweise 40%.With a total pressure drop across the fuel cell of 100%, the active area accounts for, for example, approximately 40% or more, and the outflow area, for example, approximately 20% or more, for example 40%.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

  • 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinrichtung umfassend erfindungsgemäße Bipolarplatten, die aus erfindungsgemäßen Strömungselementen bestehen, in einer Explosionsdarstellung;
  • 2: eine schematische Draufsicht auf ein herkömmliches Strömungselement;
  • 3: eine schematische Draufsicht auf eine herkömmliche Bipolarplatte in einer funktionellen Darstellung;
  • 4: eine perspektivische Ansicht der Bipolarplatte aus 3, wobei deren zwei Strömungselemente im Abstand zueinander angeordnet und gezeigt sind, in Blickrichtung von oben;
  • 5: eine weitere Darstellung der Bipolarplatte mit den beiden Strömungselementen im Abstand zueinander, mit der Blickrichtung von unten;
  • 6: eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Strömungselement der Brennstoffzelleneinrichtung aus 1;
  • 7: schematisch den Druckverlauf für einen Reaktanden einer Brennstoffzelle der Brennstoffzelleneinrichtung aus 1 als Funktion der durchströmten Länge für eine herkömmliche Brennstoffzelleneinrichtung (gestrichelte Darstellung, für das Strömungselement in 2) und die Brennstoffzelleneinrichtung aus 1 (durchgezogene Linie, für das erfindungsgemäße Strömungselement in 6);
  • 8 bis 11: alternative Ausgestaltungen eines Ausströmbereiches bei erfindungsgemäßen Strömungselementen anstelle des Details A in 6;
  • 12: eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Bipolarplatte mit erfindungsgemäßem Strömungselement in einer funktionalen Darstellung;
  • 13: eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Strömungselement; und
  • 14: eine Darstellung entsprechend 7 bei Einsatz des erfindungsgemäßen Strömungselementes gemäß 13 in einer Brennstoffzelleneinrichtung (durchgezogene Linie) im Vergleich zu einem herkömmlichen Strömungselement (gestrichelte Darstellung).
The following description of preferred embodiments of the invention is used in connection with the drawing to explain the invention in more detail. Show it:
  • 1 1: a schematic representation of a fuel cell device according to the invention comprising bipolar plates according to the invention, which consist of flow elements according to the invention, in an exploded view;
  • 2 1: a schematic plan view of a conventional flow element;
  • 3 1: a schematic plan view of a conventional bipolar plate in a functional representation;
  • 4 : a perspective view of the bipolar plate 3 12 with the two flow elements thereof spaced apart and shown as viewed from above;
  • 5 : another representation of the bipolar plate with the two flow elements at a distance from one another, viewed from below;
  • 6 : a plan view of a flow element according to the invention of the fuel cell device 1 ;
  • 7 : schematically shows the pressure curve for a reactant of a fuel cell of the fuel cell device 1 as a function of the flow-through length for a conventional fuel cell device (dashed representation, for the flow element in 2 ) and the fuel cell device 1 (solid line, for the flow element according to the invention in 6 );
  • 8th until 11 : alternative configurations of an outflow area in flow elements according to the invention instead of detail A in 6 ;
  • 12 : a plan view of a bipolar plate according to the invention with the invention flow element in a functional representation;
  • 13 : a plan view of a flow element according to the invention; and
  • 14 : a representation accordingly 7 when using the flow element according to the invention 13 in a fuel cell device (solid line) compared to a conventional flow element (dashed line).

1 zeigt in schematischer Darstellung eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffzelleneinrichtung. Die Brennstoffzelleneinrichtung 10 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 12 (Stack) einer Mehrzahl von Brennstoffzellen 14. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich beispielsweise um PEM-Brennstoffzellen für den Automobilbereich, wobei als Reaktanden Wasserstoff und Luftsauerstoff zum Einsatz kommen. Ein Kühlmedium ist vorgesehen, insbesondere Wasser. 1 FIG. 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of a fuel cell device according to the invention, which is given the overall reference number 10 . The fuel cell device 10 comprises a fuel cell stack 12 (stack) of a plurality of fuel cells 14. In the present example, these are, for example, PEM fuel cells for the automotive sector, with hydrogen and atmospheric oxygen being used as reactants. A cooling medium is provided, in particular water.

1 zeigt eine schematische zweidimensionale Explosionsdarstellung der Brennstoffzelleneinrichtung 10, wobei Dichtelemente der Übersichtlichkeit halber ausgeblendet sind. 1 shows a schematic two-dimensional exploded view of the fuel cell device 10, with sealing elements being hidden for the sake of clarity.

In einer Stapelrichtung 30 umfasst die Brennstoffzelleneinrichtung 10 eine Mehrzahl von übereinander gestapelten Bipolarplatten 16, bei denen es sich vorliegend um bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bipolarplatte handelt. Eine jeweilige Bipolarplatte 16 besteht aus zwei Strömungselementen 18. Zumindest eines der Strömungselemente 18, vorzugsweise beide Strömungselemente 18, sind bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Strömungselementes.In a stacking direction 30, the fuel cell device 10 comprises a plurality of bipolar plates 16 stacked one on top of the other, which in the present case are preferred embodiments of the bipolar plate according to the invention. A respective bipolar plate 16 consists of two flow elements 18. At least one of the flow elements 18, preferably both flow elements 18, are preferred embodiments of the flow element according to the invention.

Das Strömungselement 18 kann zum Beispiel ein durch Prägen hergestelltes Umformteil sein, insbesondere aus Metall, oder auf eine andere der vorstehend beschriebenen Arten hergestellt sein.The flow element 18 can, for example, be a formed part produced by embossing, in particular made of metal, or produced in another of the ways described above.

Die Strömungselemente 18 einer jeweiligen Brennstoffzelle 14 nehmen zwischen sich eine schematisch dargestellte aktive Schicht 20 auf, die im vorliegenden Fall Gasdiffusionsschichten (GDL) und eine Membranelektrodenanordnung (MEA) umfasst. Ein aktiver Bereich 22 des jeweiligen Strömungselementes grenzt an die aktive Schicht 20.The flow elements 18 of a respective fuel cell 14 accommodate between them a schematically illustrated active layer 20, which in the present case comprises gas diffusion layers (GDL) and a membrane electrode assembly (MEA). An active area 22 of the respective flow element borders on the active layer 20.

Wie beispielsweise aus 6 hervorgeht, sind die Strömungselemente 18 flächig ausgestaltet mit einem plattenförmigen Grundkörper 24. Der Grundkörper 24 ist entlang einer ersten Haupterstreckungsrichtung 26 und entlang einer quer und insbesondere senkrecht dazu ausgerichteten zweiten Haupterstreckungsrichtung 28 erstreckt. Die Ebene der Strömungselemente 18 ist quer und insbesondere senkrecht zur Stapelrichtung 30 des Brennstoffzellenstapels 12 ausgerichtet.Such as from 6 shows that the flow elements 18 are flat with a plate-shaped base body 24. The base body 24 extends along a first main extension direction 26 and along a second main extension direction 28 oriented transversely and in particular perpendicularly thereto. The plane of the flow elements 18 is aligned transversely and in particular perpendicularly to the stacking direction 30 of the fuel cell stack 12 .

Jedes Strömungselement 18 umfasst einen ersten Randbereich 32 und einen zweiten Randbereich 34. Die Randbereiche 32, 34 sind bezogen auf die erste Haupterstreckungsrichtung 26 an einander abgewandten Enden des Strömungselementes 18 angeordnet. Beide Randbereiche 32, 34 sind entlang der gesamten Breite in der zweiten Haupterstreckungsrichtung 28 des Strömungselementes 18 erstreckt.Each flow element 18 comprises a first edge region 32 and a second edge region 34. The edge regions 32, 34 are arranged at opposite ends of the flow element 18 in relation to the first main direction of extent 26. Both edge regions 32, 34 extend along the entire width in the second main direction of extent 28 of the flow element 18.

Die Randbereiche 32, 34 ragen seitlich in der Haupterstreckungsrichtung 26 über die aktive Schicht 20 hinaus. Über die Durchgangsöffnungen der Strömungselemente 18 sind im Brennstoffzellenstapel 12 Verteilerkanäle 36 zur Medienzufuhr und Sammelkanäle 38 zur Medienabfuhr gebildet (auch als „Manifolds“ bezeichnet).The edge regions 32, 34 protrude laterally in the main extension direction 26 beyond the active layer 20. Distribution channels 36 for supplying media and collecting channels 38 for discharging media are formed in the fuel cell stack 12 via the passage openings of the flow elements 18 (also referred to as “manifolds”).

Die Brennstoffzelleneinrichtung 10 umfasst in herkömmlicher Weise endseitig Halteelemente 40, die mittels einer Spanneinrichtung 42 relativ zueinander verspannt sind.In a conventional manner, the fuel cell device 10 comprises holding elements 40 at the end, which are braced relative to one another by means of a tensioning device 42 .

Vor der Erläuterung des erfindungsgemäßen Strömungselementes und der erfindungsgemäßen Bipolarplatte wird zunächst auf die Ausgestaltung eines herkömmlichen Strömungselementes eingegangen. Das in 2 mit dem Bezugszeichen 44 gezeigte Strömungselement umfasst am Randbereich 32 eine Einströmöffnung 46 für ein Medium, beispielsweise einen Reaktanden. Das Strömungselement 44 kommt bei der herkömmlichen Bipolarplatte gemäß 3 zum Einsatz.Before explaining the flow element according to the invention and the bipolar plate according to the invention, the configuration of a conventional flow element will first be discussed. This in 2 The flow element shown with the reference number 44 comprises an inflow opening 46 for a medium, for example a reactant, at the edge region 32 . The flow element 44 conforms to the conventional bipolar plate 3 for use.

Die Einströmöffnung 46 mündet in einen Einströmbereich 48 mit Kanälen, die in eine Kanalstruktur 50 münden. Die Kanalstruktur 50 bildet den aktiven Bereich 22 und ist von der aktiven Schicht 20 in der Stapelrichtung 30 überdeckt.The inflow opening 46 opens into an inflow area 48 with channels which open into a channel structure 50 . The channel structure 50 forms the active region 22 and is covered by the active layer 20 in the stacking direction 30 .

Die Kanalstruktur 50 mündet in einen Ausströmbereich 54 mit Kanälen. Der Ausströmbereich 54 ist mit der Ausströmöffnung 58 strömungsverbunden.The channel structure 50 opens into an outflow area 54 with channels. The outflow area 54 is flow-connected to the outflow opening 58 .

Stege 59 trennen die benachbarten Kanäle der Kanalstruktur 50, des Einströmbereichs 48 und des Ausströmbereichs 54 voneinander.Webs 59 separate the adjacent channels of the channel structure 50, the inflow area 48 and the outflow area 54 from one another.

In der Haupterstreckungsrichtung 28 sind seitlich neben der Einströmöffnung 46 und der Ausströmöffnung 58 räumlich aufeinanderfolgend jeweils zwei weitere Durchgangsöffnungen 60 zur Mediendurchfuhr angeordnet.In the main extension direction 28 , two further passage openings 60 for the passage of media are arranged laterally next to the inflow opening 46 and the outflow opening 58 one after the other.

Die Bipolarplatte 62 in 3 ist von herkömmlicher Art und in Draufsicht in einer sogenannten funktionellen Darstellung gezeigt. Dabei steht die Kanalstruktur 50 beispielhaft für Kanalstrukturen der Bipolarplatte 62 insgesamt. Zusätzlich zu den Öffnungen 46, 58 sind zwei weitere Einströmöffnungen 64, 68 und diesen zugeordnete Ausströmöffnungen 66 bzw. 70 gebildet, zur Zufuhr und Abfuhr eines jeweiligen Fluids.The bipolar plate 62 in 3 is of conventional type and shown in plan view in a so-called functional representation. The channel structure 50 is an example for channel structures of the bipolar plate 62 as a whole. In addition to the openings 46, 58, two further inflow openings 64, 68 and outflow openings 66 and 70 assigned to them are formed for the supply and discharge of a respective fluid.

Die Bipolarplatte 62 ist mit dem Strömungselement 44 und mit einem weiteren Strömungselement 45, das ebenfalls herkömmlich ausgestaltet ist, in den 4 und 5 in perspektivischer Explosionsdarstellung gezeigt. 4 zeigt die Strömungselemente 44, 45 von oben und 5 die Strömungselemente 44, 45 von unten.The bipolar plate 62 is connected to the flow element 44 and a further flow element 45, which is also designed conventionally, in the 4 and 5 shown in exploded perspective view. 4 shows the flow elements 44, 45 from above and 5 the flow elements 44, 45 from below.

Das Strömungselement 44 weist auf einer ersten Seite 441 (Oberseite), die in 2 in Draufsicht gezeigt ist, den Einströmbereich 48, die Kanalstruktur 50 und den Ausströmbereich 54 auf. An einer zweiten Seite 442 (Unterseite, 5) weist das Strömungselement 44 einen Einströmbereich 48, eine Kanalstruktur 50 und einen Ausströmbereich 54 auf. Die Einströmung erfolgt in diesem Fall über die Einströmöffnung 68 und die Ausströmung über die Ausströmöffnung 70.The flow element 44 has on a first side 441 (top side), which in 2 is shown in plan view, the inflow area 48, the channel structure 50 and the outflow area 54. On a second page 442 (underside, 5 ), the flow element 44 has an inflow area 48, a channel structure 50 and an outflow area 54. In this case, the inflow takes place via the inflow opening 68 and the outflow via the outflow opening 70.

Die zweite Seite 442 korrespondiert mit einer ersten Seite 451 (Oberseite, 4) des Strömungselementes 45, wobei auch in diesem Fall die Einströmung über eine korrespondierende Einströmöffnung 68 und die Ausströmung über eine korrespondierende Ausströmöffnung 70 erfolgt.The second page 442 corresponds to a first page 451 (top, 4 ) of the flow element 45, with the inflow also taking place via a corresponding inflow opening 68 and the outflow via a corresponding outflow opening 70 in this case.

Das Strömungselement 45 weist eine zweite Seite 452 auf, die der ersten Seite 451 abgewandt ist (Unterseite, 5). Während die erste Seite 441 des Strömungselementes 44 die Oberseite der Bipolarplatte 62 bildet, bildet die zweite Seite 452 des Strömungselementes 45 die Unterseite der Bipolarplatte 62.The flow element 45 has a second side 452 which faces away from the first side 451 (underside, 5 ). While the first side 441 of the flow element 44 forms the upper side of the bipolar plate 62, the second side 452 of the flow element 45 forms the underside of the bipolar plate 62.

An der zweiten Seite 452 weist das Strömungselement 45 einen Einströmbereich 48, eine Kanalstruktur 50 und einen Ausströmbereich 54 auf. Die Einströmung erfolgt über die Einströmöffnung 64 und die Ausströmung über die Ausströmöffnung 70.The flow element 45 has an inflow area 48 , a channel structure 50 and an outflow area 54 on the second side 452 . The inflow takes place via the inflow opening 64 and the outflow via the outflow opening 70.

Beispielsweise werden bei der Bipolarplatte 62 die Reaktanden auf den Seiten 441 und 452 geführt und das Kühlmittel zwischen den Seiten 442 und 451.For example, in the 62 bipolar plate, the reactants are routed on sides 441 and 452 and the coolant between sides 442 and 451.

Weisen Strömungselemente der vorliegenden Offenbarung auf einander abgewandten Seiten Kanalstrukturen auf, können diese, beispielsweise bei durch Umformen gebildeten Strömungselementen, relativ zueinander invertiert sein, abweichend von der schematischen Darstellung in der Zeichnung.If flow elements of the present disclosure have channel structures on opposite sides, these can be inverted relative to one another, for example in the case of flow elements formed by reshaping, in deviation from the schematic illustration in the drawing.

7 zeigt mit gestrichelter Linie 71 schematisch den Druckverlauf über das herkömmliche Strömungselement 44 gemäß 2 als Funktion der durchströmten Länge. Ein erster Abschnitt 72 stellt den Druckverlust über den Einströmbereich 48 dar, ein zweiter Abschnitt 73 den Druckverlust über den aktiven Bereich 22 und ein dritter Abschnitt 74 den Druckverlust über den Ausströmbereich 54. 7 FIG. 7 schematically shows the pressure curve over the conventional flow element 44 in FIG 2 as a function of the flow length. A first section 72 represents the pressure loss over the inflow area 48, a second section 73 the pressure loss over the active area 22 and a third section 74 the pressure loss over the outflow area 54.

6 zeigt in einer der 2 entsprechenden Weise eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Strömungselement 18. 6 shows in one of the 2 a corresponding plan view of the flow element 18 according to the invention.

Das Strömungselement 18 ist im Gegensatz zum herkömmlichen Strömungselement 44 einströmseitig mit einer Einström-Kanalstruktur 76 versehen. Ausströmseitig ist am Ausströmbereich 54 eine Ausström-Kanalstruktur 78 vorgesehen.In contrast to the conventional flow element 44 , the flow element 18 is provided with an inflow channel structure 76 on the inflow side. On the outflow side, an outflow channel structure 78 is provided in the outflow area 54 .

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Ausström-Kanalstruktur 78 so ausgebildet, dass der Druckverlust des Mediums über den Ausströmbereich 54 größer ist als der Druckverlust über den Einströmbereich 48. Im vorliegenden Fall ist der Druckverlust darüber hinaus größer als über den aktiven Bereich 22.According to the present invention, the outflow channel structure 78 is designed in such a way that the pressure loss of the medium over the outflow area 54 is greater than the pressure loss over the inflow area 48. In the present case, the pressure loss is also greater than over the active area 22.

Obige Aussage für den Druckverlust gilt im vorliegenden Beispiel absolut, bezogen auf den absoluten Druckverlust und darüber hinaus pro durchströmter Länge des Strömungselementes 18.The above statement for the pressure loss applies in absolute terms in the present example, based on the absolute pressure loss and also per length of the flow element 18 through which flow occurs.

Der Verlauf des Druckverlustes für das Strömungselement 18 gemäß 6 ist in 7 mit durchgezogener Linie 80 beispielhaft dargestellt. Hierbei wurden die Längen der durchströmten Bereiche zum besseren Vergleich mit dem Strömungselement 44 gleich lang gewählt. Auch bei der durchgezogenen Linie 80 kennzeichnen die Abschnitte 72, 73 und 74 den Druckverlauf über den Einströmbereich 48, den aktiven Bereich 22 und den Ausströmbereich 54.The course of the pressure loss for the flow element 18 according to 6 is in 7 shown with solid line 80 as an example. In this case, the lengths of the flow-through areas were chosen to be the same length for a better comparison with the flow element 44 . Sections 72, 73 and 74 also indicate the pressure curve over the inflow area 48, the active area 22 and the outflow area 54 in the case of the solid line 80.

Aufgrund des erhöhten Druckverlustes am Ausströmbereich 54 kann über die das Strömungselement 18 umfassende Brennstoffzelle 14 insgesamt ein hoher Druckverlust erzielt werden. Dies erweist sich als vorteilhaft für eine homogene Konzentration des Reaktanden im aktiven Bereich 22 und damit in der aktiven Schicht 20.Due to the increased pressure loss at the outflow area 54, a high pressure loss can be achieved overall via the fuel cell 14 comprising the flow element 18. This proves to be advantageous for a homogeneous concentration of the reactant in the active region 22 and thus in the active layer 20.

Darüber hinaus wird vorzugsweise sichergestellt, dass der Druckverlust über den aktiven Bereich 22 möglichst gering ausfällt, um im aktiven Bereich 22 einen möglichst geringen Abfall des Partialdruckes des Reaktanden sicherzustellen.In addition, it is preferably ensured that the pressure loss across the active area 22 is as small as possible in order to ensure the smallest possible drop in the partial pressure of the reactant in the active area 22 .

Bei dem erfindungsgemäßen Strömungselement 18 gemäß 6 besteht ferner der Vorteil, dass der Druckverlust über den Ausströmbereich 54 im Verhältnis zum Druckverlust über den Ausströmbereich 54 bei dem herkömmlichen Strömungselement 44 gemäß 2 vergrößert ist (7).In the flow element 18 according to the invention 6 there is also the advantage that the pressure loss across the outflow area 54 in relation to the pressure loss across the outflow area 54 in the conventional flow element 44 according to 2 is enlarged ( 7 ).

Der erhöhte Druckverlust über den Ausströmbereich 54 gegenüber dem Einströmbereich 48 wird insbesondere durch die Ausgestaltung der Ausström-Kanalstruktur 78 erzielt (6). Hierbei wird insbesondere die freie Querschnittsfläche der Ausström-Kanalstruktur 78 verringert. Denkbar ist insbesondere, die Querschnittsfläche von Kanälen, die Länge von Kanälen, die Breite von Kanälen, die Höhe von Kanälen und/oder die Anzahl von Kanälen zu verringern. Verzweigungen und/oder Vereinigungen von Kanälen können zur Steigerung der Druckdifferenz vorgesehen sein. Alternativ oder ergänzend können beispielsweise Umlenkungen des Fluids durch die Verlaufsrichtung der Kanäle in der Ausström-Kanalstruktur 78 zur Steigerung des Druckverlustes eingesetzt werden.The increased pressure loss across the outflow area 54 compared to the inflow area 48 is achieved in particular by the design of the outflow channel structure 78 ( 6 ). Here, in particular, the free cross-sectional area of the outflow channel structure 78 is reduced. In particular, it is conceivable to reduce the cross-sectional area of channels, the length of channels, the width of channels, the height of channels and/or the number of channels. Branches and/or junctions of channels can be provided to increase the pressure difference. As an alternative or in addition, for example, deflections of the fluid can be used by the direction in which the channels run in the outflow channel structure 78 in order to increase the pressure loss.

Der lokale Druckverlust am oder im Ausströmbereich 54 der mehreren Bipolarplatten im Stapel erlaubt es vorzugsweise, druckabhängige Unterschiede der Strömungsgeschwindigkeiten in der Kanalstruktur 50 zu vermeiden, verbunden mit inhomogenen Strömungen und, daraus resultierend, unterschiedlicher Performance.The local pressure loss at or in the outflow area 54 of the multiple bipolar plates in the stack preferably makes it possible to avoid pressure-dependent differences in the flow velocities in the channel structure 50, combined with inhomogeneous flows and, as a result, different performance.

Darüber hinaus besteht der Vorteil, dass beim erfindungsgemäßen Strömungselement 18 gemäß 6 der Druckverlust über den Einströmbereich 48 im Verhältnis zum Druckverlust über den Einströmbereich 48 bei dem herkömmlichen Strömungselement 44 gemäß 2 verringert ist (7).In addition, there is the advantage that in the flow element 18 according to the invention 6 the pressure drop across the inflow area 48 in relation to the pressure drop across the inflow area 48 in the conventional flow element 44 according to FIG 2 is reduced ( 7 ).

Dies bietet den Vorteil, innerhalb des aktiven Bereiches 22 einen insgesamt höheren Gesamtdruck des Reaktanden bereitzustellen als bei dem herkömmlichen Strömungselement 44. Auf diese Weise kann unter Einsatz des Strömungselementes 18 eine bessere Performance mit der Brennstoffzelle 14 erzielt werden.This offers the advantage of providing an overall higher total pressure of the reactant within the active region 22 than in the case of the conventional flow element 44. In this way, better performance can be achieved with the fuel cell 14 using the flow element 18.

Um den Druckverlust am Einströmbereich 48 gegenüber dem herkömmlichen Strömungselement 44 zu erzielen, können die Kanäle der Einström-Kanalstruktur 76 so ausgebildet werden, dass gegenüber dem herkömmlichen Fall eine vergrößerte Querschnittsfläche für das strömende Fluid bereitgestellt ist. Dies ist in 6 beispielhaft durch verbreiterte Kanäle im Verhältnis zur Darstellung gemäß 2 gezeigt.In order to achieve the pressure loss at the inflow area 48 compared to the conventional flow element 44, the channels of the inflow channel structure 76 can be designed in such a way that, compared to the conventional case, an enlarged cross-sectional area is provided for the flowing fluid. this is in 6 exemplified by widened channels in relation to the representation according to FIG 2 shown.

Die 8 bis 11 stellen ausschnittsweise gemäß Detail A in 6 Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Strömungselementes 18 dar. Hier ist jeweils ein Abschnitt des Grundkörpers 24 am Ausströmbereich 54 mit der Ausström-Kanalstruktur 78 und der Ausströmöffnung 58 gezeigt.the 8th until 11 provide excerpts according to detail A in 6 Embodiments of the flow element 18 according to the invention. A section of the base body 24 at the outflow area 54 with the outflow channel structure 78 and the outflow opening 58 is shown here.

Zur Erhöhung des Druckverlustes gegenüber dem herkömmlichen Ausströmbereich 54 werden, wie beispielhaft dargestellt, zum Beispiel die Kanallänge, die Kanalquerschnittsfläche, die Kanalbreite und/oder die Kanalhöhe verändert. Als vorteilhaft erweisen sich insbesondere verlängerte Kanäle.To increase the pressure loss compared to the conventional outflow area 54, the channel length, the channel cross-sectional area, the channel width and/or the channel height are changed, for example, as shown by way of example. In particular, extended channels have proven to be advantageous.

Die Varianten der 10 und 11 zeigen, wie durch zusätzliche Umlenkungen Verlängerungen der Kanäle und dadurch ein höherer Druckverlust erzielt werden kann. Bei der Variante gemäß 11 sind darüber hinaus Vereinigungen von Kanälen vorgesehen. Hier werden jeweils zwei oder mehr Kanäle zu einem Kanal in Richtung der Ausströmöffnung 58 zusammengefasst.The variants of 10 and 11 show how additional diversions can be used to lengthen the channels and thus achieve a higher pressure loss. In the variant according to 11 unions of channels are also provided. Two or more channels are combined here to form one channel in the direction of the outflow opening 58 .

Vorteilhaft ist es, beispielsweise wie bei der Variante gemäß 11, wenn Verengungen auf weniger Kanäle und/oder Kanäle mit geringerem Querschnitt erst innerhalb des Ausströmbereiches 54 angeordnet sind. Dies vermeidet innerhalb der Kanalstruktur 50 lokale Druckverluste, gewährleistet aber dennoch den erhöhten Druckverlust in der Ausströmung zur Ausströmöffnung. Lokal hohe Strömungsgeschwindigkeiten in der Kanalstruktur 50 werden ebenfalls vermieden, die zu inhomogenen Strömungen führen oder abschnittsweise hohen Druckverlusten und/oder Nachteilen im Wassermanagement führen können.It is advantageous, for example as in the variant according to FIG 11 , if constrictions to fewer channels and/or channels with a smaller cross section are only arranged inside the outflow area 54 . This avoids local pressure losses within the channel structure 50, but still ensures the increased pressure loss in the outflow to the outflow opening. Locally high flow velocities in the channel structure 50 are also avoided, which lead to inhomogeneous flows or can lead to high pressure losses and/or disadvantages in water management in some sections.

Wie vorstehend bereits erläutert kann der Grundgedanke der Erfindung innerhalb eines Strömungselemente 18 auf beiden Seiten des Grundkörpers 24 umgesetzt sein.As already explained above, the basic idea of the invention can be implemented within a flow element 18 on both sides of the base body 24 .

Alternativ oder ergänzend kann der Grundgedanke der Erfindung bei zwei Strömungselementen 18 einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte 16 umgesetzt sein.Alternatively or additionally, the basic idea of the invention can be implemented with two flow elements 18 of a bipolar plate 16 according to the invention.

Nachfolgend wird diesbezüglich in Bezug auf 12 verwiesen, die eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Bipolarplatte 82 mit erfindungsgemä-ßem Strömungselement 84 zeigt, wobei die Bipolarplatte 82 entsprechend 3 der funktionellen Darstellung gezeigt ist.The following is in relation to 12 referenced, which shows a top view of a bipolar plate 82 according to the invention with a flow element 84 according to the invention, with the bipolar plate 82 corresponding 3 shown in the functional representation.

Die Ausführungsform gemäß 12 kann beispielsweise bei einer Counterflow-Ausgestaltung mit drei Medien eingesetzt werden.The embodiment according to 12 can be used, for example, in a counterflow design with three media.

Hierbei sind ebenfalls der Einströmbereich 48 und der Ausströmbereich 54 mit den diesbezüglichen Einström-Kanalstrukturen 76 und Ausström-Kanalstrukturen 78 gezeigt.The inflow area 48 and the outflow area 54 with the relevant inflow channel structures 76 and outflow channel structures 78 are also shown here.

Die funktionelle Darstellung der Bipolarplatte 82 entspricht der funktionellen Darstellung der Bipolarplatte 62 gemäß 3, dort erläutert anhand der 4 und 5 mit den Strömungselementen 44, 45.The functional representation of the bipolar plate 82 corresponds to the functional representation of the bipolar plate 62 according to FIG 3 , explained there using the 4 and 5 with the flow elements 44, 45.

Bei der Bipolarplatte 82 sind eine weitere Ausströmöffnung 86 und eine weitere Einströmöffnung 88 vorgesehen. Die Einströmöffnung 88 und die Ausströmöffnung 86 sind einander so zugeordnet, wie dies die Einströmöffnung 46 und die Ausströmöffnung 48 sind. Auch zwischen der Einströmöffnung 88 und der Ausströmöffnung 86 verläuft eine Kanalstruktur 50. Wie am Beispiel der 3 bis 5 erläutert strömt zum Beispiel ein Reaktand durch die Einströmöffnung 46 ein und die Ausströmöffnung 58 aus. Der jeweils andere Reaktand strömt über die Einströmöffnung 88 ein und über die Ausströmöffnung 86 aus. Die jeweiligen Kanalstrukturen sind beispielsweise an einander abgewandten Seiten der Bipolarplatte 82 angeordnet, wie dies anhand der 4 und 5 am Beispiel der herkömmlichen Bipolarplatte 62 erläutert wurde.A further outflow opening 86 and a further inflow opening 88 are provided in the bipolar plate 82 . The inflow opening 88 and the outflow opening 86 are associated with one another in the same way as the inflow opening 46 and the outflow opening 48 are. A channel structure 50 also runs between the inflow opening 88 and the outflow opening 86. As in the example of FIG 3 until 5 As explained, for example, a reactant flows in through the inflow opening 46 and out through the outflow opening 58 . The respective other reactant flows in via the inflow opening 88 and out via the outflow opening 86 . The respective channel structures are arranged, for example, on opposite sides of the bipolar plate 82, as can be seen from FIG 4 and 5 was explained using the example of the conventional bipolar plate 62.

Die Einströmöffnung 46 und die Ausströmöffnung 86 sind im vorliegenden Beispiel am Randbereich 32 angeordnet und liegen seitlich nebeneinander, jedoch in diesem Beispiel nicht unmittelbar seitlich nebeneinander. Zwischen den Öffnungen 46, 86 ist eine Durchgangsöffnung 60 am Grundkörper 24 gebildet. Durch diese Durchgangsöffnung 60 hindurch strömt beispielsweise ein Kühlmedium.In the present example, the inflow opening 46 and the outflow opening 86 are arranged on the edge region 32 and lie side by side, but in this example not directly side by side. A through-opening 60 is formed on the base body 24 between the openings 46 , 86 . A cooling medium, for example, flows through this passage opening 60 .

In entsprechender Weise sind die Ausströmöffnung 58 und die Einströmöffnung 88 am Randbereich 34 angeordnet. Dabei liegen die Öffnungen 58, 88 im vorliegenden Beispiel seitlich nebeneinander, jedoch vorliegend nicht unmittelbar nebeneinander. Zwischen den Öffnungen 58, 88 ist eine Durchgangsöffnung 60 am Grundkörper gebildet, durch die zum Beispiel das Kühlmedium strömen kann.The outflow opening 58 and the inflow opening 88 are arranged in the edge region 34 in a corresponding manner. In the present example, the openings 58, 88 lie side by side, but in the present case not directly next to each other. Between the openings 58, 88, a through-opening 60 is formed on the base body, through which, for example, the cooling medium can flow.

Die Durchgangsöffnungen 60 erlauben insbesondere das Einströmen und das Ausströmen des Kühlmediums zwischen den beiden Strömungselementen der Bipolarplatte 82 und durch eine jeweilige Kanalstruktur 50, wie dies vorstehend anhand der 4 und 5 am Beispiel der herkömmlichen Bipolarplatte 62 erläutert wurde.The passage openings 60 allow in particular the inflow and outflow of the cooling medium between the two flow elements of the bipolar plate 82 and through a respective channel structure 50, as described above with reference to FIG 4 and 5 was explained using the example of the conventional bipolar plate 62.

Es könnte abweichend von der Darstellung gemäß 12 vorgesehen sein, dass zum Beispiel die Einströmöffnung 46 und die Ausströmöffnung 86 unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Alternativ oder ergänzend könnten beispielsweise die Ausströmöffnung 58 und die Einströmöffnung 88 unmittelbar nebeneinander angeordnet sein.It could be different from what is shown 12 be provided that, for example, the inflow opening 46 and the outflow opening 86 are arranged directly next to each other. Alternatively or additionally, for example, the outflow opening 58 and the inflow opening 88 could be arranged directly next to one another.

Das Bezugszeichen 90 kennzeichnet den weiteren Einströmbereich für das über die Einströmöffnung 88 zuströmende Medium. Die diesbezügliche Einström-Kanalstruktur ist mit Bezugszeichen 91 gekennzeichnet.The reference number 90 designates the further inflow area for the medium flowing in via the inflow opening 88 . The relevant inflow channel structure is identified by reference number 91 .

In entsprechender Weise kennzeichnet das Bezugszeichen 92 den Ausströmbereich über das durch die Ausströmöffnung 86 ausströmende Medium. Die diesbezügliche Ausström-Kanalstruktur ist mit dem Bezugszeichen 93 gekennzeichnet.In a corresponding manner, the reference number 92 designates the outflow area via the medium flowing out through the outflow opening 86 . The relevant outflow channel structure is identified by reference number 93 .

Ebenso wie durch die Unterschiede zwischen der Einström-Kanalstruktur 76 und der Ausström-Kanalstruktur 78 die Druckverluste am Einströmbereich und am Ausströmbereich 54 designt werden können, können die Druckverluste am Einströmbereich 90 über die Einström-Kanalstruktur 91 und am Ausströmbereich 92 über die Ausström-Kanalstruktur 93 designt werden.Just as the pressure losses at the inflow area and at the outflow area 54 can be designed through the differences between the inflow channel structure 76 and the outflow channel structure 78, the pressure losses at the inflow area 90 can be adjusted via the inflow channel structure 91 and at the outflow area 92 via the outflow channel structure 93 to be designed.

Bei dem Strömungselement 84 und der Bipolarplatte 82 besteht außerdem der Vorteil, dass ein erhöhter Platzbedarf bzw. ein verringerter Platzbedarf aufgrund der Kanalstrukturen 76 und 78 für ein Medium zur Variation des Platzbedarfes der Kanalstrukturen 91 bzw. 93 für das weitere Medium genutzt werden können, und umgekehrt.The flow element 84 and the bipolar plate 82 also have the advantage that an increased space requirement or a reduced space requirement due to the channel structures 76 and 78 for a medium can be used to vary the space required by the channel structures 91 and 93 for the further medium, and vice versa.

Hierbei wird der erhöhte Platzbedarf für die Ausström-Kanalstruktur 76 durch den verringerten Platzbedarf für die Ausström-Kanalstruktur 93 bereitgestellt. In entsprechender Weise kann eine erforderliche Anpassung im Hinblick auf den Platzbedarf für die Ausström-Kanalstruktur 78 und die Einström-Kanalstruktur 91 vorgenommen werden.In this case, the increased space requirement for the outflow channel structure 76 is provided by the reduced space requirement for the outflow channel structure 93 . A necessary adjustment with regard to the space requirement for the outflow channel structure 78 and the inflow channel structure 91 can be carried out in a corresponding manner.

12 stellt dies beispielhaft in der Funktionsdarstellung der Bipolarplatte 82 dar. Der erhöhte Platzbedarf für den Einströmbereich 48 und den Ausströmbereich 54 können unter Verkleinerung des weiteren Einströmbereichs 90 und des weiteren Ausströmbereichs 93 erzielt werden. Über die zusätzliche Anpassung der weiteren Einström-Kanalstruktur 91 und der weiteren Ausström-Kanalstruktur 93 können die Druckverluste auch für das weitere Medium wie vorstehend beschrieben erzielt werden. 12 shows this as an example in the functional representation of the bipolar plate 82. The increased space requirement for the inflow area 48 and the outflow area 54 can be achieved by reducing the further inflow area 90 and the further outflow area 93. The additional adjustment of the additional inflow channel structure 91 and the additional outflow channel structure 93 can also achieve the pressure losses for the additional medium as described above.

Vorgesehen sein kann bei der Bipolarplatte 82 insbesondere, den Druckverlust für das weitere Medium über den weiteren Ausströmbereich 92 größer zu gestalten als über den weiteren Einströmbereich 90 sowie einen weiteren aktiven Bereich 22.In the case of the bipolar plate 82, provision can be made in particular for the pressure loss for the additional medium to be greater across the additional outflow area 92 than across the additional inflow area 90 and an additional active area 22.

Durch eine Vergrößerung der weiteren Ausströmöffnung 86 ist im vorliegenden Beispiel sichergestellt, dass der erforderliche Volumenstrom unter Einhaltung des gewünschten Druckverlustes und vorzugsweise ohne störende Inhomogenitäten über die mehreren Bipolarplatten durch das Manifold des Brennstoffzellenstapels 12 strömen kann, im vorliegenden Beispiel durch den Sammelkanal 38, in den die Ausströmöffnung 86 mündet.Enlarging the further outflow opening 86 ensures in the present example that the required volume flow can flow through the manifold of the fuel cell stack 12 over the multiple bipolar plates while maintaining the desired pressure loss and preferably without disturbing inhomogeneities ing example through the collecting channel 38, in which the outflow opening 86 opens.

Bei einer abweichenden vorteilhaften Ausführungsform kann günstigerweise vorgesehen sein, dass eine Vergrößerung der Ausströmöffnung 86 für das weitere Medium nicht erforderlich ist. Dies kann zum Beispiel den Vorteil bieten, dass die Gesamtgröße des Strömungselementes 84 und der Bipolarplatte 82 im Verhältnis zum Strömungselement 18 und zur Bipolarplatte 62 erhalten bleibt. 12 stellt dies schematisch anhand einer gestrichelten Linie 94 dar, die die Wand der Ausströmöffnung 86 für ein derartiges Ausführungsbeispiel kennzeichnet. Der in 12 rechts dieser Wand gelegene Abschnitt der Ausströmöffnung 86 würde in diesem Fall entfallen.In a different advantageous embodiment, it can be advantageously provided that an enlargement of the outflow opening 86 for the further medium is not necessary. This may provide the benefit, for example, of preserving the overall size of flow element 84 and bipolar plate 82 relative to flow element 18 and bipolar plate 62 . 12 FIG. 12 shows this schematically using a dashed line 94 which characterizes the wall of the outflow opening 86 for such an embodiment. the inside 12 The section of the outflow opening 86 located to the right of this wall would be omitted in this case.

13 zeigt ein mit dem Bezugszeichen 96 belegtes erfindungsgemäßes Strömungselement in einer der 6 entsprechenden Weise. Das Strömungselement 96 kann Bestandteil einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte sein. 13 shows a flow element according to the invention, denoted by reference numeral 96, in one of 6 appropriate way. The flow element 96 can be part of a bipolar plate according to the invention.

Beim Strömungselement 96 sind ebenfalls der Einströmbereich 48 und der Ausströmbereich 54 vorgesehen. Der Einströmbereich 48 umfasst einen Einlassabschnitt 98 und einen Verteilerabschnitt 100. Der Ausströmbereich 54 umfasst einen Sammelabschnitt 102 und einen Auslassabschnitt 104.The inflow area 48 and the outflow area 54 are also provided for the flow element 96 . The inflow area 48 comprises an inlet section 98 and a distributor section 100. The outflow area 54 comprises a collection section 102 and an outlet section 104.

Es besteht eine Strömungsverbindung für das Fluid von der Einströmöffnung 46 über den Einlassabschnitt 98, den Verteilerabschnitt 100, die Kanalstruktur 50, den Sammelabschnitt 102 und den Auslassabschnitt 104 zur Ausströmöffnung 58. Der Einlassabschnitt 98 dient zur Verteilung des Fluids auf die Kanalstruktur 50, und der Sammelabschnitt 102 zur Zusammenführung des Fluids aus der Kanalstruktur 50.There is a flow connection for the fluid from the inflow opening 46 via the inlet section 98, the distributor section 100, the channel structure 50, the collecting section 102 and the outlet section 104 to the outflow opening 58. The inlet section 98 serves to distribute the fluid to the channel structure 50, and the Collection section 102 for bringing together the fluid from the channel structure 50.

Der Verteilerabschnitt 100 erstreckt sich im vorliegenden Beispiel über die gesamte Breite des Strömungselementes 96 in der Haupterstreckungsrichtung 28. In entsprechender Weise erstreckt sich der Sammelabschnitt 102 im vorliegenden Beispiel über die gesamte Breite des Strömungselementes 96 in der Haupterstreckungsrichtung 28. Der Verteilerabschnitt 100 und der Sammelabschnitt 102 grenzen an einander abgewandten Seiten an die Kanalstruktur 50.In the present example, the distributor section 100 extends over the entire width of the flow element 96 in the main direction of extension 28. In a corresponding manner, the collecting section 102 in the present example extends over the entire width of the flow element 96 in the main direction of extension 28. The distributor section 100 and the collecting section 102 adjoin the channel structure 50 on opposite sides.

Der Einlassabschnitt 98 erstreckt sich in der Haupterstreckungsrichtung 28 lediglich über einen Abschnitt des Strömungselementes 96. In entsprechender Weise erstreckt sich der Auslassabschnitt 104 entlang der Haupterstreckungsrichtung 28 nur über den Abschnitt des Strömungselementes 96.The inlet section 98 extends in the main direction of extent 28 only over a section of the flow element 96. In a corresponding manner, the outlet section 104 extends along the main direction of extent 28 only over the section of the flow element 96.

Kommt das Strömungselement 96 bei der Brennstoffzelle 14 zum Einsatz, sind der Verteilerabschnitt 100 und der Sammelabschnitt 102 insbesondere von einem gesonderten Dichtelement überdeckt (subgasket) oder mit einer Folie bedeckt. Die aktive Schicht 20 überdeckt lediglich den aktiven Bereich 22.If the flow element 96 is used in the fuel cell 14, the distributor section 100 and the collector section 102 are in particular covered by a separate sealing element (subgasket) or covered with a film. The active layer 20 only covers the active region 22.

14 zeigt in einer der 7 entsprechenden Weise mit der gestrichelten Linie 71 und der durchgezogenen Linie 80 Druckverläufe abhängig vom durchströmten Weg des Strömungselementes 96. Hierbei bezieht sich die gestrichelte Linie 71 wie bei der 7 auf eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) herkömmliche Vergleichsvariante mit Einlassabschnitt 98 und Sammelabschnitt 102. Die durchgezogene Linie 80 bezieht sich auf die erfindungsgemäße Lösung des Strömungselementes 96 gemäß 11. 14 shows in one of the 7 corresponding manner with the dashed line 71 and the solid line 80 pressure curves depending on the flow path of the flow element 96. Here, the dashed line 71 refers to the same as in FIG 7 to a conventional comparison variant (not shown in the drawing) with an inlet section 98 and a collecting section 102. The solid line 80 relates to the solution according to the invention of the flow element 96 according to FIG 11 .

Die jeweiligen Linien 71, 80 sind in fünf Abschnitte 106 bis 110 ausgehend vom Einlassabschnitt 98 bis zum Auslassabschnitt 104 unterteilt. Der erste Abschnitt 106 bezieht sich auf den Einlassabschnitt 98, der zweite Abschnitt 107 auf den Verteilerabschnitt 100, der dritte Abschnitt 108 auf den aktiven Bereich 22, der vierte Abschnitt 109 auf den Sammelabschnitt 102 und der fünfte Abschnitt 110 auf den Auslassabschnitt 104.The respective lines 71, 80 are divided into five sections 106 to 110 starting from the inlet section 98 to the outlet section 104. The first section 106 refers to the inlet section 98, the second section 107 to the distributor section 100, the third section 108 to the active area 22, the fourth section 109 to the collection section 102 and the fifth section 110 to the outlet section 104.

Auch beim Strömungselement 96 ist insbesondere vorgesehen, dass der Druckverlust über den Ausströmbereich 54 größer ist als über den Einströmbereich 48 und über die Kanalstruktur 50. Darüber hinaus ist der Druckverlust über den Einströmbereich 48 geringer als bei der herkömmlichen Vergleichsvariante. Die vorstehend beschriebenen Vorteile können damit auch bei dem Strömungselement 96 erzielt werden.In the case of the flow element 96, too, provision is made in particular for the pressure loss over the outflow area 54 to be greater than over the inflow area 48 and over the channel structure 50. In addition, the pressure loss over the inflow area 48 is lower than in the conventional comparison variant. The advantages described above can thus also be achieved with the flow element 96 .

Insbesondere ist erkennbar, dass der Druckverlust über den Auslassabschnitt 104 größer ist als über den Sammelabschnitt 102, absolut und pro durchströmter Länge des Strömungselementes 96.In particular, it can be seen that the pressure loss across the outlet section 104 is greater than across the collection section 102, in absolute terms and per length of the flow element 96 through which flow occurs.

Ein Druckverlust absolut und pro durchströmter Länge ist am Einlassabschnitt 98 größer als am Verteilerabschnitt 100.A pressure loss in absolute terms and per flow length is greater at the inlet section 98 than at the distributor section 100.

Ein jeweiliger Druckverlust am Sammelabschnitt 102 absolut und pro durchströmter Länge ist größer als ein Druckverlust an der Kanalstruktur 50. Ein Druckverlust am Einlassabschnitt pro durchströmter Länge ist größer als ein Druckverlust an der Kanalstruktur 50.A respective pressure loss at the collecting section 102 in absolute terms and per length through which flows is greater than a pressure loss at channel structure 50. A pressure loss at the inlet section per length through which flows is greater than a pressure loss at channel structure 50.

Die Zeichnung zeigt für die Kanalstruktur 50 parallel verlaufende Kanäle sowie am Verteilerabschnitt 100 und am Sammelabschnitt 102 eine sogenannte „Füßchen“-Struktur. Es versteht sich, dass die Erfindung auf diese Kanalform nicht beschränkt ist.The drawing shows channels running parallel for the channel structure 50 and a so-called “feet” structure on the distributor section 100 and on the collector section 102 . It goes without saying that the invention is not limited to this channel shape.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Brennstoffzelleneinrichtungfuel cell device
1212
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
1414
Brennstoffzellefuel cell
1616
Bipolarplattebipolar plate
1818
Strömungselementflow element
2020
aktive Schichtactive layer
2222
aktiver Bereichactive area
2424
Grundkörperbody
26, 2826, 28
Haupterstreckungsrichtungmain extension direction
3030
Stapelrichtungstacking direction
32, 3432, 34
Randbereichedge area
3636
Verteilerkanaldistribution channel
3838
Sammelkanalcollection channel
4040
Halteelementholding element
4242
Spanneinrichtungclamping device
4444
Strömungselement (herkömmlich)flow element (conventional)
441441
erste Seitefirst page
442442
zweite Seitesecond page
4545
Strömungselement (herkömmlich)flow element (conventional)
451451
erste Seitefirst page
452452
zweite Seitesecond page
4646
Einströmöffnunginflow opening
4848
Einströmbereichinflow area
5050
Kanalstrukturchannel structure
5454
Ausströmbereichoutflow area
5858
Ausströmöffnungoutflow opening
5959
Stegweb
6060
Durchgangsöffnungpassage opening
6262
Bipolarplatte (herkömmlich)bipolar plate (conventional)
6464
Einströmöffnunginflow opening
6666
Ausströmöffnungoutflow opening
6868
Einströmöffnunginflow opening
7070
Ausströmöffnungoutflow opening
7171
gestrichelte Liniedashed line
72, 73, 7472, 73, 74
Abschnittsection
7676
Einström-KanalstrukturInflow channel structure
7878
Ausström-Kanalstrukturoutflow channel structure
8080
durchgezogene Liniesolid line
8282
Bipolarplattebipolar plate
8484
Strömungselementflow element
8686
weitere Ausströmöffnungfurther outflow opening
8888
weitere Einströmöffnungfurther inflow opening
9090
weiterer Einströmbereichfurther inflow area
9191
weitere Einström-Kanalstrukturfurther inflow channel structure
9292
weiterer Ausströmbereichfurther outflow area
9393
weiterer Ausström-Kanalstrukturfurther outflow channel structure
9494
gestrichelte Liniedashed line
9696
Strömungselementflow element
9898
Einlassabschnittinlet section
100100
Verteilerabschnittdistribution section
102102
Sammelabschnittcollecting section
104104
Auslassabschnittoutlet section
106, 107, 108, 109, 110106, 107, 108, 109, 110
Abschnittsection

Claims (20)

Strömungselement für eine Bipolarplatte (16) einer elektrochemischen Einrichtung, umfassend einen plattenförmigen, in zwei im Winkel zueinander ausgerichteten Haupterstreckungsrichtungen (26, 28) erstreckten Grundkörper (24), wobei der Grundkörper (24) eine Kanalstruktur (50) mit einer Mehrzahl von Kanälen zum Ausbilden eines aktiven Bereiches (22) des Strömungselementes (18; 84; 96) umfasst, wobei im Grundkörper (24) eine Einströmöffnung (46) und eine Ausströmöffnung (58) für ein Fluid gebildet sind, die mit der Kanalstruktur (50) über einen Einströmbereich (48) mit Einström-Kanalstruktur (76) bzw. über einen Ausströmbereich (54) mit Ausström-Kanalstruktur (78) strömungsverbunden sind, wobei ein Druckverlust des von der Einströmöffnung (46) zur Ausströmöffnung (58) strömenden Fluids über den Ausströmbereich (54) größer ist als über den Einströmbereich (48) und/oder über den aktiven Bereich (22).Flow element for a bipolar plate (16) of an electrochemical device, comprising a plate-shaped base body (24) extending in two main directions of extent (26, 28) oriented at an angle to one another, the base body (24) having a channel structure (50) with a plurality of channels for Forming an active area (22) of the flow element (18; 84; 96), an inflow opening (46) and an outflow opening (58) for a fluid being formed in the base body (24), which are connected to the channel structure (50) via a The inflow area (48) is flow-connected to the inflow channel structure (76) and via an outflow area (54) to the outflow channel structure (78), with a pressure loss in the fluid flowing from the inflow opening (46) to the outflow opening (58) via the outflow area ( 54) is greater than over the inflow area (48) and/or over the active area (22). Strömungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckverlust pro durchströmter Länge des Strömungselementes (18; 84; 96) über den Ausströmbereich (54) größer ist als über den Einströmbereich (48) und/oder über den aktiven Bereich (22).flow element after claim 1 , characterized in that a pressure loss per flow length of the flow element (18; 84; 96) over the outflow area (54) is greater than over the inflow area (48) and/or over the active area (22). Strömungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckverlust über die Kanalstruktur (50) geringer als ein Druckverlust über die Einström-Kanalstruktur (76) ist.flow element after claim 1 or 2 , characterized in that a pressure drop across the channel structure (50) is less than a pressure drop across the inflow channel structure (76). Strömungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmöffnung (46) und die Ausströmöffnung (58) einen gleichen oder im Wesentlichen gleichen Öffnungsquerschnitt aufweisen.Flow element according to one of the preceding claims, characterized in that the inflow opening (46) and the outflow opening (58) have the same or substantially the same opening cross section. Strömungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einström-Kanalstruktur (76) und die Ausström-Kanalstruktur (78) unterschiedlich ausgestaltet sind, insbesondere dass der höhere Druckverlust über den Ausströmbereich (54) im Vergleich zum Einströmbereich (48) durch den Unterschied der Einström-Kanalstruktur (76) von der Ausström-Kanalstruktur (78).Flow element according to one of the preceding claims, characterized in that the inflow channel structure (76) and the outflow channel structure (78) are designed differently, in particular that the higher pressure loss over the outflow area (54) compared to the inflow area (48) through the Difference of inflow channel structure (76) from outflow channel structure (78). Strömungselementnach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlust über den Ausströmbereich (54) im Vergleich zum Einströmbereich (48) durch einen Unterschied in zumindest einem der Folgenden erzielbar ist: - Gesamtströmungsquerschnitt der Einström-Kanalstruktur (76) und der Ausström-Kanalstruktur (78); - Querschnitt von Kanälen; - Länge von Kanälen; - Breite von Kanälen; - Höhe von Kanälen; - Anzahl von Kanälen; - Vorsehen von Verzweigungen und/oder Vereinigungen von Kanälen; - Verlaufsrichtung von Kanälen, insbesondere Umlenkungen von Fluid in Kanälen.Flow element according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure loss over the outflow area (54) compared to the inflow area (48) can be achieved by a difference in at least one of the following: - Total flow cross section of the inflow channel structure (76) and the outflow channel structure (78); - cross-section of channels; - length of channels; - width of channels; - height of channels; - number of channels; - provision of branching and/or merging of channels; - Direction of channels, especially deflections of fluid in channels. Strömungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlust über den Ausströmbereich (54) im Vergleich zum Einströmbereich (48) und/oder zum aktiven Bereich (22) durch mindestens ein in der Ausström-Kanalstruktur (78) angeordnetes Widerstandselement erzielbar ist.Flow element according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure loss across the outflow area (54) compared to the inflow area (48) and/or to the active area (22) can be achieved by at least one resistance element arranged in the outflow channel structure (78). . Strömungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (18; 84; 96) zumindest hinsichtlich einer Außenkontur in sich symmetrisch ausgestaltet ist bezüglich einer Symmetrieachse, die quer und insbesondere senkrecht zu einer vom Grundkörper (24) definierten Ebene ausgerichtet ist und/oder dass die Einströmöffnung (46) und die Ausströmöffnung (58) einander bezüglich einer Achse diametral gegenüberliegend angeordnet sind, die quer und insbesondere senkrecht zu einer vom Grundkörper (24) definierten Ebene ausgerichtet ist.Flow element according to one of the preceding claims, characterized in that the flow element (18; 84; 96), at least with regard to an outer contour, is symmetrical in itself with respect to an axis of symmetry which is aligned transversely and in particular perpendicularly to a plane defined by the base body (24) and /or that the inflow opening (46) and the outflow opening (58) are arranged diametrically opposite one another with respect to an axis which is aligned transversely and in particular perpendicularly to a plane defined by the base body (24). Strömungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (18; 84; 96) eine weitere Einströmöffnung (88) umfasst, die der Ausströmöffnung (58) oder der Einströmöffnung (46) benachbart ist, und dass das Strömungselement (18; 84; 96) eine weitere Ausströmöffnung (86) umfasst, die der Einströmöffnung (46) oder der Ausströmöffnung (58) benachbart ist.Flow element according to one of the preceding claims, characterized in that the flow element (18; 84; 96) comprises a further inflow opening (88) which is adjacent to the outflow opening (58) or the inflow opening (46), and in that the flow element (18; 84; 96) comprises a further outflow opening (86) which is adjacent to the inflow opening (46) or the outflow opening (58). Strömungselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (18; 84; 96) eine erste Seite umfasst und eine dieser abgewandte zweite Seite, wobei die Kanalstruktur (50), die Einström-Kanalstruktur (76) und die Ausström-Kanalstruktur (78) auf der ersten Seite angeordnet sind, und dass an der zweiten Seite eine weitere Kanalstruktur, ein weiterer Einströmbereich (90) mit weiterer Einström-Kanalstruktur (91) und ein weiterer Ausströmbereich (92) mit weiterer Ausström-Kanalstruktur (93) angeordnet sind, über welche eine Fluidverbindung von der weiteren Einströmöffnung (88) zur weiteren Ausströmöffnung (86) besteht.flow element after claim 9 , characterized in that the flow element (18; 84; 96) comprises a first side and a second side facing away therefrom, wherein the channel structure (50), the inflow channel structure (76) and the outflow channel structure (78) on the first are arranged on the second side, and that a further channel structure, a further inflow area (90) with a further inflow channel structure (91) and a further outflow area (92) with a further outflow channel structure (93) are arranged on the second side, via which a fluid connection from the further inflow opening (88) to the further outflow opening (86). Strömungselement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf eine Projektion des Strömungselementes (18; 84; 96) quer zu einer Ebene des Grundkörpers (24), der Einströmbereich (48) seitlich neben dem weiteren Ausströmbereich (92) angeordnet ist und/oder der Ausströmbereich (54) seitlich neben dem weiteren Einströmbereich (88) angeordnet ist.flow element after claim 9 or 10 , characterized in that, based on a projection of the flow element (18; 84; 96) transverse to a plane of the base body (24), the inflow area (48) is arranged laterally next to the further outflow area (92) and/or the outflow area ( 54) is arranged laterally next to the further inflow area (88). Strömungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (18; 84; 96) einen ersten Randbereich (32) und einen zweiten Randbereich (34) an einander gegenüberliegenden Seiten in einer der Haupterstreckungsrichtungen (26, 28) umfasst, wobei am ersten Randbereich (32) die Einströmöffnung (48) und mindestens eine weitere Durchgangsöffnung (60) des Strömungselementes (18; 84; 96) angeordnet ist und am zweiten Randbereich (34) die Ausströmöffnung (58) und mindestens eine weitere Durchgangsöffnung (60) des Strömungselementes (18; 84; 96), und dass in der quer zur ersten Haupterstreckungsrichtung (26) ausgerichteten zweiten Haupterstreckungsrichtung (28) der Einströmbereich (48) und/oder der Ausströmbereich (54) nur abschnittsweise erstreckt sind.Flow element according to one of the preceding claims, characterized in that the flow element (18; 84; 96) comprises a first edge region (32) and a second edge region (34) on opposite sides in one of the main directions of extension (26, 28), wherein at The inflow opening (48) and at least one further passage opening (60) of the flow element (18; 84; 96) are arranged in the first edge region (32) and the outflow opening (58) and at least one further through opening (60) of the flow element (18; 84; 96) are arranged in the second edge region (34). Flow element (18; 84; 96), and in that the inflow area (48) and/or the outflow area (54) are only partially extended in the second main extension direction (28) oriented transversely to the first main extension direction (26). Strömungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausströmbereich (54) einen Sammelabschnitt (102) und einen Auslassabschnitt (104) umfasst, wobei die Kanalstruktur (50) in den Sammelabschnitt (102), dieser in den Auslassabschnitt (104) und der Auslassabschnitt (104) in die Ausströmöffnung (58) mündet, insbesondere dass die Ausströmöffnung (58) und mindestens eine weitere Durchgangsöffnung (60) des Grundkörpers (24) an einem Randbereich (32, 34) des Strömungselementes (96) auf einer der Kanalstruktur (50) abgewandten Seite des Sammelabschnittes (102) angeordnet sind.Flow element according to one of Claims 1 until 11 , characterized in that the outflow area (54) comprises a collection section (102) and an outlet section (104), the channel structure (50) in the collection section (102), this in the outlet section (104) and the outlet section (104) in the outflow opening (58) opens out, in particular that the outflow opening (58) and at least one further through-opening (60) of the base body (24) in an edge area (32, 34) of the flow element (96) on a side of the channel structure (50) facing away from the Collection section (102) are arranged. Strömungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmbereich (48) einen Einlassabschnitt (98) und einen Verteilerabschnitt (100) umfasst, wobei die Einströmöffnung (46) in den Einlassabschnitt (98), diese in den Verteilerabschnitt (100) und der Verteilerabschnitt (100) in die Kanalstruktur (50) mündet, insbesondere dass die Einströmöffnung (46) und mindestens eine weitere Durchgangsöffnung (60) des Grundkörpers (24) an einem Randbereich des Strömungselementes (96) auf einer der Kanalstruktur (50) abgewandten Seite des Verteilerabschnittes (100) angeordnet sind.Flow element according to one of Claims 1 until 12 or 13 , characterized in that the inflow area (48) comprises an inlet section (98) and a distributor section (100), the inflow opening (46) in the inlet section (98), this in the distributor section (100) and the distributor section (100) in the channel structure (50) opens out, in particular that the inflow opening (46) and at least one further through opening (60) of the base body (24) are arranged in an edge area of the flow element (96) on a side of the distributor section (100) facing away from the channel structure (50). are. Strömungselement nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelabschnitt (102) und/oder der Verteilerabschnitt (100) entlang der gesamten Erstreckung des Grundkörpers (24) in einer der Haupterstreckungsrichtungen (26, 28) an die Kanalstruktur (50) grenzen, insbesondere an einander gegenüberliegenden Seiten der Kanalstruktur (50), und/oder dass der Sammelabschnitt (102) und/oder der Verteilerabschnitt (100) in dieser Hauptbewegungsrichtung (26, 28) vollständig entlang des Strömungselementes (96) erstreckt sind.flow element after Claim 13 or 14 , characterized in that the collecting section (102) and/or the distributor section (100) along the entire extent of the base body (24) in one of the main directions of extent (26, 28) adjoin the channel structure (50), in particular on opposite sides of the Channel structure (50) and/or that the collecting section (102) and/or the distributor section (100) extend completely along the flow element (96) in this main direction of movement (26, 28). Strömungselement nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckverlust am Sammelabschnitt (102) und/oder am Verteilerabschnitt (100) pro durchströmter Länge des Strömungselementes (96) größer ist als ein Druckverlust an der Kanalstruktur (50).Flow element according to one of Claims 13 until 15 , characterized in that a pressure loss at the collecting section (102) and/or at the distributor section (100) per length of the flow element (96) through which flow occurs is greater than a pressure loss at the channel structure (50). Strömungselement nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckverlust pro durchströmter Länge des Strömungselementes (96) am Auslassabschnitt (104) kleiner ist als am Sammelabschnitt (102) und/oder dass ein Druckverlust pro durchströmter Länge des Strömungselementes (96) am Einlassabschnitt (98) größer ist als am Verteilerabschnitt (100).Flow element according to one of Claims 13 until 16 , characterized in that a pressure loss per length of the flow element (96) through which flow occurs at the outlet section (104) is smaller than at the collecting section (102) and/or that a pressure loss per length of flow element (96) through which flow occurs at the inlet section (98) is greater than at the manifold section (100). Strömungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Folgenden gilt: - das Strömungselement (18; 84;96) ist ein Umformteil; - das Strömungselement (18; 84;96) ist zumindest teilweise aus einem Metall gefertigt; - das Strömungselement (18; 84;96) ist zumindest teilweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt; - das Strömungselement (18; 84;96) ist mittels eines additiven Verfahrens gefertigt; - das Strömungselement (18; 84;96) ist zumindest teilweise aus einem Verbundwerkstoff gefertigt.Flow element according to one of the preceding claims , characterized in that at least one of the following applies: - the flow element (18; 84; 96) is a formed part; - The flow element (18; 84; 96) is at least partially made of a metal; - The flow element (18; 84; 96) is at least partially made of a plastic material; - The flow element (18; 84; 96) is manufactured by means of an additive process; - The flow element (18; 84; 96) is at least partially made of a composite material. Bipolarplatte für eine elektrochemische Einrichtung, umfassend ein erstes Strömungselement (18; 84;96) und ein zweites Strömungselement (18; 84;96), wobei zumindest ein Strömungselement (18; 84;96) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildet ist.Bipolar plate for an electrochemical device, comprising a first flow element (18; 84; 96) and a second flow element (18; 84; 96), wherein at least one flow element (18; 84; 96) is designed according to one of the preceding claims. Brennstoffzelleneinrichtung, mit einem Brennstoffzellenstapel (12), umfassend zwei oder mehr Bipolarplatten (16, 82) nach Anspruch 19 und zwischen benachbarten Bipolarplatten (16, 82) eine aktive Schicht (20), wobei über die Einströmöffnungen (46) und Ausströmöffnungen (58) der Strömungselemente (18; 84;96) Kanäle (36, 38) zum Transport eines Fluids im Brennstoffzellenstapel (12) gebildet sind.Fuel cell device, with a fuel cell stack (12) comprising two or more bipolar plates (16, 82). claim 19 and an active layer (20) between adjacent bipolar plates (16, 82), channels (36, 38) for transporting a fluid in the fuel cell stack ( 12) are formed.
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