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Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte für ein Brennstoffzellensystem nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch. Zudem betrifft die Erfindung ein entsprechendes Brennstoffzellensystem.
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Stand der Technik
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Bipolarplatten sind leitende Platten innerhalb eines Brennstoffzellenstapels bzw. eines Brennstoffzellensystems, welche als Anode für eine Zelle sowie gleichzeitig als Katode für eine benachbarte Zelle dienen. Dabei dienen die Bipolarplatten insbesondere dazu, die Reaktanten für das Brennstoffzellensystem bereitzustellen. Dabei wird, in der Regel mithilfe eines Katalysators, an der Anode ein Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, oxidiert, wobei der Brennstoff in ein positiv geladenes Ion einerseits und ein negativ geladenes Elektron andererseits umgewandelt wird. Der Elektrolyt, welcher zwischen Anode und Katode angeordnet ist, ist derart ausgebildet, dass lediglich die Ionen sich frei im Elektrolyt zur Katode bewegen können, wohingegen die Elektronen nicht durch den Elektrolyt wandern können. Die freien Elektronen bewegen sich stattdessen durch einen gegenüber Anode und Katode parallel geschalteten Leiter, wodurch ein Strom entsteht. Sobald die Ionen die Katode erreichen, verbinden sie sich wieder mit Elektronen und reagieren mit einer dritten Chemikalie, insbesondere Sauerstoff, wodurch insbesondere Wasser und CO2 produziert wird. Um diese Reaktion mit einem besonders hohen Wirkungsgrad zu erzielen, müssen einerseits die Reaktanten besonders gut auf dem Katalysator bzw. dem Elektrolyten verteilt sein, und andererseits die einzelnen Elemente der Brennstoffzelle auf der optimalen Temperatur gehalten werden. Zum Regulieren der Temperatur werden Brennstoffzellen in der Regel durch ein Kühlmittel auf einer geeigneten Betriebstemperatur gehalten. Dabei ist es für eine optimale Reaktion notwendig, dass das Kühlmittel möglichst gleichmäßig bzw. kontrolliert über die Bipolarplatte verteilt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung sieht eine Bipolarplatte für ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches vor. Zudem sieht die Erfindung ein entsprechendes Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche vor. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit den unterschiedlichen Ausführungsformen und/oder Aspekten der Erfindung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsformen und/oder Aspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Ausführungsformen und/oder Aspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die vorliegende Erfindung sieht gemäß einem ersten Aspekt eine Bipolarplatte für ein Brennstoffzellensystem vor, mit einer ersten Verteilerplatte, welche im Wesentlichen eben ausgebildet ist und mit einer zweiten Verteilerplatte mit einer ersten Seite zum Verteilen eines Reaktanten, wobei die erste Seite ein erstes Strömungsfeld mit einer Vielzahl an ersten Strömungskanälen für den Reaktanten aufweist, und einer zweiten Seite zum Verteilen eines Kühlmittels, wobei die zweite Seite ein zweites Strömungsfeld mit einer Vielzahl an zweiten Strömungskanälen für das Kühlmittel aufweist. Dabei ist das erste Strömungsfeld komplementär zum zweiten Strömungsfeld in die zweite Verteilerplatte eingeprägt. Weiterhin weist zumindest einer der ersten Strömungskanäle zumindest einen Übergangsabschnitt auf, welcher derart ausgebildet ist, dass am Übergangsabschnitt zwei zweite Strömungskanäle miteinander fluidverbunden sind.
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Dabei ist eine Verteilerplatte ein geometrischer Körper, insbesondere im Wesentlichen quaderförmig, welcher dazu geeignet ist, einen Reaktanten für eine Brennstoffzelle bereitzustellen. Der Begriff „ im Wesentlichen eben “ wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere darauf beziehen, dass die erste Verteilerplatte in ihrer Geometrie derart ausgestaltet ist, dass sich die erste und zweite Verteilerplatte, wenn diese miteinander verbunden sind, sich nicht gegenseitig durchdringen, sondern die zweite Verteilerplatte auf einer im Wesentlichen durchgängigen Fläche der ersten Verteilerplatte aufliegt. Mit anderen Worten kann die erste Verteilerplatte im Wesentlichen planar ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass die erste Verteilerplatte in dem Bereich, in dem die erste und zweite Verteilerplatte aufeinandertreffen, im Wesentlichen planar bzw. eben ausgebildet ist. Die Ausbildung als ebene bzw. planare Verteilerplatte bietet den Vorteil, dass in eine solche Verteilerplatte offenporöse Gasverteiler wie beispielsweise ein Streckmetall, ein Schaum oder ein Drahtgewebe ohne Druckstellen in die Verteilerplatte einlegbar sind.
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Ein Strömungsfeld kann ein definiertes Volumen gemeint sein, in dem ein Reaktant oder Kühlmittel strömen kann, welches von zumindest einer Verteilerstruktur oder zwei Verteilerstrukturen zumindest teilweise geometrisch definiert wird. Dabei strömt das Kühlmittel bzw. der Reaktant von einem Eingang einer Bipolarplatte durch das Strömungsfeld zu einem Ausgang der Bipolarplatte. Als Reaktanten und Kühlmittel kommen alle zum Zeitpunkt der Anmeldung oder in zukünftigen Entwicklungen für Brennstoffzellen geeigneten Stoffe infrage. Insbesondere kann es sich bei einem Reaktanten um Wasserstoff und/oder Sauerstoff und/oder Luft handeln. Als Kühlmittel können sowohl flüssige als auch gasförmige Kühlmittel vorgesehen sein.
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Dabei ist das erste Strömungsfeld komplementär (d. h. abbildend, gemeint ist im Sinne von einem Negativabbild, oder mit anderen Worten korrespondierend) zum zweiten Strömungsfeld in die Verteilerplatte eingeprägt. Mit der komplementären Einprägung des ersten Strömungsfelds in das zweite Strömungsfeld der zweiten Verteilerplatte ist gemeint, dass die Geometrie der zweiten Verteilerplatte sowohl das Strömungsfeld des Reaktanten und gleichzeitig das Strömungsfeld des Kühlmittels definiert. Da die Strömungsfelder in die zweite Verteilerplatte eingeprägt sind, entspricht eine Erhebung auf der ersten Seite der zweiten Verteilerplatte einer entsprechenden Ausnehmung auf der zweiten Seite der zweiten Verteilerplatte. Das bedeutet, dass dort, wo durch eine Ausnehmung der einen Seite der zweiten Verteilerplatte ein Strömungskanal entsteht, an dieser Stelle auf der anderen Seite der zweiten Verteilerplatte durch eine entsprechende Erhebung ein Fluss des Kühlmittels bzw. Reaktanten an dieser Stelle durch die Erhebung zumindest eingeschränkt ist.
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Mit Übergangsabschnitt kann ein Bereich gemeint sein, welcher zwei zweite Strömungskanäle miteinander fluidverbindet. Dieser wird durch einen ersten Strömungskanal bzw. komplementär durch den zweiten Strömungskanal gebildet, sodass das Kühlmittel von einem zweiten Strömungskanal in einen anderen zweiten Strömungskanal fließen kann. Die Geometrie der zweiten Verteilerplatte ist demnach derart ausgestaltet, dass zumindest zwei zweite Strömungskanäle miteinander fluidverbunden sind. Mit Abschnitt kann gemeint sein, dass nicht der gesamte erste Strömungskanal über einen entsprechenden Übergangsabschnitt verfügt, sondern lediglich zumindest ein Teil des ersten Strömungskanals einen Übergangsabschnitt aufweist. Aus Sicht des Kühlmittels kann dieses beispielsweise zunächst entlang eines zweiten Strömungskanals durch das zweite Strömungsfeld fließen, bis dieses an einen Übergangsabschnitt gelangt. Der Übergangsabschnitt stellt dann für das Kühlmittel eine Weggabelung dar, sodass das Kühlmittel sowohl dem zweiten Strömungskanal folgt als auch über den Übergangsabschnitt in einen anderen zweiten Strömungskanal fließt.
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Mithilfe der Erfindung kann erreicht werden, dass das Kühlmittel gleichmäßig über die zweite Strömungsplatte verteilt und so eine homogene Temperierung der Bipolarplatte sichergestellt wird. Hierdurch wird die Effizienz des Brennstoffzellensystems verbessert. Darüber hinaus wird durch die Anordnung mit der eben ausgebildeten ersten Verteilerplatte die Montage der Brennstoffzelle vereinfacht und die mechanische Stabilität gewährleistet.
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Ferner kann bei einer Bipolarplatte vorgesehen sein, dass der zumindest eine Übergangsabschnitt im Vergleich zu einer Kanalhöhe der ersten Strömungskanäle eine reduzierte Höhe aufweist. Mit anderen Worten kann sich vom Bezugssystem des sich bewegenden Reaktanten im ersten Strömungskanal der Übergangsbereich stufenartig darstellen. Durch die reduzierte Höhe kann sichergestellt werden, dass zumindest zwei zweite Strömungskanäle miteinander fluidverbunden werden. Die Reduktion der Höhe der ersten Strömungskanäle bietet den Vorteil, dass diese durch eine entsprechende Prägung besonders leicht herstellbar ist. Es kann vorgesehen sein, dass die reduzierte Höhe des ersten Strömungskanals genau einer Höhe des Übergangsabschnitts entspricht, über den das Kühlmittel von einem zweiten Strömungskanal in einen anderen zweiten Strömungskanal fließen kann.
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Weiterhin ist denkbar, dass die reduzierte Höhe zwischen 15 % bis 75 %, insbesondere 25 % bis 65 %, vorzugsweise 35 % bis 55 % der Kanalhöhe der ersten Strömungskanäle beträgt und/oder dass die reduzierte Höhe derartig ausgebildet ist, dass eine Druckverteilung und ein Druckverlust des Kühlmittels über dem gesamten zweiten Strömungsfeld ausgeglichen werden. Dies bietet den Vorteil, dass ein besonders niedriger Druckverlust erreicht wird, sodass die entsprechende Brennstoffzelle effektiver arbeitet. Eine reduzierte Höhe von 100 % würde dabei eine Reduktion der gesamten Strömungskanalhöhe entsprechen, sodass die Strömung für den Reaktanten an der entsprechenden Stelle stark eingeschränkt ist oder sogar komplett unterbunden werden würde. Eine reduzierte Höhe von 0 % würde dazu führen, dass die Strömung des Kühlmittels über den Übergangsabschnitt stark reduziert wird bzw. komplett blockiert ist. Die angegebenen Bereiche bieten den Vorteil, dass die Strömungsreduktion des Kühlmittels und/oder des Reaktanten nicht zu stark eingeschränkt wird. Es kann vorgesehen sein, dass die reduzierte Höhe über das erste und/oder zweite Strömungsfeld an den jeweiligen Übergangsabschnitten unterschiedlich ist. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass angepasst an die jeweiligen Druckverhältnisse ein optimales Verhältnis zwischen Durchfluss von Reaktant und Kühlmittel erreicht wird.
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Des Weiteren kann bei einer Bipolarplatte vorgesehen sein, dass eine Vielzahl an Übergangsabschnitten vorgesehen ist. Dies bietet den Vorteil, dass das Kühlmittel besonders homogen verteilt werden kann. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Mehrzahl der zweiten Strömungskanäle durch einen Übergangsabschnitt miteinander verbunden ist. Auch dies bietet den Vorteil, dass eine besonders homogene Verteilung des Kühlmittels und eine entsprechend gleichmäßige Zentrierung der Bipolarplatte gewährleistet sind.
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Ebenfalls ist denkbar, dass eine Vielzahl an Übergangsabschnitten eine geometrische Anordnung bildet, die insbesondere derart ausgestaltet ist, dass das Kühlmittel homogen auf der Fläche der zweiten Verteilerplatte verteilt wird. Dies bietet den Vorteil, dass die geometrische Anordnung bzw. die Positionen der Übergangsabschnitte an die strömungstechnischen Anforderungen des Kühlmittels angepasst werden können, wodurch eine homogene Temperierung der Bipolarplatte gewährleistet wird. Die geometrische Anordnung kann regelmäßig sein, sodass bei einer gleichmäßigen Druckverteilung eine entsprechend gleichförmige Verteilung des Kühlmittels erreicht wird. Die geometrische Anordnung kann jedoch unregelmäßig sein bzw. einen Gradienten bilden, sodass bei einem sinkenden Druck entlang des zweiten Strömungsfeldes dennoch eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels erreicht wird.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass eine Vielzahl an Übergangsabschnitten eine Bereichsstruktur bildet, die mehrere zweite Strömungskanäle von der Vielzahl zweiten Strömungskanälen zumindest abschnittsweise fluidisch verbindet, sodass insbesondere das Kühlmittel in manchen Bereichen der Bereichsstruktur unabhängig von den ersten Strömungskanälen fließen kann. Dies bietet den Vorteil, dass in den entsprechenden Bereichsstrukturen eine besonders effektive Verteilung des Kühlmittels erreicht wird, die zu dem so innerhalb der Bipolarplatte angeordnet sein kann, dass sich insgesamt eine besonders homogene Temperierung der Bipolarplatte erreichen lässt. Die Bereichsstruktur kann beispielsweise an Stellen angeordnet sein, an denen die Strömungskanäle ihre Richtung ändern und/oder an Stellen angeordnet sein, bei denen die Strömungskanäle im Wesentlichen die Richtung beibehalten. Im ersten Fall wird der Vorteil erreicht, dass insbesondere die Knickstellen, an denen insbesondere an den Wänden gegebenenfalls eine geringere Strömungsgeschwindigkeit vorherrscht bzw. Strömungstotbereiche vorhanden sind dennoch eine homogene Verteilung des Kühlmittels erreicht werden kann. Im zweiten Fall wird der Vorteil erreicht, dass an den Stellen, an denen die Strömung in der Nähe der Wände besonders homogen ist eine besonders effektive Verteilung des Kühlmittels über die Übergangsbereiche erreicht werden kann. Die Bereichsstruktur kann vorteilhafterweise gezielt berechnet, optimiert und/oder simuliert werden, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen einer gleichmäßigen Verteilung des Kühlmittels und geringen Druckverlusten beim Verteilen des Kühlmittels zu ermöglichen.
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Zudem ist es denkbar, dass die zweite Verteilerplatte, insbesondere an den mindestens einen Übergangsabschnitt, Stützelemente aufweist, auf die sich die erste Verteilerplatte stützt. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die zweite Verteilerplatte geometrisch so ausgeformt ist, dass diese Vorsprünge aufweist, welche an der ersten Verteilerplatte zur Auflage kommen, wenn die erste und die zweite Verteilerplatte verbunden sind. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass die mechanische Stabilität der Bipolarplatte verbessert ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Stützelemente aus dem gleichen Material wie die zweite Verteilerplatte geformt sind. Dies bietet den Vorteil, dass insbesondere die elektrische Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Verteilerplatte sichergestellt wird. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Stützelemente aus einem anderen Material hergestellt sind, welches besonders stabile mechanische Eigenschaften aufweist. Hierdurch kann die mechanische Stabilität der Bipolarplatte weiter verbessert werden. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass die Stützelemente zusammen mit den Strömungskanälen durch ein Prägeverfahren hergestellt werden, wodurch sich eine besonders einfache Herstellung der Bipolarplatte ergibt.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Stützelemente als Pins und/oder Noppen und/oder als Rippen ausgebildet sind. Dabei bieten die Pins den Vorteil, dass diese die Strömung des Reaktanten bzw. Kühlmittels besonders wenig einschränken. Die Ausprägung als Noppen bietet den Vorteil, dass die mechanische Belastung der Auflage der Stützelemente auf der ersten Verteilerplatte besonders gering ist. Die Ausbildung als Rippen bietet den Vorteil, dass die Strömung entlang der Stützelemente in eine bestimmte Richtung geleitet werden kann.
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Ferner kann bei einer Bipolarplatte vorgesehen sein, dass die Stützelemente derart ausgebildet sind, dass diese einen elektrischen Kontakt zwischen der ersten Verteilerplatte und der zweiten Verteilerplatte herstellen. Dies bietet den Vorteil, dass die zum Betrieb der Brennstoffzelle nötige elektrische Verbindung der beiden Verteilerplatten zur Bildung einer Bipolarplatte besonders sicher gewährleistet wird. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass die elektrische Verbindung nur über die Stützelemente erfolgt. Dies bietet den Vorteil, dass die elektrische Verbindung nicht über die Flächen, an denen die Strömungskanäle der ersten und zweiten Verteilerplatte aufeinandertreffen hergestellt sein muss, sodass die Strömungskanäle gegebenenfalls aus einem nichtleitfähigen Material hergestellt sein können.
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Weiterhin ist bei einer Bipolarplatte denkbar, dass die Stützelemente in einem geometrischen Muster auf der zweiten Verteilerplatte angeordnet sind, wobei insbesondere der Abstand zwischen zwei Stützelementen einer Breite der Strömungskanäle oder einem Vielfachen der Breite der Strömungskanäle insbesondere dem ein- bis dreifachen der Breite der Strömungskanäle entspricht. Dies bietet den Vorteil, dass die mechanische Belastung bei beim Zusammenbau der Bipolarplatte und/oder eines Stacks zu einem Brennstoffzellensystem besonders gleichmäßig über die Bipolarplatten verteilt werden kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass das erste Strömungsfeld mäanderförmig ausgeführt ist, und/oder dass das erste Strömungsfeld einen mehrfachen, insbesondere einen dreifachen, Mäander bildet. Unter Mäander bzw. mäanderförmig wird dabei eine flussschlingenartige Anordnung, also eine nicht durchgehend geradlinige Form verstanden, welche insbesondere mehrere Richtungswechsel aufweist. In Bezug auf das Strömungsfeld kann demnach vorgesehen sein, dass die Strömungskanäle vom Eingang der Bipolarplatte bis zu einem Ausgang der Bipolarplatte für den Reaktanten bzw. das Kühlmittel mehrmals die Richtung wechseln, wobei die Richtungswechsel insbesondere in einem Winkel zwischen 180° und 45°, insbesondere zwischen 100° und 80° und besonders bevorzugt um 90° erfolgen. Ein dreifacher Mäander kann beispielsweise derart ausgeprägt sein, dass die Strömung ihre Richtung zweimal um 180° dreht.
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Gemäß einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Bipolarplatte vor, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann. Mithilfe des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems können die Vorteile erreicht werden, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Bipolarplatte beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele:
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Die Erfindung und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 eine beispielhafte Bipolarplatte im Sinne der Erfindung,
- 2 eine weitere beispielhafte Bipolarplatte im Sinne der Erfindung, wobei eine erste Seite der zweiten Verteilerplatte dargestellt ist,
- 3 eine beispielhafte Bipolarplatte im Sinne der Erfindung, wobei eine zweite Seite der zweiten Verteilerplatte dargestellt ist,
- 4 eine beispielhafte Bipolarplatte im Sinne der Erfindung, wobei eine zweite Seite der zweiten Verteilerplatte dargestellt ist, und
- 5 eine weitere beispielhafte Bipolarplatte im Sinne der Erfindung, wobei insbesondere die Strömungsfelder der Bipolarplatten sowie die Bereichsstrukturen dargestellt sind.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese i. d. R. nur einmal beschrieben werden.
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In der 1 dargestellt ist eine Bipolarplatte 100 für ein Brennstoffzellensystem S (nicht dargestellt), welches eine erste Verteilerplatte 110 sowie eine zweite Verteilerplatte 120 aufweist. Dabei ist die erste Verteilerplatte 110 im Wesentlichen eben ausgebildet. Die zweite Verteilerplatte 120 weist eine erste Seite 121 zum Verteilen eines Reaktanten R sowie eine zweite Seite 122 zum Verteilen eines Kühlmittels KM auf. Dabei weist die erste Seite 121 ein erstes Strömungsfeld 10 (hier nicht dargestellt) mit einer Vielzahl an ersten Strömungskanälen 11 für den Reaktanten R auf. Die zweite Seite 122 weist ein zweites Strömungsfeld 20 (hier nicht dargestellt) mit einer Vielzahl an zweiten Strömungskanälen 21 für das Kühlmittel KM auf. Dabei ist das erste Strömungsfeld 10 komplementär zum zweiten Strömungsfeld 20 in die zweite Verteilerplatte 120 eingeprägt. Das bedeutet, dass überall dort, wo auf der ersten Seite 121 ein Vorsprung vorgesehen ist, eine entsprechende Ausnehmung auf der zweiten Seite 122 vorhanden ist. Das gleiche gilt entsprechend umgekehrt für die zweite Seite 122. Weiterhin weist zumindest einer der ersten Strömungskanäle 11 zumindest einen Übergangsabschnitt 123 auf, welcher derart ausgebildet ist, dass im Übergangsabschnitt 123 zwei zweite Strömungskanäle 21 miteinander verbunden sind. Durch diese Ausbildung kann erreicht werden, dass das Kühlmittel KM gleichmäßig über die zweite Strömungsplatte 120 verteilt und so eine homogene Temperierung der Bipolarplatte 100 sichergestellt wird. Hierdurch wird die Effizienz des Brennstoffzellensystems S verbessert.
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Ebenfalls in der 1 angedeutet (gestrichelte Linie) ist ein Stützelement 124 im Bereich des Übergangsabschnitts 123. Mit einem derartigen Stützelement 124 kann die mechanische Stabilität der Bipolarplatte 100 verbessert werden.
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Dabei stellt die 1 ferner dar, dass der zumindest eine Übergangsabschnitt 123 im Vergleich zu einer Kanalhöhe H der ersten Strömungskanäle 11 eine reduzierte Höhe h1 aufweist. Dementsprechend kann das Kühlmittel KM im entsprechenden Übergangsbereich 123 mit einer Höhe h2 von einem zweiten Strömungskanal 21 zu einem anderen zweiten Strömungskanal 21 entlang der Richtung R2 fließen.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die reduzierte Höhe h1 zwischen 15 % bis 75 %, insbesondere 25 % bis 65 %, vorzugsweise 35 % bis 55 %, der Kanalhöhe H der ersten Strömungskanäle 11 beträgt und/oder dass die reduzierte Höhe h1 derartig ausgebildet ist, dass eine Druckverteilung und ein Druckverlust des Kühlmittels KM über dem gesamten zweiten Strömungsfeld 20 ausgeglichen werden.
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Die 1 zeigt ferner, dass die Richtung R2, mit der das Kühlmittel KM von einem zweiten Strömungskanal 21 zu einem anderen Strömungskanal 21 fließt, im Wesentlichen quer zu einer lokalen Flussrichtung R1 des Reaktanten R durch das erste Strömungsfeld 10 fließen kann. Dabei kann ebenfalls vorgesehen sein, dass das Kühlmittel KM von einem zweiten Strömungskanal 21 zu einem weiteren zweiten Strömungskanal 21 im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung einer der beiden zweiten Strömungskanäle 21 fließt, wobei insbesondere die Strömungsrichtungen der beiden zweiten Strömungskanäle 21 gegenläufig sein kann.
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Die 2 und 3 zeigen eine zweite Verteilerplatte 120, welche in der 2 von einer ersten Seite 121 und in der 3 von einer zweiten Seite 122 dargestellt ist. Dabei sind in der 2 Stützelemente 124 dargestellt, welche von der ersten Seite 121 als Ausnehmungen erkennbar sind. In der 3 hingegen sind die Stützelemente 124 als Erhebungen erkennbar. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Stützelemente 124 derart ausgebildet sind, dass diese einen elektrischen Kontakt zwischen der ersten Verteilerplatte 110 und der zweiten Verteilerplatte 120 herstellen.
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In der 4 ist schließlich dargestellt, dass die Stützelemente als Pins 124a und/oder als Noppen 124b ausgebildet sein können. Da die 4 eine zweite Seite 122 zum verteilen des Kühlmittels darstellt, sind die Stützelemente 124 entsprechend als Vorsprünge zu erkennen. Von der ersten Seite 121 entsprechen die Stützelemente 124 Ausnehmungen. Alternativ oder in Ergänzung kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Stützelemente 124 als Rippen 124 (hier nicht dargestellt) ausgebildet sind.
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Ebenfalls kann, wie in der 4 dargestellt ist, vorgesehen sein, dass die Stützelemente 124 in einem geometrischen Muster auf der zweiten Verteilerplatte 120 angeordnet sind, wobei insbesondere der Abstand zwischen zwei Stützelementen 124 einer Breite W der Strömungskanäle 11, 21 und/oder einem Vielfachen der Breite W der Strömungskanäle 11, 21 insbesondere dem ein- bis dreifachen der Breite W der Strömungskanäle 11, 21 entspricht.
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Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Vielzahl an Übergangsabschnitten 123 vorgesehen ist. Es kann vorgesehen sein, dass eine Vielzahl an Übergangsabschnitten 123 eine geometrische Anordnung bildet. In der 5 beispielsweise wird eine Diagonale entlang einer Änderung der Strömungsrichtung um 90° durch eine Vielzahl von Übergangsabschnitten 123 gebildet. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass eine Vielzahl an Übergangsabschnitten 123 eine Bereichsstruktur 22 bildet, die mehrere zweite Strömungskanäle 21 von der Vielzahl an zweiten Strömungskanälen 21 zumindest abschnittsweise fluidisch verbindet, sodass insbesondere das Kühlmittel KM in manchen Bereichen 22a der Bereichsstruktur 22 unabhängig von den ersten Strömungskanälen 11 fließen kann. Dies ist in der 5 insbesondere im Bereich des Eingangs und Ausgangs für den Reaktanten R sowie in zwei Bereichen, in denen ein Richtungswechsel der Strömungsrichtung des Reaktanten R erfolgt.
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Die 5 zeigt eine Strömung des Reaktanten R von einem Eingang 101 des Reaktanten R an der zweiten Verteilerplatte 120, welche über das Strömungsfeld 10 bis zu einem Ausgang 102 des Reaktanten R führt. Im komplementären Strömungsfeld 20 des Kühlmittels KM erfolgt die Strömung von einem Eingang 103 der zweiten Verteilerplatte 120 zu einem Ausgang 104 der zweiten Verteilerplatte 120. Beide Strömungsfelder 10, 20 können mäanderförmig ausgebildet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die beiden Strömungsfelder 10, 20 sich unterscheiden, beispielsweise nur ein Strömungsfeld 10, 20 mäanderförmig ausgebildet ist.
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Das in der 5 dargestellte erste Strömungsfeld 10 ist mäanderförmig ausgeführt. Es kann vorgesehen sein, dass das erste Strömungsfeld 10 einen mehrfachen, insbesondere dreifachen, Mäander bildet, wie dies in der Darstellung der 5 der Fall ist.
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Ein Brennstoffzellensystem S (nicht dargestellt), welches mindestens eine Bipolarplatte im Sinne der Figuren aufweist, stellt den zweiten Aspekt der Erfindung dar.
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Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
