DE102022112575A1

DE102022112575A1 - Medieneinsatz für eine vor Korrosion und/oder Erosion zu schützende Platte einer Brennstoffzellenanordnung sowie Brennstoffzellenanordnung mit einem solchen Medieneinsatz

Info

Publication number: DE102022112575A1
Application number: DE102022112575.0A
Authority: DE
Inventors: Simon Wenderlein; Robert Csaky; Matthias Schmidt
Original assignee: Proton Motor Fuel Cell GmbH
Current assignee: Proton Motor Fuel Cell GmbH
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2023-11-23
Also published as: WO2023222351A2; WO2023222351A3

Abstract

Ein Medieneinsatz (101, 102) für wenigstens eine vor Korrosion und/oder Erosion zu schützenden Platte (4) einer Brennstoffzellenanordnung (1), die mindestens einen ersten Betriebsmedienführungskanal (41, 44) und einen zweiten Betriebsmedienführungskanal (43, 46) für eine jeweilige Betriebsmedienführung zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung (1) enthält, weist einen ersten hülsenförmigen Bereich (11) aus elastischem Material zur Anordnung und Betriebsmedienabdichtung in dem ersten Betriebsmedienführungskanal (41, 44) und einen zweiten hülsenförmigen Bereich (13) aus elastischem Material zur Anordnung und Betriebsmedienabdichtung in dem zweiten Betriebsmedienführungskanal (43, 46) der Platte (4) auf. Ein Verbindungsbereich (15) verbindet den ersten und zweiten hülsenförmigen Bereich (11, 13) und ist zwischen dem ersten hülsenförmigen Bereich (11) und zweiten hülsenförmigen Bereich (13) flach zur Anlage an einer Oberfläche (48) der Platte (4) ausgebildet. Jeder des ersten und zweiten hülsenförmigen Bereichs (11, 13) weist einen stirnseitigen ersten Dichtungsbereich (21) aus elastischem Material auf, der zur Abdichtung einer jeweiligen Betriebsmedienführung an einer ersten Trennfuge (81) zwischen der Platte (4) und einer Medienanschlussanordnung (3) ausgebildet ist, und einen dem ersten Dichtungsbereich (21) gegenüberliegenden zweiten Dichtungsbereich (22) aus elastischem Material, der zur Abdichtung einer jeweiligen Betriebsmedienführung an einer der ersten Trennfuge (81) gegenüberliegenden zweiten Trennfuge (82) zwischen der Platte (4) und einem Brennstoffzellenstapel (5) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Medieneinsatz zur Abdichtung an wenigstens einer vor Korrosion und/oder Erosion zu schützenden Platte einer Brennstoffzellenanordnung, die mindestens einen ersten Betriebsmedienführungskanal und einen zweiten Betriebsmedienführungskanal für ein jeweiliges Betriebsmedium zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung enthält, sowie eine Brennstoffzellenordnung mit wenigstens einem Brennstoffzellenstapel, einer Medienanschlussanordnung für Betriebsmedien und einer dazwischen angeordneten metallischen Platte mit einem solchen Medieneinsatz.
Brennstoffzellenanordnungen weisen typischerweise ein oder mehrere Brennstoffzellenstapel auf, in denen mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Brennstoffzelten übereinander bzw. nebeneinander (je nach Orientierung des Stapels im Raum) angeordnet sind. Brennstoffzellen erzeugen elektrische Energie aus Wasserstoff als ein Anodenbetriebsgas und Sauerstoff als ein Kathodenbetriebsgas. Außerdem benötigen sie meist ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder ein Glykol/Wasser-Gemisch, zur Kühlung der Brennstoffzellen und Abfuhr der erzeugten Wärmeleistung. Diese Brennstoffzellenmedien müssen zur Versorgung der Brennstoffzellen den Brennstoffzellen zugeführt und nach dem Durchströmen der Brennstoffzellen auch wieder abgeführt werden.
Bei bekannten Brennstoffzellensystemen werden Zuleitungen und Ableitungen für Anodenbetriebsgas (z. B. Wasserstoff), Kathodenbetriebsgas (Sauerstoff beziehungsweise Luft) und Kühlmittel mittels einer Medienanschlussanordnung einzeln oder gesammelt, z.B. mittels einer plattenartigen Anordnung, an einen Brennstoffzellenstapel herangeführt. Die einzelnen Brennstoffzellen innerhalb eines Brennstoffzellenstapels werden mit Hilfe stabiler Platten zu einem Stapel zusammengefasst, beispielsweise zusammengespannt. In einer Variante befinden sich zwischen den beiden endständigen Brennstoffzellen (Randzellen) und äußeren Endplatten des Brennstoffzellenstapels beispielsweise metallische Stromsammlerplatten, die Anschlüsse für die Ableitung des von der Brennstoffzellenanordnung erzeugten Stroms besitzen. Alternativ können auch Stromsammlerplatte und Endplatte kombiniert sein, d. h. die Endplatten sind zumindest zum Teil aus einem metallischen Material hergestellt und dienen gleichzeitig der Stromabnahme und der Verspannung des Brennstoffzellenstapels. Die von der Medienanschlussanordnung herangeführten bzw. abgeführten Betriebsmedien müssen zur Versorgung des Brennstoffzellenstapels durch eine derartige Endplatte bzw. Stromsammlerplatte hindurchgeleitet werden. Dazu weist eine solche metallische Platte meist mehrere Durchbrüche auf, durch die die jeweiligen Betriebsmedien, wie Wasserstoff, Luft und Kühlmittel, zur Versorgung des Brennstoffzellenstapels zugeführt bzw. abgeführt werden können.
Solche Betriebsmedienführungskanäle in Form derartiger Durchbrüche in einer metallischen Platte, wie etwa einer Endplatte eines Brennstoffzellenstapels, sollten vor Korrosion und/oder Erosion (Materialabtragung), welche durch das jeweilige Betriebsmedium versucht werden kann, geschützt werden. Hierbei ist einerseits eine einfache Handhabung einer vorzusehenden Abdichtungsvorrichtung eines oder mehrerer der Betriebsmedienführungskanäle bei der Herstellung der Brennstoffzellenanordnung, andererseits auch eine zuverlässige Abdichtung gegenüber den Betriebsmedien zum Schutz vor Korrosion und/oder Erosion der metallischen Platte wünschenswert. Eine mögliche Korrosion und/oder Erosion kann nicht nur in metallischen Platten, sondern auch in aus Kunststoff hergestellten Platten entstehen. Materialerosion kann beispielsweise durch das jeweilige Betriebsmedium verursachte Auswaschungen entstehen, was wiederum schädlich für den Brennstoffzellenstapel sein kann, wenn sich dort ausgewaschene Materialen anlagern.
JP 4775534 B2 betrifft eine Brennstoffzellenanordnung, die in der Lage ist, Korrosion einer Anschlussplatte zu verhindern. Eine Brennstoffzelle besteht aus einer Einschaltplatte 5, einer Anschlussplatte 7, einer Isolierplatte 8 und einer Endplatte 9, die in dieser Reihenfolge laminiert sind, und einem Zuführkanal 20, der diese vier Platten (5, 7, 8, 9) in einer Laminierungsrichtung durchdringt. Ein Dichtungselement 40, das als ein Medieneinsatz zumindest einen Spalt zwischen der Einschaltplatte 5 und der Anschlussplatte 7 abdichtet, ist derart vorgesehen, dass es eine Umfangsfläche des Zuführkanals 20 der Anschlussplatte 7 abdeckt. Die Brennstoffzellenanordnung hat den Nachteil, dass nicht alle vorgesehenen Platten vor möglicher Korrosion geschützt sind und das Dichtungselement vergleichsweise umständlich in der Plattenanordnung angeordnet und aufwendig montiert werden muss.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Medieneinsatz für wenigstens eine vor Korrosion und/oder Erosion zu schützende Platte einer Brennstoffzellenanordnung sowie eine Brennstoffzellenanordnung bereitzustellen, die einerseits eine einfache Handhabung bei der Herstellung der Brennstoffzellenanordnung und andererseits auch eine zuverlässige Abdichtung der Betriebsmedienführungskanäle der Platte gegenüber den Betriebsmedien zum Schutz vor Korrosion und/oder Erosion ermöglichen.
Die Erfindung betrifft einen Medieneinsatz für wenigstens eine vor Korrosion und/oder Erosion zu schützende Platte einer Brennstoffzellenanordnung, sowie eine Brennstoffzellenordnung gemäß den beigefügten Patentansprüchen. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Medieneinsatz für wenigstens eine vor Korrosion und/oder Erosion zu schützende Platte einer Brennstoffzellenanordnung, die mindestens einen ersten Betriebsmedienführungskanal und einen zweiten Betriebsmedienführungskanal für eine jeweilige Betriebsmedienführung zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung enthält. Der Medieneinsatz weist einen ersten hülsenförmigen Bereich aus elastischem Material zur Anordnung und Betriebsmedienabdichtung in dem ersten Betriebsmedienführungskanal und einen zweiten hülsenförmigen Bereich aus elastischem Material zur Anordnung und Betriebsmedienabdichtung in dem zweiten Betriebsmedienführungskanal der Platte auf, sowie einen Verbindungsbereich, der den ersten und zweiten hülsenförmigen Bereich verbindet und zwischen dem ersten hülsenförmigen Bereich und zweiten hülsenförmigen Bereich flach zur Anlage an einer Oberfläche der Platte ausgebildet ist. Jeder des ersten und zweiten hülsenförmigen Bereichs weist einen stirnseitigen ersten Dichtungsbereich aus elastischem Material auf, der zur Abdichtung einer jeweiligen Betriebsmedienführung an einer ersten Trennfuge zwischen der Platte und einer Medienanschlussanordnung ausgebildet ist, und einen dem ersten Dichtungsbereich gegenüberliegenden zweiten Dichtungsbereich aus elastischem Material, der zur Abdichtung einer jeweiligen Betriebsmedienführung an einer der ersten Trennfuge gegenüberliegenden zweiten Trennfuge zwischen der Platte und einem Brennstoffzellenstapel der Brennstoffzellenanordnung ausgebildet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Brennstoffzellenordnung, die wenigstens einen Brennstoffzellenstapel, eine Medienanschlussanordnung mit Anschlüssen zur Versorgung der Brennstoffzellenanordnung mit Betriebsmedien zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung, und wenigstens eine vor Korrosion und/oder Erosion zu schützende Platte aufweist, die zwischen dem Brennstoffzellenstapel und der Medienanschlussanordnung angeordnet ist und mindestens einen ersten Betriebsmedienführungskanal und einen zweiten Betriebsmedienführungskanal für eine jeweilige Betriebsmedienführung zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung enthält. Des weiteren weist die Brennstoffzellenanordnung einen Medieneinsatz auf mit einem ersten hülsenförmigen Bereich aus elastischem Material, der in dem ersten Betriebsmedienführungskanal der Platte zur Betriebsmedienabdichtung angeordnet ist, einem zweiten hülsenförmigen Bereich aus elastischem Material, der in dem zweiten Betriebsmedienführungskanal der Platte zur Betriebsmedienabdichtung angeordnet ist, und einem Verbindungsbereich, der den ersten und zweiten hülsenförmigen Bereich verbindet und zwischen dem ersten hülsenförmigen Bereich und zweiten hülsenförmigen Bereich flach ausgebildet ist und an einer Oberfläche der Platte anliegt. Jeder des ersten und zweiten hülsenförmigen Bereichs weist einen stirnseitigen ersten Dichtungsbereich aus elastischem Material auf, der die jeweilige Betriebsmedienführung an einer ersten Trennfuge zwischen der Platte und der Medienanschlussanordnung abdichtet, und einen dem ersten Dichtungsbereich gegenüberliegenden zweiten Dichtungsbereich aus elastischem Material, der die jeweilige Betriebsmedienführung an einer zweiten Trennfuge zwischen der Platte und dem Brennstoffzellenstapel (insbesondere einer Randplatte des Brennstoffzellenstapels) abdichtet.
Mit dem erfindungsgemäßen Medieneinsatz und der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung wird einerseits eine einfache Montage, und damit einfache Handhabung bei der Herstellung der Brennstoffzellenanordnung, und gleichzeitig eine zuverlässige vollständige Schutzabdeckung und Abdichtung der Betriebsmedienführungskanäle der Platte gegenüber den Betriebsmedien zum Schutz vor Korrosion und/oder Erosion ermöglicht, da sich die hülsenförmigen Bereiche durch die Betriebsmedienführungskanäle vollständig hindurch erstrecken. Weiterhin wird vorteilhaft nicht nur die Platte vor Korrosion und/oder Erosion, und damit der Brennstoffzellenstapel vor möglicher Schädigung, geschützt, sondern auch gleichzeitig eine an der Platte beidseitig angeordnete und befestigte Dichtung geschaffen, die beiderseitige Trennfugen abdichten kann. Vorteilhaft kann mittels des erfindungsgemäßen Medieneinsatzes eine Schutzabdeckung der Betriebsmedienführungskanäle und Abdichtung für mindestens zwei der Betriebsmedien, wie etwa Wasserstoff und Luft, mit nur einem Medieneinsatz hergestellt werden. Gleichzeitig wird eine einfache, in den Medieneinsatz integrierte Abdichtung an den beiderseitigen Trennfugen erreicht.
Beispielsweise wird ein Medieneinsatz vorgesehen, der ohne separate Befestigungshilfsmittel (wie Schrauben o.ä.) manuell in die Endplatte gedrückt werden kann und aufgrund seiner geometrischen Form in einer festen Position zur und in der Platte verharrt. Dank der beidseitigen ersten und zweiten Dichtungsbereiche aus elastischem Material kann der Medieneinsatz gleichzeitig auf beiden Seiten der Platte als Dichtung, etwa gegenüber der Umgebung, fungieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Platte als eine Endplatte der Brennstoffzellenanordnung ausgebildet. Das bietet den Vorteil eines einfachen Aufbaus, sowie einer einfachen Handhabung und Herstellung einer Brennstoffzellenanordnung und deren Abdichtung der Betriebsmedien gegenüber der Umgebung bei gleichzeitigem Schutz der Endplatte vor Korrosion und/oder Erosion in den Kanälen für die Betriebsmedienführung.
In einer Ausführungsform ist die Platte als eine metallische Platte ausgebildet. Sie kann aber auch wenigstens teilweise aus Kunststoff ausgebildet sein. Die Erfindung eignet sich grundsätzlich für jede Art von korrosionsanfälligen oder erosiven Platten, die in einer Brennstoffzellenanordnung der beschriebenen Art eingesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird der erste Dichtungsbereich durch einen Dichtungsflansch und der zweite Dichtungsbereich durch wenigstens einen Abschnitt des Verbindungsbereichs gebildet. Hierdurch wird eine einfache, in den Medieneinsatz integrierte Abdichtung an den beiderseitigen Trennfugen erreicht.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Medieneinsatz weiterhin einen dritten hülsenförmigen Bereich aus elastischem Material zur Anordnung und zur Betriebsmedienabdichtung in einem dritten Betriebsmedienführungskanal der Platte auf, wobei der Verbindungsbereich den ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereich verbindet und zwischen dem ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereich flach zur Anlage an der Oberfläche der Platte ausgebildet ist, und jeder des ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereichs den ersten Dichtungsbereich und den zweiten Dichtungsbereich aufweist. Auf diese Art kann eine Schutzabdeckung der Betriebsmedienführungskanäle und Abdichtung für alle drei Betriebsmedien, wie etwa Wasserstoff, Luft und Kühlmittel, mit nur einem Medieneinsatz hergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist das elastische Material wenigstens ein Silikon- und/oder EPDM-Material auf. Ein solches Material hat vorteilhafte Eigenschaften im Hinblick auf Handhabung, Montage, Dichtungseigenschaften und Korrosions- und Erosionsschutz.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Betriebsmedienführungskanal und/oder der zweite Betriebsmedienführungskanal zur Führung von Anodenbetriebsgas oder Kathodenbetriebsgas für die Brennstoffzellenanordnung ausgebildet. Der dritte Betriebsmedienführungskanal ist insbesondere zur Führung von Kühlmittel für die Brennstoffzellenanordnung ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Medieneinsatz derart in der Platte angeordnet, dass das elastische Material wenigstens eines des ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereichs zwischen dem ersten und zweiten Dichtungsbereich gedehnt und unter Zugspannung gesetzt ist. Damit kann ein definierter, fester Sitz erreicht werden, der beispielsweise Walkbewegungen bei turbulenten Strömungen entgegenwirkt.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Dehnung des elastischen Materials durch einen Überlapp des ersten Dichtungsbereichs des Medieneinsatzes mit einer Stirnwand des entsprechenden Betriebsmedienführungskanals der Platte hervorgerufen, der in der finalen Anordnung des Medieneinsatzes in der Platte durch die Dehnung ausgeglichen wird.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Platte an wenigstens einem des ersten, zweiten und dritten Betriebsmedienführungskanals wenigstens eine geometrische Formung auf, mittels der der Medieneinsatz in der Platte in einer festen Position gehalten wird, wobei die wenigstens eine geometrische Formung wenigstens eine Erhebung, Vertiefung, und/oder einen Hinterschnitt aufweist. Die wenigstens eine Erhebung kann als eine oder mehrere Stufen, die wenigstens eine Vertiefung als eine oder mehrere Nuten ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist die wenigstens eine geometrische Formung derart ausgebildet, dass wenigstens einer des ersten Dichtungsbereichs und zweiten Dichtungsbereichs in einer durch die geometrische Formung definierten Weise komprimiert wird.
Insbesondere ist der Medieneinsatz derart ausgebildet, dass er ohne ein von der Platte separates Befestigungsmittel, wie z.B. einer Schraube oder Klebstoff, in der Platte in einer festen Position gehalten wird. Eine sichere Befestigung in der Platte ist insbesondere durch die wenigstens eine geometrische Formung, die wie beschrieben unterschiedlich ausgeprägt sein kann, möglich.
Gemäß einer Ausführungsform weist wenigstens einer des ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereichs des Medieneinsatzes wenigstens eine Querschnittsänderung entlang seiner Längserstreckung auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist wenigstens einer des ersten Dichtungsbereichs und zweiten Dichtungsbereichs eine erste Dichtungsvorrichtung, etwa eine erste Dichtlippe, und zweite Dichtungsvorrichtung, etwa eine zweite Dichtlippe, auf, die zur ersten Dichtungsvorrichtung redundant vorgesehen ist und bei einer fehlerhaften ersten Dichtungsvorrichtung eine Dichtungsfunktion übernimmt. Somit kann eine sogenannte kalte Redundanz bei der Abdichtung geschaffen werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Medieneinsatz in wenigstens einem des ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereichs eine Außenabmessung, insbesondere einen Außendurchmesser, auf, die mit einem Versatz kleiner ist als eine Innenabmessung, insbesondere ein Innendurchmesser, des entsprechenden ersten, zweiten bzw. dritten Betriebsmedienführungskanals der Platte. Durch Vorsehen eine solchen Versatzes kann eine höhere Montagefreundlichkeit bei einer Verringerung der Reibung während der Montage erzielt werden. Weiterhin können auch Fertigungstoleranzen kompensiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist wenigstens einer des ersten Dichtungsbereichs und zweiten Dichtungsbereichs nach dem Prinzip der Selbstverstärkung ausgebildet. Beispielsweise ist eine jeweilige Dichtungsvorrichtung vorgesehen, deren Dichtungswirkung sich infolge des von dem jeweiligen Betriebsmedium ausgeübten Drucks verstärkt. Beispielsweise wird ein Dichtring gegen die Platte bzw. den Brennstoffzellenstapel angepresst. Vom Druck im Inneren des jeweiligen Kanals, ausgeübt durch das entsprechende unter Druck stehende Betriebsmedium, kann die dichtende Wirkung des Dichtringes zusätzlich verstärkt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Die Zeichnungen sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Sie sind schematisch, nicht maßstabsgetreu, und zeigen jeweils nur die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung wesentlichen Merkmale. Es versteht sich, dass weitere Merkmale, wie sie einem Fachmann geläufig sind, vorliegen können. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern jeweils gleiche oder entsprechende Elemente. Es zeigen:

1 eine Brennstoffzellenanordnung und einen Medieneinsatz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Explosionsdarstellung;
2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Brennstoffzellenanordnung gemäß 1 mit Blick auf die Medienanschlussanordnung;
3 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform einer Brennstoffzellenanordnung gemäß 1 entlang der Schnittlinie A-A gemäß 2;
4 eine Detailansicht einer Ausführungsform einer Brennstoffzellenanordnung gemäß 1 in einem Ausschnitt B gemäß 3.

Die 1 zeigt eine Brennstoffzellenanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Explosionsdarstellung. Die Brennstoffzellenordnung 1 weist wenigstens einen Brennstoffzellenstapel 5 auf, in den einzelne Brennstoffzellen (nicht dargestellt) zu einen Stapel zusammengefasst sind. Dies kann auf unterschiedliche Weise in bekannter Art erfolgen. Beispielsweise weist der Brennstoffzellenstapel 50 oder mehr Brennstoffzellen auf. Jede Brennstoffzelle der Brennstoffzellenstapels 50 hat beispielsweise eine Membran-ElektrodenAnordnung (MEA), eine Anodenströmungsfeldplatte und eine Kathodenströmungsfeldplatte bekannter Art, die zur Versorgung der jeweiligen Brennstoffzellen mit Anoden- und Kathodenbetriebsgas, wie Wasserstoff und Luft, und deren Führung innerhalb des Brennstoffzellenstapels 5 dienen.
Die Brennstoffzellenanordnung 1 wird von Endplatten 4 und 6 beidseitig begrenzt und mit ihrer Hilfe zusammengespannt, etwa unter Verwendung von Zugankern (nicht dargestellt). Bei der Endplatte 4 handelt sich um eine Endplatte mit Durchbrüchen für Betriebsmedien, wie im folgenden noch näher erläutert, bei der Endplatte 6 hingegen um eine Endplatte ohne Durchbrüche. Nicht dargestellte Anschlüsse an den Endplatten 4, 6 oder von an die Endplatten 4, 6 angrenzenden Stromsammlerplatten dienen der Abnahme von Strom aus dem Brennstoffzellenstapel 5. Die Endplatte 6 kann mittels jeweiliger rückwärtiger Dichtungen 7 an dem Brennstoffzellenstapel 5 angeordnet werden.
Die Brennstoffzellenanordnung weist darüber hinaus eine Medienanschlussanordnung 3 mit Anschlüssen 31-36 zur Versorgung der Brennstoffzellenanordnung 1 mit Betriebsmedien zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 1 auf. Die Medienanschlussanordnung ist beispielsweise als sogenannte Medienanschlussplatte oder Medienadapterplatte ausgeführt, die im weiteren Sinne nicht unbedingt plattenartig geformt sein muss, sondern im wesentlichen einige der zum Betrieb notwendigen Anschlüsse und einen Teil der Peripherieausstattung der Brennstoffzellenanordnung 1 in einer gemeinsamen Anordnung zusammenfasst. Als solche ist die Medienanschlussanordnung 3 insbesondere ein Element oder Bauteil, insbesondere plattenartig, an dem Anschlüsse zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Betriebsmedien der Brennstoffzellenanordnung 1 vorgesehen sind. Beispielsweise sind Medienanschlussanordnung 3 und die Endplatte 4 miteinander verschraubt (nicht dargestellt).
Die hier dargestellte Medienanschlussanordnung 3 besitzt aus der Anzahl von Anschlüssen 31 bis 36 insbesondere zwei Anodenbetriebsgasanschlüsse (beispielsweise für Zufuhr und Auslass), zwei Kathodenbetriebsgasanschlüsse (beispielsweise für Zufuhr und Auslass) und zwei Kühlmittelanschlüsse (beispielsweise für Zufuhr und Auslass). Die Anschlüsse 31 bis 36 können dabei grundsätzlich verschiedenartig für die jeweiligen Betriebsmedien verwendet werden, ohne dass es auf eine bestimmte geometrische Anordnung oder Verteilung ankommt. Die Medienanschlussanordnung 3 weist einen flachen Grundkörper mit gegenüberliegenden flachen Oberflächen 37 auf und besteht typischerweise aus Metall oder Kunststoff.
Im Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 1 wird frisches Anodenbetriebsgas, beispielsweise Wasserstoff, aus einer (nicht dargestellten) Anodenbetriebsgasquelle durch einen der Anschlüsse 31-36 zum entsprechenden gegenüberliegenden Anschluss 51-56 des Brennstoffzellenstapels 5 geführt. Nach Verbrauch in dem Brennstoffzellenstapel 5 strömt das Gas beispielsweise vom Anschluss 55 oder 56 (verdeckt in 1) zum Anschluss 35 bzw. 36, wo es die Medienanschlussanordnung 3 verlässt. Eine analoge Betriebsgasführung erfolgt über die entsprechenden restlichen Anschlüsse 31-36 und 51-56 in Bezug auf das Kathodenbetriebsgas (z.B. Luft) und in Bezug auf das Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser.
Zwischen der Medienanschlussanordnung 3 und dem Brennstoffzellenstapel 5 ist die Endplatte 4 vorgesehen. Diese weist die Betriebsmedienführungskanäle 41 bis 46 auf, die den Anschlüssen 31-36 der Mediananschlussanordnung 3 bzw. den Anschlüssen 51-56 des Brennstoffzellenstapels 5 in Lage und Anordnung entsprechend zugeordnet und ausgerichtet sind. Die Betriebsmedienführungskanäle 41-46 dienen jeweils für eine Führung eines jeweiligen Betriebsmediums zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 1, mithin im vorliegenden Beispiel der Führung bzw. Durchleitung von Anodenbetriebsgas, Kathodenbetriebsgas und Kühlmittel.
Es wird darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Betriebsmedienanschlüsse und -kanäle in Form, Anzahl und Anordnung in Bezug auf Mediananschlussanordnung 3, Endplatte 4 und Brennstoffzellenstapel 5 sowie in Bezug auf Flussrichtung des jeweiligen Betriebsmediums nur beispielhaft sind und auch andere geometrische Formen (z.B. nicht kreisrund), Anzahl und Anordnung sowie Flussrichtungen aufweisen können. So kann beispielsweise unter Umständen, etwa je nach Einsatzbereich und Leistungsabgabe, auf einen Kühlmittelanschluss verzichtet werden und/oder auf eine Luftkühlung von außen zurückgegriffen werden. Auch können einzelne Betriebsmedien auch auf andere Art, als in der Brennstoffzellenanordnung 1 dargestellt, zugeführt werden, etwa über jeweilige Einzelanschlüsse außerhalb der Medienanschlussanordnung 3. Solche und die in der 1 dargestellten Anschluss- und Leitungsarten von Betriebsmedien sind dem Fachmann in verschiedener Weise bekannt.
Die Betriebsmedienführungskanäle 41-46 (im folgenden kurz: Kanäle), die hier als Öffnungen oder Durchbrüche in der Endplatte 4 ausgeführt sind, sollten vor etwaiger Korrosion und/oder Erosion, verursacht durch das jeweilige Betriebsmedium im Laufe des Betriebs der Brennstoffzellenanordnung über die Zeit, geschützt werden. Grundsätzlich kann Korrosion und/oder Erosion je nach Materialbeschaffenheit und/oder -zusammensetzung der Platte 4 und jeweiligem Betriebsmedium (z.B. Beschaffenheit, Zusammensetzung, Druck) in unterschiedlicher Ausprägung auftreten. Hierbei ist einerseits eine einfache Handhabung einer vorzusehenden Abdichtungsvorrichtung eines oder mehrerer der Betriebsmedienführungskanäle bei der Herstellung der Brennstoffzellenanordnung 1, andererseits auch eine zuverlässige Abdichtung der Innenflächen der Kanäle gegenüber den Betriebsmedien und eine zuverlässige Abdichtung an den Trennfugen der jeweiligen Trennflächen zum Schutz vor Korrosion und/oder Erosion der Platte wünschenswert.
Zu diesem Zweck sieht die vorliegende Erfindung einen Medieneinsatz aus elastischem Material vor, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf zwei Arten ausgeführt ist, nämlich in Form eines Medieneinsatzes 101 für die Kanäle 41-43 und eines Medieneinsatzes 102 für die Kanäle 44-46. Die Medieneinsätze 101 und 102 sind an sich gleich, unterscheiden sich lediglich im jeweiligen Abstand der hülsenförmigen Bereiche 11, 12, 13 zueinander. So sind beim Medieneinsatz 101 die hülsenförmigen Bereiche 11, 12 mit kürzerem Abstand zueinander angeordnet entsprechend der Kanäle 41, 42 (1), während beim Medieneinsatz 102 die hülsenförmigen Bereiche 12, 13 entsprechend der Kanäle 45, 46 mit kürzerem Abstand zueinander angeordnet sind (3). Dieser Abstand spielt an sich für die Funktion der Medieneinsätze keine wesentliche Rolle, sondern dient nur der Anpassung an die Anordnung und den Abstand der Kanäle 41-46 zueinander, so dass im folgenden lediglich nur auf einen der Medieneinsätze 101, 102 Bezug genommen wird und entsprechendes auch für den jeweils anderen Medieneinsatz gilt. insbesondere sind die Eigenschaften der hülsenförmigen Bereiche 11, 12, 13 und des Verbindungsbereichs 15, sowie der Dichtungsbereiche 21, 22, wie im folgenden anhand von 3 und 4 näher erläutert, gleich.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Medieneinsatz mit drei hülsenförmigen Bereichen 11, 12, 13 beschrieben für die beispielhaften Betriebsmittel Wasserstoff, Luft und Kühlmittel. Wie oben beschrieben, können auch mehr oder weniger Anschlüsse für Betriebsmittel der Brennstoffzellenanordnung 1 vorgesehen sein. Entsprechend kann auch die Anzahl der hülsenförmigen Bereiche unterschiedlich sein. Beispielsweise weist ein Medieneinsatz nur zwei hülsenförmige Bereiche, etwa 11 und 13, z.B. für die Betriebsmittel Wasserstoff und Luft, auf, die über den Verbindungbereich 15 miteinander verbunden sind.
Im folgenden wird ein Aufbau und die Funktion eines erfindungsgemäßen Medieneinsatzes in einer Ausführungsform einer Brennstoffzellenanordnung der Erfindung anhand der Ausführungsformen der 1 bis 3 näher beschrieben:

Der Medieneinsatz 101, 102 weist einen ersten hülsenförmigen Bereich 11, der in dem Kanal 41 bzw. 44 der Endplatte 4 angeordnet ist, einen zweiten hülsenförmigen Bereich 13, der in dem Kanal 43 bzw. 46 der Endplatte 4 angeordnet ist, und einen dritten hülsenförmigen Bereich 12, der in dem Kanal 42 bzw. 45 der Endplatte 4 angeordnet ist. Die hülsenförmigen Bereiche 11, 12, 13 sind jeweils aus einem elastischem Material, wie Silikon und/oder EPDM (bekannte Abkürzung für Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk), und dienen zur Betriebsmedienabdichtung (d.h. der Abdichtung gegenüber den Betriebsmedien, die in dem jeweiligen Kanal geführt werden) der jeweiligen Kanalinnenflächen zur Vermeidung von Korrosion und/oder Erosion. Beispielsweise kann Korrosion auftreten, wenn diese bzw. die Platte metallisch sind. Metallisch bedeutet, dass die Platte bzw. die jeweiligen Kanalinnenflächen wenigstens teilweise ein metallisches Material aufweisen. Eine mögliche Korrosion und/oder Erosion kann nicht nur in metallischen Platten, sondern auch in aus Kunststoff hergestellten Platten entstehen. Materialerosion kann beispielsweise durch das jeweilige Betriebsmedium verursachte Auswaschungen entstehen, was wiederum schädlich für den Brennstoffzellenstapel sein kann, wenn sich dort ausgewaschene Materialen anlagern.

Die hülsenförmigen Bereiche 11, 12, 13 sind über einen Verbindungsbereich 15, der ebenfalls aus Silikon und/oder EPDM hergestellt sein kann, miteinander verbunden. Der Verbindungsbereich 15 ist zwischen den Bereichen 11, 12 und 12, 13 angeordnet. Und in diesen Abschnitten zumindest in Teilbereichen flach ausgebildet und liegt an einer Oberfläche 48 der Endplatte 4 an. Somit ist eine flache bzw. kompakte Anordnung aus Medieneinsatz 101, 102 und Endplatte 4 möglich, ohne dass der Medieneinsatz 101, 102 wesentlich zur Vergrößerung der Dicke der Brennstoffzellenanordnung 1 beiträgt. Der Medieneinsatz 101, 102 wird beispielsweise als integriertes Bauteil von einer Seite der Endplatte 4 in die jeweiligen Kanäle 41-46 eingeführt und durch seine Elastizität und Form, wie im folgenden noch näher beschrieben, ohne zusätzliche von der Endplatte separate Befestigungsmittel in der Endplatte angeordnet und darin festgelegt.
Jeder der hülsenförmigen Bereiche 11 bis 13 weist einen stirnseitigen ersten Dichtungsbereich 21 auf, der die jeweilige Betriebsmedienführung an einer ersten Trennfuge 81 zwischen der Endplatte 4 und der Medienanschlussanordnung 3 abdichtet, und einen dem ersten Dichtungsbereich 21 gegenüberliegenden zweiten Dichtungsbereich 22, der die jeweilige Betriebsmedienführung an einer zweiten Trennfuge 82 zwischen der Endplatte 4 und dem Brennstoffzellenstapel 5 abdichtet. Beide Dichtungsbereiche 21, 22 sind aus elastischem Material, beispielsweise Silikon und/oder EPDM hergestellt.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist der erste Dichtungsbereich 21 durch einen Dichtungsflansch 25 gebildet, der an einer zugewandten Oberfläche 37 der Medienanschlussanordnung 3 anliegt. Der Dichtungsflansch 25 kann beispielsweise ringförmig ausgebildet sein und einen größeren Durchmesser und Außenumfang haben als der angrenzende hülsenförmige Bereich 11, 12 bzw. 13.
Der Dichtungsflansch 25 ist gemäß einer Ausführungsform dergestalt, dass er einer geometrischen Formung in der Endplatte am entsprechenden Kanal bzw. Durchbruch angepasst ist. Beispielsweise ist wenigstens eine geometrische Formung 47 im jeweiligen Kanal (gemäß 4 beispielhaft im Kanal 44 dargestellt) vorgesehen, mittels der der Medieneinsatz 101, 102 in der Endplatte 4 in einer festen Position gehalten wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die geometrische Formung 47 als eine oder mehrere Vertiefungen, hier eine Nut, ausgeführt, in der der Dichtungsflansch 25 angeordnet wird. Es sind jedoch alternativ oder zusätzlich auch andere geometrische Formen möglich, wie eine oder mehrere Erhebungen (z.B. Stufen) und/oder Hinterschnitte, die ebenso wie die Nut 47 eine Fixierung des Medieneinsatzes im jeweiligen Kanal unterstützen. Wie in 3 und 4 näher dargestellt, ist die wenigstens eine geometrische Formung 47, hier in Form einer Vertiefung, derart ausgebildet, dass wenigstens ein Teil des Dichtungsflansches 25 in einer durch die geometrische Formung 47 definierten Weise komprimiert wird. Durch eine definierte Kompression wird die Abdichtungsfunktion begünstigt und definiert. In der dargestellten Ausführungsform erfolgt eine Komprimierung in einer Druckzone DR. Eine definierte Kompression der Dichtungsbereiche 21, 22 kann beispielsweise durch jeweilige Zuganker (nicht dargestellt) hergestellt werden, mit denen die Endplatten 4, 6 der Brennstoffzellenanordnung 1 zusammengespannt werden.
Analoges gilt auch für den zweiten Dichtungsbereich 22, der in der vorliegenden Ausführungsform durch wenigstens einen Abschnitt des Verbindungsbereichs 15, der einerseits an einer Oberfläche 58 des Brennstoffzellenstapels 5 und andererseits an einer Oberfläche 48 der Endplatte 4 anliegt, gebildet ist. Die Oberfläche 58 des Brennstoffzellenstapels wird beispielsweise durch eine Randplatte des Brennstoffzellenstapels 5 (nicht dargestellt) gebildet. Eine solche Randplatte schließt die äußerste Brennstoffzelle (Randzelle) des Brennstoffzellenstapels 5 nach außen hin (hier auf Seiten der Endplatte 4) ab. Eine Randplatte hat auf ihrer nach innerhalb des Brennstoffzellenstapels 5 gerichteten Fläche eine Strömungskanalstruktur für ein Kathoden- oder Anodenströmungsfeld. Auch hier kann eine oder mehrere geometrische Formungen 47 nach einer oder mehreren der beschriebenen Arten vorgesehen sein, die die Fixierung des Medieneinsatzes an der Endplatte 4 unterstützt. Ebenso wird das elastische Material im Dichtungsbereich 22 in einer Druckzone DR komprimiert, um eine verbesserte Abdichtung und verbesserten Sitz in der Endplatte 4 zu erreichen.
Wie weiter anhand der 3 und 4 dargestellt, ist der Medieneinsatz derart in der Endplatte 4 angeordnet, dass das elastische Material des jeweiligen ersten, zweiten bzw. dritten hülsenförmigen Bereichs zwischen dem ersten und zweiten Dichtungsbereich 21, 22 gedehnt und unter Zugspannung gesetzt ist. Das wiederum begünstigt, unabhängig von der geometrischen Formung 47, ebenfalls die Fixierung in der Endplatte 4. insbesondere ist der jeweilige hülsenförmige Bereich in einem jeweiligen Zugbereich Z unter Zugspannung gesetzt, begünstigt durch das elastische Material, aus dem er hergestellt ist.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform wird die Dehnung des elastischen Materials durch einen Überlapp (sogenannter Offset) d2 des ersten Dichtungsbereichs 21 des Medieneinsatzes mit einer Stirnwand des entsprechenden Kanals (hier 44) der Endplatte 4 hervorgerufen, der in der finalen Anordnung des Medieneinsatzes in der Endplatte 4 durch die Dehnung ausgeglichen wird. Das heißt, der Dichtungsflansch 25 wird beim Einsetzen in den Kanal 44 nach links gedrückt, so dass der hülsenförmige Bereich 11 gedehnt wird, mithin unter Zugspannung gesetzt wird (Zugbereich Z). 4 zeigt hierbei zeichnerisch einen Zustand, in dem sich der Dichtungsflansch 25 und die Stirnwand des Kanals 44 überlappen, um das Prinzip des Einsetzens und der Materialverdrängung unter Dehnung und Zugspannung zu verdeutlichen. In der finalen Anordnung liegen Dichtungsflansch 25 und Stirnwand des Kanals flach aneinander an. Ein vergleichbarer Überlapp kann auch auf Seiten des Dichtungsbereichs 22 vorgesehen sein. Ein so erreichter definierter, fester Sitz wirkt z.B. Walkbewegungen bei turbulenten Strömungen entgegen.
Zur Erleichterung der Montage ist gemäß der Ausführungsform der 3 und 4 vorgesehen, dass der Medieneinsatz in dem hülsenförmigen Bereich 11, 12 bzw. 13 eine Außenabmessung, insbesondere einen Außendurchmesser bei runder Form, aufweist, die bzw. der mit einem Versatz d1 (sogenannter Offset) kleiner ist als eine Innenabmessung, insbesondere ein Innendurchmesser, des entsprechenden Kanals der Endplatte 4. Damit kann der Medieneinsatz im jeweiligen hülsenförmigen Bereich ohne wesentliche Reibung in den entsprechenden Kanal eingeführt werden. Ebenso ist so eine Kompensation von Fertigungstoleranzen möglich.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die in den Figuren nicht dargestellt ist, sieht vor, dass wenigstens einer der hülsenförmigen Bereiche 11, 12, 13 des Medieneinsatzes wenigstens eine Querschnittsänderung entlang seiner Längserstreckung aufweist. Beispielsweise verändert sich der Querschnitt entlang des jeweiligen hülsenförmigen Bereichs von z.B. einem kleineren zu einem größeren Querschnitt. Zusätzlich oder alternativ kann sich der Querschnitt auch in seiner Form entlang der Längserstreckung wenigstens einer der hülsenförmigen Bereiche 11, 12, 13 ändern, z.B. von einer kreisrunden zu einer elliptischen Form.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die in den Figuren nicht dargestellt ist, sieht vor, dass wenigstens einer der Dichtungsbereiche 21, 22 eine erste Dichtungsvorrichtung und zweite Dichtungsvorrichtung, z.B. in Form jeweiliger Dichtungslippen oder Dichtungsringe aufweist. Hierbei ist die zweite Dichtungsvorrichtung zur ersten Dichtungsvorrichtung redundant vorgesehen und übernimmt erst bei einer fehlerhaften ersten Dichtungsvorrichtung eine Dichtungsfunktion. Auf diese Art lässt sich eine sogenannte kalte Redundanz bei der Abdichtung der Trennfugen bewerkstelligen.
Gemäß der Erfindung wird somit ein verbesserter Medieneinsatz und eine verbesserte Brennstoffzellenanordnung bereitgestellt, mit dem nicht nur eine Platte, wie eine Endplatte, der Brennstoffzellenanordnung, die wenigstens teilweise metallisches und/oder Kunststoffmaterial aufweisen kann, wirksam vor Korrosion und/oder Erosion geschützt wird, sondern auch eine an der Platte beidseitig befestigte Elastomer-Dichtung darstellt. Insbesondere erstreckt sich der Medieneinsatz von der Randplatte des Brennstoffzellenstapels bis hin zur Medienanschlussanordnung. Der Medieneinsatz wird beispielsweise durch Spritzgießen hergestellt. Bei dem elastischen Material handelt es sich vorzugsweise um ein Silikon- oder EPDM-Material oder einem Gemisch aus diesen. Der Medieneinsatz kann ohne separate Befestigungshilfsmittel (wie Schrauben, Klebstoff o.ä.) manuell in die Platte gedrückt werden und verharrt aufgrund seiner geometrischen Form in einer festen Position zur und in der Platte. Dank des elastischen Materials kann der Medieneinsatz gleichzeitig auf beiden Seiten der Platte als Dichtung funktionieren. Durch eine integrale Bauweise als ein Bauteil, das mit seinen hülsenförmigen Bereichen die jeweiligen Kanäle bzw. Durchbrüche in der Platte vollständig auskleidet, lässt sich eine wirksame Schutzabdeckung / Abdichtung aller drei beschriebener Betriebsmedien (Wasserstoff, Kühlmittel, Luft) oder zwei Medien (Wasserstoff, Luft) und der Durchbrüche der Platte vor Medien, und damit ein wirksamer Korrosions- und/oder Erosionsschutz mit einem Medieneinsatz erzielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4775534 B2 [0005]

Claims

Medieneinsatz (101, 102) für wenigstens eine vor Korrosion und/oder Erosion zu schützenden Platte (4) einer Brennstoffzellenanordnung (1), die mindestens einen ersten Betriebsmedienführungskanal (41, 44) und einen zweiten Betriebsmedienführungskanal (43, 46) für eine jeweilige Betriebsmedienführung zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung (1) enthält, aufweisend: - einen ersten hülsenförmigen Bereich (11) aus elastischem Material zur Anordnung und Betriebsmedienabdichtung in dem ersten Betriebsmedienführungskanal (41, 44) und einen zweiten hülsenförmigen Bereich (13) aus elastischem Material zur Anordnung und Betriebsmedienabdichtung in dem zweiten Betriebsmedienführungskanal (43, 46) der Platte (4), - einen Verbindungsbereich (15), der den ersten und zweiten hülsenförmigen Bereich (11, 13) verbindet und zwischen dem ersten hülsenförmigen Bereich (11) und zweiten hülsenförmigen Bereich (13) flach zur Anlage an einer Oberfläche (48) der Platte (4) ausgebildet ist, - wobei jeder des ersten und zweiten hülsenförmigen Bereichs (11, 13) einen stirnseitigen ersten Dichtungsbereich (21) aus elastischem Material aufweist, der zur Abdichtung einer jeweiligen Betriebsmedienführung an einer ersten Trennfuge (81) zwischen der Platte (4) und einer Medienanschlussanordnung (3) ausgebildet ist, und einen dem ersten Dichtungsbereich (21) gegenüberliegenden zweiten Dichtungsbereich (22) aus elastischem Material aufweist, der zur Abdichtung einer jeweiligen Betriebsmedienführung an einer der ersten Trennfuge (81) gegenüberliegenden zweiten Trennfuge (82) zwischen der Platte (4) und einem Brennstoffzellenstapel (5) der Brennstoffzellenanordnung (1) ausgebildet ist.
Medieneinsatz nach Anspruch 1, wobei der erste Dichtungsbereich (21) durch einen Dichtungsflansch (25) und der zweite Dichtungsbereich (22) durch wenigstens einen Abschnitt des Verbindungsbereichs (15) gebildet ist.
Medieneinsatz nach Anspruch 1 oder 2, der weiterhin aufweist: - einen dritten hülsenförmigen Bereich (12) aus elastischem Material zur Anordnung und zur Betriebsmedienabdichtung in einem dritten Betriebsmedienführungskanal (42, 45) der Platte (4), - wobei der Verbindungsbereich (15) den ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereich (11, 12, 13) verbindet und zwischen dem ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereich flach zur Anlage an der Oberfläche (48) der Platte (4) ausgebildet ist, - wobei jeder des ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereichs (11, 12, 13) den ersten Dichtungsbereich (21) und den zweiten Dichtungsbereich (22) aufweist.
Medieneinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das elastische Material wenigstens ein Silikon- und/oder EPDM-Material aufweist.
Brennstoffzellenordnung (1), die folgendes aufweist: - wenigstens einen Brennstoffzellenstapel (5), - eine Medienanschlussanordnung (3) mit Anschlüssen (31-36) zur Versorgung der Brennstoffzellenanordnung (1) mit Betriebsmedien zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung (1), - wenigstens eine vor Korrosion und/oder Erosion zu schützende Platte (4), die zwischen dem Brennstoffzellenstapel (5) und der Medienanschlussanordnung (3) angeordnet ist, mit mindestens einem ersten Betriebsmedienführungskanal (41, 44) und einem zweiten Betriebsmedienführungskanal (43, 46) für eine jeweilige Betriebsmedienführung zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung (1), - einen Medieneinsatz (101, 102) mit einem ersten hülsenförmigen Bereich (11) aus elastischem Material, der in dem ersten Betriebsmedienführungskanal (41, 44) der Platte zur Betriebsmedienabdichtung angeordnet ist, und einem zweiten hülsenförmigen Bereich (13) aus elastischem Material, der in dem zweiten Betriebsmedienführungskanal (43, 46) der Platte zur Betriebsmedienabdichtung angeordnet ist, und einem Verbindungsbereich (15), der den ersten und zweiten hülsenförmigen Bereich (11, 13) verbindet und zwischen dem ersten hülsenförmigen Bereich (11) und zweiten hülsenförmigen Bereich (13) flach ausgebildet ist und an einer Oberfläche (48) der Platte (4) anliegt, - wobei jeder des ersten und zweiten hülsenförmigen Bereichs (11, 13) einen stirnseitigen ersten Dichtungsbereich (21) aus elastischem Material aufweist, der die jeweilige Betriebsmedienführung an einer ersten Trennfuge (81) zwischen der Platte (4) und der Medienanschlussanordnung (3) abdichtet, und einen dem ersten Dichtungsbereich (21) gegenüberliegenden zweiten Dichtungsbereich (22) aus elastischem Material aufweist, der die jeweilige Betriebsmedienführung an einer zweiten Trennfuge (82) zwischen der Platte (4) und dem Brennstoffzellenstapel (5) abdichtet.
Brennstoffzellenordnung nach Anspruch 5, bei der der erste Betriebsmedienführungskanal (41, 44) und/oder der zweite Betriebsmedienführungskanal (43, 46) zur Führung von Anodenbetriebsgas oder Kathodenbetriebsgas für die Brennstoffzellenanordnung (1) ausgebildet sind.
Brennstoffzellenordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei - die Platte (4) einen dritten Betriebsmedienführungskanal (42, 45) für eine Betriebsmedienführung zum Betrieb der Brennstoffzellenanordnung (1) aufweist, - der Medieneinsatz (101, 102) weiterhin einen dritten hülsenförmigen Bereich (12) aus elastischem Material aufweist, der in dem dritten Betriebsmedienführungskanal (42, 45) der Platte zur Betriebsmedienabdichtung angeordnet ist, - wobei der Verbindungsbereich (15) den ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereich (11, 12, 13) verbindet und zwischen dem ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereich (11, 12, 13) flach ausgebildet ist und an der Oberfläche (48) der Platte (4) anliegt, - wobei jeder des ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereichs (11, 12, 13) den ersten Dichtungsbereich (21) und den zweiten Dichtungsbereich (22) aufweist.
Brennstoffzellenordnung nach Anspruch 7, bei der der dritte Betriebsmedienführungskanal (42, 45) zur Führung von Kühlmittel für die Brennstoffzellenanordnung (1) ausgebildet ist.
Brennstoffzellenordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der erste Dichtungsbereich (21) durch einen Dichtungsflansch (25), der an einer Oberfläche (37) der Medienanschlussanordnung (3) anliegt, und der zweite Dichtungsbereich (22) durch wenigstens einen Abschnitt des Verbindungsbereichs (15), der an einer Oberfläche des Brennstoffzellenstapels (5) anliegt, gebildet ist.
Brennstoffzellenordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei der die Platte (4) als eine Endplatte der Brennstoffzellenanordnung (1) ausgebildet ist.
Brennstoffzellenordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei der die Platte (4) als eine metallische Platte ausgebildet ist.
Brennstoffzellenordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, bei der der Medieneinsatz (101, 102) derart in der Platte (4) angeordnet ist, dass das elastische Material wenigstens eines des ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereichs (11, 12, 13) zwischen dem ersten und zweiten Dichtungsbereich (21, 22) gedehnt und unter Zugspannung gesetzt ist.
Brennstoffzellenordnung nach Anspruch 12, bei der die Dehnung des elastischen Materials durch einen Überlapp (d2) des ersten Dichtungsbereichs (21) des Medieneinsatzes mit einer Stirnwand des entsprechenden Betriebsmedienführungskanals (44) der Platte hervorgerufen wird, der in der finalen Anordnung des Medieneinsatzes (101, 102) in der Platte (4) durch die Dehnung ausgeglichen wird.
Brennstoffzellenordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, bei der die Platte (4) an wenigstens einem des ersten, zweiten und dritten Betriebsmedienführungskanals (41-46) wenigstens eine geometrische Formung (47) aufweist, mittels der der Medieneinsatz (101, 102) in der Platte (4) in einer festen Position gehalten wird, wobei die wenigstens eine geometrische Formung (47) wenigstens eine Erhebung, insbesondere Stufe, Vertiefung, insbesondere Nute, und/oder einen Hinterschnitt aufweist.
Brennstoffzellenordnung nach Anspruch 14, bei der die wenigstens eine geometrische Formung (47) derart ausgebildet ist, dass wenigstens einer des ersten Dichtungsbereichs (21) und zweiten Dichtungsbereichs (22) in einer durch die geometrische Formung (47) definierten Weise komprimiert wird.
Brennstoffzellenordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, bei der der Medieneinsatz (101, 102) ohne ein von der Platte (4) separates Befestigungsmittel in der Platte (4) in einer festen Position gehalten wird.
Brennstoffzellenordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, bei der wenigstens einer des ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereichs (11, 12, 13) des Medieneinsatzes wenigstens eine Querschnittsänderung entlang seiner Längserstreckung aufweist.
Brennstoffzellenordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, bei der wenigstens einer des ersten Dichtungsbereichs (21) und zweiten Dichtungsbereichs (22) eine erste Dichtungsvorrichtung und zweite Dichtungsvorrichtung aufweist, die zur ersten Dichtungsvorrichtung redundant vorgesehen ist und bei einer fehlerhaften ersten Dichtungsvorrichtung eine Dichtungsfunktion übernimmt.
Brennstoffzellenordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 18, bei der der Medieneinsatz (101, 102) in wenigstens einem des ersten, zweiten und dritten hülsenförmigen Bereichs (11, 12, 13) eine Außenabmessung, insbesondere einen Außendurchmesser, aufweist, die mit einem Versatz (d1) kleiner ist als eine Innenabmessung, insbesondere ein Innendurchmesser, des entsprechenden ersten, zweiten bzw. dritten Betriebsmedienführungskanals (41-46) der Platte.
Brennstoffzellenordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 19, bei der wenigstens einer des ersten Dichtungsbereichs (21) und zweiten Dichtungsbereichs (22) nach dem Prinzip der Selbstverstärkung ausgebildet sind.