DE112005001086T5

DE112005001086T5 - Verzweigte Fluidkanäle zur verbesserten Fluidströmung durch eine Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112005001086T5
Application number: DE112005001086T
Authority: DE
Inventors: Pinkhas A. Rapaport; Jeffrey A. Rock
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-04-26
Also published as: WO2005117185A2; US20050260472A1; DE112005001086B4; WO2005117185A3; CN100502096C; CN1965424A; JP4833978B2; US7618734B2; JP2007538368A

Abstract

Kühlmittelströmungsfeldgeometrie zum Lenken eines Kühlmittels über eine Brennstoffzelle, mit:
einem ersten Kanal, der eine erste Länge und eine erste Kühlmittelströmung hindurch aufweist; und
einem zweiten Kanal, der eine zweite Länge und eine zweite Kühlmittelströmung hindurch aufweist, wobei die zweite Länge größer als die erste Länge ist und die erste und zweite Kühlmittelströmung zugemessen sind, um eine äquivalente Kühlmittelströmung pro Längeneinheit zwischen dem ersten und zweiten Kanal vorzusehen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellen und insbesondere eine Regulierung einer Fluidströmung durch ein Strömungsfeld einer Brennstoffzelle.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Brennstoffzellen erzeugen Elektrizität durch elektrochemische Reaktion und sind als Energiequellen für viele Anwendungen verwendet worden. Brennstoffzellen können erhebliche Vorteile gegenüber anderen Quellen für elektrische Energie bieten, wie eine verbesserte Effizienz, Zuverlässigkeit, Haltbarkeit, Kosten wie auch Umweltvorteile. Brennstoffzellen können schließlich in Kraftfahrzeugen und Lastkraftwägen verwendet werden. Brennstoffzellen können auch den Heim- und Geschäftsbereich mit Energie versorgen.
Es existieren mehrere verschiedene Typen von Brennstoffzellen, von denen jede Vorteile besitzt, die diese für gegebene Anwendungen besonders geeignet machen. Ein Typ ist eine Protonenaustauschmembran-(PEM)-Brennstoffzelle, die eine Membran besitzt, die zwischen einer Anode und einer Kathode schichtartig angeordnet ist. Um Elektrizität durch eine elektrochemische Reaktion zu erzeugen, wird Wasserstoff (H₂) an die Anode geliefert, und Luft oder Sauerstoff (O₂) wird an die Kathode geliefert.
In einer ersten Halbzellenreaktion wird Wasserstoff (H₂) in Wasserstoffprotonen (H⁺) und Elektronen (e^–) geteilt. Da die Membran nur protonenleitend ist, werden die Protonen durch die Membran transportiert. Die Elektronen fließen durch die Bipolarplatte, die zwei benachbarte in die Kathodenhälfte einer benachbarten Zelle trennt. In einer zweiten Halbzellenreaktion reagiert Sauerstoff (O₂) an der Kathode mit Wasserstoffprotonen (H⁺) und Elektronen (e^–) von der Anodenhälfte der benachbarten Zelle, um Wasser (H₂O) zu bilden. Die erste und letzte Zelle des Stapels sind über eine externe Last zur Schleife geschaltet. Durch die Reaktionen wird parasitäre Wärme erzeugt, die geregelt werden muss, um einen effizienten Betrieb des Brennstoffzellenstapels vorzusehen.
Der Brennstoffzellenstapel weist Kühlmittelströmungsfelder auf, durch die ein Kühlmittel strömt. Das Kühlmittel ist ein Wärmeübertragungsfluid, das den Brennstoffzellenstapel abhängig von den relativen Temperaturen des Kühlmittels und der Brennstoffzellenstapelkomponenten wärmen oder kühlen kann. Herkömmliche Kühlmittelströmungsfelder verteilen das Kühlmittel mit variierenden Raten über den Brennstoffzellenstapel. Infolgedessen existiert eine ungleichförmige Temperaturverteilung über den Brennstoffzellenstapel. Derartige ungleichförmige Temperaturverteilungen resultieren in einem ineffizienten Betrieb des Brennstoffzellenstapels wie auch ungleichförmigen Spannungsbelastungen in dem Brennstoffzellenstapel, die die Nutzlebensdauer des Brennstoffzellenstapels vermindern können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung eine Strömungsfeldgeometrie vor, die in einer Separatorplatte einer Brennstoffzelle geformt ist. Die Strömungsfeldgeometrie weist eine Vielzahl gerader Einlassschenkel auf, die einen ersten Seiteneinlassschenkel seitlich versetzt von einem ersten Einlassschenkel und einen Aufteilungsübergang aufweist, der jedem der Vielzahl gerader Einlassschenkel zugeordnet ist. Der Aufteilungsübergang teilt einen geraden Einlassschenkel in eine Vielzahl verzweigter Schenkel auf. Eine Anzahl eines ersten Satzes verzweigter Schenkel, die dem ersten Seiteneinlassschenkel zugeordnet sind, ist größer als eine Anzahl eines Satzes verzweigter Schenkel, die dem ersten Einlassschenkel zugeordnet sind.
Bei einer Ausführungsform weist die Strömungsfeldgeometrie ferner einen zweiten Seiteneinlassschenkel in der Vielzahl gerader Einlassschenkel auf. Der zweite Seiteneinlassschenkel ist auf einer Seite, die dem ersten Seiteneinlassschenkel entgegengesetzt ist, seitlich von dem ersten Einlassschenkel versetzt. Ein Aufteilungsübergang ist dem zweiten Seiteneinlassschenkel zugeordnet. Eine Anzahl eines ersten Satzes verzweigter Schenkel, die dem zweiten Seiteneinlassschenkel zugeordnet sind, ist größer als die Anzahl des Satzes verzweigter Schenkel, die dem ersten Einlassschenkel zugeordnet sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist jedem der Vielzahl gerader Einlassschenkel eine Länge zugeordnet, um ein dreieckförmiges Längenprofil zu definieren.
Bei einer anderen Ausführungsform weist die Strömungsfeldgeometrie ferner eine Vielzahl gerader Auslassschenkel auf, die einen ersten Seitenauslassschenkel seitlich versetzt von einem ersten Auslassschenkel aufweist. Ein Vereinigungsübergang ist jedem der Vielzahl gerader Auslassschenkel zugeordnet. Der Vereinigungsübergang verbindet einen geraden Auslassschenkel aus einer Vielzahl verzweigter Schenkel.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine Anzahl eines ersten Satzes verzweigter Schenkel, die dem ersten Seitenauslassschenkel zugeordnet sind, größer als eine Anzahl eines Satzes verzweigter Schenkel, die dem mittleren Auslassschenkel zugeordnet sind.
Bei einer noch weiteren Ausführungsform weist die Strömungsfeldgeometrie ferner einen zweiten Seitenauslassschenkel in der Vielzahl gerader Auslassschenkel auf. Der zweite Seitenauslassschenkel ist auf einer Seite, die dem ersten Seitenauslassschenkel entgegengesetzt ist, seitlich von dem ersten Auslassschenkel versetzt. Ein Vereinigungsübergang ist dem zweiten Seitenauslassschenkel zugeordnet. Eine Anzahl eines zweiten Satzes verzweigter Schenkel, die dem zweiten Seitenauslassschenkel zugeordnet sind, ist größer als die Anzahl des Satzes verzweigter Schenkel, die dem ersten Auslassschenkel zugeordnet sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist jedem der Vielzahl gerader Auslassschenkel eine Länge zugeordnet, um ein dreieckförmiges Längenprofil zu definieren.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
1 eine Schnittansicht eines Abschnittes eines Brennstoffzellenstapels ist;
2 eine Draufsicht eines Kühlmittelströmungsfeldes gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine detailliertere Ansicht eines Einlassabschnittes des Kühlmittelströmungsfeldes von 2 ist;
4 eine detailliertere Ansicht eines Auslassabschnittes des Kühlmittelströmungsfeldes von 2 ist;
5 ein Diagramm ist, das ein beispielhaftes Nenndurchflussprofil über das Kühlmittelströmungsfeld darstellt; und
6 ein Diagramm ist, das ein beispielhaftes Fluidtemperaturzunahmeprofil über das Kühlmittelströmungsfeld darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
In 1 ist ein Querschnitt eines Abschnittes eines Brennstoffzellenstapels 10 gezeigt. Der Brennstoffzellenstapel 10 weist eine Serie von Brennstoffzellen 12 auf. Jede Brennstoffzelle 12 weist eine Membranelektrodenanordnung (MEA) 14 auf, die schichtartig zwischen Separatorplatten 16 angeordnet ist. Diffusionsmedien 18 sind zwischen der MEA 14 und jeder der Separatorplatten 16 angeordnet. Ein Anodenreaktand (d.h. Wasserstoff) und ein Kathodenreaktand (d.h. Sauerstoff) werden durch die Separatorplatten 16 zur Reaktion über die MEA 14 verteilt.
In einem Fall sind die Separatorplatten 16 als eine Bipolarplatte 20 kombiniert. Jede Bipolarplatte 20 weist eine Anodenseparatorplatte 16 und eine Kathodenseparatorplatte 16 auf. Die Anodenseparatorplatte 16 besitzt eine Anodenseitenfläche 22 und eine Kühlmittelseitenfläche 24a. Ein Anodenströmungsfeld 26 ist in der Anodenseitenfläche 22 ausgebildet, und ein teilweises Kühlmittelströmungsfeld 28a ist in der Kühlmittelseitenfläche 24a ausgebildet. Die Kathodenseparatorplatte 16 weist eine Kathodenseitenfläche 30 und eine Kühlmittelseitenfläche 24c auf. Ein Kathodenströmungsfeld 32 ist in der Kathodenseitenfläche 30 ausgebildet, und ein teilweises Kühlmittelströmungsfeld 28c ist in der Kühlmittelseitenfläche 24c ausgebildet. Die Anodenseparatorplatte 16 und die Kathodenseparatorplatte 16 sind so aneinandergestapelt, dass die Kühlmittelseitenflächen 24a, 24c benachbart zueinander liegen. Die teilweisen Kühlmittelströmungsfelder 28a, 28c der Kühlmittelseitenflächen 24a, 24c sind ausgerichtet, um Fluidkanäle zu bilden, die eine Strömungsfeldgeometrie gemäß der vorliegenden Erfindung besitzen.
Anhand der 2 bis 4 wird die Strömungsfeldgeometrie der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben. Die Platte der 2 bis 4 zeigt die Kühlmittelkanäle 28 der Bipolarplatte 20. Die Bipolarplatte 20 weist eine Kühlmitteleinlasssammelleitung 34 und eine Kühlmittelauslasssammelleitung 36 auf. Kühlmittel strömt in die Kühlmittelkanäle 28 durch die Einlasssammelleitung 34 und wird von der Bipolarplatte 20 durch die Auslasssammelleitung 36 ausgetragen. Eine Einlassmittelachse (A_I) ist entlang des Zentrums der Einlasssammelleitung 34 definiert. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, werden Einlassschenkel 38, die allgemein benachbart der Einlassmittelachse liegen, als mittel bezeichnet, und diejenigen, die seitlich von der Einlassmittelachse versetzt sind, als seitlich bezeichnet. Ähnlicherweise ist eine Auslassmittelachse (A_O) entlang des Zentrums der Auslasssammelleitung 36 definiert. Auslassschenkel 46, die allgemein benachbart der Auslassmittelachse liegen, werden als mittel bezeichnet, und diejenigen, die seitlich von der Auslassmittelachse versetzt sind, werden als seitlich bezeichnet.
Jeder Fluidkanal weist einen geraden Einlassschenkel 38, einen Aufteilungsübergang 40, verzweigte Schenkel 42, einen Vereinigungsübergang 44 und einen geraden Auslassschenkel 36 auf. Genauer strömt Fluid von der Einlasssammelleitung 34 in einen Fluidkanal durch den geraden Einlassschenkel 38. Das Fluidvolumen wird an dem Aufteilungsübergang 40 in die verzweigten Schenkel 42 aufgeteilt (d.h. wo ein einzelner gerader Einlassschenkel in mehrere verzweigte Schenkel aufgeteilt wird). Das aufgeteilte Fluidvolumen strömt durch die verzweigten Schenkel 42 und wird an dem Vereinigungsübergang 44 wieder kombiniert (d.h. wo die mehreren verzweigten Schenkel in einen einzelnen geraden Auslassschenkel zusammenfallen). Das Fluidvolumen strömt durch den geraden Auslassschenkel 46 und wird durch die Auslasssammelleitung 36 ausgetragen.
Mit besonderem Bezug auf 3 definieren die Einlassschenkel 38 des Kühlmittelströmungsfeldes 28 ein allgemein dreieckförmiges Längenprofil. Genauer nimmt die Länge der Einlassschenkel 38 von den mittig ange ordneten Einlassschenkeln 38 (d.h. denen, die mit oder unmittelbar benachbart der Mittelachse ausgerichtet sind) über die seitlich angeordneten Einlassschenkel 38 ab (d.h. diejenigen, die nicht unmittelbar benachbart zu oder eben versetzt von der Mittelachse angeordnet sind). Auf diese Weise sind die Einlassschenkel 38, die der Mittelachse am nächsten sind, länger als diejenigen, die von der Mittelachse versetzt sind.
Die Länge eines gegebenen Fluidpfades bewirkt direkt einen Druckabfall eines durch den Fluidpfad strömenden Fluides. Insbesondere nimmt ein Fluiddruck ab, wenn das Fluid durch den Fluidpfad strömt. Daher wird ein größerer Druckabfall (d.h. Druckdifferenz von Einlass zu Auslass) für einen längeren Fluidpfad als für einen kürzeren Fluidpfad realisiert. Es besteht eine direkte Beziehung zwischen der Druckdifferenz und dem Fluiddurchfluss. Genauer nimmt, wenn die Druckdifferenz zunimmt, der Fluiddurchfluss ab. Da die Einlassschenkel 38, die sich am nächsten zu der Mittelachse befinden, länger als diejenigen sind, die von der Mittelachse versetzt sind, wird eine größere Druckdifferenz über die mehr mittigen Einlassschenkel 38 erreicht. Infolgedessen ist der Fluiddurchfluss durch die mehr mittigen Einlassschenke138 kleiner als der Fluiddurchfluss an dem Ende der mehr seitlichen Einlassschenkel 38. Auf diese Weise definieren die Einlassschenkel 38 ein entsprechendes dreieckförmiges Strömungsfeldprofil, das dazu dient, einen hohen Durchfluss durch die seitlichen Strömungskanäle relativ zu den mittleren Strömungskanälen vorzusehen.
Die Aufteilungsübergänge 40 sind an den Enden der Einlassschenkel 38 angeordnet. Die Aufteilungsübergänge 40 teilen jeden Einlassschenkel 38 in mehrere verzweigte Schenkel 42 auf. Jeder Aufteilungsübergang 40 kann die Einlassschenkel 38 in verschiedene Anzahlen verzweigter Schenkel 42 aufteilen. Insbesondere teilen die Aufteilungsübergänge 40, die den mehr mittigen Einlassschenkeln 38 entsprechen, die Einlassschenkel 38 in mehr verzweigte Schenkel 42 auf, als die Aufteilungsübergänge 40, die den mehr seitlichen Einlassschenkeln 38 entsprechen. Allgemein nimmt die Anzahl mehrerer verzweigter Schenkel 42 von den mittig angeordneten Aufteilungsübergängen 40 über die seitlich angeordneten Aufteilungsübergänge 40 hin ab.
Für die beispielhaften Strömungskanäle, die in den Figuren gezeigt sind, sind zwanzig (20) Einlassschenkel 38 in fünfundsiebzig (75) verzweigte Schenkel 42 aufgeteilt. Die seitlichsten Aufteilungsübergänge 40 teilen die Einlassschenkel 38 in zwei verzweigte Schenkel 42 auf. Die mittleren Aufteilungsübergänge 40 teilen die Einlassschenkel 38 in sechs bzw. sieben verzweigte Schenkel 42 auf. Die Aufteilungsübergänge 40, die zwischen den mittlersten Aufteilungsübergängen 40 und den seitlichsten Aufteilungsübergängen 40 angeordnet sind, teilen die Einlassschenkel 38 in variierende Anzahlen verzweigter Schenkel 42 auf, die sechs, fünf, vier und drei verzweigte Schenkel 42 aufweisen. Die spezifische Teilung von Einlässen in verzweigte Schenkel 42 basiert auf der spezifischen Strömungsfeldanwendung. Jedoch nimmt die Anzahl verzweigter Schenkel 42 allgemein von den mittleren Aufteilungsübergängen 40 zu den seitlichsten Aufteilungsübergängen 40 hin ab. Es sei angemerkt, dass die in den Figuren gezeigten Fluidkanäle lediglich beispielhafter Natur sind.
Die Aufteilungsübergänge 40 teilen das Kühlmittel auf und lenken das Kühlmittel in die entsprechenden verzweigten Schenkel 42. Wie oben detailliert beschrieben ist, ist der Fluiddurchfluss an dem Ende der seitlichsten Einlassschenkel 38 größer als der Fluiddurchfluss an dem Ende der mittleren Einlassschenkel 38. Da die Aufteilungsübergänge 40, die den mehr mittigen Einlassschenkeln 38 entsprechen, die Einlassschenkel 38 in mehr verzweigte Schenkel 42 aufteilen, als die Aufteilungsübergänge 40, die den mehr seitlichen Einlassschenkeln 38 entsprechen, wird ein Fluid, das einen höheren Fluiddurchfluss besitzt, in weniger verzweigte Schenkel 42 an den mehr seitlichen Aufteilungsübergängen 40 aufgeteilt, als ein Fluid, das einen geringeren Fluiddurchfluss an den mittleren Aufteilungsübergängen 40 besitzt. Infolgedessen ist der Fluiddurchfluss in den verzweigten Schenkeln 42 der mittleren Aufteilungsübergänge 40 geringer als der Fluiddurchfluss in den verzweigten Schenkeln 42 der seitlichen Aufteilungsübergänge 40. In 5 ist der Durchfluss durch jeden Kanal, der von links nach rechts nacheinander beziffert ist, graphisch dargestellt. Der Fluiddurchfluss nimmt von den mittleren verzweigten Schenkeln 42 über die seitlichen verzweigten Schenkel 42 zu, um ein allgemein U-förmiges Durchflussprofil über die verzweigten Schenkel vorzusehen.
Bezugnehmend auf die 2, 5 und 6 sind die Längen der mehr seitlichen verzweigten Schenkel 42 länger als die Längen der mehr mittigen verzweigten Schenkel 42. Die Fluiddurchflüsse der mehr seitlichen verzweigten Schenkel 42 sind größer als die Fluiddurchflüsse der mehr mittigen verzweigten Schenkel 42. Durch Teilen des Fluiddurchflusses eines gegebenen verzweigten Schenkels 42 durch die Länge des verzweigten Schenkels 42 wird ein Durchfluss pro Längeneinheit vorgesehen. Die Strömungskanalgeometrie der vorliegenden Erfindung sieht einen grob äquivalenten Durchfluss pro Längeneinheit für die verzweigten Schenkel 42 vor. Mit anderen Worten sind die Durchflüsse pro Längeneinheit über die verzweigten Schenkel 42 nahezu gleichförmig. Die gleichförmigen Durchflüsse resultieren in einer gleichförmigen Kühlung der Brennstoffzelle 12 über den Brennstoffzellenstapel 10. Wie in 6 gezeigt ist, ist das Temperaturzunahmeprofil über den Stapel relativ gleichförmig.
Wie in 4 gezeigt ist, fallen die verzweigten Schenkel 42 in einzelne Auslassschenkel 46 an den Vereinigungsübergängen 44 zusammen. Es sei angemerkt, dass die Anzahl von Auslassschenkeln 46 der Anzahl von Einlassschenkeln 38 entspricht. Jedoch sei angemerkt, dass die Anzahl von Auslassschenkeln 46 sich von der Anzahl von Einlassschenkeln 38 unterscheiden kann. Allgemein vereinigen sich die verzweigten Schenkel 42, die den mittleren Einlassschenkeln 38 zugeordnet sind, in mittlere Auslassschenkel 46. Ähnlicherweise vereinigen sich die verzweigten Schenkel 42, die den seitlichen Einlassschenkeln 38 zugeordnet sind, in entsprechende seitliche Auslassschenkel 46. Das aufgeteilte Fluid eines bestimmten Satzes verzweigter Schenkel 42 wird an den Vereinigungsübergängen 44 kombiniert. Infolgedessen ist der Fluiddurchfluss durch einen bestimmten Auslassschenkel 46 gegenüber den Fluiddurchflüssen durch die entsprechenden verzweigten Schenkel 42 erhöht.
Es sei auch angemerkt, dass die Auslassschenkel 46 ein ähnliches dreieckförmiges Längenprofil wie die Einlassschenkel 38 besitzen. Genauer nehmen die Längen der Auslassschenkel 46 von den mittleren Auslassschenkeln 46 über die seitlichen Auslassschenkel 46 hin ab. Infolgedessen existiert ein größerer Druckabfall entlang der mittleren Auslassschenkel 46 als an den seitlichen Auslassschenkeln 46, wie entsprechend oben für die Einlassschenkel beschrieben ist.
Obwohl die Strömungsfeldgeometrie hier unter Bezugnahme auf ein Kühlmittelströmungsfeld beschrieben worden ist, sei angemerkt, dass sie Strömungsfeldgeometrie in anderen Strömungsfeldanwendungen ausgeführt werden kann. Derartige Anwendungen weisen beispielsweise Reaktandenströmungsfelder, wie die Anoden- und Kathodenströmungsfelder 26, 32 auf. Eine Ausführung der Strömungsfeldgeometrie der vorliegenden Erfindung in einem Reaktandenströmungsfeld erlaubt eine gleichförmige Verteilung des Reaktanden über den Brennstoffzellenstapel 10. Auf diese Weise kann der aktive Bereich des Brennstoffzellenstapels 10 effizienter verwendet werden.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sind Abwandlungen, die nicht von der Grundidee der Erfindung abweichen, als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung befindlich anzusehen. Derartige Abwandlungen werden nicht als Abweichung von der Grundidee und den Schutzumfang der Erfindung betrachtet.
Zusammenfassung
Eine Strömungsfeldgeometrie, die in einer Separatorplatte einer Brennstoffzelle ausgebildet ist, weist eine Vielzahl gerader Einlassschenkel, die einen ersten seitlichen Einlassschenkel aufweist, der von einem ersten Einlassschenkel seitlich versetzt ist, und einen Aufteilungsübergang auf, der jedem der Vielzahl gerader Einlassschenkel zugeordnet ist. Die Aufteilungsübergang teilt einen geraden Einlassschenkel in eine Vielzahl verzweigter Schenkel. Eine Anzahl eines erstens Satzes verzweigter Schenkel, die dem ersten seitlichen Einlassschenkel zugeordnet sind, ist größer als eine Anzahl eines Satzes verzweigter Schenkel, die dem ersten Einlassschenkel zugeordnet sind.

Claims

Kühlmittelströmungsfeldgeometrie zum Lenken eines Kühlmittels über eine Brennstoffzelle, mit: einem ersten Kanal, der eine erste Länge und eine erste Kühlmittelströmung hindurch aufweist; und einem zweiten Kanal, der eine zweite Länge und eine zweite Kühlmittelströmung hindurch aufweist, wobei die zweite Länge größer als die erste Länge ist und die erste und zweite Kühlmittelströmung zugemessen sind, um eine äquivalente Kühlmittelströmung pro Längeneinheit zwischen dem ersten und zweiten Kanal vorzusehen.
Kühlmittelströmungsfeldgeometrie nach Anspruch 1, ferner mit einem ersten Übergang, der den ersten Kanal in einen ersten Satz verzweigter Kanälen aufteilt, und einem zweiten Übergang, der den zweiten Kanal in einen zweiten Satz verzweigter Kanäle aufteilt, wobei eine Anzahl des ersten Satzes verzweigter Kanäle kleiner als eine Anzahl des zweiten Satzes verzweigter Kanäle ist.
Kühlmittelströmungsfeldgeometrie zum Lenken von Kühlmittel über eine Brennstoffzelle, mit: einem ersten Einlassschenkel, der eine erste Länge aufweist, so dass eine erste Kühlmittelströmung hindurch einen ersten Druckabfall vorsieht; einem zweiten Einlassschenkel, der eine zweite Länge aufweist, so dass eine zweite Kühlmittelströmung hindurch einen zweiten Druckabfall vorsieht, der größer als der erste Druckabfall ist; einem ersten Satz verzweigter Schenkel, die von dem ersten Einlassschenkel abzweigen, um die erste Kühlmittelströmung zu teilen; und einem zweiten Satz verzweigter Schenkel, die von dem zweiten Einlassschenkel abzweigen, um die zweite Kühlmittelströmung zu teilen, wobei eine Anzahl verzweigter Schenkel in dem ersten Satz verzweigter Schenkel größer als eine Anzahl verzweigter Schenkel in dem zweiten Satz verzweigter Schenkel ist, um Kühlmittelströmungen durch jeden der Sätze verzweigter Schenkel zuzumessen, wodurch eine äquivalente Kühlmittelströmung pro Längeneinheit darin vorgesehen wird.
Strömungsfeldgeometrie zur Verwendung in einer Brennstoffzelle, mit: einer Vielzahl von Schenkeln, die einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel aufweist, der von dem ersten Schenkel seitlich versetzt ist; und einer Vielzahl von Übergängen, die einen ersten Übergang, der den ersten Schenkel in einen ersten Satz verzweigter Schenkel aufteilt, und einen zweiten Übergang aufweist, die den zweiten Schenkel in einen zweiten Satz verzweigter Schenkel aufteilt, wobei eine Anzahl des ersten Satzes verzweigter Schenkel kleiner als eine Anzahl des zweiten Satzes verzweigter Schenkel ist.
Strömungsfeldgeometrie nach Anspruch 4, wobei der erste Schenkel ein mittlerer Schenkel ist und der zweite Schenkel ein seitlicher Schenkel ist, der seitlich nach außen von dem mittleren Schenkel angeordnet ist.
Strömungsfeldgeometrie nach Anspruch 4, ferner mit: einem dritten Schenkel in der Vielzahl von Schenkeln, wobei der dritte Schenkel seitlich von dem ersten Schenkel auf einer Seite, die dem zweiten Schenkel entgegengesetzt ist, versetzt ist; und einem dritten Übergang, der den dritten Schenkel in einen dritten Satz verzweigter Schenkel teilt, wobei die Anzahl des ersten Satzes verzweigter Schenkel kleiner als eine Anzahl des dritten Satzes verzweigter Schenkel ist.
Strömungsfeldgeometrie nach Anspruch 4, wobei jeder der Vielzahl von Schenkeln gerade ist, und eine relative Länge, die damit zugeordnet ist, ein dreieckförmiges Längenprofil definiert.
Strömungsfeldgeometrie nach Anspruch 4, wobei jeder der Vielzahl von Schenkeln einen Einlassschenkel umfasst.
Strömungsfeldgeometrie nach Anspruch 8, ferner mit: einer Vielzahl von Auslassschenkeln, die einen ersten Auslassschenkel und einen zweiten Auslassschenkel aufweist, der von dem ersten Auslassschenkel seitlich versetzt ist; und einer Vielzahl von Vereinigungsübergängen, die einen ersten Vereinigungsübergang, der den ersten Satz verzweigter Schenkel mit dem ersten Auslassschenkel verbindet, und einen zweiten Vereinigungsübergang aufweist, der den zweiten Satz verzweigter Schenkel mit dem zweiten Auslassschenkel verbindet.
Strömungsfeldgeometrie nach Anspruch 9, wobei der erste Auslassschenkel ein mittlerer Schenkel ist und der zweite Auslassschenkel ein seitlicher Schenkel ist, der von dem mittleren Schenkel seitlich nach außen angeordnet ist.
Strömungsfeldgeometrie nach Anspruch 9, ferner mit: einem dritten Auslassschenkel, der von dem ersten Auslassschenkel auf einer Seite, die dem zweiten Auslassschenkel entgegengesetzt ist, seitlich versetzt ist; und einem dritten Vereinigungsübergang, der einen dritten Satz verzweigter Schenkel mit dem dritten Auslassschenkel verbindet, wobei die Anzahl des ersten Satzes verzweigter Schenkel kleiner als eine Anzahl des dritten Satzes verzweigter Schenkel ist.
Strömungsfeldgeometrie nach Anspruch 9, wobei jeder der Vielzahl von Auslassschenkeln gerade ist, und eine relative Länge, die damit zugeordnet ist, ein dreieckförmiges Längenprofil definiert.
Strömungsfeldgeometrie nach Anspruch 4, wobei jeder der Vielzahl von Schenkeln einen Auslassschenkel umfasst.
Separatorplatte zur Verwendung in einer Brennstoffzelle, mit: einer Einlasssammelleitung; einer Vielzahl von Einlassschenkeln in Fluidverbindung mit der Einlasssammelleitung und mit einem ersten Einlassschenkel und einem zweiten Einlassschenkel, der von dem ersten Einlassschenkel seitlich versetzt ist; und einer Vielzahl von Übergängen, die einen ersten Übergang, der den ersten Einlassschenkel in einen ersten Satz verzweigter Schenkel teilt, und einen zweiten Übergang aufweist, der den zweiten Einlassschenkel in einen zweiten Satz verzweigter Schenkel teilt, wobei eine Anzahl des ersten Satzes verzweigter Schenkel kleiner als eine Anzahl des zweiten Satzes verzweigter Schenkel ist.
Separatorplatte nach Anspruch 14, wobei der erste Einlassschenkel ein mittlerer Einlassschenkel ist und der zweite Einlassschenkel ein seitlicher Einlassschenkel ist, der von dem mittleren Schenkel seitlich nach außen angeordnet ist.
Separatorplatte nach Anspruch 14, ferner mit: einem dritten Einlassschenkel, der von dem ersten Einlassschenkel auf einer Seite, die dem zweiten Einlassschenkel entgegengesetzt ist, seitlich versetzt ist; und einem dritten Übergang, der den dritten Einlassschenkel in einen dritten Satz verzweigter Schenkel teilt, wobei die Anzahl des ersten Satzes verzweigter Schenkel kleiner als eine Anzahl des dritten Satzes verzweigter Schenkel ist.
Separatorplatte nach Anspruch 14, wobei jeder der Vielzahl von Einlassschenkeln gerade ist, und eine relative Länge, die damit zugeordnet ist, ein dreieckförmiges Längenprofil definiert.
Separatorplatte nach Anspruch 14, ferner mit: einer Vielzahl von Auslassschenkeln, die einen ersten Auslassschenkel und einen zweiten Auslassschenkel aufweist, der von dem ersten Auslassschenkel seitlich versetzt ist; und einer Vielzahl von Vereinigungsübergängen, die einen ersten Vereinigungsübergang, der den ersten Satz verzweigter Schenkel mit dem ersten Auslassschenkel verbindet, und einen zweiten Vereinigungsübergang aufweist, der den zweiten Satz verzweigter Schenkel mit dem zweiten Auslassschenkel verbindet.
Separatorplatte nach Anspruch 18, wobei der erste Auslassschenkel ein mittlerer Schenkel ist und der zweite Auslassschenkel ein seitlicher Schenkel ist, der von dem mittleren Schenkel seitlich auswärts angeordnet ist.
Separatorplatte nach Anspruch 18, ferner mit einer Auslasssammelleitung, die in Fluidverbindung mit der Vielzahl von Auslassschenkeln angeordnet ist.
Separatorplatte nach Anspruch 18, wobei jeder der Vielzahl von Auslassschenkeln gerade ist, und eine relative Länge, die damit zugeordnet ist, ein dreieckförmiges Längenprofil definiert.
Brennstoffzelle mit: einer Membranelektrodenanordnung; und einer Separatorplatte mit einem Reaktandengasströmungsfeld, das benachbart der Membranelektrodenanordnung angeordnet ist, einer Kühlmittelsammelleitung und einem Kühlmittelströmungsfeld in Fluidverbindung mit der Kühlmittelsammelleitung, wobei das Kühlmittelströmungsfeld eine Vielzahl von Schenkeln, die einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel aufweist, der von dem ersten Schenkel seitlich versetzt ist, einen ersten Übergang, der den ersten Schenkel in einen ersten Satz verzweigter Schenkel teilt, und einen zweiten Übergang aufweist, der den zweiten Schenkel in einen zweiten Satz verzweigter Schenkel aufteilt, wobei eine Anzahl des ersten Satzes verzweigter Schenkel kleiner als eine Anzahl des zweiten Satzes verzweigter Schenkel ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 22, wobei der erste Schenkel ein mittlerer Schenkel ist und der zweite Schenkel ein seitlicher Schenkel ist, der von dem mittleren Schenkel seitlich nach außen angeordnet ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 22, wobei das Kühlmittelströmungsfeld ferner umfasst: einen dritten Schenkel, der von dem ersten Einlassschenkel auf einer Seite, die dem zweiten Einlassschenkel entgegengesetzt ist, seitlich versetzt ist; und einen dritten Übergang, der den dritten Schenkel in einen dritten Satz verzweigter Schenkel aufteilt, wobei die Anzahl des ersten Satzes verzweigter Schenkel kleiner als eine Anzahl des dritten Satzes verzweigter Schenkel ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 22, wobei jeder der Vielzahl von Schenkeln gerade ist, und eine relative Länge, die damit zugeordnet ist, ein dreieckförmiges Längenprofil definiert.
Brennstoffzelle nach Anspruch 22, wobei jeder der Vielzahl von Schenkeln einen Einlassschenkel umfasst.
Brennstoffzelle nach Anspruch 26, wobei das Kühlmittelströmungsfeld ferner umfasst: eine Vielzahl von Auslassschenkeln, die einen ersten Auslassschenkel und einen zweiten Auslassschenkel aufweisen, der von dem ersten Auslassschenkel seitlich versetzt ist; und eine Vielzahl von Vereinigungsübergängen, die einen ersten Vereinigungsübergang, der den ersten Satz verzweigter Schenkel mit dem ersten Auslassschenkel verbindet, und einen zweiten Vereinigungsübergang aufweist, der den zweiten Satz verzweigter Schenkel mit dem zweiten Auslassschenkel verbindet.
Brennstoffzelle nach Anspruch 27, wobei der erste Auslassschenkel ein mittlerer Schenkel ist und der zweite Auslassschenkel ein seitlicher Schenkel ist, der von dem mittleren Schenkel seitlich nach außen angeordnet ist.
Brennstoffzelle nach Anspruch 27, wobei die Separatorplatte ferner eine Kühlmittelsammelleitung in Fluidverbindung mit der Vielzahl von Auslassschenkeln umfasst.
Brennstoffzelle nach Anspruch 27, wobei jeder der Vielzahl von Auslassschenkeln gerade ist, und eine relative Länge, die damit zugeordnet ist, ein dreieckförmiges Längenprofil definiert.