DE112005001970T5

DE112005001970T5 - Geprägte Brücken und Platten für eine Reaktandenlieferung für eine Brennstoffzelle

Info

Publication number: DE112005001970T5
Application number: DE112005001970T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey A. Rock; Scott C. Ofslager
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2025-06-10
Also published as: JP2008510272A; US20060035133A1; WO2006022990A3; WO2006022990A2; CN101036249A; CN101036249B; US7318973B2; DE112005001970B4

Abstract

Separatorplattenanordnung zur Verwendung in einer Brennstoffzelle, die umfasst:
eine Platte, die einen Rand mit einer dort hindurchgehend ausgebildeten Öffnung und ein in einer Fläche der Platte ausgebildetes Strömungsfeld aufweist; und
ein Brückenelement in Dichtungskontakt mit dem Rand und die Öffnung umgebend, um eine erhöhte Fläche um die Öffnung herum zu schaffen, wobei das Brückenelement einen Satz von darin ausgebildeten Anschlüssen aufweist, um zwischen dem Rand und der erhöhten Fläche eine Fluidverbindung von der Öffnung zu dem Strömungsfeld zu schaffen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellen und insbesondere geprägte Platten mit sich darauf befindenden Strömungsfeldern und geprägte Brücken, die eine Dichtungsunterstützungsfläche und einen Strömungspfad für eine Reaktandenlieferung zwischen einer Sammelleitung und einem Strömungsfeld auf der Platte einer Brennstoffzelle bereitstellen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Brennstoffzellen wurden bei vielen Anwendungen als Energiequelle verwendet. Beispielsweise sind Brennstoffzellen zur Verwendung in elektrischen Fahrzeugenergieanlagen zum Ersetzen von Brennkraftmaschinen vorgeschlagen worden. Bei Brennstoffzellen vom Typ der Protonenaustauschmembran (PEM von proton exchange membrane) wird die Anode der Brennstoffzelle mit Wasserstoff versorgt, und die Kathode wird mit Sauerstoff als dem Oxidationsmittel versorgt. PEM-Brennstoffzellen umfassen eine Membranelektrodenanordnung (MEA von membrane electrode assembly), die eine dünne, protonendurchlässige, elektrisch nicht leitfähige Festpolymerelektrolytmembran mit dem Anodenkatalysator an einer Seite und dem Kathodenkatalysator an der gegenüberliegenden Seite umfasst. Die MEA ist zwischen ein Paar von nicht porösen, elektrisch leitfähigen Elementen oder Platten eingelegt, welche (1) als Stromkollektoren für die Anode und die Kathode dienen und (2) geeignete Kanäle und/oder Durchlässe enthalten, die darin zur Verteilung der gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle über die Flächen der jeweiligen Anoden- und Kathodenkatalysatoren ausgebildet sind.
Der Begriff "Brennstoffzelle" wird typischerweise verwendet, um, abhängig vom Kontext, entweder eine einzige Zelle oder mehrere Zellen (einen Stapel) zu bezeichnen. Mehrere einzelne Zellen sind typischerweise zusammengefasst, um einen Brennstoffzellenstapel zu bilden, und sind üblicherweise elektrisch in Reihe angeordnet. Jede Zelle in dem Stapel umfasst die zuvor beschriebene Membranelektrodenanordnung (MEA), und jede solche MEA stellt ihren Spannungsbeitrag zur Verfügung. Eine Gruppe benachbarter Zellen in dem Stapel wird als ein Cluster bezeichnet.
Bei PEM-Brennstoffzellen ist Wasserstoff (H₂) der Anodenreaktand (d.h. der Kraftstoff), und Sauerstoff ist der Kathodenreaktand (d.h. das Oxidationsmittel). Der Sauerstoff kann entweder eine reine Form (O₂) oder Luft (eine Mischung aus O₂ und N₂) sein. Die Festpolymerelektrolyte sind typischerweise aus Ionentauscherharzen, wie z.B. perfluorierte Sulfonsäure, hergestellt. Die Anode/Kathode umfasst typischerweise fein unterteilte Katalysatorpartikel, die oft von Kohlenstoffpartikeln getragen werden, und mit einem protonenleitfähigen Harz vermischt sind. Die Katalysatorpartikel sind typischerweise teure Edelmetallpartikel. Diese MEAs sind als solche relativ teuer herzustellen und erfordern gewisse Bedingungen für einen effizienten Betrieb, welche ein geeignetes Wassermanagement und eine geeignete Befeuchtung und eine Kontrolle katalysatorschädigender Bestandteile, wie z.B. Kohlenmonoxid (CO), umfassen.
Die elektrisch leitfähigen Platten, zwischen welche die MEAs eingelegt sind, können an ihren Seiten eine Anordnung von Rillen enthalten, die Strömungsfelder zur Verteilung der gasförmigen Reaktanden der Brenn stoffzelle (d.h. Wasserstoff und Sauerstoff) oder eines Kühlmittels über die Flächen der jeweiligen Kathode und Anode definieren. Diese Reaktandenströmungsfelder umfassen allgemein mehrere Stege, die mehrere Strömungskanäle dazwischen definieren, durch welche die gasförmigen Reaktanden von einer Versorgungssammelleitung an einem Ende der Strömungskanäle zu einer Auslasssammelleitung an dem gegenüberliegenden Ende der Strömungskanäle strömen. Das zu dem Strömungsfeld strömende Fluid geht durch einen Durchlass auf der Platte, so dass das Fluid entlang eines Abschnitts beider Seiten der Platte strömt. Das Strömen des Fluids durch den Durchlass führt jedoch zu einem Druckabfall, der eine verlorene Energie darstellt, was unerwünscht ist.
Typischerweise schaffen nicht leitfähige Dichtungen oder Abdichtungen eine Abdichtung und eine elektrische Isolierung zwischen den einzelnen Platten des Brennstoffstapels. Zusätzlich schaffen die Abdichtungen einen Strömungspfad für die gasförmigen Reaktanden von der Versorgungssammelleitung zu den Seiten der jeweiligen Anoden- und Kathodenströmungsfelder. Herkömmlicherweise umfassen die Abdichtungen ein geformtes nachgiebiges Material, wie z.B. Gummi. Die geformten Gummidichtungen sind jedoch für eine Produktion in großen Stückzahlen nicht geeignet, da sie mehrere Minuten Aushärtezeit benötigen, und aufgrund der Schwierigkeit, die schlappen Dichtungen schnell und präzise an den Platten anzuordnen. Zusätzlich sind die geformten Gummidichtungen einer Verwendung mit einer einstückigen leitfähigen Platte aufgrund des Fehlens einer Dichtungsunterstützungseigenschaft an Abschnitten auf der einstückigen Platte zwischen dem Strömungsfeld und den Sammelleitungen nicht zuträglich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf ein geprägtes Brückenelement gerichtet, das einen Strömungspfad zwischen einer Sammelleitung und einem Strömungsfeld an einer Brennstoffzellenplatte definiert. Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung schafft ein Brückenelement auch eine Unterstützungsfläche, auf welcher eine Dichtung angeordnet werden kann, um die Platte gegen benachbarte Platten oder MEAs abzudichten. Die vorliegende Erfindung ist auch auf eine geprägte Platte gerichtet, die Strömungsfelder an zwei Flächen aufweist, die ein Strömen eines Fluids zwischen einer Versorgungssammelleitung und einer Rückführungssammelleitung auf einer einzigen Fläche der Platte aufrechterhalten.
Eine Brennstoffzelle gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens eine Platte, die einen Strömungsfeldabschnitt mit einem sich darauf befindenden Strömungsfeld aufweist. Das Strömungsfeld leitet ein Fluid entlang einer Fläche der Platte. Es gibt auch mindestens einen Sammelleitungsabschnitt mit mindestens einer Öffnung, durch welche das Fluid strömt. Es gibt mindestens ein Brückenelement, das die Öffnung umgibt und zu der Fläche der Platte abgedichtet ist. Das Brückenelement weist im Inneren mehrere Durchgangswege auf, durch welche das Fluid zwischen der Öffnung und dem Strömungsfeld strömt.
Bei einem anderen Aspekt umfasst eine Brennstoffzelle gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung eine Platte, die einen Strömungsfeldabschnitt mit einem sich darauf befindenden Strömungsfeld aufweist. Das Strömungsfeld leitet ein Fluid entlang einer Fläche der Platte. Es gibt mindestens einen Sammelleitungsabschnitt mit mindestens einer Öffnung, durch welche das Fluid strömt. Es gibt auch einen Abschnitt eines Endes des Strömungsfelds, der sich von der Öffnung weg entlang der Fläche verjüngt. Ein Abstand zwischen dem Abschnitt des Endes des Strömungsfelds und der Öffnung ändert sich entlang der Fläche.
Bei einem anderen Aspekt gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennstoffzelle mindestens eine Platte mit gegenüberliegenden ersten und zweiten Flächen. Die Platte weist einen Versorgungssammelleitungsabschnitt und einen Rückführungssammelleitungsabschnitt auf. Jede der Flächen weist einen Strömungsfeldabschnitt auf. Es gibt mehrere Versorgungsöffnungen in dem Versorgungssammelleitungsabschnitt, um die Platte mit Fluiden zu versorgen. Es gibt auch mehrere Rückführungsöffnungen in dem Rückführungssammelleitungsabschnitt, um Fluide aufzunehmen, mit der die Platte durch die Versorgungsöffnungen versorgt wird. Ein erstes Strömungsfeld liegt auf dem Strömungsfeldabschnitt der ersten Fläche. Das erste Strömungsfeld leitet ein erstes Fluid über die erste Fläche. Das erste Strömungsfeld weist mehrere durch Stege getrennte Kanäle auf, und das erste Fluid strömt durch diese Kanäle. Es gibt ein zweites Strömungsfeld, das auf dem Strömungsfeldabschnitt der zweiten Fläche liegt und ein zweites Fluid über die zweite Fläche leitet. Das zweite Strömungsfeld weist mehrere durch Stege getrennte Kanäle auf, und das zweite Fluid strömt durch diese Kanäle. Die Kanäle und Stege des ersten Strömungsfelds bilden jeweils die Stege und Kanäle des zweiten Strömungsfelds, was dazu führt, dass das zweite Strömungsfeld eine Umkehrung des ersten Strömungsfelds ist. Die ersten und zweiten Fluide verbleiben jeweils auf den ersten und zweiten Flächen, wenn sie zwischen den Versorgungs- und Rückführungsöffnungen strömen.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung offenbar. Es sollte verstanden sein, dass die genaue Beschreibung und spezielle Beispiele, obwohl sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen, nur zu Zwecken der Erläuterung gedacht sind und nicht dafür gedacht sind, den Umfang der Erfindung zu beschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird anhand der genauen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen besser verstanden werden, in denen:
1 eine Explosionsansicht eines Stapels von Brennstoffzellen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Explosionsansicht einer modularen MEA ist;
3A und B Draufsichten auf die zwei Flächen einer A-Platte gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind;
4A und B Draufsichten auf die zwei Flächen einer B-Platte gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind;
5A–D Draufsichten auf ein Kathodenbrückenelement, ein Kühlmittelbrückenelement, ein Anodenbrückenelement bzw. ein No-Flow-Anodenbrückenelement sind;
6A–C Querschnittsansichten des Kathodenbrückenelements von 5A entlang der Linie 6A-A, 6B-6B bzw. 6C-C sind;
7A eine Draufsicht auf einen Stapel von Brennstoffzellen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist;
7B eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Stapels von Brennstoffzellen von 7A entlang der Linie 7B-7B ist; und
7C eine Querschnittsansicht des Stapels von Brennstoffzellen von 7A entlang der Linie 7C-7C ist.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist rein beispielhafter Natur und beabsichtigt keinesfalls, die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen zu beschränken.
1 stellt eine Explosionsansicht eines Stapels von Brennstoffzellen 20 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Der Stapel 20 beinhaltet zwei verschiedene Platten, die in einer sich wiederholenden Abfolge angeordnet sind. Insbesondere weist der Brennstoffzellenstapel 20 mehrere A-Platten 22 und mehrere B-Platten 24 auf, die in einer sich wiederholenden Abfolge angeordnet sind, um Brennstoffzellen zu bilden, die aufeinander gestapelt sind. Die Platten 22, 24 sind nicht poröse elektrisch leitfähige Platten. Zwischen benachbarten Platten 22, 24 ist eine modulare MEA 26 angeordnet. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst jede modulare MEA 26 eine MEA 28, ein Paar von Dichtungen 30 und ein Paar von Diffusionsmedienlagen 32. Die MEA 28 ist zwischen den Dichtungen 30 angeordnet, die nicht leitfähige Dichtungen sind, welche eine Abdichtung und eine elektrische Isolierung zwischen den mehreren Platten des Brennstoffzellenstapels schaffen. Die Diffusionsmedienlagen 32 sind an den Hauptseiten der MEA 20 angeordnet, um deren aktive Seiten zu bedecken. Die Diffusionsmedienlagen 32 sind poröse, gasdurchlässige, elektrisch leitfähige Lagen, die gegen die Elektrodenseiten der MEA 28 drücken und als hauptsächliche Stromsammler für die Elektroden dienen. Die Diffusionsmedienlagen 32 stellen auch eine mechanische Unterstützung für die MEA 28 bereit, besonders an Stellen, an denen die MEA 28 in dem Strömungsfeld nicht anderweitig unterstützt wird. Geeignete Diffusionsmedienlagen 32 umfassen Kohlenstoff/Graphit, Papier/Stoff, feinmaschige Edelmetallsiebe, offenzellige Edelmetallschäume und dergleichen, welche einen Strom von den Elektroden leiten, während sie es einem Gas ermöglichen, hindurch zu gehen. Die MEA 28, die Dichtungen 30 und die Diffusionsmedienlagen 32 sind zusammen vormontiert, um eine modulare MEA 26 zu bilden, die zwischen benachbarten Platten 22, 24 verwendet wird, um den Stapel von Brennstoffzellen 20 zu bilden.
Die Platten 22, 24 sind in einer speziellen Reihenfolge angeordnet, so dass eine erste Fläche 34 der A-Platte 22 immer einer modularen MEA 26 zugewandt ist und ein Kathodenreaktandengas zwischen der ersten Fläche 34 und der modularen MEA 26 strömt. Eine zweite Fläche 36 der A-Platte 22 ist entweder einer modularen MEA 26 zugewandt, in welchem Fall ein Anodenreaktandengas zwischen der zweiten Fläche 36 und der modularen MEA 26 strömt, oder sie ist einer ersten Fläche 38 einer B-Platte 24 zugewandt, in welchem Fall ein Kühlmittel zwischen der zweiten Fläche 36 der A-Platte 22 und der ersten Fläche 36 der B-Platte 24 strömt. Wenn eine zweite Fläche 36 einer A-Platte 22 einer ersten Fläche 38 einer B-Platte 24 zugewandt ist, bilden die zwei Platten eine bipolare Kühlmittelplatte 39, die Wärme von den modularen MEAs 26, die an den Außenflächen der Kühlmittelplatte angeordnet sind, abführt. Die B-Platte 24 ist so angeordnet, dass die erste Fläche 38 immer einer zweiten Fläche 36 einer A-Platte 22 zugewandt ist, und weist ein Kühlmittel auf, das zwischen der ersten Fläche 38 der B-Platte 24 und der zweiten Fläche 36 der A-Platte 22 strömt. Eine zweite Fläche 40 der B-Platte 24 ist immer einer modularen MEA 26 zugewandt und weist ein Anodenreaktandengas auf, das zwischen der zweiten Fläche 40 und der modularen MEA 26 strömt.
Es gibt mehrere Brückenelemente, die in den Sammelleitungsabschnitten der Platten 22, 24 angeordnet sind und eine oder mehrere Öffnungen in den Sammelleitungsabschnitten umgeben. Insbesondere gibt es Kathodenbrückenelemente 42, Kühlmittelbrückenelemente 44, Anodenbrückenelemente 46 und No-Flow-Anodenbrückenelemente 48. Die Brückenelemente 42, 44, 46, 48 sind in den Sammelleitungsabschnitten der Platten 22, 24 angeordnet, um eine Unterstützungsfläche für die Dichtungselemente der modularen MEA 26 zu schaffen und um gewünschte Strömungspfade zwischen Öffnungen in den Sammelleitungsabschnitten der Platten 22, 24 und einem Strömungsfeld auf den Platten 22, 24 zu schaffen, wie nachfolgend erörtert wird.
In 3A und B, 4A und B, 5A–D und 7A gibt es Höhenänderungen, und die dunkleren Linien stellen eine höhere oder erhöhte Fläche relativ zu den helleren oder dünneren Linien dar, welche niedrigere Flächen darstellen. Mit anderen Worten gibt es einen Höhenunterschied zwischen den dunkleren Linien und den helleren Linien, wobei die dunkleren Linien in der dargestellten Ansicht eine höhere Erhebung darstellen.
Nun auf 3A und B Bezug nehmend, sind erste und zweite Flächen 34, 36 der A-Platte 22 genau gezeigt. Die A-Platte 22 weist einen Strömungsfeldabschnitt 50, der im Wesentlichen in der Mitte der A-Platte 22 liegt, einen Versorgungssammelleitungsabschnitt 52, der nahe an einem Endrand der A-Platte 22 liegt, und einen Rückführungssammelleitungsab schnitt 54 auf, der nahe dem anderen Endrand der A-Platte 22 liegt. Der Versorgungssammelleitungsabschnitt 52 umfasst mehrere Versorgungsöffnungen 56, 58, 60, durch welche ein Kathodenreaktandengas (Sauerstoff oder Luft), ein Kühlmittel bzw. ein Anodenreaktandengas (Wasserstoff) strömt. Auf ähnliche Weise umfasst der Rückführungssammelleitungsabschnitt 54 Rückführungsöffnungen 62, 64, 66, durch welche das Kathodenreaktandengas, das Kühlmittel bzw. das Anodenreaktandengas strömt. Die Öffnungen 56, 58, 60 in dem Versorgungssammelleitungsabschnitt 52 dienen dazu, die Flächen der A-Platte 22 mit dem gewünschten Fluid zu versorgen, während die Öffnungen 62, 64, 66 dazu dienen, das über die A-Platte 22 strömende Fluid aufzunehmen, wie nachfolgend erörtert wird. Es gibt ein erstes Strömungsfeld 68, das in einem Strömungsfeldabschnitt 50 auf der ersten Oberfläche 34 der A-Platte 22 liegt. Das erste Strömungsfeld 68 umfasst mehrere Stege 70, die dazu dienen, eine modulare MEA 26 zu unterstützen, und mehrere dazwischen liegende Kanäle 72, die einen Strömungspfad für ein Fluid schaffen, das durch das erste Strömungsfeld 68 strömt. Wie oben ausgeführt, liegt die erste Fläche 34 der A-Platte 22 immer einer modularen MEA 26 gegenüber und wird immer eine Kathodenreaktandenströmung durch die Kanäle 72 in dem ersten Strömungsfeld 68 erhalten.
Auf ähnliche Wiese, wie in 3B gezeigt ist, gibt es ein zweites Strömungsfeld 74, das auf einem Strömungsfeldabschnitt 50 der zweiten Fläche 36 der A-Platte 22 liegt. Das zweite Strömungsfeld 74 weist mehrere Stege 76 auf, welche entweder eine modulare MEA 26 unterstützen oder gegenüberliegende Stege auf der ersten Fläche 38 der B-Platte 24 kontaktieren, wie nachfolgend beschrieben wird. Das zweite Strömungsfeld 74 weist ebenfalls mehrere Kanäle 78 zwischen den Stegen 76 auf, durch welche entweder ein Anodenreaktandengas oder ein Kühlmittel strömt, wie nachfolgend beschrieben wird.
Die A-Platte 22 ist vorzugsweise aus einer starren Metalllage geprägt, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, und mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet, um einen niedrigen elektrischen Kontaktwiderstand zu schaffen. Weil die A-Platte 22 geprägt ist, bilden die Stege und Kanäle 70, 72 der ersten Fläche 34 die jeweiligen Kanäle und Stege 78, 76 der zweiten Fläche 36. Mit anderen Worten entspricht jeder Kanal 72 auf der ersten Fläche 34 einem Steg 76 auf der zweiten Fläche 36, während jeder Kanal 72 auf der ersten Fläche 34 einem Steg 76 auf der zweiten Fläche 36 entspricht. Dies führt dazu, dass das zweite Strömungsfeld 74 eine Umkehrung des ersten Strömungsfelds 68 ist. Die Strömungsfelder 68, 74 schaffen einen einpassagigen serpentinenförmigen Strömungspfad für ein Fluid, das zwischen den Versorgungs- und Rückführungssammelleitungsabschnitten 52, 54 strömt.
Jede Fläche 34, 36 der A-Platte 22 weist jeweilige Umfangsdichtungsflächen 80, 82 auf, wobei die Dichtungsfläche 82 auf der zweiten Fläche 36 breiter als die Dichtungsfläche 80 auf der ersten Fläche 34 ist. Die Dichtungsflächen 80, 82 werden zur Abdichtung gegenüber einer benachbarten modularen MEA 26 oder gegenüber einer gegenüberliegenden Fläche einer B-Platte 22 verwendet.
Eine Mehrheit der Endabschnitte der ersten und zweiten Strömungsfelder 68, 74, die den Sammelleitungsabschnitten 52, 54 benachbart sind, verjüngen sich von den Kathodenöffnungen 56, 62 weg, während sich die Endabschnitte der Strömungsfelder 68, 72 entlang der jeweiligen ersten und zweiten Flächen 34, 36 in Richtung der jeweiligen Kühlmittelöffnungen 60, 64 erstrecken. Das sich Verjüngen der Endabschnitte der Strömungsfelder 68, 74 schafft ein größeres Strömungsvolumen entlang der Endabschnitte der Strömungsfelder, welche die größte Anzahl von Kanä len speisen, während es das Strömungsvolumen entlang der Endabschnitte des Strömungsfelds, die eine verminderte Anzahl von Kanälen speisen, vermindert. Mit anderen Worten erleichtert das sich Verjüngen des Endabschnitts der Strömungsfelder das Strömen eines Kühlmittels von der Kühlmittelöffnung 58 in die Kanäle des Strömungsfelds, wobei eine angemessene Menge an Kühlmittel durch alle Kanäle strömt. Auf ähnliche Weise erleichtert das sich Verjüngen an dem Ende des Strömungsfelds, das dem Rückführungssammelleitungsabschnitt 54 benachbart ist, die Sammlung des Kühlmittels, das durch die Kanäle und in die Kühlmittelrückführungsöffnung 64 strömt. Auf diese Weise erleichtert das sich Verjüngen der Endabschnitte der Strömungsfelder eine gleichmäßigere Verteilung und Strömung eines Kühlmittels durch die verschiedenen Kanäle, welche die Strömungsfelder umfassen.
Nun auf 4A und B Bezug nehmend sind die jeweiligen ersten und zweiten Flächen 38, 40 einer B-Platte 24 gezeigt. Die B-Platte 24 umfasst einen Strömungsfeldabschnitt 90, um ein Fluid über die Flächen der B-Platte 24 zu leiten, einen Versorgungssammelleitungsabschnitt 92 zur Versorgung der B-Platte 24 mit Fluiden und einen Rückführungssammelleitungsabschnitt 94 zur Aufnahme von Fluiden, die über die B-Platte 24 strömen. Der Versorgungssammelleitungsabschnitt 92 weist mehrere Öffnungen 96, 98, 100 auf, durch welche ein Kathodenreaktandengas, ein Kühlmittelfluid bzw. ein Anodenreaktandengas strömt. Auf ähnliche Weise umfasst der Rückführungssammelleitungsabschnitt 94 mehrere Rückführungsöffnungen 102, 104, 106, die jeweils das Kathodenreaktandengas, das Kühlmittelfluid und das Anodenreaktandengas aufnehmen, die über die Fläche der B-Platte 24 geströmt sind.
Es gibt ein erstes Strömungsfeld 108 in dem Strömungsfeldabschnitt 90 auf der ersten Fläche 38 der B-Platte 24. Das erste Strömungsfeld 108 umfasst mehrere Stege 110, die in Stege 76 auf einer zweiten Fläche 36 einer A-Platte 22 eingreifen werden, und mehrere Kanäle 112 zwischen den Stegen 110, durch welche ein Kühlmittelfluid strömt. Da die Stege 110 auf der ersten Fläche 38 der B-Platte 24 entworfen sind, um in Stege 76 auf der zweiten Fläche 36 einer benachbarten A-Platte 22 einzugreifen, ist das erste Strömungsfeld 108 auf der B-Platte 24 im Wesentlichen ein Spiegelbild eines zweiten Strömungsfelds 74 auf der A-Platte 22. Mit anderen Worten ist ein Hauptabschnitt des ersten Strömungsfelds 108 ein Spiegelbild eines Hauptabschnitts des zweiten Strömungsfelds 74 auf der A-Platte 22, so dass, wenn die zweite Fläche 36 der A-Platte 22 neben der ersten Fläche 38 der B-Platte 24 angeordnet wird, die Stege 76 auf der A-Platte 22 im Wesentlichen ausgerichtet und in Eingriff mit den Stegen 110 auf der B-Platte 22 sind, wobei die jeweiligen Kanäle 78, 112 ebenfalls im Wesentlichen ausgerichtet sind, so dass ein Kühlmittelfluid durch die kombinierten Kanäle 78, 112 strömen kann, welche durch die kombinierten Stege 76, 110 getrennt sind. Ein zweites Strömungsfeld 114 befindet sich auf dem Strömungsfeldabschnitt 90 der zweiten Fläche 40 der B-Platte 24. Das zweite Strömungsfeld 114 umfasst mehrere Stege 116, die eine Unterstützung für eine modulare MEA 26 schaffen, und mehrere Kanäle 118 zwischen den Stegen 116, durch welche ein Anodenreaktandengas zwischen einer Anodenversorgungsöffnung 100 und einer Anodenrückführungsöffnung 106 strömt.
Jede der ersten und zweiten Flächen 38, 40 der B-Platte 24 weist jeweilige Umfangsdichtungsflächen 120, 122 auf. Die Dichtungsfläche 120 auf der ersten Fläche 38 ist breiter als die Dichtungsfläche 122 auf der zweiten Fläche 40. Die Dichtungsfläche 120 auf der ersten Fläche 38 der B-Platte 24 wirkt mit der Dichtungsfläche 82 auf der zweiten Fläche 36 einer benachbarten A-Platte 22 zusammen, wie nachfolgend beschrieben wird.
Die Dichtungsfläche 122 auf der zweiten Fläche 40 der B-Platte 24 dichtet gegenüber einer modularen MEA 26 ab.
Die B-Platte 24 ist vorzugsweise ebenfalls aus einer starren Metalllage geprägt, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, und mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet, um einen niedrigen elektrischen Kontaktwiderstand zu schaffen. Weil die B-Platte 24 geprägt ist, bilden die Stege 110 und die Kanäle 112 auf der ersten Fläche 38 des ersten Strömungsfelds 108 die jeweiligen Kanäle 118 und Stege 116 des zweiten Strömungsfelds 114. Mit anderen Worten entsprechen die Stege 110 auf der ersten Fläche 38 den Kanälen 118 auf der zweiten Fläche 40, während die Kanäle 112 auf der ersten Fläche 38 den Stegen 116 auf der zweiten Fläche 40 entsprechen. Mit dieser Anordnung ist das zweite Strömungsfeld 114 eine Umkehrung des ersten Strömungsfelds 108. Die Strömungsfelder 108, 114 schaffen einen einpassagigen serpentinenförmigen Strömungspfad für ein Fluid, das zwischen den Versorgungs- und Rückführungssammelleitungsabschnitten 92, 94 strömt.
Nun auf 5A–D Bezug nehmend sind Draufsichten von oben auf Brückenelemente 42, 44, 46, 48 gezeigt. Die Brückenelemente stellen eine Abdichtung um eine oder mehrere der Öffnungen in den A- und B-Platten 22, 24 bereit und sind auch entworfen, um mit erhöhten Abschnitten der Platten bündig abzuschließen, um eine Unterstützungsfläche zu schaffen, auf welcher ein Dichtungselement angeordnet werden kann, um zwischen benachbarten Platten oder einer modularen MEA 26 abzudichten, wie nachfolgend erörtert wird. Jedes Brückenelement 42, 44, 46, 48 ist an einer der Flächen der Platten 22, 24 befestigt. Die Brückenelemente 42, 44, 46, 48 können mit einem Kleber, durch Hartlöten oder durch andere Mittel an einer Fläche der Platten 22, 24 befestigt sein. Zusätzlich können die Brückenelemente 42, 44, 46, 48 eine Klebebeschichtung aufweisen, die eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Brückenelement und der Platte schafft. Die Brückenelemente 42, 44 und 46 schaffen einen Fluiddurchgangsweg zwischen einer der Öffnungen in den Sammelleitungsabschnitten und einem Strömungsfeld, um es einem Fluid zu ermöglichen, zwischen den Öffnungen und dem Strömungsfeld zu strömen. Das No-Flow-Anodenbrückenelement 48 jedoch schafft keinen Fluiddurchgangsweg, sondern verhindert stattdessen das Strömen eines Anodenreaktandengases über die Anodenöffnung hinaus, um welche herum das No-Flow-Anodenbrückenelement 48 angeordnet ist.
Die Brückenelemente 42, 44, 46, 48 sind vorzugsweise aus einem starren Material geprägt, beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder dergleichen. Das Prägen der Brückenelemente 42, 44, 46, 48 schafft zwei unterschiedliche Höhenpegel, wobei ein niedriger Punkt auf einer Seite einem hohen Punkt auf der anderen Seite entspricht und umgekehrt. Die Verwendung eines geprägten Metalls zur Herstellung der Brückenelemente 42, 44, 46, 48 stellt eine kostengünstige effiziente Weise zur Massenproduktion der Brückenelemente zur Verwendung beim Zusammenbau von Brennstoffzellen und eines Brennstoffzellenstapels bereit.
Nun auf 5A Bezug nehmend ist ein Kathodenbrückenelement 42 gezeigt. Das Kathodenbrückenelement 42 wird zwischen der ersten Fläche 34 einer A-Platte 22 und einer modularen MEA 26 eingefügt. Das Kathodenbrückenelement 42 ist eingerichtet, um in die Sammelleitungsabschnitte 52, 54 auf der ersten Fläche 34 einer A-Platte 22 zu passen, wobei es sowohl die Kathoden- als auch die Kühlmittelöffnungen darin umgibt. Das Kathodenbrückenelement 42 umfasst einen Kathodendurchlass 130 und einen Kühlmitteldurchlass 132, welche die jeweiligen Kathoden- und Kühlmittelöffnungen in den Sammelleitungsabschnitten umgeben, auf welchen das Kathodenbrückenelement 42 angeordnet ist, und welche es dem Kathodenreaktandengas und dem Kühlmittelfluid ermöglichen, durch die Sammelleitungsabschnitte benachbarter Platten zu strömen. Das Kathodenbrückenelement 42 umfasst eine untere Umfangsdichtungsfläche 134, die sich entlang eines Umfangs des Kathodenbrückenelements 42 erstreckt, eine untere Kühlmitteldichtungsfläche 136, die einen Umfang der Kühlmittelöffnung umgibt, und eine untere Kathodendichtungsfläche 138, die den Umfang der Kathodenöffnung umgibt. Wie oben ausgeführt, ist das Kathodenbrückenelement 42 beispielsweise durch einen Kleber oder durch Hartlöten abdichtend an der Platte gesichert. Das Abdichten des Kathodenbrückenelements 42 an der Platte führt dazu, dass die unteren Dichtungsflächen 134, 136, 138 fluiddichte Abdichtungen gegen die Fläche der Platte bilden, wodurch sie eine Strömung von den Sammelleitungsabschnitten zu den sich darauf befindenden Strömungsfeldern verhindern. Auf ähnliche Weise weist das Kathodenbrückenelement 42 eine obere Dichtungsfläche 140 auf, die sich entlang des Umfangs des Kathodenbrückenelements 42 erstreckt und einen Umfang des Kühlmitteldurchlasses 132 und einen Umfang des Kathodendurchlasses 130 umgibt. Die obere Dichtungsfläche 140 stellt eine erhöhte Unterstützungsfläche bereit, die mit dem erhöhten Gebiet des Sammelleitungsabschnitts, der die Anodenöffnungen umgibt, im Wesentlichen bündig ist, und schafft dadurch eine im Wesentlichen ebene Fläche, die gegen eine modulare MEA 26 abgedichtet werden kann, wenn diese an einer A-Platte 22 angeordnet wird. Demnach weist, wie in 6B gezeigt ist, das Kathodenbrückenelement 42 obere und untere Dichtungsflächen auf, die verwendet werden, um jeweilige fluiddichte Abdichtungen zwischen Sektionen jedes Sammelleitungsabschnitts 52, 54 der ersten Fläche 34 einer A-Platte 22 und einer modularen MEA 26 zu schaffen.
Zusätzlich zur Bereitstellung oberer und unterer Dichtungsflächen ermöglicht das Kathodenbrückenelement 42 auch das Strömen eines Kathoden reaktandengases von der Kathodenversorgungsöffnung 56 zu dem ersten Strömungsfeld 68 und in die Kathodenrückführungsöffnung 62. Um diese Strömung zu erleichtern, weist das Kathodenbrückenelement 42 einen ersten Satz von Anschlüssen 146, die in einer inneren Umfangswand 140i benachbart zu dem Kathodendurchlass 130 ausgebildet sind, und einen zweiten Satz von Anschlüssen 148 auf, die in einer äußeren Umfangswand 140o benachbart zu dem ersten Strömungsfeld 68 ausgebildet sind, wie in 5A und 6A gezeigt ist. Durchgangswege 146, 148 stellen Durchlässe in dem Kathodenbrückenelement 42 zwischen der oberen Dichtungsfläche 140 und den unteren Dichtungsflächen 138, 134 dar. Diese Durchlässe ermöglichen es dem Kathodenreaktandengas, von einer Kathodenöffnung durch einen ersten Satz von Durchgangswegen 146, dann zwischen dem Kathodenbrückenelement 42 und der ersten Fläche 34 der A-Platte 22, dann durch den zweiten Satz von Durchgangswegen 148 und in Kanäle 72 des ersten Strömungsfelds 68 zu strömen, wenn es an dem Versorgungssammelleitungsabschnitt 52 angeordnet ist, und umgekehrt, wenn es an dem Rückführungssammelleitungsabschnitt 54 angeordnet ist. Um eine zusätzliche Unterstützung für den großen Spannenabschnitt der oberen Dichtungsfläche zwischen den ersten und zweiten Durchgangswegen 146, 148 zu schaffen, umfasst das Kathodenbrückenelement mehrere Windungen 152, die sich zwischen den oberen und unteren Erhöhungen erstrecken, um eine Unterstützung zwischen der erste Fläche 34 der A-Platte 22 und der oberen Dichtungsfläche 140 des Kathodenbrückenelements 42 bereitzustellen, wie in 5A und 6C gezeigt ist. Mit anderen Worten umfassen die Windungen 152 einen unteren Abschnitt 154, der mit der ersten Fläche 34 der A-Platte 22 in Kontakt ist, und einen oberen Abschnitt 156, der einen Abschnitt der oberen Dichtungsfläche 140 des Kathodenbrückenelements 42 bildet. Wie in 6C gezeigt ist, sind die Enden der Windungen 152 offen, um es einem Kathodenreaktandengas zu ermöglichen, hindurchzuströmen. Die Windungen 152 sind zwischen der Kathodenöffnung und dem Strömungsfeld allgemein in Richtung der Kathodenreaktandenströmung ausgerichtet, um die Behinderung der Kathodenreaktandengasströmung zu minimieren. Auf diese Weise bildet das Kathodenbrückenelement 42 eine Brücke, die eine obere Dichtungsfläche bereitstellt, welche mit den erhöhten Höhenmerkmalen auf der ersten Fläche 34 der A-Platte 22 bündig ist, während es eine Strömung eines Kathodenreaktandengases zwischen der ersten Fläche 34 der A-Platte 22 und der oberen Fläche des Kathodenbrückenelements 42 ermöglicht und ein Kühlmittelfluid am Eintreten in das erste Strömungsfeld 68 hindert.
Nun auf 5B Bezug nehmend ist ein Kühlmittelbrückenelement 44 gezeigt. Das Kühlmittelbrückenelement 44 weist das gleiche äußere Profil wie das Kathodenbrückenelement 42 auf. Das Kühlmittelbrückenelement 44 wird zwischen einer ersten Fläche 38 einer B-Platte 24 und einer zweiten Fläche 36 einer A-Platte 22 eingefügt, wenn eine Kühlmittelplatte 39 gebildet wird. Das Kühlmittelbrückenelement 44 ist eingerichtet, um in die Sammelleitungsabschnitte auf der ersten Fläche 38 der B-Platte 24 zu passen, wobei es die Kühlmittel- und Kathodenöffnungen darin umgibt. Das Kühlmittelbrückenelement 44 umfasst einen Kathodendurchlass 160, der eingerichtet ist, um die Kathodenöffnung in der ersten Fläche 38 der B-Platte 24 zu umgeben, und einen Kühlmitteldurchlass 162, der eingerichtet ist, um die Kühlmittelöffnung in der ersten Fläche 38 der B-Platte 24 zu umgeben. Das Kühlmittelbrückenelement 44 umfasst eine untere Umfangsdichtungsfläche 164, die sich entlang des Umfangs des Kühlmittelbrückenelements 44 erstreckt, eine untere Kühlmitteldichtungsfläche 166, die sich um den Umfang des Kühlmitteldurchlasses 162 erstreckt, und eine untere Kathodendichtungsfläche 168, die sich um den Kathodendurchlass 160 erstreckt. Die unteren Dichtungsflächen 164, 166, 168 sind durch einen Kleber, Hartlöten oder ähnliche Methoden zur Schaffung einer fluiddichten Abdichtung gegen die erste Fläche 38 der B-Platte 24 abgedichtet, wie oben ausgeführt ist. Das Kühlmittelbrückenelement 44 weist eine obere Dichtungsfläche 170 auf, die sich entlang des Umfangs des Kühlmittelbrückenelements 44 erstreckt und einen Umfang des Kühlmitteldurchlasses 162 und einen Umfang des Kathodendurchlasses 160 umgibt. Die obere Dichtungsfläche 170 stellt eine erhöhte Unterstützungsfläche bereit, die im Wesentlichen bündig mit dem erhöhten Gebiet des Sammelleitungsabschnitts ist, der die Anodenöffnungen umgibt, und schafft dadurch eine im Wesentlichen ebene Fläche, die gegen das erhöhte Gebiet der Sammelleitungsabschnitte an der zweiten Fläche 36 einer A-Platte 22 abgedichtet werden kann, wenn eine Kühlmittelplatte 39 gebildet wird. Die obere Dichtungsfläche 170 weist ein darauf aufgebrachtes Elastomermaterial oder einen Dichtungsklebstoff auf, um ein Abdichten zwischen der oberen Dichtungsfläche 170 und den erhöhten Gebieten der Sammelleitungsabschnitte auf der zweiten Fläche 36 der A-Platte 22 zu erleichtern. Auf diese Weise weist das Kühlmittelbrückenelement 44 obere und untere Dichtungsflächen auf, die verwendet werden, um fluiddichte Abdichtungen jeweils zwischen Sektionen jedes Sammelleitungsabschnitts 92, 94 der ersten Fläche 38 einer B-Platte 24 und erhöhten Sektionen der Sammelleitungsabschnitte 52, 54 der zweiten Fläche 36 einer A-Platte 22 zu schaffen.
Das Kühlmittelbrückenelement 44 umfasst einen ersten Satz von Anschlüssen 176, die benachbart zu dem Umfang des Kühlmitteldurchlasses 162 angeordnet sind, und einen zweiten Satz von Anschlüssen 178, die entlang eines Abschnitts des Umfangs des Kühlmittelbrückenelements 44 angeordnet sind, der dem ersten Strömungsfeld 108 benachbart sein wird, wenn er an einer B-Platte 24 angeordnet wird. Die ersten und zweiten Anschlusssätze 176, 178 ermöglichen es einem Kühlmittelfluid, zwischen den Kühlmittelöffnungen 98, 104 und dem ersten Strömungsfeld 108 auf der B-Platte 24 zu strömen. Wenn das Kühlmittelfluid zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 176, 178 strömt, strömt das Kühlmittelfluid zwischen der ersten Fläche 38 der B-Platte 24 und der Unterseite der oberen Dichtungsfläche 170 des Kühlmittelbrückenelements 44. Das Kühlmittelbrückenelement 44 umfasst auch mehrere Windungen 182, die untere und obere Abschnitte 184, 186 aufweisen, welche eine zusätzliche Unterstützung für die obere Dichtungsfläche 170 zwischen dem Kathodendurchlass 160 und dem zweiten Satz von Anschlüssen 178 bereitstellen. Die Windungen 182 sind so angeordnet, dass sie sich im Wesentlichen parallel zu dem Kathodendurchlass 160 erstrecken, wodurch sie im Wesentlichen parallel zu der Kühlmittelfluidströmungsrichtung sind und die Behinderung eines Kühlmittelfluids minimieren, das zwischen den ersten und zweiten Anschlusssätzen 176, 178 strömt. Das Kühlmittelbrückenelement 44 schafft auf diese Weise eine fluiddichte Abdichtung zwischen den vertieften Sammelleitungsabschnitten auf der ersten Fläche 38 der B-Platte 24 und den erhöhten Sammelleitungsabschnitten der zweiten Fläche 36 auf der A-Platte 22, hindert einen Kathodenreaktanden am Eintreten in das erste Strömungsfeld 108 der B-Platte 24 und ermöglicht es einem Kühlmittelfluid, von der Kühlmittelversorgungsöffnung 98 durch das erste Strömungsfeld 108 und in die Kühlmittelfluidrückführungsöffnung 104 zu strömen.
Nun auf 5C Bezug nehmend ist ein Anodenbrückenelement 46 gezeigt. Das Anodenbrückenelement 46 wird entweder zwischen eine zweite Fläche 36 einer A-Platte 22 und eine modulare MEA 26 oder zwischen eine zweite Fläche 40 einer B-Platte 24 und eine modulare MEA 26 eingefügt. Das Anodenbrückenelement 46 ist eingerichtet, um in die vertieften Sammelleitungsabschnitte der zweiten Flächen 36, 40 auf den Platten 22, 24 zu passen, und umgibt die sich darin befindende Anodenöffnung. Das Anodenbrückenelement 46 weist einen Anodendurchlass 190 auf, der die Anodenöffnung auf den Platten 22, 24 umgibt, wenn es darauf angeordnet ist. Das Anodenbrückenelement 46 umfasst eine untere Umfangsdichtungsfläche 192, die sich entlang eines Umfangs des Anodenbrückenelements 46 erstreckt, und eine untere Anodendichtungsfläche 194, die sich um den Umfang des Anodendurchlasses 190 erstreckt. Die unteren Dichtungsflächen 192, 194 sind gegen die zweiten Flächen 36, 40 der Platten 22, 24, beispielsweise durch einen Kleber oder durch Hartlöten, abgedichtet und schaffen eine fluiddichte Abdichtung dazwischen. Das Anodenbrückenelement 46 weist auch eine obere Dichtungsfläche 196 auf, die mit einer modularen MEA 26 zusammenwirkt und eine fluiddichte Abdichtung dazwischen schafft. Die obere Dichtungsfläche 196 schafft eine erhöhte Dichtungsfläche, die im Wesentlichen bündig mit dem erhöhten Gebiet der Sammelleitungsabschnitte ist, welche die Kathoden- und Kühlmittelöffnungen auf den zweiten Oberflächen 36, 40 einer der jeweiligen A-Platten 22 oder B-Platten 24 umgeben, und schafft eine erhöhte Dichtungsfläche, die gegen eine modulare MEA 26 abgedichtet werden kann. Es gibt einen Satz von Anschlüssen 198, die sich durch die obere Dichtungsfläche 196 erstrecken, um es einem Anodenreaktandengas zu ermöglichen, zwischen einer Anodenöffnung und einem Strömungsfeld auf der Platte zu strömen. Auf diese Weise schafft das Anodenbrückenelement 46 obere und untere Dichtungsflächen, die fluiddichte Abdichtungen zwischen den Flächen der Platten 22, 24 und einer modularen MEA 26 bilden, während es einem Anodenreaktandengas ermöglicht, zwischen den Anodenreaktandenöffnungen und dem Strömungsfeld darauf zu strömen, während es ein Kühlmittel am Strömen in das Strömungsfeld hindert.
Nun auf 5D Bezug nehmend ist ein No-Flow-Anodenbrückenelement 48 gezeigt. Das No-Flow-Anodenbrückenelement 48 wird zwischen eine zweite Fläche 36 einer A-Platte 22 und eine erste Fläche 38 einer B-Platte 24 eingefügt, wenn eine Kühlmittelplatte 39 gebildet wird. Das No-Flow- Anodenbrückenelement 48 ist eingerichtet, um in die vertieften Sammelleitungsabschnitte auf der zweiten Fläche 36 der A-Platte 22 angeordnet zu werden, wobei es die Anodenöffnungen darauf umgibt. Das No-Flow-Anodenbrückenelement 48 verhindert das Strömen eines Anodenreaktanden durch das Strömungsfeld auf der Platte, auf welcher es gesichert ist. Das No-Flow-Anodenbrückenelement 48 umfasst einen Anodendurchlass 200, die die Anodenöffnung auf der Platte umgibt, auf welcher das No-Flow-Anodenbrückenelement 48 angeordnet ist. Das No-Flow-Anodenbrückenelement 48 weist auch eine untere Umfangsdichtungsfläche 202, die einen Umfang des No-Flow-Anodenbrückenelements 48 umgibt, eine untere Anodendichtungsfläche 204, die einen Umfang des Anodendurchlasses 202 umgibt, und eine obere Dichtungsfläche 206 dazwischen auf, die den Anodendurchlass 200 umgibt. Die unteren Dichtungsflächen 202, 204 sind durch einen Kleber oder durch Hartlöten gegen eine zweite Fläche 36 einer A-Platte 22 abgedichtet, wie oben erörtert wurde. Die obere Dichtungsfläche 206 schafft eine bündige Dichtungsfläche mit den erhöhten Sektionen in den Sammelleitungsabschnitten auf der zweiten Fläche 36 der A-Platte 22. Die obere Dichtungsfläche 206 ist mit einem Kleber oder einem Elastomermaterial versehen, um einen fluiddichten Eingriff zwischen der oberen Fläche 206 und den erhöhten Sammelleitungsabschnitten zu schaffen, welche die Anodenöffnungen auf der ersten Fläche 38 der B-Platte 24 umgeben. Das No-Flow-Anodenbrückenelement 48 enthält jedoch keinerlei Anschlüsse und ermöglicht es einem Fluid nicht, zwischen der Anodenöffnung, die es umgibt, und dem benachbarten Strömungsfeld zu strömen. Auf diese Weise wirkt das No-Flow-Anodenbrückenelement 48 wie eine Dichtung oder ein Abdichtelement, um eine Strömung eines Anodenreaktandengases durch die Sammelleitungsabschnitte zu ermöglichen, aber es erlaubt nicht, dass das Anodenreaktandengas durch ein benachbartes Strömungsfeld strömt.
Nun auf 1 Bezug nehmend wird der Aufbau des Stapels von Brennstoffzellen 20 erörtert. Die A- und B-Platten 22, 24 sind in einem sich wiederholenden Muster angeordnet, um mehrere Brennstoffzellen zu bilden, die zueinander benachbart sind und einen Stapel von Brennstoffzellen 20 bilden. Insbesondere sind die Platten 22, 24 in einem sich wiederholenden BAABA-Muster angeordnet, das einen Stapel von Brennstoffzellen bildet, wobei jede modulare MEA 26 an einer ihrer Seiten gekühlt wird, wie nachfolgend erörtert wird. Das Muster kann wiederholt oder verkürzt werden, um einen Stapel mit einer gewünschten Anzahl von Brennstoffzellen zu schaffen.
Die folgende Erörterung des Bildens von Brennstoffzellen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung beginnt mit der Verwendung einer B-Platte 24. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass diese Erörterung rein exemplarisch ist und andere Anfangspunkte verwendet werden können, um die vorliegende Erfindung zu beschreiben. Eine erste Brennstoffzelle wird durch Anordnen einer modularen MEA 26 zwischen gegenüberliegenden B- und A-Platten 24, 22 gebildet. Insbesondere ist ein Paar von Anodenbrückenelementen 46 an vertieften Gebieten auf Sammelleitungsabschnitten 92, 94 an einer zweiten Fläche 40 einer B-Platte 24 gesichert und schafft dadurch eine im Wesentlichen ebene Dichtungsfläche auf der zweiten Fläche 40 der B-Platte 24, welche die erhöhten Gebiete der Sammelleitungsabschnitte 92, 94, die die Kathodenöffnungen 96, 102, und die Kühlmittelöffnungen 100, 104 umgeben, eine obere Dichtungsfläche 196 des Anodenbrückenelements 46 und eine Umfangsdichtungsfläche 122 auf der zweiten Fläche 40 der B-Platte 24 umfasst. Diese bündigen Dichtungsflächen sind gegen eine modulare MEA 26 angeordnet und schaffen eine fluiddichte Abdichtung, wenn der Stapel von Brennstoffzellen zusammengedrückt wird. Ein Paar von Kathodenbrückenelementen 42 ist in den vertieften Gebieten der Sammelleitungsabschnitte 52, 54 an einer ersten Fläche 34 einer A-Platte 22 gesichert und schafft dadurch eine im Wesentlichen ebene oder bündige Dichtungsfläche, welche eine obere Dichtungsfläche 140 des Kathodenbrückenelements 42, die erhöhten Gebiete der Sammelleitungsabschnitte 52, 54 auf der ersten Fläche 34 der A-Platte 22 und eine Umfangsdichtungsfläche 80 der ersten Fläche 34 der A-Platte 22 umfasst und welche eine fluiddichte Abdichtung bildet, wenn sie gegen eine modulare MEA 26 gedrückt wird. Das Anodenbrückenelement 46 ermöglicht es einem Anodenreaktandengas, entlang des zweiten Strömungsfeldes 114 auf der B-Platte 24 zu strömen, während es das Kathodenbrückenelement 42 einem Kathodenreaktandengas ermöglicht, durch das erste Strömungsfeld 68 auf der A-Platte 22 zu strömen, wodurch die erste Zelle gebildet wird.
Eine weitere Brennstoffzelle wird durch ein Anordnen einer weiteren modularen MEA 26 zwischen der zweiten Fläche 36 der A-Platte 22 der ersten Brennstoffzelle und einer ersten Fläche 34 einer anderen A-Platte 22' gebildet. In diesem Fall wird jedoch die andere A-Platte 22' mit einer anderen B-Platte 24' verbunden, um eine Kühlmittelplatte 39 zu bilden. Das heißt, die Kühlmittelplatte 39 wird durch ein Anordnen der zweiten Fläche 36 der anderen A-Platte 22' gegenüber der ersten Fläche 38 der anderen B-Platte 24' gebildet. Ein Paar von No-Flow-Anodenbrückenelementen 48 wird an den vertieften Gebieten der Sammelleitungsabschnitte 52, 54 auf der zweiten Fläche 36 der anderen A-Platte 22' befestigt, während ein Paar von Kühlmittelbrückenelementen 44 an den vertieften Gebieten der Sammelleitungsabschnitte 92, 94 auf der ersten Fläche 38 der anderen B-Platte 24' befestigt wird. Die benachbarten A- und B-Platten 22', 24' werden aneinander befestigt, beispielsweise durch Laserschweißen oder Hartlöten oder Klebstoff, um die Kühlmittelplatte 39 zu bilden. Da das erste Strömungsfeld 108 der B-Platte 24' im Wesentlichen ein Spiegelbild des zweiten Strömungsfelds 74 der A-Platte 22' ist, sind die Stege 110, 76 und die Kanäle 112, 78 auf den Strömungsfeldern 108, 74 im Wesentlichen ausgerichtet. Die Kühlmittelbrückenelemente 44 ermöglichen es einem Kühlmittelfluid, von den Kühlmittelversorgungsöffnungen 98, 58 durch die gegenüberliegenden Strömungsfelder 108, 74 und in die Kühlmittelrückführungsöffnungen 104, 64 zu strömen. Auf diese Weise bildet die Kühlmittelplatte 39 eine Kühlungszelle, die Wärme von einer modularen MEA 26, mit welcher sie in Kontakt steht, abführen wird.
Wenn die Kühlmittelplatte 39 gebildet ist, kann dann die zweite Brennstoffzelle durch Einlegen einer modularen MEA 26' zwischen der zweiten Fläche 36 der A-Platte 22, die in der ersten Brennstoffzelle verwendet wurde, und der ersten Fläche 34 der A-Platte 22', die die Kühlmittelplatte 39 bildet, gebaut werden. Insbesondere wird ein Paar von Anodenbrückenelementen 46 an den vertieften Gebieten der Sammelleitungsabschnitte 52, 54 auf der zweiten Fläche 36 der A-Platte 22 befestigt und schafft dadurch eine im Wesentlichen ebene Dichtungsfläche, welche eine obere Dichtungsfläche 196 des Anodenbrückenelements 46, die erhöhten Gebiete der Sammelleitungsabschnitte 52, 54 auf der zweiten Fläche 36 der A-Platte 22 und eine Umfangsdichtungsfläche 82 auf der zweiten Fläche 36 der A-Platte 22 umfasst und welche eine fluiddichte Abdichtung bildet, wenn sie gegen die modulare MEA 26' gedrückt wird. Ein Paar von Kathodenbrückenelementen 42 wird an den vertieften Gebieten der Sammelleitungsabschnitte 52, 54 auf der ersten Fläche 34 der A-Platte 22', die ein Teil der Kühlmittelplatte 39 ist, befestigt und schafft dadurch eine im Wesentlichen ebene Dichtungsfläche, welche die obere Dichtungsfläche 140 des Kathodenbrückenelements 42, das erhöhte Gebiet der Sammelleitungsabschnitte 52, 54 auf der ersten Fläche 34 der A-Platte 22' und eine Umgebungsdichtungsfläche 80 auf der ersten Fläche 34 der A-Platte 22 umfasst und welche gegen die modulare MEA 26' gedrückt wird, um eine fluiddichte Abdichtung dazwischen zu bilden. Die Anodenbrückenelemen te 46 ermöglichen es einem Anodenreaktandengas, zwischen den Anodenöffnungen 60, 66 und durch das zweite Strömungsfeld 74 auf der A-Platte 22 entlang einer Fläche der modularen MEA 26 zu strömen, während die Kathodenbrückenelemente 42 es einem Kathodenreaktandengas ermöglichen, zwischen den Kathodenöffnungen 56, 62 durch das erste Strömungsfeld 68 auf der A-Platte 22' der Kühlmittelplatte 39 entlang der anderen Seite der modularen MEA 26' zu strömen, wodurch die zweite Brennstoffzelle gebildet wird. Die zweite Brennstoffzelle wird durch das Kühlmittelfluid, das durch die Kühlmittelplatte 39 strömt, gekühlt.
Eine dritte Brennstoffzelle wird durch ein Zusammendrücken einer weiteren modularen MEA 26'' zwischen der anderen Seite der Kühlmittelplatte 39 und einer dritten A-Platte 22'' gebildet. Insbesondere wird ein Paar von Anodenbrückenelementen 46 an den vertieften Gebieten der Sammelleitungsabschnitte 92, 94 auf der zweiten Fläche 40 der B-Platte 24', die Teil der Kühlmittelplatte 39 ist, befestigt und gegen eine Seite der modularen MEA 26 gedrückt, um eine fluiddichte Abdichtung dazwischen zu bilden. Ein Paar von Kathodenbrückenelementen 42 wird an den vertieften Gebieten der Sammelleitungsabschnitte 52, 54 auf der erste Fläche 34 einer dritten A-Platte 22'' befestigt und gegen die gegenüberliegende Seite der modularen MEA 26 gedrückt. Die Anodeneinschübe 46 ermöglichen es einem Anodenreaktandengas, zwischen den Anodenöffnungen 100, 106 durch das zweite Strömungsfeld 114 auf der B-Platte 24' und entlang einer Fläche der modularen MEA 26 zu strömen, während die Kathodenbrückenelemente 42 es einem Kathodenreaktandengas ermöglichen, zwischen den Kathodenöffnungen 56, 62 und durch das erste Strömungsfeld 68 auf der A-Platte 22'' entlang der anderen Fläche der modularen MEA 26'' zu strömen, wodurch die dritte Brennstoffzelle gebildet wird. Zusätzliche Brennstoffzellen können gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ergänzt werden, indem man dem BAABA-Muster folgt.
Nun auf 7A Bezug nehmend ist eine Draufsicht auf einen Stapel von Brennstoffzellen 20 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei eine erste Fläche 34 einer A-Platte 22 gezeigt ist. Ein Abschnitt der resultierenden Kathodenversorgungssammelleitung und das Kathodenreaktandengas, das zu den verschiedenen Brennstoffzellen strömt, die den Stapel von Brennstoffzellen 20 bilden, ist in 7B gezeigt. Das heißt, 7B ist eine Querschnittsansicht durch einen Stapel von Brennstoffzellen 20 von 7A entlang der Linien 7B-7B, wobei sich der Querschnitt in das Blatt hinein erstreckt. Wie gesehen werden kann, versorgt die Kathodensammelleitung entlang der rechten Seite von 7B die Brennstoffzellen mit einem Kathodenreaktandengas. Die Platten, die ein Kathodenbrückenelement 42 darauf aufweisen, ermöglichen es dem Kathodenreaktandengas, von der Kathodensammelleitung zu dem Strömungsfeld auf der zugeordneten Platte zu strömen, indem es durch einen ersten Satz von Anschlüssen 146, dann zwischen der oberen Dichtungsfläche 140 und der Platte, dann durch den zweiten Satz von Anschlüssen 148 und in das zugeordnete Strömungsfeld strömt. Im Gegensatz dazu wird, wo das Kathodenreaktandengas auf ein Kühlmittelbrückenelement 44 trifft, ein Strömen von der Kathodensammelleitung in das Strömungsfeld auf der Platte verhindert. Die Arbeitsweise des Kühlmittelbrückenelements 44 und des Kathodenbrückenelements 42, um es einem Kühlmittel zu ermöglichen, zu fließen, während ein Kathodenreaktandengas am Strömen gehindert wird, ist im Wesentlichen zu diesem identisch und wird deshalb nicht gezeigt. Auf ähnliche Weise ist die Arbeitsweise des Anodenbrückenelements 46 und des No-Flow-Anodenbrückenelements 48 im Wesentlichen gleich der mit Bezug auf die Kathoden- und Kühlmittelbrückenelemente 42, 44 gezeigten und wird daher ebenfalls nicht gezeigt.
Nun auf 7C Bezug nehmend, ist eine Querschnittsansicht des Stapels von Brennstoffzellen von 7A entlang der Linien 7C-7C, die in das Blatt hineinreichen, gezeigt. Auf diese Weise sind eine resultierende Brennstoffzellenkonfiguration und die verschiedenen Fluidströmungen durch die Strömungsfelder gezeigt. Wie gesehen werden kann, steht eine Fläche jeder modularen MEA 26 in Kontakt mit einem Kanal, der eine Kühlmittelströmung enthält, während gegenüberliegende Seiten jeder MEA in Kontakt mit einem Kathodenreaktandengas und einem Anodenreaktandengas stehen. Auf diese Weise schafft die vorliegende Erfindung Brennstoffzellen, die in einer Stapelkonfiguration angeordnet sind, wobei eine Fläche jeder MEA gekühlt ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf spezielle Beispiele erörtert wurde, sollte es verstanden sein, dass Variationen, die nicht vom Wesen der Erfindung abweichen, im Umfang der Erfindung liegen sollen. Beispielsweise kann das spezielle Wiederholmuster, das zwischen den A- und B-Platten verwendet wird, variiert werden. Zusätzlich kann auch die Konfiguration der sich darauf befindlichen Strömungsfelder angepasst werden, um eine gewünschte Anzahl von Durchgängen eines Fluids entlang der Fläche einer Platte zu schaffen. Darüber hinaus kann die Anordnung der vertieften und erhöhten Gebiete der Sammelleitungsabschnitte verändert werden, um eine gewünschte Konfiguration zu schaffen. Zusätzlich kann auch die Konfiguration oder Ausrichtung der verschiedenen Öffnungen in den Sammelleitungsabschnitten verändert werden. Daher ist die Beschreibung der Erfindung rein beispielhafter Natur, und Variationen, die nicht von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung abweichen, sollen nicht als eine Abweichung von dem Geist und Umfang der Erfindung betrachtet werden.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung offenbart ein geprägtes Brückenelement, das einen Strömungspfad zwischen einer Sammelleitung und einem Strömungsfeld auf einer Brennstoffzellenplatte definiert. Das Brückenelement schafft eine Unterstützungsfläche, auf welcher eine Dichtung angeordnet werden kann, um die Platte gegenüber benachbarten Platten oder MEAs abzudichten. Die Brennstoffzellenplatten können geprägte Platten mit zwei Flächen sein, von denen jede Strömungsfelder darauf aufweist. Die Strömungsfelder erhalten eine Fluidströmung zwischen einer Versorgungssammelleitung und einer Rückführungssammelleitung auf einer einzigen Fläche der Platte aufrecht. Die Enden der Strömungsfelder können sich relativ zu den Versorgungs- und Rückführungsöffnungen verjüngen, um eine gewünschte Strömungsverteilung durch das Strömungsfeld zu schaffen.

Claims

Separatorplattenanordnung zur Verwendung in einer Brennstoffzelle, die umfasst: eine Platte, die einen Rand mit einer dort hindurchgehend ausgebildeten Öffnung und ein in einer Fläche der Platte ausgebildetes Strömungsfeld aufweist; und ein Brückenelement in Dichtungskontakt mit dem Rand und die Öffnung umgebend, um eine erhöhte Fläche um die Öffnung herum zu schaffen, wobei das Brückenelement einen Satz von darin ausgebildeten Anschlüssen aufweist, um zwischen dem Rand und der erhöhten Fläche eine Fluidverbindung von der Öffnung zu dem Strömungsfeld zu schaffen.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Brückenelement eine Umfangswand umfasst, die sich zwischen dem Rand und der erhöhten Fläche erstreckt, wobei der Satz von Anschlüssen in der Umfangswand ausgebildet ist.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 2, wobei das Brückenelement ferner eine Dichtungsfläche umfasst, die sich von der Umfangswand erstreckt und in Dichtungskontakt mit der Fläche steht.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Brückenelement ferner eine Windung umfasst, die in der erhöhten Fläche ausgebildet ist, um einen örtlich abgesenkten Bereich in Kontakt mit dem Rand zu schaffen, wodurch eine Unterstützung für das Brückenelement geschaffen wird, während eine Fluidverbindung dazwischen möglich ist.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Rand eine zweite dort hindurchgehend ausgebildete Öffnung umfasst, um eine Fluidverbindung durch die Platte zu schaffen, wobei ein Abschnitt des Brückenelements die zweite Öffnung umgibt, um das Strömungsfeld von der zweiten Öffnung abzudichten.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Rand eine darin ausgebildete Dichtungsfläche benachbart zu dem Brückenelement umfasst, wobei die Dichtungsfläche und die erhöhte Fläche in einer Ebene liegen, die im Wesentlichen parallel zu und beabstandet von der Fläche der Platte ist.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 6, wobei die Dichtungsfläche eine darin ausgebildete zweite Öffnung aufweist, um eine Fluidverbindung durch die Platte zu schaffen.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 7, die ferner eine Dichtung umfasst, welche auf einer Fläche der Platte gegenüber dem Strömungsfeld angeordnet ist, wobei die Dichtung die zweite Öffnung umgibt und in Dichtungskontakt mit der Platte steht.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 8, wobei die Dichtung ein zweites Brückenelement in Dichtungskontakt mit der Platte umfasst.
Brennstoffzelle, die mindestens eine Separatorplattenanordnung nach Anspruch 1 umfasst.
Separatorplattenanordnung zur Verwendung in einer Brennstoffzelle, die umfasst: eine Platte, die einen Einlassrand mit einer dort hindurchgehend ausgebildeten Einlassöffnung, einen Rückführungsrand mit einer dort hindurchgehend ausgebildeten Rückführungsöffnung und ein Strömungsfeld aufweist, das in einer Fläche der Platte ausgebildet ist; ein Einlassbrückenelement in Dichtungskontakt mit dem Einlassrand und die Einlassöffnung umgebend, um eine erste erhöhte Fläche um die Einlassöffnung herum zu schaffen, wobei das Einlassbrückenelement einen Satz von darin ausgebildeten Einlassanschlüssen aufweist, um zwischen dem Einlassrand und der ersten erhöhten Fläche eine Fluidverbindung von der Einlassöffnung zu dem Strömungsfeld zu schaffen; und ein Rückführungsbrückenelement in Dichtungskontakt mit dem Rückführungsrand und die Rückführungsöffnung umgebend, um eine zweite erhöhte Fläche um die Rückführungsöffnung herum zu schaffen, wobei das Rückführungsbrückenelement einen Satz von darin ausgebildeten Rückführungsanschlüssen aufweist, um zwischen dem Rückführungsrand und der zweiten erhöhten Fläche eine Fluidverbindung von dem Strömungsfeld zu der Rückführungsöffnung zu schaffen.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 11, wobei jedes Einlassbrückenelement und jedes Rückführungsbrückenelement eine Umfangswand umfasst, die sich zwischen dem Rand und der erhöhten Fläche erstreckt, wobei der Satz von Anschlüssen in der Umfangswand ausgebildet ist.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 12, wobei jedes Einlassbrückenelement und jedes Rückführungsbrückenelement ferner eine Dichtungsfläche umfasst, die sich von der Umfangswand erstreckt und in Dichtungskontakt mit der Fläche steht.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 11, wobei jedes Einlassbrückenelement und jedes Rückführungsbrückenelement ferner eine Windung umfasst, die in der erhöhten Fläche ausgebildet ist, um einen örtlich abgesenkten Bereich in Kontakt mit dem Rand zu schaffen, wodurch eine Unterstützung für jedes Einlass- und Rückführungsbrückenelement geschaffen wird, während eine Fluidverbindung dazwischen möglich ist.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 11, wobei der Einlassrand eine zweite dort hindurchgehend ausgebildete Einlassöffnung umfasst, um eine Fluidverbindung durch die Platte zu schaffen, wobei ein Abschnitt des Einlassbrückenelements die zweite Einlassöffnung umgibt, um das Strömungsfeld von der zweiten Einlassöffnung abzudichten.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 15, wobei der Rückführungsrand eine zweite dort hindurchgehend ausgebildete Rückführungsöffnung umfasst, um eine Fluidverbindung durch die Platte zu schaffen, wobei ein Abschnitt des Rückführungsbrückenelements die zweite Rückführungsöffnung umgibt, um das Strömungsfeld von der zweiten Rückführungsöffnung abzudichten.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 11, wobei der Einlassrand eine darin ausgebildete Dichtungsfläche benachbart zu dem Einlassbrückenelement umfasst, wobei die Dichtungsfläche und die erste erhöhte Fläche in einer Ebene liegen, die im Wesentlichen parallel zu und beabstandet von der Fläche der Platte ist.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 17, wobei die Dichtungsfläche eine darin ausgebildete zweite Einlassöffnung aufweist, um eine Fluidverbindung durch die Platte zu schaffen.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 18, die ferner eine Dichtung umfasst, die auf einer Fläche der Platte gegenüber dem Strömungsfeld angeordnet ist, wobei die Dichtung die zweite Einlassöffnung umgibt und in Dichtungskontakt mit der Platte steht.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 19, wobei die Dichtung eine zweite Einlassbrücke in Dichtungskontakt mit der Platte umfasst.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 11, wobei der Rückführungsrand eine darin ausgebildete Dichtungsfläche benachbart zu dem Rückführungsbrückenelement umfasst, wobei die Dichtungsfläche und die zweite erhöhte Fläche in einer Ebene liegen, die im Wesentlichen parallel zu und beabstandet von der Fläche der Platte ist.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 21, wobei die Dichtungsfläche eine darin ausgebildete zweite Rückführungsöffnung aufweist, um eine Fluidverbindung durch die dünne Platte zu schaffen.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 22, die ferner eine Dichtung umfasst, die auf einer Fläche der Platte gegenüber dem Strömungsfeld angeordnet ist, wobei die Dichtung die zweite Rückführungsöffnung umgibt und in Dichtungskontakt mit der Platte steht.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 23, wobei die Dichtung ein zweites Rückführungsbrückenelement in Dichtungskontakt mit der Platte umfasst.
Brennstoffzelle, die mindestens eine Separatorplattenanordnung nach Anspruch 11 umfasst.
Bipolare Plattenanordnung zur Verwendung in einer Brennstoffzelle, die umfasst: eine Platte, die einen ersten Rand mit einer dort hindurchgehend ausgebildeten ersten Öffnung und einer dort hindurchgehend ausgebildeten zweiten Öffnung, ein in einer ersten Fläche der Platte ausgebildetes erstes Strömungsfeld und ein in einer zweiten Fläche der Platte ausgebildetes zweites Strömungsfeld aufweist; ein erstes Brückenelement in Dichtungskontakt mit dem ersten Rand auf der ersten Fläche und die erste Öffnung umgebend, um eine erste erhöhte Fläche um die erste Öffnung herum zu schaffen, wobei das erste Brückenelement einen ersten Satz von darin ausgebildeten Anschlüssen aufweist, um zwischen dem ersten Rand und der ersten erhöhten Fläche eine Fluidverbindung von der ersten Öffnung zu dem ersten Strömungsfeld zu schaffen; und ein zweites Brückenelement in Dichtungskontakt mit dem ersten Rand auf der zweiten Fläche und die zweite Öffnung umgebend, um eine zweite erhöhte Fläche um die zweite Öffnung herum zu schaffen, wobei das zweite Brückenelement einen zweiten Satz von darin ausgebildeten Anschlüssen aufweist, um zwischen dem ersten Rand und der zweiten erhöhten Fläche eine Fluidverbindung von der zweiten Öffnung zu dem zweiten Strömungsfeld zu schaffen.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 26, wobei jedes der ersten und zweiten Brückenelemente eine Umfangswand umfasst, die sich zwischen dem ersten Rand und der erhöhten Fläche erstreckt, wobei der Satz von Anschlüssen in der Umfangswand ausgebildet ist.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 27, wobei das Brückenelement ferner eine Dichtungsfläche umfasst, die sich von der Umfangswand erstreckt und in Dichtungskontakt mit der Fläche steht.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 27, wobei das erste Brückenelement ferner eine Windung umfasst, die in der ersten erhöhten Fläche zwischen der Umfangswand ausgebildet ist, um einen örtlich niedrigen Bereich in Kontakt mit dem ersten Rand zu schaffen, wodurch eine Unterstützung für das erste Brückenelement geschaffen wird, während eine Fluidverbindung dazwischen möglich ist.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 26, wobei die Platte einen zweiten Rand mit einer dort hindurchgehend ausgebildeten dritten Öffnung und einer dort hindurchgehend ausgebildeten vierten Öffnung aufweist und die Separatorplattenanordnung ferner umfasst: ein drittes Brückenelement in Dichtungskontakt mit dem zweiten Rand auf der ersten Fläche und die dritte Öffnung umgebend, um eine dritte erhöhte Fläche um die dritte Öffnung herum zu schaffen, wobei das dritte Brückenelement einen dritten Satz von darin ausgebildeten Anschlüssen aufweist, um zwischen dem zweiten Rand und der dritten erhöhten Fläche eine Fluidverbindung von dem ersten Strömungsfeld zu der dritten Öffnung zu schaffen; und ein viertes Brückenelement in Dichtungskontakt mit dem zweiten Rand auf der zweiten Fläche und die vierte Öffnung umgebend, um eine vierte erhöhte Fläche um die vierte Öffnung herum zu schaffen, wobei das vierte Brückenelement einen vierten Satz von darin ausgebildeten Anschlüssen aufweist, um zwischen dem zweiten Rand und der vierten erhöhten Fläche eine Fluidverbindung von dem zweiten Strömungsfeld zu der vierten Öffnung zu schaffen.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 30, wobei jedes der dritten und vierten Brückenelemente eine Umfangswand umfasst, die sich zwischen dem zweiten Rand und der erhöhten Fläche erstreckt, wobei der Satz von Anschlüssen in der Umfangswand ausgebildet ist.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 31, wobei das Brückenelement ferner eine Dichtungsfläche umfasst, die sich von der Umfangswand erstreckt und in Dichtungskontakt mit der Fläche steht.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 31, wobei das dritte Brückenelement ferner eine Windung umfasst, die in der dritten erhöhten Fläche zwischen der Umfangswand ausgebildet ist, um einen örtlich abgesenkten Bereich in Kontakt mit dem zweiten Rand zu schaffen, wodurch eine Unterstützung für das dritte Brückenelement geschaffen wird, während eine Fluidverbindung dazwischen möglich ist.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 30, wobei die Platte einen ersten Satz von Stegen und Kanälen, die in der ersten Fläche ausgebildet sind, um das erste Strömungsfeld zu definieren, und einen zweiten Satz von Stegen und Kanälen umfasst, die in der zweiten Fläche ausgebildet sind, um das zweite Strömungsfeld zu definieren.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 34, wobei die Platte eine dünne, geprägte Platte umfasst, so dass der erste Satz von Stegen in der ersten Fläche dem zweiten Satz von Kanälen in der zweiten Fläche entspricht und der erste Satz von Kanälen in der ersten Fläche dem zweiten Satz von Stegen in der zweiten Fläche entspricht.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 35, wobei das erste Strömungsfeld einen einpassagigen serpentinenförmigen Strömungspfad zwischen der ersten Öffnung und der dritten Öffnung schafft und das zweite Strömungsfeld einen einpassagigen serpentinenförmigen Strömungspfad zwischen der zweiten Öffnung und der vierten Öffnung schafft.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 26, wobei die Platte einen ersten Satz von Stegen und Kanälen, die in der ersten Fläche ausgebildet sind, um das erste Strömungsfeld zu definieren, und einen zweiten Satz von Stegen und Kanälen umfasst, die in der zweiten Fläche ausgebildet sind, um das zweite Strömungsfeld zu definieren.
Separatorplattenanordnung nach Anspruch 37, wobei die Platte eine dünne, geprägte Platte umfasst, so dass der erste Satz von Stegen in der ersten Fläche dem zweiten Satz von Kanälen in der zweiten Flä che entspricht, und der erste Satz von Kanälen in der ersten Fläche dem zweiten Satz von Stegen in der zweiten Fläche entspricht.
Brennstoffzelle, die mindestens eine Separatorplattenanordnung nach Anspruch 26 umfasst.
Bipolare Plattenanordnung zur Verwendung in einer Brennstoffzelle, die umfasst: eine erste Platte, die einen ersten Rand mit einer dort hindurchgehend ausgebildeten ersten Öffnung und einer dort hindurchgehend ausgebildeten zweiten Öffnung und ein erstes Strömungsfeld aufweist, das in einer ersten Fläche der ersten Platte ausgebildet ist; eine zweite Platte, die einen zweiten Rand mit einer dort hindurchgehend ausgebildeten dritten Öffnung und einer dort hindurchgehend ausgebildeten vierten Öffnung und ein zweites Strömungsfeld aufweist, das in einer zweiten Fläche der zweiten Platte ausgebildet ist, wobei die zweite Platte in einer gegenüberliegenden Beziehung zu der ersten Platte angeordnet ist, so dass das erste Strömungsfeld und das zweite Strömungsfeld nach außen gewandt sind; ein erstes Brückenelement in Dichtungskontakt mit dem ersten Rand auf der ersten Fläche und die erste Öffnung umgebend, um eine erste erhöhte Fläche um die erste Öffnung herum zu schaffen, wobei das erste Brückenelement einen ersten Satz von darin ausgebildeten Anschlüssen aufweist, um zwischen dem ersten Rand und der ersten erhöhten Fläche eine Fluidverbindung von der ersten Öffnung zu dem ersten Strömungsfeld zu schaffen; ein zweites Brückenelement in Dichtungskontakt mit dem zweiten Rand auf der zweiten Fläche und die zweite Öffnung umge bend, um eine zweite erhöhte Fläche um die zweite Öffnung herum zu schaffen, wobei das zweite Brückenelement einen zweiten Satz von darin ausgebildeten Anschlüssen aufweist, um zwischen dem zweiten Rand und der zweiten erhöhten Fläche eine Fluidverbindung von der zweiten Öffnung zu dem zweiten Strömungsfeld zu schaffen; ein drittes Brückenelement, das zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte und in Dichtungskontakt damit angeordnet ist, wobei das dritte Brückenelement die erste Öffnung und die dritte Öffnung umgibt; und ein viertes Brückenelement, das zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte und in Dichtungskontakt damit angeordnet ist, wobei das vierte Brückenelement die zweite Öffnung und die vierte Öffnung umgibt.
Bipolare Platte nach Anspruch 40, wobei die erste Platte und die zweite Platte aneinander gesichert sind, um dazwischen ein eingeschlossenes Volumen zu bilden.
Bipolare Platte nach Anspruch 41, wobei die erste Platte eine fünfte Öffnung aufweist, die in dem ersten Rand ausgebildet ist, um eine Fluidverbindung dort hindurch zu schaffen, die zweite Platte eine sechste Öffnung aufweist, die in dem zweiten Rand ausgebildet ist, um eine Fluidverbindung dort hindurch zu schaffen, und eines der dritten und vierten Brückenelemente die fünfte Öffnung und die sechste Öffnung umgibt.
Bipolare Platte nach Anspruch 42, wobei eines der dritten und vierten Brückenelemente einen Satz von darin ausgebildeten Anschlüssen aufweist, um eine Fluidverbindung zwischen den fünften und sechsten Öffnungen und dem eingeschlossenen Volumen zu schaffen.
Brennstoffzelle, die mindestens eine bipolare Platte nach Anspruch 40 umfasst.
Strömungsfeldgeometrie in einer Separatorplatte einer Brennstoffzelle, wobei die Strömungsfeldgeometrie umfasst: ein Strömungsfeld mit mehreren Kanälen; eine erste Zuführung, die eine Fluidverbindung zwischen dem Strömungsfeld und einer ersten Sammelleitung schafft; eine zweite Zuführung, die eine Fluidverbindung zwischen dem Strömungsfeld und einer zweiten Sammelleitung schafft; und wobei eine der ersten und zweiten Zuführungen einen Endabschnitt aufweist, der sich von einer jeweiligen Sammelleitung weg entlang der Fläche verjüngt, wobei sich ein Abstand zwischen dem Endabschnitt und der jeweiligen Sammelleitung entlang der Fläche verändert.
Strömungsfeldgeometrie nach Anspruch 45, wobei jede der ersten und zweiten Zuführungen einen Endabschnitt aufweist, der sich von einer jeweiligen Sammelleitung weg entlang der Fläche verjüngt, wobei sich ein Abstand zwischen dem Endabschnitt und der jeweiligen Sammelleitung entlang der Fläche verändert.