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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Separatorplatte, insbesondere eine Separatorplatte für eine elektrochemische Zelle. Derartige elektrochemische Zellen sind beispielsweise Redox-Flow-Batterien, elektrochemische Verdichter, Brennstoffzellen oder Elektrolyseure.
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Beispielsweise in Brennstoffzellen sind jeweils eine Vielzahl derartiger Separatorplatten paarweise senkrecht zur Lagenebene der Separatorplatte gestapelt. Die Paare von Separatorplatten werden nachfolgend auch als Bipolarplatten bezeichnet. Die einzelnen Paare von Separatorplatten, also die Bipolarplatten, sind mittels Zwischenlagen, beispielsweise Membranen bzw. Membranelektrodeneinheiten (MEAs) voneinander beabstandet.
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Eine Membranelektrodeneinheit (MEA) besteht üblicherweise aus einem elektrochemisch aktiven Bereich, in dem ein Protonenübergang zwischen den beiden Seiten der MEA stattfindet und in dem auf den Membranoberflächen Elektroden und katalytische Beschichtungen vorhanden sind, außerhalb des elektrochemisch aktiven Bereichs sind die MEAs üblicherweise von einem Verstärkungsrand umgeben. Zumindest im elektrochemisch aktiven Bereich ist zusätzlich meist noch auf jeder Oberfläche eine Gasdiffusionslage vorhanden, die einen vereinfachten Zugang für Sauerstoff und Wasserstoff zur beschichteten Membran ermöglichen.
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Vereinfachend wird im Folgenden auch in Bezug auf die Separatorplatten vom elektrochemisch aktiven Bereich und vom elektrochemisch nicht aktiven Bereich die Rede sein, auch wenn es sich um die diesen Bereichen der MEA gegenüberliegenden Bereiche handelt.
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Zur Abgrenzung von fluidführenden Räumen gegeneinander und nach außen weisen diese Separatorplatten eine Vielzahl von Sicken auf, insbesondere Dichtsicken, die zwischen Separatorplatten und benachbarten MEAs fluidführende Räume fluiddicht abdichten. Dichtsicken können dabei zwischen Portsicken, also Durchgangsöffnungen umgebende Sicken und Perimetersicken, also zum Außenrand hin abdichtende Sicken unterschieden werden. Sicken werden auch eingesetzt, um kanalartige Vertiefungen in den Separatorplatten zu schaffen, in denen Fluide, beispielsweise Reaktanden wie Wasserstoff oder Sauerstoff bzw. Luft oder auch Kühlmittel, geführt werden.
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Derartige Kanäle können insbesondere außerhalb des elektrochemisch aktiven Bereichs auch zur Führung von Fluiden über Dichtsicken, sog. Mediendurchführungen oder „Tunnel“, eingesetzt werden, so dass diese Tunnel mit den Dichtsicken Kreuzungen bilden. Der Begriff „Kreuzung“ ist nachfolgend nicht als rechtwinkliges Schneiden zu verstehen, sondern kann auch ein Schneiden unter anderen Winkeln umfassen.
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Weiter können Sicken oder sickenförmige Erhebungen auch als Stützelemente, insbesondere benachbart zum Rand des elektrochemisch aktiven Bereichs eingesetzt werden. Sie verlaufen insbesondere quer zu einer Dichtsicke und dienen der Abstützung des Verstärkungsrands der MEA. Die Stützelemente können in die Flanken der angrenzenden Dichtsicke münden, sie können aber auch von dieser beabstandet sein. Die Stützelemente, die in die Flanken der angrenzenden Dichtsicke münden, dienen bei geeigneter Höhe und Breite auch dem Vermeiden des Eindringens von Medien in den Zwischenraum zwischen elektrochemisch aktiven Bereich und Dichtsicke. Auch diese in die Dichtsicke mündenden Stützelemente werden im Folgenden als fluidführende Sicken betrachtet, auch wenn die Führungsaufgabe dieser Sicken ein Abhalten von Fluid ist.
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Abhängig vom Verlauf der Sicken (Dichtsicken und/oder Kanäle) sowie von der Nähe von oder Kreuzung mit benachbarten Sicken weißen diese Sicken über ihren Verlauf bei ansonsten gleicher Ausgestaltung weichere oder steifere Bereiche auf. Beispielsweise weisen Dichtsicken, die - insbesondere in Draufsicht - wellenförmig verlaufen, im Bereich der Berge oder der Täler des wellenförmigen Verlaufs andere Steifigkeiten auf als zwischen Bergen und Tälern. Dadurch verändert sich die Kraft-Weg-Kennlinie der Sicke längs ihres Verlaufs und die Sickenpressung im verpressten/verbauten Zustand der Separatorplatte ist längs des Verlaufs der Sicke ungleichmäßig.
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In gleicher Weise sind Sicken in Kreuzungsbereichen mit Mediendurchführungen zumindest abschnittsweise steifer als entfernt von Mediendurchführungen. Mediendurchführungen führen also herkömmlicherweise zu einer Verungleichmäßigung der Pressung der Sicke über ihren Verlauf. Ähnliches gilt für Mündungen von ebenfalls als fluidführende Sicken betrachteten Stützelementen in die Flanken von Sicken.
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Besonders nachteilig, ist, dass bei einer derartig ungleichmäßigen Sickenpressung der Arbeitsweg der Sicke insgesamt geringer ist als bei gleichmäßiger Sickenpressung und so das Dichtverhalten der Sicke negativ beeinflusst wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Separatorplatte zur Verfügung zu stellen, bei der die Sickenpressung gezielt beeinflusst, insbesondere vergleichmäßigt wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Separatorplatte nach Anspruch 1 und nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Separatorplatten finden sich in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Separatorplatte weist eine metallische Lage mit mindestens einer Sicke auf. Die Sicke kann beispielsweise eine Dichtsicke oder eine Sicke zur Fluidführung, beispielsweise eine Mediendurchführung, sein. Die vorliegende Erfindung ist auf jede Art von Sicke einer Separatorplatte anwendbar, insbesondere auch für Halbsicken oder Vollsicken.
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Erfindungsgemäß weist die Sicke in einem ersten Segment längs der Erstreckungsrichtung der Sicke eine erfindungsgemäße Ausgestaltung ihrer Flanken auf. In diesem ersten Segment weisen eine oder beide Sickenflanken der Sicke im Querschnitt senkrecht zum Sickenverlauf mindestens einen ersten äußeren Abschnitt und einen zweiten inneren Abschnitt auf. Diese beiden Abschnitte weisen voneinander verschiedene positive Winkel zur Ebene der metallischen Lage benachbart zu der Sicke auf, d.h. die Flanke weist in beiden Abschnitten unterschiedliche Steigungen auf.
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Insbesondere wenn der erste Abschnitt einen Winkel α aufweist und der zweite Abschnitt einen Winkel β aufweist, ist es vorteilhaft, wenn die Steigung des ersten Abschnitts geringer ist als die Steigung des zweiten Abschnitts, d.h. α < β. Dies bedeutet, dass die Sickenflanke ausgehend vom Sickenfuß zuerst in einem ersten Abschnitt flach ansteigt und in einem zweiten Abschnitt bis zum Sickendach steiler ansteigt.
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Hierdurch ist es möglich, die Sicke in dem ersten Segment weicher und elastischer zu gestalten als wenn die Sickenflanke in herkömmlicher Weise mit einer vorgegebenen Steigung vom Sickenfuß bis zum Sickendach verläuft. Dies ermöglicht es, die Sicke im ersten Segment verglichen zu benachbarten Segmenten weicher und elastischer zu machen und so an die Kraft-Weg-Kennlinie der Sicke in den benachbarten Segmenten anzupassen. Insbesondere lässt sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Sicke die Fußauflage, beispielsweise einen Fußauflagepunkt, eine Fußauflagelinie oder eine Fußauflagefläche, der Sicke geeignet einstellen, so dass die resultierende Kraft am Sickendach beeinflusst wird. Insgesamt ermöglich die vorliegende Erfindung die Sickenpressung über die Sickenerstreckung zu vergleichmäßigen, auch wenn diese durch äußere Faktoren, wie beispielsweise benachbarte Sicken, Mediendurchführungen etc. beeinflusst bzw. gestört wird.
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Vorteilhafterweise verlaufen der erste Abschnitt und/oder der zweite Abschnitt im Querschnitt durch die Sicke senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Sicke geradlinig.
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Auch ein gekrümmter Verlauf ist möglich. Die Krümmung des ersten und/oder zweiten Abschnitts unterscheidet sich dabei wesentlich von den technisch bedingten, unvermeidlichen Krümmungen mit sehr kleinen Krümmungsradien von unter 0,35 mm am Übergang vom Sickenfuß zur Sickenflanke und am Übergang von der Sickenflanke zum Sickendach. Insbesondere verläuft der erste gekrümmte Abschnitt vom Sickenfuß in Richtung des Sickendachs mit einem über den Querschnitt zunehmenden Winkel α, d.h. die der erste Abschnitt ist in Richtung des Sickendachs gekrümmt. Die Krümmung des ersten Abschnitts erfolgt vorteilhafterweise im Querschnitt mit einem Radius R1, vorteilhafterweise mit 0,5 mm ≤ R1, vorteilhafterweise 2 mm ≤ R1, und/oder R1 ≤ 70 mm, vorteilhafterweise R1 ≤ 50 mm. Wird der erste Abschnitt mit einem sich in Richtung des Sickendachs sich verstärkenden Anstieg versehen, so ermöglicht dies beim Verpressen und Entlasten ein Abrollen.
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Eine weitere vorteilhafte Variante sieht vor, dass die Separatorplatte mindestens zwei Sicken aufweist, deren einander zugewandten Sickenflanken wie oben beschrieben erfindungsgemäß ausgestaltet sind, wobei die ersten Abschnitte der Flanken der beiden Sicken unmittelbar ineinander übergehen. Als „Sickenfuß“ einer derartigen Sickenflanke kann daher nur noch die unterste Stelle zwischen den beiden Sicken betrachtet werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich in Verbindung mit einer gezielten Gestalung des Sickendachs in dem ersten Segment. Beispielsweise kann das Sickendach der Sicke im Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Sicke gerade oder gewölbt, vorteilhafterweise von der Erstreckungsebene der metallischen Lage weggewölbt sein.
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Wenn die Sicke in ihrer Erstreckungsrichtung wellenförmig mit mindestens einem Wellental und mindestens einem Wellenberg verläuft, so weisen herkömmliche Sicken im Bereich ihrer Wellentäler und ihrer Wellenberge eine andere Steifigkeit auf als zwischen den Wellentälern und Wellenbergen. In diesem Falle kann dies kompensiert werden, indem in einem Wellental und/oder einem Wellenberg ein erstes Segment wie oben beschrieben ausgestaltet ist. Beispielsweise kann ein Wellenberg oder ein Wellental als der Bereich zwischen den einander nächstliegenden Wendepunkten des wellenförmigen Verlaufs der Sicke betrachtet werden.
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Liegen zwei benachbarte Bereiche einer Sicke mit unterschiedlichen Steifigkeiten im Verlauf der Sicke hintereinander, so kann die Kraft-Weg-Kennlinie und die Verpressung der Sicke dadurch vergleichmäßigt werden, dass in dem - ohne weitere Maßnahmen - steiferen Bereich als zweitem Segment eine oder beide Sickenflanken der Sicke im Querschnitt senkrecht zum Sickenverlauf unter einem Winkel γ zur Ebene der metallischen Lage benachbart zu der Dichtsicke verläuft, der größer ist als der Winkel δ zur Ebene der metallischen Lage der Sickenflanken im Sickenverlauf benachbart zu dem zweiten Segment, insbesondere in dem - ohne weitere Maßnahmen - weicheren Bereich. Diese Ausgestaltung der Sickenflanke kann zusätzlich zu der vorhergehenden erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Sickenflanke im ersten Segment oder auch unabhängig davon angewendet werden, insbesondere an einer anderen Sicke einer erfindungsgemäßen Separatorplatte.
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Eine weitere Möglichkeit, die Steifigkeit der Sicke in einem Bereich gezielt zu verringern ergibt sich, wenn in diesem Bereich als drittem Segment eine oder beide Sickenflanken der Sicke derart ausgebildet sind, dass der Abstand zwischen den Sickenfüßen der Sicke größer ist als der Abstand zwischen den Sickenfüßen der Sicke im Sickenverlauf benachbart zu diesem dritten Segment. Dadurch dass die Sicke an ihrer Basis verbreitert wird, wird die Sicke in diesem dritten Segment weicher und elastischer.
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Die vorliegende Erfindung kann besonders vorteilhaft angewendet werden, bei Separatorplatten, die eine Dichtsicke, insbesondere eine Portsicke, aufweisen, die von anderen Sicken, insbesondere Fluiddurchführungen berührt, insbesondere gekreuzt werden. Derartige Fluiddurchführungen („Tunnel“) finden sich insbesondere an Dichtsicken, die Fluiddurchgangsöffnungen in der Separatorplatte umgeben und diese nach außen oder zu anderen Fluidräumen abdichten. Insbesondere sind derartige Tunnel häufig in Bereichen zwischen einem Wellental und einem Wellenberg einer in Erstreckungsrichtung wellenförmig verlaufenden Dichtsicke angeordnet. Diese Tunnel münden zumindest einseitig in eine der Flanken der Dichtsicke. Dies trifft insbesondere auch auf ebenfalls als fluidführende Sicken betrachtete Stützelemente zu, die in die Flanken der angrenzenden Dichtsicke, insbesondere die Flanken einer Perimetersicke, münden. Auch können die Tunnel an beiden Flanken der Dichtsicken bezogen auf die Erstreckungsrichtung der Sicke gegeneinander versetzt sein und so beispielsweise nur an Sickenmaxima angeordnet sein. Auch kann die Anzahl Tunnel an beiden Flanken zueinander variieren. Derartige Tunnel oder Stützelemente führen zu einer abschnittsweisen Versteifung der Dichtsicke in diesen Bereichen, die durch eine erfindungsgemäße Gestaltung der an die Tunnel bzw. Stützelement angrenzenden Bereiche der Sickenflanke der Dichtsicke ausgeglichen werden kann. Insbesondere können jedoch eine oder beide Sickenflanken der sickenförmigen Fluiddurchführung erfindungsgemäß gestaltet werden und kann so der Versteifung der Dichtsicke durch die Fluiddurchführungen entgegengewirkt werden. Ebenso ist es möglich, bei Einmünden des Tunnels bzw. Stützelements auf der ersten Flanke der Sicke mittels erfindungsgemäßer Gestaltung auf der zweiten Flanke der Sicke einen Ausgleich zu schaffen.
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Eine alternative oder auch zusätzliche erfindungsgemäße Lösung der oben beschriebenen Aufgabe besteht darin, dass eine metallische Lage der Separatorplatte eine Sicke (im Folgenden zur Unterscheidung zur vorgenannten Lösung „zweite Sicke“ genannt) aufweist. Diese zweite Sicke kann wiederum eine Dichtsicke oder auch eine Sicke zur Fluidführung, beispielsweise zur Durchführung eines Fluides durch eine Dichtsicke oder auch ein Kanal zur Führung eines Fluides sein. Diese zweite Sicke ist in einem Segment (im Folgenden zur Unterscheidung „viertes Segment“ genannt) längs der Erstreckungsrichtung der zweiten Sicke in einer oder beiden Sickenflanken der zweiten Sicke derart ausgestaltet, dass der Sickenfuß der zweiten Sicke zum Sickendach der zweiten Sicke einen Abstand in zur Lagenebene der metallischen Lage senkrechter Richtung aufweist, der in der Mitte des zweiten Segmentes größer ist als an den Rändern des zweiten Segmentes. Dadurch dass längs des Segmentes die Höhe der Sicke bis zur Mitte des Segmentes zunimmt und dann bis zum gegenüberliegenden Ende des Segmentes wieder abnimmt, wird die Sicke in der Mitte des Segmentes weicher und elastischer gestaltet. Dies ermöglicht es, die Kraft-Weg-Kennlinie der zweiten Sicke in diesem Bereich gezielt zu verändern und so beispielsweise die Pressung der Sicke längs der Erstreckungsrichtung der Sicke zu vergleichmässigen. Die Erhöhung der Sicke erfolgt dabei vorteilhafterweise nicht durch eine Erhöhung des Sickendaches, sondern durch eine Absenkung des Sickenfußes im unverpressten Zustand der Separatorplatte. Vorteilhafterweise liegt der tiefste Punkt des Sickenfußes dabei nicht tiefer als der tiefste Punkt der Sickenfüße in anderen Segmenten.
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Eine solche Gestaltung des zweiten Segmentes wird insbesondere dadurch erreicht, dass eine oder beide Sickenflanken der zweiten Sicke in einem senkrecht zum Sickenverlauf bestimmten Querschnitt eine Länge aufweisen, die von den Rändern des zweiten Segmentes zur Mitte des zweiten Segmentes zunimmt.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung kann die Steigung der Sickenflanke in dem zweiten Segment längs der Erstreckungsrichtung der zweiten Sicke konstant sein. Es ist auch nicht nötig jedoch möglich, im Querschnitt der zweiten Sicke im Bereich des zweiten Segmentes zwei Abschnitte der Sickenflanke mit verschiedenen Anstiegswinkeln vorzusehen.
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Die letztgenannte Lösung kann mit der zuerst angegebenen Lösung vorteilhaft kombiniert werden, insbesondere bei Separatorplatten, die eine metallische Lage mit einer Dichtsicke und zwei benachbarten sickenförmigen Fluiddurchführungen aufweist, bei der die beiden benachbarten sickenförmigen Fluiddurchführungen an benachbarten Stellen in die Flanke der Dichtsicke münden. Bei einer derartigen Separatorplatte sind zumindest die einander zugewandten Flanken der sickenförmigen Fluiddurchführungen wie oben für das erste Segment beschrieben ausgebildet und der Bereich der Sickenflanke der Dichtsicke zwischen den Mündungen der sickenförmigen Fluiddurchführungen in die Dichtsicke wie oben für das zweite Segment beschrieben ausgebildet, die einander zugewandten Flanken der sickenförmigen Fluiddurchführungen bilden dabei die Ränder des zweiten Segmentes.
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Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Separatorplatten gegeben. Dabei bezeichnen gleiche oder ähnliche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente, so dass die Beschreibung dieser Elemente und Bezugszeichen ggfls. nicht wiederholt wird. Jedes der folgenden Beispiele verwirklicht neben den zwingenden Merkmalen der vorliegenden Erfindung auf eine Vielzahl optionaler Merkmale. Sämtliche nicht in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen, nicht zwingenden Merkmale können jedoch auch einzeln oder in beliebiger Kombination mit weiteren nicht zwingenden Merkmalen desselben Beispiels oder eines oder mehrerer anderer Beispiele kombiniert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Brennstoffzelle;
- 2 eine Bipolarplatte der Brennstoffzelle aus 1;
- 3A und 3B Ausschnitte um Fluiddurchgangsöffnungen einer Separatorplatte der Bipolarplatte aus 2;
- 4 einen Ausschnitt einer Separatorplatte der Bipolarplatte aus 2 im Bereich eines Außenrandes und einer Perimetersicke;
- 5 bis 11 Ausschnitte in Aufsicht oder im Querschnitt aus erfindungsgemäßen Separatorplatten.
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1 zeigt ein elektrochemisches System 1 mit einer Mehrzahl von baugleichen metallischen Bipolarplatten 2, die in einem Stapel 6 angeordnet und entlang einer z-Richtung 7 gestapelt sind. Die Bipolarplatten 2 des Stapels 6 sind zwischen zwei Endplatten 3, 4 eingespannt. Die z-Richtung 7 wird auch Stapelrichtung genannt. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem System 1 um einen Brennstoffzellenstapel. Je zwei benachbarte Bipolarplatten 2 des Stapels begrenzen also eine elektrochemische Zelle, die z. B. der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie dient. Zur Ausbildung der elektrochemischen Zellen des Systems 1 ist zwischen benachbarten Bipolarplatten 2 des Stapels jeweils eine Membranelektrodeneinheit (MEA) 10 angeordnet (siehe z. B. 2). Die MEA 10 beinhaltet jeweils wenigstens eine Membran, z. B. eine Elektrolytmembran. Ferner kann auf einer oder beiden Oberflächen der MEA eine Gasdiffusionslage (GDL) angeordnet sein.
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Bei alternativen Ausführungsformen kann das System 1 ebenso als Elektrolyseur, elektrochemischer Verdichter oder als Redox-Flow-Batterie ausgebildet sein. Bei diesen elektrochemischen Systemen können ebenfalls Bipolarplatten verwendet werden. Der Aufbau dieser Bipolarplatten kann dann dem Aufbau der hier näher erläuterten Bipolarplatten 2 entsprechen, auch wenn sich die auf bzw. durch die Bipolarplatten geführten Medien bei einem Elektrolyseur, bei einem elektrochemischen Verdichter oder bei einer Redox-Flow-Batterie jeweils von den für ein Brennstoffzellensystem verwendeten Medien unterscheiden können.
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Die z-Achse 7 spannt zusammen mit einer x-Achse 8 und einer y-Achse 9 ein rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem auf. Die Bipolarplatten 2 definieren jeweils eine Plattenebene, wobei die Plattenebenen der Separatorplatten jeweils parallel zur x-y-Ebene und damit senkrecht zur Stapelrichtung bzw. zur z-Achse 7 ausgerichtet sind. Die Endplatte 4 weist in der Regel eine Vielzahl von Medienanschlüssen 5 auf, über die dem System 1 Medien zuführbar und über die Medien aus dem System 1 abführbar sind, wobei die Medienanschlüsse 5 manchmal als Ports bezeichnet werden. Diese dem System 1 zuführbaren und aus dem System 1 abführbaren Medien können z. B. Brennstoffe wie molekularen Wasserstoff oder Methanol, Reaktionsgase wie Luft oder Sauerstoff, Reaktionsprodukte wie Wasserdampf oder abgereicherte Brennstoffe oder Kühlmittel wie Wasser und/oder Glykol umfassen.
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2 zeigt perspektivisch zwei benachbarte, aus dem Stand der Technik bekannte, Bipolarplatten 2 eines elektrochemischen Systems von der Art des Systems 1 aus 1 sowie eine zwischen diesen benachbarten Bipolarplatten 2 angeordnete ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte Membranelektrodeneinheit (MEA) 10, wobei die MEA 10 in 2 zum größten Teil durch die dem Betrachter zugewandte Bipolarplatte 2 verdeckt ist. Die Bipolarplatte 2 ist aus zwei stoffschlüssig zusammengefügten Separatorplatten 2a, 2b gebildet von denen in 2 jeweils nur die dem Betrachter zugewandte erste Separatorplatte 2a sichtbar ist, die die zweite Separatorplatte 2b verdeckt. Die Separatorplatten 2a, 2b weisen jeweils mindestens eine metallische Lage, z. B. aus einem Edelstahlblech, auf. Zwei benachbarte Separatorplatten 2a, 2b können z. B. miteinander verschweißt sein, z. B. durch Laserschweißverbindungen.
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Die Separatorplatten 2a, 2b weisen typischerweise miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen auf, die Durchgangsöffnungen 11a-c der Bipolarplatte 2 bilden. Bei Stapelung einer Mehrzahl von Bipolarplatten von der Art der Bipolarplatte 2 bilden die Durchgangsöffnungen 11a-c Leitungen, die sich in der Stapelrichtung 7 durch den Stapel 6 erstrecken (siehe 1). Typischerweise ist jede der durch die Durchgangsöffnungen 11a-c gebildeten Leitungen jeweils in Fluidverbindung mit einem der Ports 5 in der Endplatte 4 des Systems 1. Über die von den Durchgangsöffnungen 11a gebildeten Leitungen kann z. B. Kühlmittel in den Stapel 6 ein- und ausgeleitet werden. Die von den Durchgangsöffnungen 11b, 11c gebildeten Leitungen dagegen können zur Versorgung der elektrochemischen Zellen des Brennstoffzellenstapels 6 des Systems 1 mit Brennstoff und mit Reaktionsgas sowie zum Ableiten der Reaktionsprodukte aus dem Stapel ausgebildet sein. Die medienführenden Durchgangsöffnungen 11a-c sind im Wesentlichen parallel zur Plattenebene ausgebildet.
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Zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 11a-c gegenüber dem Inneren des Stapels 6 und gegenüber der Umgebung weisen die ersten Separatorplatten 2a jeweils Dichtanordnungen in Gestalt von Dichtsicken 12a-c auf, die jeweils um die Durchgangsöffnungen 11a-c herum angeordnet sind und die die Durchgangsöffnungen 11a-c jeweils vollständig umschließen. Diese Durchgangsöffnungen umgebenden Dichtsicken 12a-c werden auch als Portsicken bezeichnet. Die zweiten Separatorplatten 2b weisen an der vom Betrachter der 2 abgewandten Rückseite der Bipolarplatten 2 entsprechende Dichtsicken zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 11a-c auf (nicht gezeigt).
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In einem elektrochemisch aktiven Bereich 18 weisen die ersten Separatorplatten 2a an ihrer dem Betrachter der 2 zugewandten Vorderseite ein Strömungsfeld 17 mit ersten Strukturen 14 zum Führen eines Reaktionsmediums entlang der Außenseite (oder auch Vorderseite) der Separatorplatte 2a auf. Diese ersten Strukturen 14 sind in 2 durch eine Vielzahl von Stegen und zwischen den Stegen verlaufenden und durch die Stege begrenzten Rinnen gegeben. An der dem Betrachter der 2 zugewandten Vorderseite der Bipolarplatten 2 weisen die ersten Separatorplatten 2a zudem jeweils einen Verteil- oder Sammelbereich 60 auf. Der Verteil- oder Sammelbereich 60 umfasst Strukturen 61, die eingerichtet sind, ein ausgehend von einer ersten der beiden Durchgangsöffnungen 11b in den Verteil- oder Sammelbereich 60 eingeleitetes Medium über den aktiven Bereich 18 zu verteilen und/oder ein ausgehend vom aktiven Bereich 18 zur zweiten der Durchgangsöffnungen 11b hin strömendes Medium zu sammeln oder zu bündeln. Die Verteilstrukturen 61 des Verteil- oder Sammelbereichs 60 sind in 2 ebenfalls durch Stege und zwischen den Stegen verlaufende und durch die Stege begrenzte Rinnen gegeben.
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Die Dichtsicken 12a-12c weisen Durchführungen 13a-13c auf, von denen die Durchführungen 13asowohl auf der Unterseite der oben liegenden Separatorplatte 2a als auch auf der Oberseite der unten liegenden Separatorplatte 2b ausgeführt sind, während die Durchführungen 13b in der oben liegenden Separatorplatte 2a und die Durchführungen 13c in der unten liegenden Separatorplatte 2b ausgebildet sind. Beispielsweise ermöglichen die Durchführungen 13aeine Passage von Kühlmittel zwischen der Durchgangsöffnung 12a und dem Verteil- bzw. Sammelbereich 60, so dass das Kühlmittel in den Verteil- bzw. Sammelbereich 60 zwischen den Separatorplatten 2a, 2b gelangt bzw. aus diesem herausgeführt wird.
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Weiterhin ermöglichen die Durchführungen 13b eine Passage von Wasserstoff zwischen der Durchgangsöffnung 12b und dem Verteil- oder Sammelbereich auf der Oberseite der oben liegenden Separatorplatte 2a, diese Durchführungen 13b sind durch von dem Verteil- oder Sammelbereich zugewandten, schräg zur Plattenebene verlaufende Perforationen charakterisiert. Durch die Durchführungen 13b strömt also beispielsweise Wasserstoff von der Durchgangsöffnung 12b zum Verteil- oder Sammelbereich auf der Oberseite der oben liegenden Separatorplatte 2a oder in entgegengesetzter Richtung. Die Durchführungen 13c ermöglichen eine Passage von beispielsweise Luft zwischen der Durchgangsöffnung 12c und dem Verteil- oder Sammelbereich, so dass Luft in den Verteil- oder Sammelbereich auf der Unterseite der unten liegenden Separatorplatte 2b gelangt bzw. aus diesem herausgeführt wird. Die zugehörigen Perforationen sind hier nicht sichtbar.
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Die ersten Separatorplatten 2a weisen ferner jeweils eine weitere Dichtanordnung in Gestalt einer Perimetersicke 12d auf, die das Strömungsfeld 17 des aktiven Bereichs 18, den Verteil- oder Sammelbereich 60 und die Durchgangsöffnungen 11b, 11c umläuft und diese gegenüber den Durchgangsöffnungen 11a, d. h. gegenüber dem Kühlmittelkreislauf, und gegenüber der Umgebung des Systems 1 abdichtet. Die zweiten Separatorplatten 2b umfassen jeweils entsprechende Perimetersicken 12d.
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Sowohl am oberen als auch am unteren Außenrand weisen die ersten Separatorplatten ebenso wie die zweiten Separatorplatten (nicht gezeigt) angrenzend an die Perimetersicke 12d und in diese einmündend Stützelemente 13f auf, die in ihrer Gesamtheit ein Einströmen von Fluiden auf den zur MEA gewandten Oberflächen der jeweiligen Separatorplatte 2a, 2b in den Zwischenraum zwischen der Perimetersicke 12d und den Strukturen 14, 61 zum Führen eines Reaktionsmediums verhindern.
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Die Strukturen des aktiven Bereichs 18, die Verteil- oder Sammelstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 60, die Dichtsicken 12a-d, die Durchführungen 13a-c und die Stützstrukturen 13f sind jeweils einteilig mit oder in den Separatorplatten 2a ausgebildet und in die Separatorplatten 2a eingeformt, z. B. in einem Präge-, Hydroforming- oder Tiefziehprozess. Dasselbe gilt für die entsprechenden Strukturen der zweiten Separatorplatten 2b. Jede Dichtsicke 12a-12d kann im Querschnitt zumindest ein Sickendach und zwei Sickenflanken aufweisen, eine im Wesentlichen winklige Anordnung zwischen diesen Elementen ist jedoch nicht notwendig, es kann auch ein gekrümmter Übergang vorgesehen sein.
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Während die Dichtsicken 12a-12c einen im Wesentlichen runden Verlauf aufweisen, weist die Perimetersicke 12d verschiedene Abschnitte auf, welche unterschiedlich geformt sind. So kann der Verlauf der Perimetersicke 12d zumindest zwei wellenförmige Abschnitte aufweisen. Werden die Portsicken 12a-12c anders als im vorliegenden Beispiel nicht kreisrund ausgeführt, so ist es bevorzugt, wenn auch diese zumindest abschnittsweise einen wellenförmigen Verlauf aufweisen.
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Die beiden Durchgangsöffnungen 11b bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11b gebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 sind jeweils über Durchführungen 13b in den Dichtsicken 12b, über die Verteilstrukturen des Verteil- oder Sammelbereichs 60 und über das Strömungsfeld 17 im aktiven Bereich 18 der dem Betrachter der 2 zugewandten ersten Separatorplatten 2a miteinander in Fluidverbindung. In analoger Weise sind die beiden Durchgangsöffnungen 11c bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11c gebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 jeweils über entsprechende Sickendurchführungen, über entsprechende Verteilstrukturen und über ein entsprechendes Strömungsfeld an einer Außenseite der vom Betrachter der 2 abgewandten zweiten Separatorplatten 2b miteinander in Fluidverbindung. In den aktiven Bereichen 18 sind dazu jeweils erste Strukturen, insbesondere Rinnenstrukturen, 14 zum Führen der betreffenden Medien vorgesehen.
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Die Durchgangsöffnungen 11adagegen bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11agebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 sind jeweils über einen von den Separatorplatten 2a, 2b eingeschlossenen oder umschlossenen Hohlraum 19 miteinander in Fluidverbindung. Dieser Hohlraum 19 dient jeweils zum Führen eines Kühlmittels durch die Bipolarplatte 2, insbesondere zum Kühlen des elektrochemisch aktiven Bereichs 18 der Bipolarplatte 2. Das Kühlmittel dient somit hauptsächlich der Kühlung des elektrochemisch aktiven Bereichs 18 der Bipolarplatte 2. Durch den Hohlraum 19 strömt das Kühlmittel ausgehend von einer Eingangsöffnung 11a in Richtung einer Ausgangsöffnung 11d. Als Kühlmittel werden oftmals Mischungen von Wasser und Frostschutzmitteln verwendet. Andere Kühlmittel sind aber auch denkbar. Zum besseren Führen des Kühlmittels bzw. Kühlmediums sind zweite Strukturen auf der Innenseite der Bipolarplatte 2 vorhanden. Diese sind in 2 nicht ersichtlich, da sie beispielsweise auf der dem Betrachter abgewandten Oberfläche der Separatorplatte 2a verlaufen, sie liegen damit den oben genannten ersten Strukturen 14 auf der anderen Oberfläche der Separatorplatte 2a gegenüber. Im aktiven Bereich 18 führen die zweiten Strukturen 15 das Kühlmedium entlang der Innenseite der Bipolarplatte in Richtung der Ausgangsöffnung 11d. Die zweiten Strukturen umfassen typischerweise Rinnenstrukturen zum Führen des Kühlfluids, die eine Längsströmungsrichtung des Kühlmediums definieren.
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3A zeigt einen Ausschnitt in Aufsicht auf die Separatorplatte 2a im Bereich der Durchgangsöffnung 11b der Separatorplatte 2a in 2. Die Durchgangsöffnung durch die Separatorplatte 2a ist von der Dichtsicke 12b vollständig umgeben. Diese Dichtsicke wird von sickenförmigen Mediendurchführungen („Tunneln“) 13b, von denen nur wenige mit dem Bezugszeichen versehen sind, durchdrungen. Die Tunnel 13b dienen der Durchführung des in der Durchgangsöffnung 11b befindlichen Mediums, hier z.B. H2, durch die Dichtsicke 12b.
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3B zeigt einen Ausschnitt in Aufsicht auf die Separatorplatte 2a im Bereich der Durchgangsöffnung 11a der Separatorplatte 2a in 2. Die Durchgangsöffnung durch die Separatorplatte 2a ist von der Portsicke 12a vollständig und von der Perimetersicke 12d teilweise umgeben. Diese Dichtsicken 12a und 12d werden von sickenförmigen Mediendurchführungen („Tunneln“) 13a und fortlaufend 13d, von denen nur wenige mit dem Bezugszeichen versehen sind, durchdrungen. Die Tunnel 13a, 13d dienen der Durchführung des in der Durchgangsöffnung 11d befindlichen Mediums, hier z.B. Kühlmittel, durch die Dichtsicke 12a und die Perimetersicke 12d.
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4 zeigt einen Ausschnitt in Aufsicht auf die Separatorplatte 2a im Bereich des Außenrandes und einer entlang dieses Außenrandes verlaufenden Perimetersicke 12d. Die Perimetersicke 12d ist von den ihr nächstliegenden Strukturen 14, 61 zum Führen eines Reaktionsmediums unter Ausbildung eines Zwischenraums beabstandet. Um ein Einströmen von Reaktionsmedium in diesen Zwischenraum zu verhindern, sind sickenförmige Erhebungen 13f in die Separatorplatte 2a eingeformt, von denen nur wenige mit dem Bezugszeichen versehen sind. Die sickenförmigen Erhebungen können weiter als Stützelemente für die MEA dienen. Die sickenförmigen Erhebungen 13f münden in die dem aktiven Bereich 18 bzw. dem Verteil- und Sammelbereich 60 zugewandte Flanke der Perimetersicke 12d und werden im Kontext dieses Dokuments wie die vorgenannten Tunnel 13a-d als fluidführende Sicken betrachtet.
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An der Durchführung der sickenförmigen Mediendurchführungen in 3A und 3B würden die Dichtsicken 12b und 12a ohne zusätzliche Maßnahmen jeweils eine andere Steifigkeit aufweisen als außerhalb dieser Bereiche. Damit würde die Verpressung der Dichtsicken 12b und 12a über ihre Erstreckung in der Ebene der Separatorplatte 2b ungleichmäßig erfolgen. Diese ungleichmäßige Verpressung wird jedoch durch die spezifische Ausgestaltung gemäß den folgenden Figuren gemildert oder beseitigt.
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Da die nachfolgenden Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung auf jede der Durchgangsöffnungen der Bipolarplatte 1 bzw. einer oder beiden ihrer Separatorplatten 2a, 2b und deren Umgebung angewandt werden kann, werden in den folgenden Figuren die Durchgangsöffnung durch eine Separatorplatte mit dem Bezugszeichen 11, eine diese umgebende Dichtsicke mit dem Bezugszeichen 12 und die Mediendurchführungen durch die Dichtsicke 12 mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet. Kanäle zur Weiterleitung eines Fluides, die sich an die Mediendurchführungen 13 anschließen, werden mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Treten mehrere dieser Elemente auf, werden diese mit gestrichenen, doppeltgestrichenen etc. Bezugszeichen versehen.
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5A zeigt einen Ausschnitt um eine Dichtsicke 12 in Aufsicht einer erfindungsgemäßen Separatorplatte im unverpressten Zustand, wie sie in 2 bis 4 dargestellt ist. Die Dichtsicke 12 weist ein Sickendach 20, beidseitig Sickenfüße 21, 21' und Sickenflanken 22, 22' auf. Beidseits der Dichtsicke 12 sind sickenförmige Fluiddurchführungen 30, 30' angeordnet, die in die Sickenflanken 22, 22' münden. Diese Fluiddurchführungen 30, 30' weisen ihrerseits Sickenfüße 31, 31' und Sickenflanken 32, 32'auf. Die Fluiddurchführungen 30, 30'münden auf ihrer der Dichtsicke abgewandten Seite in Verteilerkanäle 50, 50'.
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5B zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A in 5A in einem Bereich, in dem die Fluiddurchführungen 30, 30'angeordnet sind.
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5C zeigt einen Schnitt längs der Linie B-B in 5A in einem Bereich eines Segmentes 40 längs der Erstreckungsrichtung der Dichtsicke 12. Die Sicke 12 weist neben einem ebenen Sickendach beidseitig Sickenflanken 22, 22'auf, die einen ersten äußeren Abschnitt 23, 23'und einen zweiten inneren Abschnitt 24, 24'aufweisen. Die ersten äußeren Abschnitt 23, 23' weisen eine geringere Steigung α auf als die zweiten inneren Abschnitte 24, 24'. Ein Schenkel des Winkels β im inneren Abschnitt 24 wird dabei von der länglich gestrichelten Linie in Verlängerung des inneren Abschnitts 24 aufgespannt. Summarisch ergibt sich für die gesamte Sickenflanke 22 ein Winkel φ, hier wird der obere Schenkel von der länglich doppelt gestrichelten Linie aufgespannt. Durch diese Ausgestaltung der Sickenflanken 22, 22' ist die Dichtsicke im Bereich des ersten Segmentes 40 weicher und elastischer als im Bereich der Einmündung der Fluiddurchführungen 30, 30' in die Sickenflanken 22, 22'. Insgesamt kann so eine gleichmäßige Steifigkeit der Dichtsicke 12 auch im Bereich der Fluiddurchführungen 30, 30' erreicht werden. Im Beispiel der 5 ist das Sickendach gerade bzw. eben ausgeführt, wie aus 5C folgt.
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Der in 5A gezeigte Ausschnitt zeigt drei Segmente 40, 40', 40'' zumindest im Ausschnitt. Die zur rechts liegenden Sickenflanken 22', 22'', 22''' weisen dabei eine unterschiedliche Breite auf, wie auch an dem unterschiedlich weit nach rechts verschobenen Sickenfuß 21', 21'', 21''' erkennbar ist. Die links liegenden Sickenflanken 22 weisen hingegen in allen drei Segmenten 40, 40', 40" dieselbe Breite auf, die Sickenfüße 21 liegen alle auf derselben Geraden. Folglich ist der Abstand zwischen den Sickenfüßen 21 der Sicke im dritten Segment 40''' größer ist als der Abstand zwischen den Sickenfüßen der Sicke im Sickenverlauf benachbart zu dem dritten Segment, nämlich im zweiten Segment 40". Die Sickenflanken 21' der Sicke 20 verlaufen im zweiten Segment 40' im Querschnitt senkrecht zum Sickenverlauf unter einem Winkel γ zur Ebene der metallischen Lage benachbart zu der Dichtsicke, wobei der Winkel γ größer ist als der Winkel δ zur Ebene der metallischen Lage der Sickenflanke21" im Sickenverlauf im dritten Segment 40", also benachbart zum zweiten Segment 40'. Die Winkel γ und δ sind dabei summarische Winkel der gesamten Sickenflanke, vergleichbar dem Winkel φ in 5C.
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6A zeigt einen Ausschnitt in Schrägansicht auf eine weitere erfindungsgemäße Gestaltung der Dichtsicke 12 einer Separatorplatte nach den 1 bis 4.
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6B zeigt denselben Bereich in Aufsicht und 6C zeigt einen Schnitt längs der Linie C-C im Segment 40 in 6B.
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Im Unterschied zu 5 ist nunmehr der erste Abschnitt 23, 23'der Sickenflanken 22, 22' nicht mehr im Querschnitt geradlinig, sondern abgerundet mit einem vorbestimmten Radius R1. Auch diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Elastizität der Dichtsicke 12 im Segment 40 gezielt auszugestalten, insbesondere zu erhöhen.
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7A zeigt einen Ausschnitt in Aufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Gestaltung der Dichtsicke 12. 7B zeigt einen Querschnitt längs der Linie D-D in 7A und 7C zeigt eine nichtmaßstäblich vergrößerte Darstellung des durch die strichlierte Linie eingerahmten Ausschnitts in 7B. Hier verlaufen zwei Sicken 20, 20' beabstandet zueinander und im Wesentlichen parallel und die ersten Abschnitte 23', 23" der einander zugewandten Flanken 22', 22" der beiden Sicken 20, 20' gehen ineinander über. Auch in dieser Gestaltung ist der erste Abschnitt 23 der Sickenflanke 22 abgerundet gestaltet, wobei der Radius der Rundung im Querschnitt vom Sickenfuß zum zweiten Abschnitt zunimmt. Der zweite Abschnitt ist wie in den vorigen Gestaltungen im Querschnitt geradlinig ausgebildet. Aus der Detailansicht der 7C wird deutlich, dass das Sickendach in diesem Beispiel gewölbt ausgeführt ist. Die Ebene P2 des Sickendachs kann in so einem Fall als zur Ebene P der metallischen Lage der Separatorplatte 2a parallele Ebene durch den höchsten Punkt des Sickendachs bestimmt werden. Parallelität zweier Sicken, hier der Sicken 20, 20' kann in einer ersten Betrachungsweise als Parallelität der lokalen Erstreckungsrichtung der jeweiligen Sicke betrachtet werden. Sie kann in einer zweiten Betrachtungsweise aber auch als Parallelität der makroskopischen Sickenrichtung betrachtet werden. In dieser zweiten Betrachtungsweise verlaufen die Sicken 20, 20' parallel zu den Verteilerkanälen 50 und 50'.
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8A zeigt einen Ausschnitt in Aufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Gestaltung. 8B zeigt einen Querschnitt längs der Linie E-E in einem Segment 40 in 8A. Bei dieser Ausgestaltung, die grundsätzlich wie diejenige in 7 gestaltet ist, sind zwei Dichtsicken 12, 12'vorgesehen, die im gezeigten Ausschnitt parallel verlaufen. Die Dichtsicken 12, 12' verlaufen in Erstreckungsrichtung wellenförmig. Im Bereich zwischen einem Wellenberg und einem Wellental, insbesondere im Bereich des Wendepunktes sind Fluiddurchführungen 13, 13', 13" angeordnet, mittels derer ein Fluid über die Dichtsicken 12, 12' fließen kann. Die Dichtsicke 12 kann beispielsweise eine Perimetersicke wie in 2 und die Dichtsicke 12'eine Dichtsicke um eine Durchgangsöffnung wie in 2 sein.
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Im Segment 40, d.h. zwischen oder benachbart zu Fluiddurchführungen 13, 13', 13" sind die Sickenflanken der benachbarten Dichtsicken 12, 12'so ausgestaltet, dass die ersten Abschnitte der Sickenflanken 22', 22", die einander zugewandt angeordnet sind, ineinander übergehen. Die ersten Abschnitte 23, 23', 23", 23''' der Sickenflanken 22, 22', 22", 22''' sind jeweils im Querschnitt gekrümmt ausgebildet, während die zweiten Abschnitte 24, 24', 24", 24''' der Sickenflanken 22, 22', 22", 22''' jeweils im Querschnitt geradlinig ausgebildet sind.
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9A zeigt einen Ausschnitt in Aufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Gestaltung der Dichtsicke 12, die einen wellenförmigen Verlauf in Erstreckungsrichtung aufweist. Aus 9A wird anhand der Pfeile R, R' deutlich, dass die Erstreckungsrichtung der Sicke 12 eine lokale Erstreckungsrichtung ist, die sich entlang einer wellenförmigen Sicke ändert. 9B zeigt einen Querschnitt längs der Linie F-F in 9A und 9C zeigt eine nichtmaßstäblich vergrößerte Darstellung des durch die strichlierte Linie eingerahmten Ausschnitts in 9B. Die Gestaltung in 9 ist wie in 6 ausgebildet, allerdings weist lediglich die Sickenflanke 22 einen ersten, im Querschnitt geraden Abschnitt 23 und einen zweiten, im Querschnitt geraden Abschnitt 24 auf. Die zweite Sickenflanke 22' hat eine durchgängige Steigung.
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10A zeigt einen Ausschnitt in Aufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Gestaltung einer Sicke, nunmehr jedoch der sickenförmigen Fluiddurchführungen 13a und 13b. Diese entspricht weitgehend der Ausgestaltung der Dichtsicken 12, 12' in 8. Auch hier weisen die Sickenflanken 32a, 32b in einem Segment 40' zweite Abschnitte 33a, 33b sowie erste Abschnitte 34a, 34b auf, wobei letztere gekrümmt sind und ineinander übergehen. An der Übergangsstelle zwischen den beiden ersten Abschnitten 34a und 34b befindet sich die tiefste Stelle 35. Das Segment 40' ist dabei jeweils durch sickenförmige Erhebungen 13a, 13b, nämlich Durchführungstunnel begrenzt.
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10A zeigt eine Aufsicht, 10B einen Schnitt längs der Linie G-G in 10A, 10C einen Schnitt längs der Linie H-H in 10A und 10D einen Schnitt längs der Linie I-I in 10A.
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10C und 10D zeigen insbesondere die Gestaltung der Dichtsicke 12 und ihrer Flanken 22, 22' in einem Segment 40' in einem zentralen Bereich des Segmentes 40'und einem zu den Fluiddurchführungen 13a und 13b benachbarten Bereich des Segmentes 40'.
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Die Sickenflanken 22 und 22'sind dabei im Bereich des Schnittes H-H länger und reichen tiefer zum Sickenboden 21, 21' als im Bereich I-I, AM >AR. Hierdurch wird ebenfalls die erfindungsgemäße Wirkung erzielt. Insbesondere sind bei dieser Ausführungsform sowohl die Fluiddurchführungen 13a und 13b im Bereich 40 gemäß einer erfindungsgemäßen Lösung ausgestaltet als auch die Dichtsicke 12 im Bereich 40'gemäß der weiteren erfindungsgemäßen Lösung ausgestaltet. Die Länge bzw. der Abstand wird dabei jeweils senkrecht zur lokalen Sickenverlaufsrichtung R bestimmt, d.h. entlang der gestrichelten Linien in 10A.
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Berührt der Bereich zwischen den Sickenflanken die Ebene P der metallischen Lage der Separatorplatte 2a nur in sehr begrenzten Bereichen kann diese Ebene ggf. auch in anderen Bereichen der Platte, beispielsweise benachbart zur Sicke, wie am Beispiel P* gezeigt werden, bestimmt werden.
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11A zeigt eine Aufsicht, 11B einen Schnitt längs der Linie J-J in 11A, 11C einen Schnitt längs der Linie K-K in 11A. In dieser Ausführungsform sind sowohl die äußeren Abschnitte 24, 24', 24" der Sickenflanken 22, 22', 22" als auch die äußeren Abschnitte 34, 34' der Sickenflanken 32,32' mit einem Radius ausgeführt, der bis zum tiefsten Punkt 35 führt. Die Gesamtheit der äußeren Abschnitte 24, 24',34, 34' ist somit sphärisch ausgeführt. Das erste Segment 40 ebenso wie das dritte Segment 40" sind im Bereich eines Wellenberges WB angeordnet, das zweite Segment 40' liegt im Bereich eines Wellentals WT, genauer zwischen den beiden Wendepunkten WP1 und WP2.
