DK176814B1 - Bipolar plade til brændselscelle omfattende en by-passed snoet flow kanal til oxiderende gas; köleplade til brændselscelle omfattende en by-passed snoet kanal til kölegas; brændselscelle omfattende nævnte plader og deres brug. - Google Patents

Description

i DK 176814 B1

Bipolær plade til en brændselscelle omfattende en slynget strømningsvej for oxiderende gas med omløb, en køleplade til en brændselscelle omfattende en slynget strømningsvej for kølefluid med omløb, og en brændselscelle omfattende sådanne plader samt anvendelser deraf.

5

Opfindelsens område

Den foreliggende opfindelse angår en bipolær plade til en brændselscelle og en køleplade til en brændselscelle.. Endvidere angår opfindelsen anvendelse af sådanne 10 plader for tilførsel af ilt til en katodeside og/eller til køling af en katodeside i en brændselscelle. Den foreliggende opfindelse angår endvidere en fremgangsmåde til fremstilling af en sådan bipolær plade eller køleplade såvel som en brændselscellestak omfattende en sådan bipolær plade og/eller køleplade. Endelig angår den foreliggende opfindelse en fremgangsmåde til produktion af elektrisk strøm under anvendelse af en 15 sådan brændselscellestak og anvendelse af en sådan brændselscellestak som backup strømforsyningssystem eller som vedvarende strømgeneratorsystem.

Baggrund for opfindelsen 20 Den foreliggende opfindelse angår en bipolær plade til en brændselscelle og en køleplade til en brændselscelle.. Brændselscellens bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse har en katodeside og en anodeside, hvori katodesiden omfatter en eller flere strømningskanaler i form af slyngede spor, der omfatter by-pass-kanaler. Analogt hermed omfatter kølepladen ifølge foreliggende opfindelse en køleside, hvori 25 kølesiden omfatter en eller flere strømningskanaler i form åf slyngede spor, der omfatter by-pass-kanaler. Den bipolære plade og kølepladen ifølge foreliggende opfindelse er særlig anvendelige i den type brændselscellestakke, hvori oxiderende gas anvendes som reaktantgas til drift af brændselscellerne. En sådan brændselscelle omfatter blandt andet PEM brændselsceller og SOFC brændselsceller.

30 DK 176814 B1 2

Brændselsceller er indretninger, der sørger for ren og forholdsvis effektiv konvertering af stof til elektrisk energi og varme. Der er udviklet en række forskellige teknologier indenfor det sidste par årtier, som hver anvender sit eget princip, reagenstype, optimale driftsbetingelser etc. En teknologi, som har opnået særlig interesse i de 5 senere år er den såkaldte PEM (proton exchange membrane) brændselscelle. En anden teknologi, som har opnået særlig interesse de senere år er den såkaldte SOFC (solid oxide fuel cell) brændselscelle. Den foreliggende opfindelses baggrund vil nu blive forklaret med hensyn til en PEM brændselscelle.

10 En PEM (proton exchange membrane) brændselscelle omfatter en anode og en katode og en protonudvekslingsmembran anbragt der imellem. Protonudvekslingsmembranen omfatter en katalysator på den side, der vender mod anoden såvel som den side, der vender mod katoden. Princippet for en PEM brændselscelle er det at tilføre brint til den side af membranen, der vender mod anoden, hvilket ved hjælp af katalysatoren på 15 den side af membranen, som vender mod anoden, fører til den kemiske reaktion.

(1) Anodereaktion: H2 -> 2 H+ + 2 e'

Anoden er lavet af en elektrisk ledende materiale og transporterer derfor de elektroner, 20 der er genereret på membranens anodeside, hvorimod de protoner, der genereres på PEM membranens anodeside, diffunderer gennem membranen.

På membranens katodeside tilføres ilt (eller luft). Hvis der tilsluttes en elektrisk belastning mellem cellens katode og anode for derved at danne et elektrisk kredsløb, 25 strømmer de elektroner, der genereres ved anoden gennem denne belastning, til katoden. Den ilt, der tilføres membranens katodeside, reagerer ved hjælp af katalysatoren på den den side af membranen, der vender mod katoden, med de protoner, som er diffunderet gennem membranen, og de elektroner, der strømmer til katoden, i henhold til følgende kemiske ligning: 30 (2) Katodereaktion: 02 + 4 H+ + 4 e' -> 2 1120 + varme

Herefter er den nettoreaktion, der finder sted i en PEM brændselscelle: DK 176814 B1 3 (3) 2 H2 + O2 -> 2 H20 + elektrisk effekt + varme

En enkelt celle er i stand til at generere en spænding på typisk 0,5-IV. For at opnå 5 højere spændinger for brændselsceller bliver et antal enkeltceller sædvanligvis serieforbundet i en såkaldt brændselscellestak. En brændselscellestak er af økonomiske grund ofte konstrueret på en måde, der integrerer en brændselscelles katode med en tilstødende brændselscelles anode i den modsvarende stak. Det opnås ved at anvende såkaldte bipolære plader. En bipolær plade er en plade, som har to 10 sider, én, som fungerer som anode for en brændselscelle, og en anden, som fungerer som katode for den tilstødende brændselscelle i den tilsvarende brændselscellestak.

For at den bipolære plade skal være effektiv må det sikres, at der føres en konstant forsyning af oxiderende gas til membranens katodeside og derfor også til den bipolære 15 plades katodeside. Endvidere må det sikres, at den oxiderende gas tilført katodesiden på den bipolære plade bliver godt fordelt hen over overfladen på den bipolære plades katodeside. Det kræver på sin side, at oxiderende gas tilføres med forholdsvist højt tryk fra en ydre kilde, såsom den omgivende luft, og ind i indløbsmanifolden, der forbinder katodesiden på hver bipolær plade i brændselscellestakken til det oxiderende 20 middels kilde.

På basis af ovenstående betragtninger har megen forskning og udvikling af PEM brændselsceller i de senere år fokuseret på den specifikke fysiske udformning af brændselcel len og især på den fysiske udformning af de bipolære plader.

25 På grund af varmen, der genereres ved brændselscellens katode, er det nødvendigt med køleorganer til at afkøle brændselscellens katodedel. 1 visse udformninger af brændselsceller sørger den bipolære plades katodeside for tilførsel af oxiderende gas til brændselscellen såvel som køling af brændselscellens katodeside ved at tilføre mere 30 oxiderende gas til katodesiden, end der faktisk behøves i forhold den støkiometriske mængde brint, der tilføres og ’’forbruges” på anodesiden af brændselscellens bipolære plade. Andre udformninger omfatter særskilte køleplader, som ikke er en integreret del af brændselscellens bipolære plade.

DK 176814 B1 4

Derfor er der på området beskrevet mange forskellige udformninger af bipolære plader. Selvom en betydelig del af disse udformninger opfylder det tekniske krav til at 5 tilføre tilstrækkelig oxiderende gas til sådanne pladers katodeside, lider de imidlertid alle af den ulempe, at når det gælder bipolære plader kræver den specifikke udformning megen energi for at tilføre den oxiderende gas fra den ydre kilde via indløbsmanifolden ind på katodesiden af brændselscellestakkens bipolære plader, og når det gælder køleplader, kræver den specifikke udformning megen energi for at 10 tilføre kølefluid fra den ydre kilde via indløbsmanifolden ind på kølesiden af brændselscellestakkens køleplader.

Formål med opfindelsen 15 Det er et formål med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en bipolær plade for en brændselscelle, som overvinder ovenstående ulempe.

Beskrivelse af opfindelsen 20 I et første aspekt angår den foreliggende opfindelse en bipolær plade til brug i en brændselscellestak. Den bipolære plade ifølge det første aspekt af foreliggende opfindelse omfatter en katodeside og en anodeside, hvori - katodesiden har strømningskanaler for oxiderende gas, idet strømningskanaleme for 25 oxiderende gas omfatter et eller flere spor 12, som hver repræsenterer en slynget vej 14, hvori - hver slynget vej selvstændigt omfatter N på hinanden følgende strækninger L|, Lj, ...Ln, som er indbyrdes forbundne med N-l på hinanden følgende svingsektioner, Th 30 T2,... TN_i,hvori DK 176814 B1 5 - hver strækning Li, L2,...Ln-i i længderetningen er adskilt fra den påfølgende strækning L2, L3,...LN med et vægafsnit, Wi, W2,... Wn-i; hvori: - hver svingsektion repræsenterer 180° ændring af strømningsretningen af oxiderende 5 gas, hvori - N er et ulige heltal på 3 eller mere, kendetegnet ved, at et eller flere af vægafsnittene Wj, W2,...Wn-i 10 uafhængigt omfatter en eller flere by-pass-kanaler 16 for at tillade oxiderende gas at strømme via en genvej fra en strækning L< til dens efterfølgende strækning Lx+i; 1 < x < N-l; idet en del af strækningen Lx og en del af strækningen LI+i omgås.

I et andet aspekt tilvejebringer den foreliggende opfindelse en køleplade til brug i en 15 brændselscellestak. Kølepladen ifølge det andet aspekt af foreliggende opfindelse omfatter en køleside, hvori - kølesiden har strømningskanaler for kølefluid, idet strømningskanaleme for kølefluid omfatter et eller flere spor 12, som hver repræsenterer en slynget vej 14, hvori 20 - hver slynget vej selvstændigt omfatter N på hinanden følgende strækninger L], L2, ...Ln, som er indbyrdes forbundne med N-l på hinanden følgende svingsektioner, Tj, T2,... Tn-i, hvori 25 - hver strækning Li, L2,...Ln-i i længderetningen er adskilt fra den påfølgende strækning L2, L3,...Ln med et vægafsnit, Wi, W2,... Wn-i; hvori: - hver svingsektion repræsenterer 180° ændring af strømningsretningen af kølefluid, hvori 30 - N er et ulige heltal på 3 eller mere, kendetegnet ved, at et eller flere af vægafsnittene W|, W2,...Wn-i DK 176814 B1 6 selvstændigt omfatter en eller flere by-pass-kanaler 16 for at tillade kølefluid at strømme via en genvej fra en strækning Lx til dens efterfølgende strækning Lx+1; 1 < x < N-l; idet en del af strækningen Lx og en del af strækningen Lj+i omgås.

I et tredje aspekt angår den foreliggende opfindelse anvendelse af en bipolær plade 5 ifølge foreliggende opfindelse til tilførsel af oxiderende gas til katodesiden af en brændselscelle under drift deraf.

I et fjerde aspekt angår den foreliggende opfindelse den kombinerede køling af og tilførsel af oxiderende gas til katodesiden af en brændselscelle under drift deraf.

10 I et femte aspekt angår den foreliggende opfindelse anvendelse af en køleplade ifølge foreliggende opfindelse til køling af katodesiden af en brændselscelle under drift deraf.

I et sjette aspekt angår den foreliggende opfindelse en fremgangsmåde til fremstilling 15 af en bipolær plade og/eller kølepladen ifølge opfindelsen.

I et syvende aspekt angår den foreliggende opfindelse en brændselscellestak, der omfatter mere end en bipotær plade ifølge foreliggende opfindelse og/eller omfatter en eller flere køleplader ifølge foreliggende opfindelse.

20 I et ottende aspekt angår den foreliggende opfindelse en fremgangsmåde til produktion af elektrisk strøm og/eller varme under anvendelse af en brændselscellestak ifølge foreliggende opfindelse.

25 I et niende aspekt angår den foreliggende opfindelse anvendelse af en brændselscellestak ifølge foreliggende opfindelse som backup strømforsyningssystem, I et tiende aspekt angår den foreliggende opfindelse anvendelse af en brændselscellestak ifølge foreliggende opfindelse som vedvarende 30 strømgeneratorsystem.

DK 176814 B1 7

Beskrivelse af tegningen

Fig. 1 er et ovenbillede af udformningen af de slyngede veje på katodesiden af en bipolær plade ifølge foreliggende opfindelse eller kølesiden af en køleplade ifølge 5 foreliggende opfindelse. Fig. 1 viser tre slyngede veje, der hver omfatter tre strækninger, to svingsektioner og to vægafsnit.

Fig. 2 er et ovenbillede af katodesiden af en bipolær plade ifølge foreliggende opfindelse eller kølesiden af en køleplade ifølge foreliggende opfindelse, visende en 10 svingsektion i form af et egentligt 180° buetype spor.

Fig. 3 er et ovenbillede af katodesiden af en bipolær plade ifølge foreliggende opfindelse eller kølesiden af en køleplade ifølge foreliggende opfindelse, og visende en svingsektion i form af et spor, der omfatter to 90° bøjninger adskilt af en kort 15 svingsektionstrækning T i.

Fig. 4 er et ovenbillede af katodesiden af en bipolær plade ifølge foreliggende opfindelse eller kølesiden af en køleplade ifølge foreliggende opfindelse, visende en slyngning med tre strækninger, i hvilke den sidste strækning L3 deler sig i tre grene.

20

Fig. 5 viser en aftegning af tryktabet i en enkelt slynget kanal omfattende tre strækninger overfor fluidhastigheden i indløbssektionen på den første strækning med hensyn til en slyngning, der ikke omfatter by-pass-kanaler, sammenlignet med en slyngning, der omfatter by-pass-kanaler ifølge eksempel 1.

25

Ovenstående fig. 1 - 4 skal fortolkes på sådan made, at det indre af hver by-pass-kanal 16 er i flydende forbindelse med det indre af de to strækninger af slyngningen, mellem hvilke by-pass-kanalen er indrettet.

30 Detaljeret beskrivelse af opfindelsen

Den bipolære plade ifølge den foreliggende opfindelse DK 176814 B1 8 I et første aspekt tilvejebringer den foreliggende opfindelse en bipolær plade til brug i en brændselscellestak. Takket være den særlige udformning af katodesiden tilvejebringer den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse en effektiv tilførsel af 5 oxiderende gas fra en ydre kilde ind på katodesiden af hver bipolær plade via en indløbsmanifold med betydelig reduceret strømforbrug for den pumpe, der er nødvendig for at udføre denne opgave.

Den bipolære plade ifølge det første aspekt af foreliggende opfindelse omfatter en 10 katodeside og en anodeside, hvori - katodesiden har strømningskanaler for oxiderende gas, idet strømningskanaleme for oxiderende gas omfatter et eller flere spor 12, som hver repræsenterer en slynget vej 14, hvori 15 - hver slynget vej selvstændigt omfatter N på hinanden følgende strækninger Li, L2, ...Lfj, som er indbyrdes forbundne med N-l på hinanden følgende svingsektioner, Ti, T2,... Tn-i,hvori 20 - hver strækning Li, L2,...Ln-i i længderetningen er adskilt fra den påfølgende strækning L2, L3,...Ln med et vægafsnit, Wt, W2,... WN i; hvori: - hver svingsektion repræsenterer 180° ændring af strømningsretningen af oxiderende gas, hvori 25 - N er et ulige heltal på 3 eller mere, kendetegnet ved, at et eller flere af vægafsnittene Wj, W2,.. .WN_i uafhængigt omfatter en eller flere by-pass-kanalcr 16 for at tillade oxiderende gas at 30 strømme via en genvej fra en strækning Lx til dens efterfølgende strækning L^+i; 1 < x < N-l; idet en del af strækningen LxOg en del af strækningen Lx+i omgås.

DK 176814 B1 9 På grund af den særlige udformning af strømningskanaleme for oxiderende gas på den bipolære plades katodeside i form af bugtede spor, der omfatter by-pass-kanalcr, sikres tilstrækkelig tilførsel af oxiderende gas over hele den bipolære plades katodeside med en betydelig mindre strømforbrug for den pumpe, som er nødvendig for at pumpe 5 oxiderende gas fra en ydre kilde til den bipolære plades katodeside via en indløbsmanifold i brændselscellestakken. Årsagen til det mindre strømforbrug i pumpen er, at by-pass-kanaleme i de bugtede spor tilvejebringer et mindre tryktab gennem den bipolære plades katodeside sammenlignet med en bipolær plade, som ikke har en udformning som den ifølge foreliggende opfindelse.

10

Endvidere er det fundet, at tilstedeværelsen af by-pass-kanaleme i den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse tilvejebringer en kølevirkning på den bipolære plades katodeside, hvis størrelsesorden er højst overraskende, og som ikke alene kan forklares ved en et mindsket tryktab i strømningskanaleme. Denne kølevirknings natur forstås 15 ikke fuldt ud, men det menes at by-pass-kanaleme skaber turbulenszoner, som øger varmeovergangen nær hver ende (eller 180° bøjning). Derfor overføres termisk energi effektivt fra en ende af pladen til den anden ende under bmg af fluidets varmekapacitet. Det muliggør en betydelig bedre temperaturfordeling over pladen, og som følge heraf en bedre kølevirkning. På grund af de kombinerede virkninger af 20 køling og reduceret tryktab i den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse er den særlige udformning af pladen med bugtede strømme, der omfatter by-pass-kanaler, også anvendelig til køleplader i brændselscellestakke.

I den foreliggende beskrivelse og de vedføjede krav er en slynget form defineret som 25 en geometrisk figur, der omfatter tre eller flere på hinanden følgende strækninger, som hovedsagelig er orienteret i samme retning, hvori hver strækning er forbundet med sin efterfølgende strækning med en 180° bøjning.

I nærværende beskrivelse og de vedføjede krav skal det forstås, at når der henvises til 30 den slyngede strækning L] og Ln, er Lj altid den opstrøms strækning, dvs. den strækning af slyngningen, i hvilken den oxiderende gas kommer ind i brændselcellen, hvorimod Ln altid er den nedstrøms strækning, dvs. den strækning af slyngningen, fra hvilken den oxiderende gas forlader brændselscellen.

DK 176814 B1 10 I en foretrukken udførelsesform af foreliggende opfindelse omfatter katodesiden af den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse 5-20 slyngede veje 14, såsom 6 -18 slyngede veje , f.eks. 8-16 slyngede veje, såsom 9-15. slyngede veje, for 5 eksempel 10 -14 slyngede veje, såsom 11,12 eller 13 slyngede veje.

I en foretrukken udførelsesform for den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse omfatter et eller flere af vægafsnittene Wj, W2, ...Wn-i hver uafhængigt 1-15 by-pass-kanaler, såsom 2-14 by-pass-kanaler, såsom 3-13 by-pass-kanaler, f.eks. 4-12 by-pass-kanaler, såsom 5-11 by-pass-kanaler, f.eks. 6-10 by-pass-kanaler, f.eks. 7, 10 8 eller 9 by-pass-kanaler. Sådanne antal by-pass-kanaler tilvejebringer effektiv reduktion af tryktab og tillader dermed mere energieffektiv tilførsel af oxiderende gas til brændselscellens katodeside.

Endvidere menes det, at sådant antal by-pass-kanaler tilvejebringer effektiv turbulens 15 af strømningen af oxiderende gas, der flyder i slyngningen, hvilket hjælper til køling af brændselscellens katodedel.

1 en anden foretrukken udførelsesform for den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse er en eller flere af by-pass-kanaleme i vægafsnittet Wx, placeret i den 20 nedstrøms halvdel af den tilknyttede strækning L*, idet den omgår en del af den nedstrøms sektion af strækning L* og en del af den opstrøms sektion af strækningen Lx+i. En sådan udformning af slyngningen og de tilknyttede by-pass-kanaler har vist sig højst effektiv. Det foretrækkes mere, at en eller flere af by-pass-kanaleme i vægafsnittet Wx, er placeret i den nedstrøms tredjedel af den tilknyttede strækning L*, 25 idet den omgår en del af den nedstrøms sektion af strækning Lx og en del af den opstrøms sektion af strækningen Lx+i.

I en udførelsesform for den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse repræsenterer et eller flere af svingsektioneme en ægte 180° ændring af 30 strømningsretningen i form af en 180° bue-type spor, såsom et spor der har halvcirkulær form. En sådan udførelsesform er delvist vist i fig. 2. Fig. 2 viser to bugtede strækninger forbundet via en ægte 180° ændring af strømningsretningen i form af et 180° bue-type spor 18, der har halvcirkulær form.

DK 176814 B1 11 I en anden udførelsesform for den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse repræsenterer et eller flere af svingsektioneme to hovedsagelig 90° ændringer 20 i strømningsretningen, som hver er adskilt af en hovedsagelig lige 5 svingsektionsstrækning TL for derved samlet at repræsentere en 180° ændring af strømningsretningen. En sådan udførelsesform er delvist vist i fig. 3. Fig. 3 viser to bugtede strækninger forbundet via en 180° ændring af strømningsretningen i form af to hovedsagelig 90° ændringer 20a, 20b i strømningsretningen.

10 I en foretrukken udførelsesform har svingsektionsstrækningen TL en længde på ikke mere end 20% af længden af enhver af slyngningens strækninger Li, Li ...Ln-i.

I en foretrukken udførelsesform for den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse omfatter hver slynget vej tre strækninger Lt, Li og L3; to vægafsnit W(, W2 og to 15 svingsektioner Ti and T2.1 denne udformning af den slyngede vej i den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse foretrækkes det, at det første vægafsnit Wj omfatter by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af Li og hvori den anden vægsektion W2 omfatter by-pass-kanaler placeret i den opstrøms halvdel af L2 og hvori den anden vægsektion W2 omfatter by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af L2. I en 20 endnu mere foretrukken udførelsesform af denne udformning af slyngningen i den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse omfatter det første vægafsnit Wj ti by-pass-kanaler plcaeret i den nedstrøms halvdel af Li, det andet vægafsnit W2 omfatter tre by-pass-kanaler placeret i den opstrøms halvdel af L2, og det andet vægafsnit W2 omfatter fem by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af L2.

25 I en alternativ foretrukken udførelses form for den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse omfatter hver slynget vej fem strækninger Li, L2, L3, L4 og L5, fire vægafsnit Wj, W2 W3 og Wd og fire svingsektioner Τι, T2, T3 and T4.

30 Det er fundet, at antallet af by-pass-kanaler påvirker tryktabet, temperaturfordelingen og oxidationsmiddelfordelingen. Tryktabet reduceres generelt, når antallet af by-pass-kanaler øges. Imidlertid øges oxidationsmidlets og temperaturens variation over DK 176814 B1 12 strømningsfeltet, hvilket sætter en grænse for, hvor mange og hvor store by-pass-kanaler, der kan være.

Hver strækning i hver slynget vej kan uafhængigt være mere eller mindre buet, eller 5 kan stort set være lige eller kan endda være helt lige.

Det foretrækkes, ingen af de slyngede veje på katodesiden af den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse er “viklet ind” i nogen anden slynget vej på den bipolære plades katodeside. Med udtrykket ’’ikke viklet ind”, som det anvendes i foreliggende 10 beskrivelse og de vedføjede krav, menes at hver slynget vej på den bipolære plades katodeside ifølge foreliggende opfindelse optager et område på katodeoverflade af pladen, som er komplementært til det område på den bipolære plades katodeflade, der optages af nogen af de andre slyngede veje.

15 I en udførelsesform for den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse deler den sidste strækning Ln af en eller flere af de slyngede veje sig på et sted svarende til strækningens nedstrøms del deler i to eller flere grene 22, som hver strækker sig til kanten af den bipolære plade. En sådan konstruktion tilvejebringer endda større reduktion af tryktab gennem de slyngede veje og sørger dermed for bedre 20 energiøkonomi udtrykt som energi, der er nødvendig for at tilføre den oxiderende gas til den bipolære plades katodedel. Denne udførelsesform er vist med hensyn til en enkelt slynget vej i fig. 4. Fig. 4 viser en slynget vej på en plade 10, hvilken slynget vej omfatter tre strækninger Li, L2 og L3, hvori L3 deles i tre grene ved sin ende umiddelbart før skæringen med pladens kant.

25

Dimensionerne af hver strækning L|, L2,... Ln af hver slynget vej kan vælges frit. I en udførelsesform for den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse er arealet af hver stræknings Li, L2,...Ln tværsnit i en eller flere af de slyngede veje imidlertid i det væsentlige lige store.

I en anden udførelsesform for den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse er bredderne af hver strækning L], L2,...Ln i en eller flere af de slyngede veje i det væsentlige lige store.

30 DK 176814 B1 13 I endnu en anden udførelses form for den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse er forholdet af tværsnitsarealet af enhver af by-pass-kanaleme 16 til tværsnitsarealet af enhver af strækningerne Li, L2,.. .Ln, uafhængigt 0,1-1, såsom 0,2 - 0,9, såsom 0,3 -5 0,8, f.eks. 0,4 - 0,7, såsom 0,5 eller 0,6.

By-pass-kanaleme, som findes i et eller flere af vægafsnittene W], W2,...Wn-i, kan gengives i ethvert egnet monster. Det foretrækkes at gruppere to eller flere by-pass-kanaler i en eller flere særskilte grupper af by-pass-kanaler. I en sådan 10 udførelsesform foretrækkes det, at afstanden mellem enkelte by-pass-kanaler indenfor hver gruppe er 1 - 8, såsom 2-7, f.eks. 3-6, såsom 4 or 5 gange bredden af strækningerne L|, L2,.. .Ln.

I en meget speciel og foretrukken udførelsesform for den bipolære plade ifølge 15 foreliggende opfindelse omfatter den bipolære plades katodeside ni slyngede veje, hvori hver slynget vej omfatter tre strækninger Li, L2 og L3; to vægafsnit Wj, W2 og to svingsektioner Ti and T2, hvori den første vægsektion Wi omfatter ti by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af Lj og hvori den anden vægsektion W2 omfatter tre by-pass-kanaler placeret i den opstrøms halvdel af L2 og hvori den anden vægsektion 20 W2 omfatter fem by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af L2. 1 denne udførelsesform foretrækkes det, at den sidste strækning Ln af en eller flere af de slyngede vejer på et sted svarende til strækningens nedstrøms del deler sig i i to eller flere grene 22, som hver strækker sig til kanten af den bipolære plade.

25 I en foretrukken udførelses form er den bipolære plade ifølge foreliggende opfindelse indrettet, så den er egnet til brug i en PEM brændselscelle eller en SOFC brændselscelle.

30 Kølepladen ifølge den foreliggende opfindelse I et andet aspekt tilvejebringer den foreliggende opfindelse en køleplade til brug i en brændselscellestak. Takket være den særlige udformning af dens køleside, DK 176814 B1 14 tilvejebringer kølepladen ifølge foreliggende opfindelse en effektiv tilførsel af kølefluid fra en ydre kilde ind på kølesiden via en indløbsmanifold med betydelig reduceret strømforbrug for den pumpe, der er nødvendig for at udføre denne opgave.

5 Kølepladen ifølge det første aspekt af foreliggende opfindelse omfatter en køleside, hvori - kølesiden har strømningskanaler for kølefluid, idet strømningskanaleme for kølefluid omfatter et eller flere spor 12, som hver repræsenterer en slynget vej 14, hvori 10 - hver slynget vej selvstændigt omfatter N på hinanden følgende strækninger Lj, L2, ...Ln, som er indbyrdes forbundne med N-l på hinanden følgende svingsektioner, Tj, T2,... Τιμ-i,hvori - hver strækning Li, L2,...LN1 i længderetningen er adskilt fra den påfølgende 15 strækning L2, L3,..,Lm med et vægafsnit, Wi, W2,... Wn-i; hvori: - hver svingsektion repræsenterer 180° ændring af strømningsretningen af kølefluid, hvori 20 - N er et ulige heltal på 3 eller mere, kendetegnet ved, at en eller flere af vægafsnittene Wj, W2,.. .Wn i selvstændigt omfatter en eller flere by-pass-kanaler 16 for at tillade kølefluid at strømme via en genvej fra en strækning Lx til dens efterfølgende strækning Lx+i; 1 < x 25 < N-l; idet en del af strækningen Lx og en del af strækningen Lx+| derved omgås.

På grund af den særlige udformning af strømningskanaleme for kølefluid på kølepladens køleside i form af bugtede spor, der omfatter by-pass-kanaler, sikres tilstrækkelig tilførsel af kølefluid over hele kølepladens køleside med et betydelig 30 mindre strømforbrug for den pumpe, som er nødvendig for at pumpe kølefluid fra en ydre kilde til kølepladens køleside via en indløbsmanifold i brændselscellestakken. Årsagen til det mindre strømforbrug i pumpen er, at by-pass-kanaleme i de bugtede DK 176814 B1 15 spor tilvejebringer et mindre tryktab gennem kølepladens køleside sammenlignet med en køleplade, som ikke har en udformning som den ifølge foreliggende opfindelse.

Som beskrevet herover med hensyn til by-pass-kanaleme i den bipolære plades 5 slyngede veje, tilvejebringer by-pass-kanaleme en overraskende stor kølevirkning.

Den samme virkning gælder med hensyn til den slyngede vej på en køleplade ifølge foreliggende opfindelse.

I nærværende beskrivelse og de vedføjede krav skal det forstås, at når der henvises til 10 den slyngede strækning Li og Ln, er Li altid den opstrøms strækning, dvs. den strækning af slyngningen, i hvilken kølefluidet kommer ind i brændselcellen, hvorimod Ln altid er den nedstrøms strækning, dvs. den strækning af slyngningen, fra hvilken kølefluidet forlader brændselscellen, 15 I en foretrukken udførelsesform af foreliggende opfindelse, omfatter kølesiden af kølepladen ifølge foreliggende opfindelse 5-20 slyngede veje 14, såsom 6-18 slyngede veje , f.eks. 8-16 slyngede veje, såsom 9 - 15 slyngede veje, for eksempel 10 - 14 slyngede veje, såsom 11,12 eller 13 slyngede veje.

20 I en foretrukken udførelsesform for kølepladen ifølge foreliggende opfindelse omfatter et eller flere af vægafsnittene W|, W2, ...WN_i hver uafhængigt 1-15 by-pass-kanaler, såsom 2-14 by-pass-kanaler, såsom 3-13 by-pass-kanaler, f.eks. 4-12 by-pass-kanaler, såsom 5-11 by-pass-kanaler, f.eks. 6 - 10 by-pass-kanaler, f.eks. 7, 8 eller 9 by-pass-kanaler. Sådanne antal by-pass-kanaler tilvejebringer effektiv reduktion af 25 tryktab og tillader dermed mere energieffektiv tilførsel af kølefluid til kølesiden af brændselscellens køleplade. Endvidere tilvejebringer sådanne antal by-pass-kanaler effektiv turbulens i strømningen af kølefluid, der flyder i slyngningen, hvilket yderligere hjælper til effektiv køling.

30 I en anden foretrukken udførelsesform for kølepladen ifølge foreliggende opfindelse er en eller flere af by-pass-kanaleme i vægafsnittet Wx, placeret i den nedstrøms halvdel af den tilknyttede strækning Lx, idet den omgår en del af den nedstrøms sektion af strækning Lx og en del af den opstrøms sektion af strækningen Lx+i, En sådan DK 176814 B1 16 udformning af slyngningen og de tilknyttede by-pass-kanaler har vist sig højst effektiv.

Det foretrækkes mere, at en eller flere af by-pass-kanalerne i vægafsnittet Wx, er placeret i den nedstrøms tredjedel af den tilknyttede strækning Lx, idet det omgår en del af den nedstrøms sektion af strækning Lx og en del af den opstrøms sektion af 5 strækningen Lx+i, I en udførelsesform for kølepladen ifølge foreliggende opfindelse repræsenterer et eller flere af svingsektioneme en ægte 180° ændring af strømningsretningen i form af en 180° bue-type spor, såsom et spor der har halvcirkulær form. En sådan 10 udførelsesform er delvist vist i fig. 2. Fig. 2 viser to bugtede strækninger forbundet via en ægte 180° ændring af strømningsretningen i form af et 180° bue-type spor 18, der har halvcirkulær form.

I en anden udførelsesform for kølepladen ifølge foreliggende opfindelse repræsenterer 15 et eller flere af svingsektioneme to hovedsagelig 90° ændringer 20 i strømningsretningen, som hver er adskilt af en hovedsagelig lige svingsektionsstrækning TL for derved samlet at repræsentere en 180° ændring af strømningsretningen. En sådan udførelsesform er delvist vist i fig. 3. Fig. 3 viser to bugtede strækninger forbundet via en 180° ændring af strømningsretningen i form af to 20 hovedsagelig 90° ændringer 20a, 20b i strømningsretningen.

I en foretrukken udførelsesfortn har svingsektionsstrækningen TL en længde på ikke mere end 20% af længden af enhver af slyngningens strækninger Li, L2.. .Ln.j .

25 I en foretrukken udførelsesform for kølepladen ifølge foreliggende opfindelse omfatter hver slynget vej tre strækninger Li, L2 og L3; to vægafsnit Wj, W2 og to svingsektioner T] and T2. I denne udformning af den slyngede vej i kølepladen ifølge foreliggende opfindelse foretrækkes det endvidere, at den første vægafsnit Wi omfatter by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af Li og hvori den anden vægsektion W2 30 omfatter by-pass-kanaler placeret i den opstrøms halvdel af L2 og hvori den anden vægsektion W2 omfatter by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af L2.1 en endnu mere foretrukken udførelsesform af denne udformning af slyngningen i kølepladen ifølge foreliggende opfindelse omfatter den første vægafsnit W] ti by-pass- DK 176814 B1 17 kanaler plcaeret i den nedstrøms halvdel af L|, det andet vægafsnit W2 omfatter tre by-pass-kanaler palcer i den opstrøms halvdel af L2, og det andet vægafsnit W2 omfatter fem by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af L2.

5 1 en alternativ foretrukken udførelsesform for kølepladen ifølge foreliggende opfindelse omfatter hver slynget vej fem strækninger Li, L2, L3; L* og L5, fire vægafsnit Wj, W2 W3 og W4 og fire svingsektioner Ti, T2,T3 and T4.

Det er fundet, at antallet af by-pass-kanaler påvirker tryktabet, temperaturfordelingen 10 og kølemiddelfordelingen. Tryktabet reduceres generelt, når antallet af by-pass-kanaler øges. Imidlertid øges kølemidlets og temperaturens variation over strømningsfeltet, hvilket sætter en grænse for, hvor mange og hvor store by-pass-kanaler, der kan være.

Hver strækning i hver slynget vej kan uafhængigt være mere eller mindre buet, eller 15 kan stort set være lige eller kan endda være helt lige.

Det foretrækkes, at ingen af de slyngede veje på kølesiden af kølepladen ifølge foreliggende opfindelse er “viklet ind” i nogen anden slynget vej på kølepladens køleside. Med udtrykket ”ikke viklet ind”, som det anvendes i foreliggende 20 beskrivelse og de vedføjede krav, menes at hver slynget vej på kølepladen ifølge foreliggende opfindelse optager et område på pladens køleoverflade, som er komplementært til det område på kølepladens køleflade, der optages af nogen af de andre slyngede veje.

25 I en udførelsesform for kølepladen ifølge foreliggende opfindelse deler den sidste strækning Ln af en eller flere af de slyngede veje sig på et sted svarende til strækningens nedstrøms del sig i to eller flere grene 22, som hver strækker sig til kanten af kølepladen. En sådan konstruktion tilvejebringer endda større reduktion af tryktab gennem de slyngede veje og sørger dermed for bedre energiøkonomi udtrykt 30 som energi, der er nødvendig for at tilføre kølefluidet til kølepladens kølende del. Denne udførelsesform er vist med hensyn til en enkelt slynget vej i fig. 4. Fig. 4 viser en slynget vej på en plade 10, hvilken slynget vej omfatter tre strækninger Li, L2 og DK 176814 B1 18 L3, hvori L3 deles i tre grene ved sin ende umiddelbart før skæringen med pladens kant.

5 Dimensionerne af hver strækning Li, L2,... LN af hver slynget vej kan vælges frit. I en udførelsesform for kølepladen ifølge foreliggende opfindelse er arealet af hver stræknings Li, L2,...Ln tværsnit i en eller flere af de slyngede veje imidlertid i det væsentlige lige store.

10 I en anden udførelsesform for kølepladen ifølge foreliggende opfindelse er bredderne af hver strækning Lj, L2,. ..Ln i en eller flere af de slyngede veje i det væsentlige lige store.

I endnu en anden udførelsesform for kølepladen ifølge foreliggende opfindelse er 15 forholdet af tværsnitsarealet af enhver af by-pass-kanaleme 16 til tværsnitsarealet af enhver af strækningerne Li, Lj,.. .Ln, uafhængigt 0,1-1, såsom 0,2 - 0,9, såsom 0,3 -0,8, f.eks, 0,4 - 0,7, såsom 0,5 eller 0,6.

By-pass-kanaleme, som findes i et eller flere af vægafsnittene Wj, W2,,. .WN.lt 20 kan gengives i ethvert egnet mønster. Det foretrækkes at gmppere to eller flere by-pass-kanaier i en eller flere særskilte grupper af by-pass-kanaler. I en sådan udførelsesform foretrækkes det, at afstanden mellem enkelte by-pass-kanaler indenfor hver gruppe er 1 - 8, såsom 2-7, f.eks. 3-6, såsom 4 or 5 gange bredden af strækningerne Li, L2,.. .Ln.

25 I en meget speciel og foretrukken udførelsesform for kølepladen ifølge foreliggende opfindelse omfatter kølepladens køleside.ni slyngede veje, hvori hver slynget vej omfatter tre strækninger L|, L2 og L3; to vægafsnit Wi, W2 og to svingsektioner T] and T2, hvori den første vægsektion Wj omfatter ti by-pass-kanaler placeret i den 30 nedstrøms halvdel af L| og hvori den anden vægsektion W2 omfatter tre by-pass-kanaler placeret i den opstrøms halvdel af L2 og hvori den anden vægsektion W2 omfatter fem by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af L2. I denne udførelsesform foretrækkes det, at den sidste strækning Ln af en eller flere af de DK 176814 B1 19 slyngede veje på et sted svarende til strækningens nedstrøms del deler sig i i to eller flere grene 22, som hver strækker sig til kanten afkølepladen.

I en foretrukken udførelsesform er kølepladen ifølge foreliggende opfindelse indrettet, 5 så den er egnet til brug i en PEM brændselscelle eller en SOFC brændselscelle.

Anvendelser af en bipolær plade eller køleplade ifølge den foreliggende opfindelse 10 I et tredje aspekt angår den foreliggende opfindelse anvendelse af en bipolær plade ifølge foreliggende opfindelse til tilførsel af oxiderende gas til katodesiden af en brændselscelle under drift deraf.

I et fjerde aspekt angår den foreliggende opfindelse den kombinerede køling af og 15 tilførsel af oxiderende gas til katodesiden af en brændselscelle under drift deraf. En sådan effektiv kombineret køling og tilførsel af oxiderende gas til brændselscellens katodeside opnås ved i brændselscellen at indbygge en bipolær plade ifølge foreliggende opfindelse og gennem de slyngede veje tilføre mere oxiderende gas til den bipolære plades katodeside, end der er nødvendigt i henhold til den støkiometriske 20 mængde brintgas tilknyttet reaktionen på anodesiden af den bipolære plade.

I et femte aspekt angår den foreliggende opfindelse anvendelse af en køleplade ifølge foreliggende opfindelse til køling af katodesiden af en brændselscelle under drift deraf.

I dette aspekt af den foreliggende opfindelse foretrækkes det at anvende et kølefluid i 25 form af en væske, såsom vand, alkoholer eller olier eller i form af en gas eller en blanding af gasser, såsom atmosfærisk luft, ilt, kvælstof, metan, reformeret gas eller andre gasser, fortrinsvis inaktive gasser.

30 Fremgangsmåden til fremstilling af den bipolære plade eller kølepladen ifølge foreliggende opfindelse DK 176814 B1 20

Den bipolære plade og kølepladen ifølge foreliggende opfindelse kan være af ethvert egnet materiale. Det er et væsentligt træk, at kølepladens og den bipolære plades materiale er elektrisk ledende, og at det er korrosionsbestandigt. Et egnet materiale kan vælges fra gruppen, der omfatter grafit, grafitpulver omfattende en binder, et metal, et 5 metal omfattende et korrosionsbestandigt overtræk, en legering, en legering omfattende et korrosionsbestandigt overtræk, en elektrisk ledende elastomerblanding, et elektrisk ledende keramisk materiale.

I et sjette aspekt angår den foreliggende opfindelse en fremgangsmåde til fremstilling 10 af en bipolær plade og/eller kølepladen ifølge opfindelsen.

Den bipolære plade og kølepladen ifølge foreliggende opfindelse kan fremstilles ved teknikker, som vides at være konventionelle på området. I en foretrukken udførelsesform ifølge fremgangsmåden til fremstilling af en bipolær plade eller 15 kølepladen ifølge foreliggende opfindelse fremstilles den bipolære plade/kølepladen ved følgende trin: i) tilvejebringelse af et materiale med dimensioner, som mindst svarer til den ønskede udformning af den bipolære plade/kølepladen, 20 ii) tilvejebringelse af detaljer for den ønskede udformning ved bortfræsning af overskydende materiale, f.eks. i en CNC fræsemaskine, iii) eventuelt overtrække pladen med et korrosionsbestandigt overtræk.

25 I en anden foretrukken udførelsesform ifølge fremgangsmåden til .fremstilling af en bipolær plade eller en køleplade ifølge foreliggende opfindelse fremstilles den bipolære plade eller kølepladen ved følgende trin: 30 i) tilvejebringelse af et materiale, som er egnet til formning og/eller støbning, i i) støbning af materialet i den ønskede udformning for den bipolære plade/kølepladen, DK 176814 B1 21 iii) eventuelt overtrække pladen med et korrosionsbestandigt overtræk.

22 DK 176814 B1

Brændselscel lestakken ifølge den foreliggende opfindelse I et syvende aspekt angår den foreliggende opfindelse en brændselscellestak, der omfatter mere end en bipolær plade ifølge foreliggende opfindelse og/eller omfatter en 5 eller flere køleplader ifølge foreliggende opfindelse. En fagmand på området vil vide, hvordan man skal samle og køre en sådan brændselscellestak.

I en foretrukken udførelsesform for dette aspekt af den foreliggende opfindelse er brændselscellestakken en PEM brændselscellestak eller en SOFC brændselscellestak.

10

En fremgangsmåde til produktion af elektrisk strøm oe/eller varme under anvendelse af en brændselscellestak ifølge foreliggende opfindelse 15 I et ottende aspekt angår den foreliggende opfindelse en fremgangsmåde til produktion af elektrisk strøm og/eller varme under anvendelse af en brændselscellestak ifølge foreliggende opfindelse.

Anvendelser af en brændselscellestak ifølge den foreliggende opfindelse 20 I et niende aspekt angår den foreliggende opfindelse anvendelse af en brændselscellestak ifølge foreliggende opfindelse som backup strømforsyningssystem.

I et tiende aspekt angår den foreliggende opfindelse anvendelse af en .

25 brændselscellestak ifølge foreliggende opfindelse som et vedvarende strømgeneratorsystem.

Eksempel 1

Dette eksempel viser forskellen mellem en plade med slynget vej omfattende by pass-kanaler og en lignende plade uden by-pass-kanaler, når det gælder energiforbrug ved tilførsel af en oxidationsmiddelstrøm gennem slyngningen. Pladen har i hvert tilfælde 30 DK 176814 B1 23 en slynget vej omfattende tre strækninger L|, L2 og L3 og to vægafsnit Wj og W2. Kanaldimensioneme for Li, L2 og L3 var 1,5 mm brede og 1,8 mm høje. Når det gælder den slyngede vej omfattende by-pass-kanaler, omfattede det første vægafsnit ti by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af Li, det andet vægafsnit W2 5 omfattede tre by-pass-kanaler placeret i den opstrøms tredjedel af L2, og det andet vægafsnit W2 omfattede endvidere fem by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms tredjedel af L2.

Oxiderende gas blev tilført hver af de to plader. Hastigheden af oxiderende gas blev 10 beregnet ved 20°C. Den indgående termiske effekt i cellen blev styret sådan, at udløbstemperaturen var 180 °C ved en belastning op til 0,7A/cm1, hvilket gav en cellespænding på 0,45 V. Det aktive område, som kanalen dækker, er ca. 5 cm1.

Fig. 5 viser en aftegning af tryktabet i en enkelt slynget kanal omfattende tre 15 strækninger overfor fluidhastigheden i indløbssektionen på den første strækning med hensyn til en slyngning, der ikke omfatter by-pass-kanaler, sammenlignet med en slyngning, der omfatter by-pass-kanaleme.

Når tryktabet ved anvendelse af by-pass-kanalen er reduceret med en faktor 4 som vist 20 på kurven, gælder det også den teoretiske strømforbrug. For systemer i praksis betyder det, at det parasitiske effekttab med by-pass-kanaler kan reduceres til mindre end 2% af brændselscellestakydelsen ved fuld belastning.

Claims (48)

1. Bipolær plade (10) til en brændselscelle, hvor den bipolære plade har en anodeside 5 og en katodeside, hvori - katodesiden har strømningskanaler for oxiderende gas, idet strømningskanalerne for oxiderende gas omfatter et eller flere spor (12), som hver repræsenterer en slynget vej (14), hvori 10 - hver slynget vej selvstændigt omfatter N på hinanden følgende strækninger Li, L2, ...Ln, som er indbyrdes forbundne med N-l på hinanden følgende svingsektioner, Ti, T2,... TN.i,hvori 15. hver strækning Li, L2,...Ln-i i længderetningen er adskilt fra den påfølgende strækning L2, L3,.. .Ln med et vægafsnit, Wj, W2,... Wn_i; hvori - hver svingsektion repræsenterer 180° ændring af strømningsretningen af oxiderende gas, hvori 20 - N er et ulige heltal på 3 eller mere, kendetegnet ved, at en eller flere af vægafsnittene W], W2,,. .WN.! uafhængigt omfatter en eller flere by-pass-kanaler (16) for at tillade oxiderende gas at 25 strømme via en genvej fra en strækning L* til dens efterfølgende strækning Lx+i; 1 < x < N-1; idet en del af strækningen Lx og en del af strækningen U+i omgås. 1 Bipolær plade ifølge krav 1, hvori katodesiden omfatter 5-20 slyngede veje (14), 30 såsom 6-18 slyngede veje , f.eks. 8-16 slyngede veje, såsom 9-15 slyngede veje, for eksempel 10 -14 slyngede veje, såsom 11,12 eller 13 slyngede veje. DK 176814 B1 25

3. Bipolær plade ifølge krav 1 eller 2, hvori et eller flere af vægafsnittene W|, W2, ...Wn-i hver uafhængigt omfatter 1-15 by-pass-kanaler, såsom 2-14 by-pass-kanaler, såsom 3-13 by-pass-kanaler, f.eks. 4-12 by-pass-kanaler, såsom 5 - 11 by-pass-kanaler, f.eks. 6-10 by-pass-kanaler, f.eks. 7, 8 eller 9 by-pass-kanaler. 5

4. Bipolær plade ifølge ethvert af de foregående krav, hvori en eller flere af by-pass-kanaleme i vægafsnittet Wx, er placeret i den nedstrøms halvdel af den tilknyttede strækning Lx, fortrinsvis i den nedstrøms tredjedel af den tilknyttede strækning Lx, idet det omgår en del af den nedstrøms sektion af strækning Lx og en del af den opstrøms 10 sektion af strækningen L*+i.

5. Bipolær plade ifølge ethvert af de foregående krav, hvori et eller flere af svingsektioneme repræsenterer en ægte 180° ændring af strømningsretningen i form af en 180° bue-type spor, såsom et spor der har halvcirkulær form. 15

6. Bipolær plade ifølge ethvert af de foregående krav, hvori et eller flere af svingsektioneme repræsenterer to hovedsagelig 90° ændringer (20) i strømningsretningen, som hver er adskilt af en hovedsagelig lige svingsektionsstrækning TL for derved samlet at repræsentere en 180° ændring af 20 strømningsretningen.

7. Bipolær plade ifølge krav 6, hvori svingsektionsstrækningen TL har en længde på ikke mere end 20% af længden af enhver af strækningerne Li, L2 ...Ln.].

8. Bipolær plade ifølge ethvert af de foregående krav, hvori hver slynget vej omfatter tre strækninger Li, L2 og L3; to vægafsnit Wi, W2og to svingsektioner Ti and T2.

9. Bipolær plade ifølge krav 8, hvori den første vægsektion Wj omfatter by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af Li og hvori den anden vægsektion W2 30 omfatter by-pass-kanaler placeret i den opstrøms halvdel af L2 og hvori den anden vægsektion W2 omfatter by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af L2. DK 176814 B1 26

10. Bipolær plade ifølge krav 9, hvori den første vægsektion Wj omfatter ti by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af L] og hvori den anden vægsektion W2 omfatter tre by-pass-kanaler placeret i den opstrøms halvdel af L2 og hvori den anden vægsektion W2 omfatter fem by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af L2. 5

11. Bipolær plade ifølge ethvert af krav 1 -7, hvori hver slynget vej omfatter fem strækninger Li, L2, L3; L* og L5, fire vægafsnit Wi, W2 W3 og W4 og fire svingsektioner Tj, T2, T3 and T4.

12. Bipolær plade ifølge ethvert af de foregående krav, hvori en eller flere af strækningerne Li, L2,..Xn er i det væsentlige lige strækninger.

13. Bipolær plade ifølge ethvert af krav 1-11, hvori en eller flere af strækningerne L|, L2,...Ln er buede. 15

14. Bipolær plade ifølge ethvert af de foregående krav, hvori de slyngede veje er adskilt fra hinanden på sådan måde, at ingen slynget vej er viklet ind i en anden slynget vej.

15. Bipolær plade ifølge ethvert af de foregående krav, hvori den sidste strækning Ln af en eller flere af de slyngede vejer på et sted svarende til strækningens nedstrøms del deler sig i i to eller flere grene (22), som hver strækker sig til kanten af den bipolære plade.

16. Bipolær plade ifølge ethvert af de foregående krav, hvori arealet af hver stræknings Lj, L2,,..Ln tværsnit i en eller flere af de slyngede veje er i det væsentlige lige stort.

17. Bipolær plade ifølge ethvert af de foregående krav, hvori bredderne af hver 30 strækning Li, L2).. .Ln i en eller flere af de slyngede veje er i det væsentlige lige store.

18. Bipolær plade ifølge ethvert af de foregående krav, hvori forholdet af tværsnitsarealet af enhver af by-pass-kanaleme (16) i forhold til tværsnitsarealet af DK 176814 B1 27 enhver af strækningerne Li, L2,.. .Ln, er uafhængigt 0,1-1, såsom 0,2 - 0,9, såsom 0,3 - 0,8, f.eks. 0,4 - 0,7, såsom 0,5 eller 0,6.

19. Bipolær plade ifølge ethvert af de foregående krav, omfattende en eller flere 5 særskilte grupper af by-pass-kanaler indenfor hver slynget vej, hvori afstanden mellem enkelte by-pass-kanaler indenfor hver gruppe er 1 - 8, såsom 2-7, f.eks. 3-6, såsom 4 or 5 gange bredden af strækningerne Li, L2,.. .Ln.

20. Bipolær plade ifølge krav 10 og 15 og omfattende ni slyngede veje, hvori 10 strækningen L3 af hver slyngning ved sin nedstrøms ende deler sig i tre grene (22), som hver forløber til kanten af den bipolære plade.

21. Bipolær plade ifølge ethvert af de foregående krav, hvori den bipolære plade er til en PEM brændselscelle eller en SOFC brændselscelle. 15

22. Køleplade (10) til en brændselscelle, hvor kølepladen har en køleside for tilvejebringelse af en strøm afkølefluid. - kølesiden har strømningskanaler for kølefluid, idet strømningskanaleme forkølefluid 20 omfatter et eller flere spor (12), som hver repræsenterer en slynget vej (14), hvori - hver slynget vej selvstændigt omfatter N på hinanden følgende strækninger Lj, L2, ...Ln, som er indbyrdes forbundne med N-l på hinanden følgende svingsektioner, Ti, T2,... TN-i,hvori 25 - hver strækning Li, L2,...Ln-i i længderetningen er adskilt fra den påfølgende strækning L2, L3,...Ln med et vægafsnit, Wi, W2,... WN.i; hvori: - hver svingsektion repræsenterer 180° ændring af strømningsretningen af kølefluid, 30 hvori - N er et ulige heltal på 3 eller mere, DK 176814 B1 28 kendetegnet ved, at en eller flere af vægafsnittene W|, W2,...Wn-i selvstændigt omfatter en eller flere by-pass-kanaler (16) for at tillade kølefluid at strømme via en genvej fra en strækning L* til dens efterfølgende strækning Lx+i; 1 < x < N-l; idet en del af strækningen Lx og en del af strækningen Lx+] omgås. 5

23. Køleplade ifølge krav 22, hvori kølesiden omfatter 5-20 slyngede veje (14), såsom 6-18 slyngede veje , f.eks. 8-16 slyngede veje, såsom 9 - 15 slyngede veje, for eksempel 10 -14 slyngede veje, såsom 11, 12 eller 13 slyngede veje. 10 24. Køleplade ifølge krav 22 eller 23, hvori et eller flere af vægafsnittene W], W2, ...WN,] hver uafhængigt omfatter 1-15 by-pass-kanaler, såsom 2-14 by-pass-kanaler, såsom 3-13 by-pass-kanaler, f.eks. 4-12 by-pass-kanaler, såsom 5 - 11 by-pass-kanaler, f.eks. 6-10 by-pass-kanaler, f.eks. 7, 8 eller 9 by-pass-kanaler. 15 25. Køleplade ifølge ethvert af krav 22 - 24, hvori en eller flere af by-pass-kanaleme i vægafsnittet Wx, er placeret i den nedstrøms halvdel af den tilknyttede strækning L*, fortrinsvis i den nedstrøms tredjedel af den tilknyttede strækning Lx, idet den omgår en del af den nedstrøms sektion af strækning U og en del af den opstrøms sektion af strækningen Lx+i. 20

26. Køleplade ifølge ethvert af kravene 22 - 25, hvori et eller flere af svingsektioneme repræsenterer en ægte 180° ændring af strømningsretningen i form afen 180° bue-type spor, såsom et spor der har halvcirkulær form. 25 27. Køleplade ifølge ethvert af kravene 22 -26, hvori et eller flere af svingsektioneme repræsenterer to hovedsagelig 90° ændringer (20) i strømningsretningen, som hver er adskilt af en hovedsagelig lige svingsektionsstrækning TL for derved samlet at repræsentere en 180° ændring af strømningsretningen. 30 28. Køleplade ifølge krav 27, hvori svingsektionsstrækningen TL har en længde på ikke mere end 20% af længden af enhver af strækningerne L], L2.. .Ln-i . 29 DK 176814 B1

29. Køleplade ifølge ethvert af kravene 22 -28, hvori hver slynget vej omfatter tre strækninger L]t L2 og L3; to vægafsnit Wj, W2 og to svingsektioner Tj and T2.

30. Køleplade ifølge krav 29, hvori den første vægsektion Wi omfatter by-pass-5 kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af Li og hvori den anden vægsektion W2 omfatter by-pass-kanaler placeret i den opstrøms halvdel af L2 og hvori vægsektionen W2 omfatter by-pass-kanaler placeret i den nedstrøms halvdel af L2.

31. Køleplade ifølge ethvert af kravene 22 -28, hvori hver slynget vej omfatter fem 10 strækninger Lj, L2, L3; U og L5, fire vægafsnit Wj, W2 W3 og W4 og fire svingsektioner Tj, T2, T3 and T4.

32. Køleplade ifølge ethvert af de foregående krav, hvori en eller flere af strækningerne Li, L2,., .Ln er i det væsentlige lige strækninger. 15

33. Køleplade ifølge ethvert af kravene 22 -32, hvori en eller flere af strækningerne Li, L2,,..Ln er buede.

34. Køleplade ifølge ethvert af kravene 22 -33, hvori de slyngede veje er adskilt fra 20 hinanden på sådan måde, at ingen slynget vej er viklet ind i en anden slynget vej.

35. Køleplade ifølge ethvert af kravene 22 -34, hvori den sidste strækning Ln af en eller flere af de slyngede veje på et sted svarende til strækningens nedstrøms del deler sig i i to eller flere grene (22), som hver strækker sig til kanten afkølepladen. 25

36. Køleplade ifølge ethvert af kravene 22 -35, hvori arealet af hver stræknings L|, L2,.. .Ln tværsnit i en eller flere af de slyngede veje er i det væsentlige lige store.

37. Køleplade ifølge ethvert af kravene 22 -36, hvori bredderne af hver strækning L],

30 L2,.. .Ln i en eller flere af de slyngede veje er i det væsentlige lige store.

38. Køleplade ifølge ethvert af kravene 22 -37, hvori forholdet af tværsnitsarealet af enhver af by-pass-kanaleme (16) til tværsnitsarealet af enhver af strækningerne Lj, 30 DK 176814 B1 L2„..Ln. er uafhængigt 0,1 - 1, såsom 0,2 - 0,9, såsom 0,3 - 0,8, f.eks. 0,4 - 0,7, såsom 0,5 eller 0,6.

39. Køleplade ifølge ethvert af krav 22 - 38, omfattende en eller flere særskilte grupper 5 af by-pass-kanaler, hvori afstanden mellem enkelte by-pass-kanaler indenfor hver gruppe er 1 - 8, såsom 2-7, f.eks. 3-6, såsom 4 or 5 gange bredden af strækningerne Lj, L2,.. .Lf;.

40. Køleplade ifølge ethvert af kravene 22 -39, hvori kølepladen er til en PEM 10 brændselscelle eller en SOFC brændselscelle.

41. Bipolær plade ifølge ethvert af kravene 1-21, eller en køleplade ifølge ethvert af krav 22 - 40, hvori pladen er lavet af et materiale udvalgt fra gruppen, der omfatter grafit, grafitpulver omfattende en binder, et metal, et metal omfattende et 15 korrosionsbestandigt overtræk, en legering, en legering omfattende et korrosionsbestandigt overtræk, en elektrisk ledende elastomerblanding, og et elektrisk ledende keramisk materiale.

42. Anvendelse af en bipolær plade ifølge ethvert af kravene 1 - 21 til tilførsel af 20 oxiderende gas til katodesiden af en brændselscelle under drift deraf.

43. Anvendelse af en bipolær plade ifølge ethvert af kravene 1 - 21 til kombineret køling af og tilførsel af oxiderende gas til katodesiden af en brændselscelle under drift deraf. 25

44. Anvendelse af en køleplade ifølge ethvert af kravene 22 - 41 til køling af katodesiden af en brændselscelle under drift deraf,

45. Anvendelse ifølge krav 44, hvori kølefluidet er en væske såsom vand, alkoholer 30 eller olier eller en gas eller en blanding af gasser, såsom atmosfærisk luft, ilt, kvælstof, metan, reformeret gas eller andre gasser, fortrinsvis inaktive gasser. 31 DK 176814 B1

46. Fremgangsmåde til fremstilling af en bipolær plade ifølge ethvert af kravene 1-21, eller en køleplade ifølge ethvert af krav 22 -41, omfattende følgende trin: i) tilvejebringelse af et materiale med dimensioner, som mindst svarer til den ønskede 5 udformning af pladen, ii) tilvejebringelse af detaljer for den ønskede udformning ved bortfræsning af overskydende materiale, f.eks. i en CNC fræsemaskine, 10 iii) eventuelt overtrække pladen med et korrosionsbestandigt overtræk.

47. Fremgangsmåde til fremstilling af en bipolær plade ifølge ethvert af kravene 1 -21, eller en køleplade ifølge ethvert af krav 22-41, omfattende følgende trin: 15 i) tilvejebringelse af et materiale, som er egnet til formning og/eller støbning, ii) støbning af materialet i den ønskede udformning for den bipolære plade, 20 iii) eventuelt overtrække pladen med et korrosionsbestandigt overtræk.

48. Brændselscellestak omfattende mere end én bipolær plade ifølge ethvert af kravene 1-21 og/eller omfattende en eller flere køleplader ifølge ethvert af kravene 22-41. 25

49. Brændselscellestak ifølge krav 48, hvor brændselscellestakken er en PEM brændselscellestak eller en SOFC brændselscellestak.

50. Fremgangsmåde til produktion af elektrisk strøm og/eller varme under anvendelse 30 af en brændselscellestak ifølge krav 48 eller 49.

51. Anvendelse af en brændselscellestak ifølge krav 48 eller 49 som backup strømforsyningssystem. DK 176814 B1 32

52. Anvendelse af en brændselscellestak ifølge krav 48 eller 49 som vedvarende strømgeneratorsystem. 5