JP2016539479A - Plate - Google Patents

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Abstract

本発明は、特に燃料電池セルユニット用の、極板、特に単極板、双極板又は端板に関する。極板は、焼結接続部(16a;16b;16c;16d;16e;16f)を介して相互に解離不能に接続された、少なくとも1つの第1の部材(12a;12b;12c;12d;12e;12f)と少なくとも1つの第2の部材(14a;14b;14c;14d;14e;14f)とを含み、少なくとも1つの第1の部材(12a;12b;12c;12d;12e;12f)が、少なくとも1つの切欠部(18a;18b;18c;18d;18e;18f)を有する。本発明によれば、少なくとも1つの切欠部(18a;18b;18c;18d;18e;18f)は、少なくとも1つの動作状態において少なくとも1つの冷却流体を受け入れるために設けられている。The present invention relates to an electrode plate, particularly a monopolar plate, a bipolar plate or an end plate, particularly for a fuel cell unit. The electrode plates are at least one first member (12a; 12b; 12c; 12d; 12e) connected in a non-dissociable manner to each other via sintered connections (16a; 16b; 16c; 16d; 16e; 16f). 12f) and at least one second member (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f), wherein at least one first member (12a; 12b; 12c; 12d; 12e; 12f) At least one notch (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f). According to the invention, at least one notch (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) is provided for receiving at least one cooling fluid in at least one operating state.

Description

従来技術
本発明は、請求項1の上位概念に記載の極板、及び、請求項13に記載の極板の製造方法に関する。
Prior Art The present invention relates to an electrode plate according to the superordinate concept of claim 1 and a method for manufacturing the electrode plate according to claim 13.

欧州特許出願公開第0154772号明細書から、焼結接続部を介して中実のチタンプレートを多孔質のチタンプレートに接続した極板が公知である。多孔質のチタンプレートは、一方側に細溝構造を有する。多孔質のチタンプレートは、細溝構造に基づいて反応ガスの輸送のための複数の通路が形成され、反応ガスが多孔質のチタンプレートを通って各通路から排出可能となるように、中実のチタンプレートに接続されている。   From European Patent Application No. 01574772, an electrode plate is known in which a solid titanium plate is connected to a porous titanium plate via a sintered connection. The porous titanium plate has a narrow groove structure on one side. The porous titanium plate is solid so that a plurality of passages for transporting the reaction gas are formed based on the narrow groove structure, and the reaction gas can be discharged from each passage through the porous titanium plate. Connected to the titanium plate.

発明の開示
本発明は、特に燃料電池セルユニット用の、極板、特に単極板、双極板又は端板であって、焼結接続部を介して相互に解離不能に接続された、少なくとも1つの第1の部材と少なくとも1つの第2の部材とを含み、少なくとも1つの第1の部材が少なくとも1つの切欠部を有する形式の極板を基礎としている。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is an electrode plate, in particular a monopolar plate, a bipolar plate or an end plate, in particular for a fuel cell unit, which is connected in a non-dissociable manner via a sintered connection. It is based on a plate of the type comprising one first member and at least one second member, the at least one first member having at least one notch.

本発明では、少なくとも1つの動作状態において少なくとも1つの冷却流体を受け入れるために少なくとも1つの切欠部を設けることを提案する。   The present invention proposes to provide at least one notch for receiving at least one cooling fluid in at least one operating state.

「極板」とは、特に、燃料電池セルユニットの少なくとも1つの燃料電池セル及び/又は燃料電池セルユニットの少なくとも特に隣接する燃料電池セルどうしを特に電気的に接触させるために、及び/又は、少なくとも1つの特にガス状の反応体、特に水素及び/又は一酸化炭素及び/又は酸素を燃料電池セルユニットに供給するために、及び/又は、少なくとも1つの反応生成物、特に水を排出するために、及び/又は、好ましくは燃料電池セルユニットを冷却するために設けられる、機械的ユニットであると理解されたい。「設けられる」とは、特に専用に形成及び/又は構成されることであると理解されたい。或る対象物に所定の機能を設けるとは、特には、当該対象物が少なくとも1つの適用状態及び/又は動作状態において所定の機能を満足させ及び/又は実行することであると理解されたい。ここでの「燃料電池セルユニット」とは、特に、少なくとも1つの燃料電池セルを含むユニットであって、特には連続供給される少なくとも1つの燃焼ガス、特に水素及び/又は一酸化炭素と少なくとも1つの酸化剤、特に酸素との少なくとも1つの化学反応エネルギを特に電気エネルギへ変換するために設けられるものであると理解されたい。少なくとも1つの燃料電池セルは、特に、固体酸化物‐燃料電池セルSOFC及び/又はポリマー電解質‐燃料電池セルPEMFCとして構成可能である。好ましくは、少なくとも1つの燃料電池セルユニットは、特に1つの燃料電池セルスタックとして配置された複数の燃料電池セルを含む。   “Plate” means in particular for at least one fuel cell of a fuel cell unit and / or for at least particularly adjacent fuel cells of a fuel cell unit in particular electrical contact and / or For supplying at least one particularly gaseous reactant, in particular hydrogen and / or carbon monoxide and / or oxygen, to the fuel cell unit and / or for discharging at least one reaction product, in particular water. And / or mechanical unit, preferably provided for cooling the fuel cell unit. It is to be understood that “provided” is specifically formed and / or configured exclusively. It is to be understood that providing an object with a predetermined function in particular means that the object fulfills and / or performs a predetermined function in at least one application state and / or operating state. A “fuel cell unit” here is a unit comprising at least one fuel cell, in particular at least one combustion gas, in particular hydrogen and / or carbon monoxide, which is continuously supplied. It should be understood that at least one chemical reaction energy with one oxidant, in particular oxygen, is provided in particular to convert electrical energy. The at least one fuel cell can be configured in particular as a solid oxide-fuel cell SOFC and / or a polymer electrolyte-fuel cell PEMFC. Preferably, the at least one fuel cell unit comprises a plurality of fuel cells arranged in particular as one fuel cell stack.

ここでの「部材」とは、特に、少なくとも部分的に導電性材料から形成される、特に平坦な機械的エレメントであると理解されたい。ここでの「平坦なエレメント」とは、特に、一平面で見て当該平面に対して垂直な断面において円形でない断面と、当該平面に対して垂直な方向での所定の材料強度とを有する、空間エレメントであると理解されたい。この材料強度は、当該平面に対して平行な空間エレメントの面積、特に当該平面に対して平行な空間エレメントの最小面積の50%未満、好ましくは25%未満、特に好ましくは10%未満である。「焼結接続部」とは、特に、焼結プロセスによって製造される、少なくとも2つの部材の材料結合を利用した接続部であると理解されたい。「焼結プロセス」とは、特に表面拡散プロセスを用いて粒界成長による材料結合を生じさせる形式の、特に少なくとも2つの部材を接続するプロセスであると理解されたい。特に、焼結プロセスは、接続すべき部材の溶融温度を下回るプロセス温度で行われる。好ましくは、当該プロセス温度は、接続すべき部材の溶融温度の60%から80%の領域にある。焼結プロセスによって製造される焼結接続部は、特にマイクロセクションにおいて、他のタイプの接続部、例えば溶接部及び/又はろう接部及び/又は接着部と異なっていてよい。ここでの「解離不能な接続部」とは、特に少なくとも1つの工具を用いた破壊によらないかぎり分離できない特に接続部のことであると理解されたい。   A “member” here is to be understood in particular as a particularly flat mechanical element formed at least partly from a conductive material. The “flat element” here has, in particular, a non-circular cross section in a cross section perpendicular to the plane when viewed in one plane, and a predetermined material strength in a direction perpendicular to the plane. It should be understood as a spatial element. This material strength is less than 50%, preferably less than 25%, particularly preferably less than 10% of the area of the spatial element parallel to the plane, in particular the minimum area of the spatial element parallel to the plane. A “sintered connection” is to be understood in particular as a connection that utilizes a material bond of at least two members produced by a sintering process. “Sintering process” is to be understood as a process of connecting at least two members, in particular in the form of material bonding by grain boundary growth, in particular using a surface diffusion process. In particular, the sintering process is performed at a process temperature below the melting temperature of the members to be connected. Preferably, the process temperature is in the region of 60% to 80% of the melting temperature of the members to be connected. Sintered connections produced by the sintering process may differ from other types of connections, such as welds and / or brazes and / or glues, especially in the microsections. In this context, “non-dissociable connection” is to be understood in particular as a connection that cannot be separated unless it is broken by at least one tool.

ここでの「切欠部」とは、特に、部材内の材料及び/又は部材の少なくとも1つの表面の材料を切り欠いた部分であると理解されたい。この場合、部材内の微視的な材料切欠部によって、及び/又は、部材の多孔質材料の少なくとも1つのポーラス、特に開放性ポーラスによって、切欠部を形成することができる。特に、少なくとも1つの第1の部材は、特に流体技術的に相互に接続可能な複数の切欠部を有することができる。また、少なくとも1つの第2の部材が、好ましくは少なくとも1つの動作状態において少なくとも1つの第1の部材の少なくとも1つの切欠部に対応する少なくとも1つの切欠部を有してもよい。なおここで、少なくとも1つの切欠部が少なくとも1つの冷却流体を「受け入れる」ために設けられるとは、特に、この少なくとも1つの切欠部が、少なくとも1つの冷却流体の流入及び/又は特には方向づけられた貫流を可能にする特に3次元の構造を有することであると理解されたい。ここでの「冷却流体」とは、特に燃料電池セルユニット内に生じる熱エネルギを吸収し、及び/又は、燃料電池セルユニットから放出させるために設けられる、特にガス状及び/又は液体状の物質であると理解されたい。好ましくは、冷却流体は冷却水から形成される。   A “notch” here is to be understood in particular as a part of the material in the member and / or the material of at least one surface of the member. In this case, the notch can be formed by a microscopic material notch in the member and / or by at least one porous, in particular an open porous, of the porous material of the member. In particular, the at least one first member can have a plurality of notches that can be interconnected, particularly in terms of fluid technology. The at least one second member may also have at least one notch corresponding to at least one notch in the at least one first member, preferably in at least one operating state. It should be noted here that at least one notch is provided for “accepting” at least one cooling fluid, in particular the at least one notch is directed at and / or in particular directed at least one cooling fluid. It is to be understood that it has a particularly three-dimensional structure that allows it to flow through. The term “cooling fluid” as used herein means a particularly gaseous and / or liquid substance provided to absorb and / or release heat energy generated in the fuel cell unit in particular. I want to be understood. Preferably, the cooling fluid is formed from cooling water.

こうした構成により、燃料電池セルユニットの冷却の点で有利な特性を有する、冒頭に言及した形式の極板を形成することができる。また、冒頭に言及した形式の極板のための、少なくとも2つの部材の焼結接続部を製造する焼結プロセスを用いて、製造プロセスを有利に短縮し、及び/又は、製造コストを有利に低減することができる。   With such a configuration, it is possible to form an electrode plate of the type mentioned at the beginning, which has advantageous properties in terms of cooling the fuel cell unit. Also, using a sintering process for producing a sintered joint of at least two parts for a plate of the type mentioned at the outset, the manufacturing process is advantageously shortened and / or the production costs are advantageously Can be reduced.

さらに、少なくとも1つの切欠部によって流れ領域を形成することが提案される。ここでの「流れ領域」とは、特に機械的及び/又は化学的及び/又は光学的な方法によって、少なくとも1つの第1の部材の少なくとも1つの表面上に被着される、及び/又は、少なくとも1つの第1の部材の表面内に少なくとも部分的に埋め込まれる、特に3次元の構造であると理解されたい。特に、当該流れ領域は、少なくとも1つの第1の部材の少なくとも1つの表面の少なくとも30%、有利には少なくとも50%、好ましくは少なくとも75%を占める。特に、当該流れ領域は、グリッド状流れ領域、及び/又は、特には少なくとも実質的に相互に平行に延在する特に複数の通路及び/又はメアンダ状に延在する少なくとも1つの通路を含む、通路状流れ領域として構成される。また、少なくとも1つの第1の部材のほか、少なくとも1つの第2の部材も、流れ領域を形成する少なくとも1つの切欠部を有することができる。これにより、有利に簡単に及び/又は低コストに、冷却流体の受容に適した切欠部を構成できる。   It is further proposed that the flow region is formed by at least one notch. A “flow region” here is deposited on at least one surface of at least one first member, in particular by mechanical and / or chemical and / or optical methods, and / or It should be understood that it is in particular a three-dimensional structure that is at least partially embedded in the surface of the at least one first member. In particular, the flow region occupies at least 30%, advantageously at least 50%, preferably at least 75% of at least one surface of the at least one first member. In particular, the flow region comprises a grid-like flow region and / or in particular a plurality of passages extending at least substantially parallel to each other and / or at least one passage extending in a meandering manner. Configured as a flow area. In addition to at least one first member, at least one second member may also have at least one notch that forms a flow region. This makes it possible to construct a cutout suitable for receiving the cooling fluid, advantageously and easily and / or at low cost.

本発明の好ましい実施形態では、少なくとも1つの第1の部材と少なくとも1つの第2の部材とを、少なくとも1つの切欠部の少なくとも一部が少なくとも1つの閉じた通路を形成するように相互に接続することが提案される。好ましくは、少なくとも1つの第2の部材は、少なくとも1つの動作状態において、少なくとも1つの第1の部材の少なくとも1つの切欠部を少なくともほぼ完全に覆う。ここでの「閉じた通路」とは、特に少なくとも1つの流入口及び/又は少なくとも1つの流出口を有する通路であって、特には少なくとも1つの冷却流体の導入及び/又は排出のために、その周方向に沿って特には少なくとも水密に、有利には少なくとも蒸気密に、特に有利には少なくともガス密に構成された通路であると理解されたい。こうして、極板を通して少なくとも1つの冷却流体を有利に案内でき、これにより特に、燃料電池セルユニットの有利かつ効率的な冷却を行える。さらに有利には、特には望ましくない少なくとも1つの冷却流体の漏れを少なくとも実質的に防止し、ひいては燃料電池セルユニットの機能障害及び/又は損傷を回避できる。   In a preferred embodiment of the present invention, at least one first member and at least one second member are interconnected such that at least a portion of at least one notch forms at least one closed passage. Proposed to do. Preferably, the at least one second member at least substantially completely covers at least one notch of the at least one first member in at least one operating state. A “closed passage” here is a passage having in particular at least one inlet and / or at least one outlet, in particular for the introduction and / or discharge of at least one cooling fluid. It is to be understood that the passages are arranged along the circumferential direction, in particular at least watertight, preferably at least vapor tight, particularly preferably at least gas tight. In this way, at least one cooling fluid can be advantageously guided through the electrode plate, and in particular, advantageous and efficient cooling of the fuel cell unit can be achieved. It is furthermore advantageous that at least one leakage of at least one cooling fluid, which is particularly undesirable, can be at least substantially prevented, and thus malfunction and / or damage of the fuel cell unit can be avoided.

本発明の別の実施形態では、少なくとも1つの第1の部材を、少なくとも部分的に、開放性の多孔質材料から形成し、この多孔質材料によって少なくとも1つの切欠部を形成することが提案される。ここでの「開放性の多孔質材料」とは、特に流体技術的に相互に及び/又は周囲と接続している特に複数の中空室を有する材料であると理解されたい。例えば、少なくとも1つの第1の部材は、少なくとも部分的に、ワイヤ組織及び/又はメタルラス及び/又は金属スポンジから形成可能である。特に、相互に接続している複数の中空室が、少なくとも1つの動作状態において少なくとも1つの冷却流体を受け入れるために設けられる。これにより、有利には簡単に及び/又は低コストに、冷却流体の受容に適した切欠部を構成できる。   In another embodiment of the invention, it is proposed that the at least one first member is at least partly formed from an open porous material, and the porous material forms at least one notch. The An “open porous material” here is to be understood as a material having a plurality of hollow chambers which are connected to each other and / or to the surroundings, particularly in terms of fluid technology. For example, the at least one first member can be formed, at least in part, from wire tissue and / or metal lath and / or metal sponge. In particular, a plurality of interconnected cavities are provided for receiving at least one cooling fluid in at least one operating state. This makes it possible to construct a cutout suitable for receiving the cooling fluid, advantageously and / or at low cost.

また、焼結接続部を介して少なくとも1つの第1の部材及び少なくとも1つの第2の部材に解離不能に接続された少なくとも1つの第3の部材を極板に設けることが提案される。好ましくは、少なくとも1つの第1の部材は少なくとも1つの第2の部材と少なくとも1つの第3の部材との間に配置される。好ましくは、少なくとも1つの第1の部材が、少なくとも部分的に、少なくとも1つの第2の部材と少なくとも1つの第3の部材とによって、少なくとも1つの動作状態において周囲に対し少なくとも実質的に少なくとも水密に、有利には少なくとも蒸気密に、特に有利には少なくともガス密に閉じられた開放性のポーラス材料から形成される。これにより、少なくとも1つの冷却流体を有利かつ好都合に需要可能及び/又は分配可能な、極板の有利な構造を達成できる。   It is also proposed that the electrode plate is provided with at least one third member, which is connected to the at least one first member and at least one second member in a non-dissociable manner via a sintered connection. Preferably, the at least one first member is disposed between the at least one second member and the at least one third member. Preferably, the at least one first member is at least substantially at least substantially watertight to the surroundings in at least one operating state, at least in part by at least one second member and at least one third member. Furthermore, it is preferably formed from an open porous material that is at least vapor-tight, particularly preferably at least gas-tight. This makes it possible to achieve an advantageous structure of the electrode plate that can advantageously and conveniently demand and / or distribute at least one cooling fluid.

さらに、本発明の別の好ましい実施形態では、部材のうち少なくとも1つを焼結材料から製造することが提案される。ここでの「焼結材料」とは、特に、少なくとも1つの粒子状及び/又は粉末状及び/又はファイバ状の物質から成り、加熱によって接合及び/又は高密度化され、特に焼結プロセスによって製造される材料であると理解されたい。焼結材料は、開放性及び/又は閉鎖性のポーラスを含むことができる。「閉鎖性のポーラス材料」とは、特に、それぞれ閉じた中空室のみを有する材料であると理解されたい。焼結材料から製造される少なくとも2つの部材を接続するために、当該材料はまず、所望の最終位置に相互に配置され及び/又は相互に配向される。引き続いて少なくとも2つの部材をこれらの部材の溶融温度の特に60%から80%までの絶対温度へ加熱することにより、2つの部材の焼結接続部が製造される。有利に低コストかつ有利に簡単にさらなる処理を行える焼結材料を用いることで、有利に簡単及び/又は有利に低コストの極板の製造を達成できる。さらに、極板の重量も有利に低減できる。   Furthermore, in another preferred embodiment of the invention it is proposed to manufacture at least one of the members from a sintered material. The “sintered material” here is in particular composed of at least one particulate and / or powdered and / or fiber-like substance, which is joined and / or densified by heating, in particular produced by a sintering process. It should be understood that The sintered material can include an open and / or closed porous. A “closed porous material” is to be understood in particular as a material each having only a closed hollow chamber. In order to connect at least two members made of sintered material, the materials are first placed relative to each other in a desired final position and / or oriented relative to each other. By subsequently heating at least two parts to an absolute temperature, in particular from 60% to 80% of the melting temperature of these parts, a sintered connection of the two parts is produced. The use of sintered materials, which are advantageously low cost and advantageously easy to process, can advantageously achieve simple and / or advantageously low cost plate production. Furthermore, the weight of the electrode plate can be advantageously reduced.

さらに、部材のうち少なくとも1つを中実に構成し、及び/又は、閉鎖性ポーラスを有するように構成することも提案される。ここで「中実に構成される」部材とは、特に少なくとも実質的に孔を有さない、好ましくは均質な材料から成る部材であると特に理解されたい。中実に構成される少なくとも2つの部材を接続するために、まず、好ましくは少なくとも部分的に少なくとも2つの部材の製造材料から成る粒子状及び/又は粉末状の顆粒が少なくとも1つの接続位置に塗布される。ついで、少なくとも2つの部材が所望の最終位置に相互に配置され及び/又は相互に配向される。続いて少なくとも2つの部材と顆粒とをこれらの部材及び/又は顆粒の溶融温度の60%から80%までの温度へ加熱することにより、2つの部材間に焼結接続部が製造される。なお、中実に構成される少なくとも1つの部材と焼結材料から形成される部材との接続部を製造する際には、顆粒の使用を必ずしも要さない。ただし、顆粒を使用すれば、こうした焼結接続部の安定性を有利に高めることができる。中実に構成される部材及び/又は閉鎖性ポーラスを含む部材を使用することにより、特に有利かつ簡単に、少なくとも1つの切欠部を封止することができる。   It is further proposed that at least one of the members is solid and / or has an occlusive porous. A “solid construction” member here is to be understood in particular as a member which is at least substantially free of pores, preferably of a homogeneous material. In order to connect at least two members that are solidly configured, first, particulate and / or powdery granules, preferably at least partly made of at least two member manufacturing materials, are applied to at least one connection location. The The at least two members are then placed relative to each other in the desired final position and / or oriented relative to each other. Subsequently, the sintered connection is produced between the two members by heating at least two members and the granules to a temperature of 60% to 80% of the melting temperature of these members and / or granules. In addition, when manufacturing the connection part of at least 1 member comprised solid and the member formed from a sintered material, use of a granule is not necessarily required. However, the use of granules can advantageously increase the stability of such sintered connections. By using a solidly constructed member and / or a member comprising an occlusive porous, it is particularly advantageous and simple to seal at least one notch.

部材のうち少なくとも1つが金属薄板及び/又は金属箔から製造される場合、少なくとも1つの切欠部を有利に迅速に及び/又は簡単に及び/又は低コストに、特に打ち抜きプロセスによって形成することができる。また、金属薄板及び/又は金属箔から成る部材は、低コストの大量生産プロセスで製造でき、このため有利なコストの低減を達成できる。   If at least one of the members is manufactured from sheet metal and / or metal foil, the at least one notch can be formed advantageously quickly and / or simply and / or at low cost, in particular by a stamping process. . Also, a member made of a thin metal plate and / or a metal foil can be manufactured by a low-cost mass production process, so that an advantageous cost reduction can be achieved.

少なくとも2つの部材が相互に同一に構成される場合、極板の製造時に有利なコストの低減を達成できる。また、保管場所への要求も軽減できる。好ましくは、少なくとも2つの部材が、同一の幾何学的形状を有する、及び/又は、同一の材料から形成される。   When at least two members are configured identically to each other, an advantageous cost reduction can be achieved when manufacturing the electrode plate. In addition, the demand for the storage location can be reduced. Preferably, at least two members have the same geometric shape and / or are formed from the same material.

部材のうち少なくとも1つが少なくとも実質的にプレート状に構成される場合、特に端板として使用可能な極板を、有利に簡単に及び/又は低コストに製造可能である。ここで「プレート状に構成される」部材とは、特に、一平面で見て当該平面に対して垂直な断面において円形でない断面と、当該平面に対して垂直な方向で特に少なくとも実質的に均等な材料強度とを有する、空間エレメントであると理解されたい。この材料強度は、当該平面に対して平行な空間エレメントの面積、特に当該平面に対して平行な空間エレメントの最小面積の20%未満、好ましくは10%未満、特に好ましくは5%未満の大きさである。ここで「少なくとも実質的に均等」とは、特に、平均材料強度からの材料強度偏差が特には20%未満、好ましくは10%未満、特に好ましくは5%未満となることであると理解されたい。   If at least one of the members is configured at least substantially in the form of a plate, in particular an electrode plate that can be used as an end plate can be advantageously produced simply and / or at low cost. Here, the “configured in a plate shape” means, in particular, a cross section that is not circular in a cross section perpendicular to the plane when viewed in one plane, and at least substantially equal in a direction perpendicular to the plane. It should be understood that it is a spatial element with a good material strength. This material strength is less than 20%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 5% of the area of the spatial element parallel to the plane, in particular the minimum area of the spatial element parallel to the plane. It is. Here, “at least substantially equal” is to be understood in particular as a material strength deviation from the average material strength being in particular less than 20%, preferably less than 10%, particularly preferably less than 5%. .

また、別の焼結接続部を介して部材のうち少なくとも1つに解離不能に接続された、少なくとも1つのガス拡散エレメントを極板に設けることが提案される。好ましくは、少なくとも1つのガス拡散エレメントは、特に金属製のガス拡散エレメントとして構成される。これにより、ガス拡散エレメントの取り付けを、有利には、少なくとも2つの部材を接続するのと同じステップで行え、これによりプロセス時間を有利に短縮できる。   It is also proposed to provide the electrode plate with at least one gas diffusion element, which is connected in a non-dissociable manner to at least one of the members via another sintered connection. Preferably, the at least one gas diffusion element is configured in particular as a metal gas diffusion element. Thereby, the installation of the gas diffusion element can advantageously be performed in the same steps as connecting at least two members, which advantageously reduces the process time.

さらに、部材のうち少なくとも1つの、接続箇所とは反対の側に、少なくとも1つの反応体を供給するため及び/又は少なくとも1つの反応生成物を排出するための流れ領域を設けることが提案される。これにより、有利に反応体の供給を、及び/又は、有利に反応生成物の排出を保証することができる。   Furthermore, it is proposed to provide a flow region for supplying at least one reactant and / or for discharging at least one reaction product on at least one of the members opposite to the connection point. . This advantageously ensures the supply of reactants and / or advantageously the discharge of reaction products.

さらに、特に燃料電池セルユニット用の、極板、特に単極板、双極板又は端板を製造する方法であって、少なくとも1つの動作状態において少なくとも1つの冷却流体を受け入れるために設けられた少なくとも1つの切欠部を有する少なくとも1つの第1の部材と、少なくとも1つの第2の部材とを含む極板を製造する方法を提案する。ここで、少なくとも1つの第1の部材と少なくとも1つの第2の部材とが焼結接続部を介して相互に解離不能に接続される。これにより、冷却の点で有利な特性を有する極板を形成することができる。また、焼結プロセスを用いて、製造プロセスを有利に短縮し、及び/又は、製造コストを有利に低減することができる。   Furthermore, a method of manufacturing an electrode plate, in particular a monopolar plate, a bipolar plate or an end plate, in particular for a fuel cell unit, at least provided for receiving at least one cooling fluid in at least one operating state A method of manufacturing an electrode plate including at least one first member having one notch and at least one second member is proposed. Here, the at least one first member and the at least one second member are connected to each other in a non-dissociable manner via the sintered connection portion. Thereby, an electrode plate having advantageous characteristics in terms of cooling can be formed. Also, the sintering process can be used to advantageously shorten the manufacturing process and / or advantageously reduce manufacturing costs.

ここで、本発明の極板は、上述した適用及び実施形態に限定されない。特に、本発明の極板は、ここで説明した機能を満足させるために、ここで挙げたものとは異なる数の個々のエレメント、部材、ユニットを含むことができる。   Here, the electrode plate of the present invention is not limited to the applications and embodiments described above. In particular, the electrode plate of the present invention can include a different number of individual elements, members, and units than those listed here to satisfy the functions described herein.

さらなる利点は以下の図面の説明から得られる。図面には本発明の8つの実施形態が示されている。図面、発明の詳細な説明及び特許請求の範囲は組み合わせによって多数の特徴を含む。当業者は、各特徴を目的に沿って個々に考察することも、有意な別の組み合わせに統合することもできる。
同一構造の2つの部材から成る、本発明の極板の構成の概略図である。 異なる構造の2つの部材から成る、本発明の別の極板の構成である。 3つの部材から成る、本発明の別の極板の構成である。 プレート状構造の部材を有する、本発明の別の極板の構成である。 同一構造の2つの部材から成る、本発明の別の極板の構成である。 異なる構造の2つの部材から成る、本発明の別の極板の構成である。
Further advantages result from the following description of the drawings. In the drawing, eight embodiments of the present invention are shown. The drawings, detailed description, and claims include numerous features in combination. One skilled in the art can consider each feature individually for purposes or integrate it into other significant combinations.
It is the schematic of the structure of the electrode plate of this invention which consists of two members of the same structure. It is the structure of another electrode plate of this invention which consists of two members of a different structure. It is the structure of another electrode plate of this invention which consists of three members. It is the structure of another electrode plate of this invention which has a member of a plate-like structure. It is the structure of another electrode plate of this invention which consists of two members of the same structure. It is the structure of another electrode plate of this invention which consists of two members of a different structure.

実施形態の説明
図1には、特に燃料電池セルスタックとして構成された図示されていない燃料電池セルユニット内で特に双極板又は単極板として使用される、本発明の極板10aの構造が概略的に示されている。極板10aは第1の部材12aと第2の部材14aとを含む。第1の部材12aと第2の部材14aとは相互に同一に構成されている。第1の部材12aと第2の部材14aとは、焼結接続部16aを介して、相互に解離不能に接続されている。第1の部材12a及び第2の部材14aの双方は、接続箇所34aに面する側にそれぞれ複数の切欠部18aを有しており、ここでは例としてそのうち5個のみが示されている。ただし、5個とは異なる数の切欠部を設けてもよい。切欠部18aは、流れ領域20aが形成されるよう、第1の部材12a及び第2の部材14a内に設けられている。この場合、流れ領域20aは通路状流れ領域として成形されており、切欠部18aが相互に平行に延在する複数の通路42aとして構成されている。これに代えて、グリッド状流れ領域として、又は、メアンダ状に延在する複数の通路を有する流れ領域として、流れ領域を形成することもできる。
DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS FIG. 1 schematically shows the structure of an electrode plate 10a according to the present invention, particularly used as a bipolar plate or a monopolar plate in a fuel cell unit (not shown), particularly configured as a fuel cell stack. Has been shown. The electrode plate 10a includes a first member 12a and a second member 14a. The first member 12a and the second member 14a are configured identically to each other. The first member 12a and the second member 14a are connected to each other so as not to be dissociable via the sintered connection portion 16a. Both the first member 12a and the second member 14a have a plurality of cutouts 18a on the side facing the connection portion 34a, and only five of them are shown here as an example. However, a different number of notches may be provided. The notch 18a is provided in the first member 12a and the second member 14a so that the flow region 20a is formed. In this case, the flow region 20a is formed as a passage-like flow region, and the notches 18a are configured as a plurality of passages 42a extending in parallel with each other. Alternatively, the flow region can be formed as a grid-like flow region or as a flow region having a plurality of passages extending in a meander shape.

第1の部材12a及び第2の部材14aは、焼結接続部16aを介して、切欠部18aが複数の閉じた通路22aを形成するように、相互に接続されている。複数の閉じた通路22aにより、本発明の極板10aが組み込まれた燃料電池セルユニットの動作中、冷却流体、好ましくは冷却水が、燃料電池セルユニットの冷却を達成するために、この通路を通るように案内される。   The first member 12a and the second member 14a are connected to each other through the sintered connection portion 16a so that the notch portion 18a forms a plurality of closed passages 22a. During operation of a fuel cell unit incorporating the electrode plate 10a of the present invention by a plurality of closed passages 22a, a cooling fluid, preferably cooling water, is used to achieve cooling of the fuel cell unit. Guided to pass.

第1の部材12a及び第2の部材14aは、接続箇所34aとは反対側にそれぞれ1つずつ、電気エネルギを形成するのに必要な反応体、特に水素及び/又は酸素を燃料電池セルユニットに供給し、生じた反応生成物、特に水を排出するための、別の流れ領域36aを有する。   The first member 12a and the second member 14a are each provided on the side opposite to the connection portion 34a, and reactants, particularly hydrogen and / or oxygen necessary for forming electric energy, are supplied to the fuel cell unit. It has a separate flow region 36a for feeding and discharging the resulting reaction product, in particular water.

第1の部材12a及び第2の部材14aは、中実に構成されており、例えば金属薄板又は金属箔から製造されている。流れ領域20a,36aは、例えば、簡単かつ低コストの打ち抜きプロセスによって第1の部材12a及び第2の部材14aに形成することができる。第1の部材12a及び第2の部材14aの中実の構成によって、流れ領域20a,36aが流体技術的に相互に分離されている。また、第1の部材12aと第2の部材14aとの間の焼結接続部16aにより、閉じた通路22aからの冷却流体の特に側方での漏れを防止するのに充分な封止が達成される。中実の構成に代えて、第1の部材及び/又は第2の部材を、閉鎖性ポーラスを有する材料から製造することもできる。   The 1st member 12a and the 2nd member 14a are comprised solid, for example, are manufactured from the metal thin plate or metal foil. The flow regions 20a, 36a can be formed in the first member 12a and the second member 14a, for example, by a simple and low cost stamping process. Due to the solid construction of the first member 12a and the second member 14a, the flow regions 20a, 36a are separated from each other in terms of fluid technology. Also, the sintered connection 16a between the first member 12a and the second member 14a achieves a sufficient seal to prevent leakage of cooling fluid from the closed passage 22a, particularly on the sides. Is done. As an alternative to the solid configuration, the first member and / or the second member can also be manufactured from a material having an occlusive porous.

第1の部材12a及び第2の部材14aの各接続箇所34aの反対側には、それぞれ1つずつ、好ましくは金属製のガス拡散エレメント30a,32aが設けられている。ガス拡散エレメント30a,32aは、それぞれ別の焼結接続部38a,40aを介して、第1の部材12a又は第2の部材14aに解離不能に接続されている。ガス拡散エレメント30aと第1の部材12aとの間の別の焼結接続部38a、及び、ガス拡散エレメント32aと第2の部材14aとの間の別の焼結接続部40aの製造は、好ましくは、第1の部材12aと第2の部材14aとの間の焼結接続部16aの製造と同時に行われる。各焼結接続部16a,38a,40aの製造は特には連続焼結炉において行うことができる。   One, preferably metal, gas diffusion elements 30a and 32a are provided on the opposite sides of the connection portions 34a of the first member 12a and the second member 14a, respectively. The gas diffusion elements 30a and 32a are connected to the first member 12a or the second member 14a in a non-dissociable manner via separate sintered connection portions 38a and 40a, respectively. Manufacturing of another sintered connection 38a between the gas diffusion element 30a and the first member 12a and another sintered connection 40a between the gas diffusion element 32a and the second member 14a is preferred. Is performed simultaneously with the manufacture of the sintered connection 16a between the first member 12a and the second member 14a. The production of the respective sintered connections 16a, 38a, 40a can be carried out in particular in a continuous sintering furnace.

図2から図6には、本発明の別の実施形態が示されている。以下では実質的に実施形態間の相違に限定して説明及び図示を行う。ここで、同様に標示された要素、特に同じ参照番号を有する要素は、基本的に、他の実施形態、特に図1の実施形態の図示及び/又は説明に関連して示す。各実施形態を区別するために、図1の実施形態の参照番号には記号aを付す。図2から図6の実施形態では、記号aに代え、記号bからfを付す。   2 to 6 show another embodiment of the present invention. In the following, description and illustration will be made substantially limited to the differences between the embodiments. Here, similarly labeled elements, in particular elements having the same reference numerals, are basically shown in connection with the illustration and / or description of other embodiments, in particular the embodiment of FIG. In order to distinguish each embodiment, the reference number of the embodiment of FIG. In the embodiment of FIGS. 2 to 6, symbols b to f are used instead of the symbol a.

図2には、本発明の別の極板10bの構造が概略的に示されている。極板10bは第1の部材12bと第2の部材14bとを含む。第1の部材12bは、焼結接続部16bを介して、第2の部材14bに解離不能に接続されている。第1の部材12bは、接続箇所34bに面する側に、複数の切欠部18bを有している。第2の部材14bは、接続箇所34bに面する側に平坦な面を有している。第1の部材12bと第2の部材14bとの間の焼結接続部16bにより、切欠部18bは、冷却流体を受容及び/又は案内するための複数の閉じた通路22bを有する流れ領域20bを形成している。   FIG. 2 schematically shows the structure of another electrode plate 10b of the present invention. The electrode plate 10b includes a first member 12b and a second member 14b. The first member 12b is connected to the second member 14b through the sintered connection portion 16b so as not to be dissociated. The first member 12b has a plurality of notches 18b on the side facing the connection portion 34b. The second member 14b has a flat surface on the side facing the connection portion 34b. Due to the sintered connection 16b between the first member 12b and the second member 14b, the notch 18b defines a flow region 20b having a plurality of closed passages 22b for receiving and / or guiding cooling fluid. Forming.

第1の部材12b及び第2の部材14bは、接続箇所34bとは反対の側に、それぞれ1つずつ、別の流れ領域36bを有する。図1に即して説明したのと同様に、図2の実施形態においても、付加的に、焼結接続部を介して第1の部材及び/又は第2の部材にガス拡散エレメントを接続することができる。   Each of the first member 12b and the second member 14b has another flow region 36b, one on the side opposite to the connection portion 34b. Similar to that described with reference to FIG. 1, in the embodiment of FIG. 2, the gas diffusion element is additionally connected to the first member and / or the second member via the sintered connection. be able to.

図3に示されている構成の本発明の極板10cでは、第1の部材12cが開放性の多孔質材料24cから形成されている。開放性の多孔質材料24cは、例えば、金属スポンジ及び/又は金属格子構造及び/又は開放性ポーラスを有する焼結材料から成っていてよい。第1の部材12cは、第2の部材14cと第3の部材26cとの間に配置されており、焼結接続部16c,28cを介してこれらの部材に解離不能に接続されている。第2の部材14c及び第3の部材26cは、中実に構成されており、及び/又は、閉鎖性ポーラスを有しており、これにより第1の部材12cは接続箇所34cに密に封止されている。第1の部材12cの開放性ポーラスは切欠部18cを形成しており、この切欠部18cを通して冷却流体を案内可能である。第1の部材12cの側方領域は、冷却流体の漏れを防止するために、図示されていない含浸部によって、及び/又は、図示されていないエレメントによって、閉鎖可能である。この場合も、上述したように、ガス拡散エレメントを焼結接合体においてこれに接続することができる。   In the electrode plate 10c of the present invention having the configuration shown in FIG. 3, the first member 12c is formed of an open porous material 24c. The open porous material 24c may be made of, for example, a sintered material having a metal sponge and / or a metal lattice structure and / or an open porous. The first member 12c is disposed between the second member 14c and the third member 26c, and is connected to these members through the sintered connection portions 16c and 28c so as not to be dissociated. The second member 14c and the third member 26c are solidly configured and / or have a closing porous so that the first member 12c is tightly sealed to the connection point 34c. ing. The open porous of the first member 12c forms a notch 18c, and the cooling fluid can be guided through the notch 18c. The lateral region of the first member 12c can be closed by impregnating parts not shown and / or by elements not shown in order to prevent leakage of cooling fluid. Again, as described above, the gas diffusion element can be connected to it in the sintered joint.

図4から図6には、それぞれ、特に燃料電池セルユニットの端板として使用可能な、別の構成の本発明の極板10d,10e,10fが示されている。極板10d,10e,10fは、それぞれ、第1の部材12d,12e,12fと第2の部材14d,14e,14fとを含む。各第1の部材12d,12e,12fは、各焼結接続部16d,16e,16fを介して、各第2の部材14d,14e,14fに解離不能に接続されている。各第2の部材14d,14e,14fは、接続箇所34d,34e,34fとは反対の側に、それぞれ1つずつ平坦な閉じた面を有する。   FIGS. 4 to 6 show different configurations of the electrode plates 10d, 10e, and 10f of the present invention, which can be used particularly as end plates of fuel cell units. The electrode plates 10d, 10e, and 10f include first members 12d, 12e, and 12f and second members 14d, 14e, and 14f, respectively. The first members 12d, 12e, and 12f are connected to the second members 14d, 14e, and 14f through the sintered connection portions 16d, 16e, and 16f so as not to be dissociated. Each of the second members 14d, 14e, 14f has a flat closed surface, one on each side opposite to the connection points 34d, 34e, 34f.

図4に示されている実施形態では、第2の部材14dは、プレート状に構成されており、両側に平坦な閉じた面を有する。一方、図5,図6に示されている第2の部材14e,14fは、それぞれ接続箇所34e,34fに面する側に、それぞれ流れ領域20e,20fを形成する複数の切欠部18e,18fを有する。複数の閉じた通路22d,22e,22fの構成については、図4から図6に示されている極板10d,10e,10fは、図1,図2に示されている極板10a,10bに相応する。   In the embodiment shown in FIG. 4, the second member 14d is configured in a plate shape and has flat closed surfaces on both sides. On the other hand, the second members 14e and 14f shown in FIG. 5 and FIG. 6 have a plurality of notches 18e and 18f forming flow regions 20e and 20f on the sides facing the connection portions 34e and 34f, respectively. Have. Regarding the configuration of the plurality of closed passages 22d, 22e, and 22f, the electrode plates 10d, 10e, and 10f shown in FIGS. 4 to 6 are replaced with the electrode plates 10a and 10b shown in FIGS. Correspondingly.

図4から図6の実施形態においても、上述したように、ガス拡散エレメントを焼結接合体においてこれに接続することができる。   Also in the embodiment of FIGS. 4 to 6, the gas diffusion element can be connected to this in the sintered joint as described above.

従来技術
本発明は、請求項1の上位概念に記載の極板、及び、請求項1に記載の極板の製造方法に関する。
Prior art invention, the electrode plate according to the preamble of claim 1 and a method of manufacturing a plate of claim 1 5.

Claims (13)

特に燃料電池セルユニット用の、極板、特に単極板、双極板又は端板であって、
焼結接続部(16a;16b;16c;16d;16e;16f)を介して相互に解離不能に接続された、少なくとも1つの第1の部材(12a;12b;12c;12d;12e;12f)と少なくとも1つの第2の部材(14a;14b;14c;14d;14e;14f)とを含み、
前記少なくとも1つの第1の部材(12a;12b;12c;12d;12e;12f)が、少なくとも1つの切欠部(18a;18b;18c;18d;18e;18f)を有する形式の極板において、
前記少なくとも1つの切欠部(18a;18b;18c;18d;18e;18f)は、少なくとも1つの動作状態において少なくとも1つの冷却流体を受け入れるために設けられている、ことを特徴とする極板。
An electrode plate, in particular for a fuel cell unit, in particular a monopolar plate, a bipolar plate or an end plate,
At least one first member (12a; 12b; 12c; 12d; 12e; 12f) connected in a non-dissociable manner to each other via a sintered connection (16a; 16b; 16c; 16d; 16e; 16f) At least one second member (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f);
In an electrode plate of the type wherein the at least one first member (12a; 12b; 12c; 12d; 12e; 12f) has at least one notch (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f);
Electrode plate characterized in that said at least one notch (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) is provided for receiving at least one cooling fluid in at least one operating state.
前記少なくとも1つの切欠部(18a;18b;18d;18e;18f)は、流れ領域(20a;20b;20d;20e;20f)を形成している、
請求項1に記載の極板。
The at least one notch (18a; 18b; 18d; 18e; 18f) forms a flow region (20a; 20b; 20d; 20e; 20f);
The electrode plate according to claim 1.
前記少なくとも1つの第1の部材(12a;12b;12d;12e;12f)と前記少なくとも1つの第2の部材(14a;14b;14d;14e;14f)とは、前記少なくとも1つの切欠部(18a;18b;18d;18e;18f)の少なくとも一部が少なくとも1つの閉じた通路(22a;22b;22d;22e;22f)を形成するように相互に接続されている、
請求項1又は2に記載の極板。
The at least one first member (12a; 12b; 12d; 12e; 12f) and the at least one second member (14a; 14b; 14d; 14e; 14f) are connected to the at least one notch (18a). 18b; 18d; 18e; 18f) are interconnected to form at least one closed passage (22a; 22b; 22d; 22e; 22f);
The electrode plate according to claim 1 or 2.
前記少なくとも1つの第1の部材(12c)は、少なくとも部分的に、開放性の多孔質材料(24c)から形成されており、該多孔質材料が前記少なくとも1つの切欠部(18c)を形成している、
請求項1に記載の極板。
The at least one first member (12c) is at least partially formed of an open porous material (24c), and the porous material forms the at least one notch (18c). ing,
The electrode plate according to claim 1.
前記焼結接続部(16c,28c)を介して前記少なくとも1つの第1の部材(12c)と前記少なくとも1つの第2の部材(14c)とに解離不能に接続された、少なくとも1つの第3の部材(26c)が設けられている、
請求項4記載の極板。
At least one third member connected to the at least one first member (12c) and the at least one second member (14c) through the sintered connection portion (16c, 28c) so as not to be dissociable. The member (26c) is provided,
The electrode plate according to claim 4.
前記部材(12a−f,14a−f,26c)のうち少なくとも1つは、焼結材料から製造されている、
請求項1から5までのいずれか1項に記載の極板。
At least one of the members (12a-f, 14a-f, 26c) is manufactured from a sintered material,
The electrode plate according to any one of claims 1 to 5.
前記部材(12a−f,14a−f,26c)のうち少なくとも1つは、中実に構成されており、及び/又は、閉鎖性ポーラスを有する、
請求項1から6までのいずれか1項に記載の極板。
At least one of the members (12a-f, 14a-f, 26c) is solidly configured and / or has a closing porous;
The electrode plate according to any one of claims 1 to 6.
前記部材(12a−f,14a−f,26a−f)のうち少なくとも1つは、金属薄板及び/又は金属箔から製造されている、
請求項1から7までのいずれか1項に記載の極板。
At least one of the members (12a-f, 14a-f, 26a-f) is manufactured from a thin metal plate and / or a metal foil.
The electrode plate according to any one of claims 1 to 7.
前記部材(12a;12c;12e;14a;14c;14e;26c)のうち少なくとも2つは、相互に同一に構成されている、
請求項1から8までのいずれか1項に記載の極板。
At least two of the members (12a; 12c; 12e; 14a; 14c; 14e; 26c) are configured identically to each other;
The electrode plate according to any one of claims 1 to 8.
前記部材のうち少なくとも1つ(14d)は、少なくとも、実質的にプレート状に構成されている、
請求項1から9までのいずれか1項に記載の極板。
At least one of the members (14d) is at least substantially plate-shaped,
The electrode plate according to any one of claims 1 to 9.
別の焼結接続部(38a,40b)を介して前記部材のうち少なくとも1つ(12a)に解離不能に接続された、少なくとも1つのガス拡散エレメント(30a,32a)が設けられている、
請求項1から10までのいずれか1項に記載の極板。
At least one gas diffusion element (30a, 32a) is provided which is non-detachably connected to at least one of the members (12a) via another sintered connection (38a, 40b),
The electrode plate according to any one of claims 1 to 10.
前記部材(12a−f,14a−f,26c)のうち少なくとも1つは、接続箇所(34a;34b;34c;34d;34e;34f)とは反対の側に、少なくとも1つの反応体を供給するため及び/又は少なくとも1つの反応生成物を排出するために設けられた流れ領域(36a;36b;36c;36d;36e;36f)を有する、
請求項1から11までのいずれか1項に記載の極板。
At least one of the members (12a-f, 14a-f, 26c) supplies at least one reactant on the side opposite to the connection point (34a; 34b; 34c; 34d; 34e; 34f). And / or a flow region (36a; 36b; 36c; 36d; 36e; 36f) provided for discharging at least one reaction product,
The electrode plate according to any one of claims 1 to 11.
特に請求項1から12までのいずれか1項に記載の、特に燃料電池セルユニット用の、極板(10a;10b;10c;10d;10e;10f)、特に単極板、双極板又は端板を製造する方法であって、
前記極板は、少なくとも1つの動作状態において少なくとも1つの冷却流体を受け入れるために設けられた少なくとも1つの切欠部(18a;18b;18c;18d;18e;18f)を有する少なくとも1つの第1の部材(12a;12b;12c;12d;12e;12f)と、少なくとも1つの第2の部材(14a;14b;14c;14d;14e;14f)とを含み、
前記少なくとも1つの第1の部材(12a;12b;12c;12d;12e;12f)と前記少なくとも1つの第2の部材(14a;14b;14c;14d;14e;14f)とを、焼結接続部(16a;16b;16c;16d;16e;16f)を介して相互に解離不能に接続する、方法。
Electrode plates (10a; 10b; 10c; 10d; 10e; 10f), in particular monopolar plates, bipolar plates or end plates, in particular for fuel cell units, in particular according to any one of claims 1 to 12. A method of manufacturing
The plate has at least one first member having at least one notch (18a; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f) provided to receive at least one cooling fluid in at least one operating state. (12a; 12b; 12c; 12d; 12e; 12f) and at least one second member (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f);
The at least one first member (12a; 12b; 12c; 12d; 12e; 12f) and the at least one second member (14a; 14b; 14c; 14d; 14e; 14f) (16a; 16b; 16c; 16d; 16e; 16f).
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