JP2017535915A - ビードの内部空間における冷却剤流路の減少または閉鎖によるビードシールを有するセパレータを備える電気化学システム - Google Patents
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Abstract
Description
‐個々の電気化学セル(例えば燃料電池)の電極間の電気的接触、および、隣接するセルへの電流の伝達(セルの直列接続)。
‐電気化学的活性領域(気体分布構造/流れ場)内に配置されているチャネル構造を介した、セルへの媒体(例えば、反応気体)の供給、および、反応生成物の除去。
‐電気化学セル内で反応中に発生する熱の伝達。
異なる媒体および/または冷却区画の互いに対する、および、外側に対するシーリング。
1.電気化学システム
2.セパレータプレート
3.開口部を画定するためのビード
4.冷却のための開口部
5.水素の供給および除去のための開口部
6.空気または酸素の供給および除去のための開口部
7.電気化学的活性領域の画定のためのビード
8.電気化学的活性領域
8'.電気化学的活性領域の裏側
9.ビードへガイドする構造
10.フォアベイ/フォアコート
11.充填物
12.挿入要素
13.ビード頂部の変形部分
14.燃料電池
15.ガス拡散層
16.制限要素
17.溶接部
18.接続平面
30.ビード内の通路
70.ビードの頂部
121、122.挿入要素のエンボス
123.挿入要素上の窪み
124.アンダーカット部分
125.接続部分
140.高分子膜
141、142.触媒層
K.冷却剤
M1〜M4.媒体
Claims (31)
- 少なくとも2つの金属層を含むセパレータプレートによって各々が互いに隔てられている、複数のセルの層を含む電気化学システムであって、
前記セパレータプレートは、
前記セパレータプレートの少なくとも2つの層の隙間内への冷却剤の供給および除去のための、または、前記複数のセルとの間の反応媒体の供給および除去のための開口部を画定するためのビード、および、
電気化学的活性領域を画定するためのビード
のうち少なくとも1つを含み、
前記ビードの内部空間における冷却剤の流れを減少または遮断するべく、前記ビードそれ自体、およびビードにガイドする構造のうち少なくとも1つは、その断面の減少および閉鎖のうち少なくとも1つを少なくとも部分的に含む、
電気化学システム。 - 少なくとも1つの層における前記ビードのランディングが、前記セパレータプレートの外側の方を向き、前記断面の前記減少および閉鎖のうち少なくとも1つは、前記セパレータプレートの隙間内に配置されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記断面の前記減少は、隣接する減少していない断面の少なくとも30%、好ましくは60%、特に好ましくは90%に達する、請求項1または2に記載のシステム。
- 前記断面の前記減少は、前記セパレータプレートの主平面に実質的に平行な方向および直交する方向のうち少なくとも1つの方向に延在する、請求項1から3の何れか一項に記載のシステム。
- 前記セパレータプレートの前記内部空間内の前記ビードの方へガイドする前記構造は、前記セパレータプレートの外面上で媒体をガイドするためのブリッジおよび制限要素のうち少なくとも1つと逆側に位置する、請求項1から4のいずれか一項に記載のシステム。
- フォアベイまたはフォアコートを含む、前記ビードを接合する領域において、 ビードから、前記ビードの方へガイドする構造への遷移領域を含み、前記断面の減少および閉鎖のうち少なくとも1つが、前記フォアベイまたは前記フォアコートの前記領域内に与えられる、請求項1から5のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記断面の前記減少または前記閉鎖は、充填物および前記セパレータプレートの一部の変形部のうち少なくとも1つによって実現される、請求項1から6のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記充填物は、栓形状で実現され、1つまたは複数の栓は、セパレータプレート上に分布している、請求項7に記載のシステム。
- 前記充填物は、少なくとも1つの挿入要素として実現される請求項7または8に記載のシステム。
- 前記充填物は、流体シーラントを充填することで実現される、請求項7から9の何れか一項に記載のシステム。
- 流体シーラントが、CIPGとして適用されること、ならびに、印刷によって、特に、スクリーン印刷、ステンシル印刷、および3次元印刷のうち少なくとも1つによって適用される構造として適用されることのうち、少なくとも1つを満たす、請求項10に記載のシステム。
- 流体シーラントがそれ自体で硬化および発泡のうち少なくとも1つを行う、請求項10または11に記載のシステム。
- 流体シーラントの硬化および発泡のうち少なくとも1つは、湿度および温度のうち少なくとも1つによって開始され得る、請求項12に記載のシステム。
- 前記硬化および前記発泡の材料のうち少なくとも1つは、特に、ポリエチレン、シリコーン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、EPDM、フルオロエラストマー、および、PTFEのうち少なくとも1つである発泡剤およびマイクロスフィアのうち少なくとも1つを使用して発泡するポリウレタンフォーム、高分子、または、エラストマーである、請求項12または13に記載のシステム。
- 前記充填物は、−40℃から+120℃の範囲内で、前記システムの動作中の温度安定性を示す、請求項7から10の何れか一項に記載のシステム。
- 硬化および発泡のうち少なくとも1つのための前記充填物は、分解することなく、250℃までの温度に曝すことができる、請求項7から10および15の何れか一項に記載のシステム。
- 前記充填物は、化学的に不活性であり、特に、脱塩水、グリコール、燃料電池冷却材、および、サーマルオイルのうち、少なくとも1つに対して安定である、請求項7から10、15、および16の何れか一項に記載のシステム。
- 前記充填物の材料の柔軟性が高いことにより、充填された領域における前記ビードの弾性が受ける影響はわずかである、請求項7から10および15から17の何れか一項に記載のシステム。
- 前記挿入要素は、金属およびプラスチックのうち少なくとも1つからできている、請求項9に記載のシステム。
- 前記挿入要素は、前記挿入要素の輪郭を増大させるべく、直立しているフィンを有する金属から製造される、請求項19に記載のシステム。
- 前記挿入要素は、プラスチック部分が取り付けられた金属部品として実現されている、請求項19または20に記載のシステム。
- 前記セパレータプレートの基底平面に直交する前記挿入要素は、上向きおよび下向きのキャンバを示す、請求項19から21の何れか一項に記載のシステム。
- 前記挿入要素は、部分的に、管またはカテーテルの形状である、請求項19から22の何れか一項に記載のシステム。
- 前記挿入要素は、前記セパレータプレートの中空領域における位置決めおよび固定のためのアンダーカットを有する、請求項19から23の何れか一項に記載のシステム。
- 前記充填物は、超音波、サーモグラフィ、またはX線測定において、前記セパレータプレートの金属材料から区別できる、請求項7から10および15から18の何れか一項に記載のシステム。
- 前記ビードは、フルビードとして実現される、請求項1から25の何れか一項に記載のシステム。
- 前記セパレータプレートは、2つの金属層によって、特に鋼、特にステンレス鋼によって実現され、例えば、表面の一部または全体にコーティングを有する、請求項1から26の何れか一項に記載のシステム。
- 前記セパレータプレートの両方の層は、エンボス加工金属部品として実現される、請求項27に記載のシステム。
- 前記セパレータプレートの前記2つの層の間の前記隙間内への冷却剤の供給および除去、または、反応媒体の供給および除去のための前記セパレータプレートの前記開口部に、前記セパレータプレートの中空空間内に、または、前記セパレータプレートの外面上の前記電気化学的活性領域へ、液体または気体媒体をガイドするための通路を含むビードが設けられた、請求項1から28の何れか一項に記載のシステム。
- 外部温度が20℃、外気の圧力が1013mbar(1013hPa)であり、前記断面の減少および閉鎖を除き同一であるシステムと比較して、
電気化学的活性領域の領域における前記システムの最高温度が、3%、好ましくは5%、特に好ましくは、8%少なくなること、および、
前記システムを通る冷却剤の前記ガイドにおける圧力損失が、20%高く、好ましくは40%高く、特に好ましくは60%高くなること
のうち少なくとも1つの条件を満たすように、前記断面の減少および閉鎖のうち少なくとも1つが実現される、請求項1から29の何れか一項に記載のシステム。 - 請求項1から30の何れか一項に記載の電気化学システムで使用するためのセパレータプレート。
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