KR102612762B1 - 전기 화학적 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 문서는 두 개의 금속 분리기 플레이트들(2a, 2b)을 가지는 전기 화학적 시스템(1)에 관한 것이고, 상기 두 개의 금속 분리기 플레이트들은 분리기 플레이트들(2a, 2b)의 사이에 배치되고 적어도 하나의 밀봉 요소(11a'', 11b')에 의해 밀봉된 전기 화학적 셀 및 상기 분리기 플레이트들(2a, 2b)를 고정하기 위한 고정 요소들(13a, 13b)을 가진다. 고정 요소들은 제1 분리기 플레이트(2a) 또는 제2 분리기 플레이트(2b)와 통합되도록 설계되고, 적어도 하나의 밀봉 요소(11a'', 11b')와 다르고, 분리기 플레이트들(2a, 2b)의 플레이트 평면들과 평행한 적어도 하나의 밀봉 요소(11a'', 11b')와 이격되며, 적층 방향(8)으로 분리기 플레이트들(2a, 2b)의 플레이트 평면들을 너머 적어도 일부에서 돌출하는 적어도 두 개의 고정 요소들(13a, 13b)을 포함한다. 제1 고정 요소(13a)는 이에 의해 제2 고정 요소(13b)가 제2 분리기 플레이트(2b)에 대한 제1 분리기 플레이트(2a)의 - 플레이트 평면들에 평행하게 정렬된 축 또는 직선을 따라 두 개의 반대 방향들 중 적어도 한 방향으로 - 이동을 방지하는 방식으로 제2 고정 요소(13b) 상에 지지된다.
Description
본 발명은 적어도 두 개의 분리기 플레이트들 및 상기 분리기 플레이트들 사이에 배열된 전기 화학적 셀을 갖는 전기 화학적 시스템에 관한 것이다.
알려진 전기 화학적 시스템들은 보통 분리기 플레이트들에 의해 각각 서로 분리되는 전기 화학적 셀들의 스택을 구비한다. 본 문서의 틀 내에서 전기 화학적 셀의 용어는, 특히 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 셀(예를 들어, 연료 셀들), 전기적 에너지의 공급에 의해 화학적 반응을 유도하는 셀(즉, 전해 셀들), 또는 가스들 사이에서의 습기를 교환하는 셀(즉, 가습 셀들)들을 포함한다.
전형적으로, 분리기 플레이트들은 함께 결합된 두 개의 개별적인 플레이트들로부터 형성된다. 분리기 플레이트의 개별적인 플레이트들은, 예를 들어 하나 이상의 용접 결합에 의해, 특히 하나 이상의 레이저 용접 결합에 의해, 서로 재료적으로 결합할 수 있다. 더욱이, 분리기 플레이트들은 보통 적어도 하나 이상의 관통 개구를 구비한다. 매개체 및/또는 반응 생성물들은 인접한 스택의 분리기 플레이트들 사이에 또는 분리기 플레이트의 개별적인 플레이트들에 의해 형성되는 내부로 배열되는 전기 화학적 셀들로 유도되거나, 관통 개구들을 통해 셀들로부터 멀어지거나 내부에서 벗어나도록 유도될 수 있다.
언급된 분리기 플레이트들은 예를 들어 개별적인 전기 화학적 셀들(예를 들어, 연료 셀들)의 전극들의 전기적인 접촉 및/또는 인접한 셀들(셀들의 연결의 연속)의 전기적인 연결을 수행할 수 있다. 분리기 플레이트들은 각각 구조들을 가지거나 형성할 수 있고, 이들은 인접한 분리기 플레이트들 사이에 배열된 전기 화학적 셀들에 하나 이상의 매개체(media)를 공급하고, 그리고/또는 반응 생성물들을 제거하기 위해 설계된다. 상기 매개체는 연료(예를 들어 수소 또는 메탄올) 또는 반응 가스들(예를 들어 공기 또는 산소)일 수 있다. 또한, 분리기 플레이트들은 냉각재를 각 분리기 플레이트를 통해 안내하기 위한, 즉 분리기 플레이트를 형성하는 두 개별 플레이트들에 의해 둘러싸이는 공동(cavity)을 통해 냉각재를 안내하기 위한 구조들을 가질 수 있다.
분리기 플레이트들 사이에 배열된 전기 화학적 셀들은 전형적으로 각각 (예를 들어 연료 전지들의 경우에) 하나 이상의 전해질 막들을 포함하거나, (예를 들어 가습기 셀들의 경우에) 하나 이상의 물 교환 막들을 포함한다. 막 외에, 전기 화학적 셀들은 또한 가스 확산층들을 가질 수 있고, 이들은 바람직하게는 막의 양 측에 배열되고, 막을 가로질러 매개체 전송 또는 매개체 교환 비율을 개선하도록 할 수 있다. 가스 확산층들은 금속 부직포 또는 탄소 부직포들(non-wovens)로 설계될 수 있고, 또한 가습기 셀들의 경우에 플라스틱 부직포들로 설계될 수 있다.
전기 화학적 셀들을 밀봉하기 위해 그리고/또는 주변 또는 각 전기 화학적 시스템의 다른 영역들에 대한 분리기 플레이트들 내의 관통개구에 의해 형성되는 매개체 채널들을 밀봉하기 위해, 알려진 전기 화학적 시스템들은 전형적으로 밀봉 요소들을 가지고, 이들은 예를 들어 밀봉 비드들의 형태로 분리기 플레이트들 내에 성형되거나 양각될 수 있다. 스택의 인접한 분리기 플레이트들의 밀봉 요소들은 서로를 상호 지지하고 있을 수 있다. 예를 들면, 전기 화학적 셀의 전해질 막 또는 가습기 막의 모서리 영역은 이에 의해 인접한 분리기 플레이트들의 상소 지지하는 밀봉 요소들 사이에 수용될 수 있다.
채널들 및/또는 밀봉 요소들을 전기 화학적 시스템의 분리기 플레이트들을 통해, 그리고/또는 전기 화학적 시스템의 분리기 플레이트들 사이에 가능한 한 정확하게 형성할 수 있도록 분리기 플레이트들은 높은 수준의 정확도로 서로에 대해 고정될 수 있어야 한다. 분리기 플레이트들을 구비한 연료 전지 스택은 문헌 US9590263B2에 공지되어 있으며, 원추형 구조를 갖는 측면 고정 요소들은 상기 분리기 플레이트들 상에 분리 구성요소로서 적용된다. 인접한 분리기 플레이트들의 고정 요소들의 원추형 구조는 서로 맞물려서, 스택 방향에 수직인 서로에 대한 분리기 플레이트들의 이동을 감소시킬 수 있다. 그러나 이 고정 요소들의 제조 및 분리기 플레이트들 상의 고정 요소들의 적용은 재료, 노동, 및 비용 소모적일 수 있다. 또한, 문헌 US9590263B2에 개시된 용액을 사용하여 분리기 플레이트들의 서로에 대한 고정을 충분히 정밀하게 달성하는 것은 어렵다.
이에 기초하여, 본 발명의 기본 목적은 적층형 분리기 플레이트들을 갖는 전기 화학적 시스템을 생성하는 것이고, 이는 가능한 한 쉽고 경제적으로 제조 가능하며, 상기 시스템의 분리기 플레이트들은 서로에 대해 가능한 한 정확하게 위치할 수 있어야 한다.
이 문제는 제1항에 따른 전기 화학적 시스템에 의해 해결된다. 종속항들에 본 발명의 개선이 기재된다.
전기 화학적 시스템은,
각각이 플레이트 평면을 정의하고 상기 플레이트 평면들에 수직인 적층 방향으로 적층되는 적어도 하나의 제1 및 적어도 하나의 제2 분리기 플레이트를 가지고;
제1 및 제2 분리기 플레이트 사이에 전기 화학적 셀을 형성하기 위해 제1 및 제2 분리기 플레이트 사이에 배열된 막, 특히 전해질 막 또는 물 교환 막을 가지고;
전기 화학적 셀을 밀봉하기 위해 적어도 하나의 밀봉 요소를 가지고;
분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 평행하게 서로에 대한 분리기 플레이트들의 이동에 관하여 분리기 플레이트들을 고정하기 위한 고정 요소를 가진다.
고정 요소들은 적어도 하나의 제1 고정 요소를 포함하고, 이는 제1 분리기 플레이트와 통합되도록 설계되고, 적어도 하나의 밀봉 요소와 다르고, 분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 평행한 평면의 적어도 하나의 밀봉 요소로부터 이격되고, 적층 방향으로 제1 분리기 플레이트의 플레이트 평면을 너머 적어도 일부에서 돌출한다. 고정 요소들은 적어도 하나의 제2 고정 요소를 더 포함하고, 이는 제2 분리기 플레이트와 통합되도록 설계되고, 적어도 하나의 밀봉 요소와 다르고, 분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 평행한 평면의 적어도 하나의 밀봉 요소로부터 이격되고, 적층 방향으로 제2 분리기 플레이트의 플레이트 평면을 너머 적어도 일부에서 돌출한다. 제1 고정 요소는 제2 고정 요소가 제2 분리기 플레이트에 대한 제1 분리기 플레이트의 - 플레이트 평면들에 평행하게 정렬되는 축 또는 직선을 따라 두 개의 반대 방향들 중 적어도 한 방향으로- 이동을 방지한다.
그 결과, 제1 고정 요소는 제1 분리기 플레이트와 통합되도록 설계되고, 제2 고정 요소는 제2 분리기 플레이트와 통합되도록 설계되기 때문에, 여기에 개시된 전기 화학적 시스템은 제조하기에 특히 간단하고 저렴하다. 또한, 여기에 개시된 시스템에서는, 분리기 플레이트들 상에 먼저 장착되어야 하는 별개의 고정 요소들을 구비하는 알려진 시스템들과는 달리, 대응하는 조립 공차가 발생하지 않기 때문에 서로에 대해 특히 정밀한 고정이 달성될 수 있다.
제1 및 제2 고정 요소들은 예를 들어 제1 고정 요소 쌍을 형성한다. 전형적으로, 제1 및 제2 분리기 플레이트의 고정 요소들은 이 제1 고정 요소 쌍 유형의 추가 고정 요소 쌍들을 포함하여, 각 경우에 상기 유형의 적어도 하나의 제1 및 제2 고정 요소를 가진다. 이 추가 고정 요소 쌍들은 이제 제1 및 제2 분리기 플레이트들의 고정 요소 쌍들 전체가 분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 평행한 모든 공간 방향들로 제1 분리기 플레이트와 제2 분리기 플레이트 사이에서 꼭 맞도록 형성된다.
막의 적어도 한 섹션 또는 상기 막에 연결되고 상기 막을 둘러싸는 프레임의 적어도 한 섹션은 제1 및 제2 분리기 플레이트의 고정 요소들 사이에, 특히 상기 제1 고정 요소와 상기 제2 고정 요소의 사이에 수용되고 그리고/또는 가압될 수 있다. 특히, 제1 및 제2 분리기 플레이트의 고정 요소들 사이에서, 특히 상기 제1 고정 요소와 상기 제2 고정 요소 사이에서 상기 막 섹션 또는 프레임 섹션이 이 고정 요소들을 서로 절연하는 방식으로 상기 막 섹션 또는 프레임 섹션은 수용되고 배열될 수 있다.
전기 화학 시스템은 통상적으로 스택 형태로 배열된 상기 유형의 복수의 분리기 플레이트들을 포함한다. 각 경우에 적어도 하나의 막을 포함하고 각 경우에 밀봉 요소에 의해 밀봉되는 전기 화학적 셀은 일반적으로 스택의 인접한 각 두 분리기 플레이트들 사이에 배열된다. 스택의 분리기 플레이트들은 또한 각 경우에 제1 및 제2 분리기 플레이트들에 관하여 위에 기재된 유형의 고정 요소들을 가지는 것이 바람직하고, 위에 언급된 바와 같이, 인접한 분리기 플레이트들의 적어도 두 고정 요소들은 서로에 대한 인접한 분리기 플레이트들의 - 플레이트 평면에 평행하게 정렬되는 축 또는 직선을 따라 두 개의 반대 방향들 중 적어도 한 방향으로- 이동을 방지하는 방식으로 서로에 의해 지지된다. 따라서 스택의 인접한 분리기 플레이트들의 고정 요소 쌍들은 이들 전체가 분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 평행한 모든 공간 방향들로 서로에게 꼭 맞도록 형성된다.
플레이트 평면에 평행한 네가지 공간 방향들로 인접한 분리기 플레이트들 사이에 꼭 맞는 연결을 달성하기 위해, 분리기 플레이트는 전술한 유형의 다수의 고정 요소 쌍들을 가질 수 있고, 이는 각 경우에 예를 들어 전형적으로 적어도 대략적으로 직사각형인 분리기 플레이트들의 반대편 에지들에 배열될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 분리기 플레이트들의 상기 제1 고정 요소 쌍은 분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 평행한 양의 x방향으로 제2 분리기 플레이트에 대한 제1 분리기 플레이트의 이동을 방지하는 방식으로 배열되고 설계될 수 있다. 또한, 예를 들어 제1 및 제2 분리기 플레이트들의 제2 고정 요소 쌍이 제공될 수 있고, 이는 음의 x방향으로 제2 분리기 플레이트에 대한 제1 분리기 플레이트의 이동을 방지하는 방식으로 배열되고 설계된다. 이 경우, 제1 및 제2 고정 요소 쌍은 따라서 x방향을 따라 제1 분리기 플레이트와 제2 분리기 플레이트 사이에 꼭 맞도록 형성된다. 그러나, 플레이트 평면들에 평행한 둘 이상의 공간 방향, 예를 들어 각 경우에 적어도 둘 또는 네 공간 방향들로 서로에게 맞물리는 인접 플레이트들의 한 쌍의 고정 요소들이 꼭 맞도록 인접한 분리기 플레이트들의 고정 요소들이 설계되는 것이 고려될 수도 있다. 이 예시는 아래에 더 상세히 설명된다.
막의 적어도 한 섹션 또는 막에 연결되고 막을 둘러싸는 프레임의 적어도 한 섹션은 제1 분리기 플레이트와 제2 분리기 플레이트의 고정 요소들 사이, 또는 이들중 일부의 사이, 특히 상기 제1 고정 요소와 상기 제2 고정 요소의 사이에 수용되고 그리고/또는 가압될 수 있다. 특히, 막 섹션 또는 프레임 섹션은 제1, 2 분리기 플레이트들의 고정 요소들 사이에 수용되고 배열되어서, 상기 막 섹션 또는 프레임 섹션은 서로로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 제1 분리기 플레이트의 고정 요소들과 제2 분리기 플레이트의 고정 요소들 사이에 수용되는 막 섹션 또는 프레임 섹션은 예를 들어 고정 요소들의 서로에 대한 미끄러짐을 감소하거나 방지할 수 있다. 예를 들면 이 방식으로, 분리기 플레이트들 사이에 배열된 전기 화학적 셀을 밀봉하기 위한 밀봉 요소의 밀봉 효과가 향상될 수 있다. 이는 시스템의 효율과 수명을 증가할 수 있다. 막 섹션 또는 프레임 섹션이 제1, 제2 분리기 플레이트들의 고정 요소들 사이에 서로 전기적으로 절연되도록 배열되는 경우, 예를 들어 고정 요소들의 영역에서 추가 절연을 적용할 필요가 없다.
제1 및 제2 분리기 플레이트들의 고정 요소들을 서로 전기적으로 절연하기 위해, 특히 제1 고정 요소를 제2 고정 요소로부터 전기적으로 절연하기 위해, 이들 고정 요소들은 대안적으로 또는 추가적으로 전기적-절연 코팅을 또한 가질 수 있다.
분리기 플레이트들은 적어도 하나의 금속 시트, 예를 들어 각 경우에 적어도 하나의 스테인리스 스틸 시트로부터 각각 형성될 수 있다. 분리기 플레이트들은 두 개의 개별 플레이트들을 각각 포함하거나 각 경우에 두 개의 개별 플레이트들로부터 형성될 수 있다. 이 경우, 개별 플레이트들 각각은 금속 시트, 즉, 스테인리스 스틸 시트로부터 형성될 수 있다. 개별 플레이트들은 예를 들어 용접 결합, 바람직하게는 레이저 용접 결합으로 서로 재료적으로 결합되어 각 분리기 플레이트를 형성할 수 있다. 전형적으로, 분리기 플레이트들 또는 개별 플레이트들은 각 분리기 플레이트 또는 각 개별 플레이트 내에 성형되는 채널 구조들 및/또는 밀봉 구조들을 가진다. 예를 들어, 이들 밀봉 및/또는 채널 구조들은 분리기 플레이트들 또는 개별 플레이트들 내에 양각(embossing) 및/또는 딥 드로잉에 의해 성형될 수 있다. 제1 고정 요소 및/또는 제2 고정 요소는 또한 예를 들어 양각 및/또는 딥 드로잉에 의해 제1 분리기 플레이트 내에 성형될 수 있다.
분리기 플레이트들 사이에 배열된 전기 화학적 셀을 밀봉하기 위한 적어도 하나의 밀봉 요소는 적어도 하나의 제1 밀봉 요소를 포함할 수 있고, 이는 제1 분리기 플레이트 또는 제1 분리기 플레이트의 개별 플레이트들 중 하나와 통합되도록 설계된다. 제1 밀봉 요소는 제1 분리기 플레이트 또는 제1 분리기 플레이트의 개별 플레이트들 중 하나 내에 성형되는 제1 밀봉 비드를 포함할 수 있다. 또한, 분리기 플레이트들 사이에 배열된 전기 화학적 셀을 밀봉하기 위한 적어도 하나의 밀봉 요소는 적어도 하나의 제2 밀봉 요소를 포함할 수 있고, 이는 제2 분리기 플레이트 또는 제2 분리기 플레이트의 개별 플레이트들 중 하나와 통합되도록 설계된다. 제2 밀봉 요소는 제2 분리기 플레이트 또는 제2 분리기 플레이트의 개별 플레이트들 중 하나 내에 성형되는 제2 밀봉 비드를 포함할 수 있다. 제1 밀봉 비드 및 제2 밀봉 비드는 바람직하게는 막 또는 막에 연결되고 제1 밀봉 비드와 제2 밀봉 비드 사이에서 막을 둘러싸는 프레임을 적어도 일부에서 수용하면서 서로에 대해 지지될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 제1 분리기 플레이트와 제2 분리기 플레이트 사이에 배열된 전기 화학적 셀을 밀봉하기 위한 적어도 하나의 밀봉 요소는 밀봉 요소, 예를 들어 제1, 제2 분리기 플레이트들 사이에 배열되고 제1 및 제2 분리기 플레이트들로부터 구별되는 탄성체 봉인을 가질 수 있다. 이는 예를 들어 분리기 플레이트들 사이에 삽입되거나 분리기 플레이트들 중 적어도 하나 상에 접착되거나 뿌려질 수 있다.
분리기 플레이트들이 금속 시트들로부터 형성되면, 각 분리기 플레이트의 플레이트 평면은 예를 들면 이 분리기 플레이트가 형성되는 금속 시트의 비형상 영역들(non-shaped areas)에 의해 정의된다. 분리기 플레이트들 각각이 두 개의 개별 플레이트들을 포함하면, 각 분리기 플레이트의 플레이트 평면은 예를 들어 이 분리기 플레이트를 형성하는 개별 플레이트들이 서로 결합되는 연결 평면에 의해 정의된다.
제1 및/또는 제2 분리기 플레이트의 고정 요소들 또는 적어도 그들의 일부, 그러므로 특히 제1 고정 요소 및/또는 제2 고정 요소는 적어도 하나의 밀봉 요소 또는 적어도 하나의 밀봉 요소 중 적어도 하나를 너머 적층 방향으로 돌출되는 방식으로 설계될 수 있다. 이는 분리기 플레이트들의 서로에 대한 포지셔닝 및/또는 분리기 플레이트들의 적층을 촉진하고 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 인접한 분리기 플레이트들은 따라서 초기에 적층 동안에 고정 요소들을 따라 서로 접촉하는 것이 보장될 수 있다. 이 방식으로, 고정 요소들은 적층 동안에 안내 요소들로서 기능하고, 이는 인접한 분리기 플레이트들이 높은 정확도로 서로에 대해 원하는 위치 내로 미끄러지게 한다.
제1 분리기 플레이트가 예를 들어 제1 분리기 플레이트 내에 성형되는 제1 밀봉 비드를 포함하면, 제1 분리기 플레이트의 고정 요소들 또는 적어도 그들의 일부, 특히 제1 고정 요소는 적층 방향으로 이 제1 밀봉 비드를 너머 예를 들면 적어도 1.5배 또는 적어도 두 배만큼 돌출하는 방식으로 설계될 수 있다. 또한, 제2 분리기 플레이트가 예를 들어 제2 분리기 플레이트 내에 성형되는 제2 밀봉 비드를 포함하면, 제2 분리기 플레이트의 고정 요소들 또는 적어도 그들의 일부, 특히 제2 고정 요소는 적층 방향으로 이 제2 밀봉 비드를 너머 예를 들면 적어도 1.5배 또는 적어도 두 배만큼 돌출하는 방식으로 설계될 수 있다.
예를 들면, 제1 및 제2 분리기 플레이트들의 고정 요소들은 적층 방향을 따르는 평면의 특정 거리는 제1 분리기 플레이트의 플레이트 평면으로부터 적층 방향을 따르는 적어도 하나의 밀봉 요소의 특정 최대 높이보다 크고 제1 분리기 플레이트의 플레이트 평면으로부터 상승하고, 상기 평면에서 제1 및 제2 분리기 플레이트들의 고정 요소들이 서로에게 꼭 맞게 결합하도록 배열되고 설계될 수 있다. 또한, 대안적으로 또는 추가적으로, 제1 및 제2 분리기 플레이트들의 고정 요소들은 적층 방향을 따르는 평면의 특정 거리가 제2 분리기 플레이트의 플레이트 평면으로부터 적층 방향을 따르는 적어도 하나의 밀봉 요소의 특정 최대 높이보다 크고 플레이트 평면으로부터 상승하고, 상기 평면에서 제1 및 제2 분리기 플레이트들의 고정 요소들이 서로에게 꼭 맞게 결합하도록 배열되고 설계될 수 있다.
제1 분리기 플레이트가 두 개의 개별 플레이트들로부터 형성되면, 제1 분리기 플레이트의 고정 요소들은, 특히 상기 제1 고정 요소는 제1 분리기 플레이트를 형성하는 개별 플레이트들의 적어도 하나 또는 정확히 하나와 통합되도록 설계될 수 있다. 제2 분리기 플레이트가 두 개의 개별 플레이트들로부터 형성되면, 제2 분리기 플레이트의 고정 요소들은, 특히 상기 제2 고정 요소는 제2 분리기 플레이트를 형성하는 개별 플레이트들의 적어도 하나 또는 정확히 하나와 통합되도록 설계될 수 있다.
고정 요소들, 특히 상기 제1 및 제2 고정 요소들은 각각 적어도 하나의 밀봉 요소에 의해 밀봉된 전기 화학적 셀로부터 멀리 향하는 적어도 하나의 밀봉 요소의 일측 상에 배열되거나, 적어도 하나의 밀봉 요소에 의해 밀봉된 전기 화학적 활성 영역으로부터 멀리 향하는 적어도 하나의 밀봉 요소의 일측에 배열될 수 있다. 다시 말하면, 고정 요소들, 특히 상기 제1 및 제2 고정 요소들 및 분리기 플레이트들의 전기 화학적 활성 영역은 각각 적어도 하나의 밀봉 요소의 다른 측면들 상에 배열될 수 있다. 따라서 고정 요소들은 막을 향한 유동 및/또는 막을 가로지르는 매개체 전송에 영향을 주지 않는다는 것이 보장될 수 있다.
고정 요소들, 특히 상기 제1 및 제2 고정 요소들은 적어도 일부, 특히 분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 수직 및/또는 평행한 영역들에서 탄성일 수 있다. 고정 요소들, 특히 상기 제1 및 제2 고정 요소들은 모양 및/또는 배향에 따라 적층 방향을 따르는 분리기 플레이트들 서로 간의 특정 거리의 변화를 따르도록 구성될 수 있다. 분리기 플레이트들 간의 거리 변화는 예를 들면 분리기 플레이트들 사이에 배열된 전기 화학적 셀을 밀봉하기 위한 적어도 하나의 밀봉 요소의 그리고/또는 적어도 일부에서 분리기 플레이트들의 특히 일시적인 변화를 야기할 수 있는 시스템의 작동 온도의 변화에 의해 일어날 수 있다. 고정 요소들의 탄성 때문에, 따라서 고정 요소들이 시스템의 넓은 온도 범위에 걸친 그들의 기능을 만족시키는 것이 보장된다.
고정 요소들 또는 고정 요소들의 적어도 일부, 특히 상기 제1 및 제2 고정 요소들은 각 분리기 플레이트와 일체로 각 분리기 플레이트의 형상 연장부로서 설계될 수 있다. 또한, 분리기 플레이트들 각각이 서로 연결된 두 개별 플레이트들을 포함하면, 고정 요소들 또는 고정 요소들의 적어도 일부, 특히 상기 제1 및 제2 고정 요소들은 개별 플레이트들의 적어도 하나와 일체로 각 개별 플레이트의 형상 연장부로서 대응하여 설계될 수 있다. 이 경우, 분리기 플레이트들의 개별 플레이트들 중 각각 정확하게 유일한 하나 또는 분리기 프레이트들의 적어도 일부는 이들 개별 플레이트들의 연장부 형상의 고정 요소들을 가진다. 그러나, 대안적으로 이 경우 분리기 플레이트들의 개별 플레이트들 둘 각각 또는 분리기 플레이트들의 적어도 일부는 또한 이들 개별 플레이트들의 연장부 형상의 고정 요소들을 가질 수 있다.
개별 플레이트들 또는 분리기 플레이트들의 연장부로 설계된 고정 요소들, 특히 상기 제1 및 제2 고정 요소들은 각 분리기 플레이트의 플레이트 평면에 대해 적어도 일부에서 비스듬할 수 있다. 플레이트 평면에 대해 비스듬한 고정 요소들의 이들 부분에서, 고정 요소들은 전형적으로 직선 경로를 가진다. 예를 들어, 고정 요소들, 특히 상기 제1 및 제2 고정 요소들이 각 분리기 플레이트의 플레이트 평면과 또는 각 분리기 플레이트의 플레이트 평면에 평행한 편면과 정의하는 각도는 적어도 일부에서 91도와 135도 사이, 바람직하게는 적어도 일부에서 100도와 120도 사이이다. 고정 요소들, 특히 상기 제1 및 제2 고정 요소들이 분리기 플레이트들의 연장부 또는 개별 플레이트들의 연장부로서 설계되면, 그들은 제1 및 제2 분리기 플레이트들의 고정 요소들 사이의 상기 막 섹션 또는프레임 섹션을 수용하면서 적어도 일부에서 서로 중첩되도록 배열되거나 적어도 하나의 코팅에 의해 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
분리기 플레이트들 또는 개별 플레이트들의 연장부로서 설계된 고정 요소들, 또는 그들 중 적어도 일부, 특히 상기 제1 및 제2 고정 요소들은 각 분리기 플레이트의 코너 영역에 배열될 수 있다. 그들은 플레이트 평면들에 평행한 평면의 그들 단면이 적어도 일부에서 곡선 형태, 예를 들어 원호선 또는 타원호선 형태를 취하는 방식으로 추가 설계될 수 있다. 코너 영역에 배열된 이들 연장부들은 또한 적층 방향으로 적어도 일부에서 원추형으로, 예를 들면 원추형 세그먼트 형태로 확장할 수 있다. 또한, 코너 영역에 배열된 연장부들은 직선 단면을 갖는 섹션들이 곡선 단면을 갖는 섹션에 연결되도록 설계될 수 있다.
제1 및 제2 분리기 플레이트들은 각각 같은 코너 영역에서 연장부 형태의 고정 요소들을 가질 수 있다. 이들은 적층 방향을 따라 같은 방향으로 플레이트 평면들에 대해 비스듬할 수 있고, 상술한 바와 같이, 적어도 일부에서 만곡되고 각각 플레이트 평면들에 평행한 단면을 가질 수 있다. 제1 및 제2 분리기 플레이트들의 대응 설계된 고정 요소들은, 필요하다면 막 섹션 또는 프레임 섹션을 수용하면서 적층 방향을 따라 중첩되도록 배열될 수 있다.
분리기 플레이트들의 연장부 또는 개별 플레이트들의 연장부로서 설계된, 제1 및 제2 분리기 플레이트들의 고정 요소들 또는 그들의 적어도 일부, 특히 상기 제1 및 제2 고정 요소들은 분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 수직으로 정렬된 평면에서 적층 방향을 따라 적어도 하나의 섹션에서 U 또는 V 형태의 단면을 가질 수 있다. 그렇게 함으로써, U 또는 V 형태의 단면을 갖는 다리들은 다른 길이를 가질 수 있다. U 또는 V 형태 단면을 구비한 제1 및 제2 분리기 플레이트들의 이들 고정 요소들은, 필요하다면, 이들 고정 요소들 사이에 상기 막 섹션 또는 프레임 섹션을 수용하면서 다른 하나에 중첩되도록 배열되어 그들 각각이 제1 분리기 플레이트 그리고 제2 분리기 플레이트의 플레이트 평면들에 평행한 두 개의 공간 방향들로 꼭 맞는 결합을 달성한다.
그들의 강성을 증가시키기 위해, 분리기 플레이트들의 연장부 또는 개별 플레이트들의 연장부로서 설계된 고정 요소들, 또는 그들의 적어도 일부, 특히 상기 제1 및 제2 고정 요소들은 각각 비드형 함몰부를 가질 수 있다. 이는 예를 들면 세장형 형태를 가질 수 있고, 분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 대한 각 연장부의 비스듬하고 바람직하게는 곧은 섹션의 경로를 각각 따를 수 있다. 연장부들의 안정성은 증가될 수 있고, 서로에 대한 분리기 플레이트들의 고정은 대응하는 비드형 함몰부에 의해 더 개선될 수 있다.
제1 분리기 플레이트의 고정 요소들 중 적어도 하나, 특히 상기 제1 고정 요소는 제2 분리기 플레이트를 마주하는 제1 상승 영역을 가질 수 있다. 이 제1 상승 영역은 제1 분리기 플레이트 또는 제1 분리기 플레이트의 개별 플레이트들 중 하나 내에 성형, 특히 양각될 수 있다. 또한, 제2 분리기 플레이트의 고정 요소들 중 적어도 하나, 특히 상기 제2 고정 요소는 제1 분리기 플레이트를 마주하는 제2 상승 영역을 가질 수 있다. 이 제2 상승 영역은 제2 분리기 플레이트 또는 제2 분리기 플레이트의 개별 플레이트들 중 하나 내에 성형, 특히 양각될 수 있다. 제2 분리기 플레이트의 제2 상승 영역은 함몰부를 가질 수 있고, 상기 함몰부는 제1 분리기 플레이트의 제1 영역에 적어도 일부에서 상호보완적인 모양을 가진다. 제1 분리기 플레이트의 제1 상승 영역은 제2 분리기 플레이트의 제2 상승 영역의 함몰부에 적어도 일부에서 수용될 수 있고, 즉, 제2 상승부(elevation)에 형성된 함몰부와 제1 상승부 사이에 막 섹션 및 프레임 섹션을 수용한다. 적어도 일부에서 서로 수용되는 제1 및 제2 분리기 플레이트들의 고정 요소들을 대응함으로써 각 경우에 분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 평행한 두 개의 독립적인 방향으로 포지티브 잠금 연결(positive locking connection)이 일어날 수 있다.
유리하게는, 전기 화학적 시스템의 모든 분리기 플레이트들은 제조 비용이 감소하기 때문에 동일하게 설계된다. 그렇지만, 전기 화학 시스템의 분리기 플레이트 스택의 첫번째 및/또는 마지막 분리기 플레이트는 이로부터 벗어나도록 구성되어, 예를 들면 고정 요소들을 가지지 않을 가능성이 있다.
여기에 개시된 전기 화학적 시스템의 예시적 실시예들은 도면에 묘사되고 아래 서술에 더 상세히 설명된다. 본 발명에 필수적이거나 유리하게는 개선(refining) 요소들과 같은 다른 요소들은 이에 따라 각 경우에 특정 예시의 맥락 내에서 나열되고, 이에 의해 이러한 요소들은 본 발명을 개선하기 위해 사용될 수 있고 또한 각 예시의 맥락으로부터, 각 예시의 추가 특징들로부터 추출될 수 있다. 동일하거나 유사한 참조 번호들이 도면 내에서 동일하거나 유사한 요소들에 사용된다.
도 1은 스택 내에 배열되는 복수의 분리기 플레이트들을 갖는, 본 발명에 따른 전기 화학적 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2a는 제1 실시예에 따른 도 1의 시스템의 스택으로부터 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 2b는 도 2a의 섹션에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2c는 도 2a의 섹션에 대한 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 3a는 제2 실시예에 따른 도 1에 따른 시스템의 스택으로부터 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3b는 도 3a의 섹션에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 3c는 도 3a의 섹션에 대한 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 4a는 제3 실시예에 따른 도 1에 따른 시스템의 스택으로부터 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 4b는 도 4a의 섹션에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 4c는 도 4a의 섹션에 대한 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 5a는 제4 실시예에 따른 도 1에 따른 시스템의 스택으로부터 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 5b는 도 5a의 섹션에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 5c는 도 5a의 섹션에 대한 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 6a는 제5 실시예에 따른 도 1에 따른 시스템의 스택으로부터 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 6b는 도 6a의 섹션에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 6c는 도 6a의 섹션에 대한 다른 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 6d는 도 6a의 섹션에 대한 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 2a는 제1 실시예에 따른 도 1의 시스템의 스택으로부터 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 2b는 도 2a의 섹션에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 2c는 도 2a의 섹션에 대한 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 3a는 제2 실시예에 따른 도 1에 따른 시스템의 스택으로부터 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3b는 도 3a의 섹션에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 3c는 도 3a의 섹션에 대한 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 4a는 제3 실시예에 따른 도 1에 따른 시스템의 스택으로부터 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 4b는 도 4a의 섹션에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 4c는 도 4a의 섹션에 대한 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 5a는 제4 실시예에 따른 도 1에 따른 시스템의 스택으로부터 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 5b는 도 5a의 섹션에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 5c는 도 5a의 섹션에 대한 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 6a는 제5 실시예에 따른 도 1에 따른 시스템의 스택으로부터 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 6b는 도 6a의 섹션에 대한 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 6c는 도 6a의 섹션에 대한 다른 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 6d는 도 6a의 섹션에 대한 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 1은 스택 내에 배열되고 z방향(8)을 따라 적층되는 복수의 동일한 금속 분리기 플레이트들(2)을 갖는 본 발명에 따른 전기 화학적 시스템(1)을 도시한다. 분리기 플레이트들(2)의 스택은 두 개의 단부 플레이트들(3, 4)의 사이에 물린다. z방향(8)은 또한 적층 방향으로 불린다. 분리기 플레이트들(2) 각각은 서로에 연결되는 두 개의 개별 플레이트들을 포함한다(예를 들어 2a 참조). 본 예시에서, 시스템(1)은 연료 전지 스택이다. 두 인접한 분리기 플레이트들(2) 각각의 스택은 따라서 예를 들어 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기능을 하는 전기 화학적 셀을 그들 사이에서 둘러싼다. 전기 화학적 셀들은 통상 각각이 막 전극 조립체(membrane electrode assembly; MEA)를 가진다(예를 들어 도 2a 참조). MEA들은 전형적으로 각각 적어도 하나의 막, 예를 들어 전해질 막을 포함한다. 또한, MEA들은 각각 막의 양측 상에 배열되는 가스 확산 층(gas diffusion layers; GDL)을 가질 수 있다.
대안적 실시예에서, 시스템(1)은 전해조, 압축기 또는 레독스 플로우 배터리(redox flow battery)로 비슷하게 설계될 수 있다. 이러한 전기 화학적 시스템들에서, 분리기 플레이트들은 비슷하게 사용될 수 있다. 심지어 전해조의 경우, 압축기의 경우, 또는 레독스 플로우 배터리의 경우 분리기 플레이트들 상에 또는 이를 통해 안내되는 매개체가 연료 전지 시스템용 매개체와 다른 경우에도, 이들 분리기 플레이트들의 구조는 여기에 더 상세히 설명되는 분리기 플레이트(2)의 구조에 대응한다.
Z축(8)은 x축(6) 및 y축(7)과 함께 좌하단 코너에 원점이 있는 직교 좌표계에 걸쳐 있다. 단부 플레이트(4)는 복수의 매개체 연결부(5)를 가지고, 이를 통하여 시스템(1)에 매개체가 공급될 수 있고, 이를 통해 매개체가 시스템(1) 밖으로 배출될 수 있다. 시스템(1)에 공급 가능하고 시스템(1) 밖으로 배출 가능한 이러한 매개체는 예를 들어 분자 수소 또는 메탄올과 같은 연료, 공기 또는 산소와 같은 반응 가스, 수증기와 같은 반응 생성물, 또는 물 및/또는 글리콜과 같은 냉각재를 포함할 수 있다.
도 2a 내지 2c는 제1 실시예에 따른 도 1에 도시된 전기 화학적 시스템의 스택(100)의 섹션을 개략적으로 보여준다. 도 2a는 이 섹션의 단면도를 보여주고, 섹션 평면은 x-z평면에 평행하게 정렬된다. 도 2b는 도 2a에 묘사된 섹션의 사시도를 보여준다. 그리고 도 2c는 도 2a 및 2b에 묘사된 섹션의 상면도를 보여주고, 가시선(line of sight)은 적층 방향(8)을 따라 정렬된다.
도 2a 내지 2c에 묘사된 스택 섹션은 복수의 분리기 플레이트들(2a-e)을 보여주고, 이는 적층 방향(8)을 따라 적층된다. 분리기 플레이트들(2a-e)의 스택(100)은 이 경우 동일하게 설계된다. 그러나, 비슷하게 스택(100)은 예를 들면 교대로 배열되는 두 개의 다른 타입의 분리기 플레이트들을 포함하는 것이 고려될 수 있다. 분리기 플레이트들(2a-e) 각각은 여기에 2a', 2a'', 2b', 2b'' 등으로 지정된 서로서로 연결된 두 개의 개별 플레이트들을 포함한다. 분리기 플레이트들의 개별 플레이트들은 금속 시트, 예를 들면 스테인리스 스틸 시트로부터 형성되고, 이는 각각 적어도 일부가 코팅될 수 있다. 이들 금속 시트들은 각각 보통 150 μm 또는 100 μm 보다 작은 두께를 가진다. 개별 플레이트들은 각각 전형적으로 예를 들어 용접 결합, 특히 레이저 용접 결합에 의해 서로서로 재료적으로 연결된다. 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들은 적층 방향(8)에 수직으로 정렬되고, 따라서 x-y 평면에 평행하다. 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들은 예를 들어 평면들에 의해 정의될 수 있고, 평면들을 따라 분리기 플레이트들의 개별 플레이트들이 서로 결합된다. 따라서, 도 2a에서 예시로서, 분리기 플레이트(2b)의 플레이트 평면(20b)은 파선에 의해 강조된다.
분리기 플레이트들(2a-e)의 전기 화학적 활성 영역(10)에서, 분리기 플레이트들 각각은 예를 들면 분리기 플레이트들(2a-e)의 개별 플레이트들 내에 양각되는 수송 매개체를 위한 구조를 가진다. 예를 들면, 매개체 수송을 위한 이러한 구조들은 예를 들면 채널들(10a) 및 채널들(10a)의 범위를 정하는 웨브들(10b)을 포함할 수 있다. 또한, 각각 막 전극 조립체(MEA)를 포함하는 전기 화학적 셀은 각 경우에 두 인접한 분리기 플레이트들 사이에서 분리기 플레이트들(2a-e)의 활성 영역(10)에 배열된다. MEA들은 여기서 9a-d로 지정된다. MEA들(9a-d) 각각은 여기에 도시된 실시예에서 막, 특히 전해질 막 형태의 막을 포함한다. 또한, MEA들(9a-d)은 막의 양 측에 배열되는 가스 확산 층들(GDLs)을 가질 수 있다. GDL들은 또한 MEA들(9a-d)의 막들이 활성 영역(10)의 웨브들(10b) 영역에 흐를 수 있고 따라서 MEA들(9a-d)의 막들을 가로질러 매개체 교환을 향상시킬 수 있다.
분리기 플레이트들(2a-e) 사이에 배열된 전기 화학적 셀들을 밀봉하기 위해, 분리기 플레이트들은 밀봉 영역(11)에 개별 플레이트들(2a', 2a'', 2b', 2b'')의 스택(100) 내에 양각되는 밀봉 비드들(11a', 11a'', 11b', 11b'' 등)의 형태로 밀봉 요소들을 가진다. 밀봉 비드들(11a', 11a'', 11b', 11b'' 등)은 각 플레이트 평면으로부터 적층 방향(8)을 따라 특정 높이(14)를 가지고, 상기 높이는 개별 플레이트(11b)의 밀봉 비드(11b')를 위해 도 2a에 예시로 강조되고, 개별 플레이트(11b)의 재료 두께가 여기에 포함된다. 전기 화학적 셀들을 밀봉하기 위해, 밀봉 비드들(11a', 11a'', 11b', 11b'' 등)을 구비한 밀봉 영역(11)은 활성 영역(10)을 완전 둘러싼다(미도시). 두 개의 밀봉 비드들 각각은 즉 각 경우에 각 밀봉 비드들 사이에 프레임을 수용하면서 이에 의해 인접한 분리기 플레이트들의 마주보는 측면에서 상호 지지되고, 상기 프레임은 각 분리기 플레이트들 사이에 배열되는 MEA의 막에 연결되고 이 막을 둘러싼다. 이들 프레임들은 도 2a에서 12a-d로 지정된다. 따라서, 도 2a에서 분리기 플레이트(2a)의 개별 플레이트(2a'') 내에 양각되는 밀봉 비드(11a'')는 분리기 플레이트(2b)의 개별 플레이트(2b') 내에 양각되는 밀봉 비드(11b')에 대해 지지되고, 분리기 플레이트들(2a, 2b) 사이에 배열되는 MEA(9a)의 막을 둘러싸는 프레임(12a)은 밀봉 비드들(11a'', 11b' 등) 사이에 수용된다.
여기에 명확히 묘사되지 않은 대안적인 실시예들에서, 예를 들면 두 인접 분리기 플레이트들의 각 사이에 배열된 탄성 중합체 밀봉부의 형태로 분리기 플레이트들(2a-e)로부터 전기 화학적 셀들을 유사하게 밀봉하기 위해 밀봉 비드들(11a', 11a'', 11b', 11b'' 등) 대신 다른 밀봉 요소들이 제공될 수 있다. 이들은 각각 분리기 플레이트들 상에 뿌려지거나 접착되거나 분리기 플레이트들 사이에 삽입될 수 있다.
분리기 플레이트들(2a-e)은 고정 요소들(13a-e)을 더 가지고, 이들은 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 평행하게 서로에 대해 분리기 플레이트들(2a-e)을 포지셔닝하고 고정하는 기능을 가진다. 도 2a에 도시된 스택(100)의 제1 실시예에서, 고정 요소들(13a-e)은 분리기 플레이트들(2a-e)의 모서리에서 분리기 플레이트들(2a-e)의 연장부로서 설계된다. 도 2a의 고정 요소들(13a-e) 각각은 스택(100)의 분리기 플레이트들(2a-e)의 개별 플레이트들(2a'', 2b'', 2c'', 2d'', 2e'') 중 각각 정확히 하나의 연장부에 의해 정의되고 이들 개별 플레이트들과 통합되도록 설계된다. 여기서 특히 통합(Integrality)은 적어도 하나의 고정 요소가 대응하는 개별 플레이트와 일체로 제조되므로 추가되지 않는 것을 의미한다. 따라서, 이는 또한 재료의 균일성을 요구하지만, 예를 들어 두께가 전체적으로 일관될 필요는 없다.
고정 요소들(13a-e) 각각은 활성 영역(10)과 멀리 향하는 밀봉 비드들(11a', 11a'', 11b', 11b'' 등)의 측면 중 하나에 배열된다. 고정 요소들(13a-e)은 밀봉 비드들(11a', 11a'', 11b', 11b'' 등)과 구분되고 그로부터 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 평행한 방향으로, 특히 도 2a의 x방향(6)을 따라 이격된다.
고정 요소들(13a-e)을 형성하는 개별 플레이트들(2a'', 2b'', 2c'', 2d'', 2e'')의 연장부들은 적층 방향을 향하여, 특히 도 2a의 양의 z방향(8)으로 개별 플레이트들의 플레이트 평면들에 대해 각각 만곡된다. 분리기 플레이트들(2a-e)의 연장부들을 형성하는 고정 요소들(13a-e)의 만곡된 단부들은 적어도 일부에서 곧게 연장한다. 도시된 단면에서 곧게 연장하는 고정 요소들(13a-e)의 섹션들 각각은 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들과 각도 α 를 형성한다. 도 2a에서, 각도 α 는 대략 100도의 값을 가진다. 여기에 도시된 실시예의 변형들에서, 각도 α는 예를 들어 91도 α ≤ 135도 또는 100도 α ≤ 120도의 다른 값들도 가정할 수 있다.
정의된 분리기 플레이트의 고정 요소들은 각 분리기 플레이트의 플레이트 평면에서 시작하여, 예를 들어 이 분리기 플레이트의 밀봉 요소들의 최대 높이의 적어도 1.1배까지, 적어도 1.5배까지, 또는 적어도 2배까지, 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 수직인 동일한 분리기 플레이트의 밀봉 요소들을 너머 돌출한다. 따라서, 도 2a에서 분리기 플레이트(2b)의 고정 요소(13b)는 적층 방향(8)을 따라 분리기 플레이트(2b)의 밀봉 비드(11b')의 높이(14)를 너머, 예를 들면 이 경우에는 적어도 3배의 높이(14)만큼 돌출한다.
스택(100)의 분리기 플레이트들(2a-e)의 고정 요소들(13a-e)은 서로 중첩된다. 여기 도시된 실시예에서, 적어도 하나의 섹션 또는 프레임의 연장부가 이에 따라 인접한 분리기 플레이트들의 고정 요소들 사이에 수용되고 가압되는 각 경우에, 상기 프레임은 각 분리기 플레이트들 사이에 배열되는 MEA의 막과 연결되고 이 막을 둘러싼다. 따라서, 도 2a에서, 프레임(12a)은 분리기 플레이트(2a)의 고정 요소(13a)와 분리기 플레이트(2b)의 고정 요소(13b) 사이에 수용되고 가압되고, 상기 프레임은 분리기 플레이트들(2a, 2b) 사이에 배열되는 MEA(9a)의 막에 연결된다. 이에 대응하여, 프레임(12b)은 분리기 플레이트들(2b, 2c 등)의 고정 요소들(13b, 13c) 사이에 수용되고 가압된다.
프레임들(12a-d)은 분리기 플레이트들(2a-e)의 고정 요소들(13a-e) 사이에 각각 수용되어 이들 프레임들은 각각 그들을 접촉하는 고정 요소의 적어도 전체 중복 영역을 가로질러 연장하고, 따라서 상기 고정 요소들을 서로 완전히 전기적으로 절연한다. 도 2b에서 명확히 알 수 있듯이 프레임(12a)이 고정 요소들(13a, 13b) 사이에 수용되고 배열되어 전체 영역을 가로질러 연장하고, 여기에서 고정 요소들(13a, 13b)은 서로 중복되고, 접촉할 수도 있다. 이 방식으로, 고정 요소들(13a, 13b) 사이에 수용되는 프레임(12a)의 섹션은 고정 요소들(13a, 13b)의 영역에서 분리기 플레이트들(2a, 2b) 또는 개별 플레이트들(2a'', 2b'') 사이에서 기대치 않은 전기적 회로 단락이 발생하는 것을 방지한다.
분리기 플레이트들(2a-e)의 고정 요소들(13a-e)의 중첩은 각 경우에 상기 고정 요소들 사이에 프레임들(12a-d) 중 하나를 수용하면서 인접한 분리기 플레이트들의 고정 요소들이 서로 지지하도록 한다. 도 2a에서, 분리기 플레이트(2a)의 고정 요소(13a)는 예를 들어 분리기 플레이트(2b)의 고정 요소(13b) 상에 지지되어, 고정 요소들(13a, 13b) 사이에 프레임(12a)을 수용하면서 고정 요소(13b)가 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 평행한 제2 분리기 플레이트(2b)에 대한 제1 분리기 플레이트(2a)의 음의 x방향(6)의 이동을 방지한다.
x방향(6)을 따라 고정 요소들(13a-e) 반대편의 분리기 플레이트들(2a-e)의 측면에 고정 요소들(13a-e)에 대응하는 고정 요소들이 도 2a에는 도시되지 않았지만, 이들은 대응하는 방식으로 서로에게 지지되고, 양의 x방향(6)으로 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 평행하게 분리기 플레이트들(2a-e)의 서로에 대한 이동을 방지한다. 또한, 분리기 플레이트들(2a-e)은 바람직하게는 고정 요소들(13a-e)에 대응하는 추가의 고정 요소들을 가지고, 이들은 y방향(7)을 따라 분리기 플레이트들(2a-e)의 대향 측면들을 따라 배열된다. 분리기 플레이트들(2a-e)의 모든 측면들 상에 배령된 고정 요소들은 각 경우에 스택(100)의 인접한 분리기 플레이트들 사이에서 x-y 평면으로 상호 확실한 잠금 연결을 생성한다. 이 방식으로, 고정 요소들(13a-e)은 분리기 플레이트들(2a-e)을 서로에 대해 포지셔닝하고 고정하는 데 기여한다.
고정 요소들(13a-e)은 적어도 부분적으로 탄력을 갖도록 설계되어, 이들 모양 및/또는 이들 정렬을 변경함으로써 적층 방향(8)을 따라 분리기 플레이트들(2a-e)이 서로로부터 특정 거리의 변화를 따를 수 있다. 예를 들어, 고정 요소들(13a-e)의 곧은 단부들이 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 대해 갖는 각도 a는 고정 요소들(13a-e)의 탄성의 결과로 미미하게 변화할 수 있다. 고정 요소들(13a-e)을 형성하는 개별 플레이트들(2a'', 2b'', 2c'', 2d'', 2e'') 또는 분리기 플레이트들(2a-e)의 연장부들에 탄성이 예를 들어 그들의 길이가 그들의 폭보다 각각 더 크게 제공될 수 있다. 예를 들어, 고정 요소들(13a-e)의 길이(17)는 각 경우에 고정 요소들(13a-e)의 폭(18)의 적어도 3배 또는 적어도 5배일 수 있다(도 2b 참조). 고정 요소들(13a-e)의 길이(17)는 예를 들어 고정 요소들의 곧은 단부들을 따라 결정될 수 있다. 고정 요소들(13a-e)의 폭(18)은 예를 들어 개별 플레이트들(2a'', 2b'', 2c'', 2d'', 2e'') 또는 분리기 플레이트들(2a-e)의 두께 방향에 수직으로 그리고 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 평행하게 결정될 수 있고, 이로부터 고정 요소들(13a-e)이 형성된다.
고정 요소(13a) 및, 고정 요소(13a)와 고정 요소(13b) 사이에 배열되는 프레임(12a) 섹션, 그리고 밀봉 영역(11)과 활성 영역(10)은 특히 도 2c의 상면도에 도시된다.
도 3a 내지 3c는 제2 실시예에 따른 도 1에 도시된 전기 화학적 시스템(1)의 스택(200) 섹션을 도시한다. 도 3a는 이 섹션의 단면도를 보여주고, 섹션의 평면은 x-z 평면에 평행하게 정렬된다. 도 3b는 도 3a 섹션의 사시도를 보여준다. 도 3c는 도 3a 및 3b에 묘사된 섹션의 상면도를 보여준다. 그러나, 도 2c와 달리, 도 3c의 가시선은 적층 방향(8)을 따라 정렬되지 않지만, 대신 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 대해 각도 α만큼 기울어진 방향을 따라 정렬되고, 이 방향은 고정 요소들(13a-e)의 곧은 단부들에 평행하게 정렬된다.
도 3a 내지 3c에 따른 스택(200)은 도 2a 내지 2c에 따른 스택(100)과 다른데, 고정 요소들(13a-e)을 형성하는 개별 플레이트들(2a'', 2b'', 2c'', 2d'', 2e'')의 연장부들은 그들의 강성을 증가시키기 위해 비드형 함몰부들(21a', 21b', 21c', 21d', 21e')을 가진다. 고정 요소(13a) 내에 양각된 비드형 함몰부(21a')는 도 3b에서 특히 명확하게 알 수 있다. 도 3a에서, 오로지 고정 요소들(13a, 13e)의 비드형 함몰부들(21a')이 명확성을 위해 확실히 강조된다. 스택(200)의 고정 요소들(13a-e)의 비드형 함몰부들(21a', 21b', 21c', 21d', 21e')은 각각 가늘고 긴 형태를 가지고, 고정 요소들(13a-e)의 곧은 단부들의 경로를 따른다. 비드형 함몰부들은 서로 중첩되는 것은 도 3c의 묘사로부터 이해될 수 있다. 서로 중첩되는, 고정 요소들(13a-e)의 함몰부들(21a', 21b', 21c', 21d', 21e')은 추가적으로 스택(200)의 인접한 분리기 플레이트들 사이에서 y방향(7)을 따라 포지티브 잠금 연결될 수 있다. 도 2a 내지 2c의 스택(100)과 달리, 스택(200)의 프레임들(12a-d)은 도 3a 내지 3c에 따른 고정 요소들(13a-e) 사이에 수용되지 않는다. 스택(200)의 인접한 분리기 플레이트들의 고정 요소들(13a-e)을 서로 전기적으로 절연하기 위해, 스택(200)의 고정 요소들(13a-e)은 각각 적어도 한 측면에 전기적 절연 코팅(19)을 가진다. 예를 들면, 도 3a 내지 3c에 따른 스택(200)에서, 고정 요소들(13a-e)을 형성하는 개별 플레이트들(2a'', 2b'', 2c'', 2d'', 2e'')의 연장부들은 적어도 양의 z방향(8)을 마주하고 양의 x방향(6)을 마주하는 측면 상에 전기적 절연 코팅(19a-e)을 가진다.
도 4a 내지 4c는 제3 실시예에 따른 도 1에 도시된 전기 화학적 시스템(1)의 스택(300) 섹션을 개략적으로 보여준다. 도 4a는 이 섹션의 단면도를 보여주고, 섹션 평면은 x-z 평면에 평행하게 정렬된다. 도 4b는 도 4a 섹션의 사시도를 보여준다. 그리고 도 4c는 도 4a 및 4b에 묘사된 섹션의 상면도를 보여주고, 가시선이 도 2c에서처럼 적층 방향(8)을 따라 배열된다.
도 4a 내지 4c에 따른 스택(300)은 분리기 플레이트들(2a-e) 각각이 두 개의 고정 요소들을 가진다는 점에서 도 2a 내지 2c에 따른 스택(100)과 다르고, 이들 각각은 분리기 플레이트의 개별 플레이트들 중 정확히 하나의 연장부에 의해 형성된다. 따라서, 분리기 플레이트(2a)는 개별 플레이트(2a')의 연장부에 의해 형성되는 제1 고정 요소(13a') 및 개별 플레이트(2a'')의 연장부에 의해 형성되는 제2 고정 요소(13a'')를 가진다. 분리기 플레이트(2b)는 개별 플레이트(2b')의 연장부에 의해 형성되는 제1 고정 요소(13b') 및 개별 플레이트(2b'' 등)의 연장부에 의해 형성되는 제2 고정 요소(13b'')를 가진다. 스택(300)의 제1 요소들(13a', 13a'', 13b', 13b'' 등)은 적층 방향(8)에 평행한 동일한 방향으로 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 대해 만곡된다. 각 경우에, 인접한 분리기 플레이트들의 서로를 마주하는 개별 플레이트들의 고정 요소들은 서로 중첩되고, 즉 이전과 같이 프레임들(12a-d) 중 하나를 수용하거나 각 경우에 이들 고정 요소들 사이에 프레임들(12-d) 중 하나의 적어도 한 섹션을 수용한다. 따라서, 분리기 플레이트(2a)의 고정 요소(13a'') 및 분리기 플레이트(2b)의 고정 요소(13b')는 고정 요소들(13a'', 13b') 사이에 프레임(12a)을 수용하면서 서로 중첩된다. 분리기 플레이트(2b)의 고정 요소(13b'') 및 분리기 플레이트(2c)의 고정 요소(13c')는 고정 요소들(13b'', 13c' 등) 사이에 프레임(12b)을 수용하면서 서로 중첩된다.
도 2a 내지 2c에 따른 스택(100)과 다르게, 도 4a 내지 4c에 따른 스택(300)의 고정 요소들(13a', 13a'', 13b', 13b'' 등)은 각각 분리기 플레이트들(2a-e)의 코너 영역에 배열된다. 스택(300)의 고정 요소들(13a', 13a'', 13b', 13b'' 등)은 각각 그들의 단면이 적층 방향(8)을 따라 적어도 한 섹션에서 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 평행한 예를 들어 원호와 같은 곡선형 또는 원호형 경로를 가지도록 추가적으로 설계된다. 또한, 스택(300)의 고정 요소들(13a', 13a'', 13b', 13b'' 등)을 형성하는 연장부들은 적어도 일부에서 적층 방향(8)으로 원추형이다.
스택(300)의 고정 요소들(13a', 13a'', 13b', 13b'' 등)의 만곡된 단면 때문에, 그리고 분리기 플레이트들(2a-e)의 코너 영역들에서 그들의 배열 때문에, 인접한 분리기 플레이트들의 인접한 고정 요소들, 예를 들어 고정 요소들(13a'', 13b')은 두 방향으로 서로 기댄다. 분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 평행상 모든 4개의 공간 방향으로 분리기 플레이트들(2a-e)의 포지티브 잠금 - 그러나 가역적인 - 연결을 위해, 스택(300)의 분리기 플레이트들(2a-e)은 바람직하게는 각각 분리기 플레이트들(2a-e)의 대각선 반대편 코너들에서 도 4a 내지 4c에 도시된 유형의 적어도 두 쌍의 고정 요소들을 가진다.
도 5a 내지 5c는 제4 실시예에 따른 도 1에 도시된 전기 화학적 시스템(1)의 스택(400) 섹션을 개략적으로 보여준다. 도 5a는 이 섹션의 단면도를 보여주고, 섹션 평면은 x-z 평면에 평행하게 정렬된다. 도 5b는 도 5a에 묘사된 섹션의 사시도를 보여준다. 도 5c는 도 5a 및 5b에 묘사된 섹션의 상면도를 보여주고, 가시선이 도 3c에서처럼 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 대해 각도 α만큼 경사진 방향을 따라 정렬되고, 이 방향은 스택(400)의 고정 요소들(13a', 13a'', 13b', 13b'' 등)의 곧은 단부들에 평행하게 연장한다.
도 4a-c에 따른 스택(300)에서처럼, 도5a-c에 따른 스택(400)의 분리기 플레이트(2a-e) 각각은 도 개의 고정 요소들을 가지고, 이 중 각각은 각 분리기 플레이트의 개별 플레이트들 중 정확히 하나의 연장부에 의해 형성되며, 이들 연장부들은 예를 들면 도 2a-c에 따른 스택(100)의 고정 요소들(13a-e)과 유사하게 분리기 플레이트들(2a-e)의 모서리에 옆으로 배열된다.
고정 요소들(13a', 13a'', 13b', 13b'' 등)을 형성하는 스택(400)의 개별 플레이트들(2a', 2a'', 2b', 2b'')의 연장부들은 적층 방향(8)을 따라 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 수직으로 정렬되는 x-z 평면의 적어도 한 섹션에서, 각각 U 또는 V 형태의 단면을 가진다. 그렇지만, 이에 의해 U 또는 V 형태는 대칭으로 설계되지 않는다. 고정 요소들(13a', 13a'', 13b', 13b'' 등)을 형성하는 스택(400)의 개별 플레이트들(2a', 2a'', 2b', 2b'' 등)의 연장부들의 외부의 곧은 단부들은 이에 의해 각각 적층 방향(8)을 따라 같은 방향으로 만곡되고, 이 경우 양의 z방향으로 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들과 각도 α 를 정의한다. 고정 요소들(13a', 13a'', 13b', 13b'' 등)의 안정성을 증가시키기 위해, 동일한 분리기 플레이트의 개별 플레이트들의 고정 요소들의 외부의 곧은 단부들은 각각 적어도 부분적으로 상호 지지되고 재료적 연결, 특히 용접 결합에 의해 이 섹션을 따라 서로 선택적으로 결합될 수 있다. 고정 요소들(13a', 13a'')을 형성하는 분리기 플레이트(2a)의 개별 플레이트들(2a', 2a'')의 연장부들의 외부의 곧은 단부들은 적어도 부분적으로 서로 지지한다. 고정 요소들(13b', 13b'')을 형성하는 분리기 플레이트(2b)의 개별 플레이트들(2b', 2b'')의 연장부들의 외부의 곧은 단부들은 적어도 부분적으로 서로 지지한다.
묘사된 실시예에서 개별 플레이트들(2a'', 2b'' 등)의 고정 요소들(13a', 13b'' 등)이 개별 플레이트들(2a', 2b' 등)의 고정 요소들(13a', 13b' 등)보다 플레이트 평면(20a, 20b 등)으로부터 더 멀리 돌출하고, 즉 전체적으로 더 긴 반면, 예를 들어 화살표들(15a'', 15a')에 의해 예시된 바와 같이, 이것으로부터 벗어나는 실시예들도 가능하다. 프레임들(12a, 12b 등)은 상기 프레임을 접촉하는 두 개의 고정 요소들 중 적어도 더 짧은 것까지 항상 돌출하여 상기 프레임은 그들과 전기적으로 완전히 절연한다.
도 4a 내지 4c에 따른 스택(300)과 유사하게, 인접한 분리기 플레이트들의 서로를 마주보는 개별 플레이트들의 고정 요소들 각각은 이에 의해 서로 중첩되고, 즉 이전처럼 이들 고정 요소들 사이에서 각 경우에 프레임들(12a-d) 중 하나 또는 각 경우에 프레임들(12-d) 중 하나의 한 섹션을 수용한다. 따라서, 분리기 플레이트(2a)의 개별 플레이트(2a'')의 고정 요소(13a'') 및 분리기 플레이트(2b)의 개별 플레이트(2b')의 고정 요소(13b')는 고정 요소들(13a'', 13b') 사이에 프레임(12a)을 수용하면서 서로 중첩된다. 분리기 플레이트(2b)의 개별 플레이트(2b'')의 고정 요소(13b'') 및 분리기 플레이트(2c)의 개별 플레이트(2c')의 고정 요소(13c')는 고정 요소들(13b'', 13c' 등) 사이에 프레임(12b)을 수용하면서 서로 중첩된다.
인접한 분리기 플레이트들의 서로를 마주보는 개별 플레이트들의, U 또는 V 형태 단면의, 고정 요소들은 서로 중첩되어, 이에 의해 분리기 플레이트들의 고정을 x방향(6)의 양 방향으로 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 평행하도록 한다. 예를 들어, 분리기 플레이트(2a)의 개별 플레이트(2a'')의 고정 요소(13a'')는 양과 음의 x방향(6)으로 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 평행한 평면에서 분리기 플레이트(2b)의 개별 플레이트(2b')의 고정 요소(13b') 상에 지지된다. x-y 평면의 개별 플레이트들(2a'', 2b') 사이의 포지티브 잠금 연결을 달성하기 위해, 유사하게 설계된 고정 요소들(13a'', 13b')의 쌍으로 충분할 수 있고, 상기 쌍은 고려되는 분리기 플레이트들의 외부 모서리에 직각으로 배열되는 분리기 플레이트들의 외부 모서리 중 하나 상에 설계된다. 이 방식으로, 고정 요소들(13a'', 13b'')은 분리기 플레이트들(2a, 2b)을 적층하고 따라서 스택(400)의 조립을 촉진할 때 안내 구조들로서 기능할 수 있다.
도 6a 내지 6d는 제5 실시예에 따른 도 1에 도시된 전기 화학적 시스템(1)의 스택(500) 섹션을 개략적으로 보여준다. 도 6a는 이 섹션의 단면도를 보여주고, 섹션 평면(26)은 x-z 평면에 평행하게 정렬된다(도 6d 참조). 도 6b는 도 6a에 묘사된 섹션의 사시도를 보여준다. 도 6c는 이 섹션의 다른 단면도를 보여주고, 도 6c에 따른 섹션 평면(27)은 도 6a에 따른 섹션 평면에 평행하게 정렬된다(도 6d 참조). 그리고, 도 6d는 도 6a 내지 6c에 묘사된 섹션의 상면도를 보여주고, 가시선은 적층 방향(8)을 따라 정렬된다. 또한, 도 6a 및 6c의 섹션 평면들(26, 27)은 도 6d에 파선으로 강조된다.
스택(500)의 분리기 플레이트들(2a-e) 각각은 분리기 플레이트들(2a-e) 내에 성형되는 상승 영역들(22a', 22a'', 22b', 22b'', 22c', 22c'', 22d', 22d'', 22e', 22e'') 형태의 고정 요소들을 가진다. 서로 인접한 분리기 플레이트들의 고정 요소들을 형성하는 상승 영역들은 각각 서로 보완적으로 배열되고 설계되어 그들 각각이 이전에 도시된 실시예들 중 일부에서와 같이 인접한 분리기 플레이트들의 상승 영역들 사이에 프레임들(12a-d) 중 하나의 적어도 한 섹션을 수용하면서 적어도 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 평행한 평면에서 서로 포지티브 잠금 방식으로 결합하도록 한다. 또한, 상승 영역들(22a', 22a'', 22b', 22b'', 22c', 22c'', 22d', 22d'', 22e', 22e'')은 활성 영역(10)의 외부에 각각 배열된다.
스택(500)의 분리기 플레이트들(2a-e)의 개별 플레이트들(2a'', 2b'', 2c'', 2d'', 2e'') 각각은 각 개별 플레이트와 통합되도록 설계되고 각 개별 플레이트 내에 성형되는 하나의 제1 상승 영역들(22a'', 22b'', 22c'', 22d'', 22e'')을 가진다. 제1 상승 영역들(22a'', 22b'', 22c'', 22d'', 22e'') 각각은 개별 플레이트들(2a'', 2b'', 2c'', 2d'', 2e'')의 밀봉 비드들(11a'', 11b'', 11c'', 11d'', 11e'')을 너머 음의 z방향(8)으로 돌출한다. 예를 들면, 적층 방향(8)을 따라 그리고 분리기 플레이트(2a)의 플레이트 평면(20a)으로부터 올라오는 개별 플레이트(2a'')의 제1 상승 영역(22a'')의 특정 높이(24a'')는 적층 방향(8)을 따라 그리고 동일한 플레이트 평면(20a)으로부터 올라오는 동일한 개별 플레이트(2a'')의 밀봉 비드(11a'')의 특정 높이(25a'')보다 더 크다.
스택(500)의 분리기 플레이트들(2a-e)의 개별 플레이트들(2a', 2b', 2c', 2d', 2e') 각각은 각 개별 플레이트와 통합되도록 설계되고 각 개별 플레이트 내에 성형되는 제2 상승 영역(22a', 22b', 22c', 22d', 22e')을 가진다. 제2 상승 영역들(22a', 22b', 22c', 22d', 22e') 각각은 양의 z방향(8)으로 돌출하고, 그들은 개별 플레이트(2a', 2b', 2c', 2d', 2e')로부터 밀봉 비드들(11a', 11b', 11c', 11d', 11e')만큼 동일한 크기로 형성된다. 예를 들어, 적층 방향(8)을 따라 그리고 분리기 플레이트(2b)의 플레이트 평면(20b)으로부터 올라오는 개별 플레이트(2b')의 제2 상승 영역(22b')의 특정 높이(24b')는 적층 방향(8)을 따라 그리고 동일한 플레이트 평면(20b)으로부터 올라오는 동일한 개별 플레이트(2b')의 밀봉 비드(11b')의 특정 높이(25b')와 실질적으로 동일하다.
양의 z방향(8)으로 마주보는 개별 플레이트들(2a', 2b', 2c', 2d', 2e')의 제2 상승 영역들(22a', 22b', 22c', 22d', 22e') 각각은 함몰부들(23a', 23b', 23c', 23d', 23e')을 가진다. 음의 z방향(8)으로 마주보는 개별 플레이트들(2a'', 2b'', 2c'', 2d'', 2e'')의 제1 상승 영역들(22a'', 22b'', 22c'', 22d'', 22e'') 각각은 제2 상승 영역들(22a', 22b', 22c', 22d', 22e')의 함몰부들(23a', 23b', 23c', 23d', 23e')에 보완적인 형태를 가지고, 프레임들(12a-d) 중 하나의 적어도 한 섹션을 수용하면서 제2 상승 영역들(22a', 22b', 22c', 22d', 22e')의 함몰부들(23a', 23b', 23c', 23d', 23e')에 각각 수용된다.
스택(500)에서, 제1 상승 영역들(22a'', 22b'', 22c'', 22d'', 22e'') 및 제2 상승 영역들(22a', 22b', 22c', 22d', 22e')은 각각 서로에 대해 보완적으로 형성되고 인접한 분리기 플레이트들(2a-e)의 서로를 마주보는 개별 플레이트들의 제1 및 제2 상승 영역들의 각 쌍이 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 평행하게 두 방향으로 포지티브 잠금 연결되게 한다.
예를 들어, 제2 상승 영역들(22a', 22b', 22c', 22d', 22e')의 함몰부들(23a', 23b', 23c', 23d', 23e') 각각은 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 평행한 둥근 단면을 가지고, 상기 단면은 양의 z방향(8)으로 적어도 부분적으로 원추형으로 확장한다. 도 6b에서, 분리기 플레이트(2a)의 개별 플레이트(2a')의 제2 영역(22a')은 함몰부(23a')로 묘사되고, 상기 함몰부(23a')는 양의 z방향(8)으로 적어도 부분적으로 원추형으로 확장한다. 제1 상승 영역들(22a'', 22b'', 22c'', 22d'', 22e'') 각각은 제2 상승 영역들(22a', 22b', 22c', 22d', 22e')의 함몰부들(23a', 23b', 23c', 23d', 23e')에 보완적인 분리기 플레이트들(2a-e)의 플레이트 평면들에 평행한 둥근 단면을 가지고, 상기 단면은 음의 z방향(8)으로 적어도 부분적으로 원추형으로 점점 줄어든다(tapered). 그러나, 제2 상승 영역들(22a', 22b', 22c', 22d', 22e')의 함몰부들(23a', 23b', 23c', 23d', 23e') 및 이들 함몰부들에 수용되는 제1 상승 영역들(22a'', 22b'', 22c'', 22d'', 22e'')은 서로 보완적인 다른 단면들을 가지는 것이 고려될 수 있다.
Claims (20)
- 각각 플레이트 평면을 정의하고 상기 플레이트 평면들에 수직인 적층 방향(8)으로 적층되는 제1 분리기 플레이트(2a) 및 제2 분리기 플레이트(2b);
상기 분리기 플레이트들 사이에 전기화학적 셀을 형성하기 위해 상기 분리기 플레이트들(2a, 2b) 사이에 배열되는 막;
상기 전기화학적 셀을 밀봉하기 위한 적어도 하나의 밀봉 요소(11a'', 11b'); 및
상기 분리기 플레이트들의 플레이트 평면에 평행한 서로에 대한 상기 분리기 플레이트들의 이동에 관하여 상기 분리기 플레이트들을 고정하기 위한 고정 요소들;을 포함하고,
상기 고정 요소들은 적어도 하나의 제1 고정 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 고정 요소는 상기 제1 분리기 플레이트에 통합되도록 설계되고, 상기 적어도 하나의 밀봉 요소와 다르고, 상기 분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 평행하는 평면의 상기 적어도 하나의 밀봉 요소로부터 이격되고, 적어도 상기 적층 방향으로 상기 제1 분리기 플레이트의 플레이트 평면 너머의 섹션들에서 돌출하고,
상기 고정 요소들은 적어도 하나의 제2 고정 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제2 고정 요소는 상기 제2 분리기 플레이트와 통합되도록 설계되고, 상기 적어도 하나의 밀봉 요소와 다르고, 상기 분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 평행하는 평면의 상기 적어도 하나의 밀봉 요소로부터 이격되고, 적어도 상기 적층 방향으로 상기 제2 분리기 플레이트의 플레이트 평면 너머의 섹션들에서 돌출하고,
상기 제1 고정 요소는 상기 제2 고정 요소 상에 지지되되, 상기 제2 고정 요소가 상기 제2 분리기 플레이트에 대한 상기 제1 분리기 플레이트의 - 상기 플레이트 평면들에 평행하게 정렬된 직선을 따라 두 개의 반대 방향들 중 적어도 한 방향으로 - 이동을 방지하며,
상기 막의 적어도 하나의 섹션 또는 상기 막과 연결되고 상기 막을 둘러싸는 프레임(12a)의 적어도 하나의 섹션은 상기 제1 고정 요소(13a; 13a'')와 제2 고정 요소(13b; 13b'')의 사이에 수용되는 것을 특징으로 하는,
전기 화학적 시스템(1). - 제1항에 있어서,
상기 제1 고정 요소 및 상기 제2 고정 요소 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 밀봉 요소를 너머 또는 상기 적어도 하나의 밀봉 요소들 중 적어도 하나를 너머 상기 적층 방향으로 돌출하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학적 시스템(1). - 제1항에 있어서,
상기 막은 전해질 막 또는 물 이동 막인,
전기 화학적 시스템(1). - 제1항에 있어서,
상기 막 섹션 또는 프레임 섹션(12a)은 상기 제1 고정 요소(13a; 13a'')와 제2 고정 요소(13b; 13b')를 서로로부터 전기적으로 절연하는 방식으로 상기 제1 고정 요소(13a; 13a'')와 제2 고정 요소(13b; 13b')의 사이에 수용되고 배열되는 것을 특징으로 하는, 전기 화학적 시스템(1). - 제1항에 있어서,
상기 제1 고정 요소(13a; 13a'') 및 제2 고정 요소(13b; 13b') 중 적어도 하나는 상기 제1 고정 요소(13a; 13a'')를 상기 제2 고정 요소(13b; 13b')로부터 전기적으로 절연하기 위해 전기적 절연 코팅(19)을 가지는 것을 특징으로 하는, 전기 화학적 시스템(1). - 제1항에 있어서,
상기 고정 요소들(13a, 13b; 13a'', 13b')은 각각 상기 적어도 하나의 밀봉 요소(11a'', 11b')의 일측에 상기 적어도 하나의 밀봉 요소(11a'', 11b')에 의해 밀봉되는 전기 화학적 셀로부터 멀어지는 쪽으로 향하여 배열되는 것을 특징으로 하는, 전기 화학적 시스템(1). - 제1항에 있어서,
상기 고정 요소들(13a, 13b; 13a'', 13b')은 적어도 상기 분리기 플레이트들(2a, 2b)이 형태 및 정렬 중 적어도 하나를 변화함으로써 상기 적층 방향(8)을 따라 서로로부터 일정 거리의 변화를 따르도록 구성되는 영역들에서 탄성을 갖는, 전기 화학적 시스템(1). - 제1항에 있어서,
상기 분리기 플레이트들(2a, 2b)은 금속 시트로부터 각각 형성되고,
상기 제1 고정 요소(13a; 13a'')는 상기 제1 분리기 플레이트(2a) 그리고 상기 제2 고정 요소(13b; 13b')는 상기 제2 분리기 플레이트(2b) 중 적어도 하나 내에 성형되고는, 전기 화학적 시스템(1). - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 밀봉 요소(11a'', 11b')는 상기 제1 분리기 플레이트(2a)와 통합되도록 설계되는 적어도 하나의 제1 밀봉 요소(11a'')를 포함하고, 상기 적어도 하나의 밀봉 요소는 상기 제2 분리기 플레이트(2b)와 통합되도록 설계되는 적어도 하나의 제2 밀봉 요소(11b')를 포함하고,
상기 제1 밀봉 요소는 상기 제1 분리기 플레이트(2a) 내에 성형되는 제1 밀봉 비드(11a'')를 포함하고, 상기 제2 밀봉 요소는 상기 제2 분리기 플레이트(2b) 내에 성형되는 제2 밀봉 비드(11b')를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 제1 밀봉 비드(11a'') 및 제2 밀봉 비드(11b')는 적어도 일부에서(at least in sections) 서로를 상호 지지하고,
상기 제1 밀봉 비드(11a'') 및 제2 밀봉 비드(11b')는 서로를 상호 지지하고, 적어도 일부에서(at least in sections) 막 또는 상기 막에 연결되고 상기 제1 밀봉 비드(11a'')와 제2 밀봉 비드(11b') 사이의 막을 둘러싸는 프레임(12a)을 수용하는, 전기 화학적 시스템(1). - 제1항에 있어서,
상기 제1 고정 요소(13a; 13a'')는 적어도 일부에서 상기 제1 분리기 플레이트(2a)의 플레이트 평면에 대해 기울어진 상기 제1 분리기 플레이트(2a)의 연장부(extension)로서 설계되고, 상기 제2 고정 요소(13b; 13b')는 적어도 일부에서 상기 제2 분리기 플레이트(2b)의 플레이트 평면에 대해 기울어진 상기 제2 분리기 플레이트(2b)의 연장부로서 설계되는 것을 특징으로 하고,
상기 제1 고정 요소(13a; 13a'') 및 제2 고정 요소(13b; 13b')는 서로에게 적어도 부분적으로 끼워지도록 배열되고,
상기 제1 고정 요소(13a; 13a'') 및 제2 고정 요소(13b; 13b')가 각 분리기 플레이트의 플레이트 평면 또는 각 분리기 플레이트의 플레이트 평면에 평행한 평면으로 정의하는 각도는 각 경우에 적어도 일부에서 91도와 135도 사이에 있고,
상기 연장부들은 각 분리기 플레이트의 코너 영역에 배열되고, 적어도 일부에서 상기 플레이트 평면에 평행한 평면에서 이들의 단면은, 원호선 또는 타원호선을 포함하는, 곡선의 모양으로 설계되고,
상기 제1 및 제2 고정 요소들을 형성하는 상기 연장부들은 적어도 상기 분리기 플레이트들의 플레이트 평면들에 수직으로 정렬된 평면에서 상기 적층 방향을 따라 한 섹션에서 U 또는 V 형태의 단면을 가지고, 서로에게 포지티브 잠금 방식(positive locking way) 으로 배열되고,
상기 연장부들은 각각 강성을 증가시키기 위해 비드형 함몰부들(21a', 21b', 21c', 21d', 21e')를 가지고, 상기 함몰부는 상기 플레이트 평면에 대해 기울어진 각 연장부의 섹션을 따라 정렬되는, 전기 화학적 시스템(1). - 제1항에 있어서,
상기 분리기 플레이트들(2a, 2b)은 두 개의 개별 플레이트들(2a', 2a'', 2b', 2b'')을 포함하고, 상기 두 개의 개별 플레이트들은 서로 물질적으로 연결되고,
상기 분리기 플레이트들의 각각의 개별 플레이트들 중 정확히 하나만이 상기 개별 플레이트의 적어도 하나의 연장부의 형태로 적어도 하나의 고정 요소를 가지고,
상기 분리기 플레이트들(2a, 2b)의 각각의 개별 플레이트들(2a', 2a''; 2b', 2b'')은 둘 다 각 개별 플레이트의 적어도 하나의 연장부 형태를 갖는 적어도 하나의 고정 요소(13a', 13a'', 13b', 13b'')를 가지는 것을 특징으로 하는, 전기 화학적 시스템(1). - 삭제
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