NL1014722C2 - Plaat, plaatsamenstel alsmede elektrochemische celstapeling. - Google Patents

Description

Plaat, plaatsamenstel alsmede elektrochemische celstapeling.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een plaat voorzien van een als groef uitgevoerd fluïdumkanaal, welke plaat geschikt is om deel uit te maken van een 5 elektrochemische celstapeling, waarbij die plaat voorzien is van een op dat fluïdumkanaal aansluitende toevoer en/of afvoer, welke toevoer/afvoer omvat een zich loodrecht op het oppervlak van die plaat uitstrekkende doorgaande opening, waarbij dat kanaal nabij die toevoer/afvoer van een afdekking voorzien is ingericht als afdichtvlak. Een dergelijke plaat is meer in het bijzonder een separatorplaat in een 10 brandstofcelstapeling. In een dergelijke separatorplaat is door frezen of op andere wijze een aantal zich parallel uitstrekkende kanalen aangebracht die bijvoorbeeld zigzag van een zijde van de separatorplaat zich uitstrekken naar de andere zijde van de separatorplaat en daarbij een zo groot mogelijk oppervlak bedekken. Dergelijke kanalen kunnen gebruikt worden voor het anode- of kathodegas en kunnen elke 15 voorstelbare gedaante hebben, bijvoorbeeld U-vormig of V-vormig respectievelijk trapeziumvormig uitgevoerd.

Bij het assembleren tot een elektrochemische cel wordt op een dergelijke plaat een verdere plaat geplaatst en is het noodzakelijk in afdichting van de verschillende celcomponenten ten opzichte van elkaar te voorzien. Met name is het van belang om 20 het electrochemisch actieve gebied en de in de platen aangebrachte opening voor gastoevoer af te dichten ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de buitenzijde van de celstapeling. Deze afdichting wordt gerealiseerd door het aanbrengen van een “O”-ring of dergelijke waarvoor het nodig is te kunnen beschikken over ten opzichte van elkaar en rondom de af te dichten gebieden gelegen vlakke zones. Indien een O-ring of 25 dergelijke gebruikt wordt, zonder verdere maatregelen en een dergelijke O-ring over de groef of groeven gelegd wordt, zal bij deformatie deze O-ring in de groeven gedrukt worden en kan ter plaatse van de groeven niet langer volledige afdichting alsmede volledige onbelemmerde doorstroming van de gassen of dergelijke gewaarborgd worden.

30 Daarom is in de stand der techniek, bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooi 5108849 voorgesteld waarbij de uitmonding van de groeven in de toevoer/afvoer een afzonderlijk brugdeel aan te brengen. Dit is een metalen plaatje dat in een enigszins verzonken deel van de separatorplaat geplaatst wordt. Daardoor wordt het 1014722* 2 dwarsdoorsnedeoppervlak van de groeven niet of nauwelijks beperkt en is een voldoende steunvlak aanwezig om als afdichtvlak voor bijvoorbeeld een O-ring of dergelijke te functioneren.

Door het aanbrengen van een dergelijk hulpdeel ontstaat een afdichtprobleem 5 tussen het hulpdeel en de separatorplaat. Bovendien worden hoge eisen aan dergelijke plaatjes of brugdelen gesteld omdat deze dun moeten zijn. Daardoor zullen deze in het algemeen uit metallische materiaal vervaardigd worden hetgeen corrosie problemen kan oproepen. Bovendien heeft dit als nadeel bij het op grote schaal vervaardigen van separatorplaten dat dergelijke plaatjes of brugdelen afzonderlijk gepositioneerd moeten 10 worden.

Uit WO 96/34421 ten name van Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland is een gelaagde structuur bekend waardoor fluïdunakanalen begrensd worden. Een aantal platen met doorgaande gaten met verschillend patroon worden op elkaar gelegd om zo kanalen te begrenzen. Echter zijn voor het combineren van een toevoer/afvoer 15 van fluïdum en een afdichting tenminste drie platen nodig. Daardoor worden de kosten van een op dergelijke wijze opgebouwde constructie aanzienlijk verhoogd.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding dit nadeel te vermijden.

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven plaat verwezenlijkt doordat die afdekking een één geheel met dat plaatmateriaal zijnde afdekking omvat. Volgens de 20 uitvinding wordt het brugdeel als een geheel met de desbetreffende plaat uitgevoerd. Daardoor zijn problemen met betrekking tot corrosie weggenomen terwijl bovendien het niet noodzakelijk is het brugdeel nauwkeurig te positioneren. Immers, dit vormt een bestanddeel van de desbetreffende plaat. Het is mogelijk dat de groeven zich als boringen door het materiaal van de plaat uitstrekken. Dit is echter verhoudingsgewijs 25 gecompliceerd en er wordt de voorkeur aangegeven het brugdeel aan de andere zijde daarvan als uitsparing uit te voeren. Dat wil zeggen het brugdeel heeft een beperkte dikte die bijvoorbeeld met de helft van de dikte van het plaatmateriaal overeenkomt. Daarbij kan de uitsparing van verdikkingen voorzien worden, die als steunpunten fungeren zodat de door de afdichting uitgeoefende krachten geen doorbuigen of breken 30 van het brugdeel tot gevolg hebben.

Daardoor wordt enerzijds voldoende sterkte gegeven voor het functioneren als afdichtvlak en anderzijds wordt verzekerd dat voldoende vrij dwarsdoorsnedeoppervlak 1014722a β ' 3 aanwezig is om onbelemmerde stroming van het desbetreffende fluïdum mogelijk te maken.

Een verdere vereenvoudiging van de produktie kan bereikt worden indien tussen het brugdeel en het einde van de groef of groeven een verdere opening aanwezig is die 5 zich doorgaand door de desbetreffende plaat uitstrekt.

De hierboven beschreven plaat kan op bijzonder doelmatige wijze met behulp van bijvoorbeeld spuitgieten uit electrisch geleidend kunststofmateriaal op grote schaal gemaakt worden. Dit geldt in het bijzonder indien de plaat gebruikt wordt bij een brandstofcel die bij lagere temperatuur werkt. Vanzelfsprekend dient een passende 10 kunststof gekozen te worden voor het spuitgieten van dergelijke platen.

De platen kunnen door lassen met elkaar verbonden worden maar eveneens is het mogelijk daarvoor lijmsoorten en meer in het bijzonder warmte en stroom geleidende lijmsoorten toe te passen.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een samenstel omvattende twee 15 platen zoals hierboven beschreven waarbij deze platen met de groeven van elkaar weg gericht aan elkaar bevestigd zijn. In de ruimte tussen de platen kunnen koelkanalen opgenomen zijn.

Begrepen zal worden dat een dergelijk samenstel op bijzonder doelmatige wijze gecombineerd kan worden met een membraan elektrode samenstel (MEA). Het aantal 20 componenten van een elektrochemische celstapeling wordt op deze wijze aanzienlijk beperkt.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een in de tekening afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld verduidelijkt worden. Daarbij toont: fig. 1 in bovenaanzicht een eerste plaat volgens de uitvinding; 25 fig. 2 in onderaanzicht een tweede plaat volgens de uitvinding; fig. 3 in perspectief detail III uit fig. 2; en fig. 4 in perspectief en gedeeltelijk opengewerkt een plaatsamenstel volgens de uitvinding.

In fig. 1 is een eerste separatorplaat volgens de uitvinding in het geheel met 1 30 aangegeven. Dit kan een plaat zijn bestaande uit een mengsel van kunststof en grafiet die bijvoorbeeld door spuitgieten vervaardigd is. Aan de rand van deze separatorplaat zijn openingen aanwezig. 4 is een toevoeropening voor anode gas terwijl 5 de afvoeropening daarvoor is. Openingen 6-9 zijn eveneens aanwezig maar deze zijn niet 1014722· 4 verder aangesloten getekend. Tussen openingen 4 en 5 strekt zich een aantal groeven of kanalen 13 uit. Deze zijn U-vormig uitgevoerd en zijn in het vlak van tekening in fig. 1 naar boven open. Met 11 is een doorgaande hulpopening aangegeven. Met 10 wordt een brugdeel aangegeven dat een materiaalverdunning omvat zoals blijkt uit fig. 3.

5 Daaruit blijkt dat dit brugdeel 10 zich slechts over ongeveer de helft van de dikte van plaat 1 uitstrekt. Het overblijvende deel verwezenlijkt een uitsparing 14. Daardoor kan gas afkomstig uit de groeven 3 onbelemmerd naar of van opening 5 stromen.

In fig. 2 is een verdere separatorplaat 2 afgebeeld. Deze is van dezelfde openingen 4-9 voorzien. Deze plaat wordt vanaf de achterzijde gezien. Dat wil zeggen 10 de daarin aangebracht U-vormige groeven of kanalen 12 zijn gestippeld afgebeeld omdat deze naar de onderzijde van het tekenvlak toe open zijn. Opening 8 is een toevoerkanaal voor kathode gas terwijl opening 9 een afvoerkanaal is. Ook in deze plaat is een brugdeel 10 aangebracht en een hulpopening 11. Uitsparing 14 is naar de bovenzijde gericht.

15 In fig. 4 is een separatorplaatsamenstel getoond. Daarbij zijn de platen 1 en 2 volgens fig. 1 en 2 zodanig op elkaar aangebracht en meer in het bijzonder door lassen bevestigd dat de groeven of kanalen 3, 12 steeds aan de buitenzijde liggen. Op de groeven 3 of 12 kan het actieve deel van de cel dat wil zeggen het elektrode samenstel aangebracht worden waardoor anode respectievelijk kathode gas in werkzaam verband 20 kan treden met de desbetreffende elektrode.

Uit fig. 4 blijkt dat openingen 6 en 7 verbonden zijn met een verder kanaal, een koelkanaal 13 dat zich tussen de platen uitstrekt. De hier getoonde platen kunnen op eenvoudige wijze door bijvoorbeeld spuitgieten vervaardigd worden. Daarna kan assemblage plaats vinden. Het is niet noodzakelijk verdere onderdelen bij het 25 assemblage toe te voegen. Na assemblage is combinatie met verdere membraan elektrode samenstellen mogelijk. De afdichting tussen de openingen 4-8 en dergelijke membraan-elektrodesamenstellen is niet getoond maar kan elk in de stand der techniek bekende afdichting omvatten. Daarbij zorgen de brugdelen voor een voldoend stabiel afdichtoppervlak om te voorkomen dat gassen uit de separatorplaatsamenstellen 30 ontsnappen.

Begrepen zal worden dat bovenstaande uitvindingsgedachte op allerlei plaatconstructies in de stand der techniek toegepast kan worden waar tot nu toe afzonderlijke brugdelen gebruikt worden. Door integratie kan de produktie van 1014722· ♦ 5 aansluitingen van groeven of kanalen met toevoer/afVoeropeningen aanzienlijk vergemakkelijkt worden. Vanzelfsprekend kunnen verscheidene groeven aanwezig zijn.

Voor degene bekwaam in de stand der techniek zullen dadelijk varianten opkomen na het lezen van bovenstaande beschrijving die liggen binnen het bereik van 5 de bijgaande conclusies.

1014722·

Claims (9)

1. Plaat (1, 2) voorzien van een als groef (3) uitgevoerd fluïdumkanaal, welke plaat geschikt is om deel uit te maken van een elektrochemische celstapeling, waarbij die 5 plaat voorzien is van een op dat fluïdumkanaal aansluitende toevoer (4, 8) en/of afvoer (5, 9), welke toevoer/afVoer omvat een zich loodrecht op het oppervlak van die plaat uitstrekkende doorgaande opening, waarbij dat kanaal nabij die opening van een afdekking voorzien is ingericht als afdichtvlak, met het kenmerk, dat die afdekking omvat een één geheel met dat plaatmateriaal zijnde afdekking (10) welke een uitsparing 10 (14) in dat plaatmateriaal begrenst.

2. Plaat volgens conclusie 1, waarbij die opening ten minste twee delen omvat, een eerste deel dat zich door het plaatvlak uitstrekkend uitgevoerd is en een tweede deel dat omvat die uitsparing (14) met afdekking (10), waarbij het tegenover die afdekking 15 liggende deel van de plaat van groeven (3, 12) voorzien is uitmondend in die uitsparing.

3. Plaat volgens conclusie 2, waarbij die opening een derde deel omvat, grenzend aan die uitsparing en weg van dat eerste deel, welk derde deel een door die plaat gaande 20 opening omvat waarin die groef uitmondt.

4. Plaat volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende een spuitgietdeel.

5. Samenstel (21) omvattende twee tegen elkaar liggende platen (1,2) volgens een van 25 de voorgaande conclusies, waarbij die groeven (3, 12) aangebracht zijn aan de van elkaar afgerichte zijden daarvan.

6. Samenstel volgens conclusie 5, waarbij tussen de platen kanalen (13) voor een verder medium zijn aangebracht. 30

7. Samenstel volgens conclusies 5 of 6, waarbij die platen met lassen verbonden zijn. 1014721·

8. Samenstel volgens een van de conclusies 5-7, waarbij die platen door lijmen verbonden zijn.

9. Elektrochemische celstapeling, omvattende membraan elektrode samenstellen 5 alsmede plaatsamenstellen volgens een van de conclusies 5-8. 1014722«