PL189628B1

PL189628B1 - Separator gazów do ogniw paliwowych, zespół ogniwpaliwowych z takim separatorem i sposób wytwarzania separatora gazów do ogniw paliwowych

Info

Publication number: PL189628B1
Application number: PL99345070A
Authority: PL
Inventors: Joji Yoshimura; Seiji Mizuno
Original assignee: Toyota Motor Co Ltd
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2005-08-31
Also published as: EP1098380A1; PL345070A1; JP2000012048A; CN1183617C; KR20010052924A; CA2334630C; RU2199800C2; WO1999066579A1; CA2334630A1; BR9911355A; CN1306682A; KR100406694B1

Abstract

1. Separator gazów do ogniw paliwo wych, które skladaja sie z szeregu elemen- tów zawierajacych warstwe elektrolitowa i warstwy elektrodowe, zas separator ga-- zów wchodzi w sklad tych ogniw paliwo-- wych jako jeden z szeregu elementów, przy czym obie jego powierzchnie maja ksztalt falisty, znamienny tym, ze separator ga-- zów (30) zawiera dwie plyty (62, 64), z których kazda ma jedna falista po- wierzchnie i które to plyty (62, 64) sa spo- jone ze soba w poprzek ich drugich po- wierzchni, a ponadto w sklad separatora gazów (30) wchodzi element wypelniaja- cy (66) umieszczony w komorze (65) usy- tuowanej pomiedzy falistymi powierzch- niami plyt (62, 64), przy czym element (66) styka sie z plytami (62, 64). Fig. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest separator gazów do ogniw paliwowych, zespół ogniw paliwowych z takim separatorem i sposób wytwarzania separatora gazów do ogniw paliwowych.

Separator gazów do ogniw paliwowych, ogniwa paliwowe z takimi separatorami oraz sposób wytwarzania takiego separatora gazów do ogniw paliwowych znajdują zastosowanie w dziedzinie ogniw paliwowych jak również w dziedzinie pojazdów elektrycznych z zamontowanymi w nich ogniwami paliwowymi.

Separator gazów do ogniw paliwowych jest jednym z elementów składowych zespołu ogniw paliwowych złożonego z szeregu ogniw jednostkowych ułożonych jedno na drugim oraz jest nieprzepuszczalny dla gazów w stopniu wystarczającym do uniemożliwiania mieszania się strumienia paliwa gazowego i strumienia gazu utleniającego odpowiednio doprowadzanych do sprzężonych ogniw jednostkowych. Separator gazów do ogniw paliwowych jest na ogół wykonany z materiału węglowego lub materiału metalowego. Materiał metalowy ma na ogół znakomitą wytrzymałość mechaniczną i umożliwia wytwarzanie cieńszych separatorów gazów w porównaniu z separatorami złożonymi z materiału węglowego. Rezultatem zmniejszenia grubości separatorów gazowych jest korzystne zmniejszenie wymiarów całego zespołu ogniw paliwowych.

Separator gazów do ogniw paliwowych ma na ogół z góry zadaną falistą strukturę, która łączy się z członami sprzęgającymi w zespole ogniw paliwowych w celu utworzenia drogi przepływu paliwa gazowego i drogi przepływu gazu utleniającego.

189 628

W jednym z proponowanych sposobów wytwarza się separator gazów mający taką falistą strukturę i wykonany z materiału metalowego techniką prasowania płyty metalowej. Sposób taki jest ujawniony w japońskim opisie patentowym nr 7-161365. Sposób ten umożliwia wytwarzanie separatora gazów do ogniw paliwowych techniką zwykłego prasowania, co upraszcza i skraca proces produkcji, intensyfikując wydajność i zapobiegając zwiększeniu kosztów produkcji.

Podczas prasowania cienkiej płyty metalowej do postaci separatora gazów mającego z obu stron z góry zadane faliste kształty, czynność prasowania płyty metalowej powoduje odkształcenie gotowego separatora gazów. W zespole ogniw paliwowych uzyskiwanym poprzez układanie potrzebnych elementów jeden na drugim, odkształcone separatory gazów mogą być przyczyną zmiennych naprężeń na odpowiednich stykach separatorów gazów z członami sprzęgającymi. Zniekształcenie takich separatorów gazów wbudowanych w ogniwa paliwowe powoduje powstawanie obszarów o niższych naciskach w miejscach styku separatora gazów z członami sprzęgającymi. W takich obszarach powierzchnie stykowe separatora gazów z członem sprzęgającym są znacznie mniejsze, co obniża przewodność elektryczną i zwiększa opór wewnętrzny w uruchomionych ogniwach paliwowych. W rezultacie pogarsza to ogniwo paliwowe. W obszarach mniejszych nacisków jest również mniejsza przewodność cieplna, co powoduje wahania temperatury wewnętrznej ogniw paliwowych i dalsze pogorszenie ich własności. Może okazać się, że w zespole ogniw paliwowych zawierającym zniekształcone separatory gazów nie można zapewnić odpowiedniej szczelności dla gazów w ich obszarach obwodowych.

Celem wynalazku jest rozwiązanie powyższych problemów i zapobieganie pojawianiu się zniekształceń w separatorze gazów do ogniw paliwowych oraz w ogniwach paliwowych z takimi separatorami gazów.

Celem wynalazku jest opracowanie separatora gazów do ogniw paliwowych jak również ogniw paliwowych, w których są stosowane takie separatory gazów oraz sposobu wytwarzania separatorów gazów do ogniw paliwowych.

Celem wynalazku jest zwłaszcza opracowanie separatora gazów umieszczonego pomiędzy połączonymi ogniwami jednostkowymi w zespole ogniwa paliwowego, który to zespół składa się z szeregu ogniw jednostkowych ułożonych jeden na drugim, który jest połączony z członem sprzęgającym tworząc drogę przepływu paliwa gazowego albo drogę przepływu gazu utleniającego oraz oddziela drogę przepływu paliwa gazowego od drogi przepływu gazu utleniającego.

Celem wynalazku jest również opracowanie ogniwa paliwowego z takimi separatorami gazów oraz sposób wytwarzania separatora do ogniw paliwowych.

Separator gazów do ogniw paliwowych, które składają się z szeregu elementów zawierających warstwę elektrolitową i warstwy elektrodowe, zaś separator gazów wchodzi w skład tych ogniw paliwowych jako jeden z szeregu elementów, przy czym obie jego powierzchnie maja kształt falisty według wynalazku charakteryzuje się tym, że separator gazów zawiera dwie płyty, z których każda ma jedną falistą powierzchnię i które to płyty są spojone ze sobą w poprzek ich drugich powierzchni, a ponadto w skład separatora gazów wchodzi element wypełniający, umieszczony w komorze usytuowanej pomiędzy falistymi powierzchniami płyt, przy czym element, styka się z płytami.

Korzystnie element wypełniający wykonany jest głównie z materiału przewodzącego elektrycznie.

Korzystnie element wypełniający wykonany jest głównie z materiału przewodzącego ciepło.

Korzystnie każda z jego płyt jest płytą metalową o niewielkiej grubości.

Korzystnie płyty wykonane są głównie albo ze stali nierdzewnej, albo z aluminium.

Zespół ogniw paliwowych, do którego dopływa paliwo gazowe zawierające wodór oraz gaz utleniający zawierający tlen i który wytwarza siłę elektromotoryczną w wyniku reakcji elektrochemicznych, gdzie w jego skład wchodzą separatory gazów do ogniw paliwowych, które to ogniwa paliwowe składają się z szeregu elementów zawierających warstwę elektrolitowa i warstwy elektrodowe, a ponadto w ich skład wchodzi separator gazów jako jeden z szeregu elementów, przy czym obie jego powierzchnie mają kształt falisty według wynalazku charakteryzuje się tym, że separator gazu ma dwie płyty, z których każda ma jedną falistą po6

189 628 wierzchnię i które to płyty są spojone ze sobą w poprzek ich drugich powierzchni tworząc separator gazów, a ponadto w skład separatora gazów wchodzi element wypełniający umieszczony w komorze usytuowanej pomiędzy falistymi powierzchniami płyt, przy czym element wypełniający styka się z płytami.

Korzystnie każda z płyt jest płytą metalową o niewielkiej grubości.

Sposób wytwarzania separatora gazów do ogniw paliwowych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że dwie płyty, z których każda ma jedną powierzchnię falistą spaja się ze sobą w poprzek ich drugich powierzchni i tworzy się separator gazów, przy czym w tym etapie spajania pomiędzy dwiema płytami umieszcza się w komorze wyznaczonej przez faliste powierzchnie dwóch płyt element wypełniający, który styka się z nimi podczas spajania ze sobą dwóch płyt.

Korzystnie pomiędzy dwiema płytami umieszcza się element wypełniający z materiału przewodzącego elektryczność.

Korzystnie pomiędzy dwiema płytami umieszcza się element wypełniający z materiału przewodzącego ciepło.

Korzystnie jako płyty stosuje się płyty metalowe o niewielkiej grubości.

Sposób wytwarzania separatora gazów do ogniw paliwowych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jedną płytę układa się na drugiej płycie, przy czym pomiędzy tymi płytami umieszcza się element wypełniający, po czym prasuje się ze sobą płyty i w trakcie tego prasowania nadaje się powierzchniom połączonych ze sobą dwóch płyt falisty kształt z równoczesnym spajaniem ze sobą obu płyt, przy czym w trakcie tego etapu formuje się element wypełniający w komorze wyznaczonej przez faliste powierzchnie obu płyt, który styka się z płytami.

Korzystnie element wypełniający wykonuje się z materiału przewodzącego elektryczność.

Korzystnie element wypełniający wykonuje się z materiału przewodzącego ciepło.

Korzystnie każda z płyt jest płytą metalową o niewielkiej grubości.

Korzystnie każdą z płyt wykonuje się ze stali nierdzewnej albo z aluminium.

Separator gazów do ogniw paliwowych, które składają się z szeregu elementów zawierających warstwę elektrolitową i warstwy elektrodowe, zaś separator gazów wchodzi w skład tych ogniw paliwowych jako jeden z szeregu elementów, przy czym jego powierzchnia ma kształt falisty, według wynalazku charakteryzuje się tym, że separator gazów zawiera zespół płyt, w skład którego wchodzi płyta o niewielkiej grubości i który ma szereg otworów przelotowych, w których znajdują się wkładki, wykonane głównie z materiału przewodzącego elektryczność i na co najmniej jednej powierzchni zespołu płyt znajdują się wypukłości, zaś warstwa powłokowa, która jest głównie wykonana z materiału przewodzącego elektryczność, pokrywa co najmniej powierzchnię zespołu płyt oraz wkładki umieszczone w zespole płyt, który styka się z sąsiednim elementem przylegającym do separatora gazów w ogniwach paliwowych.

Korzystnie otwory przelotowe oraz umieszczone w nich wkładki mają kołowy przekrój poprzeczny.

Zespół ogniw paliwowych, do którego doprowadza się paliwo gazowe zawierające wodór oraz gaz utleniający zawierający tlen i wytwarzający siłę elektromotoryczną w wyniku reakcji elektrochemicznych, które to ogniwa paliwowe składają się z szeregu elementów zawierających warstwę elektrolitową i warstwy elektrodowe, zaś separator gazów wchodzi w skład tych ogniw paliwowych jako jeden z szeregu elementów, przy czym jego powierzchnia ma kształt falisty, według wynalazku charakteryzuje się tym, że separator gazów zawiera zespół płyt, w skład którego wchodzi płyta o niewielkiej grubości i który ma szereg otworów przelotowych, w których znajdują się wkładki wykonane głównie z materiału przewodzącego elektryczność i na co najmniej jednej powierzchni zespołu płyt znajdują się wypukłości, zaś warstwa powłokowa, która jest głównie wykonana z materiału przewodzącego elektryczność,

189 628 pokrywa co najmniej powierzchnie zespołu, płyt oraz wkładki umieszczone w zespole płyt, który styka się z sąsiednim elementem przylegającym do separatora gazów w ogniwach paliwowych.

Korzystnie otwory przelotowe oraz umieszczone w nich wkładki separatora mają kołowy przekrój poprzeczny.

Sposób wytwarzania separatora gazów do ogniw paliwowych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że płytę zespołu płyt perforuje się w z góry zadanych miejscach tworząc szereg przelotowych otworów, po czym w otworach umieszcza się wkładki wykonane głównie z materiału przewodzącego elektryczność i nadaje się powierzchni płyty falisty kształt, a następnie formuje się warstwę powłokową, która składa się głównie z materiału przewodzącego elektryczność i pokrywa się warstwą powłokową co najmniej powierzchnię zespołu płyt oraz wkładki umieszczone w zespole płyt, który styka się z elementem sąsiednim przylegającym do separatora gazów w ogniwach paliwowych.

Korzystnie formuje się każdy z otworów oraz znajdujące się w nich wkładki nadając im kołowy przekrój poprzeczny.

Korzystnie płyty wykonuje się głównie albo ze stali nierdzewnej, albo z aluminium.

Separator gazów do ogniw paliwowych, które to ogniwa paliwowe składają się z szeregu elementów zawierających warstwę elektrolitową i warstwy elektrodowe, przy czym separator gazów wchodzi w skład tych ogniw paliwowych jako jeden z szeregu elementów, a jego powierzchnia ma kształt falisty, według wynalazku charakteryzuje się tym, że separator gazu zawiera zespół płyt i ma szereg otworów przelotowych, zaś wkładki, które składają się głównie z materiału przewodzącego elektryczność i są umieszczone w otworach tak, aby powstały wypukłości na co najmniej jednej powierzchni zespołu płyt separatora oraz warstwę powłokową, która pokrywa co najmniej powierzchnię zespołu płyt oraz wkładki umieszczone w zespole płyt, który tworzy drogę przepływu płynu w ogniwach paliwowych.

Zespół ogniw paliwowych, do którego doprowadza się paliwo gazowe zawierające wodór oraz gaz utleniający zawierający tlen i wytwarzający siłę elektromotoryczną w wyniku reakcji elektrochemicznych, gdzie w skład tego zespołu ogniw paliwowych wchodzą separatory gazów do ogniw paliwowych, które to ogniwa paliwowe składają się z szeregu elementów zawierających warstwę elektrolitową i warstwy elektrodowe, przy czym ten separator gazów wchodzi w skład ogniw paliwowych jako jeden z szeregu elementów, a jego powierzchnia ma kształt falisty według wynalazku charakteryzuje się tym, że separator gazu zawiera zespół płyt i ma szereg otworów przelotowych, zaś wkładki, które składają się głównie z materiału przewodzącego elektryczność i są umieszczone w otworach tak, aby powstały wypukłości na co najmniej jednej powierzchni zespołu płyt separatora oraz warstwę powłokową, która pokrywa co najmniej powierzchnię zespołu płyt oraz wkładki umieszczone w zespole płyt, który tworzy drogę przepływu płynu w ogniwach paliwowych.

Sposób wytwarzania separatora gazów do ogniw paliwowych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że płytę separatora będącą płytą o niewielkiej grubości perforuje się w z góry zadanych miejscach tworząc szereg przelotowych otworów, po czym w szereg otworów wkłada się wkładki, które są wykonane głównie z materiału przewodzącego elektryczność, formując wypukłości na powierzchni zespołu płyty separatora, po czym pokrywa się warstwą powłokową co najmniej powierzchnię zespołu płyt separatora oraz wkładki włożone w zespół płyt separatora, który tworzy drogę przepływu płynu w ogniwach paliwowych.

Reasumując, co najmniej część postawionych sobie zadań wynalazek rozwiązuje za pomocą pierwszego separatora gazów do ogniw paliwowych. Pierwszy separator gazów według wynalazku uzyskuje się spajając ze sobą dwie cienkie (o niewielkiej grubości) płyty mające kształt falisty. Te dwie płyty kompensują ewentualne zniekształcenia występujące na skutek nadawania płytom kształtu falistego, zmniejszając w ten sposób zniekształcenie gotowego separatora gazów. W porównaniu ze znanymi dotychczas rozwiązaniami w tej dziedzinie rozwiązanie polegające na łączeniu dwóch cienkich płyt ze sobą w celu oddzielnego kształtowania powierzchni gotowego separatora gazów i nadawania im kształtu falistego jest znacznie bardziej swobodne pod względem konstrukcyjnym. W porównaniu ze znanymi dotychczas rozwiązaniami, rozwiązanie według wynalazku zmniejsza również całkowitą grubość separatora gazów. W znanych dotychczas rozwiązaniach, do uformowania obu falistych powierzchni

189 628 gotowego separatora potrzebna jest jedna płyta o odpowiedniej grubości. Taka gruba płyta nie jest potrzebna do separatora gazów według wynalazku.

Stosowanie separatorów gazów o odpowiednim niewielkim zniekształceniu umożliwia stosowanie w przybliżeniu jednakowego nacisku powierzchniowego w każdym ogniwie jednostkowym znajdującym się w zespole ogniw paliwowych. Takie rozwiązanie skutecznie zapobiega wzrostowi oporów wewnętrznych z powodu częściowego zmniejszenia nacisku powierzchniowego i zapewnia wystarczające własności ogniw paliwowych.

W tym separatorze gazów pożądane byłoby wypełnienie obszaru pomiędzy tymi dwiema cienkimi płytami, o ile takie obszary występują, materiałem przewodzącym elektryczność. Takie rozwiązanie zwiększa wytrzymałość mechaniczną separatora gazów i zmniejsza potrzebną grubość gotowego zespołu. Ponadto takie rozwiązanie zwiększa również całkowitą przewodność elektryczną separatora gazów i poprawia własności gotowych ogniw paliwowych z takimi separatorami. Zwiększa też całkowitą przewodność cieplną separatora gazów. Większa przewodność cieplna umożliwia szybki wzrost temperatury wewnętrznej podczas rozruchu zespołu ogniw paliwowych z takimi separatorami, co skraca ich czas gotowości do pracy. Lepsza przewodność cieplna poprawia również sprawność chłodzenia wody chłodzącej krążącej wewnątrz ogniw paliwowych, co umożliwia utrzymywanie temperatury wewnętrznej ogniw paliwowych na w przybliżeniu stałym poziomie.

W pierwszym przykładzie separatora gazów do ogniw paliwowych według wynalazku każda z płyt może być cienką płytą metalową. Takie rozwiązanie jeszcze bardziej intensyfikuje efekt zmniejszania potencjalnego zniekształcenia gotowego separatora gazów. Materiał metalowy ma większą wytrzymałość mechaniczną niż inne materiały podobne do węgla, a zatem korzystnie zmniejsza potrzebną grubość gotowego separatora gazów. Materiał metalowy jest silnie odkształcany w procesie prasowania. Zastosowanie pierwszego przykładu wykonania separatora gazów według wynalazku do cienkich płyt metalowych zapewnia zwłaszcza duży efekt zapobiegania potencjalnemu odkształceniu.

W separatorze gazów do ogniw paliwowych według wynalazku, płyn przepływający kanałem przepływowym wyznaczonym przez faliste kształty płyt jest wybierany spośród paliw gazowych zawierających wodór, gazów utleniających zawierających tlen oraz płynów chłodzących do chłodzenia wnętrza ogniw paliwowych.

Wynalazek dotyczy również pierwszego przykładu wykonania zespołu ogniw paliwowych, do którego doprowadza się paliwo gazowe zawierające wodór oraz gaz utleniający zawierający tlen. W skład zespołu ogniw paliwowych wchodzą separatory gazów o małym odkształceniu. Rezultatem takiego rozwiązania jest możliwość zastosowania w przybliżeniu równomiernego nacisku powierzchniowego w każdym ogniwie jednostkowym zespołu ogniw paliwowych, co skutecznie zapobiega zwiększaniu oporów wewnętrznych wynikających z częściowego spadku nacisków powierzchniowych i zapewnia wystarczające ogniw paliwowych.

Wynalazek dotyczy ponadto pierwszego przykładu przeprowadzenia sposobu wytwarzania separatora gazów do ogniw paliwowych. Sposób ten polega na tym, że (a) dostarcza się dwie cienkie płyty mające jedną z powierzchni o kształcie falistym, a następnie w etapie (b) spaja się te dwie płyty ze sobą w celu utworzenia separatora gazów.

Pierwszym sposobem według wynalazku uzyskuje się separator gazów spajając ze sobą dwie cienkie płyty o z góry zadanych falistych kształtach. Te dwie płyty kompensują wzajemnie potencjalne odkształcenia występujące wskutek formowania falistych kształtów, co zmniejsza odkształcenie gotowego separatora gazów. W porównaniu ze znanymi dotychczas rozwiązaniami, rozwiązanie polegające na łączeniu ze sobą dwóch cienkich płyt w celu oddzielnego formowania falistych kształtów na odpowiednich powierzchniach gotowego separatora gazów jest znacznie bardziej przydatne konstrukcyjnie. W porównaniu z rozwiązaniami znanymi dotychczas, rozwiązanie według wynalazku umożliwia również zmniejszenie całkowitej grubości separatora gazów. W znanych dotychczas rozwiązaniach, do utworzenia falistych powierzchni gotowego separatora potrzebna jest jedna płyta o odpowiedniej grubości. W separatorze gazów według wynalazku nie jest potrzebna taka gruba płyta.

Według jednego z zalecanych zastosowań pierwszego sposobu według wynalazku, pomiędzy dwiema cienkimi płytami znajduje się materiał przewodzący elektryczność, który wypełnia komorę ograniczoną obu cienkimi płytami, o ile taka istnieje, w procesie spajania tych dwóch

189 628 cienkich płyt ze sobą w etapie (b). Takie rozwiązanie umożliwia wytwarzanie separatorów gazów o większej wytrzymałości mechanicznej i mniejszej grubości. Takie rozwiązanie zwiększa również przewodność elektryczną i przewodność cieplną gotowego separatora gazów.

Wynalazek dotyczy również drugiego sposobu wytwarzania separatora gazów do ogniw paliwowych, w którym separator gazów znajduje się w ogniwach paliwowych jako jeden z szeregu elementów, a jego obie powierzchnie mają falisty kształt, tworząc drogę przepływu płynu wewnątrz ogniw paliwowych. W skład tego drugiego sposobu wchodzą następujące etapy: (a) dostarczenie dwóch cienkich płyt; (b) układanie tych dwóch cienkich płyt jedna na drugiej z umieszczonym pomiędzy nimi materiałem przewodzącym elektryczność; oraz (c) prasowanie i łączenie ze sobą tych dwóch cienkich płyt, które są ułożone jedne na drugich za pośrednictwem materiału przewodzącego elektryczność tak, że nadaje się powierzchniom tych dwóch cienkich połączonych ze sobą płyt falisty kształt.

Drugi sposób według wynalazku polega na spajaniu ze sobą dwóch cienkich płyt równocześnie z ich prasowaniem. Falisty kształt powierzchni tych dwóch cienkich płyt nadaje się techniką prasowania. Te płyty kompensują wzajemnie potencjalne zniekształcenia występujące w wyniku formowania falistych kształtów, zmniejszając w ten sposób zniekształcenie gotowego separatora gazów. Podobnie jak w pierwszym sposobie według wynalazku, takie rozwiązanie zapewnia duży stopień przydatności konstrukcyjnej i zmniejsza potrzebną grubość gotowego separatora gazów.

Zarówno w pierwszym, jak i w drugim sposobie według wynalazku, każda z tych cienkich płyt może być z metalu. Takie rozwiązanie dodatkowo zwiększa efekt zapobiegania zniekształceniom separatora gazów. Prasowanie płyt metalowych często powoduje znaczne odkształcenia. Zastosowanie sposobu według wynalazku do płyt metalowych ma znaczący wpływ na zmniejszanie potencjalnego odkształcenia.

Wynalazek dotyczy ponadto drugiego przykładu wykonania separatora gazów do ogniw paliwowych. Separator gazów znajduje się w ogniwach paliwowych jako jeden z szeregu elementów zespołów i jego powierzchnia ma falisty kształt i w ten sposób powstaje droga przepływu płynu wewnątrz ogniw paliwowych. W skład drugiego separatora qazów wchodzi zespół wykonany z cienkiej płyty z szeregiem otworów przechodzących przez całą grubość zespołu płyty separatora oraz z wkładek, które są złożone głównie z materiału przewodzącego elektryczność i wkładane, odpowiednio, w szereg otworów tak, żeby powstały wypukłe elementy na co najmniej jednej powierzchni zespołu płyty separatora.

W drugim separatorze gazów do ogniw paliwowych według wynalazku, za pomocą wkładek, które są umieszczone oddzielnie względem zespołu separatora jest formowana falista powierzchnia. Takie rozwiązanie skutecznie zapobiega ewentualnym odkształceniom separatora gazów w wyniku nadawania falistego kształtu powierzchni, gdyż na zespół płyty separatora znajdującej się w separatorze gazów nie działają żadne siły gnące ani rozciągające, które mogłyby spowodować odkształcenie.

W separatorze gazów do ogniw paliwowych mającego obie powierzchnie faliste, wkładki włożone w odpowiednie otwory wystają z obu powierzchni zespołu tak, że powstaje wypukła struktura wyznaczająca z góry zadane, faliste kształty w tych samych miejscach, z obu stron separatora gazów. W separatorze gazów do ogniw paliwowych mającego jedną powierzchnię falistą, a drugą powierzchnie płaską, wkładki umieszczone w odpowiednich otworach wystają tylko z jednej strony, natomiast nie wystają z drugiej. Wkładki są wykonane z materiału przewodzącego elektryczność. W tym przypadku, kiedy wkładki zapewniają wystarczającą przewodność elektryczną potrzebną w separatorach gazów, to zespół płyty separatora nie musi przewodzić elektryczności. Rozszerza to zakres wyboru materiału na zespół płyty separatora.

Wynalazek dotyczy również drugiego zespołu ogniw paliwowych, do którego doprowadza się paliwo gazowe zawierające wodór oraz gaz utleniający zawierający tlen. W skład tego zespołu ogniw paliwowych według wynalazku wchodzą separatory gazów o małym odkształceniu. Takie rozwiązanie powoduje, że w każdym ogniwie jednostkowym zespołu ogniw paliwowych występuje w przybliżeniu jednakowy nacisk powierzchniowy, co skutecznie zapobiega wzrostowi oporów wewnętrznych w wyniku częściowego spadku nacisku powierzchniowego i zapewnia wystarczające parametry ogniw paliwowych.

189 628

Wynalazek dotyczy ponadto trzeciego sposobu wytwarzania separatorów gazów do ogniw paliwowych. Separator gazów znajduje się w ogniwach paliwowych jako jeden z szeregu elementów i ma falistą powierzchnię, w wyniku czego wyznacza drogę przepływu płynu wewnątrz ogniw paliwowych. W skład trzeciego sposobu wchodzą następujące etapy: (a) dostarczenie zespołu płyty separatora złożonej z cienkiej płyty; (b) perforowanie zespołu płyty separatora w z góry określonych miejscach tak, żeby powstało szereg otworów przechodzących przez całą grubość zespołu płyty separatora; oraz (c) wkładanie wkładek, które składają się głównie z materiału przewodzącego elektryczność, odpowiednio w szereg otworów tak, żeby powierzchni zespołu płyty separatora nadać falisty kształt.

W trzecim sposobie według wynalazku stosuje się wkładki, które stanowią oddzielny element w stosunku do zespołu płyty separatora i nadają powierzchni separatora falisty kształt. Takie rozwiązanie skutecznie zapobiega ewentualnym odkształceniom gotowego separatora gazów w wyniku nadawania falistego kształtu gdyż na zespół płyty separatora nie działają żadne siły gnące ani rozciągające, które mogłyby spowodować odkształcenie.

W trzecim sposobie według wynalazku, na przykład, zespół płyty separatora jest perforowany w etapie (b), a wkładki są wprasowywane w szereg otworów i cięte w zadanym położeniu tak, żeby w etapie (c) został nadany im falisty kształt. Sposób ten umożliwia wytwarzanie separatorów gazów prostą techniką, taką jak perforowanie, wtłaczanie i wykrawanie. W porównaniu ze znanym dotychczas sposobem, w którym separator gazów wytwarza się prasując płytę metalową lub materiał węglowy, takie rozwiązanie upraszcza i skraca proces wytwarzania. W porównaniu z konwencjonalnym sposobem wytwarzania, w którym wygina się i rozciąga element w postaci płyty, rozwiązanie, w którym stosuje się takie technologie jak perforowanie, wtłaczanie i wykrawanie zapewnia zwiększenie dokładności w procesie nadawania falistego kształtu.

Według jednego z zalecanych zastosowań trzeciego sposobu według wynalazku, każdy z szeregu otworów i włożonych w niego wkładek mają w przybliżeniu kołowy przekrój poprzeczny. Takie rozwiązanie ułatwia ustawianie wkładek odpowiednio włożonych w szereg otworów. Łatwo jest sporządzać pręty mające w przybliżeniu kołowy przekrój poprzeczny. Rozszerza to zakres wyboru pod względem wymiarów prętów używanych jako wkładki (to jest średnicy prętów), umożliwiając w ten sposób regulowanie stopnia dokładności przy nadawaniu falistego kształtu powierzchni. Rezultatem stosowania tych elementów o mniejszej średnicy jest wytwarzanie drobniejszego kształtu falistego. Zatem trzeci sposób w tym zastosowaniu umożliwia łatwe wytwarzanie z wysoką dokładnością drobniejszych kształtów falistych na powierzchni separatora gazów. Przedmiot zgłoszenia jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia separator w pierwszym przykładzie wykonania, pokazany w przekroju poprzecznym schematycznie; fig. 2 - ogniwo jednostkowe jako element składowy zespołu ogniw paliwowych, pokazany w przekroju, schematycznie; fig. 3 - ogniwo jednostkowe w stanie rozłożonym na podzespoły, w rzucie perspektywicznym; fig. 4 - zespół uzyskany przez nałożenie szeregu ogniw jednostkowych jedno na drugie, pokazany w rzucie perspektywicznym; fig. 5 przedstawia sposób wytwarzania separatora w pierwszym przykładzie wykonania; fig. 6 - wykres, na którym porównano parametry zespołu ogniw paliwowych z separatorami wykonanymi w pierwszym przykładzie wykonania, z zespołem ogniw paliwowych z separatorami bez żadnych elementów wypełniających; fig. 7 - separator w drugim przykładzie wykonania, w przekroju; fig. 8 - powierzchnię separatora z fig. 7 w rzucie z góry; fig. 9 - sposób wytwarzania separatora z drugiego przykładu wykonania; fig. 10 - sąsiedztwo obszaru obwodowego separatora z drugiego przykładu wykonania, częściowo w przekroju; oraz fig. 11 - drugi przykład prowadzenia produkcji separatora z pierwszego przykładu wykonania.

W celu dokładniejszego zrozumienia wspomnianych powyżej konfiguracji i funkcji według wynalazku, przedstawiono poniżej opis niektórych trybów realizacji wynalazku w korzystnych przykładach wykonania.

Na figurze 1 przedstawiono schematycznie w przekroju poprzecznym separator 30 w jednym z korzystnych przykładów wykonania wynalazku. W pierwszym przykładzie wykonania wynalazku jest wykonany separator 30 ze stali nierdzewnej, który składa się z dwóch płyt 62 i 64 tworzących zespół 60. Płyty 62, 64 mają z góry zadany kształt falisty. Pomiędzy

189 628 połączonymi ze sobą płytami 62 i 64 znajdują się elementy wypełniające 66, które są odpowiednio uformowane w komorach 65 wyznaczonych przez płyty 62 i 64. Na powierzchni zespołu 60 płyt 62 i 64 znajduje się warstwa powłokowa 68. Że względu na wygodę zrozumienia idei wynalazku, przed szczegółowym opisem separatora 30 opisano najpierw ogniwa paliwowe z takimi separatorami 30.

Ogniwa paliwowe z separatorami 30 mają w pierwszym przykładzie wykonania wynalazku strukturę warstwową, w której szereg ogniw jednostkowych jest ułożonych jeden na drugim.

Na figurze 2 przedstawiono schematycznie w przekroju poprzecznym ogniwo jednostkowe 28 jako element składowy ogniw paliwowych.

Na figurze 3 pokazano w rzucie perspektywicznym ogniwo jednostkowe 28.

Na figurze 4 pokazano w rzucie perspektywicznym strukturę warstwy 14 uzyskaną w wyniku układania jeden na drugim szeregu ogniw jednostkowych 28.

Ogniwa paliwowe, według wynalazku, są ogniwami paliwowymi z elektrolitem polimerowym, każde z litą membraną polimerową wykazującą dobrą przewodność elektryczną w stanie mokrym jako warstwa elektrolitowa. Do każdego z ogniw paliwowych doprowadza się do jego anody paliwo gazowe zawierające wodór, zaś do jego katody gaz utleniający zawierający tlen tak, że w ogniwach paliwowych przebiegają opisane poniżej reakcje elektrochemiczne:

H₂—2H⁺ + 2e“ (1)

Vi 02 + 2H+ + 2e — H₂0 (2)

H₂+'/2 0₂^H₂0 (3)

Równanie (1) przedstawia reakcję przebiegającą na anodach, a równanie (2) odpowiada reakcji przebiegającej na katodach. Natomiast reakcja przedstawiona równaniem (3) przebiega odpowiednio w ogniwach paliwowych jako całości. Jak powszechnie wiadomo w tej dziedzinie, ogniwa paliwowe przekształcają energię chemiczną doprowadzonego do nich paliwa bezpośrednio w energię elektryczną i mają bardzo dużą sprawność energetyczną.

Jak pokazano na fig. 2 każde z ogniw jednostkowych 28, będących elementami składowymi ogniw paliwowych, składa się z elektrolitycznej membrany 21, anody 22, katody 23 oraz z pary separatorów 30a i 30b. Anoda 22 i katoda 23 są dyfuzyjnymi elektrodami gazowymi rozmieszczonymi na membranie elektrolitycznej 2, w wyniku czego powstaje struktura warstwowa. Ponadto na tym układzie anodowo-katodowym jest rozmieszczona para separatorów 30a i 30b, które są odpowiednio połączone z anodą 22 i katodą 23 wyznaczając kanały przepływowe paliwa gazowego i gazu utleniającego. Anoda 22 i separator 30a wyznaczają kanały przepływowe 24P paliwa gazowego, natomiast katoda 23 i separator 30b wyznaczają kanały przepływowe 25P gazu utleniającego. Z góry zadana liczba ogniw jednostkowych 28 ułożonych jeden na drugim tworzy strukturę warstwową 14 jako zespół ogniw paliwowych.

Na figurze 2 pokazano, że żebra 3la, 3lb wyznaczające kanały przepływowe gazu są umieszczone tylko na jednej powierzchni każdego z separatorów 30a i 30b, ale, jak pokazano na fig. 3, w rzeczywistych ogniwach paliwowych żebra 54 i 55 można uformować na obu powierzchniach każdego z separatorów 30a i 30b. Żebra 54 uformowane na jednej powierzchni każdego z separatorów 30a i 30b są połączone ze sprzężoną anodą 22, wyznaczając kanały przepływowe 24P paliwa gazowego. Zebra 55 uformowane na drugiej powierzchni 14 każdego z separatorów 30a i 30b są połączone z katodą 23 sprzężonego ogniwa jednostkowego 28, w wyniku czego powstają kanały przepływowe 25P gazu utleniającego. Separatory 30a i 30b są odpowiednio połączone ze sprzężonymi dyfuzyjnymi elektrodami gazowymi, w wyniku czego powstają kanały przepływowe gazu, a także działają one w ten sposób, że oddzielają kanał przepływowy paliwa gazowego od kanału przepływowego gazu utleniającego, pomiędzy każdą parą sprzężonych ogniw jednostkowych. W rzeczywistym zespole ogniw paliwowych nie ma żadnej różnicy zarówno pod względem kształtu jak i pod względem funkcji pomiędzy separatorami 30a i 30b. W dalszej części opisu separatory 30a i 30b są przywoływane jako separator 30.

Żebra 54 i 55 utworzone na powierzchniach każdego separatora 30 mogą mieć dowolne kształty wyznaczające kanały przepływu gazu. Umożliwiają one dopływ paliwa gazowego i dopływ gazu utleniającego, które to gazy trzeba doprowadzać do odpowiednich dyfuzyjnych

189 628 elektrod gazowych. W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 2 i 3 żebra 54 i 55 utworzone na powierzchniach każdego separatora 30 mają kształt szeregu równoległych rowków.

Na figurze 2, na której przedstawiono schematycznie konstrukcje ogniwa jednostkowego 28 widać, że kanały przepływowe 24P paliwa gazowego i kanały przepływowe 25P gazu utleniającego są ustawione równolegle do siebie.

Z kolei na fig. 3 żebra 54 i 55 uformowane na powierzchniach każdego z separatorów 30 są ustawione prostopadle do siebie. Żebra 54 i 55 mogą mieć również inną budowę niż pokazane w tych układach. Każdy z separatorów 30 wytwarza się łącząc ze sobą, w omówiony dalej sposób, parę płyt 62 i 64 wykonanych techniką prasowania tak, że żebra 54 i 55 mogą mieć dowolny kształt możliwy do wykonania techniką prasowania.

Membrana elektrolitowa 21 jest jonowymienną membraną przewodzącą protony wykonaną z polimerowego materiału elektrolitycznego, na przykład z żywicy fluorowej i wykazuje w stanie mokrym znakomitą przewodność elektryczną. W tym przykładzie wykonania membrana elektrolityczna 21 jest wykonana z folii Nafion. Na powierzchni membrany elektrolitycznej 21 jest nałożona jako katalizator platyna albo stop platyny złożony z platyny i jakiegoś innego metalu.

Anoda 22 i katoda 23 są wykonane z tkaniny węglowej z przędzy z włókien węglowych. Anoda 22 i katoda 23 mogą być wykonane z kalki maszynowej lub filcu węglowego, w skład których również wchodzą włókna węglowe, a nie z tkaniny węglowej, jak w tym przykładzie wykonania.

Jak już wspomniano wcześniej, separator 30 jest wyposażony w elementy wypełniające 66 uformowane wewnątrz metalowego zespołu 60 płyt 62 i 64 oraz w warstwę pokryciową 68, która pokrywa zespół 60 płyt 62 i 64. Jak pokazano na fig. 3 w separatorze 30 znajdują się cztery otwory uformowane na jego obwodzie. Są to otwory szczelinowe 50 i 51 dla paliwa gazowego, które łącza żebra 54 ze sobą, tworząc kanały przepływowe 24P paliwa gazowego oraz otwory szczelinowe 52 i 53 gazu utleniającego, które łącza żebra 55 ze sobą tworząc kanały przepływowe 25P gazu utleniającego. W zespole ogniw paliwowych, otwory szczelinowe 50 i 51 paliwa gazowego separatorów 30 tworzą, odpowiednio, kolektor zasilający paliwa gazowego oraz kolektor wylotowy paliwa gazowego, które przechodzą przez zespół ogniw paliwowych przez kolejne jego warstwy. W podobny sposób, otwory szczelinowe 52 i 53 gazu utleniającego separatorów 30 tworzą, odpowiednio, kolektor zasilający gazu utleniającego oraz kolektor wylotowy gazu utleniającego, które przechodzą przez zespół ogniw paliwowych przez kolejne jego warstwy.

W procesie montażu ogniw paliwowych ze wspomnianymi powyżej elementami składowymi, układa się jeden na drugim separator 30, anodę 22, membranę elektrolitowa 21, katodę 23 oraz separator 30 w tej właśnie kolejności, uzyskując w wyniku zespół ogniwa jednostkowego. Ponadto w poprzek zespołu ogniwa jednostkowego są umieszczone płyty 36 i 37 kolektora, płyty izolacyjne 38 i 39 oraz płyty końcowe 40 i 41. Całość tworzy strukturę warstwową 14 pokazaną na fig. 4. Na płytach 36 i 37 kolektora znajdują się, odpowiednio, końcówki wylotowe 36A i 37A do odprowadzania siły elektromotorycznej wytwarzanej w zespole ogniwa paliwowego.

Jak pokazano na fig. 4, w płycie końcowej 40 są umieszczone dwa otwory, to jest otwór 42 paliwa gazowego oraz otwór 44 gazu utleniającego. Również w płycie izolacyjnej 38, która sąsiaduje z płytą końcową 40 oraz w sprzężonej z nią płycie 36 kolektora znajdują się dwa otwory w miejscach odpowiadających dwóm otworom 42, 44 w płycie końcowej 40. Otwór 42 paliwa gazowego jest otwarty w miejscu odpowiadającym środkowi otworów szczelinowych 50 paliwa gazowego w separatorach 30. Po uaktywnieniu zespołu ogniw paliwowych, otwór 42 paliwa gazowego jest łączony z (nie pokazanym) zespołem zasilającym paliwa w celu doprowadzania bogatego w wodór paliwa gazowego do ogniw paliwowych. W podobny sposób, otwór gazu utleniającego jest otwarty w miejscu odpowiadającym środkowi otworów szczelinowych 52 gazu utleniającego w separatorach 30. Po uaktywnieniu zespołu ogniw paliwowych otwór 44 gazu utleniającego jest łączony z (nie pokazanym) zespołem zasilającym gazu utleniającego w celu doprowadzania zawierającego tlen gazu utleniającego do ogniw paliwowych.

189 628

Zespół zasilający paliwa gazowego oraz zespół zasilający gazu utleniającego nawilżają i sprężają odpowiednie gazy do z góry zadanych poziomów przed ich doprowadzeniem do ogniw. Zespół zasilający paliwa gazowego połączony z ogniwami paliwowymi według tego przykładu wykonania doprowadza gaz wzbogacony w wodór, na przykład gaz wytwarzany w procesie reformingu węglowodoru, na przykład metanolu, jako paliwo gazowe. Paliwem gazowym może być gazowy wodór o wysokiej czystości. Zespół zasilający gazu utleniającego doprowadza gaz o odpowiednim stężeniu tlenu, na przykład powietrze.

W płycie końcowej 41 znajdują się dwa otwory umieszczone w specyficznych położeniach różnych od otworów w płycie końcowej 40. Również w płycie izolacyjnej 39 i płycie 31 kolektora znajdują się dwa otwory w miejscach odpowiadających dwóm otworom umieszczonym w płycie końcowej 41. Jeden z otworów uformowanych w płycie końcowej 41 jest otworem paliwa gazowego, który jest otwarty w miejscu odpowiadającym środkowi otworów szczelinowych 51 paliwa gazowego w separatorze 30. Innym otworem uformowanym w płycie końcowej 41 jest otwór gazu utleniającego, który jest otwarty w miejscu odpowiadającym środkowi otworów szczelinowych 53 gazu utleniającego w separatorze 30. Po uaktywnieniu zespołu ogniw paliwowych, otwór paliwa gazowego znajdujący się w płycie końcowej 41 jest łączony z (nie pokazanym) zespołem wylotowym paliwa gazowego, natomiast otwór gazu utleniającego w płycie końcowej 41 jest łączony z (nie pokazanym) zespołem wylotowym gazu utleniającego.

Struktura warstwowa 14 z odpowiednimi, omówionymi powyżej elementami składowymi jest trzymana pod z góry zadaną siłą ściskającą, działającą w kierunku położenia warstw. W ten sposób zespól ogniw paliwowych jest gotowy. Na figurach nie pokazano etapu prasowania struktury warstwowej 14.

Poniżej opisano przepływ paliwa gazowego oraz przepływ gazu utleniającego w zespole ogniw paliwowych zbudowanym w przedstawiony powyżej sposób. Paliwo gazowe jest doprowadzane z omówionego wcześniej zespołu zasilającego paliwa gazowego do ogniw paliwowych przez otwór 42 paliwa gazowego znajdujący się w płycie końcowej 40. W ogniwach paliwowych strumień paliwa gazowego jest prowadzony do kanałów przepływowych 24P paliwa gazowego, odpowiednich ogniw jednostkowych 28 przez kolektor zasilający paliwa gazowego i poddawany reakcjom chemicznym przebiegającym na anodach 22 w odpowiednich ogniwach jednostkowych 28. Strumień paliwa gazowego z kanałów przepływowych 24P paliwa gazowego jest zbierany w kolektorze wylotowym paliwa gazowego, dopływa do otworu paliwa gazowego w płycie końcowej 41 i jest odprowadzany z tego otworu paliwa gazowego na zewnątrz ogniw paliwowych tak, żeby był prowadzony do omówionego powyżej zespołu wylotowego paliwa gazowego.

W podobny sposób, gaz utleniający jest wprowadzany do omówionego powyżej zespołu zasilającego gazu utleniającego do ogniw paliwowych przez otwór 4 gazu utleniającego uformowany w płycie końcowej 40. W ogniwach paliwowych strumień gazu utleniającego jest prowadzony do kanałów przepływowych 25P gazu utleniającego odpowiednich ogniw jednostkowych 23 przez kolektor zasilający gazu utleniającego i jest poddawany reakcjom elektrochemicznym przebiegającym na katodach 23 odpowiednich ogniw jednostkowych 28. Strumień gazu utleniającego z kanałów przepływowych 25P gazu utleniającego jest gromadzony w kolektorze wylotowym gazu utleniającego, dopływa do otworu gazu utleniającego uformowanego w płycie końcowej 41 i jest odprowadzany z otworu gazu utleniającego do omówionego wcześniej zespołu wylotowego gazu utleniającego.

Powyższy opis uwzględnia tylko kanały przepływu strumieni paliwa gazowego i gazu utleniającego doprowadzanych do ogniw paliwowych. W rzeczywistych ogniwach paliwowych znajduje się ponadto kanał przepływu wody chłodzącej, którym dopływa woda chłodząca. Jak już opisano wcześniej, energia chemiczna paliwa zasilającego ogniwa paliwowe jest przekształcana na energię elektryczną w wyniku reakcji elektrochemicznych przebiegających w ogniwach paliwowych. Przekształcanie energii chemicznej na energię elektryczną nie jest całkowite, a energia resztkowa, która nie została przekształcona na energię elektryczną jest uwalniana w postaci ciepła. W związku z tym ogniwa paliwowe stale wytwarzają ciepło razem z wytwarzaniem energii. W celu utrzymania temperatury roboczej ogniw paliwowych

189 628 w zalecanym przedziale wartości, na ogół w ogniwach paliwowych projektuje się drogę przepływu wody chłodzącej w celu usuwania nadmiaru ciepła.

W separatorze 30 według tego przykładu wykonania znajdują się dwa otwory (nie pokazane) do wyznaczania drogi przepływu wody chłodzącej oprócz pokazanych na fig. 3 szczelinowych otworów 50 i 51 paliwa gazowego oraz szczelinowych otworów 52 i 53 gazu utleniającego. Te dwa otwory umieszczone w odpowiednich separatorach 30, które są ułożone jeden na drugim tworząc strukturę warstwową 14, tworzą drogę przepływu wody chłodzącej przechodzącą przez strukturę warstwową 14 w celu doprowadzania i odprowadzania wody chłodzącej do i ze znajdujących się wewnątrz warstwowego zespołu kanałów przepływowych wody chłodzącej. W ogniwach paliwowych struktury warstwową 14 znajdują się również separatory (nie pokazane) kanałów przepływowych wody chłodzącej. Każdy z nich jest usytuowany w każdej zadanej liczbie ogniw jednostkowych ułożonych jedno na drugim zamiast standardowego separatora 30, którego powierzchnia jest falista wyznaczając w ten sposób kanały przepływowe wody chłodzącej. Tak powstałe kanały przepływowe wody chłodzącej są połączone z elementem sprzęgającym w celu wyznaczenia biegnących wewnątrz warstwowego zespołu kanałów przepływowych wody chłodzącej. Do biegnących wewnątrz warstwowego zespołu kanałów przepływowych gazu znajdujących się w każdej z góry zadanej liczbie ogniw jednostkowych dopływa i odpływa strumień wody chłodzącej. Strumień wody chłodzącej usuwa nadmiar ciepła powstającego podczas wytwarzania energii z ogniw paliwowych.

Poniżej opisano konstrukcję separatora 30. W skład separatora 30 wchodzi, jak już wspomniano wcześniej, zespół 60 płyty złożony z dwóch płyt 62 i 64, elementy wypełniające 66 oraz warstwa powłokowa 68.

Na figurze 5 przedstawiono schemat blokowy obrazujący proces wytwarzania separatora 30 oraz widoki schematyczne reprezentujące odpowiednie kroki schematu blokowego. Poniżej szczegółowo opisano sposób wytwarzania separatora 30 w oparciu o fig. 5.

W sposobie tym najpierw przygotowuje się płyty 62 i 64 prasując dwie metalowe płyty (krok S100). W tym przykładzie wykonania prasuje się pod ciśnieniem powierzchniowym 1 tony/cm² płyty ze stali nierdzewnej o grubości 0,3 mm. W rezultacie otrzymuje się wypukłości odpowiadające żebrom 54 i 55 na odpowiednich powierzchniach płyt 62 i 64. Następnie pomiędzy parę płyt 62 i 64 wkłada się wypełniacz i prasuje płyty 62 i 64 tak, żeby przywarły do siebie (krok SI 10). Płyty 62 i 64 są spajane ze sobą za pośrednictwem wypełniacza (w tym przykładzie wykonania jest to ekspandowany termicznie grafit) włożonego pomiędzy płyty 62 i 64. W rezultacie otrzymuje się zespół 60 płyt 62 i 64 składający się z elementów wypełniających 66 uformowanych w komorach 65. Komory 65 są wyznaczone przez wypukłe powierzchnie płyt 62 i 64 i usytuowane pomiędzy łączącymi stronami czołowymi płyt 62 i 64 (to znaczy wewnętrzna czołowa ścianka wypukłości odpowiada żebrom 53 i 55 (fig. 3). W kroku Sl 10 stosuje się ekspandowany termicznie grafit jako wypełniacz i prasuje się płyty 62 i 64 łącząc je ze sobą. W trakcie realizacji konkretnej procedury umieszcza się z góry zadaną ilość ekspandowanego termicznie grafitu na łączących stronach powierzchni płyt 62 i 64 i prasuje się parę płyt 62 i 64 z ekspandowanym termicznie grafitem umieszczonym pomiędzy nimi pod naciskiem powierzchniowym 2 ton/cm2 w formie, której kształt odpowiada wypukłej powierzchni płyty 62 i 64. W rezultacie następuje złączenie pary płyt 62 i 64 ze sobą i zakończenie formowania zespołu 60 płyt, w skład którego wchodzą elementy wypełniające 66 uformowane w wewnętrznych komorach 65 odpowiadających wypukłościom i wypełnione ekspandowanym termicznie grafitem.

Ekspandowany termicznie grafit jest jednym ze znanych materiałów węglowych, a uzyskuje się go ogrzewając poddany działaniu kwasu -materiał węglowy, taki jak naturalny grafit lub sadza, w celu powiększenia jego objętości. Ekspansja termiczna powoduje, że ekspandowany termicznie grafit uzyskuje strukturę warstwową, a działanie siłą ściskającą umożliwia ścisłe spojenie ze sobą odpowiednich warstw struktury warstwowej. W związku z tym, w procesie formowania nie jest potrzebne żadne spoiwo. Proces· umieszczania ekspandowanego termicznie grafitu pomiędzy parą płyt 62 i 64 oraz prasowania płyt 62 i 64 w formie kończy czynność wypełniania komór 5 utworzonych wewnątrz zespołu 60 płyt ekspandowanym termicznie grafitem równocześnie z czynnością łączenia płyt 62 i 64 ze sobą. Ekspandowany

189 628 termicznie grafit umieszczony pomiędzy parą płyt 62 i 64 i prasowany w etapie SI 10 może mieć postać proszku albo, alternatywnie, postać płyty.

Następnie w sposobie tym przeprowadza się obróbkę powierzchniową zespołu 60 płyt 62 i 64 z wewnętrznymi komorami wypełnionymi ekspandowanym termicznie grafitem (etap S120), co kończy proces wytwarzania separatora 30. Obróbka powierzchniowa prowadzona w tym przykładzie wykonania polega na powlekaniu powierzchni zespołu 60 płyt 62 i 64 warstwą węgla w celu wytworzenia warstwy powłokowej 68. Warstwa powłokowa 68 jest formowana poprzez spajanie stykowe arkusza węglowego złożonego z ekspandowanego termicznie grafitu z powierzchnią zespołu 60 płyty w formie mającej kształt odpowiadający konfiguracji zespołu 60 płyt 62 i 64.

Alternatywnie, ekspandowany termicznie grafit w postaci proszku może być spajany stykowo z powierzchnią zespołu 60 płyt 62 i 64 w formie o z góry zadanym kształcie. Przy prowadzeniu procesu stykowego spajania warstwy ekspandowanego termicznie grafitu z zespołem 60 płyt 62 i 64 konieczne jest odpowietrzanie wnętrza formy używanej do spajania stykowego aby zapewnić odpowiednią wytrzymałość mechaniczna spojenia. Spajanie stykowe w formie można osiągnąć prasując mechanicznie albo za pomocą ciśnienia hydrostatycznego.

Podczas procesu wytwarzania separatora 30 wykrawa się otwory szczelinowe w metalowej płycie przed albo po etapie SI00 prasowania, chociaż w powyższym opisie nie wspomina się o tym w specjalny sposób. Szczelinowe otwory 50 i 51 paliwa gazowego oraz szczelinowe otwory 52 i 53 gazu utleniającego wytwarza się w metalowej płycie techniką wykrawania.

Opisany powyżej sposób wytwarzania separatora 30 powoduje, że separator 30 jest lekko odkształcony. Płyty 62 i 64 wytwarzane techniką prasowania są lekko odkształcone w zależności od nadanego im falistego kształtu. Spajanie tych dwóch płyt 62 i 64 ze sobą koryguje te odkształcenia. W rezultacie uzyskuje się zespół 60 płyt 62 i 64 lekko odkształcony. W przypadku używania separatorów o lekkim odkształceniu do montażu ogniw paliwowych, nacisk powierzchniowy występujący w odpowiednich ogniwach jednostkowych zespołu ogniw paliwowych jest w przybliżeniu stały. Takie rozwiązanie skutecznie zapobiega zwiększaniu się oporu wewnętrznego w wyniku częściowego zmniejszenia nacisku powierzchniowego, a tym samym zapewnia odpowiednie osiągi zespołu ogniw paliwowych.

Sposób wytwarzania separatora 30 według tego przykładu wykonania charakteryzuje się dodatkowymi efektami wspólnymi dla sposobów wytwarzania metalowych separatorów techniką prasowania, innymi niż omówiony wcześniej efekt zapobiegania odkształcaniu separatora. Sposób prasowania metalowej płyty jest sposobem wygodnym, który skraca proces wytwarzania separatora. A mianowicie, sposób według tego przykładu wykonania umożliwia tanie wytwarzanie separatorów w trakcie uproszczonego procesu. Materiał metalowy ma znakomitą wytrzymałość mechaniczną, wskutek czego separatory mogą być cieńsze w porównaniu z separatorami z materiału węglowego. Takie rozwiązanie znacznie zmniejsza wymiary całego zespołu ogniw paliwowych.

Sposób według tego przykładu wykonania umożliwia wytwarzanie separatorów 30 poprzez łączenie dwóch płyt 62 i 64 ze sobą. W tym przypadku, w którym jedna płyta metalowa jest prasowana w celu wykonania separatora, trudno jest uformować wypukłości w tych samych obszarach na obu powierzchniach separatora. W związku z tym istnieją pewne ograniczenia w nadawaniu falistych kształtów obu powierzchniom separatora. Stosowanie grubych płyt metalowych może zapewnić odpowiedni stopień swobody w formowaniu wypukłości na każdej powierzchni separatora. Jednakże grube separatory niepożądanie zwiększają grubość całego zespołu ogniw paliwowych i dlatego nie są praktyczne. Sposób według tego przykładu wykonania umożliwia wytwarzanie separatora 30 techniką spajania dwóch płyt 62 i 64 ze sobą, co umożliwia swobodne nadawanie falistego kształtu obu powierzchniom separatora 30 bez żadnych ograniczeń i bez zwiększania jego grubości.

W konstrukcji separatora 30 według tego przykładu wykonania komory 65 wyznaczone przez dwie płyty 62 i 64 są wypełnione wypełniaczem. Takie rozwiązanie zwiększa wytrzymałość na wyboczenie w obszarach tworzących żebra 54 i 55 i zmniejsza potencjalne pełzanie powstające w strukturze warstwowej l4. Ponieważ wypełniacz zwiększa wytrzymałość na wyboczenie w obszarach tworzących żebra 54 i 55 więc nie ma potrzeby zwiększania grubości separatora w celu zapewnienia wystarczającej wytrzymałości mechanicznej. Rozwiązanie

189 628 polegające na wypełnieniu komór 65 wyznaczonych przez dwie płyty 62 i 64 wypełniaczem zwiększa przewodność elektryczną i przewodność termiczną ogniw paliwowych z separatorami 30. Stosując jako wypełniacz ekspandowany termicznie grafit o znakomitej przewodności elektrycznej zwiększa się przewodność elektryczną całego separatora, zmniejszając w ten sposób opór wewnętrzny w ogniwach paliwowych zawierających takie separatory. W porównaniu do konstrukcji z nie wypełnionymi komorami, konstrukcja z komorami wypełnionymi wypełniaczem umożliwia uzyskanie separatorów o lepszej przewodności termicznej. Ogniwa paliwowe z takimi separatorowi mają lepszą sprawność chłodzenia za pomocą strumienia wody chłodzącej płynącego wewnątrz ogniw paliwowych. Zwiększona sprawność chłodzenia umożliwia trzymanie temperatury wewnętrznej ogniw paliwowych na w przybliżeniu stałym poziomie w pożądanym zakresie temperatur. Lepsza przewodność termiczna separatora umożliwia szybkie podnoszenie temperatury wewnętrznej całego zespołu ogniw paliwowych podczas ich rozruchu, a zatem skraca czas ich gotowości do pracy.

Na figurze 6 pokazano dwa wykresy przedstawiające parametry pracy zespołu ogniw paliwowych z separatorami 30 według tego przykładu wykonania i innego zespołu ogniw paliwowych z separatorami, które są podobne do separatorów 30, ale nie mają jakichkolwiek wypełniaczy w wewnętrznych komorach. Każdy zespół ogniw paliwowych jest układem warstwowym 100 ogniw jednostkowych. Jak widać na wykresie z fig. 6, zespół ogniw paliwowych z separatorami 30 utrzymuje odpowiedni poziom napięcia wyjściowego ze wzrostem gęstości wyjściowego prądu elektrycznego, to znaczy ze wzrostem wielkości podłączonego obciążenia. Z jednej strony zespół ogniw paliwowych z separatorami bez żadnego wypełniacza w komorach wewnętrznych ma zmniejszone napięcie wyjściowe ze wzrostem wielkości podłączonego obciążenia. Separator 30 z elementami wypełniającymi 66 ma mniejszy opór wewnętrzny tak, żeby zmniejszyć polaryzację rezystancji i utrzymać odpowiedni poziom napięcia wyjściowego.

W omówionym powyżej przykładzie wykonania, elementy wypełniające 66 wypełnione wypełniaczem znajdują się pomiędzy dwiema płytami 62 i 64 połączonymi ze sobą w celu poprawy przewodności elektrycznej i przewodności cieplnej separatora 30. Komory 65 wyznaczone przez parę płyt 62 i 64 nie muszą jednak być wypełnione jakimkolwiek wypełniaczem pod warunkiem, że wykonany w ten sposób separator ma przewodność elektryczną i cieplną w odpowiednich dopuszczalnych przedziałach wartości. Nawet w tym przypadku rozwiązanie polegające na spojeniu dwóch płyt 62 i 64 ze sobą skutecznie zapobiega odkształcaniu się wykonanego w ten sposób separatora. Brak elementów wypełniających 66 korzystnie zmniejsza całkowitą wagę separatora. W przypadku rezygnacji z elementów wypełniających 66, obie płyty 62 i 64 można spoić ze sobą, na przykład techniką zgrzewania punktowego albo spawania, w której używa się wibracji lub fal ultradźwiękowych.

W separatorze 30 według pierwszego przykładu wykonania, prasuje się dwie płyty metalowe w celu uzyskania płyt 62 i 64, po czym pomiędzy parą płyt 62 i 64 umieszcza się, w procesie łączenia tych płyt 62 i 64 ze sobą, wypełniacz do formowania elementów wypełniających 66.

W jednej z możliwych modyfikacji, pomiędzy dwiema metalowymi płytami, przed ich prasowaniem do postaci płyt 62 i 64, umieszcza się wypełniacz. Modyfikacje te pokazano na fig. 11 jako drugi sposób wytwarzania separatora 30. Ten zmodyfikowany sposób polega na dostarczeniu najpierw dwóch metalowych płyt, podobnie jak w przypadku pierwszego sposobu wytwarzania widocznego na fig. 5, a następnie na umieszczeniu pomiędzy tymi dwiema metalowymi płytami wypełniacza (na przykład ekspandowanego termicznie grafitu sprasowanego uprzednio w płytę) (krok S300). W następnym etapie w skład tego sposobu wchodzi prasowanie tak uzyskanej struktury warstwowej, w skład której wchodzą dwie metalowe płyty umieszczone w poprzek wypełniacza (etap S310). Rezultatem tego etapu jest nadanie dwóm metalowym płytom z góry zadanego falistego kształtu z równoczesnym spojeniem dwóch metalowych płyt ze sobą w poprzek wypełniacza. W rezultacie uzyskuje się zespół 60 płyt 62 i 64 o takiej samej strukturze jak struktura zespołu 60 płyt 62 i 64 uzyskanego w etapie SI 10 pokazanym na schemacie blokowym z fig. 5. Następnie powierzchnię zespołu 60 płyt 62 i 64 poddaje się obróbce powierzchniowej (etap 5320) w taki sam sposób jak w etapie SI 20 na fig. 5. Kończy to proces wytwarzania separatora 30 o takiej samej strukturze jak ten z przykładu wy189 628 konania omówionego powyżej. W separatorze 30 wykonanym za pomocą tego zmodyfikowanego sposobu, falisty kształt obu powierzchni separatora jest nadawany w różnych płytach metalowych. Takie rozwiązanie skutecznie zapobiega odkształcaniu się separatora, jak to omówiono w powyższym przykładzie wykonania.

W tym przykładzie wykonania separatora 30, elementy wypełniające 66 stanowi ekspandowany termicznie grafit. Alternatywnie, pomiędzy dwiema połączonymi ze sobą metalowymi płytami można umieścić każdy dowolny wypełniacz o wystarczającej przewodności elektrycznej w celu poprawy przewodności elektrycznej i przewodności cieplnej wykonanego separatora gazów. Zamiast ekspandowanego termicznie grafitu zastosowanego w tym przykładzie wykonania, można przykładowo użyć mieszanki proszku węglowego, takiego jak naturalny grafit lub sadza, ze spoiwem (na przykład z żywicą termoutwardzalną). Można również zastosować pasty przewodzące (kleje zawierające proszek węglowy lub proszek metalowy), żywice przewodzące elektryczność oraz podobne do gąbek elementy piankowe składające się z materiału przewodzącego elektryczność (na przykład spienionego niklu). W przypadku użycia jako wypełniacza ekspandowanego termicznie grafitu zastosowanego w tym przykładzie wykonania albo dowolnej innej pasty przewodzącej elektryczność, sam wypełniacz powinien mieć spójność umożliwiającą łatwe spajanie dwóch płyt metalowych ze sobą techniką prasowania. W przypadku stosowania materiału węglowego innego niż ekspandowany termicznie grafit, do materiału węglowego dodaje się spoiwo w celu nadania wykonanemu wypełniaczowi odpowiedniej spójności. W przypadku wypełniacza nie mającego wystarczającej spójności, na przykład w przypadku zastosowania jako wypełniacza spienionego niklu, metalowe płyty są spajane ze sobą za pomocą kleju. W przypadku wypełniacza wykonanego ze spienionego niklu, jako kleju można użyć ekspandowanego termicznie grafitu, umieszczając go na powierzchni stykowej płyty metalowej ze spienionym niklem. Wśród tych zastosowań, użycie jako wypełniacza ekspandowanego termicznie grafitu, jak to omówiono w niniejszym przykładzie wykonania, powoduje, że wypełniacz 28 stanowi pojedynczy materiał bez żadnych dodatkowych materiałów o gorszej przewodności elektrycznej, a zatem, korzystnie, zachowuje zadowalającą przewodność elektryczną całego separatora.

W separatorze 30 według tego przykładu wykonania, powierzchnia zespołu 60 płyt 62 i 64, który wytwarza się spajając ze sobą dwie płyty 62 i 64 jest pokryta warstwą powłokową 68, która składa się z ekspandowanego termicznie grafitu tak, żeby otrzymać wystarczającą odporność na korozję. Warstwę powłokową 68 można wykonać z dowolnego innego materiału pod warunkiem, że materiał ten ma odpowiednią przewodność elektryczną i nadaje zespołowi 60 płyty 62 i 64 odpowiednią odporność na korozję. Na przykład, podobnie jak w przypadku używania ekspandowanego termicznie grafitu, zastosowanie na warstwę powłokową 68 niklu nałożonego galwanicznie nadaje zespołowi odpowiednią odporność na korozję bez pogarszania przewodności elektrycznej na powierzchni stykowej z każdą sprzężoną dyfuzyjną elektrodą gazową ogniw paliwowych. Na powlokę tę można również użyć pasty przewodzącej elektryczność.

Dopóki na powierzchni stykowej separatora 30 jest zapewniona odpowiednia przewodność elektryczna z każdą sprzężoną dyfuzyjną elektrodą gazową ogniw paliwowych nie jest konieczne równomierne pokrywanie całej tej powierzchni zespołu 60 płyt 62 i 64 warstwą powłokową 68. Jedna z możliwych modyfikacji polega na pokrywaniu powierzchni innych niż powierzchnia stykowa (na przykład powierzchni formujących ' kanały przepływowe 24P paliwa gazowego i kanały przepływowe 25P gazu utleniającego) materiałem o mniejszej przewodności elektrycznej ale odpowiedniej odporności na korozję. Na przykład, w jednym z zalecanych przykładów wykonania pokrywa się powierzchnie tworzące kanały przepływowe 24P paliwa gazowego oraz kanały przepływowe 25P gazu utleniającego materiałem hydrofilowym albo materiałem hydrofobowym. Przykładami materiału hydrofitowego są tlenki krzemu oraz żywice pochłaniające wodę. Przykładem materiału hydrofobowego jest policzterofluoroetylen.

Poniżej opisano efekt takiego rozwiązania, w którym pokryto powierzchnie tworzące kanały przepływowe 24P paliwa gazowego i kanały przepływowe 25P gazu utleniającego materiałem hydrofilowym albo materiałem hydrofobowym. Reakcje elektrochemiczne wyrażone podanymi powyżej równaniami (1) do (3) przebiegają w ogniwach paliwowych z separatorami 30. W miarę postępowania tych reakcji elektrochemicznych, na katodach powstaje woda

189 628 zgodnie z równaniem (3). Woda ta paruje do gazu utleniającego i wypływa z ogniw paliwowych. Natomiast w obszarach lokalnych ogniw paliwowych, gdzie temperatura jest niższa, woda może się skraplać, uniemożliwiając płynny przepływ gazu utleniającego na jego drodze przepływu. W wyniku reakcji elektrochemicznych na anodach powstają protony, jak widać z równania (1). Protony na ogół dyfundują w litą membranę elektrolitową w stanie uwodnionym.

Podczas eksploatacji ogniw paliwowych, doprowadzany do nich strumień paliwa gazowego jest na ogół nawilżony i doprowadza wodę z anod do litej membrany elektrolitowej. Przepływ nawilżonego paliwa gazowego może powodować skraplanie na drodze jego przepływu. Skropliny mogą uniemożliwiać płynny przepływ paliwa gazowego. Zastosowanie materiału hydrofilowego na powierzchnie tworzące kanały przepływowe 24P paliwa gazowego oraz kanały przepływowe 25P gazu utleniającego w odpowiednich ogniwach jednostkowych 28 zespołu ogniw paliwowych umożliwia doprowadzanie skroplin powstających w kanałach przepływowych gazów wzdłuż hydrofilowej powierzchni ściany kanałów przepływowych, łącznie ze strumieniem gazu oraz łatwe odprowadzanie ich z ogniw jednostkowych 28. Z drugiej strony, zastosowanie materiału hydrofobowego na powierzchnie tworzące kanały przepływowe gazu powoduje odpychanie skroplin przez hydrofobową powierzchnie ściany kanałów przepływowych oraz łatwe ich odprowadzanie z ogniw jednostkowych 28 przez strumienie gazu.

W omówionym powyżej przykładzie wykonania, zespół 60 płyt 62 i 64 z elementami wypełniającymi 66 jest poddawany w trakcie procesu produkcji separatora 30 obróbce powierzchniowej w celu utworzenia warstwy powłokowej 68.

Alternatywnie, obróbkę powierzchniową można przeprowadzić na odpowiednich płytach 62 i 64 przed ich połączeniem ze sobą w celu utworzenia zespołu 60 płyt 62 i 64. Ta alternatywna procedura polega na prasowaniu płyt metalowych do postaci płyt 62 i 64 (etap S100 na fig. 5), następnie na przeprowadzeniu obróbki powierzchniowej na odpowiednich płytach 62 i 64 w celu utworzenia warstwy powłokowej 68 w taki sam sposób jak w etapie SI20 na fig. 5, a następnie na umieszczeniu wypełniacza pomiędzy płytami 62 i 64 pokrytymi warstwą powłokową 68 w celu złączenia tych płyt 62 i 64 ze sobą, podobnie jak w ten sam sposób w etapie 5110 na fig. 5.

W omówionym powyżej przykładzie wykonania, na powierzchni separatora 30 znajduje się warstwa powłokowa 68 nadająca mu odpowiednią odporność na korozję. W przypadku, kiedy materiał nałożony na płyty 62 i 64 ma odpowiednią odporność na korozję, nie ma potrzeby tworzenia warstwy powłokowej 68 na powierzchni płyt 62 i 64. W tym przypadku rozwiązanie polegające na spojeniu ze sobą dwóch płyt 62 i 64 w celu utworzenia zespołu 60 płyt 62 i 64 również skutecznie zmniejsza potencjalne odkształcenie wykonanego separatora.

W powyższym przykładzie wykonania, płyty 62 i 64 są wykonane ze stali nierdzewnej. Podobne efekty do opisanych w tym przykładzie wykonania uzyskuje się stosując płyty 62 i 64 wykonane z innego metalu, takiego jak aluminium. W przypadku, kiedy powierzchnia separatora jest pokryta warstwą powłokową 68 w celu nadania mu odporności na korozję, to metal nałożony na materiał płyt 62 i 64 nie musi mieć odpowiedniej odporności na korozje. Odpowiedni materiał na płyty 62 i 64 można wybrać kierując się wagą i kosztami metalu.

Rozwiązanie polegające na łączeniu ze sobą płyt 62 i 64 wykonanych z niemetalowego materiału przewodzącego elektryczność w celu wykonania separatora również daje podobne efekty, to znaczy wykonany w ten sposób separator jest cienki i w mniejszym stopniu odkształcony. Do przykładów niemetalowych materiałów przewodzących elektryczność należą proszek węglowy wymieszamy ze spoiwem i ekspandowany termicznie grafit. W tym przypadku sposób ten umożliwia prasowanie cienkich płyt wykonanych z dowolnych materiałów węglowych do postaci dwóch płyt o z góry zadanym falistym kształcie oraz łączenie tych dwóch płyt ze sobą w celu wytworzenia separatora.

W przypadku, kiedy któryś z tych materiałów węglowych jest prasowany tak, żeby powstał z niego integralny separator o z góry zadanych falistych kształtach z obu jego stron, to falisty kształt obu powierzchni powoduje zróżnicowane grubości ścianek na tej samej powierzchni. Rezultatem różnic w grubości ścianek jest zróżnicowane ciśnienie powierzchniowe działające na te samą powierzchnię podczas prasowania. W celu zapewnienia odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej gotowego separatora konieczne jest ustalenie grubości ścian

189 628 gotowego separatora na poziomie równym lub większym od z góry zadanej wartości oraz dodanie odpowiedniej ilości spoiwa. Jednakże zwiększenie ilości dodawanego spoiwa prowadzi do zmniejszenia przewodności elektrycznej. W rozwiązaniu, w którym zastosowano spajanie ze sobą dwóch płyt, które uzyskuje się techniką wytłaczania materiału węglowego, wytwarza się w ten sposób separator, którego obie powierzchnie mają falisty kształt. Z drugiej strony, każda płyta ma falistą powierzchnie tylko z jednej strony, która to strona odpowiada tej pofalowanej powierzchni separatora. Takie rozwiązanie zapewnia równomierną grubość ścianek całej płyty i umożliwia działanie w przybliżeniu stałym naciskiem powierzchniowym w procesie prasowania odpowiednio cienkich płyt. Takie rozwiązanie zmniejsza również ilość dodawanego spoiwa oraz grubość ścianek odpowiednich płyt wykonanych z materiału węglowego. W przypadku, kiedy obie płyty, które są wykonane z materiału przewodzącego elektryczność innego niż metal są spojone ze sobą, wypełniacz przewodzący elektryczność i usytuowany pomiędzy tymi dwiema płytami zwiększa przewodność elektryczną i przewodność cieplną oraz zapewnią gotowemu separatorowi odpowiednia wytrzymałość mechaniczną, jak już wspomniano poprzednio w tym przykładzie wykonania.

W omówionym powyżej przykładzie wykonania, obie faliste powierzchnie separatora 30 wyznaczają kanały przepływowe 24P paliwa gazowego i kanały przepływowe 25P gazu utleniającego. Jednakże taki falisty kształt może wyznaczać drogę przepływu płynu różnego od paliwa gazowego i gazu utleniającego. Na przykład, jak wspomniano wcześniej, falisty kształt wyznacza drogę przepływu wody chłodzącej płynącej wewnątrz ogniw paliwowych w celu utrzymania temperatury wewnętrznej paliwa gazowego w pożądanym przedziale wartości. Separator z kanałem przepływowym wody chłodzącej wykonany sposobem podobnym do sposobu wytwarzania separatora 30 z tego przykładu wykonania daje te same efekty, jakie omówiono w tym przykładzie wykonania.

Nie jest konieczne formowanie kanału przepływu płynu na obu powierzchniach separatora wytwarzanego w ten sposób. Jedna powierzchnia może być płaska, bez nadawania jej falistych kształtów. W jednej przykładowej konstrukcji ogniw paliwowych separator, który sąsiaduje z separatorem kanału przepływowego wody chłodzącej ma jedną płaską powierzchnię, która styka się z separatorem kanału przepływowego wody chłodzącej i drugą powierzchnię, która ma kształt falisty wyznaczającą kanały przepływowe 24P paliwa gazowego lub kanały przepływowe 25P gazu utleniającego. W tym przypadku, separator ten może być wykonany sposobem podobnym do sposobu wytwarzania separatora 30. Rozwiązanie polegające na spajaniu dwóch płyt ze sobą skutecznie zmniejsza ewentualne odkształcenia gotowego separatora o takiej konstrukcji. Konstrukcja, w której wewnętrzne obszary są wypełnione wypełniaczem przewodzącym elektryczność umożliwia uzyskanie wspomnianych powyżej efektów, to znaczy ma lepszą przewodność elektryczną i przewodność cieplną.

W omawianym powyżej pierwszym przykładzie wykonania separator jest wytwarzany techniką spajania dwóch płyt ze sobą w celu zmniejszenia ewentualnego odkształcenia gotowego separatora. W innej konstrukcji stosowanej w celu zmniejszenia ewentualnego odkształcenia gotowego separatora używa się jako oddzielne elementy płaski zespół płyty i formę wypukłą, którą formuje się na zespole płyty w celu wyznaczenia drogi przepływu gazu. Taki układ opisano jako drugi przykład wykonania separatora.

Na figurze 7 przedstawiono schematycznie przekrój ilustrujący separator 130 w drugim przykładzie wykonania.

Na figurze 8 pokazano rzut z góry pokazujący powierzchnię separatora 130. W skład separatora 130, w drugim przykładzie wykonania, wchodzi zespół 160 płyt wykonany ze stali nierdzewnej z szeregiem otworów przelotowych 156 o kołowym przekroju poprzecznym, w które są wkładane wkładki 170 oraz warstwa powłokowa 168 wykonana z ekspandowanego termicznie grafitu i pokrywająca powierzchnię zespołu 160 płyt i wkładki 170. Separatory 130 oraz inne z góry zadane elementy są układane jeden na drugim podobnie jak separatory 30 z pierwszego przykładu wykonania. W rezultacie powstają ogniwa paliwowe podobne do tych z pierwszego przykładu wykonania. W dalszym ciągu opisu elementy składowe wspólne dla pierwszego i drugiego przykładu wykonania są oznaczone tymi samymi numerami identyfikacyjnymi, a ich opis pominięto.

189 628

Podobnie jak w separatorze 30, w separatorze 130 znajdują się, na jego obwodzie, otwory szczelinowe 50 i 51 paliwa gazowego oraz otwory szczelinowe 52 i 53 gazu utleniającego. W separatorze 130 znajduje się szereg żeber 155, które są rozmieszczone w identycznych miejscach na odpowiednich powierzchniach i nadają powierzchni separatora 130 wypukły kształt za pomocą szeregu wkładek 170 rozmieszczonych w układzie regularnym. W zespole 160 płyt znajduje się płaska cześć 182, to jest obszar z uformowanymi w nim żebrami 155 oraz część uszczelniająca 180 wyznaczająca obwodowy obszar separatora 130, na zewnątrz otworów szczelinowych 50 i 51 paliwa gazowego i otworów szczelinowych 52 i 53 gazu utleniającego. Część uszczelniająca 180 ma grubszy przekrój poprzeczny niż przekrój poprzeczny płaskiej części 182. Płaska część 182 tworząca wklęsłą powierzchnie pod częścią uszczelniająca 180 jest skonstruowana tak, że umożliwia połączenie otworów szczelinowych 52 i 53 gazu utleniającego usytuowanych na odpowiednich powierzchniach separatorów 130 w zespole ogniw paliwowych (patrz fig. 8). W tym zespole ogniw paliwowych końce żeber 155 stykają się ze sprzężona, dyfuzyjną elektrodą gazową, a kanały przepływowe 25P gazu utleniającego są wyznaczone przez boczne powierzchnie żeber 155, powierzchnię płaskiej części 182 i sprzężoną dyfuzyjną elektrodę gazową. Płaska część 182 jest skonstruowana w taki sposób, żeby umożliwiała połączenie otworów szczelinowych 50 i 51 paliwa gazowego usytuowanych na powierzchniach separatorów 130 w zespole ogniw paliwowych. Kanały przepływowe 24P paliwa gazowego są wyznaczone przez boczne powierzchnie żeber 155, powierzchnię płaskiej części 182 oraz pozostałą sprzężoną dyfuzyjną elektrodę gazową w zespole ogniw paliwowych.

Na figurze 9 pokazano sposób wytwarzania separatora 130 za pomocą schematu blokowego ilustrującego proces wytwarzania separatora 130 oraz schematyczne rzuty odpowiadające odpowiednim etapom schematu blokowego.

W sposobie tym najpierw dostarcza się cienką płytę ze stali nierdzewnej i perforuje ją w szeregu z góry zadanych miejsc tworząc szereg otworów, a zatem uzyskując zespół 160 płyty (etap S200). Na otwory wykonane w płycie ze stali nierdzewnej składają się otwory 156 wykonane w miejscach odpowiadających odpowiednim żebrom 155 separatora 130 widoczne na fig. 8, a także otwory szczelinowe 50 i 51 paliwa gazowego i otwory szczelinowe 52 i 53 gazu utleniającego. Wśród otworów utworzonych w etapie S200 wszystkie otwory 156 wykonane w miejscach odpowiadających odpowiednim żebrom 155 mają średnicę, która jest nieco mniejsza niż średnica przekroju poprzecznego każdego żebra 155. Następnie, w każdy z otworów 156 wykonanych w miejscach odpowiadających odpowiednim żebrom 155 wtłacza się za pomocą odpowiedniego podajnika (etap S210) drut. Każdy z wtłoczonych drutów tworzy żebro 155 separatora 130 i ma średnicę nieco większą niż średnica każdego odpowiedniego otworu wykonanego w etapie S200. Zastosowanie drutów o takiej średnicy zapewnia odpowiednie właściwości uszczelniające pomiędzy metalowym zespołem 160 płyt a wtłoczonymi drutami.

Następnie odcina się końce drutów wtłoczonych w zespół 160 płyt (etap S220). Odległości ciecia odpowiednich drutów (to jest odległości od zespołu 160 płyt) są ustalone na każdej powierzchni zespołu 160 płyt. Odcięcie końców drutów kończy wytwarzanie wkładek 170 wtłoczonych w odpowiednie otwory uformowane w zespole 160 płyt tak, że w identycznych miejscach na obu powierzchniach zespołu 160 płyt powstaje szereg żeber 155. Po utworzeniu żeber 155 przeprowadza się obróbkę powierzchniową w taki sam sposób jak w etapie S210 na fig. 5 dla zespołu 160 płyt i szeregu żeber 155 (etap S230) tak, że powstaje gotowy separator 130. Obróbka powierzchniowa w tym etapie polega na pokrywaniu powierzchni zespołu 160 płyt i szeregu żeber 155 ekspandowanym termicznie grafitem, podobnie jak w separatorze 30 z pierwszego przykładu wykonania.

Sposób wytwarzania separatora 130, według drugiego przykładu wykonania umożliwia wykonanie płaskiego zespołu 160 płyt oraz drutów tworzących żebra 155 jako oddzielnych elementów. Takie rozwiązanie skutecznie zapobiega potencjalnemu odkształceniu separatora. Skonstruowanie żeber 155 jako oddzielnych elementów eliminuje wszystkie siły gnące lub rozciągające metalową płytę, które mogłyby spowodować ewentualne odkształcenie, działające na zespół 60 płyt.

W separatorze 130, według drugiego przykładu wykonania, nadawanie falistego kształtu powierzchniom odbywa się prostymi technikami, to jest poprzez formowanie otworów 156

189 628 wyznaczających żebra 155, wtłaczanie drutów w otwory 156 oraz odcinanie wtłoczonych drutów. W porównaniu ze sposobem konwencjonalnym, w którym prasuje się metalową płytę lub materiał węglowy w celu wykonania separatora, rozwiązanie to upraszcza proces produkcji i skraca czas potrzebny do wytwarzania separatora.

Wymiary żeber 155 utworzonych na powierzchniach separatora 130 wybiera się dowolnie regulując średnice drutów wtłoczonych w procesie wytwarzania separatora 130. Druty 0 mniejszej średnicy umożliwiają wytwarzanie drobniejszych żeber o wyższej dokładności. W porównaniu z rozwiązaniem polegającym na prasowaniu materiału węglowego albo płyty metalowej w celu uzyskania falistego kształtu powierzchni, rozwiązanie to umożliwia wytwarzanie drobniejszych falistych kształtów znacznie łatwiejszą techniką. Rozwiązanie to zapobiega również zwiększeniu kosztów produkcji w wyniku stosowania formy o złożonym falistym kształcie.

W sposobie wytwarzania separatora 130, w tym przykładzie wykonania, stosuje się cieńszą płytę metalową w porównaniu ze sposobem konwencjonalnym, w którym prasuje się metalową płytę w celu wytworzenia separatora gazów, który ma obie faliste powierzchnie. W sposobie polegającym na prasowaniu metalowej płyty i nadaniu jej falistego kształtu są wyginane albo rozciągane odpowiednie obszary metalowej płyty, odpowiadające tym falistym kształtom. W związku z tym wymaga się, aby metalowa płyta miała odpowiednią grubość. Z drugiej strony, w sposobie według tego przykładu wykonania, ze względu na to, że metalowa płyta posiada otwory, w które wtłacza się wkładki 170, zespół 160 płyt jest wykonany z cieńszej płyty metalowej niż płyta metalowa używana w konwencjonalnym sposobie prasowania. Sposób wytwarzania separatora 130 w tym przykładzie wykonania nie wymaga, żeby materiał był wyginany lub rozciągany podczas prasowania, a zatem umożliwia wykonanie cieńszego gotowego separatora w porównaniu ze sposobem wykonania separatora techniką prasowania materiału wykonanego głównie z proszku węglowego. Stosowanie cienkiej metalowej płyty do wytwarzania separatora skutecznie zmniejsza wymiary całego zespołu ogniw paliwowych.

W omówionym powyżej drugim przykładzie wykonania, zespół 160 płyt jest wykonany ze stali nierdzewnej. Efekt zapobiegania ewentualnemu odkształceniu gotowego separatora uzyskuje się również stosując zespół 160 płyty wykonany z innego materiału, na przykład z dowolnego spośród innych materiałów metalowych, takich jak aluminium, materiały węglowe i żywice. W tym przykładzie wykonania powierzchnia separatora 130 jest pokryta warstwą powłokową 168. Materiał użyty na zespół 160 płyt nie musi zatem być odpowiednio odporny na korozję, ale musi mieć odpowiednią wytrzymałość mechaniczną oraz musi być odpowiednio trwały w temperaturach roboczych ogniw paliwowych. W tym przypadku, w którym materiał na zespół 160 płyt jest odpowiednio odporny na korozje, nie trzeba formować warstwy powłokowej 168 na powierzchni zespołu 160 płyt.

W skład separatora 130 w tym przykładzie wykonania wchodzi zespół 160 płyt oraz żebra 155 jako oddzielne elementy. Przewodność elektryczną separatora 130 zapewniają żebra 155 tak, że zespół 160 płyt nie musi przewodzić elektryczności. W porównaniu z rozwiązaniem polegającym na integralnym prasowaniu separatora, rozwiązanie to zwiększa zakres wyboru materiałów nadających się na zespół 160 płyt. A mianowicie, można również stosować materiał o lepszej odporności na korozje oraz materiał o mniejszej wadze. Odpowiedni materiał jest wybierany z uwzględnieniem kosztów oraz innych czynników.

W omówionym powyżej przykładzie wykonania, żebra 155 są wytwarzane z drutów. Druty te mają odpowiednią przewodność elektryczną i odpowiednią wytrzymałość mechaniczną na ich wtłaczanie w zespół 160 płyt albo w warunkach występujących podczas montażu ogniw paliwowych. W opisanym powyżej sposobie wytwarzania separatora 130 druty są wtłaczane w otwory 156 wykonane w zespole 160 płyt w celu utworzenia żeber 155. Korzystnie, druty te są z materiału zapewniającego wystarczające właściwości uszczelniające pomiędzy zespołem 160 płyt a wtłoczonymi w niego drutami.

Jak omówiono w powyższym przykładzie wykonania, za pomocą metalowych drutów imetalowego zespołu 160 płyt można łatwo uzyskać potrzebne właściwości uszczelniające poprzez prosty proces wtłaczania drutów o nieco większej średnicy w otwory utworzone w zespole 160 płyt.

189 628

W zmodyfikowanym sposobie stosowanym w celu uzyskania wymaganego uszczelnienia, w otwory 156, uformowane w zespole 160 płyt, wkłada się metalowe druty o nieco mniejszej średnicy niż średnica tych otworów, odcina się te druty na zadaną długość, wykonując w ten sposób wkładki 170 oraz działa się ciśnieniem zarówno na górną, jak i dolną część wkładek 170 w celu doszczelniania tych elementów.

W innym zmodyfikowanym sposobie zapewniającym szczelność pomiędzy żebrami 155 a zespołem 160 płyt wtłacza się druty w celu utworzenia żeber 155, po czym uszczelnia się prześwity w miejscach styczności żeber 155 z zespołem 160 płyt. W tym ostatnim przypadku druty do formowania żeber 155 mogą być wykonane z innego materiału przewodzącego elektryczność, takiego jak materiał węglowy.

Jak wynika z powyższego opisu, w skład separatora może wchodzić zespół płyt wykonany z żywicy oraz wkładki wykonanej z materiału węglowego. W tym przypadku, zespół płyt z otworami, w które wkłada się wkładki, można wytwarzać wykrawając otwory w płycie z żywicy albo techniką formowania wtryskowego. Wykrawanie otworów w płycie z żywicy jest łatwiejsze niż perforowanie metalowej płyty w celu wykonania otworów, jak omówiono w tym przykładzie wykonania. W przypadku zastosowania techniki formowania wtryskowego do wytwarzania zespołu płyt, strukturę odpowiadającą części uszczelniającej 180, którą omówiono dalej, formuje się równocześnie z otworami, w które wkłada się wkładki. Takie rozwiązanie umożliwia integralne formowanie części uszczelniającej w celu zapewnienia w ogniwach paliwowych wystarczającej szczelności dla gazów. W porównaniu z konwencjonalnym sposobem wytwarzania separatora techniką prasowania, rozwiązanie to, korzystnie, zmniejsza liczbę części potrzebnych do montażu ogniw paliwowych, a tym samym zmniejsza koszty wytwarzania (bardzo trudno jest uformować techniką prasowania część uszczelniającą jako element integralny). W tym przypadku wkładki mogą być wykonane z dowolnego, odpowiedniego do tego materiału węglowego, na przykład z ekspandowanego termicznie grafitu albo z mieszanki proszku grafitowego ze spoiwem (na przykład z żywicą termoutwardzalną). W separatorze z zespołem płyty wykonanym z żywicy oraz z wkładkami wykonanymi z materiału węglowego, zarówno zespół płyt, jak i wkładki są odpowiednio odporne na korozję tak, że nie ma potrzeby formowania warstwy powłokowej, odmiennie niż w separatorze 130 z drugiego przykładu wykonania.

Wkładki mogą być wykonane z żywicy a nie z materiału przewodzącego elektryczność. W jednej konstrukcji, zespół płyt jest wykonany z metalu podobnego do separatora 130 w drugim przykładzie wykonania, a wkładki są wykonane z żywicy. W tym przypadku cala powierzchnia separatora albo powierzchnia wkładek jest pokryta warstwą przewodzącą elektryczność (na przykład pokryta materiałem węglowym albo platerowana metalem). Takie rozwiązanie, zapewnia wystarczającą przewodność elektryczną potrzebną separatorowi do ogniw paliwowych.

Separator 130 jest powleczony warstwą powłokową 168 wykonana z ekspandowanego termicznie grafitu w celu osiągnięcia odpowiedniej odporności korozyjnej. Podobnie jak warstwa powłokowa 68 w separatorze 30 według pierwszego przykładu wykonania, warstwa powłokowa 168 może być wykonana z dowolnego, odpowiedniego do tego celu materiału różnego od materiału węglowego, na przykład z metalu podobnego do niklu albo z pasty przewodzącej elektryczność. Przewodność elektryczna nie jest potrzebna tylko w specyficznych obszarach powierzchni styku z każdą sprzężoną dyfuzyjną elektrodą gazową w zespole ogniw paliwowych. Zatem te specyficzne obszary można pokryć materiałem hydrofilowym albo materiałem hydrofobowym w taki sam sposób jak w pierwszym przykładzie wykonania. W ten sposób uzyskuje się odpowiednią odporność na korozję i zwiększa się drenaż wody. W przypadku zastosowania na zespół 160 płyt i wkładki 170 materiałów o odporności na korozję na dopuszczalnym poziomie, można zrezygnować z warstwy powłokowej 168.

Sposób według drugiego przykładu wykonania polega na perforowaniu metalowej płyty w taki sposób, żeby utworzyć otwory a nie odkształcać falistych kształtów w rezultacie prasowania. Korzystnie, takie rozwiązanie zachowuje bez zmian grubość zespołu 160 płyt podczas jego wytwarzania, umożliwia wykonanie zespołu 160 płyt z płyty metalowej mającej obszar obwodowy o grubszym przekroju poprzecznym (to jest obszar odpowiadający części uszczelniającej 180). W zespole ogniw paliwowych z separatorami 130 wykonanymi w po189 628 wyższy sposób, obszary o grubszym przekroju poprzecznym łatwo zapewniają potrzebne właściwości uszczelniające.

Na figurze 10 pokazano część przekroju poprzecznego separatora 130 (w sąsiedztwie obwodowej części separatora 130) poprowadzonego płaszczyzną 10-10 na fig. 8. Jak już opisano wcześniej, w skład zespołu 160 płyt separatora 130 wchodzi płaska część 182 z żebrami 155 uformowanymi w niej za pomocą wkładek 170 oraz część uszczelniająca 180, która znajduje się w obwodowej części separatora 130 i ma grubszy przekrój poprzeczny. Pomimo, że nie wspomniano o tym w sposobie wytwarzania separatora 130, to w sposobie wytwarzania pokazanym na fig. 9 stosuje się metalową płytę z częścią uszczelniającą 180 umieszczoną na jej obszarze obwodowym. W zespole ogniw paliwowych z separatorami 130, z których każdy ma część uszczelniającą 180 na swoim obszarze obwodowym, każda sprzężona para separatorów 130 styka się ze sobą za pośrednictwem odpowiednich części uszczelniających 180, wskutek czego można łatwo uzyskać odpowiednią szczelność dla gazów.

W przypadku wytwarzania separatora gazów techniką prasowania metalowej płyty, grubość metalowej płyty zmienia się podczas prasowania. Zatem w zasadzie nie jest możliwe stosowanie metalowej płyty, której grubsza część ma zadaną z góry grubość odpowiadającą części uszczelniającej na jej obszarze obwodowym. W konwencjonalnym, powszechnie stosowanym sposobie używa się oddzielnego elementu uszczelniającego, który jest przymocowany do obszaru obwodowego separatora gazów albo wytwarza się jako oddzielne zespoły element o falistym kształcie w celu wyznaczenia drogi przepływu gazu w każdym ogniwie jednostkowym oraz element z otworami na kolektory. W sposobie według tego przykładu wykonania, separator 130 jest wytwarzany z metalowej płyty z uformowaną w niej uprzednio częścią uszczelniającą 180. W porównaniu z konwencjonalną techniką prasowania, takie rozwiązanie skutecznie zmniejsza liczbę części potrzebnych do montażu ogniw paliwowych.

189 628

25Ρ

Fig.2

189 628

Fig. 3

189 628

NT

Fig.4

189 628

Fig. 5

Fig. 6

GĘSTOŚĆ PRĄDU ELEKTRYCZNEGO Ą/_crT?

189 628

Fig· 7

130

170 168

Fig. 8

Ł /

130

A

189 628

σ>

6)

Ή

Lk

189 628

Fig.10

Fig.11

Fig. 1 /

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Separator gazów do ogniw paliwowych, które składają się z szeregu elementów zawierających warstwę elektrolitową i warstwy elektrodowe, zaś separator gazów wchodzi w skład tych ogniw paliwowych jako jeden z szeregu elementów, przy czym obie jego powierzchnie mają kształt falisty, znamienny tym, że separator gazów (30) zawiera dwie płyty (62, 64), z których każda ma jedną falistą powierzchnię i które to płyty (62, 64) są spojone ze sobą w poprzek ich drugich powierzchni, a ponadto w skład separatora gazów (30) wchodzi element wypełniający (66) umieszczony w komorze (65) usytuowanej pomiędzy falistymi powierzchniami płyt (62, 64), przy czym element (66) styka się z płytami (62, 64).
2. Separator gazów według zastrz. 1, znamienny tym, że element wypełniający (66) wykonany jest głównie z materiału przewodzącego elektrycznie.
3. Separator gazów według zastrz. 1, znamienny tym, że element wypełniający (66) wykonany jest głównie z materiału przewodzącego ciepło.
4. Separator gazów według zastrz. 1 znamienny tym, że każda z jego płyt (62, 64) jest płytą metalową o niewielkiej grubości.
5. Separator gazów według zastrz. 4, znamienny tym, że płyty (62, 64) wykonane są głównie albo ze stali nierdzewnej, albo z aluminium.
6. Zespół ogniw paliwowych, do którego dopływa paliwo gazowe zawierające wodór oraz gaz utleniający zawierający tlen i który wytwarza siłę elektromotoryczną w wyniku reakcji elektrochemicznych, gdzie w jego skład wchodzą separatory gazów do ogniw paliwowych, które to ogniwa paliwowe składają się z szeregu elementów zawierających warstwę elektrolitową i warstwy elektrodowe, a ponadto w ich skład wchodzi separator gazów jako jeden z szeregu elementów, przy czym obie jego powierzchnie mają kształt falisty, znamienny tym, że separator gazu (30) ma dwie płyty (62, 64), z których każda ma jedną falistą powierzchnię i które to płyty (62, 64) są spojone ze sobą w poprzek ich drugich powierzchni tworząc separator gazów (30), a ponadto w skład separatora gazów (30) wchodzi element wypełniający (66) umieszczony w komorze (65) usytuowanej pomiędzy falistymi powierzchniami płyt (62, 64), przy czym element (66) styka się z płytami (62, 64).
7. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że element wypełniający (66) wykonany jest głównie z materiału przewodzącego elektrycznie.
8. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że element wypełniający (66) wykonany jest głównie z materiału przewodzącego ciepło.
9. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że każda z płyt (62, 64) jest płytą metalową o niewielkiej grubości.
10. Zespół według zastrz. 9, znamienny tym, że płyty (62, 64) wykonane są głównie albo ze stali nierdzewnej, albo z aluminium.
11. Sposób wytwarzania separatora gazów do ogniw paliwowych, znamienny tym, że dwie płyty (62, 64), z których każda ma jedną powierzchnię falistą spaja się ze sobą w poprzek ich drugich powierzchni i tworzy się separator gazów (30), przy czym w tym etapie spajania pomiędzy dwiema płytami (62, 64) umieszcza się w komorze (65) wyznaczonej przez faliste powierzchnie dwóch płyt (62, 64) element wypełniający (66), który styka się z nimi podczas spajania ze sobą dwóch płyt (62, 64).
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że pomiędzy dwiema płytami (62, 64) umieszcza się element wypełniający (66) z materiału przewodzącego elektryczność.
13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że pomiędzy dwiema płytami (62, 64) umieszcza się element wypełniający (66) z materiału przewodzącego ciepło.
14. Sposób według zastrz. 12 albo 13, znamienny tym, że jako płyty (62, 64) stosuje się płyty metalowe o niewielkiej grubości.

189 628
15. Sposób wytwarzania separatora gazów do ogniw paliwowych, znamienny tym, że jedną płytę (62) układa się na drugiej płycie (64), przy czym pomiędzy tymi płytami (62, 64) umieszcza się element wypełniający (66), po czym prasuje się ze sobą płyty (62, 64) i w trakcie tego prasowania nadaje się powierzchniom połączonych ze sobą dwóch płyt (62, 64) falisty kształt z równoczesnym spajaniem ze sobą obu płyt (62, 64), przy czym w trakcie tego etapu formuje się element wypełniający (66) w komorze (65) wyznaczonej przez faliste powierzchnie obu płyt (62, 64), który styka się z płytami (62, 64).
16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że element wypełniający (66) wykonuje się z materiału przewodzącego elektryczność.
17. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że element wypełniający (66) wykonuje się z materiału przewodzącego ciepło.
18. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że każda z płyt (62, 64) jest płytą metalową o niewielkiej grubości.
19. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że każdą z płyt (62, 64) wykonuje się ze stali nierdzewnej albo z aluminium.
20. Separator gazów do ogniw paliwowych, które składają się z szeregu elementów zawierających warstwę elektrolitową i warstwy elektrodowe, zaś separator gazów wchodzi w skład tych ogniw paliwowych jako jeden z szeregu elementów, przy czym jego powierzchnia ma kształt falisty, znamienny tym, że separator gazów zawiera zespół (160) płyt, w skład którego wchodzi płyta i który ma szereg otworów przelotowych (156), w których znajdują się wkładki (170) wykonane głównie z materiału przewodzącego elektryczność i na co najmniej jednej powierzchni zespołu (160) płyt znajdują się wypukłości, zaś warstwa powłokowa (168), która jest głównie wykonana z materiału przewodzącego elektryczność, pokrywa co najmniej powierzchnię zespołu (160) płyt oraz wkładki (170) umieszczone w zespole (160) płyt, który styka się z sąsiednim elementem przylegającym do separatora gazów (130) w ogniwach paliwowych.
21. Separator gazów według zastrz. 16, znamienny tym, że otwory przelotowe (156) oraz umieszczone w nich wkładki (170) mają kołowy przekrój poprzeczny.
22. Zespół ogniw paliwowych, do którego doprowadza się paliwo gazowe zawierające wodór oraz gaz utleniający zawierający tlen i wytwarzający siłę elektromotoryczną w wyniku reakcji elektrochemicznych, które to ogniwa paliwowe składają się z szeregu elementów zawierających warstwę elektrolitową i warstwy elektrodowe, zaś separator gazów wchodzi w skład tych ogniw paliwowych jako jeden z szeregu elementów, przy czym jego powierzchnia ma kształt falisty, znamienny tym, że separator gazów zawiera zespół (160) płyt, w skład którego wchodzi płyta o niewielkiej grubości i który ma szereg otworów przelotowych (156), w których znajdują się wkładki (170) wykonane głównie z materiału przewodzącego elektryczność i na co najmniej jednej powierzchni zespołu (160) płyt znajdują się wypukłości, zaś warstwa powłokowa (168), która jest głównie wykonana z materiału przewodzącego elektryczność, pokrywa co najmniej powierzchnię zespołu (160) płyt oraz wkładki (170) umieszczone w zespole (160) płyt, który styka się z sąsiednim elementem przylegającym do separatora gazów (130) w ogniwach paliwowych.
23. Zespół według zastrz. 22, znamienny tym, że otwory przelotowe (156) oraz umieszczone w nich wkładki (170) separatora (130) mają kołowy przekrój poprzeczny.
24. Sposób wytwarzania separatora gazów do ogniw paliwowych, znamienny tym, że płytę zespołu (160) płyt perforuje się w z góry zadanych miejscach tworząc szereg przelotowych otworów (156), po czym w otworach (156) umieszcza się wkładki (170) wykonane głównie z materiału przewodzącego elektryczność i nadaje się powierzchni płyty falisty kształt, a następnie formuje się warstwę powłokową (168), która składa się głównie z materiału przewodzącego elektryczność i pokrywa się warstwą powłokowa (168) co najmniej powierzchnię zespołu (160) płyt oraz wkładki (170) umieszczone w zespołu (160) płyt, który styka się z elementem sąsiednim przylegającym do separatora gazów (130) w ogniwach paliwowych.
25. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że formuje się każdy z otworów (156) oraz znajdujące się w nich wkładki (170) nadając im kołowy przekrój poprzeczny.

189 628
26. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że płyty wykonuje się głównie albo ze stali nierdzewnej, albo z aluminium. .
27. Separator gazów do ogniw paliwowych, które to ogniwa paliwowe składają się z szeregu elementów zawierających warstwę elektrolitową i warstwy elektrodowe, przy czym separator gazów wchodzi w skład tych ogniw paliwowych jako jeden z szeregu elementów, a jego powierzchnia ma kształt falisty, znamienny tym, że separator gazu (130) zawiera zespół (160) płyt i ma szereg otworów przelotowych (156), zaś wkładki (170), które składają się głównie z materiału przewodzącego elektryczność i są umieszczone w otworach (156) tak, aby powstały wypukłości na co najmniej jednej powierzchni zespołu (160) płyt separatora oraz warstwę powłokową (168), która pokrywa co najmniej powierzchnię zespołu (160) płyt oraz wkładki (170) umieszczone w zespole (160) płyt, który tworzy drogę przepływu płynu w ogniwach paliwowych.
28. Zespół ogniw paliwowych, do którego doprowadza się paliwo gazowe zawierające wodór oraz gaz utleniający zawierający tlen i wytwarzający siłę elektromotoryczną w wyniku reakcji elektrochemicznych, gdzie w skład tego zespołu ogniw paliwowych wchodzą separatory gazów do ogniw paliwowych, które to ogniwa paliwowe składają się z szeregu elementów zawierających warstwę elektrolitową i warstwy elektrodowe, przy czym ten separator gazów wchodzi w skład ogniw paliwowych jako jeden z szeregu elementów, a jego powierzchnia ma kształt falisty, znamienny tym, że separator gazu (130) zawiera zespół (160) płyt i ma szereg otworów przelotowych (156), zaś wkładki (170), które składają się głównie z materiału przewodzącego elektryczność i są umieszczone w otworach (156) tak, aby powstały wypukłości na co najmniej jednej powierzchni zespołu (160) płyt separatora oraz warstwę powłokową (168), która pokrywa co najmniej powierzchnię zespołu (160) płyt oraz wkładki (170) umieszczone w zespole (160) płyt, który tworzy drogę przepływu płynu w ogniwach paliwowych.
29. Sposób wytwarzania separatora gazów do ogniw paliwowych, znamienny tym, że płytę separatora będącą płytą o niewielkiej grubości perforuje się w z góry zadanych miejscach tworząc szereg przelotowych otworów (156), po czym w szereg otworów (156) wkłada się wkładki (170), które są wykonane głównie z materiału przewodzącego elektryczność, formując wypukłości na powierzchni zespołu (160) płyty separatora (130), po czym pokrywa się warstwą powłokową (168) co najmniej powierzchnię zespołu (160) płyt separatora (130) oraz wkładki (170) włożone w zespół (160) płyt separatora, który tworzy drogę przepływu płynu w ogniwach paliwowych.