DE202023103247U1 - separator plate for an electrochemical system - Google Patents
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Abstract
Separatorplatte (2) für ein elektrochemisches System (1), wobei die Separatorplatte (2) aufweist:
- eine erste Einzelplatte (2b) und eine zweite Einzelplatte (2a), die einen Innenraum der Separatorplatte (2) mit einer Kühlfluidverteilstruktur (19) begrenzen,
- einen ersten Überlappungsbereich (15), in dem ein erster Abschnitt (A) der Kühlfluidverteilstruktur (19) und ein erster Abschnitt eines ersten Fluidverteilbereichs (21) einander überlappen, wobei der erste Fluidverteilbereich (21) an einer Außenseite der ersten Einzelplatte (2b) ausgebildet ist,
- einen zweiten Überlappungsbereich (22), in dem ein zweiter Abschnitt (B) der Kühlfluidverteilstruktur (19), ein zweiter Abschnitt des ersten Fluidverteilbereichs (21) und ein Abschnitt eines zweiten Fluidverteilbereichs (23) einander überlappen, wobei der zweite Fluidverteilbereich (23) an einer Außenseite der zweiten Einzelplatte (2a) ausgebildet ist, und wobei:
a) der in dem ersten Überlappungsbereich (15) angeordnete erste Abschnitt (A) der Kühlfluidverteilstruktur (19) die einzige fluidische Verbindung zum Führen des Kühlfluids in den zweiten Überlappungsbereich (22) ist; oder
b) die Separatorplatte (2) ferner einen dritten Überlappungsbereich (24) aufweist, in dem ein dritter Abschnitt (C) der Kühlfluidverteilstruktur (19) und ein weiterer Abschnitt des zweiten Fluidverteilbereichs (23) einander überlappen, wobei ein durch den ersten Abschnitt (A) der Kühlfluidverteilstruktur (19) strömender Volumenstrom (1A) erzeugbar ist, der wenigstens dreimal so hoch ist wie ein durch den dritten Abschnitt (C) der Kühlfluidverteilstruktur (19) strömender Volumenstrom (1C).
Separator plate (2) for an electrochemical system (1), wherein the separator plate (2) comprises:
- a first individual plate (2b) and a second individual plate (2a) which delimit an interior of the separator plate (2) with a cooling fluid distribution structure (19),
- a first overlap region (15) in which a first section (A) of the cooling fluid distribution structure (19) and a first section of a first fluid distribution region (21) overlap each other, wherein the first fluid distribution region (21) is formed on an outer side of the first individual plate (2b),
- a second overlap region (22) in which a second section (B) of the cooling fluid distribution structure (19), a second section of the first fluid distribution region (21) and a section of a second fluid distribution region (23) overlap one another, wherein the second fluid distribution region (23) is formed on an outer side of the second single plate (2a), and wherein:
a) the first section (A) of the cooling fluid distribution structure (19) arranged in the first overlap region (15) is the only fluidic connection for guiding the cooling fluid into the second overlap region (22); or
b) the separator plate (2) further comprises a third overlap region (24) in which a third section (C) of the cooling fluid distribution structure (19) and a further section of the second fluid distribution region (23) overlap one another, wherein a volume flow (1A) flowing through the first section (A) of the cooling fluid distribution structure (19) can be generated which is at least three times as high as a volume flow (1C) flowing through the third section (C) of the cooling fluid distribution structure (19).
Description
Die Erfindung betrifft eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System. Das elektrochemische System kann insbesondere ein Brennstoffzellensystem, ein elektrochemischer Kompressor, ein Elektrolyseur oder eine Redox-Flow-Batterie sein. Ebenso offenbart wird ein elektrochemisches System mit einer Vielzahl derartiger Separatorplatten.The invention relates to a separator plate for an electrochemical system. The electrochemical system can in particular be a fuel cell system, an electrochemical compressor, an electrolyzer or a redox flow battery. An electrochemical system with a plurality of such separator plates is also disclosed.
Bekannte elektrochemische Systeme der genannten Art umfassen normalerweise einen Stapel elektrochemischer Zellen, die jeweils durch Separatorplatten voneinander getrennt sind. Im Kontext derartiger Stapel werden die Separatorplatten auch als Bipolarplatten bezeichnet. Die Separatorplatten können z. B. der elektrischen Kontaktierung der Elektroden der einzelnen elektrochemischen Zellen (z. B. Brennstoffzellen) und/oder der elektrischen Verbindung benachbarter Zellen dienen (Serienschaltung der Zellen). Typischerweise sind die Separatorplatten aus zwei, insbesondere zusammengefügten, Einzelplatten gebildet. Die Einzelplatten können stoffschlüssig zusammengefügt sein, z. B. durch eine oder mehrere Schweißverbindungen, insbesondere durch eine oder mehrere Laserschweißverbindungen.Known electrochemical systems of the type mentioned normally comprise a stack of electrochemical cells, each of which is separated from one another by separator plates. In the context of such stacks, the separator plates are also referred to as bipolar plates. The separator plates can serve, for example, to electrically contact the electrodes of the individual electrochemical cells (e.g. fuel cells) and/or to electrically connect adjacent cells (series connection of the cells). The separator plates are typically formed from two individual plates, in particular joined together. The individual plates can be joined together in a materially bonded manner, e.g. by one or more welded joints, in particular by one or more laser welded joints.
Die Separatorplatten bzw. die Einzelplatten können jeweils Strukturen aufweisen oder bilden, die z. B. zur Versorgung der zwischen benachbarten Separatorplatten angeordneten elektrochemischen Zellen mit einem oder mehreren Medien und/oder zum Abtransport von Reaktionsprodukten eingerichtet sind. Insbesondere kann mittels dieser Strukturen ein Kühlfluid durch einen Zwischenraum zwischen den Einzelplatten einer Separatorplatte geführt werden. Die Strukturen können z. B. Abfolgen von Stegen und Kanälen umfassen. Bei den Medien kann es sich folglich um Brennstoffe (z. B. Wasserstoff oder Methanol), Reaktionsgase (z. B. Luft oder Sauerstoff) oder um Kühlmittel handeln. Im Rahmen dieser Offenbarung können die Begriffe Medium und Fluid gleichbedeutend verwendet werden.The separator plates or the individual plates can each have or form structures which are designed, for example, to supply the electrochemical cells arranged between adjacent separator plates with one or more media and/or to transport away reaction products. In particular, these structures can be used to guide a cooling fluid through a gap between the individual plates of a separator plate. The structures can, for example, comprise sequences of webs and channels. The media can therefore be fuels (e.g. hydrogen or methanol), reaction gases (e.g. air or oxygen) or coolants. In the context of this disclosure, the terms medium and fluid can be used synonymously.
Ferner weisen die Separatorplatten üblicherweise jeweils wenigstens eine Durchgangsöffnung auf, durch die hindurch die Medien und/oder die Reaktionsprodukte zu den zwischen benachbarten Separatorplatten des Stapels angeordneten elektrochemischen Zellen geleitet oder von diesen weggeführt werden können. Ebenso erfolgt die Medienzu- und abfuhr in den Zwischenraum zwischen den Einzelplatten über Durchgangsöffnungen.Furthermore, the separator plates usually each have at least one through-opening through which the media and/or the reaction products can be guided to or away from the electrochemical cells arranged between adjacent separator plates of the stack. The media is also fed into and removed from the space between the individual plates via through-openings.
Aus einer solchen Durchgangsöffnung wird ein jeweiliges Fluid mittels der vorstehend geschilderten Strukturen in einen jeweiligen ersten Verteilbereich geführt und von dort in einen aktiven Bereich der Zelle. Nach dem Durchströmen des aktiven Bereichs wird das Fluid über einen zweiten Verteilbereich (auch Sammelbereich genannt) wieder einer Austritts- Durchgangsöffnung zugeführt. Ein Beispiel hierfür findet sich in der
Es ist bekannt, an einer ersten Außenseite der Separatorplatte (d.h. einer Außenseite einer ersten Einzelpatte) ein erstes Fluid zu führen (z.B. einen Brennstoff) und an einer davon abgewandten zweiten Außenseite der Separatorplatte (d.h. einer Außenseite einer zweiten Einzelpatte) ein zweites Fluid zu führen (z.B. ein Reaktionsgas). In einem von den Innenseiten der Einzelplatten begrenzten Innenraum wird hingegen üblicherweise ein Kühlfluid geführt. Die Medien werden dabei üblicherweise mittels externer Pumpleistungen durch das System geführt.It is known to guide a first fluid (e.g. a fuel) on a first outer side of the separator plate (i.e. an outer side of a first individual plate) and to guide a second fluid (e.g. a reaction gas) on a second outer side of the separator plate facing away from it (i.e. an outer side of a second individual plate). In contrast, a cooling fluid is usually guided in an interior space delimited by the inner sides of the individual plates. The media are usually guided through the system using external pumps.
Die fluidführenden Strukturen an den jeweiligen Außenseiten der Einzelplatten bilden an deren Innenseiten komplementär geformte Strukturen aus, welche das Kühlfluid führen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei bisherigen Lösungen die Kühlfluidführung teilweise nur unter erhöhten Strömungswiderständen möglich ist. Dies stellt höhere Anforderungen an die externe Pumpleistung. Dies senkt das Kühlvermögen der Separatorplatte entsprechend und kann folglich zu Beschränkungen des summarischen Leistungsvermögens des elektrochemischen Systems führen.The fluid-conducting structures on the respective outer sides of the individual plates form complementary structures on their inner sides, which guide the cooling fluid. However, it has been shown that with previous solutions, the cooling fluid guidance is sometimes only possible under increased flow resistance. This places higher demands on the external pumping power. This reduces the cooling capacity of the separator plate accordingly and can consequently lead to limitations in the overall performance of the electrochemical system.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, das Kühlvermögen einer Separatorplatte und somit ein summarisches Leistungsvermögen eines elektrochemischen Systems mit einer Mehrzahl derartiger Separatorplatten zu verbessern und den Strömungswiderstand der Kühlfluidführung zu senken.An object of the present invention is therefore to improve the cooling capacity of a separator plate and thus a total performance of an electrochemical system with a plurality of such separator plates and to reduce the flow resistance of the cooling fluid guide.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in dieser Beschreibung und in den Figuren angegeben.This object is solved by the subject matter of
Entsprechend wird eine Separatorplatte für ein elektrochemisches System vorgeschlagen, wobei die Separatorplatte aufweist:
- - eine erste Einzelplatte und eine zweite Einzelplatte, die einen Innenraum der Separatorplatte mit einer Kühlfluidverteilstruktur begrenzen,
- - einen ersten Überlappungsbereich, in dem ein erster Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur und ein erster Abschnitt eines ersten Fluidverteilbereichs einander überlappen, wobei der erste Fluidverteilbereich an einer Außenseite der ersten Einzelplatte ausgebildet ist,
- - einen zweiten Überlappungsbereich, in dem ein zweiter Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur, ein zweiter Abschnitt des ersten Fluidverteilbereichs und ein Abschnitt eines zweiten Fluidverteilbereichs einander überlappen, wobei der zweite Fluidverteilbereich an einer Außenseite der zweiten Einzelplatte ausgebildet ist,
- a) der in dem ersten Überlappungsbereich angeordnete erste Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur die einzige fluidische Verbindung zum Führen des Kühlfluids in den zweiten Überlappungsbereich ist; oder
- b) die Separatorplatte ferner einen dritten Überlappungsbereich aufweist, in dem ein dritter Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur und ein weiterer Abschnitt des zweiten Fluidverteilbereichs einander überlappen, wobei ein durch den ersten Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur strömender Volumenstrom erzeugbar ist, der wenigstens dreimal so hoch ist, insbesondere wenigstens fünfmal oder wenigstens zehnmal so hoch ist wie ein durch den dritten Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur strömender Volumenstrom.
- - a first single plate and a second single plate defining an interior of the separator plate with a cooling fluid distribution structure,
- - a first overlap region in which a first portion of the cooling fluid distribution structure and a first portion of a first fluid distribution region overlap each other, wherein the first fluid distribution region is formed on an outer side of the first single plate,
- - a second overlap region in which a second portion of the cooling fluid distribution structure, a second portion of the first fluid distribution region and a portion of a second fluid distribution region overlap each other, wherein the second fluid distribution region is formed on an outer side of the second single plate,
- a) the first section of the cooling fluid distribution structure arranged in the first overlap region is the only fluidic connection for guiding the cooling fluid into the second overlap region; or
- b) the separator plate further comprises a third overlap region in which a third section of the cooling fluid distribution structure and a further section of the second fluid distribution region overlap one another, wherein a volume flow flowing through the first section of the cooling fluid distribution structure can be generated which is at least three times as high, in particular at least five times or at least ten times as high, as a volume flow flowing through the third section of the cooling fluid distribution structure.
Die erste Einzelplatte kann eine Kathodenplatte bilden und/oder kann als erstes Fluid Sauerstoff oder Luft führen.The first single plate may form a cathode plate and/or may carry oxygen or air as the first fluid.
Die zweite Einzelplatte kann eine Anodenplatte bilden und/oder kann als zweites Fluid Wasserstoff oder sonstiges Brenngas führen.The second single plate can form an anode plate and/or can carry hydrogen or other fuel gas as a second fluid.
In dem ersten Überlappungsbereich wird vorzugsweise das zweite Fluid nicht geführt. In dem dritten Überlappungsbereich wird vorzugsweise das erste Fluid nicht geführt. In dem zweiten Überlappungsbereich werden vorzugsweise das erste bis dritte Fluid in voneinander getrennten Strömungsräumen geführt.In the first overlap region, the second fluid is preferably not guided. In the third overlap region, the first fluid is preferably not guided. In the second overlap region, the first to third fluids are preferably guided in flow spaces separate from one another.
Ebenso können die Überlappungsbereiche Überlappungen definieren, die auch bei einer Orthogonalprojektion der jeweiligen Abschnitte, Strukturen und Merkmale in eine Planflächenebene der Separatorplatte vorliegen. Eine Überlappung kann gleichbedeutend damit sein, dass die entsprechenden Abschnitte, Strukturen und Merkmale von einer gemeinsamen Achse geschnitten werden, die senkrecht zu der Planflächenebene der Separatorplatte verläuft.The overlapping areas can also define overlaps that also exist in an orthogonal projection of the respective sections, structures and features into a plane of the separator plate. An overlap can mean that the corresponding sections, structures and features are cut by a common axis that runs perpendicular to the plane of the separator plate.
Beiden vorstehenden Varianten a) oder b) ist gemein, dass eine bewusst stärker ausgeprägte (oder auch ausschließliche) Fluideinleitung in den zweiten Überlappungsbereich durch einen ausgewählten Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur erfolgt. Dies wird hierin auch als eine asymmetrische Fluideinleitung in den zweiten Überlappungsbereich bezeichnet. Erfindungsgemäß wurde beobachtet, dass dies im Vergleich zu bisherigen symmetrischeren Fluideinleitungen einen Kühlfluiddurchsatz mit geringerem Strömungswiderstand ermöglicht, da für das Kühlmittel im zweiten Überlappungsbereich Reibungsverluste reduziert werden (sh. unten).Both variants a) or b) above have in common that a deliberately more pronounced (or even exclusive) fluid introduction into the second overlap region takes place through a selected section of the cooling fluid distribution structure. This is also referred to herein as an asymmetrical fluid introduction into the second overlap region. According to the invention, it was observed that this enables a cooling fluid throughput with lower flow resistance compared to previous more symmetrical fluid introductions, since friction losses for the coolant in the second overlap region are reduced (see below).
Eine mögliche Ursache für den erfindungsgemäßen Kühlfluiddurchsatz mit geringerem Strömungswiderstand ist, dass bei einer bisherigen symmetrischen (d. h. vergleichbar stark ausgeprägten) Kühlfluideinleitung von mehreren Seiten in den zweiten Überlappungsbereich gegenläufige Kühlfluidströmung ähnlicher Stärke in dem zweiten Überlappungsbereich erzeugt werden. Dies erhöht Reibungsverluste, wenn diese Kühlfluidströmungen aufeinandertreffen.One possible reason for the cooling fluid throughput according to the invention with lower flow resistance is that with a previous symmetrical (i.e. comparably strong) cooling fluid introduction from several sides into the second overlap area, opposing cooling fluid flows of similar strength are generated in the second overlap area. This increases friction losses when these cooling fluid flows meet.
Weitere Vorteile ergeben sich dahingehend, dass aufgrund der bewussten Reduzierung oder auch des Wegfalls des dritten Abschnitts der Kühlfluidverteilstruktur strukturelle Vereinfachungen möglich sind. Bisher verwendete Strukturmerkmale zur Unterstützung des reduzierten oder auch wegfallenden weiteren Kühlfluideinleitungspfades entlang dieses dritten Abschnitts der Kühlfluidverteilstruktur können entsprechend kleiner dimensioniert werden oder ebenfalls wegfallen. Dadurch wird Bauraum innerhalb der Separatorplatte frei, der für andere Zwecke nutzbar ist.Further advantages arise in that structural simplifications are possible due to the deliberate reduction or elimination of the third section of the cooling fluid distribution structure. Structural features previously used to support the reduced or eliminated additional cooling fluid introduction path along this third section of the cooling fluid distribution structure can be made smaller or can also be eliminated. This frees up installation space within the separator plate, which can be used for other purposes.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der erste Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur anteilig begrenzt wird durch eine Stufe in der zweiten Einzelplatte, die sich in Richtung der ersten Einzelplatte erstreckt. Diese Stufe kann sich entlang einer Grenzlinie zwischen erstem und zweiten Überlappungsbereich erstrecken und insbesondere entlang eines überwiegenden Längenanteils oder auch entlang der gesamten Länge dieser Grenzlinie. Die Stufe kann einen nachstehend erläuterten Ebenenwechsel der Kühlfluidführung begünstigen und/oder damit zusammenhängende Strömungsräume begrenzen. Die Stufe führt bevorzugt dazu, dass die zweite Einzelplatte unmittelbar benachbart zur Stufe im zweiten Überlappungsbereich in der Planflächenebene der zweiten Einzelplatte verläuft, während sie unmittelbar benachbart zur Stufe im ersten Überlappungsbereich von dieser Planflächenebene beabstandet ist.A further development provides that the first section of the cooling fluid distribution structure is partially limited by a step in the second individual plate, which extends in the direction of the first individual plate. This step can extend along a boundary line between the first and second overlapping areas and in particular along a predominant length portion or also along the entire length of this boundary line. The step can promote a change in level of the cooling fluid guidance explained below and/or limit associated flow spaces. The step preferably leads to the second individual plate running immediately adjacent to the step in the second overlapping area in the plane of the second individual plate, while immediately adjacent to the step in the first overlapping area it is spaced from this plane.
Genauer gesagt kann bei einem Übertritt von dem ersten zu dem zweiten Überlappungsbereich ein Ebenenwechsel der Kühlfluidführung erfolgen. Insbesondere kann ein Wechsel von Strömungsebenen der Kühlfluidverteilstruktur in der Weise stattfinden, dass sich im ersten Überlappungsbereich ein Strömungsquerschnitt der Kühlfluidverteilstruktur maßgeblich in einem von der zweiten Einzelplatte aufgespannten Strömungsraum für das Kühlfluid erstreckt. Ein Abschnitt der ersten Einzelplatte innerhalb des ersten Überlappungsbereich kann hingegen zu einem größeren Anteil in der Planflächenebene der ersten Einzelplatte liegen und somit im Vergleich keinen signifikanten Strömungsraum für das Kühlfluid bereitstellen. In dem zweiten Überlappungsbereich kann der Strömungsraum hingegen zumindest anteilig auch von der ersten Einzelplatte aufgespannt werden.More precisely, a change in the plane of the cooling fluid guide can occur when the first to the second overlap region passes over. In particular, a change in flow planes of the cooling fluid distribution structure can occur in such a way that in the first overlap region a flow cross-section of the cooling fluid distribution structure extends significantly in a flow space for the cooling fluid spanned by the second individual plate. A section of the first individual plate within the first overlap region can, however, to a greater extent lie in the plane of the first individual plate and thus do not provide a significant flow space for the cooling fluid. In the second overlap area, however, the flow space can also be spanned at least partially by the first individual plate.
In an sich bekannter Weise kann eine Planflächenebene einer jeweiligen Einzelplatte z. B. durch einen Rand der Einzelplatte oder durch diejenigen ebenen Bereiche oder Abschnitte der Einzelplatte festgelegt sein, die nicht infolge eines Präge- oder Tiefziehprozesses zum Ausbilden insbesondere der hierin geschilderten Steg-Kanal-Strukturen oder Sicken verformt sind. Einerseits können die Planflächenebenen in den neutralen Fasern der entsprechenden Abschnitte der Einzelplatten verlaufen, andererseits ist es auch möglich, die Oberflächen der betreffenden Abschnitte der Einzelplatten als Planflächenebenen zu betrachten. Bei letzterer Betrachtungsweise ist allerdings darauf zu achten, dass bei Distanzen o. dgl. die Materialstärke nur einer von zwei betrachteten Einzelplatten berücksichtigt wird.
Auch bei einem Übertritt von dem dritten Überlappungsbereich in den zweiten Überlappungsbereich kann ein Ebenenwechsel der Kühlfluidführung erfolgen. Insbesondere kann ein Wechsel von Strömungsebenen der Kühlfluidverteilstruktur in der Weise stattfinden, dass im dritten Überlappungsbereich ein Strömungsquerschnitt der Kühlfluidverteilstruktur sich maßgeblich in einem von der ersten Einzelplatte aufgespannten Strömungsraum für das Kühlfluid erstreckt. Ein Abschnitt der zweiten Einzelplatte innerhalb des dritten Überlappungsbereich kann hingegen überwiegend in der Planflächenebene der zweiten Einzelplatte liegen und somit im Vergleich keinen signifikanten Strömungsraum für das Kühlfluid bereitstellen. In dem zweiten Überlappungsbereich kann hingegen ein Strömungsraum für das Kühlfluid wiederum zumindest anteilig auch von bzw. in der zweiten Einzelplatte bereitgestellt werden. In a manner known per se, a plane surface of a respective individual plate can be defined, for example, by an edge of the individual plate or by those flat areas or sections of the individual plate that are not deformed as a result of an embossing or deep-drawing process to form, in particular, the web-channel structures or beads described here. On the one hand, the plane surface planes can run in the neutral fibers of the corresponding sections of the individual plates, on the other hand, it is also possible to consider the surfaces of the relevant sections of the individual plates as plane surface planes. With the latter approach, however, it must be ensured that when considering distances or the like, the material thickness of only one of two individual plates considered is taken into account.
A change in the level of the cooling fluid guide can also occur when the third overlap area passes into the second overlap area. In particular, a change in flow levels of the cooling fluid distribution structure can take place in such a way that in the third overlap area a flow cross section of the cooling fluid distribution structure extends significantly in a flow space for the cooling fluid spanned by the first individual plate. A section of the second individual plate within the third overlap area can, however, lie predominantly in the plane of the second individual plate and thus, in comparison, provide no significant flow space for the cooling fluid. In the second overlap area, however, a flow space for the cooling fluid can again be provided at least partially by or in the second individual plate.
Es versteht sich, dass jegliche der vorstehend erwähnten Strömungsräume von der Kühlfluidverteilstruktur umfasst sein können und beispielsweise fluidführende Hohlräume innerhalb der Kühlfluidverteilstruktur ausbilden.It is understood that any of the above-mentioned flow spaces can be included in the cooling fluid distribution structure and, for example, form fluid-conducting cavities within the cooling fluid distribution structure.
Bei einer weiteren Variante, die auf die vorstehende Option b) aufbaut, wird der dritte Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur anteilig begrenzt durch eine Stufe in der ersten Einzelplatte, die sich in Richtung der zweiten Einzelplatte erstreckt. Diese Stufe kann den vorstehend erläuterten Ebenenwechsel der Kühlfluidführung beim Übertritt von dem dritten in den zweiten Überlappungsbereich verursachen. Sie kann einen innerhalb des dritten Abschnitts maßgeblich in der ersten Einzelplatte ausgebildeten Kühlfluid-Strömungsraum begrenzen und/oder das Kühlfluid auf die anders gelegene Strömungsebene innerhalb des zweiten Überlappungsbereichs führen. Die Stufe kann sich entlang einer Grenzlinie zwischen drittem und zweiten Überlappungsbereich erstrecken und insbesondere entlang eines überwiegenden Längenanteils oder auch entlang der gesamten Länge dieser Grenzlinie.In a further variant, which builds on the above option b), the third section of the cooling fluid distribution structure is proportionately limited by a step in the first individual plate, which extends in the direction of the second individual plate. This step can cause the above-explained change in level of the cooling fluid guide when passing from the third to the second overlap area. It can limit a cooling fluid flow space formed within the third section primarily in the first individual plate and/or guide the cooling fluid to the differently located flow level within the second overlap area. The step can extend along a boundary line between the third and second overlap areas and in particular along a predominant length portion or also along the entire length of this boundary line.
Ein weiterer Aspekt umfassend die vorstehende Option b) sieht vor, dass ein Strömungsquerschnitt eines Übergangs zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur größer ist als ein (z. B. kumulierter) Strömungsquerschnitt eines Übergangs zwischen dem dritten und zweiten Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur. Dies begünstigt einen höheren Fluiddurchsatz durch den ersten Abschnitt und somit die angestrebte Asymmetrie der Kühlfluidführung.A further aspect comprising the above option b) provides that a flow cross-section of a transition between the first and second sections of the cooling fluid distribution structure is larger than a (e.g. cumulative) flow cross-section of a transition between the third and second sections of the cooling fluid distribution structure. This promotes a higher fluid throughput through the first section and thus the desired asymmetry of the cooling fluid guide.
Bei einer weiteren Variante umfassend die vorstehende Option b) weist der erste Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur, beispielsweise an einer Innenseite der zweiten Einzelplatte, eine erste kühlfluidverteilende Steg-Kanal-Struktur auf und der dritte Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur eine weitere kühlfluidverteilende Steg-Kanal-Struktur, beispielsweise an einer Innenseite der ersten Einzelplatte, wobei die erste und die weitere kühlfluidverteilende Steg-Kanal-Struktur jeweils eine Vielzahl und/oder eine sich mehrfach wiederholende Abfolge von Stegen und von zwischen jeweils zwei Stegen ausgebildeten Kanälen aufweisen. Jegliche hierin offenbarten Stege und Kanäle können auf voneinander verschiedenen Höhen relativ zu einer Planflächenebene einer Einzelplatte liegen, in der sie ausgebildet sind.In a further variant comprising the above option b), the first section of the cooling fluid distribution structure, for example on an inner side of the second individual plate, has a first cooling fluid-distributing web-channel structure and the third section of the cooling fluid distribution structure has a further cooling fluid-distributing web-channel structure, for example on an inner side of the first individual plate, wherein the first and the further cooling fluid-distributing web-channel structure each have a plurality and/or a multiple repeating sequence of webs and of channels formed between each two webs. Any webs and channels disclosed herein can be located at different heights relative to a flat surface plane of an individual plate in which they are formed.
In dem vorstehenden Zusammenhang kann ferner vorgesehen sein, dass ein durch die erste fluidverteilende Steg-Kanal-Struktur definierter Strömungsquerschnitt des ersten Abschnitts größer ist als ein durch die weitere fluidverteilende Steg-Kanal-Struktur definierter Strömungsquerschnitt des dritten Abschnitts. Dies kann vorteilhafterweise in dem vorstehend erläuterten vergrößerten, z. B. kumulierten, Strömungsquerschnitt eines Übergangs zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur resultieren.In the above context, it can also be provided that a flow cross-section of the first section defined by the first fluid-distributing web-channel structure is larger than a flow cross-section of the third section defined by the further fluid-distributing web-channel structure. This can advantageously result in the enlarged, e.g. cumulative, flow cross-section of a transition between the first and second sections of the cooling fluid distribution structure explained above.
Zusätzlich oder alternativ können sich die Stege und Kanäle der weiteren fluidverteilenden Steg-Kanal-Struktur in dem zweiten Abschnitt entlang einer jeweiligen Längsachse erstrecken und können zumindest einige der Stege und/oder Kanäle, insbesondere von Kanälen bzw. Stegen, von der den dritten und zweiten Abschnitt begrenzenden Stufe in Richtung des von der den ersten und zweiten Abschnitt begrenzenden Stufe abgewandten Endes des zweiten Abschnitts verlaufen, in wenigstens einem Abschnitt ihrer jeweiligen Längsachsen unterbrochen sein. Dies reduziert die durch die Stege und/oder Kanäle bereitgestellten Räume für das Kühlfluid, sodass der Kühlfluiddurchsatz in dem zweiten Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur im von der zweiten Einzelplatte aufgespannten Strömungsraum reduziert und die Asymmetrie der Fluidführung verstärkt wird.Additionally or alternatively, the webs and channels of the further fluid-distributing web-channel structure in the second section can extend along a respective longitudinal axis and at least some of the webs and/or channels, in particular channels or webs, can run from the step delimiting the third and second sections in the direction of the end of the second section facing away from the step delimiting the first and second sections, in a little at least one section of their respective longitudinal axes. This reduces the spaces provided by the webs and/or channels for the cooling fluid, so that the cooling fluid throughput in the second section of the cooling fluid distribution structure in the flow space spanned by the second individual plate is reduced and the asymmetry of the fluid guidance is increased.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein von dem ersten Fluidverteilbereich verteiltes Fluid Sauerstoff oder Luft ist und ein von dem zweiten Fluidverteilbereich verteiltes Fluid Wasserstoff ist.One embodiment provides that a fluid distributed by the first fluid distribution region is oxygen or air and a fluid distributed by the second fluid distribution region is hydrogen.
Bei einer Weiterbildung ist der erste Fluidverteilbereich mit einem ersten Strömungsfeld der Separatorplatte und der zweite Fluidverteilbereich mit einem zweiten Strömungsfeld der Separatorplatte fluidleitend verbunden.In a further development, the first fluid distribution region is fluidly connected to a first flow field of the separator plate and the second fluid distribution region is fluidly connected to a second flow field of the separator plate.
Insbesondere ist das erste Strömungsfeld über den ersten Fluidverteilbereich fluidleitend mit einer in der Separatorplatte ausgebildeten ersten Durchgangsöffnung verbunden, das zweite Strömungsfeld über den zweiten Fluidverteilbereich fluidleitend mit einer in der Separatorplatte ausgebildeten zweiten Durchgangsöffnung verbunden und die Kühlfluidverteilstruktur ist fluidleitend mit einer in der Separatorplatte ausgebildeten dritten Durchgangsöffnung verbunden. Am Übergang von den Überlappungsbereichen in die Strömungsfelder können die Kühlverteilstrukturen in einem kurzen Abschnitt eine geringere Tiefe aufweisen, bevor der Hauptbereich des Strömungsfelds erreicht wird. Hierdurch wird die größere Dicke der angrenzenden Bauteile kompensiert.
Jegliches hier offenbarte Strömungsfeld an einer der Außenseiten der Einzelplatten kann sich zum Beispiel dadurch auszeichnen, dass sämtliche hiervon umfassten Stege und Kanäle geradlinig sind und parallel zueinander sowie parallel zu eines Hauptströmungsrichtung des Strömungsfelds verlaufen. Alternativ könnten die Stege und Kanäle des Strömungsfelds aber auch wellenförmig sein und mit gleichartiger Wellenform nebeneinander sowie entlang einer Hauptströmungsrichtung des Strömungsfeldes verlaufen. Die Wellenform kann gleichmäßig um die Hauptströmungsachse oszillieren und/oder die Hauptströmungsachse kann eine Mittelachse der Wellenform definieren, um die wellenartig oszilliert wird.In particular, the first flow field is fluidically connected to a first through-opening formed in the separator plate via the first fluid distribution region, the second flow field is fluidically connected to a second through-opening formed in the separator plate via the second fluid distribution region, and the cooling fluid distribution structure is fluidically connected to a third through-opening formed in the separator plate. At the transition from the overlapping regions to the flow fields, the cooling distribution structures can have a smaller depth in a short section before the main region of the flow field is reached. This compensates for the greater thickness of the adjacent components.
Any flow field disclosed here on one of the outer sides of the individual plates can be characterized, for example, in that all of the webs and channels included here are straight and run parallel to one another and parallel to a main flow direction of the flow field. Alternatively, the webs and channels of the flow field could also be wave-shaped and run with a similar wave shape next to one another and along a main flow direction of the flow field. The wave shape can oscillate evenly around the main flow axis and/or the main flow axis can define a central axis of the wave shape around which wave-like oscillation occurs.
Zusätzlich oder alternativ kann sich ein Strömungsfeld an einer der Außenseiten der Einzelplatten dadurch auszeichnen, dass es innerhalb eines MEA-Verstärkungsrands liegt und insbesondere von diesem zumindest abschnittsweise umgeben und/oder eingerahmt wird. Jedoch liegt dem Strömungsfeld selbst der MEA-Verstärkungsrand nicht gegenüber, sondern der eigentlich aktive Bereich der MEA, insbesondere in Form von deren Elektrolytmembran. Es wird beispielhaft auf die
Gemäß einem optionalen Aspekt tritt das von dem ersten Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur geführte Kühlfluid über eine Steg-Kanal-Struktur an einer Innenseite der zweiten Einzelplatte, die eine komplementär geformte Steg-Kanal-Struktur des ersten Fluidverteilbereichs ausbildet, in den zweiten Überlappungsbereich ein. Dies erfolgt insbesondere ausschließlich über die innenseitige Steg-Kanal-Struktur von der Innenseite der zweiten Einzelplatte in den zweiten Überlappungsbereich. Damit einhergehen kann der vorstehend erläuterte Ebenenwechsel der Kühlfluidführung bei einem Übertritt von dem ersten in den zweiten Überlappungsbereich.According to an optional aspect, the cooling fluid guided by the first section of the cooling fluid distribution structure enters the second overlap region via a web-channel structure on an inner side of the second individual plate, which forms a complementarily shaped web-channel structure of the first fluid distribution region. This takes place in particular exclusively via the inner web-channel structure from the inner side of the second individual plate into the second overlap region. This can be accompanied by the above-explained change in level of the cooling fluid guidance when moving from the first to the second overlap region.
Bei einer weiteren Ausführungsform tritt das von dem dritten Abschnitt der Kühlfluidverteilstruktur geführte Kühlfluid über eine Steg-Kanal-Struktur an einer Innenseite der ersten Einzelplatte, die eine komplementär geformte Steg-Kanal-Struktur des zweiten Fluidverteilbereichs ausbildet, in den zweiten Überlappungsbereich ein, und tritt insbesondere ausschließlich über die innenseitige Steg-Kanal-Struktur von der Innenseite der ersten Einzelplatte in den zweiten Überlappungsbereich ein.In a further embodiment, the cooling fluid guided by the third section of the cooling fluid distribution structure enters the second overlap region via a web-channel structure on an inner side of the first individual plate, which forms a complementarily shaped web-channel structure of the second fluid distribution region, and in particular enters the second overlap region exclusively via the inner side web-channel structure from the inner side of the first individual plate.
Insbesondere kann das Kühlfluid aus dem ersten und/oder dem dritten Überlappungsbereich unter einer Änderung einer Strömungsrichtung in den zweiten Überlappungsbereich eintreten, wobei die Änderung der Strömungsrichtung einen Winkel von mehr als 90°, vorzugsweise mehr als 110° und insbesondere mehr als 135° umfasst.In particular, the cooling fluid from the first and/or the third overlap region can enter the second overlap region with a change in flow direction, wherein the change in flow direction comprises an angle of more than 90°, preferably more than 110° and in particular more than 135°.
Eine weitere Variante sieht vor, dass innerhalb des ersten Abschnitts der Kühlfluidverteilstruktur eine Innenseite der zweiten Einzelplatte abweichend von der Steg-Kanal-Struktur der Innenseite der ersten Einzelplatte ausgebildet ist. Insbesondere können innerhalb des ersten Abschnitts an der Innenseite der zweiten Einzelplatte:
- - weniger Stege und Kanäle als innerhalb der Steg-Kanal-Struktur der Innenseite der ersten Einzelplatte vorhanden sein; und/oder
- - keine oder zumindest weniger Stege oder Kanäle vorhanden sein, die in den zweiten Überlappungsbereich münden und/oder die in eine etwaige dritte Durchgangsöffnung der vorstehend erläuterten Art münden; und/oder
- - Abstände zwischen Stegen und Kanalbreiten größer sein als innerhalb der Steg-Kanalstruktur der Innenseite der ersten Einzelplatte.
- - fewer webs and channels than within the web-channel structure of the inside of the first single plate; and/or
- - there are no or at least fewer webs or channels that open into the second overlap area and/or that open into a possible third through-opening of the type described above; and/or
- - Distances between webs and channel widths must be larger than within the web-channel structure of the inside of the first single plate.
Die Abstände und Kanalbreiten können in oder parallel zur Planflächenebene der zweiten Einzelplatte gemessen werden. Jegliche hier offenbarten Stege und Kanäle können langgestreckt sein, sodass eine jeweilige Breitenabmessung quer zu deren Längserstreckung verläuft.The distances and channel widths can be measured in or parallel to the plane of the second single plate. Any webs and channels disclosed here can be elongated so that a respective width dimension runs transversely to their longitudinal extent.
Die vorstehenden Varianten begünstigen jeweils einen Fluiddurchsatz mit geringem Strömungswiderstand durch den ersten Abschnitt, bspw. da an der Innenseite der zweiten Einzelplatte weniger Strömungshindernisse vorliegen.The above variants each promote a fluid throughput with low flow resistance through the first section, e.g. because there are fewer flow obstacles on the inside of the second single plate.
Offenbart wird ebenfalls ein elektrochemisches System mit einer Mehrzahl von Separatorplatten gemäß jeglichem hier offenbarten Aspekt und zwischen diesen Separatorplatten angeordneten elektrochemischen Zellen.Also disclosed is an electrochemical system having a plurality of separator plates according to any aspect disclosed herein and electrochemical cells disposed between these separator plates.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Figurenübergreifend können für gleichartige oder gleichwirkende Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
-
1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein elektrochemisches System gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Offenbarung mit einer Vielzahl von gestapelten Separatorplatten samt dazwischen angeordneter Membranelektrodeneinheiten. -
2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung zwei Separatorplatten eines Systems ähnlich1 mit einer zwischen den Separatorplatten angeordneten Membranelektrodeneinheit (MEA), wobei die Separatorplatten gemäß einem Beispiel des Standes der Technik ausgebildet sind. -
3 zeigt in schematisch stark vereinfachter Darstellung eine Kühlmittelführung innerhalb eines Abschnitts einer Separatorplatte, die gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Offenbarung ausgebildet ist. -
4 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Separatorplatte der ersten Ausführungsform mit Blick auf einen Fluidverteilbereich einer zweiten Einzelplatte, insbesondere Anodenplatte, der Separatorplatte. -
5 zeigt eine schematische, vereinfachte Ansicht der Fluidführung in einem Fluidverteilbereich der erfindungsgemäßen Separatorplatte. -
6 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Separatorplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Blick auf einen Fluidverteilbereich einer ersten Einzelplatte, insbesondere Kathodenplatte, der Separatorplatte. -
7 zeigt eine schematische, vereinfachte Ansicht der Fluidführung in einem Fluidverteilbereich der erfindungsgemäßen Separatorplatte.
-
1 shows a perspective view of an electrochemical system according to an embodiment of this disclosure with a plurality of stacked separator plates with membrane electrode units arranged therebetween. -
2 shows in a perspective view two separator plates of a system similar1 with a membrane electrode unit (MEA) arranged between the separator plates, wherein the separator plates are designed according to an example of the prior art. -
3 shows in a schematically highly simplified representation a coolant guide within a section of a separator plate, which is designed according to a first embodiment of this disclosure. -
4 shows a partial perspective view of the separator plate of the first embodiment with a view of a fluid distribution region of a second individual plate, in particular anode plate, of the separator plate. -
5 shows a schematic, simplified view of the fluid guide in a fluid distribution area of the separator plate according to the invention. -
6 shows a perspective partial view of a separator plate according to a further embodiment with a view of a fluid distribution region of a first individual plate, in particular a cathode plate, of the separator plate. -
7 shows a schematic, simplified view of the fluid guide in a fluid distribution area of the separator plate according to the invention.
Bei alternativen Ausführungsformen kann das System 1 ebenso als Elektrolyseur, Kompressor oder als Redox-Flow-Batterie ausgebildet sein. Bei diesen elektrochemischen Systemen können ebenfalls Separatorplatten verwendet werden. Der Aufbau dieser Separatorplatten kann dem Aufbau der hier näher erläuterten Separatorplatten 2 entsprechen, auch wenn sich die auf bzw. durch die Separatorplatten geführten Medien bei einem Elektrolyseur, bei einem elektrochemischen Kompressor oder bei einer Redox-Flow-Batterie jeweils von den für ein Brennstoffzellensystem verwendeten Medien unterscheiden können.In alternative embodiments, the
Die z-Achse 7 spannt zusammen mit einer x-Achse 8 und einer y-Achse 9 ein rechtshändiges kartesisches Koordinatensystem auf. Die Separatorplatten 2 definieren jeweils eine Plattenebene, wobei die Plattenebenen der Separatorplatten 2 jeweils parallel zur x-y-Ebene und damit senkrecht zur Stapelrichtung (z-Achse 7) ausgerichtet sind. Die Endplatte 4 weist eine Vielzahl von Medienanschlüssen 5 auf, über die dem System 1 Medien zuführbar und über die Medien aus dem System 1 abführbar sind. Diese dem System 1 zuführbaren und aus dem System 1 abführbaren Medien können z. B. Brennstoffe wie molekularen Wasserstoff oder Methanol, Reaktionsgase wie Luft oder Sauerstoff, Reaktionsprodukte wie Wasserdampf oder abgereicherte Brennstoffe oder ein Kühlfluid wie Wasser und/oder Glykol umfassen.The z-axis 7, together with an
Die Einzelplatten 2a, 2b weisen miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen auf, welche Durchgangsöffnungen 11a-c der Separatorplatte 2 bilden. Bei Stapelung einer Mehrzahl von Separatorplatten 2 bilden die Durchgangsöffnungen 11a-c Leitungen, die sich in der Stapelrichtung 7 durch den Stapel 6 erstrecken (siehe
Zum Abdichten der Durchgangsöffnungen 11a-c gegenüber dem Inneren des Stapels 6 und gegenüber der Umgebung weist die dem Betrachter zugewandte Einzelplatte 2a jeweils Dichtanordnungen in Gestalt von Dichtsicken 12a-c auf. Diese sind jeweils um die Durchgangsöffnungen 11a-c herum angeordnet und umschließen die Durchgangsöffnungen 11a-c jeweils vollständig. Die zweite Einzelplatte 2b weist an der vom Betrachter der
Angrenzend an den elektrochemisch aktiven Bereich 18 der MEA weist die dem Betrachter zugewandte Einzelplatte 2a an ihrer dem Betrachter der
Die fluidführenden Strukturen der Verteilbereiche 20 sind in
Ohne dass dies in
Die beiden Durchgangsöffnungen 11b bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11b gebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 sind jeweils über Durchführungen 13b in Dichtsicken 12b, über die Verteilstrukturen der Verteilbereiche 20 und über das Strömungsfeld 17a der dem Betrachter der
In analoger Weise sind die beiden Durchgangsöffnungen 11c bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11c gebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 jeweils über entsprechende Sickendurchführungen13c, über entsprechende Verteilstrukturen und über ein entsprechendes Strömungsfeld an einer Außenseite der vom Betrachter der
Die Durchgangsöffnungen 11a dagegen bzw. die von den Durchgangsöffnungen 11a gebildeten Leitungen durch den Plattenstapel des Systems 1 sind jeweils über einen von den Einzelplatten 2a, 2b eingeschlossenen oder umschlossenen Hohlraum, der die Kühlfluidverteilstruktur 19 bildet, miteinander in Fluidverbindung. Dies erfolgt beispielsweise wiederum durch Durchführungen 13a. Dieser Hohlraum bzw. diese Kühlfluidverteilstruktur 19 dient zum Führen eines Kühlfluids durch die Separatorplatte 2, insbesondere zum Kühlen des elektrochemisch aktiven Bereichs 18 der MEA. Die Durchgangsöffnungen 11a sind daher Kühlfluid-Durchgangsöffnungen, was insbesondere auch aus deren mittlerer Querschnittsgröße im Vergleich zu den anderen Durchgangsöffnungen 11b, 11c naheliegt.The through-
Im Folgenden werden anhand der
Des Weiteren werden in den nachstehend erläuterten
Die Perspektive von
Die Kühlfluidverteilstruktur 19 wird durch die einander zugewandten Innenseiten der Einzelplatten 2a, 2b begrenzt. Genauer gesagt sind einander gegenüberliegende Bereiche dieser Innenseiten in unterschiedlichem Ausmaß voneinander beanstandet, sodass fluidaufnehmende Freiräume (d. h. Strömungsräume) der Kühlfluidverteilstruktur 19 gebildet werden. Die Kühlfluidverteilstruktur 19 weist zudem nicht dargestellte Steg-Kanal-Strukturen auf, welche an den Außenseiten der Einzelplatten 2a, 2b komplementär geformte Steg-Kanal-Strukturen ausbilden, wie vorstehend anhand von
Die Kühlfluidverteilstruktur 19 weist drei Abschnitte A, B, C auf, die hier jeweils im Wesentlichen dreiecksförmig ausgebildet sind. Der erste Abschnitt A und der dritte Abschnitt C sind jeweils fluidleitend mit der Kühlfluid-Durchgangsöffnung 11a verbunden. Vorstehend erläuterte fluidverbindende Durchleitungen durch die die Kühlfluid-Durchgangsöffnung 11a umgebenden Dichtelemente sind in
Der erste Abschnitt A der Kühlfluidverteilstruktur 19 verläuft in einem ersten Überlappungsbereich 15 der Separatorplatte 2. In diesem überlappt der erste Abschnitt A mit einem ersten Abschnitt eines Verteilbereichs 20 der ersten Einzelplatte 2b, der im Folgenden auch als erster Fluidverteilbereich 21 bezeichnet wird (in
Der zweite Abschnitt B der Kühlfluidverteilstruktur 19 verläuft in einem zweiten Überlappungsbereich 22, in dem sich der erste Fluidverteilbereich 21 und ein zweiter Fluidverteilbereich 23 (in
Der dritte Abschnitt C der Kühlfluidverteilstruktur 19 verläuft in einem dritten Überlappungsbereich 24, in dem ein Abschnitt des zweiten Fluidverteilbereichs 23 und ein Abschnitt 48 (siehe nachstehend diskutierte
Die strukturellen Ausgestaltungen des ersten bis dritten Abschnitts A-C bzw. des ersten bis dritten Überlappungsbereichs 15, 22, 24 werden nachstehend anhand der
Der zweite Fluidverteilbereich 23 wird durch eine langgestreckte Stufe 32 begrenzt, die von der gegenüberliegenden ersten Einzelplatte 2b weggerichtet ist und sich in Richtung einer von der Durchgangsöffnung 11b entfernten Seite des Strömungsfeldes 17b erstreckt. An die Stufe 32 schließt sich in vom Strömungsfeld 17b wegweisender Richtung ein gegenüber der Planflächenebene Ea der zweiten Einzelplatte 2a erhöhter Abschnitt 42 der zweiten Einzelplatte 2a an, welcher einen Strömungsraum des ersten Abschnitts A der Kühlfluidverteilstruktur 19 maßgeblich begrenzt oder, anders ausgedrückt, aufspannt. Der erhöhte Abschnitt 42 bildet den vorstehend erwähnten Abschnitt 30 der zweiten Einzelplatte 2a, der den ersten Abschnitt A der Kühlfluidverteilstruktur 19 anteilig begrenzt.The second
Eine optional gezeigte Mehrzahl von Versteifungs- oder Abstützsicken 44 in diesem Abschnitt 42 kann auch weggelassen werden. In jedem Fall bilden die Versteifungs- oder Abstützsicken 44 weniger und zudem weiter beabstandete Stege bzw. breitere Kanäle aus, als an der gegenüberliegenden Innenseite der ersten Einzelplatte 2b vorhanden. Die Versteifungs- oder Abstützsicken 44 münden zudem nicht in den zweiten Überlappungsbereich 22 und auch nicht in die zweite Durchgangsöffnung 11a.An optionally shown plurality of stiffening or supporting
Die Stufe 32 bildet innerhalb des ersten Abschnitts A der Kühlfluidverteilstruktur 19 eine komplementär geformte innere Stufe 33 aus, die sich in Richtung der ersten Einzelplatte 2b erstreckt. Diese innere Stufe 33 fördert folglich den vorstehend geschilderten Ebenenwechsel beim Übertritt des Kühlfluids von dem ersten in den zweiten Überlappungsbereich 15, 22.The step 32 forms a complementarily shaped
Da die Kühlfluidführung maßgeblich im aufgespannten Strömungsraum des erhöhten Abschnitts 42 erfolgt, müssen die Stege 27 des zweiten Fluidverteilbereichs 23 nicht zwingend ebenfalls signifikante Strömungswege für das Kühlfluid ausbilden. Sie können daher zum Beispiel entsprechend schmal gehalten werden, wodurch der zweiten Fluidverteilbereich 23 insgesamt klein gehalten werden kann.Since the cooling fluid is guided primarily in the spanned flow space of the raised
In
In
Zurückkommend auf
In den ersten Abschnitt A erfolgt, wie erläutert, die vergleichsweise größte Fluideinströmung 1A. In den dritten Abschnitt C, sofern vorhanden, erfolgt hingegen eine kleinere Fluideinströmung 1C. Aus dem ersten Abschnitt A tritt das Kühlfluid entlang der Stufe 32 und diese kreuzend in den zweiten Überlappungsbereich 22 über, wie durch gekrümmte Pfeile angedeutet. Dabei vollzieht es den vorstehend geschilderten Ebenenwechsel. Zudem vollzieht die Kühlfluidströmung einen Richtungswechsel, wobei ein angedeuteter Winkel W der Richtungsänderung mehr als 90° beträgt. Eine derartige Winkelgröße reduziert vorteilhafterweise die mit der Richtungsänderung verbundene Erhöhung des Strömungswiderstands für das Kühlfluid.As explained, the comparatively largest
Dieser Richtungswechsel wird durch die Ausrichtung der Steg- Kanal Struktur 46 des ersten Fluidverteilbereichs 21 vorgegeben (bzw. durch die komplementär ausgebildete Steg-Kanal-Struktur an der von dem ersten Fluidverteilbereich 21 abgewandten Innenseite der ersten Einzelplatte 2b).This change of direction is predetermined by the orientation of the web-
Aus dem optionalen dritten Abschnitt C tritt das Kühlfluid entlang der Stufe 50 und diese kreuzend in den zweiten Überlappungsbereich 22 über, wie ebenfalls durch gekrümmte Pfeile angedeutet. Dabei vollzieht es den vorstehend geschilderten Ebenenwechsel und einen analogen Richtungswechsel der Strömung von mehr als 90°. Die Fluidströmungen 2A, 2C durchströmen den zweiten Überlappungsbereich 22 in Richtung eines (innenliegenden) Strömungsfeldes 17 der Kühlfluidverteilstruktur 19, wobei sie sich mehrfach kreuzen und vermischen.From the optional third section C, the cooling fluid flows along the
Es ist darauf hinzuweisen, dass ein kumulierter Strömungsquerschnitt, wie durch die Steg-Kanal-Strukturen an den Innenseiten der beiden Einzelplatten 2a, 2b bereitgestellt, beim Übertritt von dem ersten in den zweiten Überlappungsbereich 15, 22 vorzugsweise größer ist, als ein kumulierter Strömungsquerschnitt beim Übertritt von dem dritten in den zweiten Überlappungsbereich 24, 22.It should be noted that a cumulative flow cross-section, as provided by the web-channel structures on the inner sides of the two
Aus dem Vorstehenden verdeutlicht sich, dass die Kühlfluidführung innerhalb der Kühlfluidverteilstruktur 19 bewusst asymmetrisch erfolgt, und zwar in der Weise, dass das Kühlfluid überwiegend oder optional ausschließlich über den ersten Überlappungsbereich 15 in den zweiten Überlappungsbereich 22 einströmt. Dies geht mit dem vorstehend erläuterten Vorteil einher, wonach Reibungsverluste der sich in dem zweiten Überlappungsbereich kreuzenden Fluidströmungen 2A, 2C reduziert werden, und zwar zugunsten der übergewichteten Fluidströmung 2A. Folglich kann der Strömungswiderstand der Kühlfluidversteilstruktur 19 insgesamt reduziert werden, was einen Betrieb des elektrochemischen Systems mit einer höheren Leistung ermöglicht.From the above, it is clear that the cooling fluid is guided within the cooling
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- DE 202020106459 U1 [0030]DE 202020106459 U1 [0030]
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