Beschreibung description
Elektrochemisches ElementElectrochemical element
Die Erfindung betrifft ein aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen gebildetes elektrochemisches Element, das an einem Rahmenelement abdichtend gehaltene Membran- Elektroden-Einheiten, im Wechsel mit diesen angeordnete Bipolarplatten sowie beidseitig jeweils eine Stromabnehmerplatte und eine Endplatte umfaßt, wobei im Randbereich des Rahmenelements und der Platten Durchbrüche zur Ausbildung von Zuführungs- und Abführungskanälen für mindestens einen der Reaktanden vorgesehen sind, die mit in die Bipolar- und Stromabnehmerplatten eingeformten und an die Anoden- bzw. Kathodenschicht der Membran-Elektroden- Einheit angrenzenden offenen Fluidverteilerkanälen verbunden sind.The invention relates to an electrochemical element formed from a plurality of electrochemical cells, which comprises membrane electrode assemblies sealingly held on a frame element, alternatingly arranged bipolar plates and a current collector plate and an end plate on both sides, with openings in the edge region of the frame element and the plates for the formation of feed and discharge channels for at least one of the reactants are provided, which are connected to open fluid distribution channels molded into the bipolar and current collector plates and adjoining the anode or cathode layer of the membrane electrode assembly.
Derartige elektrochemische Elemente, bei denen der Fluid- transport zwischen den Zuführungs- und Abführungskanälen und den Fluidverteilerkanälen über in den Stromübergabe- und Stromabnehmerplatten vorgesehene Kanäle erfolgt, sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. In der DE 199 26 026 wird darüber hinaus eine Membran-Elektroden- Einheit für so ausgebildete Brennstoffzellen, Membran- Elektrolyseure und Membran-Kompressoren beschrieben, die in ihrem nicht aktiven Randbereich zwischen zwei durch Schmelzkleberschichten verbundenen, ein Rahmenelement bildenden Versteifungsplatten gasdicht gehalten ist. Die aus Kunststoff herstellbaren Rahmenelemente können kostengünstig hergestellt werden und tragen in erheblichem Maße zur Vereinfachung der Montage der eine Mehrzahl Membran-Elektroden-Einheiten und Bipolarplatten umfassen- den elektrochemischen Zelle bei. Dennoch ist die Montage insofern mit Schwierigkeiten verbunden, als die in den
Rahmenelementen, Stromübergabe- und Stromabnehmerplatten sowie Endplatten vorgesehenen Durchbrüche zur exakten Ausbildung und Abdichtung der Zuführungs- und Abführungskanäle für die Reaktanden deckungsgleich übereinanderlie- gen müssen. Eine positionsgenaue Montage ist bei einer automatischen Fertigung praktisch nicht möglich und manuell nur mit einem erheblichen Zeitaufwand erreichbar.Such electrochemical elements, in which the fluid is transported between the supply and discharge channels and the fluid distribution channels via channels provided in the current transfer and current collector plates, are sufficiently known from the prior art. DE 199 26 026 also describes a membrane electrode unit for fuel cells, membrane electrolysers and membrane compressors designed in this way, which is kept gas-tight in its non-active edge region between two stiffening plates which form a frame element and are connected by hot melt adhesive layers. The frame elements which can be produced from plastic can be produced inexpensively and make a considerable contribution to simplifying the assembly of the electrochemical cell comprising a plurality of membrane electrode units and bipolar plates. Nevertheless, the assembly is difficult in that the in the Frame elements, current transfer and current collector plates and end plates provided openings for the exact formation and sealing of the feed and discharge channels for the reactants must lie congruently one above the other. Precise assembly is practically not possible with automatic production and can only be achieved manually with a considerable amount of time.
Aus der JP 07249417 A ist des weiteren eine Brennstoff- zelle bekannt, bei der der Fluidtransport zwischen den Zuführungs- und Abführungskanälen und den in den Stromübergabe- und Stromabnehmerplatten ausgebildeten, zur Membran-Elektroden-Einheit hin offenen Fluidverteilerkanälen über in den Rahmenelementen vorgesehene Kanäle er- folgt. Die Rahmenelemente sind zur Unterbringung der Verbindungskanäle entsprechend stark ausgebildet. Dementsprechend wurde die Stärke der Stromübergabe- und Stromabnehmerplatten im Bereich des Rahmenelements verringert, während der mit den Fluidverteilerkanälen versehene Teil dieser Platten in eine vom senkrechten Innenrand des Rahmenelements begrenzte Ausnehmung ragt. Diese Ausbildung der Rahmenelemente und Stromübergabe- bzw. Stromabnehmerplatten ist insofern nachteilig, als die Rahmenelemente und Platten auch im Bereich der aktiven Membranfläche maßgenau gefertigt sein müssen, das heißt, genau ineinanderpassen müssen, um einen dichten Anschluß zwischen dem Verbindungskanal im Rahmenelement und dem Fluidverteiler- kanal in der Stromübergabe- bzw. Stromabnehmerplatte zu gewährleisten. Zudem ist auch die Montage einer derarti- gen Brennstoffzelle mit Schwierigkeiten verbunden und zeitaufwendig, da der Fluidverteilerkanalbereich der Stromübergabe- und Stromabnehmerplatten in die Ausnehmung des Rahmenelements mühsam eingepaßt werden muß. Eine automatische Montage ist auch in diesem Fall nicht denkbar.
Bei einer schnellen, einfachen und dennoch exakten Montage bereitet weiterhin das Anbringen der zwischen den Rahmenelementen und den Bipolar-/Stromabnehmerplatten erforderlichen Dichtungen. Bei einer aus der DE 198 29 142 AI bekannten Abdichtung wird auf das Rahmenelement eineA fuel cell is also known from JP 07249417 A, in which the fluid transport between the supply and discharge channels and the fluid distribution channels formed in the current transfer and current collector plates and open to the membrane electrode unit via channels provided in the frame elements - follows. The frame elements are designed to be strong enough to accommodate the connecting channels. Accordingly, the strength of the current transfer and current collector plates in the region of the frame element was reduced, while the part of these plates provided with the fluid distribution channels projects into a recess delimited by the vertical inner edge of the frame element. This design of the frame elements and current transfer or current collector plates is disadvantageous insofar as the frame elements and plates also have to be made to size in the area of the active membrane surface, that is to say they have to fit into one another in order to ensure a tight connection between the connecting channel in the frame element and the fluid distributor. to ensure channel in the current transfer or current collector plate. In addition, the assembly of such a fuel cell is also difficult and time-consuming, since the fluid distribution channel region of the current transfer and current collector plates has to be laboriously fitted into the recess in the frame element. Automatic assembly is also unthinkable in this case. In the case of a quick, simple, yet exact installation, the installation of the seals required between the frame elements and the bipolar / current collector plates also prepares the situation. In a seal known from DE 198 29 142 AI is on the frame member
Dichtraupe aus aushärtbarem Silikon oder einem Epoxidharz aufgetragen und anschließend mit der benachbarten Bipolarplatte unter Aushärtung des Dichtmaterials durch Kleben verbunden. Dieses aufwendige Verfahren ist für eine schnelle, möglichst automatisierte Montage eines Brennstoffzellenstapels nicht geeignet. Bei der in der DE 199 10 487 Cl beschriebenen Brennstoffzelle werden in einem zweistufigen Verfahren an die Bipolarplatten Dichtelemente angespritzt. Zwar kann mit den angespritzten Dichtun- gen die Montage vereinfacht werden, jedoch ist das Herstellungsverfahren aufwendig bzw. die Dichtwirkung ist nicht ausreichend oder die Membran-Elektroden-Einheit kann aufgrund des erforderlichen hohen Anpressdruckes beschädigt werden, so dass Undichtigkeiten auftreten .Seal bead applied from curable silicone or an epoxy resin and then connected to the adjacent bipolar plate by curing the sealing material by gluing. This complex process is not suitable for the rapid, as automated as possible, assembly of a fuel cell stack. In the fuel cell described in DE 199 10 487 C1, sealing elements are injection molded onto the bipolar plates in a two-stage process. Although the molded seals can simplify assembly, the manufacturing process is complex or the sealing effect is insufficient or the membrane electrode assembly can be damaged due to the high contact pressure required, so that leaks occur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrochemisches Element der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß bei genauer, sicherer und deckungsgleicher Positionierung der einzelnen Bauteile und der medienführenden Kanäle eine einfache, wenig zeitaufwendige Montage möglich ist und dennoch eine exakte Abdichtung gewährleistet ist .The invention has for its object to provide an electrochemical element of the type mentioned in such a way that with precise, safe and congruent positioning of the individual components and the media-carrying channels a simple, less time-consuming assembly is possible and yet an exact seal is guaranteed.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten elektrochemischen Zelle gelöst. Aus den Unteransprüchen ergeben sich weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention, the object is achieved with an electrochemical cell designed according to the features of patent claim 1. Further features and advantageous refinements of the invention result from the subclaims.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht mit anderenThe main idea of the invention is with others
Worten darin, dass an den einzelnen Bauteilen der Brenn-
Stoffzelle, nämlich den Rahmenelementen, den Bipolarplatten Stromabnehmerplatten und Endplatten während des Zu- sammenfügens und in montiertem Zustand miteinander korrespondierende, zunächst eine Fuhrungsfunktion und danach eine Haltefunktion ausübende Mittel in Form von Ausnehmungen an dem einen Teil und von in diese eingreifenden Erhöhungen an dem benachbarten Teil oder auch von den Außenrand des benachbarten Teils übergreifenden Erhöhungen ausgebildet sind. Die gegenseitige Führung bei der Monta- ge und die gegenseitige Halterung und genaue Positionierung nach dem Zusammenfügen der Bauteile kann auch dadurch bewirkt werden, dass der Bereich der Fluidvertei- lerkanäle als sich kegelstumpfartig verjüngende Erhöhung an die Bipolar- und Stromabnehmerplatten angeformt ist, während das Rahmenelement eine dementsprechend geformte Ausnehmung zur paßgenauen Aufnahme der Erhöhung bildet. Bei der Montage gleiten die gerahmten Membran-Elektroden- Einheiten und die Bipolar- bzw. Stromabnehmerplatten mit zunächst großem Spiel gleichsam selbsttätig bis in eine paßgenaue, an den abgeschrägten Seitenkanten abdichtend aneinanderliegende Endstellung, in der die Verbindungskanäle und die Flutverteilerkanäle exakt in einer Flucht liegen. Die abgeschrägten Seitenflächen können eben ausgebildet oder in der Montagerichtung konvex bzw. konkav gekrümmt sein, um das Ineinandergleiten weiter zu erleichtern. Ein die Montage wesentlich erleichterndes und zudem die sichere Abdichtung zwischen den montierten Bauteilen gewährleistendes Erfindungsmerkmal besteht zudem in der Verwendung eins Rahmenelements, an dessen zu den benachbarten Bauteilen weisende Oberflächen als Dichtung einstückig eine elastisch ausgebildete Erhöhung angeformt oder aus dieser ausgeformt ist. Das elektrochemische E- lement, zum Beispiel eine Brennstoffzelle oder ein Brennstoffzellenstack, kann somit einfach und schnell, insbesondere auch automatisch, mit hoher Paßgenauigkeit und Dichtwirkung und somit ohne Funktionsbeeinträchtigun-
gen während des Betriebes des elektrochemischen Elements montiert werden.Words that the individual components of the burner Material cell, namely the frame elements, the bipolar plates, current collector plates and end plates during the assembly and in the assembled state, corresponding to one another, firstly performing a guiding function and then a holding function in the form of recesses in one part and elevations engaging in them in the adjacent part or are also formed by elevations spanning the outer edge of the adjacent part. The mutual guidance during assembly and the mutual mounting and precise positioning after the components have been assembled can also be brought about by the region of the fluid distributor channels being molded onto the bipolar and current collector plates as a truncated cone-like elevation, while the frame element forms a correspondingly shaped recess for precisely fitting the elevation. During assembly, the framed membrane electrode assemblies and the bipolar or current collector plates automatically slide with a large amount of play to a precisely fitting end position that seals against the bevelled side edges, in which the connection channels and the flood distribution channels are exactly aligned. The bevelled side surfaces can be flat or can be convex or concave in the mounting direction in order to further facilitate sliding into one another. An inventive feature which considerably simplifies assembly and also ensures the secure sealing between the assembled components also consists in the use of a frame element, on the surfaces of which facing the adjacent components, an elastically formed elevation is integrally formed or formed as a seal. The electrochemical element, for example a fuel cell or a fuel cell stack, can thus be easily and quickly, in particular also automatically, with a high degree of accuracy and sealing effect and thus without impairing functionality. be installed during operation of the electrochemical element.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 ein aus mehreren Einzelzellen zusammengesetztes Brennstoffzellenstack im Schnitt; und1 shows a fuel cell stack composed of several individual cells in section; and
Fig. 2 eine Seitenansicht einer in einem Rahmenelement gehaltenen Membran-Elektroden-Einheit .Fig. 2 is a side view of a membrane electrode unit held in a frame element.
Fig. 3 eine Teilansicht eines Brennstoffzellenstacks im Schnitt, und zwar in auseinandergezogener Dar- Stellung einer Membran-Elektroden-Einheit mit an beiden Seiten angeordneter Bipolarplatte;3 shows a partial view of a fuel cell stack in section, specifically in an exploded view of a membrane electrode assembly with a bipolar plate arranged on both sides;
Fig. 4 eine Seitenansicht einer Membran-Elektroden- Einheit nach Fig. 1 in einer ersten Ausführungs- Variante;FIG. 4 shows a side view of a membrane electrode unit according to FIG. 1 in a first embodiment variant;
Fig. 5 eine Seitenansicht einer Membran-Elektroden- Einheit nach Fig. 1 in einer zweiten Ausführungsform; undFIG. 5 shows a side view of a membrane electrode unit according to FIG. 1 in a second embodiment; and
Fig. 6 eine Teilansicht eines Brennstoffzellenstacks wie in Fig. 1, jedoch in einer dritten Ausführungsvariante der Membran-Elektroden-Einheit und der Bipolarplatten.Fig. 6 is a partial view of a fuel cell stack as in Fig. 1, but in a third embodiment of the membrane electrode assembly and the bipolar plates.
Fig. 7 eine Draufsicht auf eine in einem Rahmenelement gehaltene Membran-Elektroden-Einheit mit einer an dem Rahmenelement beidseitig einstückig angeformten, umlaufenden Dichtung, die auch um die Öffnung des Zuführungskanals und des Abführungskanals für den Reaktanden geführt ist; und
Fig. 8 eine auseinandergezogene Schnittdarstellung eines Teils eines Brennstoffzellenstacks, bestehend aus einer zwischen zwei Bipolarplatten angeordneten Membran-Elektroden-Einheit mit an de- ren Rahmenelement angeformten Dichtungen.7 shows a plan view of a membrane electrode unit held in a frame element with a circumferential seal which is integrally formed on both sides of the frame element and which is also guided around the opening of the feed channel and the discharge channel for the reactants; and 8 is an exploded sectional view of part of a fuel cell stack, consisting of a membrane electrode unit arranged between two bipolar plates with seals molded onto their frame element.
Das Brennstoffzellenstack umfaßt zunächst mehrere Membran-Elektroden-Einheiten 1, die jeweils in einem Rahmenelement 2 aus zwei mit Hilfe einer Schmelzkleberschicht abdichtend verbundenen Rahmenteilen (nicht dargestellt) gehalten sind, zwischen diesen angeordnete Bipolarplatten (Stromübergabeplatten) 3 sowie an den äußeren Membran- Elektroden-Einheiten angeordneten Stromabnehmerplatten 4 und schließlich Endplatten 5, über die das Brennstoffzel- lenstack mit in Bohrungen 12 geführten Spannbolzen (nicht dargestellt) zusammengehalten wird. In Fig. 1 sind der Zuführungskanal 6 und der Abführungskanal 7 für den ersten Reaktand, die aus in den Platten und Rahmenelernenten 2 bis 5 vorgesehenen, fluchtend übereinander liegenden Durchbrüchen gebildet sind, dargestellt. Über einen Verbindungskanal 8 in dem Rahmenelement 2 wird der Anschluß zwischen dem Zuführungskanal 6 bzw. dem Abführungskanal 7 und dem Fluidverteilerkanal 9 für den ersten Reaktand hergestellt. Zur Abdichtung sind Dichtungselemente 10 an- geordnet. Die Fluidverteilerkanäle für den zweiten Reaktand sind mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet. Die zugehörigen Verbindungskanäle zu den Zu- und Abführungskanälen 14, 15 (Fig. 2) für den zweiten Reaktand sind in der gewählten Schnittdarstellung (Fig. 1) nicht erkennbar.The fuel cell stack initially comprises a plurality of membrane electrode units 1, each of which is held in a frame element 2 comprising two frame parts (not shown) sealingly connected by means of a hot-melt adhesive layer, bipolar plates (current transfer plates) 3 arranged between them and on the outer membrane electrode Units arranged current collector plates 4 and finally end plates 5, via which the fuel cell stack is held together with clamping bolts (not shown) which are guided in bores 12. In Fig. 1, the feed channel 6 and the discharge channel 7 for the first reactant, which are formed from openings which are provided in the plates and frame elements 2 to 5 and are aligned one above the other, are shown. The connection between the feed channel 6 or the discharge channel 7 and the fluid distribution channel 9 for the first reactant is established via a connecting channel 8 in the frame element 2. Sealing elements 10 are arranged for sealing. The fluid distribution channels for the second reactant are identified by reference number 11. The associated connecting channels to the supply and discharge channels 14, 15 (FIG. 2) for the second reactant cannot be seen in the selected sectional view (FIG. 1).
Die durch das Rahmenelement 2 im Bereich der aktiven Fläche der Membran-Elektroden-Einheit 1 gebildete Ausnehmung 13 ist - ebenso wie die durch den Bereich der Fluidverteilerkanäle 9, 11 gebildete Erhöhung 14 durch abge- schrägte Kanten 17, 18 kegelstumpfartig ausgeführt. Die Rahmenelemente 2 und die Bipolarplatten bzw. Stromabneh-
merplatten können daher mit großem Spiel und somit auf einfache Weise zusammengefügt werden und liegen nach der Montage dennoch dicht und an den Anschlußstellen der Flu- idverteilerkanäle an die Verbindungskanäle paßgenau an- einander.The recess 13 formed by the frame element 2 in the area of the active surface of the membrane-electrode unit 1 is - like the elevation 14 formed by the area of the fluid distribution channels 9, 11 - designed as a truncated cone by chamfered edges 17, 18. The frame elements 2 and the bipolar plates or current collectors Mer plates can therefore be joined together with a large amount of play and thus in a simple manner, and yet after assembly they lie tightly together and at the connection points of the fluid distribution channels to the connecting channels.
In den Figuren 3 und 6 ist der Einfachheit halber lediglich ein Teil eines Brennstoffzellenstacks wiedergegeben, das heißt, eine in einem Rahmenelement 2 gehaltene Memb- ran-Elektroden-Einheit 1 mit beidseitig im Abstand von dieser dargestellten Bipolarplatten 3. Tatsächlich besteht das Brennstoffzellenstack aus mehreren im Wechsel und mit Hilfe von Dichtungen (nicht dargestellt) gasdicht aneinandergefügten Membran-Elektroden-Einheiten und Bipo- larplatten, wobei sich an die äußeren Membran-Elektroden- Einheiten jeweils eine Stromabnehmerplatte (Anoden- bzw. Kathodenplatte) und eine Endplatte (jeweils nicht dargestellt) anschließen. Im Randbereich der Endplatten, Stromabnehmerplatten und Bipolarplatten sowie des Rahmen- elements 2 der Membran-Elektroden-Einheit 1 befinden sich Durchbrüche zur Ausbildung eines Zuführungs- und eines Abführungskanals 6 und 7 für den Anodenreaktand sowie eines Zuführungs- und Abführungskanals 15 und 16 für den Kathodenreaktand. Von den Zuführungskanälen strömt der Anoden- bzw. Kathodenreaktand über Fluidverteilerkanäle 9 bzw. 11 in den Bipolarplatten 2 (und Stromabnehmerplatten) über die Anodenseite bzw. die Kathodenseite der beidseitig mit einem Gasverteiler 19 belegten Membran- Elektroden-Einheit 1. Die Membran-Elektroden-Einheit 1 ist in ihrem äußeren, nicht aktiven Randbereich in demFor the sake of simplicity, FIGS. 3 and 6 only show part of a fuel cell stack, that is to say a membrane electrode unit 1 held in a frame element 2 with bipolar plates 3 shown on both sides at a distance from it. The fuel cell stack actually consists of several alternately and with the help of seals (not shown), gas-tight membrane electrode units and bipolar plates, each with a current collector plate (anode or cathode plate) and an end plate (each not shown) on the outer membrane electrode units ) connect. In the edge area of the end plates, current collector plates and bipolar plates as well as the frame element 2 of the membrane electrode unit 1 there are openings for the formation of a feed and a discharge channel 6 and 7 for the anode reactant and a feed and discharge channel 15 and 16 for the cathode reactant , From the feed channels, the anode or cathode reactant flows via fluid distribution channels 9 or 11 in the bipolar plates 2 (and current collector plates) via the anode side or the cathode side of the membrane electrode unit 1, which is covered on both sides with a gas distributor 19. Unit 1 is in its outer, inactive edge area in the
Rahmenelement 2 gehalten, das aus zwei über eine Schmelz- kleberschicht (nicht dargestellt) zusammengefügten, im wesentlichen steifen Platten besteht. In diese Schmelzkleberschicht ist auch der nicht aktive Randbereich der Membran-Elektroden-Einheit 1 eingebettet.
Gemäß den Figuren 3 bis 6 sind an dem Rahmenelement 3 und den Bipolarplatten 3 an beiden Seiten männliche und weibliche Fuhrungs- und Fixierungselemente in Form von Ausnehmungen 13 und diesen in dem Brennstoffzellenstack ge- genüberliegenden Erhöhungen 14 vorgesehen. Diese Fuhrungs- und Fixierungsmittel 13 und 14 sind jeweils im Abstand von der Außenkante oder unmittelbar an der Außenkante (Fig. 6) angeordnet. Sie können punktförmig (Fig. 4) oder langgestreckt (Fig. 5) sein. Sie sind so bemes- sen, dass sie in dem zusammengefügten, gasdichtenFrame element 2 held, which consists of two, essentially stiff plates joined together via a hot melt adhesive layer (not shown). The non-active edge region of the membrane electrode unit 1 is also embedded in this hot melt adhesive layer. According to FIGS. 3 to 6, male and female guiding and fixing elements in the form of recesses 13 and elevations 14 opposite these in the fuel cell stack are provided on the frame element 3 and the bipolar plates 3 on both sides. These guiding and fixing means 13 and 14 are each arranged at a distance from the outer edge or directly on the outer edge (FIG. 6). They can be punctiform (Fig. 4) or elongated (Fig. 5). They are dimensioned so that they are in the assembled, gas-tight
Brennstoffzellenstack im wesentlichen ohne Spiel ineinander oder aneinander liegen. Nach der Montage ist eine gegenseitige seitliche Verschiebung nicht möglich. Die Zuführungs- und Abführungskanäle für die Reaktanden sind in einer Flucht angeordnet und die Dichtungen (nicht dargestellt) sind exakt um die Öffnungen zur Ausbildung der Zu- und Abführungskanäle angeordnet. Selbstverständlich können die Ausnehmungen 13 auch in den Rahmenelementen 2 und die Erhöhungen 14 in den Bipolarplatten 3 vorgesehen sein, oder die Bipolarplatte 3 und das Rahmenelement 2 können auf einer Seite eine Ausnehmung (Vertiefung) und auf der anderen Seite eine Erhöhung aufweisen. Außerdem sind die Fuhrungs- und Fixierungsmittel 13 und 14 auch in den Stromabnehmerplatten und an der Innenseite der End- platten (jeweils nicht dargestellt) ausgebildet.The fuel cell stack lies in one another or in one another essentially without play. A mutual lateral displacement is not possible after assembly. The supply and discharge channels for the reactants are arranged in alignment and the seals (not shown) are arranged exactly around the openings for forming the supply and discharge channels. Of course, the recesses 13 can also be provided in the frame elements 2 and the elevations 14 in the bipolar plates 3, or the bipolar plate 3 and the frame element 2 can have a recess (depression) on one side and an elevation on the other side. In addition, the guiding and fixing means 13 and 14 are also formed in the current collector plates and on the inside of the end plates (not shown in each case).
Aus der Zeichnung ist weiterhin ersichtlich, dass die Ausnehmungen 13 und die Erhöhungen 14 mit schrägen Seitenflächen, das heißt, zum Inneren der Ausnehmung 13 hin und zur Spitze der Erhöhung 14 hin sich konisch verjüngend, ausgebildet sind, so dass benachbarte Fuhrungs- und Fixierungselemente 13, 14 zunächst mit anfänglich großem Spiel ineinandergeführt werden und nach dem Verspannen des Brennstoffzellenstacks über die Endplatten dennoch eine deckungsgleiche und lagesichere Anordnung aller Platten gewährleistet ist. Die Anordnung der verjüngt
J ) t to P1 It can also be seen from the drawing that the recesses 13 and the elevations 14 are designed with oblique side surfaces, that is to say they taper conically towards the interior of the recess 13 and towards the tip of the elevation 14, so that adjacent guide and fixing elements 13 , 14 are initially guided into one another with a large amount of play and, after the fuel cell stack has been braced over the end plates, a congruent and secure arrangement of all plates is nevertheless ensured. The arrangement of the tapered J ) t to P 1
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zwar aus zwei an den einander zugewandten Oberflächen mit Hilfe eines Schmelzklebers miteinander verklebten Rahmenteilen (nicht dargestellt) , zwischen denen die Membran- Elektroden-Einheit 1 gehalten ist. Die Rahmenteile mit den Dichtungen 20,20a werden in einem Formwerkzeug in einem einzigen Verfahrensschritt hergestellt. Die für die Dichtwirkung erforderliche Elastizität der Dichtung wird sowohl durch die Auswahl eines geeigneten Rahmenmaterials als auch durch die Querschnittsform der Dichtung erzielt. Aufgrund der Tatsache, dass das Rahmenelement 2 mit integrierter Dichtung 20, 20a und die Bipolarplatte 3 unmittelbar aneinander stoßen, kann ein für die notwendige Dichtwirkung ausreichender Anpressdruck, das heißt, Gegendruck der Bipolarplatte auf die angeformte Dichtung 20, 20a aufgebracht werden, ohne dass die Membran- Elektroden-Einheit 1 zerstört werden kann und der Dichteffekt beeinträchtigt wird. Im Ausführungsbeispiel ist die Dichtung 20, 20a als einstückig angeformter ovaler, elastischer Dichtstrang dargestellt, der diese Form - ausgehend von einem ursprünglich runden Strang - jedoch erst unter der Wirkung des Anpressdrucks in dem montierten Brennstoffzellenstack einnimmt und somit eine breite elastische Dichtfläche an der angrenzenden Bipolarplatte 3 bildet. Die Querschnittsfläche der Dichtung 20, 20a kann selbstverständlich auch jede andere, eine elastische Verformung und damit eine gute Abdichtung bewirkende Form aufweisen, beispielsweise als Dichtlippe ausgebildet sein. Das Rahmenelement mit integrierter Dichtung hat darüber hinaus aber noch den wesentlichen Vorteil, dass die Brennstoffzelle oder das Brennstoffzellenstack auf einfache Weise und schnell montiert werden kann, da die Rahmenelemente mit den integrierten Dichtungen gut handhabbar sind und das aufwendige Auftragen der Dichtung entfällt .
Bezugszeichenlistein fact from two frame parts (not shown) which are glued to one another on the mutually facing surfaces with the aid of a hot melt adhesive and between which the membrane electrode unit 1 is held. The frame parts with the seals 20, 20a are produced in a molding tool in a single process step. The elasticity of the seal required for the sealing effect is achieved both by the selection of a suitable frame material and by the cross-sectional shape of the seal. Due to the fact that the frame element 2 with the integrated seal 20, 20a and the bipolar plate 3 abut directly against one another, a sufficient contact pressure for the necessary sealing effect, that is to say, counterpressure of the bipolar plate can be applied to the molded seal 20, 20a without the Membrane electrode unit 1 can be destroyed and the sealing effect is impaired. In the exemplary embodiment, the seal 20, 20a is shown as an integrally formed oval, elastic sealing strand, which - starting from an originally round strand - assumes this shape only under the effect of the contact pressure in the assembled fuel cell stack and thus a wide elastic sealing surface on the adjacent bipolar plate 3 forms. The cross-sectional area of the seal 20, 20a can of course also have any other shape that results in an elastic deformation and thus a good seal, for example in the form of a sealing lip. The frame element with an integrated seal also has the essential advantage that the fuel cell or the fuel cell stack can be installed quickly and easily, since the frame elements with the integrated seals are easy to handle and the time-consuming application of the seal is eliminated. LIST OF REFERENCE NUMBERS
Membran-Elektroden-Einheit Rahmenelement Bipolarplatte Stromabnehmerplatte Endplatte Zuführungskanal (erster Reaktand) Abführungskanal (erster Reaktand) Verbindungskanal 11 Fluidverteilerkanal Dichtungselement Bohrungen für Spannbolzen Ausnehmung Erhöhung Zuführungskanal (zweiter Reaktand) Abführungskanal (zweiter Reaktand) , 18 abgeschrägte Kanten von 13, 14 Gasverteiler , 20a integrierte Dichtung
Membrane-electrode unit frame element bipolar plate current collector plate end plate supply channel (first reactant) discharge channel (first reactant) connecting channel 11 fluid distribution channel sealing element bores for clamping bolts recess elevation supply channel (second reactant) discharge channel (second reactant), 18 chamfered edges of 13, 14 gas distributor, 20a integrated poetry