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Die Erfindung betrifft eine Verteilerplatte für eine Bipolarplatte eines Brennstoffzellensystems nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch. Zudem betrifft die Erfindung eine entsprechende Bipolarplatte und ein entsprechendes Brennstoffzellensystem.
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Stand der Technik
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Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler, bei denen Brennstoff, bspw. Wasserstoff, und ein Oxidationsstoff, bspw. Sauerstoff aus einer einfachen Umgebungsluft, in Wasser, elektrische Energie und Wärme gewandelt werden. Die Reaktionsgase werden über sog. Bipolarplatten der Zellen geleitet und gleichmäßig über den aktiven Reaktionsflächen der Bipolarplatten verteilt. Die elektrochemische Reaktion läuft innerhalb der aktiven Flächen an sog. Membranen-Elektroden-Einheiten ab. Um die Leistung zu erhöhen, werden mehrere Brennstoffzellen zu einem Stack gestapelt und in Reihe verschaltet. Die Bipolarplatten trennen dabei einen Anodenbereich einer Zelle von einem Kathodenbereich einer anderen Zelle. Die Bipolarplatten werden zumeist aus zwei geprägten Blechen zusammengesetzt. Zwischen den geprägten Blechen werden Kanäle für ein Kühlmittel gebildet. Die Zuführung der Medien sowie die Verteilung der Medien innerhalb des Stacks erfolgen dabei durch randseitige Öffnungen der Bipolarplatten, sog. Ports. Um die Reaktionsgase sowie das Kühlmittel über die gesamte Bipolarplatte gleichmäßig zu verteilen, strömen die Medien nach Eintritt in die Zelle typischerweise zunächst durch einen Verteilbereich. Dieser Verteilbereich hat die Funktion der gleichmäßigen Auffächerung der Medien vor dem Eintritt in die aktive Fläche, sodass eine gleichmäßige Versorgung über der aktiven Fläche sichergestellt ist.
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Um die volumetrische Leistungsdichte zu steigern wird typischerweise versucht den Verteilbereich möglichst klein zu halten, denn auf dem Verteilbereich findet oft keine elektrochemische Reaktion statt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung sieht vor: eine Verteilerplatte für eine Bipolarplatte eines Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches. Zudem sieht die Erfindung eine entsprechende Bipolarplatte und ein entsprechendes Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche vor. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit den unterschiedlichen Ausführungsformen und/oder Aspekten der Erfindung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den anderen Ausführungsformen und/oder Aspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Ausführungsformen und/oder Aspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die vorliegende Erfindung sieht gemäß dem ersten Aspekt vor: eine, insbesondere anodenseitige, Verteilerplatte für eine Bipolarplatte eines Brennstoffzellensystems, aufweisend:
- - eine erste Seite (gemeint ist eine planare Seite mit einer ebenen Erstreckung, bspw. eine Oberseite) zum Verteilen eines Reaktanten, insbesondere eines brennstoffhaltigen Reaktanten,
wobei die erste Seite ein erstes Strömungsfeld mit einer Vielzahl an ersten Strömungskanälen für den Reaktanten aufweist, - - und eine zweite Seite (gemeint ist eine planare Seite mit einer ebenen
Erstreckung, bspw. eine Unterseite) zum Verteilen eines Kühlmittels, wobei die zweite Seite ein zweites Strömungsfeld mit einer Vielzahl an zweiten Strömungskanälen für das Kühlmittel aufweist.
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Dabei ist das erste Strömungsfeld komplementär (d. h. abbildend, gemeint ist im Sinne von einem Negativabbild, oder mit anderen Worten korrespondierend) zum zweiten Strömungsfeld in die Verteilerplatte eingeprägt.
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Hierzu ist es vorgesehen, dass das gesamte zweite Strömungsfeld verteilbereichsfrei (d. h. ohne einen separat von einer aktiven Fläche ausgebildeten Verteilbereich zur gleichmäßigen Auffächerung der Medien vor dem Eintritt in die aktive Fläche) und deckend (insbesondere vollumfänglich deckend) zu der gesamten aktiven Fläche der Bipolarplatte ausgeführt ist. Die aktive Fläche der Bipolarplatte korrespondiert mit der aktiven Fläche einer Membranen-Elektroden-Einheit, wenn die Bipolarplatte über der MEA angeordnet ist.
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Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass das zweite Strömungsfeld bzw. das Kühlmittelströmungsfeld derart ausgestaltet wird, dass kein Verteilbereich außerhalb der aktiven Fläche der Bipolarplatte für das Kühlmittel notwendig ist. Ein solches Kühlmittelströmungsfeld kann vorteilhafterweise in Kombination mit einem mäanderörmigen ersten Strömungsfeld bzw. einem Reaktanten-Strömungsfeld, insbesondere einem Brennstoff-Strömungsfeld, eingesetzt werden. Das erste Strömungsfeld kann vorzugsweise ebenfalls ohne einen Verteilbereich bereitgestellt werden.
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Mithilfe der Erfindung kann erreicht werden, dass das Kühlmittel aus einem Port heraus gerade in die aktive Fläche einströmen und dort über geeignete, vorzugsweise gezielt berechnete, geometrische Strukturen bzw. Bereiche an dem Kühlmittelströmungsfeld, die in der Verteilerplatte geprägt sind, homogen auf die gesamte aktive Fläche verteilt werden kann.
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Diese Strukturen können vorzugsweise über der gesamten aktiven Fläche der Bipolarplatte verteilt werden. Weiterhin können diese geometrischen Strukturen Freiform optimiert werden, um den Anforderungen einer homogenen Verteilung und geringen Druckverlusten, insbesondere in dem Kühlmittelströmungsfeld, zu genügen.
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Mit anderen Worten liegt der Erfindungsgedanke darin, dass das gesamte Kühlmittelströmungsfeld für das gleichmäßige Verteilen des Kühlmittels über der aktiven Fläche ausgeführt ist. Mithilfe der Erfindung kann die volumetrische Leistungsdichte der Bipolarplatte erheblich gesteigert werden.
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Ferner kann bei einer Verteilerplatte vorgesehen sein, dass das gesamte erste Strömungsfeld verteilbereichsfrei und deckend zu der gesamten aktiven Fläche der Bipolarplatte ausgeführt ist. Auf diese Weise kann auf beiden Seiten der Verteilerplatte eine gleichmäßige Verteilung der Medien sichergestellt werden, die ohne Verteilbereiche zum Auffächern von Medien auskommt. Somit kann der aktive Bereich der Verteilerplatte deckend (insbesondere vollumfänglich deckend) zu der gesamten aktiven Fläche der Bipolarplatte ausgeführt sein. Die aktive Fläche der Verteilerplatte korrespondiert mit der aktiven Fläche einer Bipolarplatte, wenn die Verteilerplatte mit einer weiteren Verteilerplatte zur fertigen Bipolarplatte zusammengesetzt ist.
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Weiterhin kann bei einer Verteilerplatte vorgesehen sein, dass das erste Strömungsfeld mäanderförmig ausgeführt ist. Mithilfe eines mäanderförmigen Strömungsfeldes kann auf eine einfache Art und Weise eine gleichmäßige Verteilung des Reaktanten über der aktiven Fläche einer Bipolarplatte sichergestellt werden, vorzugsweise ohne komplizierte Konstruktionsmaßnahmen an der Verteilerplatte.
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Zudem ist es denkbar, dass das erste Strömungsfeld einen mehrfachen, insbesondere einen 3-fachen, Mäander bilden kann. Somit kann ermöglicht werden, dass der Reaktant gleichmäßig über der aktiven Fläche einer Bipolarplatte verteilt wird. Somit kann außerdem ermöglicht werden, das die ersten Strömungskanäle im Wesentlichen eine gleiche Länge aufweisen, sodass die Druckverhältnisse zwischen den ersten Strömungskanälen vergleichmäßigt sind. Darüber hinaus kann somit ermöglicht werden, dass die Ports zum Bereitstellen und zum Abführen von Medien mit einer optimierten Breite ausgeführt sein können. Zumindest der Port für den Reaktanten kann dabei vorteilhafterweise über die ganze Breite von Strömungskanälen innerhalb des Mäanders ausgelegt bzw. ausgeführt werden.
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Des Weiteren kann bei einer Verteilerplatte vorgesehen sein, dass mehrere bzw. einige zweite Strömungskanäle von der Vielzahl an zweiten Strömungskanälen des zweiten Strömungsfeldes zumindest abschnittsweise fluidisch verbunden sind, sodass insbesondere das Kühlmittel in manchen Bereichen des zweiten Strömungsfeldes unabhängig von den ersten Strömungskanälen fließen kann, vorzugsweise in eine Richtung quer zu einer lokalen Flussrichtung des Reaktanten durch das erste Strömungsfeld. Somit kann ermöglicht werden, dass das Kühlmittel von einem Strömungskanal zu einem anderen Strömungskanal innerhalb des Kühlmittelströmungsfeldes fließen kann. Dies ist für eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels über das gesamte zweite Strömungsfeld von Vorteil. Auf diese Weise kann eine konstruktiv einfache und zuverlässige Möglichkeit geschaffen werden, um das gesamte zweite Strömungsfeld verteilbereichsfrei auszuführen.
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Zudem kann bei einer Verteilerplatte vorgesehen sein, dass das zweite Strömungsfeld eine Bereichsstruktur aufweist, die mehrere bzw. einige zweite Strömungskanäle von der Vielzahl an zweiten Strömungskanälen zumindest abschnittsweise fluidisch verbindet, sodass insbesondere das Kühlmittel in manchen Bereichen der Bereichsstruktur unabhängig von den ersten Strömungskanälen fließen kann, vorzugsweise in eine Richtung quer zu einer lokalen Flussrichtung des Reaktanten durch das erste Strömungsfeld. Die Bereichsstruktur kann vorteilhafterweise auf unterschiedlichste Weise ausgestaltet werden. Die Bereichsstruktur kann vorteilhafterweise gezielt berechnet, optimiert und/oder simuliert werden, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen einer gleichmäßigen Verteilung des Kühlmittels und geringen Druckverlusten beim Verteilen des Kühlmittels zu ermöglichen.
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Außerdem kann bei einer Verteilerplatte vorgesehen sein, dass die Bereichsstruktur, insbesondere umfassend mehrere Bereiche, nach einem bestimmten, vorzugsweise gezielt berechneten, Muster, über das gesamte zweite Strömungsfeld verteilt ist. Auf diese Weise kann der Vorteil erreicht werden, dass das gesamte zweite Strömungsfeld zur gleichmäßigen Verteilung dienen kann.
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Ferner kann bei einer Verteilerplatte vorgesehen sein, dass die Bereichsstruktur, insbesondere umfassend mehrere Bereiche, derart über das gesamte zweite Strömungsfeld verteilt ist, dass das Kühlmittel homogen über der gesamten aktiven Fläche der Bipolarplatte verteilt wird. Durch die homogene Verteilung des Kühlmittels kann das Kühlmittel möglichst gleichmäßig für eine Temperierung der Reaktanten dienen.
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Weiterhin kann bei einer Verteilerplatte vorgesehen sein, dass die Bereichsstruktur einen Teil von 30 % bis 70 %, insbesondere von 40 % bis 60 %, vorzugsweise den größten Teil, des zweiten Strömungsfeldes bildet. Auf diese Weise kann die Bereichsstruktur möglichst gleichmäßig über das gesamte zweite Strömungsfeld verteilt werden, um eine homogene Verteilung des Kühlmittels über der gesamten aktiven Fläche der Bipolarplatte zu ermöglichen.
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Des Weiteren kann bei einer Verteilerplatte vorgesehen sein, dass die Bereichsstruktur mehrere, vorzugsweise bereichsweise ausgebildeten, Unterbrechungen in den ersten Strömungskanälen des ersten Strömungsfeldes aufweist. Unter Unterbrechungen in den ersten Strömungskanälen des ersten Strömungsfeldes kann verstanden werden, dass die Höhe einiger ersten Strömungskanäle in bestimmten Bereichen des ersten Strömungsfeldes zumindest abschnittsweise abgesenkt wird, sodass das Kühlmittel über diese abgesenkten Bereiche bzw. Unterbrechungen fließen kann. Auf diese Weise kann eine einfache konstruktive Möglichkeit geschaffen werden, um die zweiten Strömungsfelder zumindest abschnittsweise fluidisch zu verbinden. Die Tiefe der Unterbrechungen (bzw. die Höhe der ersten Strömungskanäle im Bereich der Unterbrechungen) kann dabei derart ermittelt werden, dass die Kühlmittel-Druckverteilung und Kühlmittel-Druckverluste ausgeglichen werden. Diese Unterbrechungen der ersten Strömungskanäle beeinträchtigen die Gleichverteilung des Reaktanten auf die aktive Fläche nicht. Somit kann die gesamte aktive Fläche der Verteilerplatte bzw. einer korrespondierenden Bipolarplatte für die Verteilung des Kühlmittels benutzt werden.
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Zudem ist es denkbar, dass die Unterbrechungen eine Tiefe aufweisen, die von 15 % bis 75 %, insbesondere von 25 % bis 65 %, vorzugsweise von 35 % bis 55 %, der Kanalhöhe der ersten Strömungskanäle des ersten Strömungsfeldes außerhalb der Bereichsstruktur des zweiten Strömungsfeldes liegt, und/oder dass die Unterbrechungen eine derartige Tiefe aufweisen, dass die Druckverteilung und die Druckverluste des Kühlmittels über dem gesamten zweiten Strömungsfeld ausgeglichen werden. Auf diese Weise kann eine flexible Modellierung der Bereichsstruktur mit unterschiedlichen Verteilungen und/oder Muster ermöglicht werden, die zusammen mit der Tiefe der Unterbrechungen Stellfaktoren beim Berechnen bzw. Optimieren einer vorteilhaften Bereichsstruktur darstellen können. Vorteilhafterweise kann somit die Verteilerplatte mit den erfindungsgemäßen Vorteilen flexibel an unterschiedliche Vorgaben und Größen angepasst werden.
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Außerdem kann bei einer Verteilerplatte vorgesehen sein, dass mehrere bzw. einige ersten Strömungskanäle von der Vielzahl an ersten Strömungskanälen des ersten Strömungsfeldes in bestimmten Bereichen des ersten Strömungsfeldes, die mit den Bereichen der Bereichsstruktur des zweiten Strömungsfeldes korrespondieren, zumindest abschnittsweise eine reduzierte Höhe aufweisen, vorzugsweise im Vergleich zu einer Kanalhöhe der ersten Strömungskanäle außerhalb der Bereichsstruktur des zweiten Strömungsfeldes. Somit können auf eine einfache Weise mehrere, vorzugsweise bereichsweise ausgebildeten, Unterbrechungen in den ersten Strömungskanälen des ersten Strömungsfeldes ausgebildet werden.
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Gemäß dem zweiten Aspekt sieht die Erfindung vor: eine Bipolarplatte für ein Brennstoffzellensystem, aufweisend eine Verteilerplatte, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann. Mithilfe der erfindungsgemäßen Bipolarplatte können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verteilerplatte beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Vorteilhafterweise kann die Verteilerplatte, die wie oben beschrieben ausgeführt ist, auf einer Anodenseite der Bipolarplatte angeordnet werden.
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Vorzugsweise kann eine ebene Verteilerplatte auf einer Kathodenseite der Bipolarplatte vorgesehen sein. In diesem Falle teilen sich der Reaktant, insbesondere der Brennstoff, vorzugsweise Wasserstoff, und das Kühlmittel den Strömungsquerschnitt innerhalb der anodenseitigen Verteilerplatte. Dabei kann die Verteilerplatte, die wie oben beschrieben ausgeführt ist, besondere Vorteile entfalten und insbesondere zumindest bereichsweise einen ausreichenden Strömungsquerschnitt für das Kühlmittel bereitstellen, um eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels über der aktiven Fläche zu ermöglichen.
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Gleichwohl ist es aber auch denkbar, dass eine Bipolarplatte auf beiden Seiten eine Verteilerplatte aufweisen kann, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann.
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Gemäß dem zweiten Aspekt sieht die Erfindung vor: ein Brennstoffzellensystem, aufweisend mindestens eine Bipolarplatte, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann. Mithilfe des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems können die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verteilerplatte und/oder der erfindungsgemäßen Bipolarplatte beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele:
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Die Erfindung und deren Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 eine beispielhafte Verteilerplatte im Sinne der Erfindung,
- 2 eine weitere beispielhafte Verteilerplatte im Sinne der Erfindung, und
- 3 eine beispielhafte Bipolarplatte im Sinne der Erfindung.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile der Erfindung stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese i. d. R. nur einmal beschrieben werden.
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Die 1, 2 und 3 zeigen jeweils eine Verteilerplatte 100 im Sinne der Erfindung für eine Bipolarplatte BPP eines Brennstoffzellensystems S, die insbesondere auf einer Anodenseite der Bipolarplatte BPP eingesetzt werden kann.
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Die Verteilerplatte 100 im Sinne der Erfindung weist folgende Elemente auf:
- - eine erste Seite 101 (gemeint ist eine planare Seite mit einer ebenen Erstreckung, die bspw. als eine Oberseite bezeichnet werden kann) zum Verteilen eines Reaktanten R, insbesondere eines brennstoffhaltigen Reaktanten H2,
wobei die erste Seite 101 ein erstes Strömungsfeld 10 mit einer Vielzahl an ersten Strömungskanälen 11 für den Reaktanten R aufweist, - - und eine zweite Seite 102 (auch hier ist eine planare Seite mit einer ebenen Erstreckung gemeint, die bspw. als eine Unterseite bezeichnet werden kann) zum Verteilen eines Kühlmittels KM,
wobei die zweite Seite 102 ein zweites Strömungsfeld 20 mit einer Vielzahl an zweiten Strömungskanälen 21 für das Kühlmittel KM aufweist.
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Die 1 und 2 zeigen die Verteilerplatte 100 mit dem Blick auf die erste Seite 101. Wie es die 3 verdeutlicht, ist das erste Strömungsfeld 10 komplementär bzw. abbildend (im Sinne von einem Negativabbild) oder mit anderen Worten korrespondierend zum zweiten Strömungsfeld 20 in die Verteilerplatte 100 eingeprägt.
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Wie es die 1 bis 3 außerdem verdeutlichen, ist das gesamte zweite Strömungsfeld 20 verteilbereichsfrei, d. h. ohne einen separat von einer aktiven Fläche ausgebildeten Verteilbereich zur gleichmäßigen Auffächerung der Medien vor dem Eintritt in die aktive Fläche.
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Zudem ist das gesamte zweite Strömungsfeld 20 deckend, insbesondere vollumfänglich deckend, zu der gesamten aktiven Fläche der Bipolarplatte BPP, die in der 3 zu sehen ist. Die aktive Fläche der Bipolarplatte BPP korrespondiert mit einer aktiven Fläche einer Membranen-Elektroden-Einheit MEA, wenn die Bipolarplatte über der MEA angeordnet ist, wie es die 3 andeutet.
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Im Rahmen der Erfindung ist das zweite Strömungsfeld 20 bzw. das Kühlmittelströmungsfeld derart ausgestaltet, dass kein Verteilbereich außerhalb der aktiven Fläche der Bipolarplatte BPP für das Kühlmittel KM notwendig ist.
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Wie es die 1 und 2 verdeutlichen, kann das Kühlmittel KM aus einem Port P2 heraus gerade in die aktive Fläche einströmen und dort über geeignete, vorzugsweise gezielt berechnete, geometrische Strukturen 22 bzw. Bereiche 22a an dem Kühlmittelströmungsfeld, die in der Verteilerplatte 100 geprägt sind (vgl. 3), homogen auf die gesamte aktive Fläche verteilt werden.
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Wie es die 1 und 2 ferner verdeutlichen, können diese Strukturen 22 vorzugsweise über der gesamten aktiven Fläche der Verteilerplatte 100 verteilt werden. Wie es die 1 und 2 andeuten, können diese geometrischen Strukturen 22 Freiform optimiert werden, um den Anforderungen einer homogenen Verteilung und geringen Druckverlusten des Kühlmittels KM zu entsprechen.
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Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass das gesamte zweite Strömungsfeld 20 bzw. das Kühlmittelströmungsfeld für das gleichmäßige Verteilen des Kühlmittels KM über der aktiven Fläche ausgeführt ist. Auf diese Weise kann die volumetrische Leistungsdichte der Bipolarplatte wesentlich erhöht werden.
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Wie es die 1 und 2 weiterhin verdeutlichen, kann das gesamte erste Strömungsfeld 10 ebenfalls verteilbereichsfrei und deckend zu der gesamten aktiven Fläche der Bipolarplatte BPP ausgeführt sein. Auf diese Weise kann auf beiden Seiten der Verteilerplatte 100 eine gleichmäßige Verteilung der Medien H2, KM sichergestellt werden, die ohne separat von der aktiven Fläche ausgebildeten Verteilbereiche zum Auffächern von Medien H2, KM auskommt.
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Insgesamt betrachtet, ist der aktive Bereich 10, 20 (gleich der Erstreckungsfläche des ersten Strömungsfeldes 10 und wiederum gleich der Erstreckungsfläche des zweiten Strömungsfeldes 20) der Verteilerplatte 100 deckend, insbesondere vollumfänglich deckend, zu der gesamten aktiven Fläche der Bipolarplatte BPP ausgeführt. Der aktive Bereich 10, 20 der Verteilerplatte 100 korrespondiert übereinstimmend mit der aktiven Fläche einer Bipolarplatte BPP, wenn die Verteilerplatte 100 mit einer weiteren Verteilerplatte 200 zur fertigen Bipolarplatte BPP zusammengesetzt ist.
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Wie es die 1 und 2 des Weiteren verdeutlichen, kann das erste Strömungsfeld 10 mäanderförmig ausgeführt sein. Die 1 und 2 zeigen beispielhaft einen 3-fachen, Mäander. Mithilfe einer mäanderförmigen Ausformung des ersten Strömungsfeldes 10 kann auf eine einfache Art und Weise eine gleichmäßige Verteilung des Reaktanten R über der aktiven Fläche einer Bipolarplatte BPP sichergestellt werden.
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Mithilfe einer mäanderförmigen Ausformung des ersten Strömungsfeldes 10 kann zudem ermöglicht werden, dass die ersten Strömungskanäle 11 von Port Pl zu Port P1 im Wesentlichen eine gleiche Länge aufweisen. Der Reaktant R erfährt somit im Wesentlichen gleiche Druckverhältnisse innerhalb unterschiedlicher erster Strömungskanäle 11.
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Darüber hinaus kann mithilfe einer mäanderförmigen Ausformung des ersten Strömungsfeldes 10 ermöglicht werden, dass die Ports P1, P2 zum Bereitstellen und zum Abführen von Medien H2, KM mit einer optimierten Breite bereitgestellt werden können. Die Ports P1 zum Bereitstellen und zum Abführen des Reaktanten R können sich über die ganze Breite von Strömungskanälen 11 innerhalb des Mäanders erstrecken. Beide Ports P1, P2 zum Bereitstellen oder zum Abführen von Medien H2, KM können nebeneinander angeordnet werden und sich nahezu über die gesamte Länge entlang der Kante am Umfang des aktiven Bereiches 10, 20 zu erstrecken.
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Wie es die 1 und 2 in Verbindung mit der 3 verdeutlichen, können mehrere zweite Strömungskanäle 21 von der Vielzahl an zweiten Strömungskanälen 21 des zweiten Strömungsfeldes 20 zumindest abschnittsweise fluidisch verbunden sein. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass das Kühlmittel KM in manchen Bereichen 22a des zweiten Strömungsfeldes 20 unabhängig von den ersten Strömungskanälen 11 fließen kann, vorzugsweise in eine Richtung R2 quer zu einer lokalen Flussrichtung R1 des Reaktanten R durch das erste Strömungsfeld 10. Somit kann das Kühlmittel KM von einem Strömungskanal 21 zu einem anderen Strömungskanal 21 innerhalb des Kühlmittelströmungsfeldes fließen und sich über das gesamte zweite Strömungsfeld 20 verteilen.
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Zudem kann bei einer Verteilerplatte vorgesehen sein, dass das zweite Strömungsfeld 20 eine Bereichsstruktur 22 aufweist, die mehrere zweite Strömungskanäle 21 von der Vielzahl an zweiten Strömungskanälen 21 zumindest abschnittsweise fluidisch verbindet. Auf diese Weise kann ermöglicht werden, dass das Kühlmittel KM in manchen Bereichen 22a der Bereichsstruktur 22 unabhängig von den ersten Strömungskanälen 11 fließen kann, vorzugsweise in eine Richtung R2 quer zu einer lokalen Flussrichtung R1 des Reaktanten R durch das erste Strömungsfeld 10.
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Die Bereichsstruktur 22 zum Verteilen vom Kühlmittel KM setzt sich aus mehreren Bereichen 22a zusammen, wie dies die 1 und 2 verdeutlichen. Vorteilhaft kann sein, dass die Bereichsstruktur 22, insbesondere die einzelnen Bereiche 22a der Bereichsstruktur 22, derart über das gesamte zweite Strömungsfeld 20 verteilt ist, dass das Kühlmittel KM homogen über der gesamten aktiven Fläche der Bipolarplatte BPP verteilt wird.
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Die 1 und 2 zeigen unterschiedliche Verteilungen bzw. Muster der einzelnen Bereiche 22a innerhalb der Bereichsstruktur 22. Die Verteilungen bzw. Muster der einzelnen Bereiche 22a der Bereichsstruktur 22 können vorteilhafterweise Freiform optimiert werden, um die Kühlmittel-Druckverteilung und -Druckverluste innerhalb des zweiten Strömungsfeldes 20 bzw. des Kühlmittelströmungsfeldes zu optimieren.
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Beispielsweise kann die Bereichsstruktur 22 einen Teil von 30 % bis 70 %, insbesondere von 40 % bis 60 %, vorzugsweise den größten Teil, des zweiten Strömungsfeldes 20 bilden.
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Wie es die 3 andeutet, weist die Bereichsstruktur 22 mehrere, vorzugsweise bereichsweise ausgebildeten, Unterbrechungen 22b in den ersten Strömungskanälen 11 des ersten Strömungsfeldes 10 auf. An den Unterbrechungen 22b ist die Höhe h1 der betroffenen ersten Strömungskanäle 11 zumindest abschnittsweise abgesenkt, vorzugsweise im Vergleich zu einer Kanalhöhe H der ersten Strömungskanäle 11 außerhalb der Bereichsstruktur 22, sodass das Kühlmittel KM über diese abgesenkten Bereiche bzw.
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Unterbrechungen 22b von Kanal 21 zu Kanal 21 innerhalb des zweiten Strömungsfeldes 20 fließen kann.
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Die Tiefe h2 der Unterbrechungen 22b bzw. die Höhe h1 der ersten Strömungskanäle 11 im Bereich der Unterbrechungen 22b kann dabei derart ermittelt werden, dass die Kühlmittel-Druckverteilung und Kühlmittel-Druckverluste ausgeglichen werden. Vorteilhafterweise bewirken die Unterbrechungen 22b der ersten Strömungskanäle 11 keine, zumindest keine wesentlichen Beeinträchtigungen der Gleichverteilung des Reaktanten R über der aktiven Fläche.
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Die Unterbrechungen 22b können bspw. eine Tiefe h2 aufweisen, die von 15 % bis 75 %, insbesondere von 25 % bis 65 %, vorzugsweise von 35 % bis 55 %, der Kanalhöhe H der ersten Strömungskanäle 21 des ersten Strömungsfeldes 10 außerhalb der Bereichsstruktur 22 des zweiten Strömungsfeldes 20 liegen kann.
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Vorteilhafterweise können unterschiedliche Verteilungen und/oder Muster der Bereichsstruktur 22 zusammen mit der Tiefe h2 der Unterbrechungen h2 geeignete Stellfaktoren zum Berechnen einer vorteilhaften Bereichsstruktur 22 darstellen.
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Wie es die 3 andeutet, kann eine Bipolarplatte BPP für ein Brennstoffzellensystem S, aufweisend eine Verteilerplatte 100 gemäß der 1 oder 2, den zweiten Aspekt der Erfindung bilden.
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Die Verteilerplatte 100 im Sinne der Erfindung wird vorzugsweise auf einer Anodenseite A der Bipolarplatte BPP angeordnet.
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Auf einer Kathodenseite K der Bipolarplatte BPP kann eine ebene Verteilerplatte 200 angeordnet werden. Bei einer ebenen Kathodenplatte 200 teilen sich der Brennstoff H2, vorzugsweise Wasserstoff, und das Kühlmittel KM den Strömungsquerschnitt innerhalb der anodenseitigen Verteilerplatte 100.
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Bei einer ebenen Kathodenplatte 200 kann die Verteilerplatte 100 im Sinne der Erfindung besonders vorteilhaft sein, um eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels KM über der aktiven Fläche zu ermöglichen.
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Ein entsprechendes Brennstoffzellensystem S, welches mindestens eine Bipolarplatte BPP im Sinne der 3 aufweist, stellt den dritten Aspekt der Erfindung dar.
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Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
