DE3511751A1

DE3511751A1 - Brennstoffzellentrennvorrichtung mit zusammendrueckbaren abdichtflanschen

Info

Publication number: DE3511751A1
Application number: DE19853511751
Authority: DE
Inventors: Anthony Paul Glastonbury Conn. Mientek
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1985-03-30
Publication date: 1985-10-10
Anticipated expiration: 2005-03-31
Also published as: DE3511751C2; FR2562329A1; AU3929285A; GB8504202D0; FR2562329B1; GB2157064A; JPH0654670B2; CA1237765A; GB2157064B; JPS60220571A; US4514475A; AU564332B2

Description

R 7820

Brennstoffzellentrennvorrichtung mit zusammendrückbaren Abdichtflanschen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brennstoffzellen, und insbesondere auf Brennstoffzellen mit geschmolzenem Carbonat. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Trennvorrichtungen oder Trennmittel zum Trennen benachbarter Zellen in einem Stapel aus Brennstoffzellen in einer Leistungsanlage oder einem Kraftwerk aus Brennstoffzellen mit geschmolzenem Carbonat.

Eine Bauart einer geschmolzenen Carbonat-Brennstoffzelle umfaßt eine Anodenelektrode, die mit Abstand gegenüber einer Kathodenelektrode angeordnet ist, und zwar durch eine Elektrolyt-zurückhaltende Matrix. Jede Elektrode ist in einem Reaktionsbereich der Zelle angeordnet, der von benachbarten Zellen durch eine Trennplatte getrennt ist. Wellenförmige Tragmittel füllen den Raum zwischen jeder Elektrode und der

benachbarten Tennplatte aus. Die Wellungen an den beiden Tragmitteln sind rechtwinklig bezüglich einander angeordnet und gestatten jeweils den Durchgang von zwei unterschiedlichen Reaktionsgasen in senkrechten Richtungen durch die beiden Reaktionsgebiete. Die Durchlässe für eines der Stützmittel erstrecken sich zwischen den Gassammelleitungen auf entgegengesetzten Seiten des Stapels aus Zellen für eines der Reaktionsgase , während die Durchlässe der anderen Tragmittel sich zwischen den Gassammelleitungen auf den anderen beiden Seiten des Stapels für das andere Reaktionsgas erstrecken.

Jede Trennplatte trägt längs entgegengesetzter Seitenkanten zwei aus solidem Metall bestehende Abdichtschienen, die sich parallel zu den Tragmitteldurchlässen und dem zugehörigen Reaktionsgebiet erstrecken, und zwar zu einem Ende der Stapel aus Zellen, wobei diese Schienen annähernd die gleiche Höhe wie die Elektrode und ihre Halterung in dem zugehörigen Reaktionsgebiet der Zelle besitzen. Ähnliche Schienen sind längs der anderen Seitenkanten der Trennplatte ausgebildet und ragen zum anderen Ende des Stapels aus Zellen oder dichten ein Reaktionsgebiet einer benachbarten Zelle ab. Somit ist jede Zelle durch zwei Trennplatten begrenzt, wobei die Abdichtschienen auf einer Trennplatte eines der aktiven Gebiete der Zelle abdichten, und wobei die Dichtschienen auf der anderen Trennplatte das andere der aktiven Gebiete der Zelle abdichten.

Der Nachteil solider Abdichtschienen besteht darin, daß sie nicht auf Änderungen hinsichtlich der Dicke der Elektroden und der Elektrodenhalterungen einstellbar sind. Diese Dickenänderungen können sich durch Herstellungstoleranzen bei mehreren Teilen der Zelle ergeben oder aus Eigenschaften, die Zellenteile infolge des Zellenbetriebs zeigen. Wenn beispielsweise ein Stapel aus Zellen erhitzt wird, so erfahren

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die Elektroden und Halterungen eine thermische Ausdehnung,was die Druckkräfte auf diesen erhöht. Im Laufe der Zeit erfahren die Zellenteile eine Kriechwirkpng mit der Tendenz, die Zusammendrückkräfte zu vermindern, was die Teile veranlassen kann, sich von den Abdichtschienen wegzuziehen und die Abdichtung der aktiven Zellengebiete zu verschlechtern. Die elektrische und thermische Leitfähigkeit zwischen den Zellenkomponenten und zwischen benachbarten Zellen kann ebenfalls verschlechtert werden.

Ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Brennstoffzellentrennvorrichtung vorzusehen, die die Nachteile bekannter Trennvorrichtungen vermeidet und zusätzliche strukturelle und Betriebs-Vorteile liefert.

Ein wichtiges Ziel der Erfindung besteht darin, eine Brennstoff zellentrennvorrichtung vorzusehen, die sich gegenüber Änderungen hinsichtlich der Dicke von Zellenteilen während des Gebrauchs einstellt. In Verbindung mit den vorstehender. Zielen ist ein weiteres Ziel der Erfindung darin zu senen, eine verbesserte Brennstoffzellentrennvorrichtung der angegebenen Bauart derart vorzusehen, daß diese elastisch, kompressibel und zusammendrückbar ist. Ferner bezweckt die Erfindung, eine Brennstoffzellentrennvorrichtung der angegebenen Bauart anzugeben, die einfach und wirtschaftlich im Aufbau ist.

Diese und weitere Ziele der Erfindung erreicht man durch das Vorsehen einer Brennstoffzellentrennvorrichtung zum Trennen von zwei benachbarten Brennstoffzellen in einem Stapel aus solchen Zellen, wobei die Trennvorrichtung folgendes aufweist: eine im wesentlichen flache, gasundurchdringliche Platte, angeordnet zwischen den benachbarten Zellen und elastisch zusammendrückbare gasundurchdringliche Abdichtmittel längs einer Umfangskante der Platte, wegragend von dort zu einem Ende des Stapels, und wobei ferner die Abdichtmittel mit

der Platte zusammenarbeiten und mit einer der benachbarten Zellen zum Vorsehen einer gasundurchdringlichen Dichtung für einen Teil der einen Zelle längs de,r Umfangskante, wobei die Abdichtmittel mit der Platte zusammenarbeiten, um einen Abstand zwischen Teilen der benachbarten Zellen aufrechtzuerhalten, während die Zusammendrückbarkeit der Abdichtmittel die Abstandsvariation akkomodiert oder aufnimmt.

Weitere Ziele, Vorteile und auch neue Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung für den Fachmann bei Anwendung der Erfindung.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig.1 eine Draufsicht auf einen Brennstoffzel

lenmodul, der einen Stapel aus Brennstoffzellen aufweist, und zwar getrennt durch Trennplatten, die entsprechend Merkmalen der Erfindung aufgebaut sind und die Erfindung verkörpern;

Fig.2 eine Vorderansicht des Brennstoffzellen

stapels der Fig.1, wobei ein Teil des Stapels entfernt ist;

Fig.3 eine Seitenansicht des Brennstoffzellen

stapels der Fig.2, und zwar gesehen von rechts;

Fig.4 eine Draufsicht auf eine Brennplatte

gemäß der Erfindung;

Fig.5 eine vergrößerte Schnittansicht längs

351175 - ß-

Linie 5-5 in Fig.4;

Fig.6 eine Ansicht ähnlich Fig.5, wobei eine

bevorzugte Form der Trennplatte der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.

Fig.1 zeigt ein Brennstoffzellenmodul, welches im ganzen mit d.em Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Dieses Modul 10 weist einen Stapel 11 aus Brennstoffzellen auf. Der Stapel 10 weist - vergl. dazu auch die Fig.2,3 und 4 - eine Vielzahl von identischen, sich wiederholenden Brennstoffzelleneinheiten auf, von denen jede in der beschriebenen Weise aufgebaut sein kann und deren jede zu der Bauart mit geschmolzenen: Carbonat gehören kann. Der Stapel 11 ist an der Oberseite durch eine Anodenentplatte 12 begrenzt, die einen rechtekcigen Kanal 13 aufweist, der an der Unterseite dieser Platte ausgebildet ist und sich über diese hinweg erstreckt; der Stapel ist ferner an der Unterseite durch eine Kathodenendplatte 14 begrenzt, die an ihrer Oberseite mit einem rechteckigen Kanal 15 ausgestattet ist, der sich darüber hinweg erstreckt, und zwar in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Kanals 13. Die Endplatten 12 und 14 der Brennstoffzelleneinheiten 20 haben rechteckige Gestalt und sind in der Zeichnung im wesentlichen quadratisch dargestellt. Demgemäß ist der Stapel 11 eine Säule von quadratischem Querschnitt mit vier rechteckigen Vertikalseitenstirnflächen,die jeweils im wesentlichen vollständig von Reaktionsgassamxelleitungen bedeckt sind, und zwar einschließlich einer Brennstoffeinlaßsammelleitung 16, einer Oxidationsmitteleinlaäsammelleitung 17, einer Brennstoffauslaßsammelleitung 18 uni einer Qxidationsmittelauslaßsammelleitung 19,

Jede Brennstoffzelleneinheit 20 weist eine flache, rechteckige Elektrolytmatrix 21 auf, und zwar mit einer oberen Oberfläche (Oberseite), angeordnet in Kontakt mit einer Anode 22,

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die vorzugsweise in der Form einer flachen Platte oder eines Blocks ausgebildet ist mit einer Dicke, die wesentlich größer ist als die Dicke der Matrix 21, wid wobei ferner in der Oberseite eine Vielzahl von im wesentlichen mit gleichem Abstand angeordneten parallelen Kanälen 24 ausgebildet ist,wobei jeder der Kanäle 24 teilzylindrisch in einem transversalen Querschnitt ist und sich über den Stapel 11 von der Brennstoffeinlaßsammelleitung 16 aus zur Brennstoffauslaßsammelleitung 18 erstreckt. An der Oberseite des Stapels 11 ist eine Elektrolytmatrix 21 angfeordnet, und zwar in Kontakt mit der Bodenoberfläche (Unterseite) der Anodenendplatte 12, und die zugehörige Anode 22 für diese obere Elektrolytmatrix 21 ist in dem Kanal 13 in der Anodenendplatte 12 (vergl.Fig.3) angeordnet, und zwar im wesentlichen gleich endend damit, wobei ferner die Kanäle 24 parallel zur Längsabmessung des Kanals 13 verlaufen. In Kontakt mit der Unterseite jeder Elektrolytmatrix 21 ist eine flache, rechteckige Kathode 25 angeordnet, wobei die Bodenoberfläche (Unterseite) derselben in Kontakt mit einer dünnen rechteckigen Tragplatte 26 angeordnet ist. Die Kathodentragplatte 26 ist ihrerseits auf einem gewellten Stromsammler (Stromkollektor) 27 angeordnet, wobei die Wellung desselben seitlich darüber hinwegläuft, um eine Vielzahl von Kanälen 28 zu definieren, die sich im Gebrauch von der Oxidationsmitteleinlaßsammelleitung 17 zu der Oxidationsmittelauslaßsammelleitung 19 (vergl.Fig.1 ) erstrecken. Am Boden des Stapels 11 ist eine Elektrolytmatrix 21 in Kontakt mit der Oberseite der Kathodenendplatte 14 angeordnet, wobei die zugehörige Kathodenanordnung einschließlich Kathode 25, Kathodentragplatte 26 und Stromkollektro 27 in dem Kanal 15 in der Oberseite der Kathodenendplatte 14 angeordnet ist, und zwar im wesentlichen gleicherstreckend damit, und wobei schließlich die Kanaäle 28 parallel zur Längsabmessung des Kanals 15 verlaufen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Abmessung jeder Anode

22 quer zu den Kanälen 24 wesentlich kleiner ist als die entsprechende Abmessung der zugehörigen Matrix 21. Die vorstehenden Ränder jener Matrix 21 definieren in dieser Richtung Abdichtgebiete längs der entgegengesetzt liegenden geschlossenen Seiten der Anode 22. In ähnlicher Weise sind die Abmessungen der Kathoden 25, der Kathodentragplatten 26 und der Stromkollektoren 27 in Querrichtung zu den gewählten Kanäler 28 in der Kathodentragplatte 26 wesentlich kleiner als die gleichen als der entsprechenden Abmessung der zugehörigen Elektrolytmatrix 21. Die vorstehenden Ränder jeder Matrix definieren in dieser Richtung Dichtungsgebiete längs der entgegengesetzten geschlossenen Seiten der zugehörigen Kathode

Benachbarte Brennstoffzelleneinheiten der sich wiederholenden Brennstoffzelleneinheiten 20 sind - vergl.die Fig.^ und 5 - voneinander durch ein Trennmittel (Trennvorrichtung) getrennt, welches im ganzen mit 30 bezeichnet ist und gemäi Merkmalen der Erfindung ausgebildet ist. Die Trennvorricht/jn=- 30 weist eine flache, rechteckige Metallplatte 31 auf, ur.c zwar mit im wesentlichen den gleichen ebenen Abmessungen v:-a die Brennstoffzelleneinheiten 20. Die Platte 31 ist jeweils längs entgegengesetzter Seitenkanten mit im wesentlichen identischen Kathodenabdichtflanschen 32 ausgestattet, wobei jeder einen einteiligen Rand der Platte 31 auf sich selbst, zurückgefaltet aufweist. Jeder der Kathodenabdichtflansche 32 besitzt einen bogenförmigen Endteil 33 und einen flacher. Teil 34,. der die Platte 31 überlappt und um einen vorbesti·.-.:-.-ten Abstand demgegenüber angeordnet ist. In ähnlicher Weise sind die anderen beiden Seitenkanten der Platte jeweils mit im wesentlichen identischen Anodenabdichtflanschen 35 ausgestattet, von denen jeder einen einheitlichen oder einteiligen Rand der Platte 31 aufweist, und zwar nach unten auf sich selbst zurückgefaltet. Jeder der Anodenabdichtflansche 35 besitzt einen bogenförmigen Endteil 36 und einen flachen Teil 37, der die Platte 31 überlappt und mit einem vorbe-

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stimmten Abstand darunter angeordnet ist. Die Trennvorrichtung 30 ist mit Eckausschnitten 38 an den Verbindungsstellen jedes der Flansche 32 und 35 mit de^r Platte 31 ausgestattet, um das Falten derselben während der Herstellung der Trennvorrichtung 30 zu erleichtern. Es sei bemerkt, daß die Breite jedes der Abdichtflansche 32 und 35 im wesentlichen die gleiche ist wie die Breite der Abdichtgebiete der Ränder jeder Elektrolytmatrix 21.

Jeder der Kathodenabdichtflansche 32 arbeitet mit dem zugehörigen überlappten Teil der Platte 31 zusammen, um einen Kanal oder eine Tasche oder einen Beutel zu bilden, in dem ein Stapel 40 aus dünnen rechteckigen Federflächenelementen 41 aufgenommen ist, wobei jedes der Flächenelemente 41 Abmessungen aufweist, die im wesentlichen die gleichen sind wie diejenigen des entsprechenden flachen Teils 34 des zugehörigen Kathodenabdichtflansches 32. Diese Flächenelemente 41 sind aneinander und an dem zugehörigen oder asoziierten Flansch 34 in einer geschichteten (laminierten) Struktur befestigt, und zwar durch irgendwelche geeigneten Befestigungsmittel, wie beispielsweise durch Kleben oder Punktschweißen, wobei diese laminierte Struktur eine Kathodenabdichtschiene bildet, die irr. ganzen mit dem Bezugszeichen 45 bezeichnet ist. Die Kathodenabdichtschienen 45 definieren dazwischen eine aktive Zone aus einer benachbarten darüberliegenden Brennstoffzelleneinheit 20, in der die Kathode 25 angeordnet ist, die Kathodentragplatte 26 und der Stromkollektor 27 dieser Brennstoffzelleneinheit 20.

In ähnlicher Weise arbeitet jeder der Anodenabdichtflansche 35 mit dem zugehörigen überlappten Teil der Platte 31 zusammen, um einen Kanal oder eine Tasche zu definieren, in der einer der STapel 40 aus dünnen, rechteckigen Federflächenelementen 41 aufgenommen ist, und zwar miteinander in einer geschichteten Struktur befestigt, um eine Anodenabdichtschiene

zu bilden, die im ganzen mit 50 bezeichnet ist. Die zwei Anodenabdichtschienen 50 arbeiten zusammen, un dazwischen eine aktive Zone der benachbarten darunterliegenden Brennstoffzelleneinheit 20 zu bilden, in der die Anode 22 dieser Brennstoffzelleneinheit 20 angeordnet ist.

Die kombinierten nominellen Dicken der Federflächenelemente 41 jedes Stapels 40, hinzuaddiert zu der Dicke des zugehörigen flachen Teils 34 oder 37 des Abdichtflansches, ist im wesentlichen gleich der minimalen gewünschten Abdichtschienendicke. Das natürlicherweise auftretende Fehlen der Flachheit der hergestellten dünnen Metallflächenelemente (Metallbleche) bei der Anordnung in einem Stapel liefert ein Schichtmaterial (Laminat), welches eine gewisse Kraft benötigt, um es auf die Summe der einzelnen Lagen oder Schichtdicken zu verflachen. Dieses Verhalten liefert elastisch zusammendrückbar Abdichtschienen. Jede Abdichtschiene 45 und 50 ist derart konstruiert, daß sie eine Gesamtdicke im Ruhezustand und bei Umgebungstemperatur aufweist, die im wesentlichen die gleiche ist wie die Dicke der Komponenten in der zugehörigen oder asoziierten aktiven Zone der benachbarten Brennstoffzelleneinheit 20. Somit ist die Dicke der Kathodenabdichtschienen 45 im wesentlichen die gleiche wie die kombinierte Dicke der zugehörigen Kathode 25, Kathodentragplatte 26 und Stromkollektor 27, wohingegen die Dicke der Anodenabdichtschienen 50 im wesentlichen die gleiche ist wie die Dicke der zugehörigen Anode 22. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist festzustellen, daß die Dicke der Kathodenabdichtschienen 45 etwas größer ist als die Dicke der Anodenabdichtschienen 50, es sei aber darauf hingewiesen, daß die Dicke der Abdichtschienen 45 und 50 auf irgendein gewünschtes Niveau eingestellt werden könnte, und zwar abhängig von den speziellen verwendeten Brennstoffzellenelektroden-Anordnungen.

Wie man am besten in den Fig.2 und 3 sieht, trennt jede

Trennvorrichtung 30 die Kathodenanordnung einer Brennstoffzelleneinheit 20 von der Anode einer darunterliegenden benachbarten Brennstoffzelle 20. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Kathodenabdichtschienen 45 derart angeordnet sind, daß sie eine Abdichtung gegenüber den geschlossenen Seitenkanten der Kathode 25 bewirken, die sich parallel erstrecken zu der Richtung der Oxidationsgasströmung durch die Stromkollektrokanäle 28, wohingegen die Anodenabdichtschienen 50 jeweils derart angeordnet sind, daß sie die abgeschlossenen Seitenkanten der Anode 22 abdichten, die parallel zu der Richtung der Brennstoffgasströmung durch die Kanäle 24 laufen. Insbesondere sind die flachen Teile 34 der Kathodenabdichtflansche 32 jeweils in Abdichteingriff mit den Abdichtzonen an der Elektrolytmatrix 21 der darüberliegenden Brennstoffzelleneinheit 20 angeordnet, wohingegen die flachen Teile 37 der Anodenabdichtflansche 35 jeweils in Abdichteingriff mit den Abdichtzonen an der Elektrolytmatrix 21 der darunterliegenden Brennstoffzelleneinheit 20 angeordnet sind.

Ein grundsätzlicher Aspekt der vorleigenden Erfindung besteht darin, daß die Zusammendrückbarkeit (Kompressibilität) der Abdichtschienen 45 und 50 dazu dient, die Toleranzen bei der Dicke der zugehörigen Elektrodenanordnungen und anderer Brenn· £toffZellenkomponenten zu akkornodieren. Somit können die Dicken der Abdichtschienen 45 und 50 sich einstellen, wenn die Elektroden schrumpfen oder kriechen, und sie werden elastische nach Erfordernis zurückspringen, und zwar während Temperaturänderungen, um die thermischen Ausdehnungen der Brennstoffzellenkomponenten zu akkomodieren. Wenn das Ausmaß der Zusammendrückbarkeit der laminierten Federflächenelemente 41 nicht für den gewünschten Anwendungsfall ausreicht, so können eines oder mehrere der Federflächenelemente 41 mechanisch bearbeitet werden, wie dies bei 42

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(Fig.5) gezeigt ist, um deren Abweichung gegenüber der Flachheit zu erhöhen. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist diese Abweichung durch eine Wellung oder Wellenbildung der Federflächenelemente 41 dargestellt und erreicht, es ist aber darauf hinzuweisen, daß auch andere Verfahren verwendet werden können, wie beispielsweise Schrotbeschuß, Dampfbestrahlung oder Gitterbestrahlung.

Bei einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung ist jede Brennstoffzelle 20 eine Brennstoffzelle mit geschmolzenem Carbonat. Bei dieser Bauart einer Brennstoffzelle kann die Elektrolytmatrix 21 einen inerten Füllstoff aufweisen, der mit einem geschmolzenen Carbonatsalz-Elektrolyt imprägniert ist. Die Anode 22 und die Kathode 25 können aus porösem Nickel ausgebildet sein. Das Brennstoffgas kann ein Gas auf Petroleumbasis sein oder ein aus Kohle hergestelltes Gas,und das Oxidationsmittel kann Luft sein. Die Trennvorrichtung 30 kann eine Bimetallzusammensetzung aufweisen, wobei die Kathodenseite derselben aus rostfreiem Stahl besteht und die Anodenseite derselben aus Nickel gebildet ist. Eine geeignete Zusammensetzung kann NI201/316SST sein, und zwar mit einer 0,1 mm Nickelbeschichtung auf 0,2 mm rostfreiem Stahl. Auch müssen die naßen Abdichtgebiete der Trennvorrichtung 33, die die Außenoberflächen der Abdichtflansche 32 und 35 und die Außenoberflächen der überlappten Teile der Platte 31 aufweisen, aluminisiert sein, um den Korrosionswiderstand in geschmolzenen Carbonatbrennstoffzellen zu verbessern. Diese Aluminisierung könnte durch eine hohe Temperatur (mehr als 870° C) Diffusionswärmebehandlung erreicht werden. Eine derartige Hochtemperaturwärmebehandlung hat jedoch die Tendenz, die Trennvorrichtung 30 zu verformen und schafft Stapelprobleme .

Demgemäß sieht eine bevorzugte Ausbildungsform der Erfindung vor, daß die naßen Dichtgebiete der Trennvorrichtung 30 mit

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einem Aluminidüberzug versehen werden. Dies wird dadurch erreicht, daß man ein im Handel verfügbares, mit Aluminium beschichtetes, rostfreies Stahlblech verwendet. Der Aluminiumüberzug 60 - vergl. dazu Fig.6 - kann in den angegebenen Gebieten vorhanden sein. Das Blech wird sodann gebogen, um die Abdichtflansche 32 und 35 zu bilden. Sodann werden die äußersten Schichten des Aluminiumüberzuges anodisiert, um das Aluminium dieser Schichten in Aluminiumoxid umzuwandeln. Dies verhindert das Schmelzen des Aluminiums während der Erhitzung im Gebrauch, wenn die Trennvorrichtung 30 in eine Brennstoffzellenleistungsanlage eingebaut ist. Die nichtanodisierten Aluminiumsohichten nahe der rostfreien Stahlzwischenschicht (interface) diffundieren in das rostfreie Stahl während des Leistungsanlagenbetriebs und bilden eine Diffusionsverbindung. Diese Lösungsmöglichkeit minimiert die Verformung der Trennvorrichtung 30, und gleichzeitig wird eine aluminiumoxidüberzogene Naßdichtung vorgesehen. Ein Minimum an Aluminiumüberzug, annähernd 50 bis 130 um, reicht für dieses Verfahren aus.

Aus den vorstehenden Ausführungen erkennt man, daß die Erfindung eine verbesserte Brennstoffzellentrennvorrichtung vorsieht, die zusammendrückbare Abdichtschienen aufweist, welche einstellbar sind, mit den Dickenänderungen der anderen Brennstoffzellenkomponenten im Gebrauch, wodurch die erforderliche Abdichtung und die elektrische und thermische Leitfähigkeit aufrechterhalten bleibt.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Eine Trennvorrichtung zum Trennen benachbarter Brennstoffzellen in einem Stapel aus solchen Zellen, wobei eine flache, rechteckige, gasundurchdringliche Platte zwischen benachbarten Zellen angeordnet ist und zwei entgegengesetzte Seitenränder aufweist, die zurück über eine Seite der Platte gefaltet

sind, um zwei erste Abdichtflansche zu bilden, und wobei die anderen Seitenränder davon ebenfalls zurück über die entgegengesetzte Seite der Platte gefaltet.sind, um zwei zweite Abdichtflansche zu bilden, wobei jeder der Abdichtflansche mit der Platte zusammenarbeitet, um einen Kanal zu definieren, in dem ein elastisch zusammendrückbarer Stapel aus dünnen Metallblechen angeordnet ist. Die zwei ersten Abdichtflansche arbeiten mit der Elektrolytmatrix einer der Zellen zusammen, um eine gaspermeable (undurchdringliche) Dichtung zwischen der Elektrode der einen Zelle und einem der beiden Reaktionsmittelgassammelleitungen vorzusehen. Die zweiten Abdichtflansche arbeiten mit der Elektrolytmatrix der anderen Zelle zusammen, um eine gaspermeable Abdichtung zwiscnen der Elektrode der anderen Zelle und der anderen der beiden Reaktionsmittelgassammelleitungen vorzusehen. Die Abdichtflansche arbeiten mit den zugehörigen zusammendrückbaren Stapeln der Flächenelemente zusammen, um einen Abstand zwischen der Platte und den Elektrolytmatrizen aufrecht zu erhalten, während eine Variation dieses Abstands akkomodiert wird.

OBlGlNAL

Claims

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ANSPRÜCHE

1. Brennstoffzellentrennvorrichtung, die folgendes aufweist :

eine im wesentlichen falche, planare, gasundurchdringliche Platte und gasundurchdringliche Abdichtmittel längs einer Umfangskante der Platte von der Ebene derselben wegragend,

wobei die Abdichtmittel Einstellmittel aufweisen, um die elastische Zusammendrückung der Abdichtmittel zu der Ebene der Platte hin zu akkomodieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Platte eine im wesentlichen rechteckige Form hat, und daß die Trennvorrichtung zwei der Abdichtraittel aufweist, und zwar jeweils angeordnet längs entgegengesetzter Seitenkanten der Platte und von dort in der gleichen Richtung wegragend.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtmittel ein flexibles, gasundurchdringliches Abdichtglied aufweisen, und die Einstellmittel weisen elastisch zusammendrückbare Mittel, asoziiert mit dem Abdichtglied, auf.

h. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtmittel einen Abdichtflansch auf der Platte aufweisen, und zwar längs der Unifangskante desselben, und wobei der Abdichtflansch einen gasundurchdringlichen ersten Teil integral mit der Platte aufweist, und zwar sich von dort aus zu einem Ende des Stapels erstreckend, und mit einem zweiten Teil, integral mit dem ersten Teil und die Platte überlappend und mit Abstand angeordnet demgegenüber, wobei die Einstellmittel elastische Mittel aufweisen, und zwar asoziiert mit dem Abdichtflansch zur Aufrechterhaltung eines Abstandes zwischen dem zweiten Teil und der Platte während der Akkumulations- oder Anpassungsbewegung des zweiten Teils bezüglich der Platte zur Veränderung des Abstandes dazwischen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,

wobei der Abdichtflansch einteilig mit der Platte ausgebildet ist und einen Rand der Platte aufweist, der zurück auf sich selbst umgefaltet ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Mittel diskret gegenüber dem Abdichtflansch ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtmittel erste Abdichtmittel aufweisen und ferner gasundurchdringliche Abdichtmittel längs einer zweiten Umfangskante der Platte von der Ebene derselben wegragend, und zwar in einer entgegengesetzten Richtung von den ersten Abdichtmitteln, und wobei die zweiten Abdichtmittel zweite Einstellmittel aufweisen, die die elastische Zusammendrückung der zweiten Abdichtmittel zur Ebene der Platte hin akkomodieren oder anpassen.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte im wesentlichen rechteckförmig ist, daß die Trennvorrichtung zwei der ersten Abdichtmittel aufweist, und zwar jeweils angeordnet längs entgegengesetzter Seitenkanten der Platte, und wobei ferner zwei der erwähnten zweiten Abdichtmittel jeweils längs der anderen Seitenkanten der Platte angeordnet sind.

9. Brennstoffzellentrennvorrichtung zum Trennen von zwei benachbarten Brennstoffzellen in einem Stapel solcher Zellen, wobei jede Zelle eine Reaktionszone und einen Abdichtungssitz entlang dieser aufweist, und wobei folgendes vorgesehen- ist:

eine im wesentlichen flache gasundurchdringliche Platte, angeordnet zwischen benachbarten Zellen, einen Abdichtflansch auf der Platte längs einer Umfangskante derselben,

wobei der Abdichtflansch einen gasundurchdringlichen ersten Teil, integral mit der Platte, aufweist und sich von dieser aus zu einem Ende des Stapels hin erstreckend, und mit einem zweiten Teil, integral mit dem ersten Teil und die Platte überlappend und von dieser mit Abstand angeordnet, wobei der Abdichtflansch mit der Platte und

mit dem Dichtungssitz einer der benachbarten Zellen zusammenarbeitet, um eine gasundurchdringliche Dichtung für die Reaktionszone der einen Zelle längs der Umfangskante vorzusehen, und wobei der Abdichtflansch mit der Platte zusammenarbeitet, um einen langgestreckten Kanal längs der Umfangskante zu erzeugen, und wobei ferner ein elastisch zusammendrückbarer Stapel aus Flächenelementen in dem Kanal angeordnet ist und diesen im wesentlichen ausfüllt, wobei die Zusammendrückung dieses Stapels aus Flächenelementen eine kleine Bewegung des zweiten Teils bezüglich der Platte akkomodiert, um den Abstand dazwischen zu verändern.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel aus Flächenelementen an dem Abdichtflansch und an der Platte befestigt ist, wobei benachbarte Flächenelemente miteinander befestigt sind .

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Flächenelemente im ganzen flach ist und eine nominale Datumsebene aufweist, die im wesentlichen parallel zur Platte angeordnet ist, und wobei jedes der Flächenelemente elastische Teile besitzt, die leicht über oder unter die Datumsebene ragen und die elastisch zu der Daturasebene hin abbiegbar sind, um das Flächenelement flach zu machen, wodurch die ZusammendrücKbarkeit des Stapels aus Flächenelementen vorgesehen wird.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Flächenelemente

ein im wesentlichen flach hergestelltes dünnes Metallflächenelement (Metallblech) ist, wobei jedes der Flächenelemente in seinem Zustand unmittelbar nach der Herstellung geringe Abweichungen gegenüber der absoluten Flachheit aufweist, wobei diese Abweichungen elastische Teile aufweisen.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Flächenelemente zusätzliche elastische Teile aufweist, die darinnen durch mechanische Bearbeitung ausgebildet sind.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daft die Platte eine im wesentlichen rechteckige Form besitzt, und daß die Trennvorrichtung zwei der Abdichtflansche jeweils derart angeordnet aufweist, daß sie längs entgegengesetzter Seitenkanten der Platte liegen und von dort aus zu einen¹. Ende des Stapels hin ragen, und zwar zum Abdichten der Reaktionszone der einen Zelle längs entgegengesetzter Seiten derselben, und wobei zwei der elastisch zusatnmendrückbaren Stapel aus Flächenelementen jeweils in den durch die Abdichtflansche gebildeten Kanälen angeordnet sind und diese im wesentlichen anfüllen.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehender. Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1M, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zweite Abdichtflansche jeweils längs der anderen beiden Seiten der Platte angeordnet sind und zum anderen Ende des Zellenstapels hin ragen, wobei ferner zwei elastisch zusammendrückbare Stapel dieser Flächenelemente jeweils in den durc'n

die zweiten Abdichtflansche gebildeten Kanälen angeordnet sind und diese ausfüllen.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdichtflansch einteilig mit der Platte ausgebildet ist und eine Randkante der Platte zurück auf sich selbst gefaltet ist.

17. Brennstoffzellentrennvorrichtung zum Trennen von zwei benachbarten Brennstoffzellen in einem Stapel solcher Zellen, wobei jede Zelle im ganzen rechteckige Form besitzt und erste und zweite Reaktionszonen aufweist, und zwar mit Abstand voneinander angeordnet durch eine Elektrolyt enthaltende Matrix mit einem Abdichtsitz längs der Ränder derselben, wobei die ersten und zweiten Reaktionszonen jeweils längs benachbarter Seiten aer Zelle mit ersten und zweiten Reaktionsgassammelleitungen in Verbindung stehen, und wobei die Trennvorrichtung folgendes aufweist:

eine im wesentlichen flache, rechteckige, gasundurchdringliche Platte, angeordnet zwischen benachbarten Zellen und mit Seitenkanten, die jeweils im wesentlichen parallel zu den Seiten der benachbarten Zellen angeordnet sind,

erste und zweite Abdichtflansche, die jeweils an benachbarten Kanten der Platte angeordnet sind, wobei die Abdichtflansche einteilig mit der Platte ausgebildet sind und einen Rand der Platte zurück auf sich selbst gefaltet aufweisen, wobei die ersten und zweiten Flansche jeweils über entgegengesetzt liegende Oberflächen der Platte gefaltet sind, und wobei der Teil der Flansche, der die erwähnte Platte überlappt, jeweils mit Abstand davon angeordnet ist,
wobei ferner der erwähnte erste Dichtungsflansch sich

zu einem Ende des Stapels erstreckt und mit der Platte und mit dem Dichtungssitz einer der benachbarten Zellen zusammenarbeitet, um eine gasündruchdringliche Abdichtung zwischen der ersten Reaktipnszone der einen Zelle und der zweiten Reaktionsgassammelleitung vorzusehen, wobei der zweite Abdichtflansch sich zum entgegengesetzten Ende des Stapels erstreckt und mit der Platte und mit dem Dichtungssitz der anderen der benachbarten Zellen zusammenarbeitet, um eine gasündruchdringliche Dichtung zwischen der zweiten Reaktionszone der anderen Zelle und der ersten Reaktionsgassammelleitung vorzusehen,

wobei schließlich zwei elastische Mittel jeweils mit den Abdichtflanschen asoziiert sind, um einen Abstand zwischen den erwähnten überlappenden Teilen und der Platte aufrecht zu erhatlen, wobei eine kleine Bewegung der überlappenden Teile bezüglich der erwähnten Platte zur Veränderung des Abstandes dazwischen akkomodiert oder zugelassen wird.

18. Trennvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Mittel diskret gegenüber den Dichtungsflanschen sind.

19. Trennvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, insbesondere nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Abdichtflansche mit der Platte zusammenarbeitet, um einen langgestreckten Kanal längs der zugehörigen oder asoziierten Seitenkante derselben vorzusehen, wobei jeder der Abdichtmittel einen elastisch zusammendrückbaren Stapel aus Flächenelementen aufweist, und zwar angeordnet in und im wesentlichen den Kanal anfüllend, wobei die Zusammendrückung des Stapels aus Flächenelementen eine gering-

fügige Bewegung des überlappenden Teils des Flansches bezüglich der Platte akkomodiert, um den Abstand dazwischen zu variieren. '

20. Trennvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte zwei der erwähnten ersten Abdichtflansche aufweist, und zwar jeweils angeordnet längs entgegengesetzter Seitenkanten der Platte, und wobei ferner zwei der erwähnten zweiten Abdichtflansche jeweils längs der anderen Seitenkanten der Platte angeordnet sind.