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STAND DER TECHNIK
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Anordnungen, bestehend aus einem
Polymer-Elektrolyt-Membranelement und einer Dichtung als Abdichtungsvorrichtungen
für Brennstoffzellen,
z.B. gestapelte Brennstoffzellen. Die Dichtung trägt eine
Schicht, z.B. eine elektrolytische Membran, in einem begrenzten
Bereich und dichtet Arbeitsgase und -flüssigkeiten, wie Sauerstoff,
Stickstoff, Wasserstoff und Wasser ab.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Im
allgemeinen umfaßt
jede "Zelle" einer Brennstoffzelle
ein Paar von durchlässigen,
bipolaren Platten oder Sammel-Trenn-Elektroden
und ein Paar von Membran- und Elektrodenbaugruppen (MEBs). Jede
MEB besteht aus einer Polymer-Elektrolyt-Membran,
einer katalytischen Lage und einer reaktiven Elektrodenlage. Die
MEB wird zwischen zwei bipolaren Platten eingelegt. Die funktionellen
Anforderungen bei einer derartigen Verbundkonfiguration oder -zelle
sind zum Beispiel ein konstanter Abstand zwischen den beiden benachbarten
bipolaren Platten, eine hochgradig hermetische oder geringfügig durchlässige Abdichtung,
wodurch die Verdampfung von Wasser und die Austrocknung der Polymer-Elektrolyt-Membran
verhindert wird, und einfaches Zusammenbauen und Zerlegen. Mehrere
benachbarte "Zellen" bilden einen Brennstoffzellen-"Stapel".
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Normalerweise
wird der Brennstoffzellenstapel durch ein aushärtendes Haftmittel abgedichtet. Diese
Abdichtung ist am Anfang wirksam, hat aber einen bedeutenden Nachteil,
denn schadhafte Abdichtungen aus aushärtenden Haftmitteln können nicht einfach
durch neue ersetzt werden.
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Lösungen zur
Behebung dieses Problems sind zum Beispiel die Schaffung einer Abdichtung zwischen
den Brennstoffzellenstapeln, wobei Dichtungen, wie in den Patentanmeldungen
JP 09-231987 A ,
JP 07-226220 A und
JP 07-153480 A offenbart,
verwendet werden oder eine Verbunddichtung bestehend aus einer Gummischicht
und einer Zellular- oder Schwammlage, wie in der
JP 07-312223 A offenbart,
verwendet wird. Diese Dichtungen erhöhen die Gesamtdicke des Brennstoffzellenstapels
und ziehen leichtes Zusammenbauen und Zerlegen nicht in Betracht.
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Eine
andere Lösung
umfaßt
die Verwendung einer Dichtung, bestehend aus einem Metallgefüge oder
einer Metallschicht und einer Gummilage. Das hat die folgenden Nachteile:
- A. Gasförmige
Komponenten in der Brennstoffzelle und Kühlwasser reagieren mit der
Metallschicht, so daß verunreinigende
Ionen erzeugt werden. Das bewirkt eine verminderte Leistungsfähigkeit
der Brennstoffzelle für
die elektrische Stromerzeugung.
- B. Da das Metallgefüge
relativ dick ist, im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm, ist ein großer Brennstoffzellenstapel,
der ungefähr
100 Zellen umfaßt, schwer
und groß.
- C. Jegliche Verformung des Metallgefüges, wie durch Verziehen, erschwert
die Positionierung und den Zusammenbau der Polymer-Elekrolyt-Membran.
Diese Verformung kann entstehen, wenn eine Auflagelast angewandt
wird, um eine Abdichtung zu gewährleisten,
und als Ergebnis verzieht sich das Metallgefüge. Der verzogene Abschnitt
verursacht eine Krümmung
des Metallgefüges
der Dichtung und erschwert infolgedessen den Zusammenbau der Brennstoffzelle.
- D. Da eine große
Fläche
abgedichtet wird, erfordert der Zusammenbau der Brennstoffzellen
eine große
Druckkraft. Die Druckkraft der Abdichtung ändert sich jedoch bedeutend,
da die komprimierte Höhe
der Abdichtung sich leicht ändert,
wodurch sich unbeständige
Abdichtungscharakteristiken ergeben.
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Beim
Zusammenbau von Brennstoffzellen sind die Polymer-Elektrolyt-Membranen
geneigt, durch Staub oder dergleichen verunreinigt zu werden, aufgrund
der direkten Handhabung der Schichten. Staub oder dergleichen beeinflussen
die stromerzeugende Leistungsfähigkeit
der Brennstoffzelle. Es ist auch schwer, die Schicht an der vorbestimmten Stelle
in der Brennstoffzelle richtig zu positionieren, weil die Membran
dünn und
weich ist.
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Aus
der
DE 197 13 250
A1 ist eine Anordnung bekannt, bei der eine Membran zwischen
zwei Elektroden angeordnet ist. Diese Anordnung wird auch als Membran-Elektroden-Anordnung,
abgekürzt
MEA bezeichnet. Bei dieser Anordnung sind die Randbereiche der Elektroden
mit einem flüssigkeitsdichten
adhäsiven
Verbund versehen. Dazu werden die Elektroden mit dem Klebermaterial
des Verbunds getränkt
oder imprägniert.
Eine ähnliche
Anordnung ist aus der
JP
08 148 171 A bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung, bestehend aus
einem Polymer-Elektrolyt-Membranelement und einer Dichtung für Brennstoffzellen
zu schaffen, die für
einfachen Zusammenbau geeignet ist, wobei
die Dichtung hinsichtlich
Größe und Gewicht
kompakt Sein soll und wobei
die Dichtung die Notwendigkeit
einer direkten Handhabung der Polymer-Elektrolyt-Membranen beseitigen
soll.
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtung für Brennstoffzellen
zu schaffen, umfassend einen Dichtungskörper, der ein Metallgefüge und eine
Harzschicht umfaßt
und Öffnungen aufweist,
und einen Abdichtungsabschnitt, der ein flüssiges Gummivulkanisat umfaßt, wobei
der Abdichtungsabschnitt mit dem Dichtungskörper verbunden wird und die
Innenseite jeder Öffnung
mit dem Abdichtungsabschnitt abgedeckt wird.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Dichtung für Brennstoffzellen,
umfassend einen Dichtungskörper,
der ein Metallgefüge und
eine Harzschicht umfaßt
und Öffnungen
und mindestens ein durchgehendes Loch aufweist, und einen Abdichtungsabschnitt,
der ein flüssiges
Gummivulkanisat umfaßt.
Der Abdichtungsabschnitt wird mit dem Dichtungskörper verbunden, und der Abdichtungsabschnitt
wird vollständig
derart ausgebildet, daß er
durch das durchgehende Loch in dem Körper durchgeht und die Seitenfläche jeder Öffnung und
die Ober- und Unterseite des Dichtungskörpers in der Nachbarschaft
jeder Öffnung
abdeckt.
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Ein
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Dichtung für Brennstoffzellen,
bestehend aus einem Dichtungskörper,
umfassend ein Metallgefüge und
wobei eine Harzschicht in den Öffnungen
angeordnet ist, und einem Abdichtungsabschnitt, der ein flüssiges Gummivulkanisat
umfaßt.
Der Abdichtungsabschnitt wird mit dem Dichtungskörper und dem äußeren Abschnitt
der Polymer-Elektrolyt-Membranen verbunden
und deckt die Seitenfläche
jeder Öffnung und
die Ober- und Unterseite des Dichtungskörpers und der Polymer-Elektrolyt-Membranen
in der Nachbarschaft jeder Öffnung
ab.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird die Innenseite jeder Öffnung vollständig mit
dem Abdichtungsabschnitt abgedeckt; als ein Ergebnis tritt die Arbeitsflüssigkeit
nicht in direkten Kontakt mit dem Dichtungskörper, wenn die Dichtung in
eine Brennstoffzelle eingebaut wird. Infolgedessen verhindert der
Dichtungskörper
die Bildung von Verunreinigungen, z. B. Ionen, welche die Leistungsfähigkeit
der Brennstoffzelle für
die elektrische Stromerzeugung vermindern. Demgemäß weist
die Brennstoffzelle, welche die Dichtung umfaßt, eine hohe stromerzeugende
Leistungsfähigkeit
auf.
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Der
Abdichtungsabschnitt kann ohne ein Haftmittel fest am Dichtungskörper angebracht
werden, um den Kantenabschnitt zu umgeben, umfassend das durchgehende
Loch und jede Öffnung.
Da kein Haftmittel für
die Verbindung zwischen dem Dichtungskörper und dem Abdichtungsabschnitt
verwendet wird, verursacht eine Brennstoffzelle, die diese Dichtung
verwendet, keine Verminderung der Leistungsfähigkeit für die elektrische Stromerzeugung
aufgrund von irgendwelchen chemischen Reaktionen mit dem Haftmittel.
Des weiteren ist der Prozeß des
Anbringens eines Haftmittels nicht erforderlich, um den Dichtungskörper an
dem Gefüge
festzumachen. Auf diese Weise wird der Fertigungsprozeß der Dichtung
vereinfacht.
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Der
Dichtungskörper
weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,03 bis 0,3 mm auf.
Der Abstand zwischen den beiden benachbarten bipolaren Platten kann
verringert werden, wenn diese Dichtung dazwischen eingebaut wird.
Auf diese Weise wird eine Brennstoffzelle, welche diese Dichtung
verwendet, eine verbesserte Leistungsfähigkeit für die elektrische Stromerzeugung
aufweisen und dünner und
leichter sein.
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Der
Abdichtungsabschnitt kann fest mit dem Dichtungskörperund
dem Polymer-Elektrolyten verbunden werden. Jegliche Verunreinigung
der Polymer-Elekrolyt-Membran
kann wirksam verhindert werden, weil keine Notwendigkeit einer direkten Handhabung
der Membran besteht, und die genaue Positionierung der Membran kann
erreicht werden, weil die Membran fest an der steifen Dichtung angebracht
wird. Jede Veränderung
in der Größe der Membran,
die durch den Druck der Arbeitsflüssigkeit oder des Arbeitsgases
oder die Temperatur während des
Gebrauchs verursacht wird, kann durch den Abdichtungsabschnitt wirksam
ausgeglichen werden, weil der Abdichtungsabschnitt aus einem relativ nachgiebigen
weichen Material, wie flüssigem
Kautschuk, hergestellt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht von oben einer Dichtung für Brennstoffzellen gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
entlang einer Linie A-A in 1;
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3 ist
eine Teilansicht im Querschnitt einer Dichtung für Brennstoffzellen gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine Teilansicht im Querschnitt einer Dichtung für Brennstoffzellen gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Teilansicht im Querschnitt einer Dichtung für Brennstoffzellen gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine Teilansicht im Querschnitt einer Dichtung für Brennstoffzellen gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden jetzt mit Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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1 ist
eine Ansicht von oben einer Dichtung für Brennstoffzellen gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
und 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang
einer Linie A-A in 1.
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Mit
Bezugnahme auf 1 weist eine Dichtung 1 in
diesem Ausführungsbeispiel
eine rechtwinkelige flache Gesamtform auf. Mindestens zwei weitere Öffnungen 3 werden
auf der Fläche
gebildet. Diese Öffnungen 3 werden
in Richtung der Dicke der Dichtung derart gebildet, daß Gas, wie
Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff, und Arbeitsflüssigkeiten, wie
Wasser, durch die Öffnungen 3 zirkulieren
oder strömen
können.
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Mit
Bezugnahme auf 2 weist die Dichtung 1 einen
flachen Dichtungskörper
oder ein flaches Dichtungsgefüge 2 auf,
das sich aus einem Metall oder einem Polymerharz zusammensetzt.
Auf alternative Weise wird das Gefüge 2 aus Metall, wie Stahl
oder rostfreiem Stahl, hergestellt, und auf alternative Weise ist
das Polymerharz Polyamid oder Nylon oder Stanyl® oder
Polyethylen-Terephtalat (PET) oder Polybutylen-Terephtalat (PBT)
oder ähnliche thermoplastischen
Materialien oder auf alternative Weise Duroplast-Kunststoffmaterial,
wie Polyester oder Vinylester. Die Öffnungen 3 werden
im Dichtungskörper 2 gebildet.
Der Dichtungskörper 2 weist eine
Auskragung 5 auf, die einen bogenförmigen Querschnitt auf der
Oberseite davon aufweist, um die Abdichtungskräfte oder die Abdichtungsauflagelasten
der oberen Linie örtlich
zu verstärken.
Die Auskragung 5 ist eine die Oberseite des Dichtungskörpers erweiternde
Sicke. Der Dichtungskörper 2 im ersten
Ausführungsbeispiel
weist eine Dicke t1 von ungefähr 2 mm
auf. Das ist jedoch keine Einschränkung, was die Anwendung im
Rahmen der Erfindung betrifft, sondern die Dichtungsdicke kann von
0,5 mm bis 3,0 mm variieren.
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Der
Dichtungskörper 2 wird
mit einer Dichtsicke oder einem Dichtmittel 6 bestehend
aus einem elastischen Material abgedeckt, das einen oberen Abdichtungsabschnitt 7 auf
der Oberseite, einen unteren Abdichtungsabschnitt 8 auf
der Unterseite und einen inneren Abdichtungsabschnitt 9 auf
der Innenseite jeder Öffnung
bildet. Der Abdichtungsabschnitt 6 wird mit dem Dichtungskörper 2 mittels
eines in der Technik wohlbekannten Haftmittels verbunden. Der obere,
untere und innere Abdichtungsabschnitt 7, 8 und 9 werden
integral gebildet, indem ein flüssiges Gummivulkanisat
verwendet wird, das eine JIS-A-Härte
von 60 oder weniger aufweist (wobei JIS die Abkürzung für Japanische Industrienorm
ist). Das flüssige
Gummivulkanisat ist ein in der Technik wohlbekanntes elastomerisches
Material. Das flüssige Gummivulkanisat
wird als eine Flüssigkeit
bei niedrigem Druck im Bereich von 2,0 bis 10,0 MPa in eine Form
eingespritzt, die das Dichtungsgefüge enthält. Durch die Verwendung von
niedrigem Einspritzdruck, um das Gummivulkanisat in die Form einzuspritzen, verändert, verwandelt
oder spaltet der Gummi den Dichtungskörper 2 nicht, auch
wenn die Körperdicke sehr
gering ist und keine große
Festigkeit aufweist. Sobald das flüssige Gummivulkanisat in die
Form eingespritzt ist, beginnt es sich aufgrund der geheizten Form
zu erwärmen,
und sobald das flüssige Gummivulkanisat
eine Temperaturschwelle erreicht, beginnt es zu vernetzen oder zu
vulkanisieren und bildet eine elastomerische Abdichtung, die mit
dem Dichtungskörper 2 verbunden
wird.
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Die
Dichtung klemmt eine Elektrolyt-Membran
12 ein, beispielsweise
bestehend aus fluorhaltigem Material wie Nafion
® (siehe
WO 97/50139 A1 ), welches
in einem relativ begrenzten Bereich in einem Brennstoffzellenstapel
eingebaut wird, um die Arbeitsgase und -flüssigkeiten, wie Sauerstoff,
Stickstoff, Wasserstoff und Wasser, abzudichten, die einen Druck
von 0,5 MPa aufweisen.
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Da
die Innenseite 4 jeder Öffnung 3 vollständig mit
dem Abdichtungsabschnitt 6 abgedeckt wird, tritt die Arbeitsflüssigkeit
nicht direkt in Kontakt mit dem Dichtungsgefüge 2, wenn die Dichtung 1 in
eine Brennstoffzelle eingebaut wird. Infolgedessen erlaubt der Dichtungskörper 2 keine
Bildung von Verunreinigungen, z. B. Ionen, welche die Leistungsfähigkeit der
Brennstoffzellen für
die elektrische Stromerzeugung vermindern können. Dementsprechend weisen Brennstoffzellen,
welche diese Dichtung umfassen, eine hohe Leistungsfähigkeit
für die
elektrische Stromerzeugung auf.
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Der
Dichtungskörper 2 wird
mit dem Abdichtungsabschnitt 6 bestehend aus dem integral
gebildeten oberen, unteren und inneren Abdichtungsabschnitt 7, 8 und 9 vollständig abgedeckt.
Auf diese Weise löst
sich der Abdichtungsabschnitt 6 nicht vom Dichtungskörper 2.
Auf diese Weise kann der Dichtungskörper, der mit dem Abdichtungsabschnitt 6 abgedeckt
wird, den Beschichtungsschritt vereinfachen, der für das Anbringen
eines Haftmittels erforderlich ist, und infolgedessen die Zusammenbauleistung
der Dichtung 1 in einer Brennstoffzelle verbessern.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Mit
Bezugnahme auf 3 wird in einer Dichtung 1 des
zweiten Ausführungsbeispiels
nur ein peripherer Abschnitt jeder Öffnung 3 eines Dichtungskörpers 2 mit
einem Abdichtungsabschnitt 6 abgedeckt. Die Dichtung 1 weist
einen flachen Körper 2 auf,
der sich aus einem Metall oder einem Polymerharz zusammensetzt,
wie im ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben, und mindestens drei Öffnungen 3 aufweist.
Der Dichtungskörper 1 ist
sehr dünn,
wobei er eine Dicke t2 von 0,03 bis 0,5
mm aufweist.
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Der
periphere Abschnitt jeder Öffnung 3 des Dichtungskörpers 2 wird
mit einem Abdichtungs- oder Verdichtungsabschnitt 6 abgedeckt
und damit verbunden. Auf diese Weise wird die Innenseite 4 der Öffnung 3 vollständig abgedeckt
mit dem Abdichtungsabschnitt 6, um einen oberen Abdichtungsabschnitt 7,
einen unteren Abdichtungsabschnitt 8 und einen inneren
Abdichtungsabschnitt 9 auf der Innenseite jeder Öffnung zu
bilden. Der Abdichtungsabschnitt 6 setzt sich aus demselben
flüssigen
Gummi-Vulkanisatmaterial zusammen, wie im ersten Ausführungsbeispiel
offenbart. Der obere Abdichtungsabschnitt 7 weist eine
Dichtsicke auf, die einen dreieckigen, runden oder kreisförmigen Querschnitt
hat. Der untere Abdichtungsabschnitt 8 weist einen Trapezquerschnitt
und eine flache Oberseite auf. Die Höhe des unteren Abdichtungsabschnitts 8 ist
geringer als die Höhe
des oberen Abdichtungsabschnitts 7.
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Die
Dichtung klemmt eine Elektrolyt-Membran in einem relativ begrenzten
Bereich (eine Breite von ungefähr
1,5 mm) in einer gestapelten Brennstoffzelle ein, um die Arbeitsgase
und -flüssigkeiten, wie
Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Wasser, abzudichten, die
einen Druck von 0,5 MPa aufweisen.
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Da
die Innenseite 4 jeder Öffnung 3 vollständig mit
dem Abdichtungsabschnitt 6 abgedeckt wird, treten die Arbeitsflüssigkeiten
nicht in direkten Kontakt mit dem Dichtungs körper 2, wenn die Dichtung 1 in
eine Brennstoffzelle eingebaut wird. Infolgedessen erlaubt der Dichtungskörper 2 keine
Bildung von Verunreinigungen, z. B. Ionen, welche die Leistungsfähigkeit
der Brennstoffzellen für
die elektrische Stromerzeugung vermindern können. Dementsprechend weisen
Brennstoffzellen, welche die Dichtung 6 umfassen, eine
hohe Leistungsfähigkeit
für die
elektrische Stromerzeugung auf.
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Der
Dichtungskörper 2 wird
mit dem Abdichtungsabschnitt 6 bestehend aus dem integral
gebildeten oberen, unteren und inneren Abdichtungsabschnitt 7, 8 und 9 vollständig abgedeckt.
Auf diese Weise löst
sich der Abdichtungsabschnitt 6 nicht vom Dichtungskörper 2,
auch wenn der Abdichtungsabschnitt 6 nicht fest am Dichtungskörper 2 anhaftet. Auf
diese Weise kann der Dichtungskörper,
der mit dem Abdichtungsabschnitt 6 abgedeckt wird, den
Beschichtungsschritt vereinfachen, der für das Anbringen eines Haftmittels
erforderlich ist, und infolgedessen die Zusammenbauleistung der
Dichtung 1 in einer Brennstoffzelle verbessern.
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Da
die Dicke t2 des Dichtungskörpers 2 relativ
dünn ist,
das heißt
0,03 bis 0,5 mm, kann der Abstand zwischen zwei benachbarten bipolaren
Teilen vermindert werden, wenn die Dichtung 1 verwendet wird.
Infolgedessen weist eine Brennstoffzelle, welche diese Dichtung 1 verwendet,
eine verbesserte Leistungsfähigkeit
für die
elektrische Stromerzeugung, eine verminderte Größe und ein vermindertes Gewicht
auf. Die Dicke t2 kann weiter vermindert
werden, wenn Verformbarkeit, Schwindung, Spannungsabbau und Form
des Abdichtungsabschnitts 6 beim Zusammenbau einer Brennstoffzelle
in Betracht gezogen werden.
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Der
Abdichtungsabschnitt 6 tritt in engen Kontakt mit einer
benachbarten bipolaren Platte, um eine für die Abdichtung erforderliche
Abdichtungskraft (das heißt,
die Auflagelast) zu erzeugen. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Dichtungskörper 2 keine
Auskragung auf. Deshalb kommt es zu keinem Verziehen, und der Zusammenbau
der Brennstoffzelle wird vereinfacht. Des weiteren wird der Zusammenbau
durch eine geringe Klemmkraft erreicht. Auf diese Weise ist jede Änderung
der Abdichtungkraft gering, und es wird ein stabiles Abdichtungssystem
erreicht.
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Diese
Abdichtungskonfiguration erlaubt eine große Vielfalt von Dichtungsaufbaukonfigurationen.
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Außerdem kann
die Dichtung in die Brennstoffzelle eingebaut werden, ohne daß der Abdichtungsabschnitt 6 in
direkten Kontakt mit den Händen des
Monteurs tritt. Auf diese Weise wird der Abdichtungsabschnitt 6 vor
Verunreinigungen durch Schmutz und Staub während des Zusammenbaus geschützt.
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Der
einen Trapezquerschnitt aufweisende untere Abdichtungsabschnitt 8 kann
die Schiefstellung der eingebauten Dichtung 1 unterbinden
oder verringern und auf diese Weise die Abdichtungscharakteristiken
verbessern.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Mit
Bezugnahme auf 4 weist die Dichtung 1 einen
Abdichtungsabschnitt 6 auf, der einen oberen Abdichtungsabschnitt
auf der Oberseite und einen unteren Abdichtungsabschnitt 8 auf
der Unterseite aufweist, der dieselbe dreieckige Querschnittsform
aufweist wie der obere Abdichtungsabschnitt 7 im zweiten
Ausführungsbeispiel.
Bei dieser Abdichtungskonfiguration wird jede Änderung der Abdichtungskraft
aufgrund einer Änderung
in der Anzahl bipolarer Platten weiter verringert. Infolgedessen
weist die Dichtung 1 zusätzlich zu den Vorteilen im
zweiten Ausführungsbeispiel
noch weiter stabilisierte Abdichtungscharakteristiken auf.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Mit
Bezugnahme auf 5 weist eine Dichtung 1 in
dem vierten Ausführungsbeispiel
einen Abdichtungsabschnitt 6 auf, der nur an der Peripherie jeder Öffnung 3 eines
flachen Dichtungskörpers 2 vorgesehen
ist, der sich aus einem Metall oder einem Polymerharz zusammensetzt,
wie im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel.
Die Dicke t2 des Dichtungskörpers 2 ist
ungefähr
0,03 bis 0,5 mm.
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Der
Dichtungskörper 2 weist
eine Mehrzahl von durchgehenden Löchern 11 in der Nachbarschaft jeder Öffnung 3 auf.
Der Abdichtungsabschnitt 6 wird integral gebildet, so daß der Abdichtungsabschnitt 6 durch
das durchgehende Loch 11 durchgeht und die Innenseite 4 und
die Peripherie der Öffnung 3 abdeckt.
Der obere Abdichtungsabschnitt 7 und der untere Abdichtungsabschnitt 8 weisen
Auskragungen auf. In einer derartigen Konfiguration ist der Abdichtungsabschnitt 6 integral
vorgesehen, um den Kantenabschnitt, umfassend die durchgehenden
Löcher 11 und
die Öffnung 3,
zu umgeben. Auf diese Weise kann der Abdichtungsabschnitt hergestellt
werden, um am Dichtungskörper 2 ohne
ein Haftungsmittel zu haften. Die Mehrzahl von durchgehenden Löchern in einem
bestimmten Abstand kann in der Nachbarschaft der Öffnung 3 vorgesehen
werden, um einen mechanischen Verschluß zu bilden und die Haftung oder
die Verbindung zwischen dem Dichtungskörper 2 und dem Abdichtungsabschnitt 6 zu
verbessern.
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Die
Dichtung 1 weist die folgenden Vorteile zusätzlich zu
den oben erwähnten
Vorteilen auf.
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Da
kein Haft- oder Klebemittel für
die Haftung zwischen dem Dichtungskörper 2 und dem Abdichtungsabschnitt 6 verwendet
wird, erfolgt bei einer Brennstoffzelle, mit dieser Dichtung, keine
Verminderung der Leistungsfähigkeit
für die
elektrische Stromerzeugung aufgrund einer chemischen Reaktion des Haftmittels.
Des weiteren ist eine Beschichtung mittels eines Haftmittels oder
Klebstoffs für den
Zusammenbau der Dichtung 1 nicht erforderlich. Deshalb wird
der Fertigungsprozeß für eine Dichtung 1 des vierten
Ausführungsbeispiels
vereinfacht.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
kann der untere Abdichtungsabschnitt 8 auf der Unterseite
dieselbe Querschnittform aufweisen wie der im zweiten Ausführungsbeispiel,
wodurch die Abdichtungscharakteristiken weiter verbessert werden.
Die Fachleute werden erkennen, daß durchgehende Löcher 11 auch
für das
Verfahren des zweiten oder dritten Ausführungsbeispiels verwendet werden
können,
um den Abdichtungsabschnitt oder den oberen Abdichtungsabschnitt 7 mit
dem unteren Abdichtungsabschnitt 8 mechanisch zu verbinden.
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Fünftes Ausführungsbeispiel
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Mit
Bezugnahme auf 6 ist in einer Dichtung 1 in
dem fünften
Ausführungsbeispiel
und dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ein Abdichtungsabschnitt 6 nur an der Peripherie jeder Öffnung 3 eines
flachen Dichtungskörpers 2 vorgesehen,
der sich aus einem Metall oder einem Polymerharz zusammensetzt,
wie vorher im ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Dicke t2 des Dichtungskörpers 2 ist
ungefähr
0,03 bis 0,5 mm.
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Der
Dichtungskörper 2 weist
ein durchgehendes Loch 11 in der Nachbarschaft jeder Öffnung 3 auf,
um einen mechanischen Verschluß zu
bilden. Die Abmessung des durchgehenden Loches ist ungefähr 0,3 mm
bis 1 mm im Durchmesser. Diese durchgehenden Löcher werden in Abständen von
ungefähr
10 mm voneinander angeordnet. Der obere Abdichtungsabschnitt 7 und
der untere Abdichtungsabschnitt 8 weisen Auskragungen auf.
Insbesondere weist der obere Teil der Abdichtungsabschnitte 7 und 8 eine
Spitze rings um jeden der Abdichtungsabschnitte 7 und 8 herum
auf. Der Abdichtungsabschnitt 6 wird aus einem flüssigen Gummivulkanisat oder
einem elastischen Material hergestellt, wie vorher im ersten und
zweiten Ausführungsbeispiel
beschrieben. Die innere Oberfläche 4 der Öffnung 3 wird
durch einen elastischen Gummi abgedeckt. Wie bereits erwähnt, wird
die Polymer-Elekrolyt-Membran 12 in der Öffnung 3 positioniert.
Der innere Abdichtungsabschnitt 9 wird ringsum der äußeren Oberfläche der
Membran geklemmt und befestigt, wie in 6 dargestellt.
Die innere Oberfläche 4 der Öffnung der
Dichtung kann mit der äußeren Oberfläche 13 in
Kontakt treten. Vorzugsweise besteht kein Kontakt zwischen der inneren
Oberfläche 4 der Öffnung 3 und
der äußeren Oberfläche 13 der
Membran 12. Bei dieser Konfiguration wird der Abdichtungsabschnitt 6 integral
gebildet, um den Kantenabschnitt, umfassend das durchgehende Loch 11 und
die Öffnung 3,
und den äußeren Kantenabschnitt 13 der Membran
als Ganzes zu umgeben. Der Abdichtungsabschnitt 6 haftet
an der Membran 12. Ein durchgehendes Loch kann in der Nachbarschaft
der äußeren Oberfläche der
Membran vorgesehen werden. Auf diese Weise kann der Abdichtungsabschnitt 6 fest
an dem Dichtungskörper 2 und
der Membran 12 ohne Haftmittel angeheftet oder angebracht
werden. Eine Mehrzahl von durchgehenden Löchern in einem bestimmten Abstand
(Beispielsweise 10 mm) kann in der Nachbarschaft der Öffnung 3 vorgesehen
werden, um die Haftung zwischen dem Dichtungskörper 2 und der Membran 12 und
dem Abdichtungsabschnitt 6 herzustellen. Üblicherweise
wird bei einer Dichtung eine Schicht aus Polymer-Elektrolyt-Membran
verwendet.
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Die
Dichtung 1 weist die folgenden Vorteile auf zusätzlich zu
den bereits erwähnten.
Da kein Haftmittel für
die Haftung zwischen dem Dichtungskörper, dem Abdichtungsabschnitt
und der Polymer-Elektrolyt-Membran verwendet wird, bewirken Brennstoffzellen,
die diese Dichtung verwenden, keine Verminderung der Leistungsfähigkeit
für die
elektrische Stromerzeugung aufgrund einer chemischen Reaktion mit
dem Haftmittel. Da die Polymer-Elektrolyt-Membran an der Dichtung
am Abdichtungsabschnitt angebracht wird, besteht keine Notwendigkeit,
die Polymer-Elektrolyt-Membran während
des Zusammenbauprozesses der Brennstoffzellen direkt zu handhaben,
so daß die
Verunreinigung durch Berühren
der Membran wirksam vermieden werden kann. Des weiteren wird der
Zusammenbauprozeß vereinfacht,
weil die Polymer-Elektrolyt-Membran gleichzeitig
in die Dichtung eingebaut werden kann. Die genaue Positionierung
des Polymer-Elektrolyts kann
leicht erreicht werden, weil die Polymer-Elektrolyt-Membran fest an der steifen
Dichtung angebracht wird. Es besteht noch ein weiterer Vorteil bei
der Dichtung mit der Elektrolyt-Membran, und zwar der, daß die durch
den Druck der Arbeitsflüssigkeit
oder des Arbeitsgases oder die Temperatur verursachte Änderung
der Membrandicke durch den Abdichtungsabschnitt, der weich und nachgiebig
ist, wirksam ausgeglichen wird. Die der Membran hinzugefügte Last
wird erheblich verringert, wodurch die Lebensdauer der Brennstoffzelle
erhöht
wird.