本发明涉及用于电化学系统的分离器板。例如，电化学系统可以是燃料电池系统、电化学压缩机、用于燃料电池系统的加湿器或电解槽。
背景技术：
已知的电化学系统通常包括以堆叠件布置的多个分离器板，使得每两个相邻的分离器板封围电化学电池或加湿器电池。分离器板通常各自包括两块单独的板，这两块单独的板沿着远离电化学电池或加湿器电池的后侧连接到彼此。例如，分离器板可用于使得与单独的电化学电池(例如燃料电池)的电极电气接触和/或电气连接相邻的电池(电池的串联连接)。分离器板也可用于扩散在分离器板之间的电池中产生的热量。这类废热会例如在燃料电池中转化电能或化学能时产生。在燃料电池的情况下，经常使用双极板作为分离器板。
各分离器板或分离器板的各单独的板各自通常具有至少一个通路开口。堆叠的分离器板的开口在电化学系统的分离器板堆叠件中对准或至少部分地重叠，该堆叠的分离器板的通路开口然后形成用于馈送或排放介质的介质通道。为了密封通路开口或由分离器板的通路开口所形成的介质通道，已知的分离器板也具有珠缘布置(beadarrangement)，围绕分离器板的每个通路开口设置一个珠缘布置。
分离器板的单独的板可附加地具有通道结构，该通道结构用于馈送一种或多种介质到分离器板的有效区域和/或用于将介质运送离开。该有效区域可例如封围或界定电化学电池或加湿器电池。例如，介质可由燃料(例如氢气或甲醇)、反应气体(例如空气或氧气)构成，或可呈现为呈馈送的介质的形式的冷却剂并且可由反应产物和加热的冷却剂构成为排放的介质。在燃料电池的情况下，反应介质、即燃料和反应气体通常在单独的板的背向彼此的表面上被引导，而冷却剂在单独的板之间被引导。
围绕分离器板的通路开口布置的珠缘布置的侧面可具有一个或多个开口。这些开口用于在分离器板的通路开口与分离器板的有效区域之间产生流体连接或分离器板的通路开口与在分离器板的单独的板之间形成的腔体之间产生流体连接。该腔体用于例如在分离器板的单独的板之间引导冷却剂。
从文献de10248531a1已知，分离器板或单独的板中的至少一块可附加地具有一个或多个引导通道，该引导通道在珠缘布置的外侧上连接到珠缘侧面中的开口，并且经由珠缘侧面中的开口流体地连接到珠缘内部。借助这类引导通道，介质可更确切地经过珠缘布置。电化学系统的效率可由此提高。
然而，珠缘侧面中的开口必然引起珠缘布置的机械稳定性和弹性的减小。珠缘布置设置得越低，则该减小的程度就越大。然而，同时，珠缘布置尽可能短的高度是有利的，从而减小分离器板堆叠件的尺寸并且从而在不增大分离器板堆叠件的高度的情况下容纳更多电池。
技术实现要素：
本发明的目的因此是提出一种用于电化学系统的分离器板，该分离器板具有尽可能良好的机械稳定性和紧凑性，并且确保系统尽可能高效的介质供应。
该目的由如权利要求1所述的用于电化学系统的分离器板来实现。在从属权利要求中描述了具体的实施例。
由此，所提出的是一种用于电化学系统的分离器板。所提出的分离器板至少包括：
用于形成介质通道用以馈送或排放介质的至少一个通路开口；
至少一个珠缘布置，其为了密封所述通路开口的目的而围绕至少一个通路开口布置，其中，珠缘布置的侧面中的至少一个包括用于引导介质通过珠缘侧面的至少一个开口；以及
至少一个引导通道，其在珠缘布置的外部上连接到珠缘侧面中的开口，并且经由珠缘侧面中的开口流体连接到珠缘内部。例如，分离器板可精确地具有每个开口一个引导通道，该引导通道连接到这个开口。
在此，引导通道设计为使得垂直于分离器板的平坦表面平面限定的引导通道的高度沿珠缘布置的方向至少部分地增大。在此，引导通道的高度表示引导通道的顶部的横截面中的最高点到指向珠缘顶部的表面上的分离器板的单独的板的平坦表面平面的距离，在该表面中引导通道形成或该表面包括引导通道。
相反地，这意味着引导通道的高度远离珠缘布置至少部分地减小。引导通道的远离珠缘的端部因此具有比现有技术中更小的高度。因此，在珠缘布置被压紧时，杠杆效应仅以减小的方式作用在引导通道上，并且因此引导通道的另一部分或端部相反于珠缘布置的压紧的方向变形仅较小的程度，并且因此在压紧的状态中，引导通道没有部分突出超过珠缘顶部。
引导通道较佳地连接到珠缘侧面中的开口，以使得在引导通道到珠缘侧面中的过渡部处的引导通道的横截面面积与珠缘侧面中的开口的端面相同并且重合。形成引导通道的通道壁由此典型地直接在珠缘侧面中的开口的边缘处过渡到珠缘侧面中。在此，半径通常形成在从引导通道的侧侧面到相关的珠缘侧面、并且也从通道顶部到该珠缘侧面的通道顶部的过渡部处。在关于本发明的高度和宽度考虑的情况下，仅引导通道的中间一半、较佳地是仅中间三分之一因此被认为沿引导通道的延伸方向。
然而，为了能够从珠缘中引导足够的介质和引导足够的介质到珠缘，如果引导通道也在高度方面以与它沿珠缘布置的方向变窄的程度相同的程度升高，则是较佳的。由此仍然确保高效的介质通过经过珠缘侧面。
引导通道可因此设计为，使得平行于分离器板的平坦表面平面限定的引导通道的宽度沿珠缘布置的方向至少部分地减小。引导通道的宽度在此较佳地在各个情形下限定为引导通道的一半高度。引导通道的宽度较佳地在各个情形下沿着引导通道的横截面面积确定，宽度定向为垂直于引导通道的纵向方向或垂直于通过引导通道的介质流动的方向。引导通道的宽度可沿珠缘布置的方向、在不直接连接到珠缘布置的引导通道的至少60％的长度上单调减小。在该区域中，引导通道的宽度可沿珠缘布置的方向连续地或至少部分地严格单调减小。
具体地，引导通道可设计为使得引导通道的横截面面积沿着引导通道的延伸范围的至少中间25％、较佳地是中间三分之一改变至多25％、较佳的是改变至多20％、较佳的是改变至多15％。
引导通道通常从引导通道的背向珠缘布置并且由引导通道的入口和出口形成的端部延伸远至珠缘侧面中的开口。在此，例如，引导通道的入口或出口可由分离器板的层中的分离器板中的开口形成或在内边缘上、例如是通路开口的内边缘上形成。如果引导通道的入口或出口未形成为开口或在内边缘上形成，它们也可由到其它结构的过渡部形成，它们借助其它结构与其它引导通道连通。在背向通路开口的珠缘的侧上，引导通道一般具有与在面向通路开口的珠缘的侧上的引导通道类似的长度，一般是其长度的50％与200％之间。换言之，引导通道的长度一般是珠缘的高度的20倍。在珠缘的背向通路开口的侧上，引导通道也可在它们的端部处设有构成到另一结构中的过渡部的台阶。如已经提到的，引导通道的这些端部较佳地设有显著的半径，该半径用于到相邻结构的过渡。关于与本发明有关的高度和宽度考虑，因此较佳地考虑仅引导通道的中间一半、较佳的是中间三分之一。
引导通道可设计为使得引导通道的高度沿着引导通道单调增大，较佳地是严格单调增大。这对于引导通道的长度的中间三分之一尤其如此。引导通道的高度可沿着引导通道的延伸范围线性增大。例如，引导通道可设计为使得引导通道的高度沿珠缘布置的方向增大至少10％、较佳地是至少20％。
为了确保珠缘布置在珠缘侧面中的开口的区域中有足够的机械稳定性和最小改变的弹性，该开口可垂直于分离器板的平坦表面平面到达远至珠缘布置的高度的高达90％、较佳的是仅高达85％、特别较佳的是仅高达75％的高度。在此，高度较佳地在各个情形下是关于处于未压紧状态中的珠缘布置的，并且在各个情形下是通过珠缘顶部的上侧的最高点到指向珠缘顶部的单独的板的平坦表面平面的距离来给出。
在引导通道背向珠缘布置的端部处的引导通道的入口或出口可垂直于单独的板的平坦表面平面到达远至珠缘布置的高度的至多80％、较佳的是至多70％的高度。再次，高度指明在此较佳地是基于处于未压紧状态中的珠缘布置，并且在各个情形下是通过到单独的板的平坦表面平面的距离给出的。然而，在引导通道的背向珠缘布置的端部处的引导通道的高度较佳地总是小于珠缘布置中的开口的高度。
引导通道至少部分地、例如至少沿着引导通道的延伸范围的中间25％或沿着中间三分之一具有矩形的、梯形的或至少部分圆形的横截面。例如，引导通道的顶部沿珠缘布置的方向可至少部分地具有凸曲率。引导通道与珠缘布置之间的直接过渡部则将相反地呈现稍微凹入的曲率。
为了改进珠缘布置的机械稳定性和弹性，珠缘布置可设计为使得它至少部分地、尤其是在宏观地认为是以直线延伸的区域中以波浪状方式平行于板的平坦表面平面行进。这导致这些区域的稳定性和弹性比得上由于珠缘的总体方向而已具有曲率的区域、例如角落区域。由于波浪状的延伸范围，然后可给出波长。珠缘布置的以波浪状方式延伸的部分较佳地延伸至少两个波长。
仅在与珠缘布置的波浪状延伸范围的拐点直接相邻的区域中比得上在珠缘布置的两侧面处普遍存在的情况、尤其是相对于弹性和稳定性。因此这是有利的，即当由引导通道连接在珠缘侧面的外部上的珠缘侧面中的开口设置在或形成在珠缘布置的以波浪状方式延伸的部分的拐点区域中时、例如尤其是在珠缘布置那些以波浪状方式延伸的部分中，而在这些部分中珠缘布置宏观地以直线延伸时。
如果相反地要借助许多设计可能性实现引导通道的最大长度，或要在较低压力损失的情况下实现引导通道的最小长度，则珠缘侧面中的开口由此较佳地布置或形成在珠缘布置的以波浪状方式延伸的最小或最大部分(从引导通道考虑)上。
界定在分离器板中的通路开口的分离器板的内边缘可同样至少部分地以波浪状方式行进。内边缘以波浪状方式延伸的该部分可布置在珠缘布置以波浪状方式延伸的部分与通路开口之间。在此，以下可对内边缘的以波浪状方式延伸的部分的第一波长λ1和珠缘布置的以波浪状方式延伸的部分的第二波长λ2适用：λ2＝λ1或λ2＝2·λ1.在λ2＝λ1的情况下，在各处产生引导通道的相等的长度，并且因此实现了非常均匀的情况。在λ2＝2·λ1的情况下，内边缘与内边缘的珠缘侧面之间的距离相较于直的路线缩短，并且因此在珠缘布置被压紧时发生的杠杆效应减小。
分离器板可形成为具有相互连接的两块单独的板的双极板，其中，珠缘布置和引导通道形成在分离器板的至少一块中。分离器板和/或单独的板可由金属形成、较佳地是由不锈钢形成。为了改进导电性，并且为了降低腐蚀的风险，单独的板可至少部分地进行涂层。垂直于分离器板的平坦表面平面或垂直于分离器板限定的单独的板的厚度可在各个情形下在50μm与150μm之间、较佳地是在70μm与110μm之间。珠缘布置、引导通道和其中形成有珠缘布置和引导通道的单独的板可一件式地形成。例如，珠缘布置和引导通道可成一体地形成、尤其是在单独的板中冲压。
珠缘布置的侧面中的至少一个可具有多个开口，每个开口由前述类型的引导通道连接在珠缘布置的外部上，该引导通道至少部分地远离珠缘布置而变宽。在单独的板之间、在直接相邻的引导通道之间或至少在一些彼此直接相邻布置的引导通道之间可形成成一体地结合的连接部。该成一体地结合的连接部可以是钎焊连接部、粘结连接部或焊接连接部，尤其是通过激光焊接产生的连接部。连接部可设置在连续的线上或在单独的短线上或在具体的点处。这些成一体地结合的连接部意味着，当堆叠件的分离器板沿着珠缘布置、垂直于分离器板的平坦表面平面被压紧时，在分离器板的邻近珠缘布置的区域中，单独的板的珠缘布置不像没有成一体地结合的连接部的情况那样垂直于分离器板的平坦表面平面或单独的板地严重地张开。
分离器板的互联的单独的板可形成和布置为使得它们封围设置在单独的板之间用于冷却剂通过的腔体。该腔体可流体连接到珠缘内部。
单独的板中的至少一块可具有在其背向同一分离器板的另一单独的板的前侧上的用于引导反应介质的结构。例如，该结构可包括在单独的板中冲压的多个通道。在分离器板的有效区域中的通道结构也被称作流场。单独的板可具有在流场与单独的板中的通路开口之间的另一通道结构，该另一通道结构称作分配器区域。用于引导反应介质的结构通常设置在珠缘布置的背向分离器板中的通路开口的一侧上。用于引导反应介质的结构可经由单独的板中的至少一个开口、例如经由珠缘侧面中的开口和前述类型的连接到该开口的引导通道而流体连接到珠缘内部。由此，将反应介质从引导通道的出口引导到上述结构中或引导到引导通道的入口，尤其是从分离器板的外表面上的上述开口中引导出或引导到上述开口中，而反应介质在单独的板之间的引导通道中、即在分离器板的内部中引导。
珠缘布置中的开口和连接到该开口的前述类型的引导通道可设置在珠缘布置的背向分离器板的通路开口的侧面上和/或设置在珠缘布置的面向分离器板的通路开口的侧面上。引导通道较佳地布置在两个侧面上。
珠缘布置可至少部分地形成为使得珠缘侧面各自与垂直于分离器板的平坦表面平面定向的垂直方向形成小于70度的角度、较佳地是小于60度的角度、特别较佳地是小于50度的角度。珠缘顶部可附加地具有凸曲率。在珠缘布置的该实施例中，珠缘侧面具有较高的刚度，而珠缘顶部是弹性的且可变形的，尤其是在珠缘布置被压紧时。
处于未压紧状态中的珠缘布置的高度可小于800μm、小于600μm、小于500μm、小于450μm、或小于400μm。如前所述，通过珠缘顶部的最高点与分离器板的平坦表面平面或与相关的单独的板的平坦表面平面的距离给出珠缘布置的高度。
附加地提出了一种包括文中所提出的类型的多个分离器板的电化学系统。电化学系统可例如是燃料电池系统、电化学压缩机、用于燃料电池系统的加湿器或电解槽。电化学系统的分离器板典型地以堆叠方式布置，并且设计为使得分离器板的通路开口形成至少一个介质通道，该至少一个介质通道设计为将介质馈送到堆叠件或从堆叠件排放介质。
附图说明
本发明的示例性实施例在附图中示出，并且将在以下描述中更详细地阐释。虽然角落可能部分地示出为不具有半径，但它们通常总是至少具有较小的半径。下文中将提出根据本发明的分离器板的一些示例。在此，根据本发明的分离器板的许多有利特征将彼此组合呈现。然而，这些单独的可选的特征不仅可共同而且可单独地或与来自其它示例的其它可选特征组合地使本发明发展。相同或相似的附图标记将在下文中用于相同或相似的元件，并且因此有时不重复对所述元件的描述。在附图中：
图1以立体图示出具有多个堆叠的分离器板的根据本发明的燃料电池系统；
图2示出图1的堆叠件的根据本发明的直接相邻的两块分离器板和布置在它们之间的膜电极单元的立体图；
图3以俯视图示出根据本发明的分离器板的另一示例性实施例；
图4a示出通过分离器板的珠缘布置的馈送通过部的立体图，该分离器板具有连接到根据现有技术的珠缘布置的引导通道；
图4b示出图4a的珠缘馈送通过部的剖视图；
图5a以俯视图示出根据现有技术的珠缘馈送通过部；
图5b-图5c示出图6a的珠缘馈送通过部的剖视图，其中，在珠缘布置被压紧时，各单独的板的区域部分地突出超过珠缘布置；
图6a以俯视图示出根据本发明的珠缘馈送通过部；
图6b-图6c示出图6a的珠缘开口的剖视图，其中，由于根据本发明的引导通道的实施例，在珠缘布置被压紧时，单独的板不突出超过珠缘布置；
图7a-图7e以俯视图在各个情形下示出具有根据本发明的引导通道的珠缘馈送通过部的其它实施例；
图8a示出沿着根据本发明的引导通道切下的、根据图6b的珠缘馈送通过部的立体图；
图8b示出沿着相邻的引导通道之间的区域切下的、根据图6b的珠缘馈送通过部的立体图；
图9a-图9d示出具有根据本发明的引导通道的珠缘馈送通过部的剖视图，引导通道的高度沿珠缘布置的方向至少部分地增大；
图10a-图10f示出根据本发明的引导通道的剖视图；以及
图11a-图11e示出在各个情形下、在同一引导通道的两个不同的点处的根据本发明的引导通道的剖视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的电化学系统1，包括具有相同设计的分离器板的堆叠件2，该多个分离器板沿z方向7堆叠，并且夹紧在两块端板3、4之间。分离器板在此形成为双极板，并且各自包括相互连接的两块单独的板。在本示例中，系统1是燃料电池系统。堆叠件2的每两块相邻的双极板由此在它们之间封围电化学电池，该电化学电池设计为将化学能转化为电能。在替代实施例中，系统1也可形成为电解槽、电化学压缩机或用于燃料电池系统的加湿器。分离器板同样在那些电化学系统中使用。这些分离器板的结构与在此更详细地阐释的双极板的结构对应，即便在分离器板上引导或引导通过分离器板的介质不同。
z轴7与x轴8和y轴9一起跨越右手笛卡尔坐标系。端板4具有多个端口5，借助该多个端口5可将介质馈送到系统1，并且借助该多个端口5可从系统1中排放介质。可馈送到系统1并且可从系统1中排放的这些介质可包括例如诸如分子氢或甲醇的燃料、诸如空气或氧气的反应气体、诸如蒸汽或贫氧空气的反应产物、或诸如水和/或乙二醇的冷却剂。
图2示出图1的堆叠件2的直接相邻的两块分离器板10、11。这里和下文中，在各个情形下用相同的附图标记标示重复的特征。分离器板10、11相同地形成。因此，下文中将仅详细描述分离器板10。因此，分离器板10是堆叠件2的各分离器板的代表。
分离器板10的平坦表面平面沿着x-y平面定向。在此，分离器板10由联结在一起的两块金属单独的板10'、10”形成(也参见图8a和图8b)。然而，在图2中仅分离器板10的面向观察者的第一单独的板10'是可见的。分离器板10的单独的板10'、10”由不锈钢板制造而成，其例如各自具有垂直于单独的板的平坦表面平面限定的80μm的厚度。单独的板10'、10”可沿着它们面向彼此的后侧焊接到彼此、尤其是部分地焊接到、钎焊到或粘结到彼此，从而形成分离器板10。例如，单独的板10'、10”可通过由激光焊接产生的连接部连接。
膜电极单元(膜电极组件，mea)12布置在分离器板10、11之间。mea12可包括聚合物电解质膜(pem)和一个或多个气体扩散层(gdl)。gdl一般朝向分离器板10、11定向，并且例如形成为碳垫。分离器板10、11的面向彼此的各侧在压紧状态中封围电化学电池13。在用于燃料电池系统的加湿器的情况下，电池13由基本上不透气体但可透水的膜和由纺织品或碳垫形成的至少一种扩散介质、较佳的是在任一侧上的扩散介质形成，该膜可由支承介质支承。
分离器板10具有多个通路开口10a-h。mea12具有对应的通路开口，对应的通路开口与分离器板10的通路开口10a-h对准并且与堆叠件2的其它分离器板的对应的通路开口对准，使得一旦堆叠件2已被压紧，则各通路开口形成介质通道，该介质通道各自分别流体连接到图1的端口5中的一个。这些介质通道用于将介质馈送到电化学系统1并且从电化学系统1中排放介质。
为了密封通路开口10a-h，或为了密封由通路开口10a-h形成的介质通道，珠缘布置形成在分离器板10中，该珠缘布置围绕通路开口10a-h布置。分离器板10的背向分离器板11的第一单独的板10'由此具有围绕通路开口10a-h的珠缘布置14a-h。珠缘布置14a-h在各个情形下完全包围通路开口10a-h。分离器板10的面向分离器板11并且在图2中隐藏的第二单独的板10”具有围绕通路开口10a-h的对应珠缘布置。分离器板10的附加的珠缘布置15完全包围通路开口10a-b、10d-f和10h。
分离器板10的珠缘布置在此各自与单独的板10'、10”一件式地形成。
单独的板10'、10”的珠缘布置通常成一体地形成、尤其是冲压在单独的板中。在未压紧的状态中，形成在单独的板中的珠缘布置各自具有垂直于单独的板10'、10”的平坦表面平面的正好450μm、或甚至正好400μm的高度。珠缘的高度在此在各个情形下标示珠缘顶部的最高点到指向珠缘顶部的表面上的相关的单独的板的平坦表面平面的距离。该极度小的珠缘高度有利地有助于系统1的堆叠件2的紧凑性。
在图2中也可看出，分离器板10的第一单独的板10'在其背向分离器板10的第二单独的板10”的前侧上具有用于引导反应介质的结构17。结构17包括多个通道，该多个通道冲压在单独的板10'中。结构17在所有侧上完全由珠缘布置15包围，使得珠缘布置15相对于周围环境密封结构17。
结构17是单独的板10'的有效区域的一部分。该有效区域界定布置在分离器板10与另一分离器板之间的另一电化学电池，该另一电化学电池未在图2中示出，但布置为沿正z方向7与分离器板10直接相邻。分离器板10的第二单独的板10”在其背向第一单独的板10'的前侧上具有与结构17对应的、用于引导反应介质的结构。
单独的板10'、10”形成和布置以使得它们在它们之间包封用于冷却剂通过的腔体18。腔体18具体布置在单独的板10'、10”之间，以使得来自单独的板10'、10”的有效区域的热量可借助引导通过腔体18的冷却剂消散。
单独的板10'、10”也具有馈送通过部19a-h，馈送通过部设计为用于介质(例如燃料、反应气体、反应产物或冷却剂)计量通过或引导通过珠缘布置14a-h、15。馈送通过部19a-h中的某些、具体是馈送通过部19c和19g产生通路开口10c和10g(或由其形成的介质通道)与单独的板10'、10”之间的腔体18之间的流体连接。馈送通过部中的某些、具体是馈送通过部19a和19e产生通路开口10a和10e(或由其形成的介质通道)与分离器板10的单独的板10'的有效区域的面向观察者的流场17之间的流体连接。其它馈送通过部19b、19d、19f和19h产生通路开口10b、10d、10f和10h(或由其形成的介质通道)与分离器板10的第二单独的板10”的有效区域的背向观察者的流场之间的流体连接。将参照以下附图阐释馈送通过部19a-h的细节。
图3示出具有联结在一起的金属单独的板10'、10”的分离器板10的改型的实施例。第一单独的板10'的前侧面向观察者。分离器板10中的通路开口10a-c可被看见，就像珠缘布置14a-c可围绕通路开口10a-c布置从而密封通路开口10a-c，这些珠缘布置可冲压在第一单独的板10'中。用于密封第一单独的板10'的有效区域的珠缘布置15部分示出。根据图3的分离器板10的实施例附加地具有分配器结构20。该分配器结构包括冲压在单独的板10'的前侧中的多个通道并且产生通路开口10a与单独的板10'的有效区域之间的流体连接，该有效区域在图3中连接到在该图的下边缘处的分配器结构20。珠缘布置14a-c又具有馈送通过部19a-c以用于引导介质通过珠缘布置14a-c，其中，明显的是，通路开口10b的介质、在此具体是冷却剂必须经过穿过珠缘14b和珠缘15；其被持续引导在单独的板10'的背向观察者的一侧上。介质从通路开口10a中引导出，在单独的板10'、10”之间，并且通过开口19a横向于珠缘布置14a，经由开口33进入面向观察者的分配器结构20(例如参见图6至图8)。从在分离器板10的相对表面上的分配器结构(不可见)中排放的介质通过形成在第二单独的板10”中的开口进入在单独的板10'和10”之间的引导通道，经由馈送通过部19c横穿珠缘14c，并且继续流动到通路开口10c中。
图4a以立体图示出分离器板10的细节。冲压在第一单独的板10'中的珠缘布置14a具有两个珠缘侧面21、22和珠缘顶部23。在单独的板10'的面向第二单独的板10”的后侧上，珠缘内部24布置在珠缘侧面21、22和珠缘顶部23之间，并且由珠缘侧面21、22和珠缘顶部23界定。面向通路开口10a的珠缘侧面21具有用于引导介质通过珠缘侧面21的多个开口25。通路开口10a经由开口25流体连接到珠缘内部24。背向通路开口10a的珠缘侧面22具有用于引导介质通过珠缘侧面22的开口26。
在珠缘布置14a的背向第二单独的板10”的外部上，开口26连接到引导通道127，引导通道127不根据本发明，并且经由开口26流体连接到珠缘内部24。在介质通道10a中引导的介质可由此被引导经由开口25、珠缘内部24、开口26和通道127通过珠缘布置14a，并且例如可被选择性地引导到单独的板10'的有效区域中，如基于箭头所指示的。不根据本发明的引导通道127具有恒定的高度，其中，单独的板10'的引导通道127的高度在各个情形下由通道顶部30到单独的板10'的平坦表面平面的距离给出。图4b示出根据图4a的珠缘布置14a的剖视图，其中，截面沿着x-z平面定向并且沿纵向方向延伸通过不根据本发明的引导通道127。
为了使系统1的分离器板的堆叠件2尽可能得紧凑，期望尽可能平坦地形成珠缘布置14a和分离器板10的其它珠缘布置。然而，珠缘侧面21、22中的开口25、26会对珠缘布置14a的稳定性和弹性有害并且因此对密封效果有害。这可酌情通过使开口25、26更小来补偿。然而，这种尺寸方面的减小也会导致流经珠缘布置的介质的尺寸方面不期望地减小。
图5a示出不根据本发明的珠缘馈送通过部的俯视图。具体地，根据图5a的珠缘馈送通过部具有引导通道127，不根据本发明，引导通道127具有恒定的高度和恒定的宽度。图5a-图5c各自示出根据图5a的布置的两个剖视示意图，其中，在各个情形下，截面中的一个垂直于单独的板10'的平坦表面平面行进，并且一个垂直于珠缘布置14a的直的延伸范围行进。截面沿着图5a中示出的直线a-a行进。图5b-图5c中的上图示出在各个情形下处于未压紧状态中的分离器板10。图5b-图5c中的下图示出在各个情形下处于压紧状态中的分离器板10，其中，垂直于分离器板10的平坦表面平面或垂直于单独的板10'、10”的平坦表面平面施加到珠缘布置14a上的力由箭头44指示。
图5b-图5c的下图示出，在压紧的作用下，单独的板10'、10”在远离珠缘布置14a的区域46中彼此张开，以使得单独的板10'在区域46中部分地突出超过珠缘布置14a的高度45。在该情况下，例如，布置在堆叠件2的相邻的分离器板之间的膜电极单元12会被损坏。
在根据图5b的布置中，特别极大地强调了该不期望的效果。在5b的示例性实施例中，在通道127之间的区域中的分离器板10的两块单独的板10'、10”之间没有形成连接部。在根据图5c的布置中，成一体地结合的连接部43部分地形成在设置在相邻的通道127之间的分离器板10的平坦区域34中的分离器板10的单独的板10'、10”之间。在图5a中，借助示例强调了这些成一体地结合的连接部43中的一个的位置。例如，成一体地结合的连接部43可以是粘结连接部、钎焊连接部或焊接连接部、具体是通过激光焊接产生的连接部。图5b和图5c的图片之间的比较示出可通过根据图5c的成一体地结合的连接部43来减小单独的板10'、10”的彼此张开。然而，由于珠缘布置的压紧而施加到区域46上的杠杆力即便在根据图5c的布置中仍然是这种量级，以使得单独的板10'部分地突出超过区域46中的珠缘布置14a的高度45。通过根据图2和图3的珠缘布置14a-h、15的馈送通过部19a-h的根据本发明的实施例将在下文中借助示例、参照用于通过分离器板10的单独的板10'的珠缘布置14a的珠缘馈送通过部19a的图6-图9呈现，馈送通过部19a-h确保足够大的介质流经珠缘布置14a-h、15，而不损害珠缘布置14a-h、15的稳定性和弹性。
与图5a相反，图6a由此示出根据本发明的珠缘馈送通过部19a的实施例，其中，多个根据本发明的引导通道27在珠缘布置14的任一侧上连接到珠缘侧面21、22。引导通道27再次经由珠缘侧面21中的开口25和经由珠缘侧面22中的开口26流体连接到珠缘内部24。为了清楚起见，开口25、26未在此分开地示出。如前所述，引导通道27的高度在各个情形下沿珠缘布置14a的方向至少分部分地、在此具体是直线地延伸。例如，根据图6a的引导通道27各自类似于图5a或5d中示出的引导通道27地形成。
在图6a中也可看出，平行于单独的板10'的平坦表面平面限定的引导通道27的宽度沿珠缘布置14a的方向至少部分地减小。在此，引导通道27各自以扇状方式从珠缘侧面21、22开始变宽。平行于珠缘布置14a的直线限定的引导通道27的宽度由此沿珠缘布置14a的方向按区域地线性地减小。借助示例示出的是：离珠缘布置14a第一距离的引导通道27的第一宽度31'和离珠缘布置14a第二距离的同一引导通道27的第二宽度31”，其中，第一距离小于第二距离。第一宽度31'小于第二宽度32”。
引导通道27的宽度沿珠缘布置14a的方向减小到以下程度，该程度在各个情形下接近于引导通道27的高度沿珠缘布置14a的方向增大的同一程度，使得引导通道的横截面面积沿着引导通道27的延伸范围是基本上恒定的。例如，引导通道27设计为使得它们的横截面面积至少沿着引导通道27的延伸范围的中间25％、较佳地沿着它们延伸范围的中间三分之一改变至多20％或至多15％。
由于根据图6a的引导通道27设计为使得它们远离珠缘布置14a的高度至少部分地减小，所以在珠缘布置14a被压紧时，有利地避免了单独的板10'、10”突出到远离珠缘布置14a的区域46中，超过珠缘布置14a的高度45。具体地，根据图6a的引导通道27的根据本发明的实施例意味着：单独的板10'、10”在垂直于单独的板10'、10”的平坦表面平面的区域46中具有离彼此更小的距离。在珠缘布置14a被压紧时，引导通道27的根据本发明的实施例由此抵抗单独的板10'、10”彼此远离张开到区域46中。因为根据图6a的引导通道附加地设计为使得它们的宽度31'、31”远离珠缘布置14a增大，所以不存在对于通过引导通道的流体运输的损害。
如已参照图5c阐释的，可附加地通过至少在相邻的引导通道27之间的区域34的某少一些区域中形成成一体地结合的连接部来抵抗单独的板10'、10”张开到区域46中。这种成一体地结合的连接部43的位置借助示例在图6a中示出。例如，连接部可以是粘结连接部、钎焊连接部或焊接连接部，具体是通过激光焊接产生的连接部。图6c的示意图示出：在珠缘布置14a的压紧的作用下，可由引导通道27的根据本发明的实施例和由在相邻的引导通道27之间的区域34中的单独的板10'、10”之间附加地形成成一体地结合的连接部43来完全或几乎完全地消除单独的板10'、10”在区域46中的变形。
相反，图6b示出一示例，在该示例中不存在引导通道27之间成一体地结合的连接部，然而单独的板10'、10”的张开被有效地减小。
图7a-7e又示出通过单独的板10'的珠缘布置14a的根据本发明的馈送通过部19a的改型实施例。根据图7a-图7d的珠缘馈送通过部19a与根据图6a的珠缘馈送通过部19a不同在于，根据图6a的珠缘布置14a以笔直的线行进，而根据图7a-图7e的珠缘布置14a各自具有至少部分的波浪状的延伸范围、尤其是呈正弦曲线的形式。
在图7a中，珠缘馈送通过部19b仅在面向通路开口10b的珠缘侧面21上具有根据本发明的引导通道27，该引导通道各自连接到珠缘侧面21。仅为了清楚起见，在图7a-图7d中未分开地示出珠缘侧面21、22中的开口25、26。图7a中，引导通道27经由珠缘侧面21中的开口25流体连接到珠缘内部24。引导通道27的高度沿珠缘布置14b的方向线性地、部分地增大。引导通道27的宽度沿珠缘布置14b的方向减小相同的程度，使得各引导通道具有基本上恒定的横截面。相反地，具有恒定高度的引导通道127设置在背向通路开口10b的珠缘侧面22上，并且在珠缘内部24与单独的板10'、10”之间的前述腔体18之间产生流体连接。图7a中的引导通道27在半径39的各侧上经由台阶状端部37过渡到腔体18中。由单独的板10'突出在波谷区域中的内边缘38沿通路开口10a的方向界定引导通道27。引导通道由内边缘38的该路线缩短，并且因此进一步减小单独的板10'、10”在内边缘38处远离彼此的张开。
根据图7b的珠缘馈送通过部19a与根据图7a的珠缘馈送通过部19b具体不同在于，根据本发明的引导通道27设置在两个珠缘侧面21、22上。引导通道27的高度沿珠缘布置14a的方向线性地、部分地增大。引导通道27的宽度沿珠缘布置14a的方向减小相同的程度，使得引导通道具有基本上恒定的横截面。在珠缘布置14a的背向通路开口10a的一侧上，引导通道27各自具有在它们背向珠缘布置14a的端部的每一个处的入口或出口，所述入口或出口具有单独的板10'中的通路开口33的形式。引导通道27例如经由这些开口流体连接到单独的板10'的有效区域。单独的板10'的内边缘38同样以波浪状方式在图7b中行进，其中，珠缘布置14a和内边缘38具有相同的波长。引导通道27由此都具有相同的长度，并且因此使得均一的情况是可能的。而内边缘的波形在此基本上与正弦波对应，梯形的内边缘部分周期性地并置也是可能的。
根据图7c的珠缘馈送通过部19a与根据图17b的珠缘馈送通过部19不同在于：引导通道128布置在珠缘侧面22上，并且以扇状方式沿珠缘布置14a的方向至少部分地变宽。引导通道128的高度沿珠缘布置14a的方向以与它们的宽度沿珠缘布置14a的方向增大相同的程度而减小，如平行于单独的板10'的平坦表面平面限定的那样，使得引导通道128的横截面面积沿着它们的延伸范围基本上恒定。
根据图7d的珠缘馈送通过部19a与根据图7b的珠缘馈送通过部19a不同在于，具有恒定高度的直的引导通道127布置在珠缘侧面22上。单独的板10'的内边缘38再次具有波浪状延伸范围。然而，在图7d中，内边缘38的波浪状的延伸范围的波长与珠缘布置14a的波浪状的延伸范围的正好一半的波长对应。这导致了尤其短的引导通道27，从而进一步减小了单独的板10'、10”在内边缘38的区域中的张开。
图7e示出另一实施例，其与图7a的实施例不同在于，没有台阶37设置在到流场17的过渡部的区域中或设置到腔体18中。介质直接在引导通道127与流场17之间运送。通路开口10b的边缘形成为比得上图7d的示例性实施例中的通路开口10a的边缘。
在图7a-图7e的实施例中，根据本发明的引导通道27各自过渡到在珠缘布置14a的波浪状延伸范围的拐点区域中的珠缘侧面中。
图8a和图8b以立体示意图示出根据图7b的珠缘馈送通过部19a。除了第一单独的板10'，第二单独的板10”也示出并且联结到第一单独的板10'以形成分离器板或双极板10。为了示出珠缘馈送通过部19a的三维结构，分离器板10已在图8a和8b示出为在图片的下端部处、在各个情形下在不同的点处切断。在两个情况下，截面垂直于分离器板10的平坦表面平面(x-y平面)并且基本上垂直于珠缘布置14a的延伸范围行进。在图9a中，截面在图片的下边缘处沿着根据本发明的两个引导通道27的纵向方向行进。相反，在图9b中，截面在图片的下边缘处、在两条相邻的引导通道27之间的区域中行进。图9a中可清楚地看出，在各个情形下在上图半部中的开口通路10a和在引导通道27的背向珠缘布置14a的端部处的入口或出口33经由在珠缘布置14a的两侧上的引导通道27、珠缘侧面21、22中的开口25、26并且经由珠缘内部24流体连接。
图9a-图9d各自示出通过珠缘布置14a的珠缘馈送通过部19a的各种实施例的剖视图，其中，截面定向为垂直于单独的板10'的平坦表面平面和垂直于珠缘布置14a的延伸范围的方向。在各个情形下示出具有珠缘侧面21、22和布置在珠缘侧面21、22之间的珠缘顶部23的珠缘布置14a。珠缘侧面21、22和珠缘顶部23包封在单独的板10'的面向第二单独的板10”的后侧上的珠缘内部24。开口25、26设置在珠缘侧面21、22中，并且在此由箭头指示。珠缘侧面21中的开口25用于引导介质(例如燃料、反应气体、反应产品或冷却剂)通过珠缘侧面21。珠缘侧面22中的开口26用于引导介质通过珠缘侧面22。
在珠缘布置14a的左侧外部上，根据本发明的引导通道127连接到开口25。珠缘内部24经由开口25和引导通道127流体连接到通路开口10a或到由通路开口10a形成的介质通道。不根据本发明的引导通道127具有沿着x方向8的恒定高度。在珠缘布置14a的右侧外部上，根据本发明的引导通道27连接到开口26。珠缘内部24经由开口26和根据本发明的引导通道27流体连接到在单独的板10'的前侧上的单独的板10'的有效区域，并且连接到分离器板10的两块单独的板10'、10”之一中的开口33。例如，珠缘内部24经由开口26、根据本发明的引导通道27和开口33流体连接到在单独的板10'的前侧上的前述结构17(参见图2)。在替代实施例中(未示出)，引导通道27也可产生珠缘内部24与前述腔体18之间的流体连接，腔体18设置在分离器板10的单独的板10'、10”之间，并且设计为用于冷却剂通过单独的板10'、10”。在此，开口33则是备用的。因此，介质可被引导经由引导通道127、开口25、珠缘内部24、开口26、引导通道27通过珠缘布置14a。
根据本发明的引导通道27在各个情形下从引导通道27的入口或出口延伸远至珠缘侧面22或远至珠缘侧面22中的开口26，入口或出口可呈形成引导通道27的背向珠缘布置14a的端部的开口的形式。假如引导通道27在珠缘内部24与用于冷却剂通过的腔体18之间产生流体连接，则引导通道27在单独的板10'中不具有在其背向珠缘布置14a的端部处的通路开口，因为在该情况下冷却剂不应经过到在单独的板10'的前侧上的有效区域中。然后，引导通道背朝珠缘布置14a的端部可例如通过在引导通道27的高度方面阶梯状的变化来给出。
引导通道27与单独的板10'形成为一部分或一件。例如，引导通道27在单独的板10'中成一体地形成、尤其是冲压成一体。珠缘布置14a和引导通道27通常与单独的板10'一件式地形成并且冲压在其中。引导通道127也与单独的板10'一件式地形成并且冲压在其中。
根据本发明的引导通道27与不根据本发明的引导通道127区别在于：根据本发明的通道27的高度沿珠缘布置14a的方向至少部分地增大。通过引导通道27的通道顶部30到单独的板10'的平坦表面平面41的距离给出引导通道27的高度。在图9a-9d的示例性实施例中，示出在珠缘侧面22的基部42的区域中的引导通道27的第一高度32'和在引导通道27的背向珠缘布置14a的端部的区域中的引导通道27的第二高度32”，该端部在此由在单独的板中之一中的开口33形成。第二高度32”在各个情形下小于第一高度32'。引导通道27的第一高度32限定为离珠缘布置14a第一距离。引导通道27的第二高度32”限定为离珠缘布置14a第二距离。第一距离在各个情形下小于第二距离。到珠缘布置14a的距离例如在各个情形下由到珠缘侧面22的基部42的最短距离或由到珠缘顶部23的最短距离给出。
在图9a-9d的示例性实施例中，引导通道27的高度从引导通道27背向珠缘布置14a的端部在各个情形下单调增大到珠缘基部42。引导通道27的高度部分地、尤其是在部分40中严格单调增大到珠缘基部42。在图9a、9b和9d中，引导通道27的高度沿珠缘布置14a的方向在部分40中线性地增大。在图9c中，引导通道27的通道顶部30在部分40中沿珠缘布置14a的方向突出弯曲。在珠缘基部42处的引导通道27的高度32'在各个情形下至少10％或至少20％地大于在引导通道背向珠缘布置14a的端部33处的高度32”。
开口26和珠缘侧面22垂直于单独的板10'的平坦表面平面41、即在图9a-图9d中沿着z方向7延伸远至一高度，该高度是处于未压紧状态中的珠缘布置14a的高度的至少90％、较佳的是至多85％，引导通道27在开口26处过渡到珠缘侧面22中。珠缘布置14a的高度在此由珠缘顶部23到单独的板10'的平坦表面平面41的距离来给出。在引导通道背向珠缘布置14a的端部处的引导通道27的入口或出口33垂直于单独的板10'的平坦表面平面41到达远至是珠缘布置14a的高度的至多70％的高度。图9a-图9d中，在端部处的引导通道27的高度甚至在各个情形下小于珠缘布置14a的高度的50％。
图10a-图10f示出根据图6至图8的发明的引导通道27的不同实施例的剖视图。各截面在各个情形下定向为垂直于单独的板10'的平坦表面平面并且垂直于通过引导通道27的介质流动方向。由此，截面在各个情形下定向为以使得它们使引导通道27的横截面面积最小化。
图10a中，引导通道27的横截面是梯形的，具有直的边侧面28、29和直的通道顶部30。在图10b中，边侧面28、29是直的，而通道顶部30以凹入的方式向内弯曲。在图10c中，边侧面28、29是直的，而通道顶部30分为多个短直的部分，使得通道顶部30相对于侧面28、29是变平的。图10d示出直的边侧面28、29和圆形的、凸出弯曲的通道顶板30，其中，通道顶板30的弯曲部分平滑地、即没有边缘地过渡到直的边侧面28、29中。图10d示出直的边侧面28、29和凸出弯曲的通道顶板30，其中，通道顶板30的弯曲部分到边侧面28、29中的过渡部具有边缘，图10f示出完全圆形的横截面。通道顶板30和边侧面至少按区域地凸出弯曲并且没有边缘地过渡到彼此。
珠缘布置原则上也可具有如图10a-图10f所示的横截面。珠缘内部24、边侧面28、29和珠缘侧面21、22则对应于引导通道27，而珠缘顶部23对应于通道顶部30。在珠缘14的情况下高度和通常宽度也是总体上大于在引导通道27的情况下。
图11a-图11e又示出根据图6-图8的发明的引导通道27的各种实施例的剖视图。各截面再次定向为垂直于单独的板10'的平坦表面平面并且垂直于通过引导通道27的介质流动方向。在此，图11a-图11e中的每一个示出同一引导通道距珠缘布置14a不同距离的两个截面。在此，可看出同一引导通道27的横截面的几何形状可沿着其延伸范围改变。例如，图11d的引导通道27的横截面的形状从凸出弯曲形状过渡到梯形形状。图11b示出，引导通道27可非对称地形成。
也示出了特定的引导通道27的最大高度32”和最小高度32'。仅为了清楚起见，未示出通道27的关联的宽度31”、31'。具有更大的高度的横截面在各个情形下比具有更小的高度的横截面具有到珠缘布置14a更短的距离。由此可清楚地在图11a-图11e中看出，在各个情形下在引导通道27的一半高度处定义的引导通道27的宽度沿珠缘布置14a的方向减小，而引导通道27的高度32沿珠缘布置14a的方向增大。然而，引导通道27的横截面的形状在此在各种情形下改变，以使得横截面面积沿着通道的延伸范围在各个情形下改变至多20％、较佳的是在各个情形下改变小于10％。